平成29年度
既設洪水吐撤去跡に築造した新設堤体の安全性について
―当麻ダムの試験湛水結果報告―
旭川開発建設部 旭川農業事務所 第１工事課 ○山王 萌
菊池 裕貴
今西 智幸
国営総合農地防災事業「とうま地区」では、流域内の開発等に起因する洪水流出形態の変化 に対応するため、当麻ダムの洪水吐を移設・改修し洪水流下能力を増強した。改修にあたり、 堤体に隣接する既設洪水吐を撤去し、その跡に既設堤体と連続した新設堤体を築造した。 平成 28 年度に新設堤体が完成し、平成 29 年４月から５月にかけて、かんがい用水を供給し ながら試験湛水を実施し、堤体及び基礎地盤の遮水性や挙動を検証し安全性を確認した。本報 では、この結果について報告する。 キーワード：洪水吐改修、供用中ダム、試験湛水 1. はじめに 本地区は、北海道中央北部の当麻町に位置し、上川盆 地を流れる石狩川水系牛朱別川及びその支流当麻川流域 に拓けた農業地帯である。（図-1.1） 当麻ダムは、旭川市の北東約20km地点に築造された農 業用の中心遮水ゾーン型フィルダムで、堤高21.30m、堤 頂長242.40m、堤体積200千m3、有効貯水量3,039千m3を有 し(改修後の諸元) 、水田553㏊の用水源である。 ダム流域内の開発などによる洪水流出形態の変化に対 応するため、洪水吐の洪水流下能力を増強する目的で、 平成19年度から洪水吐の改修、それに伴う堤体の造成、 管理設備の新設工事等を行った（図-1.2）。 これらの主要工種は平成28年度中に完了し、平成29年 4月から5月にかけて堤体新設部に対する試験湛水を実施 した。本報では、この試験湛水結果について報告する。 2． 新設・既設堤体接合部について 既設洪水吐の撤去に伴い造成された新設堤体は堤高 7.80mを有し、既設堤体と同様、中心部から順に｢鋼土はがねど｣ ｢抱土だ き ど｣｢鞘土さ や ど｣の3ゾーンで構成される（図-2.1) 。 ただし、新設堤体では鋼土と抱土を同一材料からなる 遮水性ゾーンとして施工した。 新旧堤体の接合面においては、盛立て材料が確実に接 合されていないと浸透経路の発生を招くことになるため、 図-1.2 各施設のレイアウト 図-1.1 当麻ダム位置図(Google マップを引用) 当麻ダム 図-2.1 新設堤体のゾーニング平成28年度に既設堤体と新設堤体が接合された抱土ゾー ンにおいて調査ボーリングを実施し、接合面の調査を行 った。 図-2.2に示すように、調査ボーリングのコア観察結果 からは、新旧堤体接合面における「材料の分離」は認め られなかった。また、境界面を含む透水試験結果により 得られた透水係数( = 2.11 × 10 ⁄ )は、新設堤体 盛立時の品質管理試験結果( = 2.63 × 10 ⁄ )と既 設堤体抱土の現場透水試験結果( = 5.46 × 10 ⁄ ) の中間程度の値となっており、止水性が確保されている と判断した。 3. 試験湛水の概要 当麻ダムの試験湛水は、過去17ヶ年の観測データに基 づき策定された試験湛水計画に沿って進められた。 試験湛水計画では、新設部の堤体基礎地盤標高となる EL.207.00mに貯水位が到達した日から、水位上昇・水位 保持・水位下降を経て、再びEL.207.00mに貯水位が低下 するまで、平水年で4/17～5/21までの35日間を予定して いた(図-3.1 黒線部)。 実績としては、3月中の流入が例年と比較して極端に 少なく、渇水年相当になる見通しであったが、4月に入 ってから急激に雪融けが進んだことで水位が上昇し、 4/10～5/22の43日間で試験湛水が完了した(図-3.1 赤線 部)。 また、計画では、水位の上昇下降制限速度のほか、試 験湛水開始水位(EL.207.00m)で 2 日間、浸透待機水位 (EL.208.00m)で 4 日間、常時満水位(EL.211.00m)で 7 日間 以上と 3 段階の水位保持期間を設けていた。 水位上昇は、計画 0.50m/日に対して実績 0.28～0.38m/ 日、下降は計画 0.30m/日に対して実績 0.30m/日となり、 水位上昇はやや遅かったものの、調整不能な流入や急激 な水位変化等は発生せず完了した。 水位保持期間については試験湛水開始水位と浸透待機 水位を計画どおりに行い、常時満水位は 9 日間保持した。 試験湛水期間はかんがい期間と重なっており、試験中も ダムの水をかんがい用水として供給する必要があったこ とから、常時満水位の保持期間により供給量を調節する こととし、土地改良区と相談の上実施した。 4. 堤体等挙動の監視結果 (1) 監視項目 試験湛水中における堤体等の監視は、主に浸透水量・ 図-3.1 試験湛水実績図 図-2.2 新旧堤体接合面付近の詳細コア写真
間隙水圧(浸潤線)・表面変位の 3 項目により行い、浸透 水量と間隙水圧の観測データは 1 回/hr の頻度で自動収 集、表面変位は 1 回/日の手動計測を行った。 各計器の挙動について以下に評価する。 (2) 浸透水量 浸透水量は、既設堤体ドレーン１系統のほか、新設堤 体ドレーン１系統、洪水吐ドレーン２系統でも計測を行 った。図-4.1に気象観測データと合わせ、新設堤体浸透 水量の観測履歴図を、図-4.2に貯水位と浸透水量の相関 図を示す。浸透水量は、試験湛水開始前及び大雨時には 若干の反応を示したものの、試験湛水期間中はほぼ流量 がなく、常時満水位到達後も浸透水は観測されなかった ことから、遮水性は確保されていると評価した。 浸透水量が観測されなかった原因としては、想定され る浸透量が 0.308L/min と少ないことに加え、後述する残 留間隙水圧の影響による堤内水位の上昇抑制により、堤 内の浸透水が定常状態にならなかったことなどが挙げら れる。 図-4.1 浸透水量観測履歴図（新設堤体） 主断面 図-4.5 観測機器 配置断面図(副断面) 図-4.4 観測機器 配置断面図(主断面) 副断面 図-4.3 観測機器 配置平面図 図-4.2 貯水位-浸透水量相関図（新設堤体）
(3) 間隙水圧 本ダムでは、盛立時の残留間隙水圧の変化及び湛水中 の堤内浸潤線を把握する目的で、新設堤体の最大断面で ある主断面の基盤内4箇所、盛土内6箇所、既設堤体との 境界面に設定した副断面の盛土内2箇所で間隙水圧計を 計測した(図-4.3～4.5)。 なお、新設堤体では、鋼土と抱土を同一材料の遮水性 ゾーンとしているため、堤体内では、P-7のみ透水性ゾ ーンである鞘土に存在する。 間隙水圧計の観測履歴図を図-4.6に、新設堤体内の間 隙水圧分布を図-4.7 に示す。 基礎地盤の上流側に位置する P-1 や P-2a は、新設堤体 の基礎地盤標高に水位が到達した 4 月 10 日以降、貯水 圧に追従して反応し、その後やや遅れて下流側の P-2b が反応している。この遅れは、ダム軸で施工したカーテ ングラウチングによる止水効果であり、基盤の浸透状況 について、挙動に問題はないと判断した。 図-4.6 間隙水圧 観測履歴図 図-4.7 間隙水圧分布図(新設堤体)
一方、鋼土・抱土内に設置した計器については、盛立 時の残留間隙水圧が消散途中であるため、定常浸透流状 態の間隙水圧分布とはなっていないが、貯水圧に応じて、 基礎地盤直上に配置したP-4、P-5は水圧の増加、それ以 外のP-6、P-8～11は、消散速度の低下が認められる。 下流鞘土内に設置したP-7は、融雪や降雨の影響によ る微少な変動に留まる。 堤内、特に遮水性ゾーンでは、定常での浸透状況を把 握することはできなかったが、下流側鞘土 (透水性ゾー ン)で水位が観測されなかったことから、止水機能を十 分に有する堤体であると評価した。 (4) 表面変位 新設堤体の天端 1 箇所(D1)、下流斜面中腹 1 箇所(D2) で表面変位を計測した(図-4.4)。 図-4.8 に示す履歴図のとおり、鉛直方向で最大 6mm の 浮上、上下流方向では下流側に最大 4.7mm の変位を記録 したが、貯水位に連動しない特異な変位や、累積変位は 認められなかった。これらは管理基準値(鉛直方向で 25mm、上下流方向・左右岸方向で 10mm)に対しても十分 な余裕があるため、挙動に問題はないと評価した。 (5) 総合評価 1 ヶ月半程度と短い試験湛水期間であったが、貯水位 の上昇下降に連動しない特異的な挙動や管理基準値の超 過等はなく、堤体の安全性を確認することができた。 また、この間に大雨や地震は発生せず、監視レベルの 移行(通常体制→警戒体制)もなく試験湛水が完了した。 今回の試験湛水時には、堤体の盛立作業に伴う残留間 隙水圧の消散が完了していなかったことから、堤内の定 常状態での浸潤線が確認できなかった。このため、残留 間隙水圧の消散が完了(平成 31 年と推測)した段階で、 他の計器と併せて評価を行う必要がある。 5. おわりに 本ダムの改修工事は、平成19年度から11ヶ年の期間を かけて行われてきた。 その集大成として実施された本試験湛水は、かんがい 用水の供給と並行して行われたため、各施設の安全性確 保はもちろんのこと、流入量・流出量の調整が重要であ った。 本報が、供用中における改修ダムでの試験湛水実施の 参考になれば幸いである。 図-4.8 表面変位 観測履歴図
