Hitoshi Nagumo, Yousuke Hirayama
平成27年度
旧石狩川頭首工撤去工事における仮設計画について
―石狩川の仮締切についてー
札幌開発建設部 札幌北農業事務所
第 1 工事課
○南雲
人
平山
陽介
平成26年度から着手した旧石狩川頭首工撤去工事のうち、石狩川の左岸側仮締切及び平成27 年度に施工中の右岸側仮締切における仮設計画、施工方法、洪水対策、左岸側締切後の河川変 動解析結果及び本線から影響を受ける仮締切の動的挙動変化等をリスクアセスメントの観点か ら報告する。 キーワード：基礎技術、河川仮締切、洪水対策、リスクアセスメント１. はじめに
国営かんがい排水事業｢篠津中央二期地区｣（以後本事 業とする）は、石狩振興局及び空知総合振興局管内の1 市2町1村における受益農地（水田）7,460haを対象とし ている。本事業は、老朽化の著しい旧石狩川頭首工（以 後旧頭首工とする）を改修するものである。 旧頭首工は、篠津地域泥炭地開発事業により、昭和33 年から38年にかけて建設されたコンクリート固定堰であ り、堤長155m、堤高2.37m、計画最大取水量28.37m3/s、排 砂門2門を有している。旧頭首工（図－１、写真－１に 示す）は、石狩川頭首工（以後新頭首工とする）の供用 開始（H25.1月）に伴い、頭首工としての役目を終え、 平成26年度からの４ヶ年で撤去する計画である。 新頭首工は、石狩川河口から55km上流に位置しており、 旧頭首工の約300m下流に建設中である。新頭首工は、堤 長257m、堤高4.6m、計画最大取水量37.49m3/s、フローテ ィングタイプの洪水吐5径間、土砂吐1径間を有しており、 代かき期短縮や深水かんがいなど営農の近代化を踏まえ た用水計画に対応した全可動堰型の頭首工である。 なお管理は、旧頭首工に引き続き、直轄管理事業とし て国が行っている。 本報では、昨年度報告発表した仮設工事概要に引続き 旧頭首工の撤去を行う篠津中央二期水利事業 旧石狩川 頭首工撤去建設工事（以後本工事とする）のうち固定堰 直下の仮締切および仮締切仮設構造物に関わるリスク対 処に基づいた工事概要について報告する。２．本工事の概要
本工事の全体工事計画を図-2に示す。また、工事工程 を表-1に示す。 平成26年度の工事では取水(右岸側)への影響を考慮し、 １、２月で左岸側の固定堰、擁壁護岸の撤去を行い、３ 写真-1 石狩川頭首工 (Ｈ26.7.25 現在) ※上流側より撮影、手前が旧頭首工 農業用用排水路 （通称 篠津運河） 図-1 石狩川頭首工位置図 FLOW 7460ha（水田） 新頭首工 旧頭首工月末までに左岸の護岸の復旧を行った。平成27年度では、 ６、７月で左岸鋼矢板二重締切の鋼矢板、タイロッド、 中詰土の撤去を行い、10、11月で作業構台、ジャケット、 鋼管杭の撤去を行った。 また、11月から３月まで右岸鋼管・鋼矢板二重締切の 設置を行う予定である。平成28年度では、10月から１月 まで残りの固定堰、排砂門、右岸の擁壁護岸の撤去を行 い、２、３月で二重締切の鋼管・鋼矢板、タイロッド、 中詰土の撤去を行う予定である。平成29年度は、６月、 ７月で作業構台、ジャケット、およびジャケット用鋼管 杭の撤去を行い、本工事を終える計画である。
３．石狩川の仮締切
新頭首工建設（以後前工事とする）及び本工事の石狩 川仮締切を図-3に示す。前工事は３回の仮締切により新 頭首工の建設を行い、本工事は２回の仮締切により旧頭 首工の撤去を行う計画である。 （1）新頭首工の仮締切 前工事の仮締切は、３回に分けて締切る半川締切 工法であり、経済比較により、第Ⅰ期工事（H15～ H17年）で中央部、第２期工事（H17～H20年）で右岸 部、第Ⅲ期工事（H20～H23年）で左岸部を実施した。 締切高の設定は、河川阻害率が通水面積の10%以内、 1/10確率流量以上（8月、9月：洪水期休止期間)を除 く期間）を満たすため、EL=9.14m｛10年間（S62年～ H8年）の第3位流量での河川水位8.64m+余裕高0.5m） とした。 なお、3回の仮締切で上記を満足するために、先行 して平成14年に石狩川の左岸拡幅工事を実施した。 （2）仮締切構造 前工事の仮締切構造は、当初、図-4に示す鋼矢板 一重締切(桟橋)工法で検討していたが、桟橋基礎杭 の打設本数並びに切梁等の腹部材が多くなり、施工 期間やコストが増大するため、図-5、写真-2に示す 鋼矢板二重締切(作業構台)工法で施工を行った。こ の変更により、①支持杭を変更（H鋼杭から鋼管杭） し、桁材の部材を大型化(H400からH900等)、また、杭 ピッチを大きく6mから12m）する、②受桁及び水平継 材をプレキャスト化（ジャケット式）する、③全長 35mの鋼管杭の中杭と下杭の継ぎ手溶接を打ち込み前 にヤードにて溶接（現地での溶接回数：３回から２ 回）する、④予め地組した手延べ桁をスライド式で 前へ押し出していく工法の採用、⑤主桁及び覆工受 桁をプレキャスト化することにより施工期間の短縮 及びコスト縮減を図った。なお、鋼矢板二重締切で 用いる鋼矢板、鋼管杭、ジャケット、主桁及び覆工 受桁等は、必要に応じて工場での再整備を実施し、 前工事及び本工事で転用している。転用は延べ５回 行う等、長期利用によるコスト縮減を計画し、実施 している。 図-4 鋼矢板一重締切(桟橋）工法 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 河川協議により河川内の仮設物及び構造物の設置・撤去を実施しない期間(融雪出水期（4～5月）、洪水期（8～9月）) 河川協議により仮設物の撤去のみ実施する期間（6～7月） 護岸工 【右岸工事】 二重締切 固定堰撤去 排砂門門柱撤去 ゲート設備撤去 平成28年度 平成29年度 【旧石狩川頭首工撤去工事 施工計画】 平成26年度 平成27年度 工 種 護岸工 【左岸工事】 二重締切 固定堰撤去 撤去 設置 撤去 撤去 設置 設置 撤去 撤去 設置 撤去 撤去 表-1 工事工程表 図-2 工事計画図（撤去平面図） 図-3 前建設及び本工事の石狩川仮締切Hitoshi Nagumo, Yousuke Hirayama (3）旧頭首工の仮締切 本工事の仮締切は、２回に分けて締切る半川締切工 法であり、左岸（H26～H27年）、右岸（H27～H29年） で実施する計画である。仮締切は、前工事と同様の鋼 矢板二重締切工であり、締切高の設定は、工事施工期 間の過去5年間（H18年～H22年）の時間最大水位 6.62m(平成20年12月）を踏まえ、10月から3月までの仮 締切内作業期間を除く期間にて6.62m以上及び河積阻 害率10%以内を満たし、かつ、下流新頭首工の湛水位 に影響しないようにするため、EL=7.50m（下流頭首工 湛水位5.50m+余裕高0.5m+作業構台部材高さ1.50m）と した。 (4) 新旧頭首工仮締切の比較 図-6に前工事と本工事の鋼矢板二重締切工の比較を 示す。河川協議年度の違いから洪水算定のパラメータ が異なるため、EL=1.64だけ本工事が低い計画となっ ている。また、前工事では、EL=5.90mに仮締切の鋼矢 板下端でのせん断変形破壊挙動を防ぐために導排水バ ルブ（φ300、３箇所）を設置していたが、本工事で は設置していない。
４．本工事での鋼矢板二重締切以外の締切
(1) 固定堰との交差箇所の仮締切工 本工事の左岸側仮締切のうち固定堰との交差箇所に ついては、鋼矢板二重締切工が施工できないため、遮 水性及び施工性を考慮して図-7で示す土堤構造の締切 とした。 土堤構造のうち、袋詰根固め材と中詰土の境には、 吸出防止材として不織布を設置した。土堤中央部での 一重鋼矢板締切を設置するにあたりダウンザホールハ ンマ工法により固定堰コンクリートを破砕、削孔し、 鋼矢板を挿入・施工した。 鋼矢板二重締切と土堤締切の一重締切矢板は図-8で 示す異形鋼矢板で連結し、止水している。 EL+6.300 EL+9.140 EL+6.500 HWL+5.590 LWL+2.300 7 3 6 0 GL+1.780 8 5 6 0 EL+0.580 中詰砂 高張力鋼690 タイロッド φ75 @5000 腹起し 掘削レベル 500 5ｍ/3個 排水管支持架台 排水管φ300 (番線固定) 掘削レベル 中詰砂 2H-390×300×10×16 11000 9000 7 3 0 0 1 2 0 0 6 1 0 0 7 3 0 0 56 4 0 高張力鋼690 2[200×80×7.5×11 GL+0.200 HWL+6.620 川 側 EL+1.860(整地) タイロッド φ44 @2000 腹起し 路盤材(0-40)t=300 ｱｽﾌｧﾙﾄ舗装 t= 50 1000 撤去工事時 標準断面 新設工事時 標準断面 1000 掘削側 EL+0.200 EL+7.500 1 6 6 0 川 側 11000 9000 1000 1000 掘削側 路盤材(0-40)t=300 ｱｽﾌｧﾙﾄ舗装 t= 50 HHWL+8.640 2 6 4 0 4 7 20 図-5 鋼矢板二重締切(作業構台)工法 12m ジャケット 写真-2 作業構台設置状況写真 図-7 固定堰締切工（断面図） ①袋詰根固め ①袋詰根固め EL=7.50 ②不織布 ⑤不織布 ②不織布 ⑤不織布 ⑥中詰砂 ⑦ﾀﾞｳﾝｻﾞﾎｰﾙﾊﾝﾏ工法 ⑧一重締切矢板 ③中詰砂 ⑨敷鉄板 ④袋詰根固め ④袋詰根固め コンクリート固定堰 ※上記の数字は施工順序を表す。 図-6 前工事と本工事の鋼矢板二重締切工の比較 図-8 固定堰締切工（平面図）および連結部 200 異形鋼矢板 N1-9 異形鋼矢板 N1-10 リーダ式ケーシング回転掘削工法（φ650） リーダ式ケーシング回転掘削工法 ﾀﾞｳﾝｻﾞﾎｰﾙﾊﾝﾏ 固 定 堰 締 切 区 間 31 25 0 平 面 図 S=1/200 11000 10 20 30 5 15 25 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 ﾀﾞｳﾝｻﾞﾎｰﾙﾊﾝﾏ工法 φ400mm ＠300mm L=8.00m N=101本 30 0 400 遮水矢板撤去 遮水矢板撤去 工法拡大図 S=1/40 50 0 30 25 0 50 0 二 重 締 切 区 間 二 重 締 切 区 間 F L O W 75 3 5 78 00 14 91 5 5 0 0 回転掘削工法 φ650 リーダ式ケーシング 650 遮水矢板撤去範囲図 手延べ桁 ジャケット用鋼管杭(2) 鋼管矢板二重締切工 本工事の右岸側仮締切のうち、旧頭首工排砂門下流 側については、河床洗掘が進んでいるため、鋼矢板が 自立せず、鋼矢板での二重締切工の施工ができないこ とから鋼管矢板で二重締切工の施工を行う計画である。 鋼管矢板の連結は、図-9に示すリング状の鋼管矢板継 手の中に流出防止の袋を設置し、その中にモルタルを 注入して連結及び止水を行う計画である。
５．本工事における石狩川仮締切の安全管理
(1) リスクマネジメントと対策 本工事における仮設計画にあたっては種々のリスク 対処が必要となる。本工事リスクを対処する項目とし て以下の表-2に示す４項目を挙げる。 また、上記リスクを事前評価し、その評価に基づき 表-3に示す出水対策によりリスク対策を行っている。 本報告では本工事に特徴的な幾つかの項目をピック アップし、その概要を記す。 (2) 本川河床変動解析及び実際の河床変動 ⅰ) 河床変動解析 ① 目的 本工事では、石狩川に大規模な仮締切を実施す るため、増水時の河床洗掘により鋼矢板二重締切 の安全性の低下が懸念されるため、事前に河床変 動解析を実施した。 ② モデル及び解析条件 ・解析モデル 流れモデル：レイノルズ方程式（κ-εモデル） 掃流砂モデル：芦田・道上モデル 浮遊砂モデル：van Rijnモデル ・解析条件 a) 平成21年度実施の深浅測量結果及び鋼矢板 二重締切に洗掘防止工を１段積みした地形。 b) 新頭首工のゲートは無視して解析。 c) 解析メッシュ幅の範囲は2.5m～30m。水深 方向に5メッシュ設定した三次元で解析。 d) 境界条件は、平成20年12月5日0時～9日0時 の出水イベントの流量(1,300㎥)を領域の上 流端で与え、下流端で水位(EL=7m)とした。 e) 底質条件は、粒径0.9mmの一様径砂、底質 比重は2.65とした。 f) Manningの粗度係数は、河床：n=0.027、高 水敷：n=0.044、コンクリート護岸：n=0.017、 洗掘防止工：n=0.050とした。 ③ 解析結果 図-10に左岸側仮締切時に対する洗掘解析結果、 図-11に右岸側仮締切時に対する洗掘解析結果を 示す。上述の出水イベントにより、左岸側仮締切 時においては、旧頭首工の上流側で河床の侵食が 発生し、洗掘防止工の隅角部では1.1mの洗掘が発 生する結果が得られた。また、右岸側仮締切時に おいては、締切工による狭窄域において侵食が発 生し、洗掘防止工の隅角部では2.0mの洗掘が発生 する結果が得られた。 リ スク低減 洪水を予測し、工事災害 の低減・防止を図る （洪水予測システムの開 発） リ スク回避 河床洗掘および堆積土の 影響からの保護・監視対策を 行い、損傷・破堤を回避する （挙動監視機器の設置） リ スク移転 洪水時期の施工を避ける 等、作業員の安全確保、仮設 機材を可能な限り待避し、被害 を最小限にする （施工時期の適正化、仮 設資材の可搬技術開発） リ スク保有 洪水後における仮締切内 の早期復旧 （洪水は発生するもの） リ ス ク ア セ ス メ ン ト 表-2 仮締切におけるリスク要素（事前評価） 表-3 本仮設工事におけるリスク対策フロー図 図-9 鋼管矢板二重締切工の鋼管の接続（断面図） 図-10 左岸側仮締切時に対する洗掘解析結果Hitoshi Nagumo, Yousuke Hirayama ⅱ) 仮締切時の実際の河床変動 図-12に左岸側仮締切時における河床沈下量および 位置図を示す。左右岸ともにセンサー付沈下棒(自動 計測)１箇所、高所作業車による沈下計測(手動計測)が 左岸では4箇所、右岸では6箇所程度測定を行う予定で ある。測定間隔は、自動で10分毎、手動で日毎である。 左岸側仮締切時では、最大で35mmの河床洗掘を確 認した。 (3) 河川左右岸仮締切における動態観測 ⅰ) 鋼矢板二重締切工 左右岸鋼矢板二重締切においては、河床洗掘が生じ やすい箇所について、鋼矢板二重締切の動態を把握す るため、鋼矢板に「多段式傾斜計」、タイロッドに 「軸力計」の設置と観測を行った。図-13に左岸鋼矢 板二重締切動態観測変位と位置図を示す。 ⅱ) 固定堰交差区間の土堤締切工 固定堰交差区間の土堤締切は、石狩川の流速が早 い中央部に位置し、これまでの河床洗掘や護床工な どの構造物により、川の底面が一様でないため土堤 締切の断面の変化点や隅角部では、内詰土砂の吸出 しが懸念されることから、吸出しによる内詰土砂の 沈下の有無及び土堤の形状変化を計測した。 図-14に土堤締切工動態観測機器設置位置図を示す。 土堤の内詰土砂の天端とHWLに層別沈下計、土堤中 央と両側の３断面のうち、それぞれの川側の法肩に GPS変位計、また、一重締切鋼矢板締切と二重鋼矢 板締切接合部の土堤締切の両端に止水機能を確認す るために間隙水圧計を設置した。図-15に土堤締切動 態観測結果を示す。 図-12 左岸側仮締切時における河床沈下量および位置図 図-11 右岸側仮締切時に対する洗掘解析結果 図-13 左岸鋼矢板二重締切動態変位および設置位置図 設置レベル EL1.50m 下流部 P-2 間隙水圧計 設置レベル EL1.50m 下流部 P-2 間隙水圧計 GPS変位計 GPS1・2・3 層別沈下計 天端部 BV1・2・3-1 層別沈下計 H.W.L.部 BV1・2・3-2 河川方向 X軸(＋) 河川方向 X軸(＋) 沈下 Z軸(－) 中詰砂 ﾀﾞｳﾝｻﾞﾎｰﾙﾊﾝﾏ工法 φ400mm ＠300mm L=8.00m N=101本 一重締切矢板(鋼矢板Ⅲ型 L=17.0m) ﾍﾞﾝﾄﾅｲﾄ置換 中詰砂 80 0 0 敷鉄板 t=22 EL=1.50 袋詰根固め 袋詰根固め 袋詰根固め 袋詰根固め 堤体エプロン上面 9000 1000 1000 6000 6000 23000 EL=7.50 1000 3600 6600 H.W.L +5.10 1:1.0 1:1.0 1:1.0 1:1.0 1:1.0 1: 1.0 不織布 1000 3600 EL=-0.50 堤体エプロン下面 8200 8200 5800 5800 240 0 36 0 0 t=10 不織布 不織布 t=10 不織布 t=10 t=10 11000 B-B断面図 3 6 3 0 1000 BV1-2 BV1-1 2 4 0 0 BV2-1 BV2-2 BV3-1 BV3-2 P-2 P-1 1000 EL=-5.00 遮水矢板撤去 500 150 650 6 5 0 0 500 遮水矢板撤去 0 650 ﾀﾞｳﾝｻﾞﾎｰﾙﾊﾝﾏ工法 φ400mm ＠300mm L=8.00m N=101本 1 2 0 0 0 6 0 0 0 8 00 0 一重締切矢板 EL=-9.50 鋼矢板Ⅲ型 L=17.0m 既設遮水矢板 500 413 鋼矢板Ⅲ型L=76@400=30400（リース） 438500 EL=-0.50 プレパクトコンクリート 木工沈床 EL=1.50 EL=7.50 固定堰締切区間31250 A-A断面図 （リース） 図-14 土堤締切工動態観測機器設置位置図 200 ﾀﾞｳﾝｻﾞﾎｰﾙﾊﾝﾏ 層別沈下計 中央部（2測点） BV1-1・2 GPS変位計 上流部GPS1 GPS変位計 上流部GPS2 GPS変位計 上流部GPS3 層別沈下計 下流部（2測点） BV3-1・2 設置レベル EL1.50m 下流部 P-2 間隙水圧計 設置レベル EL3.87m 上流部 P-1 間隙水圧計 B B A A 層別沈下計 中央部（2測点） BV2-1・2 河川方向 X軸(＋) 上流方向 Y軸(＋) 10 20 30 5 15 25 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 30 0 400 FL OW 工法拡大図 S=1/40 50 0 30 25 0 50 0 二 重 締 切 区 間 二 重 締 切 区 間 固 定 堰 締 切 区 間 3 12 5 0 平 面 図 11000 75 35 78 00 14 9 15 :層別沈下計 ×3箇所（2測点） :間隙水圧計 ×2箇所 :GPS変位計 ×3箇所 凡 例 測定箇所 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 -15.0 -12.0 -9.0 -6.0 -3.0 0.0 3.0 6.0 9.0 12.0 15.0 1/ 191/221/251/281/3132/2/62/92/122/152/18212/2/242/273/23/53/83/113/143/173/203/233/26 (kN) (mm) 鋼矢板 タイロッド -60.0 -50.0 -40.0 -30.0 -20.0 -10.0 0.0 10.0 20.0 1 /19 1/24 1/31 2/2 /72 2/12 2/17 2/22 2/27 3/2 3/7 3/12 3/17 /233 3/26 4/13 5/11 6/2 (mm） 自動計測 手動計測① 手動計測② 手動計測③ 手動計測④
(4) 左岸側仮締切時における河床変動及び動態観測結果 の考察 図-16に2008年度と20014年度との河川流況の比較を示 す。左岸側仮締切時においては、2008年のような大き な出水イベントはなかった。このため、左岸仮締切時 には、最大で35mmの河床洗掘が生じた。 鋼矢板に設置した多段式傾斜計、タイロッドに設置 した軸力計の計測結果より、鋼矢板の傾斜は確認され なかった。 固定堰締切区間の土堤締切動態観測結果について、 層別沈下計による沈下は最大-1.0mmであった。GPS変 異計の測定結果は沈下方向で46mmであった。また、間 隙水圧計の測定結果は最大4.0mとなったが、これは新 頭首工の運用による堰上げ水位と連動している。これ らの結果から土堤締切動態観測について、土堤が不安 定になるような事象は観測されなかった。
