合 成 樹 脂 フ ィル ムに よ る水 路 の漏 水 防 止 工 法 に 関 す る研 究
(そ
のI)
大 島 一 志*・
竹 村 楢 男*・
松 居 正 治*・
野 田 明 義*
西 野 敏 朗*・
中 島
功*・
角 田
東*
Study of a New Method of Earth Canal Lining Using Plastice Film Inside
Kazushi OSHIMA, Narao TAKEMURA, Masaharu MATSUI, Akiyoshi NODA, Toshiro NISHINO, Isao NAKAJIMA, and Azuma TSUNODA.
Overseas Engineering Consulting Department Electric Power Development Company.
Abstract This is the study of a new canal lining method which will prevent otherwise inevitable seepage loss quite economically and effectively.
So far many canal lining methods have been developed and applied to practical work but a tremendous length of canal is still remaining unlined.
On the other hand, irrigation water cost is getting higher year after year. Attention must be paid therefore, to guiding the water from the intake facility to each final field reducing percolation loss as much as possible, or keeping low water conveyance loss, in other words.
In this new method plastics film should be laid under the earth surface of canal. In this way this kind of film can be kept perfectly off from the weathering action of sunlight. This will result in a quite long service life of the material. In addition, the Canals constructed in this way can be as stable as ordinary earth canals because of the special setting method of the film.
1.ま え が き 水 路 の用 水 浸透 防 止 対 策 と して は,従 来 種 々の 工法 が あ るが,一 般 に 漏 水 防 止 効 果 の 高 い もの は,往 々に し て 建 設 費 が高 価 で あ り,逆 に 建 設 費 の比 較 的 低 廉 な もの は 上 記 防 止 効 果 に劣 る場 合 が 多 い。 日本 国 内 で も最近 水の 需 要 は 関 係 各 方 面 で 年 々急 増 し つ つ あ り,地 上 水,地 下 水 を め ぐる紛 争 も激 し く な って い る。 この こ とは,折 角 取 水 した 水 を 目的 地 へ の導 水 中 に 損 失 す る こ との ない よ うくふ うを こ らす 必 要 が あ る とい う こ とで あ り,ま た 最 近 の 開 発 地 点 が 技 術 的 に い ろ い ろむ ず か しい 問 題 を 含み が ちで あ り,ま た 建 設 資 材 費 の 関 係 も あ っ て 工事 費が か さむ 傾 向 が あ るの で,一 方 で は で き るだ け 工事 費 の 低 廉 な工 法 が 要 求 され る とい う事 態 に立 ち至 っ てい る と い うこ とで も あ る。 また 海 外 開 発 プ ロ ジ ェ ク トに あ って は,降 雨 量 が 少 な く,取 水 地 点 よ り導 水 距 離 の 長 い こ とな ど よ り,日 本 以 上 に 貴 重 に 扱 わ ね ば な らぬ 必 要 性 に 迫 られ る し,工 事 用 資 材 も得 難 く高 価 で あ るの で 低廉 な 工 費 で 漏 水 の 少 ない 水 路 工 法 開発 が きわ め て 必 要 に な って く る。 この よ うな 事 情 の も とに,本 工 法 の 研 究 は手 が け られ た。 な お 本 研 究 の遂 行 に 多 大 の ご 援 助 を 賜 った 東 京農 業 大学 田 中 助 教 授 な らび に 関 係 県 当 局 の 方 々に 深 甚 な謝 意 を表 し ます 。 II、 ポ リエ チ レ ン フ ィル ム の 一 般 的 特 性 ポ リエ チ レ ンは,エ チ レン を 重 合 して 得 られ る 熱 可塑 性 樹 脂 で あ り炭 素 と水 素 よ り成 る。 塩 化 ビ ニ ール に比 し て 価 格 が 安 く(0.2mm厚 で 約 70∼80円/m,昭 和39年4月 現 在)室 中 に 露 出 し た 場 合 耐 久 性 に ま さ る。 酸,ア ル カ リに 対 す る化 学 的抵 抗 性 も あ り,温 度 変 化(高 温,低 温)に 対 し て も抵 抗 性 が あ る が,日 光 や 室 気 に露 出 す る と変 質 し て も ろ くな る恐 れが あ る。 しか し 日光,空 気 へ の ば く露 か ら し ゃ断 し た場 合 の 耐 用 命 数 は 半 永 久 的 と され る。乏 くに黒 色 フ ィル ムは 紫 外 線 を 吸 収 す る性 質 が あ り,こ の 点 で 耐 久 性 が ま さ る。 比 重 に つ い て は ポ リエ チ レ ンは0.92,ビ ニ ー ル は 1.42で ポ リエ チ レ ン の 方 が 軽 量 で,資 材 運 搬 上 便 利 で あ る。 ビ ニ ール フ ィル ム は 溶剤 セ メ ン トで 直 ち に接 着 され る が,ポ リエ チ レ ン は 現在 の と こ ろ熱 処 理 に よ って の み 接 着 接 合 され る。 ポ リエ チ レ ン フ ィル ム(0.1mm∼0.3 *電 源開 発株式会社海外技術協力 部
農 業 土 木 研 究 別 冊 第11号 mm厚)は 最 大4血 幅 の も の が 生産 され て い る。 フ ィル ムは それ 自 体全 く水 を 通 さ ない 。 ポ リエ チ レ ン の代 表 的 な 性 質 の 一 例 と し て は つ ぎ の よ うに 示 され て い る。 Table 1ポ リエ チ レン の 物 理 的 機 械 的 性 質 の一 例 Table 2 ○ 印:侵 さ れ な い。 × 印:使 用 で きな い 程 度. △ 印:や や 侵 さ れ る。(積 水 化 学 工 業(株)試 験 に よ る)
III.試 験 展 開 の順 序 と 方針
試 験 に 当 っ て は材 料 の性 質,敷 設 水 路 の 力 学 的 安 定, 漏 水 防 止 効 果,施 工 法 な ど を 中 心 に まず 室 内 試 験 を実 施 し,ポ リエ チ レ ン フ ィル ム が 水 路 の ラ イ ニ ング材 料 とし て 適 す るか 否 か を 調 べ た 。 この結 果 ライ ニ ン グ 材 と して 適 当 で あ る とい う確 信 を得 た ので,予 備 試 験 を 計 画実 施 した 。 室 内 試 験 で は フ ィル ムに 関 す る材 料 試 験 を 予 備 試 験 で は 水 槽 に フ ィル ムを 埋 設 し,ノ リ面 の 安 定 を検 討 し,引 き続 い て 栃 木 県 真 岡 市 谷 中 用 水 路 に お け る現場 予 備 試 験 に移 行 した 。 以 上 の結 果 を 検 討 し,く ふ うを 加 え て鳥 取 県 新 開川 水 路,倉 吉 市 蔵 内 水 路 で 本 試 験 を実 施 した 。 そ れ ぞ れ の 試 験 項 目に つ い て述 ベ れ ば つ ぎ の と お りで あ る。 室 内 試 験 1.腐 朽 試験 2.風 化 試験 3.動 植 物 に よ る損 傷 試 験 4.圧 縮 損 傷 試 験 5.透 水 試 験 予 備 試験 1.ガ ラ ス 水 槽 内 に お け る盛 土 試 験2.ポ リ エ チ レ ン フ ィル ム と 土 砂 と の 摩 擦 係 数 の 測 定 3.水 路 の 構 造 安 定 計 算 4.谷 中 用 水 路 現 場 予備 試 験(栃 木 県 真 岡 市) 本 試 験 1.施 工易 所(鳥 取 県 倉 吉 市 お よ び 同 県 北 条町) 2.水 路 の 施 工 3.観 測 4.観 測 結 果 の 検 討 IV室 内 試 験 ホ リエ チ レ ン フ ィル ム を 現 場 施 工に 適 用 す る 場 合,フ ィル ム の 受 け る 種 々 の 損 傷 に つ い て 下記 項 目 の 試 験 を し た 。 1.腐 朽 試 験 土中 に ボ リエ チ レ ン フ ィル ム を 埋 設 し た 場 合 の 酸,ア ル カ リ な ど に よ り受 け る 化 学 的 変 化 を 試 験 し よ う と す る も の で,ま ず,フ ィル ム(A)の 浸 漬 試 験,次 に(B)土 中 に フ ィル ム を 埋 設 す る 試 験 を 実 施 した 。 (A)浸 漬 試 験 供 試 体(長 さ × 幅;10cm×1cm)の 試 験 片 を 作 り, フ ィル ム2種 )透 明,黒 色)類 を 試 薬 液 を 満 た し た 試 験 管 に 浸 漬 し 試 験 し た 。 そ の 結 果 は 次 の と お り で あ る 。 Table3 ○ 印: 侵 さ れ な い 。 ×印: 極 度 に 侵 され る。 △ 印: や や浸 され る。 試 験 は 恒 温 水 槽 に,供 試 体 を 浸 し た 試 験 管 を 入 れ,24 時 間 後 に 取 り 出 し,肉 眼 で 観 察 し た 。 結 果 と 考 察 溶 液 濃 度 の 高 い も の に 限 っ て,黒 色 フ ィル ム の 方 が 化 学 的 変 化 を うけ や す く,不 安 定 の よ うで あ る。 製 造 会 社 間 の フ ィル ム の 較 差 は,こ の テ ス トで は 明 ら か に す る こ と は で き な か っ た よ うで あ る 。 (B).土 中 に フ ィ ル ム を 埋 設 す る 試 験 土 中 に フ ィル ム を 埋 設 し,経 年 変 化 を 観 測 す る 試 験 で あ る が 昭 和38年12月1011Fig.1の ご と く埋 設 を 行 っ た 6ヵ 月,1年,2年,3年,4年,5年 の 各 期 間 後 の フ ィル ム の 経 年 変 化 は 後 日逐 次 報 告 の 予 定 で あ る 。 (A)有 機 質 土壌 (B)酸 性 土壌 (C)泥 炭 土壌 Fig.1 以 上腐 朽 試験 に つ い て は 既 述 の よ うに長 期 の経 過 を み る必 要 の も の も あ り,以 上 の 資 料 か ら早 急 に結 論 す る段 階 で は な い が,若 工の 考 察 を 列 記 す れ ば つ ぎ の よ うで あ る。 (1)供 試 フ ィル ム0.2mmに つ い て ば 製 造 会社 に よ る優 劣 の 差 は 認 め られ な い。 (2)試 験 片 の 色別(透 明,黒)に よ る化 学 作 用 の影 響 は黒 色 の場 合 に い くぶ ん 変 質 を受 け やす い よ うに 思 わ れ る。 2.風 化 試 験 ポ リエ チ レ ン フ ィル ムを 室 気 中 にば く露 した 場 合 の 紫 外 線,温 度,降 雨,そ の 他 外 界 よ りの 影 響 を 観 察 し,経 年 後 の供 試 体 の 弾 性 係 数 を 測 定 し,風 化 に よ る フ ィル ム 0)変 化 を試 験 す る 目的 で 昭 和38年11月20日Fig.2の ご と く供 試体 を 設 置 し,目 下 観 察 中 で あ る。 な お 現 在 まで 約4ヵ 月間 の 変化 を 肉 眼 で 観 察 した と こ ろで は,透 明 色 フ ィル ムに 乳 灰 色 の 変 化 を 認 め た 程 度 で あ る。 Fig.2-1風 化 試 験
農 業 土 木 研 究 別 冊 第11号 3.動 植 物 に よ る 損 傷 試 験 埋 設 し た フ ィル ム に 対 す る 動 植 物 の 影 響 を 調 べ る こ と を 目 的 と し,植 物 で は,オ ニ 芝,野 菊,ダ イ コ ン,イ モ 類,ゴ ボ ウ,ス ス キ,ト ウ モ ロ コ シ,ア シ,サ サ な ど を 植 栽 す る た め,各3.3m2の フ ィル ム を 深 さ30cm,50 cm,100cm,に 埋 設 した 。 動 物 で は ザ リ ガ ニ,ミ ミ ズ を 深 さ30cmに 埋 設 し た フ ィル ム の 槽 の 中 で 飼 育 し,そ の 損 傷 程 度 を 観 察 す る こ と に し て い る が,目 下の と こ ろ フ ィル ム を 埋 設 し た の な で あ る 。 そ の 結 果 に つ い て は 後 目 報 告 す る。 Fig.2-2 フ ィル ム を 深 さ 30cm, 50cm, 100cm,の 深 さ に 埋 込 ん だ 試 験 区 Fig. 2-3 深 さ50cmに 透 明 色0.2mm フ ィル ム を 埋 設 す る と こ ろ Fig. 2-4 深 さ100cmの 穴 を 捌 り 上げ た と こ ろ 4.圧 縮 試 験 こ の 試 験 は,現 場 水 路 施 工.にあ た り,そ の 際 の フ ィル ム の 外 的 の 力 要 因 に よ る 損 傷 の 程 度 を 調 べ よ う と す る も の で あ 砲 、供 試 体 フ ィル ム は 黒 色 を 使 用 し た 。 供 試 体 フ ィル ム 厚0.1mm 0.2mm 0.3mm 上質 材 料 砂 利30cm∼20mm(フ ル イ 目 通 過) 砂 利 ・砂 混 合(重 量 比50%) 砂2mm(フ ル イ 目 通 過) 試 験 はFig,3の よ5な`容 器 に,ま ず 深 さ100mmま で 上質 材 料 を 充 て ん し,表 面 を な ら し 供 試 体 を 置 くし 再 び 上質 材 料 を200mmの 深 さ ま で 充 て ん す る 。 そ の 上 Fig. 3 に 鉄 板 を 置 き,鉄 板 に 載 荷 す る。 圧 力 を うげ た フ ィル ム は,部 分 的 に 組 織 が 変 形 し,そ の 部 の フ ィル ム は 薄 く な り つ い に は ピ ン ホ ー ル を 生 ず る に 至 る 。 圧 縮 試 験 を 行 っ た 供 試 フ ィル ム を 口 紙 上に お き,絵 具 を 含 ま せ た 筆 で フ ィル ム.上 を な で,口 紙 上に で き た ピ ン Table 4
ホ ー ル の写 跡 を 数 え た そ の結 果 はTable 4の とお りで あ る。 観 察 と考 察 この試 験 で は,載 荷 荷 重 とフ ィル ム の強 度 との 関 係 を 求 め よ うと し た もの で あ る。 Case1フ ィル ム の 上 層,下 層 共 乾 燥 砂 の 場 合 各 厚 さの フ ィル ム共,P=7kg/cm2ま で は 無 傷 で あ り,そ れ 以 上 加 圧 の 場 合 で は,厚 さの 薄 い フ ィル ム ほ ど 損 傷 を うけ や す い とい え る。 Case2・ フ ィル ム の 上 層 が 乾 燥 砂,下 層 が 湿 潤 砂 の .場 合 各 厚 さの フ ィル ム共,P=10kg/cm2の 荷 重 に 対 し て 抵 とん ど 無 傷 に 近 い 。 上 記Case 1よ りも損 傷 程 度 が 少 な い とい うこ とは,恐 ら く上 部 載 荷 荷 重 に 対 す る反 力 と して フ ィル ム下 層 土 中 の 間 ゲキ 水 圧 が 作 用 し,こ れ が あ た か も フ ィル ム に対 して,ク ッシ ョンの 役 目を 果 た した の で は な い か と考 え られ る。 この こ とか ら現 場 施 工 に際 し て は,水 路 敷 土 に 適 当 な 水 分 を 与 え れ ば,フ ィル ム の 損傷 程 度 は 少 な くな る と思 わ れ る。 Case 3.フ ィル ムの 上,下 層 共 に乾 燥 砂 利 の 場 合 0.2,0.3mmフ ィル ム共,載 荷 荷 重 が増 加 す れ ば. そ れ に 比 例 して,損 傷 程 度 も増 大 し,フ ィル ム 厚 の 厚 い ほ ど.強 度 は 大 とい うきわ め て 常識 的傾 向 を 示 して い る6 Case4.フ ィル ム 上,下 両 層 共 砂 と砂利 混 合(重 量 混 合 比1:1)の 場 合 0.3mm厚 の フ ィル ムに つ い て 述べ れ ば:(1)P=2∼10 kg/cm2の 載 荷 荷 重 に対 し て孔 面 積5mm2以 下 の ホ ー ル 数 は,圧 力 の 増 加 に 対 し て,あ ま り変 化 が 認 あ られ な い。 この こ とは,砂 お よ び砂 利 の うち の鋭 角 部 に 当 る フ ィル ムが 比 較 的 小 さ な荷 重 に対 し て も 容 易 に 損 傷 を き た す もの と考 え られ る。 (2)5mm2よ り大 き い孔 の発 生(砂 利 との 接 触 に 起 因 す る と思 わ れ る)数 はP=6kg/cm2ま で の 圧 力 で は 皆 無 で そ れ 以 上 で 発 生 し て い る。 また,0.2mm厚 の ブ ィル ム、で も,上 記0.3mm厚 の もの と類 似 の 発 生 傾 向を(上 記(1)お よび(2))示 して い る が 発 生 数 は 相 対 的 に 多 い 。 こ の試 験 に お い て は,圧 力 の増 加 に 比 例 しな い 発 生 孔 数 が み られ る こ とは 土 壌 の つ め 換 え の た び に,砂 と砂 利 と の混 合 状 態 漆 同一 に な ら、な い 技 術 上 の 問 題 に 基 づ くも の と思 わ れ る。 この こ とは, 砂 また は 砂利 単 一 のCaseに は み られ な い。 お の お の の 試 験 に つ い ては 以 上 の ご と くで あ 為 が,こ の圧 縮 試 験 全 体 に つ い て 考 察 す れ ば ・ 砂 層 は 溺 と して ギ 砂利 層 お よび 石 レキ な どの 大 粒 径 の もの,ま た は鋭 角 を 有 す る もの が 混 る場 合 は,フ ィル ム の損 傷 を 少 な くす る た め,場 合 に よ って は 砂 層 な ど の ク ッシ ョン層 を 設 け る か,0・3mm厚 程 度 の フ ィル ムを 用 い る いず れ か の 配 慮 が 好結 果 を もた らす で あ ろ うと思 わ れ る。 5.透 水 試 験 延 長 の長 い 水路 に,フ ィル ムを 敷 設 す る場 合 に は,製 品 フ ィル ム の接 合 の 良否 が 重 要 とな る。 予 備 試 験,現 場 試 験 の 結 果 と,フ ィル ム の 経 済 的 敷 設 とい う観 点 か ら, フ ィル ム の重 ね 合せ 幅 は,で き るだ け 狭 くす べ き で あ る が,現 場 接 合 で は施 工 技 術 上20cm以 下 の 重 ね 合 せ 幅 で は,ノ リ面 の立 ち 上 り部,底 部 共 に 重 ね 合 せ た,フ ィ ル ム 施 工 時 の ず れ が 出 て,漏 水 を 起 す こ とに な りか ね な い,こ の 試 験 で は,フ ィル ム の 重 ね 合 せ 幅 は40cmと 20cm、 の2種 と し 水 頭 は80cm,フ ィル ム幅 は80cm と した 。
