Title
補強土河川護岸構造物の破壊実験と試験堤防再構築( 本文
(Fulltext) )
Author(s)
森口, 周二; 八嶋, 厚; 沢田, 和秀; 弓良, 知; 前田, 英史; 松本,
七保子; 間, 昭徳
Citation
[ジオシンセティックス論文集] vol.[17] p.[195]-[200]
Issue Date
2002-12
Rights
著作権は著者本人に帰属します。
Version
出版社版 (publisher version) postprint
URL
http://hdl.handle.net/20.500.12099/39044
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ジ オ シ ン セ テ ィ ッ ク ス 論 文 集 第17巻(2002.12)
補 強 土河川護 岸構造 物 の破壊実験 と試験 堤 防再構 築
森 口周 二1
八 嶋 厚2
沢 田和 秀3
弓 良知1
前 田英 史4
松 本 七 保 子5
間 昭徳6
近 年 、 多 自然 型 河 づ く り、河 川 法 の 改 正 等 に よ り、 自然 生態 系 の 保 全 を考 慮 した 多 自然 型 河 川 護 岸 工 法 が注 目 され て い る。 本 研 究 で は補 強 土 工法 の新 しい 適 用 例 と して 、 「補 強 土 河 川 護 岸 工法 」 を提 案 し、その設計 ・施 工法 の確 立を 目的 とす る。 平 成12年 に 実 河 川 に お い て 、 試 験 堤 防(通 水 実 験1号)を 構 築 し、 補 強 土 河 川 護岸 の部 分 的 破 壊 現象 お よび そ の 形 態 を確 認 した 。 ま た 、 同年9月 に発 生 した東 海 豪 雨 に よ り、 補 強 土護 岸 天 端 部 の侵 食 、 盛 土 壁 面 部 の 吸 出 しを受 け た が 、 補 強 土 全 体 の破 壊 は 見 られ ず 、 補 強 土 河 川 護 岸が 構 造 物 と して 耐 久 性 と護 岸 性 能 を 有 す る こ とが 確 認 され た 。 さ らに 、 通 水 実験1号 で 確 認 され た 破 壊 形 態 を よ り詳 細 に把 握 す るた め に、 実 大 規 模 の破 壊 実験 を 行 っ た 。 また 、現 在 、 通 水 実 験1号 お よび 破 壊 実 験 の 結 果 を も とに 、 実河 川 に 通水 実 験2号 を再 構 築 し、 長 期 挙 動 観 測 を実 施 して い る。 キ ー ワ ー ド:補 強 土 河 川 護 岸 、 ジ オ グ リ ッ ド、 破 壊 実 験 、 長 期 挙 動 観 測 1.通 水 実 験1号(試 験 堤 防) (1) 通 水 実 験1号 の概 略 平 成12年2月 、 前 田工 繊(株)、 三 菱 化 学 産 資 (株)、 三 井 化 学 産 資(株)の3社 お よび 岐 阜 大 学 に お い て 河 川 補 強 土 研 究 会 を発 足 し、岐 阜 県 羽 島 郡 川 島 町 地 内 新 境 川(北 派 川)・「河 川 環境 楽 園 」内 「自 然 共 生 工 法 展 示 場 」(図1)に て、 補 強 土河 川 護 岸 工 法 の 設 計 ・施 工 法 を確 立す る こ と を 目的 と し、試 験 堤 防 を構 築 した。 試 験 堤 防 は、 右 岸 、5分 勾 配 、 区 間延 長19.2m(小 口止 め含 む)、 河 床 か らの 高 さ 2mで あ り、 ジオ グ リ ッ ド(補 強材)敷 設 長 及 び敷 設 ピ ッチ の組 み合 わ せ に よ り、上 流 側 か らA工 区 、 B工 区、C工 区 の3工 区 と した。 各 工 区 の ジオ グ リ ッ ドの敷 設 長 お よ び敷 設 ピ ッチ を表1に 示 す 。図 2に 実 験 施 設 の外観 を示 す。A工 区、B工 区 につ い て は地 山部 か ら河 川 方 向 に1.1m盛 土 を し、C工 区 につ い て は 地 山部 か ら河 川 方 向 に1.5m盛 土 を し た。 ま た 、 中 詰 材 は 基 準 水 位 面以 上 は 山砂 、水 面 下 は採 石 と した 。 ジ オ グ リ ッ ドに は、 ポ リエ チ レ ン製 一軸 延 伸 タイ プ と、 ア ラ ミ ド繊維 を芯 材 と し、 ポ リ エ チ レン で被 覆 した タ イ プ の2タ イ プ を用 い た(両 タイ プ と もに 引 張 り強度 は35kN/m相 当)。 壁 面材 は5分 勾 配 ユ ニ ッ ト(L型 鋼 製 壁 面 材)を 使 用 した。 表 面 処 理 につ い て は 、各 工 区 と も植 生 シ ー トお よ び 河川 用 吸 い 出 し防 止 材 を使 用 し、 各表 面 処 理 材 の違 い に よ る吸 出 し、 植 生 繁 茂 、侵 食 防 止 等 の様 子 を観 察 した 。補 強盛 土 部 の 一 体 化 及 び 破 壊 の メ カ ニ ズ ム 、 表 面 部 の 形 状 変 化 を把 握 す るた め に 各 種 計 測 を行 っ た 。 施 設 概 要 と各 種 計 測 機 器 設 置場 所 は 図3お よび 図4に 示 した 。 図1 自然 共 生 工 法 展 示 場 周 辺 地 図 図2 補強 土河川護岸 の外観 1 学 生会 員(地 盤 工 学 会),岐 阜 大学 大 学 院 工 学研 究 科,生 産 開発 シ ス テ ム 工学 専 攻(〒501-1193岐 阜 市柳 戸1-1) 2 正 会 員(地 盤 工 学 会) ,岐 阜 大 学 工 学 部 社 会 基 盤 工 学 科,教 授(〒501-1193岐 阜 市 柳 戸1-1) 3 正 会 員(地 盤 工 学 会) ,岐 阜 大 学 工 学 部 社 会 基 盤 工 学 科,助 手(〒501-1193岐 阜 市柳 戸1-1) 4 前 田 工 繊(株),研 究 開 発 部5 三 井 化 学 産 資(株),技 術 部6 三 菱 化 学 産 資(株),土 木 資材 事 業 部表1 ジ オ グ リ ッ ドの配 置(1号) 図3 補 強 土河 川 護 岸 施 設 概 要(1号) 図4 補 強土河川護岸 横断 図 (2) 通 水 実 験1号(試 験 堤 防)計 測 結 果 及 び 考 察 平成12年2月26日 か ら各 種 計 測機 器 に よ る計 測 を行 っ た。5月 中 旬 ま で は 全 体 的 に変 形 して お り、 これ 以 降 は あ ま り変 形 や 水 位 変 動 が 起 こ っ て い な い こ とが わ か った。 変位 や 変 形 の 続 い て い る状 態 は 盛 土 自体 が圧 密 進行 して い る状 態 で は な い か と考 え ら れ る。4月 以 降 の 数 回 の 水 位 変 動 に よ り、本 実 験 施 設 は 、壁 面 部 か ら最 大 深 さ数10cm程 度 、吸 出 しを 受 けた 。 これ を受 け て、 同年8月 に 吸 出 し深 さの現 場 計 測 を実 施 した 。 補 強 土護 岸 に10cmメ ッシ ュ の 型 枠 を張 り付 け、10cm格 子 点 ご と に護 岸 に垂 直 に棒 を差 し込 ん で吸 出 し深 さを計 測 した。 各 試 験 区 の 上 流 側 小 口止 め部 と壁 面部 の境 界 面 に お い て 、 深 く吸 い 出 され た 。A工 区55cm、B工 区45cm、C工 区65cm の 最 大 吸 出 し深 さが計 測 され た。 図4に 各 工 区吸 出 しの 見 られ た部 分 を 、 図5に 各 工 区 の 吸 出 し深 さ分 布 図 を示 す 。 ま た 、 図6に は 吸 出 し部 分 の 写 真 を示 す 。 局 所 的 に吸 出 しが発 生 した 理 由 と して、 小 口止 め と補 強 土河 川 護 岸 の 水 流抵 抗 が 大 き く違 うた め 、 小 口止 め 直 下 流 に お い て 乱 流 が 発 生 し、 この乱 流 に よ り中 詰 材 が 吸 い 出 され た と考 え られ る。 特 に 、A 工 区 にお い て は 、 他 の2工 区 と比較 し、 大 き な 吸 出 しが認 め られ た 。 これ は 、A工 区 上流 側 小 口止 め部 に設 置 され た 計 測機 器 用 塩 ビパ イ プ に よ り、 よ り大 き な 乱 流 が発 生 し、 これ が 要 因 とな っ て 大 き な 吸 出 し現 象 が 生 じた と考 え られ る。 図4 各 工 区 吸 出 しを 受 け た 小 口止 め 下流 部 図5 各 工 区 の 吸 出 し深 さ分 布 図 図6 吸 出 しの様 子
(3) 東 海 豪 雨 の 影 響 同年9月11日 ・12日 の 東 海 豪 雨 に よ り、本 実 験 施 設 の あ る 「自然 共 生 工法 展 示 場 」 にお い て も越 水 が 生 じ、 観 測 用 の各 種 計 測 機 器 が 流 出 す る と と もに 、 各 工 区の 盛 土 天 端 部 の浸 食 、盛 土壁 面 部 にお い て吸 出 しが 拡 大 す る な どの被 害 を受 け た が 、構 造 物 全 体 と して の 破 壊 はみ られ ず 、補 強 土 河川 護 岸 が 構 造 物 と して の 耐 久 性 と護 岸 性 能 を持 つ こ とが確 認 され た 。 また 、盛 土天 端 部 で 大 きな侵 食 を 受 けた こ と に よ り、 天 端 保 護 工 を設 置 す る必 要 が あ る こ とが確 認 され た 。 図7に 各 工 区 の天 端 部 変 形 メ ッシ ュ図 を 示 す 。また 、 図8に は 、東 海 豪 雨 後 の 河川 護 岸 の 様 子 を示 す 。 図7 天端部侵食 深 さ分布 図 図8 東海豪 雨後 の河川護 岸 2.実 大 規 模 破 壊 実 験 (1) 実 験 概 要 本 実 験 は 補 強 土 護 岸 に 対 して 想 定 され る破 壊 現 象 の うち、(1)背面 土 圧 の増 加 に よ る補 強 土構 造 物 の 破 壊 、(2)河床 部 の 洗 掘 に よ る補 強 土構 造 物 の破 壊 、 (3)河川 に お け る転 石 、 流 木 の補 強 土構 造 物 壁 面 へ の 衝 突 に よる 補 強 土 構 造 の 破 壊 、(4)防護 柵 へ の 静 的 荷 重 の負 荷 に よ る補 強 土 構 造 物 の 破 壊 、 につ い て検 証 した。 本 報 告 で は 特 に 、 洗 掘 に よ る補 強 土構 造 物 の 破壊 現 象 の み を 取 り上 げ 、補 強 土 河 川 護 岸 の 局 所 洗 掘 に よ る破 壊 形 態 につ い て検 討 して い る。 洗 掘 実 験 施 設 は 、5分 勾 配 、 区間 延 長12mで 、 下 か ら2段 目と3段 目の 間 に ジ オ グ リ ッ ド(補 強 材) の横 方 向 敷 設 を講 じない ケー ス1工 区 とジオ グ リ ッ ドの横 方 向 敷 設 を講 じた ケ ー ス2工 区 の2工 区 を設 け た。 各 実 験 工 区 は、 直 高 を3m、 根 部 入 れ 部 を1 mと し、 地 山 部 か ら法 尻 方 向 に1m盛 土 を した 。 ジ オ グ リ ッ ドは 引 張 り強度 が35(kN/m)相 当 を使 用 し、壁 面材 は5分 勾 配 ユ ニ ッ ト(L型 鋼 製 壁 面材) を使 用 した。 ま た 、盛 土 中 央 下 部 に、 洗 掘 を 再 現す るた め に 土嚢 段 積 み方 式 を設 け た 。(図9∼14参 照) 実 験 方 法 は、 盛 土 が洗 掘 され る様 子 をイ メー ジ し て 、 盛 土 中央 下 部 に 前後 面2段 ず つ 土 嚢 袋 を積 み 上 げ て お く。 そ れ を撤 去 す る こ とで 、 ケー ス1工 区 と ケ ー ス2工 区 にお け る補 強 土構 造 物 の 破 壊 現 象 の差 を観 察 した 。 図9 ジオ グ リ ッ ド横 方 向 敷 設 状 況 図10 実 験 施 設 横 断
図11 土 嚢 除 去 方 法 図12 構 成 図 図13 ケ ー ス1工 区 図14 ケ ー ス2工 区 (2) 実 験 結 果 お よ び考 察 洗 掘 実 験 にお け る ケ ー ス1工 区 とケ ー ス2工 区 の 光 波 測 量 を行 っ た。 しか し、 測 定結 果 か ら補 強 土全 体 の 変化 は あ ま りみ られ な か った た め、 局 所 洗掘 に お け る補 強 土 全 体 の 変 化 を洗 掘 実験 時 に撮 影 した 写 真 を 用 い て 観 察 す る こ とに よ り検 証 した。 ケ ー ス1 工 区 の 土 嚢 全 撤 去 後 の写 真 を 図15に 、 ケー ス2工 区 に つ い て は図16に 示 す 。 ケ ー ス1工 区 で は、土 嚢 を順 番 に撤 去 して い く と、 補 強 土 中央 部 下 部 へ の 盛 土 の 落 ち込 み が激 し くな っ て い く こ とが確 認 され た 。 一 方 、 ケ ー ス2工 区 に関 して は 、 土 嚢 を順 番 に撤 去 して い っ て も、補 強土 全 体 に 対 して 、 あ ま り変 化 がみ られ な い こ とが 確 認 さ れ た 。 これ は、 洗 掘 部 上部 に お け るジ オ グ リ ッ ド横 方 向 敷 設 に よ る補 強 が 、補 強 土 構 造 物 の 洗 掘 に よ る 破 壊 に対 して抵 抗 した た め と考 え られ る。 ケー ス1工 区お よび ケ ー ス2工 区 に お い て 、後 面 土 嚢 の撤 去 時 に補 強 土 天 端 部 に ク ラ ック が確 認 され た。 ケ ー ス1工 区 の ク ラ ック の様 子 を 図17に 、 ケ ー ス2工 区 に つ い て は図18に 示 す 。写真内で は、 ク ラ ッ ク を確 認 しや す くす る為 に 、 ク ラ ッ ク に沿 っ て ス プ レー で 色 付 け を して い る。 ケ ー ス1工 区 の天 端 部 で は 、 初 め に部 分的 に ク ラ ッ クが発 生 し、 そ の ク ラ ックか ら徐 々 に全 体 に 波 及 して お り、 部 分 的 な ク ラ ックが 段 階的 に発 生 す る こ とが確 認 され た。 こ れ に対 し、 ケ ー ス2工 区 で は、 敷 設 領 域 内 で は ク ラ ック が 一本 の線 状 に な って お り、 敷 設 領 域 全 体 が 一 体 とな って動 い て い る こ とが確 認 され た。 図15 土嚢 全 撤 去後(ケ ー ス1) 図16 土 嚢 全 撤 去 後(ケ ー ス2)
図17 天 端 ク ラ ッ ク 発 生 状 況(ケ ー ス1) 図18 天 端 ク ラ ッ ク 発 生 状 況(ケ ー ス2)
3.通 水実験2号(試
験堤 防)再 構築
(1) 通 水 実 験2号 の概 略 通 水 実 験1号 お よ び 実大 規 模 実 験 の結 果 を も とに、 平 成13年11月 に通 水実 験2号 を再 構 築 した。ま た、 平成14年1月 か ら各 種 計 測 を 開 始 し、長 期 挙 動 観 測 を行 っ てい る。1号 と同 じく、上 流側 か ら、A工 区 、 B工 区 、C工 区 の3工 区 を 設 けた 。 表 面 処 理 材 に関 して は、1号 と同 じ く各 工 区 と も植 生 シ ー トお よび 河 川 用 吸 い 出 し防 止 材 を使 用 し、各 表 面 処 理 材 の 違 い に よ る吸 出 し、植 生 繁 茂 、侵 食 防 止等 の様 子 を観 察 す る。 通 水 実 験1号 か らの 変 更 点 は 、(1)1号 で設 置 して い た各 工 区 の境 界 部 の小 口止 め を廃 した 、(2) 天 端 保 護 工 を講 じた 、(3)最下段(水 面 下)底 面 部 に は ジオ グ リ ッ ドを流 れ 方 向 に も併 設 した 、等 で あ る。 図19に 通 水 実験2号 の構 築 直 後 の 写真 を 示す 。 ま た、図20に 実 験 施 設 概 要 図 を 、表2に 各 工区 の ジ オ グ リ ッ ドの 敷 設 長 お よび 敷 設 ピ ッチ を示 す 。 図19 通 水 実験2号 構 築 直 後 図3 補 強 土 河 川護 岸 施 設 概 要(2号) 表2 ジオ グ リッ ドの配 置(2号) (2) 台風6号・7号(平 成14年)に よ る挙 動 平成14年6月 末 と7月 上旬 に相 次 い で 台 風6号 と 7号 が 日本列 島 に 上 陸 し、 各 地 で 大 き な被 害 を もた ら した。 特 に 岐 阜 県 で は 、 河 川 堤 防 が 決 壊 し、 住 宅 地 が広 範 囲 で 浸水 す るな どの 被 害 を受 け た。 実 験施 設 が設 置 され て い る 「自然 共 生 工 法 展 示 場 」 で は 、 越 水 ま で は 至 らな か った もの の 、 急 激 な水 位 の 上 昇 が確 認 され て い る。増 水 の様 子 を 図21に 示 す 。東海 豪 雨後 と同様 に 、 中 詰 め材 の 吸 出 しが 発 生す る恐 れ が あ っ た た め 、 台 風 通 過 後 に 中詰 め材 の 吸 出 し状 況 に つ い て 調べ た 。 通 水 実 験1号 で は 、水 流抵 抗 が 大 き く異 な る部 分(小 口止 め設 置 部 な ど)で 大 きな 吸 出 しが 見 られ た た め 、 本 調 査 で もそ の よ うな 部 分 を 重 点的 に調 査 した。図22は 補 強 土 盛 土 と隣 接 区 間 の コ ンク リー トの擁 壁 との 境 目の 写 真 で あ る。 この 部 分 も植 生 で覆 わ れ て お り、 写 真 を撮 っ た際 に は 内 部 が よ く見 え る よ うに 、表 面 の植 生 を か きわ け て い る。 図22を 見 て 確 認 で き る よ うに、吸 出 しを受 けた 様 子 は な か っ た。 他 に も何 箇 所 か 調 べ たが 、 吸 出 しを 受 け て い る箇所 は な か った。 この 理 由 と して表 面 に繁 茂 す る植 生 が ク ッシ ョン と な り、 水 流 に よ っ て 中 詰 め材 が 吸 い 出 され るの を抑 制 した た め で あ る と考 え られ る。 図21 増 水 時 の 様 子図22 吸 出 し状 況 (2) 計 測 結 果 の 考 察 現 在 まで に各 種 計 測 を行 って い るが 、大 きな変 動 は 見 られな い。ここで は、河川 水 位 と盛 土 背 面 の地 山 内部 の 水圧 の 関 係 に着 目して考 察 す る。本 実 験 では 、河 川 河 床 部 に水 圧 計 を設 置 し、河 川 水 位 の変 動 を観 察 した。 また、地 山 内 部 にも水 圧 計 を設 置 し、地 山 内 部 の 水 位 の 変動 を観 察 した。図23は 、河 床 部 水 圧 と地 山 内 部 の 水 圧 の 時刻 歴 を示 している。両者 の経 時 変 化 はほ ぼ 同 じ傾 向をしていることが確 認 で きる。これ は 、河 川 補 強 土 盛 土 が透 水 性 に優 れ て いることを示 唆 して いる。しか し、 吸 出 し防 止 材 や 中詰 材 内 部 で 目詰 まりが発 生 す る場 合 に は、河 川 水 位 と地 山 水 位 に大 きな差 が生 じ、盛 土 全 面 と背 面 に作 用 す る水 圧 差 により、通 常 時 よりも不安 定 な状態 になることも考 えられ る。このため 、残 留 水 圧 をあ らか じめ 設 計 の段 階 で考 慮 す る必 要 が ある。 図23 河 床 部水 圧 と地 山 内 部 水 圧 の時 刻 歴 4.結 論 本 研 究 で は 、実 河 川 にお ける試 験 堤 防(通 水 実 験1 号)の 挙 動 観 測 、お よび 実 大規 模 の破 壊 実 験 か ら得 ら れ た結 果 をもとに、試 験堤 防(通 水 実 験2号)を 再 構 築 し、そ の長 期 挙 動 観 測 を行 った。以 下 に現 在 まで に得 ら れ た結 論 を示 す 。 ・ 補 強 度 河 川 護 岸 にお いて 、表 面 の植 生 は中詰材 の吸 出 しを抑 制 す る効 果 が ある。 ・ 越 水 時 の 対 策 として 、天 端保護 工 を講 じる必要 が ある。 ・ ジオ グリッド横 方 向敷 設 による補 強 は 、補強土盛 土 の変 形 の抑 制 及 び 一 体 化 に有 効 な手 段 である。 ・ 河 川 水 位 と盛 土 内 部 の水 位 の変 動 に は、時間的な ず れ は見 られ ない 。しか しな が ら、表 面 処 理 材 で 目 詰 まりが 発 生 す る場 合 に は、河 川 水 位 と地 山 水 位 に 大 きな水 位 差 が 生 じ、不 安 定 に なると考 えられ る た め 、残 留 水 圧 をあらか じめ 設 計 の段 階 で 考 慮 す る必 要 が ある。 ・ 以 上 の 結 論 をより明 確 に裏 づ けるため 、データ蓄積 、 お よび 河 川 補 強 度 護 岸 の有 効 性 ・問題 点 につ いて 検 証 す るため に 、今 後 とも長 期 的 な挙 動 観 測 を続 けてい く必 要 がある。 参考 文 献
1) A. Yashima K. Sawada, Y. Sato, Y. Fujita, H. Maeda, N. Matsumoto and A. Hazama, Is Kyusyu (2001), Trial construction of the reinforced river dike and its performance, Vol. 1, pp271-276
2) 沢 田 和 秀,八 嶋 厚,佐 藤 善 隆,藤 田 裕 一 郎,前 田 英 史,松 本 七 保 子,間 昭 徳,第36回 地 盤 工 学 研 究 発 表 会,平 成13年 度 発 表 公 演 集,pp2087-2088
FULL-SCALE DESTRUCTION EXPERIMENTS AND RECONSTRUCTION OF REINFORCED RIVER DIKE
S. MORIGUCHI, A. YASHIMA, K. SAWADA, T. YUMIRA, H. MAEDA, N. MATSUMOTO and A. HAZAMA
In this paper, a new method called reinforced river dike is proposed as a new application of soil reinforcement technique. In order to establish design and construction methods for the proposed reinforced river dike, a real-scale
field construction and field monitoring were conducted at Shin-Sakai River in Gifu Prefecture, Japan. Then, full-scale destruction experiments were conducted at Awara town in Fukui Prefecture, to investigate failure mechanism of the reinforced river dike. Based on the results from the field monitoring and real-scale destructive experiments, a new
