3. 対象地区での被災 東日本大震災では 安食地区は約 2km に亘り被災した 当時の現場条件や被災状況 被災のメカニズムを以下のとおり整理した 被災状況 全体的に堤防天端が沈下し 川裏法面において縦断的な亀裂や沈下が生じている なお 川表側に液状化の噴砂のあとは見られるが 法面には大きな変状は見ら

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1 東日本大震災における対策工の効果について ~ 矢板とかごマットはセットで!~ 廣瀬遼 1 1 国土交通省関東地方整備局利根川下流河川事務所計画課 ( 千葉県香取市佐原イ4149) 1. はじめに 利根川下流管内河川堤防では 東日本大震災における災害復旧対策として マニュアルにより 矢板 + かごマット を採用している 首都直下型地震などの大規模な地震の発生が懸念される中にあって 浸透対策を伴った耐震対策はこれまで以上に重要度を増している 災害復旧として採用した耐震対策工の効果を検証することは重要かつ喫緊の課題となっている 本論文では 上述した対策工法が採用されている利根川右岸安食地区を対象に 堤体内の地下水位観測結果から その効果を整理したものである キーワード東日本大震災, 耐震対策工, 地下水位観測 利根川下流河川事務所管内では 平成 23 年 3 月 11 日に発生した東北地方太平洋沖地震を受けて 堤防など河川管理施設の被災は 大規模被災箇所 13 箇所 ( 緊急災 11 箇所 ) 中規模被災箇所 62 箇所 小規模被災箇所 170 箇所の合計 245 箇所もの被災があった 本案件における災害復旧対策工効果検討の対象地区である利根川右岸安食地区 ( 図 -1) においては 河川堤防の液状化工法設計施工マニュアル ( 鋼材を用いた対策工法 ) を準拠し 矢板とかごマット を採用している 対策工実施箇所と未対策箇所を対象に 堤防において実施している地下水位観測結果並びに対象地区の堤防をモデル化した浸透機能への影響及び耐震効果を工学的に評価した 2. 対象地区概要 図 -1 位置図 利根川右岸安食地区の本格的河川改修は明治 33 年から着工した利根川改修工事の第 2 期工事 ( 取手 ~ 佐原間 ) に始まり 現在に至っている 河川堤防は 安食地区の一部を除けば 明治改修前に存在していた旧堤防を嵩上げ 拡幅して現在に至っている 当時の築堤材料は 改修に伴い撤去した旧堤防及び河道の掘削土を主に用いている また 過去の洪水では 昭和 57 年 58 年 60 年に堤体漏水 基盤漏水が多くの箇所で発生している 被災箇所である右岸 70km 付近でも昭和 60 年に堤体漏水及び基盤漏水が発生したため漏水対策として川表に矢板を打設している 土地利用は 明治時代においては水田であり 堤防周辺は畑に利用されていたが現在は 堤防背後地が宅地となっており 家屋が密集している ( 写真 -1) 写真 -1 斜め写真

2 3. 対象地区での被災 東日本大震災では 安食地区は約 2km に亘り被災した 当時の現場条件や被災状況 被災のメカニズムを以下のとおり整理した 被災状況 全体的に堤防天端が沈下し 川裏法面において縦断的な亀裂や沈下が生じている なお 川表側に液状化の噴砂のあとは見られるが 法面には大きな変状は見られない 堤防特性 ( 図 -2) 堤体は砂質土が主体である 盛土層の下部は 沖積の粘性土層と厚さ 2~3m の砂層があり そのさらに下に非常に軟弱な粘性土が厚く堆積している 地下水位は地表下 1m 程度に位置し 堤防中央付近で若干高くなっている 川表側には漏水対策として矢板と護岸が施工されている 被災メカニズム 地震動により 堤体盛土 (Bs 層 ) 下部の砂層と川表及び川裏法尻部の沖積砂層で液状化が発生し 堤防天端に沈下や亀裂を生じさせた また 法尻部砂層の液状化による側方流動により 川裏側法面に亀裂 段差等の変状を生じさせた なお 川表側で変状が無かったのは 過去に漏水対策として実施した既設矢板と護岸による変動抑制効果が発揮されたものと考えられる 写真 -2 川裏小段沈下状況 写真 -3 川裏法肩亀裂状況 平常時 利根川右岸安食地区地質断面図 堤体 Bs Bc As 砂質土粘性土沖積砂質土層 基礎地盤 Ac Ds 沖積粘性土層洪積砂質土層 川表 Dc 洪積粘性土層 川裏 地震発生 地震後 図 -2 被災メカニズム推定図

3 4. 災害復旧工法 平成 23 年 3 月 11 日に発生した東日本大震災によって被災した堤防については 関東地方整備局が設置した 関東地方河川堤防復旧技術等検討会 において 大規模被災箇所の本復旧における基本方針が示された 背後地に民家が隣接しているため 工事の施工に制限が伴う地区ということもあり グラベルドレーン等の地盤改良工法と鋼矢板工法について 施工性 経済性といった観点から工法比較 ( 図 -3) を行った結果 鋼矢板による対策工法を採用した ただし 鋼矢板により堤体下層の地下水位上昇が懸念され 液状化発生抑制の観点から 2 項目に対する処置を施すこととした 1 閉封飽和域 ( 堤体下部 ) の水位低下 裏のり尻部にドレーン工を敷設 2 川裏基礎地盤への鋼矢板敷設による地下水位上昇の抑制 孔空き矢板を採用 上記より 安食地区では 図 -4 の堤防断面拡幅 + 矢板打設 + 排水路設置を施工し 耐震対策としての鋼矢板に加え 鋼矢板による浸透機能への影響を配慮した有孔矢板を採用した 図 -3 工法比較表 川表 川裏 復旧断面 ( 安食地区 ) カゴマット + 鋼矢板 ( 孔有り ) 図 -4 対策工断面図

4 5. 地下水位観測 地下水位観測は 矢板による水位への影響及びカゴマットの排水効果を確認することを目的として実施した 対策有箇所と対策無箇所において全層ストレーナ形式の水位観測井 ( 写真 -4 5) を堤体横断方向に 5 箇所設置し 平成 24 年 11 月 8 日から観測開始した 安食地区は 堤防の表のり面に既設の遮水矢板及び護岸があり 対策有箇所では裏のり尻付近耐震矢板とその上部に幅 2 m のかごマットが施された 観測結果 ( 図 -5) より確認できた事項を以下に示す 観測水位の平均値は 出水期と非出水期に分けても変わらない ( 出水期 :6 月 1 日 ~10 月 31 日 非出水期 : 出水期を除く期間 ) 対策有箇所の観測水位は 降雨による水位上昇が敏感である 対策有箇所の水位低下速度は対策無箇所に比べ若干遅い傾向を示している なお かごマット近傍の水位観測井 No.4 では 同断面内の他の観測井に比べ水位低下速度が速い 堤体内水位の降雨後の水位低下速度が同断面の他の観測井に比べカゴマット近傍で速くなっていることから カゴマットによる排水効果が発揮されたものと考えられる 写真 -4 地下水位計設置 観測井 写真 -5 地下水位観測井戸 対策無し R69.4k( 安食 ) 対策有り R70.0k( 安食 ) 図 -5 地下水位観測結果

5 6. 浸透流解析 7. 地震時変形解析結果からの評価 耐震対策として堤内地側に鋼矢板が敷設されていることから 堤体内地下水の堤内地側への排水を阻害する可能性がある そのため 浸透流解析を実施し 耐震矢板が堤防の浸透機能に及ぼす影響を検討した 対象地区の対策有りの堤防断面を対象に堤防横断方向のモデル化を行い二次元飽和 不飽和浸透流解析を実施 解析結果を図 -6に示すが 治水計画で考慮している計画規模の外力 ( 計画降雨量 317mm) とした場合には 復旧対策の効果により堤防設計指針示す安全基準 ( すべり安全率 Fs 1.2, パイピングに対する局所動水勾配 Δi<0.5) を確保していることを確認した 堤体の流速ベクトル図よりのり尻付近で流速が速く 浸潤面が法面で一部滲出してしまうものの 法尻付近で浸潤面が落ち ドレーン工により排水できているものと考えられる 解析結果より 採用した耐震対策工は裏のり尻部の耐震矢板による堤体内水位の堰上げの影響をその上部に設置したかごマットにより緩和することが分かり 地下水位観測結果とも整合する 従って 治水計画で考慮している外力時にも堤防の耐浸透機能に係る安全性は確保できるものと考えられる 円弧すべり計算 ( 現況 ) 安食地区の東日本大震災による変形について地震時変形解析を行った 安食地区の基礎地盤粘性土に狭在する砂層についてだが N 値が 20 程度と大きく 薄いことも特徴である また 堤内地での地震による噴砂が見られなかったことを勘案すると 狭在する砂層が液状化し 堤防変形に影響したとは言いがたい それらを踏まえて安食地区の東日本大震災による変形について検証計算を実施した 解析結果を図 -7 に示す 耐震矢板による変形抑制効果は液状化領域の広がりにより異なるが 天端 小段において変形は見られたものの 天端標高は H.W.L 以上を確保できること 堤内民地に影響するような変形は抑制されることが確認できた また のり尻部の側方変形も抑制できることが確認できた 解析結果より 採用した耐震対策工は 東日本大震災と同程度の地震が発生した条件下においても耐震矢板による天端沈下及びのり尻部の側方変形に対する抑制効果は発揮するものと考えられる 流速ベクトル図 ( 現況 ) 図 -6 円弧すべり解析と流速ベクトル図 川表 安食地区 No.1 No.2 No.3 No.4 川裏 変位量 水平方向 (m) 鉛直方向 (m) 節点 No. 堤外地側 (-) 堤内地側 (+) 隆起 (+) 沈下 (-) 6403 No No No No 図 -7 地震時変動解析結果 ( 対策有 )

6 8. 今後の課題 1) 地下水位観測の継続と監視対策工効果検証にあたり 対策工を実施したことによる地下水位の変動を見ていくことで様々な見解が生まれるため 今後も観測を継続 分析していくことが重要である さらに 災害復旧対策区間での徒歩巡視の際には 降雨後の時期を選んで裏のり尻付近の法面の湿潤状況 かごマットからの排水の状況 ( 排水の有無 濁り 砂の吸い出し等 ) 流末の排水管 排水路の状況等を観察していくことで対策工の効果発現を確認する 2) サンプリング試料に基づく土質試験採用した対策工が将来もその効用を継続して発揮するためには 平時の堤体内水位が高くならないことを知るとともに 本解析で用いた地盤条件が東日本大震災時の堤防被災形態を十分説明できる地盤条件であったことを確認していかなければならない 水位観測井が 1 断面に 5 地点設置しているのに対し 詳細のボーリングデータは天端の 1 箇所しか存在せず 現況堤防モデルが現況堤防を表現できているか不明である そのため サンプリングと土質試験を実施し 地盤 堤体構造を再確認すべきである 3) 裏のり尻矢板工法の適する現地条件の類別分類堤内地の地下水位環境及び基礎地盤を含む堤防構造 ( 土質構成や形状等 ) により耐震矢板設置による堤体内及び地下水への影響及び耐震効果は異なることから 裏のり尻に矢板を設置することは技術的検討を踏まえ慎重に取り扱わなければならない 4) かごマットなどの併用裏のり尻に矢板を設置する場合には 対象地区で実施したように 矢板による堤体内水位堰上げの影響を軽減する目的でかごマットなどドレーン効果を発揮する工法を併用することが必須である 5) かごマットなどの設置高 設置幅のり面に浸潤線を滲出させないためには かごマットなどの設置幅を拡大する必要がある 同様にかごマットなどの設置高を下げることによる効果も期待できる 最終的には求める堤防機能と対策費用との関係を考慮し それぞれの現場条件に応じて適切なかごマットなどの規模を設定しなければならない なお かごマットなどの設置可能標高は排水系統の流末標高に左右されるので 現地条件を適正に考慮する必要がある 6) 有孔矢板の孔面積等の検討有孔矢板の孔面積を拡大するとともに 孔部の矢板の強度補強を図る等の改善が考えられる また 鋼材を変形抑制対策として用いる場合には 変形抑制効果が発揮される範囲で矢板を堤防縦断方向に連続して打設しないとか 矢板に代えて H 鋼を用いるなどの工夫が考えられる このため 室内実験や試験施工等により排水効果や 耐震効果を確認していく必要がある 7) 最新の技術知見に基づく他の耐震対策工法との比較東日本大震災の再度災害防止対策工として施工された当該耐震矢板工法は 発災当時の被災状況 被災直後の緊急復旧状況 周辺社会環境 復旧工期等の条件の下 速やかな災害復旧が望まれる限られた時間の中で選定された工法である 平時に進める耐震対策事業や今後発生する地震に伴う災害復旧工事においては 震災後に実施された工法や事前対策の工法といった既往実績を分析し 数値解析 模型実験による検討結果に最新技術動向を加えて 震災堤防の再度災害防止工法選定の考え方を整理していくべきである 整理に当たっては 施工性や耐震効果だけでなく 浸透に対する安全性の観点からも比較することが必要である ( 既往対策工実績例 ) グラベルドレーン工法 サンドコンパクション工法 浅層地盤改良工法など 9. おわりに 災害復旧工法として実施した耐震対策工は 矢板による出水時や降雨時の堤体内の浸潤線の上昇をかごマットによる排水によって抑制していること及びかごマットによる堤体内水位の上昇抑制が地震時の堤体下部液状化領域の拡大を防止しつつ矢板による変形抑制効果を発揮するものと評価できるが 限られた期間の 限られた降雨量の下で得られたデータに基づく検討であり 有孔矢板の浸透特性等 ( 有孔部による地下水位低下促進効果など ) に関する不明の事項も残る そのため 平成 23 年 3 月 11 日の地震による被災から得られる技術的知見を深めるためにも 地質や地下水位といったデータは引き続き調査 分析していかなくてはならない 写真 -4 復旧工事完成写真

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