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1 河 川 堤 防 の 浸 透 に 対 する 照 査 設 計 のポイント 洪 水 後 の 河 川 沿 いの 堤 内 地 では, 写 真 のクレーター 状 のもの( 噴 砂 痕 )が 見 られる 場 合 がある. ガマが 噴 く と 言 われるもので, 河 川 沿 いでは 多 く 見 られた 現 象 である. 戦 後, 止 水 矢 板 が 施 工 され, 堤 内 地 が 市 街 化 される 際 の 盛 土 等 により,このような 現 象 が 発 生 する 場 所 は 少 なくなってきている. 上 の 写 真 は 2012 年 の 九 州 北 部 豪 雨 において 矢 部 川 左 岸 16.0k 付 近 の 田 圃 に 発 生 したガマを 写 したもので ある. 矢 部 川 沿 いの 田 圃 では 多 数 発 生 した.その 後 の 調 査 で, 基 礎 地 盤 の 土 質 構 造 から 漏 水 に 対 する 対 策 が 必 要 な 箇 所 であったことが 確 認 されており, 洪 水 時 の 事 象 を 見 逃 さず 調 査 検 証 することが 重 要 である. 写 真 とよく 似 た 噴 砂 痕 は, 液 状 化 によっても 生 じ, 東 日 本 大 震 災 でも 多 く 発 生 した. 平 成 25 年 6 月 独 立 行 政 法 人 土 木 研 究 所 地 質 地 盤 研 究 グループ 土 質 振 動 チーム

2 目 次 1. はじめに 1 2. 堤 防 の 被 災 形 態 浸 透 による/2.2 侵 食 による/2.3 液 状 化 による/2.4 樋 管 ( 附 帯 構 造 物 など)まわりの 堤 体 土 の 被 災 3. 堤 防 の 構 成 堤 防 を 構 成 する 要 素 /3.2 土 の 見 分 け 方 /3.3 築 堤 履 歴 /3.4 基 礎 地 盤 地 形 等 の 影 響 4. 照 査 設 計 の 手 順 浸 透 に 対 する/4.2 侵 食 に 対 する/4.3 地 震 に 対 する 5. 土 質 定 数 浸 透 に 対 する 照 査 設 計 に 係 る 定 数 /5.2 定 数 の 設 定 法 /5.3 密 度 と 含 水 状 態 の 定 数 /5.4 透 水 係 数 の 推 定 /5.5 強 度 定 数 を 求 めるための 試 験 法 の 種 別 /5.6 圧 密 条 件 とは/5.7 排 水 条 件 とは/5.8 拘 束 圧 の 設 定 /5.9 強 度 定 数 のチェック/5.10 安 全 率 と 定 数 の 関 係 6. 被 災 しやすい 堤 防 の 見 方 被 災 しやすい 堤 防 の 断 面 形 状 /6.2 被 災 しやすい 堤 防 の 土 層 構 造 のとらえ 方 /6.3 過 去 の 堤 防 の 詳 細 点 検 結 果 の 活 用 7. 堤 防 の 浸 透 対 策 破 壊 形 態 に 対 応 した 対 策 の 考 え 方 /7.2 浸 透 流 計 算 結 果 の 確 認 /7.3 すべり 円 弧 の 形 状 等 の 確 認 /7.4 局 所 動 水 勾 配 の 照 査 位 置 の 確 認 /7.5 G/W の 照 査 位 置 の 確 認 8. 断 面 拡 大 工 法 断 面 拡 大 工 法 の 設 計 /8.2 近 隣 への 影 響 の 回 避 /8.3 断 面 拡 大 工 法 に 適 した 材 料 /8.4 断 面 拡 大 工 法 の 施 工 9. ドレーン 工 法 ドレーン 工 法 の 設 計 /9.2 ドレーン 工 法 の 効 果 が 高 い 堤 防 低 い 堤 防 /9.3 ドレーン 設 置 時 の 既 設 堤 防 の 掘 削 範 囲 10. 表 のり 面 被 覆 工 法 表 のり 面 被 覆 工 法 の 設 計 /10.2 表 のり 面 被 覆 工 法 の 効 果 が 低 い 堤 防 土 質 構 造 11. 川 表 遮 水 工 法 川 表 遮 水 工 法 の 設 計 /11.2 川 表 遮 水 工 法 の 効 果 が 低 い 基 礎 地 盤 12. ブランケット 工 法 堤 内 基 盤 排 水 工 法 天 端 舗 装 工 51 あとがき 52 参 考 資 料 53 巻 末 資 料 54 A1. 土 質 定 数 と 必 要 な 土 質 試 験 法 /A2. 河 川 堤 防 の 詳 細 点 検 フロー/A3. 単 位 体 積 重 量 γの 一 般 値 /A4. 飽 和 透 水 係 数 k の 一 般 値 /A5.Hazen の 式 /A6.Creager の 方 法 /A7. 福 田 宇 野 の 方 法 /A8. 粘 着 力 c の 一 般 値 /A9. 内 部 摩 擦 角 φの 一 般 値 /A10. 強 度 試 験 結 果 の 集 計 /A11.Taylor 安 定 図 表 の 補 足 説 明

3 1. はじめに 1) 主 要 な 河 川 構 造 物 としての 河 川 堤 防 は 国 民, 地 域 住 民, 家 族 とその 財 産 を 護 る 崇 高 な 使 命 を 担 っている. 河 川 堤 防 は 先 人 が 築 造 し, 現 在 我 々の 世 代 が 受 け 継 ぎ 管 理 しているものである. 我 々はこれをより 良 い 状 態 とし, 子 孫 に 引 き 継 いで 行 かなければならない. 2) 河 川 法 ( 明 治 29, 1896)で 河 川 制 度 が 誕 生 し, 昭 和 39 年 (1964)には 治 水 に 利 水 を 加 えて 水 系 一 貫 管 理 を 導 入 し た 現 行 の 河 川 法 の 制 度 が 確 立 した.この 河 川 法 改 正 に 併 せて, 現 在 の 河 川 堤 防 の 基 本 的 な 管 理 の 拠 り 所 となる 河 川 管 理 施 設 等 構 造 令 ( 昭 和 51.7) が 制 定 された.その 後, 河 川 法 の 目 的 に 河 川 環 境 の 整 備 と 保 全 を 取 り 入 れた 河 川 法 改 正 ( 平 成 9,1997)がなされ, 現 在 の 河 川 法 に 至 っている. 3) 河 川 堤 防 は, 平 成 9 年 の 河 川 砂 防 技 術 基 準 設 計 編 の 改 正 の 中 で, 経 験 的 形 状 主 義 の 設 計 に 性 能 機 能 の 照 査 を 加 える 設 計 が 導 入 された. 平 成 14 年 には 河 川 堤 防 設 計 指 針 が 策 定 され, 全 国 的 に 洪 水 の 浸 透 に 対 する 安 全 性 照 査 が 実 施 された. 平 成 16 年 には 破 堤 を 含 む 大 水 害 が 多 発 したことを 契 機 にして, 直 轄 堤 防 に 限 定 されている が, 河 川 堤 防 の 照 査 結 果 に 基 づいて, 直 轄 約 1 万 km の 約 3 割 強 の 区 間 が 弱 部 とする 評 価 が 初 めて 公 表 された.ただ し, 河 川 堤 防 の 照 査 は, 地 盤 工 学 的 に 専 門 的 な 内 容 が 多 く 含 まれるため 現 場 の 職 員 にはその 詳 細 が 理 解 しにくい 部 分 が 多 い.そのため, 照 査 による 評 価 精 度 の 向 上, 対 策 の 優 先 箇 所 の 絞 り 込 み 検 討 等 のためには, 現 場 の 職 員 が 照 査 結 果 を 理 解 しチェックできるような 手 引 書 が 必 要 とされている.また, 導 入 された 照 査 手 法 についても 発 展 途 上 のものであり, 現 地 の 堤 防 を 強 化 するに 当 って, 現 地 の 経 験 を 地 盤 工 学 や 河 川 工 学 の 知 見 に 基 づいて 理 解 すること が 重 要 であることは 現 状 においても 変 わりない. 堤 防 は 延 長 の 長 い 線 状 の 土 構 造 物 のため, 断 面 の 照 査 だけで 安 全 性 を 評 価 しきれない 点 には 留 意 しなければならない. 4) 一 方,レベル 2 地 震 動 に 対 する 耐 震 性 能 照 査 が 平 成 19 年 より 開 始 されているが, 東 日 本 大 震 災 の 教 訓 を 踏 ま え 基 礎 地 盤 の 液 状 化 だけでなく 堤 体 の 液 状 化 も 含 めて 一 体 的 に 照 査 可 能 な 手 法 の 検 討 が 進 められている. 本 資 料 で は 浸 透 面 の 堤 防 設 計 に 主 眼 を 置 くが, 外 力 が 洪 水 か 地 震 かで 異 なるものではなく, 堤 防 強 化 はあらゆる 外 力 につい て 一 体 的 に 検 討 し, 総 合 的 に 堤 防 が 強 化 できる 対 策 としなければならない.このため, 堤 防 強 化 についても 浸 透, 侵 食, 地 震 を 一 体 的 に 学 習 すべきである. 5) 河 川 堤 防 は 河 川 近 傍 で 得 られた 土 砂 により 築 造 されてきた 履 歴 を 持 ち, 長 期 にわたる 維 持 管 理 を 容 易 にすること などから 土 堤 が 原 則 とされる.しかし,その 土 堤 は 災 害 の 発 生 に 対 応 し 嵩 上 げや 拡 幅 がなされてきたことから 様 々な 土 質 材 料 が 使 用 されている. 同 じ 粒 状 の 土 粒 子 でも, 粘 土,シルト, 砂, 礫, 巨 礫 に 見 られるように, 粒 径 ( 粒 の 大 きさ)が 著 しく 異 なる.それらの 集 合 体 としての 土 の 力 学 特 性 ( 応 力 ~ 変 形 挙 動 等 )は, 粒 径 の 分 布 だけで なく 土 が 受 けている 圧 力 ( 拘 束 圧 )や 含 水 比, 土 の 粗 密 ( 体 積 変 化 や 間 隙 水 圧 の 変 化 という 複 雑 な 挙 動 と 相 まって) によっても 異 なる.すなわち, 一 言 で 土 堤 といっても, 実 際 の 堤 防 は 様 々な 異 質 の 材 料 によって 構 成 されてい るものと 考 えるべきである. 6) 本 資 料 は,そのような 土 堤 の 実 情 を 踏 まえながら, 現 場 の 職 員 の 参 考 となるよう 堤 防 の 設 計 に 当 ってのポイント を 取 りまとめたものである. 本 資 料 を 活 用 することにより, 業 務 成 果 の 精 度 向 上 が 図 れ, 結 果 的 に 要 対 策 区 間 の 絞 込 み, 対 策 優 先 箇 所 の 選 定 が 適 切 に 行 われることにつながる.また, 質 的 整 備 に 係 る 地 質 調 査 成 果 と 照 査 設 計 成 果 は,その 多 くが 電 子 化 され, 活 用 しやすい 環 境 が 整 いつつあるので,これらを 活 用 し, 精 度 向 上 を 図 ることも 忘 れてはならない. 本 資 料 を 通 じて,これら 土 質 物 性 に 親 しみ, 馴 染 むとき 堤 防 の 声 が 聞 こえるに 違 いない. 7) 新 たに 得 られた 知 見 や 皆 様 のご 意 見 をもとに, 本 資 料 を 更 新 する 予 定 である. 1

4 2. 堤 防 の 被 災 形 態 2.1 浸 透 による 洪 水 時, 降 雨 および 河 川 水 の 堤 体 および 基 礎 地 盤 への 浸 透 による 被 災 形 態 のりすべり,パイピング -ポイント- 過 去 の 被 災 発 生 位 置, 堤 防 の 構 造 諸 元 とその 形 態 は? 発 生 が 懸 念 される 被 災 の 位 置, 堤 防 の 構 造 諸 元 と 被 災 形 態 は? 過 去 の 被 災 発 生 位 置 やその 被 災 形 態, 基 礎 地 盤 を 含 めた 堤 防 の 構 造 諸 元, 被 災 原 因 を 調 べ, 整 理 しておく こと. 川 ごとに 被 害 の 発 生 しやすい 場 所, 条 件 が 違 うため,この 結 果 を 踏 まえて, 一 連 区 間 の 設 定 や 代 表 断 面 の 選 定, 点 検 結 果 の 分 析, 対 策 の 優 先 順 位, 対 策 工 法 を 考 えることが 重 要 (2.2 節 も 同 様 の 主 旨 の 問 い). また, 過 去 の 被 災 発 生 状 況 と 点 検 結 果 が 整 合 しない 場 合 もある. - 参 考 資 料 - 河 川 カルテ* 被 災 履 歴 詳 細 点 検 結 果 地 質 断 面 図 河 川 堤 防 の 構 造 検 討 の 手 引 き( 改 訂 版 ) 1) など 図 裏 のりすべり 漏 水 噴 砂 透 水 性 地 盤 図 パイピング 川 裏 から 河 川 に 向 かってパイプ 状 に 水 ミチが 形 成 * 河 川 カルテとは: 河 川 管 理 者 が 河 川 巡 視 や 点 検 の 結 果, 維 持 管 理 や 河 川 工 事 の 内 容 等 を 継 続 的 に 記 録 するもので あり, 河 道 や 施 設 の 状 態 を 把 握 し, 適 切 な 対 応 を 検 討 する 上 での 基 礎 となる 重 要 な 資 料 である. 基 本 カルテ, 経 時 カ ルテ, 施 設 カルテから 構 成 される. 2

5 水 圧 による 表 土 の 盤 ぶくれ 表 土 ( 粘 性 土 ) 透 水 性 地 盤 図 揚 圧 力 による 表 土 の 盤 ぶくれ ~~ 矢 部 川 の 破 堤 ( 浸 透 による 被 災 )~~ 矢 部 川 堤 防 決 壊 箇 所 付 近 (R7.3 付 近 ) 矢 部 川 堤 防 決 壊 箇 所 付 近 (R7.3 付 近 ) の 開 削 堤 防 断 面 からの 地 下 水 浸 出 状 況 地 下 水 浸 出 状 況 確 認 位 置 ( 〇 ) ( 九 州 地 方 整 備 局 提 供 ) 2012 年 九 州 北 部 豪 雨 における 矢 部 川 の 堤 防 決 壊 箇 所 ( 右 岸 7.3k 付 近 ) 2) については, 計 画 高 水 位 を 超 え,その 継 続 時 間 が 長 かった 基 礎 地 盤 上 部 に 比 較 的 透 水 性 の 高 い 砂 層 ( 以 下,As 層 )が 堤 防 を 横 断 して 分 布 高 水 敷 の 砂 礫 層 (Fg 層 )と As 層 が 繋 がっていた 以 上 を 要 因 として, 以 下 のプロセスにより 決 壊 に 至 ったものと 推 察 される. 河 川 水 の 上 昇 に 連 動 し As 層 の 圧 力 が 高 まる 堤 防 のり 尻 付 近 で As 層 上 部 の 被 覆 土 層 ( 透 水 性 の 低 い Fc 層 )を 破 壊 し, 漏 水 噴 砂 が 生 じた 漏 水 噴 砂 (As 層 の 土 粒 子 の 流 出 )により, 堤 防 直 下 の 空 洞 化 が 進 行 し, 堤 体 が 沈 下 陥 没 沈 下 陥 没 箇 所 から 河 川 水 が 溢 れ 出 し, 堤 体 を 洗 掘 また, 復 旧 においては,1 決 壊 により 洗 掘 された 基 礎 地 盤 も 含 め 良 質 土 で 置 き 換 え 堤 体 を 再 構 築 し,2 堤 防 の 川 表 側 の 遮 水 矢 板 ( 川 表 遮 水 工 法,11 章 )と3 高 水 護 岸 ( 表 のり 面 被 覆 工 法,10 章 )により 河 川 水 の 浸 透 を 遮 断 すること としている. ここでの 重 要 な 課 題 は, 透 水 性 の 高 い 局 所 的 な 砂 層 の 分 布 を 把 握 することである. 地 形 及 び 地 質 の 成 り 立 ちや 出 水 時 及 び 出 水 後 の 点 検 結 果 等 を 踏 まえ, 調 査 方 法 を 工 夫 することも 考 えられる.なお, 物 理 探 査 手 法 の 活 用 など, 局 所 的 な 分 布 を 効 率 的 に 把 握 するための 調 査 法 については 今 後 の 技 術 的 な 課 題 でもある. また, 堤 防 決 壊 箇 所 以 外 にもガマの 発 生 ( 表 紙 の 写 真 )が 確 認 されているようにガマの 発 生 に 留 まる 場 合 と, 変 状 が 進 行 し 決 壊 に 至 る 場 合 とが 存 在 する.これら 事 例 を 収 集 分 析 することにより, 危 険 性 の 違 いを 把 握 し, 対 策 に 活 かすことも 重 要 な 課 題 である(p31 堤 防 の 声 参 照 ). 3

6 2.2 侵 食 による 洪 水 流 による 被 災 形 態 高 水 敷 および 堤 体 表 のり 面 の 侵 食 高 水 敷 の 侵 食 低 水 路 からの 側 方 侵 食, 洗 掘 に 対 する 安 全 性 -ポイント- 過 去 の 被 災 発 生 位 置 とその 形 態 は? 発 生 が 懸 念 される 被 災 の 位 置 と 形 態 は? - 参 考 資 料 - 河 川 カルテ 被 災 履 歴 定 期 横 断 測 量 成 果 ( 経 年 変 化 による 河 道 の 変 遷 ) 河 川 堤 防 の 構 造 検 討 の 手 引 き( 改 訂 版 ) 1) 3) 護 岸 の 力 学 設 計 法 4) 堤 防 等 河 川 管 理 施 設 及 び 河 道 の 点 検 要 領 など 図 侵 食 による 被 災 (H23.9 音 更 川 ) 4

7 2.3 液 状 化 による 地 震 時 に, 地 震 動 および( 基 礎 地 盤 と 堤 体 の) 液 状 化 による 被 災 形 態 堤 防 沈 下,はらみ 出 し 等 の 変 形, 主 に 天 端 の 縦 断 的 な 亀 裂 -ポイント- 過 去 の 被 災 発 生 位 置 とその 形 態 は? 発 生 が 懸 念 される 被 災 の 位 置 と 形 態 は? 液 状 化 による 被 害 実 績 は, 特 定 の 河 川 にしかないため, 他 の 河 川 の 被 害 の 状 況 を 把 握 しておくことも 重 要 である. 基 礎 地 盤 の 液 状 化 に 関 しては 干 拓 地 や 旧 河 道 等 において 被 災 率 が 高 い.また, 自 然 堤 防 上 にあっ た 堤 防 を 引 堤 等 により 地 盤 条 件 の 悪 い 場 所 に 移 した 区 間 も 注 意 を 要 する.さらに, 築 堤 材 料 として 液 状 化 しやすい 砂 を 使 っており, 基 礎 地 盤 が 粘 性 土 の 場 合 には, 堤 体 の 液 状 化 により 被 災 する 可 能 性 が 高 い. - 参 考 資 料 - 河 川 カルテ 被 災 履 歴 耐 震 点 検 成 果 地 質 断 面 図 5) 河 川 構 造 物 の 耐 震 性 能 照 査 指 針 解 説 レベル2 地 震 動 に 対 する 河 川 堤 防 の 耐 震 点 検 マニュアル 6) 図 基 礎 地 盤 の 液 状 化 (1995 年 兵 庫 県 南 部 地 震 淀 川 ) 7) 図 堤 体 の 液 状 化 (2011 年 東 北 地 方 太 平 洋 沖 地 震 阿 武 隈 川 ) 8) 5

8 2.4 樋 管 ( 附 帯 構 造 物 など)まわりの 堤 体 土 の 被 災 軟 弱 粘 土 層 の 長 期 的 な 圧 密 による 底 板 下 の 空 洞, 樋 管 沿 いの 横 断 亀 裂, 継 手 の 開 き 等 地 震 時 に, 地 震 ( 液 状 化 等 )による 底 板 下 の 空 洞, 樋 管 沿 いの 横 断 亀 裂, 継 手 の 開 き 等 洪 水 時 に, 河 川 水 の 繰 返 し 作 用 による 樋 管 周 りの 漏 水, 噴 砂, 吸 出 等 : 長 期 的 な 圧 密 や 地 震 により 周 辺 堤 防 に 損 傷 があると 洪 水 時 に 漏 水 等 が 生 じやすい -ポイント- 過 去 の 被 災 発 生 位 置 とその 形 態 は? 発 生 が 懸 念 される 被 災 の 位 置 と 形 態 は? 樋 管 周 辺 堤 防 は 弱 部 となる 可 能 性 がある. 過 去 の 被 災 形 態 からは, 樋 管 の 止 水 性 ( 継 手 部 の 止 水 板 の 破 断 や 函 体 の 亀 裂 )や 底 版 下 の 空 洞 の 有 無 ( 天 端 やのり 面 に 抜 け 上 がりの 有 無 )などが 着 目 点 となる. - 参 考 資 料 - 河 川 カルテ 被 災 履 歴 重 要 点 検 箇 所 台 帳 ( 樋 門 編 ) 地 質 断 面 図 9) 樋 門 等 構 造 物 周 辺 堤 防 詳 細 点 検 要 領 など 図 樋 管 周 辺 での 決 壊 (1986 年 台 風 10 号, 小 貝 川 ) 10) 6

9 3. 堤 防 の 構 成 3.1 堤 防 を 構 成 する 要 素 堤 防 を 構 成 する 要 素 :1 天 端,2 表 のり,3 裏 のり,4 堤 体,5 基 礎 地 盤 -ポイント- 強 化 等 の 対 策 は 堤 防 のどの 部 分 に 対 応 しているか? (6 章,7 章 参 照 ) 浸 透 に 対 して 望 ましい 状 態 等 典 型 的 な 対 策 1 天 端 できるだけ 降 雨 を 浸 透 させない 天 端 舗 装 工 2 表 の り できるだけ 河 川 水, 降 雨 を 浸 透 させない 表 のり 被 覆 工 3 裏 の り できるだけ 降 雨 を 浸 透 させないが, 浸 透 水 は 抜 ける のり 尻 構 造 へ ドレーン 工 ( 浸 透 水 を 抜 くため の 対 策 ) 4 堤 体 できるだけ 大 きく, 安 定 した 形, 低 透 水, 高 強 度 築 堤 履 歴 を 考 慮 し 点 検 設 計 精 度 の 向 上 を 図 る(3.3 節 ) 5 基 礎 地 盤 できるだけ 河 川 水 を 浸 透 させない( 相 対 的 に 川 表 側 が 低 透 水 の 方 がよい) 治 水 地 形 分 類 図, 地 質 縦 断 図 等 を 参 考 に 点 検 設 計 精 度 の 向 上 を 図 る(3.4 節 ) 川 表 遮 水 工 2 表 のり 1 天 端 4 堤 体 3 裏 のり 5 基 礎 地 盤 図 堤 防 を 構 成 する5つの 要 素 ~~ 堤 防 の 形 態 と 名 称 ~~ 堤 防 は, 護 岸, 水 制 その 他 これらに 類 する 施 設 と 一 体 として, 計 画 高 水 位 以 下 の 水 位 の 流 水 の 通 常 の 作 用 に 対 して 安 全 な 構 造 とする ( 河 川 管 理 施 設 等 構 造 令 11) ( 以 下, 構 造 令 ) 第 18 条 )と 規 定 されて いる. 構 造 令 は, 堤 防, 高 規 格 堤 防, 霞 堤 に 適 用 され, 越 流 堤, 囲 繞 堤, 背 割 堤 及 び 導 流 堤 は 構 造 令 の 適 用 外 となっている.これらは 設 置 目 的 に 応 じて 個 別 にその 構 造 を 定 めるものであることから 構 造 基 準 を 統 一 的 に 定 めることは 適 当 でなく, 実 施 例 も 非 常 に 少 ないためである. 構 造 令 の 適 用 になるものとな らないものが 混 在 するが,これらの 他 に, 連 続 堤, 引 堤, 締 切 堤, 逆 流 堤, 輪 中 堤, 野 越 し, 横 堤, 羽 衣 堤, 山 付 け 堤, 二 線 堤 などに 分 類 される 様 々な 堤 防 がある. 7

10 3.2 土 の 見 分 け 方 土 粒 子 : 粘 土 シルト 砂 礫 等 土 粒 子 の 構 成 比 率 土 の 粒 度 試 験 :JIS A 1204 構 成 比 率 ( 粒 度 組 成 という)により, 堤 体 土 は, 大 まかに 礫 質 土, 砂 質 土, 粘 性 土 の 土 質 に 分 類 ( 構 造 検 討 の 手 引 き 参 照 ) 土 質 分 類 や 締 固 め 度 等 強 度 や 透 水 性, 耐 侵 食 性 等 の 工 学 的 性 質 が 変 化 -ポイント- 堤 防 材 料 として 望 ましい 材 料 はどんな 材 料 か? この 質 問 は 究 極 の 問 い. 用 いる 場 所 ( 上 流 と 下 流, 洪 水 継 続 時 間 など)や 部 分 (3.1 節 参 照 )によっても 異 なり, 実 際 に 入 手 可 能 な 材 料 ( 場 合 によってはブレンドや 改 良 も 検 討 する)の 中 でより 良 いものを 選 択 するということを 常 に 念 頭 におくべき. - 参 考 資 料 - 12) 地 盤 材 料 試 験 の 方 法 と 解 説 など 粒 径 (mm) 0.005* 0.075* 粘 土 シルト 細 砂 中 砂 粗 砂 細 礫 中 礫 粗 礫 粗 石 巨 石 砂 礫 石 細 粒 分 粗 粒 分 石 分 13) 図 土 粒 子 の 粒 径 と 呼 び 名 13) 図 地 盤 材 料 の 工 学 的 分 類 * 国 際 基 準 : 国 際 地 盤 工 学 会 によれば, 細 粒 分 の2ケの 区 分 変 更 ( , =1/16)が 2004 年 に 決 定 した. 参 考 URL: 8

11 計 3.2% 礫 の 割 合 計 82.9% 砂 の 割 合 計 13.9% シルト 粘 土 の 割 合 シルト 粘 土 の 割 合 を 細 粒 分 含 有 率 (Fc)という Fc が 50% 未 満 砂 より 礫 が 多 い 土 礫 質 土 礫 より 砂 が 多 い 土 砂 質 土 Fc が 50% 以 上 粘 性 土 したがって, 左 に 例 示 する 土 は 砂 質 土 と 分 類 される. 更 に 細 かい 分 類 をする 場 合 には 質 量 構 成 比 分 類 記 号 接 続 記 号 15% 以 上 50% 未 満 〇 〇 質 なし 5% 以 上 15% 未 満 〇 〇 まじり (ハイフン) 5% 未 満 特 に 表 記 しない なし 砂 S(82.9% 主 要 ) 細 粒 分 F(13.9% 細 粒 分 まじり) 礫 G(3.2% 表 記 しない) したがって 細 粒 分 まじり 砂 (S-F) 図 土 の 粒 度 試 験 結 果 の 例 赤 線 と 青 線 の 試 料 の 違 い? 50% 粒 径 は 0.3 mm でほぼ 等 しい. 砂 分 は, 青 線 は 80% 近 く 均 等 な 粒 径, 赤 線 は 40%で 細 粒 分 が 多 い. 結 果 として, 透 水 係 数 は 青 線 の 土 の 方 が 高 く, 粘 着 力 は 赤 線 の 土 の 方 が 大 きいことが 多 い. ~~ 堤 防 の 土 を 握 ってみよう!!~~ 締 固 めがしやすい 土 質 か? 力 を 入 れて 握 るほどよく 締 まる. 締 め 固 まった 土 かどうか? 指 で 押 したり, 足 で 踏 んだりしてみる. 透 水 性 は? 指 先 で 擦 って 細 かい 土 の 混 じり 具 合 をみる. 細 かい 土 が 多 いほど 水 を 通 しにくい 施 工 性 は? 水 を 加 えて 足 踏 みしてみる. 柔 らかくなっていくよ うであれば, 施 工 性 は 低 い. 9

12 3.3 築 堤 履 歴 堤 防 は 嵩 上 げや 拡 幅 工 事 を 経 て 作 られた 土 構 造 物 であるため, 複 数 の 土 層 が 存 在 する. 各 土 層 を 構 成 する 土 質 の 種 類 ( 粒 度 組 成 と 締 固 めの 状 態 等 ),また 各 土 層 の 組 成 による 土 層 構 造 を 示 す 堤 防 建 設 の 履 歴 ( 工 事 年 代, 施 工 方 法, 土 砂 採 取 場 所 も 含 めて)のことを 築 堤 履 歴 という. 堤 体 内 に 異 なる 性 質 の 土 層 ( 分 布 形 状 )が 存 在 ( 土 層 構 造 ) 浸 透 安 全 性 を 左 右 土 層 構 造 により, 堤 防 の 力 学 特 性 は 多 様 力 学 特 性 とは, 耐 浸 透 性, 安 定 性, 耐 侵 食 性, 耐 震 性 など 地 盤 調 査 結 果 だけでなく, 築 堤 の 工 事 記 録, 横 断 測 量 による 堤 防 形 状 の 変 遷 も 加 味 しながら, 築 堤 履 歴 を 推 定 することが 重 要 既 往 の 照 査 断 面 には 上 述 の 方 法 で 推 定 されている 場 合 も 多 いが,それでも 開 削 調 査 結 果 と 異 なることも 多 い. 築 堤 履 歴 の 更 新 保 管 は 継 続 的 に 取 組 むことが 不 可 欠 -ポイント- 築 堤 履 歴, 工 事 記 録, 横 断 測 量 成 果 などの 情 報 が 整 理 保 管 されているか? 古 い 工 事 記 録 についても 順 次 電 子 化 し, 活 用 しやすい 状 況 とすることと, 対 策 の 設 計 等 においてもこれら の 情 報 を 活 用 する 必 要 がある. 築 堤 履 歴 を 反 映 した 堤 防 のモデル 化 ができているか? 疑 わしい 場 合 には, 工 事 記 録 などに 立 ち 返 って 確 認 すべきである. - 参 考 資 料 - 築 堤 記 録 工 事 記 録 河 川 史 事 務 所 史 近 傍 の 開 削 調 査 結 果 など ) 図 江 戸 川 における 堤 防 断 面 の 変 遷 10

13 T7~S7 S14~ M29~M43 浸 透 流 計 算 のモデルの 例 実 際 の 築 堤 履 歴 図 築 堤 履 歴 が 考 慮 されていない 計 算 モデルの 例 ~~ 典 型 的 な 築 堤 の 歴 史 ~~ 改 修 計 画 に 基 づき 施 工 されるようになったのは 明 治 末 期 以 降.それ 以 前 の 築 堤 工 事 では 舟 運 などの 理 由 ( 水 深 の 確 保 )から 低 水 路 掘 削 土 砂 を 用 いて 築 堤 された 箇 所 も 多 い.また, 明 治 末 期 以 降 においても 十 分 な 運 搬 機 械 がないため, 手 近 な 河 床 材 を 築 堤 材 料 として 用 いている. 施 工 方 法 は 人 力 から 機 械 施 工 へと 推 移 した 後 でも, 築 造 中 の 堤 防 天 端 から 撒 きだして 施 工 ( 堤 体 中 に 斜 めの 土 質 構 造 が 残 存 )された 時 期 もあり, 堤 体 内 の 構 造 は 一 様 ではない. 大 正 ~ 昭 和 30 年 代 に 行 われた 撒 き 出 しと 人 力 による 締 固 め 15) 天 端 からの 撒 き 出 しによって 形 成 されたと 考 えられる 斜 めの 構 造 11

14 3.4 基 礎 地 盤 地 形 等 の 影 響 堤 防 の 基 礎 地 盤 は, 河 道 変 遷 による 複 雑 な 侵 食 ( 時 として 破 堤 箇 所 では 深 くまで 掘 れる)や 運 搬, 堆 積 の 作 用 により,その 土 質 は 種 々である.それを 包 括 的 に 把 握 するための 情 報 は, 地 表 の 高 低 等 を 表 す 地 形 図, 洪 水 と 関 連 の 深 い 微 地 形 を 分 類 して 示 した 治 水 地 形 分 類 図 がある. 堤 防 沿 いの 地 盤 の 高 低 や 微 地 形 基 礎 地 盤 の 表 層 地 質 条 件 を 類 推 河 川 地 形 等 の 特 徴 を 把 握 することが 重 要 急 流 or 緩 流 による 堆 積 環 境 の 違 い: 縦 断 勾 配 堤 防 基 礎 を 横 切 る 旧 河 道 の 湾 曲 性 or 直 線 性 による 堆 積 環 境 の 違 いなど : 治 水 地 形 分 類 図 から 判 読 ( 直 線 の 場 合 には 破 堤 の 痕 跡 の 可 能 性 もある) 洪 水 時 の 水 位 の 急 変 : 河 幅 の 変 化 ( 例 えば, 千 曲 川 や 吉 野 川 など) 風 化 し 易 さ: 堆 積 土 砂 や 堤 防 の 土 粒 子 の 鉱 物 組 成 ( 細 粒 分 の 多 少 に 影 響 ) など ~~ 空 中 写 真 の 利 用 ~~ 旧 地 形 図 や 空 中 写 真 例 えば 16) からは 明 治 末 期 以 降 ( 空 中 写 真 はおよそ 昭 和 20 年 代 以 降 )の 地 形 の 変 遷 を 読 み 取 ることができる. 例 えば, 旧 河 道 部 が 耕 作 地 へ 変 化 していることや 堤 防 が 構 築 された 状 況 (1947 年 になかった 堤 防 が 1976 年 には 河 川 沿 いに 連 続 している)など, 現 状 の 地 形 のみでは 把 握 できない 情 報 を 得 ることができる. ~~ 地 質 図 の 利 用 ~~ 地 質 図 からは 河 川 沿 いや 周 辺 の 丘 陵 を 構 成 する 地 質 等 の 広 域 の 地 質 情 報 を 読 み 取 ることができる. 例 えば, 河 川 近 傍 に 丘 陵 が 存 在 する 場 合 には 基 礎 地 盤 の 深 部 に 丘 陵 を 構 成 する 地 質 が 分 布 すると 考 えられ る. また, 築 堤 材 料 の 土 取 場 が 明 らかな 場 合 には,おおよその 堤 体 材 料 を 推 定 することもできる. 産 業 技 術 総 合 研 究 所 地 質 調 査 総 合 センター17) 等 から 地 質 情 報 を 閲 覧 可 能 縮 尺 は 20 万 分 の 1,5 万 分 の 1 等 がある 12

15 -ポイント- 旧 河 道 などの 堤 防 の 弱 点 部 を 照 査 設 計 の 代 表 断 面 に 選 定 しているか? 検 討 する 堤 防 はどのような 地 質 地 形 上 に 成 り 立 っているか? 河 川 地 形 の 特 徴 ( 堆 積 環 境 等 )を 踏 まえ 基 礎 地 盤 のモデル 化 を 行 っているか? 上 下 流 のモデルを 並 べて 見 たときに, 河 川 の 特 徴 と 整 合 しているか 確 認 する.( 例 えば, 上 流 ほど 透 水 係 数 が 高 く, 下 流 ほど 透 水 係 数 が 低 いかなど.) - 参 考 資 料 - 治 水 地 形 分 類 図 地 質 図 旧 地 形 図 空 中 写 真 ( 過 去 からの 変 遷 把 握 ) 地 質 縦 断 図 など ~~ 治 水 地 形 分 類 図 の 利 用 ~~ 治 水 地 形 分 類 図 からは 平 野 部 の 扇 状 地, 自 然 堤 防, 旧 河 道, 氾 濫 平 野 等 の 詳 細 な 地 形 分 類 を 読 み 取 る ことができる. 例 えば, 後 志 利 別 川 の 下 流 部 では, 河 口 部 の 砂 丘 や 河 道 沿 いに 複 雑 に 分 布 する 旧 河 道, 旧 河 道 沿 いに 形 成 された 旧 川 微 高 地, 自 然 堤 防 等 をみることができる.ただし, 治 水 地 形 分 類 図 は 万 能 ではない 点 に 注 意 する 必 要 がある. 例 えば, 河 道 はさらに 古 い 時 代 には 別 の 場 所 にあったかもしれない. ~~ 既 往 地 質 縦 断 図 の 利 用 ~~ 既 往 の 地 質 縦 断 図 が 作 成 されている 場 合,おおよその 基 礎 地 盤 の 構 成 を 把 握 することができる. 後 志 利 別 川 下 流 部 では 砂 質 土 を 主 体 とした 地 盤 構 成 であるが, 旧 河 道 部 などでは 地 表 面 付 近 に 粘 性 土 や 泥 炭 の 分 布 が 確 認 できる. 13

16 4. 照 査 設 計 の 手 順 4.1 浸 透 に 対 する 浸 透 に 関 する 堤 防 の 性 能 照 査 は, 浸 透 流 計 算 とそれから 得 られる 浸 潤 面 を 用 いた 円 弧 すべり,パイピング, 盤 膨 れによる 堤 防 破 壊 に 対 する 安 全 性 の 評 価 のりすべりの 照 査 円 弧 すべり 安 全 率 を (1.2 α) 以 上 確 保 パイピングの 照 査 局 所 の 動 水 勾 配 を 限 界 動 水 勾 配 以 下 に 抑 制 盤 ぶくれの 照 査 透 水 層 から 被 覆 土 層 底 面 に 作 用 する 揚 圧 力 を 被 覆 土 層 土 被 り 厚 相 当 以 下 に 抑 制 -ポイント- 一 連 区 間 の 細 分 は, 基 礎 地 盤 の 土 質 や 微 地 形, 堤 防 形 状 などを 考 慮 しているか? (3 章 参 照 ) 代 表 断 面 は 浸 透 に 対 して 最 も 厳 しい 条 件 を 有 する 箇 所 か? 厳 しい 条 件 : 堤 内 地 盤 が 低 い, 堤 防 幅 が 狭 い, 局 部 的 な 砂 層 が 分 布 など 既 往 の 地 盤 調 査 結 果 を 活 用 す ることも 重 要 ではあるが, 一 連 区 間 と 代 表 断 面 の 設 定 は 今 一 度 確 認 を! 高 透 水 層 の 分 布 を 見 逃 さない! ( 築 堤 履 歴, 地 盤 調 査 ( 場 合 によっ ては 周 辺 も 含 め)が 重 要 ) 照 査 結 果 と 対 策 工 が 対 応 して いるか(3.1 節 等 参 照 ) 適 切 な 材 料 を 選 定 し 適 切 な 施 工 管 理 を 実 施 することによ り, 対 策 工 の 規 模 を 小 さくす ることも 可 能 図 浸 透 に 対 する 照 査 設 計 の 流 れ 1) 14

17 4.2 侵 食 に 対 する 侵 食 に 対 する 照 査 は 堤 防 表 のり 面 のり 尻 の 侵 食, 高 水 敷 の 側 方 侵 食, 護 岸 の 安 定 性 などの 項 目 について 実 施 する 侵 食 に 対 する 安 全 性 は 河 道 の 形 状, 高 水 敷 の 幅 や 高 さ, 土 質, 洪 水 流 の 水 理 量, 河 岸 堤 防 を 防 護 する 構 造 物 の 工 種, 堤 防 の 土 質 条 件 などに 関 係 法 面 の 侵 食 の 照 査 植 生, 河 床 構 成 材 料 の 侵 食 限 界 流 速 > 代 表 流 速 高 水 敷 の 側 方 侵 食 の 照 査 高 水 敷 幅 > 洪 水 時 に 生 じる 侵 食 幅 護 岸 の 安 定 工 種 により 照 査 項 目 は 異 なるが, 以 下 の 項 目 が 基 本 のり 覆 工, 根 固 め 工 等 の 限 界 流 速 > 代 表 流 速 基 礎 工,または 根 固 め 工 の 設 計 に 用 いた 最 深 河 床 高 < 最 深 河 床 高 -ポイント- 一 連 区 間 の 細 分 は, 河 道 条 件 や 堤 防 の 構 造 ( 護 岸 の 有 無 )などを 考 慮 しているか? 代 表 断 面 は 侵 食 に 対 して 最 も 厳 しい 条 件 を 有 する 箇 所 か? 厳 しい 条 件 : 流 速 が 速 い, 河 岸 近 くに 深 い 局 所 洗 掘 が 位 置 する, 高 水 敷 幅 が 狭 い など 図 侵 食 に 対 する 照 査 設 計 の 流 れ 1) 15

18 4.3 地 震 に 対 する 基 礎 地 盤 の 液 状 化 静 的 照 査 法 により 求 めた 沈 下 量 vs. 外 水 位 堤 体 の 液 状 化 液 状 化 しやすい 土 質 & 堤 体 内 の 飽 和 領 域 の 厚 さ -ポイント- 一 連 区 間 の 細 分 は, 基 礎 地 盤 の 土 質 や 微 地 形, 堤 防 形 状 などを 考 慮 しているか? (3 章 参 照 ) 代 表 断 面 は 地 震 に 対 して 最 も 厳 しい 条 件 を 有 する 箇 所 か? 厳 しい 条 件 : 許 容 沈 下 量 が 小 さい, 地 下 水 位 が 高 い, 液 状 化 層 が 厚 い など 液 状 化 判 定 のためのボーリング 調 査 では, 標 準 貫 入 試 験 実 施 深 度 ごとに 粒 度 分 布 試 験 を 実 施 する こと 地 下 水 位 の 高 さの 確 認 方 法 は 適 切 か? ( 既 往 のボーリング 調 査 では, 堤 体 内 の 水 位 をしっかりと 押 さえて いない 場 合 もある) 一 般 には,N 値 と 粒 度 分 布 等 から 液 状 化 強 度 比 を 求 めれば 良 い.た だし,どうしても 三 軸 試 験 から 求 める 必 要 があるときには, 不 攪 乱 試 料 の 品 質 には 十 分 注 意 するこ と. 図 地 震 に 対 する 点 検 の 流 れ 6) 16

19 液 状 化 判 定 と 調 査 堤 防 の 地 震 による 大 規 模 な 被 害 は 主 として 液 状 化 が 原 因. 液 状 化 する 可 能 性 のある 土 層 ( 液 状 化 層 )の 分 布 を 調 査 ( 液 状 化 判 定 )することが 重 要 不 攪 乱 試 料 を 用 いた 非 排 水 繰 返 し 三 軸 試 験 から 液 状 化 強 度 比 を 求 めることも 可 能 だが 液 状 化 強 度 比 は 試 料 の 乱 れの 影 響 を 特 に 強 く 受 ける( 採 取 時 に 密 な 砂 は 緩 み, 緩 い 砂 は 締 まることにより, 本 来 の 強 度 が 出 ない.)ため, 試 料 採 取 方 法 やオペレータの 技 術 に 大 きく 依 存 する 物 理 試 験 は 省 略 されがちであるが, 全 深 度 実 施 し,N 値 とセットのデータとすること 地 下 水 位 の 高 さが 重 要.ボーリング 調 査 では, 無 水 掘 りによって 初 期 水 位 を 押 える 静 的 照 査 法 ( 三 次 点 検 ) 5) 図 深 度 ごとの 液 状 化 判 定 方 法 静 的 照 査 法 :ALID と 東 畑 モデルが 代 表 的 液 状 化 層 の 分 布 ( 地 下 水 位 含 む)を 設 定 することが 最 も 重 要 ALID では, 次 いで, 液 状 化 強 度 比 の 設 定 が 重 要 東 畑 モデルでは, 次 いで, 境 界 条 件 と 非 液 状 化 層 の 強 度 の 設 定 が 重 要 天 端 沈 下 量 172.5cm (a)alid 5) 図 堤 防 の 変 形 解 析 例 (b) 東 畑 モデル 図 東 畑 モデルの 境 界 条 件 の 種 類 17

20 5. 土 質 定 数 5.1 浸 透 に 対 する 照 査 設 計 に 係 る 定 数 浸 透 に 対 する 照 査 設 計 においては, 浸 透 流 計 算 と 円 弧 すべり 面 計 算 を 実 施.その 際 必 要 な 定 数 は 以 下 のとおり. 土 質 基 本 量 :1) 土 粒 子 の 密 度 G s, 2) 乾 燥 密 度 ρ d, 3) 湿 潤 密 度 ρ t, 4) 飽 和 密 度 ρ sat, 5) 間 隙 比 e, 6) 含 水 比 w, 7) 体 積 含 水 率 θ, 8) 飽 和 度 S r 浸 透 流 計 算 に 用 いる 土 質 定 数 ( 飽 和 透 水 係 数 k S が 最 重 要 ) 飽 和 透 水 係 数 は 5.4 節 で 詳 説 する. 浸 潤 面 ( 地 下 水 面 )より 上 の 不 飽 和 状 態 の 土 中 への 浸 透 や 土 中 からの 排 水 を 不 飽 和 浸 透 排 水 と 呼 ぶ 1θ ~ 比 透 水 係 数 (k u / k sat ) 関 係 : 体 積 含 水 率 θの 低 下 とともに 透 水 係 数 k u は 著 しく 低 下 2 水 分 特 性 曲 線 (θ ~ψ 関 係 ) : 不 飽 和 状 態 の 土 中 の 間 隙 水 圧 は 負 圧 (サクション)であり, 体 積 含 水 率 θ の 低 下 とともにサクション ψ は 著 しく 増 加 不 飽 和 浸 透 排 水 については1と2の 関 係 を 用 いて 時 間 的 変 化 ( 非 定 常 という)も 計 算 す るプログラムが 照 査 業 務 に 使 用 されている( 構 造 検 討 の 手 引 き 1) 参 照 ) 1と2の 関 係 については 試 験 方 法 が 確 立 されていないことなどから, 割 り 切 って 土 質 分 類 ごとに 設 定 した 関 係 を 用 いる. 円 弧 すべり 面 計 算 に 用 いる 定 数 強 度 定 数 : 粘 着 力 c, 内 部 摩 擦 角 (せん 断 抵 抗 角 )φ 強 度 試 験 から 推 定 過 程 の 留 意 事 項 は 5.5 節 以 降 を 参 照 基 本 的 な 注 意 事 項 : c とφをバラバラに 使 用 せず, 一 括 して 組 合 せで 評 価 すべき -ポイント- 検 討 に 必 要 な 土 質 定 数 はすべて 準 備 できたか? ~~ 円 弧 すべり 面 計 算 とは~~ 円 弧 すべり 安 全 率 F s は,すべり 土 塊 がその 重 量 ですべろうとする 力 ( 正 確 にはモーメント)と,すべ り 円 上 で 土 が 抵 抗 する 力 の 比 のこと.1 より 大 きければすべらないということであるが, 照 査 設 計 で は 様 々な 不 確 定 要 素 を 考 慮 し,1.2 α 以 上 を 求 めている. すべり 土 塊 の 重 量 を 求 めるのに 必 要 な 土 質 定 数 :ρ t とρ sat すべり 円 で 抵 抗 する 土 の 強 度 : 粘 着 力 c, 内 部 摩 擦 角 (せん 断 抵 抗 角 )φ 18

21 5.2 定 数 の 設 定 法 新 築 でない 既 設 の 堤 防 断 面 の 土 質 定 数 を 如 何 に 推 定 するかが, 本 節 のポイントである. 既 往 の 照 査 で 整 理 あるいは 実 施 した 地 盤 調 査 結 果 ( 地 盤 調 査 の 頻 度 の 高 いところで, 堤 防 延 長 200~400 m 間 隔 毎 にボーリング 調 査 結 果 が 存 在 するため 隣 接 する 照 査 断 面 の 地 盤 調 査 結 果 )や 近 隣 で 実 施 の 地 盤 調 査 結 果 を 十 分 に 活 かすこと. また, 河 川 堤 防 を 新 設 する 場 合 には, 河 川 砂 防 技 術 基 準 ( 調 査 編 )に 準 拠 すること. 土 質 試 験 から 推 定 することが 原 則 1 つ 1 つの 試 験 結 果 にはバラツキが 存 在 ( 近 隣 の 試 験 結 果 と 比 較 すること) 土 質 定 数 によってよく 見 られるバラツキの 程 度 は 異 なる 例 えば, 透 水 係 数 は 数 倍 ~10 倍 程 度, 密 度 は±0.1g/cm 3 程 度 同 じ 土 層 土 質 の 定 数 は 類 似 している.したがって,その 粒 度 分 布 が 類 似 した 土 層 であっ て, 密 度 あるいは N 値 が 類 似 のものは 平 均 化 できる 透 水 係 数 は 指 数 のオーダーが 異 なるため, 指 数 値 を 平 均 化 する 手 段 もあり 得 る 次 節 に 指 摘 するように 異 なる 定 数 間 ( 例 えば, 密 度 と 間 隙 比 )に 定 量 的 な 関 係 式 があるの で,それを 無 視 した 平 均 化 にならないように 土 質 試 験 結 果 が 少 ないなどの 理 由 から 土 質 試 験 結 果 から 信 頼 性 の 高 い 土 質 定 数 を 設 定 し がたい 場 合 には,N 値 等 からの 推 定 もしくは 土 質 に 応 じた 一 般 値 を 使 用 できる. 推 定 方 法 や 一 般 的 な 値 については, 巻 末 資 料 を 参 照 試 験 結 果 (データシート)は 随 時 確 認 できるよう 整 理 保 管 することが 重 要 -ポイント- 土 質 定 数 の 設 定 根 拠 はあるか? 根 拠 は 妥 当 か? 土 質 試 験 から 推 定 している 場 合 には, 近 傍 の 試 験 値 一 般 値 と 比 較 して 妥 当 か? ( 土 質 定 数 ごとのばらつきの 程 度 を 考 慮 すること) ~~ 設 定 した 土 質 定 数 の 見 方 の 一 例 ~~ 堤 体 基 礎 地 盤 に 同 一 の 粘 性 土 が 分 布 する 場 合, 上 載 荷 重 により 基 礎 地 盤 の 強 度 は 増 加 する 堤 体 荷 重 無 堤 体 荷 重 中 堤 体 荷 重 大 堤 体 荷 重 中 堤 体 荷 重 無 基 礎 地 盤 強 度 小 基 礎 地 盤 強 度 中 基 礎 地 盤 強 度 大 基 礎 地 盤 強 度 中 基 礎 地 盤 強 度 小 基 礎 地 盤 に 同 じ 粘 土 層 が 分 布 する 場 合 には, 堤 体 の 荷 重 に 応 じて 密 度 が 増 加 し 高 い 強 度 を 発 揮 す るようになる. 同 じ 粘 土 層 の 強 度 定 数 の 大 小 関 係 が 堤 体 荷 重 に 対 応 していないような 場 合 には 理 由 を 確 認 するとよい. 18) 参 考 ) 堤 体 荷 重 による 強 度 の 増 加 c = c 0 + m Δp c: 強 度 増 加 を 考 慮 した 粘 着 力,c 0 : 基 準 となる 粘 土 の 粘 着 力,m: 強 度 増 加 率,Δp: 鉛 直 増 加 応 力 強 度 増 加 率 は,CUB 試 験 から 求 める 方 法 や 経 験 的 な 値 を 用 いる 方 法 ( 粘 性 土 0.3~0.45 等 )がある.この 他 に, 土 の 塑 性 指 数 I p に 応 じて,c u /p 0 = I p の Skempton 関 係 式 を 用 いる 方 法 もある. 19

22 5.3 密 度 と 含 水 状 態 の 定 数 湿 潤 密 度 ρ t と 飽 和 密 度 ρ sat 密 度 は 堤 体 の 締 固 め 度 に 応 じて 異 なる 密 度 ( 締 固 め 度 )は 土 の 透 水 性 や 強 度 に 大 きく 影 響 密 な 堤 防 ほど 透 水 性 が 低 ( 水 を 通 しにくく), 強 度 は 大 密 度 のおおよその 範 囲 は 巻 末 資 料 参 照 -ポイント- 入 力 した 密 度 は 適 切 か?( 桁 単 位 系 湿 潤 or 飽 和 に 注 意 ) 土 粒 子 の 密 度 ρ s =G s ρ w =2.65±0.1 g/cm 3 程 度 含 水 比 w 砂 質 土 10~30% 程 度, 粘 性 土 30~80% 程 度 間 隙 比 e 砂 質 土 0.6 前 後, 粘 性 土 1.2 前 後 締 固 め 度 D c = 乾 燥 密 度 / 最 大 乾 燥 密 度 湿 潤 密 度 ρ t =ρ s (1+w/100)/(1+e) g/cm 3 飽 和 密 度 ρ sat =(G s +e)/(1+e)ρ w g/cm 3 ρwは 水 の 密 度 1 g/cm 3 密 度 大 密 度 大 19) 図 密 度 と 土 の 透 水 性 強 度 との 関 係 20

23 5.4 透 水 係 数 の 推 定 飽 和 透 水 係 数 が 大 変 重 要 支 配 的 な 浸 透 現 象 を 説 明 するためには, 飽 和 透 水 係 数 を 適 切 に 設 定 することが 重 要 堤 体 土 質 が 不 飽 和 であるからといって 不 飽 和 透 水 係 数 を 個 別 に 設 定 する 必 要 はない 土 質 ( 粒 度 分 布 )や 間 隙 の 大 きさ( 粒 径 等 )に 依 存 単 位 に cm/s と m/s が 使 われる. 単 位 によって 100 倍 値 が 異 なる. 取 り 違 えないように 土 層 毎 とのオーダーや 隣 接 土 との 比 ( 同 じ 位 か 百 倍 違 う)が 計 算 結 果 を 左 右 飽 和 透 水 係 数 を 推 定 する 方 法 3 種 類 ( 現 地 試 験 法, 採 取 土 試 料 の 室 内 試 験 法, 土 の 粒 度 などから 推 定 する 方 法 ) 1) 現 地 試 験 法 20) 飽 和 透 水 係 数 を 不 飽 和 な 堤 体 表 面 で 測 定 する 方 法 として 一 例 を 挙 げると, 締 固 めた 地 盤 の 透 水 試 験 (JGS )がある 13) 2) 室 内 試 験 法 3) 土 の 粒 度 や 間 隙 比 などから 推 定 する 近 似 的 方 法 i)10% 粒 径 を 用 いる Hazen 式,ⅱ)20% 粒 径 を 用 いる Creager の 方 法,ⅲ)50% 粒 径, 均 等 係 数 と 間 隙 比 も 考 慮 する 理 論 式,など 巻 末 資 料 参 照 -ポイント- 設 定 した 透 水 係 数 は 土 質 締 固 め 度 から 考 えて 妥 当 か? 室 内 試 験 では 密 度 か 間 隙 比 が 現 場 の 状 態 に 近 いか? 試 験 値 は 近 似 的 方 法 による 推 定 値 と 比 較 して 大 きなズレがないか? 透 水 係 数 k (cm/s) 実 質 上 不 透 水 非 常 に 低 い 低 い 中 位 高 い 粘 性 土 微 細 砂,シルト 砂 および 礫 清 浄 な 礫 砂 -シルト- 粘 土 混 合 土 13) 図 透 水 係 数 k の 目 安 ~~ 透 水 係 数 のイメージ~~ 管 断 面 積 A 給 水 浸 透 長 さL 浸 透 水 水 頭 h 流 量 Q 測 定 マス Q / A = v = ki = kh / L v : 流 速 (cm/s), k : 透 水 係 数 (cm/s), i = h / L : 動 水 勾 配 礫 質 土 : 10-0 = 1 cm/s 砂 質 土 : 10-2 = 1/100cm/s シルト: 10-5 = 1/100,000cm/s 粘 性 土 : 10-6 = 1/1,000,000cm/s (ダルシーの 法 則 ) ρwは 水 の 密 度 1 g/cm 3 21

24 5.5 強 度 定 数 を 求 めるための 試 験 法 の 種 別 想 定 するすべり 円 上 の 土 の 応 力 状 態 と 排 水 状 態 を 再 現 できる 試 験 法 を 選 択 する 土 のせん 断 強 度 ( 粘 着 力 c, 内 部 摩 擦 角 φ) 土 の 三 軸 圧 縮 試 験 (JGS 0520~0524) 土 のせん 断 強 度 は 以 下 の 条 件 で 大 きく 異 なる せん 断 の 前 に 供 試 体 を 圧 密 させる/させない せん 断 中 に 供 試 体 の 体 積 変 化 ( 排 水 )を 許 す/ 許 さない -ポイント- 試 験 条 件 と 対 象 土 の 組 合 せは 適 切 か( 表 参 照 )? すべり 円 上 の 土 の 状 態 を 推 定 して 試 験 条 件 (1と2)を 決 定 1せん 断 前 の 応 力 状 態 ( 圧 密 応 力 )は? 2せん 断 中 の 排 水 条 件 は? 表 三 軸 試 験 の 試 験 条 件 試 験 条 件 圧 密 排 水 条 件 対 象 土 特 徴 備 考 UU 試 験 無 非 排 水 飽 和 した 粘 性 土 が 対 象. 特 に, 現 地 で 採 取 した 不 攪 乱 試 料 の 現 場 強 度 の 推 定 に 使 われることが 多 い. 圧 密 しないので, 採 取 した 深 度 の 強 度 しか 分 からない. CU 試 験 有 非 排 水 飽 和 した 粘 性 土 ( 不 攪 乱 試 料 )や 砂 質 土, 礫 質 土 ( 不 攪 乱 再 構 成 試 料 )が 対 象. CUB 試 験 有 非 排 水 飽 和 した 粘 性 土 ( 不 攪 乱 試 料 )や 砂 質 土, 礫 質 土 ( 不 攪 乱 再 構 成 試 料 )が 対 象. 間 隙 水 圧 を 測 定 するの で,この 影 響 を 排 除 した 整 理 (c, φ )も 可 能. 実 務 上 は c, φ を c d, φ d に 代 用 することも できる. CD 試 験 有 排 水 飽 和 した 砂 質 土, 礫 質 土 ( 不 攪 乱 再 構 成 試 料 )が 対 象. ~~ 試 験 条 件 のアルファベット~~ 最 初 の 文 字 が 圧 密 の 有 無 U: 圧 密 なし(unconsolidated).C: 圧 密 あり(consolidated) 2 つ 目 がせん 断 中 の 排 水 条 件 U: 排 水 なし(undrained).D: 排 水 あり(drained). は と 表 現 されることもあり,この B または は 間 隙 水 圧 を 計 測 することを 意 味 する 22

25 5.6 圧 密 条 件 とは(すべり 面 上 の 拘 束 圧 状 態 に 対 応 させること) 三 軸 試 験 における 圧 密 とは, 土 のせん 断 強 度 に 及 ぼす 拘 束 圧 ( 深 度 )の 影 響 を 調 べるために, 土 の 要 素 ( 円 柱 形 が 多 い)に 力 をかけ,すべり 面 上 の 拘 束 圧 の 状 態 を 模 擬 すること 圧 密 が 伴 う 試 験 (CU, CUB, CD) 圧 密 応 力 ( 拘 束 圧 )を 3 段 階 程 度 変 えてせん 断 強 度 を 求 めて 破 壊 応 力 円 の 包 絡 線 ( 直 線 )の 切 片 と 傾 斜 角 から 強 度 定 数 を 求 める. 試 験 法 CU, CUB, CD に 対 応 して : 拘 束 圧 増 加 に 伴 う 強 度 増 加 を 表 す 内 部 摩 擦 角 φ cu, φ ', φ d : 拘 束 圧 ゼロにおける 強 度 である 粘 着 力 c cu, c, c d ( 正 規 圧 密 粘 土 の 場 合,c =0) 圧 密 が 伴 わない 試 験 (UU)では, 採 取 した 深 度 の 強 度 しか 分 からない. ( 飽 和 していれば,) 内 部 摩 擦 角 は 0, 不 飽 和 粘 土 もあるが, 設 計 上 はφ u = 0 と 見 なす 不 攪 乱 試 料 または 再 構 成 試 料 拘 束 圧 小 圧 密 試 験 機 内 で 拘 束 圧 を 与 え 圧 密 させた 後 にせん 断 試 験 を 行 えば 深 度 ( 拘 束 圧 せん 断 面 に 働 く 直 応 力 )に 応 じた 強 度 を 調 べることができる 同 じ 土 でも 浅 い 所 と 深 い 所 の せん 断 強 度 は 全 く 異 なる ( 当 然 深 いほど 強 い) 圧 密 強 度 c φ 拘 束 圧 が 大 きい ほど 大 きなモー ル 円 拘 束 圧 深 度 拘 束 圧 大 深 度 ( 拘 束 圧 せん 断 面 に 働 く 直 応 力 )に 応 じた 強 度 の 増 加 割 合 を 角 度 ( 内 部 摩 擦 角 φ)で 表 現 深 さ( 拘 束 圧 せん 断 面 に 働 く 直 応 力 )0における 強 度 を 粘 着 力 c 図 圧 密 と 深 度, 定 数 (c, φ)の 関 係 深 いほど 密 度 も 高 いので その 影 響 もある ここでは 分 かり 易 さを 優 先 したため, 拘 束 圧 などの 言 葉 の 使 い 方 は 厳 密 ではない. 23

26 5.7 排 水 条 件 とは (せん 断 されるときの 間 隙 水 を 逃 す( 排 水 )か 密 封 ( 非 排 水 )か 換 言 すると, 体 積 変 化 を 許 すか 許 さないか) すべり 面 が 切 る 堤 体 内 の 土 層 (スライス 底 面 が 切 る 土 層 )がせん 断 時 に 非 排 水 性 ( 細 粒 土 )なら UU 試 験,CU 試 験,CUB 試 験, 排 水 性 ( 粗 粒 土 )なら CD 試 験 をそれぞ れ 適 用 する(H24.2 構 造 検 討 の 手 引 き 改 正 ) 排 水 条 件 を 変 える 理 由 排 水 とは, 水 の 出 入 りが 自 由 ( 吸 水 する 場 合 もある) 排 水 分 だけ 体 積 減 ( 密 度 と 強 度 が 増 加 ), 吸 水 分 だけ 体 積 増 ( 密 度 と 強 度 が 低 下 ) 非 排 水 では, 水 の 出 入 りがなく, 密 度 が 変 わらない 透 水 係 数 が 大 きい 場 合 ( 礫 質 土 等 )は, 水 の 出 入 りが 可 能 排 水 条 件 透 水 係 数 が 小 さい 場 合 ( 粘 性 土 )は, 水 の 出 入 りが 不 可 能 非 排 水 条 件 ~~ 排 水 条 件 の 奥 深 い 世 界 ~~ 一 般 に 土 はせん 断 変 形 時 に 体 積 が 変 化 する. 密 な 砂 礫 は 膨 張 傾 向, 緩 い 砂 礫 や 粘 土 は 収 縮 傾 向 を 示 す.かなり 透 水 係 数 の 高 い 砂 礫 は 別 にして, 堤 体 のり 面 が 瞬 時 に 崩 れると, 体 積 変 化 する 時 間 が 十 分 にないため 非 排 水 条 件 下 となる.せん 断 に 伴 う 体 積 変 化 は, 土 粒 子 間 の 水 が 移 動 することにより 可 能 となることから,せん 断 速 度 に 較 べて 透 水 係 数 が 大 きくなければならない. 密 な 土 砂 は 膨 張 しようとして 過 剰 間 隙 水 圧 が 負 になり 有 効 応 力 が 増 加 し, 強 度 も 増 加 する. 緩 い 土 砂 は 収 縮 しようとして 正 の 過 剰 間 隙 水 圧 が 発 生 して 有 効 応 力 が 低 下 し, 強 度 も 低 下 する. 200 非 排 水 ( 緩 い) 非 排 水 ( 密 ) せん 断 に 伴 う 間 隙 水 圧 増 分 Δu (kn/m 2 ) 排 水 正 の 間 隙 水 圧 体 積 変 化 して 間 隙 水 圧 の 発 生 なし 負 の 間 隙 水 圧 の 発 生 体 積 収 縮 傾 向 体 積 膨 張 傾 向 軸 ひずみ ε a (%) 排 水 条 件 による 間 隙 水 圧 増 分 の 違 い 排 水 条 件 による 有 効 応 力 経 路 の 違 い 実 際 の 現 象 と 体 積 変 化 の 関 係 を 考 えた 場 合 に, 例 えば,ゆっくりとした 地 すべりであれば 比 較 的 透 水 係 数 の 低 い 土 でも 体 積 変 化 がある 程 度 可 能 であるが, 急 激 なのり 面 の 崩 壊 だと 高 い 透 水 係 数 の 土 でなければ 体 積 変 化 はで きない.このように 排 水 条 件 は 想 定 する 現 象 と 土 質 の 相 対 的 な 関 係 に 左 右 されるものであり, 本 来 透 水 係 数 だけ で 判 断 するものではないが, 堤 防 で 想 定 する 現 象 はのり 面 のすべり 崩 壊 であるため, 透 水 係 数 によって 排 水 条 件 を 選 定 することができる.ただし, 緩 い 礫 質 土 等 で CD 試 験 を 実 施 するとせん 断 中 に 密 度 が 増 加 し, 強 度 を 過 大 評 価 する 可 能 性 もあるため, 注 意 が 必 要 である.また, 実 際 にはいくら 透 水 係 数 が 小 さくても 全 く 体 積 変 化 しない ということは 有 り 得 ないが, 試 験 条 件 としては 割 り 切 って 排 水 と 非 排 水 の 2 つの 条 件 のどちらかを 適 用 している. 24

27 5.8 拘 束 圧 の 設 定 大 きな 拘 束 圧 ( 地 盤 内 の 深 い 位 置 に 相 当 )での 試 験 が 実 施 されて 粘 着 力 が 過 大 に 評 価 される 可 能 性 を 抑 制 するため,すべり 面 に 作 用 する 低 い 応 力 レベルのせん 断 試 験 を 実 施 するべく,H24.2 に 構 造 検 討 の 手 引 き を 改 正 した. 堤 防 のすべり 面 に 作 用 する 拘 束 圧 大 きくても 数 十 ~50kN/m 2 程 度 想 定 されるすべり 面 の 拘 束 圧 に 応 じて 試 験 時 の 圧 密 条 件 を 設 定 1) 低 拘 束 圧 の 試 験 が 難 しい 場 合,CUB 試 験 を 実 施 し,c, φ を 代 用 することも 検 討 低 圧 時 のせん 断 強 度 が 重 要 低 拘 束 圧 の CU 試 験 図 CU 試 験 の 拘 束 圧 による 違 い ~~ 想 定 されるすべり 面 の 拘 束 圧 ~~ 拡 大 τ : すべり 面 に 作 用 するせん 断 応 力 (kn/m 2 ) σ n : すべり 面 に 作 用 する 垂 直 応 力 (kn/m 2 ) c : 粘 着 力 (kn/m 2 ) φ : 内 部 摩 擦 角 ( ) 三 軸 試 験 で 設 定 する 拘 束 圧 の 目 安 (σ n の 算 出 ) Ν : 垂 直 力 (kn/m, 単 位 奥 行 き 当 たり) W : すべり 土 塊 スライスの 重 量 (kn/m) α : すべり 面 の 傾 き( ) 単 位 体 積 重 量 γ 重 量 W 傾 きα 円 弧 の 長 さL 垂 直 力 N 深 さH Wは,すべり 面 での 土 被 り 圧 ( 深 さH)で 近 似 可 能.その 場 合, γ : すべり 土 塊 スライスの 単 位 体 積 重 量 (kn/m 3 ) H : 円 弧 の 深 さ(m) 例 題 高 さ8m 規 模 の 堤 防 で, 円 弧 の 深 さHが3m, 円 弧 の 傾 きαが15 の 位 置 における 垂 直 応 力 σを 算 出 しよう. ただし,すべり 面 より 上 の 土 塊 は 一 様 で 単 位 体 積 重 量 γ = 17kN/m 3 ( 湿 潤 密 度 ρ t は 約 1.7g/cm 3 )とする. 1 土 被 り 圧 = γ H = 17 3 = 51kN/m 2 2 垂 直 応 力 σ n = ( 土 被 り 圧 ) cos α =51 cos15 = 約 49kN/m 2 A. 垂 直 応 力 σ n = 約 49kN/m 2 ( 拘 束 圧 の 目 安 ) 25

28 5.9 強 度 定 数 のチェック せん 断 強 度 土 の 強 度 は,せん 断 強 度 (- 強 さ,- 抵 抗 )とも 呼 ばれ, 図 5.9.1(a) 応 力 ~ひずみ 関 係 の 印 で 示 されるひ ずみ 15%までの 最 大 のせん 断 抵 抗 かピーク 強 度 か,ひずみが 増 加 しても 一 定 状 態 の 残 留 強 度 などで 表 す.こ れはある 拘 束 圧 ( 直 応 力 )に 対 応 する 強 度 である. せん 断 強 度 と 強 度 定 数 の 違 い 強 度 定 数 は, 拘 束 圧 を3 種 類 程 度 変 化 させて 実 施 した 複 数 の 供 試 体 の 試 験 結 果 から 求 めた 粘 着 力 c と 内 部 摩 擦 角 φのことを 言 い, 特 定 の 拘 束 圧 に 対 する( 供 試 体 1 本 1 本 の)せん 断 強 度 とは 区 別 する. 照 査 設 計 に 用 いる 強 度 定 数 のチェック 法 以 下 の 手 順 で 行 うチェックを 行 う. 1) 試 験 した 土 質 試 料 の 採 取 地 点 深 さ 等 の 確 認 1 堤 体 断 面 距 離 標,2 採 取 ボーリング 番 号,3 深 さ,4 土 質 名 土 層 名 等 2) 同 じ 土 層 の 断 面 内 における 連 続 性 の 確 認 ( 築 堤 履 歴, 基 礎 地 盤 の 成 り 立 ち, 密 度 N 値, 粒 度 分 布 等 に 基 づき) 3) 土 層 構 造 の 妥 当 性 の 確 認 した 上 で, 強 度 定 数 と 距 離 標 の 関 係 を 図 化 隣 接 する 断 面 と 土 層 構 造 を 比 較 し, 築 堤 履 歴 (3.3 節 )や 基 礎 地 盤 の 成 り 立 ち(3.4 節 )から 妥 当 かを 確 認 した 上 で, 各 土 層, 試 験 条 件 ごとに 強 度 定 数 等 の 縦 断 距 離 方 向 の 分 布 変 化 を 診 る 4) 強 度 定 数 がある 程 度 の 数 がある 場 合 には 分 布 特 性 に 応 じて, 小 さいバラツキの 時 は 平 均 化 し, 大 きいバラツキの 時 は 異 常 値 の 取 捨 を 行 う 主 応 a- 力 r 差 5) データが 少 ない 場 合 のチェック 法 ( 次 頁 下 段 ) (a) 主 a- 応 r 力 差 応 力 ~ひずみ 関 係 間 体 隙 積 水 増 圧 加 ( ( 点 実 線 線 ) ) 15 (b) ひずみ U V ひずみ U e 間 隙 比 (c) e 間 隙 比 緩 い 土 密 な 土 ひずみ ひずみ 図 緩 い 土 と 密 な 土 の 応 力 ~ひずみ~ 体 積 変 化 率 V 等 の 関 係 図 地 点 の 柱 状 図 と 定 数 整 理 例 26

29 1),2)については, 図 のような 図 を 使 い,3),4)については, 図 のような 図 を 使 い 検 討 する. 強 度 定 数 だけでなく, 密 度 や 間 隙 比 等 についても 同 様 の 図 を 描 くと 良 い. 粘 土 層 の 粘 着 力 に ついては 図 の 整 理 を 行 うと, 強 度 増 加 率 (5.2 節 参 照 )を 算 出 することができる.バラツキの 原 因 を 検 討 ( 粒 度 分 布 や 細 粒 分 含 有 率, 粗 密 の 影 響, 場 合 によってはデータシートに 戻 り 図 のような 破 壊 包 絡 線 の 引 き 方 も 考 察 する)する.このような 方 法 で 信 頼 性 の 高 い 定 数 設 定 すること が 適 正 な 設 計 に 不 可 欠 である. 図 内 部 摩 擦 角 の 距 離 方 向 分 布 例 これらよりバラツキが 大 きなケースが 多 い. 個 々の 堤 防 でデータの 点 検 を 行 うことが 重 要 図 粘 着 力 の 深 度 分 布 例 特 定 データのチェック 方 法 A) UU 試 験 の 破 壊 包 絡 線 がφ u 0 となる 場 合 が 図 5.9.5(a)である. 通 常 は 同 図 (b)のようにφ u =0 とな るべきである.(a)は 土 試 料 が 不 飽 和 土 のときに 間 隙 空 気 部 分 が 圧 縮 して 生 じやすい. 粗 密 によ っても 同 様 の 結 果 が 得 られる 場 合 もあるので,まずはデータシートから 供 試 体 ごとの 飽 和 度 と 密 度 を 確 認 する. 飽 和 度 が 十 分 に 高 い 場 合 には, 飽 和 化 すると 強 度 が 低 下 することも 踏 まえ, 低 い 強 度 ( 飽 和 度 と 密 度 の 組 み 合 わせ 等 にもよるが 例 えば(a)の 破 線 の 切 片 )として 評 価 すべきであ る.3 つのモール 円 の 大 きさのバラツキが 大 きいときには, 応 力 ひずみ 関 係 ( 図 5.9.1(a))も 比 較 すると 良 い. 一 般 に 供 試 体 ごとの 粒 度 分 布 試 験 は 実 施 しないことが 多 いが, 供 試 体 ごとの 粒 度 分 布 の 違 いがバラツキとなって 現 れる 場 合 もある. c = const. (a) Φu = 0 線 (b) Cu 図 UU 試 験 の 典 型 的 な 試 験 結 果 σ σ B) 低 拘 束 圧 の 試 験 (5.8 節 参 照 )が 少 ない 場 合 等, 試 験 値 に 疑 義 がある 場 合 を 含 めて, 堤 体 土 質 の 強 度 は 低 応 力 レベルを 正 確 に 推 定 すべき. 例 えば, 図 のようなモール 円 が 得 られた 場 合 に は, 破 線 ではなく, 実 線 のように 最 も 拘 束 圧 の 小 さい 円 を 利 用 すると 良 い(ただし, 一 番 低 い 拘 束 圧 と 一 番 高 い 拘 束 圧 の 円 を 使 えば 良 いということではない). C 図 CUBまたは CD 試 験 結 果 の 破 壊 線 σ r σ 27

30 5.10 安 全 率 と 定 数 の 関 係 特 に 粘 着 力 の 設 定 精 度 がすべり 安 全 率 に 大 きく 影 響 する. ( 一 般 に) 細 粒 分 含 有 率 が 多 い 粘 性 土 の 場 合, 粘 着 力 c が 大 きく 内 部 摩 擦 角 φ は 小 さい 砂 礫 の 含 有 率 が 多 い 砂 質 土 の 場 合, 粘 着 力 c が 小 さく 内 部 摩 擦 角 φ は 大 きい 密 な 砂 の 粘 着 力 c cu の 値 は 拘 束 圧 の 影 響 もあり 非 常 に 大 きくなる 場 合 がある. -ポイント- 堤 体 や 基 礎 地 盤 の 土 質 と 土 質 定 数 (c, φ)の 組 み 合 わせは 妥 当 か? 堤 防 高 さ 5m 天 端 幅 5m 外 水 位 4m のり 面 勾 配 1:2 c=1kn/m 計 算 条 件 Φ= c とφをそれぞれ 3 パターン 変 えてすべり 安 全 率 との 関 係 を 整 理 試 算 結 果 円 弧 すべり 安 全 率 Fs 円 弧 すべり 安 全 率 Fs 粘 着 力 c (Φ=30 ) 内 部 摩 擦 角 Φ (c=1kn/m2) cを3パターン 変 えた 場 合 の 最 小 安 全 率 の 変 化 φを3パターン 変 えた 場 合 の 最 小 安 全 率 の 変 化 φよりcを 大 きくする 方 が 安 全 率 は 大 きくなる cを 期 待 できない 砂 の 堤 防 より, 細 粒 分 を 適 度 に 含 んだ 堤 防 の 方 が,す べりに 対 する 最 小 安 全 率 が 大 きくなる 図 円 弧 すべり 安 全 率 と 土 質 強 度 の 関 係 ( 土 木 研 究 所 試 算 ) 28

31 6. 被 災 しやすい 堤 防 の 見 方 6.1 被 災 しやすい 堤 防 の 断 面 形 状 堤 防 の 浸 透 安 全 性 には, 断 面 の 形 状 も 影 響 するため, 被 災 しやすい 堤 防 の 断 面 形 状 を 把 握 しておくことは 重 要 である. -ポイント- 代 表 断 面 の 選 定 に 活 かしているか? ただし, 堤 体 や 基 礎 地 盤 の 土 質 その 構 造 によっても 被 災 しやすさは 変 わるので, 総 合 的 に 判 断 すること. 表 堤 防 の 断 面 形 状 と 浸 透 安 全 性 の 関 係 被 災 しにくい 堤 防 浸 透 安 全 性 被 災 しやすい 堤 防 大 > 小 堤 防 高 さが 低 い 堤 防 高 さが 高 い(10m 超 など) 大 > 小 堤 防 敷 幅 が 広 い 堤 防 敷 幅 が 狭 い 大 > 小 のり 面 勾 配 が 緩 い のり 面 勾 配 が 急 大 > 小 平 均 動 水 勾 配 が 緩 い ( 堤 内 地 盤 が 高 いとき) 平 均 動 水 勾 配 が 急 ( 堤 内 地 盤 が 低 いとき) 29

32 6.2 被 災 しやすい 堤 防 の 土 層 構 造 のとらえ 方 堤 体 や 基 礎 地 盤 の 状 況 に 応 じて 被 災 のしやすさが 異 なる. 堤 防 の 土 層 構 造 が 問 題 透 水 性 地 盤 において 裏 のり 尻 下 や 堤 内 地 盤 側 に 粘 性 土 等 の 難 透 水 層 が 分 布 してい ると,いわゆる 行 止 り 地 盤 を 形 成 し, 湿 潤 面 を 押 し 上 げ, 漏 水 やパイピングが 発 生 しやすい. -ポイント- 以 下 のような 基 礎 地 盤, 土 層 構 造 を 代 表 断 面 の 選 定 に 活 かしているか? 漏 水 図 難 透 水 性 の 旧 堤 防 と 透 水 性 の 高 い 拡 幅 部 の 組 み 合 わせ ( 湿 潤 面 の 押 し 上 げ) 漏 水 図 難 透 水 性 主 体 の 堤 体 の 中 に 透 水 性 の 高 い 土 層 がはさまれている 場 合 このよう 構 造 の 断 面 が 存 在 する 場 合 には 築 堤 履 歴 や 工 事 記 録 を 調 べ, 同 じような 構 造 の 堤 防 の 範 囲 のあたりを つけること. 必 要 に 応 じて 地 盤 調 査 を 行 うこと. 透 水 性 地 盤 難 透 水 性 地 盤 図 基 礎 地 盤 の 行 き 止 まり 構 造 30

33 ~~ 堤 体 構 造 に 関 する 試 算 ( 外 水 位 のみ 作 用 )~~ k= cm/s k= cm/s 20h 40h 75h 川 表 から 連 続 した 浸 潤 線 が 形 成 k= cm/s k= cm/s k= cm/s k= cm/s k= cm/s k= cm/s 20h 20h 40h 40h 75h 75h 浸 潤 線 の 発 達 が 促 進 される 浸 潤 線 の 発 達 が 抑 制 される 降 雨 があるとのり 面 下 で 高 くなる ( 土 木 研 究 所 試 算 ) 全 体 に 均 質 な 堤 防 (1のケース)に 比 べ, 高 透 水 層 が 存 在 すると(2のケース), 極 端 な 場 合 川 裏 のり 面 にまで 浸 潤 線 が 達 する.また, 透 水 性 の 低 い 旧 堤 が 存 在 すると 浸 潤 線 の 発 達 は 抑 制 され, 同 程 度 の 外 水 位 が 作 用 しても 裏 のり 側 の 浸 潤 線 は 低 い(3のケース).しかし, 降 雨 がのり 面 から 浸 透 す るときには, 裏 のり 尻 部 に 浸 潤 線 が 高 く 現 れて,のり 尻 で 漏 水 が 生 じる. 対 策 としてはドレーン 工 法 が 有 効 である. ~~~ 堤 防 の 声 膿 (ウミ), 泥 濘 (ぬかるみ) は 対 策 が 必 要 か?~~~ 小 段 やのり 尻 が ぬかるむ ことは, 図 や 図 のように 裏 のり 面 から 漏 水 があるときや 降 雨 の 後 に 見 られ, 堤 体 土 質 の 排 水 性 が 悪 い 場 合 が 多 い. 裏 のり 尻 側 にドレーン 工 があり,その 上 の 小 段 が 膿 んでいる 場 合 には,ドレーン 工 の 目 詰 まりによる 浸 潤 面 が 上 昇 の 懸 念 があるため,ドレーン 工 から 浸 透 水 の 流 出 した 跡 を 確 認 すること. 一 方, 表 のり 面 から 漏 水 する 場 合 もある. 堤 内 地 盤 高 が 高 く 地 下 水 が 表 のり 面 から 出 ている 場 合 に は, 不 透 水 の 護 岸 や 表 のり 被 覆 工 で 防 ぐことは 間 違 い. ~~~ 堤 防 の 声 被 災 履 歴 の 情 報 漏 水 あり の 意 味?~~~ 漏 水 の 有 無 情 報 は 多 いが, 二 つの 意 味 があるので 何 れに 属 するか 留 意 した 対 応 が 必 要 :1 漏 水 が 清 水 でパイピング 破 壊 になる 恐 れがないときのもの. 漏 水 量 を 計 測 することにより, 堤 体 土 質 の 透 水 係 数 を 推 定 することができ, 洪 水 雨 水 に 対 する 耐 浸 透 性 の 評 価 に 利 用 できる.2 漏 水 が 清 水 で なく 土 砂 による 濁 りがあるとき, 堤 体 土 砂 のパイピング 内 部 侵 食 が 懸 念 される. 流 出 した 土 砂 量 の 多 少 により 深 刻 さが 異 なるが, 最 悪 は 堤 体 内 部 に 空 洞 (パイピング 孔 )が 生 じている 恐 れがあるため, 空 洞 の 規 模 を 確 認 するための 調 査 が 不 可 欠 である. 31

34 6.3 過 去 の 堤 防 の 詳 細 点 検 結 果 の 活 用 堤 防 の 詳 細 点 検 結 果 を 整 理 分 析 各 河 川 における 浸 透 安 全 性 が 不 足 する 堤 防 区 間 ( 要 対 策 区 間 )の 現 状 を 把 握 する 要 対 策 区 間 に, 堤 防 整 備 状 況 や 流 下 能 力, 外 力 等, 各 河 川 の 特 徴 が 表 れるため, 様 々な 観 点 から 要 対 策 区 間 の 現 状 を 分 析 する 必 要 がある. -ポイント- 管 理 する 河 川 堤 防 の 要 対 策 区 間 の 現 状 は? 全 国 的 に 要 対 策 の 理 由 として 多 いのは, 裏 のりすべり, 裏 のり 尻 パイピング 破 壊 である. しかも 地 域, 河 川, 流 域 毎 に 特 徴 がある. 下 図 は 全 国 の 直 轄 堤 防 の 破 壊 形 式 を 整 理 した 結 果 である. 各 担 当 者 が 管 理 する 河 川 の 堤 防 で 想 定 される 破 壊 形 態 の 特 徴 を 把 握 して, 対 策 の 効 果 ( 工 法 によって 適 不 適 がある)を 理 解 するよう 努 めるべきである. なお, 既 往 文 献 21) にも 幾 つかの 地 整, 河 川 データの 概 略 の 傾 向 が 記 述 されているので 対 策 工 法 の 絞 込 みの 参 考 になろう. 8 表 法 のみNG 0.5% 7パイピン グのみNG 13.8% 5 表 法 パイピ ングがNG 0.3% 4 裏 法 表 法 がNG 2.0% 6 裏 法 のみNG 13.1% 1すべてOK 59.2% 3 裏 法 パイピング がNG 9.5% 2すべてNG 1.5% 直 轄 堤 防 全 体 では, 3,6,7の 被 災 形 式 が 多 い 図 直 轄 河 川 堤 防 の 総 延 長 約 1 万 km 中 の 詳 細 点 検 結 果 ( 治 水 課 調 べ H23.1 時 点 ) 32

35 7. 堤 防 の 浸 透 対 策 7.1 破 壊 形 態 に 対 応 した 対 策 の 考 え 方 破 壊 形 態 に 対 応 した 工 法 を 選 択 すること 対 策 工 施 工 後 はモニタリングにより 効 果 を 確 認 するとよい -ポイント- 基 礎 地 盤 や 堤 体 の 土 層 構 造, 照 査 結 果, 被 災 履 歴 から 想 定 される 被 災 形 態 に 対 応 した 対 策 工 法 を 選 定 しているか? 対 策 工 のモニタリング 維 持 管 理 方 法 は 検 討 したか? 表 破 壊 形 態 に 応 じた 対 策 の 考 え 方 章 工 法 のり 面 すべり 盤 ぶくれ パイピング 8 断 面 拡 大 工 法 1 浸 透 路 長 の 延 長 ( 動 水 勾 配 の 低 下 ) 2のり 面 を 緩 くすることによる 安 定 性 の 向 上 9 ドレーン 工 法 1 裏 のり 面 下 部 の 堤 体 内 水 位 の 低 下 2せん 断 強 度 の 大 きい 材 料 へ の 置 き 換 え 1 裏 のり 尻 部 の 動 水 勾 配 の 低 減 10 表 のり 面 被 覆 工 法 1 浸 透 路 長 の 延 長 2 裏 のり 面 下 部 の 堤 体 内 水 位 の 低 下 11 川 表 遮 水 工 法 ( 矢 板 工 法 ) 1 基 礎 地 盤 の 浸 透 水 量 を 低 減 2 裏 のり 尻 近 傍 ( 基 礎 地 盤 )の 水 圧 を 低 減 12 ブランケット 工 法 1 浸 透 路 長 の 延 長 2 裏 のり 尻 近 傍 ( 基 礎 地 盤 )の 水 圧 を 低 減 13 堤 内 基 盤 排 水 工 法 - 1 裏 のり 尻 部 の 揚 圧 力 の 低 下 14 天 端 舗 装 工 1 堤 体 内 への 浸 透 水 量 低 減 33

36 7.2 浸 透 流 計 算 結 果 の 確 認 例 えば,ドレーンがある 場 合 にドレーン 内 の 水 位 が 上 昇 するのは 不 適 当. 詳 しく 確 認 したい 場 合 は, 浸 潤 線 とともに, 流 速 ベクトル 分 布 をチェックする( 透 水 係 数 が 大 きい 層 で 流 速 ベクトルが 大 きいか,など) さらに, 浸 潤 線 の 上 昇 過 程 などをチェックする(すべり パイピングの 照 査 は 高 水 位 継 続 時 間 終 了 時 点 で 実 施 )のがよい -ポイント- 浸 潤 線 は, 堤 体 材 料 や 対 策 工 法 を 勘 案 して 異 常 な 形 になっていないか? 堤 体 内 の 浸 透 水 は ドレーンから 外 部 へ 速 やかに 排 水 されるためド レーン 内 やドレーン 上 に 水 が 溜 ま るのは 不 適 当 ドレーン 工 ドレーン 工 の 排 水 効 果 を 見 込 めば 浸 潤 線 はドレーン 工 の 下 端 を 通 る 図 ドレーン 工 がある 場 合 の 浸 透 流 計 算 結 果 の 確 認 例 図 旧 堤 がある 場 合 の 浸 透 流 計 算 結 果 の 確 認 例 (6.3 参 照 ) 注 : 浸 透 流 計 算 プログラムの 中 には 降 雨 を 土 要 素 内 に 強 制 的 に 注 入 するものも 存 在 する. 降 雨 の 影 響 が 計 算 結 果 に 強 く 現 れ, 裏 のり 尻 部 の 浸 潤 面 が 高 くなり, 過 剰 に 不 安 定 な( 設 計 上 は 過 剰 に 安 全 側 の) 評 価 を 与 える 結 果 になる.このような 懸 念 がある 場 合 には,プログラム 内 の 堤 体 表 面 の 境 界 条 件 設 定 が 妥 当 かの 判 断 ができる 専 門 家 の 助 言 を 受 けるべき. 34

37 7.3 すべり 円 弧 の 形 状 等 の 確 認 円 弧 すべり 計 算 で 最 小 安 全 率 が 得 られた 円 弧 の 形 状, 位 置 を 確 認 -ポイント- 下 図 のような 円 弧 の 形 状 位 置 になっていないか? 円 弧 が 深 すぎる 例 ( 下 の 粘 土 層 の 強 度 が 弱 いことが 原 因. 浸 透 問 題 ではなく, 軟 弱 地 盤 の 問 題 ( 盛 土 できるか, 盛 土 の 施 工 速 度 は. 圧 密 沈 下 の 周 辺 への 影 響 は.)として 検 討 (5.2 節 の 強 度 増 加 率 を 参 照 ). 既 設 堤 防 では, 深 いすべりが 発 生 することは 考 えづらいため, 強 度 定 数 の 設 定 を 再 検 討 すべき.) 円 弧 が 浅 すぎる 例 ( 表 層 がすべる 程 度 であれば, 堤 防 の 機 能 は 大 きく 低 下 するわけではない. 砂 質 土 では 粘 着 力 が 小 さく 浅 いすべりが 発 生 し 易 く 計 算 される.ただし, 浅 いすべりを 端 緒 として 大 きなすべりに 発 展 する 進 行 性 の 崩 壊 も.) 円 弧 は 浸 潤 線 を 切 るように 円 弧 は 擁 壁 を 切 らないように ( 計 算 条 件 の 設 定 に 問 題 ) 図 すべり 円 弧 形 状 の 確 認 35

38 7.4 局 所 動 水 勾 配 の 照 査 位 置 の 確 認 のり 尻 部 の 条 件 ( 構 造 物 浸 潤 線 )と 合 致 した 評 価 が 重 要 局 所 動 水 勾 配 の 値 は, 浸 透 流 計 算 の 要 素 の 大 きさによって 変 化 -ポイント- 下 図 のような 位 置 で 局 所 動 水 勾 配 を 算 出 していないか? 浸 透 流 計 算 の 要 素 の 大 きさは 堤 防 高 さの 1/10 程 度 以 下 になっているか? 擁 壁 背 面 の 排 水 が 不 適 切 で 堤 体 内 水 が 上 昇 する 場 合 は 擁 壁 の 上 でも 照 査 すべき. iv iv ih ih 擁 壁 があることで,のり 尻 において 水 平 方 向 のパイピングは 生 じない ことから, 鉛 直 方 向 のみの 照 査 とするべき. ただし, 擁 壁 背 面 の 排 水 が 適 切 に 行 われていることが 条 件 iv iv 裏 のり 尻 ih 裏 のり 尻 ih 基 礎 地 盤 基 礎 地 盤 コンクリート 水 路 でパイピングは 生 じない. 浸 潤 線 より 上 の 位 置 でパイピングは 生 じない. 浸 潤 線 ドレーン 照 査 位 置 は 浸 潤 線 以 下 とする. 図 局 所 動 水 勾 配 の 確 認 36

39 7.5 G/W の 照 査 位 置 の 確 認 堤 防 高 が 10m 以 下 で, 被 覆 土 層 厚 が 3m 程 度 以 上 の 場 合 や 粘 性 土 地 盤 の 場 合 には 1) パイピング 破 壊 盤 ぶくれに 対 する 安 全 性 の 照 査 は 原 則 的 に 不 要 のり 先 ( 基 礎 地 盤 )に 分 布 する 粘 性 土 の 物 性 も 確 認 のこと 基 礎 地 盤 の 粘 性 土 が 有 機 質 土 ( 腐 植 物 を 混 入 する 場 合 や 泥 炭 など)の 場 合, 被 覆 土 層 の 重 量 G が 小 さくなるため 注 意 が 必 要 対 策 の 基 本 は, 押 さえ 盛 土 用 地 費 次 第 ではあるが 工 事 費 だけを 考 えれば 非 常 に 安 価.また, 特 別 な 維 持 管 理 は 必 要 な い -ポイント- 最 も 盤 ぶくれが 起 こりやすい(G/W の 最 も 小 さな) 位 置 で 照 査 しているか? (G/W が 最 も 小 さくなる 箇 所 ) G/W G/W 裏 のり 尻 G/W 裏 のり 尻 基 礎 地 盤 ( 粘 性 土 ) 基 礎 地 盤 ( 粘 性 土 ) 最 も 盤 ぶくれが 起 こりやすい 位 置 で 照 査 すること. ( 当 然,できる 限 り 正 確 に 地 盤 条 件 を 調 べることも 重 要 ) 図 G/W の 照 査 位 置 の 確 認 37

40 8. 断 面 拡 大 工 法 8.1 断 面 拡 大 工 法 の 設 計 堤 体 断 面 の 拡 大 およびのり 面 を 緩 傾 斜 化 浸 透 路 長 の 延 長 ( 動 水 勾 配 の 低 減 )と 緩 勾 配 のり 面 すべりと 盤 ぶくれ パイピングに 対 する 安 全 性 向 上 堤 防 強 化 については, 断 面 拡 大 工 法 の 採 用 を 基 本 とすること 川 表 側 では 河 積 の 確 保, 川 裏 側 では 用 地 の 確 保 に 留 意 のこと -ポイント- 軟 弱 地 盤 か? 軟 弱 地 盤 の 場 合 には, 周 辺 (8.2 節 参 照 )や 既 設 堤 防 (8.3 節 参 照 )への 圧 密 沈 下 の 影 響 に ついて 十 分 配 慮 すること ~~ 相 似 形 の 堤 防 であれば 安 全 率 は 同 じ?~~ 戦 後 に 発 達 した 地 盤 工 学 に 基 づけば 間 違 いであり,Taylor の 安 定 図 表 22) ( 図 8.1.1)からも 明 らかと なる. 図 中 の 記 号 とその 利 用 法 を 説 明 と 計 算 例 を 示 す. (Taylor の 図 表 ) 平 地 に 築 造 された, 斜 面 勾 配 β( )で 高 さ H の 単 純 な 斜 面 盛 土 ( 土 質 は 均 質 で 単 位 体 積 重 量 γ, 粘 着 力 c d (tf/m 2 ), 内 部 摩 擦 角 φ d ( ))の 安 全 率 F s を 求 める. 安 定 図 表 に 記 載 されている 記 号 の 関 係 式 は 以 下 のとおり. c = c d / F s, tan(φ) = tan(φ d ) / F s ( 問 い)H = 6.7m, β = 40, γ = 1.70 tf/m 3, c = 2.0 tf/m 2, φ = 10 の 安 全 率 を 求 めよ. ( 使 い 方 )F s = 1.5 を 仮 定 すると, φ = tan -1 [(tan(10 )/1.5] = 6.7 をパラメータに してβ = 40 の 横 座 標 に 対 する 縦 座 標 値 を 読 むと 安 定 数 は = c / (γ H*)=2/1.5 /(1.7H*) H* = 6.67 m. これはすでに 6.7m に 近 く,F s = 1.5 と 近 似 しても 良 いくらいであるが, 真 の F s 値 は 少 し 小 さい 筈 なので,F s = 1.4 を 仮 定 して, 同 様 の 試 算 をすると H* = 7.31 m を 得 る. 従 って, 内 挿 法 で F s = ( ) ( ) = 1.49 を 得 る. 小 段 があるのり 面 は 直 線 で 近 似 し, 直 線 斜 面 で 試 算 することも 可 能 である. その 他 に 有 用 な 手 段 を 巻 末 付 録 に 掲 載 した ので 参 考 にされたい. 図 Taylor の 安 定 図 表 38

41 8.2 近 隣 への 影 響 の 回 避 基 礎 地 盤 が 軟 弱 な 箇 所 で 断 面 拡 大 工 法 を 用 いる 場 合 には, 下 記 の 近 隣 への 影 響 に 留 意 が 必 要 基 礎 地 盤 の 圧 密 沈 下 近 接 民 家 を 引 き 込 み 沈 下 する 恐 れ( 図 参 照 ) 基 礎 地 盤 の 側 方 流 動 近 接 民 家 や 堤 内 地 の 構 造 物 が 変 形 する 恐 れ ( 図 参 照 ) 観 測 施 工, 引 き 込 み 沈 下 対 策 ( 矢 板 工 法 による 地 盤 の 縁 切 りなど), 変 形 対 策 ( 緩 速 施 工 変 位 吸 収 トレンチなど)を 検 討 すること : 引 き 込 み 沈 下 対 策 として 矢 板 工 法 などの 地 下 水 流 を 阻 害 する 恐 れのある 工 法 を 使 用 する 場 合 には, 透 水 性 矢 板 などのように 一 定 の 地 下 水 流 を 確 保 できる 工 法 を 検 討 すること(11 章 参 照 ) 図 断 面 拡 大 による 近 隣 への 影 響 宅 盤 の 高 さは 維 持 沈 下 圧 密 沈 下 図 断 面 拡 大 による 圧 密 沈 下 の 影 響 対 策 矢 板 による 縁 切 り 39

42 8.3 断 面 拡 大 工 法 に 適 した 材 料 基 本 的 な 土 質 材 料 川 表 ( 堤 外 ): 既 存 堤 体 より 透 水 性 の 低 い 土 質 材 料 川 裏 ( 堤 内 ): 既 存 堤 体 より 透 水 性 の 高 い 土 質 材 料 施 工 締 固 めが 容 易 でせん 断 強 度 の 高 い 材 料 を 使 用 ( 締 固 めづらい 現 場 条 件 となりやすいため.ブレンドや 改 良 も 検 討.) 難 透 水 性 材 料 透 水 性 材 料 基 本 断 面 形 状 図 断 面 拡 大 材 料 の 土 質 透 水 性 材 料 難 透 水 性 材 料 基 本 断 面 形 状 湿 潤 線 の 押 し 上 げ, 大 規 模 に 崩 壊 する 恐 れ 図 断 面 拡 大 材 料 の 土 質 ( 表 と 裏 の 透 水 性 が 逆 の 場 合 ) ~~~ 堤 防 の 声 断 面 拡 大 に 伴 う 築 堤 技 術 に 関 して, 土 堤 原 則 に 反 しない 研 究 例 ~~~ 今 後 の 調 査 研 究 成 果 により, 砕 石 の 効 用 が 再 評 価 される 可 能 性 がある. 後 述 のドレーン 工 は 裏 のり 尻 の 水 位 低 下 が 主 な 狙 いであるが,のり 尻 の 安 定 化 のために 構 造 によっては 擁 壁 的 な 抵 抗 を 期 待 する 側 面 がある.フィルダ ムにおいては 砕 石 の 混 入 割 合 が 30~40 % 以 上 の 場 合 には 一 般 の 土 工 でよく 採 用 される 礫 補 正 が 適 用 できない 22) こ とから 大 型 締 固 め 試 験 等 を 実 施 するように, 同 じ 土 でも 砕 石 の 混 入 割 合 等 により 土 の 挙 動 は 大 きく 変 化 する. 堤 防 を 作 ってきた 先 人 はこのような 土 の 挙 動 の 変 化 を 十 分 に 理 解 せずに, 砕 石 を 利 用 していたかも 知 れない. 主 に 砕 石 が 使 われるドレーン 工 も 挙 動 が 大 きく 異 なることからすれば 異 種 材 料 であり,タブー 化 される 面 があるが, 河 川 堤 防 砂 礫 の 変 形 挙 動 特 性 に 関 する 調 査 研 究 例 えば23),24) が 始 められており 喜 ばしい. 40

43 8.4 断 面 拡 大 工 法 の 施 工 基 礎 地 盤 が 軟 弱 な 箇 所 で 断 面 拡 大 工 法 を 用 いる 場 合 には, 施 工 において 下 記 に 留 意 が 必 要. 施 工 過 程 で 基 礎 地 盤 のすべり 破 壊 の 恐 れがあるため, 施 工 前 と 施 工 中 の 基 礎 地 盤 の 強 度 を 確 認 一 般 には 施 工 管 理 により 強 度 増 加 の 発 現 を 確 認 しながら 嵩 上 げを 実 施 施 工 管 理 ( 動 態 観 測 )によって 沈 下 と 変 位 を 監 視 し, 既 設 堤 体 の 安 定 周 辺 地 盤 への 影 響 を 把 握 して 施 工 すること. 施 工 にあたっては 既 設 堤 防 とのなじみのための 段 切 りなどが 必 要 できるだけ 大 型 の 施 工 機 械 が 入 る 幅 を 確 保 ( 締 固 められるよう) のり 面 近 傍 の 締 固 め 度 を 上 げるためには, 余 分 に 盛 って 大 型 の 施 工 機 械 で 締 固 め, 後 に 余 盛 部 分 を 削 り 取 り,のり 面 成 形 することが 有 効 軟 弱 粘 土 層 の 強 度 の 過 大 評 価 図 嵩 上 げによる 軟 弱 粘 土 層 のすべり ~~~ 堤 防 の 声 乾 いた 堤 防 と 湿 った 堤 防 ~~~ 堤 防 の 強 さは 湿 り 具 合 ( 含 水 状 態 )によって 大 きく 変 わる 砂 質 土 では 湿 った 状 態 では サクションという 力 が 働 き( 拘 束 圧 と 同 じ 働 きをする) 完 全 に 飽 和 した 状 態 より も 大 きな 強 度 を 発 揮 する サクションはわずかに 湿 った 状 態 で 最 も 大 きく 含 水 状 態 が 飽 和 に 近 づくにつれ 小 さ くなり 完 全 に 飽 和 した 状 態 でゼロとなる また 完 全 に 乾 燥 した 状 態 もゼロである 粘 性 土 の 場 合 には 砂 質 土 に 比 べれば 含 水 状 態 は 変 化 しにくいものの 同 様 の 傾 向 であり 乾 くと 石 のようになることもある しかし あ る 程 度 乾 いてくると 乾 燥 収 縮 のために 亀 裂 が 入 ることもあり 乾 けば 良 いとは 限 らない また 含 水 比 が 大 きいほど 透 水 係 数 も 大 きくなる 乾 いた 土 に 水 をかけると 弾 いてなかなか 染 み 込 まないが 一 旦 水 が 染 みて 土 の 色 が 変 わるとみるみる 水 を 吸 い 込 むようになるということは 誰 しも 経 験 をしているだろう 洪 水 が 来 る 前 の 堤 防 の 含 水 状 態 が 低 ければ( 乾 燥 していると) 洪 水 時 に 河 川 水 は 染 み 込 みにくくなる さらに 東 日 本 大 震 災 では 堤 体 液 状 化 による 被 害 も 多 く 見 られたように 多 くの 場 合 堤 防 は 乾 いていた 方 が 強 いと 言 える 一 方 で 設 計 においては 浸 透 流 計 算 では 事 前 降 雨 により 十 分 に 高 い 含 水 状 態 となったところに 河 川 水 位 を 作 用 させ 円 弧 すべり 計 算 では 完 全 飽 和 状 態 の 強 度 定 数 を 使 っている これは 実 際 の 状 態 に 比 べ 安 全 側 の 評 価 に なっている 場 合 が 多 いと 考 えられるが 現 実 には 含 水 状 態 をコントロールすることは 難 しい ただし コントロールは 難 しいとは 言 え 維 持 管 理 や 対 策 工 の 設 計 において 含 水 状 態 に 配 慮 する( 湿 りやす い 箇 所 はどこか できるだけ 浸 透 させない 速 やかに 排 水 させる)ことは 重 要 である 41

44 9. ドレーン 工 法 9.1 ドレーン 工 法 の 設 計 裏 のり 尻 部 にドレーン 工 ( 高 透 水 ゾーン)を 設 置 裏 のり 部 の 水 位 低 下 とせん 断 強 度 の 増 大,のり 尻 部 の 動 水 勾 配 低 減 のり 面 すべりとパイピングに 対 する 安 全 性 の 向 上 ドレーン 工 設 計 時 の 留 意 事 項 ドレーン 工 の 厚 みは,0.5m 以 上 ( 沈 下 しても 排 水 阻 害 が 生 じない 厚 み) ドレーン 工 の 幅 は, 平 均 動 水 勾 配 が 0.3 未 満 ( 深 く 入 れすぎない) ドレーン 材 料 は, 透 水 性 が 高 く,かつせん 断 強 度 の 大 きい 材 料 を 選 定 ドレーン 工 の 堤 防 側 にはフィルター 材 ( 吸 出 し 防 止 材 )を 敷 設 : フィルター 材 は, 堤 体 土 の 吸 い 出 し 防 止 ができて( 開 孔 径 が 過 大 にならないで)かつ 長 期 的 に 目 詰 まり を 起 こさない( 開 孔 径 が 過 小 にならない) 要 件 をみたすこと : フィルター 材 ( 粒 状 フィルター,ジオテキスタイル)には 多 くの 種 類 製 品 があり,またフィルター 材 の 透 水 係 数 を 推 定 する 試 験 法 が 施 工 現 場 の 土 圧 に 対 応 していない 懸 念 などがあるため,ドレーン 工 の 効 果 を 検 証 したモニタリング 事 例 の 蓄 積 と 情 報 交 換 が 望 まれる. ドレーン 工 末 端 の 堤 脚 水 路 の 位 置 は 2H ルール -ポイント- 堤 脚 水 路, 流 末 処 理 の 検 討 は 行 ったか? ドレーン 工 は 深 く 入 れすぎていないか? ドレーン 工 を 設 置 するために 良 質 の 堤 体 土 を 大 きく 切 り 取 ることになっていない か?( 土 質 定 数 が 適 切 に 設 定 できないのではないか?) 図 ドレーン 工 の 断 面 形 状 - 参 考 資 料 - ドレーン 工 設 計 マニュアル 25) 本 マニュアルには, 吸 い 出 し 防 止 シートの 規 格 として, 0.1 mm O 95 D 85 ( O 95はジオテキ スタイルの 95% 開 孔 径, D 85は 堤 体 土 の 85% 粒 径 )が 示 されているが, 河 川 土 工 マニュアルでは, O 95 D である.( 一 般 的 な 粒 状 フィルターについては,Terzaghi の 規 準 :5 F 15 <D 15< 5 F 85 などがある.F 15 は 粒 状 フィルターの 15% 粒 径,F 85 は 粒 状 フィルターの 85% 粒 径 ) 42

45 9.2 ドレーン 工 法 の 効 果 が 高 い 堤 防 低 い 堤 防 裏 のり 尻 を 透 水 性 の 大 きい 材 料 で 置 換 し, 浸 透 した 水 を 速 やかに 排 水 堤 体 の 透 水 係 数 が,10-3 ~10-4 cm/s 程 度 の 場 合 に 特 に 高 い 効 果 堤 体 の 透 水 性 が 高 い 場 合,および 逆 に 透 水 性 が 低 い 場 合 は,ドレーン 工 法 の 効 果 が 発 揮 されにくい. 試 算 結 果 によると 堤 体 の 透 水 係 数 が 高 く( cm/sec),ドレーンの 透 水 係 数 との 差 異 が 少 ない 場 合,ド レーン 工 法 の 効 果 が 発 揮 されにくい.また, 堤 体 の 透 水 係 数 が 低 く( cm/sec)なると,ドレーン 工 法 による 水 位 低 下 効 果 はドレーンのごく 近 傍 に 限 られてしまう. -ポイント- ドレーン 工 を 設 置 する 堤 体 の 透 水 係 数 は? k= 10-3 ~10-4 cm/s フィルター 部 ドレーン 部 堤 脚 水 路 図 ドレーン 工 法 の 効 果 が 高 い 堤 防 図 堤 体 の 透 水 係 数 に 応 じた 浸 潤 線 の 差 異 ( 土 木 研 究 所 試 算 ) 43

46 9.3 ドレーン 設 置 時 の 既 設 堤 防 の 掘 削 範 囲 既 設 堤 防 にドレーンを 設 置 する 場 合, 堤 防 の 掘 削 が 必 要. 掘 削 範 囲 が 過 大 になら ないよう 留 意 堤 体 のせん 断 強 度 や 透 水 係 数 によっては,ドレーンの 規 模 を 大 きくしないと 安 全 率 を 満 足 できない 場 合 がある.そのような 場 合 には, 埋 戻 し 部 分 の 土 質 や 締 固 め 度 を 精 査 することにより,ドレーンの 規 模 を 小 さくでき, 既 存 堤 防 の 掘 削 範 囲 を 小 さくできる 可 能 性 もある. 掘 削 範 囲 ドレーン 掘 削 範 囲 を 見 直 し 既 設 堤 体 よりも 高 透 水 性 の 強 度 の 高 い 土 質 材 料 小 規 模 ドレーン 図 既 設 堤 防 の 掘 削 範 囲 ~~~ 堤 防 の 声 パイプドレーン 工 法 26) ~~~ ドレーン 工 の 工 費 が 嵩 むため 考 慮 されたのは, 新 幹 線 や 道 路 盛 土 の 排 水 工 法 として 使 用 されてい るパイプドレーン 工 法 がある. 裏 のり 尻 部 から 水 平 に 挿 入 した 排 水 管 から 浸 透 水 を 抜 く 工 法 である. 中 規 模 の 河 川 堤 防 で 1 例 実 施 例 があるが, 吸 出 し 防 止 フィルターを 挿 入 する.そのモニタリング 成 果 は 情 報 交 換 し 確 認 するべきである. 44

47 10. 表 のり 面 被 覆 工 法 10.1 表 のり 面 被 覆 工 法 の 設 計 表 のりを 遮 水 シート 等 の 難 透 水 性 材 料 で 被 覆 浸 透 路 長 の 延 長 による 堤 体 内 水 位 の 低 下 のり 面 すべりとパイピングに 対 する 安 全 性 向 上 堤 体 が, 透 水 性 の 高 い 礫 質 土 や 砂 質 土 の 場 合 に 効 果 が 大 きい 被 覆 範 囲 は,のり 尻 から 天 端 のり 肩 まで -ポイント- 被 覆 材 料 ( 遮 水 シート, 覆 土 護 岸 ブロック 等 )のすべりは 検 討 したか? 遮 水 シートの 摩 擦 抵 抗, 護 岸 ブロックの 利 用, 覆 土 の 締 固 め, 下 記 の 残 留 水 圧 等 に 留 意 す る 必 要 がある. 遮 水 シートを 用 いる 場 合 には, 河 川 水 位 の 低 下 時 に,シート 背 後 の 残 留 水 圧 によ る 浮 き 上 り 対 策 を 講 じているか? 図 表 のり 面 被 覆 工 法 基 礎 地 盤 の 透 水 係 数 や 降 雨,のり 面 勾 配 によっても 効 果 が 変 わる 次 頁 参 照 45

48 10.2 表 のり 面 被 覆 工 法 の 効 果 が 低 い 堤 防 土 質 構 造 基 礎 地 盤 の 透 水 性 が 高 い 場 合 浸 透 水 が 基 礎 地 盤 から 回 り 込 む. 基 礎 地 盤 の 対 策 の 併 用 を 検 討 する 必 要 あり 降 雨 の 影 響 で 裏 のり 尻 付 近 の 堤 体 内 水 位 が 上 昇 する 場 合 はドレーンの 併 用 を 検 討 -ポイント- 表 のり 面 被 覆 工 法 を 設 置 する 基 礎 地 盤 の 透 水 係 数 は? 浸 透 水 の 回 り 込 み 矢 板 との 併 用 等 の 検 討 透 水 性 地 盤 基 礎 地 盤 の 透 水 性 が 高 い 場 合 川 表 で 遮 水 しても 降 雨 の 影 響 で 裏 のり 尻 付 近 の 堤 体 内 水 位 が 上 昇 ドレーンとの 併 用 等 の 検 討 降 雨 の 影 響 が 大 きい 場 合 図 表 のり 面 被 覆 工 法 が 不 適 な 堤 防 土 質 構 造 46

49 11. 川 表 遮 水 工 法 11.1 川 表 遮 水 工 法 の 設 計 川 表 のり 尻 に 遮 水 矢 板 等 による 遮 水 壁 を 設 置 基 礎 地 盤 への 浸 透 流 量 を 低 減 盤 ぶくれ パイピングに 対 する 安 全 性 を 向 上 裏 のり 尻 の 局 所 動 水 勾 配 を 低 減 させるためには, 貫 入 深 度 は 少 なくとも 透 水 層 厚 の 90% 以 上 必 要 ( 透 水 層 があまりに 厚 い 場 合, 現 実 的 ではない 場 合 もある) -ポイント- 遮 水 壁 の 種 類 打 設 方 法 は, 施 工 箇 所 の 状 況 に 応 じて 検 討 したか?( 打 設 時 の 振 動 や 設 置 後 の 腐 食 など). 平 常 時 の 地 下 水 流 の 阻 害 ( 地 下 水 位 の 低 下 や 堰 上 げ)などの 影 響 について 十 分 な 検 討 したか? 遮 水 壁 ( 鋼 矢 板, 地 中 連 続 壁 等 ) 表 のり 面 被 覆 工 法 との 併 用 が 原 則 透 水 性 地 盤 図 川 表 遮 水 工 法 ( 矢 板 工 法 ) 局 所 動 水 勾 配 低 減 率 i/io 大 規 模 堤 防 中 規 模 堤 防 止 水 矢 板 貫 入 率 ( 矢 板 長 / 透 水 層 厚 ) 矢 板 を 透 水 性 地 盤 厚 の 90% 以 上 貫 入 すると 局 所 動 水 勾 配 が 大 幅 に 低 下 1) 図 矢 板 貫 入 率 と 局 所 動 水 勾 配 の 関 係 47

50 11.2 川 表 遮 水 工 法 の 効 果 が 低 い 基 礎 地 盤 径 の 大 きい 礫 や 玉 石 が 基 礎 地 盤 に 分 布 する 場 合, 貫 入 時 に 矢 板 が 変 形 し, 遮 水 性 が 保 てない 懸 念 がある 基 礎 地 盤 の 透 水 性 地 盤 が 広 域 に 分 布 している 場 合, 遮 水 矢 板 の 上 下 流 端 から 浸 透 水 が 回 り 込 む 27) ことにより, 遮 水 効 果 が 確 保 できない 可 能 性 がある -ポイント- 求 める 性 能 を 満 足 するよう 遮 水 壁 の 設 置 範 囲 について 堤 防 縦 断 方 向 にも 検 討 した か? 図 遮 水 矢 板 上 下 流 端 からの 浸 透 水 の 回 り 込 み( 見 取 り 図 ) 48

51 12. ブランケット 工 法 高 水 敷 を 難 透 水 性 材 料 で 被 覆 浸 透 路 長 の 延 長 盤 ぶくれ パイピングに 対 する 安 全 性 向 上 ブランケット 工 法 の 留 意 点 高 水 敷 が 礫 質 土 や 砂 質 土 など, 透 水 性 の 高 い 土 質 の 場 合 に 効 果 が 期 待 ある 程 度 の 効 果 を 発 揮 するには,30m 以 上 の 幅 が 必 要 とされる 侵 食 対 策 として 効 果 も 期 待 できる 場 合 がある 堤 体 の 透 水 性 が 高 い 場 合 は,ブランケット 工 法 を 単 独 で 使 用 しても 効 果 が 低 い. 表 のり 面 被 覆 工 法 との 併 用 が 原 則 となる. ブランケットに 土 質 材 料 を 用 いる 場 合 は, 洗 掘 防 止 のため 50cm 以 上 の 厚 さとすること. -ポイント- ブランケット 工 を 設 置 する 堤 体 の 透 水 係 数 は? ブランケット( 土,アスファルト 等 ) 表 のり 面 被 覆 工 法 との 併 用 が 原 則 透 水 性 地 盤 高 水 敷 が 礫 質 土 や 砂 質 土 など 透 水 性 の 高 い 土 質 の 場 合 に 効 果 を 発 揮 図 ブランケット 工 法 河 川 水 が 堤 体 から 基 礎 地 盤 に 浸 透 表 のり 面 被 覆 との 併 用 等 の 検 討 透 水 性 堤 体 透 水 性 地 盤 堤 体 の 透 水 係 数 の 方 が 高 い 場 合, 基 礎 地 盤 への 浸 透 は 小 さいが,その 場 合 も 堤 体 の 対 策 が 必 要 図 ブランケット 工 法 が 不 適 な 堤 防 土 質 構 造 49

52 13. 堤 内 基 盤 排 水 工 法 透 水 性 基 礎 地 盤 から 被 覆 層 下 面 に 作 用 する 揚 圧 力 の 低 下 を 目 的 とする 工 法 (トレ ンチ 工 法,リリーフウェル 工 法,ウェルドレーン 工 法 など) 盤 ぶくれに 対 する 安 全 性 向 上 採 用 事 例 が 少 なく, 設 計 法 は 確 立 されていない 基 盤 ( 透 水 性 地 盤 )の 透 水 性 が 高 い 場 合 は 排 水 量 が 増 大 するため, 川 表 側 の 遮 水 工 法 ( 表 のり 被 覆 工 法, 川 表 遮 水 工 法,ブランケット 工 法 など)との 併 用 を 検 討 すること 堤 内 基 盤 排 水 工 の 規 模 が 不 足 すると, 堤 内 基 盤 排 水 工 周 辺 から 漏 水 が 発 生 する 懸 念 がある. 漏 水 による 堤 体 損 傷 を 抑 えるために,できるだけ 対 策 工 を 裏 のり 尻 か ら 離 すこと. 難 しい 場 合 には 設 計 の 中 で 十 分 な 安 全 性 を 確 保 すること -ポイント- 対 策 効 果 や 長 期 劣 化 を 検 証 するための 堤 体 基 盤 の 水 位 やドレーンからの 流 量 な どのモニタリング 計 画 は 立 てたか? 基 礎 地 盤 の 透 水 係 数 の 設 定 は 安 全 を 考 慮 して 十 分 に 大 きな 値 を 設 定 したか? 浸 透 流 計 算 は 基 礎 地 盤 の 透 水 係 数 に 大 きく 依 存. 一 方 で 想 定 を 超 えた 場 合 の 挙 動 が 不 明 堤 内 基 盤 排 水 工 法 被 覆 層 ( 難 透 水 性 地 盤 ) 被 覆 層 下 面 の 透 水 性 地 盤 揚 圧 力 低 下 図 堤 内 基 盤 排 水 工 法 50