平成 27 年度 旧石狩川頭首工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 )7,46ha 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 28.37m 3 /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 3m 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 37.49m 3 /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を行う篠津中央二期水利事業旧石狩川頭首工建設工事 ( 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 新頭首工 2. 本工事の概要 746ha( 水田 ) 図 -1 FLOW 石狩川頭首工位置図 農業用用排水路 ( 通称篠津運河 ) 旧頭首工 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 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 擁壁護岸のを行い 3
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 中詰土のを行い 1 11 月で作業構台 ジャケット 鋼管杭のを行った また 11 月から 3 月まで右岸鋼管 鋼矢板二重締切のを行う予定である 平成 28 年度では 1 月から 1 月まで残りの固定堰 排砂門 右岸の擁壁護岸のを行い 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を行い 本工事を終える計画である (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~H2 年 ) で右岸部 第 Ⅲ 期工事 (H2~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 1% 以内 1/1 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{1 年間 (S62 年 ~ H8 年 ) の第 3 位流量での河川 8.64m+ 余裕高.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 旧石狩川頭首工工事施工計画 平成 26 年度平成 27 年度平成 28 年度平成 29 年度工種 1 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 左岸工事 二重締切 固定堰 護岸工 右岸工事 二重締切 固定堰 排砂門門柱ゲート設備 護岸工 河川協議により河川内の仮設物及び構造物の 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のみ実施する期間 (6~7 月 ) 3. 石狩川の仮締切 図 -2 工事計画図 ( 平面図 ) 表 -1 工事工程表 (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 (H4 から H9 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 m 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 -3 前建設及び本工事の石狩川仮締切 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を行う計画である 図 -4 鋼矢板一重締切 ( 桟橋 ) 工法
5 1 15 2 25 3 4 45 5 55 6 65 7 75 8 85 9 95 1 工事時標準断面 新設工事時標準断面 川側 掘削側 川側 掘削側 12 73 61 HWL+6.62 GL+.2 1 9 EL+7. アスファルト舗装 t= 5 路盤材 (-4)t=3 EL+6.3 腹起し 2[2 8 7.5 11 タイロッド φ44 @2 高張力鋼 69 EL+1.86( 整地 ) 掘削レベル EL+.2 166 564 73 264 736 472 HHWL+8.64 HWL+5.59 LWL+2.3 GL+1.78 1 9 EL+9.14 アスファルト舗装 t= 5 路盤材 (-4)t=3 排水管 φ3 ( 番線固定 ) 排水管支持架台 5m/3 個 EL+6. 腹起し 2H-39 3 1 16 タイロッド φ75 @ 高張力鋼 69 856 掘削レベル EL+.58 図 -6 前工事と本工事の鋼矢板二重締切工の比較 図 -5 鋼矢板二重締切 ( 作業構台 ) 工法ジャケット用鋼管杭ジャケット 12m 手延べ桁 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 材と中詰土の境には 吸出防止材としてをした 土堤中央部での一重鋼矢板締切を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 写真 -2 作業構台状況写真 (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 6.62m( 平成 2 年 12 月 ) を踏まえ 1 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 1% 以内を満たし かつ 下流新頭首工の湛に影響しないようにするため EL=7.5m( 下流頭首工湛 5.5m+ 余裕高.5m+ 作業構台部材高さ 1.5m) 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=5.9m 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 (φ3 3 箇所 ) をしていたが 本工事ではしていない 4 コンクリート固定堰 1 9 敷鉄板 5 6 2 上記の数字は施工順序を表す 遮水矢板範囲図 65 図 -8 7 タ ウンサ ホールハンマ工法 5 2 3 8 一重締切矢板 図 -7 固定堰締切工 ( 断面図 ) タ ウンサ ホールハンマ工法拡大図 3 4 リーダ式ケーシング回転掘削工法 φ65 S=1/4 二重締切区間固定堰締切区間 3125 二重締切区間 325 FLOW 異形鋼矢板 N1-9 異形鋼矢板 N1-1 1 平面図 1 2 EL=7.5 4 S=1/2 固定堰締切工 ( 平面図 ) および連結部 75 78 14915 遮水矢板リーダ式ケーシング回転掘削工法 (φ65) タ ウンサ ホールハンマ工法 φ4mm @3mm L=8.m N=11 本 遮水矢板リーダ式ケーシング回転掘削工法
(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 リスクアセスメント 図 -9 鋼管矢板二重締切工の鋼管の接続 ( 断面図 ) リスク低減 リスク回避 リスク移転 リスク保有 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 ) 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 ) 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 ) 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 ) 表 -2 仮締切におけるリスク要素 ( 事前評価 ) 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 :vanrijn 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~3m 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 2 年 12 月 5 日 時 ~9 日 時の出水イベントの流量 (1,3 m3 ) を領域の上流端で与え 下流端で (EL=7m) とした e) 底質条件は 粒径.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=27 高水敷 :n=44 コンクリート護岸 :n=17 洗掘防止工 :n=5 とした 3 解析結果図 -1 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.m の洗掘が発生する結果が得られた 表 -3 本仮設工事におけるリスク対策フロー図 図 -1 左岸側仮締切時に対する洗掘解析結果
(mm) (kn) 15. 9 9. 8 6. 7 3. 6 5-3. 4-6. 3-9. 2-12. 1-15. 右岸側仮締切時に対する洗掘解析結果 6 3 1/19 図-11 1 12. 鋼矢板 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1分毎 手動で日毎である 左岸側仮締切時では 最大でmmの河床洗掘を確 認した 測定箇所 タイロッド 図-13 左岸鋼矢板二重締切動態変位および位置図 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位置図を示す 土堤の内詰土砂の天端とHWLに 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 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 るためにをした 図-15に土堤締切動 態観測結果を示す (mm 2 1-1 -2 平 面 図 -3 河川方向 X軸( ) -4 A 左岸側仮締切時における河床沈下量および位置図 上流部GPS3 5 1 15 固定堰締切区間 3125 325 B 上流部GPS2 3 4 : 2箇所 B : 45 3箇所 5 中央部 2測点 BV2-1 2 55 6 65 上流部 P-1 レベル EL3.87m 7 75 8 上流部GPS1 85 9 95 1 中央部 2測点 BV1-1 2 FLOW 1 2 36 EL=7.5 t=1 24.. 1. 1:. 6 58 t=1 t=1 58 36 8 ﾀﾞｳﾝｻﾞﾎｰﾙﾊﾝﾏ工法 φ4mm 3mm L=8.m N=11本 H.W.L +5.1 1:1 12 GPS1 2 3 6 9 堤体エプロン上面 EL=1.5 P-2 ﾍﾞﾝﾄﾅｲﾄ置換 堤体エプロン下面 EL=-.5 EL=-5. 遮水矢板 EL=-9.5 15 1 敷鉄板 t=22 t=1 1. 1: 木工沈床 EL=-.5 遮水矢板 23 65 EL=1.5 プレパクトコンクリート 下流部 P-2 レベル 6 EL1.5m 36 P-1 既設遮水矢板 1:1 BV3-1 BV3-2 24 363 65 ﾀﾞｳﾝｻﾞﾎｰﾙﾊﾝﾏ工法 φ4mm 3mm L=8.m N=11本 河川方向 X軸( ) 天端部 BV1 2 3-1 B-B断面図 1. BV2-1 BV2-2 EL=7.5 438 1: BV1-1 河川方向 X軸( ) 3125 L=76@4=34 リース 8 鋼矢板Ⅲ型 413 1:1 上流方向 Y軸( ) A A-A断面図 固定堰締切区間 BV1-2 82 下流部 P-2 レベル EL1.5m 66 82 一重締切矢板(鋼矢板Ⅲ型 L=17.m) 沈下 Z軸() H.W.L.部 BV1 2 3-2 一重締切矢板 鋼矢板Ⅲ型 L=17.m リース 図-14 : 3箇所 2測点 2 25 4 二重締切区間 (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 凡 例 下流部 P-2 レベル EL1.5m 75 手動計測④ 図-12 下流部 2測点 BV3-1 2 78 手動計測③ S=1/4 14915 手動計測② ﾀﾞｳﾝｻﾞﾎｰﾙﾊﾝﾏ 工法拡大図 6 手動計測① 自動計測 3 6/2 5/11 4/13 6 3 3/12 3/7 2/22 2/17 2/7 2/2 1/24 1/19-6 二重締切区間 -5 土堤締切工動態観測機器位置図
間隙水圧 (E.L.m) (kpa) 6. 5. (hpa) 11 層別沈下 (mm) 2. 4. 4. GPS変位 (mm) 1 (E.L.m) 6. 15 1.2 95.8 2. 3. 2. -2. 1. 9.4-4. 85 4. 気圧 左岸下流圧力 (E.L.m) 6. 右岸上流天端 8 4. 2. 6 2. 4-2. 2-4. 右岸上流HWL Ｘ 右岸下流天端 8 -.4-6. 右岸中央天端 Ｙ 左岸上流圧力 75 -.8-2 -8. -4-1 -6 到達予測 観測所 時間 １次警報 21hr ２次警報 13hr ３次警報 11hr 伊能 ４次警報 8hr 妹背牛橋 ５次警報 6hr 橋本町 ６次警報 砂川橋 ７次警報 3hr 奈井江大橋 旧頭首工地点 河川 EL) 上昇速度 上昇時間 ( /hr) +5.75 5 +5.75 5 4hr 対 応 所要時間 通 常作業 作 業の状況により退避可 能な資機材の退避 JV職員 専門工事業者召 集 仮 締切上手摺 電気 排水設備 足 場撤 去 重機退避 その他資 機材退避 6hr -4. -6. 右岸下流HWL -8. -2. 警報レベル -2. Ｈ -6. -1. 出水予測警報システム 1.6-8. 右岸中央HWL 左岸上流圧力 左岸下流圧力 気圧 -1.2 1右岸上流天端 2右岸中央天端 3右岸下流天端 -1 3 3 7 3-1 -3. 1右岸上流HWL 2右岸中央HWL 3右岸下流HWL X Y H 土堤締切動態観測結果 (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28年度と214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 28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mmの河床洗掘が生じた 鋼矢板にした多段式傾斜計 タイロッドに 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 による沈下は最大-1.mm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.mとなったが これは新 頭首工の運用による堰上げと連動している 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 図-15 日最大観測結果 旧堰地点 解析対象期間28.12.5 12.9 max EL+6.78(28.12.6) 8 + 5.75 +6.45 + 6.45 +7.5 工 事用道路手摺 EL+9.14以上 hr 旧頭首工地点 +7.5 +9.25 専 門工事業者召集 濁水 処理施設 休憩所退 避 +9.25 +1.25 25 4hr 濁 水処理施設 休憩所退 避 高水敷 6hr 表-4 +1.25 +1.95 1 7hr 洪水時における待避判断基準 待避は 速やかに行う必要があるため 常時濁水処理 施設をトレーラーへの常時車上積載を写真-3に示す フィルタープレス 貯泥槽 PAC 槽 処理水槽 原水槽 写真-3 トレーラーに常時車上積載している濁水処理施設 左岸仮締切内作業期間215.1.1 215.3.26 max EL+4.83(215.3.2) ７ 終わりに 7 6 (m) 5 4 3 2 28.1 29.3日最大 1 214.9 215.11日最大 仮締切天端高(EL+7.5m) 1/1 1/8 1/15 1/29 11/5 11/12 11/19 11/26 1 12/1 12/17 1 11 1/7 1/14 1/21 2/4 2/11 2/25 3/3 3/1 4 3/31 国土交通省 水文水質データベースより 図-16 28 年度と 214 年度との河川流況の比較 ６ 出水時に備えた仮設計画 低水路で行う仮締切内作業 1 3月 及び同仮締切 の作業 仮締切内作業期間及び6 7月 においては 月形観測所のデータを基に河川の増水を予想し 河 川が仮締切高さ EL=7.5m に達する前に堤外へ建 設機械等の待避を行う計画である 洪水時における河川毎の待避の判断基準を表-4に 示す 本報文は平成26年度から平成29年度にかけて施工する 旧石狩川頭首工工事の仮設計画について報告した 左岸側の仮締切は完了したが 現在は右岸側の仮締切 を実施中である 本報で報告したリスクや仮締切の動態 観測を行うことで 引続き不測の事態に備えて行きたい 次報は 固定堰及び排砂門のについて報告する予定 である 最後に 大成建設(株)の遠山正恭現場代理人には 資 料の提供を頂いた ここに謝意を示す 参 考 文 献 1) 札幌農業事務所 石狩川頭首工河川工作物改築協 議図書 平成11年5月7日同意 2) 札幌北農業事務所 石狩川頭首工河川工作物改築 協議図書 平成 15 年 12 月 9 日同意 3) 札幌北農業事務所 石狩川頭首工河川工作物(除 却)協議図書 平成25年3月6日同意 4) (社)北海道土地改良建設協会 平成22年度技術研 修会講演要旨集 大成建設(株) 宮田康一 頭首 工建設工事に伴う河川内大規模仮設工事について