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川裏堤脚部の漏水対策にあたっての着眼点 (井田川小泉地区をモデル

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川裏堤脚部の漏水対策にあたっての着眼点
(井田川小泉地区をモデルケースとして)
石川
俊之1・山﨑
忠2・西澤
和宏3
1 富山河川国道事務所
副所長
(〒930-8537 富山県奥田新町2-1 )
2 富山河川国道事務所
河川管理課長(〒930-8537 富山県奥田新町2-1 )
3 富山河川国道事務所
河川管理課
(〒930-8537 富山県奥田新町2-1 ).
神通川左支川井田川の左岸5.2~5.4k間の川裏堤脚部において漏水が確認され、地質調査、水位観測、採
水試験、目視調査等を行い、その結果を踏まえた被災メカニズムを想定し、対策工の検討、設計を実施した。
調査、解析の結果、漏水は、河川水の影響を受けてはいるが、堤体内のパイピングによるものではなく、
元々高い地下水位が、河川水の上昇に伴い、堤脚部の空石積から流出していると想定された。この解析結果
を受け、堤脚部の地盤の緩みの拡大による堤体への影響を考慮し、施工性や経済性よりリリーフウェル工法
を採用した。
本稿では、現地の緊急点検調査を踏まえ、詳細な調査項目やその結果を受けての被災メカニズムの想定、
対策工の立案、設計への配慮事項など漏水対策の着眼点について報告を行う。
キーワード
川裏堤脚部、地下水状況、漏水対策、リリーフウェル工法
1. はじめに
富山県南東部に位置する神通川左支川井田川の左岸
5.4k付近(富山市小泉地区)自治振興会より漏水箇所の
補修要望があった。そこで、緊急点検を行ったが、無降
雨時であったため土砂の吸い出し箇所は見られたが、漏
水は確認されなかった。そのため、降雨時に再度点検を
行った結果、井田川左岸5.2~5.4k間の川裏堤脚部にお
いて、漏水:2箇所、しみ出し:2箇所が確認された。
漏水の原因は幾つか考えられたが、井田川の堤防がカ
ミソリ堤であること、出水期に入っていることから、最
悪の事態を想定して応急対応を実施することにした。
以上の認識に基づき、応急対策を施した上で、早急に
調査計画を立て、地質調査、水位観測、採水試験、目視
点検調査等を行い、その結果を踏まえた被災メカニズム
を想定し、対策工の検討、設計を実施した。
2. 応急対応
最悪の事態として、漏水に伴い堤体内でパイピングが
生じ、堤防法尻からのすべり破壊が懸念されたことから
下記の対策を行った。
① 情報の共有化として、消防団に情報提供を行った。
② 情報がリアルタイムで把握できるように現地にカメ
ラを設置して画像を配信、その情報を職員の携帯電話
やホームページで確認できるようにした。
③ 漏水によるパイピングが懸念されたため、水防工法
の一つである月の輪工が直ぐに実施出来るよう土のう
袋に砂を入れて現地に準備した。
④ 水防団に緊急時の対応を依頼した。
3. 漏水要因調査と結果
漏水の原因は3つ考えられた。
① 井田川からの河川水の漏水である。
この場合は、パイピングによる堤体内に水道、及び空
洞化は生じているかが課題となる。
② 堤脚部に設置されている用水路の上流から用水が浸
透し、漏水となった。
この場合は、どの程度堤体内に水道が入り込んでい
るか、空洞化が生じているかが課題となる。
③ 堤内地側の地下水が高く地下水が湧き出た。
この場合は、堤脚部の湿潤化に伴う堤体の弱体が課題
となる。
3つのうちでは、①②③の順で被害想定の程度は異な
る。また、対策工の施工位置も異なってくる。
従って、これらのことを前提に、地質調査、地下水検
層、水位観測、採水試験、目視点検調査を実施した。
(1) 地質調査
漏水箇所とその上下流の地質や地下水位状況を確認す
るため、漏水の多い箇所を中心に、4箇所の調査ボーリ
ングを実施した。
調査項目は、オールコア、標準貫入試験、現場透水試
験を行った。
(2) 地下水検層
地下水検層結果と地質想定図の重ね図を図-3に示す。
図より、深度7~12m付近のAg層において、グラフが
時間とともに右へ移動しており、地下水流動が大きいこ
とが確認された。
また、深度10m付近ではグラフが右へ突出しており、
特にこの地点で地下水流動が大きくなっていた。
(3) 水位観測
河川、孔内水 (4箇所)、漏水の水位を観測した。
河川及び孔内は、水位計を設置し、漏水箇所は漏水時
に小段から漏水箇所までの高さを計測し、横断図より標
高を確認した。
漏水発生時(2011/9/15~30)の水位観測結果は以下
のとおりであった。なお、ボーリング孔のストレーナは、
削孔時、地層による地下水位の変化がなかったことから、
全て有孔管を使用した。
・無降雨時の地下水位は、▽12.4m程度であり、比較的
高い位置に水位があった。(川裏側のU型水路天端高
は12.5m、図-4参照)
・漏水発生開始時、終了時の孔内水位は▽12.7m程度で
あり、この水位を超えた時に漏水が発生した。
・孔内水位と河川水位は連動しており、河川水位が上昇
すると孔内水位も上昇し、河川水位が低下すると孔内
水位も低下した。
凡例
水位観測結果から考察すると、次のとおりである。
・ 降雨前の水位の相対関係を維持したまま、漏水が発
生することから、漏水発生の必要条件に河川からの
直接供給はない(堤内地の地下水位上昇だけでも漏
水が発生する)と見られるが、堤内地水位が限界
(堤内地の井戸の水位)に上昇する頃から河川から
の浸透水が漏水に関与を深めている(B-2とB-4の水
頭差が大きいため)可能性がある。
(4) 採水試験
漏水の水源を確認するため、降雨、河川水、孔内水
(4箇所)、漏水箇所、用水、自噴箇所において採水し、
水質試験を実施した。ヘキサダイヤグラムより考察する
と下記のとおりであった。
・ 漏水箇所の水質の特徴から、河川水と雨水はほとん
ど漏水箇所まで到達していないと想定された。
・ 漏水箇所が、B-2やB-4、自噴箇所と似ており、地下
水が空石積から漏水していると想定された。
(5) 目視点検調査
堤外側:堤外側低水護岸のクラックの有無、大きさ
などを確認した。実施区間は漏水が確認されている5.2
~5.4k間とその上流100m区間を対象とし、300m区間
を実施した。
堤内側:堤内地側法面の漏水状況、田圃の河川沿いに
涌水を確認した。(漏水時、非漏水時)実施区間は漏水
が確認されている5.2~5.4k間の200m区間とした。
目視調査結果から考察すると、以下のとおりであった。
土質調査(ボーリング・標準貫入試験・地下水検層)
水位観測
採水試験
目視調査
井田川
矢板 + 練石張護岸
練石張護岸
写真 1
水位観測
低水護岸
堤防川表法面
堤防天端
B-1
B-2
B-3
1OOm
1OOm
B-4
堤防川裏法面
堤脚部の用水路
自噴
自噴
漏水箇所
写真 2
写真 3
図-1 調査位置及び調査内容
・ 練石張護岸にクラックが複数確認されたが、開口は
小さく、クラックから河川水が進入する量は少ない。
・ 漏水の水温が河川や用水に比べて低いことから、地
下水が漏水していると想定される。また、漏水は無
色透明であるため、現時点では著しい土砂流出は生
じていないと推測される。
・ この付近は、無降雨時も地下水位が高く、降雨時に
地下水位が上昇すると、井戸や地盤の緩い箇所から
水が湧き出す傾向がある。
地質調査結果から考察すると以下のとおりである。
・ Bs層は透水性が低く、川表側には練石張護岸が設
置されているので、河川水の堤体からの浸透はほ
とんどないと想定された。
・ Ag層は透水性が高く、帯水層となっており、地下
水はAg層を流れていると考えられた。また、河川水
上昇時にはAg層を通じて堤体基礎地盤に浸透してい
ることが想定された。
・ 透水性の高い基礎地盤の上に、透水性の低い堤
体があるため、洪水時に河川水位が上昇すると被
覆土が被圧されることが想定された。
図-2 漏水発生時(2011/9/15~9/30)の水位変動状況
図-2 漏水発生時(2011/9/15~30)の水位変動状況
地 質 凡 例
時代
地層名
記号
主な土質
Bs1
堤防盛土
Bs2
砂、礫混じり砂、砂礫
Bs3
漏水箇所
第四紀
完新世
砂質土層
As1
礫混じり砂
砂礫層
Ag
砂礫~玉石混じり砂礫
砂質土層
As2
シルト質砂、シルト
粘性土層
Ac
シルト、粘土、シルト質砂
井田川
4. 解析結果
図-3 漏水箇所の地質断面と地下水検層結果
(1) 漏水メカニズム
調査結果から想定される漏水の原因は、下記のとおり
である。
① 当該箇所は周辺地形より地下水が高い。
② 地下の玉石混じりレキ層は地下水の帯水及び移動層
となっている。玉石混じりレキ層は、河床・堤防の基
礎地盤・堤内地の田圃の下に広く分布している。
③ 河床には粘土層がなく、河川水が玉石混じりレキ層
に供給され地下水を押し上げている可能性が高い。堤
防敷きは堤体材料で覆われている。また、堤内地の田
圃は粘性土約0.5mで覆われている。従って、最も被覆
層の薄い堤脚から漏水が生じたと推定され、現時点で
は、堤防の空洞化は見られていない。
④ 用水の水温が、漏水の水温より低いことから、用水
が漏水に影響していないと考えられる。
これより、無降雨時でも高い位置にある地下水位が、
降雨の影響によって上昇し、堤体内水位が漏水標高
(▽12.7m)を超えると漏水が始まる。(基盤漏水)こ
の時点では、河川横断方向の水頭差がほとんどないこ
とから、河川水は漏水に直接影響(堤体内のパイピン
グ)しておらず、上昇した地下水が空石積から漏水し
ていると考えられた。
(2) 漏水対策の必要性
当該箇所は、地下水位が高く、降雨時に堤脚部から漏
水が確認されることから、堤脚部の地盤が緩んでいる可
能性があった。当該箇所の地層構成は、透水性の高い土
層(Ag 層)が、透水性の低い土層で被覆されているため、
図1
堤脚部からの漏水
図2
川裏法面、堤脚部の崩壊
図3
図-4 漏水発生メカニズム
破堤が進行し、越流
図-5 破堤メカニズム
河川水位が計画高水位まで上昇した際には、Ag 層から
河川水が浸透し、被覆土層が被圧され、法尻部でのパイ
ピング(盤ぶくれ)や堤体内部でのパイピングが生じる恐
れがある。
また、パイピングにより土砂流出が進行すると、大量
の浸透水が流れ、堤脚部が崩壊することとなり、降雨や
河川水の堤体への浸透、堤脚部の崩壊によって、川裏法
面ですべり破壊が生じる。
さらに破壊が進行すると、河川水が越水することとな
る。
このため、基礎地盤を対象とした浸透対策を早急に行
なう必要があり、また空石積擁壁からの漏水量が多いた
め、この漏水を安全に堤体外に排水するための対策も必
要である。
5. 対策工の検討
当該箇所では、漏水対策、基盤地盤の浸透対策を、目
的としているため、これに効果のある対策工を選定する
必要がある。
一次選定では、次の理由から“川表遮水工法”、“ウ
ェル工法”の2工法を選定した。
・ 当該箇所では、川表側に練石張護岸があり、堤体
の透水係数も低いため、断面拡大工法や表法面被覆
工法等の堤体を対象とした対策工は、直接的な対策
効果を期待できない。
・ 当外箇所では高水敷がないため、“ブランケット
工法”は採用できない。
・ “川表遮水工法”は、基礎地盤への遮水対策とし
て期待でき、採用可能な工法である。
・ “ウェル工法”は、基礎地盤の浸透圧低減対策と
して期待でき、採用可能な工法である。
(2) 対策工の二次選定
一次選定した工法について、表-1のとおり、施工実績
(1) 対策工の一次選定
一般的に、堤防の強化対策としては、大別すると、下
や施工性、維持管理、経済性について比較検討を実施し、
記の2つに分けられる。
最適な堤体強化工法を選定した。
① 堤体を対象とした強化工法
次の理由から、“リリーフウェル工法”を採用した。
② 基礎地盤を対象とした強化工法
・ 鋼矢板工法や連続地中壁等の川表遮水工法の場合、
① 堤体を対象とした強化工法は、堤体への浸透を防
施工時に既設の練石張護岸を取り壊す必要がある。
止する表法面被覆工法や、堤体に浸透した水を速やかに
また、大型機械が必要であり施工性で劣る。
排水するドレーン工法、浸透路長を長くする断面拡大工
・ ウェル工法は、応急的、短期的な対策とされてお
法等がある。
り、実績がほとんどない。また河道制御が必要で
また、② 基礎地盤を対象とした強化工法は、基礎地
あり、維持管理面で劣る。
盤への浸透を防止する遮水矢板工法や、高水敷を難透水
・ リリーフウェル工法は経済性、施工性で他案より
性材料で被覆するブランケット工法、基礎地盤からの浸
優れ、対策工として有効である。
透水による浸透圧を低減させるウェル工法等がある。
表-1 堤体強化の比較表(二次選定)
(3) 断面形状
リリーフウェル工法は、基礎地盤の浸透圧低減を目
的として設置するため、U型水路天端からAg層上端付近
までを砕石で置き換えた。
また、U型水路より上部については、洪水時に現況
の空石積みから漏水があるため、この部分に擁壁工を兼
ねたドレーン工を設置した。
1) 置換え砕石
地下水位が高く、掘削高が1.5mを超えるため、簡易
土留めを用いて施工することを想定し、置換え幅(=掘削
幅)は1.0mとした。また、浸透圧を確実に低減させるた
め、置換工下端位置は、Ag層に30cm程度根入れを考えた。
2) ドレーン工
現況空石積の勾配、高さに合わせ、かご枠を2段設
置した。なお、かご枠前面と上面には、蛇等の小動物
の侵入防止対策として、かご枠と中詰め石の間にプラス
チック製のシートを設置した。
(4) 使用材料
1) 置換え砕石
砕石は、浸透桝などの浸透施設で一般的に使用され
ている単粒度砕石3号(30~40mm)を使用した。
2) ドレーン工
① ドレーン材料
カゴ枠
中詰め材:粒径15~20cm
ドレーン材料は、「河川堤防構造検討の手引き」
より、透水係数や細粒分含有量、内部摩擦角等の点
を満足する必要があった。また、カゴ枠の網目が
13cmであるため、これ以上の粒径とする必要があっ
た。以上を踏まえ、粒径15~20cmの玉石や割栗石を
使用した。
② 吸出し防止材
吸出し防止材は、「河川堤防構造検討の手引き」よ
り、開孔径や目詰り、動水勾配、強度等の仕様を満
足する材料を使用した。
③ プラスチック製シート
蛇等の小動物がかご内に侵入しないよう、かご枠と
中詰め石の間にシートを設置した。
なお、シートは耐久性に優れるプラスチック製とし、
網目が5mm以下のものを使用した。
N値
0
10 20 30 40 50
Ac
4
As1
砕石置換え
写真-1 施工後の状況
300
6
DL=10.00
6. おわりに
33
29
Ag
カ ゴ 枠 (河 川 ド レ ー ン 用 )
中 詰 め 材 : 粒 径 1 5~ 20 cm
1000
張芝
プラスチック製シート
網 目 5m m
1000
平 場 コン クリ ート t-1 0c m
▽12.5
埋戻し
1500
砕石置換え
単 粒 度 砕 石 3号 (3 0 ~ 4 0mm )
Ag層
1000
300
吸出し防止材
井田川左岸5.2~5.4k間の川裏堤脚部の漏水に対し、
漏水のメカニズムを想定し、最も効果的なリリーフウェ
ル工法を採用し、施工を行った。その結果、地下水が一
点に集中することなく排出されるようになり、堤体の維
持に寄与していると考えられる。
一般的に漏水においては堤体や基礎地盤の土質が問題
点となるが、その状況を把握するためには、調査ボーリ
ングの他、水位観測や地下水検層、水質調査のデータを
的確に把握することが重要である。
今後は、当該箇所の上下流に、堤脚が湿潤化(大根
の花が多くみられる)している箇所が多数見受けられ、
同様の状態になっていることが十分予想されることか
ら、これからの維持管理を行う上でも、漏水の痕跡を
十分考慮し、調査を行うことが重要である。
また、今回の現象はこれまでの堤体の安定解析等では
想定されていなかったことであり、今回の検討を踏まえ、
他の河川での検討も必要である。
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