3.1

重力式コンクリートダムの実測揚圧力に関する調査

研 究 年 度：令和 4 年度
研 究 分 野：ダム構造・設計及び施工に関する調査研究
調 査 研 究 名：重力式コンクリートダムの実測揚圧力に関する調査研

究者：山口嘉一【要約】
近年試験湛水を実施した重力式コンクリートダム 48 ダムを対象に、基礎排水孔を利用した実測揚圧力について調査し、揚圧力係数として整理分析を行った。その結果、「ほぼ全調査ダムにおいて、実測揚圧力が設計揚圧力を上回ったブロックが存在し、揚圧力係数がブロック平均でも 0.3～0.5 に及ぶブロックが存在するダムもかなりある。」、「大半の調査ダムにおいて、実測揚圧力を踏まえて安定計算を実施して所要の安全性を有していることを確認している。」、「ブロック平均の揚圧力係数が 0.6 程度を越えるブロックが存在するダムは、全 48 ダム中 16 ダム（33%）で、ブロック平均揚圧力係数の最大値は 0.8 程度である。」ことなどが明らかになった。
【キーワード】重力式コンクリートダム、揚圧力、設計、安全管理できる荷重といえる。地震荷重に関して、震度法に（注記）
本論文において、他文献から図表等を引用する際、基づく現行設計においては時々刻々変化する実際の引用文献の記号表記をそのまま採用している。その地震荷重を考慮することはできないが、有限要素法ため、本論文全体としては記号の不統一となる場合

等に基づく動的解析により地震動の加速度時刻歴をがあるが、記号出現時に確実にその定義を行うこと用いた安全性の照査 3)が可能になってきている。まで対応している。

た、令和 3 年 9 月には、ダムの耐震性能照査が河川砂防技術基準設計編に規定され、新設ダムも含めた全ダムを対象とした設計基準となった 4)。

【はじめに】
揚圧力は重力式コンクリートダムの設計において一方、揚圧力は、揚圧力が実際に作用する面積の比最も重要な設計荷重のひとつである。そのため、現率を示す「面積係数」と実際に作用する圧力強度を行のダムの設計基準 1)、2)においては、揚圧力を設計示す「強度係数」の積で表現されるといわれている

荷重として考慮し、その分布について基礎排水孔の5)設置あるいは効果の有無に応じて規定されている設定するには未解明の課題があること、また強度係（河川管理施設等構造令第 6 条（堤体等に作用する数については、数多くの実測結果等も踏まえて設定荷重の種類）1)、規則第 8 条（貯留水による揚圧力）されているもののダムごとの地質条件等の違いによ1)）。また、重力式コンクリートダムの湛水、運用にりばらつきがあることや、基礎排水孔を閉塞して揚あたっては、安全管理の基本となる計測項目として、圧力を計測する方法では通常の開放時の揚圧力を厳基礎排水孔に設置された圧力計等を用いた揚圧力の密には計測できないなどの課題がある。このような計測が規定されている（河川管理施設等構造令第 13

ことから、設計荷重として揚圧力を設定するに際し。前者の面積係数については、厳密に具体的数値を1)

条（計測装置） ）。つまり、揚圧力は重力式コンクて、他の荷重よりも不確実性の高い荷重であると考リートダムの安全管理のために最も重要な計測項目えられている。
ただし、現行設計における揚圧力は、の一つでもある。

上記のような課題を踏まえて、設計上安全側の立場

いま、重力式コンクリートダムの設計荷重のうち、から面積係数を 100%と設定するなど工学的に適切

自重、静水圧荷重などは、実際に大きなばらつきをに設定されていること、設計全般としては、設計荷持つ荷重ではなく、かつ実態と大きな差違なく設定重等における不確実性を補う適切な安全率を設定し3-1

ていること、さらには現行の設計基準に基づいて設（貯留水による揚圧力）1)によると、断面の区分（「排計されたダムが 1995 年の兵庫県南部地震やその後水孔の効果の及ぶ断面」と「排水孔の効果の及ばな頻発している大規模地震においても安全性に係わるい断面又は排水孔のない断面」）に応じ、表-1 に示ような被害を被っていないことなどから、現行設計す値を基礎として計算することが規定されている。

方法は十分な安全設計を可能にしていると考えられまた、表-1 に文章として規定されている揚圧力の分る。上記に示した、揚圧力の設計荷重としての不確布を図化すると図-1 のようになる。ここで、例えば、実さから、例えば試験湛水時に計測した揚圧力が設排水孔の効果の及ぶ断面の排水孔位置での揚圧力は、計値よりもかなり大きくなった場合などには、実測堤体の上流側水圧と下流側水圧の差の「5 分の 1」での揚圧力を用いた安定計算を実施して所要の安全率はなく「5 分の 1 以上」であることに注意されたい。

を満足していることを確認しているダムも少なくな

なお、上記に示した「排水孔の効果の及ばない断面」

い。なお、ここで示す実測揚圧力は基礎排水孔を用を想定するうえで適切な説明が文献 5)に示されていいて、通常は開放しているバルブを閉塞して計測しるので以下に引用しておく。

た揚圧力であるため、通常バルブを開放した状態で「･･･排水孔の孔口の高さが比較的高い位置となり、の揚圧力ではなく（より大きく）、実測値をそのまま場合によっては着岩面より 0.2H（筆者注釈：原著で用いて安定計算を行った場合には安全側の対応とな

は、堤体上流端の水位を H、下流端水位を 0 としてるが、バルブを開放した状況での揚圧力分布を推定議論が進められている）と同程度あるいはそれ以上して安定計算を行っている場合もある。の高さとなることがある。このような場合には排水

また、国土交通省は、水管理・国土保全局 河川環孔を設けても、排水孔を結ぶ線での平均の揚圧力を境課長より、「ダム総合点検実施要領・同解説」を、0.2H に低減することは不可能となり、孔口の高さに

平成 25 年（2013 年）10 月 1 日付けで北海道開発局、対応した揚圧力を排水孔の位置で仮定するか、ある各地方整備局、沖縄総合事務局、（独）水資源機構宛

いは排水孔内の水位が孔口に達しない場合には、排て通知される

6)-8)

水孔のないダムとして設計せざるをえなくなる。･･･」とともに、都道府県には参考送致され、約 30 年のサイクルで実施する「ダム総合点検」

さらに、文献 5)には、設計揚圧力の課題や現行設計が制度化され、現在順次点検が実施されている。

基準での設定に到る経緯について詳細に記述されてこのダム総合点検においても、重力式コンクリートいる。

ダムの安全性を評価するために実測揚圧力の経年変表-1 設計揚圧力の算出方法化を分析するとともに、実測揚圧力（上記の注記を参照）を用いた安定計算が実施される場合がある。
以上のような現状を踏まえ、近年試験湛水を実施した重力式コンクリートダムを対象に、実測揚圧力について調査した。この調査の結果として得られた実測揚圧力に関する資料は、現状の実測揚圧力分布を把握することに留まらず、今後の重力式コンクリートダムの設計の合理化検討やダム総合点検における実測揚圧力の評価およびそれに関連した堤体の安全性評価にとって重要な基礎資料になるものと考えている。
1. 設計揚圧力
設計揚圧力は、河川管理施設等構造令規則第 8 条

3-2

なお、調査ダムの堤高と完成年度の頻度分布をそれぞれ図-2 と図-3 に示す。
図-2 より、調査対象ダムの堤高は 70m 未満（ただし 50m 以上）が 23 ダムと全体の約半数を占め、堤高100m 以上の大規模ダムは 8 ダムである。なお、堤高100m 以上のダムは全て国土交通省直轄および水資源機構のダムである。また、図-3 より、年度ごとの調査ダム数には若干のばらつきがあるものの、調査対象期間の約 15 年に完成したダムを大きな偏りなく抽出していると考える。

図-1 設計揚圧力分布 1)
2. 調査対象ダム
基礎排水孔を用いた実測揚圧力の調査対象ダムは、平成 11 年度（1999 年度）以降に試験湛水が終了し
図-2 調査ダムの堤高の頻度分布た重力式コンクリートダムでその堤高が 50m 以上のダムとした。ただし、調査実施時期が少し古いため、最新のデータは平成 24 年度（2012 年度）完成ダムとなる。なお、調査対象ダムにおいても、アバット
メント部の高位標高の実測揚圧力データについては分析対象外とした。このように、調査対象ダムの堤高に下限を設けたり、データ分析範囲を限定したりした理由は以下のとおりである。
堤高の低いダム、あるいは規模にかかわらず堤体の高位標高部においては、基礎排水孔が設置されていなかったり、設置されていても貯水位が相対的にかなり高くならないと揚圧力が計測されなかったりする場合がある。なお、初期の地下水圧が高い場合、

図-3 調査ダムの完成年度の頻度分布

地下水圧が後述の方法で算定する揚圧力に与える影響が大きいと考えられるが、この点については対象ダムの選定において考慮できていない。
調査対象とした重力式コンクリートダムは、国土交通省直轄および水資源機構のダムが 15 ダム、都道府県の補助ダムが 33 ダムの計 48 ダムである。

3-3

3. 分析対象の実測揚圧力

4.

実測揚圧力の評価指標としての揚圧力係数の揚圧力のデータについては、各ダムにおいて規定さ算出方法れた方法に従い、揚圧力計測対象の基礎排水孔を閉実測揚圧力の評価指標としては、図-5 に示すように、塞してある一定時間後に計測した揚圧力を採用する。 基礎排水孔で計測された基礎岩盤面と基準とした揚基礎排水孔を閉塞して計測した揚圧力は、全基礎排圧力水頭値 hp を、その基礎排水孔を含む上下流断面水孔を開放して排水している通常時の揚圧力とは厳における上流端における基礎岩盤面を基準とした貯密には異なる。このことを説明するために図-4 がし水位水頭 hu で除した値として定義する、「揚圧力係5)数」を用いる。

ばしば用いられる 。基礎排水孔列に沿った断面内の揚圧力分布は、単純に図中の実線のような分布をしていると考えられる。いま、中央の排水孔を閉塞すると、計測される揚圧力は実線から破線に、さらには一点鎖線へと時間の経過とともに増加していく。
しかし、現在、一般的に測定している閉塞から 30 分から 1 時間経過後の値がどれに相当するかが厳密には明らかでないということである。

図-5 揚圧力係数の算定方法の説明

例えば、2 章に示した、設計揚圧力の設定方法における、基礎排水孔位置での「5 分の 1」という係数と厳密な比較を行うためには、各ダムの全段面の下流側水位を明らかにしたうえで、堤体の上下流の水位図-4 基礎排水孔を開放時および閉塞時の揚圧力分布差を減じた形で評価を行う必要があるが、下流側水しかし、揚圧力専用孔が設置されているダムは多くているであろうこと、下流側水位が断面ごとに異ななく、また設置されているダムでもその数が限定さる、特に河床部を除けば地表面以下に存在することれているため、調査全体の整合性を図ったうえで、なども踏まえて、下流側水位は 0 と仮定して基礎排ダム堤敷に関して幅広い揚圧力のデータを得る目的

水孔地点での水頭値を上流端水位によって除した係から、各ダムで規定された方法に従い、基礎排水孔数により分析を行うこととした。そのため、本論文を閉塞して計測した揚圧力を分析の対象とした。に示す方法で揚圧力係数を算出すると、下流側水位位が分析対象期間である試験湛水期間中でも変動しまた、一般に、1 ブロックに 3 本の基礎排水孔がが地表面より高い位置にある場合は、実際よりも揚設置されている。揚圧力の評価を 1 本ごとの計測値圧力係数を大きめに評価していることに注意されたについて行うと特異な値に大きく影響を受けるおそい。

れがあること、安定計算に用いる揚圧力という観点

また、同じ高さのダムであっても、フィレットの有からはブロック平均の揚圧力が重要になってくるこ

無、フィレットがある場合にはその大小、仮に全くとから、揚圧力の評価はブロック平均を対象とする。

同断面であっても監査廊の設置位置により、揚圧力

また、揚圧力の調査データの対象時期は、全体の統係数の定量的な意味は厳密には異なってくるが、こ一を図るため試験湛水時とした。の点についても分析の対応から外している。

3-4

さらに、上記のような揚圧力係数の定義を踏まえれる。なお、ダムの安全管理を目的とした場合の実て、堤高の低いダム、および中大規模のダムも含め測揚圧力の評価や実測揚圧力を用いた安定計算の留てその高位標高部の揚圧力データを分析対象外とし意点については、文献 9)に詳述されているので一読たのと同様の理由から、分析対象とする揚圧力デー頂きたい。

タは、相対的に貯水位の高い常時満水位（NWL）時お揚圧力係数がブロック平均でも 0.3～0.5 に及ぶブよびサーチャージ水位（SWL）時を基本とした。

ロックが存在するダムがかなりの数に上ることを踏まえて、NWL 時ないしは SWL 時に、ブロック平均の5. 揚圧力係数の調査結果揚圧力係数が 0.6 程度を超えたブロックに着目した

前述したように、基礎排水孔を閉塞して一定時間後データ抽出を行った結果を表-2 に示すとともに、ブに計測された圧力が基礎排水孔を開放・排水していロック平均の揚圧力係数の最大値の頻度分布を図-6る際の揚圧力とは厳密には一致しないが、ほぼ全てに示す。の調査ダムにおいて、実測揚圧力が設計揚圧力を上上記の条件を満たすブロック（河床部および両岸ア回った少なからずのブロックが存在していた。これ

バットメントの低位から中位標高部のブロックを対より、5 章で述べたように、下流側水位が地表面に象）を有するダムは、全 48 ダム中 16 ダム（33%）と、一致しているとして揚圧力係数を算出すると、基礎3 ダムに 1 ダムは、ブロック平均の揚圧力係数が 0.6排水孔を設置しているほとんどのダムにおいて、揚程度を超えるブロックを有することになる。

圧力係数 0.2 以上のブロックを有していること（2さらに、ブロック平均揚圧力係数の最大値が 0.7

章より明らかなように、0.2 はあくまで設計として程度のダムが 4 ダム（8%）
、0.8 程度のダムが 4 ダム

設定する最低値であることに注意されたい）が明ら（8%）あり、ブロック平均揚圧力係数が 0.8 とかなかとなった。さらに、実際には揚圧力係数がブロッり高いダムも存在していることがわかる。

ク平均でも 0.3～0.5 に及ぶブロックが存在するダこのように設計の下限値と考えられる揚圧力係数ムもかなりの数に上ることも判明した。

0.2 よりもかなり高い実測値が得られる原因として

このような状況に対して、調査した大半のダムには、通常バルブを開放している基礎排水孔を、バルおいては、実測揚圧力を用いて安定計算を実施してブを閉塞して揚圧力を計測しているということに加所要の安全性を有していることを確認している。

えて、個々のダムの地質特性、透水係数分布、グラなお、ダムによっては、各ブロックについて、所要ウチング、特にカーテングラウチングの効果の程度の安全率を満足する揚圧力の許容上限値を計算してなどが複雑に関連しているものと推察する。しかし、おき、その値と実測揚圧力値を比較している場合も本論文においては、揚圧力係数にのみ着目して、こあるが、基本的には同様の主旨の対応である。
また、の点について個別ダムごとに考察することは行って数は多くないが、安定計算とあわせて、ブロックのいない。

揚圧力を低減させるために、基礎排水孔を増設してまた、0.6 以上のブロック平均揚圧力係数の最大値

1 ブロック 4 本以上の基礎排水孔のブロックを有すと堤高の関係を図-7 に示す。0.6 以上のブロック平るダムも存在する。設計揚圧力より大きい実測揚圧均揚圧力係数、かつ堤高 50m という条件下での図化

力を用いた安定計算においても所要の安全性を満足であることも影響している可能性があるが、堤高がしているのは、基礎排水孔を開放・排水している際高いほどブロック平均揚圧力係数の最大値が大きくの揚圧力分布を実測揚圧力から推定している場合がなるという明確な傾向は見出すことはできない。

あることに加えて、設計時の安全率に適切な余裕代があること、コンクリートの単位体積重量や堤体形状についても実際の施工データを基本に設定することで安全側に作用することなどによるものと考えら

3-5

表-2 ブロック平均の揚圧力係数が 0.6 程度を超えるブロックを有するダム
ダム

堤高(m)

完成年度

ブロック平均の揚圧力係数の状況

A64.6

H11

左岸低標高部の 1 ブロックで 0.6 程度

B97.0

H12

河床部から右岸低標高部の 3 ブロックで 0.6 程度

C73.5

H12

右岸低標高部の 1 ブロックで 0.6 程度

D123.0H13

河床部の 1 ブロックで 0.6 程度

E109.0H13

右岸中標高部の 1 ブロックで 0.6 程度

F53.5

H14

右岸中標高部の 1 ブロックで 0.6 程度

G114.0H15

右岸低位から中位標高部の 2 ブロックで 0.7 程度、1 ブロックで 0.75 程度、1 ブロック

名で 0.8 程度
H52.0

H15

河床部の 1 ブロックで 0.6 程度

I71.5

H15

左岸中標高部の 1 ブロックで 0.8 程度

J87.0

H16

河床部から左岸中標高部の 4 ブロックで 0.5～0.7 程度

K65.0

H17

河床部から左右岸低標高部で 0.6～0.7 程度のブロックが多い

L77.0

H18

左岸中標高部の 1 ブロックで 0.7 程度

M

93.5

H19

河床部の 1 ブロックで 0.6 程度、左岸中標高部の 1 ブロックで 0.7 程度

N55.0

H20

左岸低標高部の 1 ブロックで 0.6 程度

O125.5H22

右岸中標高部の 1 ブロックで 0.6 程度、1 ブロックで 0.8 程度

P119.0H23

右岸中標高の 1 ブロックで 0.6 程度、1 ブロックで 0.8 程度(注 1）下線部は、各ダムのブロック平均の揚圧力係数の最大値を示す。
（注 2） 1 ブロック、2 ブロックなどは、ブロック番号でなくブロック数を表している。

図-6 ブロック平均揚圧力係数の最大値の頻度分布

3-6

図-7 ブロック平均揚圧力係数と堤高の関係

6. おわりにダ ム 耐 震 性 能 照 査 指 針 （ 案 ）・ 同 解 説 、

本論文では、近年試験湛水を実施した重力式コンク

http://www.mlit.go.jp/river/shishin_guideline/

リートダムを対象に実測揚圧力について調査した。

bousai/daml2/、2005 年 4 月.

その結果、以下のことが明らかになった。

4) 国土交通省水管理・国土保全局：国土交通省河(1) ほぼ全ての調査ダムにおいて、実測揚圧力が設

川砂防技術基準設計編（技術資料）、第 2 章 ダムの計揚圧力を上回った少なからずのブロックが存在し、 設 計 、 第 12 節 ダ ム の 耐 震 性 能 照 査 、揚圧力係数がブロック平均でも 0.3～0.5 に及ぶブhttps://www.mlit.go.jp/river/shishin_guideline

ロックが存在するダムもかなりの数に上ることが判/gijutsu/gijutsukijunn/sekkei/pdf/2_g.pdf、2021

明した。

年9月

(2) 調査した大半のダムにおいては、実測揚圧力を

5) 飯田隆一：コンクリートダムの設計法、4.2 揚用いて安定計算を実施して所要の安全性を有してい

圧力、技報堂出版、第 1 版、1992 年 4 月 10 日.

ることを確認している。なお、安定計算において、

6) 国土交通省 水管理・国土保全局 河川環境課長：

基礎排水孔を開放・排水している際の揚圧力分布をダム総合点検実施要領について、国水環第 65 号、実測揚圧力から推定しているダムもあることに注意

http://www.mlit.go.jp/river/shishin_guideline/

されたい。また、数は多くないが、安定計算とあわ

dam/pdf/02.pdf、2013 年 10 月.

せて、ブロックの揚圧力を低減させるために、基礎

7) 国土交通省 水管理・国土保全局 河川環境課：排水孔を増設しているダムも存在する。

ダ ム 総 合 点 検 実 施 要 領 ・ 同 解 説 （ 本 編 ）、

(3) ブロック平均の揚圧力係数が 0.6 程度を超え

http://www.mlit.go.jp/river/shishin_guideline/

るブロックが存在するダムは、全 48 ダム中 16 ダム

dam/pdf/03.pdf、2013 年 10 月.

（33%）と、3 ダムに 1 ダムの比率である。また、ブ8) 国土交通省 水管理・国土保全局 河川環境課：

ロック平均揚圧力係数の最大値は 0.8 程度である。

ダム総合点検実施要領・同解説（参考資料）、今回の調査では、揚圧力係数が非常に高くなった

http://www.mlit.go.jp/river/shishin_guideline/

個別ダムの原因については詳細な分析が行えていな

dam/pdf/04.pdf、2013 年 10 月.

いが、今回の調査結果より、近年に完成した重力式

9) 建設省土木研究所ダム部ダム構造研究室：コン

コンクリートダムの実測揚圧力分布を把握できるとクリートダムの設計揚圧力について、ダム技術、ともに、今後の重力式コンクリートダムの設計の合No.82、pp.115-118、1993 年.

理化検討やダム総合点検における実測揚圧力の評価およびそれに関連した堤体の安全性評価にとって重要な基礎資料になるものと考えている。
【参考文献】
1)（財）国土開発技術研究センター編：改定 解説・
河川管理施設等構造令、第 2 章 ダム、（社）日本河川協会、山海堂、第 1 刷、pp.27-102、平成 12 年（2000年）1 月 20 日.
2) 建設省河川局監修：改訂新版 建設省河川砂防技術基準（案）同解説、設計編［Ⅰ］、第 2 章 ダムの設計、（社）日本河川協会編、山海堂、第 1 刷、pp.145-251、平成 9 年（1997 年）10 月 16 日.
3) 国土交通省河川局治水課：大規模地震に対する

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