技術資料

堤防裏法面等を被覆する水防工法のシート敷設方法と堤防侵食抑制効果に関する縮尺水理模型実験
前田俊一

阿部孝章

横山洋

大串弘哉

１．はじめに
近年の水災害の多発に伴い、いわゆる粘り強い構造の河川堤防の整備が求められているが、越水対策としては堤防強化の他に水防活動も考えられ、実際に積土のう工等の水防工法が全国的に普及している。ただし、積み土のう工は越水防止が主目的である。一方で、堤防裏法面等をシートで被覆する裏シート張り工は、越水時に効果を発揮する水防工法として、国土交通省や都道府県の水防計画関連の資料例えば1）、2）に掲載されている。しかし、その詳細な作業方法等の解説資料は著者らが探した限りでは見つからず、効率的なシートの敷設方法や越水時の侵食抑制効果に関する知見

図－1

堤防模型の概要図及びシート設置の実験状況が不足しており、工法として未確立と言える。そこで本研究では、既存の水防工法を従来どおり適切に活用たため、坂野が用いた手法5）を参考に、混合土砂の体することを前提として、新たに越水時にも適用可能な積に対してベントナイトを10％配合し堤体材料に粘着水防工法を確立すべく、裏シート張り工に関するシー性を持たせた。なお、実験で使用したシートや面ファトの効率的な敷設方法や定量的な堤防侵食の抑制効果

スナーは、模型縮尺に応じたスケールダウンが困難なを把握するための水理模型実験を行った。

ため、1/1のものを使用した。
実験条件は表－1に示すとおりである。本技術資料
では本実験の結果を中心に記載するため、予備実験に２．実験方法

ついては、本章２．で簡潔に記載するにとどめる。
水理模型実験では、延長20m、水路幅1m、高さ1m

予備実験は、繋ぎ目のないシートで堤体模型を被覆の実験水路に、図－1に示す堤防高0.4m、天端幅0.4m、した上で、裏法尻部平場のシート被覆長（図－1）を敷幅2m、法勾配2割、奥行き1.0mの断面二次元の模型0.1mから0.4mまで変えて裏法尻周辺の侵食状況の変堤防（1/10の縮尺を想定）を設置した上で各種条件の化を確認する実験である。裏法尻部平場の被覆範囲が下で越流実験を行い、通水後の侵食形状を計測した。

法尻から離れたところまで及べば、平場での侵食に端越流水深は、国土交通省の河川堤防の強化に関する技を発する堤体侵食を防ぐ可能性が高まるが、裏シート術検討会における技術開発目標（評価の目安）が越流張り工が水防工法として成立するためにはシート設置

3）

水深30cm、越流時間3時間と設定されたこと 及び模に長い時間をかけることは望ましくないので、当該シ型縮尺を考慮して3cmとした。堤体及び基盤の材料にート被覆長は極力短い方が良い。このため、適当な被例えば4）覆長を設定することが予備実験の目的である。予備実での実験実施の可能性を考慮して、実験で用いる土砂験の結果を概括すると、シート被覆長が0.1m及び0.2の代表粒径が文献4の実験水路のd60の1/10である1mmmの場合には裏法尻部の堤体の一部が侵食されたのに程度から大きく外れないように、粗砂と中礫を8:2の対し（図－2）、被覆長が0.3m及び0.4mの場合には、割合で混合した土砂（d60＝1.07mm）を用いた。ただ堤体に明確な侵食は見られなかった。このため、本実し、混合土砂には細粒分がほとんど含まれていなかっ験では、裏法尻部平場のシート被覆長を0.3mに設定

ついては、将来的な実物大スケールの実験水路

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表－1
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実験条件の一覧表䉲䊷䊃ⵍⷒ▸࿐੍஻ታ㛎 ႇ૕䋫ⵣᴺዥ䈎䉌㪇㪅㪈㪆㪇㪅㪉㪆㪇㪅㪊㪆㪇㪅㪋㫄䉁䈪䈱ᐔ႐ᧄታ㛎㪈䉲䊷䊃ⵍⷒή䈚䋨⵻ႇ䋩䋺ኻᾖታ㛎䉲䊷䊃❬䈑 ⋡ㅢ᳓ᤨ㑆ή䈚ቯᏱ⁁ᘒ䈮䈭䉎䉁䈪ㅢ᳓䋨⚂㪊㪇ಽ䋩ή䈚䋨⵻ႇ䋩

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シート被覆長0.1m

法尻ライン

図－2

裏法尻部の侵食状況（シート被覆長0.1m）

図－3

本実験 1（裸堤）における堤体侵食状況（左：階段状に裏法面が侵食される様子、中央：切り立った状態で天端が侵食される様子、右：通水終了後の状況）することとした。の接合が接合方法としては確実な方法と考えられるが、本実験1は本実験2及び本実験3の対照実験で、裸堤その分シートの接合作業に時間を要することになる。

での越流実験である。本実験2及び本実験3では、図－

このため、接合作業を簡略化できれば、シートをより1に示すように、シートの法長方向の繋ぎ目が3つ、縦短時間で設置できるようになるので、繋ぎ目処理の簡断方向の繋ぎ目が裏法面の中間地点に1つ存在し、堤略化が堤体の侵食量に及ぼす影響の確認は、裏シート体が①～⑥の6枚のシートで被覆されている。また、張り工が水防工法として成立するかどうかを判断する

繋ぎ目箇所では、藤田らの吸出し防止シートで堤体を上で非常に重要である。なお、今回採用した面ファス被覆した実験 及び福岡らのアーマー・レビーの実験

ナーによる接合方法は、鋼杭の打込み等の他の方法と7）を参考にして、法長方向と縦断方向のどちらもシーの優劣比較を行った上で選択したわけではなく、まトを3cm重ねることとした。その一方で、本実験2でた、重ねるだけの接合方法は最も簡略化した方法と考は法長方向の全ての繋ぎ目を面ファスナーで接合した

えて選択しており、両方法は必ずしもそのまま現場でのに対して、本実験3では法長方向の繋ぎ目を接合す支障無く使用できるわけではない点に留意されたい。

る物は無く、ただ重ねただけとした。また、縦断方向

特に、重ねるだけの接合方法については、風が吹く実の繋ぎ目についても、本実験3では、②と③の間の繋際の現場では、シートがめくれ上がる可能性が高いたぎ目全体を面ファスナーで接合したのに対して、④とめ、何らかの風対策を施す必要がある。

6）⑤の間の繋ぎ目では、両端付近のみを面ファスナーでなお、後述のように本実験1では越流開始後約20分接合した。これは、単位長さあたりの面ファスナーので模型堤防が決壊したが、本実験2及び本実験3では通引張剪断強さ×両端付近の面ファスナーによる接合長水時間を3時間としている。これは、本実験2及び本実

さが、越流水がシートに及ぼす剪断力等の大きさより験3においては、堤体侵食がある程度進むだけの通水も十分大きくなるため、力学的には繋ぎ目全体を面フ時間を確保して、両者の実験結果の比較や評価を容易ァスナーで接合しなくても接合部が外れて⑤のシートにするためである。

が流出する恐れがないためである。結果として、本実
験3では、繋ぎ目の総延長の大半が単に重ねただけと３．本実験の結果なっており、全ての繋ぎ目が面ファスナーで接合されている本実験2とは繋ぎ目処理において大きな違いが

本実験1では、越流直後に裏法面の下部で堤体の侵ある。シート被覆の効果に加えて、このようなシート食が発生し、その後すぐに侵食が裏法面の上部でも始繋ぎ目の処理方法の違いが堤体侵食の抑制効果に及ぼまり、裏法面全体が階段状となった（図－3 左）。そす影響の把握が本実験2及び本実験3の目的である。の後侵食面が切り立った状態（図－3 中央）で天端部面ファスナーや鋼杭の打込み等によるシートどうし34分の侵食が表法肩方向に進み、表法部が徐々に侵食さ
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-5.0

0.00.5
図－4

天端1.0

裏法尻→

1.5

2.0

2.5

3.0

3.5 X[m]1.0

3時通水後の堤防侵食の状況（本実験2）ᴺ㐳ᣇะ䈱❬䈑⋡๟ㄝ䈱ଚ㘩⁁ᴫᄤ┵ᄤ┵❑ᢿᣇะ䈱❬䈑⋡ㇱಽ䈱ଚ㘩䈭䈚

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0.0ᴡᐥᄌേ㊂[cm]
5.0Y[m]←表法尻-5.0

0.00.5
図－5

天端

1.0

裏法尻→

1.5

2.0

2.5

3.0

3.5 X[m]1.0

3時間通水後の堤防侵食の状況（本実験3）

れ、越流開始後約20分で堤防が決壊した。侵食面が切8）次に本実験2及び本実験3において3時間通水した後り立つのは粘性土堤防の決壊時の特徴である 。なの堤体の侵食状況をそれぞれ図－4、5に示す。双方とお、実河川での堤防決壊では、表法肩まで侵食が達すも表法部には明確な侵食は見られず、裏法部で侵食が8）ると、千代田実験水路での実験 で見られたように、進行している段階であることがわかる。なお、法長方

表法部が主に粘性土でできていても一気に表法部の侵向の3つの繋ぎ目のうち、水路壁際の2つは水路壁の影食が進むと考えられるが、本実験1では表法部の侵食響が無視できないと考えられるので、以降で着目するが徐々にしか進まなかった。この理由としては、通常のは主に裏法面中央の繋ぎ目である。の実験水路は、実河川とは異なり、表法部が侵食され以降、本実験2及び本実験3の結果を詳述する。まても表法部に集まって来る流水がほとんど増えないたず、本実験2では、全てのシートの繋ぎ目が面ファスめと考えられる。

ナーで接合されているが、法長方向の繋ぎ目に沿って

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堤体が侵食されていた。また、裏法面の中間地点にある縦断方向の繋ぎ目部での明確な侵食は確認されなかった。さらに、シートで覆われた裏法尻部平場では、繋ぎ目周辺の侵食された堤体土に由来すると考えられる土砂の堆積が見られた。
本実験3でも、本実験2と同様に、法長方向の繋ぎ目に沿って堤体が侵食されていた。実験前には、本実験2の方が重ね合わせ部が強固に接合されているため、

図－6繋ぎ目周辺の侵食量は本実験2の方が小さくなると予通水前の堤体模型の断面積に対する通水終了時における各堤体断面の侵食量の割合測していたが、本実験3の方が小さくなった。また、裏法面の中間地点の縦断方向の繋ぎ目部の侵食は、繋表－2堤体の侵食量ぎ目の処理方法によらず、明確には確認されなかった。さらに、本実験2と異なり、シートで覆われた裏䉬䊷䉴ႇ૕䈱ଚ㘩㊂㪲㫄㪊㪴ㅢ᳓೨䈱ႇ૕ᮨဳ䈱૕Ⓧ䋨㪇㪅㪋㪏㫄㪊䋩䈮ኻ䈜䉎ଚ㘩ഀว㪲㩼㪴

法尻部平場では、全体的に見れば洗掘傾向となっていᧄታ㛎㪈㪇㪅㪉㪌㪎㪉

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た。ただし、裏法尻のごく近傍では堆積が見られた。

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４．本実験の考察
４．１

シート被覆の効果

本実験2及び本実験3ともに3時間通水した後の模型
堤防では、前述のように表法部で明確な侵食は確認されず、裏法部の侵食が進行している段階であった。このため、裏法尻部平場の被覆長は0.3m程度で十分であること、また、堤防決壊に至るまでにはさらに相当の時間を要することがわかる。

図－7

通水前後の実験水路中央部における堤体断面形状

次に、本実験1～本実験3の堤体侵食の状況を比較するため、通水前の堤体模型の断面積（0.48m2）に対す
2

ことから、シート被覆により堤体の侵食が大幅に抑制

る通水終了時における堤体断面の侵食面積（m ）のされていることがわかる。上記の数字（5％未満、約割合を実験水路の幅方向（模型堤防の縦断方向）に570％）の元となっている堤体の具体的な侵食形状の一mmピッチで算出したものを図－6に示す。この図は海例が図－7で、シートの有無による通水終了時の堤体岸堤防の堤体侵食量の変化を汀線方向に整理した加藤

断面形状の差は明瞭である。また、表－2より、本実9）らの調査結果の図 を参考にして作成したもので、縦験2及び本実験3における堤体全体での侵食割合がそれ断方向の各堤体断面の侵食割合が概ね一定ではなく、ぞれ2.3％、0.5％であるのに対して、本実験1では50％越流に対して弱部となる法長方向の繋ぎ目付近で侵食を超えている。以上の定量的比較により、実施した限割合が極値をとる今回の実験においては、堤体の侵食られた実験条件の下ではあるが、裏シート張り工は越状況の縦断的な変化の定量的把握には適していると考水発生時に堤防決壊を遅らせる効果を有することが推3えられる。また、通水前の堤体模型の体積（0.48m ）察された。

3に対する通水終了時における堤体の侵食量（m ）の割合を表－2に、着目している裏法面の中央の繋ぎ目４．２

法長方向の繋ぎ目処理部、つまり、実験水路の中央部（図－4、5におけるY３．で述べたように、本実験3の裏法面中央の繋ぎ＝0.5m）での通水前後の堤体断面形状を代表断面形

目周辺の侵食量が本実験2よりも小さかったが、法長状の一つとみなして図－7に示す。図－6より、本実験方向の繋ぎ目処理の簡略化を行っても、堤体の侵食抑2及び本実験3では、裏法面中央の法長方向の繋ぎ目付制効果の低下につながらない可能性があり、また、十近での堤体の侵食割合は堤体断面積の5％未満である

分な侵食抑制効果を発揮する可能性のあることは、裏が、同じ場所での本実験1の侵食割合が約70％である

シート張り工の繋ぎ目処理を今後検討する上で重要な

36

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知見である。また、このような結果となった理由としては、本実験2では、越流開始当初から通水終了まで
面ファスナーの接合部には、小さいながらも繊維の間に隙間が存在した（図－8）のに対して、本実験3では、越流開始当初は2枚のシートの重ね合わせ部が水圧に㠃ࣇ࢓ࢫࢼ࣮᥋ྜ㒊

より密着して隙間がほとんど発生しなかったため、通水時間内に繋ぎ目から侵入した越流水の総量は、重ねただけの場合の方が少なかった可能性が考えられる。
ただし、繋ぎ目周辺で侵食がある程度進むと、重ねた

図－8面ファスナーの接合部にある隙間（接合部では繊維が密に詰まっているわけではない）

４．４

本実験2及び本実験3における裏法尻部平場のだけの場合には、重ね合わせ部が開くなどして面ファスナー接合よりも侵入する越流水の量が大きくなる可能性があるため、通水時間を更に長くすると、本実験2及び本実験3の侵食量の大小関係は逆転する可能性もある。

堆積・侵食形状の違い
本実験2では、シートで覆われた裏法尻部平場に、繋

なお、今回の実験ではシートを3cm重ねたが、重ねぎ目周辺の侵食された堤体土に由来すると考えられる

幅を更に大きくすれば、繋ぎ目周辺で堤体の侵食が進土砂が堆積していたが、本実験3では、裏法尻のごくんでも重ね合わせ部が開きにくくなるので、堤体の侵近傍で堆積が見られたものの、全体的には洗掘傾向で食抑制効果も大きくなると考えられる。ただし、重ねあった。この違いは、堤体侵食量、つまり法尻部平場幅が大きくなるにつれて、ある一定区間の裏法面等をへの供給土砂量の差が主な原因と考えられる。予備実被覆するのに必要なシートの枚数は増えるので、シー験では繋ぎ目の無い1枚物のシートを使用したので堤ト設置の効率が低下する。実際の堤防では、築堤工事体の侵食量はほぼゼロであり、被覆長が0.3mでは、を行ってから長時間が経過すると、不等沈下や河川利２．で述べたように、堤体まで侵食が及ばなかった。

用者がつくったけもの道（多くの人の歩行によって自つまり、裏法尻よりも堤内側で洗掘が生じていた。概然発生的に生じた植生の希薄な踏み固められた小道）

略的には、このような法尻部平場に、表－2に記載し等により、大きな不陸が裏法面等に生じることがあた堤体の侵食量に相当する土砂が供給された結果、本る。このような大きな不陸とシートの繋ぎ目箇所が重実験2では平場への供給土砂量は本実験3の5倍程度でなった場合には、期待した堤体の侵食抑制効果が十分あるため、シートで覆われた裏法尻部平場の過半が堆に発揮されない可能性が考えられるので、不陸の発生積エリアとなり、本実験3では裏法尻のごく近傍だけとシート設置の効率性の両方を考慮して、どの程度のに堆積エリアが限られたと考えられる。

重ね幅が適当なのかをさらに検討する必要がある。

なお、予備実験の結果より、裏法尻部平場の被覆長を0.3mと設定したが、図－2に示すように、被覆長が４．３

縦断方向の繋ぎ目処理0.1mでも裏法尻部の堤体の一部が侵食された程度に

本実験2及び本実験3ともに、縦断方向の繋ぎ目部のとどまったことや、シートの法長方向の繋ぎ目の存在明確な侵食が確認されなかったため、縦断方向の繋ぎにより、侵食された裏法部の堤体土に由来すると考え目からは越流水がほとんど侵入しなかったと考えられられる土砂がシートで覆われた裏法尻部平場に堆積しる。また、シートの繋ぎ目を面ファスナーで部分的にたことから、被覆長は0.3mあれば理想的であるが、接合しても繋ぎ目周辺での明確な堤体侵食が発生しな0.1mや0.2mでも堤体侵食の抑制効果は一定程度得らかったことから、実施した限られた実験条件の下ではれる可能性がある。したがって、確保すべき裏法尻部あるが、必ずしも縦断方向の繋ぎ目を全面的に接合す平場の被覆長は現時点では0.1～0.3mと考えられ、最る必要はなく、越流水の剪断力等の想定外力によって適な被覆長に関する検討を重ねる必要がある。

裏法面の下側のシートが上側のシートから外れない程度に部分的に接合しておくことで一定の侵食抑制効果５．まとめと今後の課題が期待できる。これも裏シート張り工の繋ぎ目処理を今後検討していく上で重要な知見である。

本研究では縮尺1/10の水理模型実験を行い、限られた実験条件の下ではあるが、粘り強い堤防の技術開発

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で目標とされた想定外力を考慮した越流水深3cmにお2023.

いて、裏法尻部平場の被覆すべき範囲を明らかにする

3） 国土交通省 水管理・国土保全局 河川堤防の強化とともに、裏シート張り工が一定の効果を有することに関する技術検討会：越水に対して「粘り強い河を確認した。また、シートの効率的な設置のためにシ川堤防」の検討について（第１回 資料２）、2022.

ートの繋ぎ目処理を簡略化しても、裏シート張り工が4） 国土交通省北海道開発局：十勝川千代田実験水路

十分な侵食抑制効果を発揮する可能性のあることがわについてかった。ただし、実際の現場ではシートを重ねるだけ

https://www.hkd.mlit.go.jp/ky/kn/kawa_kei/

では、シートが風でめくれ上がる可能性もあるため、

ud49g7000000ry5o.html#s0（2024年1月17日確

引張強度や摩擦係数等のシート素材に対する要求性能認）に加えて、具体的なシートの繋ぎ目処理方法の検討を

5） 坂野章：樹林帯による破堤後の減災効果に関する進める必要がある。その上で、実際の堤防でシートを検討、国土交通省国土技術政策総合研究所河川研設置する試験施工等を通じて効率的なシート設置方法

究部河川研究室資料、2002.

を検討し、具体的な施工方法を提案していく必要があ6） 藤田光一、末次忠司、諏訪義雄、東高徳、白土正る。さらに、堤防植生（特に倒伏しにくい植物）が繁美、郡司篤、最上谷吉則：透水性（排気性）材料

茂した状態でシートを植生の上から設置すると、シーを用いた堤防裏法越水強化工法の水理的評価と技トが浮き気味になったり、局所的に盛り上がる等の状術的位置づけについて、河川技術論文集、第7巻、況が考えられるので、この影響も検討する必要があ

pp.109-114、2001.

る。加えて、２．で述べたように、縮尺水理模型実験

7） 福岡捷二ら：アーマー・レビーの設計、その１－ではシートや面ファスナー等の接合資材の適切なスケ越水対策－、土木技術資料、Vol.30、No.3、pp.27-

ールダウンが困難であり、堤防模型の縮尺との乖離が32、1988.

生じてしまうため、実物大規模の実験によって、裏法シート張り工の効果を確認することが望ましい。

8） 島田友典、横山洋、前田俊一、矢部浩規、桑村貴
志ら：千代田実験水路を用いた堤体材料の相違が越水堤防決壊現象に与える影響に関する実験、河川技術論文集、第26巻、pp.491-496、2020.

参考文献

9） 加藤史訓、野口賢二、諏訪義雄、木村晃、河合雅
1） 国土交通省 水管理・国土保全局 河川環境課：水史、高木利光、小俣雅志：東北地方太平洋沖地震

防企画室水防計画作成の手引き（都道府県版）令

津波による仙台平野南部での海岸堤防被災・洗掘

和4年8月、2022.

に関する調査、土木学会論文集B2（海岸工学）、

2） 滋賀県：滋賀県水防計画（資料編） 8.水防工法、38

Vol.68、No.2、pp.I-1396-I1400、2012.

前田 俊一
MAEDA Shunichi

阿部 孝章
ABE Takaaki

横山 洋
YOKOYAMA Hiroshi

大串 弘哉
OGUSHI Hiroya

寒地土木研究所
寒地水圏研究グループ
上席研究員（特命事項担当）
技術士（建設・総合技術監理）

寒地土木研究所
寒地水圏研究グループ
寒地河川チーム
主任研究員
博士（工学）技術士（建設）

寒地土木研究所
寒地水圏研究グループ
水環境保全チーム
総括主任研究員
博士
（工学）
技術士
（建設）

寒地土木研究所
寒地水圏研究グループ
寒地河川チーム
上席研究員（現 国土交通省
北海道開発局
事業振興部 調整官）
技術士
（建設）

寒地土木研究所月報№859

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