第64回(2020年度) 北海道開発技術研究発表会論文

泥炭地に施工した農業用管水路布設後の地盤沈下

国立研究開発法人 土木研究所 寒地土木研究所 水利基盤チーム
網走開発建設部 北見農業事務所 第 1 工事課

○南雲 人
寺田 健司
今泉 祐治

泥炭地盤上の農業用管水路は施工段階から時間の経過に伴い沈下が進行する。本研究では泥炭地盤における管水路の挙動を精度よく把握するため、層別沈下計を使用し、布設直後から管体下の地盤沈下の変化を観測した。その結果、管水路下方の地盤の沈下は施工中の地下水位低下と施工後の地下水位復元に影響を受けることを確認した。
キーワード：パイプライン、泥炭、沈下

1.はじめに
北海道には全国で分布する泥炭地の約61％1)が存在する。泥炭地は北海道の各地で存在するが、農業用管水路の水源とする農業用ダムは道央、石狩の地域に集中しており、泥炭地盤に建設された管水路網は広範囲に及ぶ。泥炭地に建設された管水路は管体の不同沈下など様々な要因により漏水事故2)3)が発生する。
特に泥炭は経年的に沈下するという報告は多数の文献で紹介されている。筆者らは泥炭地盤で管水路の布設時から層別沈下計を用いて管水路断面直下の地写真-1 層別沈下計設置状況

盤の沈下量を1年間測定している。本研究では、管水路の布設直後から埋戻しに至る過程の短期間で生じ(2) 計測項目た泥炭の初期沈下現象を観測したので、その結果と計測計器は層別沈下計、地下水位計であり、原位
置 試 験 と し て 電 気 式 コ ー ン 貫 入 試 験 (CPT:Cone

考察を報告する。

Penetration Test)およびピートサンプリングを実施した。

2. 調査方法

計器設置および原位置試験を実施した位置を図-1に示(1) 調査位置す。

本研究の調査対象は道央南部に位置し、水田と畑地が展開する地域である。この地域は、火山灰性土壌が広域に分布しているが、一部に泥炭が厚く堆積している区間がある。筆者らは農業用管水路の復旧工事に際して、泥炭のある主要管水路の下部の基礎地盤の動態把握を目的として管水路断面（以下、断面）の管体下方に層別沈下計を設置し（写真-1）、観測を行った。

図-1 施工位置図と計器配置図
Nagumo Hitoshi, Terada Kenji, Imaizumi Yuji,－ 928 －1) 層別沈下計
層別沈下計は図-2に示すPV-300（東横エルメス社製）を使用した。設置にあたり、図-1のA箇所に基礎地盤部をハンドオーガーにより約5m掘削し、層別沈下計のアンカー部を挿入し、ハンドポンプで充水によりアンカー部を袋状に拡大して地盤に固定した。また、ハンドオーガーで掘削した地盤はソイルセメン
トにより充填している。アンカー部は図-3,図-4のように配置しており、各アンカー区間の厚さを観測することができる。
2) 地下水位計
既往の研究4)により、泥炭の沈下は地下水位の影響を受けることが報告されている。本報告では地下水位と地盤沈下の経時変化データを取得したので合わせて考察する。そこで、地下水位計を図-1のB箇所に設置して観測した。層別沈下計と地下水位計は図-1のC箇所にデータロガーを設置し通年でデータを記録した。
3) 電気式コーン貫入試験およびピートサンプリング調査対象区間のうち、埋戻しが完了した断面の図-1
No.1地点において電気式コーン貫入試験を実施した。
貫入試験からは先端抵抗、周面摩擦、間隙水圧が得られ、Robertsonの土質分類チャートにより土質を判定した。

図-2 層別沈下計(東横エルメス社製 PV-300)積しており、その下に砂層も介在していることを確認した。
(2) 沈下観測結果を図-5に示す。R1年度の工事にあわせ管体の布設とほぼ同時に層別沈下計を設置し、11/30より観測を開始している。この後、管水路の埋戻しは12/10まで行われた。沈下は層別沈下計の変換部含めて沈下しており、この時点で管体周り基礎材全体で埋戻しによる土砂の自重が加わり7cm程度沈下した。①は掘削底部から3.5mの深さで層別沈下計の固定部とし、動かないことを想定している。②は最も深い層の動きを観測する箇所であり、上部の③、④に比べ動きは小さく、増加応力が徐々に減衰する様子がうかがえた。ただし、基礎材が含まれた③と④は殆ど同時に沈下していることから圧密が早期に収束している可能性がある。続いてR1工区の翌年の接続工事でR2の7/28から開削と同時に沈下が出現し約3.5cm全体で更に沈下した。この際にも③と④は同時に再沈下してお

3. 観測結果と考察

り深さの差による沈下遅れや沈下量の差ははなかっ(1) 土層構成
ピートサンプリングから、埋戻し区間下部の地盤は全体に繊維質で未分解の泥炭であり、木片を含み、部分的に火山灰質土を含んでいた。図-3に示すように有機質および粘土質の軟弱地盤が約6mに渡り厚く堆た。
(3) 地下水位観測
地下水位は図-5の上段に示す。水位はR1工事の埋戻しと同時に、それまでポンプ排水によるドライ施工

図-3 調査対象箇所の地質構造
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から排水停止により地下水の復元が現れている。地低下してわずかに沈下は遅れて発現しているが、こ下水位は途中、融雪等の影響を受けながら地表かられは断面内が良質土に置き換わっていることや、応約30cm下まで復元した。その後、R2工事の開削開始

力解放を一度行っているため、開削箇所より15m離れに伴い再度地下水が低下している。
(4) 沈下と地下水位観測結果からの考察

た層別沈下計箇所もほぼ同じタイミングで地下水位が低下し、浮力低下による増加応力が働いたものとR1工事の埋戻しと地下水復元が同時に進行しており、考えられる。これらの事象から管体を含めて管水路埋戻し完了後には概ね地下水は定常状態に近づきつ

断面は地下水低下に伴い沈下し、地下水の復元にはつあった。埋戻しが完了する前に沈下量は一度地下殆ど影響を受けていないことが分かった。換言すれ

水の浮力により浮上傾向を示した。この調査箇所はば泥炭の沈下は地下水低下の度に沈下を促進するこ谷地形の端部が麓の圃場にすり付いた地形形状で、とが明らかになった。

現地調査で地下水の供給が多かったことを確認して管水路工事における地下水の排水は管水路断面のいる。地下水が定常状態は3月から7月下旬のR2工事

沈下に作用することは関係者間で広く知られていた施工開始まで続いており、その間わずかながら全層事象であったが、本調査によってその現象が定量的が沈下している。また、R2工事開始と同時地下水がに確認された。

図-4 機器および計器配置図

図-5 層別沈下計および地下水位経時変化図
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4. おわりに中に関して、今後さらに観測を継続して行くことが本調査は今後、管水路の通水イベントを控えてお必要である。

り、全ての現象を把握するにはまだ先となる段階にまた、泥炭の沈下量は設計上、泥炭式等により2000ある。管内部に水重が加わった状態で載荷荷重が最日をもって沈下が終息する手法をとっている。しか大となり、再沈下が新たに発生すると想定している。

し、この沈下量設計は最大排水距離の小さい室内試

しかし、本調査結果より泥炭地盤で布設する管水路

験で圧密排水が行われている環境下での実験上の想は施工中においても地下水の下降の度に沈下が促進定式であり、二次圧密の現象は一次圧密が終了したされる現象については、現在の設計手法には見込ま挙動を示す。排水距離が長いとされる現場では泥炭れていないものか、見込みで安全率を大きく確保し式等の時間と沈下量の概念図として代表される図-7のているものである。管水路の設計では管体の変形かように現地の環境が時間と沈下量予測のどの時間域らたわみ特性や安全性等を検討・解析をする。このにあてはめるかへの設定と想定は難しい。断面全体

とき地盤は沈下しない前提で構造等を検討する。しが沈下する理由として断面内の地下水の低下が周辺

かし、図-6に示す想定図のように特に泥炭地盤上の管地山にも影響して周辺地山に増加荷重が働き、断面水路は管軸直交方向の管体断面で水平方向の変形をと連動することで図-8のイメージにより沈下が始まる相殺するように管体下方向に沈下発生するため、地と想定しているが、南雲4)らの研究により泥炭地では盤耐力（反力）が高い地盤のような変形解析が困難

断面地表部付近の沈下量と管体の沈下量は地下水のになる場合がある。地盤耐力の数値化を決定する以有無等により異なる沈下特性が表れており、沈下予

前に、管体が設置された直後の沈下プロセスはほと測手法の数値化等の作成を目標に今後の研究の課題んど解明されていない。したがって、沈下プロセスとしたい。

を理解する上では管体下の沈下現象を定量的に把握し“見える化”する必要がある。今回、基礎部が10cm弱沈下しているが、管体のたわみを相殺している可能性があり、このような現象は少なからず管種選定にも影響を及ぼすことも考えられる。管水路の施工

図-6 地盤強度の違いによるとう性管の変形と沈下（想定）

図-7 泥炭性軟弱地盤の沈下の概念図
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沈下量

ΔS
元の地下水位標高

地下水位低下地山(泥炭土)浮力の低下により地山に増加荷重が発生

沈下量

管路断面内も周辺地山にΔS'追随して沈下図- 8 施工中あるいは再布設毎の地下水位低下による圧密沈下の発生のイメージ

参考文献
1) 国立研究開発法人 農業環境技術研究所報告 第37号 , pp.139 , 2016.
2) 中村和正 大久保天 立石信次 山口健 本村由起
央：泥炭地盤等のおける管水路の診断技術に関する研究、国立研究開発法人土木研究所研究開発プログ
ラム報告書 , pp.1-11 , 2016.
3) 国立研究開発法人土木研究所：泥炭性軟弱地盤対策
工マニュアル , 2017.
4) 南雲 人 今泉 祐治 寺田 健司：施工後１９年経過した泥炭地における農業用管水路と周辺地盤の沈下 , 北海道開発技術研究発表会論文 , 2019.

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