技術資料

河川洪水の流路変動による橋台背面盛土への影響と盛土の保全対策技術の研究
青木卓也

井上卓也

畠山乃

ト1区間）に集中しており、橋梁背面盛土の被災誘因

１．はじめにの多くは、洪水の流体力による洗掘（侵食）、あるい
平成28年8月、3個の台風の北海道への上陸に続き、は河川水が構造物境界に浸透することによる吸い出し

さらに台風10号が接近したことで、歴史的で記録的なであることが確認された2)。また、橋台背面盛土が被豪雨となり、道東を中心に河川堤防からの越水や決壊災することで、橋梁本体にまで影響することも判明しによる氾濫、道路の崩壊や落橋（図－1）、また、被災た2)。

した橋からの自動車の転落事故など大惨事となった。

本研究では、既往研究の調査結果をもとに、恒久復とりわけ道路交通網の被災は、社会経済や日常生活に旧や予防保全に寄与できる橋梁背面盛土の保全技術をも影響を与え、孤立集落を生むなど重大な損害をもた選定するとともに、水理模型実験を用いて被災変状メらした。そして橋梁被災の復旧に要する費用と時間はカニズムを解明しつつ、選定した対策工技術の効果を莫大であった。これを受け、国土交通省北海道開発局検証するものである。と北海道庁は今後の水防災対策のあり方について検討委員会を設け、橋台背面の洗掘等による橋梁被災に関２．対策工の選定

しては、その要因の分析と有効な対策の検討が急務、との提言1)もなされた。

平成28年の洪水では既設の護岸・根固めブロックが流路変動に関する既往研究の多くは、実験や観測に散乱、消失したため、大きい流体力や河床変動に対応基づく地形変化の把握や、計算力学的な予測モデルのできる最適な工法を選定することが必要である。既往構築に着目しており、具体的な対策工提案に至る研究

研究2)では、即時性や様々な機能性、さらに、耐塩害、は少ない。また、未だに原形復旧工事が主流であるた再利用などを評価項目とした結果、土構造物Ⅱ（軽量め、再び大洪水が発生すれば再度被災する恐れがある。

剛性繊維網かご＋透気防水シート3)）と土構造物Ⅲ（連そこで、既往研究では橋台背面盛土の保全対策を立案

続箱型鋼製枠＋透気防水シート）が適切と評価した（図することを目的に、損傷した128の橋梁被災形態を分－2）。特に土構造物Ⅱ（以下、土Ⅱと記す）については、析した。この結果、被災箇所は支川上流部（セグメン自体の屈撓性と再利用において評価が高く、土構造物Ⅲ（以下、土Ⅲと記す）は屈撓性が評価された。あくまで技術的に求められるものは、耐洗掘・河床変動追従・恒久性・迅速施工性であることから、総合評価としては、土Ⅱに加え土Ⅲも高い評価となった。そこで、これらの工法の効果を検証するために水理模型実験を行った。

流向図－2
図－1

選定した対策工（左：土Ⅱ、中：土Ⅲ）および透気防水シート（右）の施工例

平 成28年8月北海道豪雨による十勝川水系
小林川に架かる橋梁被災状況

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2020年８月

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平成28年8月洪水の流量は、1/30確率に相当する平３．対策工の効果検証実験

均40m3/sの流量が続いた後、1/100を超える超過洪水効果検証を実施するうえでの有効な評価方法として流量（平均150m3/s）へ推移していった。実験流量とは、経年的な河床変動データ、移動床水理模型実験、しては、フルード則を用いて0.7～2.6ℓ/sとし、通水開数値解析 、実物大実験があるが、本資料では、模型始から70分まで0.7ℓ/s、その後10分要して流量を2.6実験による検証結果について報告する。

ℓ/sに上げ、2.6ℓ/sで70分間通水した。なお、シール4)

ズ数は現地と一致させており、事前実験では、リップ３．１

ルの発生が無い事も確認した。

実験水路と水理条件

本実験では、図－1に示す十勝川水系小林川に架かる橋梁周辺をモデルとした。本地域はセグメント1区

３．２

計測手法

間に属し、河岸侵食幅も大きく、平成28年洪水の代表

河床形状は、通水前後にレーザースキャナーを用い的な被災例である。図－3に模型実験装置、表－1に実て計測した。計測区間は、上流端から0m～14m区間

験水路の諸元と実験条件を示す。実験縮尺は現地のとし、計測幅は横断方向に約2.7mの範囲とした。本1/80とし、基盤面積37m 、水路延長13.75m、水路幅

実験の観察記録では、河岸侵食・洗掘、砂州形状、橋1.5-2.0m、水路こう配1/60、初期河床には幅1.5-2.0m、台背面盛土の浸透・洗掘・消失の経時変化を写真や簡深さ0.15mの低水路を整形した。橋梁模型はアクリル易計測を用いて記録した。また、浸透（にじみ出し）製、河床材料および給砂材料は、4号珪砂（0.77mm）を確認するため、橋台背面盛土の上流部に青色の塗料、単一粒径とし、粘着性は考慮していない。

下流部に黄色の塗料を埋設し、その出色過程を観察し2た。河床変動後の河床高さの実測では、橋台底面高さ
表－1と低水路河床高さおよび橋脚底面高さとの関係も調査

実験の水理条件
現地

実験

縮尺

11/80

川幅 (m)

100.125

河床勾配

1/60

1/60

河床材料 (mm)

61.7

0.77

流量 (m3/s)

40-150 *7×10-4-26×10-4

水深 (m)

0.49 *

0.15

流速 (m/s)

2.75 *

0.31-0.38

シールズ数

0.082

0.082

フルード数

1.26-1.11

1.26-1.11

給砂量 (ℓ/m)－0.1-1.0

した。
３．３

実験手法

表－2に実験における対策工の条件を示す。case 1
では、被災メカニズムを再確認することを目的に対策工無しで実施した。case 2では、土Ⅲを構造上橋台支持に必要な背面盛土延長分設置した。case 3では、土Ⅱと土Ⅲを組み合わせ、対策工の設置範囲を道路幅員分延伸させた。case 4では、道路盛土の対策工法はcase 3と同じまま、基礎の深掘れ対策として根固め必要幅を算出5)して現地スケールで6m分を対策工前面に土Ⅱを設置した。case 5ではcase 4の根固め範囲を2ｍ*流出解析および等流計算による推定値

表－2

実験における対策工の条件

①②

図－334

対策工法

対策工延長

深掘対策

case 1なし

なし

なし

case 2

土Ⅲ

橋台支持必要幅〃

case 3

土Ⅱ＋土Ⅲ

case 4

土Ⅱ＋土Ⅲ〃case 5

土Ⅱ＋土Ⅲ〃

橋台支持必要幅〃＋道路幅員

対策工前面
6m
対策工前面
2m

水理実験装置全景
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2020年８月

として実施した。模型で使用する対策工は、当該製品

小林川と同じ材料で作成した。

橋梁

３．４ 実験結果

道路

平成28年洪水時に、小林橋の被災過程を観察していた道路管理者から聞き取り調査したところ、河道か0min

80min

40min

140minらの洪水がA1橋台背面（左岸）の道路側を浸水させ、橋台背面盛土を洗掘した後、道路本体を消失させ、さらにA1橋台の沈下により上部を落橋させた。無対策のcase 1では、聞き取り調査とほぼ同様の被災過程が観測された（図－4）。また、実験後の最終的な河床変図－4

動傾向や浸水範囲も被災後の現地（図－1）と類似し

case 1における流路経時変化（垂直写真）、黄色の点線は河岸を示す。ていた。
土Ⅲ（軽量剛性繊維網）を橋台支持に必要な盛土幅いない方（水路の左側）から回り込むように侵食が進分だけ設置したcase 2では、河岸侵食の進行にしたが行し、盛土が消失したことを踏まえ、対策工の設置範って、対策工の基礎部の河床が局所的に洗掘し、対策囲を道路幅員分延伸した。この結果、盛土の侵食開始工がずり落ち、通水開始17minに盛土の侵食が始まっ時刻は大きく変わらなかったものの、盛土の消失までた。その後、橋台を回り込むように盛土の侵食が進行の時間が伸びた（図－5 case 3）。

し、通水開始38分には橋台を支持するのに必要な盛土case 4では、盛土の侵食開始時刻を遅らせるために、部分が完全に消失した（図－5 case 2）。

対策工の前面に土Ⅱを実スケールで6m分設置し、対case 3では、橋台付近の対策工を土Ⅱ（連続箱型鋼策工下部（基礎部）の局所洗掘の抑制を試みた。こ製枠）に変えるとともに、case 2で対策工を設置しての結果、盛土の侵食開始は大幅に遅くなるとともに、

case 1 対策工無し

case 2case 3case 4case 5通水開始 0-0.5 min

通水開始 11 min

通水開始 10 min

通水開始 15 min

水開始 12 min

通水開始 1 min

通水開始 17 min

通水開始 21 min

通水開始 82min

通水開始 43min

通水開始 27 min

通水開始 38 min

通水開始 75 min

通水開始 99 min

通水開始 60 min

図－5

水理模型実験による対策工の変状状況（一段目：初期、二段目：浸透開始、三段目：侵食開始、四段目：盛土消失）

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盛土の消失の時間も遅くなった（図－5 case 4）。まcase 5では約11時間、侵食開始が遅れたこととなる。

た、case 4だけが1/30規模の流量では侵食が開始せず、復旧に要する費用が増大する橋梁本体の変状防止の1/100規模の流量に達してから盛土の侵食が始まった。

観点では、橋台の支持に必要な盛土の消失時間も重要対策工の前面の6m幅に深掘抑制の対策を設置しようとなる。盛土の侵食開始から盛土消失までの時間をとすると、新たな用地買収などが必要となる場合があ

みると、case 2で21分、case 3で54分、case 4で17分、る。そこで、case 5では対策工前面の施設幅を2mへ

case 5で17分であり、対策工の延長を延伸させたcase減少させた。この結果、盛土の侵食開始時刻は、case3、4、5の方が、延伸前のcase 2より長くなった。今回

3とcase 4の間になった（図－5 case 5）。一方、盛土の実験では、case 1およびcase 2で見られた迂回流のの消失時間はcase 3より早くなった。この要因として位置と流向を参考に、case 3以降の対策工延長を決定

case 3では透気防水シートが対策工の沈下よりも長くしたが、対策工延長は河道の平面形などに依存する可留まっていたことが考えられる。

能性が高いため、今後さらに研究が必要である。

土Ⅱ・土Ⅲともに、構造物が一体的に深掘れに追従

次に、透気防水シートの効果を検証するために、橋していたが、河川流が対策工に衝突する付近では、河台背面盛土に埋め込んだ塗料の流出時間を整理する。

床が局所的に低下するため、設置した対策工が沈下し黄色塗料がにじんだ時間は、case 1で通水から約0.5分た。各実験後の河床低下高を計測し、現地スケールに後、case 2（土Ⅲ）で約11分後、case 3（土Ⅱ+土Ⅲ）換算したところ、初期河床に対し0.5m～1.7mの範囲で約10分後、case 5（土Ⅱ+土Ⅲ+根固め工2m）で約で深掘れ（対策工基礎の地盤低下のこと）していた（図12分後だった。いずれのケースでも橋台背面盛土の下－6）。これを抑制するためには、対策工前面に屈撓性流部に埋設した黄色塗料のにじみ出しから始まり（図の高い部材を設置することが有効であることが示され－5 二段目）、次に上流部に埋設した青色塗料がにじた。

み出て河川に流出していく過程が確認された。その流出後、上流の橋台ウイング内部に穴が出現した（図－小林川7）。ウイング内部に河川流は接触していないため、流れのせん断力による洗掘が要因ではなく、浸透流動に対策工よる破壊か、河川流と盛土内浸透流の流速差による土砂の吸い出しが要因と想定される。また、シートがあ2 cm 低下ライン(計測値)※現地スケールで 1.6 m 相当

る場合は盛土内水位の低下が認められた。無対策のcase 1では、浸透と同時に流体力による侵食も作用されるため、浸透が盛土消失に与える影響は少ないと類推される。しかし、対策工を行うことにより、盛土の図－6 実験前後の河床高変化 (case 3)（上図はiRIC 6)で計算して作成）消失が遅くなると盛土内の水圧差が生じ、構造物周りの転圧不足などの要因により、図－7のような穴が出現しやすくなると考えられる。これを少しでも抑制す

３．５

考察

転落事故防止の観点では、道路管理者による被災のるために透気防水シートを設置する方が望ましいと考えられる。

発見・早期の通行規制が事故防止になるため、橋台背面盛土の侵食開始時刻が重要となる。侵食が開始される時間経過について、無対策のcase 1を基準とし、case 3、4、5で比較すると、case 3では21分、case 4では82分、case 5では43分と侵食開始を遅延できた。移動床実験の時間を現地スケール（実際の時間）に換算するのは難しく、フルード則に加えシールズ数も考慮した換算方法なども提案されているが、実時間との整合が合わない場合がある7)。そこで、本研究では簡易流向75min的な手法（フルード則のみによる時間換算）を行った。
これによると、case 3では約5時間、case 4で約22時間、
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図－7

case 4浸透状況と橋台ウイング部に出現した穴
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参考文献

４．まとめ
平成28年8月の北海道豪雨で被災した128の橋梁の多1） 平成28年8月北海道大雨激甚災害を踏まえた水対

くは、山地河川と扇状地を結ぶセグメント1区間に位策検討委員会：平成28年8月北海道大雨激甚災害

置しており、被災パターンとしては、河川の大規模なを踏まえた水防災対策のあり方～気候変動への適流量変動に伴い橋台背面盛土が流出し、そこから橋梁応により、命を守り国土の保全と発展へ～, p.24

本体に波及し被災するケースが多かった。このため、https://www.hkd.mlit.go.jp/ky/kn/kawa_kei/

その代表的な被災箇所を選定して、水理模型実験を行ud49g7000000f0l0-att/splaat000000h6w1.pdf（2020

い、被災の再現で実験の妥当性を確認した。その結果、年5月確認）

無対策で実施した実験では、盛土消失の過程や最終的

2） 青木卓也，山梨高裕，橋本聖：河川の超過洪水にな浸水面積と実際の被災を比較すると概ね一致した。

対応する橋台背面盛土の保全対策技術の検討，寒橋台背面盛土を保全する対策工としては、土構造物の地土木研究所月報，No. 781, pp.12-16,2018.

軽量剛性繊維網かご、連続箱型鋼製枠および透気防水3） 神谷浩二・伊東侑毅・佐藤拓也・川岸靖・小島

シートの組み合わせを選定して、水理模型実験を行っ

悠揮：河川堤防の浸透強化対策のための透気防た結果、30年に1度程度の洪水に対して、河岸侵食を水シートの有効性，第52回地盤工学研究発表会，伴う道路盛土の消失時間を大幅に遅延させることがで

pp.885-886，2017．

きるなど、効果が期待できた。ただし、100年に1度を4） 財団法人国土技術研究センター編：河道計画検討

超えるような大規模洪水に対しては、今回選定したい
ずれの対策工法も盛土の侵食を防ぐことはできなかっの手引き，pp.158-161，2003．
5） 財団法人国土技術研究センター編：護岸の力学設た。

計法，第5章設計外力の算定と護岸諸元の安定照

今後は、被災例の多かったセグメント1区間における特徴的な河川線形、蛇行波長、蛇行振幅を複数パタ

査，pp.100-116，2007．
6） iRIC ソフトウェア，Nays2DH Solver Manual,ーン選択し、水理模型実験と数値解析を用いて、対策

https://iric.org/solvers/nays2dh/.（2020年5月確

工の必要延長や構造物の根入れ深さについて明らかに認）したい。さらに、数値計算を用いて、盛土対策後の道

7） 柿沼孝治，飛田大輔，桃枝英幸，横山洋：破堤模路周辺の氾濫域の変化についても分析したい。

型実験の時間縮尺に関する検討，土木学会第67回
年次学術講演会，Ⅱ-046，2012．

青木 卓也
AOKI Takuya

井上 卓也
INOUE Takuya

畠山 乃
HATAKEYAMA Osamu

寒地土木研究所
寒地基礎技術研究グループ
寒地地盤チーム
主任研究員（現 国土交通省
北海道開発局
帯広開発建設部広尾道路事務所所長）
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
主任研究員
博士（工学）
技術士（建設）寒地土木研究所
寒地基礎技術研究グループ
寒地地盤チーム
上席研究員

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