フジタ技術研究報告第 43 号 2007 年

老朽化したフィルダムに堆積した底泥土の粒度・塑性指数と強度に及ぼす影響
北 島概明

福 島 伸 二*1

要

筆者らは老朽化ため池の堤体改修のために，池内に堆積した底泥土を固化処理して所要の強度と遮水性を有する築堤土に利用できる砕･転圧盛土工法を開発し1)～3)，これまでに数箇所のため池の改修に適用してきた4)～6)。本論文は，老朽化フィルダムの貯水池内に堆積した底泥土を固化処理して堤体改修のための築堤土に使用することを前提に，固化処理した底泥土の強度に及ぼす粒度の影響の取扱いを検討するためにフィルダムの池内に堆積した底泥土の粒度と物理化学的特性の調査を実施した。調査結果から，フィルダムでは，底泥土の粒度が池内の上・下流域で大きく相違するが，固化処理特性に深く関係する物理化学特性の相違が少ないことがわかった。このことから，池内で粒度が異なる底泥土を固化処理して築堤土として使用するには，底泥土の物理化学的性質が池内で一定であるとし，上流域の粗粒分の多い底泥土を堤体付近に堆積した細粒分の最も多い底泥土に粗粒分だけが加わったとして扱えることがわかった。

Investigation on Grading and Soil Plasticity Characteristics of Muddy Soil in Reserviors
for Improvement of Old DAM Embankments
Abstract
A muddy soil accumulates at the bottom of reservoirs in most of old fill type dams. This accumulation
causes the water pollution and the loss of reservoir capacity. The muddy soil is very soft and clayey witha high water content. We have developed a new method to repair old embankments by using theaccumulated muddy soil mixed with cement. This technique has the advantage of recycling theproblematic muddy soil. In this paper, we investigate the grading and the plasticity characteristics ofthe muddy soil accumulated in reservoirs to examine the applicability of the muddy soil to repairing ofold fill type dam embankments.
From the investigations, we concluded that careful management of the strength of cement-mixed
muddy soil is required because the grading values of muddy soil in a dam reservoir are not uniform.

キーワード： 老朽化フィルダム，底泥土，粒度，＊１ 本社 土木本部

塑性指数，固化処理土，強度－47－フジタ技術研究報告 第 43 号

§１．はじめに粘土分のような細粒分を多く含む底泥土が主体である。
本報告ではこのような底泥土を対象とし，砕･転圧盛土工

築造年代の古いフィルダム（H≧15m），特にダム基準の法により底泥土を固化処理して堤体改修用の築堤土に制定以前に築造されたものは老朽化により改修を必要とす利用することを前提とする。

るものが多く，ため池に比較すると堤体や池の規模が大きく

底泥土の物理化学的特性は底泥土粒子と固化材との改修に必要な築堤土や除去処分すべき底泥土が大量にな化学結合に深く関係するが，これは流れ込んだ土粒子のるなど，より深刻な問題となっている。このようなフィルダム

うちの粒子間に物理化学的反応力が作用しやすい粒径は約 1700～1800 箇所あるとされているが，大部分が堤高の小さい細粒分量により規定されるものと考えられる。こ30m程度以下で，最近築造されているロックフィルダムに比のことから，同一河川から供給される底泥土の物理化学

較すると小規模で，ため池と同様に均一型かあるいはこれ的性質は基本的には同じであり，上流側の粗粒分の多いに近い堤体構造をしている。このことから，筆者らは砕･転

底泥土は堤体付近にある細粒分が最も多い底泥土に，圧盛土工法が老朽化フィルダムの堤体改修にそのまま適物理化学的性質に影響を及ぼすことが少ない粗粒分だ用できると考え，堤体改修の基本的考え方や断面構造につけが加わったものと考えられる8)。

いて提案してきた7)。

そこで，本報告ではこのことを確認するために，フィル池や流入河川の規模が小さいため池では，堆積した底泥ダムの池内に堆積した底泥土の粒度と物理化学的特性土が粘土・シルト分のような細粒分の多い高含水比底泥土の調査を実施することにした。底泥土の粒度特性は，築であり，築堤土に利用するために固化処理した底泥土の強堤土としての遮水性の目安となることや現場で比較的簡度は含水比の影響を考慮するだけで管理できた4)～6)。一方，

単に求められることから，粒度試験（JGS 0131）から求め

フィルダムではため池に比較すると池や流入河川の規模がられる粒径 75μm以下の粘土・シルトの細粒分含有率F C大きく，砂礫のような粗粒土も大量に流れ込み粗粒から細が指標となろう。また，土の物理化学的性質は粘土粒子と粒までの底泥土が堆積しやすく，固化処理時の強度管理その周囲の水との間の界面作用であるため，この性質のには含水比と粒度の両方の影響を考慮しなければならない。

指標は界面作用の大きな粘土粒子を多量に含むほど大本工法をフィルダムに適用するには，母材である底泥土のきな値を示す液性限界･塑性限界試験（JGS 0141）によ粒度に関してこのような問題を解決する必要がある。

り求まる塑性指数I P が適している。したがって，底泥土のそこで，本報告ではフィルダムの池内に堆積した底泥土調査には粒度特性の指標としてF C を，物理化学的特性を固化処理して築堤土として利用することを前提に，フィルの指標としてI P を採用することにした。

ダムの池内に堆積した底泥土の調査を実施し，固化処理した底泥土の強度に及ぼす粒度の影響の取扱いについて検§３．フィルダムにおける粒度･塑性指数特性調査討した結果を述べる。
フィルダムの貯水池内に堆積した底泥土の調査は西大§２．貯水池内の土砂や底泥土の堆積特性

谷ダムで実施した。西大谷ダム（静岡県掛川市，H=15。
1m）は 1934 年（昭和 9 年）に築造されたものであるが，砕･フィルダムやため池の貯水池内の土砂は，降雨により転圧盛土工法により堤体の耐震補強と漏水防止のため流域内の土砂が侵食されるなどして河川に流れ込み，さの改修工事が 2005 年 8 月に完了している9)。

らにこれが河床を掃き流して池内に流入堆積したもので底泥土は河川により運搬されるので，その粒度特性はあるので，堆積土砂の粒度や物理化学的特性は流域や池内の流路に顕著に現れるものと考えられる。そこで，試河床の地質状況に規定されるものと考えられる。

験に使用した底泥土は，落水状態における河川流入部

一方，池内の土砂の粒度は，流水速度が池内の上流から堤体取水部までの澪筋に沿ってほぼ一定の間隔を域から下流域へと低下するのに応じて粒径の大きい粗粒おいた 7 箇所で採取した。なお，底泥土は土砂を薄層状分から先に沈降堆積するため，上流域には砂礫のようなに挟んで堆積していても，各採取位置での平均的な粒度粗粒土が，下流域には粘土･シルトのような細粒土が堆積や含水比の底泥土が入手できるように，スコップにより深するなど池内位置で相違し，その程度は池の規模が大きさ方向に混合してから採取した。試料採取時の目視から，いほど顕著になるものと考えられる。

堤体付近ほど水深が深く，堆積した底泥土は高含水比で，堤高が概ね H=30m 程度までの老朽化フィルダムの大かつ層厚も厚いことが確認できた。

部分は中山間地に立地し流入河川も小規模なので，堆図 1 には西大谷ダムの堤体改修前の FWL 時（常時満積した土砂は最上流域には砂や礫も堆積するが，シルト・水位）の沿岸線により表示した池平面図を示す。図中に－48－

老朽化したフィルダムに堆積した底泥土の粒度・塑性指数と強度に及ぼす影響

図 1 西大谷ダムにおける池平面図と底泥土の採取位置

図 2 西大谷ダム内各位置における底泥土の粒度曲線§４．底泥土の固化処理強度に及ぼす粒度の影響
貯水池内の位置により，底泥土の粒度を数種類に分類することができれば，各底泥土毎に固化処理のための配合試験を実施し，強度管理に粒度の影響を考慮することができる。しかし，これまでのフィルダムの調査結果からわかるように，底泥土の粒度は池内で連続的に変化しており，底泥土をF C の値により数種類に分類することが難しい。
したがって，所定の強度を有する固化処理した底泥土を得るには，粒度が固化処理強度に及ぼす影響を評価で
図 3 西大谷ダムの澪筋に沿ったF C とI P の変化きる方法を確立することが必要になろう。

は底泥土の採取位置を●印により，また落水時の流入水(1) 基本底泥土と上流域底泥土の粒度と含水比が流れる澪筋を曲線により示してある。このダムは海底に以上の調査結果から以下のことが明らかになった。貯堆積した泥層と砂・砂礫層からなる互層が隆起固結した

水池内に堆積した底泥土の粒度は池や流入河川の規模小笠層群が広く分布する丘陵地に立地している。に関係しており，フィルダムのように池や流入河川の規模池内の澪筋に沿った各位置で採取した底泥土の粒度がある程度以上大きくなると，底泥土の粒度は池内位置試験から求めた粒度曲線を図 2 に示す。また，図 3 にはで相違し，底泥土を固化処理するには強度に及ぼす含取水部からの澪筋の沿った距離L F に対する底泥土のF C水比だけでなく粒度の影響を考慮しなければならない。し値（○印）とI P 値（●印）の変化をそれぞれ示す。これらのかし，池内で底泥土の粒度特性に相違があっても，物理図から以下のことがわかる。底泥土の粒度が池内の堆積化学的特性は一定であることから，池上流域の粗粒分を位置で異なり，堤体に近い①～④のような水深の深い領多く含む底泥土は堤体付近の水深の深い下流域に堆積域では細粒分が多くF C =90%前後の底泥土が堆積していした底泥土に物理化学的特性に影響を及ぼさない粗粒る。しかし，ある程度上流域⑤～⑦に進むと底泥土のF C分が加わったものと考えることができる。

が連続的に低下し粗粒分が増加する。一方，底泥土のI P

筆者らは底泥土の固化処理強度に及ぼす粒度と含水値は 20～30 の範囲にあるが，上流域⑥～⑦でやや低下比の影響を考慮するために，堤体付近に堆積した細粒分する傾向がみられるものの池内での相違は少ない。

を最も含む底泥土を基準底泥土として，上流域に堆積しこのことから，上流域の粗粒分を多く含む底泥土は堤体た底泥土の含水比と粒度に関して以下のような取扱いを

付近の水深の深い下流域に堆積した細粒分を最も多く含提案している8)。図 4 には基本底泥土と上流域の粗粒分

む底泥土に物理化学的的性質に影響を及ぼさない粗粒の多い底泥土の土粒子分と水分の模式図を示す。

分が加わったものであると考えることができよう。

基本底泥土に含まれる土粒子分の質量M SO を 75μm以下の細粒の土粒子分の質量M SF と 75μmを超える土粒子分の質量M SC に分け（M SO =M SF +M SC ），水分の質量を－49－

フジタ技術研究報告 第 43 号

図 5 西大谷ダムにおけるモデル化底泥土の粒度曲線
図 4 池内底泥土の土粒子分と水分の模式図

w=(F CO /F C )･w T(5)

M WO とすると，基準となる含水比w O と 75μm以下の細粒により求まる。

分含有率F CO はそれぞれ

このような取扱いにより，基本底泥土より粗粒分を多くw O =(M WO /M SO )×100(1)含む上流域底泥土の固化処理強度は，w T ではなく粗粒F CO =(M SF /M SO )×100(2)分ΔM SC を除いた基本底泥土状態で表したwによる強度成分と，基本底泥土に加わった粗粒分ΔM SC による強度成になる。これに対して，池上流域に堆積した底泥土は基分から構成されると考えることができる。

本底泥土に粗粒分ΔM SC が加わっただけであるので，これらの土粒子の質量はM S =M SO +ΔM SC ，増加した粗粒分に(2) 粒度を変えた底泥土とその固化供試体の準備含まれる水分ΔM W を含めた全水分質量はM W =M WO ＋以上の取扱いが成り立つことを，砂分を加えてF C だけΔM W となる。底泥土の全体含水比w T はを変えたモデル化底泥土の試験により確認した8)。モデル化底泥土 は，西大谷ダムの底泥土Ⅰ 03 （w O =72。0%，図 2w T =(M W /M S )×100の粒度曲線①～③）に硅砂 753（硅砂 7 号，5 号，3 号を=(M WO +ΔM W )×100/(M SO +ΔM SC )質量比 1：1：1 で混合して粒度調整した砂）をある一定の=(w O +Δw)/(1+ΔM SC / M SO )割合m V で加えて図 5 に示す粒度曲線をもつように粒度調=w/(1+ΔM SC / M SO )整してF C だけを変えたものである。モデル化底泥土の w(3)

は式(5)により基準値w O =72。0%になるように含水調整した。となる。ここで，Δw は基本底泥土に加わった粗粒分に含m V は底泥土の体積V Mud に対する硅砂 753 の体積V Sand のまれる水分ΔM W を基本底泥土の土粒子分M SO により算比定した含水比変化（=(ΔM W / M SO )×100）である。また，

w=w O +Δwは 上流域底泥土のうち基本底泥土に加わった

m V =V Sand /V Mud(6)

ΔM SC を除いた基本底泥土状態で考えた含水比である（こである。しかし，室内試験で使用する供試体の作製にはこでは換算含水比という）。また，F C は上式を考慮すると体積比m V では不便なので，質量比m M
F C =(M SF /M S )×100=M SF ×100/(M SO +ΔM SC )m M =M Sand /M Mud =(ρ tS /ρ tM )･m V(6’)=F CO /(1+ΔM SC / M SO )= F CO ･(w T /w)

を使用した。底泥土Ⅰ 03 の密度ρ tM はヘドロや泥土にお(4)けるρ t ～w関係により推定されるρ tM =1。55g/cm3とし，硅となる。したがって，粒度がF C である底泥土のwはw T と基砂 753 の密度ρ tS は乾燥状態で水中落下させたときの平本底泥土のw O とF CO から均値 1。80g/cm3とした。
固化材は底泥土のような高含水比粘性土の固化処理－50－

老朽化したフィルダムに堆積した底泥土の粒度・塑性指数と強度に及ぼす影響

図 7 西大谷ダムにおける底泥土の(q u ) IS10 とF C の関係
度は，基本底泥土の固化処理土をモルタルに例えると粗図 6 西大谷ダムにおける底泥土の(q u ) IS10 とF C の関係

粒分を加えた底泥土の固化処理土は粗骨材を含むコンクリートに相当するものと考えられる。つまり，粗粒分増加に適したセメント系（一般軟弱土用）を使用した。固化材による強度は粗粒子を核にした粒子周面の付着固化部添加量は底泥土 1m3当りの質量ΔM C （kg/m3）により表示の存在が大きな役割をするが，これは粗粒分量により以し，質量Mの底泥土の初期固化に必要な固化材量M C は下のような特性を示すものと考えられる。加えた粗粒分が底泥土の密度ρ t から算定した（M C =M･(ΔM C /ρ t )）。なお，少ない段階では基本底泥土の固化処理強度に粗粒子の底泥土Ⅰ 03 に硅砂 753 を加えた底泥土のρ t は底泥土の付着固化部による強度成分が加わり粗粒子量に比例的

ρ tM と硅砂 753 の密度ρ tS から次式に強度が増加する傾向を示す。一方，粗粒分量がさらに増加して粗粒子の付着固化部が直接接触して骨格構造

ρ t =(ρ tM +m V ･ρ tS )/(1+ m V )(7)を形成するようになると，強度は僅かの粗粒分増加に対して急増するようになる。

により算定した。

このようなF C による(q u ) IS10 の変化は(q u ) IS10 とF C をF CO に固化処理底泥土の供試体は，底泥土にスラリー状態より正規化したF C /F CO との関係が両対数グラフ上でほぼ（水･固化材比w/c=1。0）にした固化材を加え，小型ミキサ直線で近似できることから，

ーにより 2 分間以上撹拌混合してから，内径Dと高さHがD/H=50mm/100mmの成型モールド内に気泡が残らない(q u ) IS10 =c･(F C /F CO )d(8)ように詰めて作製し，t=t S =10 日だけ養生してから一軸圧縮試験に使用した。のような指数関数式により表現できる 8) 。ここで，cはF C =F CO における(q u ) IS10 の値，dは両対数グラフ上の直線(3) 底泥土の固化処理強度に及ぼす粒度の影響の傾きである（図 6 の例ではd=－0。91）。図 6 に示した曲

F C を変えたモデル化底泥土を固化処理してから養生線は上式によるものであるが，(q u ) IS10 ～F C 関係をうまく表

日数t S =10 日目までに発揮された一軸圧縮強さ(q u ) IS10 とせることがわかる。したがって，上式の関係を利用すればF C の関係を図 6 に示す。図から，固化処理底泥土の基本底泥土の基準粒度F C =F CO 時の強度c=(q u ) IS10 がわか(q u ) IS10 は粗粒分が増加（F C が減少）すると急増することがれば粗粒分増加（F C の減少）による強度変化を推定できわかる。

る。

基本底泥土に粗粒分が加わった底泥土の固化処理強－51－

フジタ技術研究報告 第 43 号

参考文献

図 7 には西大谷ダムの池内の澪筋に沿って採取した底1) 福島伸二, 石黒和男, 北島 明, 池田康博, 酒巻克之,

泥土①～⑦（ w は w O =72。0%になるように含水調整）を固3

化材添加量ΔM C =100kg/m で固化処理した時の強度

谷 茂：固化処理したため池底泥土の盛土材への適用性(q u ) IS10 とF C の関係を示す。図中の曲線は図 6 のモデル化の研究, 土木学会論文集, No．666/Ⅲ-53, pp．99-116,

底泥土の試験結果から得られた近似式(5)によるものであるが，池内に実際に堆積した底泥土の固化処理強度の粒2000。
2) 福島伸二, 石黒和男, 北島 明, 谷 茂, 池田康博, 酒巻

度による影響をうまく近似できることがわかる。
以上の結果から，底泥土の物理化学的特性に影響を及

克之：固化処理したため池底泥土の堤体盛土材への適ぼさない硅砂や砂礫土を加えたモデル化底泥土により用性確認のための現場実証試験, 土木学会論文集, No．

求めた近似式により，実際の池に堆積した底泥土の固化680/Ⅲ-55, pp．269-284, 2001。

処理強度の粒度の影響をうまく近似できることがわかる。

3) 福島伸二, 北島 明, 谷 茂, 石黒和男：固化処理した底泥土を砕･転圧した築堤土の目標強度設定･配合試験法と施工管理法の提案, 土木学会論文集, No．715/Ⅲ-60,§５． あとがき

pp．165-178, 2002。

老朽化フィルダムの貯水池内には長年の間に大量の4) 福島伸二, 北島 明, 谷 茂, 石黒和男：固化処理した底底泥土が堆積して，貯水容量の減少や水質悪化の原因に泥土により築造した均一型堤体盛土の強度･遮水特性,なっている。しかし，これらのフィルダムは堤高が概ね

土木学会論文集, No．750/Ⅲ-65, pp．205-221, 2003。

H=30m 程度までで，大部分が中山間地に立地し流入河川も小規模なので，堆積した土砂は最上流域には砂や礫も堆積するが，シルト・粘土分のような細粒分を多く含

5) 福島伸二, 北島 明, 谷茂, 石黒和男：固化処理底泥土により築造した傾斜遮水ゾーンによる老朽ため池堤体の漏水対策事例, 土木学会論文集, No．764/Ⅲ-67, pp．

む底泥土が主体である。
一般に，池や流入河川がさらに小規模なため池では，池内に堆積した底泥土の粒度の相違は少なく，底泥土を固化処理して所定の強度を得る場合の管理は含水比の影響だけを考慮することが可能である。これに対して，
フィルダムでは底泥土の粒度は池内位置で相違し，底泥341-357, 2004。
6) 福島伸二, 谷 茂, 北島 明：固化処理底泥土を用いた急勾配･高堤体ため池の補強法の事例研究，土木学会論文集, No．771/Ⅲ-68, pp．289-308, 2004。

土を固化処理するには強度に及ぼす含水比だけでなく

7) 谷 茂, 福島伸二, 北島 明：底泥土を活用した既設フィ粒度の影響も考慮しなければならない。そして，池内でルダムの堤体改修工法, ダム工学, Vol．14, No．3, pp．

底泥土の粒度特性に相違があっても，物理化学的特性は177-188, 2004。

一定であることから，池上流域の粗粒分を多く含む底泥土は堤体付近の水深の深い下流域に堆積した底泥土に物理化学的特性に影響を及ぼさない粗粒分が加わったものと考えることが可能である。

8) 福島伸二, 谷 茂, 北島 明：固化処理底泥土の強度の及ぼす粒度･含水比の影響, 土木学会論文集（投稿中）9) 北島 明, 谷 茂, 福島伸二, 西本浩司：固化処理底泥土

このような考え方に立って，粒度調整したモデル化底を用いた老朽化フィルダム堤体の耐震補強に関する事例

泥土の固化処理土の試験を実施し，固化処理強度(q u ) IS10

研究, ダム工学, Vol．15, No．3, pp．227-240, 2005。と粒度F C の関係を近似できる近似式
ひ と こ と(q u ) IS10 =c･(F C /F CO )d

本年度は，砕・転圧盛土工法を堤高30m クラスのフィルダムの改修工法とが得られているが，この式は実際の池に堆積した底泥土して提案できるよう努めていくとともに，を固化処理した時の(q u ) IS10 に及ぼすF C の影響をうまく一曲でも多く六甲颪を斉唱できるよう表現できる。

球場に足を運びたいと思います。
北島－52－明