河川堤防における弱点箇所抽出を目的とした組合せ調査法の提案にいむら た く や

たてかわいつろう

ふじよしひであき

さいとうやすひさにしがきまこと

新村卓也1・舘川逸郎1・藤吉秀彰1・斉藤泰久1・西垣 誠 2
1 パシフィックコンサルタンツ株式会社（〒101-84622

岡山大学大学院環境生命科学研究科

東京都千代田区神田錦町三丁目 22 番地 ）（〒700-8530 岡山県岡山市北区津島中 1 丁目 1 番 1 号）

河川堤防の決壊被害を回避するためには，蟻の一穴とも言える堤防の弱点箇所（ここでは，浸透破壊に起因し堤防決壊に至る可能性の高い箇所）を確実に抽出し，対策を図ることが極めて重要である．一方，堤体直下のような不飽和地盤において局所的に潜在する高透水層，水ミチ等，弱点箇所の要因を抽出する調査手法は確立されていない．著者らは弱点箇所を抽出するため，複数の調査法を組合せた新たな手法を提案してきた.本論文では，空気圧連通試験と高密度電気探査を組合せた手法について，実河川の高水敷で行った実証実験結果を踏まえ，不飽和領域における高透水域（水ミチ）抽出の可能性について報告する．
Key Words：河川堤防，空気圧による連通試験，高密度電気探査，パイピング

1.

はじめに

現行基準 1)では，浸透に対して問題があると想定される区間における河川縦断方向のボーリング調査の間隔目安として最低限 1km となっており，矢部川決壊事例 2)のように局所的に存在した砂層を事前に把握することは困難である．著者らは既往のボーリング調査間に潜在する浸透安定の観点からの弱点箇所を抽出する手法として，図-1 に示すように，複数の調査法を組合せて絞込む手法を提案 3)し，河川堤防を対象に実証実験を行っている．
河川縦断方向に弱点箇所絞込み

一次抽出：土層構成による弱点箇所の抽出・既往地質調査資料より、土層構成として基礎地盤に砂質土（上）、礫質土（下）の堆積する区間抽出
二次抽出：表面波探査（SWM）＋ＣＰＴによる絞込・緩い砂層（N＜５）の堆積する区間を二次抽出

礎地盤に薄い被覆土層があり，その下部に薄い砂質土・厚い高透水礫質土が堆積する場合は，浸透破壊が懸念されると考えられている．そのため，一次抽出としては，机上調査として，既往地質調査結果等を参考に，このような土層区間の抽出を行うことが有効である．
(2) SWM と CPT による絞り込み（二次抽出）

SWM は表面波より S 波速度分布を推定できるため，地盤のゆるみ領域を検出可能である．地盤の土層確認ができる手法としては静的コーン貫入試験(以下，CPT)が挙げられる．CPT は，測定値からの土質判定が可能で，深度方向の連続したデータが取得でき，機械ボーリングよりも調査が短時間，かつ低コストで可能となる．したがって，二次抽出手法としては，精度・迅速性・経済性の面から SWM と CPTの組合せ手法を提案した．

連続性把握(3) 空気圧による連通試験＋高密度電気探査（三次三次抽出：空気圧による連通試験＋高密度電気探査
・高透水地盤、水ミチ等の連続性を確認 新たな取組

図-1

河川堤防の弱点箇所を抽出する手法

弱点箇所を合理的かつ経済的に抽出する手法として，土層構成による一次抽出，表面波探査（SWM）＋電気式静的コーン貫入試験（CPT）による二次抽
出，空気圧による連通試験と高密度電気探査との組合せ調査法による三次抽出，という流れで絞り込む．
(1) 土層構成による一次抽出

小高ら 4)の研究によると，河川堤体について，基抽出）「空気圧による連通試験」とは堤体直下の不飽和領域を対象に，局所的に存在する高透水範囲，水ミチ等の連続性を把握するために考案した，全く新しい調査手法である．不飽和領域の高透水域，水ミチ等は脈列的に分布することが想定されるが，「高密度電気探査」を組み合わせることで，空気注入前後の飽和度変化（比抵抗の変化）から，局所的に存在する水ミチ等を検知するものである．
本報では新たな取組として空気圧による連通試
験と高密度電気探査との組合せ調査手法について，実証実験結果を踏まえ考察を行う共に，実用化に向けた，今後の課題について整理を行った．

－1－2.

3.

実証実験

実証実験フィールドは近傍の既往ボーリングから，高透水層の上位に砂層が堆積し互層を形成している箇所を選定し，堤体からはやや離れるものの作業性を郵政し高水敷において実施した．図-3 に高密度電気探査の測線配置および空気圧による連通試
験の調査孔配置を示す．空気圧による連通試験は半径 10m の同心円上に 4 箇所の受信孔と，円の中心に１箇所発信孔を配置した．地下水位が GL-2.5m 付近にあることから，空気注入深度は GL-2.0~2.5m に設定した．調査深度における調査孔における粒度分布を図-4 に示す．また，高密度電気探査の測線は発信孔と受信孔の中間付近に 2 測線を配置した．

調査・解析方法(1) 空気圧による連通試験a)

測定原理「空気圧を用いた連通試験」イメージを図-5 に示す．本手法は高透水性地盤の上位に堆積する砂層等の不飽和地盤を対象に空気を注入し，空気圧の伝播状況から，水ミチ等の有無，高透水部の連続性を把握するものである．

茶：堤体･表土
青：粘性土
黄：砂質土
橙：礫質土
図-5 空気圧を用いた連通試験イメージ図b)

図-2 周辺既往調査の地層断面
凡 例

O川
河川側

発信孔
受信孔(空気圧)電気探査30m×2側線

K-5

下流側

空気注入

K-2

K-1

K-4

試験装置
本手法は図-6 に示すように，発信孔から対象層へ直接空気を注入すると共に，周辺に配置した受信孔における空気圧の伝播状況の相対比較により，地盤内に潜在する高透水層や水ミチ等の連続性を把握するものである．試験装置は CPT の調査孔φ36mmへ挿入可能な装置とし，地盤内へ空気注入する発信孔，および，注入空気圧を検知するための受信孔で構成する．写真-1 は実証実験で行った際の発信孔および配置機器の事例を示したものである．
圧力計

パソコン
収録ソフト

圧力計

上流側

R10m

コンプレッサー
流量計
ドライフィルター
パッカー

堤防側

5.0mK-3堤防のり尻（遮水矢板）

空気圧

圧力計

図-6

調査孔の配置イメージ

写真-1

発信孔および配置機器

発信孔

受信孔

図-3 周辺既往調査の地層断面

空気圧

100
9080

通過率（％）

7060

受信上流側_2.0～2.5
受信堤防側_2.0～2.5
受信下流側_2.0～2.5
受信川側_2.0～2.5
発信孔_2.0～2.550403020
1000.0001

0.001

0.010.1
粒径(mm)

110100

図-4 周辺既往調査の地層断面－2－受信孔

(2) 高密度電気探査

地盤の物性を求める手法としては，点の調査としてのボーリングやサウンディングが一般的で,線の調査として物理探査があるが実績は少ない．しかし，
水ミチは砂層・礫層の中に局所的に不規則に分布するため，点の調査では把握は困難である．高密度電気探査は比抵抗の断面分布により地盤の状況（水分量・細粒分含有率・相対密度）を判定する手法である．本調査では電極間隔を 50cm で配置し，計測を行った．
4.

図-9(1)

土質縦断および空気圧分布イメージ

図-9(2)

土層横断および空気圧分布イメージ

調査結果(1) 空気圧による連通試験「空気圧を用いた連通試験」における注入空気量の時間変化を図-7 に，発信孔および受信孔における空気圧の時間変化を図-8 に示す．空気注入は 2 回実施し，最終的に注入空気量は段階的に 2000L/min まで上昇させた．この時，発信孔内の空気圧は 1.0kPa程度まで上昇した．
受信孔の空気圧は下流側で 0.049ｋPa，上流側で 0.12ｋPa，河川側で 0.049ｋPa，堤防側で 0.049ｋPa まで上昇した.
なお，実験中に受信孔ではパッカーの不具合で局所的に空気漏れが生じた．このため，パッカーを補修しつつ計測を続けたため受信孔の空気圧の計測データは安定していない．

同深度の細粒分含有率 FC を表-1 に示す．K-1(発信孔)および K-3(堤防側)，K-4(下流側)では細粒分は僅かであり，空気圧も近い値を示した．一方，K-2(上流側)および K-5(河川側)では細粒分が相対的に多い
ものの，K-2(上流側)では 4 つの受信孔の中で最も高い空気圧を示し，K-5(河川側)では最も低い空気圧を示した．
表-1 空気圧（最大値）および細粒分含有率調査孔K-1(発信孔)
K-2(上流側)
K-3(堤防側)K-4(下流側)
K-5(河川側)

空気圧（最大）
（Kpa）
1.1
0.117
0.059
0.0490.022

細粒分含有率
FC(%)
3193
124(2) 高密度電気探査a)

図-7 注入空気量の時間変化
0.200.15
10.10
0.50.05

受信孔 圧力(kPa）

発信孔 圧力(kPa)

1.5

空気注入前
高密度電気探査結果を図-10 に示す．

0.00

11:20
11:26
11:32
11:39
11:45
11:51
11:58
12:04
12:10
12:17
12:23
12:29
12:36
12:42
14:14
14:21
14:27
14:33
14:40
14:46
14:52
14:59
15:05
15:11

0

図-10(1)

測線 1（河川側）高密度電気探査結果

図-10(2)測線 2（堤防側）高密度電気探査結果

軸ラベル

発信（地中）

受信（上流側）受信（堤防側）受信（下流側）受信（河川側）図-8 調査孔における空気圧の時間変化

図-9 に土質縦断･横断および空気圧分布イメージを示す．空気注入深度（GL-2.0~2.5m）は，全ての調査孔で沖積砂層 As 層と推定される．

－3－

測線 1，2 ともに深度 1m 前後付近に，比抵抗 100
Ωm 前後の砂混じりの細粒土主体の土層が分布し，その下位に空気注入を行った砂主体の土層が分布している．砂主体の土層の中で，測線 1 の 3m~12m付近および測線 2 の 13m~23m 付近には比抵抗の相対的に高い範囲が分布し，粗粒土・礫質土が堆積していると想定される．
b) 空気圧による連通試験前後の比較
空気圧による連通試験前と試験直後に行った高密度電気探査結果の差分図を図-11 に示す．(1)河川側，(2)堤防側共に，変化が表れている深度は GL1.0~2.0m 付近に分布している．空気注入深度の上部の比較的細粒分の多い深度である．また，(1)河川側
では注入地点の下流側，(2)堤防側では調査範囲全体に変化領域が分布している．

図-11(1) 測線 1（河川側）高密度電気探査差分図

調査孔毎の粒度分布より，発信孔（K-1），堤防側（K-3），下流側（K-4）には細粒分含油率 1~3％の砂層が堆積し，それらを結ぶ方向と類似範囲において，高密度電気探査においても比抵抗の大きな層が確認されており，堤防から河川に向かい斜め下流方向に同砂層が堆積しているものと推定される．空気圧連通試験の結果でも，堤防側（K-3）で 0.059kPa，下流側（K-4）で 0.049kPa と類似した圧力分布を示しており，同砂層を伝播した空気圧を計測したものと推測される．一方，上流側（K-2），河川側（K-5）には相対的に細粒分の多い土層（FC=19~24％）が確認されている．高密度電気探査結果でも比抵抗が相対的に低い傾向を示し，砂質土が堆積しているものと想定される．ただし，空気圧連通試験結果では 2 孔で大きな違いが生じ，上流側（k-2）では 0.11kPa （最大値），河川側（K-5）では 0.022ｋPa（最小値）を示した．2 孔を含む上流側及び河川側には砂質土が堆積していると想定されるため，空気圧連通試験では空気圧が伝わりにくい傾向を示すと考えられるが，上流側で高い空気圧が計測された．その理由としては次の 2 点が考えられる．
① 行き止まり地形：透水性の高い発信孔付近の土層に対し，上流側では透水性が低い土層が分布し，上流側へ伝わりにくい行止まり地形を形成し，空気圧が上昇した可能性が考えられる．
② 水ミチの影響：高密度電気探査の差分図で確認された，点状に分布する比抵抗変化点で水ミチが形成され，局所的に空気が伝播したことで空気圧が上流側で上昇した可能性が考えられる．
6.

図-11(2) 測線 2（堤防側）高密度電気探査差分図

5.

考察

空気圧連通試験，高密度電気探査及び，調査孔設置時の採取土を基に実施した粒度試験結果を踏まえ，空気注入深度（GL-2.0 ~2.5m）における，土層分布を図-12 に示す．
凡 例
発信孔
受信孔(空気圧)電気探査30m×2側線

O川

K-5 河川側■GL-2.0~2.5m
砂（想定）
砂質土（想定線）

R10m

下流側

K-4K-1K-2
上流側

5.0m K-3

堤防側

堤防のり尻（遮水矢板）

図-12 空気注入深度における土層分布

まとめ

本研究では空気圧連通試験と高密度電気探査を組合せた調査を行い，不飽和地盤に脈列的・局所的に広がる水ミチを抽出できる可能性が示唆された．
今後は，土層実験により空気注入量と飽和度との関係性，抽出可能な水ミチ等の高透水性範囲（規模）の把握等を検証する必要がある．また，実証実験結果を基に再現解析を実施し，異なる条件の現地試験と解析ケースを充実させて，抽出手法の確立を目指していく．
参考文献
1) 財団法人 国土技術研究センター:河川堤防の構造検討の手引き（改訂版），2012. 24p
2) 矢部川堤防調査委員会:矢部川堤防調査委員会報
告書，
http://www.qsr.mlit.go.jp/chikugo/site_files/file/torik
umi/01-plan_course/tyosa/saisyu/houkokusyo.pdf，20133) 藤吉秀彰，新村卓也，舘川逸朗，西村伸一，西垣誠：河川堤防における弱点箇所を抽出する組合せ調査法についての一考察，第 53 回地盤工学研究発表会，20184) 林愛実，小高猛司，崔瑛，森三史郎，森智彦，李圭太：基礎地盤の被覆構造が河川堤防の浸透破壊に及ぼす影響，第 52 回地盤工学研究発表会，2017－4－