ストックマネジメント●事例報告

頭首工の摩耗対策試験工事の実施事例について

1．はじめに近年，頭首工のエプロン部や土砂吐部の摩耗が各地で顕著となり，施設維持管理に重大な影響を及ぼしている。

東北農政局土地改良技術事務所

金平修祐㈱坂内工業

坂内春彦

ルド造成の実施事例を述べるものである。

2．地区・施設概要及び状況（1）下台頭首工
下台頭首工は，国営会津北部事業（昭和 47 年

水路施設の摩耗については，研究者や現場技術〜平成 4 年）で造成された施設（昭和 57 年完工

者によってその原因と形態がが解き明かされつつ図− 1 参照）で，喜多方市他 2 町 2 村にまたある。原因として下記のように分類される。
①

河川水と砂，礫混じり土砂，玉石などによる摩耗。
大雨時は大塊も摩耗に影響を及ぼす。

②

がる 4, 640 ha の農業地帯に用水を供給している。
しかし，近年エプロン部の摩耗等不具合が目立つようになっている。
平成 20 年度に実施したストックマネジメント

ため負圧等が生じるキャビテーションによる技術高度化事業頭首工診断技術向上業務の中で摩摩耗。

耗レベルを，レベル 1（細骨材露出なし），レベ③

河川の縦断勾配が急で，流速が著しく速い

河川水の成分が鉱物含有量が少ない軟水のル２（細骨材露出），レベル３（粗骨材露出・剥場合，コンクリートの主成分である炭酸カル離），レベル４（粗骨材剥落），レベル 5（鉄筋露シウム（CaCO3）が水に溶けるなど溶脱によ出）の 5 段階で整理しており，レベル 4 が 84％，るもの。

レベル 3 が 11％という結果となっている。

河川水が酸性あるいはアルカリ性など化学下台頭首工の平面図及び摩耗厚さ測定結果，試験的浸食によりコンクリートのモルタル分が溶工事実施前の現状は図−2，写真−1 のとおりである。

④

けることによるもの。
また，摩耗形態としては，①モルタル分や粗骨（2）宮川頭首工材が一律に進むタイプ，②モルタル分が選択的に

宮川頭首工は，国営会津宮川事業（昭和 55 年磨耗しその後粗骨材が剥落するタイプがある。

〜平成 16 年）で造成された施設（平成 7 年完工

阿武隈土地改良調査管理事務所では，管内国

図− 1 参照）で，会津美里町（旧会津高田町・営事業で造成された頭首工を対象に，主にエプロ旧新鶴村・旧会津本郷町），会津板下町にまたがン部の摩耗調査と診断技術の確立を目指して平成

る 4, 490ha の農業地帯に用水を供給している。し20 年度ストックマネジメント技術高度化事業をかし，近年土砂吐工部の摩耗等不具合が目立つよ実施した。

うになっている。

その結果を基に平成 22 年度に摩耗対策試験工同様の業務の中で，土砂吐工部でレベル 4 が事を実施した。本報告は福島県会津地方にある摩56％，レベル 5 が 21％という結果となっている。

耗が著しい 2 つの頭首工で実施した，各種パネル

宮川頭首工の平面及び摩耗厚さ測定結果，試験工法による施工性比較検証および摩耗検証フィー施工実施前の現状は図−3，
写真−2 のとおりである。

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●ストックマネジメント●

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図− 1 位置図
下台頭首工平面図

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図− 2下台頭首工

写真− 1JAGREE 83. 2012・5

平面及び磨耗状況図

下台頭首工現状写真図
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● �������������������������������宮川頭首工平面図

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図− 3����� ����宮川頭首工

平面及び磨耗状況図

写真− 2 宮川頭首工現状写真�������������������� ��������������������������������������
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�����������������ため，現場での実証が必要と考えられた。

3．摩耗対策試験工事の取組事例について���������������������������������������
�頭首工のエプロン部及び土砂吐工は設計時より
� � � � � � � � � � � � � � � � � � � �（1）摩耗対策工法の選定
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完了図書より既設頭首工の設計上の鉄筋被りは急勾配を考慮した構造となっているが，摩耗作用� �����������������������
��������������7. �5 cm程度である。摩耗が進んでいるが，補強による経年変化で部分的に鉄筋露出が見られる。
�����������������������������鉄筋の挿入など極力鉄筋加工をせずに施工できる性能維持および回復のための補修技術の確立が求������������
ことを対策工の選定条件とした。
められている。補修工法として高強度で耐摩耗性� �������������������������������������
摩耗に強いと言われているパネル工法として，をもつパネルが製品化されているが，その経年変化の実績データが少ないため現場でのモニタリン

Ａ工法：レジンコンクリート製，Ｂ工法：ＦＲＰ

グ調査による比較検証が必要である。

製，Ｃ工法：ＦＲＰＭ製の 3 種類の材質を選定しメーカがカタログで示す耐用年数は，任意設定した（表− 1，写真− 3，図− 4 参照）。

た要因条件下での値であるが，実際現場の構造物はいろいろな要因が複合的に絡み合って劣化が進む
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写真− 3●

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ストックマネジメント

パネル工法の状況（2）実施計画

かかるようした。

比較的幅が広い下台頭首エプロン部と幅が狭い

摩耗対策工法に使用されるパネルは，頭首工と宮川頭首工土砂吐工部に同じ 3 種類のパネルを設いう重要施設であることから，通常の水路に張り置した。

付ける製品より厚くすることとし，各製品の比較のため厚さ t ＝ 20 mm で統一した。

またパネル設置に当たっては，3 種類のパネル工事を進めるに当たって図− 5 のとおり施工フが河川の流れる方向と平行して各工法のパネルをローを計画した。

設置し，できるだけ各工法のパネルに同じ流速が

図− 4
表ー 1

パネル工法の施工断面パネル工法比較表

名称

パネル材質

製品厚さ

固定方法

A 工法

レジンコンクリート製

20 mm

アンカー止めポリマーモルタル

B 工法

FRP 製

20 mm

エポキシ樹脂接着

ポリマーモルタル

C 工法

FRPM 製

20 mm

アンカー止め無収縮モルタル外観目視による状況（H 20 年度

断面修復材料調査結果確認）⬇
中性化深さの測定（1% フェノールフタレインエタノール溶液による）⬇
不健全コンクリート部材厚の除去（ビックハンマー等）⬇
高圧洗浄による既設コンクリート基礎面の清掃作業（30 MPa）⬇
仕上げ高さの概ね 2 cm 下まで断面修復工（ポリマーセメント系）実施⬇
各種パネル工法（製品厚さ t = 2 cm）が仕上げ高さになるように断面修復面の微調整を図りながらアンー及びグラウト材、接着材にて固定
図ー 5JAGREE 83. 2012・5

本体工事施工フロー
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●
試験施工を行うに当たって，河川構造物であ広がりの確認を行った。平成 20 年度摩耗深さは，り北陸地方整備局阿賀川河川事務所と協議を進め設計標高に対する差から算出し，平成 20 年度よた。施工図書作成のため異常出水時の対応等につり摩耗が進んでいることが明らかとなった。

いて既往河川流量を整理し，河川締め切り計画を中性化深さ調査を行い，不健全なコンクリート立てた。同一年度に協議及び実施する工程であっを除去して，断面修復を行う面を露出させたが，たが協議を無事に終えることができた。

施設既設コンクリート部の中性化はあまり進んでなお，両施設とも工作物の完成検査を受け供用はいなかった。
施設自体が絶えず早い流速で洗掘されるとともされている。に，流水中では二酸化炭素の供給が抑えられるた（3）施工状況めではないかと考察された。

平成 20 年度の業務調査結果を基に摩耗深さと

写真− 4

中性化試験

写真− 5

建研式引張試験取り上げたレジンコンクリート製パネル工法とまた，ポリマーモルタルや無収縮モルタルで

ＦＲＰＭ製パネル工法は，所定高さになるよう仕基盤とパネルの間の充填する箇所から外へのリー上げ基盤にアンカー止めの固定構造であり，パネク防止のため木板等で塞いでいるが，施工業者任ルとの隙間を確保するのにメーカ指定の取り付けせの部分があり設置の修正のし易さやリーク防止金具を用いるが，微調整のし易さに差があることについてメーカ側でも検討の余地があると思われが明らかとなった。

た。

①

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ＦＲＰＭパネル工法（Ｃ工法）②

レジンコンクリートパネル工法（Ａ工法）

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●

ストックマネジメント●������
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③

ＦＲＰパネル工法（Ｂ工法）④

下台頭首工完了写真の追い込み時期の 3 月 11 日に起きた東日本大震災の影響を受け，資材供給が滞り工期の延期を余儀なくされたが，工期延期の河川協議を経て 6 月に無事完成検査を受け工事は完工した。
また宮川頭首工は，平成 23 年 2 月に河川協議を経て無事完成検査を受け工事は完工することができた。

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宮川頭首工完了写真（4）施工後モニタリング調査結果と今後のモニタリング調査
平成 23 年 12 月に 2 つの頭首工のモニタリング調査を実施した。宮川頭首工のＣ工法に若干のもう一つのＦＲＰ製パネル工法は，アンカー止摩耗が確認された。土砂吐ゲートの構造及び土砂めを行う必要がなく，ＦＲＰ層の下はフェルトが吐底版仕上げ高さは施設造成時と同様になってお3 層構造となっており，施工時にエポキシ樹脂でり，ゲートから越流する流量及び流速はほぼ同様含浸させて張り合わせながら施工する方法を採用と考えていた。しかし実際は C 工法設置箇所のしている。

流速及び流量は他工法の区間と比較して大きな値

モルタルなど注入材を使用しないので，空洞等を示していた。

が生じる余地は少ない。しかし，含浸させるためしたがって工法の優劣は現状では判断できないの特殊装置や作業員の配置が必要であることや半と考えている。前述の現象が生じている原因の追製品のため人力による仕上げが生じるため，高さ及も併せて，どの工法が現場に合致しているのか等の精度は他の工法に比べ差異があり，実際他のを総合的及び客観的に評価する必要がある。この工法に比べ仕上がり高さに凹凸が生じている。

ため，今後，モニタリング調査を継続し，検証，最後に冬期作業となり，エポキシ樹脂やポリマ評価することが重要と考える。

ーモルタル等の材料が温度の影響を受けて，所定の強度が得られず試行錯誤の連続であったこと，既設構造物の補修工事であり新設構造物以上に湧水処理や止水処理などいろいろな対応が求められたことも特記しておく。
下台頭首工は，平成 23 年 3 月末に向けて最後
JAGREE 83. 2012・545●4．まとめ施工したものの有効性を検証するフィールドの整備も大切である。メーカが開発したものが十分に施設の長寿命化に向けての取組が本格化し，要機能を発揮するのかを評価する技術の検証方法な因の分析から対策までの一連の流れをもった取組ど構築も必要である。これら長寿命化を進める上や農業水利施設をシステムとして捉える見方，施で山積している問題に対し，今後も取組んでいき設のリスクマネジメントの導入などいろいろな政たい。

策が検討されつつある。その中で現場で試験的に

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