人工海浜の空洞化調査と不陸の発生メカニズム
Underground Cave Detection and Generation Mechanism of Unevenness on Artificial Sandy Beach
中島謙二朗 1・矢山貴司 2・小野信幸 3・野村茂宏 4・伊東啓勝 5
Kenjiro NAKASHIMA, Takashi YAYAMA, Nobuyuki ONO, Shigehiro NOMURA and Yoshimasa ITO
Concerns on a safe use of an artificial sandy beach have increased in recent years. Unevenness which is often seen on the nourished sandy
beach may induce a serious accident, and therefore checking the safety of the nourished beach in advance is important. In this study, fieldsurvey to detect underground caves on an artificial sandy beach has been carried out by using a ground-penetrating radar (GPR) system. Also,in the survey site, more than 10 of unevenness were formed just after a heavy rain in the rainy season of 2010. Therefore, the generation
mechanism of unevenness has been investigated in detail from analyzing the locations and the underground structure where the unevenness
formed. The result is that the unevenness had formed by that the nourished sand had fallen into a space between stones lying under thenourished sand. Also, the mechanism of unevenness generation has been reproduced successfully through a simple experiment.
探査範囲(40m)

1. はじめに

22.0

海岸法の改正以来，海岸保全施設としての「砂浜」の安全性の確保が重要となっている．特に，明石海岸での陥没事故の事例（土木学会海岸工学委員会，2002）は，人工海浜の安全性を確保することの重要性を示すものである．
本研究は，突堤，潜堤，及び養浜を組み合わせた面的防護工法による人工海浜が造成されている別府港海岸餅ヶ浜地区を対象に，人工海浜の安全性を点検する調査をおこなったものである．当海岸では，2010 年 2 月の養浜工事完了後から 8 月の供用開始までの期間のモニタリングにより，養浜の後浜部分でしばしば不陸（ここでは，規模の小さな陥没の意として用いる）の発生が認められた．そのため，地中レーダ探査による砂浜の空洞化の有無を点検する調査を実施した．
また，梅雨時の激しい降雨の直後に発生した不陸について，その発生状況と人工海浜の構造から，当海岸の不陸の発生メカニズムを検討した．

(1) 探査方法
地中レーダ探査は，道路や護岸等のコンクリート構造物の空洞化調査や埋設管の調査によく用いられる調査法である．砂浜での探査例としては，吉河ら（2006）が海岸の地層を探査し，砂浜の堆積過程の調査に用いた例が____________________________________________
正会員

国土交通省 別府港湾・空港整備事務所
国土交通省 別府港湾・空港整備事務所

20.0-5.0

15.0 6.0+5.0+3.5+2.5 (H.W.L.)+0.0 (L.W.L.)

根固捨石 石積護岸

潜堤
１次養浜

２次養浜

010203040

図-1 人工海浜の岸沖断面形状【レーダ探査機】
NOGGIN 250 plus
Smart cart system

図-2 地中レーダ探査状況

2. 地中探査1+5.090.0

3正会員

博（工） （株）エコー 調査・解析部

4正会員

修(工)

（株）田中地質コンサルタント

5正会員

修(工)

（株）エコー 調査・解析部

あるが，砂浜の空洞化調査に適用された例はほとんどない．その理由の一つとして，地中レーダ探査は電磁波を利用した弾性波探査であり，電磁波は岩盤などではあまり減衰しないが，水を多く含んだ地盤では減衰が顕著となり，海水が混じれば更に減衰が著しく可視出来なくなるためである．本調査では，事前の不陸の発生状況が養浜の後浜部分であったことから，その部分から波の遡上痕跡が認められる範囲を探査範囲と設定して調査を実施した．
地中レーダ探査による空洞化調査は，2010 年 6 月 28日～7 月 1 日に実施した．図-1 に調査対象の人工海浜の断面形状（標準断面）を示す．地中探査の範囲は，図-1

レーダ反応地点

不陸発生地点強い反応
やや強い反応弱い反応

径=60㎝，深さ=30㎝

径=20㎝，深さ=10㎝地中レーダ探査範囲（40m, 0.5m間隔81測線）

護岸（6.0m）
8.0m

7.0m

不陸の発生地点+5.00+3.50(養浜天端高)+2.50(H.W.L.)+1.30(M.W.L.)+0.00(L.W.L.)

養浜砂(d50=0.7mm)

+1.50

根固捨石

養浜砂(代替砂)図-3 人工海浜の標準断面と地中探査によるレーダ反応地点及び 6 月 30 日の不陸発生位置の断面投影図

潜堤
探査範囲
強い反応
やや強い反応弱い反応
不陸発生地点

桟橋

050

100

150 (m)図-4 探査結果と不陸発生位置の平面分布図

において，護岸と砂浜の境目より約 40m の範囲を対象とし，0.5m 間隔で汀線に平行な方向に測線（延長約 280m）を配置した．養浜は，潜堤の背後に海底勾配 1/15 で造成されており，2 段階の養浜がなされている．上層の養浜砂は中央粒径 0.7mm の砂が層厚 2m で投入されている．
地中レーダ探査機としては，図-2 に示すような手押し式の NOGGIN Smart Cart System を使用し，養浜砂の層厚が 2m であることから，レーダ波の周波数を 250MHz（可視深度 2.5m）で探査を実施した．
(2) 探査結果
図-3 と図-4 に，探査結果を示す．図-3 は全探査測線のレーダ反応が認められた地点を標準断面上に投影した結果であり，図-4 はその平面分布図である．レーダ反応地点は，レーダの反射強度別に色分けして表示した．また，図中には，後述する不陸についての発生位置と代表的な不陸の写真も併せて示している．

強い反射

探査方向

やや強い反射弱い反射

図-5 レーダプロファイルの例

探査結果として得られるレーダプロファイルの例を図-5 に示す．これは，図に示すような多重の双曲線パターンが現れる場合，その最上段の双曲線の深度において，砂層内に空隙や礫混入等の密度の変化があることを示すものである．これらの異常反射については，レーダの反射強度より判断し，強い反射，やや強い反射，及び弱い反射の 3 段階に分けて整理した．強い反射ほど多重の双曲線状の反射パターンが現れるため，空洞化している可能性が高いと判断されるものである．
図-3 と図-4 に見られる異常反射の分布の特徴は，砂層の下部に石積護岸がある部分に反応地点の多くが分布し，その沖側では少なくなっている．

他の反応地点についても窪みの規模は図-7 と同程度かそれ以下の小規模なもの（100cm3 以下）であり，明瞭な空洞は存在しなかった．

(3) 空洞化確認調査
レーダ探査による異常反射の検出結果は，その地点に地盤の密度変化に及ぼす何かがあることを示すものであり，レーダ探査のみではその要因を特定できない．そのため，レーダの反応地点において，図-6 に示すように集塵機に取り付けた内径 32mm の塩ビパイプにより地中に孔をあけ，内部に小型カメラを挿入して空洞化の有無を確認する調査をおこなった．削孔は，集塵機による吸引力のみで掘削するものとし，その際の感触（削孔速度の変化等）に留意した．なお，この方法による削孔は，外壁が崩れていくこともなく，安定した孔を簡便に作成できるため，砂浜の内部の観察に非常に有効であった．
図-7 に内部の観察結果の一例として，削孔内の写真，探査時のレーダプロファイル及び内部の状況の模式図を示す．反応深度付近の削孔内の外壁に小さな窪みが観察され，その付近では削孔時の掘削速度がやや速くなったことから，周辺より地盤が緩んでいたことが推定された．

本調査の実施期間中，時間雨量 24.5mm という，2010
年 2 月の養浜完成後，最大の降雨があった直後に，図-3及び図-4 の▽で示す位置に 12 箇所もの不陸が一度に発生した．そこで，不陸の発生要因について検討した．

集塵機

3. 不陸発生要因の検討(1) 不陸の発生と降雨の関係不陸の発生状況から，不陸発生には降雨が影響していると考えられたため，別府港海岸で 2010 年 4 月より週 2回の頻度で実施されている海岸巡視調査により確認されている過去の不陸発生個数を整理し，雨量変動の時系列について調べた結果を図-8 に示す．
一度に 12 箇所の不陸が発生した 6 月 30 日の午前 0 時～午前 9 時までの累積雨量は 52mm と多く，特に午前 7 時には時間雨量 24.5mmと 2 月以降の最高値であった．また，図より，2 個以上の不陸発生が確認される直前には，5mm/h 以上のある程度まとまった降雨が生じており，不陸の発生と降雨の関連性は非常に高いと推測される．
(2) 不陸の発生位置
不陸の発生位置と石積護岸の高さ及び潮位との位置関係を整理した．図-9 に，不陸発生位置下部の石積護岸の6/30 7:00
時間雨量24.5mm

不陸発生

塩ビパイプ
(φ=32mm)

15105カメラのモニタa) 集塵機による削孔

不陸の発生数（個）

小型カメラを挿入

不陸補修（水締）
7/5-7/9
探査②
探査①
7/20-7/23
6/28-7/2

H22．

b)カメラによる削孔内部の撮影

図-8 養浜完了後の不陸発生状況と降水量の関係（○は 2 個
図-6 集塵機による削孔と小型カメラによる内部の撮影

以上の不陸が確認された場合）

レーダプロファイル（強い反射）

大潮（+1.9m）＝大潮時の日最高地下水位の平均値
小潮（+1.6m）＝小潮時の日最高地下水位の平均値（後浜地盤高）ランク別発生数
不陸の発生数

僅かな隙間

撮影写真
イメージ図（鉛直断面）0.5cm
不陸発生位置下部の埋設護岸の高さ

イメージ図

図-9 不陸発生位置と埋設護岸の高さ，及び潮位・地下水位図-7 削孔内部の状況との関係

高さランク別（20cm 刻み）の不陸発生個数と潮位の出現確率を示したものである．また，図中の 2 つの破線は大潮時と小潮時の日最高地下水位の平均値を示している．
地下水位は，対象海岸の後浜部分で 2009 年 12 月～2010
年 1 月の 2 か月間実施されたときの観測値である．
図より，不陸発生位置の特徴として，以下の事項があげられる．
① 全ての不陸発生位置の下部には石積護岸が埋設されており，その上部の砂層の厚さは 0.7m 以下であることが多かった．
② 不陸の規模は，1 リットル程度の小規模なものから，1.5m3 もの大規模なものまで大きくばらついており，砂層厚や護岸からの距離には無関係であった．
③ 全ての不陸は，+190cm（大潮時の地下水位の最高到達点）より高い位置で生じており，日常的に地下水位の影響が及ばない範囲である．
④ 日常的に地下水の影響が及ぶ+160cm（小潮時の地下水位の最高到達点）より下部では，現在まで，不陸の発生は認められていない．
以上のことから，対象海岸の不陸の発生位置は，護岸と砂浜の境界付近で砂層下の埋設護岸の高さが H.W.L.より高い位置に集中しており，潮汐や波浪の影響を直接受ける場所ではないことから，不陸の発生要因として，激しい降雨により，護岸埋設部分の捨石間空隙に砂が落ち込むことによると想定された．特に，日常的に地下水位の影響が及ばない範囲は，養浜時に人工的な水締めにより急速な砂の充填が行われため，捨石間への砂の充填が不十分な箇所が残され，激しい降雨時の雨水の浸透により不陸が生じたものと考えられる．
(3) 不陸発生の再現実験
不陸の発生時期と発生位置に関する整理結果より，不陸の発生と降雨の関連性が高いことが示唆された．また，不陸の発生位置の下部には，石積護岸が埋設されており，捨石間の空隙に砂が落ち込むことにより不陸が発生すると想定された．そこで，降雨による不陸発生のメカニズムを検討するために，石積み護岸の石間空洞に砂の流出があるような状況を砂層の下部に穴がある場合と想定し，不陸発生のモデル実験をおこなった．
図-10 に，実験の設定状況を示す．実験は，長さ 42cm，幅15cm，深さ19cm のプラスチック製容器の底に3.5mm，11mm，21mm の 3 種類の大きさの穴を設けた．実験容
器内には，段ボール紙で仕切りを設け，一方には適度な水分で締固めを行った湿潤土（細～中粒砂，粒径 0.3mm程度），もう一方には締固めをしない乾燥土の 2 種類を投入した．穴の位置は，湿潤土の投入区画の下部にあり，乾燥土の投入区画の下部には穴はない条件とした．これは，締め固めしない乾燥土が降雨によって沈下等の変形

図-10 再現実験の条件設定

図-11 不陸形成の再現実験結果が見られるかどうかを確認するための比較対象とするためである．このような条件設定のもとで，降雨として，噴霧機により両区画の表面全体に水を一定時間一様に散水するものとした．
図-11 に実験の状況を示す．降雨開始後 3 分 30 秒後に底部の 3 か所の穴より砂の流出が始まり，4 分 50 秒後には11mm と3.5mm の穴の 5～10cm 程度上方で空洞が発生し，その空洞が上部へと発達していき，降雨開始後 6分後には表層での不陸が生じた．その後降雨を継続すると，今度は21mm 上で空洞が発達し，9 分 40 秒後には表層に到達した．
空洞化の状況は，地表面での不陸の径より，内部に発石積護岸（被覆石）

基礎捨石

図-12 石積護岸近傍の探査測線のレーダプロファイル

達する空洞の径が大きく，空洞の発達は鉛直方向に卓越していた．また，穴からの砂の流出が始まって内部空洞が発生してから不陸発生までは短時間で一気に生じることが確認された．実験では，21mm の穴よりも11mm の穴の上の空洞化が早く発生したが，これは実験での散水のムラや容器のたわみにより中央付近に浸透水が集まりやすかったためと考えられる．
本実験で形成された不陸の形状は，現地で見られた不陸の特徴と非常によく類似しており，現地の不陸が本実験と同様のメカニズム，即ち，激しい降雨により捨石間の空隙に砂が流出することにより砂層内に空洞が生じ，それが上部に発達して不陸に至るというプロセスで生じたものと推測できる．一方で，実験で比較対象区として設定した乾燥土の部分では，沈下等の砂層表面の変化は全く認められず，砂層下部に砂が流出する空隙がない場
合は砂層内の空洞化が生じないことも確認された．
4. 地中レーダ探査結果と不陸発生位置
今回の不陸は，地中レーダ探査の実施期間中に発生しており，不陸の一部は前日に探査を終了した地点が含まれていた．しかし，不陸発生前日の探査結果では，砂層内に異常な反射は認められなかった地点で不陸が発生し，実際に不陸が生じた位置を予測することはできなかった．
その理由として，今回の不陸発生地点は石積護岸の埋設範囲であり，被覆石の埋設部分のレーダプロファイル
は，図-12 に一例を示すように非常に乱れが多く，被覆石間の空洞をレーダ探査で特定することは非常に困難であること，また，被覆石間の空隙への砂の流出は，実験で確認されたように短時間で急速に生じることが要因として挙げられる．
また，不陸が発生した地点についても，2.(3)で述べた
空洞確認調査を実施したが，砂層の表面から被覆石に到達する範囲には，明瞭な空洞は確認されなかった．これは，不陸発生後にはその空洞が充填されたためと考えられる．
従って，地中レーダ探査による砂浜の空洞化調査は，現段階で，石積護岸の埋設部分のような反射が複雑な箇所以外であれば，探査結果と簡易削孔による内部確認を併用することにより検出が可能と考えられる．
5. 結論
本調査で得られた主要な結論は以下の通りである．
① 地中レーダ探査と削孔による内部の点検の併用により，砂層内の空洞化の有無を点検した．
② 別府港海岸餅ヶ浜地区における不陸の発生要因を分析し，激しい降雨による被覆石間への砂の流出がその主要因であることを明らかにし，簡単な実験により現地と類似した不陸発生状況を再現することができた．
③ 護岸埋設部分では，降雨時に不陸が急速に生じて砂層の状態が変化することと，被覆石部分のレーダ反応は乱れが多いため，探査結果から不陸発生を予測するには至っていない．
④ 護岸埋設部分は対策の必要性が認められ，既に防砂シートと被覆石の空隙部分をフィルター層化する対策が実施されている．また，護岸埋設部分以外については，①の点検結果より深刻な空洞化は生じていないことが確認された．
参 考 文 献土木学会海岸工学委員会 (2002): 大蔵海岸 陥没事故調査報告書，125p.
吉河秀朗・村上文敏・根本謙次 (2006): 地中探査レーダーによる三保半島の地形発達過程，海岸工学論文集, 第 53 巻，pp.
636-640..