Part.2

鋼材を用いた河川堤防の液状化対策工法

─ L2 地震動に対する河川堤防の耐震性能評価における鋼材を用いた工法の検討手法確立に貢献─
鋼管杭 ･ 鋼矢板技術協会

鋼矢板技術委員会

能である治水安全性が L2 地震動に対

1. これまでの経緯
わが国では、これまで河川堤防の耐震化に関する多くの研究 ･ 施策が進め安定性確保が可能である。

しても確保できるよう、堤体の許容沈さらに排水機能付き鋼材とした場

下量に基づいた照査方法の確立につい合、上記の補強効果に加え、鋼材周辺て議論してきた。の過剰間隙水圧を低減することによられてきた。特に液状化対策に関してこの取り組みの成果として、平成 28

り、対策効果の向上が期待される。まは、旧建設省土木研究所より平成 9 年

年 3 月に「河川堤防の液状化対策の手た、他工法に対して比較的省スペース

10 月に「河川堤防の液状化対策工法設引き」2）が、次いで平成 29 年 8 月には、での対策となるため、狭隘地等での対「河川堤防の液状化対策の手引き < 設策工法として優れている。

1）計施工マニュアル（案）」 、平成 11 年
3 月に「液状化対策工法設計 ･ 施工マ3）計計算例 >」 が発刊された。

なお、河川堤防の液状化対策に適ニュアル（案）」（共同研究報告書第 186

これらは耐震性能を満足しないと判用する鋼材は、JIS A 5523 に準拠する号）が策定され、L1 地震動を想定した定された河川堤防で液状化対策を実施

溶接用熱間圧延鋼矢板、または JIS A対策が着実に推進される中、鋼材を用する場合に適用される。ここには、基5530 に準拠する鋼管矢板とする。

礎地盤の液状化対策として、締固め工（2）設計手順

いた工法も多数採用されてきた。
そ の 道 半 ば と も 言 え る 平 成 23 年 3法、固結工法、鋼材を用いた工法が記鋼材を用いた工法の設計手順は、図月 11 日に東北地方太平洋沖地震が発載されており、その中でも鋼材を用い2 の設計フローを標準とし、従来の円生し、河川堤防も多大な被害を受けたた工法に関して、大要を以下に纏める。

が、対策済み区間では未対策区間のような大規模な変状が確認されなかった。このことにより、これまで実施されてきた L1 地震動対策が、L2 地震動ることが証明された。

鋼材を用いた工法の対策原理は、図1 のように、地震で生じる堤体直下の液状化層の側方流動を、鋼材の剛性と2. 土研資料の発刊
このことを踏まえ、L2 地震動に対す鋼材の選定（1）対策原理

根入れ部の地盤抵抗で抑止し、堤体変形を低減するものである。従って、液状化を許容しつつも堤体の一定程度のる河川堤防の液状化対策の効率的な設対策工諸元の設定にも効果があり、耐震性向上に寄与す

START

3. 鋼材を用いた工法の考え方

水平地盤反力係数・根入れ長の設定（工法変更等）外力（土圧）の設定応力が許容値を満足するか計法整備を目的に、（国研）土木研究所

OK主導の下、液状化に関する有識者らに耐震性能照査よる「河川堤防の液状化対策の設計手法検討委員会」が設置され、（一社）鋼浸透安全性照査で検討を進めてきた。ここでは、既存のマニュアルを踏襲し、河川堤防の液NG

川裏のり尻ドレーン工の追加、工法変更等

OK状化対策の設計を L1 地震動に対して18NG

OK管杭 ･ 鋼矢板技術協会も参画し、共同行うこととしながらも、堤防本来の機NGEND

図1

鋼材を用いた工法の対策原理

図2

設計および耐震性能照査フロー2）

弧すべり法による堤防全体の安定性のは、有限要素法による静的自重変形解検討は廃止されている。

析（ALID）が広く用いられている。

G1' ＝ ccpG1 （1）

鋼材は、液状化層最下端より非（準）地盤要素のモデルについては、液状液状化層に対して、その仕様および地化時の応力ひずみ関係が、図 4 のよう盤条件に応じて十分な根入れを確保しに単調増加のバイリニアモデルで表た上で、図 3 のモデル断面においてフ現されるが、この剛性回復域の剛性 G2

ここに、σv 0'＝75kN/m2 、n＝2のとき、図レーム解析を実施し、対策工諸元設定

および剛性回復点のせん断ひずみγL6のように安全側の評価が可能となる。

用震度となる L1 地震動に相当する外の導出に微小抵抗領域の剛性 G1 の推液状化した地盤要素の変形し易さに力（土圧）に対して発生する鋼材の応定が重要となる。従来、G1 の推定方法

影響する繰り返し三軸強度比 RL は、こ力度が所定の許容値以内となることをとしては安田 ･ 稲垣式が用いられてきれまでの知見に加え、東北地方太平洋沖照査する（以下、L1 設計）。ここまでたが、その適用範囲が FL ≥ 0.8 に限ら地震で被災した河川堤防から採集したは、従来の液状化対策マニュアルと同れた。そこで、図 5 のように兵庫県南

細粒分を多く含む地盤試料によるデー様の手順となっている。

部地震や北海道南西沖地震による河川タを取り込むことで、N 値によるRL の推

次に、液状化対策を施した鋼材を含堤防の被災事例を基に、FL<0.8 におけ定式の補正係数が見直されている。こむ堤防全体に L2 地震動を作用させ、地る G1 を推定し、安田・稲垣式の拡張れにより、例えば粘性土に分類される細ccp ＝{1（σv' ＜σv0' ）n（σv'/σv0' ）（σv' ≥σv0' ）（2）震後の堤防高さが、耐震性能においてがなされている。さらに、東北地方太粒分を多く含む地盤では、図7のように考慮する外水位を下回らないことを照平洋沖地震による被災事例から、被災従来よりRL が過少評価され難くなった。

査する（以下、L2 照査）。これにより、程度に及ぼす影響が比較的小さいこと

地下水位の設定については、従来L1鋼材が変形することによる堤防の変形が分かった深い液状化層では、沈下量設計と同等にしていたが、東北地方太平（沈下）を考慮した設計が可能となる。の過大評価を避け、次の G1 補正が行洋沖地震による被災箇所の再現解析結われる。

果に基づいて、従来よりも一律 0.5m高く最後に、液状化対策工を有する堤体の浸透に対する安全性が有意に低下しないことを照査する。浸透安全性を示
す円弧すべり安全率、局所動水勾配、G/W 等の指標への対策工の有無が及ぼす影響について評価し、基準値を満足しない場合は、補助工法の併用や対策工自体の変更を検討する。

（3）ALIDを用いた耐震性能照査
L2 地震動に対する耐震性能照査で

図5
図3

L1 設計におけるフレーム解析モデル 2）

図4

液状化地盤要素の応力ひずみ関係 2）

拡張後の安田・稲垣式 2）

図 6 G 1 補正後のALIDによる堤体沈下量の評価 2）

図 7 改訂前後におけるN 値によるR L 推定式の変化 2）

19

設定することとされた。これは、表層の非計算例①は、液状化層5mに対し、L1後の堤防高さが、いずれも照査外水位

液状化層でも地下水位近傍では飽和度設計で求めた鋼材仕様が、L2照査でのを下回るため、計算例①と同様に SP-が高く、液状化層からの排水の影響を受耐震性能を十分確保できるケースである。

10H を対策工として用い、ALID を用けることにより、変形に寄与すると考えらはじめに、ALID を用いて現況の無いた L2 照査を行ったところ、地震後のれること等に対応したものである。

対策堤防に対する L2 照査を実施した

堤防高さが、照査外水位を下回り、所また、液状化による基礎地盤の変形にところ、地震後の堤防高さがいずれも定の耐震性能を満たさなかった。

より堤体が液状化層にめり込む場合、実照査外水位を下回るため、対策工が必現象としてその比重の違いにより浮力要となった。

し、再度 L2 照査を行った結果、照査外が作用するため、堤体高 75％以上の沈対策工として使用する鋼材は、従水位を上回ったため、耐震性能を満た下は発生しないことが経験的に分かっ

来の U 形鋼矢板より経済性に優れたすと判定された。なお、ここでは L2 照ている。従って、解析上の堤体高 75％以ハット形鋼矢板のうち最も断面が小さ査時に根入長を 3m 確保し、打込長増上の沈下となった場合は、浮力を補正すな SP-10H とし、液状化層最下端の直大に対する施工性確保のため型式をる仮想バネのモデル化が許されている。

下に位置する根入層（準液状化層もしSP-25H とした。

鋼材のモデルについては、弾性線形

くは非液状化層）への鋼矢板の根入長（2）JASPP 版設計の手引き4）の計算例

梁要素とし、堤体天端の沈下量を適切にを 2/ β以上確保している。βは次式に計算例③求めるため、鋼材と地盤を繋ぐジョイン

従って、鋼矢板の剛性、および地盤の計算例③は、液状化判定上限の深さ

ト要素は設置しない。鋼材の諸元は、L1剛性（水平方向地盤反力係数）の逆数20m まで液状化が見込まれる断面で設計で設定された仕様を最低限必要なに対し、根入長が比例するように設定ある。3 層ある液状化層のうち上方のものとし、堤体天端の沈下量が規定値をされる。

2 層は L1 設計から、下方の 1 層は L2 照

満足しない場合や、震度が増大した際に液状化層の範囲変更された場合に、その型式や長さを増大させることができる。

4β＝ （kH・D/4EI）

（3）−1

ここに、β：特性値（m ）、kH：水平3査で液状化層と判定され、それぞれ薄い粘性土を挟み互層を形成している。
これに対し、計算例②と同様に L1

これらが設定された ALID により、方向地盤反力係数（kN/m ）、D：鋼矢設計で求めた鋼矢板仕様を L2 照査でL2 地震動に対する河川堤防の耐震性板の単位幅（m）、E：鋼矢板の弾性係増大させ、鋼矢板最大型式の SP- Ⅵ L2能を適切に評価することができる。な数（kN/m ）、I：D あ た り の 鋼 矢 板 ので、所定の耐震性能が確保された。

お、鋼材の応力度照査は常に L1 設計

断面二次モーメント（腐食無し、継手計算例④で行うものとし、L2 照査では不要とさ

効率 1.0）（m4/m）である。

れている。

4. ALIDを組込んだ設計計算例

計算例④は、L1 設計で対象となる液L1 設計時に鋼矢板に作用する荷重状化層が存在せず、従来無対策とされは、漸増成分荷重 Ps と振動成分荷重てきたが、L2 照査ではじめて液状化しPd である。Ps は漸増成分荷重の基本分対策が必要となった断面である。

布関数 F（z）に、盛土下の液状化程度

ここでは、先行的に L2 照査を実施

鋼材を用いた工法を適用した河川堤に関するα1、鋼矢板の相対剛性に関すし、SP-10H を段階的に根入れさせ、所防に対し、ALID による耐震性能照査

るα2 、盛土形状に関するα3 を、Pd は定の耐震性能が確保される長さを確認事例として、次の計算例①〜⑤につい振動成分荷重の最大値 Pdmax に、相対した。その後 L1 設計に戻り、鋼矢板のて、表 1 および以下に概要を示す。

剛性に関するαd を、それぞれ乗じた応力度に対する健全性が確保されていものとして与えられる。

るか確認した。このとき、L2 地震動に

3）

まず、前述の土研資料 には、一般的な条件を模擬した断面について、2L1 設計で求めた鋼矢板諸元に対し、よる FL から As1 層を液状化層、Dg 層をつの耐震性能照査事例（計算例①、②）

ALID による L2 照査を行った結果、地根入層と設定し、鋼矢板の作用荷重はの方法 ･ 手順が紹介されている。

震後の堤防高さがいずれも照査外水位対策工諸元設定用震度から算出した。

を上回るため、耐震性能を満たすと判

なお、矢板下端中心の回転モーメント会から平成30 年1月に発刊している、鋼定された。の釣合いが成立しない場合は、荷重の材を用いた工法に関する更なる知見の計算例②低減が許される。

次に、（一社）鋼管杭・鋼矢板技術協拡充を目的とした「鋼材を用いた河川堤防の液状化対策工法

4）

計算例②は、計算例①と同様の液状

なお、最終的に Dg 層に対する根入技術資料」 で化層 5m に加え、L2 時限定の液状化層れ長は 1m であった。

は、3 つの耐震性能照査事例（計算例が存在するため、L1 設計で求めた鋼矢計算例⑤③、④、⑤）の補填に加え、実務者向け板仕様を L2 照査で増大させることで、Q ＆ A の取り纏めを行っている。

耐震性能を確保するケースである。

（1）土研資料 の計算例3）

計算例①20

そこで、鋼矢板型式 ･ 根入長を増大

計算例⑤は、法肩に二重鋼矢板構造を設置して堤体内を補強する「特殊提」

ALID を用いて現況の無対策堤防にに属する断面であり、海岸分野などで対する L2 照査を実施したところ、地震適用事例がある。本構造は「鋼矢板芯

壁堤」5）とも呼ばれ、堤体内に打設した鋼矢板壁及びタイロッドで堤体を拘鋼管杭･鋼矢板技術協会まで問合せを5. まとめ頂きたい。

束し安定性を保持することで、洪水 ･

本文では、河川堤防の液状化対策と鋼矢板による河川堤防法尻対策をはじ

高潮 ･ 津波等による越流や、地震によして用いられる鋼材を用いた工法に関め、鋼材を用いた工法が河川堤防の耐震2,3）る液状化に対し、堤防高さまで打設さして、これまでの経緯や土研資料れた二重鋼矢板により堤体の天端高を刊に伴う設計技術環境の変化を整理 ･発確保し、破堤に至るのを効果的に防止解説した。また、ALID を導入した新たする機能を有している。

な耐震性能評価手法について、土研資

ここでは、L1 設計で「鋼矢板二重式料 3）の 2 例に加え、（一社）鋼管杭 ･ 鋼仮締切設計マニュアル」6）を適用し、矢板技術協会で取り纏めた 3 例の検討

適切な鋼矢板仕様等の対策工諸元を決概要 4）について紹介し、鋼材を用いた定の上、他計算例と同様に L2 照査を工法が実務レベルにおける様々な条件実施した。このとき鋼矢板頭部は沈下での適用が可能であることを示した。

せず、堤体天端の沈下量も 0.1m 以下

ただし、これらはあくまで一例であるとなり、耐震性能が非常に高い水準でため、記載の無い条件への鋼材を用い確保されることを確認した。

た工法の適用・検討に際しては、（一社）
表1

計算例① （ 土研資料 3）掲載ケース）
概要図

L1 緒元：SP-10H×L7.5m（SYW295）
L2 緒元：SP-10H×L7.5m（SYW295）
計算例② （ 土研資料 3）掲載ケース）
概要図

性能向上に貢献できることを期待する。
【参考文献】
1）（国研）

土木研究所：土木研究所資料第 3153
号 河川堤防の液状化対策工法設計施工マ
ニュアル（案），1997，1998（部分改定）
．
2）
（国研）

土木研究所：土木研究所資料第 4332
号 河川堤防の液状化対策の手引き，2016．
3）
（国研）

土木研究所：土木研究所資料第 4346
号 河川堤防の液状化対策の手引き（設計計算例），2017．
4）（一社）

鋼管杭･鋼矢板技術協会：鋼材を用いた河川堤防の液状化対策工法 技術資料，2018．
5）
（一社）

鋼管杭協会：鋼矢板芯壁堤鋼矢板による河川堤防補強工法設計の手引き（案），2002．
6）（一財）
国土技術研究センター：鋼矢板二重式仮締切設計マニュアル，2001．

各計算例の概要

変形図（対策後）コンセプト・液状化層 5mのオーソドックスなケース
・地盤種別 Ⅱ種・L1 緒元で決定
耐震性能照査結果
堤防天端沈下量 対策工無3.05m（沈下率 0.61）

対策工有2.47m（沈下率 0.49）

沈下後の堤防高さ（A）
照査外水位（B）
判定
変形図（対策後）EL.＋2.53m
EL.＋2.50m
OK（A＞B）

コンセプト
・液状化層の間に粘性土があるケース（下部はL2のみ液状化）
・地盤種別 Ⅲ種・L2 緒元で決定
耐震性能照査結果
堤防天端沈下量 対策工無2.96m（沈下率 0.59）

対策工有

2.42m（沈下率 0.48）

沈下後の堤防高さ（A）
照査外水位（B)判定

EL.＋2.58m
EL.＋2.50m
OK（A＞B）

L1 緒元：SP-10H×L10.0m（SYW295）
L2 緒元：SP-25H×L16.0m（SYW295）
計算例③
概要図

変形図（対策後）L1 緒元：SP-ⅥL×L16.5m（SYW390）
L2 緒元：SP-ⅥL×L21.0m（SYW390）
計算例④
概要図

コンセプト
・液状化判定上限の液状化層 20mのケース
・地盤種別 Ⅱ種・L2 緒元で決定
耐震性能照査結果
堤防天端沈下量 対策工無 2.88m（沈下率 0.58）
対策工有 2.47m（沈下率 0.49）
沈下後の堤防高さ（A）
EL.＋2.53m
照査外水位（B)EL.＋2.50m
判定
OK（A＞B）

変形図（対策後）

コンセプト
・L1では液状化が発生しない、今まで無対策としていたケース
・地盤種別 Ⅱ種・L2 緒元でL1 設計 OK
耐震性能照査結果

L1 緒元：－
L2 緒元：SP-10H×L9.0m（SYW295）
計算例⑤
概要図

L1 緒元：SP-ⅤL×L21.0m（SYW390）
L2 緒元：SP-ⅤL×L21.0m（SYW390）

堤防天端沈下量 対策工無1.14m（沈下率 0.23）

対策工有0.78m（沈下率 0.16）

沈下後の堤防高さ（A）
照査外水位（B)判定
変形図（対策後）EL.＋4.22m
EL.＋4.00m
OK（A＞B）

コンセプト
・堤体内を鋼矢板で補強する特殊堤のケース
・地盤種別 Ⅱ種・L2 緒元で決定
耐震性能照査結果
堤防天端沈下量 対策工無 3.34m（沈下率 0.67）
対策工有 0.06m（沈下率 0.01）
沈下後の堤防高さ（A）
EL.＋4.94m
照査外水位（B)EL.＋2.50m
判定
OK（A＞B）

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