4.2

ゾーン型フィルダムの頂部嵩上げに関する研究

研 究 年 度：令和４年度～
研 究 分 野：フィルダムに関する研究
調査研究名：ゾーン型 フィルダムの頂部嵩上げに関する研究研

究者：川崎秀明【要約】
将来洪水流量の増、治水機能強化、耐震性向上等のダム再生への需要が増す中で、既設ダム嵩上げの重要性は今後一層増すと予想される。一方、全国的に治水目的を持つゾーン型フィルダムの数は多いが、ゾーン型フィルダムの嵩上げはこれまで難しいとされており、嵩上げ実績もごく僅かである。そこで当論文では、より合理的なゾーン型フィルダム嵩上げ手法としてコスト的に安価で済む頂部嵩上げに焦点を当てて、既往事例と検討手法について整理した。
なお、ダム再生を行う場合、構造令制定以前の建設時期の古いダムでは、構造令上の余裕高、安定性、耐震性等に適合させる必要があり、嵩上げにおいてはそれらを満足させることも必要である。本論文ではそのような場合の検討手法についても考慮した。
【キーワード】ゾーン型フィルダム、頂部嵩上げ、構造令、非越流部高さ、福地ダム再開発【背景・目的】となり、工事費と工期は大きく低減される（図 2）。

国内におけるフィルダムの嵩上げ事例は、均一型のアースダムでは数多くあるが、ゾーン型のフィル即ち、頂部嵩上げは大きな貯水容量増は見込めないが、小規模ダムや貯水池表面積の大きなダムの洪水ダムはごく少ない（表 1 参照）。

調節において、有効な手段となる可能性がある。

その理由として、ゾーン型フィルダムの場合、コ
ア幅を含む天端の必要幅確保の面から嵩上げ高が制

ただし、嵩上げ高が小さいため、構造令制定以前に建設されたダムの場合は付加高さ等の現基準への約されることがある（図 1）。また、嵩上げによって対応だけで嵩上げ可能高の大半を費やすことになり、堤体安定性が低下するために、嵩上げ高が数 m になると上流面や下流面への大規模な腹付けが必要にな有効な嵩上げ高があまり残らない可能性も高いので注意が必要である。実際のところ、1.5m の頂部嵩上り、これに伴って左右岸止水ラインの接続や洪水吐げが可能であっても、古いフィルダムは、構造令のきの改造等も必要となり、その結果、工事費と工期が大きく増大する可能性が高い。耐震性確保の面か付加高さで 1m 程度不足する場合が多いので、これを差し引くと 0.5m しか残らないことになる。

らも、嵩上げ高が増すほど大規模な腹付けが必要と頂部嵩上げは、沖縄の福地ダム（嵩上げ施工 1984なる。
一方、嵩上げを頂部に限定して上流面または下流年）で開発された再開発手法である。特徴は、貯水池運用方法の見直しと併せて頂部嵩上げをすること面への腹付けを無くした場合（以下、頂部嵩上げ）、で、構造令に適合させた上で小規模の貯水容量増大

嵩上げ高は小さくなるが施工上の対応は各段に容易を低コストで実現できることである。以下、嵩上げ事例の全体像を示した上で当手法を紹介する。

必要なコア幅を確保するため嵩上げ高が制約される。

上流面 or 下流面の腹付けが大規模となる。

上流面 or 下流面の腹付けは行わない。

必要な天端幅またはコア幅は確保する。

嵩上げ部
腹付け既設堤体

コアゾーン

腹付け既設堤体
頂部

コアゾーン

図 2 頂部嵩上げのモデル図（頂部拡大）

図 1 ゾーン型フィルダムの嵩上げ

4-7

② 白川ダムの事例(1) フィルダム嵩上げの国内事例
国内のフィルダム嵩上げ事例（堤高 15m 以上）

治水機能を付加するために農業用の白川溜池（アについて表 1 に示す。均一型フィルダム（アースダム）の嵩上げ事例として農業ダムが４ダムあり、ースダム、堤高 25.5m）の堤体を 4.5m 嵩上げし、旧堤体下流面に旧堤体を取り込んだ形で築堤し、工治水を目的に含むダムは白川ダムと狭山池である。

事は 1996 年に完成した。図 4 に白川ダムの横断面

ゾーン型フィルダムは 3 ダムだけであり、うち大川ダムは嵩上げというよりも計画的な段階盛土、を示すが、典型的なアースダム嵩上げ手法である。

山王海ダムは堤体ごとの下流移設であり、福地ダムは小規模な頂部嵩上げである。
このほか、嵩上げではないが大規模な増厚による堤体補強例としては、東京都の山口貯水池、村山貯水池等がある。以下に代表的な事例を記す。
① 狭山池の事例

図 4 白川ダム嵩上げ断面図③ 山王海ダムの事例

治水機能を付加するために農業用の狭山池（アースダム、堤高 15m）の堤体を 3.5m 嵩上げし、旧堤体の上流面と下流面に新堤体を載せた形で築堤し、既設の山王海ダムは、1953 年に完成した農業用ダムである。農業用水への対応のためにその直下流工事は 2002 年に完成した。図 3 に狭山池の嵩上げに新ダムが建設されることとなり 2001 年に完成し断面を示すが、堤敷下流側にブランケットを敷いた止水構造が特徴的である。

た。旧堤体を仮締切として直下流にロックフィルダムが築造された。

図 3 狭山池嵩上げ断面図
表 1 フィルダム嵩上げの国内実績（堤高 15m 以上）
ダム（貯水池）名井川

嵩上げ 旧堤体 堤高 m（旧完成年 完成年→新）19.9m
秋田県 1978 1971
イカワ
→23.7m
大川
33.7m
鹿児島県 1988 1980
オオカワ→49.2m
福地 フクチ
0.5m 嵩上げ
沖縄県 1990 1974
（次節詳述）→91.7m大谷内
15.0m
新潟県 1991 1953
オオヤチ
→23.2m
永池
17 m
佐賀県 1997?
ナガイケ→34.8m白川
25.5m
奈良県 1996 1933シラカワ
→30.0m山王海
37.4m
岩手県 2001 1953
サンノウカイ→61.5m狭山池
奈良時 15.0m
大阪府 2002
サヤマイケ
代→18.5ｍ
宿の沢
シュクノサワ

所在地

宮城県20031952？
→26.0m

ダム型式
均一型
傾斜コア型
中央コア型
均一型
均一型
均一型
中央コア型
均一型
均一型

4-8

再開発の目的
農業容量増
水道容量増
水道容量増
農業容量増
農業容量増
治水容量増
農業容量増治水容量増
農業容量増

対応内容
堤体下流面盛土、洪水吐き改造等
計画的嵩上げ、堤体下流面盛土、洪水吐き 3m 嵩上げの改造
頂部嵩上げ、洪水吐き増設及び改造、取水放流設備等
堤体下流面盛土、洪水吐き改造等
堤体下流面盛土（旧堤体を仮締切利用）、洪水吐き改造等
堤体下流面盛土、貯水池掘削、洪水吐き改造、取水工等
ダム軸を下流に大きく移しての下流面盛土、洪水吐き改造等
堤体上流面及び下流面盛土、洪水吐き改造、池内掘削
堤体上流面及び下流面盛土、洪水吐き改造等

(2) 福地ダムの頂部嵩上げ事例① 計画
福地ダム再開発（1978～91 年、嵩上げ 0.5m→現堤高 91.7m）の主要目的は、余裕高やダム設計洪水流量を米国基準から構造令へ適合させた上で、「洪水吐き能力増による治水容量の減量と嵩上げで容量を補うことによる水道容量の増大」である（現断面図：図 5）。

図 7 堤頂詳細標準断面図（余盛 0.5m）1)② 設計（福地ダム工事誌から抽出）
福地ダム再開発では容量配分の計画変更と上流
図 5 福地ダムの現在断面図

洪水吐きの設置に伴って、常時満水位を 2.4m、SWLを 1.2 m 上げることとなり、非越流部標高（コア高このため、福地ダム再開発では「既設洪水吐きのさ）は嵩上げ 0.5m の EL.90.0m（ダム設計洪水位ゲート化＋上流洪水吐き増設＋堤体嵩上げ 0.5m」によって、以下の容量配分変更が行われた。

EL.87.3m+付加高さ 2. 7m）となった（余盛を入れてEL.90.5m）。断面図と諸値を図 7 に記す。

a. 水道容量の増大のため、NWL を EL.81.1m →83.5m に 2.4m 拡大した。

嵩上げ方法は、検討の結果、既設堤体の上下流面b. ダム設計洪水流量 810m /s（貯留効果考慮）を構造令を適用し 1600m3/s に増加した。既設洪水吐

勾配を嵩上げ分だけ延長するゾーニング延長案となった。このため、堤頂幅は従前の 12.2m から 1.3m 程きのゲート化と上流への増設によって、SWL をEL.85.3m→86.5m にし、SWL と NWL の差を 4.2m

度狭い 10.9m となり、道路幅が若干狭くなった。

3③ 施工（福地ダム工事誌から抽出）
コア部は、旧非越流部標高 EL. 89.5m よりも 0.2m→3.0m に 1.1m 縮小した。

低い EL. 89.3m まで切削され、その上に新たなコア

c. HWL を EL.87.4m→87.3m にし、HWL と SWL の差を 2.1m → 0.8m に 1.3m 縮小した。
d. 堤体非越流部標高を EL.89.5m→90.0m に 0.5m嵩上げし、非越標高と HWL の差を 2.1m→2.7m に0.6m 拡大した。
（構造令の付加高さ（ゲートなし）を適用した）
e. 余盛の天端標高を EL.90.3m→90.5m に上げた。
容量配分が図 6 であり、結果として余裕高が確保された上で水道容量 570 万 m3 が増加された。

コア材の搬入敷均し 1)

当初
再開発後
図 6 福地ダム再開発による容量再編成

コア材の転圧 1)
図 8 福地ダム頂部嵩上げ施工状況

4-9

材が敷均し・転圧されて、新非越流部標高は EL.

少化できる手法である。ただし、余裕高との関係、90.0m となった。嵩上げ 0.5m は非越流部高さの増分

必要天端幅、堤体安定性等についても十分検討するである（図 8 ）。
工事誌 1)によると、「工事期間中は悪天候のため、必要がある。以下に、これらにおける構造令や河川砂防技術基準との関係について考察する。

土取場の自然含水比が規定の含水比より高く、現場① 堤体の非越流部高さ

でもばっ気をくり返し、また、火炎による強制乾燥を行って含水比調整を行いコアの盛立を実施した。

構造令第 5 条において、堤体の非越流部高さは、
表 2 の常時満水位、洪水時最高水位、設計洪水位のフィルター材は含水比の調整をほとんど必要とそれぞれに所要の付加高さを加え、このうち最も高しなかったが、転圧後、重機、トラック、車などによる自然転圧で密度が高くなり透水係数が小さくなるため、かき起して再転圧した部分もあった。トラ

い値に、さらにフィルダムの場合は 1.0m を加えることとなっている。
構造令制定以前に建設されたダムは、付加高さがンジション、ロック部の盛立については特に問題なく施工できた。
」とある。堤体左岸天端からの現況写不足することが多く、ダム再生における基本条件として、非越流部高さを現行基準に満足させる必要が真を図 9 に示す。

ある。
表 2 構造令規定の非越流部高さ 2)構造令規定の貯水位
常時満水位

Hn洪水時最高水位 Hs
設計洪水位

Hd

図 9 福地ダム堤体（下流側）④ まとめ
1984 年に施工された福地ダム再開発による嵩上げは、国内唯一のゾーン型フィルダムの頂部嵩上げであり、構造令（余裕高、ダム設計洪水流量）を適用させた上に最小限の工事費と工費でもって所要の容量を確保したという点で着目すべき手法である。
特に注目すべきは、「HWL と SWL の間の余裕の活用（ただし書き操作の運用）」と「洪水放流能力の倍増による治水容量の節減」の計画論であり、これと 0.5m の嵩上げとの組合せによって所要の貯水容量増が達成された。これらの手法は運用法を含む計画論として整理中であるので別途機会に詳述したい。
なお、福地ダム再開発の嵩上げ高は 0.2m と記されていることが多いが、これは天端道路面の嵩上げ前後の標高差であり、実際の嵩上げ高は非越流部高さ（コア天端高に相当）の標高差である 0.5m である。表１も含めて嵩上げ高の定義が混在しているので、非越流部高さで統一する必要がある。
(3) 頂部嵩上げと現行基準類適用上の留意点
頂部嵩上げは大規模な貯水容量増はできないが、既設ダムの上流面と下流面の勾配を変えずに嵩上げを行うため、他のダム再生手法と比べて工事費を最

非越流部高さの式(構造令第 5 条第 2 項)
Hn +hw +he/2+0.5(hw +he<1.5 のときは Hn+2.0)
Hs +hw +he/2+0.5(hw +he /2<1.5 のとき Hs+2.0)
Hd +hw+0.5(hw<0.5 のときは Hd+1.0)② フィルダム堤頂幅
河川砂防技術基準条文におけるフィルダム堤頂幅に関する規定は、施工上の必要幅、完成後の使用目的、堤体の安全性を考慮すべきとあるが、規定値はない。ダム再生の場合は、道路等の現況の堤頂使用条件によって必要幅を設定することになる。
（河川砂防技術基準 設計編 技術資料第 2 章 第 5 節－42）＜標準＞フィルダムの堤頂幅は、施工にあたっての必要幅、完成後の使用目的とともに堤体の安全性等も考慮して定めることを基本とする。3)
一方、河川砂防技術基準の「表 2-5-2 ゾーン型フィルダムの国内事例（堤体構造）3)」から遮水ゾーンの実績最小幅が 3m であることから、一般的な転圧方法を採用する限りは堤頂部におけるコア部も 3m以上確保すべきと考えられる。
③ 地震に対する安全性
河川砂防技術基準（設計編 技術資料第2章 第5節－31）
において、「フィルダムでは、構造令で示された震度法により耐震性を確認しているが、地震時の堤体応答を考慮した照査法である修正震度法によっても堤体の耐震性を確認することが基本である。
」3)とある。また、修正震度法について、「指数近似曲線4-10等の曲線近似式（φ0 法、もしくはAb法）によるせ

そこで福地ダム方式を継承すべく、大型ロックフん断強さを採用し、低拘束圧条件下での強度を適切

ィルダムにおける頂部嵩上げ計画について運用法もに評価して耐震性の確認を行う。
」とあり、堤高100m程度以下のフィルダムを対象に構造令の設計含めて検討中であるが、福地ダム方式を改良した新手法であるので、その事業計画が公表された後に、震度と比べるとかなり大きめの堤体震力係数が図2-計画論・運用法も含めた検討手法をより具体的に解5-16に比標高別に設定されている。なお、堤高100mを超える場合の堤体震力係数は、「堤体の固有説したいと考える。

周期が長くなり、地震加速度の周波数特性などを考参考資料

慮すると修正震度法で示した堤体震力は減ずることができる可能性がある。
」として、減衰を考慮して値を適宜減らしてよいこととしている。
④ ロック材における拘束圧と内部摩擦角の関係
拘束圧（σ）が小さいほど内部摩擦角（φ）が大きくなるというロック材の特性を活かすことによって、経済的かつ合理的なフィルダムの設計を行うことができる。この観点から図 10 Mohrの応力円模式
図のように従来φ0 法に対してAb 法やφAφB 法が提案されており、現在は耐震性能照査等において用いられている。
フィルダム頂部嵩上げの場合も、嵩上げ部を含む堤体全体において安定性を検討することになるが、その時の安定性解析においては、Ab法等の拘束圧が小さいほど内部摩擦角が大きくなるロック材の特性を考慮した手法を用いるべきである。そして、嵩上げ高の上限は、前述の堤頂使用条件以外に、この安定計算結果からも決まることが予想される。

図 10 Mohrの応力円模式図(4) おわりに
本稿においては、過去のフィルダム嵩上げ手法について難しさを含めて述べるとともに、頂部嵩上げ手法の有望性について整理した。
ただし、建設年代の古いダムの場合、頂部嵩上げは構造令の非越流部高さを満足するために嵩上げ高の大半が費やされてしまうこともあるため、福地ダム再開発のように別途の貯水容量増大策と組み合わせることが望ましい。

4-111) 沖縄総合事務局北部ダム事務所、「福地ダム工事誌」、1991 年 3 月

2) 国土技術研究センター編集、「改定 解説・河川管理施設等構造令」、河川協会 1999 年 11 月

3) 国土交通省、「河川砂防技術基準 設計編」2021
年版、2021 年 10 月