4.1

重力式コンクリートダムの単純小規模嵩上げの限界に関する検討

研 究 年 度： 令和元年度
研 究 分 野： ダムの改造・再開発に関する調査研究
調 査 研 究 名： 重力式コンクリートダムの単純小規模嵩上げの限界に関する検討
研 究 者：山口嘉一 ＊ 、山下武宣、樋口俊光、横田裕輝【要約】ダムの再開発事業において、重力式コンクリートダムの堤頂部をその断面幅のまま単純に嵩上げをする単純小規模嵩上げの検討事例がみられる。ここでは、構造安定性の観点からの基礎的な検討として、重力式コンクリートダムの単純小規模嵩上げを対象として、現行のダムの設計基準である河川管理施設等構造令・同施行規則に準拠して設計した場合の嵩上げ高さの限界について検討した結果について報告する。
【キーワード】再開発、重力式コンクリートダム、嵩上げ、河川管理施設等構造令
1. はじめに
近年、洪水・渇水被害の頻発化や気候変動の影響は、個別の再開発事業にかかわる工費、工期等も踏まえて、重力式コンクリートダムの単純小規模嵩上の顕在化する中、我が国の厳しい財政状況や生産年げの効果を詳細に分析することは極めて重要である

齢人口の減少等を踏まえると、既存ストックを有効活用し、より効果的に洪水調節能力を高めることがと考える。しかし、ここでは構造安定性の観点からの基礎的な検討として、重力式コンクリートダムの社会的に求められている。

単純小規模嵩上げを、現行のダムの設計基準である

このような社会的状況を踏まえ、国土交通省水管理・国土保全局により既設ダムを運用しながら有効

河川管理施設等構造令・同施行規則（以下、「構造令」と呼ぶ。
）に準拠して設計した場合の嵩上げ高さの限活用する「ダム再生」の推進方策を提案するために界について検討することとした。

1)「ダム再生ビジョン（平成 29 年 6 月）
」 がとりまとめられ、ダムの長寿命化、高機能化のための施設

2. 重力式コンクリートダムの嵩上げ事例と嵩上げ
型式の区分

改良、気候変動への適応等への課題についての考え方が明確化されている。また、翌年には「ダム再生「ダガイドライン（平成 30 年 3 月）
」2)が作成され、わが国における重力式コンクリートダムの嵩上げ事例を表-1 に示すととともに、ダムの嵩上げ前後のム再生」の円滑な推進のために必要な既往事例に関堤高の関係を図-1 に整理する。これらの図表から明する知見（ダム再生事業を実施する上での具体的方策、留意点等）が整理されている。さらに、平成 30

らかなように、20m 以上の嵩上げ事例もあれば 2m 程度以下の小規模な嵩上げ事例もある。

年度には、都道府県事業におけるダム再生の検討を上記のような嵩上げ高さのほか、嵩上げのための支援するため、「ダム再生計画策定事業」が創設され、今後、ダム再生はより一層推進されるものと考えられる。

新設コンクリートの打設パターンを踏まえ、嵩上げの型式を図-2 に示すように、以下の 3 型式に区分した。

ダムの再開発事業におけるダムの機能向上を想定
した場合、水系全体の治水計画、流域全体の水利用【タイプ①】既設堤体の下流面全体を増厚する嵩上げ計画などを総合的に検討したうえで、当該の再開発＊最も事例が多い型式。以下「従来の嵩上げ（タイ事業において最も効果的かつ効率的な方策を選択する必要がある。いま、ダムの再開発の中で重力式コプ①）」と称する【タイプ②】既設堤体の下流面の一部を増厚する

ンクリートダムの嵩上げを例にとると、堤頂部をそ嵩上げの断面幅のまま単純に嵩上げをする単純小規模嵩上げを採用しているダムがみられる。上記の観点から＊笠堀ダムで採用された型式。以下「笠堀の嵩上げ（タイプ②）」と称する。

4-1

【タイプ③】既設堤体の下流面に増厚を行わない、これら 3 型式のうち、今回の調査研究では、【タイ堤頂部のみの嵩上げ

プ③】の単純小規模嵩上げを対象として、その上限＊単純小規模な嵩上げ型式。以下「単純小規模嵩上げ（タイプ③）」と称する。

かさ上げ規模を構造令に基づく安定計算により明らかにする。

表-1

わが国における重力式コンクリートダムの嵩上げ事例

ダム名

堤⾼

堤⾼

（かさ上げ前）（かさ上げ後）

竣⼯年

機関

1

川上ダム

46.5ｍ

63.0ｍ 1980年 ⼭⼝県

2

新中野ダム

53.0ｍ74.9ｍ 1985年 北海道

3

萱瀬ダム

51.0ｍ

65.5ｍ 2000年

4三⾼ダム

32.6ｍ

44.0ｍ 2004年 中四国農政局

5下の原ダム

30.6ｍ

36.5ｍ 2006年 佐世保市

6氷川ダム

56.5ｍ

58.5ｍ 2010年 熊本県

7菅⽣ダム

55.0ｍ

55.7ｍ 2010年 兵庫県

8

笠堀ダム

74.5ｍ

78.5ｍ 2018年 新潟県

9新桂沢ダム

63.6ｍ

75.5ｍ 施⼯中 国⼟交通省北海道開発局

100

90

80

ｙ＝ｘ+20m
かさ上げ後の堤⾼（ｍ）（ｙ）

70

ｙ＝ｘ+30m
60

50

40

30

20

ｙ＝ｘ+10m
ｙ＝ｘ

10

0010

20

30

40

50

60

70

80

90

100

かさ上げ前の堤⾼（ｍ）（ｘ）

図-1

重力式コンクリートダムの嵩上げ前後の堤高の関係

4-2

図-2

重力式コンクリートダムの嵩上げパターンの分類

3. モデルダムによる検討

安定計算は最大断面の堤敷面（Ⅰ）と堤頂部の勾3.1 概要と検討条件
2 章で紹介した重力式コンクリートダムの嵩上げ配折点面（Ⅱ）を対象に実施した。なお、Ⅱ断面の安定解析にあたっては、揚圧力を考慮しない場合と事例のうち、「単純小規模嵩上げ」事例としては、氷上流端で 1/3 の揚圧力係数を考慮する場合の二通り川ダム（熊本県：嵩上げ前の堤高 56.5m）非越流部
ブロックの 2.0m、菅生ダム（兵庫県：嵩上げ前の堤で解析している。また、せん断安全率を計算する場
合のせん断強度はⅠ断面形状のアバットメント部断高 55.0m）の 0.7m とその規模は極めて小さい。
また、面が存在すること、安定計算上安全側の対応となる両ダムとも堤高 50m 級のダムである。
ここでは、堤高 50m 級と 100m 級の実ダムをモデルことなど考慮し、せん断強度 1200kN/m2、内部摩擦角 40°とした。

として、単純小規模嵩上げ高の限界について検討する。解析モデルと解析条件の概要を以下に示す。

(2) 堤高 100m モデル（B ダムモデル）
解析モデルの概要を図-3(b)に示す。
B ダムの堤高は 110.6m（天端幅 8.0m）で、ダム天3.2 解析モデルと解析条件

端（TD）から、設計洪水位（HWL）、サーチャージ水位（SWL）、常時満水位（NWL）までの標高差は、それ(1) 堤高 50m モデル（A ダムモデル）
解析モデルの概要を図-3(a)に示す。

ぞれ 2.2m、5.1m、4.6m である。

A ダムの堤高は 47.0m（天端幅 5.0m）で、ダム天端（TD）から、設計洪水位（HWL）、サーチャージ水位（SWL）、常時満水位（NWL）までの標高差は、それ

また、地震係数は中震帯の 0.12 で、基礎岩盤における揚圧力係数は基礎排水孔地点で 1/5 としている。

ぞれ 1.5m、4.0m、17.5m である。

さらに、コンクリートの単位体積重量は 23.0kN/m3

また、地震係数は強震帯の 0.12 で、基礎岩盤におで、せん断強度 1960kN/m2、内部摩擦角 45°とした。
ける揚圧力係数は基礎排水孔地点で 1/5 としている。
その他の解析条件は、A ダムモデルの場合と同じ
さらにコンクリートの単位体積重量は 23.5kN/m3 でである。

ある。
図-3(a)に示すように、嵩上げ高 H を変化させ、HWLや SWL などの設計にかかわる貯水位については嵩上げ高分上昇させて設定している。

4-3

図-3(a)A ダムモデル（堤高 50m 級モデル）

図-3(b)

B ダムモデル（堤高 100m 級モデル）

3.3 解析結果
解析結果として得られた嵩上げ高 H と、Ⅰ、Ⅱ断

せん断安全率に関してⅠ断面はかなりの余裕があり、本来設計時においてそれほど大きな安全率の余裕が面の上流端応力とせん断安全率の関係について整理ないⅡ断面においても、上記の 1.5m 程度の嵩上げでしたものを、A モデルおよび B モデルについてそれ
ぞれ図-4 と図-5 に示す。
なお、以降のⅡ断面の結果の考察にあたっては揚は所要安全率の 4.0 を下回ることがないことがわかる。
また、堤高 100m 級の B モデルダムの解析結果であ圧力を作用させた結果を採用する。
まず、堤高 50m 級の A モデルダムの解析結果である図-5 については、A ダムモデルと同様の課題はあるが、上流端応力については、Ⅱ断面（HWL、揚圧力

る図-4 については、個別ダムにおける安定計算上の考慮）の条件が最も厳しく、嵩上げ高 2.0m 程度以上余裕が、岩盤状況、堤体の規模、形状などによっても異なるため厳密な議論は難しいが、上流端応力にになると上流端応力が引張に転じることがわかる。
一方、せん断安全率については、A モデルダムと同ついて、
I 断面（HWL、SWL ともに）およびⅡ断面（HWL、様の傾向である。

揚圧力考慮）
において嵩上げ高 1.5m 程度以上になると上流端応力が引張に転じることがわかる。一方、以上より、かなり限定された条件下での検討ではあるが、単純小規模嵩上げに関して、堤頂部の折点4-4

面における上流端応力が安全性上のクリティカルと値になっていることがわかる。また、2 モデルによなり、表-2 に示すような嵩上げ高限界があることがる限界嵩上げ高さの差は大きなものではないが、こわかる。
この限界嵩上げ高の規模は、既往の単純小規模嵩の差が天端幅の違いによっているのか、天端から各種設計水位との標高差によっているのかは明確には上げ規模の最大規模事例 2.0ｍ（氷川ダム）に近いわからない。

表-2モデルダムを用いた限界嵩上げ高さの検討結果

堤高（m）【モデル】

天端幅（m）

限界嵩上げ高（m）

47.0【A ダムモデル】

5.0

1.5m 程度

110.6m【B ダムモデル】

8.02.0m 程度(a) 嵩上げ高さと上流端応力との関係(b) 嵩上げ高さとせん断安全率の関係
図-4

A モデルダム（堤高 50m 級モデル）対する検討結果

4-5

図-5(a)

嵩上げ高さと上流端応力との関係(b)

嵩上げ高さとせん断安全率の関係

B モデルダム（堤高 100m 級モデル）対する検討結果

4. 堤頂部モデルを用いた詳細検討
4.1 概要と検討条件

4.2 解析モデルと解析条件

3 章では、堤高 50m 級と 100m 級の実ダムをモデル

解析モデルとして、図-6 に示す、ゲートなしダムとして、単純小規模嵩上げの限界高さについて検討した。その結果、単純小規模嵩上げに関して、堤頂の「タイプ A」とゲートありダムの「タイプ B」を設定した。また、設計水位条件をそれぞれのモデルに部の折点面における上流端応力が安全性上のクリテ対して（HWL=TD-1.0m、SWL=TD-4.0m）（HWL=TD-1.5m、、ィカルとなることがわかった。一方で、限界嵩上げ高の違いが天端幅の違いによるのか、天端からの各種設計水位との標高差によっているのかは明確にす

SWL=TD-4.5m）とした。
また、図-6 に示すように、下流面勾配は 1:0.8 としたうえで、天端幅を 4m、6m、8m と変化させた。なることはできなかった。そこで、本章では、堤頂部のみを抽出したモデルダムについて、「ゲート有りダ

お、近年の重力式コンクリートダムの天端幅は、5.0～11.5m となっているが、その中で 8.0m の幅は規模ム」と「ゲート無しダム」を想定し、両者には「構の大きなダムにおいても採用されている比較的広い造令」に基づく非越流部高さの算定方法に＋0.5m の違いがあることに着目して、それぞれ天端幅を変え幅であるといえる。
また、地震係数は 0.12 とし、揚圧力係数は上流端て単純かさ上げした場合の安定計算を行い、上流端で 1/3 としている。さらに、コンクリートの単位体に引張が生じない限界嵩上げ高を検討した。計算断面は、3 章の検討結果を踏まえ堤頂折点面とした。

積重量は 23.0kN/m3 である。

4-6以上の結果より、天端幅が広いほど、また天端か4.3 解析結果
解析結果として、両タイプモデルの嵩上げ高 H とら各設計水位までの標高差が大きいほど限界嵩上げ

上流端応力の関係を整理したものを図-7 と図-8 に示す。

高が高くなる。しかし、その規模は最大でも 2m 強であることがわかる。このことは、3 章で行ったモデこれらの図から、全ケースについて HWL の方が SWL

ルダムによる検討結果とも概ね整合することがわかる。

よりも上流端応力の条件が厳しいことがわかる。これらの解析結果から得られた限界嵩上げ高は表-3に示すとおりである。
表-3

堤頂部モデルを用いた限界嵩上げ高の検討結果

タイプ

天端幅（m）

限界嵩上げ高（m）

A（HWL=TD-x（m））

41.0x=1.0m

61.3＜各水位：B+0.5m＞

81.7B（HWL=TD-x（m））

41.8x=1.5m62.282.4

図-6図-7頂部モデル

ゲートなしダム（タイプ A）の検討結果（嵩上げ高と上流端応力の関係）

4-7

図-8ゲートありダム（タイプ B）の検討結果（嵩上げ高と上流端応力の関係）

5. まとめ
本調査研究においては、重力式コンクリートダム

規模嵩上げの限界は 2m 程度と見込まれることがわかった。今後、重力式コンクリートダムの単純小規の単純小規模嵩上げを対象とした構造安定性の観点

模嵩上げの予備的検討を行う場合に有効な情報になからの基礎的検討として、現行のダムの設計基準である構造令に準拠した安定計算を行い、限界嵩上げると考える。また、安定性検討のクリティカルとなった堤頂部の勾配折点面は、「大規模地震に対する耐高について検討した。得られた知見は以下のとおり

震性能照査」3)においても、堤体の応答により堤頂である。
(1) 堤高 50m 級と 100m 級の実ダムモデル（それぞ部付近では地震動が大きく増幅され、勾配変化点においては応力が集中しやすいことなどから、耐震性

れ A ダムモデル（堤頂幅 5.0m）、B ダムモデル

能照査上のクリティカルとなる可能性も高いため単（堤頂幅 8.0m））を用いた検討の結果、堤頂部の勾配折点面（断面Ⅱ）における上流端応力の純小規模嵩上げを検討する場合には注意が必要である。

条件がクリティカルとなること、限界嵩上げ高がそれぞれ 1.5m 程度、2.0m 程度となった。こ
れらの限界嵩上げ高は、既往の単純小規模嵩上【謝辞】
本報告の検討内容は、「令和元年度 大規模構造物げの最大規模事例 2.0ｍ（氷川ダム）に近い値の再生技術に関する検討業務」（国土交通省中国地方になっている。
(2) さらに詳細な検討を進めるため、堤頂部のみを整備局）における検討内容の一部を編集・構成したものである。検討結果の公表についてご承認いただ

抽出したモデルダムについて、「ゲート有りダいた発注者には心より御礼申し上げます。

ム」と「ゲート無しダム」を想定（「構造令」に基づく非越流部高さの算定方法に＋0.5m の【参考文献】

違いがある）して、それぞれ天端幅を 4.0、6.0、

1) 国土交通省水管理・国土保全局：ダム再生ビジ

8.0m と変えて単純かさ上げにおける限界嵩上げ高を検討した結果、天端幅が広いほど、また天端から各設計水位までの標高差が大きいほョン、平成 29 年 6 月.
2) 国土交通省水管理・国土保全局：ダム再生ガイ
ドライン、平成 30 年 3 月.

ど限界嵩上げ高が高くなるが、その規模は最大でも 2m 強であることがわかった。

3) 国土交通省河川局：大規模地震に対するダム耐震性能照査指針(案)・同解説、平成 17 年 3 月.

以上の検討結果は、ダムごとの設計条件には若干の差異があることまで考慮したうえで得られたもの
ではないが、構造令に基づく安定性を満足することを前提とすると、重力式コンクリートダムの単純小4-8