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Project brief 2

プロジェクト紹介

既設堤防の浸透対策としてのスクリューパイプドレーン工法の開発
楊 雪松 亀山 千佳 中嶋 亮太 小畑 耕一 原田 直樹 草野 友宏
YANG Xuesong

KAMEYAMA Chika

NAKAJIMA Ryota

OBATA Koichi

HARADA Naoki

KUSANO Tomohiro

株式会社建設技術研究所
東京本社
水工部
技師長

同社
東京本社
水工部
主幹

同社
東京本社
水工部
技師

同社
東北支社
支社次長

同社
中部支社
河川部水工室グループリーダー

同社
中部支社
河川部水工室技師

施工時は、回転圧入力をガイドン工法は、堤防や周辺地盤の開削生・土粒子の洗い出しを抑制する構ロッドに与えることで本体管の先端を伴わないため、大規模な施工ヤー造としました。また、本体管（後続部のみが回転し、後続部はスラストドを必要とすることなく、交通規制部）に柔軟性を有するPE 管を採用

ベアリングにより回転力が伝達しな等も最小限に抑えられ、小規模な施することで地盤への追従性を高め、い仕組みとなっています。SPドレー工が可能となります。

パイプ周囲の空隙発生を防止しま

また堤体土を排出することがな抜き、本体管のみを堤体内に残置さく、施工時の騒音・振動も低レベルせます。に抑えられることから、都市河川の従来のドレーンは、砕石を取り囲堤防工事に適した環境配慮型の工

む吸出し防止材が目詰まりを起こする構造とすることで、パイプの貫入法であると言えます。

可能性がありました 2）。一方、SPド抵抗を低減するとともに、盛土材の② 水みち発生を防止する形状

レーンでは、パイプの内側に取り出このように先端部のみが回転す削り出しを発生させない仕組みとしました。

■ はじめにれます。本工法には、堤体へのなじ工法の開発が急務となっています。

河川堤防は地域住民およびそのみの良さや経済性の観点から、一

本稿では、この課題を解決する資産を護る重要な河川構造物であ般に礫材を中詰としたフトンカゴと工 法として新 たに開 発したスクり、その構造は長期にわたる維持呼ばれるものが用いられています。

管理を容易にすることなどから土堤した。

ンの貫入後は、ガイドロッドを引き■ SPドレーンの特徴③ 維持管理性に配慮した構造

非開削による土中水の排水工法

し洗浄が可能なフィルターを挿入

は、水平ボーリング工による排水パし、目詰まりによる機能低下を防止

イプの設置が挙げられます。その効しています。

果は、砂防や鉄道盛土への適応実■ SPドレーン貫入実験による■ 施工性

SPドレーンは、既存工法のパイプ績より明らかになっています。しかし

リューパイプドレーン（SPドレーン）

ドレーンと同様に、盛土内の浸透水河川堤防の場合は、排水パイプが既設堤防に施工する場合、ドレーン工法の構造および設計法についておよび地震時の過剰間隙水圧を迅堤体内の異物となり、パイプ周囲のが原則とされています。しかし近年、の長さによっては堤防を大きく切り紹介します。なお、鉄道分野では既速に排出・消散することができます。

水みちの発生が懸念され、適用性に伴って生じる地盤への影響を確

豪雨災害が多発傾向にあり、表 1に込み、施工時期や開削規模によっに盛土のすべり対策としてパイプド

主要な特徴として、以下の3点がは低いと考えられていました。

認するため、堤防を模擬した盛土を示す河川水の浸透による堤防の被ては流れを阻害する仮締切が必要

レーン工法 1）が実用化されています

挙げられます。

災リスクも増大しています。になるなど、工事規模が大きくなるが、本工法は浸透対策に特化し、① 小規模施工が可能

この「堤体のりすべり」を防止すことが課題となります。特に都市河水みちの防止や施工性、維持管理る代表的な浸透対策としては、土堤

川では、用地制約により施工ヤード性を向上させ、河川堤防への本格が崩れる原因となる浸透水を速やの確保が難しい場合も多く、狭 隘適用を目指すものです。

かに排水するドレーン工法が挙げら部でも容易に施工可能な浸透対策

表 1 浸透による堤防の被災形態（出典『河川堤防の浸透に対する照査・設計のポイント』）

回転圧入により施工するSPドレー

SPドレーン工法の施工性や施工

一方 SPドレーンは、先端部のパ用いて貫入実験を実施しました。SPイプ周囲にスクリューを設けることドレーンの回転圧入には、図 3に示で、浸透路長を確保し、水みちの発すような水平ボーリングマシンを用いました。
実験の結果、図 4に示すように最大 推 進 圧 力 1.3t、最 大 回 転 圧 力■ SPドレーンの基本構造

93.3kg・mで、地山を乱すことなく堤SPドレーンは、図1に示すように体内部 8mまで SPドレーンを貫入さ堤防のり尻部に集水孔を有するパイせることが可能であることを確認しプを設置することで、堤体内に浸透ました。

した河川水を排水し、堤体のりすべりを防ぎます。
SPドレーンは、図 2に示す本体管

図2

SPドレーンの概略図（先端部と後続部）とガイドロッド（誘導管）からなる二重管構造と堤体土質：礫質土
目標 N 値：10※一般的な既設堤防を想定※サウンディング試験により換算 N 値 =12〜13 程度を確認なっています。本体管は、スクリューが設けられた先端部（鋼管）と集水孔を有する後続部（ポリエチレン（PE）管）に構造が分離しており、両者は回転力が伝達しないスラストベアリングにより接続されています。
※ SP ドレーン施工箇所ののり尻部は排水が集中するため、土粒子の流出防止としてのり面保護を行うことが望ましい

図 1 SPドレーンの設置イメージ

038

Civil Engineering Consultant

VOL.290 January 2021

先端部にはソケットがあり、ガイドロッドはこのソケットに接続されます。

図3

水平ボーリングマシンを用いた貫入実験

図4

SPドレーンの貫入量と貫入線形（実験結果）

Civil Engineering Consultant

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039

■ SPドレーン設計法の提案

SPドレーンは三次元的な水位低減効果を有しますが、設計においてドレーンの設置間隔が1.0mピッチ

ルを用い、SPドレーンの設置間隔をの場合と0.5mピッチの場合の2ケー変えた複数ケースの堤体内水位をスとしました。

算出しました（図 8）。堤体内水位は、SPドレーン設置箇所の中間地点のに対する安定性照査で用いる二次三次元浸透流解 析モデルを作成

最も高くなる水位を対象に整理して元浸透流解析の適用を検討しまし

し、観測された堤体内水位を再現います。

た。検討フローを図5に示します。

解析しました。

③ 二 次元浸透流解析による設計法

実証実験での観測水位に最も近① 実 証実験による堤体内水位の確い計算水位は、SPドレーンの透水二次元浸透流解 析では、SPドSPドレーンによる堤体内水位の係数が1.0E+00cm/sの場合となりまレーンの設置間隔ごとの堤体内水低下量は、縮小堤防模型による実した（図7）。

位を、SPドレーンに与える透水係数験で確認しました。実験の概要を図② S Pドレーンの設置間隔に応じた（1.0E+00cm/s）の低減により再現し

32

堤体内水位の算出

表 2に示します。実験ケースは、SP

前述した三次元浸透流解析モデ

0

図9SPドレーンの設置間隔ごとに低化で対象としたSPドレーンの設置②023,000200

図7▽GL=3.000m

024
堤体幅

不透水層置換ｔ＝300（粘性土等）

実証実験のモデル概要

表2

実証実験に用いた材料の土質定数
飽和透水係数

比貯留係数kx（cm/s）ky（cm/s）

Ss（1/m）

堤体（透水層）6.10E-04

6.10E-04

1.00E-04

砂質土

SPドレーン（任意）（任意）

1.00E-04

礫質土

基礎地盤（難透水層） 1.00E-07

1.00E-07

1.00E-03

粘性土040Civil Engineering Consultant

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1.00E-03

1.0E-04

礫質土

35

4.00E-02

1.0E-04

礫質土

シルト混じり細砂

17.00291.00E-05

1.0E-04

礫質土

粘性土

16.0

150

1.00E-05

1.0E-03

粘性土

SPドレーン

18.2

138

3.12E-02

1.0E-04

礫質土

堤体盛土m

礫質土

0図8

等価透水係数（ピッチ10m以上）

ピッチ

近似曲線

（m）

1.0E-01

1.0E-02y = 0.0711x-1.19
R² = 0.9909
1.0E-03

0.0

5.0

10.0

15.02

堤体内水位の算出結果

4
堤体幅6m

※ 安全率の基準値は「河川堤防の構造検討の手引き（平成 24 年2月）」に示される方法で設定されている係数（cm/s）

0.5

1.62E-01

1.0

7.11E-02

2.0

3.12E-02

3.0

1.92E-02

4.0

1.37E-02

5.0

1.05E-02

6.08.43E-03

7.07.02E-03

8.0

5.99E-03

9.0

5.20E-03

10.0

4.59E-03

図 11

無対策時の安定計算結果

安全率1.48＞1.45（OK）
堤体盛土

礫質土

SP ドレーン（長さ 4m、間隔 2m）

シルト混じり細砂
粘性土

図 12

SPドレーンによる対策後の安定計算結果

間隔は、三次元浸透流解析で水位みちができて周囲の土砂を交えてに堤体に貫入が可能であり、かつ低下が明確に確認できた8m 以下を噴出するパイピングを生じる可能性

維持管理性に優れるSPドレーンを対象としました（図10）。

、H/D が 0.3が低いことを踏まえ 2）開発することができました。また、二以上とならない範囲で最大長を設

次元浸透流解析によるSPドレーン定しました。の簡便な設計法を提案しました。さ

堤防 浸 透 対 策として従 来のドレーン工が検討された実例断面に

図11と図12には、無対策時とSPらに、実例堤防断面を用いて浸透ドレーン対策時の裏のりすべりに対策工法としての SPドレーンの有対する照査結果を示します。

用性を確かめました。

対して、ドレーン工の代わりにSPド

この堤防断面では、長さ4mのSP今後は、様々な土質条件に対するレーンを配置した場合に所定の安ドレーンを2mピッチ以下の間隔で検討や実験・設計実績の積み重ね全性を確保できるか計算しました。

設置することにより、堤防の浸透にによって定数設定や設計法の精度

なお、検討に用いた堤防断面は、計対する安全率を満たすことが可能を向上し、本格適用を目指します。

画流量 2,000m3/sクラスの河川を想であるという結果が得られました。

定しています。
0

粘性土

等価透水

SPドレーンの設置間隔と等価透水係数の関係■ 実例を用いた SPドレーンの■ 適用性検討1
不飽和浸透特性

地層

堤体内水位

2

図6m

堤体形状
SPドレーン無し
16.0mピッチ8.0mピッチ
4.0mピッチ
2.0mピッチ
1.0mピッチ
0.5mピッチ

3単位：mm6m

GL=0.0m

2,900

6等価透水係数（ピッチ10m未満）

図 10

観測水位と再現水位（1.0mピッチの場合）

46,100380

SPドレーンのピッチ（m）

15,300

▽HWL

120.0

堤体内水位の再現解析結果（SPドレーン 3mピッチの例）

1.0E-0420

水圧式水位セン サ－

k=1.0E-01cm/sの場合
k=1.0E+00cm/sの場合
k=1.0E+01cm/sの場合実証実験での観測水位

堤体内水位

③

SPドレーンの設計法確立のための検討フロー

3,600 1,000(800+4@700)

4m3

上記結果を近似式にて定式化し、SPドレーンの設置に応じた二次元浸透流解析用の透水係数（等価透水係数）を提案

18.2

礫質土

1.0E+00

等価透水係数k'（cm/s）

ことを可能にしました。なお、定式

上記の計算結果より、最も水位が高い位置の堤体内水位を二次元浸透流解析で再現（SPドレーンの透水係数を変数とする）

図5

SPドレーンを二次元的に評価する

4不飽和（k cm/s） Ss（1/m） 浸透特性

シルト混じり細砂

次元的な水位低減効果を発揮する①透水係数 比貯留係数φ（°）

堤体盛土

堤体幅

して定式化（図10）することで、三実証実験による堤体内水位の確認

内部摩擦角

粘着力

安全率
1.38＜1.45（OUT）

減する透水係数を等価透水係数と上記で推定した透水係数を用い、SPドレーンの設置間隔に応じた堤体内水位を三次元浸透流解析モデルで算出

湿潤密度γt（KN/m3） c（KN/m2）

ました（図 9）。

6、実験に用いた材料の土質定数を三次元浸透流解析モデルで上記実験を再現し
SPドレーン部の透水係数を推定

地層

堤体形状
無対策時（SPドレーンなし）
三次元浸透流解析による水位
二次元浸透流解析による水位

1の提案

認と再現解析

SPドレーンの適⽤性検討に⽤いる⼟質定数

表3m

沖積層

次に、実証実験結果を踏まえて、堤体内水位は簡便化を図るため、堤防の浸透4設定土質定数を表 3に示します。
SPドレーンの長さは、平均動水勾配（H/D）が概ね 0.3以下であれば、水■ 結論

河川堤防の浸透対策工法として、水みちの発生を抑制しながら容易＜参考資料＞
1）太田・宇野・柏熊：堤防の浸透破壊を防止するパイプ
ドレーン工法、土木学会第 65 回年次学術講演会、
pp.247-248
2）国土交通省 水管理・国土保全局治水課：ドレーン工設計マニュアル、平成 25 年 6月、p.8

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