JP5048257B2 - フィルダムの堤体改修方法 - Google Patents

Description

本発明は、老朽化したフィルダムの堤体改修方法に関し、さらに詳しくは、貯水容量の減少や水質悪化の原因になり除去処分が必要な貯水池内に堆積した底泥土や砂礫土、あるいは本来場外廃棄すべき改修工事に伴って発生する掘削土などの粒度あるいは含水比が広範囲にわたる泥・土砂をセメント等の固化材を加えて固化処理することで所要の強度や遮水性を有する築堤土を人工的に製造し、前記築堤土を用いてフィルダムの堤体補強や漏水対策のための傾斜コアゾーン、補強のための押え盛土や腹付け盛土、貯水容量増大のための嵩上げ盛土を築造するフィルダムの堤体改修方法に関するものである。

築造後の長年月経過により老朽化が進行したフィルダム（堤高１５ｍ以上をフィルダム、１５ｍ未満をため池）は、堤体が波浪侵食や漏水による安定性が低下した状態にあり、池内に堆積した底泥土や土砂による貯水容量の減少や水質悪化など本来果たすべき機能が低下しているものが多い。これらは、地震や豪雨に対する堤体の安定性が低下して災害への不安があり、水利用の多様化や防災機能の期待に対応できないなど問題を抱えており、早急に堤体を改修して機能更新させることが必要となる。例えば、既設堤体の補強や漏水防止のための傾斜コアゾーン築造、貯水容量や洪水容量の増大のための既設堤体の嵩上げ、池内に堆積した底泥土等の除去が考えられる（例えば特許文献１参照）。
特許第３２４１３３９号

上述のような対策工法を実行するのに必要な所要の強度や遮水性を有する築堤土をダム近傍で入手しなければならない。
しかしながら、この築堤土は最近では土取り場として林地開発が環境保全上規制されるなどの観点から入手が困難になってきている。仮に、所要の強度と遮水性を有する築堤土の土取り場が確保できたしても、地震や豪雨に対して堤体全体を安定であるように改修するには、通常、土からなる築堤土が有する強度では堤体の法面勾配を既設堤体よりもかなりゆるい勾配にしなければならない。このため、大量の築堤土が必要となってしまうだけでなく、改修前の貯水容量の大幅な減少を招くなど問題があった。
また、既設堤体部やコアゾーン基礎部に相当する止水トレンチを掘削すると大量の土砂が発生するが、これを場外廃棄するための土捨て場を確保しなければならない。さらに、大量の築堤土の土取り場からの搬入や廃棄土砂の土捨て場までの搬出のための土砂運搬には多数のダンプ走行に伴う交通障害を引き起こすため、近隣の住民の理解を得にくくなってきている。

一方、貯水容量の減少や水質汚染の原因になる池内に堆積した底泥土や土砂、すなわち河川流入部に近い池内の上流側部分には骨材に有効活用できそうな砂礫土やこれらを含む底泥土が大量に堆積し、さらに堤体の近くの池部分には粘土・シルトのような細粒分を大量に含みかつ高含水の底泥土が大量に堆積している。
しかし、上記池内の上流側部分に堆積した骨材に有効活用できるものだけを分別して掘削採取することは経済的に難しく、また底泥土を掘削して除去処分しようとしてもその土捨て場を確保することが難しいなどの問題がある。
また、従来においては、池内に堆積した底泥土のような高含水比で超軟弱な粘性土のみにセメント等の固化材を加えて築堤土に改良し、ため池のような堤高の小さい堤体の改修工事に一部で使用されてきた。

しかしながら、ため池に比較して流入河川や池の規模が大きいフィルダム池では、池内のうち堤体に近い水深の深い部分には粘土・シルトのような細粒分の多い底泥土が主体に堆積し、河川流入部に近い池内の上流側部分では粗粒分の多い底泥土や、さらに粗い砂礫のような土砂までの、粒度と含水比が広範囲にわたる底泥土や土砂が堆積している。このため、フィルダムでは池内の堆積した泥や土砂を固化処理して築堤土に利用するには粒度や含水比、土の種類の影響も考慮する必要がある。
これに対して、流入する河川や池の規模が小さいため池では池に堆積した底泥土の含水比が堆積場所により相違するものの、底泥土の粒度の相違は少なく、固化処理して築堤土に利用するには含水比の影響のみを考慮すればよかった。また、堤高がため池よりも大きいフィルダムの堤体改修では、堤体の安定性を確保するために要求される強度レベルが高くなるため、細粒分だけを含む底泥土だけを用いて改良した築堤土で堤体安定に必要な強度を達成することは難しく、あるいは大量の固化材を必要とするなどの経済的にコスト高となる問題があった。

本発明は、上記のような従来の問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、池内に堆積した本来除去処分すべき底泥土や砂礫土砂、工事に伴って発生する掘削土など粒度や含水比が広範囲にわたる泥や土砂を活用し、これらに固化材を加えて固化処理することで所要の強度と遮水性を有する築堤土を現地調達で製造し、この築堤土を用いて老朽化したフィルダムにおける堤体改修（補強や漏水防止）のための押え盛土や腹付け盛土の築造、あるいは貯水容量増大のための嵩上げ盛土の築造を行い、併せて、貯水容量の大幅な減少や新たな用地買収を招くことがなく、かつ新設堤体と既設堤体間に極端な剛性差が生じないようにした急な勾配、あるいは既設堤体と同程度の勾配にすることができ、さらに堤体改修と池内の泥・土砂の除去処分を同時に達成できる堤体改修方法を提供することにある。

前記目的を達成するために本発明にかかるフィルダムの堤体改修方法は、池内に堆積した底泥土や土砂などの堆積土を前記池内でその粒度に応じて大まかに区分けし、前記区分けされた堆積土ごとに含水比や粒度を測定して遮水用築堤土の製造に用いる細粒底泥土および堤体安定化用築堤土の製造に用いる粗粒底泥土または固化処理なしで使用できる土砂などに分類する堆積土分類工程と、計画した堤体改修断面の遮水用ゾーンを築造する固化処理土の強度および堤体安定化用ゾーンを築造する固化処理土の強度をパラメトリックに変えて安定計算を行うことで安全率と各ゾーンの強度との関係を求め、これらから所定の安全率を確保して安定化するために必要な各ゾーンの強度を求める強度計算工程と、前記安定計算により得られた遮水用ゾーンや堤体安定化用ゾーンに使用する固化処理土の強度（目標強度）を現場で達成するための固化材添加量を決めるために必要となる、細粒または粗粒底泥土の砕・転圧盛土工法における固化処理土の強度に及ぼす底泥土の物理状態（含水比や粒度）、固化材の種類、固化材添加量、初期固化養生日数、解砕・転圧後の経過日数などの各種要因の影響を調べるための配合試験を実施する試験工程と、前記細粒底泥土に前記配合試験結果を基に底泥土の粒度と含水比の影響を考慮して決定された量の固化材を添加し攪拌混合して遮水用ゾーンの築堤土を製造し、かつ前記粗粒底泥土に前記配合試験結果を基に底泥土の粒度と含水比の影響を考慮して決定された量の固化材を添加し攪拌混合して堤体安定化用ゾーンの築堤土を製造する築堤土製造工程と、前記築堤土製造工程で得られた築堤土を所定の期間養生させた後、所定の大きさに破砕する破砕工程と、前記破砕工程で破砕された遮水用築堤土を用いて老朽化した既設堤体の遮水用コアゾーンを築造するコアゾーン築造工程と、前記築堤土製造工程および前記破砕工程で得られた堤体安定化用ゾーンの築堤土を用いて老朽化した既設堤体の堤体安定化用シェルゾーンを築造するシェルゾーン築造工程と、老朽化した既設堤体の下流側に前記築堤土製造工程および前記破砕工程で得られた堤体安定化用ゾーンの築堤土を用いて押え盛土を築造し、あるいは、腹付け盛土を築造する盛土築造工程とを備え、前記押え盛土あるいは前記腹付け盛土の強度は高さ方向に段階的に変化され、堤体安定上有利なように低い位置ほど高強度の築堤土とすることを特徴とする。

本発明にかかるフィルダムの堤体改修方法によれば、池内に堆積した底泥土や土砂、あるいは工事中に発生した掘削土などに固化材を加えて、所要の強度と遮水性を有する築堤土を製造し、この築堤土を使用して遮水用コアゾーンや堤体安定化用シェルゾーンを築造するようにしたので、築堤土の土取り場やそこからの土砂運搬が不要になるだけでなく、池内の堆積土砂や工事中の掘削発生土の廃棄処分が不要となり、土捨て場やそこまでの土砂運搬が不要になるなど堤体改修と池内の底泥土等の除去処分を同時に達成できなど経済的な堤体改修が可能になり、土取り場や土捨て場が不要になって自然破壊を伴わず、土砂運搬も不要になるなど環境汚染上からも優れている。
また、従来のように外部から購入した通常土による改修では、通常土が有する強度の大きさに限界があるため、改修後の堤体はゆるい勾配にせざるをえず、大量の築堤土を必要とするほか、貯水容量が大幅に減少してしまい、フィルダムの下流側に新たに堤体用地を必要とするなどの経済的な改修が不可能であるが、本発明による改修方法によれば、使用する堆積土砂の粒径や含水比に応じた固化材添加量を加減することにより、堤体安定に必要な強度を自由に設定できるので急勾配の堤体の改修が可能であり、既設堤体の法面勾配と同じ程度もしくは貯水容量を大幅に減少することがないような経済的で合理的な勾配の堤体にすることができる。

本発明にかかる築堤土の製造方法およびフィルダムの堤体改修方法は、池内に堆積した底泥土や工事中に掘削等により発生した土砂を、所要の強度や遮水性を有する築堤土になるようにセメント等の固化材を加えて固化処理することで製造した築堤土を用いており、これらの築堤土は、原材料となる池内に堆積した底泥土や土砂の粒度により強度レベルや遮水性レベルを変えて製造され、図２に概念的に示すように、堤体を急勾配法面でも堤体を安定化できる強度をもつ堤体部分（シェルゾーンG_S）と貯水機能を果たすための遮水性をもつ堤体部分（コアゾーンG_C）とに分けて築造するものである。つまり、フィルダムの貯水池には長年の間に堆積した底泥土や土砂があるが、これらは池内の堆積位置で粒度が大きく異なり、河川流入部に近い池内での上流側部分ほど粗粒分の多い底泥土や土砂が堆積し、堤体に近い水深の深い部分には細粒土が堆積している。なお、図２において、１２は既設提体、１３は基礎地盤、１４は止水トレンチである。

そこで、本発明では、図３（Ａ）に示すように、池１１内に堆積した底泥土や土砂などの堆積土を池１１内でその粒度に応じて、河川流入部に近い池１１内での上流側から砂礫優勢堆積区域と、砂礫・泥土混合堆積区域および泥土堆積区域に大まかに区分けし、既設提体１２を築造するコアゾーンＣやシェルゾーンＳ毎の機能に応じて、これら区分けされた堆積土の含水比や粒度により使いわけることとし、そして、シェルゾーンＳは、図３（Ｂ）に示すように河川流入部に近い池１１内での上流側に堆積した粗粒分の多い底泥土や土砂を用いて主に高強度を有するように製造したシェル築堤土により築造され、コアゾーンＣは既設提体１２に近い水深の大きい池１１内部分に堆積した細粒分の多い底泥土を用いて主に遮水性を満足するように製造したコア築堤土により築造され、池内に堆積した細分の多い底泥土から砂礫土のような土砂まで池内に堆積した土砂を築堤土として活用し、堤体改修と池内堆積土の除去処分を同時に達成するものである。

従来は粘土やシルト分のような細粒分の多い底泥土だけを含水比に応じて決めた量のセメント等の固化材を添加して所定期間（これを初期固化期間t_Sという）だけ固化させ、その後、所定の最大粒経D_maxになるように解砕することで築堤土を製造し、これを通常土と同様に撒出し、所定の層厚に敷き均してから転圧して堤体を築造できる砕・転圧盛土工法が考案されている。
しかしながら、ここで対象とするような粘土・シルト分よりも粗粒な砂や礫分を含む底泥土や堆積土砂を改良し築堤土として利用するには、含水比の影響だけを考慮して決めた量の固化材を加えて固化処理したものでは粗粒分の含まれる量の影響を受けてしまい、一定の強度を有する築堤土を製造することは難しいこと（同じ含水比でも粗粒分含有量が多いほど高強度になる）、また、粗粒分を多く含む底泥土や土砂からなる固化処理土の強度は通常の土に比較して非常に高くかつ固化材添加量の加減により任意に制御できるが、このような築堤土では、図４に概念的に示すように、非常に小さいひずみε_Pでピーク強度σ_Peakに達し、応力はそのピーク強度以降に急激に減少する応力−ひずみ曲線４１となる性質を顕著に示す。したがって、このような固化処理土により堤体を築造した新堤体は、その応力−ひずみ曲線４１既設堤体を構成する通常の築堤土の応力−ひずみ曲線４３と大きく異なってしまうため、既設堤体との密着性が悪く、既設堤体の地震等による変形に追従できず、局部的な変形集中やクラックが発生しやすい問題が顕著に表れる。そこで、砕・転圧盛土工法では底泥土等を単に固化させるだけでなく、ある程度固化し解砕してから通常土の場合の築堤と同様に一定層厚で撒出し・敷均してから転圧して築堤することで、応力−ひずみ曲線がクラックの生じ易い応力−ひずみ曲線４１のようなひずみ軟化型のものから応力−ひずみ曲線４２のような通常土に近いひずみ硬化型の応力−ひずみ曲線に変化させている。また、フィルダムのように規模の大きい堤体の改修に固化処理土を使用すると必要とされる強度レベルが高く、砕・転圧盛土工法によりクラックの生じにくい性質に改良したとしても固化処理土により新設した堤体部と既設堤体の間で極端な剛性差が生じ、地震時のように大きなせん断変形が生じると耐えられずにクラックが生じてしまうという問題がある。

このため、本発明の最良の形態では、底泥土や掘削発生土砂に添加する固化材量はその含水比だけでなく粗粒分量の影響を考慮して決める方法と、底泥土等を固化処理して所要の強度や遮水性を有する築堤土を製造する方法を用いて堤体を築造する方法を提供し、かつこの築堤土を用いて既設堤体の補強と漏水防止のために築造した新設堤体部と既設堤体部との間で極端な剛性差が生じないような堤体のゾーニング構造を提供するものである。

池内に堆積した底泥土や土砂の強度レベルや遮水性レベルを変えて固化処理する方法は固化対象である堆積土砂の種類を粒度や含水比等により底泥土と土砂に大きく分けて行う。つまり、堤体の安定性を確保するシェルゾーンG_Sのように高い強度を必要とする堤体部分に使用する築堤土は、河川流入部付近に池内の上流部に堆積した砂礫のような粗粒分の多い底泥土や改修工事に伴って発生する掘削土などの粗粒分を多く含む土砂に固化材を加えて、より高い強度を得られるように固化処理することにより製造する（砂礫のように単体でも堤体安定に必要とされる強度が期待できる土砂は固化処理せずに使用することもある）。また、遮水性を必要とするコアゾーンG_Cの築造に使用する築堤土は強度よりも遮水性を確保できるように池内の堤体に近い水深の深い部分に堆積している細粒分を多く含む底泥土に固化材を加えて固化処理することで製造する。この時の目標とする底泥土の固化処理強度は底泥土の粒度と含水比が強度に及ぼす影響を考慮して加えるべき固化材量を決定する。
さらに、既設堤体や各ゾーン間で極端な剛性差が生じる場合には、各ゾーン内の強度レベルを堤体の低い位置ほど高強度の築堤土にするなど強度を堤体の高さ方向に行くに従い変えて、極端な剛性差による既設堤体やゾーン間の密着性（なじみ）の悪さを和らげる工夫をしなければならない。本発明による堤体改修は、既設堤体と固化処理土による新設堤体部との間で極端な剛性差が生じないように堤体の断面構成、築堤土の強度、遮水性の設定を堤体の高さHに応じて、以下のようにゾーニングするものとする。

堤高が大きい場合（H≧２０mが目安）
堤高が大きい堤体では、急勾配で堤体を安定させるのに必要な強度は非常に高くなるので、遮水性を満足させながら強度も確保することが難しい。このため、本発明では、図１に示すように、既設堤体の上流側法面に遮水の役割をするコアゾーンG_Cと、堤体を急勾配でも安定化させるシェルゾーンG_Sというように各ゾーンの機能により分けて築造するものである。これらの各ゾーンのうち、コアゾーンG_Cには強度よりも遮水性を満足するように製造した遮水用築堤土を、シェルゾーンG_Sには遮水性よりも強度を重視した安定用築堤土をというように、各ゾーンの必要とされる遮水性レベルと強度レベルを変えて築造するものである。こうすることで、新設の各ゾーンと既設堤体の間の極端な剛性の相違に起因した問題を防止できる効果がある。なお、堤体の池側の表面には、これを波浪から守るための張石工（リップラップ）あるいは張ブロック工などの法面保護工SPを設ける。
さらに、堤高が大きくなった場合（H≧３０mが目安）には、図５に示すように、コアゾーンG_CとシェルゾーンG_Sの間にコアゾーンおよびシェルゾーンの中間に相当する強度と遮水性を有するトランジションゾーンG_TRを設け、既設堤体１２とシェルゾーンG_Sの間で極端な剛性差が生じないようにして、堤体の安定性と貯水機能を確保する。この場合のシェルゾーンG_Sの強度τsとトランジションゾーンG_TRの強度τ_TRとコアゾーンG_Cの強度τcとの間には図５に示すτs>τ_TR>τcの関係がある。

また、既設堤体１２の強度が小さい場合、あるいは堤体の勾配が急な場合には、上述するようにしても極端な剛性差が生じてしまうことがある。一般に堤体の高い位置ほど地震時の変形が大きくなるので堤体内の剛性差の影響が大きくなる。このような場合には、図６に示すように、シェルゾーンG_S内の強度τs、トランジションゾーンG_TR内の強度τ_TRおよびコアゾーンG_C内の強度τcを高さ方向に変化させる。つまり堤体安定上有利なように低い位置ほど高強度の築堤土で築造し、堤体位置が高くなるに従い段階的に強度を低くした築堤土で築造し、既設堤体１２とシェルゾーンG_Sの間で高さ方向にも極端な剛性差が生じないようにする。

堤高が小さい場合（１５m≦H＜２０mが目安）
堤高がこの範囲にある場合には、遮水性を満足させつつ堤体安定に必要な強度も確保し易いので、図７に示す水平ゾーニングで強度を変える。つまりコアゾーンG_C内の強度τcは、図７に示すように堤体の高さ方向に変化させ、堤体安定上有利なように低い位置ほど高強度の築堤土によりコアゾーンG_Cを築造し、地震時変形が大きい堤体位置の高い部分ほど段階的に強度を低く設定した築堤土で築造する。

フィルダムの堤体改修では、上述したような既設堤体１２の上流側だけをコアゾーンG_CおよびシェルゾーンG_Sにより改修するだけでなく、図８（Ａ）に示すように既設堤体１２の下流側にシェルゾーンに相当する押え盛土Esを築造し、また、図８（Ｂ）に示すように、腹付け盛土E_ELを築造して堤体安定化を図る場合もある。この場合も既設堤体１２の上流側と同じように既設堤体１２と押え盛土Esあるいは腹付け盛土E_ELとの間で極端な剛性差が生じないように、築堤土の強度τを盛土の低い方ほど高強度とし、高い方に向かって段階的に低い強度になるように変えて設定する。
ただし、既設堤体１２の下流側の盛土では遮水性が必要でなく、逆に堤体を浸透してきた水を速やかに排水できるようにある一定以上の透水性が要求されるので、下流側の盛土EsあるいはE_ELに使用する築堤土はシェルゾーンに使用する築堤土と同じ砂礫土を多く含む堆積土砂を改良して製造した築堤土により築堤する。この築堤土による盛土が堤体からの浸透水を排水できる程度の透水性がない場合には、既設堤体１２と新設の盛土EsあるいはE_ELとの間に透水性のよいフィルターゾーンFを設ける。

また、本発明における築堤土は、池内の堆積位置で異なる粒度や含水比をもつ底泥土を固化処理して製造されるが、所要の強度を有する固化処理土にするために必要とされる固化材の量は、これらの粒度と含水比の影響を考慮して決めるものとする。この場合、底泥土の粒度と含水比が変化してもその物理化学的特性の差は少ないものとし、粒度の指標として７５μm以下の細粒分含有率F_Cを用い、含水比は全体含水比w_Tだけでなく後述する換算含水比w_Cを用いる。そして、堤体付近の深度の大きい池部分に堆積した最も細粒分を多く含み、かつ含水比の高い底泥土を基本底泥土（この時の粒度F_COを基本粒度、含水比w_Oを基本含水比とする）とし、池内での上流側に向かって粗粒分が多くなる底泥土の粒度F_Cと含水比w_T（全体含水比）から所要の強度を有する固化処理土にするために必要とされる固化材量ΔW_Cは、換算含水比w_C＝(F_CO/F_C)・w_Tと基本含水比w_Oとの差Δw（＝w_O−w_C）、粒度の差ΔF_Ｃ(＝F_CO−F_C)の両方の影響を考慮して決める。

以下、この発明による池内に堆積した底泥土や土砂、あるいは工事に伴って発生する掘削土等を粒度により分類し、これらに固化材を加えて固化処理して築堤土を製造する方法及びこの築堤土による堤体改修法について図１、図２および図１１を参照して説明する。
図１は本発明にかかる築堤土の製造方法及びフィルダム堤体改修方法の工程説明図であり、図２は本発明方法により改修したフィルダム堤体の全体構成を示す概略図である。
図２において、１２はフィルダムの既設堤体、１３は既設堤体１２が築造された基礎地盤であり、G_Sは既設堤体１２のシェルゾーン、G_Cは既設堤体１２のコアゾーン、SPは必要に応じて池側の表面を波浪から守るために設けられた法面保護工を示す。また、１４はコアゾーンG_Cが築造される基礎地盤１３に形成された止水トレンチである。

次に、本実施例における築堤土の製造方法及びフィルダム堤体改修方法について図１を参照して説明する。
築堤土の製造に際しては、既設堤体を改修するために堤体の断面構造（ゾーニング）を堤高、現況の安定性や漏水状況、池内に堆積している泥土や土砂の土量構成、工事に伴って発生する掘削土量等を考慮して決める。

堆積した底泥土や土砂の分類は堆積土分類工程１０１で行う。すなわち、池内に堆積した底泥土や土砂などの堆積土を池内でその粒度及び堆積場所に応じて大まかに区分けし、この区分けされた堆積土ごとに含水比や粒度を測定し、コアゾーンG_Cに使用できる遮水用築堤土の製造に用いる細粒底泥土と、シェルゾーンG_Sに使用できる安定用築堤土の製造に用いる粗粒底泥土、あるいは固化処理なしで使用できる土砂などに大雑把に分類し、堆積土の種類毎の堆積量を調べる。

次の強度計算工程１０２では、堆積した底泥土や土砂の用土計画を立て、コアゾーンG_C及びシェルゾーンG_Sに必要な強度を求める。すなわち、コアゾーンG_Cに使用できる池内の堤体に近い部分に堆積している細粒底泥土と、シェルゾーンG_Sに使用できる河川流入部に近い池内での上流側から中流までの間に堆積している砂礫分などの粗粒分を多く含む粗粒底泥土を確保できるような用土計画を立案する。
細粒底泥土は固化材を加えて固化処理した時に遮水性を確保できるシルト・粘土分を含んでいるもので、特に堤体近くの水深の深い部分に堆積した細粒分の最も多い底泥土を基本底泥土（F_CO、w_O）とする。また、砂礫のような粗粒分を含む粗粒底泥土などは固化材を加えて固化処理した時に、現実的な固化材量で必要とする目標強度を確保するために必要な砂礫分が含まれていることが望ましい。

次いで、計画した提体改修断面のコアゾーンG_Cの固化処理土の強度τ_C（強度パラメータで表示すると粘着力c'_C、内部摩擦角φ'_Cとなる）、シェルゾーンG_Sの固化処理土の強度τ_S（c'_S、 φ'_S）をパラメトリックに変えて安定計算を行い安全率F_Sと各ゾーンの強度τ_Cとτ_Sの関係を求め、所定の安全率を確保して安定するために必要な各ゾーンの強度τ_C、τ_Sを逆算して求める。なお、ここで、以下の２点について、これらの強度の設定は既設堤体との間に極端な強度の相違が生じないように設定されるが、堤高が大きく目標強度が高い場合には、図５に示すように、既設堤体１２とシェルゾーンG_Sの間で極端な剛性差が生じないように、コアゾーンG_CとシェルゾーンG_Sの間にコアゾーンおよびシェルゾーンの中間に相当する強度と遮水性を有するトランジションゾーンG_TRを設け、さらに、これらのゾーン内の強度τc(C’c,φ’c)、τs(C’s,φ’s)及びτ_TR(_C’_TR,φ’_TR)を高さ方向に段階的に変化させ、堤体安定上有利なように低い位置ほど高強度の築堤土とする。
固化処理土の強度特性、つまり強度パラメータ（c'、φ'）は普通土からなる築堤土に比較して異なった性質を示す。一般に粘着力成分c'は固化材添加量に強い相関を示し、ほぼ比例して増加するが、内部摩擦角φ'は固化材添加量と強い相関がなくほぼ一定値を示す。このため、安定計算のときにパラメトリックに変えるのは粘着力c'_C、c'_Sなどのみとし、内部摩擦角φ’cなどは固化材添加量に関係なく配合試験から得られた値に余裕を見込んだ一定値で与えるものとする。

次いで、試験工程１０３に移行し、池から採取した土砂を用いて、安定計算により得られたコアゾーンG_CやシェルゾーンG_Sに使用する固化処理土の強度（目標強度）を現場で達成するための固化材添加量を決めるために必要となる、細粒あるいは粗粒底泥土の砕・転圧盛土工法における固化処理強度に及ぼす底泥土の物理状態（含水比や粒度）、固化材の種類、固化材添加量、初期固化日数t_S、解砕・転圧後の経過日数t_CCなどの各種要因の影響を調べるための配合試験を実施する。この試験実施上の注意点は、堤体の安定計算が三軸圧縮試験による強度パラメータ（c'、φ'）を使用して実施されるため、（c'、φ'）に及ぼす各種要因の影響を調べることが必要となるが、三軸圧縮試験は試験操作が複雑で手間がかかるので実施数は必要最小限にすることにし、操作が簡単で手間の少ない一軸圧縮試験を多用し、これから求められる一軸圧縮強さq_uに及ぼす各種要因の影響を詳細に調べ、別途、q_uと（c'、φ'）の関係を確認しておくことものとする。
本発明の実施例１ではq_uと（c'、φ'）の関係を直接的に求めるのではではなく、一軸圧縮試験によるq_uと三軸圧縮試験によるc'のそれぞれがΔW_Cと強い相関があることから、一軸圧縮試験によりq_u ないしΔW_Cの関係を求め、三軸圧縮試験によりc'ないしΔW_Cの関係をそれぞれ求め、
q_u ⇔ ΔW_C ⇔ c'
のようにΔW_Cを介してquとc'を関係させるものとする。

本発明の実施例１では池内の底泥土の含水比だけでなく、粒度が固化処理強度に及ぼす影響を考慮することが重要であるが、この評価は以下のように取り扱う。
底泥土の粒度と含水比が固化処理強度に及ぼす影響の評価法
フィルダムでは、池内の堆積位置により底泥土の粒度が大きく異なるが、一般に堤体の近くには細粒分を最も多く含む底泥土が堆積し、堤体から離れた河川流入部に近い池内での上流側ほど粗粒分の多い底泥土が堆積している。池内の底泥土は主に流域内の降雨による土砂流出や流入河川が河床を洗掘した土砂が堆積したものであるので、底泥土の物理化学的性質は流域や河床の地質状況に規定されるものと考えられる。このことから、池内にある底泥土の固化材による固化特性を規定する物理化学的性質は基本的には同じであり、前記上流側の粗粒分の多い底泥土は堤体付近にある細粒分が最も多い底泥土に、洪水時に物理化学的性質に影響を及ぼすことが少ない粗粒分だけが加わったものと考えることができる。
そこで，本実施例１では、堤体近くの水深の深い部分に堆積した最も細粒分が多く、かつ含水比も高い底泥土を基本底泥土とし、これより、前記上流側に向かって堆積した底泥土は基本底泥土に粗粒分だけが加わったもので、固化処理上の物理化学的性質は変わらないものとして扱う。物理化学的性質は微小な粘土粒子とその周囲の水との間の界面作用であるが、これの指標は界面作用の大きな粘土粒子を多量に含むほど大きな値を示す塑性指数I_Pが適している。また、底泥土の粒度の指標は粒径７５μm以下の粘土・シルトの細粒分含有率F_Cが遮水性の目安となることや、現場でも簡単な試験により求めることができるので、細粒分含有率F_Cを使用することにする。

基本底泥土の土粒子の質量をW_SO＝W_SF＋W_SC（ここで、W_SFは７５μm以下の土粒子分の質量、W_SCは７５μmを超える土粒子分の質量）、水分の質量をW_WOとすると、基準となる含水比w_Oと細粒分含有率F_COはそれぞれ
w_O＝(W_WO/W_SO)×100・・・・・・・・・・・・・・・・・・（１）
F_CO＝(W_SF/W_SO)×100・・・・・・・・・・・・・・・・・・（２）
になる。これに対して、河川流入部に近い池内での上流側の底泥土は基本底泥土に粗粒分ΔW_SCだけが加わったものとして扱い、これの土粒子の質量はW_S＝W_SO＋ΔW_SC，ΔW_SCに含まれる水分ΔW_Wを含めた水分質量はW_W＝W_WO＋ΔW_Wとなる。したがって、底泥土の全体含水比w_Tは、
w_T＝(W_W/W_S)×100
＝(W_WO＋ΔW_W)×100/(W_SO＋ΔW_SC)
＝(w_O＋Δw)/(1＋ΔW_SC/ W_SO)
＝w_C/(1＋ΔW_SC/ W_SO)
となる。ここで、w_C＝w_O＋Δwは底泥土中のΔW_SCを除いた基本底泥土状態で考えた含水比、つまり換算含水比である。また、F_Cは上式を考慮すると
F_C＝(W_SF/W_S)×100
＝W_SF×100/(W_SO＋ΔW_SC)
＝F_CO/(1＋ΔW_SC/ W_SO)
＝F_CO・(w_T/w_C)・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（３）
となる。つまり、池内の堆積位置で粒度F_Cと含水比w_Tが変化する底泥土を固化処理した時の強度は、上式より、その底泥土の粗粒分ΔW_SCを除いた状態での換算含水比w_Cは、
w_C＝(F_CO/F_CO)・w_T・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（３'）
における強度q_uは、
q_u＝q_u(F_C,w_C)・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（４）
であり、堤体付近に堆積した最も細粒分を多く含み高含水状態にある底泥土（F_CO，w_O）の強度q_uOは、
q_uO＝q_u(F_CO,w_O)・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（５）
を基本にして、その底泥土のF_Cと基本粒度F_COの差に相当する粗粒分ΔF_C（＝F_C−F_CO）による骨材効果による強度成分と、換算含水比w_Cと基本含水比w_Oとの差Δw＝w_O−w_Cに起因した強度成分からなるものと考えられる。配合試験では、先ず基準含水比w＝w_Oにある基本底泥土（F_C＝F_CO）にある固化材添加量ΔW_Cを加えた時の固化処理強度q_uO＝q_u(F_CO,w_O)を求め、池内の堤体から離れた前記上流側にある底泥土（F_C ，w_C）は基本底泥土（F_CO ，w_O）における粗粒分の（F_C が減少しF_CO→F_C）による強度変化、換算含水比w_Cと基本含水比w_Oの差Δw＝w_O−w_Cによる強度変化を底泥土のF_Cとw_Cを、固化材量ΔW_Cを種々変えて求め、固化処理強度q_uに及ぼすF_Cやw_Cの影響を近似式
q_u＝q_uO・f_FC(F_C/F_CO)・f_w(w_C/w_O)・・・・・・・・・・・・・（６）
で整理する。ここで、f_FC(F_C/F_CO)は固化処理強度q_uに及ぼすF_Cの影響を調べて近似した関係式f_w(w_C/w_O)は固化処理強度q_uに及ぼす含水比w_Cの影響を調べて近似した関係式である。
例えば、f_FC(F_C/F_CO)とf_w(w_C/w_O)を指数関数により近似すると以下のような関係が得られる。q_uに及ぼすF_Cの影響を表すf_FC(F_C/F_CO)は、あるFcとwcの状態にある底泥土の強度をq_u＝q_u(F_C,w_C)とおくと、ある一定のw_Cの状態にある底泥土のF_Cを変化させた時の強度q_u＝q_u(F_C,w_C)はF_Cの減少（粗粒分の増加）にともなって増加するが、配合試験により調べられたF_Cに伴う強度の増加傾向を図９に概念的に示したように指数関数で近似すると
q_u(F_C,w_C)＝c・(F_C/F_CO)^d・・・・・・・・・・・・・・・・（７）
となる（cとdは試験結果から決まる係数）。また、q_uに及ぼすw_Cの影響を表すf_w(w_C/w_O)はある一定のF_C＝F_COにある底泥土の強度をq_u＝q_u(F_CO,w_C)とおくと、q_u＝q_u(F_CO,w_C)はw_Cが増加あるいは減少すると減少あるいは増加するが、配合試験により調べられたw_Cに伴う強度の変化傾向を図１０に概念的に示したように指数関数で近似すると
q_u(F_CO,w_C)＝a・(w_C/w_O)^b・・・・・・・・・・・・・・・・（８）
となる（aとbは試験結果から決まる係数）。したがって、底泥土のF_Cとw_Cが変化する場合の強度q_u＝q_u(F_C,w_C)は、F_C＝F_COにおける強度は式(７)と式（８)から固化材添加量ΔW_Cにより決まる
c＝q_u(F_CO,w_C)＝a・(w_C/w_O)^b・・・・・・・・・・・・・・・（９）
となり、w_C＝w_Oにおける強度は式（８)から固化材添加量ΔW_Cにより決まる
a＝q_u(F_CO,w_O)＝q_uO・・・・・・・・・・・・・・・・・・（１０）
となるから、式（７）〜（１０）より
q_u(F_C,w_C)＝q_uO・(w_C/w_O)^b・(F_C/F_CO)^d・・・・・・・・・・・（１１）
となる。ここで、q_uに及ぼすF_Cやw_Cの影響を近似するための関数f_FC(F_C/F_CO)やfw(w_C/w_O)は実用的に許容されるのであれば、近似精度の高さよりも全体の傾向をうまく表現できるようなものを選択すべきである。

次に、コアゾーンG_CとシェルゾーンG_Sなどの目標強度を達成できる固化材添加量ΔW_Cを配合試験結果から底泥土の粒度と含水比の影響を考慮して決定し、築堤土製造工程１０４に移行する。
築堤土製造工程１０４では、細粒分の多い底泥土あるいは粗粒分の多い底泥土あるいは掘削発生土に所定の固化材を添加して、これらを均一に攪拌・混合し、細粒土の初期固化土ISfあるいは粗粒土の初期固化土ISgを製造する。この時の初期固化土ISfあるいはISgの製造は細粒土及び粗粒土の採取現場である池内でそのまま移動式固化処理機で混合攪拌して固化処理する方法、または底泥を掘削あるいは浚渫して専用プラントで固化処理する方法や、処理ピット内で固化処理機により固化処理する方法があり、堆積土砂の状態、確保できる施工スペースの有無、工期等を考慮して行う。
なお、固化材の土砂への添加方法は、固化材に一定量の水を加えてスラリー状にして添加する場合と、粉体のまま直接添加するも場合があるが、どちらかの方法とするかは堆積土砂の状態や、使用する混合機械、あるいは近隣への影響を考慮して決める。
次いで、この固化処理土は初期固化状態のまま所定期間（初期固化期間t_S）放置し、しかる後、破砕工程１０５で所定の大きさに破砕して、遮水用ゾーンの築堤土及び提体安定化用ゾーンの築堤土を製造する。

次に、固化処理された築堤土によるフィルダム堤体の築造について説明する。
まず、既設堤体１２において、新設堤体が接する部分の植栽の根等を含む表土１２ａを剥ぎ取り、図１１（Ａ）に示すように段切り掘削する。この時発生した掘削土も固化材を加えて固化処理してから築堤土として活用するが、そのままの状態でも目標強度を確保できるのであれば固化処理せずに使用する。
次いで、図１１（Ｂ）に示すように、基礎地盤１３のうち新設堤体築造部分１３ａの整地基礎地盤から回り込んで漏水が生じないように止水トレンチ１４を設ける。
次に、破砕工程１０５において、砕・転圧盛土工法を使用してに所定の初期固化養生期間ｔ_Sだけ放置した初期固化土ISfあるいはISgを専用の解砕機械により所定の最大粒径D_maxになるように解砕して築堤土CCfあるいはCCgを製造する。このD_maxの大きさは砕土機械の性能にもよるが、D_max＝５０〜２００mmの範囲内のどれかに決める。しかし、このD_maxの大きさは固化処理土を最終的に築堤したときの強度や遮水性に影響を及ぼし、D_maxが大きいほど発揮される強度は高く、遮水性が悪くなる。そこで、コアゾーンG_Cに使用する固化処理土ISfは事前の調査により決定するが、所定の遮水性が確保できる最大のD_maxにする。シェルゾーンG_Sに使用する固化処理土ISgは遮水性を確保する必要がなければ最大のD_max＝２００mmでよいが、遮水性が要求される場合にはコアゾーンの場合と同様に決定する。

製造した築堤土CCfあるいはCCgはダンプトラック等に積み込まれ、築堤土CCfはコアゾーンGcの築造領域へ運搬され、築堤土CCgはシェルゾーンG_Sの築造領域へ運搬される。そして、コアゾーン築造工程１０５及びシェルゾーン築造工程１０６においてコアゾーン部分及びシェルゾーン部分が築造される。
すなわち、運搬されてきた築堤土CCfあるいはCCgはバックホウーなどを用いて所定の層厚ΔHfあるいはΔHgになるように均一に撒出し、さらにブルドーザにより敷き均してからローラー等の締固め機械で所定回数NfあるいはNgだけ転圧して、図１１（Ｃ）に示すように、一層毎にコアゾーンＧ_CあるいはシェルゾーンG_Sを築造する。撒出し層厚ΔHｆあるいはΔHgや転圧回数NｆあるいはNｇは、コアゾーンG_CとシェルゾーンG_Sで所定の遮水性あるいは強度を効率よく達成できる適正値は、盛土試験をそれぞれ実施して決められる。
上述した築造作業を、コアゾーン部分及びシェルゾーン部分が図１１（Ｃ）の２点鎖線に示す所定の高さまで繰り返し行う。これにより、フィルダムの提体を図２に示す構造に改修することができる。また、図２に示すように、シェルゾーンG_Sの堤体法面には、これを波浪による侵食から防止するために必要に応じて法面保護工SPを設ける。

また、この実施例１においては、図５および図６に示すように、コアゾーン築造工程１０６で築造された遮水用コアゾーンG_Cとシェルゾーン築造工程１０７で築造された堤体安定化用シェルゾーンG_Sとの間に既設堤体１２と堤体安定化用シェルゾーンG_Sの間で極端な剛性差が生じないようにコアゾーンおよびシェルゾーンの中間に相当する強度と遮水性を有するトランジションゾーンＧ_TRをトランジションゾーン築造工程１０８において築造する。

このような本実施例１によれば、以下に示すような効果が得られる。
（１）池内に堆積した底泥土や土砂を築堤土に利用できるので、堆積土砂除去によるダム機能の回復（貯水容量の確保、水質浄化など）と堤体の改修が同時に可能になり、かつ築堤土を入手のための用地買収や築堤土の搬入を伴わない形で堤体改修が可能になる。これにより、経済的な堤体改修が可能になる。
（２）本来であれば外部に廃棄しなければならない堤体改修に伴って発生する掘削土も築堤土に有効活用できるので、この掘削発生土の廃棄するための土捨て場やそこまでの土砂搬出が不要になり、経済的な堤体改修が可能になる。
（３）土取り場や土捨て場を確保するための自然破壊および土砂の搬入あるいは搬出が不要になるため、ダンプ運搬にともなう交通事情の悪化など、環境負荷の少ない堤体改修が可能である。
（４）計画した堤体改修断面を堤体の機能毎にゾーン化し、各ゾーンはその機能に応じて強度や遮水性を変えて製造した築堤土により築造されるようにしたので、各ゾーン間の極端な剛性差が生じないようにすることができる。
（５）上記（４）のようなゾーン毎の築堤土の強度を変えるだけでなく、さらに築堤土の強度を各ゾーン内の位置で段階的に変え、つまり低い位置ほど高強度に設定し、高さ方向に向かって低強度に設定するようにしたので、高強度の築堤土を必要とする堤高の大きく、かつ急勾配の堤体であっても、既設堤体と新設堤体との間に極端な剛性差が生じないように堤体改修ができる。
（６）上記（４）や（５）の結果として、堤高の大きい堤体であっても急勾配で堤体を築造できるので、従来方法による提体の改修断面が図１２の一点差線に示すものを図１２の実線に示す改修断面に縮小することができ、これにより、必要とする築堤土をより少なくできるとともに提体改修に伴う用地も節約することができ、しかも貯水容量の減少をより少なく抑えて堤体改修ができる。

図１は本発明にかかる築堤土の製造方法及びフィルダム堤体改修方法の工程説明図である。 本発明方法により改修したフィルダム堤体の全体構成を示す概略図である。 （Ａ）は本発明における改修前の堤体と池内における底泥土や土砂の堆積状態を示す説明図であり、（Ｂ）は池内の底泥土や土砂からなる築堤土を用いてコアゾーンおよびシェルゾーンを築造した改修後の堤体と池を示す説明図である。 本発明における築堤土の応力とひずみとの関係を示す特性図である。 本発明方法により既設堤体にコアゾーンG_C、シェルゾーンG_SおよびトランジションゾーンＧ_TRを築造した状態の一例を示す説明図である。 本発明方法により既設堤体にコアゾーンG_C、シェルゾーンG_SおよびトランジションゾーンＧ_TRを築造した状態の他の例を示す説明図である。 本発明方法により既設堤体にコアゾーンG_Cを築造した状態の一例を示す説明図である。 (Ａ)は本発明方法により既設堤体の下流側に押え盛土およびフィルタ−を築造した場合の例を示す説明図であり、(Ｂ)は本発明方法により既設堤体の下流側に腹付け盛土およびフィルタ−を築造した場合の例を示す説明図である。 本発明における築堤土の強度と細粒分含有率との関係を示す特性図である。 本発明における築堤土の強度と換算含水比との関係を示す特性図である。 同図（Ａ）〜（Ｃ）は本発明方法による既設堤体へのコアゾーンおよびシェルゾーンの築造手順を示す説明図である。 本発明方法による堤体の改修断面と従来方法による堤体の改修断面とを比較した説明図である。

符号の説明

１１……池、１２……既設堤体、１３……基礎地盤、１４……止水トレンチ、G_C……コアゾーン、G_S……シェルゾーン、Ｇ_TR……トランジションゾーン、１０１……堆積土分類工程、１０２……強度計算工程、１０３……試験工程、１０４……築堤土製造工程、１０５……破砕工程、１０６……コアゾーン築造工程、１０７……シェルゾーン築造工程、１０８……トランジションゾーン築造工程。

Claims (6)

1. 池内に堆積した底泥土や土砂などの堆積土を前記池内でその粒度に応じて大まかに区分けし、前記区分けされた堆積土ごとに含水比や粒度を測定して遮水用築堤土の製造に用いる細粒底泥土および堤体安定化用築堤土の製造に用いる粗粒底泥土または固化処理なしで使用できる土砂などに分類する堆積土分類工程と、
   計画した堤体改修断面の遮水用ゾーンを築造する固化処理土の強度および堤体安定化用ゾーンを築造する固化処理土の強度をパラメトリックに変えて安定計算を行うことで安全率と各ゾーンの強度との関係を求め、これらから所定の安全率を確保して安定化するために必要な各ゾーンの強度を求める強度計算工程と、
   前記安定計算により得られた遮水用ゾーンや堤体安定化用ゾーンに使用する固化処理土の強度（目標強度）を現場で達成するための固化材添加量を決めるために必要となる、細粒または粗粒底泥土の砕・転圧盛土工法における固化処理土の強度に及ぼす底泥土の物理状態（含水比や粒度）、固化材の種類、固化材添加量、初期固化養生日数、解砕・転圧後の経過日数などの各種要因の影響を調べるための配合試験を実施する試験工程と、
   前記細粒底泥土に前記配合試験結果を基に底泥土の粒度と含水比の影響を考慮して決定された量の固化材を添加し攪拌混合して遮水用ゾーンの築堤土を製造し、かつ前記粗粒底泥土に前記配合試験結果を基に底泥土の粒度と含水比の影響を考慮して決定された量の固化材を添加し攪拌混合して堤体安定化用ゾーンの築堤土を製造する築堤土製造工程と、
   前記築堤土製造工程で得られた築堤土を所定の期間養生させた後、所定の大きさに破砕する破砕工程と、
   前記破砕工程で破砕された遮水用築堤土を用いて老朽化した既設堤体の遮水用コアゾーンを築造するコアゾーン築造工程と、
   前記築堤土製造工程および前記破砕工程で得られた堤体安定化用ゾーンの築堤土を用いて老朽化した既設堤体の堤体安定化用シェルゾーンを築造するシェルゾーン築造工程と、
   老朽化した既設堤体の下流側に前記築堤土製造工程および前記破砕工程で得られた堤体安定化用ゾーンの築堤土を用いて押え盛土を築造し、あるいは、腹付け盛土を築造する盛土築造工程とを備え、
   前記押え盛土あるいは前記腹付け盛土の強度は高さ方向に段階的に変化され、堤体安定上有利なように低い位置ほど高強度の築堤土とする、
   ことを特徴とするフィルダムの堤体改修方法。
2. 前記遮水用ゾーンに使用できる前記細粒底泥土は池内の堤体に近い部分に堆積している底泥土や土砂であり、前記堤体安定化用ゾーンに使用できる前記粗粒底泥土は河川流入部に近い前記池内での上流側から中流までの間に堆積している砂礫分などの粗粒分を多く含む底泥土や土砂であることを特徴とする請求項１記載のフィルダムの堤体改修方法。
3. 前記築堤土製造工程と前記破砕工程は、前記細粒底泥土や粗粒底泥土の前記池内での採取現場で行われることを特徴とする請求項１記載のフィルダムの堤体改修方法。
4. 前記コアゾーン築造工程で築造された遮水用コアゾーンと前記シェルゾーン築造工程で築造された堤体安定化用シェルゾーンとの間に前記既設堤体と前記堤体安定化用シェルゾーンの間で極端な剛性差が生じないように前記コアゾーンおよびシェルゾーンの中間に相当する強度と遮水性を有するトランジションゾーンを築造するトランジションゾーン築造工程をさらに備えることを特徴とする請求項１記載のフィルダムの堤体改修方法。
5. 前記遮水用コアゾーンが築造される基礎地盤に止水トレンチが形成され、前記止水トレンチ内は遮水用築堤土で埋められていることを特徴とする請求項１記載のフィルダムの堤体改修方法。
6. 前記遮水用コアゾーン、前記堤体安定化用シェルゾーンおよび前記トランジションゾーンの強度は高さ方向に段階的に変化され、堤体安定上有利なように低い位置ほど高強度の築堤土とすることを特徴とする請求項４記載のフィルダムの堤体改修方法。

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