地すべり・崩壊・がけ崩れ……、斜面が壊れる現象の呼び方にはいろいろありますが、どれも
斜面が破壊して、土や岩が下方に滑り落ちてくる現象でありますが、どれも全く同じニュアンスで
使われているかと言ったら違うと思います。地すべりと崩壊・がけ崩れの違いは、大体統一的な
見解がされていると思いますが、一般の人からすればどうでもよいことで、とにかく、「安全に、被
害が出ないようにしてくんな」といったところだと思います。
私が 「地すべり防止工事士」という資格を受験したときに、< 地すべりとがけ崩れの違いについ
て記せ >といった内容の問題が出ました。たぶん、斜面関係のお仕事の人は、あまりためらわず
に答えられるとおもうのですが、斜面関係以外の人は、「なんでぇー、」と思っても、意外と文章で書
こうと思うとスラスラとは書けないのではないでしょうか?。
「地すべり防止技術研修テキスト」(昭和５４年１２月)のP(��-3)では、次表のように紹介されてい
ます。
表 地すべりとがけ崩れのちがい
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地すべり |
がけ崩れ |
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1) 地 質
2) 土 質 3) 地 形
4) 活動状況 5) 移動速度
6) 土 塊
7) 誘 因 8) 規 模 9) 兆 候
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特定の地質または地質構造の所に多く発生する。 主として粘性土をすべり面として滑動する。 5°〜20°の緩傾斜面に発生し、特に上部に台地状の地形をもつ場合が多い。 継続性、再発性 0.01〜10mm/日のものが多く、一般に速度は小さい。 土塊の乱れは少なく、原形を保ちつつ動く場合が多い。 地下水による影響が多い。 １〜100haで規模が大きい。 発生前にき裂の発生、陥没、隆起、地下水の変動等が発生する。 |
地質との関連は少ない。
砂質土(マサ、ヨナ、シラス等)の中でも多く起こる。 20°以上の急傾斜地に多く発生する。
突発性 10mm/日以上で速度はきわめて大きい。
土塊は撹乱される。
降雨、特に降雨強度に影響される。 規が小さい。 兆候の発生が少なく、突発的に滑落してしまう。
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実際に起きている現象は、ある項目では地すべりに、ある項目ではがけ崩れに該当する場合も
あると思いますが、何気なく使っている言葉でも、事象に違いがあるのは事実だと思います。
単に地すべりと言っても、<岩盤地すべり・風化岩地すべり・崩積土地すべり・粘質土地すべり>
のように分類されますし、その発生状況も、自然斜面で発生しているもの、地形の改変で発生する
もの、地下水状況の変化で発生するものなどいろいろです。
このため、地すべり対策だけでなく、斜面やのり面の安定問題に係る対策工法を立案・設計する
ためには、発生している(または予想される)不安定化領域の規模、その性状、原因を含めた機構
をどれだけ適切に捉えられるかが重要なポイントになると考えられます。
不安定領域の規模・性状・機構を知るためには、地すべり調査が必要です。地すべり調査は、
現地踏査を実施して、その結果をもとに立案することとなります。
地すべり調査に対しては、別紙に記しますのでご覧下さい。
地すべり対策工法は、抑制工と抑止工に大別され、抑止工を採用する場合には、抑制工を併用
するのが、一般的です。
以下に、「道路土工 のり面工・斜面安定工指針」(P353)を参考に地すべり対策工の分類を示し
ますが、地すべり対策工は、一つの工法だけを採用するのではなくて、幾つかの工法を組み合わ
せて、採用する場合が多いと思われます。
表 地すべり対策工の分類
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抑制工
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地表水排除工 |
水路工、浸透防止工 |
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地下水排除工 浅層地下水排除工 深層地下水排除工 |
暗渠工、明暗渠工、横ボーリング工 集水井工、排水トンネル工、横ボーリング工 |
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地下水遮断工 |
薬液注入工、地下遮水壁工 |
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排土工 |
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押え盛土工 |
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河川構造物 |
えん堤工、床固め工、水制工、護岸工 |
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抑止工
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杭工 杭工 シャフト工 |
鋼管杭工等 深礎工等 |
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グラウンドアンカー工 |
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地すべりでは、地下水が地すべり運動に深く関与していることが多いため、地表水と地下水の
排除を行い、すべり面に作用する間げき水圧の低下を図ることを考えます。
採用例の多い工法は、水路工、暗渠工、明暗渠工、横ボーリング工(水抜きボーリング工とも
言います)、集水井工、排水トンネル工があります。ただし、排水トンネル工は、ほとんど大規模
な地すべりで採用されています。
地下水位の低下で、計画安全率(目標安全率とも言います)を満足できればよいのですが、計
画安全率を満足できないときには、他の工法を併用して計画安全率を満足させるようにします。
�◆’單攅�・押え盛土工
地下水位の低下で、計画安全率が満足できないときには、次に排土工や押え盛土工による地
形の改変により地すべりの安定化を図ることを検討します。また、地すべり運動に地すべり地の
末端付近を流下する河川や渓流の浸食が深く関わっている場合には、えん堤工・床固め工など
の河川構造物の計画を検討します。
�� 抑止工
地形の改変による地すべりの安定化は、地形条件によってかなり制約を受けますから、工法の
採用が難しい場合や計画できてもその規模に限りがあり計画安全率を満足するには至らしめない
場合が考えられます。この場合には、抑止工を採用せざるを得ません。
抑止工は、杭工・アンカー工の施工実績が多く、シャフト工は大規模な地すべりで採用されてい
ます。
抑止工は、抑制工に比べて高価となることが多いことや活動中の地すべりでは、施工できません。
活動中の地すべりでは、抑制工を先に施工して、ある程度の安定度を確保した上で、抑止工を施工
しなければならない場合もあります。
・ 水路工・暗渠工・明暗渠工
一般に、水路工・暗渠工・明暗渠工の効果は、安全率の上昇にはカウントしないのがほとんど
と思います。ただし、暗渠工、明暗渠工で、地すべり運動に直接関与している地下水の低下が図
れると判断される現場では、地下水低下量を推定して、安全率の上昇にその効果をカウントする
場合もあります。
水路工等は、一般に安全率の上昇にはカウントしませんが、多くの場合、有効な工法と考えら
れますので、地形等をよく捉えて計画することが必要と考えます。
ある地すべりを、ある先生(残念なことに亡くなられたのですが)に視察して頂いたときに、「ここ
はずいぶん湿っているので、ドライな状態にしなさい。」と言われました。「でも、先生、ここの水は
地すべり運動に関与していますかねぇ。」とお聞きしたら、「それは解りません。でも、ここをドライ
にすることは重要です。」と強い口調で言われたことがあります。それ以上のやりとりはなしに、
暗渠工を計画して、ドライにすることに成功しましたが、なんとなく、水路工整備の重要性を教えら
れた思い出があります。
水路工でよく思うのは、集水桝が少ないと思うことがあります。普通は20〜30mごとに計画する
のが適正のようです。また、水路の接続部や勾配の変化点には設けるべきと考えます。
また、周りの草等が倒れ込んで、水路を塞いでいたり、側壁の脇が削られて、地表水が水路に
乗らずに側壁脇や水路の底面に素掘り水路が出来ていたりする光景をたまに見ます。張コンクリ
ートや土のう等で水路の肩部を保護することが望ましいと思います。「ないより悪い欠陥水路」とか
言うようですから、水路工の計画には細かい配慮を払いたいですね。もっとも、実務に当たると、
つい、理屈が先行して、施工を考えないで欠陥水路しか施工できないような個所に水路工を計画
してしまうこともあるので、自分自身に言っている感じですが………。
・ 横ボーリング工
横ボーリング工は、すべり面を切って、５〜10m程度すべり面より奥に貫入させ、すべり運動方
向に直角に5〜10mほどの間隔で計画されます。打設角(せん孔方向角)は水平面より上向きに
θ=3〜10°程度とすることが多いと思います(θ=5°が一般的)。ボーリングの長さは、L=50〜
80m程度が普通ですが、L=100mを超えるものも施工されているようです。
横ボーリング工の地下水位の低下高さは��h=3mとしてよいとされていますが、地下水状況や
地質などを考慮して、��h=1〜2m程度としていることも多いと思います。災害復旧工事では、横
ボーリング工による安全率の上昇は��Fs=0.05としてよいとしています。また、杭工やグラウンド
アンカー工を併用する現場で、グラウチングによる地下水の上昇が懸念される場合には、横ボ
ーリング工の地下水低下効果を安全率の上昇にはカウントしないこともあるようです。横ボーリ
ング工は地すべりの安全性を高めることはまず間違いないが、それを定量的に評価することが
難しいため、その地下水低下高さは、地下水位を上昇する要因が無ければ、��h=3m以下で、
安全率の上昇は��Fs=0.05以下で計画すれば概ね問題はないと言うことでしょうか。
横ボーリング工は、一箇所から数本程度を扇状に計画することが多く、規模の大きな地すべり
では、数箇所に分けて施工します。アンカー工や杭工が採用する現場では、杭間やテンドン間を
狙って、平行に計画される場合もあります。
横ボーリング工は、その施工中に地すべり運動が削孔水の影響で、少し活発化することがあり
ます。ほとんどの場合が削孔中だけ地すべり運動が認められ、作業を停止すると地すべり運動も
停止することが多いので、伸縮計の動き等に注意しながら作業を進めます。このようなときは、横
ボーリング工が狙っている個所が適正な個所である証拠だとは思うのですが、気が小さくて、肝っ
玉の小さい私は、気味が悪くて、いやです。事前に、このようなことが発生することが予想される現
場で、土質的・深度的に問題がないときはエアー掘削とする場合もあります。
横ボーリング工の孔口部は、通常、鏡壁と呼ばれる、じゃかご工・ふとん篭工・ブロック積み工・
コンクリート壁工等で保護します。また、鏡壁の前面に、水路工を設けて排水処理します。最近で
は、水路工を計画しないで、排水管に集水し近傍の水路等に導いて、流末処理する例も増えてい
るようです。横ボーリング工の孔口付近は、保護管に乗り切れなかった水で、湿ることが多いので、
水路工を施したほうがよいと思うのですが。私だけでしょうか。水路の計画が難しく、欠陥水路とな
る場合は別ですが。
・ 集水井
集水井は、地表からの横ボーリング工だけでは、十分な地下水低下効果が期待できないときに
計画されます。集水井は、地すべり地内・地外の地盤の良好な個所に、ライナープレートや鉄筋コ
ンクリートセグメントを土留め工とした直径が3.5〜4.0mの竪孔をあけ、内部から集水ボーリングを
施工して地下水位の低下を図ります。排水は、排水ボーリング工で、近傍の河川や水路に導き流
末処理します。排水トンネルと併用する場合は、排水トンネルに導く場合もあり、数基の集水井と
排水トンネルを組み合わせて、立体排水工として地下水低下効果を高めることもあります。また、
集水井が数基計画される場合には、排水ボーリングで集水井を連結し、流末処理することもあり
ます。
集水井は、横方向に40〜50m程度の間隔で設けられますが、このときの地下水低下高さは、地
すべり層厚が20m程度の地すべりでは5mとすることができるとされています。
活動中の地すべり地内に計画される集水井の深さは、地すべり運動で集水井が破壊されないよ
うにすべり面より2m以上浅く計画します。一応の安定を保っている(休眠中)の地すべりの地すべり
地内や地すべり地外に計画される集水井では、すべり面が不明な場合もあることから、高い集水
効果を求めて推定される地すべり面より２〜3m深い深度を集水井の底とします。
集水井工の底には、底張りコンクリートと呼ばれるコンクリートを土留め工の内側と底に打設し
ます。底張りコンクリートの厚さは、t=30cm程度とすることが多いと思います。
また、天端は、地表面より1m程度立ち上げるとともに、蓋をします。集水井の周りは、ネットフェ
ンス等で囲み、人の立ち入りを制限することが多いと思います。
・ 排土工
排土工は、地すべりの起動力が卓越する地すべりの頭部付近の土塊を除去して、地すべりの
すべり力を減少させて、地すべりの安定化を図る工法です。
排土工は、確実で有効な工法の一つと言われています。安定計算で、安全率が��Fs=0.05程度
アップできれば、一応の安定を保つことが多いようです。
排土工を計画する場合には、排土に伴う切土面の出現により、上部斜面に新たな地すべりが
発生しないかをよく検討する必要があると思います。
また、地すべり面が比較的直線状で、すべり面強度がほとんど粘着力を有していないのに、安
定計算ではかなりの粘着力を期待してしまった場合には、計算どおりの安全率の上昇はなく、期
待した安全率の上昇が見込めない場合もありますから、すべり面が比較的直線状と推定され、
すべり面の粘着力が期待できないと推定される場合には、注意が必要と考えます。私は、このよ
うな場合には、裏計算として、次のようなチェックをして問題がないか確かめ、判断しています。こ
の方法は、若いころに上司の方に教わった方法で、粘着力をc=0kN/m2と仮定した場合のせん断
抵抗角φを求めます。このとき、φがφ=40°でも45°と言うような大きな値でも気にしません。
そして、このφを用いて、切土後の安定計算をします。それでも、安全率が上昇し、そこそこの安
全率が得られれば問題ないとする方法です。ただし、地下水低下効果を期待した場合には、大き
なφを使用すると地下水低下効果を過大に期待することが懸念されますので、この場合には、そ
のへんのところを判断に考慮する必要があります。
もう一つの注意点は、「道路土工 のり面工・斜面安定工指針」のP420の図4-12(a)に記される
ような排土形としなければならない場合です。地すべり範囲の多くを比較的厚く剥ぎ取るように排
土した場合、土質によっては、有効応力の減少ですべり面強度が低下することが懸念されます。
このような場合にも、上記したc=0法を用いるか、減少した地すべり厚さを考慮して、粘着力cを
低下させて、裏計算とて安定計算して、問題がないかを判断するようにしています。
・ 押え盛土工
押え盛土工は、地すべり土塊の末端部付近の受動域や末端部の地すべり地外に地すべり土塊
の移動を阻止するように計画される地すべり安定化工法です。
押え盛土工も有効な対策工の一つと考えられます。
計画に当たっては、押え盛土を施す個所の地盤を破壊しないこと、斜面上に施す場合には、盛土
の負荷で、押え盛土を頭部とした新たな下方斜面の不安定化を招かないことに留意する必要があ
ると思います。
また、主に地すべり地外に地すべり土塊の移動を阻止するように押え盛土を施す場合には、押え
盛土層厚が薄いと押え盛土の受動破壊や地すべり土塊の末端部に新たな受動面が形成されること
が懸念それるので、押え盛土内を通過する受動破壊面の決定や地すべり土塊末端部の新たな受動
破壊面の形成には十分な注意が必要と考えます。
自然斜面の地すべりでは、押え盛土が計画できる現場は、そう多くはないように思いますが、道路
土工の切土中に発生した地すべりでは、応急処置として、変状発生前の地形に近い形状まで、押え
盛土を施すことは多いと思います。
余談ですが、切土工事中に発生した現場に施す押え盛土は、すべりの末端がのり尻部に出ている
ときは、押え盛土の幅を広く施工するよりも、高さを高くして天端の狭い三角形に近い形ののり面に
持たれかかるような形状としたほうが、同じ土量であれば、効果が高いように思いますがどうなんで
しょうか。若いころに、現場の人に、そのように言われて、とにかく応急処置で、限られた土量しかな
いときはいまだにそうしているのですが、本当でしょうか、うそでしょうか。
・ 杭工
地すべり抑止工として採用される杭工は、現在、くさび杭・補強杭・せん断杭・抑え杭の四つの設計
方法があり、くさび杭と抑え杭として設計することが多いようです。
四つの設計方法のうち、くさび杭・補強杭・抑え杭は杭体を弾性床上の梁と仮定して断面諸量を算
出しますが、理論上の仮定条件が異なっています。
せん断杭は、私がこの業界に入ったころは採用例の多い設計方法でしたが、最近では、その採用例
はかなり少なくなっていると思います。
1) くさび杭 : くさび杭は、地すべり地内に挿入された杭が、ダウエル力を発揮して、地すべり移動層
(地すべり土塊)と不動層を繋ぎとめるくさびのように機能すると仮定して、設計諸量を求
める杭です。杭は、すべり面位置で、必要抑止力と等価なせん断力が発生する移動層
・不動層ともに地盤反力を期待した弾性床上の梁として設計されます。
このように書くと、くさび杭は、移動層・不動層に地盤反力を期待した、すべり面位置に
必要抑止力と等価な集中荷重が作用する弾性床上の梁と思い違いをする人がよくいら
っしゃいますが、それは間違いで、すべり面位置に必要抑止力と等価なせん断力が発生
すると仮定しているのです。ですから、地盤反力条件を同一として、くさび杭で設計諸量
を算出した場合と、移動層・不動層に地盤反力を期待してすべり面位置に集中荷重を
作用させたフレーム計算で算出される設計諸量とは異なったものとなります。
2) 補強杭 : 補強杭は、杭の下方斜面が安定しており、地すべり全体の安全率も確保されているが、
地すべりをより安定化させる場合の設計に用いられます。杭より下方の斜面が杭から伝
わる力を受けても、杭の下方斜面の安全率が全体の安全率以上になるように設計され
ます。
杭に作用する外力は、三角形分布と仮定しますが、せん断力の検定ではせん断杭と同
様に考えます。
3) 抑え杭 : 抑え杭は、杭より下方の移動層の地盤反力は期待しないで、杭のすべり面より上方が地
表に突出しているかの様に仮定して、設計諸量を求めます。
設計外力は、必要抑止力と等価な三角形分布荷重や等分布荷重と仮定する場合と分布
荷重と等価な集中荷重とする場合があります。集中荷重とする場合は、すべり面深度の1/3
〜1/2とすることが多いと思います。また、設計外力はすべり面の傾斜を一般的に考慮して、
水平分力と鉛直分力に分解します。
最大モーメントは、根入れ部で発生しますので、設計曲げモーメントは、分布荷重と過程し
ても、それと等価な集中荷重で作用位置を集中荷重の重心位置とした場合は、同じ値とな
りますが、アンカー工を併用した所謂アンカー付き杭では、集中荷重とした場合と分布荷重
とした場合では、設計諸量が異なりますので、そのことに留意して、設計外力の分布形を決
定する必要があると思います。
4) せん断杭 : せん断杭は、上記の三つの杭が、弾性床上の梁理論を基本に設計諸量を求めている
のに対して、せん断杭は、杭のせん断抵抗力のみで、地すべりの安定を図るとした杭と
いえます。
せん断杭は、以前はよく地すべり抑止杭の設計方法として採用されていたが、近年では
その採用例は少なくなっていると思います。
杭工の設計に使用される必要抑止力は、a)安定計算の分子に必要抑止力を加え、地すべり抵抗力との
和で、目標安全率を満足させようとする算出方法と、b)安定計算の分子から必要抑止力を減じて、地すべ
りのすべり力を減じて、目標安全率を満足させようとする算出方法とがあります。
「新版 地すべり鋼管杭設計要領」では、くさび杭、せん断杭、補強杭(せん断検定)と抑え杭では、a)の
方法を採用し、補強杭(モーメント検定、たわみ検定)ではb)の方法と使い分けています。
必要抑止力をどのように考えるかで、a)、b)二つの考え方が出来、どちらも正しいと思いますが、計算結
果は、異なったものとなります。
さて、a)の方法を必要抑止力に対して、まとめて見ますと、
Pu=Fsp・W・sinα-{c・L+(W-U)・cosα・tanφ} ………1)
b)の方法は、
Pu=W・sinα-{c・L+(W-U)・cosα・tanφ}/Fsp ………2)
となります。
1)式はすべり力を安全率倍して極限平衡状態に至らしめる力を求めていることとなり、2)式はすべり抵
抗力を安全率で除して、言い換えるとせん断定数を安全率で除して極限平衡状態に至らしめる力を求め
ていることとなります。このように考えるとだいぶa)、b)で定義した場合とニュアンスが変わってきます。土
質工学での安定計算における安全率はせん断定数を安全率で序して云々であったと思いましたので、
2)式のほうが、土質工学的には………かなとも思います。このように考えるのは私だけでしょうか。
・ グラウンドアンカー工
アンカー工は、比較的大きな必要抑止力にも適用できる対策工法で、昭和60年ごろまでは、採用例も
少なく、設計方法も明確にされていなかったと思いますが、それ以降は、採用実績が急激に増えた工法
だと思います。
すべり破壊に対するアンカーの設計方法は、すべり面位置でのすべり力、すべり抵抗力とアンカー工
機能の力の釣り合いから求められます。
アンカーの機能は、締め付け機能と引き止め機能とがあり、「道路土工 のり面工・斜面安定工指針」
では、< アンカーの設計では、二つの機能が同時に発揮されると考えた式を一般的に用いるが、状況
によっては、どちらか一方の機能のみを重点的に考慮し具体的な設計に反映させることもある。」として
います。同指針が平成１１年３月に改定される前のバージョンでは、二つの機能が同時に発揮されるか
現時点では不明な点があるので、どちらか一方の機能を考慮して設計する(文面は定かでありませんが)
とされていました。
アンカーの設計では、二つの機能を考慮するか、どちらか一方の機能のみとするか、一方の機能とす
る場合は、どちらを考慮するか悩みませんか?。
アンカーの設計でも、アンカー力の算出方法が二つ提案されています。
一つは、安定計算の分子に締め付け機能と引き止め機能の両方を導入する方法で、二つめは締め
付け機能を安定計算の分子に導入し、引き止め機能を分母に導入する方法です。採用例は、おそらく
一つめの方法が多いとは思います。「道路土工 のり面工・斜面安定工指針」では、アンカーの計算式
は一つめが基本であるが、地すべりの場合は二つめの式も使用されることがあるとしています。
安全で適切な設計が行われれば、どちらの式でもいいと思いますが、杭の必要抑止力の算出式と同
様に二つめの方が………な気がします。