1.はじめに
大分県西部の日田市大山町(旧日田郡大山町)の1級河川・筑後川(大山川)右岸に面した
山際地区(図1)では、比較的急傾斜な地区一帯(幅450m,奥行300m,面積13.5ha)に、昭和62年(1987)7月中旬頃から地すべり亀裂が認められるようになりました。現地踏査の結果、当地すべりは大規模で深い岩すべりであり、そのまま放置して地すべり変動がさらに活発化すれば、地すべり土塊は筑後川に流入し河道閉塞する可能性がありました。河道閉塞した土砂が決壊すれば、段波洪水が流下して、大山町のみならず下流の日田市・久留米市域にも甚大な被害を及ぼすことが懸念されました。
このため、災害発生前の対策が急務と考え、大分県は建設省(現国土交通省)と協議のうえ、
昭和62年度災害関連緊急地すべり対策事業として、各種の地すべり調査や解析、および地すべり防止工事が実施されました。地すべり対策工の検討については、
「山際地区地すべり対策技術検討委員会」(委員長・栃木省二広島大学総合科学部教授)で審議されました。地すべり対策工事は建設省をはじめ、関係機関ならびに地域の方々に多大な協力を頂き、平成元年(1989)11月11日に
竣工式が行われ、無事完成しました。民家2戸(壁面亀裂,土間亀裂)や護岸(亀裂,張り出し)、町道(路面亀裂,土留擁壁亀裂)、農地(栗林に亀裂)などに多少の被害がでたものの、人的被害が全くない状況で、50億円以上の対策工事が施行されました。地すべり亀裂の発見から、地すべり調査・解析・対策工法の検討、地すべり自動観測システムによる監視のもとで行われた非常に困難な対策工事の施工事例を紹介します。
2.長野県長野市の地附山地すべり
昭和60年(1985)7月26日午後5時過ぎに長野市
地附山の南東斜面で、大規模な地すべりが発生し、その土塊は
湯谷団地、老人ホーム「松寿荘」へと押し寄せ、死者26名、全半壊64戸という大惨事となりました。長野県土木部・長野建設事務所では、建設省(現国土交通省)と協議の上、
昭和60年度災害関連地すべり対策事業として、各種の地すべり調査や解析、および地すべり防止工事を実施しました。恒久対策の内、抑制工としては、集水井23基、排水トンネル3本1630m、横ボーリング工8400m、抑止工としては、深礎杭29本、アンカー工818本、杭打工270本、上部法面工38万m
2などが実施されました。
私は災害当初、旧版地形図や米軍・国土地理院の航空写真を比較判読して、地附山地すべりの地形変化の解析などを担当させて頂きました(写真1,2,3)。
写真1 地附山米軍写真1947年9月24日
R221-135,136(元縮尺S=1/18000)
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写真2 地附山地理院写真1976年10月22日撮影 CCB-76-6 C30-2,3(元縮尺S=1/18000)
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写真3 災害直後の地理院写真 1985年7月30日撮影 RCCB-85-1 C2-5〜7(元縮尺S=1/18000)
3.山際地すべりの変状の確認
私は、昭和62年(1987)4月に日本工営株式会社・本社防災部から福岡支店に転勤しました。転勤直後の昭和62年(1987)7月に大分県大山町(現日田市)で長野市の地附山と同様の大規模地すべりが発生し始めているとの報告を受けました。このため、山際地すべりの発生初期から地すべり調査を行い、山際地区地すべり対策技術検討委員会と財団法人砂防・地すべり技術センターのもとで、地すべりの自動観測や解析・対策工の検討業務を担当しました。また、地すべり変動を監視しながら、排水トンネル工や長大なアンカー工、頭部排土、直径5.5m・深さ最大100mの深礎工などの施工管理の一部を平成2年(1990)3月まで担当しました。
この地すべり対策工の竣工から30年近くが過ぎました。大分県土木建築部砂防課・日田土木事務所が平成2年2月に発行した工事誌
『山際地すべり』(334p.)を日本工営株式会社福岡支店で編集させて頂きました。この工事誌を読み返しながら、山際地すべりの変動開始から対策工の竣工までの経緯を振り返りたいと思います。
写真4 対策工施工前の立体視写真
1987年12月12日大分県撮影 |
図2 山際地区の鳥瞰図(緑色の範囲) (大分県土木建築部砂防課,1990)
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昭和62年(1987)7月14〜20日の梅雨末期の降雨(連続雨量296.5mm)後、筑後川(大山川)の右岸側護岸とその上部の町道、および下流側の人家などに地すべり末端の圧縮亀裂が発生しました。
写真4は、大分県が12月12日に撮影した航空写真で、立体視できるように加工したものです。図2は5mメッシュのDEMで作成した鳥瞰図で、緑色で示した範囲が山際地すべりで、50mほど前に出ていることが判ります。
また、中段を通る町道上において、約300m離れた両側に地すべりの側方亀裂が発生しました。とくに、東側(上流側)の側方亀裂は大きく、側溝は30cmもずれていました。
当地すべりの上部には、分離小丘とそれを囲むような半円形の凹地があり、そこから下には数段の緩斜面が存在しますが、全体としては約30度の比較的急傾斜な斜面でした。
当地区周辺は耶馬溪溶結凝灰岩層からなる標高300〜400mの丘陵性山地であり、その中を筑後川が嵌入蛇行しながら流れています。
写真4と図2に示したように、今回の地すべり変動地区は、筑後川右岸の攻撃斜面に当たっており、前後の谷壁斜面と比較すると、当区間だけ50m程前にでているので、巨大な岩すべりである可能性が強いと判断されました。
筑後川(大山川)の対岸には、当時の大山町役場などの集落がありました。急激な地すべり変動が発生すると、筑後川を河道閉塞し、大山町役場を埋没させる可能性があります。
その後決壊洪水が発生すると、大山町だけでなく、筑後川下流の日田市や久留米市まで大きな影響を与えることが懸念されました。
以上の状況から、大分県日田土木事務所と大山町が
地すべり地全体の移動量観測を、建設省筑後川工事事務所が
筑後川護岸の移動量観測を開始しました。
その結果、8月初頭以降各地に設置した計測器には、各種の地すべり変動が確認できました。とくに、地すべり地末端の筑後川護岸の光波測距儀による移動量が最も大きく、9月末までの2ヶ月間で192mmの水平変位が認められました。「
地すべり地中段の町道沿いの伸縮計では、上記の2ヶ月間に38mm、地すべり地頭部の伸縮計では、22mmの引っ張り変位が、地すべり地末端の伸縮計では、16mmの圧縮変位が認められました。
8月中旬の現地踏査で、中段の町道上部平坦面(栗林)に地すべり亀裂が発見されたため、8月21日に数器の伸縮計を設置しました。S-5伸縮計では、9月末までの40日間に58mmの引っ張り変位が認められました。
」
また、9月5日には地すべりブロック西側の人家付近の筑後川護岸の階段が大きな音とともに突然破損しました。階段の下流側がめり込むような形で上流側よりもひどく破損していることから、この付近の地すべりの移動方向は、最大傾斜方向よりも30度下流側に向いているものと判断しました。
その後、小雨期に入ったことと、応急対策としての水抜き横ボーリング工(13ヶ所,計12,760m)が順次開始され、昭和63年(1988)5月には完成しました。このため、平常時の地下水位が4m以上低下し、地すべり変動は小康状態となりました。しかし、昭和63年5月や6月の豪雨時には、地すべり地末端部で小規模な表層崩壊が発生し、何点かの計測器に地すべり変動が認められました。
平常時の地すべり変動は沈静化していたが、集中豪雨を受けた場合、再び大きく変動する可能性があるので、充分な地すべり変動の監視が必要とされました。また、後述するように、対策工の一部に深礎工が採用されたため、かなり危険な状態で作業員が地下深部の掘削坑の中で作業するようになりました。このような状況から,従来の手動の地すべり観測だけでなく、地表面の計測器と施工中の深礎に埋設した計測器(No.4,9,15番深礎)を結んで、図3に示した
地すべり自動観測監視システムを設置しました(昭和63年5月観測開始)。このため、地すべり地の変動状況をリアルタイムで把握できるようになり、警戒避難体制の一助としました。これらの計測器は工事の進捗状況や変動状況に応じて、適宜計測器の設置箇所を変更して、より正しく地すべりの変動状況を把握できるようにしました。
図3 地すべり自動観測監視システムの概要(大分県土木建築部砂防課,1990)
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写真5 地すべり自動観測監視システム(計測処理端末)
4.地すべり調査・解析、対策工法の検討
当地すべりは大規模な岩すべりであると判断されたため、昭和62年度災害関連緊急地すべり対策事業に採択され,面積26.08haの区域が
地すべり指定地(建設省告示第846号,昭和63年3月18日指定)に指定されました。大規模な地すべり発生機構を把握するため、図4に示したように、65mピッチに6測線を設置し,50m間隔に48孔、計3129.5mの調査ボーリングが実施されました。
その結果、
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当地区の基盤は新第三紀鮮新世の古期安山岩類で、硬質、塊状の安山岩類である。
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A
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その上位には、不整合に第四紀更新世の日田層が平均20〜30m、厚いところで50m以上の層厚で堆積している。
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B
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この日田層は日田地方に広く分布する半固結〜低固結の軟岩で、下位には凝灰岩、泥岩の水成堆積物が、上位には陸成の軽石流堆積物が分布し、全体的に難透水性である。
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C
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日田層の上部には、不整合に耶馬溪溶結凝灰岩が250m以上の層厚で堆積している。
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D
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当地すべり地付近では、過去において日田層が侵食されて形成された谷部に、耶馬溪溶結凝灰岩(本層下面は現在の筑後川の河床より20〜30m低い)が堆積した。
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などの事実が判明しました。
以上の地質状況や各計測器の変動状況を総合的に判断して、図5の地質推定縦断面図(E−E’測線),横断面図(深礎杭断面図)を作成しました。今回の地すべりは斜面上部の分離小丘背後の凹地を頭部とし、耶馬溪溶結凝灰岩下面または日田層中をすべり面が通る(最大層厚70m)ものと判断しました。
図4 山際地区地すべり調査・対策工平面図(大分県土木建築部砂防課,1990)
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図5 山際地区推定断面図(E−E’測線)と横断面図(深礎杭断面図),19番杭のすべり面(深度14m)
(大分県土木建築部砂防課,1990)
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溶結凝灰岩はかなり緻密であるが、柱状節理などが発達しており、割れ目が多く、割れ目には流入粘土が認められました。このため、透水性が非常に高いと判断されました。
表1 山際地区対策工一覧表(昭和62年度災害関連緊急地すべり対策事業)
筑後川(大山川)の谷壁斜面は、比高100〜200mの比較的急傾斜な斜面からなっています。
斜面の途中には数段の緩斜面が認められ、過去の表層崩壊や地すべりによって堆積した崖錐性堆積物(崩積土)が10m以下の層厚で存在していました。
地質状況、および各計測器の変動状況などを総合的に判断して、「山際地区地すべり対策技術検討委員会」では、図5に示したような地質推定断面図とすべり面を推定しました。
すなわち、BV-33とBV-34号孔の間の地形変換点を
地すべり頭部(この付近に設置したS-1伸縮計に引張亀裂)とし、耶馬溪溶結凝灰岩下面、または日田層中を
すべり面が通るものと判断しました(古期安山岩中にすべり面は入るとは考えられない)。
応急対策工として、13ヶ所の水抜き横ボーリング工(WH-1〜WH-13,80m×12本)が10月20日から実施されました。このため、ボーリング孔からかなりの排水がでてきたので、地下水位が4m以上低下しました。このため、地すべり変動はほとんど休止しました。
地すべり安定解析と対策工法の検討結果から、当地区の地すべり恒久対策工は、表1に示したように、地すべり地頭部の排土工・深礎工・アンカー工・排水トンネル工などの多様な工法を組み合わせることとしました。
地すべり地中央部の抑止杭は、種々の比較設計の結果をもとに、直径5.5m、長さ30m〜97mの深礎工を16本(総計1042m)実施することが決定されました(図6,図7,写真6)。
深礎工の中には径51mm(通称D51)の鉄筋を4重に配筋し、コンクリートで充填することとしました。中央部の深礎(3本)は長さが100mを越え、施工的にかなりの問題点が予想されるので、
上記の工事完成後、地すべり変動状況を確認してから、施工すべきか否かを判断することになりました。
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図6 深礎工の掘削要領図 |
写真6 掘削状況写真 |
(大分県土木建築部砂防課,1988)
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図7 深礎杭配筋図(No.9杭,大分県土木建築部砂防課,1990)
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5.対策工の施工
写真7は、地すべり対策工事が最盛期となった昭和63年(1988)10月23日に大分県が撮影した写真を立体視できるように加工したものです。
地すべり地頭部の樹木を伐採した区域が頭部排土工(31.4万m
3)の地区で、左上方向に延びる工事用道路で運搬され、1139m離れた谷間に盛土されました。
右下の人家に面したB測線地区では人家を直接保全するために、100t/本級のアンカー工が施行されています。
写真の右下からは、径2.1mの排水トンネル工が長さ400m施工されました。途中には3ヶ所のボーリング室(径4m)が施行され、ここから集水ボーリングが施行されました。
地すべり地の中段には、直径5.5mの深礎工が1本おきに施工されています。町道に沿ったかなり急傾斜面に施工されたため、仮設ヤードが繋がって直線状に見えます。
写真7 対策工施工中の立体視写真(昭和63年(1988)10月27日,大分県撮影)
上記の対策工が完成すれば、地すべりがほぼ完全に抑止できると考えられましたが、これらの施工には1年以上かかり、危険な状態で作業員が深礎坑の中で作業していることになります。
今までの観測結果によれば、100mm以上の降雨があれば、地すべり変動が活発化していました。
このような状況を踏まえて、大分県では深礎工の施工管理を(財)砂防・地すべり技術センターに委託し、施工業者の技術指導に当たりました。
写真8は、深礎SW-17のすべり面付近の掘削状況展開写真(標高166〜151m)で、掘削50cm毎に写真撮影したものをつないだものです。中央が山側壁で下位が古期安山岩、上位が日田層でその下位に直線状の見事なすべり面粘土(深度23.5m〜27.5m)が認められました。
写真8 深礎工の施工ヤード(大分県土木建築部砂防課,1990)
写真9 深礎SW-17のすべり面付近の掘削展開写真(標高166〜151m) 中央が山側壁、下位が
古期安山岩類、上位が日田層(直線状の見事なすべり面粘土(深度23.5m〜27.5m)が認められた)
(大分県土木建築部砂防課,1990)
深礎SW-4(予定深度103m)では、昭和63年12月末までに標高97m(深度85m)まで掘削が進み、正月休みに入っていました(筑後川の河床は標高99m付近)。
64年1月1日に現場警備員が異常出水を発見、急遽施工業者に連絡し、排水作業が行われました。この時応急対策として600ℓ/分程度の排水を行いました。それでも水位の上昇は止められず、
1時間に2リング(1リングの高さ50cm)のペースで水位は上昇しました。この時の湧水量は1000〜1200ℓ/分で、最終的には杭底から20m上まで水没しました(杭底に5m土砂が堆積)。
その後、1月7日までに排水設備を1500 ℓ/分まで増設して排水し、1月10日までに排水作業は完了しました。
しかし、湧水量に変化はなくセグメント(保坑鋼材)背面の土砂崩落と切羽への土砂流出があり、これ以上の掘削は危険であると判断し、中止されました。
このため、2月4日に第3回地すべり対策施工管理検討会が開催され、SW-4の坑外で数本のデープウェルを施工することになりました。
3月6日に1本目のデープウェル用の大口径ボーリングが開始され、4月27日に完成しました。しかし、異常出水は依然として続いているため、深礎工の残り18mの掘削を中止し、他の工法を検討することになりました。
比較設計の結果、最終的に大口径ボーリング(径600mm)を9本施工し、径500mm,厚さ68mmの鋼管を建込み、孔壁との空隙はモルタル充填を行うことに決定されました。
この設計変更に基づき、9本のケーシング用鋼管(径700mm)を地上まで立ち上げ、コンクリート打設を完了して、平成63年度災害関連事業は平成元年(1889)10月31日に完成しました。
ケーシング用鋼管には観測計器の設置を行い、地すべり自動観測システムに接続しました。
なお、深度85m〜103mの鋼管杭打設工は、平成2年度(1990)災害関連地すべり事業で施工されました。
6.むすび
今回の深礎工は、昭和60年度の
長野県地附山地すべり、61年度の
長崎県小舟地すべり以上に多くの困難(掘削深度が長い、工期が短い、地表面の傾斜急で仮設が困難、最深部か筑後川の河床より50m深い)が予想されました。
対策工の最盛期には、
「地すべり自動観測監視システム」が地すべり変動を正確に監視しながら、慎重に地すべり対策工事が進められました。図5の右側の写真で示したように、上流側の深礎工の掘削時には、日田層下部のすべり面で見事なスリッケンサイドを持つ地すべり粘土が認められ、非常に感動したことを今でも覚えています。
頭部排土が行われ、平坦地となった地区には写真9に示した地すべり資料館と記念碑が建立され(写真10,11)、平成元年(1989)11月11日に
山際地区地すべり対策工竣工式が行われました。これらの対策工事の完成によって、当地すべり地の変動が完全に抑止でき、山際地すべりの経験が今後の地すべり対策に少しでも役立つことを期待します。
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写真10 山際地すべり資料館と記念碑 |
写真11 山際地区地すべり対策工竣工式 (平成元年(1889)11月11日) |
山際地すべりが発生し、対策工が完成してから30年近く経過しましたが、対策工の効果でその後地すべり変状は発生していません。地すべり資料館の中には、地面の中に埋もれて見ることのできない深礎工の実物大の模型(直径5.5mの配筋状況)を見ることができます。また施工当時の写真や多くの設計図が展示されています。また、2階には地すべり自動観測システムが保存されており、対策工事施行中の安全を見守った状況を知ることができます。
引用・参考文献
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信濃毎日新聞社(1985):山が襲った―長野県地附山地滑り記録―,128p.
信州大学自然災害研究会(1986):昭和60年地附山地すべりによる災害,信州大学,189p.
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大分県土木建築部砂防課・日田土木事務所(1990):山際地すべり,日本工営株式会社,335p.
大分県土木建築部砂防課・日田土木事務所(1997):山際地区地すべり 大分県大山町―大規模な岩すべりとその対策―,335p.
建設省土木研究所(1988):昭和62年山際地すべり(大分県)現地調査報告書,土木研究所資料,2575号,69p.
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