ダム構造研究室
●平成11年度に実施した調査・試験・研究の成果概要 |
＜ダム部＞ |
ダム構造研究室
●平成11年度に実施した調査・試験・研究の成果概要
研究期間：平７～平11
担当者 ： 吉田、 吉田、佐々木、平山
安全なコンクリートダムを合理的に設計するためには、基礎岩盤のせん断強度を精度よく評価する必要がある。このため、本研究は、岩盤の各種要因がせん断強度に及ぼす影響について検討を行うものである。
11年度は、石膏材料で作製した岩盤模型を用いてせん断実験を実施し、硬岩と軟岩の物性値が硬軟複合岩盤のせん断強度に及ぼす影響について検討を行った。その結果、硬軟複合岩盤のせん断強度は、面積加重平均より計算されるせん断強度よりも小さく、硬岩と軟岩の物性値の差が小さいほど軟質岩盤のせん断強度に近づく傾向があることを明らかにした。
研究期間：平10～平13
担当者 ： 吉田、宮内、平山、安田
近年、複雑な地質条件を有するダムサイトの増加に伴い、ダムの安定性を確保するために岩盤掘削量が増大し、長大法面が生じる事例が増えている。このため、ダムの地質調査や設計においては、ダム基礎ばかりでなく掘削法面の安定性についても十分に検討する必要が生じてきている。
10年度に実施した掘削法面のアンケート調査より、掘削法面の変状は亀裂性岩盤において多く発生していることから、11年度は、一様な流れ目を有する地山をモデル化し、個別要素法を用いて掘削後の法面の安定性について検討を行った。その結果、流れ目の傾斜角が30°～40°の範囲で掘削法面はもっとも不安定となることを明らかにした。
研究期間：平10～平12
担当者 ： 吉田、宮内、平山、安田
近年、地質条件の良好でないサイトにダムを建設する事例が増加するにつれて止水処理に要する費用が増大する傾向にあり、基礎処理を合理化することが喫緊の課題となっている。本調査は、基礎処理グラウチングの設計、施工全般にわたる合理化の可能性について検討することを目的としている。11年度は、既設ダムのカーテングラウチング施工データを分析することにより、グラウチングの施工の効率化について検討を行った。その結果、基礎岩盤の状況に応じて注入圧力を適切に設定することで、効果的な注入を達成することが可能であることを確認した
研究期間：平８～平13
担当者 ： 吉田、波多野、金子
現在、ダムの耐震性は震度法を用いた解析によって確認しているが、より合理的なダムの耐震設計を行うためには、地震時のダムの挙動を再現した設計手法の確立が必要である。震度法においては堤体内に引張応力が生じないよう断面を定めているが、コンクリートダムの耐震性を動的解析法によって検討した場合、大地震時にダム堤体内に大きな引張応力が発生する可能性が指摘されており、コンクリートの動的載荷時の引張強度を精度良く把握することが極めて重要である。
11年度は、10年度に引き続き、コンクリートの動的引張強度の載荷パターン依存性について検討した。その結果、載荷速度が連続的に変化する場合、繰り返し載荷の場合におけるコンクリートの引張強度特性が明らかになった。
研究期間：平９～平12
担当者 ： 吉田、佐々木、町田
近年、良質な原石山が少なくなり、ダムコンクリート用骨材の歩留り率が低下しダム建設コストの増加を招いている。歩留まり率を増加させるためには従来廃棄されている原石のうち利用可能な骨材の範囲を明らかにする必要がある。本調査は骨材の品質がコンクリートの物性値に及ぼす影響を把握することを目的とするものである。
11年度は、ダム現場で使用されている骨材と、廃棄岩を用いたコンクリートの耐凍害性について比較した。その結果、廃棄岩でも充分な耐凍害性を有するコンクリートが得られた。これは硬化コンクリートの気泡組織が良好であったためと考えられる。
研究期間：平９～平12
担当者 ： 吉田、佐々木、大滝
本調査は、コンクリートダム建設工事におけるCO2排出抑制技術開発の一環として、セメントの一部をスラグ、フライアッシュ（以下、「FA」という。）等の混和材で置換した省エネルギー型セメントを用いたダム用コンクリートの利用技術に関する検討を行うものである。11年度は、セメントの一部をFA(Ⅰ種)で置き換えたコンクリートにおいて、所要の圧縮強度を満足するFA置換率（=F/(C+F)）ごとの単位セメント量について比較・検討した。その結果、単位セメント量が最小となったのは３日材齢でFA置換率=60%、91日材齢でFA置換率=45%のときであった。また、このときの単位セメント量の低減率は概ね18～20%であり、試算によれば、これによりコンクリートダム建設工事において発生するCO2総排出量の約13%を削減できることが明らかとなった。
研究期間：平９～平12
担当者 ： 吉田、佐々木、町田
近年、熟年労働者の不足に対処するため、ダムの建設工事においても省人化を目指した施工法の開発が望まれている。そのような施工法の一つとして高流動コンクリートの採用が考えられる。そこで、本調査はダム用の高流動コンクリートの配合について検討を行うものである。
11年度は、増粘剤系高流動コンクリートと粉体系高流動コンクリートの配合設計を行い、水粉体比ごとに配合を比較した。その結果、所要の流動性と材料分離抵抗性を得るために必要な単位結合材量は、粉体系高流動コンクリートの方が少ないことが確認された。
研究期間：平10～平12
担当者 ： 吉田、佐々木、大滝
CSG（Cemented Sand and Gravel）材料とは、建設現場付近で容易に得られる河床砂礫や掘削ズリなどから大玉だけを除いてセメント、水を混合したもので、単位セメント量が60～100kg/m3程度の超貧配合硬練りの材料である。これまで、ダムの仮締切堤のほか、永久構造物である貯砂ダムの堤体材料として使用されている。通常のコンクリートダム工事に比べ骨材製造プラントなどの仮設備を大幅に縮小し、骨材粒度のバラツキを許容し厳密な水分管理も行わないため、強度のバラツキやワーカビリティーの変動が大きい。本調査はCSG材料をダムの堤体材料として利用する場合の諸課題について検討するものであり､11年度は骨材粒度の変化がコンシステンシーに及ぼす影響について検討した。その結果、粗骨材よりも細骨材の質量変化の方がコンシステンシーに及ぼす影響が大きく、骨材粒径が小さくなるほどその影響が大きくなる傾向が認められた。
研究期間：平11～平14
担当者 ： 吉田、宮内、平山、安田
管理段階のダムが年々増加する中、限られた人員で多くのダムを管理しなければならず、従来にも増して確実で効率的な安全管理が要求されている。本調査は、合理的なダムの安全管理手法について検討を行うものである。11年度は管理中の重力式コンクリートダムでの揚圧力の計測とドレーン孔の維持管理の重要性についてDarcy則に基づく3次元浸透流解析により検討を行った。その結果、ドレーン孔により揚圧力が効果的に低減されており、ドレーン孔の維持管理が安全管理上重要であることが確認された。
研究期間：平５～平12
担当者 ： 吉田、佐々木、町田
月山ダムは堤高123mの重力式コンクリートダムで、ＲＣＤ工法により施工されている。
本調査は、東北地方建設局の依頼を受けてRCD用コンクリートの諸特性について検討を行うものである。
11年度は骨材の品質と水セメント比が内部コンクリートの耐久性に及ぼす影響を調べるために、実際のダムにおける内部コンクリートの環境条件を考慮して水分移動を遮断した条件で凍結融解試験を行った。その結果、骨材の品質は耐久性に大きな影響を及ぼすが、骨材の品質が劣る場合でも水分移動を遮断した内部コンクリートは十分な耐久性を有していることが分かった。また、水セメント比が大きくなれば耐久性が低下することが確認された。なお骨材の品質が圧縮強度に及ぼす影響は小さかった。
研究期間：平10～平13
担当者 ： 吉田、佐々木、大滝
横川ダムは堤高73mの重力式コンクリートダムである。本調査は、北陸地方建設局の依頼によって、骨材の品質がコンクリートの特性に与える影響について検討を行うものである。
11年度は、骨材の最大寸法が小さくなることによる単位セメント量の増加を低減させる一つの方策として、セメントの一部を高性能なフライアッシュⅠ種で置き換えたときのコンクリートの強度特性に与える影響について検討を行った。その結果、若材齢における強度発現に対するフライアッシュ置換の影響は、結合材水比およびフライアッシュ置換率に関係なく比較的小さくなり、単位セメント量を低減させる方法として、セメントの一部をフライアッシュⅠ種で置換することは有効であることが明らかとなった。
研究期間：平11～平12
担当者 ：吉田、佐々木、大滝
長島ダムは堤高109mの重力式コンクリートダムで、その上流に建設される貯砂ダムにはCSG工法を採用している。本調査は、中部地方建設局の依頼によって、CSG材料の特性について検討を行うものである。
11年度は、骨材粒度の変化に伴う実積率の変化がCSG材料のコンシステンシーに及ぼす影響について検討した。その結果、骨材粒度の変化がコンシステンシーに及ぼす影響は、実積率の変化による影響と比較して骨材粒形の影響が大きく、実積率による単一要素だけではコンシステンシーへの影響を明確に評価することが困難であることから、粒径別骨材の影響も考慮したうえで総合的に評価する必要があることが明らかとなった。
研究期間：平９～平12
担当者 ：吉田、佐々木、大滝
小里川ダムは堤高114mの重力式コンクリートダムで、RCD工法を用いて建設されている。本調査は、中部地方建設局の依頼によって、骨材の粒度がRCD用コンクリートの諸特性に与える影響について検討を行うものである。
11年度は、RCD用コンクリートの圧縮強度に大きな影響を与えると考えられる骨材粒度と締め固め特性の関係について検討した。その結果、細骨材率の変化は締め固め特性に少なからず影響を与え、それに伴い圧縮強度も影響を受けることが確認された。しかし、粗骨材粒度の影響に関しては、今回の試験では明確な差が確認できなかったことから、細骨材率の影響と比較し小さいものと考えられる。
研究期間：平４～平11
担当者 ：吉田、佐々木、大滝
新丸山ダムは丸山ダムの再開発事業として建設される堤高123mの嵩上げダム（重力式コンクリートダム）である。本調査は、中部地方建設局の依頼によって、嵩上げダムの設計法について検討を行うものである。
11年度は、河床狭窄部の人工岩盤として計画されている超貧配合コンクリートの施工合理化を目指して、骨材分級の簡略化の可能性について検討した。
その結果、コンクリートの締固め密度比は実積率が大きいほど大きくなる傾向を示し、また、実積率の大小関係を分類する要素として、5-0mm粒径骨材の影響が他の粒径骨材の影響よりも、大きいことが明らかとなった。
研究期間：平９～平12
担当者 ：吉田、佐々木、町田
大滝ダムは堤高100mの重力式コンクリートダムで、施工の合理化を図るため、各種の新工法に取り組んでいる。本調査は、近畿地方建設局の依頼によって、重力式コンクリートダムの合理化施工について検討を行うものである。
11年度は、粗骨材の粒度分布が高流動コンクリートのフレッシュ性状である流動性と材料分離抵抗性に及ぼす影響について検討した。その結果、流動性、材料分離抵抗性のそれぞれに特定の粒径が影響を及ぼすが、粗骨材粒度を大きく変化させてもダム用高流動コンクリートのフレッシュ性状に及ぼす影響は大きくないことが分かった。
研究期間：平７～平11
担当者 ：吉田、佐々木
温井ダムは堤高155mのアーチ式コンクリートダムである。本調査は、中国地方建設局の依頼によって、温井ダムの構造の安全性について検討を行うものである。
11年度は、実地震波記録を用いて時刻歴動的応答解析を行い、兵庫県南部地震規模の地震に対するダムの安定性について検討を行った。その結果、複数の実地震波に対する検討を通して、アーチダムのような高次の不静定構造物では、大きな引張応力が発生しても応力再配分によって高い安全性を維持できることを確認した。
研究期間：平７～平12
担当者 ：吉田、佐々木、金子
川辺川ダムは堤高107.5mのアーチ式コンクリートダムである。本調査は、九州地方建設局の依頼によって、川辺川ダムの構造の安全性について検討を行うものである。
これまでに荷重分割法によってアーチダム基本形状が選定され、三次元有限要素法による堤体応力の検討がなされている。さらに、堤体の安定性を最終的に確認するため、構造模型実験を行うこととしており、10年度、構造模型の縮尺、使用材料の選定を行い、それらに基づいて堤体模型および岩盤模型を作製した。11年度は、堤体模型と岩盤模型の接合により２体の模型を完成させ、それに対する載荷実験を行った。
研究期間：平６～平12
担当者 ：吉田、宮内、平山、安田
立野ダムは堤高87mの曲線重力式コンクリートダムである。本調査は、九州地方建設局の依頼によって、立野ダム基礎岩盤の浸透流解析を行い、立野ダムの止水設計の提案を行うことを目的とするものである。11年度は、9,10年度に実施した基礎岩盤の浸透流解析の精度向上のための検討を行った。具体的には、岩盤の亀裂を粗度を有する平行平板によりモデル化し、粗度と開口幅が浸透流解析に用いる各係数に与える影響について実験的検討を行った。その結果、相対粗度と各係数の間には相関関係があることが認められた。