事例研究：セメントコンクリートブランケットを用いた、破損した灌漑用水路の修復

導入
灌漑用水路は農業にとって不可欠なインフラですが、老朽化し​​た多くの構造物は、浸透、浸食、さらには壊滅的な崩壊に見舞われます。従来の修復方法（石積み、現場打ちコンクリート、またはフレキシブルメンブレン）は、多くの場合、コストが高すぎたり、工期が長かったり、耐久性が限られていたりします。このケーススタディでは、実際のプロジェクト、つまり、極端なアンダーカットと斜面不安定性によって崩壊した2.5キロメートルの灌漑用水路を検証します。選択された解決策は、セメントコンクリートブランケット（セメントマットとも呼ばれる）でした。問題、検討された選択肢、設置プロセス、および長期的な結果について見ていきます。その過程で、排水溝用ライナー、排水溝用プラスチックライナー、プラスチック排水溝ライナーなど、さまざまなライニング技術を用いたセメントコンクリートブランケットを評価し、セメントブランケットがかつて最良の選択肢であった理由を明らかにします。

問題点 ― 農業地帯における老朽化した運河
問題の運河は、もともと1970年代に裏打ちのない土水路として建設されました。数十年にわたる水の流れによって、堤防と底が徐々に浸食されました。2022年までに、3つの不具合が発生しました。まず、漏水による損失が取水量の40%に達し、つまり、ほぼ半分の水が下流の農地に届かなかったということです。次に、飽和した堤防が豪雨後に崩落し始め、運河を塞ぎ、緊急浚渫が必要になりました。3つ目に、落差工付近の高速流区間では、堤防の基部が浸食され、完全な決壊の恐れがありました。すでに300メートルの区間が完全に決壊し、5メートルの穴が開いて、1,200ヘクタールの水田への給水が途絶えました。地域の水道局は、迅速で耐久性があり、費用対効果の高い修理を求めていた。

セメントコンクリートブランケットを採用する前に、技術者たちは破損箇所の排水溝に柔軟性のあるライナーを検討した。ポリエチレン製の従来の排水溝用ライナーは浸透を止めることができるが、水路堤防の構造的不安定性には対応できない。補強なしでは、このようなライナーは岩や動物の活動によって穴が開く可能性があり、水圧による隆起にも抵抗力がない。こうした問題から、作業員たちはより頑丈な解決策を検討することになった。

セメントコンクリートブランケットが選ばれた理由
セメントコンクリートブランケットは、乾燥したコンクリート混合物を含浸させた柔軟なジオテキスタイルマットです。整地された斜面に設置して水分を含ませると、薄く（10～20 mm）、耐久性があり、不透水性のコンクリート層に変化します。この失敗した灌漑用水路では、いくつかの利点が際立っていました。設置は迅速です。ブランケットは数週間ではなく、数日で展開、固定、水分含浸できます。マットは、柔軟性のないプレキャストパネルとは異なり、不規則な浸食された輪郭に適合します。硬化したブランケットはほぼ不透水性で、浸透を防ぎます。また、柔軟な膜よりも水圧による隆起、洗掘、凍結融解による損傷に強く耐えます。

同グループは代替案として排水溝用のプラスチックライナーも検討した。一般的な排水溝用プラスチックライナー（例えば、40ミル厚のHDPE）は水の損失を防ぐのに非常に優れているが、滑らかで締固められた下地と、保護用のジオテキスタイルまたは土壌カバーが必要となる。すでに側溝が崩落していた水路では、下地は不均一で不安定だった。プラスチックライナーを設置するには、大規模な再整地と締固めが必要となり、工期が数週間延びることになる。さらに、排水溝用プラスチックライナーは側溝の斜面を補強するものではないため、その背後の土壌が動くとライナーが破れる。一方、セメントコンクリートブランケットは、下地と穏やかに接着し、荷重を分散させる剛性の高い外殻を形成する。

以前は、標準的なプラスチック製の溝ライナーという選択肢もありました。これは軽量で、通常は補強されていない膜です。プラスチック製の溝ライナーは安価で扱いやすいものの、紫外線による劣化、げっ歯類による損傷、破片による穴あきが発生しやすいという欠点がありました。堆積物や時折発生する木片を含む灌漑用水路では、5年以内に破損するリスクが許容できないほど高かったのです。セメントコンクリート製のブランケットは、硬化すると摩耗や衝撃に耐えられるため、長期間の使用に適しています。

段階的な修理手順
復旧作業は、300メートルの損傷箇所と、それに隣接する200メートルの損傷箇所、合計500メートルに及んだ。作業は5つの段階を経て行われた。

まず、ウェブサイトの準備に取り掛かりました。崩落した箇所は排水され、浮遊粒子が除去されました。崩れた斜面は、水平と垂直の比率が1.5:1の一定の傾斜に戻されました。排水と整地のために100mmの砂層が敷かれ、さらに、水分補給中に鋭利な物体からシートを保護するクッションとしても機能しました。

次に、ブランケットが敷設されました。セメントコンクリートブランケットのロール（それぞれ幅2メートル、長さ20メートル）が現場に運ばれました。作業員は、ブランケットを運河の底に沿って、また側面の斜面に沿って広げ、隣接するロールを100ミリメートル重ね合わせました。ブランケットは、金属製のステープルとアースピンで、貯水池の上部と底部に沿って固定されました。

第三に、水和と養生が行われました。低圧散水システムを使用して、ブランケット全体に均一に水が行き渡りました。セメント系混合物は内部で発熱反応を起こして水和し、24時間以内にブランケットは強固なコンクリート層に硬化しました。チームは、完全な強度発達を確実にするため、床をさらに72時間湿った状態に保ったままにしました。

第四に、継ぎ目は密閉され、保護されています。重なり部分はセメント系グラウトで密閉され、途切れることのない不透水性のバリアが形成されています。上流側と下流側では、以前はブランケットが既存のコンクリート構造物（ヘッドウォールとドロップボックス）に固定されており、水が補修箇所を浸食するのを防いでいました。

第5に、埋め戻しと植生回復が効果を発揮しました。金融機関の断熱材の上に薄い表土層を敷き詰め（許可されている場合）、芝生を植えることで、美観を向上させ、コンクリートへの熱ストレスを軽減しました。

同じプロジェクトにおいて、請負業者は、主要運河に水を供給する150メートルの支管の横に、排水溝用のライナーを別途設置しました。この支管は流速が遅く、堤防も安定していたため、排水溝用の柔軟性のあるライナー（強化ポリエチレン）が最適でした。しかし、主要運河の破損箇所については、セメントコンクリートブランケットの方がはるかに優れていました。

2年後の実績
修復とモニタリングの結果が優れた性能を示したため、2 回の灌漑シーズンを超えました。修復されたエリアからの漏水は推定 40% から 2% 未満に減少しました。下流の農家は、安定した水供給が 25% 増加したと述べています。運河の堤防の調査結果では、収縮や沈下は確認されませんでした。セメントコンクリートブランケットは、数回の凍結融解サイクル後もその完全性を維持しました。100 年に一度の豪雨イベントでは、流速が 3 m/s を超えましたが、ブランケットは無傷のままで、隣接する修復されていない土の部分は浸食されました。設置から2年間、修復された区間では修理や泥の除去は一切必要なかった。これは、以前は4～6ヶ月ごとに緊急メンテナンスが必要だった状況とは著しい対照をなしている。

それに比べて、排水溝に柔軟性のあるプラスチックライナーを採用した支線では、2回の穴あき修理が必要でした（1回は落石、もう1回はネズミの穴によるもの）。この排水溝用プラスチックライナーは、現在も継続的なメンテナンスを必要としています。一方、主要水路のセメントコンクリートブランケットは、メンテナンスフリーです。当局が他の高リスク区間のライニングを検討した際、その脆弱性から、流行のプラスチック排水溝ライナーを再び却下しました。代わりに、流速が速い場所や不安定な場所での今後の修理には、セメントコンクリートブランケットを使用することを決定しました。

費用対効果比較
修復された 500 メートルの区間について、ライフサイクル全体の費用評価が実施されました。セメントコンクリートブランケットのソリューション費用は、材料と設置で 18,500 ドル (幅 2 メートルの底面と側面の斜面の場合、1 メートルあたり約 37 ドル) です。想定される耐用年数は最小限のメンテナンスで 25 年以上で、軽微なひび割れの補修など 25 年間の総費用は約 22,000 ドルになります。現場打ちコンクリートの費用は 52,000 ドルで、10 日ではなく 6 週間かかります。粘土コア付きリップラップは 31,000 ドルになりますが、完全に不透水性ではなく、10 ～ 15 % の水を浸透させます。 25年以上にわたって、その無駄になった水の代償は45,000ドルに達し、全体として最も高額な選択肢となった。排水溝用の柔軟なプラスチックライナー（重荷重用）の初期費用は14,000ドルだったが、紫外線や穴あきのリスクのため、耐用年数はわずか12～15年と予想された。25年間で2回の主要な修理を行うと、総額は28,000ドルになり、さらにダウンタイム費用もかかる。初期費用が8,000ドルの低価格のプラスチック製排水溝ライナーでさえ、普遍的な交換が必要となり、構造的なサポートは提供されない。

セメントコンクリートブランケットは、初期費用が低く、耐久性が高く、浸透がないという優れた安定性を提供しました。低圧、低流量の排水路であれば、一般的なプラスチック製溝ライナーでも十分かもしれません。しかし、流量が多く、水理的に不安定な主要灌漑用水路には、セメントコンクリートブランケットの方が優れています。この事例研究の後、水道局は、すべての「重要区間」の補修において、セメントコンクリートブランケットを推奨ライニングとして分類するよう、技術基準を改訂しました。

学んだ教訓
このプロジェクトからいくつかの重要な教訓が得られました。適切な下地処理が不可欠です。高品質のセメントコンクリートブランケットでも大きな空隙を埋めることはできず、砂の均し方向が極めて重要であることが分かりました。重ね合わせ部分は少なくとも100mmとし、ブランケットの下に水が浸入しないようにセメントグラウトで密閉する必要があります。水和は慎重に管理する必要があります。水が多すぎるとセメントの微粒子が洗い流され、少なすぎると乾燥した部分が残ります。校正済みのスプレーバーの使用をお勧めします。最後に、ブランケットを既存の構造物（ヘッドウォール、ドロップボックス、またはフルーム）に組み込むことで、側面の洗掘を防ぐことができます。

このミッションでは、セメントコンクリートブランケットが一般的な排水溝用ライナー製品と併用できることも実証されました。同じ灌漑システムでは、側溝の排水溝用ライナー（フレキシブルメンブレン）は低エネルギー環境では十分機能します。しかし、主要水路の崩れた斜面では、セメントコンクリートブランケット以外では不十分でした。技術者は、ライニング技術を水理学的および地盤工学的要求に常に適合させる必要があります。さらに、セメントコンクリートブランケットの滑らかで硬い底面は、近くのヤナギやヨシの根の侵入を防ぎました。これは、攻撃的な根によって穴が開けられる可能性のあるプラスチック製の溝ライナーよりも優れています。

結論
セメントコンクリートブランケットを使用したこの破綻した用水路の復元はかつて大成功を収めました。 10 日以内に、壊滅的な浸食と浸透に見舞われた 500 メートルの部分が、耐久性があり、不浸透性で、メンテナンスの手間がかからない導水システムに変換されました。 2 年間の運用により、ブランケットの磨耗、凍結融解、水圧による浮き上がりに対する耐性が証明されました。現場打ちコンクリート、リップラップ、または曲がりやすい膜（排水溝用ライナー、排水溝用プラスチックライナー、プラスチック溝ライナーなど）などの選択肢とは対照的に、セメントコンクリートブランケットは、25 年のライフスタイルサイクルにわたって最も費用対効果が高いことが証明されました。

同様の課題に直面している灌漑地区、水道局、土木技術者にとって、セメントコンクリートブランケットは魅力的な解決策となります。ジオシンセティックスの柔軟性とコンクリートのエネルギーおよび不透水性を兼ね備えています。排水溝用のプラスチックライナーは低応力の支管にも有効であり、簡単なプラスチック溝ライナーは短い水路には十分かもしれませんが、水路がすでに破損していて恒久的で耐久性のある修復が必要な場合は、セメントコンクリートブランケットに勝るものはありません。この事例研究は、完璧な計画と設置により、セメントコンクリートブランケットが老朽化した灌漑インフラを迅速、手頃な価格で、かつ持続的に修復できることを示しています。

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