土木現場において、堤防やダム、盛土が破壊に至る典型的な要因のひとつが「パイピング」です。
地盤内部を流れる浸透水が細かな土粒子を少しずつ運び去り、やがて“水みち”となって貫通すると、構造物は内部から弱体化していきます。
外からは見えにくく、気づいたときには大規模な変状や決壊につながることもあるため、原因の理解と早期対策が欠かせません。
この記事では、パイピングの原因や発生メカニズム、現場で取られる対策までをわかりやすく整理します。
土木分野におけるパイピング現象とは？
パイピングについて解説していきます。
パイピングの意味や現象
パイピングについて、土の中でどんなことが起こっているのか図解にしてみました。（上記図解参照）
パイピングとは、地中を流れる浸透水の作用によって土粒子が徐々に流出し、地盤内部に管状の空洞（水みち）が形成される現象をいいます。
主に砂質土で発生しやすく、堤防やダム、土留め構造物の安全性に大きな影響を及ぼす重要な地盤現象です。
この現象は、地盤内に水位差が生じることで始まります。
水位の高い側から低い側へと浸透流が発生し、その流れが強くなると、土の間隙を通る水が細かな土粒子を引き抜きながら移動します。
最初は微細な流出ですが、土粒子が失われることで空隙が拡大し、やがて管のような連続した空洞が形成されます。
パイピングが起きるとなぜ問題？
パイピングの問題点はこちらです。
| 問題点 | 内容 | 起こる結果 |
|---|---|---|
| 地盤内部の空洞化 | 土粒子が流出し、管状の空洞ができる | 地盤が弱くなる |
| 支持力の低下 | 土が締まらなくなり、密度が下がる | 構造物が沈下する |
| 内部侵食の進行 | 水みちが拡大し、流出が加速 | 破壊が止まりにくい |
| 堤防・ダムの破壊 | 内部から浸食される | 決壊・大規模災害 |
| 目視しにくい | 地中で進行する | 発見が遅れる |
✔ 地中内部で進行するため気づきにくい
✔ 一度水みちができると進行が加速する
✔ 表面が無事でも内部が破壊されている場合がある
つまり、静かに進行し、突然大きな被害を生む現象のため、気づくのが遅れて事故になりやすいです。
パイピングが発生する主な原因
パイピング現象が発生する主な原因はこちらです。
| 原因 | 内容 | なぜ危険か |
|---|---|---|
| 水位差の発生 | 上流と下流などで水位差が生じる | 強い浸透流が発生する |
| 透水性の高い砂質土 | 水を通しやすく粒子の結びつきが弱い | 土粒子が流出しやすい |
| 細粒分が少ない地盤 | シルト・粘土分が少ない | 土のかみ合わせが弱くなる |
| 動水勾配の増大 | 浸透水の流れが強くなる | 土粒子が引き抜かれる |
| 遮水対策の不足 | 止水壁や矢板が不十分 | 流れが出口側に集中する |
✔ パイピングの本質は「強い浸透流が砂質地盤を侵食すること」
試験では水位差・砂質土・動水勾配・水みちなどのキーワードを押さえるのがポイントです。
パイピングが起きやすい条件・現場
パイピングが起きやすい条件や現場は以下の通りです。
| 条件 | 発生リスク |
|---|---|
| 砂質土 × 大きな水位差 | 非常に高い |
| 粘性土 × 小さな水位差 | 低い |
| 遮水工なしの堤防 | 高い |
パイピングの発生メカニズム
盤ぶくれの発生メカニズムを見ていきましょう。
盤ぶくれとは、難透水層下面に上向きの水圧が作用し、これが土の重さ以上になる場合、掘削底面が浮き上がり、最終的には難透水層が突き破られ、ボイリング状の破壊に至る現象のことです。
| 段階 | 起きていること |
|---|---|
| 第1段階 | 水位差が生じる |
| 第2段階 | 地盤内に浸透流が発生する |
| 第3段階 | 土粒子に作用する力が増加 |
| 第4段階 | 細粒分が流出する（内部侵食） |
| 第5段階 | 水みち（管状空洞）が形成 |
| 第6段階 | 水みち（空洞）が拡大し破壊に至る |
土木現場でいうと、河川の堤防やダムなどでは、上流側と下流側に水位差が発生します。
水は水位の高い側から低い側へ移動しようとし、その際に水は土のすき間（間隙）を通って流れますが、このとき、地盤内部に水圧勾配（動水勾配）が生じます。
また浸透流が強くなると、水が土粒子を引き抜こうとする力が働きます。
この力が土粒子の自重や有効応力より大きくなると、土粒子が動き始めるという仕組みです。
このような状態になると、細かい砂粒が水とともに流出します。
そのときに粒子が抜けた部分に空隙ができ、そこにさらに水が集中する結果、管のような空洞（水みち）が形成されます。
これが土木で言われる「パイピング」現象です。
水みちが発達すると侵食が加速し、地盤内部が連続的に空洞化します。
最終的には
- 地盤沈下
- 堤防決壊
- 構造物の崩壊
につながることがあります。
つまりパイピングとは、強い浸透流が砂質地盤の土粒子を引き抜き、地盤内部に管状（水みちをつくる）に侵食していく現象です。
これがパイピングの正体です。
パイピングの主な対策工法
パイピング対策の基本は、
① 浸透流を弱める
② 土粒子の流出を防ぐ
③ 動水勾配を小さくする
この3つです。
対策としては以下のような方法が考えられます。
| 対策 | 内容 | 目的 |
|---|---|---|
| 遮水工（止水壁・鋼矢板） | 水の回り込みを防ぐ | 浸透流を抑える |
| 地盤改良 | 薬液注入・深層混合など | 透水性を下げる |
| フィルター工 | 粒径に応じたフィルター層を設置 | 土粒子の流出防止 |
| 排水工 | 水抜きパイプや集水井を設置 | 水位差を小さくする |
| 余裕ある設計 | 動水勾配が限界値を超えない設計 | 安全率の確保 |
【比較表】ボイリングとパイピングの違い
ボイリングとパイピングの違いはこちらです。
| 比較項目 | ボイリング | パイピング |
|---|---|---|
| 図解 | ||
| 現象の概要 | 地盤が沸き上がるように流動化する | 土粒子が流出し水みちができる |
| 主な発生場所 | 掘削底面 | 出口側（堤防下流側など） |
| 原因 | 上向き浸透力 | 浸透流による内部侵食 |
| 土の動き | 地盤全体が浮き上がる | 局所的に管状に侵食される |
| 進行方向 | 下から上へ | 上流側から出口側へ |
| 見た目の特徴 | 砂水が噴き出す・地盤が不安定 | 砂混じり水の流出・陥没 |
| 危険性 | 掘削底面の崩壊 | 堤防・構造物の決壊 |
| キーワード | 限界動水勾配・有効応力ゼロ | 内部侵食・管状空洞 |
本質的な覚え方としては以下のとおり。
- ボイリング＝「浮き上がる」現象
- パイピング＝「削られて抜ける」現象
どちらも浸透流が原因ですが、
✔ ボイリングは“力のつり合い崩壊”
✔ パイピングは“内部侵食の進行”
ここが決定的な違いです。
ボイリングについてさらに詳しく知りたい方は以下の記事をご確認ください。
パイピングに関する試験・実務でのポイント
パイピングに関する試験や実務でのポイントをまとめましたので参考にしてください。
パイピング｜試験でのポイント
- 浸透流による内部侵食現象である
- 土粒子が流出し、**管状の空洞（水みち）**が形成される
- 主に砂質土で発生する
- 発生しやすいのは出口側（下流側）
- 原因は水位差による動水勾配の増大
- 「限界動水勾配」を超えると発生しやすい
- ボイリングとの違いを区別できることが重要（ボイリング＝浮き上がり、パイピング＝流出・侵食）
対策は
- 遮水工
- フィルター工
- 排水工
それぞれの役割を理解することが大切です。
重要キーワード：浸透流・内部侵食・砂質土・水みち
パイピング｜実務でのポイント
- 施工中は出口側の濁水・砂の噴出を確認する
- 堤防・仮締切では下流側の変状観察が重要
- 水位差が急激に大きくなる状況に注意
- 排水処理を急に止めない（急激な水位変化は危険）
- フィルター材は粒径設計が重要
- 遮水壁は「回り込み流れ」を防ぐ位置に施工する
- 地盤調査で透水性と粒度分布を確認する
- 兆候（陥没・濁り水）があれば早期対応する
実務では「早期発見」と「水位管理」が最重要です。
以上です。
ありがとうございました。