X 社会資本ストックの健全度評価・補修技術に関する研究
研究期間：平成13年度～17年度
プロジェクトリーダー：技術推進本部長 三木博史
研究担当グループ：技術推進本部（先端技術、施工技術、構造物マネジメント技術）、材料地盤研究グループ（新材料）、基礎道路技術研究グループ（舗装、トンネル）、構造物研究グループ（橋梁構造、基礎）
1. 研究の必要性
今後、社会基盤整備に対する投資余力が減少していくなか、安全で快適な社会・経済活動を維持していくためには、これまでに蓄積された膨大な社会資本ストック（土木構造物）を効率的に長く利用し続けていく必要がある。そのため、土木構造物を丈夫で長持ちさせるための以下のような技術開発が必要である。
1）構造物の状態を的確かつ効率的に把握し、健全度を診断する技術
2）評価結果に基づいて構造物を適切に補修する技術
3）適切な時期に適切な補修を行うことで、構造物の延命化、更新時期の平準化、補修・更新費用の最小化、ライフサイクルコストの最小化等を図り、安全で供用性の高い構造物を戦略的に維持管理していく技術
2. 研究の範囲と達成目標
本重点プロジェクト研究では、上記1）、2）、3）にそれぞれ対応して、(1)構造物の健全度診断のための非破壊検査・監視技術や損傷評価手法の開発、(2)劣化や損傷を受けた構造物の補修技術、舗装の低騒音・低振動性能を回復する技術の開発、(3)構造物の維持管理システムとして、コンクリート構造物の維持管理支援システム、橋梁や舗装の計画的な補修と維持管理を支援する戦略的維持管理手法の開発を行う。 以上の達成目標を整理すると以下のとおりである。
(1) 構造物の健全度診断技術の開発
(1)-1 土木構造物の健全度評価のための非破壊検査・監視技術の開発
(1)-2 補修の必要性を判定するための損傷評価手法の開発
(2) 構造物の補修技術の開発
(2)-1 コンクリート構造物の補修工法の開発
(2)-2 既設舗装の低騒音・低振動性能の回復技術の開発
(2)-3 劣化などを受けた構造物の補修技術の開発
(3) 構造物の維持管理システムの開発
(3)-1 コンクリート構造物の維持管理支援システムの開発
(3)-2 将来の維持管理を軽減する橋梁の戦略的維持管理手法の開発
(3)-3 将来の維持管理を軽減する舗装の戦略的維持管理手法の開発
3. 個別課題の構成
本重点プロジェクト研究では、上記の目標を達成するため、以下に示す研究課題を設定した。なお、各課題と上記の達成目標との関係は＜ ＞で示したとおりである。
(1) 鋼構造物の劣化状況のモニタリング手法に関する調査（平成12～15年度）＜(1)-1＞
(2) 橋梁などの下部構造の健全度評価手法に関する研究（平成13～16年度）＜(1)-2＞
(3) アースアンカーの健全度診断・補強方法に関する研究（平成14～17年度）＜(1)-1、(1)-2、(2)-3＞
(4) 既設コンクリート構造物の補修技術の開発（平成12～15年度）＜(2)-1＞
(5) 舗装の低騒音・低振動機能の回復に関する研究（平成12～16年度）＜(2)-2＞
(6) 既設トンネルの補修・補強技術の開発（平成12～16年度）＜(2)-3＞
(7) 鋼橋塗替え塗装の高度化に関する調査（1）（平成13～17年度）＜(2)-3＞
(8) 鋼橋塗替え塗装の高度化に関する調査（2）（平成15～17年度）＜(2)-3＞
(9) コンクリート構造物の維持管理計画に関する研究（平成12～15年度）＜(3)-1＞
(10) 橋梁の健全度評価と維持管理システムの高度化に関する研究（平成13～16年度）＜(3)-2＞
(11) 舗装マネジメントシステムの実用化に関する研究（平成13～15年度）＜(3)-3＞
平成17年度は、これらのうち、(3)、(7)、(8)の3課題を実施している。
4. 研究の成果
本重点プロジェクト研究の平成17年度の個別課題の成果は、後に掲載する個別論文に示すとおりである。
なお、「2. 研究の範囲と達成目標」に示した達成目標に関して、平成17年度までに実施した研究の成果と今後の課題について要約すると以下のとおりである。
(1) 構造物の健全度診断技術の開発
我が国が保有する道路橋はおよそ14万橋に達し，近い将来，大規模な更新の時期を迎えることが想定される。これらを限られた予算の中でいかに合理的に維持管理していくかが大きな課題となっている。
「(1) 鋼構造物の劣化状況のモニタリング手法に関する調査」においては、モニタリングによる鋼橋の変状監視の可能性を検討するため、まず、実橋における長期計測を行い、橋梁各部の応力の時間変動と活荷重や温度変化との関係を把握した。また、土木研究所構内の試験橋を対象に、その実挙動を概ね再現可能な3次元FEM解析モデルを作成するとともに、試験橋に各種変状を意図的に与えたときの感度分析を行い、モニタリングの適用限界を明らかにした。その結果、各種変状による応力の変化量は概して小さく、変状を特定した上で局部的な応力集中箇所をねらった計測を行うか、橋梁全体に網羅的にセンサを設置しない限り、変状監視のためのモニタリングは実務的には難しいことが確認された。このように、現状では、腐食、疲労ともに目視点検が優位にあるが、将来的なモニタリング技術の実務への適用という観点から、モニタリング技術の適用対象、活用方法等をとりまとめた。有望なモニタリング技術の活用例としては、1) 変状確認後の恒久対策までの進展性の監視、2) 応力計測による耐荷力評価・対策効果確認、3) 活荷重計測、4) 特定橋梁のリアルタイム震害監視、5) 目視不可の部位の状態把握（超音波探傷等）などが考えられるので、今後さらに、本研究の成果を活かした検討を継続していく予定である。
次に、橋梁の下部構造では、洗掘に対する健全度評価の開発が不可欠となっている。「(2) 橋梁などの下部構造の健全度評価に関する研究」では、洗掘による橋梁の被災事例を基に、被災に与える要因を分析し、橋脚では架設年代等が、また橋台では架橋地点の地形や最小径間長等が洗掘被災に及ぼす影響が大きいことを明らかにした。また、既往の洗掘推定式について防災点検の実測値との比較を行った結果、土木研究所の式が比較的よい相関で洗掘のおそれがある橋脚の将来予測に用いることができることがわかった。さらに、直接基礎、ケーソン基礎、杭基礎の基礎形式別に洗掘による基礎の耐力低下を検討した結果、同じ深い基礎であってもケーソン基礎の方が杭基礎よりも耐力の低下度合いが大きいことが判明したので、両者を区分した健全度評価表を提案した。以上の成果により、洗掘による被害を受ける橋梁を従来よりも明確に抽出できるようになった。今後は、洗掘を受けた基礎の保有耐力の評価方法を含めて、引き続き健全度評価手法の高度化の研究を進めていく予定である。
一方、グラウンドアンカー（以下、「アンカー」という）は、我が国に導入されて以来40年以上経過しており、これらの中には当時の施工技術や防食技術が未熟なものもあり、引張り材の腐食等に伴い、破断や頭部の飛び出しなどの問題も見られるようになってきている。このため、これらの問題が発生する前にアンカーの健全度を調査・診断する手法を開発するとともに、アンカーの補強・補修方法の開発を行う必要がある。そこで、「(3) アースアンカーの健全度診断・補強方法に関する研究」においては、施工後長期間経過した実現場のアンカーの現状を調査し、鋼棒、鋼より線タイプともに、引張り材が腐食などの問題を抱えている場合があることを確認した。また、アンカー頭部背面の引張り材の健全度調査・診断に超音波探傷試験が適用可能であることを明らかにした。そして、点検や各種調査手法を組み合わせたアンカーの健全度診断手法をとりまとめた「グラウンドアンカーの点検・健全性調査・補修マニュアル（案）」を作成した。今後は、このマニュアルの普及を図るとともに、アンカー深部の健全性調査手法や補修・補強対策の研究が望まれる。
(2) 構造物の補修技術の開発
「(4) 既設コンクリート構造物の補修技術の開発」では、コンクリート構造物のひび割れへの樹脂注入や、劣化部分を取り除いてコンクリートを打ち直す断面補修技術について、工法選定の考え方、施工性、補修結果の評価法を提案することを目標としている。まず、鉄筋を有する試験体に人工的にひび割れを発生させ、このひび割れに対して各種のひび割れ補修工法を実施し、これによる鉄筋の腐食防止効果を測定することで、各種ひび割れ補修工法の特性と効果を明らかにした。そして、これをもとにひび割れ補修に関する工法選定手法の提案を行った。同様に、断面補修工法についても工法選定手法の提案を行った。今後は、樹脂や断面修復材の要求性能について試験方法も含めた検討を実施していきたいと考えている。
道路交通による騒音や振動を抑制し沿道環境を改善するため、排水性舗装の舗設による低騒音化や表層打換えでの平滑化による低振動化を図る場合がある。しかし、これらの方策では、供用とともに抑制効果が低下するため、機能の回復が必要となる。このため、「(5) 舗装の低騒音・低振動機能の回復に関する研究」では、清掃等による舗装の騒音低減機能の回復に関する検討、ならびに、路床強化等に比べて小規模な工事で振動軽減効果の持続性を向上させることができる舗装技術の開発を行った。その結果、コストパフォーマンスを考慮した適切な排水性舗装の機能回復手法を提案するとともに、振動軽減効果がある3種類の舗装技術を開発した。今後は，詰まりの原因となる塵埃を取り除く日常の清掃の効果など、機能回復のほかに機能維持の考え方で検討している事例もあるので、現場での実績などを踏まえて効率よい運用方法を検討していく必要がある。また、低振動機能については、切迫したニーズが発生したときの備えとして位置付けておきたいと考えている。
次に、老朽化したトンネルが増大する状況のなか、限られた公共投資のもとで効率的なトンネルの維持管理を進めるために、変状が発生しているトンネルに対して適切な補修、補強を行うための技術開発が求められている。そこで、「(6) 既設トンネルの補修・補強技術の開発」では、変状が発生したトンネルに適用される補修工や補強工について、耐荷力の決まる破壊形態を押抜き載荷試験や覆工載荷実験によって明らかにし、設計に用いる耐荷力の評価方法を提案した。また、新材料を用いた新工法として、1)覆工コンクリート片はく落防止の役目とともに対策実施後も覆工表面のひび割れが観察可能な補修工、2)覆工が損傷して耐荷力が低下した覆工の内面に薄肉の補強工を施すことで耐荷力の向上を図る補強工を開発した。さらに、変状が発生したトンネルの変状発生メカニズムを解明するための手法の一つとして、ひび割れの進展を考慮できるシミュレーション解析による作用荷重の推定を行い、トンネルに作用する土圧の評価手法としての適用可能性の目処を得た。今後は、補修の必要な箇所を簡単に見出す方法についても研究を進めて行く必要があると考えている。
一方、鋼橋等の鋼構造物は、塗装等によって耐久性を確保している社会資本である。「(7) 鋼橋の塗替え塗装の高度化に関する調査 (1)」では、鋼橋の耐久性確保に不可欠な定期的な塗替え塗装の塗膜耐久性を左右する素地調整に着目し、塗装間隔の延長化と維持管理の効率化が図れる塗替え塗装時の素地調整技術の開発を目標としている。そして、ライフサイクルコストや環境面で今後主流になると考えられる重防食塗装系（ふっ素樹脂塗料）を対象に、塗膜の耐久性に影響を及ぼす素地調整の品質のうち、目視では判断が困難な付着塩分の除去方法について検討し、ふっ素樹脂塗装のための許容付着塩分量は200mg/m2程度以下であること、また、スチ－ムによる付着塩分の除去効果が高く、ブラスト材の種類、洗浄圧力、洗浄回数は付着塩分の除去効果にあまり影響しないこと、さらに、ISO Sa3によるブラストと洗浄により、海浜部の鋼橋においても、付着塩分量を許容値以下にできることなどを明らかにするとともに、ふっ素樹脂塗装系で塗替えを行う場合における現場での素地調整方法の提案を行った。今後さらに、現場施工管理データや長期的な挙動に関する検証データを蓄積しながら技術を確立していく必要がある。
また、「(8) 鋼橋の塗替え塗装の高度化に関する調査 (2)」では、より耐久性の高い塗料の使用による塗装間隔の延長化を実現するため、塗り重ね回数を低減して塗装コストを削減できる34種類の新規塗料を考案し、これらの性能評価試験と耐久性評価試験、および塗着効率の良い塗装方法による新規塗料の施工性に関する検討を行った。その結果、考案した新規塗料の1/3程度が従来の重防食塗料と同程度の防食性能を有しており、3/4程度が従来の重防食塗料と同程度の耐候性を有していることを明らかにした。今後、さらにこれらの試験を継続して新規塗料の耐久性を見極めていく予定である。また、塗着効率の良い塗装方法としてエアアシストエアレス塗装機に着目し、塗料の飛散が少ない塗装機であることを確認した。
(3) 構造物の維持管理システムの開発
「(9) コンクリート構造物の維持管理計画に関する研究」では、非破壊試験を活用したコンクリート構造物の健全度診断技術と、これを用いた構造物群の維持管理計画策定手法の提案を目標としている。研究項目は、(1)構造物の劣化実態の調査およびいくつかの実構造物に対する試行的な健全度診断、(2)鉄筋腐食度、かぶりコンクリートの品質、コンクリート中の塩分量等に関する調査技術の改良、(3)ひび割れが鉄筋の腐食に与える影響の確認、(4)非破壊試験等を活用したコンクリート構造物の総合的な健全度診断技術手法のとりまとめ、および活用例の提示などである。その結果、自然電位法による鋼材の腐食確率推定や反発度法によるコンクリート強度推定について、既存の調査法を改善するための知見が得られた。さらに、これらの成果を合わせて、合理的にコンクリート構造物の定期点検等を行うための「非破壊試験を用いた土木コンクリート構造物の健全度診断マニュアル」を発刊した。また、診断マニュアルやその支援ソフトを使用して、維持管理戦略を検討する例を示した。このうち、いくつかの個別の調査技術については、国土交通省の竣工時検査（テストハンマーを用いた強度推定調査）や維持管理指針（橋梁点検要領、H16年3月）に反映されるなど、有用な成果を得ることができた。今後は、これらの成果の一層の普及を図っていく予定である。
「(10) 橋梁の健全度評価と維持管理システムの高度化に関する調査」においては、管理者が管内の橋梁の維持管理計画を策定する際に、意思決定の支援ツールとして活用することを想定し、補修補強のシナリオに応じた将来の補修費用算出プログラムを作成した。また、実橋（橋梁点検データ）を対象に、健全度評価を実施して各種条件・要因が将来予測に与える影響について検討するとともに、補修補強対策のシナリオを与えた場合の補修費用の将来推移に関する試算を行い、予防保全による管理の有効性を確認した。さらに、既設鋼桁橋の疲労損傷を対象として、交通条件や構造条件を基に疲労耐久性を概略評価する方法や、鋼部材の塗装劣化・腐食、床版のひび割れを対象とした補修の優先度策定手法の提案を行った。最終的なシステム構築には至っていないが、提案した手法では、ユーザーが補修対策のシナリオを条件設定し、シナリオに応じて評価期間内のLCCを算出できるようにしており、シナリオ毎の費用比較により対策の優先順位の判断に資するものである。また、個別の要素技術として、鋼部材の疲労耐久性評価手法の提案も行っており、今後は個別の劣化損傷に対する点検・診断・対策技術の検討を進めていく予定である。
さらに、「(11) 舗装マネジメントシステムの実用化に関する研究」では、1)道路管理者、道路利用者、沿道住民などの視点からの舗装の管理目標の設定、2)ライフサイクルコストの算定方法の提案、3)舗装の管理目標とライフサイクルコストを考慮した戦略的維持管理手法の提案を目標としている。具体的な成果としては、道路管理者、道路利用者、沿道住民などの視点を考慮した舗装の管理目標ならびにライフサイクルコストについて、海外文献により管理目標の考え方を整理し、道路管理者、道路利用者等の視点からの管理目標の概念を明らかにするとともに、道路管理者、道路利用者等の視点を考慮したLCCの算定方法を提案し、マニュアルにとりまとめた。ただし、舗装の管理目標とLCCを考慮した戦略的維持管理手法の提案のためには、具体的な管理目標値の設定や供用性曲線の精度向上等の課題が残された。今後は、管理目標について具体的な検討を行っていくとともに、現場のデータ収集等を通して供用性曲線の精度向上を行っていく必要がある。
個別課題の成果
研究予算：運営費交付金（道路整備勘定）
研究期間：平14～平17
担当チーム：技術推進本部（施工技術）
研究担当者：大下武志、小野寺誠一
【要旨】
グラウンドアンカー（以下、「アンカー」という。）は、我が国に導入されて以来50年近く経過しており、これらの中には当時の施工技術や防食技術が開発途上のものもあり、長期間経過したアンカーにおいては、のり面の変状や腐食等に伴う引張り材の破断や頭部の飛び出しなどの問題も見られてきている。このため、これらの問題が発生する前にアンカーの健全度を調査する手法を開発するとともに、アンカーの点検・健全度調査から補修までの維持管理の仕組み作りが必要である。本研究においては、長期間経過したアンカーの実態調査とともに、アンカーの健全度調査手法として超音波探傷試験の適用性に関して一連の試験を行った。また、これらの結果に基づき、アンカーの点検・健全度調査・補修マニュアル（案）の作成を行った。
キーワード： グラウンドアンカー、健全度調査、超音波探傷試験、腐食、点検、補修
研究予算：運営費交付金（一般勘定、道路整備勘定）
研究期間：平13～平17
担当チーム：技術推進本部（先端技術）
研究担当者：山元弘、石松豊、河北憲治
【要旨】
鋼橋は、塗装等によって耐久性を確保している社会資本であり、鋼構造を腐食から保護している塗膜を良好な状態に保つため、ある期間経過した後、適切な塗替え塗装が施される必要がある。塗膜の耐久性は、塗料の防食性能と素地品質によって決まる。特に、既設鋼橋の塗替え塗装では、素地調整（下地処理ともいう）の影響が大きいと言われており、本課題は、鋼橋の塗替え塗装における素地調整技術の研究を行うものである。
鋼橋塗替え塗装間隔の延長による維持管理の効率化のため、実態調査により問題点を整理し、塗替え時の塗料として塗膜の耐久性向上および環境問題に配慮した重防食塗装系（ふっ素樹脂塗料）を適用する場合における、適切な素地調整について検討した。ここでは、塗膜劣化に大きく影響する付着塩分量に着目し、その許容値および許容値以下となる素地調整の施工法について検討を行った。また、同施工法を適用した場合のLCC（ライフサイクルコスト）を求めて従来工法との比較も行ったのでここに報告する。
キーワード：鋼橋、塗装、素地調整、付着塩分
研究予算：運営費交付金（道路整備勘定）
研究期間：平15～平17
担当チーム：材料地盤研究グループ（新材料）
研究担当者：西崎到、守屋進
【要旨】
橋梁などの鋼構造物の耐久性を確保するためには、塗装など被覆による防食が不可欠である。しかし、完成した社会資本ストックの増大とともに維持管理費の削減が求められている。このため、より耐久性の高い塗料の使用による塗装間隔の延長化など、その維持管理の効率化が重要な課題となっている。そのため、塗り重ね回数を低減して塗装コストを削減できる新規塗料の性能評価試験と耐久性評価試験、および塗着効率の良い塗装方法による新規塗料の施工性に関する検討を行った。
キーワード：鋼橋塗装、塗装コスト、性能評価試験、耐久性評価試験、塗装方法
