XI 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：技術推進本部総括研究官 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）、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
少子高齢化による投資余力の減少のなか、安全で快適な社会・経済活動を維持するには、これまでに蓄積された社会資本のストックを有効かつ長く利用し続けていくことが必要である。このため、土木構造物の健全度を正確に評価する技術、評価結果に基づいて的確に補修する技術、さらに、土木構造物のライフサイクルを考慮した戦略的な維持管理のマネジメントシステムの開発が求められている。
2. 研究の範囲と達成目標
社会資本ストックの健全度評価・補修技術に関して、本重点プロジェクト研究では、土木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をはじめ、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を開発する。さらに、構造物の維持管理システムとして、コンクリート構造物については健全度診断データベースの作成などの維持管理支援システム、橋梁や舗装については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。
(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）
(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）
(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）
(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）
(5) 舗装の低騒音・低振動機能の回復に関する研究（平成12～14年度）
(6) 既設トンネルの補修・補強技術の開発（平成12～16年度）
(7) 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）
(8) 鋼橋塗替え処理技術の高度化に関する研究（平成13～17年度）
(9) 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）
(10) 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）
平成15年度はこれらの10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個別課題の成果は、以下の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15年度に実施した研究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
「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、橋梁のモニタリングへの基礎検討として、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・温度変化の傾向との関係を把握した。また、試験橋を対象として解析モデルを作成し、橋梁の実挙動を概ね再現可能なモデルを作成するとともに、各種変状の感度解析を行い、モニタリングの適用限界を明らかにした。さらに、これらの結果等を踏まえ、実務への適用の観点から、モニタリング技術の適用対象、活用方法等を整理し、とりまとめを行った。とくに、3次元FEM解析における変状感度分析の結果、限られた変状ケースであるが、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測定を行うか、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。
また、「橋梁などの下部構造の健全度評価に関する研究」においては、洗掘を受けた基礎の耐力算定モデルを提案し、各基礎形式の安全余裕度を検討した。その結果、基礎形式による安全余裕度の違いや、杭基礎であっても杭の種別によって安全余裕度が異なることがわかった。また、洗掘の予測手法に関して、実際の洗掘データを基に洗掘推定式の検証を行った。今後は、既往の洗掘推定式も参考にし、洗掘に対する安定度評価表を検討していく予定である。
さらに、「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アンカーの実際の状況について調査を行った。この結果、引張り材には損傷等の問題は確認されなかったが、頭部及びその背面において防食機能の低下が殆どのアンカーで確認された。この様な問題は、他の現場の同様のアンカーでも予想されるので、アンカーの延命化を図るために補修・改良方法の実用化の検討を早急に行う必要がある。また、超音波探傷試験に関して一連の基礎的試験を実施し、その適用性をある程度明らかにした。今後は、健全度診断技術の確立を図るとともに、経済的かつ効果的な地山全体の健全度評価手法やアンカーの補修・補強の設計手法の提案を行っていく予定である。
(2) 構造物の補修技術の開発
「既設コンクリート構造物の補修技術の開発」においては、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、その工法選定や施工性、補修結果に対する評価法を提案することを目標としている。平成15年度は、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。また、断面補修工法についても14年度までの成果をもとに工法選定手法の提案を行った。
また、「舗装の低騒音・低振動機能の回復に関する研究」においては、舗装の騒音低減機能の回復手法の提案と、表層・基層の更新による振動低減機能の回復技術の開発を目標としている。平成15年度は、現道で排水性舗装の清掃による機能回復作業および各種分析を行い、機能回復特性について検討を行った。その結果、排水性舗装の配合により清掃効果が異なることや、路線により詰まり物の特性が異なることがわかった。また、長期間清掃を行っていない排水性舗装においては、洗浄による機能回復はほとんど期待できず、高い機能回復効果を得るにはかなり早い時期に洗浄を行う必要があることがわかった。今後は、清掃などによる舗装の騒音低減機能の回復技術ならびに補修などによる振動低減効果の付加技術について提案をとりまとめていく予定である。
さらに、「既設トンネルの補修・補強技術の開発」においては、コンクリート片はく落防止の一工法として用いられる鋼板接着工に対して、耐力の決まる力学的メカニズムを押抜き載荷試験により調べた。また、全周に等荷重が作用して圧縮せん断破壊が発生した状態を模擬した覆工供試体に内面補強工として実施した内巻きコンクリート工の力学特性を、実大規模の覆工載荷試験により明らかにした。今後は、増大する老朽化したトンネルの変状発生原因に応じた各種補修・補強工の設計手法を提案していく予定である。
(3) 構造物の維持管理システムの開発
「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。なお、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（次期橋梁点検要領、現在作業中）に反映されるなど、有用な成果を得ることができた。
「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、橋梁点検データを用いた劣化予測の考え方を整理するとともに、直轄工事事務所と連携し、管内の橋梁を対象として、各種補修補強対策のシナリオを与えた場合の補修費用と損傷度の将来推移に関するケーススタディを行った。今後は、損傷度と補修工法の対応付けの考え方等についてさらに検討を進め、システムの改良を行っていく予定である。
また、「鋼橋の塗替え処理技術の高度化に関する研究」においては、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。平成15年度は、塗膜の耐久性に影響を及ぼす素地調整の品質のうち、外観目視では取り扱うことが困難な付着塩分の処理について現況の鋼橋の付着塩分量について調査した。その結果、鋼橋の塗替えにおいて塗膜が劣化し錆の発生が見られる部分については、ブラスト処理を行った後も付着塩分が残留し、許容付着塩分量を上回る可能性が大きいことを明らかにした。また、複合サイクル試験（JIS Z5621）の日数と塩分付着量との関係を導き出すことによって、現況の鋼橋に近い試験片を作成できるようにした。今後は、現況の鋼橋の状態と同様な錆のある劣化した試験片を用いて、洗浄、素地調整（1種ケレン）による付着塩分の量を調査し、それを踏まえて、素地の品質確保のための下地処理方法の選定及びLCCの比較などを行い、最適な素地調整技術を開発する予定である。
さらに、「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。平成15年度は、最終年度として、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及び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12～平15
担当チーム：構造物研究グループ（橋梁構造）
研究担当者：村越潤、麓興一郎、高木伸也
【要旨】
道路橋ストックの効率的な維持管理を進めていく上で、構造物に生じている安全性の低下に繋がる現象を正確かつ効率的に把握するための手段の一つとしてモニタリングが挙げられる。本調査では、道路橋を対象として、鋼部材の劣化・損傷等の状態を把握するための各種センサを用いたモニタリング技術の活用方法について検討するものである。平成15年度は、モニタリング技術の適用対象と課題の整理、試験橋を対象とした3次元立体FEM解析によるひずみ及び変位計測によるモニタリングの限界と適用性の評価、実橋長期モニタリング結果による応力変動（活荷重、温度変化の影響）の分析を行った。
キーワード：橋梁、モニタリング、劣化損傷、維持管理、ひずみ、変位、3次元FEM解析
研究予算：運営費交付金（一般勘定）
研究期間：平13～平16
担当チーム：構造物研究グループ（基礎）
研究担当者：福井次郎，石田雅博，野々村佳哲
【要旨】
我が国が保有する道路橋はおよそ14万橋に達し、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。橋梁下部構造においては河床の洗掘により被災する橋梁が多く、既設橋梁の健全度を評価し橋梁の安全性を確認する手法の確立が求められている。
15年度は、洗掘を受けた基礎の耐力算定モデルを提案し、各基礎形式の安全余裕度を検討した。その結果、基礎形式による安全余裕度の違いや、杭基礎であっても杭の種別によって安全余裕度が異なることがわかった。また、洗掘の予測手法に関して、実際の洗掘データを基に洗掘推定式の検証を行った。
キーワード：基礎，洗掘，健全度，損傷，点検
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、井谷雅司
【要旨】
アースアンカーは、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、引張り材等の腐食に伴い、破断や頭部の飛び出しなどの問題も見られる様になってきている。このため、これらの問題が発生する前にアンカーの健全性を調査する手法を開発するとともに、健全性に問題のあるアンカーの補強・補修方法の開発を行う必要がある。15年度は、施工後長期間経過した実際のアンカーの健全性を調査し現状・問題点の検討を行うとともに、健全性調査手法としての超音波探傷試験の適用性に関して基礎的な室内試験とともに、現地での適用について調査を行った。
キーワード： グラウンドアンカー、健全性調査、超音波探傷試験、腐食、補強
研究予算：運営交付金（一般勘定、道路整備勘定）
研究期間：平12～平15
担当チーム：技術推進本部（構造物マネジメント技術）
研究担当者：河野広隆、渡辺博志、片平博
【要旨】
本研究では、コンクリート構造物を対象に、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、各種補修工法の特徴や補修効果を高めるための留意点を整理し、その工法選定や施工性、補修結果に対する評価方法を提案することを目的に研究を行った。15年度は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とし、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。また、断面補修工法についても14年度までの成果をもとに工法選定手法の提案を行った。
キーワード：ひび割れ補修、注入材、表面被覆、断面補修、促進試験、自然電位
研究予算：運営費交付金（道路整備勘定）
研究期間：平12～平16
担当チーム：基礎道路技術研究グループ（舗装）
研究担当者：伊藤正秀、新田弘之
【要旨】
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に舗装の機能を向上し、低騒音化、低振動化などの方策をとる場合があるが、供用とともに機能が低下し、機能の回復が必要となる。本研究では、清掃などによる舗装の騒音低減機能の回復に関する研究及び補修などによる振動低減効果の付加に関する研究を行っている。
平成15年度は、現道で排水性舗装の清掃による機能回復作業および各種分析を行い、機能回復特性について検討を行った。その結果、排水性舗装の配合により清掃効果が異なることや、路線により詰まり物の特性が異なることが分かった。また、長期間清掃を行っていない排水性舗装においては、洗浄による機能回復はほとんど期待できず、高い機能回復効果を得るにはかなり早い時期に洗浄を行う必要があることが分かった。
キーワード：排水性舗装、機能回復、路面騒音、現場透水量、路面テクスチャ
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12～平16
担当チーム：基礎道路技術研究グループ（トンネル）
研究担当者：真下英人、石村利明、箱石安彦、森本智
【要旨】
本研究は、増大する老朽化したトンネルの維持管理を効率的に進めるために、土圧の作用によるトンネル覆工の変状発生メカニズムを解明すると共に、変状発生原因に応じた各種補修・補強工の設計手法の提案を行うものである。15年度は、コンクリート片はく落防止の一工法として用いられる鋼板接着工に対して、耐力の決まる力学的メカニズムを押抜き載荷試験により調べた。また、全周に等荷重が作用して圧縮せん断破壊が発生した状態を模擬した覆工供試体に内面補強工として実施した内巻きコンクリート工の力学特性を、実大規模の覆工載荷試験により明らかにした。
キーワード：トンネル､覆工コンクリート、補修・補強、押抜き載荷試験、覆工載荷試験
研究予算：運営費交付金（一般勘定）
研究期間：平12～平15
担当チーム：技術推進本部（構造物マネジメント技術）
研究担当者：河野広隆、渡辺博志、片平博、久田真、古賀裕久
【要旨】
わが国では膨大な数のコンクリート構造物が社会資本として利用されており、今後もこれらの構造物を利用していくために、効率的な維持管理を実施していくことが必要である。本研究は、そのために必要な非破壊試験を活用した構造物診断技術や、これを構造物群の維持管理戦略の策定に活かす手法などを提案することを目標として実施した。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。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。
キーワード：維持管理、コンクリート、非破壊試験、塩害、腐食
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：吉田正、石松豊、亀丸征宏
【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、ある期間経過したのち、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の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）の影響が大きいといわれており、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。
15年度は、塗膜の耐久性に影響を及ぼす素地調整の品質のうち、外観目視では取り扱うことが困難な付着塩分の処理について現況の鋼橋の付着塩分量について調査した。その結果、鋼橋の塗替えにおいて塗膜が劣化し錆の発生が見られる部分については、ブラスト処理を行った後も付着塩分が残留し、許容付着塩分量を上回る可能性が大きいことを明らかにした。また、複合サイクル試験（JIS Z5621）日数と塩分付着量との関係を導き出すことによって、現況の鋼橋に近い試験片を作成することができるものとなった。
キーワード：鋼橋、塗装、素地調整、付着塩分
11.9 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
研究予算：運営費交付金（一般勘定）
研究期間：平13～平16
担当チーム：構造物研究グループ（橋梁構造）
研究担当者：村越潤、麓興一郎、高木伸也
【要旨】
道路橋ストックの高齢化が進む中で、更新時期の平準化、補修・更新費用の最小化等の観点から、橋梁の点検、診断、劣化予測技術を開発するとともに、これらの技術を活用して、予算等の制約条件の中で、橋梁を効率的かつ計画的に維持管理するための支援技術が求められている。本研究は、橋梁の劣化現象を踏まえた健全度評価、劣化予測手法について検討し、橋梁の状態の予測結果に応じて適切な補修補強対策が可能な維持管理システムの開発を目標とするものである。平成15年度は、劣化予測手法の検討を行うとともに、ある直轄工事事務所管内の橋梁の点検結果を用いて、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ケーススタディを行った。
キーワード：道路橋、維持管理、橋梁点検、橋梁マネジメントシステム、健全度評価、劣化予測
研究予算：運営費交付金（道路整備勘定）
研究期間：平13～平15
担当チーム：基礎道路技術研究グループ（舗装）
研究担当者：伊藤正秀、谷口聡、大橋幸子
【要旨】
本研究は、舗装を戦略的に管理するため、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及びライフサイクルコスト算定方法の提案することを目的に研究を実施している。本研究の研究期間中、管理目標設定の考え方について整理を行うとともに、道路利用者、沿道住民などの視点を考慮したライフサイクルコスト算定法の提案を行った。
その結果、道路管理者、道路利用者等の視点を考慮した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ることができた。
キーワード：管理目標、アセットマネジメント、管理委託契約、ライフサイクルコスト(LCC)
