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）、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
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12～16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) 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）
(8) 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）
(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16年度はこれらの6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16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
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おり、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。 「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。次に、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。そして、この手法により、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。
次に、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、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、「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、15年度に引続き、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、引張り材が腐食により破断しており、防食が不十分で腐食環境に置かれたことが劣化の要因であることを確認した。また、健全性調査手法としての超音波探傷試験に関し、室内試験とともに現地での適用性について調査を行い、現場での適用性をある程度確認出来た。しかし、室内試験との結果の相違や実際の腐食による損傷の検出可能性について更に調査を進める予定である。さらに、アンカーの点検・調査・補修マニュアル（案）の骨子案の検討を行った。
(2) 構造物の補修技術の開発
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、「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及び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。
次に、老朽化したトンネルが増大する状況のなか、限られた公共投資財源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、「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方法論の一つとして、シミュレーション解析による作用荷重の推定を行い、適用可能性の目処を得た。
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。「鋼橋の塗替え処理技術の高度化に関する研究 (1)」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。16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除去方法について、ブラスト、洗浄処理等におけるブラスト材、洗浄温度、洗浄吐出圧力の影響を調べるとともに、塗膜の耐久性を左右する許容付着塩分値について考察した。その結果、都市部においては、許容付着塩分値100mg/m2を従来の素地調整で下回ったが、山間部、海浜部では除去しきれなかった。また、スチ－ムによる除去効果はある程度みられたが、ブラスト材、吐出圧力の差異はほとんどみられなかった。今後、洗浄回数、洗浄水量、微量の研削剤の導入等を考えていく必要がある。
また、「鋼橋の塗替え処理技術の高度化に関する研究 (2)」においては、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。その結果、従来の重防食塗料と同程度の耐久性を有していると思われる塗装系があることを確認した。今後、さらにこれらの試験を継続して新規塗料の耐久性や施工性を見極める予定である。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ので、今後、この塗装機の適用範囲と塗着効率を明確に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
「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、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。
個別課題の成果
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，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おり、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。本研究では、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た。次に、洗掘による基礎の耐力低下を基礎形式別に検討するとともに、洗掘推定式について検討した。これらの結果を基に、健全度評価手法を提案した。この手法により、洗掘により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。
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】
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、アンカーの補強・補修方法の開発を行う必要がある。16年度は、15年度に引続き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、健全性調査手法としての超音波探傷試験に関して室内試験とともに、現地での適用性について調査を行った。また、アンカーの点検・調査・補修マニュアル（案）の骨子案の検討を行った。
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、補修
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、小長井彰祐
【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、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、本研究では、清掃等による舗装の騒音低減機能の回復に関する検討及び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できた。また、振動軽減効果がある3種類の舗装技術を開発した。
キーワード：排水性舗装、機能回復、現場透水量、振動レベル、振動測定
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
【要旨】
老朽化したトンネルが増大する状況の中、公共投資財源が制約される中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。
本研究では、変状が発生したトンネルに適用される補修工や補強工の、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、その設計に用いる耐荷力の評価方法を検討した。また、新材料を用いた新工法として、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、および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、変状トンネルの変状発生メカニズムとして、変状が発生したトンネルを対象にシミュレーション解析による作用荷重の推定を行った。
キーワード：トンネル､覆工コンクリート、はく落防止工、内巻きコンクリート工、炭素繊維シート接着工
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
【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。
16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模擬試験片について現況の鋼橋の付着塩分量と同等なものを複合サイクル試験（JIS Z5621）により作成した。また、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、洗浄処理等を行うが、ブラスト材、洗浄温度、洗浄吐出圧力をパラメ－タとして残留塩分を測定し、その影響を確認した。さらに、塗装下地処理が塗膜耐久性に及ぼす影響について解明するため、試験片に数種類の塩分濃度を付加し、塗膜の耐久性を調べ許容付着塩分値を推察した。
キーワード：鋼橋、塗装、素地調整、付着塩分
10.6 鋼橋塗替え処理技術の高度化に関する調査（2）
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
10.7 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
【要旨】
道路橋ストックの高齢化が進む中で、更新時期の平滑化、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の評価手法、劣化予測手法について検討し、評価・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16年度は、補修補強のシナリオに応じて将来の補修費用を年度単位で算出可能な計算プログラムを作成した。また、橋梁の点検データを用いた健全度評価分析および補修費用の将来推移に関する試算を行った。さらに、既設鋼桁橋の溶接継手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について検討を行った。
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
