はじめに東京都は首都東京を水害から守るため昭和 30 年代より 1 時間 50 ミリの降雨や伊勢湾台風級の高潮に対処する河川施設の整備を進めてきましたその中でも河道拡幅による河川整備が早期に実現困難な区間では地下調節池や分水路の整備を進めこれまでに9 地下調節池と 8 分水路が完成して

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やすはるふしはら
5 years ago
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1 河川構造物 ( 地下調節池分水路 ) の予防保全計画 [ 土木構造物編 ] 平成 28 年 3 月東京都建設局

2 はじめに東京都は首都東京を水害から守るため昭和 30 年代より 1 時間 50 ミリの降雨や伊勢湾台風級の高潮に対処する河川施設の整備を進めてきましたその中でも河道拡幅による河川整備が早期に実現困難な区間では地下調節池や分水路の整備を進めこれまでに9 地下調節池と 8 分水路が完成しています一方昭和 30 年代に整備した河川施設は鉄筋コンクリート構造物の耐用年数と言われている 50 年が経過し一部の施設に顕著な損傷が見受けられるようになってきました今後は補修や更新が必要な施設が急速に増加することが想定されていますこのことから河川施設の長寿命化及び補修費用の低減平準化の実現に向けて従来の対症療法的な管理から予防保全型管理への転換が求められていますそこで建設局では平成 17 年度に河川構造物等の維持管理に関する検討会を設置し河川構造物の長寿命化の検討を開始しましたその中でも地下構造物であるため更新が困難な地下調節池分水路を対象として予防保全型管理を導入することとしましたその後予防保全型管理の導入に向けて地下調節池分水路の健全度調査を実施し補修方針等の検討を重ねてまいりましたこれらの検討を踏まえこのたび河川構造物 ( 地下調節池分水路 ) の予防保全計画 [ 土木構造物編 ] を策定いたしました今後は都民が安全で快適に暮らせる社会の実現に向けて地下調節池分水路の機能が確実に発揮できるよう本計画の取組を推進してまいります平成 28 年 3 月東京都建設局長佐野克彦

3 目次第 1 章基本方針及び目標 1-1 基本方針目標 2 第 2 章地下調節池分水路の現状 2-1 地下調節池分水路の概要地下調節池分水路の劣化機構健全度調査健全度調査の結果 11 第 3 章予防保全型管理の取組 3-1 健全度調査の方針補修の方針事業計画事業効果と費用 18 第 4 章今後の方針 4-1 予防保全計画の見直し 19

4 第 1 章基本方針及び目標 1-1 基本方針 (1) 予防保全型管理への転換東京都がこれまで整備を進めてきた鉄筋コンクリートで構築された堤防護岸をはじめとした河川構造物は建設後相当年数が経過し一部の施設に顕著な損傷が見受けられます今後は補修や更新の必要な施設が急速に増加することが想定されていますそのため従来の対症療法的な応急補修による管理から施設の長寿命化及び補修費用の低減平準化を図る予防保全型管理への転換が求められています特に河川構造物の中でも地下調節池分水路は治水上重要な施設であるが地下に設置されていることから再構築が困難なため一層の長寿命化を図る必要がありますこのことから本計画において地下調節池分水路の鉄筋コンクリート構造物を対象とし予防保全型管理を適用することとしました (2) 予防保全型管理の概念本計画において導入する予防保全型管理の概念は図 1のとおりです健全度調査により施設の状態を正確に把握し将来の劣化予測により検証した適切な補修を行うことで図 1の応急補修のように大規模な補修を避け施設の長寿命化及び補修費用の低減平準化を図るものです健全度小規模な補修予防保全型管理コスト応急補修等による管理大規模な補修予防保全型管理要求性能応急補修等による管理現在 T 1 T 2 経過年数供用期間劣化予測現在 T 1 T 2 供用期間劣化予測経過年数図 1 予防保全型管理概念図 1

5 1-2 目標 (1) 計画期間平成 27 年度から 100 年間 1 とします (2) 管理水準管理水準は建設時と同等とします具体的には環境作用による鉄筋及びコンクリートの損傷が生じないことあるいは損傷が生じたとしても構造物の安全性について低下が生じない軽微な範囲とします (3) 補修費用の低減平準化管理水準を確保した上で計画期間内に必要となる総補修費用を低減させるとともに各年度の補修費用の平準化も併せて行います 1 計画期間の設定にあたってはコンクリート標準示方書設計編 ( 土木学会 2012 制定 ) の中性化塩害に対する耐用年数の上限を準用しました 2

江戸川橋分水路 1977 2 落合調節池 1995 11 仙川小金井分水路 1978 3 妙正寺川第二調節池 1995 12 飛鳥山分水路 1982 4 上高田調節池 1997 13 高田馬場分水路 1982 5 荏原調節池 2001 14 三沢川分水路

6 第 2 章地下調節池分水路の現状 2-1 地下調節池分水路の概要 (1) 対象施設東京都建設局では平成 27 年 4 月 1 日現在全 17 施設の地下調節池分水路 ( 表 1) を管理しています地下調節池分水路は河道拡幅の困難な箇所等において地下に建設された浸水対策施設であり地下調節池は本川の洪水をピークカットする施設として分水路は本川のバイパスとして機能を発揮します表 1 対象施設一覧 No 地下調節池施設名完成年度 No 分水路施設名完成年度 1 船入場調節池江戸川橋分水路落合調節池仙川小金井分水路妙正寺川第二調節池飛鳥山分水路上高田調節池高田馬場分水路荏原調節池三沢川分水路黒目橋調節池水道橋分水路比丘尼橋下流調節池お茶の水分水路神田川環状七号線地下調節池入間川分水路霞川調節池 2006 図 2 船入場調節池図 3 江戸川橋分水路 3

7 地下調節池分水路図 4 対象施設の位置図 4

地下調節池の経過年数分水路の経過年数 (2) 対象施設の現状地下調節池は完成年度が最も古い船入場調節池が平成 2 年度 (1990 年度 ) に完成し平成 27 年度 (2015 年度 ) 現在平均経過年数は約 16 年です一方分水路は完成年度が最も古い江戸川橋分水路が昭和 52 年度 (1977 年度 ) に完成し平成 27 年度 (2015 年度 ) 現在平均経過年数が約

8 地下調節池の経過年数分水路の経過年数 (2) 対象施設の現状地下調節池は完成年度が最も古い船入場調節池が平成 2 年度 (1990 年度 ) に完成し平成 27 年度 (2015 年度 ) 現在平均経過年数は約 16 年です一方分水路は完成年度が最も古い江戸川橋分水路が昭和 52 年度 (1977 年度 ) に完成し平成 27 年度 (2015 年度 ) 現在平均経過年数が約 28 年です図 5の経過年数の分布を比較すると分水路の方が完成から年数が経過していることがわかります 40~49 40~49 年 30~39 30~39 年 20~29 20~29 年 10~19 年 10~19 年 0~9 年 0~9 年地下調節池の施設数分水路の施設数図 5 施設種類ごとの完成からの経過年数東京都が管理する地下調節池分水路の全 17 施設ついては図 6 のように 30 年後は約 53% の施設が完成から 50 年を経過します 50 年以上 53% 30~39 年 29% 20~29 年 24% 0~9 年 12% 10~19 年 35% 60~69 年 29% 50~59 年 24% 30~39 年 12% 40~49 年 35% 経過年数 ( 平成 27 年度 ) 経過年数 ( 平成 57 年度 ) 図 6 地下調節池分水路全 17 施設の完成からの経過年数 5

9 2-2 地下調節池分水路の劣化機構 (1) 地下調節池分水路の構造と劣化の分類地下調節池分水路の土木構造物は図 7のように鉄筋コンクリートにより建設されています鉄筋コンクリート構造物は種々の劣化機構によって経年とともに損傷が顕在化します対象施設が設置されている環境から鉄筋コンクリート構造物の劣化機構は主に塩害中性化及び外力による劣化の3 種類が挙げられます分水路本川地下調節池鉄筋コンクリート図 7 地下調節池分水路の構造概念図 (2) 塩害塩害はコンクリート中に塩化物イオンが侵入することで鉄筋腐食が促進され鉄筋の体積膨張に伴うひび割れの発生かぶりのはく離及び鉄筋断面の欠損等により耐荷力が低下するものです塩化物イオン鉄筋腐食はく離ひび割れ鉄筋不動態被膜不動態被膜消失図 8 塩害による劣化機構鉄筋欠損 6

10 (3) 中性化中性化は大気中の二酸化炭素がコンクリート中に侵入し炭酸化反応を起こすことによってコンクリートのアルカリ性が失われ鉄筋腐食を促進するものです塩害と同様に鉄筋の体積膨張に伴うひび割れの発生かぶりのはく離及び鉄筋断面の欠損等により耐荷力が低下します二酸化炭素中性化領域鉄筋腐食はく離ひび割れ鉄筋 PH<10 不動態被膜 PH 12 不動態被膜消失 PH 12 鉄筋欠損水酸化カルシウム図 9 中性化による劣化機構 (4) 外力による劣化外力による劣化 ( 表面劣化など ) は流水などの作用によりモルタル骨材の流出を発生させコンクリート自体の強度低下とともにそこから鉄筋の腐食につながることで鉄筋の耐荷力が低下するものです細骨材水流等モルタル細骨材流出粗骨材流出鉄筋不動態被膜粗骨材鉄筋欠損鉄筋露出図 10 外力による劣化機構 (5) 地下調節池分水路への影響これらの劣化機構は塩害や中性化などにより直接鉄筋腐食を発生させる場合やひび割れ漏水はく離及び表面劣化等によりコンクリートの断面欠損や鉄筋腐食に至る場合があり最終的にはどちらも地下調節池や分水路の安全性に大きな影響を及ぼします 7

11 2-3 健全度調査 (1) 健全度調査の分類健全度調査は損傷の発生位置種別及び程度を把握するもので前述の劣化機構による地下調節池分水路の安全性の低下に対し適切な対策を検討するために実施するものです健全度調査のうち目視で確認できるコンクリートの損傷に対しては外観変状調査外観変状調査のみで確認できないコンクリート内部における鉄筋の腐食環境の把握に対しては物理調査を行います (2) 調査単位健全度を評価するための調査単位は地下調節池の場合は柱間隔ごと分水路の場合は 20m ごとを基本とします C B A 区間 ( 側壁 ) 区間 :20m を基本とする区間 ( 柱 ) a b No.1 No.3 No.4 No.n 地下調節池図 11 調査単位の設定分水路 (3) 外観変状調査外観変状調査は外力による劣化 ( 表面劣化など ) 塩害や中性化などの劣化機構によってコンクリート表面に顕在化した漏水ひび割れはく離表面劣化などの損傷を目視により観察し損傷の種別健全度を損傷別に A~E の 5 段階に評価するものですここで外観変状調査による健全度評価判定区分 2 を表 2 損傷種別の具体例を表 3に示します 2 外観変状調査の判定基準は河川構造物 ( 分水路地下調節池 ) の健全度調査マニュアル ( 平成 19 年 11 月東京都建設局河川部 ) によるものです 8

表 2 外観変状調査による健全度評価判定区分健全度状態 A B C D E 損傷がない

損傷はあるものの進行が遅く将来的にも要求性能を満たさなくなる可能性が小さいと判断される状態

損傷に進行が認められ数年以内に要求性能を満たさなくなる可能性があると判断される状態

損傷名称損傷内容損傷写真例損傷名称損傷内容損傷写真例 1 漏水漏水跡漏水漏水跡遊離石灰

はく落鋼材露出 5 その他補修跡補強部その他損傷 3 表面劣化摩耗表面劣化豆板 (

12 表 2 外観変状調査による健全度評価判定区分健全度状態 A B C D E 損傷がない又は損傷の規模が小さくて進行が遅く要求性能を満たさなくなる危険がないと判断される状態損傷はあるものの進行が遅く将来的にも要求性能を満たさなくなる可能性が小さいと判断される状態損傷に進行が認められるが数年以内に要求性能を満たさなくなる可能性が小さいと判断される状態損傷に進行が認められ数年以内に要求性能を満たさなくなる可能性があると判断される状態現状で要求性能を満たしておらず早急に対策が必要な状態表 3 外観変状調査による損傷種別損傷名称損傷内容損傷写真例損傷名称損傷内容損傷写真例 1 漏水漏水跡漏水漏水跡遊離石灰さび汁 4 ひび割れひび割れコールドジョイント 2 はく離鋼材露出はく離 ( 浮き ) はく落鋼材露出 5 その他補修跡補強部その他損傷 3 表面劣化摩耗表面劣化豆板 ( ジャンカ ) なおこれらによる外観変状調査の結果はどの段階で補修を行えば総補修費用を低減することができるか等を判断する際の基礎データとなります 9

(4) 物理調査物理調査は外観変状調査でとらえることができないコンクリート内部の鉄筋の腐食環境を把握するために以下の 3

深度別の塩化物量を試験により計測します調査対象は塩分の影響が懸念される感潮域に近い施設とします 2

ドリル削孔等により採取した試料にフェノールフタレイン溶液をかけて中性化深さを計測します 3 水質調査漏水の水質により

13 (4) 物理調査物理調査は外観変状調査でとらえることができないコンクリート内部の鉄筋の腐食環境を把握するために以下の 3 種類の調査を行うものです 1 含有塩化物量調査コンクリートに塩化物がどの程度浸透しているか把握するためにドリル削孔等により採取した試料を用い深度別の塩化物量を試験により計測します調査対象は塩分の影響が懸念される感潮域に近い施設とします 2 中性化深さ調査コンクリート表面からどの程度の深さまで中性化が進行しているか把握するためにドリル削孔等により採取した試料にフェノールフタレイン溶液をかけて中性化深さを計測します 3 水質調査漏水の水質により内部の鉄筋腐食を促進する可能性があるため漏水のP Hや塩化物含有量を調査しますなお各物理調査の調査状況例は表 4 のとおりです表 4 物理調査状況例調査種別調査状況例調査種別調査状況例 1 含有塩化物量調査ドリル法 3 水質調査 2 中性化深さ調査ドリル法 10

14 地下調節池の損傷割合分水路の損傷割合 2-4 健全度調査の結果 (1) 調査状況平成 16 年度から 26 年度の間に 5 年に一度計 3 回の健全度調査 ( 外観変状調査物理調査 ) を実施しました (2) 外観変状調査の結果外観変状調査 3 回分の結果 ( 図 12 図 13) を見ると分水路では地下調節池と比較して健全度が低いことがわかりますこれは分水路の建設年次が地下調節池よりも古いことと分水路の構造上流水の影響を受ける頻度が高いことが原因であると推測されますまた全体の傾向として地下調節地分水路ともに経年により劣化が進行していることがわかります 100% D 1% D 1% C 3% B 5% C 5% C 7% B 8% B 9% 100% E 1% E 1% D 3% D 6% D 9% 80% 80% C 35% 60% 60% C 49% C 45% 40% A 100% A 92% A 86% A 83% 40% A 100% B 30% B 25% B 32% 20% 20% A 32% A 20% A 13% 0% 施工年 1 回目 2 回目 3 回目健全度調査回数 0% 施工年 1 回目 2 回目 3 回目健全度調査回数図 12 地下調節池の健全度の推移図 13 分水路の健全度の推移 11

15 12 (3) 物理調査の結果 1 含有塩化物量調査調査結果の図 14 を見ると河口に近く海水の影響が大きい荏原調節池やお茶の水分水路で塩化物濃度が高い結果が得られていますこれは塩水溯上により鉄筋コンクリート表面から塩分が浸透したことが原因と考えられます図 14 塩化物濃度の比較 2 中性化深さ調査調査結果の図 15 のように中性化が鉄筋の深さ付近に至るような施設はありませんでした全体の傾向として船入場調節池や江戸川橋分水路などの長期間供用している施設で中性化の進行が見られました図 15 中性化深さの比較 3 水質調査調査結果の中で漏水の PH や塩化物含有量についての異常値はありませんでした荏原調節池船入場調節池上高田調節池お茶の水分水路水道橋分水路江戸川橋分水路塩化物濃度平均値 (kg/m3) 表面から 0~20 mm表面から 40~60 mm表面から 80~100 mm ( 鉄筋深さ付近 ) 船入場調節池落合調節池妙正寺川第二調節池上高田調節池荏原調節池黒目橋調節池比丘尼橋下流調節池環状七号線地下調節池霞川調節池江戸川橋分水路仙川小金井分水路飛鳥山分水路高田馬場分水路三沢川分水路水道橋分水路お茶の水分水路入間川分水路中性化深さ平均値 (mm) 中性化深さ (mm) 鉄筋深さ付近表面付近

16 第 3 章予防保全型管理の取組 3-1 健全度調査の方針 (1) 調査頻度健全度調査を行う周期は原則 5 年 3 とします (2) 今後の調査健全度調査は劣化予測の精度向上総補修費用の算定補修工事の要否時期方法の決定のための根拠資料となります今後も施設健全度の正確な把握とともに計画の更新のために全施設において継続して実施するものとします 3-2 補修の方針 (1) 補修の目的本計画による補修の目的は経年劣化で低下した施設の安全性を回復し計画期間まで長寿命化することです限られた財源の中で施設の機能を継続的に維持させるためには健全度調査で判明した損傷等に応じた適切な補修工法の選定及び補修時期の決定が重要です (2) 劣化予測適切な補修工法及び補修時期を決定するためには現段階の健全度だけではなく将来の劣化状況を予測することが大変重要です本計画においては平成 16 年度から 26 年度までに実施した3 回分の健全度調査の結果を基に各施設の劣化の推移を予測しました各施設における将来の損傷の程度を予測することでその損傷を補修するための費用や計画期間内全体の総補修費用の試算ができますこれを低減するように全施設に対しあらゆる条件の補修工法及び補修時期を検証し最適化を図ります 3 健全度調査の実施間隔は道路トンネル定期点検要領 ( 平成 26 年 6 月国土交通省 ) に準じ設定しました 13

17 (3) 補修対象の判断基準本計画の目標を達成するための補修対象の判断基準 ( 区間単位 ) は以下の 2 点とします 1 コンクリートの損傷対策外観変状調査結果を基に劣化予測を行い計画期間内の総補修費用を試算し検討を行った結果補修対象を健全度 C 及び D ランクとします 2 鉄筋腐食対策物理調査 ( 含有塩化物量調査中性化調査水質調査 ) の結果を基にした塩害中性化の進行予測により計画期間内に鉄筋が腐食する恐れのある箇所を補修対象としますなお外観変状調査により明らかになった損傷のうち健全度 E ランクは発見次第応急補修することを基本とします 14

18 (4) 補修工法コンクリートの損傷対策及び鉄筋腐食対策で実施する補修工事の代表的工法は表 5 及び表 6のとおりですなお各施設の現場状況によっては代表的工法以外が最適となる場合もあります表 5 コンクリートの損傷対策における代表的工法損傷名工法名概要ひび割れ漏水注入工法コンクリート表面部からエポキシ樹脂等の充填剤を注入はく離断面修復工法露出している鉄筋部分まではつり出し錆落とし後断面を修復表 6 鉄筋腐食対策における代表的工法損傷名工法名概要中性化表面含浸工法コンクリート表面部に含浸材を塗布塩害電気防食工法コンクリートに電極を埋め込み微弱な電流を流すことで鉄筋の酸化による腐食を抑制する工法 15

19 3-3 事業計画 (1) 着手時期を決定する条件補修対象に基づき選定された箇所を対象としその着手時期は各施設の 1 損傷状況 2 施工環境 3 予算平準化なども考慮して決定します 1 損傷状況各施設の中で損傷の状況が著しく補修工事の優先度が高い施設から工事に着手します 2 施工環境お茶の水分水路江戸川橋分水路水道橋分水路のように施設が近接しており同時施工が困難な場合は施工時期が重ならないように着手時期を調整します 3 予算平準化補修に多額の費用が掛かる施設については分割施工を基本としますまた計画期間全体の中である年度の補修費用が突出しないように各施設の補修工事の着手時期を調整します具体的には劣化が進行した施設を先行して補修工事に着手し比較的劣化が進行していない施設は後半に補修工事に着手するように調整します (2) 事業計画 ( 平成 36 年度までの 10 年間 ) 上記の各条件を検討した結果決定した各施設の補修工事の着手時期は表 7 のとおりです平成 36 年度までの 10 年間で 15 施設の補修工事に着手する予定としています (3) 事業規模 ( 平成 36 年度までの 10 年間 ) 各施設の損傷状況規模補修工法ごとに補修費用を試算し対象施設全体の 10 年間の総事業費推計は約 45 億円ですなお補修工事の実施に当たっては詳細な設計を行い各施設の事業費を改めて算出します 16

20 表 7 各施設の補修工事着手時期施設名平成 27~31 年度平成 32~36 年度お茶の水分水路江戸川橋分水路水道橋分水路飛鳥山分水路高田馬場分水路三沢川分水路荏原調節池上高田調節池妙正寺川第二調節池船入場調節池落合調節池神田川環状七号線地下調節池霞川調節池黒目橋調節池比丘尼橋下流調節池 4 仙川小金井分水路 4 入間川分水路 4 仙川小金井分水路入間川分水路については劣化が進行していないため次回実施予定の健全度調査の結果により改めて判断することとします 17

21 補修費用総額 ( 億円 / 計画期間 ) 3-4 事業効果と費用 (1) 事業効果本計画による予防保全型管理を実行することで地下調節池分水路の機能を確実に発揮させ将来にわたり水害から都民の生命財産を守ることができますまた早期対策による補修の小規模化により計画期間内の補修費用総額の縮減を図ることができますさらに補修を小規模化し施工時期を分散させることにより一時期に費用負担が集中することを防ぎ費用の平準化が図られます (2) 費用縮減効果本計画の検討の中で対症療法的な応急補修等による管理と予防保全型管理の計画期間 100 年内の補修費用総額を試算した結果図 16 5 のように約 200 億円の削減が見込まれます約 200 億円応急補修予防保全 5 図 16 応急補修等による管理と予防保全型管理の補修費用総額の比較 5 この補修費用は今回実施した劣化予測結果を基に算出した概算額であり各年度の予算編成方針や事業方針また予防保全計画の見直しなどにより変動する場合があります 18

22 第 4 章今後の方針 4-1 予防保全計画の見直し (1)PDCAサイクル予防保全計画を適切に運用するためには継続的に劣化予測の精度を向上させ補修工法及び補修時期を再検証していく必要がありますそこで最初の補修工事 (Do) の後も 5 年を基本的な周期として健全度調査を実施して (Check) その結果を蓄積し劣化予測の見直しを行いますその上でさらなる費用低減や平準化について再検証し (Action) 計画の見直し (Plan) を行う図 17のような PDCAサイクルを継続していきますなお本計画で対象としている17 施設に加え新しい施設が建設された場合は本計画の見直しの際に随時取り込んでいきますその中で新しい施設に対しても健全度調査を行い必要があれば対策を実施していきます Plan 計画の見直し (5 年に一回 ) Action 劣化予測工程事業費の見直し PDCA サイクル Do 補修設計工事の実施 Check 健全度調査の実施図 17 予防保全計画による PDCA サイクル (2) 計画の改善今後は予防保全型管理を推進している国や都の関係各局他の自治体と連携を図りその中で得られた新しい技術や優れた事例を積極的に取り込み本計画のさらなる改善に努めていきます 19

図維持管理の流れと診断の位置付け 1) 22 22

図維持管理の流れと診断の位置付け 1) 22 22 第 2 章. 調査診断技術 2.1 維持管理における調査診断の位置付け (1) 土木構造物の維持管理コンクリート部材や鋼部材で構成される土木構造物は立地環境や作用外力の影響により経年とともに性能が低下する場合が多いこのためあらかじめ設定された予定供用年数までは構造物に要求される性能を満足するように適切に維持管理を行うことが必要となる土木構造物の要求性能とは構造物の供用目的や重要度等を考慮して設定するものである