メンテナンスからの 情 報 が 構 造 物 の 長 寿 命 化 を 可 能 とする (コンクリート 構 造 物 ) 石 橋 忠 良 1
報 告 内 容 1. 鉄 道 構 造 物 の 経 年 2. 主 な 劣 化 事 例 と 対 策 2.1 コンクリート 片 の 剥 落 2.2 アルカリ 骨 材 反 応 2.3 塩 害 2.4 凍 害 2.5 支 承 部 2.6 PC 鋼 棒 破 断 による 突 出 2.7 鉄 筋 圧 接 2.8 地 震 災 害 と 対 策 2.9 火 災 3.まとめ 2
1. 鉄 道 構 造 物 の 経 年 と 維 持 管 理 の 仕 組 み 3
7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 4 ~1892 ~1902 ~1912 ~1922 ~1932 ~1942 ~1952 ~1962 ~1972 ~1982 ~1992 ~2002 橋 りょう(JR 東 日 本 在 来 線 ) 鉄 桁 鉄 筋 コンクリート 桁 フ レストレストコンクリート 桁 ( 建 設 年 ) ( 連 )
中 央 線 神 田 駅 付 近 RC 高 架 橋 1919 年 完 成 (RC 高 架 橋 だが,レンガで 化 粧 されている) 経 年 :96 年 5
内 房 線 江 見 太 海 間 山 生 橋 りょう 1920 年 完 成 ( 日 本 初 の 本 格 的 なRC 鉄 道 橋 りょう) 経 年 :95 年 6
信 楽 高 原 鉄 道 第 一 大 戸 川 橋 梁 昭 和 29 年 (1954 年 )の PC 桁 ( 経 年 61 年 ) スパン:30m 7
しっかりと 造 られた 多 くの 構 造 物 は 健 全 で 十 分 な 耐 久 性 をもっている 施 工 時 の 管 理 不 十 分 などによる 欠 陥 建 設 時 点 の 技 術 的 な 未 解 明 のものが 変 状 の 主 な 原 因 である 8
維 持 管 理 の 仕 組 み 鉄 道 構 造 物 の 検 査 に 関 する 基 準 の 変 遷 昭 和 31 年 : 建 造 物 保 守 心 得 ( 案 ) 40 年 : 建 造 物 検 査 標 準 49 年 : 土 木 構 造 物 取 替 えの 考 え 方 ( 維 持 管 理 のバイブル 的 存 在 ) 62 年 : 土 木 建 造 物 等 保 守 管 理 標 準 平 成 13 年 : 土 木 建 造 物 等 全 般 検 査 マニュアル 平 成 18 年 : 鉄 道 構 造 物 等 維 持 管 理 標 準 制 定 9
検 査 区 分 全 般 検 査 定 期 検 査 一 般 検 査 (2 年 に1 度 ) 特 別 検 査 不 定 期 検 査 (10 年 に1 度 ) ( 必 要 の 都 度 ) 個 別 検 査 ( 全 般 検 査 の 結 果 により 必 要 の 都 度 ) 10
2. 主 な 変 状 事 例 と 対 策 11
2.1 コンクリート 片 の 剥 落 ( 高 架 橋 ) 12
コンクリート 片 の 剥 落 部 分 的 に 縁 切 れ 漏 水? コンクリート 剥 落 部 13
コンクリート 片 の 剥 落 と 中 性 化 残 り 雨 水 等 の 影 響 雨 水 等 の 影 響 を 受 ける 箇 所 (mm) 50 中 性 化 残 り 10mm 中 性 化 深 さ 40 30 20 10 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 鉄 筋 かぶり 量 (mm) コンクリート 剥 落 箇 所 コンクリート 無 剥 落 箇 所 14
コンクリート 片 の 剥 落 と 中 性 化 残 り 雨 水 等 の 影 響 雨 水 等 の 影 響 を 受 けない 箇 所 (mm) 50 中 性 化 残 り 0mm 中 性 化 深 さ 40 30 20 10 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 鉄 筋 かぶり 量 (mm) コンクリート 剥 落 箇 所 コンクリート 無 剥 落 箇 所 15
剥 落 の 原 因 1.かぶり 不 足 2. 水 の 多 い 中 性 化 速 度 の 速 いコン クリート 3.コンクリートが 湿 っている( 雨 が 当 たる) 4. 建 設 時 のひび 割 れ 16
既 設 のコンクリート 構 造 物 への 対 策 既 設 構 造 物 における 対 策 検 査 メリハリのある 検 査 体 系 の 構 築 運 転 保 安 と 公 衆 保 安 に 関 する 検 査 の 分 離 検 査 箇 所 の 区 分 重 点 検 査 箇 所 一 般 検 査 箇 所 検 査 不 要 箇 所 検 査 部 位 の 区 分 重 点 部 位 一 般 部 位 検 査 方 法 周 期 の 見 直 し れ 公 の 衆 あ 災 る 害 箇 を 所 及 を ぼ 特 す 定 恐 対 策 工 現 時 点 で 効 果 が 確 認 された 工 法 新 工 法 は 随 時 追 加 予 定 応 急 対 策 工 浮 きコンクリートの 叩 き 落 し 鉄 筋 防 錆 材 塗 布 など 恒 久 対 策 工 表 面 被 覆 工 (メッ シュ 入 り) 水 切 りの 新 設 落 下 防 護 ネット 工 ( 暫 定 対 策 工 ) 防 水 材 塗 布 工 など 剥 離 剥 落 に 関 する 維 持 管 理 マニュアル 表 面 被 覆 工 の 標 準 仕 様 の 制 定 作 成 17
重 点 的 な 検 査 の 実 施 ( 検 査 箇 所 の 区 分 ) 重 点 検 査 箇 所 一 般 検 査 箇 所 検 査 不 要 箇 所 重 点 検 査 箇 所 コンクリート 片 の 剥 落 が 旅 客 公 衆 等 に 対 して 危 害 を 及 ぼす 恐 れの 高 い 箇 所 一 般 検 査 箇 所 コンクリート 片 の 剥 落 が 旅 客 公 衆 等 に 対 して 危 害 を 及 ぼす 恐 れのある 箇 所 検 査 不 要 箇 所 コンクリート 片 の 剥 落 が 旅 客 公 衆 等 に 対 して 危 害 を 及 ぼすことのない 箇 所 18
剥 離 剥 落 対 策 工 表 面 被 覆 工 (メッシュ 入 り) 高 欄 張 出 しスラブ 下 面 での 表 面 被 覆 工 法 表 面 被 覆 工 法 : 実 績 のある 表 面 被 覆 工 法 の 中 で10 年 以 上 機 能 を 果 たしている5 工 法 を 採 用 それ 以 外 の 工 法 : 10 年 以 上 の 品 質 保 証 表 面 被 覆 工 法 の 規 格 などを 満 足 することが 条 件 19
新 設 構 造 物 の 品 質 向 上 施 策 1.コンクリートの 配 合 と 標 準 かぶりの 見 直 し 2. 水 切 り 構 造 細 目 の 見 直 し 3.コンクリート 受 入 れ 時 の 単 位 水 量 試 験 の 追 加 4. 合 成 短 繊 維 混 入 によるコンクリート 片 の 剥 落 防 止 対 策 5. 打 音 検 査 の 導 入 6. 鉄 筋 かぶりの 非 破 壊 検 査 の 導 入 検 査 で 品 質 は 変 わる 20
2.2 アルカリ 骨 材 反 応 21
アルカリ 骨 材 反 応 による 劣 化 事 例 22
ASR 反 応 部 材 の 載 荷 試 験 ( 静 的 せん 断 載 荷 試 験 ) 膨 張 率 (%) 1.5 1.2 0.9 0.6 0.3 AAR 促 進 試 験 橋 軸 直 角 方 向 橋 軸 方 向 0.0 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 350 経 過 日 数 ( 日 ) 実 験 データ( 基 準 試 験 体 とAAR 試 験 体 ) NTS-3(AAR 促 進 前 ) 300 ASR 反 応 部 材 の 耐 荷 力 は 基 準 試 験 体 の 同 等 以 上 である ことを 実 験 で 確 認 荷 重 (kn) 250 200 150 100 50 ATS-1(AAR 促 進 後 ) KTS-1( 基 準 試 験 体 ) 0 23 0 5 10 15 20 25 変 位 (mm)
ASR 反 応 部 材 の 載 荷 試 験 耐 荷 力 の 低 下 はまだない (せん 断 疲 労 載 荷 試 験 ) 既 往 の 評 価 式 との 比 較 荷 重 比 (Vmax/Vcu) 1.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2 既 往 データの バラつき 範 囲 AHS-3 促 進 後 (200kN-30kN) AHS-2 促 進 前 (200kN-30kN) - 上 田 式 :log(vmax/vcu)= 0.035logN Vmax: 上 限 荷 重 上 田 式 (log(vmax/vcu)=-0.035logn) Vcu :せん 断 耐 力 ( 実 験 値 ) NHS-1 基 準 (120kN-30kN) 0 0 1 2 3 4 5 6 7 1.E+01 1.E+02 1.E+03 1.E+04 1.E+05 1.E+06 1.E+07 8 載 荷 回 数 (LogN) ( 気 中 ) ( 水 中 ) Y=Vr/(Vcu(1-Vp/Vcu)) 1.5 1.4 1.3 1.2 1.1 1 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 Y=1-logN/13.6 a/d 3 a/d=2 既 往 データ 3) NHSW-1 V cu :せん 断 耐 力 ( 実 験 値 ) V p : 下 限 荷 重 (30kN) AHSW-1 1.E+02 1.E+03 1.E+04 1.E+05 1.E+06 1.E+07 疲 労 寿 命 N( 回 ) 上 田 式 log(vmax/vc)=0.035logn Vcには 静 的 せん 断 耐 力 井 上 式 Y=Vr/(Vc(1-Vp/Vc)=1-logN/13.6 Vcには 静 的 せん 断 耐 力 24
25
現 行 JISにより 施 工 した 構 造 物 に 変 状 が 生 じる 例 がある 補 修 費 をどこかで 負 担 しなくてはならない 26
骨 材 のアルカリシリカ 反 応 判 定 区 分 の 変 更 1.モルタルバー 法 現 JISとの 比 較 ( 膨 張 率 の 違 いによる 区 分 ) 膨 張 率 (%) 0.10% 0.05% < 現 JIS> 無 害 でない 無 害 < 改 訂 案 > E 有 害 膨 張 率 の 傾 きが 8~13 週 と 比 べて 13~26 週 が 大 きい:E 有 害 13~26 週 が 小 さい: 準 有 害 E 無 害 27
アルカリシリカ 反 応 判 定 区 分 と 対 策 の 変 更 JR 東 日 本 骨 材 の 区 分 により 抑 制 対 策 の 方 法 を 決 定 骨 材 のアルカリシリカ 反 応 判 定 区 分 対 策 E 有 害 準 有 害 E 無 害 混 合 セメント 等 による 対 策 アルカリ 総 量 を2.2kg/m 3 に 規 制 する 対 策 もしくは 混 合 セメント 等 による 対 策 無 対 策 28
2.3 塩 害 飛 来 塩 分 海 砂 の 塩 分 は 検 査 方 法 が 確 立 して 解 決 済 み 29
塩 害 による 損 傷 状 況 再 変 状 の 状 況 30 PC 鋼 材 の 腐 食 状 況
電 気 防 食 工 法 亜 鉛 シート 工 法 チタン 溶 射 工 法,チタン 亜 鉛 溶 射 工 法 チタンロッド 挿 入 工 法 1st span 2nd span 3rd span 4th span 5th span 6th span 7th span チタングリッド 工 法 チタンメッシュ 工 法 1
2.4 凍 害 2
凍 害 の 事 例 : 橋 脚 3
凍 害 の 事 例 : 張 り 出 しスラブ 4
2.5 支 承 部 の 損 傷 5
桁 座 の 変 状 事 例 -ひび 割 れ 剥 離 - 6
新 設 時 の 対 応 < 埋 設 型 枠 の 使 用 > 発 泡 スチロール 型 枠 使 用 埋 設 型 枠 使 用 桁 座 面 へのコンクリートの 漏 れ 出 しをなくし ひび 割 れや 剥 離 を 防 止 できる 7
2.6 PC 鋼 棒 破 断 による 突 出 (PCグラウト 不 良 ) 8
PC 鋼 棒 破 断 による 損 傷 事 例 主 桁 下 面 鉛 直 締 めPC 鋼 棒 突 出 によるかぶりコン クリート 押 抜 きあと(グラウト 充 填 不 十 分 ) 床 版 ( 電 柱 支 持 梁 ) 横 締 めPC 鋼 棒 突 出 状 況 9 (グラウト 未 充 填 )
PC 桁 のグラウト 不 良 対 策 新 設 構 造 物 への 対 策 グラウトキャップの 使 用 JR 東 日 本 土 木 工 事 標 準 仕 様 書 より PCより 線 を 束 ねたマルチケーブルを 使 用 する 場 合 PCグラウト 注 入 にあ たってはグラウトキャップを 使 用 することとする グラウト 硬 化 後 は グラウトキャップを 取 り 外 し グラウトされているこ とを 確 認 する こと グラウトキャップ グラウトキャップ 取 り 外 し 後 の 状 況 10
PC 桁 のグラウト 不 良 対 策 新 設 構 造 物 への 対 策 プラスチックシースの 適 用 導 入 の 目 的 シースによりPC 鋼 材 を 絶 縁 す ることで PC 鋼 材 の 腐 食 を 防 止 する 11
PC 桁 のグラウト 不 良 対 策 新 設 構 造 物 への 対 策 被 覆 ケーブルの 適 用 導 入 の 目 的 エポキシ 樹 脂 被 覆 ( 塗 装 )PC 鋼 材 を 用 い たうえで グラウトを 充 填 する ことにより 二 重 防 錆 をはかる エポキシ 粉 体 を 吹 き 付 けて 静 電 付 着 により 被 覆 ( 塗 装 )したもの 12
PC 桁 のグラウト 不 良 対 策 新 設 構 造 物 への 対 策 アフターボンドケーブルの 使 用 13
PC 桁 のグラウト 不 良 対 策 既 設 構 造 物 への 対 策 (PC 鋼 棒 突 出 対 策 ) 繊 維 シート 帯 鋼 板 繊 維 シート 帯 鋼 板 繊 維 シート 定 着 部 に 鋼 板 繊 維 シートを 貼 り 付 け 破 断 時 に 変 状 が 確 認 できるようにする 14
2.7 鉄 筋 圧 接 15
圧 接 部 破 断 鉄 筋 破 断 面 16
全数目視ができる 熱間押抜きガス圧接 割れ 大 割れ 小 へこみ 熱間押抜きガス圧接による表面傷の発見 オーバーヒートによる表面不整 17
鉄 筋 継 手 の 信 頼 性 向 上 熱 間 押 しぬきガス 圧 接 工 法 ( 全 数 目 視 確 認 ) 18
2.8 地 震 災 害 と 対 策 19
地 震 災 害 と 対 策 ( 阪 神 淡 路 大 震 災 ) 20
技 術 的 判 断 の 根 拠 1 鉄 筋 が 降 伏 ( 伸 びきってしまうこと)して 曲 が っても,850 程 度 で 熱 して 真 っ 直 ぐに 戻 せば, 再 使 用 できる. 2コンクリートは,ひび 割 れに 注 入 すれば 元 の 状 態 に 戻 る. 地 震 災 害 と 対 策 3 重 いものは,ジャッキと テフロンで 容 易 に 動 か すことができる. 21
鋼 板 巻 き 補 強 工 法 耐 震 補 強 工 法 の 例 RB(Rib Bar) 工 法 一 面 耐 震 補 強 工 法 一 般 的 な 箇 所 噛 合 せ 継 手 による 施 工 の 省 力 化 狭 隘 な 箇 所 人 力 施 工 店 舗 等 が 利 用 している 箇 所 22
耐 震 補 強 工 法 の 例 RP 耐 震 補 強 工 法 の 概 要 かみ 合 わせ 継 手 鋼 板 取 付 け 用 モルタル 材 弾 性 (ゴム) 材 等 辺 山 形 鋼 補 強 鋼 板 かみ 合 わせ 継 手 補 強 鋼 板 断 面 図 側 面 図 柱 の 外 周 に 鋼 板 を 配 置 して コーナー 部 を モルタル 充 填 し 一 体 化 を 図 る 耐 震 補 強 工 法 23
地 震 災 害 と 対 策 ( 新 設 構 造 物 ) 帯 鉄 筋 主 鉄 筋 内 巻 きスパイラル 鉄 筋 帯 鉄 筋 密 帯 鉄 筋 疎 従 来 の 鉄 筋 配 置 設 計 施 工 が 煩 雑 新 しい 鉄 筋 配 置 設 計 施 工 が 容 易 柱 端 部 および 杭 頭 部 に 内 巻 きスパイラル 鉄 筋 を 使 用 部 材 の 耐 震 性 能 が 現 状 の2 倍 以 上 24
損 傷 状 況 ( 交 番 載 荷 終 了 後 )の 比 較 従 来 の 配 筋 方 法 内 巻 スパイラル 鉄 筋 の 配 筋 方 法 (20δy 載 荷 終 了 後 ) 25
内 巻 スパイラル 鉄 筋 の 適 用 府 中 本 町 大 変 形 領 域 でも 急 激 な 耐 力 低 下 を 生 じない 2 1.5 1 0.5 0-0.5-1 -1.5-2 適 用 現 場 東 北 本 線 長 町 駅 付 近 連 続 立 体 交 差 化 工 事 武 蔵 野 線 南 越 谷 吉 川 間 高 架 化 工 事 等 -30-20 -10 0 10 20 30 塑 性 率 δ/δy コストアップせずに 高 い 耐 震 性 能 を 実 現 荷 重 比 P/Py 外 巻 きのみ 内 巻 きあり 26
内 巻 スパイラルで 耐 震 性 能 は 大 幅 に 向 上 履 歴 曲 線 耐 えられる 最 大 入 力 地 震 動 27
2.9 火 災 被 害 28
29
3.まとめ 設 計 から 維 持 管 理 までの 情 報 の 連 携 が 長 寿 命 構 造 物 を 造 る 維 持 管 理 のトラブル 情 報 より 設 計 施 工 の 技 術 基 準 などの 速 やかな 変 更 が 必 要 同 じ 変 状 構 造 物 を 造 り 続 けさせないことが 技 術 者 の 役 割 多 くの 変 状 構 造 物 を 扱 い 続 けることで 見 ただけで 原 因 対 策 ができる(ほとんどの 劣 化 は 耐 荷 力 の 低 下 のない 初 期 に 外 観 に 現 れる 自 ら 教 えてくれる) 建 設 の 情 報 を 知 ると 変 状 原 因 が 想 定 できる ( 建 設 年 より 施 工 方 法 設 計 基 準 がわかるので その 時 代 の 欠 点 がわかる) 30