(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
路床上に路盤と、アスファルト混合物から形成されている表層・基層とを備えている舗装体を対象とした、以下の手順を含むことを特徴とする舗装設計時における舗装寿命予測方法。
（１）前記舗装体を、前記路床と、前記路盤及び前記表層・基層との上下層に区分し、
２層弾性理論におけるBarberの近似式に基づき、
荷重条件、路床条件、環境条件、前記各層における使用材料、前記各層における層厚、及び前記各層における前記使用材料に対応した弾性係数を与えることにより、
前記表層・基層の表面におけるたわみ量を算出し、
前記算出されたたわみ量が予め定められている限界たわみ量を下回るように、前記各層の使用材料及び層厚を決定する設計断面決定ステップ。
（２）前記路床、前記路盤及び前記表層・基層の各層に対し、
前記設計断面決定ステップにより決定された前記各層の層厚と、
前記各層における前記使用材料に対応しており、予め求められている設計用弾性係数とを与えることにより、
多層弾性理論に基づき、前記表層・基層の下面に生じる引張ひずみと、前記路床の上面に生じる圧縮ひずみと、前記表層・基層の表面におけるたわみ量とを算出し、
前記表層・基層の下面に生じる引張ひずみに起因する舗装寿命と、前記路床の上面に生じる圧縮ひずみに起因する舗装寿命とを、所与の破壊規準式から算出する舗装寿命算出ステップ。
【請求項２】
路床上に処理層を設け、その上部に路盤及びアスファルト混合物から形成されている表層・基層を設けた舗装体を対象とした、以下の手順を含むことを特徴とする舗装設計時における舗装寿命予測方法。
（１）前記舗装体を、前記路床及び前記処理層と、前記路盤及び前記表層・基層との上下層に区分し、
２層弾性理論におけるBarberの近似式に基づき、
荷重条件、路床条件、環境条件、前記各層における使用材料、前記各層における層厚、及び前記各層における前記使用材料に対応した弾性係数を与えることにより、
前記表層・基層の表面におけるたわみ量を算出し、
前記算出されたたわみ量が予め定められている限界たわみ量を下回るように、前記各層の使用材料及び層厚を決定する設計断面決定ステップ。
（２）前記路床、前記処理層、前記路盤及び前記表層・基層の各層に対し、
前記設計断面決定ステップにより決定された前記各層の層厚と、
前記各層における前記使用材料に対応しており、予め求められている設計用弾性係数とを与えることにより、
多層弾性理論に基づき、前記表層・基層の下面に生じる引張ひずみと、前記路床の上面に生じる圧縮ひずみと前記表層・基層の表面におけるたわみ量とを算出し、
前記表層・基層の下面に生じる引張ひずみに起因する舗装寿命と、前記路床の上面に生じる圧縮ひずみに起因する舗装寿命とを、所与の各破壊規準式に基づいて算出する舗装寿命算出ステップ。
【請求項３】
前記舗装寿命算出ステップの次に、さらに以下のステップを備えることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の舗装設計時における舗装寿命予測方法。
（３）前記多層弾性理論を用いて算出された前記表層・基層の表面におけるたわみ量と、前記２層弾性理論を用いて算出された前記表層・基層の表面におけるたわみ量との比率である校正係数を算出する校正係数算出ステップ。
【請求項４】
前記各層における前記使用材料に対応した前記弾性係数又は前記設計用弾性係数を、それぞれ表１及び表２に示す値の範囲内になるように設定するとともに、前記各破壊規準式を、それぞれ式（ａ）及び式（ｂ）とすることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の舗装設計時における舗装寿命予測方法。
【表１】
0003728221.tif 000015
【表２】
0003728221.tif 000016
Ｎt＝8.251×10-3×εｔ-3.291×（Ｅ／10.192）-0.854 （ａ）
Ｎc＝1.365×10-9×εｃ-4.477 （ｂ）
Ｎt：前記表層・基層の引張ひずみに基づく許容載荷輪数（49×103Ｎ輪荷重）
Ｎc：前記路床上面の圧縮ひずみに基づく許容載荷輪数（49×103Ｎ輪荷重）
E ：前記表層・基層の弾性係数（Mpa）
εｔ：前記表層・基層下面に生じる引張ひずみ（μ）
εｃ：前記路床上面に生じる圧縮ひずみ（μ）
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の舗装設計時における舗装寿命予測方法により算出された舗装寿命時における前記２層弾性理論により算出された前記表層・基層の表面におけるたわみ量と、ベンケルマンビーム実測たわみ量とを比較することにより、設計時に予測した前記舗装体の舗装寿命を検証することを特徴とする舗装寿命予測の確認方法。
【請求項６】
請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の舗装設計時における舗装寿命予測方法により算出された舗装寿命時における前記多層弾性理論により算出された前記表層・基層の表面におけるたわみ量と、ＦＷＤ実測たわみ量とを比較することにより、設計時に予測した前記舗装体の舗装寿命を検証することを特徴とする舗装寿命予測の確認方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、舗装設計時における舗装寿命予測方法及びその確認方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
Ｆｅ石灰工法は、軟弱な路床上に消石灰と微粉酸化鉄からなる安定剤（以下、「Ｆｅ石灰」という）を用いて拘束層（安定処理土層）を構築することを特徴とする工法であり、この拘束層は、直下の軟弱層を乱さない程度の軽い締固めで不透過水層となり、かつ、施工直後にその上部の路盤や表層・基層の転圧に必要な支持力が得られることから、一般にサンドイッチ工法に分類される。
このＦｅ石灰工法を適用したＦｅ石灰処理土は長期にわたる強度増進特性があり、高い耐久性を持ち、硬化後の耐水性は極めて高く、地下水などの浸食にも安定している材料であるとともに、半永久的な路床を構築することができる。このＦｅ石灰工法は、九州各地で数多く採用されており、1962年から現在までの約４０年間における施工実績は約3178万ｍ2となっているが、路床の支持力不足に起因する補修は皆無であることでその効果が実証されている。
【０００３】
前記のようなＦｅ石灰工法を適用したアスファルト舗装体の設計方法は、二層からなる地盤の沈下量を求めるBurmister（バーミスター）の２層弾性理論を基本としている。しかし、Burmisterの厳密解をそのまま使用するには繁雑である等の理由から、その簡易計算法としてBarber（バーバー）の近似式（後記式（ｅ））を用い、表層・基層の表面（以下、「路面」という）における限界たわみ量（アスファルト舗装で0.7mm、コンクリート舗装で0.35mm）を下回ることを目標に、各層の設計断面を決定している。また、地盤内に発生する各層の諸応力については、均質な半無限弾性体の表面に集中荷重が鉛直に作用する場合に対して解いている、ブーシネスク（Boussinesq）の式により求めることとしている。
【０００４】
この２層弾性理論によって算出されたたわみ量は、前記3178万ｍ2の施工実績における施工管理や追跡調査等により、ベンケルマンビームによる路面のたわみ量の測定方法（以下、「ベンケルマンビームによるたわみ量測定法」という）に基づいて測定された供用後の舗装の実測たわみ量（以下、「ベンケルマンビーム実測たわみ量」という）との整合性が確認されている。
なお、ベンケルマンビームによるたわみ量測定法とは、輪荷重によって路面に生じるたわみ量を測定するものであり、その測定には、49×103Ｎ（５tonｆ）輪荷重（以下、「５トン輪荷重」という）の荷重車を用い、後輪の複輪間にベンケルマンビームを挿入して、荷重車を発進させたときに生じるたわみ量を測定する方法である。
【０００５】
しかし、２層弾性理論では舗装寿命予測に用いる破壊規準式に必要な舗装体内部に発生する応力とひずみ（変位）等の値を算出することができないことから、舗装寿命予測の算定にはそれらの数値を算定できる多層弾性理論による解析（以下、「多層弾性計算」という）が必要となる。
すなわち、多層弾性理論とは、舗装体を構成する各層の材料を弾性体と仮定し、弾性理論を用いて、等方異質半無限地盤に円形な圧力を持った外力が作用した場合の舗装表面又は内部に発生する応力、ひずみ、変位等を解析する理論である（舗装工学、土木学会土構造物および基礎委員会「舗装工学」編集委員会、平成７年２月２３日、社団法人土木学会、ｐ87〜p90参照）。
【０００６】
この、多層弾性理論は、既知の方法であり、現在は、コンピュータ用の多層弾性理論解析プログラムを用いて、舗装表面に輪荷重が載荷されたときに、舗装体内に発生する応力、ひずみ及び変位等を計算できるようになっている。
そして、破壊寿命予測は、前記多層弾性計算により求められたアスファルト層の疲労から生じるひび割れの指標となるアスファルト混合物層下面の水平引張りひずみと、路床の永久変形によるわだち掘れの指標となる路床上面の垂直圧縮ひずみを、それぞれの破壊規準式に代入して、アスファルト混合物層（以下、「アスコン層」という）および路床のそれぞれの破壊に至るまでの載荷輪数を求めることができるようになっている。
【０００７】
なお、前記多層弾性計算を行うために、現在、我国で入手可能なプログラムは、表３に示すとおりであり、これらのどのプログラムを使用しても、同じ入力に対しては略同じ出力が得られることが確認されており、またそれらの値は多層弾性理論の厳密解とも一致することが知られている（菊川他著、株式会社山海堂発行、「最新・アスファルト舗装技術−舗装学のすすめ・ＡからＺまで−」平成８年４月１０日第３刷発行、７５−７６頁参照）。
【０００８】
【表３】
0003728221.tif 000002
【０００９】
さらに、最近では供用中の舗装体の寿命予測方法として、ＦＷＤ（Falling Weight Deflectometer) による路面のたわみ量の測定方法（以下、「ＦＷＤによるたわみ量測定法」という）と多層弾性理論とを組み合わせた方法が試みられている。
この方法は、多層弾性計算で求められたたわみ量と、ＦＷＤによるたわみ量測定法に基づいて測定された実測たわみ量（以下、「ＦＷＤ実測たわみ量」という）とが、互いに近似していることを利用した方法である。
すなわち、この方法はＦＷＤによるたわみ測定法に基づいて測定された路面の実測たわみ形状と多層弾性理論を用いた解析（以下、「多層弾性計算」という）とを組み合わせることにより、舗装体を構成している各層の推定弾性係数を計算し、当該各層の厚さ、推定弾性係数及びポアソン比を所与としたときに、載荷時の輪荷重によって舗装体内に発生する応力、ひずみ及び変位等の計算を行い、以後は前記と同様に、破壊規準式を用いて、アスコン層と路床のそれぞれの破壊までの許容載荷輪数を計算する方法（以下、「ＦＷＤによる舗装寿命予測方法」という）である。
【００１０】
なお、ＦＷＤによるたわみ量測定法とは、路面に直径30cmの載荷板を置き、その上に重錘を落下させて衝撃荷重（約49×103Ｎ）を加え、このときに生じる路面のたわみ量を専用のセンサによって計測し、そのたわみ形状を求めるものである。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、元来、２層弾性理論も多層弾性理論もブーシネスクの半無限弾性体に生じる応力の解析理論を基本とした理論解析法であるが、２層弾性理論では最下層（路床）を100cmと仮定してその算出を行っているのに対し、多層弾性理論では最下層を半無限と仮定してその算出を行っている。そのため、通常、２層弾性理論を用いた解析（以下、「２層弾性計算」という）を行う際に使用する各層の弾性係数を、多層弾性計算を行う際に使用しても、求められるたわみ量は２層弾性計算で求められたたわみ量とは異なる値となる。また、半無限層の層厚は、輪荷重、舗装構成或いは最下層（路床）の弾性係数によっても変動するものであるが、そのような点を考慮することができない多層弾性計算を使用してたわみ量を求めることは困難である。
また、前記と同様の理由により、２層弾性計算を行う際に使用する各層の弾性係数を使用して、多層弾性計算に基づいて破壊までの許容載荷輪数（舗装寿命）を算出した場合には、現実の測定値と比較すると極めて小さな値となってしまうという問題点を有している。
【００１２】
さらに、前記ＦＷＤによる舗装寿命予測方法を用いる場合には、以下のような問題点があり、容易に適用することは難しい。
イ）測定装置自体が大きく高価である。
ロ）解析業務に高度の専門的知識と経験が必要である。
ハ）算出された推定弾性係数は、ＦＷＤによるたわみ量測定法による路面のたわみ形状と多層弾性理論の組み合わせによる相対的な見かけの弾性係数を示しているにすぎず（「ＦＷＤによる舗装の非破壊試験に関する研究、丸山他、長岡技術科学大学研究報告第１０号p119〜p127、1988」参照）、解析結果による各層の推定弾性係数を、そのまま舗装体の構造設計に用いることはできない。
【００１３】
本発明は、前記の問題点を解決するためになされたものであり、アスファルト混合物（以下、「アスコン」という）から形成されている表層・基層を備える舗装構造において、２層弾性理論を用いて構造設計された舗装体の舗装設計時における寿命予測を行うに当たり、２層弾性理論と多層弾性理論による相違点を考慮した上で、当該多層弾性理論を使用した簡易な計算手法を提供することを目的とする。また、前記寿命予測により算出された舗装体の寿命を確認するための方法を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明の舗装設計時における舗装寿命予測方法（以下、「舗装寿命予測方法」という）は、路床上に路盤及びアスファルト混合物から形成されている表層・基層を設けた舗装体を対象とするものであり、以下の手順を含むことを特徴としている。
（１）前記舗装体を、前記路床と、前記路盤及び前記表層・基層との上下層に区分し、２層弾性理論におけるBarberの近似式に基づき、
荷重条件、路床条件、環境条件、前記各層における使用材料、前記各層における層厚、及び前記各層における前記使用材料に対応した弾性係数を与えることにより、前記表層・基層の表面におけるたわみ量を算出し、前記算出されたたわみ量が予め定められている限界たわみ量を下回るように、前記各層の使用材料及び層厚を決定する設計断面決定ステップ。
（２）前記路床、前記路盤及び前記表層・基層の各層に対し、前記設計断面決定ステップにより決定された前記各層の層厚と、前記各層における前記使用材料に対応しており、予め求められている設計用弾性係数とを与えることにより、多層弾性理論に基づき、前記表層・基層の下面に生じる引張ひずみと、前記路床の上面に生じる圧縮ひずみと、前記表層・基層の表面におけるたわみ量とを算出し、前記表層・基層の下面に生じる引張ひずみに起因する舗装寿命と、前記路床の上面に生じる圧縮ひずみに起因する舗装寿命とを、所与の破壊規準式から算出する舗装寿命算出ステップ。
【００１５】
ここで、本発明は、粒状路盤工法、Ｆｅ石灰工法の一態様であるリベース工法、或いは、下層路盤安定処理工法（下層路盤にセメント安定処理層や石灰安定処理層を適用する工法）等により構築された舗装体に適用可能である。
また、路盤は、上層路盤と下層路盤に区分されているものであってもよい。
さらに、前記舗装寿命は、許容載荷輪数から求めることが一般的である。
【００１６】
また、本発明の舗装寿命予測方法は、路床上に処理層を設け、その上部に路盤及びアスファルト混合物から形成されている表層・基層を設けた舗装体を対象とした、以下の手順を含むことを特徴としている。
（１）前記舗装体を、前記路床及び前記処理層と、前記路盤及び前記表層・基層との上下層に区分し、２層弾性理論におけるBarberの近似式に基づき、予め定められている荷重条件、路床条件、環境条件、前記各層における使用材料、前記各層における層厚、及び前記各層における前記使用材料に対応した弾性係数を与えることにより、前記表層・基層の表面におけるたわみ量を算出し、前記算出されたたわみ量が予め定められている限界たわみ量を下回るように、前記各層の使用材料及び層厚を決定する設計断面決定ステップ。
（２）前記路床、前記処理層、前記路盤及び前記表層・基層の各層に対し、前記設計断面決定ステップにより決定された前記各層の層厚と、前記各層における前記各層における前記使用材料に対応しており、予め求められている設計用弾性係数とを与えることにより、多層弾性理論に基づく所定のコンピュータプログラムを使用して、前記表層・基層の下面に生じる引張ひずみと、前記路床の上面に生じる圧縮ひずみと、前記表層・基層の表面におけるたわみ量とを算出し、前記表層・基層の下面に生じる引張ひずみに起因する舗装寿命と、前記路床の上面に生じる圧縮ひずみに起因する舗装寿命とを、所与の各破壊規準式に基づいて算出する舗装寿命算出ステップ。
【００１７】
ここで、本発明は、標準Ｆｅ石灰工法、Ｆｅ石灰工法の一態様であるリベースジョイント工法、セメント安定処理工法或いは石灰安定処理工法（現路床の上に、セメント安定処理工法や石灰安定処理工法による安定処理層を構築する工法）等により構築された処理層（安定処理層、置換層、拘束層等）を有する舗装体に適用可能である。
【００１８】
さらに、前記舗装寿命予測方法において、前記各層における前記使用材料に対応した前記弾性係数又は前記設計用弾性係数を、それぞれ表４及び表５に示す値の範囲内になるように設定するとともに、前記各破壊規準式を、それぞれ式（ｃ）及び式（ｄ）に示す米国アスファルト協会の破壊規準式とすることが実際の適用上においては好適である。なお、この場合には、前記各層の使用材料が、アスファルト混合物、瀝青安定処理材、粒度調整砕石、粒度調整鉱滓、クラッシャラン、Ｆｅ石灰系安定処理材、セメント系安定処理材、石灰系安定処理材、他の置換材（良質土等）であることが必要となることは勿論である。
Ｎt＝8.251×10-3×εｔ-3.291×（Ｅ／10.192）-0.854  （ｃ）
Ｎc＝1.365×10-9×εｃ-4.477                        （ｄ）
Ｎt：前記表層・基層の引張ひずみに基づく許容載荷輪数
（49×103Ｎ輪荷重）
Ｎc：前記路床上面の圧縮ひずみに基づく許容載荷輪数
（49×103Ｎ輪荷重）
E：前記表層・基層の弾性係数（Mpa）
εｔ：前記表層・基層下面に生じる引張ひずみ（μ）
εｃ：前記路床上面に生じる圧縮ひずみ（μ）
【００１９】
【表４】
0003728221.tif 000003
【００２０】
【表５】
0003728221.tif 000004
【００２１】
ところで、前記設計用弾性係数は、前記表５に示すように予め既存の舗装体を対象とした検証を行うことにより求めておくことも可能である。しかし、前記設計断面決定ステップと、前記舗装寿命算出ステップとの間に、既存の舗装体を対象とし、多弾性理論に基づいて算出された舗装寿命の算出値と、前記既存の舗装体の舗装寿命の実測値とが整合（一致）するような設計用弾性係数を算出するための設計用弾性係数算出ステップを設けて求めるものであってもよい。
【００２２】
前記のとおり、同一の舗装体において、２層弾性計算を行う際に使用する各層の弾性係数と同一の値を、多層弾性計算を行う際に使用しても、求められるたわみ量は２層弾性計算で求められたたわみ量とは異なる値となってしまう。そこで、本発明では、多層弾性計算を行う際に使用するための弾性係数を設計用弾性係数と定義し、２層弾性計算を行う際に使用する弾性係数と異なる値として用いている。この設計用弾性係数は、既存の複数の舗装体を対象とし、多層弾性理論に基づいて算出された舗装寿命の算出値と、前記既存の舗装体の舗装寿命の実測値とが整合（一致）するような値を算出して、設定したものである。そのため、２層弾性計算に基づいて算出されるたわみ量と多層弾性計算に基づいて算出される応力とひずみ等の整合性が得られるようになり、２層弾性計算に基づいてたわみ量を算出し、多層弾性計算に基づいて舗装寿命を予測することができるようになる。
【００２３】
従って、ベンケルマンビーム実測たわみ量に良好に対応している設計たわみ量を算出することが可能であるが舗装寿命を算出することができない２層弾性計算と、舗装寿命を算出することは可能であるが、前記ベンケルマンビーム実測たわみ量と整合したたわみ量を算出することができない多層弾性計算とを併用して、簡易に舗装体の舗装寿命を算出することができる。
【００２４】
さらに、本発明は、前記舗装寿命予測方法において、前記舗装寿命算出ステップの次に、さらに以下のステップを備えることを特徴としている。
（３）前記多層弾性理論を用いて算出された前記表層・基層の表面におけるたわみ量と、前記２層弾性理論を用いて算出された前記表層・基層の表面におけるたわみ量との比率である校正係数を算出する校正係数算出ステップ。
【００２５】
本発明によれば、多層弾性計算を用いて算出されたたわみ量と、２層弾性計算を用いて算出されたたわみ量との比率である校正係数を算出することにより、当該校正係数を使用して、両弾性計算により算出されたたわみ量を相互に変換することが可能となる。
ここで、多層弾性計算を用いて算出されたたわみ量はＦＷＤ実測たわみ量との整合性が高いことが確認されている。従って、ＦＷＤ実測たわみ量と校正係数から、２層弾性計算に基づくたわみ量を算出し、当該算出されたたわみ量と、設計時におけるたわみ量とを比較することにより、ＦＷＤ実測たわみ量を用いた舗装体の舗装寿命の確認（構造評価）を行うことが可能となる。
【００２６】
また、２層弾性計算を用いて算出されたたわみ量はベンケルマンビーム実測たわみ量との整合性が高いことが確認されている。従って、ベンケルマンビーム実測たわみ量と校正係数から、多層弾性計算に基づくたわみ量を算出し、当該算出されたたわみ量と設計時におけるたわみ量とを比較することにより、ベンケルマンビーム実測たわみ量を用いた舗装体の舗装寿命の確認を行うことが可能となる。
【００２７】
さらに、前記舗装寿命予測方法により算出された舗装寿命時における前記２層弾性理論により算出された前記表層・基層の表面におけるたわみ量と、ベンケルマンビーム実測たわみ量とを比較することにより、設計時に予測した前記舗装体の舗装寿命を検証することを特徴とする舗装寿命予測の確認方法とすることにより、容易に舗装寿命予測の確認をすることができる。
また、前記舗装寿命予測方法により算出された舗装寿命時における前記多層弾性理論により算出された前記表層・基層の表面におけるたわみ量と、ＦＷＤ実測たわみ量とを比較することにより、設計時に予測した前記舗装体の舗装寿命を検証することを特徴とする舗装寿命予測の確認方法とすることにより、容易に舗装寿命予測の確認をすることができる。
【００２８】
なお、前記算出されたたわみ量と整合性が高い測定方法とは、前記のように２層弾性理論により算出された前記表層・基層の表面におけるたわみ量は、ベンケルマンビーム実測たわみ量を、多層弾性理論により算出された前記表層・基層の表面におけるたわみ量は、ＦＷＤ実測たわみ量を用いることが好適である。
また、これらのたわみ量の比較は、各実測たわみ量を直接的に比較してもよく、或いは、前記校正係数を使用して、比較してもよい。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
なお、以下の説明において、同一の構成要素に関しては同一の符号を付し、重複した説明は省略するものとする。
【００３０】
以下の実施形態では、路床５（層厚h5、弾性係数E5）の上に、それぞれ順に、処理層４（層厚h4、弾性係数E4）、下層路盤３（層厚h3、弾性係数E3）、上層路盤２（層厚h2、弾性係数E2）及びアスコンから形成されている表層・基層１（層厚h1、弾性係数E1）を設けた舗装体Ｈ（図１参照）における舗装寿命予測方法について説明する。
【００３１】
なお、対象とする舗装体は、処理層を設けなくてもよく、その場合には、処理層の層厚をゼロとするとともに、当該舗装体を、路床と、路盤（上層路盤と下層路盤）及び表層・基層との上下二層に区分して、以下と同様の方法により舗装寿命予測を行うことになる。
【００３２】
図２に示すように、本発明の舗装寿命予測方法は、（１）設計断面決定ステップ、（２）舗装寿命算出ステップ、（３）校正係数算出ステップの各ステップから構成されている。
【００３３】
（１）設計断面決定ステップ
本ステップは、２層弾性計算に基づき、前記舗装体Ｈにおける各層の設計断面を決定する作業を行うステップである。
まず、設計期間を定め、荷重条件（設計交通量、累積５トン換算輪数、接地荷重、接地半径、接地圧）、路床条件（設計ＣＢＲ）及び環境条件（温度条件）を設定する（Ｓ１１）。
本発明では、設計期間は10年とするとともに、荷重条件は表６（各設計交通量の区分（Ｌ交通，Ａ交通，Ｂ交通，Ｃ交通，Ｄ交通）に対する設計期間10年における累積５トン換算輪数）及び表７（各設計交通量の区分に対する輪荷重、接地半径及び接地圧）のように定めている。
【００３４】
【表６】
0003728221.tif 000005
【００３５】
【表７】
0003728221.tif 000006
【００３６】
続いて、処理層４、下層路盤３、上層路盤２及び表層・基層１に対して舗装断面（使用材料、層厚）を仮定する（Ｓ１２）。
そして、各層に対して、材料物性（弾性係数）の設定を行う（Ｓ１３）。一般的に、使用する材料物性は、温度条件や材料試験の室内試験等によって求められることになるが、本発明では、舗装体のたわみ量の算定には、過去の適用実績および追跡調査を行った結果、各層において、表８に示す各使用材料に対する弾性係数を選択して使用すると最も信頼性が高いことが明らかになった。
このときに使用する弾性係数は、後記する舗装寿命算出ステップで使用する設計用弾性係数とは異なり、平板載荷試験等から推定した弾性係数に近以している値である。
なお、処理層４における安定処理材（Ｆｅ石灰安定処理材、セメント安定処理内、石灰安定処理材等）、置換材及び路床土については、弾性係数と後記設計用弾性係数をともに９．８×ＣＢＲ（Mpa）に定めている。
【００３７】
【表８】
0003728221.tif 000007
【００３８】
次に、２層弾性計算に基づき、舗装体Ｈにおける路面のたわみ量を算出する（Ｓ１４）。
前記のように、この場合には、二層からなる地盤の沈下量を求めるBurmisterの２層弾性理論を基本として、Barberの近似式（ｅ）を用いて、路面６のたわみ量を算出する。
このとき、舗装体Ｈを、路床５及び処理層４からなる下層ｌと、下層路盤３、上層路盤２及び表層・基層１からなる上層ｕの二層に区分するとともに、路床５と処理層４の層厚の和を100cmと仮定してその計算を行う（図１（ａ）参照）。
Δ＝｛(15.3×p ×a)／Es｝×Fw                            （ｅ）
但し、Eu ＝((h1 × E1 1/3+ h2 × E2 1/3+ h3 ×E31/3)/(h1 +h2 +h3 ))3
El ＝((h4 × E4 1/3+ h5 × E5 1/3)/(h4 +h5 ))3
Fw ＝(1／Y)＋ (El／Eu) ×｛1 −(1／Y)｝
Y  ＝｛1 ＋(H／a)2 ×(El ／Eu)2/3｝1/2
ここで、Δ：路面（表層・基層表面）のたわみ量(cm)
Fw：たわみ係数
Es：路床の平均弾性係数（Mpa）
Eu：上層（上層路盤＋下層路盤＋表層・基層）の平均弾性係数                (Mpa)
El：下層の平均弾性係数(Mpa)
H：舗装厚（上層路盤厚＋下層路盤厚＋表層・基層厚）(cm)
a：車輪の接地半径(cm)
p：車輪の接地圧(Mpa)
【００３９】
そして、算出されたたわみ量が予め定められている限界たわみ量を下回るか否かを判断し、下回っている場合には舗装断面を決定する（Ｓ１５，Ｓ１６）。一方、算出されたたわみ量が限界たわみ量以上であった場合には、再度舗装断面を仮定し直して、前記と同様の作業を行うことになる。
【００４０】
（２）舗装寿命算出ステップ
本ステップは、前記舗装断面の舗装体Ｈについて、多層弾性計算により舗装寿命を算出する作業を行うものである。
【００４１】
まず、各層に対して、材料物性（弾性係数、ポアソン比）の設定を行う（Ｓ２１）。前記のとおり、同一の舗装体において、２層弾性計算を行う際に使用する各層の弾性係数と同一の値を、多層弾性計算を行う際に使用しても、求められるたわみ量は２層弾性計算で求められたたわみ量とは異なる値となってしまう。そのため、本発明では、本ステップで使用するための弾性係数を設計用弾性係数と定義し、２層弾性計算を行う際に使用する弾性係数と異なる値として用いている。
【００４２】
この設計用弾性係数は、材料試験の室内試験等によって求められる値より大きな値を設定しなければならないことが、本発明者の検証により見いだされた。そのため、本発明者は、過去の舗装の施工実績および追跡調査を行った結果を精査し、その値を表９に示す範囲に設定することにより、多層弾性計算により算出された舗装寿命と、舗装寿命の実測値との整合性が確保されるという知見を得るに至ったものである。従って、実測値に良好に対応したベンケルマンビーム実測たわみ量と整合性が得られている２層弾性計算に基づいて算出されるたわみ量と、多層弾性計算に基づいて算出される応力とひずみ等の整合性が得られることになる。
なお、実際に使用する場合には、設計用弾性係数は、表９における値のうち、前記設計断面決定ステップにより予め決定されている舗装体Ｈの各層の使用材料に応じて、最適な値を適宜選択して使用することとする。
【００４３】
また、ポアソン比は、過去の適用実績および追跡調査を行った結果、各使用材料に対し、表９に示す値を選択して使用すると最も信頼性が高いことが明らかになった。
【００４４】
【表９】
0003728221.tif 000008
【００４５】
次に、前記舗装体Ｈについて、所与の条件の下で多層弾性計算に基づき、表層・基層１の下面に生じる引張ひずみεｔ及び引張応力と、路床５の上面に生じる圧縮ひずみεｃ及び圧縮応力と、躯体の上面に生じる圧縮ひずみεｃ’及び圧縮応力と路面６のたわみ量等（図３参照）を算出する（Ｓ２２）。
なお、躯体の上面とは、上層路盤２の上面をいうものである。
【００４６】
なお、多層弾性計算は、前記した既存のコンピュータプログラムを使用して行うこととする。入力値は、舗装体Ｈの各層の特性（層厚、層数、層間の摩擦係数）、計算の対象となる位置（路面、表層・基層の下面、路床の上面等）、材料特性（弾性係数、ポアソン比）、荷重特性（荷重の大きさ、載荷半径、接地圧）であり、出力値は、前記計算の対象となる位置の応力、ひずみ、変位量である。
但し、路床５と処理層４の層厚（h4＋h5）は無限大として計算を行うとともに（図１（ｂ）参照）、前記路床５と処理層４の平均弾性係数(E4’、Mpa)を式（ｆ）で算出するものとしている。また、多層弾性計算においては、標準荷重を５トン輪荷重（接地半径15cm，接地圧0.54Mpa）として計算している。
さらに、この平均弾性係数E4’を算出する場合には、計算の便宜上、h4＋h5＝100cmと仮定して行っている。
E4’＝((h4 × E4 1/3+ h5 × E5 1/3)/(h4 +h5 ))3             （ｆ）
【００４７】
さらに、算出された前記引張ひずみεｔと前記圧縮ひずみεｃ，εｃ’を、米国アスファルト協会の破壊規準式（ｇ）〜式（ｉ）に代入することにより、前記表層・基層１の下面に生じる引張ひずみεｔに起因する許容載荷輪荷重と、前記路床５の上面に生じる圧縮ひずみεｃ（又は、躯体の上面に生じる圧縮ひずみεｃ’）に起因する許容載荷輪荷重を算出する（Ｓ２３）。
Ｎt＝8.251×10-3×εｔ-3.291×（Ｅ／10.192）-0.854  （ｇ）
Ｎc＝1.365×10-9×εｃ-4.477                        （ｈ）
Ｎc’＝1.365×10-9×εｃ’-4.477                    （ｉ）
Ｎt：表層・基層の引張ひずみに基づく許容載荷輪数
（49×103Ｎ輪荷重）
Ｎc：路床上面の圧縮ひずみに基づく許容載荷輪数
（49×103Ｎ輪荷重）
Ｎc’：躯体の圧縮ひずみに基づく許容載荷輪数
（49×103Ｎ輪荷重）
E ：表層・基層の弾性係数（Mpa）
εｔ：表層・基層下面に生じる引張ひずみ（μ）
εｃ：路床上面に生じる圧縮ひずみ（μ）
εｃ’：躯体上面に生じる圧縮ひずみ（μ）
【００４８】
そして、前記式（ｇ）〜式（ｉ）で算出された許容載荷輪数と、各設計交通量の区分における設計期間の累積５トン換算輪数とを比較することにより供用年数（舗装寿命）を算出する。
【００４９】
（３）校正係数算出ステップ
本ステップは、多層弾性計算に基づいて算出された路面６のたわみ量と、前記２層弾性計算に基づいて算出された路面６のたわみ量との比率である校正係数を算出する作業を行うものであり、校正係数は式（ｊ）で示される。
校正係数＝（多層弾性理論に基づいて算出された路面のたわみ量／２層弾性理論に基づいて算出された路面のたわみ量）  （ｊ）
【００５０】
このように、本発明によれば、多層弾性計算を行う際に使用するための弾性係数を設計用弾性係数と定義し、２層弾性計算を行う際に使用する平板載荷試験等から推定される値と近似している弾性係数と異なる値を設定して用いている。この設計用弾性係数は、２層弾性計算に基づいて算出されるたわみ量と多層弾性計算に基づいて算出される応力とひずみ等の整合性が得られるように、本発明者が設定したものであるため、本発明によれば、２層弾性計算に基づいてたわみ量を算出し、多層弾性計算に基づいて舗装寿命を予測することができるようになる。
従って、ベンケルマンビーム実測たわみ量に良好に対応している設計たわみ量を算出することが可能であるが舗装寿命を算出することができない２層弾性理論における計算方法と、舗装寿命を算出することは可能であるが、前記ベンケルマンビーム実測たわみ量と整合したたわみ量を算出することができない多層弾性理論における計算方法を併用して、簡易に舗装体の舗装寿命を算出することができる。
【００５１】
また、本発明によれば、多層弾性計算に基づいて算出されたたわみ量と、２層弾性計算に基づいて算出されたたわみ量との比率である校正係数を算出することにより、当該校正係数を使用して、両弾性計算に基づいて算出されたたわみ量を相互に変換することが可能となる。
この多層弾性計算に基づいて算出されたたわみ量はＦＷＤ実測たわみ量との整合性が高いことが確認されている。従って、ＦＷＤ実測たわみ量と校正係数から、２層弾性計算に基づくたわみ量を算出し、当該算出されたたわみ量と設計時におけるたわみ量とを比較することにより、ＦＷＤ実測たわみ量を用いた舗装体の舗装寿命の確認を行うことが可能となる。
【００５２】
さらに、２層弾性計算に基づいて算出されたたわみ量はベンケルマンビーム実測たわみ量との整合性が高いことが確認されている。従って、ベンケルマンビーム実測たわみ量と校正係数から、多層弾性計算に基づくたわみ量を算出し、当該算出されたたわみ量と設計時におけるたわみ量とを比較することにより、ベンケルマンビーム実測たわみ量を用いた舗装体の舗装寿命の確認を行うことが可能となる。
【００５３】
以上、本発明について、好適な実施形態の一例を説明した。しかし、本発明は、前記実施形態に限られず、前記の各構成要素については、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜設計変更が可能であることは言うまでもない。
特に、処理層は、Ｆｅ石灰処理層のみではなく、セメント安定処理層や石灰安定処理層等を用いることが可能である。
また、舗装寿命を算出する際の破壊規準式は、種々の算定式が存在するため、前記米国アスファルト協会式とは異なる算定式を用いるものであってもよい。
【００５４】
【実施例】
本発明の舗装寿命予測方法は種々の舗装体に適用可能であるが、以下には、路床改良を行う場合と路床改良を行わない場合とに分けて代表的な５つの舗装体Ｈ１１〜Ｈ２２（設計断面（１−１）〜（２−２））を選定し、それぞれ舗装寿命予測を行うことにする。
【００５５】
［前提条件］
以下の各実施例に関し、舗装体Ｈ１１〜Ｈ２２の構造設計時における前提条件として、設計期間は１０年、荷重条件である設計交通量はＣ交通、路床条件である設計ＣＢＲは６、環境条件である温度条件は、高温、通常及び低温の３ケースを設定している。そして、この条件下において、前記設計断面決定ステップを実施し、その結果決定された最適な舗装断面に基づき、前記舗装寿命算出ステップを適用した。
【００５６】
なお、以下に示す多層弾性計算は難解かつ複雑であることから、パーソナルコンピュータ用のプログラムである前記ＥＬＳＡを用いてその計算を行った。また、その各ステップの適用は、前記本発明の実施の形態で説明した方法に沿って行った。
【００５７】
［路床改良を行う場合］
路床改良を行う場合の実施例としては、（１−１）粒状路盤（標準Ｆｅ石灰工法を適用）を適用した舗装体Ｈ１１、（１−２）粒調砕石リベースジョイント工法（以下、「砕石リベースジョイント工法」という）を適用した舗装体Ｈ１２、（１−３）瀝青安定処理リベースジョイント工法（以下、「瀝安リベースジョイント工法」という）を適用した３種類の舗装体Ｈ１３について説明する。
【００５８】
（１−１）粒状路盤（標準Ｆｅ石灰工法を適用）を適用した舗装体
本舗装体Ｈ１１は、図４（ａ）に示すように、Ｆｅ石灰工法の開発当初から標準的に採用された舗装構成を有するものである。
すなわち、路床５の上に、それぞれ順に、Ｆｅ石灰処理土（Ｆｅ石灰処理材を土に混合したもの、ＣＢＲ＝８０％）から形成される拘束層１４（Ｆｅ石灰処理層）と、クラッシャランから形成される下層路盤１３と、粒度調整（以下、「粒調」という）砕石から形成される上層路盤１２と、加熱アスコンから形成される表層・基層１とを積層したものである。
【００５９】
設計用弾性係数は、路床５及び拘束層１４については９．８×ＣＢＲ（Mpa）、上層路盤１２及び下層路盤１３については、Ｆｅ石灰処理土を路床改良に用いているため、施工時において十分な締固めが期待できると考えられることから、表９に示す各材料の最大値（粒調砕石588Mpa、クラッシャラン196Mpa）を用いた。
また、表層・基層１の弾性係数は、加熱アスコンの温度条件等を考慮して表９に示す最小値（5880Mpa、ケース１）、中間値（7840Mpa、ケース２）、最大値（9800Mpa、ケース３）の場合について算定を行うこととした。
【００６０】
なお、Ｆｅ石灰系処理材（Ｆｅ石灰処理材及び粒調Ｆｅ処理材等）を使用する場合、その設計強度は通常、材令４日経過時における強度を用いることとしている。しかし、Ｆｅ石灰系処理材は材令日数に伴う強度増進特性があることから（表１０参照）、舗装体Ｈ１１の長期供用性等の性能値を評価するために、拘束層１４に対し材令１４日経過時における強度を使用した場合（ケース４）についても舗装寿命の算定を行う。但し、この場合には、拘束層１４以外の舗装各層の弾性係数は、ケース２における組み合わせを用いて計算を行うこととした（以下同様）。
【００６１】
【表１０】
0003728221.tif 000009
【００６２】
表１１に示す算出結果によれば、舗装寿命の目安は１０年であることから、ケース３において表層・基層１の下面における舗装寿命が約１０年（９．６年）、路床上面における舗装寿命が３３年であることがわかる。
また、ケース２における多層弾性計算により算出された路面６におけるたわみ量と、２層弾性計算により算出された路面６におけるたわみ量を用いて校正係数を求めると0.655となる（図５（ａ）参照）。
【００６３】
【表１１】
0003728221.tif 000010
【００６４】
（１−２）砕石リベースジョイント工法を適用した舗装体
本舗装体Ｈ１２は、図４（ｂ）に示すような舗装構成を有しており、前記粒状路盤の舗装体Ｈ１１における下層路盤１３に換えて、粒調Ｆｅ石灰処理材（建設廃材などの粒状材料を加えて粒度調整した不透過水層）から形成される下層路盤２３を設けることによって、前記拘束層１４及び下層路盤２３の耐水性・耐疲労特性を改善して長寿命化舗装を構築したものである。
【００６５】
設計用弾性係数は、路床５、拘束層１４及び下層路盤２３については９．８×ＣＢＲ（Mpa）、上層路盤１２については、Ｆｅ石灰処理土を路床改良に用いているため、施工時において十分な締固めが期待できると考えられることから、表９に示す各材料の最大値（粒調砕石588Mpa、クラッシャラン196Mpa）を用いた。
また、表層・基層１の弾性係数は、加熱アスコンの温度条件等を考慮して表９に示す最小値（5880Mpa、ケース１）、中間値（7840Mpa、ケース２）、最大値（9800Mpa、ケース３）の場合について算定を行うこととした。
なお、前記と同様に、拘束層１４に対し、材令１４日経過時における強度を使用した場合（ケース４）についても舗装寿命の算定を行うこととした。
【００６６】
表１２に示す算出結果によれば、総てのケースについて舗装寿命が約１０年以上であることがわかる。
また、ケース２における多層弾性計算により算出された路面６におけるたわみ量と、２層弾性計算により算出された路面６におけるたわみ量を用いて校正係数を求めると0.790となる（図５（ｂ）参照）。
【００６７】
【表１２】
0003728221.tif 000011
【００６８】
（１−３）瀝安リベースジョイント工法を適用した舗装体
本舗装体Ｈ１３は、図４（ｃ）に示すように、前記砕石リベースジョイント工法を適用した舗装体Ｈ１２における粒調砕石から形成される上層路盤１２に換えて、瀝青安定処理材から形成される上層路盤３２を設けた舗装構成を有している。
設計用弾性係数は、上層路盤３２は、表９に示す瀝青安定処理材の最大値である（4900Mpa）を用いること以外は、前記砕石リベースジョイント工法を適用した舗装体Ｈ１２の場合と同様である。
なお、本構造体Ｈ１３の場合、瀝青安定処理材は表層・基層１と同質の瀝青材であることから、表層・基層１の舗装寿命の算定は、上層路盤３２（瀝青安定処理材）下面において発生するひずみを用いてその算定を行った。
【００６９】
表１３に示す算出結果によれば、総てのケースについて舗装寿命が約１０年以上であることがわかる。
また、ケース２における多層弾性計算により算出された路面６におけるたわみ量と、２層弾性計算により算出された路面６におけるたわみ量を用いて校正係数を求めると0.800となる（図５（ｃ）参照）。
【００７０】
【表１３】
0003728221.tif 000012
【００７１】
［路床改良を行わない場合］
路床改良を行わない場合としては、（２−１）粒状路盤を適用した舗装体Ｈ２１、（２−２）リベース工法を適用した舗装体Ｈ２２の各ケースについて説明する。
【００７２】
（２−１）粒状路盤を適用した舗装体
本舗装体Ｈ２１は、図６（ａ）に示すように、路床５の上に、それぞれ順に、クラッシャランから形成される下層路盤１３と、粒調砕石から形成される上層路盤１２と、加熱アスコンから形成される表層・基層１とを積層したものである。
【００７３】
本舗装体Ｈ２１では、拘束層を設けておらず、また、下層路盤１３にＦｅ石灰系処理材を用いていないため十分な締囲めができないことが懸念されるが、本検討においては、十分な練固めができるものと想定し、設計用弾性係数は、表９に示す各材料の最大値（粒調砕石588Mpa，クラッシャラン196Mpa）を用いて算定を行うこととした。
また、表層・基層１の弾性係数は、加熱アスコンの温度条件等を考慮して表９に示す最小値（5880Mpa、ケース１）、中間値（7840Mpa、ケース２）、最大値（9800Mpa、ケース３）の場合について算定を行うこととした。
【００７４】
表１４に示す算出結果によれば、ケース２及びケース３について舗装寿命が約１０年以上であることがわかる。
また、ケース２における多層弾性計算により算出された路面６におけるたわみ量と、２層弾性計算により算出された路面６におけるたわみ量を用いて校正係数を求めると0.623となる（図７（ａ）参照）。
【００７５】
【表１４】
0003728221.tif 000013
【００７６】
（２−２）リベース工法を適用した舗装体
本舗装体Ｈ２２は、図６（ｂ）に示すように、路床５の上に拘束層を構築することなく、当該路床５の直上の下層路盤５３にのみ粒調Ｆｅ石灰処理材を適用する工法である。
本舗装体Ｈ２２の場合、上層路盤１２の粒調砕石は粒調Ｆｅ処理材上での施工となるため十分な締固めが期待できるものと考え、設計用弾性係数は表９に示す最大値（粒調砕石588Mpa）を用いて算定を行うこととした（下層路盤２３の設計弾性係数は、９．８×ＣＢＲ（Mpa））。
また、表層・基層１の弾性係数は、加熱アスコンの温度条件等を考慮して表９に示す最小値（5880Mpa、ケース１）、中間値（7840Mpa、ケース２）、最大値（9800Mpa、ケース３）の場合について算定を行うこととした。
【００７７】
なお、下層路盤２３に使用している粒調Ｆｅ石灰処理材については、材令に伴う強度増進特性があることから、前記と同様に、材令１４日経過時における強度を使用した場合（ケース４）についても舗装寿命の算定を行うこととした。
【００７８】
表１５に示す算出結果によれば、総てのケースについて舗装寿命が約１０年以上であることがわかる。
また、ケース２における多層弾性計算により算出された路面６におけるたわみ量と、２層弾性計算により算出された路面６におけるたわみ量を用いて校正係数を求めると0.822となる（図７（ｂ）参照）。
【００７９】
【表１５】
0003728221.tif 000014
【００８０】
なお、本実施例に用いた各舗装体Ｈ１１〜Ｈ２２は、現在適用されているＦｅ石灰工法の代表的な舗装構成（但し、（２−１）粒状路盤を適用した舗装体Ｈ２１を除く）であることから、設計交通量の区分や設計ＣＢＲ等が異なった場合でも、各層の使用材料が同一条件であれば、前記校正係数を用いることで、設計時の舗装寿命予測の確認を行うことができる。
しかし、設計を行う舗装体について、より詳細な確認を行う必要がある場合には、設計ＣＢＲや舗装厚等を再入力して計算を行い、設計断面における校正係数を求めて、舗装寿命予測の確認を行う必要があることは言うまでもない。
【００８１】
【発明の効果】
本発明によれば、表層・基層にアスコン層を設けた舗装構造において、設計時において２層弾性理論を用いた舗装体の寿命予測を行うに当たり、２層弾性理論と多層弾性理論による相違点を考慮した上で、当該多層弾性理論を使用した簡易な計算手法を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は、本発明の対象とする舗装体において、２層弾性計算を行う際の概念を示す模式図であり、（ｂ）は、多層弾性計算を行う際の概念を示す模式図である。
【図２】本発明の舗装寿命予測方法を示すフロー図である。
【図３】本発明の対象とする舗装体の荷重作用時の状態を示す模式図である。
【図４】（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ、路床改良を行う場合の実施例の対象とする舗装体及び各ケースにおける設計用弾性係数を示す図である。
【図５】（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ、路床改良を行う場合の実施例において、路面のたわみ量（２層弾性計算による場合と多層弾性計算による場合）とアスファルト混合物の弾性係数の関係を示すグラフである。
【図６】（ａ）、（ｂ）ともに、路床改良を行わない場合の実施例の対象とする舗装体及び各ケースにおける設計用弾性係数を示す図である。
【図７】（ａ）、（ｂ）ともに、路床改良を行わない場合の実施例において、路面のたわみ量（２層弾性計算による場合と多層弾性計算による場合）とアスファルト混合物の弾性係数の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
Ｈ，Ｈ１１，Ｈ１２，Ｈ１３，Ｈ２１，Ｈ２２    舗装体
１    表層・基層
２，１２，３２    上層路盤
３，１３，２３    下層路盤
４    処理層
５    路床
６    路面
【図１】
0003728221.tif 000017
【図２】
0003728221.tif 000018
【図３】
0003728221.tif 000019
【図４】
0003728221.tif 000020
【図５】
0003728221.tif 000021
【図６】
0003728221.tif 000022
【図７】
0003728221.tif 000023