研究報告

既設ポストテンション PC 橋の保全方法— PC 鋼材の劣化に対する診断と対策 —

酒井

秀昭＊1

国内の橋梁は，高度経済成長期から急速に整備されており，現在は経年化による劣化が顕在化しつつある。過去に施工されたポストテンション方式による PC 橋では，荷重作用による変状や環境作用による劣化に加えて，PC グラウトの充填不良，
使用材料および PC 鋼材の定着方法などに起因し，PC 鋼材の腐食や破断などの変状が発生している橋梁も少なくない。PC 鋼材の変状が発生した PC 橋の対策としては，外ケーブル工法や PC グラウトの再充填工法などが一部で実施されている。本研
究は，PC グラウトの充填不良，使用材料および PC 鋼材の定着方法などに起因して変状が発生または発生するおそれがある既設のポストテンション方式の PC 橋の診断方法や対策方法について，既往の規準や変状事例をもとに検討を行ったものである。
キーワード：ポストテンション方式，PC 鋼材，PC グラウト充填不良，診断，対策
いて，「既設ポストテンション橋の PC 鋼材調査および補修・

1．は じ め に補強指針 1）」が 2016 年に制定されている。また，ポスト

ポストテンション方式のプレストレストコンクリート

テンション方式の PC 橋の保全方法については，PC 工学（以下，「PC」という。）橋は，コンクリート部材と付着さ会において 2018 年に制定された「コンクリート橋・複合

せないアンボンド方式を除いて，PC 鋼材の緊張後に PC

橋保全マニュアル 2）」の中に具体的な診断方法や標準的なグラウトによりコンクリート部材と PC 鋼材とを一体化さ対策方法が記載されている。

せて，PC 鋼材の防錆と平面保持の仮定を成立させている。

本研究は，前述の既往の規準や変状事例などを参考に，

PC グラウトについては，現在は充填性に関してさまざま

PC グラウトの充填不良などに起因して，PC 鋼材に変状がな改良や研究により，耐久性にかかわる要求事項を満足す

発生または発生するおそれがある既設のポストテンションる設計・施工が行われている。しかしながら，改良や研究方式の PC 橋の診断方法や対策方法について検討を行ったが実施される以前に施工されたポストテンション方式のものである。

PC 橋については，PC グラウトの充填不良などに起因する

2．PC 鋼材の変状発生のリスク

PC 鋼材の腐食や破断などの変状が発生している 1）。
PC グラウトの充填不良が生じている PC 橋の対策としポストテンション方式により施工された PC 橋では，図ては，外ケーブル工法や PC グラウトの再充填工法などが- 1 に示す事例のような PC 鋼材の腐食や破断などの変状

一部で実施されている。PC グラウトの充填不良の調査おが発生している橋梁も少なくない。現在行われている PC

よび補修・補強については，公益社団法人プレストレスト

グラウトと比較して，過去に施工された PC グラウトによコンクリート工学会（以下，「PC 工学会」という。）におって PC 鋼材に変状が生じる要因 1）については以下に示す

12 本破断①12 本破断（全部）
1 本破断
1 本破断

PC 鋼線
12-φ7

②4 本破断
1 本破断

1 本破断

③腐食

1 本破断

1 2 3

1 本破断

④腐食

⑤2 本破断

4 5

撮影方向

図- 1
＊1

既設ポストテンション PC 橋の PC 鋼材の腐食および破断の例（PC ポストテンションバルブ T 桁橋）

Hideaki SAKAI：博士（工学）46

プレストレストコンクリート

研究報告
とおりである。

PC鋼棒φ321）PC グラウトとして，ブリーディングが生じる材料に膨張剤を添加したもの使用していたため，ブリーディングによりシース内に空隙が発生する可能性が高い。現在は，ノンブリーディングタイプを使用してシース内径φ45
シース内径φ38
空隙率29 %（当初） 空隙率49 %（1998年以降）いる。
2）PC グラウトに塩化物イオン量の制限がなかったため，

PC鋼線12φ8PC 鋼材が腐食する可能性がある。現在は，全塩化物
イオン量を 0.3 kg/m3 以下に制限している。
3）PC グラウトの充填の有無や数量の管理方法として，
排出口からの排出を目視確認していたため，充填忘
れや充填不足の管理が困難であった。現在は，流量

シース内径φ45
空隙率62 %（当初）計を設置して品質管理を行っている。
4）PC グラウトの注入ポンプの能力が低く充填不良が発

シース内径φ50
空隙率 69%（1973年以降）

PC鋼より線
12S12.4

生するおそれがあった。現在は，充填性能が高い電動式スクイーズポンプが標準的に使用されている。
5）使用 PC 鋼材径に対してシース径が小さいため，PC
グラウトの閉塞や充填圧が上昇し充填が困難となる場合があった。現在は，シース径を大きくして充填を容易にしている（図 - 2）。
6）プレキャスト T 桁橋などでは，PC 鋼材の半数程度

シース内径φ60（当初）シース内径φ70（1980以降）

を床版上縁で定着していたため，PC グラウトのブリーディングにより定着部付近に充填不良が発生する

図- 2とともに，路面から水などの劣化因子が侵入し PC
鋼材および定着具に腐食が発生するおそれがあった。

使用 PC 鋼材径とシース径の変遷

端部定着

現在は，上縁定着は採用されていない（図 - 3）。

上縁定着

3．診 断 方 法
材の腐食や破断などの変状発生のリスクを考慮し，保全計

排気口
グラウトホース

画に基づいた点検と必要に応じて行われる詳細調査の結果

後埋め不良

既設ポストテンション PC 橋の診断においては，PC 鋼

注入口
グラウト
ホース

ブリーディング水が抜けたあとの空隙から，劣化や損傷の確認，劣化機構の推定と予測，対象橋
梁または部位・部材の性能の評価を行って，対策の要否のシース

判定を行わなければならない。この診断の手順を図 - 4

グラウトに示す。以下に，診断において実施する項目の概要につい
て述べる。
3.1

点

図- 3

検

点検では，定められた保全計画に基づき，供用中の橋梁

上縁定着部の変状の例

保全計画の状態を可能なかぎり適切に把握することが必要であり，橋梁の状態に応じた方法で実施する必要がある。点検にあ点

たっては，橋梁を構成する部位・部材を対象に近接目視点

検スク」で述べた事項に該当する場合は，十分な点検を行う

詳細調査
の要否
No
劣化機構の推定必要がある。とくに PC グラウトの充填不足が存在する箇

予検を行うとともに，必要に応じて打音点検などを行うことを基本とするが，対象橋梁が「2．PC 鋼材の変状発生のリ所には，図 - 5 に示すような PC 鋼材に沿ったひび割れ，
ある。

診

測

対策の
要否
Yes

詳細調査

前述の点検結果から，PC 鋼材の腐食や破断が発生して対いるかまたはそのおそれがある場合は，それらの状況を把握するために以下に示す詳細調査を実施する。

Vol.63, No.1, Jan. 2021

詳細調査

断

性能の評価

エフロレッセンス，水しみ，漏水などが確認できることが
3.2

Yes

策
図- 4

47

No

診断の手順

研究報告

上縁定着部

されたか，または実績のある非破壊検査や微破壊検査を用PC鋼材

いて行う。PC 鋼材の状態調査としては，放射線透過法，
漏洩磁束法および削孔調査などがあり，プレストレスの状態調査方法としては，応力解放法がある。これらの調査方法の適用条件や適用範囲について表 - 2 に示す。

エフロレッセンス，水しみ

表- 2
調査方法

エフロレッセンス，水しみ

適

用

条

適用断面形状・部位
鋼材種別

件

部 材 厚 さ 500 mm 未 満（ 部T 桁，I 桁のウェブ
材の両面に作業スペース必
箱桁のウェブ
要）

放射線
透過法

図- 5

PC 鋼材・プレストレス状態調査の適用条件 1）

床版，ウェブシースかぶり厚 160 mm 程 磁束密度測定が可能な
漏洩磁束法
度以下
形 状 で， 着 磁 距 離 が2 m 以上確保できるPC 鋼材に沿った変状の例

1）水しみ，エフロレッセンス，ひび割れなどの発生状
況から，PC 鋼材の配置との相関，水の侵入経路など

応力解放法

コンクリートを部分的に切 主桁下面で，縁応力度
削可能な箇所が比較的大きな箇所

削孔調査

シースかぶり厚 300 mm 程
特になし
度（削孔が可能な深さ）の「外観調査」を実施する。
2）PC グラウトのシース内および定着具周辺の充填状況

応力解放法は，対象となる部位・部材のコンクリートのを調査する目的で「PC グラウトの状態調査」を実施

応力状態を微破壊による調査により把握してプレストレスする。

を推定するものであり，構造物の補修・補強設計時の現有応力状態や性能の把握のために行われる。応力解放法とし3）PC 鋼材の破断または腐食の程度および PC 鋼材によては，以下の方法が行われている。

るプレストレスの程度を調査する目的で，「PC 鋼材
およびプレストレスの状態調査」を実施する。

1）スリット応力解放法

上記に示した「PC グラウトの状態調査」および「PC 鋼2）コア応力解放法

材およびプレストレスの状態調査」について以下に述べる。
⑴

3）スロットストレス法

PC グラウトの状態調査

4）鉄筋切断法
3.3

PC グラウトの状態調査は，実験で確認されたか，また劣化機構の推定および予測

は実績のある非破壊検査や微破壊検査を用いて行う。PC

点検および詳細調査の結果から，変状の要因および劣化

グラウトの状態調査としては，放射線透過法，打音振動法，機構について推定する。変状発生の要因としては，PC グ

広帯域超音波法，インパクトエコー法および削孔調査など

ラウトの充填不良や塩害およびひび割れからの劣化因子のがある。これらの調査方法の適用条件や適用範囲について侵入などがある。点検または詳細調査により PC 鋼材の劣

表 - 1 に示す。

化が推定される場合は，劣化による腐食や破断の程度を推

表- 1
調査方法

定し，その時点または設計供用期間中に対象橋梁または部PC グラウトの状態調査の適用条件 1）
適

用

条

件

位・部材が安全性，供用性，耐久性などの性能を満足するか予測する。劣化機構の推定および性能の予測にあたって

適用断面形状・部位
鋼材種別

放射線
透過法

部 材 厚 さ 500 mm 未 満（ 部T 桁，I 桁のウェブ
材の両面に作業スペース必
箱桁のウェブ
要）

打音振動法

PC 鋼材が直線状に配置され 床版横締めケーブルている
横桁横締めケーブル

広帯域
超音波法

T 桁，I 桁 な ど の ウ ェ
シ ー ス か ぶ り 厚 さ 250 mm ブ
以下
箱桁のウェブ・床版
床版横締めケーブル

は，図 - 6 に示すとおり種々のデータを考慮する。

設計図書・施工記録• 想定した劣化機構,環境作用• 形状,使用材料,施工記録など

対象橋梁の環境条件• 気象等の条件（気象データ）• 海岸からの距離（塩分）など⑵

対象橋梁の供用条件• 供用条件（交通量，凍結防止剤散布量など）劣化機構の推定および将来予測

空隙の大きさ／空隙までの T 桁，I 桁 な ど の ウ ェ
インパクト
深さが 0.25 程度（シース径 ブ
エコー法の 4 倍程度まで）
箱桁のウェブ・床版
削孔調査

診断・対策の記録• 点検結果,結果の評価,判定• 補修補強等の対策結果

図- 6

シースかぶり厚 300 mm 程
とくになし
度（削孔が可能な深さ）

3.4

劣化機構の推定および将来予測性能の評価および対策の要否判定

劣化機構の推定および予測結果から，現時点および設計

PC 鋼材およびプレストレスの状態調査

供用期間中の性能を評価し，対象橋梁および部位・部材の対策の要否について判定する。図 - 7 に，性能の評価結PC 鋼材およびプレストレスの状態調査は，実験で確認

48

プレストレストコンクリート

研究報告
保持の仮定が成立しないため，終局限界状態の限界

性能の予測
診断時の性能性能の推移

性
能値が低下する。）
2）診断時に PC グラウトの未充填箇所や PC 鋼材の変状

ケースA

性能の
評価時

当初設計

の低下がある場合は，安全性などの検討を行い，安

性能の
限界値

ケースB
ケースC

全性などが確保できない場合は，「外ケーブル工法」を実施する。
3）前記の検討において，PC グラウトの再充填により既時間

設計供用期間図- 7が確認され，PC 鋼材の破断や腐食に伴う機械的性質

存の PC 鋼材によるプレストレスの一部が有効に作用する場合は，「外ケーブル工法」に加えて「PC グラウトの再充填工法」も併せて実施する。

性能の評価結果による対策の要否判定の例

4）PC グラウトの未充填に起因する変状以外の変状につ果にもとづく対策の要否判定の例を示す。図 - 7 に示しいては，「表面保護工法」，「電気化学的防食工法」おたケースごとの対策の要否の判定方法については以下のとよび「ひび割れ補修工法」などを必要に応じて実施

おりである。

する。
4.21）ケース A は，診断時に性能が限界値を上回っており，「PC 鋼材およびプレストレスの状態調査」の結果から，れるので対策が必要とならない。

PC 鋼材の破断または最大試験力や伸びなどの機械的性質の低下を確認または推定する。

2）ケース B は，性能が限界値を上回っているが，設計

PC 鋼材の破断は，削孔調査による PC 鋼材の破断を直供用期間中に限界値を下回ると予測されるので，計接確認する方法および応力解放法などによるプレストレス

画的に対策が必要となる。

の状態から破断を推定する方法により実施する。

3）ケース C は，診断時に性能が性能の限界値を満足し4.3ないため，速やかに対策が必要となる。

性能照査および既存 PC 鋼材の有効性の検討

PC 鋼材は，腐食の進行により最大試験力や伸びなどの4．対策方法の検討
4.1

PC 鋼材の破断，機械的性質の低下の検討

設計供用期間中にも性能の限界値を上回ると予測さ機械的性質が低下するため，終局限界状態の照査において対策工法の選定はこれを考慮する必要がある。PC 鋼材の腐食の程度につ診断により対策が必要となった橋梁または部位・部材は，いては，削孔調査により確認することを標準とする。PC

対策の実施により，設計供用期間内において供用目的に適鋼材の腐食の程度による機械的性質の低下については，既合した所要の機能を確保できる性能を有するように補修ま往の調査結果などを参考に決定する。既往の文献 3） によたは補強する必要がある。対策工法の選定は，下記の方法

れば，海岸部で 34 年間供用された PC 橋から採取した PCで行う。また，その手順を図 - 8 に示す。

鋼線（SWPR1A，5 mm）の引張試験データをもとに，腐食の程度に応じて機械的性質を表 - 3 および表 - 4 のとPC 鋼材の変状あり

グラウト不良のみでPC鋼材の変状なし

おり評価している。

破断，機械的性質の低下の検討
No

Yes
グラウト再充填工法

性能保持？
No
PC 鋼材の有効性の検討

外ケーブル工法
グラウト再充填工法

有効？
Yes
グラウト
不良？

表面保護工法など

Yes
Yes

図- 8

表- 3

破断・低下？
Yes
安全性などの性能照査

分類

No

他の変状？
No
対策終了

対策工法の選定の手順

状

況

質量減少率

2

錆が全面にあり，点状の錆が目立つ。

3

錆が全面にあり，ブラシで磨くと欠損が目立つ。 10 % 程度未満

4

径が小さくなっている。

表- 4

外ケーブル工法

食

薄錆が全面にあるがブラシで磨くと鋼面がでる。 1 % 程度未満

1

No

腐

腐食状況の分類

10 % 程度以上

腐食状況の分類による PC 鋼材の材料特性値

分類

断面積

1

Ap

2

0.94 Ap30.85 Ap4

1 〜 2.5 % 程度

引張強度

ヤング係数

fpu

Ep

終局ひずみ
制限なし
0.015
0.84 fpu ／ Ep0（PC 鋼材は破断しているものとみなす。）

1）診断時に PC グラウトの未充填箇所が確認され，PC鋼材の破断や腐食に伴う機械的性質の低下がない場

PC 鋼材の破断や腐食による機械的性質の低下があった

合は，耐久性および安全性の確保のため「PC グラウ

場合は，有効プレストレスが低下するため，安全性，供用

トの再充填工法」を実施する。（未充填の場合は，性，復旧性などの性能を照査する必要がある。性能の照査

PC 鋼材とコンクリートとの付着が確保されず，平面にあたっては，対象橋梁または部位・部材に想定される作

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49

研究報告
用を適正に評価して設計応答値を算定しなければならな

で，性能の照査にあたってはこれを考慮して外ケーブルのい。同様に，設計限界値も材料の特性を適正に評価して算規模およびプレストレス量を決定する必要がある。

定しなければならない。応答値の算定においては，各限界5．外ケーブル工法

状態に応じて，対象橋梁または部位・部材をモデル化して応答値を算定しなければならない。モデル化にあたっては，

外ケーブル工法は，コンクリート部材の外側に配置した

過大な補強などの対策にならないように，FEM などによ緊張材（PC 鋼材）により橋梁の部位・部材にプレストレ

る解析モデルを用いることが望ましい。

スを作用させる工法であり，図 - 9 に示す部位・部材に対象橋梁または部位・部材において，安全性，供用性，より構成される。外ケーブル工法の設計方法について既往復旧性などの性能が保持できない場合は，既存の PC 鋼材の文献 4）を参考に以下に述べる。

の代替として外ケーブル工法によりプレストレスを導入す

5.1

る必要がある。既存の PC 鋼材の有効性の評価は，下記のコンクリート構造技術規準 5） においては，性能にかか方法によることを標準とする。

性能にかかわる要求事項

わる要求事項（Performance requirements）について，「構1）プレストレスを 0 とみなす PC 鋼材

造物の性能にかかわる要求事項は，供用性，安全性，耐久・破断している PC 鋼材

性，復旧性といった構造物が果たすべき機能に対して設定

・腐食状況の分類を指標としてプレストレスを 0 とみされるものと，経済性，環境性，維持管理性といった構造

なす PC 鋼材

物に求められる制約条件に対して設定されるものとする。」

・PC 鋼材位置の PC グラウトの全塩化物イオン濃度が，と規定している。本研究では，既設橋に設置する外ケーブ

鋼材腐食発生限界濃度を超えている PC 鋼材

ル工法の設計において，これらの性能のうち，コンクリー

2）プレストレスを低減する PC 鋼材

ト構造技術規準で規定されている供用性，安全性，耐久性

・腐食状況の分類を指標として，断面積および終局ひおよび維持管理性について，その照査方法の検討を行った。
5.2

ずみを減じる PC 鋼材

性能照査

プレストレスを 0 および減じる PC 鋼材においても，想対象とする部位・部材の性能照査は，表 - 5 に示す性定を超えるプレストレスが現に作用している場合もあるの

能にかかわる要求事項を，設計供用期間中にわたって満足

c
L
緊張材

偏向具
定着部

定着部

定着具

偏向部

（a）断面図図- 9（b）側面図外ケーブル工法を構成する部位・部材（PC ポストテンションバルブ T 桁橋の例）
表- 5

性

対象とする
部位・部材

供

既設の橋梁
および部位・部材

用

性

能
安

に
全

か

か

性

わ

る

要

求
耐

事
久

項
性

維

持

管

理

性

･ 外ケーブル工法実施時に，設定されている要求事項を満足すること。ただし，その時点において要求事項を変更する場
合は，新たに設定する要求事項を満足すること。
･ 過度な変形や有害なひび割れを生じない。

･ 破壊しない。

･ 供用性，安全性を確保できる。 ･ 容易に点検できる。

定着具･ 緊張材の定着を保持する。

･ 破壊しない。
･ 緊張材の定着を保持する。

･ 容易に点検，更新できる。
･ 供用性，安全性を確保できる。
･ 必要に応じて，緊張材の再緊張が可能である。

本体･ 過度な変形や有害なひび割れを生じない。

･ 破壊しない。

･ 供用性，安全性を確保できる。 ･ 容易に点検できる。

偏向具･ 所定の形状に緊張材を偏向する。

･ 破壊しない。

･ 供用性，安全性を確保できる。 ･ 容易に点検できる。

･ 所定の荷重まで破断しない。
･ 疲労により破断しない。

･ 容易に点検，更新できる。
･ 供用性，安全性を確保できる。
･ 必要に応じて，緊張材の再緊張が可能である。

本

体

定着部

偏向部

緊張材

外ケーブル工法の性能にかかわる要求事項

緊張材

―

防錆処理

―

･ 緊張材を腐食させない。

―

50･ 容易に点検できる。

プレストレストコンクリート

研究報告することを確認することにより行う。以下に，対象とする

足するように設計する。耐久性に関しては，コンクリート

部位・部材の性能照査について述べる。ただし，表 - 5構造の場合に環境作用に応じてひび割れの発生を制御したに示した項目以外にも性能照査が必要な要求事項がある場

り，必要に応じてエポキシ樹脂塗装鉄筋やステンレス鉄筋合は，適宜実施する必要がある。

などにより，鋼材の腐食防止を図る。鋼構造の場合は，環⑴既設の橋梁および部位・部材

境作用に応じて，重防食塗装，金属溶射およびめっき処理

外ケーブル工法を適用した場合は，既設の橋梁および部などの防錆方法を検討する。定着部は，検査路などから，位・部材に変形や応力度などの変化が生じる。とくに主桁近接目視点検またはこれと同等な精度が確保できる点検方に対しては，外ケーブル工法によるプレストレスが直接作法により点検を可能とする必要がある。
⑶

用するため，コンクリートの応力度が大きく変化する。主

定着具

定着具の供用性および安全性にかかわる要求事項につい桁の応力度の照査方法を以下に述べる。また，その手順を
図 - 10 に示す。

ては，JSCE-E 503「PC 工法の定着具および接続具の性能開試験方法」により照査を行う。定着具は，一般に鋼材が用始いられているので，鋼などの腐食性材料を用いる場合は，十分な防錆処理により耐久性を確保する必要がある。また，設計時の応答値および限界値の調査
部位・部材の応答値の推定

定着具端部に設置されるカバーは，FRP などの鋼材以外の非腐食性材料の採用を検討する必要がある。

性能にかかわる要求事項の照査

定着具は，定着部本体と同様に点検を可能とするととも要求事項を満足？

Yes

No
外ケーブル工法によるコンクリート圧縮応力度

外ケーブル
工法不要

PC鋼材の
緊張力制御

No

った場合に，すみやかに更新できる構造が望ましい。新設
橋の外ケーブル工法の定着具や緊張材については，この点を考慮して，更新が可能な構造を採用している事例が多い。
したがって，既設橋に設置する定着具についても，緊張材

限界値を
満足？

とともに簡便に更新できる構造とする必要がある。
外ケーブル工法のプレストレスによりコンクリートの圧

Yes

外ケーブル
工法実施
緊張力
モニ夕リング

縮応力度の限界値を超える場合は，外ケーブルによる緊張

外ケーブル工法
実施
終

図 - 10に，定着具や緊張材に損傷や劣化が生じて更新が必要とな力を限界値よりも意図的に減少させ，主桁の応力度をモニタリングして，既設 PC 鋼材の劣化の進展に応じて再緊張了する方法を採用する場合がある。この場合は，再緊張が簡便に実施できる定着具を採用する必要がある。

既設主桁の応力度の照査の手順

⑷

偏向部本体

1）設計図書および施工の記録から，設計時の応答値（応偏向部本体は，主桁にコンクリート構造や鋼構造で直接力度，たわみなど）や限界値を調査する。ただし，固定される。設計においては，定着部本体と同様な方法で，設計図書が確認できない場合は，復元設計を行う。

供用性，耐久性および維持管理性にかかわる要求事項の照

2）1）の結果，診断時に実施した「外観調査」，「PC グ

査を行う必要がある。偏向部においては，偏向することにラウトの状態調査」および「PC 鋼材およびプレスト

より，緊張材相互や緊張材と偏向具の接触によりフレッテ

レスの状態調査」の結果をもとに，部位・部材の応ィング（fretting）が生じて，緊張材の疲労破壊や緊張材の力度などの応答値を推定する。応答値の照査にあた

防錆処理（亜鉛めっきやエポキシ樹脂被覆など）の損傷がっては，必要に応じて FEM などの解析方法を用い生じる可能性がある。この詳細については，「（8） 緊張ることが望ましい。

材の偏向によるフレッティング」において述べる。
⑸

3）2）の結果をもとに，供用性や安全性などの性能にか

偏向具

偏向具は，緊張材を所定の角度に偏向させることを目的

かわる要求事項を満足しているか照査する。
4）既設の部位・部材の応答値が限界値を満足しない場合，に設置する。偏向具は，緊張力に対し十分な偏向性能を有または設計供用期間中に限界値を満足できなくなる

し，緊張材を損傷させない形状でなければならない 6）。偏場合は，外ケーブル工法による対策を実施する。

向具は，緊張材が偏向具の端部で角折れの生じることがな

5）対策時点のプレストレスによりコンクリートの圧縮

いように曲面状に加工するか，緩衝材を設置するなどの対応力度の限界値を超える場合は，外ケーブルによる処が必要である 6）。一般には，鋼管を曲面状に加工し亜鉛緊張力を限界値よりも意図的に減少させ，主桁の応めっきしたディアボロ管や，両端をベルマウス加工し亜鉛力度をモニタリングして，劣化の進展に応じて再緊めっきした曲げ鋼管が用いられている。また，偏向具は，張する方法も検討する。

偏向部本体と同様に点検を可能とする必要がある。

⑵

定着部本体

偏向具は，一般に亜鉛めっきした鋼管が用いられている

定着部本体の設計においては，既設橋の部位・部材と同ため，塩害の影響を受ける場合など厳しい腐食性環境下に様に，応答値が供用限界状態や終局限界状態の限界値を満

Vol.63, No.1, Jan. 2021

おいては，十分な防錆処理を行う必要がある。

51

研究報告
⑹

緊張材（使用材料）

チレイヤープロテクションとする必要がある。また，緊張緊張材としては，一般に以下に示す材料が使用できる。

材や防錆処理の変状の点検方法について，事前に保全計画

1）JIS G 3536「PC 鋼線および PC 鋼より線」に規定さを明らかにする必要がある。

れている PC 鋼材およびこれと同等な亜鉛めっき PC

6．PC グラウト再充填工法

鋼材，エポキシ樹脂被覆 PC 鋼材
2）「高強度 PC 鋼材を用いた PC 構造物の設計施工指針 7）」

PC グラウト再充填工法は，シース内の PC グラウト未に規定されている高強度 PC 鋼材およびこれと同等

充填箇所に PC グラウトを再充填する工法であり，PC 鋼

な高強度 PC 鋼材，亜鉛めっき高強度 PC 鋼材，エポ材を PC グラウトにより防錆すること，PC 鋼材とコンク

キシ樹脂被覆高強度 PC 鋼材

リートとの付着を保持して平面保持の仮定を成立させるこ3）斜張橋などの斜ケーブルに使用されている高強度鋼と，腐食が生じている PC 鋼材の腐食の進行を抑止するこ線とを目的とする。
6.1

4）繊維強化ポリマーのうち緊張材として国内で実績の⑺

性能にかかわる要求事項

ある AFRP（Aramid Fiber Reinforced Polymers）およPC グラウト再充填工法において，未充填箇所に再充填

び CFRP（Carbon Fiber Reinforced Polymers）の緊張材

する PC グラウトは，表 - 6 に示す安全性および耐久性に緊張材の疲労に対する安全性の照査かかわる要求事項を設計供用期間中において保持する必要

緊張材の疲労に対する安全性の照査のうち引張応力度のがある。

変動については，JIS G 3536 に規定されている PC 鋼材は照査を省略できる。高強度 PC 鋼材，高強度鋼線，AFRP

表- 6

および CFRP については，国内では参考とすべき規定など対象とするがないため，ISO の規準 8）を参考として試験を行いその安PC グラウト再充填工法の性能要求事項
性

部位・部材

全 性 の 照 査 を 行 う。 こ の「ISO 6934-4 “Steel for the

能
安

に
全

か

か

･ コンクリート部材と PC

prestressing of concrete -- Part 4: Strand”」によれば，載荷上限引張応力度を引張強度の特性値 fpuk の 70 %，引張応力度

わ

再充填

鋼材との付着を確保しPC グラウトて，平面保持の仮定を範囲を 195 N/mm として繰返し載荷試験を行い，繰返し
6.2

回数 200 万回で破断しないこととしている。

要

求

事

耐

久

性

項

･PC 鋼材の腐食を防止する。
･ 腐食した PC 鋼材の腐食の進行を抑止する。

成立させる。

2

る

性

性能照査

定着具に定着された緊張材は，定着方法により表面が変再充填する PC グラウトの性能照査は，表 - 6 に示した形したり局所応力が発生したりするため，疲労強度が低下

性能にかかわる要求事項を設計供用期間中にわたって満足する。緊張材の定着具と組み合せた場合の疲労に対する安することを確認することにより行う。以下に，再充填する

全性の検討手法については，国内では参考とすべき規定がPC グラウトの性能照査方法について述べる。また，対策ないため，FIP（現 fib）の報告書 9）を参考として安全性のの手順を図 - 11 に示す。

照査を行う。
⑻

開

緊張材の偏向によるフレッティング

偏向部においては，偏向することによりフレッティング

PC鋼材の変状状況詳細調査
PCグラウト未充填箇所の調査および推定
PC鋼材の腐食状況の調査が生じて，緊張材の疲労破壊や緊張材の防錆処理の損傷が生じる可能性がある。偏向部の緊張材を拘束しない緊張材を用いる場合は，エポキシ樹脂被覆 PC 鋼より線を対象と

No

腐食発生？
Yes
PC鋼材の腐食進行抑止対策の検討

した土木学会の規準 10） において，その試験方法 JSCE-E
734「内部充填型エポキシ樹脂被覆 PC 鋼より線試験方法−フレッティング疲労試験−（案）」が定められている。
試験にあたっては，載荷上限引張応力度を緊張材の引張強PCグラウトの再充填度の特性値 f puk の 65 %，引張応力度範囲を 50 N/mm で繰
2

返し載荷試験を行い，繰返し回数 200 万回で破断しないことにより疲労に対する安全性の照査を行う 4）。
⑼PC鋼材の腐食進行抑止対策PCグラウトの再充填

再充填PCグラウトの状態調査

定着具と組み合わせた緊張材の偏向による疲労

緊張材を偏向した場合は，荷重作用や緊張材の振動によ終り，定着具先端の緊張材が緊張材の長さ方向に対して直角

図 - 11方向に角折れ（曲げ疲労）して，疲労破壊を生じる可能性⑴

があるので，前項のフレッティング試験により，繰返し回

了PC グラウト再充填工法の手順

安全性（平面保持の仮定の成立）

PC グラウト未充填箇所は，平面保持の仮定が未成立と数 200 万回で破断しないことにより定着具と組み合せた緊なり，荷重の増加により PC 鋼材位置のコンクリートのひ

張材の偏向による疲労に対する安全性の照査を行う。
⑽

始

緊張材の防錆および点検ずみが増加しても PC 鋼材のひずみが増加しないため，PC
グラウト充填箇所と比較して終局限界状態の断面耐力の限緊張材に鋼材を用いる場合は，防錆を十分に実施しマル

52

プレストレストコンクリート

研究報告
界値が低下する。したがって，PC グラウト未充填箇所に

1）既設ポストテンション PC 橋の診断の手順を図 - 4

PC グラウトを確実に充填させ平面保持の仮定を成立させに示した。また，既往の文献などを参考に，診断にる必要がある。このため，再充填する PC グラウトの圧縮

おける詳細調査を「外観調査」，「PC グラウトの状態

強度は，新設時の PC グラウトと同等の性能を有するもの調査」および「PC 鋼材およびプレストレスの状態調とし，再充填する PC グラウトの施工性能は，対象とする

査」に分類して調査方法や適用条件などを示した。

未充填箇所を模した実物大部分模型試験などにより事前に

2）主な対策方法として「外ケーブル工法」および「PCグラウトの再充填工法」を示すとともに，対策工法

確認する必要がある。
⑵の選定の手順を図 - 8 に示した。

耐久性（PC 鋼材の腐食防止）

PC グラウト未充填箇所は，劣化因子（酸素，水，塩化3）「外ケーブル工法」および「PC グラウトの再充填工法」

物イオンなど）の侵入により，PC 鋼材の腐食が発生する。

の供用性，安全性，耐久性および維持管理性にかかこれを防止するため，シース内に PC グラウトを再充填しわる要求事項を表 - 5 および表 - 6 に示した。

劣化因子の侵入を抑止するとともに，PC グラウトのアル

4）前述のおのおのの性能にかかわる要求事項の照査方法について明らかにした。

カリ雰囲気により，鋼材表面に不働態皮膜を形成させて，PC 鋼材の腐食を防止する。このため，再充填する PC グ

8．お わ り に

ラウトの材料は，新設時の PC グラウトと同等の腐食防止性能を有することを確認する必要がある。
⑶

既設ポストテンション PC 橋においては，PC グラウト

耐久性（腐食した PC 鋼材の腐食進行抑止）の充填不良により，PC 鋼材の腐食や破断などの変状が発性能照査は，腐食が発生した PC 鋼材の実物大部分模型生している橋梁も少なくない。この結果，通行制限を余儀

を用いて対象とする PC グラウトの再充填工法を実施し，なくされている橋梁も散見される。この対策方法としては，

PC 鋼材の腐食の進行を抑止可能か否かについて性能を確

外ケーブル工法による補強や PC グラウトの再充填工法な認する。PC 鋼材の腐食の進行の抑止方法としては，図どがある。これらの対策を実施するためには，既設ポスト- 12 に示すように，亜硝酸リチウム水溶液を事前に未充

テンション PC 橋の現状を適切に診断することがきわめて填個所に注入して，鋼材表面に不働態皮膜を再形成させる

重要である。

方法などがある。
NO2-

NO2-

NO

亜硝酸イオン NO2

NO

ClNO

NO2-

2

NO2-

鋼材

NO2NO

2

不働態皮膜
NO の形成Cl-

2

NO2- Cl-NO2NO

ClNO2-

NO2-

図 - 12
6.3

Cl-

Cl2

NO2-

Cl-

て重要となる。このためには，適切で効率的な診断を実施
し，この結果に基づいた有効で効率的な補修・補強を推進

Cl- 塩化物イオン 腐食進行抑止のメカニズム

NO2-

NO2-

わたって利用することがライフサイクルコストの削減とし

鋼材

Cl-

NO2NO2-

表面錆

Cl-

2

一般に社会インフラとして整備されている PC 橋は，性能にかかわる要求事項を満足する状態で，なるべく長期に

Cl-

2

NO2-

することが重要である。本研究がその一助となれば幸いで①水溶液中のNO2-（亜硝酸イオン）が表面錆層に浸透ある。

②錆層内のCl-（塩化物イオン）が水溶液中に移動

参考文献
1 ）プレストレストコンクリート工学会：既設ポストテンション橋の PC 鋼材調査および補修・補強指針，2016.9③錆層内イオン量がCl- ＜ NO2-へ変化

2 ）プレストレストコンクリート工学会：コンクリート橋・複合橋
保全マニュアル，2018.7④腐食した鋼材表面に不働態皮膜が形成3 ）PC 橋の改造技術に関する共同研究委員会：プレストレストコン
クリート構造物の補修の手引き（案）［断面修復工法］
，プレス

Cl-

トレスト・コンクリート建設業協会，pp.88-93，2009.9
4 ）酒井秀昭，大熊PC 鋼材の腐食の進行の抑止方法の例

5 ）プレストレストコンクリート工学会：コンクリート構造技術規

再充填した PC グラウトの状態調査

準−性能創造による設計・施工・保全−，2019.10

再充填した PC グラウトについて，必要に応じて充填不6 ）プレストレストコンクリート技術協会：外ケーブル構造・プレ足の有無や程度を調査することを目的として実施する。調

キャストセグメント工法設計施工規準，2005.6
7 ）プレストレストコンクリート技術協会：高強度 PC 鋼材を用い査は，表 - 1 に示した実績のある非破壊検査や微破壊検た PC 構造物の設計施工指針，2011.6.

査方法を用いて行う。

7．まと8 ）ISO：ISO 6934-4 “Steel for the prestressing of concrete -- Part 4:め

Strand”，1991.
9 ）FIP：Recommendations for the acceptance of post-tensioning

本研究は，前述の既往の規準や変状事例などを参考に，

systems，International Federation for Prestressing，1993.
10）土木学会：エポキシ樹脂を用いた高機能 PC 鋼材を使用するプ

PC グラウトの充填不良などに起因して変状が発生またはレストレストコンクリート設計施工指針（案），コンクリートラ

発生するおそれがある既設のポストテンション方式の PC

イブラリー 133，2010.8.

橋の診断方法や対策方法について検討を行ったものであ【2020 年 8 月 21 日受付】る。本研究の検討結果は，以下のとおりである。

Vol.63, No.1, Jan. 2021

光，黒輪亮介，松原喜之：外ケーブル工法による既設 PC 橋の補修・補強，Vol.62，No.3，pp.37-43，2009.9

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