異なる諸外国の舗装設計基準において理論的設計法を用いた場合の LCC 比較研究第三部 主任研究員 渡部 健太郎
研究第三部 上席調査役 保田 敬一

１． はじめにいて理論的設計法を用いて評価し、ライフサイクルコス我が国が支援している海外の道路建設工事では施ト（以下、LCC と略す）を比較した。理論的設計法を用工延長は長いものの、橋梁、擁壁、カルバート等の構いることで AC 層厚や路盤厚を変えた場合、どの箇所造物は比較的少ない。そのため、舗装工が全体工事が設計上クリティカルになるかを容易に検討できる。

費に占める割合が高く、アスファルト舗装の場合は特に材料単価が高い表層/基層（以下、AC 層）の厚さの設２． 比較検討方針定が重要である。一方、途上国における舗装設計は自（1） 設計基準

国の基準が無い場合は世界的に使用実績が多い米国

比 較 検 討 で 適 用 す る 基 準 は AASHTO Guide基準を採用することが多い。しかし、米国基準以外、例

1993(米国)、Overseas Road Note31(英国)、公路沥青路

えば熱帯地域あるいは乾燥地域等で採用されている面设计规范(中国)とし、舗装設計便覧(日本国)1)を参考

設計基準を適用した場合、コスト面で有利な舗装構成とする。各設計基準の概要については表-1 に整理しとなる可能性がある。このような考え方を相手国側に説た。

明するためには、設計条件に応じた舗装構成の設定（2） 設計条件

方法を明らかにした上で、各基準における舗装構造の過去の JICA 業務よりアフリカ、中央アジア、南アジア、耐久性やコストを比較検討し、把握する必要がある。

東南アジアの地域別に基本設計レベルで適用した設本論では、上記を踏まえ、日本を含む各種舗装設計計条件（自然条件、設計期間、交通条件、路床の設計基準を適用した場合における舗装構造の耐久性につCBR）を整理し、それらの採用値から現実的な値を用い

表-1 設計基準の概要
基準名称

AASHTO Guide 1993

Overseas Road Note31

公路沥青路面设计规范（JTG G50-2017）
作成国
米国
英国中国設計法 経験的設計法
経験的設計法
力学的設計法（ただし、等級が低く交通量が少ない路線は経験的な手法を許容している。）
特徴 PSI（現在供用性指数） 熱帯諸国の実績にもとづ 設計指標には多層弾性理論を用を指標として舗装の設 き、英国の舗装技術を組み いてひずみ値や応力を算定し評価している。
入れている。
計を行う。
荷重条件 80kN等価単軸荷重
80kN等価単軸荷重
100kN等価単軸荷重
設計期間 20年 ※115年まで15年まで※道路等級により異なる
信頼性 50～99.9%
記述なし
70～95%
排水条件 安定処理をしない場合 路床を地下水位より高くす 路床が湿潤な状態の場合、粒状の路盤の層係数を修正 ること、表層のみならず路 材料を下層路盤または路床の置するため、排水係数mi 盤についても、横断勾配に 換え材としての使用を推奨してよって水を早く排出するこ いる。また、多雨地域でセメンを考慮している。と、透水性の路盤材の適用 ト安定処理路盤を採用する際（路盤排水）について言及 は、適切な排水対策を施すことを留意点としている。
されている。
※1 道路の区分および属する地域により設定

1

舗装設計便覧
日本
経験的設計法／力学的経験的設計法
設計は舗装各層の厚さ設計と表層混合物の設計からなる。
49kN換算輪数
国道は20年等であるが、道路管理者が設定する。
50%、75%、90%
総論（舗装設計施工指針）において重要性に触れるが具体的な記述はない。また、路盤内排水に関する記述はない。

ることとした。各種基準の適用範囲を踏まえて、本論で表-2 設計条件

はアフリカにおいて３か国程度を想定した設計条件を地域名
舗装種別
自然条件
設計期間
交通条件(W18)
路床の設計 CBR信頼性設定する。表-2 に設計条件を示す。
表-2 に示す設計条件にもとづき各基準における舗装構成を設定する。各層で使用する材料および条件については地域差が大きいため過去の JICA 業務を参考に適用する。ただし、JICA 業務での適用事例がない場

アフリカアスファルト舗装
降雨量多，雨季有り
15年
69.0×10 ESAL
6%90%

※W18：供用期間内の18kip(=8.2t)換算の軸荷重通過数

合は各基準の平均的な値を適用する。なお、カタログから舗装構成を適用する場合は設計条件に応じた舗適用する設計基準書

装構成を選択し、比較対象とする。

設計条件
舗装構成

（3） 検討フロー
本論での検討フローを図-1 に示す。

性能評価
（多層弾性理論モデルによる）

３． 理論的設計法による耐久性検証

LCC算定
・ケース1（初期コスト重視）
・ケース2（LCC最小化を考慮）（1） 解析方法
経験的設計法である TA 法を用いると AC 層の厚さを薄くしても路盤厚を増せば同じ TA 値とすることはできる

疲労破壊年数と破壊年数の関係

が、理論的設計法を使って疲労破壊の概念を入れると寿命は異なる結果となる。逆に、同じTA 値で AC 層を厚まとめくして路盤を薄くすると路床の疲労破壊がクリティカル

図-1 検討フローになるなどの検討が簡単にできる。設定した舗装構成
設計条件に対する耐久性の評価については、舗装の疲労破壊START舗装の性能指標の値を理論的手法によって評価する。舗装設計便覧 1)では解析手法として多層弾性理論モデルを採用している。

基盤条件
路床・路体の弾性係数
ポアソン比の設定

多層弾性理論とは、アスファルト舗装を構成する各層設計期間の材料を弾性体と仮定し、舗装体の任意の点に生じる

交通条件
49kN換算輪数の設定

舗装断面の仮定
使用材料，各層厚の設定
i=1

応力、ひずみ、および変位を弾性理論から計算し、解多層弾性理論による計算（ひずみ等）

i=i+1

信頼性析する方法をいう 1)。具体的には、舗装の各層を弾性環境条件
温度条件の設定
温度条件数(k)の設定体と仮定し、一般的に円形等分布荷重を載荷した 3 次

アスファルト混合物層の温度設定

元問題として、応力、ひずみ、変位等を計算し、舗装を構成する材料が力学的に舗装にどのような影響を与えているかを評価するための理論であり、Burmister の理材料条件弾性係数
ポアソン比の設定論が有名である 1)。多層弾性理論モデルによる理論的経済条件破壊基準式による破壊回数の計算

i=kNo繰返し計算

Yes
力学的安全性
Yes
経済的評価

NoNo

Yes
舗装断面の決定

設計法の具体的手順を図-2 に示す。

END

k=温度条件数

舗装構造については図-3 に示すようなモデル（多層図-2 多層弾性理論モデルによる理論的設計法の具体的手順 1)

弾性理論の舗装モデル）を作成し、任意点としてアスファルト混合物下層の引張りひずみおよび路床上面の圧2

縮ひずみを算定する。

計上した。これは、途上国では日本のように切削オーひずみεは多層弾性理論の計算プログラム

バーレイ等の補修技術が一般化されていないこと、国「 GAMES （ General Analysis of Multi-layered Elastic

毎でひび割れ等の損傷に対する補修時期や工法も一Systems）」を用いて算出した。GAMES は土木学会の舗定ではないことから、舗装の構造的な破壊に対しては装工学委員会の WEB 頁からダウンロードできる 2)。εt

全層打換えを行うものと想定した。

はアファルト混合物層下面の引張りひずみ、εz は路（2） 初期コストを重視したケース

床上面の圧縮ひずみを示し、許容 49kN 輪数 Nfa、Nfs

同じ設計条件下において異なる設計基準を適用して

1)

は、舗装設計便覧 P123～125 の暫定破壊規準式より設定した舗装構造について、疲労破壊に対する耐久算出した。また、舗装設計便覧 1)より、舗装の構造的な性と LCC を含む経済性の比較を実施した。比較に際し破壊が生じた時点を破壊年数と設定した。暫定破壊基ては、初期コストを重視した場合と LCC を考慮して舗装準式で用いる条件およびパラメータは、舗装設計便覧
1)P287 より引用し、表-3 に示す。

（2） 破壊年数の算定
破壊年数は式(1)にて算定した。

D=NfP・Nγ(1)

ここに、D：破壊年数（年）、Nf：許容 49kN 輪数（回）［Nfa、Nfs の小さい方を採用］、γ：信頼度（90%）に応じた係数（=4.00）、P：設計期間（15 年）、N：疲労破壊輪数（回）=4.00×106 である。
すなわち、破壊年数は設計条件である疲労破壊輪数/設計期間を基本とし、許容 49kN 輪数が疲労破壊輪数よりも小さい場合、破壊年数は設計期間よりも短くな

図-3 多層弾性理論の舗装モデルるとした。なお、疲労破壊輪数は設計条件の交通荷重
表-3 暫定破壊基準式で用いる条件

9.0×106ESAL を 2.25 で除することで換算できる。

・材料条件
・地盤条件
項 目
As混合物
粒度調整砕石クラシャラン路 床

４． LCC 比較（1） 検討条件
経済性の評価については、概算工事費から 40 年間における LCC を算定した。ここでは、最も簡易な舗装

年平均舗装温度20℃
CBR=6%
弾性係数(Mpa)
ポアソン比
5,0000.353000.352000.35600.4の LCC 算定例として、道路管理者費用の一部のみに着目した。新設建設費は材料単価のみで算定した。今表-4 工事費算定に用いた材料単価

回、使用した材料単価はアフリカ地区ではケニアのプ

材料単価※
アフリカ
表 層
密粒度アスコン（20）10,744円(t)
基 層
粗粒度アスコン（20）10,207円(t)上層路盤 粒度調整砕石（M-30）
2,847円(m3)3下層路盤 クラッシャラン(C-40)
1,160円(m )※材料単価はアフリカ地区1ksh=1.0744JPYで算出
項 目

ロジェクト単価を参考とした（表-4 参照）。また、建設後の管理費用は新設建設費および補修費のみとし、補修費は算定した破壊年数に対する全層打換え費用のみ

3

材 料

構成を見直した場合の 2 ケースで実施した（図-4 参照）。

見直した結果、当初の 2～3 倍程度に改善した。

なお、ケースの見直しは設計条件よりカタログから舗装

ORN31 は 5 年であり、設計期間 15 年の 1/3 である。新構成を選定する ORN31 は除くものとする。

設工事費は舗装構成の見直し後、各案当初よりも 1 割初期コストを重視するケースでは各基準における AC程度上昇した。LCC は ORN31 を除く各案で改善したが、層の厚さは最小値を適用し、同様に上層路盤の厚さはAASHTO は当初の 4 割程度となった。

最小値を念頭にトータルで経済的になるように設定し比較の結果、初期コストを重視するケースでは各基た。

準ともに AC 層の早期の疲労破壊が顕著であり、その初期コストを重視した 4 つの設計基準の比較検討結結果 LCC も高くなる。一方、LCC を考慮したケースで果を表-5 に示す。さらに、LCC で評価してみることとし、は AASHTO と中国基準が特に破壊年数およびLCCに破壊年数および新設/補修費用から算定した。各基準改善が見られる結果となった。

における初期コストおよび破壊年数の値は初期コストが図-5 に初期コストを重視したケースにおける年数-累高いものが破壊年数でも大きい傾向にあり、LCC も同積施工費のグラフを示す。各基準における初期コスト様の傾向であった。

および破壊年数の値は類似しており、40 年間におけるケース１ 初期コスト重視
方針：材料単価が高価で建設費に占める割合が高い表層/基層の厚さに各基準の最小厚を採用して舗装構成を設定する（3） LCC を考慮したケース
次に、LCC を考慮して各基準の舗装構成の見直しを行った。ここでは破壊年数に影響するAC層の厚さを増加させる一方で、路盤の厚さは、例えば AASHTO であ

ケース２ LCCを考慮して見直し
方針：各層の材料は変更せずに、LCCが低減するように表層/基層の厚さを含め舗装構成を見直す
図-4 LCC 検討ケース

れば SN 値を満足する範囲で薄くし、破壊年数が最大となるように設定した。各基準の検討結果から AASHTOと中国の結果を表-6 に示す。破壊年数は舗装構成を

表-5 初期コストを重視したケース
基準名設計法AASHTO

Overseas Road Note31

経験的設計法
表層/基層：As ｺﾝｸﾘｰﾄ 10cm
上層路盤：粒調砕石

舗装断面図

理論的設計法による評価

ひずみ値〔単位：μ〕

許容49kN輪数〔単位：回〕
破壊年数

概算
工事費

新設建設費
LCC
［期間40年］

16cm

下層路盤：クラシャラン 45cm

公路沥青路面设计规范

舗装設計便覧

経験的設計法［カタログ］

力学的設計法

経験的設計法［TA法］

表層/基層：As ｺﾝｸﾘｰﾄ 10cm

表層/基層：As ｺﾝｸﾘｰﾄ 10cm

表層/基層：As ｺﾝｸﾘｰﾄ 10cm

上層路盤：粒調砕石

上層路盤：粒調砕石

上層路盤：粒調砕石

20cm

15cm

下層路盤：クラシャラン 25cm

16cm

下層路盤：クラシャラン 40cm
下層路盤：クラシャラン 55cm

目標TA値=25.5＜25.6（設計TA値）

必要SN値=4.59＜4.60（設計SN値）

εt=2.01×10-4εz=3.03×10-4
Nfa=5.48×106
Nfs=23.2×106

εt=2.03×10-4εz=4.30×10-4
Nfa=5.25×106
Nfs=6.43×106

εt=2.01×10-4
Εz=2.54×10-4
Nfa=5.48×106
Nfs=44.3×106

εt=2.03×10-4εz=3.37×10-4
Nfa=5.25×106
Nfs=15.7×106

5年

5年

5年

5年

3,876円/m2（1.02）
31,008/m2(1.02)

3,725円/m2（0.98）
29,800円/m2（0.98）

3.974円/m2（1.05）
31,792円/m2（1.05）

3,802円/m2（1.00）
30,416円/m2（1.00）

4ライフサイクルコストに差は生じない結果となっている。

し、将来的な維持管理費に影響を与える可能性が高い

また、図-6 に LCC を考慮したケースでの年数-累積施と言える。

工費のグラフを示す。ORN31 を除く LCC は当初の約各基準による比較の結果、As 混合物層の厚さと破壊1/2 に低減され、各基準で大きな差は生じない結果と年数の関係や舗装構成の見直し後におけるライフサイなった。なお、補修費（全層打換え）は破壊年数毎に計上した。

40,000AASHTO
ORN31
中国基準
⽇本(TA法)（4） 舗装のコスト縮減に係る仕様および考え方
30,00029,800

累計施工費(円/m2)

各基準において、As 混合物の最小厚さは ESAL に31,792
31,00830,416

代表される交通荷重あるいは計画交通量に応じて設定20,000されている。設計者は与えられた設計条件をもとに、
AASHTOの場合は SN、日本の場合は TA 値を満足する

10,000

舗装構成を設定するが、考え方として初期コストを重視する場合、As混合物層を最小厚に設定し、次に上層路

03,974
3,8763,8023,7250510152025303540年数(年)

盤を最小値以上とする等、材料単価の高い材料を極力図-5 初期コストを重視したケースでの累積施工費薄く設定する傾向がある。今回、各基準による比較により、初期コストを重視する場合の破壊年数は与条件で40,000
AASHTOある交通荷重の値に関わらず、多くのケースで設計期ORN31
中国基準間を満足しない結果となった。
累計施工費（円/m2）

理論的設計法を用いて評価した破壊年数は As 混合物層下面および路床上面のたわみ値より算定し、両者を比べて年数の小さい値とした。初期コストを重視する

29,800⽇本(TA法)30,00020,00018,504

9,252 8,998
8,482

10,000場合においては、As 混合物層下面のたわみ値が大きくなり、破壊年数に影響する結果が得られた。このこと

04,6264,4994,2413,7250から、As 混合物層の厚さと破壊年数は関連しており、

510152013,878

16,964

12,723

13,497253035

年数（年）図-6 LCC を考慮したケースでの累積施工費

設計段階での層厚の設定が供用後の疲労破壊に起因

表-6 LCC を考慮して見直したケース（AASHTO、中国基準）
基準名
設計条件

舗装
断面図

AASHTO
初期コスト重視公路沥青路面设计规范
LCC考慮

初期コスト重視

LCC考慮

表層/基層：As ｺﾝｸﾘｰﾄ 10cm

表層/基層：As ｺﾝｸﾘｰﾄ 10cm

表層/基層：As ｺﾝｸﾘｰﾄ 12cm

上層路盤：粒調砕石

上層路盤：粒調砕石

16cm

15cm
上層路盤：粒調砕石

下層路盤：クラシャラン 45cm

下層路盤：クラシャラン 55cm

下層路盤：クラシャラン 35cm

破壊年数

5年

16年

5年

13年

新設建設費

3,876円/m2（1.00）

4,499円/m2（1.16）

3,974円/m2（1.00）

4,626円/m2（1.16）

LCC［期間40年］

31,008円/m2（1.00）

13,497円/m2（0.44）

31,792円/m2（1.00）

18,504円/m2（0.58）

527cm

40クルコストの縮減は類似した傾向であることが確認できたことから、設計段階において将来の維持管理を念頭

６． おわりににおいた舗装設計の考え方はコスト縮減に寄与するも本論では米国、英国、中国、日本の舗装設計基準をのと考えられる。

海外で適用した場合舗装耐久性について理論的設計法を用いて LCC を比較した。得られた結果を以下に要約する。

５． TA 法における疲労破壊輪数と破壊年数の関係
舗装計画交通量と表層＋基層の最小厚さを示した

・AASHTO および中国基準は初期コストを重視した

内容に疲労破壊輪数を加えて表-7 として整理した。こ場合、As 混合物層の早期疲労破壊が顕著となり、LCCの表から疲労破壊輪数毎に必要TA 値を求め、AC 層のも高い。同じ SN 値となるよう留意しつつ舗装構成を見最小厚さを適用した舗装構成に対して破壊年数を算定直した結果、破壊年数は約 2.5～5 倍、LCC は 3～4 割し、グラフ化した（図-7 参照）。AC 層厚に規定の最小値程度となる。

を適用した場合、全体として AC 層下面の疲労破壊が・基本設計段階では予算の関係上、初期コストを重舗装の寿命を決定し、かつ期待する設計年数を満たさ視する傾向にあるが、理論的設計法を用いて比較を行ない傾向にある結果となった。ただし、例えば、切削オうことにより、ライフサイクルコストの改善が期待できる。

ーバーレイ等との補修方法を考慮した場合の評価では、前述の比較検討結果より、AC 層の最小値を採用した場合、各基準における破壊年数は TA 法と類似した傾結論は異なるものと考えられる。

向であることから、設計段階において理論的設計法に
表-7 舗装計画交通量と疲労破壊輪数

より舗装構造を評価することで、将来的な維持管理費

交通量区 舗装計画交通量 疲労破壊輪数 ※1 表層＋基層分（旧区の最小厚さ6（台/日・方向）（×10 ）分）(cm)※2Ｔ≧3,000Ｎ≧3520（15）
N7(D)
N6(C)
3,000＞Ｔ≧1,000
35＞Ｎ≧7.015（10）N5(B)
1,000＞Ｔ≧250
7.0＞Ｎ≧1.010（5）N4(A)
250＞Ｔ≧100
1.0＞Ｎ≧0.15
5N3100＞Ｔ≧40
0.15＞Ｎ≧0.03
5N240＞Ｔ≧15
0.03＞Ｎ≧0.007
4（3）を含めコスト縮減に寄与するものと考えられる。
今後の課題として理論的設計法のパラメータの信頼性向上、あるいは、材料や温度条件等は地域で異なるため適用するパラメータの分析が必要であるとともに、米国や南アフリカ等の既に理論的設計法を導入してい※1:日本道路協会「舗装設計便覧」説明ＰＤＦ＃５０から読み取りによる。
http://www.road.or.jp/event/pdf/hosou03.pdf※2:（ ）内は上層路盤に瀝青安定処理工法及びセメント・瀝青安定処理工法を用いる場合の最小厚さ。

る国の設計法との比較も参考になると考えられる。
参考文献

30

路床上面破壊年数（年）251) 日本道路協会：舗装設計便覧，2006.

【設計条件】
・設計期間15年
・設計CBR＝6・信頼性90%

As層下面2) 土木学会舗装工学委員会 WEB 頁
http://www.jsce.or.jp/committee/pavement/downloads/

2015

上記は、平成 30 年度に実施した「道路橋示方書の10途上国への普及に関する検討業務」（発注機関：独立行政法人国際協力機構）の結果に基づいてとりまとめ5たものである。

00.1

N4交通

1

N5交通

10

疲労破壊輪数（回/15年）

図-7

N6交通

100×106

TA 法による最低 Ac 層厚を用い場合の疲労破壊
輪数と破壊年数の関係

6