鋼橋の補修補強工事における設計・施工の留意点

岡 俊蔵（日本橋梁建設協会 保全第一部会）

鋼橋の補修補強における設計・施工の留意点（社）日本橋梁建設協会
保全委員会 保全技術小委員会
保全第一部会
1

目

１．橋をよく見よう！

次～点検のポイント～２．現場を知ると留意点が見えてくる！
～補修・補強現場の実態～

３．過去の事例から学ぼう！
～補修・補強事例と留意点～

４．古きを知ろう！
～今は使われていない材料・構造～
2

１．橋をよく見よう！
～点検のポイント～3

点検および調査のポイントー点検時の着目部－

鋼橋の箇所別損傷数
鋼橋の箇所別損傷数

ー点検時の着目部ー• 主桁（桁端の腐食），支承，伸縮装置－桁端部に損傷が多い。

橋齢と重大損傷発生の割合
橋齢と重大損傷発生の割合• 橋齢と損傷発生率は線形関係にある。橋歴35年以上の橋梁の損傷発生率は50%以上• 着目部を設定することで効率的な点検（維持管理）が可能。

（道路橋の予防保全に向けた有識者会議資料より）

4点検および調査のポイントー点検時の着目部－

ーなぜ桁端部に腐食・損傷が多いのかー
温度伸縮
走行車両の衝撃
湿潤状態

伸縮装置の劣化・損傷促進

土砂，雨水の流れ落ち① 伸縮装置の損傷・劣化→ 路面からの土砂・雨水の流れ落ち
土砂・雨水の堆積・滞水

狭隘，閉鎖空間（風通し×）
土砂の堆積・雨水の滞水

発錆・腐食② 閉鎖的空間・狭隘（風通しの悪さ）→ 堆積物の滞留
湿気の滞留
メンテナンス性の悪さ

支承の固結（可動・回転拘束）⇒ソールプレート前面亀裂などへ連鎖することも5点検および調査のポイントー点検時の着目部－

ー伸縮装置の損傷ー-排水型-

雨水の垂れ流し。この時点で腐食の始まり

伸縮装置からの土砂が堆積，支承も埋まっている-非排水型-

非排水部の損傷→支承廻りの土砂堆積・滞水の始まり

6点検および調査のポイントー点検時の着目部－

ー桁端部の損傷へー
桁端部の発錆・腐食
桁端部の発錆・腐食
横構

主桁

主桁腐食・孔食

塗膜劣化・発錆支承の固結支承のソールプレート前面の疲労亀裂
支承のソールプレート前面の疲労亀裂
下フランジ
亀裂
ソールプレート・支承機能の消失（可動・回・支承機能の消失（可動・回転拘束）が大きな原因
転拘束）が大きな原因

ウェブ
亀裂
下フランジ

支承
7

点検および調査のポイントー点検時の着目部－

ー重大損傷の予兆を見逃さないー
路面（伸縮装置，地覆部など）の段差路面（伸縮装置，地覆部など）の段差

舗装の局部的な損傷
舗装の局部的な損傷

鋼床版の亀裂鋼床版の亀裂ウェブの破断ウェブの破断8

点検および調査のポイントー点検時の着目部－

ー鈑桁の主な着目部位と損傷ー
床版の損傷
伸縮継手部
主桁・横桁交差部の亀裂

水切り部の剥落
桁端部の腐食
(EXPからの漏水，土砂の堆積，湿潤状態)

F11Tボルトの遅れ破壊による落下
ボルトの変状
塗装の劣化
支承ソールプレート溶接部

支点部付近の腐食

桁端切欠き部の亀裂

沓座の破損・沓の破損

9

点検および調査のポイントー点検時の着目部－

ーアーチ橋の主な着目部位と損傷ー

10

点検および調査のポイントー点検時の着目部－

ー鋼床版橋の主な着目部位と損傷ー

デッキプレート

デッキプレート
亀裂
開先の残り

Ｕリブ

トラフ溶接部11

点検および調査のポイントー点検時の着目部－

ー鋼床版橋のサーモグラフィーによる調査例ー
実体視画像

サーモグラフィー画像

着目縦リブのみ温度が低い（滞水の可能性）

サーモグラフィー12

点検および調査のポイントー発見しにくい損傷－

ー発見しにくい損傷例①ー
塗装内での腐食の進行
塗装内での腐食の進行

塗膜内で腐食進行，孔食

超厚膜形塗料13

点検および調査のポイントー発見しにくい損傷－

ー発見しにくい損傷例②ー
コンクリート埋め込み部の腐食
コンクリート埋め込み部の腐食

ｺﾝｸﾘｰﾄ内の腐食

当て板補強，復旧完了

再腐食

14

点検および調査のポイントー発見しにくい損傷－

ー発見しにくい損傷例③ー
防護管内の腐食
防護管内の腐食

写真：日経コンストラクションホームページより

ステンレス管により内部が見られなかったうえ，「異種金属接触腐食（鋼とステンレス）」が生じ，鋼棒断面が欠損・破断

15

点検および調査のポイントー発見しにくい損傷－

ー発見しにくい損傷例④ー
錆汁のない亀裂
錆汁のない亀裂
デッキプレート
デッキプレート

塗膜割れ？，亀裂？
塗膜割れ？，亀裂？
トラフリブ
トラフリブ

塗膜剥離，磁粉探傷（黒色）後塗膜剥離，磁粉探傷（黒色）後

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２．現場を知ると留意点が見えてくる！
～補修・補強現場の実態～

17

補修・補強現場の実態ー想像以上に狭い－

想像以上に狭い

現場孔明・取付け・HTB締付け
現場孔明・取付け・HTB締付け部材取付け・HTB締付け部材取付け・HTB締付け

図面で想像するより，実際はもっと狭いことが多いかも・・・
沓座のはつり沓座のはつり18

補修・補強現場の実態ー想像以上に狭い－

施工スペースを考慮した補強構造および計画が重要（例）
部材搬入・・・マンホールと部材の関係
アンカー削孔・・・コアドリルの高さ
高力ボルト・・・締付け機の大きさ等の事前チェック

19

補修・補強現場の実態ー重量物の人力施工－

重量物も人力で施工

箱内への部材搬入
箱内への部材搬入

箱桁内の部材人力運搬
箱桁内の部材人力運搬

チェーンブロックによる搬入
チェーンブロックによる搬入重機が使えないことがほとんど。
↓
重量物も人力で運搬しなければならない。
20

補修・補強現場の実態ー重量物の人力施工－

部材の分割・小型化• 重機を使えない場合がほとんどである.
• 小型のウィンチ，チェーンブロック等で少しずつ地道に持ち上げるしかない.
• 場所によっては人力による運搬なる.

部材の分割・小型化は必須
21

補修・補強現場の実態ー竣功図だけでは×－

竣功図だけでの判断は危険
光ファイバー

図面にない添加物
図面にない添加物
鳩糞
鳩糞

鳩糞の堆積
鳩糞の堆積

よく解らない配管管理者の違う添加物
管理者の違う添加物

既設橋梁には図面と違う箇所が多い。
・寸法的な違い
・添加物の有無，その他↓
まずは現場を見る

22

補修・補強現場の実態ー竣功図だけでは×－

図面だけで判断，設計・計画を進めるのは危険！
まずは現場を見よう！
↓
意識していない箇所は１度見ても覚えていないことが多い.
↓
デジタル写真，ビデオ撮影でいろいろな箇所を記録しておく事は非常の有効。
現場に合わせた柔軟な設計・計画を！
23

補修・補強現場の実態ー竣功図だけでは×－

ー現場実測（３次元計測）の例ー
３次元計測処理結果画像（側面画像）

支承
支承

３次元計測処理結果画像（平面画像）

現場実測では，その実測方法の計測精度，誤差を理解しておくことが重要

支承

24

補修・補強現場の実態ーやってみないと判らないこともある－

変形箇所の加熱矯正
変形箇所の加熱矯正

アンカーボルトの削孔
アンカーボルトの削孔

やってみないと判らないこともあるのが事実。

25

補修・補強現場の実態ーやってみないと判らないこともある－ーアンカーボルト削孔の事例ー①電磁レーダーによる鉄筋探査
探査可能深さは20cm程度↓
２段目以降の鉄筋は探査できない

26

補修・補強現場の実態ーやってみないと判らないこともある－ーアンカーボルト削孔の事例ー②パイロットホールによる鉄筋確認
２段目以降の鉄筋を探るため、鉄筋は切れない
小径ドリルによる確認の繰り返し
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補修・補強現場の実態ーやってみないと判らないこともある－ーアンカーボルト削孔の事例ー③ダイヤモンドコアドリルによる削孔
鉄筋センサー付コードリールなども併用
28

補修・補強現場の実態ーやってみないと判らないこともある－ーアンカーボルト削孔の事例ー④アンカー削孔後（トライ＆エラーの跡）
アンカー位置変更による再計算
不要孔の孔埋め作業も発生
29

補修・補強現場の実態ーやってみないと判らないこともある－ーアンカーボルト削孔の事例ー⑤
アンカー定着⑤アンカー定着

製作反映⑥
アンカー位置計測⑥アンカー位置計測30

補修・補強現場の実態ーやってみないと判らないこともある－

やってみないと解らない事があるからこそ設計時の配慮，計画時の工夫が重要
ーアンカーボルトの場合ー•アンカー位置の移動に対応出来るようリブ間隔を広めに設定.
•補強部材のベースを若干大きめにしておく.
•アンカー孔は出来るだけ細径，少本数に.などの設計時の配慮でかなり助かる.
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補修・補強現場の実態－まとめ－
補強材の寸法・形状だけでなく，施工を行うためのスペースを考慮して設計・計画を行うことが重要．
• クレーンなどの重機等は，使えないことが多い.人力での運搬が生じることを考慮しよう。→部材の分割・小型化.
• 竣工図面だけの判断は危険.必ず現場を見よう.

32

３．過去の事例から学ぼう！
～補修・補強事例と留意点～

33

補修・補強事例と留意点－誤差吸収－

誤差吸収箇所の設定例①• 縦桁・横桁ウェブギャップ間にブラケットを取り付ける補強

縦桁直接取り合う構造であるため，実橋の誤差を吸収するところがない．
▽フィラーの設置

補強ブラケット
横桁

フィラープレート34補修・補強事例と留意点－誤差吸収－

誤差吸収箇所の設定例①

ケレン
50kg/基フィラープレート
フィラープレート完了
取り付け・調整35

補修・補強事例と留意点－誤差吸収－

誤差吸収箇所の設定例②• ブラケット，控え材を設け，標識柱を設置する工事．

標識柱
ブラケット

控え材

当初１本もので設計・部材重量増・主桁間隔の誤差吸収が困難▽
部材の分割（軽量化）
添接部による誤差吸収
部材の分割，添接の追加
部材の分割，添接の追加

36

補修・補強事例と留意点－誤差吸収－

誤差吸収箇所の設定例②

施工箇所
施工箇所

・実橋はＲが付いており，実際に１本ものでは施工困難．
・分割することで，下横構も撤去することなく施工可能．

施工前の全景37

補修・補強事例と留意点－誤差吸収－

誤差吸収箇所の設定例③• 箱桁内ﾀﾞｲｱﾌﾗﾑのコーナー部に補強材を取付ける補強．
開口部

ｺｰﾅｰ部補強材

箱桁内ダイ アフ ラ ム

補強部拡大
補強部拡大

補強材（ 一体も の）

変更前
変更前

補強材が一体もののため角度調整が出来ない。
▽
部材の分割，現場孔の設定

２ 分割－添接
現場当て揉み孔明

変更後
変更後

38

補修・補強事例と留意点－誤差吸収－

誤差吸収

既設橋および製作材には必ず誤差がある！
↓
誤差吸収方法に対して設計，施工の両面から留意しておくことが重要39

補修・補強事例と留意点－品質・安全への考慮－

品質・安全への考慮①
箱桁

移動制限

• 橋軸直角方向移動制限のアンカーボルトによる取付け
斜角により部材取付け方向とアンカー方向が違う－設置困難▽部材の分割，ＨＴＢ接合構造

アンカーボルト
斜角

移動制限
橋軸方向

部材の分割（ＨＴＢ）

変更後

40

補修・補強事例と留意点－品質・安全への考慮－

品質・安全への考慮②
垂直材
ガス切断
仮吊り材
仮吊り材

• 下路ｱｰﾁ橋の垂直材－車両衝突により損傷－損傷部の取替え工事．
当初設計
斜材取付けで仮吊り，損
傷部撤去

衝突箇所

撤去部材が無応力となっていない－撤去困難▽

補剛桁－当初設計－－当初設計－

41

補修・補強事例と留意点－品質・安全への考慮－

品質・安全への考慮②
垂直材

ｾﾝﾀｰﾎｰﾙｼﾞｬｯｷ
ガス切断

仮吊り材
仮吊り材
仮吊り設備

反力受梁

PC鋼棒
取替え箇所
衝突箇所

補剛桁
補剛桁
－当初設計－－当初設計－• 下路ｱｰﾁ橋の垂直材－車両衝突により損傷－損傷部の取替え工事．
当初設計
斜材取付けで仮吊り，損
傷部撤去
撤去部材が無応力となっていない－撤去困難▽
ｾﾝﾀｰﾎｰﾙｼﾞｬｯｷ，PC鋼棒により緊張－撤去部材無応力42

補修・補強事例と留意点－品質・安全への考慮－

品質・安全への考慮②

ｾﾝﾀｰﾎｰﾙｼﾞｬｯｷ，
PC鋼棒による仮吊りｾﾝﾀｰﾎｰﾙｼﾞｬｯｷ，PC鋼棒による仮吊り
損傷部の撤去損傷部の撤去

損傷状況
損傷状況

損傷箇所取替え完了
損傷箇所取替え完了

43

補修・補強事例と留意点－品質・安全への考慮－

品質・安全への考慮③•桁端部の腐食部補修工事•腐食部の切断→溶接復旧
腐食部の溶接－品質確保および疲労的にも問題あり▽
仮受け，腐食部撤去
新規部材－高力ボルト添接
高力ボルト 添接
ガス切断－現場溶接により 復旧

腐食箇所
切 断・取 替え部

当初設計
当初設計

ジャ ッ キアッ プ・ 仮受け

変更後変更後44

補修・補強事例と留意点－品質・安全への考慮－

品質・安全への考慮③切断交点は孔明
切断交点は孔明

切断線
切断線

仮受け
仮受け

現場孔明
現場孔明

ケレン・罫書きケレン・罫書き

ｶﾞｽ切断
ｶﾞｽ切断

45

補修・補強事例と留意点－品質・安全への考慮－

品質・安全への考慮③

切断部仕上げ
切断部仕上げ

補強完了
補強完了

沓セットボルト孔はタップ切り直し沓セットボルト孔はタップ切り直し

部材取付け・ＨＴＢ締付け
部材取付け・ＨＴＢ締付け

補強完了
補強完了

46

補修・補強事例と留意点－品質・安全への考慮－

品質・安全への考慮

施工品質・安全が確保できない方法は
×
施工品質・安全が確保できない方法は×↓
３次元的なチェック，既設橋梁には既に応力が作用していること，損傷に対して不適な補修方法になっていないか等に留意が必要
修方法になっていないか等に留意が必要..

47

補修・補強事例と留意点－施工スペースの確認－

施工スペースの確認①
桁内補強材

側面図

Pn

箱桁内部補強材

検査路
落橋防止ｹｰﾌﾞﾙ
上部工付き落橋防止

橋

脚・落橋防止工事における桁内補強の事例●新規マンホールの設置は考慮されておらず，当初設計の部材では，桁内への搬入が不可能．

705

6951350970

下部工付き落橋防止部材の取り込み検討図
部材の取り込み検討図

48補修・補強事例と留意点－施工スペースの確認－

施工スペースの確認①▽
設計・構造上可能な限り部材を分割
それでも搬入できない部材は，反対の桁端から（桁内運搬65m）
2800

40350

90 3@90 90=270

40

16550

1110
1010550

13

1310

450

8819.5
10
部材の分割
部材の分割

850

Ｗ≒120㎏

510

50510

50

Ｗ≒150㎏

当初設計
当初設計

510

50

470

9 6.5
1350

488.5 40 6.5

40 75 75 40
75 90 75

40 75 75 40
75 90 75
6.5 40 488.5

819.5

90 3@90 90
=270

470

136.5 9

9 6.5

40

819.5

40

103501110

1610450819.5

106.5 92800

488.5 40 6.5

Ｗ≒120㎏

6.5 40 488.5

50Ｗ≒120㎏

510

50510

50

51075㎏×2ブロック

Ｗ≒120㎏

変更後
変更後

49

補修・補強事例と留意点－施工スペースの確認－

施工スペースの確認①

取り付け完了取り付け完了部材の取り込み，運搬状況
部材の取り込み，運搬状況

50

補修・補強事例と留意点－施工スペースの確認－

施工スペースの確認②

51

補修・補強事例と留意点－施工スペースの確認－

施工スペースの確認②

チップがある状態でチェック

52

補修・補強事例と留意点－施工スペースの確認－

施工スペースの確認

補修・補強現場は狭隘な場合が多い。
↓
部材の大きさ（搬入・取付けが可能か），ボルト配置（締付けが可能か）等に留意しておくことが必要。
53

補修・補強事例と留意点－まとめ－
補修・補強現場は，多くが狭隘で，重機なども使用できない（人力）場合が多く，施工条件的にはかなり厳しい．
• 所定の施工品質を保ち，かつ求められた設計性能を完全に満足させることが困難な場合もある．
• 現地条件を考慮に入れ，要求性能と確保すべき品質のバランスの取れた設計が望ましい．
• 設計－施工から，施工－設計という考え方による補修設計も必要．
→新設の設計とは，異なるアプローチ→品質確保可能な施工ができる設計
54

４．古きを知ろう！
～今は使われていない材料・構造～

55

今は使われていない材料・構造－リベット－①リベット• 高力ボルト使用以前の一般的な継手構造• 昭和50年初頭くらいが最後• 支圧接合• リベット自体は問題ではないが，補修時には留意が必要
実際のリベット施工状況

釜56

今は使われていない材料・構造－リベット－

リベット継手の模式図
Ｐ
当て板

赤熱された
リベット

リベット孔
リベットハンマー

リベット径ｄリベット孔径 ｄ´ｄ´≒ｄ＋1.5mm

リベットを叩いて潰す

赤熱されているリベットを叩くことにより、隙間が充たされる

支圧力
釜

せん断抵抗57

今は使われていない材料・構造－リベット－（１）腐食リベットの取替え

リベット頭が腐食しているのみで緩んでいない場合・・・
取替えにより，逆に隙間から水が浸入し腐食が進行した事例もあり・取替えより，腐食対策が好ましい場合が多い
ﾘﾍﾞｯﾄ頭腐食
母材の腐食

母材の腐食

隙間から水が浸入

HTBへ交換ﾘﾍﾞｯﾄ頭の欠食

腐食リベットの取替えによる水の浸入
58

今は使われていない材料・構造－リベット－（２）リベットの高力ボルトへの取替え
リベットの接合面は防錆塗装として鉛丹錆止塗料が塗布されている場合が多い⇒摩擦係数0.4を確保することが困難

・接合面の処理・高力ボルトのサイズアップ
・打込式高力ボルトの使用
打込式高力ボルト（ナーリングボルト）等の検討が必要な場合がある
59

今は使われていない材料・構造－高力ボルトF11T－②高力ボルト F11T
昭和40年代後半～50年代初頭
高力ボルト F11T が使用された
通常の F10T と比較して1割程度高強度→ ボルト本数の削減→ 盛んに使われたF13Tというのも一部で使われた

60

今は使われていない材料・構造－高力ボルトF11T－

しかし ある時間が経過したのち突然 脆性的に破壊！！

遅れ破壊ボルト

高張力鋼特有の「遅れ破壊」

61

今は使われていない材料・構造－高力ボルトF11T－

F11Tの確認（１）図面での確認：３種という表現の場合もあり（２）現地での確認：ボルトヘッドマークで確認
ボルトメーカーマーク

Ｆ１１Ｔと明記

62

今は使われていない材料・構造－高力ボルトF11T－

F11Tを見つけたら、どうする？
F11Tを見つけたら、どうする？
まずは，破断したボルトが落ちて第３者に被害を与えないよう落下防止措置を実施

落下防止キャップの取付例

落下防止ネットの取付例63今は使われていない材料・構造－高力ボルトF11T－

抜本対策はボルトの取替え•但し、F10Tに替えると継手強度が下がってしまう （要応力照査）•照査結果によっては、ボルト径を上げるなどの処置が必要な場合もある
M22 F11T → M24 F10T

64

今は使われていない材料・構造－古材－③古材（硫黄含有量の多い鋼材）③古材（硫黄含有量の多い鋼材）
ラメラティアに注意！
板厚

硫黄含有量の多い鋼材に拘束の高い溶接をすると、ラメラティア（層状の割れ）の発生の可能性が高い。
65

今は使われていない材料・構造－古材－

鋼材の硫黄含有量の推移
竣工年度とＳ量1966年JIS G 3106
SM50Y,SM53,SM58追加

1981年
WES耐ラメ規定0.035

硫黄含有量（％）
Ｓ量(%)

0.030
連鋳比率

0.025

80
600.020
0.015
造塊比率

0.010

40200.005
0.000
1960

1965

1970

1975

1980

1985

連鋳・造塊比率(%)

100

60ｷﾛ鋼
50ｷﾛ鋼
40ｷﾛ鋼
Ａ社脱硫限界Ｂ社脱硫限界Ｃ社脱硫限界D社脱硫限界Ｅ社脱硫限界
造塊比率
連鋳比率

01990

竣工年

硫黄含有量は1970年代半ばに急激に減少。溶接性は格段に向上しているものと考えられる。

溶接はきわめて有用な手法であるが，古材溶接はきわめて有用な手法であるが，古材に対しての適用は慎重な検討が必要

66

今は使われていない材料・構造－フランジ曲げ構造－④
フランジ曲げ構造（桁高変化部）④フランジ曲げ構造（桁高変化部）【桁端切欠】
フランジ曲げ加工-現在の桁高変化部構造-

割込みフランジ【ゲルバーヒンジ】

フランジ曲げ加工

フランジ曲げ構造は応力が集中するとともに，構造的に溶接内部に隙間（ルートギャップ）が残りやすいため，亀裂損傷の多い部位である

67

今は使われていない材料・構造－フランジ曲げ構造－

桁高変化部の亀裂補修事例①【桁端切欠部】
補強板による補強
落橋防止板 添接補強板
ストップホール

横桁脚横梁

線支承

68

今は使われていない材料・構造－フランジ曲げ構造－

桁高変化部の亀裂補修事例②【ゲルバーヒンジ部】

補強板⇒桁連続化

連続化前（当て板補強）
連続化前（当て板補強）

当て板

ゲルバー部

連続化後
連続化後連続化部

69

－おわりに－維持管理の重要性は従来から言われてきましたが，新設分野と比べると目に見えにくい作業が多く，成果的にも非常に地味な分野であります。
今回の東日本大震災の復旧作業も含め，維持管理および補修・補強分野は，今後ますます重要性が高まってくるものと考えます。
維持管理に携わる技術者の方々は，誇りを持って従事していただければと思います。

70

ご清聴ありがとうございました71