第64回(2020年度)

北海道開発技術研究発表会論文

サンドイッチ床版の損傷に関する調査について―国道275号美深橋における床版の損傷事例―
旭川開発建設部 道路設計管理官付
旭川開発建設部 道路設計管理官付
旭川開発建設部 道路設計管理官○杉森 笑海辻雅章
千葉 隆広

国道275号美深橋は、平成16～18年度にサンドイッチ床版へ打ち換えを行っている。打ち換え後10年以上が経過し、橋面舗装の劣化が顕在化するようになった。原因を把握するために舗装開削調査を行ったところ、床版内部の空隙が確認された。また、一部の橋面に円形の亀裂も数カ所発見され、これらは上鋼板のスタッドジベル溶接部の破断であることが分かった。本報では、床版損傷の調査結果とその考察について報告する。
キーワード：サンドイッチ床版、床版損傷、長寿命化、維持・管理

1. はじめに
一般国道275号美深橋は、北海道中川郡美深町において一級河川 天塩川水系 天塩川を跨ぐ位置に架けられた、橋長L=338.20 mの単純合成鈑桁橋5連、5径間ゲルバー合成鈑桁橋である(図-1,2)。美深橋は昭和39年に供用を開始し、供用から40年以上が経過した平成16～18年度には床版の老朽化に伴い、鉄筋コンクリート床版から鋼コンクリート合成サンドイッチ床版（以下、サンドイッチ床版）に打ち換えを行っている。
床版打ち換えから10年以上が経過し、平成26年度以降ポットホール等が散見されるようになり、平成29年
至 稚内
至 浜頓別

2. サンドイッチ床版の概要
美深町

天塩川

至 札幌

40
美深北 IC名寄美深道路

275
E5275
美深駅

美深橋

度には舗装の劣化に関する開削調査を行った。また、平成30年に定期点検を行ったところ、広範囲に舗装のうき、ひびわれ等の異常が見られた。
このため、令和2年度に点検結果を踏まえた詳細調査を行ったところ、床版内部の空隙が確認され、一部の橋面には円形の亀裂も数カ所発見された。
本報では、美深橋におけるサンドイッチ床版の損傷事例について紹介し、床版損傷の調査結果とその考察について報告する。

40
美深IC

至 旭川至 名寄

図-1 美深橋 箇所図

サンドイッチ床版は、上下鋼板及び高力ボルト・高ナットから構成される鋼殻内部に高流動コンクリートを充填した合成床版となっている1)(図-3)。サンドイッ
チ床版の特徴としては、他形式の床版と比べ全厚が小さく、軽量であることが挙げられる。サンドイッチ床版の全厚は16.2 cmであり、同程度の剛性を有するRC床版と比較すると25 %以上も軽量な構造となっている1) 2)。
また、上下鋼板は工場製作であることから、現場施工性にも優れ、工期短縮を図ることも可能である。さらに、積雪寒冷地である北海道では、凍害等によるRC床版の劣化･損傷が懸念されていることもあり、凍害等の影響が少ないことについても利点としてあげられる。

至 札幌

至 浜頓別

単純合成鈑桁 5 連

5 径間ゲルバー合成鈑桁

図-2 美深橋 側面図
SUGIMORI Emi, TSUJI Masaaki, CHIBA Takahiro－ 550 －高力ボルト

表-1 点検・調査履歴、補修履歴(舗装、床版のみ)

高流動コンクリート

6

鋼板(t=6mm)

年度

点検履歴

工事履歴

調査履歴

床版打ち換え(第1～3径間目)

高ナット
300

平成17年

床版打ち換え(第4,5,9,10径間目)

図-3 サンドイッチ床版断面図

平成18年

床版打ち換え(第7,8径間目)

6162150

平成16年

3003003. 美深橋の損傷状況について(1) 舗装の損傷状況
美深橋は、平成16～18年度に床版打ち換えを行った
際、全径間において塗膜系の橋面防水工が施工され、基層は再生粗粒度アスコン40 mm、表層は再生密粒度アスコン40 mmが打設された(図-4)。床版打ち換え後、平成20年度及び平成25年度に行われた定期点検ではいずれも小規模な舗装の凹凸がみられたものの、その他舗装に大きな損傷等は確認されていなかった。
しかし、平成26年からポットホール等の舗装の異常が散見されるようになり(表-1)、平成30年度定期点検では第1～6、9～10径間に舗装の異常が確認された(図-5、写真-1)。これらは全て平成16～17年度に床版打ち換えを行っている径間であることから、施工年次が古い箇所から舗装損傷が顕在化していると考えられ、特に床版打ち換えの年次が古い第1～2径間（平成16年度施工）に著しい損傷がみられた。なお、第2径間で発生した舗装の損傷は、パッチング補修で対応するも損傷を繰り返したため、平成29年度には舗装開削調査及び舗装の部分打ち換えを実施している(表-1)。

平成20年

定期点検

平成25年

定期点検

平成26年

舗装補修(パッチング)

平成27年

舗装補修
(パッチング)

平成28年

舗装補修
(パッチング)

平成29年

舗装開削調査平成30年

定期点検(図-5)

令和2年

詳細調査

舗装補修
(パッチング、部分打換)

写真-1 舗装の異常（寄り）(2) 平成29年度舗装開削調査
舗装開削調査は、舗装の損傷が特に著しい第2径間終点側付近の位置について行った。その結果、サンドイッチ床版上鋼板の輪荷重位置にあるコンクリート打設孔からの水の滲み出しや上鋼板のうきが確認され、G3
桁上スタッドジベル溶接部の真上には円形の亀裂が数カ所確認された(図-6)。翌年には定期点検を実施したが、部材の変形等は確認されておらず、緊急的な対応の必要は無いとされた。しかし、サンドイッチ床版の損傷に加えて舗装の広範囲にうき、パッチング補修跡がみられることから、次回点検までに詳細調査を行い、損傷原因を特定することとなった。

表層：再生密粒度アスコン t=40 mm
基層：再生粗粒度アスコン t=40 mm
サンドイッチ床版 t=162 mm

図-4 美深橋 断面図・舗装構成：舗装損傷箇所(舗装の異常)：床版損傷箇所(上鋼板のうき、破断)
至 浜頓別

至 札幌

A1

P1

P2

平成 16 年度施工

P3

P4

P5P6

平成 17 年度施工

P7
平成 18 年度施工

P9P8

平成 17 年度施工

図-5 美深橋 平面図（平成 30 年度点検時の舗装・床版の損傷状況）
SUGIMORI Emi, TSUJI Masaaki, CHIBA Takahiro－ 551 －A2

平面図

主桁位置

29600

G3 桁

拡大図

No.1 孔No.2 孔札幌

G1G2G3

浜頓別

P2P1：平成 29 年度 舗装開削調査：令和 2 年度 橋面状態調査：令和 2 年度 床版内部断面観察

図-7 詳細調査 位置図
180

高流動
コンクリート上下にスライド

主桁
特殊高力ボルト M22（高ナット使用）

ファイバースコープ

ミニドリル
φ9φ22120

15090

円形亀裂

6162

690

(G3)

スタッドジベル
φ22×120

着色樹脂注入φ9

図-6 平成29年度舗装開削状況（第2径間G3桁上）

図-8 床版内部断面観察の方法

4. 令和2年度詳細調査(1) 調査内容a) 橋面状態調査
令和2年度に舗装及びサンドイッチ床版の損傷原因の特定を目的として、舗装を開削し橋面状態調査（目視調査、打音調査）を行った。舗装開削は、舗装に著しい損傷がみられる第2径間について、平成29年度よりも範囲を広げて実施することとした。具体な開削範囲は、円形亀裂が発見されたR側主桁(G3)上、比較箇所としてL側主桁(G1)上と、中央部の縦桁上との3つのラインとした(図-7)。開削後、橋面状態の確認のため打音調査を行い、うきが発生している箇所を確認した。また、目視調査を行い、打設孔への水の浸入状況や橋面防水の状況について確認した。さらに、上鋼板のうき量について計測を行った。
b) 床版内部断面観察
床版内部コンクリートの健全性を評価するため、第2径間上の打設孔付近(No.1孔)及び破断面付近(No.2孔)の2箇所について、床版内部断面観察を行った(図-7)。
床版内部断面観察は、φ9 mmのミニドリルを用いて床版を鉛直方向に調査孔を設け、ファイバースコープを用いて床版内部コンクリートの損傷を観察するものである(図-8)。なお、調査をする際には床版内部に着色した樹脂を注入し、より深部の微細なひびわれを確認できるようにした。

(2) 調査結果a) 橋面状態調査
舗装開削を行った詳細位置を図-9に示す。また、開削位置における橋面状態調査の結果を表-2にまとめた。
目視調査の結果、G1桁・G3桁上においては、広範囲に打設孔のwet（雨水の浸入）が確認された。特にG3桁上で顕著にみられ、全ての打設孔がwetとなっている。
また、G3桁上E2～E4パネルにはスタッドジベル溶接部の円形亀裂が確認された。
打音調査の結果、G1桁・G3桁上において著しい上鋼板のうきがみられた。うきの箇所については、いずれも周辺の打設孔において雨水の浸入が確認されており、特に雨水の浸入が著しいG3桁上ではうきが全面に及んでいる。上鋼板のうき量はノギス計測の結果、最大4.9mmであった。
b) 床版内部断面観察確認された床版内部の状態を図-10に示す。床版内部の状況については、コンクリート内部に亀裂はみられず、健全な状態であった。また、注入した樹脂による着色がみられないことから、深部の微細なひびわれについても生じていないことが確認された。
c) 考察
橋面防水については、床版内部への雨水の浸入がみられることから、経年劣化による防水機能の低下が想定される。また、本橋においては基層が再生粗粒度ア

SUGIMORI Emi, TSUJI Masaaki, CHIBA Takahiro－ 552 －

1

パネル毎の番号→
G1 桁(パネル B)

243A①②③④⑤⑥⑦⑧⑨⑩⑪⑫⑬⑭⑯⑮B
C

縦桁(パネル D)①②③④⑤⑧⑨⑩⑫⑬⑭⑮⑯D

G3 桁(パネル E)①②③④⑤ ⑥ ⑦ ⑧ ⑨⑩⑪ ⑫ ⑬ ⑭⑮⑯⑰⑱E⑥⑦⑪P2 橋脚 F

P1 橋脚

札幌：舗装開削箇所

浜頓別①～⑱：コンクリート打設孔位置

図-9 橋面状態調査 位置図（第 2 径間）

B-4

亀裂

①wet

うき

②dry

充填

③wet

うき

④wet

⑤wet

⑥打設孔

打設孔

鋼板

円形

位置(目視)

(打音)

亀裂

①dry

充填

②dry

充填

③dry

充填

うき

④dry

充填

うき

⑤dry

充填

wet

うき

⑥dry

充填

⑦wet

うき

⑦dry

充填

⑧wet

うき

⑧dry

充填

⑨wet

充填

⑨dry

充填

⑩wet

うき

⑩wet

うき

無無

無番号

D-1

D-2

D-3

⑪wet

うき

⑪dry

充填

⑫dry

充填

⑫dry

充填

⑬wet

充填

⑬dry

充填

⑭wet

充填

⑭wet

うき

⑮wet

うき

⑮wet

充填

⑯wet

うき

⑯wet

うき

無D-4

E-1

E-2隙間1.4 mm

50無50

無100100

無150

無150
下面

下面

No.1 孔No.2 孔図-10 床版内部断面観察結果

・G3 桁上番号

鋼板

153 mm

円形(打音)

上面
隙間 02.6 mm

床版コンクリート

B-3

鋼板

(目視)

鋼板

床版コンクリート

B-2

打設孔

位置

150 mm

B-1

打設孔

6 mm

・縦桁上

・G1 桁上
番号

上面
03 mm

表-2 橋面状態調査結果（G1桁、縦桁、G3桁上）

打設孔

打設孔

鋼板

円形

位置

(目視)

(打音)

亀裂

⑩wet

うき

⑪wet

うき

⑫wet

うき

うき

⑬wet

うき

うき

⑭wet

うき

⑮wet

うき

⑯

wet

うき

⑰wet

うき

⑱

wet

うき

打設孔

打設孔

鋼板

円形

位置

(目視)

(打音)

亀裂

①wet

うき

②wet

うき

③wet

うき④wet

⑤wet

⑥wet

うき

⑦wet

うき

⑧wet

うき

⑨wet

うき

無有

番号

E-3E-4

G1 桁

縦桁

有G3 桁

P1札幌

有スコンとなっており、基層と橋面との密着性が比較的悪く、防水機能の耐久性に影響を及ぼしたことも考えられる。
上鋼板のうき及び打設孔からの水の浸入が確認された箇所は、平成29年度に舗装の部分打ち換えを行った箇所も含まれていた。特にG3桁上は全面にうきが確認されており、舗装打ち換え範囲と一致している(図-11)。
このことから、広範囲でみられる舗装の損傷について：平成 29 年度舗装打ち換え範囲：令和 2 年度舗装開削範囲：うきが確認された箇所

P2浜頓別

図-11 舗装打ち換え範囲とうき範囲との比較

は、上鋼板のうきや打設孔からの水の浸入に伴う床版内部の滞水が関連していることが想定される。舗装の損傷に至る道筋としては、打設孔から床版内部に浸入した水による凍結融解が原因の1つと考えられる。これにより、内部コンクリート上面の土砂化が発生し、上鋼板のうきが生じる。その上で、うき部に活荷重がかかることでたわみが生じ、舗装の損傷を引き起こしたと考えられる。なお、上鋼板のうきに関しては、床版

SUGIMORI Emi, TSUJI Masaaki, CHIBA Takahiro－ 553 －

打ち換え時の床版内部の空隙処理が不十分であったことで生じた可能性についても考えられる。また、床版内部に侵入した水がアスファルト混合物の剥離を誘発させたことも舗装損傷の一因と考えられる。
全般的な傾向として、上鋼板のうき及び打設孔からの水の浸入については、G1桁・G3桁上では顕著にみられるが、縦桁上では殆どみられない。このように端部付近の桁上で顕著にみられる原因としては、橋面の横断勾配により雨水が床版端部に流れ、滞留していることが考えられる。また、G1桁・G3桁上の打設孔付近は輪荷重の作用位置となるため、輪荷重が広範囲にかかりやすく、たわみが発生しやすい状況となる。そのため、床版内部の土砂化も広範囲に及ぶことが想定される。

5. スタッドジベル溶接部の亀裂について
スタッドジベル溶接部の亀裂については、これまでに事象が明らかになっていない。そのため、詳細調査の結果から、スタッドジベル溶接部の円形亀裂の発生メカニズムについて推測することとした。
床版上鋼板においては前述したとおり、床版打ち換え時の充填不良あるいは床版内部への水浸入による土砂化によりうきが生じており、輪荷重が作用することでたわみが発生する。これによりスタッドジベル溶接部に繰り返し荷重が作用することで、スタッドジベル溶接部を象るような形状（円形）での疲労破壊に至ったと推測した(図-12)。
輪荷重

上鋼板のたわみう

円形亀裂（疲労破壊）
内部コンクリート

スタッドジベル内部コンクリート

スタッドジベル

繰り返し荷重の作用6. 床版の健全性の評価
橋面状態調査においては、広範囲で上鋼板のうき、水の浸入がみられ、床版内部コンクリートの土砂化による耐荷力の低下が懸念されたが、床版内部断面観察において、床版コンクリート内部は亀裂や微細なひびわれもなく、健全な状態であることが確認された。
なお、本橋は合成桁構造となっているが、疲労破壊を起こしたスタッドジベルは主桁との結合のためではなく、床版としての剛性を高める目的で設置されている。そのため、スタッドジベル溶接部の亀裂は合成桁の機能に影響を及ぼす損傷ではない。前述したとおり
床版内部コンクリートについては健全な状態であることを確認しているため、主桁と床版とは正常な状態で合成されていると考えられる。
本橋の床版は、内部コンクリートの健全性が確認され、上鋼板のうきや円形亀裂も局所的であることから、現時点においては安全性が著しく損なわれた状況ではないとした。しかし、今後適切な措置を講じなければ、上鋼板のうきや円形亀裂等の進展により床版の耐荷力や耐久性の低下が懸念される。

7. 補修方法について
詳細調査及び損傷原因の考察を踏まえて、美深橋におけるサンドイッチ床版の補修方法について述べる。
(1) 上鋼板のうきの補修
上鋼板のうきに対する補修方法については、まず現地にて空隙調査を行い、上鋼板のうきの範囲を特定する。その後、特定されたうきの範囲に充填材を注入し、上鋼板と床版内部コンクリートとの一体化を図ることとした(図-13)。なお、床版内部に水が溜まっている可能性があるため、注入の際に水が上手く抜けるよう、充填材は撥水性の高い湿潤面用エポキシ樹脂とした。
また、不可視部の施工であることから充填不良が懸念されるため、打音検査等により充填性を確認し、十分な施工管理を行うことが重要となる。
打設孔当て板(t=6 mm)
溶接
エポキシシール材

図-12 円形亀裂の発生メカニズム
今回、G3桁上にのみ円形亀裂が確認された原因については、上鋼板のうきが全面に及び、繰り返し荷重の作用が他桁上よりも顕著であることが考えられる。G1
桁上についても上鋼板のうきが広範囲に及び、輪荷重の作用位置であることから、繰り返し荷重の作用が大きいと考えられる。そのため、損傷に対する措置を講じなければ、いずれはG3桁上と同様に疲労破壊が顕在化することが想定される。

空気抜孔 φ5エポキシ樹脂注入
180×280
空隙120
(打設孔)

内部コンクリート300300

図-13 うきの補修方法 断面図(2) 床版内部への雨水の浸入防止
打設孔の閉塞処理に関して、床版打ち換えの施工当初、打設孔にはエポキシ樹脂が塗布されており、止水措置がとられていたが、床版内部への雨水の浸入が確

SUGIMORI Emi, TSUJI Masaaki, CHIBA Takahiro－ 554 －認された。現行の設計指針では、打設孔には止水板を設置することとなっているため、今回の補修設計では打設孔に当て板を溶接し、周囲にエポキシ系シール材を施工することとした(図-14)。これにより、打設孔の密閉化を図り、床版内部への雨水の浸入を防ぐこととした。

上面ボルト取り外し
円形亀裂

円形亀裂

コア削孔
φ50×140
鋼板 t=6 mm180280

コンクリート打設孔
φ120（既設）

六角ナット M22

全ネジ六角ボルト溶接
6M22×150

エポキシ系シール材

打設孔当て板エポキシ系シール材
エポキシ樹脂シール

空気抜孔 φ5エポキシ系シール材による閉塞

エポキシ樹脂注入
湿潤面用エポキシ樹脂注入

図-14 床版内部への雨水の浸入防止方法 平面図(3) スタッドジベル溶接部の亀裂の補修
スタッドジベル溶接部の亀裂の補修については、上鋼板の部分取替を行うこととした。手順としては、図15に示すように削孔して、既設のスタットジベルの撤去を行う。その上で、新たな上鋼板に六角ボルト・六角ナットを取り付けた状態で床版上に設置し、間隙は湿潤面用エポキシ樹脂で充填することとした。これにより、元々設置されていたスタッドジベルに代わり、主桁上における上鋼板と床版内部コンクリートとの一体化を図ることとした。

8. まとめ
今回調査したサンドイッチ床版の損傷について、結果をまとめると以下の通りになる。
①舗装の損傷原因は、施工時のコンクリート充填不良や、打設孔からの水の浸入による床版内部の土砂化を起因とする上鋼板のたわみと考えられる。また、水の浸入を起因とするアスファルト混合物の剥離も一因と想定される。
②舗装の損傷傾向としては、施工年次の古い径間に損傷が集中している。また、橋面の横断勾配により雨水が滞水する端部に損傷が顕在化しやすいことが分かった。
③スタッドジベル溶接部亀裂の原因は、上鋼板のうき部に走行車両の繰り返し荷重がかかることで生じたたわみによる疲労破壊と推定される。
④床版内部コンクリートは健全であり、橋面の損傷も局所的であるため、安全性が著しく損なわれてはいない。しかし、現状のままでは床版の耐荷力や耐久性の低下が懸念されるため、今後適切な補修を検討することとした。

座金
M24 t=6 mm

高力ボルト
M22×55

図-15 スタッドジベル溶接部の亀裂の補修方法
今回の調査では、施工年次の古いサンドイッチ床版について、防水機能の低下による打設孔からの水の浸入や内部コンクリート上面の空隙が明らかになった。
現行のサンドイッチ床版における施工指針においては、打設孔はあて板で閉塞することとなっている。また、充填確認についても、打音検査を行うことが標準となっており、不完全充填部については、適切な措置を講じることとなっている。
本橋については全10径間あり、平成30年度定期点検
では第1～6、9～10径間に舗装の異常が確認されている。
そのため、今後は今回の調査結果をもとに、多径間を踏まえた施工計画を検討していく予定である。
本橋同様に施工年次の古いサンドイッチ床版においては、打設孔の閉塞処理等を行っていない事例がみられるため、今後同様の損傷が確認される可能性がある。
その際には、本稿が調査や補修方法検討の一助となれば幸いである。
謝辞：サンドイッチ床版の損傷に関する調査に関しては、（国研）土木研究所寒地土木研究所 寒地構造チームのご指導を頂きました。ここに感謝の意を表します。
参考文献
1) 北海道土木技術会･鋼道路橋研究委員会：北海道における鋼道路橋の設計及び施工指針, pp. 3-65～
2) 成田勇太、藤井大道、星卓見：「サンドイッチ床版補修について－一般国道 37 号長万部橋における床版補修の施工事例－」平成 26 年度北海道開発技術研究発表会論文

SUGIMORI Emi, TSUJI Masaaki, CHIBA Takahiro－ 555 －