開水路基礎の表面腐食鋼管杭健全度評価の事例
北海道オホーツク総合振興局産業振興部調整課 中澤 正
網走川土地改良区 工務課(株)よしだ設計コンサルタント

渥美 和哉

小田島 龍児 加地 光幸○ 金 雄大１. はじめに網走川土地改良区が管理する東幹線用水路は、オホーツク総合振興局管内の美幌町から大空町にかけて位置し面積 602ha の受益農地に水を供給している。本受益の主要作物は、ビート、馬鈴薯、小麦である。水田については、冷涼な気候のため「もち米」の栽培が行われているが、転作率は 80％を超えている。転作田における畑作・野菜作りへの水需要に対する要望があり老朽化した用水路の長寿命化が急務となっている。オホーツ
ク総合振興局において本用水路の機能保全計画を作成するにあたり、用水路の変状調査・劣化度判定および対策案を作成する業務を(株)よしだ設計コンサルタントで行った。

本用水路は、全長=15,687m で、それを構成する東幹線用水路（本線）8,427m の内5,540m が現場打鉄筋コンクリート開水路となっている。 現場打鉄筋コンクリート開水路部分は、「道営かんがい排水事業網走川地区」として昭和 45 年（1970 年）〜昭和 58年（1983 年）に造成された。
現場打鉄筋コンクリート開水路の現地調査は、近接目視調査、コンクリート強度推定調査、鉄筋探査、中性化深さ調査（ドリル法）、にて健全度を推定した。現場打鉄筋コン
クリート開水路の内、約 2,890m の基礎地盤が泥炭であり、鋼管杭によって支持されていた。水路周辺盛土部の沈下に伴い相対的に水路が浮き水路底版下に空洞が発生していた。
開水路基礎部が露出し鋼管杭表面が腐食状態にある区間が確認された。鋼管杭の腐食状態調査も含め水路の総合的な劣化度を判定し対策工法案の検討を行った。この事例について紹介する。
２. 調査水路の概要
調査対象とした東幹線用水路は、東幹線用水路（本線）8,427m と、その支流である東第一幹線用水路（コルゲートフリューム）および本郷中幹線用水路（コルゲートフリューム）、東第２幹線用水路（コルゲートフリューム）からなり、総延長 15,687m を有する。

図−1 東幹線用水路（L=15,687m）位置図

３. 基礎（鋼管杭）の露出状態
基礎（鋼管杭）が露出している部分においては、水路底版に空洞が形成され窪地となり滞水していた。滞水には緩やかな流れが確認された。水路には、8m 毎に２本の杭により支持されている台座（高さ 450mm）がある。

水路外側壁

写真−１（SP 7937 L） 水路側壁（底版に空洞が発生）

台座 450mm

水路底版

写真−２（SP 7937 L）
台座（高さ 450 ㎜、空洞化して水路底版が下から見える。
）

台座
鋼管杭

写真−３（SP 7937 L）
台座の下端（鋼管杭の露出および滞水の状況）

４. 鋼管杭の調査
基礎工（鋼管杭）区間は、東幹線用水路（本線）SP5540〜8427 であり、鋼管杭（STK-41、D355.6mm、L=7.0〜24.0m）が 718 本ある。
空洞形成の程度や建設当時の施工工区割りを考慮し、代表的な杭を 200 300m 程度に1 本抽出し、合計 10 本（番号①）を調査した。

４肉厚測定〃鉛‑ 400mV〜‑ 600mV‑ 200mV〜‑ 400mV‑ 500mV〜‑ 600mV(出典：電気学会・電食防止研究委員会「電食防止・電気防食ハンドブック」P205〜206)

本測定を行うことにより、深さ方向において極端に土壌抵抗率が低い等、腐食性の差の有無を確認します。

（出典：電気学会・電食防止研究委員会「電食防止・電気防食ハンドブック」P114）

腐食性と抵抗率の関係
抵抗率［Ω・㎝］
腐 食 性
F.O.Waters
激 し い
0 〜 900
やや激しい
900 〜 2,300
中2,300 〜 5,000
小5,000 〜 10,000
きわめて小＞ 10,000

表1) 土壌抵抗率測定（オームメーター）
オームメーターを用い土壌抵抗率を測定しました。
本装置では下図に示すように接地棒を打ち込み、その金属先端周囲の土壌抵抗率を測定するため、調査対象近傍の土壌抵抗率を測定することが可能です。
判定基準は、下記の表をもとに判断しました。

〃銅系

平成27年12月1日

2) 電動サンダーを用いて、平滑な下地処理をした後、探触子を密着させて肉厚を測定しました。
測定は、1測定点当り5点を、それぞれ3回、2水深（-0.2ｍ、－0.5ｍ）測定し記録しました。
下記の図-2のように全測定箇所ケレンしました。
※肉厚測定した箇所は測定後、防錆材を塗布し補修しました。

６土壌
抵
抗率調査

一般土中

鋳鉄

鋼管杭と上部コンクリートとの接点において、マクロセルの有無を確認
５管 する。高抵抗電圧計、飽和硫酸銅電極（Ｃｕ／ＣｕＳｏ4-sat)を用い、杭の地際から０．５ｍ刻みで垂直方向に、その場の電位を測定した。
対
代表的な金属の対地電位（P/S電位）
地種類
埋設環境
P/S電位
vs：Cu/CuSO4‑sat
電一般土中
裸‑ 500mV〜‑ 600mV位コンクリート中‑ 200mV〜‑ 300mV
鋼測
迷走電流の影響のある場合時間的に変動する
定コンクリート〃
構築物から離れると‑200mV〜‑600mVに移行

測定点（No9 SP7937L)

2) 土壌抵抗率測定（Ｌ－10型大地比抵抗計）
７ ①ＰＨ,酸化還元電位（Ｒｅｄｏｘ）、湧水の有無をＬ－10型大地比抵抗計を用い土壌抵抗率を測定しました。
土 確認する。
下図に示す如く、4本の接地棒C1,P1,P2,C2を各接地棒の間隔がD(m)に性評価（ＡＮＳＩによる埋設管に対する土壌の腐食性評価）は、
壌 ＊土壌の腐食なるように土中に打ち込み、両端の接地棒C1,C2間に交流電流I（乾電池測定結果表に記載。
腐の直流電流を計器内で交流変換）を流し、中間接地棒P1,P2間の電位差をC1,C2間に通した電流で割った値Rを直読出来る様になっており次式に 食よって抵抗率ρ（Ω・㎝）を求めます。
環
ρ＝ 628 × D × R （Ω・㎝）
D:(m)
境
R:(Ω)
調
この測定によって求められた抵抗率は、深さD(m)までの土壌の平均的な抵抗率を示すものであり、間隔D(m)を広げればより深い場所の土壌比抵 査
抗率が測定できます。また、間隔D(m)を密にして測定を行うことにより、 測定
地層毎の抵抗率を求めることが可能です。

(表－１）

1) 肉厚測定方向
肉厚測定点で、下図の図-1のように鋼管杭3方向の肉厚を測定しました。

①ケレンハンマーやワイヤブラシ等を用いて、付着物および厚錆を撤去し腐食孔発生の有無を確認。
＊塗覆を剥がした箇所に於いては、防錆剤を塗布し仮補修。

①掘削完了時にブラシ等で鋼管杭の土や表面の汚れを洗い落とし、腐食孔発生の有無（孔の発生、位置、形状、寸法）、管の塗覆層を確認。
②赤褐色錆発生の有無(発生の位置、範囲）を確認。

２目
視調
査
・・ケレン
前

３目
視調
査・・ケレン
後①調査スペース確保のため鋼管杭周辺を掘削。
②締切及び水替。
③空洞化の深さについては、水替後に、台座(高さ45cm)の直下より空洞底までを測定した。

１調査
準備

鋼管杭の腐食状況の調査方法について

Ｌ 40cm

Ｌ 40cm

Ｌ 10cm

Ｌ 30cm

Ｌ 30cm

Ｌ 25cm

Ｌ 30cm③ SP6143④ SP6528⑤ SP6848⑥ SP7217⑦ SP7417⑧ SP7800⑨ SP7937

赤褐色部は、塗 上部から20cmの覆なし。他は、健 範囲の杭表面に凸凹。
全。

腐食

40cmまで赤褐色。

赤褐色部は、塗覆なし。

全体的に多少の凸凹あり。腐食は少ない。

40cm、上部か赤褐色部は、塗 上部から20cmのら15cmが錆で覆なし。他は所々 範囲の杭表面に特に膨れてい剥げている。
凸凹。
る。
70cm、上部か鋼面は、凸凹がら15cmで錆が 掘削範囲は、ほ 多い。浮錆の下特に多く浮い ぼ塗覆なし。
は、特に腐食してている。
いる。
50cm、上部か 赤褐色部は、塗全体的に凸凹。ｺら15cmで錆が 覆ほぼなし。他はﾝｸﾘｰﾄ際が大きく特に多く浮い 所々剥げてい腐食。
る。ている。
5cm、他は塗 赤褐色化した部塗覆の無い部分
覆層が健全に 分は、塗覆なし。
は、腐食してい見える。(杭No 他はまばらに進る。
が見える。） んでいる。
全体的に腐食。
40cm、上部から15cmまで錆 掘削範囲は、塗 上部からか10cmの凸凹が特にで特に膨れて 覆なし。
大。
いる。
所々塗覆が剥全体的に、塗覆 塗覆の無い部分がれ、全体的なし。上部下部 は、凸凹が特にに薄く錆が浮で、大差なし。
激しい。
いている。
上部から20cmま30cm、上部か上部から20cm
で腐食が特に激ら15cmまでがは、塗覆無。他しい。それ以外で特に錆で膨れは、所々無。
も凸凹あり。ている。
全体的に腐食、40cm、上部から 上部から20cm凸凹あり。上部か25cm錆で特に は、塗覆無。他
らか20cm腐食膨れ。
は、所々無。
大。

30cm

塗覆層

ケレン後目視調査(表－２）（＊１）鋼管杭の健全な肉厚を５．４ｍｍ（初期肉厚６．４ｍｍ 腐食しろ１．
０ｍｍ）とした場合。・・・鋼管杭の腐食しろは、１．０ｍｍとする。（建設省（現国土交通省）住指発第１２３号(平成４年４月７日）
Ｈ２４．３道路橋仕方書・同解説 Ⅳ下部構造編Ｐ４５３（＊２）腐食により既に穴が開いている場合、あるいは腐食が進行して平均肉厚が５．０ｍｍ以下になった場合、残存耐力はないものとする。これ
は、平均肉厚が５．０ｍｍ以下では、軸力に対して局所的な座屈を起こす危険性があることおよび溶接の信頼性が確保できないからである。［出典： 沿岸技術研究センター 港湾構造物 防食・補修マニュアル２００９年版 Ｐ２０７）］

Ｌ 5cm

Ｌ 25cm② SP5943

SP8161

Ｒ 10cm① SP5747

配測
ケレン前空洞化
置定(水路杭 測定位置 ・台座下 浮錆箇所（赤右番面より） 褐色：杭上端
左号から）

鋼管杭の腐食状態の調査結果について
肉厚測定

0.055 -26 -19

3.96 2.44

0.029 -100.03434

117,00013,50040,00033,00038,00030,00020,00013,00018,00015,00039,00023,00028,00011,000

8,700

7,300

6,100

4,700

9,700

8,600

0000000000

上段：最小 評
下段：最大 価35,796

12,87430,75013,12529,035

13,56527,00414,00428,00012,62325,625

11,93229,516

12,24620,096

11,092

18,523

9,252

20,0968,7920000000000

上段：最小 評
下段：最大 価L10大地比抵抗計

オームメーター （間隔1 20ｍ）

土壌抵抗率測定

壌

腐

食

6.17

6.54

5.54

6.44

6.30

6.51

6.24

6.00

6.50

6.13

0000000000451 0320 0305 0

295 0420 0

330 0245 0432 0330 0263 0

測定 評価 測定 評価

ＰＨ性2222222222

酸化還元 水電位(Ｒｅｄ 分ｏｘ)

土壌腐食環境調査の0000200000

硫化物

2222422222弱弱弱弱弱弱弱弱弱弱合計判定

C/Sﾏｸﾛｾ
ﾙの有無-710-587-680-555-607-525-679-543-675-626-695-590-578-494-548-482-588-510-704

し。

〃〃〃〃〃〃〃〃〃-567 影響な

下段：最小

上段：最大電位(mV)

管対地電位測定

出典：日本水道鋼管協会規格 ＷＳＰ０４５－２００８「マクロセル腐食防食指針」 Ｐ４４

ＡＮＳＩによる埋設管に対する土壌の腐食性評価（ＡＮＳＩ：Ａｍｅｒｉｃａ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｔａｎｄａｒｄｓ Ｉｓｓｔｉｔｕｔｅ ）(硫化物の有無とその評価） 腐食性の評価(土壌抵抗値とその評価：Ωｃｍ （ＰＨとその評価）（酸化還元電位とその評価）(水分とその評価）
排水が悪く常に湿< 700100 25（ Ｒｅｄｏｘ電位：ｍＶ）
2腐食性検出3.5
合計点
潤700
1000
82 43>1000１０以上
排水かなり良好、
1,000
1200
54 6.5050～100
3.51 痕跡
強2
一般に湿っている
５ ９12001500
2 6.5 7.500 50
4中１～４
排水良好、一般に 0
1500
2000
1 7.5 8.50（－）
5弱なし
0乾燥
0> 20000>8.53
微弱＊硫化物が存在し、かつ低Ｒｅｄｏｘ電位を示す場合は、３を足す。

杭下部の平均腐食速度 ｍｍ／年

0.040 平0.027 均5.11 1.29

0.031 -120.049 -24 -16

4.23 2.17
5.02 1.38

0.030 -10

5.10 1.30

30.030 -10

5.09 1.31

30.048 -23 -15

4.31 2.09-2-90.033 -14

0.040 -19

34-94.94 1.46

4.64 1.76

杭上部の平均腐食速度 ｍｍ／年

6.4

12

0.030 -11440.0180.040 -19

4.62 1.78
5.61 0.79

0.026

5.26 1.14

100.055 -26 -19

3.96 2.44-5

0.042 -20 -11-652

1137

32

4.54 1.86

0.037 -17

4.76 1.64

25-514100.015

0.025

0.017

0.018

5.76 0.64

5.28 1.12

5.64 0.76

5.59 0.81

5.08 1.32

同上

同上

同上

同上

同上

同上

同上

同上

同上

下部
（-0.5m）

上部（-0.2m）

台座
残年数
経下面よ
過 初期 残存 腐食
5.0
5.4
り下へ
腐食速度
年 肉厚 肉厚 量(mm/年） mm mm杭の数 (mm) (mm) (mm)
迄 迄
表面(年)
(*1) (*2)
位置

土５. 鋼管杭の腐食状況および原因（１） 鋼管杭には全体的に腐食が見られ表面が酸化鉄になっている。経年変化による塗覆層の剥がれが多く確認された。特に杭と台座の接点付近で鋼管面の凸凹が激しい。鋼管杭の下部（水路台座下端より下へ 50cm）よりも上部（同 下へ20cm）の方に、腐食が大きい傾向が見られた。鋼管杭は、露出状態で常時湿潤であったため「酸素」と「水」が供給され易い環境にあり腐食が進行したと考えられる。
（２）コンクリート貫通部（台座と鋼管杭の結合点）では、コンクリート／土壌マクロセル※1 の影響は確認されなかった。 マクロセルに起因する短期的かつ部分的な腐食進行の可能性は少ないと判断される。
※1：マクロセルとは・・・地中に埋設される鋼管等は、様々な環境下にあり、土質の違い等による電位差の発生、または、異種金属が電気的に接続されることによる電位差で、電流が鋼管等から流出する地点で腐食が起こる現象。
（３）鋼管杭の肉厚測定で平均腐食速度は、0.034mm/年である。
「杭基礎設計便覧
P389 H27 年 3 月 日本道路協会」では、「一般的な土壌条件における埋設された鋼材の平均腐食減量は、0.01mm/年」であり、想定の 3 倍の速さで腐食が進行している。また、番号④杭上部および番号⑧杭上部では、0.055mm/年と非常に速い腐食速度である。下欄に参考として記載した「港湾鋼構造防食・補修マ
ニュアル P15 表 1．2．3 港湾における鋼材の腐食速度の標準値における、５）背面土中部 a.残留水位より上 の条件の腐食速度 0.03mm/年」と比較しても速い腐食速度である。今回測定した腐食速度は、塗覆層が健全であった期間も含めて算出したものであり、今後、腐食速度は、更に速まると推察される。

（４）土壌の腐食性調査（土壌抵抗率、ＰＨ，酸化還元電位（Ｒｅｄｏｘ）、水分、硫化物）による影響は「弱」という結果となった。土壌に起因する影響は少ないと判断される。また、L-10 型大地比抵抗計の測定結果は、オームメーターで測定した結果と比較すると、土壌抵抗率は、同等もしくは高い値を示している。

今回掘削を行ったＧＬ１．０ｍ以下では、酸素の供給も減るため地表表面ほど腐食は少ないと判断する。
（５）現在の鋼管杭の腐食状態（最小肉厚 3.96mm）で鋼管杭構造計算を行った。（計算は、省略。）構造的には、充分な耐力を有する結果である。
６. 工法検討（１） 調査結果および構造検討の結果、杭の構造的な補強は必要ないと判断した。
（２） 今後、杭の腐食速度が更に速まる可能性があること。また、局部座屈を起こす危険性が高い目安の残存肉厚５．０ｍｍ以下となっている箇所も多数あることか
ら、この値を下回る箇所においては、防食対策による補修で腐食の進行を止め、現状維持を行う必要があると判断した。具体的には、杭番号③と杭番号⑨の間で防食対策を行い、杭番号①②および杭番号 の区間は、今後の腐食を経過観測し、必要により対策を行うことが望ましいと判断した。
（３） 杭の防食対策の垂直範囲については、杭頭（台座との結合点）より１．０ｍまでの補修が必要であると以下の理由で判断した。
・杭の上部ほど腐食が進んでいること。杭頭より１．０ｍ以下は、土壌中にあり地表表面より腐食は少ないと考えられること。
・杭に係る最大モーメント荷重が、杭頭より０．５から０．９ｍ程度にかかり、１.０ｍ以下では、低下し負荷が小さいこと。
・水路施工から４０年以上経過し、周辺地盤の沈下も安定していると思われること。周辺地盤に新たな負荷が及ぼされ空洞が拡大する場合は別途対策が必要となる。
（４） 対策工法については、耐用年数や経済性より、港湾等で実績のある「ペトロラタムライニング工法」が適していると判断した。
（表―３ 対策工法 参照）

長所

短所

△

やや困難

部 （鋼 管 杭）

塗装・有機ライニング工法

礎○容易

935〜15①素地調整に手間がかかり、処理程度により耐用年数や防食効果が左右される。
②ライニングでは技術を要する。
③材料の使用温度により冬季間の施工は困難である。

①鋼材の追随製に優れている。
②補修や更新が容易である。
③複雑な形状のものに対応できる。

厚膜のエポキシ塗装により外部の腐食要因から遮断する。

上記工法比較より、コスト面・耐用年数から”ペトロラタムライニング工法”による補修工法とする。

・被覆防食の費用は直接工事費とし、施工範囲は杭頭部より１ｍ下まで（１．１㎡）。
・費用は杭１本当たりの対策費とし、掘削及び養生は除く。

△総合評価

考

容易

備

20

現地条件により詳細設計が必要。一般的に高価である

20①防食対象が土中埋設でないと、防食効果なし。
②外部からの電源が必要。
③ボーリングマシン等機器を使用するため、工事の規模が大きくなる。
④装置が停止すると、防食電流を供給できない。

①素地調整等必要ない。
②防食効果を非掘削にて確認可能。
③防食電流が届く範囲なら、非掘削部分でも防食可能。
④防食電流の調整が可能であり、複数の防食対象を防食可能。

①施工が容易であり、特別な技術を要しない。
②素地調整等必要ない。
③防食効果を非掘削にて確認可能。
④防食電流が届く範囲なら、非掘削部分でも防食可能。

①防食対象が土中埋設でないと、防食効果なし。
②陽極 1 本当りの防食効果が小さいため、塗覆装のグレードが悪いと必要本数が増大。

外部から入力した交流電流を直流電流に変換し、鋼材に連続的に防食電流を流して防食する。

維持管理防食補修性

費用（千円／本）

期待耐用年数

工法の特徴

防食機構

施工
イメージ

外部電源方式基

補 修 工 法 比 較 表

鋼材とマグネ陽極の電位差による電池作用により連続的に防食電流を流して防食する。

電気防食工法工法

方式

土中埋設部流電方式（表―３）

防食対象対象部位

対策工法

◎容易

6930

①全工程が手作業のため作業性はやや劣る。
②複雑な形状には対応し難い。

①比較的簡単な下地処理で防食効果が得られる。
②施工は容易であり特別な技術を要しない。
③部分補修が容易である。
④耐用衝撃性がよい。

防食層により外部の腐食要因から遮断する。

ペトロラタムライニング工法

施工範囲の防食×

困難

150

30

①重機等を使用するため工事の規模が大きくなる。
②モルタル厚が薄い場合クラックが生じやすい。
③作業工程が煩雑なため、施工性が劣る。
④構造物にかかる荷重が大きい。
⑤C/S 系マクロセル腐食の懸念があり、電気防食との併用が必要。

①耐久性・耐衝撃性に優れている。
②衝撃性に優れ、外部要因による防食層の破損が少ない。
③簡単な下地処理でよい。

コンクリートのもつアルカリ性により鋼材面を腐食から保護する。

モルタルライニング工法

７. 考察（１） 泥炭等の地盤で水路周辺盛土の沈下が予想される時に、水路に基礎杭を用いた場合に相対的に水路が浮くと共に、水路底版下に窪地が形成されることがある。
そのような現象が起こる場所は、地形的に低みが多く、水路周辺より雨水や地下水がその窪地に供給されやすい。供給された水は、水深の変化を伴うことが想定される。杭基礎に鋼管杭を用いた場合は、「水」や「酸素」が交互に供給され非常に腐食しやすい環境となる。
（２） 鋼管杭を用いた施設下に「空洞」が確認された場合は、「水」や「酸素」が供給されにくい対策が必要である。鋼管杭露出がある場合は、維持管理を行う際に、「目視調査等」を定期的に行い腐食および健全度の把握が必要である。
（３） 鋼管杭露出の場合の腐食対策は、早期には盛土等で埋めることが考えられるが、地盤の沈下を助長する場合もあるため、施設の諸条件や経済性を考慮してそれぞれの対策を検討することが必要である。
８. おわりに
今回実施した調査事例は、非常に稀なものである。
農業土木構造物に鋼管杭を用いる場合は、一般的に土中に埋設されることを条件で効果が期待される。過度な「さび」の発生は想定されない。
「さび」の発生と進行は、使用される条件や環境で様々な形態を示すことに留意する必要がある。
今回の調査手法は、「港湾構造物 防食・補修マニュアル」にある一般的な手法である。
農業水利施設の機能診断や長寿命化における技術の一端に参考になれば良いと思い調査事例等を紹介した。
９．

参考文献等

１）杭基礎設計便覧 日本道路協会 H27 年 3 月
２）道路橋示方書・同解説 Ⅰ共通編 Ⅳ下部構造編 日本道路協会 H24 年 3 月
３）港湾構造物 防食・補修マニュアル

沿岸技術研究センター H26 年 8 月

４）電食防止・電気防食ハンドブック 電気学会・電食防止研究委員会 H23 年 1 月
５）WSP045-2008 マクロセル腐食防食指針 日本水道鋼管協会 H20 年 3 月
６）港湾構造物 実務ハンドブック 防食・補修工法研究会 H26 年 3 月