一般講演「予防保全を実現するためのメンテナンスサイクルに向けた技術開発」
国立研究開発法人土木研究所

構造物メンテナンス研究センター（CAESAR）
橋梁構造研究グループ長

いし だまさひろ

石田雅博

図－1

ただいまご紹介いただきました石田でございます。
土木研究所のつくばにある構造物メンテナンス研究センターでグループ長をしております。本日は「予防保全を実現するためのメンテナンスサイクルに向けた技術開発」ということでお話をしたいと思います（図－1）。
まず、予防保全が重要だということの背景ですけれども、先ほど、久田先生からのご講演の中にもありましたが、平成24年の12月に笹子トンネルの事故が起きております。これを契機にしまして、道路橋やトンネルの定期点検が義務化されています（図－2）。法令が改正されまして、平成26年の7月から、道路橋やトンネルの定期点検が始まっていまして、1巡して、令和元年から2巡目に入って、今年が2巡目の5年目という図－2ことになります。

寒地土木研究所月報特集号

2023年度53図－3

図－4

1巡目の点検結果ですけれども、橋梁についてはⅢというのが早期に措置をしなければならないわけです
けれども、これが9％ぐらいあるということです（図－3）｡
点検自体は、このように順調に進んでいるわけです
けれども、判定区分がⅢという早期に措置しなければならない、あるいはⅣの緊急に措置しなければならない、というものの修繕などの措置がどれぐらい進んでいるかというと、国交省で完了済みが53％、地方公共団体で46％ということで、点検は進んだわけですけれ
ども、修繕等の措置はまだ道半ばというところです。
さらに、1巡目と2巡目を比較すると、1巡目のときⅠやⅡだったものの中で、2巡目に点検をするとⅢやⅣになるものが出てきています（図－4）。一巡目でⅠ

図－5やⅡ、比較的健全だったけれども、2巡目で点検するとⅢやⅣになる、というのが約4％あります。これの数を比較してみますと、ⅢとかⅣの中で１年間に措置そのため、ⅢとかⅣの修繕をもっとどんどん進めるが完了するものが7,000橋ぐらいあります。ところが、ということも必要ですが、もう1つ、そのⅡからⅢへ以前はⅠやⅡだったものが、新たにⅢやⅣになるもの新たに移っていく分を減らすということをしていかなが5,000橋あるということで、7,000橋を直すのですけ

いと、なかなかこの修繕が進まないということで、Ⅱれども、5,000橋新たにまた直さなくてはいけないもからⅢへの移行を減らすための予防保全ということがのが出てくるということで、1年間に2,000橋ずつは減重要になっているということです。

らせているのですけれども、これを全部直すには約20年かかるということになります。

ここからは、その予防保全のためにどのような技術開発をしているかということで、1つは橋梁診断の支援AIシステムです（図－5）。

54

寒地土木研究所月報

特集号

2023年度図－6図－7「点検」をして「診断」をして「措置」をするわけですけれども、この司令塔となるのが「診断」ということで、土木研究所では、現場へ行ってこういうタブレットに入力することで、診断を支援しようというシステムを作っています（図－6）。
これが画面の例ですけれども（図－7）、対象部材、例えばRC床版ということで選択すると診断に必要な項目が出てきて、そこへ現場で調査した点検で得られた情報を入れていくということです。
例えば、床版の連続的な角欠けが、有り・無し・不明とか、あと、舗装の異常断面直下に著しい漏水が、有り・無し・不明といったことを入れていきます。また、タブレットですので、その場で変状している証拠となるような写真を登録することができるようになっ

図－8ています。
これを入力しますと、諸元の情報とか今回の点検情報、前回の5年前の点検情報といったことが出力されて、こういう劣化が進行していくわけですけれども、今、どういう段階にあるかというのが出力されるようになっています（図－8）。
それから、診断結果ということで（図－9）、ここには、措置、損傷および原因と、その損傷が今どれぐらいまで進んでいるか、それから、今後損傷はどう進展するか、それに応じて措置方針というのが出るということで、損傷の原因とか進行状態、それに基づいて措置方針（案）を、根拠をつけて出力するようになっています。
図－9

寒地土木研究所月報特集号

2023年度

55

図－10

図－12

図－11

図－13

令和3年度末でver.1.0を作っていて、昨年度、今年度、し、コストも少なくなるということで、そのためにはこれの改良を行っていて、来年度から、実務での展開早期発見、早期措置をとれるような、それを実現するを目指しています（図－10）。

ための技術開発を行っていく必要があります。

こういうシステムを使いながら、予防保全を実現す

ここでは、床版の土砂化と橋梁基礎の周辺の河床のるためには、早い段階で損傷を発見して、早期に措置洗掘、それからコンクリート内部の塩分を非破壊で計を実施することが必要となります（図－11）。人間で測する技術について3つご説明したいと思います（図も、その病気があまり重くなる前に、早期発見、早期－12）。

治療ということが出来ると、やはり、治りやすいです56

まず、床版の土砂化です（図－13）。

寒地土木研究所月報特集号

2023年度図－14図－15

北海道でもたくさん起きていると思うんですけれども、床版の上にアスファルト舗装が載っていまして、この下の床版上面のコンクリートが砂利に戻ってしまい、土砂化しているというものです（図－14）。
最終的には、右下の写真のように陥没してしまう、穴が開いてしまうということです。通常、疲労によるひび割れは下から床版を点検しますけれども、この床版土砂化は、床版の上のほうから起きてきているので、これはこの抜け落ちた部分の5年前の写真なのですけ
れども、あまりそれほどひどい状態には見えなくて、なかなか下から見ただけでは、どれぐらい土砂化が進んでるのかというのは分かりにくいということです。
床版の土砂化がどういうふうに進んでいくかというイメージですけれども（図－15）、最初、健全なとこ

図－16

ろへ舗装の下に水が溜まっていて、それが床版コンクリートのひび割れとかから中へ入っていき、そこを輪荷重が通るときに、圧縮されて、水圧が上がりますの期に検知して、水が入っていかないように止水や防水で、だんだんセメント分がなくなって土砂化して、最を行うことができれば、補修するコストも小さいです

終的にはこのように抜け落ちてしまうということと考し、交通規制をする時間も短くて済みます。予防保全

えられます。このようにひどくなってから土砂化が進を進めるためには、床版上面の滞水を早期に検知する行してから直そうと思いますと、床版の部分打ち替え技術が必要だということで、電磁波レーダを使った滞や取り替えということが必要になって、非常に補修の水の検知手法を検討してきているところです。

コストも大きくかかりますし、通行止めの期間も生じてしまうということです。
それに対して早めに措置をしてやると、特にその土これは土砂化の状況ですけれども（図－16）、舗装を撤去する前に、このようにセンターライン付近のアスファルトにひび割れが出ています。

砂化の要因となる水がどの辺にあるのかというのを早寒地土木研究所月報

特集号

2023年度

57

図－17

図－18

このアスファルトを剥がしてみると、そのセンターライン付近のところで、こういう土砂化が起きているということです（図－17）。
これは、先ほどの絵ですけれども（図－18）、どこに水が入っているのかというのを、早い段階で見つけて止水をしてやろうということで、このように電磁波レーダを搭載した車、時速60kmぐらいで走れるんですけれども、後ろのほうに電磁波レーダを積んでいます。これを走らせて、どの辺に水があるのかを検知していこうというものです（図－19）。この車、上にカメラも付いていて、路面の状況を撮影しながら、電磁波レーダで検査をしていくというものです。
舗装の下に、水がどれぐらいあるかというのを、このレーダの結果からどのように判定するかということ

図－19ですけれども、AIを使って判定するということを試みております（図－20）。まず、電磁波レーダで計測すると、いろいろ波形が取れるわけですけれども、そのあとに舗装を剥がして水分計を当てていって、それを教師データとして、レーダの結果と水分計で測った教師データを学習させて、こういうような絵を描けるようなシステムを作っております。

図－2058

寒地土木研究所月報特集号2023年度

図－21

図－23

図－22

図－24

それを行っているときの写真ですけれども（図－やはり、地覆の際の部分というのは、なかなか十分

21）、電磁波レーダを走らせて、そのあと舗装を剥いで、な転圧ができないので、そういったところから水が入そこへ水分計を当てて正解を出しているということでってくるということです（図－23）。
どこから水が入ってくるのかというのを検知して、す。
これは、滞水箇所を検出した事例ですけれども（図例えば、そのジョイントの周辺であったり、舗装の端－22）、濃い青のところが水が溜まっているというこ部であったり、目地の部分であったり、そういうとことで、ちょっと見にくいんですけれども、やはり、ころを止水して、水が入らないように対策をするというのセンターラインの付近とか、あと地覆の際のところことで早期に発見して早期に措置をすることで、このとか、ちょっと斜め、斜橋になってて、そこのジョイ土砂化の予防保全につなげていこうとしているというントの近くの部分とかに水が溜まっているということことです（図－24）。

が分かります。

寒地土木研究所月報特集号

2023年度

59

図－25

図－26

2つ目の話として、橋梁基礎の河床の洗掘について説明します（図－25）。
近年、大雨が降ることが多くて、毎年のように大雨が降っていて、橋、橋脚が傾いたり沈下したりというようなことが起きています（図－26）。これまで、そういう橋梁の基礎の洗掘というと直接基礎が多かったんですけれども、近年は、結構深く掘られてケーソン基礎なんかも傾斜したり、沈下したりしているということです。
その理由としては、局所洗掘ということで橋脚の周りが掘られるという影響もあるんですけれども、それ以外に、河床低下あるいは澪筋が固定されてしまって、特定の橋脚のところの河床が低下しているというよう

図－27なことがあって、そういうようなことに対する早期発見、早期治療が必要ではないかということです。
こういう傾斜したり、沈下したりしてしまうと、架け替えをせざるを得なくなりますし、仮設橋などで通います（図－27）。

すとしても、結構、通行止めの時間が数か月というこ

グリーンレーザーを搭載したドローンというのが、とになります。一度、傾いたり沈下してしまうと、そすでに実用化されていて、河川のほうでも使われていのように大変なことになってしまうので、そうならなますので、そういうので広範囲に計測するとか、あるいように、早期発見、早期治療をしていこうというこ

いは、こういうナローマルチビームといったもので、とです。

水中から測ってやる方法とか、あと、ソナーですけれ

これまでは、局所洗掘ということがあったのですけ

ども、魚群探知機なんかは結構安い値段で買えるので、れども、もう少し広い範囲で、澪筋が固定化されたりそういう魚群探知機を活用して、橋脚の周りの箇所のということで、もう少し広い範囲の河床の状態を知る

形状を測るといったようなことを、今、実証試験を行必要があるだろうということで、いくつか検討をしてっているところです。

60

寒地土木研究所月報

特集号

2023年度

図－28

図－29

掘られている状況が分かったら、その後どうなっていくのかという予測をして、橋梁が傾いたり沈下した
りする前の段階で直してやろうということです（図－28）。
あと、直し方なのですけれども、そういう洗掘が生じているメカニズムに応じて、直し方を考えていこうということです（図－29）。橋脚の周りというのは局所洗掘というのが起きていて、上流側からこの橋脚に当たった水が、こういう渦を巻いて上流側から掘られていって、上流側に傾くというのが典型的な局所洗掘のパターンですけれども、もう少し広い範囲で河床の状況を見てみると、いろいろこの屈曲部だとか、あるいは水衝部だとか、そういったところで掘られていくこともありますので、そのメカニズムに応じて、河川図－30

工学的な知見も踏まえて、橋梁基礎の洗掘の対策方法を考えて行こうとしているところです。
3番目になりますけれども、コンクリート内部の非破壊塩分計測技術ということでございます（図－30）。
塩害に対する予防保全の必要性ということです（図－31）。将来の維持管理更新費がどうなるかということですけれども、事後保全、事が起きてから直すということに対して、予防保全を行っていくと、約5割この費用が縮減されるということが見込まれています。
コンクリート橋の劣化の原因は、塩害で劣化しているというものが75％ぐらいありますので、この塩害の発生件数が多く、塩害が深刻化しますと内部の鉄筋が露出して、このように、コンクリートが剥がれ落ちてしまうということがあります。こうなってしまうと、非常に直すのが大変ですので、そうなる前にどれぐら

図－31

い塩分が浸透しているかというところを調べて、早め
寒地土木研究所月報

特集号

2023年度



61

図－32

図－33に措置をとってやろうということです。
塩害の予防保全ですけれども、「コンクリート橋の塩害に関する特定点検要領」というのがありまして、対象は国管理の道路なのですけれども、10年に1度調査をしようということになっています（図－32）。このコアの採取箇所なのですけれども、1箇所以上かつ点検者が判断するということになっています。先に、この下部構造でコンクリートコアを取って内部の塩分量を調査するわけですけれども、やはりちょっと手間がかかるということと、あと、コアを取って構造物を傷つけてしまうということで、もっと効率的に塩分量を調査する必要があるのではないかということです。
このため、中性子線を使ってコンクリート中の塩分濃度の非破壊検査方法を開発しています。これは、理図－34

化学研究所と土木研究所で一緒に行っているものです。現場で非破壊で測定できるように、橋梁点検車に搭載できるような塩分濃度計というのを開発しましいて、これは土木研究所のつくばの構内で、撤去したた。

桁をこのように持ってきて計測をしているところで原理なのですけれども、中性子をコンクリートの中す（図－34）。ここから中性子線を当ててガンマ線がへ入れると原子に当たってガンマ線が跳ね返ってきま跳ね返ってくるのですけれども、そのスペクトルがこす（図－33）。このガンマ線のエネルギー、あるいはういうように得られて、塩素由来のガンマ線だとここ周波数と言ってもいいのですけれども、このガンマ線へピークがくるのですけれど、それ以外にコンクリーのエネルギーの大きさというのは、その原子ごとに違トですのでカルシウム由来のピークなども返ってきまいますので、それによって非破壊でコンクリート内部す。この塩素由来のガンマ線のピークのところを見までどれぐらい塩分、塩素があるか、塩素原子があるて、どれぐらい塩分が入っているか、この場合だとか、といったことが測れるというものです。

5.7 kg/m3入っているということで、ドリル粉で調べ今、理化学研究所でこういうような装置を開発して62た分析結果と一致していたということです。

寒地土木研究所月報特集号

2023年度

図－35

図－36

技術開発の状況ですけれども、理化学研究所で開発している点検要領の参考資料として、こういった使いしたものに対して、新道路技術会議の課題に選定され方を追記していくということを考えております。て、この中で3年間開発を行っております（図－35）。

以上ですが、診断というところが大事ではあるのでそれから、ニュートロン次世代システム技術研究組合すけれども、予防保全を行うためにはその診断にできというのをつくって、こちらのほうで費用を集めながるような点検技術、それから、そのメカニズムに応じら開発を行っておりまして、2023年3月31日の国交省た措置の技術ということを合わせて技術開発して、この点検支援技術性能カタログ（橋梁・トンネル）へ掲のメンテナンスサイクルがうまく回るようにしていか載されています。今年度からは、実際の現場でこれがなければいけない、ということで考えております（図使われ始めているということです。

－36）。

今後ですけれども、先ほどありましたコンクリート

ご清聴、ありがとうございました。

橋の塩害に関する特定点検要領、あるいは道路局が出

寒地土木研究所月報

特集号

2023年度

63