技報 第 16 号（2018 年）

主方向に PC 鋼棒が使用された PC 箱桁橋に対するリパッシブ工法の適用実験
大阪支店

開発営業部

鴨谷知繁

技術本部

技術部

深川直利

大阪支店

開発営業部

池田政司

技術本部

技術部

石井浩司

概要：著者らは，亜硝酸リチウム水溶液先行注入型グラウト再注入工法であるリパッシブ工法を開発し，主として PC 桁橋の主ケーブル，横締ケーブルに対して施工を行ってきた．本工法を主方向に PC 鋼棒が使用された PC 箱桁橋への適用するためには，前者と構造条件や施工条件が相違するため確実な施工性を確認する必要がある．そこ
で，本稿では主方向に PC 鋼棒が使用された PC 箱桁橋へリパッシブ工法の適用性の確認を目的に実物大試験体を製作し検討を加えたものである．実験の結果，施工に際して留意事項や工夫の必要性があるものの，概ね良好に施工できることを確認した．

Key Words：リパッシブ工法，PC 鋼棒，PC 箱桁橋，１．はじめに

表-1 PC鋼線束および PC鋼棒の仕様抜粋

既設ポストテンション方式 PC 橋においてグラウト充填不足が多数確認されており，特に積雪寒冷地に建設された橋梁では凍結防止剤に含まれる塩化物イオンがグラウト充填不足部に侵入し PC 鋼材の腐食が報告されている 1)．著者らは，シース内へ亜硝酸リチウム水溶液を先行注入した後，流動性が高く小間隙充填性に優れたセメント系補修材を充填する補修工法であるリパッシブ工法を開発し，主として PCT 桁橋の主ケーブルや横締めケーブルを対象に施工を行っている 2)．
近年，主方向に PC 鋼棒が使用された PC 箱桁橋でもグラウト充填不足が確認されている．一般に PC 箱桁橋は長スパンの大規模橋梁で架替更新が難しいため，グラウト再注入対策には高い腐食抑制性能に加え，高い施工確実性が求められる．一方，PC 鋼棒は表-1に示すように，12φ5mm や 12φ7mm のような PC 鋼線束と比較してシース内空隙が非常に小さい上，シース径の変化をともなうカップラー部があり，施工難度が高い．
そこで，本稿では主方向に PC 鋼棒が使用された PC 箱桁橋の下床版およびウェブに配置されたケーブルを模擬した実物大試験体での施工実験を行い，リパッシブ工法の適用性を確認するとともに留意点の抽出を行った．

鴨谷知繁

深川直利

池田政司

1/8石井浩司

技報 第 16 号（2018 年）

２．シリーズⅠ
2.1 目的および概要
本シリーズは，シース内の最小

500500閉塞模擬管
203500注入孔

排出孔

間隙寸法に対する水溶液の注入性

1状および補修材の充填性状の把握1を目的とした．試験体の概要を図-1に示す．表-1 のφ32mmPC 鋼棒に芯だしスペーサー
φ3mm

500丸棒
φ35mm

縦断勾配 2.8%とした

透明管
内径41mm=3mm)
閉塞模擬部（t側面図3mm)
閉塞模擬部（t=貫通孔（各試験体で異なる条件とする）1-1断面断面図
φ3mm
孔344148おいてシース内径と PC 鋼棒の外径との差(6mm)が同条件となるよう，内径 41mm の透明塩化ビニル管(以下，透明管)をシース，外径35mm の塩化ビニル製丸棒（以下，丸棒）を PC 鋼棒の代わりに使用し，1003φ1mm
孔

100透明管
内径41mmV
E28φ3mm
孔 φ3mm孔
φ2mm
孔
sp
Ⅰφ1×1 ，φ2×1 ，φ3×1 ，φ3×2

閉塞模擬管側面図

閉塞模擬部断面図

図-1 シリーズⅠの試験体概要図

丸棒にはφ3mm の芯だしスペーサーを固定し，丸棒を透明管の中央部に配置した．試験

バルブ

体の全長は約 2.2m とし，上端および下端から 500mm の注入ベッセル位置をそれぞれ排出孔，および注入孔とし， 3mm 厚の真空計
グラウトホース

閉塞模擬部を有する閉塞模擬管を設置した．閉塞模擬部①水溶液：自然流下方式

は，文献 3)では同部を内径 4mm 長さ 3000mm の管で模擬していること，本工法の補修材は内径 2mm 外径

真空ポンプ 水溶液回収用密閉容器

2.5mm の樹脂製チューブ(以下，高弾性チューブ)を通過

ホース拡幅部=500mm
φ41mm L
注入ベッセルする 2)ことを考慮してφ1mm×1 孔，φ2mm×1 孔，φバルブ
真空計
グラウトホース

3mm×1 孔，φ3mm×2 孔の 4 水準とし，試験体名を順に，sp1-φ1×1，sp1-φ2×1，sp1-φ3×1 および sp1φ3×2 とした．貫通孔位置は，閉塞模擬部近傍にエア溜②水溶液：減圧注入方式
コンプレッサー

空気圧調整弁

まりが最も生じやすい条件を仮定し，1 孔管は最下部，2バルブ

低圧ポンプシステム

孔管は最下部および最上部とした．

圧力計

密閉容器

2.2 試験方法
水溶液の注入方法を図-2①および②に示す．注入孔にφ15mm のグラウトホース，真空計，バルブおよび注入③補修材：低圧ポンプシステムによる圧入

図-2 シリーズⅠの試験方法

ベッセルを接続し自然流下方式にて水溶液を注入した．
その後，排出部にホース拡幅部，真空計，バルブ，水溶液回収用密閉容器，真空ポンプ順に接続して減圧注入方式を行った．減圧注入方式は，注入側を閉塞した状
態で排出側からシース内部を減圧してシース内外の圧力差を増大させて真空脱泡効果 3)により効果的に PC
鋼材表面錆層内に亜硝酸イオンを注入しながら，注入側の開放によりシース内部へ水溶液および空気を流入させ，水溶液に乱流を発生させる方法であり，自然流下方式ではエア溜まりが生じる領域にも水溶液の注入が期待できる方法である．
補修材の注入実験方法を図-2③に示す．注入孔にコンプレッサー，空気圧調整弁，圧力計，密閉容器およびバルブからなる低圧ポンプシステムを接続して補修材を充填した．補修材は本工法専用材料を粘性が高めとなる亜硝酸リチウム無添加配合で練り混ぜたものとし，修正 JASS フロー試験値は 280mm（製品規格値：240mm～330mm）であった．

2.3 試験結果
閉塞模擬部近傍の注入・充填性状を表-2に示す．水溶液の注入に関しては，全ての試験体で通過し途中閉塞は生じなかった．最も厳しい条件の sp1-φ1×1 では，排出側は減圧注入方式により全域に水溶液が注入できたが，注入側は自然流下方式では断面上部にエア溜まりが生じ，減圧注入方式にでも全域への水溶液の注2/8

技報 第 16 号（2018 年）入はできなかった．sp1-φ1×1 は貫通孔が小さく注入側の減圧が不十分となり，乱流発生に十分なシース内外の圧力差が得られなかったと推察される．一方，それ以外の試験体については自然流下方式では断面上部にエア溜まりが発生しても，減圧注入方式では全域に水溶液を注入できた．水溶液の注入に関しては，φ2mm
孔×1 箇所程度の隙間があれば，グラウト充填不足部全域に注入できると判断された．
補修材の充填に関しては，sp1-φ1×1 では貫通孔を通過するものの，その後の充填が不可能で閉塞と判断した．sp1-φ2×1 はその後の充填は可能であったが，閉塞模擬部排出側上方に大きなエア溜まりが生じた．
貫通孔がφ3mm の sp1-φ3×1 および sp1-φ3×2 は，閉塞模擬部をスムーズに通過し，閉塞模擬部のエア溜まりは sp1-φ3×1 でわずかに発生したのみであった．補修材の充填に関しては，φ3mm×1 孔程度の間隙があれば可能であり，それ以下では充填性能の低下や閉塞が生じる可能性があると判断された．
表-2 閉塞模擬部近傍の注入・充填性状

PC 鋼棒では空気や水溶液は通過するが，補修材は途中で閉塞する場合が想定され，補修材充填工では，閉塞発生を速やかに検知し，閉塞位置を精度良く推定することが必要になる．そこで，図-3に示すように，図－2③の密閉容器のかわりに円筒型透明容器を用い，補修材天端高さの変化量から補修材充填量を把握でき，加圧後も補修材天端高さの変化がなくなった時点を閉塞発生として検知する途中閉塞検知型低圧ポンプシステムを開発し，適用した．
次に，注入孔近傍の補修材の充填性状を写真-1に示す．
下方向への充填性状は，上方向と同じように補修材の先

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図-3 途中閉塞検知型低圧ポンプシステム

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流れがほとんど発生していない．これはシースと PC 鋼棒との隙間が小さいことが主要因と考えられる．このような充填性状はグラウト充填不足部の中間位置に注入孔を設置した場合，再注入後の下端近傍にエア溜まりが残置することにつながり，充填方法の改良が必須である．そこで，注入および排出孔は図-4に示すよ
うに，φ80mm のコア孔として，PC 鋼棒でも挿入可能な排気用の高弾性チューブを挿入する構造 5)を標準的に使用することが望ましいと考えられる．
エア溜まり

高弾性チューブ
内径2mm,外径2.
5mm

写真－1 注入孔近傍の補修材の充填状況

注入用ホース
内径15mm,外径22mm
注入キャップ

図-4 グラウト注入孔の構造

３．シリーズⅡ3.1 目的および概要
PC 箱桁橋の 2BL 分を１施工箇所とした際の施工性の確認を目的とし，カップラー部における水溶液の注入状況および補修材の充填性状，補修材充填工における必要注入圧にについて確認を行った．シリーズⅡの試験体を図-5に示す．試験体は全長 11m とし，実橋の下床版ケーブルを想定し,縦断勾配を 2.8%とした．張出ブロック打継ぎ部の気密性が低いことを想定し，下端から 4500mm，8500mm の 2 箇所にボールバルブを設置し気密性の低下を模擬した．なお，注入孔および排出孔を下端から 200mm，9200mm の位置とした．
注入孔は，図-4に示す構造とし下端方向へ高弾性チューブを挿入した．カップラー部は実橋を模擬し，下端から 7500mm の位置とした．
縦断勾配 2.8%とした
18007002 A部

注入用ホース
内径15mm,
外径22mm

30004300注入キャップ

12001カップラー部
高弾性チューブ
ブロック継目ブロック継目
水溶液漏出個所を水溶液漏出個所をボールバルブで模擬
ボールバルブで模擬
側面図
250250250250丸棒
芯だし
110φ60mm
透明管
スペーサー
内径68mm
丸棒 φ60mm
φ3mm
2排出孔

芯だし
スペーサー
φ3mm

100011000丸棒
φ35mm

透明管
内径68mm

透明管
内径41mm1-11000丸棒
透明管
φ35mm
内径41mmA
部詳細図（側面図）

2-2
断面図

図-5 シリーズⅡの試験体概要

3.2 試験方法
水溶液の注入方法は図-2①および②と同様とし，補修材の充填方法は，図-2③の密閉容器を円筒型透明容器として，図-3に示す途中閉塞検知型低圧グラウトポンプを用いた圧入方法とした．
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3.3 試験結果
カップラー部の試験結果について記す．自然流下方式による水溶液の注入に関しては，左上端部にエア溜まりが生じたが，減圧注入方式を適用することにより写真-2に示すように乱流が生じ，全域に水溶液を注入できることを確認した．補修材充填状況を写真-3に示す．左上端部に僅かなエアだまりが生じたが，概ね良好な充填性が確保された．なお，カップラーシース内部のカップラー以外の区間は，シースの内径と PC 鋼棒の外径の差が大きくなるため，写真-1に示した標準部と比較して補修材の先流れが顕著となっている．当該区間の補修材を下り勾配で充填した場合は，先流れにより大きなエア溜まりが生じると推察され，上り勾配での充填が望ましいと考えられる．
試験体下端の補修材充填状況を写真-4に示す．高弾性チューブを下端まで挿入できたことで，排気が確保され良好な充填性が得られた．
補修材の充填圧力は，試験体の塩化ビニル管接合部の耐圧性能を考慮して，上限圧力を 0.25MPa 以下としたが，排出孔まで問題なく充填を継続することができた．

エア溜まり

写真-2 水溶液の注入状況（カップラー部）

補修材

写真-3 補修材の充填状況（カップラー部）

写真-4補修材の充填状況

４．シリーズⅢ
4.1 目的および概要
PCT 桁を対象に本工法を施工する場合には，図6①に示すようにグラウト充填不足部上端より高い位置に設置した注入ベッセルを利用した自然流下方式 2)を採用している．これは水溶液注入工においては容易に低圧注入が可能となり亜硝酸リチウム水溶液の漏出による水質汚濁が生じるリスクを大幅に低減できること，補修材充填工については容易に低速充填が可能となり，空気と補修材との置換により小間隙の充填性向上が期待できるのに加え，高弾性チューブからの排出確認後も継続的にヘッド圧をシース内部に付与することで，定着部背面への通気性状に従い上端部における補修材充填性が向上する 6)ためである．
一方，PC 箱桁橋のウェブケーブルは，複数列配置になっている場合が多く，内側ケーブルは箱桁内部から5/8

技報 第 16 号（2018 年）の施工となり，定着部より高い位置に注入ベッセルを設置することが困難である．そこで，本シリーズでは，
図-6に示すように PC 箱桁橋のウェブケーブルの上端部付近を模擬した全長 1m の試験体を用いて，水溶液注入工および補修材充填工において自然流下方式と同等の施工確実性を有する施工方法の確立を目的とした．

4.2 低圧ポンプシステムによる自然流下方式を再現するための留意点と施工方法の考案
本検討では，図-6②に示すように低圧ポンプシステムを用いて自然流下方式の再現を試みた．試行錯誤の結果，低速注入を行うためには圧力計の示度範囲を適切に設定することが重要であることが明確となった．
図-6②に示すように，低圧ポンプシステムを箱桁下床版に設置する場合を想定すると，グラウト充填不足部上端～ポンプまでの高低差は桁高に準じ，数 m～10m 強程度と推定される．水溶液および補修材の比重は，1.25，最大 2.1 程度であることから，高低差を 10m と仮定した場合の必要圧力は，水溶液で 0.125MPa，補修材で 0.21Mpa に摩擦損失を加味した値となる．水溶液注入工で最大示度 0.2MPa，補修材充填工で最大示度 0.6MPa の圧力計を使用することで，空気圧調整弁の調整により容易に低速注入が可能となった．
800002高弾性チューブ（上方向）
数m程度

注入ベッセル
0.
5m
程度

80000
2

注入用ホース
内径15mm
外径22mmコンプレッサー
空気圧調整弁圧力計

高弾性チューブ（上方向）
高弾性チューブ(下方向）①自然流下方式（PCT
桁およびPC箱桁外側）

高弾性チューブ（下方向）
注入用ホース
内径15mm
外径22mmバルブ

密閉容器

低圧ポンプシステム②低圧ポンプシステムによる自然流下方式の模擬（PC
箱桁内側）

図-6 シリーズⅢの試験概要①低圧ポンプシステム②水溶液注入状況③補修材充填状況
写真-5 低圧ポンプシステムによる施工6/8

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次に，補修材の継続的なヘッド圧付与の再現方法について述べる．ここで，注入孔位置は高弾性チューブの挿入性を考慮してウェブ上端近傍とすることから，定着具と注入孔との高低差は 1～2m 程度の範囲と推定され，また測定が可能と考えられる．これより，①注入キャップに再加圧測定用圧力計を設置し，②定着具と注入孔との高低差の計測により必要再加圧力を算定し，③低圧ポンプシステムにより補修材の充填を行い，④ポンプ撤去後，グラウ
トホース余長部を折り曲げることで再加圧を行い，その補修材が硬化するまで維持する方法を考案した．なお，必要再加圧力は自然流下方式の実績より最大 0.05～0.1MPa 程度であること，補修材充填工 1 箇所ごとに再加圧測定用圧力計が必要となることを考慮して，再加圧測定用圧力計として事前に圧力-伸び関係を把握した樹脂製ジャバラ管を使用した．

4.3 考案した施工方法の検証
同形状の試験体 2 体を用いて自然流下方式と低圧ポンプシ

写真-6 再加圧測定用圧力計をステムによる方式で，水溶液注入および補修材充填を行い，用いた再加圧状況両者を比較した．
写真-5 に低圧ポンプシステムによる施工状況を示す．圧力計確認しながら空気圧調整を行うことで，①水溶液注入工および②補修材充填工において自然流下方式を再現できることを確認した．
写真-6に再加圧測定用圧力計を用いた再加圧管理状況を示す．ポンプ撤去後も，ホース余長の折り曲げにより容易に必要な再加圧を行うことができ，補修材の硬化まで圧力を維持できることを確認した．以上の方法により，注入ベッセルを使用した自然流下方式を低圧ポンプシステムにより再現でき，PC 箱桁内部のウェブケーブルにおいても PCT 桁と同等の施工確実性があることを確認した．

５．まとめ
本稿では，主方向に PC 鋼棒が使用された PC 箱桁橋に対するリパッシブ工法の適用性の確認を目的に PC箱桁橋の下床版およびウェブに配置されたケーブルを模擬した実物大試験体での施工実験を行った．以下に得られた知見を示す．
1)

水溶液は，φ1mm 孔×1 箇所程度の隙間でも通過するが，グラウト充填不足部全域に注入するには，φ2mm 孔×1 箇所程度の隙間が必要であった．

2)

補修材を確実に充填するには，φ3mm×1 孔程度の間隙が必要であった．それ以下の間隙では充填性の低下や途中閉塞が生じる可能性がある．

3)

実施工においては，空気や水溶液は通過するが，補修材は途中で閉塞するケースが想定されるため，補修材の閉塞発生を速やかに検知し，閉塞位置を精度良く推定できる途中閉塞検知型低圧グラウトポンプを開発した．

4)

PC 鋼棒の標準部では先流れがほとんど発生しないため，グラウト充填不足部端部のエア溜まりを防ぐためには，シース内部に排気チューブを挿入する必要がある．

5)

本工法を適用した場合，カップラー部において水溶液を全領域に注入でき，補修材充填時のエア溜まりは軽微であることが確認された．

6)

本実験の材料を使用すれば，張出 2 ブロック(8m 程度)ごとの分割施工により施工が可能であると考えられる．

7)

グラウト充填不足部上端より高い位置に設置した注入ベッセルを用いた自然流下方式が適用できない場合にも，低圧ポンプシステムの使用や再加圧測定用圧力計を利用した再加圧等を実施することで，自然流下方式を適用できる場合と同等の施工性を確保できることを確認した．
以上より，施工上の留意点があるものの，リパッシブ工法は主方向に PC 鋼棒が使用された PC 箱桁橋適用できると判断された．
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参考文献
1)

既設ポストテンション橋の PC 鋼材調査および補修・補強指針，（公社）プレストレストコンクリート工学会，2016

2)

鴨谷，蝦名，青山，森川：亜硝酸リチウムを用いた PC グラウト充てん不足部の新しい補修方法の腐食抑制効果と実橋への適用事例，コンクリート工学，Vol.50，No.12，pp.1084-1091，20123)

萩原，広瀬，中村，渡邉：ＰＣ再グラウト材料の基礎性状に関する研究，プレストレストコンクリート工学会 第 26 回シンポジウム論文集，pp.311-316，20174)

鴨谷，青山，福田，森川：PC グラウト充てん・充てん不足境界近傍で著しく腐食した PC 鋼材束内部における LiNO2 水溶液注入補修の適用性，コンクリート工学年次論文集，Vol.36, No.1, pp.1128-1133, 20145)

深川，鴨谷， 石井 ：亜硝酸リチウム水溶液を用いた PC 鋼棒のグラウト充填不足部の注入確認試験，
土木学会第 72 回年次学術講演会，pp.1355-1356，2017

6)

鴨谷，青山，石井，森川：グラウト未充てん部の密閉度とグラウト再充てん方法に関する一報告，プレストレストコンクリート工学会 第 21 回シンポジウム論文集，pp.409-412，2012

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