沿岸技術研究センター論文集 No.8（2008）

UFC 床版の港湾空港施設への適用について
井上慎二*・三井道雅**・北山斉***・鈴木紀慶***** （財）沿岸技術研究センター

調査部 主任研究員** （財）沿岸技術研究センター

調査役*** 国土交通省

関東地方整備局

東京空港整備事務所所長**** 国土交通省

関東地方整備局

東京空港整備事務所

係長

超高強度繊維補強コンクリート 1)（UFC 床版）の構造と港湾空港施設への適用性について報告する．
キーワード:床版構造，プレキャスト，超高強度繊維補強コンクリート

1. はじめに

2.1 高強度・高靭性

東京国際空港は，国内航空輸送ネットワークの要であり，既に能力の限界に達している．年間の発着能力を現
在の 29.6 万回から 40.7 万回に増強するため，4 本目の滑走路（Ｄ滑走路）を建設中である．Ｄ滑走路は，一部多摩川の河口域にあり，通水性を確保するため，桟橋構造とし，その他の部分については埋立構造としている．桟橋部のうち，滑走路及び誘導路等の外側のエリアには，超高強度繊維補強コンクリート（Ultra High Strength
Fiber Reinforced Concrete，以下 UFC と称する）を用いたプレキャスト床版が採用されている(図-1)．

UFC 床版は，圧縮強度が 180N/mm2 以上と非常に高く，特殊鋼繊維を混入することにより，ひび割れの伸展や幅の拡大が抑制されるため，曲げ強度も 45N/mm2 と非常に高い靭性を有している．Ｄ滑走路で採用された UFC 床版と普通コンクリートプレキャスト床版の比較を表-1 に，UFC 床版の曲げ強度試験の例を図-2 に示す．
表-1 UFC 床版と普通コンクリートプレキャスト（PC）床版の比較 2)
PC 床版
UFC 床版（設計基準強度（設計基準強度50N/mm2）
180N/mm2）

UFC 床版部
構
滑走路部

造

平均版厚（床版のみ）
平均死荷重（間詰分も含む）

高速脱出誘導路部
誘導路部

50

図-1 UFC 床版設置範囲図
本稿では，UFC の特性と UFC 床版の港湾空港施設への適用について報告する．

2. UFC の特性について

曲げ
応
力 25

W=221kN/枚135mm

320mm

3.83kN/㎡

7.84kN/㎡

曲げ応力：30～45N/mm22
曲げ応力：40～45N/mm(4×4×16cmの供試体）(4×4×16cm の供試体)

UFC
耐荷力ピーク(N/mm2)UFC は，セメント，シリカフューム，珪砂等の粉末，補強用特殊鋼繊維及び専用減水剤とで構成されており，通常のコンクリートに比べて，高強度・高靭性，高耐久性かつ高い耐磨耗性の特性を有するコンクリートである．

W=97kN/枚

N/mm 2― 57 －

普通コンクリート(無筋）
0

載荷点変位

図-2 UFC 床版の曲げ試験結果の例 2）

沿岸技術研究センター論文集 No.8（2008）

2.2 高耐久性
UFC は生成物中の空隙を極限まで抑えた最密充填による高緻密な構造であり，塩分の浸透（塩素イオンの浸透深さ）が一般のコンクリート（W/C45%）に比べ 1/10 程度と非常に高い耐久性能を有している．図-3 に UFC の構造
イメージ図を示す．
空隙

先述のごとく，UFC 床版は従来のコンクリートと比較して構造性能と耐久性能が格段に優れている．また高い耐磨耗性（一般のコンクリートの 6 倍程度）を有しており，近年この特性を生かし，ダムの水叩きやトンネルのライニング材等として使用されている．

3.2 東京国際空港再拡張事業における適用

石英粉

東 京 湾

ｾﾒﾝﾄ
ｾﾒﾝﾄ

埋立部

Ｄ滑走路整備事業
埋立/桟橋

ｼﾘｶﾌｭｰﾑ

高性能ｺﾝｸﾘｰﾄ

W/C=35%UFC

接続部

W/C=22%連絡誘導路部

係留施設

図-3 UFC の構造イメージ図 2）

桟橋部

エプロン整備事業

UFC と一般のコンクリートの遮塩性能の比較を図-4 に示す．

GSE 橋梁図-5 UFC 床版の東京国際空港再拡張事業での適用位置

３( kg/m３)

塩 化物イオン濃度

塩化物イオン浸透量の深さ 方向分布

３.０２.５一般コン（W/C=３６%)
１００年後
一般コン(W/C=３６%)２.０

腐食発生限界濃度
１.２ｋｇ/m ３
腐食発生限界濃度

１.５
１.０
０.５ 50年

５０年後

UFC
１００年後

後

０.００ １２ ３ ４５６ ７ ８ ９ １０ １１ １２ １３
表面からの浸透深さ（ｃｍ）[解析条件]

東京国際空港再拡張事業においても，この優位性を最大限活用し，コンクリートの軽量化によるトータルコストダウンと，海上の著しい腐食環境における長期的な耐久性を維持する目的で，Ｄ滑走路の桟橋部の床版および係留施設，エプロン整備事業の GSE 橋梁に採用されている(図-5)．
特に，港湾空港施設においてＤ滑走路のように桟橋部の床版として大規模にわたり使用された事例は国内ではなく，適用にあたっては様々な試験及び検討が実施され採用されている．

● 表面塩化物イオン濃度Co＝３.０ ㎏ /ｍ ３
● UFCの拡散係数Dk＝γc×（１.９０×１ ０ -１０）（ｃｍ ２/ｓｅｃ）● 一般コンの拡散係数Dk＝γc×（１.４６×１ ０-８）（ｃｍ ２/ｓｅｃ）
ここで、γc：安全係数（＝１.３） コンクリート標準示方書より

平面図

図-4 UFC の遮塩性能 2）
この図は，コンクリートが著しい腐食環境にさらされて 50～100 年経過した後に，どの深さまで塩化物イオンが浸透するかを求められたものである．図中の塩化物イオンの表面からの浸透深さと濃度の関係によれば，腐食発生限界濃度 1.2kg/m3 を基準とした場合，100 年後の UFC内部への塩化物イオンの浸透は約 1cm 程度であり，一般コンクリートの約 9cm に比べて小さい値を示している．

3. UFC 床版の港湾空港施設への適用について
3.1 UFC 床版の適用

側面図

図-6 GSE 橋梁部概略図 3）
GSE 橋梁部の上部構造の検討において，基本設計段階で，UFC 桁，一般 PC 桁，鋼製桁の工事費及びライフサイクルコストを比較した結果，UFC 桁が採用されている(図-6)．

－ 58 －沿岸技術研究センター論文集 No.8（2008）（単位：mm）

平面図
7820
渡り橋部 25000

桟橋部 51000

桁長 24350

場周道路

海側橋台

A.P.+5.600

3610

4000

プレストレストUFC桁橋

A.P.+4.000

陸側橋台

渡り橋

標準断面図
既設
護岸
法線

図-8 UFC 床版平面図
渡り橋部 25000

桟橋部 51000

桁長 24350
A.P.+5.600
海側橋台

プレストレストUFC桁橋

消腹 付 砂

5
1.
1:
1: 2

裏込石

捨石
基礎捨石

波
ブ
捨

1:4/3ロ

石

ッ1000

陸側橋台
A.P.+5.000

ク
5t

A.P.+4.000
H.W.L. A.P.+2.100
L.W.L. A.P.±0.000

塗布防水

3000
A.P.-4.000

1 :2

図-7 管理用桟橋概略図

間詰コンクリート

短辺方向間詰部

3）

UFC 床版係留施設の渡り橋に，桁高さ，波浪による揚圧力への抵抗及び厳しい塩害対策等を考慮し，UFC 床版が採用されている(図-7)．

長辺方向間詰部
主桁（1）UFC 床版の使用目的

図-9 UFC 床版構造図

Ｄ滑走路の桟橋部については，UFC の特性を最大限に活用し，以下の理由により適用されている．
①床版の軽量化（死荷重 51％低減）が可能となり，ジャケットの鋼材量及び鋼管杭の重量が低減でき，建設費の低減が図れる．
②長期耐久性に優れるため，維持管理費の低減が図れる．
③2004 年 9 月に土木学会より，「超高強度繊維補強コンクリートの設計・施工指針（案）」（以下，UFC 指針と称する）が発刊され，要求される性能に対する客観的な照査が可能となっている．

（2）UFC 床版の構造

図-10 短辺方向間詰図
間詰コンクリートにより，せん断を伝達させる機能を有する構造である．

Ｄ滑走路における UFC 床版適用範囲の要求性能は，表-2 のように規定されており，「超高強度繊維補強コンクリートの設計・施工指針（案）」に基づき，UFC の物性値等を設定し，3 次元弾塑性 FEM 解析により断面形状が設定されている．以下に UFC 床版の構造を図-8 から図-12 に示す．
表-2 要求性能
使用限界状態
終局限界状態（自動車荷重載荷時）（航空機荷重載荷時）
UFC にひび割れや損傷を生 ひび割れの発生は許容する
じさせないが，早急に取替えや補修を必要となるような損傷を生じさせない

図-11 長辺方向間詰図
スタットジベルを介し，UFC 床版端部の浮き上がりを押さえる構造とし，床版の僅かな乾燥収縮や，温度変化に伴う膨張収縮をこの間詰構造で吸収する．

― 59 －

沿岸技術研究センター論文集 No.8（2008）

5. おわりに

図-12 UFC 床版断面形状図（3）UFC 床版の載荷実験
UFC 床版が，所定の耐荷力（要求性能）を有していることを確認するため，以下の①～③の項目について，羽田再拡張Ｄ滑走路建設工事JVにより実物大床版模型を用いて載荷実験が実施された．
①自動車荷重の 3 回繰り返しに対して，ひび割れが発生しないこと．
②航空機荷重の 2 回繰り返しに対して，PC 鋼材が降伏しないこと．
③航空機最大荷重の載荷に対して，有意な残留変位が生じないこと．
なお，載荷実験の輪荷重配置は，終局断面力が最大となる B777-200ER で実施されている．
載荷実験結果より，①の自動車荷重においては，ひび割れは生じず，変位・ひずみは 3 次元弾塑性 FEM 解析結果と一致しており，UFC 床版の使用限界状態に対する要求性能を満足していることを確認した．また，②，③の航空機荷重においても，PC 鋼線が降伏せず，有意な残留変位が残らなかったことから，UFC 床版の終局限界状態に対する要求性能を満足していることをあわせて確認した．

本稿は国土交通省関東地方整備局東京空港整備事務所発注による「東京国際空港再拡張事業空港基盤施設技術評価及び設計検証業務」での検討の一部を取りまとめたものであり，本業務では，東京国際空港Ｄ滑走路建設工事の実証実験及び実施設計について技術検証を行っている．
なお，本報告書で使用した図表等については，東京空港整備事務所及び羽田再拡張Ｄ滑走路建設工事JVより提供されたものである．

参考文献
1) 土木学会：超高強度繊維補強コンクリートの設計・施工指針(案)，平成 16 年 8 月
2) 高橋正美・白谷宏司：第 1 回 東京国際空港Ｄ滑走路建設工
事 技術報告会資料，平成 18 年 9 月
3) 渡辺典男：第 4 回 東京国際空港Ｄ滑走路建設工事 技術報
告会資料，平成 19 年 12 月

（4）UFC 床版の解析
UFC床版の載荷実験結果が3次元弾塑性FEM解析結果と同等の応答を示していることを確認するため，UFC 床版の実験の再現解析が実施された．
解析モデルは，UFC 材料試験結果を基に UFC 指針に記されている上限値と下限値を用いたモデルと，床版厚さによる影響を考慮したモデルを設定した．
3 次元弾塑性 FEM 解析の結果，それぞれのモデルにおいて，荷重と変位の関係が載荷実験と同等の結果であったことから，解析の妥当性を確認した．

（5）UFC 床版の適用
UFC床版は，載荷実験と3次元弾塑性FEM解析結果から，UFC 指針に基づき照査することにより，港湾空港施設への適用が確認できた．
UFC 床版の港湾空港施設への適用は，UFC の優れた構造性能と耐荷性を活用し，その性能を最大限生かすことにより，建設費の低減と維持管理費の低減を図ることが可能である．

－ 60 －