土木技術資料 56-7(2014)

土研センター

青森中央大橋の健全度評価と補修方法
中野正則・安波博道・加納1．概要 1

勇・中島和俊①排水管主桁貫通部の腐食 （写真-1）

青 森中央大橋は 、 青森県道 120号 荒川青森停 車②主桁下フランジのフジツボ状腐食 （写真-2）

場 線 に 位 置 す る 単 純 PC箱 桁 橋 3連 ＋ 4径 間 連 続 鋼

このうち、排水管主桁貫通部の腐食は排水管か床版箱桁橋＋単純PC箱桁橋4連からなり、青い森らの漏水が腐食の原因であることは明白であり、鉄道および青森信号場を跨ぐ橋梁である。このう同時に箱桁内部の腐食が懸念された。

ち、鋼床版箱桁橋は表面処理剤が施された耐候性鋼橋梁である。

主桁下フランジのフジツボ状腐食は、塗装橋や表面処理剤が施された耐候性鋼橋梁においてよく昭 和 61年 の 供 用 開 始 か ら 21年 を 経 た 平 成 19年には詳細調査が行われ、桁端部等に生じた異常腐見られる腐食損傷であり、被膜が劣化した部分 から腐食が進行するものと考えられる。

食に対する補修塗装ならびに一般部の表面処理再塗布が提案された。しかし、本橋は跨線橋である
た め 容 易 に 補 修 が 行 え な い こ と か ら 、 平 成 23年
度に補修の要否に関する詳細な 検討を実施し、さら に 平 成 24・ 25年 度 に 、 再 調 査 に よ っ て 発 見 さ箱桁内れた箱桁内部の異常腐食に対する構造安全性の照査ならびに補修補強方法の検討を実施した。本報
文 で は 、 青 森 県 よ り 受 託 し た 平 成 23年 度 以 降 の

写真-1

主桁ウェブの排水管貫通孔部と腐食損傷一連の業務成果を取りまとめて報告する。

2．腐食損傷の調査
2.1 一般部の腐食損傷
桁端部では橋座面において伸縮装置からの漏水が滞水することにより、部分的に層状さびが生じていたため、桁端部は塗替え塗装による補修が必
写真-2

要であると判断した。

主桁下フランジのフジツボ状腐食

一方、桁端部以外の一般部の腐食損傷は、概ね次の二つに分けられる。

側面図

至青森
A1P1

至荒川
P2P4P3

PC桁 120000
40000 40000 40000

78000

P5平面図
橋長 582000
鋼桁 302000
79000
79000

上り線
下り線
図-1

構造一般図

Structural soundness estimation and repairing methods of
Aomori Chuou Bridge－ 56 －P6P766000

P8P9P10A2

PC桁 160000
40000 40000 40000 40000
断面図
22000
2500 7500 7500 2500
上り線 下り線
G2U G1U G1D G2D

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主桁ウェブに設けられた排水管貫通孔部では、る と 判断 した 。 ま た、 参考 文 献 1で提 案し た耐 候

貫通孔周辺の腐食量はごく僅かであったが、その性 鋼 橋梁 のさ び外 観評 価基 準 に よ って も評 点は 3

下方のウェブ下端では比較的大きなこぶ状さびが－ｚであり、健全性に問題は無いと評価している。

生じていた。腐食部のさびを除去した後にシリコ

なお、過年度においては表面処理剤の部分的なンゴムによりその形状を型取りし、 XYZステージ風化が景観を損ねるとして 、表面処理剤の再塗布に て 腐 食 量 を 測 定 し た と こ ろ 、 最 大 約 1mmの 腐が提案されたが、このような対策は 表面処理剤な食が生じていた。腐食深さは大きいものの、そのらびに耐候性鋼橋梁の本来の使用方法から逸脱す範囲が限定的であることから、構造安全性 に問題るものであり、本検討においては提案していない。

はないと考えられる。腐食部の外観と計測状況を2.2 一般部のワッペン式暴露試験

写真-3に、計測結果を図-2に示す。

一般部の腐食量について、ワッペン式暴露試験による腐食量測定ならびに長期腐食予測を 実施した 。 ワッ ペン 式暴 露試 験は 、 試験 開始 から 1年 ・3年・5年・n年後の回収分析を予定し、現時点で1年 目 の 結果 が得 られ てい る 。 試 験片 の設 置位 置
は、本橋の一般的な腐食環境評価を目的として、P3付 近 の 一 般 部 、 P6-P7径 間 の 中 央 、 P7付 近 の一般部とし、主桁ウェブの 桁外側および桁間、下フランジ下面に設置した。
1年 間 の ワ ッ ペ ン 式 暴 露 試 験 結 果 を 図 -3に 、 長期腐食予測結果を図-4に示す。長期腐食予測にあ

写真 -3

たっては、一般に知られる鋼材の腐食予測式

こぶ状さび外観と型取りによる腐食量計測状況（Y=AX B ）を適用し、腐食予測パラメータ Aは1年間の腐食量、Bは暫定的に 日本鋼構造協会による最大腐食量－1.066㎜

全 国 41橋 暴 露 試 験 結 果 に よ る 回 帰 式 を 適 用 し た 。
板厚減耗量（mm）

0.05

腐食径48㎜0.04
しきい値（0.03mm/1年）

0.030.02
0.010.00－ 57 －

板厚減耗量（mm）

全平均

平均値
最大値(P3-G2U-Wi)
しきい値（0.5mm/100年）

0.50

最大値
0.338mm0.400.30
0.20

平均値

0.100.322mm

0.00
0102030

構造安全性に問題はないとの結果を得た。したがって、主桁一般部外面に対する補修は不要であ

P7平均腐食がみられるものの、腐食量はわずかであり、

P6-G1U-Wi

や、経年による表面処理剤の損耗とフジツボ状のP3平均排水管からの漏水（アクシデント）を受けた箇所

P7-G1U-Wi

このように、桁端部を除く主桁一般部外面では、

P7-G2U-Wi

0.60

P7-G2U-Fb

フジツボ状腐食の直径は30mm以下であり、そのP7-G2U-Wo

0.70

P3-G1D-Wi0.80

部分は表面処理剤が残留している状態であった。
腐食量は最大で0.3mm程度であった。

ワッペン試験結果（ 1年暴露）

図-3

ジ 面 の お よ そ 50％ を 占 め て い る が 、 そ れ 以 外 のP3-G1U-Wi

主桁下フランジのフジツボ状腐食は、下フラン

P3-G2U-Wi

腐食量の計測結果

P3-G2U-Fb

P3-G2U-Wo

図-2

図-440 50 60 70
経過年数（年）

長期腐食予測8090 100

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以上のとおり、腐食量は耐候性鋼橋梁の適用可

初設計時の格子解析では仮定剛度と実剛度に最大

否 しきい 値 2) を十 分に下回 る結果 と なり、 本橋 の22%（支間平均）の乖離がみられ、作用力が増大

一般部は漏水などのアクシデントが無ければ良好する懸念があることから、当該部位の詳細調査をな腐食環境にあると評価できる。

実施する必要があると判断 した。

2.3 桁内部の腐食損傷

表-1

一般部外面の腐食調査により排水管からの漏水

断面番号が箱桁内部にも浸入していることが推察された た3478171820212124262930

め、箱桁内部の腐食調査を行 うこととなった。その結果、箱桁内部に設置された排水桝のほぼ全箇所で漏水し、主桁下フランジの大部分に異常腐食が見られた。損傷状況を写真-4、写真-5に示す。
Uリブ

鋼床版下面

Uリブ

下フランジ板厚
設計板厚 残存板厚(mm)(mm)
2524.81918.52827.93635.9
3030.02221.51613.62523.42524.12524.72524.72826.91918.4

腐食調査結果
腐食率
(%)
0.8
2.6
0.4
0.3
0.0
2.3
15.0
6.4
3.6
1.2
1.2
3.9
3.2

下フランジ応力度
許容応力度
設計時
腐食後
2
(N/mm 2 ) (N/mm 2 ) (N/mm )
190.9
191.9
< 210
180.0
182.9
< 210-181.3-181.7< 210-195.2-195.5< 210-190.2-190.2< 210-174.8-177.1
< 210
131.9
145.3
> 140
127.2
133.2
< 140127.2
130.5< 140-171.9-173.1< 210-177.3-178.5< 210128.4132.2< 14096.598.5< 140

3．実橋載荷試験
箱桁内部の腐食損傷に伴う応力増加について、実橋載荷試験を行いその構造安全性を照査すること と し た 。 実 橋 載 荷 試 験 は 、 20ト ン ト ラ ッ ク を使 用 し た 静 的 載 荷 試 験 な ら び に 72時 間 の 応 力 頻
写真-4度測定により構成している。

排水桝（鋼床版下面）の損傷

3.1 静的載荷試験
断面番号 20を含む延べ5断面におけ る実応力度を 評 価 す る た め 、 車 両 総 重 量 を 20ト ン に 調 整 した ト ラッ クを 3台 橋梁 上の 所 定位 置に 静止 させ 、無載荷状態からの変動をひ ずみゲージにより計測した。同等の荷重を格子解析にて再現し、発生する応力度の比較を行った。載荷試験状況を写真-6に、断面番号20に着目した載荷試験結果を 図-5に示す。グラフ中の赤棒は格子解析結果（腐食を考慮しない設計板厚による応力）を示し、青棒は載写真-5

荷試験結果を示す。

箱桁内部の損傷（左上は健全部）

これらの腐食損傷のうち、腐食程度や断面変化
位 置 等 を 参 考 に 13箇 所 を 選 定 し て 腐 食 量 の 調 査
ならびに応力照査を行った。結果を表-1に示す。
なお、照査に使用した断面力は竣工図書における断面番号 21
FR設計断面力であり、活荷重は TL-20である。

断面番号 20
FR／FR2

照 査 の 結 果 、 断 面 番 号 20を 除 い て 許 容 応 力 度以下であることが確認された。ここで、断面番号20は 、 断 面 番 号 21と の 板 継 溶 接 線 に 沿 っ て 生 じた橋軸直角方向の溝状の腐食損傷であり、腐食量も 15%と 比 較 的 大 き い 。 応 力 超 過 は 4%弱 に 留 まるものの、B活荷重ではさらに超過すること、当－ 58 －写真-6

静的載荷試験状況／ひずみゲージ設置状況

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土研センターて い る 。 断 面 番 号 20の 下 フ ラ ン ジ の 極 大 値 ・ 極小値法による応力頻度測定結果を図 -6に示す。
10,000載荷試験UR
載荷試験WR

WR1Case
位置U-RIB

図-5

載荷試験FR2載荷試験FR

載荷試験FL2載荷試験FL

格子解析FLWEBL-FLG

断面番号 20

18.0

15.6

13.2

10.8

8.4

6.0

3.6

1.2-1.2-8.4

20.0

15.0

5.0

10.0

0.0

FR0-5.0

FL-10.0

格子解析WR

30.0
25.0
20.0
15.0
10.0
5.00.010-3.6UR100-6.0

UL1,000カウント

載荷試験UL

100,000
格子解析UL20.015.010.05.00.0-5.0-10.0-15.0

応力(N/mm 2 )25G2D-20-R (単 位 :N/mm 2 )格子解析UL
-9.7載荷試験UL
6.8載荷試験UR-2.2
格子解析WR
-3.3載荷試験WR-0.4
格子解析FL
18.2載荷試験FL
18.8載荷試験FL213.6載荷試験FR
24.8載荷試験FR211.4

図-6

断面番号 20の応力頻度

図-6による と、 全計 測回 数 は 87073回 で、 その内の 98%が -4.0～ 4.0 N/mm 2 のご く小さな応力 範
囲 に 留 ま り、 最 大応 力 範囲 17.6～ 18.4N/mm 2 は 2回のみであることがわかる。ここで、同部位の格子 解 析に よ る死 荷重 応力度 は 64.0 N/mm 2 で あ る

載荷試験結果

主 桁 下 フ ラ ン ジ で は 、 断 面 番 号 20の 板 継 溶 接

こ と から 、 これ らを 足し合 わ せる と 82.4 N/mm 2

線 に 沿 っ た 溝 状 腐 食 部 の ひ ず み （ 載 荷 試 験 FL，と な り 、 許 容 応 力 度 140 N/mm 2 に 対 し て 十 分 なFR） と と も に 、 直 近 の 腐 食 の な い 一 般 部 （ 載 荷

余裕がある結果となった。

試験FL2，FR2）でひずみを計測した。

以上の結果から、箱桁内部では腐食損傷が進行

計測の結果、溝状腐食部の応力比（実応力／解析応 力）は平均 102％ となり 、わずかな応 力超過に留まる結果となった。ここで、解析応力は表-1に示した設計板厚と残存板厚の比により補正してしているものの、現時点では構造安全性に影響がある状態ではないことが判明した。

4．補修方法の検討いる。一方、腐食のない一般部の応力比は平均69％に留まる結果となった。

箱桁内部の腐食損傷について、原因の排除とともに以降の腐食を抑制する補修方法について検討

この結果から、本橋は腐食がない建設時の状態
では実応力比が70%程度と十分な余裕を有していを行った。
4.1 排水装置の改良

ること、最大の腐食損傷を生じた部位でも実応力

箱桁内部の腐食損傷は、写真-1に示したように

比 は 100%程 度 で あ り 極 端 な 応 力 度 の 増 加 が な い

箱桁内部に設置した排水桝からの漏水が原因であことが判明した。

り、鋼床版側にも腐食が見られることから 、排水3.2 72時間応力頻度測定

桝と鋼床版の廻し溶接の不良が最大 の要因である

本橋の構造安全性の照査を行うことを目的としと考えられる。補修方法として劣化した排水桝 のて 、 供 用 下 に お け る 応 力 度 を 72時 間 測 定 し た 。

みの取替えが考えられるが、今後このような損傷

測 定 は 平 成 25年 10月 28日 (月 )23時 59分 か ら 10月を再発する可能性が否定できない。このため、排31日 (木 )23時 59分 の 延 べ3日 間 と し、 静的 載荷 試

水構造を全面的に験で計測した箇所のひずみ頻度を集計した。試験変更し、路面上の目的が腐食部の実応力度の把握であることから、地覆を排水樋とし集計は極大値・極小値法により評価を行った。 計て使用する鋼製排測のスライス幅は4μ（0.8N/mm 2 ）とした。

水溝方式へ変更す測定結果において最大の発生ひずみを示した箇ることとした。写所 は 断 面 番 号 20の 下 フ ラ ン ジ で あ り 、 腐 食 量 、真 -7に改良 後の 状静的載荷試験結果とともに同部位が着目点となっ況を示す。

－ 59 －

写真-7 鋼製排水溝

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4.2 箱桁外面の塗装である。また、箱桁内面の試験施工に用いたブラ過年度においては桁端部の補修塗装にあたり、耐候性鋼材のさびが固く、ブラストを含む一般のスト装置は、支間長約80mに対して施工可能な大型のバキュームブラスト装置を使用した。

工具では除去出来ないとして、ダイヤモンドディ各施工法による付着 塩分量の推移を 図-7、図-8

スクによる除錆が提案されていた。これに対し、に 示 す 。 1種 ケ レ ン で は 1回 目 の 施 工 （ Sa2 1 / 2 に

動力工具は孔食部で健全部を傷めなければ 除錆で達 し た 時 点 ） で 概 ね 50mg/m 2 の 付 着 塩 分 量 に 低きず、ブラストと比較して不十分な素地調整とな

下 す る 結 果 を 得 た 。 一 方 、 2種 ケ レ ン で は 、 1回りやすいことから、適用性に疑問が生じた。この目の施工でほとんどのさびが除去されたものの、ため、桁端部端横桁の一部を用いてブラストによさび内部に侵入していた塩分が表出したことによる素地調整の試験施工を実施し、その適用性を検り、場所によってはケレン前よりも高い付着塩分証した。試験施工箇所は表面処理剤が風化し、大量 が 検出 され る結 果 と なっ た 。 2回目 は凹 部を 選部分がさびと被膜の混在する状態であった。ブラ択的に施工したが、依然として100～200 mg/m 2

スト装置は小型のバキュームブラストマシン

程 度 残存 して いた 。 3回目 は 現実 的な 施工 では な（ FDO-G1-KA） を 使 用 し 、 研 削 材 は ス チ ー ル グ

いが、凹部のさびとともに周辺鋼材を切削する施

リッド、フェロ工 を 行 い 、 50mg/m 2 程 度 の 付 着 塩 分 に 低 下 す る

ニッケルスラグのことを確認した。

2種 を 使 用 し た 。

2000

いずれの研削材によっても十分な素試験施工部

地調整が可能であることを確認した

ケレン前
1回目

2付着塩分量（mg/m ）試験施工の結果、

写真 -8

試験施工結果

（写真-8）。
4.3 箱桁内面の塗装

1500
1000
500
0

写真-5に示したとおり箱桁内面は排水装置から12の 漏 水 に よ っ て 下 フ ラ ン ジ 全 面 積 の 約 50％ に 異常腐食が生じる状態であった。また、排水桝から

図-7の漏水は路面に散布された凍結防止剤を多量に含付着塩分量（mg/m ）洗が困難であるため、付着塩分の除去は素地調整において行うことが必要となり、補修塗装に先だって付着塩分の効率的な除去方法の検討を行うこととなった。
平 成 17年 の 鋼 道 路 橋 塗 装 ・ 防 食 便 覧 で は 、 箱

平均ケレン前
1回目
2回目
3回目

2

高い付着塩分が検出された。箱桁内部では高圧水

6

付着塩分量の推移（ 1種ケレン）

2000

む た め 、 箱 桁 内 に お い て も 2000mg/m 2 を 超 え る

345計測場所（リブ間）

1500
1000
500
0

桁内部の塗替え塗装系として Rd－Ⅲ塗装系（3種1ケレン）を示しているが、本橋のように異常腐食が 進 行し 、多 量の 塩分 を含 む 場合 には 、 3種ケ レ

図-823456計測場所（リブ間）

平均

付着塩分量の推移（ 2種ケレン）

ンでは十分な塗装耐久性が得られないことが想定さ れ た。 この ため 、 1種ケ レ ン（ バキ ュー ムブ ラ

1種ケレン後の腐食部外観を写真 -9に、2種ケレス ト ）、 2種 ケ レ ン （ カ ッ プ ワ イ ヤ 、 グ ラ イ ン ダン 後 （ 2回目 ）の 腐食 部外 観 を写 真 -10に 示す 。 1等）による付着塩分の除去、ならびに施工 歩掛の種ケレンでは凹部の中まで良好な素地が得られて集 計 を目 的と した 試験 施工 を 実施 した 。な お、 2

い る のに 対し 、 2種ケ レン で は凹 部の 周囲 が削 ら

種ケレンは青森県の塗替え塗装における標準仕様れ、最奥部のケレンが不十分であることがわかる。

－ 60 －土木技術資料 56-7(2014)

土研センターを確認した。また、ワッペン式暴露試験よ り、一般部の腐食量はわずかであり、漏水などのアクシ
デントが無ければ良好な腐食環境にあると評価した。本試験は、今後 3年・5年・n年目に回収分析を行い、腐食予測の精度向上を図る予定である。
②については、箱桁内部に生じた腐食損傷に対して、その損傷程度を詳細に調査し、静的荷重載荷 試 験 や 72時 間 応 力 頻 度 測 定 を 行 う こ と に よ り 、現行活荷重に対して構造安全性が保たれている ことを確認した。
写真-9③については、箱桁外面におけるブラストの試1種ケレンの仕上がり状態（ 1回目）

験施工によって耐候性鋼橋梁のさび除去に問題が無いことを確認し、また箱桁内面の付着塩分の除去にあたってもバキュームブラストが十分な効果を発揮することを確認した。 ただし、試験施工では ブラ スト の 施工歩 掛が 10m 2 /日 以 下 であ り、 国
土交通省 土木工事標準積算基準書 共通編（建設物 価 調 査 会 ， 2013） に 示 さ れ る ブ ラ ス ト の 標 準
施 工歩 掛 70m 2 /日 と大きな 乖離 が生じ ている 。 実際の工事では、施工中の付着塩分量の管理とともに、施工能率の向上が課題であると考えている。
今回の箱桁内部の腐食損傷は、排水管貫通孔付
写真-10

2種ケレンの仕上がり状態（ 2回目）

近の異常腐食など、損傷の原因から腐食損傷を推察する手がかりがありながら 、定期点検ならびに5．まとめ

過年度詳細調査で見逃されていた損傷である。今青森中央大橋の健全度評価と補修方法に関し、後、他の橋梁で同様の事態が生じることを防ぐた

主に次の3項目について検討した。

めにも、点検者の技能向上（損傷に対する原因の①耐候性鋼橋梁の外観による健全度評価

推 察 ）、 点 検 範囲 の 拡 大（ 箱 桁 内 部 の点 検 ） が課

②箱桁内部の腐食損傷に対する構造安全性評価

題として挙げられる。

③各損傷に対する補修方法の検討
こ のう ち、 ①に つい ては 、 参考 文献 1で 提案 した表面処理剤が塗布された耐候性鋼橋梁のさび外観評価基準を基に調査を行い、桁端部や排水管貫通孔からの漏水を除いて健全な外観を呈すること

中野正則(一財)土木研究センター
常務理事
Masanori NAKANO

参考文献
1） 佐藤雅之、中野正則、安波博道、市川和臣、中島和俊：「さび安定化補助処理が施された耐候性鋼橋梁の外観評価と腐食実態」、土木技術資料、第53巻、第7号、pp.58～63、2011
2） 日 本 鋼 構 造 協 会 ：「 耐 候 性 鋼 橋 梁 の 可 能 性 と 新 しい技術」、テクニカルレポート No.73、2006.10

安波博道

加納

(一財)土木研究センター
材料構造研究部長、工博Dr.Hiromichi YASUNAMI－ 61 －勇(一財)土木研究セン
ター材料構造研究部
主幹研究員
Isamu KANOU

中島和俊(一財)土木研究センター
材料構造研究部 主任
研究員
Kazutoshi NAKASHIMA