技報第 31 号 2022

UFC 床版の先進的な維持管理手法の構築
前 (一財)阪神高速先進技術研究所調査研究部(一財)阪神高速先進技術研究所調査研究部(一財)阪神高速先進技術研究所調査研究部
阪神高速道路(株)技術部
前 阪神高速道路(株)建設事業本部神戸建設部

齋藤
森
佐藤
小坂
松井

佑太
重和
知明
崇
章能

………………………………………………………………………………
要

旨

超高強度繊維補強コンクリート（以下，UFC）を用いた UFC 床版は，常時の作用に対してひび割れが生じない
ように設計している．一方，維持管理においては，設計基準で設定していない作用により UFC 床版に変状が生じる可能性がある．そこで，本検討では，UFC 床版の確実かつ先進的な維持管理手法の確立を目的として，UFC 床版に生じる作用と変状，その変状の調査・点検・診断，補修・補強等を，一連の「維持管理シナリオ」として検討した．調査・点検方法の検討では，変状を模擬したテスト床版を製作し，点検・非破壊検査の適用性検証を実施し，補修・補強方法の検討では，ひび割れの補修に対する補修材料の性能検証について，各種実験を行い検討した．また，供用再開判断の検討では，デジタルツインの活用を試行し，玉出入路に設置された平板型 UFC 床版を有する橋梁を対象に，精緻な FEM モデルを作成した．本稿は，これら UFC 床版の先進的な維持管理について検討した結果をとりまとめたものである．
キーワード:UFC 床版，維持管理，非破壊調査，補修，補強，デジタルツイン

えないように設計することとしている．

はじめに

一方，供用後の実構造物においては，車両からの積載物の落下や衝突等，設計条件として設定し阪神高速道路（以下，阪神高速）では，新設橋ていない作用により変状が生じる可能性がある．

や床版取替えに対応できる軽量かつ耐久性の高い

しかし，UFC 床版を実構造物で維持管理していコンクリート系床版として，2010 年より超高強る事例は極めて少ない．よって，UFC 床版を確

度繊維補強コンクリートを用いた UFC 床版を開

実に維持管理していくために，UFC 床版の先進

1)

発し，解析や実験による性能検証を経て ，2014

的な維持管理の検討を実施した．

2)

年に土木学会の技術評価を取得した ．ワッフル

検討の流れを図-2 に示す．まず，UFC 床版に型 UFC 床版および平板型 UFC 床版の概要を図-1

ついて，作用，変状のケースに対する，調査点検，に示す．実橋への適用は，2018 年以降 3 橋に適用

補修補強等，対策の組み合わせのケースを設定すしている．UFC 床版は，土木学会 UFC 指針 3)にる．本論文では，これらの組み合わせのケースを準拠して設計しており，使用性の照査においては， 「維持管理シナリオ」と呼ぶ．次に，この維持管
UFC 床版の引張応力度がひび割れ発生強度を越理シナリオの設定において，未解明な項目を明ら
1

𝑅 ：重大度（使用性，安全性への影響度を 3 段かにするために，変状過程，調査・点検方法，補階評価）

修・補強方法および材料の選定，供用再開判断に

𝑅 ：偶発性（不測の事故や災害等，事象発生

ついてそれぞれ検討した．

予測の難しさを 3 段階評価）

１．維持管理シナリオの設定
維持管理シナリオは，過去にコンクリート構造物に生じた変状事例等を参考に，UFC 床版に想定される 20 シナリオを抽出したものである．
ここで，20 シナリオを全て同時に検討するのは困難であることから，各ケースをリスク評価することで検討の優先順位を設定することとした．
リスク評価では，各ケースの「頻度」「重大度」「偶発性」の 3 項目を設定し，リスク評価値 α を

図-1 UFC 床版の概要（上:ワッフル型/下:平板式(1)によって算出した．算出した α が大きい順に型）

優先順位が高いものとした．表-1 は優先順位の維持管理シナリオの設定

高い順に並び変えた結果（上位 10 シナリオ）で

2章

ある．
𝛼

𝑅

𝑅

𝑅

(1)

1章

3章

4章

変状過程

調査・点検

補修・補強

供用再開判断

の把握

方法の検討

方法の検討

の検討

ここに，
𝑅 ：頻度（設計供用期間中に事象が起こると維持管理シナリオの更新想定される回数を 3 段階評価）

図-2 維持管理の検討の流れ

表-1 維持管理シナリオ（上位 10 シナリオ）
No

作用（状況）
走行車両から積荷（小）が落下
走行車両から積荷（大）が落下
床版側面あるいは下面に車両等が衝突

4

調査・
点検方法

変状

補修・補強（対策・処置）

評価値
α

ひび割れ 0.1 mm 未満

近接目視

ひび割れ 0.5 mm 以上

近接目視

ひび割れ 0.1～0.5 mm，剥離

近接目視

壁高欄に走行車両が衝突

ひび割れ 0.1 mm 未満

近接目視

5

床版下側で火災が発生

0.1～0.5 mm，剥離，爆裂

近接目視

ひび割れ補修，床版取替

66舗装ポットホール補修時に過切削

切削（剥離），鋼繊維の毛羽立ち，PC 鋼材の損傷

近接目視

鋼繊維の毛羽立ち研磨，断面修復工法6

7

レベル 1 地震が床版に作用

ひび割れ 0.1 mm 未満

近接目視

含浸樹脂接着工法

68

レベル 2 地震が床版に作用

9支承の劣化等で鋼桁が沈下
床版上面ひび割れに浸水

近接目視
非破壊検査
近接目視
光ファイバ
近接目視，
非破壊検査

含浸樹脂接着工法，
ひび割れ注入工法，性能照査
性能照査（PC 鋼材損傷時）
，
床版取替

10

ひび割れ 0.1～0.5 mm，PC
降伏
ひび割れ 0.1 mm 未満，目開き
PC 鋼材の腐食，漏水による鋼桁や支承の腐食

1
2
3

2

9

0.2 mm 未満：含浸樹脂接着
0.2～0.5 mm：ひび割れ注入
0.5 mm 以上：炭素繊維シート補強
欠損：断面修復工法

966

含浸樹脂接着工法

644

２．調査・点検方法の検討
維持管理シナリオで設定した変状のうち，目視での発見が困難と想定される“微細ひび割れ”，“床版内部の浮き”，“PC 鋼材破断”について，
調査・点検方法に関する検討を実施した．
具体的には，上記 3 種類の変状を模擬したテス
ト床版を製作し，点検・非破壊検査手法の適用性

写真-1 製作・設置したテスト床版を検証した．なお，製作したテスト床版は阪神高
速の震災資料保管庫敷地内に設置した（写真-1）．

表-2 ひび割れ導入荷重とひび割れ状況

2-1 変状を模擬したテスト床版の製作(1) ひび割れ模擬テスト床版
厚さ 150 mm，長さ 1,500 mm，幅 800 mm の平板型とした．ひび割れ導入は，アムスラー（最大
容量 4,900 kN）を用いた 3 等分点載荷により，表-2 に示す荷重変動パターンで載荷と除荷を繰り

載荷荷重
（kN）

ひび割れ幅
（mm）

載荷荷重
（kN）

ひび割れ幅
（mm）

50

0

0（除荷）

0.06，0.04

100

0

450

0.20

110

0

0（除荷）

0.08，0.10

…

0

460

0.25，0.30

430

0.10

0（除荷）

0.10，0.15

0（除荷）

0.04

470

0.25，0.45

440

0.15

0（除荷）

0.20，0.40

返し，目視確認により残留ひびわれ幅が 0.2 mm
程度，周囲のひび割れ幅 0.1 mm 程度が分散する
テスト床版となるまで，最大 470 kN で載荷した．
(2) 浮き模擬テスト床版
厚さ 150 mm，長さ 1,500 mm，幅 1,000 mm の平板型とし，内部に発生した浮きを模擬するため，高さが異なる 3 箇所に発泡スチロール（厚さ 5

写真-2 発砲スチロールへの鋼繊維の差し込みmm，長さ 500 mm，幅 50 mm）を配置し，高さはそれぞれ床版下面から 20 mm 付近，100 mm 付近，
130 mm 付近とした．また，浮き部分には鉛直方向に架橋した鋼繊維の存在が想定されるため，既往研究 4)による鋼繊維の鉛直方向の配向性を参考に，発泡スチロールには写真-2 に示すように鋼繊維を配置した（5 cm × 5 cm の範囲に 80 本）．
(3) PC 鋼材破断模擬テスト床版
厚さ 150 mm，長さ 1,500 mm，幅 1,000 mm の

図-3 PC 鋼材の破断状況（プレテンション PC）

平板型とし，テスト床版内部には，図-3 のように破断を模擬したプレテンション鋼材，およびポ

2-2 調査・点検の試行

ストテンション鋼材を配置した．プレテンション

テスト床版を用いた点検・非破壊調査手法の検鋼材は 2 段配置となっているが，破断を模擬した

討に先立ち，コンクリート標準示方書［維持管理

鋼材は，テスト床版の底面側に配置した．なお，

編］5)，および道路橋床版の維持管理マニュアル

PC 鋼材の破断箇所には UFC およびグラウトが入6)

り込まないように，ビニールテープを巻いた．

調査手法から，本検討で試行する手法を抽出した．
3を参考に，コンクリート構造物の点検・非破壊抽出結果および試行結果を表-3 に示す．

程度）については，かぶりが厚いことやシースの(1) 近接目視によるひび割れ調査

影響等により，破断の検出が困難であった．

目視により模擬したひび割れを観察した結果，0.06 mm 未満の微細なひび割れに対してもアセト

表-3 点検・調査手法の抽出および試行結果

ンの併用により調査が可能であることがわかった．

変状

調査
方法

ひび割れ

目視

(2) 打音法による浮きの調査
打音法では，UFC が高強度であること，浮きの範囲が狭かった等の理由から，人の聴覚による打音

浮きの判断は困難であった．今後は，音声解析に
浮きより鋼繊維の影響や浮きの判断可否を検討する．

赤外線ｻｰﾓｸﾞﾗﾌｨ(3) 赤外線サーモグラフィによる浮きの調査
床版下面から測定した 3 箇所（浮きのかぶり：

PC 鋼材
破断

20 mm，100 mm，130 mm）のうち，かぶりが最も浅い（20 mm）箇所のみ周囲（健全部）との温漏洩
磁束法

試行結果による
適用可否※○
微細ひび割れはア
セトンが必要△音声解析による検討の余地あり△環境条件による影
響把握が必要△追加検討による精度向上の検討

鋼繊維
の影響
なし

不明

不明

あり

※：○適用可 △要追加検討

度差を確認することができた（図-4）．また，測定は床版上面からも実施したが，いずれのかぶり（20 mm，50 mm，130 mm）においても健全部との温度差は確認できなかった．
本結果は，冬季における特定の時間帯に試行した結果であるため，気象条件等に応じて温度差が生じる時間帯で計測することで，鋼繊維の影響の有無や，かぶりが深い位置における浮きの検出可
否を明らかにできる可能性があると考えられる．
(4) PC 鋼材切断の漏洩磁束法による調査

図-4 赤外線サーモグラフィ計測結果

漏洩磁束法は，コンクリート表面から永久磁石
で鉄筋を着磁後，破断箇所での磁束の乱れを磁気センサで検出して破断有無を診断するものである．
PC 鋼材破断床版を用いて，通常のコンクリー
ト構造物と同様に着磁作業を行い，センサにより鋼繊維の影響と考えられる
ノイズ波形が多い．

測定を実施したところ，ノイズと思われる波形（小波）の発生が顕著に見られ，PC 鋼材の破断判定が困難な結果となった（図-5）．これは，図-5 通常の計測結果（プレテン PC 鋼材）

UFC 床版に内在する鋼繊維にも強力に着磁されたことが要因と推察される．そこで，着磁後の表面において，脱磁作業を行うことで，鋼繊維に着磁された磁力の低減を試みた．その結果，ノイズ
波形が減少し滑らかな曲線となることで，プレテ

磁束密度が 0 付近となってンション PC 鋼材（かぶり厚さ：35 mm 程度）のきている

いることから切断が検知で破断を検出することができた（図-6）．ただし，
ポストテンション PC 鋼材（かぶり厚さ：60 mm

図-6 脱磁後の計測結果（プレテン PC 鋼材）
4３．補修・補強方法の検討

ひび割れへの注入は，シール材の塗布および注入口を設置後，自動式低圧注入工法（図-7）によUFC は密実な材料であることから塩害等の環り実施した．作業時の室温は約 20℃に設定した．

境作用に対する耐久性が高く，鋼繊維腐食による構造物の性能は失われないとされている．一方，

表-4 ひび割れ補修に関する実験内容

UFC にひび割れが生じた場合は，ひび割れに沿

変状

ひび割れ幅

補修方法

ひび割れ

0.1 mm程度
0.3 mm
程度

含侵樹脂
接着工法
ひび割れ
注入工法

って塩化物イオンが浸透することや，ひび割れ幅と腐食条件により静的曲げ強度や疲労耐久性が低下することが報告されている 7)．

試験内容
浸透性観察
曲げ強度試験
浸透性観察

本検討では，維持管理シナリオで想定した変状
表-5 試験供試体に用いた AFt 系 UFC の配合の内，ひび割れ補修に対する補修材料の効果およ

単位量（kg/m3）

び施工の確実性について，表-4 に示す試験を実W/B 空気量（%） （%）

施した．

15

3-1 供試体の製作

2

水結合材 細骨材

高性能
消泡剤
減水剤

195

1287

25.7

905

6.4

鋼繊維
（kg）
137.4
(1.75Vol%)

材料は，エトリンガイト生成系 UFC8)（以下，AFt 系 UFC）を用いて所定のコンシステンシーお
よび強度が得られる配合（表-5）とし，供試体寸
法は 100 mm × 100 mm × 400 mm とした．ひび割れについては，3 等分点載荷によって支間中央付
近の残留ひび割れ幅が 0.1 mm，0.3 mm 程度となるように，目視で確認しながら導入した（写真3）．
写真-3 ひび割れ導入状況
3-2 ひび割れ補修の実施
表-6 ひび割れ含浸樹脂接着に用いた樹脂(1) ひび割れ含浸樹脂接着工法
ひび割れ含浸樹脂接着は，0.1 mm 程度のひび
割れに含浸可能で，施工が容易（ローラー，刷毛等で施工が可能）な樹脂の中から，市販されている 5 種類の材料を選定した（表-6）．樹脂の塗布は，実際の現場を想定し，刷毛を用いた上向き施

No.

樹脂の種類

規定塗布量
（g/m2）①②③④⑤

アクリル系（低粘度型）
エポキシ系（低粘度型）
エポキシ系（超低粘度型）
ｱｸﾘﾙｼﾘｺｰﾝ系（無溶剤型）
エポキシ系（溶剤型）

200
225
200
250
100

工とした．また，硬化後の浸透状況を確認するた
め，樹脂にはあらかじめ蛍光塗料を添加した．塗布後は樹脂が硬化するまで塗布面が下向きになるよう静置し，作業時の室温は約 20℃に設定した．
(2) ひび割れ注入工法
ここでは，進行性のないひび割れを想定していることから，阪神高速のエポキシ樹脂品質管理基
準を満たす材料の中から，温度変化やたわみに追随可能なエポキシ系樹脂注入材料を選定した．

図-7 ひび割れ注入状況
5

3-3 試験結果

10）．ひび割れ注入による劣化因子の遮断効果は(1) ひび割れ含浸樹脂接着工法

既往の研究でも報告されており 9)，今回使用した樹脂の浸透状況は，試験体を長手方向に切断後， 注入材料にも同等の遮断効果が期待できる．
断面に可視光および紫外光を照射し，ノギスを用
表-7 含侵樹脂の浸透観察結果

いて浸透深さを確認した．
試験結果を表-7 に示す．供試体ごとにひび割

材料No.

①

②

③

④

⑤

45分

1時間
以上

れ幅やひび割れ深さが若干異なるが，各材料とも

可使時間

15分

45分

3時間
以上

に 0.1 mm 程度のひび割れ幅に対して一定の浸透

塗布回数

5回

3回

7回

4回

5回

ひび割れ幅

0.1mm

0.1mm

0.1mm

0.08mm

0.15mm

最大ひび
割れ深さ

81mm

78mm

80mm

83mm

85mm

浸透深さ

10mm

19mm

73mm

7mm

12mm

状況を確認した．材料③の超低粘度型エポキシ樹
脂接着剤は，ひび割れ深さに対し 9 割程度まで浸透することを確認した（図-8）．これは，他の材料と比較して粘度が低い（150 mPa・s 程度）こと
で，毛細管現象による浸透効果が高くなったと推測される．ただし，粘性が低く，液垂れにより塗供試体

布回数が増えたため，規定塗布量を満たすための塗布回数は，他の材料よりも多い結果となった．
(2) ひび割れ注入工法
3 等分点載荷による曲げ強度試験により曲げ強度および曲げ剛性への影響を確認した．試験は，樹脂の浸透箇所

ひび割れなし供試体とひび割れ注入後の供試体について各 3 体実施した．

図-8 含侵樹脂の浸透状況（材料③）

曲げ強度試験結果を図-9 に示す．いずれのケ40ースも最大曲げ応力が同程度の値であったのは，

35

曲げ応力（N/mm2）

ひび割れを跨ぐ鋼繊維の架橋効果にひび割れ注入
材料は影響していないことを意味している．
また，ひび割れ注入後の曲げ強度試験では，事前に導入したひび割れとは別の箇所（ひび割れがなかった部位）にもひび割れが入ったことや，事

30
25
20
15
10

ひび割れなし5(ひび割れ幅0.3mm)

ひび割れ注入前に導入したひび割れの再目開きがなかったこと

00を確認した．さらに，ひび割れ注入供試体の載荷

0.5

1
1.5
たわみ（mm）

2

図-9 曲げ強度試験結果

初期の剛性がひび割れなしと比べて小さかった．
これは，注入材料のヤング係数が小さいことや，注入したひび割れ以外にも微細なひび割れが発生していたことが要因と推察される．よって，ひび
割れ注入工法による剛性の回復効果は見込めないものと考えられる．
さらに，曲げ強度試験後の供試体を長手方向に切断し，紫外光により断面を観察した結果，いず注入材浸透箇所

れの供試体も目視により確認したひび割れ深さの
図-10 注入材料の浸透状況

ほぼ全体まで注入材料の浸透が確認された（図6

2.5

４．突発事象に対するデジタルツインを活用

より供用再開判断を行うものである．
（A）作成した FEM モデルに対し床版厚を変更

した供用再開判断の検討

し固有振動数の変化を算定
デジタルツインは，デジタルデータをもとに物（B）断面減少量と引張応力の増分量を事前に整理的な製品をサイバー空間上で仮想的に複製し，理しておくことで，突発事象発生後，実橋シミュレーションすることで，現実世界の研究開において固有振動数を計測

発，設計，製造，施工および管理等に役立てるものである．阪神高速においては，地震時のシミュ

表-8 FEM モデルの適用要素
対象部材
床版，壁高欄
主桁，横桁，垂直補剛材
対傾構
PC 鋼材

レーションによる被害予測や，通行可否の判断等に役立てるための検討を進めている 10)．
UFC 床版は，引張強度が非常に高いという特徴がある．そのため，RC 床版に比べて突発事象

適用要素
シェル要素
(床版は厚板シェル要素)
はり要素
埋め込み鉄筋要素

発生時の損傷が小さくなり，外観からの判断が困難になる可能性がある．本検討では，維持管理シ
ナリオに示す積荷落下や車両衝突，地震等，突発事象が生じた場合の通行止めに対して，デジタル
ツインを用い UFC 床版の安全性を診断し，迅速に供用再開判断することを目的としている．

図-11 構築した FEM モデル

4-1 デジタルツインに用いる FEM モデルの構築

表-9 解析モデルの妥当性

玉出入路に設置された平板型 UFC 床版を有す

本検討

実橋梁の計測結果

る橋梁を対象に，デジタルツインに活用する

1次

5.83 Hz

合成桁としての 1 次

4.9 Hz

FEM モデルを作成した．FEM モデルの適用要素

2次

20.84 Hz

合成桁としての 2 次

約 19 Hz

は表-8 に示すとおりであり，部材寸法や材料条件等は，竣工図書をベースに可能な限り忠実かつ詳細に再現した（図-11）．また，舗装および遮音
壁は質量のみを考慮した．なお，本橋では加速度の計測を実施しており，実測による固有振動数とデジタルツインによる解析結果を比較することで，解析モデルの妥当性を確認した（表-9）．
4-2 供用再開判断の検討
図-12 供用再開判断の検討方針

デジタルツインを活用することで，UFC 床版に変状が生じた際の影響をシミュレーションする

５．まとめことができる．そこで，本検討では，突発事象等が生じた際にも比較的簡易に計測が可能である加UFC 床版の先進的な維持管理手法の構築に関速度に着目し，供用再開判断に用いる閾値を計測
された加速度に基づく固有振動数で定義することするまとめを下記に示す．

とした．検討イメージは図-12 に示すとおりであ・損傷を模擬したテスト床版を用い検査手法を試り，具体的には，以下に示す（A），（B）の関係

行し，UFC 床版への適用可能性を見出した．
7

2018.
2) 土木学会：超高強度繊維補強コンクリート（UFC）道実性を確認し，適用可能な材料を見出した．
路橋床版の技術評価報告書，技術推進ライブラリー，
No.17, 2014.
・供用再開判断の検討において，解析と実測値を3) 土木学会：超高強度繊維補強コンクリートの設計・施比較することで，解析の妥当性を確認した．
工指針（案），2004.9.
4) 浅野浩平：高性能繊維補強セメント複合材料における今後は，UFC 床版に想定される変状を明確化
繊維配向性と架橋則に関する研究，筑波大学，2014.
5) 土木学会：2018 年制定コンクリート標準示方書［維持しこれらの検討を継続することで，維持管理の確
管理編］，2018.10.
実性を更に高めることができると考えている．
6) 土木学会：道路橋床版の維持管理マニュアル 2020，鋼
構造シリーズ 35，2020.10.
7) 渡邊ら：超高強度繊維補強コンクリートの海洋環境暴
謝辞：本検討では，UHPFRC 構造の先進的なメ
露後の疲労特性に関する実験的検討，コンクリート工
学年次論文集，Vol39, No.1, pp.217-222, 2017.
ンテナンス検討会において，委員長の神戸大学大8) 土木学会：超高強度繊維補強コンクリート「サクセム」
学院 三木朋広准教授，委員の京都大学大学院 山の技術評価報告書，技術推進ライブラリー，No.3,
2006.11.
本貴士教授，北海道大学大学院 橋本勝文准教授
9) 佐藤ら：UFC に施したひび割れ補修の鋼繊維腐食抵抗にご指導を頂きました．ここに深く感謝致します．
性に関する実験的検討，土木学会第 61 回年次学術講演
会，Ⅴ-357, 2006.9.
10)伊佐ら：阪神高速サイバーインフラマネジメントの取参考文献
り組みと価値創造の可能性，AI・データサイエンス論
1) 小坂ら：ワッフル型 UFC 床版の構造設計および使用性
文集，1 巻 J1 号, 2020.
検討，土木学会論文集 A1，Vol.74, No.3, pp.473-490,

・微細なひび割れに対する補修の効果と施工の確

STUDY FOR ADVANCED MAINTENANCE AND MANAGEMENT OF UFC DECK SLABS
Yuta SAITO, Shigekazu MORI, Tomoaki SATO, Takashi KOSAKA andAkiyoshi MATSUI
UFC deck slabs using ultra-high-strength fiber-reinforced concrete are designed to prevent cracks fromoccurring under normal actions during service. However, in terms of maintenance and management, any
actions not considered in the design standards can cause damage to UFC deck slabs. This study was aimed
to establish a reliable and advanced maintenance and management method for UFC deck slabs, byinvestigating a maintenance and management scenario which consisted of the impacts and damage
occurring to UFC deck slabs, the examination, inspection and diagnosis of the damage, and the repairs andstrengthening to be made. In the study of examination and inspection methods, test deck slabs with artificial
damage were prepared to verify the applicability of the inspection and non-destructive testing. In the studyof repair and strengthening methods, various experiments were conducted to verify the performance of
crack repair materials. In addition, in the study of decision making for resumption of road service, we tried
the use of digital twins and created a sophisticated FEM model for the bridges with flat UFC deck slabs
located at the Tamade Entrance/Exit.

齋藤 佑太

森 重和

佐藤 知明

前 (一財)阪神高速
先進技術研究所
調査研究部(一財)阪神高速先進
技術研究所
調査研究部

(一財)阪神高速先進
技術研究所
調査研究部

Yuta SAITO

Shigekazu MORI

Tomoaki SATO

8

小坂 崇

松井 章能

阪神高速道路株式会社 前 阪神高速道路株式
会社
技術部
建設事業本部
神戸建設部
Takashi KOSAKA
Akiyoshi MATSUI