技報第 29 号

2018

開削トンネル下層路盤における湧水対策～ポーラスコンクリートの適用～
阪神高速道路（株）建設・更新事業本部堺建設部設計課 加瀬 駿介
阪神高速道路（株）建設・更新事業本部堺建設部設計課 杉岡 弘一
阪神高速道路（株）建設・更新事業本部堺建設部設計課 星住 哲也………………………………………………………………………………
要旨

阪神高速道路 6 号大和川線の開削トンネル区間の一部では，躯体のひび割れ部や目地部より湧水が発生している．そこで止水対策を実施したが，全ての湧水を止めることは難しく，導水による湧水対策に移行することとした．その中で躯体底版部及び，目地部からの湧水に対しては，「湧水が路盤内に滞水しないよう，速やかに排水できる構造とする」「湧水に対し耐久性の高い路盤を構築する」という設計思想のもと，下層路盤をポーラスコ
ンクリート等に変更する湧水対策を実施した．一般的にポーラスコンクリートは表層に使用され，要求される性
能項目は，主に強度（曲げ強度）と透水性である．しかし，ポーラスコンクリートが下層路盤で使用された事例
は，極めて少なく，その性能項目は確立されていない．そこで，本稿では開削トンネル下層路盤における湧水対策及び，下層路盤に使用するポーラスコンクリートの性能項目について検討した結果を報告する．
キーワード:湧水対策，開削トンネル，ポーラスコンクリート

約 3.0％の勾配区間，B～D 区間が縦断勾配約

はじめに0.4％の緩勾配区間となっており，目地部や底版
ひび割れ部から発生した湧水が，写真-1 に示す

現在建設を進めている阪神高速道路６号大和川線では，開削トンネル区間の一部で，躯体目地部

ように勾配の変化点や不陸の生じている底版に滞水している．

や底版ひび割れ部より，湧水が発生している．目
地部やひび割れ部に対し，樹脂注入による止水対策を実施したが，目地からの湧水を止めることはできなかった．また，止水対策を実施した底版ひび割れ部の一部より，湧水の再発生が確認され，現在止水されている底版ひび割れ部においても将来的な湧水の発生が懸念される．
現地は図-1 に示すように A，E 区間が縦断勾配

写真-1 不陸箇所や勾配変化点での滞水状況- 169 -

図-1 湧水発生区間の縦断勾配
湧水が発生している区間の舗装標準断面を図-2に示す．図-2 より連続鉄筋コンクリート舗装及び，排水性アスファルト舗装のいずれの標準断面
も下層路盤に粒状路盤材（RC-30or40）が使用されており，湧水対策を怠った場合，路盤の損傷が懸念される．

図-3 路盤滞水による舗装の破壊フロー＜連続鉄筋コンクリート舗装＞の検討も必要である．

２．設計思想と対策
目地部や底版ひび割れ部からの湧水の実態を踏
まえ，湧水が舗装に与える影響を除去し，耐久性＜排水性アスファルト舗装＞の優れた舗装を構築することで，お客様に高い快図-2 舗装標準断面
湧水によって最も懸念されるのが，路盤材のエ

適性と走行性を永続的に提供することが重要であ

ロージョン（浸食）による路盤支持力の低下である．図-3 に示すように，再生砕石の下層路盤に湧水が滞水することで，エロージョンが発生し，下層路盤が空洞化や泥濘化する 1)．それにより，る．このためには，効率的な排水対策が必要であり，「湧水が路盤内に滞水しないよう，速やかに排水できる構造とする」「湧水に対し耐久性の高い路盤を構築する」という２つの設計思想に基づいて対策を検討した．

下層路盤の支持力が低下することで，アスファル
ト舗装やコンクリート舗装が沈下やひび割れを起

2-1 湧水を速やかに排水する路盤の構築

こし，破壊に至る．

図-1 の B～D 区間は，緩勾配区間であり，かつ以上の問題から，舗装構造の耐久性を確保する

不陸の影響で縦断勾配がほぼフラットになっていためには，発生する湧水を路盤内に滞水させず，る．また，底版には排水勾配が設けられていない．

速やかに排水する路盤の構造検討が必要である．

このような現地条件のため，湧水が広範囲に広が

また，湧水によるエロージョンに抵抗できる耐久

り底版上に滞水している状況であり，弊社設計基性に富んだ路盤の構築も必要であり，路盤強化策

準の標準的な湧水対策である線的な対策（ひび割- 170 -

れ部や目地部の止水対策と導水マットの敷設）のは，次章以降で述べることとする．
一方，ストラッド部である図-1 の C 区間につみでは，路盤の損傷が懸念される．
この対策として，底版部分に調整コンクリート

いては，底版部での滞水は確認されたが，現地踏（18-8-20-BB）を打設し，横断勾配を設けること

査の結果，滞水の原因は底版からの湧水ではなく，で，湧水の排水機能を確保した．更に，図-1 の D

底版部の不陸に雨水や上流部からの湧水が流れ込

区間は，E 区間と縦断勾配の変化点であり，勾配

み滞水したものと判断した．よって，C 区間につが緩くなることで流速が落ちるため，路盤内へのいては，図-6 に示すように底版部に調整コンク

滞水が懸念される．また，図-1 の B 区間は，底リート（18-8-20-BB）を打設し，横断勾配を設け版部に比較的ひび割れが多いことから，湧水が再排水機能を確保するのみの対策とした．

発生し，将来的に底版から調整コンクリートに派生したひび割れを湧水が上昇し，路盤内への滞水する可能性が高い．従って，この 2 区間について
は，調整コンクリートの上部に排水性が高く，湧水に対し耐久性の優れたポーラスコンクリート層を設け，面的な排水層を構築した（図-4，5 参照）．
図-6C 区間標準断面

面的な排水機能に加え，車線路肩部には縦断方
向に排水層（以下，縦断排水層とする）を設け，調整コンクリートの横断勾配で集水した湧水を流末まで導く線的な排水機能を構築した．縦断排水層は弊社の設計基準に則り，導水マットで構築し，排水効率を高めるため，図-7 に示すように西行
き・東行きの走行・追越両車線の底版上に配置した．なお，ポーラスコンクリートを使用する B，

図-4 B 区間標準断面図

D 区間走行車線側の縦断排水層は，ポーラスコン
クリートの耐久性を考慮し，導水マットではなく，
図-7 に示すようにポーラスコンクリートとφ25mm 導水パイプで構築した．
セメント安定処理

導水マット

図-5 D 区間標準断面図

C 区間のみ調整
コンクリート＜A，C，E 区間走行車線側路肩部＞

この対策により，湧水が調整コンクリート上面に浸透してきた場合でも，ポーラスコンクリート
ポーラスコンクリート

層の貯留効果及び，排水効果により，浸透水を遮断し，上部舗装構造への影響を防止することができる．ポーラスコンクリートの性能項目について

導水パイプ

調整コンクリート＜B，D 区間走行車線側路肩部＞- 171 -

今回使用したセメント安定処理の仕様は，路盤のエロージョン抵抗性と使用材料の関係についてまとめた表-1 より，エロージョンを防ぐために
クラス B のセメント量（約 5％程度）が必要であ
導水マット

ることが分かる 2)．セメント量と強度の関係につ＜追越車線側路肩部＞
図-7 縦断排水層設置図

いてまとめた過去の配合実績例 3）を表-2 に示すが，約 4～5％のセメントを添加した場合の一軸
圧縮強度は 3N/mm2 となる．また，NEXCO では舗装

2-2 湧水に対し耐久性の高い路盤の構築
図-1 の A，E 区間は，約 3.0％の縦断勾配があり，底版から湧水が発生した場合，湧水は底版上に滞水せず流下することになる．底版上には，下層路盤として再生砕石（RC-30or40）が使用されており，流下する湧水により，再生砕石の細粒分が流れ出し，舗装構造へ悪影響を与えることが懸念される．従って，A，E 区間では，湧水の影響の耐久性を確保するため，コンクリート舗装用路盤は原則としてセメント安定処理路盤を規定しており，その規格は表-3 に示すように 3N/mm2 以上としている 4)．従って，セメント安定処理の仕様
は，目標一軸圧縮強度を 3N/mm2 を確保すれば強度的にも問題ないと考える．
表-1 路盤のエロージョン抵抗性と使用材料
分類

典型的な材料を直接受ける下層路盤を湧水に対し，耐久性の優

クラスA：・最低7-8％セメント含むセメント安定処理路盤
非常にエロージョンしにくい ・最低6％アスファルト量を含むアスファルト混合物

れたセメント安定処理に変更した（図-8，9 参

クラスB：・5％程度のセメント量のエロージョンしにくい
プラント混合セメント安定処理路盤材料
・3.5％程度のセメント量のクラスC：
条件次第でエロージョンが プラント混合セメント安定処理路盤材料
・3％アスファルト量を含むアスファルト混合物
生じる
・2.5％程度のセメント量のプラント混合セメント安定処理路盤材料
クラスD：
・現場混合の細粒セメント安定処理路盤
エロージョンし易い・清浄かつ良好な粒度の粒状路盤
クラスE：・細粒分を多く含む，粒状路盤材
極めてエロージョンし易い照）．また，流下した湧水は各区間の境界部で図7 に示す縦断排水槽へ集水する．

表-2 セメント安定処理の配合実績
目標強度を満足
目標強度
する添加量
A
4.11%
一軸圧縮
B
3.88%
強度
C
4.35%
3N/mm2
D
4.35%
平均
4.17%

現場名

図-8

A 区間標準断面

表-3 セメント安定処理の基準値
工種
項目
CBR
一軸圧縮強さ（N/mm2）
現場締固め度（％）

図-9E 区間標準断面- 172 -

下層路盤 上層路盤

備考

処理後，3日養生+4日水浸の値
処理後，3以上
6日養生+1日水浸の値*試験便覧T011-E方法
95以上* 100以上****試験便覧T011-A方法
60以上-

３．ポーラスコンクリート路盤に要求される性能項目

態を想定した解析ケース１，ポーラスコンクリー
トの打設が終了し，下層路盤を施工している状態を想定した解析ケース２の２ケースの解析を実施

湧水対策として，路盤内への滞水が懸念されるした．ポーラスコンクリートと調整コンクリート

箇所については，前述のように下層路盤をポーラの付着については，付着がある場合とない場合をスコンクリートへ変更した．一般的にポーラスコ

それぞれ検討した．各舗装材料の弾性係数及び，ンクリートは，表層に使用され，要求される性能

ポアソン比は舗装設計便覧で使用されている値を項目は，表-4 に示すように強度（曲げ強度）と参考に設定した 7）．

透水性 5），6）である．これまでの下層路盤でのポ解析ケース1

解析ケース2

ーラスコンクリートの使用事例は，東京外環道で一部あるものの，その事例は極めて少なく，性能項目は確立されていない．そこで本稿では，下層

ポーラコンクリート(t=60mm)
E=25000MPa, ν=0.2

CRCP(t=250mm)
E=30000MPa, ν=0.2

調整コンクリート(t=100mm)
E=25000MPa, ν=0.35

路盤で要求されるポーラスコンクリートの性能項

付着なし or
付着あり

粒調砕石(t=150mm)
E=300MPa, ν=0.35

目について検討した．
表-4 一般的なポーラスコンクリートの性能
項目
強度（曲げ強度）
透水性（透水係数）

重交通車道用（一般）
24.5N/mm0.01cm/s以上

ポーラコンクリート(t=60mm)
E=25000MPa, ν=0.2

軽交通車道用または歩道用付着なし

22.5N/mm0.01cm/s以上
付着なし or
付着あり

調整コンクリート(t=100mm)
E=25000MPa, ν=0.35

４．ポーラスコンクリート路盤の強度に対す
図-10 モデル化した舗装構造
3)解析条件る検討
B，D 区間でポーラスコンクリートが使用されるのは，躯体コンクリート直上の調整コンクリー
ト上である．そのため，曲げ作用による変形（ひずみ）はほとんど発生せず，輪荷重と躯体コンク
リートに挟まれることで鉛直方向の圧縮力が働くと考えられる．そこで，FEM 解析を行うことで発生する応力を検討するとともに，経験的な知見もモデル化した舗装平面及び，荷重載荷位置を図-11 に示す．解析モデルの平面寸法は，縦方向が一般的なコンクリート舗装版の解析で使用される
10m，横方向が 1 車線分の長さである 3.5m のとした．境界条件は，安全側になるようにすべて自由端部とした．また，荷重は条件的に不利となるシングルタイヤの輪荷重 5ｔ（20ｔ/4）とした．

合わせ，強度に対する要求性能を検討した．
4-1 FEM による検討
1)使用ソフト
コンクリート舗装の FEM 解析ソフトとしては，

縦方向自由端部

石川工業高等専門学校西澤教授が開発されたフリーソフトである Pave-3D の汎用性が高く，本検討でも Pave-3D を用いることとした．

図-11 解析モデル平面
4)解析結果a)解析ケース１

2)解析モデルの舗装断面本検討で使用するモデルの舗装断面を図-10 に示す．本検討では，舗装が完成し供用した後の状解析ケース１の縦方向自由端部ポーラスコンク
リート下面に発生する引張応力を図-12 に示す．

- 173 -

ポーラスコンクリートと調整コンクリートを付着

影響のない程度である．また，Pave-3D で対象とさせた場合は，ポーラスコンクリート下面には，する載荷荷重は鉛直方向であるため，制動時のず圧縮応力が発生した．ポーラスコンクリートと調れせん断応力あるいは水平方向応力の発生は考慮

整コンクリートを付着させない場合は，ポーラス

できない．しかし，今回の鉛直方向荷重で発生すコンクリートの下面には，引張応力が発生した．

る応力の程度を考慮した場合，仮に制動による水2

しかし，その大きさは最大で 0.016N/mm と非常平応力を入力したとしても，その影響は非常に小に小さい値であった．これは，通常のコンクリー

さいと考える．以上の解析結果より，一般車両供ト舗装版下面に発生する引張応力の約 1/100 以下

用中にポーラスコンクリートに発生する応力は調程度である．この理由としては，ポーラスコンク

整コンクリートの付着に関係なく，非常に小さい

リートが十分に深い位置に設置され，また，ポー値であることが分かった．

ラスコンクリートより下の層がコンクリートであb)解析ケース２
解析ケース２の縦方向自由端部のポーラスコン

縦方向自由端部中心部（y 軸方向荷重載荷中心部

クリート下面に発生する引張応力を図-13 に示す．

（(X,Y)=(5m,0)））のポーラスコンクリートに発解析ケース１と比較すると，荷重がポーラスコン

生する Sx，Sy 及び，Sz を表-5 に示す．数値の符

クリートの直上に載荷されるため，発生する応力

号は，プラスが圧縮，マイナスが引張の応力を示が大きくなった．ポーラスコンクリートと調整コ

す．

ンクリートを付着しない場合において最大となる

ポラコン下面に発生する Sx(N/mm2)

るため，曲げ作用が発生しないことが考えられた．

Sx は 0.0233N/mm2 であり，解析ケース 1 の結果と

荷重載荷位置

比較すると 40％程度大きくなったが，応力としては非常に小さい値であった．また，ポーラスコ
ンクリートと調整コンクリートが付着した場合では，版が一体となるため，圧縮応力が大きくなった．しかし，その大きさは 0.17N/mm2 程度であり十分に小さい値であった．縦方向自由縁部の荷重

版縦方向位置(X)

図-12 ポラコン下面に発生する Sx(ケース１)

クリートに発生する Sx，Sy 及び，Sz を表-6 に示

表-5 載荷位置での発生応力(ケース１)
応力(N/mm2)
ポラコン位置

ポラコン上面
ポラコン中央ポラコン下面

POC-調整コン付着なし
Sx

Sy

Sz

POC-調整コン付着あり
Sx

Sy

す．

Sz

ポラコン下面に発生する Sx(N/mm2)

解析条件

載荷位置中央部（(X,Y)=(5m,0)）でポーラスコン-0.0162 -0.0091 -0.0890 -0.0371 -0.0161 -0.0885
0.0001 -0.0030 -0.0886 -0.0222 -0.0140 -0.0887
0.0161 0.0038 -0.0881 -0.0095 -0.0162 -0.0901

表-5 から各軸方向に発生する応力は非常に小さい値であり，ｚ軸方向に発生する圧縮応力も0.09N/mm2 程度であることがわかる．ポーラスコ
ンクリートの圧縮強度と曲げ強度の関係は，淀川左岸線の試験結果から概ね（圧縮強度）＝7～8×（曲げ強度）の関係 8）であり，通常のコンクリ

含まれていないが，ポーラスコンクリートに上載する舗装材料は 40cm 程度であるため，ほとんど

版縦方向位置(X)

図-13 ポラコン下面に発生する Sx(ケース２)
表-6 載荷位置での発生応力(ケース２)

ート舗装版下面に発生する応力と比べ，非常に小さい値である．この解析には，舗装材料の自重は

荷重載荷位置

解析条件
応力(N/mm2)
ポラコン位置

ポラコン上面
ポラコン中央ポラコン下面- 174 -

POC-調整コン付着なし POC-調整コン付着あり
Sx

Sy-0.1081 -0.1215-0.0225 -0.0067
0.0233 0.0600

Sz

Sx

Sy

-0.6838 -0.2261 -0.1826-0.6698 -0.1638 -0.1159-0.6735 -0.1694 -0.1629

Sz-0.6719-0.6661-0.6967

表-6 に示すように，ポーラスコンクリートのなる．従って，B，D 区間で使用するポーラスコ

下面の引張応力は，ポーラスコンクリートと調整

ンクリートは，圧縮強度 20N/mm2 以上を基準値とコンクリートを付着させない場合，Sx よりも Sy

するのがよいと考える．

の方が大きくなった．これは，ポーラスコンクリートの下が調整コンクリートであり，曲げ作用が５．透水性及び排水性に対する検討

ほとんどなく，y 軸方向にも拘束がないため，自由に変形できる y 軸方向に変形する挙動を示した

今回使用するポーラスコンクリートの透水係数からである．ポーラスコンクリートに作用する引は，従来使用される 1×10-2(cm/s)を確保すれば張応力としては，Sy=0.06N/mm2 であり，通常のコよいと考える．ただし，空隙詰まりも考慮し，空ンクリート舗装版下面に発生する応力と比べ，十隙率は従来の 15%5)ではなく，交通用あるいは歩分に小さい値であった．鉛直方向の圧縮応力（Sz） 道用で採用されている 20%とし，透水係数 1×10は解析ケース 1 と比較すると，載荷荷重が直上に

2(cm/s)以上の透水性を確保する．

なるため，7～8 倍程度大きくなった．しかし，導水計画として，上流からの流水は縦断排水層

ポーラスコンクリートに作用する圧縮応力としてとして設置される導水マットやポーラスコンクリ

は，小さい値であった．

ート層などの導水設備へ誘導し，排水性を確保し

5)解析のまとめた．排水性舗装の排水能力については，土木研究

本検討では，一般供用後及び，工事中の状態を所が発刊した「道路路面雨水処理マニュアル

FEM でモデル化し，ポーラスコンクリートに発生（案）」8）に手順が示されているが，その排水能する応力を検討した．その結果，ポーラスコンク

力は，導水管の能力によって決定される．排水性

リートと調整コンクリートの付着によらず，ポー舗装の導水管の排水能力としては，過去の研究か

ラスコンクリート下面に発生する曲げによる引張らφ20mm 程度であれば，豪雨に対しても十分な

応力は，ほとんど発生しないことが分かった．よ

排水能力を持つとされている 9）．従って，ポーラって，B，D 区間で使用するポーラスコンクリー

スコンクリートの縦断排水層に設置する導水パイ

トは，圧縮強度で強度性能を定めることとした．

プについても，同様の構造であれば排水能力を持

また，圧縮強度は通常の調整コンクリートと同様

つと考えらえるが，将来的な透水能力，排水能力に 18N/mm2 を確保していれば，十分な強度を有すを考慮しφ25mm の透水管を設置した．

ると言える．

６．ポーラスコンクリートの要求性能と仕様のまとめ

4-2 経験的な知見からの検討
上記の検討結果より，下層路盤で使用するポーラスコンクリートの設計強度は 18N/mm2 以上とすればよいと考えるが，これまで軽交通路線で使以上の検討結果から，要求される性能及び，その他の仕様を表-7 に示す．

用されている舗装用ポーラスコンクリートは設計
2

曲げ強度 2.5N/mm 以上を標準としている

6）．よって，施工性等を考慮した場合，軽交通路線用を満足するポーラスコンクリートである方が望まし

表-7 要求性能及び仕様
分類

項目
圧縮
強度
強度
要求
性能
透水
透水性
係数

いと考える．ポーラスコンクリートの圧縮強度と曲げ強度の関係は概ね（圧縮強度）＝7～8×（曲げ強度）の関係があり 3），曲げ強度 2.5N/mm2 以上に換算される圧縮強度は 17.5～20N/mm2 以上と- 175 -

仕様

性能

基準値
備考
2
20N/mm 空隙率管理基準上限値でも満足させる以上
0.01cm/s
以上
プラントで準備可能な粗骨材最大寸法 15mm
骨材を使用
20%±3.5%
空隙率
厚さ

60mm

調整コンとの間に付着材は使用しない
骨材最大寸法の4倍

７．まとめ

謝辞：本検討は，鹿島道路(株)と工事契約の中で実施し，貴重なご意見を頂いている．また，阪神
高速道路(株)技術審議会構造技術委員会舗装委員

本稿の検討結果のまとめを以下に示す．

① 本検討では「湧水が路盤内に滞水しないよう， 会及び，分科会の委員の方々にご指導頂きました．
速やかに排水できる構造とする」「湧水に対ここに深く感謝の意を表します．

し耐久性の高い路盤を構築する」という２つの設計思想に基づいて湧水対策を検討した．
② 縦断勾配が緩い区間では，湧水が路盤内に滞水しないよう，速やかに排水できる構造を構築するため，下層路盤を再生砕石から調整コ

参考文献
1)
2)
3)

ンクリート及び，ポーラスコンクリートに変更した．
③ 縦断勾配のある区間では，湧水に対し湧水に

4)5)対し，耐久性の高い路盤を構造するため，下6)層路盤を再生砕石からセメント安定処理に変
7)
8)

更した．
④ B，D区間の下層路盤に使用するポーラスコン
クリートは圧縮強度で強度性能を定めた．

9)

日本道路協会：舗装の維持修繕ガイドブック，2013.
財団法人セメント協会：コンクリート舗装の補修技
術資料，2015.
中山栄作・高田佳彦・鈴木威・森重和・鎌田修：高速道路本線上におけるポーラスコンクリート舗装の室内試験による配合検討，舗装工学論文集第 17 巻,
1_147, 2012.
NEXCO：設計要領第一集舗装編，p19, 2013.
全国生コンクリート工業組合連合会：ポーラスコン
クリートの製造・施工の手引き（舗装編），2011.
財団法人セメント協会：車道用ポーラスコンクリー
ト舗装設計施工技術資料，2007.
公益社団法人日本道路協会：設計便覧，p79, 2006.
独立行政法人土木研究所：道路路面雨水処理マニュ
アル（案），土木研究所資料第 3971 号，2005.
大久保和正・大川英雄・帆苅浩三；排水性舗装用導水管の設置効果（排水効果）に関する実大供試体による検討，第 23 回日本道路会議一般論文集(C)，
pp.14-15, 1999.

WATER SEEPAGE COUNTERMEASURES FOR THE ROADBED OF AN OPEN CUTTUNNEL: AN APPLICATION OF POROUS CONCRETE
Shunsuke KASE, Koichi SUGIOKA and Tetsuya HOSHIZUMIWater seepage occurs at some joints and cracks in an open cut tunnel on the Yamatogawa Route. Sinceordinary waterproofing measures did not work, a draining system was constructed by using porous
concrete. The design concepts were to ensure quick draining performance of the system and to provide
high durability to the roadbed under exposure to water seepage. It was necessary to determine theperformance of porous concrete as the roadbed because of few experience of using the material for that
purpose. This paper describes the water seepage countermeasures for the roadbed of an open cut tunnel
and the performance of porous concrete used as the roadbed.

加瀬 駿介

杉岡 弘一

星住 哲也

阪神高速道路株式会社
阪神高速道路株式会社
阪神高速道路株式会社
建設・更新事業本部堺建設部設計課 建設・更新事業本部堺建設部設計課 建設・更新事業本部堺建設部設計課
Shunsuke Kase
Koichi Sugioka
Tetsuya Hoshizumi- 176 -