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第１０回 空港技術報告会

空港舗装の診断技術開発の取り組み

国土技術政策総合研究所 ○坪川将丈，水上純一

空港舗装の予防保全的維持・管理の推進○空港舗装の健全度の把握が重要⇒空港舗装の高度診断技術の必要性○従来の調査手法、技術
・路面に対して、目視点検、路面性状調査（PRI）
・舗装構造に対して、FWD調査○新たな課題への対応、新技術の活用○新たな課題の対応、新技術の活用
・熱赤外線画像による層間剥離探査技術
・光ファイバによる舗装内ひずみモニタリング技術

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熱赤外線画像による層間剥離探査技術
現行の調査方法
・打音調査 － 舗装表面をハンマーで叩き，異音箇所を特定・「点」での調査であり，面的に網羅することが困難．
・異音を定量的に処理するのが困難（技術者による）．
異音を定量的に処理するのが困難（技術者による）滑走路における打音調査の様子

面的・定量的に剥離箇所を検出する調査方法が必要

検討手法
１．夜間の空港における適用性試験⇒ 2008年度空港技術報告会 港空研 前川主任研
２．適用可能な気象条件の検討

静止画撮影状況

動画撮影状況

赤外線カメラ2

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熱赤外線法による検出原理
剥離部の空気層により断熱されるため，剥離直上部は「熱しやすく冷めやすい」状態
・昼間（温度上昇期）
剥離部温度＞健全部温度・夜間（温度下降期）
剥離部温度＜健全部温度

高温部

低音部

アスファルト混合物

層間剥離

夜間の温度解析例（赤色：高音部，青色：低温部）

適用性試験結果の一例
10 m

C4C3C2
C1
10 m
A1A3A2地点
名

熱赤外線打音コア採取による剥離深さ

A1

低温部

異音65 mm

A2低温部

異音65 mm

A3

低温部

異音

50 mm

C1

異常なし

異音

65 mm

C2

異常なし

異音

68 mm

C3

異常なし

異音

60 mm

C4

異常なし

異音

45 mm

赤丸：異音＆低温青丸：異音のみ

全ての層間剥離を検出できるわけではないが，熱赤外線調査（定期調査）→打音調査（詳細調査）で効率化が可能

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適用気象条件の検討
層間剥離に起因する舗装表面の温度差には気象条件が大きく影響する

2次元FEMによる舗装温度解析
層間剥離による温度差を解析で算出パラメータ：剥離深さ，気温，風速，日射量

気象条件から，事前に調査可能か否かを推測
調査当日に発生する舗装温度差予測式の検討
都市別／月別の調査可能日数の検討

舗装温度解析
対象都市： 札幌，仙台，新潟，東京，大阪，那覇
気象条件： 夏季（6-8月），秋季（9-11月）の晴天時，曇天時
解析手法： 2次元FEMにより熱伝導，熱伝達，放射を考慮
短波長
放射
日射

アスファルト混合物
18 cm

反射
日射長波長放射大気からの赤外放射

舗装表面からの赤外放射

熱伝達
顕熱

剥離深さ
地中伝導熱

層間剥離
幅25 cm，厚さ1 mm

セメント
安定処理材
42 cm
断熱面
50 cm

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0.8
東京 剥離深さ6cm
夏季晴天
夏季曇天
秋季晴天
秋季曇天

0.6
0.4

0.2
0.0
-0.2
-0.4
-0.6
-0.8

19:30 21:30 23:30 1:30 3:30 5:30 7:30

時刻

舗装表面温度差 (層間剥離部－健健全部，℃)

舗装表面温度差 (層間剥離部－健健全部，℃)

天候・季節・剥離深さの影響
0.8
東京 剥離深さ12cm
夏季晴天夏季曇天
秋季晴天
秋季曇天

0.6
0.4
0.2
0.0
-0.2
-0.4
-0.6
-0.8

19:30 21:30 23:30 1:30 3:30 5:30 7:30

時刻

深さ６cm

深さ12cm

層間剥離による発生温度差
・天候
晴天＞曇天
・季節
夏季＞秋季
・剥離深さ6cm＞12cm

日中，舗装が十分に熱せられ，夕方から夜間にかけて温度が大きく低下することが重要

重回帰分析結果

ΔT pav = 0.01335 ΔTair + 0.02944Q− 0.01743v + 0.12282
ΔTpav 最大舗装表面温度差（℃）
ΔTair 一日の気温差（℃）
気温差（℃）
Q
日中の積算日射量（kW・h/m2）v
一日の平均風速（m/s）（層間剥離深さ8cmの場合）

重回帰式によよる推定舗装温度差 (℃℃)

各都市の気象条件（気温差，日射量，風速）から算出した
舗装表面の最大温度差を目的変数として重回帰分析を実施
05
0.5
0.40.3

札幌
仙台
新潟
東京
大阪
那覇

0.2
0.1
R2=0.952

0.00.00.1
0.2
0.3
0.40.5
FEMによる最大舗装温度差 (℃)

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舗装表面温度差 (℃℃)

舗装表面温度差の変化
1.0
0.8
0.6
04
0.4
0.2
0.0-0.2
-0.4
-0.6
-0.8
-1.018

舗装表面温度差
健全部-剥離部
最大温度差202224０26

２28４30６32

時刻

舗装温度差は深夜から早朝にかけて低下傾向⇒夜間から早朝まで調査を実施するためには．．．

深夜最大温度差と早朝温度差との関係
早早朝6時の舗装温度差(℃)

0.50.4

Y=0.7095X+0.0290
R2=0.886

0.3
0.2
0.1
0.0
0.0

0.1
0.2
0.3
0.4
最大舗装温度差 (℃)

0.5

最も厳しい早朝でも0.2℃の温度差が確保されるためには，深夜の最大温度差が0.25℃程度以上であることが必要

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調査可能日数の検討
各月の調査可能日数 (日)353025札幌
東京
大阪

20151050.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
月

調査可能日の設定条件
早朝6時の時点で0.2℃以上の舗装温度差が生じている日（雨天含む）

ノイズ（タイヤ痕）の影響除去方法

可視画像

熱赤外線画像熱赤外線画像では，タイヤ痕が「低温部」に見える．
⇒実際の温度は周囲と同じ⇒タイヤ痕部のゴムの赤外線反射率の影響7

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天空からの下向き赤外放射

熱赤外線画像熱赤外線画像高温部

低温部

見かけの高温部

見かけの低温部

赤外線量多

赤外線量少

赤外線量多赤外線量少
上向き赤外放射

高温部

舗装

低温部
剥離

表面温度は同じ
タイヤ痕

舗装

可視画像

同じタイヤ痕

熱赤外線画像（遮蔽なし）

熱赤外線画像（遮蔽あり）

遮蔽物により熱赤外線画像におけるタイヤ痕を消去可能

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完全遮蔽（上・左右・前後）

部分遮蔽（上・左右）

可視画像

剥離位置（低温部）

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熱赤外線画像（完全遮蔽）

熱赤外線画像（部分遮蔽）

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熱赤外線画像（遮蔽なし）

結論・層間剥離の位置が浅い場合や，昼夜の気温差の大きい晴天時に舗装温度差は大きくなる．
・気温差，積算日射量，平均風速から，層間剥離 起 する温度差を推定する とが 能層間剥離に起因する温度差を推定することが可能．
・比較的高緯度の空港でも，春から秋にかけて適用可能．
・撮影位置の天空からの放射を遮蔽することで，タイヤ痕の影響は無視できる程度に軽減できる．
（研究成果報告）
・土木学会舗装工学論文集第12巻（2007）
土木学会舗装工学論文集第12巻（2007）
坪川，水上：
熱赤外線画像による空港舗装の層間剥離検出法に関する研究
・港湾空港技術研究所報告（2009年12月予定）

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光ファイバによる舗装内ひずみモニタリング技術
現行の舗装健全度診断方法
・舗装構造
ＦＷＤ調査，解体調査
・路面ＰＲＩ，目視点検
ＦＷＤ試験機重錘たわみ検出器

防振ゴム

圧力変換器
載荷板

D0450300450600
9001500300

2500

450600[単位: mm]

90015002500

舗装表面の応答値から内部の構造健全度を推定

直接的・継続的に舗装の応答（ひずみ）を観測することで，舗装健全度の診断，補修設計の高度化が可能となる

光ファイバによる計測原理（ＢＯＴＤＲ）
BOTDR方式
・入射光が光ファイバを通過すると，後方散乱光が発生
・光ファイバにひずみが発生した際の，後方散乱光の一つであるブリルアン散乱光の周波数の変化量からひずみを計測
特徴
・細いため構造物の挙動を阻害しない
・光ファイバへの給電不要
・長距離の計測が可能
・光ファイバの任意の位置のひずみを測定可能
・構造物の静的な挙動を計測
構造物の静的な挙動を計測
透過光

入射光

後方散乱光

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光ファイバによる計測原理（ＦＢＧ）
ＦＢＧ方式
・光ファイバのコアに屈折率が異なる部位（センサー部）を設ける
・入射光がセンサー部に到達すると，ある特定の波長（Bragg波長）のみが反射されて戻 てくるのみが反射されて戻ってくる・Bragg波長の変化量からひずみを計測
特徴
・細いため構造物の挙動を阻害しない
・光ファイバへの給電不要
・長距離の計測が可能（測定点数は1本当たりで制限あり）
圧縮ひずみの計測が可能
・圧縮ひずみの計測が可能
コア
・構造物の動的な挙動を計測 センサー部
入射光反射光試験舗装への埋設（その１）
15070

550

常温As混合物

FBG方式
拡大
薄肉ゴム

40 40

BOTDR方式
方（心線）

ﾀｯｸｺｰﾄ塗布

薄肉プレート

舗装合材の転圧によるファイバ防護のためセンサを貼付けるものより薄い薄肉ゴムでカバーをする

アスファルト舗装舗設時に箱抜き
舗装舗設時 箱抜
⇒薄肉プレートに張り付けた光ファイバ（非耐熱）を埋設⇒薄肉ゴムで保護，常温アスファルト混合物で埋め戻し
計測は問題なし
常温混合物で埋め戻したため，埋戻し部に大きな変形が発生

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試験舗装への埋設（その２）

アスファルト安定処理上層路盤上に薄肉プレートに張り付けた光ファイバ（非耐熱）を設置⇒アスファルト系シートで保護
ア ファルト系シ トで保護
⇒表基層は注意しながら通常施工
液状化に伴う永久変形の計測
非耐熱であるが，通常のアスコンであれば問題なし
計測は問題なし，施工での留意が必要

60

表層

50

基 層②

50

試験舗装への埋設（その３）基 層①

BOTDR（FR P）センサ
拡大

セン サプレート

上 層路盤

アスファルト安定処理上層路盤上に薄肉プレートに張り付けた光ファイバ（耐熱・非耐熱）を設置
薄肉プレトに張り付けた光ファイバ（耐熱 非耐熱）を設置⇒表基層は注意しながら通常施工

計測は問題なし，施工での留意が必要

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試験舗装への埋設（その４）アスファルト安定処理上層路盤上を小さく箱抜きしアァルト安定処理 層路盤 を小さく箱抜きし薄肉プレートに張り付けた光ファイバ（耐熱）を設置⇒常温式目地材で埋め戻し⇒表基層は通常通り施工
計測は問題なし，埋め戻し部に過大な変形量も発生せず

走行載荷試験
航空機荷重載荷装置による走行試験
・速度：5km/h
・荷重：910kN（B747-400相当）

910kN

5km/h

表基層
As安路盤

光ファイバ

粒状路盤
路床15

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走行載荷試験

走行方向

走行直角方向水平ひひずみ ( μ)

300
タイヤ直下
タイヤ間中央20074cm

1000

光ファイバ

-100-200-300

048121620時間 (s)前述の「その３」の舗装でのＦＢＧ方式による計測結果（基層下面）
タイヤ直下 引張ひずみが発生
タイヤ間中央 圧縮ひずみが発生

今後の予定
・埋設方法の検証
・計測値と解析値の比較
・走行回数と発生ひずみ量の変化の検証
・補修（アスファルトオーバーレイ）効果の検証

研究成果は国総研資料で発表予定

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