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平成２０年度 港湾空港技術講演会

性能規定型の新しい
空港舗装設計法について

平成２０年10月8日
国総研 空港研究部 空港施設研究室
水上 純一

空港舗装設計の手順等
アスファルト舗装

旧設 計 CBR
設計反復作用回数
設計航空機荷重
舗装区域（施設種別）

新各層弾性係数
設計離着陸交通量
設計航空機荷重
施設種別

舗装厚表
仮舗装厚設定舗装厚決定
コンクリート舗装

設計 K 値
設計反復作用回数
設計航空機荷重
舗装区域（施設種別）

荷重支持性能の照査
走行安全性能の照査
表 層 の 耐 久 性 能 の 照 査 （ As の み ）

版厚図表
舗装厚決定
舗装厚決定

＜設計供用期間＞
わが国におけるこれまでの破損事例の調査結果等から下記を標準とする。
・アスファルト舗装およびコンクリート舗装の荷重支持性能 ： ２０年
・コンクリート舗装の走行安全性能： ２０年
・アスファルト舗装の走行安全性能：１０年・アスファルト舗装の表層の耐久性能 ：１０年

1

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内容
アスファルト舗装の設計について
従来の「空港舗装構造設計要領」の概要
仕様規定型設計法（この条件ならこの厚さ）
経験的設計法（この厚さがあれば壊れない）→設計図表に条件を入れて設計
新しい「空港舗装設計要領」
性能規定型設計法（「性能」を満たす厚さを決める）
理論的設計法（「性能を満たす」ことを確認する方法）→舗装の「疲労度」を計算して設計
コンクリート舗装の設計について（要点のみ）
3

アスファルト舗装の構成
表層
基層
上層路盤

適切な層厚を算定

下層路盤

路床

42

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設計手順
上層路盤，下層路盤を「粒状材」で構成する場
合の舗装厚を「基準舗装厚」と言う
基準舗装厚＝表基層厚＋上層路盤厚＋下層路盤厚設計の順番①基準舗装厚（全体の厚さ）②表基層厚③上層路版厚④下層路盤厚

5

設計手順
・表基層厚
舗装区域 （どこの箇所？）
設計荷重 （航空機の大きさは？）
設計反復作用回数 （何回走る？）
・路盤厚
路床の設計CBR （路床の強度は路床の設計C（路床の強度は？））
路盤材料種類 （アス安，セメ安，粒状材？）
一層最小施工厚 （施工可能？）63All Rights Reserved, Copyright(C)2008, National Institute for Landand Infrastructure Management

舗装区域

滑走路中間部

滑走路端部

p.3 図1.1
7

舗装区域
舗装区域

対象

A

滑走路端部，全備重量の航空機が通過する誘導路，ローディングエプロン

B

滑走路中間部，脱出誘導路，ナイトステイエプロン，ナイトステイエプロンに通ずる連絡誘導路

C

メンテナンスエプロン，メンテナンスエプロンに通ずる連絡誘導路

D

オーバーラン，ショルダーE

ランプ車両通行帯，機材置場
84All Rights Reserved, Copyright(C)2008, National Institute for Landand Infrastructure Management

設計荷重
設計荷重の区分
LA-1
LA-12
LA-2
LA-3
LA-4
LA
4LSA-1
LSA-2

対象B-747, DC-10, B-777, MD-11
A-300, B-767
A-320, MD-81, MD-87, MD-90
DC-9-41, B-737
YS-11
YS
11
ドルニエ228-220, DHC-6-300
N24A, BN2A
9

設計反復作用回数（設計カバレージ）
計算 ら求 る計算から求める
設計反復作用回数

設計反復作用回数

設計反復
作用回数の区分～3,500未満

3,000

a3,500回以上～6,000回未満

5,000

b

6,000回以上～12,000回未満

10,000c

12,000回以上～25,000回未満

20,000d

25 000回以上～50
25,000回以上
50,000回未満
000回未満40 00040,000e105

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設計反復作用回数（設計カバレージ）とは？
・大型航空機の10,000回と中型航空機の10,000回は舗装に対する影響が異なるので，全ての機材の交通量を代表機種 荷重を想定した交通量に換算する
代表機種の荷重を想定した交通量に換算する．
・航空機はいつも同じ位置を走行しているわけではなく，横方向に対してバラツキがあるために，代表機種が同じ位置を走行すると仮定して換算する．
・設計反復作用回数は離発着回数ではない
・設計反復作用回数は離発着回数ではない．

11

基準舗装厚
路床の設計C と路床の設計CBRと設計反復作用回数の区分から算出

LA-1の基準舗装厚
CBR
2
2.5
33.5
44.5
56789101214161820a256226202184168
154143125112
10192847364585454

設計反復作用回数の区分bcd269
288
307
238
256
275
215
232
249
196
210
227
180
195
210
165
180
195
153
169
183
134
148
162
121
132
145
109
120
131
100
110
120
92
101
110
80
87
95
70
78
85
6370
76
58
6470
545964

e328
295
268
245
227
210
199
176
158
144
132
122
106
94
84
76
70

126

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基準舗装厚

滑走路横断方向の減厚

舗装区域による減厚

滑走路端部
(A区域)

滑走路中間部(B区域)

中央帯

1009080

縁端帯

80

7050

ショルダー

50

50

舗装区域

基準舗装厚の比 (%)

A

100

B90CD

表基層厚
設計荷重 区分，
設計荷重の区分，
設計反復作用回数区分から算出

設計荷重の区分

設計反復作用回数の区分

最小合計厚LA-1abcde

1414151516LA-12abcde1313141415LA-2abc121212LA-3abc101010LA-4abc88813147

All Rights Reserved, Copyright(C)2008, National Institute for Landand Infrastructure Management「空港舗装構造設計要領」のまとめ
仕様規定型設計法，経験的設計法
一般的な条件を想定した図表を用意．
想定していない条件には，そのまま適用できない場合がある．
例えば，長持ちする新材料の登場などを
例えば長持ちする新材料の登場などを設計図表に反映するまでに時間がかかる．

15「空港舗装設計要領」の概要
性能規定型設計法，理論的設計法「舗装に求められる性能」を満足すればよい
標準厚などは記載していない
一般に使用してよい照査方法，限界値を例示

168All Rights Reserved, Copyright(C)2008, National Institute for Landand Infrastructure Management

仕様規定型と性能規定型
項目

仕様規定型

性能規定型

設計要領の記述条件ごとに具体的な厚 求められる性能と，一般さを提示的な照査方法を提示

代表機種

定める

定めない

設計交通量

カバレージ

各機材の離着陸回数

設計荷重

代表機種の荷重

各機材の離着陸荷重

破壊の定義ない（この厚さなら破壊しないという経験）

Ａｓの疲労ひび割れ
路床の圧縮破壊
交通量，荷重，走行速度，横断方向走行位置で直接考慮する場所による減厚 あり

17求められる性能と照査方法求められる性能

荷重支持性能照査項目

照査内容

具体的照査方法の有無① 路床の支持力に対する照査

疲労度○② 路盤の支持力に対する照査

路盤支持力

みなし
（最小厚規定と共通仕様書）③ 凍上に対する照査

凍結深さ

○

④ 疲労ひび割れに対する照査

疲労度○⑤ 温度ひび割れに対する照査

引張強度⑥ すべりに対する照査

すべり摩擦係数⑦ アスファルト舗装のわだち掘れに対する照査

わだち掘れ量

走行安全性能⑧ 気象劣化に対する照査なし⑨ アスファルト混合物の剥離に対する照査なし

表層の耐久性能⑩ アスファルト混合物の骨材飛散に対する照査なし⑪ アスファルト混合物層の層間剥離に対する照査

層間せん断強度「みなし」とは？
「●●と××を満足していれば，照査しなくて良い」（具体的な照査方法がまだ無いため）

みなし（④と共通仕様書）
みなし（グルービングと共通仕様書）
みなし（荷重支持性能と共通仕様書）
みなし（共通仕様書）みなし（共通仕様書）みなし（共通仕様書）みなし（共通仕様書）189

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具体的に何をすればよいか・「荷重支持性能」を満足する舗装厚を決める・アスコンのひび割れ，路床の圧縮破壊が発生しない
アスコンのひび割れ，路床の圧縮破壊が発生しない・舗装厚を仮定し，「路床の疲労度」と「アスコンの疲労度」を計算する
・疲労度が1.0以上なら，舗装を厚くして再計算
疲労度が1.0以下になればＯＫがば・疲労度を算出するためには「ひずみ」を計算する → フリーソフト等「疲労破壊曲線」を使用する → 要領に記載

19「荷重支持性能」照査フロー①部位別の設計条件の設定③のひずみの算出に使用
設計荷重 気温 走行速度
設計荷重，気温，走行速度④の疲労度の算出に使用
設計供用期間，設計交通量（離着陸回数），横断方向走行位置分布の標準偏差，疲労破壊曲線②舗装断面の仮定③ひずみの算出（アスコン，路床）④疲労度の算出（アスコン，路床）
2010

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設計供用期間
経験的設計法
設計年数10年を標準とする理論的設計法
設計供用期間として，
荷重支持性能走行安全性能表層の耐久性能

一般に20年
一般に10年
一般に10年
般に10年

理由：
わだち掘れや平坦性悪化 → 10年でオーバーレイ
路床やアスコンのひび割れ → あまり壊れてない
21

設計交通量

滑走路中間部
滑走路端部
高速脱出誘導路
縁端帯
ショルダー・過走帯

離陸＋着陸（離陸＋着陸）×使用方向別割合
着陸のみ
縁端帯にはみ出す交通量（確率分布から）
年１回
2211

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設計荷重
経験的設計法
代表機種の離陸時荷重（代表機種に換算した設計反復作用回数を使用していたから）
代表機算

理論的設計法離陸交通量に対しては離陸荷重
着陸交通量に対しては着陸荷重（個別の交通量を使用するから）

23

温度・走行速度ひずみ計算に使用するアスコンの弾性係数を設定するのに使用温度の考慮方法
温度考慮方法
月別の外気温平均値から計算する
暑い → アスファルトは柔らかい → キツイ
寒い → アスファルトは硬い → ラク
走行速度の考慮方法
位置別の平均走行速度を使用
160km/h
滑走路中間部
アスファルトは硬い → ラク
32km/h
上記以外
アスファルトは柔らかい → キツイ
2412

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横断方向走行位置
航空機はいつも同じ位置を走行していない
B747主脚の位置
基本位置

基本位置より少し左走行方向

基本位置よりかなり右5.5m

確率分布で表す

滑走路中心
25

横断方向走行位置
航空機の走行位置のブレは，横断方向走行位置の正規分布曲線で考慮する
・正規分布式と要領記載の標準偏差σから算出する・囲まれる面積が「走行確率」になる
・全面積合計は1になる
全面積合計は1になる
脚中心線

離陸全数がA回とした場合，右図の斜線部を走行する回数はそれぞれA×b回，A×c回となる
ここを走行する確率＝囲まれた面積＝c

標準偏差σ＝ばらつきの程度を表す
変曲点

ここを走行する確率＝囲まれた面積＝b26

13

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横断方向走行位置・標準偏差（横断方向のばらつき）は，航空機の大きさ，離陸・着陸，位置 を考慮して設定
標準偏差大 → 左右にばらつきが大右 ばら き 大 → ラク
標準偏差小 → 左右のばらつきが小 → キツイ
既往の測定結果を基にした標準偏差の例
航空機
コード
コド
E, F
B～D

滑走路
離陸時
0.91m
0.74m

滑走路
着陸時
1.74m
1.10m

平行誘
導路
0.67m
0.57m

高速脱出誘導路
0.74m
0.63m

使い方は後述．．．
27

疲労破壊の概念
引張ひずみが繰返し発生することで，アスファルト混合物層下面にひび割れが発生する

アスファルト混合物

疲労の蓄積

疲労ひび割れ引張ひずみ

大型機：ストレート
小型機：ジャブ小型機ジャブ→
大型機：重度のダメージ
小型機：軽度のダメージ →打たれ続けることによるダメージの蓄積→
ノックアウト→

航空機荷重の載荷
引張ひずみの発生
繰返しによる疲労の蓄積
疲労ひび割れの発生

2814

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ひずみの算出
月別の温度，位置別の走行速度を考慮した弾性係数を使用して舗装内に生じるひずみを計算
アスコン
タイヤ直下のアスコン層下面
路床
脚中央の路床上面
大型機

小型機

中型機

アスコン（アス安含む）
路盤

路床
29

疲労破壊曲線
そのひずみが何回作用したら破壊するかを決める式
引張ひずみ（アスコン）
張 ず （）
圧縮ひずみ（路床）重い航空機による大きなひずみ

路床・アスファルト混合物の疲労破壊曲線（それぞれ要領に記載）

軽い航空機による小さなひずみ

8万回で破壊30万回で破壊

寿命

3015

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疲労度の算出重い航空機による大きなひずみ
軽い航空機による小さなひずみ

8万回で破壊30万回で破壊6万回10万回

設計交通量
疲労度

寿命

6万/8万＝0.75 ＋ 10万/30万＝0.34 ＝ 1.0931

疲労度の算出航空機①Asのひずみ②As疲労破壊曲線から計算される破壊回数③交通量から求まる
繰返し回数

④疲労度
(③/②)

B747

420μ

80,000回

60,0000.750

B767

370μ

100,000回

50,0000.500

A320

340μ

300,000回

100,0000.300

アスコンの疲労度の合計 1.550 > 1.000 →NG
航空機①路床のひずみ②路床疲労破壊曲線から ③交通量から求まる計算される破壊回数
繰返し回数

B747

800μ

100,000回

B767

760μ

A320

640μ

④疲労度
(③/②)

60,0000.600

200,000回

50,0000.250

800,000回

100,0000.125

路床の疲労度の合計 0.975 < 1.000 →OK
アスコンの疲労度が1以上なので，アスコンを厚くして再計算
3216

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疲労度を小さくするには舗装が厚くなれば，ひずみは小さくなる→疲労度は小さくなる

33

再び，横断方向走行位置

5.5m
B747-400
A300-B4
A320-200
DC-9-41
DHC-8

・機材によって脚の位置が異なる
・横方向に走行位置がブレる→最大ひずみがいつも／どの機種でも同じ回数だけ発生するわけではない34

17

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再び，横断方向走行位置
滑走路中心線
横断方向走行確率 ×
航空機A
4脚
航空機B
2脚×

航空機C
2脚×

Ａの交通量×Ａのひずみ
Ａのひずみによる破壊回数

Bの交通量×Ａのひずみ
Bのひずみによる破壊回数
Cの交通量×Cのひずみ
Cのひずみによる破壊回数
合計

疲労度
合計

各機材の脚位置と横断方向走行位置を考慮して疲労度が最大となる位置で疲労度が1以下であればよい
35

減厚等
経験的設計法
基準舗装厚に対する減厚は，走行頻度や走行速度を考慮して，走行頻度や走行速度を考慮して舗装区域別に0.9や0.8などの係数で行っていた理論的設計法下記を考慮して設計することにより，結果は概ね上記と等しくなる
・位置別の交通量
・位置別の荷重
・位置別の走行速度
・位置別の横断方向走行位置分布
3618

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具体的計算方法
ひずみの計算
多層弾性解析プログラムを使用（非常に簡単）「多層弾性理論による舗装構造解析入門（土木学会）」
GAMES「土木学会舗装工学委員会」ＨＰからダウンロード可能
疲労度の計算
ひずみの計算結果などからExcelで計算
機種ごとのひずみ（月別）機
機種ごとの交通量
機種ごとの走行位置
機種ごとの横断方向走行位置分布37

理論的設計法まとめ
性能を満たせばよい
今のところ「荷重支持性能」で舗装厚が決まる「構造的破損」には20年，「路面的破損」には10年
荷重支持性能で舗装厚が決まるので，設計交通量としては「20年」
荷重支持性能の照査は「疲労度」で行う
アスコン（ひび割れ），路床（圧縮破壊）び割
路縮みなし規定として「経験的設計法」は残している「多くの経験」による経験的設計法の厚さがあれば荷重支持性能を満足するとみなしてよい
3819

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コンクリート舗装の構成

コンクリート版

適切な層厚を算定

上層路盤
下層路盤

路床

39

コンクリート版厚
設計荷重の区分

設計反復作用回数の区分
MN

O

LA-1

3742

45

LA-12

32

36

39

LA-2

30

34

36

LA-3

2730

32

路版の設計支持力係数
コンクリートの設計基準曲げ強度

70MN/m3
5.0N/mm2の場合舗装区域によるコンクリート版厚比
舗装区域

基準舗装厚の比 (%)

A100

B90C

80D60

コンクリート版厚＝42 cm×100%＝42 cm4020

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コンクリート版厚表の背景
・荷重応力
航空機荷重がコンクリート版に載荷された際にコンクリート版下面に生じる応力
ンクリ ト版下面に生じる応力
版が厚くなれば荷重応力は減少する
・温度応力
日温度によるコンクリート版の膨張，収縮，反り等の変形が拘束されることにより発生する応力（動きたくてもコンクリート版は動けない）
・安全率
温度応力と疲労の影響が良くわからないため，過去の経験から交通量に応じた安全率を使用する
41

温度応力 温度高自重による拘束

コンクリート版
温度低路盤

温度差によるそり変形

曲げ拘束応力の模式図
曲げ拘束応力版上下面温度差で上記のように反りたくても自重により反れない
日中は引張応力内部拘束応力深さ方向の温度分布は非線形だが変形は線形
曲げ拘束応力の反対向き
軸拘束応力
温度上昇で水平方向に伸びたくても摩擦により伸びることができない
日中は圧縮応力4221

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求められる性能と照査方法求められる性能

荷重支持性能照査項目

具体的照査方法の有無

照査内容① 路床・路盤の支持力に対する照査

たわみ量

○

② コンクリート版の疲労ひび割れに対する照査

疲労度○③ 凍上に対する照査

凍結深さ④ すべりに対する照査

すべり摩擦係数⑤ 段差に対する照査

段差量

走行安全性能○みなし（荷重支持性能と共通仕様書）
みなし（スリップバーとダウエルバー）「みなし」とは？
「●●と××を満足していれば，照査しなくて良い」（具体的な照査方法がまだ無いため）

43

具体的に何をすればよいか・「荷重支持性能」を満足する舗装厚を決める・過大なたわみ量，版の疲労ひび割れが発生しない
過大なたわみ量，版の疲労ひび割れが発生しない（版厚は後者で決まる）
・版厚を仮定し，「コンクリート版の疲労度」を計算する
・疲労度が1.0以上なら，版を厚くして再計算
疲労度が1.0以下になればＯＫ・疲労度を算出するためには「荷重応力」を計算する → FEM等「温度応力」を計算する → 国総研の温度応力式「疲労破壊曲線」を使用する → 要領に記載 4422

All Rights Reserved, Copyright(C)2008, National Institute for Landand Infrastructure Management「荷重支持性能」照査フロー①部位別の設計条件の設定③の荷重応力，温度応力の算出に使用
設計荷重 気温
設計荷重，気温④の疲労度の算出に使用
設計供用期間，設計交通量（離着陸回数），横断方向走行位置分布の標準偏差，疲労破壊曲線②版厚の仮定③荷重応力，温度応力の算出④版の疲労度の算出
45

設計供用期間
経験的設計法
設計年数10年を標準とする理論的設計法
設計供用期間として，荷重支持性能
走行安全性能一般に20年
一般に20年理由：
10年で疲労ひび割れは発生していない

4623

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荷重応力
FEM等により，ばね要素に支持される版に発生する応力を算出
応力の算出位置は版中央でよい（後述）例えば7.5×7.5m版

目地

航空機脚荷重

曲げ応力
曲げコンクリート版
航空機荷重

弾性ばね

モデル平面図

モデル断面図47

温度応力
版上下面の温度差を温度応力の算定に使用

σ =βσ
βE
α
θ’
ν

Eαθ '2(1 − ν )版中央部の温度応力 (N/mm2)-0.772h + 0.854
コンクリートの弾性係数 (N/mm2)
コンクリ トの線膨張係数 (10-66/℃)
コンクリートの線膨張係数
版上下面温度差 (℃，時間帯により変化→国総研資料)
ポアソン比

4824

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温度応力
温度応力＋荷重応力

温度 応 力時刻

温度応力
温度応力は，日中は引張，夜間は圧縮
日中と夜間の交通量の比を考慮する
荷重応力に温度応力を足したものが発生応力49

理論的設計法まとめ性能を満たせばよい
今のところ「荷重支持性能」で舗装厚が決まる
設計供用期間は「20年」
荷重支持性能の照査はコンクリートの疲労度（ひび割れの防止）
たわみ量（大きな変形の防止）→これでは決まらない
みなし規定として「経験的設計法」は残している「多くの経験」による経験的設計法の厚さがあれば荷重支持性能を満足するとみなしてよい
5025

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ご清聴ありがとうございました

5126