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

平成20年度 港湾空港技術振興会講演会

空港舗装の理論的設計法について
国土技術政策総合研究所
空港研究部 空港施設研究室 水上 純一

1

全体の中身
前半
・アスファルト舗装の設計法について後半
・コンクリート舗装の設計法について
コンクリ ト舗装の設計法について

2

1

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

空港土木施設設計に係る性能規定の体系
現行見省令（設置基準）性

直し省令（設置基準）

告示（基準細目）

・施設の目的及び性能・国際規格・性能の照査に必要な事項（性能を満たすための要件）

性

能・施設の目的及び性能・国際規格

標
準的な
手法

設計のための基準・要領

照査のための要領等

・法令（設置基準）に規定する性能を満たす標準的な設計法・規格を通知
・設計業務の効率化のため空港管理者が利用・性能を照査（確認）する具体的な方法を例示
・設計者の利便を考慮し、性能を簡易に照査できる
みなし規定も例示

遵守すべき事項

性能の階層

照査の階層

能照
査

施設の目的

省令（第７９条設置基準）

施設に求められる性能性能を照査するための要件（性能規定）

告示（陸上空港の基準対象施設の性能の照査に必要な事項）

性能の照査の具体的な方法（任意事項）

要領（参考資料）
空港舗装設計要領
3
空港土木施設構造設計要領
空港土木施設耐震設計要領

解説（空港土木施設の設置基準解説）

内容・前半
従来の「空港舗装構造設計要領」
装仕様規定型設計法（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
・後半
新しい「空港舗装設計要領
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
42

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

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

5

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63

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

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？）
7

設計条件
・設計年数
・舗装箇所
舗装箇所
・対象機種
・設計反復作用回数
・路床の設計CBR・路盤材料

10年
滑走路中間部中央帯
B-747，Ａ-300
15,000回
10%
上層－As安定処理材
下層－粒状路盤

84

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
9

中央帯・縁端帯・ショルダー

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

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
11

設計荷重
設計荷重の区分
LA-1
LA-12
LA-2
LA-3
LA-4
LA
4
LSA-1LSA-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
YS11
ドルニエ228-220, DHC-6-300
N24A, BN2A
126

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

設計反復作用回数（設計カバレージ）
計算から求める
計算
ら求 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 00040,000e13

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．

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

LA-1の基準舗装厚

基準舗装厚

CBR
22.5
33.5
44.5
567891012
14161820

路床の設計CBRと設計反復作用回数の区分から算出

a256226202
184
168
154
143
12511210192847364585454

設計反復作用回数の区分
bcd269288
307238256275215232249
196210227180195210165180
195153169
183
134
148
162
121
132
145
109
120
131
100
110
120
92
101
110
80
87
95
70
78
85
63
70
76
586470545964

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

15

基準舗装厚

舗装区域による減厚

滑走路横断方向の減厚

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

5050

舗装区域

基準舗装厚の比 (%)

A

100

B

90

C
D

168

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

アスファルト舗装の構成
表層
基層
110cm
×90%
＝99cm

上層路盤
下層路盤

路床

17

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-1

abcde

1414151516LA-12abcde1313141415LA-2abc121212LA-3abc

101010LA-4abc888189

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

表基層厚
p. 30 注2
表層 基層の1層当たりの層厚は最小4cm，最大7cmとして表層・基層の1層当たりの層厚は最小4cm，最大7cmとして経済的な層構成とする．
p. 30 注3
グルービングを行う滑走路においては，表の値に1cmを加えたものとする（構造上は考慮しない）．
表層基層1
基層25(+1)cm
5cm
5cm

19

アスファルト舗装の構成
表層基層5(+1)cm
5+5cm

上層路盤
下層路盤
99cm
路床2010All Rights Reserved, Copyright(C)2008, National Institute for Landand Infrastructure Management

上層路盤厚CBR
22.5

33.5

44.5567891012141620
以上18

区分
LA 1
LA-140（35）LA-1240（35）LA-235（30）LA-335（30）35（30）

30（25）

25（20）

30（25）

30（25）

30（25）

25（20）
25（20）

20（15）

25（20）

LA-420（15）20（15）

LSA-115（10）10（10）

LSA-210（10）25LT-12020

LT-1215
15

LT-2

B, C, D舗装区域および滑走路縁端帯に対しては，（ ）内の数字を用いる．

21

上層路盤厚材 料 名

アスファルト安定処理材

混 合方 法中央プラント加熱混合

主 な材 質等 価マーシャル安定度（75回）
4 90ｋN以上
4.90ｋN以上

2.0

マーシャル安定度（50回）
3.45ｋN以上

1.5

セメント安定処理材

中央プラント混合

一軸圧縮強度（材令7日）
2.9N/m㎡以上

1.5

石灰安定処理材

中央プラント混合

一軸圧縮強度（材令14日）
2.9N/m㎡以上

1.5

一軸圧縮強度（材令14日）
1 2N/m㎡以上
1.2N/m㎡以上
修正CBR80以上

15
1.5

修正CBR80以上

1.0

水硬性粒度調整鉄鋼スラグ
粒度調整砕石中央プラント混合値

用いる材料により減厚可能．
25cm÷2.0＝12.5→（切上げ）→13cm

2211

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

一層最小施工厚
設計荷重の区分材料
セメント安定処理剤
粒状材
アスファルト安定処理材

13cm＞6cm

LA-1, LA-12
LA-2
LA2, LALA-331515（*）
6LA-4, LSA-1,LT-1
LT
1, LT
LT-12
12,LSA-2
LT-2
LT212106OK

23

下層路盤厚
基準舗装厚ｰ（表基層厚＋粒状材上層路盤厚）＝99-5-5-5-25（13ではない）＝59cm＞15cm OK
表層
基層5(+1)cm

上層路盤

13cm

下層路盤

59cm

路床

5+5cm

基準舗装厚の99cmにはならない
2412

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

下層路盤厚
材 料 名混 合

方 法

主 な材 質等 価

アスファルト安定処理材

中央プラント加熱混合マーシャル安定度（50回）
3.45ｋN以上

2.0

セメント安定処理材

中央プラント混合

一軸圧縮強度（材令7日）
2.0N/m㎡以上

1.5

石灰安定処理材

中央プラント混合

一軸圧縮強度（材令14日）
2.0N/m㎡以上

1.5

修正CBR30以上

1.0

粒状材

値

用いる材料により減厚可能．
石灰安定処理材を用いる際は59cm÷1.5＝39.3cm→（切上げ）→40cm
25「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．

26

13

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

27

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
路床の圧縮破壊場所による減厚 あり

交通量，荷重，走行速度，横断方向走行位置で直接考慮する
28

14

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

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

表層の耐久性能

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）「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）

29

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

3015

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）
31

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32

16

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

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
33

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）

34

17

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

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
35

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3618

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

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
標準偏差σ
＝ばらつきの程度を表す

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

変曲点

ここを走行する確率＝囲まれた面積＝c

ここを走行する確率＝囲まれた面積＝b37

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．．．
3819

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

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

39

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

中型機

小型機

アスコン（アス安含む）
路盤

路床
4020

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

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）
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）

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

寿命

8万回で破壊30万回で破壊

寿命

6万回10万回41

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

設計交通量
疲労度

6万/8万＝0.75 ＋ 10万/30万＝0.34 ＝ 1.09
4221

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

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

B767

370μ

80,000回

60,0000.750

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

④疲労度
(③/②)

B747

800μ

100,000回

60,0000.600

B767

760μ

200,000回

50,0000.250

A320

640μ

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
43

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

4422

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

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

45

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
46

23

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

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
47

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4824

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

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49

25