報 文

電気抵抗による舗装体の凍結融解評価
Evaluation of Freeze-Thaw State of Pavement by Electric Resistance
上野千草

丸山記美雄

UENO Chigusa and MARUYAMA Kimio

積雪寒冷地の路盤・路床は、冬期間の凍結や凍結融解作用による支持力低下等の影響を受ける過酷な条件下にある。このため、凍結深さや舗装体内の凍結・融解の状態を把握することは、積雪寒冷地において舗装を構築する上で極めて重要である。本研究では、実際の舗装体内の下層路盤と路床に多数の電極を等間隔で配置したセンサを設置し、凍結および融解時の電気抵抗計測および凍結深さ等の計測を行った。その結果、本手法を用いることで、凍結深さの計測や路盤路床の凍結および融解状態の把握に適用できる可能性が示唆された。
《キーワード：積雪寒冷地；電気抵抗；凍結深さ；凍結融解》
Base courses and subgrades in cold snowy regions are under severe conditions, subject to the influenceof freezing during winter and the weakening of bearing capacity due to freeze-thaw processes. Thus, whenconstructing pavement in a cold snowy region, it is important to determine the frost penetration depth andfreeze-thaw state of the road. In this study, sensors containing numerous electrodes, which were arranged atregular intervals, were installed in the subbase course and subgrade to measure electrical resistance during thefreezing and thawing processes, frost penetration depth, etc. As a result, it was suggested that this method could
be used for measurement of the frost penetration depth and determination of the freeze-thaw state of the basecourse and subgrade.
《Keywords：Cold Snowy Region, Electric Resistance, Frost Penetration Depth, Freeze-Thaw》

2

寒地土木研究所月報№844

2023年５月

１．はじめに北海道のような積雪寒冷地では厳冬期に路床まで凍結が達し、写真－1、2のように凍上により舗装にひび割れが生じる場合がある1), 2)。また、初冬期や融解期における凍結融解の繰り返し作用や、融雪水の流入の影響等により一時的に路盤・路床の支持力が低下し、写真－3のようにひび割れが生じることが報告されている 1), 3), 4)。このため、凍結深さや凍結および融解の進行状況等を把握することは、積雪寒冷地において舗装を構築する上で極めて重要である。

写真－1

アスファルト舗装の破損（凍上ひび割れ）

写真－2コンクリート舗装の破損（凍上ひび割れ）

写真－3

アスファルト舗装の破損（支持力低下）

凍結深さや舗装体内の水分の凍結・融解状態等を計測する既存の手法として以下の手法があるが、それぞれ課題を有している。
メチレンブルー凍結融解深度計や開削調査は、目視判断を必要とするため自動計測が困難である。土壌水分計による計測はセンサが高価なため多点での計測が難しく、深さ方向の凍結および融解状況を連続的に把握することが困難である。熱電対による計測は地中温度による間接的な評価となるため0℃近傍における凍結融解状況の評価が難しい。
そこで、凍結融解状況を電気抵抗の変化により評価する手法について着目し、これまでに路盤材料および路床土を対象に基礎的な検証を行い、これらの材料の凍結および融解の判定に有効であることを明らかにした5)。本文では、凍結・融解の判定に適した電気抵抗値の計測周波数の検討結果と、多数の電極を等間隔で配置したセンサを実際のアスファルト舗装下に埋設し、凍結深さ計測および融解期の舗装体内の凍結・融解状態の把握を行った結果について報告する。
２．計測原理および特徴
２．１

計測原理

凍結した土の電気抵抗等は凍結していない土に比べて大きく異なることが知られている6)～11)。本研究では電気抵抗に着目し，電気抵抗の計測により路盤・路床

V=Z･Iの凍結状態を把握する。なお、計測において直流を用いると電極の溶出や電気分解の影響を受けるため、本(1)

また、インピーダンス(Z)は(2)式で表される12)。

研究では交流を用いた計測を選定した。
インピーダンス(Z)は電圧(V )と電流(I )との間に(1)式に表される関係にあり、電流の流れにくさを表すものである12)。

Z=(2)



ここで、Rは抵抗、f は交流の周波数、Lはインダクタンス、Cは静電容量である。

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3

(2)式よりインピーダンス(Z)は交流の周波数( f )の関数であることわかる。このため、計測に用いる交流電極(銅箔)

周波数（以下、計測周波数）がインピーダンスに大き1 周： 約7 0 mm
5 0 mm

な影響を与えることから、次章において凍結前後のイ1 0 mm

ンピーダンス（以下、電気抵抗値）の差がより顕著に表れ、凍結・融解の判定が明確にできる計測周波数をVP管調べた。
リード線

２．２

LCRメータ等を接続し、交流のインピーダンス(電気抵抗値)を計測

本手法の特徴本手法の特徴は、図－1に示すような電極を等間隔外径2 2 mm
内径1 6 mmで配置した棒状の計測装置を用い、5 cm間隔で舗装体の凍結および融解の状況を把握できることにある。

図－1

なお、電極を増設することにより、多点での計測が可凍結融解深度計の概要

能となる。
２．３

計測装置の概要

本研究で使用した電気抵抗による深さ別の凍結・融解状況を判定する計測装置（以下、凍結融解深度計）の概要を以下に示す。
２．３．１

使用材料

計測対象の材料と接する面に電導性銅箔テープ（以下、銅箔）を電極として用い、計測用の立ち上げ線として、市販のリード線AWG24を用いている。
２．３．２

装置の構造

電極である銅箔を一定の間隔で保持し土中に埋設す

写真－4

LCRメータ

写真－5

るため、水道用硬質ポリ塩化ビニル管（以下、VP管）に等間隔で巻き付けた構造となっている。VP管の側面には孔を開け、管の内側からリード線をはんだにて熱電対温度計コンクリート舗装版

-25cm

-45cm
下層路盤（切込砕石）

55cm

-55cm

土中に埋設し凍結深さを計測する場合は、鉛直方向-65cmに立てて用い、深さ方向に等間隔で電極が並ぶ形とな-75cm

り、同一の深度にて多点で計測する場合には、水平方
２．３．３

計測方法

隣り合う銅箔間の電気抵抗をそれぞれの銅箔に固定

-35cm
-40cm
-45cm
-50cm
-55cm
-60cm
-65cm
-70cm
-75cm
-80cm
-80cm
-85cm
-90cm

-35cmており、浸水を防ぐため管上下端は防水処理を施して向に寝かせて設置する。

凍結融解深度計

25cm

銅箔に固定している。なお、VP管内部は空洞となっいる。

自動記録装置-85cm

路床-95cm

図－2

試験装置埋設深さされたリード線の他方の先端に写真－4に示すハンデ
ィタイプのLCRメータ（GW Instek製LCR-916）また３．LCRメータを用いた計測周波数の検討

は、写真－5に示すインピーダンスの自動計測が可能な記録装置を接続し計測を行う。
２．３．４

計測条件

凍結融解判定に適した計測周波数を検討するため、試験用に作製した図－2に示すコンクリート舗装版

前述のように計測に直流を用いると、電極の溶出や（3.5 m×5.0 m）下に凍結融解深度計を埋設し、2016

電気分解の影響を受けるため、本研究では、交流のイ年12月から2017年3月までの期間に3種類の計測周波数ンピーダンスを直列抵抗にて計測する。

にて電気抵抗値を計測した。

4

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2023年５月

３．１

表－1 路盤材の性状
表-1 路盤材の性状

計測概要

図－2に示す深さに凍結融解深度計および熱電対温53.0mm

100

通過質量
百分率37.5mm

10019.0mm

7013.2mm

534.75mm-2.36mm220.60mm

12％

0.30mm70.15mm

3

計測箇所近傍のAMeDAS観測地点である苫小牧

0.075mm

表乾密度g/cm

32.68の平均気温より算出した計測期間の凍結指数は269

絶乾密度g/cm

32.63

吸水率％

最大乾燥密度g/cm％

32.165度計を埋設し、電気抵抗値は市販のLCRメータを用いて手動で計測し、舗装体温度は市販の温度計測用ロガー（TESTO176-T4）を用いて計測した。
また、今回計測の対象とした路盤材は切込砕石（40mm級であり、性状は表－1に示すとおりである。

）

３．２

気象条件℃・daysであり、過去10年（2006～2015年）の平均値の266 ℃・daysとほぼ同程度であった。なお、修正

最適含水比

11.926.5

Berggren式（B曲線：凍上を起こしにくい粗粒材料の場合）7)により推定した計測期間における最大凍結深1.E+044
1.0×10

さは70 cmとなり、深さ80 cm以深の路床土まで凍結

３．３

計測周波数・頻度

電気抵抗値の計測周波数はLCRメータで計測可能な10kHz、1kHzおよび100Hzの3条件とし、概ね3日に1回の頻度で計測を実施した。
３．４-75～-80cm

1.E+01

1.0×101

1.E+00
12月1日 12月16日 12月31日 1月15日 1月30日 2月14日

1.0×100

図－3

修正Berggren式より凍結が入ったと想定される下に整理した。

オーダーで推移しており、深度の浅いセンサほど電気

3月16日

10 kHzにおける計測結果-35～-40cm-45～-50cm-65～-80cm-75～-80cm-55～-60cm3
1.E+03
1.0×10電気抵抗値（kΩ）

計測周波数10 kHzにおける計測結果を図-3に示す。
電気抵抗値は計測期間を通して1.0×100～1.0×101 kΩ

3月1日

1.E+0441.0×10

層路盤において電気抵抗値の計測結果を計測周波数毎
計測周波数10 kHzにおける計測結果-55～-60cm

1.E+022
1.0×10

計測結果

３．４．１

-45～-50cm-65～-70cm
1.E+033
1.0×10電気抵抗値（kΩ）

が入らなかったと想定される。

-35～-40cm

1.E+022
1.0×10

1.E+011
1.0×10抵抗値の変化が見られるが、全体的に変化の幅が小さ
く凍結および融解の判定は難しいと判断される結果と1.E+00
12月1日 12月16日 12月31日 1月15日 1月30日 2月14日

1.0×100

なった。
３．４．２

図－4

計測周波数1 kHzにおける計測結果

計測周波数1kHzにおける計測結果を図－4に示す。

さく凍結および融解を明確に判定することは難しいと判断される。
３．４．３

計測周波数100 Hzにおける計測結果

計測周波数100Hzにおける計測結果を図－5に示す。
全ての深さのセンサで電気抵抗値の明確な変化が確認できる。12月上旬以降1月下旬にかけて埋設深さの浅
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1 kHzにおける計測結果-35～-40cm-45～-50cm-65～-70cm-75～-80cm-55～-60cm

1.E+033
1.0×10電気抵抗値（kΩ）

気抵抗値が低下する傾向が見られたが、変化の幅が小

3月16日

1.E+044
1.0×10電気抵抗値は計測期間を通して1.0×101 kΩオーダーで推移している。3月中旬 において全てのセンサで電3月1日

1.E+022
1.0×10

1.E+01

1.0×101

1.E+00
12月1日 12月16日 12月31日 1月15日 1月30日 2月14日

1.0×100

図－53月1日

3月16日

100 Hzにおける計測結果

5

1.E+04 4
1.0×10810kHzーダーから1.0×10 kΩオーダーになる状況が見られ2が1.0×10 kΩオーダーから1.0×10 kΩオーダーに変21化する状況が見られる。
３．４．４

地中温度と電気抵抗値の比較

図－6に深さ45 cmにおける舗装体温度、および深さ45～50 cm電気抵抗値の推移を示す。地中温度は12月中旬頃に0 ℃を下回り、3月中旬に0 ℃を上回った。

100Hz

地中温度

6

1.E+03 3
1.0×10電気抵抗値（kΩ）

る。また、2月中旬から3月中旬にかけて、電気抵抗値

1kHz

4
20

1.E+02 2
1.0×10-2-4

1.E+01 1
1.0×10

舗装体温度（℃）

いセンサから順に電気抵抗値が上昇し1.0×10 1 kΩオ-6
1.E+00 0
1.0×10

12月1日 12月16日 12月31日 1月15日 1月30日 2月14日

このことから概ねこの期間において深さ45 cmにおけ図－63月1日-83月16日

地中温度と電気抵抗値（h=-45cm）

る下層路盤中の水分は凍結状態にあったと推察される。この期間において計測周波数10 kHz、1 kHzの計表－2

測結果では電気抵抗値の顕著な変化が見られないが、路盤材および路床土の性状

100 Hzでは概ね舗装体温度が0 ℃以上の期間に1.0×101 kΩオーダーを示し、0 ℃以下の期間に1.0×102 kΩ
オーダーを示しており、下層路盤中の水分の凍結・融解に合わせて顕著に値が変化していると判断される。
以上より、今回検討した3条件においては、計測周波数100 Hzが凍結・融解の判定に適していると考えられる。

路床土
粘性土質礫質砂53.0mm10010037.5mm

10010019.0mm

6810013.2mm

52－4.75mm

3192.82.36mm

23-

0.60mm

11-0.30mm6-mm

3-0.075mm

126.60.0561mm-

23％0.0401mm-

18.80.0256

mm-

14.60.015mm-

9.4なるため細かい時間間隔で連続的にデータを採取する

0.0106mm-

7.3

0.0076mm-

5.3

ことに適さず、凍結前後の電気抵抗の時系列変化を詳

0.0038mm-

4.20.0016mm-

3.2

表乾密度g/cm

32.67-

絶乾密度g/cm％

32.62-

1.84-

3

2.210.887

5.4

55.5

４．自動記録装置を用いた計測周波数の検討
３．のLCRメータを用いた計測により凍結融解の判定に適した計測周波数を把握することができた。しかしながら、LCRメータを用いた場合手動による計測と細に把握することは困難である。そこで、写真－5に示した自動計測が可能な記録装置を作製し、100 Hzと50 Hzの条件で計測周波数の検討を再度行った。

）

0.15（通過質量
百分率

路盤材
切込砕石40 mm級

吸水率
最大乾燥密度４．１

自動記録装置の仕様

最適含水比

g/cm％

計測周波数は前段の検討結果より、凍結融解の判定に適していると判断した100 Hzに加え、LCRメータでは計測できない50 Hzについても計測可能な仕様とした。また、計測範囲はLCRメータの仕様に準拠して1.0×10-1～5.0×104 kΩとし、冬期間の屋外で計測が可能となるよう動作温度範囲を-20～50 ℃とした。
４．２

計測概要

計測対象試料は当研究所所有の苫小牧寒地試験道路本線の路盤材および路床土とした。使用した試料の性状を表－2に示す。試料の含水比については、100 ℃の高温乾燥炉に2日間以上養生し絶乾状態にした試料
6

写真－6

計測状況

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10

凍結終了

1.0E+033
1.0×100
凍結の始まり1.0E+022
1.0×10

融解終了

約800倍

1.0×10102000

4000

6000

8000

20

1.0E+044
1.0×1010

1.0E+033
1.0×100

1.0E+022
1.0×10-20-30
10000

1.0×100
1.0E+00

約1000倍

0

2000

4000

30

1.0E+06
1.0×10620

1.0E+05
1.0×1050

1.0E+03
1.0×103

100倍

1.0E+02
1.0×102
1.0×101
1.0E+01
1.0×100
2000

4000

6000

8000

電気抵抗値（ｋΩ）

10

試料温度（℃）

電気抵抗値（ｋΩ）

試料温度

030

1.0E+04
1.0×10410

1.0E+03
1.0×1030

約150倍-10-201.0×101
1.0E+01-20-30
10000

1.0×100

1.0E+00

02000

4000

01.0E+02
1.0×102-10

約50倍

1.0×101
1.0E+01

6000

8000

電気抵抗値（ｋΩ）

10

1.0E+03
1.0×103

4000

30
電気抵抗値

101.0E+03
1.0×1030

1.0E+02
1.0×102-20

1.0×101
1.0E+01-30
10000

1.0×100
1.0E+00

計測周波数100 Hz（路盤材：最適含水比）

20

試料温度
1.0E+04
1.0×104

約60倍-10-20

0

2000

時間（min）

図－11-3010000

計測周波数50 Hz（路床土：含水比25 %）1.0E+05
1.0×10520

試料温度

1.0E+04
1.0×104

2000

8000

1.0E+06
1.0×106

試料温度（℃）

電気抵抗値（ｋΩ）

図－1030
電気抵抗値

06000

時間（min）

1.0E+06
1.0×106

1.0×100
1.0E+0020

試料温度

1.0E+02
1.0×102-10

計測周波数100 Hz（路床土：含水比25 %）1.0E+05
1.0×105-3010000

計測周波数50 Hz（路床土：最適含水比）時間（min）

図－9

8000

電気抵抗値

1.0E+04
1.0×104

1.0E+00

図－8

電気抵抗値

1.0E+05
1.0×105

6000

時間（min）

計測周波数100 Hz（路床土：最適含水比）

1.0E+06
1.0×106-10-20時間（min）

図－7

試料温度

1.0E+055
1.0×10

1.0×101.0E+011

1.0E+01

1.0×101.0E+000-10

電気抵抗値

試料温度（℃）

1.0E+044
1.0×10電気抵抗値（ｋΩ）

20
融解の始まり試料温度（℃）

電気抵抗値（ｋΩ）

1.0E+055
1.0×1030

1.0E+066
1.0×10試料温度

試料温度（℃）

30
電気抵抗値

試料温度（℃）

1.0E+066
1.0×104000

6000

8000-30
10000

時間（min）

図－12に対し、電子天秤にて計測した水道水を混合し調整し４．３た。含水比は路床土で最適含水比（55.5 ％）および25４．３．１

計測周波数50 Hz（路盤材：最適含水比）

計測結果路床土%とし、路盤材については最適含水比（5.4 ％）とした。

最適含水比に調整した路床土における計測結果を図

試料および凍結融解深度計、熱電対温度計を写真－6－7、8に示す。計測周波数100 Hz、50 Hzとも凍結融のように木製の容器に収め、計測中に試料が乾燥しな解前後で電気抵抗値に顕著な変化が見られた。また、

いようにアクリル板およびビニルテープ等を用いて養凍結および融解過程ともに、試料温度が0 ℃で推移す

生した。なお、電気抵抗値および試料温度の計測間隔る時間帯が確認された。これは、この時間帯においては10分とした。

電気抵抗値が変化している状態にあることから、電極凍結過程として、写真－6に示す試料を-10 ℃の低間に存在する水分が凍結または融解の進行過程にあ温室に移し、試料中の水分を完全に凍結させるため低り、凍結部分と不凍結部分が混在している状態にある温室にて4日間養生した。また、融解過程として、写と推察される。

真－6に示す試料を-10 ℃の低温室から約20 ℃の部屋

含水比25 ％に調整した路床土の結果を図－9、10にへ移し、試料中の水分を完全に融解させるために3日示す。この条件においても、計測周波数100 Hz、50間養生した。

Hzとも凍結融解前後で顕著な電気抵抗の変化が見られる。

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7

４．３．２路盤材

12cm アスファルト混合物層

最適含水比に調整した路盤材の結果を図－11、12に示す。計測周波数100 Hz、50 Hzとも凍結融解前後で顕著な電気抵抗値の変化が見られた。また、試料温度が0 ℃で推移する時間帯が確認されたが、路床土より40cm

下層路盤【切込砕石40mm級】

30cm

凍上抑制層【切込砕石80mm級】
路床も短い時間であった。これの差は潜熱の大きさの違い

凍結融解深度計（縦向き）によるものと考えられる。

熱電対温度計

４．３．３

土壌水分計
メチレンブルー凍結深度計

計測周波数

今回計測の対象とした3試料とも100 Hz、50 Hz両条件で、凍結融解前後で電気抵抗値の変化が見られた

図－13

舗装断面および計測機器設置概要

が、図－7～12における凍結時と不凍結時の電気抵抗値を試料ごとに比較すると50 Hzの計測条件のほうが表－3より顕著な変化が確認された。このため、今後の検討

測定機器設置深さ(cm)

熱電対温度計3、7、12、32、52、67、82、100、125、150

水分計

32、52、82、100

メチレンブルー凍結深度計9～159
15、20、25、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75、80、85、90、95、100、105、110、115

では、計測周波数を50 Hzに固定した。
４．３．４

凍結および融解の判定

図－7～12より種類および含水比によって異なるものの、凍結前および融解後の電気抵抗値は概ね1.0×
100～1102～3

凍結融解深度計kΩオーダーであり、凍結時の電気抵抗値は1.0×kΩオーダーとなっている。このことから、凍結表－4および融解の判定にあたっては、電気抵抗値のオー路盤材・凍上抑制層材料の性状ダーの急激な変化により判定することが妥当と考える。
５．原位置における評価
４．において、電気抵抗値による凍結および融解の法を明らかにしたことから、舗装体内に凍結融解深度計測概要

当研究所が所有する苫小牧寒地試験道路の既設アスファルト舗装を4.5 m×1.0 mで切断・撤去し、路盤・路床をバックホウおよび人力にて掘削後、凍結融解深75.0mm

10010063.0mm

1009453.0mm

1008837.5mm

1007419.0mm

685613.2mm

52464.75mm

31332.36mm

2325％mm11120.30mm

670.15mm

340.075mm

1232.65

判定の可否について検討した。
５．１

凍上抑制層材料
切込砕石80mm級

0.60）計を埋設し、自動計測による路盤・路床の凍結・融解

通過質量
百分率

路盤材
切込砕石40mm級（判定に適した計測周波数、および凍結・融解の判定方

計測機器設置深さ

表乾密度g/cm

2.67

絶乾密度g/cm

32.622.60

吸水率％

1.84

1.95

最大乾燥密度g/cm

2.212.21

最適含水比％

5.45.93

度計を埋設した。計器埋設箇所の舗装断面および計測機器の埋設状況を図－13に、計測機器の埋設深さを表５．２

気象条件－3に示す。なお、凍結融解深度計以外の熱電対温度計測期間の2017年11月から2018年3月における凍結計、土壌水分計、およびメチレンブルー凍結深度計に指数は、計測箇所近傍のAMeDAS観測地点である苫

ついては、既設舗装構築時に埋設された計器である。

小牧の平均気温より算出すると275 ℃・daysとなり、路盤材および凍上抑制層材料の性状を表－4に示す。

過去10年（2007～2016年）の平均値の276 ℃・daysと路盤材に用いた切込砕石40mm級は４．で用いた材料ほぼ同じであることから、平年並みの寒さであったとと同一のものである。また、凍上抑制層に用いている考えられる。なお、修正Berggren式（B曲線：凍上を切込砕石80mm級については、最大粒径が異なるが概起こしにくい粗粒材料の場合）7)により推定した計測

ね路盤材と同様の性状を示している。

期間における最大凍結深さは71 cmとなった。

8

寒地土木研究所月報№844

2023年５月

1.E+03 3
1.0×10

計測結果

2015

電気抵抗値と温度の比較

下層路盤中間にあたる深さ30cmと35cmの電極より得られた電気抵抗値と、深さ32cmの温度データを図－14に示す。
舗装体温度は2017年12月7日に初めて0.0 ℃を下回り、最後に0.0 ℃未満が確認されたのは2018年3月7日

105
1.E+02 2
1.0×100-5であった。一方、電気抵抗値においては、2017年12月7日までは1.0×10 kΩオーダーであり、これ以降1.0×1

電気抵抗値（深さ30~35cm)-10

舗装体温度（深さ32cm)-15

1.E+01 1
1.0×1011/1 11/16 12/1 12/16 12/31 1/15 1/30 2/14

10 2 kΩオーダーの値が観測された。また、最後に1.0×102 kΩオーダーの値が確認されたのは2018年2月23

図－143/1舗装体温度（℃）

５．３．１

電気抵抗値（kΩ）

５．３-203/16 3/31

電気抵抗値の推移（下層路盤中間）日であった。
1.E+03

1.0×103の電極より得られた電気抵抗値と、深さ52 cmの温度ーダーに変化する状況が計測され、0.0 ℃を上回るのと同時に電気抵抗値が1.0×102 kΩから1.0×101 kΩオ

電気抵抗値（kΩ）と同時に電気抵抗値が1.0×101 kΩから1.0×102 kΩオ

15

舗装体温度（深さ52cm）

データを図－15に示す。
この深さにおいても、舗装体温度が0.0 ℃を下回る20

電気抵抗値（深さ50～55cm）

1050

1.E+02 2
1.0×10-5-10ーダーに変化する状況が観測された。
以上の結果から、実際のアスファルト舗装下に凍結融解深度計を埋設した場合においても、凍結および融-151.E+01 1
1.0×1011/1 11/16 12/1 12/16 12/31 1/15 1/30 2/14

解の判定が良好に行える可能性が示唆された。
５．３．２

舗装体温度（℃）

次に、凍上抑制層上面にあたる深さ50 cmと55 cm

図－153/1-20
3/16 3/31

電気抵抗値の推移（凍上抑制層上面）

融解過程における詳細観測

図－14において2018年2月23日以降、熱電対温度計
では-0.3～0.0 ℃の値で推移しているが、電気抵抗値は

表－5

1.0×10 2 kΩ程度以下の値を示している。温度の計測結果のみの判定では、この時期の下層路盤中間部は凍最大凍結深さ

測定機器

最大凍結深さ(cm)

観測時期

結状態と判定されるが、電気抵抗値の結果を合わせる

熱電対温度計52～67

1/29～2/1とこの時期においては完全な凍結状態ではなく、図－

水分計

52～82

1/27～2/23

7～12において融解過程で試料温度が0 ℃付近で横這

メチレンブルー凍結深度計

672/6いとなる状況と同じ状態にあると考えられ、路盤中の凍結融解深度計

65～70

1/25～2/7

水分の融解が進行している過程にあると推察できる。

凍結指数より求めた凍結深さ71－

上記の観測結果より、原位置においても熱電対温度計と凍結融解深度計を合わせ用いることで、熱電対温度計のみによる計測の場合よりも凍結および融解の状況がより詳細に観測できる可能性が示唆された。
５．３．３

最大凍結深さ計測

熱電対温度計の温度データについては、計測値が0.0 ℃を下回った場合を凍結とする。土壌水分計の凍凍結融解深度計によって、凍結判定が良好に行える結の判定にあたっては、計測値である体積含水率が大可能性が示唆されたことから、最大凍結深さの計測の幅に低下した場合とする。メチレンブルー凍結深度計

可能性について検討を行った。

については、無色と青色の境目の深さを凍結深さとす

各計測機器の計測結果より整理した本計測期間におる。

ける最大凍結深さを表－5に示す。なお、各計測機器

最大凍結深さは計測機器によって深さの幅があるがの凍結および融解の判定にあたっては、以下の考え方全ての計測機器で同一の深さ範囲となり、最大凍結深によって整理した。

さが観測された時期も概ね一致した。

寒地土木研究所月報№844

2023年５月9凍結融解深度計は5cm間隔で電極が配置された構造

参考文献であり、細かい間隔で計測に適していることから、メチレンブルー凍結深度計に近い精度で、最大凍結深さ1)

石川達也，川端伸一郎，亀山修一，安倍隆二，小を計測できる可能性が確認された。また、メチレンブ

野丘：舗装構造の疲労寿命に及ぼす粒状路盤の凍ルー凍結深度計は正確な凍結深さの計測が可能な構造

結融解の影響とその評価，土木学会論文集E1（舗であるものの目視確認が必要なため計測頻度に課題が装工学），Vol.67，No.3，pp.109-116，2011.

あるが、凍結融解深度計は自動記録装置を用いること

2)

上野千草，安倍隆二，井谷雅司，木村孝司：積により、自動でデータが得られるため、この点におい

雪寒冷地におけるコンクリート舗装の設計法にてメチレンブルー凍結深度計の欠点を改善できている

関する一検討，土木学会論文集E1（舗装工学），と考える。

Vol.72，No.3，pp.95-103，2016.
3)

安倍隆二，田高淳，久保裕一：積雪寒冷地におけるアスファルト舗装の厳冬期および融解期の６．結論

ひずみ特性，土木学会舗装工学論文集，第14巻，
本研究では、実際の舗装体内の下層路盤と路床に多数の電極を等間隔で配置したセンサを設置し、凍結おpp.147-154，2009.
4)

丸山記美雄，安倍隆二，木村孝司：融解期に発生よび融解時の電気抵抗値計測を行った。得られた主なする舗装のポットホールの実態と発生メカニズ知見を以下に示す。

ムの検討，寒地土木研究所月報，No.730，p.10，(1) LCRメータおよび自動記録装置を用いて凍結融解

2014.の判定に有効な計測周波数を評価した結果、50～5)上野千草，丸山記美雄：路床・路盤材料の電気抵100 Hz程度が適していることを把握した。また、抗による凍結融解評価に関する検討，寒地土木研

凍結および融解の判定にあたり電気抵抗値のオー

究所月報，No.793，pp.2-10，2019.

ダーの急激な変化より判断可能であることを把握

6)した。
(2) 実際のアスファルト舗装下に凍結融解深度計を埋土木学会：積雪寒冷地の舗装に関する諸問題と対策，舗装工学ライブラリー15，pp.32-33，2016.

7)

地盤工学会北海道支部地盤の凍上対策に関する研設し電気抵抗値の計測を行った結果、凍結・融解究委員会：寒冷地地盤工学，pp. 21-28，pp.32-52，の判定が可能であることを確認した。

2009.

(3) 凍結融解深度計を用いることで、自動計測により

8)最大凍結深さを得られる可能性が示唆された。

Instrumentation Installation and Data Collection

以上より、凍結融解深度計を用いて電気抵抗値を計測することにより、実際の舗装内の凍結融解評価が可FHWA: LTPP Seasonal Monitoring Program:
Guidelines, FHWA-RD-94-110, pp.II-6-12, 1994.

9)

S. Thordarson, N. Jonasson, E. Sveinbjornsson,

能であり、凍結深さの計測や、凍結融解状況の把握に

A. H. Thorolfsson, G. O. Bjornsson: Real-time

活用できる可能性が確認された。

frost depth model for thaw-induced axle load

今後、今回開発した凍結融解深度計を供用中の舗装内に埋設し、ポットホールが発生する融解期における路盤・路床内の水分の凍結・融解状況把握に活用していきたい。

limitation management, PIARC International
Winter Congress Proceedings, p.2, 2010.
10) 原田鉱一郎，福田正己，石崎武志：北海道大学低温科学研究所業績第3512号，凍土の電気比抵抗値の測定，pp.57-67，1992.
11) 東京電機大学：電気の理論，pp.103-119，p.138，
1955.

10

寒地土木研究所月報№8442023年５月

寒地土木研究所月報

№844

上野 千草
UENO Chigusa

丸山 記美雄MARUYAMA Kimio

寒地土木研究所
寒地保全技術研究グループ
寒地道路保全チーム
研究員
博士（工学）
技術士（建設）寒地土木研究所
寒地保全技術研究グループ
寒地道路保全チーム
上席研究員
博士（工学）
技術士（建設）

2023年５月

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