一般講演

様々なリスク要因に対応する寒冷地舗装技術の開発
国立研究開発法人土木研究所

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

まるやま

丸山

きみお記美雄図－1

今、御紹介いただきました、寒地道路保全チームでております。その流れを受けまして、寒冷地の舗装分上席研究員を務めさせていただいております丸山と申

野におけますリスクマネジメントの観点から我々のします。よろしくお願いいたします。

チームが現在、進めている取組や技術開発について御本日、私のほうからお話をしますのは、「様々なリスク要因に対応する寒冷地舗装技術の開発」というタイトルになります（図－1）。

紹介させていただきたいと思います。
本日お話する項目、こちらに示してあります（図－2）。まず、1つ目に、舗装研究分野におけるリスクマ

我々のチームは、寒地道路保全チームというところネジメントのお話を10分ほど、そしてその後にリスクですけれども、主に積雪寒冷地の舗装技術に関する研に対応する寒冷地舗装技術の我々の取組を20分ほどか究を行っているチームでございます。

けまして、融雪期の舗装損傷リスクへの対応技術や粗本日は、基調講演におきまして高知工科大学の渡邊先生よりリスクマネジメントに関するお話をいただい30

面系舗装による冬季路面リスクへの対応技術について、お話をさせていただきます。

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2021年度図－2

図－3

それでは最初に、寒冷地舗装分野におけるリスクマ
ネジメントの全体像について、皆様と理解を共有させていただきながら話を進めたいと思います。
リスクマネジメントは、ISOのJIS31000版に示されており、リスクマネジメントの骨格部分をこちらに示してあります（図－3）。リスクマネジメントの第一段階がリスクアセスメントになります。リスクを特定し、リスクの発生頻度や影響度を分析し、対応の必要性や優先度の判断を行うリスク評価を行います。
そして、リスクアセスメントが終わりますと、それに対応するリスクの対応を決めていくという第二段階を行います。リスク対応に関しましては回避なのか、回避と言いますのはリスク要因を取り除くというこ

図－4と、もしくは低減なのか、これはリスク発生時の影響を小さくする、リスクの発生の可能性を下げるといったようなこと、もしくは移転なのか、保有なのか。保と、老朽化、投資余力の減少、労働力減少、温暖化、有というのは対策をとらずに、その状態を受け入れる変動幅拡大、カーボンニュートラル、洪水、急激な融といったような対応になります。ちなみに、このリス水など気候変動、リサイクル品質の確保やプラント減ク対応は、対応する主体、組織、分野によって対応方少といった持続可能性へのリスク、資源の枯渇、自動法が異なってきます。

運転への対応、沿道環境の保持、地震などの災害と本講演におきましては、我々のチームの技術開発におけるリスク対応方針をお話したいと思います。
舗装分野におけるリスクを特定したものを、こちらいったものが挙げられます。ここでは時間の関係上、項目を挙げるにとどめて詳しい説明は省略したいと思います。の一覧表に示しました（図－4）。リスクは、全国共

次に、寒冷地におけるリスク要因も右半分に示しま通のリスクと積雪寒冷地におけるリスクに分けて示しした。寒冷地のリスク要因が各々どういうモノで、舗てあります。

装にどのような影響を及ぼすのか、少し説明を加えてまず、全国共通のリスク要因について見ていきます

寒地土木研究所月報特集号

2021年度 みたいと思います。

31

図－5

まず1つ目に、低温環境のリスクについてですが（図－5）、低温になりますと温度が低下する際に舗図－6㻠㻕㻌⯒⿦ᦆയ䛾ቑຍ㻔⼥ゎᮇ䛾䝫䝑䝖䝩䞊䝹ቑຍ㻕

装体が収縮し、その収縮が拘束されるために内部に温度応力が発生いたします。それによって舗装がひび割れをする、写真に示しましたような横断方向のひび割れが発生いたします。こういうひび割れは、寒冷な地域ほど発生しやすいと言えます。
また、凍上というリスクもございます。冬期間に路面側から冷えていきますけれども、路床土が凍結する際に、周囲の水分を吸い上げる形で氷晶、アイスレンズが発達して、路面を隆起させるためにひび割れが発生するものです。道路の進行方向に対して縦断方向の7ひび割れが発生します。

図－7続いてのリスクは、凍結融解作用や融雪水の浸透に関するリスクです（図－6）。アスファルト混合物が融雪水などの水分が存在する条件下で凍結融解作用を平均で低下してくるということが言えます。こういう受けますと、左側の図に示したように空隙率がだんだ

支持力低下が起きますと、舗装がこのように亀甲状にん増加してきて、骨材が飛散したり、穴が空いたりと早く割れてしまうですとか、路盤のほうはちょっと昔いった耐久性が損なわれていくような状態になっていの写真になりますが泥濘化をして、支持力が低下する

きます。空隙に浸入した水が凍る際に体積膨張するとという場合があります。

考えられ、凍結と融解を繰返すうちに空隙が拡大し、続いてのリスクですけれども（図－7）、近年ではそれに伴って安定度や骨材飛散抵抗性などが低下する

高度経済成長期に構築された膨大な舗装ストックが老と推測されるものです。

朽化などを背景としてひび割れが入って、そこに凍結また、凍結融解に伴いまして、路盤、路床も影響を融解が繰り返されて、融雪期にポットホールが発生す受けます。融解期には路盤、路床内の氷が溶けて、融るという状況が見られるようになってきています。老

雪水も上から浸透してくるために含水比が増加し、支朽化の進展や気候変動などが今後予想される中、こう持力が低下していきます。グラフに示しておりますけ

いった融解期の舗装損傷の増加といったリスクが想定れども、通常の水が浸かっただけの状態に比べて、凍されます。

結融解を受けますと支持力はおおむね7割程度まで、

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2021年度図－8

図－9

続いて、路面の凍結のリスクというのも社会的には大きなものです（図－8）。冬期間は、積雪が雪氷路面になってすべり摩擦が低下していきます。特に注意が必要なのは、写真で示しますようなブラックアイスバーンと言われる路面で、濡れているように見えますが､実は薄く凍っていてツルツルという状況で、このような路面が発生するリスクに対応して行く必要があります。
なお、こういった冬季路面に対する車側の対策としてスパイクタイヤやチェーンといったものの装着がありますが、これらのタイヤを使用しますと舗装が削られて、摩耗わだちができ、また粉じんが発生するといったリスクにつながっていきます。

図－10以上、寒冷地のリスクを御紹介しましたが、改めまして全国のリスクと寒冷地のリスクをこちらに示しました（図－9）。上半分には、全国共通のリスク、下く、リスク対応を考えています。

半分は寒冷地のリスクになっております。これらのリ結果として、リスク対応の方針は表の右側に示した

スクは互いに単体で働くわけではなく、複合的に舗装ものとなります。つまり、大方のリスク要因に対しに作用して、舗装の損傷を進展させていきます。例えて、「低減」のリスク対応を実施していく、つまり、

ば、老朽化が進む中で寒冷環境化の気候に置かれます

リスク発生時の影響を小さくする「低減」のための技と損傷がより早く進展するといったようなイメージに術開発を行っていく、というスタンスで幅広く研究をなります。従って、リスク分析やリスク評価は項目ご進めています。とに行うのは舗装分野の場合適切ではないかもしれま

それでは、ここからはこういったリスクを低減してせん。リスク分析、リスク評価の結果は、どのリスクいくために我々が進めている技術開発のうち、赤枠で要因が複合した状態を想定するかで違ってくるためで囲んだ部分、老朽化ですとか透水力の減少、気候変す。

動、凍結融解、融雪水の浸透、融解期の損傷の増加、我々としては、複数のリスク要因が関係するシナリ
オをいくつか想定し、いずれのシナリオにも対応すべ

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2021年度 

路面凍結に関係する取組を紹介させていただきます（図－10）。

33図－11

図－12

まずは、最初に示した表中で融雪期の舗装損傷リスクへの対応技術について御紹介いたします（図－11）。
こちらの図は、我々が遠軽地域でポットホールの発生時期を調査した結果を示したものです。横軸が月になっていて、縦軸、ポットホールの発生件数という形になっていますが、2月から徐々に増え始めて、3月、4月に多発しているということが分かります。3月、4月といいますのが遠軽地域の融雪期に相当いたします。遠軽地域は北海道の北のほうですので、もう少し南の地域、札幌ですとか道南地域は2月や3月、1月の後半ぐらいから2月、3月といったところがポットホールが多く発生する時期になってきます。

図－13

こちらのグラフ（図－12）は横軸に月日の時間軸をとりまして、縦軸に気温と降水量を黒線と青線で表示し、ポットホールが発生した日と発生個数を赤字で表いったゼロクロッシングが1月はなくてポットホール示したものです。1月は気温は氷点下にとどまっておがない、3月はゼロクロッシングが多く発生していてりまして、ポットホールの発生は見られません。一ポットホールが多く発生するといった関係にあります。

方、3月になると、気温が黒い水準線、これはプラス0

また、こちらポットホールの発生している部分がど度の気温ですけれども、0度を日中上回って夜間は凍ういったところかということを整理したグラフになりるということを繰り返すようになってきます。

ます（図－13）。見ていただきますと、もともと何らそして、そういったところに降雨があったり、降雪かのひび割れ、もしくはジョイントがあるような部分があったり、雪解けが進んでいったりという状況の中にポットホールが発生しているという状況がはっきりでポットホールが発生しているということが分かってしてきています。特に調査をしたこの路線区間におききております。こういった0度の気温を挟んで1日の間ましては、疲労ひび割れの発生しているところでポッに気温が変化する、こういった現象をゼロクッシング

トホールが発生している、そういう率が非常に高いとというふうに我々は言っておりますけれども、こういう状況にありました。

34

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2021年度

図－14

図－15

こちらは、ひび割れ率とポットホールの発生の割合です（図－14）。横軸がひび割れ率、縦軸がポットホールの発生割合、発生率ということになりますが、ひび割れ率が高くなるほどポットホールが発生しやすいという傾向が見られます。ポットホールは、外側タイヤ部分に多く発生してきます（図－15）。写真を見ますと、こういう外側タイヤ部分といいますのは、路側に堆積されました雪から、雪が溶けた水がその左側のタイヤ通過部分に浸透してきまして、それがポットホールの発生を促進しているというふうにみられます。
以上の調査を踏まえまして、ポットホールの発生メ
カニズムをこちらに3種類、パターン分けして示してあります（図－16）。表層中心のポットホールのメカ

図－16

ニズム、混合物層全層のポットホールのメカニズム、低温ひび割れ、凍上ひび割れの部分に発生するポットホールのメカニズムという形になります。
いずれのポットホールも発生の主要な要因としまし
は、水、融雪水があって、そこに温度変化、凍結融解が加わり、さらにそこにタイヤの荷重が加わると、こういった3要素が加わることでポットホールが発生するというメカニズムになります。
中でもポットホールが非常に多く発生する、集中して発生する日があります。そのような日のメカニズムを示したのが、こちらの図になります（図－17）。厳しい冬から寒さが緩んできて路盤の上部が融解しているような状態で、中はまだ凍っているような状態のときに、雨が大量に降るなどして水が浸入・滞留し、そこにタイヤ荷重を受けることで弱った舗装がポット

図－17

ホールになっていくというものです。夜間には再び凍りますが、その翌日などにまた雨に降られて路盤の含寒地土木研究所月報特集号

2021年度 35

図－18

図－19

水比が高くなり支持力が低下したところに、タイヤ荷重が加わってポットホールが急激に進行していく、といったものです。このような条件の時が最も悪い条件と考えられますので、注意が必要です（図－18）。
融雪期の舗装損傷は、水が存在する条件下で凍結融解を受けることによって発生するというふうに申し上げましたけれども、その水は雪が解けること、雨、地下水などによって供給されます（図－19）。こういった水に対して対策をとっていくということが重要になってきます。
そして、ポットホールの発生を少なくする方法についての取組をご紹介いたします。
先ほどポットホールはひび割れ部分に水、凍結融図－20

解、荷重が加わって進展していくという説明をさせていただきました。その要因のうち、凍結融解作用ですとか、荷重といったようなものは除去することができませんので、ひび割れと水の部分を少なくする、そういう対処になってきます。

です（図－20）。
また、速やかに水を排除して、舗装体に水が浸入しにくくする、浸入しても早く抜ける様にする方法の研

まず、ひび割れを少なくするために、舗装の品質の究開発を行っています。具体的には、シール材やフォ向上といったことが対策として考えられます。そう

グシールによってひび割れ部を封緘するという方法、いったことから、こういうようなハンドブックを作り路盤に入ってきた水を暗渠に速やかに排水誘導するた

まして舗装品質の向上ですとか、耐久性を向上するた

めに、水を引っ張りやすい排水材（ジオシンセティッ

めの対策、それを示したハンドブックをホームページ

クス）を敷設する方法などを研究しています（図－に掲載するなどして、現在、普及を図っているところ

20）。

36

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2021年度

図－21

図－22

また、水の影響を受けやすく弱点となっている部分を検知して、適切な処置、例えば予防的な対策や計画的な補修につなげられるような技術の開発も進めているところです（図－21）。具体的には、ポットホールの発生状況をパトロールカーなどの車載カメラで撮りまして、効率的にポットホールを判別していく、また定量的にポットホールの発生状況を把握するといったような技術をつくる取組を進めております。ポット
ホールの判別には深層学習、近年の画像処理技術として注目されている技術を活用しております。
また、ポットホールになりやすい箇所は水がしみこ
みやすく、そういった箇所は赤外線カメラの写真で示しましたように周りより温度が低くて、写真で示しま

図－23

すと紫色、青色っぽく出てきます。こういった箇所が翌冬にはポットホールになってくる確率が高いということが分かってきておりますので、こういったところ

舗装は、左側の写真にあるように路面は平滑ですが、を早めに見付けて直していけるようにできないかとそれに比べると粗面系舗装は右側の写真に示すようにいった取組を行っているところです。

表面が骨材の凹凸で粗い舗装となっています。

冬期路面発生のリスクに対する取組を御紹介いたし

排水性舗装は本来、騒音対策や雨天時の走行安全性ます。冒頭でもお話ししましたけれども、冬期間に発を高める観点から導入されましたが、表面の凹凸や排生するブラックアイスバーンの路面はとても厄介なも水機能が冬期路面対策としても有効で、冬場の走行安のです。凍結路面に対応するための舗装技術として最全性を高める効果も認められ、機能の高さが評価されもすばらしいのはヒーティング技術なのですけれどていました。しかし、排水性舗装は耐久性が課題であも、ヒーティング技術はコストが非常に高いといったり、その耐久性を克服したのが北海道型SMAというデメリットがあります。それで、適用箇所が限られて舗装になります（図－23）。排水性舗装の断面模式図

くるといったところがあります。

を左側に示しましたが、混合物の内部に連続空隙が多それに対しまして、現在、我々着目して進めていまくあり、構造的な弱点となりえます。そこで、我々すのが粗面系舗装といっている技術になります（図－は、舗装表面のきめ深さは有している一方で、内部の22）。粗面系舗装は、排水性舗装と北海道型SMAと骨材間隙にアスファルトモルタルが満たされた密実ないったものがございます。標準的な舗装である密粒度構造を持ち、耐久性が高い混合物を開発し、それを寒地土木研究所月報

特集号

2021年度 37図－24

図－25

「北海道型SMA」と呼んでいます。
ここから先は、粗面系舗装の冬期路面時の特徴をご紹介します。
こちらの図には粗面系舗装と密粒度舗装が同じ場所にある区間で、冬季路面のすべり抵抗性を計測した結果を示しました。路面がブラックアイスバーンのときの結果に特に着目していただければと思います。赤茶色が北海道型ＳＭＡ、青色が排水性、密粒度舗装が緑色になります。密粒度舗装が0.18と非常に低いすべり摩擦係数であるのに比べて、北海道型SMAなどの粗面系舗装は0.4以上の高いすべり摩擦係数を確保できております（図－24）。
ただし、氷版のように厚い雪氷が表面に形成されま

図－26

すと、いずれの舗装も同じような0.2を下回るようなすべり摩擦になってくるということがございます。
実際の道路での北海道型SMAの冬季路面状況の例
をこちらの写真に示しました（図－25）。奥側のほうが密粒度舗装、手前側が北海道型SMAの舗装になります。手前側の路面は表面が露出しておりますが、奧側の密粒度舗装には雪氷が薄く形成されています。このように雪氷が薄い場合に北海道型SMAの冬季路面対策としての効果が期待できます。
次のスライドですけれども、要点を最初に申し上げますと粗面系舗装は塩をまいてもよく効くといったことです（図－26）。密粒度舗装は塩をまいても摩擦係数が上がってこない状況、一方、北海道型SMAと排水性舗装は同じ条件下で塩をまきますと効果があらわれてきまして、すべり摩擦が高く維持されるというこ図－27とを確認できました。
こちらのスライドの要点を先に申し上げますと、粗38

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2021年度

図－28

図－29

面系舗装のうち、北海道型SMAは砂、防滑材の砂をまいても残存して効果が期待できるということです。
図を見ていただきますと、北海道型SMAの砂の残存率は80％程度と高く維持されていますが、密粒度舗装の場合には40％程度まで早めに低下をしていくということになります（図－27）。
こちらのスライドは国道230号で、粗面系舗装と密粒度舗装の混在する区間を一冬の間、すべり摩擦傾向を計測した結果になります（図－28）。特に右側のバーを見ていただきたいのですが、路面が凍結するよ
うな条件のときに粗面系舗装のほうが密粒度舗装よりもすべり摩擦が高いという結果です。粗面系と密粒度が同じものも含めますと概ね8割以上が粗面系舗装の図－30

効果が同等、もしくは高いということが結果として認められました。
以上をまとめますと、粗面系舗装におきましてはブラックアイスのときに効果が見られるということ、塩化物をまいても効きます。そして、粗面系舗装の中でも北海道型SMAは防滑材、砂をまいても効果が長く持続します。ちなみに、排水性舗装につきましては、砂をまきますと空隙が詰まってしまいますので散布ができないという形になります（図－29）。
これ以降のスライドは、北海道型SMAの冬期路面時以外の性能についてざっと御紹介いたします（図－30～32）。まず、雨天時の性能ですけれども、左側の写真を御覧ください（図－30）。密粒度アスコンで水けむりが発生しているのに比べまして、北海道型SMAは水けむりが発生しておりません。ハイドロプ

図－31

レーニングを起こしにくいということが、こちらの写真から想定されます（図－30）。
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2021年度 39

図－32

図－34

図－33

図－35

右上の写真（図－30）におきましては、手前が北海ます（図－32）。北海道型SMAのコスト面、これが道型SMA、奧が密粒度ですけれども、鏡面反射が奧弱点と言えますが、密粒度舗装のコストを基準にしまの密粒度では起こっていて路面が見えにくいのに比すと、北海道型SMAは1.5倍から1.6倍程度の材料コスべ、手前側の北海道型SMAのほうは鏡面反射が起トとなります（図－33）。しかし、機能面や、耐久性こっていなくて見やすいです。それが雨天の夜間にな面を加味してライフサイクルコストで比較すると優位りますと、より顕著になってきます。密粒度アスコンとなることが見込まれ、これを現在検証中であります。

が鏡面反射で、対向車のライトが非常にまぶしいと路

北海道型SMAの用途をまとめてみたのがこちらで面が見えにくくなります。それに比べますと、北海道す（図－34）。効果、用途、単価面などを整理してい型ＳＭＡは路面が見やすい、対向車のライトで照らさますが、繰り返しになりますので省略します。

れても見やすいという形になり、走行安全性が高いということが言えます。
また、北海道型SMAは、密粒度舗装に比べまして2から3デシベルの騒音低減効果もございます（図－これまで述べてきたようなメリットのある北海道型SMAですので、適用を広めようと考えており、このような文書にまとめて、広く活用いただけるようにホームページに掲載しています（図－35）。

31）。また、北海道型SMAは、排水性に比べましてそして、北海道型SMAについての現在の取組とし骨材飛散がしにくく、耐久性が高いというふうに言えて、北海道型SMAの耐久性品質を高めるために転圧40

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2021年度図－36

図－37に振動ローラを使用する事で締固め度を高くして、耐久性向上ができるような技術開発に取り組んでいます（図－36）。また、配合を検討して、より耐久性を上げようといった検討も行っているところでございます（図－37）。
本日は、チームの範囲のリスクマネジメントの視点から話をさせていただきましたが、対処すべき項目というのはこちらに示しましたように多くございます（図－38）。我々のチームでは右側に示しましたような様々な取組を行っているところです。これらの課題解決を道路管理者の皆様と連携を取りながら、実際の道路での検証も進めて実効性のある研究開発を行っていきたいと思っております。引き続き、我々の研究状

図－38

況に目を向けていただきまして、御意見、アドバイスなどをいただければ幸いに思います。
以上で、説明は終わりとなります。御静聴いただ
き、どうもありがとうございました（図－39）。

図－39

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2021年度 41