平成23年度

橋梁床版の耐浸水能力に関する検討(独)寒地土木研究所

道央支所

○吾田洋一
川村浩二
菅原彰人

橋梁上面の床版に水が浸水すると、床版が非常に痛みやすくなる。そのため、床版が水につかないよう様々な対策が施されている。ところが、粗粒Ａｓ層には大気圧では水が浸透しないと考えられているため、粗粒Ａｓ層に浸水した場合の対策は十分とはいえない。
本研究は、粗粒Ａｓ層に浸水することと、その対策を、模型実験、実橋実験、「積雪寒冷地に適していると考えられる高機能型の排水ます」1)で検討を行い、粗粒Ａｓ層の浸水の条件と、排水装置と雪寒地型排水ますは水を排出するためにとても効果があることがわかった。
キーワード：橋梁舗装、粗粒度アスファルト、床版防水

1. はじめにコンクリート橋梁の床版は、舗装から浸透した水に弱いため、コンクリートが水に触れないよう床版防水が設けられており、その上のアスファルト混合物（以下、Ａｓ）層は水を通さないとされ、万全の防水対策が行われているとされている。しかし、これらの対策が行われていても、水の集まりやすい排水溝周りや路肩部での橋梁の舗装上面にひびわれ等の傷みが散見される。これは、防水対策が不十分なため滞水しアスファルトを痛めてしまっていると考えられる。
本研究は粗粒度Ａｓ層が現場条件によっては大気圧でも水が浸透する場合があることを、供試体、実橋で、特に水が溜まりやすい排水溝周りに着目して試験調査をすると共に、基層に水が浸透しても、床版上面に水を滞水させないために、「積雪寒冷地に適していると考えられる高機能型の排水ます」（以下、雪寒地型排水ます）による排水実験を行った。

２. 供試体実験(1) 目的
①粗粒度Ａｓ層が水を通してしまう現場条件の検討。
②粗粒度Ａｓ層の床版上での滞水量の検討。
③床版上に敷設された排水装置（導水パイプ、導水テー
プ、写真－１）の排水能力の検討。
④従来型の排水ますで床版上に生じる滞水量の検討。
(2) 実験模型制作（表－１）①は粗粒度Ａｓ層単体を30×30×4cmの大きさで、現場での管理基準2)である締め固め度を94,95,96,97％、の４パターン制作し、その周囲を水を止めるために5cmの枠を発泡スチロールと粘土で囲った。②は30×30cmの粗粒度Ａｓ層を床版上に敷設された状況を再現した（供-1、
図－１．１(a)(b)）。③④は②に導水パイプと導水テープ
Youiti Azuta,Kouji Kawamura,Akihito Sugawara(a)供-1
分解図(b)供-1
完成図(c)供-2,3
分解図←導水パイプ、導水テープ(d)供-2,3
完成図
図－１．１ 組み込み供試体概要図（供試体1,2,3)

表－１ 供試体一覧

目的(e)供-4①

分解図←導水パイプ②③(f)供-4④タイプ
単-94単-95単-96単-97
供-1
供-2
供-3
供-4内容粗粒度Ａｓ層単体、締め固め度 94%
粗粒度Ａｓ層単体、締め固め度 95%
粗粒度Ａｓ層単体、締め固め度 96%
粗粒度Ａｓ層単体、締め固め度 97%
組み込み供試体、プレーンタイプ
組み込み供試体、導水パイプタイプ
組み込み供試体、導水テープタイプ
組み込み供試体、従来型タイプ

完成図

図－１．２ 組み込み供試体概要図（供試体4）

写真－１導水パイプ（上,φ20）と導水テープ（下,幅3cm）を設置したタイプ（図－１(c)(d)、写真－１）、④は従来型の排水ますを模して40×40cmの粗粒度Ａｓ層に導水パイプと製作したタイプ（図－１．２(e)(f)）の計４タイプについて制作した。
(3) 従来型の排水桝の問題点
ここで、従来型の排水ますの問題点とそれを検証するための供-4について説明する。従来型の排水ますでは舗装を浸透した水は２箇所の床版排水溝で排水するように
図－２ 従来型の排水ます設計図作られている（図－２、写真－２）。床版には一般的に、路面排水のために、横断勾配と縦断勾配が設けられている。床版上面にこの勾配に誘導された水は、写真－２の「Ａ」の部分に集まるが、２箇所の床版面排水孔のみでは集まった水を完全に排水することはできない。供-4は「Ａ」の部分を再現した模型である。
(4) 実験
実験は各供試体に水0.8Ｌを投入し、排水されるまでの時間と排水量、投入した量と排水量から供試体に含まれている含有水の量 を計測した。また、組み込み供試体は、実際の路面を想定し、横断２％、縦断0.5％の勾配を設けた。なお、供-4のみサイズが大きいため２Ｌの水を投入した。
写真－２ 従来型の排水ます設置事例(5) 実験結果
表－２は実験結果であり、写真－３，４は実験の状況なくなるまでの時間で、含有水とは投入水と排出水との写真である。排水時間は水を投入してから水が垂れ落ち差で供試体内部に留まっている水の量である。
Youiti Azuta,Kouji Kawamura,Akihito Sugawara表－２ 供試体実験結果

目的①②③④タイプ
単-94
単-95
単-96
単-97
供-1
供-2
供-3
供-4

排水時間
２時間３２分
３時間３２分
２時間５２分含有水(g)
26
3028
排水無し

１時間２８分
８分４０秒
５３分
１５分

231
166
153309

実験は単体は30×30cmのＡｓ層に5cmの枠を発
泡スチロールと粘土で囲った各供試体に水800ccを投入し、水がＡｓ層を浸透し排水されるまでの時間と重量水が溜まりやすい構造となっていることを示している。
・排水システムを有している供-2,3が排水システムを有していない供-1よりも含水量が少なくなっている。この理由は、排水システムが有ることで、Ａｓ層内部の水の通る経路が短縮され排水が促されたためと考えられる。
このことは、基層の水を排出するという点で極めて効果的であるといえる。ただし、供-3は供-4に比べ排出時間が大幅に遅れており、このような用途で用いる排水材に求められる仕様を設定していく必要がある。
・供-4は含水量が最も多くなっている。この結果は従来型の排水ますは、床版上に水が溜まりやすいことを示していおり、改善が求められる。
ここで、投入した水は、単-97を除いて、全てＡｓ層を通過しており、組み込み供試体は枠の部分は全て床版防水剤で防水されていて、水漏れ等は無かった。

３. 実橋実験

実橋で粗粒Ａｓ層に含む水の量と、排水溝周りの滞水
写真－４ 組み込み供試体 量を求めるために、未供用で粗粒Ａｓ層4cmのみの舗装となっている堀株川橋（全長160m、幅員10m、コンクリ実験（横断2％縦断0.5%）
ート橋、縦断0.3%、横断2%、排水桝は従来型タイプ）
写真－３ 粗粒度Ａｓ
供-4で実験を行った（図－３）。実験は排水溝を基準にして単体実験（勾配無）供-1
A,B,Cの３つのエリアを定めた（図－４）。また、実験供-2を行った箇所は、ジョイント近辺の２箇所、ほぼ中央の単-95 単-97
供-3の順
単-94 単-96の順
この表より以下のことがわかる。
・単-96以下では、水が浸透した。このことは、大気圧でも水が基層を通過し床版に水を通してしまうことになり、床版の排水がとても重要であることを示している。
また、単-97では全く水が垂れ落ちず、このＡｓ層は基層から床版面には水が浸透しないことになる。
・単-94,95,96,の内、排水時間が単-95が大きくなっている。
Ａｓ層の排水は空隙が連続しているかどうかによるので、確率的である。このため、排水時間にばらつきが出たと考えられる。
・含水量を単と供で比べると、供の方が１オーダー大きくなる。この理由はＡｓ層底面が防水されているため、Ａｓ層内部の水が通る経路が長くなり、水が溜まりやすいくなったためと考えられる。実際の橋梁でも同様に、

図－３ 堀株川橋位置図と全体写真

図－４ 実橋実験の試験エリア

図－５ 実橋実験の試験位置図
Youiti Azuta,Kouji Kawamura,Akihito Sugawara各エリアから排水溝に水が到達するためには、舗装内を２箇所、計４箇所で行った（図－５）。また、各エリア水がくぐり抜けて導水パイプや排水溝に到達しなければは水の蒸発を防ぐために日除けを設け（写真－５，６，ならない。ところが、エリアＢは排水溝や導水パイプか７）、排水溝の下部と排水溝の下部と水抜きパイプの下ら離れており、水が舗装内を通過できなかったためと考には水受けを設けた（写真－８）。各実験は、実験を行えられる。
う毎に１週間以上の間隔を開け、床版が良く乾いていることを排水溝などから確認してから行った。
実験の手順は水２０Ｌ（一定以上の水は排水溝から出てくるだけなので、十分な水な水の量として）を２分に１Ｌのペースで４０分間、満遍なく全体的に均等に各エリアに投入した。エリアＢは勾配の影響で低くなっている方向ばかりに水が溜まる状況を緩和するため、中仕切りを作った（写真－９、水が下に集まっている）。次に、実験を開始した後、水受けに水が溜まる量１Ｌ毎に時間を測定した。排水量は２４時間放置した後、排水溝から排出され、水受けに溜まった水の量を測定した。この際、エリアＢに関しては、２４時間が経過しても排水溝からは水は全く出ず、舗装上面に溜まったままとなっていた
ので、事前に重量を計った雑巾に水を含ませることで、舗装上面に溜まった水の量を測定した。写真－９は舗装上面に水が溜まっている状況写真で、写真－１０は実験
写真－７ エリアＣの実験状況
後２４時間経過した後の状況写真である。また、エリア
ＢのＤＲ１、１４は水漏れが生じ、舗装上面から排水溝に水が流れてしまったため、実験値は欠損とした。ここで、エリアＢの水が排水溝から出なかった理由として、

写真－８ 水受け状況

写真－５ エリアＡの実験状況

写真－９ 水が下に集まっている状況

写真－６ エリアＢの実験状況
Youiti Azuta,Kouji Kawamura,Akihito Sugawara

写真－１０ ２４時間後の状況

図－６ 橋の場所毎の水の排水量たりの舗装内に浸透する水の量とし、それに、エリアＡ、
図－６は橋梁の場所毎による水の排水量であるが、こＣの面積を掛けると各エリアの舗装内の水が算出され、のグラフよりDR1,8,14のエリアＡとエリアＣはそれぞれそれぞれ2.50Ｌ、0.70Ｌとなった。次に、含水量から舗ほぼ同じ傾向を有しており、エリアＡはエリアＣに比べ装内の水を引いたものが排水溝周囲の水となり、それぞ若干水の排出速度が遅くなっている。この遅れは排水溝れ1.20Ｌ、1.10Ｌとなった。つまり、従来タイプの排水からの距離によるものと考えられる。また、DR7のエリ
ますではその周囲に約１Ｌの水が滞水する、という結果
アＡ、Ｃは他の地点とは異なる挙動を示している。このとなった。
理由は、DR7は橋の中央部で舗装が締め固めやすかったたためと考えられる。
表－３は橋の場所毎の平均排水量を求めたものである。
４. 雪寒地型排水ますの検討
この表を見ると、エリアＣ，Ａ，Ｂの順で排水量が多くなっている。これは、排水溝に近い順でもある。排水溝
図－７は雪寒地型排水ますの概要図である。この図よからの距離が長くなるに従って排水量が減るということ
り、従来のます（図－２，写真－２）では床版上の水はは、舗装内部に水が浸透していることを示している。
２箇所の穴でしか排水できないが、本ますであれば床版
表－４はエリア毎の面積当たり含水量を平均したもの
上の水はどこからでも排水可能なように作られているこである。前述したように、従来タイプの排水溝では排水とがわかる。実験は本ますが床版上の水をどれだけ排出溝周辺に滞水した水を排出しきれないとすると、エリアできるかを検討する。
Ａ、Ｃの含水量は、舗装内に浸透した水と排水溝周囲の水の２つが加わったものとなる。そこで、排水溝のないエリアＢの面積当たりの含水量を2.78（L/m2）を面積当表－３ 橋の場所毎の平均排出量（Ｌ）
エリアＡＢ
Ｃ

DR1
16.6
－
17.7

DR7
14.9
12.0
18.3

DR8
16.6
10.0
18.6

DR1417.1－18.2

平均16.311.0
18.2

表－４ エリア毎のます周囲の水（Ｌ）
エリア
A
BC

投入量
（Ｌ）

排出量
（Ｌ）

含水量
（Ｌ）

20.0
20.0
20.0

16.3
11.0
18.2

3.7
9.0
1.8

面積 舗装内の水 排水溝周囲（m2）（Ｌ）の水（Ｌ）
0.90
3.24
0.25

Youiti Azuta,Kouji Kawamura,Akihito Sugawara

2.50
9.00
0.70

1.20
0.00
1.10

図－７ 雪寒地型排水ます写真－１１ 雪寒地型排水ます実験写真（エリアＢ’）
図－８ コンクリート床版（模型）に雪寒地型排水ます、縁石、粗粒Ａｓ層(4cm)を設置し、エリア設定を行った。

(2)実橋実験・橋面の中央側よりも排水ますや導水パイプに近い地覆近傍の方が、舗装に浸透した水が排水されやすい。なお、地覆近傍は締め固めが困難であることから締め固め度が図－８はコンクリート床版（模型）に雪寒地型排水ます、 低い可能性もあり、この場合には地覆側の舗装の締め固
縁石、粗粒Ａｓ層(締め固め度94%、厚さ4cm)を設置し、めを特に入念に実施する必要があることを示している。
エリアＡ’，Ｂ’，Ｃ’の設定を行った。なお、エリア・今回の実験では、舗装内部に2.78（L/m2）の水が浸透
Ｂ’は80×35cmで排水溝と導水パイプから離して、手前した。浸透水が凍結融解すると舗装を痛めてしまうこと側に設置した（写真－１１）。実験はエリアＡ’、Ｃ’が考えられるので、排水させた方が望ましいといえる。
は実橋実験と同様に、水２０Ｌを２分に１Ｌのペースで、 ・従来型の排水ますでは周囲に水を約１Ｌ程滞水させてエリアＢ’は実橋実験と同様、水が全く排出されないたしまう。床版の耐久性を確保するためには、この滞水をめ、３Ｌの水を一度に投入した。
改善していくことが非常に重要である。
実験結果は表－５のようになった。先の例と同様にエ(3) 雪寒地に対応する排水ますの検討
リアＢ’の面積当たりの含水量を1.25（L/m2）とし、エ・雪寒地型排水ますは、ます周辺に水を滞水させること
リアＡ’，Ｃ’の面積当たりの舗装内に浸透する水を求なく速やかに排水することを確認した。このことから、めると、それぞれ0.46Ｌ、0.25Ｌとなり、そこから排水
雪寒地型排水ますは従来型排水ますの問題点に対する解溝周囲の水を求めると、それぞれ0.02Ｌ、0.01Ｌとなっ決手段のひとつとなりうる。
た。この結果より、雪寒地型排水ますは周囲の水を滞水６. 今後の課題させることなく排水することを確認できた。
(1)密粒Ａｓ層を含めた検討
今回は粗粒Ａｓ層のみの検討であったが、今後は密粒(1)供試体実験
Ａｓ層も含めた橋梁上の舗装全体の検討を行い、その水・粗粒Ａｓ層は締め固め度９６％程度以下では大気圧下の振る舞いを総合的に検討する。
で水が浸透した。このため、床版コンクリートの耐久性(2)凍結融解実験を確保する観点からは、表層Ａｓ層の亀裂等の損傷が生床版上に滞水した水がどのように橋梁を痛めるのかを、じた場合には迅速に補修等を実施する必要がある。
凍結融解実験を行うことにより検証する。
・導水パイプやテープは基層に浸透した水の速やかな排(3)繰り返し載荷実験
水に対して有効であったが、材料によって排水能力が大Ａｓ層は車両による載荷や振動で、水をどの程度浸透きく異なった。今後は、これらの排水材料に対して、適させるのかを検討する。
切な仕様等を整備していくのが望ましい。
(4)新たな橋梁の排水システムの検討
現在の橋梁では、特に路肩部や排水溝周囲では機械に表－５ 雪寒地型排水ます実験結果
よる転圧が出来ないため、締め固め度が低下してしまい
エリ 投入量 排出量 含有水 面 積 舗 装 内 の 排水溝周り がちである。そこで、新たな排水システムや施工方法を検討する。
ア（Ｌ） （Ｌ） （Ｌ） (m2) 水（Ｌ）の水（Ｌ）
Ａ’
20.00
19.53
0.47 0.36
0.45
0.02 参考文献

５. まとめ

Ｂ’

3.00

2.65

0.35

0.28

0.35

0.00

Ｃ’

20.00

19.74

0.26

0.20

0.25

0.01

Youiti Azuta,Kouji Kawamura,Akihito Sugawara

1)北海道における鋼道路橋の設計及び施工指針：6-602) アスファルト舗装工事共通仕様書解説：P.133