平成24年度

樋門操作台に対する凍害劣化対策の試験適用（独）土木研究所
札幌開発建設部（独）土木研究所

寒地土木研究所
河川管理課
寒地土木研究所

道北支所

○渡邊
安田
耐寒材料チーム 内藤

尚宏
裕一
勲

積雪寒冷地のコンクリート構造物は、凍害劣化による損傷が多く見られる。しかし、河川管理施設に対して、予防保全による凍害劣化対策を検討した事例は少ない。既往調査により、河川管理施設の中でも、特に樋門操作台は、著しい凍害劣化が数多く確認されている。本報告は、樋門操作台に対する凍害劣化対策を実構造物に試験適用した事例及び、適用による抑制効果と長寿命化によるコスト縮減効果について報告するものである。
キーワード：樋門操作台、凍害劣化、長寿命化、ライフサイクルコスト

1. はじめに
積雪寒冷地である北海道の樋門は、凍害の影響を常に受ける厳しい環境条件下にある。樋門は、河川堤防の機能も有する重要な河川管理施設であり、これまでに数多く建設されている。今後、これらの樋門の多くは補修や改築などの対策が必要となる更新時期を迎えることから、その費用の増大が懸念されており、既設樋門の長寿命化を図ることは緊急かつ重要な課題となっている。
これまでの調査研究により、樋門コンクリートの中でも特に操作台部は、上部に滞雪し易い形状で、かつ、部材厚が薄いため、融雪水の凍結融解による凍害劣化が著しいことを確認している 1)2)。写真-1 に、樋門操作台（以下、操作台）が凍害劣化により損傷するメカニズムを示す。昨年度は、積雪寒冷地における操作台の現状を踏まえて、操作台を模擬した模型供試体を使って、操作台における凍害劣化対策として、滞水対策、吸水対策、水切り対策の効果について、室内試験を行い、その効果を検証してきた 3)) 。その検証結果を基に、昨年度より、実構造物に試験適用を行ってきている。
本報告は、樋門コンクリートの長寿命化に資するため、操作台に対する凍害劣化対策を、実構造物に試験適用した事例及び、適用による抑制効果と長寿命化によるコスト縮減効果について、報告するものである。

①操作台上部に雪が滞雪する（冬期）②滞雪した雪が日中に溶け、夜間に凍結する凍結融解を繰り返す（融雪期）

2. 実構造物への試験適用事例(1) 試験施工の対象樋門試験施工は操作台の補修を行う樋門を対象とし、平成23年度に3樋門、平成24年度に1樋門で実施した。
表-1に対象樋門の諸元及び劣化状況と補修概要、写真-2,3に対象樋門の操作台劣化状況の代表例を示す。いずMasahiro Watanabe, Yuichi Yasuda, Isao Naitoh③凍結融解の繰り返しにより、凍害劣化が進行する

写真-1 樋門操作台の凍害劣化メカニズム

表-1 対象樋門の諸元及び劣化状況と補修概要

竣工
年度

地域

A樋門

S58

道央

B樋門

S56

道北C樋門

S53

道北D樋門

S46

道央

諸元
φ0.6m×L7.0m～1連
H3.0m×D3.0m×L23.0～2連
H2.5m×D2.0m×L31.0～3連
H1.2m×D1.2m×L55.2～1連

写真-2 操作台劣化状況（B 樋門）

劣化状況

補修
年度

補修概要

無隅角部の欠損H23

上面・側面の断面補修

有隅角部の欠損H23

上面・側面の断面補修

無隅角部の欠損及び鉄筋腐食に伴うはく離・はく落

H23

操作台の打換え工

無はく離・鉄筋露出

H24

上面・側面の断面補修

写真-3 操作台劣化状況（C 樋門）
表-2 試験施工の内容

滞水対策
A樋門 上面→断面補修材による勾配
B樋門

上屋

上面→断面補修材による勾配（上屋との接合部）

C樋門
D樋門 上面→断面補修材による勾配

吸水対策
上面→ケイ酸塩系（全面）側面→シラン系（側面）上面→ケイ酸塩系（1/4区画）
シラン系（1/4区画）
側面→シラン系（半分）上面→ケイ酸塩系（半分）側面→シラン系（半分）上面→ケイ酸塩系
側面→シラン系

水切り対策

底面→水切り材の設置（半分）れの樋門も、凍害が主な劣化原因であると推察される。

上面勾配

水切り材

写真-4 試験施工完成写真の一例（上屋接合面上面勾配、水切り材）

Masahiro Watanabe, Yuichi Yasuda, Isao Naitoh(2) 試験施工の内容
表-2に試験施工の内容を示す。試験施工で実施した対策は、滞水対策、吸水対策、水切り対策であり、以下に概要を示す。
a) 滞水対策
操作台上面の滞雪による融雪水の滞水を抑制させる目的で、操作台上面に勾配をつける対策を実施した。勾配は、施工性や樋門の操作性及び操作人の安全性について考慮し5%程度を上限とした。A樋門は、操作台上面の全体に勾配を設けた。B樋門では、操作台に上屋がある場合の対策として、写真-4に示すように操作台と上屋の接合面に勾配を設けた。D樋門では、写真-5に示すように操作台の端部に勾配を設けた。
b) 吸水対策
融雪水のコンクリート中への吸水を抑制する目的で、操作台上面には、コンクリート表面を緻密化させ、水の上面勾配

写真‐5

侵入を抑制するケイ酸塩系含浸材を塗布し、側面にはコンクリート表面に撥水効果を持たせるシラン系含浸材を塗布することで、水の流下を促進させる対策を試みた。
A樋門とD樋門は、上面と側面に表面含浸材の塗布、B樋門は、操作台と上屋の接合部上面と側面に表面含浸材を塗布したが、B樋門では、上面の一部にシラン系含浸材を用いたケースも行った。Ｃ樋門は、図-1に示す通り、新設操作台の上面と側面に表面含浸材の塗布を行った。
なお、Ｃ樋門については、効果の検証を目的に、操作台の半分に対してのみ表面含浸材の塗布を行っている。
c) 水切り対策
操作台底部や門柱への水分供給を抑制する目的で、B樋門の操作台底部の前面と側面の片側に水切り材を設けた（写真-4）。

試験施工完成写真の一例（端部上面勾配）
3. 試験施工の効果の検証

上面～ケイ酸塩系含浸材
8.8m
3.0m

0.4m

対策区間

無対策区間

側面～シラン系含浸材

図-1 試験施工のイメージ図（C 樋門）

試験施工の効果検証については、施工後の一定期間内に継続して調査・測定を実施し、得られたデータを整理・分析して検証する予定であり、現在調査継続中である。本報告は、試験施工を実施した４樋門の内、Ｃ樋門で実施している外観及び操作台コンクリートの表面水分量の測定調査において、試験施工から約半年後に実施した測定結果を整理・分析し、途中経過ではあるが、試験施工の効果について検証した結果を報告するものである。
(1) 調査概要
Ｃ樋門は、操作台の半分に、上面はケイ酸塩系含浸材、側面はシラン系含浸材を塗布を行っている（図-1）。コ
ンクリート表面の水分量の測定は、対策区間の上面、側面、無対策区間の上面、側面で行った。操作台コンクリートへの吸水抑制効果を検証するため、前日から晴天が続いている2日間（8月28日、29日）と、前日に降雨があり測定時には晴天となっている2日間（9月13日、14日）で測定を行った。
(2) 測定機器測定に使用した機器は、測定する材料と厚さ及び現在のコンクリート表面温度をダイヤルでセットし、測定箇所のコンクリート表面に軽く押し当てて測定する「簡易表面水分計（高周波容量式20MHZ）」を使用した。写真6に測定機器を示す。この水分計は、表面から深さ１～４cmの１cm刻みで水分量の測定が可能である。

写真-6 簡易表面水分計

Masahiro Watanabe, Yuichi Yasuda, Isao Naitoh(3) 測定方法
図-2に測定箇所の位置を示す。対策区間の上面21カ所、側面10カ所、無対策区間の上面22カ所、側面11カ所で行った。測定は、各地点において、表面から深さ１～4cmの範囲で、1cm刻みに実施した。

川側

上面～ケイ酸塩系含浸材④①②③①②③①④⑤ ⑥②⑦③⑧④⑨③⑧② ①⑤⑦ ⑥⑤⑪⑫⑬⑬⑭ ⑮⑱ ⑲⑯⑳⑰㉑⑱㉒⑰㉑⑯ ⑮⑭⑦⑳ ⑲⑦⑨⑩⑪⑩⑨⑤ ⑨⑩⑥⑧対策区間④⑫ ⑪⑩ ⑥対策区間

無対策区間

写真-7 調査時の操作台の状況⑧無対策区間上流

下流

側面～シラン系含浸材

図-3 水分量測定結果（天端全体平均）

堤防側

図− 2 測定位置図

無対策区間

対策区間

図-5 水分量測定結果（上面深さ 1cm 平均）

無対策区間

対策区間

図-3 水分量測定結果（上面全平均）

無対策区間

対策区間

図-6 水分量測定結果（側面深さ 1cm 平均）
無対策区間

対策区間

図-4 水分量測定結果（側面全平均）
Masahiro Watanabe, Yuichi Yasuda, Isao Naitoh

(4) 調査結果
写真－7 に、Ｃ樋門の調査時の状況を示す。水分量調査時に、目視によるコンクリート表面の変化等を確認したが、無対策区間および対策区間共に、特に変化は見られなかった。
図－3 および図－4 に上面および側面における水分量の測定結果を示す。測定値は、各面における全測点の深さ 4cm までの測定値のすべてを平均した値である。上面・側面共に、対策区間の方が無対策区間よりも水分量が小さくなっていた。また、図－5 および図－6 に、上面および側面における深さ 1cm の水分量の測定結果を示す。測定値は、各面における全測点の深さ 1cm の測定値を平均した値である。深さ 1cm においても、4cm までと同様に対策区間の方が水分量は少なく、水分量の差は4cm までよりも大きくなっていた。これは、無対策区間の方がコンクリート表面から多くの雨水が浸透していることを示すものであり、本試験施工における含浸材による吸水対策の効果が確認できた。
次に、方位による影響を比較した。図－7 に川側側面、図－8 に堤防側側面、および図－9 に、上下流側側面における表面から 4cm までの水分量の測定結果を示す。川側が北向き、堤防側が南向き、上流側が東向き、下流側が西向きとなる。すべての面において、無対策区間よりも対策区間の水分量が少ない結果となったが、北向きの川側の方が南向きの堤防側よりも対策の有無による水分量の差が大きいことから、日照の影響によって水分量が変化したと推測できる。しかしながら、東西方向の上下流側の水分量差が南北方向よりも小さかったことから、日照の影響だけでなく、南北方向に僅かな勾配があり、川側・堤防側の側面に多少の雨水の流水があったと考えられる。
今回の調査結果は、夏期の雨水に対する水分量の変化を測定した結果から対策効果を検証したものであるが、対策の効果が確認できたことから、冬期の融雪水に対しても操作台コンクリートへの水分浸透を抑えることが可能であると考えられるため、凍害劣化防止対策として期待できる検証結果となった。

無対策区間

対策区間

図-7 水分量測定結果（川側側面全平均）

無対策区間

対策区間

図-8 水分量測定結果（堤防側側面全平均）

４. コスト縮減効果
本研究で提案した凍害劣化対策を適用した場合と、凍害劣化が生じた樋門で部分補修又は打換えを実施した場合について、概算による経済比較を検討した結果について報告する。
無対策区間(1) 対象樋門
今回、操作台の打換え工を行ったＣ樋門を検討対象とした。

Masahiro Watanabe, Yuichi Yasuda, Isao Naitoh

対策区間

図-9 水分量測定結果（上下流側面全平均）

(2) 条件
５. まとめ
供用年数を６０年と仮定し、それぞれ以下の仮定条件とした。
凍害劣化が生じ易い樋門の操作台において、本研究で〈本対策を実施したケース〉
検討した凍害劣化対策の試験施工を実施した結果、以下
ケース①：表面含浸材と水切り材は、再塗布・再設置を１０年毎に行い、５０年後に部分補修を行う。 のことが明らかになった。
ケース②：表面含浸材と水切り材は、再塗布・再設置を２０年毎に行い、５０年後に部分補修を行う。 (1) 対策区間と無対策区間における水分量を比較した結〈通常のケース〉
果、対策区間の水分量が小さくなったことから、対ケース③：操作台の部分補修を２０年毎に行う。
策の有効性が確認できた。
(2) 今回の経済比較の試算において、樋門操作台に本対ケース④：操作台の打換え工は、実績による３０年毎に行う。
策を行うことにより、通常の補修や打ち換えにかかるライフサイクルコストに比べ、３割～７割程度の(3)コスト計算縮減効果が期待できることがわかった。
コスト計算について、単価は、施工事例より算出した経費込みの概算金額である。部分補修のコストについて
今後は、試験適用した樋門の追跡調査を継続し、効果は、Ｃ樋門周辺での樋門の補修事例を参考に算出した概の持続性や耐久性等を検証し、標準化に向けた取りまと算金額である。
めを行っていきたい。
(4) 経済比較
図-10に４ケースにおけるコスト累計経年変化比較を示す。本対策を実施したケース①、②では、初期コストが若干かかっているが、２０年後にケース③を、３０年後にケース④をコスト累計で逆転する。部分補修や打換え工の間隔は、あくまでも仮定条件ではあるが、本対策を行うことにより、ケース①では３割～６割程度、ケー
ス②では、５割～７割程度のコスト縮減効果が期待できる。

最後に、試験施工や各種調査の実施に当たり、北海道開発局の関係の方々には、ご多忙の中、多大なご協力を頂いた。ここに記して、深甚な謝意を表します。
参考文献
1) 内藤勲、田口史雄、石谷隆始、畠秀樹、出合寿勇：河川樋門コンクリートの凍害劣化と再劣化に関する調査、寒地土木研究所月報第678号、pp.17-26、2009.11
2) 内藤勲、田口史雄、畠秀樹：北海道における樋門コンクリ
ート構造物の外観目視調査による凍害劣化度評価、第53回北海 道開発局技術研究発表会、2010.2
3) 安田裕一、窪田康一、内藤勲：滞水防止策による樋門操作台の凍害劣化対策の検討、第55回北海道開発局技術研究発表会、2012.2

図－10

コスト累計経年変化比較図

Masahiro Watanabe, Yuichi Yasuda, Isao Naitoh