第 2 回 路⾯下空洞対策連絡会シンポジウム

実物⼤試験道路の紹介
2020年12⽉3⽇
埼⽟⼤学 桑野⼆郎

1道路陥没予防ソリューションの開発

現状の技術的課題：①②③

地中の状態の把握が困難
空洞の成⻑速度や陥没危険が不明
合理的な補修⽅法の選択肢がない

実⽤可能な道路陥没予防⽅法

空洞を⾒つける
特性を把握する
補修する

発⾒診断
治療

陥没させない予防

空洞を作らない・拡⼤させない
2

実物⼤試験道路•••••

⻑さ30m×幅6m、盛⼟形式
試験内容ごとに異なる舗装構成
Φ80cmまたは80×40cmの⼈⼯空洞を設置
気象、路⾯温度、路⾯変状をモニタリング
2019年9⽉から現在までに、第⼀期・第⼆期・第三期の３試験体を⼀部改築により作製
着⼯前（起案時）：2018年4⽉

第三期：2020年11⽉

3第三期(本⽇⾒学)の試験道路
試験内容にあった深さに⼈⼯空洞を設置

As表層
As基層

上層路盤
下層路盤
路床

4

第三期(本⽇⾒学)の試験道路
試験道路を下から覗くとこのようになります5

実物⼤試験道路構築の⽬的①陥没危険度チャートの開発/更新[舗装]FWD・平板載荷試験・路体3D計測・空洞規模②陥没対策：空洞補修⽤充填材の開発③陥没対策：舗装補強による陥没抑制⽅法の基礎検討• 試験体内容
期間

狙い

⼈⼯空洞数

第⼀期

2019/10〜
2020/2①陥没危険度チャートの開発･空洞規模･深さと舗装構成･舗装構成：表層As種の効果

20

第⼆期

2020/2
2020/6〜
2020/10①陥没危険度チャートの開発･舗装の挙動：夏季、⽣活道路②③陥没対策：路盤補強,路⾯補強,空洞充填

12

第三期

2020/10〜
2020/12①陥没危険度チャートの開発･舗装構成：⽣活道路(As表層5cmのみ)②③陥没対策：上記と同じ

19
6

第⼀期・第⼆期試験道路の概要

7

第三期試験体の構築(パラパラ動画)
上段
カメラ画像

下段
路⾯温度(⾚外線カメラ)

8

実物⼤試験道路建設の流れ
下層路盤⼯

空洞3⽤の袋を下層路盤内に設
置v
路床⼯
下層路盤現場密度試
験上層路盤・⼈⼯空洞⽤袋設置完
了v

基層・表層⼯完了

表層⼯

基層⼯完了

延⻑30m, 幅員6m

9

試験体の構築(品質管理･⼈⼯空洞作成)
品質：アスファルト混合物の温度管理･密度試験･出来形など
路床と下層路盤および上層路盤の現場密度試験

細礫を吸引

内部カメラで広がり確認

削孔

スコープで深さ厚さ計測

レーダで埋設位置特定

細礫を詰めた袋

レーダで空洞広がり計測

⼈⼯空洞の作成：埋設した袋から詰めた細礫を吸引10試験⽅法： FWD• Falling Weight Deflectometer「重錐を載荷板に落下させることにより舗装表⾯に衝撃荷重を作⽤させ，そのとき⽣じる舗装表⾯のたわみを測定する機械」の⼀般名称である。⇒舗装の⽀持⼒を測定し評価する(a) 表層と路 (b) 表層が柔床が硬い場合 らかく路床が硬い場合(c) 表層と路床が柔らかい場合載荷板 中心からの距離(mm)-2000-1500-1000-500

0500

1000

1500

2000

11試験⽅法：⼩型FWD
重錘を⾃由落下させ，このとき路⾯に作⽤する
衝撃荷重と路⾯のたわみ量を記録するもの

重 錘
緩衝用バッファ12試験⽅法：平板載荷試験 [強制陥没]Φ30cmの平板載荷試験装置で押し抜きせん断試験を実施
13

試験前後の空洞の変化計測
⼈⼯空洞作成後−試験前−試験後に実施
⼈⼯空洞

No.3‐3の例

・地中レーダ

空洞位置,広がり,概略深度

平⾯スライス

GL

深→度

L=30m

空洞深さ,厚さ
No.3-3

空洞内部状況
No.3-3・空洞内点群観測

⼈⼯空洞No.3‐3
作成前
作成後
深→度

W=6m

多配列レーダーシステム
平⾯スライス 表⽰深度：GL-0.1ｍ〜0.2ｍ

・スコープ ・内部カメラ

内空3次元形状GL

第三期から開始

表⽰深度：GL-0.3ｍ〜0.4ｍ

⼈⼯空洞No.3‐3→⾛査距離→⾛査距離14

モニタリング計測
路⾯変状

気象観測（気温･降⽔等）
気温と路⾯温度←試験道路の舗装⼯事
129.2℃

路⾯観察と路⾯温度
路⾯温度の記録

2020/07/19 13:40

2020/08/03 13:40

2020/11/15 13:40

表⾯49℃

表⾯57℃

表⾯14℃

(2019/10/2‐2020/12/1)

最⾼ 62.0℃
最低 ‐5.9℃

15

陥没現象の観測

16陥没現象の観測 [全箇所:無対策]
第⼀期と第⼆期の空洞32のうち8箇所が陥没：As直下空洞9のうち5箇所･上層路盤内空洞4のうち2箇所が陥没
⼈⼯空洞
No

施⼯期

空洞諸元
広がり

深さ

陥没⽇

空洞
寿命

トリガー

1

1-1

φ50cm

5/21228⽇(過去FWD?)

2

2-1

φ60cm

10/93⽇

平板載荷試験

33-1

Φ55cm

10/82⽇(⾃然陥没)

44-1φ60cm

3/2147⽇(過去FWD?)

54-230×60cm

10/93⽇FWD

63-5φ60cm

10/147⽇

平板載荷試験

74-5Φ50cm

9/3332⽇

夏季FWD

85-109/473⽇

夏季FWD

第⼀期

Dp100/As直下

Dp200/路盤内
第⼆期

Φ55cm

Dp100/As直下

17

3‐1空洞の陥没孔から

18

陥没現象の観測① 無載荷で陥没
⼈⼯空洞3-1 [第1期]

空洞サイズ約φ55cm 空洞深10cm(As直下)

陥没⽇ 2019/10/08(空洞2⽇⽬)

路⾯温度 約40℃

気温 20℃

晴 ⼀時 ⾬空洞作成から1時間後
沈下7mm

23時間後
沈下52mm

推察される陥没過程･アスコンの⾃重に耐えきれず曲げ破壊が基層に発⽣･ 路⾯の沈下変形が⼤きくなり曲げ剛性の違いから剥離が発⽣･その剥離によって急速に陥没へと進展27時間後沈下122mm

46時間後
空洞形状で陥没 表層・基層が分離
陥没孔の⼤きさ：縦断⻑55cm 横断⻑ 51cm
深さ12cm ⾯積 211cm2 体積 14cm3
陥没3D計測19

陥没現象の観測② 載荷試験で陥没
⼈⼯空洞2-1 [第1期]⼈⼯空洞4-2 [第1期]

空洞サイズ約φ60cm

空洞深10cm(As直下)

空洞サイズ約30×60cm 空洞深10cm(As直下)

陥没⽇ 2019/10/9 (空洞3⽇⽬)

路⾯温度 約25℃

気温 25℃晴

空洞2-1 平板載荷試験で陥没

空洞4-2 FWD中に陥没

20

陥没現象の観測③ 載荷試験後に陥没
⼈⼯空洞3-5 [第1期]

空洞サイズ約φ60cm 空洞深20cm(路盤内)

陥没⽇ 2019/10/14 (空洞7⽇⽬)

路⾯温度 約20℃

載荷試験の5⽇後に陥没FWD

平板載荷試験

試験後

5⽇後

読み値17kNで頭打ち

⻲裂･ 7mm沈下

陥没(深さ5cm)

気温 14〜25℃

⾬

舗装構成写真（スコープ）
試験前

試験後㎜ 沈下

2

空洞

空洞3‐5

上層路盤が崩落

平板載荷試験の荷重‐変位関係
参考：陥没せず･路盤崩落なし空洞(空洞3‐4)21

陥没現象の観測④⑤ 載荷試験後数ヶ⽉で陥没
⼈⼯空洞1-1 [第1期]

空洞サイズ約φ50cm 空洞深10cm(As直下)

陥没⽇ 2020/05/21 (226⽇⽬) 路⾯温度 約19℃

気温 10〜16℃

⾬のあと陥没昨年度⾒学会FWDデモ(11/14)から約6ケ⽉後（改質Ⅱ型）

⼈⼯空洞4-1 [第1期]

空洞サイズ約φ60cm 空洞深10cm(As直下)

陥没⽇ 2020/03/02 (146⽇⽬) 路⾯温度 約10℃

気温 5〜19℃

⾬のあと陥没昨年度⾒学会FWDデモ(11/14)から約4ケ⽉後（ストアス）

22

陥没現象の観測 夏季に陥没
⼈⼯空洞4-5 [第1期]

空洞サイズ約φ55cm 空洞深20cm(路盤内)

陥没⽇ 2020/09/03 (331⽇⽬) 路⾯温度 約49℃
空洞作成(2019/10/9)以降、FWD 5回⽬から2⽇後

気温 26〜34℃

晴

夏季からたわみ量が増⼤

⼈⼯空洞5-10 [第2期]

空洞サイズ約φ55cm 空洞深10cm(As直下)

陥没⽇ 2020/09/04 (72⽇⽬)

路⾯温度 約53℃

気温 26〜38℃

晴

空洞作成(2020/06/23)以降、FWD2回・平板載荷試験から3⽇後

23

陥没危険度評価‐空洞上舗装への載荷実験

24

空洞広がり―変状の違い（浅）⽐較：FWDたわみ量と平板載荷試験による挙動
双⽅とも広がりが⼤＝変状も⼤• 空洞2‐1 平板載荷試験で陥没• 空洞2‐2

平板載荷試験で陥没25

空洞広がり―変状の違い（深）⽐較：FWDたわみ量と平板載荷試験による挙動
双⽅とも⼤きな相違はみられない• 空洞2‐3• 空洞2‐426

空洞深さ―変状の違い
⽐較：FWDたわみ量と平板載荷試験による挙動
双⽅とも浅さに⽐例して変状も⼤きい• 空洞2‐1(As直下)• 空洞2‐5 (路盤内)• 空洞2‐3 (路盤下)平板載荷試験で陥没

平板載荷試験で陥没

27

表層As種類―変状の違い（浅）⽐較：FWDたわみ量と平板載荷試験による挙動
FWDたわみ量は陥没したケースもあるが他ケースは⼤きな違いはみられない。平板載荷試験は改質Ⅱ型の変位が⼩さい。
• 空洞4‐2(ストアス)• 空洞3‐2(ストアス)• 空洞2‐2 (改質Ⅱ型)

28

夏季(⽇射･路⾯温度)の影響
⽐較：最⼤たわみ量＝2000μm超~陥没までの余寿命(時間)
夏場は⽇単位・他は⽉単位
空洞5‐10 FWD後３⽇で陥没

同じ諸元の空洞
空洞4‐1（ストアス）FWD後４ヶ⽉で陥没

2020/3/2
路⾯温度10℃
空洞1‐1（改質Ⅱ型）FWD後６ヶ⽉で陥没

2020/9/4
路⾯温度53℃

2020/5/21
路⾯温度19℃
29実⽤可能な道路陥没予防⽅法にむけて30陥没予防策：路⾯補強
開削補修、注⼊⼯法に加わる第3の選択肢について
研究中
テーピング・絆創膏のような簡易で安価な処置【陥没対策の合理化】①補修工事までの安全確保②他工事と併せての補修③モニタリング調査で拡大性が確認された後に補修

31

陥没予防効果：路⾯補強
これから平板載荷試験を実施し、効果の確認など検討を進めていきます• 空洞8‐9(路⾯補強)• 空洞6‐9(無対策)32

路盤補強 ①安定処理路盤
⽐較：FWDたわみ量と平板載荷試験による挙動
安定処理路盤の効果：夏季もFWDたわみ⼩、平板試験後無陥没• 空洞3‐5(無対策)• 空洞5-1(安定処理路盤)
路盤補強

33

路盤補強 ②ジオセンシティクス
路盤内または路盤上に補強材を敷設

路盤補強の有無による効果の例

空洞上に地盤（路盤）が残りアーチ効果が期待できると陥没は起こりにくい。
補強材を⽤いて路盤の崩落を防⽌する。

路盤補強有の場合、平板載荷試験で⽐較的⼤きい変位が出てもその後陥没しない。

ジオテキスタイルによる補強(路盤の崩落防⽌）

空洞FWD

平板載荷試験

（2020.8/31）（2019.10/9）

実物⼤試験道路における補強材（ジオテキスタイル）の敷設

34

陥没防⽌（空洞補修）：空洞充填• 既存の充填材の課題を整理し、要求性能や開発⽬標を設定• 充填材の⼟中への浸透の確認実験• モニタリング路線内の空洞充填の試⾏
破損した下⽔管に漏出した事象あり近傍に破損した下⽔管があっても漏出しないよう開発⽬標修正
⽬標物性：
①可塑性
②⽔中不分離性③分離抵抗性④単位容積質量（軽量、1.0以下）⑤⼀軸圧縮強さ（再掘削性を考慮）
⑥速硬性

【従来】

注⼊孔

表層舗装

【新規開発】

充填材

注⼊孔

表層舗装

充填材
破損部
空隙が残ったとしても陥没危険度は⼤幅低下

下⽔管

⼀部⽔流に取られても上部の充填材は損傷されず荷重伝達を保持

再掘削の効率、および路⾯の⼗分な⽀持⼒を考慮した強度設定に関する検討
可塑性充填材の充填⽅法の検討
35

36

まとめ：実⽤可能な道路陥没予防⽅法
As表層
As基層

路床

陥没前に確認された舗装の破壊現象
・上層路盤の崩落
・As表層と基層の剥離・たわみ量が2mmを超えると空洞を含めた舗装内部に何らかの変状が発⽣・路盤層が10cm以上残った空洞上舗装は、基層As直下の空洞の4倍程度の⽀持⼒

陥没予防の着眼点(舗装の⽀持性能)①路盤：健全性評価と機能確保および補強②路⾯の補強（応急的も可）37

まとめ：実⽤可能な道路陥没予防⽅法
実物⼤試験道路での活動
空洞を⾒つける 発⾒空洞位置特定(⾮破壊、地中レーダ)

特性を把握する 診断

空洞挙動,内空観察, 点群観測(3D)

陥没させない

予防

空洞充填

補修する

治療

路⾯の補強(新たな路⾯補強⼯法)
路盤の補強(路盤安定処理、ジオシンセティクス、路盤として機能する空洞充填)

空洞を作らない・拡⼤させない

38