【第1回 舗 装 工 学 講 演 会 講 演 論 文集1996年12月 】 美 々試 験 道 路 に お け る舗 装 の長 期 パ フ ォー マ ンス に関 す る研 究 島 多 昭 典1・ 中 川 伸 一2・ 高 橋 守 人1 1正会員 北海道 開発 局 開発土木 研究所 道路 部維持管理研 究室(〒062札 2正会 員 北海道開発局 局長官房開発調 整課(〒001札 幌市豊平 区平岸1条3丁 目) 幌市北区北8条 西2丁 目) 美 々試 験道路 は,北 海道 の苫小牧市か ら札 幌市へ向か う一般 国道36号 に位置 して いる.開 発 土木研 究所で は, 1990年7月 に同 一車線 に対 して8種 類の断面 を構築 した.本 文は,こ の 内の現 行設 計法 に基づ いた4断 面 の変 化か ら,舗 装パ フ ォーマ ンスの検討 を行 うものであ る. この結果 本試験 道路 において はMCIに 対 して わだち掘れ の与 え る影響が 非常 に大 きか ったが 積5ト ン(49kN)換 算輪数 との間 に高い相関 が見 られた これ らは累 また,調 査期 間がスパイ クタイヤ規制が行 われた時期 に 当た ったため,こ の影響が観 測されたほか、 表層 に生 じるわ だちは層厚が大 きい断面 ほど大 き く,下 層路盤 面以 下 の沈下量 は設 計交通 量が小 さいほ ど大きい ことが推定 され た. Key Words : pavement, performance, test road, rutting, MCI, layer 写真-1美 図-1美 structure 々試験道路(分 離帯寄 りが 試験車線) 々試験道路位 置 図 試験 区間は,中 央分離帯 の設 置 された片側2車 線 の構 1.は じめ に 成 とな って い る.さ らに外 側 に試 験調査 時 の切 り回 し用 の車 線が設置 されて いるが,通 常 はこ こを通過 す る車 両 はほ とん ど無 い.特 定重要港湾 で ある苫小牧 美 々試 験道路 は,1960(昭 和35)年 に凍 七に関す る調査 室蘭 か ら を 目的 と して一般 国道36号 苫小牧 市美沢 に構築 され て以 札幌 来 道路 交通 セ ンサスによ ると平 日24時 間交 通 量が2万4 各 種の調 査 フ ィール ドと して北 海道 におけ る道路舗 千歳方面へ の大型貨物 車両が 多 く,平 成6年 度の 千台,12時 間大型車混入率 は4()1%に 達 している. 装 の設 計技術の 向上に重要な役割 を果た して きた. ―197― 表-1材 図-2試 料 ご との設計CBR 験 道路 の平面図 表-2交 通区分 と累 積5ト ン(49kN)換 算 輪数 (アス フ ァル ト舗装 要綱 よ り) 路 試験 の結 果 と して提 案 された設計手法 であ るTA法 が 用 い られてい る1).これは,路 床 の支 持力の評価値で ある 設 計CBRと 設計期 間内の推定累積5ト ン(49kN)換算輪 数 によ って必要なTA(舗 装全層 を加 熱アス ファル ト混合 物 で設計す る と仮定 した場合 の必要厚)を 設定 し,舗 装 体各層(路 盤層 以上)を 等値換算 係数(表 層,路 盤各層 の材料 の単位厚 さが相 当す る加 熱ア スフ ァル ト混合物 の 厚 さ)を 用い て,ア スフ ァル ト混合物 を用 いた場 合に換 算 して舗 装厚 さを求め る方 法であ る. 必要TAは,路 床の設計CBRと 設計期 間内の累積5 トン(49kN)i換算 輪数 か ら式(1)によ って求め られ る. 図-3試 (1) 験 道路 の舗装 構成 この美 々試 験道路 において舗装 の構造 設計手 法の違 い 及 びその結果 と して得 られ る舗装 構造 の違 いが舗装の総 合 的な耐久 性に与え る影響 に関 して の調 査 を行 うため, 1990(平 成2)年7月 に8つ の試 験舗装断面が設 け られ た． 8断 面の 内,今 回報 告す る4断 面(図-3)は 従来か ら日 本 において標準 的 に用 い られて きた経験 式 によ る設計手 法 であ るTA法 によ って設 計 され た現行の標準断面 であ る.残 りの4断 面 は試 行的 に力学 的設計を行な った もの で ある. TA:舗 装全層 を加熱 ア スフ ァル ト混合物で設計 した場 合の必要厚[cm] CBR:設 計CBR[%] N:設 計期 間内の累積5ト ン(49kN)換算 輪数 なお,北 海道 内の一般 国道 におい ては,路 床及 び凍 上抑制層 の設計CBRは,北 った凍結融解試 験及 びCBR試 海道 内産 の材 料 に対 して行 験結果を基 に,表1に 示 す値を用 いる こととされ てい る 助.また,冬 期間のタイ ヤ 使用状況 に鑑 み,表 層の上 部2cmを 摩 耗層 と位置付 け, 計算 に含 めな い もの と して い る.更 に,凍 結深 さに応 じ 2.現 て地域 ごとに置 換え深 さ ラ ンクが設定 されてお り,下 層 行の断面設計法 路盤以上 の設 計合計厚 さ(摩 耗層 は除 く)が 置換 え深 さ ラ ンクに満 たない場 合は,下 層路盤の下 の路床 を難 凍上 日本 ではアス フ ァル ト舗 装設計 においてAASHO道 ―198― 表-3輪 荷重調査 にお ける輪荷重別 輪数 表-45ト 性材料 に置換 え るいわ ゆ る凍上抑制 層を設 け る こととさ れて お り,こ の場 合の設 計CBRは 層 の設 計CBRを ン(49kN)換算 輪数の算 出 在来 路床 と凍 上抑 制 合成 して求め ることとされ てい る. アス フ ァル ト舗装要綱 にお いては,推 定大型 車交通 量 に よって,5つ の交 通区分 が定め られて お り,各 々表-2 に示す値 を式(1)にお けるNと して用い る ことと されて い る. 仮定 した断面 の照査 においては,各 材料 規格 ごとに定 め られた等値換算係 数を用 いて,式(2)に よ り仮 定 した層 構造 のTAを 計 算 し,必要TAを 満足す るよ うに設計 す る. (2) a1,a2,…,a、,…,an:等 値 換 算 係 数 h1,h2,…,h、,…,hn:各 層 の 厚 さ(cm) 表-55ト 美 々試 験 道 路 に は,こ の 区 間 の 設 計 交 通 量 で あ るC交 通 に相 当す る 断面 以 外 に,他 の3つ D)各 の 交 通 区 分(A,B, 々 につ いて 設 計 した 断面 を 設 置 した.(以 A,B,C,D断 ン(49kN)換 算 輪数 測定結果 下,各 々 面 と 呼ぶ) 路 床 は 土 で あ るた め,設 計CBRは3を 用 い て い る. ま た,試 験 道 路 を 含 む 地 域 は,路 床凍上対 策 と して の 置 換 え 深 さ ラ ンクが80cmで あ るた め,A断 級 の 切 込 砂 利 を用 い た 厚 さ30cmの 面 に は,80mm 凍 上 抑 制 層 を 設 けて い る. な お,凍上 抑 制 層 は 路 床 の 一部 で あ るた め,設 計CBR は路 床70cmと 凍上 抑制 層30cm(切 設 計CBR=10)を ま た,表-3の 込 砂 利80mm級 結 果 を 基 に,表-4及 24時 間 当 りの5ト 合 成 して 得 られ る合 成 設 計CBR(= に 示 す.そ の 平 均 値 は3,409輪/日 4)を 用 いて い る. び式(3)に 従 って, ン(49kN)換 算 輪 数 を 求 め た 結 果 を 表-5 で あ った. ま た,舗 装 の 使 用 材 料 は,標 準 的 に 使 用 して い る もの を用 い て い る. (3) 3.交 通 荷 重調 査 交通 荷重 はパ フ ォー マ ンス に大 きな影 響を与 え る こと か ら,試 験 道路構築後,マ ッ ト式 ポータブル 輪荷重計 を 用いて,毎 年秋期 に輪荷重測 定を行 って い る.測 定 は午 前7時 か ら翌 日午前7時 までの24時 間行 った.測定結果 を表3に 示す. ―199― 4.路 面 性状調査 サ ー ビス 性能の経 年変化 を把 握す るた め,試 験道路の 表-6各 断面のMCI値 各 断 面 に お い て わ だ ち深 さ,縦 断 方 向 の 平 坦 性,ク ラ ッ クの 発 生 の3項 ま た,こ だ ち深 さ[mm] σ:縦 断 方 向 の 平 担 性[mm] 測定 日まで の推定累積5ト ン(49kN)換 算輪 数 目につ い て 路 面 性 状 の追 跡 調 査 を 行 っ た. の3項 (Maintenance MCIは,舗 表-7各 D:わ 目の 測 定 値 に基 づ い て 維 持 管 理 指 数 Control Index,以 下MCI)を 算 出 した3). 装 の 維 持 修 繕 に あ た っ て の参 考値 と され る値 で あ り,こ の値 が お お よ そ5未 満 とな った と き に小 規 模 な 修 繕,3未 満 の と き に は大 規 模 な 修 繕が必 要 と判 断 され る．MCIは 、式(4)∼(7)に よ って 各 々算 出 され た値 の 内 の 最小値 と して 得 られ る. (4) (5) (6) (7) σ:縦 断 方 向 の 平 坦 性 の標 準 偏 差(mm) C:ク ラ ック率(%) D:わ だ ち深 さ(cm) 5.路 面 性 状 パ フ ォー マ ンス 曲 線 1日(24時 間)当 りの5ト ン(49kN)換 算輪数 を,輪 荷 重調 査の 結果を基 に3,409台/日 各断 面 のわだ ち深 さ,縦 断方 向の平坦性 の測定値及 び 測 定値に基づ いて算 出 したMCIの 経 年変 化を表-6に 示 す.な お,ク ラ ックにつ いて は,試 験道路構築後5年 ま で において,い ずれ の断面 にお いて も発 生 は見 られ てい な いため,表 におい ては省略 して いる.こ こで,わ だち 路面 性状測 定 日までの累積5ト と して推定 した各 々の ン(49kN)換算輪 数が表-7 であ る. 横軸 にこの累積5ト ン(49kN)換算 輪数 を縦軸 に路面 性 状 を表す指標 を とり,図-4,5,6に わだ ちがMCIに 示す. 与 え る影 響は,他 の 因子 に比較 して 深 さは,各 断面工 区 内の各横 断形 状測線 におけ る最 大 わ 大 きい こ とか ら,わ だ ちの増 加が大 きな時期 にMCIの だ ち深 さの平均値 と して いる. 減 少が大 き くなってきてい る. 式(4)∼(7)のMCI算 出式 において,ク ラ ック率 また,図-4に 示 され るよ うに縦 断方 向の平 坦 性は全体 Cが すべて0で あ ることと,平 坦 性の測定値 σの最大値 的 に増加 傾 向にあ るが 255に 対 し,わ だ ち深 さの最小値 は10.7で あ るため,計 向の把握 が 困難 であ る.従 って,こ こではわだ ち深 さ, 算値 が最小 にな りMCIを MCIに 決定す るのはすべて式(7)で ある． ば らつ きが大 き く,そ の増 加傾 着 目 して各 々のパ フ ォーマ ンス 曲線 を求 めた. その結果,わ だち深 さ,MCIの 各 々式(8),式(9)に ―200― パ フ ォーマ ンス は, 良 く一致 した. 図-4縦 図-5わ 断 凹凸量 の変化 だち深 さの変 化 図-6MCIの ―201― 変化 表-8わ だ ち 深 さが30mm,40mmに 累 積5ト 達 するまでの 表-10表 層 ・基層の設計厚 と供用5年 時 点での残厚 ン(49kN)換 算 輪数 お よ び年 数 ※ 摩 耗 層 を含 め た厚 さを表 層 と して い る。 表-9MCIが5.0,3.0に 達 す る まで の累 積5ト ン(49kN) 換 算輪数 および年数 6.わ だ ち掘 れ の 発 生 原 因 表-10は供用 開始後5年 とな る1995年8月 に,コ ア採取 に よって,わ だ ち底部 の表 層厚 さを測定 し,設 計厚 さ と 比較 した ものであ る.こ れか ら,表 層にお いて は,設 計 交通 量が大 きい断面 ほど,つ ま り表層厚 が大 きいほ ど 設計厚 と供用5年 時点 での残 厚 との差 が大 き くな って い る ことがわか る.な お,各 断面 か らコアを5個 ずつ採 取 してい るが 同断面 内の コアで の各 層厚 の変動 は小 さか ったこ とか ら,ば らつ きの影響 とは考 え られな い (8) また,本 試験 道路 にお いては剥離 が見 られていな いた め,表 層厚変化 の原 因 と して は摩 耗 と流動 が考 え られ る. D:わ N:累 a,b:定 だ ち 掘 れ 深 さ(mm) 積5ト 交通条件及 び表層材料 が 同一 であ るため,摩 耗に よる表 ン(49kN）換 算 輪 数(輪) 層 厚変化 に差 が生 じた とは考 え られず,こ の差 は流動 に 数 よ る差 と考え られ る.基 層 において は,舗 装構成 に よ ら ず大 きな違 いは見 られな い.上 層路 盤(加 熱 アス ファル (9) ト安定処 理)層 につ いて は,コ ア観 察 によ って下層 路盤 層 との境 界を 明確 に判断す ることが 不可能 なた め,数 値 N:累 c,d:定 積5ト ン(49kN)換 算 輪 数(輪) 測定 を行 って はいないが,ア ス フ ァル ト含 有率,骨 材 粒 数 径 温度条 件等か ら判 断 して基層以上 に流動 しに くいた め,流 動の大部分 は表層 内に生 じた と考 え られ る. 各断 面 でのわ だち深 さ,MCIの パ フォーマ ンス曲線 は 図-5,図-6中 に示す よ うに,両 方 と も0.95以 上 の非常 に 積雪寒冷地 において は,ス パ イ クタイ ヤ及 びタイ ヤチ ヱー ンが使 用 され る冬期 間の摩 耗と,路 面温度 が上昇す 高 い相 関力碍 られ てい る. これ らのパ フォーマ ンス曲線 を用 いて,維 持 修繕の判 れ る.そ こで,夏 と冬期 間のわだ ち掘れ変化 量を表-11に 断の 目安 とな る値 に達す るまでの累積5ト ン(49kN)換算 示す. 輪数 お よび美 々試験 道路の交通 条件下 での年数 を求 め る夏期 間の主 に流動 によ るわ だち掘れが 生 じる と考え ら 北海道 にお いては,ス パ イ クタイヤ及 びチ ェー ンによ た結果 を表-8,9に 示す.表-8と 表-9で,到 達 順序等が 互 る冬期 の摩耗対 策が 長年 の課題で あ った.し か し,平成4 い に一致 しな いのは,各 々独立 に求 めた 回帰式 であ る式 年度か ら札幌 を中心 と した地域で,翌5年 (8)及び式(9)に基づ いて推定 したためであ る. これ らの結果 か らは 供用5年 の時点で は,舗 装構成 試験 道路 を含む全道各地 で スパ イ クタイ ヤの使用が規 制 厚 の違 いによる路面の各性状へ の影響 は見 られな い 度か らは,本 された ため,多 くの車 両が 柔 らか い ゴム を使 用 したス タ ッ ドレスタイ ヤに移行 した.表11に おいて も,冬 期 間の わだ ち掘れ変 化量が毎年 着実 に減少 して い ることが表 れ てい る.本 路線 の 性格上,多 くの通 過車両が 札幌方面 を 目的地 と してい るため,平 成4年 度 にスパ イクタイヤが ―202― 表-11夏 表-12供 季 お よび冬季の わだち掘 れ増加量 において も 目立 った損傷 は見 られない 用5年 時点 の表層厚変化 と しか し,A, B交 通 断面 では下層 路 盤面 の沈下 が 相対 的 に大 き く 下層 路盤面以下 の沈下量の推定 な ってい る.し たが って,表 面性状 だけで はな く,路 床,路 盤お よび舗装 を一体 的 に評価すべ きで あると考 え る. 8.お わ りに ほ とん ど使 用 され な くな ってい る もの と考え られ るが, 今 回,測 定 され たわだ ち深 さそ の もの には,舗 装構成 この年の変化量 は平 成3年 度 の1/2以 下 とな って お り, 厚 さの違い によ る影響が表 れて いない こ とが 明 らか にさ これを裏付 ける結 果 とな っている. れ たが わ だち深 さを表 層厚の厚 さの変化 と下層 路盤面 また,わ だ ちが生 じる原因 と しては,こ の 他 に,交 通 以下 の沈下 に分 けて考 え ると各 々舗装 構成 によ る差 が見 荷 重によ る下層 路盤面 の沈下が 挙げ られ る.こ の沈下 量 られた.こ の ことか ら,わ だ ちのパ フォーマ ンス予測 に は,基 層 及 び上層 路盤 の厚 さ変化が無 い もの と仮定 して, おいて材料特 性の評価 とと もに構 造的な解 析が 必要 であ 下層路 盤面以下 の沈下 が表 層下面 の沈下 に等 しい と仮 定 ると考え られ る. 舗装 の構 造面 の評価手法 と して はFWDが す る と,表 一12によれ ば,設 計交通 量が小 さい舗装断面 ほ 注 目されて ど,下 層路盤 面以下 の沈下 が大 き くな ってい る.こ れ は お り,本 試 験道路 において も継続 調査 を行 って いる. アス フ ァル ト混合物 層路盤上 面での鉛 重の大 き さが異 な ここ数年,暖 冬 の影響 と も思われ るが,現 段 階 ではわ だ った影響 と考 え られ る. ち掘 れ以外 の 目立 った破壊が 観測 され てい ない ことか ら, 基層 以下の設計 の問題 点は生 じていな い。 しか し、冬期 間の摩耗の減 少によ り,わ だ ち掘れ量全体 に対す る流動, 7.考 沈下 の影 響が相対 的に大 き くな って きてい る ことか ら, 察 今後 は表 層材 料 の検 討に と どま らな い対 策が 必要 と考 え 美 々試 験道路 につ いて,5年 間の追跡 調査の結 果(累 積 られ る。 等価複輪 荷重が約600万 輪 まで の範 囲)か ら得 られた成 果 を考 察す ると,以 下 の ようにな る. ① 現行MCI算 定式 の3要 素 の内,わ だち掘れの影 響 の大 きい箇所 で は累積5ト ン(49kN)換算輪数 と平 均 わだち掘れ深 さ,MCIの 参 考文献 1) 間 に高 い相関が見 られ 2) た. ② 供用5年 後 にわだち底部か ら採取 した コアの層 厚 3) か ら,表 層においては,層 厚が大 きい断面 ほ どその 久保宏: 融 解期 の現場CBRと それに基づ く設計CBRに つ いて, 土木学 会論文 報 告集 第283号, 寺 田章 次, 森永 教夫 1979.3 菊 川滋: 道路 維持管 理ポケ ッ トブ ック, 1991 減少量が大 きいが,下 層路盤面以 下の沈下量 は設計 4) 交通 量が小 さい ほど大 きい と推 定 された. 中川伸一, 島多 昭典, 小笠原章: 美 々試 験道路 にお ける 構成厚の異 なる舗装 の長 期パフ ォーマ ンス調査(中 間 ③ スパ イ クタイ ヤ規 制に よ り,冬 期 間の摩耗 が大 幅 に 報告) , 開発 土木研究所月報, No.513, 1996.2 減少 して いるため 今 後のわ だち掘 れ対策 と して流 動 日本道路協 会: アス フ ァル ト舗装要 綱,1990 沈下 に対す る検 討 も重要 と考え られ る. ④ 現行設計法1に対 して,試 験 道路 の交通 量に匹敵 するC, D交 通断面 の舗 装 は もちろん,A,B交 通断面の舗装 ― 203― THE OF STUDY PAVEMENTS Akinori SHIMATA, OF LONG AT Shinichi TERM THE BIBI NAKAGAWA PERFORMANCE TEST ROAD and Morito TAKAHASHI The Bibi Test Road is located on National Route 36 on the way from Tomakomai to Sapporo. The Civil Engineering Research Institute constructed 8 types of layer structures in July 1990. This study describes performances of pavements by researching changes observed in 4 types of sections. It was proved that rutting significantly affects MCI, and these factors are correlated to the number of equivalent 5 t (49 kN) wheel load. The studded tire regulations were promulgated during the research period and their influence was observed. It was found that the thicker the layer, the larger the rutting of pavement surfaces, and the smaller the design traffic volume, the greater clibgidence of the subbase course. ― 204―
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