老朽 朽化した鋼 鋼矢板水 水路の補修 修・補強 強工法の 開発 ○藤村ヒュ ○ ュ ー ム管株式 式会社 １ 技術営業部 技 部主任 佐藤 藤弘輝 はじめに に 河川等の水 水利施設で供 供用されている鋼矢板 板護岸は,長期 期供用により鋼材の腐食 食に伴う断面欠損が 生じて機能低 生 低下が進行 している事例が報告さ れている(写 写真-1)。こ こうした施設 設は,高度経済成長期 に集中的に整 に 整備された結 結果,そのほ ほとんどにお おいて耐用年 年数を迎えつ つつあり,施 施設の維持更 更新が急 務な課題とな 務 なっている。 。そのため既 既存施設の 長寿命化を 図る効率的 的な補修およ よび補強が行 行える工法 の技術開発が の が求められ ている。本報では,老朽 朽化した鋼矢 矢板護岸を施 施工性や長期 期耐久性に優れた軽 量プレキャス 量 ストパネル と充填コンクリートの の複合材で補 補修および補 補強を行う「 「ストパネ工 工法」(以下 ストパネ工法 ス 法) の概要と と,試験施工 工および力学 学特性を検証 証した結果に について報告 告する。 ２ 開発の 目的 鋼矢板は,,鋼材の腐食 食反応により り断面欠損が が生じる。鋼 鋼矢板水路で では,腐食後 後も構造安全 全性が確保 できるように で に,一般環境 境において表 表裏あわせて て 2 ㎜の腐食 食代が設定されている 1) 。腐食は, ,特に水面 付近で急激に 付 に進行し 100 年から 40 年の既設鋼 年 矢板排水路 路の調査では は,供用開始後 後 20 年で腐 腐食が顕在 化した事例 化 も報告され ている 2)。このような 状況下にお おいて既存施 施設を効率的 的に維持管理 理し,長寿 命化を図る技 命 技術の開発 と普及が急務な技術的 的課題となっ っている。従 従来の保護工 工法には，腐 腐食した鋼 さびや付着物 矢板表面の 矢 物をブラスト除去した た後，防錆剤 剤を塗布しウレタン樹脂 脂などで被覆 覆する表面 被覆工法が多 被 多用されて きた。しかし,こうした た保護工法施 施工後の施設 設において, 被覆層の剥 剥離や紫外 り,筆者らは 線による再劣 線 劣化が発生 した事例も見られる（写 写真-2）。以上の背景よ 以 は施工性と LCC（Life Cycle C Cost） の観点か ら優位と考えられるコ ンクリート を用いた表 表面被覆工法 法としてスト トパネ工法 を開発した。 を 。本工法は,腐食代を有 有する既設鋼 鋼矢板を対象 象として,コンクリート ト被覆による る鋼矢板の 腐食の進行を 腐 を抑制する効 効果と鋼矢板-コンクリ リート複合材 材による補強 強効果を目的 的としている。 写真-1 既設矢板 材の腐食と断面欠損 写真-2 再劣化した た鋼矢板水路 路 ３ ストパネ ネ工法 ３．１ 工法 法概要 ストパネ工 工法の構造 を図-1 に示 示す。本工法 法は,基礎処 理を行った後に既設鋼 鋼矢板の前面 面に専用の接 接 続金具を溶接 続 接してプレ キャストパネルを配置 置し,内部にコ コンクリートを充填す るというものである。下 地処理が容易 地 易でかつ従来 来の保護工法にない無 無機系材料の のコンクリー ートで被覆す するため，ア アルカリ性に に よる腐食の進 よ 進行の抑制効 効果を期待でき,従来の の表面被覆工 工法と比較しても，防食 食性は同等以 以上と考えら ら れる。また, れ ,コンクリー ートは材料安 安定性に優れ れているので で従来工法と比較して耐 耐用年数の向上による LCC L の低減が が期待でき, 材料として ても汎用性が があるので地 地域制約が無 無く全国普及 及を図ることができる 。 一方,施工面 一 面では特殊作 作業を必要と としないため め,施工が容 容易で尚且つ つ環境に左右 右されない安 安定した品質 質 での補修お で よび補強が 可能となる。 ３．２ 使用 用材料 プレキャス ストパネル は,耐アルカ カリ性ガラス ス繊維補強モ モルタルを用 用い,ステン レス鋼メッシュによ り補強した板 板状製品で ある。高品質かつ高強 強度で,構造的 的にも鋼矢板 板との複合部 部材となるため安定 となる。ま た,寸法は 500 した構造体 し 5 mm×5000 mm×30 mm m,製品質量 16.9 kg/枚 枚とコンパク クトで軽量 化が図られて 化 ているので,,人力施工が が可能で施工 工重機が進入 入できないよ ような都市部 部の狭隘な河川でも 施工性を確保 施 保できる。接 接続には,メ メッキ処理を を施した金具 具を使用して ており,パネ ネル配置後に に水路内面 に露出しない に いようにパネ ネルの裏でボルトによ り接続する る構造となっ っている(写真 真-3)。 ３．３ 施工 工事例 試験施工は は，新潟県 内の西蒲原地区に位置 置する猿ケ瀬 瀬排水路で行 行った。試験 験施設は水路 路幅 2.65 ｍ，水路高さ ｍ さ 1.5ｍで，軽量鋼矢板 板（3D 型 L==6 m 設計板厚 厚 6 ㎜）を を使用した農 農業用排水路 路である。 ３．４ 施工 工手順 図-2 に施 施工フローを を示す。施工 工手順は，高 高圧洗浄機 （洗浄圧 14.7 MPa）を使 使用して，既設鋼矢 板表面を洗浄 板 浄し，基礎砕 砕石および均しコンク リートで基 基礎処理を行 行った後，鋼 鋼矢板面に専 専用の接続 金具を溶接 金 してプレキ ャストパネルを設置す する作業を繰 繰り返し，内 内部にコンク クリートを充 充填する というもので と である。 図--1 ストパネ ネ工法構造概 概念図 写真-3 写 金具 具接続状況 (1) (2) (3) (4) (5)) (6) (7) 洗 床 基 パ 接 充 打 養 完 浄 均 礎 ネ 続 填 設 生 了 工 し 工 ル 金 コ 配 具 ン 置 溶 ク 接 リ (2)基礎工 (1)洗浄工 ー (3)パネル配置 ト (5)充 充填コンクリート打設 (4 4)接続金具溶接 接 表 -1 モデル ル試験条件 施工 工フロー 既設鋼 鋼矢板 既設鋼矢板 板 700 700 実験ケ ー ス Case 1 Case 2 125 試験条件 既設鋼矢板 板 （軽量鋼矢 矢板，t=4.2～6.1 ㎜） 既設鋼矢板 板 （軽量鋼矢 矢板，t=4.2～6.1 ㎜）+コン クリート 270 図-2 現場 場打ちコンクリート コン ンクリートパネ ネル Case 1 図-3 ４ Case 2 各ケース検討 各 討断面 力学的特 特性 クリート複 合材の力学 ストパネ工 工法の開発 に当り, 鋼矢板-コンク 鋼 学的特性を把 把握するため め, 公益財団 団 法人にいがた 法 た産業創造機 機構が実施する助成事 事業を活用し し，新潟大学 学自然科学系 系（農学部）と産学共同 同 研究を行った 研 た。各ケー スの試験条件を表‐1, 各ケース検 検討断面を図 図-3,室内試験 験の状況を写真-4 に示 示 の Case 1 および施工と す。試験は, す , 猿ケ瀬排水 水路で採取した既設鋼 鋼矢板を 2 枚 1 組とし,鋼 鋼矢板のみの お と 同じ手順で 同 コンクリー ト被覆を施した Case 2 について実 実施した。載 載荷荷重は，既設鋼矢板 板を採取した た 水路の設計モ 水 モーメント を Chang の式により算 算出し，この のモーメント トの 1.5 倍で である 27 kN N･m を基準と と した。 し 試験の結果 果,コンクリ ート被覆に による変位量 量の抑制効果 果を確認する ることができ きた。その結 結果を図-4 に示す。基 および図-5 お 基準モーメン ント 27 kN・ m において Case 1 の最 最大変位 34..3 mm に対して Case 2 の最大変位は の は 7.3 mm であった。一 で 一方残留変位 位は,同モー ーメントで Case 1 が 3. 1 mm であっ ったのに対し し て Case 2 で では 0.9 mm であった。両 で 両ケースの 比は最大変 変位量で Case 2 が Case 1 に対して て 21%,残留変 変 位量で 位 28%で であった。一 一般的に自立 立式鋼矢板の の許容変位 量は，土地改良事業計 計画設計基準 準・設計「水 水 路工」におい 路 いて，護岸高 高さ 4.0 m 以下では護岸 以 岸高さの 1/ /40 と設定さ されている 11） 。本検討断 断面の許容値 値 は 37.5 mm となる。本試 試験結果は，基準モー ーメントの試 試験荷重にお おいて，いず ずれのケース スも最大変位 位 量は許容値を 量 を下回って いた。しかし Case 1 に に対して Cas se 2 の変位量 量の低減率が が大きく，鋼矢板-コン ン クリート複合 ク 合材では，載 載荷過程において曲げ げ変形量を抑 抑制する効果 果が働いたも ものと推察さ される。 ５ 今後の課 課題 技術的課題 題としては,,施工後に内 内部の鋼矢板 板材 の腐食状況が の が直接目視 できなくなるという点 点が 挙げられる。 挙 。これにつ いては現在，電位計測 測によ りマクロセル ル腐食の可能 能性を定量的に評価す する取 組みを進めて 組 ている。 ６ おわりに に 本報では， ，筆者らが 開発した既設鋼矢板護 護岸の 補修および補 補 補強を行う 工法「ストパネ工法」 につ 写真-4 いて報告した い た。試験施 工により施工性の確認 認と,室 室内試験状 状況 変位量(mm) 内曲げ試験に 内 によりコン クリート被覆の補強効 効果を 最大変 50.0 とができた。 確認するこ 確 。このことから，今後 後，水 利施設として 利 て供用され ている鋼矢板護岸の長 長寿命 40.0 化を試みる際 化 際にストパネ ネ工法の有効性は高い いもの と考えられる と る。 30.0 ７ 20.0 謝辞 本研究を進 進めるにあ たり,新潟大 大学自然科学 学系 最大 大変位 34.3mm 最大 大変位 7.3mm m 10.0 （農学部）鈴 鈴木准教授 から,丁寧か かつ熱心なご ご指 した。ここ に感謝の意を表します 導を賜りま 導 す。 0.0 18.0 引用文献 引 図-4 22.0 27.0 31. 0 35.0 39.0 43.0 作用モーメ メント(kN・m) 最大モーメン ントと最大変 変位の関係 1) 1 農林水産 産省農村振興 興局整備部設 設計課：土地 地改良 事業計画 画設計基準・ ・設計「水路 路工」技術書 書， 残留 留変位量(mm) 8.0 0 （社）農 農業農村工学 学会，pp. 357-374，20 3 001. 7.0 0 2) 2 鈴木哲也 也，森井俊広 広，原斉，羽 羽田卓也：地 地域 6.0 0 資産の有 有効活用に資 資する鋼矢板 板リサイクル ル工法 5.00 の開発， 農業農村工 工学会誌，8 80（10）， 4.0 pp. 21‐ 24，2012.100 3.0 0 残留変位 3.1mm 残留 留変位 0.9mm 2.0 1.0 0.0 18.0 22.0 図-5 最大モーメン 最 ントと残留変 変位の関係 27.0 331.0 35.0 39.0 43.00 作用モーメント(kN・mm)
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