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九州技報 第42号 論文
横断歩道橋防食構造について
九州地方整備局  牧野 千代春
九州地方整備局  原  堅次
 
1 はじめに
横断歩道橋の防食に関しては、定期的なメンテナンスの実施や高耐久性塗装の採用による塗膜の長寿命化を図る等の防食対策を実施しているが、その効果はそれほど期待出来ず数年で腐食が見受けられる例や、腐食による錆汁が発生し景観を損ねる事例も少なくない。横断歩道橋は道路景観形成としての美しさも要求されることから、防食に対する効果的な対策が求められている。
このため、横断歩道橋における腐食多発部位の防食性能向上を目的とした構造等の設計検討を行いメンテナンスコストの縮減を紹介するものである。
 
2 歩道橋腐食度調査の実施
.1 事前調査
今回の検討を行うにあたり、現状の横断歩道橋の設置環境や構造形式等による腐食の状況を調査し、腐食度の詳細調査を行うための基礎資料とした。
.2 事前調査橋梁の選定
選定にあたっては、今後検討する防食構造が広く活用できるよう調査施設は次項の4項目に配慮し選定を行った。
① 設置環境分類
設置環境(交通量や飛来塩分等)による腐食性の相違の把握を行う。設置環境条件の分類に当たっては、海岸からの距離と交通量により分類し、今回はより環境が厳しいと考えられる海岸より2km以内の沿岸部を対象とする。
② 構造形式
防食構造を検討する対象構造形式の選定にあたっては、当該地域の一般的な構造形式を上部工形式、床版形式と桁の断面形状から分類を行い選定した。
③ 架設年次
架橋数が多い年次に対して選定を行うこととし、適用技術基準の違いにより1968年以前と1985年以降に区分し、最も架設数が多い年度のものを選定する。
④ 補修履歴
同条件で比較が可能となるように塗替塗装をはじめとする補修履歴に配慮する。最終で塗装された年次から現在までの経過年数を5年毎に区分し最も多い区分のものを選定した。
.3 事前調査の結果
今回調査を行った中から、特に腐食が著しいと思われる箇所を以下の写真-1に示す。
 

写真-1 事前調査結果

 
.4 腐食度調査
事前調査の結果から、今回の調査では設置環境毎に対する腐食度の相違は見られず、構造形式の違いによる腐食が多く確認された。
よって、腐食度調査歩道橋を選定するにあたっては、表-1の条件により選定し調査を行った。
 

表-1 選定条件

 
.5 腐食度調査の結果
現地調査結果において、損傷箇所(腐食、防食機能の劣化)として、①橋面(床版)、②橋面(地覆部)、③高欄、④排水装置(橋面部)、⑤排水装置(階段部)、⑥階段部(階段桁)、⑦階段部(踏板)、⑧支点部、⑨橋脚柱の9箇所の部位で確認された。
 
3 腐食度評価
.1 腐食度評価区分の設定
腐食度評価を行うにあたっては、分析作業の簡便性及び透明性の向上を目的として、点検要領に記載されている「腐食」と「防食機能の劣化」の損傷程度の評価区分を基に、表-2に示す3段階の腐食度を設定した。
 

表-2 腐食度評価区分(今回設定)

 
.2 着目部位の抽出
本検討による選定防食構造がより広範囲の歩道橋にて適用できるように、現地歩道橋の腐食状況及び構造特性(補修緊急度等)を踏まえた検討着目部位の抽出を行った。
抽出方法として、評価対象部位毎の腐食度評価結果を、その他の評価項目を基に設定した補正係数により補正し、総合評価が高い部位を着目部位として抽出した。また、評価対象歩道橋は現地調査を行った箇所を対象とし、その平均値にて評価を行った。評価対象部位は現地調査にて損傷確認した9箇所の部位を評価対象部位とした。
腐食度の補正係数を設定するにあたっては、歩道橋の維持管理を経済性、施工性、使用性、耐久性等を総合的に判断し実施するうえで、補修・補強等の要否の判断指標(材料)として考えられる項目を抽出し、各評価項目の重要度に応じて補正係数の重みを決定した。
上記の方針にて設定した補正係数及び腐食度の補正方法を表-3に示す
 

表-3 腐食度の補正方法

腐食度×(1.0-補正係数①)×(0.1-補正係数②)

 
上記の補正を加えて算出した各対象部位の評価を表-4に示す。
そこで、総合評価値の高い順に①橋面(床版) ②橋面(地覆部)③階段部(踏板)④階段部(階段桁)⑤支点部の5箇所の着目部位の抽出を行った。
 

表-4 腐着目部位の抽出結果一覧

 
4 腐食要因の特定
.1 着目部位と構造形式との相関関係の把握
今回の調査対象歩道橋は、架設年次や塗替え回数、最終塗替え時からの経過年数も様々であり、歩道橋により維持管理の水準が統一されておらず、これらを無視して腐食度の比較を行ったとしても歩道橋の腐食に関する正確な知見は得られないと考える。
よって、着目部位毎に腐食度の比較を行うにあたっては、腐食度の比較条件を統一する目的で再度腐食度の補正を行った(表-5)。以下に、構造形式の違いによる相関関係の比較のうち腐食の発生割合が最も顕著に現れた橋面部の床版形式と排水形式に着目した結果を図-1・図-2に示す。
 

表-5 歩道橋番号及び各着目部位の腐食度一覧

 

図-1 着目部位と他部材の腐食との相関関係

 

図-2 着目部位と構造形式の相関関係

 
4. 2 腐食度調査の総括
① 橋面(床版)の腐食
橋面(床版)の腐食に対しては、「床版形式」及び「排水形式」の構造形式の影響が大きく、「鋼床版-排水溝」の組合せの腐食が大きい。 
② 橋面(地覆部)の腐食
橋面(地覆部)の腐食に対しては、「床版形式」及び「舗装形式(橋面部)」の構造形式の影響が大きいが、他の構造形式の組合せに対して著しく腐食度が大きい構造形式の組合せは見られない。
③ 階段部(階段桁)の腐食
階段部(階段桁)の腐食に対しては、「排水形式(階段部)」及び「舗装形式(階段部)」の構造形式の影響が大きく、「薄層舗装-排水装置なし」の組合せの腐食が大きい。
④ 階段部(踏板)の腐食
階段部(踏板)の腐食に対しては、「排水形式(階段部)」の構造形式の影響が特に大きいが、他の構造形式の組合せに対して著しく腐食度が大きい構造形式はない。
⑤ 支点部の腐食
支点部の腐食に対しては、「舗装形式(橋面)」及び「床版形式」の構造形式の影響が大きく、タイル(舗装形式)、デッキプレート(床版形式)、排水溝(排水形式)の3つの構造形式の組合せが他の組合せと比較して腐食度が大きい。
 
5 改良構造(案)の検討
これらの結果を踏まえて、改良構造(案)を検討した。改良構造(案)においては、従来構造を改良することにより雨水の滞留を最小限にとどめ、腐食の進行速度を防ぐため踏み板中央側へ雨水を集水させて、踏み板の中央に設置した排水性舗装の部分から排水し、雨水の踏み板への接触が最小限となり腐食しにくい構造とした。また、地覆部も同様に縦断方向に勾配を付け渡り部中央に雨水を集水し、中央に設置された排水性舗装を通じて配水管へと流れ込む構造(図-3)とした。支点部は、階段部と地覆部の接合面にバックアップ材とシール材を設置し、隙間への雨水の流れ込みを無くす等、各部への雨水の滞留時間を短縮することにより、錆の発生を抑制可能な構造(図-4)とした。
 

図-3 改良構造(案)図(地覆部)

 

図-4 改良構造(案)図(支点部)

 
6 防食性能確認試験
.1 腐食促進試験(全般的な測定)
試験の目的は、腐食促進試験による従来構造と改良構造(案)の長期間における腐食板厚減少量の測定結果を防食性能評価に反映させ、現地暴露試験(腐食多発部)における試験結果との対比により、今回の改良構造(案)の妥当性を検証するための基礎資料とする。
試験方法は、サイクル試験機により1試験サイクルを「塩水噴霧×2h・乾燥(60℃)×4h・湿潤(50℃×2h)とし、これを96サイクル実施する。これは、沖縄での暴露試験の13ヶ月に相当し、一般都市部においても9年に相当するものである。
.2 現地暴露試験(局部的な測定)
試験は、暴露試験体(写真-2)を用いて腐食多発部における濡れ時間、腐食電流量を測定し従来構造と改良構造(案)との対比により、防食性能の向上度を定量的に把握するとともに、LCC算定の基礎資料とする。測定原理(図-5)は、ACMセンサー(写真-3)を構造物に設置し金属間を水膜が連結する際に流れる腐食電流を計測する。
この出力と大きさは濡れ時間を検出できるとともに、電流値は金属の腐食速度に対応する。
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

写真-2 歩道橋暴露試験体

写真-3 センサー(上)・データロガー(下)>

 

図-5 測定原理

 
7 試験結果及び考察
.1   腐食促進試験結果
目視観察では、従来構造試験体はフランジ中央が、改良構造(案)試験体はフランジ端面側の減肉が大きかった。これは、従来構造のようにウェブ側で水が滞留する構造と、改良構造(案)のようにフランジ先端へ排水するように考慮した構造の差が現れたものと考えられる。また、平均板厚減少量は暴露試験による局部的な測定結果に対して1/10程度と小さな値であった。暴露試験結果は、腐食多発部位への雨水の滞溜等による局部的なものと考えられる。よって、錆が多発する部位の腐食速度は歩道橋全般的(腐食促進試験)における腐食速度よりかなり早いものと推測される。
.2 現地暴露試験結果
.2.1 階段部
従来構造に対して改良構造(案)は、約37%腐食量が少なくなり防食性能の向上が図られる。
また、改良構造(案)における橋面上と舗装下では腐食量にほとんど差はなく透水性舗装の機能が失われない限り、防食性の向上は期待できる(図-6)。
 

図-6 試験データ(階段部)

 
.22 橋面
透水グレーチング舗装は従来構造に対して、約18%の改善が図られ、排水性舗装は同じく約24%の改善が図られる(図-7)。
 

図-7 試験データ(橋面部)

 
支点部においても、改良構造(案)は従来構造に比べ約35%の改善が図られた。
現地暴露試験においては、階段部・橋面部ともに年間腐食量は腐食促進試験値に比べ約10倍の数値となり、腐食多発部の腐食速度はその他の歩道橋全般を見たときの腐食速度に比べ著しく早い結果となり、現状の歩道橋の腐食の実態が把握できた。
 
8 ライフサイクルコスト(LCC)の 評価
LCCの算定は、歩道橋全般の腐食に対して、橋面部や階段蹴上げ部などの局部的な腐食は10倍の速度で進行するが、維持管理方法について考える場合、局部腐食が発生するたびにタッチアップ塗装などの処理を行い管理をするのは現実的ではないことから、歩道橋の塗替・補修を10年に1回の頻度で行うものと仮定した(図-8)。
C塗装系を採用した場合の改良構造(案)(透水グレーチング)に関しては、初期コストに対して防食性能が向上しないために、優位性はあまり見られない。また、改良構造(案)において改築を行った場合、改築後約20年供用する条件であれば、LCCの縮減が可能である。さらに、A塗装系よりC塗装系による塗替の方がLCCの縮減効果は高い結果となった(図-9)。
 

図-8 維持管理メニュー及びLCC算定ケース

 

図-9 LCC比較表

 
図-10によると、架設後30年程度が経過した歩道橋に対して、改良構造(案)の排水性舗装による改築を行い、全体をC塗装系にて塗替を行った場合、改築後70年供用する条件では、約1,800万円のコスト縮減が可能といえる。
 

図-10 C塗装系の採用によるLCC

 
9 おわりに
今回の横断歩道橋防食構造の検討は、防食塗料を使用して塗膜の長寿命化を図る従来の維持管理手法とは異なり、腐食が多発する部位に着目し、腐食の発生原因となる構造と構造形式の組合せによる腐食の要因を追求し、その解決を図るための改良構造(案)について紹介したものである。
改良構造(案)は、主に現地暴露試験により雨水による濡れ時間を測定、解析することにより定量的評価を行うことで妥当性が検証ができたことから、今後の維持管理を行ううえで有効な手段と言える。
なお、この暴露試験は今後も継続し、今回の検証結果を更に充実させるものである。
本紹介が、今後の横断歩道橋の維持管理手法の一助となれば幸いである。
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