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FHWA-PL-07-027
Long-Life Concrete Pavements in Europe and Canada
August 2007

報告書の原文

日本へ推奨される項目

本頁は、米国連邦道路管理局の報告書FHWA-PL-07-027 「Long-Life Concrete  Pavements in Europe and Canada」 をセメント協会舗装技術専門委員会が和訳したものです。原文は、FHWAのホームページで公表されています。

第1章 「 序論 」

調査の目的

米国道路コミュニティの戦略目標で、最も重要なのは「安全」と「混雑緩和」の2点である。コンクリート舗装を長寿命化すれば、補修、補強、改修の回数が減るため、道路の安全性を高め、混雑緩和につながる。前回、欧州各国を調査した際には、40年以上使用されている長寿命コンクリート舗装の実績が注目された。このような耐用年数の長い舗装路がどのように設計施工されているか等の情報は、米国の道路設計者にとっても貴重な情報であると思われる。

米国では、長寿命の舗装を取り入れている州も多いとはいえ、舗装路の設計耐用年数はおおむね20年程度である。しかし大規模な道路改修や修復は、特に都市部では困難で多くの費用がかかるため、米国で今後施工される普通コンクリート舗装は、より長い耐用年数を目標に設計施工されることが必要である。

今回の調査では、米国に適用可能な予定耐用年数40年を超える普通コンクリート舗装路を建設し運用している国を欧州その他から選び、その設計理念、材料の要件、施工手順、保全戦略(冬季の保全戦略を含む)を明らかにすることを目的としている。最終的には、米国で将来建設されるコンクリート舗装の耐用年数を伸ばし、信頼性を高め、ライフサイクルコストを低減するための技術を実用化できれば、この調査の意図は達成されると思われる。

背 景

米国の道路コミュニティは、長寿命コンクリート舗装の考え方を採用しつつも、長寿命コンクリート舗装がどうあるべきかというはっきりした定義をしていない。米国連邦道路管理局(以下、FHWA)のコンクリート舗装ロードマップ(コンクリート舗装の調査と技術のための長期計画」1))では、今後7~10年間コンクリート舗装調査を行うべき12路線のひとつとなるコンクリート舗装路を指定している。

このロードマップチームにとって、長寿命舗装の定義は困難な作業であった。定義として提案されたのは次のようなものである。

  • 「耐用年数を通じて比較的重荷重を受けつつ50~60年の使用に耐える「修理不要」の舗装」
  • 「施工後10~30年で計画メンテナンスを行い、その後大がかりな目地補修と、場合によってはオーバーレイを施工して総寿命60年としたもの」
  • 「強度のある基礎を必須とし、設計寿命20年の薄いスラブを施工したあと、ラップアラウンド スラブを施工してさらに30~40年の寿命を上積みしたもの」

長寿命コンクリート舗装に必要とされた機能は次のようなものである。

  • 「基礎と排水路は、最初の建設時に50~60年、あるいはそれ以上の寿命のものを造っておく」
  • 「修繕個所は機能面のみとする(表面の改善)」
  • 「スラブはあらかじめ定めた段階的施工とする」
  • 「コンクリートスラブに限定した早い補修ができる場合に限り、大規模な改修を数回行う」

第8回国際コンクリート舗装会議2)では、上記およびそれ以外の内容を含む、別のコンクリート舗装の要求事項が発表されている。

長寿命コンクリート舗装がどうあるべきかについて明確でなく、合意に至っていない現状をふまえ、コンクリート舗装ロードマップは、この調査の最初の目標を「保証、必要な維持管理、交通量の多寡の範囲、その他の情報を含む長寿命コンクリート舗装の明確で詳細な定義を定めること」とした。

ロードマップチームは、より寿命の長いコンクリート舗装路をいかに施工するかという問題に効果的に対処するために、ぜひとも考えなくてはならないこととして、特に、連続鉄筋コンクリート舗装(以下、CRCP)の使用とコストという二つの点をあげている。CRCPの使用については、ロードマップは次のように述べている。

「CRCPは、重荷重道路のための長期的対策として考えるべきであるが、この工法を定常的に使っている州はほとんどない。CRCPの活用を活発にするには相当な努力がいるが、CRCPが多くの場所で確かな実績を上げていることを考えるべきだ」

コストについては、ロードマップは次のように述べている。

「長期にわたる基本理念を最終的に適用する際には、どんな場合でも常にコストの問題に対処する必要がある。大切なのは、「不要な付加機能」を足すことではなく、コストを大きく膨らませずに価値と性能を付け加えることだ。舗装を選ぶ際に長寿命の舗装が役割を果たすとすれば、寿命を延ばしながらコストを抑えることが不可欠である」

課題となるのは、従来の設計と施工慣行を改善せずに、より保守的な設計の道路を建設することでなく、またコストを大きく増やすことなく価値と性能を付け加えることでもない。実は、コストを上げずに性能を改善することによってコスト効率を上げることが課題なのだ。

長寿命コンクリート舗装を建設している国

長寿命のコンクリート舗装に実績のある国でどのような設計、施工、維持管理方法が採用されているかを研究すれば、実用的でコスト効率の高いやり方でコンクリート舗装の長寿命化を達成するための有益な視点が得られると考えられる。

多くの国でコンクリート舗装を行っているが、長寿命コンクリート舗装の設計・施工方法について、米国の道路関係者にとって参考になる国ばかりではない。世界の中でより裕福な国が、長寿命コンクリート舗装のような戦略的インフラ改善のための投資を優先できる、資金力を持っていることは当然であろう。経済発展の遅れた国では、戦略的なインフラ改善よりも、貧困、失業、暴力犯罪、暴動など、より切実な問題を優先しなければならない。

国の富や経済発展度を測る方法はいろいろある3)。よく使われるのは一人当たり国民総生産(GNP)であろう。一人当たりGNPが最も高い国は、米国、カナダ、大部分の西欧諸国、オーストラリア、ニュージーランド、日本、そして中東のいくつかの国である(後者の内、イスラエルやアラブの石油生産国などは、他の尺度では発展途上とされるが)。

これよりは、一人当たり購買力の方が、製品の相対価格を含むため、国の相対的な富の尺度として優れていると言える。例えば、スイス、スウェーデン、日本は米国よりも一人当たりGNPが高いが、米国の一人当たり購買力は世界一高い。食品、住宅、燃料、商品、サービスの値段が相対的に安いからである。一人当たり購買力が最も高い国としては、米国、カナダ、大部分の西欧諸国、オーストラリア、日本が挙げられる。よく使われる他の経済指標でも、おおむねこれらの国々が世界で最も裕福で高度に発展した国とされる。

一般に、経済が堅調で人口密度の高い国では、長寿命コンクリート舗装のような戦略的インフラ改善の必要性が高いが、重要な例外もある。欧州南東部(ルーマニア、ブルガリア、トルコなど)やインド亜大陸の一部(インド、パキスタン、バングラデシュなど)は人口密度が高く道路網が密集しているが、経済的には先進国から大きく遅れている。

たとえばインドは広範囲な道路網を持っているが、道路は過密状態(道路網の交通量は1948年の独立時に比べて30倍に増加)であり、8割の村落には舗装道路がない。他の国、特にカナダやオーストラリアは全体的に人口がまばらで、大半は国内の一、二か所の小さな地域に集中している。これらの国では、長寿命コンクリート舗装のような戦略的インフラへの投資は人口が集まっている地域でしか意味がない。

米国は、はりめぐらされた道路網でほぼ完全に覆われている一方で、人口の分布は比較的まばらで偏っている。図1および2に米国の人口密集地域を示す。これらの図から、長寿命コンクリート舗装によって旅客輸送の混雑を減らす潜在効果が最も高い地域が明らかとなる。米国で長寿命コンクリート舗装に適した箇所は、トラック交通量が最も多い州間自動車道と国道にもある。これには、東西道I-10、I-20、I-40、I-70、I-80、I-90、北南道I-5、I-15、I-25、I-35、I-55、I-65、I-95、および主要な輸出入港(フロリダ州マイアミ、ルイジアナ州ニューオーリンズ、テキサス州ヒューストン、カリフォルニア州ロサンゼルス、イリノイ州シカゴ、ニューヨーク/ニュージャージー)に近い国道、その他が含まれる。

米国で長寿命コンクリート舗装を行うことが最も有効である箇所を評価するために考えるべきもうひとつの要素は、経済成長と居住者の増加を促進させる大空港の効果である。たとえ辺境な土地でも、離着陸の多い空港を造れば、いずれ経済活動も住宅建設も盛んになる。このような「空港都市」現象に関するエコノミスト誌の記事によると、1962年、バージニア州の農村部にワシントン・ダレス国際空港が開業した時には無用の長物と思われていた。ところがこれによってハイテク回廊が形成され、今では国内トップの急成長を遂げた郡に位置を占めている。10年前、デンバー中心部から40マイル(64㎞)離れた場所に建設された国際空港は、これを中心として2025年までにはデンバーの人口にほぼ匹敵する50万人が暮らすコミュニティが形成される見込みである4)。エコノミスト誌の記事はまた、空港を中心とする開発では高さが制限されるため、上よりは外に向いて広がっていくと指摘している。

また、国内で特に急成長している地域についても考慮すべきである。よく例に出されるのは、アリゾナ州フェニックスとネバダ州ラスベガスでそれぞれ国内急成長都市の1位と4位を占める。カリフォルニア州やフロリダ州は依然として人気があり、人口も多い一方、住宅価格の安さからアリゾナ州とネバダ州にも人口が集まっている。エコノミスト誌によれば、2005年だけ見ても、12万人がカリフォルニア州からアリゾナに移住すると見込まれる。これはアリゾナ州の現在の人口の2.5%に相当する。ラスベガスでは、運転免許の発給記録から、新規取得者の35%はカリフォルニア州から移住してきていることがわかる。

一般に、米国で最も人口密度の高い地域は相変わらず東海岸と五大湖地方であるが、人口の移動は主に南西、西、南の方に向かっている。都市のスプロールに関する最近の報告によると、米国の郡単位人口増加率の上位20位まではアリゾナ、カリフォルニア、ネバダ、テキサス、フロリダ、ワシントンの各州に含まれる5)

これらの地域や他の大都市で将来人口が増えていくかどうかは、スプロールがコントロールされているか否かによって変わるが、いずれにしても、このような急拡大地域では交通混雑の程度が急激に上がっていくことには疑いがない。また、交通混雑レベルは、これより伸び率の安定した大都市地域でも間違いなく上昇するであろう。

訪問国と道路機関

今回の国際調査に含める国として、オーストリア、ベルギー、カナダ、ドイツ、オランダ、英国が選ばれた。これらの国は、長寿命コンクリート舗装のような戦略的インフラ改善に投資する力のある国、また舗装の長寿命を考慮が必要な人口密度と乗用車・トラックのレベルを有する国の中から選択した。

カナダ――トロントでオンタリオとケベックの交通省、MTOおよびMTQ(the Ontario and Quebec ministries of transport))、CAC(the Cement Association of Canada)、および世界初の全電子式オープン・アクセス有料道路である407ETRを運営するコンソーシアムの代表者と面談した。

ドイツ――調査チームは、デュッセルドルフのVDZ(Verein Deutscher Zementwerke)の事務局を訪問し、VDZ 研究所のコンクリート技術部担当者と面談した。調査団は次にベルギッシュグラートバハのBASt(Bundesanstalt fur Strassenwesen)、続いてミュンヘンに移動してA-5アウトバーンのコンクリート舗装工事の現場を訪れた。ドイツでの最後の会議はミュンヘン工科大学で、同学の教授・研究陣と会談を持った。

オーストリア――VOZ(Vereinigung der Osterreichischen Zementindustrie)の会長とともにウィーンとザルツブルクの間のいくつかのコンクリート舗装の現場を見学した。調査団はまた、VOZの事務局を訪問してVOZと同研究所の代表、オーストリア交通省、ウィーン大学、オーストリア財務省、オーストリアコンクリートコンサルタント・施工業者の代表者らを訪問。メンバーの一部はオーストリア国内のコンクリート舗装工事現場を訪れ、コンクリートプラントや舗装設備を見学した。オーストリア滞在中、欧州のナノセムコンソーシアムによる、セメント化学分野におけるナノテクノロジーと微細構造に関する最新の研究発表会に参加。スイス ローザンヌのEPFL(Ecole Polytechnique Federale de Lausanne)のディレクターが講演した。

ベルギー――MET(Walloon Ministry of Equipment and Transport )とFEBELCEM(Federation of Belgian Cement Industry、)の担当者とナミュールで面談。調査団に対し、フランドル地域道路交通局の長官よりベルギー、フランドル地域のコンクリート舗装についてプレゼンテーションをうける。FEBELCEMの代表者とともにベルギー国内数か所の長寿命コンクリート舗装路を見学。

オランダ――CROW(Foundation Center for Research and Contract Standardization in Civil and Traffic Engineering)のエーデ技術センター事務局を訪問し、CROW職員とオランダセメント業界、オランダ郡・州の道路当局、オランダコンクリート舗装業者の代表によるプレゼンテーションを参観。

英国――イングランドでは、Britpave(the concrete pavement association)およびTRL(Transport Research Laboratory)の代表に面会。

訪問国と米国との比較

今回の調査の目的が、長寿命コンクリートが外国でどのような実績をあげているかを研究して米国でどのような性能とコスト効果の改善が図れるかを調べることであり、米国と訪問先各国の比較をすることは有効であると思われる。

地理、気候、土壌5)――米国本土は北緯25度と49度の間に位置する。カナダで人口の多い南東部のオンタリオ州、ケベック州も49度以南であり、米国五大湖地域と変わらない気候である。ケベック州の気温は、冬-22°F(-30℃)、夏86°F(30℃)、年間降水量は一般に31.5~55インチ(800~1、400mm)、凍結深さはだいたい4~10フィート(1.2~3.0m)である。

トロント地域の主要な土壌は栄養素の豊富なアルフィゾルであるが、これはオハイオ、インディアナ、ミシガン、ウィスコンシン、ミネソタ、ペンシルヴァニア、ニューヨークの各州で広範囲に見られる土壌である。これより北のオンタリオ州、ケベック州では、針葉樹林土壌(ポドゾル)が主で、これはメイン、ニューハンプシャー、ヴァーモントの各州、アッパーニューヨーク、ミシガン州北部と同州アッパー半島にも多く見られる。オタワ川に沿ったオタワとモントリール近傍は土壌層位の未発達な地域(インセプティソル)である。このような土壌は、(主なものではないが)ニューヨーク州南部、ペンシルヴァニア州中部・西部、ウェストヴァージニア州、オハイオ州東部、太平洋岸北西部にも見られる。

訪問した欧州各国は、ほぼすべてが米国本土の北辺よりも北に位置している。ミュンヘン(ドイツ南部)とウィーン(オーストリア中部)は北緯48度あたりで、米国ミネソタ州ダルースやワシントン州シアトルよりも北にある。中・北部ドイツ、ベルギー、オランダ、英国はみな米国北辺よりも北である。 北海沿岸のベルギー、オランダ、北ドイツは温帯海洋性気候で、涼しく穏やかな冬とかなり涼しい夏が特徴であり、雨も一年を通じて降る。オランダはnether(下の)land(土地)という国名のとおり低い標高で知られている。国全体のほぼ半分は海抜1m未満で、その多くの部分が実際に海面よりも低く、長大な堤防と砂丘のネットワークによって洪水から守られている。

ドイツ中部(フランクフルト等)と南部(ミュンヘン等)は冷涼な温帯気候で、冬は穏やかだが時に非常に寒く、夏は暖かく、暑くなることはまれである。ザルツブルクとウィーンを含むドナウ渓谷に沿う北オーストリアは同じような温帯気候から大陸性気候(湿った西風)に及ぶ。しかし南オーストリアはアルプス山脈が土地と気候を支配している。

大ブリテン島の中南部を占めるイングランドの気候は温帯性で、一年を通じて雨が降る。気温はおおむね冬の23°F(-5℃)から夏の86°F(30℃)の範囲である。大西洋に近い東部が最も乾燥しており、欧州大陸に近い南西部が最も暖かい。主になだらかに起伏する地形で、北に低い山地、東に低湿地がある。高地を除き、雪が降ることはまれである。

北ヨーロッパと英国諸島でも、カナダ南東部と米国北東部・北中部に共通するものと同じ土壌(高栄養アルフィゾル、針葉樹ポドゾル、層位の未発達なインセプティソル)が共通して見られる。

全体として、五大湖北部地方や米国北東部の地理、気候、土壌が訪問した各国に最も近い。米国内の他の地域では、コンクリート舗装路はこれらの国より寒い冬の低温や暑い夏の高温、少ない雨量の環境に置かれるわけである。

道路網――米国の道路網は、世界でも群を抜いて広大である。総延長は390万マイル(630万㎞)で、2位のインドの200万マイル(330万㎞)のほぼ2倍である6)。この調査で訪れた国の道路総延長はカナダの90万マイル(140万㎞)からオランダの約7.2万マイル(11.6万㎞)までであるが、これらの道路網は米国よりも密度が高くなっている。ベルギーでは1平方マイル当たり7.9マイル(1平方㎞当たり4.9㎞)で、世界第4位の道路密度であり、オランダは4.7マイル/平方マイル(2.9㎞/km2)で8位、オーストリアは3.9マイル/平方マイル(2.4㎞/㎞2)で10位、英国は2.4マイル/平方マイル(1.5km/km2)で21位である。ドイツの道路密度は世界の40位以内には入らず、当然カナダと米国も圏外である。

しかしドイツの道路網の混雑度は1マイル当たり312.9台(1㎞当たり194.5台)で、世界で第4位を占める。今回訪問した国の中では、英国とオランダが23位と24位でこれに続き、それぞれ100.2台/マイル(62.3台/㎞)と93.2台/マイル(57.9台/㎞)である。米国とベルギーの交通密度は同程度で、58.1台/マイル(36.1台/㎞)と57.8台/マイル(35.9台/㎞)である。オーストリアもカナダも道路混雑度の50位以内には入っていない。同様の統計として、道路網1マイル当たりの年間走行台数で表される年間走行総量がある。ドイツは255.5万台マイル/マイルで世界第4位、英国は124.3万台/マイルで10位、ベルギーは106.2万台/マイルで11位、オランダは94.4万台/マイルで13位である。一方米国は70万台/マイルで17位である。オーストリアとカナダは年間走行総量の30位以内に入っていない。

カナダ南東部トロント‐モントリオール回廊の道路混雑度と年間走行総量は、ほぼ米国北東部全般に匹敵し、他の地区では両国とも交通密度がこれより低い。オーストリアの交通密度は以西の欧州各国より低い。ソヴィエト連邦の崩壊とEUの発展に伴う貿易障壁の低減により、東欧と西欧の間のトラック交通が増加し、オーストリアも主要なルートの経由地になっている。