(57)【要約】【課題】本発明は、地盤表面に形成された補強層の亀裂部分の亀裂状態及び地盤状態を評価することができる亀裂部分評価方法を提供することを目的とするものである。【解決手段】地盤１０の表面に補強層としてコンクリート等の吹き付け層１１が形成された地盤構造物の亀裂部分を評価する場合に、吹き付け層１１の表面に生じた亀裂部分を挟んで設定された複数の測定点において亀裂部分の一方の側から吹き付け層１１を伝播する弾性波を測定し、測定値に基づいて算出された弾性波の加速度データ及び伝播速度データに基づいて亀裂部分の亀裂状態及び地盤状態を評価する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
地盤表面に形成された補強層の亀裂部分評価方法であって、補強層の表面に生じた亀裂部分を挟んで当該補強層に設定された複数の測定点において当該亀裂部分の一方の側から他方の側に伝播する弾性波を測定し、測定値に基づいて算出された弾性波の加速度データ及び伝播速度データに基づいて亀裂部分の亀裂状態及び地盤状態を評価する亀裂部分評価方法。
【請求項２】
前記伝播速度データは、縦波伝播速度であり、縦波伝播速度が１．２ｋｍ／秒未満である場合に亀裂部分が地盤まで到達していると評価する請求項１に記載の亀裂部分評価方法。
【請求項３】
前記加速度データは、亀裂部分を通過する前の測定点において測定された波形データを高速フーリエ変換処理して算出された周波数毎の加速度データであり、周波数が０Ｈｚ〜４０００Ｈｚの範囲の加速度データの平均値が６以上であるか又は周波数が８０００Ｈｚ〜１００００Ｈｚの範囲の加速度データの平均値が０．３未満である場合に地盤状態が脆弱化していると評価する請求項１に記載の亀裂部分評価方法。
【請求項４】
亀裂部分を通過する前の測定点及び亀裂部分を通過した後の測定点において測定された波形データを高速フーリエ変換処理して周波数毎の加速度データを算出し、周波数毎に通過前データの加速度データと通過後データの加速度データとの比率を算出し、周波数が０Ｈｚ〜４０００Ｈｚの範囲における加速度データの比率の平均値が０．５未満である場合に亀裂部分が地盤まで到達していると評価する請求項１に記載の亀裂部分評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンクリート等の補強層を地盤表面に設けた地盤構造物において補強層の亀裂部分を評価する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
切土斜面や自然斜面等の地盤構造では、崩落現象が発生するおそれがある場合コンクリートやモルタル等を斜面に吹き付けて地盤表面の強度を高める防災対策が行われている。こうしたコンクリート等を吹き付けて施工した構造物は、強度の面から一般に８ｃｍ〜１０ｃｍ程度（コンクリートの場合１０ｃｍ〜２０ｃｍ）の厚さで施工することが求められている（日本道路協会著「道路土工−切土工・斜面安定工指針（平成２１年度版）」、３０１頁参照）が、施工する斜面の表面の形状や特性により全体に均一な厚さで施工することが技術的に難しく、施工した構造物の強度分布が不均一なものとなることは避けられない。こうした構造物の不均一な施工は、構造物に亀裂等の現象を生じるようになる。また、地盤の経年変化により、構造物の背面の地盤が土砂化したり、地盤との間に空洞が生じるといった現象が発生するようになる。
【０００３】
このような構造物劣化の要因となる現象を放置しておくと、構造物の破損や崩落を招くおそれがあるため、構造物を補修して劣化の進行を食い止める必要がある。構造物を補修する場合、劣化部分の状態に応じた補修を行うことが望ましく、そのため構造物の劣化状態を正確に把握する方法の開発が求められている。
【０００４】
コンクリート構造物の劣化状態を検査する方法としては、弾性波を用いた非破壊検査方法が提案されている。非破壊検査方法では、ハンマー等で構造物の表面を打撃して構造物内部に弾性波を発生させ、コンクリート構造物のひび割れ、剥離、内部空洞といった空気層との境界面における弾性波の反射現象を構造物表面に設置した受振子で測定するようにしている。構造物の内部に弾性波を発生させるために、コンクリート構造物の表面に超音波発振子を設置することも提案されている。
【０００５】
また、特許文献１では、コンクリート内部における打撃エネルギーの伝播・拡散の挙動を、内部亀裂・空洞等の欠陥の有無による応力波形の相違を指標化して判定することで、こうした欠陥の有無を探査する方法が記載されている。また、特許文献２では、コンクリート構造物の超音波による非破壊検査方法において、得られた多重反射波の受波信号の周波数スペクトルと超音波センサの動特性に基づく基本反射波の周波数スペクトルとの差である差分スペクトルを解析して内部状態を検査する方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−１４７０９号公報
【特許文献２】特開２００３−１４９２１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述した特許文献に記載された方法では、コンクリート構造物の内部におけるひび割れ等の欠陥を検査することができるが、地盤構造物のように地盤をコンクリート等の吹き付け層により被覆した構造物では、吹き付け層自体の亀裂状態のほかに吹き付け層の下の地盤の脆弱化や空洞化といった状態についても検査することが必要となる。
【０００８】
すなわち、吹き付け層の表面に生じた亀裂が地盤まで到達している場合には、亀裂から雨水が滲み込んで地盤の風化が進行して地盤の土砂化や空洞化が生じるようになり、吹き付け層を支持する地盤の強度が劣化する。こうした地盤の強度が劣化した状態では、吹き付け層が破損又は崩落しやすくなり、弱くなった地盤とともに土砂崩れ等の災害を誘発する要因となる。そのため、地盤構造物では、吹き付け層自体の亀裂状態とともに亀裂が生じた部分の下の地盤状態を把握する必要がある。
【０００９】
そこで、本発明は、地盤表面の補強層の亀裂部分の亀裂状態及び地盤状態を評価することができる亀裂部分評価方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る地盤表面の補強層の亀裂部分評価方法は、地盤表面に形成された補強層の亀裂部分評価方法であって、補強層の表面に生じた亀裂部分を挟んで当該補強層に設定された複数の測定点において当該亀裂部分の一方の側から他方の側に伝播する弾性波を測定し、測定値に基づいて算出された弾性波の加速度データ及び伝播速度データに基づいて亀裂部分の亀裂状態及び地盤状態を評価する。さらに、前記伝播速度データは、縦波伝播速度であり、縦波伝播速度が１．２ｋｍ／秒未満である場合に亀裂部分が地盤まで到達していると評価する。さらに、前記加速度データは、亀裂部分を通過する前の測定点において測定された波形データを高速フーリエ変換処理して算出された周波数毎の加速度データであり、周波数が０Ｈｚ〜４０００Ｈｚの範囲の加速度データの平均値が６以上であるか又は周波数が８０００Ｈｚ〜１００００Ｈｚの範囲の加速度データの平均値が０．３未満である場合に地盤状態が脆弱化していると評価する。さらに、亀裂部分を通過する前の測定点及び亀裂部分を通過した後の測定点において測定された波形データを高速フーリエ変換処理して周波数毎の加速度データを算出し、周波数毎に通過前データの加速度データと通過後データの加速度データとの比率を算出し、周波数が０Ｈｚ〜４０００Ｈｚの範囲における加速度データの比率の平均値が０．５未満である場合に亀裂部分が地盤まで到達していると評価する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明は、上記のような構成を有することにより、地盤表面に形成された補強層の亀裂部分の亀裂状態及び地盤状態を定量的に評価することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】地盤構造物の一例に関する模式図である。
【図２】測定方法の一例に関する説明図である。
【図３】実施例として実験を行った現場の亀裂状態及び地盤状態を示す表である。
【図４】三国サイトにおける亀裂がある場合と亀裂がない場合の高速フーリエ変換による解析結果を示すグラフである。
【図５】大野サイトにおける亀裂がある場合と亀裂がない場合の高速フーリエ変換による解析結果を示すグラフである。
【図６】周波数が０Ｈｚ〜４０００Ｈｚの範囲における伝達関数の平均値をプロットしたグラフである。
【図７】通過前データについて周波数が０Ｈｚ〜４０００Ｈｚの範囲の加速度データの平均値をプロットしたグラフである。
【図８】通過前データについて周波数が８０００Ｈｚ〜１００００Ｈｚの範囲の加速度データの平均値をプロットしたグラフである。
【図９】亀裂がある場合及び亀裂がない場合の縦波伝播速度をプロットしたグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明に係る実施形態について詳しく説明する。なお、以下に説明する実施形態は、本発明を実施するにあたって好ましい具体例であるから、技術的に種々の限定がなされているが、本発明は、以下の説明において特に本発明を限定する旨明記されていない限り、これらの形態に限定されるものではない。
【００１４】
図１は、地盤構造物の一例に関する模式図である。この例では、傾斜面が形成された地盤１０に対して、補強層として吹き付け施工によりコンクリートの吹き付け層１１が傾斜面全体を被覆するように形成されている。地盤１０の上側部分１０ａでは、風化により土砂化しており、地盤の脆弱化が進行している。また、下側部分１０ｂでは、岩盤状態となっているものの地盤の変動により吹き付け層１１との間に隙間が生じて部分的に空洞１０ｃが発生している。一方、吹き付け層１１は、８ｃｍ〜２０ｃｍ程度の厚さに形成されているが、厚さが不均一となっているため強度分布が均等ではなく、強度の弱い部分に亀裂が生じるのは避けられない。
【００１５】
亀裂１１ａのようにその深さが内部にとどまっている場合には、亀裂を通じて地盤１０に雨水が滲み込んでいくことはないが、亀裂１１ｂのように地盤１０に到達している場合には、地盤１０に亀裂から雨水が流れ込んで地盤の風化を促進するようになる。そのため、吹き付け層１１を支持する地盤１０の脆弱化及び空洞化が進行して斜面崩落等の災害の危険性が高まることになる。この例では、地盤１０の上側部分１０ａのように土砂化した地盤状態に対して吹き付け層１１の亀裂１１ｂが地盤表面に到達している場合に、地盤の脆弱化が促進されて災害の危険性が高まることが知られている。また、地盤１０の下側部分１０ｂのように空洞１０ｃが生じた地盤状態に対して吹き付け層１１の亀裂１１ｂが空洞１０ｃに連通している場合にも、吹き付け層１１が支持されておらず雨水による地盤の脆弱化も促進されるようになって災害の危険性が高まるようになる。
【００１６】
そこで、本発明では、こうした地盤構造物の亀裂状態及び地盤状態を把握するために、吹き付け層１１の表面に形成された亀裂部分に対してハンマー等の打撃により生じた弾性波を測定することで、亀裂状態及び地盤状態を評価するようにしている。図２は、測定方法の一例に関する説明図である。この例では、吹き付け層１１の表面に形成された亀裂１１ｂに対して、一方の側に亀裂１１ｂから間隔ｄ２を空けて測定点Ｐ２を設定し、測定用のビス等を吹き付け層１１に打ち込んで固定する。そして、測定点Ｐ２から亀裂１１ｂに対して概ね直交する基準線Ｔを引き、亀裂１１ｂの他方の側に間隔ｄ２と同じ間隔ｄ１で基準線Ｔ上に測定点Ｐ１を設定し、測定用のビス等を吹き付け層１１に打ち込んで固定する。また、測定点Ｐ２に対して測定点Ｐ１とは反対側の基準線Ｔ上に間隔ｄ１及びｄ２の合計と同じ間隔ｄ３で測定点Ｐ３を設定し、測定用のビス等を吹き付け層１１に打ち込んで固定する。次に、亀裂１１ｂに対して他方の側（測定点Ｐ１側）に、打撃点Ｈ１を測定点Ｐ２からの距離Ｌ１の基準線Ｔ上の位置に設定し、一方の側（測定点Ｐ３側）にも測定点Ｐ２からの距離Ｌ２が距離Ｌ１と同じ基準線Ｔ上の位置に打撃点Ｈ２を設定する。
【００１７】
このように測定点Ｐ１〜Ｐ３及び打撃点Ｈ１〜Ｈ２を設定することで、打撃点Ｈ１で発生した弾性波について亀裂１１ｂを通過する前（測定点Ｐ１）及び通過した後（測定点Ｐ２）で測定することができる。
【００１８】
また、打撃点Ｈ１で発生した弾性波を用いた亀裂のある状態での測定方法と比較するために、打撃点Ｈ２で発生した弾性波を用いて測定点Ｐ３及びＰ２で弾性波を測定することで、亀裂の無い状態で打撃点Ｈ１による測定方法と同様の設定により測定を行う。なお、以後の説明では、便宜上測定点Ｐ１及びＰ３の測定値を通過前データと言い、測定点Ｐ２の測定値を通過後データと言う場合がある。
【００１９】
亀裂１１ｂが地盤に到達している場合には、吹き付け層１１が亀裂部分で部分的に分離した状態となっているため、吹き付け層１１を伝播する弾性波は亀裂部分で遮断されるようになり、亀裂部分の通過前と通過後では弾性波が減衰するようになる。こうした弾性波の減衰は、弾性波の振動の加速度の変化に基づいて評価することができる。また、亀裂部分で弾性波が遮断された状態では、弾性波は亀裂部分の下の地盤を経由して伝播するため、その分測定点間の伝播速度が遅く測定されるようになると考えられる。
【００２０】
したがって、亀裂部分の有無による弾性波の加速度及び伝播速度の変化に基づいて亀裂状態を評価することができ、亀裂が吹き付け層の内部にとどまっているか又は地盤に到達しているのかを評価することが可能となる。
【００２１】
亀裂部分の下の地盤が土砂化していたり、空洞化している場合には、吹き付け層１１と地盤１０との間に空間が生じるため、吹き付け層１１から地盤１０を経由して伝播する弾性波が減衰するため、弾性波の振動の加速度の変化を測定することで評価することができる。また、地盤を経由する弾性波の伝播速度は、地盤の脆弱化により低下することから、亀裂がある場合の弾性波の伝播速度が亀裂がない場合に比べて大きく低下すると、地盤が脆弱化している可能性が大きいと考えられる。
【００２２】
したがって、地盤の土砂化や空洞化といった地盤状態についても亀裂部分の有無による弾性波の加速度及び伝播速度の変化に基づいて評価することが可能となる。
【００２３】
弾性波の伝播速度については、打撃点で発生した弾性波について測定点で測定し、縦波伝播速度を算出して亀裂状態の評価を行うことができる。縦波伝播速度については、通過前データ（打撃点Ｈ１の場合には測定点Ｐ１の測定値、打撃点Ｈ２の場合には測定点Ｐ３の測定値）及び通過後データ（打撃点Ｈ１及びＨ２のいずれの場合も測定点Ｐ２の測定値）から得られた加速度時刻歴に基づいて２つの測定点間の加速度の立ち上がり時刻を比較して測定点間の伝播時間を算出し、測定点間の間隔を伝播時間で割ることで縦波伝播速度を算出することができる。
【００２４】
また、算出された縦波伝播速度について、亀裂がある場合（打撃点Ｈ１からの弾性波による測定点Ｐ１及びＰ２における測定）と亀裂がない場合（打撃点Ｈ２からの弾性波による測定点Ｐ３及びＰ２における測定）との算出速度の比率を求めることで、地盤状態の評価を行うことができる。
【００２５】
弾性波の振動の加速度については、測定値から加速度時刻歴の周波数分析を行い、周波数別の加速度及び伝達関数を求めることで、伝達関数に基づいて亀裂状態を評価することができ、また周波数別の加速度に基づいて地盤状態を評価することができる。ここで、伝達関数とは、通過前データ（打撃点Ｈ１の場合には測定点Ｐ１の測定値、打撃点Ｈ２の場合には測定点Ｐ３の測定値）及び通過後データ（打撃点Ｈ１及びＨ２のいずれの場合も測定点Ｐ２の測定値）から得られた波形データを高速フーリエ変換処理により周波数毎の加速度データに分解し、周波数毎に通過前データの加速度データと通過後データの加速度データとの比率を算出して伝達関数とした。
【実施例】
【００２６】
福井県三国土木事務所管内及び大野土木事務所管内におけるコンクリートを吹き付けた法面で現場実験を行った。以後の説明では、三国土木事務所管内の現場を「三国サイト」、大野土木事務所管内の現場を「大野サイト」と称する。
【００２７】
三国サイトは、第三紀の安山岩質凝灰岩類の切土斜面であり、地盤が強く風化しており、土砂化が進行している。大野サイトは、中生代の砂岩の切土斜面であり、地盤の風化の程度は弱く比較的新鮮な状態となっている。各現場で測定した亀裂部分の状態は、図３に示す表のとおりである。亀裂部分の亀裂状態及び地盤状態は、測定後に吹き付け層のコア抜きを行い、測定した亀裂部分が背面まで到達しているか確認し、また、コア抜きした開口部分について地盤状態を確認した。測定した亀裂部分は、いずれの現場においても背面まで到達した亀裂状態となっていた。また、地盤状態については、三国サイトではほとんどの現場で土砂化しており、大野サイトではほとんどの現場が岩盤であった。
【００２８】
各現場において、図２に示すように、亀裂部分に対して測定点Ｐ１〜Ｐ３をｄ１＝ｄ２＝１０ｃｍ、ｄ３＝２０ｃｍの間隔で設定し、測定用のビスを固定した。また、打撃点Ｈ１及びＨ２を測定点Ｐ２から５０ｃｍに設定した。打撃には市販のシュミットハンマーを用い、測定センサとしてマグネット付きセンサ（昭和測器株式会社製デジプロＭＯＤＥＬ−１３３２Ｂ）を用いた。測定センサから得られた測定値は、分析装置（昭和測器株式会社製バイプロレコーダＭＯＤＥＬ−９８０１）を用いて分析を行い、亀裂がある場合（測定点Ｐ１及びＰ２の測定値を使用）の周波数毎の加速度データ及び伝達関数並びに縦波伝播速度、亀裂がない場合（測定点Ｐ３及びＰ２の測定値を使用）の周波数毎の加速度データ及び伝達関数並びに縦波伝播速度、及び、亀裂がある場合と亀裂がない場合の縦波伝播速度の比率を算出した。
【００２９】
図４及び図５は、亀裂がある場合と亀裂がない場合の高速フーリエ変換による解析結果を示している。図４は、三国サイトの測定データに関する解析結果を示し、左側の上下２つのグラフは打撃点Ｈ１による測定点Ｐ１及びＰ２の解析結果であり、右側の上下２つのグラフは打撃点Ｈ２による測定点Ｐ３及びＰ２の解析結果である。図５は大野サイトの測定データに関する解析結果を示し、左側の上下２つのグラフは打撃点Ｈ１による測定点Ｐ１及びＰ２の解析結果であり、右側の上下２つのグラフは打撃点Ｈ２による測定点Ｐ３及びＰ２の解析結果である。いずれのグラフも横軸に周波数をとり、縦軸に周波数毎の強度をとっている。
【００３０】
これらの解析結果をみると、いずれのサイトでも周波数が０Ｈｚ〜４０００Ｈｚの範囲で加速度が大きくなる傾向がみられる。図６は、周波数が０Ｈｚ〜４０００Ｈｚの範囲における伝達関数の平均値をプロットしたグラフである。グラフでは、縦軸に亀裂がない場合の伝達関数をとり、横軸に亀裂がある場合の伝達関数をとっている。図６に示すグラフをみると、亀裂がある場合の伝達関数は小さく、亀裂がない場合の伝達関数は大きくなる傾向にあり、閾値は０．５とすることができる。
【００３１】
図７は、通過前データ（測定点Ｐ１及びＰ３）について周波数が０Ｈｚ〜４０００Ｈｚの範囲の加速度データの平均値をプロットしたグラフであり、図８は、通過前データ（測定点Ｐ１及びＰ３）について周波数が８０００Ｈｚ〜１００００Ｈｚの範囲の加速度データの平均値をプロットしたグラフである。図７及び図８のグラフでは、縦軸に亀裂がない場合の加速度データをとり、横軸に亀裂がある場合の加速度データをとっている。図７に示すグラフをみると、周波数が０Ｈｚ〜４０００Ｈｚの範囲の加速度データでは、地盤が脆弱化している三国サイトの方が大きくなる傾向があり、閾値は６とすることができる。また、図８に示すグラフをみると、周波数が８０００Ｈｚ〜１００００Ｈｚの範囲の加速度データでは、地盤が健全な大野サイトの方が大きくなる傾向があり、閾値は０．３とすることができる。
【００３２】
図９は、亀裂がある場合及び亀裂がない場合の縦波伝播速度をプロットしたグラフである。グラフでは、縦軸に亀裂がない場合の縦波伝播速度をとり、横軸に亀裂がある場合の縦波伝播速度をとっている。図９に示すグラフをみると、亀裂がある場合の縦波伝播速度は小さく、亀裂がない場合の縦波伝播速度は大きくなる傾向にあり、閾値は１．２ｋｍ／秒とすることができる。
【００３３】
また、亀裂がある場合と亀裂がない場合との縦波伝播速度の比率については、いずれの現場においても１．０以下となり、亀裂がある場合の縦波伝播速度は亀裂がない場合の縦波伝播速度以下となった。また、地盤状態の脆弱化が見られなかった大野サイトの現場についてはいずれも０．１以上であったが、地盤状態の脆弱化が進んでいた三国サイトの現場については０．１以下となる場合が半数近くあり、縦波伝播速度の比率が０．１未満では地盤が脆弱化していると考えられる。
【００３４】
以上の分析結果から地盤構造物の亀裂部分の亀裂状態及び地盤状態については、以下の通り評価することができる。
（１）測定結果が次のいずれかを満たす場合には、亀裂状態が地盤まで到達していると評価できる。
（１−１）周波数が０Ｈｚ〜４０００Ｈｚの範囲における伝達関数の平均値が０．５未満である
（１−２）亀裂部分の縦波伝播速度が１．２ｋｍ／秒未満である
（２）測定結果がつぎのいずれかを満たす場合には、地盤状態が脆弱化していると評価できる。
（２−１）周波数が０Ｈｚ〜４０００Ｈｚの範囲の加速度データの平均値が６以上である
（２−２）周波数が８０００Ｈｚ〜１００００Ｈｚの範囲の加速度データの平均値が０．３未満である
（２−３）亀裂がある場合と亀裂がない場合との縦波伝播速度の比率が０．１未満である
【００３５】
以上のような評価基準に基づいて地盤表面の補強層の亀裂部分を評価することで、危険性の高い亀裂部分を特定して補修することができ、補修作業を効率化することができる。また、補修作業後の状態についても同様の評価を行うことで、補修作業が的確に行われているか定量的に評価することができる。
【符号の説明】
【００３６】
１０・・・地盤、１１・・・吹き付け層、Ｈ１〜Ｈ２・・・打撃点、Ｐ１〜Ｐ３・・・測定点
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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