A-7
打音法による橋梁床版の損傷検知の信頼性に関する検討キーワード；非破壊検査法，打音法，メンテナンス

杉山弘晃＊1，北川真也＊2，有馬直秀＊3，木村定雄＊1
１．はじめに

調査結果によると，床版の劣化損傷は図-1 に示す３種類が挙

近年，高度経済成長期に急速に整備された社会資本の老朽げられる.すなわち,①雨水などの浸入によりアスファルト舗化によって，限られた予算制約のもとで維持管理費が増大す

装と床版とがはく離している状態,②雨水とともに凍結防止るなどの社会的問題を起こしている．とりわけ，道路橋の老剤が床版部に達し，鉄筋腐食により鉄筋位置ではく離ひび割

1)

朽化は著しく，アセットマネジメントの考え方 に基づく最れが発生する状態,③鉄筋腐食が進行し，かぶり部コンクリ適管理が要請されている．アセットマネジメントの計画プロートが脆弱化する状態が挙げられる．なお，本研究ではアスセスでは，既存の構造物の状態を監視し，損傷モニタリング

ファルト舗装と床版上部の劣化損傷を対象としており，一般結果を的確に評価することが求められる．ここで，道路橋の的な塩害劣化である床版下部の劣化損傷は検討から除外する．

鉄筋コンクリート床版の劣化損傷をみると，活荷重の繰返し作用による疲労損傷の可能性が高いことが挙げられている．

３．打音法の原理と劣化損傷の検知方法
打音法は物体をインパクトハンマーで打撃し，それにより一方，北陸地域の劣化損傷の特徴として，寒冷地や積雪地帯における凍結防止剤の使用が原因となる塩害劣化が報告さ

生 じ る物 体の2)れており，床版上側鉄筋部での劣化が顕在化してきている ．

表 面 振動 のう

このような床版の劣化は表層に舗装が存在するため，目視でち ， 板と して確認することが困難であり，現状，叩き検査によって損傷状の 曲 げ振 動に態を推定している．しかしながら，叩き検査は点検者の経験起 因 する 音響や感覚に頼る検査法であるため，劣化損傷の定量的な推定

放 射 をマ イク

精度が劣ることが知られている ．そこで，筆者らは非破ロ フ ォン で計壊検査法の一つである打音法に着目した．

測 し て， 得ら

3)

れ る 打音 情報

打音法は，コンクリート内部の浮きやはく離を検知する非破壊検査法である ．これまでに，筆者らは打音法を用いて，か ら ，基 本的舗装と床版にかかわる損傷の種類やその程度を検知することに 物 体厚 さやを検討してきている．その結果，アスファルト舗装上部から内 部 の水 平ひの打撃による検知では，アスファルトとコンクリート床版のび 割 れ面 等の合成構造の場合，その振動特性がコンクリート構造のみの場

深 さ ，ま たは

4)合と異なることなどを明らかにした ．その一方で,検査者の変 状 状態 など慣れやアスファルト表面の凹凸による打撃力のバラツキなどを 検 知す る非が検知精度に影響を及ぼす可能性があると考えられた．そこ

破 壊 検査 法でで，アスファルト舗装と床版を模擬した供試体を用いたモデ

あ る ． 写 真 -2

ル実験により，損傷検知の分析に採用すべき打音情報(インは 打 音法 の計

パクト強度や受信強度)の信頼性について検討した．本報告

測 シ ステ ム 機

は打音法における①打撃数の影響,②劣化損傷の種類がイン器 を 示し たもパクト強度や受信強度に及ぼす影響を検討し，劣化損傷の分の で ある ．ま析に採用すべき打音情報の信頼性について述べるものである．

た ， 本研 究 で5)

写真-1 床版劣化損傷の例
床版と舗装のはく離舗装部

床版上部の脆弱化

床版部

床版鉄筋位置でのはく離

図-1 床版の劣化損傷の分類
モバイルパソコン
AD変換装置使 用 した 計測
シ ス テム の仕２．現場調査結果に基づく床版の劣化損傷の種類
床版の劣化損傷の種類は，これまでの現場点検や補修実績

様 は 表 -1 に 示からある程度明らかとなっている．写真-1 は，アスファルト

す と おり であ舗装を剥いだ後の床版の劣化損傷の例を示したものである．

る．

マイクロフォン

インパクトハンマー

写真-2 打音法の計測システム＊1：金沢工業大学，＊2：佐藤工業㈱，＊3：中日本ハイウェイ・エンジニアリング名古屋㈱金沢支店

67

板の曲げ振動理論によると，部材厚と振幅値比には強い相部の深さ 30mm および 80mm までを細骨材と粗骨材を用いて土関があり，振幅値比は式(1)に示すように，加力振幅最大値砂化を模擬したものである．

(インパクト強度， Ai )と打音最大振幅値(受信強度， Am )に4.2 打音測定の概要よって表される．

打音法による打撃位置と損傷範囲の関係を写真-3 に示す．

振幅値比  Am / Ai
(1)
部材厚さや水平ひび割れ面深さ等の損傷深さの推定は，こ

本実験は劣化損傷の位置を推定することではなく，劣化損傷の振幅値比を部材厚の既知なコンクリート供試体を用いたキ分離化75ャリブレーションから式(2)によって与えられる．

欠陥

log10 h  P1  P0 log10 振幅値比 (2)
ここで，式(2)中の h は部材厚， P1 , P0 はキャリブレーションによって得られる校正係数である．本研究では厚さの異なる幾つかのコンクリート供試体を用いてキャリブレーションを行い， P1  1.843, P0  0.447 を得ている．

水平はく離105４．モデル実験の概要
4.1 実験ケースおよび供試体概要
打音法における①打撃数の影響，および②劣化損傷の種類がインパクト強度や受信強度に及ぼす影響を把握するため，

水平はく離155

表-2 に示す実験を行った．表-2 中の供試体種類は，図-2 に示す床版の劣化損傷をモデル化したものである．供試体の基本的な仕様は，コンクリート厚を 200mm，アスファルト舗装厚を 75mm とし，奥行き×幅は 900×900mm とした．なお，各種の模擬損傷は中央部の 400×400mm の平面位置に設けた．こ

脆弱化75～105

こで，“一体化”はアスファルトとコンクリートとが一体化した健全な状態をモデル化したものである．“分離化”はア
スファルトとコンクリートの間に薄シートを挿入して舗装はく離をモデル化したものである．“水平はく離”はコンクリート内

表-1 計測システムの仕様
システム構成

機器

機器仕様

打撃

インパクトハンマー

30mm おび80mm の箇所に1/2 インチプリアンプ一体型マイクロフォン
モバイルパソコン
収録

く離を供試体種類

打撃数(回)化した(劣化損傷モデル)(1 測点あたり)化”は20Hz~10kHz

音圧感度-31.7dBV/Pa

ウルトラモバイル PC CF-UI
インプットレンジ-5V～5V

サンプリング周波数

48kHz

400

雰囲気温度(℃)

モデル“脆弱周波数範囲

図-2 劣化損傷のモデル化

表-2 モデル実験のケース

水平はある．

1.259mV/N

AD 変換装置

入 して ，もので8Hz

感度

打撃音測定

薄シー
トを挿

周波数範囲

(アスファルト

供試体中心部

測定箇所中心温度)
一体化 275

インパクトハンマー

分離化 7510

水平はく離 105100

水平はく離 155

1000

供試体
20(21.1～22.2)

コンク

脆弱化 75～105

リート脆弱化 75～155900

よ脆弱化75～155400の深さ

中心部

50×50付近

受信フード

900

写真-3 打撃位置と劣化損傷範囲

680.9：中心部，打撃数 10回，μ=1.693，σ=0.396：中心部，打撃数100回，μ=1.770，σ=0.332：中心部，打撃数1000回，μ=1.683，σ=0.296

一体化275

分離化 750.8

0.9P（x）

0.5
μ-1.64σ=1.198

0.4

μ-1.64σ=1.017

μ+1.64σ=1.965

健全275mm（深さ275mm=75mm+200mm）

0.5

1.0

1.5
2.0
インパクト強度 （V）

2.5

3.0

0.0

3.5

1.0

0.5

1.0

1.5
2.0
インパクト強度 （V）

2.5

3.0

0.0

3.5

0.0

1.0
：中心部，打撃数 10回，μ=1.910，σ=0.185：中心部，打撃数100回，μ=1.611，σ=0.259：中心部，打撃数1000回，μ=1.666，σ=0.374

水平はく離 155

0.9

0.8

0.8

0.70.7
アスファルト中心温度
20℃（21.3℃～22.0℃）

0.5
μ-1.64σ=1.053

0.4：中心部，打撃数 10回，μ=1.399，σ=0.145：中心部，打撃数100回，μ=1.290，σ=0.164：中心部，打撃数1000回，μ=1.289，σ=0.275

脆弱化 75-105

μ+1.64σ=2.279

0.9

水平はく離155mm（深さ155mm=75mm+80mm）

μ-1.64σ=0.838

μ+1.64σ=1.740
脆弱化75～105mm(深さ75～105mm=75mm+30mm)

0.5

1.0

1.5
2.0
インパクト強度 （V）

2.5

3.03.5

アスファルト中心温度
20℃（21.1℃～22.2℃）

μ-1.64σ=0.994

μ+1.64σ=1.928
脆弱化75～155mm（深さ75～155mm=75mm+80mm)

0.2
0.1

0.0

0.0

3.5

0.5
0.4

0.1

0.0

3.0

0.3

0.2

0.1

2.5

：中心部，打撃数 10回，μ=1.383，σ=0.233：中心部，打撃数100回，μ=1.360，σ=0.202：中心部，打撃数1000回，μ=1.461，σ=0.285

脆弱化 75-155

0.6

0.5

0.3

0.2

1.5
2.0
インパクト強度 （V）

0.7
アスファルト中心温度
20℃（21.4℃～22.1℃）

0.4

0.3

1.0

0.8

0.6

P（x）

0.6

0.5

1.0P（x）

0.9

水平はく離105mm（深さ105mm=75mm+30mm）

0.1

0.00.0μ+1.64σ=2.178

0.2

0.1

0.0

μ-1.64σ=1.086

0.3

舗装はく離75mm（深さ75mm=75mm+0mm）

0.2

0.1

0.5
0.4

0.3

0.2

アスファルト中心温度
20℃（21.1℃～21.7℃）

0.6

0.5
0.4

μ+1.64σ=2.168

0.3：中心部，打撃数 10回，μ=1.389，σ=0.398：中心部，打撃数100回，μ=1.565，σ=0.280：中心部，打撃数1000回，μ=1.632，σ=0.333

0.7
アスファルト中心温度
20℃（21.5℃～21.8℃）

0.6

P（x）

アスファルト中心温度
20℃（21.5℃～21.8℃）

0.6

水平はく離 105

0.8

0.7

0.7P（x）：中心部，打撃数 10回，μ=1.463，σ=0.264：中心部，打撃数100回，μ=1.521，σ=0.296：中心部，打撃数1000回，μ=1.491，σ=0.289

0.90.80.0
0.00.5

1.0

1.5
2.0
インパクト強度 （V）

2.5

3.0

3.5

0.0

0.5

1.0

1.5
2.0
インパクト強度 （V）

2.5

3.0

3.5

図-3 打撃数の影響(インパクト強度の確率分布)
1.0：中心部，打撃数 10回，μ=0.146，σ=0.029：中心部，打撃数100回，μ=0.153，σ=0.023：中心部，打撃数1000回，μ=0.154，σ=0.021

一体化 275

0.90.8：中心部，打撃数10回，μ=0.968，σ=0.164：中心部，打撃数100回，μ=0.940，σ=0.137：中心部，打撃数1000回，μ=0.948，σ=0.127

分離化 750.90.40.30.3健全275mm（深さ275mm=75mm+200mm）

0.20.3
舗装はく離75mm（深さ75mm=75mm+0mm）

0.1
0.0

0.0

0.0

0.5

1.0

1.5
2.0
受信強度 （V）

2.5

3.0

3.5

0.0

1.0

0.5

1.0

1.5
2.0
受信強度 （V）

2.5

3.0

0.0

3.5

1.0
：中心部，打撃数 10回，μ=0.362，σ=0.019：中心部，打撃数100回，μ=0.324，σ=0.044：中心部，打撃数1000回，μ=0.325，σ=0.054

0.8

脆弱化 75-105

0.8

0.7

アスファルト中心温度
20℃（21.3℃～22.0℃）

P（x）

0.4

0.30.3
水平はく離155mm（深さ155mm=75mm+80mm）

0.5

1.0

1.5
2.0
受信強度 （V）

2.53.0

3.5

3.0

3.5

：中心部，打撃数 10回，μ=1.114，σ=0.157：中心部，打撃数100回，μ=1.022，σ=0.101：中心部，打撃数1000回，μ=1.177，σ=0.163

アスファルト中心温度
20℃（21.1℃～22.2℃）

0.5

0.3
脆弱化 75～105mm（深さ75～105mm=75mm+30mm）

脆弱化75～155mm（深さ75～155mm=75mm+80mm）

0.2
0.1

0.0

0.0

脆弱化 75-155

0.6

0.1

0.0

2.5

0.4

0.2

0.1

1.5
2.0
受信強度 （V）

0.7
アスファルト中心温度
20℃（21.4℃～22.1℃）

0.5

0.4

1.0

0.8

0.6

0.5

0.2

0.9

0.7

水平はく離155

0.6

0.5

1.0
：中心部，打撃数10回，μ=1.043，σ=0.099：中心部，打撃数100回，μ=0.902，σ=0.091：中心部，打撃数1000回，μ=1.037，σ=0.185

0.9

P（x）

0.9

水平はく離105mm（深さ105mm=75mm+30mm）

0.2

0.1

0.0

0.5
0.4

0.2

0.1

P（x）

P（x）

0.5

0.4

アスファルト中心温度
20℃（21.1℃～21.7℃）

0.6

アスファルト中心温度
20℃（21.5℃～21.8℃）

0.6

0.5

：中心部，打撃数 10回，μ=0.602，σ=0.151：中心部，打撃数100回，μ=0.611，σ=0.090：中心部，打撃数1000回，μ=0.613，σ=0.080

0.7

0.7
アスファルト中心温度
20℃（21.5℃～21.8℃）

0.6

水平はく離 105

0.8

0.8

0.7

P（x）1.0

1.00.9

P（x）

P（x）

1.0

1.0

1.0

0.0

0.0

0.5

1.0

1.5
2.0
受信強度 （V）

2.5

3.0

3.5

0.0

0.5

1.0

1.5
2.0
受信強度 （V）

2.5

3.0

3.5

図-4 打撃数の影響(受信強度の確率分布)の種類や劣化損傷深さを実験要因として，打音情報を評価す団に属している．ここで，正規分布に従うインパクト強度のる上で，打音結果の精度を向上させる要因を把握することを分布から損傷検知に採用すべきインパクト強度の信頼性区間主な目的としている．そこで，打撃点となる測点は供試体中を定義する．すなわち，インパクト強度の信頼性区間として心部付近のみとした．

上下限の5%棄却領域（μ-1.64σ≦μ≦μ+1.64σ）を考慮す
ると，最小値として約1Vから最大値として約2Vの範囲がイン５．モデル実験の結果およびその考察

パクト強度の信頼性区間となる．また，この信頼性区間は5.1 打撃数の影響“一体化275”を除く劣化損傷モデルケースにおいてほぼ適“一体化”，“分離化”，“水平はく離”および“脆弱用可能と考えられる．次ぎに，受信強度の分析結果を図-4に化”の打撃数の影響を分析した結果を図-3に示す．図中のμ示す．これらをみると，インパクト強度の結果と同様に正規はインパクト強度の平均値，σは標準偏差である．これらの分布によって表現でき，概ね中心極限定理に従う．ここで，結果をみると，インパクト強度の母集団が正規分布として表インパクト強度の信頼性(上下限5%棄却)を考慮した場合の受現でき，かつ概ね中心極限定理に従うことから，同一条件の信強度のボラティリティーσを調べた結果が表-3である．す測点における打撃数10回の結果は，概ね打撃数1000回の母集べての劣化損傷モデルケースにおいて，σが小さくなり，受69

信強度の信頼性も高まることがわかる．

表-3 インパクト強度の信頼区間が受信強度へ及ぼす影響

5.2 劣化損傷の種類がインパクト強度や受信強度に及ぼす影響

標準偏差 σ
打撃数（回）（1測点あたり） 5％棄却前 5％棄却後
健全275
1000
0.027
0.021
舗装はく離75
1000
0.1620.127
水平はく離1051000
0.1220.080
水平はく離155
1000
0.081
0.054
脆弱化75～105
1000
0.240
0.185
脆弱化75～1551000
0.2160.163
供試体種類

インパクト強度の信頼性区間とそれに対応する受信強度を用いて劣化損傷深さを式(2)によって推定し，実劣化損傷深さと比較した．図-5 は推定劣化損傷深さの確率分布を示したものである．また，図-6 は各劣化損傷種類ごとの平均値μを用いた推定劣化損傷深さと実劣化損傷深さとの関係を示したものである．劣化損傷深さが約 150mm の深さまでの浅層部においては，ボラティリティーも小さく精度よくその深さを推定することが可能であることがわかる．一方，200mm を超える深層部においては，その推定精度が劣ること
6)

0.500

0.4000.350

また，深層部の推定精度が劣る原因として，アスファルト0.300

れる 7)．他方，のかぶりコンクリートの脆弱化をモデル化

P(x)がわかる．このことは，既往の研究結果とも一致する ．とコンクリートのヤング係数が異なることも一因と考えら：健全275，μ=199，σ=6.489：舗装はく離75，μ=85，σ=1.666：水平はく離105，μ=107，σ=1.977：水平はく離155，μ=141，σ=4.441：脆弱化75～105，μ=78，σ=2.377：脆弱化75～155，μ=77，σ=1.737

0.450

0.250
0.200
0.150

したケースは，アスファルトがはく離したケースと同程度0.100の深さとして検知する傾向がある．

0.050

270260250240

230

220

210

200

190

180

170

160

150

140

130120

110

90

６．まとめ

100

80

700.000
推 定 劣 化 損 傷 深 さ （ mm）

図-5 推定劣化損傷深さの確率分布

本モデル実験で得られた打音法による損傷検知精度の信頼性にかかわる知見をまとめると以下のとおりである．

275
250

①劣化損傷の種類にかかわらず,インパクト強度は正規分布
クト強度の信頼性区間は 1V～2V とすることが適切である．
②劣化損傷の種類にかかわらず，受信強度は正規分布で表現でき，概ね中心極限定理に従う．また，インパクト強度の信頼性区間として 1V～2V を採用することで，受信強225

推定劣化損傷深さ（mm）で表現でき，概ね中心極限定理に従う．この場合,インパ

200
一体化275175150

水平はく離155

125
分離化75

100

水平はく離105

脆弱化75～10575

脆弱化75～155

50度のボラティリティーが小さくなる．

25③インパクト強度と受信強度の信頼性を考慮して，劣化損

00

傷深さを推定した結果，その深さが約 150mm までの浅層

0255075100125150

175

200225250部においては，精度よく深さを推定することが可能であ図-6 推定劣化損傷深さと実劣化損傷深さとの関係

275

実 劣 化 損 傷 深 さ （ mm）る．一方，200mm を超える深層部においては，その推定精度が劣る．また，かぶりコンクリートが脆弱化した場合はDETERIORATED DETECTION OF THE REINFORCED CONCRETE SLAB

アスファルトとコンクリートとのはく離した深さと同程度

OF A HIGHWAY BRIDGE USING IMPACT ACOUSTICS METHOD, 7thの検知精度となる傾向がある．
今後は，アスファルト舗装と床版コンクリートのはく離現

Conference on Our World in Concrete & Structures, pp.29-

象と床版コンクリートのかぶり部が脆弱化した現象をより適

4) NDIS2426-3：コンクリート構造物の弾性波による試験方法

31, August 2012, Singapore(第3部打音法), 2009

切に判別する手法について検討する予定である．

5) 例えば，倉橋，北川，森山，木村：橋梁RC床版の損傷検参考文献

知に関する打音法のキャリブレーションの影響，土木学会

1) KBRC：アセットマネジメントサマースクール-国際規格化

第67回年次学術講演会概要集, V-035, 2012-9

ISO5500Xに向けて-，2011.8.

6) 歌川，伴，北川:打音法における欠陥検知に関する一考察，

2) 例えば，石川ほか：凍結防止剤による塩害を受けた道路

土木学会第58回年次学術講演会，Ⅴ-383, 2003.9.

鋼橋RC床版の鉄筋腐食の実態と自然電位測定の適用性に

7) 杉山，北川，森山，木村：打音法による損傷検知の精度関する研究，コンクリート工学年次論文集，Vol.33, No.2,

向上のためのインパクト強度の信頼性に関する検討，土木pp.1453-1458, 2011.
3)

ShinyaKitagawa,

Sadao

Kimura,Mamoru学会第68回年次学術講演会，投稿中，2013.

Moriyama:70