アルミパイプ軸ひずみ計によるダム堤体内縦方向ひずみの観測 （続報）株式会社

シンク・フジイ開発部

小村芳生

はじめに昨年、島根県内のダムにおいて新たなひずみセンサー（アルミパイプ軸歪計）を用いてダム堤体内の縦方向ひずみの観測を行ったことを報告した。
（令和 1 年夏季研修会
ひずみ計によるダム堤体内縦方向ひずみの観測

アルミパイプ軸参照）このひずみ計を用いた試験結果をもとにダム堤体補強の PS アンカー設置工事は昨年から今年にかけて本施工に入っているが、アルミパイプ軸歪計はアンカー試験後も継続して観測を行っている。前回研修会では試験アンカー適性試験時や長期試験時の堤体内ひずみの観測などについて報告したが、今回は豪雨時にダム堤体内にかかるひずみなど新たな知見について報告する。

アルミパイプ軸歪計について
アルミパイプ軸歪計の構造については前回報告で紹介しているが、再度、簡単に紹介しておく。アルミパイプ軸ひずみ計は径 25 ㎜肉厚 3 ㎜のアルミパイプ（1m または 2m）にひずみゲージが取り付けられたもので、縦方向に複数接続して堤体と地盤内に埋設し、パイプの中心軸方向のひずみを計測する。堤体や地盤にかかる応力はアルミパイプに伝わり、パイプの圧縮、伸長方向のひずみとして観測される。

アルミパイプ軸ひずみ計（特注品；スペースエンジニアリング（株）製）
継ぎ手

アルミパイプ（φ25 ㎜）

アルミパイプ軸ひずみ計（特注品）

スペーサー

ひずみゲージ取り付け部；スペースエンジニアリング（株）製

アルミパイプ軸歪計の堤体内・地盤内の位置
アルミパイプ軸歪計は次頁の図の通りダム堤体の右岸側端部に近い位置に埋設されている。
アルミパイプ軸歪計の両側には試験アンカーが設置され、これらのアンカーを緊張した時、ダム堤体が地盤に締め付けられる様子を昨年度に報告した。試験アンカー１、試験アンカー２の定着部の上部地盤に集中してひずみが観測され、地盤に堤体が締め付けられることが確認された。

ダム堤体内アルミパイプ軸ひずみ計設置位置

アンカー試験は平成 29 年に行われ、試験後、長期的なひずみ変動を観測した後、平成 30 年にダム全体にアンカーを設置する本施工が始まっている。
アンカーはダム堤体上面から縦方向に 36 本設置される計画となっている。
令和 2 年 6 月現在、施工は続いている。

平面図

アルミパイプ軸歪計観測を続けているアルミパイプ軸ひずみ計に最も近い本施工アンカーは No.36（アンカー長23.5ｍ

Td=765kN）だが、このアンカーの緊張（確認試験、緊張）時のアルミパイプ軸歪計のデータグラフを次頁に紹介する。
下段図の通り、アルミパイプ軸歪計と No.36 アンカーは横方向に 3.5m 離れた場所に設置されている。

アンカーNo.36

確認試験／緊張

段階的に緊張アルミパイプ軸歪計観測データグラフ

緊張（維持 ; Td=1.0）→段階的に除荷(Td=1.1 確認試験）
時刻 A

時刻 A（確認試験

最大荷重 Td=1.1 時）深度別ひずみ分布

H-A-1
H-A-3

H-A-12

H-A-8

H-A-2

H-A-7

H-A-4

H-A-11
H-A-10

H-A-5

H-A-9
H-A-6

上図グラフより最もひずみの大きい深度は 11.5m となり、ひずみは（マイナス方向は圧縮-11μstrain であった。

プラス方向は伸長）

アルミパイプ軸歪計については製造時の試験より校正係数；0.0063 （ｋN／μStrain）が求められている。これより荷重（kN）＝-11 ×0.0063＝-0.0693kN

と、僅かな荷重をひずみとして捉えていることがわかる。

アンカーNo.36 の緊張時、アンカー上部ではおよそ左図の網掛け部分のように力が働いていると考えられる。
最大のひずみ（圧縮）は H-A-6 であり、H-A-7 と H-A-8 は圧縮の程度が小さくH-A-9 で増加し、H-A-10～12 で低下している。
H-A-5 , H-A-6 については試験アンカー１および２の間にあり、試験アンカーの緊張時に特に圧縮を受けていた場所である。

豪雨時の堤体下地盤にかかるひずみ
今年（令和 2 年）6 月 13 日に、このダムでアルミパイプ軸歪計を設置、観測開始して以来最も強い雨（日雨量 125 ㎜）が降った。この時のアルミパイプ軸歪計による観測結果グラフを次に示す。なお、日雨量は気象庁松江のデータであり、観測地点とダムとの距離は約 4.7ｋｍ離れている。

次頁図の上段図がアルミパイプ軸歪計のひずみデータグラフ、中段図が雨量（時間雨量）のグ
ラフ、下段図は深度別のひずみ変位量グラフである。
ひずみデータグラフは 6 月 12 日 0：00 を初期値としてグラフ化してある。降雨によりダム貯水量が増加すると堤体下部地盤に伸長方向（＋方向）のひずみが発生した。H-A-6 では最大 91μStrain（6 月 13 日 17：00）を示しており、軸歪計のこの部分（深度 11.5ｍ）にかかっている荷重は約 0.57ｋN（91×0.0063）となる。
大雨によるひずみ変位（伸長方向）の増加は貯水量の低下とともに減少した。

ダム貯水量の変化に伴い、アルミパイプ軸歪計のひずみデータはアンカー緊張時のグラフをほぼ反転したような形となった。深度 11.5m 付近、深度 14.5m 付近は特に外力の影響を受けやすい部分と考えられる。

浅い深度の観測点データの温度補正
前回報告でも記載したが、ダム堤体の浅い深度（堤体上面より 0.5ｍ、1.0m、2.5m

3 系列；

H-A-1～3,H-B-1～3、H-C-1～3）の観測点（日照や気温の変化など観測点の温度変化が大きな場所）ではアルミパイプと周囲のコンクリートとの熱膨張率の違いから構造物全体は膨張しているにも関わらず、膨張の速いアルミパイプでは見かけ上、圧縮方向（グラフでは下方向）のひずみを発生させるという問題が発生していた。次の図に浅い深度における観測データグ
ラフ（上）と堤体上面より深度 1m 点の温度で補正した長期観測データグラフ（下）を示す。

観測期間のうち、機器設置後のグラウト固化時の温度変化のような特殊な変動は除き、その後の長期的な温度変化に対してはある程度、補正されている。しかし、施工の行われていない後半のグラフにおいても日変動では数十μStrain 以上の変動を打ち消されずに残り、これらの変動は温度だけではなく分離できない他の影響（例えばダム貯水量変化による堤体ひずみ変化）なども含まれている。
ひずみ計自体の温度変化については自己補償されるが、周囲との膨張率の差によるひずみについては、材料体の定常状態の温度による膨張率の他にも、素材内での温度伝導速度の差（コンクリート内でアルミパイプがヒートパイプとなる）なども考慮せねばならず、別途、周囲材料毎の試験から補正係数を求めなければ数μStrain レベルでの観測における正確な補正は困難とみられる。

おわりにアルミパイプ軸ひずみ計による計測について前回報告では直近（1ｍ離れた場所）のアンカー緊張時のグラフやひずみ計設置から全期間のグラフという比較的大きな動き（数百μStrain レベル）について紹介した。しかし、施工や自然現象など各イベントごとにデータ変位を拡大してみると、アルミパイプ軸ひずみ計は、より離れた場所でのアンカー緊張、豪雨時のダム堤体地盤内ひずみといった数μStrain から数十μStrain レベルの変化も捉えており、地盤や構造物内の僅かな応力（数 kgf～数十 kgf）の変化を知るためにも有用であることが分かる。
本報告で示した通り、地下の深い場所のように周囲温度が一定である場所においてはわずかなひずみについても精度よく観測できるため、地下や構造物内部におけるひずみ観測にアルミパイプ軸ひずみ計は有用であると言える。当社では構造物内の縦方向ひずみ観測が必要な場合にアルミパイプ軸ひずみ計の提案を積極的に行っていくと同時に、周囲温度変化に対する正確な計測方法についても引き続き検討を続けていくつもりである。