第31回

夏季研修会論文集

2010/08/21

非破壊試験による鋼製防護柵の根入れ長測定
土木設計室

仲佐 拓

１．はじめに
平成 22 年 3 月に国土交通省（以下国交省）より『防護柵設置工の施工における出来形管理について』という通達があり、その中で、土中埋め込み式の防護柵工の出来形管理は、原則として非破壊試験によることが正式に適用された。
当社では、それ以前からこの非破壊試験を行っており、県内では多くの実績がある。
また、国交省の試験導入の試行段階から業者経由で依頼を受け、本試験を実施している。

２．測定原理２．１．使用機器
当社の使用している測定機器『NST-2』は、弾性波診断技術協会 EITAC 認定の測定器で、国交省等の非破壊試験でも多くの実績がある。
『NST-2』の基本仕様
超音波発生･受信部

データ収録部

振動子 周波数500kHz

OSWindowsR CE5

駆 動 電 圧300〜500V

CUIntelR PXA270

A D 周 波 数5MHz

表 示 器10.4TFT LCD

A D 分 解 能

14bit

I

波 の 種 類表面 SH 波

P/F

メ モ リ

USB

ＳＤカード

国交省 新技術提供システム【NETIS】に登録済み
NETIS 登録番号 ： KT-060039-A
２．２．測定原理
根入れ深さ測定には、超音波を使用する。
超音波とは、人間の耳には聞こえない高い振動数をもつ弾性振動波（音波）のことである。
超音波には、縦波（Ｐ波）、横波（Ｓ波）があるが、『NST-2』では横波の一種ある表面ＳＨ波を使って測定している。

根入れ深さ測定は、センサーから超音波振動を発振し、その振動が端面で反射し再びセンサーに戻ってくるまでの時間を測定する。

L ＝ T ・ V ／ 2
L : センサーから端面までの距離
T : 発振した振動がセンサーまで戻る時間
V : 超音波伝播速度

時間(T)に対象物の超音波伝播速度（物質の中を伝わる音の速さ）をかけることで、センサー〜端面〜センサーの距離を算出する。
（往復距離）
これを 2 で割ることでセンサーから端面までの距離が出る。

３．測定方法
３．１．性能試験
測定する支柱の種別ごとに、使用機器『NST-2』の性能試験を実施する。
試験に際しては、測定に悪影響を及ぼさない環境下において、下記の性能基準を満たすものとする。
性能基準
鋼製支柱において、測定長（L1）と実寸長（L）との差異α（測定誤差）が±30mm の範囲であること。
-30mm ≦ α ≦ 30mm
３．２．キャリブレーション（音速設定）
支柱の材質が異なる場合、各々の固有振動数も異なるため、材質の変化毎、測定日毎には音速のキャリブレーションが必要となる。
キャリブレーションは、地上部の任意の位置に超音波センサーを逆向きに取り付け、支柱上端までの反射波を測定し、実測長との照合を行い、音速を補正する。
NST-2 による測定長（H1）と実寸長（H）との差異をキャリブレーションする。

３．３．支柱測定① 支柱の地上高をスケールで計測② 超音波センサーの設置位置を決定する。
センサー設置位置は、300mm 以上になると超音波の減衰が大きくなり深層部の反射波が小さくなるため、作業性も考慮したうえ、原則として 100mm〜250mm で測定している。
傷・腐食等も超音波の減衰を大きくするため、既設支柱を測定する場合は時に注意して、極力健全な部分にセンサーを設置する。
③ 超音波センサーの設置位置の清掃
測定部に汚れ等があると、表面波の伝搬に屈折が生じ、測定値に誤差をきたすため、センサー設置部は、極力清掃してきれいにする必要がある。
④ 接触媒質の塗布
超音波は、物体中の振動の伝搬である。したがって、振動する物体がなにもなければ音波は伝播しない。また、横波は剪断波であるため、空気中を伝わらない。
従って、超音波センサーと測定対象物の間に空気層が入ってしまうと、測定が出来なくなるため、接触媒質を塗布し空気層を除去する必要がある。
⑤ 根入れ測定『NST-2』表示画面
根入れ測定は、超音波センサーを対象物にしっかりと、密着させ測定を開始する。
右のような波形が現れたら、測定を終了させる。
各項目を記録用紙に記録し、作業を終了させる。
データは保存した後、持ち帰り再度解析にかける。

４．判定
解析ソフトで解析後にキャプチャ

データは左端に初動のパルスが大きく現れて、右側に支柱端面からの卓越した反射波がh1捉えられ、この時の反射時間を算出し、根入れ長さを算出する。
h1 ＝ 測定根入れ長L0 ： 設計支柱全長
H0 ： 設計支柱高h0 ： 設計根入れ長L1 ： 測定支柱全長
H1 ： 測定支柱高h1 ： 測定根入れ長４．１．測定誤差の設定
測定誤差αの範囲については、発注機関等によって異なる。
① 国交省 新設支柱の出来形管理（案）h1− h0 ＝ α-100mm ≦ α ≦ 100mm② 島根県 既設支柱の調査（暫定）L1− L0 ＝ α-（ L1 × 0.1 ） ≦ α ≦ （ L1 × 0.1 ）③ その他
その他の場合は、状況（新設・既設）等を考慮して、発注者との協議により決定する。
４．２．根入れ判定
評価：Ａ 差異が測定誤差α以内である
評価：Ｂ ①反射波は認められるがノイズと比較して卓越した振幅とは認められない②反射波が認められない
評価：Ｃ ①測定誤差α以上短いが、両隣接の支柱は健全である②端部支柱で測定誤差α以上短く、隣接の支柱は健全である③測定誤差α以上短く、かつ隣接の支柱も測定誤差α以上短い

評価Ａ

評価Ｂ

評価Ｃ

５．おわりに
県内または近隣県には、国交省管理のものをはじめ島根県・市町村管理の既設防護柵支柱が未調査まま使用されている。防護柵に適正な根入れ長がなければ、人命に関わることとなり、非常に危険であると言える。
既設の防護柵支柱は、施工後の年月等の影響により、新設防護柵支柱に比べて、波形の判断が難しくなっている。よってこれらの防護柵支柱を調査するにあたり、更なる知識・技術力の向上を目指して行きたい。
また、弾性波診断協会 EITAC・関係機関及び関係業者に積極的に働きかけ、新設・既設問わず防護柵支柱調査の需要拡大を目指したい。
国交省通達及び要領（案）
防護柵設置工の施工における出来形確保対策について−抜粋−
出来形管理
防護柵支柱の根入れ長確保のための出来形管理は、非破壊試験による出来形管理を基本とする。ただし、以下の場合においては、ビデオカメラによる出来形管理とすることができる。
（１） 防護柵が測定要領（案）の適用範囲外の場合（２） 請負者が測定機器を調達できない場合（３） 測定機器が測定要領（案）で定める性能基準を満たさない場合（４） その他非破壊試験によって出来形管理ができない場合
非破壊試験による出来形管理（１） 請負者による出来形管理
請負者は、測定要領（案）に基づき日常の施工管理を実施する。
なお、非破壊試験に要する費用は、別途現場管理費に積み上げ計上する。
ビデオカメラによる出来形管理（１） 請負者による出来形管理
請負者は、防護柵根入れ長が適正に確保されていることが確認できる状況をビデオカメラにより全本数分を撮影する。監督職員の請求があった場合はその撮影記録及び設計図書に示した出来形を満足していることを証明した書面を提示するとともに、完成検査時に提出する。
なお、ビデオ撮影に要する費用は、現場管理費の率に含まれる。

『非破壊試験による鋼製防護柵の根入れ長測定要領』−抜粋−
3.測定機器
使用する機器の特性に応じ、測定に悪影響を及ぼさない環境下において、測定機器が性能基準を満たすものとする。
4.測定者
なお、資格等を有する必要のある測定機器を使用する場合は、該当資格等を有する者とする。
測定者は、測定機器の操作方法及びその評価方法について十分な知識を有する者とする。