R3-08
衝撃弾性波探査（透過法）による石積砂防えん堤の劣化診断～石積えん堤の内部状況と弾性波速度との関係～
一般財団法人砂防フロンティア整備推進機構 星野 和彦，大矢 幸司，吉田 力
株式会社ダイヤコンサルタント ○吉田 真理夫，筒井 正明，永野 賢司

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はじめに近年，既存砂防施設，特に施工年代の古い石積えん堤の長寿命化技術確立が急務となっている。砂防えん堤の健全度評価では，外観目視による変状レベル評価や，堤体ボーリングによる詳細調査が行われているが，その中間的な内部状況の推定方法として非破壊調査技術も注目されている。装置が小型・軽量で測線設定も容易な衝撃弾性波探査(透過法)は既に実用レベルにあり，健全度調査にも有効であることが示されている
1),2)。衝撃弾性波探査（透過法）は，発信点と受信点の最短距離と初動到達時間から伝播速度を求め，低速度ほど内部が劣化状況にあると推定するものである。しかしこれまで，堤体内のどのような状況が速度低下の主原因となるか十分検証されておらず，したがって，弾性波速度に基づく健全度の閾値設定も不明瞭な状況であった。演者らは，過年度に川砂・花崗岩塊・コンクリートの各々単一材料供試体による室内実験を行い，供試体見かけ密度と弾性波速度が概ね相関関係にあること，供試体内に大きな空洞がある場合は迂回した伝播経路に応じた弾性波速度になることを確認した 3),4)。しかしこれらの実験では，実際の砂防えん堤の探査で多く見られる 2～4km/s の速度帯を再現することができなかった。
本検討では，内部の亀裂，打継目の劣化，空隙（粒状化した劣化部）など，堤体内部の異常状況を模擬した複合的な供試体を用いて室内モデル実験を行い，2～4km/s の弾性波速度帯を再現するとともに，弾性波速度低下の原因について考察し，その結果を基に健全度評価のための新たな閾値設定を行ったので報告する。

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実験方法
本実験では，川砂・花崗岩塊・コンクリートで複合的な供試体を作成した。劣化の観点として，１）堤体内の亀裂や目地劣化を模擬したモデルと，２）粗石コンクリート（練石積）えん堤において粗石間のコンクリートが劣化（粒状化）した状態を模擬したモデルの２つを設定した。いずれも，供試体最上部に発信点，最下部に受信点を設置した。ケースごとに波形の再現性を確認しつつ 10 回以上計測し，最大値及び最小値を除いた平均値を採用している。

2.1 亀裂を模擬したモデル実験
 使用材料（柱状）花崗岩：密度約 2.6 g/cm3，高さ 100cｍ×15cm 四方の角柱
 実験ケース（計７ケース）
CASE-1 基準ケース：花崗岩柱単体の供試体（亀裂無し）
CASE-2 開口（粗面）：基準ケース石柱を切断し積み上げた供試体
CASE-3 亀裂面（亀裂幅 2 ㎜）に川砂を充填した供試体⇒CASE-2 及び CASE-3 について亀裂面を１,２,３箇所と変化させて計測
図-1 亀裂を模擬した実験例
2.2 粗石間のコンクリートが粒状化した状態を模擬したモデル実験
 使用材料（柱状）柱状の花崗岩：密度約 2.6 g/cm3，15cm 四方の角柱
コンクリート：密度約 2.2 g/cm3，直径 10cm 円柱，強度約 27 N/mm2
川砂（締固め無しの緩砂）：砂層の密度約 1.4 g/cm3
 実験ケース（計８ケース）
CASE-4 花崗岩柱の間に川砂を挟んだ供試体
CASE-5 コンクリート柱の間に川砂を挟んだ供試体⇒CASE-4 及び 5 について砂層厚を１,３,５,10cm と変化させて計測
図-2 粒状化状態を模擬した実験例- 148 -

実験結果

3.2 粒状化した状態を模擬したモデル実験結果
 花崗岩・コンクリートとも，供試体全高に対する砂層厚割合が増すほど弾性波速度が低下する傾向を示した（図-4）。
 実験値は，花崗岩単体の弾性波速度（4.27km/s）及び緩砂の速度（0.54km/s）と各々の割合から計算した理論値曲線上に概ね乗る。
4

弾性波速度低下の原因に関する考察
本実験で使用した花崗岩柱は 15cm 四方と細く，伝播経路が亀裂粗面や砂層内の空隙を迂回することのみでは，低下した速度値の大きさを説明できない。空気層が介在する場合に弾性波速度が大きく低下することは一般的な弾性波試験でも経験的に見られる現象であり，空隙部周辺の弾性定数が低下することにより，供試体全体の見かけ速度低下が生ずるものと推察される。

亀裂の状態

亀裂の状態

（開口、粗面）（砂を充填）

4.50

弾性波速度（Km/s)

3.1 亀裂を模擬したモデル実験結果
 亀裂の数を増やすと，弾性波速度は一定の傾きで低下する傾向を示した（図-3）。
 亀裂部の隙間を砂で充填すると，弾性波速度が微増した。

4.00
3.50
3.00
2.50
2.00
1.50
1.00
0.50
0.00

亀裂

亀裂

亀裂

亀裂なし

1箇所

2箇所

3箇所

図-3 亀裂を模擬したモデル実験結果
100%

挟んだ砂層の供試体全高に対する割合

390%
80%

砂100％
時の速度
実験値帯 3)

70%

●

理論値
（花崗岩単体速度と砂単体速度から求めた計算値）■ 花崗岩と砂互層（実験値）

60%▲コンクリートと砂互層（実験値）

50%
40%
30%

5砂層厚
堤体ボーリング調査及び弾性波探査の結果からの分析
10cm
20%
実際の砂防えん堤で堤体ボーリング（ボアホールカメラ）調
1cm
10%
5cm
査と弾性波探査の双方が実施された結果を今回分析したところ，
3cm
0%
0.00
1.00
2.00
3.00
4.00
5.00
弾性波速度が 1.5km/s 以上では空隙や角礫状の劣化部が全体の弾性波速度（km/s)
30％以下であるが，1.5km/s より低速になると劣化部が 60％以上など著しく増加する傾向が見られ，3.0 km/s より高速の場合 図-4 粒状化部を模擬したモデル実験結果の大半は劣化部割合が 10％未満である。これらは本実験の粒状化模擬モデル（図-4）と調和的である。

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衝撃弾性波探査（透過法）による石積砂防えん堤の健全度評価閾値設定(案)以上の研究結果を踏まえ，弾性波速度に基づくえん堤の健全度評価閾値と対応方針の案を設定した（表-1）。
表-1 弾性波速度による砂防えん堤の健全度評価閾値と対応方針(案)基準

曾田による閾値 1)
弾性波速度評価(km/s)

閾値 2.00 未満・
評価・
2.00-2.80
対応（案） 2.80-3.30
3.30 以上不良

永井らによる閾値 2)
弾性波速度
評価(km/s)
2.10 未満

不良

やや不良 2.10-2.80

やや不良

概ね良好 2.80-3.50

概ね良好

良好

3.50 以上

良好

今回提案する閾値（案）
弾性波速度(km/s)

評価

対応方針（案）

1.50 未満

堤体内部材料の劣 修繕・改築を前提とし化や空洞の存在が た施設の詳細調査を推定される
実施

1.50～
3.00 未満

堤体内部材料劣化 経過観察の可能性が推定さ （必要に応じて詳細れる調査を実施）

3.00 以上

堤体内部材料劣化は大きく進んでい 通常の施設管理ないと推定される

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今後の課題
今回の室内実験により，2～4km/s の弾性波速度帯を再現するとともに，亀裂数や劣化部層厚の増加が弾性波速度低下をもたらす関係を確認することができた。今後，計測波形や振幅の減衰率等の分析により，内部材料・劣化状況の推定精度向上も図ることも可能と考えられ，今後さらなる実験・解析を重ねる予定である。

【参考文献】
1）永井哲夫ほか：弾性波速度を用いた地盤構造物の健全性評価，平成 26 年第 59 回地盤工学シンポジウム，20142）
曾田和弘：砂防施設の劣化診断と維持管理の在り方について，
平成 20 年度 国土交通省国土技術研究会報告，
p.54-57,2008
3）大矢幸司ほか：衝撃弾性波探査(透過法)による砂防堰堤内部劣化診断に関する室内実験研究～材料特性と衝撃弾性波速度との関係～，平成 28 年度砂防学会研究発表会概要集，p.B-224－B-225，20164）大矢幸司ほか：衝撃弾性波探査（透過法）による砂防堰堤内部劣化診断に関する室内試験～内部に空洞がある場合の弾性波速度への影響～，平成 28 年度砂防学会研究発表会概要集，p.B-226－B-227，2016- 149 -