第九回道路橋床版シンポジウム論文報告集

土木学会

第九回道路橋床版シンポジウム論文報告集 土木学会

報告
報告

電磁波レーダによる RC 床版上面の状態評価に関する実験的検討および現場適用事例
永塚竜也*，小林大**，橋本竜也*，田代大樹***ニチレキ株式会社（〒343-0824 埼玉県越谷市流通団地 3-3-1）** 大日本コンサルタント株式会社（〒170-0003 東京都豊島区駒込 3-23-1）
RC 床版は，舗装をとおして交通荷重を直接支持する重要な部材である．
RC 床版上面に生じる損傷は，舗装の破損に繋がり交通事故など第三者被害を招きかねない．しかし，RC 床版は舗装に覆われていることから，目視で上面の損傷を発見することは困難である．そこで筆者らは，RC 床版上面の非破壊調査システムを開発し，同システムの精度向上およびスクリーニング調査手法の開発に向けて，実物大の供試体を作製し実験を行った．
本報告は，実物大供試体実験に基づく RC 床版上面の状態評価アルゴリ
ズムの検討内容と，現場での適用事例を報告するものである．
キーワード：RC 床版，砂利化，土砂化，非破壊，電磁波レーダ，長寿命化

1．はじめにRC 床版は，舗装をとおして交通荷重を直接支持する重要な部材である．また，橋梁の架替に関する調査 1）によれば，床版の破損は，上部構造の損傷による架替理由の上位であることなどから，床版の劣化・損傷を早期に把握して長寿命化を図ることが望まれている．しかし，
RC 床版の上面に発生する劣化・損傷は，舗装で覆われていることから目視で発見することが困難であり，舗装の異常として顕在化した時点では，打ち替えなど大掛かりな補修が必要となる場合がある．
そのため，筆者らは，
平成 26 年より車載型電磁波レーダ装置（写真－1）を用いて RC 床版上面の状態評価システムの開発に取り組んできた．本報告は，同システムの精度向上およびスクリーニング調査手法の開発に向けた基礎資料とすることを目的とし，実際に見られる RC 床版上面の状態を模擬した実物大供試体を作製して電磁波レーダ信号を取得し考察を行なうとともに，現場での適用事例を報告するものである．
2．実験の概要

写真－1
車載型電磁波レーダ装置

2.1 供試体および実験ケース
実験ケースを表－1 に示す．供試体は，昭和３９年鋼道路橋示方書 2）を参考として作製した 1.5m 四方，厚さ19cm の鉄筋コンクリート版（以下，RC 版）（写真－2）
に対して表－1 に示す RC 床版上面の状態を模擬し（写真－3），その上に厚さ 8cm のアスファルト版（密粒度アスファルト混合物 2 層）を設置した．
表－1 実験ケース一覧表
ケース

RC 版上面の状態

12健全 ※13456789101112舗装剥離※2

砂利化 ※3（ザグリ有）アスファルト版とRC 版の接着-------

アスファルト版上面乾燥
アスファルト版上面乾燥
アスファルト版上面乾燥
隙間乾燥
隙間乾燥
隙間乾燥
充填物乾燥
充填物滞水充填物乾燥

防水なし

有

塗膜系防水

有

シート系防水t=2mm
隙間 t=0mm
隙間 t=2mm
隙間 t=4mm
細骨材を充填
t=5mm
粗骨材・細骨材の混合物を充填
t=25mm嵌め込みコンク
リート版を破砕
t=25mm ※4

水分の寄与有--充填物滞水--充填物乾燥--充填物滞水

水平クラックラック面乾ク※5（ザグ d=30mm
無13燥
リ有）※1 アスファルト版，防水，RC 版を接着した供試体．
※2 アスファルト版と RC 版を接着せず隙間を空けた供試体．防水はなし．
※3 RC 版中央部の 75cm 四方のザグリに骨材や嵌め込んだコンクリート版を破砕してアスファルト版を載せた供試体．防水はなし．
※4 水平クラックに伴うかぶりコンクリートのうきに発生した格子状のひびわれを再現した初期の砂利化の供試体．防水はなし．
※5 RC 版中央部の 75cm 四方のザグリに同寸法のコンクリート版を嵌め込んだ供試体．防水なし．

- 73
1 -ザグリ
写真－2 砂利化および水平クラック用の外観

写真－3 状態模擬例
No.11 砂利化

2.2 実験方法
実験は，2.1 で作製した供試体の上を車載型レーダ装置 3）と同等の性能を有する手押し型レーダで
写真－4 実験状況走査し，電磁波レーダ信号を取得した（写真－4）．なお，計測時のパラメータ設定（データ取得間隔等）は，車載型レーダで調査する場合と同じ条件で計測を行った．

コンターが不明瞭であった．なお，隙間に水分が寄与する場合は，砂利化と同様に評価される可能性がある．
（3）砂利化
ケース 7 は，健全と比較して信号強度がやや大きく，鉄筋の円弧状のコンターが不明瞭であった．ケース
11,12 は，健全のケースと比較してレーダ信号取得範囲において信号強度が一様ではなく，平面コンター図においてマダラ模様を呈した（表－4）．また，鉄筋の円弧状のコンターは確認できなかった．ケース 8～10は，健全と比較して信号強度が極めて大きく，水分が寄与するケースが一段と大きかった．また，鉄筋の円弧状のコンターは確認できなかった．
（4）水平クラック
健全と比較して信号強度が同程度であったが，鉄筋の円弧状のコンターが不明瞭であった．なお，隙間に水分が寄与する場合は，砂利化と同様に評価される可能性がある．

ケース

2.3 実験結果および考察

表－3 実験結果の整理

健全（ケース 1）
表－2 信号波形とと砂利化（ケース 9） 縦断面コンター図における相違例
ケース 1 健全の信号波形と縦断舗装路面の反射面コンター図を表－2 に示す．ケース
1 の信号波形は，RC版上面付近で一様円弧状のな信号強度を示し，コンター明瞭
縦断面コンター図○：RC 版上面付近の信号強度
では，鉄筋の円弧状
ケース 9 砂利化のコンターが明瞭
細・粗骨材混合 t=25mm，水分寄与無舗装路面の反射に確認できる．一方，
ケース 9 の信号波形
は，ケース 1 と比較して RC 版上面付近の信号強度が極め円弧状のコンターなして大きく，縦断面コ乾燥充填物t=25mm○：RC 版上面付近の信号強度
ンター図では，鉄筋の円弧状のコンターが確認できない．以上より，RC 版上面付近の信号強度と鉄筋の円弧状のコンターは，RC 版上面の状態に応じて違いが見られることがわかった．そこで本実験では，この２点に着目し実験ケース毎に整理したところ，以下の事項を確認できた（表－3）．
（1）健全
健全な供試体は，いずれも信号強度が同程度かつ鉄筋の円弧状のコンターが明瞭であった．
（2）舗装剥離
舗装剥離は，健全と比較して信号強度が小さく，隙間が狭い方がより小さかった．また，鉄筋の円弧状の2 - 74

RC 版上面の状態

水分
※1

防水なし

無塗膜系防水無3シート系防水

無4

隙間
t=0mm
隙間
t=2mm
隙間
t=4mm
細骨材
t=5mm
細骨材
t=5mm
細・粗骨材
混合 t=25mm
細・粗骨材
混合 t=25mm
破砕コン版
t=25mm
破砕コン版
t=25mm

125健全

舗装
剥離

6789
10砂利
化

1112

無無無無有無有RC 版上面付近の信号強度計測範No.1
囲内のとの比較
バラツ（※2）
キ無-同程度無（1.0）
同程度
無（1.0）
やや小無（0.6）
やや小無（0.6）
やや小無（0.9）
やや大無（1.3）
極めて大無（2.9）
極めて大無（2.3）
極めて大無（3.1）

鉄筋の円弧状のコンター
明瞭
明瞭
明瞭
不明瞭
不明瞭
不明瞭
不明瞭
なし
なし
なし

無有

一様でないなし

有無

一様でないなし

同程度
（1.0）

不明瞭

水平
クラ
無無13d=30mmック※1 水分の寄与に関する詳細は表 1 を参照.
※2 ケース 1 との信号強度比率の概略値.

表－4 破砕嵌め込みコンクリート版内平断面コンター図
ケース 11 砂利化
嵌め込みコンクリート版破砕，水分寄与無信号波形 a
信号波形 b型枠b●●a○：RC 版上面付近の信号強度

マダラ模様○：RC 版上面付近の信号強度

信号強度にバラツキあり

3．実験のまとめ【

また，損傷状態が不均一な場合に RC 床版上面付近の信号強度が一様ではない可能性があり，平断面コンター図
今回の実験で得られた知見を以下にまとめる．
において実物大供試体実験で確認されたマダラ模様を・鉄筋の円弧状のコンターにより，健全な範囲をおよそ呈する可能性がある．
特定可能である．
（3）グループ 3・信号強度や鉄筋の円弧状のコンターについて健全な範「⑤滞水した骨材状の砂利化」や「⑥乾燥した深い骨囲と比較することにより，水分が寄与する場合や骨材材状の砂利化（実験では深さ 25mm において確認）」が状（細骨材や粗骨材の充填物）の深い砂利化の範囲を該当するグループである．なお，実物大供試体実験や筆およそ特定可能である．一方，乾燥した浅い骨材状の者らによる実橋の調査結果を考慮すると，「⑦隙間に滞砂利化は，舗装剥離と同様に評価される可能性がある． 水した舗装剥離」，「⑧クラック面に滞水した水平クラッ・同様に乾燥した舗装剥離の範囲をおよそ特定可能であク」や「⑨水平クラックにより，ういたかぶりコンクリるが，隙間に水分が寄与する場合は，砂利化と同様にートが格子状のひびわれに進展したケース」も該当する評価される可能性がある．
可能性がある．また，グループ 2 と同様に平断面コンタ・水平クラック（ケース 13）や水平クラックに伴うかぶー図において，実物大供試体実験で確認されたマダラ模りコンクリートの格子状ひびわれ（ケース 11,12）の様を呈する可能性がある．
進展段階について電磁波レーダにより評価できる可グルー プ３⑤滞水した能性が分かった．今後は，実際の現場で確認される損グルー プ２砂利化（骨材状）
大⑥乾燥した深い傷状態により近い供試体を用いた実験を行うなど，さ砂利化（骨材状）⑦滞水した舗装剥離③乾燥した⑧滞水した水平クラック
らなる検証が必要である．
⑨※かぶりCOうき、浅い砂利化（骨材状）
4．RC 床版上面の状態グルーピングマトリックス②乾燥した舗装剥離①健全④乾燥した水平クラック②乾燥した舗装剥離

小信号強度例
縦断面
コンター（1）グループ 1「①健全（舗装，RC 床版に損傷がなく密着した状態）」
のみが該当し，RC 床版上面付近の信号強度が一様に取得される．なお，当該グループにおいて取得される RC
床版上面付近の信号強度が，グループ 2 や 3 を区分する基準となる．
（2）グループ 2「②隙間が乾燥した舗装剥離」や「③乾燥した浅い骨材状の砂利化（実物大供試体実験では深さ 5mm において確認）」が該当するグループである．なお，実物大供試体実験や実橋での調査結果を考慮すると，「④クラッ
ク面が乾燥した水平クラック」も該当する可能性がある．

グルー プ１】

前述した実物大供試体実験により，鉄筋の円弧状のコンターの見え方に着目することで，RC 床版上面の状態を 3 グループに分類可能であることが分かった．
しかし，鉄筋の円弧状のコンターの判断は，画像目視による定性的な分類である．そこで，分類の安定化を図るため，実物大供試体実験による知見に基づき，定量的な RC 床版上面付近の信号強度にも着目することとし，評価者によるバラつきを抑えるグルーピングの安定化を検討した（図－1）．
具体的には，RC 床版上面付近の信号強度と鉄筋の円弧状のコンターの見え方を判断項目とし，RC 床版上面の代表的な状態を配置してマトリックスを考案した．なお，グループ内に含まれる具体的な状態については，開削調査などを行い特定する必要がある．各グループの解説を以下に示す．

格子状ひびわれRC
床版基上準面信 A
付号 S
近強 Rの度 C版
信号
強度例ASRC版

明瞭不明瞭【鉄筋の円弧状のコンター表示】

無グループ１：健全といえる領域
グループ２：グループ３ほどではないが、損傷が考えられる領域
グループ３：砂利化等の重篤な損傷が疑われ、健全性が低下していると考えられる領域□内のＲＣ床版上面の状態は、実物大供試体実験や、調査実績からマトリックスにおいて可能性が考えられる状態※水平クラックにより、ういたかぶりコンクリートが格子状のひびわれに進展した状態

図－1 RC 床版上面の状態グルーピングマトリックス

5. RC 床版上面の状態グルーピングアルゴリズム
RC 床版上面の状態グル① グループ１
健全な可能性が高い範囲の特定
ーピングアルゴリズムをフロー化したものを図－2② グループ３に示す．
重篤な損傷（砂利化等）の疑いがある範囲の特定
グルーピングは，グループ 1 の信号強度がグルー③ グループ２プ 2 や 3 を特定する際の①と②以外の範囲の特定基準となることから，はじ
図－2めにグループ 1 の範囲の状態グルーピング特定作業を行う．
フロー
次に，グループ 3 の範囲の特定作業を行い，残りの範囲がグループ 2 となる．

3 - 75開削①：グループ１健全

6． 実橋における RC 床版上面のグルーピング事例と開削調査結果

開削②：グループ２
開削③：グループ３
うき（乾燥した水平クラック） 滞水した砂利化、滞水した水平クラック砂利化

実橋梁（昭和 49 年建設）で RC 床版上面の状態をグルーピングし，開削調査を実施した事例を紹介する．

全体がういている状態

写真－5 グループ１～３の開削調査結果

6.1 RC 床版上面の状態グルーピング（1）グループ 1 の特定得られた電磁波レーダ信号から，鉄筋の円弧状のコンターが明瞭に確認でき，床版上面付近の信号強度が一様に取得された範囲を特定した．この範囲がグループ 1 となる（図－3）．
（2）グループ 2，3 の特定
次に，グループ 1 を除く範囲で鉄筋の円弧状のコンターが確認されない範囲をグループ 3 の候補とし，信号強度の確認を行なった（図－3）．基準信号強度と比較して，極めて信号強度が大きい地点を確認したが一様ではない状況であり，平断面コンター図においてマダラ模様を呈した（図－4）．当該範囲は，解説に基づきグループ 3 として特定し，それ以外の範囲をグルー
プ 2 に区分した（図－3）．

7. ７橋１７箇所における整合性判定結果
本グルーピングアルゴリズムを適用して調査を行なった実橋梁のうち，あわせて開削調査を行なった 7 橋 17箇所について整合性を判定し，表－5 に整理した．表より，電磁波レーダ法により重篤な損傷が疑われるグルー
プ 3 と評価された箇所は，整合性が高い結果であった．
整合数は，総数 17 箇所に対して 15 箇所であり，その整合率は 8 割程度であった．
表－5 状態グループ評価と開削調査結果の対応
No.

1

2

【測線 A 縦断面コンター図と信号強度】
グループ２：一様ではない

グループ１：一様
AS

AS

RC
床版

RC
床版

RC
床版

明瞭な鉄筋の円弧状のコンター

幅員[m]新潟県内某橋3

富山県内某橋4

鳥取県内某橋5

宮城県内某橋6

秋田県内某橋7

滋賀県内某橋鉄筋の円弧状のコンター無し

02

新潟県内某橋グループ３：一様ではないAS

不明瞭な鉄筋の円弧状のコンター

管轄開削による 電磁波レーダによる確認箇所No. グループ評価結果

開削調査結果

整合

1

グループ１健全○2

グループ２水平クラック

○

3

グループ３

滞水した砂利化、滞水した水平クラック

○

1

グループ１

健全

○

2

グループ２

切削による鉄筋露出（写真-9）

○

3

グループ２

かぶり不足

○

4

グループ３

湿潤状態の砂利化（写真-10）

○

1

グループ３

滞水した水平クラック○

1

グループ３床版上面の滞水

○

2

グループ３

断面修復下面の滞水した砂利化

○

1

グループ１

乾燥した水平クラック

×

2

グループ２

健全×

3

グループ２

乾燥した水平クラック

○

1

グループ２

床版上面の切削跡

○

2

グループ３

滞水した砂利化（写真-11）

○

1

グループ２

舗装と床版の剥離

○

2

グループ３

断面修復下面の砂利化（写真-12）○

8．おわりに測線 A

4開削②開削③開削①
凡例：グループ１：グループ２：グループ３

図－3 RC 床版上面の状態グルーピング概要図

マダラ模様

図－4 平断面コンター図（グループ 3）6.2 開削調査による具体的な状態の確認
6.1 で特定したグループ 1～3 において 1 箇所ずつ，図－3 に示す箇所で開削調査を行なった（写真－5）．その結果，グループ 1 と特定して開削を行った①は，健全であり，整合を確認した．グループ 2 と特定して開削を行なった②は，分類された状態のうち「乾燥した水平クラック」であり，整合を確認した．グループ 3 と特定して開削を行なった③は，分類された損傷のうち「滞水した砂利化」，「滞水した水平クラック」であり，整合を確認した．

電磁波レーダは，交通規制が不要かつ非破壊で RC 床版上面のおよその損傷種類・範囲を特定できる．しかし，状態評価の詳しい分類に限界があることより，RC 床版の診断にあたっては，ASR，塩害や凍害と言った劣化ポテンシャルを含め実際の RC 床板上面の損傷実態を熟知したうえで総合的に行なう必要があると考える．また，
RC 床版上面の状態グルーピングアルゴリズムを実橋梁に適用した結果，グルーピング結果と実際の整合を確認することができた．このことから，状態評価のひとつの指標である RC 床版上面付近の基準信号強度数値に着目するこで，人間の目視に頼らず注意すべき橋を安価にスクリーニングできる可能性があり，長寿命化に対して一層の寄与が期待されるものと考える．
参考文献など
1）橋梁の架替に関する調査結果（Ⅳ）国土技術政策総合研究所資料 NO.4442）鋼道路橋設計示方書 昭和 39 年（社）日本道路協会
3）3D-RADAR 社の DX-Series Multi-Channel
Air Launched Antenna Arrays（Tipe DX1821）（2016 年 7 月 18 日受付）

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