JP2008249665A - 充填度検査装置及び充填度検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】コンクリートを剥離しなくてもシース管内のグラウトの充填度を検査可能なシース管内グラウトの充填度検査装置を提供すること。
【解決手段】シース管９０の端部中央部に相当するコンクリート１０１表面に接合された打撃用治具１０と、打撃用治具１０に衝撃を印加可能に設けられた衝撃印加器２０と、打撃用治具１０の近傍に設けられたトリガ波形受信用センサ３０と、打撃用治具１０を設置したシース管９０端部側とは他方のシース管９０端部の中央部に相当するコンクリート１０１表面に設けられた伝播波形受信用センサ４０と、トリガ波形受信用センサ３０及び伝播波形受信用センサ４０に接続された検出器５０を備えている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、高速道路等の橋梁等のコンクリート構造体の内部に設置されている鋼材を用いたシース管のグラウトの充填度を検査するための充填度検査装置及び充填度検査方法に関し、特にコンクリートをはつることなくシース管内のグラウトの充填度を正確に検査することができる技術に関する。

高速道路等の橋梁内部には、橋梁にプレストレスを加えるためのシース管が設けられている。このシース管内には緊張材であるＰＣ鋼線やＰＣ鋼棒等（プレストレスを与えるために使用するＰＣ鋼材）が設けられている。このようなシース管のＰＣ鋼線やＰＣ鋼棒等は、シース管内に空洞があると腐食してしまうため、シース管内に腐食を防ぐためのグラウトが充填されている。

しかし、施工不良等のため、シース管内部に空洞や気泡が残って（以下、「グラウト未充填」と称する）、ＰＣ鋼線やＰＣ鋼棒等が腐食すると、ＰＣ鋼線やＰＣ鋼棒により与えられていたプレストレス力が設計通りに機能しなくなり、橋梁の耐久性が低下する虞がある。シース管内部のグラウト未充填の状態は、既に建設された橋梁等でも見受けられるため、橋梁を破壊することなく、グラウト未充填箇所の検査が可能な非破壊検査技術（シース管内グラウト充填度検査装置及び方法）が求められている。

図１８は従来のシース管内グラウトの充填度検査装置２００の原理を示す模式図、図１９は同充填度検査装置２００で検出した結果を示すグラフ、図２０は同充填度検査装置２００での橋梁検査の一例を示す説明図である。図中Ｅは弾性波の伝播を示している。なお、図１８において、説明の便宜上シース管２２０及び２２０Ａは並べて示している。

図１８に示すように、シース管内グラウトの充填度検査を行う場合の試験体は、コンクリート２１０に埋め込まれたシース管２２０と、シース管２２０に設けられ端部がコンクリート２１０から露出している鋼棒２２１と、シース管２２０と鋼棒２２１の間に充填されたグラウト２２２とを有する。

なお、同充填度検査の説明の便宜上、正常に充填されたシース管２２０の他に、グラウト２２２が充填されていないシース管２２０Ａも図１８に示す。

図１８に示すように、充填度検査装置２００は、鋼棒２２１の端部に衝撃を印加するための例えばハンマや鋼球等の衝撃印加器２３０と、この衝撃印加器２３０による衝撃印加点の近傍であり、かつ、シース管２２０、２２０Ａ端部の近傍に設けられたトリガ波形受信用センサ２４０と、トリガ波形受信用センサ２４０を設置した側のシース管２２０、２２０Ａ端部とは他方のシース管２２０、２２０Ａ端部の中央部に設けられた伝播波形受信用センサ２５０と、伝播波形受信用センサ２５０に接続されたフィルタ２６０と、フィルタ２６０に接続された増幅器２７０と、増幅器２７０に接続された例えばオシロスコープ等であり第１ＣＨ２８１及び第２ＣＨ２８２を有する検出器２８０とを備えている。

トリガ波形受信用センサ２４０は第１ＣＨ２８１に接続されており、また、伝播波形受信用センサ２５０は第２ＣＨ２８２に接続されている。

このように構成されたシース管内グラウト充填度検査装置２００では、まず、衝撃印加器２３０により鋼棒２２１に衝撃が印加される。このとき、トリガ波形を衝撃印加点近くに設けられたトリガ波形受信用センサ２４０により受信する。鋼棒２２１に衝撃が印加されることにより、鋼棒２２１中を弾性波の伝播Ｅが発生する。このように伝播された弾性波（伝播波形）を伝播波形受信センサ２５０により受信する。

トリガ波形は検出器２８０の第１ＣＨ２８１で検出される。一方、伝播波形はフィルタ２６０と増幅器２７０を介することによりノイズが除去され、波形が増幅されるため、ＳＮ比が向上される。そして、ＳＮ比が良好な状態の伝播波形が検出器２８０の第２ＣＨ２８２で検出される。このようにトリガ波形と伝播波形とを検出する。

図１９では、検出器２８０で検出されたトリガ波形は上側に示し、伝播波形は下側に示している。伝播波形は時間Ｔｏから検出されるため、トリガ波形が検出されてから伝播波形が時間Ｔｏで検出されるまでの時間を伝播時間Ｔとする。さらに、鋼棒の長さをＬとすると、伝播する波形の伝播速度Ｖは、
Ｖ＝Ｌ／Ｔ
で求められる。

ここで、グラウトの充填率と伝播速度との関係は、グラウトの充填率が大きくなるほど伝播速度は遅くなる。すなわち、グラウトが充填されている場合の伝播速度Ｖｊは、グラウトが未充填の場合の伝播速度Ｖｍより遅い。例えば、グラウトが全く充填されていない場合の伝播速度Ｖｍを５５００ｍ／ｓとすると、グラウトが完全に充填されている場合の伝播速度Ｖｊは５２２５ｍ／ｓとなる。したがって、グラウトが充填されたシース管２２０とグラウトが未充填のシース管２２０Ａとの伝播速度の差は大体５〜８％程度となる。

グラウト充填・未充填による伝播速度の差５〜８％程度を基準として、実際の橋梁に用いられているシース管の検査を行い、橋梁に用いられているシース管の検査結果と、伝播速度の差５〜８％とを比較することにより、シース管にグラウトが充填されているか未充填かを判断することが出来る。

また、受信した波形の減衰定数を求めるシース管内グラウト充填度検査方法も知られている（例えば特許文献１参照）。この検査方法は、グラウトが充填されている場合は、減衰定数は大きいが、グラウトが未充填の場合は減衰定数が小さいという特性から、この減衰定数の大小をグラウトの充填・未充填の判別に用いる。ここで、減衰定数は図１９に示す伝播波形の振動継続時間に対応しており、減衰定数が小さい場合は、伝播波形の振動減衰時間は長くなり、減衰定数が大きい場合は、伝播波形の振動減衰時間は短くなる。このように、振動減衰時間（減衰定数）により、グラウトの充填・未充填を判断する検査を行う方法である。

上述したような、伝播速度を比較する方法と、伝播波形の減衰定数を求める方法とが、シース管内グラウト充填度検査方法の主流となっている。実際の橋梁でこれらの検査方法を行う場合は、図２０に示すように、コンクリート２１０の一部２１０Ａをはつり、鋼棒２２１をコンクリート２１０表面に露出させる。露出した鋼棒２２１に衝撃印加器２３０で直接衝撃を印加し、衝撃印加により発生した伝播波形を伝播波形用受信センサ２５０で受信することにより検査する。
特開２０００−１０５２２７号公報

上述したシース管内グラウト充填度検査方法では、次のような問題があった。すなわち、伝播速度を比較する方法では、実際の橋梁での検査で鋼棒の長さＬが正確に分からない場合があり、また、衝撃印加器による衝撃エネルギが比較的小さいため、伝播波形とノイズの識別が難しい。さらに、伝播速度Ｖｍと伝播速度Ｖｊとの差はわずか５〜８％であり、計測精度が要求される。これらのことにより、誤差が発生し、正確な検査ができない虞がある。

また、減衰定数を求める方法では、伝播する種類の波形には様々なモード波等があり、現在どのモード波であるのかを測定者が把握していないと誤った判定をしてしまう可能性がある。しかも、どのモード波を使用しているのかは現場で判断するのが困難である。また、これらの検査方法では絶対的な評価ができないということもある。

さらに、上記いずれの検査方法でも、コンクリートをはつり、シース管端部を露出させる必要があるため、検査に必要なコストと時間とが必要となり、検査後の補修も必要である。補修状態によっては、経年劣化等により、雨水等がシース管まで浸透する可能性もある。

図２１はシース管２２０に鋼線（ＰＣ鋼線）２２３を用いた従来の充填度検査装置２００による検査方法の一例を示す説明図である。図２１に示すように、シース管２２０に用いられているＰＣ鋼材が鋼線２２３であると、形状、使用本数の関係から、他の鋼線２２３に干渉しないように、衝撃印加器２３０の大きさを小さくしなければならない。しかし、衝撃印加器２３０を小さくすると、衝撃も小さくなってしまうため、ＳＮ比が悪くなり、検査精度が低下してしまう。さらに、鋼材径が７ｍｍ程度の細い鋼材を用いた場合には、上記検査方法を適用するのが原理的に難しいという問題があった。

そこで本発明は、コンクリートをはつらなくてもシース管内のグラウトの充填度を正確に検査することができるシース管内グラウト充填度検査装置及びシース管内グラウト充填度検査方法を提供することを目的としている。

前記課題を解決し目的を達成するために、本発明の充填度検査装置及び充填度検査方法は次のように構成されている。

コンクリート構造体内部に設置され、鋼材を有するシース管のグラウトの充填度を検査する充填度検査装置において、上記シース管の一方の端部に対向する上記コンクリート表面に衝撃を与える衝撃印加手段と、上記シース管の他方の端部に対向する上記コンクリート表面に設けられ、上記衝撃によって上記シース管内に発生した振動を伝播波形として検出する伝播波形受信用センサと、上記伝播波形に基づいてゼロクロス時間を算出するゼロクロス時間算出手段と、算出されたゼロクロス時間に基づいてゼロクロス周波数を算出するゼロクロス周波数算出手段と、算出されたゼロクロス周波数を規格化してゼロクロス周波数規格化値を算出するゼロクロス周波数規格化値算出手段と、算出されたゼロクロス周波数規格化値に基づいて上記グラウトの充填度を判別する判別手段とを備えていることを特徴とする。

コンクリート構造体内部に設置され、鋼材を有するシース管のグラウトの充填度を検査する充填度検査方法において、上記シース管の一方の端部に対向する上記コンクリート表面に衝撃を与える衝撃印加工程と、上記シース管の他方の端部に対向する上記コンクリート表面に設けられ、上記衝撃によって上記シース管内に発生した振動を伝播波形として検出する伝播波形受信工程と、上記伝播波形に基づいてゼロクロス時間を算出するゼロクロス時間算出工程と、算出されたゼロクロス時間に基づいてゼロクロス周波数を算出するゼロクロス周波数算出工程と、算出されたゼロクロス周波数を規格化してゼロクロス周波数規格化値を算出するゼロクロス周波数規格化値算出工程と、算出されたゼロクロス周波数規格化値に基づいて上記グラウトの充填度を判別する判別工程とを備えていることを特徴とする。

本発明によれば、コンクリートをはつらなくてもシース管内のグラウトの充填度を正確に検査することが可能となり、はつり及びはつり後の補修等の行程が減少し、これにより測定にかかる費用が大幅に低減され、測定効率が向上する。また、はつり後の補修等による雨水等の侵入を防止できる。

さらに、ＰＣ鋼材の長さ、材質及び鋼線・鋼棒等による影響を受けずに検査することができる。

また、充填未充填の判断は受信した波形を目視するのみの判断、又は、自動判定が可能であり、測定者によるばらつきの発生を抑制し、さらに、測定用治具により測定が効率的となる。

図１は本発明の一実施の形態に係るシース管内グラウトの充填度検査装置１を示す模式図、図２は同充填度検査装置１の打撃用治具１０を示す模式図、図３は同打撃用治具１０の正面図、図４は本充填度検査装置１におけるグラウト充填の検査データの一例を示すグラフ、図５はグラウト未充填の検査データの一例を示すグラフ、図６は充填度検査装置１の検査工程を示すフローチャート、図７は本発明の衝撃の伝播状態を示す説明図である。なお、図７中Ｄは打撃により発生する弾性波を模式的に示している。

充填度検査装置１による検査対象は、例えば高速道路（コンクリート構造体）１００の橋梁の内部に設けられたシース管９０である。シース管９０は、内部に例えば鋼線９１が複数設けられており、鋼線９１が腐食しないようにグラウト９２が充填されている。このようなシース管９０において、グラウト９２の未充填を判別するものである。シース管内部には上記した鋼線９１より径が大きい鋼棒が用いられる場合もあるが本実施例では鋼線の場合で説明を実施する。

図１に示すように、シース管内グラウト充填度検査装置１は、シース管９０の端部中央部に対向する位置のコンクリート１０１の表面に接合された打撃用治具１０と、打撃用治具１０に衝撃を印加可能に設けられた衝撃印加器２０と、打撃用治具１０の近傍に設けられたトリガ波形受信用センサ３０と、打撃用治具１０を設置したシース管９０端部側とは他方のシース管９０端部に対向するコンクリート１０１の表面に設けられた伝播波形受信用センサ４０と、トリガ波形受信用センサ３０及び伝播波形受信用センサ４０に接続された例えばオシロスコープ等の検出器（判別手段）５０とを備えている。

図２及び図３に示すように、打撃用治具１０は、衝撃印加器２０により衝撃が印加される正方形の打撃用金属板１１と、打撃用金属板１１をコンクリート１０１表面に支持できるよう端部３箇所に設けられた支持アーム１２と、支持アーム１２の先端であり、コンクリート１０１表面に吸着可能に設けられた吸盤１３とを有している。また、コンクリート１０１表面と打撃用治具１０との間には、粘着性を有し、かつ、係合している面へ弾性波を効率よく入射できる性質を有する粘着性媒体６０が設けられている。この粘着性媒体６０の、一方の面はコンクリート１０１表面へ接着又は接合され、他方の面は打撃用治具１０の打撃用金属板１１に接合されている。

伝播波形受信用センサ４０と検出器５０との間には、伝播波形受信用センサ４０で受信した伝播波形のノイズを除去させるためのフィルタ７０と、伝播波形を増幅させる増幅器８０とが接続されている。これによりＳＮ比が向上する。

検出器５０は、トリガ波形を検出する第１ＣＨ５１と、伝播波形を検出する第２ＣＨ５２とを有しており、トリガ波形と伝播波形を比較することが可能となっている。さらに、検出器５０は検出した波形に基づいて後述するような処理を行って充填・未充填を判別する。また、検出器５０は判別結果を表示するだけではなく、検出した波形を処理した結果をグラフとして表示することで、作業者が充填度を判断することが可能に構成されている。

このように構成されたシース管内グラウト充填度検査装置１では次のような原理に基づいて充填度検査を行う。すなわち、打撃用治具１０の打撃用金属板１１に衝撃印加器２０で衝撃を印加することで、衝撃印加により発生した弾性波は、コンクリート１０１内面を伝播し、シース管９０の鋼線９１へ伝播される。このとき、トリガ波形受信用センサ３０で衝撃印加時のトリガ波形を受信し、受信したトリガ波形を検出器５０の第１ＣＨ５１で検出する。

伝播波形受信用センサ４０では、鋼線９１を伝播してきた伝播波形を受信し、受信した伝播波形を、フィルタ７０を通しノイズを除去し、増幅器８０で伝播波形を増幅させ、伝播波形を検出器５０の第２ＣＨ５２で検出する。

シース管９０のグラウト９２が充填されている場合は、図４に示すように、伝播波形が到達した時間Ｔｏを計測できる。これに対し、シース管９０のグラウト９２が未充填の場合には、図５に示すように、伝播波形が到着した時間Ｔｏ近傍の伝播波形が高い周波数を示している。すなわち、グラウト９２が充填されている場合と未充填の場合では、伝播波形に明らかな相違が発生することから、この相違を解析することで、シース管９０のグラウト９２の充填・未充填が判断できる。

次に、図６のフローチャートを用いて、シース管内グラウト充填度検査手法の説明を行う。なお、説明の便宜上、グラウト充填・未充填の一例として用いるグラフは、必ずしも同一のデータを用いているものではない。

高速道路１００の橋梁内部に設けられたシース管９０の端部の中央に相当するコンクリート１０１表面に粘着性媒体６０を塗布する。次に、打撃用治具１０をコンクリート１０１表面に、コンクリート１０１表面に塗布された粘着性媒体６０と、打撃用治具１０に設けられた吸盤１３とにより設置する。さらに、打撃用治具１０の近傍のコンクリート１０１表面にトリガ波形受信センサ３０を設置する（第１工程Ｐ１）。

図１に示すように、打撃用治具１０を設置したシース管９０端部とは他方の、シース管９０端部の中央部に相当するコンクリート１０１表面に伝播波形受信用センサ４０を取り付ける（第２工程Ｐ２）。

衝撃印加器２０で打撃用治具１０の打撃用金属板１１に衝撃を印加する（第３工程Ｐ３）。例えば、衝撃印加器２０は人力でハンマを使用するものでもよい。打撃用治具１０に加わった衝撃は、粘着性媒体６０を介してコンクリート１０１へと入射される。図７に示すように、衝撃印加によりコンクリート１０１へ入射された弾性波Ｄは放射状に広がりシース管９０へと伝わる。弾性波Ｄにより、後述するあらたな振動波がシース管９０内部で発生し、衝撃印加側と対向したコンクリート１０１表面側、すなわち、伝播波形受信センサ４０へと伝播される。

第３工程Ｐ３で伝播波形受信センサ４０へ鋼線９１内を伝播した弾性波（伝播波形）を伝播波形受信センサ４０で受信し、フィルタ７０、増幅器８０を介して伝播波形を検出器５０の第２ＣＨ５２で検出させる。また、衝撃印加時のトリガ波形をトリガ波形受信センサ３０で受信し、検出器５０の第１ＣＨ５１で検出させる（第４工程Ｐ４）。

検出した伝播波形のゼロクロス時間Ｚｎ（ｎ＝１，２，３，…）を求める（第５工程Ｐ５）。図８はゼロクロス時間の説明を示すグラフである。伝播波形のゼロクロス時間Ｚｎとは、図８に示すように、時間軸上で、伝播波形の振幅がマイナスからプラスに移行する間の、伝播波形の振幅値が０の位置での時間のことであり、伝播波形が到達した時間Ｔｏをゼロクロス時間Ｚ０とする。伝播波形が到達した時間Ｔｏから最も時間が近いゼロクロス時間ＺｎをＺ１とし、それ以降のゼロクロス時間をＺ２、Ｚ３、Ｚ４、…と定義する。

図９はゼロクロス時間Ｚｎを説明する一例を示している。図９に示すように、ゼロクロス時間Ｚｎが９個検出され、伝播波形が到達した時間ＴｏをＺ０とし、順次Ｚ１、Ｚ２、Ｚ３、…、Ｚ９とした。図９に示す伝播波形は、図５に示すシース管９０のグラウト９２が未充填の伝播波形であり、ゼロクロス時間Ｚ０近傍のゼロクロス時間Ｚ１〜Ｚ６までが高い周波数となっている。

第５工程Ｐ５にて算出されたゼロクロス時間Ｚｎを基に、ゼロクロス周波数ｆｚｎ（ｎ＝１，２，３，…）を算出する（第６工程Ｐ６）。

まずゼロクロス周期Ｔｚｎ（ｎ＝１，２，３，…）を、
Ｔｚｎ＝Ｚｎ−Ｚ（ｎ−１）
から求める。ゼロクロス周期Ｔｚｎは隣り合うゼロクロス時間の差を示している。

次にゼロクロス周期Ｔｚｎからゼロクロス周波数ｆｚｎを求めると、
ｆｚｎ＝１／Ｔｚｎ
となる。

図１０はゼロクロス周波数ｆｚｎの一例を示すグラフである。ここで、グラウト９２が未充填の伝播波形のゼロクロス周波数をｆａｚｎ（ｎ＝１，２，３，…）、グラウト９２が充填された伝播波形のゼロクロス周波数をｆｂｚｎ（ｎ＝１，２，３，…）とする。また、図１０のグラフの縦軸は最大値を１と規格化したゼロクロス周波数ｆｚｎを、横軸はゼロクロス時間Ｚｎの変数ｎを示している。

図１０に示すように、変数ｎが１〜７の間で、ゼロクロス周波数ｆａｚｎはゼロクロス周波数ｆｂｚｎより約９〜１０倍高い周波数を示している。このように、シース管９０にグラウト９２が未充填の場合のゼロクロス周波数ｆａｚｎはグラウト９２が充填されたゼロクロス周波数ｆｂｚｎよりも高い周波数を示すため、ゼロクロス周波数ｆｚｎを検出・解析することにより、容易にシース管９０のグラウト９２の充填・未充填を判定することが可能となる。

第６工程までは、測定者等により人為的に検査結果を判定する場合であり、これ以降は例えばパーソナルコンピュータ等により、検査結果を自動判定させるために必要なデータを算出する算出方法を述べる。図１０のグラフに示す検査結果では、変数ｎが７から８へ移行するとき、ゼロクロス周波数ｆｚｎは大きく変化している。この図１０のグラフを検出器５０に表示させることで、作業者が充填・未充填を判断してもよい。

さらに、自動的に解析する場合には、このような変化について規格化を行い、グラウト９２の充填・未充填を判断する。

図１０に示しているゼロクロス周波数ｆａｚｎの隣り合うｆａｚｎ（ｎ＝１，２）、（ｎ＝２，３）、…の差分の絶対値ＦＦａｚｎ（ｎ＝１，２，３，…）を、
ＦＦａｚｎ＝｜ｆａｚ（ｎ）−ｆａｚ（ｎ−１）｜
と算出し、同様にゼロクロス周波数ｆｂｚｎの隣り合うｆｂｚｎ（ｎ＝１，２）、（ｎ＝２，３）、…の差分の絶対値ＦＦｂｚｎ（ｎ＝１，２，３，…）を、
ＦＦｂｚｎ＝｜ｆｂｚ（ｎ）−ｆｂｚ（ｎ−１）｜
と算出する。

図１１は規格化されたＦＦｚｎ（ｎ＝１，２，３，…）を示すグラフである。ここで、ＦＦｚｎは最大値を１として規格化されており、グラフの縦軸にこの差分の絶対値ＦＦｚｎを、横軸にはゼロクロス時間Ｚｎ等の変数ｎを示している。グラウト９２が未充填時の伝播波形の、ゼロクロス周波数の隣り合う差分ｆａｚｎの絶対値ＦＦａｚｎ、及び、グラウト９２が充填された伝播波形のゼロクロス周波数の隣り合う差分ｆｂｚｎの絶対値ＦＦｂｚｎをグラフに入力する（第７工程Ｐ７）。

図１１では充填時と未充填時の比較をしているが、実際にシース管９０を検査した場合には、検査グラウト９２の充填度検査時に検出した伝播波形のゼロクロス周波数ｆｚｎの差分の絶対値ＦＦｚｎを算出して、図１１に示すグラフへと検査情報を入力する。

図１１に示す例では、変数ｎが７の場合で、グラウト９２が未充填時のときのＦＦａｚｎ（ｎ＝７）の値が、他の値より９〜１０倍程度大きいことが判断できる。また、グラウト９２が充填されているときのＦＦｂｚｎの値はほとんど変化がないことが判断できる。

第７工程Ｐ７においてグラフ化された図１１に、例えば実験等で充填及び未充填の境目の値ＦＦｏを設定する。第７工程Ｐ７にて算出されたＦＦｚｎの値が設定値ＦＦｏを超えている場合には、計測したシース管９０内のグラウト９２は未充填であると判断する。また、設定値ＦＦｏを超えていない場合は計測したシース管９０内のグラウト９２は充填していると判断する。（第８工程Ｐ８）このように、図１０から図１１に座標変換することにより、容易に判定が可能となる。

なお、座標変換ではなく、図１０のｆａｚｎ及びｆｂｚｎそれぞれの面積を求め、面積が大きい場合はグラウト９２が未充填であると判断する手法でもよい。

次に、シース管９０に設けられたグラウト９２が未充填の場合に、伝播受信用センサ４０で受信する波形が、衝撃印加により発生する弾性波の周波数より高い周波数の波形となる理由を説明する。図１２は衝撃を印加したときのコンクリート１０１及びシース管９０（未充填時）の弾性波の伝播を示す説明図である。図１２中Ｄは弾性波を、Ｋは鋼線９１の振動（鋼線振動）を、Ｓはシース管９０の振動（シース管振動）を、Ｔはコンクリート１０１内を伝播する弾性波を、Ｕは後述する現象により発生した弾性波を示す。また、図１２に示すシース管９０は説明の便宜上、グラウト充填部９４とグラウト未充填部９５とを明白に表し、さらに、鋼線９１の本数は実際のシース管とは異なる可能性のある４本とした。

図１２に示すように、打撃用治具１０に衝撃印加器２０により衝撃が与えられる。この衝撃は弾性波Ｄとなり、コンクリート内部に入射される。入射された弾性波Ｄはコンクリート１０１内を伝播する弾性波Ｔと、コンクリート１０１内からシース管９０を振動させる弾性波とに分れる。

シース管９０の長さはシース管９０の直径に比べて約２２０倍（例えばシース管９０直径φ＝４５ｍｍ、長さ＝１０ｍの場合）と大きいため、シース管振動Ｓのようにシース管９０が振動することで、シース管９０内部に気柱共鳴が発生する。この気柱共鳴は、シース管９０のグラウト未充填部９５で発生し鋼線９１を振動させる。鋼線９１は、音叉の共鳴現象のように、それぞれの鋼線９１で、順次鋼線振動Ｋが発生する。このとき、鋼線９１はお互いに振動を増幅させるため、振動周波数が高くなっていく。この高くなった振動周波数の弾性波Ｕが鋼線９１内を伝播し、さらにコンクリート１０１を伝播して伝播波形受信用センサ４０にて受信される。

このように、シース管９０がグラウト未充填部９５を有すると、衝撃印加により発生する弾性波領域の周波数より高い周波数の波形が発生する。この高い周波数の弾性波Ｕが伝播波形受信用センサ４０に受信された後、コンクリート１０１内を伝播した弾性波Ｔが伝播波形受信用センサ４０に受信される。このため、図５や図９に示されるように、グラウト９２が未充填の（シース管９０がグラウト未充填部９５を有する）場合に、伝播波形が到達した時間Ｔｏ近傍で高い周波数の伝播波形が検出され、グラウト９２が充填されている（シース管９０がグラウト未充填部９５を有さない）場合には高い周波数の伝播波形は観測されない。

なお、説明の便宜上鋼線９１を有するシース管９０で説明をしたが、鋼線９１だけではなく鋼棒でも同様の作用が発生するため、本発明によるシース管内グラウト充填度検査装置１を用いることで、鋼棒又は鋼線９１を有するシース管９０に対応できる。

上述したように、本実施の形態に係るシース管内グラウト充填度検査装置１によれば、コンクリート１０１をはつり、ＰＣ鋼材を露出させる必要がないため、検査費用が大幅に削減でき、検査効率も向上する。さらに、はつり後の補修も必要ないため、補修費が必要なく、補修箇所の経年劣化や補修のミスにより雨水等がシース管まで浸透する虞がない。また、ＰＣ鋼材の寸法や材質等に影響を受けず、さらに、鋼線及び鋼棒等のＰＣ鋼材を有するシース管に対応している検査方法であるため、現在橋梁等に用いられているシース管に使用できる。また、検査時の充填・未充填の判断は受信した伝播波形を目視するか、例えばパーソナルコンピュータ等により自動判断が可能であるので、測定者の能力如何にかかわらず精度よく検査することが可能である。

さらに、検出した波形形状からグラウト９２の充填・未充填を識別できるため絶対的評価が可能である。これは、例えば１００本のシース管を検査して、この中で異常な検査結果が計測されたシース管を未充填と判断するような相対的評価ではなく、伝播波形の形状でグラウト９２の充填・未充填が判断できる絶対評価であるため、充填度検査装置１を用いることで、検査精度や判定誤差等を極力減らすことができる。さらに、各種測定用治具を開発したため、測定の効率化の向上が可能となる。

図１３は充填度検査装置１の第１の変形例に係る打撃用金属板１４を示す正面図である。なお、図１３中において、図２と同一機能部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。

打撃用金属板１４は、粘着性媒体６０に接する面の角部に丸み１４ａを有している。このような打撃用金属板１４を用いることにより、衝撃印加器２０により衝撃を印加されても、角部によるノイズ発生を抑制することが可能となる。

図１４は充填度検査装置１の第２の変形例に係る打撃用金属板１５を示す正面図である。なお、図１４中において、図３と同一機能部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。

打撃用金属板１５は、打撃用金属板１５の対角線上や側面辺上に例えば、斜形の貫通孔１５ａ及び貫通孔１５ｂを備えている。このように、貫通孔１５ａ及び貫通孔１５ｂを設けることにより、衝撃印加時に正方形の４辺及び対角線上に生じるノイズの原因となる定在波の発生を抑制することが可能となる。

図１５は充填度検査装置１の第３の変形例に係る打撃用金属板１６を示す正面図である。なお、図１５中において、図３と同一機能部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。

打撃用金属板１６は、長方形状に形成されている。このように打撃用金属板１６を形成することにより、打撃用金属板１６は、正方形の打撃用金属板１５に比べ、４辺の長さを半長波とする定在波を抑制させることが可能となる。

図１６は充填度検査装置１の第４の変形例に係る打撃用金属板１７を示す正面図である。なお、図１６中において、図３と同一機能部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。

打撃用金属板１７は、円形状に形成されている。このように打撃用金属板１７を形成することにより、方形の４辺及び対角線が存在しないため定在波の発生を抑制することが可能となる。

図１７は充填度検査装置１の第５の変形例に係る打撃用金属板１８を示す正面図である。なお、図１７中において、図３と同一機能部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。

打撃用金属板１８は、楕円形状に形成されている。このように打撃用金属板１８を形成することにより、方形の４辺及び対角線が存在せず、また、円形より定在波が発生しにくい形状であるため、定在波の発生を抑制することが可能となる。

なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではない。例えば、上述した支持アーム１２は、打撃用金属板１１の端部３箇所に設けられていると説明したが、３箇所でなくても適用できる。また、打撃用治具１０と衝撃印加器２０とを別にして説明したが、打撃用治具と衝撃印加器を一体に形成しても適用できる。この他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施可能である。

本発明の一実施の形態に係るシース管内グラウトの充填度検査装置を示す模式図。 同充填度検査装置の打撃用治具を示す模式図。 同打撃用治具の正面図。 本充填度検査装置におけるグラウト充填の検査データの一例を示すグラフ。 本充填度検査装置におけるグラウト未充填の検査データの一例を示すグラフ。 充填度検査装置の検査工程を示すフローチャート。 本発明の衝撃の伝播状態を示す説明図。 ゼロクロス時間の説明を示すグラフ。 ゼロクロス時間Ｚｎの説明を示すグラフ。 ゼロクロス周波数ｆｚｎの一例を示すグラフ。 規格化されたＦＦｚｎを示すグラフ。 同発明に衝撃を印加したときのコンクリート及びシース管（未充填時）の弾性波の伝播を示す説明図。 本発明の第１の変形例に係る打撃用金属板を示す正面図。 同発明の第２の変形例に係る打撃用金属板を示す正面図。 同発明の第３の変形例に係る打撃用金属板を示す正面図。 同発明の第４の変形例に係る打撃用金属板を示す正面図。 同発明の第５の変形例に係る打撃用金属板を示す正面図。 従来のシース管内グラウト充填度検査装置の原理を示す説明図。 同充填度検査装置で検出した結果の一例を示すグラフ。 同充填度検査装置での橋梁検査の一例を示す説明図。 同充填度検査装置での橋梁検査の一例を示す説明図。

符号の説明

１…充填度検査装置、１０…打撃用治具、２０…衝撃印加器、３０…トリガ波形受信用センサ、４０…伝播波形受信用センサ、５０…検出器、５１…チャンネル１（第１ＣＨ）、５２…チャンネル２（第二ＣＨ）、７０…フィルタ、８０…増幅器、９０…シース管、９１…鋼線、９２…グラウト、１００…高速道路、１０１…コンクリート。

Claims (9)

1. コンクリート構造体内部に設置され、鋼材を有するシース管のグラウトの充填度を検査する充填度検査装置において、
   上記シース管の一方の端部に対向する上記コンクリート表面に衝撃を与える衝撃印加手段と、
   上記シース管の他方の端部に対向する上記コンクリート表面に設けられ、上記衝撃によって上記シース管内に発生した振動を伝播波形として検出する伝播波形受信用センサと、
   上記伝播波形に基づいてゼロクロス時間を算出するゼロクロス時間算出手段と、
   算出されたゼロクロス時間に基づいてゼロクロス周波数を算出するゼロクロス周波数算出手段と、
   算出されたゼロクロス周波数を規格化してゼロクロス周波数規格化値を算出するゼロクロス周波数規格化値算出手段と、
   算出されたゼロクロス周波数規格化値に基づいて上記グラウトの充填度を判別する判別手段とを備えていることを特徴とする充填度検査装置。
2. 上記判別手段は、上記ゼロクロス周波数規格化値を表示する表示装置であることを特徴とする請求項１に記載の充填度検査装置。
3. 上記判別手段は、相隣接する上記ゼロクロス周波数規格化値の差分の絶対値と、正常・異常とを区別する閾値とを比較する比較手段を備えていることを特徴とする請求項１に記載の充填度検査装置。
4. 上記衝撃印加手段は、上記コンクリート表面に設けられた粘着性媒体と、
   この粘着性媒体上に設けられた打撃用治具と、
   この打撃用治具に衝撃印加可能に設けられた衝撃印加器とを備えていることを特徴とする請求項１に記載の充填度検査装置。
5. 上記打撃用治具は、衝撃が印加される打撃用金属板と、
   この打撃用金属板に設けられ、この打撃用金属板を上記コンクリート上に支持する支持アームと、
   この支持アームのコンクリートに接する箇所に設けられた吸盤とを備えることを特徴とする請求項４に記載の充填度検査装置。
6. 上記打撃用金属板は、定在波の発生を抑制する抑制手段が形成されていることを特徴とする請求項５に記載の充填度検査装置。
7. コンクリート構造体内部に設置され、鋼材を有するシース管のグラウトの充填度を検査する充填度検査方法において、
   上記シース管の一方の端部に対向する上記コンクリート表面に衝撃を与える衝撃印加工程と、
   上記シース管の他方の端部に対向する上記コンクリート表面に設けられ、上記衝撃によって上記シース管内に発生した振動を伝播波形として検出する伝播波形受信工程と、
   上記伝播波形に基づいてゼロクロス時間を算出するゼロクロス時間算出工程と、
   算出されたゼロクロス時間に基づいてゼロクロス周波数を算出するゼロクロス周波数算出工程と、
   算出されたゼロクロス周波数を規格化してゼロクロス周波数規格化値を算出するゼロクロス周波数規格化値算出工程と、
   算出されたゼロクロス周波数規格化値に基づいて上記グラウトの充填度を判別する判別工程とを備えていることを特徴とする充填度検査方法。
8. 上記判別工程は、上記ゼロクロス周波数規格化値を表示することを特徴とする請求項７に記載の充填度検査方法。
9. 上記判別手段は、相隣接する上記ゼロクロス周波数規格化値の差分の絶対値と、正常・異常とを区別する閾値とを比較する比較手段を備えていることを特徴とする請求項１に記載の充填度検査方法。

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