JP2015025297A - 既設アンカーの緊張力推定方法及び地盤の健全性評価方法 - Google Patents

Abstract

【課題】作業効率に優れる既設アンカーの緊張力推定方法及び地盤の健全性評価方法とする。
【解決手段】基準用アンカー３０に対して２段階の荷重を載荷すると共に、この載荷の各段階において基準用アンカー３０をアンカー軸方向に打撃して基準用弾性波を発生させる。この基準用弾性波に由来する反射波の卓越周波数を取得し、この卓越周波数と打撃した際の荷重とに基づいて両者の相関関係式を作成する。他方、推定の対象となる既設アンカー１０をアンカー軸方向に打撃して推定用弾性波を発生させ、この推定用弾性波に由来する反射波の卓越周波数を取得する。この卓越周波数を相関関係式に代入して得られた荷重を既設アンカー１０の緊張力と推定し、また、この推定緊張力が所定範囲外のアンカーに対しては残存緊張力を確認する試験を行って地盤Ｇの健全性を評価する。
【選択図】図１

Description

本発明は、法面等の地盤に設置された既設アンカーの緊張力を推定する方法、及び複数のアンカーが設置された地盤の健全性を評価する方法に関するものである。

グラウンドアンカーの性能は、設計や施工等が適切に行われているか否かで異なり、また、施工後に生じた地震や降水等の後発的要因によって変化する。そこで、従来から、グラウンドアンカーが目的とする性能を発揮するように基本調査試験が行われており、更にグラウンドアンカーが目的とする性能を維持しているか否かを確認するために品質確認試験が行われている。基本調査試験としては、例えば、引抜き試験や長期試験等が存在しており、品質確認試験としては、多サイクル確認試験や、１サイクル確認試験、残存緊張力確認試験等が存在する。

また、残存緊張力確認試験としては、グラウンドアンカーを設置する際に荷重計を設置しておき、この荷重計を使用して残存緊張力を確認する方法も存在するが、この方法は、荷重計を設置していない既設のグラウンドアンカー（既設アンカー）には適用することができない。そこで、残存緊張力を確認する際に緊張用ジャッキ等を設置し、この緊張用ジャッキ等を使用して残存緊張力を確認するリフトオフ試験が存在する。このリフトオフ試験は、グラウンドアンカーの定着具やテンドン余長に緊張用ジャッキを設置し、この緊張用ジャッキを使用してグラウンドアンカーに荷重を載荷する試験であり、定着具が支圧板から離れ始めた時の荷重を残存緊張力とする。このリフトオフ試験を行うと、グラウンドアンカーが設置された地盤の挙動を把握することができ、また、グラウンドアンカーを再緊張する必要性や、グラウンドアンカーの破損等の有無を知ることができ、極めて重要な試験であるとされている。本出願人も、このリフトオフ試験を進化させた試験方法を提案している（特許文献１参照）。

しかしながら、リフトオフ試験やこのリフト試験を進化させた試験を行う場合は、グラウンドアンカーの基端部に緊張用ジャッキ等を設置する必要があり、グラウンドアンカーの基端部周りにおいて様々な作業を行う必要が生じる。この点、グラウンドアンカーが設置されている地盤は、急斜面等である場合もあり、この作業は、大変煩瑣で、しかも危険を伴う場合もある。

特開２００４−２９４２３５号公報

本発明が解決しようとする主たる課題は、作業効率に優れる既設アンカーの緊張力を推定する方法及び地盤の健全性を評価する方法を提供することにある。

この課題を解決するための本発明は、次の通りである。
〔請求項１記載の発明〕
既設アンカーの緊張力を推定する方法であって、
推定の対象となる既設アンカーとは異なる他の既設アンカー及び新設アンカーの少なくともいずれか一方を基準用アンカーとし、
この基準用アンカーに対して少なくとも２段階の荷重を載荷すると共に、この載荷の各段階において前記基準用アンカーをアンカー軸方向に打撃して基準用弾性波を発生させ、
この基準用弾性波に由来する反射波の卓越周波数を取得し、
この卓越周波数と前記基準用アンカーを打撃した際の荷重とに基づいて卓越周波数と荷重との相関関係式を作成し、
他方、前記推定の対象となる既設アンカーをアンカー軸方向に打撃して推定用弾性波を発生させ、
この推定用弾性波に由来する反射波の卓越周波数を取得し、
この卓越周波数を前記相関関係式に代入して得られた荷重を前記推定の対象となる既設アンカーの緊張力と推定する、
ことを特徴とする既設アンカーの緊張力推定方法。

〔請求項２記載の発明〕
複数のアンカーが設置されている地盤の健全性を評価する方法であって、
前記複数のアンカーの一部を基準用アンカーとし、
この基準用アンカーに対して残存緊張力を確認する試験を行うと共に、この残存緊張力を確認する試験の過程における荷重の異なる少なくとも２段階において前記基準用アンカーをアンカー軸方向に打撃して基準用弾性波を発生させ、
この基準用弾性波に由来する反射波の卓越周波数を取得し、
この卓越周波数と前記基準用アンカーを打撃した際の荷重とに基づいて卓越周波数と荷重との相関関係式を作成し、
他方、前記残存緊張力を確認する試験を行っていない残部アンカーをアンカー軸方向に打撃して推定用弾性波を発生させ、
この推定用弾性波に由来する反射波の卓越周波数を取得し、
この卓越周波数を前記相関関係式に代入して得られた荷重を前記残部アンカーの緊張力と推定し、
この推定緊張力が所定範囲外のアンカーに対して残存緊張力を確認する試験を行う、
ことを特徴とする地盤の健全性評価方法。

〔請求項３記載の発明〕
前記推定緊張力が前記所定範囲内のアンカーの割合、前記残存緊張力が所定範囲内のアンカーの割合、及び前記残存緊張力が所定範囲外のアンカーの割合を基礎情報として地盤の健全性を評価する、
請求項２記載の地盤の健全性評価方法。

本発明によると、作業効率に優れる既設アンカーの緊張力を推定する方法及び地盤の健全性を評価する方法となる。

既設アンカーの設置例である。 地盤の健全性評価方法の工程フロー図である。 卓越周波数と荷重との関係を示すグラフである（実験例）。 卓越周波数と荷重との関係を示すグラフである（実証試験１）。 卓越周波数と荷重との関係を示すグラフである（実証試験２）。

次に、本発明を実施するための形態を説明する。なお、以下では、まず、地盤に設置されている既設アンカーの緊張力（既設アンカーに作用している荷重）を推定する方法について説明し、その後に、この推定方法を応用した方法である複数の既設アンカーが設置されている地盤の健全性を評価する方法について説明する。

〔緊張力推定方法〕
本形態の緊張力推定方法は、図１の（１）に示すように、地盤Ｇに既に設置されている既設アンカー１０を対象とする。この既設アンカー１０は、アンカー頭部１１、引張り部１２、及びアンカー体１３で、主に構成されている。

アンカー頭部１１は、地盤Ｇ表面から受ける力を引張り力として引張り部１２に伝達する部位である。アンカー頭部１１は、例えば、ナット、くさび等からなる定着具１１Ａと、支圧板１１Ｂとで、主に構成されている。支圧板１１Ｂは、定着具１１Ａと図示しない台座や地盤Ｇとの間に介在される板状の部材であり、アンカープレート等と言われることもある。

引張り部１２は、アンカー頭部１１からの引張り力をアンカー体１３に伝達する部位である。引張り部１２は、ＰＣ鋼線、ＰＣ鋼より線、ＰＣ鋼棒、連続繊維補強材等からなるテンドン１２Ａによって構成されている。

アンカー体１３は、引張り部１２からの引張り力を摩擦抵抗や支圧抵抗等の抵抗によって地盤Ｇに伝達する部位である。このアンカー体１２は、テンドン１２Ａの先端部周りにグラウト１３Ａが造成されることで形成されている。

既設アンカー１０の緊張力を推定するにあたっては、この既設アンカー１０と同一形態又は類似する形態の図示しない基準用アンカーを使用する。この基準用アンカーとしては、推定の対象となる既設アンカー１０とは異なる他の既設アンカー、例えば、図１の（２）に示すように、既設アンカー１０の周辺地盤に設置されている既設アンカー３０や、既設アンカー１０の緊張力を推定することを目的として設置した新設アンカーを使用することができる。基準用アンカーは、１本であっても、２本以上の複数本であってもよく、また、既設アンカーと新設アンカーとを併用してもよい。

基準用アンカーには、まず、反射波の受信器を取り付ける。ここで、反射波とは、後述する基準用弾性波の応答振動波であり、当該基準用弾性波に由来する。したがって、受信器の取付け位置は、反射波を受信可能な位置であり、通常、定着具の基端面やテンドンの基端面である。この点、推定の対象となる既設アンカー１０の場合であるが、図１の（１）には、ＰＣ鋼棒からなるテンドン１１Ａの基端面に受信器２０を取り付けた例を示している。

次に、基準用アンカーに対して少なくとも２段階の荷重を載荷すると共に、この載荷の各段階において基準用アンカーをアンカー軸方向に単発打撃する。この打撃は、ハンマー等の打撃装置を使用して行うことができる。また、この打撃の位置は、アンカー軸方向に基準用弾性波を発生させることができる部位であり、通常、定着具の基端面やテンドンの基端面等のアンカー基端部である。この打撃によって、既設アンカー１０を構成するテンドン１２Ａに基準用弾性波を発生させる。

基準用アンカーに対する荷重の載荷は、当該基準用アンカーに加わる荷重が、段階的に増加するように行っても、連続的に増加するように行ってもよい。荷重が連続的に増加するように行う場合は、適宜の２時点又は３時点以上の複数時点において基準用アンカーを打撃することになる。他方、荷重が段階的に増加するように行う場合は、例えば、１サイクル確認試験等のサイクル確認試験と同様の方法によって荷重を載荷し、荷重の異なる２時点（段階）又は３時点以上の複数時点（段階）において基準用アンカーを打撃することになる。

なお、サイクル確認試験とは、例えば初期荷重を計画最大荷重の０．１倍として計画最大荷重まで段階的に載荷し、その後、初期荷重まで除荷する試験であり、多サイクル確認試験の場合は、載荷及び除荷を繰り返すことになる。

以上のようにして基準用弾性波を発生させると、この基準用弾性波に由来する反射波が発生し、テンドンを介してアンカー体側からアンカー頭部側に伝達される。そこで、本形態においては、この反射波を前述受信器で受信する。この受信器で受信した受信信号は、例えば、オシロスコープ等のオシログラフで観測・記録し、この観測データから電子計算機等を使用して卓越周波数（Ｈｚ）を取得する（以下、アンカーを打撃して卓越周波数（最も振幅が大きい周波数）を取得する作業を「衝撃弾性波試験」ともいう。）。この卓越周波数の取得は、例えば、ＦＦＴ解析等の周波数分析によって行うことができる。

次に、この卓越周波数と基準用アンカーを打撃した際の荷重とに基づいて卓越周波数と荷重との相関関係式、つまり卓越周波数及び荷重を変数とする相関関係式を作成する。この相関関係式は、例えば、「卓越周波数＝α・荷重＋β」というように表現される。なお、この式中の「α」や「β」は、上記卓越周波数及び荷重に基づいて定まる値である。

一方、以上の相関関係式を作成するまでの作業と並行して、又はこの作業に前後して、前述卓越周波数を得る作業と同様の作業、つまり衝撃弾性波試験を推定の対象となる既設アンカー１０に対しても行う。
すなわち、まず、図１の（１）に示すように、推定の対象となる既設アンカー１０に反射波の受信器２０を取り付ける。この点、当該反射波は、後述する推定用弾性波の応答振動波であり、当該推定用弾性波に由来する。もっとも、受信器２０の取付け位置は、基準用アンカーの場合と同様であり、反射波を受信可能な位置、通常、定着具１１Ａの基端面や図示例のようなテンドン１２Ａの基端面である。

次に、推定の対象となる既設アンカー１０を、アンカー軸方向に単発打撃して推定用弾性波を発生させる。既設アンカー１０に対する打撃の方法や位置は、基準用アンカーの場合と同様である。

このようにして推定用弾性波を発生させると、この推定用弾性波に由来する反射波が発生し、テンドン１２Ａを介してアンカー体１３側からアンカー頭部１１側に伝達される。そこで、この反射波を受信器２０で受信する。この受信器２０で受信した受信信号は、基準用アンカーの場合と同様に、オシログラフや電子計算機等を使用して解析し、卓越周波数（Ｈｚ）を取得する。

そして、この卓越周波数を前述相関関係式に代入して荷重を算出し、この算出値（荷重）を既設アンカー１０の緊張力と推定する。この方法によると、推定の対象となる既設アンカー１０に対して荷重を載荷する必要がなく、緊張用ジャッキ等を設置する必要がない。したがって、既設アンカー１０の周辺に足場を設置する必要がなく、クライミング探査も可能となり、作業効率が大幅に向上する。特に、推定の対象となる既設アンカー１０の本数が多い場合や既設アンカー１０が急斜面等に存在する場合は、この作業効率向上効果が大きなものとなる。

〔健全性評価方法〕
次に、以上の緊張力推定方法を応用した方法であり、図１の（２）に示すように、複数のアンカー（既設アンカー）１０が設置されている法面等の地盤Ｇの健全性を評価する方法について説明する。

本形態の健全性評価方法においては、まず、複数の既設アンカー１０の中から一部を基準用アンカー３０として選択する。この基準用アンカー３０の選択は、複数の既設アンカー１０の中の１本であっても、２本以上の複数本であってもよい。この基準用アンカー３０の選択は、地盤Ｇの状態や作業効率等を考慮して行うことができる。

次に、基準用アンカー（一部のアンカー）３０を使用して卓越周波数及び荷重を変数とする相関関係式を作成する。
すなわち、図２に示すように、まず、基準用アンカー３０に反射波の受信器を取り付ける。この反射波の意味や受信器の取付け位置は、前述した緊張力推定方法におけるのと同様であり、反射波は基準用弾性波の応答振動波を意味し、受信器の取付け位置は反射波を受信可能な位置、通常、定着具の基端面やテンドンの基端面である。

次に、基準用アンカー３０に対して残存緊張力を確認する試験、例えば、図示例のようにリフトオフ試験を行い、当該基準用アンカー３０の残存緊張力を取得する。

また、このリフトオフ試験の過程、つまりリフトオフ試験を開始してから終了するまでの間に、基準用アンカー３０にかかる荷重が異なる少なくとも２段階又は３段階以上の複数段階において当該基準用アンカー３０をアンカー軸方向に単発打撃する。この打撃により、基準用弾性波が発生する。この点、基準用アンカー３０に対する打撃の方法や位置は、前述した緊張力推定方法におけるのと同様である。

次に、前述した緊張力推定方法におけるのと同様に、基準用弾性波に由来する反射波を受信器で受信し、この受信器で受信した受信信号から、オシログラフや電子計算機等を使用して卓越周波数（Ｈｚ）を取得する。

そして、この卓越周波数と基準用アンカー３０を打撃した際の荷重とに基づいて卓越周波数及び荷重を変数とする相関関係式を作成する。この相関関係式は、前述した緊張力推定方法におけるのと同様、例えば「卓越周波数＝α・荷重＋β」というように表現される。

一方、以上の相関関係式を作成するまでの作業と並行して、又はこの作業に前後して、残部のアンカー１０に対して衝撃弾性波試験を行う。
すなわち、まず、残部のアンカー１０に反射波の受信器を取り付ける。この点、この反射波の意味や受信器の取付け位置は、前述した緊張力推定方法におけるのと同様である。

次に、残部のアンカー１０をアンカー軸方向に単発打撃する。この打撃により、推定用弾性波が発生する。この点、残部のアンカー１０に対する打撃の方法や位置は、前述した緊張力推定方法におけるのと同様である。

次に、前述した緊張力推定方法におけるのと同様に、推定用弾性波に由来する反射波を受信器で受信し、この受信器で受信した受信信号から、オシログラフや電子計算機等を使用して卓越周波数（Ｈｚ）を取得する。

そして、この卓越周波数を前述相関関係式に代入して荷重を算出し、この算出値（荷重）を残部のアンカー１０の緊張力と推定する。

次に、この推定緊張力が所定範囲外の残部のアンカー１０、つまり、推定緊張力が所定範囲を下回る残部のアンカー１０及び所定範囲を上回る残部のアンカー１０に対して、残存緊張力を確認する試験、例えば、図示例のようにリフトオフ試験を行う。このリフトオフ試験は、前述基準用アンカー３０の場合におけるのと同様の手順で行うことができ、このリフトオフ試験によって残部のアンカー３０の残存緊張力を取得することができる。

ここで、推定緊張力に関する上記所定範囲は、リフトオフ試験を行うか否かの基準となる範囲である。つまり、本形態の方法は、残部のアンカー１０に対して衝撃弾性波試験を行うことによってリフトオフ試験を行うか否かの当たりをつけるものであり、これにより、作業効率を大幅に向上することができる。したがって、上記所定範囲は、残部のアンカー１０の性能をより確実に把握する必要性や、作業効率等を考慮して適宜決定することができ、例えば「定着時緊張力の０．８倍〜設計アンカー力」等とすることができる。

以上のようにして、残存緊張力等を取得したら、この残存緊張力が所定範囲内であるか否かを確認し、更に以下の各割合１〜５を基礎情報として地盤Ｇの健全性を評価する。なお、全アンカーには、残部のアンカー１０の他、基準用アンカー３０も含む。また、残存緊張力に関する所定範囲は推定緊張力の場合と同様とすることもできるが、残存緊張力に関する所定範囲を定めるにあたっては作業効率等が問題とならないため、推定緊張力の場合と異なる範囲とすることもできる。

（割合１）
推定緊張力が所定範囲内の残部のアンカー１０の本数／全アンカーの本数
（割合２）
残存緊張力が所定範囲内の残部のアンカー１０の本数／全アンカーの本数
（割合３）
残存緊張力が所定範囲外の残部のアンカー１０の本数／全アンカーの本数
（割合４）
残存緊張力が所定範囲内の基準用アンカー３０の本数／全アンカーの本数
（割合５）
残存緊張力が所定範囲外の基準用アンカー３０の本数／全アンカーの本数

この方法によると、割合１を求めるにあたって残部のアンカー１０の周辺に足場を設置する必要がないため、作業効率が大幅に向上する。なお、通常、割合１の基礎となる（残部の）アンカーの数が最も多くなる。また、地盤Ｇの健全性を評価するにあたっては、地盤Ｇの状況やアンカー１０の設置間隔等の、割合１〜５以外の基礎情報も、考慮することができる。

次に、衝撃弾性波試験をして得た卓越周波数と既設アンカーの緊張力との間に相関性が存在することを明らかにする実験例及び実証試験例について説明する。
（実験例）
表１に示す物性及び性能の実験用アンカーに対して、１サイクル確認試験及び衝撃弾性波試験を行った。実験用アンカーに対する荷重は、５０ｋＮ、７５ｋＮ、１００ｋＮ、１５０ｋＮ、２００ｋＮ、２５０ｋＮ、３００ｋＮと段階的に大きくした。また、この荷重の各段階において衝撃弾性波試験を行って卓越周波数を取得した。この実験例において得られた卓越周波数（Ｈｚ）と荷重（緊張力、ｋＮ）との関係を図３に示した。また、相関関係式及び決定係数を表１中に示した。

（実証試験１）
表１に示す物性及び性能の既設アンカーに対して、１サイクル確認試験及び衝撃弾性波試験を行った。既設アンカーに対する荷重は、０ｋＮ、１００ｋＮ、２００ｋＮ、３００ｋＮ、４００ｋＮ、５００ｋＮと段階的に大きくした。また、この荷重の各段階において衝撃弾性波試験を行って卓越周波数を得た。この試験例において得られた卓越周波数（Ｈｚ）と荷重（緊張力、ｋＮ）との関係を図４に示した。また、相関関係式及び決定係数を表１中に示した。

（実証試験２）
表１に示す物性及び性能の既設アンカーに対して、リフトオフ試験及び衝撃弾性波試験を行った。既設アンカーに対する荷重は、５０ｋＮ、７５ｋＮ、１００ｋＮ、１５０ｋＮ、２００ｋＮ、２５０ｋＮ、３００ｋＮと段階的に大きくした。また、この荷重の各段階において衝撃弾性波試験を行って卓越周波数を得た。この試験例において得られた卓越周波数（Ｈｚ）と荷重（緊張力、ｋＮ）との関係を図５に示した。また、相関関係式及び決定係数を表１中に示した。

（考察）
以上から明らかなように、衝撃弾性波試験をして得た卓越周波数と既設アンカーに載荷した荷重との間には相関性が存在する。したがって、既設アンカーに衝撃弾性波試験を行って卓越周波数を取得し、この卓越周波数を相関関係式に代入することで既設アンカーの緊張力を推定できることが分かる。

本発明は、法面等の地盤に設置された既設アンカーの緊張力を推定する方法、及び複数のアンカーが設置された地盤の健全性を評価する方法として適用可能である。

１０…既設アンカー、１１…アンカー頭部、１１Ａ…定着具、１１Ｂ…支圧板、１２…引張り部、１２Ａ…テンドン、１３…アンカー体、１３Ａ…グラウト、２０…反射波受信器、３０…基準用アンカー、Ｇ…地盤。

Claims (3)

1. 既設アンカーの緊張力を推定する方法であって、
   推定の対象となる既設アンカーとは異なる他の既設アンカー及び新設アンカーの少なくともいずれか一方を基準用アンカーとし、
   この基準用アンカーに対して少なくとも２段階の荷重を載荷すると共に、この載荷の各段階において前記基準用アンカーをアンカー軸方向に打撃して基準用弾性波を発生させ、
   この基準用弾性波に由来する反射波の卓越周波数を取得し、
   この卓越周波数と前記基準用アンカーを打撃した際の荷重とに基づいて卓越周波数と荷重との相関関係式を作成し、
   他方、前記推定の対象となる既設アンカーをアンカー軸方向に打撃して推定用弾性波を発生させ、
   この推定用弾性波に由来する反射波の卓越周波数を取得し、
   この卓越周波数を前記相関関係式に代入して得られた荷重を前記推定の対象となる既設アンカーの緊張力と推定する、
   ことを特徴とする既設アンカーの緊張力推定方法。
2. 複数のアンカーが設置されている地盤の健全性を評価する方法であって、
   前記複数のアンカーの一部を基準用アンカーとし、
   この基準用アンカーに対して残存緊張力を確認する試験を行うと共に、この残存緊張力を確認する試験の過程における荷重の異なる少なくとも２段階において前記基準用アンカーをアンカー軸方向に打撃して基準用弾性波を発生させ、
   この基準用弾性波に由来する反射波の卓越周波数を取得し、
   この卓越周波数と前記基準用アンカーを打撃した際の荷重とに基づいて卓越周波数と荷重との相関関係式を作成し、
   他方、前記残存緊張力を確認する試験を行っていない残部アンカーをアンカー軸方向に打撃して推定用弾性波を発生させ、
   この推定用弾性波に由来する反射波の卓越周波数を取得し、
   この卓越周波数を前記相関関係式に代入して得られた荷重を前記残部アンカーの緊張力と推定し、
   この推定緊張力が所定範囲外のアンカーに対して残存緊張力を確認する試験を行う、
   ことを特徴とする地盤の健全性評価方法。
3. 前記推定緊張力が前記所定範囲内のアンカーの割合、前記残存緊張力が所定範囲内のアンカーの割合、及び前記残存緊張力が所定範囲外のアンカーの割合を基礎情報として地盤の健全性を評価する、
   請求項２記載の地盤の健全性評価方法。

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