JP2018200269A - コンクリート構造物の非破壊診断装置及びその非破壊診断方法 - Google Patents

Abstract

【課題】既設のコンクリート開水路Ｗの構造安全性を評価するための手法を確立する。【解決手段】底壁１の両側に上下方向の側壁２、２を有する、地盤Ｇに埋設された上面開口の既設コンクリート構造物Ｗの非破壊診断装置Ａ３である。その両側壁を遠ざける伸張力を付与する手段１００、１１０、１２０と、伸張力を計測する手段１５０と、伸張力によって両側壁間の変化量Ｅを計測する手段１４０と、を備える。施設初期のコンクリート構造物の弾性域内における、伸張力を付与した際の変化量Ｅ’と、経年後のコンクリート構造物の弾性域内における、伸張力を付与した際の変化量Ｅとを比較し、その比較値（Ｅ’／Ｅ）から、コンクリート構造物の耐力を評価する。例えば、１≧Ｅ’／Ｅ≧０．８であれば「安全」、０．８＞Ｅ’／Ｅ≧０．６であれば「経過観察」、０．６＞Ｅ’／Ｅであれば「補修必要」と判断する。【選択図】図３

Description

この発明は、底壁の両側に上下方向の側壁をそれぞれ有する、地盤に埋設された上面開口の、農業用水路等の既設コンクリート構造物の非破壊診断装置及びその診断方法に関するものである。

農業用水路は、通常、底壁の両側に上下方向の側壁をそれぞれ有する上面開口のコンクリート構造物、例えば、断面Ｕ字状又は上向きコ字状の箱型溝渠用コンクリートブロックや対の断面Ｌ字状コンクリートブロックを地盤に埋設（施設）して構築される。
その各コンクリートブロックについては、その新品（施設前）の強度検査の手段は開示されている（特許文献１、２参照）。

ところで、日本全国の農業用水路は、幹線で約４万ｋｍ、支線も含めると約４０万ｋｍにも及び、農業用水を農地に供給する上で不可欠の施設であり、当該水路の機能低下による水路網の断線は確実に避けなければならない。その水路の主要な建設材料は上記のコンクリートブロックであり、コンクリートは時間の経過とともに徐々に劣化が進行することで機能低下を引き起こすことが顕在化する。
我が国の農業用水路は、高度経済成長期から建設され続け、現在において施設後数十年を経たものが多くなっている。このため、将来にわたり当該農業用水路が有する機能を確保するためには、その水路の現状の診断と劣化予測に基づいた補修・補強を行う等の対策が必要である。

特開昭５５−８５２４２号公報 実開平６−３７７４６号公報

しかし、上記従来のコンクリート構造物の強度検査手段は、新品に係るものであって、既設のコンクリート構造物の経年的な強度検査には適用できない。

この発明は、上記実状の下、既設のコンクリート開水路の構造安全性を評価するための手法の確立を課題とする。

上記課題を達成するため、この発明に係るコンクリート構造物の非破壊診断装置は、底壁の両側に上下方向の側壁をそれぞれ有する、地盤に埋設された上面開口のコンクリート構造物の非破壊診断装置において、前記両側壁に、その両者間を近づける圧縮力又は両者間を遠ざける伸張力を付与する手段と、その圧縮力又は伸張力を計測する手段と、前記圧縮力又は伸張力によって、各側壁への又は両側壁間の圧縮力又は伸長力の付与前からの変化量を計測する手段と、を有する構成を採用したのである。

このコンクリート構造物の非破壊診断装置は、まず、上記圧縮・伸長力の付与手段により、上記両側壁に、その両者間を近づける圧縮力又は両者間を遠ざける伸張力を付与し、その圧縮力又は伸張力を計測するとともに、前記圧縮力又は伸張力によって各側壁への又は両側壁間の圧縮力又は伸長力の付与前からの変化量（撓み量）を計測する。
つぎに、例えば、施設前又は施設初期の上記コンクリート構造物の弾性域内における、上記の圧縮力又は伸張力を付与した際の上記各側壁又は両側壁間の変化量と、経年後の前記コンクリート構造物の弾性域内における、前記の圧縮力又は伸張力を付与した際の前記変化量とを比較し、その比較値から、当該コンクリート構造物の耐力を評価する。
このとき、各側壁の変化量の測定は各側壁の耐力評価となり、両側壁間の変化量の測定は両側壁間の状態の耐力評価となる。また、上記施設初期とは、コンクリート構造物を地盤に施設（埋設）後、又は補修後、劣化が生じない期間、例えば、その後の一ヶ月以内を言う。

なお、上記コンクリート構造物の非破壊診断装置において、上記圧縮力又は伸張力の付与手段、その圧縮力又は伸張力を計測する手段、及びその圧縮力又は伸張力によって各側壁又は両側壁間の変化量を計測する手段を、上記コンクリート構造物の底壁表面を走行する台車に備え、その台車を底壁表面に走行させつつ、上記各計測を連続的に行って上記コンクリート構造物の耐力を評価することができる。その連続的には、所要間隔をもって走行してその都度計測する場合も含む。

この発明は、以上のように構成したので、既設水路等の既設のコンクリート構造物において、その現地での測定直後に評価結果を得ることができる。また、弾性域内の試験であって、非破壊試験であるため、試験後の現状復旧などを特に必要としない。

この発明に係る一実施形態の概略断面図 同他の実施形態の概略断面図 同実施形態の具体例の斜視図 同具体例の平面図 同具体例の右側面図 両実施形態における荷重−変位関係図

この発明に係るコンクリート構造物の非破壊診断装置の実施形態の概略を図１、図２に示し、この実施形態の非破壊診断装置は、底壁１の両側に上下方向の側壁２、２をそれぞれ有する、地盤Ｇに埋設された上面開口のコンクリート構造物（ブロック）からなる既設の農業用水路Ｗに適用される。

その一実施形態の非破壊診断装置Ａ１を図１に示し、両側壁２、２間を近づける圧縮力及び両者間を遠ざける伸張力を付与する手段１０と、その圧縮力又は伸張力によって両側壁２、２間の変化量（側壁２の撓み量）Ｅを計測する手段２０を有する。
圧縮伸張手段１０は、油圧シリンダ１１を介設した横杆１２と、その横杆１２の両端の逆コ字状のフック１３とからなり、そのフック１３を側壁２の上部に嵌めることによってこのブロック（水路Ｗ）に取付けられる。
計測手段２０は、同様に横杆２１の両端に変位計２２、２２を設けたものであり、図１に示すように、両側壁２、２間に架設した際、上記圧縮伸張手段１０の伸張程度では、その架設状態が維持されるように、バネによって緊張力が付与されて、両側壁２、２間から落下することなく、その両側壁２、２間の距離変化（変化量）Ｅを前記変位計２２、２２が測定する。両端に変位計２２を設けたのは、各側壁２の劣化状況が異なるため、その変位を個別に測定するためである。

この非破壊診断装置Ａ１は、両側壁２、２の上部に圧縮伸張手段１０及び計測手段２０を配置し、油圧シリンダ１１を伸縮させ、両側壁２、２を外面方向に広げたり、同内面方向に狭めたりし、その伸縮度に応じた両側壁２、２間の変形量（撓み）Ｅを計測する。その計測は、水路Ｗの長さ方向の適宜個所で行う。
なお、圧縮力又は伸張力（荷重）は油圧シリンダ１１への油圧値で測定する。この実施形態は、両側壁２、２間の変化量の測定であるから、変位計２２は一方のみでも良い。また、油圧シリンダ１１に代えて、ねじジャッキ等を採用できる（図３〜図５参照）。

他の実施形態の非破壊診断装置Ａ２を図２に示し、同様に、両側壁２、２間を近づける圧縮力又は両者間を遠ざける伸張力を付与する手段３０と、その圧縮力又は伸張力によって両側壁２、２間の変化量（撓み量）を計測する手段４０を有する。さらに、この実施形態においては、その圧縮伸長手段３０及び計測手段４０はタイヤ５１で走行可能な台車５０に支持されている。台車５０は人力や各種の駆動機によって走行する。
圧縮伸張手段３０は、油圧シリンダ３１を介設した横杆３２からなり、計測手段４０は、同様に横杆４１の両端に変位計４２、４２を設けたものであり、図２に示すように、同様に、両側壁２、２間に架設した際、圧縮伸張手段３０の伸張程度では、その架設状態が維持されるように、バネによって緊張力が付与されて、両側壁２、２間から落下することなく、その両側壁２、２間の距離変化（変化量Ｅ）を前記変位計４２、４２が測定する。

この非破壊診断装置Ａ２も、同様に、両側壁２、２の上部に圧縮伸張手段３０及び計測手段４０を配置し、油圧シリンダ３１を伸縮させ、両側壁２、２を外面方向に広げたり、同内面方向に狭めたりし、その伸縮度に応じた両側壁２、２間の変形量（側壁２の撓み量）Ｅを計測する。
この非破壊診断装置Ａ２の場合、その計測は、台車５０を走行させることによって水路Ｗの長さ方向の適宜個所で行ったり、連続して行ったりすることができる。
なお、この実施形態も、両側壁２，２間の変化量の測定であるから、変位計４２は一方のみでも良い。また、油圧シリンダ３１に代えて、ねじジャッキなど、例えば、下記の非破壊診断装置Ａ３の圧縮力及び伸張力を付与する手段１００、伸縮操作手段１１０、伸縮機構１２０を採用することもできる。

上記両実施形態の非破壊診断装置Ａ１、Ａ２は両側壁２、２間の変化量の測定であったが、各側壁２のそれぞれの変化量を測定する場合は、前者の非破壊診断装置Ａ１は、図１鎖線で示すように、横杆２１を支持杆２３、固定片２４を介して底壁１にビス止めし、支持杆２３に対して横杆２１を不動にする。
また、後者の非破壊診断装置Ａ２は、台車５０に移動ロック機構を設け、そのロック機構によって台車５０に対して横杆４１を不動にする。
このようにすると、両端の変位計２２、２２、４２、４２が各側壁２，２の圧縮力又は伸長力の付与前からの変化量（撓み量）をそれぞれ計測する。

図３〜図５には、上記非破壊診断装置Ａ１の具体的な実施形態を示し、同一符号は同一物を示す。この実施形態の非破壊診断装置Ａ３は、両側壁２、２間を近づける圧縮力及び両者間を遠ざける伸張力を付与する手段（圧縮伸長手段）１００と、その圧縮力又は伸張力によって両側壁２、２間の変化量（側壁２の撓み量）Ｅを計測する手段（変化量計測手段）１４０と、を有する。
圧縮伸張手段１００は、その伸縮操作手段１１０と、伸縮機構１２０と、側壁２の挟持手段１３０とを有する。

伸縮操作手段１１０は、ブロック枠１１１上部に回転軸１１２が設けられ、その端に把手１１３ａ付の丸ハンドル１１３が固定されている。回転軸１１２にはピニオン１１４が設けられて、このピニオン１１４にタイミングベルト（歯付ベルト）１１５をかける。

伸縮機構１２０は、対の三角形隔板１２１ａ、１２１ｂ及び同１２１ｃ、１２１ｄと、それらを連結するそれぞれ３本対のシャフト（軸）１２２ａ、１２２ｂ、１２２ｃ及び同１２２ｄ、１２２ｅ、１２２ｆと、ねじシャフト（軸）１２３と、そのねじシャフト１２３に固定された大歯車１２４とからなる。この大歯車１２４と上記ピニオン１１４の間に上記タイミングベルト１１５が架け渡され、上記ハンドル１１３を回すと、ピニオン１１４、タイミングベルト１１５、大歯車１２４を介してねじシャフト１２３が回転する。ねじシャフト１２３は隔板１２１ｃのねじナット１２３ａにねじ込まれており、ねじシャフト１２３が回転すると、その軸方向にねじナット１２３ａを介して隔板１２１ｃが移動する。

一方の対のシャフト１２２ａ、１２２ｂ、１２２ｃ又は他方の対のシャフト１２２ｄ、１２２ｅ、１２２ｆは、一方の対の隔板１２１ａ、１２１ｂ又は他方の対の隔板１２１ｃ、１２１ｄにその端がそれぞれ固定され、前者のシャフト１２２ａ、１２２ｂ、１２２ｃは他方の隔板１２１ｃ、１２１ｄの一方に軸受１２５を介して移動可能に貫通し、後者のシャフト１２２ｄ、１２２ｅ、１２２ｆは一方の隔板１２１ａ、１２１ｂの一方に軸受１２５を介して移動可能に貫通している。このため、一の対の隔板１２１ａ、１２１ｂと他方の対の隔板１２１ｃ、１２１ｄは、その対の隔板同士の間隔を保った状態で接離する。すなわち、両端の隔板１２１ａと１２１ｄはその間隔Ｌが拡がったり、狭まったり（伸縮）する。この伸縮は、ねじシャフト１２３の正逆回転による、図４の実線と鎖線で示す、隔板１２１ｃの移動によって行われる。

上記伸縮機構１２０の大歯車１２４を設けた隔板１２１ｄの外側にはシャフト１２６を介して固定板１２７が固定されており、その固定板１２７にロードセル（計測手段）１５０が固定されている。このロードセル１５０によって、ハンドル１１３の正逆回転に応じた伸縮機構１２０の伸縮に基づく、両側壁２、２間に加えられた荷重を測定する。

側壁２の挟持手段１３０は、断面逆コ字状ブロック１３１と、そのブロック１３１にねじ込まれた押圧子１３２とを有する。その押圧子１３２は両ブロック１３１の両側（図４において上下）及び前後（同左右）にそれぞれ二個設けられている。このため、対のブロック１３１をそれぞれ側壁２、２に嵌め、押圧子１３２を側壁２の側面に圧接することによって、挟持手段１３０は側壁２に強固に固定される。
この挟持手段１３０のブロック１３１には、連結材１３３を介して伸縮機構１２０の端の隔板１２１ａ及び固定板１２７がロードセル１５０を介して連結されている。その隔板１２１ａの連結材１３３は、屈曲可能となって、側壁２に対する伸縮機構１２０の直線上のずれを吸収する。固定板１２７側の連結材１３３も屈曲可能とすることができる。

両側壁２、２間の変化量（側壁２の撓み量）Ｅを計測する手段１４０は、側壁２に嵌められるコ字状治具１４１と、その一方（図３において左側）の治具１４１に固定され、他方の治具１４１（同右側）にその軸方向移動自在に支持された検知棒１４２と、その検知棒１４２と側壁２との間に介在された変位計１４３と、を有する。
変位計１４３は、治具１４１に固定の本体１４３ａと、その本体１４３ａに進退自在の検知杆１４３ｂとからなり、検知棒１４２に固定の片１４２ａの移動による検知杆１４３ｂの進退量を本体１４３ａ内のセンサで計測して変位量を測定する。すなわち、変位計１４３は側壁２に対する検知棒１４２の移動量を検出して両側壁２、２間の間隔変位量Ｅを測定する。

この実施形態の非破壊診断装置Ａ３は、両側壁２、２間の耐力測定であったが、各側壁２それぞれの耐力測定の場合は、図１の鎖線のように、検知棒１４２を底壁１に固定するとともに、両側壁２に変位計１４３をそれぞれ設ける。

水路Ｗの経年耐力の測定は、前もって、この非破壊診断装置Ａ１〜Ａ３によって、図６に示す、この水路Ｗのコンクリート構造物（ブロック）の施設前（設置前）又は地盤Ｇに埋設した初期状態（新品状態）における、油圧シリンダ１１、３１又は伸縮機構１２０等の伸縮量（荷重Ｗ）に応じた両側壁２、２間又は各側壁２、２の変化量Ｅ’を測定し、その伸縮量に対する両側壁２、２間又は各側壁２、２の変化量（変位）の関係を求めておく。
その弾性領域内において、この変化量Ｅ’と上記変化量Ｅを比較し、Ｅ’／Ｅを求める。このＥ’／Ｅの安全等の度合は、実験や経験則によって適宜に設定すれば良いが、例えば、１≧Ｅ’／Ｅ≧０．８であれば「安全」、０．８＞Ｅ’／Ｅ≧０．６であれば「経過観察」、０．６＞Ｅ’／Ｅであれば「補修必要」と判断する。その変化量Ｅの取得及び比較（Ｅ’／Ｅ）等はこの装置に設けた制御器等によって行う。補修必要と判断されれば、当該水路Ｗの補修・補強を行う。
この測定は、施設後のみならず、補修・補強後も定期的に行う。

以上の説明から、この非破壊診断装置Ａ１〜Ａ３、特にＡ３は、５０ｋｇ程度の重量とすることが可能であり、人力による運搬や移動が可能である。また、駆動源は人力又は油圧であることから、必要な電源は、変化量Ｅ、Ｅ’等のデータ採取に係るロガー機器などに用いるバッテリー機器のみである。このため、少人数かつ簡易な測定資機材で水路（構造物）Ｗの安定性（耐力）の評価（診断）を実施することができる。
また、埋設開水路の定量的な安全性評価方法を確立できるため、ストックマネジメントにおける適切な対策の選定が可能となり、水路Ｗの高寿命化を実現することができる。さらに、その対策後（補修や補強後等の更新工事後）においても、この装置Ａ１、Ａ２、Ａ３による水路Ｗの耐力モリタリングを行うことによって将来にわたり水路Ｗの安定的な安全性評価を行うことができる。

なお、非破壊診断装置Ａ１、Ａ３は、水路Ｗ内に装置が入らず、水位より上方に設置し得るため、非灌漑期のみならず、灌漑期においても、水路Ｗの耐力測定が可能である。但し、非破壊診断装置Ａ２も、灌漑期においては、水路Ｗ内の水をなくせばその耐力測定が可能である。また、両側壁２、２間の変化量Ｅは伸縮機構１２０又は油圧シリンダ１１の伸縮量で測定することもできる。その際、その伸縮は伸縮ロッド等の動き量を各種のセンサによって測定する。
但し、この非破壊診断装置Ａ１、Ａ３も台車５０に備えて移動可能にすることができる。

コンクリート構造物は、農業用水路に限らず、工業用水路等の底壁の両側に上下方向の側壁をそれぞれ有するもの等においても、この発明は採用できることは勿論である。
このように、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。この発明の範囲は、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

Ａ１、Ａ２、Ａ３ 非破壊診断装置
Ｇ 地盤
Ｗ 水路（コンクリート構造物）
１ 水路の底壁
２ 同側壁
１０、３０ 圧縮伸張手段
１１、３１ 油圧シリンダ
１２、３２ 横杆
１３ フック
２０、４０ 計測手段
２１、４１ 横杆
２２、４２ 変位計
５０ 台車
１００ 圧縮・伸長力付与手段
１１０ 伸縮操作手段
１１１ 伸縮操作手段のブロック枠
１１２ 同回転軸
１１３ ハンドル
１１４ ピニオン
１１５ タイニングベルト
１２０ 伸縮機構
１２１ａ〜１２１ｄ 伸縮機構の隔板
１２２ａ〜１２２ｆ 同シャフト
１２３ ねじシャフト
１２４ 大歯車
１２５ 軸受
１３０ 挟持手段
１３１ 挟持手段のブロック
１３２ 同押圧子
１３３ 連結材
１４０ 変化量計測手段
１４１ 固定治具
１４２ 検知棒
１４３ 変位計
１５０ ロードセル（荷重計測手段）

Claims (2)

1. 底壁（１）の両側に上下方向の側壁（２、２）をそれぞれ有する、地盤（Ｇ）に埋設された上面開口の既設コンクリート構造物（Ｗ）の非破壊診断装置（Ａ１、Ａ２、Ａ３）であって、
   上記各側壁（２、２）に、その両者（２、２）間を近づける圧縮力又は両者（２、２）間を遠ざける伸張力を付与する手段（１０、３０）と、
   その圧縮力又は伸張力を計測する手段（１５０）と、
   上記圧縮力又は伸張力によって各側壁（２、２）への又は両側壁（２、２）間の圧縮力又は伸長力の付与前からの変化量（Ｅ）を計測する手段（２０、４０）と、
   を有することを特徴とするコンクリート構造物の非破壊診断装置。
2. 底壁（１）の両側に上下方向の側壁（２、２）をそれぞれ有する、地盤（Ｇ）に埋設された上面開口の既設コンクリート構造物（Ｗ）の非破壊診断方法であって、
   上記両側壁（２、２）に、その両者（２、２）間を近づける圧縮力又は両者（２、２）間を遠ざける伸張力を付与し、その圧縮力又は伸張力を計測するとともに、前記圧縮力又は伸張力によって各側壁（２、２）への又は両側壁（２、２）間の圧縮力又は伸長力の付与前からの変化量（Ｅ）を計測することを特徴とするコンクリート構造物の非破壊診断方法。

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