JP4943061B2 - アンカーの健全性評価方法 - Google Patents

Description

本発明は、永久構造物のグランドアンカーに用いられるアンカーの健全性評価の方法に関するものである。

現在、永久構造物として用いられているアンカーは、昭和６３年に当時の土質工学会によって制定された「グラウンドアンカー設計・施工基準」に基づき、二重防食構造が施され適用されている。

一方、それ以前に設置された旧タイプアンカーは、現在の技術水準から見ると防食構造が簡易であるものが多く、それに起因して種々の変状が生じるところとなっている。

これらの変状の実態とその問題点については、次の表１にまとめることができる（「基礎工」２０００年１０月号より）。

グラウンドアンカーの維持管理においては、このような変状に対して、適切な対策を講じることが求められる。変状状態のうち、くさびのすべり、著しい錆および漏水、頭部の浮きに関しては、アンカー頭部の目視点検によってある程度確認できる。しかしながら、鋼材の腐食に起因する鋼棒破断やより線破断は、アンカー頭部の目視点検ではその腐蝕の有無や腐食の進行に伴う断面欠損の状態、グラウトの状態、アンカー体の状態は地盤内部にあるため確認できない。特に断面破断が生じた場合、アンカー頭部が飛び出すまで、その状態が確認できないことになり、その間有効な対策を講じることができない。道路のり面におけるアンカーが破断した場合、アンカー頭部の飛び出しにより通行車輛に金属片やコンクリート破片が当る危険が生じ、最悪の場合はのり面の崩壊が生じる可能性もでてくる。したがって、事前の点検、確認が必要となる。

このような現状を鑑み、本発明者らは、目視点検で確認できない地盤内部の鋼材の腐食等による断面欠損とグラウト状態に関するアンカーの健全性に関してより簡便に、適切に、評価を可能にする技術の検討を進めてきている。そして、そのための手段として、本発明者らが開発してきた高周波衝撃弾性波法の適用可能性を精査してきた。その過程における研究成果の一部がすでに報告されてもいる（非特許文献１）。

この場合の高周波衝撃弾性波法は、探触子を用いる超音波探傷試験法とは本質的に相違し、ハンドハンマーまたはそれ相当の打撃装置を用いて弾性波を発生させ、高周波帯域の信号を選択検知して評価することを特徴としている。

本発明者らのこれまでの検討によって、高周波衝撃弾性波法によるアンカーの健全性評価は、その実際上の有効性が確められつつある。
土木学会第６０回年次学術講演会 講演概要集（ＣＤ−ＲＯＭ）（平成１７年８月２０日）、６−１３３、６−１３４、６−１３５。

本発明は、上記のとおりの背景から、発明者らが検討を進めている高周波衝撃弾性波法によるアンカーの健全性評価の手法をさらに深化、発展させ、より簡便に、かつ信頼性が高く、しかも６ｍを超える長いアンカーへの適用性にも優れた、発展型の新しい方法を提供することを課題としている。

本発明のアンカーの健全性評価方法は、以下のことを特徴としている。

第１： 埋設テンドンの先端部がグラウト拘束されているアンカーを、硬質の鉄ハンマーで、その頭部位置においてアンカー軸方向に打撃し、弾性波をアンカーに発生させ、高周波数帯域の反射波をアンカー頭部位置で受信検知してアンカーの健全性を評価する方法であって、
打撃の瞬間から反射波が受信検知されるまでの伝播時間：△Ｔを計測し、計測された反射波の伝播時間：△Ｔから、アンカー頭部よりアンカーのグラウト拘束部近位端までの反射波の室内試験による伝播時間を引いた差が正の場合には、その差をグラウト拘束長部テンドンでの反射波の伝播時間△Ｔ _３ と把握し、次式
Ｖ_３＝２・Ｌ_３／ΔＴ_３
（式中のＬ_３は、グラウト拘束長部テンドンの長さを示す。）
により、グラウト拘束長部テンドンでの反射波の伝播速度：Ｖ _３ を導き、
次式
Ｋ＝Ｖ_０／Ｖ_３
（式中のＶ_０は、室内試験によるグラウト拘束長部テンドンの伝播速度基準値を示す。）で表わされる健全度比：Ｋ値を算出し、このＫ値が１に近いほどグラウトによるテンドンの拘束状態が健全であって、１より小さくなる程不十分な状態であると評価することを特徴とするアンカー健全性評価方法。

第２：時系列でＫ値の変化を観測することで、健全度の度合変化を評価する上記のアンカー健全性評価方法。

第３：埋設テンドンの先端部がグラウト拘束されているアンカーを、硬質の鉄ハンマーで、その頭部位置においてアンカー軸方向に打撃し、弾性波をアンカーに発生させ、高周波数帯域の反射波をアンカー頭部位置で受信検知してアンカーの健全性を評価する方法であって、
打撃の瞬間から反射波が受信検知されるまでの伝播時間：△Ｔを計測し、計測された反射波の伝播時間：△Ｔから、アンカー頭部よりアンカーのグラウト拘束部近位端までの反射波の室内試験による伝播時間を引いた差が負の場合には、アンカー頭部よりアンカーのグラウト拘束部近位端までの間にアンカーのテンドン損傷部があることを把握すること、及び、
アンカー頭部位置からテンドン損傷部までの長さ（距離）Ｌｓを、次式
Ｌｓ＝△Ｔ・Ｖｓ／２
（式中のＶｓは伝播速度を示す）により求めることを特徴とするアンカー健全性評価方法。

上記のとおりの本発明の評価方法によれば、超音波試験法では不可能であった６ｍ以上の深さからのＰＣ鋼材（ＰＣ鋼棒やＰＣ鋼より線等）での断面欠損位置やアンカー先端部位置からの反射波を検知することができるという大きな特徴が実現される。

そして、第１および第２の発明によれば、アンカー定着部のグラウト状態（充填による拘束状態）を簡便、かつ適切に評価可能となる。

施工されたアンカー長が既知の場合、アンカー先端部位置からの反射波を検知することで、往復の伝播時間が計測できる。これにより、弾性波速度値を逆算で求め知ることができる。求めた弾性波速度値は、グラウンドアンカーとして使用されるＰＣ鋼材やＰＣ鋼より線では、残存引っ張り力の大小やグラウトによる拘束状態の違い（充填不足等、充填状態の違い）でその値に大きな違いがあることが知られている。

したがって、グラウトが十分で健全であるアンカーの弾性波速度値（理論値）と実測して求めた弾性波速度値を比較することで、グラウトによる拘束の不足、即ちグラウト充填不足を知ることが可能となる。グラウト充填不足は、ＰＣ鋼材腐食の主原因となりグラウンドアンカーに著しい悪い影響を与える。したがって、弾性波速度値の理論値と実測値の比較からグラウト充填の状態について一定の評価ができる。経年による弾性波速度値の変化を観測・記録することで、経年変化を評価することもできる。

そして、さらに第３の発明によれば、アンカーＰＣ鋼材の地盤内部位置での断面欠損の有無、破断有無が点検できる。

露出するアンカー頭部のナットや鋼材の端部にセンサーを取り付け、ハンドハンマー等を用いて打撃して、簡便に断面欠損位置からの反射波を検知することができる。

本発明は上記のとおりの特徴をもつものであるが、以下にその実施の形態について説明する。

アンカー施工の維持管理において、特に重要な点はグラウトの充填不足から生じる防食機能の低下と、それに伴うＰＣ鋼材の腐食による断面欠損や断面破断の状態を点検することである。

本発明は、衝撃弾性波法の原理により、超音波探傷試験では困難とされている６ｍを超える長いアンカーへの適用が可能であることが大きな特徴である。

超音波探傷試験では探触子を用いるが、本発明の方法では、ハンドハンマーまたはそれ相当の打撃装置を用いて弾性波を発生させ、高周波帯域の信号をフィルターで検知することにより実現される。

図１は、アンカー施工された地盤内の断面を模式的に示したものであって、この図１を参照しつつ、以下に、本発明の方法をより詳しく説明する。

図１に示したように、アンカーは、地盤内への埋設に係わるテンドンが、グラウトにより拘束された状態にあるテンドン拘束長（Ｌ₃）とテンドン自由長（Ｌ₂）の長さ、並びに支圧板アンカープレートより外側に露出している余長（Ｌ₁）の長さとからなる長さ（Ｌ）を有している。単位表示をｍ（メートル）とすると、
Ｌ（ｍ）＝Ｌ₁＋Ｌ₂＋Ｌ₃
である。これは施工条件として既知である。

本発明の評価方法では、アンカー頭部位置にセンサー（受信検知装置）を取付け、この頭部位置において、アンカーをその軸方向にハンドハンマー等によって打撃を加える。この打撃においては、アンカーの素材である鋼等に対応して硬質の鉄ハンマー等を用いる。これによって、打撃を加えられたアンカーには高周波成分を含む弾性波が発生し、先端あるいは損傷部からの反射波が上記センサーによって検知される。この際に、本発明の方法では、実際的にはハイパスフィルターを介して高周波数帯域の反射波を特定して検知する。このことにより、弾性波／反射波の伝播時間_ΔＴ（ｓｅｃ）が計測される。

_ΔＴ＝_ΔＴ₁＋_ΔＴ₂＋_ΔＴ₃
である。_ΔＴ₁は余長（Ｌ₁）での伝播時間を、_ΔＴ₂はテンドン自由長（Ｌ₂）での伝播時間を、そして_ΔＴ₃はテンドン拘束長（Ｌ₃）での伝播時間を示している。

アンカーそのものの素材（ＰＣ鋼材）の伝播速度（ｍ／ｓｅｃ）は、室内試験によってあらかじめ既知であり、Ｖ₁＝Ｖ₂である。すると、次式のように、
_ΔＴ₁＝２・Ｌ₁／Ｖ_1
ΔＴ₂＝２・Ｌ₂／Ｖ₂
であって、算出可能とされる。すると、
_ΔＴ₃＝_ΔＴ−（_ΔＴ₁＋_ΔＴ₂）
とテンドン拘束長（Ｌ₃）での伝播時間が算出されることから、グラウト拘束長（Ｌ₃）部テンドンでの伝播速度（Ｖ₃）が、次式
Ｖ₃＝２・Ｌ₃／_ΔＴ₃
によって算出される。

このグラウト拘束長（Ｌ₃）部テンドンでの伝播速度は、アンカーのグラウト拘束状態によって大きく左右されることから、室内試験によってグラウト拘束状態の伝播速度を測定しておきこれを基準値Ｖ₀と設定すると、このＶ₀とＶ₃との相違は、施工後のグラウト拘束の良否、あるいはその変化を評価する重要な指標となる。

本発明の方法では、このことから、次式
Ｋ＝Ｖ₀とＶ₃
で表わされるＫ値を「健全度比」と呼び、このＫ値が１に近いほどグラウトによるテンドンの拘束状態が健全であって、１より値が小さくなる程グラウトの拘束状態が不十分な状態にあると評価する。

そして、本発明では、このＫ値の変化を時系列で観測することでその健全度合の変化を評価することも考慮する。

上記の健全度比Ｋ値について前記の関係式、算定式をまとめると次の表２のとおりとなる。このＫ値の算定は、電子計算機等によって簡便に、かつ的確に行うことができることは言うまでもない。

たとえば実例として次の表３に示すことができる。この表３においては、（ ）内は、上記の式によって導かれた計算値である。
Ｖ_３＝４１６７ｍ／ｓｅｃと算定されている。
すると、Ｋ値は、Ｖ_０＝３７００ｍ／ｓｅｃと設定されているので、
Ｋ＝３７００／４１６７＝０．８８
となる。

また、本発明では、図１のように、アンカーに、断面縮小や断面破断という損傷部がある場合には、その損傷位置までの長さ（距離）Ｌｓを、次式
Ｌｓ＝_ΔＴｓ・Ｖｓ／２
により算出することができる。当然にも、ここで、
Ｌｓ＜Ｌ₂
である。上記の式において、_ΔＴｓは実際に観測された伝播時間であり、Ｖｓは、Ｖ₁およびＶ₂と等しい伝播速度としてあらかじめ設定されている値である。

アンカー施工の地盤内構造を示した模式図である。

Claims (3)

1. 埋設テンドンの先端部がグラウト拘束されているアンカーを、硬質の鉄ハンマーで、その頭部位置においてアンカー軸方向に打撃し、弾性波をアンカーに発生させ、高周波数帯域の反射波をアンカー頭部位置で受信検知してアンカーの健全性を評価する方法であって、
   打撃の瞬間から反射波が受信検知されるまでの伝播時間：△Ｔを計測し、計測された反射波の伝播時間：△Ｔから、アンカー頭部よりアンカーのグラウト拘束部近位端までの反射波の室内試験による伝播時間を引いた差が正の場合には、その差をグラウト拘束長部テンドンでの反射波の伝播時間△Ｔ _３ と把握し、次式
   Ｖ_３＝２・Ｌ_３／ΔＴ_３
   （式中のＬ_３は、グラウト拘束長部テンドンの長さを示す。）
   により、グラウト拘束長部テンドンでの反射波の伝播速度：Ｖ _３ を導き、
   次式
   Ｋ＝Ｖ_０／Ｖ_３
   （式中のＶ_０は、室内試験によるグラウト拘束長部テンドンの伝播速度基準値を示す。）で表わされる健全度比：Ｋ値を算出し、このＫ値が１に近いほどグラウトによるテンドンの拘束状態が健全であって、１より小さくなる程不十分な状態であると評価することを特徴とするアンカー健全性評価方法。
2. 時系列でＫ値の変化を観測することで、健全度の度合変化を評価することを特徴とする請求項１のアンカー健全性評価方法。
3. 埋設テンドンの先端部がグラウト拘束されているアンカーを、硬質の鉄ハンマーで、その頭部位置においてアンカー軸方向に打撃し、弾性波をアンカーに発生させ、高周波数帯域の反射波をアンカー頭部位置で受信検知してアンカーの健全性を評価する方法であって、
   打撃の瞬間から反射波が受信検知されるまでの伝播時間：△Ｔを計測し、計測された反射波の伝播時間：△Ｔから、アンカー頭部よりアンカーのグラウト拘束部近位端までの反射波の室内試験による伝播時間を引いた差が負の場合には、アンカー頭部よりアンカーのグラウト拘束部近位端までの間にアンカーのテンドン損傷部があることを把握すること、及び、
   アンカー頭部位置からテンドン損傷部までの長さ（距離）Ｌｓを、次式
   Ｌｓ＝△Ｔ・Ｖｓ／２
   （式中のＶｓは伝播速度を示す）により求めることを特徴とするアンカー健全性評価方法。