JP5740509B1 - 鋼床版舗装の損傷を探査する方法 - Google Patents
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Abstract
Description
供用20年程度経過しているものを対象に、選択した鋼床版施設について机上調査をする。これは、大都市圏、湾岸地域、都市間幹線などの重交通路線に位置するものや、路面の損耗が激しく、過去に頻繁に舗装の打ち替えが行われている橋梁・高架道路を中心に第一のスクリーニングを実施する。
ここでは、交通規制や足場設置や電源の確保などが必要となる、近接の目視調査、非破 壊検査や舗装部撤去等の調査に対して、あらかじめ調査対象径間などをより限定した領域に絞り込むための第二段のスクリーニングを実施する。
実際の交通状況、車両走行位置、舗装の損傷位置などを把握し、供用性やコスト面への影響が大きい詳細調査を行う前に、調査対象を絞り込む第三のスクリーニングを実施する。加えて、これまでの調査ステップで得られた情報をもとに、その他、橋梁本体の健全性に関わる損傷を把握し詳細調査項目とする等の準備を実施する。
上記の三段階に渡るスクリーニングによる絞り込みが行われた鋼床版に対し、具体的に
疲労損傷の発生の有無を確認するとともに、今後の補修補強など当該橋梁の維持管理計画の策定に必要な情報を得る。ここでは、以下の調査を行うが、
1) 鋼床版裏面、箱桁内部からの目視調査(舗装は適宜撤去)
2) 磁粉探傷や超音波探傷試験などの非破壊検査
場合に応じて舗装撤去し調査を行うが、交通規制や足場設置や電源の確保など調査実施にあたり供用性やコスト面への影響が大きいものとなる。
鋼床版施設の対象面下の舗装損傷を探査する方法であって、前記対象面の上方から対象面上の検査点へ電磁波レーダーを照射し、該電磁波レーダーの多重反射波データを最初の鋼床版反射波の検出時刻を超えて時系列検出し、検出信号をアナログ/デジタル変換し、変換後の時系列多重反射波データを保存する工程と、
前記対象面の検査点における該多重反射波の時系列反射波強度を最初の鋼床版反射波の検出時刻を超えた部分を含む観測窓時間内でオーバーレイ処理する工程と、
該オーバーレイ処理後の対象面上の検査点の反射波強度を前記対象面の水平面画像として表示し、舗装損傷部を損傷部位と健常部位の画像強度の差異によって表示現出する工程と、
を備える鋼床版舗装の損傷を探査する方法。
鋼床版舗装の非破壊検査を電磁波レーダーで行えば、電磁波の指向性は高く、すなわち波の進行は直線的であり、対象の電磁波までの経過時間から反射波の発生面深さの特定が可能で、発振子や電磁波からその後の信号波をデジタル処理し保存するまで測定手法は公知技術として確立している。60km/hという高速で自走する探査車からの電磁波の照射と反射波の検出による探査手法も確立しており、膨大な数の鋼床版探査対象を短時間に行うことができ、従来、非破壊検査をする対象を絞るという前段処理をする必要もなくなり、網羅的に探査を実施することを可能とする。
により、水平面上の一点の反射波強度を式(1)の平均反射波強度で再評価すれば、健常部位と損傷部位の反射波信号の差は判別できないかと考えたのである。式(1)は、Δt秒をサンプリングタイムとしてt1,t2・・・・,tN秒後までのN回の鋼床版からの反射波の反射波強度の平均値を評価関数値とすることとなる。
前記オーバーレイ処理は、反射波の各測定位置の深さ方向で観測される時系列多重反射波強度の前記最初の鋼床版反射波の検出時刻を超えた部分を含む観測窓時間内での最大値を評価関数とすることを特徴とする請求項1項記載の鋼床版舗装の損傷を探査する方法。
鋼床版舗装では、舗装部材中に明確な空洞が発生することは稀であり、巣のように組織が損傷したり、滞水したり、膨潤したりという具合であって、地中空洞のように土やアスファルトから空洞を構成する空気へ誘電率が大きく変化するような探査結果は得られない。このような組織に電磁波が遭遇しても、電磁波の極性が反転することはなく、評価関数には反射波の位相を考慮しない反射波強度を用いることが好ましい。
を評価関数値とする選択は好適である。
前記多重反射波の時系列反射波強度は、前記最初の鋼床版反射波の検出時刻を超えた部分を含む観測窓時間と電磁波速度から算出される所定の仮想深さ範囲で前記オーバーレイ処理を行った水平面画像を比較選定し、舗装損傷部をコントラスト高く表示現出することを特徴とする請求項1項又は2項記載の鋼床版舗装の損傷を探査する方法。
所定の観測開始時刻から観測時間窓内で観測される反射波強度の最大値を評価関数とし、入射波強度を基準とする透過率を判定基準とするオーバーレイ処理では、多重反射波を媒介として評価するのであるから、所定の深さの観測データを取り出すとき、複数の観測データセットで比較検討するときには、観測値の絶対値での比較に物理的な意味は薄れている。寧ろ、同じ舗装厚さ内での観測値であれば、周囲との透過度の差異、すなわちコントラストに着目することが適切であり、好ましく、また、異なる観測域での電磁波透過度の比較検討の際には、観測域が異なれば基準となる反射波強度レベルが異なるのであるから尚更、周囲との透過殿差異の現れ方の差異すなわち面画像に現れるコントラストの変化に着目することが適切であり、好ましい。
前記所定の仮想深さ範囲は、鋼床版深さから段階的に深くし、又は仮想深さ範囲を変化させ最もオーバーレイ処理後の損傷部位を際立たせ、コントラスト高く表示現出する仮想深さ範囲とすることを特徴とする請求項3項記載の鋼床版舗装の損傷を探査する方法。
多重反射波は、原理的には無限経過時間発生するが、本発明に係る探査は、検査を照射する探査車は60km/hの高速の移動体であるから、測定点から動かないとみなせる程度の時間枠内に測定が完了する必要があるので、実質上一点での探査であるとされる時間内に探査できる深さにも限度がある。また、探査深さを深くすると多重反射波信号も減衰し弱くなるという信号処理上のデメリットも生ずる。また、損傷部位の類型や損傷の程度、水を含んでいるか等の条件により、測定開始初期深さと厚さに相当する観測時間窓枠Tは探査判定パラメータとなるもので、現場毎に最適値を設定すべきものであることを本請求項は明らかにする。
前記コントラストの設定では、鋼床版が構成する橋桁支間のジョイント鋼板からの反射波強度を用い正規化した時系列多重反射波の反射波強度水平面画像を用いる請求項3項又は4項記載の鋼床版舗装の損傷を探査する方法
鋼床版舗装の損傷探査では、水平面画像に現れる多重反射波の反射波強度の分布図に現れる模様が判定基礎となる。健常部位と損傷部位の対比から損傷部位を決定する。これらの境界を決定するに際しては、健常部位と損傷部位の対比を要する値域にコントラスト設定をフォーカスする。コントラストを付けるには、多重反射波原信号の信号レベルを上げることは、言うまでもないが、コントラスト設定で強調する多重波信号のオフセットとゲインの設定が重要である。
請求項1項〜5項のいずれか一項に記載の鋼床版舗装の損傷を探査する方法を用いて表示現出される前記舗装損傷部は、舗装劣化又は剥離を少なくとも一つ含む舗装損傷範疇に分類されることを特徴とする請求項1項〜5項のいずれか一項に記載の鋼床版舗装の損傷を探査する方法。
本発明の鋼床版舗装の損傷を探査する方法により、はじめて非破壊検査により舗装内部の損傷部位内部の平面射影形態が舗装損傷部として表示現出され、これら平面射影形態には損傷の三次元の舗装内部での物理的形態を反映した特性が見られることを発明者らは発見した。
<請求項7記載の発明>
最初の鋼床版反射波の検出時刻を超えて時系列検出し、検出信号をアナログ/デジタル変換した前記時系列多重反射波を、レーダー照射開始時刻、反射波受信時刻、真空中の電磁波速度及び舗装部の比誘電率から算出される仮想深度により多重反射波データを深さ方向で管理する請求項1〜6いずれか一項に記載の鋼床版舗装の損傷を探査する方法。
<請求項8記載の発明>
前記損傷部位境界の判定には、時系列多重反射波の位相反転を利用せず反射波強度の差異に基づくことを特徴とする請求項1〜7項のいずれか一項に記載の鋼床版舗装の損傷を探査する方法。
本発明の対象面Rは、鋼床版上に施工された舗装道路面であり。舗装内部の損傷により鋼床版に錆発生や路面陥没の危険性のある場所の表面であれば特に限定されず、例えば高速道路高架橋、橋梁、跨線橋等であり、対象面Rが舗装面(アスファルト舗装、コンクリート舗装等)の種類は問わない。
対象面R下へ電磁波レーダーを照射し、反射波データ50を取得・記録する工程である。以下、詳細に説明する。本工程では、調査対象エリア・区間から調査ロットである走査対象面下を特定し、全体計画の中で対象面下走査計画を立て、対象面下R走査のための機器準備の後、電磁波レーダーを照射し、反射波データをアナログ/デジタル変換し、データ処理装置14へ収集データを転送し、入力信号データをフレームデータとして記録管理し、深さ方向詳細調査地点を特定した場合にデータを呼び出せる形式でデータを保管準備するデジタルフレームデータ処理機能により処理される。
各反射波検出位置40における各深度の反射波強度(振幅)は、例えば図10に示すように、各反射波検出位置40で時系列信号データとして、すなわち深さ方向を変数とし、反射波強度データを値域として各反射波検出位置40における各深度の反射波強度を多値化する。多値化は適宜の手法で行うことができるが、例えば反射波強度0を0値として正側の上限値255値を設定し、強度下限値0から強度上限値255までの反射波強度値の範囲を等分で多段階化し、各反射波検出位置40における各深度の反射波強度が該当する段数を、その位置の多値化反射波強度とすることができる。
対象面Rにおける調査対象領域の全体にわたり多重反射波データ50を取得し、探査車で計測した鋼床版のデータを解析するため、3次元画像化処理装置で3次元画像化する。3次元画像化処理されたデータの全体にわたって、深さ方向にいくつかの範囲に分け、各範囲を観測時間窓としてオーバーレイ処理を行い、損傷劣化の現象を抽出し易いオーバーレイ処理範囲を特定する。
対象分析面に対して(対象面R全体でもグリッド単位でもマウスで指定するのもよい)
1)オーバーレイ処理範囲を指定する
2)指定範囲に深度方向に例えば256の水平面スライスとしての反射波データを呼び出す
3)グリッド座標を基準として指定される水平面上の離散点でその深さ方向の反射波強度のオーバーレイ処理評価関数、例えば最大値の抽出処理により、その離散点での観測時間窓内での反射波強度値の最大値をオーバーレイ処理値として求め保管する。
1)鋼床版深さから15cmまで
2)鋼床版深さから30cmまで
3)鋼床版深さから40cmまで
のように、異なる深さ範囲でオーバーレイ処理し、コントラストが際立つ、すなわち観測データが鮮明となる深さ範囲を探索し、コントラストの高く損傷部位を探査画像に表示現出させる。
波長λと周波数fとの関係から、
周波数帯域500MHzでも、両式より波長λは、約25cmであり、ピークが含まれ、この深さ範囲での最大値によるオーバーレイ処理は好適である。
3次元処理したレーダーデータを鋼床版面の反射が位置する深さ(例えば、7cm程度)から以深について、上記で特定した解析に最適な深さ範囲をオーバーレイ表示し、健全箇所と推定できる反射強度の強い部分とのコントラスト差がある表示強度が弱い箇所を剥離や舗装劣化の可能性がある異常箇所として表示現出されている。
異常箇所として抽出した部分について、平面的な表示形状、および3次元レーダーデータに付随する路面映像(路面表面の画像)から、人工物、人為的な構造によるものか、損傷・劣化であるのかを判断・選択する。人工物は、一般的に矩形等の定型な平面形状を有しており、損傷・劣化の場合は不定形状となる。
舗装損傷分類には、舗装劣化、剥離並びにその他の分類があって、その他はさらにひび割れ、滞水、路面劣化及びブリスタリング等に細分されることが好ましい。
以下の基準で損傷部位を舗装劣化又は剥離に分類管理する。
○剥離の判定・・・・ 周辺の健全と推定できる部分とのコントラスト差がさほど大きくなく、その境界が舗装劣化のような急峻な変化ではなく、少し緩やかに変化する場合には、剥離と判定することができる。
症状(「剥離」、「舗装劣化」)の分類は、上記判定の際に抽出されたグリッド表示の枠線の色設定を変えたレイヤー表示で解析データ上での識別を行う。
本工程では、粗いメッシュで損傷の可能性があるグリッドの特定を行う。探査対象面下の水平面を保管されているデジタルフレームデータから作成し、舗装損傷位置と損傷部位の広がりと大体の深さをオーバーレイ処理により求める。以下、説明する。
オーバーレイ処理は、範囲を指定すると自動で実施できるので、対象面全体に対しても、特定の支間区間について解析を実施することも自由にできる。
損傷部位が多く発生する箇所では、一次解析でも深さ範囲のバリエーションを工夫して一次解析として漏れがないように、誤診のないようにする。
第一次解析工程で異常の特定されたグリッドについて、より詳細に探査し、損傷分類別に特定の確度を上げ補修の実施計画をする。
対象面Rの水平面画像90を作成する場合、特定の管理単位であるグリッド面毎にデータを呼出し、画像90作成することができ、複数のグリッドを選択し、並べて画像90を作成し、比較検討する。
Claims (8)
- 鋼床版施設の対象面下の舗装損傷を探査する方法であって、前記対象面の上方から対象面上の検査点へ電磁波レーダーを照射し、該電磁波レーダーの多重反射波データを最初の鋼床版反射波の検出時刻を超えて時系列検出し、検出信号をアナログ/デジタル変換し、変換後の時系列多重反射波データを保存する工程と、
前記対象面の検査点における該多重反射波の時系列反射波強度を最初の鋼床版反射波の検出時刻を超えた部分を含む観測窓時間内でオーバーレイ処理する工程と、
該オーバーレイ処理後の対象面上の検査点の反射波強度を前記対象面の水平面画像として表示し、舗装損傷部を損傷部位と健常部位の画像強度の差異によって表示現出する工程と、
を備える鋼床版舗装の損傷を探査する方法。 - 前記オーバーレイ処理は、反射波の各測定位置の深さ方向で観測される時系列多重反射波強度の前記最初の鋼床版反射波の検出時刻を超えた部分を含む観測窓時間内での最大値を評価関数とすることを特徴とする請求項1項記載の鋼床版舗装の損傷を探査する方法。
- 前記多重反射波の時系列反射波強度は、前記最初の鋼床版反射波の検出時刻を超えた部分を含む観測窓時間と電磁波速度から算出される所定の仮想深さ範囲で前記オーバーレイ処理を行った水平面画像を比較選定し、舗装損傷部をコントラスト高く表示現出することを特徴とする請求項1項又は2項記載の鋼床版舗装の損傷を探査する方法。
- 前記所定の仮想深さ範囲は、鋼床版深さから段階的に深くし、又は仮想深さ範囲を変化させ最もオーバーレイ処理後の損傷部位を際立たせ、コントラスト高く表示現出する仮想深さ範囲とすることを特徴とする請求項3項記載の鋼床版舗装の損傷を探査する方法。
- 前記コントラストの設定では、鋼床版が構成する橋桁支間のジョイント鋼板からの反射波強度を用い正規化した時系列多重反射波の反射波強度水平面画像を用いる請求項3項又は4項記載の鋼床版舗装の損傷を探査する方法。
- 請求項1項〜5項のいずれか一項に記載の鋼床版舗装の損傷を探査する方法を用いて表示現出される前記舗装損傷部は、舗装劣化又は剥離を少なくとも一つ含む舗装損傷範疇に分類されることを特徴とする請求項1項〜5項のいずれか一項に記載の鋼床版舗装の損傷を探査する方法。
- 最初の鋼床版反射波の検出時刻を超えて時系列検出し、検出信号をアナログ/デジタル変換した前記時系列多重反射波を、レーダー照射開始時刻、反射波受信時刻、真空中の電磁波速度及び舗装部の比誘電率から算出される仮想深度により多重反射波データを深さ方向で管理する請求項1〜6いずれか一項に記載の鋼床版舗装の損傷を探査する方法。
- 前記損傷部位境界の判定には、時系列多重反射波の位相反転を利用せず反射波強度の差異に基づくことを特徴とする請求項1〜7項のいずれか一項に記載の鋼床版舗装の損傷を探査する方法。
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