JP6653879B2 - 受圧構造体 - Google Patents

Description

本発明は、法面の崩壊または地滑りの発生を防止するために法面に設置される受圧構造体に関する。

法面の崩壊または地滑りの発生を防止するための構造体として、法面上に受圧板を設置し、受圧板によって法面を押さえ込む受圧構造体が広く採用されている（例えば、特許文献１参照。）
詳細には、法面には、滑り線を越えて岩盤にまで達する採掘穴が形成されており、受圧板には、貫通孔が形成されている。貫通孔および採掘穴にアンカが配置されており、アンカの引張り強さを利用して受圧板によって法面が押さえ込まれ、地滑り活動力に対抗している。

特開２００３−１８４０９４号公報

しかしながら、受圧構造体を設置した後にアンカが正常に機能しているかどうかは外観から判断できない。そのため、一般的にリフトオフ試験によってアンカの健全性評価指標である残存緊張力が評価されているが、コストが高く簡単に行うことができなかった。
本発明は、簡易に検査を行うことが可能な受圧構造体を提供することを目的とする。

第１の発明に係る受圧構造体は、法面に設置される受圧構造体であって、本体部と、アンカと、受圧部と、を備える。本体部は、法面側に配置される。アンカは、本体部の内部を貫通するようにして配置される。受圧部は、本体部の上側に配置されアンカからの圧力を受ける。受圧部は、降伏応力が１００ＭＰａ以上の金属材料で形成されている。受圧部は、表面粗度がＲａ１００以下でありＸ線分析を可能とする分析部を少なくとも一部に有する。

ここで、アンカ力（数１００ｋＮ）より設定される所定の降伏点を有する金属より構成される受圧部の弾性変形領域においてＸ線回折を用いることによって、歪みの状態からアンカの応力状況を特定できる。
すなわち、アンカの引張り力によって受圧部に生じる歪みをＸ線回折で検出することによって、間接的にアンカの残存緊張力を評価することができる。
このため、リフトオフ試験を用いずに簡易にアンカの応力状況を特定することができる。

第２の発明に係る受圧構造体は、第１の発明に係る受圧構造体であって、受圧部は、平均結晶粒径が１〜３０μｍである。
受圧部の結晶粒径の平均が１〜３０μｍであることにより、より適切に残存緊張力を評価し、アンカの応力状況を特定することができる。

第３の発明に係る受圧構造体は、第１の発明に係る受圧構造体であって、分析部は、アンカと受圧部との接触最外位置から半径１００ｍｍ以内に配置されている。
このように接触最外位置から半径１００ｍｍ以内の位置で分析を行うことによって、アンカによる受圧部の応力場において、歪みの状態を適切に判断できる。
すなわち、アンカと受圧部との接触位置から遠い位置で分析を行った場合、受圧部に生じる歪みが少なくなり、アンカの応力状況を正確に特定し難くなるが、接触最外位置から半径１００ｍｍ以内の位置で分析を行うことにより、より正確に受圧部に生じる歪みを特定することができる。

第４の発明に係る受圧構造体は、第１〜３のいずれかの発明に係る受圧構造体であって、分析部の表面を被覆する被覆部材を更に備えている。
このように被覆部材を備えていることにより、風雨等の経年劣化から分析部を適切に保護できるため、より正確にアンカの応力状況を特定することができる。

本発明によれば、簡易に検査を行うことが可能な受圧構造体を提供することができる。

本発明に係る実施の形態の受圧構造体を示す斜視図。 図１のＡＡ´間の矢示断面図。 図１の受圧構造体の受圧板２の分解斜視図。 （ａ）図１の受圧構造体の平面図、（ｂ）図４（ａ）の支圧板近傍の拡大図。 図１の受圧構造体におけるアンカの状態を判断するためにＸ線を用いた支圧板の応力測定を行っている状態を示す模式図。 実施例において支圧板を非載荷状態でＸ線応力測定を行っている状態を示す図。 （ａ）Ｓ４５Ｃで形成された支圧板のＳＥＭ画像の一例を示す図、（ｂ）ＳＭ４９０Ａで形成された支圧板のＳＥＭ画像の一例を示す図、（ｃ）ＳＭ４９０Ｂで形成された支圧板のＳＥＭ画像の一例を示す図である。 （ａ）Ｓ４５Ｃで形成された支圧板４のデバイ環画像の一例を示す図、（ｂ）ＳＭ４９０Ａで形成された支圧板４のデバイ環画像の一例を示す図、（ｃ）ＳＭ４９０Ｂで形成された支圧板４のデバイ環画像の一例を示す図。 Ｓ４５Ｃ、ＳＭ４９０Ａ、ＳＭ４９０Ｂのそれぞれの材料で形成された支圧板の推定応力、応力推定標準偏差、および平均粒径の表を示す図。 本発明に係る実施の形態の受圧構造体の分析部を被覆部材で覆った状態を示す平面図。

本発明の受圧構造体について図面を参照しながら説明する。
（受圧構造体１の概要）
図１は、本発明に係る実施の形態の受圧構造体１を示す斜視図である。図２は、図１のＡＡ´間の矢示断面図であり、法面に設置した状態を示す図である。
本実施の形態の受圧構造体１は、図１に示すように、主に受圧板２と、アンカ３と、支圧板４と、を備える。

受圧板２は、図２に示すように、傾斜地の法面１０に設置される。受圧板２には、貫通孔が形成されている。アンカ３は、受圧板２の貫通孔を介して法面１０に挿し込まれている。
支圧板４は、受圧板２の上面に載置されており、上方からアンカ３のナット部材３２によって受圧板２に押え付けられている。

（受圧板２）
受圧板２は、第１受圧部材２１と、第２受圧部材２２とを有する。図３は、受圧板２の分解図である。
第１受圧部材２１は、図２に示すように、法面１０に接触して配置される。第１受圧部材２１は、図３に示すように、底板２１１と、枠体２１２と、補強部材２１３と、鉄筋コンクリート部材２１４と、天板２１５と、を有する。

底板２１１は、矩形の板状部材であって法面１０に載置される。また、底板２１１は、ガラス長繊維強化プラスチック発砲体（Ｆｉｂｅｒ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｆｏａｍｅｄ Ｕｒｅｔｈａｎｅ：ＦＦＵ、以下ＦＦＵと呼ぶ。）によって形成されている。
枠体２１２は、４辺の棒状部材がつながって形成された平面視において矩形状の部材であり、ＦＦＵから形成されている。枠体２１２は、対向且つ並行して配置された２つの辺からなる組を２組有する。枠体２１２は、底板２１１の上側に配置されている。補強部材２１３は、２つの棒状部材２１３ｂ、２１３ｃが互いに垂直に交わって形成されており、枠体２１２の内側に配置されている。補強部材２１３は、ＦＦＵによって形成されている。棒状部材２１３ｂは、枠体２１２の一方の組の２辺の中央に、その２辺と平行に配置されている。棒状部材２１３ｃは、枠体２１２の他方の組の２辺の中央に、その２辺と平行に配置されている。補強部材２１３によって枠体２１２の内側の空間は４つの直方体状の空間に区切られている。補強部材２１３の棒状部材２１３ｂと棒状部材２１３ｃが交わる部分には、上下方向に貫通孔２１３ａが形成されている。なお、図には示していないが、底板２１１にも、貫通孔２１３ａに対応する位置に貫通孔２１１ａ（図２参照）が形成されている。

鉄筋コンクリート部材２１４は、４つの直方体状に空間のそれぞれに配置されている。鉄筋コンクリート部材２１４は、格子状に配置された鉄筋部材の周囲にモルタルまたはコンクリートが充填されることによって形成されている。
天板２１５は、矩形の板状部材であって、ＦＦＵによって形成されている。天板２１５は、枠体２１２の上側に配置される。天板２１５の外形は、枠体２１２の外形と一致するように形成されている。また、天板２１５には、貫通孔２１３ａに対応する位置に、貫通孔２１５ａが形成されている。

第２受圧部材２２は、平面視において十字形状であって、ＦＦＵによって形成されている。第２受圧部材２２は、側面視において端から中央に向かって高さが高くなるように階段状に形成されている。第２受圧部材２２は、その中央部分に、上下方向に貫通孔２２ａが形成されている。第２受圧部材２２は、第１積層部２２１と、第２積層部２２２と、受圧ヘッド２２３とを有する。下から順に、第１積層部２２１、第２積層部２２２、および受圧ヘッド２２３の順に積層されており、貫通孔２２ａは、受圧ヘッド２２３、第１積層部２２１、および第２積層部２２２を貫いて形成されている。

第１積層部２２１は、平面視において十字形状に形成された板状部材である。第１積層部２２１は、貫通孔２２ａが形成されている中央部分から４方向に板状部材が突出した形状である。第１積層部２２１は、天板２１５上に配置されている。
第２積層部２２２は、平面視において十字形状に形成された板状部材である。第２積層部２２２は、第１積層部２２１の十字形状と対応するように第１積層部２２１の上側に配置されている。第２積層部２２２は、第１積層部２２１と同様の形状であるが、貫通孔２２ａが形成されている中央部分から板状部材が突出している長さが第１積層部２２１よりも短く形成されている。

受圧ヘッド２２３は、矩形の板状の部材であり、第２積層部２２２の中央部の上側に配置されている。受圧ヘッド２２３は、第１積層部２２１の中央部分と第２積層部２２２の中央部分と同様の形状である。
受圧板２の貫通孔２ａは、図２に示すように、底板２１１の貫通孔２１１ａ、補強部材２１３の貫通孔２１３ａ、天板２１５の貫通孔２１５ａ、第２受圧部材２２の貫通孔２２ａから形成されている。

（アンカ３）
アンカ３は、図２に示すように、アンカ部材３１と、ナット部材３２とを有する。
法面１０には、図２に示すように、滑り線１１を越えて岩盤１２に達する採掘穴１３が形成されている。アンカ部材３１は、受圧板２の貫通孔２ａを介して採掘穴１３に挿通されている。アンカ部材３１の地中側の端は、セメント等のグラウト材１４によって固定されている。アンカ部材３１の受圧板２側の端には、ネジ加工が施されている。このネジ加工の部分に、ナット部材３２が螺合されている。

（支圧板４）
支圧板４は、図１および図２に示すように、受圧板２の上面に載置されている。詳しくは、支圧板４は、受圧板２の受圧ヘッド２２３の上面に配置されている。支圧板４には、図２に示すように、貫通孔２２ａに対応する位置に貫通孔４ａが形成されている。支圧板４の上側には、アンカ部材３１と螺合したナット部材３２が配置されている。ナット部材３２を締めることによって、支圧板４は上方からナット部材３２によって受圧板２に押えつけられ、受圧板２は法面１０を押え込む。

図４（ａ）は、受圧構造体１の平面図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）の支圧板４近傍の拡大図である。
図４（ａ）および図４（ｂ）に示すように、支圧板４は、Ｘ線による分析を可能とする分析部４１を有している。分析部４１は、支圧板４の上面４ｓに形成されたＸ線によって分析される領域であり、表面粗度がＲａ１００以下に形成されている。分析部４１は、アンカ３のナット部材３２と支圧板４との接触最外位置から１００ｍｍ以内に形成されている。ここで、ナット部材３２と支圧板４との接触最外位置とは、図４（ｂ）の平面視においてナット部材３２の外周端３２ｅのことである。すなわち、外周端３２ｅから１００ｍｍ以内に分析部４１が形成されているほうが好ましい。また、図では、分かり易くするために分析部４１にハッチングが施されている。

また、支圧板４は、降伏応力が１００ＭＰａ以上の金属材料で形成されている。ナット部材３２による支圧板４の締め付け力は、支圧板４の変形が弾性変形領域以内となる大きさに設定されている。また、支圧板４の平均結晶粒径は１μｍ以上３０μｍ以内であることが好ましい。
なお、支圧板４は、降伏応力が５００ＭＰａ以上の金属材料で形成されている方がより好ましい。降伏強度に関して、Ｐｂが５ＭＰａであり、Ａｌが６０〜８０Ｐａ、真鍮が２００〜３００Ｐａ、鉄が３００〜４００Ｐａであるため、支圧板４としては、真鍮、鉄を主とする金属板が好ましい。

支圧板４の緊張力は、２３０〜１１００ｋＮ程度である。緊張力が９００ｋＮのとき、ナット部材３２近傍において４５０ＭＰａ程度の圧縮応力が発生し、周方向へ向かって１００ＭＰａに収束する。このため、支圧板４の応力範囲は、最大部分は１００〜５００ＭＰａとなり、最小部分が２０ＭＰａ〜１１０ＭＰａとなる。上述したように、分析部４１は、ナット部材３２よりも外周側にずれているが、ナット部材３２の外周端３２ｅから１００ｍｍ以内に形成することで、後述するＸ線の応力推定が可能な応力が発生している範囲内に設定されている。
また、Ｒａ１００は、測定可能下限であり、１００よりも大きい場合には回折像が乱れ、算出応力値にばらつきが生じることが想定される。

（Ｘ線応力測定）
図５は、本実施の形態の受圧構造体１の支圧板４に対してＸ線応力測定を行っている状態を示す側面模式図である。

例えば、図５に示すように、Ｘ線応力測定装置５が支圧板４の上方に配置され、支圧板４の分析部４１に入射角θでＸ線が照射される。θは、支圧板４の上面４ｓに垂直な直線Ｌからの角度である。
これによって、分析部４１の結晶構造に従ってデバイ環が形成される。すなわち、アンカ３のナット部材３２によって、支圧板４が押さえつけられて応力が発生しているため、支圧板４の結晶構造に歪みが生じる。この結晶構造の歪みにより、Ｘ線の照射によって形成されるデバイ環に歪みが生じる。

このようにアンカ３によって支圧板４に応力が生じた状態のデバイ環と、支圧板４に応力が生じていない状態（非載荷状態）でのデバイ環を比較することによって、支圧板４に生じる応力が推定される。
この支圧板４に生じる応力に基づいて、間接的にアンカ３が正常に機能しているかを判断することができる。すなわち、デバイ環の歪みが小さく、支圧板４に生じる応力が非常に小さい場合には、アンカ部材３１が例えば腐食により途切れ、アンカ３による引張り力がほとんど機能していないと判断できる。

次に、支圧板４を形成する金属材料の種類や粒径がＸ線回折による応力推定精度に与える影響について、実施例に基づいて説明する。
（実施例）
Ｓ４５Ｃ、ＳＭ４９０ＡおよびＳＭ４９０Ｂの３鋼種で形成した支圧板４を対象に、平均結晶粒径と応力推定精度の関係について、比較検討を行う。

はじめに、ＪＩＳＧ０５５１に基づいて、以下のように各鋼材の種類における平均結晶粒径を算出した。
（１）各鋼種の試験片表面を、ターンテーブル研磨機を用いて研磨し、平滑にする。
（２）研磨した各試験片を腐食液に十秒程度浸して腐食させ、速やかに水で洗い流して腐食の進行を止める。これにより、組織ごとの腐食の進行の違いにより、組織を凹凸として表すことができる。この作業は、エッチングという。
（３）エッチングをした各試験片について走査型電子顕微鏡（以下、ＳＥＭと称する）を用いて組織観察を行い、結晶粒界が明瞭なＳＥＭ画像が得られる。
（４）得られたＳＥＭ画像に線分を引き、線分上の結晶粒の個数を数える。
（５）ＳＥＭ画像のスケールと比較し、線分の長さを換算する。
（６）換算した線分の長さを個数で除す。
（７）（４）〜（６）の手順を繰り返し、平均する。

観察対象の各鋼種において、１５×１５×９ｍｍのテストピースを用いた。エッチング液は、約１％の硝酸エタノールを使用した。ＳＥＭ画像は１鋼種につき４−６枚を用意し、１枚当たりに引いた線分は約２０本である。
上記３種類の支圧板４の表面の複数点について、図６に示すように、非載荷状態（支圧板単体）でＸ線応力測定装置５を用いてＸ線応力推定を行い、応力推定精度の評価を行った。要するに、支圧板４を単体で載置した状態でＸ線応力測定装置５からＸ線を照射した。評価項目は、推定応力値と応力推定標準偏差の平均値およびデバイ環の形状とした。

応力の推定箇所としては、２０点を無作為に選択した。また、Ｘ線応力推定装置として、ｃｏｓα法による二次元応力解析手法を採用した可搬型の応力推定装置が用いられた。なお、本実施例では、支圧板４の全体をエッチングしているため、分析部４１は支圧板４の上面全体であり、応力の推定箇所は、支圧板４の全体から選択できる。
Ｘ線応力推定装置の測定条件は、Ｘ線の入射角θが３５°であり、試料距離が３９ｍｍであり、Ｘ線出力は２０ｋＶで１ｍＡに設定されている。試料距離とは、Ｘ線応力測定装置５のＸ線照射（コリメータ）位置から計測対象までの距離を示す。測定装置の角度は、角度計を用いて行い、材料との距離及び測定位置決めについては目視により行った。Ｘ線照射点は、直径２ｍｍ、深さ０．０１ｍｍ程度であり、測定に要する時間は、１点あたり１〜２分程度である。

なお、Ｘ線応力測定を行う前に、支圧板４の表面の黒皮を酸性除去剤により除去し、金属組織を露出させた。

（結晶粒の観察結果）
図７（ａ）は、Ｓ４５Ｃで形成された支圧板のＳＥＭ画像の一例を示す図である。図７（ｂ）は、ＳＭ４９０Ａで形成された支圧板のＳＥＭ画像の一例を示す図である。図７（ｃ）は、ＳＭ４９０Ｂで形成された支圧板のＳＥＭ画像の一例を示す図である。

本実施例で用いたＳ４５Ｃの平均粒径は３４．０μｍと結晶粒が比較的粗大であったのに対してＳＭ４９０Ａ，ＳＭ４９０Ｂの平均粒径は、それぞれ７．２μｍ、４．６μｍと小さいことが確認された。

（結晶粒径と応力推定精度の関係）
図８（ａ）は、Ｓ４５Ｃで形成された支圧板４のデバイ環画像の一例を示す図である。図８（ｂ）は、ＳＭ４９０Ａで形成された支圧板４のデバイ環画像の一例を示す図である。図８（ｃ）は、ＳＭ４９０Ｂで形成された支圧板４のデバイ環画像の一例を示す図である。図９は、Ｓ４５Ｃ、ＳＭ４９０Ａ、ＳＭ４９０Ｂのそれぞれの材料で形成された支圧板の推定応力、応力推定標準偏差、および平均粒径を示す表である。

図８（ａ）および図９に示すように、平均結晶粒が比較的粗大なＳ４５Ｃでは推定応力に対して応力推定標準偏差の値が大きく、明瞭なデバイ環が得られなかった。一方、図８（ｂ）、図８（ｃ）および図９に示すように、平均粒径が小さいＳＭ４９０ＡおよびＳＭ４９０Ｂでは応力推定標準偏差の値も比較的小さく、明瞭なデバイ環を得ることが可能なことが確認できる。

すなわち、本実施例の条件では、平均粒径が７．２μｍ程度の鋼種については明瞭なデバイ環が取得可能となることが確認された。
このように、明瞭なデバイ環が得られることにより、アンカ３によって受圧板２に押えつけられたときの支圧板４の応力を測定することができ、間接的にアンカ３の状態を判断することができる。

（特徴等）
（１）
本実施の形態の受圧構造体１は、法面１０に設置される受圧構造体であって、受圧板２（本体部の一例）と、アンカ３と、支圧板４（受圧部の一例）と、を備える。受圧板２は、法面１０側に配置される。アンカ３は、受圧板２の内部を貫通するようにして配置される。支圧板４は、受圧板２の上側に配置されアンカ３からの圧力を受ける。支圧板４は、降伏応力が１００ＭＰａ以上の金属材料で形成されている。支圧板４は、表面粗度がＲａ１００以下でありＸ線分析を可能とする分析部４１を少なくとも一部に有する。

ここで、アンカ力（数１００ｋＮ）より設定される所定の降伏点を有する金属より構成される支圧板４の弾性変形領域においてＸ線回折を用いることによって、歪みの状態からアンカの応力状況を特定できる。
すなわち、アンカ３の引張り力によって支圧板４に生じる歪みをＸ線回折で検出することによって、間接的にアンカ３の残存緊張力を評価することができる。
このため、リフトオフ試験を用いずに簡易にアンカ３の応力状況を特定することができる。

（２）
本実施の形態の受圧構造体１は、支圧板４は、平均結晶粒径が１〜３０μｍである。
支圧板４の結晶粒径の平均が１〜３０μｍであることにより、より適切に残存緊張力を評価し、アンカの応力状況を特定することができる。

（３）
本実施の形態の受圧構造体１では、分析部４１は、アンカ３と支圧板４との接触最外位置から半径１００ｍｍ以内に配置されている。
このように接触最外位置から半径１００ｍｍ以内の位置で分析を行うことによって、アンカ３による支圧板４の応力場において、歪みの状態を適切に判断できる。
すなわち、アンカ３と支圧板４との接触位置から遠い位置で分析を行った場合、受圧部に生じる歪みが少なくなり、アンカの応力状況を正確に特定し難くなるが、接触最外位置から半径１００ｍｍ以内の位置で分析を行うことにより、より正確に特定することができる。

［他の実施の形態］
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
（Ａ）
上記実施の形態では、支圧板４の表面粗さＲａが１００以下である領域である分析部４１は、外部環境に露出されているが、Ｘ線による測定を行うとき以外は、図１０に示すように、その表面が被覆部材４２によって覆われていても良い。
このように被覆部材４２を備えていることにより、風雨等の経年劣化から分析部を適切に保護できるため、より正確にアンカ３の応力状況を特定することができる。

（Ｂ）
上記実施の形態では、底板２１１、枠体２１２、補強部材２１３、および第２受圧部材２２は、ＦＦＵから形成されているが、ＦＦＵに限らなくても良く、コンクリートで形成されていてもよい。
また、鉄筋コンクリート部材２１４は、鉄筋が挿入されておらず、コンクリートだけで形成されていてもよい。

（Ｃ）
上記実施の形態では、第２受圧部材２２が平面視において十字形状に形成されているが、これに限られるものではない。例えば、第２受圧部材２２の第１積層部２２１および第２積層部２２２が矩形状であって、上方からみて、天板２１５、第１積層部２２１、第２積層部２２２、受圧ヘッド２２３の順に外形が段々と小さくなるように形成されていてもよい。

本発明の受圧構造体は、簡易に検査を行うことが可能な効果を有し、例えば切土法面安定化に用いられるグランドアンカなどに広く適用可能である。

１ ：受圧構造体
２ ：受圧板（本体部の一例）
２ａ ：貫通孔
３ ：アンカ
４ ：支圧板（受圧部の一例）
４ａ ：貫通孔
４ｓ ：上面
５ ：Ｘ線応力測定装置
１０ ：法面
１１ ：滑り線
１２ ：岩盤
１３ ：採掘穴
１４ ：グラウト材
２１ ：第１受圧部材
２２ ：第２受圧部材
２２ａ ：貫通孔
３１ ：アンカ部材
３２ ：ナット部材
３２ｅ ：外周端
４１ ：分析部
４２ ：被覆部材
２１１ ：底板
２１１ａ ：貫通孔
２１２ ：枠体
２１３ ：補強部材
２１３ａ ：貫通孔
２１３ｂ ：棒状部材
２１３ｃ ：棒状部材
２１４ ：鉄筋コンクリート部材
２１５ ：天板
２１５ａ ：貫通孔
２２１ ：第１積層部
２２２ ：第２積層部
２２３ ：受圧ヘッド

Claims (4)

1. 法面に設置される受圧構造体であって、
   前記法面側に配置される本体部と、
   前記本体部の内部を貫通するようにして配置されるアンカと、
   前記本体部の上側に配置され前記アンカからの圧力を受ける受圧部と、を備え、
   前記受圧部は、降伏応力が１００ＭＰａ以上の金属材料で形成され、
   前記受圧部は、表面粗度がＲａ１００以下でありＸ線分析を可能とする分析部を少なくとも一部に有する、
   受圧構造体。
2. 前記受圧部は、平均結晶粒径が１〜３０μｍである、
   請求項１に記載の受圧構造体。
3. 前記分析部は、前記アンカと前記受圧部との接触最外位置から半径１００ｍｍ以内に配置されている、
   請求項１または２に記載の受圧構造体。
4. 前記分析部の表面を被覆する被覆部材を更に備えた、
   請求項１〜３のいずれか１項に記載の受圧構造体。