JP6833417B2 - 既設アンカーの緊張力推定方法 - Google Patents

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を提供することにある。

この課題を解決するための手段は、次のとおりである。
（参考となる態様）
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伝播速度を取得し、
この伝播速度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伝播速度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伝播速度を取得し、
この伝播速度を前記伝播速度と荷重との相関関係式に代入して推定用荷重を得、
この推定用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１記載の態様）
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及び伝播速度を取得し、
前記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、
前記卓越周波数と前記伝播速度とに基づいて卓越周波数と伝播速度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伝播速度を取得し、
この伝播速度を前記卓越周波数と伝播速度との相関関係式に代入して推定用卓越周波数を得、
この推定用卓越周波数を前記卓越周波数と荷重との相関関係式に代入して推定用荷重を得、
この推定用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記載の態様）
前記相関関係式を作成する際に前記基準用アンカーに載荷する荷重を、２５００ｋＮ以下とする、
請求項１記載の既設アンカーの緊張力推定方法。

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となる。

既設アンカーの設置例である。 アンカーの荷重が０ｋＮである場合において、反射波の周波数の経時変化を示す図である。 アンカーの荷重が５０ｋＮである場合において、反射波の周波数の経時変化を示す図である。 アンカーの荷重が１００ｋＮである場合において、反射波の周波数の経時変化を示す図である。 アンカーの荷重が１５０ｋＮである場合において、反射波の周波数の経時変化を示す図である。 アンカーの荷重が２００ｋＮである場合において、反射波の周波数の経時変化を示す図である。 アンカーの荷重が２５０ｋＮである場合において、反射波の周波数の経時変化を示す図である。 アンカーの荷重が３００ｋＮである場合において、反射波の周波数の経時変化を示す図である。

次に、本発明を実施するための形態を説明する。
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１３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適宜の方向に、好ましくは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、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、定着具やテンドンの基端部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。

基準用アンカーに載荷する荷重は、２５００ｋＮ以下とするのが好ましく、１００〜１５００ｋＮの範囲内とするのがより好ましい。この点、本発明者等は、各種試験により、基準用アンカーに載荷する荷重が大きくなると、反射波（振動）の収束が遅くなることを知見した。この知見を前提にすると、基準用アンカーに載荷する荷重が１００ｋＮを下回ると、反射波を確実に得ることができないということが考えられる。ただし、基準用アンカーに載荷する荷重が大き過ぎる場合は、反射波の収束が遅くなるとの問題が生じる。

（第１の方法）
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。本方法においては、この反射波を受信器（２０）で受信し、この受信信号から反射波の伝播速度（秒／ｍ）を取得する。なお、以下では、アンカーを打撃して伝播速度を取得する作業を「衝撃弾性波試験」ともいう。

次に、この伝播速度と基準用アンカーを打撃した際の荷重とに基づいて伝播速度と荷重との相関関係式（第１の相関関係式）、つまり伝播速度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、「伝播速度＝−α１・荷重＋β１」というように表現される。なお、この式中の「α１」や「β１」は、伝播速度及び荷重に基づいて定まる値である。

一方、第１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、前述伝播速度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。

より詳細には、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や図示例のようなテンドン１２Ａの基端部である。

次に、推定の対象となる既設アンカー１０を、適宜の方向に、好ましくは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、基準用アンカーの場合と同様に、この反射波を受信器２０で受信し、この受信信号から反射波の伝播速度（秒／ｍ）を取得する。

そして、この伝播速度を前述第１の相関関係式に代入して推定用荷重を算出し、この算出値（推定用荷重）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。

（第２の方法）
第１の方法は、伝播速度及び荷重を変数とする第１の相関関係式を作成し、この第１の相関関係式を利用して既設アンカー１０の緊張力と推定する方法であった。これに対し、本方法は、以下で説明する第２の相関関係式及び第３の相関関係式を利用して既設アンカー１０の緊張力と推定する方法である。以下、詳細に説明する。

本方法においては、まず、第１の方法と同様の方法で、基準用弾性波、及びこの基準用弾性波に由来する反射波を発生させる。この反射波は、前述受信器（２０）で受信し、この受信信号から反射波の伝播速度（秒／ｍ）と共に、反射波の卓越周波数（Ｈｚ）を取得する。

次に、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（第２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。この第２の相関関係式は、例えば、「卓越周波数＝−α２・荷重＋β２」というように表現される。なお、この式中の「α２」や「β２」は、卓越周波数及び荷重に基づいて定まる値である。

加えて、卓越周波数と伝播速度とに基づいて卓越周波数と伝播速度との相関関係式（第３の相関関係式）、つまり卓越周波数及び伝播速度を変数とする相関関係式を作成する。この第３の相関関係式は、卓越周波数と基準用アンカーの長さ（ｍ）とが反比例する関係にあることから、例えば、「卓越周波数＝ｎ・伝播速度／基準用アンカーの長さ」というように表現される。なお、この式中の「ｎ」は、卓越周波数、伝播速度、及び基準用アンカーの長さに基づいて定まる値である。

一方、第２の相関関係式及び第３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、衝撃弾性波試験を推定の対象となる既設アンカー１０に対して行う。この衝撃弾性波試験によって、推定用弾性波に由来する反射波の伝播速度が得られる。なお、この衝撃弾性波試験の実施方法は、第１の形態において説明したとおりである。

衝撃弾性波試験によって得られた伝播速度は、第の３相関関係式に代入し、推定用卓越周波数を算出する。また、この推定用卓越周波数は、第２の相関関係式に代入し、推定用荷重を算出する。そして、この算出値（推定用荷重）を既設アンカー１０の緊張力と推定する。この方法によっても、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、第１の方法と同様に、作業効率が大幅に向上する。加えて、本方法、すなわち、既設アンカー１０の緊張力を推定する際に、実測した伝播速度を直接利用するのではなく、実測した伝播速度からいったん卓越周波数を推定し、この推定した卓越周波数を利用する方法によると、フーリエ解析を行う必要がないとの利点がある。

次に、反射波の伝播速度とアンカーの荷重との間に相関性が存在すること（実証例１）、及びアンカーの荷重と反射波の振動収束時間との間に相関性が存在すること（実証例２）、がそれぞれ分かる実証例を示す。

（実証例１）
実験用アンカー（定着具：ナット、自由長：４．８３ｍ、定着長：０ｍ）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、０〜３００ｋＮの範囲内で段階的に大きくした。この荷重の各段階において衝撃弾性波試験を行って伝播速度を取得し、伝播速度と荷重との間の相関関係式及び決定係数を算出した。結果を表１に示した。

この結果から、反射波の伝播速度とアンカーの荷重との間に相関性が存在することが分かる。

（実証例２）
実験用アンカー（定着具：ナット、自由長：４．８３ｍ、定着長：０ｍ）の荷重を変化させて、それぞれの荷重における反射波の周波数の経時変化を調べた。結果を、図２〜図８に示した。

この結果から、アンカーの荷重と反射波の振動収束時間との間に相関性が存在することが分かる。

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…受信器、３０…基準用アンカー（既設アンカー）、Ｇ…地盤。

Claims (2)

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伝播速度及び卓越周波数を取得し、
   前記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、
   前記卓越周波数と前記伝播速度とに基づいて卓越周波数と伝播速度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伝播速度を取得し、
   この伝播速度を前記卓越周波数と伝播速度との相関関係式に代入して推定用卓越周波数を得、
   この推定用卓越周波数を前記卓越周波数と荷重との相関関係式に代入して推定用荷重を得、
   この推定用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. 前記相関関係式を作成する際に前記基準用アンカーに載荷する荷重を、２５００ｋＮ以下とする、
   請求項１記載の既設アンカーの緊張力推定方法。