JP7209803B2 - Ｐｃグラウト充填状態の非破壊診断方法 - Google Patents

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特許法第３０条第２項適用 ２０１７年８月１日に公益社団法人土木学会が発行した「平成２９年度土木学会全国大会 第７２回年次学術講演会 ＤＶＤ－ＲＯＭ版講演概要集」にて公開

本発明は、プレストレストコンクリート構造物（ＰＣ構造物）におけるＰＣグラウトの充填状態を非破壊的に評価して診断するＰＣグラウト充填状態の非破壊診断方法に関する。

プレストレストコンクリート橋（ＰＣ橋）などのＰＣ構造物においては、部材コンクリートとＰＣ鋼材との一体化を確保すると共に、ＰＣ鋼材を腐食から保護することを目的として、シース内にＰＣグラウトを充填する施工が行われる。

このとき、ＰＣグラウトが密実に充填されていないとシース内に空洞が形成され、その空洞へ雨水等が侵入することにより内部のＰＣ鋼材が腐食されて、ＰＣ鋼材の破断や突出につながる恐れがある。このため、ＰＣ構造物を適切に維持管理していくためには、ＰＣグラウトの充填度（ＰＣグラウト充填率）を正確に評価する必要がある。

そこで、例えば、ＰＣ鋼材が配置されている箇所を特定した後、その箇所を削孔して内部を確認してＰＣグラウトの充填状態を評価する手法があるが、この手法では、多大な時間と労力を必要とし、また、ＰＣ構造物の一部を破壊して削孔しなければならないという問題があり、以下に列記するような非破壊的な評価手法が提案されている（特許文献１～３）。

（１）放射線透過法（Ｘ線法）
放射線透過法（Ｘ線法）は、Ｘ線を使用してコンクリート内部の詳細を検査する方法であり、物質の密度によりＸ線の透過度が変化する性質を利用して、シース内の空洞を非破壊的に検出する。

具体的には、ＰＣグラウト充填率が低いと、シース内に空洞が形成され、その空洞によってＸ線の透過度が高くなるため、画像が色濃く現れる。一方、ＰＣグラウト充填率が高い部分では、密実で空洞が殆どないため、Ｘ線の透過度が低くなり、画像が色薄く現れる。このため、画像の濃淡を判別することにより、シース内における空洞の有無を直接検出することができる。

しかしながら、このＸ線法は、コンクリートが厚くなると判別が難しくなる。また、Ｘ線の使用に際して放射線管理区域の設定や測定に時間を要するため、試験効率を高くすることが難しいという問題がある。

（２）衝撃弾性波法（インパクトエコー法）
衝撃弾性波法（インパクトエコー法）は、反射波（インパクトエコー）の周波数特性に着目して、ＰＣグラウトの未充填位置を特定する手法であり、コンクリート表面を鋼球で打撃することによりコンクリート内部へ弾性波を伝播させ、打撃面側に設置したセンサで対象物からの反射波を受信し、その周波数特性から部材厚さや内部の欠陥の有無やその深さを非破壊的に推定する。

具体的には、シース内にＰＣグラウトが完全に充填されている場合には、版底面で反射波が生じる。一方、シース内にＰＣグラウト未充填部が存在している場合には、空洞が形成されたシースの表面においても反射波が生じる。これらの反射波は、それぞれコンクリート表面との間で反射を繰り返すことにより、縦波共振現象が励起される。このため、版厚やシース深さに相当する縦波共振によるピーク周波数を検知することで、内部欠陥（空洞）の有無やその深さを推定することができる。

しかしながら、このインパクトエコー法は、シース径が小さい場合やシースが深い位置にある場合には、反射波の繰り返しが生じないために上記した未充填部のシース表面との繰り返し反射波による共振現象が励起されず、ピーク周波数を検知することができず、判定することができないという問題がある。

（３）衝撃弾性波法（打音振動法）
衝撃弾性波法（打音振動法）は、衝撃入力により算出した弾性波の伝搬速度に着目して、シース内部の平均的なＰＣグラウト充填状況を把握する手法であり、ＰＣ鋼材端部から衝撃を与えた際に生じる弾性波を、もう一方の端部に設置したセンサで検出して、ＰＣ鋼材における伝播速度からシース内部のＰＣグラウト充填状況を非破壊的に把握する。

具体的には、ＰＣ鋼材端部から衝撃を与えたとき、シース内にＰＣグラウトが十分に充填されていない場合は、入力された弾性波の内、最も早く伝搬される波は鋼棒を伝播したものとなるため、見かけの弾性波速度は鋼棒単体の伝搬速度に近い値となる。これに対して、ＰＣグラウトが充填されている場合では、鋼棒とＰＣグラウトが一体となった複合部材中を弾性波が伝搬する。この場合、鋼棒中の伝播波動の先端位置と周辺のＰＣグラウト部を伝播する波動の先端位置は同じであるため、未充填の場合に比べて伝播速度が小さくなる。このため、弾性波伝播速度を知ることにより、ＰＣグラウトの充填不良を判定することができる。

しかしながら、この打音振動法は、ＰＣ鋼材が挿通されているシース全体におけるＰＣグラウトの充填不良については判定することができるものの、ＰＣグラウトの充填不良が発生している箇所を特定することはできないという問題がある。

（４）広帯域超音波法
広帯域超音波法は、シース直上のコンクリート面に配置した発信探触子から超音波を入力し、シースからの反射波を受信、分析することでＰＣグラウトの充填性を非破壊的に推測する技術である。

具体的には、シース内に空洞が存在すると、そこで反射して反射波が発生する。一方、密実であると、反射率が低いため反射波は小さくなる。このシース反射波は高周波帯域の波が支配的であるため、ＰＣグラウトの充填が不良（シース内に空洞）の場合には、高周波帯域の波が支配的に受信される。一方、ＰＣグラウトが密実に充填された充填シースの場合は、低周波帯域の波が支配的に受信される。このため、シースからの反射波を分析することでＰＣグラウトの充填性を推測することができる。

しかしながら、この広帯域超音波法は、反射波にコンクリートの鉄筋や骨材からの反射波や、コンクリート表面を伝搬する反射波も含まれているため、これらの反射波をＰＣグラウトの未充填部からの反射波と分別して効率よく抽出する必要があり、測定にも時間を要するという問題がある。また、コンクリート表面が平滑でない場合には削ったり、探触子をコンクリート面に配置するための接触媒質を塗布したりという手間が掛かり、評価に多大な時間と労力を必要とし、現時点におけるＰＣ構造物の総数を考慮すると、現実的な手法とは言えない。

特開２００５－２６５８１７号公報 特開２０１１－２１４６３号公報 特開２０１６－１１８４６６号公報

上記したように、従来より行われているＰＣグラウトの充填状態を非破壊的に評価して診断する手法は、いずれの手法を採用しても、測定に時間を要したり、高い精度での測定が難しいなどの問題点がある。

そこで、本発明は、測定に時間を要しない簡便な方法でありながら、高い精度でＰＣグラウトの充填状態を非破壊的に評価して診断することができるＰＣグラウト充填状態の非破壊診断方法を提供することを課題とする。

本発明者は、鋭意検討を行った結果、以下に記載する発明により上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成させるに至った。

請求項１に記載の発明は、
ＰＣ構造物に埋設されたシース内においてＰＣ鋼材の周囲に充填されたＰＣグラウトの充填状態を非破壊的に診断するＰＣグラウト充填状態の非破壊診断方法であって、
前記ＰＣ構造物のコンクリート表面への加振により生じた衝撃弾性波の振動波形を取得する振動波形取得ステップと、
取得された前記振動波形に基づいて、振動持続時間、周期および固有振動周波数の内の２つ以上を評価の指標として取得する評価指標取得ステップと、
取得された評価の指標に基づいて、ＰＣグラウトの充填状態を診断する充填状態診断ステップとを備えていることを特徴とするＰＣグラウト充填状態の非破壊診断方法である。

請求項２に記載の発明は、
前記充填状態診断ステップが、前記評価指標取得ステップにおいて取得された評価の指標の２つ以上を用いてＰＣグラウトの充填状態を診断する充填状態診断ステップであることを特徴とする請求項１に記載のＰＣグラウト充填状態の非破壊診断方法である。

請求項３に記載の発明は、
前記振動持続時間を評価の指標とした充填状態診断ステップが、前記振動持続時間が長いほど、ＰＣグラウトの充填状態が低いと診断することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のＰＣグラウト充填状態の非破壊診断方法である。

請求項４に記載の発明は、
前記周期を評価の指標とした充填状態診断ステップが、前記周期が長いほど、ＰＣグラウトの充填状態が低いと診断することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のＰＣグラウト充填状態の非破壊診断方法である。

請求項５に記載の発明は、
前記固有振動周波数を評価の指標とした充填状態診断ステップが、前記固有振動周波数が低いほど、ＰＣグラウトの充填状態が低いと診断することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のＰＣグラウト充填状態の非破壊診断方法である。

請求項６に記載の発明は、
前記振動持続時間として、前記ＰＣ構造物のコンクリート表面への加振開始から、前記振動波形の振幅が最大振幅から所定の振幅以下に収まるまでの経過時間を用いることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載のＰＣグラウト充填状態の非破壊診断方法である。

請求項７に記載の発明は、
前記経過時間が、前記振動波形の振幅が最大振幅の±１０％以下に収まるまでの経過時間であることを特徴とする請求項６に記載のＰＣグラウト充填状態の非破壊診断方法である。

請求項８に記載の発明は、
前記周期として、前記ＰＣ構造物のコンクリート表面への加振直後の振動波形に対して自己相関解析を施して得られた第一周期を用いることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載のＰＣグラウト充填状態の非破壊診断方法である。

請求項９に記載の発明は、
前記固有振動周波数として、取得された前記振動波形を周波数解析して得られた周波数分布より抽出された固有振動ピークの周波数を用いることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載のＰＣグラウト充填状態の非破壊診断方法である。

請求項１０に記載の発明は、
前記ＰＣ構造物のコンクリート表面への加振を、テストハンマを使用して行うことを特徴とする請求項１ないし請求項９のいずれか１項に記載のＰＣグラウト充填状態の非破壊診断方法である。

請求項１１に記載の発明は、
前記振動波形の取得を、ＡＥセンサを用いて行うことを特徴とする請求項１ないし請求項１０のいずれか１項に記載のＰＣグラウト充填状態の非破壊診断方法である。

請求項１２に記載の発明は、
ＰＣ構造物に埋設されたシース内においてＰＣ鋼材の周囲に充填されたＰＣグラウトの充填状態を非破壊的に面全体に亘って診断するＰＣグラウト充填状態の非破壊診断方法であって、
評価対象のＰＣ構造物の特定の面上に、所定の間隔で複数の測定点を設定する測定点設定ステップと、
各測定点への加振により生じた衝撃弾性波の振動波形を、各測定点毎に取得する振動波形取得ステップと、
取得された各振動波形に基づいて、各測定点毎に、振動持続時間、周期および固有振動周波数の内の２つ以上を評価の指標として取得する評価指標取得ステップと、
取得された評価の指標を、前記評価対象のＰＣ構造物の特定の面上にプロットする評価指標プロットステップと、
プロットされた評価の指標の相対的な変化に基づいて、前記評価対象のＰＣ構造物の特定の面上におけるＰＣグラウトの充填状態を診断する充填状態診断ステップとを備えていることを特徴とするＰＣグラウト充填状態の非破壊診断方法である。

請求項１３に記載の発明は、
前記充填状態診断ステップが、コンター図を作成してＰＣグラウトの充填状態を診断するステップであることを特徴とする請求項１２に記載のＰＣグラウト充填状態の非破壊診断方法である。

請求項１４に記載の発明は、
前記充填状態診断ステップが、取得された評価の指標を前記シースの各々について平均化して、各シース毎の評価の指標として、ＰＣグラウトの充填状態を診断するステップであることを特徴とする請求項１２に記載のＰＣグラウト充填状態の非破壊診断方法である。

本発明によれば、測定に時間を要しない簡便な方法でありながら、高い精度でＰＣグラウトの充填状態を非破壊的に評価して診断することができるＰＣグラウト充填状態の非破壊診断方法を提供することができる。

ＰＣ構造物の衝撃弾性波の振動持続時間とＰＣグラウトの充填状態との関係を説明する図である。 ＰＣ構造物の衝撃弾性波の周期とＰＣグラウトの充填状態との関係を説明する図である。 ＰＣ構造物の衝撃弾性波の固有振動周波数とＰＣグラウトの充填状態との関係を説明する図である。 ＰＣ構造物において取得された振動波形の一例を示す図である。 振動波形に対して自己相関解析を実施した結果の一例を示す図である。 固有振動周波数の取得を説明する図である。 本発明の実施例において作製されたＰＣコンクリート供試体の構成をイメージとして示した斜視図である。 図７に示したＰＣコンクリート供試体の側面側からの断面図である。 本発明の実施例で取得された衝撃弾性波の振動波形を示す図である。 本発明の実施例で測定された振動持続時間とＰＣグラウト充填率との関係を示す図である。 本発明の実施例において面的な診断測定を行った測定点を示す図である。 本発明の実施例において周期に基づいて面的に作成されたコンター図である。 本発明の実施例において固有振動周波数に基づいて面的に作成されたコンター図である。 本発明の実施例における評価ピーク周波数とＰＣグラウトの充填率との関係を示す図である。

以下、本発明を実施の形態に基づいて説明する。

［１］本発明の背景となる技術
最初に、本発明の背景となる技術について説明する。

本発明者は、前記課題の解決について鋭意検討する中で、ＰＣグラウトの充填状態は、以下に説明するように、衝撃弾性波の振動持続時間、周期および固有振動周波数のそれぞれと密接に相関しており、これらを評価の指標として用いることにより、ＰＣグラウトの充填状態を短時間に高い精度で評価できることを見出した。以下、振動持続時間、周期および固有振動周波数のそれぞれとＰＣグラウトの充填状態との関係について説明する。

１．振動持続時間
図１は、ＰＣ構造物の衝撃弾性波の振動持続時間とＰＣグラウトの充填状態との関係を説明する図であり、（ａ）はＰＣグラウトの充填率の程度により振動持続時間がどのように変化するかを示す図であり、（ｂ）は振動持続時間に差異が生じる理由を説明する図である。なお、図１（ｂ）において、１はＰＣ構造物、２はコンクリート、３はシース、４はＰＣ鋼材、５はＰＣグラウトである。そして、ここでは、理解を容易にするために、ＰＣグラウトの低い充填率としては０％を、高い充填率としては１００％を例にしている。

振動持続時間は、加振の開始から振動波形が一定の振幅に収まるまでの時間であり、図１（ａ）に示すように、充填率が低いと長くなる。これは、図１（ｂ）の右側に示すように、ＰＣグラウト５の充填率が低く（０％）、シース３の内壁とＰＣ鋼材４との間に空洞があると、コンクリート２の表面が振動しやすくなるため、ＰＣ構造物１において振動が長い時間持続するからである。

２．周期
図２は、ＰＣ構造物の衝撃弾性波の周期とＰＣグラウトの充填状態との関係を説明する図であり、（ａ）はＰＣグラウトの充填率の程度により周期がどのように変化するかを示す図であり、（ｂ）は周期に差異が生じる理由を説明する図である。

周期は振動波形において１サイクルの振動に要する時間であり、図２（ａ）に示すように、充填率が低いと長くなる。これは、図２（ｂ）の右側に示すように、ＰＣグラウト５の充填率が低く（０％）、シース３の内壁とＰＣ鋼材４との間に空洞があると、迂回した経路で振動が伝わり、反対側の面からの反射波の到達に時間が掛かるためである。

３．固有振動周波数
図３は、ＰＣ構造物の衝撃弾性波の固有振動周波数とＰＣグラウトの充填状態との関係を説明する図であり、（ａ）はＰＣグラウトの充填率の程度により固有振動周波数がどのように変化するかを示す図であり、（ｂ）は固有振動周波数に差異が生じる理由を説明する図である。

固有振動周波数は、外部から力を加えず自由に振動させたとき振動体が示す固有の振動周波数であり、図３（ａ）に示すように、充填率が低いと低周波側にシフトしてくる。これは、図３（ｂ）の右側に示すように、ＰＣグラウト５の充填率が低く（０％）、シース３の内壁とＰＣ鋼材４との間に空洞があると、コンクリート２の表面が低い周波数であっても振動しやすいからである。

上記のように、衝撃弾性波の振動持続時間、周期および固有振動周波数はＰＣグラウトの充填状態と関係しており、これらを評価の指標とすることにより、ＰＣグラウトの充填状態を精度高く評価して診断できることが分かった。そして、これらの評価の指標は、２つ以上を用いて総合的に判断することにより、さらに精度高く評価して診断でき好ましい。そして、これらの評価の指標は、１つの振動波形を得た後に解析方法を変えることにより算出することができるため、複数の指標を用いる場合であっても高速な測定が可能となり、短時間で、より精度高く評価して診断できることが分かった。

そして、本実施の形態に係る診断方法は、ＰＣグラウトの充填状態を非破壊的に評価することができるだけでなく、前記した従来の各診断法に比べて以下の利点がある。

即ち、広帯域超音波法などの超音波によるＰＣグラウト充填状態の診断方法の場合、コンクリート表面が平滑でない場合には表面を平滑に削る作業や、平滑な表面に探触子をコンクリート面に配置するための接触媒質を塗布する作業などの手間が掛かり、評価、診断に時間が掛かるが、本実施の形態は、センサを用いた打音検査で、センサを設置してから打撃迄数秒で診断を開始することができるため、高速な測定が可能となり、診断に要する時間を大幅に短縮することができる。

そして、衝撃弾性波法（インパクトエコー法）は、ＰＣグラウトの充填不良箇所とシース表面との繰り返し反射波による共鳴現象を捉えることにより、ＰＣグラウトの充填不良を診断するが、シース径が小さい場合やシースが深い箇所にある場合には、反射波の繰り返しが生じないために共振現象が起こらず、診断ができなかった。これに対して、本実施の形態によれば、各指標はＰＣグラウトの充填状態を含めたＰＣ構造物の振動特性を対象として、ＰＣグラウトの充填不足により形成された空洞部も含めたＰＣ構造物全体における弾性係数や密度の変化を各指標において捉えているため、繰り返し反射波による共振周波数を指標とするよりも、指標として安定しており、バラつきが小さく、精度高い診断を行うことができる。

また、衝撃弾性波法（打音振動法）は、ＰＣグラウトの充填不良を起こしたケーブルを特定することはできるが、具体的に充填されていない部分を特定することが困難な診断方法であった。これに対して、本実施の形態によれば、充填不足が生じている箇所を精度高く特定することができる。

さらに、本実施の形態に係る診断方法は、上記した各指標を面的に表示することにより、面全体を相対的に診断して、ＰＣグラウトの充填不良を特定することができる。

［２］本発明の実施の形態
次に、上記知見に基づいて行う本実施の形態に係るＰＣグラウト充填状態の診断方法について具体的に説明する。

本実施の形態においては、前記したように、ＰＣ構造物への加振により発生した衝撃弾性波の振動波形を取得し、取得された振動波形に基づいて、振動持続時間、周期および固有振動周波数を評価の指標として求めることにより、ＰＣグラウト充填状態を非破壊で診断している。具体的には、以下に示す各ステップに沿って、ＰＣグラウト充填状態の診断を行う。

１．振動波形取得ステップ
はじめに、ＰＣ構造物のコンクリート表面への打撃（加振）により発生した振動波形を取得する。

具体的には、診断対象のＰＣ構造物の施工コンクリートの表面の所定の箇所に、センサを取り付けた後、ハンマを用いて打撃することにより加振を加え、この加振に応じて生じた衝撃弾性波の振動波形をセンサにより取得する。

取得された振動波形の一例を図４に示す。なお、図４において、横軸は加振開始からの経過時間（Ｔｉｍｅ：１０^－３ｓ）、縦軸は振幅（Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ）である。なお、振幅は、最大振幅を１００％とした相対値で示されている。図４より、時間の経過に伴って振動が減衰していくことが分かる。

なお、打音に際して使用する治具としては、打音点検用に一般的に用いられており、重さも軽く、持ち運びに便利なテストハンマが好ましいが、プラスチックハンマ、ゴムハンマ、木ハンマ、鉄ハンマなど、対象に振動を与えることができて振動波形が取得可能なハンマであれば、テストハンマに替えて使用してもよい。また、ハンマに替えて、鉄球を用いて打音してもよい。

また、センサとしては、打撃により発生した振動を高精度で取得するという観点から、ＡＥ（Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ）センサを使用することが好ましいが、診断の精度によっては、振動を取得可能な加速度計などを用いてもよく、また、打撃音をマイクロフォンで取得してもよい。

２．評価指標取得ステップ
次に、上記で取得された振動波形に基づいて、振動持続時間、周期および固有振動周波数の内の少なくとも１つを評価の指標として取得する。

（１）振動持続時間の取得
振動持続時間は、上記したように、加振の開始から振動波形が一定の振幅以下に収まるまでの経過時間を求めて振動持続時間とする。

具体的には、図４に示すように、ＰＣ構造物のコンクリート表面への加振開始から、例えば、振動波形の振幅が最大振幅の±１０％以下となるまでの経過時間を求めて振動持続時間とする。

（２）周期の取得
周期は、上記したように、振動波形における１サイクルの振動に要する時間を求めて周期とする。

具体的には、図４に示すように、最初の振動サイクルにおいて振幅がピークとなった時点から次の振動サイクルにおいて振幅がピークとなるまでの時間を周期とする。

但し、振動波形が複雑でそのままでは周期を求めることが難しい場合には、取得された振動波形に対して自己相関解析を実施することにより、図５に示すようなシンプルな振動波形に変換して、その第一周期を用いてもよい。

（３）固有振動周波数の取得
固有振動周波数は、取得された振動波形を周波数解析することにより得ることができる。

具体的には、取得された振動波形に対して高速フーリエ変換（ＦＦＴ変換）などを用いて周波数解析を行って、図６に示すような周波数分布を取得する。なお、図６において、横軸は周波数（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ：Ｈｚ）、縦軸は規格化された振動の強度（Ｍａｇｎｉｔｕｄｅ）である。

図６に示すように、周波数分布には多くのピークが現れているが、通常は、予めしきい値として決められた強度（一般的には「０．５」に設定）を超える固有振動ピークの周波数の内、最小（最も低周波側）のピーク周波数を評価の指標に用いる固有振動周波数（評価ピーク周波数）とする。

３．充填状態診断ステップ
次に、上記で取得された各指標、振動持続時間、周期および固有振動周波数を用いて、ＰＣグラウトの充填状態を診断する。

具体的には、各指標は前記したように、ＰＣグラウトの充填状態とよい相関性を有しているため、診断対象となるＰＣ構造物におけるＰＣグラウトの充填状態を種々に変化させて予め取得された各指標と比較することにより、ＰＣグラウトの充填状態を定量的に診断することができる。

なお、診断にあたっては、上記した３つの指標のうち、少なくとも１つの指標に基づいて行えばよいが、２つ以上の指標に基づいて診断することにより、より精度の高い診断を行うことができる。このとき、各指標は、１つの振動波形から同時に取得することができるため、異なる指標の使用に際して、取得方法を変更して指標を取得する必要がなく、診断を短時間で完了することができる。

そして、これらの指標は、ＰＣグラウトの充填が不足することにより生じた空洞部も含めた全体の弾性係数、密度の変化を捉えた指標であるため、指標として安定しており、ばらつきが少なく、精度高い診断が可能となる。

そして、診断対象のＰＣ構造物において、振動波形を取得する位置（測定点）を、所定の間隔で複数設けて、各測定点における指標を、例えばコンター図（等値線図）として表して面的に表示することにより、ＰＣ構造物の全体におけるＰＣグラウトの充填状態を相対的に評価して、ＰＣグラウトの充填率が低い箇所を特定することができるため、ＰＣ構造物の全体におけるＰＣグラウトの充填率のバラツキを精度高く診断することができる。

以下、各指標に基づく診断について、具体的に実施例を挙げて説明する。

１．供試体の作製
診断に先だって、最初に、幅２０００×奥行１５００×高さ３００ｍｍの大きさのコンクリート製土台を作製した後、この土台の奥行中央部に、厚み４００×高さ１８００ｍｍの大きさのＰＣ構造物を作製し、コンクリート供試体とした。なお、ＰＣ構造物の厚み方向中央部には、ＰＣグラウトの充填不足を模擬したシースを挿通させた。

図７は、作製されたＰＣコンクリート供試体の構成をイメージとして示した斜視図であり、図８は側面側からの断面図である。図７、図８において、１１はＰＣコンクリート供試体であり、１２はＰＣ構造物、１３は土台である。

そして、Ａ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３はそれぞれＰＣ構造物１２の厚み方向中央部を幅方向に沿って挿通されたシースである。シースＡ１、Ａ２（内径３８ｍｍφ）内には、ＰＣ鋼棒（ＳＢＰＲ９３０／１１８０）（外径３２ｍｍφ）が挿通されており、Ａ１におけるＰＣグラウトの充填率は１００％、Ａ２におけるＰＣグラウトの充填率は０％とした。また、シースＢ１、Ｂ２、Ｂ３（内径８０ｍｍφ）内には、ＰＣ撚り線（１２ｓ１５．２（ＳＷＰＲ７ＢＬ））が挿通されており、Ｂ１におけるＰＣグラウトの充填率は１００％、Ｂ２におけるＰＣグラウトの充填率は５０％、Ｂ３におけるＰＣグラウトの充填率は０％とした。なお、２１は、それぞれ、ＰＣ構造物１２の内部に鉄筋に沿って形成された空洞（厚み５０×幅２００×高さ１５０ｍｍ）である。

２．実施例１（振動持続時間を指標とする診断）
本実施例では、振動持続時間を指標として、ＰＣグラウトの充填状態の診断が可能であることを確認した。

（１）振動波形の取得
ＰＣ構造物１２の面Ａ（図８）のＢ１、Ｂ２、Ｂ３に対応する箇所にセンサを設置し、その近傍を５回ずつ打撃して、振動波形を取得した。取得された振動波形を図９に示す。なお、図９において、横軸は振動開始からの経過時間（１０^－３ｓ）、縦軸は振幅（Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ）である。図９より、ＰＣグラウトの充填率が高い状態から低い状態になるにつれて、破線で囲まれているように、振動波形が長く続いている（振動持続時間が長い）ことが分かる。

（２）振動持続時間の取得
次に、取得された各振動波形に基づいて、各打撃における振動持続時間を求め、ＰＣグラウトの各充填率における振動持続時間の平均値を、ＰＣグラウトの充填率に対してプロットし、振動持続時間とＰＣグラウト充填率との関係を示す図１０を得た。なお、図１０においては、振動持続時間のバラツキを誤差棒（ＭＡＸとＭＩＮを結ぶ直線）として併せて記載している。

（３）ＰＣグラウト充填状態の診断
図１０より、振動持続時間とＰＣグラウト充填率との間にはＰＣグラウト充填率が高くなるに従い振動持続時間が短くなるという相関性があることが分かり、振動持続時間を指標として用いることにより、ＰＣグラウトの充填率を定量的に診断できることが確認できた。

３．実施例２（周期を指標とする診断）
本実施例では、振動波形における周期を指標として、ＰＣグラウトの充填状態の診断が可能であることを確認した。なお、ここでは、ＰＣ構造物について面的な診断を行った。

（１）振動波形の取得
図７および図８に示した供試体と同じＰＣコンクリート供試体１１を用い、図１１に○で示した箇所を測定点として、複数の振動波形を取得した。具体的な測定点は、各シースに対応する位置およびその中間位置では、間隔が２００ｍｍとなるように１１個の測定点を設けると共に、シースＡ１の上方およびシースＢ２の下方では１００ｍｍとなるように２１個の測定点を設けた。

（２）周期の取得
次に、各測定点において取得された各振動波形に基づいて、周期を求めた。次いで、得られた各周期（ｍｓ）を、水平位置を横軸、高さ位置を縦軸とするグラフ上の対応する位置にプロットし、コンター図を作成した。得られたコンター図を図１２に示す。

（３）ＰＣグラウト充填状態の診断
図１２より、ＰＣ鋼棒が挿通されたシースＡ１、Ａ２においては、ＰＣグラウト充填率が１００％から０％に減少すると、周期が長くなっている箇所が多く現れることが分かる。そして、ＰＣ撚り線が挿通されたシースＢ１、Ｂ２、Ｂ３においても、ＰＣグラウト充填率が１００％から５０％、０％と減少するにつれて、周期が長くなっている箇所が多く現れることが分かる。

以上の結果より、ＰＣ鋼棒、ＰＣ撚り線に関係なく、ＰＣグラウト充填率が低い箇所の周期は、ＰＣグラウト充填率が高い箇所と比較して明確に長くなる傾向となることが分かり、周期を指標として用いることにより、ＰＣグラウトの充填率を定量的に診断できることが確認できた。

４．実施例３（固有振動周波数を指標とする診断）
本実施例では、振動波形を周波数分析して得られる固有振動周波数を指標として、ＰＣグラウトの充填状態の診断が可能であることを確認した。なお、ここでは、実施例２と同様に、ＰＣ構造物について面的な診断を行った。

（１）振動波形の取得
本実施例において、振動波形としては、実施例２において取得された振動波形を用いた。

（２）固有振動周波数の取得
次に、各測定点において取得された各振動波形を周波数解析して、評価ピーク周波数を求めた。次いで、実施例２と同じように、得られた各評価ピーク周波数（Ｈｚ）を、水平位置を横軸、高さ位置を縦軸とするグラフ上の対応する位置にプロットし、コンター図を作成した。得られたコンター図を図１３に示す。

（３）ＰＣグラウト充填状態の診断
図１３より、ＰＣ鋼棒が挿通されたシースＡ１、Ａ２においては、ＰＣグラウト充填率が１００％から０％に減少すると、評価ピーク周波数が低い箇所が多く現れることが分かる。そして、ＰＣ撚り線が挿通されたシースＢ１、Ｂ２、Ｂ３においても、ＰＣグラウト充填率が１００％から５０％、０％と減少するにつれて、評価ピーク周波数が低い箇所が多く現れることが分かる。

以上の結果より、ＰＣ鋼棒、ＰＣ撚り線に関係なく、ＰＣグラウト充填率が低い箇所の評価ピーク周波数（固有振動周波数）は、ＰＣグラウト充填率が高い箇所と比較して明確に低くなる傾向となることが分かり、評価ピーク周波数（固有振動周波数）を指標として用いることにより、ＰＣグラウトの充填率を定量的に診断できることが確認できた。

次に、ＰＣ鋼棒やＰＣ撚り線が挿通されたシースが設置されているライン毎に、評価ピーク周波数の平均値を求め、ＰＣグラウトの充填率を横軸、評価ピーク周波数を縦軸とするグラフ上の対応する位置に○または△をプロットし、図１４を得た。なお、図１４においては、図１０と同様に、評価ピーク周波数のバラツキを誤差棒として併せて記載している。

図１４より、ＰＣ鋼棒が挿通されたシースにおいては、充填率が１００％の場合には５１４６Ｈｚ、０％の場合には４８０３Ｈｚとなっており、３４３Ｈｚの低下が見られることが分かる。そして、ＰＣ撚り線が挿通されたシースにおいては、充填率が１００％の場合には４９０６Ｈｚ、５０％の場合には４４６３Ｈｚ、０％の場合には４３７７Ｈｚとなっており、最大で５２９Ｈｚの低下が見られることが分かる。

以上より、上記のように複数点で平均化した値を評価の指標とすることで、施工のばらつきや、コンクリート骨材や鉄筋等のランダムな影響が平均化され、ＰＣグラウト充填不良の効果を明確に評価することが可能となり、また、面的な評価や平均化によって、ＰＣグラウト充填の診断をより精度よく行うことが可能となることが確認できた。

以上、本発明を実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではない。本発明と同一および均等の範囲内において、上記の実施の形態に対して種々の変更を加えることが可能である。

１、１２ ＰＣ構造物
２ コンクリート
３、Ａ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３ シース
４ ＰＣ鋼材
５ ＰＣグラウト
１１ ＰＣコンクリート供試体
１３ 土台
２１ 空洞

Claims (14)

1. ＰＣ構造物に埋設されたシース内においてＰＣ鋼材の周囲に充填されたＰＣグラウトの充填状態を非破壊的に診断するＰＣグラウト充填状態の非破壊診断方法であって、
   前記ＰＣ構造物のコンクリート表面への加振により生じた衝撃弾性波の振動波形を取得する振動波形取得ステップと、
   取得された前記振動波形に基づいて、振動持続時間、周期および固有振動周波数の内の２つ以上を評価の指標として取得する評価指標取得ステップと、
   取得された評価の指標に基づいて、ＰＣグラウトの充填状態を診断する充填状態診断ステップとを備えていることを特徴とするＰＣグラウト充填状態の非破壊診断方法。
2. 前記充填状態診断ステップが、前記評価指標取得ステップにおいて取得された評価の指標の２つ以上を用いてＰＣグラウトの充填状態を診断する充填状態診断ステップであることを特徴とする請求項１に記載のＰＣグラウト充填状態の非破壊診断方法。
3. 前記振動持続時間を評価の指標とした充填状態診断ステップが、前記振動持続時間が長いほど、ＰＣグラウトの充填状態が低いと診断することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のＰＣグラウト充填状態の非破壊診断方法。
4. 前記周期を評価の指標とした充填状態診断ステップが、前記周期が長いほど、ＰＣグラウトの充填状態が低いと診断することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のＰＣグラウト充填状態の非破壊診断方法。
5. 前記固有振動周波数を評価の指標とした充填状態診断ステップが、前記固有振動周波数が低いほど、ＰＣグラウトの充填状態が低いと診断することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のＰＣグラウト充填状態の非破壊診断方法。
6. 前記振動持続時間として、前記ＰＣ構造物のコンクリート表面への加振開始から、前記振動波形の振幅が最大振幅から所定の振幅以下に収まるまでの経過時間を用いることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載のＰＣグラウト充填状態の非破壊診断方法。
7. 前記経過時間が、前記振動波形の振幅が最大振幅の±１０％以下に収まるまでの経過時間であることを特徴とする請求項６に記載のＰＣグラウト充填状態の非破壊診断方法。
8. 前記周期として、前記ＰＣ構造物のコンクリート表面への加振直後の振動波形に対して自己相関解析を施して得られた第一周期を用いることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載のＰＣグラウト充填状態の非破壊診断方法。
9. 前記固有振動周波数として、取得された前記振動波形を周波数解析して得られた周波数分布より抽出された固有振動ピークの周波数を用いることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載のＰＣグラウト充填状態の非破壊診断方法。
10. 前記ＰＣ構造物のコンクリート表面への加振を、テストハンマを使用して行うことを特徴とする請求項１ないし請求項９のいずれか１項に記載のＰＣグラウト充填状態の非破壊診断方法。
11. 前記振動波形の取得を、ＡＥセンサを用いて行うことを特徴とする請求項１ないし請求項１０のいずれか１項に記載のＰＣグラウト充填状態の非破壊診断方法。
12. ＰＣ構造物に埋設されたシース内においてＰＣ鋼材の周囲に充填されたＰＣグラウトの充填状態を非破壊的に面全体に亘って診断するＰＣグラウト充填状態の非破壊診断方法であって、
    評価対象のＰＣ構造物の特定の面上に、所定の間隔で複数の測定点を設定する測定点設定ステップと、
    各測定点への加振により生じた衝撃弾性波の振動波形を、各測定点毎に取得する振動波形取得ステップと、
    取得された各振動波形に基づいて、各測定点毎に、振動持続時間、周期および固有振動周波数の内の２つ以上を評価の指標として取得する評価指標取得ステップと、
    取得された評価の指標を、前記評価対象のＰＣ構造物の特定の面上にプロットする評価指標プロットステップと、
    プロットされた評価の指標の相対的な変化に基づいて、前記評価対象のＰＣ構造物の特定の面上におけるＰＣグラウトの充填状態を診断する充填状態診断ステップとを備えていることを特徴とするＰＣグラウト充填状態の非破壊診断方法。
    
13. 前記充填状態診断ステップが、コンター図を作成してＰＣグラウトの充填状態を診断するステップであることを特徴とする請求項１２に記載のＰＣグラウト充填状態の非破壊診断方法。
14. 前記充填状態診断ステップが、取得された評価の指標を前記シースの各々について平均化して、各シース毎の評価の指標として、ＰＣグラウトの充填状態を診断するステップであることを特徴とする請求項１２に記載のＰＣグラウト充填状態の非破壊診断方法。

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