JP5369027B2 - 土留構造物の安全性評価方法 - Google Patents

Description

本発明は、コンクリートパネルおよびパネルアンカーを用いて補強土工法により構築された土留構造物の安全性評価方法に関する。

従来から、土を盛り上げて、コンクリートパネルで表面付近の土がこぼれ落ちるのを防ぎながら、コンクリートパネルを順次積み上げて土留構造物を構築する補強土工法が知られている。このような補強土工法で構築された土留構造物は、通常の使用状態では、ひずみや荷重に大きな変化はないと考えられている。しかし、地震、集中豪雨などの自然災害発生後には、地盤が変形して、土留構造物のひずみや荷重の値が大きく変化することが予想される。

また、供用時においても、自動車や建物等の上載荷重、コンクリートパネルの背面の土の凍結により膨張圧力が生ずる凍上、地殻変動などにより、コンクリートパネルおよびパネルアンカーに荷重が生ずる恐れがある。

従って、これらの外的要因によるコンクリートパネルおよびパネルアンカーのひずみを定期的に測定することによって、補強土が大きな損傷を受ける前に、改修等の対策を講ずることが可能となり、予防保全に効果があると考えられる。

特開２００９−２８１１０４号公報 特開２００３−３３６２６１号公報

しかしながら、従来、日常的な点検を実施する際には、目視でひび割れやコンクリートパネル同士の段差を観察していたため、目で見て判別できる程度の大きさ、例えば、幅が０．２ｍｍ〜１ｍｍ以上のひび割れしか検知することができず、それ以下のひび割れは検知することができなかった。また、緊急点検を実施する場合は、上記以外に目地からの土の流出や、壁面全体の変形の有無を確認していたため、時間と手間がかかっていた。

また、使用限界状態の把握について、従来の技術では、目視で確認できる変化しか把握することができなかったため、定量的なデータを取得することができず、点検記録を効率的に維持管理に用いることができなかった。ここで、有線のひずみゲージを取り付ける手法では、コンクリートパネルからケーブルが露出するため、極端に構造物の美観を損なってしまう。さらに、ケーブルは経年劣化するため、長期間にわたる測定は困難である。

また、測定結果の記録方法について、紙などの媒体に出力することが一般的であった。例えば、橋梁などのＲＣ構造は、約５年周期で定期点検が行なわれる。その間、担当者の変更などにより点検記録が紛失する恐れがある。

また、緊急点検の迅速性については、目視による検知では、時間を要する上に、構造物の危険性を適切に評価することが容易ではない。

本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、簡易かつ迅速に土留構造物の点検を行なうことができる土留構造物の安全性評価方法を提供することを目的とする。

（１）上記の目的を達成するために、本発明は、以下のような手段を講じた。すなわち、本発明の土留構造物の安全性評価方法は、コンクリートパネルおよびパネルアンカーを用いて補強土工法により構築された土留構造物の安全性評価方法であって、前記コンクリートパネルにひずみを検出するコンクリートセンサを設置する工程と、前記コンクリートパネルに連結するパネルアンカーに土圧を検出する土圧センサを設置する工程と、前記コンクリートセンサおよび前記土圧センサの情報を収集し、ＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）方式でデータを出力するＲＦＩＤタグを前記コンクリートパネルに設置する工程と、ＲＦＩＤ方式で、前記ＲＦＩＤタグから測定値を取得する工程と、を少なくとも含むことを特徴とする。

このように、ＲＦＩＤ方式で、ＲＦＩＤタグから測定値を取得するので、測定時に結線等の作業が不要となり、作業効率が向上すると共に、コンクリートパネルの美観を維持することができる。さらに、長期間にわたる測定を行なうことができる。

（２）また、本発明の土留構造物の安全性評価方法において、前記ＲＦＩＤタグは、複数のチャネルで通信可能であり、前記コンクリートセンサと前記ＲＦＩＤタグとを電気的に接続する工程と、前記土圧センサと前記ＲＦＩＤタグとを電気的に接続する工程と、を更に含み、相互に異なるチャネルを用いたＲＦＩＤ方式で、前記コンクリートセンサおよび前記土圧センサの情報を収集することを特徴とする。

このように、ＲＦＩＤタグは、複数のチャネルで通信可能であり、コンクリートセンサとＲＦＩＤタグとを電気的に接続し、土圧センサとＲＦＩＤタグとを電気的に接続し、相互に異なるチャネルを用いたＲＦＩＤ方式で、コンクリートセンサおよび土圧センサの情報を収集するので、チャネル間の干渉を防止することができると共に、１回の測定作業で、コンクリートセンサおよび土圧センサの両方のセンサの情報を収集することが可能となる。これにより、測定作業の効率化を図ることが可能となる。また、コンクリートパネルの設置作業においても、モルタル埋設作業をすることなく、ケーブルの結線と防水処理を行なうだけで済むため、作業の効率化を図ることが可能となる。

（３）また、本発明の土留構造物の安全性評価方法は、前記コンクリートパネルに前記ＲＦＩＤタグの埋設スペースを予め設ける工程と、前記コンクリートセンサまたは前記土圧センサを前記ＲＦＩＤタグに接続する工程と、前記コンクリートパネル完成後、前記埋設スペースに前記ＲＦＩＤタグを埋設する工程と、を更に含むことを特徴とする。

このように、コンクリートパネルにＲＦＩＤタグの埋設スペースを予め設け、コンクリートセンサまたは土圧センサをＲＦＩＤタグに接続し、コンクリートパネル完成後、埋設スペースにＲＦＩＤタグを埋設するので、例えば、コンクリートパネルに土圧センサが設けられたパネルアンカーを連結するときに、土圧センサに予めケーブルを介して接続されたＲＦＩＤタグを埋設スペースに設置し、無収縮モルタル等を用いてＲＦＩＤタグを埋設することができる。これにより、現場での結線作業を行なう必要が無くなると共に、結線の不備による信号の減衰等の不具合を防止することができる。

（３）また、本発明の土留構造物の安全性評価方法は、土圧が最大となる高さのコンクリートパネルに前記コンクリートセンサを設置する工程と、前記土圧が最大となる高さのコンクリートパネルに連結するパネルアンカーに前記土圧センサを設置する工程と、を更に含むことを特徴とする。

このように、土圧が最大となる高さのコンクリートパネルにコンクリートセンサを設置し、また、土圧が最大となる高さのコンクリートパネルに連結するパネルアンカーに土圧センサを設置するので、効率よくコンクリートパネルの安全性を把握することができる。

（４）また、本発明の土留構造物の安全性評価方法は、隣接するいずれか２つの前記コンクリートセンサは、前記コンクリートパネル内に生じる応力が伝達する最大の距離だけ離れて設置されることを特徴とする。

このように、隣接するいずれか２つの前記コンクリートセンサは、前記コンクリートパネル内に生じる応力が伝達する最大の距離だけ離れて設置されるので、すべてのコンクリートパネルにコンクリートセンサを設置する場合と比較して、コスト削減に寄与すると共に、検知精度を確保することができる。

（５）また、本発明の土留構造物の安全性評価方法において、前記コンクリートセンサは、前記コンクリートパネルと前記パネルアンカーとの連結部近傍に設置されることを特徴とする。

このように、コンクリートセンサは、前記コンクリートパネルと前記パネルアンカーとの連結部近傍に設置されるので、効率よくコンクリートパネルの安全性を把握することができる。すなわち、コンクリートパネル内に生ずる引張応力は、パネルアンカーの連結部に集中するため、この近傍にコンクリートセンサを設置することによって、検知効率の向上を図ることが可能となる。

本発明によれば、ひずみデータの測定に際してはＲＦＩＤ方式で、ＲＦＩＤタグから測定値を取得するので、結線等の作業が不要となり、作業効率が向上すると共に、コンクリートパネルの美観を維持することができる。

本実施形態の概念を示す図である。 粘土地盤からなる土留構造物中の土圧分布を示す図である。 コンクリートセンサの取り付け位置の一例を示す図である。 コンクリートパネルを連接した様子を示す平面および断面の一例を示す図である。 （Ａ）コンクリートパネル内の応力分布を示す平面図である。（Ｂ）コンクリートパネル内の応力分布を示す断面図である。 ＲＦＩＤタグ５の設置方法を示す図である。 ＲＦＩＤタグ５の設置方法を示す図である。 ＲＦＩＤタグ５の設置方法を示す図である。 土留構造物の安全性評価方法を示すフローチャートである。

次に、本発明に係る実施形態について、図面を参照しながら説明する。図１は、本実施形態の概念を示す図である。土留構造物１は、補強土工法によって構築されている。すなわち、土１０を盛り上げて、コンクリートパネル３で表面付近の土がこぼれ落ちるのを防ぎながら、コンクリートパネル３にパネルアンカー２を連結して、これらを順次積み上げることで造られる。コンクリートパネル３の内部には、コンクリートセンサＳＰが設けられている。また、パネルアンカー２には、土圧センサＳＤが設けられている。これらのコンクリートセンサＳＰおよび土圧センサＳＤで検出した情報は、ＲＦＩＤタグ５に集められる。土留構造物１には、自動車や建物などの上載荷重がかかる。これにより、主動土圧Ｐがコンクリートパネル３にかかることとなる。このような外的要因によって、コンクリートパネル３内とパネルアンカー２のひずみを定期的に測定することで、予防保全を図る。

図２は、粘土地盤からなる土留構造物中の土圧分布を示す一例である。コンクリートパネル３にかかる土圧は、地質（砂、粘土など）、土質定数（粘着力c、せん断抵抗角φ、密度γ）、および上載荷重（宅地、車両、盛土など）によって大きく異なる。このため、土留構造物（垂直盛土壁など）の設計時には、これらの条件を考慮して、パネル厚、鉄筋数量、アンカーの種類と長さが定められる。図２に示す土圧分布では、盛土の状態によって、土圧の大きさ、最大土圧を示す高さが異なる。土圧が大きい位置に配置されるコンクリートパネル３は、厚さを増す、アンカーを太くする、アンカー鋼種に高強度品を用いる、などが設計要件となる。そして、これらを参考として、コンクリートセンサの取り付け位置を選定する。

図３は、コンクリートセンサの取り付け位置の一例を示す図である。コンクリートセンサを、すべてのコンクリートパネルに取り付ければ、多くのデータが得られることとなる。しかし、その反面、測定に時間を要すると共に、費用も増大する。このため、効率的な維持管理を行なうことが容易ではない。効率よく壁面の安全性を把握するためには、上記の通り、土圧が最も大きくなる高さを中心として測定するのが好ましい。

さらに、適度な間隔を隔てて上下左右方向にも測定を行なうことによって、壁面全体の安定性を把握できる。ここで、適度な間隔とは、測定する両側のコンクリートパネルの応力が伝達する限界の距離のことをいう。

図４は、コンクリートパネルを連接した様子を示す平面図および断面図である。図４に示すように、コンクリートパネルの連接面に凹凸がある場合、隣り合うコンクリートパネルには応力が伝達し、徐々に応力の伝達が減衰する。例えば、横方向間隔の上限としては、４列置き程度が目安となる。ただし、実際には上載荷重が一様であることは少ないため、現場の状況も考慮して測定位置を決定する必要がある。

図５の（Ａ）は、コンクリートパネル内の応力分布を示す平面図である。また、図５の（Ｂ）は、コンクリートパネル内の応力分布を示す断面図である。コンクリートパネル内の引張応力は、ジョイント部２ａ、３ａに集中する。従って、ジョイント部２ａ、３ａ近傍にコンクリートセンサを設置する。これにより、効率よくコンクリートパネルの安全性を把握することができる。

次に、コンクリートセンサＳＰおよび土圧センサＳＤと接続するＲＦＩＤタグ５の設置方法について説明する。図６から図８は、ＲＦＩＤタグ５の設置方法を示す図である。図６に示すように、コンクリートセンサＳＰと接続するＲＦＩＤタグ５は、コンクリートパネル３の製造時に予め、鉄筋やインサート等に緊結する、あるいはスペーサを使用するなどにより所定の位置に固定した後、コンクリートを打設することにより、コンクリートパネル３内の所定の位置に埋設する。ＲＦＩＤタグ５の設置位置としては、鉄筋よりもコンクリートパネル３の表側に近い位置、またはコンクリートパネル３内の鉄筋が配筋されない部分に設置することが好ましい。ＲＦＩＤタグ５内のアンテナが鉄筋の影響を受けないためである。

土圧センサＳＤと接続するＲＦＩＤタグ５の設置方法は、以下の２つの方法から選択することができる。すなわち、（１）図７に示すように、コンクリートパネル３内の所定の位置に埋設スペースをコンクリートパネル３の裏側に開口した状態で予め設けておき、コンクリートパネル３に土圧センサＳＤが設けられたパネルアンカー２を連結するときに、土圧センサＳＤにケーブルを介して接続されたＲＦＩＤタグ５を埋設スペースに設置し、無収縮モルタル等を用いて埋設する方法と、（２）図８に示すように、コンクリートパネル３内の所定の位置に埋設したＲＦＩＤタグ５から延長したセンサ接続用のケーブルの端子をコンクリートパネル３の裏面から出しておき、コンクリートパネル３に土圧センサＳＤが設けられたパネルアンカー２を連結するときに、土圧センサＳＤから延長したＲＦＩＤタグ接続用のケーブルの端子とセンサ接続用のケーブルの端子とを結線して防水処理を施す方法とである。

（１）の方法で、埋設スペースは、コンクリートパネル３の製造時に、コンクリートの打込み前に発泡スチロールやゴムなどの弾力性に富む物質を設置しておき、パネル製造後にこれを取り除くことで容易に形成できる。（１）の方法では、コンクリートセンサＳＰおよび土圧センサＳＤが各々別のＲＦＩＤタグ５に接続されることになる。したがって、各々のＲＦＩＤタグ５は、互いのアンテナの干渉を防ぐために、コンクリートパネル３内の離れた位置に設置することが好ましい。

（２）の方法では、複数チャンネルのＲＦＩＤタグ５を用いることにより、コンクリートセンサＳＰおよび土圧センサＳＤを共通のＲＦＩＤタグ５に接続することができる。この方法によれば、アンテナの干渉を防げると同時に、１回の測定作業で両方のセンサのデータを読み取ることができるので、測定作業の効率化が図れる。また、パネル設置作業においても、ケーブルの結線と防水処理を行うだけであり、モルタル埋設作業を要する（１）の方法よりも効率的な点で好ましい。一方、（１）の方法では、結線作業を伴わないので、結線の不備による信号の減衰等の問題を生じない点で優れる。

次に、以上のように構成された土留構造物の安全性評価方法について。図９に示すフローチャートを用いて説明する。土留構造物、例えば、垂直盛土壁が竣工し（ステップＳ１）、竣工検査を行なう（ステップＳ２）。ここでは、コンクリートパネルのひずみや、パネルアンカーの軸力の初期値を測定する。次に、ひずみや軸力が設計荷重以下であるかどうかを判断し（ステップＳ３）、設計値以下でない場合は、原因調査および対策工を行なって（ステップＳ４）、ステップＳ２に遷移する。一方、ステップＳ３において、設計値以下である場合は、供用とする（ステップＳ５）。

次に、地震や集中豪雨などの自然災害が発生すると（ステップＳ６）、緊急点検を行なう（ステップＳ７）。ここでは、コンクリートパネルのひずみや土圧センサの軸力の情報を測定する。そして、許容値以下であるかどうかを判断し（ステップＳ８）、許容値以下である場合は、ステップＳ１４へ遷移する。一方、ステップＳ８において、許容値以下でない場合は、交通規制や使用制限を行ない（ステップＳ９）、原因調査および対策工を行なって（ステップＳ１０）、再びコンクリートパネルのひずみおよび土圧センサの軸力の測定を行なって（ステップＳ１１）、ステップＳ１４へ遷移する。

一方、ステップＳ５において供用に付され、定期点検・日常管理を行ない（ステップＳ１２）、コンクリートパネルのひずみおよび土圧センサの軸力の測定を行なう（ステップＳ１３）。そして、許容値以下であるかどうかを判断し（ステップＳ１４）、許容値以下でない場合は、ステップＳ１０に遷移する。一方、許容値以下である場合は、それ以後の維持計画を策定し（ステップＳ１５）、ＲＦＩＤタグにデータを記録して（ステップＳ１６）、ステップＳ５に遷移する。なお、ステップＳ１５においては、点検頻度の増減、他の劣化要因の調査等の検討が行なわれる。

以上説明したように、本実施形態によれば、算出した土圧が最大となる高さのコンクリートパネルにひずみを検出するコンクリートセンサを設置すると共に、算出した土圧が最大となる高さのコンクリートパネルに連結するパネルアンカーに土圧を検出する土圧センサを設置するので、効率よくコンクリートパネルの安全性を把握することができる。また、ＲＦＩＤ方式で、ＲＦＩＤタグから測定値を取得するので、測定のための結線等の作業が不要となり、作業効率が向上すると共に、コンクリートパネルの美観を維持することができる。

１ 土留構造物
２ パネルアンカー
２ａ、３ａ ジョイント部
３ コンクリートパネル
５ ＲＦＩＤタグ

Claims (6)

1. コンクリートパネルおよびパネルアンカーを用いて補強土工法により構築された土留構造物の安全性評価方法であって、
   前記コンクリートパネルにひずみを検出するコンクリートセンサを設置する工程と、
   前記コンクリートパネルに連結するパネルアンカーに土圧を検出する土圧センサを設置する工程と、
   前記コンクリートセンサおよび前記土圧センサの情報を収集し、ＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）方式でデータを出力するＲＦＩＤタグを前記コンクリートパネルに設置する工程と、
   ＲＦＩＤ方式で、前記ＲＦＩＤタグから測定値を取得する工程と、を少なくとも含むことを特徴とする土留構造物の安全性評価方法。
2. 前記ＲＦＩＤタグは、複数のチャネルで通信可能であり、
   前記コンクリートセンサと前記ＲＦＩＤタグとを電気的に接続する工程と、
   前記土圧センサと前記ＲＦＩＤタグとを電気的に接続する工程と、を更に含み、相互に異なるチャネルを用いたＲＦＩＤ方式で、前記コンクリートセンサおよび前記土圧センサの情報を収集することを特徴とする請求項１記載の土留構造物の安全性評価方法。
3. 前記コンクリートパネルに前記ＲＦＩＤタグの埋設スペースを予め設ける工程と、
   前記コンクリートセンサまたは前記土圧センサを前記ＲＦＩＤタグに接続する工程と、
   前記コンクリートパネル完成後、前記埋設スペースに前記ＲＦＩＤタグを埋設する工程と、を更に含むことを特徴とする請求項１記載の土留構造物の安全性評価方法。
4. 土圧が最大となる高さのコンクリートパネルに前記コンクリートセンサを設置する工程と、
   前記土圧が最大となる高さのコンクリートパネルに連結するパネルアンカーに前記土圧センサを設置する工程と、を更に含むことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の土留構造物の安全性評価方法。
5. 隣接するいずれか２つの前記コンクリートセンサは、前記コンクリートパネル内に生じる応力が伝達する最大の距離だけ離れて設置されることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の土留構造物の安全性評価方法。
6. 前記コンクリートセンサは、前記コンクリートパネルと前記パネルアンカーとの連結部近傍に設置されることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の土留構造物の安全性評価方法。
   
   

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