JP6325940B2

JP6325940B2 - 空積み石垣変状計測装置及び方法

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Publication number: JP6325940B2
Application number: JP2014160423A
Authority: JP
Inventors: 博義笠; 毅西村; 山本　浩之; 浩之山本; 達明西形
Original assignee: Kansai University; Hazama Ando Corp
Current assignee: Kansai University; Hazama Ando Corp
Priority date: 2014-08-06
Filing date: 2014-08-06
Publication date: 2018-05-16
Anticipated expiration: 2034-08-06
Also published as: JP2016038247A

Description

本発明は、空積み石垣変状計測装置及び方法に関し、特に、城郭や社寺の空積み石垣など、伝統的工法で構築され文化財的価値の高い空積み石垣の変状の計測に使用する空積み石垣変状計測装置及び方法に関する。

わが国に現存する城郭石垣などの伝統的な空積み石垣は、その多くが築造から４００年以上を経過しており、経年劣化により、変状が進んでいる。また、これらの石垣は地震や豪雨などの自然災害によっても変形が顕在化している。このような石垣の変状により石垣の不安定化が進行した場合、安定性を向上させるために、補修が必要となる。
この種の石垣の補修に当たっては、石垣の変状を把握することが必要であり、この変状を計測するために、従来から、次のような方法が行われている。
（１）石垣前面にいくつかの測点を設け、光波測量などにより座標を求め、その移動量を求める。
（２）石垣の築石の割れやずれ、間詰め石の落下、石垣上端部や基礎部の沈下、亀裂など、石垣の周辺状況を、目視で、調査する。
（３）石材の表面にひずみゲージを貼り付け、石材自体に作用するひずみから応力状態を推定する。
また、本願出願人にあっては、従前、石垣の診断装置を特許文献１により提案している。この診断装置は、石垣表面から電磁波を送受信して石垣内部の状況を把握しようとするもので、この診断装置を用いた計測方法により、石垣に損傷を与えることなく、空洞の有無や範囲などを調査することができる。

特開２０００−３５２５０９公報

しかしながら、上記従来の空積み石垣の変状計測方法では、次のような問題がある。
（１）石垣の表面の測量や外観の観察では、石垣表面の変位、変形から間接的に石垣の内部状況を推定することとなり、直接、石垣の内部の変形状態やその量を把握することができない。石垣は築石部、栗石層、地山層の３層構造をなし、石垣の変形は栗石の沈下によるものや地山層のすべり変形などによるものが多数存在しており、石垣の表面からの調査では、石垣内部のどの部分に変状が発生したかを判断することができない。
また、このような石垣の目視による調査では、石垣内部の変形状態の変化が外見上の変位として顕在化した段階で初めて把握可能となるので、石垣内部の変状を早期に捉えることができない。石垣の適切な維持管理対策を講じるためにも、内部状況の早期の把握が求められる。
（２）ひずみゲージを用いて、石材自体に作用するひずみから応力状態を推定しようとする場合、石材の表面のひずみは、温度の影響を大きく受けること、石材の局所的な浮きや剥離、風化などの影響が大きいことなどから、構造体としての石垣の変形状態を把握することは難しい。
（３）石垣内部の電磁波による探査では、石垣背面の空洞の有無や地盤と栗石の構造などの内部状況は推定できるものの、石垣内部の変形状態を直接測定することができず、前述と同様に、変状箇所を特定することが難しい。

また、従来から、ロックボルトやアンカーにひずみゲージや応力計などを取り付けた計測装置を用いて地山内部の応力状態を計測する方法があり、本願出願人は、この方法を空積み石垣の変状の計測方法として着目した。しかしながら、この方法では、計測装置を地山に挿入し、その周辺（計測装置と地山の間隙）にセメントミルクなどを充填して地山と一体化することで計測を可能とするため、変状の計測や補修においてセメントなどの利用を大きく制約される文化財の石垣には適用することができない。また、この方法の場合、ロックボルトやアンカーを、施工機械を使って、石垣に挿入するため、施工機械の振動が石垣の安定性に大きく影響する懸念がある。

本発明は、このような従来の問題を解決するものであり、特に（１）石垣の経年劣化や地震、豪雨などの外的要因により変化する石垣の内部の変形状態を、直接、把握することができること、（２）石垣内部の変形状態が外見上には顕在化しない初期の段階から、石垣内部の変状を把握できること、（３）石垣の表面は直射日光などの影響で温度変化が（石垣の内部（奥）と比べて）大きいが、このような温度変化の影響を受けることなしに、石垣内部の変状を正確に計測できることなどを実現し、石垣内部に発生した変状を可及的に早い段階で正確に把握することのできる空積み石垣変状計測装置、及び石垣内部から直接データを取得し、石垣内部に発生した変状を可及的に早い段階で正確に把握することのできる空積み石垣変状計測方法を提供すること、を目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、背面地盤に沿って多数の裏栗石が介在され多数の築石が略階層状に積み上げられて構築された空積み石垣の変状を計測する空積み石垣変状計測装置であって、鉄筋、ステンレス鋼棒を含む金属棒材からなるモニタリング棒と、前記モニタリング棒の外周面に軸方向に向けて溝を形成され、当該溝内に所定の間隔で複数の箇所に取り付けられるひずみゲージ、及び前記各ひずみゲージに接続され、前記溝内に配線されて前記溝の一端側から引き出されるひずみゲージ用の複数の測定ケーブルと、前記モニタリング棒の溝内に適宜の位置の複数の個所に取り付けられ、石垣内部の温度を計測する複数の温度センサ、及び前記各温度センサに接続され、前記溝内に配線されて前記溝の一端側から引き出される温度センサ用の測定ケーブルと、前記溝内に充填され、前記溝内に前記各ひずみゲージ及び前記各温度センサを前記各測定ケーブルとともに封入し保護する封止樹脂からなる保護カバーとを備えて構成され、空積み石垣の築石間から当該石垣の内部に挿入して、石垣の内部の変状をモニタリングする、ことを要旨とする。
また、本装置は、次のような構成を備える。
（１）モニタリング棒は、空積み石垣の築石間の間隙から挿入可能な直径と、築石から背面地盤に近接する位置まで延びる長さを有する。
（２）モニタリング棒は、一端面が打撃用の面として形成され、外周面の一端側に各測定ケーブルの引き出し部が設けられる。
（３）ひずみゲージ、温度センサから得られた測定結果を保存するための記録装置を併せて備え、前記記録装置とひずみゲージ用、温度センサ用の各測定ケーブルがコネクタを介して着脱可能に接続される。

また、上記目的を達成するために、本発明は、背面地盤に沿って多数の裏栗石が介在され多数の築石が略階層状に積み上げられて構築された空積み石垣の変状を計測する空積み石垣変状計測方法であって、上記の装置を空積み石垣の築石間から石垣の内部へ打ち込み挿入して、石垣の内部に設置するステップと、前記装置の設置後、前記装置を、ひずみゲージ用、温度センサ用の各測定ケーブルにより、前記ひずみゲージ、温度センサで得られた測定結果を記録保存するための記録装置に接続して、前記記録装置に、モニタリング棒の各ひずみゲージのひずみ値、及び各温度センサの温度を記録し、当該記録された各温度に基づいて当該記録された前記各ひずみ値の温度補正を行った後の値を初期値とするステップと、前記初期値の取得後、一定期間毎に、及び／又は地震や雨を含む自然災害の発生によって石垣に変形が生じたときに、前記装置を、前記ひずみゲージ用、温度センサ用の各測定ケーブルにより、前記記録装置に接続して、前記記録装置に、前記モニタリング棒の前記各ひずみゲージのひずみ値、及び前記各温度センサの温度を記録し、当該記録された各温度に基づいて当該記録された前記各ひずみ値の温度補正を行った後の値と前記初期値又は前回測定時の値との差から前記モニタリング棒に生じた曲げひずみ分布を求めるステップと、前記曲げひずみ分布から前記モニタリング棒の変形量を算出し、この変形量を石垣の内部の変形量として、石垣の内部の変形状態を把握するステップとを有する、ことを要旨とする。
また、本方法は、石垣の積み直し工事に併用し、前記積み直し工事の施工過程での石垣の内部の荷重の変化を直接把握し、施工管理に適用する。

本発明の空積み石垣変状計測装置では、上記の構成により、本装置を空積み石垣の築石間から石垣の内部へ打ち込み挿入して石垣の内部に設置し、本装置に、ひずみゲージ用、温度センサ用の各測定ケーブルにより、記録装置を接続して、この記録装置に、モニタリング棒の各ひずみゲージのひずみ値及び各温度センサの温度を測定、記録し、各温度センサの温度に基づいて各ひずみゲージのひずみ値の温度補正を行った後の値を初期値とし、この初期値の取得後、一定期間毎に、及び／又は地震や雨を含む自然災害の発生によって石垣に変形が生じたときに、同様に、本装置に記録装置を接続して、この記録装置に、モニタリング棒の各ひずみゲージのひずみ値及び各温度センサの温度を測定、記録し、当該各ひずみ値の温度補正を行って得られた値と初期値又は前回測定時の値との差からモニタリング棒に生じた曲げひずみ分布を求め、この曲げひずみ分布からモニタリング棒の変形量を算出して、この変形量を石垣の内部の変形量として、石垣の内部の変形状態を把握することができる。
したがって、本装置によれば、次のような本発明独自の効果を奏する。
（１）石垣の経年劣化や地震、豪雨などの外的要因により変化する石垣の内部の変形状態を、直接、把握することができる。
（２）石垣内部の変形状態が外見上には顕在化しない初期の段階から、石垣内部の変状を把握することができる。
（３）石垣の表面は直射日光などの影響で温度変化が（石垣の内部（奥）と比べて）大きいが、このような温度変化の影響を受けることなしに、石垣内部の変状を正確に計測することができる。
以上により、石垣の内部に発生した変状を可及的に早い段階で正確に把握することができる。

本発明の空積み石垣変状計測方法では、本装置を空積み石垣の築石間から石垣の内部へ打ち込み挿入して石垣の内部に設置し、本装置に、ひずみゲージ用、温度センサ用の各測定ケーブルにより、記録装置を接続して、この記録装置に、モニタリング棒の各ひずみゲージのひずみ値及び各温度センサの温度を測定、記録し、各温度センサの温度に基づいて各ひずみゲージのひずみ値の温度補正を行った後の値を初期値とし、この初期値の取得後、一定期間毎に、及び／又は地震や雨を含む自然災害の発生によって石垣に変形が生じたときに、同様に、本装置に記録装置を接続して、この記録装置に、モニタリング棒の各ひずみゲージのひずみ値及び各温度センサの温度を測定、記録し、当該各ひずみ値の温度補正を行って得られた値と初期値又は前回測定時の値との差からモニタリング棒に生じた曲げひずみ分布を求め、この曲げひずみ分布からモニタリング棒の変形量を算出して、この変形量を石垣の内部の変形量として、石垣の内部の変形状態を把握する。
したがって、本方法によれば、次のような本発明独自の効果を奏する。
（１）石垣の内部から直接データを取得して、石垣の内部のひずみから変形状態を推定し、石垣の安定性を評価することができる。
（２）本装置の固定点を仮定することで、曲げひずみの分布状況からモニタリング棒のたわみ状況を把握することができ、直感的に、石垣の内部の荷重の作用状況を把握することができる。
（３）目視観察では評価できない変状でも早期に把握でき、適切な維持管理対策を早期に実施することができる。
（４）積み直し工事や新設石垣工事においては、石垣に作用する荷重の変化から、上載荷重が正しく作用するかどうかを確認することができ、施工管理に利用することができる。
以上により、石垣の内部に発生した変状を可及的に早い段階で正確に把握することができる。

本発明の一実施の形態における空積み石垣変状計測装置の構成を示す図（（ａ）は側面断面図（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ線断面図）本発明の一実施の形態における空積み石垣変状計測方法を示す図本方法において特に本装置（モニタリング棒）の設置方法を示す図本装置（モニタリング棒）の計測データ（ひずみ分布）の一例を示す図本装置（モニタリング棒（鉄筋））のひずみ値からモニタリング棒のたわみ量を求める計算式を説明するための図図４の本装置（モニタリング棒）の計測データからモニタリング棒のひずみ状況を計算した結果を示す図本装置についての精度確認試験の試験モデルとその結果を示す図本装置及び本方法を石垣の積み直し工事に適用した状態を示す図

次に、この発明を実施するための形態について図を用いて説明する。図１に空積み石垣変状計測装置を示している。

図１に示すように、空積み石垣変状計測装置Ｍ（以下、本装置Ｍという。）は、背面地盤に沿って多数の裏栗石が介在され多数の築石が略階層状に積み上げられて構築された空積み石垣、特に城郭や社寺の空積み石垣など、伝統的工法で構築され文化財的価値の高い空積み石垣の変状の計測に使用するもので、モニタリング棒１と、モニタリング棒１に取り付けられる複数のひずみゲージ２及び測定ケーブル３、複数の温度センサ４及び測定ケーブル５と、これらひずみゲージ２及び温度センサ４を各測定ケーブル３、５とともに保護する保護カバー６とを備えて構成される。

モニタリング棒１は、鉄筋、ステンレス鋼棒を含む金属棒材からなり、その外周面に軸方向に向けて溝１０が形成される。このモニタリング棒１は、空積み石垣前面の築石間の間隙から挿入可能な直径（この場合、２５ｍｍ程度）と、築石から背面地盤に近接する位置まで延びる長さ（この場合、モニタリング棒１の挿入端が背面地盤に達しない程度に背面地盤に近接する長さで、３ｍ又は２．５ｍ）を有する。溝１０はモニタリング棒１の表面に幅数ｍｍ（この場合、５ｍｍ程度）、深さ数ｍｍ（この場合、７ｍｍ程度）にして（溝１０の）両端がモニタリング棒１の両端に開口されずモニタリング棒１の両端付近で閉塞された断面四角形の溝として切削される。なお、本装置Ｍを仮設用とする場合、モニタリング棒１は鉄筋でよいが、長期用とする場合は、モニタリング棒１にステンレス鋼棒を使用することが好ましい。また、このモニタリング棒１は、一端面が打撃用の面１１として平坦状に形成され、外周面の一端側に各測定ケーブルの引き出し部１２が設けられる。

ひずみゲージ２は一般に知られている汎用品が採用される。複数のひずみゲージ２はモニタリング棒１の外周面の溝１０内の底部に所定の間隔（この場合、２０ｃｍ間隔）で複数の箇所（３ｍのモニタリング棒の場合、１４箇所、２．５ｍのモニタリング棒の場合、１２箇所）に接着剤により貼り付けられる。これらのひずみゲージ２にはそれぞれモニタリング棒１の長さよりも長い所定の長さを有する測定ケーブル３が接続され、各測定ケーブル３はモニタリング棒１の溝１０内に敷設配線されて溝１０の一端側の引き出し部１２から溝１０の外部に引き出され、外部に延長される。なお、各ひずみゲージ２の各測定ケーブル３は後述する記録装置７にコネクタ８を介して着脱可能に接続されるため、各測定ケーブル３の外部端には雄側のコネクタ８１が取り付けられる。

温度センサ４はひずみゲージ２の温度補正用で、ここでは熱電対が使用され、一般に知られている汎用品が採用される（以下、温度センサ４を熱電対４という。）。複数の熱電対４はモニタリング棒１の溝１０内の適宜の位置の複数の箇所に、この場合、溝１０の両端の底部に取り付けられる。各熱電対４にはそれぞれモニタリング棒１の長さよりも長い所定の長さを有する測定ケーブル５が接続され、各測定ケーブル５はモニタリング棒１の溝１０内に敷設配線されて溝１０の一端側の引き出し部１２から溝１０の外部に引き出され、外部に延長される。なお、各熱電対４の各測定ケーブル５は後述する記録装置７にコネクタ８を介して着脱可能に接続されるため、各測定ケーブル５の外部端には雄側のコネクタ８１が取り付けられる。

保護カバー６は封止樹脂からなり、モニタリング棒１の溝１０内に樹脂成形（樹脂封じ）により形成される。この場合、モニタリング棒１の溝１０内に各ひずみゲージ２及び各熱電対４が各測定ケーブル３、５とともに配置された状態（但し、溝１０の一端側の各測定ケーブルの引き出し部１２から各測定ケーブル３、５の外部端側が溝１０の外部に引き出された状態）から、この溝１０内に封止用の樹脂系材料が充填され、熱処理により硬化されて、モニタリング棒１の溝１０が各ひずみゲージ２、各熱電対４、及び各測定ケーブル３、５とともに樹脂封じされる。この樹脂封じ（保護カバー６）により溝１０内の各ひずみゲージ２、各熱電対４、及び各測定ケーブル３、５が保護される。

また、本装置Ｍは、ひずみゲージ２、熱電対４から得られた測定結果を記録保存するための記録装置７を併せて備え、この記録装置７にモニタリング棒１の各測定ケーブルの引き出し部１２から引き出されたひずみゲージ用、熱電対用の各測定ケーブル３、５にコネクタ８を介して着脱可能に接続される。この場合、記録装置７には１チャンネル方式のデータロガーが用いられ、一般に知られている汎用品が採用される（以下、記録装置７をデータロガー７という。）。このデータロガー７には測定ケーブル接続用の雌側のコネクタ８０が設けられており、ひずみゲージ用、熱電対用の各測定ケーブル３、５の各雄側のコネクタ８１がこの雌側のコネクタ８０に着脱可能に接続されるようになっている。本装置Ｍでは、モニタリング棒１の各箇所のひずみゲージ２でひずみ値を測定する毎に、また、両端の熱電対４で温度を測定する毎に、各測定ケーブル３、５を順次このデータロガー７にコネクタ８を介して接続し、モニタリング棒１の各箇所のひずみゲージ２のひずみ値、熱電対４の温度をデータロガー７に測定、記録する。なお、データロガーは多チャンネル方式のものであってもよく、この場合、多チャンネル方式のデータロガーに、ひずみゲージ用、熱電対用のすべての測定ケーブルを接続して、モニタリング棒の各箇所のひずみゲージ、熱電対の測定結果を記録するようにしてもよい。

本装置Ｍはこのように構成され、空積み石垣の築石間から当該石垣の内部に挿入して、石垣の内部の変状をモニタリングするのに使用される。
図２に本装置Ｍを用いた空積み石垣変状計測方法（以下、本方法という。）を示している。
図２に示すように、本方法は、次のステップ（１）−（４）に基づいて行われる。

ステップ（１）
まず、図２に示すように、本装置Ｍを空積み石垣の築石間から石垣の内部へ挿入して、石垣の内部に設置する。
この場合、本装置Ｍを石垣の各築石間の隙間に打撃により設置する。本装置Ｍのモニタリング棒１の一端面は、既述のとおり、打撃用の面１１として平坦状になっているので、本装置Ｍを他端から石垣面と直角の角度で築石間の隙間に入れ、打撃用の面１１をハンマーなどを用いて人力で少しずつ打ち込む。このとき、本装置Ｍの挿入長さは、予め別途行う目視観察やレーダー調査などによる結果を元に決定しておく。なお、この打ち込みに際し、モニタリング棒１が控え石などの大きな石材に当たった場合は、モニタリング棒１を打ち込みの場所を変えて打ち直す。また、この場合、モニタリング棒１の溝１０への雨水の浸入を防止するため、スパナやレンチなどを使って、図３に示すように、モニタリング棒１の溝１０の位置を真下に向けて調整する。このようにしてモニタリング棒１を石垣面に対して直角に向けて石垣の内部に設置する。

ステップ（２）
本装置Ｍを設置した後、本装置Ｍを、ひずみゲージ用、熱電対用の各測定ケーブル３、５により、データロガー７に接続して、このデータロガー７に、モニタリング棒１の各ひずみゲージ２のひずみ値、及び各熱電対４の温度を記録し、この記録された各温度に基づいて各ひずみ値の温度補正を行った後の値を初期値とする。
この場合、モニタリング棒１の溝１０内の各箇所のひずみゲージ２毎に、また、溝１０内の両端の熱電対４毎に、各測定ケーブル３、５の雄側のコネクタ８１を、データロガー７の雌側のコネクタ８０に接続して、このデータロガー７に、モニタリング棒１の溝１０内各箇所のひずみゲージ２のひずみ値、及び両端の熱電対４の温度を測定し、記録する。そして、この記録された両端の温度を基に各ひずみ値の温度補正を行った後の値を初期値とする。
なお、この初期値の測定を終了したら、データロガー７から測定ケーブル３、５を取り外して、データロガー７は適宜の保管場所に保管し、各測定ケーブル３、５のコネクタ８１は、降雨の影響などを受けないように、箱に入れるなどして確実に養生しておく。

ステップ（３）
初期値を取得した後、一定期間毎に、及び／又は地震や雨を含む自然災害の発生その他石垣の変動が生じ得る事象によって石垣に変形が生じたときに、本装置Ｍを、ひずみゲージ用、熱電対用の各測定ケーブル３、５により、データロガー７に接続して、このデータロガー７に、モニタリング棒１の各ひずみゲージ２のひずみ値、及び各熱電対４の温度を記録し、当該記録された各温度に基づいて当該記録された各ひずみ値の温度補正を行った後の値と初期値又は前回測定時の値との差から、モニタリング棒１に生じた曲げひずみ分布を求める。
この場合、ステップ（２）と同様に、モニタリング棒１の溝１０内の各箇所のひずみゲージ２毎に、また、溝１０内の両端の熱電対４毎に、各測定ケーブル３、５の雄側のコネクタ８１を、このデータロガー７の雌側のコネクタ８０に接続して、モニタリング棒１の溝１０内の各箇所のひずみの測定を行い、モニタリング棒１の溝１０両端の温度の測定を行って、測定されたデータをデータロガー７に記録する。ここで得られたひずみ値を両端の温度を基に温度補正を行った後の値と初期値又は前回測定時の値とを比較することで、モニタリング棒１に発生した曲げひずみ分布を求める。図４に計測データの一例を示している。なお、この測定データは石垣の解体時に計測されたデータの事例である。

ステップ（４）
そして、この曲げひずみ分布からモニタリング棒１の変形量を算出する。この場合、現場で想定される変形に関する境界条件の下で求められた曲げひずみ分布を積分してモニタリング棒１自体の変形量を算出する。この変形量は石垣構造の内部変形量と同等であるので、この変形量を石垣の内部の変形量として、石垣の内部の変形状態を把握する。

モニタリング棒（鉄筋）１のひずみ値からモニタリング棒のたわみ量を求める計算式は次のとおりである。
モニタリング棒１は純曲げ状態にあると仮定し、曲げによってモニタリング棒１の縁に発生するひずみ量をεとすると、
σ＝Ｍ／Ｗ（１）
σ＝Ｅ・ε （２）
ここに、σ：鉄筋の縁応力
Ｍ：鉄筋の曲げモーメント
Ｗ：鉄筋の断面係数（Ｗ＝πＤ³／３２，Ｄ：鉄筋の直径）
Ｅ：鉄筋の弾性定数
（１），（２）式からモニタリング棒に生じる曲げモーメントは次式で求められる。
Ｍ＝Ｅ・Ｗ・ε （３）
なお、実際のモニタリング棒では、図５に示すように、ひずみゲージがモニタリング棒に作成した溝の底部に取り付けられるため、式（３）に用いるひずみεの値として以下の値を用いることになる。
ε＝（ｄ／（ｄ−ｈ））・ε₀（４）
ここに、ｄ：鉄筋の半径，ｈ：溝の深さ，ε₀：実際のひずみ計測値
上記の方法でモニタリング棒の曲げモーメントが求められると、次式の鉄筋のたわみに関する微分方程式中のＭを用いることができる。
１／ρ＝ｄ²ｙ／ｄｘ²＝−Ｍ／（Ｅ・Ｉ）（５）
ここに、１／ρ：鉄筋の曲率，ｙ：たわみ，ｄｘ：鉄筋の長さ方向の微小長さ（ひずみゲージ間隔），Ｉ：鉄筋の断面２次モーメント
式（５）を積分（ゲージ間距離をｄｘとすることで数値積分）すると、たわみ角θが得られる。
θ＝ｄｙ／ｄｘ＝−∫［Ｍ／（Ｅ・Ｉ）］・ｄｘ＋Ｃ₁ （６）
式（６）のたわみ角を再度積分することで、モニタリング棒のたわみ量ｙを求めることができる。
ｙ＝−∬［Ｍ／（Ｅ・Ｉ）］・ｄｘ・ｄｘ＋Ｃ₁・ｘ＋Ｃ₂ （７）
式（６），（７）の積分定数Ｃ₁，Ｃ₂を決定しなければならないが、これにはモニタリング棒の端部における境界条件として、たわみ角θ＝０，たわみｙ＝０の条件を用いる。この境界条件を石垣の表面側のモニタリング棒の端部で与えるか、それとも奥側のモニタリング棒の端部で与えるかについては現場の状況を考慮して決定する。
図６に、図４のモニタリング棒１の計測データからモニタリング棒１のひずみ状況を計算した結果を示している。この事例では石垣前面側のモニタリング棒１の端部を固定点と仮定し、たわみ状況を推定している。

このようにステップ（４）により得られたモニタリング棒１の変形量は、石垣の内部の変形と等価であるので、このモニタリング棒１の変形量により石垣の内部の変形状態を知ることができ、これにより石垣の内部の変状を把握する。特に、モニタリング棒１の変形場所をたわみ計算により算出することで、石垣の内部の構造に変状が生じた場所を特定することが可能である。
そして、モニタリング棒１上部に積まれた石材や栗石の荷重から想定される変形量と実測により求められる変形量を比較することで、石垣の内部に異常な変形が生じていないか、また応力伝達が適切に行われているか否かを評価して、これを施工管理に適用する。
なお、本装置Ｍについて精度確認試験を室内で実施した。この試験では、図７（ａ）に示すように、本装置Ｍを用いて２点支持の梁モデル構造を作成し、その自由先端部に鉛直載荷した。そして、これにより得られた曲げひずみから鉛直変形量を計算した結果と理論値とを比較した。その結果を図７（ｂ）に示す。図７（ｂ）から明らかなように、両者の結果は良い一致を示しており、モニタリング棒１から得られた変形量は十分な精度を有していることが確認された。

このように本装置Ｍは、モニタリング棒１と複数のひずみゲージ２及び熱電対４を一体化したもので、本装置Ｍを空積み石垣の築石間から石垣の内部へ打ち込み挿入して石垣の内部に設置し、本装置Ｍに、ひずみゲージ用、熱電対用の各測定ケーブル３、５により、データロガー７を接続して、このデータロガー７に、モニタリング棒１の各ひずみゲージ２のひずみ値及び各熱電対４の温度を測定、記録し、各熱電対４の温度に基づいて各ひずみゲージ２のひずみ値の温度補正を行った後の値を初期値とし、この初期値の取得後、一定期間毎に、及び／又は地震や雨を含む自然災害の発生によって石垣に変形が生じたときに、同様に、本装置Ｍにデータロガー７を接続し、このデータロガー７に、モニタリング棒１の各ひずみゲージ２のひずみ値及び各熱電対４の温度を測定、記録して、当該各ひずみ値の温度補正を行って得られた値と初期値又は前回測定時の値との差からモニタリング棒１に生じた曲げひずみ分布を求めることができ、この曲げひずみ分布からモニタリング棒１の変形量を算出することで、この変形量を石垣の内部の変形量として、石垣の内部の変形状態を把握することができる。
したがって、本装置Ｍによれば、石垣の経年劣化や地震、豪雨などの外的要因により変化する石垣の内部の変形状態を、直接、把握することができる。また、石垣内部の変形状態が外見上には顕在化しない初期の段階から、石垣内部の変状を把握することができる。さらに、石垣の表面は直射日光などの影響で温度変化が（石垣の内部（奥）と比べて）大きいが、このような温度変化の影響を受けることなしに、石垣内部の変状を正確に計測することができる。
以上により、石垣の内部に発生した変状を可及的に早い段階で正確に把握することができる。

また、本方法では、本装置Ｍを用い、本装置Ｍを空積み石垣の築石間から石垣の内部へ打ち込み挿入して石垣の内部に設置し、本装置Ｍに、ひずみゲージ用、熱電対用の各測定ケーブル３、５により、データロガー７を接続して、このデータロガー７に、モニタリング棒１の各ひずみゲージ２のひずみ値及び各熱電対４の温度を測定、記録し、各熱電対４の温度に基づいて各ひずみゲージ２のひずみ値の温度補正を行った後の値を初期値とし、この初期値の取得後、一定期間毎に、及び／又は地震や雨を含む自然災害の発生によって石垣に変形が生じたときに、同様に、本装置Ｍにデータロガー７を接続して、このデータロガー７に、モニタリング棒１の各ひずみゲージ２のひずみ値及び各熱電対４の温度を測定、記録し、当該各ひずみ値の温度補正を行って得られた値と初期値又は前回測定時の値との差からモニタリング棒１に生じた曲げひずみ分布を求め、この曲げひずみ分布からモニタリング棒１の変形量を算出して、この変形量を石垣の内部の変形量として、石垣の内部の変形状態を把握するので、本装置Ｍを石垣の内部に設置するだけで石垣の内部から直接データを取得して、石垣の内部のひずみから変形状態を推定し、石垣の安定性を評価することができる。また、本装置Ｍの固定点を仮定することで、曲げひずみの分布状況からモニタリング棒１のたわみ状況を把握することができるため、直感的に、石垣の内部の荷重の作用状況を把握することができる。さらに、目視観察では評価できない変状でも早期に把握できるため、適切な維持管理対策を早期に実施することができる。
以上により、石垣の内部に発生した変状を可及的に早い段階で正確に把握することができる。

本装置Ｍ及び本方法は、石垣の積み直し工事に併用し、この積み直し工事の施工過程での石垣の内部の荷重の変化を直接把握し、施工管理に適用することで、石垣の積み直しの施工を適切に行うことができる。本装置Ｍ及び本方法を石垣の積み直し工事に用いる場合、上記ステップ（１）−（４）により次のような手順となる。
まず、石垣の積み直し過程での本装置Ｍによる計測位置（高さなど）を予め決めておき、石積みが当該計測位置に達した段階で、本装置Ｍを敷設する（ステップ（１））。この場合、図８に示すように、本装置Ｍの一端を築石間の隙間に固定し、本装置Ｍの軸心を石垣面に対して直角の角度にして、他端を背面地盤に向けて延ばす。そして、本装置Ｍの周辺に粒径の比較的小さい栗石を静かに詰めて充填する。
本装置Ｍの設置が終了した段階で、本装置Ｍを、ひずみゲージ用、熱電対用の各測定ケーブル３、５により、データロガー７に接続して、このデータロガー７に、モニタリング棒１の各ひずみゲージ２のひずみ値、及び各熱電対４の温度を記録し、この記録された各温度に基づいて各ひずみ値の温度補正を行った後の値を初期値とする（ステップ（２））。
初期値を取得した後、一定期間毎に、及び／又は地震や雨を含む自然災害の発生その他石垣の変動が生じ得る事象によって石垣に変形が生じたときに、同様に、本装置Ｍをデータロガー７に接続して、このデータロガー７に、モニタリング棒１の各ひずみゲージ２のひずみ値、及び各熱電対４の温度を記録する。ここで得られたひずみ値を両端の温度を基に温度補正を行った後の値と初期値又は前回測定時の値とを比較することで、モニタリング棒１に発生した曲げひずみ分布を求める（ステップ（３））。
そして、この曲げひずみ分布からモニタリング棒１の変形量を算出する（ステップ（４））。この場合、現場で想定される変形に関する境界条件の下で求められた曲げひずみ分布を積分して、モニタリング棒１それ自体の変形量を算出する。モニタリング棒１の変形量は石垣の内部の変形と等価であるので、これにより石垣の内部の変形状態を知ることができる。特に、モニタリング棒１の変形場所をたわみ計算により算出することで、石垣の内部の構造に変状が生じた場所を特定することができる。
このようにしてモニタリング棒１上部に積まれた石材や栗石の荷重から想定される変形量と実測により求められる変形量を比較することで、石垣の内部に異常な変形が生じていないか、また応力伝達が適切に行われているか否かを評価して、施工管理に適用する。
このように積み直し工事においては、石垣に作用する荷重の変化から、上載荷重が正しく作用するかどうかを確認することができ、積み直しの施工管理に利用することができる。
なお、本装置及び本方法は、新設石垣工事においても上記と同様に用いることができ、上記と同様の効果を得ることができる。

Ｍ空積み石垣変状計測装置（本装置）
１モニタリング棒
１０溝
１１打撃用の面
１２各測定ケーブルの引き出し部
２ひずみゲージ
３測定ケーブル
４温度センサ（熱電対）
５測定ケーブル
６保護カバー
７記録装置（データロガー）
８コネクタ
８０雌側のコネクタ
８１雄側のコネクタ

Claims

背面地盤に沿って多数の裏栗石が介在され多数の築石が略階層状に積み上げられて構築された空積み石垣の変状を計測する空積み石垣変状計測装置であって、
鉄筋、ステンレス鋼棒を含む金属棒材からなるモニタリング棒と、
前記モニタリング棒の外周面に軸方向に向けて溝を形成され、当該溝内に所定の間隔で複数の箇所に取り付けられるひずみゲージ、及び前記各ひずみゲージに接続され、前記溝内に配線されて前記溝の一端側から引き出されるひずみゲージ用の複数の測定ケーブルと、
前記モニタリング棒の溝内に適宜の位置の複数の個所に取り付けられ、石垣内部の温度を計測する複数の温度センサ、及び前記各温度センサに接続され、前記溝内に配線されて前記溝の一端側から引き出される温度センサ用の測定ケーブルと、
前記溝内に充填され、前記溝内に前記各ひずみゲージ及び前記各温度センサを前記各測定ケーブルとともに封入し保護する封止樹脂からなる保護カバーと、
を備えて構成され、
空積み石垣の築石間から当該石垣の内部に挿入して、石垣の内部の変状をモニタリングする、
ことを特徴とする空積み石垣変状計測装置。
モニタリング棒は、空積み石垣の築石間の間隙から挿入可能な直径と、築石から背面地盤に近接する位置まで延びる長さを有する請求項１に記載の空積み石垣変状計測装置。
モニタリング棒は、一端面が打撃用の面として形成され、外周面の一端側に各測定ケーブルの引き出し部が設けられる請求項１又は２に記載の空積み石垣変状計測装置。
ひずみゲージ、温度センサから得られた測定結果を保存するための記録装置を併せて備え、前記記録装置とひずみゲージ用、温度センサ用の各測定ケーブルがコネクタを介して着脱可能に接続される請求項１乃至３のいずれかに記載の空積み石垣変状計測装置。
背面地盤に沿って多数の裏栗石が介在され多数の築石が略階層状に積み上げられて構築された空積み石垣の変状を計測する空積み石垣変状計測方法であって、
請求項１に記載の装置を空積み石垣の築石間から石垣の内部へ打ち込み挿入して、石垣の内部に設置するステップと、
前記装置の設置後、前記装置を、ひずみゲージ用、温度センサ用の各測定ケーブルにより、前記ひずみゲージ、温度センサで得られた測定結果を記録保存するための記録装置に接続して、前記記録装置に、モニタリング棒の各ひずみゲージのひずみ値、及び各温度センサの温度を記録し、当該記録された各温度に基づいて当該記録された前記各ひずみ値の温度補正を行った後の値を初期値とするステップと、
前記初期値の取得後、一定期間毎に、及び／又は地震や雨を含む自然災害の発生によって石垣に変形が生じたときに、前記装置を、前記ひずみゲージ用、温度センサ用の各測定ケーブルにより、前記記録装置に接続して、前記記録装置に、前記モニタリング棒の前記各ひずみゲージのひずみ値、及び前記各温度センサの温度を記録し、当該記録された各温度に基づいて当該記録された前記各ひずみ値の温度補正を行った後の値と前記初期値又は前回測定時の値との差から前記モニタリング棒に生じた曲げひずみ分布を求めるステップと、
前記曲げひずみ分布から前記モニタリング棒の変形量を算出し、この変形量を石垣の内部の変形量として、石垣の内部の変形状態を把握するステップと、
を有する、
ことを特徴とする空積み石垣変状計測方法。
石垣の積み直し工事に併用し、前記積み直し工事の施工過程での石垣の内部の荷重の変化を直接把握し、施工管理に適用する請求項５に記載の空積み石垣変状計測方法。