平成 20 年度アンカー工設置のり面の健全性評価に関する研究平成 2 1 年 5 月アンカー工設置のり面の健全性評価に関する研究プロジェクトチーム

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しじんいのら
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1 平成 20 年度アンカー工設置のり面の健全性評価に関する研究平成 2 1 年 5 月アンカー工設置のり面の健全性評価に関する研究プロジェクトチーム

2 目次 1. アンカー工設置のり面の健全性評価に関する研究の概要アンカー工設置のり面の実態アンカー工の実態とその特徴リフトオフ試験リフトオフ試験による残存荷重の確認リフトオフ試験結果と考察磁歪法によるアンカー軸力測定研究目的鋼材における残留応力と作用荷重について磁歪法の概要とアンカーヘッドの応力測定残留応力の測定載荷実験現場計測考察と今後の方向性モニタリングモニタリングの目的モニタリングの方法モニタリング箇所の選定モニタリング頻度と計測期間について問題点の整理と今後の検討課題地山の問題点と今後の課題アンカーの問題点と今後の課題

3 1. アンカー工設置のり面の健全性評価に関する研究の概要研究目的切土のり面の安定化工法としてアンカー工が多くののり面で採用されてきたがアンカー工が導入されて以来現在で 50 年近くが経過しアンカー工の腐食やのり面の劣化等の問題が発生しておりアンカー工設置のり面の健全性を評価することが重要な課題となってきている本研究では近畿圏におけるアンカー工設置のり面の実態把握や現地調査を実施しこの結果から課題を明らかにするとともにのり面の変状やアンカー緊張力の簡易なモニタリング手法の開発を進めるとともに実際のモニタリングなどを通じてアンカー工が設置されているのり面の健全性評価手法確立のための課題を明らかにすることを目的とする研究開発の目標 1アンカー工設置のり面の課題を明らかにしアンカー工の適切な設計条件を整理するとともに適切な点検手法の検討を行う 2のり面の変状や既設アンカーの緊張力を簡便にモニタリングする手法の開発を目指す 3これらの成果を活用したアンカー工設置のり面健全性評価手法確立に向けて検討を行う研究期間平成 20 年 4 月 ~ 平成 23 年 3 月研究体制研究代表者 : 都市安全センター特別研究員沖村孝 ( 神戸大学名誉教授 ) 参加大学 : 神戸大学 ( 沖村孝芥川真一 ) 近畿地整 : 道路部姫路河川国道事務所近畿技術事務所参加企業 : 西日本高速道路株式会社日特建設株式会社ライト工業株式会社応用地質株式会社株式会社ダイヤコンサルタント -1-

研究の背景グランドアンカ- 設計施工基準, 同解説 ; 地盤工学会が出版された平成 2 年以前に施工されたアンカー体 ( 以後旧タイプアンカーと呼ぶ ) は防食を重要視していなかったためアンカーの腐食劣化等によりアンカーが破損し飛び出し現象などが見られひいては交通障害を招くおそれがある特に鋼棒アンカーにおいてこの現象が顕著に見られる写真 1.

4 研究の背景グランドアンカ- 設計施工基準, 同解説 ; 地盤工学会が出版された平成 2 年以前に施工されたアンカー体 ( 以後旧タイプアンカーと呼ぶ ) は防食を重要視していなかったためアンカーの腐食劣化等によりアンカーが破損し飛び出し現象などが見られひいては交通障害を招くおそれがある特に鋼棒アンカーにおいてこの現象が顕著に見られる写真 1.1 は旧タイプ鋼棒アンカーが破損して抜け出している写真であるこのように破断とともに抜け出しひどい場合は飛び出して行く可能性を秘めているこれらのことから旧タイプアンカーが施工された斜面においては特に維持管理に注意が必要であり早期に危険なものを発見する手法の確立が望まれるまた旧タイプ以外のアンカーについても簡易な維持管理手法の確立が望まれる写真 1.1 破断したアンカーの状況 -2-

5 検討のフローチャート研究の流れを図 1.1 のフローチャートに示した近畿圏におけるアンカー工が設置されたのり面を抽出しその中からさらに平成 2 年以前に施工されたのり面を抽出してのり面の健全性を評価するための基礎データを収集したものである今後このデータに基づいてアンカーが設置されたのり面の健全性評価に向けて検討を行う予定である今回検討範囲アンカー工設置斜面の抽出平成 2 年以前か YES NO 磁歪法による軸力測定手法の検討法面の健全性評価を実施アンカー体の健全性評価地山の健全性評価 1 目視点検 2 頭部背面調査 3 リフトオフ試験 4 磁歪法による軸力測定 4 モニタリング 1 地表踏査 2 現地調査による確認物理探査ボーリング 3 変状観測 1 アンカー変状状況の確認 2 アンカー体の健全性確認リフトオフ試験による軸力測定磁歪法による軸力測定 1 斜面変状の確認 2 地質状況の確認 3 変状原因の推定 4 変状速度等の確認アンカー工が設置された法面の健全性の評価図 1.1 アンカー工設置のり面の健全性評価に関する研究のフローチャート -3-

6 2. アンカー工設置のり面の実態 2.1 アンカー工の実態とその特徴 2) ここでは平成 2 年以前の基準に基づいたアンカー ( 旧タイプアンカー ) が施工されて 2) いる A 地区と平成 2 年以降の基準に基づいて施工されている B 地区の調査結果に基づきそれぞれのアンカー工の実態とその特徴についてまとめるアンカーの健全性調査アンカーの健全性調査を行うにあたり健全性調査項目のうち特に次の項目に着目する 1 頭部背面調査 2リフトオフ試験表アンカーの健全性調査項目調査項目調査箇所着目点摘要頭部コンクリート浮き上がりクラック破損劣化落下目視による調査頭部キャップ破損変形劣化固定状況落下その他遊離石灰涌水頭部キャップ破損変形劣化固定状況パッキンの状況アンカー頭部詳細調査防錆油油漏れの痕跡量変質劣化頭部を露出させての調査テンドン ( 余長部 ) 引き込まれの有無腐食の状況傷破損 ( 断面欠損 ) 再緊張余長定着具支圧板その他腐食の状況浮き変形腐食の状況塗装の劣化背面からの湧水リフトオフ試験残存引張り力伸び特性頭部背面調査頭部背面構造背面部の環境テンドン防錆油防食機構止水性地下水の侵入土砂の混入腐食の状況傷破損油漏れの痕跡量変質劣化支圧板背面部変形破損クラック遊離石灰その他維持性能確認試験防錆油の試験モニタリング耐力伸び特性変色固化軟化残存引張り力グラウンドアンカー維持管理マニュアルより引用 1) -4-

頭部背面調査はヘッドキャップアンカー定着具を取り除いたアンカー背面の状況の調査を行うものであるテンドンの腐食状況傷破損背面部の環境防錆油の確認することを目的とする今回の調査対象である A 地区ではアンカー荷重を除荷して背面調査を行ったリフトオフ試験は直接油圧ジャッキにてアンカーを緊張して残存引張り力を確認するものである詳細は 4. リフトオフ試験に後述する 2.1.

7 頭部背面調査はヘッドキャップアンカー定着具を取り除いたアンカー背面の状況の調査を行うものであるテンドンの腐食状況傷破損背面部の環境防錆油の確認することを目的とする今回の調査対象である A 地区ではアンカー荷重を除荷して背面調査を行ったリフトオフ試験は直接油圧ジャッキにてアンカーを緊張して残存引張り力を確認するものである詳細は 4. リフトオフ試験に後述する頭部背面調査 (1)A 地区この地区の地形は既往地質図によると断層による変形地形であることが明らかである基盤岩は花崗閃緑岩からなる岩脈 ( 頁岩凝灰岩 ) であり終点側のり面最下段には硬質な岩盤が露出しているものののり面中腹部より上ではこの花崗閃緑岩起源のマサが多く認められているこの硬質な露岩部には湧水が認められることから断層による劣化ゾーンが断層と平行して発達し水みちとなっていることが予想されるまず A 地区のアンカー頭部背面の調査を実施するためにアンカー荷重の除荷を行ってアンカープレート背面の調査を実施した 1) コンクリートキャップ背面の状況 A 地区の総ネジ PC 鋼棒はアンカー頭部がコンクリートキャップで保護されているためリフトオフ試験に先立ってコンクリートキャップを取り壊し頭部背面調査を実施した写真頭部コンクリート除去後 -5-

8 間詰めモルタル写真アンカープレート背面吹付法枠工の箱抜きは塩ビパイプφ125を採用しており内部は間詰めモルタルが充填されていた調査を行った21 箇所においてすべて同様の状況であったアンカーテンドンアンカープレートナットともに表面に錆が見られるものの腐食が進行して断面欠損を起こしている箇所もなく比較的良好な状態であった -6-

2) 自由長部シースの状況内部の間詰めモルタル除去を行い湧水等の有無を確認した写真 2.1.

9 2) 自由長部シースの状況内部の間詰めモルタル除去を行い湧水等の有無を確認した写真間詰めモルタル除去後間詰めモルタル除去後の内部において特に湧水等が見られた箇所はない自由長部のシースはφ60のポリエチレン管でありシース内部には防錆油の付着が見られるものの内部が十分に充填されてはいないシース内部の充填不足は調査箇所すべてで同様であった (2)B 地区 B 地区はアンカー背面の自然斜面は約 40 程度以上の急斜面であり一部緩い沢地形を呈している基盤岩は粘板岩砂岩の互層である本斜面の特徴は表土が薄く緩みを生じた岩塊を主体とする崖錐堆積物が厚く分布することである B 地区のアンカー頭部背面の調査を実施するために受圧板頭部のコンクリート蓋を取り外してアンカー頭部の調査を行ったなおアンカー方式が荷重分散型を採用しているため除荷後の再緊張が不可能であり受圧板背面の調査は実施していない 1) アンカーヘッドの状況当該アンカー工法はアンカーヘッドに防錆油を充填したヘッドキャップを取り付けた構造を採用している磁歪法試験リフトオフ試験に先立って受圧板の頭部キャッ -7-

10 プとヘッドキャップを取り外して頭部背面調査を実施した写真受圧板のコンクリートキャップ写真アンカーヘッドキャップ -8-

11 写真ヘッドキャップ内の防錆油充填状況写真防錆油の充填が不足しているもの -9-

12 防錆油の充填状況については全体的にやや尐ない傾向にあり 2 箇所においては充填が不足していると判断したアンカープレートは酸化物の薄膜である不導体膜を形成し安定しているアンカーヘッドキャップは全数が健全であったまた受圧板頭部コンクリート蓋撤去に伴って蓋と受圧板本体の止水用ゴムパッキンの劣化が確認された試験終了後に今後の供用を考慮して全数のゴムパッキンの交換を行っている写真ゴムパッキンの劣化状況 -10-

13 写真ゴムパッキンの交換 2) 湧水の影響受圧板の表面を確認したところほとんどの受圧板の表面に湧水による白華現象が確認されたまた受圧板コンクリート蓋撤去時 5 基において受圧板内に外部からの侵入水の貯水を確認した ( アンカー番号 7,11,12,16,17) 図キャップ内部の湧水箇所 -11-

14 写真受圧板表面の白華現象平成 7 年の施工から約 14 年の年月の経過によりパッキンやシール材などの劣化が見られ外部からの侵入水が溜まるなどの現象が見られた受圧板表面の白華現象は劣化現象の兆候もしくは進行を裏付けるものであると言える 1. グラウンドアンカー維持管理マニュアル独立行政法人土木研究所社団法人日本アンカー協会共編 ;H20 2. グラウンドアンカー設計施工基準, 同解説社団法人地盤工学会 ;H2 3. グラウンドアンカー設計施工基準, 同解説社団法人地盤工学会 ;H12-12-

15 3. リフトオフ試験 3.1 リフトオフ試験による残存荷重の確認リフトオフ試験を実施してアンカーの残存荷重を確認する試験フィールドである A 地区 B 地区のアンカーテンドンの性状を勘案して試験を実施する試験方法リフトオフ試験は既存アンカーの残存荷重を確認することを目的として行う油圧ジャッキを使用しテンドン接続具を介してテンションバーを載荷する試験時の計測装置として荷重計変位計を使用しデジタルひずみ測定器にてデータの集積を行う油圧ポンプ写真油圧ジャッキ写真ラムチェア写真テンションバー -13-

16 写真試験装置写真リフトオフ試験状況 -14-

17 3.1.2 試験位置とアンカー諸元現場調査及び既存資料から推定されるアンカーの諸元とアンカー施工箇所を以下に示す (1)A 地区 A 地区のアンカー諸元は以下のように想定される表アンカー諸元 (A 地区 ) 総ネジPC 鋼棒 φ23mm 規格アンカー長 L=8.0~12.0m 自由長 Lf=5.0~9.0m 定着長 La=3.0m 荷重不明受圧構造物現場打ち吹付法枠工型式 F m 2.0m 許容最大設計アンカー力約 80kN 試験位置については試験初期の試験結果の大小により試験位置を決定することとし図の通り試験を実施した -15-

18 図試験位置図 (A 地区 ) -16-

19 (2)B 地区 B 地区のアンカー諸元は以下のように想定される表アンカー諸元 (B 地区 ) 規格 PC 鋼より線 φ12.7mm 4 本自由長 Lf=11.0m(14.0m) 定着長 La=6.0m(9.0m) アンカー長 L=17.0m(23.0m) () 内は最大荷重不明受圧構造物プレストレスコンクリート受圧板許容最大設計アンカー力 329kN 試験位置の決定についてはリフトオフ試験に先立って行った磁歪法の結果を参考に行った ( 図参照 ) -17-

20 図試験位置図 (B 地区 ) -18-

21 3.2 リフトオフ試験結果と考察リフトオフ試験結果の測定データの集計分析してアンカーの残存荷重を算出する試験本数は各地区において以下の様である A 地区 B 地区試験場所合計表試験本数試験本数 21 本 3 本 24 本アンカー残存荷重測定値である試験荷重とテンドン頭部変位量を荷重 - 変位量曲線として整理し曲線の変曲点を近似直線にて算出するリフトオフ荷重図荷重 - 変位量曲線 (I-8) 各試験アンカーにおける荷重 - 変位量曲線は添付資料を参照する -19-

3.2.2 リフトオフ試験の考察 (1)A 地区の考察 1) リフトオフ荷重の傾向 A 地区のリフトオフ試験荷重は約 25~80kN とバラツキのある結果となった特に最下段の I 列に大きい荷重が集中している吹付法枠工の許容応力が約 80kN であることから施工時に設計アンカー力で定着した荷重が残存しているのか定着後に荷重が増加したかの判断は難しいまた I

22 3.2.2 リフトオフ試験の考察 (1)A 地区の考察 1) リフトオフ荷重の傾向 A 地区のリフトオフ試験荷重は約 25~80kN とバラツキのある結果となった特に最下段の I 列に大きい荷重が集中している吹付法枠工の許容応力が約 80kN であることから施工時に設計アンカー力で定着した荷重が残存しているのか定着後に荷重が増加したかの判断は難しいまた I 列以外のリフトオフ試験荷重で25kN 程度のアンカー (B-8,H-8) は全体の平均に比べ荷重が低いことから荷重が減尐した可能性がある図リフトオフ荷重 (A 地区 ) 2) アンカーの引抜けに関する考察リフトオフ試験を行った結果 A 列のアンカー (A-3,7,8) の引き抜けが確認された特に A-7,8 については試験前の踏査結果より頭部コンクリートの浮き上がりが確認されていたもので結果としてアンカー本体の機能が確保できなかったアンカーが引き抜けた要因を特定するためには引き抜けたアンカーのテンドンを摘出するなどの追加調査を実施する必要があり現段階での要因は不明であるただし地質状況にもあるようにアンカー体設置地盤の一部が断層破砕帯付近に架かることから地質状況の把握も必要である -20-

23 写真頭部コンクリートキャップの浮き (2)B 地区の考察 B 地区は3 本の試験を実施して 3 本共ほぼ同等の残存荷重を確認した施工時の定着荷重を推定することはできないが施工後に荷重が大きくなった可能性は低くアンカーの機能に問題はないと思われる図リフトオフ荷重 (B 地区 ) -21-

24 < 引用文献 > 1. グラウンドアンカー維持管理マニュアル独立行政法人土木研究所社団法人日本アンカー協会共編 ;H20 2. グラウンドアンカー設計施工基準, 同解説社団法人地盤工学会 ;H2 3. グラウンドアンカー設計施工基準, 同解説社団法人地盤工学会 ;H12-22-

25 4. 磁歪法によるアンカー軸力測定 4.1 研究目的鋼材表面の応力状態を非破壊で計測する方法として磁歪法がある. この方法は橋梁 1) トンネル用鋼製支保工 2) などの鋼製部材の応力状態荷重状態を推定するために用いられてきた実績がありその有効性が確認されている. またナット型ヘッドを有するアンカー 3) にも適用されアンカー固定部の鋼製部材に発生する応力を計測しその結果から間接的に軸力を高精度 ( 推定誤差 5% 程度 ) で推定できることが確かめられている. ここではその手法を異なるタイプのアンカー固定部に対して適用しその軸力をどの程度の精度で推定できるかを確かめると共に現場における複数のアンカーにおいて現状の軸力を計測することを目的とした検討を実施した. 今回実際に測定を実施したのは測定が比較的やりやすい B 地区に施工されている PC 鋼より線アンカーについてである 4.2 鋼材における残留応力と作用荷重について図 4.1 にアンカー固定部の任意箇所に発生する応力の変化を時間軸との関係において示す. アンカー固定部などのあらゆる鋼製部品はその製造プロセスに依存する形で様々な大きさ分布を持つ残留応力 R を有している. それらが現場に搬入されアンカーに初期軸力が導入されると固定部には新たな応力増分 S1 が生じる. また供用後時間の経過と共に地すべり地震などの突発的事象アンカーや固定部 ( 鋼材およびコンクリート構造 ) に生じる劣化などを原因として応力には新たな増分 S2 が生じる可能性があるまた当然ながらこれらの変化は増分となるだけでなく減尐することも想定される -23-

26 応力 ( 地震などの突発的事象 ) 供用中の軸力変動による応力増分 :S2 初期導入軸力による応力増分 :S1 残留応力 :R 時間製造運搬現場での供用アンカー施工図 4.1 アンカー固定部の任意点における応力状態の変遷一般的にアンカーの軸力を高精度で推定するためには R が小さく軸力の導入やその変動に対する反応 S1 や S2 が大きく安定していることが望ましいここで行う検討はそれらに関する情報を入手し磁歪法を用いたアンカー軸力推定が対象となるアンカーのタイプに応じてどの程度の精度で実施できるかを確かめるものである 4.3 磁歪法の概要とアンカーヘッドの応力計測方法図 4.2 に示す磁歪センサ 2) 3) で鋼材表面の計測を実施するこのセンサを対象箇所に垂直に当てそれが作り出す磁場に対する鋼材表面の反応を読み取るこの反応は鋼材の応力状態に依存する電圧値としてアウトプットされる -24-

図 4.2 磁歪センサ ( 直径約 20mm) この際磁歪センサの方向 ( 図 4.

V k( 2 )cos2 1 ここで k は鋼材ごとに定義される材料物性 ( 透磁率 ) σ 1 σ 2 は被測定物に作用している主応力 θはプローブ方向とσ 1

合理化の必要性があるため本検討においては常にセンサの方向をアンカーの軸力が作用する方向と同一とすることとしたなお磁歪センサが検知する応力の情報は

27 図 4.2 磁歪センサ ( 直径約 20mm) この際磁歪センサの方向 ( 図 4.2 において太い線が見えている方向 ) が対象箇所の主応力状態に対してどのような角度になっているかによってアウトプットされる電圧値 V は以下の式で与えられる V k( 2 )cos2 1 ここで k は鋼材ごとに定義される材料物性 ( 透磁率 ) σ 1 σ 2 は被測定物に作用している主応力 θはプローブ方向とσ 1 とのなす角であるアンカー固定部の任意点において応力を計測する際には厳密にはこの計測時の方向性を考慮する必要があるが実験および現場計測の簡略化合理化の必要性があるため本検討においては常にセンサの方向をアンカーの軸力が作用する方向と同一とすることとしたなお磁歪センサが検知する応力の情報は励磁用コイルに流す電流の周波数に影響されるがここで用いたセンサ ( 直径 12mm 周波数 1kHz) の場合には鋼材表面からおよそ 0.23mm 程度の深さまでに存在する応力の平均値を電圧値としてアウトプットする仕様である図 4.3 磁歪センサの向きと主応力の関係 -25-

4.4 残留応力の測定図 4.4 に本検討で実施したアンカー固定部を示すくさび式のこのタイプにおいてはストランドが固定されるアンカーヘッドおよび軸力調整のために用いられるリングナットが計測の候補対象物となるアンカーヘッド ( 直径 92mm, 高さ 85mm) リングナット ( 外径 120mm, 高さ 55mm) くさび図 4.

28 4.4 残留応力の測定図 4.4 に本検討で実施したアンカー固定部を示すくさび式のこのタイプにおいてはストランドが固定されるアンカーヘッドおよび軸力調整のために用いられるリングナットが計測の候補対象物となるアンカーヘッド ( 直径 92mm, 高さ 85mm) リングナット ( 外径 120mm, 高さ 55mm) くさび図 4.4 アンカー固定部リングナットの残留応力リングナット側面の展開図を図 4.4 に示す磁歪センサで残留応力を計測するのは中央高さにおける 4 か所 (Center で表示 ) と下部の 4 か所 (Bottom で表示 ) としたこれらはそれぞれ 90 ずつ離れた場所としているまた計測はバラツキを平均化するためにそれぞれの場所で 2 回ずつ行った -26-

29 Voltage (V) Center リングナット表面の展開図 Bottom 図 4.5 リングナットの展開図と計測場所 1.5 リングナットの残留応力系列 1 系列 2 系列 3 系列 4 系列 5 系列 6 系列 7 系列 8 系列 9 系列図 4.6 リングナットの残留応力図 4.6 にリングナット 10 個 ( 系列 1 から 10) において行った残留応力の計測結果を電圧値として示すそれぞれのリングナットについて横軸の 1 番から 4 番が Center の 4 点 5 番から 8 番が Bottom の 4 点における 2 回の計測結果の平均値を示す系列 4 については計測作業中にセンサの向きを間違えたために符号が逆のデータが取られたようである残留応力に相当する電圧値は Center と Bottom の位置による差異はほとんどなくどちらの場所においても大きくばらつく傾向があるまたその値は概ね-0.2 から-1.7V 程度の範囲にばらつくことがわかる -27-

30 Voltage (V) 1.5 残留応力の平均値図 4.7 リングナットの残留応力の平均値図 4.7 にそれぞれのリングナットにおいて取り込んだすべての電圧値の平均値 (Center で 4 か所 Bottom で 4 か所を 2 回ずつ計測しているので合計 16 個のデータの平均値 ) を示す平均電圧は-0.5V から-1.3V 程度の範囲でばらついており個々のリングナットによって残留応力の値は大きく異なっていることが推察されるアンカーヘッドの残留応力くさびの力を直接受けるアンカーヘッドの端面において磁歪センサを充てることができる箇所を準備しセンサをアンカーヘッド中心に向けて残留応力を計測することとしたその場所を図 4.8 に示す -28-

Voltage (V) 磁歪センサで計測する 5 箇所図 4.8 アンカーヘッドにおける計測場所 1.50E+00 アンカーヘッドの残留応力 1.00E+00 5.00E-01 0.00E+00-5.

31 Voltage (V) 磁歪センサで計測する 5 箇所図 4.8 アンカーヘッドにおける計測場所 1.50E+00 アンカーヘッドの残留応力 1.00E E E E 系列 1 系列 2 系列 3 系列 4 系列 5 系列 6 系列 7 系列 8 系列 E E+00 図 4.9 アンカーヘッド端面における残留応力 -29-

32 Voltage (V) 1.50E+00 アンカーヘッド端面の残留応力 1.00E E E E E E+00 図 4.10 アンカーヘッド端面における残留応力の平均値図 4.9 に 9 個 ( 系列 1 から 9) のアンカーヘッド端面における残留応力の計測結果を示すまたそれぞれのアンカーヘッドにおける平均値を図 4.10 に示すこの場合は実験作業の時間的制約などから計測は 1 回ずつとしたリングナットに比べて残留応力の値はかなり小さいことがわかる -30-

33 4.5 載荷実験載荷フレームロードセル磁歪センサ図 4.11 軸力載荷装置 ( この写真は別のタイプのアンカーヘッドにおける実験の際に撮影したもの ) 図 4.11 に示す軸力載荷装置 ( 最大荷重 1500kN) を用いて実験を行った以下にリングナットにおける計測結果およびアンカーヘッド端面における計測結果を順に記述する -31-

34 4.5.1 リングナット側面における計測結果アンカーヘッドの浮き高さ :d 図 4.12 アンカーヘッドの浮き高さこのタイプのアンカーは軸力が低減した場合に最緊張ができるようにリングナットが備えられているものであるしたがって図 4.12 に示すようにアンカーヘッドを距離 d だけ浮かせた状態で使用されることもあるこの時 d の大きさに依存してリングナット側面の応力分布が影響を受けるため軸力載荷実験においては d の大きさを 3 通りとして実験を行ったその概要を表 4.1 に示すリングナットの番号 Nut 1 表 4.1 リングナットの載荷実験実験の内容載荷サイクル 1 まず d=25mm に設定する次に 0 から 250kN まで荷重をあげる軸力は 50kN ごとにホールドしリングナットの側面において Center Bottom の合計 8 か所において電圧値を計測するピーク荷重後は同様に 50kN ごとに荷重を下げそれぞれのレベルで計測を実施する -32-

35 Load (kn) 載荷サイクル 2 d=12.5mm にして同様の実験を行うこの際アンカーヘッドはサイクル 1 を終えた状態のもの ( くさびが食い込んでいるもの ) を使う載荷サイクル 3 d=0mm にしてサイクル 1 2 と同様の実験を実施するこの際アンカーヘッドはサイクル 1 2 を終えた状態のもの ( くさびが食い込んでいるもの ) を使う Nut 2 リングナットだけを交換して Nut 1 に対して実施したものと同様の実験を実施するアンカーヘッドはそのままのものを用いる図 4.13 に実験結果のまとめを示すここではそれぞれの荷重レベルで計測した Center Bottom の計測箇所における電圧値の平均値をプロットしているまた載荷と除荷のプロセスを区別するために載荷の最初のポイントに黒い矢印を示しているリングナットの載荷実験結果 Nut 1 d=25mm Nut 1 d=12.5mm Nut 1 d=0mm Nut 2 d=25mm Nut 2 d=12.5mm Nut 2 d=0mm Voltage (V) 0 図 4.13 リングナットの載荷実験結果 Nut 1 の結果においては浮き高さ d の値によって電圧値が尐しずつ小さくなっていることがわかるまたそれぞれの傾きは概ね等しいと考えてよいようであるまたこのナ -33-

36 ットについては残留応力の平均値が-0.5V 程度であったためその付近に集中した結果が出ている Nut 2 においては残留応力の平均値が-1V 程度であったため Nut 1 とは別の領域に電圧値のグラフが分布する結果となっている浮き高さ d の変化によって電圧値の反応が尐しずつ小さくなることまたそれらの傾きが全体的に同レベルの値であることがわかる全体を通じて載荷の最初に比べて除荷の最後のほうが電圧値が小さく ( 絶対値としては大きく ) なっており荷重に対するヒステリシスが出ているがこれは比較的小さい範囲にとどまっているリングナットにおいては残留応力の平均値が個体によって大きくばらつくため統一的な校正曲線 ( 荷重 vs 平均電圧関係式 ) を定義することは容易ではないことがわかるまたそれを定義する際には浮き高さ d を考慮する必要があることがわかるアンカーヘッド端面における計測結果リングナットを対象とした計測からその表面における残留応力が大きいことが分かったため固定部の他の計測候補地としてアンカーヘッド端面の 5 か所を選定しその場所に限定した計測を実施したその内容を表 4.2 示す表 4.2 アンカーヘッド端面の計測アンカーヘッド実験内容載荷サイクル 1 d=0mm としてリングナットは Nut 1 を使用するアンカーヘッドは新しいものを用いて 250kN までの上げ下ろしを行う計測は 50kN ピッチで実施する新しいアンカーヘッドを使用載荷サイクル 2 サイクル 1 でくさびはすでに食い込んだままになっているがそのまま同様の試験をサイクル 2 として実施する -34-

37 Load (kn) アンカーヘッド端面における反応 st cycle 2nd cycle Voltage (V) 0 図 4.14 アンカーヘッドの計測結果図 4.14 に計測結果を示す新しいアンカーヘッドに初めて載荷する形となる 1st cycle では小さな残留応力を有しているアンカーヘッドがリングナットよりも低い感度 ( 同様の荷重増加に対する電圧値の変動が尐ない ) で反応していることがわかるまた 2 nd cycle ではすでにくさびが食い込んだままとなっているためアンカーヘッドは周方向に引っ張り応力が作用したままの状態となっていることが推察される従ってそれを表している電圧値が荷重の増減にかかわらずほぼ一定値を示していることがわかる 4.6 現場計測結果図 4-5(B 地区 ) に示す 25 本のアンカーについて Center Bottom の合計 8 か所を計測したばらつきを考慮して計測は 2 回ずつ実施したのでそれぞれのアンカーについてリングナットから得た 16 個の電圧値の平均値を求めた結果を図 4.15 に示す -35-

38 Voltage (V) 0 現場計測結果 ( すべての平均値 ) 図 4.15 現場計測結果平均電圧は-0.1V から-1V 程度の間で大きくばらついている現場で確認したところ 3 番のアンカーについてはリングナットが手で回せる状態であったすなわちこのリングナットには荷重はかかっていなかった従って 3 番のアンカーについての計測結果は残留応力そのものであることになる後日確認したところこの現場においては所定の設計軸力を導入する際にアンカーヘッドの底面が直接基板プレートに接しており軸力導入を完了してからリングナットをおそらく人力で軽く締めただけであったと推定されるすなわち実験と対比した場合に d=0mm の設定であったと思われる浮き高さ d を 0mm にした実験において荷重が 250kN まで上げられた際に -0.3V 程度の変動が計測できることが確かめられているしかしながら残留応力の値がリングナットの個体ごとに大きくばらつくため一度の計測結果だけからそのアンカー軸力を推定することは困難であることが分かる表 4.3 にリフトオフ試験を行った結果と対応する電圧値を示しているがここに明確な相関が認められないのはそのためである表 4.3 リフトオフの結果との比較アンカー番号リフトオフの結果 (kn) 磁歪法による平均電圧 (V)

39 なお現場計測と室内実験の工程の制約から現場計測を先に実施したためアンカーヘッド端面における計測は現場において実施していない 4.7 考察と今後の方向性室内実験によって得られたデータからリングナットアンカーヘッドのそれぞれの荷重に対する反応を整理し磁歪法を用いた軸力推定に関する検討項目を表 4.4 にまとめた表 4.4 B 地区で用いられているタイプのアンカーを対象とした場合のまとめ検討項目リングナットアンカーヘッド残留応力 -0.5V から-1.3V の範囲で大きく 0 から-0.1V 以下の範囲に収まっばらつくている荷重に対する反応 0.1V の変動が荷重変動 69kN に 0.1V の変動が荷重変動 88kN に相当する相当する校正曲線個体ごとの残留応力のばらつきが大きいため統一的な校正曲線を作成することが困難個体ごとの残留応力のばらつきが小さいため統一的な校正曲線を作成することが可能残留応力のばらつきは大きいが荷重に対する感度は安定している従って初回の計測に過去の最大荷重に依存する形でくさびが食い込むためその後荷重が減尐した場合にそれが判注意点よって軸力を推定することはで定できない荷重の減尐がないきないが複数回の計測を実施ことが確認できれば磁歪法にすればその間の荷重変動を精度よく推定できる可能性が残っよる良好な測定対象箇所とすることができるているどのような状況においても初回の計測によってアンカー軸力を正確に推定できることが理想的であるしかしながらアンカー固定部の形状構造残留応力特性などが複合的に関係するためそれぞれのアンカータイプごとに長所短所が存在する B 地区の現場で使用されているくさび式リングナット付きアンカーの場合は表 4.4 に記述するような特徴を有しているためリングナットを計測対象とした場合は初回の計測での軸力推定は困難であるが次回以降の計測を実施すればその間の増分は推定できると考えられるまた荷重が減尐していないことを何らかの方法で確認できればアンカーヘッド端面を計測することによって初回の計測結果から軸力を推定できることになるまた荷重の増加減尐の判別ができない場合においてもアンカーヘッド端面を計測することでこれまでにアンカーに作用した最大荷重を推定できる可能性も認められる -37-

40 以上に述べたように磁歪法を用いた非破壊応力測定技術を利用することによりアンカーの軸力推定を実施できることがわかるアンカーはメーカーごとに軸力の固定方法が異なるためそれらの特徴を十分に理解することにより現状の状態あるいは過去に受けた最大の軸力などに関する有意義な情報を読み取ることができることがわかる今回の工程では現場計測が先行したためアンカーヘッド端面を対象とした計測を現場で実施していないがこの点は次年度以降の検討項目とすることが望まれる参考文献 1) 安福精一, 藤井堅, 末宗仁吉, 境禎明, 村井亮介, 池田誠, 黒瀬義幸 : 磁気を用いた鋼構造物の応力測定, 橋梁と基礎,6 月号,pp.33-38, ) 芥川真一, 太田道宏, 安原幸二, 大井健史, 志村常彰, 松岡敬 : 磁歪法を用いたトンネル用鋼製支保工の応力状態の計測, 土木学会論文集,No.805 号 /IV-67, pp , ) 芥川真一, 有村有紀, 中森絵美, 櫻井春輔, 馬場修二, 森聡 : 磁歪法を用いた PS アンカー軸力推定手法の提案と大規模地下空洞における検証例, 土木学会論文集, 部門 F, Vo.64, No.4, pp ,

41 5. モニタリングについて 5.1 モニタリングの目的 A 地区ではリフトオフ試験の結果最大荷重として 78.4kN が確認された当初設計の計算書及び施工当時の緊張定着荷重のデータが残っていないためフレームの鉄筋量から推定すると施工時のアンカー緊張力は 80kN 程度であったと思われる今回のリフトオフの結果から荷重が確認出来なかったものを含めて推定設計荷重の 70% 以下になっているものが大半であったこのため現状のアンカーに荷重計を設置し今後の荷重低下の状況を観測することにより荷重が低下した原因を究明出来ると考えモニタリングを実施することとしたなお B 地区についてはアンカーの形式上ヘッド部分のくさびの取り外しが出来ないためモニタリング計器設置が不可能でありモニタリング対象斜面から除外した 5.2 モニタリングの方法モニタリングを行う荷重計にはひずみゲージ式作動トランス式磁歪法油圧ディスク式のようなものが考えられる本調査ではこれらの内 kg と小型で軽量であるためのり面での作業が容易であること 2 価格的にも比較的安価であること 3 設置実績も多い 4 アンカーの種別を問わずに設置可能である等々の理由により油圧ディスク式を用いる事にした 5.3 モニタリング箇所の選定モニタリング箇所の選定に関してはリフトオフ試験の結果を踏まえてのり面の中央付近で断面方向の変化を観測するために設置し上段ののり面に対してはリフトオフ荷重が確認出来なかった C-10 のアンカーに再度荷重を掛けて経過観測を行うものとしたまた上段においてのり面の北側部 (C-4) の箇所は湧水も多く地山の劣化が推定されること鋼棒が短かったためにリフトオフ荷重も確認出来なかったことなどの理由から推定設計荷重程度まで荷重を掛けて経過観測を行うものとした荷重計を設置した箇所は図に示した通りである 5.4 モニタリングの頻度と計測期間モニタリングの頻度は基本的に 3 時間毎に設定し計測を行う期間は 2 年間とする頻度に関しては経過観測を行った上で変状の状況に応じて計測間隔を変更することもある -39-

42 6. 問題点の整理と今後の検討課題 6.1 地山の問題点と今後の課題ここでは切り土のり面で旧タイプのアンカーが施工されている A 地区について述べる本斜面の特徴は断層によって背面に分離面を有する地盤となっている点であるアンカーの機能としてはこの断層前面の劣化した土塊の安定性を確保することが目的であったと考えられるしかしながら終点側ののり裾には湧水がありこの地下水が断層に作用すると断層前面の土塊に対し不安定要因となる可能性が高い現状は目立った変状がないため安定性を損なうほどの影響は生じていないと考えられるがアンカー定着は一部断層破砕帯内にある可能性や地下水の影響による劣化が進行する地盤に施工されている可能性があるこのため現在の斜面の地質状況を詳細に調べるためにボーリングと弾性波探査を実施してのり面の地質的な特徴をつかんでおくことが望ましいただし対策工が既に施行されている斜面でありその計画に当たっては事前に十分な検討が必要である -40-

43 6.2 既設アンカーの問題点と今後の課題リフトオフ試験の結果からのり面最上段 (A 列 ) に施工されたアンカーは下記の様な状況であった A-3 ; 115kN から 120kN に載荷中に抜けてしまった A-7 ; 30kN から 35kN に載荷中に抜けてしまった A-8 ; 初期荷重 (20kN) まで載荷出来なかったこのように A 列のアンカーは全て想定の設計アンカー緊張力 (80kN) の 1.5 倍 ( 120kN) まで載荷出来ずに抜けてしまいアンカーの機能が果たせていないこれらのアンカーが抜けた原因は何かを確かめるためにアンカー鋼棒を引き抜き鋼棒が切れて抜けたためなのか鋼棒は切れずに定着部分の周面摩擦力が低下して抜けたためなのかを確かめる事を提案する引き抜き試験を行うことで以下の事が推察できる 1) 鋼棒が切断していた場合計画以上の荷重が作用して切断していれば設計の想定滑り力を見直す必要が有る鋼棒が何らかの原因で腐食して切断していたとすれば他のアンカーも今後腐食し切断する可能性があるため腐食の度合いを別途調査する必要が有る 2) 鋼棒が切れずに定着層の周面摩擦力が低下して抜けた場合定着層とした地層が断層破砕帯内にあれば元々周面摩擦力が足りなかった事になり安定計算を見直す必要が有る地層が風化したことにより当初設計の周面摩擦力以下に低下していれば他の段のアンカーの周面摩擦力もいずれ低下してのり面全体が不安定になる但し当該地区に於ける設計計算書や施工当時の緊張管理のデータ等が無いため設計を見直すことは実際上はかなり困難である今後の管理を進めていく上においても現状の地盤状況を把握した上で再度のり面の安定性検討を実施して健全性を確認することが望ましい -41-

Microsoft PowerPoint - 02 関（ＨＰ用）.pptx

Microsoft PowerPoint - 02 関（ＨＰ用）.pptx 高速道路におけるアンカーの維持管理の状況平成 25 年 7 月 30 日高速道路総合技術研究所 ( ) 関茂和内容 1. 高速道路におけるアンカーの施工実績 2. アンカーの損傷事例 3. 高速道路におけるアンカーの維持管理 3.1 点検 3.2 調査 3.3 まとめ 3.4 課題など 2 1. 高速道路におけるアンカーの施工実績 3 アンカー施工本数と高速道路延長 140,000 120,000

平成 20 年度 アンカー工設置のり面の健全性評価に関する研究 平成 2 1 年 5 月 アンカー工設置のり面の健全性評価に関する研究 プロジェクトチーム

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