JP7212881B2 - 土留構造物の安全性評価方法および腐食センサ - Google Patents

Description

本発明は、補強材を用いて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、壁面パネルで表面付近の土がこぼれ落ちるのを防ぎながら、壁面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。補強土工法で構築された補強土壁は、壁面材、補強材および盛土材によって構成されている。壁面を構成している壁面パネルと、盛土内に設置した補強材などの補強領域とからなっており、補強領域の安定は、盛土材と補強材との間に働く抵抗力によって保たれている。

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、壁面パネルの背面の土の凍結により膨張圧力が生ずる凍上、地殻変動により、壁面パネルおよび補強材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壁面パネルおよび補強材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るため、予防保全に効果があると考えられており、ひずみの測定に関する技術が提案されている。このように、土留構造物において、補強領域の状態を把握することは非常に重要である。また、補強材としてロックボルトを用いて斜面の安定性を高める工法も用いられている。

一方、土留構造物においては、土壌内に、土壌の風化等や雨水等の腐食因子が流入することにより、長期にわたる共有化で、補強材の腐食が懸念されている。通常、補強材に亜鉛メッキ等を施して、防錆する方法が用いられている。

特開２００９－２８１１０４号公報 特開２００３－３３６２６１号公報

しかしながら、補強材に亜鉛メッキ等を施して防錆する方法は、防錆の効果は永久的なものではない。また、補強材に腐食が発生した場合であっても、盛土内に埋設されているため、目視で確認することはできず、発見された場合または発見できる状態となった場合には、補強土壁としての構造耐力を維持することが困難となり大規模な補修工事が必要となる場合がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、土留構造物を破壊することなく、早期に補強材および補強材周辺の腐食環境および防錆状況を把握し、適切でかつ効率的に維持管理を行なう土留構造物の安全性評価方法および腐食センサ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、補強材を用いて構築された土留構造物の安全性評価方法であって、前記補強材に腐食を検知する少なくとも一つの腐食センサ（以下、検知部ともいう）を設置する工程と、前記腐食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（以下、通信部ともいう）を土壌内又は壁面パネル内に設置する工程と、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、補強材に腐食を検知する少なくとも一つの腐食センサを設置し、腐食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タグを土壌内又は壁面パネル内に設置し、ＲＦＩＤ方式で、ＲＦＩＤタグから測定値を取得するので、土留構造物を破壊することなく、早期に補強材および補強材周辺の腐食環境および防錆状況を把握し、適切でかつ効率的に維持管理を行なうことが可能となる。

また、複数の腐食センサを設置することにより、土留構造物の複数の箇所の腐食環境および防錆状況を把握することが可能となる。さらに、複数種類の腐食センサを設置することによっても土留構造物の複数の箇所の腐食環境および防錆状況を把握することが可能となる。例えば、鉄箔材を用いた腐食センサＡと亜鉛メッキを用いた腐食センサＢを設置し、腐食センサＡが断線し、腐食センサＢが正常である場合は、補強材の近傍は腐食環境ではあるが、補強材に施された亜鉛メッキは破損しておらず、防錆されていると判断できる。また、例えば、腐食センサＡが正常であり、腐食センサＢが断線した場合は、補強材に施された亜鉛メッキは破損する、または破損している可能性はあるが、補強材の近傍は腐食環境ではなく正常環境であるため、補強材がすぐに腐食する環境ではないと判断できる。また、例えば、腐食センサＡが断線し、腐食センサＢが断線した場合は、補強材の近傍は腐食環境であり、補強材に施された亜鉛メッキは破損する、または破損している可能性があるため、状況の注視または補強材の補修などの補強対策をとる必要があると判断できる。このように、複数種類の腐食センサを用いることによって、腐食環境や防錆状況等、要因別に状況を把握することが可能となる。

（２）また、本発明の土留構造物の安全性評価方法において、前記腐食センサの検知部は、鉄箔材で形成されていることを特徴とする。

このように、腐食センサの検知部は、鉄箔材で形成されているので、腐食センサ付近の補強材の腐食環境を把握す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において、前記腐食センサの検知部は、亜鉛メッキで形成されていることを特徴とする。

このように、腐食センサの検知部は、亜鉛メッキで形成されているので、腐食センサ付近の防錆状況を把握することが可能となる。

（４）また、本発明の土留構造物の安全性評価方法において、前記腐食センサの検知部は、鉄箔材および前記鉄箔材を被覆する亜鉛メッキで形成されていることを特徴とする。

このように、腐食センサの検知部は、鉄箔材および前記鉄箔材を被覆する亜鉛メッキで形成されているので、腐食センサ付近の腐食環境および防錆状況を把握することが可能となる。

（５）また、本発明の土留構造物の安全性評価方法において、前記補強材に応力を検知する応力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、補強材に応力を検知する応力センサを設置するので、応力の強いところを把握し、腐食環境および防錆状況をモニタリングすべき箇所を把握することが可能となる。

（６）また、本発明の腐食センサは、土留構造物において、亜鉛メッキが施された補強材の腐食環境を推定する腐食センサであって、鉄箔材および亜鉛メッキで形成され、前記補強材の腐食を検知する検知部と、前記検知部で収集した情報を出力する通信部と、前記検知部および通信部を接続するケーブルと、を備え、前記亜鉛メッキは、鉄箔材を被覆するように形成されていることを特徴とする。

このように、鉄箔材および亜鉛メッキで形成され、前記補強材の腐食を検知する検知部と、前記検知部で収集した情報を出力する通信部と、前記検知部および通信部を接続するケーブルと、を備え、前記亜鉛メッキは、鉄箔材を被覆するように形成されていることを特徴とするので、補強材近傍の腐食環境および防錆状況を把握することが可能となる。つまり、検知部に形成された鉄箔材によって、補強材近傍の腐食環境を検知し、検知部に形成された亜鉛メッキによって、補強材に施された亜鉛メッキの防錆状況を把握することが可能となる。

本発明によれば、腐食センサの健全性を定期的にモニタリングすることで、土留構造物を破壊することなく、早期に補強材および補強材周辺の腐食環境および防錆状況を把握し、補強材の健全性を予防保全的に維持管理することができる。また、ＲＦＩＤを用いるため、結線等の作業が不要となり、作業効率が向上するとともに、土留構造物の美観を維持することが可能となる。

本実施形態の概念を示す図である。 本実施形態に係る腐食センサの設置例の概略を示す図である。 腐食センサの検知部の構成の概略を示す図である。 カプラー式のセンサの概略を示す図である。 腐食センサの設置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、土を盛り上げて壁面パネル３で表面付近の土がこぼれ落ちるのを防ぎながら、壁面パネル３に補強材５を連結して、これらを順次積み上げることで造られる。腐食センサ７は、検知部７ａ、通信部７ｂ、および検知部７ａと通信部７ｂを接続するケーブル７ｃを備える。壁面パネル３の内部には、腐食センサ７の通信部７ｂが設けられている。補強材５には、腐食センサ７の検知部７ａが設けられている。腐食センサ７で検知した情報を外部の無線通信機器（リーダライタ）によって収集する。

腐食センサと地上との間の通信は、リード線を土留構造物の外部や地上に出して収集する有線方式でもよいが、無線方式であることがより好ましい。有線方式を用いた場合、リード線が切断されてしまう可能性もありメンテナンスなどの管理が必要となるためである。一方、無線方式を用いた場合、リード線などのメンテナンスを行なう必要はなく、脚立等で読み取れない場所であっても、土留構造物の上部からリーダーを吊り下げて読み取ることが可能である。吊り下げロープは、長さメモリをつけておき、所望の位置しやすいようにしておく。リーダーは、壊れないかつ読み取りやすいよう、脚のついた板（台車のコロのついたほうでもよい）に貼り付けて垂らすと安定するのでよい。可能であれば、土留構造物の下部からも引っ張るとよい。

図２は、本実施形態に係る腐食センサの設置例の概略を示す図である。補強材５は壁面パネル３にボルト・ナット等の連結部材により設置する。また、壁面パネル３は補強土壁の所定の高さに設置する。腐食センサ７は、補強土壁の施工時に、補強材５および壁面パネル３に設置される。なお、検知部７ａは、補強材５の壁面パネル３近傍に設置することが好ましい。これは、壁面パネル３付近の方が、水流が多い、あるいは応力が集中してメッキが剥がれる等、様々な要因により、腐食が早く進行するためである。また、検知部７ａは、補強材５の下面に設置することが好ましい。さらに、検知部７ａと通信部７ｂを接続するケーブル７ｃも補強材５の下面に敷設することが好ましい。施工時に、腐食センサ７は、盛土で埋設されるため、腐食センサ７の検知部７ａおよびケーブル７ｃを補強材５の下面に設けることで、埋設時に腐食センサ７が破損することを防ぐことができる。

腐食センサの設置は、全ての壁面パネルの補強材に対して行なってもよいし、腐食しやすい箇所、例えば、上段の壁面パネルの補強材に対してのみ行なってもよい。また、腐食センサ７の検知部７ａは、補強材の壁面パネル近傍に設置するのが好ましい。さらに、腐食センサの近傍に、応力センサも設置し、応力センサで検知した応力のうち、応力が強い箇所については、腐食状況を注視するようにしてもよい。予め応力の強い箇所を把握しておいて、腐食センサの取り付け位置を決めてもよい。

図３（ａ）～（ｃ）は、腐食センサの検知部の構成の概略を示す図である。図３（ａ）は、検知部が鉄箔材で形成されている。検知部の表面は、保管中の腐食や盛土材投入時の破損を防止するためにモルタルや浸透性のあるセラミックスで被覆されていてもよい。このように、検知部が鉄箔材で形成された腐食センサを、補強材に設置することで、補強材近傍の鉄の腐食環境を把握することが可能となる。例えば、図３（ａ）の腐食センサが断線した場合、腐食センサ付近は腐食環境にあると判断できる。

図３（ｂ）は、検知部が亜鉛メッキで形成されている。検知部への亜鉛メッキの施工は、補強材に防錆のために施工されている亜鉛メッキよりも薄く施工する。このように、検知部が補強材よりも薄く施工された亜鉛メッキで形成された腐食センサを、補強材に設置することで、補強材の亜鉛メッキによる防錆状況を把握することができ、補強材が腐食するよりも早期に腐食の危険性を把握することが可能となる。例えば、図３（ｂ）の腐食センサが断線した場合、腐食センサ付近の補強材は、補強材に施された亜鉛メッキが破損する可能性があると判断できる。なお、検知部へ形成する亜鉛メッキは、複雑な形状を有する必要はなく、亜鉛メッキの破損が確認できればよい。

図３（ｃ）は、検知部が鉄箔材および鉄箔材を被覆する亜鉛メッキで形成されている。図３（ｃ）に示すように、検知部が鉄箔材および亜鉛メッキで形成された腐食センサを、補強材に設置することで、補強材近傍の腐食環境および防錆状況を把握することができる。例えば、図３（ｃ）の腐食センサが断線した場合、腐食センサ付近は腐食環境にあり、かつ、補強材に施された亜鉛メッキは破損するまたは破損している可能性があるため、状況の注視または補強材の補修などの補強対策をとる必要があると判断できる。図３（ａ）～（ｃ）に示した腐食センサは、目的、用途に応じて、１種類のみ設置してもよいし、複数種類設置してもよい。

また、例えば、図３（ａ）および（ｂ）両方の腐食センサを補強材に設置した場合も、図３（ｃ）と同様に補強材近傍の腐食環境および防錆状況を把握することができる。例えば、図３（ａ）の腐食センサが断線し、図３（ｂ）の腐食センサが正常である場合は、腐食センサが設置された補強材の近傍は、腐食環境ではあるが、補強材に施された亜鉛メッキは破損しておらず、防錆されていると判断できる。つまり、引き続きモニタリングは行なう必要はあるが、補強材の補修などの補強対策をとる必要はないと判断できる。

また、例えば、図３（ａ）の腐食センサが正常であり、図３（ｂ）の腐食センサが断線した場合は、補強材に施された亜鉛メッキは破損する、または破損している可能性はあるが、腐食センサが設置された補強材の近傍は、腐食環境ではなく正常環境であるため、補強材がすぐに腐食する環境ではないと判断できる。つまり、引き続きモニタリングは行なう必要はあるが、補強材の補修などの補強対策をとる必要はないと判断できる。

また、例えば、図３（ａ）の腐食センサが断線し、図３（ｂ）の腐食センサが断線した場合は、腐食センサが設置された補強材の近傍は、腐食環境であり、補強材に施された亜鉛メッキは破損する、または破損している可能性があるため、状況の注視または補強材の補修などの補強対策をとる必要があると判断できる。このように、検知部が異なる腐食センサを用いることによって、腐食環境や防錆状況等、要因別に状況を把握することが可能となる。

また、腐食センサは、補強材の形状に対応できるよう、また応力を補強材と同様に受けるよう、モルタル外装でなく、カード型タグを使用するのが、好ましい。検知部に亜鉛メッキを用いる場合は、補強材への取り付け時に曲げると応力を受けるため、補強材に合わせて腐食センサを曲げた状態にしてメッキしておくと、より好ましい。腐食センサは検知部が断線により検知するものに限らず、静電容量などその他電気特性を検知して方式のものを用いてもよい。

図４は、カプラー式のセンサの概略を示す図である。補強材はねじ鉄筋となっているため、図４に示すような、カプラー式のセンサを用いて対象部に取り付けてもよい。この場合、所定の位置で鉄筋をカットするだけで、センサを簡易的に取り付けることが可能となる。そのため、カプラーに腐食センサを貼り付けて検知面（検知部）にモルタルで被覆してもよいし、そのまま亜鉛メッキで被覆してもよい。また、カプラーにカードタイプに加工した腐食センサを貼りつけてもよい。

［腐食センサ設置方法］
腐食センサの設置方法について、図５に示すフローチャートを用いて説明する。まず、堀削・整地・基礎工を行なう（ステップＳ１）。次に、壁面パネルを設置する（ステップＳ２）。壁面パネルに、補強材を、タイバックパネルをボルト・ナット等の連結部材を用いて設置する（ステップＳ３）。

次に、壁面パネルおよび補強材に腐食センサを設置する（ステップＳ４）。ステップＳ４では、補強材に対し、専用治具で腐食センサの検知部を設置する。腐食センサの検知部と通信部を接続するケーブルは、補強材に沿って敷設し、壁面パネルの背面土壌内に通信部を埋設する。ステップＳ４は、全ての壁面パネルおよび補強材に対して行なってもよいし、腐食しやすい箇所、例えば、上段の壁面パネルのみでもよい。また、腐食センサの検知部は、補強材の壁面パネル近傍に設置するのが好ましい。さらに、腐食センサ近傍に応力センサを設置してもよい。

次に、盛土材のまき出し・敷均しおよび締固めを行なう（ステップＳ５）。任意の幅および高さまで、ステップＳ２～ステップＳ５を繰り返し行なうことで、補強土壁の施工が完了する。このように腐食センサを設置し、定期的に無線通信機器（リーダライタ）で測定を行なう。

補強材としてロックボルトを用いた工法では、予め補強材に腐食センサを設置し、補強材を地盤に挿入、間隙にグラウドを注入する。通信部は、土壌内や壁面パネル内に埋設しておけばよい。

以上説明したように、本実施形態によれば、腐食センサの健全性を定期的にモニタリングすることで、土留構造物を破壊することなく、早期に補強材および補強材周辺の腐食環境および防錆状況を把握し、補強材の健全性を予防保全的に維持管理することができる。また、ＲＦＩＤを用いるため、結線等の作業が不要となり、作業効率が向上するとともに、土留構造物の美観を維持することが可能となる。

１ 土留構造物
３ 壁面パネル
５ 補強材
７ 腐食センサ
７ａ 検知部
７ｂ 通信部
７ｃ ケーブル
９ タイバックパネル

Claims (5)

1. 補強材を用いて構築された土留構造物の安全性評価方法であって、
   前記補強材に、検知部が断線することで防錆状況を検知する少なくとも一つの腐食センサを設置する工程と、
   前記腐食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タグを土壌内又は壁面パネル内に設置する工程と、
   ＲＦＩＤ方式で、前記ＲＦＩＤタグから測定値を取得する工程と、を少なくとも含み、
   前記腐食センサの検知部は、亜鉛メッキで形成されていることを特徴とする土留構造物の安全性評価方法。
2. 補強材を用いて構築された土留構造物の安全性評価方法であって、
   前記補強材に、検知部が断線することで防錆状況または腐食を検知する少なくとも一つの腐食センサを設置する工程と、
   前記腐食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タグを土壌内又は壁面パネル内に設置する工程と、
   ＲＦＩＤ方式で、前記ＲＦＩＤタグから測定値を取得する工程と、を少なくとも含み、
   前記腐食センサの検知部は、鉄箔材および前記鉄箔材を被覆する亜鉛メッキで形成されていることを特徴とする土留構造物の安全性評価方法。
3. 前記検知部を形成する亜鉛メッキは、前記補強材に施されている亜鉛メッキよりも薄く施工する工程を、さらに含むことを特徴とする請求項１または請求項２記載の土留構造物の安全性評価方法。
4. 前記補強材に応力を検知する応力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. 土留構造物において、亜鉛メッキが施された補強材の腐食環境を推定する腐食センサであって、
   鉄箔材および亜鉛メッキで形成され、前記補強材の防錆状況または腐食を検知する検知部と、
   前記検知部で収集した情報を出力する通信部と、
   前記検知部および通信部を接続するケーブルと、を備え、
   前記亜鉛メッキは、鉄箔材を被覆するように形成され、
   前記亜鉛メッキは、前記補強材に施されている亜鉛メッキよりも薄く施され、
   前記検知部が断線することで防錆状況または腐食を検知することを特徴とする腐食センサ。

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