熱赤外線映像装置 によるコンク リー ト吹付 の り面 の変状調査事例
久 田真太郎* ･山中 稔**
中川 慶和***･後藤恵之輔*
De f o r me dI n v e s t l g a t i o no ft h eSho t c r e t eSl o pe
by The r m a lI n f r a re dI ma g l n gEq u i p me n t
b y
Shi nt a r oHI SADA*
,Mi nor uYAMANAKA**,Yos hi ka z uNAKAGAWA***
a ndKe i nos ukeGOTOH*
A l a rg enumbe rofs hot c r e t es l ope sha vebe e nc o ns t r uc t e ds i nc e1 965.I nt hes hot c r e t es l op es ,c ons t r uc t e di nt he e a r l y s t a g e s ,s upe r a nn ua t ionofmor t a rbe c ome sas e r iouspr o bl e m a n dt hepa r t st ober e pa ir e dha v ei n c r e a s e d.Thi s pa pe rde s c r ibe st hea p pl i c a bi l i t yoft he m a li nf r a re di ma gl nge qui pme ntt Ode t e c tt hede f or me dpa rt so ft hes ho t c r e t e s l o pe.Al s o,i n da t aa na l ys i s ,t hed e f or m e d pa r t sha vebe e n e x t r a c t e d c l e a r l y by us l ng t hepa t t e mSOft e mpe r a t ur e c ha ng ei nada ya ndt hedi f f e r e nc ebe t we e nt hema xi mu m a ndt h em ini mum t e mpe r a t u r e･
1. は じめに
の り面対策 としてのモル タルや コンクリー トを吹付 けるシ ョッ トクリー ト工法 は,工法の簡便 さや経済性 などか ら1
965
年代 よ り多用 され1 '
,現在では開口クラ ッ クやせ り出 しな どの 目に見 えて老朽化が進 んだの り面 も多 くなって きている.また,吹付 の り面の維持管理 お よび老朽化 の実態 に関す るア ンケー ト結果2)に よる と,吹付 の り面老朽化 の形態 としては背後地 山側 か ら の老朽化事例 (地 山 とモル タルの密着不 良)が過半数 を占めてお り,吹付材料 の強度低下のみでな く,地 山 との空洞部 を的確 に把握す る必要がある と言 える.維 持管理 における吹付 の り面背後の空洞調査方法 として は,多 くは経験的な打昔調査 が用 い られてい るが, こ の打音調査 では,崩壊 の危険性が大 きなの り面での作 業 とな り災害 を引 き起 こす場合3)があるため,非接触 ･ 非破壊型の調査手法が望 まれる.そ こで本研究では,吹付 の り面の老朽化 (空洞)調 査方法 として,非破壊検査技術 の一つである熱赤外線 映像法 を採用 した.本手法 は これ までい くつかの研究
されてお り4)‑6),近年では診断マニ ュアル7)も作成 され ているが,現地での各種制約か ら必ず しも一般化 され た ものであるとは言い難 い.本研究では,顕著 に老朽 化 の進 んだ コンクリー ト吹付 の り面 を対象 として,熟 赤外線映像装置 を用 いた変状調査 を実施 し,空洞部や 湿潤部等の変状箇所 を抽 出 した ものである.
2.
調査対象地の概要図
‑ 1
に,調査対象地位置図 を示す.調査対象地は, 長崎県平戸市 の道路沿いの切土 の り面 における, コン クリー ト吹付 の り面である.調査対象地 とした平戸 島 南部地域 の地質 は,新第三紀 中新世前期 の堆積岩 とこ れを覆 う新第三紀 中新世中〜後期の火山岩類 よ りなる.堆積岩類 は,主 に凝灰 質の砂岩や泥岩,凝灰岩か ら な り,火山岩類は,主 に安山岩質の火山岩 とこれを覆っ ている玄武岩が分布 している8'.
図
‑2
には調査対象の り面周辺の平面図 を示 し,写 真‑ 1
に吹付 の り面 の状況 を示 してい る.調査地斜面 は, コンクリー ト吹付 けが施 された最大高さ12mの切 平成14
年4
月1 9
日受理*大学院生産科学研究科
( Gr a dua t eSc hoolofSc i e nc ea ndTe c hno l og y)
**社会開発工学科
( De pa rt me ntofCi vi lEngi ne e r ing)
***総合地研 (秩)
( sog ochi ke nCo. ,Lt d. )
11 4
久 田真太郎 ･山中図‑
1
調査対象地位置図稔 ･中川 慶和 ･後藤恵之輔
秦 ‑
1
吹付 の り面の地山性状 と表面温度の関係写真
‑ 1
調査対象吹付の り面の状況土 の り面 と,勾配
25
0の 自然斜面か らな り,の り面延 長は約80m
である.当該斜面 においては,特 にの り面 部 を中心 に顕著 な変状や異常が見 られた.主 な変状 を 示す と,以下の ようになる.･の り面のコンクリー トが全体 に大 きく割れてお り, 縦割れの他,連続す る水平方向の割れなどがある.
割 れ 目幅 は,最大箇所 で約
3c m
であ り,割 れ 目 か らは潅木や草が生え出 している.･の り面の押 し出 しにより側溝が閉塞 している箇所 がある.
･路肩の コンクリー ト壁 に亀裂が生 じている.
･の り面背後のの り肩部 には引張 りによると考えら れる小段差が見 られる.
･自然斜面部 において,明瞭なすべ り崩壊跡地形が 見 られる.
これ らの変状 よ り,吹付 コンクリー ト背面 において 土砂の移動が生 じていることが推測 された.土砂移動 を確認す るためには,吹付 コンクリー トを剥 ぎ取 り, 地山を露出させ ることが最 も確実であるが,この作業 には土砂崩壊 な どの危険が伴 うため,本調査 において
吹付背後の 性 状 深夜 .早朝 日 中 温度変化
2
時刻の 空洞部 低温 特 に高温 特 に大 きい温度変化が 健全部 高温 やや低温 小 さい温度変化が 土砂部 低温 高温 温度変化が大 きいK･ 冬期 において,地下水温が相対的に高い場合は日中, 夜 間において,湿潤部が高温 となる場合がある.
は, コンクリー トを剥 ぐことな く遠隔か らの非破壊で の調査が可能 な,熱赤外線映像技術 を採用 した.
3.
熟赤外線映像法の概要3. 1
吹付の り面の熱収支吹付 の り面は, 日中には 日射 により温め られ,夜間 には外気 によって冷や される.外的な影響 を受けたの り面は,地山の変状や湧水,吹付けの厚 さなど比熱の 違 いや熱伝導率 ･熱容量の違いに よってい くつかの規 則性 を もった表面温度分布 として現れ る7'と言 われて いる.すなわち,熱赤外線映像装置 による吹付の り面 調査 は, この原理 を用 いて,吹付の り面の表面温度 を 検 出 し,相対的な表面温度の規則性 に したがって,吹 付 の り面背後の地山の状態 を推測する方法である.
表 ‑
1
に,吹付 けの り面の地山性状 と表面温度の関 係 を示す.吹付 の り面の表面温度の変化 は, 日中に日 射 によ り温め られ,夜 間には蓄積 された熱エネルギーを放射 し冷や される といったほほ一定のサイクルを示 し,このサイクルは地山性状 によって熱の吸収率,放 射率が異 な り温度変化 に違 いが表れるのである.
本調査では, これ ら吹付 けの り面の地山性状 と表面 温度の関係 を用いて,空洞部 と健全部, また土砂部, 湿潤部の抽 出を行 った.そ して,その抽出 したポイン
ト (領域) による,空洞部 と健全部の熟赤外線装置 に よる観測温度の経時変化 を見た.
調査 は,
1
1月下旬の早朝6
時3 2
分か ら,測定対象地が 日陰 となった1
3時27
分 までの約7
時間にわた り,5
分 間隔で表面温度 を観測 した.なお,観測の前夜か ら観 測直前 まで降雨があったため,測定開始時には対象箇 所が降雨 により湿潤状態 にあった.さらに,今回解析 を行 ってい く際 に,吹付 け背後の 性状 の各部 は,下記の4つの場合 とした.
Ⅰ.健全部 :地山が健全 な状態で吹付 け と密着 し一 体化 している部分.
Ⅱ.
空洞部 :地山の風化浸食あるいは吸い出 し等 に よって吹付背後が空洞化 した部分.Ⅲ.
土砂部 :地山の風化が進行 し土砂化 した部分.Ⅳ.渡潤部 :地山が湧水や降雨の浸透 などによって 水 を多 く含んだ状態 にある部分.
また,解析作業 における空洞部 と健全部,土砂部, 湿潤部 の抽 出 と,抽 出確認の ための経時変化 グラフ の作成 を行 うにあた り,以下の
s t e p
① 〜⑦ を実施 した.s t e p
① :深夜 ･早朝 における空洞部 は低温である と い うことに着 目して空洞部の抽 出s t e p
② :日中における空洞部は特 に高温であるとい うことに着 目して空洞部の抽 出s t e p
③ :深夜 ･早朝 における健全部 は高温である と い うことに着 目して健全部の抽 出s t e p
④ :日中における健全部は特 にやや低温である とい うことに着 目して健全部の抽出s t e p
⑤ :s t e p
① とs t e p
②の画像か ら土砂部の抽出s t e p
⑥ :s t e p
① の画像か ら湿潤部の抽 出s t e p
⑦ :空洞部,健全部のポイン ト(領域)による吹 付の り面の表面温度の時間変化図を作成4.解析結果 と考察
4. 1
吹付背後の性状の抽出図
‑ 3‑図 ‑ 6
の( a )
図 には,解析 に使 用 した熱 画像 を示 して い る. ここで ,早 朝 は, 日の 出前 のA. M 6: 32
に撮影 を行 った画像 を使用 し, 日中は,気 温が ほぼ最高 となった と考 え られたA. Mll : 52
に撮影 を行 った画像 を使用 している. なお,各熱画像 内の アル フ ァベ ッ トは,線 で囲 まれた範 囲 を表す記号 で ある.1)空洞部の抽出
( s t ep
① およびs t ep
②)図
‑3
に,s t e p
① における解析結果 を示す.空洞部 の抽 出 としては,s t e p
① の｢早朝 における空洞部 は低 温である｣とい う条件 により,まず図‑3(a)
を用いて, 低温部 の範囲A 1‑11
を抽 出 した. さ らに, 図‑ 3
(b)には,s t e p
② の条件 ｢日中 における空洞部 は特 に 高温 であ り,2
時刻の温度差が特 に大 きい｣を加 えて 考慮 す るため に,低温部 の範 囲A 1‑11
にお ける早 朝 と日中における表面温度 を示 している.早朝 におい てはいずれの範囲 とも,表面温度の差はほ とん どない が, 日中においては温度差が生 じ,その温度差 は,範 囲Fl
お よびH
lにおいて大 きい こ とが分 か る.す な わち,s t e p
① の条件 よ り,Flお よびH
lとの範囲が空 洞部である可能性が大 きい と言える.図
‑ 4
には,s t e p
② における解析結果 を示 している.前述 の
s t e p
① の解析方法 とはは逆 に,｢日中にお ける 空洞部は特 に高温である｣ というs t e p
② の条件 により,まず 図 ‑
4( a )
において,特 に高温部 として範 囲A2
‑H2
を抽 出 し, その抽 出 された範囲A2‑H2
にお いて,｢早朝 における空洞部 は低温 であ り,2
時刻の 温度差が特 に大 きい｣とい う更 なる条件 を考慮 した.その結果,図‑
4( b)
に示 されるように条件 に合 うも のは,B2,E2,F2
の範 囲において空洞部であるこ とが示唆 される. しか し,B2の範囲は亀裂があ り, 空洞部 も目視で確認 で きてい る場所 であ り, また,F2
は温度差があるものの,与 えた領域の範囲が広 く, 領域内において更 なる検討 を行 っていかなければな ら ない領域である. このため,今回の空洞部の推測箇所 としては除外 した, よって,s t e p
② においては,E2
の 範囲が空洞部である可能性が大 きい と言 える.以上の ことか ら
,s t e p
① お よびs t ￠ p
② の条件 か ら推 定で きる空洞部 としては,H
l,F
lお よびE2
の範囲 であると考 えられる.2
)健全部の抽出( s t ep
③ およびs t ep
④)図
‑5
に,s t e p
③ の条件 による解析結果 を示す.節 述のs t e p
① お よびs t e
p② と同様 に, まず,｢早朝 におけ る健全部 は高温であ る｣ とい う条件 か ら, 図‑5( a )
において,高温部 と して範囲A3‑E3を抽出 した.その抽出 された範囲A3‑E3において,｢日中におけ る健全部はやや低温であ り
,2
時刻の温度差が小 さい｣ とい う更 なる条件 を与 え,図‑5( b)
か ら判断する と,A3
の範囲が健全部である可能性が大 きい と言える.図
‑ 6には ,s t e p
④ の解析結果 を示 してい る. ｢日 中における健全部はやや低温である｣ とい う条件か ら, 図‑6(a )
において,やや低温部 として範囲Å4‑G411 6
久田真太郎 ･山中 稔 ･中川 慶和 ･後藤恵之輔( a)熟画像 ( AM石:3 2 )
と選定領域( a )熱画像 ( AMl l:5 2 )
と選定領域( a)熱画像 ( AM石:3 2 )
と選定領域( a )熱画像 ( AMl l:5 2 )
と選定領域0 tL} O tL) O LL> 0 4V 2 2 1 1 (3 .) せ 鵬
■早翻 (
6: 32)
■日中(11: 52)
L
AI BI CI DI EI FI GI HI I l
領域
(b)各領域 の表面温度 (早朝 , 日中) 図‑
3 s t e p
① の場合0 5 0 5 0 5 0 3 2 2 1 1 (p )世 鵬
■早鋼(
6: 32)
義 日中( 日 : 52)
｣
A2 82 02 D2 E2 F 2 ( ; 2 H 2
境域
(b)各領域 の表面温度 (早朝, 日中) 図‑
4 s t e p
② の場合0 LhV O 5 0 LF
)0 3 2 2 ･t ‑ 1 (P ) 叫 畑
SO( 6: 3 2)
I日中(ll..52)B3 C3 D3 E 3
儀壌
(b)各領域 の表面温度 (早朝 , 日中) 図‑
5 s t e p
③ の場合LE)O
l○ ○ LL) 0
221 1 (3 .) 職 鯛
■早
覇( 6: 32)
●日中(ll: 52)
B4
C4
D4 E 4 F 4
Ql領域
(b)各領域 の表面温度 (早朝, 日中) 図‑
6 s t e p
④ の場合｢早朝 にお ける健 全部 は高温 であ り
,2
時刻 の温度差 が小 さい｣とい う更 なる条件 を与 え,図‑ 6( b)
を見 て 判 断す る と,E4
の範 囲 において健全部 であ る可能性 が大 きい と推測で きる.したがって,健全部 として可能性が大 きい箇所 は,
A4
お よびE4
の範 囲であることが判明 した.3
)土砂部の抽 出( s t ep
⑤ )s t e p
① にお ける解析 過程 に使 用 した熟画像 の図‑ 3
よ り,｢早朝 にお ける土砂部 は低温 であ り, 日中にお ける土砂 部 は高温 であ る｣こ とに着 目す る と, 図‑ 3 ( a)
のD
l,El ,G
lの範囲 において土砂部である とい う特色 が あ り, 吹付 背後 が土砂 部 で あ る と推 測 で き る .次 に,s
t e p
② にお ける解析過程 に使 用 した熱画像 の 図‑ 4
よ り,図一 4( a)
の,C2,D2,H2
の範 囲 に おいて土砂部である とい う特色があ り,吹付背後が土 砂部である と推測で きる.よって,Dlの範 囲 は亀裂部分 のため除外 し,土砂 部 と して可能性が大 きい箇所 は,El, Glと
,C2
,D2,H2
の範 囲が抽 出で きる. また, この土砂部 は, 空洞部 になる可能性が高い こ とか ら,注意す るべ き箇 所 として言 える.4)湿潤部の抽 出
( s t ep
⑥ )s t e p
① にお ける解析 過程 に使 用 した熟画像 の図‑ 3
よ り,｢早朝 における湿潤部 は低温 であ り, 日中にお ける湿潤部 は特 に高温 であ る｣こ とに着 目す る と, 図‑ 4
のA
l,C
1,I
lの範 囲 において湿潤部 であ る とい う特色 が あ り, 吹付 背後 が湿潤部 で あ る と推 測 で きる.0 0 0 0 4 2 0 8 2 2 2 1 rl ■l 一一一 一1 (D o) 世
相0 0 0 6 4 2
4. 2
抽 出 した箇所の確認( s t ep
⑦ )抽 出 した箇所 を確認 す るため に,s
t e p
⑦ で は,st e p
① ‑⑥ の解析過程 によ り,吹付背後の性状別 に抽 出 さ れた範囲内で,s
t e p
⑦ において,それぞれ同条件 の領 域 を とって,空洞,健全部か ら2点づつ,土砂 ,湿潤 部か ら3
点づつ とり, まとめた ものが表‑2
である.観測開始
6
時32
分 か ら観測終了の1
3時27
分 までの,s t e p
⑦ で与 えた各領域 についての表面温度の経 時変化 よ り,抽 出 された各性状が正 しい結果であるか判断材 料 にす るため に行 った.図
‑ 7
に,表‑ 2
で対応 させ たポイ ン ト (領域)のA7‑J7
の10点の位置 を示 している.図‑ 8に,各領域 の選定個所 における観測表面温度 の経時変化 を示す.なお,吹付背後の地山性状が特 に
表‑ 2 各領域 の対応表
地 山性状 空洞部 健全部 土砂部 湿潤部
s t e p
① ‑㊨H lE2A3E4E1G lC2A 1C1Ⅰ1
図
‑ 7
グラフ化 における領域の選定個所LI
Z⁚C L
Z O ⁚C L
Z C
⁚NLト
の ⁚
Z C ⁚
Z O :
Z C ⁚O L
Z O ⁚O L
へ 盲 M
Z O ･'6
5㍍ 日別
bj 古 訓
N 品
rJBj O Ih
N別間
時刻
図
‑ 8
熟赤外線映像装置 による観測温度の経時変化118 久田真太郎 ･山中
表れていた図示 している選定箇所 について,各地山性 状別 に表 している.各地山性状の相対的な温度 とい う のは,早朝 においては,健全部‑土砂部‑空洞部‑湿 潤部の順 に表面温度が高 く, 日中は空洞部I‑+土砂部一一 健全部‑湿潤部の順 に表面温度が高い ことや,午前11 時付近 には,健全部 と空洞部 において,相対 的な温度 関係 の逆転現象 も起 こっていることは,建設省土木研 究所 の吹付 の り面老朽化 マニ ュアル7)に書 かれてい る
こととも‑敦 している.
これ らの ことか ら,今 回の解析手法か ら抽出 を行 っ た箇所 についての吹付 の り面背後の地山性状 は,十分 妥当性 を有 している と考 え られる.
5.
あわ りに今回の調査 において, この方法の大 きな特徴 で もあ る,対象物の温度 を非接触,非破壊で観測で きる熱赤 外線映像装置 による吹付 の り面背後の地山の性状 を知
る方法のひ とつ として提案で きた.
今後,今 回の調査対象 としたコンクリー ト吹付 の り 面については,背後土砂の移動 により不安定地盤 となっ ている可能性があることか ら,何 らかの対策工 を行 わ れることが検討 されている. よって,対策工実施時 に は,今回の解析結果の妥当性 について追跡調査 を行 っ てい く所存 である.
稔 ･中川 慶和 ･後藤意之輔
参考文献
1)地盤工学会九州支部 :｢性能｣ に着 目 した地盤構 造物 の維持管理技術,pp.
2‑ 1 5‑2‑ 1 6,1 9 99.
2)三木博史,石橋晃睦,川崎達郎,高 田和典,松永
微志 ,南雲政博,竹内幸雄 :まき土地帯 における 吹付 の り面 の熱赤外線調査事例 (その 1),地盤 工学分野での リモー トセ ンシングデータの活用 シ ンポジウム発表論文集,土質工学会,pp.1 53‑ 1
60,1 993.
3
)山中 稔 ,後藤健介 ,後藤意之輔 ,波速治平 .:2 0 0 1
年1
月長崎県時津 町が け崩 れ災害 における熱 赤外線 リモー トセ ンシングの適用 ,第2
回最近の 地盤計測技術 に関す るシンポジウム発表論文集, 地盤工学会関西支部,pp.31 ‑ 3 4,2
㈱ .4)後藤志之輔,‑川宏也,長谷川秀人,秋本隆彦 :
熱赤外線 リモー トセ ンシングによる法面空洞調査 手法 に関する基礎実験,土木構造 ･材料論文集,No. 5,pp. 77‑ 8 6,1 99 0.
5
)‑川宏也,長谷川秀人,後藤意之輔 :熟映像装置 によるモル タル吹付 け斜面の老朽化調査の実験 , セ ンサ技術,vol.
ll,No.
ll,pp. 47‑ 53,1 99
1. 6)三木博史,小橋秀俊 :熱赤外線映像法 による吹付の り面老朽化診断技術 の現状 と課題,土木技術 ,
Vol . 49,No. 2,pp. 8 9‑ 1 03,1 9 94.
7)建設省土木研究所 :熟赤外線影像法 による吹付 の り面老朽化診断マニュアル,1
