JP2005291802A - 磁気探査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、場所打ち杭等のように鉄筋量が少ない杭や、フーチングによって探査孔を杭から離れたところに配置しなければならない場合にも、高い検知精度で杭長を特定することができる磁気探査方法を提供することを課題とする。
【解決手段】 非磁性ガイド管３にコイル等からなる磁場発生装置４を挿入し、磁場発生装置４を探査軸方向に移動させながら、電源装置５から磁場発生装置４に電源を供給して磁場を発生させ、基礎杭１を磁化させる。基礎杭１に使用されている鉄等の鋼材は、磁場発生装置４によって発生させた磁場によって着磁されることはないが、磁場発生装置４によって発生させた磁場によって残留磁気の磁極の向きが揃うため、基礎杭１の周辺の磁場が強くなる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、磁気探査方法に関し、特に地中に埋設されている基礎杭の先端位置を検出する磁気探査方法に関する。

施行年度の古い構造物の耐震性判定のためや、老朽化した構造物の更新のためには、基礎杭の杭長を確認しておく必要があるが、図面等が存在しない場合には、基礎杭の杭長を調査しなければならない。

従来、基礎杭の杭長の調査には、両コイル型磁気傾度計を用いた磁気探査方法が行われている。磁気探査方法は、基礎杭の残留磁気や地球磁場による感応磁気を測定することによって杭長を特定するもので、ロータリーボーリング等によって測定対象の基礎杭の近傍に探査孔を掘削し、当該探査孔に両コイル型磁気傾度計を挿入して一定速度で移動させることによって磁気傾度、すなわち磁場の強さの変化率を測定し、杭長を特定している（例えば、非特許文献１参照）。

しかしながら、従来技術では、Ｈ型鋼杭等の比較的鋼材量が多く、残留磁気量が大きい対象物に対しては実績が得られているものの、場所打ち杭等のように鉄筋量が少ない杭や、フーチングによって探査孔を杭から離れたところに配置しなければならない場合には、高い検知精度が期待できないという問題点があった。
「磁気探査を用いた橋梁基礎の形状調査法マニュアル」建設省土木研究所、平成１１年３月

本発明は斯かる問題点を鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、場所打ち杭等のように鉄筋量が少ない杭や、フーチングによって探査孔を杭から離れたところに配置しなければならない場合にも、高い検知精度で杭長を特定することができる磁気探査方法を提供する点にある。

本発明は上記課題を解決すべく、以下に掲げる構成とした。
請求項１記載の発明の要旨は、地中に埋設された鋼材を含む測定対象物の近傍の磁気探査を行って、前記測定対象物の先端位置を非接触で検出する磁気探査方法であって、前記測定対象物の近傍で磁場を発生させることによって、前記測定対象物を一旦磁化させて前記測定対象物が有する残留磁気の磁極の方向を揃えた後に、探査軸方向の異なる箇所の磁場の強さをそれぞれ測定することを特徴とする磁気探査方法に存する。
また請求項２記載の発明の要旨は、磁場発生源の磁場の方向を一定にした状態で探査軸方向に移動させながら磁場を発生させることによって、前記測定対象物を磁化させることを特徴とする請求項１記載の磁気探査方法に存する。
また請求項３記載の発明の要旨は、前記磁場発生源を探査軸方向に移動させながら、前記磁場発生源に対してパルス電流を供給して磁場を発生させることによって、前記測定対象物を磁化させることを特徴とする請求項２記載の磁気探査方法に存する。
また請求項４記載の発明の要旨は、探査軸方向に磁場を発生させることを特徴とする請求項１乃至３記載の磁気探査方法に存する。
また請求項５記載の発明の要旨は、互いに直交するｘ軸、ｙ軸およびｚ軸の磁気量を測定可能な３次元磁気センサをｚ軸が探査軸方向になるように位置決めした状態でｚ軸方向に移動させて、探査軸方向の異なる箇所の磁場の強さをそれぞれ測定することを特徴とする請求項１乃至４記載の磁気探査方法に存する。

本発明の磁気探査方法は、測定対象物の近傍で磁場を発生させることによって、測定対象物を一旦磁化させて測定対象物が有する残留磁気の磁極の方向を揃えた後に、探査軸方向の異なる箇所の磁場の強さをそれぞれ測定することにより、測定対象物が有する残留磁気による磁場を強くした状態で測定することができるため、場所打ち杭等のように鉄筋量が少ない杭や、フーチングによって探査孔を杭から離れたところに配置しなければならない場合にも、高い検知精度で杭長を特定することができるという効果を奏する。

さらに、本発明の磁気探査方法は、磁場発生源を磁場の方向を一定にした状態で探査軸方向に移動させながら磁場を発生させることによって、測定対象物を磁化させることにより、強力な磁場を発生させることなく測定対象物の全体を一旦磁化させることができるため、使用する装置を小型化することができるという効果を奏する。

さらに、本発明の磁気探査方法は、探査軸方向の所定間隔毎にパルス電流を前記磁場発生源に供給して磁場を発生させることによって、測定対象物を磁化させることにより、直流電源を用いることなく測定対象物の全体を一旦磁化させることができるため、使用する装置をさらに小型化することができるという効果を奏する。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。

図１および図２は、本発明に係る磁気探査方法の実施の形態で使用する測定対象物を磁化させる機器の構成を示す図であり、図３は、本発明に係る磁気探査方法の実施の形態で使用する測定対象物の残留磁気量を測定する機器の構成を示す図であり、図４は、図３に示す形状解析装置の構成を示すブロック図であり、図５は、図４に示す水平磁場算出部における水平磁場の算出方法を説明するための図であり、図６は、図４に示す探査結果算出部において算出された探査結果を説明するための図である。

まず、図１に示すように、地中に埋設されている測定対象物である基礎杭１の近傍に磁場の強さを測定するための探査孔２を掘削し、探査孔２の全長にわたってステンレスや塩化ビニール等の非磁性ガイド管３を挿入する。本実施の形態では、探査孔２を基礎杭１と平行（鉛直）に掘削したが、基礎杭１に対して斜めに掘削しても良い。なお、測定対象物である基礎杭１としては、具体的には、杭（鋼杭，場所打ち杭）の他、ケーソン（鋼製，鉄筋コンクリート製）、井筒（鉄筋コンクリート製）、フーチング（鉄筋コンクリート製）、鋼矢板、埋設管（鋼管、鉄筋コンクリート製）等が考えられる。

次に、非磁性ガイド管３にコイル等からなる磁場発生装置４を挿入し、磁場発生装置４を探査孔２の軸方向（以下、探査孔２の軸方向を探査軸方向と称す）に移動させながら、電源装置５から磁場発生装置４に電源を供給して磁場を発生させ、基礎杭１を磁化させる。磁場発生装置４によって発生させる磁場の向きは、図１に示すように、探査軸方向でも良く、図２に示すように、探査軸に対して直角方向でも良いが、磁場発生装置４によって探査軸方向に磁場を発生させるようにすると、コイルの長さを長くすることができるため、磁場生成範囲を大きくでき、好適である。なお、本明細書において、「磁場の向き」とは、磁場を発生させている磁石等の磁場発生源のＮ極とＳ極とを結ぶ線の向きのことを示し、従って、「探査軸方向に磁場を発生させる」とは、Ｎ極とＳ極とを結ぶ線が探査軸方向と平行である状態の磁石等の磁場発生源によって磁場を発生させることを示す。

磁場発生装置４を探査軸方向に移動させるに際し、磁場の向きが変化しないようにすることが必要である。すなわち、磁場発生装置４によって探査軸方向に磁場を発生させる場合には、磁場発生装置４を探査軸方向に位置決めした状態で移動させ、磁場の向きが常に探査軸方向になるように移動させる。なお、探査孔２が鉛直に掘削されている場合には、磁場発生装置４を吊り下げた時に、発生させる磁場の向きが探査軸方向になるように構成すれば良い。

また、磁場発生装置４によって探査軸に対して直角方向に磁場を発生させる場合には、磁場発生装置４を探査軸に対して直角方向に位置決めした状態で移動させる必要があり、この場合には、また、探査孔２内に探査軸方向と平行なガイド棒を設置し、当該ガイド棒で磁場発生装置４を探査軸に対して直角方向に位置決めした状態でガイドしながら探査軸方向に移動させるようにすれば良い。

電源装置５から磁場発生装置４に供給する電源としては、直流電流を供給する直流電源と、コンデンサを利用してパルス電流を供給するパルス電源とを使用することができる。電源装置５として直流電源を使用した場合には、一定の直流電流を磁場発生装置４に供給して一定の強さの磁場を発生させた状態で磁場発生装置４を探査軸方向に移動させる。電源装置５としてパルス電源を使用した場合には、プーリー６に接続されたカウンタ７からの深さ情報に基づいて、磁場発生装置４が探査軸方向の所定の深さ毎にパルス電流を磁場発生装置４に供給して磁場を発生させる。

次に、磁場発生装置４を非磁性ガイド管３から抜き取り、図３に示すように、非磁性ガイド管３に３次元磁気センサ８を挿入し、基礎杭１の軸方向、すなわち探査軸方向に深さを変えながらｘ軸方向、ｙ軸方向、ｚ軸方向の磁場の強さをそれぞれ測定する。基礎杭１に使用されている鉄等の鋼材は、磁場発生装置４によって発生させた磁場によって残留磁気の磁極の向きが揃うため、基礎杭１の周辺の磁場が強くなっている。

３次元磁気センサ８は、互いに直交する向き（ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸）の磁場の強さを測定可能な、例えば互いに直交する向きに配置された３つのホール素子からなるもので、静止状態で互いに直交する向きの磁場の強さを測定することが可能な構成となっている。なお、ホール素子の替わりにフラックスゲート型センサやＳＱＵＩＤ型センサ等を用いることもできる。

３次元磁気センサ８は、ｚ軸が探査軸方向になるように位置決めされ、ｘ軸およびｙ軸がｚ軸と垂直な平面（水平面）上に位置する。なお、３次元磁気センサ８は、吊り下げることによって鉛直方向がｚ軸になるように構成されており、探査孔２が鉛直に掘削されている場合には、図３に示すように吊り下げるだけでも各軸の位置決めが可能であるが、より精度良く位置決めする場合には、探査孔２内に基礎杭１と平行なガイド棒を設置し、当該ガイド棒でガイドしながらｚ軸方向を移動させるようにすれば良い。

３次元磁気センサ８からの出力は、増幅器９で増幅され、プーリー６に接続されたカウンタ７からの深さ情報と共にデータ収集器１０に入力される。従って、データ収集器１０には、深さ毎のｘ軸方向、ｙ軸方向およびｚ軸方向の磁場の強さが探査データとして収集されることになる。

形状解析装置１１は、図４を参照すると、データ収集器１０からの探査データが入力される探査データ入力部１２と、予め測定しておいた地磁気データが記憶される地磁気記憶部１３と、地磁気記憶部１３に記憶されている地磁気データに基づいて探査データから地磁気を除去する地磁気除去部１４と、水平磁場算出部１５と、探査結果算出部１６と、データ出力部１７とからなる。

探査データ入力部１２には、データ収集器１０から探査データとして深さ毎のｘ軸方向の磁場の強さＢ_Ｘと、ｙ軸方向の磁場の強さＢ_Ｙと、ｚ軸方向の磁場の強さＢ_Ｚとが入力される。

地磁気記憶部１３に記憶させる地磁気は、周囲の磁性体から十分離れた位置に３次元磁気センサ８を置き、ｚ軸が鉛直方向になるように調整し、ｘ軸方向、ｙ軸方向、ｚ軸方向の３方向成分の磁場の強さ（μＴ）をそれぞれ測定し、当該測定結果をそれぞれ地磁気Ｂ_ｘ０、Ｂ_ｙ０、Ｂ_ｚ０として記憶させておく。また、地磁気記憶部１３に記憶させる地磁気としては、探査軸方向の複数箇所でｘ軸方向、ｙ軸方向、ｚ軸方向の３方向成分の磁場の強さ（μＴ）をそれぞれ測定し、３方向成分毎の平均値を地磁気Ｂ_ｘ０、Ｂ_ｙ０、Ｂ_ｚ０として記憶させるようにしても良い。

水平磁場算出部１５は、以下に示す数式１によって水平成分の磁場の強さＢ_Ｈを算出する。すなわち、図５に示すように、３次元磁気センサ８が回転してｘ軸およびｙ軸が変化しても、ｘ軸方向の磁場の強さＢ_Ｘと、ｙ軸方向の磁場の強さＢ_Ｙとから正確な水平成分の磁場の強さＢ_Ｈを算出する。

地磁気除去部１４は、以下に示す式によって水平成分の地磁気Ｂ_ｈ０を算出し、地磁気を除去した水平成分の磁場の強さＢ_ｈ＝Ｂ_Ｈ−Ｂ_ｈ０と、地磁気を除去した鉛直方向の磁場の強さＢ_ｚ＝Ｂ_Ｚ−Ｂ_ｚ０を算出する。

探査結果算出部１６は、地磁気を除去した水平成分の磁場の強さＢ_ｈと、地磁気を除去した鉛直方向の磁場の強さＢ_ｚとからｔａｎθ＝Ｂ_ｈ／Ｂ_ｚを算出する。
このようにして深さ毎のｔａｎθ＝Ｂ_ｈ／Ｂ_ｚを算出してプリンタ等のデータ出力部１７にグラフや表として出力する。

基礎杭１を磁石してみなすと、基礎杭１からは、図６に示すような磁力線がでていることになり、ｔａｎθ＝Ｂ_ｈ／Ｂ_ｚを算出して水平成分の磁場の強さＢ_ｈと鉛直方向の磁場の強さＢｚとの比として捉えることにより、磁力線の角度の変化を検出できるため、データ出力部１７から出力されるグラフや表には、基礎杭１の先端位置を中心とした明らかな変動が確認でき、基礎杭１の杭長を検出することが可能になる。

また、鉛直方向の磁場の強さＢ_ｚのみでは、基礎杭１と３次元磁気センサ８との離隔が大きいときに誤差が大きくなるが、水平成分の磁場の強さＢ_ｈ、鉛直方向の磁場の強さＢ_ｚとも同じレベルで磁気量が低下するため、ｔａｎθ＝Ｂ_ｈ／Ｂ_ｚとすれば、磁気量が小さくても精度が良く基礎杭１の先端位置を検出することが可能になる。さらに、ｔａｎθ＝Ｂ_ｈ／Ｂ_ｚとすることで、θ＝０で正負が入れ替わり、検出の信頼性が向上する。

なお、本実施の形態では、３次元磁気センサ８の回転を考慮して水平成分の磁場の強さＢ_Ｈを、ｘ軸方向の磁場の強さＢ_Ｘと、ｙ軸方向の磁場の強さＢ_Ｙとから算出するように構成したが、ｚ軸（鉛直方向）の移動に際して３次元磁気センサ８が回転しないように、すなわちｘ軸およびｙ軸が動かないように位置決めすると、地磁気の除去をより正確に行うことができる。

この場合には、地磁気除去部１４によって、成分毎に地磁気を除去し、地磁気を除去したｘ軸方向の磁場の強さＢ_ｘ＝Ｂ_Ｘ−Ｂ_ｘ０と、地磁気を除去したｙ軸方向の磁場の強さＢｙ＝Ｂ_Ｙ−Ｂ_ｙ０と、地磁気を除去したｚ軸方向（鉛直方向）の磁場の強さＢ_ｚ＝Ｂ_Ｚ−Ｂ_ｚ０をそれぞれ算出し、水平磁場算出部１５によって、地磁気を除去したｘ軸方向の磁場の強さＢ_ｘと、地磁気を除去したｙ軸方向の磁場の強さＢ_ｙとから以下に示す式によって水平成分の磁場の強さＢ_ｈを算出するようにすれば良い。

また、ｘ軸およびｙ軸が動かないように位置決めした場合には、水平成分の磁場の強さＢ_ｈを算出することなく、探査結果算出部１６において、地磁気を除去したｘ軸方向の磁場の強さＢ_ｘもしくは地磁気を除去したｙ軸方向の磁場の強さＢ_ｙを用いてｔａｎθ＝Ｂ_ｘ／Ｂ_ｚもしくはｔａｎθ＝Ｂ_ｙ／Ｂ_ｚを算出するようにしても良く、この場合には、３次元磁気センサ８の替わりに互いに直交する向き（ｘ軸もしくはｙ軸、ｚ軸）の磁場の強さを測定可能な２次元磁気センサを用いることができる。

以上説明したように、本実施の形態によれば、基礎杭１の近傍で磁場を発生させることによって、基礎杭１の鋼材を一旦磁化させて基礎杭１が有する残留磁気の磁極の方向を揃えた後に、探査軸方向の異なる箇所の磁場の強さをそれぞれ測定することにより、基礎杭が有する残留磁気による磁場を強くした状態で測定することができるため、場所打ち杭等のように鉄筋量が少ない杭や、フーチングによって探査孔２を杭から離れたところに配置しなければならない場合にも、高い検知精度で杭長を特定することができるという効果を奏する。

さらに、本実施の形態によれば、磁場発生装置４を磁場の方向を一定にした状態で探査軸方向に移動させながら磁場を発生させることによって、基礎杭１を磁化させることにより、強力な磁場を発生させることなく基礎杭１の全体を一旦磁化させることができるため、使用する磁場発生装置４および電源装置５を小型化することができるという効果を奏する。

さらに、本実施の形態によれば、探査軸方向の所定間隔毎にパルス電流を磁場発生装置４に供給して磁場を発生させることによって、基礎杭１を磁化させることにより、直流電源を用いることなく基礎杭１の全体を一旦磁化させることができるため、使用する磁場発生装置４および電源装置５をさらに小型化することができるという効果を奏する。

なお、本実施の形態では、磁場発生装置４を移動させながら基礎杭１を磁化させるように構成したが、磁場発生装置４によって基礎杭１の全体を磁化させる強力な磁場を発生させることができるならば、磁場発生装置４を固定した状態で基礎杭１を磁化させるようにしても良い。

なお、本発明が上記各実施の形態に限定されず、本発明の技術思想の範囲内において、各実施の形態は適宜変更され得ることは明らかである。また、上記構成部材の数、位置、形状等は上記実施の形態に限定されず、本発明を実施する上で好適な数、位置、形状等にすることができる。なお、各図において、同一構成要素には同一符号を付している。

本発明に係る磁気探査方法の実施の形態で使用する測定対象物を磁化させる機器の構成を示す図である。 本発明に係る磁気探査方法の実施の形態で使用する測定対象物を磁化させる機器の構成を示す図である。 本発明に係る磁気探査方法の実施の形態で使用する測定対象物の残留磁気量を測定する機器の構成を示す図である。 図３に示す形状解析装置の構成を示すブロック図である。 図４に示す水平磁場算出部における水平磁場の算出方法を説明するための図である。 図４に示す探査結果算出部において算出された探査結果を説明するための図である。

符号の説明

１ 基礎杭
２ 探査孔
３ 非磁性ガイド管
４ 磁場発生装置
５ 電源装置
６ プーリー
７ カウンタ
８ ３次元磁気センサ
９ 増幅器
１０ データ収集器
１１ 形状解析装置
１２ 探査データ入力部
１３ 地磁気記憶部
１４ 地磁気除去部
１５ 水平磁場算出部
１６ 探査結果算出部
１７ データ出力部

Claims (5)

1. 地中に埋設された鋼材を含む測定対象物の近傍の磁気探査を行って、前記測定対象物の先端位置を非接触で検出する磁気探査方法であって、
   前記測定対象物の近傍で磁場を発生させることによって、前記測定対象物を一旦磁化させて前記測定対象物が有する残留磁気の磁極の方向を揃えた後に、探査軸方向の異なる箇所の磁場の強さをそれぞれ測定することを特徴とする磁気探査方法。
2. 磁場発生源の磁場の方向を一定にした状態で探査軸方向に移動させながら磁場を発生させることによって、前記測定対象物を磁化させることを特徴とする請求項１記載の磁気探査方法。
3. 前記磁場発生源を探査軸方向に移動させながら、前記磁場発生源に対してパルス電流を供給して磁場を発生させることによって、前記測定対象物を磁化させることを特徴とする請求項２記載の磁気探査方法。
4. 探査軸方向に磁場を発生させることを特徴とする請求項１乃至３記載の磁気探査方法。
5. 互いに直交するｘ軸、ｙ軸およびｚ軸の磁気量を測定可能な３次元磁気センサをｚ軸が探査軸方向になるように位置決めした状態でｚ軸方向に移動させて、探査軸方向の異なる箇所の磁場の強さをそれぞれ測定することを特徴とする請求項１乃至４記載の磁気探査方法。
   

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