JP2005291812A

JP2005291812A - 磁気探査方法

Info

Publication number: JP2005291812A
Application number: JP2004104663A
Authority: JP
Inventors: Hidetoshi Nishioka; 英俊西岡; Hirotaka Kamijiyou; 弘貴上條; Hiroshi Haneya; 洋羽矢
Original assignee: Railway Technical Research Institute
Current assignee: Railway Technical Research Institute
Priority date: 2004-03-31
Filing date: 2004-03-31
Publication date: 2005-10-20

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、地磁気に影響されることなく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と３次元磁気センサ８とを挿入し、磁場発生装置４および３次元磁気センサ８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て基礎杭１を磁化させた状態で、磁場の強さを測定する。磁場発生装置４と３次元磁気センサ８との距離は、基礎杭１と３次元磁気センサ８との距離の少なくとも２倍以上に設定し、設定した距離を保った状態で探査軸方向に移動させる。
【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、地磁気の影響で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、地磁気に影響されることなく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、前記測定対象物の杭長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発生させた磁場によって前記測定対象物を磁化させた状態で、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、磁場発生源と磁場の測定ポイントとの距離を一定に保った状態で、磁場発生源と磁場の測定ポイントとを探査軸方向に移動させながら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又は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発生させた磁場によって測定対象物を磁化させた状態で、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、磁化された測定対象物からの磁場を地磁気よりも強くすることができ、地磁気に影響されることなく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、磁場発生源と磁場の測定ポイントとの距離を一定に保った状態で、磁場発生源と磁場の測定ポイントとを探査軸方向に移動させながら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って、強力な磁場を発生させることなく測定対象物の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。

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は、本発明に係る磁気探査方法の実施の形態で使用する機器の構成を示す図であり、図２は、図１に示す形状解析装置の構成を示すブロック図であり、図３は、図１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４は、図１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と３次元磁気センサ８とを挿入し、磁場発生装置４および３次元磁気センサ８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て基礎杭１を磁化させた状態で、３次元磁気センサ８によって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。

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、探査軸方向に発生させ、磁場発生装置４を探査軸方向に移動させるに際し、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、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。

なお、磁場発生装置４によって発生させる磁場の向きは、探査軸に対して直角方向でも良いが、磁場発生装置４によって発生させる磁場の向きを探査軸方向にした方が、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。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る必要がある。

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。

磁場発生装置４と３次元磁気センサ８との距離は、３次元磁気センサ８によって磁場を測定するに際し、磁化された基礎杭１からの磁場が磁場発生装置４で発生させた磁場に埋もれてしまわないように、基礎杭１と探査孔２（３次元磁気センサ８）との距離の少なくとも２倍以上に設定し、設定した距離を保った状態で磁場発生装置４および３次元磁気センサ８を探査軸方向に移動させる。

また、磁場発生装置４によって発生させる磁場の強さは、３次元磁気センサ８によって磁場を測定するに際し、地磁気の影響を無視できる程度に設定される。すなわち、日本付近の地磁気の強さは、５０，０００(ｎＴ)程度であり、３次元磁気センサ８によって測定される磁場の強さが０．２(ｍＴ)＝２００，０００(ｎＴ)以上になるように磁場発生装置４によって発生させる磁場の強さを設定し、地磁気の影響を減少させる。

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、交流電流を供給する交流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。また、電源装置５として交流電源を使用した場合には、磁場発生装置４によって発生される磁場の強さが周期的に変動すると共に、磁場の向きが周期的に反転することになるが、周期性が存在するため、測定結果を信号処理することによって所望の磁場を測定することができる。

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２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、水平磁場算出部１３と、探査結果算出部１４と、データ出力部１５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。

水平磁場算出部１３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３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。

探査結果算出部１４は、水平成分の磁場の強さＢ_Ｈと、鉛直方向（ｚ軸方向）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１５にグラフや表として出力する。

磁化された基礎杭１を磁石してみなすと、基礎杭１からは、図４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Ｂ_Ｚ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１５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。

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、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１４において、ｘ軸方向の磁場の強さＢ_Ｘもしくは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の近傍で発生させた磁場によって基礎杭１を磁化させた状態で、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を基礎杭１から離れたところに配置しなければならない場合にも、磁化された基礎杭１による磁場を地磁気よりも強くすることができ、地磁気に影響されることなく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、磁場発生源と磁場の測定ポイントと距離を一定に保った状態で、磁場発生源と磁場の測定ポイントとを探査軸方向に移動させながら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って、強力な磁場を発生させることなく測定対象物を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。

なお、本実施の形態では、磁場発生装置４を３次元磁気センサ８と共に探査軸方向に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を固定した状態で基礎杭１を磁化させ、３次元磁気センサ８のみを探査軸方向に移動させて磁場を測定するようにしても良い。

また、本実施の形態では、図１を参照すると、３次元磁気センサ８の上方に磁場発生装置４を配置させるように構成しているが、磁場発生装置４を３次元磁気センサ８の下方に配置させるようにしても良い。

（実施例）
図５は、本発明に係る磁気探査方法の実施例の測定条件を示す側面図であり、図６乃至図８は、本発明に係る磁気探査方法の実施例の測定結果を示すグラフである。

図５に示すように、土中に鋼管杭２０を埋設し、鋼管杭２０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の全長にわたって非磁性ガイド管３を挿入する。そして、非磁性ガイド管３内に磁場発生装置４と３次元磁気センサ８とを挿入して、磁場発生装置４および３次元磁気センサ８を移動させながら、探査軸方向の各深さでの磁場の強さを測定した。なお、鋼管杭２０は、深さ３ｍ〜１３ｍに埋設し、鋼管杭２０から３次元磁気センサ８までの距離は、Ｌ＝２ｍに設定した。

３次元磁気センサ８によって測定する磁場の座標は、探査軸方向がｚ軸に、水平面をｘ軸、ｙ軸になるようにし、各位置でｘ軸方向、ｙ軸方向、ｚ軸方向の３方向成分をそれぞれ測定した結果をＢｘ、Ｂｙ、Ｂｚ（ｍＴ）とし、水平成分の磁場の強さＢｈを算出した（図６を参照）。

図６に示すグラフを参照すると、ｚ軸方向の磁場の強さＢｚが深さ３ｍ付近と深さ１３ｍ付近とで０になっていることがわかる。すなわち、磁場発生装置４によって発生された磁場によって磁化された鋼管杭２０からの探査軸方向の磁場が深さ３ｍ付近と深さ１３ｍ付近とで反転していることが示されており、測定結果から鋼管杭２０の杭長を特定することができる。

次に、探査軸方向（z軸方向）の磁場勾配（ｄＢｚ／ｄｚ）を算出した（図７を参照）。図７に示すグラフを参照すると、探査軸方向の磁場勾配が深さ３ｍ付近と深さ１３ｍ付近とでピークになっていることがわかる。すなわち、磁場発生装置４によって発生された磁場によって磁化された鋼管杭２０からの探査軸方向の磁場が深さ３ｍ付近と深さ１３ｍ付近とで反転していることが示されており、測定結果から鋼管杭２０の杭長を特定することができる。

次に、水平成分の磁場の強さ／探査軸方向（z軸方向）の磁場の強さ（Ｂｈ／Ｂｚ）を算出した（図８を参照）。図８に示すグラフを参照すると、深さ３ｍ付近と深さ１３ｍ付近とで急激に数値が変動しており、磁場発生装置４によって発生された磁場によって磁化された鋼管杭２０からの探査軸方向の磁場が深さ３ｍ付近と深さ１３ｍ付近とで反転していることがより詳細に示されており、測定結果から鋼管杭２０の杭長を特定することができる。

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機器の構成を示す図である。図１に示す形状解析装置の構成を示すブロック図である。図１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１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。本発明に係る磁気探査方法の実施例の測定条件を示す側面図である。本発明に係る磁気探査方法の実施例の測定結果を示すグラフである。本発明に係る磁気探査方法の実施例の測定結果を示すグラフである。本発明に係る磁気探査方法の実施例の測定結果を示すグラフである。

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
８３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水平磁場算出部
１４探査結果算出部
１５データ出力部
２０鋼管杭

Claims

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、前記測定対象物の杭長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発生させた磁場によって前記測定対象物を磁化させた状態で、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。
磁場発生源と磁場の測定ポイントとの距離を一定に保った状態で、磁場発生源と磁場の測定ポイントとを探査軸方向に移動させながら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記載の磁気探査方法。
前記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、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又は２記載の磁気探査方法。
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。
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。