JP2005291818A - 磁気探査に用いる貫入具および磁気探査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、探査孔を掘削することなく磁気探査を行うことができ、作業効率を向上させることができると共に、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基礎杭から離れたところを探査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に用いる貫入具および磁気探査方法を提供することを課題とする。
【解決手段】 貫入先端ロッド１もしくは継ぎロッド２の中空部に取り付けられた磁場発生装置８によって、基礎杭３を磁化させ、貫入先端ロッド１もしくは継ぎロッド２の中空部に取り付けられた３次元磁気センサ６によって少なくとも探査軸方向の磁場の強さを測定するように構成し、貫入先端ロッド１および継ぎロッド２を圧入しながら探査軸方向の異なる箇所、すなわち深さ毎の磁場の強さを探査データとして測定する。
【選択図】 図４

Description

本発明は、磁気探査に用いる貫入具および磁気探査方法に関し、特に基礎杭等の地中に埋設された杭の先端位置を検出する磁気探査に用いる貫入具および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、基礎杭の杭長を調査には、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、杭長を特定する（例えば、非特許文献１参照）。

しかしながら、従来の磁気探査方法では、ロータリーボーリング等によって所定深さの探査孔を掘削する必要があり、大掛かりな機械を必要とすると共に、磁気探査後に探査孔を埋め戻す必要があるため、作業が煩雑になってしまうという問題点があった。また、砂層等の緩い地層に探査孔を掘削する場合には、孔壁の崩落を防ぐために非磁性ガイド管を随時挿入する必要があり、作業効率が低下してしまうという問題点があった。

さらに、従来の磁気探査方法では、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基礎杭から離れたところで探査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、探査孔を掘削することなく磁気探査を行うことができ、作業効率を向上させることができると共に、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基礎杭から離れたところを探査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に用いる貫入具および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、鋼材を含む測定対象物の近傍の磁場の強さを測定して、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に用いる貫入具であって、非磁性体で構成され、突状の先端部が形成された筒状体である貫入先端ロッドと、該貫入先端ロッドに継ぎ足される非磁性体で構成された筒状体である継ぎロッドと、前記貫入先端ロッドもしくは前記継ぎロッドの中空部に取り付けられ、磁場の強さを測定可能な磁気センサと、前記貫入先端ロッドもしくは前記継ぎロッドの中空部に取り付けられ、前記測定対象物を磁化させる磁場を発生させる磁場発生手段とを具備することを特徴とする磁気探査に用いる貫入具に存する。
また請求項２記載の発明の要旨は、前記磁場発生手段は、探査軸方向に磁場を発生させるように前記貫入先端ロッドもしくは前記継ぎロッドの中空部に取り付けられていることを特徴とする請求項１記載の磁気探査に用いる貫入具に存する。
また請求項３記載の発明の要旨は、請求項１又は２記載の磁気探査に用いる貫入具を用いて磁気探査を行う磁気探査方法であって、前記磁場発生手段によって発生された磁場によって前記測定対象物を磁化させた状態で、前記磁気センサによって磁場の強さを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４記載の発明の要旨は、請求項１又は２記載の磁気探査に用いる貫入具を用いて磁気探査を行う磁気探査方法であって、前記磁場発生手段によって発生された磁場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、前記磁気センサによって磁場の強さを測定することを特徴とする磁気探査方法に存する。

本発明の磁気探査に用いる貫入具および磁気探査方法は、貫入先端ロッドもしくは継ぎロッドの中空部に取り付けられた磁場発生手段によって、測定対象物を磁化させ、貫入先端ロッドもしくは継ぎロッドの中空部に取り付けられた磁気センサによって少なくとも探査軸方向の磁場の強さを測定するように構成することにより、貫入先端ロッドおよび継ぎロッドを圧入するだけで、貫入先端ロッドもしくは継ぎロッドの中空部に取り付けられた磁気センサによって磁場の強さを測定できるため、探査孔を掘削することなく磁気探査を行うことができ、作業効率を向上させることができると共に、測定対象物を磁化させて測定対象物からの磁場を強く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測定対象物から離れたところで探査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測定対象物からの磁場の強さを測定することができ、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。

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に用いる貫入具の実施の形態の貫入先端ロッドの構成を示す図であり、（ａ）は、側面図であり、（ｂ）は、縦断面図である。図２は、本発明に係る磁気探査に用いる貫入具の実施の形態の継ぎロッドの構成を示す図であり、（ａ）は、側面図であり、（ｂ）は、縦断面図である。図３は、中空部分に磁場発生装置が取り付けられている図２に示す継ぎロッドの構成を示す図であり、図４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構成を示す図であり、図５は、図４に示す形状解析装置の構成を示すブロック図であり、図６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７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。
である。

本実施の形態では、探査孔を掘削する替わりに、図１に示す貫入先端ロッド１と、図２および図３に示す継ぎロッド２とからなる貫入具を、図４に示すように、測定対象物である基礎杭３の近傍に圧入させることによって磁気探査を行う。なお、測定対象の基礎杭３としては、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）が考えられる。

貫入先端ロッド１は、図１を参照すると、ステンレス鋼製、アルミ合金製等の非磁性体で構成され、突状の先端部が形成されている筒状体であり、後端部には、継ぎロッド２を継ぎ足すための雌ネジ４が形成されている。また、外周には、目盛り５が軸方向に等間隔に設けられている。なお、本実施の形態で使用する貫入先端ロッド１の先端角は、６０°とし、底面積は、１０ｃｍ^２程度とする。

貫入先端ロッド１の中空部分には、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３次元磁気センサ６が、ｚ軸が貫入先端ロッド１の軸方向と一致するように取り付けられている（以下、貫入先端ロッド１の軸方向を探査軸方向と称す）。３次元磁気センサ６は、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。

継ぎロッド２は、図２を参照すると、ステンレス鋼製、アルミ合金製等の非磁性体で構成された筒状体であり、先端部には、貫入先端ロッド１および前段の継ぎロッド２の後端部と螺合する雄ネジ７が形成されており、後端部には、後段の継ぎロッド２を継ぎ足すための雌ネジ４が形成されている。また、外周には、目盛り５が軸方向に等間隔に設けられている。

継ぎロッド２は、複数個用意され、継ぎ足して使用するものであるが、複数個の継ぎロッド２の内のいずれかには、図３に示すように、中空部分に、基礎杭３を磁化させるためのコイル等からなる磁場発生装置８が、発生させる磁場の向きが貫入先端ロッド１の軸方向と一致するように取り付けられている。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す。

磁気探査に際して、図４に示すように、貫入先端ロッド１に磁場発生装置８が取り付けられている継ぎロッド２を繋ぎ、測定対象物である基礎杭３の近傍に継ぎロッド２を継ぎ足しながら鉛直に圧入していく。なお、貫入先端ロッド１および継ぎロッド２の圧入には、パイプ（細径鋼管等）を貫入する既存の圧入機を使用することができる。また、貫入先端ロッド１に設けられた３次元磁気センサ６からの出力ケーブルと、継ぎロッド２に設けられた磁場発生装置８に電流を供給する電源ラインとは、継ぎ足す継ぎロッド２を貫通させる必要があるため、コネクタ等で一端切り離すことができるようになっている。

磁場発生装置８と３次元磁気センサ６との距離は、３次元磁気センサ６によって磁場を測定するに際し、磁化された基礎杭３からの磁場が磁場発生装置８で発生させた磁場に埋もれてしまわないように、基礎杭３と貫入先端ロッド１（３次元磁気センサ６）との距離の少なくとも２倍以上に設定する。貫入先端ロッド１に磁場発生装置８が取り付けられている継ぎロッド２を繋いだだけでは、磁場発生装置８と３次元磁気センサ６との距離が基礎杭３と貫入先端ロッド１（３次元磁気センサ６）との距離の２倍以上にならない場合には、貫入先端ロッド１と、磁場発生装置８が取り付けられている継ぎロッド２との間に、磁場発生装置８が取り付けられていない継ぎロッド２を繋ぐようにすれば良い。

また、磁場発生装置８によって発生させる磁場の強さは、３次元磁気センサ６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６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８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。

磁場発生装置８には、図４に示すように、電源ラインを介して電源装置９から電流が供給されるが、電源装置９から磁場発生装置８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９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８に供給して一定の強さの磁場を発生させた状態で、貫入先端ロッド１および継ぎロッド２の圧入に伴い磁場発生装置８を探査軸方向に移動させる。また、電源装置９として交流電源を使用した場合には、磁場発生装置８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。

貫入先端ロッド１および継ぎロッド２の外周に設けられた目盛り５を検出するための目盛り検出センサ１０を設置し、貫入先端ロッド１および継ぎロッド２の圧入に並行して、目盛り検出センサ１０による目盛り検出タイミングで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していく。すなわち、３次元磁気センサ６からの出力は、増幅器１１で増幅され、目盛り検出センサ１０による目盛り検出タイミングでデータ収集器１２に入力される。従って、データ収集器１２には、深さ（目盛り５）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。

データ収集器１２に収集された探査データは、形状解析装置１３によって解析され、形状解析装置１３は、図５を参照すると、データ収集器１２からの探査データが入力される探査データ入力部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１４には、データ収集器１２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６に示すように、３次元磁気センサ６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１６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１７にグラフや表として出力する。

磁化された基礎杭３を磁石してみなすと、基礎杭３からは、図７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１７から出力されるグラフや表には、基礎杭３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３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６によってｘ軸方向、ｙ軸方向およびｚ軸方向の磁場の強さを測定するようにしたが、ｚ軸方向の磁場の強さのみを測定する磁気センサを用いても良い。磁場発生装置８によって発生された磁場によって地磁気の影響が弱められているので、ｚ軸方向の磁場の強さＢｚが０になる深さ、すなわち、磁化された基礎杭３からの探査軸方向の磁場が反転している深さに基づいて基礎杭３の杭長を検出することが可能である。

さらに、本実施の形態では、３次元磁気センサ６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６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１６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６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。

次に、本発明の他の実施の形態について図８に基づいて詳細に説明する。
図８は、本発明に係る磁気探査に用いる貫入具の他の実施の形態の構成を示す縦断面図である。

図８（ａ）には、貫入先端ロッド１の中空部分に、３次元磁気センサ６と、磁場発生装置８とが取り付けられている。このように、磁場発生装置８と３次元磁気センサ６との距離を、基礎杭３と３次元磁気センサ６との距離の少なくとも２倍以上に設定できる場合には、同一のロッド（貫入先端ロッド１もしくは継ぎロッド２）に３次元磁気センサ６と磁場発生装置８とを取り付けるようにしても良い。

また、図８（ｂ）に示すように、貫入先端ロッド１の中空部分に磁場発生装置８を取り付けると共に、図８（ｃ）に示すように、継ぎロッド２の中空部分に３次元磁気センサ６を取り付けるようにしても良い。すなわち、磁場発生装置８と３次元磁気センサ６との上下位置の関係は、どちらが上でも良い。

以上説明したように、本実施の形態によれば、貫入先端ロッド１もしくは継ぎロッド１の中空部に取り付けられた磁場発生装置８によって、基礎杭３を磁化させ、貫入先端ロッド１もしくは継ぎロッド２の中空部に取り付けられた３次元磁気センサ６によって少なくとも探査軸方向の磁場の強さを測定するように構成することにより、貫入先端ロッド１および継ぎロッド２を圧入するだけで、貫入先端ロッド１もしくは継ぎロッド２の中空部に取り付けられた３次元磁気センサ６によって磁場の強さを測定できるため、探査孔を掘削することなく磁気探査を行うことができ、作業効率を向上させることができると共に、基礎杭３を磁化させて基礎杭３からの磁場を強く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基礎杭３から離れたところで探査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基礎杭３からの磁場の強さを測定することができ、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。

なお、本実施の形態では、貫入先端ロッド１および継ぎロッド２の外周に設けた目盛り５によって深さを検知するように構成しているが、巻き取り式変位計（継ぎロッド２の長さを１ｍとした場合、１ｍ計測用の変位計）を押し込み（圧入）機械本体に設置し、ロッドの押し込み（圧入）量を電気的に検出することによって深さを検知するように構成しても良い。この場合には、継ぎロッド２の継ぎ足し工程で毎回、変位計の目盛り変えを併せて実施する。

また、本実施の形態では、磁場発生装置８によって基礎杭３を磁化させた状態で磁場を測定するように構成したが、磁場発生装置８によって基礎杭３を一旦磁化させた後に、磁場発生装置８による磁場の発生を止めて、磁場を測定するようにしても良い。この場合にも、基礎杭３が有する残留磁気の磁極の方向が一旦磁化されることにより揃えられるため、残留磁気による磁場が強くなり、高い精度で検出することが可能になる。

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に用いる貫入具の実施の形態の貫入先端ロッドの構成を示す図であり、（ａ）は、側面図であり、（ｂ）は、縦断面図である。 本発明に係る磁気探査に用いる貫入具の実施の形態の継ぎロッドの構成を示す図であり、（ａ）は、側面図であり、（ｂ）は、縦断面図である。 中空部分に磁場発生装置が取り付けられている図２に示す継ぎロッド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機器構成を示す図である。 図４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。 本発明に係る磁気探査に用いる貫入具の他の実施の形態の構成を示す縦断面図である。

符号の説明

１ 貫入先端ロッド
２ 継ぎロッド
３ 基礎杭
４ 雌ネジ
５ 目盛り
６ ３次元磁気センサ
７ 雄ネジ
８ 磁場発生装置
９ 電源装置
１０ 目盛り検出センサ
１１ 増幅器
１２ データ収集器
１３ 形状解析装置
１４ 探査データ入力部
１５ 水平磁場算出部
１６ 探査結果算出部
１７ データ出力部

Claims (4)

1. 鋼材を含む測定対象物の近傍の磁場の強さを測定して、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に用いる貫入具であって、
   非磁性体で構成され、突状の先端部が形成された筒状体である貫入先端ロッドと、
   該貫入先端ロッドに継ぎ足される非磁性体で構成された筒状体である継ぎロッドと、
   前記貫入先端ロッドもしくは前記継ぎロッドの中空部に取り付けられ、磁場の強さを測定可能な磁気センサと、
   前記貫入先端ロッドもしくは前記継ぎロッドの中空部に取り付けられ、前記測定対象物を磁化させる磁場を発生させる磁場発生手段とを具備することを特徴とする磁気探査に用いる貫入具。
2. 前記磁場発生手段は、探査軸方向に磁場を発生させるように前記貫入先端ロッドもしくは前記継ぎロッドの中空部に取り付けられていることを特徴とする請求項１記載の磁気探査に用いる貫入具。
3. 請求項１又は２記載の磁気探査に用いる貫入具を用いて磁気探査を行う磁気探査方法であって、
   前記磁場発生手段によって発生された磁場によって前記測定対象物を磁化させた状態で、前記磁気センサによって磁場の強さを測定することを特徴とする磁気探査方法。
4. 請求項１又は２記載の磁気探査に用いる貫入具を用いて磁気探査を行う磁気探査方法であって、
   前記磁場発生手段によって発生された磁場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、前記磁気センサによって磁場の強さを測定することを特徴とする磁気探査方法。
   

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