JP2007170028A - 杭検査方法及びセンサー圧着装置 - Google Patents

Abstract

【課題】杭長及び杭欠損部を精度よく検出し、杭の健全性をより正確に評価できる非破壊の杭検査方法及びセンサー圧着装置を提供する。
【解決手段】構造物１２を支持する杭１０に形成された少なくとも１つの検査孔１４、１６内の異なる深度に弾性波を受信する複数のセンサー１８、２０がセットされている。杭１０に弾性波を発生させ、この弾性波が複数のセンサー１８、２０に到達する時間の差に基づいて、弾性波速度を算出し、複数のセンサー１８、２０に反射波が到達した時間を特定する。よって、杭１０の長さや杭欠損部７５を精度よく検出することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、杭の健全性を非破壊で検査する杭検査方法に関する。

杭基礎建物の建替えで既存杭を再利用したり、杭基礎建物を基礎部で免震改修して既存杭を継続使用するときには、通常は建物の品質保証のために、再利用や継続使用をする既存杭に対して、健全性、耐久性等の現地調査を行う。

一般に杭の健全性は、非破壊試験を用いて行われる。例えば支持杭であれば、杭長を計測することにより支持層まで支持杭が達しているかを確認し、さらにコンクリート欠損部の有無を調べることにより杭体健全性を確認する。

杭長及び杭体健全性の調査は、杭頭が露出した状態で行われるが、地下水位が建物基礎の底面よりも高い場合には、排水処理を施す必要があり、コストがかかってしまう。

ここで、図２１に示すような、杭１６２に支持された基礎スラブ１６４の上面をハンマー１６０で打撃し、基礎スラブ１６４の上面に設けられたセンサー１６６が、この打撃波の反射波を受信する場合、１つのセンサー１６６では杭１６２の弾性波速度を測定できないので、弾性波速度の仮定値（例えば、３，５００〜４，２００ｍ／ｓ）を用いて、杭先端又は杭欠損部の深度を測定しなければならず、精度よく推定することが難しい。また、基礎スラブ１６４の下面からの反射波１６８が大きく、杭先端からの反射波１７０を特定することが困難である。

図２２は、基礎コンクリート１７２中に支持杭１７４の試験孔となる有底筒状のケーシング１７６を設け、杭頭部を打撃することにより、基礎コンクリート１７２の下面からの大きな反射波が測定に影響を及ぼさないようにした杭の非破壊試験方法である（特許文献１）。支持杭１７４の上端面には雌ネジ１７８が形成されており、ケーシング１７６の下端に形成された雄ネジ２００と螺合している。ケーシング１７６の上方から挿入し、ケーシング１７６の内側底部に下端部を接触させた鉄筋棒２０２の上端部をハンマー２０４で打撃し、支持杭１７４に伝わった振動の応答をケーシング１７６の内側底部に設けられたセンサー２０６で受信する。そして、この値をもとに支持杭１７４の健全性を判定する。

しかし、１つのセンサー２０６では支持杭１７４の弾性波速度を測定できないので、弾性波速度の仮定値を用いて距離を算出しなければならず、精度よく推定することが難しい。また、基礎コンクリート１７２からの反射波の影響で測定波形が乱れ、支持杭１７４の健全性判定のための十分な精度が得られない。

また、図２３は、地中深くに形成された杭体２０８の杭頭部から杭用孔２１０を通じて地上に突き出るように設けられた２本の金属部材２１２を用いた杭の健全性の検査方法である（特許文献２）。金属部材２１２の一方の上端部をハンマー２１６で打撃して加振を行い、他方の上端部に設けられた振動センサー２１４が杭体２０８に伝わった振動の応答を受信し、この値をもとに杭体２０８の損傷の有無や位置などを確認する。

しかし、この検査方法を基礎スラブを残した状態の杭体に適用した場合、引用文献１と同様に、実際の弾性波速度を測定できず、また、基礎スラブの影響により測定波形が乱れるので、杭体損傷部までの深さを十分な精度で推定することができない。

また、図２４は、既存杭２１８の軸線方向に穿孔したコアボーリング孔２２０に挿入された超音波発信機２２２及び超音波受信機２２４によって、既存杭２１８の欠損やクラックの有無を確認する既存杭の健全性調査方法である（特許文献３）。この超音波発信機２２２及び超音波受信機２２４は、既存杭２１８の杭頭部上方から吊り下げられ、上下方向の移動及び軸線周りの回転が可能な吊り下げ具２２６に保持された保持部材２２８に、所定の間隔をあけて上下に取り付けられている。超音波発信機２２２から超音波を発信し、反射して戻ってくる反射波を超音波受信機２２４で受信し、発信から受信までの時間から距離を求める。そして、その距離と既存杭２１８の内壁２３２から外壁２３０までの実際の肉厚とを比較して既存杭２１８の周辺部に発生する欠損やクラックの有無を確認する。

しかし、この調査方法は、杭の半径方向の反射波を受信する測定方法なので、杭先端からの鉛直方向の反射波の受信が必要となる杭長の測定はできない。
特開平９−２９２３７５号公報 特開平９−２０３７２７号公報 特開２０００−７３３８９号公報

本発明は係る事実を考慮し、杭長及び杭欠損部を精度よく検出し、杭の健全性をより正確に評価できる非破壊の杭検査方法及びセンサー圧着装置を提供することを課題とする。

請求項１に記載の発明は、構造物を支持する杭に弾性波を発生させ、前記杭を伝播する弾性波速度を測定して前記杭の長さや杭欠損部を検出する杭検査方法において、前記杭に少なくとも１つの検査孔を形成する工程と、前記検査孔内の異なる深度に前記弾性波を受信する複数のセンサーをセットする工程と、前記複数のセンサーに弾性波が到達する時間の差と該センサー間の距離から弾性波速度を算出する工程と、を有することを特徴としている。

請求項１に記載の発明では、構造物を支持する杭に少なくとも１つの検査孔が形成されている。そして、この検査孔内の異なる深度に弾性波を受信する複数のセンサーがセットされている。

構造物を支持する杭に弾性波を発生させ、この弾性波が複数のセンサーに到達する時間の差とセンサー間の距離から弾性波速度を算出する。そして、この弾性波速度を用いて杭の長さや杭欠損部を検出する。

よって、従来、仮定値を用いなければならなかった弾性波速度を、直接測定した結果から算出することができるので、杭の長さや杭欠損部を精度よく検出することができる。

請求項２に記載の発明は、前記弾性波は、前記構造物又は前記検査孔を打撃することにより発生させることを特徴としている。

請求項２に記載の発明では、構造物を打撃する場合は、打撃用の検査孔等が不要であり、容易に弾性波を発生させることができる。

また、検査孔を打撃する場合は、センサーに近い位置で打撃ができるので、センサーに測定開始のためのトリガーを確実にかけることができる。

請求項３に記載の発明は、前記複数のセンサーを、複数の異なる深度の前記検査孔の底部に配置したことを特徴としている。

請求項３に記載の発明では、杭に複数の異なる深度の検査孔が形成され、これらの検査孔の底部にセンサーが配置されている。

よって、センサーを上から押さえつけるだけの簡単な治具によって測定を行うことができる。

請求項４に記載の発明は、同一の前記検査孔の孔壁に前記複数のセンサーを深度を変えて固定したことを特徴としている。

請求項４に記載の発明では、杭に形成された１つの検査孔の異なる深度の孔壁にセンサーがそれぞれ固定されている。

よって、センサーを任意の深度に固定して測定を行うことができる。また、センサーは検査孔の孔壁に固定されているので、深い検査孔の底部にセンサーを配置する場合の問題点である、底に溜まった沈殿物によって検査孔の底部へのセンサーの密着度が低下して測定ができなくなるといったことが起こらない。よって、深い深度においてもセンサーが確実に弾性波を受信することができる。

請求項５に記載の発明は、前記複数のセンサーの１つを前記検査孔の底部に配置し、他の１つを前記検査孔の孔壁に固定したことを特徴としている。

請求項５に記載の発明では、検査孔の底部に１つのセンサーを配置し、もう１つのセンサーを検査孔の孔壁に固定している。

よって、検査孔の底部への配置が容易なセンサーと、任意の深度に固定可能なセンサーとを組み合わせることで、より実用的な杭検査方法を構築することができる。

請求項６に記載の発明は、構造物を支持する杭と同等の弾性波速度を有する該構造物を打撃することにより、前記杭に弾性波を発生させ、前記杭を伝播する弾性波速度を測定して前記杭の長さや杭欠損部を検出する杭検査方法において、前記杭に１つの検査孔を形成する工程と、前記構造物と、前記検査孔の底部とに前記弾性波を受信するセンサーをセットする工程と、セットされた該複数のセンサーに弾性波が到達する時間の差と該センサー間の距離から弾性波速度を算出する工程と、を有することを特徴としている。

請求項６に記載の発明では、構造物を支持する杭に１つの検査孔が形成されている。そして、構造物と検査孔の底部に弾性波を受信するセンサーがそれぞれセットされている。また、構造物は杭と同等の弾性波速度を有している。

構造物を打撃することにより構造物を支持する杭に弾性波を発生させ、この弾性波が構造物と検査孔の底部にそれぞれ設けられたセンサーに到達する時間とセンサー間の距離から弾性波速度を算出する。そして、この弾性波速度を用いて杭の長さや杭欠損部を検出する。

よって、従来、仮定値を用いなければならなかった弾性波速度を、直接測定した結果から算出することができるので、杭の長さや杭欠損部を精度よく検出することができる。

また、形成する検査孔は１つだけであり、構造物と検査孔の底部にセンサーを配置するだけでよいので、より簡単な杭検査方法を構築できる。

請求項７に記載の発明は、前記検査孔が鉛直孔又は斜め孔であることを特徴としている。

請求項７の発明では、検査孔が鉛直孔である場合は、検査孔を鉛直方向に穿孔して形成すればよいので、杭の正確な平面位置に検査孔を形成し、センサーをセットすることができる。

また、検査孔が斜め孔である場合は、センサーをセットしたい杭の平面位置の真上に柱等の障害物があっても、それをかわして検査孔を形成することができる。

請求項８に記載の発明は、前記弾性波は、前記構造物又は前記検査孔を打撃することにより前記杭に発生する打撃波と、該打撃波が前記杭の杭先端又は杭欠損部に到達した後に上昇する反射波とからなり、前記複数のセンサーに前記打撃波が到達する時間の差に基づいて、前記複数のセンサーに前記反射波が到達した時間を特定する工程を、有することを特徴としている。

請求項８に記載の発明では、構造物又は検査孔を打撃すると、弾性波である打撃波が杭に発生し、この打撃波は杭先端又は杭欠損部に到達した後に反射波となり上昇する。ここで、複数のセンサーに打撃波が到達する時間の差に基づいて、複数のセンサーに反射波が到達した時間を特定し、この時間から杭の長さや杭欠損部を検出する。

よって、基礎スラブ等の影響で、あらゆる方向からの反射波をセンサーが受信した場合においても、杭先端又は杭欠損部からの反射波を容易かつ正確に特定することができる。なお、打撃波は反射波に比べて大きいので、複数のセンサーに打撃波が到達する時間は容易に特定することができる。

請求項９に記載の発明は、前記弾性波の発生源の近くに該弾性波を受信するセンサ−が設けられていることを特徴としている。

請求項９に記載の発明では、弾性波の発生源の近くにセンサ−が設けられているので、このセンサーに測定開始のためのトリガーを確実にかけることができる。

請求項１０に記載の発明は、請求項４又は請求項５に記載の杭検査方法に用いられるセンサー圧着装置において、前記センサーが搭載され、ワイヤーで前記検査孔内へ吊下される支持台と、前記支持台に設けられ、気体又は液体の圧力で伸縮するシリンダーと、前記支持台に設けられ、前記シリンダーが伸長したときに前記検査孔の孔壁に圧接する背板と、前記シリンダーに接続され、前記気体又は前記液体を供給するホースと、を有することを特徴としている。

請求項１０に記載の発明では、センサーが搭載された支持台がワイヤーで検査孔内に吊下されている。この支持台には、背板、及び気体又は液体の圧力で伸縮するシリンダーが設けられており、このシリンダーに気体又は液体を供給するホースが接続されている。そして、このシリンダーを伸長したときに背板が検査孔の孔壁に圧接されて、支持台が検査孔内に固定される。

よって、検査孔の任意の深度にセンサーを固定することができる。

また、シリンダーの圧力を大きくするほど検査孔の孔壁と支持台との密着性が高まり、より正確に弾性波を支持台に伝えることができ、センサーが安定した測定波形を受信することができる。

また、支持台が検査孔内に固定された状態において、伸長したシリンダーの側方と検査孔の孔壁との間には空間ができるので、下方に固定した別の支持台からのホースやワイヤーをこの空間を使って上方へ通すことができる。よって、同一の検査孔内に複数の支持台を固定することができる。

本発明は上記構成としたので、杭長及び杭欠損部の位置を精度よく推定し、杭の健全性をより正確に評価することができる。

図面を参照しながら、既存の場所打ちコンクリート杭における杭検査方法及びセンサー圧着装置を説明する。なお、本実施形態では、既存の場所打ちコンクリート杭の例を説明するが、新設の場所打ちコンクリート杭や既製コンクリート杭等の弾性波が伝播するあらゆる杭に対して適用可能であり、また、杭基礎建物の建替え時、基礎免震改修時、新設杭施工後等の杭検査に用いることができる。

まず、本発明の第１の実施形態に係る杭検査方法について説明する。

図１〜３には、第１の実施形態の杭検査方法が示されている。

図１に示すように、既存の場所打ちコンクリート杭（以下、コンクリート杭）１０に支持された基礎スラブ１２の上面からコンクリート杭１０の内部に至る２つの検査孔１４、１６が鉛直方向に形成されている。検査孔１４、１６は、コアボーリングやドリル等により穿孔されたものである。検査孔１４の底部はコンクリート杭１０の杭頭付近の浅い深度にあり、検査孔１６の底部は検査孔１４の底部よりも深い深度にある。

検査孔１４、１６の底部には、弾性波を受信するセンサー１８、２０が配置されている。センサー１８、２０は検査孔の底部上に置かれただけなので、測定を行うときには、図示されていない鉄筋の棒状部材を基礎スラブ１２の上方から検査孔１４、１６に挿入し、この棒状部材によってセンサー１８、２０を検査孔の底部に押し付けて、センサー１８、２０と底部との密着度を高めて行う。センサー１８、２０は、予め棒状部材の下端に固定してから、検査孔１４、１６に挿入してもよい。

弾性波は、基礎スラブ１２の上面をプラスチックハンマー２２で打撃して発生させる。

図２、図３は、図１の変形例である。図２は、検査孔１４の左隣に、検査孔１４と同じ深さの打撃用の検査孔２４を鉛直方向に形成している。弾性波は、基礎スラブ１２の上方から検査孔２４に挿入し、その下端部を検査孔２４の底部にしっかりと接触させた鉄筋の打撃棒２６の上端部をプラスチックハンマー２２で打撃して発生させる。打撃棒２６は、下端部を検査孔２４の底部に接触させたときに、その上端部が基礎スラブ１２の上面よりも少し突出する程度の長さとなっている。

図３は、打撃のためのスペースを確保するために図１の検査孔１４よりも大きな孔径の検査孔２８を鉛直方向に形成している。弾性波は、基礎スラブ１２の上方から検査孔２８に挿入し、その下端部を検査孔２８の底部にしっかりと接触させた打撃棒２６の上端部をプラスチックハンマー２２で打撃して発生させる。打撃棒２６は、下端部を検査孔２８の底部に接触させたときに、打撃棒２６の上端部が基礎スラブ１２の上面よりも少し突出する程度の長さとなっている。

次に、本発明の第１の実施形態に係る杭検査方法の作用及び効果について説明する。

図４は、図３のコンクリート杭１０に弾性波を発生させたときの測定波形の一例を示したものである。弾性波が発生してからの経過時間に対する、センサー１８が受信した弾性波の相対速度振幅の値を測定波形３０、センサー２０が受信した弾性波の相対速度振幅の値を測定波形３２として示されている。

まず、プラスチックハンマー２２で、打撃棒２６の上端部を打撃すると、その弾性波は打撃棒２６を介してコンクリート杭１０に伝わり、コンクリート杭１０に発生した打撃波（図３の点線の矢印）となる。打撃とほぼ同時にセンサー１８がこの打撃波を受信し、これが測定開始のトリガーとなる。この打撃波は大きく、相対速度振幅は急激に大きな値となるので、センサー１８が打撃波を受信した時間Ａは、測定波形３０から容易に特定することができる。

次に、コンクリート杭１０に発生した打撃波は、センサー２０によって受信される。この打撃波も大きいので、センサー２０が打撃波を受信した時間Ｂは、測定波形３２から容易に特定することができる。

ここで、事前に測定したセンサー１８とセンサー２０の間の鉛直方向の距離を、時間Ｂ−時間Ａの値で割ることにより、弾性波速度を算出する。

次に、打撃波がコンクリート杭１０の杭先端１３に到達すると反射波（図３の一点鎖線の矢印）となって上昇する。この反射波をまずセンサー２０が受信し、その後、センサー１８が受信する。

ここで、測定波形３０、３２の中から、時間Ｂ−時間Ａとほぼ等しい間隔で、相対速度振幅が大きな値を示している波形部分を探し出し、それらをセンサー１８、２０が反射波を受信した時間とする。本実施形態では、センサー１８の受信時間は時間Ｃ、センサー２０の受信時間は時間Ｄとなる。

そして、時間Ｃ−時間Ａに、算出した弾性波速度の値を掛け合わせると、その半分の値がセンサー１８からコンクリート杭１０の杭先端１３までの距離となる。

よって、第１の実施形態では、従来、仮定値を用いなければならなかった弾性波速度を、直接測定した結果から算出することができるので、コンクリート杭１０の長さを精度よく検出することができる。また、鉛直方向にコンクリート杭１０の強度等にばらつきがある場合は、ある程度深く検査孔を穿孔してセンサー間の距離を長くすることにより、コンクリート杭１０の平均的な弾性波速度が得られる。

また、基礎スラブ１２等の影響で、あらゆる方向からの反射波をセンサー１８、２０が受信した場合においても、コンクリート杭１０の杭先端１３からの反射波を容易かつ正確に特定することができる。特にこの方法は、場所打ちコンクリート杭の壁杭や大口径杭に水平反射波が生じ、測定波形の評価が困難な場合に優れた効果を発揮することができる。

また、基礎スラブ１２の上面を打撃することにより弾性波を発生させる場合は、打撃用の検査孔等は不要であり、容易に弾性波を発生させることができる。

また、検査孔２４、２８を打撃することにより弾性波を発生させる場合は、センサー１８に近い位置で打撃ができるので、センサー１８に測定開始のためのトリガーを確実にかけることができる。

また、センサー１８、２０は、検査孔１４、１６、２８の孔底に配置するだけなので、センサー１８、２０を上から押さえつけるだけの簡単な棒状部材によって測定を行うことができる。

また、検査孔１４、１６、２８は鉛直孔なので、鉛直方向に穿孔して形成すればよく、杭の正確な平面位置に検査孔１４、１６、２８を形成し、センサーをセットすることができる。

第１の実施形態では、棒状部材に鉄筋を用いたが、この棒状部材は鉄筋に限らず、座屈せずにセンサーをしっかり底部に押し付けられるものであればよい。

また、打撃棒２６は、プラスチックハンマー２２の打撃によって生じた弾性波をコンクリート杭１０に伝えられるものであればよく、鉄筋の他、鋼製パイプ、ガス管等を用いることができる。また、打撃棒２６の長さは、打撃棒２６の下端部を検査孔２４の底部に接触させたときに、その上端部が基礎スラブ１２の上面よりも少し突出する程度の長さであればよく、あまり長過ぎると打撃棒２６自体が固有振動数を持ってしまうので好ましくない。

また、本実施形態の検査方法は、弾性波速度がうまく算出できない場合においても、コンクリート杭１０内の弾性波速度として通常用いられている仮定値を使うことで、センサー１８からコンクリート杭１０の杭先端１３までの距離を求めることができる。

なお、図１〜３では説明を分り易くするために、打撃波を点線の矢印で、反射波を一点鎖線の矢印で示したが、他の実施形態の図ではこれらの矢印を省略する。

次に、本発明の第２の実施形態に係る杭検査方法及びセンサー圧着装置について説明する。

以下の説明において、第１の実施形態と同じ構成のものは、同符号を付すると共に、適宜省略して説明する。

図５に示すように、コンクリート杭１０に支持された基礎スラブ１２の上面からコンクリート杭１０の内部に至る１つの検査孔３４が鉛直方向に形成されている。

検査孔３４には、弾性波を受信する２つのセンサー１８、２０が異なる深度に固定されている。センサー１８、２０の固定は、図６に示すようなセンサー圧着装置３６を用いて行われている。センサー圧着装置３６は、円柱状の支持台３８、ガス圧式シリンダー４０、円弧状の背板４２で主に構成されている。

支持台３８上面の周縁付近に２つのアイボルト４４が支持台３８の中心に対して対称に備えられている。そして、基礎スラブ１２の上方で支持されたワイヤー４６の下端部がこのアイボルト４４につながれ、支持台３８が検査孔３４内に吊下されている。

ガス圧式シリンダー４０は、その伸縮方向がアイボルト４４同士を結ぶ直径に対して略垂直と成るように支持台３８に設けられている。そして、このガス圧式シリンダー４０の後方の支持台３８の側面には背板４２が取り付けられている。また、窒素ガスを供給するホース４８が支持台３８の上面でガス圧式シリンダー４０に接続されている。

センサー１８、２０は、エポキシ接着剤によって支持台３８の上面に接着され、支持台３８と一体化しているので、コンクリート杭１０に発生してガス圧式シリンダー４０及び背板４２から支持台３８に伝わった弾性波を受信することができる。センサー１８、２０は、検査孔３４の円断面の中心付近に位置するように、支持台３８上に配置することが望ましい。

弾性波は、基礎スラブ１２の上面をプラスチックハンマー２２で打撃して発生させる。

図７、８は、図５の変形例であり、検査孔３４に設けられたセンサー１８、２０の他に、弾性波を受信するセンサー５０を打撃点近くに設け、これにより測定開始のためのトリガーをセンサー５０に確実にかけることができるようにしたものである。

図７では、基礎スラブ１２の上面にセンサー５０が設けられている。

図８では、検査孔３４の基礎スラブ１２から検査孔３４の中に少し入ったところにセンサー５０が設けられている。

図９、１０は、図５の変形例であり、検査孔３４に固定されたセンサー１８の近くを打撃することにより、測定開始のためのトリガーをセンサー１８に確実にかけることができるようにしたものである。

図９では、検査孔３４の左隣に、図２の検査孔２４を打撃用に形成したものである。弾性波は、打撃棒２６の上端部をプラスチックハンマー２２で打撃して発生させる。

図１０では、センサー圧着装置３６からセンサーを取り外した打撃用治具５４を検査孔３４のセンサー１８近くの上方に固定したものである。弾性波は、基礎スラブ１２の上方から検査孔３４に挿入し、その下端部を打撃用治具５４の支持台３８の上面にしっかりと接触させた打撃棒５６の上端部をプラスチックハンマー２２で打撃して発生させる。打撃棒５６は、下端部を支持台３８上面に接触させたときに、打撃棒５６の上端部が基礎スラブ１２の上面よりも少し突出する程度の長さとなっている。これによって、任意の深度で弾性波を発生させることができる。

なお、本実施形態では、窒素ガスにより伸縮するガス圧式シリンダー４０を用いたが、支持台３８をしっかりと検査孔３４の孔壁に圧接できるものであればよく、空気圧式シリンダー、油圧式シリンダー等を用いてもよい。

また、センサー１８、２０をエポキシ接着剤によって支持台３８の上面に接着したが、センサー１８、２０を支持台３８に一体化できるものであればよい。

次に、センサー１８、２０を検査孔３４に固定する手順を示す。

図６、７に示すように、センサー１８、２０を搭載したセンサー圧着装置３６を検査孔３４の所定の深度までワイヤー４６によって吊り下す。

次に、ホース４８から窒素ガスをガス圧式シリンダー４０に供給し、ガス圧式シリンダー４０を伸長させる。シリンダーの先端が検査孔３４の孔壁に接触した状態から、さらにガス圧式シリンダー４０の伸長を続けると、背板４２が検査孔３４の孔壁に圧接され、これにより支持台３８が検査孔３４の孔壁に固定される。よって、センサー１８、２０が、コンクリート杭１０に発生した弾性波を支持台３８を介してそのまま受信することができる。

次に、本発明の第２の実施形態に係る杭検査方法及びセンサー圧着装置の作用及び効果について説明する。

第２の実施形態では、第１の実施形態と同様の作用及び効果を得ることができ、また、任意の深度に固定されたセンサー１８、２０によって測定をすることができる。

また、ガス圧式シリンダー４０の圧力を大きくするほど検査孔３４の孔壁と支持台３８との密着性が高まり、コンクリート杭１０に発生した弾性波をより正確に支持台３８に伝えることができ、センサー１８、２０が安定した測定波形を受信することができる。

また、支持台３８が検査孔３４内に固定された状態において、伸長したガス圧式シリンダー４０の側方と検査孔３４の孔壁との間には空間ができるので、下方に固定した別の支持台３８からのホース４８やワイヤー４６をこの空間を使って上方へ通すことができる。よって、同一の検査孔３４内に複数の支持台３８を固定することができる。

また、センサー１８、２０は検査孔３４の孔壁に固定されているので、深い検査孔の底部にセンサーを配置する場合の問題点である、底部に溜まった沈殿物によってセンサーの検査孔の底部への密着度が低下して測定できなくなるといったことが起こらない。よって、深い深度においてもセンサー１８、２０が確実に弾性波を受信することができる。

次に、本発明の第３の実施形態に係る杭検査方法について説明する。

第３の実施形態は、第１の実施形態と第２の実施形態を組み合わせたものである。したがって、以下の説明において、第１、第２の実施形態と同じ構成のものは、同符号を付すると共に、適宜省略して説明する。

図１１に示すように、基礎スラブ１２を支持するコンクリート杭１０の左側には図３の検査孔２８が形成され、検査孔２８の底部にセンサー１８が配置されている。また、コンクリート杭１０の右側には図５の検査孔３４が形成され、この検査孔３４内の任意の深度にセンサー２０が固定されている。そして、検査孔２８に設けられた打撃棒２６の上端をプラスチックハンマー２２で打撃して弾性波を発生させる。

次に、本発明の第３の実施形態に係る杭検査方法の作用及び効果について説明する。

第３の実施形態では、第１、第２の実施形態と同様の作用及び効果を得ることができ、また、検査孔２８の底部への配置が容易なセンサー１８と任意の深度に固定可能なセンサー２０とを組み合わせることで、より実用的な杭検査方法を構築できる。

次に、本発明の第４の実施形態に係る杭検査方法について説明する。

第４の実施形態は、第１の実施形態の検査孔を１つにしたものである。したがって、以下の説明において、第１の実施形態と同じ構成のものは、同符号を付すると共に、適宜省略して説明する。

図１２に示すように、基礎スラブ１２を支持するコンクリート杭１０の略中心には図１の検査孔１６が形成され、検査孔１６の底部にセンサー２０が配置されている。また、基礎スラブ１２の上面には、センサー１８が配置されている。そして、基礎スラブ１２の上面をプラスチックハンマー２２で打撃して弾性波を発生させる。

また、基礎スラブ１２は、コンクリート杭１０と同様の弾性波速度を有している。

次に、本発明の第４の実施形態に係る杭検査方法の作用及び効果について説明する。

第４の実施形態では、第１の実施形態と同様の作用及び効果を得ることができ、また、形成する検査孔は１つだけであり、センサー１８を基礎スラブ１２の上面に、センサー２０を検査孔１６の底部に配置するだけでよいので、より簡単な杭検査方法を構築できる。なお、この方法は、基礎スラブ１２とコンクリート杭１０の断面積があまり違わず、基礎スラブ１２の下面からの反射波の影響が小さい場合において用いることが望ましい。

次に、本発明の第５の実施形態に係る杭検査方法について説明する。

第５の実施形態は、第１の実施形態を変形し、より精度の高い検査方法としたものである。したがって、以下の説明において、第１の実施形態と同じ構成のものは、同符号を付すると共に、適宜省略して説明する。

図１３に示すように、コンクリート杭１０に支持された基礎スラブ１２の上面からコンクリート杭１０の内部に至る４本の検査孔５８、６０、６２、６４が鉛直方向に形成されている。検査孔の底部の深度は左から右へ順に深くなっており、これらの底部の鉛直方向の間隔は等しくなっている（Ｈ１＝Ｈ２＝Ｈ３）。

検査孔５８、６０、６２、６４の底部には、弾性波を受信するセンサー６６、６８、７０、７２が配置されている。センサー６６、６８、７０、７２は、検査孔の底部上に置かれただけなので、測定の際には、図示されていない鉄筋の棒状部材を基礎スラブ１２の上方から検査孔５８、６０、６２、６４に挿入し、この棒状部材によってセンサー６６、６８、７０、７２を検査孔の底部に押し付け、センサーと底部との密着度を高めて行う。

また、基礎スラブ１２の上面には、測定開始のトリガーをかけるための弾性波を受信するセンサー７４が配置されている。このセンサー７４は、センサー６６にトリガーがかかる場合には不要となる。

次に、本発明の第５の実施形態に係る杭検査方法の作用及び効果について説明する。

図１４は、図１３のセンサー６６、６８、７０、７２が受信した弾性波の経過時間に対する相対速度振幅を簡略化して示した測定波形である。センサー６６、６８、７０、７２のそれぞれの測定波形６６Ａ、６８Ａ、７０Ａ、７２Ａを、センサーの配置と同様に上から下に等間隔に並べて示されている。

基礎スラブ１２の上面をプラスチックハンマー２２で打撃して弾性波を発生させると、測定波形６６Ａ、６８Ａ、７０Ａ、７２Ａのような走時曲線が得られる。各波形の最初の凹みは、各センサーが打撃波を受信したときであり、２度目の凹みは、各センサーがコンクリート杭１０の杭先端１３からの反射波を受信したときである。

これにより、各深度での弾性波速度を算出できるので、鉛直方向における杭体コンクリート強度の相対的な変化の推定が可能となる。

また、各センサーの測定波形にノイズが入っても、４つの測定波形６６Ａ、６８Ａ、７０Ａ、７２Ａによって、打撃波及び反射波の受信時間の全体的な傾向が把握できるので、コンクリート杭１０の長さを精度よく検出することができる。

次に、本発明の第６の実施形態に係る杭検査方法について説明する。

第６の実施形態は、第２の実施形態を変形し、より精度の高い検査方法としたものである。したがって、以下の説明において、第２の実施形態と同じ構成のものは、同符号を付すると共に、適宜省略して説明する。

図１５に示すように、コンクリート杭１０に支持された基礎スラブ１２の上面からコンクリート杭１０の内部に至る１つの検査孔３４が鉛直方向に形成されている。

検査孔３４には、弾性波を受信する４つのセンサー６６、６８、７０、７２が異なる深度に等間隔に固定されている（Ｈ１＝Ｈ２＝Ｈ３）。そして、センサー６６、６８、７０、７２の固定は、センサー圧着装置３６を用いて行われている。

また、基礎スラブ１２の上面には、測定開始のトリガーをかけるための弾性波を受信するセンサー７４が設けられている。このセンサー７４は、センサー６６にトリガーがかかる場合には不要となる。

次に、本発明の第６の実施形態に係る杭検査方法の作用及び効果について説明する。

第６の実施形態では、１つの検査孔３４によって第５の実施形態と同様の作用及び効果を得ることができる。また、測定結果に基づき、センサーの深度を変えて、再び測定を行うことも可能なので、より緻密な検査を行うことができる。

次に、本発明の第７の実施形態に係る杭検査方法について説明する。

第７の実施形態は、第１の実施形態を変形し、より精度の高い検査方法としたものである。したがって、以下の説明において、第１の実施形態と同じ構成のものは、同符号を付すると共に、適宜省略して説明する。

図１６の（Ａ）は、図１の基礎スラブ１２の上面に、測定開始のトリガーをかけるための弾性波を受信するセンサー５０を配置したものである。このセンサー５０は、センサー１８にトリガーがかかる場合には不要となる。

検査孔１４の底部の深度は変わらないが、検査孔１６は、（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）の順に徐々に掘り下げ、各深度にて逐次測定を行う。また、（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）における検査孔１６の底部の鉛直方向の間隔は等しくなっている（Ｈ１＝Ｈ２＝Ｈ３）。

次に、本発明の第７の実施形態に係る杭検査方法の作用及び効果について説明する。

第７の実施形態では、２つの検査孔１４、１６によって第５の実施形態と同様の作用及び効果を得ることができる。また、掘り下げ回数を多くし、測定回数を増やすことで、多くのセンサーを用いた測定と同等の精度の検査を行うことができる。

次に、本発明の第８の実施形態に係る杭検査方法について説明する。

第８の実施形態は、第２の実施形態を変形し、より精度の高い検出方法としたものである。したがって、以下の説明において、第２の実施形態と同じ構成のものは、同符号を付すると共に、適宜省略して説明する。

図１７の（Ａ）は、図５の基礎スラブ１２の上面に、測定開始のトリガーをかけるための弾性波を受信するセンサー５０を配置したものである。このセンサー５０は、センサー１８にトリガーがかかる場合には不要となる。

まず、図１７の（Ａ）では、センサー１８とセンサー２０を鉛直方向にＨ１の間隔を空けて検査孔３４に固定する。

次に、図１７の（Ｂ）では、センサー２０のみを下方にＨ２だけ移動させ、その位置で検査孔３４に固定する。

さらに、図１７の（Ｃ）では、再びセンサー２０のみを下方にＨ３だけ移動させ、その位置で検査孔３４に固定する。

また、（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）におけるセンサー２０の間隔は等しくなっている（Ｈ１＝Ｈ２＝Ｈ３）。

次に、本発明の第８の実施形態に係る杭検査方法の作用及び効果について説明する。

第８の実施形態では、２つのセンサー１８、２０によって第６の実施形態と同様の作用及び効果を得ることができる。また、最初に最下部まで検査孔を穿孔しておけば、（Ａ）〜（Ｃ）の測定を一度に行うことができる。

次に、本発明の第９の実施形態に係る杭検査方法について説明する。

第９の実施形態は、第１の実施形態をコンクリート杭１０の杭欠損部の検出に適用したものである。したがって、以下の説明において、第１の実施形態と同じ構成のものは、同符号を付すると共に、適宜省略して説明する。

図１８は、図１の基礎スラブ１２の上面に、測定開始のトリガーをかけるための弾性波を受信するセンサー５０を配置したものである。このセンサー５０は、センサー１８にトリガーがかかる場合には不要となる。また、コンクリート杭１０の下方に杭欠損部７５が存在している。

次に、本発明の第９の実施形態に係る杭検査方法の作用及び効果について説明する。

図１９は、図１８のセンサー１８、２０が受信した弾性波の経過時間に対する相対速度振幅を簡略化して示した測定波形である。センサー１８、２０のそれぞれの測定波形７６、７８が、センサーの配置と同様に上下に並べて示されている。

基礎スラブ１２の上面をプラスチックハンマー２２で打撃して弾性波を発生させると、測定波形７６、７８のような走時曲線が得られる。測定波形７６の最初の凹みは下降する打撃波をセンサー１８が受信した時間Ｅ、２度目の凹みはコンクリート杭１０の杭欠損部７５からの反射波をセンサー１８が受信した時間Ｆ、３回目の凹みはコンクリート杭１０の杭先端１３からの反射波をセンサー１８が受信した時間Ｇである。また、測定波形７８の最初の凹みは下降する打撃波をセンサー２０が受信した時間Ｊ、２度目の凹みはコンクリート杭１０の杭欠損部７５からの反射波をセンサー２０が受信した時間Ｋ、３回目の凹みはコンクリート杭１０の杭先端１３からの反射波をセンサー２０が受信した時間Ｌである。

ここで、時間Ｊ−時間Ｅ、時間Ｆ−時間Ｋ、時間Ｇ−時間Ｌは、すべてセンサー１８とセンサー２０の間の弾性波（打撃波又は反射波）の伝播時間であり、弾性波速度は一定なので、これらの値は等しくなる（時間Ｊ−時間Ｅ＝時間Ｆ−時間Ｋ＝時間Ｇ−時間Ｌ＝Δｔ）。この関係を利用し、図２０（Ｂ）のように、測定波形７８の位相をΔｔだけ遅らせ、この状態で測定波形７６、７８を重ね合わせると、図２０（Ｃ）のように、反射波を受信した時間のみを強調した合成波形８０として示すことができる。

図１９の測定波形は、説明をわかり易くするために簡略化した単純な曲線になっているが、実際の測定波形は、基礎スラブや、杭体と地盤の接触面等のさまざまな箇所からの反射波やノイズ等が含まれた複雑な曲線になる。よって、各センサーが弾性波を受信した時間を特定するのは困難であるが、図２０の方法により容易かつ正確に受信時間を特定することができる。

なお、第１〜第９の実施形態では、打撃する道具として、プラスチックハンマー２２を用いたが、掛け矢や鋼製ハンマーを用いてもよい。

また、検査孔として鉛直孔を用いたが、その径は５０mm〜１５０mmが適している。検査孔の平面位置は、コンクリート杭１０の中心付近が望ましいが、真上に柱等の障害物がある場合は、コンクリート杭１０の中心からずらした位置に設けてもよい。また、検査孔として斜め孔を用いてもよい。斜め孔を用いれば、コンクリート杭１０の中心付近の真上に柱等の障害物があっても、それをかわして検査孔を形成することができる。

また、既存杭の調査では、杭体のコンクリート強度を調べるためにコアボーリングが行われるので、その孔を検査孔に利用してもよい。また、新設杭においては、杭体コンクリート打設前に配管等で養生を行っておき、予め検査孔を形成しておいてもよい。

また、第１〜第８の実施形態では、コンクリート杭１０の杭先端１３の検出について説明し、第９の実施形態では、コンクリート杭１０の杭欠損部７５の検出について説明したが、第１〜第８の実施形態は、コンクリート杭１０の杭欠損部の検出に対しても同様の作用及び効果を得ることができる。

また、測定精度を上げるために、複数のセンサーの鉛直方向の間隔は、杭径以上（実用上は２ｍ以上）とすることが望ましく、複数の検査孔のそれぞれにセンサーをセットする場合は、検査孔同士の間隔ができるだけ狭くなるように形成することが望ましい。

また、本発明の杭検査方法によって最初の数本の杭を検査し、それにより得られた弾性波速度や波形特性を用いて、残りの杭を１つのセンサーによる従来の方法で検査すれば、コストや工期のかかる穿孔作業を最小限に留め、従来よりも精度のよい検査を実施することができる。

また、第５〜第８の実施形態では、Ｈ１＝Ｈ２＝Ｈ３としたが、これに限らず、Ｈ１：Ｈ２：Ｈ３と同じ比率で、各センサーの測定波形を並べて評価すればよい。

本発明の第１の実施形態に係る杭検査方法を示す説明図である。 本発明の第１の実施形態に係る杭検査方法の変形例を示す説明図である。 本発明の第１の実施形態に係る杭検査方法の変形例を示す説明図である。 本発明の第１の実施形態に係る杭検査方法の測定波形を示す経過時間に対する相対速度振幅の線図である。 本発明の第２の実施形態に係る杭検査方法を示す説明図である。 本発明の第２の実施形態に係るセンサー圧着装置を示す平面図及び側面図である。 本発明の第２の実施形態に係る杭検査方法の変形例を示す説明図である。 本発明の第２の実施形態に係る杭検査方法の変形例を示す説明図である。 本発明の第２の実施形態に係る杭検査方法の変形例を示す説明図である。 本発明の第２の実施形態に係る杭検査方法の変形例を示す説明図である。 本発明の第３の実施形態に係る杭検査方法を示す説明図である。 本発明の第４の実施形態に係る杭検査方法を示す説明図である。 本発明の第５の実施形態に係る杭検査方法を示す説明図である。 本発明の第５の実施形態に係る杭検査方法の測定波形を示す経過時間に対する相対速度振幅の線図である。 本発明の第６の実施形態に係る杭検査方法を示す説明図である。 本発明の第７の実施形態に係る杭検査方法を示す説明図である。 本発明の第８の実施形態に係る杭検査方法を示す説明図である。 本発明の第９の実施形態に係る杭検査方法を示す説明図である。 本発明の第９の実施形態に係る杭検査方法の測定波形を示す経過時間に対する相対速度振幅の線図である。 本発明の第９の実施形態に係る杭検査方法を示す説明図である。 従来の杭検査方法を示す概略図である。 従来の杭検査方法を示す概略図である。 従来の杭検査方法を示す概略図である。 従来の杭検査方法を示す概略図である。

符号の説明

１０ コンクリート杭（杭）
１２ 基礎スラブ（構造物）
１３ 杭先端
１４ 検査孔
１６ 検査孔
１８ センサー
２０ センサー
２４ 検査孔
２８ 検査孔
３４ 検査孔
３６ センサー圧着装置
３８ 支持台
４０ ガス圧式シリンダー（シリンダー）
４２ 背板
４６ ワイヤー
４８ ホース
５０ センサー
５８ 検査孔
６０ 検査孔
６２ 検査孔
６４ 検査孔
６６ センサー
６８ センサー
７０ センサー
７２ センサー
７４ センサー
７５ 杭欠損部

Claims (10)

1. 構造物を支持する杭に弾性波を発生させ、前記杭を伝播する弾性波速度を測定して前記杭の長さや杭欠損部を検出する杭検査方法において、
   前記杭に少なくとも１つの検査孔を形成する工程と、
   前記検査孔内の異なる深度に前記弾性波を受信する複数のセンサーをセットする工程と、
   前記複数のセンサーに弾性波が到達する時間の差と該センサー間の距離から弾性波速度を算出する工程と、
   を有することを特徴とする杭検査方法。
2. 前記弾性波は、前記構造物又は前記検査孔を打撃することにより発生させることを特徴とする請求項１に記載の杭検査方法。
3. 前記複数のセンサーを、複数の異なる深度の前記検査孔の底部に配置したことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の杭検査方法。
4. 同一の前記検査孔の孔壁に前記複数のセンサーを深度を変えて固定したことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の杭検査方法。
5. 前記複数のセンサーの１つを前記検査孔の底部に配置し、他の１つを前記検査孔の孔壁に固定したことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の杭検査方法。
6. 構造物を支持する杭と同等の弾性波速度を有する該構造物を打撃することにより、前記杭に弾性波を発生させ、前記杭を伝播する弾性波速度を測定して前記杭の長さや杭欠損部を検出する杭検査方法において、
   前記杭に１つの検査孔を形成する工程と、
   前記構造物と、前記検査孔の底部とに前記弾性波を受信するセンサーをセットする工程と、
   セットされた該複数のセンサーに弾性波が到達する時間の差と該センサー間の距離から弾性波速度を算出する工程と、
   を有することを特徴とする杭検査方法。
7. 前記検査孔が鉛直孔又は斜め孔であることを特徴とする請求項１〜請求項６の何れか１項に記載の杭検査方法。
8. 前記弾性波は、前記構造物又は前記検査孔を打撃することにより前記杭に発生する打撃波と、該打撃波が前記杭の杭先端又は杭欠損部に到達した後に上昇する反射波とからなり、
   前記複数のセンサーに前記打撃波が到達する時間の差に基づいて、前記複数のセンサーに前記反射波が到達した時間を特定する工程を、
   有することを特徴とする請求項１〜請求項７の何れか１項に記載の杭検査方法。
9. 前記弾性波の発生源の近くに該弾性波を受信するセンサ−が設けられていることを特徴とする請求項１〜請求項８の何れか１項に記載の杭検査方法。
10. 請求項４又は請求項５に記載の杭検査方法に用いられるセンサー圧着装置において、
    前記センサーが搭載され、ワイヤーで前記検査孔内へ吊下される支持台と、
    前記支持台に設けられ、気体又は液体の圧力で伸縮するシリンダーと、
    前記支持台に設けられ、前記シリンダーが伸長したときに前記検査孔の孔壁に圧接する背板と、
    前記シリンダーに接続され、前記気体又は前記液体を供給するホースと、
    を有することを特徴とするセンサー圧着装置。

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