JP2009287927A - 地中の水位検知杭および斜面崩壊予知システム - Google Patents

Abstract

【課題】地中の水位を正確に検知できる水位検知杭を提供する。
【解決手段】地盤に一部または全部が埋め込まれる棒状の杭１であって、長手方向Ｌに延びた柱状空間１５、およびこの柱状空間１５に外部から液体を侵入させる侵入口１７を有する杭本体１０であって、侵入口１７よりも頭部１２側に近接検知装置５０が設置された杭本体１０と、この杭本体１０の頭部１２に被せられて柱状空間１５を閉塞するキャップ２０とを備え、柱状空間１５には、侵入口１７から侵入した液体の水面に浮く浮部材２５が配置され、近接検知装置５０は、浮部材２５の近接を検知するものである。
【選択図】図３

Description

本発明は、地盤に埋め込まれて、地中の水位を検知できる杭、および土砂崩れのような斜面崩壊の発生の可能性を検知できる斜面崩壊予知システムに関する。

土砂崩れを早期に発見することは、災害対策として極めて重要である。ここで、土砂崩れは、雨が降って地面にしみ込んだ後に発生しやすい。つまり、地中にしみ込んだ雨の量を測定すれば土砂崩れの発生の可能性を検知でき、事前に災害対策を講じることができる。このような器具として、杭状のパイプの中に高分子ポリマーを挿入して、この高分子ポリマーが吸水して体積を膨らませることによって地中の水分含有量の増加を検知するものがある（特許文献１参照）。ここで、吸水して膨張した高分子ポリマーは、所定の接点に接触するので、警報が鳴って危険が知らされる。
特開２００７−０２６３９５

しかし、特許文献１の器具の場合、高分子ポリマーは保水性があるので、一旦水分を吸収してしまった高分子ポリマーでは、その後に正確に地中の水位を求めることができない。具体的には、雨が降って地中の水分量が増えるが、警報を発生する程ではなくてその数日後に再度雨が降った場合、高分子ポリマーの膨張量は、その時点での地中の水分量に依存したものではなくなり、地中の水位に追随していない。

そこで、本発明は、地中の水位を正確に検知できる水位検知杭を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明にかかる地中の水位検知杭は、地盤に一部または全部が埋め込まれる棒状の杭であって、長手方向に延びた柱状空間、およびこの柱状空間に外部から液体を侵入させる侵入口を有する杭本体であって、前記侵入口よりも頭部側に近接検知装置が設置された杭本体と、この杭本体の頭部に被せられて前記柱状空間を閉塞するキャップとを備え、前記柱状空間には、前記侵入口から侵入した液体の水面に浮く浮部材が配置され、前記近接検知装置は、前記浮部材の近接を検知するものである。

本発明によれば、杭本体はその柱状空間に外部から液体を侵入させる侵入口を有するので、地盤に埋め込まれている状態において、その地中の水分が増加すれば柱状空間に侵入した液体の水位が上昇する。ここで、柱状空間には液体の水面に浮く浮部材が配置されているため、浮部材の位置が水面に追随して水位を示すことになる。一方、近接検知装置が浮部材の近接を検知するため、水位を検知でき、このようにして、正確に地中の水位を検知することができる。

ここで、「柱状空間」には円柱状および四角柱状などが含まれ、好ましくは横断面寸法が長手方向において一定である。
「侵入口」は、好ましくは、杭本体の先端部付近に設けられた孔であり、この孔は、杭が地盤に埋め込まれた状態において、側方または斜め下方に開口している。
「浮部材」は、水の比重またはそれ以上の比重の液体の液面に浮く部材であり、水中で姿勢を維持できるものである。

本発明の好ましい実施形態によれば、前記近接検知装置は、前記杭本体の長手方向に沿って配置された複数の近接検知器からなり、前記浮部材が所定範囲内に位置することを各近接検知器がそれぞれ検知する。この構成によれば、近接検知装置が、杭本体の長手方向に沿って配置された複数の近接検知器からなるので、杭が地盤に埋め込まれた状態においては近接検知器が上下方向に配置されることになる。したがって、浮部材が所定範囲に位置することを各近接検知器がそれぞれ検知して、近接検知器全体の検知結果からいずれの近接検知器が浮部材の近接を検知しているかを判断すれば、浮部材の高さ、つまり水位を検知できる。

本発明のさらに好ましい実施形態によれば、前記浮部材にはＩＣタグが取り付けられ、近接検知器のそれぞれにＩＣリーダが取り付けられている。この構成によれば、浮部材が所定範囲にＩＣタグが入った場合に、ＩＣリーダはそのことを検知できるので、浮子が所定範囲内に位置することを検知しているＩＣリーダを割り出せば、浮部材の位置つまり水位を特定できる。

本発明にかかる斜面崩壊予知システムは、前記地中の水位検知杭を用いて、斜面崩壊の可能性を検知する。この構成によれば、地中の水位検知杭によって、地中の水位を正確に検知できるので、例えばこの水位が所定値以上となったような場合に、土砂崩れなどの発生の可能性が高いと判断できるので、斜面崩壊を予知することができる。

本発明の地中の水位検知杭によれば、近接検知装置と浮部材を収納できる杭を利用することで、簡易な構成でありながら、正確に地中の水位を検知することができる。これより、斜面崩壊などの発生が高い場所にこの地中の水位検知杭を埋設しておくことで、検知した水位に基づいて斜面崩壊を予知することができる。

本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１〜図２（ａ），（ｂ）に、本発明の一実施形態にかかる地中の水位検知杭を示す。この杭は、斜面崩壊の発生しそうな場所に設置されるものであるが、設置位置に関する情報である設置位置情報（例えば土地や道路などの位置（経度、緯度および標高による位置）、または敷地についての各種情報など）を表示する設置位置情報標示器を兼ねることもできる。

図１に示すように、杭１は、地盤にほぼ垂直に打ち込まれる杭であって、杭本体１０を有し、その頭部１２は防護用キャップ２０によって覆われて、高い耐環境性能が確保されている。杭本体１０およびキャップ２０は、例えばプラスティック製であるが、金属製などであってもよい。また、杭本体１０およびキャップ２０には、いずれも外側と内側の両方、つまり杭本体１０全体およびキャップ２０全体に防水加工がなされている。

図（２）および（ｂ）に示すように、杭１の棒状の杭本体１０は、側壁１１、先端部１６、およびこれら側壁１１，先端部１６の間に位置してこれらを接続する傾斜壁１３から構成されている。杭本体１０は、また、これら側壁１１、先端部１６および傾斜壁１３によって画定されている、杭本体１０の長手方向Ｌに延びた円柱状空間１５を有する。

これに対して、防護用キャップ２０は、正方形平板状の頂壁２１と、図２（ａ）に示すように、この頂壁２１の一主面から突出する円柱状の突起部２２とを有する。この突起部２２は杭本体１０の頭部１２の内側において円柱状空間１５に係合するものであり、杭本体１０の円柱状空間１５の上部開口に嵌め込まれる。なお、この突起部２２を、外面にねじ部を持つように形成して、杭本体１０の頭部１２の内周に設けたねじ部にねじ込むようにしてもよい。

前記杭本体１０には、また、前記傾斜壁１３において、横断面において対向する２カ所に、この円柱状空間１５と杭１の外部とを連通させる連通孔からなる侵入口１７，１７がそれぞれ形成されている。なお、本実施形態では侵入口１７は２つとしているが、いくつ形成されてもよい。また、侵入口１７は傾斜壁１３の代わりに側壁１１に形成されてもよい。さらに、侵入口１７を複数備える場合に、一部の侵入口１７を傾斜壁１３に設けて、他部の侵入口１７を側壁１１に設けてもよい。

杭１が地盤に埋め込まれた状態においては、これら侵入口１７，１７から、杭１が埋め込まれた地盤に含まれる液体が円柱状空間１５に侵入するため、地盤の水分量が増加すると、円柱状空間１５内に水が浸入して円柱状空間１５内の水位が上昇する。

円柱状空間１５には、また、水の比重またはそれ以上の比重の液面に浮くことができる球形状の浮子（浮部材）２５が配置されている。浮子２５の寸法は、好ましくは、その直径が円柱状空間１５の横断面の直径よりも僅かに小さい。これにより、浮子２５は円柱状空間１５内において、水平方向への移動が規制される。浮子２５は、例えば、それぞれプラスティック製で半球形状の第１半体２５ａおよび第２半体２５ｂから構成されている。半体２５ａ，２５ｂは、それぞれ、円形状平面の中心において円柱状の凹所２５ａａ，２５ｂａを有する。第１半体２５ａと第２半体２５ｂとを接着剤などで接合すると、対向する凹所２５ａａ，２５ｂａによって密閉空間２５ｃが構成される。なお、浮子２５は、水の比重またはそれ以上の比重の液体の液面に浮く部材であり、水中で姿勢を維持できるものであれば、素材および形状はいかなるものであってもよい。

浮子２５の密閉空間２５ｃには、近接検知用ＩＣタグ４０が収納されている。すなわち、近接検知用ＩＣタグ４０を第２半体２５ｂの凹所２５ｂａに配置した状態で、第１半体２５ａと第２半体２５ｂとが接着されている。本実施形態においては、近接検知用ＩＣタグ４０はパッシブ型であり、ＩＣチップ４２および通信用アンテナ４４からなる無線ＩＣタグを内蔵する。なお、「パッシブ型」のＩＣタグとは、リーダなどから電波を受信して、これにより供給された電力を用いて動作する、受動型のＩＣタグのことである。また、「ＩＣタグ」は、タグ情報を記録し、無線でこのタグ情報を外部に送信できるものである。

このように近接検知用ＩＣタグ４０を収納した浮子２５は、杭本体１０にキャップ２０が被せられる前に、杭本体１０の円柱状空間１５に収納される。このように収納された浮子２５は、円柱状空間１５に水が侵入していない状態では、円柱状空間１５の底に位置している。

杭本体１０の側壁１１には近接検知装置５０が配置されている。この近接検知装置５０は、その長手方向Ｌに沿って、それぞれＩＣタグリーダからなる複数の近接検知器５１が配置され、これら近接検知器５１全体によって構成されている。これらＩＣタグリーダ５１は、浮子２５に収納されているＩＣタグ４０が近接した場合にＩＣタグ４０のタグ情報を読み取ることができるものであり、杭本体１０の長手方向Ｌに沿って所定の等間隔で配置されている。すなわち、ＩＣタグリーダ５１は、それぞれ、所定範囲内にＩＣタグが近づいたことを検知することができる。なお、これら近接検知器５１も防水加工がなされている。

杭本体１０の側壁１１には、また、アクティブ型ＩＣタグ６０が取り付けられている。このアクティブ型ＩＣタグ６０は、能動型、すなわち電池を備えることでＩＣタグ自体が電波を発信するＩＣタグであり、複数のＩＣタグリーダ５１に有線で接続されている（図示せず）。この構成により、アクティブ型ＩＣタグ６０が、複数のＩＣタグリーダ５１からなる近接検知装置５０の検知情報を、タグ情報と共に発信することができ、多数の水位検知杭からの検知情報を一括管理する管理センタにおいて処理される。

次に、この第１実施形態に係る情報発信杭１の適用例について説明する。
図２（ａ）に示したように、杭本体１０の円柱状空間１５に杭１の外部から液体が侵入していない状態では、浮子２５は柱状空間１５の底に位置している。このような状態では、例えば最も下方に位置するＩＣタグリーダ５１のみが近接検知用ＩＣタグ４０の情報を読み取ることができ、これよりも上方の他のＩＣタグリーダ５１は、近接検知用ＩＣタグ４０から離れているために、ＩＣタグ４０の情報を読み取ることができない。

これに対して、図３に示すように、降雨などによって杭１が埋設されている地盤中の水分量が増えると、侵入口１７，１７から円柱状空間１５に地盤中の水が浸入して水位が上昇するため、水面Ｓに浮く浮子２５も上方に移動する。このような浮子２５の移動に伴って、最下位のＩＣタグリーダ５１は近接検知用ＩＣタグ４０の情報を読取ることができなくなるのに対して、他の上方のＩＣタグリーダ５１が近接検知用ＩＣタグ４０の情報を読み取ることができるようになる。このように複数のＩＣタグリーダ５１で検知された情報は、杭本体１０の側壁１１に設けられたアクティブ型ＩＣタグ６０を介して発信される。

したがって、全てのＩＣタグリーダ５１の検知情報の時間変化を追跡すれば、水面Ｓに浮くことができる浮子２５の上下方向の概略的な位置変化、すなわち円柱状空間１５内の水位の変化を取得することができる。これより、円柱状空間１５内の水位が急激に上昇した場合や所定のしきい値を超えた場合には、この水位が地盤中の水分量に連動していることより、土砂崩れなどの災害が発生しやすい状況であることが予測され、何らかの対策を講じることができる。

これとは反対に、杭１の外部の地盤の水分量が減少すると、侵入口１７，１７から柱状空間１５中の水が外部に流出して、浮子２５は下方に移動する。したがって、上方に位置するＩＣタグリーダ５１は浮子２５内の近接検知用ＩＣタグ４０を検知しなくなり、下方のＩＣタグリーダ５１が浮子２５内の近接検知用ＩＣタグ４０を検出する。

なお、浮子２５が水平方向に移動してしまう場合は、ＩＣタグリーダ５１が検知する浮子の近接は浮子２５の高さ方向への移動のみでなく水平方向への移動に依存してしまう可能性がある。しかし、本実施形態では、浮子２５は水平方向への移動が規制されているため、ＩＣタグリーダ５１が検知する浮子の近接は、浮子２５の高さ方向への移動のみに依存し、水位検知は正確に行われる。

本実施形態においては、近接検知用のセンサとして、浮子にＩＣタグを設けて、それを上下方向に配置されたＩＣタグリーダによって検知することで実現するものとしたが、このようなＩＣタグとタグリーダとによって構成されるものに限定されない。例えば、浮子には単なる発信器を設けて、杭本体には上下方向に単なる受信器を複数配置することで、受信器はタグ情報を検知するのではなく、単に発信器が発信する所定の周波数の電磁波を検知するものとしてもよい。また、この他に、浮子には特に何も設けず杭本体には上下方向に衝撃センサを複数配置して、これら衝撃センサを浮子の進路に突出させて、浮子が衝撃センサと同一の高さに位置した際には浮子と衝突するように配置してもよい。この構成の場合、衝突を検知した衝撃センサの高さまで、柱状空間内の水位が上昇していることが推定される。

さらに、検知情報発信用のアクティブ型ＩＣタグ６０を設けずに、杭本体１０にセンサアラーム（図示せず）を設けてもよい。この場合、杭１から近接検知用センサ５１の検知情報は発信されず、その代わりに警報が発生する。

本発明の一実施形態に係る地中の水位検知杭の斜視図である。 （ａ）は図１の地中の水位検知杭の縦断面図であって、外部から液体が新入していない状態を示す図であり、（ｂ）は（ａ）の地中の水位検知杭をＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。 図１の地中の水位検知杭の縦断面図であって、外部から液体が侵入している状態を示す図である。

符号の説明

１ 地中の水位検知杭
１０ 杭本体
１５ 柱状空間
１７ 侵入口
２０ キャップ
２５ 浮部材
５０ 近接検知装置

Claims (4)

1. 地盤に一部または全部が埋め込まれる棒状の杭であって、
   長手方向に延びた柱状空間、およびこの柱状空間に外部から液体を侵入させる侵入口を有する杭本体であって、前記侵入口よりも頭部側に近接検知装置が設置された杭本体と、
   この杭本体の頭部に被せられて前記柱状空間を閉塞するキャップとを備え、
   前記柱状空間には、前記侵入口から侵入した液体の水面に浮く浮部材が配置され、前記近接検知装置は、前記浮部材の近接を検知するものである、地中の水位検知杭。
2. 請求項１において、前記近接検知装置は、前記杭本体の長手方向に沿って配置された複数の近接検知器からなり、前記浮部材が所定範囲内に位置することを各近接検知器がそれぞれ検知する、地中の水位検知杭。
3. 請求項２において、前記浮部材にはＩＣタグが取り付けられ、前記近接検知器のそれぞれにＩＣリーダが取り付けられている、地中の水位検知杭。
4. 請求項１から３のいずれかに記載の地中の水位検知杭を用いて、斜面崩壊の可能性を検知する斜面崩壊予知システム。

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