JP2020098139A - コンクリート充填管理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】鋼管の外側から鋼管の内部にコンクリートが充填されたことを確認することができるコンクリート充填管理方法を得る。【解決手段】コンクリート充填管理方法は、鋼管１００の内部へのコンクリートＣの充填性を管理するコンクリート充填管理方法であって、鋼管１００の外面１００Ａの１箇所又は複数の箇所に、超音波センサ１０の検出部１２を配置する工程と、鋼管１００の下側から鋼管１００の内部にコンクリートＣを充填する工程と、超音波センサ１０により、コンクリートＣの有無による音圧変化を検出することで、コンクリートＣが充填されたことを確認する工程と、を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、コンクリート充填管理方法に関する。

下記特許文献１には、鋼管の内側面に突設されるダイヤフラム板の下面に計測用センサを固設し、計測用センサにより電極間に介在する物質の電気的特性の変化からコンクリートの充填状況を検出するコンクリート充填検知装置が開示されている。

また、下記特許文献２には、建造物の基礎の上面に設けられたベースプレートの上面に測定装置を配置し、測定装置からベースプレートの下面に充填されたコンクリートの方向に超音波を発信し、コンクリートで反射された超音波を再び探触子で受信することで、コンクリートの空隙などの欠陥部を測定する方法が開示されている。

特許第３０８９９９５号公報 特開２００４−５３３７６号公報

上記特許文献１では、鋼管の内側面に突設されるダイヤフラム板の下面に予め計測用センサを固設する必要があり、作業性が低下すると共に、計測用センサのコストが上昇する。

上記特許文献２では、建造物の基礎の上面に設けられたベースプレートの上面に測定装置を配置し、ベースプレートの下面に充填されたコンクリートの欠陥部を測定する。すなわち、特許文献２に記載の構成は、型枠内のコンクリートの充填位置を検出するものではない。

本発明は上記事実を考慮し、鋼管の外側から鋼管の内部にコンクリートが充填されたことを確認することができるコンクリート充填管理方法を提供することが目的である。

請求項１の発明に係るコンクリート充填管理方法は、鋼管の内部へのコンクリートの充填性を管理するコンクリート充填管理方法であって、前記鋼管の外側の表面の１箇所又は複数の箇所に、超音波センサの探触子を当てる工程と、前記鋼管の下側から前記鋼管の内部にコンクリートを充填する工程と、前記超音波センサにより、前記コンクリートの有無による音圧変化を検出することで、前記コンクリートが充填されたことを確認する工程と、を有する。

請求項１に記載の発明によれば、鋼管の外側の表面の１箇所又は複数の箇所に、超音波センサの探触子を配置する。さらに、鋼管の下側から鋼管の内部にコンクリートを充填する。そして、超音波センサにより、コンクリートの有無による音圧変化を検出することで、コンクリートが充填されたことを確認する。これにより、鋼管の外側から超音波センサにより、鋼管の内部にコンクリートが充填されたことを確認することができる。このため、蒸気抜き孔からのコンクリートの吐出を確認する場合と比較して、鋼管の内部へのコンクリートの充填を目視で確認する必要がない。

請求項２の発明に係るコンクリート充填管理方法は、請求項１に記載のコンクリート充填管理方法において、前記鋼管の外側の高さ方向の１箇所又は複数の箇所に前記超音波センサの探触子を配置し、前記探触子により音圧変化を検出することで、前記コンクリートの打ち上げ高さ又は打ち上げ高さ速度を測定する。

請求項２に記載の発明によれば、鋼管の外側の高さ方向の１箇所又は複数の箇所に配置した超音波センサの探触子によって、音圧変化を検出する。これにより、コンクリートの打ち上げ高さ又は打ち上げ高さ速度を容易に管理することができる。

請求項３の発明に係るコンクリート充填管理方法は、請求項１又は請求項２に記載のコンクリート充填管理方法において、前記超音波センサには、音圧変化の情報を発信する発信部が設けられており、前記発信部から発信された音圧変化の情報を前記発信部から離れた位置で受信してコンクリートの充填性を管理する。

請求項３に記載の発明によれば、超音波センサによる音圧変化の情報を発信部から発信し、発信部から離れた位置で音圧変化の情報を受信してコンクリートの充填性を管理する。このため、遠隔地からコンクリートの充填性を管理することが可能であり、省人化に寄与する。

本発明のコンクリート充填管理方法によれば、鋼管の外側から鋼管の内部にコンクリートが充填されたことを確認することができる。

第１実施形態のコンクリート充填管理方法に用いられる超音波センサを鋼管の外側に配置した例を示す立断面図である。 第１実施形態のコンクリート充填管理方法に用いられる超音波センサを鋼管の外側に配置した例を示す側面図である。 第１実施形態のコンクリート充填管理方法に用いられる超音波センサの探触子を示す断面図である。 鋼管の外側に配置した超音波センサによる超音波伝播イメージを示す模式的な図である。 （Ａ）は、鋼管の内部にコンクリートが充填されてないときの音圧の波形イメージを示す図であり、（Ｂ）は、鋼管の内部にコンクリートが充填されたときの音圧の波形イメージを示す図である。 （Ａ）は、鋼管の内部に何も充填されてないときの時間に対する音圧の測定データを示すグラフであり、（Ｂ）は、鋼管の内部にコンクリートをイメージした水ゲルが充填されたときの時間に対する音圧の測定データを示すグラフである。 第２実施形態のコンクリート充填管理方法に用いられる超音波センサを鋼管の外側に配置した無線通信の例を示す立断面図である。 比較例のコンクリート充填管理方法を示す断面図である。

本発明の実施の形態について、図面を基に詳細に説明する。なお、本発明と関連性の低いものは図示を省略している。

〔第１実施形態〕
第１実施形態のコンクリート充填管理方法について図１〜図６を参照して説明する。

図１には、第１実施形態のコンクリート充填管理方法に用いられる超音波センサ１０を鋼管１００の外側に配置した状態が立断面図にて示されている。本実施形態では、コンクリート充填管理方法は、建築構造物の柱部材を構築する工法の一つであるのコンクリートの圧入工法に適用される。コンクリート充填管理方法は、鋼管１００の内部へのコンクリートＣの充填性を管理する。

図１に示されるように、上下方向に沿って配置される鋼管１００の内部に、鋼管１００の下側からコンクリートＣを圧入することによって充填し、充填したコンクリートＣを固化することで、柱部材が構築される。より具体的には、鋼管１００の下部に圧入口１０２が設けられており、圧入口１０２にコンクリート圧入装置（図示省略）の導入管１０４の接続部１０６が接続されている。そして、コンクリート圧入装置のポンプ（図示省略）を駆動することで、導入管１０４から鋼管１００の内部の空間ＳにコンクリートＣが圧入される。その際、鋼管１００内の空間ＳのコンクリートＣの充填状況を確認するために超音波センサ１０が用いられている。

図１に示されるように、超音波センサ１０は、複数の検出部１２と、検出部１２がケーブル１６を介してそれぞれ電気的に接続される探傷器（センサ本体）１４と、を備えている。探傷器１４には、ケーブル１７を介して管理用のコンピュータ１８が電気的に接続されている。図１及び図２に示されるように、検出部１２は、鋼管１００の外面１００Ａの上下方向（高さ方向）の複数箇所に配置されており、複数の検出部１２の位置で鋼管１００の内部にコンクリートＣが充填されたかどうかを検出する。ここで、外面１００Ａは、鋼管１００の表面の一例である。

図３には、検出部１２が断面図にて示されている。図３に示されるように、検出部１２は、超音波を発信する探触子２２と、探触子２２が固定されるケース２４と、を備えている。ケース２４は、略立方体状に形成されており、ケース２４の厚み方向の中間部から一方側に探触子２２が固定されている。鋼管１００（図１参照）へのケース２４の取付面２４Ａ（探触子２２が設けられた側と反対側の面）には、凹状に窪んだ凹部２５が設けられている。凹部２５は、例えば、平面視にて略円形状に形成されている（図２参照）。凹部２５の底面２５Ａには、探触子２２における超音波の発信面２２Ａが露出している。探触子２２は、送受信探触子であり、超音波を発信し、その発信された超音波の反射波を受信するものである。

ケース２４には、凹部２５内に水Ｗを供給するための供給路２６が設けられている。一例として、供給路２６の下流側端部は、凹部２５の底面２５Ａに開口している。また、凹部２５における取付面２４Ａの開口部の縁部には、凹部２５の開口部を覆うことで凹部２５内に水Ｗを保持する膜２８が取り付けられている。検出部１２には、水Ｗが貯留されるタンク３０が設けられている。タンク３０の底部には、ホース３２が接続されており、水Ｗの供給方向におけるホース３２の下流側端部は、ケース２４の供給路２６の上流側端部に接続されている。これにより、タンク３０内の水Ｗがホース３２及び供給路２６を介してケース２４の凹部２５内に供給される。

ケース２４の長手方向両側の側面２４Ｂには、磁石３６が設けられている。磁石３６は、例えば、略矩形状とされており、磁石３６の端面がケース２４の取付面２４Ａと面一となるように配置されている。検出部１２の取付面２４Ａは、磁石３６により鋼管１００の外面１００Ａに取り付けられる（図１参照）。本実施形態では、鋼管１００は略円筒状であり、ケース２４の取付面２４Ａは略平面状である。本実施形態では、ケース２４の長手方向両側の磁石３６を鋼管１００の上下方向に沿って配置することで、磁石３６の吸引力により検出部１２が鋼管１００の外面１００Ａに固定される（図１及び図２参照）。

これにより、検出部１２は、探触子２２における超音波の発信面２２Ａと鋼管１００との間に接触媒質である水Ｗが介在される構成とされている（図１参照）。検出部１２は、探触子２２の発信面２２Ａと鋼管１００との間に水Ｗが介在されることで、超音波の感度を維持することができる。図示を省略するが、ケース２４には、ケース２４の長手方向両側の磁石３６を上下方向に配置した状態で、ホース３２が下側となるようにタンク３０を支持する支持部が設けられている。

検出部１２では、鋼管１００の内部にコンクリートＣが充填されている場合とコンクリートＣが充填されていない場合とで、音圧変化を検出する。すなわち、検出部１２により、鋼管１００の内部のコンクリートＣの有無による音圧変化、すなわち電圧変化を検出することで、鋼管１００の内部にコンクリートＣが充填されたことを確認する。

図４には、検出部１２による超音波の伝播イメージが示されている。図４に示されるように、鋼管１００の上下方向の上側に配置された検出部１２の位置では、鋼管１００の内部にコンクリートＣが充填されていない。この場合は、検出部１２の探触子２２から水Ｗを介して鋼管１００の方向に発信された矢印Ａ１に示す超音波は、鋼管１００の内面（裏面）１００Ｂで反射され、矢印Ａ２に示すように超音波のほとんどが再び探触子２２で受信される。すなわち、探触子２２から発信された超音波は、鋼管１００の内部に空間Ｓがある場合は伝播されず、そのほとんどが反射波として探触子２２に戻る。これにより、図５（Ａ）に示されるように、検出部１２では、ピークが基準高さＨに達する強い電気信号の波形（音圧の波形）４０として検出される。

一方、図４に示されるように、鋼管１００の上下方向の下側に配置された検出部１２の位置では、鋼管１００の内部にコンクリートＣが充填されている。この場合は、検出部１２の探触子２２から水Ｗを介して鋼管１００の方向に発信された矢印Ｂ１に示す超音波は、矢印Ｂ２に示すように超音波の多くが鋼管１００の内面（裏面）１００ＢからコンクリートＣ中に伝播される。また、矢印Ｂ３に示すように超音波の他の一部が鋼管１００の内面（裏面）１００Ｂで反射され、再び探触子２２で受信される。すなわち、鋼管１００の内部にコンクリートＣが充填されている場合は、探触子２２から発信された超音波の多くがコンクリートＣに伝播される。これにより、図５（Ｂ）に示されるように、検出部１２では、ピークが基準高さＨに達しない弱い電気信号の波形（音圧の波形）４２として検出される。

本実施形態では、鋼管１００の上下方向（高さ方向）に超音波センサ１０の複数の検出部１２が配置されているため、複数の検出部１２によって検出される検出信号により、鋼管１００の内部のコンクリートＣの打ち上げ高さが測定される。また、コンクリートＣの圧入開始時点からの各々の検出部１２によるコンクリートＣの充填検出時間を計測することで、各々の検出部１２の圧入口１０２からの高さにより、鋼管１００の内部のコンクリートＣの打ち上げ高さ速度が測定される。コンクリートＣの打ち上げ高さ速度の測定は、例えば、コンピュータ１８の記憶部に記憶されたプログラムにより実行される。

（作用及び効果）
次に、本実施形態の作用及び効果について説明する。

コンクリート充填管理方法では、鋼管１００の外面１００Ａの複数の箇所に、超音波センサ１０の検出部１２が配置される。これにより、鋼管１００の外面１００Ａに水Ｗを介して探触子２２が配置される。さらに、鋼管１００の下側から鋼管１００の内部にコンクリートＣを圧入により充填する。そして、超音波センサ１０の複数の検出部１２により、コンクリートＣの有無による音圧変化、すなわち電圧変化を検出することで、鋼管１００の内部にコンクリートＣが充填されたことを確認する。これにより、鋼管１００の外側から超音波センサ１０の複数の検出部１２により、鋼管１００の内部にコンクリートＣが充填されたことを確認することができる。

図８には、比較例のコンクリート充填管理方法が示されている。図８に示されるように、鋼管２０２には、蒸気抜き孔２０４が形成されている。蒸気抜き孔２０４は、火災時に鋼管２０２の内部でコンクリートＣにより生じる水蒸気圧を低減するために、鋼管２０２に予め工場などで開けられている。蒸気抜き孔２０４は、鋼管２０２の軸方向に間隔をおいて複数形成されている。例えば、蒸気抜き孔２０４は、鋼管２０２の軸方向の所定の長さ（例えば、約５ｍ）の範囲に２箇所形成されている。鋼管２０２の内部に鋼管２０２の下側からコンクリートＣを圧入するときは、蒸気抜き孔２０４に栓２０６をせず、蒸気抜き孔２０４をコンクリートＣの充填高さを確認するために使用する。

鋼管２０２の内部の蒸気抜き孔２０４の位置までコンクリートＣが到達すると、蒸気抜き孔２０４からコンクリートＣが吐出される。比較例のコンクリート充填管理方法では、気抜き孔２０４からのコンクリートＣの吐出を目視で観察することで、鋼管２０２の内部の蒸気抜き孔２０４の位置までコンクリートＣが充填されたことを確認する。その後、鋼管２０２の蒸気抜き孔２０４には、ノロ止めとして栓２０６が嵌め込まれる。栓２０６は、軸方向の一端側から他端側に向かって外径が徐々に大きくなるように形成されており、栓２０６の外径が小さい一端側が鋼管２０２の蒸気抜き孔２０４に挿入される。栓２０６は、コンクリートＣの硬化後に撤去される。

比較例のコンクリート充填管理方法では、蒸気抜き孔２０４は、例えば、鋼管２０２の軸方向の所定の長さ（例えば、約５ｍ）の範囲に２箇所配置されており、コンクリートＣの充填を確認するためのデータが少ない。また、鋼管２０２の内部にダイヤフラム等の障害物があると、コンクリートＣの充填を確認することが難しい。また、鋼管２０２の内部のコンクリートＣの打ち上げ高さを確認するために多くの工数が使われる。

これに対して、本実施形態のコンクリート充填管理方法では、鋼管１００の外面１００Ａの複数の箇所に超音波センサ１０の検出部１２が配置され、複数の検出部１２により、コンクリートＣの有無による音圧変化を検出する。このため、本実施形態のコンクリート充填管理方法では、鋼管１００の内部へのコンクリートＣの充填を目視で確認する必要がない。また、複数の検出部１２により、コンクリートＣの有無による音圧変化を検出するため、鋼管２０２の内部のコンクリートＣの打ち上げ高さを確認するための工数を減らすことができる。また、鋼管２０２の軸方向の所定の長さ（例えば、約５ｍ）に対して検出部１２の数を増やすことで、コンクリートＣの充填をより確実に検出することができる。

また、本実施形態のコンクリート充填管理方法では、鋼管１００の外側の高さ方向の複数の箇所に超音波センサ１０の検出部１２を配置する。そして、複数の検出部１２により音圧変化を検出し、音圧変化が検出される検出部１２の位置と音圧変化が検出されていく速度を計算することで、鋼管１００の内部のコンクリートＣの打ち上げ高さと打ち上げ高さ速度（圧入時の送り速度）を測定する。このため、コンクリートＣの打ち上げ高さや打ち上げ高さ速度を容易に管理することができる。

次に、超音波センサ１０の検出部１２による音圧変化の検出を検証する実験について説明する。この実験では、鋼管１００の内部にコンクリートＣをイメージした水ゲルを充填した。そして、鋼管１００の外側に配置された検出部１２により音圧を測定した。図６（Ａ）は、鋼管１００の内部に水ゲルがない場合の検出部１２による音圧の測定データであり、図６（Ｂ）は、鋼管１００の内部に水ゲルが充填された場合の検出部１２による音圧の測定データである。

図６（Ａ）、（Ｂ）に示す測定データでは、縦軸は電気信号の強さを示しており、横軸は時間を示している。測定データは、送信波に対して最初のピークが表面波であり、２番目のピークが裏面波である。また、３番目のピークは表面波２波目である。このようにして検出される波形が減衰していく。図６（Ｂ）に示す測定データは、図６（Ａ）に示す測定データに比べて、破線の円で示す裏面波の音圧が低下していることが分かる。このため、鋼管１００の内部に水ゲルが充填された場合は、鋼管１００の内部に水ゲルがない場合に比べて、超音波の一部が水ゲルに伝播されることで、裏面波の音圧が低下することが分かる。

〔第２実施形態〕
次に、図７を用いて、第２実施形態のコンクリート充填管理方法について説明する。なお、前述した第１実施形態と同一構成部分については、同一番号を付してその説明を省略する。

図７に示されるように、第２実施形態のコンクリート充填管理方法では、超音波センサ５０が使用される。超音波センサ５０は、複数の検出部１２と、検出部１２がケーブル１６を介してそれぞれ電気的に接続される探傷器（センサ本体）５２と、を備えている。探傷器５２には、ケーブル５３を介して端末機５４が電気的に接続されている。端末機５４は、探傷器１４から入力された検出データを無線通信により発信する発信部５４Ａと、検出データを表示する表示部５４Ｂと、を備えている。

また、端末機５４から離れた場所には、管理用の端末機５６が配置されている。端末機５６は、端末機５４の発信部５４Ａから発信された検出データを無線通信により受信する受信部５６Ａと、検出データを表示する表示部５６Ｂと、を備えている。

検出部１２は、鋼管１００の外面１００Ａの上下方向（高さ方向）の複数の箇所に配置されており、検出部１２の位置で鋼管１００の内部にコンクリートＣが充填されたかどうかを検出する。検出部１２によってコンクリートＣの有無が検出されると、検出部１２で検出された検出信号は、探傷器５２に入力される。複数の検出部１２によって検出された検出データは、探傷器５２から出力されて端末機５４に入力され、端末機５４の表示部５４Ｂに表示される。検査者は、端末機５４の表示部５４Ｂで検査データを確認することができる。また、端末機５４の発信部５４Ａから発信された検出データは、無線通信により管理用の端末機５６の受信部５６Ａで受信され、表示部５６Ｂに表示される。このとき、検出データは無線通信により端末機５４と同期し、その検出データがサーバを経由して管理用の端末機５６と同期されるようにしてもよい。端末機５６によりコンクリートＣの充填日時、充填時間、コンクリートＣの打ち上げ高さ及び打ち上げ高さ速度などが管理される。

上記のコンクリート充填管理方法では、超音波センサ５０による音圧変化の情報を発信部５４Ａから発信し、発信部５４Ａから離れた場所で音圧変化の情報を受信してコンクリートＣの充填性を管理する。このため、遠隔地からコンクリートＣの充填性を管理することが可能であり、省人化に寄与する。

〔補足説明〕
第１及び第２実施形態の超音波センサ１０、５０では、検出部１２の数は変更可能であり、１つ又は２つ以上の検出部１２を設けてもよい。すなわち、本発明のコンクリート充填管理方法では、鋼管の外側の高さ方向の１箇所に超音波センサの探触子を配置してもよい。

また、第２実施形態では、端末機５４を設けずに、探傷器５２に検査データを発信する発信部を設け、管理用の端末機５６の受信部で検査データを受信するようにしてもよい。本発明の「超音波センサには、音圧変化の情報を発信する発信部が設けられている」は、超音波センサの構成部品に音圧変化の情報を発信する発信部が直接設けられている場合のほか、超音波センサに接続された他の部品に、音圧変化の情報を発信する発信部が設けられている場合も含む。

なお、本発明を特定の実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内にて他の種々の実施形態が可能であることは当業者にとって明らかである。

１０ 超音波センサ
２２ 探触子
５０ 超音波センサ
５４Ａ 発信部
５６Ａ 受信部（音圧変化の情報を受信）
１００ 鋼管
１００Ａ 外面（表面の一例）
Ｃ コンクリート

Claims (3)

1. 鋼管の内部へのコンクリートの充填性を管理するコンクリート充填管理方法であって、
   前記鋼管の外側の表面の１箇所又は複数の箇所に、超音波センサの探触子を配置する工程と、
   前記鋼管の下側から前記鋼管の内部にコンクリートを充填する工程と、
   前記超音波センサにより、前記コンクリートの有無による音圧変化を検出することで、前記コンクリートが充填されたことを確認する工程と、
   を有するコンクリート充填管理方法。
2. 前記鋼管の外側の高さ方向の１箇所又は複数の箇所に前記超音波センサの探触子を配置し、
   前記探触子により音圧変化を検出することで、前記コンクリートの打ち上げ高さ又は打ち上げ高さ速度を測定する請求項１に記載のコンクリート充填管理方法。
3. 前記超音波センサには、音圧変化の情報を発信する発信部が設けられており、
   前記発信部から発信された音圧変化の情報を前記発信部から離れた位置で受信してコンクリートの充填性を管理する請求項１又は請求項２に記載のコンクリート充填管理方法。