JP3089995B2 - 鋼管柱圧入工法用コンクリート充填検知装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、鋼管柱圧入工法
に適用されるコンクリートの充填状況検知装置に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】鋼管柱圧入工法は、建築構造物の柱を構
築する方法の一種であって、閉鎖横断面の鋼管本体と、
この鋼管本体の内面側に上下方向に間隔をおいて突設さ
れ、中央部に貫通孔が設けられたダイヤフラム板とを備
えた鋼管を立設して、鋼管本体内にコンクリートを充填
して柱を構築する。

【０００３】この種の工法では、鋼管本体内に充填する
コンクリートは、打設中に締め固めることができないこ
とから、自重による変形性に優れた高流動コンクリート
が採用されている。ところが、このような性状のコンク
リートを採用したとしても、打設中のコンクリートの充
填状況や、ダイヤフラム板の下面側に形成される空隙間
隔が、設計値の範囲内に収まっているか否かを確認する
必要がある。

【０００４】このようなコンクリートの充填状況などを
確認する手段としては、例えば、特開平５−１８１０８
号公報に、ダイヤフラム板の下面に連通する位置に貫通
孔を形成するコンクリート充填度検出方法が開示されて
いる。この公報に記載されている方法は、鋼管本体の側
壁に穿設された貫通孔をコンクリートの打設時には、閉
塞しておいて、打設コンクリートの漏出を防ぎ、打設し
たコンクリートが硬化した後に、貫通孔を開放して、コ
ンクリートの充填状況を目視により確認する方法であ
る。

【０００５】しかしながら、このような従来のコンクリ
ートの充填状況の確認手段には、以下に説明する技術的
な課題があった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】すなわち、上述した従
来の確認手段によれば、貫通孔から鋼管の内部をのぞい
て、ダイヤフラム板の下面側の空隙間隔を目視により調
べることになるが、この間隔が設計値の範囲内に収まっ
ているか、否かの定量的な判定が難しい。このような問
題を解決するためには、例えば、実開昭６３−１０１８
２３号公報に開示されているように、一対の電極が同時
にコンクリートと接触することにより発光する発光表示
部を有するコンクリート充填部位感知器を前記貫通孔に
設置することが考えられる。

【０００７】しかし、このような確認手段では、上記構
成コンクリート充填部位感知器を空隙間隔の設計値に合
わせて設置すると、この間隔を定量的に検出することは
できるものの、検知器を設置する貫通孔は、確認したい
場所、すなわち、ダイヤフラム板の下面側にこれと連通
するように設けるので、鋼管柱の耐久性に影響を及ぼす
とともに、打設したコンクリートのブリーディング水の
発生の判定も行えないという問題があった。

【０００８】本発明は、このような従来の問題点に鑑み
てなされたものであって、その目的とするところは、鋼
管柱の耐久性に影響を及ぼすことなく、ブリーディング
水の発生も判定することができる鋼管柱圧入工法用コン
クリート充填状況検知装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１にかかる発明は、閉鎖横断面の鋼管本体
と、中央部に貫通孔が設けられ、前記鋼管本体の内面側
に上下方向に間隔をおいて突設される複数のダイヤフラ
ム板とを備えた鋼管を立設して、前記鋼管本体内にコン
クリートを充填する鋼管柱圧入工法において、前記ダイ
ヤフラム板の下面側に形成される空隙間隔に対応した位
置に、電極間に介在する物質の電気的特性の変化から前
記コンクリートの充填状況を検出する計測用センサーを
固設したことを特徴としている。この構成によれば、計
測用センサーの抵抗値変化を測定することにより、ダイ
ヤフラム板の下面側に形成される空隙間隔に対応した位
置において、コンクリート，空間，ブリーディング水の
判定が可能になる。前記計測用センサーは、前記空隙間
隔に対応した厚みの電気絶縁性の平板状基板と、この基
板上に所定の間隔を隔てて設けられた一対の電極板とを
備え、前記一対の電極板間に直流低電圧を微小時間印可
した際の、残留電圧の大きさから電極板間の介在物質を
検知することができる。この場合、計測用センサーは、
銅箔を絶縁性基板に接着した配線板の銅箔部分をエッチ
ングにより食刻除去して、一対の電極板を形成するか、
あるいは、電気絶縁性の基板に銅板などの電極板を固着
してもよい。計測用センサーのダイヤフラム板下面への
固設は、接着やクリップなどによる係止手段を採用する
ことができる。電極からのリード線の取り出しには、鋼
管本体に貫通孔をあける必要があるが、リード線の径
は、小径なので、貫通孔をあけても鋼管本体の強度に影
響を及ぼすことはない。鋼管本体の横断面形状は、真
円，正方形，長方形，楕円，長円などの閉鎖横断面形状
であればよい。請求項３にかかる発明は、前記鋼管本体
の壁面を貫通するようにして設置され、電極間に介在す
る物質の電気的特性の変化から前記コンクリートの充填
状況を検出する参照用センサーを有し、この参照用セン
サーを前記鋼管の長手方向に沿って所定の間隔をおいて
複数配置したことを特徴としている。この場合、参照用
センサーは、鋼管本体の厚みとほぼ同じ長さの電気絶縁
製の電極保持部と、この電極保持部の長手方向の端面か
ら両端が突出するように埋設された一対の電極棒とで構
成し、電極保持部を鋼管本体の構造的な欠陥とならない
位置に穿設された取付孔に挿入固定する。この参照用セ
ンサーの電極保持部に軸方向に沿って溝を設けておく
と、計測用センサーのリード線を外部に取り出す際に、
この溝を介して計測センサーのリード線を外部に導出す
ることができる。複数の参照用センサーを設置すると、
各参照用センサーの電気的特性の変化を経時的に測定す
ることにより、鋼管本体内に充填されるコンクリートの
打ち上がり高さをモニタすることができる。また、参照
用センサーは、コンクリートの充填後には、コンクリー
トの電気的特性を常時検出するので、これと計測用セン
サーとの電気的特性とを比較することにより、コンクリ
ート，空間，ブリーディング水の判定がより一層確実に
行える。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、添付図面に基づいて詳細に説明する。図１〜図５
は、本発明にかかる鋼管柱圧入工法用コンクリート充填
状況検知装置の一実施例を示している。同図に示すコン
クリート充填状況検知装置は、鋼管柱圧入工法に適用さ
れるものであって、まず、鋼管柱圧入工法について説明
する。

【００１１】鋼管圧入工法は、建築構造物の柱部材を構
築する工法の一種であって、鋼管１０の内部にコンクリ
ートＣを充填し、充填したコンクリートＣを固化させる
ことで、柱部材が構築される。このとき使用される鋼管
１０は、図１に示すように、鋼管本体１２と、この鋼管
本体１２の内面側に固設された複数のダイヤフラム板１
４とを備えている。

【００１２】鋼管本体１２は、この実施例では、略正方
形状の閉鎖断面を形成する４枚の側壁板１６を有してい
る。ダイヤフラム板１４は、鋼管本体１２の内周と同一
の外周形状を有していて、外周端面が鋼管本体１２の内
周面に溶接などにより固着されていて、その中央部に
は、円形の貫通孔１８が穿設されている。ダイヤフラム
板１４は、鋼管本体１２の長手軸方向に沿って、所定の
間隔をおいて、その面が直交するように配置されてお
り、このダイヤフラム板１４の配設位置は、構築される
鋼管柱の外周に設けられる梁部材２０に対応するよう
に、一対ずつの間隔が梁部材２０の厚みとほぼ同じにな
るように設定されている。

【００１３】このように構成された鋼管１０は、所定の
位置に立設されて、その内部にコンクリートＣが充填さ
れる。コンクリートＣは、鋼管１０の下部側から順次充
填される。コンクリートＣが鋼管１０内に充填される
と、鋼管本体１２の内部にダイヤフラム板１４が設けら
れているため、上下方向に隣接するダイヤフラム板１４
間で、充填されたコンクリートＣに部分的な圧密化が発
生し、その結果、各ダイヤフラム板１４の下面側で、コ
ンクリートＣにブリーディング水が発生したり、あるい
は、この部分に空隙が発生する。

【００１４】本実施例のコンクリート充填状況検知装置
は、ダイヤフラム板１４の下面側で発生するこのような
コンクリートＣの充填状況を検知するために設けられる
ものであって、コンクリートＣを充填する前に鋼管１０
の所定箇所に配設される計測用センサー２２と参照用セ
ンサー２４とを有している。計測用センサー２２は、各
ダイヤフラム板１４の下面側に固設される。この計測用
センサー２２は、電極間に介在する物質の電気的特性の
変化、より具体的には、電極間に直流の低電圧を微小時
間印可した際の、残留電圧の変化からコンクリートＣの
充填状況を検出するものであり、ダイヤフラム板１４の
下面側に形成される空隙間隔に対応した位置に設けられ
る。図３，４に計測用センサー２２の具体的な例を示し
ている。

【００１５】同図に示す計測用センサー２２は、電気絶
縁性の平板状基板２２ａと、この基板２２ａ上に所定の
間隔を隔てて設けられた一対の電極板２２ｂと、各電極
板２２ｂに個別に接続され、鋼管本体１２の外部に導出
される一対のリード線２２ｃとを有している。平板状基
板２２ａは、例えば、２０×１５ｍｍ程度の長方形に形
成され、その厚みは、ダイヤフラム板１４の下面側に形
成される空隙間隔に対応した寸法に設定されていて、例
えば、保証する空隙間隔に合わせて、０．５〜５ｍｍ程
度の範囲内から任意に設定する。このような計測用セン
サー２２を作製する方法としては、例えば、電子部品の
実装用に広く使用されているプリント配線板の製造技術
で比較的簡単に得られる。

【００１６】すなわち、プリント配線板の原材料として
使用されているエポキシ樹脂基板に銅箔を接着した基板
材料の、銅箔をエッチングにより食刻除去して、電極板
２２ｂを形成すればよい。また、例えば、電気絶縁性の
合成樹脂板に銅板などで形成した電極板２２ｂを接着し
ても得られる。計測用センサー２２のダイヤフラム板１
４への固設手段としては、例えば、図３に示すように、
計測用センサー２２の電極板２２ｂが下面側に位置する
ようにして、基板２２ａをダイヤフラム板１４の下面側
に当接して、基板２２ａとダイヤフラム板１４とをクリ
ップ状の挟持器具２６で挟持することや、あるいは、基
板２２ａとダイヤフラム板１４とを接着材で固着するこ
とが採用される。

【００１７】一方、参照センサー２４は、計測用センサ
ー２２と同様に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Ｃの充填状況を検知するものであっ
て、鋼管１０の長手軸方向に沿って所定の間隔をおいて
複数配置される。この参照用センサー２４の具体的な例
を図５に示している。同図に示す参照用センサー２４
は、電気絶縁性の材料、例えば、合成樹脂で形成された
電極保持部２４ａと、この電極保持部２４ａの軸方向を
貫通するように埋設された一対の電極棒２４ｂとを有し
ている。

【００１８】電極保持部２４ａは、直径が１０ｍｍ程度
の円筒状のものであって、その長さが鋼管本体１２の側
壁板１６の厚みとほぼ同じ寸法に設定されている。電極
棒２４ｂは、その両端が電極保持部２４ａの端面から外
方に突出するように所定の間隔を隔てて設けられてい
る。各電極棒２４ｂの一端には、それぞれリード線２４
ｃが接続されている。また、電極保持部２４ａの側面に
は、Ｕ字状の溝２４ｄが、軸方向の全長に渡って凹設さ
れて６ｌ、この溝２４ｄは、計測センサー２２のリード
線２２ｃを収容するためのものである。

【００１９】このように構成された参照用センサー２４
は、溝２４ｄ内に計測用センサー２２のリード線２２ｃ
を挿通させて、電極保持部２４ａの外周に電気絶縁性テ
ープを巻き付けた状態で、側壁板１６に貫通形成されて
いる取付孔２８内に、挿入固定される。なお、この取付
孔２８は、鋼管本体１２の構造的な欠陥とならない位置
に穿設する。

【００２０】計測用センサー２２と参照用センサー２４
の各リード線２２ｃ，２４ｃは、鋼管本体１２の外部に
設置されたデータロガー３０に接続され、データロガー
３０には、表示器やプリンタ，メモリを備えたパソコン
３２が接続されている。データロガー３０は、各計測用
センサー２２および参照用センサー２４に直流の低電圧
を微小時間供給し、一対の電極板２２ｂ間および一対の
電極棒２４ｂ間に蓄えられる残留電圧の大きさを所定の
時間間隔毎に測定し、得られた測定値をデジタルデータ
に変換して、パソコン３２に送出する。

【００２１】データロガー３０からデジタルデータを受
けたパソコン３２は、各計測用センサー２２および参照
用センサー２４の残留電圧の変化を経時的に表示器に表
示させたり、プリントアウトするとともに、これをメモ
リに記憶させる。以上のように構成されたコンクリート
Ｃの充填状況検知装置では、まず、コンクリートＣの充
填前には、各計測用センサー２２および参照用センサー
２４の電極板２２ｂと電極棒２４ｂとが大気中にあるの
で、空気の残留電圧が測定されている。

【００２２】そして、コンクリートＣの充填が開始さ
れ、電極板２２ｂないしは電極棒２４ｂがコンクリート
Ｃ中に埋没すると、打設された直後のフレッシュコンク
リートは、かなり水分を含んでいて、セメントから遊離
したイオンも存在するので、電極板２２ｂないしは電極
棒２４ｂ間の残留電圧は、空気の場合よりも大きくな
る。

【００２３】従って、このような残留電圧値の変化か
ら、コンクリートＣが充填されたことが検知され、この
ような残留電圧の変化を順次パソコン３２でモニタする
ことで、鋼管本体１２内に充填されるコンクリートＣの
打ち上がり高さを計測することができる。コンクリート
Ｃの充填が進行して、コンクリートＣの充填が完了した
後に、ダイヤフラム板１４間でコンクリートＣに部分的
な圧密化が発生し、その結果、各ダイヤフラム板１４の
下面側で、コンクリートＣにブリーディング水が発生す
ると、ブリーディング水には、フレッシュコンクリート
のように電気絶縁性のセメントなどが多く含まれていな
いので、電極板２２ｂ間の残留電圧は、フレッシュコン
クリートの値よりも大きくなる。

【００２４】従って、例えば、コンクリートＣの打設後
から２４時間程度自動測定を継続すると、ブリーディン
グ水の発生が、電極板２２ｂ間の残留電圧の変化により
検知することができる。この場合、計測用センサー２４
の電極棒２４ｂは、固化したコンクリートＣ中に埋没し
ているので、電極棒２４ｂ間の残留電圧と、電極板２２
ｂ間の残留電圧とを比較すると、ブリーディング水の発
生をより一層確実に検知することができる。

【００２５】そして、コンクリートＣの固化が進行し、
ブリーディング水の発生がなくなって、ダイヤフラム板
１４の下面側に空隙が発生し、この空隙中に電極板２２
ｂが位置している場合には、再び電極板２２ｂ間の残留
電圧が変化する。このとき、電極板２２ｂが固化したコ
ンクリートＣと接触していれば、電極板２２ｂ間の残留
電圧は、コンクリートＣの値となり、これが空隙の残留
電圧と異なるので、空隙の間隔が基板２２ａの厚みより
も大きいか小さいかの判定が可能になる。

【００２６】この場合、計測用センサー２４の電極棒２
４ｂは、固化したコンクリートＣ中に埋没しているの
で、電極棒２４ｂ間の残留電圧と、電極板２２ｂ間の残
留電圧とを比較すると、電極板２２ｂがコンクリートＣ
に接触していれば、電極棒２４ｂと電極板２２ｂとの残
留電圧が一致するので、上述した判定がより一層確実に
行える。

【００２７】図６〜８は、上記実施例で採用した計測用
および参照用センサー２２，２４の検知原理を確認する
ために行った実験の状況および結果を示している。この
実験では、センサーｓの一対の電極ａとして、直径１ｍ
ｍで長さが１５ｍｍのステンレス棒を使用し、電極ａ間
の間隔を１０ｍｍに設定した。この電極ａ間に直流の６
Ｖの電圧を３ｍｓｅｃ供給し、切り替えスイッチＳＷを
介して、供給後１７ｍｓｅｃで電極ａ間に残留している
残留電圧の大きさを電圧計Ｖで測定した。

【００２８】このときの測定ピッチは、５分間とし、５
日間測定を継続した。被測定対象物は、空気（温度２０
℃、湿度６０％ＲＨ），剥離剤（鋼製型枠用油性剥離
剤），水（水道水），人工海水（塩素濃度１．８％），
ブリーディング水（Ｗ／Ｃ；５０％のセメントペースト
から抽出），セメントペースト（Ｗ／Ｃ；５０％の普通
ポルトランドセメントを使用），コンクリート（Ｗ／
Ｃ；３４％、ｓ／ａ；４６％、普通ポルトランドセメン
ト，高性能ＡＥ減水剤使用）を準備し、これらをそれぞ
れ電極ａ間に介在させて行った。

【００２９】図７に測定で得られた感知直後の残留電圧
の大きさを示している。この結果から明らかなように、
空気，ブリーディング水，セメントペースト，コンクリ
ートでは、残留電圧の大きさに検知可能な相違が認めら
れる。従って、直流の低電圧を電極ａ間に微小時間印可
して、電極ａ間に残留する残留電圧の大きさを測定する
と、残留電圧の大きさから、電極ａ間に介在する物質を
検出することができる。

【００３０】また、図８に示すように、長期間測定を継
続すると、物質によってより一層残留電圧の変化が顕著
に現れるので、このような測定を行うと、電極ａ間に介
在する物質を高精度に検出することができる。なお、上
記実施例では、電極間に介在する物質を残留電圧の相違
から検知するセンサー２２，２４を例示したが、本発明
の実施は、このようなセンサーを使用する場合に限定さ
れることはなく、例えば、電極間に介在する物質の電気
抵抗の相違から、介在物質を検知するセンサーであって
もよい。

【００３１】また、上記実施例では、鋼管１０のダイヤ
フラム板１４の下面側に全て計測用センサー２２を設置
した場合を例示したが、本発明の実施は、これに限定さ
れることはなく、２ないしは３箇所に計測用センサー２
２を設置して、充填されるコンクリートの状況を検知し
てもよい。さらに、上記実施例では、充填されるコンク
リートの打ち上がり高さを検出し、空隙間隔を高精度に
検知するために参照用センサー２４を設置したが、この
参照センサー２４は、必ずしも設ける必要はなく、ま
た、設ける場合にも１箇所だけに設置してもよい。

【００３２】

【発明の効果】以上、実施例で詳細に説明したように、
本発明にかかる鋼管柱圧入工法用コンクリート充填検知
装置によれば、ダイヤフラム板下部に充填状況を確認す
るための貫通孔を設ける必要がなく、しかも、設ける場
合には、任意の場所を選択することができるので、鋼管
柱の構造的な欠陥になることを回避できる。

【００３３】また、請求項３の構成によれば、参照用セ
ンサーを設置して、その検出電気抵抗値と計測用センサ
ーの検出電気抵抗値とを比較することにより、ブリーデ
ィング水の発生や空隙間隔の大きさが確実に検知でき、
空隙間隔が設計仕様などで決められた範囲内にあるか否
かを正確に判定することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる鋼管柱圧入工法用コンクリート
充填検知装置の一実施例を示す断面説明図である。

【図２】図１の要部拡大図である。

【図３】本発明にかかる鋼管柱圧入工法用コンクリート
充填検知装置の計測用センサーの一例を示す斜視図であ
る。

【図４】図３の計測用センサーの取付状態の断面説明図
である。

【図５】本発明にかかる鋼管柱圧入工法用コンクリート
充填検知装置の参照用センサーの一例を示す斜視図であ
る。

【図６】本発明にかかる鋼管柱圧入工法用コンクリート
充填検知装置で使用するセンサーの測定原理を確認する
ために行った実験の説明図である。

【図７】同実験の測定結果を示す説明図である。

【図８】同実験における測定結果の経時変化を示す図で
ある。

【符号の説明】

１０ 鋼管 １２ 鋼管本体 １４ ダイヤフラム板 １６ 側壁板 １８ 貫通孔 ２０ 梁部材 ２２ 計測用センサー ２２ａ 平板状基板 ２２ｂ 電極板 ２２ｃ リード線 ２４ 参照用センサー ２４ａ 電極保持部 ２４ｂ 電極棒 ２４ｃ リード線 ２６ 挟持器具 ２８ 取付孔 ３０ データロガー ３２ パソコン

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 閉鎖横断面の鋼管本体と、中央部に貫通
   孔が設けられ、前記鋼管本体の内面側に上下方向に間隔
   をおいて突設される複数のダイヤフラム板とを備えた鋼
   管を立設して、前記鋼管本体内にコンクリートを充填す
   る鋼管柱圧入工法において、 前記ダイヤフラム板の下面側に形成される空隙間隔に対
   応した位置に、電極間に介在する物質の電気的特性の変
   化から前記コンクリートの充填状況を検出する計測用セ
   ンサーを固設したことを特徴とする鋼管柱圧入工法用コ
   ンクリート充填状況検知装置。
2. 【請求項２】 前記計測用センサーは、前記空隙間隔に
   対応した厚みの電気絶縁性の平板状基板と、この基板上
   に所定の間隔を隔てて設けられた一対の電極板とを備
   え、 前記一対の電極板間に直流低電圧を微小時間印可した際
   の、残留電圧の大きさから前記介在物質を検知すること
   を特徴とする請求項１記載の鋼管柱圧入工法用コンクリ
   ート充填状況検知装置。
3. 【請求項３】 請求項１または２記載の鋼管柱圧入工法
   用コンクリート充填検知装置は、前記鋼管本体の壁面を
   貫通するようにして設置され、電極間に介在する物質の
   電気的特性の変化から前記コンクリートの充填状況を検
   出する参照用センサーを有し、この参照用センサーを前
   記鋼管の長手方向に沿って所定の間隔をおいて複数配置
   したことを特徴とする鋼管柱圧入工法用コンクリート充
   填状況検知装置。