JP3340045B2 - モルタル固定の埋込金属棒の長さ測定方法 - Google Patents

モルタル固定の埋込金属棒の長さ測定方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、モルタル固定の埋込金
属棒の長さ測定方法に関し、とくに地盤、岩盤又はコン
クリート構造物等の基盤中にモルタル充填により固定し
た金属棒の長さを非破壊的に測定する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】トンネル構築のNATM工法その他の工
事においてロックボルト等の金属棒が基盤中に埋設され
る。ロックボルトの埋設に当っては、ロックボルトの基
盤へ固定すべき部分の外周にモルタル層を付着させ、そ
のモルタル層の外周を基盤へ密着させることによりロッ
クボルトを基盤へ固定している。施工中の管理のため、
基盤中に埋設した金属棒の長さを測定する必要の生ずる
場合がある。しかし、埋設金属棒の長さを非破壊的に測
定する技術は従来殆どなく、わずかに超音波反射法に依
存した例がある。この超音波反射法では、測定対象物上
の測定点からその対象物中へ超音波を送り込み、端点で
超音波が反射して測定点へ帰還するまでの時間から測定
点と反射端との間の長さを求める。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし上記の超音波に
よる方法では、測定可能な距離が短く、また埋設金属棒
が曲っていると超音波の減衰が大きくなって測定ができ
なくなる。要するに、適用範囲が限定されており、汎用
性に欠ける問題点があった。よって、本発明の目的は、
基盤中にモルタルで固定し埋込んだ金属棒の長さを非破
壊的に測定する簡易な方法を提供するにある。
【0004】
【課題を解決するための手段】前記目的の達成手段とし
て、本発明者は低圧パルスレーダ法として知られる電力
ケーブルの故障点標定方法に着目した。図6を参照する
に、この方法によれば故障点Pが存在するケーブル10の
心線11の一端にパルス発生器5からパルス電圧を第1波
として印加する。印加されたパルス電圧は、心線11とケ
ーブル10のシールド被覆12との間の分布定数回路を進行
し、故障点Pにおけるインピーダンスの急変に応じて反
射する。故障点Pに接地事故が存在する場合には、故障
点の電圧が零に維持されるから前記印加されたパルスと
逆極性の反射波が生ずる。ケーブル10の前記一端で、第
1波印加の時から前記反射波を第2波として検出するま
での時間t(μS)を測定すれば、その一端と故障点Pとの
間の距離L(m)は次式(1)で与えられる。
【0005】
【数1】 l=(vt)/2 ……(1)
【0006】ここにv(m/μS)はパルス電圧の前記分布定
数回路における伝播速度であり、導電率κを無視できる
場合には、次の近似式(2)が知られている。
【0007】
【数2】 v=300/(μsεs)1/2(m/μS) ……(2)
【0008】ここに、μsはケーブル10の心線11とシー
ルド被覆12との間の絶縁物の比透磁率、εsはその誘電
体の比誘電率である。電力ケーブルの場合、vは絶縁物
の材料に応じて変化しほぼ160〜180m/μSの範囲にある
と言われている。
【0009】地盤や岩盤等の基盤1の中にモルタル2の
層で覆って固定することにより埋設した金属棒3を示す
図1において、基盤1が大地電位にあるので、金属棒3
を図6のケーブル10の心線11に対応させ、モルタル2の
層をそのケーブル10の絶縁物に対応させ、モルタル2の
層と基盤1との界面をそのケーブル10のシールド被覆12
に対応させることが考えられる。図1の金属棒3は、そ
の一端が基盤1の表面4にありその他端が、モルタル2
の層により基盤1から隔てられている。金属棒3をケー
ブル10の心線11に対応させた場合、この金属棒3の他端
は、金属棒3の終端でありしかも大地電位の基盤1から
絶縁物であるモルタル2により隔てられている。よっ
て、金属棒3の他端の電気的状態は、ケーブル10の心線
11の断線状態に当ると考えることができる。断線の場合
には、断線部位での反射波の極性は、反射時におけるそ
の部位の電圧が到達パルスの電圧に維持されるので、前
記一端に印加されたパルス電圧と同極性となる。本発明
は、図1の金属棒3と図6のケーブル10の心線11との前
記対応関係の想定に基づいて完成されたものである。
【0010】図1を参照するに、本発明のモルタル固定
の埋込金属棒の長さ測定方法は、大地電位の基盤1中に
モルタル2で固定した埋込金属棒3の一端にパルス電圧
を印加し、その印加から金属棒3の他端における前記パ
ルスの反射波が前記一端へ到達するまでの時間t(μS)を
測定し、パルスの伝播速度vをモルタルの比透磁率μs
び比誘電率εsからv=330/(μsεs)1/2(m/μS)により算
出し、金属棒3の長さLをL=(vt)/2(m)により求めてな
るものである。
【0011】
【発明の実施の形態】図1の金属棒3の埋め込まれた側
の端部が大地電位の基盤1から絶縁され、図6のケーブ
ル10の心線11の断線に相当する状態にあることを検討す
る。図2に示すように金属棒3を半径r1の円柱状のもの
とし、モルタル2の層を半径r2の円筒状のものでその外
側が大地電位にあるとすれば、この金属棒3のサージイ
ンピーダンスZ0は近似的に次式(3)で与えられる。
【0012】
【数3】 Z0=60ln(r2/r1)/(εs)1/2 ……(3)
【0013】ここにεsはモルタルの比誘電率である。
また、式(3)ではモルタルの比透磁率μs=1を仮定して
いる。r1=0.01m、r2=0.05m、εs=5の場合には、サー
ジインピーダンスZ0は式(3)から43Ωと求められる。図
2の金属棒3の埋め込まれた端部と基盤1の対向面との
間にある厚さ以上のモルタル2が存在すれば、この金属
棒3の端部と大地基盤1との間の抵抗は数百Ωを超える
と見込まれ、Z0に比し十分大きいので、この金属棒3の
端部はケーブル10の心線11の断線に対応した状態にあ
る。岩盤である基盤1中にモルタル層によって固定され
たロックボルトが金属棒3である場合には、パルス電圧
を印加する時に、そのパルス電圧の帰路を省略できるも
のと見込まれる。図1において、近接して複数の金属棒
3が存在している場合、パルス電圧を2本の金属棒間に
加えて一方の金属棒3をパルス電圧の帰路とする方法
(図1(A))と、パルス電圧を1本の金属棒3に加える
のみで他の金属棒3を帰路に使用しない方法(図1
(B))とが考えられる。本発明者は、1本の金属棒3の
みに加える方法と2本の金属棒3の間に加える方法と
を、電力ケーブル10を用いて類推比較する実験を行なっ
た。
【0014】図3(A)はポリエチレン絶縁電力ケーブル
10の心線11とシールド被覆12との間にパルス電圧を加え
る実験例回路を示し、図3(B)はポリエチレン絶縁電力
ケーブル10の心線11にのみパルス電圧を加える実験例回
路を示す。図4(A)及び図4(B)は長さ3m及び4mの電
力ケーブルの心線11とシールド被覆12との間にパルス電
圧を加えた時の反射パルスの到達検出結果を示すオシロ
グラフの一例であり、図5(A)及び図5(B)は長さ3m
及び4mの電力ケーブルの心線11にのみパルス電圧を加
えた時の反射パルスの到達検出結果を示すオシログラフ
の一例である。加えたパルス電圧の立上がり時間は30nS
以内、パルス幅は0.2〜20μSであった。パルス印加から
反射波到達までの時間の測定方法として、パルス波形に
忠実に追随する方式も考えられるが、パルス波形の立上
がり部分に重点を置く方式即ちCR微分検出回路による方
法によった。
【0015】図4(A)と図5(A)とを比較するに、長さ
3mのケーブルの電圧印加端におけるパルス電圧印加時
から他端での反射パルスの到着までの時間は共に30nSで
あった。このことから、たとえパルス電圧をケーブル10
の心線11にのみ加えた場合であっても、ケーブル10の心
線11とシールド皮膜12との間に加えた場合と同一の結果
の得られることがわかる。またこの実験例の場合、パル
ス電圧の伝播速度の実測値は200((2×3)/0.03)m/μSで
あり、式(2)にポリエチレンの比透磁率μs≒1及び比誘
電率εs≒2.3を代入して得られる計算値198m/μSとほぼ
一致する。また図4(B)と図5(B)とを比較するに、長
さ4mのケーブルの電圧印加端におけるパルス電圧印加
時から他端での反射パルスの到着までの時間は共に40nS
であった。この場合にも、パルス電圧をケーブル10の心
線11にのみ加える方法と、心線11及びシールド皮膜12の
間に加える方法とが同一の結果を与えることがわかる。
【0016】図4及び図5の実験及びその結果から明ら
かなように、本発明方法によれば、埋込金属棒3の一端
にのみパルス電圧を印加し、その印加から金属棒3の他
端における前記パルスの反射波が前記一端へ到達するま
での時間t(μS)を測定し、パルスの伝播速度vを計算又
は実験によって求め、その時間t及び伝播速度vから金属
棒3の長さを決定することができる。
【0017】従って、本発明の目的である「基盤中にモ
ルタルで固定し埋込んだ金属棒の長さを非破壊的に測定
する簡易な方法」の提供が達成される。
【0018】
【実施例】測定すべき特定の基盤1の現場の状況等によ
り、パルス電圧の帰路を埋設金属棒3周囲のモルタル2
の層の周縁に設けることが望ましい場合には、図2の実
施例に示す用に、基盤表面4の金属棒3の端末の周囲に
環状の電極17を形成してもよい。この実施例の金属棒3
は、先端にねじ部3aを有するアンカーボルトであり、座
金15がそのねじ部3aに螺合するナット16によってアンカ
ーボルト及び地盤1に固定されている。環状電極17は、
例えば導電性塗料によって座金15の周囲に形成すること
ができる。
【0019】本発明の方法は、既設の鋼製杭や鋼矢板の
深さの測定や地盤又は岩盤等の基盤1の物理的特性の測
定に利用することも可能である。即ち、物理的特性の測
定に関しては、長さLの埋設金属棒3の周囲に絶縁性で
比透磁率μs又は比誘電率εsが既知の物質が充填され且
つその充填物の外周が大地電位である又は大地電位にで
きる場合に、その埋設金属棒3におけるパルス伝播速度
vを測定することにより、前記式(2)からその物質の未知
の物理的特性である比誘電率εs又は比透磁率μsを求め
ることができる。
【0020】
【発明の効果】以上詳細に説明したように本発明のモル
タル固定の埋込金属棒の長さ測定方法は、埋設金属棒に
パルス電圧を加え金属棒の埋設端からの反射波の到達時
間を測定することによりその金属棒の長さを測定できる
ので、埋設金属棒の長さの非破壊的測定の容易化、既設
鋼製杭や鋼矢板の深さ測定の容易化、地盤・岩盤等の一
定の物理特性測定の容易化等の顕著な効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】は、本発明の一実施例の図式的説明図である。
【図2】は、環状電極を用いる実施例の図式的説明図で
ある。
【図3】は、ケーブル長さ測定実験の回路の図式的説明
図である。
【図4】は、図3の回路による実験の結果の一例を示す
グラフである。
【図5】は、図3の回路による実験の結果の他の例を示
すグラフである。
【図6】は、従来のケーブル故障点標定方法の説明図で
ある。
【符号の説明】
1…基盤 2…モルタル 3…金属棒 3a…ねじ部 4…基盤表面 5…パルス発生器 6…結合器 7…シンクロスコープ 10…(電力)ケーブル 11…心線 12…シールド被覆 15…座金 16…ナット 17…電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 平井 淳一 東京都調布市飛田給二丁目19番1号 鹿 島建設株式会社 技術研究所内 (72)発明者 今井 道男 東京都調布市飛田給二丁目19番1号 鹿 島建設株式会社 技術研究所内 (72)発明者 川崎 勝利 埼玉県熊谷市新堀1008番地 三菱電線工 業株式会社 熊谷製作所内 (72)発明者 楠部 誠 神奈川県川崎市川崎区水江町3番3号 三菱電線工業株式会社 関東工事センタ ー内 (56)参考文献 特開 昭56−14105(JP,A) 特開 昭62−147308(JP,A) 特開 昭49−133207(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01B 7/02

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】大地電位の基盤中にモルタルで固定した埋
    込金属棒の一端へパルス電圧を印加し、その印加から前
    記金属棒の他端での前記パルスの反射波が前記一端へ到
    達するまでの時間t(μS)を測定し、前記パルスの進行速
    度vを前記モルタルの比透磁率μs及び比誘電率εsからv
    =330/(μsεs)1/2(m/μS)により算出し、前記金属棒の
    長さLをL=(vt)/2(m)により求めてなるモルタル固定の
    埋込金属棒の長さ測定方法。
  2. 【請求項2】請求項1の測定方法において、前記パルス
    の進行速度vを既知長さL0(m)の前記金属棒に対する前記
    時間t(μS)の測定値からv=(2L0)/t(m/μS)により求め
    てなるモルタル固定の埋込金属棒の長さ測定方法。
  3. 【請求項3】請求項1の測定方法において、前記大地電
    位の基盤を地盤としてなるモルタル固定の埋込金属棒の
    長さ測定方法。
  4. 【請求項4】請求項1の測定方法において、前記大地電
    位の基盤を岩盤としてなるモルタル固定の埋込金属棒の
    長さ測定方法。
  5. 【請求項5】請求項1の測定方法において、前記大地電
    位の基盤をコンクリート構造物としてなるモルタル固定
    の埋込金属棒の長さ測定方法。
  6. 【請求項6】請求項1の測定方法において、前記埋込金
    属棒一端の周囲の前記大地電位基盤の表面に環状電極を
    該基盤と電気的に密着させて形成し、前記パルス電圧を
    前記環状電極と前記金属棒の一端との間に印加してなる
    モルタル固定の埋込金属棒の長さ測定方法。
  7. 【請求項7】請求項1の測定方法において、前記パルス
    電圧の印加から前記金属棒の他端での前記パルスの反射
    波が前記一端へ到達するまでの時間t(μS)を、前記金属
    棒の一端に接続したシンクロスコープにより測定してな
    るモルタル固定の埋込金属棒の長さ測定方法。
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