JP5953203B2 - Pile state detection system - Google Patents
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Description
本発明は、杭の状態を検出する杭状態検出システムに関する。 The present invention relates to a pile state detection system that detects a state of a pile.
施工中又は災害時における杭の健全性を評価するためには、杭の損傷等の状態を調査する必要がある。杭の状態調査としては、地盤を掘削して杭頭を目視する手法や、ボーリング坑を利用して非破壊検査を行う手法が一般的である。しかし、杭頭を目視する手法では、杭のその他の箇所の状態を調査することができず、また、ボーリング坑を利用する手法では、上部躯体を避けながら杭近傍の地盤を斜めにボーリングする必要があるため、調査には膨大な手間及びコストがかかる。 In order to evaluate the soundness of piles during construction or disaster, it is necessary to investigate the state of pile damage and the like. As a pile condition survey, a technique of excavating the ground and visually checking the pile head or a technique of performing a nondestructive inspection using a boring mine are common. However, the method of visually observing the pile head cannot investigate the state of other parts of the pile, and the method using the boring pit needs to drill the ground near the pile diagonally while avoiding the upper frame. As a result, the survey takes enormous effort and cost.
このような事情に鑑み、杭の健全性評価の手法として、杭に光ファイバを埋設し、かかる光ファイバの歪みを用いて杭の健全性を評価することが提案されている(特許文献1,2参照)。 In view of such circumstances, as a method for evaluating the soundness of a pile, it has been proposed to embed an optical fiber in the pile and evaluate the soundness of the pile using distortion of the optical fiber (Patent Document 1, 2).
杭は、上部躯体の自重をたえず支えているため、杭には圧縮力が働いて圧縮歪みが生じる。そのため、光ファイバを杭に設置する場合には、光ファイバを予め引っ張っておきながら対象物に貼り付ける作業が必要である。そのため、このような方法には設置方法及び施工に煩雑さが伴い、普及の支障となっている。 Since the pile constantly supports the weight of the upper frame, compression force is applied to the pile, causing compression strain. Therefore, when installing an optical fiber in a pile, the operation | work which affixes on an object, pulling an optical fiber previously is required. For this reason, such a method is complicated in installation method and construction, and has become a hindrance to popularization.
本発明は、前記した事情に鑑みて創案されたものであり、設置が容易であるとともに杭の状態を好適に検出することが可能な杭状態検出システムを提供することを課題とする。 The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and an object thereof is to provide a pile state detection system that is easy to install and capable of suitably detecting the state of a pile.
前記課題を解決するため、本発明の杭状態検出システムは、杭に設けられ、前記杭の状態を検出する状態検出用センサと、前記状態検出用センサと接続され、前記状態検出用センサの検出結果を発信するICタグと、前記杭に沿って形成されたモニタリング坑に配置され、前記ICタグから発信された前記状態検出用センサの検出結果を受信するリーダと、を備えることを特徴とする。 In order to solve the above problems, a pile state detection system of the present invention is provided on a pile, connected to the state detection sensor for detecting the state of the pile, and the state detection sensor, and the detection of the state detection sensor. An IC tag that transmits a result, and a reader that is arranged in a monitoring pit formed along the pile and receives the detection result of the state detection sensor transmitted from the IC tag. .
かかる構成によると、杭に状態検出用センサ及びICタグのセットを設置するので、光ファイバを杭内に埋設する場合と比べて、設置が容易であるとともに、設置時のバラツキを抑え、杭の状態を好適に検出することができる。 According to this configuration, since the set of the state detection sensor and the IC tag is installed in the pile, it is easier to install than the case where the optical fiber is embedded in the pile, and the variation of the pile is suppressed. The state can be detected suitably.
杭状態検出システムは、前記リーダを移動させる移動部と、前記モニタリング坑内における前記リーダの深さを検出する深さ検出部と、前記リーダによって受信された前記検出結果の電波強度の最も高いときの深さを採用するデータ処理部と、を備える構成であってもよい。 Pile state detection system includes a moving portion for moving the reader, the depth detector for detecting the depth of the leader in the monitoring in the pit, when the highest field intensity of the received result of the detection by said reader And a data processing unit that employs the depth of the above.
かかる構成によると、杭の深さ方向の状態の変化(沈下の有無)等を検出することができる。 According to such a configuration, it is possible to detect a change in the state of the pile in the depth direction (presence of subsidence) or the like.
前記杭の深さ方向に配列された複数セットの前記状態検出用センサ及び前記ICタグを備え、複数の前記ICタグは、それぞれ異なる周波数を用いて前記検出結果を発信し、前記データ処理部は、前記検出結果の周波数及び電波強度を検知するスペクトルアナライザ機能を有し、予め記憶された前記検出結果の前記周波数に基づいて、該当する前記周波数における前記検出結果の電波強度の最も高いときの深さを採用する構成であってもよい。 The plurality of sets of state detection sensors and the IC tags arranged in the depth direction of the pile, each of the plurality of IC tags transmits the detection result using a different frequency, and the data processing unit A spectrum analyzer function for detecting the frequency and the radio wave intensity of the detection result, and the depth when the radio wave intensity of the detection result at the corresponding frequency is the highest based on the frequency of the detection result stored in advance. The structure which employ | adopts this may be sufficient.
また、杭状態検出システムは、複数セットの前記状態検出用センサ及び前記ICタグに対応して、前記モニタリング坑の深さ方向に配列された複数の前記リーダを備える構成であってもよい。 Further, the pile state detection system may include a plurality of readers arranged in the depth direction of the monitoring well corresponding to the plurality of sets of state detection sensors and the IC tags.
本発明によれば、状態検出用センサ及びICタグのセットの設置が容易であるとともに杭の状態を好適に検出することができる。 According to the present invention, it is easy to install a state detection sensor and a set of IC tags, and the state of a pile can be suitably detected.
以下、本発明の実施形態に係る杭状態検出システムについて、適宜図面を参照しながら説明する。同様の構成には同様の符号を付し、重複する説明を省略する。 Hereinafter, a pile state detection system according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings as appropriate. Similar components are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
<第一の実施形態>
図1に示すように、本発明の第一の実施形態に係る杭状態検出システム10Aは、上部躯体2が上部に形成された複数の杭3に適用されて杭3の状態を検出するシステムである。1本の杭3の近傍には、当該杭3に沿ってモニタリング坑4が掘削形成されている。図1では、災害前の杭3を点線で描写し、災害後の杭3を実線で描写している。
<First embodiment>
As shown in FIG. 1, a pile state detection system 10 </ b> A according to the first embodiment of the present invention is a system that detects the state of a
杭状態検出システム10Aは、1本の杭3に深さ方向に配列される複数セット(ここでは3セット)の状態検出用センサ11及びICタグ12と、1つのリーダ13と、移動部14と、操作部15と、制御部16Aと、通知部17と、を備える。
The pile state detection system 10 </ b> A includes a plurality of sets (here, three sets) of
<状態検出用センサ>
状態検出用センサ11は、杭3の所定深さに設けられており、当該杭3の状態を検出し、検出結果をICタグ12へ出力するセンサである。状態検出用センサ11としては、杭3の傾斜を検出する傾斜センサ、杭3の歪みを検出する歪みセンサ等が好適に用いられる。
<Status detection sensor>
The
<ICタグ>
ICタグ12は、杭3の所定深さ、すなわち、対応する状態検出用センサ11と同じ深さ位置に設けられており、状態検出用センサ11の検出結果をリーダ13へ送信する。各ICタグ12は、前記検出結果とともに当該ICタグ12のIDを送信しており、送信される電波(検出結果及びIDを含む信号)の周波数は、ICタグ12ごとに異なる。本実施形態において、1番上のICタグ12は、ID=1、周波数f=α[Hz]、中央のICタグ12は、ID=2、周波数f=β[Hz]、1番下のICタグ12は、ID=3、周波数f=γ[Hz]であり、各周波数fは、α<β<γに設定されている。また、本実施形態において、ICタグ12は、リーダ13からの電磁誘導を電力源として動作するパッシブ型のICタグであるが、ICタグ12はパッシブ型に限定されず、セミアクティブ型又はアクティブ型であってもよい。また、本実施形態において、ICタグ12は電磁誘導方式を採用しているが、リーダ13との通信が可能であれば電波(又は、地盤内のいかなる条件下でも電力及びデータの送受信が可能な磁界、磁石等の周波数帯域)を採用してもよい。
<杭>
<IC tag>
The
<Pile>
図2に示すように、杭3は、平面視で円形に配列されて深さ方向に延びる複数の鉄筋(杭主筋)3aと、複数の鉄筋3aに組み付けられる環状の鉄筋(フープ筋)3bと、を備える。状態検出用センサ11及びICタグ12は、杭3の施工時に予め杭3に設置される。本実施形態において、状態検出用センサ11は、1本の鉄筋3aに取り付けられて杭3内に埋設されている。また、ICタグ12は、状態検出用センサ11と導電線等を介して電気的に接続されており、杭3の外周面のモニタリング坑4側に設けられている。
As shown in FIG. 2, the
図1に示すように、複数セットの状態検出用センサ11及びICタグ12は、杭3の軸方向に所定間隔を空けて配列されており、本実施形態では、1番上の状態検出用センサ11及びICタグ12は、地表面から深さ1m、中央の状態検出用センサ11及びICタグ12は、地表面から深さ2m、1番下の状態検出用センサ11及びICタグ12は、地表面から深さ3mと、深さ方向に1mの間隔を空けて配列されている。なお、状態検出用センサ11及びICタグ12のセット同士の間隔は、1mに限定されず、適宜変更可能である。また、モニタリング坑4は、少なくとも1番下の状態検出用センサ11及びICタグ12と同じ深さまで形成されている。なお、モニタリング坑4は、1番下の状態検出用センサ11及びICタグ12よりも深い位置まで形成されていることが望ましい。
As shown in FIG. 1, a plurality of sets of
<状態検出用センサ及びICタグの杭内への施工手法>
本実施形態において、状態検出用センサ11は、センサ固定用治具21を介して鉄筋3aに固定されている。また、ICタグ12は、センサ固定用治具21及びタグ位置固定用バネ22を介して状態検出用センサ11と電気的に接続されている。
<Construction technique for the state detection sensor and IC tag in the pile>
In the present embodiment, the
タグ位置固定用バネ22は、ICタグ12を杭3の表面方向へ付勢することが可能な圧縮バネであり、以下のいずれかの特徴を備えている。
・形状記憶合金である。
・定刻になったら、伸張する。
・バンド(図示せず)によって圧縮されており、水又はコンクリートとの反応によって当該バンドが切れることによって伸張する。
The tag
-Shape memory alloy.
・ Extend when scheduled.
• It is compressed by a band (not shown) and stretches when the band breaks due to reaction with water or concrete.
タグ位置固定用バネ22は、杭3におけるコンクリート打設前には圧縮されており、コンクリート打設時に圧縮から開放されて伸張することによって、ICタグ12を杭3の表面に好適に配置することができる。かかる構成によると、杭3の施工時に状態検出用センサ11及びICタグ12が設けられた鉄筋カゴを掘削孔に挿入する際には、ICタグ12が鉄筋カゴの内部に配置されて掘削孔の周壁に衝突することが防がれ、杭3の施工後には、ICタグ12が杭3の表面に配置されて無線通信が好適に行われる。
The tag
<リーダ>
リーダ13は、ICタグ12に向けて電波を発信するとともに、ICタグ12と通信してICタグ内の情報を読み取るものであって、ICタグ12から送信された状態検出用センサ11の検出結果及びICタグ12のIDを受信し、制御部16Aへ出力する。かかるリーダ13は、防水機能及び防塵機能を有しており、モニタリング坑4内に地下水、泥水等が存在する場合であっても、ICタグ12との間で電力及びデータの送受信が可能である。また、リーダ13の形状は任意であり、例えば、平板状、筒状等とすることができる。
<Reader>
The
本実施形態において、リーダ13は、ICタグ12から送信された検出結果及びIDを含む信号を制御部16へ出力する。
In the present embodiment, the
<移動部>
移動部14は、一端がリーダ13に連結されたロープ14aと、ロープ14aの他端が固定されて当該ロープ14aが巻回されたローラ14bと、ローラ14bを回転させるモータ14cと、を備える。ローラ14bにはロープ14aが巻回されており、モータ14cが正方向に回転するとロープ14aがローラ14bから送り出されてリーダ13がモニタリング坑4内を下方へ移動し、モータ14cが逆方向に回転するとロープ14aがローラ14bに巻き取られてリーダ13がモニタリング坑4内を上方へ移動する。
<Moving part>
The moving
<操作部>
操作部15は、モータ14cのON・OFFを切り換えるためのスイッチ等である。
<Operation unit>
The
<制御部>
制御部16Aは、機能部として、モータ制御部16aと、深さ算出部16bと、データ処理部16cと、記憶部16dと、を備える。
<Control unit>
The
モータ制御部16aは、作業者による操作部15の操作に応じて、モータ14cを所定の回転速度で回転させる。
The
深さ算出部16bは、モニタリング坑4内におけるリーダ13の深さ位置を検出する深さ検出部の一例であって、モータ14cの回転速度、モータ14cの駆動時間、及び、ローラ14bの半径に基づいて、モニタリング坑4内におけるリーダ13の深さ位置を算出し、データ処理部16cへ出力する。なお、モータ14cがエンコーダ付きである場合には、深さ算出部16bは、エンコーダによって検出されたモータ14cの回転数(回転角度)に基づいてリーダ13の深さ位置を算出してもよい。なお、リーダ13の深さ位置の検出手法は前記したものに限定されず、例えば、ロープ14aの長さ方向にリーダ13の深さ位置を示す目盛を記しておき、モニタリング坑4内をリーダ13が移動した際に、ユーザが目盛を読み取って操作部15を操作して入力することによってリーダ13の深さ位置を検出する構成であってもよい。
The
データ処理部16cは、ICタグ12から送信された検出結果用の電波の電波強度を検知し、周波数と電波強度との関係を示すスペクトルを生成するスペクトルアナライザ機能を有し、リーダ13によって出力された検出結果、ID及び電波強度と、深さ算出部16bによって算出された深さ位置と、に基づいて、各状態検出用センサ11ごとに、最も電波強度が大きいときの電波強度、検出結果及び深さ位置を記憶部16dに記憶させたり、通知部17へ出力したりする。また、記憶部16dには、各ICタグ12の周波数α,β,γが予め記憶されている。
The
<通知部>
通知部17は、データ処理部16cによって出力された検出結果等を表示するモニタである。なお、通知部17は、データ処理部16cによって出力された検出結果等を音声で通知するスピーカであってもよい。
<Notification part>
The
<動作例>
続いて、杭状態検出システム10Aの動作例について説明する。
<Operation example>
Subsequently, an operation example of the pile
<災害前>
災害前において、杭状態検出システム10Aを起動すると、モータ制御部16aは、モータ14cを所定の回転速度で回転させてリーダ13をモニタリング坑4の開口付近から底方向へ向けて降ろし、その間、リーダ13は、ICタグ12と通信を行い状態検出用センサ11の検出結果を受信する。詳細には、リーダ13が電波を発信しながらICタグ12に近づくと、リーダ13によって発信された電波によってICタグ12に起電力が発生し、ICタグ12内のICチップが起動する。そして、ICタグ12が状態検出用センサ11へ電力を供給し、状態検出用センサ11が杭3の状態を検出して検出結果をICタグ12へ出力し、ICタグ12が検出結果をリーダ13へ送信する。
<Before disaster>
When the pile
ここで、例えば、リーダ13がモニタリング坑4の深さ1mよりも浅い位置(ここでは、0.5m)にあるときには、図3(a)に示すように、リーダ13が受信する電波の電波強度は、リーダ13から最も近い1番上のICタグ12からの電波が最も大きい。そして、リーダ13がモニタリング坑4の深さ1mの位置(すなわち、1番上のICタグ12と同じ深さ位置)にあるときには、図3(b)に示すように、各ICタグ12からの電波強度がそれぞれ大きくなり、リーダ13が受信する電波の電波強度は、リーダ13から最も近い1番上のICタグ12からの電波が最も大きい。そして、リーダ13がモニタリング坑4の深さ1mよりも深い位置(ここでは、1.5m)にあるときには、1番上のICタグからの電波強度が小さくなるとともに、中央及び1番下のICタグ12からの電波強度がそれぞれ大きくなる。このように、データ処理部16cは、時々刻々と変化するスペクトルの形状を計測して記憶部16dに記憶しておき、記憶部16dに記憶された特定周波数α,β,γにおける電波強度の最大値を特定することによって、リーダ13をモニタリング坑4の底まで降ろして検出を終えた後に、各状態検出用センサ11ごとに、最も電波強度が大きいとき(ICタグ12とリーダ13との距離が最短となったとき、すなわち、ICタグ12とリーダとが同じ深さ位置にあるとき)の電波強度、検出結果及び深さ位置を記憶部16dに記憶させる。続いて、モータ制御部16aは、モータ14cを逆回転させてリーダ13をモニタリング坑4の底から引き上げる。なお、かかる電波強度の最大値の特定は、リーダ13をモニタリング坑4の底から引き上げつつ行うことも可能である。
Here, for example, when the
<災害後>
災害後において、杭状態検出システム10Aは、災害前と同様に作動する。そして、データ処理部16cは、記憶部16dに記憶された災害前及び災害後における各状態検出用センサ11ごとに、最も電波強度が大きいときの電波強度、検出結果及び深さ位置を通知部17に出力して表示させる。表示画面の一例を図4に示す。図4に示すように、表示画面には、災害前(20XX年MM月DD日)の検出結果等と災害後(20XX年NN月EE日)の検出結果等とが並べて表示される。
<After disaster>
After the disaster, the pile
本発明の第一の実施形態に係る杭状態検出システム10Aによると、図4に示すように、表示画面には、災害後の状態検出用センサ11の検出結果(例えば、傾斜角度、歪み量)とともにICタグ12の深さ位置が表示される。したがって、作業者に対して、杭3の状態を部位ごとに知らせることができる。
また、表示画面には、災害前後の状態検出用センサ11の検出結果がそれぞれ表示される。したがって、杭状態検出システム10Aは、作業者に対して、杭3の災害による状態を部位ごとに知らせることができる。
また、表示画面には、災害前後の最も電波強度が大きいときの深さ位置がそれぞれ表示される。したがって、杭状態検出システム10Aは、作業者に対して、杭3の深さ方向の状態の変化(沈下の有無)等を知らせることができる。
また、杭状態検出システム10Aは、杭3に傾斜センサ等の状態検出用センサ11及びICタグ12のセットを設置するので、光ファイバを杭内に埋設する場合と比べて、設置時のバラツキを抑え、杭3の状態を好適に検出することができる。
According to the pile state detection system 10 </ b> A according to the first embodiment of the present invention, as shown in FIG. 4, the detection result of the
The display screen displays the detection results of the
Also, the display screen displays the depth position when the radio wave intensity is the highest before and after the disaster. Therefore, the pile state detection system 10 </ b> A can notify the operator of a change in the state of the
Moreover, since the pile
<第二の実施形態>
続いて、本発明の第二の実施形態に係る杭状態検出システムについて、第一の実施形態に係る杭状態検出システムとの相違点を中心に説明する。
<Second Embodiment>
Subsequently, the pile state detection system according to the second embodiment of the present invention will be described focusing on differences from the pile state detection system according to the first embodiment.
図5に示すように、本発明の第二の実施形態に係る杭状態検出システム10Bは、移動部14を備えておらず、複数(ここでは、3本)のリーダ13と、複数のリーダ13が所定間隔で取り付けられた棒状部材18と、を備える。さらに、杭状態検出システム10Bは、制御部16Aに代えてモータ制御部16a及び深さ算出部16bを有しない制御部16Bを備える。
As shown in FIG. 5, the pile state detection system 10 </ b> B according to the second embodiment of the present invention does not include the moving
棒状部材18は、モニタリング坑4に挿入可能なサイズであり、その上端には、フランジ部18aが形成されている。棒状部材18がモニタリング坑4に挿入されると、フランジ部18aがモニタリング坑4の開口周りの地表面に載置され、1番上のリーダ13、中央のリーダ13及び1番下のリーダ13は、深さ方向に1mの間隔を空けて配列される。
The rod-shaped
また、棒状部材18は、杭3よりも長く、1番下のリーダ13は、棒状部材18の先端に設けられている。これは、同じ深さ位置であったICタグ12及びリーダ13が、地震等によって杭3が折れた場合に同じ深さ位置ではなくなることが予想されるためであり、かかる杭状態検出システム10Bでは、棒状部材18をモニタリング坑4から引き抜きながら各リーダ13の深さ位置を確認しつつ、各リーダ13がICタグ12からのID等を読み取る。
Further, the bar-shaped
また、棒状部材18は、可撓性を有する円筒管から形成されている。これは、地震等によってモニタリング坑4に歪みが生じた場合であっても、当該棒状部材18を好適に引き抜くことができるようにするためである。
The rod-shaped
リーダ13には、モニタリング坑4内に設置された際の自身の深さ位置が予め記憶されており、各リーダ13は、スター型方式で制御部16Bと通信可能に接続されており、ICタグ12によって出力された検出結果と、自身の深さ位置と、を制御部16Bへ出力する。
The
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜設計変更可能である。例えば、リーダ13が最も近いICタグ12からの電波のみを受信することができるようにICタグ12の電波強度又は杭3とモニタリング坑4との距離を設定してもよい。また、変形例として、第一の実施形態における状態検出用センサ11を省略した場合には、杭3の深さ方向の変形のみを作業者に対して知らせることができる。
As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to the said embodiment, A design change is possible suitably in the range which does not deviate from the summary of this invention. For example, the radio wave intensity of the
3 杭
4 モニタリング坑
10A,10B 杭状態検出システム
11 状態検出用センサ
12 ICタグ
13 リーダ
14 移動部
16A,16B 制御部
16b 深さ算出部(深さ検出部)
16c データ処理部
3
16c Data processing unit
Claims (4)
前記状態検出用センサと接続され、前記状態検出用センサの検出結果を発信するICタグと、
前記杭に沿って形成されたモニタリング坑に配置され、前記ICタグから発信された前記状態検出用センサの検出結果を受信するリーダと、
を備えることを特徴とする杭状態検出システム。 A state detection sensor that is provided on the pile and detects the state of the pile;
An IC tag connected to the state detection sensor and transmitting a detection result of the state detection sensor;
A reader that is arranged in a monitoring well formed along the pile and receives the detection result of the state detection sensor transmitted from the IC tag;
A pile state detection system comprising:
前記モニタリング坑内における前記リーダの深さを検出する深さ検出部と、
前記リーダによって受信された前記検出結果の電波強度の最も高いときの深さを採用するデータ処理部と、
を備えることを特徴とする請求項1に記載の杭状態検出システム。 A moving unit for moving the reader;
The depth detector for detecting the depth of the leader in the monitoring in the pit,
A data processing unit adopting the depth when the radio wave intensity of the detection result received by the reader is highest;
The pile state detection system according to claim 1, comprising:
複数の前記ICタグは、それぞれ異なる周波数を用いて前記検出結果を発信し、
前記データ処理部は、前記検出結果の周波数及び電波強度を検知するスペクトルアナライザ機能を有し、予め記憶された前記検出結果の前記周波数に基づいて、該当する前記周波数における前記検出結果の電波強度の最も高いときの深さを採用する
ことを特徴とする請求項2に記載の杭状態検出システム。 A plurality of sets of the state detection sensors arranged in the depth direction of the pile and the IC tag,
The plurality of IC tags transmit the detection results using different frequencies, respectively.
The data processing unit has a spectrum analyzer function for detecting the frequency and radio wave intensity of the detection result, and based on the frequency of the detection result stored in advance, the radio wave intensity of the detection result at the corresponding frequency. The pile state detection system according to claim 2, wherein a depth at the highest time is adopted.
ことを特徴とする請求項1に記載の杭状態検出システム。 The pile state detection system according to claim 1, comprising a plurality of the readers arranged in the depth direction of the monitoring well corresponding to a plurality of sets of the state detection sensors and the IC tags.
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