JP6451028B2 - 地盤振動測定装置 - Google Patents

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Description

本発明は、地盤の振動を測定する装置に関する。
微小振動を嫌う半導体工場などの建設物を設計する際、周辺の道路、鉄道、地下鉄、工場などから伝わる建設予定地盤の振動環境を調査し、この調査結果を用いて新規建設物床等の振動予測を行うことが望まれる。
例えば、道路や鉄道などを走行する車両等を震動源とする振動が地中を伝搬して構造物を振動させ、振動の程度によっては構造物の利用者や構造物内の機械等に悪影響を与える場合がある。このため、建設予定地における地盤振動の事前予測、対策が重要となる。
地中を伝搬する振動を直接計測する振動測定装置として、従来、非特許文献1に記載の振動検束装置が知られている。
この振動測定装置は、図10(A)に示すように振動を計測する深さまで地盤80にボーリング穴82を掘削し、ボーリング穴82の測定位置まで振動計測部を内蔵した受振機84を下ろし、測定位置で受振機84に設けられた圧着板85を押し広げ、受振機84をボーリング穴82の内壁に圧着させる構成の測定装置である。この測定装置において図10(B)に示す圧着板85は、シリンダー87に図10(A)に示すガス用ホース88を利用して地上のガスボンベ90からガスを送ることで圧着板85を押し広げ、ボーリング穴82の内壁に押し当てることで受震機84を固定する。
上述の状態でボーリング穴82の内壁に伝搬された振動を受振機84で計測できる。測定結果はケーブル86を介し地上の計測器92に送信される。なお、計測用の人工振動は、地盤80の上に設置した起振機94によりP波を入力し、起振機95によりS波を入力することができる。
しかし、図10に記載の振動測定装置は、ガス圧で圧着板85をボーリング穴82の内壁に圧着させているため、シリンダー87が一種のダンパーとなって高周波成分(例えば、地下鉄振動の卓越周波数である60Hz〜120Hz)が吸収され、高周波成分を測定できなくなる問題があった。
このような背景から、以下の特許文献1に記載のように、地盤に中空のガイド管を打ち込み、このガイド管の内部に爪部を有する振動計測器をワイヤーリールにより吊り下げ支持した構成の振動測定装置が提案されている。
特開2010−249537号公報
株式会社東京ソイルリサーチ Technical Report F-06, F-07
特許文献1に記載されている振動測定装置は、金属製の円筒体の内部にX軸方向の振動成分を検出するX成分センサーとY軸方向の振動成分を検出するY成分センサーとZ軸方向の振動成分を検出するZ成分センサーの3個の振動検出センサーを備えている。
前記振動測定装置は、X軸、Y軸、Z軸の3方向の振動を検出できるようにセンサーを備えているが、円筒体の内部に支持桟を複数設けて各支持桟にセンサーを支持した構造のため、最低共振周波数(f)を低くできない問題がある。即ち、支持桟が各センサーを支持した構造では支持桟の共振が最低共振周波数に影響を与える問題がある。
また、特許文献1に記載されている振動測定装置は、地盤に打ち込んだ中空のガイド板に沿ってワイヤーリールで地下に吊り下げる必要があるので、地盤に中空のガイド板を打ち込み、ガイド板内部の土壌を全て取り除く必要がある。このため、例えば、地盤に掘削したボーリング穴であって、ボーリング穴内に水や泥が混じった土が存在している状態では使用できない問題がある。
本発明は、前記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、土などの地盤成分が入った状態のボーリング穴を利用して地盤の振動環境を調査することができる地盤振動測定装置の提供を目的とする。また、本発明は、振動検出用のセンサーの支持構造部分を強固な構造として振動計測の最低共振周波数を十分に大きくすることができるとともに、広い周波数範囲で使用できる地盤振動測定装置の提供を目的とする。
(1)本発明は、金属製の棒状体の長さ方向に相互に離間するように第1の穴部と第2の穴部と第3の穴部を形成してなるセンサー取付体と、前記センサー取付体の穴部の1つに収容されてX軸方向の振動成分を検出するX方向センサーと、前記穴部の1つに収容されてY軸方向の振動成分を検出するY方向センサーと、前記穴部の1つに収容されてZ軸方向の振動成分を検出するZ方向センサーと、前記センサー取付体を収容し先端側に先窄まり状の先頭部を有し後端側に端部壁を有する金属製の筒型のセンサー収容体と、前記端部壁に着脱機構を介し接続された圧入パイプを具備したことを特徴とする。
XYZ方向のセンサーを備えたセンサー取付体をセンサー収容体に収容し、このセンサー収容体をその後端部に直列接続した圧入パイプによりボーリング穴の土の中に押し込み、目的の深さまで圧入することでXYZ方向の各センサーを地盤の目的の深さに設置できる。地盤のボーリング穴に圧入後、着脱機構を介し圧入パイプをセンサー収容体と分離することでセンサー収容体のみを独立して地盤内に設置することができる。
この状態で地上の起震機などから地盤にP波とS波を入力することでXYZ方向の各センサーにより地盤振動の状態を捕らえることができ、振動環境の調査ができる。例えば、入力したP波あるいはS波に対し、道路や交通外乱などに起因する振動が付加された状態で地盤振動の状態を計測できる。
センサーを備えたセンサー取付体は金属製であり、それを囲むセンサー収容体も金属製であるので、地盤からの振動が直に伝達され、共振周波数を高くできるので、地盤の振動をロス無く測定することができる。
また、金属製の棒状体に離間して設けた3つの穴部にXYZ方向の各センサーを取り付けることで、各センサーの最低共振周波数を低くし、測定周波数領域を拡げることができるので、計測できない周波数帯域を少なくすることができ、地下鉄振動などを含むいずれの振動の影響でも計測できるようになる。
(2)本発明において、前記センサー取付体と前記センサー収容体の間に絶縁材を介在させて両者が絶縁された構成とすることができる。
振動測定時、地盤に埋設した金属製のセンサー収容体はアース状態となるので地盤から微弱電流を受ける可能性がある。地盤と接触しているセンサー収容体からセンサー取付体を絶縁分離することで、振動測定時に地盤から受ける微弱電流をセンサー収容体側に伝達しない構造にできる。このため、振動測定時にXYZ方向のセンサーを作動させても微弱電流の影響によるノイズを生じることのない正確な振動計測ができる。
(3)本発明において、前記着脱機構が、前記端部壁から前記センサー収容体の長さ方向に延出形成された接続壁と、該接続壁に外挿または内挿される前記圧入パイプの先端部と、前記接続壁および前記先端部のどちらか一方の周回りの複数位置に突出形成された突起部と、該突起部が形成されていない側の前記先端部あるいは前記接続壁にそれらの長さ方向に沿って形成されたスリット孔を備え、前記スリット孔の底部側に前記スリット孔に直交する方向に延在されて前記スリット孔に挿入された前記突起部の抜け止めをなす係止孔が形成された構成でも良い。
圧入パイプの先端をセンサー収容体後端の接続壁に内挿または外挿して圧入パイプの突起部をスリット孔に挿入し、更に圧入パイプを若干軸周りに回転させて突起部を係止孔に挿入することで圧入パイプをセンサー収容部の後端部に係止することができる。
この状態で圧入パイプを利用し、土壌に形成されたボーリング穴の土にセンサー収容体を圧入し、圧入パイプを更に押し込むことで目的の深さ位置までセンサー収容体を押し込むことができる。センサー収容体をボーリング穴の目的の深さまで押し込み後、圧入パイプをその周回りに所定の角度反転し、突起部を係止孔からスリット孔側まで移動し、圧入パイプを引き上げることでスリット孔から突起部を抜き出し、圧入パイプをセンサ収容体から分離することができる。この分離状態とした後に、XYZ方向のセンサーにより地盤の振動環境を計測できるようになる。
(4)本発明において、前記端部壁が、前記センサー収容体の後端側に形成された内ねじ部に螺合されたねじ筒部と、該ねじ筒部の一端側に形成されて前記センサー収容体の後端部を閉じる蓋部材を有し、前記ねじ筒部の内面に形成された内ねじ部に前記センサー取付体の後端側に形成されたねじ部を螺合して前記センサー取付体が前記センサー収容体の内部に片持支持された構成を採用できる。
センサー収容体の端部を閉じた端部壁に形成されているねじ筒部にセンサー取付体の後端側のねじ部を螺合してセンサー取付体をセンサー収容体の内部に強固に支持することができる。よって、センサー取付体に取り付けられているXYZ方向検知用の各センサーをセンサー収容体の内部に強固に支持できる。このため、地盤のボーリング穴の内部に設置したセンサー収容体に地盤からの振動が伝達された際、地盤の振動は剛構造で支持されたセンサー取付体を介し、XYZ方向検出用の各センサーに伝達され、地盤の振動をロス無く確実に検出できる。
また、センサー取付体とセンサー収容体がいずれも金属製であり、金属製の棒状体からなるセンサー取付体に個々に独立して設けた各穴部にセンサーを配置し、地盤からの振動をロス無く各センサーに伝達できる構造としているため、最低共振周波数fを低くして広い帯域の測定を可能とし、広い帯域の振動を含む地盤振動環境を正確に測定できるようになる。
(5)本発明において、前記センサー取付体がアルミニウム合金製の無垢材からなり、その表面にアルマイト処理による絶縁皮膜が形成された構成を採用できる。
センサー取付体をアルミニウム合金製の無垢材から構成することで、最低共振周波数を低くして測定できる周波数域を広くできるとともに、表面にアルマイト処理を施すことで金属製のセンサー収容体との絶縁性を確保できる。このため、地盤にアースされる状態となるセンサー収容体にセンサー取付体と各センサーを強固に支持した構造であっても、センサー取付体側に地盤からの微弱電流が影響を与える可能性が低くなり、ノイズの影響のない測定ができる。
本発明に係る地盤振動測定装置によれば、圧入パイプによりセンサー収容体をボーリング穴の土の内部に押し込み、目的の深さに位置させたならば、地上から地盤にP波とS波を入力すると、地盤を介しセンサー収容体内のセンサーに振動が伝わるので、XYZ方向の地盤振動を測定することができる。各センサーはセンサー取付体を構成する棒状体に形成した穴部に収容され、センサー取付体に剛接合されているので、振動伝達のロスを生じることなく振動検出ができ、地盤の振動環境を正確に計測できる。
本発明に係る第一実施形態の地盤振動測定装置の概略図。 同地盤振動測定装置の要部を示す斜視図。 同地盤振動測定装置のセンサー収容体に収容されたセンサー取付体を示すもので、(A)は概要図、(B)は背面図。 同センサー取付体を示すもので、(A)は側面図、(B)は正面図、(C)は視角方向を変えた側面図、(D)は視角方向を変えた正面図。 同センサー取付体に接続される圧入パイプを示すもので、(A)は一側から見た側面図、(B)は他側から見た側面図。 同地盤振動測定装置に連結される接続パイプの連結状態を示す側面図。 同地盤振動測定装置の回収用ワイヤーロープの取付部分を示す側面図。 第二実施形態に係る同センサー取付体の支持構造を示すもので、(A)はセンサー圧入パイプの接続部を示す平面図、(B)は支持構造要部の一側を示す側面図、(C)は同センサー取付体の端部壁部分の平面図、(D)は支持構造要部の他側を示す側面図。 同第二実施形態の地盤振動測定装置をボーリング穴に沿って圧入している状態の一例を示す断面図。 地中を伝搬する振動を計測するための振動測定装置の一従来例を示すもので、(A)は地盤に形成したボーリング穴に測定装置を吊り下げた状態を示す構成図、(B)は振動測定装置に設けられた圧着板拡げた状態を示す斜視図。
<第1実施形態>
以下、本発明に係る地盤振動測定装置の一実施形態について図面を参照しながら説明するが、本発明は以下に説明する実施形態に制限されるものではない。また、各図に示す構造は、本発明の特徴をわかりやすくするため、要部となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際の構成と同じであるとは限らない。
図1〜図7は本発明に係る地盤振動測定装置の第1実施形態を示すもので、本実施形態の地盤振動測定装置Aは、図1、図2に示すように金属製の筒型のセンサー収容体1の内部に金属製の棒状体2Aからなるセンサー取付体2が収容され、センサー収容体1の後端部側に圧入パイプ3と複数の接続パイプ5が直列接続されている。
センサー収容体1は、ステンレス鋼材などの金属材料からなる円筒型の収容部本体6と、この収容部本体6の先端側に取り付けられた先窄まり状の先頭部7と、収容部本体6の後端側を閉じるように設けられた端部壁8とからなる。
センサー取付体2は、アルミニウム合金などの金属からなる無垢材の棒状体2Aからなり、棒状体2Aの長さ方向に沿ってその基端側から順に相互に離間して第1の穴部2aと第2の穴部2bと第3の穴部2cが形成されている。第1の穴部2aと第2の穴部2bと第3の穴部2cは棒状体2Aに対し削り出し加工により各穴部を形成してなる。
第1の穴部2aは棒状体2Aの中心軸に対し直交する任意の一方向であるX軸方向に沿って棒状体2Aを貫通するように形成され、第2の穴部2bは前記X軸に直交するY軸方向に沿って棒状体2Aを貫通するように形成され、第3の穴部2cは棒状体2Aの先端部近くに形成されている。
第1の穴部2aは小径部2aと大径部2aからなる段付穴型に形成され、第2の穴部2bは小径部2bと大径部2bからなる段付穴型に形成されている。
棒状体2Aに形成する第1の穴部2aと第2の穴部2bと第3の穴部2cの相互間隔はそれらの間にアルミニウム合金の十分な肉厚の部分が介在するような間隔とされている。これらの間の間隔が薄い場合はアルミニウム合金の板状体で後述のセンサー間を仕切ることとなり、最低共振周波数が十分に低くならなくなる。第1の穴部2aと第2の穴部2bと第3の穴部2cの相互間隔を十分に確保して各センサーを無垢材のセンサー取付体2に固定することで測定周波数帯域を拡げることができる。
第3の穴部3cは棒状体2Aの先端側に棒状体2の両側面と先端面に開口する凹部2dを形成するとともに先端面側に開口した前記凹部2dの開口部を蓋体9で覆うことで構成されている。棒状体2Aの先端側に凹部2dを形成しているので棒状体2Aの先端部は二股型の先端壁2Dが形成されている。この先端壁2Dの先端面には複数のねじ穴2mが形成されている。そして、これらの先端壁2D、2Dの先端部に被さるように円板状の蓋体9が装着され、蓋体9を貫通して先端壁2D、2Dのねじ孔2mに螺合されるナット4により蓋体9が固定されている。
センサー取付体2を構成するアルミニウム合金製の棒状体2Aと蓋体9はそれらの全体をアルマイト処理して表面が絶縁皮膜により覆われている。この絶縁被膜は一例として黒アルマイト皮膜を適用できる。
棒状体2の周面側において第3の穴部2cと第2の穴部2bとの間に配線用の凹部2fが形成され、第2の穴部2bと第1の穴部2aとの間に配線用の凹部2gが形成され、棒状体2の後端部と第1の穴部2aとの間に配線用の凹部2hが形成されている。この凹部2hはねじ軸部2eを貫通するように形成されている図示略の通路を介し蓋部材8Bの通過孔8eに連通されている。これらの凹部2f、2g、2hと通過孔8eを利用して後述するセンサー11、12、13の配線を通過孔8eから引き出すことができる。
なお、棒状体2Aの基端部側には棒状体2Aを延長するようにねじ軸2eが突出形成されている。
先頭部7は、筒部7Aとこの筒部7Aの一端側に延在された先窄まり状の円錐形状のヘッド部7Bとからなり、収容部本体6の先端内周側に形成されている内ねじ部6aに筒部7Aの外周側に形成されている外ねじ部7aを螺合して収容部本体6の先端部に先頭部7が一体化されている。
端部壁8は、内周側に内ねじ部8aを外周側に外ねじ部8bを有するねじ筒部8Aと、このねじ筒部8Aの軸方向一端側にねじ筒部8Aを閉じるように形成された蓋部材8Bと、この蓋部材8Bの外側に延出形成された筒型の接続壁8Cとから構成されている。接続壁8Cの周壁の一部に周回りに180゜間隔で突起部8dが形成されている。また、蓋部材8Bの一部にこの蓋部材8Bを厚さ方向に貫通する配線用の通過孔8eが形成されている。
端部壁8は、内ねじ部8aにセンサー取付体2のねじ軸2eを螺合してセンサー取付体2を片持支持するとともに、ねじ筒部8Aを収容部本体6の後端側内周に形成されている内ねじ部6bに螺合して収容部本体6の後端側に取り付けられている。棒状体2Aの外径は収容部本体6の内径よりも小さく、棒状体2の外周面と収容部本体6の内周面との間には若干の隙間が形成されている。なお、この隙間にエポキシ樹脂などの絶縁樹脂が充填され、隙間が埋められて収容部本体6内に棒状体2が固定されている。これにより、絶縁対策と一体化のための構造が実現される。
なお、絶縁対策はセンサー収容体1とセンサー取付体2との絶縁分離、これらの隙間にエポキシ硬質樹脂を詰めた構造、アルマイト処理による絶縁皮膜形性、各センサー11、12、13の周囲にブチルゴム製などの薄いテープを貼り付けるなど多重対策とされることが好ましい。
一例として、第1の穴部2aにはX軸方向の振動成分を検出するX方向センサー11が取り付けられ、第2の穴部2bにはY軸方向の振動成分を検出するY方向センサー12が取り付けられ、第3の穴部2cにはZ軸方向の振動成分を検出するZ方向センサー13が取り付けられている。
これらのセンサー11、12、13は、自己融着テープなどのブチルゴムテープを用いて各穴部の内側に位置決めされ、各センサー周囲の隙間にエポキシ樹脂を注入することで各穴部に固定され、センサー取付体2に剛性の高い状態で接合されている。なお、センサー取付体2の先端側の第3の穴部2cに挿入されたセンサー13は、蓋板9により抜け止めされ、第3の穴部2c内に強固に固定されている。
次に、端部壁8の外側に突出された接続壁8Cに図5に示す圧入パイプ3が後述する着脱機構Kを介し着脱自在に装着されている。
圧入パイプ3は、鋼管あるいは樹脂パイプからなり、長さが例えば1.8m程度に形成されている。圧入パイプ3の先端側には圧入パイプ3の長さ方向に沿って圧入パイプ3の周回りに180度間隔でスリット孔3aが2本形成されている。スリット孔3aにおいて圧入パイプ3の先端から離れた側の奥側にスリット孔3aに対し90゜の角度で交差する係止孔3bが形成されている。これらの係止孔3bは圧入パイプ3の周方向に延在するように形成されているが、図5に示すように圧入パイプ3を側面視した場合、2本の係止孔3bの終端側の向きは互いに逆向きとされている。
また、圧入パイプ3の先端側に形成されている2つのスリット孔3aのうち、一方は他方より長く形成されていて、長く形成された側のスリット孔3aには圧入パイプ3の後端側に向かうスリット状の延長部3cが形成されている。
この延長部3cは、後述する回収用ワイヤーロープ17をアイボルト20に取り付ける場合の通過孔として利用される他、後述する突起部8dに取り付けて圧入パイプ3の外側でセンサー収容体1を地上に引っ張って来る場合等に利用される。延長部3cの効用については後に再度説明する。
スリット孔3aの長さは圧入パイプ3の先端部を図1、図2に示すように接続壁8Cに外挿し、圧入パイプ3の先端を蓋部材8Aに接触させた場合、突起部8dがスリット孔3aの最深部まで到達し、突起部8dが係止孔3bに移動できるような長さに設定されている。
以上説明の構造において、スリット孔3aと係止孔3bを先端部に備えた圧入パイプ3と、この圧入パイプ3の先端部を挿入して係止する筒型の接続壁8Cと突起部8dにより圧入パイプ3の脱着機構Kが構成されている。
接続パイプ5は、一例として圧入パイプ3と同等の材料からなり、圧入パイプ3と同等の長さ、同等の内径、外径に形成され、複数本継ぎ足して使用される。例えば、図6に示すように複数の接続パイプ5を直列に配置し、隣接させた接続パイプ5の境界部に跨るような湾曲板からなる継板15を配置し、これらを溶接あるいはピン止めなどの接続方法により接合して接続パイプ15どうしが一体化される。
これらの接続パイプ5を複数本、例えば7本程度接続し、更に圧入パイプ3に前記と同じ接続構造で接合することで、一例として1.8m×8本として約15m程度の長さとされる。接続パイプ15は複数本継ぎ足して使用されるので、重量が大きくなるおそれがある場合は樹脂材料から形成して軽量化することが好ましい。
また、蓋部材8Bの外面側であって接続壁8Cの内側に図7に示す構成のアイボルト16を介しワイヤーロープ(牽引体)17が接続され、このワイヤーロープ17が圧入パイプ3と複数の接続パイプ5を挿通して末端の接続パイプ5から外部に引き出されている。
前記構造の地盤振動測定装置Aは、測定対称の地盤に形成したボーリング穴の底部に圧入して使用する。ボーリング穴をスクリューにより掘削した時点において、スクリューの刃先により土壌は削られて泥水と土の入り交じった状態であり、この状態の土にボーリング穴の中に地盤振動測定装置Aを圧入する。
ボーリング穴の深さに対応させて必要本数の接続パイプ5を継ぎ足し、継ぎ足した接続パイプ5の先端に圧入パイプ3を接続する。圧入パイプ3の先端側のスリット孔3aに接続壁8Cの突起部8dを位置合わせして圧入パイプ3を接続壁8Cに外挿し、突起部8dをスリット孔3aの終端側に到達させたならば圧入パイプ3を周回りに若干回転させることで突起部8dを係止孔3bに到達させる。
以上の操作により圧入パイプ3の先端側にセンサー収容体1を仮固定できる。係止孔3bは圧入パイプ3の周方向に延在されているので、係止孔3b内に突起部8dを位置させた状態においてセンサー収容体1を接続した圧入パイプ3を上下向きとして上下移動させるとセンサー収容体1を圧入パイプ3に追従させることができる。
接続パイプ5と圧入パイプ3を接続したセンサー収容体1の先頭部7を下向きとしてボーリング穴の開口部からセンサー収容体1をボーリング穴の内部に押し込む。ボーリング穴の内部の土壌は削られて泥水の入り交じった土の状態であるが、先頭部7が円錐形で土中に入り易く、圧入パイプ3と接続パイプ5を利用して圧入できるので、ボーリング穴の深い位置までセンサー収容体1を到達させることができる。
また、センサー収容体1を地中に下ろす際、スリット孔3aに圧入ロッド先端の突起部8dを引っ掛けて静かに下ろすが、万一、スリット孔3aから外れた場合のセンサー収容体1の落下に備えて、ワイヤーロープ17もたるまない程度に引っ張って一緒におろすことが好ましい。ここではワイヤーロープ17を、アイボルト16の代わりに、突起部8dに取り付ける。このワイヤーロープ17を圧入パイプ3の外側に導くために延長部3cを有する長いスリット3aを設けている。
ワイヤーロープ17を地中の地盤に着座させた後、ワイヤーロープ17を若干緩めてから圧入パイプ3を使ってセンサー収容体1を地中に埋め込むことができる。
圧入パイプ3と接続パイプ5を利用してボーリング穴の必要な深さ位置までセンサー収容体1を圧入したならば、接続パイプ5をその周回りに若干回転させることで、地中の圧入パイプ3をその周回りに回転させる。この回転により突起部8dを係止孔3bから外し、スリット孔8a側に戻すことで突起部8dはスリット孔8aに沿って上下移動できるようになる。そこで、圧入パイプ3と接続パイプ5を引き上げることでセンサー収容体1をボーリング穴底部の地盤内に残したまま圧入パイプ3と接続パイプ5をボーリング穴から抜き出すことができる。
ボーリング穴の内部にセンサー収容体1を残した状態で地盤上に設置しているS波あるいはP波の入力装置から地盤に振動を印加する。センサー収容体1内のセンサー取付体2に取り付けられているX方向センサー11とY方向センサー12とZ方向センサー13により地盤の振動を計測し、地盤の振動環境を測定することができる。
なお、ボーリング穴を形成した地盤の近くに、道路、鉄道、地下鉄、工場などが存在している場合は、これらが発する振動が付与された状態でP波、S波が観測される。このため、道路、鉄道、地下鉄、工場などの震動源からの振動が混じった状態の地盤振動環境を測定できる。
従って、測定対象の地盤に工場等の建設物を建築する場合、周辺の振動環境を把握することができるので、工場等の建設物の耐震構造あるいは建築物の床に設置する精密機器など装置に対する必要な防振対策を検討することができる。
振動測定時、ボーリング穴の土壌内部に圧入した金属製のセンサー収容体1はアース状態となるので地盤から微弱電流を受ける可能性がある。地盤と接触しているセンサー収容体1からセンサー取付体2をその表面の絶縁皮膜により絶縁分離することで、振動測定時に地盤から受ける微弱電流をセンサー収容体側に伝達しない構造になっている。このため、振動測定時にXYZ方向のセンサー11、12、13を作動させても微弱電流の影響によるノイズを生じることなく正確に振動計測ができる。
なお、ワイヤーロープ17は種々の作業性を考慮すると、圧入パイプ3の外部に引き出しておくこともできる。その場合、アイボルト16に取り付けたワイヤーロープ17を一方の係止孔3aから延長部3cを介し圧入パイプ3の外部に引き出しておく。ワイヤーロープ17は圧入パイプ3と分離している方が作業上取り扱いが容易となる。
また、圧入パイプ3を撤去する際も邪魔にならないように圧入パイプ3と分離できようにすることが望ましい。
センサー収容体1をボーリング穴の底部に一旦セットし終わったならば、地上で、配線と回収用ワイヤーロープ17は若干のたるみを残し絡まない程度に軽く引っ張っておくことが好ましい。この場合もワイヤーロープ17を圧入パイプ3と分離しておくならば作業性が良好となる。
本実施形態の地盤振動測定装置Aにおいては、センサー収容体1の端部を閉じた端部壁8に形成されているねじ筒部8Aに対し、センサー取付体2の後端側のねじ軸2eを螺合してセンサー取付体2をセンサー収容体1の内部に強固に支持できる。よって、センサー取付体2に取り付けられているXYZ方向検知用のセンサー11、12、13をセンサー収容体1の内部に強固に支持できる。
このため、地盤のボーリング穴の内部に設置したセンサー収容体1に地盤からの振動が伝達された際、地盤の振動は剛構造で支持されたセンサー取付体2を介し、XYZ方向検出用のセンサー11、12、13に伝達され、地盤の振動をロス無く確実に測定できる。
また、センサー取付体2とセンサー収容体1がいずれも金属製であり、金属製の棒状体2Aからなるセンサー取付体2に個々に独立して設けた穴部2a、2b、2cにセンサー11、12、13を配置し、地盤からの振動をロス無く各センサーに伝達できる構造としているため、共振周波数fを高くすることができ、広い帯域の振動を含む地盤振動環境を正確に測定できる特徴を有する。
これは、アルミニウム合金製の無垢材の棒状体からの削り出しにより各穴部2a、2b、2cが形成され、センサー取付体2が構成されていることによる。
振動計測終了後、ワイヤーロープ17を用いてボーリング穴の内部からセンサー収容体1を引き上げることができる。
センサー収容体1は別の土壌に形成したボーリング穴の内部に再度上述と同様の手法で圧入し、別の地盤の振動計測用に使用することができる。このため、本実施形態の地盤振動測定装置Aは繰り返し使用することができる。
本実施形態の地盤振動測定装置Aにおいて、一例として、対象振動:±0.001mm/s〜9.8m/sec、周波数範囲:DC〜400Hzに設定することができる。また、センサー収容体1としてステンレス鋼板製、直径D:76mm、長さ322mmとして重量3.2kg、センサー取付体2としてアルミニウム合金製、最大直径:60mm、長さ180mmとして重量1.4kgとすることができる。
また、圧入パイプ3としてSM41鋼製、直径48mm、長さ1000mm、重量2.7kg、接続パイプとして硬質塩化ビニル製、直径48mm、長さ1800mm、重量4.9kgとすることができる。ワイヤーロープ17として直径8mm、長さ15m、重量5〜6kgを選択できる。
これらに加え、センサー3台分の合計重量として4.5kgと見込むならば、ボーリング穴の内部に圧入する各部材として無理のない大きさと重量であり、実施し易い構造として地盤振動測定装置Aを実現できる。
<第2実施形態>
図8と図9は本発明に係る地盤振動測定装置の第2実施形態を示すもので、第2実施形態の地盤振動測定装置Bは、金属製の筒型のセンサー収容体1の内部に金属製の棒状体からなるセンサー取付体2が収容され、センサー収容体1の後端部側に圧入パイプ3と複数の接続パイプ5が直列接続された基本構造において第1実施形態の地盤振動測定装置Aと同等構造である。
第2実施形態の地盤振動測定装置Bが第1実施形態の地盤振動測定装置Aと異なるのは、圧入パイプ3とセンサー収容体1の脱着機構の構造である。
第2実施形態の構造は第1実施形態の構造と脱着機構の構造が異なるが、その他の構造は同等であるので、脱着機構の構造について以下に詳述し、その他の構造については説明を省略する。
図8(A)〜(D)に第2実施形態の脱着機構の構造について示す。
図8(B)に示すようにセンサー収容体1の後端部(上端部)側に蓋部材8Eを備えたねじ筒部8Aが挿入されているが、ねじ筒部8Aとセンサー収容体1の後端部の間に自己融着テープなどの樹脂テープ(ブチルゴムテープ)からなる絶縁材8gが介在され、ねじ筒部8Aとセンサー収容体1の間が絶縁分離されている。
第2実施形態の蓋部材8Eには、その外面中央部にアイボルト20が取り付けられ、蓋部材8Eの外面においてアイボルト20の両側に短冊板状の接続壁21、21が互いに平行に立設されている。接続壁21、21はそれらの間に圧入パイプ30の先端部を内挿できる程度の間隔をあけて蓋部材8Eの外面に溶接などの固定方法により対向配置されている。
接続壁21の高さ方向中央部より若干高い位置に接続壁21の一側縁から接続壁21の幅方向に沿って接続壁21の幅方向中央側まで延在するスリット孔21aとこのスリット孔21aに対し直交する向きに(接続壁21の長さ方向に沿う向きに)スリット孔21aの奥上側に接続する係止孔21bが形成されている。なお、2つの接続壁21のうち、一方の接続壁21に形成されているスリット孔21aの形成方向と他方の接続壁21に形成されているスリット孔21aの形成方向は左右逆向きとされている。
即ち、図8(D)に示すように側面視した場合、手前側に表示されている接続壁21に形成されているスリット孔21aがこの接続壁21の左端縁側から接続壁21の中央側まで延出されているのに対し、図8(D)の裏面側に形成されている図8(D)では隠れている側の接続壁21では接続壁21の右端縁側から接続壁21の中央側に向かってスリット孔21aが形成されている。
また、図8(B)に示すように圧入パイプ30の先端側に圧入パイプ30の周回りに180゜間隔で幅広のスリット部30aが形成され、圧入パイプ30の先端部分には二股状の延長壁部30b、30bが形成されている。そして、これらの二股状の延長壁部30b、30bをそれらの厚さ方向に貫通するように支持軸32が設けられ、延長壁部30b、30bの側面から外側に突き出すように突起部33が形成されている。
第2実施形態の構造では圧入パイプ30が鋼管からなり、延長壁部30b、30bにおいて支持軸32の貫通部分まわりが溶接により固定されている。
また、蓋部材8Eの一部であってアイボルト20に近接する位置に配線挿通用の通過孔23が形成されている。
第2実施形態の構造では圧入パイプ30の先端側の延長壁部30b、30bを接続壁21、21の間に内挿し、突起部33、33を接続壁21のスリット孔21aの奥側に配置することで、圧入パイプ30の突起部33を係止孔21bに対応する位置に配置することができ、突起部33の抜け出しを係止孔21bの範囲内に規制することができる。
このため、突起部33の抜け出しを係止孔21bで規制した状態において、圧入パイプ30の先端側に装着したセンサ収容体1をボーリング穴の内部に圧入する場合、圧入パイプ30をボーリング穴に沿って下向きに押し込むことで、センサ収容体1をボーリング穴の内部に押し込むことができる。
図9は、圧入パイプ30の先端側に装着したセンサ収容体1を地盤Nに形成したボーリング穴40に圧入した状態を示す。
また、圧入パイプ30をボーリング穴の土の中に押し込んでセンサー収容体1をボーリング穴の中に圧入する作業を行う場合、圧入パイプ30を押し込む動作とともに圧入パイプ30を多少引く動作を伴っていても、突起部33はスリット孔21aと係止孔21bの間を行き来するのみで圧入パイプ30の上下移動に追従する。従って、センサー収容体1をボーリング穴の内部に支障なく圧入することができる。
ボーリング穴の内部の目的の位置にセンサー収容体1を降ろしたならば、圧入パイプ30をその周回りに多少回転させ(図8(D)の構造の場合時計回りに圧入パイプ30を多少回転させ)、突起部33をスリット孔21aから外すことでセンサー収容体1から圧入パイプ30を分離することができる。圧入パイプ30を分離したならば、ボーリング穴の内部にセンサー収容体1を残したまま圧入パイプ30をボーリング穴から引き抜くことで地盤振動を測定することが可能となる。
この第2実施形態の構造においても、深いボーリング穴にセンサー収容体1を圧入する場合は、圧入パイプ30の後端側に必要本数の接続パイプ15を継ぎ足して使用することができる。
地盤振動の測定には、先の第1実施形態の場合と同様に、地盤の上からP波あるいはS波を入力してセンサー収容体1内のセンサー11、12、13により振動を測定し、地盤環境を調査することができる。
以上説明の第2実施形態の地盤振動測定装置Bにおいて、先の第1実施形態の地盤振動測定装置Aと同等の作用効果を得ることができる。
ところで、第1、第2実施形態の地盤振動測定装置A、Bにおいて、センサー取付体1をセンサー収容体2に取り付ける部分の構造をねじ結合方式としたが、センサー取付体1とセンサー収容体2の接合構造は、接着、ボルト止めなどいずれの接合構造でも差し支えない。また、センサー取付体1をセンサー収容体2の内部に収容する場合、両者の間に絶縁樹脂等の絶縁材を充填して絶縁することが望ましい。
A、B…地盤振動測定装置、K…脱着機構、1…センサー収容体、2…センサー取付体、2A…棒状体、2a…第1の穴部、2b…第2の穴部、2c…第3の穴部、2e…ねじ軸、3…圧入パイプ、3a…スリット孔、3b…係止孔、5…接続パイプ、6…収容部本体、6a、6b…内ねじ部、7…先頭部、8…端部壁、8A…ねじ筒部、8a…内ねじ部、8b…外ねじ部、8B、8E…蓋部材、8C…接続壁、8d…突起部、8g…絶縁材、9…蓋体、11…X方向センサー、12…Y方向センサー、13…Z方向センサー、16…アイボルト、17…ワイヤーロープ、20…アイボルト、21…接続壁、21a…スリット孔、21b…係止孔、30…圧入パイプ、30a…スリット部、30b…延長壁部、33…突起部。

Claims (5)

  1. 金属製の棒状体の長さ方向に相互に離間するように第1の穴部と第2の穴部と第3の穴部を形成してなるセンサー取付体と、
    前記センサー取付体の穴部の1つに収容されてX軸方向の振動成分を検出するX方向センサーと、前記穴部の1つに収容されてY軸方向の振動成分を検出するY方向センサーと、前記穴部の1つに収容されてZ軸方向の振動成分を検出するZ方向センサーと、
    前記センサー取付体を収容し先端側に先窄まり状の先頭部を有し後端側に端部壁を有する金属製の筒型のセンサー収容体と、
    前記端部壁に着脱機構を介し接続された圧入パイプを具備したことを特徴とする地盤振動測定装置。
  2. 前記センサー取付体と前記センサー収容体の間に絶縁材が介在されて両者が絶縁されたことを特徴とする請求項1に記載の地盤振動測定装置。
  3. 前記着脱機構が、前記端部壁から前記センサー収容体の長さ方向に延出形成された接続壁と、該接続壁に外挿または内挿される前記圧入パイプの先端部と、前記接続壁および前記先端部のどちらか一方の周回りの複数位置に突出形成された突起部と、該突起部が形成されていない側の前記先端部あるいは前記接続壁にそれらの長さ方向に沿って形成されたスリット孔を備え、前記スリット孔の底部側に前記スリット孔に直交する方向に延在されて前記スリット孔に挿入された前記突起部の抜け止めをなす係止孔が形成されたことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の地盤振動測定装置。
  4. 前記端部壁が、前記センサー収容体の後端側に形成された内ねじ部に螺合されたねじ筒部と、該ねじ筒部の一端側に形成されて前記センサー収容体の後端部を閉じる蓋部材を有し、前記ねじ筒部の内面に形成された内ねじ部に前記センサー取付体の後端側に形成されたねじ部を螺合して前記センサー取付体が前記センサー収容体の内部に片持支持されたことを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれか一項に記載の地盤振動測定装置。
  5. 前記センサー取付体がアルミニウム合金製の無垢材からなり、その表面にアルマイト処理による絶縁皮膜が形成されたことを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれか一項に記載の地盤振動測定装置。
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