JP6451028B2 - 地盤振動測定装置 - Google Patents
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Description
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。
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。
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。
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(f0)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。
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。
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。
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f0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。
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。
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は小径部2a1と大径部2a2からなる段付穴型に形成され、第2の穴部2bは小径部2b1と大径部2b2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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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(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。
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。
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。
Claims (5)
- 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。 - 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。
- 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。
- 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。
- 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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