JPH0771021A - 空洞検知方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】構造物周囲や構造物直下に生じた空洞の大きさ
を安全にかつ精度良く検出する。 【構成】構造物１の周囲又は直下の空洞３に充満してい
る地下水４中に一定容量のアルカリ性物質や蛍光物質を
注入する。空洞３内の地下水を撹拌した後、空洞３内の
地下水の水素イオン指数や蛍光強度を測定する。測定し
た水素イオン指数や蛍光強度から空洞３内の地下水の濃
度や蛍光物質濃度を算出する。算出した地下水の濃度や
蛍光物質濃度と空洞３内に注入したアルカリ性物質や蛍
光物質の量とから空洞３内の地下水の容積を演算し、空
洞３の大きさを検出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は構造物周囲や構造物直
下の空洞の容積を検出する空洞検知方法に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】近年、海岸部の埋立地や軟弱地盤の上に
多くの構造物が構築されている。このような埋立地や軟
弱地盤の上に構築された構造物の周囲や直下において
は、地盤が盛土荷重によって圧密され、長期間にわたり
地盤沈下が生じたり、偏載荷重による側方流動が生じた
りして、構造物周囲や構造物直下に空洞が発生している
ことが推測されている。

【０００３】通常、埋立地や軟弱地盤の上に構築された
構造物は杭基礎工法により施工されている。この構造物
の周囲や直下に空洞が生じて杭基礎が突出すると杭基礎
の水平支持力が低下し、地震時の水平耐力が不足する可
能性がある。このため構造物の周囲や直下に生じた空洞
の大きさを測定し、杭基礎の突出長が一定の許容値に達
したら、空洞に充填材を注入して構造物の安全を確保す
る必要がある。

【０００４】この構造物周囲や構造物直下に生じた空洞
の大きさを測定する方法として弾性波を利用する方法や
地盤内の比抵抗分布を測定する方法，ボ−リングによる
方法等が検討されている。

【０００５】弾性波を利用する方法は、調査する地盤の
領域にボ−リング孔を設け、一方のボ−リング孔に振源
を入れ、他方のボ−リング孔に複数の受信器を配置す
る。そして振源から弾性波を調査対象領域に送り出し、
受信器で調査対象領域を通過した弾性波を受信し、その
結果を解析して空洞の有無と大きさを検出する方法であ
る。

【０００６】地盤内の比抵抗分布を測定する方法は、上
記と同様に調査する地盤の領域にボ−リング孔を設け、
一方のボ−リング孔に電流電極を入れ、他方のボ−リン
グ孔に電位電極を入れ、電流電極と電位電極を移動させ
ながら調査対象領域内の比抵抗分布を測定し、測定した
比抵抗分布から空洞の有無と大きさを検出する方法であ
る。

【０００７】ボ−リングによる方法は、地上に設置した
ボ−リングマシンでフ−チングと調査対象領域内を鉛直
に削孔したり、あるいは調査用の立坑からボ−リングマ
シンで調査対象領域内を水平に削孔して、削孔時のボ−
リングロッドの貫入抵抗や循環泥水の戻り状況等から経
験的に空洞の有無と大きさを推定する方法である。

【０００８】また、調査用の立坑から調査対象領域内に
推進管を推進し、推進管内から空洞の状況を目視で判定
する方法もある。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上記のように弾性波を
利用した方法で構造物直下のコンクリト基礎に近接した
空洞の状況を調査しようとすると、空洞の内部を伝播す
る弾性波より空洞を迂回してコンクリト基礎内を伝播す
る弾性波のほうがはるかに速度が早いために、空洞の部
分が不感帯になる可能性があり、構造物直下の空洞の状
況を精度良く検出することは困難である。

【００１０】また、比抵抗の分布を測定する方法は、空
洞中には地下水が充満しているため、空洞以外の部分と
の比抵抗にあまり差がなく、空洞の有無が明確に判らな
い場合が生じる。また、構造物の下には多くの鋼管杭が
あるため、その影響を受けて空洞の大きさを定量的に検
出することは困難である。

【００１１】ボ−リングによる方法で空洞の状況を精度
良く検出するためには、数多く削孔する必要がある。こ
のため鉛直方向にボ−リングする場合にはフ−チングの
鉄筋を切断する可能性がある。さらにフ−チングに削孔
することにより基礎の構造的な強度等に問題がある。ま
た水平方向にボ−リングする場合は、構造物の下は多く
の鋼管杭があるため削孔数に限度があり、空洞の大きさ
を精度良く検出することは困難である。また、推進管を
推進する方法では大量の地下水とともに周辺の土砂が推
進管内に流れ込み、構造物周囲の地盤が陥落する恐れが
ある。

【００１２】この発明はかかる短所を解決するためにな
されたものであり、構造物周囲や構造物直下に生じた空
洞の大きさを安全にかつ精度良く検出することができる
空洞検知方法を得ることを目的とするものである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】この発明に係る空洞検知
方法は、構造物周囲又は構造物直下の空洞内の水中に一
定容量のアルカリ性物質を注入し、アルカリ性物質を注
入した水中に挿入した電極に交流電力を加えて水中を撹
拌し、撹拌した水の水素イオン指数を測定し、あらかじ
め測定したアルカリ性物質の水溶液の濃度と水素イオン
指数との関係と測定した空洞内の水溶液の水素イオン指
数とから空洞内の水溶液の濃度を算出し、算出した濃度
と空洞内の水中に注入したアルカリ性物質の量から空洞
の容積を算出することを特徴とする。

【００１４】また、第２の発明に係る空洞検知方法は、
構造物周囲又は構造物直下の空洞内の水中に一定容量の
蛍光物質を注入し、蛍光物質を注入した水中に挿入した
電極に交流電力を加えて水中を撹拌し、撹拌した水の蛍
光強度を測定し、あらかじめ測定した蛍光物質を含む水
の蛍光物質濃度と蛍光強度との関係と、測定した空洞内
の水の蛍光強度とから空洞内の水の蛍光物質濃度を算出
し、算出した蛍光物質濃度と空洞内の水中に注入した蛍
光物質の量から空洞の容積を算出することを特徴とす
る。

【００１５】

【作用】通常、地盤沈下等により構造物周囲又は構造物
直下に生じた空洞内には地下水が充満している。そこで
この発明においては構造物周囲又は構造物直下の空洞に
充満している地下水中に一定容量のアルカリ性物質を注
入する。この空洞内の水中に注入したアルカリ性物質は
水溶液中で水酸イオンを生じアルカリ性を呈する。この
アルカリ性を呈した水溶液に電極を挿入して交流電力を
加え水溶液を撹拌し、水酸イオンを均一に分布させてか
ら、空洞内の水溶液の水素イオン指数を測定する。この
測定した水素イオン指数と、あらかじめ測定しておいた
アルカリ性物質の水溶液の濃度と水素イオン指数との関
係とから空洞内の水溶液の濃度を算出する。この算出し
た濃度と空洞内の水中に注入したアルカリ性物質の量か
ら空洞内の地下水の容積を演算し、空洞の大きさを検出
する。

【００１６】また、トレ−サ物質として使用されるウラ
ニン等の蛍光物質は水に良く溶ける。一方、蛍光物質か
ら発する蛍光の強度は励起光の強さや温度等の各種要因
に影響されるが、ウラニン等の蛍光物質を含む水溶液か
ら発する蛍光の強度は励起光の強さを一定にすると水溶
液中に含まれる蛍光物質の濃度に比例することを確認し
た。そこで上記アルカリ性物質の代りに一定容量の蛍光
物質を空洞に充満している地下水に注入し、地下水に含
まれる蛍光物質の蛍光強度を測定し、地下水に含まれる
蛍光物質の濃度を算出して、空洞に充満している地下水
の容積を算出し、空洞の容積を算出する。

【００１７】

【実施例】図１はこの発明の一実施例を示す断面図であ
る。図に示すように、構造物１の基礎２の周囲又は直下
に生じた空洞３の大きさを検出するときは、まず基礎２
の周辺部の複数個所をボ−リングマシンを用い削孔し、
空洞３が生じていることを確認する。空洞３が生じてい
ることを確認したら、空洞３に充満している地下水４の
水素イオン指数すなわちｐＨを測定する。その後、基礎
２の周辺部の一方の一又は複数の孔５に塩化ビニル管等
からなる注入管６を挿入する。そして注入管６から空洞
３に充満している地下水４中にアルカリ性物質、例えば
炭酸ナトリウムを一定量Ｖだけ注入する。地下水４に炭
酸ナトリウムを注入すると炭酸ナトリウムは加水分解
し、地下水４中に水酸イオンが生じる。この地下水４中
でも質量作用の法則が成立するから水酸イオンが多くな
り水素イオンは極めて少なくなって、地下水４はアルカ
リ性を呈する。このように空洞３内の地下水４がアルカ
リ性になっても地下水４中に突出している鋼管杭７の表
面は不動態化し腐食することを防ぐことができる。

【００１８】その後、周辺部の注入管６を挿入した孔と
反対側の一又は複数の孔８から電極９を地下水４中に挿
入し、電極９に交流電力を供給して地下水４を撹拌す
る。この拡散により地下水４中で水素イオンと水酸イオ
ンを均一に分布させることができる。その後、空洞３内
の地下水４を採取し、地下水４中の水素イオン指数、す
なわちｐＨを測定する。

【００１９】一方、炭酸ナトリウム等の水溶液中のｐＨ
すなわち水素イオン濃度は水溶液の濃度により変化す
る。すなわち炭酸ナトリウム等の濃度が大きければ大き
いほど水溶液中の水酸イオンの濃度は大きくなり、水素
イオンの濃度は小さくなり、ｐＨは大きくなる。そこ
で、あらかじめ炭酸ナトリウム等の水溶液の濃度とｐＨ
との関係を調べておく。

【００２０】そして炭酸ナトリウム等を注入する前に測
定した地下水４のｐＨと、炭酸ナトリウム等を注入した
後に測定した地下水４のｐＨと変化と、あらかじめ調べ
た炭酸ナトリウム等の水溶液の濃度とｐＨとの関係から
地下水４に含まれる炭酸ナトリウム等の濃度を算出す
る。この算出した地下水４の濃度と地下水４中に注入し
た炭酸ナトリウム等の注入量Ｖとから地下水４の容積を
算出して空洞３の大きさを検出する。

【００２１】なお、上記実施例は炭酸ナトリウム等を注
入した地下水４に挿入した電極９に交流電力を供給して
地下水４を撹拌する場合について説明したが、超音波に
より地下水４を撹拌しても良い。

【００２２】また、上記実施例は空洞３内の地下水４に
炭酸ナトリウム等のアルカリ性物質を一定量注入し、地
下水４のｐＨから地下水４に含まれる炭酸ナトリウム等
のアルカリ性物質の濃度を算出し、算出した濃度とアル
カリ性物質の注入量とから空洞３の大きさを検出する場
合について説明したが、アルカリ性物質の代りにウラニ
ン等の蛍光物質を空洞３内の地下水４に注入しても良
い。

【００２３】トレ−サ物質として使用されるフルオレセ
イン（Ｃ₂₀Ｈ₁₀Ｏ₆）のナトリウム塩であるウラニン
（Ｃ₂₀Ｈ₁₀Ｎａ₂Ｏ₅）や食塩，塩化リチウム等は水に良
く溶ける。このような蛍光物質は励起光により生じた自
由電子と自由正孔が格子欠陥に由来する再結合準位を通
じて再結合し、その際に蛍光を発することが多い。この
蛍光の強度は励起光の強度や再結合中心の濃度や温度等
の各種要因に影響される。そこで、励起光の強さを一定
にし、ウラニンを含む水溶液のウラニンの濃度を変えて
水溶液から発するウラニンの蛍光強度を調べた結果を図
２に示す。図２において横軸は水溶液中のウラニンの濃
度（ｐｐｂ）を示し、縦軸は例えば株式会社コキタ製作
所製の微量蛍光光度計で測定した蛍光強度の相対値を示
す。図２に示すように水溶液中のウラニンの濃度と蛍光
強度とは良い相関関係を有し、ウラニンを含む水溶液の
蛍光強度は水溶液中のウラニンの濃度と比例することが
確認された。また水溶液中のウラニンの濃度が極微量変
化しても水溶液の蛍光強度が変化する。

【００２４】そこで空洞３に充満している地下水４中に
一定容量の蛍光物質例えばウラニンを注入する。このウ
ラニンを注入した地下水４を交流電力を供給する電極９
による振動で撹拌し、注入したウラニンを地下水４中に
均一に分布させる。その後、地下水４に含まれるウラニ
ンによる蛍光強度を測定する。測定した蛍光強度と図２
に示すようにあらかじめ測定しておいた水溶液中のウラ
ニンの濃度と蛍光強度の特性とから地下水４中のウラニ
ンの濃度を算出する。この算出した地下水４中のウラニ
ンの濃度と地下水４中に注入したウラニンの注入量とか
ら地下水４の容積を算出して空洞３の大きさを検出す
る。この場合、地下水４中のウラニンの濃度が極微量変
化しても蛍光強度が変化するから、地下水４中に微量の
ウラニンを注入すれば良い。

【００２５】なお、上記実施例は蛍光物質としてウラニ
ンを注入した場合について説明したが、塩化リチウム等
の他の蛍光を注入しても同様な作用を奏することができ
る。

【００２６】

【発明の効果】この発明は以上説明したように、構造物
周囲又は構造物直下の空洞に充満している地下水中に一
定容量のアルカリ性物質を注入して、地下水中の水素イ
オン指数を測定し、あらかじめ測定しておいたアルカリ
性物質の水溶液の濃度と水素イオン指数との関係とから
空洞内の地下水の濃度を算出し、算出した濃度と空洞内
の水中に注入したアルカリ性物質の量から空洞内の地下
水の容積を演算し、空洞の大きさを検出するから、空洞
の大きさを簡単に検出することができる。

【００２７】また、空洞内に充満している地下水にはア
ルカリ性物質を注入し、その濃度から空洞の大きさを検
出するから、空洞内に鋼管杭等が突出していても正確に
空洞の大きさを検出することができる。

【００２８】さらに、地下水にはアルカリ性物質を注入
し、地下水をアルカリ性にするから、地下水中に突出し
た鋼管杭に腐食が生じることを防止することができ、構
造物の基礎に損傷を与えずに空洞の大きさを検出するこ
とができる。

【００２９】また、空洞に充満している地下水中に一定
容量の蛍光物質を注入し、地下水に含まれる蛍光物質の
蛍光強度を測定し、地下水に含まれる蛍光物質の濃度を
算出して、空洞に充満している地下水の容積を算出する
ことにより、微量な蛍光物質を注入するだけで簡単に空
洞の大きさを検出することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例を示す断面図である。

【図２】水溶液中のウラニンの濃度と蛍光強度の特性図
である。

【符号の説明】

１ 構造物 ２ 基礎 ３ 空洞 ４ 地下水 ６ 注入管 ９ 電極

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 構造物周囲又は構造物直下の空洞内の水
   中に一定容量のアルカリ性物質を注入し、アルカリ性物
   質を注入した水中に挿入した電極に交流電力を加えて水
   中を撹拌し、撹拌した水の水素イオン指数を測定し、あ
   らかじめ測定したアルカリ性物質の水溶液の濃度と水素
   イオン指数との関係と、測定した空洞内の水溶液の水素
   イオン指数とから空洞内の水溶液の濃度を算出し、算出
   した濃度と空洞内の水中に注入したアルカリ性物質の量
   から空洞の容積を算出することを特徴とする空洞検知方
   法。
2. 【請求項２】 構造物周囲又は構造物直下の空洞内の水
   中に一定容量の蛍光物質を注入し、蛍光物質を注入した
   水中に挿入した電極に交流電力を加えて水中を撹拌し、
   撹拌した水の蛍光強度を測定し、あらかじめ測定した蛍
   光物質を含む水の蛍光物質濃度と蛍光強度との関係と、
   測定した空洞内の水の蛍光強度とから空洞内の水の蛍光
   物質濃度を算出し、算出した蛍光物質濃度と空洞内の水
   中に注入した蛍光物質の量から空洞の容積を算出するこ
   とを特徴とする空洞検知方法。