JPH08261994A

JPH08261994A - 杭の破損調査法及びその方法に使用される装置

Info

Publication number: JPH08261994A
Application number: JP7065830A
Authority: JP
Inventors: Shinichiro Mori; 伸一郎森; Tomomoto Shiotani; 智基塩谷
Original assignee: Tobishima Corp
Current assignee: Tobishima Corp
Priority date: 1995-03-24
Filing date: 1995-03-24
Publication date: 1996-10-11
Anticipated expiration: 2013-11-05
Also published as: JP2820634B2

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】杭の破損調査において、杭の荷重が地震ある
いは余震により増減することを利用し、もって強制的に
発生したＡＥ波を利用し、ＡＥ波を解析することにより
杭の破損箇所の位置や破損度を迅速、正確、簡単に調査
でき、また、複数個の破損箇所と深い所の迅速、正確、
簡単な調査をも可能であり、また中央部の杭の正確、簡
単な調査も可能である杭の破損調査法及びその方法に使
用される装置を提供する。【構成】構造物を支える杭に、ＡＥセンサーを複数個
設置する第２ステップＰ２と、上記杭に加わる荷重の増
減により、破損箇所から発生したＡＥ波を上記ＡＥセン
サーにより計測する第３ステップＰ３と、上記計測した
ＡＥ波に基づいて、杭の破損箇所の位置と破損度を特定
する第４ステップＰ４と、から成る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は杭の破損調査法及びその
方法に使用される装置、特にコンクリート杭の荷重を積
極的に増減させてＡＥ波を強制的に発生させ、該ＡＥ波
を解析することによりコンクリート杭の破損箇所の位置
や破損度を調査する方法及びその方法に使用される装置
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、地面より上方に架設された構
造物に関しては、地震等に遭遇した場合の被害状況が把
握し易い。よって、２度目以降の地震あるいは余震に備
えた調査については行き届いているのが一般的である。

【０００３】ところが、この構造物を支えている杭のよ
うに地面から下方に設置され、地中に埋設されている部
分に関しては、構造物に比較して調査が困難であり、且
つ調査費用も高くつく場合が多い。このため、構造物の
傾斜や沈下が明らかに認められる場合や、その構造物の
使用者、居住者の感覚により構造物が傾斜している可能
性がある場合に限り、杭の破損状況が調査されるだけで
あり、一般には杭の調査は直接には行われない場合が多
い。

【０００４】しかし、構造物を支える杭が大きな被害を
被っていれば、被害を受けていない杭と異なり、鉛直方
向と水平方向の地震力に対する抵抗度が低下しているこ
とは否めないことである。従って、このような抵抗度が
低下している杭に支えられた構造物も、２度目以降の地
震あるいは余震の際には、転倒する危険が極めて大きい
ものである。

【０００５】しかして、従来、杭の破損調査法として
は、第１番目の方法として、杭の周辺を掘削することに
より直接に目視観察を行う目視観察法、また第２番目の
方法としては、杭頭を打撃することにより生じる反射波
を分析する杭頭打撃法があった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の上記２
つの方法には、次のような課題があった。（１）第１の直接目視観察法の課題。この方法は、上述したように、杭の外側の周辺を掘削す
るものであるから、外側のしかも上端部分のみの杭だけ
調査されるに過ぎない。

【０００７】特に、中央部の杭を調査するには、大がか
りなアンダーピニングが必要である。そして、この方法
では、前記のように杭の浅い所しか調査できない。（２）第２の杭頭打撃法の課題。この方法は、上述したように、杭頭を打撃するものであ
るから、杭の最上部の破損面しか調査できず、また、深
い所の調査は困難である。

【０００８】更に、杭とその基礎とを構造的に分離しな
ければならないので、実現性に乏しく、使用条件によっ
ては調査が困難な場合がある。

【０００９】しかして、本発明は、杭の破損調査におい
て、杭の荷重が地震あるいは余震により増減することを
利用し、もって強制的に発生したＡＥ波を利用し、該Ａ
Ｅ波を解析することにより杭の破損箇所の位置や破損度
を迅速、正確、簡単に調査でき、また、複数個の破損箇
所と深い所の迅速、正確、簡単な調査をも可能であり、
また中央部の杭の正確、簡単な調査も可能である杭の破
損調査法及びその方法に使用される装置を提供すること
を目的とするものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題は、構造物１０
を支える杭２０に、ＡＥセンサー１０２を複数個設置す
る第２ステップＰ２と、上記杭２０に加わる荷重の増減
により、破損箇所４０から発生したＡＥ波５０を上記Ａ
Ｅセンサー１０２により計測する第３ステップＰ３と、
上記計測したＡＥ波５０に基づいて、杭２０の破損箇所
４０の位置と破損度を特定する第４ステップＰ４と、
から成ることを特徴とする構成により、また、構造物１
０を支える杭２０の周辺に、ＡＥセンサー１０２を複数
個取り付けた取付棒を設置する第２ステップＰ２と、上
記杭２０に加わる荷重の増減により、破損箇所４０から
発生したＡＥ波５０を上記ＡＥセンサー１０２により計
測する第３ステップＰ３と、上記計測したＡＥ波５０に
基づいて、杭２０の破損箇所４０の位置と破損度を特定
する第４ステップＰ４と、から成ることを特徴とする
構成により、また、構造物１０を支える杭２０の上端を
掘削して孔３０を削孔する第１ステップＰ１と、上記孔
３０内において、杭２０にＡＥセンサー１０２を複数個
設置する第２ステップＰ２と、上記杭２０に加わる荷重
の増減により、破損箇所４０から発生したＡＥ波５０を
上記ＡＥセンサー１０２により計測する第３ステップＰ
３と、上記計測したＡＥ波５０に基づいて、杭２０の破
損箇所４０の位置と破損度を特定する第４ステップＰ４
と、から成ることを特徴とする構成により、また、上記
第３ステップＰ３において、対外的加振により、杭に対
して振動的な杭軸力や水平力を付加することを特徴とす
る構成により、また、上記対外的加振は自然現象による
対外的加振であること特徴とする構成により、また、上
記自然現象による対外的加振は地震動であること特徴と
する構成により、また、構造物１０を支える杭２０の荷
重の増減により杭２０の破損箇所４０からＡＥ波５０を
発生させる杭荷重増減ＡＥ波発生手段１００と、杭２０
に設置され、かつ上記杭荷重増減ＡＥ波発生手段１０に
より杭２０に発生したＡＥ波５０を検知し、ＡＥ信号に
変換する複数個のＡＥセンサー１０２と、ＡＥ信号を入
力し、杭２０の破損箇所４０の位置を解析する破損位置
解析手段１０６と、ＡＥ信号を入力し、杭２０の破損度
を解析する破損度解析手段１０８と、上記解析された杭
２０の破損箇所４０の位置及び破損度を表示する表示手
段１１０とから成ることを特徴とする構成により、ま
た、上記杭２０の荷重の増減は自然現象により行われた
ものであることを特徴とする構成により、また、上記自
然現象は地震動であることを特徴とする構成により、解
決される。

【００１１】

【作用】上記本発明の構成によれば、杭の荷重が地震等
自然現象による外力によって増減することにより、杭の
破損箇所からのＡＥ波を発生させ、杭等に設置したＡＥ
センサーによって計測したＡＥ波を分析し、杭の破損箇
所の位置と破損度が判明する。

【００１２】即ち、本発明は、ＡＥ波が地震等の自然現
象により破損箇所から発生することを利用し、従来の杭
破損調査法では使用されていなかったこのＡＥ波を発生
させ、破損箇所の位置と破損度をより正確に調査するよ
うに作用し、もって次回以降に実際に起こるであろう被
害を未然に防止しようとするものである。

【００１３】

【実施例】以下、本発明を、実施例により添付した各図
を参照して説明する。図１は、本発明に係る杭の破損調
査法の実施例を示すフローチャートである。以下、本発
明を、ステップ順に詳述する。

【００１４】先ず、構造物１０を支える杭２０の周辺部
分に、孔３０を削孔する（図１第１ステップＰ1）。
ここで、この掘削すべき孔３０は、杭２０の上端部分が
露出するように削孔するものとする。

【００１５】即ち、図２に示すように、構造物１０の下
部に配置された杭２０につき調査したい場合は、構造物
１０の下部に配置された杭２０の上端部分が露出する様
孔３０を削孔するのである。

【００１６】これに対して、構造物１０の下部に配置さ
れた杭２０につき、その杭３０の上端部分の露出が不可
能な場合、例えば図３に示すように、構造物１０の下部
に配置された杭２０のうち、その中央部に配置された杭
２０等について調査したい場合等には、その周辺に、地
面６０に対して斜めに、例えば、２つの孔３０を削孔す
ること等が考えられる。

【００１７】更に、図４に示すように、外側部と中央部
に配置された杭２０の両方を同時に調査したい場合等構
造物１０の下部に配置された杭２０につき、その杭３０
の上端部分の露出が不可能あるいは困難な場合には、地
面６０に対して垂直に、例えば、３つの孔３０を削孔す
ると共に、地面６０に対して斜めに、例えば、２つの孔
３０を削孔することが考えられる。

【００１８】次に、上記孔３０内において杭２０にある
いはその周辺にＡＥセンサー１０２を複数個設置する
（第２ステップＰ２）。ここで、上記説明した第１ス
テップＰ1のように、孔３０を削孔することなく、例え
ば構造物１０を支える杭２０が地表面から露出していれ
ば、杭２０の露出部分にＡＥセンサー１０２を設置して
も構わないし、また構造物１０を支える杭２０の周辺、
例えば周辺の地表面上にＡＥセンサー１０２を設置して
も構わないものである。

【００１９】ただ、地表面上にＡＥセンサー１０２を設
置する場合には、該ＡＥセンサー１０２の検出度合いが
低下するため、検出するＡＥ音は微少音となる。よっ
て、該ＡＥ音を増幅することが必要となる。しかして、
上記のように地表面に露出している杭２０の部分や、杭
２０周辺の地表面にＡＥセンサー１０２を設置する場合
には上記第１ステップＰ1は必要とされないことにな
る。

【００２０】ここで、孔３０内にＡＥセンサー１０２を
複数個設置する場合、ＡＥセンサー１０２をどのように
設置するか、またその数をいくつにするかについては、
以下の場合分けが判断材料になると考えられる。（１）ＡＥ波の伝播減衰が小さい場合、又は測定範囲が
狭い場合（図１に示す第２ステップＰ２のＹＥＳ）。

【００２１】この場合は、図５（Ａ）等に示すように、
ＡＥセンサー１０２を杭２０周辺の孔３０内に直接に設
置する。また設置するＡＥセンサー１０２の数は、後述
するように、破損箇所の位置と破損度の特定の仕方によ
り、例えば、４個等の複数となる。尚、杭２０に直接設
置してもよい。

【００２２】（２）ＡＥ波の伝播減衰が大きい場合、又
は測定範囲が広い場合（図１に示す第２ステップＰ２の
ＮＯ）。この場合は、図６（Ａ）に示すように、ＡＥセ
ンサー１０２を導波棒Ａ等の両端部に取り付け、この導
波棒Ａ等を孔３０内に挿入する。あるいは杭２０自体に
ＡＥセンサー１０２を取り付けても構わない。尚、挿入
する導波棒Ａ等の数は、後述するように、破損箇所の位
置と破損度の特定の仕方（図６（Ｂ））により、例え
ば、３本とすることが考えられる。

【００２３】さらに、ＡＥセンサー１０２の設置に際し
ては、前述のように、杭３０の周辺に孔３０を削孔し、
その中にＡＥセンサー１０２を設置することなく、また
導波棒Ａ等を埋設することなく、図８に示すように杭３
０の周辺に中空パイプあるいは中実パイプを埋め込み、
該中空パイプ、中実パイプにＡＥセンサー１０２を取り
付けて設置しても構わないものである。

【００２４】さらに、該ＡＥセンサー１０２は縦方向に
取り付けても横方向に取り付けても構わないものであ
る。

【００２５】次いで、上記杭２０に加わる荷重が地震等
の自然現象による対外的加振により増減することとな
り、この増減により破損箇所４０から発生したＡＥ波５
０を上記ＡＥセンサー１０２により計測する（第３ステ
ップＰ３）。

【００２６】この場合、杭２０に荷重を加えるものとし
て、前述したように自然現象による対外的加振が用いら
れるものであり、該自然現象による対外的加振として
は、地震、余震等がある。この様に、外部からの対外的
加振により、杭に対して杭軸力や水平力を付加できる。

【００２７】ここでまた、計測するＡＥセンサー１０２
は、次のように、場合によって異なる。（１）ＡＥ波の伝播減衰が小さい場合、又は測定範囲が
狭い場合（図１に示す第３ステップＰ３のＹＥＳ）。こ
の場合は、孔３０に直接設置したＡＥセンサー１０２
（図５（Ａ））や杭２０に直接設置したＡＥセンサー１
０２による計測でも構わない。

【００２８】（２）ＡＥ波の伝播減衰が大きい場合、又
は測定範囲が広い場合（図１に示す第３ステップＰ３の
ＮＯ）。この場合は、導波棒に取り付けたＡＥセンサー
１０２（図６（Ａ））を用いるか、直接杭２０の上端部
にＡＥセンサー１０２を取り付けて計測しても構わな
い。

【００２９】最後に、上記計測したＡＥ波５０に基づい
て、杭２０の破損箇所４０の位置と破損度を特定する
（第４ステップＰ４）。この場合、杭２０の破損箇所４
０の位置と破損度を特定する方法は、次の場合により異
なる。

【００３０】（１）ＡＥ波の伝播減衰が小さい場合、又
は測定範囲が狭い場合（図１に示す第４ステップＰ４
のＹＥＳ）。この場合は、例えば、ＡＥ波５０の複数個
のＡＥセンサー１０２に対する到達時間差により破損箇
所の３次元位置と破損度を特定する。即ち、図５（Ｂ）
に示すように、破損箇所４０であるＡＥ音源（３次元座
標で（ｘ、ｙ、ｚ））に対して、複数個のＡＥセンサー
１０２１・・・１０２ｉ（３次元座標で（ａ１、ｂ１、
ｃ１）・・・（ａｉ、ｂｉ、ｃｉ））が設けられ、両者
の距離をＤ１・・・Ｄｉ、ＡＥ波５０の到達時間をＴ１
・・・Ｔｉ、ＡＥ波５０の伝播速度をｖとする。

【００３１】この場合、ＡＥセンサー１０２ｉに関し
て、一般には、次式が成立する。Ｄｉ＝ｖＴｉ＝√｛（ｘ−ａｉ）２＋（ｙ−ｂｉ）２＋（ｚ−ｃｉ）２｝・・・（１）従って、ＡＥ波５０がＡＥセンサー１０２ｉに到達す
るまでの時間差を、ＡＥセンサー１０２１を基準とし
て、ｔｉとすれば、上記（１）式より、次式が成立す
る。ｖ（Ｔ１＋ｔｉ）＝√｛（ｘ−ａｉ）２＋（ｙ−ｂｉ）２＋（ｚ−ｃｉ）２｝・・・（２）今、この（２）式において、ｘ、ｙ、ｚ、Ｔ１が未知で
あるとすると、４個以上のＡＥセンサー１０２を設置す
ることにより、破損箇所４０の位置（ｘ、ｙ、ｚ）が特
定される。

【００３２】また、ＡＥ波５０の大きさや頻度から、破
損度が特定される。

【００３３】（２）ＡＥ波の伝播減衰が大きい場合、又
は測定範囲が広い場合（図１に示す第４ステップＰ４
のＮＯ）。この場合は、例えば、各導波棒Ａ、Ｂ、Ｃの
ＡＥ源領域の交点として破損箇所の３次元位置と破損度
を特定する。即ち、図６（Ｂ）に示すように、導波棒Ａ
のＡＥ源領域をａ、導波棒ＢのＡＥ源領域をｂ、導波棒
ＣのＡＥ源領域をｃとすれば、これらの交点として、Ａ
Ｅ源、即ち、破損箇所４０が特定される。

【００３４】また、この場合、孔３０内に挿入される導
波棒の数は、３本以上である。更に、ＡＥ波の大きさや
頻度から、破損度が特定される。

【００３５】図７は、本発明で使用される装置の実施例
を示す図である。同図において、参照符号１００は杭荷
重増減ＡＥ波発生手段、１０２はＡＥセンサー、１０４
はアンプ、１０６は破損位置解析手段、１０８は破損度
解析手段、１１０は表示手段である。

【００３６】上記杭荷重増減ＡＥ波発生手段１００は、
対外的加振により構造物１０を支える杭２０の荷重が増
減し、杭２０の破損箇所４０からＡＥ波５０を発生させ
る手段を示すものであり、例えば、自然現象により対外
的加振である地震、余震等が該当する。

【００３７】上記ＡＥセンサー１０２は、埋設された杭
２０の上端を掘削し、露出した杭２０に直接に、あるい
は杭２０の周辺部分に設置され、かつ上記杭荷重増減Ａ
Ｅ波発生手段１０により杭２０に発生したＡＥ波５０を
検知し、ＡＥ信号に変換する装置であって、複数個設け
られている。

【００３８】上記破損位置解析手段１０６は、ＡＥ信号
を入力し、杭２０の破損箇所４０の位置を解析する手段
である。

【００３９】上記破損度解析手段１０８は、ＡＥ信号を
入力し、杭２０の破損度を解析する手段である。

【００４０】上記表示手段１１０は、解析された杭２０
の破損箇所４０の位置及び破損度を表示する手段であっ
て、例えば、ＣＲＴで形成されている。

【００４１】上記杭荷重増減ＡＥ波発生手段１００によ
り、杭２０の破損箇所４０からＡＥ波５０が発生する
と、ＡＥ波５０は、ＡＥセンサー１０２により検知され
て電気信号であるＡＥ信号Ｓ１に変換される。

【００４２】上記ＡＥ信号Ｓ１は、アンプ１０４に入力
して所定の増幅率により増幅され、増幅ＡＥ信号Ｓ２が
出力される。この増幅ＡＥ信号Ｓ２は、破損位置解析手
段１０６に入力すると共に、破損度解析手段１０８に入
力し、ＡＥ波５０の解析がなされ、解析結果はビデオ信
号Ｓ３として表示手段１１０に入力する。

【００４３】表示手段１１０においては、その画面に破
損箇所の位置と破損度が表示される。例えば、図示する
ように、画面に表示された円ｃの位置が、破損箇所４０
の位置を表し、またその円ｃの大きさが破損度を表して
いる。

【００４４】

【発明の効果】上記のように、本発明によれば、対外的
加振、特に自然現象による対外的加振を利用して杭の荷
重を増減させ、もって杭の破損箇所からＡＥ波を強制的
に発生させ、杭あるいはその周辺に設置したＡＥセンサ
ーによって計測したＡＥ波を分析し、杭の破損箇所の位
置と破損度が判明するように構成したので、破損箇所の
位置と破損度をより正確に、迅速に調査でき、杭の破損
調査において、複数個の破損箇所と深い所でのさらに正
確、迅速な調査が可能であり、また中央部の杭の正確な
調査も可能であるという優れた技術的効果を奏する。

【００４５】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示すフローチャートである。

【図２】本発明の実施例を説明する説明図（その１）で
ある。

【図３】本発明の実施例を説明する説明図（その２）で
ある。

【図４】本発明の実施例を説明する説明図（その３）で
ある。

【図５】本発明においてＡＥ波の伝播減衰が小さい場
合、又は測定範囲が狭い場合の一実施例を示す説明図で
ある。

【図６】本発明においてＡＥ波の伝播減衰が大きい場
合、又は測定範囲が広い場合の一実施例を示す説明図で
ある。

【図７】本発明にかかる装置の一構成例を示す説明図で
ある。

【図８】本発明の実施例を説明する説明図（その４）で
ある。

【符号の説明】

１０構造物２０杭３０孔４０破損箇所５０ＡＥ波６０地面１０２ＡＥセンサー

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】構造物１０を支える杭２０に、ＡＥセン
サー１０２を複数個設置する第２ステップＰ２と、上記杭２０に加わる荷重の増減により、杭２０の破損箇
所４０から発生したＡＥ波５０を上記ＡＥセンサー１０
２により計測する第３ステップＰ３と、上記計測したＡＥ波５０に基づいて、杭２０の破損箇所
４０の位置と破損度を特定する第４ステップＰ４と、から成ることを特徴とする杭の破損調査法。
【請求項２】構造物１０を支える杭２０の周辺に、Ａ
Ｅセンサー１０２を複数個取り付けた取付棒を設置する
第２ステップＰ２と、上記杭２０に加わる荷重の増減により、杭２０の破損箇
所４０から発生したＡＥ波５０を上記ＡＥセンサー１０
２により計測する第３ステップＰ３と、上記計測したＡＥ波５０に基づいて、杭２０の破損箇所
４０の位置と破損度を特定する第４ステップＰ４と、から成ることを特徴とする杭の破損調査法。
【請求項３】構造物１０を支える杭２０の上端を掘削
して孔３０を削孔する第１ステップＰ１と、上記孔３０内において、杭２０にＡＥセンサー１０２を
複数個設置する第２ステップＰ２と、上記杭２０に加わる荷重の増減により、杭２０の破損箇
所４０から発生したＡＥ波５０を上記ＡＥセンサー１０
２により計測する第３ステップＰ３と、上記計測したＡＥ波５０に基づいて、杭２０の破損箇所
４０の位置と破損度を特定する第４ステップＰ４と、から成ることを特徴とする杭の破損調査法。
【請求項４】上記第３ステップＰ３において、対外
的加振により、杭に対して振動的な杭軸力や水平力を付
加する請求項１、請求項２または請求項３記載の杭の破
損調査法。
【請求項５】上記対外的加振は自然現象による対外的
加振であること特徴とする請求項４記載の杭の破損調査
法。
【請求項６】上記自然現象による対外的加振は地震動
であること特徴とする請求項５記載の杭の破損調査法。
【請求項７】対外的加振により、構造物１０を支える
杭２０の荷重を増減させ、杭２０の破損箇所４０からの
ＡＥ波５０を発生させる杭荷重増減ＡＥ波発生手段１０
０と、杭２０に設置され、かつ上記杭荷重増減ＡＥ波発生手段
１０により杭２０に発生したＡＥ波５０を検知し、ＡＥ
信号に変換する複数個のＡＥセンサー１０２と、ＡＥ信
号を入力し、杭２０の破損箇所４０の位置を解析する破
損位置解析手段１０６と、ＡＥ信号を入力し、杭２０の破損度を解析する破損度解
析手段１０８と、上記解析された杭２０の破損箇所４０の位置及び破損度
を表示する表示手段１１０とから成ることを特徴とする
杭の破損調査装置。
【請求項８】上記対外的加振は自然現象による対外的
加振であることを特徴とする請求項７記載の杭の破損調
査装置。
【請求項９】上記自然現象による対外的加振は地震動
であることを特徴とする請求項８記載の杭の破損調査装
置。