(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
地盤中に構築された基礎杭の内部に、その上端部から下端部にわたって、光ファイバーが少なくともその一端を前記基礎杭の上端部から外方に延出させて埋設されている基礎杭において、前記基礎杭に、複数本の前記光ファイバーが、それぞれ上下方向に延在するよう、該基礎杭の中心軸に対して周方向に定められた間隔を隔てて配設されていることを特徴とする基礎杭。
【請求項２】
請求項１記載の基礎杭において、前記基礎杭の定められた区間に筒状のガイドパイプが配設され、前記光ファイバーが前記区間においては前記ガイドパイプ内に挿通され、地震発生時等においても前記光ファイバーが前記ガイドパイプ内では破損等の被害を受けない構成とされていることを特徴とする基礎杭。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、構造物の基礎を構成する基礎杭に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
周知のように、構造物の基礎形式として、地盤中に複数の基礎杭を構築したものがある。
【０００３】
ところで、強大な地震等が発生すると過大な曲げモーメントやせん断力が基礎杭に作用し、これによって基礎杭が破損したり、また地盤の液状化により基礎杭が側方に流動してしまう等の被害を受けてしまうことがある。このような被害を受けた基礎杭は、健全性に欠けたものとなり、本来の機能を有しているとは言えない。
【０００４】
このため、構造物が被災した場合には、構造物本体はもちろんのこと基礎や杭についても被害の有無、また被害がある場合にはその程度を調査して健全性を確認し、その上で必要に応じてこれらを修復する必要がある。
地上に露出している構造物本体についてはその健全性の確認が比較的容易であるのに対し、地盤中に埋設されている基礎杭については健全性の確認を行うのは困難である。このため、従来は、構造物の沈下量や不等沈下量を計測したり、地盤を掘削して杭頭部を露出させて目視で基礎杭の変状を観察したりしているのが現状である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したような従来の技術には以下のような問題が存在する。
すなわち、前記沈下量や不等沈下量の計測による基礎杭の健全性の確認方法では、異常が明らかな場合や、沈下あるいは不等沈下が基準値を明らかに上回る場合を除けば、復旧のための十分な判断資料とはなり得ない。
また、杭頭部のみの観察では、地盤中の杭の変状について十分な情報が得られるわけではない。
このため、例えば杭頭部に変状が見出せず、構造物の全体的な沈下や傾きが僅かである場合には、基礎杭の健全性を的確に判定することは困難である。このような場合に、実際には基礎杭の中間部や下部に損傷があったとしても、これを発見・確認できずに、それを放置したままで復旧を終えてしまう可能性もある。
【０００６】
このような問題を回避するため、近年では、基礎杭の健全性を判定するための各種技術が開発されており、例えば、非破壊検査法の一つである杭の打撃判定法がある。この技術は、杭頭部周辺にセンサーを配置しておき、杭頭部を打撃して、このときに杭本体を波動伝播する反射波を前記センサーでとらえ、その性状から杭の健全性を判定しようとするものである。
しかし、このような方法によっても、コストや手間の問題から、基礎の外縁部に位置する基礎杭を除けば、調査を実施することは実質的に困難であり、全ての場合において信頼度の高い判定資料が得られるわけではない。
さらには、被災後の迅速な復旧を図るために、健全性の調査はできるだけ速やかに行われることが望まれているのは言うまでもない。
【０００７】
本発明は、以上のような点を考慮してなされたもので、基礎杭の健全性の信頼性の高い調査を、低コストで迅速かつ簡便に行うことのできる基礎杭を提供することを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、地盤中に構築された基礎杭の内部に、その上端部から下端部にわたって、光ファイバーが少なくともその一端を前記基礎杭の上端部から外方に延出させて埋設されている基礎杭において、前記基礎杭に、複数本の前記光ファイバーが、それぞれ上下方向に延在するよう、該基礎杭の中心軸に対して周方向に定められた間隔を隔てて配設されていることを特徴としている。
【００１１】
請求項２に係る発明は、請求項１記載の基礎杭において、前記基礎杭の定められた区間に筒状のガイドパイプが配設され、前記光ファイバーが前記区間においては前記ガイドパイプ内に挿通され、地震発生時等においても前記光ファイバーが前記ガイドパイプ内では破損等の被害を受けない構成とされていることを特徴としている。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る基礎杭の第一ないし第四の実施の形態の一例を、図１ないし図９を参照して説明する。
【００１３】
［第一の実施の形態］
まず、ここでは、本発明に係る基礎杭の構成を、例えばプレストレストコンクリート造の基礎杭に適用する場合の例を用いて説明する。
【００１４】
図１に示すように、基礎杭１は例えば既製の遠心力プレストレストコンクリート造等からなり、その形状は有底円筒状で、その底部すなわち下端部はその径寸法が漸次小となる構成とされている。
【００１５】
このような基礎杭１には、４本の光ファイバーケーブル（光ファイバー）２，２，…が、断面周方向において等間隔毎（９０゜毎）に、それぞれ基礎杭１の軸線と並行に延在するよう、基礎杭１の杭躯体１ａを構成するコンクリート中に図示しない鉄筋等に沿わせて埋設されている。そして、これら光ファイバーケーブル２，２，…はその上端部が、基礎杭１の上端部から外方に引き出された構成となっている。
また、基礎杭１の中心軸線を挟んで対向する光ファイバーケーブル２Ａと２Ｂ、２Ｃと２Ｄとが、基礎杭１の下端部において互いに連結されている。これにより、光ファイバーケーブル２Ａおよび２Ｂ、２Ｃおよび２Ｄは、それぞれ略Ｕ字状に配設され、その両端部が基礎杭１の上端部から引き出された形態となっている。
【００１６】
ところで、図２に示すように、このような基礎杭１を打ち継ぐ場合には、基礎杭１の上端部と、打ち継ぎ用の杭１’の下端部とのジョイント部Ａにおいて、光ファイバーケーブル２の端部を、基礎杭１の上端部と打ち継ぎ用の杭１’の下端部の内側面から内方に引き出し、下方の基礎杭１側の光ファイバーケーブル２の上端部と、上方の打ち継ぎ用の杭１’の光ファイバーケーブル２の下端部とを、融着あるいは専用のコネクター４で接続するようになっている。
【００１７】
図３に示すように、このような基礎杭１の外表面には、各光ファイバーケーブル２が埋設されている位置にマーキングＭが施されている。このマーキングＭは、各光ファイバーケーブル２に沿って引かれたラインＬと、各光ファイバーケーブル２を識別するための番号等の記号Ｓとからなり、例えば光ファイバーケーブル２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄが埋設されている位置には、それぞれ、「赤」，「青］，「黄」，「黒」のラインＬと、「１」，「２」，「３」，「４」という記号Ｓが記されている。
【００１８】
このような基礎杭１は、小規模の構造物であれば、杭の全数を上記基礎杭１とするのが望ましい。一方、杭数が非常に多くなる大規模な構造物の場合等では、その一部に上記基礎杭１を適宜配置するようにしてもよい。この場合、例えば図４に示すように、上記基礎杭１を、地震力の負担の割合が多い基礎５の外周縁部に重点的に配置する。また、構造物の重心，剛心とが一致しておらず、地震時に構造物のねじれ応答が予想される場合等には、構造物の振動特性を加味して荷重が集中して作用する位置に基礎杭１を重点的に配置するようにする。
【００１９】
ここで、上記基礎杭１に埋設されている光ファイバーケーブル２を構成する光ファイバーＦの一般的な性状について示すと、図５（ａ）に示すように、光ファイバーＦは、一方の端部Ｆ１から光を入射すれば、他方の端部Ｆ２において光ファイバーＦを透過した透過光を観察することができる。また、図５（ｂ）に示すように、光ファイバーＦの一方の端部Ｆ１から入射した光は、他方の端部Ｆ２においてその一部が反射して戻り、その反射光を前記一方の端部Ｆ１で観察することができる。このときに、一方の端部Ｆ１において、入射光と反射光とでその特性（速度、振幅・位相等）を計測し、分析することにより、一方の端部Ｆ１から他方の端部Ｆ２までの距離を算出することができる。
【００２０】
このような光ファイバーＦの特性により、図５（ｃ）に示すように、例えば光ファイバーＦがその途中で切断された場合には、一方の端部Ｆ１から光を入射すれば、他方の端部Ｆ２では透過光がないため、「光ファイバーＦが途中で切断されている」と判断することができる。また、一方の端部Ｆ１からの入射光は、切断されている部分Ｃで反射するため、前記入射光と、反射光とを一方の端部Ｆ１で観測すれば、一方の端部Ｆ１から切断された部分Ｃまでの距離を算出することができ、従って、切断された部分Ｃの位置を知ることができる。
【００２１】
次に、上記基礎杭１を用いた健全性の調査方法について説明する。
図６に示すように、このような基礎杭１では、例えば強大な地震が発生した後に、その上端部から引き出されている光ファイバーケーブル２に、検査装置６を接続する。このとき、互いに連結されている光ファイバーケーブル２Ａ，２Ｂにおいては、例えば一方の光ファイバーケーブル２Ａの端部に検査装置６の発光器７を接続し、他方の光ファイバーケーブル２Ｂの端部に受光器８を接続する。そして、発光器７で光を発光させ、光ファイバーケーブル２Ａに入射させる。
【００２２】
すると、前述した光ファイバーＦの性状により、基礎杭１に破損が生じている場合には、破損個所Ｈにおいて光ファイバーケーブル２Ｂも切断されてしまっており、この場合には、受光器８で透過光を観測することができない。このようにして基礎杭１に破損が生じていると判断される場合には、発光器７側において入射光と反射光とを観測することにより、破損個所Ｈの位置を知ることができる。
一方、この基礎杭１に破損等が生じていなければ、受光器８において、光ファイバーケーブル２Ａおよび２Ｂを透過してきた透過光を観測することができる。
【００２３】
同様の調査を、互いに連結されている光ファイバーケーブル２Ｃ，２Ｄにおいても行うことにより、１本の基礎杭１の健全性の調査が完了する。
【００２４】
そして、このようにして図４に示した基礎５に配置された全ての基礎杭１の破損の有無を調査したのち、破損が生じている基礎杭１については、破損個所Ｈの補修を最適な手段で行うようにする。
【００２５】
上述した基礎杭１では、その内部に上下方向に延在する光ファイバーケーブル２を埋設し、その上端部を基礎杭１の上端部から外方に引き出した構成とされ、さらに、基礎杭１の中心軸線を挟んで対向する光ファイバーケーブル２Ａと２Ｂ、２Ｃと２Ｄとが連結されて略Ｕ字状に配設された構成となっている。このような構成の基礎杭１は、地震等により基礎杭１が破損した場合には光ファイバーケーブル２も破損，破断するので、地震後に検査装置６で光ファイバーケーブル２に光を入射させ、その透過光または反射光を観察，観測することにより、基礎杭１の健全性を客観的かつ定量的に調査することができ、さらには破損の位置についても高精度で検出することができる。しかも、この信頼度の高い調査は基礎杭１の頭部において行うことができるので、基礎杭１の位置に拘わらず、さらには例え破損の発生箇所が基礎杭１の杭頭部以外であっても、容易かつ簡便に行うことができ、その結果復旧の迅速化を図ることが可能となる。
【００２６】
また、基礎杭１の中心軸線を挟んで対向し互いに連結されている光ファイバーケーブル２Ａと２Ｂ、２Ｃと２Ｄは、周方向に等間隔毎、すなわち９０゜毎に配置されているので、これにより、基礎杭１において互いに直交する水平２方向における健全性の調査を行うことができる。従って、このような基礎杭１の光ファイバーケーブル２Ａと２Ｂ、２Ｃと２Ｄを、構造物の方向性に合わせて設置することにより、例えば長手方向と短手方向における振動特性や地震応答の違いについても考慮することができ、前記調査をより効果的なものとすることができる。
このときに、この基礎杭１の外周面には、光ファイバーケーブル２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄの位置と識別を示すマーキングＭが施されているので、基礎杭１の建て込み時に、その方向性を確認して施工を容易かつ確実に行うことができる。
【００２７】
なお、上記第一の実施の形態において、基礎杭１を中空の有底円筒状の構成としたが、言うまでもなく、その全断面が中実のプレストレストコンクリート造であってもよい。
【００２８】
［第二の実施の形態］
次に、本発明に係る基礎杭の構成を、例えば場所打ちコンクリート造の基礎杭に適用する場合の例を用いて説明する。これらの図において、前記第一の実施の形態と共通する構成については同符号を付し、その説明を省略する。
【００２９】
図７に示すように、基礎杭１１は場所打ちコンクリート造で、その杭躯体１１ａは、略円筒状に組まれた鉄筋篭１２と、コンクリート１３とから構成されている。
このような基礎杭１１には、例えば４本の光ファイバーケーブル２，２，…が、鉄筋篭１２に沿って上下方向に延在するよう埋設されている。
【００３０】
この基礎杭１１を構築するに際しては、地盤に孔を削孔した後、この孔内に設置される鉄筋篭１２に、これら光ファイバーケーブル２，２，…を設置した後、孔内にコンクリートを打設すればよい。
【００３１】
上述した基礎杭１１においても、前記第一の実施の形態における基礎杭１と全く同様の効果を奏することができる。
【００３２】
［第三の実施の形態］
次に、本発明に係る基礎杭の構成を、例えば鋼管からなる基礎杭に適用する場合の例を用いて説明する。これらの図において、前記第一および第二の実施の形態と共通する構成については同符号を付し、その説明を省略する。
【００３３】
図８に示すように、基礎杭２１は鋼管造で、鋼管からなる杭躯体２１ａの内周面には、例えば４本の光ファイバーケーブル２，２，…が上下方向に延在するよう配設されている。
各光ファイバーケーブル２は、杭躯体２１ａの内面に取り付けられた略Ｕ字状のケース２２内に収められており、このケース２２によって各光ファイバーケーブル２を施工時における損傷から防護するようになっている。
【００３４】
上述した基礎杭２１においても、前記第一の実施の形態における基礎杭１と全く同様の効果を奏することができる。
【００３５】
なお、上記第三の実施の形態において、各光ファイバーケーブル２の防護のためにケース２２を取り付ける構成としたが、このケース２２は必要に応じて取り付ければよいのであって、必ずしも必須の構成ではない。
【００３６】
［第四の実施の形態］
次に、本発明に係る基礎杭の第四の実施の形態について説明する。ここでは、基礎杭の所定の区間にガイドパイプを配し、このガイドパイプに光ファイバーケーブルを挿通させる場合の例を用いて説明する。これらの図において、前記第一ないし第三の実施の形態と共通する構成については同符号を付し、その説明を省略する。
【００３７】
図９に示すように、基礎杭３１は、その杭躯体３１ａ自体の形状は前記第一の実施の形態の基礎杭１の杭躯体１ａと同様で、この杭躯体３１ａ内には、例えば四本の光ファイバーケーブル２，２，…が周方向９０゜毎に配置されて埋設されている。
【００３８】
これら四本の光ファイバーケーブル２のうち、互いに隣接する２本の光ファイバーケーブル２Ｅ，２Ｆは、その先端部が基礎杭３１の中間部に位置するよう上半部にのみ配設されている。また、残りの２本の光ファイバーケーブル２Ｇ，２Ｈは、基礎杭３１の全長にわたって配設されている。これら光ファイバーケーブル２Ｇ，２Ｈは、基礎杭３１の上半部すなわち光ファイバーケーブル２Ｅ，２Ｆに対応した区間において、筒状のガイドパイプ３２内に挿通されている。各ガイドパイプ３２は、十分な強度と可撓性を有しており、基礎杭３１が地震等で破損した場合にも、ガイドパイプ３２内の光ファイバーケーブル２Ｇ，２Ｈに被害が及ぶのを防ぐようになっている。
【００３９】
上述した基礎杭３１では、前記第一の実施の形態における基礎杭１と同様、光ファイバーケーブル２Ｅ，２Ｆ，２Ｇ，２Ｈによって、基礎杭３１の健全性を容易かつ簡便に高い精度で調査することができる。
しかも、光ファイバーケーブル２Ｅ，２Ｆは、基礎杭３１の上半部のみに配設され、基礎杭３１の全長にわたって配設された光ファイバーケーブル２Ｇ，２Ｈが、基礎杭３１の上半部においてガイドパイプ３２内に挿通された構成となっている。これにより、光ファイバーケーブル２Ｅ，２Ｆによって上半部の、光ファイバーケーブル２Ｇ，２Ｈの下半部の健全性を調査することができる。そして、地震時に基礎杭３１が破損した場合にも、ガイドパイプ３２の区間においては光ファイバーケーブル２Ｇ，２Ｈが破損するのを防ぐことができる。
【００４０】
なお、上記第四の実施の形態において、ガイドパイプ３２を基礎杭３１の上半部に配設する構成としたが、これを設置する区間については適宜任意に設定すればよい。
【００４１】
なお、上記第一ないし第四の実施の形態において、基礎杭１，１１，２１，３１に配設する光ファイバーケーブル２の本数は四本に限定するものではなく、任意に設定すればよい。また、例えばこれら四本の光ファイバーケーブル２、２、…に代えて、一本の光ファイバーケーブルを連続的に配設するようにしてもよい。
さらに、光ファイバーケーブル２を上下方向に延在させる構成としたが、このような構成は基礎杭１，１１，２１，３１の横割れ（軸線と直交する方向に延びる割れ）に有効なものである。これを縦割れに有効なものとする場合には、光ファイバーケーブル２を、フープ筋の如く、基礎杭１，１１，２１，３１の軸線と直交する面内において周方向に延在させてもよいし、また螺旋状に配設する構成としてもよい。もちろん、これらフープ状、螺旋状の光ファイバーケーブルと、上記上下方向に延在する光ファイバーケーブル２を組み合わせて採用する構成としてもよい。
【００４２】
また、上記基礎杭１，１１，２１，３１の断面形状は上記のものに限定するものではなく、断面視矩形のものであってもよいし、また中空、中実を問うものではない。
加えて、これら光ファイバーケーブル２を備えた基礎杭１，１１，２１，３１の設置本数およびその配置については何ら限定するものではなく、全体コスト等に応じて適宜設定すればよい。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に係る基礎杭によれば、基礎杭の内部に、その上端部から下端部にわたって、光ファイバーを少なくともその一端を基礎杭の上端部から外方に延出させて埋設する構成とした。これにより、強大な地震等が生じて基礎杭に外力が作用し、破損などが生じた場合には光ファイバーも破損，破断することになる。従って、地震等の発生した後には、光ファイバーに光を入射させ、その透過光または反射光を観察，観測することにより、基礎杭の健全性を客観的かつ定量的に調査することができ、さらには破損の位置についても高精度で検出することができる。しかも、この信頼度の高い調査は基礎杭の頭部において行うことができるので、基礎杭の位置に拘わらず、さらには例え破損の発生箇所が杭頭部以外であっても容易かつ簡便に行うことができ、その結果復旧の迅速化を図ることが可能となる。また、請求項１に係る基礎杭によれば、複数本の光ファイバーを、基礎杭の中心軸に対して周方向に所定間隔を隔てて配設されている構成とした。これにより、基礎杭の全体にわたって破損の有無、位置を調査することが容易となる。しかも、光ファイバーを９０゜毎に配置するようにすれば、互いに直交する水平２方向における基礎杭の健全性の調査を行うことができる。従って、このような基礎杭を構造物の方向性に合わせて設置することにより、例えば長手方向と短手方向における振動特性や地震応答の違いについても考慮することができ、前記調査をより効果的なものとすることができる。
【００４６】
請求項２に係る基礎杭によれば、基礎杭の定められた区間に筒状のガイドパイプを配設し、該区間において光ファイバーをガイドパイプ内に挿通する構成とした。これにより、地震発生時等においてもガイドパイプ内で光ファイバーが破損等の被害を受けるのを防ぐことができる。このようにしてガイドパイプを設ける区間を適宜に設定することにより、基礎杭の任意の所望の区間のみの健全性を調査することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る基礎杭の第一の実施の形態を示す図であって、（ａ）平断面図、（ｂ）立断面図である。
【図２】前記基礎杭のジョイント部を示す立断面図である。
【図３】同基礎杭の外観を示す立面図である。
【図４】構造物の基礎への前記基礎杭のレイアウトの一例を示す平面図である。
【図５】前記基礎杭に用いる光ファイバーの性状を示す図である。
【図６】同基礎杭における健全性の調査方法を示す立断面図である。
【図７】本発明に係る基礎杭の第二の実施の形態を示す平断面図である。
【図８】本発明に係る基礎杭の第三の実施の形態を示す図であって、（ａ）平断面図、（ｂ）立断面図である。
【図９】本発明に係る基礎杭の第四の実施の形態を示す図であって、（ａ）立断面図、（ｂ）Ａ−Ａ断面図、（ｃ）Ｂ−Ｂ断面図である。
【符号の説明】
１，１１，２１，３１  基礎杭
２  光ファイバーケーブル（光ファイバー）
３２  ガイドパイプ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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