(57)【要約】【課題】杭の状態を好適に検出することが可能な杭状態検出システムを提供する。【解決手段】杭状態検出システム１０Ａは、杭３に設けられ、杭３の状態を検出する状態検出用センサ１１と、状態検出用センサ１１と接続され、状態検出用センサ１１の検出結果を発信するＩＣタグ１２と、杭３に沿って形成されたモニタリング抗４に配置され、ＩＣタグ１２から発信された状態検出用センサ１１の検出結果を受信するリーダ１３と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
杭に設けられ、前記杭の状態を検出する状態検出用センサと、
前記状態検出用センサと接続され、前記状態検出用センサの検出結果を発信するＩＣタグと、
前記杭に沿って形成されたモニタリング抗に配置され、前記ＩＣタグから発信された前記状態検出用センサの検出結果を受信するリーダと、
を備えることを特徴とする杭状態検出システム。
【請求項２】
前記リーダを移動させる移動部と、
前記モニタリング抗内における前記リーダの深さを検出する深さ検出部と、
前記リーダによって受信された前記検出結果の電波強度の最も高いときの深さを採用するデータ処理部と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の杭状態検出システム。
【請求項３】
前記杭の深さ方向に配列された複数セットの前記状態検出用センサ及び前記ＩＣタグを備え、
複数の前記ＩＣタグは、それぞれ異なる周波数を用いて前記検出結果を発信し、
前記データ処理部は、前記検出結果の周波数及び電波強度を検知するスペクトルアナライザ機能を有し、予め記憶された前記検出結果の前記周波数に基づいて、該当する前記周波数における前記検出結果の電波強度の最も高いときの深さを採用する
ことを特徴とする請求項２に記載の杭状態検出システム。
【請求項４】
複数セットの前記状態検出用センサ及び前記ＩＣタグに対応して、前記モニタリング抗の深さ方向に配列された複数の前記リーダを備える
ことを特徴とする請求項１に記載の杭状態検出システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、杭の状態を検出する杭状態検出システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
施工中又は災害時における杭の健全性を評価するためには、杭の損傷等の状態を調査する必要がある。杭の状態調査としては、地盤を掘削して杭頭を目視する手法や、ボーリング抗を利用して非破壊検査を行う手法が一般的である。しかし、杭頭を目視する手法では、杭のその他の箇所の状態を調査することができず、また、ボーリング杭を利用する手法では、上部躯体を避けながら杭近傍の地盤を斜めにボーリングする必要があるため、調査には膨大な手間及びコストがかかる。
【０００３】
このような事情に鑑み、杭の健全性評価の手法として、杭に光ファイバを埋設し、かかる光ファイバの歪みを用いて杭の健全性を評価することが提案されている（特許文献１，２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−０１７６５６号公報
【特許文献２】特開２００３−２１３６７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
杭は、上部躯体の自重をたえず支えているため、杭には圧縮力が働いて圧縮歪みが生じる。そのため、光ファイバを杭に設置する場合には、光ファイバを予め引っ張っておきながら対象物に貼り付ける作業が必要である。そのため、このような方法には設置方法及び施工に煩雑さが伴い、普及の支障となっている。
【０００６】
本発明は、前記した事情に鑑みて創案されたものであり、設置が容易であるとともに杭の状態を好適に検出することが可能な杭状態検出システムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決するため、本発明の杭状態検出システムは、杭に設けられ、前記杭の状態を検出する状態検出用センサと、前記状態検出用センサと接続され、前記状態検出用センサの検出結果を発信するＩＣタグと、前記杭に沿って形成されたモニタリング抗に配置され、前記ＩＣタグから発信された前記状態検出用センサの検出結果を受信するリーダと、を備えることを特徴とする。
【０００８】
かかる構成によると、杭に状態検出用センサ及びＩＣタグのセットを設置するので、光ファイバを杭内に埋設する場合と比べて、設置が容易であるとともに、設置時のバラツキを抑え、杭の状態を好適に検出することができる。
【０００９】
杭状態検出システムは、前記リーダを移動させる移動部と、前記モニタリング抗内における前記リーダの深さを検出する深さ検出部と、前記リーダによって受信された前記検出結果の電波強度の最も高いときの深さを採用するデータ処理部と、を備える構成であってもよい。
【００１０】
かかる構成によると、杭の深さ方向の状態の変化（沈下の有無）等を検出することができる。
【００１１】
前記杭の深さ方向に配列された複数セットの前記状態検出用センサ及び前記ＩＣタグを備え、複数の前記ＩＣタグは、それぞれ異なる周波数を用いて前記検出結果を発信し、前記データ処理部は、前記検出結果の周波数及び電波強度を検知するスペクトルアナライザ機能を有し、予め記憶された前記検出結果の前記周波数に基づいて、該当する前記周波数における前記検出結果の電波強度の最も高いときの深さを採用する構成であってもよい。
【００１２】
また、杭状態検出システムは、複数セットの前記状態検出用センサ及び前記ＩＣタグに対応して、前記モニタリング抗の深さ方向に配列された複数の前記リーダを備える構成であってもよい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、状態検出用センサ及びＩＣタグのセットの設置が容易であるとともに杭の状態を好適に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第一の実施形態に係る杭状態検出システムを示す模式図である。
【図２】図１のＸ矢視断面図である。
【図３】（ａ）〜（ｃ）は、それぞれの深さ位置においてリーダが受信した信号における周波数と電波強度との関係を示すグラフである。
【図４】通知部における表示画面の一例を示す図である。
【図５】本発明の第二の実施形態に係る杭状態検出システムを示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態に係る杭状態検出システムについて、適宜図面を参照しながら説明する。同様の構成には同様の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１６】
＜第一の実施形態＞
図１に示すように、本発明の第一の実施形態に係る杭状態検出システム１０Ａは、上部躯体２が上部に形成された複数の杭３に適用されて杭３の状態を検出するシステムである。１本の杭３の近傍には、当該杭３に沿ってモニタリング抗４が掘削形成されている。図１では、災害前の杭３を点線で描写し、災害後の杭３を実線で描写している。
【００１７】
杭状態検出システム１０Ａは、１本の杭３に深さ方向に配列される複数セット（ここでは３セット）の状態検出用センサ１１及びＩＣタグ１２と、１つのリーダ１３と、移動部１４と、操作部１５と、制御部１６Ａと、通知部１７と、を備える。
【００１８】
＜状態検出用センサ＞
状態検出用センサ１１は、杭３の所定深さに設けられており、当該杭３の状態を検出し、検出結果をＩＣタグ１２へ出力するセンサである。状態検出用センサ１１としては、杭３の傾斜を検出する傾斜センサ、杭３の歪みを検出する歪みセンサ等が好適に用いられる。
【００１９】
＜ＩＣタグ＞
ＩＣタグ１２は、杭３の所定深さ、すなわち、対応する状態検出用センサ１１と同じ深さ位置に設けられており、状態検出用センサ１１の検出結果をリーダ１３へ送信する。各ＩＣタグ１２は、前記検出結果とともに当該ＩＣタグ１２のＩＤを送信しており、送信される電波（検出結果及びＩＤを含む信号）の周波数は、ＩＣタグ１２ごとに異なる。本実施形態において、１番上のＩＣタグ１２は、ＩＤ＝１、周波数ｆ＝α［Ｈｚ］、中央のＩＣタグ１２は、ＩＤ＝２、周波数ｆ＝β［Ｈｚ］、１番下のＩＣタグ１２は、ＩＤ＝３、周波数ｆ＝γ［Ｈｚ］であり、各周波数ｆは、α＜β＜γに設定されている。また、本実施形態において、ＩＣタグ１２は、リーダ１３からの電磁誘導を電力源として動作するパッシブ型のＩＣタグであるが、ＩＣタグ１２はパッシブ型に限定されず、セミアクティブ型又はアクティブ型であってもよい。また、本実施形態において、ＩＣタグ１２は電磁誘導方式を採用しているが、リーダ１３との通信が可能であれば電波（又は、地盤内のいかなる条件下でも電力及びデータの送受信が可能な磁界、磁石等の周波数帯域）を採用してもよい。
＜杭＞
【００２０】
図２に示すように、杭３は、平面視で円形に配列されて深さ方向に延びる複数の鉄筋（杭主筋）３ａと、複数の鉄筋３ａに組み付けられる環状の鉄筋（フープ筋）３ｂと、を備える。状態検出用センサ１１及びＩＣタグ１２は、杭３の施工時に予め杭３に設置される。本実施形態において、状態検出用センサ１１は、１本の鉄筋３ａに取り付けられて杭３内に埋設されている。また、ＩＣタグ１２は、状態検出用センサ１１と導電線等を介して電気的に接続されており、杭３の外周面のモニタリング抗４側に設けられている。
【００２１】
図１に示すように、複数セットの状態検出用センサ１１及びＩＣタグ１２は、杭３の軸方向に所定間隔を空けて配列されており、本実施形態では、１番上の状態検出用センサ１１及びＩＣタグ１２は、地表面から深さ１ｍ、中央の状態検出用センサ１１及びＩＣタグ１２は、地表面から深さ２ｍ、１番下の状態検出用センサ１１及びＩＣタグ１２は、地表面から深さ３ｍと、深さ方向に１ｍの間隔を空けて配列されている。なお、状態検出用センサ１１及びＩＣタグ１２のセット同士の間隔は、１ｍに限定されず、適宜変更可能である。また、モニタリング抗４は、少なくとも１番下の状態検出用センサ１１及びＩＣタグ１２と同じ深さまで形成されている。なお、モニタリング抗４は、１番下の状態検出用センサ１１及びＩＣタグ１２よりも深い位置まで形成されていることが望ましい。
【００２２】
＜状態検出用センサ及びＩＣタグの杭内への施工手法＞
本実施形態において、状態検出用センサ１１は、センサ固定用治具２１を介して鉄筋３ａに固定されている。また、ＩＣタグ１２は、センサ固定用治具２１及びタグ位置固定用バネ２２を介して状態検出用センサ１１と電気的に接続されている。
【００２３】
タグ位置固定用バネ２２は、ＩＣタグ１２を杭３の表面方向へ付勢することが可能な圧縮バネであり、以下のいずれかの特徴を備えている。
・形状記憶合金である。
・定刻になったら、伸張する。
・バンド（図示せず）によって圧縮されており、水又はコンクリートとの反応によって当該バンドが切れることによって伸張する。
【００２４】
タグ位置固定用バネ２２は、杭３におけるコンクリート打設前には圧縮されており、コンクリート打設時に圧縮から開放されて伸張することによって、ＩＣタグ１２を杭３の表面に好適に配置することができる。かかる構成によると、杭３の施工時に状態検出用センサ１１及びＩＣタグ１２が設けられた鉄筋カゴを掘削孔に挿入する際には、ＩＣタグ１２が鉄筋カゴの内部に配置されて掘削孔の周壁に衝突することが防がれ、杭３の施工後には、ＩＣタグ１２が杭３の表面に配置されて無線通信が好適に行われる。
【００２５】
＜リーダ＞
リーダ１３は、ＩＣタグ１２に向けて電波を発信するとともに、ＩＣタグ１２と通信してＩＣタグ内の情報を読み取るものであって、ＩＣタグ１２から送信された状態検出用センサ１１の検出結果及びＩＣタグ１２のＩＤを受信し、制御部１６Ａへ出力する。かかるリーダ１３は、防水機能及び防塵機能を有しており、モニタリング抗４内に地下水、泥水等が存在する場合であっても、ＩＣタグ１２との間で電力及びデータの送受信が可能である。また、リーダ１３の形状は任意であり、例えば、平板状、筒状等とすることができる。
【００２６】
本実施形態において、リーダ１３は、ＩＣタグ１２から送信された検出結果及びＩＤを含む信号を制御部１６へ出力する。
【００２７】
＜移動部＞
移動部１４は、一端がリーダ１３に連結されたロープ１４ａと、ロープ１４ａの他端が固定されて当該ロープ１４ａが巻回されたローラ１４ｂと、ローラ１４ｂを回転させるモータ１４ｃと、を備える。ローラ１４ｂにはロープ１４ａが巻回されており、モータ１４ｃが正方向に回転するとロープ１４ａがローラ１４ｂから送り出されてリーダ１３がモニタリング抗４内を下方へ移動し、モータ１４ｃが逆方向に回転するとロープ１４ａがローラ１４ｂに巻き取られてリーダ１３がモニタリング抗４内を上方へ移動する。
【００２８】
＜操作部＞
操作部１５は、モータ１４ｃのＯＮ・ＯＦＦを切り換えるためのスイッチ等である。
【００２９】
＜制御部＞
制御部１６Ａは、機能部として、モータ制御部１６ａと、深さ算出部１６ｂと、データ処理部１６ｃと、記憶部１６ｄと、を備える。
【００３０】
モータ制御部１６ａは、作業者による操作部１５の操作に応じて、モータ１４ｃを所定の回転速度で回転させる。
【００３１】
深さ算出部１６ｂは、モニタリング抗４内におけるリーダ１３の深さ位置を検出する深さ検出部の一例であって、モータ１４ｃの回転速度、モータ１４ｃの駆動時間、及び、ローラ１４ｂの半径に基づいて、モニタリング４抗内におけるリーダ１３の深さ位置を算出し、データ処理部１６ｃへ出力する。なお、モータ１４ｃがエンコーダ付きである場合には、深さ算出部１６ｂは、エンコーダによって検出されたモータ１４ｃの回転数（回転角度）に基づいてリーダ１３の深さ位置を算出してもよい。なお、リーダ１３の深さ位置の検出手法は前記したものに限定されず、例えば、ロープ１４ａの長さ方向にリーダ１３の深さ位置を示す目盛を記しておき、モニタリング抗４内をリーダ１３が移動した際に、ユーザが目盛を読み取って操作部１５を操作して入力することによってリーダ１３の深さ位置を検出する構成であってもよい。
【００３２】
データ処理部１６ｃは、ＩＣタグ１２から送信された検出結果用の電波の電波強度を検知し、周波数と電波強度との関係を示すスペクトルを生成するスペクトルアナライザ機能を有し、リーダ１３によって出力された検出結果、ＩＤ及び電波強度と、深さ算出部１６ｂによって算出された深さ位置と、に基づいて、各状態検出用センサ１１ごとに、最も電波強度が大きいときの電波強度、検出結果及び深さ位置を記憶部１６ｄに記憶させたり、通知部１７へ出力したりする。また、記憶部１６ｄには、各ＩＣタグ１２の周波数α，β，γが予め記憶されている。
【００３３】
＜通知部＞
通知部１７は、データ処理部１６ｃによって出力された検出結果等を表示するモニタである。なお、通知部１７は、データ処理部１６ｃによって出力された検出結果等を音声で通知するスピーカであってもよい。
【００３４】
＜動作例＞
続いて、杭状態検出システム１０Ａの動作例について説明する。
【００３５】
＜災害前＞
災害前において、杭状態検出システム１０Ａを起動すると、モータ制御部１６ａは、モータ１４ｃを所定の回転速度で回転させてリーダ１３をモニタリング抗４の開口付近から底方向へ向けて降ろし、その間、リーダ１３は、ＩＣタグ１２と通信を行い状態検出用センサ１１の検出結果を受信する。詳細には、リーダ１３が電波を発信しながらＩＣタグ１２に近づくと、リーダ１３によって発信された電波によってＩＣタグ１２に起電力が発生し、ＩＣタグ１２内のＩＣチップが起動する。そして、ＩＣタグ１２が状態検出用センサ１１へ電力を供給し、状態検出用センサ１１が杭３の状態を検出して検出結果をＩＣタグ１２へ出力し、ＩＣタグ１２が検出結果をリーダ１３へ送信する。
【００３６】
ここで、例えば、リーダ１３がモニタリング抗４の深さ１ｍよりも浅い位置（ここでは、０．５ｍ）にあるときには、図３（ａ）に示すように、リーダ１３が受信する電波の電波強度は、リーダ１３から最も近い１番上のＩＣタグ１２からの電波が最も大きい。そして、リーダ１３がモニタリング抗４の深さ１ｍの位置（すなわち、１番上のＩＣタグ１２と同じ深さ位置）にあるときには、図３（ｂ）に示すように、各ＩＣタグ１２からの電波強度がそれぞれ大きくなり、リーダ１３が受信する電波の電波強度は、リーダ１３から最も近い１番上のＩＣタグ１２からの電波が最も大きい。そして、リーダ１３がモニタリング抗４の深さ１ｍよりも深い位置（ここでは、１．５ｍ）にあるときには、１番上のＩＣタグからの電波強度が小さくなるとともに、中央及び１番下のＩＣタグ１２からの電波強度がそれぞれ大きくなる。このように、データ処理部１６ｃは、時々刻々と変化するスペクトルの形状を計測して記憶部１６ｄに記憶しておき、記憶部１６ｄに記憶された特定周波数α，β，γにおける電波強度の最大値を特定することによって、リーダ１３をモニタリング抗４の底まで降ろして検出を終えた後に、各状態検出用センサ１１ごとに、最も電波強度が大きいとき（ＩＣタグ１２とリーダ１３との距離が最短となったとき、すなわち、ＩＣタグ１２とリーダとが同じ深さ位置にあるとき）の電波強度、検出結果及び深さ位置を記憶部１６ｄに記憶させる。続いて、モータ制御部１６ａは、モータ１４ｃを逆回転させてリーダ１３をモニタリング抗４の底から引き上げる。なお、かかる電波強度の最大値の特定は、リーダ１３をモニタリング抗４の底から引き上げつつ行うことも可能である。
【００３７】
＜災害後＞
災害後において、杭状態検出システム１０Ａは、災害前と同様に作動する。そして、データ処理部１６ｃは、記憶部１６ｄに記憶された災害前及び災害後における各状態検出用センサ１１ごとに、最も電波強度が大きいときの電波強度、検出結果及び深さ位置を通知部１７に出力して表示させる。表示画面の一例を図４に示す。図４に示すように、表示画面には、災害前（２０ＸＸ年ＭＭ月ＤＤ日）の検出結果等と災害後（２０ＸＸ年ＮＮ月ＥＥ日）の検出結果等とが並べて表示される。
【００３８】
本発明の第一の実施形態に係る杭状態検出システム１０Ａによると、図４に示すように、表示画面には、災害後の状態検出用センサ１１の検出結果（例えば、傾斜角度、歪み量）とともにＩＣタグ１２の深さ位置が表示される。したがって、作業者に対して、杭３の状態を部位ごとに知らせることができる。
また、表示画面には、災害前後の状態検出用センサ１１の検出結果がそれぞれ表示される。したがって、杭状態検出システム１０Ａは、作業者に対して、杭３の災害による状態を部位ごとに知らせることができる。
また、表示画面には、災害前後の最も電波強度が大きいときの深さ位置がそれぞれ表示される。したがって、杭状態検出システム１０Ａは、作業者に対して、杭３の深さ方向の状態の変化（沈下の有無）等を知らせることができる。
また、杭状態検出システム１０Ａは、杭３に傾斜センサ等の状態検出用センサ１１及びＩＣタグ１２のセットを設置するので、光ファイバを杭内に埋設する場合と比べて、設置時のバラツキを抑え、杭３の状態を好適に検出することができる。
【００３９】
＜第二の実施形態＞
続いて、本発明の第二の実施形態に係る杭状態検出システムについて、第一の実施形態に係る杭状態検出システムとの相違点を中心に説明する。
【００４０】
図５に示すように、本発明の第二の実施形態に係る杭状態検出システム１０Ｂは、移動部１４を備えておらず、複数（ここでは、３本）のリーダ１３と、複数のリーダ１３が所定間隔で取り付けられた棒状部材１８と、を備える。さらに、杭状態検出システム１０Ｂは、制御部１６Ａに代えてモータ制御部１６ａ及び深さ算出部１６ｂを有しない制御部１６Ｂを備える。
【００４１】
棒状部材１８は、モニタリング抗４に挿入可能なサイズであり、その上端には、フランジ部１８ａが形成されている。棒状部材１８がモニタリング抗４に挿入されると、フランジ部１８ａがモニタリング抗４の開口周りの地表面に載置され、１番上のリーダ１３、中央のリーダ１３及び１番下のリーダ１３は、深さ方向に１ｍの間隔を空けて配列される。
【００４２】
また、棒状部材１８は、杭３よりも長く、１番下のリーダ１３は、棒状部材１８の先端に設けられている。これは、同じ深さ位置であったＩＣタグ１２及びリーダ１３が、地震等によって杭３が折れた場合に同じ深さ位置ではなくなることが予想されるためであり、かかる杭状態検出システム１０Ｂでは、棒状部材１８をモニタリング抗４から引き抜きながら各リーダ１３の深さ位置を確認しつつ、各リーダ１３がＩＣタグ１２からのＩＤ等を読み取る。
【００４３】
また、棒状部材１８は、可撓性を有する円筒管から形成されている。これは、地震等によってモニタリング抗４に歪みが生じた場合であっても、当該棒状部材１８を好適に引き抜くことができるようにするためである。
【００４４】
リーダ１３には、モニタリング抗４内に設置された際の自身の深さ位置が予め記憶されており、各リーダ１３は、スター型方式で制御部１６Ｂと通信可能に接続されており、ＩＣタグ１２によって出力された検出結果と、自身の深さ位置と、を制御部１６Ｂへ出力する。
【００４５】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜設計変更可能である。例えば、リーダ１３が最も近いＩＣタグ１２からの電波のみを受信することができるようにＩＣタグ１２の電波強度又は杭３とモニタリング抗４との距離を設定してもよい。また、変形例として、第一の実施形態における状態検出用センサ１１を省略した場合には、杭３の深さ方向の変形のみを作業者に対して知らせることができる。
【符号の説明】
【００４６】
３      杭
４      モニタリング抗
１０Ａ，１０Ｂ  杭状態検出システム
１１    状態検出用センサ
１２    ＩＣタグ
１３    リーダ
１４    移動部
１６Ａ，１６Ｂ  制御部
１６ｂ  深さ算出部（深さ検出部）
１６ｃ  データ処理部
【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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