(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
導体のワイヤーを杭体の両端間に該杭体を構成するコンクリートで絶縁した状態で埋設し、前記ワイヤーを系外と電気接続するための接続部を前記杭体の一端に設けてある杭を、前記接続部を設けた側の端部を上にして地中に埋設し、前記ワイヤーに所定の入力電気信号を印加し、前記ワイヤーの先端位置または杭体に破損がある場合には破損位置より反射される反射信号と前記入力電気信号の和として観測される観測信号により、前記杭体の破損の有無を検知するとともに、杭体に破損がある場合には前記入力電気信号の周波数を徐々に高くして行き、破損位置までのワイヤーの長さに対応して前記入力電気信号と破損位置で反射される反射信号とが互い打ち消し合う周波数を求め、該周波数より杭体の破損位置を推定することを特徴とする地中杭の破損診断方法。
【請求項２】
前記ワイヤーの先端を前記杭体の前記接続部と反対側の端部に設けた金具に接続してある請求項１記載の地中杭の破損診断方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願発明は、地盤中に埋設した状態で破損の有無および破損位置を検知可能な地中杭の破損診断方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
既成コンクリート杭等の地中杭が地震等により地盤中で破損したとしても、地上からは目視できないため、その確認が難しい。
【０００３】
すなわち、例えば上部構造物を支持する地中杭について、破損が生じていないかどうか、また破損が生じている場合においてその破損位置を調べる必要が生じた場合、従来は図８に示すように地面を掘り返し、直接目視によって確認することしかできなかった。図中、１１は既成コンクリート杭、１２はフーチング、１３，１４が損傷部、１５が掘返し部を示す（ｈは掘返し深さ）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、既存の構造物の下を掘り返すというのは、実際にはその準備が大がかりとなり、工期も長く、コストが大となる。
【０００５】
また、長い杭の深い位置についての確認が困難である上、破損がないことが確認された場合には、掘り返し作業等が全て無駄になる。
【０００６】
本願発明は、このような問題点の解決を図ったものであり、地盤の掘り返しを必要としない経済的で効率の良い地中杭の破損診断方法を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本願請求項１に係る地中杭の破損診断方法では、導体のワイヤーを杭体の両端間に杭体を構成するコンクリートで絶縁した状態で埋設し、このワイヤーを系外と電気接続するための接続部を杭体の一端に設ける。
【０００８】
ワイヤーの先端は、非接地とする場合と接地とする場合の２ケースが考えられる。請求項２は接地（アース）状態とするため、ワイヤーの先端を杭体の前記接続部と反対側の端部に設けた金具に接続してある場合を限定したものである。
【０００９】
このような杭を用いた地中杭の破損診断方法として、杭体の前記接続部を設けた側の端部を上にして地中に埋設し、系外と電気接続したワイヤーに、ファンクションジェネレータ（以下、ＦＧと呼ぶ）等により所定の入力（電気）信号を印加し、オシロスコープ（以下、ＯＳＣと呼ぶ）等により入力信号と反射信号の和として観測される観測信号（電圧）から杭体の破損の有無を検知することができる。
【００１０】
杭体に破損がない場合には、入力信号はワイヤーの先端位置で反射され、ＯＳＣ等による観測信号において入力信号と反射信号が足し合わされて増幅するか（非接地の場合）または互いに打ち消し合う（接地の場合）ことが確認され、それによって杭体に破損がないことが分かる。
【００１１】
また、杭体に破損がある場合には、入力信号は破損位置で反射され、観測信号においてずれが確認され、それによって杭体に破損があることが分かる。
【００１２】
なお、先端が非接地の場合は反射位置までの距離分の位相遅れを有しかつ反転された波形の反射信号となるのに対し、先端が接地の場合には反転されずに反射位置までの距離分の位相遅れを有する波形の反射信号となる。
【００１３】
また、杭体に破損がある場合には、ワイヤーが杭体とともに断線したかしないかにかかわらず、その部分が実質的に接地状態となるため、破損位置までの位相遅れを伴った波形（反転なし）の反射信号が現れる。
【００１４】
本願発明は、杭体の破損の有無を検知するだけでなく、さらにその破損位置まで検知するようにしたものである。
【００１５】
すなわち、破損がない場合を想定して入力された入力信号において、ずれが確認された場合に、入力信号の周波数を徐々に高くして行くことにより、杭体に破損がある状態での破損位置までのワイヤーの長さに対応する周波数を求め、この周波数より杭体の破損位置を推定するものである。
【００１６】
杭体に破損がある場合には、破損位置から反射信号が発せられるため、往復で考えると杭体の先端から破損位置までの長さの２倍に対応して波長が短くなり、すなわち周波数が高くなり、電気信号の速度ｃと周波数との関係から破損位置が分かる（対応する波長の１／２から、例えばＦＧ−端子間の導線の長さを引いた長さが杭体の破損位置となる）。
【００１７】
ワイヤーは破損を検知する杭ごと少なくとも１本埋設し、必要に応じ複数本埋設する。
【００１８】
また、破損の有無の検知や破損位置の推定は、ＯＳＣ等を利用した目視に限らず、コンピュータによる解析や演算回路等を利用することも可能である。
【００１９】
ワイヤーの杭体への埋め込みは、既成杭の場合は工場製作時に現場打ちの場合のような面倒な作業なしで行うことができる。例えば、先端が接地の場合にはワイヤーの先端を端板等に接続しておいたり、また非接地の場合も何らかの留付け部材に接続しておくことで杭体内でのワイヤーのずれ等を容易になくすことができ、精度の高い製品が得られる。その他、もちろん現場打ちの杭にも適用可能である。
【００２０】
なお、本願発明において使用するワイヤーとしては、例えば銅線等が利用され、杭体の破損とともに断線する場合や杭体が破損しても断線しない場合が考えられる。通常の場合は、杭体が破損することでその部分に地下水等の浸透もあり接地状態となるため、杭体の破損とともにワイヤーが断線することは必ずしも要求されないが、積極的に断線させる方法としては、例えば焼結金属製のワイヤーや、セラミック内に細径の銅線を埋め込んだもの等を用いることも考えられる。
【００２１】
【実施の形態】
図１は本願発明の地中杭の破損診断方法の一実施形態における装置配置を概略的に示したものである。
【００２２】
図に示すように、既成コンクリート杭１等の杭体中に、銅線等の導体からなるワイヤー２を埋設しておく。
【００２３】
地中に埋設した状態におけるワイヤー２の上端側は杭頭付近に設けた端子３に接続してあり、先端２ａはコンクリート中に埋設したままの絶縁（非接地）状態とするか、あるいは杭先端の金属製の端板４に接続してアース（接地）状態とする２通りが考えられる。なお、端子３には、常時は防水用のキャップ等が取り付けてある。
【００２４】
地震等の要因で、杭１の破損の有無を調べる必要が生じたときには、端子３のキャップを取り外し、ＦＧ（関数発生器）５とＯＳＣ６を端子３に接続し、矩形波をワイヤー２に入力する。
【００２５】
（１）  ワイヤー２の先端が非接地の場合
図２はワイヤー２の先端を非接地とした場合において、地中杭１に破損がない場合のワイヤー２への入力（電気）信号、出力信号、観測信号の関係の一例を示したものである。
【００２６】
ＦＧ５から杭１先端部に埋め込まれているワイヤー２の先端までの距離（杭長あるいはワイヤー２の長さ＋端子３からＦＧ５までの導線の長さ）をＬとする。
【００２７】
１波長が２Ｌとなる入力信号を印可した場合、ワイヤー２先端での反射信号は、入力波形に対し距離Ｌに対応する位相遅れを有しかつ反転した波形となる。ＯＳＣ６で観測される波形はこれら入力波形と反射波形を足し合わせたものであり、杭体に破損がなければ入力信号に対し２倍の電圧の観測信号が観測される。
【００２８】
なお、仮にＦＧ５からワイヤー２の先端までを１０ｍ、ＦＧ５から端子３までを１ｍ、杭長９ｍと仮定すると、１波長＝２Ｌ＝２０ｍとなり、その場合の周波数は１５ＭＨｚとなる。
【００２９】
図３はワイヤー２の先端を非接地とした場合において、地中杭１に破損がある場合のワイヤー２への入力信号、出力信号、観測信号の関係の一例を示したものである。
【００３０】
この場合の位相遅れは、ＦＧ５から破損位置までの距離Ｌ’（＜Ｌ）に対応する位相遅れであり、また破損により破損位置でワイヤー２が接地状態となるため、反転のない反射波形となる。図の例はＬ’＝Ｌ／２としているが、一般的にはより複雑な波形となる。
【００３１】
ＯＳＣ６によって図３のような観測信号が観測されることにより、杭体に破損があることが分かる。
【００３２】
また、この場合、入力信号の波長を２Ｌから徐々に短くして行き（すなわち周波数を徐々に高くして行き）、入力信号の波長が２Ｌ’になると、図４に示すように入力信号と反射信号が互いに打ち消し合う周波数に達し、従ってＦＧ５から杭体の破損位置までの距離（導線の長さを含む）が分かる。
【００３３】
（２）  ワイヤー２の先端が接地の場合
図５はワイヤー２の先端を接地（先端２ａを端板４に接続）した場合において、地中杭１に破損がない場合のワイヤー２への入力（電気）信号、出力信号、観測信号の関係の一例を示したものである。
【００３４】
この場合、１波長が２Ｌとなる入力信号を印可すると、ワイヤー２先端での反射信号は、入力波形に対し反転せずに距離Ｌに対応する位相遅れを有する波形となる。ＯＳＣ６で観測される波形はこれら入力波形と反射波形を足し合わせたものであり、結果として入力信号と反射信号が互いに打ち消しあった観測信号が観測され、これによって破損のないことが確認される。
【００３５】
図６はワイヤー２の先端を接地とした場合において、地中杭１に破損がある場合のワイヤー２への入力信号、出力信号、観測信号の関係の一例を示したものである。
【００３６】
この場合は、図３の場合と全く同じ状況にあり、観測信号によって杭体に破損があることが分かる。また、(1) のワイヤー２の先端が非接地の場合と同様、入力信号の波長を２Ｌから徐々に短くして行き、入力信号の波長が２Ｌ’になると、図４に示すように入力信号と反射信号が互いに打ち消し合う周波数に達し、ＦＧ５から杭体の破損位置までの距離（導線の長さを含む）が分かる。
【００３７】
なお、杭１を多数管理する場合や、単数であっても杭頭に接近することが困難であると予想される場合には、図７に示すように、一度配線を地上のスイッチボックス７に集め、一括して測定を行うことも可能である。また、これらの測定はＯＳＣの目視に限らず、コンピュータや演算回路などの利用で自動的に行うこともできる。
【００３８】
【発明の効果】
▲１▼地中杭を掘り出すことなく、地上で随時、杭の破損の有無や破損位置を確認することができる。また、深い位置で杭が破損していたとしても容易に診断することができる。
【００３９】
▲２▼常時は杭頭の端子等の接続部への接続がなく、接続部位置まで掘り出す場合でも、その掘出し深さは浅く、大がかりな工事は不要である。
【００４０】
▲３▼製造から設置まで杭の健全性が確認できる。
【００４１】
▲４▼スイッチボックスを設ける等して、多数の杭を１箇所で集中して管理することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明の地中杭の破損診断方法の一実施形態における装置配置の概要図である。
【図２】ワイヤーの先端を非接地とした場合において、地中杭に破損がない場合のワイヤーへの入力信号、出力信号、観測信号の関係の一例を示したグラフである。
【図３】ワイヤーの先端を非接地とした場合において、地中杭に破損がある場合のワイヤーへの入力信号、出力信号、観測信号の関係の一例を示したグラフである。
【図４】地中杭に破損がある場合に入力信号の周波数を上げて行き、破損位置までのワイヤーの長さに対応する周波数を求めたときのワイヤーへの入力信号、出力信号、観測信号の関係の一例を示したグラフである。
【図５】ワイヤーの先端を接地とした場合において、地中杭に破損がない場合のワイヤーへの入力信号、出力信号、観測信号の関係の一例を示したグラフである。
【図６】ワイヤーの先端を接地とした場合において、地中杭に破損がある場合のワイヤーへの入力信号、出力信号、観測信号の関係の一例を示したグラフである。
【図７】多数本の杭を同時に管理する場合の配置例を示す鉛直断面図である。
【図８】従来の掘返しによる方法の説明図（鉛直断面図）である。
【符号の説明】
１…既成コンクリート杭、２…ワイヤー、３…端子、４…端板、５…ファンクションジョネレータ、６…オシロスコープ、７…スイッチボックス
【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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