(57)【要約】【課題】本発明は、探査孔を掘削することなく磁気探査を行うことができ、作業効率を向上させることができる磁気探査に用いる貫入具および磁気探査方法を提供することを課題とする。【解決手段】測定対象の基礎杭４の近傍に貫入先端ロッド１および継ぎロッド３を鉛直に圧入していく。貫入先端ロッド１および継ぎロッド３の外周に設けられた目盛り２を検出するための目盛り検出センサ５を設置し、貫入先端ロッド１および継ぎロッド３の圧入に並行して、目盛り検出センサ５による目盛り検出タイミングで、貫入先端ロッド１の中空部分に固定された３次元磁気センサ１０によって、ｘ軸方向、ｙ軸方向、ｚ軸方向の磁界の強さをそれぞれ測定する。【選択図】        図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼材を含む地中構造物および埋設物の近傍の磁気探査を行って、前記地中構造物および埋設物の先端位置を非接触で検出する磁気探査に用いる貫入具であって、
非磁性体で構成され、突状の先端部が形成された筒状体である貫入先端ロッドと、
該貫入先端ロッドの中空部に固定され、互いに直交するｘ軸、ｙ軸およびｚ軸の磁気量を測定可能な３次元磁気センサとからなることを特徴とする磁気探査に用いる貫入具。
【請求項２】
前記３次元磁気センサは、ｚ軸が前記貫入先端ロッドの軸方向と一致するように固定されていることを特徴とする請求項１記載の磁気探査に用いる貫入具。
【請求項３】
請求項１又は２記載の磁気探査に用いる貫入具を用いて磁気探査を行う磁気探査方法であって、
前記貫入先端ロッドの圧入と並行して磁気量を測定することを特徴とする磁気探査方法。
【請求項４】
前記貫入先端ロッドに継ぎロッドを継ぎ足しながら前記貫入先端ロッドを圧入することを特徴とする請求項３記載の磁気探査方法。
【請求項５】
前記貫入先端ロッドおよび前記継ぎロッドの圧入量を検出することによって前記３次元磁気センサの深さを測定することを特徴とする請求項４記載の磁気探査方法。
【請求項６】
前記３次元磁気センサによってｚ軸方向の複数の箇所でそれぞれｘ軸方向の磁気量ＢＸ、ｙ軸方向の磁気量ＢＹおよびｚ軸方向の磁気量ＢＺを測定し、
前記磁気量ＢＸと前記磁気量ＢＹとから前記地中構造物および埋設物に対して垂直な面上の磁気量ＢＨを算出し、
当該磁気量ＢＨと前記磁気量ＢＺとから予め測定しておいた地磁気をそれぞれ除去して地磁気を除去した前記地中構造物および埋設物に対して垂直な面上の磁気量Ｂｈと地磁気を除去したｚ軸方向の磁気量Ｂｚとをそれぞれ算出し、
前記磁気量Ｂｈと前記磁気量Ｂｚとに基づく形状解析結果を前記ｚ軸方向の複数の箇所毎に出力することを特徴とする請求項３乃至５のいずれかに記載の磁気探査方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気探査に用いる貫入具および磁気探査方法に関し、特に基礎杭の先端位置を検出する磁気探査に用いる貫入具および磁気探査方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
施行年度の古い構造物の耐震性判定のためや、老朽化した構造物の更新のためには、基礎杭の杭長を確認しておく必要があるが、図面等が存在しない場合には、基礎杭の杭長を調査しなければならない。
【０００３】
従来、基礎杭の杭長を調査するには、両コイル型磁気傾度計を用いた磁気探査方法が行われている。磁気探査方法は、基礎杭の残留磁気や地球磁場による感応磁気を測定することによって杭長を特定するもので、ロータリーボーリング等によって測定対象の基礎杭の近傍に探査孔を掘削し、当該探査孔に両コイル型磁気傾度計を挿入して一定速度で移動させることによって磁気傾度、すなわち磁場の強さの変化率を測定し、杭長を特定する（例えば、非特許文献１参照）。
【０００４】
【非特許文献１】
「磁気探査を用いた橋梁基礎の形状調査法マニュアル」建設省土木研究所、平成１１年３月
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の磁気探査方法では、ロータリーボーリング等によって所定深さの探査孔を掘削する必要があり、大掛かりな機械を必要とすると共に、磁気探査後に探査孔を埋め戻す必要があるため、作業が煩雑になってしまうという問題点があった。また、砂礫層等の緩い地層に探査孔を掘削する場合には、孔壁の崩落を防ぐために非磁性ガイド管を随時挿入する必要があり、作業効率が低下してしまうという問題点があった。
【０００６】
本発明は斯かる問題点を鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、探査孔を掘削することなく磁気探査を行うことができ、作業効率を向上させることができる磁気探査に用いる貫入具および磁気探査方法を提供する点にある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決すべく、以下に掲げる構成とした。
請求項１記載の発明の要旨は、鋼材を含む地中構造物および埋設物の近傍の磁気探査を行って、前記地中構造物および埋設物の先端位置を非接触で検出する磁気探査に用いる貫入具であって、非磁性体で構成され、突状の先端部が形成された筒状体である貫入先端ロッドと、該貫入先端ロッドの中空部に固定され、互いに直交するｘ軸、ｙ軸およびｚ軸の磁気量を測定可能な３次元磁気センサとからなることを特徴とする磁気探査に用いる貫入具に存する。
また請求項２記載の発明の要旨は、前記３次元磁気センサは、ｚ軸が前記貫入先端ロッドの軸方向と一致するように固定されていることを特徴とする請求項１記載の磁気探査に用いる貫入具に存する。
また請求項３記載の発明の要旨は、請求項１又は２記載の磁気探査に用いる貫入具を用いて磁気探査を行う磁気探査方法であって、前記貫入先端ロッドの圧入と並行して磁気量を測定することを特徴とする磁気探査方法に存する。
また請求項４記載の発明の要旨は、前記貫入先端ロッドに継ぎロッドを継ぎ足しながら前記貫入先端ロッドを圧入することを特徴とする請求項３記載の磁気探査方法に存する。
また請求項５記載の発明の要旨は、前記貫入先端ロッドおよび前記継ぎロッドの圧入量を検出することによって前記３次元磁気センサの深さを測定することを特徴とする請求項４記載の磁気探査方法に存する。
また請求項６記載の発明の要旨は、前記３次元磁気センサによってｚ軸方向の複数の箇所でそれぞれｘ軸方向の磁気量ＢＸ、ｙ軸方向の磁気量ＢＹおよびｚ軸方向の磁気量ＢＺを測定し、前記磁気量ＢＸと前記磁気量ＢＹとから前記地中構造物および埋設物に対して垂直な面上の磁気量ＢＨを算出し、当該磁気量ＢＨと前記磁気量ＢＺとから予め測定しておいた地磁気をそれぞれ除去して地磁気を除去した前記地中構造物および埋設物に対して垂直な面上の磁気量Ｂｈと地磁気を除去したｚ軸方向の磁気量Ｂｚとをそれぞれ算出し、前記磁気量Ｂｈと前記磁気量Ｂｚとに基づく形状解析結果を前記ｚ軸方向の複数の箇所毎に出力することを特徴とする請求項３乃至５のいずれかに記載の磁気探査方法に存する。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【０００９】
図１は、本発明に係る磁気探査に用いる貫入具の実施の形態の貫入先端ロッドの構成を示す図であり、図２は、本発明に係る磁気探査に用いる貫入具の実施の形態の継ぎロッドの構成を示す図であり、図３は、本発明に係る磁気探査方法の実施の形態で使用する機器構成を示す図であり、図４は、図３に示す形状解析装置の構成を示すブロック図であり、図５は、図３に示す水平磁界算出部における水平磁界の算出方法を説明するための図であり、図６は、図３に示す探査結果算出部において算出された探査結果を説明するための図である。
【００１０】
本実施の形態では、探査孔を掘削する替わりに、図１に示す貫入先端ロッド１と、図２に示す継ぎロッド３とからなる貫入具を測定対象の基礎杭４の近傍に圧入させることによって磁気探査を行う。なお、測定対象の基礎杭４としては、杭（鋼杭，場所打ち杭）の他、ケーソン（鋼製，鉄筋コンクリート製）、井筒（鉄筋コンクリート製）が考えられる。
【００１１】
貫入先端ロッド１は、図１を参照すると、ステンレス鋼製、アルミ合金製等の非磁性体で構成され、突状の先端部が形成されている筒状体であり、後端部には、継ぎロッド３を継ぎ足すための雌ネジ１１が形成されている。また、外周には、目盛り２が軸方向に等間隔に設けられている。なお、本実施の形態で使用する貫入先端ロッド１の先端角は、６０°とし、底面積は、１０ｃｍ２程度とする。
【００１２】
貫入先端ロッド１の中空部分には、互いに直交する向き（ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸）の磁界の強さを測定可能な３次元磁気センサ１０が、ｚ軸が貫入先端ロッド１の軸方向と一致するように固定されている。３次元磁気センサ１０は、例えば互いに直交する向きに配置された３つのホール素子からなるもので、静止状態で互いに直交する向きの磁界の強さを測定することが可能な構成となっている。なお、ホール素子の替わりにフラックスゲート型センサやＳＱＵＩＤ型センサ等を用いることもできる。
【００１３】
継ぎロッド３は、図２を参照すると、ステンレス鋼製、アルミ合金製等の非磁性体で構成された筒状体であり、先端部には、貫入先端ロッド１および前段の継ぎロッド３の後端部と螺合する雄ネジ３１が形成されており、後端部には、継ぎロッド３を継ぎ足すための雌ネジ１１が形成されている。また、外周には、目盛り２が軸方向に等間隔に設けられている。
【００１４】
磁気探査に際して、図３に示すように、測定対象の基礎杭４の近傍に貫入先端ロッド１および継ぎロッド３を鉛直に圧入していく。なお、貫入先端ロッド１の圧入には、パイプ（細径鋼管等）を貫入する既存の圧入機を使用することができる。また、貫入先端ロッド１に設けられた３次元磁気センサ１０からの出力ケーブルは、継ぎロッド３を貫通させる必要があるため、コネクタ等で一端切り離すことができるようになっている。なお、出力ケーブルとしてシールドケーブルを使用する場合には、継ぎロッド３は、一般の鋼製材料で構成するようにしても良い。
【００１５】
貫入先端ロッド１および継ぎロッド３の外周に設けられた目盛り２を検出するための目盛り検出センサ５を設置し、貫入先端ロッド１および継ぎロッド３の圧入に並行して、目盛り検出センサ５による目盛り検出タイミングでｘ軸方向、ｙ軸方向、ｚ軸方向の磁界の強さをそれぞれ測定していく。すなわち、３次元磁気センサ１０からの出力は、増幅器６で増幅され、目盛り検出センサ５による目盛り検出タイミングでデータ収集器７に入力される。従って、データ収集器７には、深さ（目盛り２）毎のｘ軸方向、ｙ軸方向およびｚ軸方向の磁界の強さが探査データとして収集されることになる。
【００１６】
形状解析装置８は、図４を参照すると、データ収集器７からの探査データが入力される探査データ入力部８１と、予め測定しておいた地磁気データが記憶される地磁気記憶部８２と、地磁気記憶部８２に記憶されている地磁気データに基づいて探査データから地磁気を除去する地磁気除去部８３と、水平磁界算出部８４と、探査結果算出部８５と、データ出力部８６とからなる。
【００１７】
探査データ入力部８１には、データ収集器７から探査データとして深さ毎のｘ軸方向の磁界の強さＢＸと、ｙ軸方向の磁界の強さＢＹと、ｚ軸方向の磁界の強さＢＺとが入力される。
【００１８】
地磁気記憶部８２に記憶される地磁気は、周囲の磁性体から十分離れた位置に３次元磁気センサ１０を置き、ｚ軸が鉛直方向になるように調整し、ｘ軸方向、ｙ軸方向、ｚ軸方向の３方向成分の磁界の強さ（μＴ）をそれぞれ測定し、当該測定結果をそれぞれ地磁気Ｂｘ０、Ｂｙ０、Ｂｚ０として記憶させておく。
【００１９】
水平磁界算出部８４は、以下に示す式によって水平成分の磁界の強さＢＨを算出する。すなわち、図５に示すように、３次元磁気センサ１０が回転してｘ軸およびｙ軸が変化しても、ｘ軸方向の磁界の強さＢＸと、ｙ軸方向の磁界の強さＢＹとから正確な水平成分の磁界の強さＢＨを算出する。
【００２０】
2004301735.tif 000003
【００２１】
地磁気除去部８３は、以下に示す式によって水平成分の地磁気Ｂｈ０を算出し、地磁気を除去した水平成分の磁界の強さＢｈ＝ＢＨ−Ｂｈ０と、地磁気を除去した鉛直方向の磁界の強さＢｚ＝ＢＺ−Ｂｚ０を算出する。
【００２２】
2004301735.tif 000004
【００２３】
探査結果算出部８５は、地磁気を除去した水平成分の磁界の強さＢｈと、地磁気を除去した鉛直方向の磁界の強さＢｚとからｔａｎθ＝Ｂｈ／Ｂｚを算出する。
このようにして深さ毎のｔａｎθ＝Ｂｈ／Ｂｚを算出してプリンタ等のデータ出力部８６にグラフや表として出力する。
【００２４】
基礎杭４を磁石としてみなすと、基礎杭４からは、図６に示すような磁力線がでていることになり、ｔａｎθ＝Ｂｈ／Ｂｚを算出して水平成分の磁界の強さＢｈと鉛直方向の磁界の強さＢｚとの比として捉えることにより、磁力線の角度の変化を検出できるため、データ出力部８６から出力されるグラフや表には、基礎杭４の先端位置を中心とした明らかな変動が確認でき、基礎杭４の杭長を検出することが可能になる。
【００２５】
また、鉛直方向の磁界の強さＢｚのみでは、基礎杭４と３次元磁気センサ１０との離隔が大きいときに誤差が大きくなるが、水平成分の磁界の強さＢｈ、鉛直方向の磁界の強さＢｚとも同じレベルで磁気量が低下するため、ｔａｎθ＝Ｂｈ／Ｂｚとすれば、磁気量が小さくても精度が良く基礎杭４の先端位置を検出することが可能になる。さらに、ｔａｎθ＝Ｂｈ／Ｂｚとすることで、θ＝０で正負が入れ替わり、検出の信頼性が向上する。
【００２６】
以上説明したように、本実施の形態によれば、貫入先端ロッド１および継ぎロッド３を圧入するだけで、貫入先端ロッド１に設けた３次元磁気センサ１０によって磁界の強さを測定できるため、探査孔を掘削することなく磁気探査を行うことができ、作業効率を向上させることができるという効果を奏する。
【００２７】
さらに、本実施の形態によれば、３次元磁気センサ１０によってｚ軸方向の磁界の強さを鉛直方向の磁界の強さとして、ｘ軸方向およびｙ軸方向の磁界の強さを水平成分の磁界の強さとしてそれぞれ測定し、鉛直方向の磁界の強さと水平成分の磁界の強さとから基礎杭４の先端位置を検出することにより、貫入先端ロッド１および継ぎロッド３が回転しても水平成分の磁界の強さを正確に測定でき、精度が良く基礎杭４の先端位置を検出することが可能になるという効果を奏する。
【００２８】
さらに、本実施の形態によれば、貫入先端ロッド１および継ぎロッド３の外周に目盛り２を軸方向に等間隔に設け、目盛り２の検出タイミングで磁界の強さを測定するように構成することにより、作業者が目視により検出タイミングを決定する必要がないため、作業効率が向上するという効果を奏する。
【００２９】
なお、本実施の形態では、貫入先端ロッド１および継ぎロッド３の外周に設けた目盛り２によって深さを検知するように構成しているが、巻き取り式変位計（継ぎロッド３の長さを１ｍとした場合、１ｍ計測用の変位計）を押し込み（圧入）機械本体に設置し、ロッドの押し込み（圧入）量を電気的に検出することによって深さを検知するように構成しても良い。この場合には、継ぎロッド３の継ぎ足し工程で毎回、変位計の目盛り変えを併せて実施する。
【００３０】
なお、本発明が上記各実施の形態に限定されず、本発明の技術思想の範囲内において、各実施の形態は適宜変更され得ることは明らかである。また、上記構成部材の数、位置、形状等は上記実施の形態に限定されず、本発明を実施する上で好適な数、位置、形状等にすることができる。なお、各図において、同一構成要素には同一符号を付している。
【００３１】
【発明の効果】
本発明の磁気探査に用いる貫入具および磁気探査方法は、貫入先端ロッドおよび継ぎロッドを圧入するだけで、貫入先端ロッドに設けた３次元磁気センサによって磁界の強さを測定できるため、探査孔を掘削することなく磁気探査を行うことができ、作業効率を向上させることができるという効果を奏する。
【００３２】
さらに、本発明の磁気探査に用いる貫入具および磁気探査方法は、３次元磁気センサによってｚ軸方向の磁界の強さを鉛直方向の磁界の強さとして、ｘ軸方向およびｙ軸方向の磁界の強さを水平成分の磁界の強さとしてそれぞれ測定し、鉛直方向の磁界の強さと水平成分の磁界の強さとから基礎杭の先端位置を検出することにより、貫入先端ロッドおよび継ぎロッドが回転しても水平成分の磁界の強さを正確に測定でき、精度が良く基礎杭の先端位置を検出することが可能になるという効果を奏する。
【００３３】
さらに、本発明の磁気探査に用いる貫入具および磁気探査方法は、貫入先端ロッドおよび継ぎロッドの外周に目盛りを軸方向に等間隔に設け、目盛りの検出タイミングで磁界の強さを測定するように構成することにより、作業者が目視により検出タイミングを決定する必要がないため、作業効率が向上するという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る磁気探査に用いる貫入具の実施の形態の貫入先端ロッドの構成を示す図である。
【図２】本発明に係る磁気探査に用いる貫入具の実施の形態の継ぎロッドの構成を示す図である。
【図３】本発明に係る磁気探査方法の実施の形態で使用する機器構成を示す図である。
【図４】図３に示す形状解析装置の構成を示すブロック図である。
【図５】図３に示す水平磁界算出部における水平磁界の算出方法を説明するための図である。
【図６】図３に示す探査結果算出部において算出された探査結果を説明するための図である。
【符号の説明】
１  貫入先端ロッド
２  目盛り
３  継ぎロッド
４  基礎杭
５  目盛り検出センサ
６  増幅器
７  データ収集器
８  形状解析装置
１０  ３次元磁気センサ
１１  雌ネジ
３１  雄ネジ
８１  探査データ入力部
８２  地磁気記憶部
８３  地磁気除去部
８４  水平磁界算出部
８５  探査結果算出部
８６  データ出力部
【図１】
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【図２】
2004301735.tif 000006
【図３】
2004301735.tif 000007
【図４】
2004301735.tif 000008
【図５】
2004301735.tif 000009
【図６】
2004301735.tif 000010