(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
橋脚に近接し同橋脚周囲の河床土に下端部を埋設した検知本体と、同検知本体の長さ方向に互いに間隔を保って、かつ、前記河床土中に埋設される位置に配設されたセンサホルダと、周囲に水密音響絶縁体を介して前記センサホルダに支持された感応板と、同感応板の内側にそれぞれ取付けたＡＥセンサを有することを特徴とする橋脚洗掘監視装置。
【請求項２】
前記センサホルダをその前面が前記検知本体の外面より後退された状態にして同検知本体に取付けてなることを特徴とする請求項１に記載の橋脚洗掘監視装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は橋脚周囲における河床洗掘現象を監視する橋脚洗掘監視装置に関し、水の濁りや水中の浮遊物等に影響を受けずに橋脚周囲における河床土の洗掘状態を正確に監視できるようにしたものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から鉄橋等の安全性確認の必要性から橋脚周囲における河床土の洗掘を、光学、超音波等を利用して検知するセンシング方式が試みられているが、センシング機器が土中及び濁水流中で使用されるものであり、このような厳しい使用条件により安全性の確認を確実に監視できる装置は未だ開発、実用化されていないのが実情である。
【０００３】
従来、橋脚１まわりの河床土４の洗掘状態を、発信器から光又は超音波を発信し、発信器でその反射波を受信し、河床土までの距離を算出して河床土の洗掘状態を監視しようとの試みもなされたがこのような方式は、次の理由で実用化されなかった。
【０００４】
１）河床土の洗掘は主に河川の増水時、流速が速くなったことで発生する。この場合、河水は濁流となり、又、上流からの浮遊物も多量であり、光や超音波はこれらの異物から反射して河床土まで到達しなく検知不能である。
【０００５】
２）光や超音波が仮に河床土まで到達したとしても、洗掘される河床土の表層はスラリ状であって境界が明確でなく、従って、光や超音波の反射率も低い。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
一方、橋脚洗掘監視装置は、河川増水時の河床土の状態を早期に検知して、橋脚の安全性を確認することにある。従って増水、増速流、濁水流時にも確実に監視できることが望まれる。
【０００７】
また、誤検知による不正確な判断で橋梁の使用停止（交通遮断）となった場合には、社会的、経済的に大きな被害が発生するため、その判定は迅速、確実でなければならない。
【０００８】
そこで本発明は、河川の濁流や浮遊物があっても、それらに影響されずに、橋脚周囲の河床土の洗掘状態を正確に、かつ定量的に検知でき、構造が簡単で保守が容易な高信頼性を有する橋脚洗掘監視装置を提供することを課題としている。
【０００９】
また、本発明は、橋脚周囲の振動や水分による影響を受けないように設置したセンサによって、橋脚周囲の河床土の洗掘を正確に、かつ、確実に検知可能な橋脚洗掘監視装置を提供することを課題としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記課題を解決するため、橋脚に近接し同橋脚周囲の河床土に下端部を埋設した検知本体と、同検知本体の長さ方向に互いに間隔を保って、かつ、前記河床土中に埋設される位置に配設されたセンサホルダと、周囲に水密音響絶縁体を介して前記センサホルダに支持された感応板と、同感応板の内側にそれぞれ取付けたＡＥセンサを有する橋脚洗掘監視装置を提供する。
【００１１】
本発明のこの橋脚洗掘監視装置では、橋脚周囲の河床土へ下端部を埋設した検知本体に、長さ方向に互いに間隔を保ってＡＥセンサを配置し、そのＡＥセンサが露出されると水流中の土砂や石等の固形物との摩擦で発生する超音波を検知することによって橋脚周囲の河床土の洗掘状態を検知するのである。
【００１２】
本発明による橋脚洗掘監視装置では、検知本体にセンサホルダを取付け、そのセンサホルダに対し、周囲に水密音響絶縁体を介して感応板を支持させ、その感応板の内側にＡＥセンサを取付けてある。
【００１３】
このように、ＡＥセンサは、水密状態で、かつ、音響を絶縁して支持された感応板に取付けられているので、河水中にあって周囲の振動に影響を受けず、感応板が受ける超音波を確実にＡＥセンサに伝えることができる。本発明の橋脚洗掘監視装置によれば、前記した構成により、構造簡単でありながら、橋脚周囲の河床土の洗掘状態を正確に検知することができる。
【００１４】
本発明の橋脚洗掘監視装置において検知本体に取付けられるセンサホルダの前面を、検知ホルダの外面より後退された状態にしてセンサホルダを検知本体に取付けた構成にすると、検知本体を河床土中に埋設するときなどにセンサホルダが衝撃を受けたりしてセンサ部に悪影響を及ぼすのを防ぐことができるので好ましい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面に基づいて具体的に説明する。図１は本発明の実施の一形態に係る橋脚洗掘監視装置の橋脚への設置状態を示す図面である。図において、橋桁１は橋脚２に支持されており、橋脚２は岩盤５上に設置され、周囲は河床土４で支持されている。河床土４の上面には河水３が流れている。
【００１６】
１０は検知本体であり、例えば金属製のパイプからなり、橋脚２に近接して上下方向に設置され、その下端は河床土４内に埋設し、固定されている。この検知本体１０の内部には後述するように超音波を受信するＡＥ（Acoustic Emission ）センサが長手方向に間隔を保って複数個取付けられており、その上端は河水３上に位置している。１１は信号処理部であり、橋桁１の下面に取付けられている。１２は信号ケーブルであり、この信号ケーブル１２は検知本体１０内部のＡＥセンサと信号処理部１１間を接続し、信号を伝達するものである。
【００１７】
図２は上記検知本体１０の構造を示す拡大断面図である。なお検知本体１０の形状はパイプ状でなく角状であっても良いものである。１３は感応部であり、例えば円形状をしており、その周囲には水密音響絶縁体１４で検知本体１０から音響的に絶縁されて、かつ、水密に取付けられている。この水密音響絶縁体１４は、例えばゴム系のＯリング等が用いられる。
【００１８】
１５はＡＥセンサであり、感応部１３に取付けられ、感応部１３での河水の流れによる摩擦音や振動による超音波を検出するものである。感応部１３とＡＥセンサ１５は、所定の間隔ｄを保って水密音響絶縁体１４を介して検知本体１０の長手方向に複数個取付けられており、それぞれ信号ケーブル１２で信号処理部１１へ接続されている。
【００１９】
感応部１３は図２に略式で表示してあるが、検知本体１０に取付けられた感応部１３の具体的構造は、図３の断面図で示すとおりである。図３において、検知本体１０には、管外壁を貫いて所定の大きさの穴が形成され、その穴内に中空のセンサホルダ１６がねじ込まれて取付けられている。センサホルダ１６と検知本体１０の穴の間にはシール材２５が充填され検知本体１０の内部の水密を維持するようにしている。
【００２０】
センサホルダ１６の中空内には感応板１７が嵌め込まれており、センサホルダ１６と感応板１７の間には３個のＯリング１８，１９，２０が嵌入されていて、これらのＯリング１８，１９，２０は、本発明にいう水密音響絶縁体を構成していて、感応板１７にセンサホルダ１６側から音響が伝わらないようにするとともにセンサホルダ１６と感応板１７の間の水密を保っている。
【００２１】
センサホルダ１６の内面と感応板１７の外面には図に示すように段部が形成され、各Ｏリングはそれらの段部に保持されている。感応板１７の内側は、押えスリーブ２１を介してセンサホルダ１６にねじ込まれたスリーブ押え２２によって押されている。感応板１７の内側にＡＥセンサ１５が取付けられ感応板１７に伝わる超音波を感知する。なお、図３において２３はセンサホルダ１６の取付穴であり、２４はスリーブ押え２２を取付けるときに使う治具穴である。
【００２２】
感応板１７の前面は、検知本体１０及びセンサホルダ１６の前面より僅か後退された状態で保持されていて、検知本体１０を河床土中に埋めるときに感応板１７に無理な力が働かないようにしてある。本実施形態による橋脚洗掘監視装置は以上の構成を有しており、これによる河床土の洗掘状態の検知機能を図２によって説明する。
【００２３】
図２において検知本体１０は岩盤５に固設されると共に河床土４に下部が埋設しており、ＡＥセンサ１５は上部に＜Ａ＞、下部に＜Ｂ＞がそれぞれ取付けられている。河床土４は洗掘の状態によりその表面が変化するが、図ではその変化の状態を（４）−Ａ，（４）−Ｂ，（４）−Ｃで３段階で表しており、（４）−Ａが洗掘が発生してない時の正常な河床土のレベル、（４）−Ｂは洗掘が始まったレベル、（４）−Ｃが洗掘が進行して危険レベルの状態をそれぞれ示している。
【００２４】
上記の状態をＡＥセンサ１５との関係で説明すると、河床土が（４）−Ａの状態では、ＡＥセンサ１５は２個共河床土内に完全に埋設しており、（４）−Ｂの状態では上部のＡＥセンサ＜Ａ＞１５が河床土から露出して河水に接する状態であり、下部のＡＥセンサ＜Ｂ＞１５は依然として完全に埋設されている。（４）−Ｃの状態になると、上部のＡＥセンサ＜Ａ＞１５は完全に河床土から露出して河水に完全に接し、下部のＡＥセンサ＜Ｂ＞１５も露出の状態にある。
【００２５】
図５は上記に説明した図２に示す河床土の（４）−Ａ，（４）−Ｂ，（４）−Ｃの各レベルでのＡＥセンサ１５の検知信号図であり、（ａ）では河床土が（４）−Ａの状態の時のＡＥセンサ１５の信号で、ＡＥセンサ１５は＜Ａ＞，＜Ｂ＞共に河床土中に埋設しているのでＡＥセンサ１５は＜Ａ＞，＜Ｂ＞共超音波信号を検知していない。
【００２６】
（ｂ）では河床土が（４）−Ｂの状態であり、上部のＡＥセンサ＜Ａ＞１５は感応部１３を介して河水の流れによる摩擦で発生する超音波を検知し始めるが、下部のＡＥセンサ＜Ｂ＞１５は依然として河床土中にあるので超音波信号は検出していない。
【００２７】
（ｃ）では河床土が（４）−Ｃの状態であり、上部ＡＥセンサ＜Ａ＞１５は、下部ＡＥセンサ＜Ｂ＞１５共に感応部１３を介して河水の流れによる摩擦によって生ずる超音波を検出している。これらの（ａ），（ｂ），（ｃ）図に示した各ＡＥセンサ１５の超音波信号の検出状態により河床土の洗掘によるレベルが検出できるので、信号処理部１１において洗掘状態の判定を行うことができる。
【００２８】
次に、上記構成の橋脚洗掘監視装置の作用を更に詳しく説明する。まず、検知本体１０にはＡＥセンサ１５が長さ方向に所定の距離ｄで配置されており、ＡＥセンサ１５が取付けられた感応板１７は検知本体１０の管壁とは水密音響絶縁体１４で音響的に絶縁されており、このような検知本体１０を図１に示すように河床に打ち込む。
【００２９】
ＡＥセンサ１５は河床土の洗掘の状況に応じて図２、図５で説明したように感応板１７と水流中の固形物（土砂、石等）との摩擦で発生する超音波を検知する。土中内のＡＥセンサ１５は、図５に示す（４）−Ａや（４）−Ｂのセンサ＜Ｂ＞のように摩擦作用が無い状態のため超音波の発生がなく、出力信号は「０」であり、洗掘が始まれば土中のＡＥセンサ１５は徐々に水流にさらされ、このためＡＥセンサ１５は、図５の（４）−Ｂや（４）−Ｃに示すように水流中の土砂（いわゆる濁水）による摩擦作用により超音波を発生するようになる。
【００３０】
発生信号のレベルは濁水濃度（土砂量が多量）が高く、流速が速い程高出力となる。この発生音響信号は当初土中にあったＡＥセンサ１５が水流にさらされたことを意味し、洗掘開始と判断される。従って、検知本体１０を設置する場合、ＡＥセンサ１５の位置と土中深さをあらかじめ規定しておくことにより、ＡＥセンサ１５の感応信号の発生状態とそのセンサ位置から洗掘の有無と洗掘の深さが判定できる。
【００３１】
上記のようにＡＥセンサ＜Ａ＞１５とＡＥセンサ＜Ｂ＞１５からの検出信号は、電気信号に変換され、信号ケーブル１２により信号処理部１１に導かれ、信号処理部１１では洗掘状態を判定する。判定は図５に示すようにＡＥセンサ１５からの検出信号が図５（ａ）の状態であれば「安全」、図５（ｂ）の状態であれば「警報」、図５（ｃ）の状態であれば「危険警報」と判定し、適宜表示する。
【００３２】
次に、図４は、他の実施形態における感応部の構成を示す図３と同様の断面図である。本実施形態は、センサホルダ１６と感応板１７との間に２個のＯリング１９，２０を配設してある点を除き、他は図１のものと実質同一である。これは構造をより簡単にしてあるが、橋脚の洗掘状態監視作用は前記したと同様に行うことができる。
【００３３】
以上説明した実施形態によれば、河水が濁流であったり、浮遊物が多量に存在する状態においても、これらの悪条件にかかわりなく、ＡＥセンサ１５を複数個組み込んだ検知本体１０を用いることにより、河床土４の洗掘状態が高感度で正確に監視でき、洗掘発生時には警報を出すことができるものである。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明による橋脚洗掘監視装置は、橋脚に近接し同橋脚周囲の河床土に下端部を埋設した検知本体と、同検知本体の長さ方向に互いに間隔を保って、かつ、前記河床土中に埋設される位置に配設されたセンサホルダと、周囲に水密音響絶縁体を介して前記センサホルダに支持された感応板と、同感応板の内側にそれぞれ取付けたＡＥセンサを有している。
【００３５】
本発明のこの装置によれば、ＡＥセンサを取付けた感応板は水密音響絶縁体を介してセンサホルダに支持されていて、橋脚周囲の河床土中に下端部を埋設しても周囲の音響に影響されずに、内部の水密を保持した状態で橋脚洗掘を確実に検知できる。しかも、本発明による装置は、基本的には検知本体、センサホルダ、感応板、及びＡＥセンサ等から構成された簡単な構成で保守性も良く、かつ安価である。
【００３６】
また、本発明による橋脚洗掘監視装置においてセンサホルダの前面が前記検知本体の外面より後退された状態にして検知本体に取付けた構成としたものでは、検知本体を河床土に埋設するときに感応部を損傷しない利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態による橋脚洗掘監視装置の構成を示す断面図。
【図２】図１の装置で用いられている検知本体の構造を示す断面図。
【図３】図２における感応部の構造を拡大して示す断面図。
【図４】感応部の他の実施形態を示す図３と同様の断面図。
【図５】図１の橋脚洗掘監視装置による洗掘の検知態様を説明するための検知信号図。
【符号の説明】
１    橋桁
２    橋脚
３    河水
４    河床土
５    岩盤
１０  検知本体
１１  信号処理部
１２  信号ケーブル
１３  感応部
１４  水密音響絶縁体
１５  ＡＥセンサ
１６  センサホルダ
１７  感応板
１８  Ｏリング
１９    〃
２０    〃
２１  押えスリーブ
２２  スリーブ押え
２３  取付穴
２４  治具穴
２５  シール材
【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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