JP6191231B2 - 杭の健全性の評価方法 - Google Patents

Description

本発明は、杭の健全性の評価方法に関する。

例えば、既存建物の建替えに際し、既存建物に使用されていた既存杭（施工済みの杭）を新築建物の杭として再利用することがある。このような場合、既存杭の健全性（ひび割れの有無など）を評価することが必要であるが、地中に埋設された杭を目視で直接確認することはできない。そこで、杭を掘り起こすことなく、且つ、非破壊で、健全性を評価する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。

この方法は、ハンマー等で杭の頭部（杭頭部）を打撃し、打撃に伴って発生した微小ひずみ弾性波の反射性状を杭頭部に設置した加速度計で計測し、波動理論解析により健全性について評価するものである。

特開２００６−３２２７３４号公報

上述したような方法において、反射波の波形からひび割れの有無を判断する作業は作業者が主観的に行っていた。しかしながら、ひび割れを示す波形と反射波に混在する波形（ひび割れとは無関係な波形）とを区別することは専門技術者以外には難しく、このため杭が健全であるか否かの判断を的確に行うことが困難であるという問題点があった。

本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、杭が健全であるか否かを簡易に判断することが可能な杭の健全性の評価方法を提供することにある。

かかる目的を達成するため、本発明発の杭の健全性の評価方法は、
杭の杭頭部を打撃して弾性波を発生させ、前記杭頭部に設置した加速度計により前記弾性波の反射性状を測定することによって前記杭が健全な状態であるか否かを評価する杭の健全性評価方法であって、
前記反射性状の測定結果から、前記杭頭部の波形の値ａと、前記杭のひび割れ部の波形の値ｂと、前記杭の先端部の波形の値ｃとを検出し、
前記値ａと、前記値ｂと、前記値ｃとに基づいて前記杭の健全性を評価し、
前記杭頭部から前記ひび割れ部までの距離Ｌｂと、前記杭頭部から前記先端部までの距離Ｌｃをさらに用いて、第１の振幅比{＝（ｂ／ａ）×（Ｌｂ／Ｌｃ）}と、第２の振幅比{＝（ｂ／ｃ）×（Ｌｂ／Ｌｃ）}と、を算出し、前記第１の振幅比と、前記第２の振幅比の大きさに応じて前記杭の健全性を評価する、
ことを特徴とする。
このような杭の健全性の評価方法によれば、ひび割れ部のみでなく杭頭部と先端部の波形を用いることにより、杭が健全であるか否かを簡易に判断することが可能である。

かかる杭の健全性の評価方法であって、前記値ａと前記値ｂと前記値ｃとから、第１の振幅比（＝ｂ／ａ）と第２の振幅比（＝ｂ／ｃ）を算出し、前記第１の振幅比と前記第２の振幅比の大きさに応じて前記杭の健全性を評価してもよい。
このような杭の健全性の評価方法によれば、簡易に評価を行うことが可能である。

かかる杭の健全性の評価方法であって、前記杭頭部から前記ひび割れ部までの距離Ｌｂと、前記杭頭部から前記先端部までの距離Ｌｃをさらに用いて、第１の振幅比{＝（ｂ／ａ）×（Ｌｂ／Ｌｃ）}と、第２の振幅比{＝（ｂ／ｃ）×（Ｌｂ／Ｌｃ）}と、を算出し、前記第１の振幅比と、前記第２の振幅比の大きさに応じて前記杭の健全性を評価してもよい。
このような杭の健全性の評価方法によれば、評価の精度を高めることが可能である。

また、杭の杭頭部を打撃して弾性波を発生させ、前記杭頭部に設置した加速度計により前記弾性波の反射性状を測定することによって前記杭が健全な状態であるか否かを評価する杭の健全性評価方法であって、
前記反射性状の測定結果から、前記杭頭部の波形の値ａと、前記杭のひび割れ部の波形の値ｂと、前記杭の先端部の波形の値ｃとを検出し、
前記値ａと、前記値ｂと、前記値ｃとに基づいて前記杭の健全性を評価し、
前記弾性波が前記杭頭部から前記ひび割れ部に到達するまでの時間ｔｂと、前記弾性波が前記杭頭部から前記先端部に到達するまでの時間ｔｃをさらに用いて、第１の振幅比{＝（ｂ／ａ）×（ｔｂ／ｔｃ）}と、第２の振幅比{＝（ｂ／ｃ）×（ｔｂ／ｔｃ）}と、を算出し、前記第１の振幅比と、前記第２の振幅比の大きさに応じて前記杭の健全性を評価する、
ことを特徴とする。

また、杭の杭頭部を打撃して弾性波を発生させ、前記杭頭部に設置した加速度計により前記弾性波の反射性状を測定することによって前記杭が健全な状態であるか否かを評価する杭の健全性評価方法であって、
前記反射性状の測定結果から、前記杭頭部の波形の値ａと、前記杭のひび割れ部の波形の値ｂと、前記杭の先端部の波形の値ｃとを検出し、
前記値ａと、前記値ｂと、前記値ｃとに基づいて前記杭の健全性を評価し、
前記値ａと前記値ｂと前記値ｃとから、第１の振幅比（＝ｂ／ａ）と第２の振幅比（＝ｂ／ｃ）を算出し、
前記第１の振幅比と前記第２の振幅比の大きさに応じて前記杭の健全性を評価し、
算出された前記第１の振幅比と、前記第２の振幅比を予め用意された健全性評価マップにプロットし、プロットの位置に応じて前記杭の健全性を評価する、
ことを特徴とする。

かかる杭の健全性の評価方法であって、前記杭は地中に埋設された既存杭であってもよい。
このような杭の健全性の評価方法によれば、杭を掘り出すことなく健全性の評価を行うことが可能であるので、この場合さらに効果的である。

かかる杭の健全性の評価方法であって、前記杭はコンクリート杭であることが望ましい。

本発明によれば、杭が健全であるか否かを簡易に判断することが可能である。

杭の健全性の評価の装置構成を示す説明図である。 測定装置２０の構成を示すブロック図である。 杭１０の健全性の評価方法について説明するための概念図である。 本実施形態における杭１０の健全性の評価方法について説明するためのフロー図である。 本実施形態において測定された波形の説明図である。 健全性評価マップの説明図である。 気中の測定方法についての概略説明図である。

以下、本発明の一実施形態について図面を参照しつつ説明する。

＝＝＝実施形態＝＝＝
≪装置構成について≫
図１は、杭の健全性の評価の装置構成の一例を示す説明図である。

図１に示すように、健全性の評価装置は、杭１０、ハンマー１１、加速度計１２、測定装置２０を有して構成されている。

杭１０は、健全性の評価の対象物であり、細長い棒状の弾性体である。本実施形態の杭１０は既存杭であり、図１に示すように、杭１０の杭頭部１０Ａ側の部位は地上に露出しており、他の部位は地中に埋設されている。なお、本実施形態において、杭１０は中空のコンクリート製の杭である。

ハンマー１１は、杭１０（より具体的には杭頭部１０Ａ）を打撃することにより、杭１０に弾性波を発生させるものである。

加速度計１２は、杭１０の杭頭部１０Ａに設けられており、ハンマー１１で杭頭部を打撃したときの反射波を検出する。

測定装置２０は、加速度計１２の出力に基づいて、杭１０の杭長の推定や杭１０の健全性の評価を行うための装置である。

図２は、測定装置２０の構成を示すブロック図である。

図２に示すように測定装置２０は、増幅部２１、Ａ／Ｄコンバーター２２、記憶部２３、演算部２４、出力部２５を備えている。

増幅部２１は、加速度計１２の出力波形（アナログ信号）を所定のゲインで増幅させる。

Ａ／Ｄコンバーター２２は、増幅部２１で増幅された信号（アナログ信号）を、デジタル値に変換する。

記憶部２３は、波形のデータ（デジタルデータ）を記憶するためのものである。本実施形態の記憶部２３は複数の波形に関するデータを記憶することができる。

演算部２４は、記憶部２３に記憶されたデータを用いて杭１０の波動理論解析の演算を行う。

出力部２５は、記憶部２３に記憶された波形や演算部２４の演算結果を出力するものであり、本実施形態では、これらを画面に表示するディスプレイを有している。なお、出力部２５はディスプレイには限られない。例えば、演算結果を測定結果とともに記録するデータレコーダーや、波形や演算結果を印刷するプロッターやプリンターであってもよい。

≪健全性の評価方法について≫
＜比較例＞
図３は、杭１０の健全性の評価方法について説明するための概念図である。また、図３の右側に示す図は、測定装置２０による検査結果（波形）の一例を示す図である。当該波形において縦方向（図の上下方向）は深さ（杭１０の杭頭部１０Ａからの距離）を示しており、横方向（図の左右方向）は、速度を示している。

まず、作業者がハンマー１１で杭１０の杭頭部１０Ａを打撃して、杭１０の軸方向に弾性波を発生させる。杭１０は細長い棒状の弾性体なので、弾性波は杭１０内を伝播し、杭１０と地面との境界面（先端部１０Ｃ）で反射して、杭頭部１０Ａに設置された加速度計１２に到達する。この反射波の到達時間から杭１０の杭長を推定することができる。また、図のように杭１０にひび割れなどのインピーダンスが変化する異常部（ひび割れ部１０Ｂ）があれば、その部分からも弾性波が反射する。この反射波（波形）を確認することにより、ひび割れ部１０Ｂの有無や、その箇所を推定することができる。

しかしながら、杭１０のひび割れ部１０Ｂによる反射波形と反射波に混在する波形（ひび割れとは無関係な波形）とを区別することは専門技術者以外には難しく、このため杭が健全であるか否かを判断することが困難である。

そこで、以下に示す本実施形態では、杭１０の健全性の評価を簡易に行うことができるようにしている。

＜本実施形態＞
図４は本実施形態における杭１０の健全性の評価方法について説明するためのフロー図である。また、図５は、本実施形態において測定された波形の説明図である。図５の横軸は深さ（杭頭部１０Ａからの距離：図３の右の図の縦軸に相当）を示しており、縦軸は速度（加速度の積分値：図３の右の図の横軸に相当）を示している。

まず、ハンマー１１で杭１０の杭頭部１０Ａを打撃することにより、比較例と同様に杭１０の健全性試験を行う（Ｓ１０１）。次に、図５の波形から杭頭部１０Ａの波形の値ａ、ひび割れ部１０Ｂの波形の値ｂ、先端部１０Ｃの波形の値ｃをそれぞれ読み取る（Ｓ１０２）。なお、値ｂの読み取りについては、値ａと値ｃとの間において、値ａと値ｃと同じ側に振幅する波のうち最大のものを読み取る。

ここで、値ａ、値ｂ、値ｃの大きさはハンマー１１による打撃の強弱に依存する。すなわち、これらの各値は、打撃が強いほど大きくなり、打撃が弱いほど小さくなる。

また、値ｂの大きさは、ひび割れ部１０Ｂのひびわれの大きさ（より具体的にはひび割れ幅）に依存する。すなわち、値ｂは、ひび割れが大きい（ひび割れ幅が大きい）ほど大きくなり、ひび割れが小さい（ひび割れ幅が小さい）ほど小さくなる。さらに、値ｂ及び値ｃの大きさは、杭１０の周囲の土の条件にも依存する。例えば、杭１０の周囲の土が硬い場合、値ｂも値ｃも小さくなる。逆に、杭１０の周囲の土が軟らかい場合、値ｂも値ｃも大きくなる。

以上のことから、値ｂの大きさだけで評価すると、杭１０が健全か否かを的確に判断できないおそれがある。例えば、反射波の測定結果から得られた値ｂが小さくても、実際には杭１０にひび割れが生じている場合がありえる。

そこで本実施形態では、反射波の測定結果の値ａ、値ｂ、値ｃから、振幅比ｂ／ａと振幅比ｂ／ｃを算出し、この振幅比ｂ／ａと振幅比ｂ／ｃを用いて健全性の評価を行なうようにしている。なお、値ｂの大きさはひび割れ部１０Ｂの位置（深さ）にも依存する。例えば同じ大きさのひび割れであっても、その位置が浅い（杭頭部１０Ａに近い）ほど値ｂは大きくなり、深い（先端部１０Ｃに近い）ほど値ｂは小さくなる。このように、ひび割れ部１０ｂの位置によって値ｂの大きさが変わることにより、評価の精度が低下するおそれがある。そこで本実施形態では、図５の波形から杭頭部１０Ａからひび割れ部１０Ｂまでの距離Ｌｂと、杭頭部１０Ａから先端部１０Ｃまでの距離Ｌｃを求めて、これらの値を用いて評価を行なうようにしている。すなわち、本実施形態では、以下の式（１）、式（２）により振幅比Ｂ／Ａ及び振幅比Ｂ／Ｃを算出する（Ｓ１０３）。

Ｂ／Ａ＝（ｂ／ａ）×（Ｌｂ／Ｌｃ） ・・・（１）
Ｂ／Ｃ＝（ｂ／ｃ）×（Ｌｂ／Ｌｃ） ・・・（２）
そして、この振幅比Ｂ／Ａと振幅比Ｂ／Ｃを、予め用意された健全性評価マップにプロットする（Ｓ１０４）。

図６は、健全性評価マップの一例を示す説明図である。図において横軸は振幅比Ｂ／Ａであり、縦軸は振幅比Ｂ／Ｃである。

この健全性評価マップには、後述する事前の評価により健全と判断すべき領域が予め定められている（図の灰色で示す領域。以下、健全領域と呼ぶ）。具体的には、健全領域は、振幅比Ｂ／Ａが閾値ｈ１以下、且つ、振幅比Ｂ／Ｃが閾値ｈ２以下の領域である。なお、本実施形態では、杭１０において、ひび割れ幅が０．２ｍｍ以内の場合を健全とし、ひび割れ幅が０．２ｍｍより大の場合を不健全としている。

式（１）、式（２）の演算結果のプロット位置が図６に示す健全領域に入っている場合（図の○印の場合）、その杭１０は健全であると判断する。一方、プロット位置が図６に示す健全領域外である場合（図の×印の場合）、その杭１０は不健全であると判断する。このように、健全性評価マップへのプロット位置が健全領域に入っているか否かによって、杭１０が健全であるか否かを判断する（Ｓ１０５）。このように、本実施形態では健全性評価マップを用いることにより杭１０が健全であるか否かを簡易に判断することができる。

≪健全性評価マップの作成について≫
図６の健全性評価マップは、条件が異なる複数の杭１０を事前に評価することにより作成している。本実施形態では、ひび割れの位置や大きさ、杭種（ＰＨＣ杭、ＲＣ杭、鋼管杭など）、杭径（４００〜２０００ｍｍ）、杭長（７〜１６ｍ）が異なる杭１０を多数用意し、それぞれの杭１０について上述した健全性の評価を行なった。また、本実施形態では、地中に埋められた杭１０に限らず、大気中（気中）の杭１０についても評価を行った。

図７は気中の測定方法についての概略説明図である。

図に示すように、気中の測定については、杭１０を角材３０上に水平に載置し、杭１０の一端をハンマー１１で打撃する。反射波の測定などに関しては地中の場合と同様であるので説明を省略する。

これらの各種の杭１０についての反射波の測定結果から振幅比Ｂ／Ａと振幅比Ｂ／Ｃをそれぞれ求め、これから、ひび割れ幅が所定値（本実施形態では０．２ｍｍ）以内となる範囲（健全領域）を求める。こうして、図６のような健全性評価マップが作成される。

そして、前述したように、この健全性評価マップに健全性試験の測定結果の値をプロットすることにより、杭１０が健全であるか否かを簡易に判断することができる。

以上説明したように、本実施形態の杭の健全性評価方法は、杭１０の杭頭部１０Ａを打撃して弾性波を発生させ、前記杭頭部１０Ａに設置した加速度計１２により弾性波の反射波を測定している。そして、反射波の測定結果から、杭頭部１０Ａの波形の値ａと、杭１０のひび割れ部の波形の値ｂと、杭１０の先端部１０Ｃの波形の値ｃとを検出し、値ａと、値ｂと、値ｃとに基づいて杭１０の健全性を評価している。具体的には、振幅比Ｂ／Ａ{＝（ｂ／ａ）×（Ｌｂ／Ｌｃ）}と、振幅比Ｂ／Ｃ{＝（ｂ／ｃ）×（Ｌｂ／Ｌｃ）}を算出し、健全性評価マップにプロットしている。そして、そのプロットの位置に応じて健全性を評価している。これにより簡易に健全性の評価を行うことが可能である。

なお、本実施形態では、振幅比Ｂ／Ａと振幅比Ｂ／Ｃとにより健全性を評価していたがこれには限られない、例えば、振幅比ｂ／ａと振幅比ｂ／ｃのみを用いて評価を行なうようにしても良い。すなわち、式（１）、式（２）において（Ｌｂ／Ｌｃ）を乗算せずに評価を行ってもよい。ただし、前述したように、ひび割れ部１０Ｂの位置によって値ｂの大きさが変わるので、本実施形態のように振幅比Ｂ／Ａと振幅比Ｂ／Ｃで評価を行う方がより精度を高めることができる。

また、本実施形態では反射波の測定結果（図５）の横軸は深さ（杭頭部１０Ａからの距離）であったが、これには限られず、時間であってもよい。この場合においても前述の実施形態と同様に評価を行うことができる。つまり、杭頭部１０Ａからひび割れ部１０Ｂまでの伝播時間（ｔｂとする）と杭頭部１０Ａから先端部１０Ｃまでの伝播時間（ｔｃとする）をそれぞれ求めればよい。そして、以下の式（３）と式（４）により、振幅比Ｂ´／Ａ´と振幅比Ｂ´／Ｃ´を求め、前述の実施形態と同様に健全性評価マップにプロットして評価を行うようにすればよい。

Ｂ´／Ａ´＝（ｂ／ａ）×（ｔｂ／ｔｃ） ・・・・（３）
Ｂ´／Ｃ´＝（ｂ／ｃ）×（ｔｂ／ｔｃ） ・・・・（４）
＝＝＝その他の実施形態について＝＝＝
上記実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物が含まれることはいうまでもない。特に、以下に述べる実施形態であっても、本発明に含まれるものである。

＜測定装置について＞
前述の実施形態では測定装置２０は一体的に構成されていたが、これには限られない。例えば、演算部２４や出力部２５が別体（例えばパソコン）として設けられていてもよい。

＜健全性評価マップについて＞
前述の実施形態では、健全性評価マップにおいて杭１０の健全性を健全（○）と不健全(×)との２つに分類していたがこれには限られない。例えば、ひび割れ（振幅比）の度合いに応じて健全、中破、大破の３種類に分類するようにしてもよい。

１０ 杭
１０Ａ 杭頭部
１０Ｂ ひび割れ部
１０Ｃ 先端部
１１ ハンマー
１２ 加速度計
２０ 測定装置
２１ 増幅部
２２ Ａ／Ｄコンバーター
２３ 記憶部
２４ 演算部
２５ 出力部
３０ 角材

Claims (6)

1. 杭の杭頭部を打撃して弾性波を発生させ、前記杭頭部に設置した加速度計により前記弾性波の反射性状を測定することによって前記杭が健全な状態であるか否かを評価する杭の健全性評価方法であって、
   前記反射性状の測定結果から、前記杭頭部の波形の値ａと、前記杭のひび割れ部の波形の値ｂと、前記杭の先端部の波形の値ｃとを検出し、
   前記値ａと、前記値ｂと、前記値ｃとに基づいて前記杭の健全性を評価し、
   前記杭頭部から前記ひび割れ部までの距離Ｌｂと、前記杭頭部から前記先端部までの距離Ｌｃをさらに用いて、第１の振幅比{＝（ｂ／ａ）×（Ｌｂ／Ｌｃ）}と、第２の振幅比{＝（ｂ／ｃ）×（Ｌｂ／Ｌｃ）}と、を算出し、前記第１の振幅比と、前記第２の振幅比の大きさに応じて前記杭の健全性を評価する、
   ことを特徴とする杭の健全性評価方法。
2. 請求項１に記載の杭の健全性評価方法であって、
   前記値ａと前記値ｂと前記値ｃとから、第１の振幅比（＝ｂ／ａ）と第２の振幅比（＝ｂ／ｃ）を算出し、
   前記第１の振幅比と前記第２の振幅比の大きさに応じて前記杭の健全性を評価する、
   ことを特徴とする杭の健全性評価方法。
3. 杭の杭頭部を打撃して弾性波を発生させ、前記杭頭部に設置した加速度計により前記弾性波の反射性状を測定することによって前記杭が健全な状態であるか否かを評価する杭の健全性評価方法であって、
   前記反射性状の測定結果から、前記杭頭部の波形の値ａと、前記杭のひび割れ部の波形の値ｂと、前記杭の先端部の波形の値ｃとを検出し、
   前記値ａと、前記値ｂと、前記値ｃとに基づいて前記杭の健全性を評価し、
   前記弾性波が前記杭頭部から前記ひび割れ部に到達するまでの時間ｔｂと、前記弾性波が前記杭頭部から前記先端部に到達するまでの時間ｔｃをさらに用いて、第１の振幅比{＝（ｂ／ａ）×（ｔｂ／ｔｃ）}と、第２の振幅比{＝（ｂ／ｃ）×（ｔｂ／ｔｃ）}と、を算出し、前記第１の振幅比と、前記第２の振幅比の大きさに応じて前記杭の健全性を評価する、
   ことを特徴とする杭の健全性評価方法。
4. 杭の杭頭部を打撃して弾性波を発生させ、前記杭頭部に設置した加速度計により前記弾性波の反射性状を測定することによって前記杭が健全な状態であるか否かを評価する杭の健全性評価方法であって、
   前記反射性状の測定結果から、前記杭頭部の波形の値ａと、前記杭のひび割れ部の波形の値ｂと、前記杭の先端部の波形の値ｃとを検出し、
   前記値ａと、前記値ｂと、前記値ｃとに基づいて前記杭の健全性を評価し、
   前記値ａと前記値ｂと前記値ｃとから、第１の振幅比（＝ｂ／ａ）と第２の振幅比（＝ｂ／ｃ）を算出し、
   前記第１の振幅比と前記第２の振幅比の大きさに応じて前記杭の健全性を評価し、
   算出された前記第１の振幅比と、前記第２の振幅比を予め用意された健全性評価マップにプロットし、プロットの位置に応じて前記杭の健全性を評価する、
   ことを特徴とする杭の健全性評価方法。
5. 請求項１乃至請求項４の何れかに記載の杭の健全性評価方法であって、
   前記杭は地中に埋設された既存杭である、
   ことを特徴とする杭の健全性評価方法。
6. 請求項１乃至請求項５の何れかに記載の杭の健全性評価方法であって、
   前記杭はコンクリート杭である、
   ことを特徴とする杭の健全性評価方法。