地中杭の構造
【課題】地中杭内にセンサーを挿抜自在に設置することを可能にし、また、挿抜自在に設置されたセンサーの計測値を補正することも容易となる地中杭の構造を提供する。
【解決手段】センサーが内部に設置される地中杭１の構造であって、固化材２の固化によって地中に構築される地中杭１と、上記固化材２内に、該地中杭１の長さ方向に空間を形成するために埋設される保護管３と、該保護管３の上記空間に挿抜自在に挿入されるセンサーとを有する。
【解決手段】センサーが内部に設置される地中杭１の構造であって、固化材２の固化によって地中に構築される地中杭１と、上記固化材２内に、該地中杭１の長さ方向に空間を形成するために埋設される保護管３と、該保護管３の上記空間に挿抜自在に挿入されるセンサーとを有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は内部にセンサーが設置される地中杭の構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
地中熱を空調設備や融雪設備等の熱源として利用するために、地中に熱交換用配管を埋設して、地中と熱交換用配管内の冷媒との間で熱交換を行っている。地中に熱交換用配管を埋設する場合、熱交換専用に縦孔を設けることは建設コストがかかる。このため、特許文献１に示すように、建築物の地中杭を利用して熱交換用配管を地中に設置する技術が提案されている。
【０００３】
一方、地中熱を利用した、空調設備や融雪設備等の熱源機器は、熱交換用配管内の冷媒温度を計測しながらその運転が制御される。また、熱交換が行われる地中の温度についても、地中環境への影響を考慮しつつ効率的な熱源機器の運転条件を設定したり運転を制御するために計測することが好ましい。しかし、地中温度計測用の専用縦孔を設けることは経済的でない。そのため、地中杭を利用して地中の温度を間接的に計測することが考えられる。熱交換に利用される地中杭内の温度を計測する先行技術として特許文献２が知られている。特許文献２において、地中杭は中空部を有するコンクリート製の中空パイプであり、その地中杭内に温度計測装置が配置されている。
【特許文献１】特開２００６−２９００６号公報
【特許文献２】特開平０８−１８４０６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献２における地中杭は中空パイプの中空部または、その内部に充填された液体のグラウト材内に温度計測用のセンサーを設置している。一方地中杭には、杭の内部までコンクリートが打設され中空部を有しない「場所打ち杭」や、既製杭内部のグラウト材としてセメントミルクなどの固化材が充填されたものがある。内部がコンクリートやセメントミルクなどの固化材で充たされた地中杭に対して、固化材内に温度センサーを直に埋設する場合、固化材すなわち地中杭の温度を直接計測できる反面、地中杭内にセンサーが埋め殺しとなる。このため、設置後のセンサーをメンテナンスすることが出来ず、センサーが故障した場合に熱源等の制御や地中温度の確認ができなくなるという問題があった。
【０００５】
本発明は上記従来の課題に鑑みて創案されたものであって、地中杭内にセンサーを挿抜自在に設置することを可能にし、また、挿抜自在に設置されたセンサーの計測値を補正することも容易となる地中杭の構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明にかかる地中杭の構造は、センサーが内部に設置される地中杭の構造であって、固化材の固化によって地中に構築される地中杭と、上記固化材内に、該地中杭の長さ方向に空間を形成するために埋設される保護管と、該保護管の上記空間に挿抜自在に挿入されるセンサーとを有することを特徴とする。
【０００７】
前記地中杭が、前記固化材を中空筒状の既製杭の内方へ充填して構築される基礎杭であることを特徴とする。
【０００８】
前記地中杭が、前記固化材を杭孔へ充填して構築される基礎杭であることを特徴とする。
【０００９】
前記地中杭には、地中熱を利用するための熱交換用配管が埋設されること特徴とする。
【００１０】
固化材の固化によって地中に構築され、上記センサーによる計測値を補正するための計測値を得るための副センサーが該固化材内に埋設された副地中杭を、前記地中杭に隣接して配置したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明にかかる地中杭の構造にあっては、地中杭内にセンサーを挿抜自在に設置することが可能となる。また、挿抜自在に設置されたセンサーの計測値を補正することが容易になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下に、本発明にかかる地中杭の構造の好適な一実施形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。本実施形態にかかる地中杭の構造は基本的には、図１から図６に示すように、固化材２の固化によって地中に構築される地中杭１と、固化材２内に、地中杭１の長さ方向に空間Ｓを形成するために埋設される保護管３と、保護管３の空間Ｓに挿抜自在に挿入されるセンサー４とを有している。地中杭１は、固化材２を中空筒状の既製杭１０の内方へ充填して構築される基礎杭Ｐである。
【００１３】
本実施形態における地中杭１は建築物の基礎杭Ｐで有り、基礎杭Ｐは既製杭１０によって構成される。既製杭１０は、工場等で予め成形された円形断面の中空筒状部材であるＰＣ杭（遠心力成形のプレストレストコンクリート杭）が、単独で又は複数接続されて地中に埋設されて構築されている。既製杭１０はＰＣ杭により構築されるものに限定されず、工場等で予め成形された中空筒状の杭であれば、ＲＣ杭（遠心力形成の鉄筋コンクリート杭）、ＰＨＣ杭（遠心力形成の高強度プレストレストコンクリート杭）、ＳＣ杭（遠心成形の外殻鋼管付コンクリート杭）、鋼管杭等で構築しても良い。本実施形態における地中杭１の外径は７００ｍｍ〜１０００ｍｍ程度で有り、その内径は５００ｍｍ〜７４０ｍｍ程度である。地中杭１の底部は支持地盤に達し、根固め用のコンクリートが打設されている。地中杭１の上端部は、その周囲の地盤面より上方へ突出されている。
【００１４】
地中杭１の内方には、固化材２としてセメントミルクが充填されている。セメントミルクは水とセメント等を練り混ぜてできたミルク状のものであり、時間経過により固化する。地中杭１は、固化材２が既製杭１０の内方で固化して地中に基礎杭Ｐとして構築される。なお、固化材２は、セメントミルクに限定されるものではなく、既製杭１０内方の縦孔への充填が可能であり、最終的に縦孔内部に固体部分を形成できる材料であればよい。例えば、時間経過により液体から固体となるコンクリートやモルタルや樹脂材等でもよく、さらに地中杭１に充填され、締め固めにより固体部分を形成できる砂や土等の粒体でもよい。
【００１５】
固化材２内には、地中杭１の長さ方向に空間Ｓを形成するための保護管３が埋設されている。本実施形態における、保護管３はフランジ付き塩化ビニルパイプ３０（以下「ＶＰ管３０」と呼ぶ）が複数接続して形成されている。ＶＰ管３０の呼び径は８０Ａから１００Ａ程度である。保護管３の上端部は既製杭１０の上端部より上方に突出し、合成樹脂製可撓管３２が接続されている。合成樹脂製可撓管３２は、最終的には建築物の躯体内に埋設され、その端部は所定位置で躯体表面から突出される。保護管３の下端部には止水用キャップ３１が取り付けられている。保護管３は、少なくとも固化材２が侵入しない程度の水密性を有して形成され、地中杭１内に所定深さで設置される。これにより保護管３内に地中杭１の長さ方向の空間Ｓが形成される。なお、本実施形態において「深さ」とは、予め定められた基準地盤面から下方への垂直距離をいう。本実施形態のＶＰ管３０には、錘３３が必要に応じて取り付けられる。錘３３は、地下水が侵入している地中杭１内への保護管３の設置時や、保護管３が設置された地中杭１内部へのセメントミルク打設時に、保護管３に作用する浮力とのバランスをとるためのものである。
【００１６】
保護管３には、その長さ方向に適宜間隔でスペーサ５が取り付けられている。スペーサ５は、地中杭１の水平断面における保護管３の位置を保持する機能を有している。本実施形態におけるスペーサ５は、既製杭１０の内壁面１０ａの形状に沿った円形に形成された保持部５０と、保持部５０の周方向の適宜箇所に設けられた突出部５１とにより構成されている。突出部５１は、保持部５０に回転自在に取り付けた樹脂製のリング状部材である。突出部５１は、保持部５０の外周側に突出することにより、既製杭１０の内壁面１０ａと保持部５０の離隔距離を確保している。保護管３は、固定部材５２を利用して保持部５０の内周側に当接して支持固定される。これにより、保護管３が地中杭１の外周側に配置され地中へ近接されるとともに、地中杭１の中央部に固化材の充填作業用のスペースが確保される。
【００１７】
保護管３の空間Ｓには、センサー４が挿抜自在に挿入される。本実施形態におけるセンサー４は温度センサーである。センサー４は、先端部の熱電対と、熱電対からの電気信号を受信計に送信する導線ケーブル４４により構成される。熱電対はシース管４３で保護される。導線ケーブル４４は保護管３上端部の合成樹脂製可撓管３２から突出され、所定箇所まで延伸可能な長さが確保される。本実施形態におけるセンサー４は、一つの地中杭１に対して３本挿入され、各センサー４により地中杭１の異なる深さ３箇所の温度が計測される。本実施形態における３つのセンサー４は、一つのセンサー体４０として一体化されている。センサー体４０はセンサー用錘４１を端部に取り付けた付けた支持ワイヤ４２に、その長さ方向で異なる位置に各センサー４のシース管４３が取り付けて構成されている。センサー体４０は、一本の支持ワイヤ４２と三本の導線ケーブル４４を束ねた長尺の線状部材として形成される。センサー体４０により、各センサー４をまとめて保護管３内に挿入できるため挿入作業が容易になり、保護管３の断面積を小さくすることが出来る。保護管３の断面積を小さくすることで、保護管３内での空気の対流が制限され、空間Ｓ内の空気温度が均一化を抑制できる。
【００１８】
本実施形態において、「空間Ｓへ挿抜自在に挿入されるセンサー４」とは、建築物が完成した状態で、保護管３内へ、挿入深さを確認しながら容易に挿入、引き抜きが出来る状態のセンサー４をいう。挿抜自在性を確保するために、保護管３の内径が決定され、その長さ方向の形状も設定される。保護管３の内径は、すなわち空間Ｓは小さい方が空気層が小さくなるため温度計測上は好ましい。本実施形態における保護管３の長さ方向の形状は直線状に形成され、センサー４の挿抜自在性と、挿入深さの確認容易性が確保されている。また、本実施形態における保護管３は水密性が確保されているため、保護管３内に空間Ｓが確実に形成され、センサー４自体の厳密な防水性は要求されない。このため、センサー４のシース管４３を簡便で小さい構造とすることが出来、保護管３への挿抜自在性が確保し易くなる。
【００１９】
保護管３は、センサー４の挿抜が可能で、センサー４の深さ位置が確認できる空間Ｓを形成できるものであれば、その断面形状は円形に限定されるものではなく、またその長さ方向の形状も直線状に限定されるものではない。例えば四角形断面で、既成杭１０の内周面に沿って旋回しながら下方へ延びる螺旋状の保護管３でもよい。なお、センサー４が温度センサーであるため、保護管３は、熱伝導性の良好な材質で形成されることが好ましい。また、センサー４の測定対象を考慮して保護管３の材質を変更してもよい。
【００２０】
センサー４は保護管３内に挿入されて、地中杭１の温度を間接的に計測する。地中杭１は基本的にはセメント系の材料（コンクリートやセメントミルクなど）で構成されている。このセメント系の材料の熱に関する性質は、金属材料や樹脂製材料などと比べ、比較的土壌の熱に関する性質に類似している。したがって、地中杭１の温度を間接的に計測することにより地中温度の推定が比較的容易であり、推定された地中温度により熱源機器等の運転条件設定や制御を行うことが出来る。本実施形態におけるセンサー４が実際に計測する温度は、地中杭１に埋設された保護管３内の空気温度、すなわち空間Ｓの空気温度である。この空間Ｓの空気温度は、地中の温度や、既製杭１０、固化材２、保護管３および空気層の熱伝達率や、保護管３内の空気の対流、熱伝達率、保護管３内面からの輻射等の要素によって定まる。
【００２１】
本実施形態の地中杭１には、地中熱を利用するための熱交換用配管６が埋設されている。熱交換用配管６は、架橋ポリエチレン管で構成された樹脂製チューブであり可撓性を有している。熱交換用配管６は、それを二本平行に配置し、それらの一方の端部をＵ型接手６により接続したＵ型チューブとして形成されている。Ｕ型チューブの一方の熱交換用配管６が冷媒の往き管となり、他方が還り管となる。熱交換用配管６の下端部（Ｕ型チューブの下端部）には熱交換用配管錘６０が取り付けられている。本実施形態において、一本の地中杭１には、４本の熱交換用配管６（Ｕ型チューブとしては２本）が埋設される。本実施形態における熱交換用配管６は、その長さ方向に適宜間隔でスペーサ５により支持される。熱交換用配管６は、スペーサ５の保持部５０の外周側に、その周方向に沿ってほぼ等間隔で、突出部５１に近接した位置で、保持部５０と直交して支持される。突出部５１は、保持部５０に支持された熱交換用配管６よりも外側へ突出している。
【００２２】
本実施形態における基礎杭Ｐは、建築物のフーチングＨの下方に一つずつ設けられ、図８に示すようにＸ方向（横方向）に４列、Ｙ方向（縦方向）３列配置されている。図８における右上角部、および左下角部の基礎杭Ｐが地中杭１として構築されている。なお、どの位置の基礎杭Ｐを地中杭１とするかは、建築物毎に設定される。
【００２３】
本実施形態の地中杭１に隣接して、固化材２１の固化によって地中に構築され、センサー４による計測値を補正するための計測値を得るための副センサー２２が固化材２１内に埋設された副地中杭２０が配置される。本実施形態における副地中杭２０は、地中杭１に隣接する基礎杭Ｐに設定されている。したがって、図８における地中杭１にＹ方向で隣接する基礎杭Ｐが副地中杭２０として構築されている。
【００２４】
副地中杭２０は、地中杭１におけるセンサー４および保護管３を除き、地中杭１とほぼ同様の基礎杭Ｐであり、地中杭１と同様の断面形状、外形寸法を有し、ほぼ同様の構造形式で構築されている。本実施形態の副地中杭２０は、固化材２１を中空筒状の既製杭２３の内方へ充填して構築される。既製杭２３は、地中杭１と同形状のＰＣ杭であり、工場等で予め成形されたＰＣ杭が単独で又は複数接続されて地中に埋設されて基礎杭を形成している。既製杭２３は既成杭１０と同様、ＰＣ杭に限定されず、ＲＣ杭、ＰＨＣ杭、ＳＣ杭、鋼管杭等で構築されても良い。本実施形態における副地中杭２０の底部は支持地盤に達し、根固め用のコンクリートが打設されている。副地中杭２０の内方には、固化材２１としてのセメントミルクが充填されている。固化材２１は固化材２と同様、セメントミルクに限定されずコンクリートやモルタルや樹脂材でも、砂や土等の粒体でもよい。
【００２５】
本実施形態の副センサー２２は、温度センサーであり固化材２１内に直に埋設されている。副センサー２２は、センサー４による計測値を補正するための計測値を得るためのものであるため、センサー４と同様に温度センサーが使用される。本実施形態における副センサー２２は、白金測温抵抗体による温度センサーである。なお、センサー４と同様の熱電対を用いてもよい。副センサー２２は、先端部の白金測温抵抗体と、白金測温抵抗体からの電気信号を受信計に送信する導線ケーブルにより構成されている。白金測温抵抗体はシース管２２１で保護されている。シース管２２１は、その内部に固化材２１や水が進入しないよう防水構造に形成されている。導線ケーブルは合成樹脂製可とう電線管２２０（例えばＣＤ管）に挿入され保護されている。その合成樹脂製可とう電線管２２０とシース管２２１とは隙間無くビニルテープ等により接続される。合成樹脂製可とう電線管２２０と導線ケーブルは既製杭２３の上端部から突出され、所定箇所まで延伸可能な長さが確保されている。
【００２６】
本実施形態における副センサー２２は、地中杭１の各センサー４と同様に、一つの副地中杭２０に対して３本挿入され、地中杭１の各センサー４と同じ深さにおける地中杭２０の温度を計測する。また本実施形態における副センサー２２は、地中杭１の水平断面におけるセンサー４すなわち保護管３に近接するよう副地中杭２０の周面側に配置される。具体的には、図８に示すように副地中杭２０の副センサー２２は、地中杭１の保護管３と対向する副地中杭２０の周面側に９０°間隔で３箇所に配置される。ただし、副センサー２２の配置は地中杭１の保護管３と対向する位置に限定されるものではない。
【００２７】
各副センサー２２は適宜間隔でスペーサ２４より支持されてその位置が保持される。スペーサ２４はスペーサ５と同一形状の部材であり、スペーサ５の保持部５０と同一の保持部２４０とスペーサ５の突出部５１と同一の突出部２４１により構成される。副センサー２２の先端部分のシース管２２１、および合成樹脂製可とう電線管２２０が、スペーサ２４の保持部２４０の外周側に、保持部２４０と直交する方向で取り付けられている。保持部２４０の外周側で副センサー２２が支持されることにより、センサー２２は副地中杭２０の外周側に接近して埋設される。なお、副センサー２２の合成樹脂製可とう電線管２２０やシース管２２１が、スペーサ２４の突出部２４１よりも保持部２４０の外方へ突出する場合には、これらを保持部５０の内周側に固定し、既製杭２３の内面との接触を防止しても良い。
【００２８】
本実施形態の副地中杭２０には、地中熱を利用するための熱交換用配管２５が埋設されている。熱交換用配管２５は、地中杭１の熱交換用配管６と同様の配管で構成され、一つの地中杭１に対する熱交換用配管６と同数が、一つの副地中杭２０に設けられる。熱交換用配管２５は、その長さ方向に適宜間隔でスペーサ２４により支持される。熱交換用配管２５は、スペーサ２４の周方向に等間隔で、地中杭１の熱交換用配管６と同様の方法で支持されて副地中杭２０内に埋設される。したがって、副地中杭２０のスペーサ２４の外周には、９０°間隔で熱交換用配管２５が配置され、熱交換用配管間２５、２５間に副センサー２２が取り付けられている（図５参照）。熱交換用配管２５の下端部には熱交換用配管錘２５０が取り付けられている。熱交換用配管２５が副地中杭２０に、地中杭１の熱交換用配管６と同様に埋設されることより、地中杭１と副地中杭２０の構造を同一化できる。
【００２９】
本実施形態の副センサー２２は、地中杭１のセンサー４と同様に、地中温度を推測するために副地中杭２０の温度を計測するものである。しかし、副センサー２２は、地中杭２０内の固化材２１の温度を直接に計測するのに対し、センサー４は、空間Ｓすなわち保護管３内の空気温度を計測する。このため、センサー４の計測温度は、保護管３の材質や、保護管３内壁面の形状、保護管３内の空気層の厚さ、対流状況等の影響を受け、実際の地中杭１の温度との差が生じる。このセンサー４による計測値を補正するための計測値を得るために、副センサー２２により副地中杭２０（固化材２１）の温度が直接的に計測される。副センサー２２による計測温度は地中杭１（固化材２）の温度として推定される。この副センサー２２の機能を確実に確保するために、地中杭１に隣接して副地中杭２０を配置し、地中杭１と副地中杭２０の構築位置の違いによる計測温度への影響を抑制している。さらに、本実施形態において、地中杭１と副地中杭２０は、同一形状、寸法で同一の構造形式の基礎杭Ｐとして構築されている。これにより、地中杭１と地中杭２０の構造の違いによる計測温度への影響を抑制している。また、地中杭１が場所打ち杭である場合は、副地中杭２０も場所打ち杭として構築される。さらに、本実施形態における、センサー４と副センサー２２を対向させて配置したり、熱交換用配管６、２５の材質や配置等を揃えることにより、副センサー２２とセンサー４の設置条件を揃え、各計測温度のばらつきを発生させる要素を出来るだけ制限している。
【００３０】
このため、副センサー２２とセンサー４による各計測温度間の差を、それらセンサー４、２２の地中杭１、２０への設置方法の相違（主に保護管３の有無）に起因するもと推定することが可能となり、センサー４と副センサー２２の同時刻の計測温度を多数蓄積し解析することで、両計測温度間の「一定の関係」を導き出しやすくなる。さらに、導き出された「一定の関係」を利用して、センサー４により計測された保護管３内の空気温度を補正して、地中杭１の温度を推定することが可能となる。センサー４による計測温度を補正して地中杭１の温度より正確に推定することで、地中杭１周辺の地中温度も精度良く推定できる。精度良く推定されたこれらの温度に基づいて熱源機器の運転条件設定や制御が精度良くおこなえる。また、センサー４は地中杭１に挿抜自在であるためメンテナンスが可能であり、長期にわたり安定した温度計測が可能となる。したがって、「一定の関係」が導き出された後に副センサー２０が故障しても、センサー４の計測温度のみで、熱源機器の運転条件設定や制御を安定して継続でき、地中杭１周辺の地中温度の変化も長期間に亘り計測可能となる。なお、副地中杭２０は必ずしも建築物の基礎杭Ｐとして構築される必要はなく、副地中杭２０は、地中杭１と同一の建築物の基礎杭Ｐでなくとも良い。
【００３１】
また、副地中杭２０内には、必ずしも熱交換用配管２５を埋設する必要はない。その場合には、副地中杭２０の温度が、時間経過と共に地中温度とほぼ等しくなるため、副センサー２２の計測温度を直接的に地中温度として推定することが可能となる。したがって、センサー４の計測温度と副センサー２２の同時刻の計測温度を多数収集し蓄積して比較解析することで、地中温度とセンサー４の計測温度との一定の関係を導き出すことができ、ンサー４の計測温度から地中温度が推定可能となる。
【００３２】
以上説明した本実施形態にかかる地中杭の構造の作用について説明する。まず本実施形態にかかる地中杭１および副地中杭２０の構築方法を説明する。地中杭１の既製杭１０を地中に構築後、既製杭１０の内方へ、スペーサ５で支持しながら、熱交換用配管６および保護管３を挿入する。保護管３は、既製杭１０の上方でＶＰ管３０を順次接続しながら地中杭１へ挿入する。ＶＰ管３０の接続時に錘３３もＶＰ管３０に取り付ける。一方、副地中杭２０の既製杭２３を地中に構築後、既製杭２３の内方へスペーサ２４で支持しながら、熱交換用配管２５と副センサー２２を挿入する。その後、地中杭１に対しては、その内方へ固化材２を充填し、熱交換用配管６、保護管３を、地中杭１の外周側の所定位置で固化材２内に埋設する。固化材２の固化後、保護管３の上端部に合成樹脂製可撓管３２を接続する。建築物の施工に状況に応じて、熱交換用配管６、合成樹脂製可撓管３２を延出し、それらの端部を躯体から突出する位置まで引き出しておく。副地中杭２０に対しては、その内方へ固化材２１を充填し、熱交換用配管２５、副センサー２２を、副地中杭２０の外周側の所定位置で固化材２１内に埋設する。固化材２１の固化後、建築物の施工に状況に応じて、熱交換用配管２５、副センサー２２を延出し、それらの端部を躯体から突出する位置まで引き出しておく。
【００３３】
建築物の躯体工事完了後に、合成樹脂製可撓管３２の端部から、センサー体４０を所定深さまで降下させて、支持ワイヤ４２の上端部を建築物の躯体に固定して、保護管３の空間Ｓの所定位置に各センサー４を設置する。センサー体４０挿入の際、各センサー４は、熱電対を用い、防水性も要求されないためシース管４３がコンパクトであるため、屈曲した合成樹脂製可撓管３２内も容易に挿通することができる。このため、空間Ｓへのセンサー４の挿抜自在性が確保しやすくなっている。センサー４の挿入深さと、既に副地中杭２０内に埋設された副センサー２２の埋設深さは一致するように、センサー４の深さ位置を調整する。これによりセンサー４が挿抜自在に挿入された地中杭１および副センサー２２が埋設された副地中杭２０が構築される。
【００３４】
本実施形態における、地中杭１および副地中杭２０の作用について述べる。地中杭１に挿入されたセンサー４により、地中杭１への所定挿入深さにおける空間Ｓ（保護管３内）の空気温度が計測され電気信号として受信計に送信される。受信計に送信された温度データは適宜処理、蓄積され、熱源機器等の制御などに利用される。保護管３は、スペーサ５により地中杭１の外周部付近に設置されるため、比較的地中との距離が短く、周囲の固化材２の厚さも小さくなり、空間Ｓの空気温度は地中の温度に近くなりやすい。
【００３５】
センサー４の温度計測に併せて、副センサー２２により所定深さにおける副地中杭２０の温度が計測され電気信号として受信計に送信される。受信計に送信された副センサー２２からの温度データは、適宜処理されて蓄積され、熱源機器などの制御等に利用される。副センサー２２が計測する温度は、副地中杭２０の固化材２１の温度である。このため、副センサー２２が計測する温度には、センサー４の計測する保護管３内の空気温度に比べ、保護管３、空気層が存在せず、これらが熱感流の抵抗や熱の容量体として作用しないため、副地中杭２０の温度が直接的に反映される。さらに、副センサー２２はスペーサ２４により、副地中杭２０が外周部に近く埋設されているため、地中と副センサー２２との間の固化材２１の厚さが薄くなり、冷媒温度や地中温度の変化にも短時間で応答するため、地中の温度が反映されやすい。
【００３６】
そのため、両センサー２、２２による計測開始当初は、副センサー２２の計測温度を優先に用いて、熱源機器等の運転条件の設定や制御、地中温の推定などをおこなう。この間に蓄積される、センサー４による計測温度と副センサー２０による計測温度を蓄積して比較解析し、両者間の「一定の関係」を導き出す。その「一定の関係」が導き出された後は、センサー４の計測温度をその「一定の関係」で補正して、熱源機器の制御等に使用する。これにより、何時副センサー２２が故障しても熱源機器を精度良く継続的に制御等可能となり、長期にわたる地中温度の継続的な計測が可能となる。
【００３７】
本実施形態において、地中杭１の構造を、固化材２の固化によって地中に構築される地中杭１と、固化材２内に、地中杭１の長さ方向に空間Ｓを形成するために埋設される保護管３と、保護管３の空間Ｓに挿抜自在に挿入されるセンサー４とを有しているため、センサー４をメンテナンスや、設置深さの調整のために容易に挿抜することが出来る。
【００３８】
また、地中杭１が、固化材２を中空筒状の既製杭１０の内方へ充填して構築される基礎杭であるため、既製杭１０を利用して、センサー４を挿抜可能に地中杭１内に設置できる。
【００３９】
さらに地中杭１には、地中熱を利用するための熱交換用配管６が埋設されているため、地中杭１を熱交換用の杭として利用しつつ、地中温度を推測出来る（温度）データを取得でき、効率的な熱交換を行うことが可能となる。
【００４０】
加えて、固化材２１の固化によって地中に構築され、センサー４による計測値を補正するための計測値を得るための副センサー２２が固化材２１内に埋設された副地中杭２０を、地中杭１に隣接して配置したため、副センサー２２の計測値によりセンサー４による計測値を適切に補正でき、センサー４による計測値から、精度の高い地中杭１の温度や地中杭１周辺の地中温度の推定が可能となり、地中熱を利用した熱源機器等の運転条件設定や、長期間にわたる地中温度の計測が可能となる。
【００４１】
本実施形態における地中杭１は、固化材２が中空筒状の既製杭１０の内方へ充填されて構築された基礎杭Ｐとしたが、固化材２を杭孔へ充填して構築される基礎杭Ｐとしても良い。杭孔は地盤面に削孔された縦孔である。この形式の基礎杭Ｐには、例えば場所打ち杭が該当する。地中杭１を場所打ち杭とした場合、その内部に挿入される杭鉄筋籠（杭鉄筋を一体的に組んだもの）を利用して、保護管３や熱交換用配管６を地中杭１の外周側に設置する。このため、スペーサ５は不要となる。保護管３や熱交換配管６は杭鉄筋籠の外周側に取り付ける方が熱交換の効率上好ましいが、杭孔の孔面に保護管３や熱交換用配管６が接触する場合は、杭鉄筋籠の内側に取り付けてもよい。地中杭１を場所打ち杭とした場合、場所打ち杭の躯体を構成するコンクリートが固化材２に該当する。その他の構成は既製杭１０を用いた前述の実施形態における地中杭１と同様であり説明を省略する。
【００４２】
地中杭１を、固化材２を杭孔へ充填して構築される基礎杭の構造とすることにより、建築物の場所打ち杭を利用して、メンテナンス可能にセンサー４を取り付けることが可能となり、地中状態（温度）の推定が可能となる。
【００４３】
地中杭１を、固化材２を杭孔へ充填して構築される基礎杭、すなわち場所打ち杭とした場合、副地中杭２０も杭孔へ充填して構築される基礎杭として、地中杭１に隣接させて設置する。副地中杭２０内には先の実施形態と同様の副センサー２２、熱交換配管２５が埋設される。副センサー２２、熱交換配管２５は，副地中杭２０内部に挿入される杭鉄筋籠を利用して、副地中杭２０内に配置する。このため、スペーサ２４は不要となる。
【００４４】
これにより地中杭１が場所打ち杭であっても、そのセンサー４の計測値を補正するための計測値を副センサー２２により計測でき、センサー４の計測値に対して適切な補正を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明に係る地中杭の構造の好適な一実施形態における地中杭の垂直方向の断面図である。
【図２】図１に示した地中杭の水平方向の断面図である。
【図３】図１に示した地中杭の保護管の内部状況を説明するための、保護管端部の垂直方向の断面図である。
【図４】本発明に係る地中杭の構造の好適な一実施形態における副地中杭の垂直方向の断面図である。
【図５】図４に示した副地中杭の水平方向の断面図である。
【図６】本発明に係る地中杭の構造の好適な一実施形態における地中杭および副地中杭の配置を示す平面図である。
【符号の説明】
【００４６】
１ 地中杭
２ 固化材
３ 保護管
４ センサー
６ 熱交換用配管
１０ 既製杭
２０ 副地中杭
２１ 固化材
２２ 副センサー
【技術分野】
【０００１】
本発明は内部にセンサーが設置される地中杭の構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
地中熱を空調設備や融雪設備等の熱源として利用するために、地中に熱交換用配管を埋設して、地中と熱交換用配管内の冷媒との間で熱交換を行っている。地中に熱交換用配管を埋設する場合、熱交換専用に縦孔を設けることは建設コストがかかる。このため、特許文献１に示すように、建築物の地中杭を利用して熱交換用配管を地中に設置する技術が提案されている。
【０００３】
一方、地中熱を利用した、空調設備や融雪設備等の熱源機器は、熱交換用配管内の冷媒温度を計測しながらその運転が制御される。また、熱交換が行われる地中の温度についても、地中環境への影響を考慮しつつ効率的な熱源機器の運転条件を設定したり運転を制御するために計測することが好ましい。しかし、地中温度計測用の専用縦孔を設けることは経済的でない。そのため、地中杭を利用して地中の温度を間接的に計測することが考えられる。熱交換に利用される地中杭内の温度を計測する先行技術として特許文献２が知られている。特許文献２において、地中杭は中空部を有するコンクリート製の中空パイプであり、その地中杭内に温度計測装置が配置されている。
【特許文献１】特開２００６−２９００６号公報
【特許文献２】特開平０８−１８４０６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献２における地中杭は中空パイプの中空部または、その内部に充填された液体のグラウト材内に温度計測用のセンサーを設置している。一方地中杭には、杭の内部までコンクリートが打設され中空部を有しない「場所打ち杭」や、既製杭内部のグラウト材としてセメントミルクなどの固化材が充填されたものがある。内部がコンクリートやセメントミルクなどの固化材で充たされた地中杭に対して、固化材内に温度センサーを直に埋設する場合、固化材すなわち地中杭の温度を直接計測できる反面、地中杭内にセンサーが埋め殺しとなる。このため、設置後のセンサーをメンテナンスすることが出来ず、センサーが故障した場合に熱源等の制御や地中温度の確認ができなくなるという問題があった。
【０００５】
本発明は上記従来の課題に鑑みて創案されたものであって、地中杭内にセンサーを挿抜自在に設置することを可能にし、また、挿抜自在に設置されたセンサーの計測値を補正することも容易となる地中杭の構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明にかかる地中杭の構造は、センサーが内部に設置される地中杭の構造であって、固化材の固化によって地中に構築される地中杭と、上記固化材内に、該地中杭の長さ方向に空間を形成するために埋設される保護管と、該保護管の上記空間に挿抜自在に挿入されるセンサーとを有することを特徴とする。
【０００７】
前記地中杭が、前記固化材を中空筒状の既製杭の内方へ充填して構築される基礎杭であることを特徴とする。
【０００８】
前記地中杭が、前記固化材を杭孔へ充填して構築される基礎杭であることを特徴とする。
【０００９】
前記地中杭には、地中熱を利用するための熱交換用配管が埋設されること特徴とする。
【００１０】
固化材の固化によって地中に構築され、上記センサーによる計測値を補正するための計測値を得るための副センサーが該固化材内に埋設された副地中杭を、前記地中杭に隣接して配置したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明にかかる地中杭の構造にあっては、地中杭内にセンサーを挿抜自在に設置することが可能となる。また、挿抜自在に設置されたセンサーの計測値を補正することが容易になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下に、本発明にかかる地中杭の構造の好適な一実施形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。本実施形態にかかる地中杭の構造は基本的には、図１から図６に示すように、固化材２の固化によって地中に構築される地中杭１と、固化材２内に、地中杭１の長さ方向に空間Ｓを形成するために埋設される保護管３と、保護管３の空間Ｓに挿抜自在に挿入されるセンサー４とを有している。地中杭１は、固化材２を中空筒状の既製杭１０の内方へ充填して構築される基礎杭Ｐである。
【００１３】
本実施形態における地中杭１は建築物の基礎杭Ｐで有り、基礎杭Ｐは既製杭１０によって構成される。既製杭１０は、工場等で予め成形された円形断面の中空筒状部材であるＰＣ杭（遠心力成形のプレストレストコンクリート杭）が、単独で又は複数接続されて地中に埋設されて構築されている。既製杭１０はＰＣ杭により構築されるものに限定されず、工場等で予め成形された中空筒状の杭であれば、ＲＣ杭（遠心力形成の鉄筋コンクリート杭）、ＰＨＣ杭（遠心力形成の高強度プレストレストコンクリート杭）、ＳＣ杭（遠心成形の外殻鋼管付コンクリート杭）、鋼管杭等で構築しても良い。本実施形態における地中杭１の外径は７００ｍｍ〜１０００ｍｍ程度で有り、その内径は５００ｍｍ〜７４０ｍｍ程度である。地中杭１の底部は支持地盤に達し、根固め用のコンクリートが打設されている。地中杭１の上端部は、その周囲の地盤面より上方へ突出されている。
【００１４】
地中杭１の内方には、固化材２としてセメントミルクが充填されている。セメントミルクは水とセメント等を練り混ぜてできたミルク状のものであり、時間経過により固化する。地中杭１は、固化材２が既製杭１０の内方で固化して地中に基礎杭Ｐとして構築される。なお、固化材２は、セメントミルクに限定されるものではなく、既製杭１０内方の縦孔への充填が可能であり、最終的に縦孔内部に固体部分を形成できる材料であればよい。例えば、時間経過により液体から固体となるコンクリートやモルタルや樹脂材等でもよく、さらに地中杭１に充填され、締め固めにより固体部分を形成できる砂や土等の粒体でもよい。
【００１５】
固化材２内には、地中杭１の長さ方向に空間Ｓを形成するための保護管３が埋設されている。本実施形態における、保護管３はフランジ付き塩化ビニルパイプ３０（以下「ＶＰ管３０」と呼ぶ）が複数接続して形成されている。ＶＰ管３０の呼び径は８０Ａから１００Ａ程度である。保護管３の上端部は既製杭１０の上端部より上方に突出し、合成樹脂製可撓管３２が接続されている。合成樹脂製可撓管３２は、最終的には建築物の躯体内に埋設され、その端部は所定位置で躯体表面から突出される。保護管３の下端部には止水用キャップ３１が取り付けられている。保護管３は、少なくとも固化材２が侵入しない程度の水密性を有して形成され、地中杭１内に所定深さで設置される。これにより保護管３内に地中杭１の長さ方向の空間Ｓが形成される。なお、本実施形態において「深さ」とは、予め定められた基準地盤面から下方への垂直距離をいう。本実施形態のＶＰ管３０には、錘３３が必要に応じて取り付けられる。錘３３は、地下水が侵入している地中杭１内への保護管３の設置時や、保護管３が設置された地中杭１内部へのセメントミルク打設時に、保護管３に作用する浮力とのバランスをとるためのものである。
【００１６】
保護管３には、その長さ方向に適宜間隔でスペーサ５が取り付けられている。スペーサ５は、地中杭１の水平断面における保護管３の位置を保持する機能を有している。本実施形態におけるスペーサ５は、既製杭１０の内壁面１０ａの形状に沿った円形に形成された保持部５０と、保持部５０の周方向の適宜箇所に設けられた突出部５１とにより構成されている。突出部５１は、保持部５０に回転自在に取り付けた樹脂製のリング状部材である。突出部５１は、保持部５０の外周側に突出することにより、既製杭１０の内壁面１０ａと保持部５０の離隔距離を確保している。保護管３は、固定部材５２を利用して保持部５０の内周側に当接して支持固定される。これにより、保護管３が地中杭１の外周側に配置され地中へ近接されるとともに、地中杭１の中央部に固化材の充填作業用のスペースが確保される。
【００１７】
保護管３の空間Ｓには、センサー４が挿抜自在に挿入される。本実施形態におけるセンサー４は温度センサーである。センサー４は、先端部の熱電対と、熱電対からの電気信号を受信計に送信する導線ケーブル４４により構成される。熱電対はシース管４３で保護される。導線ケーブル４４は保護管３上端部の合成樹脂製可撓管３２から突出され、所定箇所まで延伸可能な長さが確保される。本実施形態におけるセンサー４は、一つの地中杭１に対して３本挿入され、各センサー４により地中杭１の異なる深さ３箇所の温度が計測される。本実施形態における３つのセンサー４は、一つのセンサー体４０として一体化されている。センサー体４０はセンサー用錘４１を端部に取り付けた付けた支持ワイヤ４２に、その長さ方向で異なる位置に各センサー４のシース管４３が取り付けて構成されている。センサー体４０は、一本の支持ワイヤ４２と三本の導線ケーブル４４を束ねた長尺の線状部材として形成される。センサー体４０により、各センサー４をまとめて保護管３内に挿入できるため挿入作業が容易になり、保護管３の断面積を小さくすることが出来る。保護管３の断面積を小さくすることで、保護管３内での空気の対流が制限され、空間Ｓ内の空気温度が均一化を抑制できる。
【００１８】
本実施形態において、「空間Ｓへ挿抜自在に挿入されるセンサー４」とは、建築物が完成した状態で、保護管３内へ、挿入深さを確認しながら容易に挿入、引き抜きが出来る状態のセンサー４をいう。挿抜自在性を確保するために、保護管３の内径が決定され、その長さ方向の形状も設定される。保護管３の内径は、すなわち空間Ｓは小さい方が空気層が小さくなるため温度計測上は好ましい。本実施形態における保護管３の長さ方向の形状は直線状に形成され、センサー４の挿抜自在性と、挿入深さの確認容易性が確保されている。また、本実施形態における保護管３は水密性が確保されているため、保護管３内に空間Ｓが確実に形成され、センサー４自体の厳密な防水性は要求されない。このため、センサー４のシース管４３を簡便で小さい構造とすることが出来、保護管３への挿抜自在性が確保し易くなる。
【００１９】
保護管３は、センサー４の挿抜が可能で、センサー４の深さ位置が確認できる空間Ｓを形成できるものであれば、その断面形状は円形に限定されるものではなく、またその長さ方向の形状も直線状に限定されるものではない。例えば四角形断面で、既成杭１０の内周面に沿って旋回しながら下方へ延びる螺旋状の保護管３でもよい。なお、センサー４が温度センサーであるため、保護管３は、熱伝導性の良好な材質で形成されることが好ましい。また、センサー４の測定対象を考慮して保護管３の材質を変更してもよい。
【００２０】
センサー４は保護管３内に挿入されて、地中杭１の温度を間接的に計測する。地中杭１は基本的にはセメント系の材料（コンクリートやセメントミルクなど）で構成されている。このセメント系の材料の熱に関する性質は、金属材料や樹脂製材料などと比べ、比較的土壌の熱に関する性質に類似している。したがって、地中杭１の温度を間接的に計測することにより地中温度の推定が比較的容易であり、推定された地中温度により熱源機器等の運転条件設定や制御を行うことが出来る。本実施形態におけるセンサー４が実際に計測する温度は、地中杭１に埋設された保護管３内の空気温度、すなわち空間Ｓの空気温度である。この空間Ｓの空気温度は、地中の温度や、既製杭１０、固化材２、保護管３および空気層の熱伝達率や、保護管３内の空気の対流、熱伝達率、保護管３内面からの輻射等の要素によって定まる。
【００２１】
本実施形態の地中杭１には、地中熱を利用するための熱交換用配管６が埋設されている。熱交換用配管６は、架橋ポリエチレン管で構成された樹脂製チューブであり可撓性を有している。熱交換用配管６は、それを二本平行に配置し、それらの一方の端部をＵ型接手６により接続したＵ型チューブとして形成されている。Ｕ型チューブの一方の熱交換用配管６が冷媒の往き管となり、他方が還り管となる。熱交換用配管６の下端部（Ｕ型チューブの下端部）には熱交換用配管錘６０が取り付けられている。本実施形態において、一本の地中杭１には、４本の熱交換用配管６（Ｕ型チューブとしては２本）が埋設される。本実施形態における熱交換用配管６は、その長さ方向に適宜間隔でスペーサ５により支持される。熱交換用配管６は、スペーサ５の保持部５０の外周側に、その周方向に沿ってほぼ等間隔で、突出部５１に近接した位置で、保持部５０と直交して支持される。突出部５１は、保持部５０に支持された熱交換用配管６よりも外側へ突出している。
【００２２】
本実施形態における基礎杭Ｐは、建築物のフーチングＨの下方に一つずつ設けられ、図８に示すようにＸ方向（横方向）に４列、Ｙ方向（縦方向）３列配置されている。図８における右上角部、および左下角部の基礎杭Ｐが地中杭１として構築されている。なお、どの位置の基礎杭Ｐを地中杭１とするかは、建築物毎に設定される。
【００２３】
本実施形態の地中杭１に隣接して、固化材２１の固化によって地中に構築され、センサー４による計測値を補正するための計測値を得るための副センサー２２が固化材２１内に埋設された副地中杭２０が配置される。本実施形態における副地中杭２０は、地中杭１に隣接する基礎杭Ｐに設定されている。したがって、図８における地中杭１にＹ方向で隣接する基礎杭Ｐが副地中杭２０として構築されている。
【００２４】
副地中杭２０は、地中杭１におけるセンサー４および保護管３を除き、地中杭１とほぼ同様の基礎杭Ｐであり、地中杭１と同様の断面形状、外形寸法を有し、ほぼ同様の構造形式で構築されている。本実施形態の副地中杭２０は、固化材２１を中空筒状の既製杭２３の内方へ充填して構築される。既製杭２３は、地中杭１と同形状のＰＣ杭であり、工場等で予め成形されたＰＣ杭が単独で又は複数接続されて地中に埋設されて基礎杭を形成している。既製杭２３は既成杭１０と同様、ＰＣ杭に限定されず、ＲＣ杭、ＰＨＣ杭、ＳＣ杭、鋼管杭等で構築されても良い。本実施形態における副地中杭２０の底部は支持地盤に達し、根固め用のコンクリートが打設されている。副地中杭２０の内方には、固化材２１としてのセメントミルクが充填されている。固化材２１は固化材２と同様、セメントミルクに限定されずコンクリートやモルタルや樹脂材でも、砂や土等の粒体でもよい。
【００２５】
本実施形態の副センサー２２は、温度センサーであり固化材２１内に直に埋設されている。副センサー２２は、センサー４による計測値を補正するための計測値を得るためのものであるため、センサー４と同様に温度センサーが使用される。本実施形態における副センサー２２は、白金測温抵抗体による温度センサーである。なお、センサー４と同様の熱電対を用いてもよい。副センサー２２は、先端部の白金測温抵抗体と、白金測温抵抗体からの電気信号を受信計に送信する導線ケーブルにより構成されている。白金測温抵抗体はシース管２２１で保護されている。シース管２２１は、その内部に固化材２１や水が進入しないよう防水構造に形成されている。導線ケーブルは合成樹脂製可とう電線管２２０（例えばＣＤ管）に挿入され保護されている。その合成樹脂製可とう電線管２２０とシース管２２１とは隙間無くビニルテープ等により接続される。合成樹脂製可とう電線管２２０と導線ケーブルは既製杭２３の上端部から突出され、所定箇所まで延伸可能な長さが確保されている。
【００２６】
本実施形態における副センサー２２は、地中杭１の各センサー４と同様に、一つの副地中杭２０に対して３本挿入され、地中杭１の各センサー４と同じ深さにおける地中杭２０の温度を計測する。また本実施形態における副センサー２２は、地中杭１の水平断面におけるセンサー４すなわち保護管３に近接するよう副地中杭２０の周面側に配置される。具体的には、図８に示すように副地中杭２０の副センサー２２は、地中杭１の保護管３と対向する副地中杭２０の周面側に９０°間隔で３箇所に配置される。ただし、副センサー２２の配置は地中杭１の保護管３と対向する位置に限定されるものではない。
【００２７】
各副センサー２２は適宜間隔でスペーサ２４より支持されてその位置が保持される。スペーサ２４はスペーサ５と同一形状の部材であり、スペーサ５の保持部５０と同一の保持部２４０とスペーサ５の突出部５１と同一の突出部２４１により構成される。副センサー２２の先端部分のシース管２２１、および合成樹脂製可とう電線管２２０が、スペーサ２４の保持部２４０の外周側に、保持部２４０と直交する方向で取り付けられている。保持部２４０の外周側で副センサー２２が支持されることにより、センサー２２は副地中杭２０の外周側に接近して埋設される。なお、副センサー２２の合成樹脂製可とう電線管２２０やシース管２２１が、スペーサ２４の突出部２４１よりも保持部２４０の外方へ突出する場合には、これらを保持部５０の内周側に固定し、既製杭２３の内面との接触を防止しても良い。
【００２８】
本実施形態の副地中杭２０には、地中熱を利用するための熱交換用配管２５が埋設されている。熱交換用配管２５は、地中杭１の熱交換用配管６と同様の配管で構成され、一つの地中杭１に対する熱交換用配管６と同数が、一つの副地中杭２０に設けられる。熱交換用配管２５は、その長さ方向に適宜間隔でスペーサ２４により支持される。熱交換用配管２５は、スペーサ２４の周方向に等間隔で、地中杭１の熱交換用配管６と同様の方法で支持されて副地中杭２０内に埋設される。したがって、副地中杭２０のスペーサ２４の外周には、９０°間隔で熱交換用配管２５が配置され、熱交換用配管間２５、２５間に副センサー２２が取り付けられている（図５参照）。熱交換用配管２５の下端部には熱交換用配管錘２５０が取り付けられている。熱交換用配管２５が副地中杭２０に、地中杭１の熱交換用配管６と同様に埋設されることより、地中杭１と副地中杭２０の構造を同一化できる。
【００２９】
本実施形態の副センサー２２は、地中杭１のセンサー４と同様に、地中温度を推測するために副地中杭２０の温度を計測するものである。しかし、副センサー２２は、地中杭２０内の固化材２１の温度を直接に計測するのに対し、センサー４は、空間Ｓすなわち保護管３内の空気温度を計測する。このため、センサー４の計測温度は、保護管３の材質や、保護管３内壁面の形状、保護管３内の空気層の厚さ、対流状況等の影響を受け、実際の地中杭１の温度との差が生じる。このセンサー４による計測値を補正するための計測値を得るために、副センサー２２により副地中杭２０（固化材２１）の温度が直接的に計測される。副センサー２２による計測温度は地中杭１（固化材２）の温度として推定される。この副センサー２２の機能を確実に確保するために、地中杭１に隣接して副地中杭２０を配置し、地中杭１と副地中杭２０の構築位置の違いによる計測温度への影響を抑制している。さらに、本実施形態において、地中杭１と副地中杭２０は、同一形状、寸法で同一の構造形式の基礎杭Ｐとして構築されている。これにより、地中杭１と地中杭２０の構造の違いによる計測温度への影響を抑制している。また、地中杭１が場所打ち杭である場合は、副地中杭２０も場所打ち杭として構築される。さらに、本実施形態における、センサー４と副センサー２２を対向させて配置したり、熱交換用配管６、２５の材質や配置等を揃えることにより、副センサー２２とセンサー４の設置条件を揃え、各計測温度のばらつきを発生させる要素を出来るだけ制限している。
【００３０】
このため、副センサー２２とセンサー４による各計測温度間の差を、それらセンサー４、２２の地中杭１、２０への設置方法の相違（主に保護管３の有無）に起因するもと推定することが可能となり、センサー４と副センサー２２の同時刻の計測温度を多数蓄積し解析することで、両計測温度間の「一定の関係」を導き出しやすくなる。さらに、導き出された「一定の関係」を利用して、センサー４により計測された保護管３内の空気温度を補正して、地中杭１の温度を推定することが可能となる。センサー４による計測温度を補正して地中杭１の温度より正確に推定することで、地中杭１周辺の地中温度も精度良く推定できる。精度良く推定されたこれらの温度に基づいて熱源機器の運転条件設定や制御が精度良くおこなえる。また、センサー４は地中杭１に挿抜自在であるためメンテナンスが可能であり、長期にわたり安定した温度計測が可能となる。したがって、「一定の関係」が導き出された後に副センサー２０が故障しても、センサー４の計測温度のみで、熱源機器の運転条件設定や制御を安定して継続でき、地中杭１周辺の地中温度の変化も長期間に亘り計測可能となる。なお、副地中杭２０は必ずしも建築物の基礎杭Ｐとして構築される必要はなく、副地中杭２０は、地中杭１と同一の建築物の基礎杭Ｐでなくとも良い。
【００３１】
また、副地中杭２０内には、必ずしも熱交換用配管２５を埋設する必要はない。その場合には、副地中杭２０の温度が、時間経過と共に地中温度とほぼ等しくなるため、副センサー２２の計測温度を直接的に地中温度として推定することが可能となる。したがって、センサー４の計測温度と副センサー２２の同時刻の計測温度を多数収集し蓄積して比較解析することで、地中温度とセンサー４の計測温度との一定の関係を導き出すことができ、ンサー４の計測温度から地中温度が推定可能となる。
【００３２】
以上説明した本実施形態にかかる地中杭の構造の作用について説明する。まず本実施形態にかかる地中杭１および副地中杭２０の構築方法を説明する。地中杭１の既製杭１０を地中に構築後、既製杭１０の内方へ、スペーサ５で支持しながら、熱交換用配管６および保護管３を挿入する。保護管３は、既製杭１０の上方でＶＰ管３０を順次接続しながら地中杭１へ挿入する。ＶＰ管３０の接続時に錘３３もＶＰ管３０に取り付ける。一方、副地中杭２０の既製杭２３を地中に構築後、既製杭２３の内方へスペーサ２４で支持しながら、熱交換用配管２５と副センサー２２を挿入する。その後、地中杭１に対しては、その内方へ固化材２を充填し、熱交換用配管６、保護管３を、地中杭１の外周側の所定位置で固化材２内に埋設する。固化材２の固化後、保護管３の上端部に合成樹脂製可撓管３２を接続する。建築物の施工に状況に応じて、熱交換用配管６、合成樹脂製可撓管３２を延出し、それらの端部を躯体から突出する位置まで引き出しておく。副地中杭２０に対しては、その内方へ固化材２１を充填し、熱交換用配管２５、副センサー２２を、副地中杭２０の外周側の所定位置で固化材２１内に埋設する。固化材２１の固化後、建築物の施工に状況に応じて、熱交換用配管２５、副センサー２２を延出し、それらの端部を躯体から突出する位置まで引き出しておく。
【００３３】
建築物の躯体工事完了後に、合成樹脂製可撓管３２の端部から、センサー体４０を所定深さまで降下させて、支持ワイヤ４２の上端部を建築物の躯体に固定して、保護管３の空間Ｓの所定位置に各センサー４を設置する。センサー体４０挿入の際、各センサー４は、熱電対を用い、防水性も要求されないためシース管４３がコンパクトであるため、屈曲した合成樹脂製可撓管３２内も容易に挿通することができる。このため、空間Ｓへのセンサー４の挿抜自在性が確保しやすくなっている。センサー４の挿入深さと、既に副地中杭２０内に埋設された副センサー２２の埋設深さは一致するように、センサー４の深さ位置を調整する。これによりセンサー４が挿抜自在に挿入された地中杭１および副センサー２２が埋設された副地中杭２０が構築される。
【００３４】
本実施形態における、地中杭１および副地中杭２０の作用について述べる。地中杭１に挿入されたセンサー４により、地中杭１への所定挿入深さにおける空間Ｓ（保護管３内）の空気温度が計測され電気信号として受信計に送信される。受信計に送信された温度データは適宜処理、蓄積され、熱源機器等の制御などに利用される。保護管３は、スペーサ５により地中杭１の外周部付近に設置されるため、比較的地中との距離が短く、周囲の固化材２の厚さも小さくなり、空間Ｓの空気温度は地中の温度に近くなりやすい。
【００３５】
センサー４の温度計測に併せて、副センサー２２により所定深さにおける副地中杭２０の温度が計測され電気信号として受信計に送信される。受信計に送信された副センサー２２からの温度データは、適宜処理されて蓄積され、熱源機器などの制御等に利用される。副センサー２２が計測する温度は、副地中杭２０の固化材２１の温度である。このため、副センサー２２が計測する温度には、センサー４の計測する保護管３内の空気温度に比べ、保護管３、空気層が存在せず、これらが熱感流の抵抗や熱の容量体として作用しないため、副地中杭２０の温度が直接的に反映される。さらに、副センサー２２はスペーサ２４により、副地中杭２０が外周部に近く埋設されているため、地中と副センサー２２との間の固化材２１の厚さが薄くなり、冷媒温度や地中温度の変化にも短時間で応答するため、地中の温度が反映されやすい。
【００３６】
そのため、両センサー２、２２による計測開始当初は、副センサー２２の計測温度を優先に用いて、熱源機器等の運転条件の設定や制御、地中温の推定などをおこなう。この間に蓄積される、センサー４による計測温度と副センサー２０による計測温度を蓄積して比較解析し、両者間の「一定の関係」を導き出す。その「一定の関係」が導き出された後は、センサー４の計測温度をその「一定の関係」で補正して、熱源機器の制御等に使用する。これにより、何時副センサー２２が故障しても熱源機器を精度良く継続的に制御等可能となり、長期にわたる地中温度の継続的な計測が可能となる。
【００３７】
本実施形態において、地中杭１の構造を、固化材２の固化によって地中に構築される地中杭１と、固化材２内に、地中杭１の長さ方向に空間Ｓを形成するために埋設される保護管３と、保護管３の空間Ｓに挿抜自在に挿入されるセンサー４とを有しているため、センサー４をメンテナンスや、設置深さの調整のために容易に挿抜することが出来る。
【００３８】
また、地中杭１が、固化材２を中空筒状の既製杭１０の内方へ充填して構築される基礎杭であるため、既製杭１０を利用して、センサー４を挿抜可能に地中杭１内に設置できる。
【００３９】
さらに地中杭１には、地中熱を利用するための熱交換用配管６が埋設されているため、地中杭１を熱交換用の杭として利用しつつ、地中温度を推測出来る（温度）データを取得でき、効率的な熱交換を行うことが可能となる。
【００４０】
加えて、固化材２１の固化によって地中に構築され、センサー４による計測値を補正するための計測値を得るための副センサー２２が固化材２１内に埋設された副地中杭２０を、地中杭１に隣接して配置したため、副センサー２２の計測値によりセンサー４による計測値を適切に補正でき、センサー４による計測値から、精度の高い地中杭１の温度や地中杭１周辺の地中温度の推定が可能となり、地中熱を利用した熱源機器等の運転条件設定や、長期間にわたる地中温度の計測が可能となる。
【００４１】
本実施形態における地中杭１は、固化材２が中空筒状の既製杭１０の内方へ充填されて構築された基礎杭Ｐとしたが、固化材２を杭孔へ充填して構築される基礎杭Ｐとしても良い。杭孔は地盤面に削孔された縦孔である。この形式の基礎杭Ｐには、例えば場所打ち杭が該当する。地中杭１を場所打ち杭とした場合、その内部に挿入される杭鉄筋籠（杭鉄筋を一体的に組んだもの）を利用して、保護管３や熱交換用配管６を地中杭１の外周側に設置する。このため、スペーサ５は不要となる。保護管３や熱交換配管６は杭鉄筋籠の外周側に取り付ける方が熱交換の効率上好ましいが、杭孔の孔面に保護管３や熱交換用配管６が接触する場合は、杭鉄筋籠の内側に取り付けてもよい。地中杭１を場所打ち杭とした場合、場所打ち杭の躯体を構成するコンクリートが固化材２に該当する。その他の構成は既製杭１０を用いた前述の実施形態における地中杭１と同様であり説明を省略する。
【００４２】
地中杭１を、固化材２を杭孔へ充填して構築される基礎杭の構造とすることにより、建築物の場所打ち杭を利用して、メンテナンス可能にセンサー４を取り付けることが可能となり、地中状態（温度）の推定が可能となる。
【００４３】
地中杭１を、固化材２を杭孔へ充填して構築される基礎杭、すなわち場所打ち杭とした場合、副地中杭２０も杭孔へ充填して構築される基礎杭として、地中杭１に隣接させて設置する。副地中杭２０内には先の実施形態と同様の副センサー２２、熱交換配管２５が埋設される。副センサー２２、熱交換配管２５は，副地中杭２０内部に挿入される杭鉄筋籠を利用して、副地中杭２０内に配置する。このため、スペーサ２４は不要となる。
【００４４】
これにより地中杭１が場所打ち杭であっても、そのセンサー４の計測値を補正するための計測値を副センサー２２により計測でき、センサー４の計測値に対して適切な補正を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明に係る地中杭の構造の好適な一実施形態における地中杭の垂直方向の断面図である。
【図２】図１に示した地中杭の水平方向の断面図である。
【図３】図１に示した地中杭の保護管の内部状況を説明するための、保護管端部の垂直方向の断面図である。
【図４】本発明に係る地中杭の構造の好適な一実施形態における副地中杭の垂直方向の断面図である。
【図５】図４に示した副地中杭の水平方向の断面図である。
【図６】本発明に係る地中杭の構造の好適な一実施形態における地中杭および副地中杭の配置を示す平面図である。
【符号の説明】
【００４６】
１ 地中杭
２ 固化材
３ 保護管
４ センサー
６ 熱交換用配管
１０ 既製杭
２０ 副地中杭
２１ 固化材
２２ 副センサー
【特許請求の範囲】
【請求項１】
センサーが内部に設置される地中杭の構造であって、
固化材の固化によって地中に構築される地中杭と、
上記固化材内に、該地中杭の長さ方向に空間を形成するために埋設される保護管と、
該保護管の上記空間に挿抜自在に挿入されるセンサーとを有することを特徴とする地中杭の構造。
【請求項２】
前記地中杭が、前記固化材を中空筒状の既製杭の内方へ充填して構築される基礎杭であることを特徴とする請求項１に記載の地中杭の構造。
【請求項３】
前記地中杭が、前記固化材を杭孔へ充填して構築される基礎杭であることを特徴とする請求項１に記載の地中杭の構造。
【請求項４】
前記地中杭には、地中熱を利用するための熱交換用配管が埋設されること特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の地中杭の構造。
【請求項５】
固化材の固化によって地中に構築され、上記センサーによる計測値を補正するための計測値を得るための副センサーが該固化材内に埋設された副地中杭を、前記地中杭に隣接して配置したことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の地中杭の構造。
【請求項１】
センサーが内部に設置される地中杭の構造であって、
固化材の固化によって地中に構築される地中杭と、
上記固化材内に、該地中杭の長さ方向に空間を形成するために埋設される保護管と、
該保護管の上記空間に挿抜自在に挿入されるセンサーとを有することを特徴とする地中杭の構造。
【請求項２】
前記地中杭が、前記固化材を中空筒状の既製杭の内方へ充填して構築される基礎杭であることを特徴とする請求項１に記載の地中杭の構造。
【請求項３】
前記地中杭が、前記固化材を杭孔へ充填して構築される基礎杭であることを特徴とする請求項１に記載の地中杭の構造。
【請求項４】
前記地中杭には、地中熱を利用するための熱交換用配管が埋設されること特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の地中杭の構造。
【請求項５】
固化材の固化によって地中に構築され、上記センサーによる計測値を補正するための計測値を得るための副センサーが該固化材内に埋設された副地中杭を、前記地中杭に隣接して配置したことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の地中杭の構造。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００９−１０２８８４（Ｐ２００９−１０２８８４Ａ）
【公開日】平成２１年５月１４日（２００９．５．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２７５７０３（Ｐ２００７−２７５７０３）
【出願日】平成１９年１０月２３日（２００７．１０．２３）
【出願人】（５９１０２３４７９）ダイダン株式会社 (82)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年５月１４日（２００９．５．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１０月２３日（２００７．１０．２３）
【出願人】（５９１０２３４７９）ダイダン株式会社 (82)
【Ｆターム（参考）】
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