JP2000345512A - 土の締固め管理方法及び装置 - Google Patents

土の締固め管理方法及び装置

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Abstract

(57)【要約】 【目的】ピーク振動数が変動しても土の締固め状況を適
切に評価する。 【構成】本発明に係る土の締固め管理装置１は、転圧機
械に備えられた振動体の鉛直方向加速度を転圧中に計測
する加速度計２と、該加速度計で計測された加速度デー
タから加速度スペクトルを求める解析手段としてのＦＦ
Ｔアナライザ３と、加速度スペクトルを一次推定ピーク
振動数を含む第１の周波数帯域で積分して相乗平均Ａを
求めるとともに、二次推定ピーク振動数及び三次推定ピ
ーク振動数を含む第２の周波数帯域で積分して相乗平均
Ｂを求め、該相乗平均Ｂを相乗平均Ａで除してピーク比
率を算出する演算手段としての演算回路４とからなる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、振動ローラの加速
度を用いた土の締固め管理方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】土地造成工事においては、どのような盛
土材料を用いてどのように締固めを行うかが重要であ
り、よく締まって密な構造になっている土は、外力に対
する抵抗が大きく、より高い安定性を保つ。したがっ
て、撒き出された盛土材料は、締め固め用の機械で十分
に締め固めなければならない。
【０００３】そのため、盛土工事を行うにあたっては、
設計時において予め盛土転圧試験を実施し、転圧機械の
機種、一層の撒き出し厚さ及び最適な転圧回数を決定す
るとともに、施工時において実際の撒き出し厚さや転圧
回数が設計値に沿ったものとなるように管理することが
盛土品質を向上させる上で不可欠となる。
【０００４】一方、撒き出し厚さや転圧回数を管理する
のみならず、実際の土の締固め状況を監視することも重
要であることは言うまでもない。
【０００５】ここで、転圧された土の締固め状況を転圧
機械である振動ローラの鉛直方向加速度から調べる方法
が知られている。かかる方法は、計測された振動ローラ
の加速度時刻歴データをフーリエ解析によって周波数領
域に変換し、次に、変換されたデータからピーク値、す
なわち卓越振動数における加速度スペクトル（パワース
ペクトル）を基本（一次）振動数での値Ａ、二次振動数
での値Ｂ、三次振動数での値Ｃとしてそれぞれ求め、し
かる後に比率（Ｂ＋Ｃ）/Ａを演算するものである。
【０００６】かかる手法は、土を締め固めていくにした
がって地盤のバネ係数も増加するという特性を利用した
ものであり、既に実用化されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】ここで、基本振動数
は、本来、振動ローラ固有のものであるため、転圧中に
変化することはないと思われていたが、実際には、振動
ローラに設けられたアクチュエータの回転数が施工中の
種々の要因によって変動することがあり、その場合に
は、設定された基本振動数が実際の基本振動数からずれ
てしまうこととなって解析精度の低下を招くという問題
を生じていた。
【０００８】また、二次振動数及び三次振動数には、転
圧対象である地盤の弾性挙動が反映されるが、転圧材料
の剛性が高いと、転圧中に振動ローラの振動輪が地表か
ら跳ね上がってしまうことがあり、かかる場合には基本
振動数と同様、ピーク振動数が変動し、やはり解析精度
の低下を招くという問題を生じていた。
【０００９】本発明は、上述した事情を考慮してなされ
たもので、ピーク振動数が変動しても土の締固め状況を
適切に評価することが可能な土の締固め管理方法及び装
置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明に係る土の締固め管理方法は請求項１に記載
したように、転圧機械に備えられた振動体の鉛直方向加
速度を転圧中に計測し、計測された加速度データから加
速度スペクトルを求め、該加速度スペクトルを一次推定
ピーク振動数を含む第１の周波数帯域で積分して相乗平
均Ａを求めるとともに、前記加速度スペクトルを二次推
定ピーク振動数及び三次推定ピーク振動数を含む第２の
周波数帯域で積分して相乗平均Ｂを求め、しかる後に該
相乗平均Ｂを前記相乗平均Ａで除してピーク比率とする
とともに該ピーク比率を土の締固め状況を評価する指標
とするものである。
【００１１】また、本発明に係る土の締固め管理装置は
請求項２に記載したように、転圧機械に備えられた振動
体の鉛直方向加速度を転圧中に計測する加速度計と、該
加速度計で計測された加速度データから加速度スペクト
ルを求める解析手段と、前記加速度スペクトルを一次推
定ピーク振動数を含む第１の周波数帯域で積分して相乗
平均Ａを求めるとともに二次推定ピーク振動数及び三次
推定ピーク振動数を含む第２の周波数帯域で前記加速度
スペクトルを積分して相乗平均Ｂを求め、該相乗平均Ｂ
を前記相乗平均Ａで除してピーク比率を算出する演算手
段とからなるものである。
【００１２】本発明に係る土の締固め管理方法及び装置
においては、まず、振動ローラ等の転圧機械に備えられ
た振動輪等の振動体の鉛直方向加速度を転圧中に計測す
る。
【００１３】次に、ＦＦＴアナライザ等の解析手段を用
いて計測された加速度データの加速度スペクトルを求め
る。
【００１４】次に、演算手段にて前記加速度スペクトル
を一次推定ピーク振動数を含む第１の周波数帯域で積分
して相乗平均Ａを求めるとともに、二次推定ピーク振動
数及び三次推定ピーク振動数を含む第２の周波数帯域で
積分して相乗平均Ｂを求め、しかる後に該相乗平均Ｂを
前記相乗平均Ａで除する、すなわちＢ／Ａを演算してピ
ーク比率とし、該ピーク比率を土の締固め状況を評価す
る指標とする。
【００１５】このようにすると、基本ピーク振動数や二
次若しくは三次ピーク振動数に変動が生じたとしても、
第１の周波数帯域や第２の周波数帯域を適宜設定してお
けば、真のピーク振動数は、これらの周波数帯域に必ず
含まれることとなり、加速度スペクトルにも真のピーク
振動数での値が反映される。
【００１６】ここで、一次推定ピーク振動数とは、一次
ピーク振動数としてとりあえず初期的に設定される振動
数であって転圧中に変動の可能性があるものであり、第
１の周波数帯域とは、かかる変動があったとしても真の
一次ピーク振動数が必ず含まれることになるであろう帯
域を意味する。
【００１７】同様に、二次推定ピーク振動数及び三次推
定ピーク振動数とは、それぞれ二次ピーク振動数、三次
ピーク振動数としてとりあえず初期的に設定される振動
数であって転圧中に変動の可能性があるものであり、第
２の周波数帯域とは、かかる変動があったとしても真の
二次ピーク振動数及び三次ピーク振動数が必ず含まれる
ことになるであろう帯域を意味する。
【００１８】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る土の締固め管
理方法及び装置の実施の形態について、添付図面を参照
して説明する。なお、従来技術と実質的に同一の部品等
については同一の符号を付してその説明を省略する。
【００１９】図１(a)は、本実施形態に係る土の締固め
管理装置を示した全体ブロック図である。同図でわかる
ように、本実施形態に係る土の締固め管理装置１は、転
圧機械に備えられた振動体の鉛直方向加速度を転圧中に
計測する加速度計２と、該加速度計で計測された加速度
データから加速度スペクトルを求める解析手段としての
ＦＦＴアナライザ３と、加速度スペクトルを一次推定ピ
ーク振動数を含む第１の周波数帯域で加速度スペクトル
を積分して相乗平均Ａを求めるとともに、二次推定ピー
ク振動数及び三次推定ピーク振動数を含む第２の周波数
帯域で積分して相乗平均Ｂを求め、該相乗平均Ｂを相乗
平均Ａで除してピーク比率を算出する演算手段としての
演算回路４とからなる。なお、演算回路４には、演算結
果であるピーク比率を出力するディスプレイ８やプリン
タ９を接続しておくのがよい。
【００２０】ここで、加速度計２は、同図(b)に示すよ
うに、転圧機械である振動ローラ６に備えられた振動体
としての振動輪７の非減衰部に取り付けてあり、該振動
輪の鉛直成分加速度を計測できるようになっている。
【００２１】本実施形態に係る土の締固め管理装置１及
び管理方法においては、まず、振動ローラ６に備えられ
た振動輪７の転圧中における鉛直方向加速度を加速度計
２で計測する。
【００２２】次に、計測された加速度データをＦＦＴア
ナライザ３にてフーリエ変換して加速度スペクトルを求
める。図２(a)に求められた加速度スペクトルを示す。
【００２３】次に、演算回路４にて加速度スペクトルを
一次推定ピーク振動数ｆ1を含む第１の周波数帯域で積
分する、すなわち同図に示す斜線領域１１の面積を求
め、その平方根をとって相乗平均Ａとする。
【００２４】同様に、加速度スペクトルを二次推定ピー
ク振動数ｆ2及び三次推定ピーク振動数ｆ3を含む第２の
周波数帯域で積分する、すなわち同図に示す斜線領域１
２の面積を求め、その平方根をとって相乗平均Ｂとす
る。
【００２５】ここで、一次推定ピーク振動数ｆ1は、転
圧中に変動の可能性があるものの、一次ピーク振動数と
してとりあえず初期的に設定可能な振動数であり、例え
ば振動ローラ６固有の振動数から評価することができ
る。
【００２６】また、第１の周波数帯域は、かかる変動が
あったとしても真の一次ピーク振動数が必ず含まれるこ
とになるであろう帯域であり、振動ローラ６やアクチュ
エータの構造、仕様、性能等を考慮しつつ、必要に応じ
て試験を行った上、適宜定めればよい。かかる第１の周
波数帯域は、例えば一次推定ピーク振動数ｆ1を中心と
して±５Ｈｚの範囲とすることができる。
【００２７】一方、二次推定ピーク振動数ｆ2及び三次
推定ピーク振動数ｆ3は、転圧中に変動の可能性がある
ものの、それぞれ二次ピーク振動数、三次ピーク振動数
としてとりあえず初期的に設定可能な振動数である。
【００２８】また、第２の周波数帯域は、かかる変動が
あったとしても真の二次ピーク振動数や三次ピーク振動
数が必ず含まれることになるであろう帯域であり、締固
めに伴う地盤の弾性挙動の変化を考慮しつつ、必要に応
じて現地での転圧試験を行った上、適宜定めればよい。
かかる第２の周波数帯域は、例えば５０〜９０Ｈｚの範
囲とすることができる。
【００２９】次に、演算回路４にて相乗平均Ｂを相乗平
均Ａで除する、すなわちＢ／Ａを演算してピーク比率と
し、これをディスプレイ８やプリンタ９に適宜出力する
とともに、該ピーク比率を土の締固め状況を評価する指
標とする。
【００３０】このようにすると、基本ピーク振動数や二
次若しくは三次ピーク振動数に変動が生じたとしても、
第１の周波数帯域や第２の周波数帯域を適宜設定してお
けば、真のピーク振動数は、これらの帯域に必ず含まれ
ることとなり、加速度スペクトルにも真のピーク振動数
での値が反映される。
【００３１】すなわち、図２(b)に示すように、真の一
次ピーク振動数が仮に一次推定ピーク振動数ｆ1から低
周波側にずれてｆ1´になったとしても、かかる真の一
次ピーク振動数ｆ1´が第１の周波数帯域に含まれてい
るため、真の一次ピーク振動数ｆ1´における加速度ス
ペクトル値は、相乗平均Ａに反映される。
【００３２】以上説明したように、本実施形態に係る土
の締固め管理方法及び装置によれば、基本ピーク振動数
や二次若しくは三次ピーク振動数に変動が生じたとして
も、第１の周波数帯域や第２の周波数帯域を適宜設定し
ておけば、真のピーク振動数は、これらの帯域に必ず含
まれることとなり、加速度スペクトルにも真のピーク振
動数での値が反映される。
【００３３】したがって、振動ローラ６のアクチュエー
タの回転数が何らかの原因で変動したり、転圧中に振動
輪７が地表から跳ね上がるような場合、例えばロック材
料を転圧するような場合であっても、土の締固め状況を
適切に評価することが可能となる。
【００３４】また、従来のＰＳＤ解析手法でピーク比率
を精度よく求めようとすると、ピーク振動数の変動に対
応すべく、該ピーク振動数をそのつど正確に求める必要
があるが、処理すべきデータ量が膨大であるため、転圧
作業を行いながら解析を進めるのは実際にはきわめて困
難であった。
【００３５】しかしながら、本実施形態に係る土の締固
め管理方法及び装置によれば、演算回路４での演算中、
ピーク振動数を求める必要がないため、リアルタイム処
理が可能となり、土の締固めに関する品質を飛躍的に向
上させることができる。
【００３６】次に、本実施形態に係る土の締固め管理方
法及び装置の作用効果を実験で確認したので、以下にそ
の概要を説明する。
【００３７】実験は、ロックフィルダムの建設工事現場
における振動ローラによる転圧試験として行い、各転圧
ごとの実際の締固め密度をそのときの沈下量から評価す
るとともに、本実施形態に係る土の締固め管理方法にし
たがってピーク比率を演算した。
【００３８】図３は、このような転圧回数ごとの現場密
度と本実施形態に係る方法（帯域積分ピーク法）による
解析結果とを従来のＰＳＤピーク法による結果とともに
示したグラフである。これらの結果から、本実施形態に
係る土の締固め管理方法によれば、演算されたピーク比
率が現場密度ときわめて良好な相関関係を示し、盛土の
品質管理として非常に有効な手段となり得ることがわか
る。ちなみに、従来の解析手法であるＰＳＤピーク法で
は、ロック材料を転圧する際に発生する振動ローラの局
所的な跳ね上がりを適確にとらえることができないた
め、現場密度との相関性はきわめて悪いこともわかる。
【００３９】
【発明の効果】以上述べたように、本発明に係る土の締
固め管理方法及び装置によれば、基本ピーク振動数や二
次若しくは三次ピーク振動数に変動が生じたとしても、
第１の周波数帯域や第２の周波数帯域を適宜設定してお
けば、真のピーク振動数は、これらの帯域に必ず含まれ
ることとなり、加速度スペクトルにも真のピーク振動数
での値が反映される。
【００４０】したがって、例えば振動体のアクチュエー
タの回転数が何らかの原因で変動したり、転圧中に振動
体が地表から跳ね上がるような場合、例えばロック材料
を転圧するような場合であっても、土の締固め状況を適
切に評価することが可能となる。
【００４１】
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態に係る土の締固め管理装置の図であ
り、(a)は全体ブロック図、(b)は加速度計の取付け状況
を示した図。
【図２】本実施形態に係る土の締固め管理方法及び装置
の作用を示した図。
【図３】本実施形態に係る土の締固め管理方法及び装置
の作用効果に関する実験結果を示したグラフ。
【符号の説明】
１ 土の締固め管理装置 ２ 加速度計 ３ ＦＦＴアナライザ（解析
手段） ４ 演算回路（演算手段） ６ 振動ローラ（転圧機械） ７ 振動輪（振動体）

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 転圧機械に備えられた振動体の鉛直方向
    加速度を転圧中に計測し、計測された加速度データから
    加速度スペクトルを求め、該加速度スペクトルを一次推
    定ピーク振動数を含む第１の周波数帯域で積分して相乗
    平均Ａを求めるとともに、前記加速度スペクトルを二次
    推定ピーク振動数及び三次推定ピーク振動数を含む第２
    の周波数帯域で積分して相乗平均Ｂを求め、しかる後に
    該相乗平均Ｂを前記相乗平均Ａで除してピーク比率とす
    るとともに該ピーク比率を土の締固め状況を評価する指
    標とすることを特徴とする土の締固め管理方法。
  2. 【請求項２】 転圧機械に備えられた振動体の鉛直方向
    加速度を転圧中に計測する加速度計と、該加速度計で計
    測された加速度データから加速度スペクトルを求める解
    析手段と、前記加速度スペクトルを一次推定ピーク振動
    数を含む第１の周波数帯域で積分して相乗平均Ａを求め
    るとともに二次推定ピーク振動数及び三次推定ピーク振
    動数を含む第２の周波数帯域で前記加速度スペクトルを
    積分して相乗平均Ｂを求め、該相乗平均Ｂを前記相乗平
    均Ａで除してピーク比率を算出する演算手段とからなる
    ことを特徴とする土の締固め管理装置。
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