JP2004163320A - Device for controlling perpendicularity of pile - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To ensure a correct piling without being affected by worker's skill even though an arm 5 is bent while working. <P>SOLUTION: An arm flexure correcting means 32 calculates true linear line length Lt from hinge part 6 to the top of the arm 5 and a true inclination angle θt made by true linear line length Lt and the horizontal surface, by using difference between the inclination angles θ2' and θ3' detected by an arm clinometers 29, 31, and bending length L of the arm 5. The objective arm length Ln from the hinge part 6 to the top of the arm 5 is calculated from the true inclination angle θt, and the rod distance L2 which is the distance from the hinge part 6 to the center line 15 of the pile when the center line 15 of the pile is coincide with the vertical line of the piling point P. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、起伏可能に回動し且つ伸縮自在なアームの先端に杭を取り付けて、杭入作業を行なうものにおいて、アームを伸縮させて杭の鉛直度が保たれるように管理する杭鉛直度管理装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
住宅地盤においては、例えばスウェーデン式サウンディング試験機などを用いて原位置における土の貫入抵抗を測定し、その硬軟または締まり具合、さらに土層の構成を測定し、地耐力を推定する地盤調査が予め行なわれる。そして、この地盤調査の結果、軟弱な地盤であると判断された場合には、セメント系の固化剤をスラリー状態にし、対象となる地盤に注入しながら機械混合攪拌することによって、地盤土を柱状固化して地盤強化を図る地盤改良工事が行なわれている。
【0003】
この一連の施工工事においては、軟弱地盤の正確な挿入位置に杭芯の先端を合わせることは勿論、特に施工中における杭芯の鉛直度(傾斜状態)や深度を正しく管理することが求められる。すなわち、杭芯を常時垂直に保ったまま軟弱地盤に打ち込まなければ、完成した改良地盤がジグザグの状態に施工され、地盤強化を満足に図ることができない。また、杭芯の挿入深さが不足した場合などにも、同様の問題が発生する。
【0004】
さらに、こうした杭芯の鉛直度や深度の管理は、ハンマーなどで杭芯を垂直に打ち込む専用の杭打ち車両ではなく、とりわけ汎用の工事車両である建柱車のように、伸縮自在で垂直方向に回動するアームの先端に杭芯を取り付けて、このアームにより杭芯を押し込んで作業するものでは一層困難なものとなる。この場合、先ずアームの先端に杭芯を取付けた状態で、作業者が目標位置を目視で確認しながら、工事車両のオペレータに合図を送り、杭芯の先端と目標位置の位置合わせを行なう。次に、目標位置の近辺にいる作業者の目視による合図を頼りに、オペレータはアームの出し入れとアームの回動を行ないながら、杭芯を垂直に且つ所定の深さまで掘削する作業が行なわれる。しかし、どの程度アームを出し入れしたり、アームを回動させるのかは、あくまでもオペレータの勘に委ねられているため、作業に際しては相当な熟練が必要であった。
【0005】
こうした杭打ち時における杭芯の鉛直度を管理するものとしては、例えば特許文献1にあるような、杭打設における杭の鉛直矯正方法が知られている。これは、2つの観測点のそれぞれに電子トータルステーションを設置し、この電子トータルステーションにより杭に設けたマークを視準追尾することで、杭を保持する杭打設作業装置の前後傾斜手段と左右傾斜手段を制御して、杭の鉛直性を保つようにしている。
【0006】
【特許文献1】
特公平4−73729号公報(明細書段落番号
【0006】等)
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかし上記方法では、杭打ち作業を行なう毎に、杭から離れた位置に電子トータルステーションを設置しなければならず、煩わしい。しかも、杭を前後方向若しくは左右方向にどの程度動かせばよいかという情報は得られるものの、それに基づき現時点でアームをどの程度伸縮させるのかは判らず、結局は作業者が電子トータルステーションに代わっただけで、作業車両を操作するオペレータの技量で杭作業の良否が左右される。
【0008】
こうした問題を回避するために、先に本願出願人は特願2001−380710において、基端にある枢着部を中心に起伏可能に回動し、且つ伸縮自在なアームの先端に取付けられる杭の鉛直度を管理する杭鉛直度管理装置において、アームの枢着部から先端までの長さを検出するアーム長検出手段と、アームの起伏角度を検出するアーム角度検出手段とを備えるとともに、アームの先端を前記杭の貫入位置に一致させたときに、アーム長検出手段とアーム角度検出手段からそれぞれ取り込んだ杭の最終姿勢におけるアームの長さおよび起伏角度と、このアーム角度検出手段から取り込まれる現在のアームの起伏角度とから、杭が貫入位置の垂直線上に位置するアームの目標長さを算出する制御手段を備えたものを提案している。
【0009】
しかし、打設中の杭芯を押し込む力と杭芯が軟弱地盤から受ける反発力がアームを押し上げる力となって、アーム自身に撓みが生じるため、アームの基端と先端での起伏角度にズレを生じるようになり、アームの目標長さに実際のアーム長を合わせて施工しても、杭を目標となる貫入位置に垂直に打ち込むことができない。
【0010】
加えて、杭芯の打設中はアームが撓むだけでなく、アームを保持する保持体としての建柱車も前後に浮き上がりや縦揺れを起こし、アーム角度検出手段で検出するアーム起伏角度に更なる誤差が生じる。このため、車両本体の浮き上がりや縦揺れ角をも考慮したアームの目標長さの算出を行なわなければ、杭芯の鉛直度を正しく保つことができないという不都合を生じる。
【0011】
本発明は、上記問題点を解決しようとするもので、施工中にアームが撓んだ場合でも、オペレータの技量に左右されることなく、正しく杭作業を行なうことができる杭鉛直度管理装置を提供することをその目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項1における杭鉛直度管理装置は、前記目的を達成するために、基端にある枢着部を中心に起伏可能に回動し、且つ伸縮自在なアームの先端に取付けられる杭の鉛直度を管理する杭鉛直度管理装置において、前記アームに沿った枢着部から先端までの撓み長さを検出するアーム長検出手段と、前記アーム基端の起伏角度を検出する第一アーム角度検出手段と、前記アーム先端の起伏角度を検出する第二アーム角度検出手段と、前記アーム長検出手段,第一アーム角度検出手段および第二アーム角度検出手段からの検出出力に基づき、前記アームの枢着部から先端までの真の直線長さを算出すると共に、この直線と水平面との間の真の起伏角度を算出するアーム撓み補正手段と、前記杭が貫入位置の垂直線上に位置するときの前記枢着部から前記杭に至る水平面に沿った距離と前記真の起伏角度とから、前記杭が貫入位置の垂直線上に位置する前記アームの枢着部から先端までの目標直線長さを算出する制御手段とを備えて構成される。
【0013】
この場合、杭の打設中は、杭を地面に押し込む力と杭が地面から受ける反発力とによって、アーム自身に撓みが生じ、この撓んだ状態のアームの撓み長さがアーム長検出手段で検出される。それと共にアームが撓むと、第一アーム角度検出手段と第二アーム角度検出手段でそれぞれ検出される起伏角度に差異を生じ、この差異と前記アームの撓み長さとを利用して、アーム撓み補正手段はアームの枢着部から先端までの真の直線長さと、この直線と水平面との間をなす真の起伏角度を算出する。そして、このようにして得られた真の起伏角度と、予め分っている杭が貫入位置の垂直線上に位置するときの枢着部から杭に至る水平面に沿った距離とによって、制御手段がアームの枢着部から先端までの目標直線長さを算出する。
【0014】
したがって、アーム撓み補正手段が算出する真の直線長さが、目標直線長さに一致するように、オペレータがアームを出し入れすれば、施工中にアームが撓んだ場合でも、杭の鉛直度を保った状態で貫入位置に打ち込むことが可能になり、オペレータの技量に左右されることなく、正しく杭作業を行なうことができる。
【0015】
また本発明の請求項2の杭鉛直度管理装置は、請求項1の構成において、前記アームを保持する保持体の傾きを検出する傾斜検出手段をさらに備え、前記アーム撓み補正手段は、前記第一アーム角度検出手段および第二アーム角度検出手段からの各検出出力から、前記杭が地面に押し込まれるときの前記保持体の浮き上がり角度を差し引いて、前記真の直線長さや真の起伏角度を算出するものである。
【0016】
この場合は、杭が地面に押し込まれるときの保持体の浮き上がり角度を傾斜検出手段からの検出出力で得ることができるので、第一アーム角度検出手段や第二アーム角度検出手段で検出されるアーム基端やアーム先端の各起伏角度から浮き上がり角度を差し引いて、真の直線長さや真の起伏角度を算出することができる。したがって、保持体の浮き上がりや縦揺れ角をも考慮したアームの目標直線長さの算出が可能となり、杭の鉛直度をより正しく保つことができる。
【0017】
【発明の実施形態】
以下、本発明における杭鉛直度管理装置について、添付図面を参照しながら説明する。
【0018】
図1は、本装置の概略構成図である。同図において、1は改良工事を行なう必要のある地面である軟弱地盤、2は軟弱地盤1上に配置された汎用の工事作業機としての建柱車である。建柱車2の構成は周知のように、車両本体3の上部に取付けられた水平方向に回動可能な保持機構4と、この保持機構4に基端が枢着される伸縮自在なアーム5とを備えており、アーム5は基端部にある枢着部6を中心に起伏可能に回動するようになっている。なお、7は軟弱地盤1の表面に当接する回動可能な車輪、8は作業時などにおいて車両本体3の倒れを防止する接地脚である。ここでの建柱車2は、アーム5を保持する保持体として設けられているが、車両以外のものであってもよい。
【0019】
前記アーム5は、基端に保持機構4との枢着部6を設けた筒状のアーム基部11と、このアーム基部11の先端より出没する第一アーム可動部12と、第一アーム可動部12が出没するのに伴って、この第一アーム可動部12の先端より出没する第二アーム可動部13の3段で構成され、アーム5ひいては第二アーム可動部13の先端には、工具である杭すなわち杭芯15を軸方向に回動可能な状態で取付ける杭取付部16が設けられる。ここでの杭芯15は、従来例における杭芯102と同様に、その先端で軟弱地盤1の掘削を行なう掘削部17と、掘削された穴18内にセメント系の固化剤19を注入するセメント注入部20とをそれぞれ備えている。なお、実施例におけるアーム5は3段で構成されるが、2段若しくは4段以上でもよく、その段数については特に限定されない。
【0020】
25は、前記アーム5の枢着部6から先端までの長さをアーム長さLとして検出するアーム長検出手段としてのワイヤー式エンコーダである。このエンコーダ25は、アーム可動部12の先端側にその一端を取付けた線材26と、線材26を回転体(図示せず)に巻き取って収納するエンコーダ本体27とにより構成され、アーム5の伸縮に伴う線材26の巻き取り長さを、エンコーダ本体27内にある回転体の回転数から換算して、アーム長さLを計測するものである。特に本実施例のエンコーダ25は、アーム5が撓んだときにもアーム5に沿った長さ(撓み長さ)を検出できるように、線材26が貫通するリング状の保持具28をアーム基部11および第一アーム可動部12の各先端に取付けている。なお、アーム長検出手段はワイヤー式のエンコーダに限定されるものではない。
【0021】
29は、アーム5の基端にあるアーム基部11の起伏角度すなわち水平面に対する傾き角である角度θ2’を検出する第一アーム角度検出手段としてのアーム傾斜計である。また31は、アーム5の先端にある第二アーム可動部13の起伏角度θ3’を検出する別のアーム傾斜計である。そして、これらのアーム傾斜計29,31とは別に、施工中における建柱車2の傾き(車体角)を検出する車両傾斜計30を備えている。車両傾斜計30は、杭芯15が地面に押し込まれたときの建柱車2の浮き上がり角度θ4Δを算出するためのものであるが、具体的には例えばアナログ出力型の傾斜計などが使用され、高感度磁気センサと磁石を先端に取付けた振り子との組み合せにより、XY方向に振り子の角度に応じた電圧を出力する。アーム傾斜計29はアーム5の基端寄りに取付けられると共に、車両傾斜計30は保持機構4に取付けられるが、車両傾斜計30は保持機構4以外の例えば車両本体3に直接取付けてもよい。
【0022】
図2は、装置の機能的な構成を示すブロック図である。同図において、35はエンコーダ25から得られたアーム5の撓み長さLと、アーム傾斜計29から得られたアーム基部11の角度θ2’と、およびアーム傾斜計31から得られた第二アーム可動部13の起伏角度θ3’の他に、車両傾斜計30から得られた建柱車2の打設開始時と打設中の角度差を浮き上がり角度θ4Δとして計算して取り込み、アーム5が撓んでいないと仮定したアーム5の真の直線長さLtと真の起伏角度θtを算出して、アーム5の先端に取付けた杭芯15が鉛直な状態で目標となる貫入位置Pを貫入するように、目標となるアーム5の直線長さ(目標アーム直線長さ)Lnを算出し、この算出結果を出力手段である表示器36に出力する演算処理部である。この演算処理部35は、例えばマイクロコンピュータなどの制御手段から構成される。また、37はオペレータが操作するタッチパネルなどの操作部で、この操作部からの指示により表示器36の表示内容を切換たり、各種パラメータを設定できるようになっている。
【0023】
演算処理部35は、より具体的には、最初にロッドである、杭芯15をアーム5に装着しない状態で、アーム5の先端を軟弱地盤1の表面上の貫入位置P(図1参照)に一致させた基準姿勢において、車両傾斜計30で得られた水平面を基準とした車両本体3の傾斜角と、エンコーダ25で得られた枢着部6からアーム5の先端部までのアーム長さL0と、アーム傾斜計29で得られた水平面を基準としたアーム基部11の角度θ2’とを取り込み記憶する基準姿勢記憶手段38と、杭芯15をアーム5に装着しない状態で前記アーム5の先端を貫入位置Pに一致させたときのアーム長さLxと角度θxから、アーム5の先端に杭芯15を鉛直状態で装着したと仮定した場合に、水平面に沿った枢着部6から杭芯15に至る距離を、ロッド距離L2として算出する杭芯距離算出手段39を備えている。
【0024】
また演算処理部35は、前記基準姿勢における各データを記憶した後、アーム5の先端に杭芯15を装着し、杭芯15の下端が軟弱地盤1の貫入位置Pを押し付ける状態にして、アーム5を杭入施工作業の直前の開始位置まで移動させたときに、後述するアーム撓み補正手段32によって算出されるアーム5が撓んでいないと仮定したアーム5の真の直線長さLtと真の起伏角度θtとを、それぞれ開始長さLoと開始角度θ0として記憶すると共に、これらの値から改めて算出されるロッド距離L2を記憶して、表示器36に出力する施工開始アーム位置記憶手段40とを備えている。
【0025】
それ以外にも演算処理部35は、アーム5の基端および先端の角度θ2,θ3を検出するアーム傾斜計29,31からの各検出出力に基づき、アーム5の枢着部6から先端までの真の直線長さLtを算出すると共に、この直線と水平面との間のなす角度である真の起伏角度θtを算出するアーム撓み補正手段32を備えている。特に本実施例におけるアーム撓み補正手段32は、施工開始時と施工中に車両傾斜計30にてそれぞれ検出される車体角の差から、杭芯15が軟弱地盤1に押し込まれるときの建柱車2の浮き上がり(縦揺れ)角度θ4Δを算出し、この浮き上がり角度θ4Δを、アーム傾斜計29,31からの各検出出力から差し引くことで、前記真の直線長さLtや真の起伏角度θtをより精度良く算出するようにしている。また、アーム撓み補正手段32は前述したように、アーム5が杭入施工作業の開始位置にあるときの、アーム5の真の直線長さLtと真の起伏角度θtとを、それぞれ開始長さLoと開始角度θ0として算出している。
【0026】
さらに演算処理部35は、アーム撓み補正手段32で得られる真の起伏角度θtと、開始アーム位置記憶手段40にて予め算出したロッド距離L2とから、杭芯15が貫入位置Pの垂直線上に位置するときの、アーム5の枢着部6から先端までの目標直線長さ(目標アーム長さ)Lnを算出して、それをアーム撓み補正手段32で得られる真の直線長さLtに一致した現在のアーム長さL1と共に表示器36に出力する目標アーム長さ算出手段41と、オペレータがアーム5の伸縮を操作することにより、目標アーム長さ算出手段41で得た目標アーム長さLnの許容範囲内に現在の真の直線長さLtが達すると、前記アーム5の開始長さL0と、現在のアーム5の直線長さ(アーム長さ)L1と、施工開始時におけるアーム基部11の角度(開始角度)θ0とアーム撓み補正手段32で得られる現時点でのアーム5の真の起伏角度θとの差から得られる動作角度θ1のそれぞれから余弦定理を利用して、杭芯15の貫入深さすなわち深度Hを算出し、これを表示器36に出力する杭深度算出手段42をそれぞれ備えている。
【0027】
さらに43はパラメータ設定変更手段であって、これは例えば、施工時に各種データを収集するサンプリング時間およびサンプリング間隔や、前記目標アーム長さLnの許容範囲を設定したり変更する機能を有する。そして、施工開始時におけるアーム5の開始長さL0や、そのときのアーム5の開始角度θ0や、杭芯距離算出手段39および開始アーム位置記憶手段40で得られたロッド距離L2や、施工中における深度Hや、この深度を算出したときの補正された現在のアーム長さL1などが、例えば携帯電話などのデータ送信手段44を介して、図示しないセンターに随時送られるようになっている。
【0028】
次に、図5〜図11に示す表示器36の正面図を参照しながら、その表示構成と本装置における動作を併せて説明する。図5は作業中における表示器36のメイン表示形態を示したもので、45は工番表示部、46は杭番号表示部である。工番表示部45に表示される工番は、作業を行なう住所と件名を特定するために、この住所と件名に関連付けられて予めセンターで採番されるもので、ここでは管理がしやすいように、日付け入りの13桁からなる数字が重複しないように割り当てられている。工番の入力はこのメイン表示とは別の工番入力画面で行なわれて、図示しないメモリカードに一旦格納され、作業開始時に呼出して工番表示部45に表示することができる。このとき杭番号表示部46に表示される数字は「001」から開始し、一つの杭作業が終了する毎に、数字が+1ずつ自動的に加算されるようになっている。
【0029】
47は施工中の各部の測定値をデジタル表示で表わすデジタル表示部で、これはコラムすなわち杭芯15の深度Hを表わす深度表示部48と、杭芯15の積算回転数を表わす積算回転数表示部49と、固化剤19であるセメントミルクの積算流量を表わす積算流量表示部50と、アーム撓み補正手段32により算出された現在のアーム5の角度θを表わす現在アーム角度表示部51と、施工時における前記目標アーム長さLnを表わす目標アーム長表示部52と、アーム撓み補正手段32により算出された現在のアーム5の長さL1を表わす現在アーム長表示部53とにより構成される。これらの各表示部48〜53には、現在の測定値が数字として表示される。また、54はアナログ表示を併用したメータ表示部で、これはセメントミルクの瞬時流量をデジタルおよびアナログ表示する瞬時流量表示部55と、杭芯15の圧入圧をデジタルおよびアナログ表示する圧入圧表示部56と、杭芯15の移動速度を表示する移動速度表示部57と、杭芯15の回転速度を表示する回転速度表示部58とにより構成される。これらの瞬時流量表示部55,圧入圧表示部56および速度表示部57の右下にはメータの最大スケール値が数字で表示されているが、この値は任意に変更することができる。
【0030】
さらに、表示器36の表示画面にはタッチパネルを利用した操作部37として、開始指示手段であるスタートボタン60と、停止指示手段であるストップボタン61と、再開指示手段である施工ボタン62と、一時停止指示手段である継杭ボタン63とを備えている。スタートボタン60は各部の測定を開始する際に操作するもので、測定開始を指示すると杭番号表示部46に表示される杭番号が+1加算されると共に、工番表示部45に表示される工番のなかで、杭番号表示部46に表示される杭番号に関する各部の動作情報が演算処理部35に取込まれ、かつ表示器36に表示されるようになる。なお、建柱車2そのものが作業を開始していない場合は、スタートボタン60の操作を無効にし、不必要な動作情報の取込みを防止する。一方、ストップボタン61は各部の測定を終了する際に操作するもので、測定終了を指示すると、演算処理部35への各部の動作情報の取込みが停止する。また、継杭ボタン63は継杭またはトラブル発生時に操作するもので、これを押すと各部の測定が一時停止する。さらに、施工ボタン62は施工再開時に操作するもので、これを押すと各部の測定が再スタートする。
【0031】
その他に、表示器36の表示画面下部には、表示部37の画面切換操作手段として、工番入力画面切換ボタン64と、データ送信画面切換ボタン65と、グラフ画面切換ボタン66と、ポンプ画面切換ボタン67と、垂直施工支援切換ボタン68と、パラメータ画面切換ボタン69が設けられており、いずれか一つのボタン64〜69を操作することにより、図5に示すメイン表示とは別の画面が表示器36で表示されるようになっている。また70は、セメントミルクを注入するための自動運転するポンプ(図示せず)の動状況を表示するポンプ運転状況表示部である。なお、これ以降は、本発明に関連する垂直施工支援動作と、それに対応するパラメータ設定についての説明だけを行なう。
【0032】
図12におけるフローチャートは、図5における垂直施工支援切換ボタン68を押した後の施工手順を示したものである。図12において、最初のステップS1では、建柱車2のアーム5に杭芯15を取付けない状態で、アーム5の先端が軟弱基板1の表面上に予め設定した貫入位置Pに一致するように、オペレータの操作によりアーム5の長さおよび角度を調整し、杭芯15の基準姿勢を確定する。
【0033】
図6は、このときの表示器36の表示形態を表わしたものである。71は現在のアーム5の状態などを模式的に表示するアーム表示部、72はこのアーム表示部71に対応して、既に前述したアーム5の開始角度θ0や、動作角度θ1や、開始長さL0や、現在のアーム長さL1や、ロッド距離L2を数字で表示するデータ数字表示部である。また73は、操作部37の一部をなす杭芯検出ボタンであり、この杭芯検出ボタン73を押す毎に、その押した位置に対応する箇所の表示色が切替わるようになっている。その他ここには、前記図5のメイン表示画面にも表れる現在アーム角度表示部51,目標アーム長表示部52,現在アーム長表示部53が設けられると共に、杭芯15の深度を表示する深度表示部74が設けられる。
【0034】
なお、アーム5の動作中は、一定のサンプリング時間毎に、アーム撓み補正手段32で得られる現時点でのアーム5の真の起伏角度θが現在アーム角度表示部51に表示されると共に、同じくアーム撓み補正手段32で得られる現在のアーム長さL1が現在アーム長表示部53とデータ数字表示部72に表示される。
【0035】
また、表示器36の表示画面にはタッチパネルを利用した操作部37として、アーム5を上下動させたり、アーム5を決められた角度に自動的に動かすアーム角度動作ボタン75と、アーム5を伸縮させるアーム伸縮動作ボタン76と、杭伏せボタン77と、後述するパラメータ設定画面を表示させるパラメータ画面切換ボタン78と、図3のメイン画面に戻すために戻るボタン79が各々設けられる。このように、アーム5の起伏および伸縮動作は、建柱車2に設けられたレバー(図示せず)のみならず、表示器36上に設けられた操作部37によっても行なうことができる。
【0036】
再度図12の説明に戻ると、ステップS1にて貫入位置Pにアーム5の先端を合わせて基準姿勢を確定したら、次のステップS2で杭芯検出ボタン73を押す。すると、ステップS3に移行して、演算処理部35を構成する基準姿勢記憶手段38は、アーム5の先端を貫入位置Pに一致させたときのアーム長さLxと角度θxをアーム撓み補正手段32で算出してそれぞれ取り込み、これらの値を基準姿勢として記憶する。それと共に杭芯距離算出手段39は、アーム5の先端に杭芯15を鉛直状態で装着したときの、水平面に沿った枢着部6から杭芯15に至るロッド距離L2(図6のアーム表示部71を参照)を、前記アーム長さLxと角度θxから次の数式にて算出する。
【0037】
【数1】

Figure 2004163320
【0038】
このロッド距離L2は、杭芯距離算出手段39から表示器36に出力され、データ数字表示部72に常時表示される。
【0039】
こうして杭芯15の基準姿勢を記憶し、ロッド距離L2を算出したら、アーム5の先端に杭芯15を装着し、アーム角度動作ボタン75を押して、アーム5を任意の高さまで引上げる(ステップS5)。このときの表示器36の表示形態を図7に示す。ステップS2で杭芯検出ボタン73に手を触れると、この杭芯検出ボタン73に位置する表示色が別のものになる。これにより、オペレータは杭芯15の基準姿勢がすでに記憶されていることを目視で直接確認できる。また、杭芯15の長さが判っていれば、それを操作部37から入力すれば、演算処理部35はアーム5の先端が杭芯15の長さに引上げられるまでの引上げ角度を自動的に算出できる。したがって、アーム角度動作ボタン75を構成する「自動」ボタンを押したときに、この引上げ角度に自動的にアーム5が引上げるように制御手段である演算算出部35を構成すれば、オペレータの熟練度に左右されず簡単にアーム5を作業開始位置にまで引上げることができる。
【0040】
アーム5の引上げ時には、貫入位置Pの垂直線上にアーム5の先端が位置するアーム5の目標長さLnが目標アーム長さ算出手段41で算出され、これが表示器36の目標アーム長表示部52に表示される。この目標アーム長さLnは、アーム撓み補正手段32から算出される現時点でのアーム5の角度θと、前記ロッド距離L2に基づき、次の数式にて算出される。
【0041】
【数2】
Figure 2004163320
【0042】
オペレータは、枢着部6を中心にアーム5を回動させて引上げながら、現在アーム長表示部52に表示される現在のアーム5の長さL1が、この目標アーム長さLnの許容範囲内に入るように、アーム伸縮動作ボタン76を操作してアーム5を伸縮させる(ステップS5)。そして、現在のアーム長さL1が目標アーム長さLnに一致すれば、下端を貫入位置Pに合わせた杭芯15は鉛直な状態となり、杭芯15の垂直な軌跡上にアーム5の先端が位置する。なお、このとき深度表示部74には、アーム撓み補正手段32で算出された現在のアーム長L1と、アーム角度θを基にして、演算処理部35で算出されたアーム5の引上げ長さが表示される。
【0043】
こうして、アーム5を引上げた後、アーム5の先端が貫入位置Pを押した状態で、アーム5が鉛直になっていることを確認したら、ステップS6に移行して、施工開始を指示するために再度施工開始ボタンでもある杭芯検出ボタン73に手を触れる。これにより演算処理部35は、アーム5が杭入施工作業の開始位置にあるものと判断して、そのときアーム撓み補正手段32で得られるアーム5の開始角度θ0と開始長さL0を、施工開始アーム位置記憶手段40にそれぞれ記憶すると共に、この開始角度θ0と開始長さL0を基に、杭芯距離算出手段39はロッド距離L2を再度次の数式にて算出する。
【0044】
【数3】
Figure 2004163320
【0045】
このロッド距離L2は、施工開始アーム位置記憶手段40に記憶されると共に(ステップS7)、施工作業が終了するまで不変である。そして、前記数2における角度θにアーム5の開始角度θ0を代入することで、目標アーム長さLnを算出して、これを目標アーム長表示部52に表示する。
【0046】
なお、施工開始時は杭芯15の先端を貫入位置Pに一致させるため、軟弱地盤1に杭芯15の先端を押し付ける力がアーム5から加えられている。そのため、アーム5は後述する杭芯15の貫入時ほどではないにせよ、多少の反発力が加わり撓んでいる。したがって、目標アーム長さLnを正しく算出するために、アーム撓み補正手段32を利用して、アーム5が撓んでいないと仮定したときのアーム5の開始角度θ0と開始長さL0を算出している。
【0047】
図8は、杭入施工作業の開始時における表示器36の表示形態を示したものである。ここでは、アーム角度表示部51に補正された現在のアーム5の角度θ(施工開始時は開始角度θ0)が表示され、目標アーム長表示部52にその角度θにアーム5が向けられているときの目標アーム長さLnが表示され、アーム長表示部53に現在のアーム長さL1(施工開始時は開始長さL0)が表示され、深度表示部74には杭芯15の先端の深度Hが表示される。この深度Hは、アーム5の開始長さL0から、現在のアーム長さL1と、アーム5の開始角度θ0から現時点でのアーム5の角度θを差し引いた動作角度θ1とにより、余弦定理を利用した次の数式から算出される。
【0048】
【数4】
Figure 2004163320
【0049】
上記数式より、杭芯15の下端が軟弱地盤1に貫入していない作業開始時には、アーム長・アーム起伏角補正演算手段32により補正された現在のアーム長さL1と角度θが、アーム5の開始長さL0と開始角度θ0にそれぞれ一致しており、上記数式により算出された深度Hも0となる。なお、表示器36のデータ数字表示部72には、前記作業開始時におけるアーム5の開始角度θ0と、アーム5の現在の動作角度θ1と、アーム5の開始長さL0と、現在のアーム長さL1と、ロッド距離L2がそれぞれ表示される。
【0050】
これ以降は、通常の地盤改良工事が行なわれる。とりわけ杭芯15により軟弱地盤1を掘削するに際しては、前記施工開始アーム位置記憶手段40に記憶した各データを基に、施工中における杭芯15の深度Hと垂直度の算出が行なわれる。具体的には、杭芯15による掘削が進み、アーム5の角度を下げる操作を例えばアーム角度動作ボタン75で行なうと、目標アーム長さ算出手段41は、アーム撓み補正手段32から得られる現在のアーム5の角度θと、施工開始時に算出したロッド距離L2から、杭芯15が鉛直を維持する目標のアーム長さすなわち目標アーム長さLnを算出し、これを目標アーム長表示部52に表示させる。このとき図9に示すように、現在のアーム長さL1が、目標アーム長さLnの許容範囲(例えば、±0.10m)を外れている場合には、補正された現在のアーム長さL1を表示する現在アーム長表示部53の表示色が変わって例えば赤色に反転する。オペレータはこれを見て、杭芯15が垂直に貫入されるように、アーム5の長さを調節操作して、補正された現在のアーム長さL1を目標アーム長さLnに一致させる(ステップS8)。なお、このとき杭深度算出手段42により算出される深度Hは、補正された現在のアーム長さL1が目標アーム長さLnからずれているため、正しく深度表示部74に表示されない。
【0051】
アーム5の長さを正しく調節したときの表示器36の表示状態を示したのが、図10である。この場合、現在アーム長表示部53に表示される現在のアーム長さL1が、目標アーム長表示部52に表示される表示目標アーム長さLnと一致しており、杭芯15は貫入位置Pを垂直に貫入している。また、深度表示部74に表示される杭芯15の深度Hも正しい値となる。演算処理部35のデータ送信手段44は、現在のアーム長さL1が目標アーム長さLnの許容範囲内にあるときの正しい杭芯15の深度Hを、他のデータと共にセンターに送出するので、杭芯15が鉛直でない状態の誤った深度Hのデータ収集を未然に防ぐことができる。そして、このようなアーム5の長さ調節を繰り返せば、杭芯15を常時ほぼ垂直な状態で貫入位置Pに貫入させることが可能になると共に、正しい深度Hのデータ収集が可能になる。
【0052】
続いて図11に基づき、パラメータ画面切換ボタン78を押したときに表示器36に表示されるパラメータ設定画面について説明する。ここでは、表示項目であるサンプリング区間,サンプリングタイマー,アーム許容範囲などの各種設定値を表示するパラメータ値表示部81と、現在時刻の設定を変更する現在時刻設定表示部82がそれぞれ設けられる。また、前述の図6〜図10に示す垂直施工支援画面を表示するための垂直施工支援切換ボタン83と、図11とは別のパラメータ設定画面を表示するためのパラメータ画面切換ボタン84と、図5のメイン表示画面に戻るボタン85も、それぞれ表示器36上にあるタッチパネルの操作部37として設けられる。
【0053】
このなかで、パラメータ値表示部81に表示されるサンプリング区間とは、演算処理部35が収集する各施工データの収集タイミングを設定するもので、この値は任意(例えば1mで割り切れる値)に変更できる。また、サンプリングタイマーとは、前記深度Hが変化しない状態が設定時間(この場合は15秒)続いた場合に、サンプリング区間に深度Hが変化しなくても、優先してデータ収集を行なう。なお、有効ボタン86を操作することで、この機能を無効にすることもできる。さらに、アーム許容範囲とは、前述の杭芯15を垂直に保つために算出した目標アーム長さLnの許容範囲を設定するもので、この値を設定することで、誤った深度Hのデータ収集を未然に防ぐことができる。
【0054】
また別な変形例として、前記図12に示すステップS1からステップS5の各手順を省いて、ステップS6以降の杭芯15を施工開始位置にセットした状態から作業を行なってもよい。これは図12の点線で示される。
【0055】
次に、上記一連の手順において、アーム撓み補正手段32についての動作を詳細に説明する。図3に示すように、杭芯15を軟弱地盤1に貫入する施工作業中は、杭芯15を軟弱地盤1中に押し込む力と、杭芯15が軟弱地盤1から受ける反発力が、アーム5並びに建柱車2を押し上げる力として作用し、アーム5自身が撓むと共に、建柱車2の前方も浮き上がる。図4は、撓みが生じたアーム5の状態を示す説明図で、本実施例のようなアーム5では、第一アーム可動部12が出没するアーム基部11の先端と、第二アーム可動部12が出没する第一アーム可動部12の先端が、それぞれ折れ曲がった状態で撓んでいる。なお同図において、l1はアーム基部11のアーム長、l2は第一アーム可動部12のアーム長、l3は第二アーム可動部13のアーム長で、これらはいずれも直線長さである。また、l4は杭芯15の基端を取付けるのに必要な第二アーム可動部13の先端固定長で、この部分は第二アーム可動部13を最も縮めた状態であっても、第一アーム可動部12の先端よりも外方に突出している。
【0056】
Ltはアーム5の枢着部6からアーム5の先端までの直線上の長さである真の直線長さで、θtはこの真の直線長さLtと水平面との成す角度である真の起伏角度である。θ2はアーム基部11と水平面との成す角度で、θ3は第二アーム可動部13と水平面との成す角度であり、lxは第一アーム可動部12の基端から第二アーム可動部13の先端に至る長さである。θuは第一アーム可動部12と長さlxとの成す角度で、θwは真の直線長さLtとアーム基部11との成す角度であり、θsはアーム基部11に対する第一アーム可動部12の撓み角(外角)で、この場合は、第一アーム可動部12と第二アーム可動部13が同じ量だけ出没する関係で、第一アーム可動部12に対する第二アーム可動部13の撓み角(外角)も同じθsであると仮定している。さらに、θyは第一アーム可動部12と第二アーム可動部13との成す角度(内角)で、θzはアーム基部11と長さlxとの成す角度(内角)である。
【0057】
上記構成において、アーム撓み補正手段32は、アーム5の真の直線長さLtおよびアーム5の真の起伏角度θtを算出する。そのために、まず打設中において、いずれも車両本体3の浮き上がりによる影響を含んだアーム傾斜計29から得られるアーム基部11の水平面に対する角度θ2’と、アーム傾斜計31から得られる第二アーム可動部13の水平面に対する角度θ3’とをそれぞれ取り込むと共に、打設開始時に予め記憶された車両傾斜計30からの車両本体3の車体傾斜角度と、打設中において車両傾斜計30から出力される車両本体3の車体傾斜角度との差を、角度差θ4Δとして算出する。
【0058】
そして、車両本体3の浮き上がりによる影響を取り除いた打設中のアーム基部11の正確な角度θ2と、第二アーム可動部13の正確な角度θ3は、次の数式に示すように、アーム傾斜計29で得られる角度θ2’と、アーム傾斜計31で得られる角度θ3’から、それぞれから前記角度差θ4Δを差し引くことで算出される。
【0059】
【数5】
Figure 2004163320
【0060】
【数6】
Figure 2004163320
【0061】
なお、アーム5の開始長さLoと開始角度θ0を算出する際には、車両本体3はさほど浮き上がっていない。また、施工中も車両本体3がさほど浮き上がらない場合には、アーム傾斜計29で得られる角度θ2’と、アーム傾斜計31で得られる角度θ3’を、そのまま正確な角度θ2,θ3として採用してもよい。
【0062】
次にアーム撓み補正手段32は、アーム5を構成する各部の長さを算出する。具体的には、アーム基部11のアーム長l1と第二アーム可動部13の先端固定長I4は既知の固定長であり、予めアーム撓み補正手段32に記憶されている。また第一アーム可動部12のアーム長l2と、第二アーム可動部13のアーム長I3から先端固定長l4を差し引いた値は、第一アーム可動部12と第二アーム可動部13が同じ量だけ出没する関係で等しくなる。したがって、エンコーダ25により検出されるアーム5の撓み長さLと、アーム基部11のアーム長l1と、第二アーム可動部13の先端固定長I4とから、アーム撓み補正手段32は、次の数式を利用して第一アーム可動部12のアーム長l2と、第二アーム可動部13のアーム長I3とをそれぞれ算出する。
【0063】
【数7】
Figure 2004163320
【0064】
【数8】
Figure 2004163320
【0065】
次にアーム撓み補正手段32は、前記打設中のアーム基部11の正確な角度θ2と、第二アーム可動部13の正確な角度θ3から、以下の数式を利用して撓み角θsを算出する。これは、第一アーム可動部12の撓み角θsと、第二アーム可動部13の撓み角θsが等しいという条件の下で算出される。
【0066】
【数9】
Figure 2004163320
【0067】
数9から第一アーム可動部12および第二アーム可動部13の撓み角θsが求められると、第一アーム可動部12と第二アーム可動部13との成す角度θyは、三角形の内角と外角との関係から、アーム撓み補正手段32により次の数式にて簡単に求めることができる。
【0068】
【数10】
Figure 2004163320
【0069】
上記角度θyが算出されると、アーム撓み補正手段32は、第一アーム可動部12の基端から第二アーム可動部13の先端に至る長さlxを、既に算出された第一アーム可動部12のアーム長l2と、第二アーム可動部13のアーム長I3から、余弦定理によって次の数式のように算出する。
【0070】
【数11】
Figure 2004163320
【0071】
上記長さlxが算出されると、第一アーム可動部12と長さlxとの成す角度θuの余弦(Cosθu)は、第一アーム可動部12の基端から第二アーム可動部13の先端に至る長さlxは、既に算出された第一アーム可動部12のアーム長l2と、第二アーム可動部13のアーム長I3から、余弦定理によって次の数式のように算出できる。
【0072】
【数12】
Figure 2004163320
【0073】
また角度θuは、Cosθuの逆数を取って数13のように算出できる。
【0074】
【数13】
Figure 2004163320
【0075】
但し、上記数13における右辺の180/πは、角度θuの単位をラジアンではなく度(°)として算出するためのものである。続いてアーム撓み補正手段32は、アーム基部11と長さlxとの成す角度θzを算出する。これは、三角形の内角と外角との関係から、次の数式にて求めることができる。
【0076】
【数14】
Figure 2004163320
【0077】
角度θzが求められると、アーム撓み補正手段32は、第一可動部12のアーム長l1と、上記数12で算出した長さlxと、上記数14で算出した角度θzから、アーム5の真の直線長さLtを余弦定理によって、次の数式にて算出する。
【0078】
【数15】
Figure 2004163320
【0079】
また上記数15により、アーム5の真の直線長さLtを算出すると、アーム撓み補正手段32は、アーム5の真の直線長さLtとアーム基部11との成す角度θwの余弦(Cosθw)を、余弦定理によって次の数式のように算出する。
【0080】
【数16】
Figure 2004163320
【0081】
また角度θwは、Cosθwの逆数を取って数17のように算出できる。
【0082】
【数17】
Figure 2004163320
【0083】
但し、上記数17における右辺の180/πは、角度θwの単位をラジアンではなく度(°)として算出するためのものである。これに基づきアーム撓み補正手段32は、アーム5の真の起伏角度θtを、次の数式にて算出する。
【0084】
【数18】
Figure 2004163320
【0085】
このようなアーム撓み補正手段32を備えたことにより、施工開始時や施工中にアーム5が撓んだとしても、エンコーダ25およびアーム傾斜計29,31を設け、場合によっては車両傾斜計30を付加するだけで、アーム5の枢着部6から先端までの真の直線長さLtと、この真の直線長さLtと水平面とのなす角度である真の起伏角度θを正しく算出することができる。したがって、この結果を基にして杭深度算出手段42で正確な杭深度を求めたり、あるいは目標アーム長さ算出手段41で正確な目標アーム長さLnを求めることができるようになる。
【0086】
なお、アーム5の伸縮段数が実施例以外の場合であっても、上述の余弦定理を利用して真の直線長さLtと真の起伏角度θtを算出する手順は同じである。
【0087】
以上のように本実施例では、基端にある枢着部6を中心に起伏可能に回動し、且つ伸縮自在なアーム5の先端に取付けられる杭すなわち杭芯15の鉛直度を管理する杭鉛直度管理装置において、アーム5に沿った枢着部6から先端までの撓み長さLを検出するアーム長検出手段としてのエンコーダ25と、アーム5の基端の起伏角度θ2’を検出する第一アーム角度検出手段としてのアーム傾斜計29と、アーム5の先端の起伏角度θ3’を検出する第二アーム角度検出手段としてのアーム傾斜計31と、アーム傾斜計29,31およびエンコーダ25からの検出出力に基づき、アーム5の枢着部6から先端までの真の直線長さLtを算出すると共に、この直線長さLtと水平面との間のなす角度である真の起伏角度θtを算出するアーム撓み補正手段32と、杭芯15が貫入位置Pの垂直線上に位置するときの枢着部6から杭芯15に至る水平面に沿った距離(ロッド距離L2)と、アーム撓み補正手段32で算出された真の起伏角度θtとから、杭芯15が貫入位置Pの垂直線上に位置するときのアーム5の枢着部6から先端までの目標直線長さ(目標アーム長さLn)を算出する制御手段としての演算処理部35とを備えている。
【0088】
この場合、杭芯15を打設する施工作業中は、杭芯15を軟弱地盤1に押し込む力と杭芯15が軟弱地盤1から受ける反発力とによって、アーム5自身に撓みが生じ、この撓んだ状態のアーム5の撓み長さLがエンコーダ25で検出される。それと共にアーム5が撓むと、アーム傾斜計29,31でそれぞれ検出される起伏角度θ2’θ3’間に差異を生じ、この差異とアーム5の撓み長さLとを利用して、アーム撓み補正手段32はアーム5の枢着部6から先端までの真の直線長さLtと、この直線長さLtと水平面との間をなす角度である真の起伏角度θtを算出する。そして、このようにして得られた真の起伏角度θtと、予め分っている杭芯15が貫入位置Pの垂直線上に位置するときの枢着部6から杭芯15に至る水平面に沿ったロッド距離L2とによって、制御手段である演算処理部35がアーム5の枢着部6から先端までの目標アーム長さLnを算出する。
【0089】
したがって、アーム撓み補正手段32が算出する真の直線長さLtが、目標直線長さLnに一致するように、オペレータがアーム5を出し入れすれば、施工中にアーム5が撓んだ場合でも、杭芯15の鉛直度を保った状態で貫入位置Pに打ち込むことが可能になり、オペレータの技量に左右されることなく、正しく杭作業を行なうことができる。
【0090】
また本実施例では、アーム5を保持する保持体すなわち建柱車2の傾きを検出する傾斜検出手段としての車両傾斜計30をさらに備え、アーム撓み補正手段32は、アーム傾斜計29,31からの各検出出力(θ2’,θ3’)から、杭芯15が地面すなわち軟弱地盤1に押し込まれるときの建柱車2の浮き上がり角度(θ4Δ)を差し引いた値を基に、真の直線長さLtや真の起伏角度θtを算出している。
【0091】
この場合、杭芯15が軟弱地盤Pに押し込まれるときの建柱車2の浮き上がり角度θ4Δを車両傾斜計30からの検出出力で得ることができるので、アーム傾斜計29,31で検出されるアーム5の基端や先端の各起伏角度θ2’,θ3’から浮き上がり角度θ4Δを差し引いて、真の直線長さLtや真の起伏角度θtを算出することができる。したがって、建柱車2の浮き上がりや縦揺れ角をも考慮したアームの目標直線長さ(目標アーム長さLn)の算出が可能となり、杭芯15の鉛直度をより正しく保つことができる。
【0092】
さらにこの場合は、杭芯15を貫入する直前の開始位置までアーム5を回動して引上げたときに、この杭芯15が貫入位置P上で鉛直となるアーム5の開始長さL0と開始起伏角度θ0とを算出し、このアーム5の開始長さL0および開始起伏角度θ0と、現在のアーム5の直線長さL1と、現在のアーム5の起伏角度θとから、余弦定理を利用して杭芯15の深度Hを算出する杭深度算出手段42を備えてもよい。
【0093】
こうすることで、杭深度算出手段42は、杭芯15を貫入する直前の開始位置におけるアーム5の開始長さL0と開始起伏角度θ0とを基にして、現在のアーム5の長さL1と起伏角度θから、余弦定理を利用して深度Hを算出することができる。したがって、杭深度算出手段42が算出した深度Hにより、オペレータは作業中においてアーム5の目標長さLnのみならず、地盤1に貫入した杭芯15の深さを直接同時に知ることができる。
【0094】
さらに本実施例における杭深度算出手段42は、現在のアーム5の長さL1が、演算処理部35で算出したアーム5の目標長さLnの許容範囲内にある場合にのみ、杭芯15の深度Hを算出するように構成している。
【0095】
こうすると杭深度算出手段42は、現在のアーム5の長さL1が、アーム5の目標長さLnの許容範囲内にある時にだけ、算出した杭芯15の深度Hを外部に出力する。したがって、杭深度Hのデータを管理する側では、杭芯15が鉛直でない状態の誤ったデータを取り込む虞れがなく、正しい杭深度Hのデータ管理を行なうことが可能になる。
【0096】
本発明は上記実施例に限定されるものではなく、種々の変形実施が可能である。本発明における杭とは、地盤の貫入位置Pに貫入する棒状体のことをいうもので、例えば鋼管杭でもよく、さらにその目的は本実施例のような地盤改良にのみ限定されるものではない。
【0097】
【発明の効果】
本発明の請求項1における杭鉛直度管理装置によれば、施工中にアームが撓んだ場合でも、オペレータの技量に左右されることなく、正しく杭作業を行なうことができる。
【0098】
本発明の請求項2における杭鉛直度管理装置によれば、保持体の浮き上がりや縦揺れ角をも考慮したアームの目標直線長さの算出を行なうことで、杭の鉛直度をより正しく保つことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施態様を示す杭鉛直度管理装置の全体構成を表わした概略図である。
【図2】同上要部の機能構成を示すブロック図である。
【図3】同上打設時における杭鉛直度管理装置の全体構成を表わした概略図である。
【図4】同上打設時における杭鉛直度管理装置のアーム5の態様を拡大して表わした概略説明図である。
【図5】同上杭芯の基準姿勢を確定した状態を示す表示器の正面図である。
【図6】同上施工最終姿勢を記憶するときの状態を示す表示器の正面図である。
【図7】同上杭芯を所定の高さまで引上げたときの状態を示す表示器の正面図である。
【図8】同上杭入施工作業の開始時における状態を示す表示器の正面図である。
【図9】同上アームの長さを正しく調節する前の状態を示す表示器の正面図である。
【図10】同上アームの長さを正しく調節したときの状態を示す表示器の正面図である。
【図11】同上パラメータ設定画面を表示したときの状態を示す表示器の正面図である。
【図12】同上杭芯を押し込むまでの動作手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
2 建柱車(保持体)
5 アーム
6 枢着部
15 杭芯(杭)
25 エンコーダ(アーム長検出手段)
29 アーム傾斜計(第一アーム角度検出手段)
30 車両傾斜計(傾斜検出手段)
31 アーム傾斜計(第二アーム角度検出手段)
32 アーム撓み補正手段
35 演算処理部(制御手段)[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention provides a pile mounting operation in which a pile is attached to the tip of an arm that is rotatable and expandable and retractable, and in which a pile is vertically extended and managed so that the verticality of the pile is maintained by expanding and contracting the arm. It relates to a degree management device.
[0002]
[Prior art]
In residential ground, for example, a soil survey to estimate soil resistance by measuring the penetration resistance of the soil in situ using a Swedish sounding test machine, etc., and measuring its hardness, softness or tightness, and the composition of the soil layer, in advance Done. When the soil is determined to be soft ground as a result of the ground survey, the cement-based solidifying agent is slurried, and mechanically mixed and stirred while being poured into the target ground to form the ground soil into a columnar shape. Ground improvement work is underway to solidify and strengthen the ground.
[0003]
In this series of construction work, it is necessary not only to align the tip of the pile core with the accurate insertion position of the soft ground, but also to particularly manage the verticality (inclination state) and depth of the pile core during construction. That is, unless the pile core is constantly driven vertically and driven into soft ground, the completed improved ground is constructed in a zigzag state and the ground cannot be satisfactorily strengthened. A similar problem also occurs when the insertion depth of the pile core is insufficient.
[0004]
Furthermore, the control of the verticality and depth of the pile core is not limited to a dedicated pile driving vehicle that drives the pile core vertically with a hammer, etc. It is more difficult to attach a pile core to the tip of an arm that rotates, and push in the pile core with this arm to perform work. In this case, while the pile core is attached to the tip of the arm, the operator sends a signal to the operator of the construction vehicle while visually confirming the target position, and aligns the tip of the pile core with the target position. Next, the operator performs excavation of the pile core vertically and to a predetermined depth while moving the arm in and out and turning the arm, relying on a visual cue of a worker near the target position. However, the degree to which the arm is moved in and out and the arm is rotated are left to the intuition of the operator, and considerable skill is required for the operation.
[0005]
As a method for managing the verticality of a pile core at the time of driving a pile, for example, a method of straightening a pile in driving a pile as disclosed in Patent Document 1 is known. This is achieved by installing an electronic total station at each of the two observation points and collimating and tracking the mark provided on the pile by the electronic total station, so that the front and rear tilting means and the left and right tilting means of the pile driving work device holding the pile are maintained. To maintain the verticality of the pile.
[0006]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Publication No. 4-73729 (paragraph number in the specification)
[0006]
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above method, every time a pile driving operation is performed, an electronic total station must be installed at a position away from the pile, which is troublesome. Moreover, although it is possible to obtain information on how much the pile should be moved in the front-rear direction or the left-right direction, it is not known how much the arm should be extended or retracted at this time based on that information. The quality of the pile operation depends on the skill of the operator who operates the work vehicle.
[0008]
In order to avoid such a problem, the present applicant has previously disclosed in Japanese Patent Application No. 2001-380710 a pile that pivots up and down around a pivot at the base end and is attached to the tip of a telescopic arm. In a pile verticality management device for managing verticality, an arm length detecting means for detecting a length from a pivot portion of the arm to a tip thereof, and an arm angle detecting means for detecting an elevation angle of the arm, and When the tip is made to coincide with the penetrating position of the pile, the arm length and the undulation angle in the final posture of the pile respectively taken from the arm length detecting means and the arm angle detecting means, and the current taken from the arm angle detecting means. And a control means for calculating a target length of an arm in which a pile is located on a vertical line of a penetration position from the undulating angle of the arm.
[0009]
However, the force pushing the pile core during casting and the repulsive force received from the soft ground by the pile core become a force that pushes up the arm, causing the arm itself to bend. Therefore, even if the actual arm length is matched with the target arm length, the pile cannot be driven vertically into the target penetration position.
[0010]
In addition, not only does the arm bend during the placement of the pile core, but the pillar truck as a holding body that holds the arm also lifts and pitches back and forth, causing the arm elevation angle detected by the arm angle detection means to rise and fall. Further errors occur. Therefore, unless the target length of the arm is calculated in consideration of the lifting and pitching angle of the vehicle body, the verticality of the pile core cannot be maintained correctly.
[0011]
The present invention is intended to solve the above problems, and even if an arm flexes during construction, without depending on the skill of the operator, a pile verticality management device capable of performing pile work correctly. Its purpose is to provide.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a pile verticality management device according to claim 1 of the present invention is a pile mounted on a distal end of a telescopic arm, which is pivotally movable up and down around a pivot at a base end. An arm length detecting means for detecting a bending length from a pivot portion along the arm to a tip thereof, and a first arm for detecting an elevation angle of the base end of the arm. An angle detecting means, a second arm angle detecting means for detecting an elevation angle of the arm tip, and the arm based on detection outputs from the arm length detecting means, the first arm angle detecting means and the second arm angle detecting means. Arm deflection correction means for calculating the true straight-line length from the pivot point to the tip of the arm, and calculating the true undulation angle between this straight line and the horizontal plane, and the pile is located on the vertical line of the penetration position. When said A control for calculating a target straight line length from a pivotal connection portion to a tip of the arm located on a vertical line of the penetration position from the distance along a horizontal plane from the attachment portion to the pile and the true undulation angle. Means.
[0013]
In this case, during the driving of the pile, the arm itself is bent by the force pushing the pile into the ground and the repulsive force received from the ground, and the bending length of the bent arm is determined by the arm length detecting means. Is detected by When the arm is bent at the same time, a difference is generated between the undulation angles detected by the first arm angle detecting means and the second arm angle detecting means, and the difference and the bending length of the arm are used to make the arm bending correcting means. Calculates the true linear length from the pivot point of the arm to the tip and the true undulation angle between this straight line and the horizontal plane. The control means determines the true undulation angle obtained in this way, and the distance along the horizontal plane from the pivot point to the pile when the previously known pile is located on the vertical line of the penetration position. Calculate the target linear length from the pivot point of the arm to the tip.
[0014]
Therefore, if the operator moves the arm in and out so that the true straight line length calculated by the arm deflection correcting means matches the target straight line length, even if the arm is bent during construction, the verticality of the pile is reduced. It is possible to drive the pile into the penetrating position while maintaining it, and the pile operation can be performed correctly without being affected by the skill of the operator.
[0015]
The pile verticality management device according to a second aspect of the present invention, in the configuration according to the first aspect, further includes a tilt detection unit that detects a tilt of a holding body that holds the arm, and the arm deflection correction unit includes the tilt correction unit. The true linear length and the true undulation angle are calculated by subtracting the rising angle of the holder when the pile is pushed into the ground from each detection output from the one arm angle detecting means and the second arm angle detecting means. Is what you do.
[0016]
In this case, since the lifting angle of the holder when the pile is pushed into the ground can be obtained by the detection output from the inclination detecting means, the arm detected by the first arm angle detecting means or the second arm angle detecting means can be obtained. The true straight length and the true undulation angle can be calculated by subtracting the rising angle from the undulation angles at the base end and the arm tip. Therefore, it is possible to calculate the target linear length of the arm in consideration of the lifting and the pitch angle of the holding body, and it is possible to more accurately maintain the verticality of the pile.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, a pile verticality management device according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
[0018]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of the present apparatus. In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a soft ground, which is the ground on which improvement work needs to be performed, and reference numeral 2 denotes a pole carriage as a general-purpose construction work machine disposed on the soft ground 1. As is well known in the art, the construction of the pole carriage 2 is a horizontally rotatable holding mechanism 4 attached to an upper portion of the vehicle body 3, and a telescopic arm 5 whose base end is pivotally attached to the holding mechanism 4. The arm 5 is configured to be rotatable about a pivot portion 6 at a base end. Reference numeral 7 denotes a rotatable wheel that comes into contact with the surface of the soft ground 1, and reference numeral 8 denotes a grounding leg that prevents the vehicle body 3 from falling down during work or the like. Here, the pole wheel 2 is provided as a holding body for holding the arm 5, but may be other than a vehicle.
[0019]
The arm 5 has a cylindrical arm base 11 provided with a pivotal connection 6 with the holding mechanism 4 at a base end thereof, a first arm movable part 12 protruding and retracting from a tip of the arm base 11, a first arm movable part. The second arm movable part 13 is protruded and retracted from the tip of the first arm movable part 12 with the emergence of the second arm 12. The arm 5 and thus the tip of the second arm movable part 13 are provided with a tool. A pile mounting portion 16 for mounting a certain pile, that is, a pile core 15 so as to be rotatable in the axial direction is provided. The pile core 15 here is, similarly to the pile core 102 in the conventional example, a digging part 17 for excavating the soft ground 1 at its tip and a cement for injecting a cement-based solidifying agent 19 into the digged hole 18. And an injection unit 20. Although the arm 5 in the embodiment has three stages, it may have two stages or four or more stages, and the number of stages is not particularly limited.
[0020]
Reference numeral 25 denotes a wire-type encoder as arm length detecting means for detecting the length from the pivot portion 6 to the tip of the arm 5 as an arm length L. The encoder 25 is composed of a wire 26 having one end attached to the distal end of the arm movable section 12 and an encoder body 27 that winds and stores the wire 26 around a rotating body (not shown). The arm length L is measured by converting the winding length of the wire 26 accompanying the above from the rotation speed of the rotating body in the encoder main body 27. In particular, the encoder 25 of the present embodiment uses a ring-shaped holder 28 through which the wire 26 passes so that the length along the arm 5 (bending length) can be detected even when the arm 5 is bent. 11 and the first arm movable portion 12 are attached to respective distal ends. The arm length detecting means is not limited to a wire type encoder.
[0021]
Reference numeral 29 denotes an arm inclinometer as first arm angle detection means for detecting the angle of elevation of the arm base 11 at the base end of the arm 5, that is, the angle θ2 ', which is the angle of inclination with respect to the horizontal plane. Reference numeral 31 denotes another arm inclinometer for detecting the undulation angle θ3 ′ of the second arm movable portion 13 at the tip of the arm 5. In addition to the arm inclinometers 29 and 31, a vehicle inclinometer 30 for detecting the inclination (body angle) of the pole carriage 2 during construction is provided. The vehicle inclinometer 30 is for calculating the lift angle θ4Δ of the pole carriage 2 when the pile core 15 is pushed into the ground. Specifically, for example, an analog output type inclinometer or the like is used. By combining a high-sensitivity magnetic sensor and a pendulum with a magnet attached to the tip, a voltage corresponding to the angle of the pendulum is output in the X and Y directions. The arm inclinometer 29 is mounted near the base end of the arm 5, and the vehicle inclinometer 30 is mounted on the holding mechanism 4. However, the vehicle inclinometer 30 may be directly mounted on the vehicle main body 3 other than the holding mechanism 4.
[0022]
FIG. 2 is a block diagram showing a functional configuration of the device. In the figure, reference numeral 35 denotes a bending length L of the arm 5 obtained from the encoder 25, an angle θ2 'of the arm base 11 obtained from the arm inclinometer 29, and a second arm obtained from the arm inclinometer 31. In addition to the undulation angle θ3 ′ of the movable part 13, the angle difference between the time when the construction vehicle starts to be cast and the time during the placement obtained from the vehicle inclinometer 30 is calculated and taken in as a rising angle θ4Δ, and the arm 5 is bent. The true straight length Lt and the true undulation angle θt of the arm 5 assumed to be not deviated are calculated so that the pile core 15 attached to the tip of the arm 5 penetrates the target penetration position P in a vertical state. The arithmetic processing unit calculates the linear length (target arm linear length) Ln of the target arm 5 and outputs the calculation result to the display 36 as output means. The arithmetic processing unit 35 is configured by control means such as a microcomputer. Reference numeral 37 denotes an operation unit such as a touch panel operated by an operator, which can switch the display contents of the display 36 and set various parameters in accordance with an instruction from the operation unit.
[0023]
More specifically, the arithmetic processing unit 35 sets the tip of the arm 5 to the penetration position P on the surface of the soft ground 1 in a state where the pile core 15 which is a rod is not attached to the arm 5 first (see FIG. 1). And the arm length from the pivot 6 to the tip of the arm 5 obtained by the encoder 25 with respect to the horizontal angle obtained by the vehicle inclinometer 30 in the reference posture. L0 and the reference attitude storage means 38 for taking in and storing the angle θ2 ′ of the arm base 11 with respect to the horizontal plane obtained by the arm inclinometer 29, and the arm 5 with the pile core 15 not mounted on the arm 5. Based on the arm length Lx and the angle θx when the tip is matched with the penetration position P, assuming that the pile core 15 is attached to the tip of the arm 5 in a vertical state, the pile 6 extends from the pivoting portion 6 along the horizontal plane. The distance to the core 15 is the rod distance And a Kuishin distance calculating unit 39 that calculates a 2.
[0024]
After storing each data in the reference posture, the arithmetic processing unit 35 attaches the pile core 15 to the tip of the arm 5, and sets the lower end of the pile core 15 to press the penetration position P of the soft ground 1. When the arm 5 is moved to the start position immediately before the piling operation, the true straight length Lt and the true linear length Lt of the arm 5 calculated by the arm deflection correcting means 32 described later are assumed to be not bent. The undulation angle θt is stored as the start length Lo and the start angle θ0, respectively, and the rod distance L2 newly calculated from these values is stored, and the construction start arm position storage means 40 for outputting to the display 36 is provided. It has.
[0025]
In addition, the arithmetic processing unit 35 determines the distance between the pivotal connection 6 and the distal end of the arm 5 based on the detection outputs from the arm inclinometers 29 and 31 that detect the angles θ2 and θ3 of the base and distal ends of the arm 5. An arm deflection correcting means 32 is provided for calculating a true straight line length Lt and calculating a true undulation angle θt which is an angle formed between the straight line and a horizontal plane. In particular, the arm deflection correcting means 32 in this embodiment is designed to be used when the pile core 15 is pushed into the soft ground 1 based on the difference between the vehicle body angles detected by the vehicle inclinometer 30 at the start of construction and during construction. 2 is calculated from the detected outputs from the arm inclinometers 29 and 31, to calculate the true linear length Lt and the true undulation angle θt. The calculation is performed with high accuracy. Further, as described above, the arm deflection correction means 32 calculates the true linear length Lt and the true undulation angle θt of the arm 5 when the arm 5 is at the start position of the pile insertion work, respectively, as the start length. It is calculated as Lo and the start angle θ0.
[0026]
Further, the arithmetic processing unit 35 sets the pile core 15 on the vertical line of the penetration position P from the true undulation angle θt obtained by the arm deflection correcting means 32 and the rod distance L2 calculated in advance by the starting arm position storing means 40. Calculate a target linear length (target arm length) Ln from the pivot portion 6 to the tip of the arm 5 at the time of positioning, and match it with the true linear length Lt obtained by the arm deflection correcting means 32. The target arm length calculating means 41 which outputs the current arm length L1 to the display 36 together with the current arm length L1, and the target arm length Ln obtained by the target arm length calculating means 41 by the operator operating the expansion and contraction of the arm 5. When the current true linear length Lt reaches within the allowable range, the start length L0 of the arm 5, the current linear length (arm length) L1 of the arm 5, and the arm base 11 at the start of construction. Angle of Using the cosine theorem, the penetration depth of the pile core 15 from each of the operation angles θ1 obtained from the difference between the start angle) θ0 and the current true undulation angle θ of the arm 5 obtained by the arm deflection correction means 32. In other words, each of the pile depth calculating means 42 for calculating the depth H and outputting this to the display 36 is provided.
[0027]
Further, reference numeral 43 denotes a parameter setting change unit which has a function of setting or changing a sampling time and a sampling interval for collecting various data at the time of construction, and an allowable range of the target arm length Ln, for example. Then, the start length L0 of the arm 5 at the start of construction, the start angle θ0 of the arm 5 at that time, the rod distance L2 obtained by the pile center distance calculation means 39 and the start arm position storage means 40, , And the corrected current arm length L1 at the time of calculating the depth, and the like, are sent to a center (not shown) at any time via data transmission means 44 such as a mobile phone.
[0028]
Next, the display configuration and the operation of the present apparatus will be described together with reference to the front views of the display 36 shown in FIGS. FIG. 5 shows a main display form of the display 36 during the work, wherein 45 is a work number display section, and 46 is a pile number display section. The work number displayed on the work number display section 45 is assigned in advance to the center in association with the address and the subject in order to specify the address and the subject of the work. Are assigned so that the dated 13-digit numbers do not overlap. The process number is input on a process number input screen different from the main display, temporarily stored in a memory card (not shown), and can be called up at the start of work and displayed on the process number display section 45. At this time, the number displayed on the pile number display section 46 starts from “001”, and is automatically incremented by +1 each time one pile operation is completed.
[0029]
Numeral 47 denotes a digital display unit for digitally displaying the measured values of each part during construction, which is a column, ie, a depth display unit 48 for indicating the depth H of the pile core 15, and an integrated rotation speed display for indicating the integrated rotation speed of the pile core 15. Section 49, an integrated flow rate display section 50 indicating the integrated flow rate of cement milk as the solidifying agent 19, a current arm angle display section 51 indicating the current angle θ of the arm 5 calculated by the arm deflection correcting means 32, A target arm length display section 52 representing the target arm length Ln at the time and a current arm length display section 53 representing the current arm 5 length L1 calculated by the arm deflection correcting means 32. On each of these display sections 48 to 53, the current measured value is displayed as a number. Numeral 54 is a meter display unit which also uses an analog display, which is an instantaneous flow rate display unit 55 which digitally and analogly displays the instantaneous flow rate of cement milk, and a press-in pressure display unit which displays the press-in pressure of the pile core 15 in a digital and analog manner. 56, a moving speed display unit 57 for displaying the moving speed of the pile core 15, and a rotational speed display unit 58 for displaying the rotational speed of the pile core 15. At the lower right of these instantaneous flow rate display section 55, press-fit pressure display section 56 and speed display section 57, the maximum scale value of the meter is displayed by a numeral, but this value can be arbitrarily changed.
[0030]
Further, the display screen of the display unit 36 includes, as an operation unit 37 using a touch panel, a start button 60 as a start instruction unit, a stop button 61 as a stop instruction unit, a construction button 62 as a restart instruction unit, and a temporary operation button. A joint pile button 63 serving as a stop instruction means is provided. The start button 60 is operated when starting the measurement of each part. When the start of measurement is instructed, the pile number displayed on the pile number display section 46 is incremented by +1 and the process number displayed on the factory number display section 45 is added. In the turn, the operation information of each section regarding the pile number displayed on the pile number display section 46 is taken into the arithmetic processing section 35 and displayed on the display 36. In addition, when the pillar-car 2 itself has not started the operation, the operation of the start button 60 is invalidated to prevent unnecessary operation information from being taken in. On the other hand, the stop button 61 is operated when ending the measurement of each unit, and when the measurement end is instructed, the acquisition of the operation information of each unit to the arithmetic processing unit 35 stops. Further, the joint pile button 63 is operated when a joint pile or a trouble occurs. When this button is pressed, the measurement of each part is temporarily stopped. Further, the construction button 62 is operated when the construction is resumed, and when this button is pressed, the measurement of each part is restarted.
[0031]
In addition, in the lower part of the display screen of the display 36, as a screen switching operation means of the display unit 37, a production number input screen switching button 64, a data transmission screen switching button 65, a graph screen switching button 66, a pump screen switching button A button 67, a vertical construction support switching button 68, and a parameter screen switching button 69 are provided. By operating any one of the buttons 64 to 69, a screen different from the main display shown in FIG. 5 is displayed. It is displayed on the display 36. Reference numeral 70 denotes a pump operation status display unit for displaying the operation status of an automatically operated pump (not shown) for injecting cement milk. Hereinafter, only the vertical construction support operation related to the present invention and the corresponding parameter setting will be described.
[0032]
The flowchart in FIG. 12 shows the construction procedure after pressing the vertical construction support switching button 68 in FIG. In FIG. 12, in the first step S <b> 1, in a state in which the pile core 15 is not attached to the arm 5 of the pole carriage 2, the tip of the arm 5 matches the preset penetration position P on the surface of the soft substrate 1. Then, the length and angle of the arm 5 are adjusted by the operation of the operator, and the reference posture of the pile core 15 is determined.
[0033]
FIG. 6 shows a display form of the display 36 at this time. Reference numeral 71 denotes an arm display unit for schematically displaying the current state of the arm 5 and the like. Reference numeral 72 denotes a start angle θ0, an operation angle θ1, and a start length of the arm 5 described above corresponding to the arm display unit 71. This is a data numeral display section for displaying L0, the current arm length L1, and the rod distance L2 by numerals. Reference numeral 73 denotes a pile core detection button that forms a part of the operation unit 37. Each time the pile core detection button 73 is pressed, the display color of a portion corresponding to the pressed position is switched. In addition, a current arm angle display section 51, a target arm length display section 52, and a current arm length display section 53 which are also displayed on the main display screen of FIG. 5 are provided, and a depth display for displaying the depth of the pile core 15 is provided. A part 74 is provided.
[0034]
During the operation of the arm 5, the current true undulation angle θ of the arm 5 obtained by the arm deflection correcting means 32 at the present time is displayed on the current arm angle display section 51 at every fixed sampling time, and the arm The current arm length L1 obtained by the deflection correcting means 32 is displayed on the current arm length display section 53 and the data numeral display section 72.
[0035]
The display screen of the display 36 includes an operation unit 37 using a touch panel, an arm angle operation button 75 for moving the arm 5 up and down or automatically moving the arm 5 to a predetermined angle, and expanding and contracting the arm 5. There are provided an arm extension / contraction operation button 76, a stake-down button 77, a parameter screen switching button 78 for displaying a parameter setting screen described later, and a return button 79 for returning to the main screen of FIG. As described above, the raising / lowering operation and the expansion / contraction operation of the arm 5 can be performed not only by the lever (not shown) provided on the pole wheel 2, but also by the operation unit 37 provided on the display 36.
[0036]
Returning to the description of FIG. 12 again, when the reference posture is determined by aligning the tip of the arm 5 with the penetration position P in step S1, the pile core detection button 73 is pressed in the next step S2. Then, the process shifts to step S3, where the reference attitude storage means 38 constituting the arithmetic processing section 35 sets the arm length Lx and the angle θx when the tip of the arm 5 coincides with the penetration position P with the arm deflection correcting means 32. , And these values are taken in, and these values are stored as reference postures. At the same time, the pile center distance calculating means 39 calculates the rod distance L2 from the pivoting portion 6 along the horizontal plane to the pile center 15 when the pile center 15 is vertically attached to the tip of the arm 5 (the arm display in FIG. 6). Is calculated from the arm length Lx and the angle θx by the following formula.
[0037]
(Equation 1)
Figure 2004163320
[0038]
The rod distance L2 is output from the pile center distance calculating means 39 to the display 36 and is always displayed on the data numeral display section 72.
[0039]
After the reference attitude of the pile core 15 is stored and the rod distance L2 is calculated, the pile core 15 is attached to the tip of the arm 5 and the arm angle operation button 75 is pressed to raise the arm 5 to an arbitrary height (step S5). ). FIG. 7 shows a display form of the display 36 at this time. When the hand touches the pile core detection button 73 in step S2, the display color located at the pile core detection button 73 changes. Thereby, the operator can directly visually confirm that the reference posture of the pile core 15 has already been stored. Also, if the length of the pile core 15 is known, and the length is input from the operation unit 37, the arithmetic processing unit 35 automatically sets the pulling angle until the tip of the arm 5 is pulled up to the length of the pile core 15. Can be calculated. Therefore, if the calculation unit 35 as a control means is configured so that the arm 5 is automatically pulled up to this pulling angle when the "automatic" button constituting the arm angle operation button 75 is pressed, the skill of the operator can be improved. The arm 5 can be easily pulled up to the work start position regardless of the degree.
[0040]
When the arm 5 is pulled up, the target arm length calculation means 41 calculates the target length Ln of the arm 5 where the tip of the arm 5 is located on the vertical line of the penetration position P, and this is calculated by the target arm length display section 52 of the display 36. Will be displayed. The target arm length Ln is calculated by the following equation based on the current angle θ of the arm 5 calculated by the arm deflection correcting means 32 and the rod distance L2.
[0041]
(Equation 2)
Figure 2004163320
[0042]
The operator rotates the arm 5 around the pivot 6 and pulls it up, and the current length L1 of the arm 5 displayed on the current arm length display section 52 is within the allowable range of the target arm length Ln. The arm 5 is operated to operate the arm expansion / contraction operation button 76 to extend / contract (step S5). Then, when the current arm length L1 matches the target arm length Ln, the pile core 15 whose lower end has been adjusted to the penetration position P is in a vertical state, and the tip of the arm 5 is on the vertical trajectory of the pile core 15. To position. At this time, the depth display section 74 displays the current arm length L1 calculated by the arm deflection correction means 32 and the pull-up length of the arm 5 calculated by the arithmetic processing section 35 based on the arm angle θ. Is displayed.
[0043]
After the arm 5 is pulled up in this way, when it is confirmed that the arm 5 is vertical with the tip of the arm 5 pressing the penetration position P, the process proceeds to step S6 to instruct the start of construction. Touch the pile core detection button 73 which is also the construction start button again. Accordingly, the arithmetic processing unit 35 determines that the arm 5 is at the start position of the pile-in work, and sets the start angle θ0 and the start length L0 of the arm 5 obtained by the arm bending correction means 32 at that time. While being stored in the start arm position storage means 40, based on the start angle θ0 and the start length L0, the pile center distance calculation means 39 calculates the rod distance L2 again by the following formula.
[0044]
[Equation 3]
Figure 2004163320
[0045]
The rod distance L2 is stored in the construction start arm position storage means 40 (Step S7) and remains unchanged until the construction work is completed. Then, the target arm length Ln is calculated by substituting the start angle θ0 of the arm 5 into the angle θ in Equation 2, and this is displayed on the target arm length display section 52.
[0046]
At the start of the construction, a force for pressing the tip of the pile core 15 against the soft ground 1 is applied from the arm 5 in order to make the tip of the pile core 15 coincide with the penetration position P. For this reason, the arm 5 is flexed by a slight repulsive force, though not so much as when the pile core 15 described later penetrates. Therefore, in order to correctly calculate the target arm length Ln, the arm deflection correction means 32 is used to calculate the start angle θ0 and the start length L0 of the arm 5 when it is assumed that the arm 5 is not bent. I have.
[0047]
FIG. 8 shows a display form of the display 36 at the start of the pile entry work. Here, the corrected angle θ of the current arm 5 (start angle θ0 at the start of construction) is displayed on the arm angle display section 51, and the arm 5 is directed to the angle θ on the target arm length display section 52. The target arm length Ln at that time is displayed, the current arm length L1 (starting length L0 at the start of construction) is displayed on the arm length display section 53, and the depth of the tip of the pile core 15 is displayed on the depth display section 74. H is displayed. The depth H uses the cosine theorem based on the current arm length L1 from the start length L0 of the arm 5 and the operating angle θ1 obtained by subtracting the current angle θ of the arm 5 from the start angle θ0 of the arm 5. It is calculated from the following equation.
[0048]
(Equation 4)
Figure 2004163320
[0049]
According to the above formula, at the start of the work in which the lower end of the pile core 15 does not penetrate the soft ground 1, the current arm length L 1 and angle θ corrected by the arm length / arm up / down angle correction calculating means 32 are equal to the arm 5. The start length L0 matches the start angle θ0, and the depth H calculated by the above equation also becomes 0. The data numeral display section 72 of the display 36 displays the start angle θ0 of the arm 5 at the start of the work, the current operation angle θ1 of the arm 5, the start length L0 of the arm 5, and the current arm length. The length L1 and the rod distance L2 are displayed.
[0050]
Thereafter, normal ground improvement work will be performed. In particular, when the soft ground 1 is excavated by the pile core 15, the depth H and the verticality of the pile core 15 during construction are calculated based on the data stored in the construction start arm position storage means 40. More specifically, when the excavation by the pile core 15 advances and the operation of lowering the angle of the arm 5 is performed by, for example, the arm angle operation button 75, the target arm length calculation means 41 obtains the current arm length correction means 32 obtained from the arm deflection correction means 32. From the angle θ of the arm 5 and the rod distance L2 calculated at the start of construction, a target arm length for keeping the pile core 15 vertical, that is, a target arm length Ln, is calculated and displayed on the target arm length display section 52. Let it. At this time, as shown in FIG. 9, if the current arm length L1 is out of the allowable range (for example, ± 0.10 m) of the target arm length Ln, the corrected current arm length L1 Is displayed, the display color of the current arm length display section 53 changes, and is inverted to, for example, red. The operator sees this, adjusts the length of the arm 5 so that the pile core 15 is vertically penetrated, and matches the corrected current arm length L1 with the target arm length Ln (step). S8). At this time, the depth H calculated by the pile depth calculation means 42 is not correctly displayed on the depth display unit 74 because the corrected current arm length L1 is shifted from the target arm length Ln.
[0051]
FIG. 10 shows a display state of the display 36 when the length of the arm 5 is correctly adjusted. In this case, the current arm length L1 displayed on the current arm length display unit 53 matches the display target arm length Ln displayed on the target arm length display unit 52, and the pile core 15 is Penetrates vertically. Further, the depth H of the pile core 15 displayed on the depth display section 74 also has a correct value. The data transmission means 44 of the arithmetic processing unit 35 sends the correct depth H of the pile core 15 when the current arm length L1 is within the allowable range of the target arm length Ln to the center together with other data. Data collection at an erroneous depth H when the pile core 15 is not vertical can be prevented beforehand. If the length adjustment of the arm 5 is repeated, the pile core 15 can always penetrate into the penetrating position P in a substantially vertical state, and data collection at the correct depth H can be performed.
[0052]
Next, a parameter setting screen displayed on the display 36 when the parameter screen switching button 78 is pressed will be described with reference to FIG. Here, there are provided a parameter value display section 81 for displaying various setting values such as display items such as a sampling section, a sampling timer, an arm allowable range, and a current time setting display section 82 for changing the current time setting. A vertical construction support switching button 83 for displaying the vertical construction support screen shown in FIGS. 6 to 10 described above, a parameter screen switching button 84 for displaying a parameter setting screen different from FIG. A button 85 for returning to the main display screen 5 is also provided as the touch panel operation unit 37 on the display 36.
[0053]
Among them, the sampling section displayed on the parameter value display section 81 sets the collection timing of each piece of construction data collected by the arithmetic processing section 35, and this value is changed to an arbitrary value (for example, a value divisible by 1 m). it can. Further, the sampling timer is to collect data preferentially when the state where the depth H does not change continues for a set time (in this case, 15 seconds) even if the depth H does not change in the sampling section. By operating the enable button 86, this function can be disabled. Further, the arm allowable range is to set an allowable range of the target arm length Ln calculated for keeping the above-mentioned pile core 15 vertical, and by setting this value, data collection of an erroneous depth H is performed. Can be prevented beforehand.
[0054]
As another modified example, each step from step S1 to step S5 shown in FIG. 12 may be omitted, and the work may be performed from the state where the pile core 15 after step S6 is set at the construction start position. This is indicated by the dotted line in FIG.
[0055]
Next, the operation of the arm deflection correcting means 32 in the above series of procedures will be described in detail. As shown in FIG. 3, during the construction work in which the pile core 15 penetrates into the soft ground 1, the force that pushes the pile core 15 into the soft ground 1 and the repulsive force that the pile core 15 receives from the soft ground 1 are caused by the arm 5. In addition, it acts as a force to push up the pole wheel 2, the arm 5 bends itself, and the front of the pole wheel 2 also rises. FIG. 4 is an explanatory view showing the state of the arm 5 in which the bending has occurred. In the arm 5 as in the present embodiment, the tip of the arm base 11 where the first arm movable part 12 is protruded and retracted, and the second arm movable part 12 The distal ends of the first arm movable portions 12 where appear and bend are each bent in a bent state. In the figure, 11 is the arm length of the arm base 11, 12 is the arm length of the first arm movable section 12, 13 is the arm length of the second arm movable section 13, and these are all linear lengths. Reference numeral 14 denotes a fixed length of the distal end of the second arm movable portion 13 necessary for attaching the base end of the pile core 15. This portion is the first arm even if the second arm movable portion 13 is most contracted. It protrudes outward from the tip of the movable part 12.
[0056]
Lt is a true linear length which is a linear length from the pivot portion 6 of the arm 5 to the tip of the arm 5, and θt is a true undulation which is an angle between the true linear length Lt and a horizontal plane. Angle. θ2 is the angle formed between the arm base 11 and the horizontal plane, θ3 is the angle formed between the second arm movable section 13 and the horizontal plane, and lx is the tip of the second arm movable section 13 from the base end of the first arm movable section 12. Length. θu is the angle between the first arm movable part 12 and the length lx, θw is the angle between the true linear length Lt and the arm base 11, and θs is the angle of the first arm movable part 12 with respect to the arm base 11. In this case, the bending angle of the second arm movable part 13 with respect to the first arm movable part 12 is such that the first arm movable part 12 and the second arm movable part 13 appear and disappear by the same amount. Outside angle) is also assumed to be the same θs. Further, θy is an angle (inner angle) formed between the first arm movable portion 12 and the second arm movable portion 13, and θz is an angle (inner angle) formed between the arm base portion 11 and the length lx.
[0057]
In the above configuration, the arm deflection correcting means 32 calculates the true linear length Lt of the arm 5 and the true undulation angle θt of the arm 5. For that purpose, first, during the driving, the angle θ2 ′ of the arm base 11 with respect to the horizontal plane obtained from the arm inclinometer 29 including the influence of the lifting of the vehicle body 3 and the second arm movable obtained from the arm inclinometer 31 The angle .theta.3 'of the portion 13 with respect to the horizontal plane is taken in, and the vehicle body inclination angle of the vehicle body 3 from the vehicle inclinometer 30 stored in advance at the time of starting driving and the vehicle output from the vehicle inclinometer 30 during driving. The difference between the body 3 and the vehicle body inclination angle is calculated as an angle difference θ4Δ.
[0058]
Then, the accurate angle θ2 of the arm base 11 during the driving and the accurate angle θ3 of the second arm movable portion 13 excluding the influence of the lifting of the vehicle body 3 are calculated by an arm inclinometer as shown in the following equation. The angle difference θ4Δ is calculated by subtracting the angle difference θ4Δ from each of the angle θ2 ′ obtained at 29 and the angle θ3 ′ obtained at the arm inclinometer 31.
[0059]
(Equation 5)
Figure 2004163320
[0060]
(Equation 6)
Figure 2004163320
[0061]
When calculating the start length Lo and the start angle θ0 of the arm 5, the vehicle body 3 is not so raised. Further, when the vehicle body 3 does not rise so much during construction, the angle θ2 ′ obtained by the arm inclinometer 29 and the angle θ3 ′ obtained by the arm inclinometer 31 are directly used as accurate angles θ2 and θ3. You may.
[0062]
Next, the arm deflection correcting means 32 calculates the length of each part constituting the arm 5. Specifically, the arm length 11 of the arm base 11 and the fixed length I4 of the distal end of the second arm movable portion 13 are known fixed lengths, and are stored in the arm deflection correcting means 32 in advance. The value obtained by subtracting the fixed length of the tip 14 from the arm length I2 of the first arm movable part 12 and the arm length I3 of the second arm movable part 13 is the same as that of the first arm movable part 12 and the second arm movable part 13. Only in the relationship that appears and disappears. Therefore, based on the bending length L of the arm 5 detected by the encoder 25, the arm length 11 of the arm base 11, and the fixed end length I4 of the second arm movable section 13, the arm bending correcting means 32 calculates Is used to calculate the arm length l2 of the first arm movable section 12 and the arm length I3 of the second arm movable section 13, respectively.
[0063]
(Equation 7)
Figure 2004163320
[0064]
(Equation 8)
Figure 2004163320
[0065]
Next, the arm deflection correcting means 32 calculates the deflection angle θs from the accurate angle θ2 of the arm base 11 during the driving and the accurate angle θ3 of the second arm movable part 13 using the following formula. . This is calculated under the condition that the deflection angle θs of the first arm movable section 12 and the deflection angle θs of the second arm movable section 13 are equal.
[0066]
(Equation 9)
Figure 2004163320
[0067]
When the deflection angles θs of the first arm movable portion 12 and the second arm movable portion 13 are obtained from Expression 9, the angle θy formed by the first arm movable portion 12 and the second arm movable portion 13 is defined by the inner angle and the outer angle of the triangle. From the relationship, the arm deflection correction means 32 can easily obtain the following equation.
[0068]
(Equation 10)
Figure 2004163320
[0069]
When the angle θy is calculated, the arm deflection correcting means 32 calculates the length lx from the base end of the first arm movable section 12 to the distal end of the second arm movable section 13 by using the calculated first arm movable section. From the 12 arm lengths l2 and the arm length I3 of the second arm movable section 13, the following equation is calculated by the cosine theorem.
[0070]
[Equation 11]
Figure 2004163320
[0071]
When the length lx is calculated, the cosine (Cosθu) of the angle θu formed by the first arm movable part 12 and the length lx is calculated from the base end of the first arm movable part 12 to the tip of the second arm movable part 13. Can be calculated from the already calculated arm length l2 of the first arm movable portion 12 and the arm length I3 of the second arm movable portion 13 by the cosine theorem as follows.
[0072]
(Equation 12)
Figure 2004163320
[0073]
Further, the angle θu can be calculated as in Expression 13 by taking the reciprocal of Cos θu.
[0074]
(Equation 13)
Figure 2004163320
[0075]
However, 180 / π on the right side in Equation 13 is used to calculate the unit of the angle θu as degrees (°) instead of radians. Subsequently, the arm deflection correcting means 32 calculates an angle θz formed between the arm base 11 and the length lx. This can be obtained from the relationship between the inner angle and the outer angle of the triangle by the following formula.
[0076]
[Equation 14]
Figure 2004163320
[0077]
When the angle θz is obtained, the arm deflection correcting means 32 determines the trueness of the arm 5 from the arm length l1 of the first movable portion 12, the length lx calculated by the equation (12), and the angle θz calculated by the equation (14). Is calculated by the following equation using the cosine theorem.
[0078]
[Equation 15]
Figure 2004163320
[0079]
When the true linear length Lt of the arm 5 is calculated according to the above equation 15, the arm deflection correcting means 32 calculates the cosine (Cos θw) of the angle θw between the true linear length Lt of the arm 5 and the arm base 11. , Is calculated by the cosine theorem as in the following equation.
[0080]
(Equation 16)
Figure 2004163320
[0081]
Further, the angle θw can be calculated as in Expression 17 by taking the reciprocal of Cos θw.
[0082]
[Equation 17]
Figure 2004163320
[0083]
However, 180 / π on the right side in Equation 17 is for calculating the unit of the angle θw as degrees (°) instead of radians. Based on this, the arm deflection correcting means 32 calculates the true undulation angle θt of the arm 5 by the following equation.
[0084]
(Equation 18)
Figure 2004163320
[0085]
By providing such an arm deflection correcting means 32, even if the arm 5 bends at the start of construction or during construction, the encoder 25 and the arm inclinometers 29 and 31 are provided. By simply adding, it is possible to correctly calculate the true linear length Lt from the pivot portion 6 to the tip of the arm 5 and the true undulation angle θ which is an angle between the true linear length Lt and the horizontal plane. it can. Therefore, based on this result, an accurate pile depth can be obtained by the pile depth calculation means 42, or an accurate target arm length Ln can be obtained by the target arm length calculation means 41.
[0086]
Even when the number of expansion and contraction steps of the arm 5 is other than the embodiment, the procedure for calculating the true linear length Lt and the true undulation angle θt using the above-described cosine theorem is the same.
[0087]
As described above, in the present embodiment, the pile that pivots so as to be able to undulate around the pivotal attachment portion 6 at the base end and that is attached to the distal end of the telescopic arm 5, that is, the pile that manages the verticality of the pile core 15. In the verticality management device, an encoder 25 as an arm length detecting means for detecting a bending length L from the pivot portion 6 along the arm 5 to the distal end, and a undulation angle θ2 'of the base end of the arm 5 An arm inclinometer 29 as one arm angle detecting means, an arm inclinometer 31 as a second arm angle detecting means for detecting the undulation angle θ3 'of the tip of the arm 5, and an arm inclinometer 29, 31 and encoder 25 Based on the detection output, a true straight length Lt from the pivotal portion 6 of the arm 5 to the tip is calculated, and a true undulation angle θt, which is an angle formed between the straight length Lt and a horizontal plane, is calculated. Arm deflection supplement The means 32, the distance (rod distance L2) along the horizontal plane from the pivot portion 6 to the pile core 15 when the pile core 15 is located on the vertical line of the penetration position P, and the arm deflection correction means 32 have calculated the distance. Control means for calculating a target linear length (a target arm length Ln) from the pivot portion 6 to the tip of the arm 5 when the pile core 15 is located on a vertical line of the penetration position P from the true undulation angle θt. And an arithmetic processing unit 35 as
[0088]
In this case, during the construction work for driving the pile core 15, the arm 5 itself bends due to the force of pushing the pile core 15 into the soft ground 1 and the repulsive force received by the pile core 15 from the soft ground 1. The bent length L of the arm 5 in the deflected state is detected by the encoder 25. At the same time, when the arm 5 bends, a difference is generated between the undulation angles θ2 ′ and θ3 ′ detected by the arm inclinometers 29 and 31, and the difference and the bending length L of the arm 5 are used to correct the arm bending. The means 32 calculates a true linear length Lt from the pivot portion 6 to the tip of the arm 5 and a true undulation angle θt which is an angle between the linear length Lt and a horizontal plane. Then, the true undulation angle θt obtained in this manner and the horizontal plane extending from the pivoting portion 6 to the pile core 15 when the pile core 15 previously known is located on the vertical line of the penetration position P are shown. Based on the rod distance L2, the arithmetic processing unit 35, which is a control means, calculates a target arm length Ln from the pivot portion 6 of the arm 5 to the tip.
[0089]
Therefore, if the operator moves the arm 5 in and out so that the true straight length Lt calculated by the arm deflection correcting means 32 matches the target straight length Ln, even if the arm 5 is bent during construction, The pile core 15 can be driven into the penetrating position P while maintaining the verticality of the pile core 15, so that the pile operation can be performed correctly without being affected by the skill of the operator.
[0090]
Further, in the present embodiment, a vehicle inclinometer 30 is further provided as a holder for holding the arm 5, that is, a vehicle inclinometer 30 as an incline detecting means for detecting the inclination of the pole carriage 2. From the detected outputs (θ2 ′, θ3 ′) obtained by subtracting the floating angle (θ4Δ) of the pole-car 2 when the pile core 15 is pushed into the ground, that is, the soft ground 1, based on the true linear length. Lt and the true undulation angle θt are calculated.
[0091]
In this case, the lift angle θ4Δ of the pole carriage 2 when the pile core 15 is pushed into the soft ground P can be obtained by the detection output from the vehicle inclinometer 30, so that the arms detected by the arm inclinometers 29 and 31 can be obtained. The true straight length Lt and the true undulation angle θt can be calculated by subtracting the lift angle θ4Δ from the undulation angles θ2 ′ and θ3 ′ at the base end and the tip end of No. 5. Therefore, it is possible to calculate the target straight line length of the arm (target arm length Ln) in consideration of the rising and pitching angle of the pole carriage 2, and the verticality of the pile core 15 can be maintained more correctly.
[0092]
Further, in this case, when the arm 5 is turned up to the start position immediately before penetrating the pile core 15 and pulled up, the pile core 15 becomes vertical at the penetrating position P and the start length L0 of the arm 5 starts. The undulation angle θ0 is calculated, and the cosine theorem is used based on the start length L0 and the start undulation angle θ0 of the arm 5, the current linear length L1 of the arm 5, and the current undulation angle θ of the arm 5. And a pile depth calculating means 42 for calculating the depth H of the pile core 15 by using the same.
[0093]
In this way, the pile depth calculation means 42 calculates the current length L1 of the arm 5 based on the start length L0 and the start undulation angle θ0 of the arm 5 at the start position immediately before penetrating the pile core 15. The depth H can be calculated from the undulation angle θ using the cosine theorem. Therefore, the operator can directly and simultaneously know not only the target length Ln of the arm 5 but also the depth of the pile core 15 penetrating into the ground 1 during the work, based on the depth H calculated by the pile depth calculation means 42.
[0094]
Furthermore, the pile depth calculation means 42 in the present embodiment only determines whether the current length L1 of the arm 5 is within the permissible range of the target length Ln of the arm 5 calculated by the arithmetic processing unit 35. It is configured to calculate the depth H.
[0095]
Then, the pile depth calculating means 42 outputs the calculated depth H of the pile core 15 to the outside only when the current length L1 of the arm 5 is within the allowable range of the target length Ln of the arm 5. Therefore, on the side managing the data of the pile depth H, there is no possibility that the pile core 15 takes in erroneous data when the pile core 15 is not vertical, and the data management of the correct pile depth H can be performed.
[0096]
The present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made. The pile in the present invention refers to a rod-like body penetrating into the ground penetration position P, and may be, for example, a steel pipe pile, and the purpose is not limited to the ground improvement as in the present embodiment. .
[0097]
【The invention's effect】
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to the pile verticality management apparatus of Claim 1 of this invention, even if an arm bends during construction, pile operation can be performed correctly without being influenced by the skill of an operator.
[0098]
According to the pile verticality management device according to the second aspect of the present invention, by calculating the target straight length of the arm in consideration of the lifting and pitching angle of the holding body, the verticality of the pile is maintained more correctly. Can be.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating an entire configuration of a pile verticality management device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram showing a functional configuration of a main part of the above.
FIG. 3 is a schematic diagram showing an entire configuration of a pile verticality management device at the time of casting.
FIG. 4 is a schematic explanatory view showing an enlarged form of an arm 5 of the pile verticality management device at the time of casting.
FIG. 5 is a front view of the display showing a state where the reference posture of the pile core is determined.
FIG. 6 is a front view of the display showing a state when the construction final posture is stored.
FIG. 7 is a front view of the display showing a state when the pile core is pulled up to a predetermined height.
FIG. 8 is a front view of a display device showing a state at the time of starting the pile entry construction work.
FIG. 9 is a front view of the display showing a state before the length of the arm is correctly adjusted.
FIG. 10 is a front view of the display showing a state when the length of the arm is adjusted correctly.
FIG. 11 is a front view of the display showing a state when the parameter setting screen is displayed.
FIG. 12 is a flowchart showing an operation procedure until the pile core is pushed in.
[Explanation of symbols]
2 Pillar truck (holding body)
5 arm
6 pivot points
15 pile core (pile)
25 Encoder (arm length detection means)
29 arm inclinometer (first arm angle detection means)
30 Vehicle inclinometer (incline detecting means)
31 arm inclinometer (second arm angle detection means)
32 Arm deflection correction means
35 arithmetic processing unit (control means)

Claims (2)

基端にある枢着部を中心に起伏可能に回動し、且つ伸縮自在なアームの先端に取付けられる杭の鉛直度を管理する杭鉛直度管理装置において、
前記アームに沿った枢着部から先端までの撓み長さを検出するアーム長検出手段と、
前記アーム基端の起伏角度を検出する第一アーム角度検出手段と、
前記アーム先端の起伏角度を検出する第二アーム角度検出手段と、
前記アーム長検出手段,第一アーム角度検出手段および第二アーム角度検出手段からの検出出力に基づき、前記アームの枢着部から先端までの真の直線長さを算出すると共に、この直線と水平面との間の真の起伏角度を算出するアーム撓み補正手段と、
前記杭が貫入位置の垂直線上に位置するときの前記枢着部から前記杭に至る水平面に沿った距離と前記真の起伏角度とから、前記杭が貫入位置の垂直線上に位置する前記アームの枢着部から先端までの目標直線長さを算出する制御手段とを備えたことを特徴とする杭鉛直度管理装置。
A pile verticality management device that pivots around a pivot portion at a base end so as to be able to move up and down, and manages the verticality of a pile attached to the distal end of a telescopic arm,
Arm length detecting means for detecting the bending length from the pivot portion along the arm to the tip,
First arm angle detection means for detecting the undulation angle of the arm base end,
A second arm angle detecting means for detecting the undulation angle of the arm tip,
Based on the detection outputs from the arm length detecting means, the first arm angle detecting means and the second arm angle detecting means, a true straight line length from the pivot portion of the arm to the tip is calculated, and the straight line and the horizontal plane are calculated. Arm deflection correction means for calculating the true undulation angle between
From the distance along the horizontal plane from the pivot portion to the pile when the pile is located on the vertical line of the penetration position and the true undulation angle, the arm of which the pile is located on the vertical line of the penetration position is Control means for calculating a target straight length from the pivot portion to the tip end.
前記アームを保持する保持体の傾きを検出する傾斜検出手段をさらに備え、前記アーム撓み補正手段は、前記第一アーム角度検出手段および第二アーム角度検出手段からの各検出出力から、前記杭が地面に押し込まれるときの前記保持体の浮き上がり角度を差し引いて、前記真の直線長さや真の起伏角度を算出するものであることを特徴とする請求項1記載の杭鉛直度管理装置。The arm deflection correction unit further includes a tilt detection unit that detects a tilt of a holding body that holds the arm. The pile verticality management device according to claim 1, wherein the true straight length and the true undulation angle are calculated by subtracting a floating angle of the holding body when pushed into the ground.
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