JP2011122335A

JP2011122335A - 削孔管理システム

Info

Publication number: JP2011122335A
Application number: JP2009280105A
Authority: JP
Inventors: Daisuke Tajima; 大介田島; Takeshi Inoue; 武井上
Original assignee: TASHIMA BORING KK; KFC Ltd
Current assignee: TASHIMA BORING KK; KFC Ltd
Priority date: 2009-12-10
Filing date: 2009-12-10
Publication date: 2011-06-23

Abstract

【目的】ダウンザホールハンマーを用い削孔方式において、精度良く杭(外管)が支持層に到達したことを確認できるようにする。
【構成】削孔機構の削孔ビットを回転させると共に、ダウンザホールハンマーを圧縮空気により作動させて該削孔ビットに打撃を加えて地盤を削孔する削孔管理システムにおいて、コンプレッサーから削孔機構に圧縮空気を送り込む。このコンプレッサーから供給される圧縮空気の圧力及び圧縮空気量をそれぞれ測定し、該測定された圧縮空気の圧力及び圧縮空気量に基づいて削孔が地盤の支持層に到達したことを検出する。例えば、圧縮空気の圧力の増加方向への変化量が設定値以上になり、かつ、圧縮空気量の減少方向への変化量が設定値以上になったとき、削孔が地盤の支持層に到達したと判定する。
【選択図】図２

Description

本発明は削孔管理システムに係り、特に、削孔機構の削孔ビットを回転させると共に、ダウンザホールハンマーを圧縮空気により作動させて該削孔ビットに打撃を加えて地盤を削孔する際に用いる削孔管理システムに関する。

主に工事用ボーリングで使用する削孔システムであるダウンザホールハンマー式削孔システムは、基礎杭や抑止杭を地盤に対して直接打設する杭工事において広く採用されている。この種の工事において、地盤を把握し、必要な支持力や不動地盤を把握することは非常に重要となる。このため、杭を打設する前に、標準貫入試験により施工現場の地盤調査を行なって支持層(不動層)の深度や強度を把握する。ここで標準貫入試験とは、重さ63.5Kgのハンマーを高さ75cmから自由落下させ、標準貫入試験用サンプラーを30cm打ち込むのに要する打撃回数をN値として表わす試験方法である。この標準貫入試験により得られた所定深度間隔毎のN値をプロットして図５に示す標準貫入試験グラフを作成すれば、該標準貫入試験グラフを参照することにより支持層の深度を推測することができ、また、支持力を算定して杭の数や配置を決定することができる。例えば、支持層の深度において、N値が設定回数以上、あるいは深度変化に対するN値の変化量が設定値以上となるため、N値より支持層の深度を推測することができる。

しかし施工現場で測点ごとに標準貫入試験を行なっても、図６に示すように地層には局所的な褶曲(図６(A)参照)や、断層(図６(B),(C)参照)があるため、実際の杭の施工に際して、各削孔位置毎に支持層に到達していることの確認が必要となる。
現在、支持層や不動地盤への到達確認方法として、削孔時のスライムの確認(削孔中に上がってくるスライムをザル等で採取して目視確認)、及び掘削進行速度(掘進速度)の探知による確認が行なわれている。しかし、これらの地盤探査方法では、不十分な場合が多い。例えばスライムの確認方法では、裸孔削孔の場合、スライムが地上に噴出したものを採取するため、削孔内で孔壁地盤と混合又は未排出のスライムと混合し、明確に削孔現位置の地盤を把握することができない。また、掘進速度による確認方法では、高強度の地盤でのダウンザホールハンマー駆動用圧縮空気の圧力、風量の変化等により掘進速度が不安定であり、必ずしも確実な把握とならない。

そこで、オーガ等の掘削機を用いた回転削孔方式では、オーガ駆動用モータの積分電流値に基づいて深度管理する方法、すなわち杭の支持層への到達を確認する方法(特許文献１参照)や、回転トルクを用いて深度管理する方法(特許文献２参照)が提案されている。
これらの方法はオーガ等の掘削機を用いた回転削孔方式において、信頼度の高い深度管理が可能であるが、ダウンザホールハンマーを用いた削孔方式には適用できない。これは、ダウンザホールハンマーは、回転動作に加えてハンマーによりビットに打撃力を加えて削孔するため、回転駆動に要したエネルギーにより深度を推定することができないからである。

図７はダウンザホールハンマーを用いて二重管乾式削孔方式により削孔する削孔機構の説明図である。ケーシング管、鋼管として機能する中空の外管１の内部に、削孔ビット２、インナーロッド３、ダウンザホールハンマー４等の削孔機構が収容され、削孔時に打撃しながら回転し、かつ、削孔完了後に回収可能に設けられている。
削孔機の駆動装置５の回転軸にはインナーロッド３が回転可能に接続され、また、該インナーロッド３には駆動装置５より圧縮空気が送り込まれるようになっている。ダウンザホールハンマー４の先端には削孔ビット２が取り付けられている。削孔ビット２は図においては偏心拡径構造を備え、所定方向に回転させると外管１より偏心拡径して外に飛び出し、回収時に逆転すると引っ込んで回収可能になっている。６はリーマー、７はケーシングシュー、８はガイドデバイス、９はガイドスリーブである。インナーロッド３内は中空になっており、圧縮空気を、ガイドスリーブ９を介してダウンザホールハンマー４内のシリンダーに送入し、該圧縮空気によりハンマーピストンを往復させて削孔ビット２に打撃を与えるようになっている。

削孔に際して、削孔ビット２を外管１の先端から飛び出させて打撃と回転作用により削孔を行う。すなわち、ダウンザホールハンマー４の内部に設けられたシリンダー内を摺動するハンマーピストンが、インナーロッド３の中空部を通して供給される圧縮空気によって往復運動を行い、該ハンマーピストンがハンマー本体の下部に突出する削孔ビット２を打撃するようになっている。また、削孔ビット２は、削孔機械の駆動装置５の回転によりインナービット３、ダウンザホールハンマー４と一体に回転する。この回転と同時に、前述のようにダウンザホールハンマー４を圧縮空気により作動させて削孔ビット２に打撃を加えると、回転作用とダウンザホールハンマー４の打撃作用とによって削孔ビット２が地盤を削孔し、外管１を押し込むことにより該外管１が地盤内に貫入してゆく。所定深さまで外管１を貫入すれば、該外管１を残し、削孔ビット２、インナーロッド３、ダウンザホールハンマー４等の削孔機構を回収する。
外管１は長手方向に所定ピッチでその周壁にグラウト材吐出孔を複数個有すると共に、複数の節突起を有しているから、削孔機構回収後に、外管１の内部にグラウト材を加圧注入すれば、外管１の周壁に形成したグラウト材吐出孔からグラウト材が噴出し、外管周辺部に全長に亘って地盤改良体が形成されて地盤が補強される。

図８はダウンザホールハンマーを用いた二重管乾式削孔方式による施工手順説明図である。(1) 削孔ビット２を利用した二重管乾式削孔方式により削孔しつつ外管１を地盤に直接打設する。(2) 支持層内の所定深度まで外管１を打設すれば、(3) 削孔ビット２を縮径して該外管内１に収め、該削孔ビット２、インナーロッド３、ダウンザホールハンマー４などの削孔機構を引き抜き回収する。(4) ついで、注入用パッカー装置のシングルパッカー２０１を外管１の先端近傍に配置し、(5)グラウト注入管２０２よりグラウト材を加圧注入すれば、外管１の先端およびグラウト材吐出孔よりグラウト材が排出する。以後、注入用パッカー装置を用いて段階加圧注入すれば、グラウト材吐出孔よりグラウト材が排出してグラウト柱体（地盤改良体）３１が段階的に形成されてゆく。そして、最後に注入用パッカー装置を口元に位置してグラウト材を外管１内に注入すれば、グラウト材吐出孔よりグラウト材が排出して外管１周辺の全長に亘って均一なグラウト柱体が完成する。すなわち、外管１とグラウト柱体３１が一体となった合成杭が完成する。
以上のダウンザホールハンマーを用いた削孔方式においては、前述の理由で駆動用モータの積分電流値に基づいて深度管理する方法や回転トルクを用いて深度管理する方法を適用することができない。このため、ダウンザホールハンマーを用いた削孔方式において、現状ではスライム確認等の確実性の低い方法を採用せざるを得なかった。

特開平５−２８７７２１号公報特開２００５−３０７６０７号公報

本発明の目的は、ダウンザホールハンマーを用いた削孔方式において、精度良く削孔が支持層に到達したことを確認できる削孔管理システムを提供することである。
本発明の別の目的は、支持層に到達したと判定したときの圧縮空気の圧力、圧縮空気量等を保存、管理して利用できるようにすることである。

本発明は、削孔機構の削孔ビットを回転させると共に、ダウンザホールハンマーを圧縮空気により作動させて該削孔ビットに打撃を加えて地盤を削孔する削孔管理システムであり、削孔に際して削孔機構に圧縮空気を送り込むコンプレッサー、コンプレッサーから削孔機構に供給する圧縮空気の圧力及び圧縮空気量をそれぞれ測定する圧力センサー及び圧縮空気量センサー、前記測定された圧縮空気の圧力及び圧縮空気量に基づいて削孔が地盤の支持層に到達したと判定する判定部、を備えている。
前記判定部は、圧縮空気の圧力の増加方向への変化量が設定値以上になったか監視すると共に、圧縮空気量の減少方向への変化量が設定値以上になったか監視し、両変化量が設定値以上になったとき、削孔が地盤の支持層に到達したと判定する。
本発明の削孔管理システムは、更に、掘削距離を測定する掘削距離センサー、削孔が地盤の支持層に到達した後の掘削距離が設定値になったことを通報する通報部、を備えている。
又、本発明の削孔管理システムは、削孔毎に、前記各変化量が設定値以上になったときの圧縮空気の圧力、圧縮空気量を保存する保存部を備えている。

本発明によれば、削孔に際してコンプレッサーから削孔機構に圧縮空気を送り込み、該コンプレッサーから削孔機構に供給する圧縮空気の圧力及び圧縮空気量をそれぞれ測定し、該測定された圧縮空気の圧力及び圧縮空気量に基づいて削孔が地盤の支持層に到達したことを検出することができる。
本発明によれば、圧縮空気の圧力の増加方向への変化量が設定値以上になったか監視すると共に、圧縮空気量の減少方向への変化量が設定値以上になったか監視し、両変化量が設定値以上になったとき、削孔が地盤の支持層に到達したと判定するため、精度良く支持層への到達を検知できる。
本発明によれば、削孔毎に、支持層に到達したと判定したときの圧縮空気の圧力、圧縮空気量等を保存、管理するため、これら保存データを適宜に利用することができる。

本発明の概要説明図である。本発明の削孔管理システムの全体の構成図である。削孔機の詳細説明図である。本発明の施工管理装置による削孔管理処理のフロー図である。標準貫入試験グラフ説明図である。地層における褶曲、断層説明図である。外管に収容された削孔機構の説明図である。ダウンザホールハンマーを用いた二重管乾式削孔方式による施工手順説明図である。

(Ａ)本発明の概要
削孔機構の削孔ビットを回転させると共に、ダウンザホールハンマーを圧縮空気により作動させて該削孔ビットに打撃を加えて地盤を削孔する場合においては、削孔時、軟弱な地盤(Ｎ値が５０以下)では、コンプレッサー(圧縮空気送風装置)から供給される圧縮空気の圧力は低く、圧縮空気量は多くなる。これは柔らかな地盤であると空気が先端から抜けてしまうためである。一方、岩盤等の高強度地盤では、逆に圧縮空気の圧力が高くなり、圧縮空気量は少なくなる。例えば、地表から、軟弱な地層Ａ、中間的な硬さの地層Ｂ、岩盤等の高強度の地層Ｃからなる地点で削孔すると、コンプレッサーから供給される圧縮空気の圧力Ｐは図１(Ａ)に示すように変化し、圧縮空気量Ａは、図１(Ｂ)に示すように変化する。なお、図１(Ｃ)は標準貫入試験によるＮ値であり、各地層境界でＮ値、圧縮圧力Ｐ、圧縮空気量Ａが急変する。D_ABは地層Ａ、Ｂ境界の深度、D_BCは地層Ｂ、Ｃ境界の深度である。

図１より、コンプレッサーから供給される圧縮空気の圧力は、地層Ａから地層Ｂの境界で大きくなり、地層Ｂから地層Ｃの境界で更に大きくなり、地層Ａ、Ｂ境界における圧力変化量ΔＰ_ABより地層Ｂ、Ｃ境界における圧力変化量ΔP_BCの方が大きくなる。ΔＰ_AB＜ΔP_BCとなる理由は、図１(Ｃ)のＮ値特性より明らかなように、Ｂ層からＣ層への地盤強度の変化度合がＡ層からＢ層への地盤強度の変化度合より大きいため、Ｂ層からＣ層の境界で空気の逃げ量が急激に少なくなり圧力が急上昇するからである。
また、圧縮空気量は、地層Ａから地層Ｂの境界で少なくなり、地層Ｂから地層Ｃの境界で更に少なくなり、地層Ａ、Ｂ境界における空気量変化ΔA_ABより地層Ｂ、Ｃ境界における空気量変化ΔA_BCの方が大きくなる。
以上から、Ｃ層を支持層(不動層)とすれば、地層Ｂ、Ｃ境界における圧力変化量ΔP_BCおよび空気量変化ΔA_BCを考慮して圧力変化閾値Ｐ_THと空気量変化閾値Ａ_THを決定し、削孔時の圧縮圧力の増加方向への変化量が閾値Ｐ_TH以上になり、圧縮空気量の減少方向への変化量が閾値Ａ_TH以上になったとき、削孔が地盤の支持層に到達したと判定することができる。

(Ｂ)全体の構成
図２は本発明の削孔管理システムの全体の構成図であり、図３は削孔機の詳細説明図である。
削孔機１１は、図３に示す構成を備え、後で詳述するように駆動装置５を上下方向に昇降可能になっている。外管１には図７に示す削孔機構が収容されており、削孔機構を構成するインナーロッド３が駆動装置５の回転軸に回転可能に接続され、該インナーロッド３に駆動装置５を介してコンプレッサーからの圧縮空気が送り込まれるようになっている。駆動装置５とインナーロッド３が機械的に回転可能に結合されているため、外管及び削孔機構は駆動装置５と一体になって削孔機１１により昇降する。
コンプレッサー２１は削孔機構の削孔ビットに打撃力を付与するために圧縮空気を駆動装置５、インナーロッド３を介して外管１に収容された削孔機構に送り込むようになっている。すなわち、コンプレッサー２１は圧縮空気をホース２２→駆動装置５→インナーロッド３の中空部より削孔機構のダウンザホールハンマー４(図７参照)内のシリンダーに送入し、該圧縮空気によりハンマーピストンを往復させて削孔ビット２に打撃を与えるようになっている。

ホース２２の中間部には圧縮空気の圧力を測定する圧力ゲージ２３と圧縮空気量を測定する空気量ゲージ２４が装着され、それぞれの測定結果を施工管理装置であるパソコン端末３１に入力するようになっている。又、削孔機１１には削孔量(外管の貫入量)を測定する削孔ゲージ１１ｇが取り付けられており、所定時間当たりの削孔量(削孔スピード)が施工管理装置３１に入力するようになっている。施工管理装置３１は、コンプレッサー２１から削孔機構に供給する圧縮空気の圧力及び圧縮空気量に基づいて削孔が地盤の支持層(地層Ｃ)に到達したことを判定し、支持層に到達したときの圧縮空気の圧力、圧縮空気量、削孔速度を削孔毎に内蔵のメモリに保存すると共に、支持層に到達した後、掘削距離(貫入量)が設定距離dsになったか監視し、掘削距離が設定距離dsになると、ブザー等の通報機５１を駆動して貫入完了をオペレータに通報するようになっている。
支持層への到達検出は、図１において説明したように、地層Ｃを支持層(不動層)とすれば、地層Ｂ、Ｃ境界における圧力変化量ΔP_BCおよび空気量変化ΔA_BCを考慮して圧力変化閾値Ｐ_THと空気量変化閾値Ａ_THを決定しておき、削孔時の圧縮圧力の増加方向への変化量が閾値Ｐ_TH以上になり、圧縮空気量の減少方向への変化量が閾値Ａ_TH以上になったとき、削孔が地盤の支持層に到達したと判定する。尚、圧力変化量と圧縮空気量は必ずしも同時に閾値Ｐ_TH、Ａ_TH以上になる必要はなく、一方が閾値以上になってから後に他方が閾値以上になった時、支持層に到達したと判定することができる。

削孔機１１は、図３に示すように、走行台車１１ａにガイドセル１１ｂが支持部材１１ｃにより垂直に支持され、該ガイドセル１１ｂの前面側(図３左側)において駆動装置５が、ガイドセル１１ｂに内蔵された昇降装置１１ｇにより昇降するようになっている。削孔を行なうには駆動装置５の回転駆動軸５ａを削孔機構と結合し回転させると共にコンプレッサー２１から圧縮空気を送り、その空気力で削孔機構内部のダウンザホールハンマー４を駆動させビット２に打撃力を加えて地盤を粉砕し掘り進むが、図示例においては削孔と同時に外管１を地盤に挿入する。このため、ガイドセル１１ｂ下方には外管１が、ブレーカー１１ｅ・クランプ１１ｈに把持されて駆動装置５の下降と共に地中に進入可能な形で設けられており、外管１はビット２の外形段差部分が外管１先端の内径段差部分に当接して打撃力を受けることによって地中に進入するようになっている。そして、ガイドセル１１ｂには削孔ゲージ１１ｆが装着されており該削孔ゲージ１１ｆが駆動装置５の下降距離を検出することにより外管１の貫入距離を測定する。

図４は本発明の施工管理装置３１による削孔管理処理のフロー図である。
予め支持層(不動層)に到達したと判定するための圧力変化の閾値Ｐ_THと空気量変化の閾値Ａ_THを施工管理装置３１に設定する(ステップ１０１)。
かかる状態で外管１の貫入を開始、継続し(ステップ１０２)、削孔と並行してコンプレッサー２１から削孔機構に供給する圧縮空気の圧力及び圧縮空気量を圧力ゲージ２３及び空気量ゲージ２４からそれぞれ取り込み、削孔時の圧縮圧力の増加方向への変化量が閾値Ｐ_TH以上になり、圧縮空気量の減少方向への変化量が閾値Ａ_TH以上になったかチェックする(ステップ１０３)。圧力及び圧縮空気量の両変化量がそれぞれ閾値Ｐ_TH、Ａ_TH以上にならなければ貫入を継続し、両変化量がそれぞれ閾値Ｐ_TH、Ａ_TH以上になれば、支持層に到達したと判定し、そのときの圧縮空気の圧力Ｐ、圧縮空気量Ａ，削孔速度Ｖをメモリに保存し(ステップ１０４)。なお、圧力変化量と圧縮空気量は必ずしも同時に閾値Ｐ_TH、Ａ_TH以上になる必要はない。同時に閾値Ｐ_TH、Ａ_TH以上にならない場合は、一方が閾値以上になってから後に他方が閾値以上になった時に支持層に到達したと判定する。従って、一方が閾値以上になっても、他方が閾値以上になるまで貫入を継続する。
支持層に到達後も外管１の貫入を継続し(ステップ１０５)、削孔ゲージ１１ｇからの検出信号を用いて支持層到達後の貫入距離を測定し、貫入距離が設定距離dsに等しくなったか監視し(ステップ１０６)、貫入距離が設定距離に到達すれば通報機５１より貫入完了をオペレータに通報する(ステップ１０７)。以後、オペレータ操作により貫入動作を停止し、削孔ビット２を縮径して該外管内１に収め、該削孔ビット２、インナーロッド３、ダウンザホールハンマー４などの削孔機構を外管から引き抜き回収する。以上により、支持層まで二重管削孔し、外管を杭体として地中に残すことができる。

以上、圧力変化と圧縮空気量の変化を考慮して、支持層への到達を検出するため、ダウンザホールハンマーを使用した二重管削孔方式において精度良く支持層到達を検出することができる。この結果、ダウンザホールハンマーを使用し、地盤強度の把握が必要な工法(杭工法、グランドアンカー工法、トンネル先受け工法、先進地盤探査工法等)における支持層到達の検出に本発明を利用することができる。又、削孔(貫入)毎に支持層へ到達したときの圧縮空気の圧力、圧縮空気量、削孔速度をメモリに保存、管理するため、後日これら記憶データを出力して適宜に利用(例えば施工主に提示)することができる。特に、本発明においては、これらのデータが掘削深度そのものの現位置の地盤性情を的確に反映したものとなるため、検査ボーリングに適用することもできる。
以上の説明では、圧力の増加方向への変化量が設定値以上になったか監視すると共に、圧縮空気量の減少方向への変化量が設定値以上になったか監視し、両変化量が設定値以上になったとき、削孔が地盤の支持層に到達したと判定した。しかし、圧力変化や空気量変化でなく、圧力が設定値以上になったか監視すると共に、圧縮空気量が設定値以下になったか監視し、圧力が設定値以上になり、かつ、圧縮空気量が設定値以下になったとき、削孔が地盤の支持層に到達したと判定することもできる。また、削孔速度を考慮しなかったが削孔速度が設定値以下になっていることを支持層への到達の一つの条件として利用することもできる。

１外管
２削孔ビット
３インナーロッド
５駆動装置
１１削孔機
１１ｇ削孔ゲージ
２１コンプレッサー
２２ホース２２
２３圧力ゲージ
２４空気量ゲージ
３１施工管理装置
５１通報機

Claims

削孔機構の削孔ビットを回転させると共に、ダウンザホールハンマーを圧縮空気により作動させて該削孔ビットに打撃を加えて地盤を削孔する削孔管理システムにおいて、
削孔に際して削孔機構に圧縮空気を送り込むコンプレッサー、
コンプレッサーから削孔機構に供給する圧縮空気の圧力及び圧縮空気量をそれぞれ測定する圧力センサー及び圧縮空気量センサー、
前記測定された圧縮空気の圧力及び圧縮空気量に基づいて削孔が地盤の支持層に到達したと判定する判定部、
を備えたことを特徴とする削孔管理システム。
前記判定部は、圧縮空気の圧力の増加方向への変化量が設定値以上になったか監視すると共に、圧縮空気量の減少方向への変化量が設定値以上になったか監視し、両変化量が設定値以上になったとき、削孔が地盤の支持層に到達したと判定する、
ことを特徴とする削孔管理システム。
掘削距離を測定する掘削距離センサー、
削孔が地盤の支持層に到達した後の掘削距離が設定値になったことを通報する通報部、
を備えたことを特徴とする請求項１記載の削孔管理システム。
削孔毎に、前記各変化量が設定値以上になったときの圧縮空気の圧力、圧縮空気量を保存する保存部、
を備えたことを特徴とする請求項１記載の削孔管理システム。