JP2012026134A - 杭の角度計測装置、および杭の角度計測方法 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易的にかつ精度良く鋼管杭の傾斜角を測定することができる杭の角度計測装置、およびこれによる杭の角度計測方法を提供する。
【解決手段】杭（１）の傾斜角を測定する角度計測装置（１０）であって、杭までの距離を測定可能な複数の検知器（１６、１７）と、検知器を異なる高さ位置に支持する手段（１１、１２、１３、１５）と、を備えるものとする。
【選択図】図２

Description

本発明は、土木、建築用の基礎部材である杭を地盤に埋設する際に適用する杭の角度計測装置、およびこれによる杭の角度計測方法に関する。

土木や建築の分野において、地盤の基礎とするために該地盤に杭を埋設することが行われている。杭の種類や杭の埋設方法にはいくつもの種類があるが、そのなかで、管状である鋼管杭を回転させながら地盤に貫入する回転貫入鋼管杭工法という方法がある。鋼管杭には、杭の本体である鋼管の先端部に所定の形状に形成された先端翼が取り付けられる。そして鋼管杭を回転させることにより地盤中で先端翼に推進力が発生し、地盤深くへ鋼管杭を貫入させていくことができる。

鋼管杭は地盤の深さ方向を長手方向として埋設されるのが基本であるが、鉛直である他、鋼管杭に傾斜をつけて埋設させることもある。鉛直に埋設する鋼管杭を直杭、傾斜をつけて埋設された鋼管杭を斜杭と呼ぶこともある。斜杭は水平方向の変位を効果的に抑制することができ、耐震構造として採用される。

直杭、および斜杭のいずれにおいても、回転貫入鋼管杭工法ではその回転運動により各種の力が発生することや、地盤の不均質性などにより、なんら管理をしないと貫入中に鋼管杭の角度が変動する虞があった。これに対しては例えば特許文献１のような羽根付杭の回転埋設方法が開示されている。これは、鋼管杭の埋設における埋設方向の確認は、羽根付杭（翼付きの鋼管杭）の周囲の地面において、所望の埋設方向と平行に設置された棒状部材を基準に行うことを特徴とするという技術である。これによれば、回転貫入する鋼管杭を棒状部材と照らし合わせつつおこなうことによって、常に適切な傾斜角を維持することができるとされている。

特開２０１０−３７８３９号公報

しかしながら、棒状部材を所定角度に維持して地盤に埋設するということは、この棒状部材にそれなりの剛性が必要であるとともに、地盤にある程度以上は貫入させることを要する。従って、このような棒状部材の埋設を行うことの手間や費用がかかることになっていた。
また、鋼管杭の貫入では、その径（先端翼を有する場合にはその翼径）の３倍程度の範囲において地盤が変位する可能性があることが知られている。従って、棒状部材は鋼管杭からこれ以上離れた位置に設置しなければならず、このように離れた部材を参照しつつ鋼管杭の角度を管理することには困難があった。

そこで本発明は、上記問題点に鑑み、簡易的にかつ精度良く杭の傾斜角を測定することができる杭の角度計測装置、およびこれによる杭の角度計測方法を提供することを課題とする。

以下、本発明について説明する。ここでは分かり易さのため、図面で示した参照符号を合わせて付記するが本発明はこれに限定されるものではない。

請求項１に記載の発明は、杭（１）の傾斜角を測定する角度計測装置（１０）であって、杭までの距離を測定可能な複数の検知器（１６、１７）と、検知器を異なる高さ位置に支持する手段（１１、１２、１３、１５）と、を備える角度計測装置である。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の角度計測装置（１０）において、検知器（１６、１７）を異なる高さ位置に支持する手段（１１、１２、１３、１５）は、検知器が取り付けられる棒状、又は線状の垂下部材（１５）を有し、垂下部材は自動にその長手方向を鉛直方向に向けることが可能であることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、杭（１）の傾斜角を測定する角度計測装置（１０）であって、一端が接地可能に設けられ、対向して配置される一対の支持部材（１１、１２）と、支持部材間を渡して配置される軸状の部材で、その軸心を中心に回動可能とされる軸部材（１３）と、軸部材に垂下されるように取り付けられる棒状の垂下部材（１５）と、垂下部材の長手方向に所定の間隔を有して固定され、杭までの距離を測定可能な複数の検知器（１６、１７）と、を備える角度計測装置である。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の角度計測装置（１０）において、垂下部材（１５）と軸部材（１３）とも回動可能とされていることを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか一項に記載の角度計測装置（１０）において、検知器（１６、１７）は非接触式の距離測定器であることを特徴とする。

請求項６に記載の発明は、請求項１〜５のいずれか一項に記載の角度計測装置（１０）により杭（１）の傾斜角を計測する方法であって、角度計測装置を杭の側方に配置し、検知器（１６、１７）により、少なくとも鉛直方向２点において検知器と杭との距離Ｄ１（ｍ）、Ｄ２（ｍ）を測定し、その差の絶対値δ（ｍ）を求め、検知器の鉛直方向距離をＬ（ｍ）としたとき、杭の傾斜角θ（度）を、
θ＝ｔａｎ^−１（δ／Ｌ）で算出する杭の角度計測方法である。

本発明により、杭の側方に設置するだけで、杭の傾斜角を測定することができるので、簡易的にかつ精度良く杭の傾斜角を測定することが可能となる。

１つの実施形態にかかる角度計測装置が杭の側方に配置された場面を表した模式図である。 角度計測装置の正面図および側面図である。 角度計測装置による傾斜角の測定を説明する図である。 他の実施形態にかかる角度計測装置の斜視図である。

本発明の上記した作用および利得は、次に説明する発明を実施するための形態から明らかにされる。以下本発明を図面に示す実施形態に基づき説明する。ただし本発明はこれら実施形態に限定されるものではない。

図１は、１つの実施形態にかかる角度計測装置１０が鋼管杭１の埋設に用いられている一場面を模式的に表した図である。このように、角度計測装置１０は、埋設される鋼管杭１に隣接して設置され、鋼管杭１の傾斜角を測定することができる。初めに角度計測装置１０の構成について説明し、その後、角度計測装置１０による鋼管杭１の角度計測方法について説明する。

図２は、角度計測装置１０を正面から見た図（図２（ａ））、および側面から見た図（図２（ｂ））である。図２（ｂ）は、図２（ａ）に矢印ＩＩｂで示した方向から見た図である。
角度計測装置１０は、支持部材１１、１２、軸部材１３、および検知装置１４を備えている。

支持部材１１、１２は、検知装置１４を支持する部材である。支持部材１１と支持部材１２とは、図２からわかるように、互いに向かい合わせになるように配置され、同じ構成なので、ここでは支持部材１１についてのみ説明する。図２（ｂ）からわかるように、支持部材１１は、支持部１１ａを備えている。支持部１１ａは略直方体のブロック状の部材で、その中央に軸受孔１１ｂが設けられている。軸受孔１１ｂは、支持部１１ａの直方体のうち、一対の対向する面間を貫通するように設けられている。

支持部１１ａのうち、軸受孔１１ｂが設けられていない１つの面（下面側となる面）からは、２つの脚１１ｃ、１１ｃが延びるように具備されている。脚１１ｃ、１１ｃは棒状の部材であり、支持部１１ａから離れるにつれて、脚１１ｃ、１１ｃ間の距離が広くなるように配置されることが好ましい。これにより安定性が向上するからである。

脚１１ｃ、１１ｃの端部のうち、支持部１１ａとは反対側となる端部には接地部１１ｄ、１１ｄが設けられている。接地部１１ｄ、１１ｄは、例えば図１に示したように角度計測装置１０が斜めの場所に設置されるときにも該接地部１１ｄ、１１ｄがこれに沿うことができるように脚１１ｃ、１１ｃに対して角度を変えられることが好ましい。これにより、さらに安定して角度計測装置１０を設置することができる。
また、接地部１１ｄ、１１ｄには防振材が具備されていてもよい。これにより振動がある環境で使用する場合も、精度よく角度を測定することができる。

支持部材１１、１２は、図２（ａ）からわかるように、所定の間隔を有して、軸受孔１１ｂの開口が向かい合うように配置される。

軸部材１３は、円柱状又は円筒状の部材で、図２からわかるように、支持部材１１、１２の軸受孔１１ｂ、１２ｂ（軸受孔１２ｂは図２では見えない。）間を渡すように配置される。ここで、軸部材１３の径は軸受孔１１ｂ、１２ｂの孔径より小さいので、軸部材１３は、図２（ａ）にＩＩａで示したようにその軸を中心に回動可能に支持部材１１、１２に支持されている。

上記のように、軸部材１３は回動可能に支持部材１１、１２に支持されているが、その回動に若干の抵抗を与える手段を備えていてもよい。これにより、角度計測装置１０が振動を受ける環境で使用される場合であっても、振動により軸部材１３の回動が止まらないということを防止することができ、軸部材１３が適切な姿勢で静止することができる。

また、本実施形態では図２（ｂ）からわかるように、軸部材１３の径を軸受孔１１ｂ、１２ｂの径より小さくすることにより回動可能となるように構成したが、これに限定されるものではない。これには例えば軸受孔に回転軸受等を設けることを挙げることができる。

検知装置１４は、検知器が具備される装置であり、垂下部材１５、第一検知器１６、第二検知器１７を有している。
垂下部材１５は棒状の部材であり、軸部材１３にその一端側が固定されている。
第一検知器１６、第二検知器１７は、被測定物までの距離を測定できる機器であり、本実施形態ではレーザー測定器が適用されている。レーザー測定器のような非接触式の測定器であれば、被測定物（すなわち鋼管杭）の表面性状の影響を受けにくく、より精度のよい測定をおこなうことができる。ただし、必ずしもレーザー測定器である必要はなく、被測定物までの距離を測定することができればよく、機器の種類は特に限定されるものではない。

第一検知器１６および第二検知器１７は、図２（ａ）からわかるように、距離Ｌの間隔を有して垂下部材１５に取り付けられている。距離Ｌの大きさは特に限定されることはないが、Ｌが大きいことにより傾斜角の測定精度を向上させることができる。しかしながらＬを大きくし過ぎると角度計測装置１０が大きくなり、設置場所の自由度が低くなる。以上の観点から、Ｌは０．５ｍ〜１．５ｍであることが好ましい。

角度計測装置１０の上記のような構成により、軸部材１３が回動可能に支持部材１１、１２に取り付けられているので、検知装置１４が鉛直方向に沿った姿勢になるように、図２（ｂ）にＩＩｃで示したように揺動することができる。従って、例えば角度計測装置１０が斜めである場所に設置されたときであっても、自動的に第一検知器１６と第二検知器１７とを鉛直方向に並べることが可能である。

本実施形態では、軸部材１３が支持部材１１、１２に対して回動可能に設けられることにより、自動に垂下部材１５がその長手方向を鉛直方向に一致させ、第一検知器１６と第二検知器１７とが自動的に鉛直方向に所定の高低差を有するように配置される。ただし、このような態様に限定されることはなく、例えば軸部材は支持部材に固定され、検知装置が軸部材に対して回動可能にされる態様でもよい。またその両方、すなわち軸部材と支持部材とが回動可能であるとともに、垂下部材と軸部材も回動可能であってもよい。
また、回動可能の構成でない場合の例として、検知装置のうち垂下部材を線状の部材とすることで第一検知器と第二検知器とが自動的に鉛直方向に所定の高低差を有するように配置されるように構成を挙げることができる。

また、本実施形態では、２つの検知器を備える態様を説明したが、鉛直方向に高さ位置の異なる検知器が少なくとも２つ備えられれば良く、鉛直方向に高さ位置の異なる３つ以上の検知を備えても良い。多くの検知器を備えることにより測定精度を高めることも可能である。

図４は他の実施形態に係る角度計測装置２０の斜視図である。角度計測装置２０では、３つの脚２１ｂ、２１ｃ、２１ｄにより検知装置２４を支持している。詳しくは次の通りである。
角度計測装置２０は、支持部材２１、および検知装置２４を備えている。

支持部材２１は、検知装置２４を支持する部材である。支持部材２１は、図４からわかるように、支持部２１ａを備えている。支持部２１ａは次に説明する脚２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ、および検知装置２４の一端が取り付けられるブロック状の部材である。その形状は特に限定されるものではない。

支持部２１ａのうち、下面側となる面からは、３つの脚２１ｂ、２１ｃ、２１ｄが延びるように具備されている。脚２１ｂ、２１ｃ、２１ｄは棒状の部材であり、支持部２１ａから離れるにつれて、脚２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ間の距離が広くなるように配置されることが好ましい。これにより安定性が向上するからである。脚２１ｂ、２１ｃ、２１ｄはいわゆる三脚状に配置されている。

脚２１ｂ、２１ｃ、２１ｄの端部のうち、支持部２１ａとは反対側となる端部には接地部２１ｅ、２１ｆ、２１ｇが設けられている。接地部２１ｅ、２１ｆ、２１ｇは、例えば角度計測装置２０が斜めの場所に設置されるときにも該接地部２１ｅ、２１ｆ、２１ｇがこれに沿うことができるように脚２１ｂ、２１ｃ、２１ｄに対して角度を変えられることが好ましい。これにより、さらに安定して角度計測装置２０を設置することができる。
また、接地部２１ｅ、２１ｆ、２１ｇには防振材が具備されていてもよい。これにより振動がある環境で使用する場合も、精度よく角度を測定することができる。

検知装置２４は、検知器２６、２７が具備される装置であり、垂下部材２５、第一検知器２６、第二検知器２７を有している。当該検知装置２４の構成は上記した検知装置１４と共通なのでここでは説明を省略する。ただし、本実施形態では、検知装置２４は、支持部材２１の支持部２１ａの下面側にユニバーサルジョイントにより連結されている。これにより検知装置２４は、当該ジョイント部を中心に揺動可能に支持部材２１に支持される。従って、角度計測装置２０が斜めである場所に設置されたときであっても、自動的に第一検知器２６と第二検知器２７とを鉛直方向に並べることが可能である。

支持部２１ａと検知装置２４との連結はこのように第一検知器２６と第二検知器２７とが自動に鉛直となればよい。これには例えば、検知装置のうち垂下部材を線状の部材とすることで第一検知器と第二検知器とが自動的に鉛直方向に所定の高低差を有するように配置されるような構成を挙げることができる。

次に、角度計測装置１０により鋼管杭１の傾斜角を測定する方法の１つの実施形態について説明する。図３は測定方法を説明するための模式図である。図１、および図３を参照しつつ傾斜角の測定方法を説明する。

図１からわかるように、鋼管杭１には本体である杭本体２およびその下端に配置される先端翼３を備えている。鋼管杭１は、傾けられるべき角度に傾けられた回転貫入機５に把持される。鋼管杭１は回転貫入機５に把持され、回転力および押込力を与えられ地盤中に貫入する。

本実施形態では、角度計測装置１０は回転貫入機５の上に、鋼管杭１の側方に設置される。このような傾斜した部位に設置した場合であっても上記したように第一検知器１６と第二検知器１７とは自動的に鉛直方向に距離Ｌを有して配置されるようになる。角度計測装置１０の設置位置について、直杭の場合は特に限定されるものではないが、斜杭の場合は鋼管杭１の軸芯を含む鉛直面内に第一検知器および第二検知器が配置されるように設置することが好ましい。

ここで、鋼管杭１の傾斜角は次のように得ることができる。すなわち、図３からわかるように、第一検知器１６と鋼管杭１との距離Ｄ１（ｍ）が第一検知器１６により測定される。同時に第二検知器１７と鋼管杭１との距離Ｄ２（ｍ）が第二検知器１７により測定される。従ってこの距離の差の絶対値δ（ｍ）は、
δ＝｜Ｄ１−Ｄ２｜ （１）
で表され、第一検知器１６と第二検知器１７との距離はＬ（ｍ）なので、傾斜角θ（度）は、次式（２）で算出することができる。
θ＝ｔａｎ^−１（δ／Ｌ） （２）

このようにして鋼管杭１の実際の傾斜角と、あるべき傾斜角とを対比し、実際の傾斜角があるべき傾斜角と乖離していた場合には調整をする。

本実施形態では、角度計測装置１０を１台設置した例を説明したが、鋼管杭１からみて異なる方向（好ましくは直交する方向）や、同一方向に２台以上の角度計測装置を設置して傾斜角を測定してもよい。これによりさらに精度を向上させることができる。

ここで、角度計測装置１０による鋼管杭１の傾斜角の測定は、鋼管杭１が回転しているときであっても良いし、停止しているときであってもよい。

以上のように、本実施形態の角度計測方法によれば、精度よく傾斜角を測定することができる。

１ 鋼管杭
２ 杭本体
３ 先端翼
５ 回転貫入機
１０ 角度計測装置
１１、１２ 支持部材
１３ 軸部材
１４ 検知装置
１５ 垂下部材
１６ 第一検知器（検知器）
１７ 第二検知器（検知器）

Claims (6)

1. 杭の傾斜角を測定する角度計測装置であって、
   前記杭までの距離を測定可能な複数の検知器と、
   前記検知器を異なる高さ位置に支持する手段と、を備える角度計測装置。
2. 前記検知器を異なる高さ位置に支持する手段は、前記検知器が取り付けられる棒状、又は線状の垂下部材を有し、前記垂下部材は自動にその長手方向を鉛直方向に向けることが可能であることを特徴とする請求項１に記載の角度計測装置。
3. 杭の傾斜角を測定する角度計測装置であって、
   一端が接地可能に設けられ、対向して配置される一対の支持部材と、
   前記支持部材間を渡して配置される軸状の部材で、その軸心を中心に回動可能とされる軸部材と、
   前記軸部材に垂下されるように取り付けられる棒状の垂下部材と、
   前記垂下部材の長手方向に所定の間隔を有して固定され、前記杭までの距離を測定可能な複数の検知器と、を備える角度計測装置。
4. 前記垂下部材と前記軸部材とも回動可能とされていることを特徴とする請求項３に記載の角度計測装置。
5. 前記検知器は非接触式の距離測定器であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の角度計測装置。
6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載の角度計測装置により杭の傾斜角を計測する方法であって、
   前記角度計測装置を杭の側方に配置し、
   前記検知器により、少なくとも鉛直方向２点において前記検知器と前記杭との距離Ｄ１（ｍ）、Ｄ２（ｍ）を測定し、その差の絶対値δ（ｍ）を求め、
   前記検知器の鉛直方向距離をＬ（ｍ）としたとき、前記杭の傾斜角θ（度）を、
   θ＝ｔａｎ^−１（δ／Ｌ）
   で算出する杭の角度計測方法。

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