JP2013185391A

JP2013185391A - 砕石杭形成用制御装置及び砕石杭形成方法

Info

Publication number: JP2013185391A
Application number: JP2012052760A
Authority: JP
Inventors: Toshinori Sakai; 俊典酒井; Tetsuya Onabe; 哲也尾鍋; Masami Kiriyama; 昌巳桐山
Original assignee: ONABEGUMI KK; Nippon Sharyo Ltd; Mie University NUC; Onabe Gumi KK
Current assignee: ONABEGUMI KK; Nippon Sharyo Ltd; Mie University NUC; Onabe Gumi KK
Priority date: 2012-03-09
Filing date: 2012-03-09
Publication date: 2013-09-19
Anticipated expiration: 2032-03-09
Also published as: JP5959887B2

Abstract

【課題】オペレータに負担を掛けずに均質な砕石杭を確実に形成することができる砕石杭形成用制御装置及び砕石杭形成方法を提供する
【解決手段】砕石杭形成用制御装置は、深度検出手段と、トルク検出手段と、深度検出手段で検出した深度データ及びトルク検出手段で検出したトルクデータを表示するデータ表示手段と、砕石杭の施工条件を設定する施工条件設定手段と、掘削穴内に投入した砕石を締め固める締固め段階において、施工条件設定手段によってあらかじめ設定された締固めトルク設定値とトルク検出手段で検出したトルクデータとを比較してトルクデータが締固めトルク設定値以上になったときに締固めトルク到達情報を出力し、施工条件設定手段によってあらかじめ設定された上昇量設定値と前記深度データの変化から算出した上昇量とを比較して算出した上昇量が上昇量設定値以上になったときに上昇量到達情報を出力する情報出力手段とを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、砕石杭形成用制御装置及び砕石杭形成方法に関し、詳しくは、砕石杭形成装置を使用して地中に砕石を柱状に締固めた砕石杭を形成する際に用いる砕石杭形成用制御装置及び該砕石杭形成用制御装置を用いて砕石杭を形成する方法に関する。

地震時の液状化を防止するための地盤改良工法として、グラベルドレーン工法が知られている。このグラベルドレーン工法は、地中に形成した縦穴（掘削穴）内に各種粒状物、例えば砕石を投入して柱状に締め固めることにより、いわゆる砕石杭を形成するものであって、このような砕石杭を効率よく形成するためのアタッチメントが知られている（例えば、特許文献１参照。）。

特許第４４４５０３３号公報

特許文献１に記載されたアタッチメントを地盤改良機などの作業機に装着することによって砕石杭の施工を容易に行うことはできるが、砕石杭を形成する地盤の状態や使用する砕石の種類によって的確な操作を行わなければならず、これがオペレータの負担となっていた。

そこで本発明は、オペレータに負担を掛けずに均質な砕石杭を確実に形成することができる砕石杭形成用制御装置及び砕石杭形成方法を提供することを目的としている。

上記目的を達成するため、本発明の砕石杭形成用制御装置は、円筒状のケーシングと、該ケーシング内に挿通されて、正方向への回転で掘進し、逆方向への回転で前記ケーシング内に投入された砕石を締固めるとともに、前記ケーシングの下端開口を閉塞するための締固用スクリューを先端に有する回転軸と、前記ケーシング内に砕石を投入する砕石投入手段と、前記ケーシング及び前記回転軸をそれぞれ回転駆動する回転駆動手段と、前記ケーシング及び前記回転軸をそれぞれ軸線方向に昇降させる昇降手段とを備え、前記締固用スクリューで下端開口を閉塞した状態の前記ケーシング及び前記回転軸を前記回転駆動手段で正方向に回転させながら前記昇降手段の下降動作により下降させて前記ケーシング及び前記回転軸をあらかじめ設定された深度まで地中に挿入する掘削工程を行った後、前記回転駆動手段によって前記締固用スクリューを逆方向に回転させることにより前記ケーシング内に投入された砕石を締め固める締固め段階と、前記昇降手段の上昇動作によって前記ケーシング及び前記回転軸を上昇させる上昇段階とを順次繰り返して地中に砕石杭を形成する砕石杭形成装置における砕石杭形成用制御装置であって、前記昇降手段の動作位置から深度を検出する深度検出手段と、前記回転駆動手段のトルクを検出するトルク検出手段と、前記深度検出手段で検出した深度データ及び前記トルク検出手段で検出したトルクデータを表示するデータ表示手段と、砕石杭の施工条件を設定する施工条件設定手段と、前記締固め段階において、前記施工条件設定手段によってあらかじめ設定された締固めトルク設定値と前記トルク検出手段で検出したトルクデータとを比較して該トルクデータが前記締固めトルク設定値以上になったときに締固めトルク到達情報を出力し、前記施工条件設定手段によってあらかじめ設定された上昇量設定値と前記深度データの変化から算出した上昇量とを比較して該算出した上昇量が前記上昇量設定値以上になったときに上昇量到達情報を出力する情報出力手段とを備えていることを特徴としている。

さらに、本発明の砕石杭形成用制御装置は、前記ケーシングが外周面に掘進用スクリューを有していること、前記ケーシングが、周壁に設けた砕石投入口と、該砕石投入口を開閉可能に覆う開閉部材と、該開閉部材を開いて前記砕石投入口から前記ケーシング内に砕石を投入する砕石投入手段とを備えていることを特徴としている。

また、前記施工条件設定手段で設定した施工条件と、砕石杭形成中の一定時間毎又は砕石杭形成中の一定深度毎に、前記深度検出手段で検出した深度データ及び前記トルク検出手段で検出したトルクデータをそれぞれ記録するデータ記録手段を備えていることを特徴としている。さらに、前記掘削工程において、前記トルク検出手段で検出したトルクデータが前記施工条件設定手段にあらかじめ設定された掘削上限トルク設定値以上になったときに前記昇降手段の下降動作を減速又は一時停止し、該減速状態又は一時停止状態で前記トルクデータが前記施工条件設定手段にあらかじめ設定された復帰トルク未満になったときに前記昇降手段の下降動作を再開する昇降制御手段を備えていることを特徴としている。

加えて、前記締固め段階において、前記情報出力手段が前記締固めトルク到達情報を出力したときに、前記施工条件設定手段にあらかじめ設定された上昇量設定値に基づいて前記昇降手段を上昇作動させる昇降制御手段を備えていること、前記締固め段階において、前記回転駆動手段の非回転状態を検出したときに、前記昇降制御手段による前記昇降手段の上昇動作を停止させる回転検出手段を備えていることを特徴としている。

また、本発明の砕石杭形成方法は、前記構成の砕石杭形成用制御装置を備えた砕石杭形成装置を使用して砕石杭を形成する方法であって、前記掘削工程を行った後、前記回転軸を前記回転駆動手段で逆方向に回転させて前記ケーシング内に投入された砕石を締固用スクリューで締固める締固め操作を行いながら、該締固め操作中に、前記情報出力手段から前記締固めトルク到達情報が出力されたときに、前記情報出力手段から前記上昇量到達情報が出力されるまで前記昇降手段を上昇動作させて前記ケーシング及び前記回転軸を上昇させる上昇操作を行うことを特徴としている。

本発明によれば、地盤の状態や砕石（粒状物）の種類などに応じてあらかじめ施工条件設定手段に設定された施工条件に基づいて、締固めトルク到達情報を出力したり、上昇量到達情報を出力したりするので、これらの情報に基づいてオペレータが各種操作を行うことにより、オペレータの負担を軽減しながら均質な砕石杭を形成することができ、砕石杭の施工効率を向上させることができる。また、砕石杭形成中の深度やトルクなどの各種データを表示することにより、施工状態を確認することができ、異常発生時には速やかに修正することができる。さらに、各種データを記録することにより、施工終了後に施工状態の確認を行えるとともに、次の施工の際の参考データとしたり、施工方法の改善にも寄与することができる。さらに、締固めトルク到達情報や上昇量到達情報を利用することにより、均質な砕石杭を自動的に形成することもできる。

本発明の砕石杭形成用制御装置の一形態例を示すブロック図である。本発明の砕石杭形成方法における基本的な施工工程を示すフローチャートである。本発明で使用する砕石杭形成装置の一例を示す側面図である。砕石杭形成装置によって掘削工程を行っている状態を示す説明図である。掘削工程を完了した状態を示す説明図である。砕石杭形成工程を行っている状態を示す説明図である。砕石杭形成工程を完了した状態を示す説明図である。掘削工程における手順の第１形態例を示すフローチャートである。掘削工程における回転駆動手段のトルク変化に基づく昇降手段の運転制御の一例を示す説明図である。回転駆動手段におけるトルク設定手段の一例を示すブロック図である。トルク設定手段で設定したトルク設定値と回転駆動手段の最大トルクとの関係を示す図である。上限トルク設定画面の一例を示す説明図である。砕石杭形成工程における手順の第１形態例を示すフローチャートである。工程の進行状態を表示する深度棒グラフの一例を示す説明図である。施工中の深度変化の一例を示す図である。砕石杭形成工程における手順の第２形態例を示すフローチャートである。砕石杭形成工程における手順の第３形態例を示すフローチャートである。砕石杭形成工程における手順の第４形態例を示すフローチャートである。砕石杭形成工程における手順の第５形態例を示すフローチャートである。

まず、図１乃至図１５に示す形態例において、地中に砕石杭を形成するために用いられる砕石杭形成装置１１は、図３に示すように、一般的な小型の杭打機や地盤改良機といった作業機を基本としたものであって、下部走行体１２の上部に旋回可能に設けられた上部旋回体１３と、該上部旋回体１３の前部にフロントブラケット１３ａを介して起伏可能に設けられたリーダ１４と、該リーダ１４を後方から支持するバックステー１５と、上部旋回体１３の前後左右４箇所にそれぞれ設けられたジャッキ装置１６と、前記リーダ１４に沿って昇降可能に設けられた回転駆動手段１７と、該回転駆動手段１７をリーダ１４に沿って昇降させるための昇降手段１８と、前記リーダ１４の下部に設けられたガイド部材１９とを備えており、前記リーダ１４の前面には、上部が前記回転駆動手段１７に装着され、下部が前記ガイド部材１９に挿通されて軸線方向にガイドされる砕石杭形成用アタッチメント２０が設けられている。

この砕石杭形成用アタッチメント２０は、外周面に掘進用スクリュー２１ａを有する円筒状のケーシング２１と、該ケーシング２１内に挿通された回転軸２２と、前記ケーシング２１内に砕石を投入する砕石投入手段２３とを備えている。前記ケーシング２１の周壁には、軸線方向に長い長孔からなる砕石投入口２４が設けられるとともに、該砕石投入口２４を開閉可能に覆う開閉部材２５が設けられている。前記回転軸２２の下端部には、前記ケーシング２１の下端開口を閉塞可能な大きさを有し、上方が次第に小径となる円錐形状の締固用スクリュー２６が設けられている。砕石投入手段２３は、ホッパー部２３ａと、該ホッパー部２３ａの下部に連設したシュート部２３ｂとを有している。前記開閉部材２５は、ケーシング２１を正方向に回転させて縦穴を掘削する際には閉じ状態となってケーシング２１内に土砂が侵入することを防止し、一方、砕石投入手段２３からケーシング２１内に砕石を投入する際には開いて前記シュート部２３ｂから前記砕石投入口２４を介してケーシング２１内に砕石を投入可能な状態となる。

この砕石杭形成装置１１には、図１に示す構成を備えた砕石杭形成用制御装置３１が設けられている。砕石杭形成用制御装置３１は、各種演算処理などを行う処理装置３２の入力側に、深度検出手段３３，昇降速度調整手段３４，トルク検出手段３５，トルク調整手段３６，施工条件設定手段３７及び回転検出手段３８が設けられ、出力側には、昇降制御手段４１及びトルク制御手段４２が設けられるとともに、情報出力手段４３としてデータ記録手段４４とデータ表示手段４５が設けられている。

深度検出手段３３は、前記昇降手段１８の昇降動作によって昇降する前記回転駆動手段１７の上下方向位置から深度を検出するものであって、例えば、昇降手段１８に設けたロータリエンコーダからの信号によって深度を算出するものを用いることができる。昇降速度調整手段３４は、例えば、昇降手段１８に設けた昇降駆動源となる油圧モータに供給する作動油の供給量を制御するもので、砕石杭を形成する地盤の状態に応じて昇降速度調整手段３４で設定した昇降速度で回転駆動手段１７を昇降させる。トルク検出手段３５は、回転駆動手段１７がケーシング２１や回転軸２２を回転駆動しているときのトルク（回転トルク）を検出するものであって、例えば、回転駆動手段１７に設けた回転駆動源となる油圧モータに供給する圧油の圧力を検出することによってトルクを求めることができる。トルク調整手段３６は、回転駆動手段１７の最大トルクなどを設定するものであって、例えば、油圧回路に設けた電磁比例弁のリリーフ圧を調節することによって設定することができる。

施工条件設定手段３７は、現場名や施工日時、砕石杭を形成する地盤の状態に応じてあらかじめ設定された掘削トルクや締固めトルクなどの各種トルク設定値、終了深度設定値などのデータを処理装置３２に入力するためのものであって、キーボードなどから直接入力するほか、あらかじめ設定されたデータを記録した各種メモリから読み取るようにすることもできる。回転検出手段３８は、例えば近接スイッチで回転駆動手段１７に設けられているギアの回転状態を検出することによって回転駆動手段１７が回転中か否かを判定する。

昇降制御手段４１は、各検出手段からの情報に基づいて処理装置３２が判定した結果に応じて昇降手段１８の動作を制御するものであって、例えば、昇降手段の駆動源に油圧モータを用いた場合は、油圧回路を切り替えたり、供給油量を調整することにより、上昇、下降、停止だけでなく、昇降速度の制御も行えるようにしている。トルク制御手段４２は、前記トルク調整手段３６で設定した最大トルクや、施工条件設定手段３７に設定された各種トルク設定値に基づいて回転駆動手段１７のトルクを制御するもので、特に、砕石杭形成工程で、トルクが締固め上限トルク設定値を超えないように制御する。情報出力手段４３は、砕石杭を形成するための施工中における各種データ、例えば、施工条件設定手段３７で設定した各種データ、各検出手段が検出した深度やトルクなどの測定データを、一定時間毎又は一定深度毎にデータ記録手段４４に出力して各種メモリなどのデータ記録手段４４に保存するとともに、各種設定値や各種測定データをディスプレイや表示灯、ブザーなどのデータ表示手段４５に出力し、オペレータに現在の状態や、次に行うべき操作などを表示する。

このような砕石杭形成用制御装置３１を備えた砕石杭形成装置１１によって砕石杭を形成する手順は、あらかじめ施工条件設定手段３７に設定された施工条件に基づいて、情報出力手段４３に出力される締固めトルク到達情報や上昇量到達情報を用いることにより、図２に示す手順で行うことができる。この手順では、最初のステップ１０１にて杭芯位置合わせ操作を行う。すなわち、下部走行体１２による走行、上部旋回体１３の旋回、ジャッキ装置１６による水平調整及び固定、バックステー１５によるリーダ１４の角度調整などを行い、図３に示すように、砕石杭形成装置１１を砕石杭の形成位置に合わせる。次のステップ１０２の掘削準備操作では、回転軸２２の下端を接地させて深度のゼロリセットを行ったり、前回のデータをクリアした後、ケーシング２１及び回転軸２２を正方向に回転させ、例えば、４０ｃｍ程度貫入し、次に２０ｃｍ程度引上げ、ケーシング２１の内部から土砂を排出した後、ケーシング２１内への予備的な砕石の投入を行ったりする。

掘削準備操作が完了したのを確認した後、例えば砕石杭形成用制御装置３１などの操作パネルに設けられている掘削開始スイッチを操作したり、また、前記昇降手段１８の操作レバーを中立位置（停止位置）から下げ位置（掘削位置）に操作することにより、ステップ１０３に進んで掘削工程が始まる。掘削工程では、回転駆動手段１７がケーシング２１及び回転軸２２を正方向に回転させるとともに、昇降手段１８が回転駆動手段１７をリーダ１４に沿って下降させる。これにより、図４に示すように、下端開口が締固用スクリュー２６と予備投入した砕石とによって閉塞されるとともに、砕石投入口２４が開閉部材２５で閉塞された状態のケーシング２１が地中にねじ込まれていき、地中に掘削穴（縦穴）５０が形成されていく。このとき、回転軸２２の先端（下端）に設けられている締固用スクリュー２６が掘削を行い、ケーシング２１の外周に設けられている掘進用スクリュー２１ａの作用でケーシング２１がねじ込まれることになるため、地中の土砂を押し拡げる状態でケーシング２１が地中に挿入されるので、地上に上昇してくる排土５０ａの量は、掘削穴５０の大きさに比べて極めて少ない量となる。

図５に示すように、あらかじめ設定された深度まで掘削穴５０が形成され、ステップ１０４で掘削完了スイッチを操作したり、操作レバーを下げ位置から中立位置に戻すなどの掘削完了操作を行った後、砕石杭形成開始スイッチを操作したりするなどしてステップ１０５の砕石杭形成工程に進む。この砕石杭形成工程では、図６に示すように、開閉部材２５を開いた砕石投入口２４を介して砕石投入手段２３からケーシング２１内に砕石５１を投入した状態で、回転駆動手段１７で回転軸２２と共にケーシング２１を逆方向に回転させなあら、昇降手段１８であらかじめ設定された上昇量だけ上昇させるケーシング上昇段階と、回転軸２２を回転駆動手段１７で逆方向に回転させてケーシング２１内に投入された砕石５１を締固用スクリュー２６でケーシング２１の下方に排出しながら押圧して締固める締固め段階とが繰り返される。そして、図７に示すよう、深度があらかじめ設定された終了深度設定値（深度ゼロ）になったことが確認されると、ステップ１０６で砕石杭形成終了スイッチを操作したりするなどの施工完了操作が行われ、掘削穴５０内に砕石５１を充填した状態の砕石杭５２が地中に形成される。

このような手順で砕石杭５２を形成するに当たり、ステップ１０３の掘削工程では、図８に示す手順によって掘削穴５０の掘削を行うことができる。前記ステップ１０３で、前述のように、前記回転駆動手段１７を正方向に回転させてケーシング２１及び回転軸２２を正方向に回転駆動するとともに、前記昇降手段１８を下降動作させて回転駆動手段１７をリーダ１４に沿って下降させることにより、前記掘削工程１０３を開始したときに、ステップ２０１で前記回転駆動手段１７によりケーシング２１及び回転軸２２を回転駆動しているトルクをトルク検出手段３５で検出し、検出したトルクデータ（以下、検出トルクということがある。）とあらかじめ設定された掘削上限トルク設定値（掘削トルク上限値）とを比較し、検出トルクが掘削上限トルク設定値以上の場合にはステップ２０２に進み、昇降制御手段４１から昇降手段１８に掘削停止出力を出力して昇降手段１８の下降動作を停止させたり、昇降手段１８の下降動作速度を減速させたりする。このとき、回転駆動手段１７によるケーシング２１及び回転軸２２の回転駆動は継続している。

ステップ２０１で前記検出トルクが掘削上限トルク設定値未満の場合はステップ２０３に進み、トルク検出手段３５で検出したトルクデータとあらかじめ設定された掘削下限トルク設定値（復帰トルク、掘削トルク下限値）とを比較し、検出トルクが掘削下限トルク設定値以上の場合にはステップ２０１に戻り、過大なトルクをケーシング２１などに加えないようにする。一方、検出トルクが掘削下限トルク設定値未満の場合にはステップ２０４に進み、回転駆動手段１７でケーシング２１及び回転軸２２を回転駆動しながら昇降手段１８を下降動作させて掘削穴５０の掘削を行う。このとき、前記ステップ２０２で昇降制御手段４１から掘削停止出力が出力されている場合には掘削停止出力を解除する。

掘削中は、ステップ２０５で、前記深度検出手段３３によって検出した深度データ（以下、検出深度という）とあらかじめ設定された終了深度設定値とを比較し、検出深度が終了深度設定値未満、即ち終了深度に未到達の場合にはステップ２０１に戻って掘削を継続し、検出深度が終了深度設定値以上になり、終了深度に到達したと判定したときには、ステップ２０６に進んで昇降制御手段４１が掘削停止出力を発すると同時にデータ表示手段４５などに設けられているランプやブザーに目標到達警報を出力する。ステップ２０７でオペレータが操作レバーを下げ位置（掘削）から中立（停止）に操作したことを確認するまではステップ２０６を繰り返して目標到達警報出力を継続し、操作レバーが中立（停止）に戻されて昇降手段１８が非作動状態になったときにステップ２０８に進み、昇降制御手段４１の掘削停止出力を解除するとともに目標到達警報出力も停止する。

このように、掘削工程において、図９に示すように、前記検出トルクが掘削上限トルク設定値以上になったら掘削（下降動作）を停止又は減速し、検出トルクが掘削下限トルク設定値（復帰トルク）未満になったら掘削（下降動作）を再開することにより、ケーシング２１や回転軸２２、特に、砕石投入口２４が開口していることによって通常の鋼管に比べて強度が低いケーシング２１が過大なトルクによって破損することを自動的に防止することができる。これにより、データ表示手段４５に表示された掘削上限トルク設定値及び掘削下限トルク設定値と検出トルクとを見ながら操作レバーを操作する場合に比べてオペレータの負担を軽減することができる。

また、前記ステップ１０５の砕石杭形成工程においては、ケーシング２１を回転させずに、回転駆動手段１７で回転軸２２を逆方向に回転させてケーシング２１内に投入された砕石５１を締固用スクリュー２６でケーシング２１の下方に押し出しながら締固めを行うため、締固用スクリュー２６とケーシング２１との間に砕石５１が密に詰まった状態、特に、掘削工程で予備的に投入した砕石５１が掘削工程中に密に詰まった状態になるため、締固用スクリュー２６を逆回転させた際に密に詰まった砕石５１によってケーシング２１に過大なトルクが発生してケーシング２１が破損するおそれがある。

このため、砕石杭形成工程を開始する前に、砕石５１を締固める際の回転駆動手段１７における最大トルク（締固め最大トルク設定値）を設定しておくことにより、過大なトルクによるケーシング２１の破損を防止することができる。締固め時の最大トルクの設定は、例えば、図１０に示すように、調整ダイヤル６１の回転状態を、Ａ／Ｄ変換部６２，演算部（ＣＰＵ）６３及びＤ／Ａ変換部６４を備えた変換装置６５で変換し、回転駆動手段１７の油圧回路に設けた電磁比例弁６６に出力することによって行うことができる。

前記調整ダイヤル６１の回転状態、すなわち、電磁比例弁６６への出力値とトルク設定値との関係は、図１１に示すように、調整ダイヤル６１の最小位置から最大位置に対するトルクの値が点Ａから点Ｂに向かって直線状に変化する場合、新たな締固め最大トルク設定値として設定しようとするトルクに対応した位置の点Ｃでトルクを設定する操作を行うことにより、トルクは点Ａ，点Ｃ、点Ｄを結ぶ直線に沿って変化し、トルクが点Ｃより上昇しないように制限される。

さらに、上述のようにして締固めの際の締固め最大トルクを設定する操作は、あらかじめ設定された手順で行うように設定されており、例えば、図１２に示すように、前記トルク調整手段３６の締固め最大トルク設定画面６７において、上段の設定値表示欄６７ａに、既に設定されている締固め最大トルクの値を表示するとともに、下段のトルク表示欄６７ｂに、現在の調整ダイヤル６１の回転位置に対応したトルクの値を表示し、締固め最大トルク設定値を変更する際には、調整ダイヤル６１を回して下段のトルク表示欄６７ｂに新たに設定する締固め最大トルクに対応したトルクの値を表示させた状態で、設定ボタン６７ｃを押すことによってトルク表示欄６７ｂに表示されたトルクが新たな締固め最大トルク設定値として上段の設定値表示欄６７ａに表示されるとともに、新たな締固め最大トルク設定値として設定される。したがって、設定ボタン６７ｃを押すまでは、既に設定された締固め最大トルク設定値を保持することができ、不用意に調整ダイヤル６１を回してしまっても、電磁比例弁６６に出力される締固め最大トルク設定値が変動しないように形成されている。

このようにして、締固め工程における回転駆動手段１７の最大トルクを前記締固め最大トルク設定値として設定した状態で、図１３に示す手順で砕石杭形成工程を行うことができる。ステップ３０１で、回転軸２２を逆方向に回転させて砕石５１を締固用スクリュー２６で押圧して締固める締固め段階において、締固めトルク表示画面６８の下段の設定トルク表示部６８ａに、調整ダイヤル６１の回転位置に対応したトルクの値を表示する。前述の図１１に基づいて説明したように、調整ダイヤル６１を最大位置に回しても、最大トルクが締固め最大トルク設定値以下に制限される。締固めトルク表示画面６８の上段の検出トルク表示部６８ｂに前記トルク検出手段３５で検出したトルクを表示する。このとき、検出トルクが、前記施工条件設定手段によりあらかじめ設定された締固めトルク設定値に到達していない場合には、検出トルク表示部６８ｂに表示する検出トルクの表示色を、例えば目立つ赤色に設定することにより、検出トルクが締固めトルク設定値に到達していないことを容易に確認することができる。

ステップ３０２で検出したトルクと締固めトルク設定値とを比較し、検出トルクが締固めトルク設定値未満の場合には、ステップ３０１に戻って新たに検出したトルクをトルク表示部６８ｂに順次表示しながらステップ３０１，３０２を繰り返す、ステップ３０２で検出トルクが締固めトルク設定値以上となったときにステップ３０３に進み、検出トルクが締固めトルク設定値に到達したことをオペレータに聴覚で知らせるための警報音を、例えば２回出力し、続いてステップ３０４でオペレータに視覚で知らせるため、前記検出トルク表示部６８ｂに表示する検出トルクの色を他の色、例えば前記赤色から緑色に切り替える。これにより、オペレータは、そのとき締固め段階を行っている部分の砕石の締固めが終了したことを確実に知ることができる。

次のステップ３０５では、オペレータが、あらかじめ設定されている上昇量（引上げ量）だけケーシング２１及び回転軸２２を昇降手段１８で引上げるケーシング上昇段階の操作を行う際に、目標値に近付けるように操作の遅れを考慮して前記上昇量に応じてブザー深度を設定する。例えば、設定された上昇量が１０ｃｍの場合、操作の遅れを２ｃｍ必要とすると、ブザー深度は、「１０−２＝８」ｃｍとなり、上昇量がブザー深度に到達するまでステップ３０５を繰り返す。上昇量がブザー深度に到達したらステップ３０６に進んでブザー（警報音）を１回出力し、オペレータは、警報音を聞いて引上げ操作を終了する。

このとき、オペレータによる引上げ終了操作が遅れた場合は、次の締固め段階終了後の上昇量を，前回の引上げ操作が遅れた分だけ少なくする。例えば、設定された上昇量が５ｃｍで、引上げ終了操作が遅れて実際の上昇量が６ｃｍになった場合は、次の締固め段階終了後の上昇量を４ｃｍに設定する。逆に実際の上昇量が４ｃｍだった場合は、次の締固め段階終了後の上昇量を６ｃｍに設定する。これにより、引上げ終了操作の遅れが数回発生したとしても、次の段階で修正できるので、砕石杭全体としての砕石の締固めを確実に行うことができる。

ステップ３０７で検出した深度が砕石の締固めを終了する深度、例えば、締固用スクリュー２６の下端が地表面から−５０ｃｍ以上になっているかを判定し、終了深度設定値に到達していないときにはステップ３０１に戻って前記各ステップを繰り返し、ケーシング２１内に投入した砕石を締固用スクリュー２６にて締固める操作を繰り返す。ステップ３０７で終了深度設定値に到達したと判定されたときに、砕石杭形成装置１１を使用した一つの砕石杭５２の形成が完了する。

また、工程進行中は、地表面から終了深度までを１本の棒グラフで表示し、該棒グラフ中を管理深度毎に分けて表示している。図１４は、１本の棒グラフにおける１区間の表示例を示すもので、掘削工程や砕石杭形成工程を行っているときに、工程の進行状態を棒グラフ（深度棒グラフ）で表示した例を示している。この深度棒グラフは、上部側が浅い位置を、下部側が深い位置をそれぞれ表しており、深度Ｄｚ（ｎ）と、該深度Ｄｚ（ｎ）より深い位置にある深度Ｄｚ（ｎ−１）との間を管理深度Ｅとし、掘削工程では、掘削の進行に伴って棒グラフの表示色が上方から下方に向かって順次異なった表示色となり、全ての色が変わったことで、この範囲の掘削が正常に進行したことを知ることができる。また、砕石杭形成工程では、砕石の締固めが終了した深度範囲の表示色を変えることにより、例えば、赤色から緑色に変えることにより、砕石杭形成工程の進行状況を容易に確認することができる。深度がＤｚ（ｎ−１）から設定された上昇量だけ上昇するとＤｚ（ｎ）となり、Ｄｚ（ｎ）の上下一定範囲を管理深度Ｅｎとする。例えば、上昇量が１０ｃｍの場合は、管理深度Ｅを１０ｃｍとして、「Ｄｚ（ｎ−１）−Ｄｚ（ｎ）」が１０ｃｍとなる。深度Ｄｚ（ｎ）の手前で上昇が止まる場合や、深度Ｄｚ（ｎ）を行き過ぎる場合を考慮して、上昇停止した深度がＤｚ（ｎ）±５ｃｍの範囲では、Ｄｚ（ｎ−１）とＤｚ（ｎ）との間の区間で締固め状態を表示する。例えば、深度がＤｚ（ｎ）±５ｃｍの範囲に入ると、Ｄｚ（ｎ−１）とＤｚ（ｎ）との間を赤色で表示し、その後、トルクが締固めトルク設定値以上になったときに表示を緑色に変える。これにより、各区間毎の締固め状態を知ることができ、砕石杭形成工程の進捗状況を容易に確認することができる。さらに、ステップ３０５で参照するブザー深度Ｆを表示しておくことができる。また、ケーシング引上げによって深度がＤｚ（ｎ−１）からＤｚ（ｎ）になったときには、Ｄｚ（ｎ）の上下一定範囲を新たな管理深度Ｅｎとして工程が継続される。

図１５は、図２における杭芯位置合わせ操作（ステップ１０１）から施工完了操作（ステップ１０６）までの深度の変化状況を示す図であって、前記データ記録手段４４に同様の深度データが記録される。前記ステップ１０１，１０２の杭芯位置合わせ操作及び掘削準備操作では、深度がゼロ（地表面（ＧＬ））であり、開始スイッチを操作してステップ１０３が始まると、深度が次第に下降する。このとき、ケーシング２１及び回転軸２２を正転で貫入した後、一度上昇させてケーシング２１の内部の土砂を排出した後、ケーシング２１内に予備的な砕石を投入した場合は、図１５の矢印Ａ１で示すように、深度が上下した状態となる。掘削穴５０が掘削形成されてステップ１０４の掘削完了操作を終えたらステップ１０５の砕石杭形成工程が行われ、ケーシング２１及び回転軸２２の引上げによる深度の上昇と、砕石の締固めとが交互に行われることにより、砕石杭形成工程では深度が階段状に上昇することになる。前記ステップ３０７の終了深度設定値（矢印Ａ２）に到達すると、ステップ１０６の施工完了操作が行われ、ケーシング２１及び回転軸２２が地上に引上げられる。

このようにして砕石杭５２を形成している間、前記データ表示手段４５には、施工現場、施工日時、形成する砕石杭の番号などの基礎的なデータに加えて、工程の進行に伴って変化する深度データやトルクデータがリアルタイムで表示される。また、検出した深度データやトルクデータは、一定時間毎、あるいは、あらかじめ設定された深度毎に、前記データ記録手段４４に記録される。さらに、データ表示手段４５には、前記深度棒グラフのほか、あらかじめ設定された各種トルク設定値や掘削深度、砕石投入量なども表示しておくことができ、トルクの過不足などに応じて警報音を出力したりすることができるように形成されている。これにより、データ表示手段４５を参照することによって施工状態を確認することができるとともに、必要に応じて手動で修正操作を行うことができ、各種設定を修正したりすることもできる。データ記録手段４４に記録された深度データやトルクデータなどの各種データは、施工終了後の確認のほか、将来的な参考データとして利用でき、各種機器の改善、施工方法の改良などにも利用することができる。

図１６は、砕石杭形成工程でケーシング２１及び回転軸２２の上昇を自動化した手順を示している。図１６に示す手順では、前記掘削完了操作（ステップ１０４）を終えた後、オペレータが砕石杭形成開始スイッチを操作すると同時に、前記回転駆動手段１７によって回転軸２２を逆方向に回転させるとともに、前記昇降手段１８の操作レバーを中立位置から上昇位置に操作することによって砕石杭形成工程（ステップ１０５）が始まり、ケーシング２１及び回転軸２２が昇降手段１８の上昇動作によって上昇する。最初は、ステップ４０１で昇降手段１８に引上げ停止出力が出力され、操作レバーが上昇位置にある状態で昇降手段１８に上昇動作を停止させる引上げ停止出力が発信され、停止した深度で締固用スクリュー２６による砕石の締固めが行われる。

砕石締固め中に検出したトルクがステップ４０２であらかじめ設定した締固めトルク設定値と比較され、検出トルクが前記締固めトルク設定値未満の場合には、ステップ４０１に戻って引上げ停止出力が継続されたまま、締固用スクリュー２６による砕石の締固めが継続される。ステップ４０２で検出トルクが締固めトルク設定値以上になったと判断したらステップ４０３に進み、引上げ停止出力を解除してケーシング２１及び回転軸２２を上昇させるケーシング引上げ操作が行われる。このときのケーシング２１及び回転軸２２の上昇量とあらかじめ設定された締固めピッチ、例えば前記ブザー深度とがステップ４０４で比較され、上昇量が締固めピッチ未満の場合には上昇が継続される。また、この上昇中に検出した深度がステップ４０５で前記終了深度設定値と比較され、終了深度設定値に到達していないときには上昇が継続され、ステップ４０４に戻る。

ステップ４０４で上昇量が締固めピッチに到達したと判断したときには前記ステップ４０１に戻り、締固用スクリュー２６による砕石の締固めが行われる。砕石杭形成工程の開始からステップ４０５で検出した深度が終了深度設定値に到達したと判断されるまではステップ４０１〜４０５が繰り返され、ステップ４０５で検出した深度が終了深度設定値に到達したときにステップ４０６に進み、昇降手段１８に引上げ停止出力が出力され、同時に、データ表示手段４５に終了深度設定値到達が出力されるので、オペレータは操作レバーを中立に戻す。ステップ４０７で操作レバーが中立に戻されたことを確認してからステップ４０８で昇降手段１８への停止出力が解除されて砕石杭形成工程が終了する。

したがって、図１６に示した手順では、回転駆動手段１７を逆回転させた状態で、開始時に砕石杭形成開始スイッチを操作すると同時に、操作レバーを中立位置から上昇位置に操作するだけで、掘削穴内での砕石の締固めをあらかじめ設定されたピッチで行うことができ、前記図１３に示した砕石杭形成工程のように、警報音に基づいてオペレータが行う操作レバーの操作を省略することができる。この手順では、締固めピッチに応じて自動的にケーシングを引上げてから締固めを行うので、締固めピッチを小さく設定してもオペレータの負担にはならないことから、締固めピッチを小さく設定することにより、砕石の締固め精度を向上させることができる。

また、図１７は、砕石杭形成工程におけるケーシング２１及び回転軸２２の上昇を、検出したトルクに基づいて行うようにした手順を示している。この手順では、ケーシング２１及び回転軸２２を上昇させる締固め上限トルク設定値と、ケーシング２１及び回転軸２２の上昇を停止させる締固め下限トルク設定値とをあらかじめ設定した状態で行われる。

まず、前記同様に、砕石杭形成開始スイッチを操作すると同時に、前記回転駆動手段１７を逆方向に作動させ、前記昇降手段１８の操作レバーを中立位置から上昇位置に操作して砕石杭形成工程を開始したときに、ステップ５０１で検出したトルクとあらかじめ設定した締固め下限トルク設定値とを比較し、検出トルクが締固め下限トルク設定値未満のときには締固めが不十分と判断してステップ５０２で引上げ停止出力を出力し、そのとき深度で砕石の締固めを継続する。

ステップ５０１で検出トルクが締固め下限トルク設定値以上と判断したらステップ５０３に進み、検出トルクをあらかじめ設定された締固め上限トルク設定値と比較する。このステップ５０３で検出トルクが締固め上限トルク設定値未満と判断したら、締固めが未だ不十分と判断してステップ５０１に戻り、そのときの深度での締固めを更に継続する。ステップ５０３で検出トルクが締固め上限トルク設定値以上と判断したらステップ５０４に進み、引上げ停止出力を解除してケーシング引上げを再開するとともに、ステップ５０５で検出した深度と終了深度設定値とを比較し、検出深度が終了深度設定値に到達していないときにはステップ５０１に戻る。

この手順においても、砕石杭形成工程の開始からステップ５０５で検出した深度が終了深度設定値に到達したと判断されるまではステップ５０１〜５０５が繰り返される。ステップ５０５で検出した深度が終了深度設定値に到達したときにステップ５０６に進んで引上げ停止が出力され、ステップ５０７で操作レバーが中立に戻されたことを確認してからステップ５０８で引上げ停止出力が解除されることにより、砕石杭形成工程が終了する。

このように、あらかじめ設定された締固め上限トルク設定値及び締固め下限トルク設定値と検出したトルクを比較してケーシング２１及び回転軸２２の上昇、停止を制御することにより、砕石を自動的に締固めることができ、前記締固め下限トルク設定値と前記締固め上限トルク設定値とを適切に設定することにより、砕石を均一に締固めることができる。

図１８は、図１６に示した手順に、前記回転検出手段３８によって回転軸２２の回転状態を検出する制御を加えたものである。なお、図１６に示した手順と同じステップには図１６で使用した符号を付して詳細な説明は省略する。ステップ４０１，４０２は、引上げ停止出力によってケーシング引上げを停止して砕石の締固めを行い、検出トルクが締固めトルク設定値以上になったと判断したら次のステップに進む。ここで進む次のステップ４１１は、回転検出手段３８によって回転軸２２あるいは回転駆動手段１７の回転数を検出するステップであり、このステップ４１１で回転駆動手段１７が回転していると判断したらステップ４０３に進み、引上げ停止出力を解除してケーシング引上げが行われ、以下、前記同様にしてステップ４０１〜４０８が行われる。

一方、前記ステップ４１１で回転検出手段３８が回転停止状態を検出したときにはステップ４１２に進んで引上げ停止を出力し、ケーシング引上げを停止した状態でステップ４０４に進む。このステップ４０４でケーシング引上げ量（上昇量）があらかじめ設定された締固めピッチに到達していないと判断したときにはステップ４１１に戻り、再び回転検出手段３８による回転数を検出が行われる。また、ステップ４０４でケーシング引上げ量が締固めピッチに到達していると判断したときにはステップ４０１に戻る。

このように、ステップ４１１で回転停止状態が検出されたときは、通常は、締固用スクリュー２６に砕石が詰まるなどして締固用スクリュー２６が回転せず、回転軸２２を介して締固用スクリュー２６を回転させるために回転駆動手段１７のトルクが締固めトルク設定値に上昇し、前記電磁比例弁６６の作用で回転駆動手段１７への作動油の供給が絶たれて回転駆動手段１７が回転を停止した状態である。したがって、このままケーシング引上げ操作を行うと、掘削穴内への砕石の充填が行えなくなるので、ステップ４１２で手順の進行を一時中断して警報を出力し、オペレータがケーシング引上げを停止させた状態で回転駆動手段１７を正方向に回転させたり、締固めトルク設定値以上のトルクで回転駆動手段１７を回転させたりするなどして締固用スクリュー２６の回転が停止した原因を解消した後、ステップ４０４から手順を再開することによって砕石杭の形成を継続することができる。

図１９は、図１７に示した手順に、図１８と同様の回転状態を検出する制御を加えたものである。なお、図１７に示した手順と同じステップには図１７で使用した符号を付して詳細な説明は省略する。ステップ５０１〜５０３は、前記同様に、検出したトルクと締固め下限トルク設定値又は締固め上限トルク設定値との比較結果に応じて締固めを行い、ステップ５０３で検出トルクが締固め上限トルク設定値以上と判断したらステップ５１１に進んで回転検出手段３８による回転状態の検出が行われる。このステップ５１１で回転停止していないこと、即ち回転状態を確認したらステップ５０４に進み、ケーシング引上げを行ってからステップ５０５に進む。したがって、ステップ５１１で回転駆動手段１７による締固用スクリュー２６の回転が正常に行われていると判断されたときには、図１７に示した手順と同様の手順で砕石杭形成工程が行われる。

また、ステップ５１１で回転停止状態であると判断したときには、図１８での場合と同様に、締固用スクリュー２６による砕石の排出が十分に行われていない状態であるから、ステップ５１２に進んでケーシング引上げを停止し、前記同様に、手順の進行を一時停止して回転停止原因を解消してからステップ５０５に進んで手順の進行を再開する。

このように、検出トルクが締固め上限トルク設定値以上であっても、回転駆動手段１７が停止状態にあるときには、ケーシング引上げを一旦停止させて停止原因を解消してから再開することにより、砕石の締固めを十分に行わずにケーシングを引上げてしまうことを防止できる。

なお、本発明において、前記特許文献１に記載されたアタッチメント及び該アタッチメントを備えた砕石杭形成用制御装置を使用する場合は、基本的な工程は特許文献１に記載された手順で行うことができる。例えば、砕石投入口における開閉部材の開閉やアタッチメント内への砕石の投入などは、特許文献１の記載と同じ手法であってもよく、他の手法を採用することもできる。さらに、ケーシングが小径の場合や昇降手段の押し込み力が強い場合、地盤が軟弱な場合などは、外周に掘進用スクリューを持たないケーシングを用いることができる。また、本発明でいう砕石とは、特許文献１と同様に、砕石だけでなく、砂利、コンクリート殻などの自然物又は人工物からなる各種粒状物を含むものであり、通常は、大きさ（粒径）が数ｃｍのものが使用される。

さらに、回転駆動手段や昇降手段は、アタッチメントを装着する作業機のものをそのまま使用することが可能であり、回転駆動手段や昇降手段の駆動源には一般に油圧モータが用いられ、油圧モータに供給する作動油の流量や圧力によって回転速度やトルクを調整したり、作動状態を検出することができる。また、駆動源として電気モータを使用して供給電力によって制御や検出を行うこともできる。さらに、リーダに対する回転駆動手段の上下方向位置の検出も作業機に設けられている検出手段を利用することができる。

１１…砕石杭形成装置、１２…下部走行体、１３…上部旋回体、１３ａ…フロントブラケット、１４…リーダ、１５…バックステー、１６…ジャッキ装置、１７…回転駆動手段、１８…昇降手段、１９…ガイド部材、２０…砕石杭形成用アタッチメント、２１…ケーシング、２１ａ…掘進用スクリュー、２２…回転軸、２３…砕石投入手段、２３ａ…ホッパー部、２３ｂ…シュート部、２４…砕石投入口、２５…開閉部材、２６…締固用スクリュー、３１…砕石杭形成用制御装置、３２…制御装置、３３…深度検出手段、３４…昇降速度調整手段、３５…トルク検出手段、３６…トルク調整手段、３７…施工条件設定手段、３８…回転検出手段、４１…昇降制御手段、４２…トルク制御手段、４３…情報出力手段、４４…データ記録手段、４５…データ表示手段、５０…掘削穴、５０ａ…排土、５１…砕石、５２…砕石杭

Claims

円筒状のケーシングと、該ケーシング内に挿通されて、正方向への回転で掘進し、逆方向への回転で前記ケーシング内に投入された砕石を締固めるとともに、前記ケーシングの下端開口を閉塞するための締固用スクリューを先端に有する回転軸と、前記ケーシング内に砕石を投入する砕石投入手段と、前記ケーシング及び前記回転軸をそれぞれ回転駆動する回転駆動手段と、前記ケーシング及び前記回転軸をそれぞれ軸線方向に昇降させる昇降手段とを備え、前記締固用スクリューで下端開口を閉塞した状態の前記ケーシング及び前記回転軸を前記回転駆動手段で正方向に回転させながら前記昇降手段の下降動作により下降させて前記ケーシング及び前記回転軸をあらかじめ設定された深度まで地中に挿入する掘削工程を行った後、前記回転駆動手段によって前記締固用スクリューを逆方向に回転させることにより前記ケーシング内に投入された砕石を締め固める締固め段階と、前記昇降手段の上昇動作によって前記ケーシング及び前記回転軸を上昇させる上昇段階とを順次繰り返して地中に砕石杭を形成する砕石杭形成装置における砕石杭形成用制御装置であって、前記昇降手段の動作位置から深度を検出する深度検出手段と、前記回転駆動手段のトルクを検出するトルク検出手段と、前記深度検出手段で検出した深度データ及び前記トルク検出手段で検出したトルクデータを表示するデータ表示手段と、砕石杭の施工条件を設定する施工条件設定手段と、前記締固め段階において、前記施工条件設定手段によってあらかじめ設定された締固めトルク設定値と前記トルク検出手段で検出したトルクデータとを比較して該トルクデータが前記締固めトルク設定値以上になったときに締固めトルク到達情報を出力し、前記施工条件設定手段によってあらかじめ設定された上昇量設定値と前記深度データの変化から算出した上昇量とを比較して該算出した上昇量が前記上昇量設定値以上になったときに上昇量到達情報を出力する情報出力手段とを備えていることを特徴とする砕石杭形成用制御装置。
前記ケーシングは、外周面に掘進用スクリューを有していることを特徴とする請求項１記載の砕石杭形成用制御装置。
前記ケーシングは、周壁に設けた砕石投入口と、該砕石投入口を開閉可能に覆う開閉部材と、該開閉部材を開いて前記砕石投入口から前記ケーシング内に砕石を投入する砕石投入手段とを備えていることを特徴とする請求項１又は２項記載の砕石杭形成用制御装置。
前記施工条件設定手段で設定した施工条件と、砕石杭形成中の一定時間毎又は砕石杭形成中の一定深度毎に、前記深度検出手段で検出した深度データ及び前記トルク検出手段で検出したトルクデータをそれぞれ記録するデータ記録手段を備えていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の砕石杭形成用制御装置。
前記掘削工程において、前記トルク検出手段で検出したトルクデータが前記施工条件設定手段にあらかじめ設定された掘削上限トルク設定値以上になったときに前記昇降手段の下降動作を減速又は一時停止し、該減速状態又は一時停止状態で前記トルクデータが前記施工条件設定手段にあらかじめ設定された復帰トルク未満になったときに前記昇降手段の下降動作を再開する昇降制御手段を備えていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の砕石杭形成用制御装置。
前記締固め段階において、前記情報出力手段が前記締固めトルク到達情報を出力したときに、前記施工条件設定手段にあらかじめ設定された上昇量設定値に基づいて前記昇降手段を上昇作動させる昇降制御手段を備えていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項記載の砕石杭形成用制御装置。
前記締固め段階において、前記回転駆動手段の非回転状態を検出したときに、前記昇降制御手段による前記昇降手段の上昇動作を停止させる回転検出手段を備えていることを特徴とする請求項６記載の砕石杭形成用制御装置。
請求項１乃至７のいずれか１項記載の砕石杭形成用制御装置を備えた砕石杭形成装置を使用して砕石杭を形成する方法であって、前記掘削工程を行った後、前記回転軸を前記回転駆動手段で逆方向に回転させて前記ケーシング内に投入された砕石を締固用スクリューで締固める締固め操作を行いながら、該締固め操作中に、前記情報出力手段から前記締固めトルク到達情報が出力されたときに、前記情報出力手段から前記上昇量到達情報が出力されるまで前記昇降手段を上昇動作させて前記ケーシング及び前記回転軸を上昇させる上昇操作を行うことを特徴とする砕石杭形成方法。