JP2016524670A - 地盤内に基礎構成部材を設置するための方法ならびに杭打ち機 - Google Patents

Abstract

本発明は、杭打ち機（１）を使用して、地盤形成時に、特に（単一）杭（１６）といったような基礎構成部材を設置するための方法に関するものであって、基礎構成部材（１６）に対して杭打ち機（１）から伝達される衝撃によって、地盤内へと基礎構成部材（１６）を杭打ちするに際して、衝撃によって生成されて基礎構成部材（１６）の先端から反射される応力波を評価または測定し、反射された応力波が引っ張り応力波である場合には、衝撃の衝撃エネルギーを低減させる、という方法に関するものである。

Description

本発明は、例えば油圧ハンマーといったような杭打ち機を使用して、例えば川底や海底といったような地盤の形成時に、特に（単一）杭といったような基礎構成部材を設置するための方法に関するものであって、基礎構成部材に対して杭打ち機から伝達される衝撃によって、地盤内へと基礎構成部材を杭打ちするという方法に関するものである。本発明は、さらに、基礎構成部材を設置するための杭打ち機であって、基礎構成部材に対して衝撃を伝達するための往復駆動式の衝撃錘と；衝撃錘による衝撃エネルギーおよび衝撃回数を設定し得る駆動システムと；を具備してなる杭打ち機に関するものである。

杭打ちにおいては、ハンマーの衝撃錘によって杭の上端に対して衝撃力が印加される。結果的な圧縮応力波が、杭の先端に向けて下向きに伝搬される。杭先端の可能な移動がゼロに近いくらいに、杭先端のところの抵抗力が大きい場合には、圧縮応力波として反射されることとなる。杭から土壌へと力を及ぼし得ないくらいに、杭先端の抵抗力が非常に小さい場合には、反射は、引っ張り応力波となる。実用的には、土壌抵抗は、それらの力極端の場合の間となる。

本明細書には、先行技術文献は記載されていない。

本発明の目的は、杭打ちのための改良された方法を提供することであり、特に、とりわけ水中に地盤を形成するに際して基礎構成部材を設置する場合に、耐用年数に関する悪影響を低減することであり、および／または、音響放出を低減することである。

この目的のために、本発明による方法は、衝撃によって生成されて基礎構成部材の先端から反射される応力波を評価または測定し、反射された応力波が引っ張り応力波である場合には、衝撃の衝撃エネルギーを低減させる、ことを特徴とするものである。

杭打ち時には、杭に対しては、交互的な圧縮性応力と引っ張り応力とが連続的に印加される。これは、杭の外表面に対して横方向の振動を引き起こし、これにより、音圧が発生する。このことは、また、圧縮応力と引っ張り応力との変動が、杭をなす材料内における空隙やマイクロクラックの生成を加速させることのために、杭の耐用年数に悪影響を与える。本発明による方法においては、衝撃エネルギーが低減されるあるいは理想的には最小化される。これにより、好ましくは、各衝撃ごとの杭の侵入度合いは、上端に向けて上向きに伝搬された際に、反射された引っ張り応力が周辺の土壌によって実質的に消費される値にまで、低減される。定量的に言えば、反射される応力波は、例えば歪みは、好ましくは、同じ衝撃に由来する応力波と比較して、５％未満とされる、より好ましくは２％未満とされる。よって、反射波は、耐用年数に対して影響を与えない、あるいは、耐用年数に対して全く影響を与えない。さらに、音の発生がさらに低減される。反射波のインジケータとして作用し得る他のパラメータには、（限定するものではないけれども）
杭から所定距離のところで測定される音や（他の）振動がある、いわゆる「揺れ」がある。すなわち、杭の侵入の弾性成分がある。

他の実施形態においては、衝撃エネルギーを低減させることに加えて、衝撃回数を増加させる。衝撃回数は、従来的には０．２５ｍの侵入あたりにつき２０〜３０回であるけれども、好ましくは、０．２５ｍの侵入あたりにつき少なくとも６０回へと増加させる、例えば、０．２５ｍの侵入あたりにつき少なくとも７０回へと増加させる、例えば、０．２５ｍの侵入あたりにつき少なくとも８０回へと増加させる。よって、低減された衝撃エネルギーが、杭打ちを完了させるのに必要な時間を長くする場合には、少なくともこの長くされた部分は、補償される。０．２５ｍの侵入あたりにつき伝達されるエネルギーが、（順次的に）変更されることが好ましい、典型的には合計で３０％だけ低減されることが好ましい、好ましくは２０％未満だけ低減されることが好ましい。

特に効率的な実施形態においては、杭内における歪みが、単一の衝撃における杭の侵入度合いから評価される、例えば、初期の測定から評価される、あるいは、衝撃時の杭内の音速（スチール製の杭においては、約５２００ｍ／ｓ）から評価される、あるいは、断面の表面積からおよび疲労耐用限界（例えば、１２０ＭＰａ）から評価される。

他の実施形態においては、１回の衝撃あたりについての、基礎構成部材内の歪みと、基礎構成部材の加速度と、基礎構成部材の速度と、基礎構成部材の侵入度合い（位置の変化）と、のうちの少なくとも１つを測定する。特に正確な実施形態においては、各衝撃のそれぞれの後に、基礎構成部材の侵入度合いおよび基礎構成部材の歪みが測定される。他の実施形態においては、測定は、基礎構成部材のうちの、地盤よりも上方に位置した部分に関して行われる。

さらなる実施形態においては、特定の地盤に関してあるいは特定の地域に関して、第１の杭の杭打ちに関して、引っ張り応力波が測定されない衝撃エネルギーおよび／または衝撃回数を確立し、それ以降の杭の杭打ちに関しては、その衝撃エネルギーおよび／またはその衝撃回数を使用する。よって、２回目以降の杭に関しては、原理的に、そのような測定を行う設備を必要としない。

本発明は、また、杭打ち機に関するものであって、基礎構成部材に対して衝撃を伝達するための往復駆動式の衝撃錘と；衝撃錘による衝撃エネルギーおよび衝撃回数を設定し得る駆動システムと；を具備している。駆動システムは、衝撃によって生成されて基礎構成部材の先端から反射される応力波を評価または測定し得るよう構成され、駆動システムは、さらに、反射された応力波が引っ張り応力波である場合には、衝撃の衝撃エネルギーを低減させ得るよう構成される。

一実施形態においては、駆動システムは、引っ張り応力波が実質的に測定されなくなるまで衝撃の衝撃エネルギーを低減させ得るよう構成される。

他の実施形態においては、駆動システムは、衝撃エネルギーを低減させることに加えて、衝撃回数を増加させ得るよう構成される。０．２５ｍの侵入あたりにつき伝達されるエネルギーが、（増分的に）変更されることが好ましい、典型的には合計で３０％の分だけ低減されることが好ましい、好ましくは、２０％未満の分だけ低減されることが好ましい。

以下においては、本発明による方法ならびに本発明による杭打ち機に関する好ましい実施形態を示す添付図面を参照して、本発明について詳細に説明する。

本発明による杭打ち機を示す横断面図である。 本発明を実施するための好適な動作態様を示す図である。 本発明を実施するための好適な動作態様を示す図である。 本発明を実施するための好適な動作態様を示す図である。

添付図面が概略を示しているものであること、および、添付図面においては、本発明の理解に不要な細部が省略されていること、に注意されたい。

図１は、本発明による杭打ち機１を示している。本発明による杭打ち機１は、衝撃錘２と、油圧シリンダ３と、この油圧シリンダ３内において往復的に受領されるピストン４であるとともに、衝撃錘２に対して連結されていて衝撃錘２に対して一体部分を形成するピストン４と、高圧アキュムレータ５と、低圧アキュムレータ６と、高圧アキュムレータ５および低圧アキュムレータ６に対して、油圧シリンダ３のピストン４の直下のシリンダスペースを交互的に連結するための第１バルブ７および第２バルブ８と、を備えている。杭打ち機１は、さらに、例えば油圧オイルといったような油圧媒体のためのタンク９と、油圧媒体を加圧するための供給ポンプ１０であるとともに、高圧アキュムレータ５および第１バルブ７を介して油圧シリンダ３に対して接続されている供給ポンプ１０と、ピストン４の上方に配置されたガススプリングすなわち「キャップ」１１と、を備えている。

第１バルブ７が開放されなおかつ第２バルブ８が閉塞されたときには、高圧アキュムレータ５が、ピストン４の直下のシリンダスペースに対して連通し、ピストン４および衝撃錘２は、ガススプリング１１の作用に抗して、油圧媒体によって持ち上げられる。第１バルブ７が閉塞されなおかつ第２バルブ８が開放されたときには、油圧媒体は、低圧アキュムレータ６へとさらにはタンク９へと流れ、衝撃錘２は、重力およびガススプリングによって加速され、杭に対して衝撃を印加する。杭打ち機１は、さらに、杭上に杭打ち機を位置合わせするためのスリーブ１４と、衝撃錘からの衝撃エネルギーおよび衝撃回数を設定するための駆動システム１５と、を備えている。適切な市販のハンマーには、ＩＨＣ社によるハイドロハンマーＳクラスがある。

図１に示す杭打ち機１は、スリーブ１４によっておよびアンビル１７によって、単一杭１６の上方に配置される。杭打ち機１は、杭打ち機１上に設置された例えばＧＰＳセンサやエア圧力センサといったような位置合わせセンサ１８と、単一杭１６に対して取り付けられた例えば歪みゲージといったような歪みセンサ１９と、を備えている。

ハンマーとアンビルとラムとの所定の組合せに対して、衝撃錘によって杭上に印加される力は、衝撃速度によって制御される。衝撃エネルギーは、（衝撃直前の）衝撃速度の測定値と、ラムの質量と、に基づいて計算される。

駆動システム１５は、センサ１８，１９によって各衝撃後における杭の侵入度合いと、杭先端から反射される応力波と、を測定することができる。

図２は、駆動システムの動作を示す図であって、歪みゲージおよび位置合わせセンサによって測定された値を、衝撃エネルギーの設定に関するフィードバックとして使用する態様を示している。例示されているものは、ｓpile＞０．００２５ｍ、かつ、反射＝０である。評価された初期的な衝撃エネルギー設定の後に、衝撃エネルギーは、小さな反射応力で十分な深さにまで杭を侵入させ得る設定へと、調節される。

これは、実際の歪みおよび杭設定が各衝撃後に測定されることのために、最も効率的な設定である。よって、衝撃エネルギーは、それぞれの衝撃ごとに調節することができる。その結果、応力の振幅が最小であるとともに、横方向の杭壁振動が最小であるような、杭打ちプロセスを行うことができる。

ハンマー上には、位置合わせセンサが取り付けられる。これにより、複数の杭に関して使用することができる。歪みセンサは、好ましくは、杭上に取り付けられる。歪みセンサは、１回だけ使用することができる。

さらなる例示においては、図３に示すように、位置合わせセンサによって測定された値が、歪みセンサを使用する必要なく、経験的に設定された参照値に対して比較される。参照値は、駆動システムに対してあるいは操作者に対して、より大きな値が反射引っ張り応力を危険にさらすことのために、各衝撃ごとの最大の杭設定を提供する。この方法は、例えば杭の数が多く土壌の条件が適合しているプロジェクトに対して好適であり、この方法においては、ただ１つのあるいは少数の杭に対して歪みゲージを設けるだけで十分である。

さらなる例示においては、図４に示すように、衝撃回数が、経験的に設定された参照値に対して比較される、例えば、０．２５ｍあたりにつき１２５回という参照値に対して比較される。衝撃回数は、杭上の２つのマーキングラインの間にわたっての衝撃の回数として、測定される。杭打ち時の衝撃回数を記録することは、標準的な手法である。よって、この方法は、実質的に追加的なコストを要することなく、実施することができる。図３に示すような先の例と同様に、この方法は、杭の数が多く土壌の条件が適合しているプロジェクトに対して好適である。その後、衝撃回数に関する参照値は、歪みゲージからのデータを使用しておよび近傍場所の杭に関して使用されたデータを使用して、チェックして修正することができる。

本発明は、上述の様々な実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内において多様に変更することができる。例えば、測定器具が使用できない場合や測定器具が利用できない場合には、土壌調査や伝統的な波動方程式杭打ちプログラムやＦＥＭ計算を使用した計算によって、衝撃回数を設定することができる。

１ 杭打ち機
２ 衝撃錘
１５ 駆動システム
１６ 杭、基礎構成部材
１８ センサ、位置合わせセンサ
１９ センサ、歪みセンサ

Claims (15)

1. 杭打ち機（１）を使用して、地盤形成時に、特に（単一）杭（１６）といったような基礎構成部材を設置するための方法であって、
   前記基礎構成部材（１６）に対して前記杭打ち機（１）から伝達される衝撃によって、地盤内へと前記基礎構成部材（１６）を杭打ちするに際して、
   前記衝撃によって生成されて前記基礎構成部材（１６）の先端から反射される応力波を評価または測定し、
   反射された応力波が引っ張り応力波である場合には、前記衝撃の衝撃エネルギーを低減させる、
   ことを特徴とする方法。
2. 請求項１記載の方法において、
   前記衝撃エネルギーを、引っ張り応力波が測定されなくなるまで、低減させる、
   ことを特徴とする方法。
3. 請求項１または２記載の方法において、
   前記衝撃エネルギーを低減させることに加えて、衝撃回数を増加させる、好ましくは、０．２５ｍの侵入あたりにつき少なくとも６０回へと増加させる、
   ことを特徴とする方法。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法において、
   ０．２５ｍの侵入あたりにつき伝達されるエネルギーを、３０％以下の分だけ変更する、
   ことを特徴とする方法。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法において、
   １回の衝撃あたりについての、前記基礎構成部材（１６）内の歪みと、前記基礎構成部材（１６）の加速度と、前記基礎構成部材（１６）の速度と、前記基礎構成部材（１６）の侵入度合いと、のうちの少なくとも１つを測定する、
   ことを特徴とする方法。
6. 請求項５記載の方法において、
   各衝撃のそれぞれの後に、前記基礎構成部材（１６）の侵入度合いおよび前記基礎構成部材（１６）の歪みを測定する、
   ことを特徴とする方法。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法において、
   前記測定を、前記基礎構成部材（１６）のうちの、地盤よりも上方に位置した部分に関して行う、
   ことを特徴とする方法。
8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法において、
   第１の杭の杭打ちに関して、引っ張り応力波が測定されない衝撃エネルギーおよび／または衝撃回数を確立し、
   それ以降の杭の杭打ちに関しては、その衝撃エネルギーおよび／またはその衝撃回数を使用する、
   ことを特徴とする方法。
9. 請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法において、
   前記基礎構成部材（１６）を、水中の地盤形成に際して杭打ちする、
   ことを特徴とする方法。
10. 地盤形成時に、特に（単一）杭（１６）といったような基礎構成部材を設置するための杭打ち機（１）であって、
    前記基礎構成部材（１６）に対して衝撃を伝達するための往復駆動式の衝撃錘（２）と；
    前記衝撃錘（２）による衝撃エネルギーおよび衝撃回数を設定し得る駆動システム（１５）と；
    を具備してなり、
    前記駆動システム（１５）が、前記衝撃によって生成されて前記基礎構成部材（１６）の先端から反射される応力波を評価または測定し得るよう構成され、
    前記駆動システム（１５）が、さらに、反射された応力波が引っ張り応力波である場合には、前記衝撃の衝撃エネルギーを低減させ得るよう構成されている、
    ことを特徴とする杭打ち機。
11. 請求項１０記載の杭打ち機（１）において、
    前記駆動システムが、引っ張り応力波が測定されなくなるまで前記衝撃の衝撃エネルギーを低減させ得るよう構成されている、
    ことを特徴とする杭打ち機。
12. 請求項１０または１１記載の杭打ち機（１）において、
    前記駆動システムが、前記衝撃エネルギーを低減させることに加えて、衝撃回数を増加させ得るよう構成されている、
    ことを特徴とする杭打ち機。
13. 請求項１０〜１２のいずれか１項に記載の杭打ち機（１）において、
    ０．２５ｍの侵入あたりにつき伝達されるエネルギーが、３０％以下の分だけ変更される、
    ことを特徴とする杭打ち機。
14. 請求項１０〜１３のいずれか１項に記載の杭打ち機（１）において、
    前記駆動システムが、１回の衝撃あたりについての、前記基礎構成部材（１６）内の歪みと、前記基礎構成部材（１６）の加速度と、前記基礎構成部材（１６）の速度と、前記基礎構成部材（１６）の侵入度合いと、のうちの少なくとも１つを測定し得るよう構成されている、
    ことを特徴とする杭打ち機。
15. 請求項１０〜１４のいずれか１項に記載の杭打ち機（１）において、
    前記基礎構成部材（１６）の侵入度合いを測定するためのセンサ（１８）と、
    前記基礎構成部材（１６）内の歪みを測定するためのセンサ（１９）と、
    を備え、
    前記センサ（１９）が、好ましくは、前記杭のうちの、地盤よりも上方に位置した部分上に取り付けられている、好ましくは、前記杭の上端にあるいは上端近傍に取り付けられている、
    ことを特徴とする杭打ち機。

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