JP2020070669A - Ground strength calculation device and ground strength calculation program - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、地盤強度算出装置、及び地盤強度算出プログラムに関する。 The present invention relates to a ground strength calculation device and a ground strength calculation program.
橋梁、建物等の構造物の基礎として、及び地滑り等の土塊の移動を抑制するために、鋼管杭が広く利用されている。この鋼管杭の施工では、鋼管杭の先端が、支持層となる強固な地盤まで到達していることが重要である。そのため、従来から、鋼管杭の先端が支持層まで到達していることを確認する様々な方法が開発されてきた。 Steel pipe piles are widely used as a foundation for structures such as bridges and buildings, and for suppressing the movement of soil blocks such as landslides. In the construction of this steel pipe pile, it is important that the tip of the steel pipe pile reaches the firm ground that will be the support layer. Therefore, various methods for confirming that the tip of the steel pipe pile has reached the support layer have been conventionally developed.
例えば、特許文献１では、削孔ビットの打撃回数に基づいて、地盤の強度を判定する装置が開示されている。この装置では、加速度センサを用いて削孔ビットの振動を測定し、その振動の波形データに対し、平滑化処理を行っている。そして、平滑化された振動の波形データの極大値及び極小値を取る点の数を所定貫入量毎にカウントし、削孔ビットの所定貫入量当たりの打撃回数としている。 For example, Patent Document 1 discloses a device that determines the strength of the ground based on the number of hits of the drill bit. In this device, the vibration of the drill bit is measured using an acceleration sensor, and the waveform data of the vibration is subjected to smoothing processing. Then, the number of points having the maximum value and the minimum value of the smoothed waveform data of vibration is counted for each predetermined penetration amount, and is set as the number of hits per predetermined penetration amount of the drill bit.
一般的に、所定貫入量当たりの打撃回数が多いと、地盤が硬く、打撃回数が少ないと地盤が軟弱であると判断できる。したがって、上記装置では、このように算出された打撃回数に基づいて、地盤の硬軟を判断している。 Generally, it can be determined that the ground is hard when the number of hits per predetermined penetration amount is large, and the ground is soft when the number of hits is small. Therefore, in the above device, the hardness of the ground is judged based on the number of hits calculated in this way.
しかしながら、削孔ビットによる打撃には、いわゆる「空打ち」と呼ばれる挙動が含まれることがある。空打ちとは、特に、軟弱な地盤などで実際には掘り進んでいないが、加速度振幅が小さい状態で削孔ビットが上下動を繰り返す現象をいう。したがって、上記のように打撃回数を加速度センサによる振動の計測に基づいて算出すると、空打ちを打撃回数としてカウントするおそれがあり、実際の削孔ビットによる掘削を反映していないおそれがある。そのため、地盤の強度の判定を正確に行えないおそれがある。 However, hitting with a drill bit may include a so-called “blank hit” behavior. The blank driving is a phenomenon in which the drilling bit repeats vertical movements in a state where the acceleration amplitude is small, although it has not actually been dug on soft ground or the like. Therefore, when the number of hits is calculated based on the vibration measurement by the acceleration sensor as described above, there is a possibility that the blank hit may be counted as the number of hits, and the actual excavation by the drill bit may not be reflected. Therefore, the strength of the ground may not be accurately determined.
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、地盤を掘削しつつ、地盤の強度を正確に判断することができる、地盤強度算出装置及び地盤強度算出プログラムを提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a ground strength calculation device and a ground strength calculation program that can accurately judge the strength of the ground while excavating the ground. And
本発明に係る地盤強度算出装置は、削孔具に回転力と断続的な打撃力とを加えることで地盤を掘削する掘削機を用いて、地盤の強度を計測する地盤強度算出装置であって、前記削工具による単位時間当たりの打撃回数を取得する打撃回数取得部と、前記削工具の掘削速度を取得する速度取得部と、前記削工具の単位時間当たりの最大加速度振幅を取得する加速度取得部と、前記打撃回数（回／ｓ）／前記掘削速度（ｍ／ｓ）×前記最大加速度振幅（ｍ／ｓ2）により算出される強度指標を取得する演算部とを備えている。 The ground strength calculation device according to the present invention is a ground strength calculation device that measures the strength of the ground by using an excavator that excavates the ground by applying a rotating force and an intermittent striking force to the drilling tool. An impact acquisition unit that acquires the number of hits per unit time by the cutting tool, a speed acquisition unit that acquires the excavation speed of the cutting tool, and an acceleration acquisition that acquires the maximum acceleration amplitude of the cutting tool per unit time. And a calculator for acquiring a strength index calculated by the number of hits (times / s) / excavation speed (m / s) × maximum acceleration amplitude (m / s 2 ).
上記地盤強度算出装置においては、前記打撃回数、前記掘削速度、及び前記最大加速度振幅として、所定時間における平均値を用いることができる。なお、ここでいう「平均値」とは、「所定時間内に検出されたデータ値の総合計をデータ数で割った値」だけではなく、逐次値をデータ処理して算出される様々な平均値を含む概念である。 In the ground strength calculation device, an average value for a predetermined time can be used as the number of hits, the excavation speed, and the maximum acceleration amplitude. It should be noted that the "average value" here is not only "the value obtained by dividing the total sum of the data values detected within a predetermined time by the number of data", but also various averages calculated by processing the sequential data. It is a concept that includes values.
上記地盤強度算出装置においては、前記削工具の打撃による振動から、前記削工具の加速度振幅を測定する加速度センサをさらに備え、前記加速度取得部は、前記加速度センサによって測定された経時的な加速度振幅の波形から周波数解析によって、所定時間当たりの最大加速度振幅を取得することができる。 The ground strength calculation device further includes an acceleration sensor that measures the acceleration amplitude of the cutting tool from the vibration caused by the impact of the cutting tool, and the acceleration acquisition unit has the acceleration amplitude over time measured by the acceleration sensor. The maximum acceleration amplitude per predetermined time can be obtained from the waveform of by the frequency analysis.
上記地盤強度算出装置において、前記打撃回数取得部は、前記最大加速度振幅を示す周波数を打撃回数として取得することができる。 In the ground strength calculation device, the hit count acquisition unit can acquire a frequency indicating the maximum acceleration amplitude as the hit count.
上記地盤強度算出装置においては、前記削工具の掘削速度を測定する速度測定部をさらに備えることができる。 The ground strength calculation device may further include a speed measurement unit that measures an excavation speed of the cutting tool.
本発明に係る地盤強度算出プログラムは、削孔具に回転力と断続的な打撃力とを加えることで地盤を掘削する掘削機と、前記削工具の打撃による振動から、前記削工具の加速度振幅を測定する加速度センサと、前記削工具の掘削速度を取得する速度取得部と、を用いて、地盤の強度を計測する地盤強度算出プログラムであって、コンピュータに、前記加速度センサによって測定された経時的な加速度の波形から周波数解析によって、所定時間当たりの最大加速度振幅を取得するステップと、前記最大加速度振幅を示す周波数を打撃回数として取得するステップと、前記速度取得部によって前記削工具の掘削速度を取得するステップと、前記打撃回数（回／ｓ）／前記掘削速度（ｍ／ｓ）×前記最大加速度振幅（ｍ／ｓ2）により算出される強度指標を取得するステップと、を実行させる。 The ground strength calculation program according to the present invention is an excavator that excavates the ground by applying a rotating force and an intermittent impact force to a drilling tool, and an acceleration amplitude of the drilling tool based on vibration caused by impact of the cutting tool. Is a ground strength calculation program that measures the strength of the ground by using an acceleration sensor that measures the acceleration speed, and a speed acquisition unit that acquires the excavation speed of the cutting tool, and the time elapsed when the acceleration sensor measures the computer. Of the maximum acceleration amplitude per predetermined time by frequency analysis from the waveform of the typical acceleration, a step of acquiring the frequency indicating the maximum acceleration amplitude as the number of impacts, and the excavation speed of the cutting tool by the speed acquisition unit. acquiring intensity calculated by the number of shots (times / s) / the drilling rate (m / s) × the maximum acceleration amplitude (m / s 2) Obtaining an index, to the execution.
本発明によれば、地盤を掘削しつつ、地盤の強度を正確に判断することができる。 According to the present invention, it is possible to accurately judge the strength of the ground while excavating the ground.
以下、本発明に係る地盤強度算出装置の一実施形態について、図面を参照しつつ説明する。本実施形態に係る地盤強度算出装置は、鋼管杭を打設する位置に掘削機２に設けられ、地盤の掘削の進行に伴って地盤の強度を算出するものである。図１に示す例には、鋼管杭を打設する位置に掘削機２が配置されている。この掘削機２は、削孔具（後述する削孔ビット２８）に打撃を加えて地盤を掘削するタイプの掘削機である。オペレータは、操作盤２２１を介して掘削機２の駆動装置２２を操作することで、対象の位置を掘削し、鋼管５を打設する削孔を形成することができる。地盤強度算出装置１は、このような掘削機２のガイドセル２１に取り付けられた情報処理装置である。以下、掘削機２及び地盤強度算出装置１について、詳細に説明する。 Hereinafter, an embodiment of a ground strength calculating apparatus according to the present invention will be described with reference to the drawings. The ground strength calculating device according to the present embodiment is provided in the excavator 2 at a position where a steel pipe pile is driven, and calculates the strength of the ground as the ground excavation progresses. In the example shown in FIG. 1, the excavator 2 is arranged at a position for driving a steel pipe pile. The excavator 2 is a type of excavator that excavates the ground by hitting a boring tool (a boring bit 28 described later). By operating the drive device 22 of the excavator 2 via the operation panel 221, the operator can excavate the target position and form a drill hole for placing the steel pipe 5. The ground strength calculation device 1 is an information processing device attached to the guide cell 21 of such an excavator 2. Hereinafter, the excavator 2 and the ground strength calculation device 1 will be described in detail.
＜１．掘削機＞
次に、掘削機２について、図２も参照しつつ詳細に説明する。図２は、本実施形態に係る掘削機２の削孔機構の一例を例示する。図２に示すように、この掘削機２は、ダウンザホールハンマ２５によって、いわゆる回転打撃式で掘削する削孔機構を備えている。
<1. Excavator>
Next, the excavator 2 will be described in detail with reference to FIG. FIG. 2 illustrates an example of a drilling mechanism of the excavator 2 according to this embodiment. As shown in FIG. 2, the excavator 2 is provided with a hole-drilling mechanism for excavating the down-the-hole hammer 25 in a so-called rotary impact type.
より詳細に説明すると、この掘削機２は、地盤上に立設される柱状のガイドセル２１と、当該ガイドセル２１に対してチェーン駆動により上下方向に昇降自在に取り付けられた駆動装置２２と、を備えている。駆動装置２２の回転軸には、打設する鋼管５内に挿入可能な中空の削孔ロッド２３が取り付けられており、削孔ロッド２３の先端には、ガイドスリーブ２４を介して、ダウンザホールハンマ２５が取り付けられている。さらに、ダウンザホールハンマ２５には、ガイドデバイス２６を介して、削孔ビット２８が取り付けられている。削孔ビット２８は、本発明の「削孔具」に相当する。一方、外管であり杭となる鋼管５の先端には、ケーシングシュー５１が取り付けられている。ケーシングシュー５１は、その先方に削孔ビット２８を突出させた状態でガイドデバイス２６と係合するように構成されている。 More specifically, the excavator 2 includes a columnar guide cell 21 that is erected on the ground, and a drive device 22 that is attached to the guide cell 21 so as to be vertically movable by chain drive. Is equipped with. A hollow drilling rod 23 that can be inserted into the steel pipe 5 to be cast is attached to the rotary shaft of the drive unit 22, and the tip of the drilling rod 23 is provided with a down-the-hole hammer 25 through a guide sleeve 24. Is attached. Further, a drill bit 28 is attached to the down the hole hammer 25 via a guide device 26. The drill bit 28 corresponds to the "drilling tool" of this invention. On the other hand, a casing shoe 51 is attached to the tip of the steel pipe 5, which is an outer pipe and serves as a pile. The casing shoe 51 is configured to engage with the guide device 26 in a state in which the drill bit 28 is projected at the tip thereof.
掘削の際には、駆動装置２２に、コンプレッサ（図示省略）から圧縮空気が供給される。駆動装置２２は、削孔ロッド２３を所定方向に回転させながら、当該削孔ロッド２３内に圧縮空気を送り込む。削孔ロッド２３内に送り込まれた圧縮空気は、ガイドスリーブ２４を介してダウンザホールハンマ２５内のシリンダに送入される。この圧縮空気により、ダウンザホールハンマ２５は、その内部のハンマピストンを往復させて、削孔ビット２８を含むビット部分に打撃を加えるようになっている。加えて、削孔ロッド２３の回転により削孔ビット２８も回転している。この回転及び打撃により、掘削面が削られていく。すなわち、掘削機２は、削孔ビット２８を回転させながら、ダウンザホールハンマ２５により削孔ビット２８に打撃を加えることで地盤を掘削する。 At the time of excavation, the drive device 22 is supplied with compressed air from a compressor (not shown). The drive device 22 sends compressed air into the hole drilling rod 23 while rotating the hole drilling rod 23 in a predetermined direction. The compressed air sent into the boring rod 23 is sent into the cylinder in the down the hole hammer 25 via the guide sleeve 24. The compressed air causes the down-the-hole hammer 25 to reciprocate the hammer piston therein to strike the bit portion including the drill bit 28. In addition, the rotation of the drilling rod 23 also rotates the drilling bit 28. Due to this rotation and impact, the excavated surface is scraped. That is, the excavator 2 excavates the ground by hitting the drill bit 28 with the down-the-hole hammer 25 while rotating the drill bit 28.
ここで、削孔ビット２８は、偏心拡径構造を有している。すなわち、掘削の際に、削孔ビット２８を所定方向（例えば、左ネジ方向）に回転させると、ガイドデバイス２６がケーシングシュー５１に係合し、削孔ビット２８は、ケーシングシュー５１の先から突出した後に、径方向外側に飛び出す、すなわち、拡径する（後述する図１０）。これにより、削孔ビット２８は、鋼管５よりもやや大きい径の孔を掘削する。削孔ビット２８に設けられているリーマ２７は、削孔ビット２８が地盤を掘削している際に、偏心拡径して削孔を横方向に拡げる。 Here, the boring bit 28 has an eccentric diameter expanding structure. That is, at the time of excavation, when the drill bit 28 is rotated in a predetermined direction (for example, the left-hand screw direction), the guide device 26 engages with the casing shoe 51, and the drill bit 28 comes from the tip of the casing shoe 51. After projecting, it jumps outward in the radial direction, that is, the diameter is expanded (FIG. 10 described later). As a result, the drill bit 28 drills a hole having a diameter slightly larger than that of the steel pipe 5. The reamer 27 provided on the boring bit 28 eccentrically expands the diameter of the boring bit 28 to expand the boring hole laterally while the boring bit 28 is excavating the ground.
なお、外管である鋼管５は、打撃力も回転力も受けないが、ケーシングシュー５１がガイドデバイス２６に係合していることによって、削孔ビット２８の推進と共に牽引されて、地中に貫入打設されていく。また、削孔ビット２８が地中に進むにつれて、駆動装置２２も下方に移動していく。 The steel pipe 5, which is the outer pipe, receives neither striking force nor rotational force, but since the casing shoe 51 is engaged with the guide device 26, the steel pipe 5 is pulled together with the propulsion of the boring bit 28 and penetrates into the ground. Will be set up. Further, as the drill bit 28 moves underground, the drive device 22 also moves downward.
一方、掘削を終了して、削孔ビット２８を回収する際には、削孔ビット２８を上記とは反対方向に回転させる。これにより、ガイドデバイス２６とケーシングシュー５１との係合は外れると共に、削孔ビット２８の拡径は解除される。そのため、鋼管５内を挿通させて、削孔ビット２８を回収することができる。以上のような構成により、本実施形態に係る掘削機２は、鋼管５を打設する孔を掘削することができる。 On the other hand, when the excavation is finished and the drill bit 28 is recovered, the drill bit 28 is rotated in the opposite direction to the above. As a result, the engagement between the guide device 26 and the casing shoe 51 is released, and the diameter expansion of the drill bit 28 is released. Therefore, the drill bit 28 can be recovered by inserting the steel pipe 5 therethrough. With the configuration described above, the excavator 2 according to the present embodiment can excavate the hole into which the steel pipe 5 is placed.
＜２．地盤強度算出装置のハードウェア構成＞
次に、図３を用いて、地盤強度算出装置１のハードウェア構成の一例を説明する。図３は、本実施形態に係る地盤強度算出装置１のハードウェア構成の一例を模式的に例示する。図３に示すように、この地盤強度算出装置１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）等を含む制御部１１、制御部１１で実行されるプログラム８等を記憶する記憶部１２、及び外部装置と接続するための外部インタフェース１３が電気的に接続されたコンピュータである。ただし、図３では、外部インタフェースを「外部Ｉ／Ｆ」と記載している。
<2. Hardware configuration of ground strength calculation device>
Next, an example of the hardware configuration of the ground strength calculation device 1 will be described with reference to FIG. FIG. 3 schematically illustrates an example of the hardware configuration of the ground strength calculation device 1 according to the present embodiment. As shown in FIG. 3, the ground strength calculation device 1 includes a control unit 11 including a CPU (Central Processing Unit), a RAM (Random Access Memory), a ROM (Read Only Memory), and a program executed by the control unit 11. The computer is electrically connected to a storage unit 12 for storing 8 and the like, and an external interface 13 for connecting to an external device. However, in FIG. 3, the external interface is described as “external I / F”.
この地盤強度算出装置１には、各外部インタフェース１３を介して、エンコーダ１５及び加速度センサ１６が接続されている。 An encoder 15 and an acceleration sensor 16 are connected to the ground strength calculation device 1 via each external interface 13.
エンコーダ１５は、掘削機２における掘削速度を取得するために用いられる。このエンコーダ１５には、単位時間当たりの掘削深度を測定可能な公知のエンコーダが適宜採用されてよい。例えば、エンコーダ１５として、ムトーエンジニアリング社製のＤ１０００Ｚ等のワイヤ式リニアエンコーダを利用することができる。 The encoder 15 is used to acquire the excavation speed of the excavator 2. A publicly known encoder capable of measuring the excavation depth per unit time may be appropriately adopted as the encoder 15. For example, as the encoder 15, a wire type linear encoder such as D1000Z manufactured by Mutoh Engineering Co., Ltd. can be used.
ワイヤ式リニアエンコーダは、ワイヤの引出し量で装置の移動距離を計測するエンコーダである。このワイヤ式リニアエンコーダによれば、図１及び図２に例示されるように、ガイドセル２１の上端付近に取り付けて、駆動装置２２を昇降させるチェーンの移動量を計測することができる。 The wire-type linear encoder is an encoder that measures the movement distance of the device by the amount of wire pulled out. According to this wire type linear encoder, as illustrated in FIGS. 1 and 2, it is possible to measure the amount of movement of the chain that is attached near the upper end of the guide cell 21 and that moves the drive device 22 up and down.
チェーンの移動量は、駆動装置２２の降下量に対応し、駆動装置２２の降下量は、掘削機２の削孔ビット２８の貫入量に対応する。そのため、地盤強度算出装置１は、ワイヤ式リニアエンコーダの測定データに基づいて、掘削機２の掘削深度を算出するとともに、単位時間当たりのチェーンの移動量から、掘削速度を取得する。 The amount of movement of the chain corresponds to the amount of descent of the drive device 22, and the amount of descent of the drive device 22 corresponds to the amount of penetration of the boring bit 28 of the excavator 2. Therefore, the ground strength calculation device 1 calculates the excavation depth of the excavator 2 based on the measurement data of the wire-type linear encoder, and acquires the excavation speed from the amount of movement of the chain per unit time.
一方、加速度センサ１６は、地盤の打撃を行う削孔ビット２８の最大加速度振幅と、単位時間当たりの打撃回数を取得するために用いられる。この加速度センサ１６には、対象物の加速度を測定可能な公知の加速度センサが適宜採用されてよい。例えば、加速度センサ１６として、テクノサイエンス社製のＢＬ１００を利用することができる。 On the other hand, the acceleration sensor 16 is used to acquire the maximum acceleration amplitude of the drill bit 28 for hitting the ground and the number of hits per unit time. As the acceleration sensor 16, a known acceleration sensor capable of measuring the acceleration of the object may be appropriately adopted. For example, BL100 manufactured by Techno Science Co., Ltd. can be used as the acceleration sensor 16.
本実施形態では、加速度センサ１６は、ガイドセル２１の上端側に取り付けられている。ガイドセル２１には、駆動装置２２及び削孔ロッド２３を介して、ダウンザホールハンマ２５による打撃の振動が伝達する。すなわち、ガイドセル２１は、ダウンザホールハンマ２５が削孔ビット２８を打撃するのに応じて振動している。 In this embodiment, the acceleration sensor 16 is attached to the upper end side of the guide cell 21. Vibration of the hit by the down-the-hole hammer 25 is transmitted to the guide cell 21 via the driving device 22 and the drilling rod 23. That is, the guide cell 21 vibrates in response to the down-the-hole hammer 25 hitting the drill bit 28.
したがって、ガイドセル２１に取り付けた加速度センサ１６によって、ダウンザホールハンマ２５の打撃に応じた振動を測定することができる。そのため、地盤強度算出装置１は、加速度センサ１６の測定データに基づいて、削孔ビット２８の打撃回数をカウントし、打撃回数情報を取得することができる。加速度センサは安価に入手可能であるため、本実施形態によれば、地盤強度算出装置１の製造コストを抑えることができる。 Therefore, the acceleration sensor 16 attached to the guide cell 21 can measure the vibration according to the impact of the down the hole hammer 25. Therefore, the ground strength calculation device 1 can count the number of hits of the drill bit 28 based on the measurement data of the acceleration sensor 16 and acquire the hit count information. Since the acceleration sensor is available at a low price, the manufacturing cost of the ground strength calculating device 1 can be suppressed according to this embodiment.
なお、加速度センサ１６の取り付ける位置は、このような例に限定されなくてもよく、削孔ビット２８の打撃による振動を測定可能な位置であれば、実施の形態に応じて適宜選択されてよい。例えば、加速度センサ１６は、駆動装置２２に取り付けられてもよい。 The position where the acceleration sensor 16 is attached is not limited to such an example, and may be appropriately selected according to the embodiment as long as it is a position where the vibration due to the impact of the drill bit 28 can be measured. .. For example, the acceleration sensor 16 may be attached to the drive device 22.
また、記憶部１２は、例えば、ハードディスクドライブ、ソリッドステートドライブ等の補助記憶装置である。記憶部１２に記憶されるプログラム８は、地盤強度算出装置１の制御部１１に各構成要素を制御させ、後述する鋼管５の打設の施工管理に関する各処理を実行させるためのプログラムである。このプログラム８は、本発明の「地盤強度算出プログラム」に相当する。このプログラム８は、記憶媒体９に記憶されていてもよい。 The storage unit 12 is an auxiliary storage device such as a hard disk drive or a solid state drive. The program 8 stored in the storage unit 12 is a program for causing the control unit 11 of the ground strength calculation apparatus 1 to control each component and to execute each process relating to construction management of the steel pipe 5 to be described later. The program 8 corresponds to the "ground strength calculation program" of the present invention. The program 8 may be stored in the storage medium 9.
記憶媒体９は、コンピュータその他装置、機械等が記録されたプログラム等の情報を読み取り可能なように、当該プログラム等の情報を、電気的、磁気的、光学的、機械的又は化学的作用によって蓄積する媒体である。本実施形態に係る地盤強度算出装置１は、外部インタフェース１３を介してドライブ１８に接続可能であり、このドライブ１８により記憶媒体９に記憶された情報を読み取ることで、プログラム８を取得してもよい。 The storage medium 9 accumulates information such as a program by an electric, magnetic, optical, mechanical, or chemical action so that a computer, other device, machine, or the like can read the information such as the recorded program. It is a medium to do. The ground strength calculation device 1 according to the present embodiment can be connected to the drive 18 via the external interface 13, and even if the program 8 is acquired by reading the information stored in the storage medium 9 by the drive 18. Good.
なお、図３では、記憶媒体９の一例として、ＣＤ（Compact Disk）、ＤＶＤ（Digital Versatile Disk）等のディスク型の記憶媒体が例示されている。しかしながら、記憶媒体９の種類は、ディスク型に限定される訳ではなく、ディスク型以外であってもよい。ディスク型以外の記憶媒体として、例えば、フラッシュメモリ等の半導体メモリを挙げることができる。 In addition, in FIG. 3, as an example of the storage medium 9, a disk-type storage medium such as a CD (Compact Disk) and a DVD (Digital Versatile Disk) is illustrated. However, the type of the storage medium 9 is not limited to the disc type, and may be other than the disc type. As the storage medium other than the disk type, for example, a semiconductor memory such as a flash memory can be cited.
本実施形態に係る地盤強度算出装置１は、以上のようなハードウェア構成を有する。ただし、地盤強度算出装置１の具体的なハードウェア構成に関して、実施の形態に応じて、適宜、構成要素の省略、置換、及び追加が可能である。例えば、制御部１１は、複数のプロセッサを含んでもよい。また、地盤強度算出装置１は、提供されるサービス専用に設計された情報処理装置の他、デスクトップ型ＰＣ（Personal Computer）、タブレットＰＣ等の汎用の情報処理装置であってもよい。更に、地盤強度算出装置１は、１又は複数台の情報処理装置により構成されてよい。 The ground strength calculation device 1 according to the present embodiment has the hardware configuration as described above. However, regarding the specific hardware configuration of the ground strength calculation device 1, the constituent elements can be appropriately omitted, replaced, and added according to the embodiment. For example, the control unit 11 may include a plurality of processors. Further, the ground strength calculation device 1 may be a general-purpose information processing device such as a desktop PC (Personal Computer) or a tablet PC, as well as an information processing device designed exclusively for the provided service. Further, the ground strength calculation device 1 may be configured by one or a plurality of information processing devices.
＜３．地盤強度算出装置のソフトウェア構成＞
次に、図４を用いて、地盤強度算出装置１の機能構成の一例を説明する。図４は、本実施形態に係る地盤強度算出装置１の機能構成の一例を模式的に例示する。本実施形態では、地盤強度算出装置１の制御部１１が、記憶部１２に記憶されたプログラム８をＲＡＭに展開する。そして、制御部１１は、ＲＡＭに展開されたプログラム８をＣＰＵにより解釈及び実行して、各構成要素を制御する。これにより、地盤強度算出装置１は、打撃回数取得部１１１、速度取得部１１２、加速度取得部１１３、演算部１１４、判定部１１５、及び履歴作成部１１６を備えるコンピュータとして機能する。以下、これらの機能構成について説明する。
<3. Software configuration of ground strength calculation device>
Next, an example of a functional configuration of the ground strength calculation device 1 will be described with reference to FIG. FIG. 4 schematically illustrates an example of the functional configuration of the ground strength calculation device 1 according to the present embodiment. In the present embodiment, the control unit 11 of the ground strength calculation device 1 loads the program 8 stored in the storage unit 12 into the RAM. Then, the control unit 11 interprets and executes the program 8 expanded in the RAM by the CPU to control each component. As a result, the ground strength calculation device 1 functions as a computer including the hit count acquisition unit 111, the speed acquisition unit 112, the acceleration acquisition unit 113, the calculation unit 114, the determination unit 115, and the history creation unit 116. Hereinafter, these functional configurations will be described.
打撃回数取得部１１１は、削孔ビット２８による所定時間毎(例えば、単位時間（１秒毎）毎)の打撃回数を取得する。この点について、詳細に説明する。上記のように、掘削機２には、加速度センサ１６が設けられており、削孔ビット２８の打撃に応じた振動を測定する。図５は、掘削開始後のある時間帯における振動の加速度振幅の経時的な変化を示すグラフの一例である。打撃回収取得部１１１は、加速度振幅の波形から、所定時間毎（例えば、１秒毎）にＦＦＴ等の周波数解析を行い、図６のようなグラフを得る。このグラフは、所定時間毎（図５に示す０〜８秒までの８つの時間毎（単位時間、例えば１秒毎））の周波数と加速度振幅の関係を示している。ここでは、各所定時間に最も加速度振幅が大きい周波数を求めているが、これが所定時間における打撃回数と見なすことができる。 The hit count acquisition unit 111 acquires the hit count of the drill bit 28 at every predetermined time (for example, every unit time (every 1 second)). This point will be described in detail. As described above, the excavator 2 is provided with the acceleration sensor 16 and measures the vibration according to the impact of the drill bit 28. FIG. 5 is an example of a graph showing changes over time in the acceleration amplitude of vibration in a certain time zone after the start of excavation. The impact recovery acquisition unit 111 performs frequency analysis such as FFT at predetermined time intervals (for example, every second) from the waveform of the acceleration amplitude to obtain a graph as shown in FIG. This graph shows the relationship between the frequency and the acceleration amplitude for each predetermined time (eight hours (0 to 8 seconds shown in FIG. 5) (unit time, for example, every one second). Here, the frequency with the largest acceleration amplitude is obtained at each predetermined time, but this can be regarded as the number of hits in the predetermined time.
すなわち、加速度振幅が最大であるということは、削孔ビット２８による打撃エネルギが最も高いこと、つまり実際に打撃を行っていることを意味する。そして、削孔ビット２８による単位時間毎の打撃回数は、単位時間毎の振動回数、つまり周波数として現れるため、加速度振幅が最大である周波数が、単位時間毎の削孔ビット２８による打撃回数と見なすことができる。例えば、図６の例では、周波数が１３〜１７Ｈｚの付近で、計測した８つの時間毎の加速度振幅が最大となっているため、これらの時間での打撃回数は、これらの平均である１５．９回／ｓと考えることができる。 That is, the maximum acceleration amplitude means that the impact energy by the drill bit 28 is the highest, that is, that the impact is actually performed. Since the number of hits by the drill bit 28 per unit time appears as the number of vibrations per unit time, that is, the frequency, the frequency with the maximum acceleration amplitude is regarded as the number of hits by the drill bit 28 per unit time. be able to. For example, in the example of FIG. 6, the measured acceleration amplitude for each of the eight times is the maximum in the vicinity of the frequency of 13 to 17 Hz, so the number of hits at these times is the average of them. It can be considered as 9 times / s.
速度取得部１１２は、削孔ビット２８による削孔速度を取得する。速度取得部１１２は、エンコーダ１５で測定された装置の移動距離を取得すると、そこから単位時間当たりの移動量を算出する。つまり、装置の移動速度（ｍ／ｓ）を算出する。 The speed acquisition unit 112 acquires the drilling speed of the drill bit 28. When the speed acquisition unit 112 acquires the movement distance of the device measured by the encoder 15, the speed acquisition unit 112 calculates the movement amount per unit time therefrom. That is, the moving speed (m / s) of the device is calculated.
加速度取得部１１３は、削孔ビット２８による打撃の加速度振幅を取得する。上述した打撃回数の取得で用いた図６のグラフから、所定時間毎の最大加速度振幅を求め、ここから、その時間帯における平均の最大加速度振幅を算出する。図６の例では、計測した８つの所定時間における平均の最大加速度振幅は、０．７４ｍ／ｓ2である。また、図７は、計測した時間帯での周波数と最大加速度振幅の変化を示している。 The acceleration acquisition unit 113 acquires the acceleration amplitude of the impact with the drill bit 28. The maximum acceleration amplitude for each predetermined time is obtained from the graph of FIG. 6 used in the acquisition of the number of hits described above, and from this, the average maximum acceleration amplitude in the time zone is calculated. In the example of FIG. 6, the average maximum acceleration amplitude in the eight measured predetermined times is 0.74 m / s 2 . Further, FIG. 7 shows changes in the frequency and the maximum acceleration amplitude in the measured time zone.
演算部１１４は、強度指標を算出する。強度指標とは、地盤の強度を示すために本発明者により規定された指標であり、打撃回数取得部１１１、速度取得部１１２、及び加速度取得部１１３で、それぞれ取得された打撃回数、削孔速度、及び最大加速度振幅から、以下の式（１）により求められる。なお、ここで用いる打撃回数、削孔速度、及び最大加速度振幅は、対応する時間において求められたものである。
強度指標＝打撃回数（回／ｓ）／削孔速度（ｍ／ｓ）×最大加速度振幅（ｍ／ｓ2） （１）
The calculation unit 114 calculates the strength index. The strength index is an index defined by the present inventor to indicate the strength of the ground, and the number of hits and the number of holes drilled are respectively acquired by the hit count acquisition unit 111, the speed acquisition unit 112, and the acceleration acquisition unit 113. It is calculated from the velocity and the maximum acceleration amplitude by the following equation (1). The number of hits, the drilling speed, and the maximum acceleration amplitude used here are obtained at the corresponding time.
Strength index = number of hits (times / s) / drilling speed (m / s) × maximum acceleration amplitude (m / s 2 ) (1)
上記式（１）により求められる強度指標は、１ｍ掘削する間の打撃回数に、最大加速度振幅を乗じた数値であり、１ｍ掘削するのに要する仕事の割合と考えることができる。一般的に所定長さを掘削するための打撃回数が多いと、地盤が硬いと判断でき、打撃回数が少ないと地盤が軟らかいと判断することができる。しかしながら、削孔ビット２８は、いわゆる「空打ち」と呼ばれる挙動を示すことがある。空打ちとは、特に、軟弱な地盤などで実際には掘り進んでいないが、加速度振幅が小さい状態で削孔ビット２８が上下動を繰り返す現象をいう。したがって、上記のように打撃回数を加速度センサ１６による振動の計測に基づいて算出すると、空打ちを打撃回数としてカウントするおそれがあり、実際の削孔ビット２８による掘削を反映していないおそれがある。 The strength index obtained by the above equation (1) is a numerical value obtained by multiplying the number of hits during excavation for 1 m by the maximum acceleration amplitude, and can be considered as the ratio of work required for excavation for 1 m. Generally, if the number of hits for excavating a predetermined length is large, it can be judged that the ground is hard, and if the number of hits is small, it can be judged that the ground is soft. However, the boring bit 28 may exhibit a so-called "blank driving" behavior. The blank driving is a phenomenon in which the drill bit 28 repeatedly moves up and down in a state where the acceleration amplitude is small, although the hole is not actually dug due to the soft ground. Therefore, if the number of hits is calculated based on the vibration measurement by the acceleration sensor 16 as described above, there is a possibility that the blank hit may be counted as the number of hits, and the actual excavation by the drill bit 28 may not be reflected. ..
そこで、本実施形態においては、最大加速度振幅を用いている。例えば、硬い地盤を削孔ビット２８で打撃すると、その反力によって、削孔ビット２８が素早く地盤から離れるため、最大加速度振幅は大きくなる。一方、軟弱な地盤を打撃すると、削孔ビット２８の反発が遅いため、最大加速度振幅は小さくなる。このように、最大加速度振幅は、地盤の硬軟の指標になり得るため、式（１）では、打撃回数に加え、最大加速度振幅を用いている。本発明者は、例えば、強度指標が、７５００〜１５０００であれば、硬い支持層（砂礫）を示すことを検証している。 Therefore, in this embodiment, the maximum acceleration amplitude is used. For example, when the hard ground is hit with the drill bit 28, the drill bit 28 quickly separates from the ground due to the reaction force, and the maximum acceleration amplitude increases. On the other hand, when the soft ground is hit, the repulsion of the drill bit 28 is slow, and the maximum acceleration amplitude becomes small. Thus, since the maximum acceleration amplitude can be an index of the hardness of the ground, the maximum acceleration amplitude is used in Expression (1) in addition to the number of hits. The present inventor has verified that, for example, if the strength index is 7500 to 15000, it indicates a hard support layer (gravel).
次に、上記強度指標が実情に沿っているものであるかを検討する。地盤の強度を表す指標としては、標準貫入試験によって得られるＮ値がよく知られている。一般的には、Ｎ値が５０より大きい地盤は、支持層と判断できる。そこで、上記強度指標とＮ値との相関を検討する。 Next, it is examined whether the above strength index is in accordance with the actual situation. The N value obtained by the standard penetration test is well known as an index showing the strength of the ground. Generally, the ground having an N value of more than 50 can be judged as a support layer. Therefore, the correlation between the strength index and the N value will be examined.
図８は、所定の地盤を掘削したときに算出されたＮ値と、１ｍ当たりの打撃回数及び強度指標との相関を示す散布図であり、近似曲線を合わせて示している。なお、このグラフにおいては、１ｍ当たりの打撃回数及び強度指標は無次元数として縦軸に示している。同図に示すように、打撃回数はバラツキが大きく、線形近似曲線の決定係数が０．３８３６、指数近似曲線の決定係数が０．５４５８であった。一方、強度指標については、線形近似曲線の決定係数が０．５７９９、指数近似曲線の決定係数が０．６２５４であった。したがって、特に指数近似曲線に基づけば、Ｎ値と強度指標とは高い相関があると判断することができ、地盤の強度の判断として有効であると考えられる。一方、打撃回数は、上記のように空打ちの問題も起因して、バラツキが大きいこともあり、Ｎ値との相関は低くなっている。 FIG. 8 is a scatter diagram showing the correlation between the N value calculated when excavating a predetermined ground, the number of hits per 1 m, and the strength index, together with an approximate curve. In this graph, the number of hits per meter and the strength index are shown as a dimensionless number on the vertical axis. As shown in the figure, the number of hits varied greatly, and the coefficient of determination of the linear approximation curve was 0.3836 and the coefficient of determination of the exponential approximation curve was 0.5458. On the other hand, regarding the strength index, the coefficient of determination of the linear approximation curve was 0.5799 and the coefficient of determination of the exponential approximation curve was 0.6254. Therefore, particularly based on the exponential approximation curve, it can be judged that the N value and the strength index have a high correlation, which is considered to be effective for judging the strength of the ground. On the other hand, the number of hits may vary greatly due to the problem of blank hitting as described above, and the correlation with the N value is low.
以上のように、本実施形態に係る地盤強度算出装置１では、削孔ビット２８による掘削とともに、強度指標を算出できるようになっている。上記のように、強度指標は単位時間毎に算出することもできるし、あるいは、所定の時間における平均（単位時間毎の強度指標の平均）を算出することもできる。なお、本発明における平均値は、「所定時間内に検出されたデータ値の総合計をデータ数で割った値」だけではなく、逐次値をデータ処理して算出される様々な平均値を含む概念とすることができる。 As described above, in the ground strength calculating device 1 according to the present embodiment, the strength index can be calculated while excavating with the drill bit 28. As described above, the strength index can be calculated for each unit time, or the average over a predetermined time (the average of the strength index for each unit time) can be calculated. The average value in the present invention includes not only “a value obtained by dividing the total sum of data values detected within a predetermined time by the number of data”, but also various average values calculated by performing data processing on successive values. It can be a concept.
また、本実施形態に係る地盤強度算出装置１は、判定部１１５及び履歴作成部１１６をさらに備えているが、判定部１１５は、算出された強度指標に基づいて、地盤の性質を判断する。例えば、上記のように、強度指標が７５００〜１５０００であれば、支持層と判断することができる。そして、履歴作成部１１６は、例えば、掘削深度と強度指標とを関連付けて施工履歴情報を作成し、作成した施工履歴情報１２３を記憶部１２等の記憶装置に保存する。また、演算部１１４により算出された強度指標や、判定部１１５による判定は、操作盤２２１に表示することができる。 Further, the ground strength calculation device 1 according to the present embodiment further includes the determination unit 115 and the history creation unit 116. The determination unit 115 determines the property of the ground based on the calculated strength index. For example, as described above, when the strength index is 7500 to 15000, it can be determined as a support layer. Then, the history creation unit 116 creates the construction history information by associating the excavation depth with the strength index, and stores the created construction history information 123 in a storage device such as the storage unit 12. Further, the strength index calculated by the calculation unit 114 and the judgment by the judgment unit 115 can be displayed on the operation panel 221.
なお、本実施形態では、これらの機能がいずれも汎用のＣＰＵによって実現される例を説明している。しかしながら、これらの機能の一部又は全部が、１又は複数の専用のプロセッサにより実現されてもよい。また、地盤強度算出装置１の機能構成に関して、実施形態に応じて、適宜、機能の省略、置換、及び追加が行われてもよい。例えば、施工履歴情報を作成しない場合には、履歴作成部１１３は省略されてもよい。 Note that the present embodiment describes an example in which all of these functions are realized by a general-purpose CPU. However, some or all of these functions may be implemented by one or more dedicated processors. Further, regarding the functional configuration of the ground strength calculation device 1, the functions may be omitted, replaced, or added as appropriate according to the embodiment. For example, when the construction history information is not created, the history creation unit 113 may be omitted.
＜４．施工方法＞
次に、図９〜図１６を用いて、本実施形態に係る掘削機２による鋼管５の打設の施工手順について説明する。以下では、掘削機２は、ダウンザホールハンマ２５を用いた二重管削孔方式により鋼管５の削孔を行い、複数本の鋼管５を継ぎ足して所定の杭長の鋼管杭を形成する、いわゆるＳＴ（Strong Tubfix）マイクロパイル工法の実施について説明する。なお、以下で説明する施工手順は一例に過ぎず、各工程は可能な限り変更されてよい。また、以下で説明する施工手順について、実施の形態に応じて、適宜、工程の省略、置換、及び追加が可能である。
<4. Construction method>
Next, a construction procedure for placing the steel pipe 5 by the excavator 2 according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 9 to 16. In the following, the excavator 2 drills the steel pipe 5 by the double pipe drilling method using the down-the-hole hammer 25, and adds a plurality of steel pipes 5 to form a steel pipe pile having a predetermined pile length, so-called ST. (Strong Tubfix) The implementation of the micro pile method will be explained. In addition, the construction procedure described below is only an example, and each step may be changed as much as possible. Further, with respect to the construction procedure described below, steps can be omitted, replaced, and added as appropriate according to the embodiment.
（第１工程）
まず、第１工程では、図９に示すように、削孔ビット２８を先端に装着した削孔ロッド２３を鋼管５内に挿入し、駆動装置２２によって削孔ロッド２３を駆動する。上記のとおり、駆動装置２２を駆動すると、鋼管５の先端から突出し、かつ径方向外側に拡径した削孔ビット２８にダウンザホールハンマ２５を介して回転及び打撃が加えられる。この回転及び打撃を利用して、削孔ビット２８は、鋼管５よりもやや大きい径の孔を掘削していく。
(First step)
First, in the first step, as shown in FIG. 9, the drilling rod 23 having the drilling bit 28 attached to its tip is inserted into the steel pipe 5, and the driving device 22 drives the drilling rod 23. As described above, when the drive device 22 is driven, rotation and impact are applied to the hole-drilling bit 28 that protrudes from the tip of the steel pipe 5 and expands radially outward through the down-the-hole hammer 25. Utilizing this rotation and impact, the drill bit 28 drills a hole having a diameter slightly larger than that of the steel pipe 5.
外管である鋼管５は、ケーシングシュー５１がガイドデバイス２６に係合していることによって、削孔ビット２８の推進と共に牽引されて、地中に貫入打設されていく。また、削孔ビット２８が地中に進むにつれて、駆動装置２２も下方に移動していく。鋼管５がほぼ地中に埋まるまで、この第１工程による削孔を継続する。そして、鋼管５がほぼ地中に埋まり、地中に打設した鋼管５の長さが所定の杭長に到達していない等の理由により、更に鋼管５を追加する場合には、次の第２工程を実施する。 Since the casing shoe 51 is engaged with the guide device 26, the steel pipe 5, which is an outer pipe, is pulled along with the propulsion of the boring bit 28 and is pierced into the ground. Further, as the drill bit 28 moves underground, the drive device 22 also moves downward. The drilling by the first step is continued until the steel pipe 5 is almost buried in the ground. Then, when the steel pipe 5 is almost buried in the ground and the length of the steel pipe 5 cast in the ground does not reach the predetermined pile length, when the steel pipe 5 is further added, the following Two steps are carried out.
（第２工程）
次の第２工程では、図１０に示すように、新たな鋼管５及び削孔ロッド２３を継ぎ足す。具体的には、図１１の状態にある駆動装置２２から削孔ロッド２３を取り外し、操作盤２２１を操作して、駆動装置２２を上方へ移動させる。続いて、図１２に示すように、削孔から露出した削孔ロッド２３及び鋼管５の後端それぞれに、追加の削孔ロッド２３及び鋼管５を継ぎ足す。
(Second step)
In the next second step, as shown in FIG. 10, a new steel pipe 5 and a new drilling rod 23 are added. Specifically, the drilling rod 23 is removed from the drive device 22 in the state shown in FIG. 11, and the operation panel 221 is operated to move the drive device 22 upward. Subsequently, as shown in FIG. 12, additional drilling rods 23 and steel pipes 5 are added to the respective rear ends of the drilling rods 23 and steel pipes 5 exposed from the drilling holes.
削孔ロッド２３同士及び鋼管５同士それぞれを接続する方法は、実施の形態に応じて適宜選択されてよい。例えば、ネジ継手であるカプラ２３１により、削孔ロッド２３同士を接続することができる。同様に、カプラ式のネジ継手により、鋼管５同士を接続することができる。 The method of connecting the drilling rods 23 to each other and the steel pipes 5 to each other may be appropriately selected according to the embodiment. For example, the drilled rods 23 can be connected to each other by the coupler 231 which is a screw joint. Similarly, the steel pipes 5 can be connected to each other by a coupler-type screw joint.
上記の第１工程と第２工程を、地中に打設した鋼管５の合計の長さが所定の杭長になり、鋼管５の先端が支持層となる硬い地盤まで到達するまで繰り返す。所定の杭長（設定杭長）は、実施の形態に応じて適宜設定可能である。１本の削孔ロッド２３及び鋼管５の長さは、標準的には３ｍ程度である。そのため、所定の杭長を９ｍに設定した場合には、少なくとも３本の鋼管５を打設するまで、第１工程と第２工程とを繰り返す。これらの工程が行われている間、地盤強度算出装置１は、エンコーダ１５及び加速度センサ１６の計測に基づいて、強度指標を算出し続ける。そして、算出された強度指標により、鋼管５の先端が支持層に到達したか否かを判定する。なお、１本の鋼管５が所定の杭長よりも長い場合には、第２工程は省略可能である。 The first step and the second step described above are repeated until the total length of the steel pipes 5 cast in the ground reaches a predetermined pile length and the tip of the steel pipes 5 reaches the hard ground serving as a support layer. The predetermined pile length (set pile length) can be appropriately set according to the embodiment. The length of one drilling rod 23 and the steel pipe 5 is typically about 3 m. Therefore, when the predetermined pile length is set to 9 m, the first step and the second step are repeated until at least three steel pipes 5 are driven. While these steps are being performed, the ground strength calculation device 1 continues to calculate the strength index based on the measurements of the encoder 15 and the acceleration sensor 16. Then, based on the calculated strength index, it is determined whether or not the tip of the steel pipe 5 has reached the support layer. If one steel pipe 5 is longer than a predetermined pile length, the second step can be omitted.
（第３工程）
以上の工程を経て鋼管５が支持層に到達すると、第３工程を行う。次の第３工程では、図１３に示すように、削孔に利用した削孔ビット２８を含む削孔ロッド２３を回収する。上記のとおり、削孔ロッド２３を回収する際には、第１工程とは反対方向に駆動装置２２を回転させる。これにより、ガイドデバイス２６とケーシングシュー５１との係合は外れると共に、削孔ビット２８の拡径は解除されて、削孔ビット２８が鋼管５内に挿入可能な状態になる。この状態で、駆動装置２２を上方に移動させることで、削孔ロッド２３及び削孔ビット２８を回収することができる。
(Third step)
When the steel pipe 5 reaches the support layer through the above steps, the third step is performed. In the next third step, as shown in FIG. 13, the drilling rod 23 including the drilling bit 28 used for drilling is collected. As described above, when the hole-drilling rod 23 is collected, the drive device 22 is rotated in the direction opposite to the first step. As a result, the guide device 26 and the casing shoe 51 are disengaged, and the diameter of the drill bit 28 is released so that the drill bit 28 can be inserted into the steel pipe 5. In this state, by moving the drive device 22 upward, the drilling rod 23 and the drilling bit 28 can be collected.
（第４工程）
次の第４工程では、図１４に示すように、膨張収縮自在に構成されたパッカー３０を先端に取り付けた注入管３１を鋼管５内に挿入する。グラウト材を注入する位置まで、注入管３１を挿入した後、パッカー３０を適宜膨張させる。これにより、グラウト材を注入可能な状態になる。
(Fourth step)
In the next fourth step, as shown in FIG. 14, an injection pipe 31 having a packer 30 configured to expand and contract freely attached to the tip is inserted into the steel pipe 5. After inserting the injection pipe 31 to the position where the grout material is injected, the packer 30 is appropriately expanded. As a result, it becomes possible to inject the grout material.
（第５工程）
次の第５工程では、注入管３１を介して、削孔内にグラウト材６を注入する。鋼管５には、節突起及び吐出孔が所定ピッチで設けられている。鋼管５内の注入管３１から上方の部分はパッカー３０によって閉塞しているため、注入管３１により鋼管５内にグラウト材６を注入すると、吐出孔から削孔内にグラウト材６が吐出される。すなわち、鋼管５の先端側で、節突起がグラウト材６に埋もれながら、グラウト材６が充填されていく。
(Fifth step)
In the next fifth step, the grout material 6 is injected into the drilled hole through the injection pipe 31. The steel pipe 5 is provided with node protrusions and discharge holes at a predetermined pitch. Since the portion of the steel pipe 5 above the injection pipe 31 is closed by the packer 30, when the grout material 6 is injected into the steel pipe 5 by the injection pipe 31, the grout material 6 is discharged from the discharge hole into the drilled hole. .. That is, the grout material 6 is filled while the node protrusions are buried in the grout material 6 on the tip side of the steel pipe 5.
充分な量のグラウト材を注入した後には、図１５に示すように、パッカー３０を含む注入管３１を回収する。以上により、本実施形態に係る打設工程は完了である。充填されたグラウト材６が硬化すると、鋼管５の先端部分がグラウト材６により地盤に固定される。これによって、鋼管５及びグラウト材６による鋼管杭が形成される。 After injecting a sufficient amount of grout material, the injection pipe 31 including the packer 30 is recovered as shown in FIG. With the above, the placing process according to the present embodiment is completed. When the filled grout material 6 hardens, the tip portion of the steel pipe 5 is fixed to the ground by the grout material 6. As a result, a steel pipe pile made of the steel pipe 5 and the grout material 6 is formed.
（各工程の実施タイミングに関して）
なお、上記第１工程〜第３工程を実施してから次の第４工程及び第５工程によるグラウト材６の注入を実施するまでは、地中には、鋼管５のみが打設された状態になる。このため、第３工程の後に直ちに第４工程及び第５工程を実施するのではなく、他の鋼管杭の打設位置で上記第１工程〜第３工程を実施することで、グラウト材６の注入工程の前に、各打設位置における鋼管５の打設工程を完了させてもよい。
(Regarding the execution timing of each process)
In addition, from the first step to the third step described above, until the injection of the grout material 6 by the next fourth step and the fifth step is performed, only the steel pipe 5 is placed in the ground. become. Therefore, the fourth step and the fifth step are not performed immediately after the third step, but the first step to the third step are performed at the driving positions of the other steel pipe piles, so that the grout material 6 is removed. Before the injection step, the step of placing the steel pipe 5 at each placement position may be completed.
図１６は、地盤強度算出装置１による強度指標の算出の例である。同図の例では、加速度センサ１６により、削孔ビット２８による振動を計測し続け、１秒毎に周波数解析を行っている。そして、所定時間おき、例えば、１０秒おきに、打撃回数、掘削速度、及び最大加速度振幅の平均を算出し、これらから式（１）に基づいて、強度指標を算出している。例えば、掘削深度が３．９ｍの位置では、強度指標が２５０であり、掘削深度が６．９ｍの位置では、強度指標が２６３５であるため、これらの位置は支持層ではないことが分かる。そして、そこからさらに掘削が進み、掘削深度が１１．４ｍの位置では、強度指標が１５０８９であり、掘削深度が１３．０ｍの位置では、強度指標が７７８７であった。したがって、少なくとも掘削深度が１１．４〜１３．０ｍの間は、強度指標が７５００以上であるため、支持層であると判定することができる。 FIG. 16 is an example of calculation of the strength index by the ground strength calculation device 1. In the example shown in the figure, the acceleration sensor 16 continuously measures the vibration of the drill bit 28, and the frequency analysis is performed every one second. Then, the average of the number of hits, the excavation speed, and the maximum acceleration amplitude is calculated every predetermined time, for example, every 10 seconds, and the strength index is calculated from them based on the equation (1). For example, at the position where the excavation depth is 3.9 m, the strength index is 250, and at the position where the excavation depth is 6.9 m, the strength index is 2635, so it can be seen that these positions are not the support layer. Then, the excavation further progressed, and the strength index was 15089 at the position where the excavation depth was 11.4 m, and the strength index was 7787 at the position where the excavation depth was 13.0 m. Therefore, since the strength index is 7500 or more at least during the excavation depth of 11.4 to 13.0 m, it can be determined to be the support layer.
＜５．特徴＞
以上のように、本実施形態に係る地盤強度算出装置１は、単位貫入量当たりの打撃回数に、最大加速度振幅を乗じた強度指標を算出し、これによって地盤の強度を判定している。上記のように、打撃回数は空打ちが含まれるおそれがあるため、これだけでは地盤の硬さを正しく評価できない可能性がある。これに対して、本実施形態のように、最大加速度振幅を用いると、地盤の硬さを反映することができる。すなわち、硬い地盤を削孔ビット２８で打撃すると、最大加速度振幅が大きくなり、軟弱な地盤を打撃すると、最大加速度振幅は小さくなるため、最大加速度振幅を用いて、所定量の貫入に要する仕事の割合を算出することで、地盤の強度を反映した、強度指標を得ることができる。よって、地盤の掘削を行いつつ、地盤の強度を取得することができるため、適切に且つ低コストで杭の打ち込みを行うことができる。
<5. Features>
As described above, the ground strength calculating device 1 according to the present embodiment calculates the strength index by multiplying the number of hits per unit penetration amount by the maximum acceleration amplitude, and determines the strength of the ground by this. As described above, the number of hits may include blank hits, and thus it may not be possible to correctly evaluate the hardness of the ground. On the other hand, when the maximum acceleration amplitude is used as in this embodiment, the hardness of the ground can be reflected. That is, when the hard ground is hit with the boring bit 28, the maximum acceleration amplitude increases, and when the soft ground is hit, the maximum acceleration amplitude decreases. Therefore, using the maximum acceleration amplitude, the work required to penetrate a predetermined amount of work is performed. By calculating the ratio, a strength index reflecting the strength of the ground can be obtained. Therefore, since the strength of the ground can be acquired while excavating the ground, it is possible to drive the pile appropriately and at low cost.
＜６．変形例＞
以上、本発明の実施の形態を詳細に説明してきたが、前述までの説明はあらゆる点において本発明の例示に過ぎない。本発明の範囲を逸脱することなく種々の改良や変形を行うことができることは言うまでもない。例えば、以下のような変更が可能である。なお、以下の変形例は適宜組み合わせ可能である。
<6. Modification>
Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the above description is merely an example of the present invention in all respects. It goes without saying that various improvements and modifications can be made without departing from the scope of the present invention. For example, the following changes are possible. The following modifications can be combined as appropriate.
＜６．１＞
例えば、上記実施形態では、地盤強度算出装置１は、ガイドセル２１に取り付けられている。しかしながら、地盤強度算出装置１の配置は、このような例に限定されなくてもよく、ガイドセル２１以外の場所に配置されてもよい。
<6.1>
For example, in the above embodiment, the ground strength calculation device 1 is attached to the guide cell 21. However, the arrangement of the ground strength calculating device 1 is not limited to such an example, and may be arranged at a place other than the guide cell 21.
また、例えば、エンコーダ１５及び加速度センサ１６が無線通信可能であれば、地盤強度算出装置１は、エンコーダ１５及び加速度センサ１６と無線通信可能な範囲に適宜配置してもよい。この場合、地盤強度算出装置１は、エンコーダ１５及び加速度センサ１６から定期的に測定データを受信し、受信した測定データを適宜処理することで、上述した各種の情報を取得することができる。あるいは、地盤強度算出装置１の機能構成の一部を掘削機に配置することもできる。 Further, for example, if the encoder 15 and the acceleration sensor 16 can wirelessly communicate with each other, the ground strength calculation device 1 may be appropriately arranged in a range where the encoder 15 and the acceleration sensor 16 can wirelessly communicate with each other. In this case, the ground strength calculation device 1 can acquire various information described above by regularly receiving the measurement data from the encoder 15 and the acceleration sensor 16 and appropriately processing the received measurement data. Alternatively, a part of the functional configuration of the ground strength calculating device 1 can be arranged in the excavator.
＜６．２＞
強度指標を算出するタイミングは、適宜変更可能である。掘削作業を行っている全時間に亘って振動の加速度、掘削速度を算出し、強度指標を算出してもよいし、掘削作業の所定の時間にのみ強度指標を算出することもできる。また、強度指標は、上記のように単位時間毎に算出してもよいし、所定の時間おきに、その間の単位時間毎の強度指標を平均したものを算出することもできる。
<6.2>
The timing for calculating the strength index can be changed as appropriate. The strength index may be calculated by calculating the vibration acceleration and the digging speed over the entire time of the excavation work, or the strength index may be calculated only during a predetermined time of the excavation work. Further, the strength index may be calculated for each unit time as described above, or may be calculated by averaging the strength indexes for each unit time during a predetermined time interval.
＜６．３＞
上記実施形態では、加速度センサ１６の測定データに基づいて、所定貫入量当たりの打撃回数を計測している。しかしながら、打撃回数を計測する方法は、このような例に限定されなくてもよく、実施の形態に応じて適宜選択されてよい。
<6.3>
In the above embodiment, the number of hits per predetermined penetration amount is measured based on the measurement data of the acceleration sensor 16. However, the method of measuring the number of hits is not limited to such an example, and may be appropriately selected according to the embodiment.
＜６．４＞
上記実施形態では、ワイヤ式リニアエンコーダにより掘削深度を取得している。しかしながら、掘削深度を測定する方法は、このような例に限定されなくてもよく、ワイヤ式リニアエンコーダ以外のエンコーダが用いられてもよいし、エンコーダ以外のセンサが用いられてもよい。例えば、掘削深度の測定には、ロータリエンコーダを用いることができる。
<6.4>
In the above embodiment, the excavation depth is acquired by the wire type linear encoder. However, the method of measuring the excavation depth is not limited to such an example, and an encoder other than the wire-type linear encoder may be used, or a sensor other than the encoder may be used. For example, a rotary encoder can be used to measure the excavation depth.
＜６．５＞
また、例えば、上記実施形態では、掘削機２は、ダウンザホールハンマ２５により、回転打撃式で掘削を行う削孔機構を備えている。しかしながら、掘削機２の構成は、削孔具に打撃を加えるタイプであれば、このような例に限定されなくてもよく、実施の形態に応じて適宜選択されてよい。例えば、掘削機２は、トップハンマを用いた削孔機構を備えてもよい。また、例えば、上記鋼管５は、ケーシング管として、引抜抜去されて使い回されてもよい。
<6.5>
In addition, for example, in the above-described embodiment, the excavator 2 is provided with a hole punching mechanism that performs excavation by a rotary hammering method using the down the hole hammer 25. However, the structure of the excavator 2 is not limited to such an example as long as it is a type that hits the drilling tool, and may be appropriately selected according to the embodiment. For example, the excavator 2 may include a drilling mechanism using a top hammer. Further, for example, the steel pipe 5 may be withdrawn and reused as a casing pipe.
１…地盤強度算出装置、８…プログラム、９…記憶媒体、
１１…制御部、１２…記憶部、１３…外部インタフェース、
１５…エンコーダ、１６…加速度センサ、１８…ドライブ、
２…掘削機、
２１…ガイドセル、２２…駆動装置、２２１…操作盤、
２３…削孔ロッド、２３１…カプラ、
２４…ガイドスリーブ、２５…ダウンザホールハンマ、２６…ガイドデバイス、
２７…リーマ、２８…削孔ビット、
３０…パッカー、３１…注入管、
５…鋼管、５１…ケーシングシュー、
６…グラウト材
1 ... Ground strength calculation device, 8 ... Program, 9 ... Storage medium,
11 ... Control unit, 12 ... Storage unit, 13 ... External interface,
15 ... Encoder, 16 ... Acceleration sensor, 18 ... Drive,
2 ... excavator,
21 ... Guide cell, 22 ... Driving device, 221 ... Operation panel,
23 ... Drilling rod, 231 ... Coupler,
24 ... Guide sleeve, 25 ... Down the hole hammer, 26 ... Guide device,
27 ... reamer, 28 ... drilling bit,
30 ... Packer, 31 ... Injection tube,
5 ... steel pipe, 51 ... casing shoe,
6 ... Grout material
Claims (6)
前記削工具による単位時間当たりの打撃回数を取得する打撃回数取得部と、
前記削工具の掘削速度を取得する速度取得部と、
前記削工具の単位時間当たりの最大加速度振幅を取得する加速度取得部と、
前記打撃回数（回／ｓ）／前記掘削速度（ｍ／ｓ）×前記最大加速度振幅（ｍ／ｓ2）により算出される強度指標を取得する演算部と、
を備えている、地盤強度算出装置。 A ground strength calculation device for measuring the strength of the ground by using an excavator that excavates the ground by applying a rotating force and an intermittent striking force to the drilling tool,
A hit count acquisition unit that acquires the hit count per unit time by the cutting tool,
A speed acquisition unit for acquiring the excavation speed of the cutting tool,
An acceleration acquisition unit that acquires the maximum acceleration amplitude per unit time of the cutting tool,
A calculation unit that acquires a strength index calculated by the number of hits (times / s) / excavation speed (m / s) × maximum acceleration amplitude (m / s 2 ),
A ground strength calculation device comprising:
前記加速度取得部は、前記加速度センサによって測定された経時的な加速度振幅の波形から周波数解析によって、所定時間当たりの最大加速度振幅を取得する、請求項１または２に記載の地盤強度算出装置。 From the vibration due to the impact of the cutting tool, further comprising an acceleration sensor for measuring the acceleration amplitude of the cutting tool,
The ground strength calculation device according to claim 1, wherein the acceleration acquisition unit acquires the maximum acceleration amplitude per predetermined time by frequency analysis from the waveform of the acceleration amplitude measured over time by the acceleration sensor.
コンピュータに、
前記加速度センサによって測定された経時的な加速度の波形から周波数解析によって、所定時間当たりの最大加速度振幅を取得するステップと、
前記最大加速度振幅を示す周波数を打撃回数として取得するステップと、
前記速度取得部によって前記削工具の掘削速度を取得するステップと、
前記打撃回数（回／ｓ）／前記掘削速度（ｍ／ｓ）×前記最大加速度振幅（ｍ／ｓ2）により算出される強度指標を取得するステップと、
を実行させる、地盤強度算出プログラム。 An excavator that excavates the ground by applying a rotational force and an intermittent impact force to the drilling tool, an acceleration sensor that measures the acceleration amplitude of the machining tool from the vibration caused by the impact of the machining tool, and the machining tool Using a speed acquisition unit that acquires the excavation speed of, a ground strength calculation program for measuring the strength of the ground,
On the computer,
Obtaining the maximum acceleration amplitude per predetermined time by frequency analysis from the waveform of the acceleration over time measured by the acceleration sensor,
Acquiring a frequency indicating the maximum acceleration amplitude as the number of hits,
Acquiring the excavation speed of the cutting tool by the speed acquisition unit,
Acquiring a strength index calculated by the number of hits (times / s) / the excavation speed (m / s) × the maximum acceleration amplitude (m / s 2 ),
A ground strength calculation program for executing.
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