JP2021004447A - 柱状構造物鉛直度計測方法 - Google Patents

Abstract

【課題】鋼管杭建て込み時の鉛直度の計測を短時間にかつ高精度にしかも連続的に行う。【解決手段】本方法では、１台の３次元レーザスキャナー１を使用して、鋼管杭の３次元点群データを一定時間毎に継続的に採取し、この３次元点群データをパソコン２で解析して、鋼管杭の３次元点群データが持つ３次元座標をもとに鋼管杭の立体形状及びその上部及び下部を推定するとともに当該上下部間を１０分割にして鋼管杭の立体形状を１１の水平断面円形状で表して各水平断面円形状の中心を結ぶ直線を鋼管杭の中心軸と推定し、この中心軸の鉛直方向に対する傾斜角及び傾斜方向を算出して、鋼管杭の鉛直度を計測する。【選択図】図１

Description

本発明は、全旋回杭圧入工法、既製杭打撃工法、ケーソン圧入工法、橋脚などＲＣ構造物の中長期傾斜及び変位計測方法などで、建て込み時の鋼管杭他、新設、既設の土木・建築構造物の柱状構造物などの鉛直度の計測に用いる柱状構造物鉛直度計測方法に関する。

従来より、鋼管杭回転圧入装置を使用して鋼管杭を回転させながら地盤に圧入施工する全旋回杭圧入工法が周知である。この種の工法が特許文献１により提案されている。

この工法では、鋼管杭回転圧入装置を所定の位置に設置した後、まず、クレーンにより、先端部に螺旋状羽根を有する回転圧入用の鋼管杭を鋼管杭回転圧入装置に建て込み把持させ、トランシット（測量器械）により鋼管杭の鉛直度を確認した後、鋼管杭回転圧入装置により鋼管杭を回転させながら圧入する。この際、クレーンに、鋼管杭と同心状に昇降可能にハンマグラブを吊り下げ支持しておく。

鋼管杭回転圧入装置により鋼管杭を回転させながら圧入すると、鋼管杭の下端開口部から鋼管杭内に土砂が浸入するようになり、浸入した土砂によって閉塞管内土が形成され、鋼管杭回転圧入装置における回転体駆動用油圧モータの油圧値が高くなると、鋼管杭の掘削トルクが施工予定の所定の設定掘削トルク値以上になったことをパーソナルコンピュータのモニターより検知し、これを検知すると、鋼管杭の回転を一時停止させ（鋼管杭を回転させたままとしてもよい）、クレーンにより吊り下げ支持されているハンマグラブを刃先を開いた状態にして鋼管杭内に落下させ、鋼管杭内の閉塞管内土を採取した後、ハンマグラブの刃先を閉塞し、次いでクレーンのウインチにより巻上運転して、ハンマグラブ内の閉塞管内土を鋼管杭の外に排出する。このハンマグラブの昇降動作及び排出動作を必要回数行なって、鋼管杭の先端部付近、又は鋼管杭の先端部上方の閉塞管内土を排土する。

次いで、鋼管杭回転圧入装置の運転を再開して、鋼管杭を回転させながら圧入していく、また、先行する鋼管杭の上端部に、接続用鋼管の下端部を溶接により固着して継ぎ足す場合は、鋼管杭回転圧入装置の運転を一時停止して、鋼管杭の上端部に、接続用鋼管を溶接により固着して継ぎ足した後、鋼管杭回転圧入装置の運転を再開して、鋼管杭を回転させながら圧入させていく。

鋼管杭回転圧入装置の運転再開による鋼管杭の圧入に伴って、鋼管杭内に閉塞管内土が形成されて掘削トルクが所定の設定トルク以上に増大し、油圧値を検知する油圧検出センサにより検出すると、前記と同様に、閉塞管内土の排出を行い、このような工程を適宜、必要回数行なって、所定の深度まで、鋼管杭を埋め込んでいく。

このような鋼管杭の建て込み時の鉛直性の確認は、既述のとおり、トランシットを用い、通常、トランシットを直角２方向に１台ずつ設置して職員２名が常時監視することによって行っている。その他、鉄骨部材の建て方時にトータルステーションを用いて測定した測定ポイントの３次元座標を計算し、３次元ＣＡＤデータとの照合を行う技術も知られている（特許文献２参照）。この技術は、鉄骨工事を対象として、トータルステーションと受光機を利用して、ある限られた数の測量点に対して鉛直角、水平角及び距離から当該測量点の３次元座標を計算し、ＣＡＤデータとの照合を行うものである。なお、上記のような全旋回杭圧入工法で使用する鋼管杭の杭芯位置を常時監視するシステムはこれまでのところ存在していないが、全旋回杭圧入工法で杭の傾斜を常時観測するシステムとしては２軸傾斜計を用いたリアルタイム建ち管理システムがある。

特開２００３−２１３６８７号公報 特開平８−２１８６３３号公報

ところで、原子力発電所の津波防護施設として鋼管杭鉄筋コンクリート防潮壁などを構築するといった工事で、施工場所によっては、直径２，５００ｍｍ、肉厚２５ｍｍの大口径の鋼管杭を、隣接する杭の純間隔３００ｍｍ、杭下端の許容偏心量１３０ｍｍ（３００ｍｍ／２−２０ｍｍ）、鋼管杭の根入れ長６８，０００ｍｍなどの条件の下で、鋼管杭を全旋回杭圧入工法で圧入施工するような場合、原地盤高さでの杭の位置ずれがないとした場合でも、隣り合う杭先端を接触させないためには、１３０ｍｍ／６８，０００ｍｍ、すなわち、１／５００以上の鉛直精度が必要となる。

既述のとおり、鋼管杭建て込み時の鉛直性の確認に用いるトランシットや全旋回杭圧入工法で杭の傾斜の観測に使用する２軸傾斜計を用いたリアルタイム建ち管理システムでも、鋼管杭の鉛直精度が一般的な１／１００程度のため、高精度の測定には不向きである、という問題がある。また、既述したように、全旋回杭圧入工法で使用する鋼管杭の杭芯位置を常時観測するシステムはこれまでのところ存在していないため、上記のような工事において鋼管杭の鉛直性を確認することは極めて難しい、という問題がある。

本発明は、このような従来の問題を解決するものであり、全旋回杭圧入工法において鋼管杭建て込み時の鉛直度の計測を短時間にかつ高精度にしかも連続的に行え、さらに鋼管杭の最終的な鉛直精度を一般的な１／１００から１／５００（１２ｃｍ／６，０００ｃｍが確保できるようにすること）まで高めることができるなど、全旋回杭圧入工法、既製杭打撃工法、ケーソン圧入工法、橋脚などＲＣ構造物の中長期傾斜及び変位計測方法などで、新設、既設の土木・建築構造物の特に柱状構造物などの鉛直度の計測に有用な柱状構造物鉛直度計測方法を提供すること、を目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、
鋼管杭を含む柱状構造物を地盤に打設して建て込むときの又は建て込み後の前記柱状構造物の鉛直度を計測する柱状構造物鉛直度計測方法であって、
１台の３次元レーザスキャナー及びを３次元点群データ解析用のソフトウェアを含む各種データ処理を行うソフトウェアをインストールし、前記柱状構造物の直径、軸方向の長さ、前記地盤の地表面における前記柱状構造物の設計上の軸心座標を含む各種情報を記録したパソコンを用い、
前記３次元レーザスキャナーを前記柱状構造物から所定の距離離れた位置に前記柱状構造物に向けて設置するとともに、前記３次元レーザスキャナーに前記パソコンを有線又は無線で接続し、
前記３次元レーザスキャナーで前記柱状構造物の表面にレーザ光を一定時間毎に継続的に照射して前記地盤上の前記柱状構造物の３次元点群データを一定時間毎に継続的に採取し、前記柱状構造物の前記３次元点群データを前記パソコンに記録して、
前記パソコンで前記柱状構造物の前記３次元点群データを解析し、前記柱状構造物の前記３次元点群データが持つ３次元座標をもとに３次元モデルデータを作成して前記柱状構造物の立体形状及びその上部及び下部を推定するとともに、当該上部、下部間を複数に分割して前記柱状構造物の立体形状を複数の水平断面形状で表して前記各水平断面形状が持つ３次元座標情報をもとに前記各水平断面形状の中心を求め、前記各水平断面形状の中心を結ぶ直線を前記柱状構造物の中心軸と推定して前記柱状構造物の中心軸の鉛直方向に対する傾斜角及び傾斜方向を算出し、前記柱状構造物の鉛直度を計測する、
ことを要旨とする。
この柱状構造物鉛直度計測方法では、また、柱状構造物の中心軸と地盤の地表面との交差地点の座標を求め、前記交差地点の座標と前記地盤の地表面における前記柱状構造物の設計上の軸心座標との離隔を前記柱状構造物の中心軸のずれとして算出する。
さらに、柱状構造物の３次元点群データの持つ３次元座標をもとに推定する前記柱状構造物の高さと前記柱状構造物の軸方向の長さから、地盤中に圧入された前記柱状構造物の先端の座標を推定し、前記柱状構造物の先端の座標から前記地盤の地表面における前記柱状構造物の設計上の軸心座標からのずれを算出する。
またさらに、柱状構造物の中心軸の鉛直方向に対する傾斜角、傾斜方向、前記柱状構造物の中心軸のずれ、前記柱状構造物の先端位置を計測時刻に関連付けることにより、前記柱状構造物の建て込み進捗状況をパソコンのディスプレイに視覚的に表示する。
そして、パソコンと柱状構造物の打設オペレータ用のモバイル端末を無線で接続し、前記パソコンのディスプレイに表示される柱状構造物の建て込み進捗状況を前記モバイル端末に表示して柱状構造物の打設オペレータに通知する。

本発明の柱状構造物鉛直度計測方法によれば、既述のとおり、鋼管杭を含む柱状構造物を地盤に建て込むに当たり、１台の３次元レーザスキャナーを使用して、地盤上の柱状構造物の３次元点群データを一定時間毎に継続的に採取し、この柱状構造物の３次元点群データをパソコンで一定時間毎に継続的に解析して、柱状構造物の３次元点群データが持つ３次元座標をもとに柱状構造物の立体形状及びその上部及び下部を推定するとともに、当該上部、下部間を複数に分割して柱状構造物の立体形状を複数の水平断面形状で表して各水平断面形状の中心を結ぶ直線を柱状構造物の中心軸と推定し、この中心軸の鉛直方向に対する傾斜角及び傾斜方向を算出して、柱状構造物の鉛直度を計測するので、全旋回杭圧入工法において鋼管杭建て込み時の鉛直度の計測を短時間にかつ高精度にしかも連続的に行え、さらに鋼管杭の最終的な鉛直精度を一般的な１／１００から１／５００まで高めることができ、さらに、既製杭打撃工法、ケーソン圧入工法、橋脚などＲＣ構造物の中長期傾斜及び変位計測方法などで、新設、既設の土木・建築構造物の特に柱状構造物などの建て込みに際しても、同方法を同様に適用することで、同様の作用効果を得ることができる、という本発明独自の格別な効果を奏する。

本発明の一実施の形態における柱状構造物鉛直度計測方法のイメージを示す図 同柱状構造物鉛直度計測方法の特に３次元点群データの解析・柱状構造物の鉛直性評価工程を示す図 同柱状構造物鉛直度計測方法の特に３次元点群データの解析・柱状構造物の鉛直性評価工程において柱状構造物を本来の形状として認識しない場合の処理を示す図 同柱状構造物鉛直度計測方法の特に柱状構造物の鉛直性評価通知工程におけるパソコンのディスプレイ、タブレットの画面での柱状構造物の鉛直性評価の表示例を示す図 同柱状構造物鉛直度計測方法を全旋回杭圧入工法に導入した場合の特に３次元点群データの解析・柱状構造物の鉛直性評価工程を示す図

次に、この発明を実施するための形態について図を用いて説明する。図１に柱状構造物鉛直度計測方法を示している。図１に示すように、この柱状構造物鉛直度計測方法（以下、本方法という。）は、鋼管杭Ｐを含む柱状構造物を地盤に打設して建て込むときの柱状構造物の鉛直度を計測するもので、計測機器として１台の３次元レーザスキャナー１、パソコン２などを用い、計測機器設置工程、柱状構造物の３次元点群データの読み込み工程、３次元点群データの解析・柱状構造物の鉛直性評価工程、柱状構造物の鉛直性評価通知工程を通して行う。

（計測機器）
計測機器としては、１台の３次元レーザスキャナー１、パソコン２を使用し、さらに計測結果通知用にモバイル端末３を併せて用いる。
３次元レーザスキャナー１は、高速で回転するレーザー照射部から発するレーザ光を計測対象物の表面に照射して、計測対象物の３次元座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を計測し、計測対象物を自動認識するもので、この場合、３次元レーザスキャナー１に、ＲＩＥＧＬ ＶＺ−４００ｉ（オンライン波形分析式）を使用し、水平３６０度、垂直１００度の測定範囲、５００，０００点／秒のスキャンレートで、計測対象物として鋼管杭を含む柱状構造物の表面の３次元座標を表す３次元点群データを採取し、この３次元点群データをもとに柱状構造物を３次元モデル化する。
パソコン２は、標準タイプのＰＣ又はノートブックＰＣで、パソコン２には、３次元点群データ解析用のソフトウェアを含む各種のデータ処理を行うソフトウェアをインストールし、柱状構造物の直径、軸方向の長さ、地盤の地表面における柱状構造物の設計上の軸心座標を含む各種情報を併せて記録しておく。この場合、ソフトウェアにＲｉＳＣＡＮＰＲＯ（Ｖｅｒ２．６）、及び鉛直管理システムを用いる。ＲｉＳＣＡＮＰＲＯ（Ｖｅｒ２．６）はＲＩＥＧＬ ＶＺ−４００ｉと合わせて使用するソフトウェアで、データの取得、可視化及び処理を実行する。鉛直管理システムは約１分毎に鋼管杭を含む柱状構造体の３次元点群データの測定を行い、この３次元点群データを解析し、柱状構造物の傾きをモバイル端末に通知するもので、この処理に要すると想定される処理時間は、３次元点群データの測定に約１５秒（但し、測定範囲の広さにより変動あり）、３次元点群データの解析に約５−１０秒、柱状構造物の傾きの表示に約１秒（但し、無線ＬＡＮの性能により変動あり）である。
モバイル端末３には標準タイプのタブレットなどを用いる。

本方法は、１台の３次元レーザスキャナー１とパソコン２を使って、次のとおり、計測機器設置工程、柱状構造物の３次元点群データの読み込み工程、３次元点群データの解析・柱状構造物の鉛直性評価工程を順次行って、柱状構造物の鉛直性を確認し、パソコン１と無線で繋いだモバイル端末３を使って、柱状構造物の鉛直性評価通知工程を行い、柱状構造物の鉛直性の評価を柱状構造物の打ち込み施工に反映させて、柱状構造物の出来形を管理する。

（計測機器設置工程）
３次元レーザスキャナー１を柱状構造物から所定の距離離れた位置に柱状構造物に向けて設置するとともに、３次元レーザスキャナー１にパソコン２を有線又は無線で接続する。有線の場合は、３次元レーザスキャナー１とパソコン２とを通信ケーブル（有線ＬＡＮ）で接続し、無線の場合は、３次元レーザスキャナー１とパソコン２とを無線ＬＡＮや電話回線などのネットワークを介して接続する。なお、３次元レーザスキャナー１には電源ケーブルを併せて接続し、発電機などに接続する。

（柱状構造物の３次元点群データの読み込み工程）
３次元レーザスキャナー１で柱状構造物の表面にレーザ光を一定時間毎に継続的に照射して地盤上の柱状構造物の３次元点群データを一定時間毎に継続的に採取し、柱状構造物の３次元点群データをパソコン２に記録する。この場合、１台の３次元レーザスキャナー１で柱状構造物の外周面のうちレーザ光を照射可能な範囲の略半周面にレーザ光を照射して、柱状構造物の外周面の半面の３次元点群データをパソコン２に記録する。

（３次元点群データの解析・柱状構造物の鉛直性評価工程）
パソコン２（の解析用のソフトウェア）で柱状構造物の３次元点群データを解析し、柱状構造物の３次元点群データが持つ３次元座標と柱状構造物の直径などの各種情報とをもとに３次元モデルデータを作成して柱状構造物の立体形状及びその上部及び下部を推定する。つまり、図２（１）に示すように、３次元レーザスキャナー１で採取した柱状構造物の外周面略半面の３次元点群データを高さ毎の断面データとして抽出し、柱状構造物の断面形状を推定する。この断面形状の推定には最小二乗法を用いる。続いて、柱状構造物の立体形状の上部、下部間を複数に分割して、ここでは１０分割にして、柱状構造物の立体形状を複数の、ここでは１１の水平断面形状で表して各水平断面形状が持つ３次元座標情報をもとに各水平断面形状の中心を求め、各水平断面形状の中心を結ぶ直線を柱状構造物の中心軸と推定する。この場合、図２（２）、（３）に示すように、推定された有意な断面形状から柱状構造物の上部と下部を認識して、この上下部間を複数に分割して、この場合は、１０分割に輪切りにした柱状構造物の１１の断面形状を推定する。この断面形状の推定には最小二乗法を用いる。なお、ここで、レーザ光の照射が例えば障害物により遮られるなどの原因で、図３に示すように、柱状構造物の本来の上部の断面形状が想定できない場合は、上部側の有意な断面形状を本来の最上部の断面形状と想定する。次いで、図２（４）に示すように、この推定された複数に分割された各水平断面形状の中心位置を結ぶ直線を推定し、この直線を柱状構造物の中心軸とする。この水平断面形状の中心を結ぶ直線の推定には最小二乗法を用いる。そして、柱状構造物の中心軸の鉛直方向に対する傾斜角（傾斜率）及び傾斜方向（方向角）を算出し、柱状構造物の鉛直度を計測する。
この柱状構造物の中心軸の鉛直方向に対する傾斜角、傾斜方向は計測時刻に関連付けておく。

（柱状構造物の中心軸のずれ算出工程）
本方法では、柱状構造物の鉛直度の計測とともに、柱状構造物の中心軸のずれも算出できるため、柱状構造物の中心軸のずれ算出工程を併せて行う。この工程は次のＡ工程及び／又はＢ工程で実施する。
Ａ工程では、図２（４）に示すように、柱状構造物の中心軸と地盤の地表面との交差地点の座標を求め、この交差地点の座標と地盤の地表面における柱状構造物の設計上の軸心座標との離隔を柱状構造物の中心軸のずれとして算出する。
Ｂ工程では、図２（４）を参照すると、柱状構造物の３次元点群データの持つ３次元座標をもとに推定する柱状構造物の高さと柱状構造物の軸方向の長さなどの各種の情報から、地盤中に圧入された地下における柱状構造物の先端の圧入位置の座標を推定し、この先端の座標により地盤の地表面における柱状構造物の設計上の軸心座標からのずれを算出する。
これら柱状構造物の中心軸のずれ、柱状構造物先端の圧入位置は計測時刻に関連付けておく。

（柱状構造物の鉛直性評価通知工程）
これまでの各工程で算出した柱状構造物の中心軸の鉛直方向に対する傾斜角、傾斜方向、柱状構造物の中心軸のずれ、柱状構造物の先端位置は計測時刻に関連付けているので、この柱状構造物の建て込み進捗状況を経時的にパソコン２のディスプレイに視覚的に表示する。図４にその表示例を示す。図４（ａ）は初期状態を示し、図４（ｂ）は柱状構造物の圧入が例えば７．５ｍの深さまで進んだ後、時系列を深さ５．２ｍまで遡って見た状態を示す。図４（ｂ）では、柱状構造物の先端が（２）の方向に２／１０００〜５／１０００の間で傾斜していることが分かる。
そして、パソコン２と柱状構造物の打設オペレータ用のモバイル端末３を予め無線で接続し、パソコン２のディスプレイに表示される柱状構造物の建て込み進捗状況をモバイル端末３に同時に表示して柱状構造物の打設オペレータに通知する。

このように本方法では、３次元レーザスキャナー１を使用して柱状構造物（のレーザ光照射可能な範囲）から３次元点群データを継続して採取し、これら３次元点群データをパソコン２の解析用のソフトウェアで解析することで、柱状構造物の計測時の傾斜、傾斜方向、軸心のずれなどを算出し、その結果をパソコン２のディスプレイとともにタブレット３画面に表示するようにして、本方法を柱状構造物を地盤に打設して建て込む工事に導入することにより、連続的でかつスピーディーな施工性を確保するものとしている。

図１に本方法を全旋回杭圧入工法により鋼管杭を地盤に建て込む工事に適用した例を併せて示している。この工事で使用する鋼管杭Ｐは、杭径２，５００ｍｍ、肉厚３５．２５ｍｍ、杭長Ｍａｘ８０．５ｍであり、鋼管杭Ｐの根入れ長６８ｍ、隣接する鋼管杭Ｐの純間隔３００ｍｍ（設計値）、鋼管杭Ｐ下端の許容偏心量１３０ｍｍ（３００ｍｍ／２−２０ｍｍ（偏心量））となっている。したがって、この工事では、現地盤高さでの鋼管杭Ｐの位置ずれがないとした場合でも、隣り合う鋼管杭Ｐの先端が接触しないためには、１３０ｍｍ／６８，０００ｍｍ、すなわち、１／５００以上の鉛直精度が求められる。

この工法では、まず、鋼管杭回転圧入装置Ｍを所定の位置に設置し、併せて本方法で用いる計測機器を設置する。この計測機器の設置では、既述のとおり、３次元レーザスキャナー１を鋼管杭回転圧入装置Ｍに建て込み把持させる鋼管杭Ｐから所定の距離離れた位置に鋼管杭Ｐに向けて設置する。３次元レーザスキャナー１とパソコン２とを通信ケーブルを介して接続するとともに、３次元レーザスキャナー１と発電機（図示省略）とを電源ケーブルを介して接続する。なお、パソコン２には、既述のとおり、３次元点群データ解析用のソフトウェアを含む各種のデータ処理を行うソフトウェアをインストールし、鋼管杭Ｐの直径、杭長、地盤の地表面における鋼管杭Ｐの設計上の杭芯座標を含む各種情報を併せて記録してある。そして、パソコン２と柱状構造物の打設オペレータ用のモバイル端末３としてタブレット（以下、タブレット３という。）を無線ＬＡＮで接続し、このタブレット３を鋼管杭回転圧入装置Ｍの操作室内に設置又は打設オペレータが携帯する。

鋼管杭回転圧入装置Ｍ、計測機器を設置した後、続いて、クレーンにより、回転圧入用の鋼管杭Ｐを鋼管杭回転圧入装置Ｍに建て込み把持させる。このとき、１台の３次元レーザスキャナー１とパソコン２を使って、既述のとおり、柱状構造物の３次元点群データの読み込み工程、３次元点群データの解析・柱状構造物の鉛直性評価工程を順次行って、鋼管杭Ｐの鉛直性を確認し、パソコン２と無線で繋いだタブレット３を使って、柱状構造物の鉛直性評価通知工程を行い、鋼管杭Ｐの鉛直性の評価を鋼管杭Ｐの建て込みに反映させる。すなわち、鋼管杭回転圧入装置Ｍ上で鋼管杭Ｐが鉛直方向に対して傾いていれば、打設オペレータはタブレット３の画面上で鋼管杭Ｐの傾斜角、傾斜方向を確認できるので、鋼管杭Ｐの建て込みの修正指示を即座に出して、鋼管杭Ｐの建て込みを速やかに修正することができる。そして、鋼管杭Ｐの鉛直性が確保されれば、それを即時にタブレット３で確認することができる。この鋼管杭Ｐの鉛直性の確認に要する時間は、３次元点群データの測定に約１５秒、３次元点群データの解析に約５−１０秒、鋼管杭の傾きの表示に約１秒である。この鋼管杭Ｐの鉛直度の測定はこの後も継続して行い、約２０秒に１回の頻度で採取する３次元点群データから、既述のとおり、この場合、円筒形の立体形状の鋼管杭Ｐを自動で認識し、その認識した鋼管杭Ｐの上部から下部まで１０分割にした水平断面円形状から円の中心を求め、その中心を鉛直方向に直線で近似することにより、つまり、１０分割にした各水平断面円形状の中心位置を結ぶ直線を鋼管杭Ｐの中心軸として、鋼管杭Ｐの傾斜角と傾斜方向を算出する。

このようにして鋼管杭Ｐの鉛直度を確認した後、打設オペレータは鋼管杭回転圧入装置Ｍにより鋼管杭Ｐを回転させながら地盤に圧入する。鋼管杭回転圧入装置Ｍにより鋼管杭Ｐを回転させながら地盤に圧入すると、鋼管杭Ｐの下端開口部から鋼管杭Ｐ内に土砂が浸入して鋼管杭Ｐと地盤との摩擦力が大きくなるため、この場合は、鋼管杭Ｐの回転を一時停止させて、クレーンにより吊り下げ支持されたハンマグラブを鋼管杭Ｐ内に落下させ、このハンマグラブで鋼管杭Ｐ内の土砂を採取して鋼管杭Ｐの外に排出する。このようにして鋼管杭Ｐ内の土砂を取り出したら、鋼管杭回転圧入装置Ｍの運転を再開して、鋼管杭Ｐを回転させながら地盤に圧入していく。この間、既述のとおり、この鋼管杭Ｐの鉛直度の測定を継続して行い、約２０秒に１回の頻度で採取する３次元点群データから、図５に示すように、円筒形の立体形状の鋼管杭Ｐを自動で認識し、その認識した鋼管杭Ｐの上部から下部まで１０分割にした水平断面円形状から円の中心を求め、その中心を鉛直方向に直線で近似することにより、つまり、１０分割にした各水平断面円形状の中心位置を結ぶ直線を鋼管杭Ｐの中心軸として、鋼管杭Ｐの傾斜角と傾斜方向を算出する。また、この場合、鋼管杭Ｐの位置ずれを、その中心軸が地盤の地表面と交差するところの座標と初期値（地盤の地表面における鋼管杭の設計上の杭芯座標）とを比較することで確認する。この鋼管杭Ｐの傾きや位置ずれの確認に要する時間は、３次元点群データの測定に約１５秒、３次元点群データの解析に約５−１０秒、鋼管杭Ｐの傾きの表示に約１秒である。その結果、鋼管杭Ｐが地盤中で鉛直方向に対して傾いていれば、打設オペレータはタブレット３の画面上で鋼管杭Ｐの傾斜角、傾斜方向を確認することができ、また、この場合、各工程で算出した鋼管杭Ｐの中心軸の鉛直方向に対する傾斜角、傾斜方向、鋼管杭Ｐの中心軸のずれ、鋼管杭Ｐの先端位置を計測時刻に関連付けていることにより、図４（ｂ）に示すように、タブレット３の画面上に鋼管杭Ｐが傾き始めた位置まで遡って表示できるので、鋼管杭Ｐが傾き始めた位置を確認することができ、鋼管杭Ｐを傾き始めた位置の直前まで戻し、鉛直方向へ打ち込みし直すことにより、鋼管杭Ｐの傾きや鋼管杭Ｐの位置ずれを速やかに修正することができる。そして、鋼管杭Ｐの鉛直性、鋼管杭Ｐの杭芯の設計上の位置が確保されると、それをタブレット３の画面上で即時に確認することができる。

そして、先行する鋼管杭Ｐの上端部に、接続用の鋼管杭Ｐの下端部を溶接により固着して継ぎ足すときは、鋼管杭回転圧入装置Ｍの運転を一時停止して、鋼管杭Ｐの上端部に、接続用の鋼管杭Ｐを溶接により固着して継ぎ足した後、鋼管杭回転圧入装置Ｍの運転を再開して、鋼管杭Ｐを回転させながら地盤に圧入させていく。同時に、１台の３次元レーザスキャナー１とパソコン２とにより、同様に、柱状構造物の３次元点群データの読み込み工程、３次元点群データの解析・柱状構造物の鉛直性評価工程を順次行って、鋼管杭Ｐの鉛直性を確認し、パソコン２と無線で繋いだタブレット３を使って、柱状構造物の鉛直性評価通知工程を行い、鋼管杭Ｐの傾きや鋼管杭Ｐの位置ずれの評価を鋼管杭Ｐの建て込みに反映させる。

このように全旋回圧入工法に本方法を導入することによって、操作室で鋼管杭Ｐの打設オペレータが鋼管杭Ｐの圧入作業を行う中で、３次元レーザスキャナー１及びパソコン２により鋼管杭Ｐの３次元点群データを採取し、鋼管杭Ｐの傾斜測定と地面付近の杭芯のずれとその向きの測定を同時に実行して、その測定結果を打設オペレータの下にあるタブレット３に通知でき、しかも、３次元レーザスキャナー１により鋼管杭Ｐの３次元点群データを採取してから、パソコン２により３次元点群データの解析、評価、評価結果の通知までを連続的に１分以内で処理できるので、打設オペレータはタブレット３の画面で鋼管杭Ｐの建て込み状況をリアルタイムに確認することができ、タブレット３の画面上で鋼管杭Ｐの傾きの変化があればそれをいち早く知って鋼管杭Ｐの打ち込み方向を速やかに修正することができ、杭芯のずれがあれば、杭芯のずれを速やかに修正することができ、鋼管杭Ｐの鉛直性、杭芯の位置が確保されれば、それをタブレット３の画面で即座に確認することができる。これにより、鋼管杭Ｐの建て込み施工において品質管理の適正化を高いレベルで実行することができる。

以上説明したように、本方法によれば、既述のとおり、鋼管杭を含む柱状構造物を地盤に建て込むに当たり、１台の３次元レーザスキャナー１を使用して、地盤上の柱状構造物の３次元点群データを一定時間毎に継続的に採取し、この柱状構造物の３次元点群データをパソコン２で一定時間毎に継続的に解析して、柱状構造物の３次元点群データが持つ３次元座標をもとに柱状構造物の立体形状及びその上部及び下部を推定するとともに、当該上部、下部間を複数に分割して柱状構造物の立体形状を複数の水平断面形状で表して各水平断面形状の中心を結ぶ直線を柱状構造物の中心軸と推定し、この中心軸の鉛直方向に対する傾斜角及び傾斜方向を算出して、柱状構造物の鉛直度を計測するので、全旋回杭圧入工法において鋼管杭建て込み時の鉛直度の計測を短時間にかつ高精度にしかも連続的に行うことができ、本方法を全旋回圧入工法に導入することにより、鋼管杭の最終的な鉛直精度を一般的な１／１００から１／５００（１２ｃｍ／６，０００ｃｍが確保できるようにすること）まで高めることができる。

なお、この実施の形態では、本方法を全旋回杭圧入工法により鋼管杭を地盤に建て込む工事に適用して説明したが、本方法は、全旋回杭圧入工法の他に、既製杭打撃工法、ケーソン圧入工法などで、新設、既設の土木・建築構造物の特に柱状構造物を地盤に建て込む場合にも、同様に適用することができ、上記実施の形態と同様の作用効果を奏することができる。

また、この実施の形態では、鋼管杭を含む柱状構造物を地盤に打設して建て込むときの柱状構造物の鉛直度を計測する場合について例示したが、本方法は、橋脚などのＲＣ構造物の中長期傾斜及び変位計測方法など柱状構造物を地盤に打設した建て込み後の柱状構造物の鉛直度を計測する場合にも、同様に適用することができ、上記実施の形態と同様の作用効果を奏することができる。

１ ３次元レーザスキャナー
２ パソコン
３ モバイル端末（タブレット）

Claims (5)

1. 鋼管杭を含む柱状構造物を地盤に打設して建て込むときの又は建て込み後の前記柱状構造物の鉛直度を計測する柱状構造物鉛直度計測方法であって、
   １台の３次元レーザスキャナー及びを３次元点群データ解析用のソフトウェアを含む各種データ処理を行うソフトウェアをインストールし、前記柱状構造物の直径、軸方向の長さ、前記地盤の地表面における前記柱状構造物の設計上の軸心座標を含む各種情報を記録したパソコンを用い、
   前記３次元レーザスキャナーを前記柱状構造物から所定の距離離れた位置に前記柱状構造物に向けて設置するとともに、前記３次元レーザスキャナーに前記パソコンを有線又は無線で接続し、
   前記３次元レーザスキャナーで前記柱状構造物の表面にレーザ光を一定時間毎に継続的に照射して前記地盤上の前記柱状構造物の３次元点群データを一定時間毎に継続的に採取し、前記柱状構造物の前記３次元点群データを前記パソコンに記録して、
   前記パソコンで前記柱状構造物の前記３次元点群データを解析し、前記柱状構造物の前記３次元点群データが持つ３次元座標をもとに３次元モデルデータを作成して前記柱状構造物の立体形状及びその上部及び下部を推定するとともに、当該上部、下部間を複数に分割して前記柱状構造物の立体形状を複数の水平断面形状で表して前記各水平断面形状が持つ３次元座標情報をもとに前記各水平断面形状の中心を求め、前記各水平断面形状の中心を結ぶ直線を前記柱状構造物の中心軸と推定して前記柱状構造物の中心軸の鉛直方向に対する傾斜角及び傾斜方向を算出し、前記柱状構造物の鉛直度を計測する、
   ことを特徴とする柱状構造物鉛直度計測方法。
2. 柱状構造物の中心軸と地盤の地表面との交差地点の座標を求め、前記交差地点の座標と前記地盤の地表面における前記柱状構造物の設計上の軸心座標との離隔を前記柱状構造物の中心軸のずれとして算出する請求項１に記載の柱状構造物鉛直度計測方法。
3. 柱状構造物の３次元点群データの持つ３次元座標をもとに推定する前記柱状構造物の高さと前記柱状構造物の軸方向の長さから、地盤中に圧入された前記柱状構造物の先端の座標を推定し、前記柱状構造物の先端の座標から前記地盤の地表面における前記柱状構造物の設計上の軸心座標からのずれを算出する請求項２に記載の柱状構造物鉛直度計測方法。
4. 柱状構造物の中心軸の鉛直方向に対する傾斜角、傾斜方向、前記柱状構造物の中心軸のずれ、前記柱状構造物の先端位置とを計測時刻に関連付けることにより、前記柱状構造物の建て込み進捗状況をパソコンのディスプレイに視覚的に表示する請求項３に記載の柱状構造物鉛直度計測方法。
5. パソコンと柱状構造物の打設オペレータ用のモバイル端末を無線で接続し、前記パソコンのディスプレイに表示される柱状構造物の建て込み進捗状況を前記モバイル端末に表示して柱状構造物の打設オペレータに通知する請求項４に記載の柱状構造物鉛直度計測方法。

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