JP2022132996A

JP2022132996A - 杭打設施工管理方法

Info

Publication number: JP2022132996A
Application number: JP2021031776A
Authority: JP
Inventors: 弘幸三枝; Hiroyuki Saegusa
Original assignee: Toa Corp
Current assignee: Toa Corp
Priority date: 2021-03-01
Filing date: 2021-03-01
Publication date: 2022-09-13
Anticipated expiration: 2041-03-01
Also published as: JP7550680B2

Abstract

【課題】バイブロハンマを使用して地盤に打設している杭の下端部が貫入している地層の硬さをより確実に把握できる杭打設施工管理方法を提供する。
【解決手段】
バイブロハンマ２を使用して杭１を地盤Ｇに打設するとともに、杭１の貫入方向の加速度または速度と、杭１のひずみとを測定する。そして、その測定データを用いて、杭１の打設振動周期毎に、杭１に作用する貫入方向の地盤抵抗力の最大値と最小値との差である地盤抵抗力の振幅量を算出する。そして、その算出した杭１に作用する貫入方向の地盤抵抗力の振幅量に基づいて、杭１の下端部１ａが貫入している地層の硬さを把握する。
【選択図】図１

Description

本発明は、杭打設施工管理方法に関し、さらに詳しくは、バイブロハンマを使用して地盤に打設している杭の下端部が貫入している地層の硬さをより確実に把握できる杭打設施工管理方法に関するものである。

バイブロハンマを使用して杭を打設する施工では、地盤の任意の位置でボーリング調査やＮ値測定（標準貫入試験）などの地質調査を行い、Ｎ値などの地層の硬さを評価する指標に基づいて杭を打設する地盤の支持層を選定している。従来では、杭打ち貫入量の管理装置のように杭の打設時に杭の単位時間当たりの貫入量（貫入速度）を計測し、その計測データから算出した杭の下端部の深度と地質調査で把握した調査位置での支持層の深度とを比較して、杭が支持層に到達したか否かを推定していた（特許文献１参照）。

しかしながら、必ずしも地質調査を行った調査位置と杭の打設位置とで支持層の深度が同じであるとは限らず、同じ地盤であっても支持層が存在する深度にはバラツキがある。そのため、杭の下端部の深度を把握するだけでは、杭の下端部が貫入している地層の硬さを把握できず、杭が支持層に到達しているか否かを確実に把握することはできない。それ故、杭の下端部が貫入している地層の硬さをより確実に把握するには改善の余地がある。

特開２０１１－２０２４５０号公報

本発明の目的は、バイブロハンマを使用して地盤に打設している杭の下端部が貫入している地層の硬さをより確実に把握できる杭打設施工管理方法を提供することにある。

上記目的を達成するため本発明の杭打設施工管理方法は、バイブロハンマを使用して地盤に打設している杭の貫入状況を把握する杭打設施工管理方法において、前記杭を前記地盤に打設するとともに、前記杭の貫入方向の加速度または速度と、前記杭のひずみとを測定し、その測定データを用いて、打設振動周期毎に、前記杭に作用した貫入方向の地盤抵抗力の最大値と最小値との差である前記地盤抵抗力の振幅量を算出し、その算出した前記地盤抵抗力の振幅量に基づいて、前記杭の下端部が貫入している地層の硬さを把握することを特徴とする。

打設振動周期毎の杭に作用した貫入方向の地盤抵抗力の最大値と最小値との差である地盤抵抗力の振幅量の大きさは、杭の下端部が貫入している地層の硬さに対応して増減する。それ故、本発明によれば、地盤に打設している杭の貫入方向の加速度または速度と、杭のひずみとを測定し、その測定データを用いて、打設振動周期毎の杭に作用した地盤抵抗力の振幅量を算出することで、その算出した地盤抵抗力の振幅量に基づいて、杭の下端部が貫入している地層の硬さをより確実に把握できる。

バイブロハンマにより杭を地盤に打設している状況を断面視で例示する説明図である。バイブロハンマにより杭を地盤に打設する過程を断面視で例示する説明図である。ＣＡＳＥ法に基づいて算出した杭を比較的軟らかい地層に貫入している場合の打設振動周期毎の杭の貫入方向の変位量と、杭に作用した貫入方向の地盤抵抗力との関係を例示するグラフ図である。ＣＡＳＥ法に基づいて算出した杭を比較的硬い地層に貫入している場合の打設振動周期毎の杭の貫入方向の変位量と、杭に作用した貫入方向の地盤抵抗力との関係を例示するグラフ図である。除荷点法に基づいて算出した杭を比較的軟らかい地層に貫入している場合の打設振動周期毎の杭の貫入方向の変位量と、杭に作用した貫入方向の地盤抵抗力との関係を例示するグラフ図である。除荷点法に基づいて算出した杭を比較的硬い地層に貫入している場合の打設振動周期毎の杭の貫入方向の変位量と、杭に作用した貫入方向の地盤抵抗力との関係を例示するグラフ図である。ＣＡＳＥ法に基づいて算出した杭に作用する貫入方向の地盤抵抗力の振幅量と杭の下端部の深度との関係を例示するグラフ図である。除荷点法に基づいて算出した杭に作用する貫入方向の地盤抵抗力の振幅量と杭の下端部の深度との関係を例示するグラフ図である。

以下、本発明の杭打設施工管理方法（以下、管理方法という）を図に示した実施形態に基づいて説明する。

図１に例示する本発明の管理方法では、バイブロハンマ２を使用して地盤Ｇに打設している杭１の貫入状況を把握する。以下では、陸上打設機３によりバイブロハンマ２を使用して陸上の地盤Ｇに杭１を打設する場合を例示して管理方法を説明する。この管理方法は、陸上の地盤Ｇに杭１を打設する場合に限らず、例えば、作業船に搭載されたバイブロハンマ２を使用して水中の地盤Ｇにケーシングパイプなどの杭１を打設する施工等のその他の施工にも採用できる。

図１に例示するように、杭１を上下方向に延在して配置し、陸上打設機３に吊り下げられたバイブロハンマ２により杭１の杭頭部１ｂを保持した状態で、バイブロハンマ２により杭１を貫入方向に振動させることで、杭１を地盤Ｇに貫入していく。この実施形態では、複数の管体を長手方向に継ぎ合わせて形成した杭１を用いているが、杭１の構造は特に限定されず、例えば、１本の管体で形成された杭１を用いることもできる。

この管理方法では、打設時の杭１の貫入方向の加速度または速度を測定する測定手段１０と、打設時の杭１のひずみを測定するひずみセンサ１３と、測定手段１０およびひずみセンサ１３によって取得された測定データ（杭１の加速度または速度の測定値と杭１のひずみの測定値）が入力される演算装置１４とを使用する。演算装置１４には、コンピュータ等を用いる。この実施形態では、測定手段１０として、杭１の周面に付設されるターゲット１１と、ターゲット１１を撮影する撮影装置１２とを使用して、打設時の杭１の貫入方向の速度（以下、杭１の速度という）を測定する場合を例示している。

ターゲット１１は、例えば、四角形状などの複数の目印が貫入方向および横方向に間隔をあけて配列して付されたシートや、格子状の目印が付されたシートなどで構成される。ターゲット１１は、杭１の貫入方向に延在させて付設し、接着剤や結束具などを用いて杭１の周面に固定する。

撮影装置１２は、杭１に付されたターゲット１１から離れた所定位置に設置して、一定の位置から一定の撮影方向でターゲット１１を動画撮影或いは静止画像を連続撮影する。撮影装置１２は、杭１の打設による振動が伝わり難い、杭１を打設する地盤Ｇから離れた位置に配置することが好ましい。

この実施形態では、杭１を地盤Ｇに打設しているときに、撮影装置１２によって、杭１が貫入される地盤Ｇの表面よりも上方の地上に露出している部分のターゲット１１が撮影される。そして、その撮影装置１２が取得したターゲット１１の経時変位を示す撮影データを用いて、杭１の速度が逐次測定される。撮影装置１２が取得した測定データは、演算装置１４に逐次入力される構成になっている。例えば、撮影装置１２が取得したターゲット１１の経時変位を示す撮影データを演算装置１４に入力し、演算装置１４がその入力された撮影データを用いて杭１の速度や加速度を算出する構成にすることもできる。

測定手段１０は、打設時の杭１の加速度または速度の少なくともいずれかを測定できる構成であれば特に限定されず、例えば、加速度センサや速度センサなどのその他の測定機器で構成することもできる。測定手段１０として、杭1に設置する加速度センサや速度センサを用いる場合には、例えば、地上に露出している杭１の上部に設置する。加速度センサや速度センサにかかる負荷は比較的大きくなるが、加速度センサや速度センサを杭１の下端部１ａに設置すると杭１の加速度や速度を精度よく測定するには有利になる。杭１の下端部１ａは、例えば、杭１の下端から杭１の貫入方向において杭長の１０％以内の範囲である。

ひずみセンサ１３は、例えば、地上に露出している杭１の上部に設置する。ひずみセンサ１３にかかる負荷は比較的大きくなるが、ひずみセンサ１３を杭１の下端部１ａに設置すると杭１のひずみを精度よく測定するには有利になる。

図２の（ａ）～（ｅ）は、バイブロハンマ２を使用して杭１を地盤Ｇに打設しているときの、打設振動の１周期における杭１の動きと杭１に作用する貫入方向の地盤抵抗力Ｒ（圧縮応力および引張応力）の推移を示している。図２の（ａ）～（ｅ）に示す白抜きの矢印は、バイブロハンマ２により杭１に付与されている力の方向（バイブロハンマ２による入力方向）を示している。

図２の（ａ）に示すように、バイブロハンマ２により杭１の下端が未貫入地盤Ｇａ（杭１が未だ貫入していない地盤深度領域）の上端面よりも上方に引き上げられて、バイブロハンマ２が打設振動周期における最上点に達した状態から、バイブロハンマ２により杭１に対して下方向の貫入力が加えられることで、杭１が未貫入地盤Ｇａに向かって下方移動する。そして、図２の（ｂ）に示すように、杭１の下端が未貫入地盤Ｇａの上端面に到達するまでは、下方移動する杭１に対して杭１の側面と既に貫入済みの貫入穴との間の摩擦による上方向の地盤抵抗力Ｒ（圧縮応力）が作用し、杭１には概ね一定の比較的小さな上方向の地盤抵抗力Ｒが作用した状態となる。

次いで、図２の（ｃ）に示すように、バイブロハンマ２により杭１に対して加えられる下方向の貫入力により杭１の下端部１ａが未貫入地盤Ｇａに貫入し、杭１は杭１の側面と既に貫入済みの貫入穴との間の摩擦による上方向の地盤抵抗力Ｒに加えて、さらに杭１の下端面と杭１の下端部１ａの側面に未貫入地盤Ｇａから上方向の比較的大きな地盤抵抗力Ｒを受ける。そして、杭１に作用する上方向の地盤抵抗力Ｒが増加することで、杭１に作用する上方向の地盤抵抗力Ｒが図２の（ｂ）の状況に比して増加する。

次いで、図２の（ｄ）に示すように、バイブロハンマ２が打設振動周期の最下点に達すると、バイブロハンマ２により杭１に付与される力が下方向から上方向に変化し、杭１が新たな未貫入地盤Ｇａの上端面から上方移動する。そして、図２の（ｅ）に示すように、再びバイブロハンマ２が打設振動周期における最上点に達するまで、杭１には杭１の側面と既に貫入済みの貫入穴との間の摩擦による下方向の地盤抵抗力Ｒ（引張応力）が作用し、上方移動する杭１に比較的小さな下方向の地盤抵抗力Ｒが作用した状態となる。

そして、バイブロハンマ２の打設振動の１周期が終わり、次の打設振動周期における図２の（ａ）の状況に移行する。バイブロハンマ２を使用した杭１の打設では、図２の（ａ）～（ｅ）に示す１サイクルを、打設振動周期毎に反復して繰り返すことで、杭１を地盤Ｇに貫入していく。

本発明者は、杭１を打設しているときの杭１の下端部１ａの貫入方向の変位量（以下、杭１の下端部１ａの変位量という）と杭１に作用する貫入方向の地盤抵抗力Ｒ（以下、杭に作用する地盤抵抗力Ｒという）との関係データを取得した。そして、その関係データと杭１を打設する地盤Ｇに対して事前に行われる地質調査から得られる地盤Ｇの深さ方向の硬さ分布との関係について分析を行った。

図３～図６はそれぞれ、バイブロハンマ２により杭１を地盤Ｇに打設した場合の、打設振動の１周期における、測定手段１０によって取得した杭１の加速度または速度の測定データを用いて算出した杭１の下端部１ａの変位量と、ひずみセンサ１３によって取得した杭１のひずみの測定データを用いて算出した杭１に作用する地盤抵抗力Ｒとの関係データを示したグラフである。図３～図６の縦軸のプラス側の地盤抵抗力Ｒは杭１に作用する上方向の地盤抵抗力Ｒ（圧縮応力）を示し、マイナス側の地盤抵抗力Ｒは杭１に作用する下方向の地盤抵抗力Ｒ（引張応力）を示している。グラフ上の点Ｐは打設振動の１周期において地盤抵抗力Ｒが最大値Ｒ_ＭＡＸとなる点を示し、点Ｑは地盤抵抗力Ｒが最小値Ｒ_ｍｉｎとなる点を示している。

打設時に杭１に作用した地盤抵抗力Ｒは、ひずみセンサ１３によって取得した杭１のひずみの測定データを用いて、ＣＡＳＥ法や除荷点法などの公知の算出手法に基づいて算出することが可能である。一般的に、ＣＡＳＥ法は、打設した杭の支持力を評価する試験として知られている衝撃載荷試験で用いられる算出手法であり、除荷点法は急速載荷試験で用いられる算出手法である。ＣＡＳＥ法や除荷点法に限らず、その他の算出手法に基づいて、杭１のひずみの測定データから、杭１に作用した地盤抵抗力Ｒを算出してもよい。

衝撃載荷試験では、一般的に杭１に載荷を加える相対載荷時間は５以下と比較的短く設定されている。急速載荷試験では、一般的に相対載荷時間は５以上５００以下と比較的長く設定されている。相対載荷時間の数値は、載荷の時間中に応力波が杭体を往復する回数を示している。

相対載荷時間によらず、ＣＡＳＥ法と除荷点法のいずれの算出手法でも、杭１のひずみの測定データから、杭１に作用した地盤抵抗力Ｒを算出することは可能であるが、相対載荷時間が５以下の場合にはＣＡＳＥ法に基づいて算出し、相対載荷時間が５以上５００以下の場合には除荷点法に基づいて算出するとよい。

図３と図４は、ＣＡＳＥ法に基づいて杭１に作用した地盤抵抗力Ｒを算出した関係データであり、図５と図６は、除荷点法に基づいて杭１に作用した地盤抵抗力Ｒを算出した関係データである。図３と図５は、杭１の下端部１ａの深度が－３．０ｍの比較的軟らかい地層に貫入しているときの関係データを示している。図４と図６は、杭１の下端部１ａの深度が－１７．５ｍの支持層Ｓに選定された比較的硬い地層に貫入しているときの関係データを示している。

図３～図６に例示するように、杭１の打設時には、図２の（ａ）～（ｅ）を参照して説明した打設振動の１周期（１サイクル）により、打設振動の１周期における杭１の下端部１ａの変位量と、杭１に作用した地盤抵抗力Ｒとの関係データは、楕円状に近い推移を示すグラフとなる。

図３と図５に例示するように、杭１の下端部１ａが比較的軟らかい地層に貫入しているときには、杭１が下方移動する際にも上方移動する際にも、杭１の下端部１ａが未貫入地盤Ｇａから受ける地盤抵抗力Ｒは比較的小さく、杭１の下端部１ａの変位量は比較的大きくなる。そのため、打設振動の１周期における杭１に作用する貫入方向の地盤抵抗力Ｒの最大値Ｒ_ＭＡＸと最小値Ｒ_ｍｉｎとの差である地盤抵抗力Ｒの振幅量Ａ（以下、地盤抵抗力Ｒの振幅量Ａという）は、比較的小さくなる。

それに対して、図４と図６に例示するように、杭１の下端部１ａが支持層Ｓに選定されるような比較的硬い地層に貫入しているときには、杭１が下方移動する際にも上方移動する際にも、杭１の下端部１ａが未貫入地盤Ｇａから受ける地盤抵抗力Ｒは比較的大きく、杭１の下端部１ａの変位量は比較的小さくなる。そのため、打設振動の１周期における杭１に作用する地盤抵抗力Ｒの振幅量Ａは、比較的大きくなる。図３および図４に示すＣＡＳＥ法を採用した場合と、図５および図６に示す除荷点法を採用した場合とでは、杭１に作用する地盤抵抗力Ｒの数値は多少異なるが、いずれの算出手法で算出した場合にも同じ傾向を示している。

さらに、杭１の下端部１ａが位置する深度毎に、打設振動周期毎の杭１に作用した地盤抵抗力Ｒの振幅量Ａと、地質調査から得られた地盤Ｇの深さ方向の硬さ分布のデータとの比較を行った。その結果、杭１に作用した地盤抵抗力Ｒの振幅量Ａは、杭１の下端部１ａが貫入している地層の硬さ（例えば、Ｎ値）と高い相関性を有していることが分かった。

そこで、この管理方法では、打設振動周期毎の杭１に作用する地盤抵抗力Ｒの振幅量Ａと、杭１の下端部１ａが貫入している地層の硬さとの相関性に着目して、管理対象となる杭１の下端部１ａが貫入している地層の硬さを把握する。以下に、この管理方法の作業手順の一例を説明する。

この管理方法では、管理対象となる杭１を地盤Ｇに打設する施工工程の前に、打設振動周期毎に杭１に作用する地盤抵抗力Ｒの振幅量Ａに対応する地層の硬さ（例えば、Ｎ値）の数値を把握するキャリブレーションとして、事前試験を行うとよい。事前試験では、バイブロハンマ２を使用して杭１を地盤Ｇに打設するとともに、測定手段１０により杭１の貫入方向の加速度または速度を測定し、ひずみセンサ１３により杭１のひずみを測定する。

この実施形態では、杭１の周面にターゲット１１を付設しておき、杭１を打設するとともに、撮影装置１２によりターゲット１１を撮影する。そして、撮影装置１２が取得したターゲット１１の経時変位を示す撮影データを用いて、杭１の速度を逐次測定し、その測定データを演算装置１４に逐次入力する。また、杭１に設置したひずみセンサ１３により杭１のひずみを逐次測定し、その測定データを演算装置１４に逐次入力する。

演算装置１４により、測定手段１０およびひずみセンサ１３から入力された測定データを用いて、打設振動周期毎に杭１に作用した地盤抵抗力Ｒの振幅量Ａを算出する。そして、その打設振動周期毎の杭１に作用した地盤抵抗力Ｒの振幅量Ａと杭１の下端部１ａの深度との関係データを取得しておく。打設時の杭１の下端部１ａの深度は、測定手段１０によって取得した杭１の速度や加速度の測定データに基づいて算出することが可能である。杭１の下端部１ａの深度を測定する方法は特に限定されず、例えば、杭１に深度計を設置して杭１の下端部１ａの深度を測定することもできる。

打設振動周期毎の杭１に作用する地盤抵抗力Ｒの振幅量Ａと杭１の下端部１ａの深度との関係データと、地質調査で得られる地盤Ｇの深さ方向の硬さ分布のデータと比較することで、打設振動周期毎に杭１に作用する地盤抵抗力Ｒの振幅量Ａに対応する地層の硬さ（例えば、Ｎ値）の数値を把握できる。また、支持層Ｓに選定した地層の硬さに対応する地盤抵抗力Ｒの振幅量Ａの目標値Ａｓを設定できる。

管理対象となる杭１を地盤Ｇに打設する施工工程では、バイブロハンマ２を使用して杭１を地盤Ｇに打設するとともに、測定手段１０により杭１の加速度または速度を測定し、ひずみセンサ１３により杭１のひずみを測定し、測定手段１０とひずみセンサ１３によって取得した測定データを演算装置１４に入力する。そして、測定手段１０およびひずみセンサ１３から入力された測定データを用いて、演算装置１４により打設振動周期毎に、杭１に作用する貫入方向の地盤抵抗力Ｒの振幅量Ａを算出する。そして、その算出した地盤抵抗力Ｒの振幅量Ａに基づいて、杭１の下端部１ａが貫入している地層の硬さを把握する。

打設振動周期毎の地盤抵抗力Ｒの振幅量Ａは、杭１の下端部１ａが貫入している地層が硬い程、相対的に高い数値を示す。それ故、算出された地盤抵抗力Ｒの振幅量Ａの数値から、杭１の下端部１ａが貫入している地層の相対的な硬さを把握することが可能である。また、杭１の下端部１ａが比較的軟らかい地層から支持層Ｓに選定されるような比較的硬い地層に貫入した場合には、地盤抵抗力Ｒの振幅量Ａが急激に増大し、地盤抵抗力Ｒの振幅量Ａが突出して大きい数値を示す。それ故、地盤抵抗力Ｒの振幅量Ａの数値の大きさや振幅量Ａの変化の大きさから杭１が支持層Ｓに到達しているか否かを把握することが可能である。

さらに、施工工程の前に事前試験を行っておくと、地盤抵抗力Ｒの振幅量Ａに対応する地層の硬さ（例えば、Ｎ値）の数値を把握できるので、算出した地盤抵抗力Ｒの振幅量Ａから、杭１の下端部１ａが貫入している地層の硬さをより精度よく把握できる。また、事前試験および地質調査により、支持層Ｓの硬さに対応する地盤抵抗力Ｒの振幅量Ａの目標値Ａｓを予め設定しておけば、施工工程で算出した地盤抵抗力の振幅量Ａと、予め設定した目標値Ａｓとの比較に基づいて、杭１が支持層Ｓに到達したか否かをより確実に精度よく把握できる。

事前試験は、必要に応じて任意で行うことができる。事前試験で用いる杭１と、施工工程で用いる杭１とは同一物である必要はなく、事前試験と施工工程とで別体の杭１を用いてもよい。ただし、施工工程で使用する杭１と同仕様の杭１を用いて事前試験を行うと、事前試験で取得するデータと、施工工程で取得するデータとの整合性が向上するので、杭１の下端部１ａが貫入している地層の硬さを精度よく把握するには有利になる。

施工工程において、杭１に作用する地盤抵抗力Ｒの振幅量Ａの経時変化データを作成すると、杭１の地盤Ｇへの貫入状況をより把握し易くなり、杭１が支持層Ｓに到達した時点をより判別し易くなる。例えば、杭１に作用する地盤抵抗力Ｒの振幅量Ａの経時変化データに基づいて、地盤抵抗力Ｒの振幅量Ａが予め設定した所定振動周期以上連続して、予め設定した目標値Ａｓを超えた場合に杭１が支持層Ｓに到達したと判断する。一方で、地盤抵抗力Ｒの振幅量Ａが目標値Ａｓを断続的に超えた場合にも、地盤抵抗力Ｒの振幅量Ａが予め設定した所定振動周期以上連続して目標値Ａｓを超えない場合には杭１が支持層Ｓに到達していないと判断する判断基準にすることもできる。

石や砂が多い地層では、比較的軟らかい地層であっても杭１の下端部１ａが石や砂に接触することで、杭１が支持層Ｓに到達していないにもかかわらず、地盤抵抗力Ｒの振幅量Ａが目標値Ａｓを一時的に超えるノイズが発生することも考えられる。それに対して、前述したような判断基準にすると、そのようなノイズにより杭１が支持層Ｓに到達していると誤認する可能性をより低減できる。

図７、図８に示すように、杭１を地盤Ｇに打設しているときの杭１の下端部１ａの深度と、杭１に作用した地盤抵抗力Ｒの振幅量Ａとの関係データに基づいて、地盤Ｇの深さ方向の硬さ分布を算出する。そして、その算出した硬さ分布と杭１の下端部１ａの深度とにより、杭１の地盤Ｇへの貫入状況を把握すると、杭１が支持層Ｓに到達したか否かをより確実に精度よく把握できる。図７は、ＣＡＳＥ法に基づいて地盤抵抗力Ｒの振幅量Ａを算出した場合のデータを例示している。図８は、除荷点法に基づいて地盤抵抗力Ｒの振幅量Ａを算出した場合のデータを例示している。

地質調査を行う位置と施工工程で杭１を打設する位置は異なるが、支持層Ｓとして選定した地層が分布している深度の範囲は、地質調査から得られる地盤Ｇの深さ方向の硬さ分布のデータからある程度推定できる。それ故、例えば、事前試験を行わずとも、図７や図８に例示するグラフを参照して、地質調査により支持層Ｓが存在すると推定される支持層Ｓの推定深度と、杭１の下端部１ａの深度との距離差が、予め設定した所定距離以内（例えば、１～２ｍ以内）であり、杭１に作用した地盤抵抗力Ｒの振幅量Ａが突出して大きな数値を示した場合や振幅量Ａの変化の大きさが突出して大きくなった場合には、その時点で杭１が支持層Ｓに到達したと判断できる。

事前試験を行った場合には、地質調査により支持層Ｓが存在すると推定される支持層Ｓの推定深度と、杭１の下端部１ａの深度との距離差が、予め設定した所定距離以内（例えば、１～２ｍ以内）であり、かつ、杭１に作用する地盤抵抗力Ｒの振幅量Ａが、予め設定した目標値Ａｓを超えた場合に杭１が支持層Ｓに到達したと判断する。そして、杭１に作用した地盤抵抗力Ｒの振幅量Ａが目標値Ａｓを超えた場合にも、支持層Ｓの推定深度と杭１の下端部１ａの深度との距離差が予め設定した所定距離以上であれば、杭１が支持層Ｓに到達していないと判断する。杭１が支持層Ｓの推定深度よりも極端に浅い深度において、地中に存在する石や砂などの影響によるノイズが発生することも考えられるが、このような判断基準にすると、そのようなノイズにより杭１が支持層Ｓに到達していると誤認する可能性をより低減できる。

このように、この管理方法では、打設している杭１の加速度または速度と杭１のひずみとを測定し、その測定データを用いて、打設振動周期毎の杭１に作用する地盤抵抗力Ｒの振幅量Ａを算出することで、その算出した地盤抵抗力Ｒの振幅量Ａに基づいて、杭１の下端部１ａが貫入している地層の硬さをより確実に把握できる。杭１の加速度または速度を測定する測定手段１０と、杭１のひずみを測定するひずみセンサ１３と、コンピュータ等の演算装置１４とを用いるだけで簡易に実施でき、算出した地盤抵抗力Ｒの振幅量Ａを評価するだけで杭１の下端部１ａが貫入している地層の硬さを簡便に把握できるので、当業者にとって非常に有益である。

さらに、この管理方法は、杭１を地盤Ｇに打設している最中に測定手段１０およびひずみセンサ１３が取得した測定データを用いて、打設振動周期毎の地盤抵抗力Ｒの振幅量Ａを逐次算出することで、杭１の下端部１ａが貫入している地層の硬さをリアルタイムに把握することが可能である。杭１の打設作業中に杭１が支持層Ｓに到達したか否かをリアルタイムで判断することが可能になるので、杭１の打設管理を行う当業者にとっては極めて有用である。なお、この管理方法は、杭１の打設作業を終えた後に、杭１が支持層Ｓに到達しているか否かを確認する管理方法として採用することもできる。

複数の管体を直列に継ぎ合わせて構成される杭１では、測定手段１０として速度計や加速度センサを杭１の上部に設置すると、測定データに管体どうしの継ぎ目部分の遊びなどの影響によるノイズが生じる可能性がある。そのため、測定手段１０として、杭１に設置する加速度センサなどの測定機器を用いて杭１の加速度または速度を精度よく測定するには、測定機器を出来る限り杭１の下端部１ａに近い位置に設置するほうが有利である。しかし、杭１の下端部１ａに測定機器を設置すると測定機器に土砂による比較的大きな負荷がかかる。また、測定機器が抵抗となり、杭１を貫入するときの地盤抵抗力Ｒに影響を及ぼす可能性もある。

それに対して、この実施形態のように、測定手段１０として、ターゲット１１および撮影装置１２を用いると、杭１の周面にシート状のターゲット１１を巻き付けるだけでよく、杭１を貫入するときの地盤抵抗力Ｒに与える影響は非常に小さい。それ故、杭１に作用する地盤抵抗力Ｒの振幅量Ａを精度よく算出するには有利になる。さらに、撮影装置１２が取得したターゲット１１の経時変位を示す撮影データを用いて、杭１が貫入した深さも算出できるので、杭１に深度計を設置しなくとも杭１の下端部１ａの深度を精度よく把握できる。

また、例えば、測定手段１０として測定機器を杭１の下端部１ａに設置する場合には、地中に位置する測定機器から地上に配置されている演算装置１４に、測定データを送信する必要がある。例えば、無線で通信する場合には、地中と地上との間で通信可能な特殊な無線通信手段を用いる必要がある。有線で通信する場合には、杭１に設置される測定機器と演算装置１４とを長い通信ケーブルで接続する配線作業が必要になる。それに対して、測定手段１０としてターゲット１１および撮影装置１２を用いると、地上に配置した撮影装置１２と演算装置１４とを通信可能に接続するだけでよいので、測定手段１０のセッティングに要する労力や時間を軽減するにも有利になる。

杭１に作用する地盤抵抗力Ｒの振幅量Ａを算出する算出手法は、ＣＡＳＥ法や除荷点法の他にも種々あるが、ＣＡＳＥ法または除荷点法のいずれかに基づいて算出すると、杭１に作用する地盤抵抗力Ｒの振幅量Ａを比較的精度よく算出できる。相対載荷時間が５以下となるような比較的短い相対載荷時間で杭１を打設する場合には、ＣＡＳＥ法に基づいて杭１に作用する地盤抵抗力Ｒの振幅量Ａを算出すると、地盤抵抗力Ｒの振幅量Ａを比較的精度よく算出できる。相対載荷時間が５以上５００以下となるような比較的長い相対載荷時間で杭１を打設する場合には、除荷点法に基づいて杭１に作用する地盤抵抗力Ｒの振幅量Ａを算出すると、地盤抵抗力Ｒの振幅量Ａを比較的精度よく算出できる。

杭１の打設中にバイブロハンマ２の設定周波数を変化させる措置を取る場合などには、相対載荷時間が変化する場合がある。そのような場合には、ＣＡＳＥ法と除荷点法の両方の算出手法に基づいてそれぞれ地盤抵抗力Ｒの振幅量Ａを算出するとよい。そして、それぞれの算出手法で算出した地盤抵抗力Ｒの振幅量Ａと杭１の下端部１ａの深度との関係データに基づいて、それぞれ地盤Ｇの深さ方向の硬さ分布を算出する。そして、それぞれの算出手法で算出した地盤Ｇの深さ方向の硬さ分布と、地質調査で取得している地盤Ｇの深さ方向の硬さ分布とを比較して、地質調査で取得している地盤Ｇの深さ方向の硬さ分布により近い傾向を示しているいずれか一方の算出手法のデータを選択するとよい。このようにすると、相対載荷時間によらず、杭１の下端部１ａが貫入している地層の硬さをより確実に精度よく把握できる。

対象領域に複数本の杭１を打設する場合は、１番最初に打設する杭１を用いて把握した支持層Ｓの深度が、概ねその対象領域全体の支持層Ｓの深度になると考えることができる。そこで、２番目以降に打設する杭１については、その把握した深度の例えば５０％、或いは７０％程度打ち込んでから、この管理方法を適用してその杭１の下端部１ａが貫入している地層の硬さを把握するようにしてもよい。

１杭
１ａ下端部
１ｂ杭頭部
２バイブロハンマ
３陸上打設機
１０測定手段
１１ターゲット
１２撮影装置
１３ひずみセンサ
１４演算装置
Ｇ地盤
Ｇａ未貫入地盤
Ｓ支持層

Claims

バイブロハンマを使用して地盤に打設している杭の貫入状況を把握する杭打設施工管理方法において、
前記杭を前記地盤に打設するとともに、前記杭の貫入方向の加速度または速度と、前記杭のひずみとを測定し、その測定データを用いて、打設振動周期毎に、前記杭に作用した貫入方向の地盤抵抗力の最大値と最小値との差である前記地盤抵抗力の振幅量を算出し、その算出した前記地盤抵抗力の振幅量に基づいて、前記杭の下端部が貫入している地層の硬さを把握することを特徴とする杭打設施工管理方法。
前記杭を前記地盤に打設している最中に逐次取得した前記測定データを用いて、前記打設振動周期毎の前記地盤抵抗力の振幅量を逐次算出し、その算出した前記地盤抵抗力の振幅量に基づいて、前記杭の下端部が貫入している地層の硬さをリアルタイムに把握する請求項１に記載の杭打設施工管理方法。
前記測定データを用いて、ＣＡＳＥ法または除荷点法のいずれかに基づいて算出した前記地盤抵抗力の振幅量に基づいて、前記杭の下端部が貫入している地層の硬さを把握する請求項１または２に記載の杭打設施工管理方法。
周面にターゲットを付設した前記杭を前記地盤に打設するとともに、前記ターゲットから離れた所定位置に設置した撮影装置によって前記ターゲットを撮影し、その撮影装置が取得した前記ターゲットの経時変位を示す撮影データを用いて、前記杭の貫入方向の速度を測定する請求項１～３のいずれかに記載の杭打設施工管理方法。
前記杭を前記地盤に打設しているときの前記杭の下端部の深度を測定し、その測定した前記杭の下端部の深度と前記地盤抵抗力の振幅量との関係データに基づいて、前記地盤の深さ方向の硬さ分布を算出し、この硬さ分布と前記杭の下端部の深度とにより、前記杭の前記地盤への貫入状況を把握する請求項１～４のいずれかに記載の杭打設施工管理方法。