JP2023016137A - 品質管理システム及び、品質管理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】土工事に関し、地盤の締固め状態を施工面全体に対して面的に評価することにより、品質管理の精度向上を図る。【解決手段】地盤を締め固める振動転圧機２の振動加速度を取得する加速度センサ１２と、振動転圧機２の位置情報を取得するＧＮＳＳ１１と、地盤を複数の領域Ｇｎに区画すると共に、振動転圧機２による領域Ｇｎの転圧回数Ｒｎを演算する転圧回数演算部１４と、振動加速度を周波数解析することにより地盤の締固め状態を示す指標値Ｆｔ，Ｅを領域Ｇｎごとにそれぞれ演算する締固め指標値演算部１５，１６と、演算される指標値Ｆｔ，Ｅを領域Ｇｎごとに転圧回数Ｒｎと紐付けて格納するデータベース４４と、データベース４４に格納された転圧回数Ｒｎ及び、指標値Ｆｔ，Ｅを、複数の領域Ｇｎごとにそれぞれ出力可能な出力処理部４５とを備えた。【選択図】図１

Description

本開示は、品質管理システム及び、品質管理方法に関し、特に、土工事における地盤の締固め状態の品質管理に好適な技術に関するものである。

一般に、道路盛土、フィルダム、河川堤防、宅地造成等の土工事においては、振動ローラを用いた転圧施工が行われ、地盤の締固め状態を評価する品質管理が重要となる。従来の土工事の品質管理としては、例えば、砂置換法や水置換法による湿潤密度の計測、炉乾燥法やＲＩ法による含水比の計測、平板載荷試験による地盤剛性の計測等が行われている（例えば、特許文献１，２参照）。

特開２００５－１４６６９２号公報 特開２００７－０１０５６８号公報

上記従来の計測方法は、何れも施工後の事後計測にとどまり、さらには計測結果が出るまでに時間を要するといった欠点がある。このため、転圧不足が判明した時点では、既に施工がある程度進捗している場合が多く、転圧が不足する箇所に何らかの後処置を行おうとすると、多大な手直しや手戻りが必要になるといった課題がある。また、上記従来の計測方法は、何れも離散的な計測であり、施工面全体を多点ないし面的に計測することができないことから、施工品質を高精度に評価できないといった課題もある。

本開示は、上記事情に鑑みてなされたものであり、土工事に関し、地盤の締固め状態を施工面全体に対して面的に評価することにより、品質管理の精度向上を図ることを目的とする。

本開示の品質管理システムは、
地盤に振動を伝達することにより前記地盤を締め固める振動転圧機の振動加速度を取得可能な加速度取得手段と、
前記振動転圧機の位置情報を取得可能な位置情報取得手段と、
前記地盤の表面を複数の領域に区画すると共に、前記振動転圧機による前記複数の領域のそれぞれの転圧回数を、前記位置情報取得手段によって取得される前記位置情報に基づいて演算する転圧回数演算手段と、
前記加速度取得手段によって取得される前記振動加速度を周波数解析することにより、前記振動転圧機によって転圧された前記地盤の締固め状態を示す指標値を前記複数の領域ごとにそれぞれ演算する締固め指標値演算手段と、
前記締固め指標値演算手段によって演算される前記指標値を、前記複数の領域ごとに前記転圧回数と紐付けて格納するデータベースと、
前記データベースに格納された前記転圧回数及び、前記指標値を、前記複数の領域ごとにそれぞれ出力可能な出力処理手段と、を備えることを特徴とする。

本開示の品質管理システムの他の態様は、
前記振動転圧機によって転圧された前記地盤の鉛直方向の変位量である沈下量を少なくとも前記複数の領域ごとに取得可能な沈下量取得手段をさらに備えており、
前記データベースは、前記沈下量取得手段によって取得される前記沈下量を、前記複数の領域ごとに前記転圧回数と紐付けて格納し、
前記出力処理手段は、前記データベースに格納された前記沈下量を、前記複数の領域ごとにそれぞれ出力可能であることが好ましい。

本開示の品質管理システムの他の態様は、
前記締固め指標値演算手段によって演算される前記指標値の収斂傾向及び、又は、前記沈下量取得手段によって取得される前記沈下量の収斂傾向に基づいて、前記地盤が締め固められたか否かを判定する締固め判定手段をさらに備えることが好ましい。

本開示の品質管理システムの他の態様は、
前記振動転圧機によって転圧された前記地盤の含水比を少なくとも前記複数の領域ごとに取得可能な含水比取得手段をさらに備えており、
前記データベースは、前記含水比取得手段によって取得される前記含水比を、前記複数の領域ごとに前記転圧回数と紐付けて格納し、
前記出力処理手段は、前記データベースに格納された前記含水比を、前記複数の領域ごとにそれぞれ出力可能であることが好ましい。

本開示の品質管理システムの他の態様は、
前記含水比取得手段によって取得される前記含水比の変化に基づいて、前記複数の領域ごとに土質材料が変化したか否かを判定する材料変化判定手段をさらに備えることが好ましい。

本開示の品質管理システムの他の態様は、
前記含水比取得手段は、前記振動転圧機の走行軌跡に沿って自律走行可能又は追従走行可能な移動体に搭載されていることが好ましい。

本開示の品質管理システムの他の態様において、
前記締固め指標値演算手段は、
前記振動転圧機の振動力の伝達深さが、一回の転圧施工で締固められる施工層の層厚よりも深い場合には、現施工層の前記指標値を演算する際に、下層の影響を取り除いて演算する補正処理を行うことが好ましい。

本開示の品質管理システムの他の態様において、
前記締固め指標値演算手段は、
第１の所定個数の振動加速度データを１回の周波数解析に必要な処理単位とし、該処理単位よりも少ない第２の所定個数の振動加速度データを取得する度に、直近に取得した前記第２の所定個数の振動加速度データを含む前記処理単位の振動加速度データを用いて周波数解析を行うことにより、前記指標値の演算周期を前記振動加速度データのサンプリング周期よりも短くするシフト処理を実行することが好ましい。

本開示の品質管理システムの他の態様において、
前記締固め指標値演算手段は、前記指標値として、前記周波数解析により求められる加速度応答値と、該加速度応答値から求められる地盤変形係数とを演算することが好ましい。

本開示の品質管理方法は、
地盤に振動を伝達する振動転圧機を用いて前記地盤を締め固める転圧施工を実施し、
前記転圧施工と並行して前記振動転圧機の位置情報を取得し、
前記地盤を複数の領域に区画すると共に、前記振動転圧機による前記複数の領域のそれぞれの転圧回数を、前記位置情報に基づいて演算し、
前記振動転圧機の振動加速度を取得すると共に、取得した前記振動加速度を周波数解析することにより、前記振動転圧機によって転圧された前記地盤の締固め状態を示す指標値を前記複数の領域ごとにそれぞれ演算し、
前記複数の領域ごとに演算される前記指標値を前記転圧回数と紐付けて格納するデータベースを構築し、
前記データベースに格納された前記転圧回数及び、前記指標値を、前記複数の領域ごとにそれぞれ出力することを特徴とする。

本開示の品質管理システム及び、品質管理方法によれば、土工事に関し、地盤の締固め状態を施工面全体に対して面的に評価することにより、品質管理の精度向上を図ることができる。

本実施形態に係る品質管理システムを示す模式的な機能ブロック図である。 本実施形態に係る品質管理システムが適用される現場の一例及び、振動ローラを示す模式図である。 本実施形態に係る転圧回数マップの一例を示す模式図である。 振動ローラの加速度波形及び、加速度波形を周波数解析した結果を模式的に示すグラフである。 本実施形態に係る周波数解析のシフト処理の具体的な一例を説明するタイムチャートである。 本実施形態に係る二層地盤補正に用いる二層構造モデルを説明する概念図である。 本実施形態に係る沈下量取得部の全体構成を説明する模式図である。 本実施形態に係る含水比取得部の全体構成を説明する模式図である。 本実施形態に係る多次元データベースの概略の一例を説明するための模式図である。 本実施形態に係る品質管理方法を説明するフローチャートである。

以下、添付図面に基づいて、本実施形態に係る品質管理システム及び、品質管理方法について説明する。同一の部品には同一の符号を付してあり、それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰り返さない。

［品質管理システム］
図１は、本実施形態に係る品質管理システム１を示す模式的な機能ブロック図であり、図２は、本実施形態に係る品質管理システム１が適用される現場の一例及び、振動ローラ２を示す模式図である。なお、以下において、品質管理システム１は、単に「本実施装置」と称する場合もある。

図１に示すように、品質管理システム１は、転圧回数・加速度解析部１０、沈下量取得部２０（沈下量取得手段）、含水比取得部３０（含水比取得手段）、品質管理処理部４０、表示部５０及び、入力部６０を備えている。本実施装置において、転圧回数・加速度解析部１０は、現場の地盤を締固める振動ローラ２（図２参照）に搭載されている。また、品質管理処理部４０は、一例として、管理事務所８（図２参照）に設けられたパーソナルコンピュータやサーバ等の情報処理装置によって構成されており、転圧回数・加速度解析部１０、沈下量取得部２０、含水比取得部３０、表示部５０及び、入力部６０のそれぞれと通信可能に接続されている。なお、管理事務所８は、施工現場にあってもよく、或いは、施工現場から離れた場所にあってもよい。

転圧回数・加速度解析部１０は、位置情報取得装置１１（位置情報取得手段）、加速度センサ１２（加速度取得手段）、演算処理部１３等を備えている。これら位置情報取得装置１１、加速度センサ１２及び、演算処理部１３は、互いに有線又は無線で通信可能に接続されている。また、演算処理部１３には、振動ローラ２の運転室７等に設けられた車載ディスプレイ１８及び、入力装置１９等がそれぞれ接続されている。

位置情報取得部１１は、例えば、複数の測位衛星からの信号をアンテナ１１Ａで受信することにより振動ローラ２の位置情報を取得するＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System）である。なお、位置情報取得部１１は、ＧＮＳＳ以外の衛星測位システム、例えばＧＰＳ（Global Positioning System）を用いてもよい。位置情報取得部１１が取得する振動ローラ２の位置情報は、演算処理部１３に送信され、演算処理部１３の記憶部に逐次格納される。

加速度センサ１２は、振動ローラ２に取り付けられており、振動ローラ２の鉛直方向の振動加速度を検出する。ここで、振動ローラ２の概略構成を図２（Ｂ）に基づいて説明する。振動ローラ２（振動転圧機の一例）は、駆動輪３を有する車体本体４、不図示の励振装置が設けられた転圧輪５、転圧輪５を支持する支持フレーム６及び、車体本体４に設けられた運転室７等を備えている。転圧輪５は、例えば鋼鉄製であり、励振装置から伝達される加振力によって鉛直方向に振動することにより、地盤を締固めるようになっている。

本実施装置において、加速度センサ１２は、例えば、転圧輪５の非減衰部（図示例では支持フレーム６）に取り付けられており、転圧輪５の鉛直方向加速度（以下、単に振動加速度Ａと称する）を検出できるようになっている。加速度センサ１２が取得する振動加速度Ａは、演算処理部１３に送信され、演算処理部１３の記憶部に逐次格納される。

図１に戻り、演算処理部１３は、ＣＰＵなどの処理部、ＲＡＭやＲＯＭなどの記憶部、入出力用のインターフェイス、補助記憶装置などを備えており、例えば、パーソナルコンピュータ等の情報処理装置を用いて構成されている。演算処理部１３は、ＲＯＭに格納された解析プログラムをＣＰＵが実行することにより、転圧回数演算部１４（転圧回数演算手段）、加速度応答値演算部１５（締固め指標値演算手段）、地盤変形係数演算部１６（締固め指標値演算手段）及び、二層補正処理部１７を備える装置として機能する。

本実施装置において、演算処理部１３は振動ローラ２側に設けられているが、品質管理処理部４０と同様、演算処理部１３を管理事務所８側の情報処理装置に設けることもできる。この場合、演算処理部１３は、位置情報取得装置１１及び、加速度センサ１２のそれぞれと無線通信可能に接続すればよい。

［転圧回数］
転圧回数演算部１４は、振動ローラ２による施工対象地盤Ｇの転圧回数Ｒｎを、位置情報取得部１１が取得する振動ローラ２の位置情報（走行軌跡）に基づいて演算する。具体的には、転圧回数演算部１４は、図２（Ａ）に示すように、現場の施工対象地盤Ｇ（表面）を、例えば１ｍ角の四角形状の複数の領域Ｇ１、Ｇ２・・・Ｇｎにメッシュ状に区画し、各領域Ｇ１、Ｇ２・・・Ｇｎごとに転圧回数Ｒｎを演算する。転圧回数演算部１４は、位置情報取得部１１が取得する振動ローラ２の位置情報に基づき、振動ローラ２が特定の領域（例えば、領域Ｇ１）を１回通過（又は、進入）したことを検出すると、当該領域（領域Ｇ１）の転圧回数Ｒｎを１回としてカウントし、以降、振動ローラ２が当該領域（領域Ｇ１）を通過（又は、進入）する度に回数を逐次加算することにより、当該領域（領域Ｇ１）の転圧回数Ｒｎを演算する。転圧回数演算部１４により演算される転圧回数Ｒｎは、領域Ｇ１、Ｇ２・・・Ｇｎにそれぞれ紐付けられて演算処理部１３の記憶部に格納されると共に、品質管理処理部４０にリアルタイムで送信される。

ここで、転圧回数演算部１４によって演算される転圧回数Ｒｎに基づいて作成される転圧回数マップＭ（ヒートマップ）の一例を図３に示す。図３に示すように、転圧回数マップＭは、振動ローラ２による転圧回数Ｒｎを複数の領域Ｇ１、Ｇ２・・・Ｇｎごとに視覚的に把握できるように表示する。領域Ｇ１、Ｇ２・・・Ｇｎの転圧回数Ｒｎは、図示例のように、転圧回数Ｒｎが多い領域ほど濃い色彩で表示してもよく、或は、領域Ｇ１、Ｇ２・・・Ｇｎごとに具体的な転圧回数Ｒｎ（数値）をそれぞれ表示するようにしてもよい。転圧回数マップＭは、振動ローラ２の運転室７に設けられた車載ディスプレイ１８に表示してもよく、或は、管理事務所８側の表示部５０に表示してもよい。このように、振動ローラ２による転圧回数Ｒｎを各領域Ｇ１、Ｇ２・・・Ｇｎごとに表した転圧回数マップＭをリアルタイムで表示すれば、施工対象地盤Ｇにおいて転圧が十分な領域や転圧が不足している領域を施工と並行して把握できるようになり、施工品質の向上を図ることが可能となる。

［加速度応答値］
加速度応答値演算部１５は、加速度センサ１２が取得する振動加速度Ａに基づいて、加速度応答値Ｆｔ（地盤の締固めに伴い増加する加速度データの乱れ率）を演算する。ここで、振動ローラ２は、励振装置により転圧輪５を鉛直方向に振動させることにより施工対象地盤Ｇを締め固める。地盤を締固める際の転圧輪５の加速度波形は、地盤の締固めに伴い地盤剛性が増加するに従い乱れ、高周波成分がスペクトルとして卓越してくる（図４参照）。加速度応答値演算部１５は、この性質に着目した所謂振動加速度応答法を用いて、加速度応答値Ｆｔを所定の演算周期で演算する。

具体的には、加速度応答値演算部１５は、加速度センサ１２からの信号を高速フーリエ変換（以下、ＦＦＴ解析）することにより、高調波スペクトルＳｉ及び、１／２分数調波スペクトルＳｉ’を求め、以下の数式（１）に基づいて加速度応答値Ｆｔを算出する。

数式（１）において、Ｓｉは高調波スペクトル、Ｓｉ’は１／２分数調波スペクトル、Ｓ_０は基本振動数スペクトル、Ｓ_０’は１／２基本振動数スペクトル、Ｆは振動ローラ２の起振力、ｍ１は支持フレーム６の質量、ｍ２は転圧輪５の質量である。これら起振力Ｆ、質量ｍ１、質量ｍ２は、振動ローラ２の諸元表等に記載された数値を用いればよく、オペレータが入力装置１９や入力部６０を操作することにより入力すればよい。加速度応答値演算部１５により演算される各領域Ｇ１、Ｇ２・・・Ｇｎごとの加速度応答値Ｆｔは、地盤変形係数演算部１６及び、品質管理処理部４０に送信される。

［シフト処理］
ここで、ＦＦＴ解析は、入力データの周波数成分を算出することから、分解能を維持するにはある程度のデータ数（例えば、１０２４個）が必要となる。ＦＦＴ解析の処理において、必要なデータ数を高速なサンプリング速度で取得すれば、広帯域の解析を実現できるが、サンプリング速度を速めすぎると、ＣＰＵの負荷が増大してしまう。このため、サンプリング速度をある程度下げることで、ＣＰＵの処理能力に影響を与えないようにすることが望ましいが、ＦＦＴ解析に必要なデータ数が揃うまでに時間を要することから、演算結果の出力までに時間が掛かってしまう問題がある。

このような観点から、本実施装置では、１秒当たりに１０２４個（第１の所定個数）のデータを取得すると共に、１０２４個のデータをＦＦＴ解析に必要な処理単位とし、処理単位の半分の５１２個（第２の所定個数）のデータが取得される毎に、直近の１０２４個のデータを用いてＦＦＴ解析を行う「シフト処理」を実施する。以下、シフト処理の具体的な一例を図５のタイムチャートに基づいて説明する。

図５に示すように、ｎ回目のＦＦＴ解析は、１０２４個のデータが取得される時刻ｔ０にて実行する。次に、ｎ＋１回目のＦＦＴ解析は、時刻ｔ０から０．５秒経過した時刻ｔ１にて、処理単位の半分の５１２個のデータが取得されると実行する。この際、ＦＦＴ解析は、処理対象の半分を直前のデータ（ｎ回目のＦＦＴ解析で用いたデータ）にシフトして行うことで、ＦＦＴ解析に必要なデータ数を確保する。ｎ＋２回目以降のＦＦＴ解析も同様に、処理対象の半分を直前のデータにシフトして行うことで、演算結果を０．５秒毎に逐次出力する。

すなわち、処理対象の半分を直近のデータにシフトするシフト処理を行うことで、ＦＦＴ解析に必要なデータ数を確保しつつ、サンプリング周期よりも短い周期で演算結果を出力できるように構成されている。これにより、ＦＦＴ解析時の分解能を低下させることなく、演算処理の応答性を効果的に向上できるようになる。

なお、ＦＦＴ解析の処理単位は１０２４個に限定されず、演算処理部１３が備えるＣＰＵの能力やＲＡＭの容量、加速度センサ１２の性能等に応じて適宜の値に設定することができる。また、シフト処理は、処理対象の半分をシフトするものとしたが、目標とするサンプリング周期や演算周期に応じて、シフト量を半分よりも大きい値、或いは、半分未満の値に設定することもできる。

［地盤変形係数］
再び図１に戻り、地盤変形係数演算部１６は、予め実験などで求めた加速度応答値と地盤変形係数との関係式に基づいて、地盤変形係数Ｅ（地盤剛性）を演算する。具体的には、地盤変形係数演算部１６は、加速度応答値演算部１５が演算する加速度応答値Ｆｔ及び、振動ローラ２の諸元値を、以下の数式（２）に代入することにより地盤変形係数Ｅを演算する。

数式（２）において、Ｆは振動ローラ２の起振力、ｍ１は支持フレーム６の質量、ｍ２は転圧輪５の質量、ｆ０は振動数、Ｂは転圧輪５の幅、ｖはポアソン比である。

本実施装置において、加速度応答値Ｆｔ及び、地盤変形係数Ｅは、位置情報取得部１１が取得する振動ローラ２の位置情報と紐付けられて演算処理部１３の記憶部に格納される。すなわち、上述の転圧回数マップＭ（図３参照）と同様、各領域Ｇ１、Ｇ２・・・Ｇｎに対応する加速度応答値Ｆｔ及び、地盤変形係数Ｅをそれぞれヒートマップとして表示することができるようになっている。ヒートマップは、例えば、加速度応答値Ｆｔが大きい領域ほど濃い色彩で表示してもよく、或は、領域Ｇ１、Ｇ２・・・Ｇｎごとに具体的な加速度応答値Ｆｔや地盤変形係数Ｅの数値をそれぞれ表示してもよい。このようにして作成される加速度応答値Ｆｔや地盤変形係数Ｅのヒートマップを転圧回数マップＭと合わせて表示すれば、各領域Ｇ１、Ｇ２・・・Ｇｎごとの地盤の締固め状態と転圧回数Ｒｎとをリアルタイム、且つ、容易に把握できるようになる。

［二層地盤補正］
一般的な土工事では、地盤の締固めは複数層にわたって段階的に行われ、各層は施工管理上の理由から約３０ｃｍの厚さで締固められる。一方、振動ローラ２は高性能なものが多く、転圧輪５から地盤に伝達される振動は、現在締固めを行っている層（以下、現施工層と呼ぶ）よりも下層にまで伝達される。

本発明者等は、種々の実験やシミュレーションを積み重ねたところ、振動加速度応答法により得られる加速度応答値Ｆｔや地盤変形係数Ｅは、現施工層の地表面から約６０ｃｍの深さまでの範囲の平均的な値であるとの知見を得た。すなわち、図６に示すように、現場地盤を、上層の現施工層Ｌ１と、直下の下層Ｌ２の二層構造モデルとし、現施工層Ｌ１の加速度応答値Ｆｔや地盤変形係数Ｅを演算する際に下層Ｌ２の影響を排除してやれば、現施工層Ｌ１の地盤剛性を高精度に演算できることを見出した。

このような観点から、本実施装置の演算処理部１３は、現施工層Ｌ１の加速度応答値Ｆｔ及び、地盤変形係数Ｅを演算する際に、下層Ｌ２の影響を取り除く補正処理を実施するための二層補正処理部１７を備えている。具体的な補正処理の手法は、現施工層Ｌ１及び下層Ｌ２の加速度応答値、地盤変形係数、ポアソン比、振動応力の伝達角度等を考慮したモデル式に基づいて行ってもよく、或は、予め実験などで作成したルックアップテーブルを参照することにより行ってもよい。下層Ｌ２の加速度応答値及び、地盤変形係数は、下層Ｌ２の転圧施工時に演算処理部１３が演算したデータを、現施工層Ｌ１の転圧施工時に読み出すことにより取得すればよい。このように、直下層の影響を排除する二層補正処理を行うことで、現施工層Ｌ１の加速度応答値Ｆｔや地盤変形係数Ｅを高精度に演算することが可能となる。なお、本実施装置では、二層構造モデルを一例に説明したが、振動ローラ２がより高性能な場合は、三層構造以上のモデルを用いて補正処理を行ってもよい。

［沈下量計測］
沈下量取得部２０は、測量機としてのレーザスキャナ２１を備えている。具体的には、図７に示すように、レーザスキャナ２１は、レーザ光を照射して反射光を受光するレーザセンサ部２２と、レーザセンサ部２２を支持する支持部２３と、上部に支持部２３が取り付けられる三脚２４とを有する。レーザスキャナ２１は、支持部２３がレーザセンサ部２２を地表面に対して水平方向に回転させるとともに、地表面に対して垂直方向に回転させることにより、地表面における測定点の三次元座標（ｘ、ｙ、ｚ）を計測できるように構成されている。

本実施装置において、レーザスキャナ２１は、位置情報取得部１１によって取得される振動ローラ２の走行軌跡を測線Ｌとし、該測線Ｌに沿ってレーザ光を走査することにより、測線Ｌ上に定めた複数の測量ポイントＰｚ１、Ｐｚ２・・・Ｐｚｎの三次元座標を点群データとして取得する。

ここで、レーザスキャナ２１による計測は、振動ローラ２が測定対象地盤を転圧した後、当該測定対象地盤を次に転圧するまでの期間に実施する。すなわち、振動ローラ２が転圧するごとに各測量ポイントＰｚ１、Ｐｚ２・・・Ｐｚｎの点群データを取得するようになっている。これにより、各測量ポイントＰｚ１、Ｐｚ２・・・Ｐｚｎの転圧回数Ｒｎに応じた鉛直方向の変位量（沈下量）を転圧施工と並行して把握できるようになる。測量ポイントＰｚ１、Ｐｚ２・・・Ｐｚｎは、各領域Ｇ１、Ｇ２・・・Ｇｎに対して、少なくとも１点あればよく、各領域Ｇ１、Ｇ２・・・Ｇｎに対して複数点あってもよい。レーザスキャナ２１により計測される各測量ポイントＰｚ１、Ｐｚ２・・・Ｐｚｎの点群データは、品質管理処理部４０に送信され、品質管理処理部４０の記憶部に各領域Ｇ１、Ｇ２・・・Ｇｎごとに転圧回数Ｒｎと紐付けられて格納される。

［含水比計測］
含水比取得部３０は、計測器としての散乱型のＲＩ水分密度計３１を備えている。具体的には、図８に示すように、含水比取得部３０は、ＲＩ水分密度計３１を搭載した走行体３３を有する。走行体３３には、位置情報取得装置としてのＧＮＳＳ３２も搭載されている。

走行体３３は、複数の車輪３４を備えている。複数の車輪３４は、駆動輪及び、転舵輪を含む。また、走行体３３には、駆動輪に動力を伝達する走行用モータ、転舵輪を転舵する転舵用モータ、これらモータに電力を供給するバッテリなどが搭載されている。本実施装置において、走行体３３は振動ローラ２の走行軌跡に沿って走行できるように構成されている。走行体３３の走行方式は、振動ローラ２の走行軌跡に基づいて設定した目標軌跡に沿って自動走行する自律走行式又は、振動ローラ２に追従して走行する追従走行式の何れであってもよい。

ＲＩ水分密度計３１は、主として、地盤中に放射線を放出する線源３１Ａと、地盤中に入射して散乱した放射線を検出する検出器３１Ｂとを備えており、地盤の水分密度と湿潤密度とを計測する。また、ＲＩ水分密度計３１は、計測した水分密度及び、湿潤密度から乾燥密度を求めると共に、乾燥密度と水分密度との比を算出することにより、測定地盤の含水比ｗを取得する。

本実施装置において、含水比取得部３０は、走行体３３を振動ローラ２の走行軌跡に沿って走行させながら、ＲＩ水分密度計３１による計測を所定の計測ポイントＰｗ１、Ｐｗ２・・・Ｐｗｎで実施する。具体的には、ＲＩ水分密度計３１による計測は、振動ローラ２が測定対象地盤を転圧した後、当該測定対象地盤を次に転圧するまでの期間に実施する。すなわち、測定対象地盤が振動ローラ２によって転圧されるごとに各計測ポイントＰｗ１、Ｐｗ２・・・Ｐｗｎの含水比ｗを取得するようになっている。これにより、各計測ポイントＰｗ１、Ｐｗ２・・・Ｐｗｎの転圧回数ｎに応じた含水比ｗの変化を施工と並行して把握できるようになる。

計測ポイントＰｗ１、Ｐｗ２・・・Ｐｗｎは、各領域Ｇ１、Ｇ２・・・Ｇｎに対して、少なくとも１点あればよく、各領域Ｇ１、Ｇ２・・・Ｇｎに対して複数点あってもよい。ＲＩ水分密度計３１によって取得される各計測ポイントＰｗ１、Ｐｗ２・・・Ｐｗｎの含水比ｗは、品質管理処理部４０に送信され、品質管理処理部４０の記憶部に各領域Ｇ１、Ｇ２・・・Ｇｎごとに転圧回数ｎと紐付けられて格納される。

［品質管理処理］
再び図１を参照し、品質管理処理部４０は、ＣＰＵなどの処理部、ＲＡＭやＲＯＭなどの記憶部、入出力用のインターフェイス、補助記憶装置などを備えており、パーソナルコンピュータやサーバ等の情報処理装置によって構成されている。品質管理処理部４０は、ＲＯＭに格納された品質管理プログラムをＣＰＵが実行することにより、収斂判定部４１（締固め判定手段）、材料変化判定部４２（材料変化判定手段）、データ入力処理部４３、多次元データベース４４、データ出力処理部４５（出力処理手段）を備える装置として機能する。また、品質管理処理部４０には、ディスプレイなどの表示部５０、キーボードやマウスなどの入力部６０がそれぞれ接続されている。

収斂判定部４１は、各領域Ｇ１、Ｇ２・・・Ｇｎの加速度応答値Ｆｔ、地盤変形係数Ｅ、点群データから取得される地盤の鉛直方向の変位量（以下、沈下量Ｚ）に基づいて、これらの情報の収斂傾向から地盤の締固めが十分になされたか否かを判定する。具体的には、収斂判定部４１は、各領域Ｇ１、Ｇ２・・・Ｇｎが振動ローラ２によって転圧される度に、これら各領域Ｇ１、Ｇ２・・・Ｇｎにおける加速度応答値Ｆｔの変化量ΔＦｔ、地盤変形係数Ｅの変化量ΔＥ及び、沈下量Ｚの変化量ΔＺをそれぞれ算出する。ここで、各変化量（ΔＦｔ，ΔＥ，ΔＺ）は、今回の転圧時に取得した値（ΔＦｔ_ｎ，ΔＥ_ｎ，ΔＺ_ｎ）から前回の転圧時に取得した値（ΔＦｔ_ｎ－１，ΔＥ_ｎ－１，ΔＺ_ｎ－１）を減算することにより算出すればよい。

収斂判定部４１は、加速度応答値Ｆｔの変化量ΔＦｔの絶対値が所定の加速度応答閾値Ｆｖ以下となる第１収斂条件、地盤変形係数Ｅの変化量ΔＥの絶対値が所定の変形係数閾値Ｅｖ以下となる第２収斂条件、沈下量Ｚの変化量ΔＺの絶対値が所定の沈下量閾値Ｚｖ以下となる第３収斂条件の全てが成立すると、当該領域Ｇ１、Ｇ２・・・Ｇｎの地盤の締固めが十分になされたと判定する。一方、収斂判定部４１は、これら第１～第３収斂条件の何れかが不成立の場合、当該領域Ｇ１、Ｇ２・・・Ｇｎの地盤の締固めが不十分と判定する。なお、判定は、必ずしも第１～第３収斂条件の三つの条件で行う必要はなく、これら三つの条件のうち、何れか一つ、又は、二つを用いて行ってもよい。何れの収斂条件を用いるかは、施工現場の土質材料や地盤条件などに応じて選択すればよい。

収斂判定部４１による判定結果は、上述の図３に示す転圧回数マップＭと同様、各領域Ｇ１、Ｇ２・・・Ｇｎごとに表示することができる。判定結果の表示は、文字による表示でもよく、或は、締固めが十分な領域と不十分な領域とで異なる色を表示してもよい。このように、各領域Ｇ１、Ｇ２・・・Ｇｎごとに収斂傾向に基づいた判定結果をマップ上に表示することで、各領域Ｇ１、Ｇ２・・・Ｇｎごとに転圧が十分な領域や転圧が不足している領域を施工と並行して把握できるようになり、施工品質の向上を図ることが可能となる。

材料変化判定部４２は、含水比取得部３０から送信される含水比ｗに基づいて、施工現場の土質材料（例えば、土の粒度や乾燥密度など）が変化したか否かを判定する。土工事においては、地盤の締固めは複数層にわたって段階的に行われる。のこため、上層に敷均されて締固められる土材料に下層とは異なる土材料を用いてしまう場合がある。土材料には、それぞれ最も締固まる最適含水比があり、地盤の締固め時には最適含水比付近（例えば、最適含水比を含む所定の含水比範囲）で施工を管理することが望まれる。

材料変化判定部４２は、各領域Ｇ１、Ｇ２・・・Ｇｎが振動ローラ２によって転圧される度に、これら各領域Ｇ１、Ｇ２・・・Ｇｎの含水比ｗを取得するとともに、取得した含水比ｗが所定の含水比範囲にない場合には、該当する領域Ｇ１、Ｇ２・・・Ｇｎの土質材料が変化したと判定する。所定の含水比範囲は、現場の用途（道路盛土、河川堤防など）や地盤条件に応じて選んだ土質材料に基づいて設定すればよい。なお、材料変化の判定は、今回の転圧時に取得した含水比Ｗ_ｎと、前回の転圧時に取得した含水比ｗ_ｎ－１とを比較し、これらの差分が所定値以上となった場合に、土質材料が変化したと判定してもよい。

材料変化判定部４２による判定結果は、上述の図３に示す転圧回数マップＭと同様、各領域Ｇ１、Ｇ２・・・Ｇｎごとに表示することができる。判定結果の表示は、文字による表示でもよく、或は、土質材料が変化した領域と変化していない領域とで異なる色を表示してもよい。このように、各領域Ｇ１、Ｇ２・・・Ｇｎごとに材料変化の判定結果をマップ上に表示することで、異なる土質材料で締固められた領域を容易に把握できるようになり、当該領域に対して含水比調整等を行うなど、施工品質の向上を図ることが可能となる。

データ入力処理部４３は、転圧回数・加速度解析部１０から送信される転圧回数Ｒｎ、加速度応答値Ｆｔ及び、地盤変形係数Ｅ、沈下量取得部２０から送信される点群データに基づいて算出した沈下量Ｚ、含水比取得部３０から送信される含水比ｗをそれぞれ多次元データベース４４に格納する。

図９は、多次元データベース４４の概略の一例を説明するための模式図である。多次元データベース４４は、例えば「転圧回数Ｒｎ」、「領域Ｇｎ」のデータをディメンション(階層)とし、「加速度応答値Ｆｔ」、「地盤変形係数Ｅ」、「沈下量Ｚ」、「含水比ｗ」の各データをメジャーとして構築される。多次元データベース４４のスライス機能により、階層の断面でスライス処理することで、各領域Ｇの転圧回数Ｒｎに応じた加速度応答値Ｆｔ、地盤変形係数Ｅ、沈下量Ｚ、含水比ｗをそれぞれ読み出せるようになっている。

データ出力処理部４５は、オペレータによる入力部６０の操作に応じて、多次元データベース４４から読み出したデータを表示部５０に表示したり、あるいは、不図示の印刷機からレポート（帳票）として出力したりする。例えば、入力部６０から、特定の領域Ｇや転圧回数Ｒｎが指定されると、データ出力処理部４５は、指定された領域Ｇの転圧回数Ｒｎごとの加速度応答値Ｆｔ、地盤変形係数Ｅ、沈下量Ｚ、含水比ｗをそれぞれ出力する。これにより、オペレータは、施工現場の各領域における転圧状況や締固め状況を迅速、且つ、容易に把握できるようになり、品質管理の向上を図ることが可能になる。

［品質管理方法］
次に、図１０に示すフローに基づいて、本実施装置を用いた品質管理方法について説明する。以下に説明するステップＳ１００～Ｓ１５０の各工程は、盛土が所望の設計高さに達するまで、施工層ごとに繰り返し実行される。

ステップＳ１００では、現施工層Ｌｎの盛土材料を敷均して振動ローラ２による転圧施工を行うとともに、各領域Ｇｎの転圧回数Ｒｎをカウントする。

ステップＳ１１０では、振動ローラ２による転圧と並行して、各領域Ｇｎの加速度応答値Ｆｔ及び、地盤変形係数Ｅを演算する。なお、ステップＳ１００及び、ステップＳ１１０は、説明の便宜上、２つのステップで記載しているが、これらの工程は実質的に同時に行うことができる。

ステップＳ１２０では、振動ローラ２によって転圧された各領域Ｇｎの沈下量Ｚを計測するとともに、各領域Ｇｎの含水比ｗを計測する。これら沈下量Ｚの計測及び、含水比ｗの計測は順不同であり、これらを実質的に同時に行うことも可能である。

次いで、ステップＳ１３０では、材料変化判定、収斂判定、多次元データベース４４を用いた転圧状況や締固め状況の評価を行う。これら判定や評価の結果、ステップＳ１４０にて現施工層Ｌｎに転圧不足領域（又は、材料変化）がないと判定した場合は、ステップＳ１５０に進み、現施工層Ｌｎの施工を終了して、次の施工層Ｌｎ＋１の転圧施工を開始する。

一方、ステップＳ１４０にて現施工層Ｌｎに転圧不足領域があると判定した場合は、ステップＳ１４５に進み、現施工層Ｌｎで転圧が不足している箇所の再転圧を行う。再転圧を行い、再びステップＳ１１０～Ｓ１３０の処理を実施し、ステップＳ１４０にて転圧不足領域がなくなったと判定すると、ステップＳ１５０に進み、現施工層Ｌｎの施工を終了して、次の施工層Ｌｎ＋１の転圧施工を開始する。以降、盛土が所望の設計高さに到達するまで、上述のステップＳ１００～Ｓ１５０の各工程を繰り返し実施する。

以上詳述した本実施装置によれば、振動ローラ２による転圧施工に際し、施工対象地盤Ｇの表面を複数の領域Ｇ１，Ｇ２・・・Ｇｎに区画するとともに、各領域Ｇ１，Ｇ２・・・Ｇｎにて振動加速度Ａを周波数解析することにより地盤の締固め状態を示す指標値（加速度応答値Ｆｔ、地盤変形係数Ｅ）を演算する。さらに、振動ローラ２の転圧回数Ｒｎ及び、指標値（加速度応答値Ｆｔ、地盤変形係数Ｅ）を各領域Ｇ１，Ｇ２・・・Ｇｎと紐付けて格納するデータベース４４を構築するとともに、データベース４４に格納された転圧回数Ｒｎ及び、指標値（加速度応答値Ｆｔ、地盤変形係数Ｅ）を、各領域Ｇ１，Ｇ２・・・Ｇｎごとに表示部５０等に出力できるように構成されている。これにより、転圧施工と並行しながら、振動ローラ２による締固め状態を多点ないし面的に評価することが可能となり、品質管理の精度向上を図ることができる。

また、振動ローラ２の走行軌跡に沿ってレーザスキャナ２１を走査し、振動ローラ２によって転圧された各領域Ｇ１，Ｇ２・・・Ｇｎの三次元座標を点群データとして取得することにより、各領域Ｇ１，Ｇ２・・・Ｇｎの沈下量Ｚを取得できるように構成されている。これにより、転圧施工と並行しながら、各領域Ｇ１，Ｇ２・・・Ｇｎの沈下量Ｚの収斂傾向を多点ないし面的に評価できるようになる。

また、本実施装置によれば、振動ローラ２の走行軌跡に沿って走行可能な走行体３３に散乱型のＲＩ水分密度計３１を搭載し、振動ローラ２によって転圧された各領域Ｇ１，Ｇ２・・・Ｇｎの含水比ｗをＲＩ水分密度計３１によって計測することにより、計測した含水比ｗの変化から施工層の土質材料の変化を判定できるように構成されている。これにより、転圧施工と並行しながら、土質材料の変化を施工面全体に対して多点ないし面的に把握できるようになり、施工品質の向上を図ることも可能となる。

［その他］
なお、本開示は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本開示の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変形して実施することが可能である。

例えば、上記実施形態において、多次元データベース４４には、メジャーとして、加速度応答値Ｆｔ、地盤変形係数Ｅ、沈下量Ｚ、含水比ｗが格納されるものとして説明したが、ＲＩ水分密度計３１によって計測される水分密度、湿潤密度及び、これらから算出される乾燥密度をさらに格納するように構成してもよい。また、本開示は、振動転圧機として振動ローラ２を一例に説明したが、地盤に振動を伝達して締固めることが可能な他の重機類にも広く適用することが可能である。

１…品質管理システム，２…振動ローラ（振動転圧機），５…転圧輪，８…管理事務所，１０…転圧回数・加速度解析部，１１…位置情報取得装置（位置情報取得手段），１２…加速度センサ（加速度取得手段），１３…演算処理装置，１４…転圧回数演算部（転圧回数演算手段），１５…加速度応答値演算部（締固め指標値演算手段），１６…地盤変形係数演算部（締固め指標値演算手段），１７…二層補正処理部，１８…車載ディスプレイ，１９…入力装置，２０…沈下量取得部，２１…レーザスキャナ，３０…含水比取得部，３１…ＲＩ水分密度計，３３…走行体，４０…品質管理処理部，４１…収斂判定部（締固め判定手段），４２…材料変化判定部（材料変化判定手段），４３…データ入力処理部，４４…多次元データベース，４５…データ出力処理部（出力処理手段）

Claims (10)

1. 地盤に振動を伝達することにより前記地盤を締め固める振動転圧機の振動加速度を取得可能な加速度取得手段と、
   前記振動転圧機の位置情報を取得可能な位置情報取得手段と、
   前記地盤の表面を複数の領域に区画すると共に、前記振動転圧機による前記複数の領域のそれぞれの転圧回数を、前記位置情報取得手段によって取得される前記位置情報に基づいて演算する転圧回数演算手段と、
   前記加速度取得手段によって取得される前記振動加速度を周波数解析することにより、前記振動転圧機によって転圧された前記地盤の締固め状態を示す指標値を前記複数の領域ごとにそれぞれ演算する締固め指標値演算手段と、
   前記締固め指標値演算手段によって演算される前記指標値を、前記複数の領域ごとに前記転圧回数と紐付けて格納するデータベースと、
   前記データベースに格納された前記転圧回数及び、前記指標値を、前記複数の領域ごとにそれぞれ出力可能な出力処理手段と、を備える
   ことを特徴とする品質管理システム。
2. 前記振動転圧機によって転圧された前記地盤の鉛直方向の変位量である沈下量を少なくとも前記複数の領域ごとに取得可能な沈下量取得手段をさらに備えており、
   前記データベースは、前記沈下量取得手段によって取得される前記沈下量を、前記複数の領域ごとに前記転圧回数と紐付けて格納し、
   前記出力処理手段は、前記データベースに格納された前記沈下量を、前記複数の領域ごとにそれぞれ出力可能である
   請求項１に記載の品質管理システム。
3. 前記締固め指標値演算手段によって演算される前記指標値の収斂傾向及び、又は、前記沈下量取得手段によって取得される前記沈下量の収斂傾向に基づいて、前記地盤が締め固められたか否かを判定する締固め判定手段をさらに備える
   請求項２に記載の品質管理システム。
4. 前記振動転圧機によって転圧された前記地盤の含水比を少なくとも前記複数の領域ごとに取得可能な含水比取得手段をさらに備えており、
   前記データベースは、前記含水比取得手段によって取得される前記含水比を、前記複数の領域ごとに前記転圧回数と紐付けて格納し、
   前記出力処理手段は、前記データベースに格納された前記含水比を、前記複数の領域ごとにそれぞれ出力可能である
   請求項１から３の何れか一項に記載の品質管理システム。
5. 前記含水比取得手段によって取得される前記含水比の変化に基づいて、前記複数の領域ごとに土質材料が変化したか否かを判定する材料変化判定手段をさらに備える
   請求項４に記載の品質管理システム。
6. 前記含水比取得手段は、前記振動転圧機の走行軌跡に沿って自律走行可能又は追従走行可能な移動体に搭載されている
   請求項４又は５に記載の品質管理システム。
7. 前記締固め指標値演算手段は、
   前記振動転圧機の振動力の伝達深さが、一回の転圧施工で締固められる施工層の層厚よりも深い場合には、現施工層の前記指標値を演算する際に、下層の影響を取り除いて演算する補正処理を行う
   請求項１から６の何れか一項に記載の品質管理システム。
8. 前記締固め指標値演算手段は、
   第１の所定個数の振動加速度データを１回の周波数解析に必要な処理単位とし、該処理単位よりも少ない第２の所定個数の振動加速度データを取得する度に、直近に取得した前記第２の所定個数の振動加速度データを含む前記処理単位の振動加速度データを用いて周波数解析を行うことにより、前記指標値の演算周期を前記振動加速度データのサンプリング周期よりも短くするシフト処理を実行する
   請求項１から７の何れか一項に記載の品質管理システム。
9. 前記締固め指標値演算手段は、前記指標値として、前記周波数解析により求められる加速度応答値と、該加速度応答値から求められる地盤変形係数とを演算する
   請求項１から８の何れか一項に記載の品質管理システム。
10. 地盤に振動を伝達する振動転圧機を用いて前記地盤を締め固める転圧施工を実施し、
    前記転圧施工と並行して前記振動転圧機の位置情報を取得し、
    前記地盤を複数の領域に区画すると共に、前記振動転圧機による前記複数の領域のそれぞれの転圧回数を、前記位置情報に基づいて演算し、
    前記振動転圧機の振動加速度を取得すると共に、取得した前記振動加速度を周波数解析することにより、前記振動転圧機によって転圧された前記地盤の締固め状態を示す指標値を前記複数の領域ごとにそれぞれ演算し、
    前記複数の領域ごとに演算される前記指標値を前記転圧回数と紐付けて格納するデータベースを構築し、
    前記データベースに格納された前記転圧回数及び、前記指標値を、前記複数の領域ごとにそれぞれ出力する
    ことを特徴とする品質管理方法。
    
    

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