JP2024064156A - 支持層の判定装置、判定システム、判定方法、プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】アースドリル工法による場所打ちコンクリート杭の施工の信頼性を向上する。【解決手段】判定装置（２０）は、アースドリル工法による施工時にバケットによる掘削深度が支持層に到達したかを判定する。判定装置には、施工時の掘削データから所定の掘削深度毎に掘削に要するエネルギー指標値を算出する算出部（２３）と、支持層の想定深度以深の前回施工時の掘削データから求めたエネルギー指標値とＮ値の対応関係を記憶する記憶部（２４）と、支持層の想定深度以深の今回施工時の掘削データから求めたエネルギー指標値を対応関係に従って疑似Ｎ値に変換する変換部（２５）と、支持層の想定深度以深の疑似Ｎ値と判定閾値を比較して掘削深度が支持層に到達したかを判定する判定部（２６）と、が設けられている。【選択図】図２

Description

本発明は、支持層の判定装置、判定システム、判定方法、プログラムに関する。

場所打ちコンクリート杭の構築時にはアースドリル工法等を用いて支持層まで掘削され、この施工過程における支持層確認では掘削時に採取した掘削土とボーリング調査結果（土質柱状図、土質サンプル）を比較することが基本になっている。掘削土は乱れているため、支持層とその上層の土質の変化が小さい地盤では、掘削土の観察によって支持層を確認することが難しい。施工機の振動やケリーバの動き等から支持層を確認する方法もあるが客観的な確認ができない。また、掘削データから掘削深度と回転トルク値の関連性を示す特性曲線から支持層を判定する方法も知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０２１－０８５１４９号公報

特許文献１に記載の判定方法では、特性曲線から回転トルク値が急峻に大きくなったときに掘削深度が支持層に到達したと判定される。しかしながら、障害物等の地盤の抵抗以外の要因でも回転トルク値が上昇して支持層を精度よく判定することができない。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、アースドリル工法による場所打ちコンクリート杭の施工の信頼性を向上できる支持層の判定装置、判定システム、判定方法、プログラムを提供することを目的とする。

本発明の一態様の支持層の判定装置は、アースドリル工法による施工時にバケットによる掘削深度が支持層に到達したかを判定する支持層の判定装置であって、施工時の掘削データから所定の掘削深度毎に掘削に要するエネルギー指標値を算出する算出部と、支持層の想定深度以深の前回施工時の掘削データから求めたエネルギー指標値とＮ値の対応関係を記憶する記憶部と、支持層の想定深度以深の今回施工時の掘削データから求めたエネルギー指標値を前記対応関係に従って疑似Ｎ値に変換する変換部と、支持層の想定深度以深の疑似Ｎ値と判定閾値を比較して掘削深度が支持層に到達したかを判定する判定部と、を備えている。

本発明の一態様の支持層の判定装置は、エネルギー指標値に対応する疑似Ｎ値を求める際に、支持層の想定深度以深の掘削データが用いられるため、疑似Ｎ値に基づいて掘削深度が支持層に到達したか否かが精度よく判定される。よって、アースドリル工法による場所打ちコンクリート杭の施工の信頼性を高めることができる。

本実施形態の支持層の判定システムの模式図である。 本実施形態の支持層の判定装置の機能ブロック図である。 本実施形態の施工時間とバケットの深度の関係を示す図である。 本実施形態の施工時間とバケットの深度の関係を示す拡大図である。 本実施形態の疑似Ｎ値と深度の関係を示す図である。 本実施形態の杭伏図である。 本実施形態の支持層の判定方法を示すフロー図である。 本実施形態の回転エネルギーと深度の関係を示す図である。 変形例の疑似Ｎ値と深度の関係を示す図である。 変形例の積算回転トルクと深度の関係を示す図である。

以下、本実施形態の支持層の判定システムについて説明する。図１は、本実施形態の支持層の判定システムの模式図である。図２は、本実施形態の支持層の判定装置の機能ブロック図である。図３は、本実施形態の施工時間とバケットの深度の関係を示す図である。図４は、本実施形態の施工時間とバケットの深度の関係を示す拡大図である。図５は、本実施形態の疑似Ｎ値と深度の関係を示す図である。

図１に示すように、支持層の判定システムはアースドリル機１に搭載されている。アースドリル機１は、ケリーバ６の下端部に取り付けたバケット７を回転させて地盤を掘削し、バケット７に取り込んだ掘削土を引き上げて地上に排出する作業機械である。アースドリル機１の下部にはクローラ式の走行体２が設けられており、前後の車輪に掛け渡されたクローラによって不整地での施工機の移動を可能にしている。走行体２の上部には旋回体３が水平方向に旋回可能に設けられており、旋回体３の前部右側には各種操作レバー等が設けられた運転席４が形成されている。

旋回体３の前部左側にはブーム５が起伏可能に設けられており、ブーム５の先端のトップシーブから垂れ下がった主巻ロープの先端にケリーバ６が接続されている。主巻ロープの基端は運転席４の後方の主巻ウィンチ（不図示）に巻き付けられており、主巻ウィンチの駆動によってケリーバ６が昇降される。ブーム５の基端側にはフロントフレーム８を介してケリードライブ９が支持されており、ケリードライブ９にケリーバ６が挿し込まれている。ケリードライブ９によってケリーバ６が回転されることで、ケリーバ６の下端のバケット７によって地盤が掘削される。

アースドリル機１には、バケット７の深度を検出するエンコーダ１１と、ケリーバ６のスラスト力を検出する第１の油圧センサ１２と、ケリーバ６の回転トルク値を検出する第２の油圧センサ１３と、ケリーバ６の回転角を検出する角度センサ１４と、が設けられている。エンコーダ１１は、例えば主巻ウィンチに取り付けられ、第１、第２の油圧センサ１２、１３及び角度センサ１４は、例えばケリードライブ９に取り付けられている。角度センサ１４は、例えば歯車状のセンサディスクと近接スイッチによって、近接スイッチから出力された歯部分と歯以外の部分の距離の違いにより生じる電圧変化によってバケット７の回転角が検出される。

一般に、アースドリル工法では、ボーリング調査時に採取した土質サンプルと掘削時に採取した掘削土を目比べることで掘削深度が支持層に到達したかが判断されるが、土質の違いを目視で判断するのは限界がある。このため、本実施形態のアースドリル機１の運転席４に支持層の判定装置２０が設置され、判定装置２０によって各センサ１１－１４から出力された掘削データが分析される。このとき、支持層の想定深度以深の掘削データが使用されることで掘削深度の支持層への到達が精度よく判定される。支持層の想定深度は任意の深度であり、ボーリング調査時にＮ値が例えば５０以上となる深度に設定されている。Ｎ値とは、標準貫入試験によって地盤の強度等を求めた試験結果（数値）である。

なお、本実施形態では運転席４に支持層の判定装置２０が設置されているが、判定装置２０が事務所等の別の場所に設置されていてもよい。例えば、アースドリル機１の各センサ１１－１４から事務所のデータロガー（不図示）に掘削データが送られて、データロガーに格納された掘削データが判定装置２０によって分析されてもよい。また、アースドリル機１の各センサ１１－１４から運転席４のポータブル計測機（不図示）に掘削データが出力されて、ポータブル計測機から取り出されたメモリカードの掘削データが判定装置２０によって事務所で分析されてもよい。

図２に示すように、支持層の判定装置２０には、取得部２１と、スクリーニング部２２と、算出部２３と、記憶部２４と、変換部２５と、判定部２６と、出力部２７と、が設けられている。取得部２１は、施工時に所定のサンプリング間隔で掘削データを取得している。この場合、各センサ１１－１４からは０．０２秒間隔で掘削データが出力されており、この多数の掘削データが取得部２１によって０．２秒間隔でサンプリングされている。取得部２１によって掘削データが間引きされることで後続の算出処理の負担が軽減されている。なお、所定のサンプリング間隔は適宜変更することが可能である。

例えば、図３に示すように、縦軸を深度とし横軸を施工時間とした座標系に０．２秒間隔で掘削データをプロットすると複数の山形状と複数の谷形状が形成される。プロットの山頂部分はバケット７によって地上に掘削土が排出されている期間に取得された掘削データを示しており、プロットの谷底部分はバケット７によって地盤が掘削されている期間に取得された掘削データを示している。このように、バケット７が所定深度だけ掘削した掘削土を地上に排出する工程を１サイクルとしたときに、１サイクルの間に取得された掘削データによって山形状と谷形状が繰り返されている。

スクリーニング部２２は、施工時の掘削データから有効なデータを取り出している。この場合、１サイクル前の最大深度よりも深くなった地点を掘削開始点とし、現サイクルの掘削によって最大深度になった地点を掘削終了点として、掘削開始点から掘削終了点までに得られたデータがスクリーニング対象になる。１サイクルの掘削開始点から掘削終了点までに得られるデータのうち、掘削開始点から所定深さを掘削する間に得られたデータと、掘削終了点まで所定深さを掘削する間に得られたデータを除いて有効なデータが取り出されている。

例えば、図４に示すように、１サイクルの掘削開始点Ｐ１から掘削終了点Ｐ２までの掘削長をＤとする。掘削開始点Ｐ１からＤ／４の深さまでのデータは、１サイクル前の掘削工程において直上の地盤が掘削されたことによる応力解放の影響が含まれるため有効なデータから除外される。３Ｄ／４の深さから掘削終了点Ｐ２までのデータは、敷均作業等の調整作業の影響が含まれるため有効なデータから除外される。１サイクルの有効掘削長はＤ／２である。このように、地山の掘削に無関係なデータを除いて、有効なデータが取り出されることで後述する算出処理の精度が向上される。なお、１サイクルの有効掘削長が短すぎると掘削データの数が少なくなってデータのバラツキが大きくなる。このため、有効掘削長が短い（例えば、０．２［ｍ］以下）のサイクルを除いて算出処理が実施されることが好ましい。

算出部２３は、施工時の掘削データの有効なデータから所定の掘削深度毎に掘削に要する回転エネルギーを算出している。この場合、バケット７で生じる回転トルク値をＴ（ｘ）［ｋＮ・ｍ］、計測間隔（本実施形態では０．２秒）でバケット７が回転した回転角をθ（ｘ）［ｒａｄ］、１サイクルのデータ数をｍ、１サイクルの掘削長をＬ［ｍ］としたときに、掘削時の回転エネルギーｅ（ｘ）が次式（１）から算出される。これは１サイクルの合計回転エネルギーを１サイクルの掘削長で割った、１［ｍ］あたりの掘削時に要する回転エネルギーｅ（ｘ）を示している。なお、本実施形態ではスクリーニングが実施されるため、１サイクルの掘削長Ｌとして上記の有効掘削長Ｄ／２が入力される。

記憶部２４は、支持層の想定深度以深の前回施工時の掘削データから求めた回転エネルギーとＮ値の対応関係を示す変換係数を記憶している。この場合、支持層の想定深度に到達してからｉサイクル目にバケット７によって１［ｍ］を掘削するのに要する前回施工時の回転エネルギーをｅ（ｉ）、ｉサイクル目の深度に対応する標準貫入試験結果のＮ値をＮ（ｉ）、支持層の想定深度に到達してからの総サイクル数（回転エネルギーｅ（ｉ）の個数）をｎ_ｓとしたときに、対応関係を示す変換係数α_ｃは次式（２）、（３）から求められる。これにより、支持層の想定深度以深において回転エネルギーとＮ値の相関が強い変換係数α_ｃが求められる。なお、基準杭施工時には前回施工時の掘削データとして過去案件の掘削データを用いて変換係数α_ｃが求められ、基準杭施工後には基準杭施工時の掘削データを用いて変換係数α_ｃが求められてもよい。

なお、支持層の想定深度以深とは、例えばＮ値が５０以上（基準値以上）になる深度を示している。すなわち、Ｎ値が５０以上の深度になってからｉサイクル目の回転エネルギーと、ｉサイクル目の深度に対応するボーリング調査時のＮ値と、Ｎ値が５０以上の深度になってからの総サイクル数とを用いて変換係数α_ｃが算出される。ここで、本件出願人が回転エネルギーとＮ値の関係を調べたところ、Ｎ値が５０以上かつ１００以下の範囲で回転エネルギーとＮ値の相関が強いことが判明した。このため、Ｎ値が５０以上かつ１００以下の掘削サイクルの回転エネルギー及びＮ値が使用されることで変換係数α_ｃが精度よく算出される。Ｎ値が１００以上の場合にはＮ（ｉ）＝１００として変換係数α_ｃが求められる。また、変換係数α_ｃに代えて、回転エネルギーとＮ値の対応関係がグラフやルックアップテーブル等によって表されてもよい。

変換部２５は、支持層の想定深度以深の今回施工時の掘削データから求めた回転エネルギーを変換係数α_ｃによって疑似Ｎ値に変換している。この場合、支持層の想定深度に到達してからｉサイクル目にバケット７によって１［ｍ］を掘削するのに要する今回施工時の回転エネルギーをｅ（ｉ）、変換係数をα_ｃとしたときに、支持層の想定深度以深のｉサイクル目の疑似Ｎ値ｒ（ｉ）は次式（４）から求められる。このように、変換係数α_ｃを用いて支持層の想定深度以深の各サイクルにおける回転エネルギーが疑似Ｎ値に変換される。なお、疑似Ｎ値とは、標準貫入試験を行わずに疑似的にＮ値を表現する値である。

判定部２６は、支持層の想定深度以深の疑似Ｎ値の平均値と判定閾値を比較して掘削深度が支持層に到達したかを判定している。この場合、支持層の想定深度に到達してからｉサイクル目の疑似Ｎ値をｒ（ｉ）、支持層の想定深度に到達してから現サイクルまでの総サイクル数（疑似Ｎ値の個数）をｎ_ｓとしたときに、疑似Ｎ値の平均値Ｒ_ＴＲは次式（５）から求められる。そして、疑似Ｎ値の平均値Ｒ_ＴＲが判定閾値（例えば、５０）以上の場合に掘削深度が支持層に到達したと判定され、疑似Ｎ値の平均値Ｒ_ＴＲが判定閾値未満の場合に掘削深度が支持層に到達していないと判定される。このように、簡易な判定処理によって掘削深度が支持層に到達したか否かが精度よく判定される。

なお、判定部２６は、疑似Ｎ値と判定閾値を比較して判定する構成であればよく、疑似Ｎ値の平均値と判定閾値を比較して判定する構成に限定されない。例えば、支持層の想定深度以深における全サイクルの疑似Ｎ値と判定閾値が比較されてもよい。この場合、全ての疑似Ｎ値が判定閾値以上の場合に掘削深度が支持層に到達したと判定されてもよいし、８０％以上の疑似Ｎ値が判定閾値以上の場合に掘削深度が支持層に到達したと判定されてもよい。また、疑似Ｎ値の中央値が判定閾値以上の場合に掘削深度が支持層に到達したと判定されてもよい。

出力部２７は、変換係数α_ｃに基づいて疑似Ｎ値を標準貫入試験結果のＮ値と比較可能な態様でモニタ１７に出力している。この場合、変換部２５では、支持層の想定深度以深の今回施工時の掘削データに加えて、支持層の想定深度以浅の今回施工時の掘削データから求めたエネルギー指標値が変換係数α_ｃによって疑似Ｎ値に変換される。そして、出力部２７では、掘削深度毎に疑似Ｎ値の変化がＮ値の変化と比較可能にモニタ１７に出力されると共に、支持層の想定深度以深の疑似Ｎ値の平均値が判定閾値と比較可能にモニタ１７に出力される。

例えば、図５に示すように、モニタ１７上にはＮ値の基準尺度上に疑似Ｎ値と標準貫入試験結果のＮ値がプロットされている。これにより、掘削深度の変化に対する標準貫入試験結果のＮ値の変化の傾向を参考にして、今回施工時の疑似Ｎ値の変化に異常な傾向がないかが目視で確認される。また、モニタ１７上には支持層の想定深度以深の疑似Ｎ値の平均値と判定閾値が表示され、疑似Ｎ値の平均値と判定閾値から掘削深度が支持層に到達したか否かが目視で確認される。このように、判定部２６の判定結果だけでなく、作業者の目視でも支持層を確認することができる。

判定装置２０の各部の処理は、プロセッサを用いてソフトウェアによって実現されてもよいし、集積回路等に形成された論理回路（ハードウェア）によって実現されてもよい。プロセッサを用いる場合には、プロセッサがメモリに記憶されているプログラムを読み出して実行することで各種処理が実施される。プロセッサとしては、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）が使用される。また、メモリは、用途に応じてＲＯＭ(Read Only Memory)、ＲＡＭ（Random Access Memory）等の一つ又は複数の記憶媒体によって構成されている。

図６及び図７を参照して、支持層の判定方法について説明する。図６は、本実施形態の杭伏図である。図７は、本実施形態の支持層の判定方法を示すフロー図である。なお、ここでは、図１及び図２の符号を適宜使用して説明する。

図６に示すように、敷地内には複数の杭が施工されるが、いずれかの杭を基準杭１９ａに設定しなければならない。ボーリング調査位置Ｂの近くの杭が基準杭１９ａに設定されることが好ましい。１本目である基準杭１９ａの施工前には掘削データが検出されていないため、基準杭１９ａの施工時には過去案件の掘削データを利用して支持層への到達判定が実施される。２本目以降の他の杭１９ｂ－１９ｄの施工時には、基準杭１９ａの施工時に検出された掘削データを利用して支持層への到達判定が実施される。なお、支持層への到達判定には、ボーリング調査で得られた土質区分も参考にされる。

図７に示すように、施工対象が基準杭１９ａの場合には（ステップＳ０１でＹｅｓ）、過去案件の掘削データから求めた変換係数α_ｃが設定される（ステップＳ０２）。施工対象が基準杭１９ａ以外の他の杭１９ｂ－１９ｄの場合には（ステップＳ０１でＮｏ）、基準杭施工時の掘削データから求めた変換係数α_ｃが設定される（ステップＳ０３）。これらの場合、上記式（２）、（３）を用いて、支持層の想定深度以深の掘削データから算出された回転エネルギーと、ボーリングデータに含まれるＮ値とから変換係数α_ｃが求められている。前回施工時の掘削データから求められた回転エネルギーとＮ値の対応関係が設定されている。

各センサ１１－１４から判定装置２０に掘削データが出力され始め、アースドリル機１によって地盤の掘削が開始される（ステップＳ０４）。取得部２１によって所定のサンプリング間隔で掘削データが取得され（ステップＳ０５）、スクリーニング部２２によって掘削データから有効なデータが取り出される（ステップＳ０６）。算出部２３によって有効なデータから所定の掘削深度毎（１サイクル毎）に掘削に要する回転エネルギーが算出される（ステップＳ０７）。この場合、上記式（１）を用いて、掘削データに含まれる回転トルク値、回転角、１サイクルのデータ数、１サイクルの掘削長から所定の掘削深度毎に回転エネルギーが算出される。

次に、変換部２５によって掘削深度毎（１サイクル毎）に回転エネルギーから疑似Ｎ値が求められる（ステップＳ０８）。この場合、上記式（４）を用いて、回転エネルギーと変換係数α_ｃから疑似Ｎ値が求められる。次に、判定部２６によって支持層の想定深度以深の疑似Ｎ値の平均値と判定閾値が比較される（ステップＳ０９）。この場合、上記式（５）を用いて疑似Ｎ値の平均値が求められる。疑似Ｎ値が判定閾値以上の場合には（ステップＳ０９でＹｅｓ）、判定部２６によって掘削深度が支持層に達したと判定される（ステップＳ１０）。疑似Ｎ値が判定閾値未満の場合には（ステップＳ０９でＮｏ）、判定部２６によって掘削深度が支持層に達していないと判定される（ステップＳ１１）。

さらに、出力部２７によって縦軸を深度とし横軸をＮ値とした座標系に、疑似Ｎ値とボーリングデータのＮ値がモニタ１７に出力されると共に、支持層の想定深度以深の疑似Ｎ値の平均値と判定閾値がモニタ１７に出力される（ステップＳ１２）。モニタ１７に表示された疑似Ｎ値の大きさ、疑似Ｎ値の変化とボーリングデータのＮ値の変化の傾向等を参考にして（図５参照）、作業者等によって掘削深度が目視で確認される。なお、掘削深度が支持層に到達していないと判定された場合には（ステップＳ１１）、再び地盤が掘削されて判定処理が実施される。掘削深度が支持層に到達していると判定された場合には（ステップＳ１０）、掘削穴の拡底部の掘削等が実施される。

以上のように、本実施形態の支持層の判定装置２０によれば、回転エネルギーに対応する疑似Ｎ値を求める際に、支持層の想定深度以深の掘削データが用いられるため、疑似Ｎ値に基づいて掘削深度が支持層に到達したか否かが精度よく判定される。よって、アースドリル工法による場所打ちコンクリート杭の施工の信頼性を高めることができる。また、掘削深度の変化に対する回転エネルギーの変化から地盤の層序も把握することができる。例えば、掘削している地盤が、粘性土あるいはシルトから砂質土あるいは砂礫に変わった場合、回転エネルギーが大きく増加し、逆の場合、減少する傾向がある。また、砂質土から砂礫に変わった場合、回転エネルギーが大きく増加し、逆の場合、減少する傾向がある。このような傾向について基準杭で確認し層序と回転エネルギーの変動の対応関係を元に層序の把握を行う。なお、回転エネルギーが指標として用いられているため、障害物等によるバケット７の回転停止等の影響を出力結果から排除することができる。

なお、変換係数α_ｃの算出に支持層の想定深度以深の掘削データが用いられているが、掘削深度毎に疑似Ｎ値の変化をＮ値の変化と比較可能に出力するだけであれば、支持層の想定深度以深の掘削データを用いる必要はない。この場合、掘削開始からｉサイクル目にバケット７によって１［ｍ］を掘削するのに要する回転エネルギーをｅ（ｉ）、ｉサイクル目の深度に対応するボーリング調査時の標準貫入試験結果のＮ値をＮ（ｉ）としたときに、変換係数α_ｃが次式（６）から求められてもよい。

また、今回施工時の回転エネルギーがＮ値と比較可能な態様で出力されてもよい。この場合、上記式（６）で求めた変換係数α_ｃからＮ値の基準尺度に応じた回転エネルギーの基準尺度が求められて、今回施工時の回転エネルギーが回転エネルギーの基準尺度で示される。次式（７）のｘ（Ｎ値）に対してＮ値の基準尺度の各目盛が入力されることで、回転エネルギーＥ_Ｎ＝Ｘとして回転エネルギーの基準尺度の各目盛が求められる。Ｎ値の基準尺度を回転エネルギーの基準尺度に変換することで今回施工時の回転エネルギーとＮ値が比較される。

例えば、図８に示すように、回転エネルギーの基準尺度の目盛４０００［ｋＮ・ｍ・ｒａｄ／ｍ］がＮ値の基準尺度の目盛４５付近に対応し、回転エネルギーの基準尺度の目盛６０００［ｋＮ・ｍ・ｒａｄ／ｍ］がＮ値の基準尺度の目盛６５付近に対応している。今回施工時の１サイクル毎に１つの回転エネルギーが算出されて、回転エネルギーの基準尺度上に回転エネルギーがプロットされている。また、上記式（７）からボーリング調査時の標準貫入試験結果のＮ値に応じた推定回転エネルギーが求められて、今回施工時の回転エネルギーが推定回転エネルギーと比較可能に出力されてもよい。

なお、本実施形態の支持層の判定装置には、エネルギー指標値として回転エネルギーが用いられているが、エネルギー指標値は所定の掘削深度毎に掘削に要するエネルギーを示す指標値であればよい。例えば、支持層の判定装置には、エネルギー指標値として積算回転トルクが用いられていてもよい。以下、エネルギー指標値として積算回転トルクを用いた変形例の判定装置について説明する。なお、変形例では上記実施形態と同様な内容については説明を省略して相違点について主に説明する。

変形例の算出部２３は、施工時の掘削データの有効なデータから所定の掘削深度毎に掘削に要する積算回転トルクを算出している。この場合、バケット７で生じる回転トルク値をＴ（ｘ）［ｋＮ・ｍ］、計測間隔（本実施形態では０．２秒）をΔｔ［ｓ］、１サイクルのデータ数をｍ、１サイクルの掘削長をＬ［ｍ］としたときに、掘削時の積算回転トルクｓ（ｘ）が次式（８）から算出される。これは１サイクルの回転トルク値の積算値を１サイクルの掘削長で割った、１［ｍ］あたりの掘削時に要する積算回転トルクｓ（ｘ）を示している。

記憶部２４は、支持層の想定深度以深の前回施工時の掘削データから求めた積算回転トルクとＮ値の対応関係を示す変換係数を記憶している。この場合、支持層の想定深度に到達してからｉサイクル目にバケット７によって１［ｍ］を掘削するのに要する前回施工時の積算回転トルクをｓ（ｉ）、ｉサイクル目の深度に対応する標準貫入試験結果のＮ値をＮ（ｉ）、支持層の想定深度に到達してからの総サイクル数（積算回転トルクｓ（ｉ）の個数）をｎ_ｓとしたときに、対応関係を示す変換係数α_ｃ２は次式（９）、（１０）から求められる。これにより、支持層の想定深度以深において積算回転トルクとＮ値の相関が強い変換係数α_ｃ２が求められる。

上記したように、支持層の想定深度以深とは、例えばＮ値が５０以上（基準値以上）になる深度を示している。すなわち、Ｎ値が５０以上の深度になってからｉサイクル目の積算回転トルクと、ｉサイクル目の深度に対応するボーリング調査時のＮ値と、Ｎ値が５０以上の深度になってからの総サイクル数とを用いて変換係数α_ｃ２が算出される。基準杭施工時には前回施工時の掘削データとして過去案件の掘削データを用いて変換係数α_ｃ２が求められ、基準杭施工後には基準杭施工時の掘削データを用いて変換係数α_ｃ２が求められてもよい。また、変換係数α_ｃ２に代えて、積算回転トルクとＮ値の対応関係がグラフやルックアップテーブル等によって表されてもよい。

変換部２５は、支持層の想定深度以深の今回施工時の掘削データから求めた積算回転トルクを変換係数α_ｃ２によって疑似Ｎ値に変換している。この場合、支持層の想定深度に到達してからｉサイクル目にバケット７によって１［ｍ］を掘削するのに要する今回施工時の積算回転トルクをｓ（ｉ）、支持層の想定深度以深の変換係数をα_ｃ２としたときに、ｉサイクル目の疑似Ｎ値ｒ（ｉ）は次式（１１）から求められる。このように、変換係数α_ｃ２を用いて支持層の想定深度以深の各サイクルにおける積算回転トルクが疑似Ｎ値に変換される。

判定部２６では上記式（５）から支持層の想定深度以深の疑似Ｎ値の平均値が求められて、疑似Ｎ値の平均値と判定閾値を比較して掘削深度が支持層に到達したかが判定される。出力部２７では掘削深度毎に疑似Ｎ値の変化がＮ値の変化と比較可能にモニタ１７に出力されると共に、支持層の想定深度以深の疑似Ｎ値の平均値が判定閾値と比較可能にモニタ１７に出力される。例えば、図９に示すように、モニタ１７上にはＮ値の基準尺度上に疑似Ｎ値と標準貫入試験結果のＮ値がプロットされ、今回施工時の疑似Ｎ値の変化に異常な傾向がないかが目視で確認される。モニタ１７上には支持層の想定深度以深の疑似Ｎ値の平均値と判定閾値が表示され、疑似Ｎ値の平均値と判定閾値から掘削深度が支持層に到達したか否かが目視で確認される。

以上のように、変形例の支持層の判定装置２０でも、疑似Ｎ値に基づいて掘削深度が支持層に到達したか否かが精度よく判定され、アースドリル工法による場所打ちコンクリート杭の施工の信頼性を高めることができる。

なお、変形例の変換係数α_ｃ２の算出に支持層の想定深度以深の掘削データが用いられているが、掘削深度毎に疑似Ｎ値の変化をＮ値の変化と比較可能に出力するだけであれば、支持層の想定深度以深の掘削データを用いる必要はない。この場合、掘削開始からｉサイクル目にバケット７によって１［ｍ］を掘削するのに要する積算回転トルクをｓ（ｉ）、ｉサイクル目の深度に対応するボーリング調査時の標準貫入試験結果のＮ値をＮ（ｉ）としたときに、変換係数α_ｃ２が次式（１２）から求められてもよい。

また、今回施工時の積算回転トルクがＮ値と比較可能な態様で出力されてもよい。この場合、上記式（１２）で求めた変換係数α_ｃ２からＮ値の基準尺度に応じた積算回転トルクの基準尺度が求められて、今回施工時の積算回転トルクが積算回転トルクの基準尺度で示されている。次式（１３）のｘ（Ｎ値）に対してＮ値の基準尺度の各目盛が入力されることで、積算回転トルクＳ_Ｎ＝Ｘとして積算回転トルクの基準尺度の各目盛が求められる。Ｎ値の基準尺度を積算回転トルクの基準尺度に変換することで今回施工時の積算回転トルクとＮ値が比較される。

例えば、図１０に示すように、積算回転トルクの基準尺度の目盛３０００［ｋＮ・ｍ・ｓ／ｍ］がＮ値の基準尺度の目盛３０に対応し、積算回転トルクの基準尺度の目盛５０００［ｋＮ・ｍ・ｓ／ｍ］がＮ値の基準尺度の目盛５０に対応している。今回施工時の１サイクル毎に１つの積算回転トルクが算出されて、積算回転トルクの基準尺度上に積算回転トルクがプロットされている。また、上記式（１３）からボーリング調査時の標準貫入試験結果のＮ値に応じた推定積算回転トルクが求められて、今回施工時の積算回転トルクが推定積算回転トルクと比較可能に出力されてもよい。

なお、本実施形態及び変形例では、コンピュータにプログラムがインストールされることで、コンピュータが支持層の判定装置として機能されてもよい。例えば、タブレット端末やスマートフォン等の携帯端末にプログラムがインストールされることで、これら携帯端末が判定装置として機能してもよい。このプログラムは記憶媒体に記憶されていてもよい。記憶媒体は特に限定されないが、光ディスク、光磁気ディスク、フラッシュメモリ等の非一過性の記憶媒体であってもよい。

また、本実施形態及び変形例では、支持層の判定装置とモニタが別体に形成されているが、判定装置とモニタが一体に形成されていてもよい。

また、本実施形態では、上記式（１）に基づいて回転エネルギーが算出されたが、回転エネルギーの算出方法は特に限定されない。

また、本実施形態では、上記式（２）、（３）に基づいて変換係数が算出されたが、変換係数の算出方法は特に限定されない。

また、変形例では、上記式（８）に基づいて積算回転トルクが算出されたが、積算回転トルクの算出方法は特に限定されない。

また、変形例では、上記式（９）、（１０）に基づいて変換係数が算出されたが、変換係数の算出方法は特に限定されない。

また、本実施形態及び変形例では、掘削データにスクリーニング処理が実施されたが、掘削データにスクリーニング処理が実施されなくてもよい。

また、本実施形態では、上記式（２）、（３）に基づいて算出された変換係数を用いて掘削深度が支持層に到達したかが判定され、変形例では上記式（９）、（１０）に基づいて算出された変換係数を用いて掘削深度が支持層に到達したかが判定されているが、これらの変換係数を用いて今回施工時のエネルギー指標値とＮ値とが比較可能な態様で出力されるだけでもよい。すなわち、施工時の掘削データから所定の掘削深度毎に掘削に要するエネルギー指標値を算出する算出部と、前回施工時の掘削データから求められたエネルギー指標値とＮ値の変換係数を記憶する記憶部と、変換係数に基づいて今回施工時のエネルギー指標値をＮ値と比較可能な態様で出力する出力部と、を備え、上記式（２）、（３）又は上記式（９）、（１０）に基づいて変換係数が求められる支持層の確認装置でもよい。

以上の通り、第１態様は、アースドリル工法による施工時にバケット（７）による掘削深度が支持層に到達したかを判定する支持層の判定装置（２０）であって、施工時の掘削データから所定の掘削深度毎に掘削に要するエネルギー指標値を算出する算出部（２３）と、支持層の想定深度以深の前回施工時の掘削データから求めたエネルギー指標値とＮ値の対応関係を記憶する記憶部（２４）と、支持層の想定深度以深の今回施工時の掘削データから求めたエネルギー指標値を対応関係に従って疑似Ｎ値に変換する変換部（２５）と、支持層の想定深度以深の疑似Ｎ値と判定閾値を比較して掘削深度が支持層に到達したかを判定する判定部（２６）と、を備えている。この構成によれば、エネルギー指標値に対応する疑似Ｎ値を求める際に、支持層の想定深度以深の掘削データが用いられるため、疑似Ｎ値に基づいて掘削深度が支持層に到達したか否かが精度よく判定される。よって、アースドリル工法による場所打ちコンクリート杭の施工の信頼性を高めることができる。

第２態様は、第１態様において、判定部は、支持層の想定深度以深の疑似Ｎ値の平均値と判定閾値を比較して掘削深度が支持層に到達したかを判定する。この構成によれば、簡易な判定処理によって掘削深度が支持層に到達したか否かを精度よく判定することができる。

第３態様は、第１態様又は第２態様において、エネルギー指標値が所定の掘削深度毎に掘削に要する回転エネルギーである。この構成によれば、回転エネルギーがエネルギー指標値として用いられているため、障害物等によるバケットの回転停止等の影響を出力結果から排除することができる。

第４態様は、第３態様において、バケットが所定深度だけ掘削して掘削土を地上に排出する工程を１サイクルとし、算出部は、バケットで生じる回転トルク値をＴ（ｘ）、計測間隔でバケットが回転した回転角をθ（ｘ）、１サイクルのデータ数をｍ、１サイクルの掘削長をＬとしたときに、掘削時の回転エネルギーｅ（ｘ）を上記式（１）から算出する。この構成によれば、１ｍ当たりの掘削時の回転エネルギーを算出することができる。

第５態様は、第４態様において、支持層の想定深度に到達してからｉサイクル目にバケットによって１［ｍ］を掘削するのに要する回転エネルギーをｅ（ｉ）、ｉサイクル目の深度に対応する標準貫入試験結果のＮ値をＮ（ｉ）、支持層の想定深度に到達してからの総サイクル数をｎ_ｓとしたときに、対応関係を示す変換係数α_ｃは上記式（２）、（３）から求められる。この構成によれば、支持層の想定深度以深において回転エネルギーとＮ値の相関が強い変換係数α_ｃを求めることができる。

第６態様は、第１態様又は第２態様において、エネルギー指標値が所定の掘削深度毎に掘削に要する積算回転トルクである。この構成によれば、積算回転トルクを用いて掘削深度が支持層に到達したか否かを判定することができる。

第７態様は、第６態様において、バケットが所定深度だけ掘削して掘削土を地上に排出する工程を１サイクルとし、算出部は、バケットで生じる回転トルク値をＴ（ｘ）、計測間隔をΔｔ、１サイクルのデータ数をｍ、１サイクルの掘削長をＬとしたときに、掘削時の積算回転トルクｓ（ｘ）を上記式（８）から算出する。この構成によれば、１ｍ当たりの掘削時の積算回転トルクを算出することができる。

第８態様は、第７態様において、支持層の想定深度に到達してからｉサイクル目にバケットによって１［ｍ］を掘削するのに要する積算回転トルクをｓ（ｉ）、ｉサイクル目の深度に対応する標準貫入試験結果のＮ値をＮ（ｉ）、支持層の想定深度に到達してからの総サイクル数をｎ_ｓとしたときに、対応関係を示す変換係数α_ｃ２は上記式（９）、（１０）から求められる。この構成によれば、支持層の想定深度以深において回転エネルギーとＮ値の相関が強い変換係数α_ｃ２を求めることができる。

第９態様は、第１態様から第８態様のいずれか１態様において、対応関係に基づいて疑似Ｎ値を標準貫入試験結果のＮ値と比較可能な態様で出力する出力部（２７）を備え、変換部は、支持層の想定深度以深の今回施工時の掘削データに加えて、想定深度以浅の今回施工時の掘削データから求めたエネルギー指標値を対応関係に従って疑似Ｎ値に変換し、出力部は、掘削深度毎に疑似Ｎ値の変化をＮ値の変化と比較可能に出力すると共に、支持層の想定深度以深の疑似Ｎ値を判定閾値と比較可能に出力する。この構成によれば、疑似Ｎ値の平均値と判定閾値から掘削深度が支持層に到達したか否かを目視で確認することができる。また、掘削深度の変化に対する標準貫入試験結果のＮ値の変化の傾向を参考にして、今回施工時の疑似Ｎ値の変化に異常な傾向がないかを目視で確認することができる。

第１０態様は、第１態様から第９態様のいずれか１態様の支持層の判定装置と、アースドリル機に取り付けられて掘削データを検出するセンサ（１１－１４）と、を備え、センサが判定装置に掘削データを出力する判定システムである。この構成によれば、アースドリル機のセンサから出力された掘削データに基づいて掘削深度が支持層に到達したか否かを判定することができる。

第１１態様は、アースドリル工法による施工時にバケットによる掘削深度が支持層に到達したかを判定する支持層の判定方法であって、支持層の想定深度以深の前回施工時の掘削データから求めたエネルギー指標値とＮ値の対応関係を設定するステップと、支持層の想定深度以深の今回施工時の掘削データから掘削深度毎に掘削に要するエネルギー指標値を算出するステップと、支持層の想定深度以深の今回施工時の掘削データから求めたエネルギー指標値を対応関係に従って疑似Ｎ値に変換するステップと、疑似Ｎ値と判定閾値を比較して掘削深度が支持層に到達したかを判定するステップと、を有している。この構成によれば、アースドリル工法による場所打ちコンクリート杭の施工の信頼性を高めることができる。

第１２態様は、アースドリル工法による施工時にバケットによる掘削深度が支持層に到達したかを判定するためのプログラムであって、支持層の想定深度以深の前回施工時の掘削データから求めたエネルギー指標値とＮ値の対応関係を設定するステップと、支持層の想定深度以深の今回施工時の掘削データから掘削深度毎に掘削に要するエネルギー指標値を算出するステップと、支持層の想定深度以深の今回施工時の掘削データから求めたエネルギー指標値を対応関係に従って疑似Ｎ値に変換するステップと、疑似Ｎ値と判定閾値を比較して掘削深度が支持層に到達したかを判定するステップと、をコンピュータに実行させる。この構成によれば、コンピュータにプログラムをインストールすることで、コンピュータを支持層の判定装置として機能させることができる。

なお、本実施形態及び変形例を説明したが、他の実施形態として、上記実施形態及び変形例を全体的又は部分的に組み合わせたものでもよい。

また、本発明の技術は上記の実施形態に限定されるものではなく、技術的思想の趣旨を逸脱しない範囲において様々に変更、置換、変形されてもよい。さらには、技術の進歩又は派生する別技術によって、技術的思想を別の仕方で実現することができれば、その方法を用いて実施されてもよい。したがって、特許請求の範囲は、技術的思想の範囲内に含まれ得る全ての実施態様をカバーしている。

１ ：アースドリル機
７ ：バケット
１１：エンコーダ（センサ）
１２：第１の油圧センサ（センサ）
１３：第２の油圧センサ（センサ）
１４：角度センサ（センサ）
１７：モニタ
２０：判定装置
２３：算出部
２４：記憶部
２５：変換部
２６：判定部
２７：出力部

Claims (12)

1. アースドリル工法による施工時にバケットによる掘削深度が支持層に到達したかを判定する支持層の判定装置であって、
   施工時の掘削データから所定の掘削深度毎に掘削に要するエネルギー指標値を算出する算出部と、
   支持層の想定深度以深の前回施工時の掘削データから求めたエネルギー指標値とＮ値の対応関係を記憶する記憶部と、
   支持層の想定深度以深の今回施工時の掘削データから求めたエネルギー指標値を前記対応関係に従って疑似Ｎ値に変換する変換部と、
   支持層の想定深度以深の疑似Ｎ値と判定閾値を比較して掘削深度が支持層に到達したかを判定する判定部と、を備えていることを特徴とする支持層の判定装置。
2. 前記判定部は、支持層の想定深度以深の疑似Ｎ値の平均値と判定閾値を比較して掘削深度が支持層に到達したかを判定することを特徴とする請求項１に記載の支持層の判定装置。
3. エネルギー指標値が所定の掘削深度毎に掘削に要する回転エネルギーであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の支持層の判定装置。
4. 前記バケットが所定深度だけ掘削して掘削土を地上に排出する工程を１サイクルとし、
   前記算出部は、前記バケットで生じる回転トルク値をＴ（ｘ）、計測間隔で前記バケットが回転した回転角をθ（ｘ）、１サイクルのデータ数をｍ、１サイクルの掘削長をＬとしたときに、掘削時の回転エネルギーｅ（ｘ）を次式（１）から算出することを特徴とする請求項３に記載の支持層の判定装置。
   
5. 支持層の想定深度に到達してからｉサイクル目に前記バケットによって１［ｍ］を掘削するのに要する回転エネルギーをｅ（ｉ）、ｉサイクル目の深度に対応する標準貫入試験結果のＮ値をＮ（ｉ）、支持層の想定深度に到達してからの総サイクル数をｎ_ｓとしたときに、前記対応関係を示す変換係数α_ｃは次式（２）、（３）から求められることを特徴とする請求項４に記載の支持層の判定装置。
   
6. エネルギー指標値が所定の掘削深度毎に掘削に要する積算回転トルクであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の支持層の判定装置。
7. 前記バケットが所定深度だけ掘削して掘削土を地上に排出する工程を１サイクルとし、
   前記算出部は、前記バケットで生じる回転トルク値をＴ（ｘ）、計測間隔をΔｔ、１サイクルのデータ数をｍ、１サイクルの掘削長をＬとしたときに、掘削時の積算回転トルクｓ（ｘ）を次式（４）から算出することを特徴とする請求項６に記載の支持層の判定装置。
   
8. 支持層の想定深度に到達してからｉサイクル目に前記バケットによって１［ｍ］を掘削するのに要する積算回転トルクをｓ（ｉ）、ｉサイクル目の深度に対応する標準貫入試験結果のＮ値をＮ（ｉ）、支持層の想定深度に到達してからの総サイクル数をｎ_ｓとしたときに、前記対応関係を示す変換係数α_ｃ２は次式（５）、（６）から求められることを特徴とする請求項７に記載の支持層の判定装置。
   
9. 前記対応関係に基づいて疑似Ｎ値を標準貫入試験結果のＮ値と比較可能な態様で出力する出力部を備え、
   前記変換部は、支持層の想定深度以深の今回施工時の掘削データに加えて、想定深度以浅の今回施工時の掘削データから求めたエネルギー指標値を前記対応関係に従って疑似Ｎ値に変換し、
   前記出力部は、掘削深度毎に疑似Ｎ値の変化をＮ値の変化と比較可能に出力すると共に、支持層の想定深度以深の疑似Ｎ値を判定閾値と比較可能に出力することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の支持層の判定装置。
10. 請求項１又は請求項２に記載の支持層の判定装置と、
    アースドリル機に取り付けられて掘削データを検出するセンサと、を備え、
    前記センサが前記判定装置に掘削データを出力することを特徴とする支持層の判定システム。
11. アースドリル工法による施工時にバケットによる掘削深度が支持層に到達したかを判定する支持層の判定方法であって、
    支持層の想定深度以深の前回施工時の掘削データから求めたエネルギー指標値とＮ値の対応関係を設定するステップと、
    支持層の想定深度以深の今回施工時の掘削データから掘削深度毎に掘削に要するエネルギー指標値を算出するステップと、
    支持層の想定深度以深の今回施工時の掘削データから求めたエネルギー指標値を前記対応関係に従って疑似Ｎ値に変換するステップと、
    疑似Ｎ値と判定閾値を比較して掘削深度が支持層に到達したかを判定するステップと、を有していることを特徴とする支持層の判定方法。
12. アースドリル工法による施工時にバケットによる掘削深度が支持層に到達したかを判定するためのプログラムであって、
    支持層の想定深度以深の前回施工時の掘削データから求めたエネルギー指標値とＮ値の対応関係を設定するステップと、
    支持層の想定深度以深の今回施工時の掘削データから掘削深度毎に掘削に要するエネルギー指標値を算出するステップと、
    支持層の想定深度以深の今回施工時の掘削データから求めたエネルギー指標値を前記対応関係に従って疑似Ｎ値に変換するステップと、
    疑似Ｎ値と判定閾値を比較して掘削深度が支持層に到達したかを判定するステップと、をコンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。

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