JP2700397B2 - 建設工事の打設杭の変位測定装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 開示技術は、建築や土木構造物等の建設工事の基礎の
打設杭等の地盤中への打設時の充分な支持力を得る打設
状態の測定技術の技術分野に属する。

〈要旨の概要〉 而して、この出願の発明は上記建設工事の基礎に用い
る打設杭の地盤中への打設をハンマにより打撃力を印加
して行うに際し、該打設杭の打ち止め管理のためのハン
マ公式を用いることによって杭の支持力データを得る
に、実際の貫入量とリバウンド量データを該打設杭の外
側で計測する変位測定装置に関する発明であり、特に、
該打設杭の側面にケースを直接固定、或いは、取換え自
在に付設する等し、該ケース内に変位計センサを設けて
該ケースを介しての貫入量とリバウンド量を測定し、一
方、該ケース内には慣性力の大きなウエイトをスプリン
グやダッシュポットを介して設け、該ウエイトに加速度
計を設け、該加速度計の加速度を２回積分して、その変
位量を得て上記変位計センサによる貫入量とリバウンド
量の計測量と合わせ、或いは、差し引きの演算を行って
正確な貫入量のデータとリバウンド量のデータを得てハ
ンマ公式に入力するデータを得ることが出来るようにし
た建設工事の打設杭の変位装置に係る発明である。

〈従来の技術〉 杭打ち作業において、打ち込んだ杭が所定の支持力を
具備しているか否かを確認することを「杭の打ち止め管
理」と言い、この管理方法には、所謂ハンマ公式と呼ば
れる杭の動的支持力のデータを得る公式がある。

該ハンマ公式はハンマの打撃エネルギーとこれによる
杭の地盤への貫入量、及び、杭と地盤の弾性変形量（リ
バウンド量という）の各データから求めるもので、これ
までにも数多くの種々のハンマ公式が提案されてきてい
る。

而して、該ハンマ公式の信頼性については未だ議論の
多いところではあるが、測定管理が簡便であることや今
のところこれに代わる他の適当な方法が確立されていな
いこともあって、現在も猶一般的に用いられているもの
である。

〈発明が解決しようとする課題〉 そして、その測定方法は、第８図に示す様に、基準梁
１を杭２に併設し、該梁１を支持台として杭２に対する
１打撃毎に鉛筆３を該杭２に張りつけた方眼紙等の用紙
４面に移動させて、第９図に示すように貫入量ｓ、リバ
ウンド量ｃを記録させるといった原始的な方法で行われ
ている。そのため、かかる管理方法には次のような問題
があった。

即ち、第一に、杭打ち作業中の杭打ち機の直下で記録
を取るため危険が伴うという欠点があり、第二に、（杭
２全体を覆う形式の）防音カバーを用いる場合には、計
測時に該防音カバーを開かなければならず、又、打ち止
め（最終打撃）時の騒音が最も大きいときにカバーを開
かなければならず、カバーを取付る意味がなくなる難点
があり、又、第三に、海上や湖面、河川面等の水面上で
の作業には適用出来ないという不具合があり、第四に、
自動記録によるシステム化が困難であるというネックが
あった。

そして、これまで杭の貫入量ｓ、及び、リバウンド量
ｃを測定する手段として、光学的に行うものや直接変位
を測定するもの等が案出されてきてはいるが、実用化さ
れている手段は見当たらず、又、最近は、杭頭部付近に
加速度センサを付設して、それから得られる打撃時の加
速度を２回積分することによって貫入量ｓ、及び、リバ
ウンド量ｃのデータを求める管理システムが開発されて
はいる。

さりながら、打撃により激しく変化する加速度を、例
えば、1/1000秒といった極めて短い時間間隔で読み取っ
て解析するため、コスト的に高性能な計測機器や解析技
術を必要とする等の点から高価になるにもかかわらず、
あまり高い精度は期待出来ないという不利点もあった。

〈発明の目的〉 この出願の発明の目的は上述従来技術に基づく杭の打
ち止め管理の問題点を解決すべき技術的課題とし、上述
問題点にそれぞれ充分に対処した計測管理システムを完
成させるようにするもので、記録管理用コンピュータに
は、上記の杭の貫入量、リバウンド量の各データに加え
てハンマの打撃エネルギーのデータをも同時に入力する
ことが出来、任意にハンマ公式を選定し、該ハンマ公式
から得られる杭の支持量をリアルタイムで算出出来るよ
うにして建設産業における計測技術利用分野に益する優
れた建設扛事の打設杭の変位測定装置を提供せんとする
ものである。

〈課題を解決するための手段・作用〉 上述目的に沿い先述特許請求の範囲を要旨とするこの
出願の発明の構成は前述課題を解決するために、杭打ち
工事等において、地盤中に打設する杭の該地盤中に於け
る支持力を充分に保持させるべく杭の打ち止め管理を行
うに、ハンマ公式を用いるに際し、該ハンマの打撃エネ
ルギー、及び、杭の地盤への貫入量、及び、リバウンド
量（弾性変形量）を変位量データとして測定するに当っ
て、測定装置のケースを当該打設杭の側面に予め固接、
或いは、取り外し自在に併設し、該ケース内に変位計セ
ンサを固設すると共に、スプリング、ダッシュポットを
介して加速度センサを有する慣性力の大なるウエイトを
上下方向等揺動自在に配設し、当該打設杭に対する油圧
ハンマ等により打撃力を印加し、その際、ケースは打設
杭と共に変位し、変位計センサにより見かけ上の貫入
量、及び、リバウンド量を計測して検出し、一方、加速
度センサの微少時間内の変位を２回積分することにより
得て、両者のデータを総和、足し引きする等の演算行う
ことにより実際の貫入量、及び、リバウンド量を得、そ
れにより当該打設杭のハンマ公式による支持力データが
得られ、適正な杭の打ち止め管理を行うことが出来るよ
うした技術的手段を講じたものである。

〈ハンマ公式の基本〉 ハンマの重量をW,落下高さをＨとすると、杭に対する
１打撃当たりの打撃エネルギＦはWHで表わされる。

油圧ハンマのように該ハンマの落下高さが目視で計測
不可能な場合には、例えば、適宜無接点スイッチを打撃
点の近くの高さの異なるケーシングの２点に取付け、そ
こを通過するハンマの時間と２点間の距離から該ハンマ
の落下速度を求めれば、v;ハンマの落下速度、g;重量の
加速度とすると打撃エネルギーＦは、 より求まる。

そして、当該杭を介して地盤に与えられるエネルギー
Ｅは、R;地盤の貫入抵杭（杭の支持力） s;杭の貫入量 c;地盤と杭の弾性変形量（リバウンド量） とすると、 Ｅ＝Ｒ（ｓ＋c/2） （２） で表わされる。

尚、弾性変形エネルギー;R・c/2は初期の変形量０か
ら最大変形量ｃを平均したものである。したがって、ハ
ンマの打撃エネルギーＦと地盤の抵抗によるエネルギー
Ｅのつりあいから、 WH＝Ｒ（ｓ＋c/2） （３） となり、地盤の支持力Ｒは、 で与えられる。

又、油圧ハンマのような場合には、 となる。

しかしながら、実用に当たっては、ハンマと杭の間に
取り付けられるパイルキャップやクッション等の影響を
考慮する等して（４），（５）式は各種の式へ展開され
ている。

この出願の発明は、いずれのハンマ公式をも適用出来
るようにその入力条件である杭の貫入量のデータとリバ
ウンド量のデータを精度良く得るようにすることをめざ
すものである。

〈発明の原理的背景〉 杭打ち込み時の貫入量、及び、リバウンド量（弾性変
形量）は、いずれも変位量であるから、周波数の応答性
を満足するポテンションメータ（変位計）を用いて計測
すれば足りることである。

しかし、実際には杭の打ち込み時に地盤も共に振動す
ることから、変位を測定するための不動点が得られ難い
という障害がある。

これに対して、この出願の発明では不動点にある程度
の質量を持つウエイト（重すい）を用い、その慣性力を
利用して変位を測定するといった地盤計や加速度計の原
理を応用したものである。

即ち、該ウエイトに変位計を取り付け、該ウエイトと
杭との相対変位と該ウエイト自体の絶対変位から杭の変
位量を求めるようとするものである。

この場合、該ウエイトは高い周波数領域の動きには追
従せず、動くとしても、低い周波数でのみ振動すること
になる。

そこで、該ウエイトには加速度計を取り付けて加速度
を２回積分することによってその動きの量をとらえ、ウ
エイトが多少動いても測定原理上は支障がないようにす
る。

〈実施例〉 次に、この出願の発明の実施例を第１図〜第７図の図
面を参照して説明すれば以下の通りである。

第１図に示す実施例は、この出願の発明の測定装置５
を杭２に装着した杭固定型の原理態様を示すものであ
り、該測定装置５は円筒状のケース（角形でも良い）６
の中に両端をスプリング７、７及び、ダッシュポット８
で支えられているウエイトM9とケース６と一体的に動く
適宜のポテンションメータ（変位計）10からなる。

而して、該ウエイトM9には図示しない適宜の加速度計
を取り付けておく。

上述構成において、杭２に油圧ハンマ等による打撃力
が印加されると、ケース６が該杭２と変位するのに対し
て、ウエイトM9は慣性力により元の位置に止まろうとす
る。

このため、杭２と該ウエイトM9の間には相対変位が生
じ、それをポテンションメータ10で検出する。

一方、ウエイトM9も外力を受けて動こうとするが、バ
ネ７、７とダッシュポット８に懸架されているため、低
い固有振動数の周期で振動することになる。

そして、加速度計は該ウエイトM9の動きを検出するだ
けであるから、加速の変化も小さく、該加速度を２回積
分することによる変位の検出は比較的容易になる。

尚、ダッシュポット８とスプリング７の組合せは系の
減衰条件によって予め選定される。

まず、実際の杭２の油圧ハンマの打撃による変位が第
２図の様に、貫入量ｓ、弾性変形量（リバウンド量）ｃ
になっているものとする。

一方、測定装置５で測定した記録は、基準点となるべ
きウエイトM9自体も多少動くことを考慮して、第３図に
示す様に、貫入量のデータｓ′、弾性変形量（リバウン
ド量）のデータｃ′とに表わされるものとする。

即ち、ウエイトM9が動くことによって基準線にずれが
生じ、ポテンションメータ10が該ｃ′、ｓ′を測定デー
タとして検出する。

他方、ウエイトM9は非常に短い時間（1/数秒）の変化
であるため、平均加速度をとって、それをαとすると、 ｘ＝1/2αt² （８） の関係からｔ時間後の変位量ｘが求まる。

ここに、v;速度、t;経過時間である。

したがって、第２図に於ける沈下量ｓ、及び、リバウ
ンド量ｃは次式による演算によって得られる。

沈下量（貫入量）ｓ＝ｓ′＋1/2αt₂ ² （９） リバウンド量ｃ＝ｃ′＋1/2αt₁ ² （10） 而して、第4,5,6,7図に示す実施例は水中の杭打ち施
工の如く検出部を回収するのが困難な場合等に有効と思
われる測定装置５′の態様を示したものであり、検出部
（測定装置５′）と杭２とを分離した非固定型にされ、
検出部（測定装置５′）はワイヤーロープ11をケース
６′に掛止して吊設してある。

当該実施例に於て、測定装置５′はローラとしての車
輪12、12…を有する測定検出部を保持するケース６′と
該ケース６′にスプリング７′を介して係合された測定
検出部である加速度センサ付きの測定輪ユニット13から
成る。

而して、ケース６′は吊設される位置によって杭２を
押し付ける手段やその他適宜の手段により、各車輪12が
適度の押圧力をもって杭２に常に押接されるようにす
る。

当該実施例においては、ウエイトの吊る位置と重心位
置の関係からウエイトの杭２方向の成分で押し付ける手
段のほかに、ケース６′の下面に磁石13′を杭２と接し
ない適当な間隔で取り付け、打ち込み時に杭２の横振動
が生じても測定輪ユニット13が杭２から離れないように
してある。

しかし、当該態様は杭２が鋼杭の態様等の磁性体製の
場合にのみ適応し得るもので、コンクリートパイルのよ
うに非磁性体製の態様では、図示しないが、杭外周にリ
ング状のガイドを用いる等の手段によって、横振れに対
応することが出来る。

そして、測定輪ユニット13は第６図に示す様に、ケー
ス６′にスプリング７′を介して杭２と直角方向に弾性
変位（バネで押し付けた状態）自在に装着されており、
小さな杭の横振れ変位に追従するほか、横振れが測定し
ようとする上下方向変位の検出に誤差を生じないように
配慮されてある。

而して、杭２と測定装置５′との相対変位は測定輪ユ
ニット13の測定輪14の回転角から求められるもので、該
測定輪14の軸には（例えば、エンコーダ等の）適宜の角
度変位センサ15を取り付けてある。

この場合は、ケース６′、測定輪ユニット13そのもの
がウエイトになるため、加速度センサ16を第７図に示す
様に測定輪ユニット13の測定輪14の軸に取付けるように
する。

測定輪14は杭２の変位に追従することが測定装置５′
の第一条件であり、そのためには、第一に該測定輪14は
可能な限り軽量であること、第二に該測定輪14と杭２の
摩擦力が大きいこと、そして、第三に角度変位センサ15
の軸抵抗が小さいこと等の条件を満たすものでなければ
ならない。

中でも測定輪14の摩擦が測定精度に大きく影響するも
のである。

そこで、測定装置５′では鋼杭用として、測定輪14
に、例えば、ラバー状のマグネットをタイヤ状に取付け
るようにしたり、又、コンクリート杭用としては、抵抗
体として軟質ゴム等の粘着性の高い材料を測定輪14にタ
イヤ状に取付ける構造にする。

尚、測定輪14の軽量化については該測定輪14をプラス
チックやアルミニューム等の軽量材を用いるようにし、
測定輪14と杭２との摩擦を大にすることについては軸径
を出来るだけ小さくすると共に軸受け部のシールの構造
を抵抗が小さくなるようにする。

〈発明の効果〉 建設工事等における打設杭の打ち止め管理を行なうに
際して、採用するハンマ公式による支持力データが簡単
な装置でありながら確実に得られる効果があり、しか
も、直接打設杭に併設させた装置により貫入量、及び、
リバウンド量を計測するために、安全で防音カバーを用
いる場合にも、海岸や海上や湖面、河川等の水面上にお
ける作業にも適用可能であり、しかも、システム化も可
能であるという優れた効果が奏される。

又、変位計による見かけ上の貫入量、及び、リバウン
ド量に対し、ケース内側にスプリングやダッシュポット
等によって揺動自在に設けられたウエイトの加速度セン
サーにより２回の積分量で当該ウエイトの変位も計測さ
れて、変位計によって得られた見かけ上の貫入量、及
び、リバウンド量に対してウエイトの計測変位量を足し
引き演算することによってより正確な実際の貫入量やリ
バウンド量のデータが得られるという効果も奏され、変
位測定装置においては高性能な計測機器や複雑な解析技
術を必要とせず、コスト高にならずに済むという利点も
ある。

したがって、結果的に杭打設工事等の施工精度が向上
し、しかも、工期が短縮され、上り精度も良く、安価に
施工が出来、又、記録等も良好に保存することが出来る
という効果も奏される。

【図面の簡単な説明】

図面はこの出願の発明の実施例の説明図であり、第１図
は１実施例の部分断面側面図、第２図は同打設杭の貫入
量とリバウンド量の記録グラフ図、第３図はウエイトの
補正による変位量のグラフ図、第４図は別の実施例の平
面図、第５図は同部分断面側面図、第６図は測定輪ユニ
ットの部分断面側面図、第７図は同部分断面拡大平面
図、第８図は従来技術に基づく貫入量とリバウンド量の
測定斜視図、第９図は同従来技術に基づく貫入量とリバ
ウンド量のグラフ図である。 ２…打設杭、ｓ…貫入量、ｃ…リバウンド量、10…変位
計センサ（ポテンショメータ）、９…ウエイト、ｓ′,
c′…変位量、６…ケース、12…ローラ、

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ハンマにより打設杭に打撃力を印加して該
   打設杭の打ち込みを行うに際し、該杭の打ち止め管理の
   ためのハンマ公式を用いて杭支持力を得るに該ハンマ公
   式に入力するための打設杭の地盤に対する貫入量データ
   とリバウンド量データの変位測定装置において、上記打
   設杭に付設するケース内に変位計センサが固設されると
   共に加速度センサを有する慣性力の大なるウエイトがス
   プリングやダッシュポットを介して揺動自在に配設され
   ていることを特徴とする建設工事の打設杭の変位測定装
   置。
2. 【請求項２】上記ケースが打設杭に固設されていること
   を特徴とする請求項１記載の建設工事の打設杭の変位測
   定装置。
3. 【請求項３】上記ケースが打設杭に取り外し自在に付設
   されていることを特徴とする請求項１記載の建設工事の
   打設杭の変位測定装置。
4. 【請求項４】上記打設杭が磁性体製であって上記ケース
   に磁石が付設されていることを特徴とする請求項３記載
   の建設工事の打設杭の変位測定装置。
5. 【請求項５】上記ケースがローラを介して打設杭に付設
   されるようにされていることを特徴とする請求項３記載
   の建設工事の打設杭の変位測定方法。
6. 【請求項６】上記打設杭が非磁性体であってケースに対
   するガイドを付設されていることを特徴とする請求項３
   記載の建設工事の打設杭の変位測定装置。