JP3830395B2 - 固い地盤に打ち込まれる杭を形成するための方法およびマシン - Google Patents

Description

【０００１】
この発明は、固い地盤、特に花崗岩の地盤に打ち込まれる杭を形成するための方法およびマシンに関する。
【０００２】
穿孔杭の組を特に後の建築の基礎となるように形成することが必要である場合、ボアホールをまず必要とされる径および深さにまで形成し、次いで、コンクリート、選択肢として補強されたコンクリートを、そのようにして形成されたボアホールに投入することにより、杭の形成を、そのボアホールが杭形成モールドとなる状態で行なうことは周知である。
【０００３】
穿孔杭を適切に形成する際に生ずる問題の１つは、ボアホールの底部が、杭を固定するのに好適である物理的特性を有する地中の十分な深さにあることを保証することである。たとえば、好適な物理的特性を有する地盤とは、固い岩、特に、花崗岩であり得る。具体的に、花崗岩の場合、花崗岩のゾーンはしっかりとしていること、つまりその花崗岩はもろくなく、その花崗岩ゾーン、またはより一般的には高い強度のゾーンの機械的強度を台無しにし得るかもしれないようなひびが全くまたはほとんどないことを示す、ということを保証する必要がある。
【０００４】
この問題を解決するため、現在用いられている解決策では、２０ｃｍ〜３０ｃｍのオーダの比較的小さな径のコアを、杭が形成される地盤にあけ、それらコアを、そのコアの深さにわたって岩をサンプリングする手段として用いる。
【０００５】
それにも関わらず、ある場合では、そのようなコアは比較的小さな径を有し、必ず間隔がお互いから比較的遠く離れて設けられるため、それらは、固い地盤の層に実際に穿たれる杭が必要な物理的特性を伴って固定を与えることを保証しないことがわかる。
【０００６】
この発明の第１の目的は、穿孔杭が、実際に、適切な固定を、必要とされる物理的特性を与える地盤の層内において与えることを保証することを可能にする方法を提供することである。
【０００７】
この目的を達成するため、この発明は、ボーリングマシンを用いて固い地盤に打ち込まれる杭を形成する方法を提供し、この方法は、
ボーリングマシンにセンサを取付けることにより、ボーリングツールの動的特性のうち、少なくとも、ツールのトルク、ツールの貫通速度、ツールの回転速度、およびツールに加えられるスラストを測定するステップと、
前記センサによってなされた測定値を得、それらを、漸進的に、それらが連続する深さに対して得られるにつれ記憶するステップとを含み、各々は予め定められた深さ増分に対応し、前記方法はさらに、
各深さごとに、および記憶された測定値から、遭遇した地質を表現する少なくとも第１の変数を計算し、第１の変数の、連続する値を、連続する深さに対し、それらが計算されるにつれ記憶するステップと、
前記変数の、連続する値を処理して、実質的に連続的な連なりを前記変数の前記連続する値において発見するステップとを含み、そこにおいて、変数の値は予め定められる深さの差に対応する連続する深さにわたる受入れ可能な質の地盤に対応し、前記方法はさらに、
前記予め定められる深さの差を包含する受入れ可能な値からなる実質的に連続的な連なりが一旦検出されるとボーリングを中断するステップを含むことにより特徴づけられる。
【０００８】
この発明の方法においては、下層土の質を表現する少なくとも１つの変数の測定を、実時間で、連続する予め定められた深さにて、該マシンに取付けられたセンサを用いて行なわれた測定値に基づき行なう。変数の、連続する計算された値を処理することにより、その変数によって、必要とされる値が、実質的に連続的に、深さにおける予め定められた差にわたって表現されているという事実を判断または検出する。この深さにおける予め定められた差は、杭を固定するために必要な高さに相当するものである。一旦そのような深さの差が検出されると、ボーリングを停止し杭を次いで形成する。
【０００９】
強調されるべき点は、センサによってさまざまな深さに対しなされた測定値の記録を、変数の、さまざまな深さに対しての計算された値とともに保持し、したがって、杭が設定された条件下で打ち込まれたという証拠をなすことが同時に可能であるという点である。
【００１０】
好ましくは、センサによってさまざまな深さにおいて与えられたパラメータに基き、地質を表現し、かつ穿孔杭を固定するために必要とされる物理的特性を提示する土の層を検出するのによい、２つの区別される変数を計算する。検出は自然に両方の変数の値に依拠し、ボーリングの中断は、深さにおけるその同じ予め定められる差が、両方の変数の、受容可能な値に対し得られたときに行なわれる。
【００１１】
この変形においては、この方法によって、下層土の質のより正確な評価が得られ、したがって、好適な固い地盤の層が実際に穿孔されたことがより正確に保証されることを可能にすることが理解される。
【００１２】
この発明は、さらに、穿孔杭の形成を、上に特定されるタイプの方法の実施により行なうマシンを提供する。
【００１３】
固い地盤に穿たれる杭を形成するマシンは、ドリルストリングの底部端に固定されるボーリングツールと、該ドリルストリングを回転するようにセットして土中に駆動するための手段とを含み、それは、さらに、
ボーリングツールの動的特性を測定するためのセンサを含み、前記特性は、ツールのトルク、ツールの貫通速度、ツールの回転速度、およびツールに加えられるスラストのうち少なくともいくつかを含み、さらに、
前記センサによりなされる測定値を、それらが予め定められる深さ増分に対応する連続する深さに対して得られるにつれ記憶するための手段と、
各深さごとに、記憶された測定値に基き、遭遇する地質を表現する少なくとも第１の変数を計算するための手段と、第１の変数の、連続する値を、それらが計算されるにつれ、および連続する深さに関連する状態で記憶するための手段と、前記変数の、連続する値を処理することにより、前記変数の、連続する値の実質的に連続的な連なりであって、予め定められる深さの差に対応する連続する深さにおいて受入れ可能な地質に対応する連なりを発見するための手段と、
前記予め定められる深さの差にわたる受入れ可能な値の前記実質的に連続的な連なりが検出されるとボーリングを中断するための手段とを含むことによって特徴づけられる。
【００１４】
この発明の他の特徴および利点は、非限定的な例として与えられるこの発明のさまざまな実現例についての以下の記載を読むことによりより明らかとなる。本記載は添付の図面を参照する。
【００１５】
図１はボーリングマシン１０を示し、それは台１２を含み、それには案内柱１４が蝶番止めされている。キャリッジ１６が案内柱１４上に取付けられ、それ自体はボーリングまたは「回転式駆動」ヘッド１８を担持する。ボーリングヘッド１８にはドリルストリング２０が係合されており、ボーリングツール２２がそのストリングの底部端に取付けられている。周知であるように、ボーリングヘッド１８は、特に、ドリルストリングを回転させるためのモータ２４を含む。例として、ツール２２は、土中に、ボーリングの目的で、キャリッジ１６を案内柱に沿って並進運動させるように作用する鎖またはベルトの組２６の制御下にて、駆動される。鎖２６自体はモータユニット２８によって駆動される。
【００１６】
この発明に従うと、このマシンはさまざまなセンサを取付けられるが、それらは、特に、ドリルストリングを地中に駆動するために用いられる油圧モータ２６の圧力にたとえば応答するスラストセンサ３０と、キャリッジ１６上に取付けられツールの土中への貫通速度Ｖ_pを与えるセンサ３２と、ボーリングヘッド上に取付けられ、ドリルストリングの回転速度Ｖ_rを、ボーリングツールに与えられるトルクＣとともに与えるセンサ３４および３６とを含むものである。最後に、図において参照番号３８で示される手段はボーリングツール２２の深さを判断するよう働く。これらさまざまなセンサ３０〜３８は、プロセッサユニット４０に接続され、ツール２２およびマシン１０を用いたボーリングの進行状況が監視される。
【００１７】
以下の記載では、ボーリングツールの、選択される動的パラメータは：ツールにより加えられるスラストＰおよびトルクＣ；ツールの回転速度Ｖ_r；およびツールの地中への貫通速度Ｖ_pである。当然のことながら、ツールの、他の動的パラメータが用いられる場合には、それはこの発明を超えるものではない。
【００１８】
センサ３０〜３６により実行された測定は実時間でプロセッサユニット４０に送られる。このプロセッサユニットは、本質的に、マイクロプロセッサの周りに構築される中央ユニット４２と、データメモリ４４と、ワーキングメモリ４６と、プログラムメモリ４８とを含む。
【００１９】
これらセンサにより与えられデジタル形式において（またはおそらくはアナログ形式においてさえ）実時間で中央ユニット４２に送られる測定値は、データメモリ４４において、それら測定が行なわれた深さに関連した状態で記憶される。例として、深さは１ｃｍの増分に対し考慮され得る。
【００２０】
約１ｃｍの深さ増分に対するパラメータの有意な測定値を得るために、２つの技術が用いられ得る。土が固すぎない場合、１ｃｍの深さ増分の実施は、深さセンサ３８により検出されるとおりの連続する深さに対応する測定値を記憶することにより行なわれ得る。しかしながら、地盤がより固い場合、１ｃｍを穿つのにかかる時間はかなりなものであり得る。連続する深さがパラメータ測定値と関連づけられる方法は、したがって、無作為になり得るかもしれない。そのような状況下においては、測定を予め定められる時間間隔で行ない、各予め定められる深さを、前記深さに対応する時間間隔中に取られるすべての測定値にわたって平均される値と関連づけることが可能である。いずれにしても、メモリ４４が、深さ増分に関連づけられる４つの測定されるパラメータの実時間記憶を与える。
【００２１】
図４において、曲線４ａ〜４ｄは、パラメータＰ、Ｃ、Ｖ_rおよびＶ_pの値を、異なる深さにて、実時間で記録されたとおりに示す。
【００２２】
この発明に従うと、４つの測定されるパラメータを用いて、地質を表わす２つの変数を計算する。別の数の変数が計算されることも有り得、別の公式が用いられることも有り得る。ここに記載される特定の例では、第１の変数Ｃ_Mは、ある時間期間にわたって平均されるトルク値により表現されるとおりの平均されたトルク変動である。この変数Ｃ_Mが小さければ小さいほど、土をボーリングするのに必要な力はより一定となり、つまり、土の固さ特性はより一様であることが理解される。
【００２３】
第２の選択される変数はソマートン（Sommerton）の係数として公知である。これは以下の公式により与えられる。
【００２４】
【数２】

【００２５】
係数Ｓが高ければ高いほど、土は固くなる。
この発明の方法では、サーチをさまざまな値に対して行なって、変数Ｃ_MおよびＳを、杭を固定するのに受入れ可能な地質に対応する連続する深さで求める。たとえば、変数Ｃ_Mの場合、その基準は、このパラメータは第１の予め定められる値Ｖ₁未満でなければならない、というものである。対照的に、第２の変数Ｓの場合、その基準は、この変数は第２の予め定められる値Ｖ₂よりも大きくなければならない、というものである。
【００２６】
パラメータ値のメモリ４４における獲得および記憶中、変数Ｃ_MおよびＳは各深さごとに計算される。これらの計算を実行するのに必要なサブプログラムはメモリ４８に記憶される。これらの変数の計算をワーキングメモリ４６にて行ない、それらをデータメモリ４０に記憶する。中央ユニットは変数Ｃ_MおよびＳの値を予め定められる値Ｖ₁およびＶ₂と比較する。両方の変数値が、考慮の対象となっている深さに適用可能な基準と整合する場合には、カウンタ５０の増分を図３に示されるように比較ステップ５２の後に行なう。しかしながら、それら基準のうち少なくとも１つがステップ５２において満たされない場合には、ステップ５４においてカウンタ５０を０にリセットする。
【００２７】
ボーリング深さは必要とされる条件に対応するということを考慮するため、固定深さを固い地盤においては事前に決定するが、その深さは通常はボアホールそれ自体の径に依存する。この固定深さＬは図４に示され、それはしたがっていくつかの数の個々の深さ増分に変換され得る。一旦カウンタ５０が深さの差Ｌに関連づけられる深さ増分の数Ｎに対応する値にまで増分されると、これがステップ５６において検出され、実際に形成されるボアホールの底部は必要とされる深さＬを固い土中において貫通したということがわかる。次いで、ボーリングマシンを停止することが可能であり、なぜならば、必要とされる固定条件が達成されたからである。
【００２８】
コンクリートまたはスリップをついで形成されたばかりのボアホールに導入することにより穿孔杭を得る。
【００２９】
各投入される杭の形成を上記の技術により行なう一方で、図４に示されるタイプの４つのパラメータＰ、Ｃ、Ｖ_rおよびＶ_pに関する記録を変数Ｃ_MおよびＳの値とともにセーブすることが可能であることが理解される。当該建築業者は、次いで、投入された杭の形成が、実際に、仕様書に特定される条件下でなされたことを証明し得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明に従う、穿孔杭を形成するためのマシンの単純化された立面図である。
【図２】 このマシンにおいて用いられる主要処理回路を示すブロック図である。
【図３】 センサにより供給される測定がどのように処理されるかを示す単純化された流れ図である。
【図４】 センサを用いてなされる記録を示し、前記記録がどのように用いられるかを示す例示の図である。
【符号の説明】
１０ ボーリングマシン、１２ 台、１４ 案内柱、１６ キャリッジ、１８ボーリングまたは回転式ドライバヘッド、２０ ドリルストリング、２２ ボーリングツール、２４ モータ、２６ 鎖またはベルトの組、２８ モータユニット、３０ スラストセンサ、３２ センサ、３４ センサ、３６ センサ、３８ センサ、４０ 処理ユニット、４２ ＣＰＵ、４４ データメモリ、４６ ワーキングメモリ、４８ プログラムメモリ。

Claims (10)

1. ボーリングマシンを用いて固い地盤に打ち込まれる杭を形成する方法であって、
   ボーリングマシンにセンサを取付けることにより、ボーリングツールの動的特性のうち、少なくとも、ツールのトルク、ツールの貫通速度、ツールの回転速度、およびツールに加えられるスラストを測定するステップと、
   前記センサによってなされた測定値を得、それらを、漸進的に、それらが連続する深さに対して得られるにつれ記憶するステップとを含み、各々は予め定められた深さ増分に対応し、前記方法はさらに、
   各深さごとに、および記憶された測定値から、遭遇した地質を表現する少なくとも第１の変数を計算し、第１の変数の、連続する値を、連続する深さに対し、それらが計算されるにつれ記憶するステップと、
   前記変数の、連続する値を処理して、実質的に連続的な連なりを前記変数の前記連続する値において発見するステップとを含み、そこにおいて、変数の値は予め定められる深さの差に対応する連続する深さにわたる受入れ可能な質の地盤に対応し、前記方法はさらに、
   前記予め定められる深さの差を包含する受入れ可能な値からなる実質的に連続的な連なりが一旦検出されるとボーリングを中断するステップを含むことにより特徴づけられる、方法。
2. 各深さごとに、および記憶された測定値から、遭遇した地質を表現する少なくとも第２の変数を計算し、第２の変数の、連続する値を、連続する深さに対し、記憶するステップと、
   前記第１および第２の変数の、連続する値を処理することにより、値の実質的に連続的な連なりを、前記変数の各々に対し、所与の予め定められる深さの差に対応する連続する深さにわたり受入れ可能な質の地盤に対応する前記変数の連続する値において発見するステップと、
   受入れ可能な値からなる前記実質的に連続的な連なりが前記同じ予め定められる深さの差にわたって一旦検出されるとボーリングを中断するステップとを含むことにより特徴づけられる、請求項１に記載の方法。
3. 測定された各パラメータの値の計算は、前記パラメータを予め定められる時間期間で計算し、パラメータ値を各定められる深さに割当てることにより行なわれ、前記値は、前記深さに対応する前記時間間隔で取られた測定値の平均に等しい、請求項１または２に記載の方法。
4. 前記第１の変数はツールトルクの平均値であり、前記第２の変数は、スラスト、ツールの貫通速度、およびツールの回転速度の関数である、請求項２に記載の方法。
5. 前記第２の変数は以下の公式；
   

   

   を用いて計算され、式中、Ｐはスラストであり、Ｖ_rは回転速度であり、Ｖ_pは貫通速度である、請求項４に記載の方法。
6. 前記第１の変数の値が受入れ可能であるとして考えられるのはそれが予め定められる値未満であるときであり、前記第２の変数の値が受入れ可能であるとして考えられるのはそれが予め定められる値より大きいときである、請求項５に記載の方法。
7. 固い地盤に打ち込まれる杭を形成するマシンであって、ドリルストリングの底部端に固定されるボーリングツールと、ドリルストリングを回転させ土中に駆動されるようにするための手段とを含み、マシンは、
   ボーリングツールの動的特性を測定するためのセンサを含み、前記特性は、ツールのトルク、ツールの貫通速度、ツールの回転速度、およびツールに加えられるスラストのうち少なくともいくつかを含み、さらに、
   前記センサによりなされる測定値を、それらが予め定められる深さ増分に対応する連続する深さに対して得られるにつれ記憶するための手段と、
   各深さごとに、記憶された測定値に基き、遭遇する地質を表現する少なくとも第１の変数を計算するための手段と、第１の変数の、連続する値を、それらが計算されるにつれ、および連続する深さに関連する状態で記憶するための手段と、前記変数の、連続する値を処理することにより、前記変数の、連続する値の実質的に連続的な連なりであって、予め定められる深さの差に対応する連続する深さにおいて受入れ可能な地質に対応する連なりを発見するための手段と、
   前記予め定められる深さの差にわたる前記受入れ可能な値の実質的に連続的な連なりが検出されるとボーリングを中断するための手段とを含むことによって特徴づけられる、マシン。
8. 各深さに対し、記憶される測定値から、遭遇する地質を表わす第２の変数を計算し、第２の変数の、連続する値を、連続する深さに対し記憶するための手段と、
   前記第１および第２の変数の、連続する値を処理することにより、両方の変数に対し同じである予め定められる深さの差に対応する連続する深さにわたり受入れ可能な地質に対応する前記変数の各々の値の実質的に連続的な連なりを発見するための手段と、
   前記受入れ可能な値の実質的に連続的な連なりが前記同じ予め定められる深さの差にわたって検出されるとボーリングを中断するための手段とをさらに含む、請求項７に記載のマシン。
9. 測定された各パラメータの値の計算は、前記パラメータを予め定められる時間期間で計算し、パラメータの値を予め定められる深さに割当てることにより行なわれ、前記値は、前記深さに対応する前記時間間隔で取られた測定値の平均値に等しい、請求項７または８に記載のマシン。
10. 前記第１の変数はツールトルクの平均値であり、前記第２の変数は、スラスト、ツールの貫通速度、およびツールの回転速度の関数である、請求項７に記載のマシン。

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