JP3947988B2 - 道路の路盤等のたわみ量測定機 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は道路などの路盤または路床のたわみ量を測定するたわみ量測定機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、道路路床や下層路盤のたわみ量を測定する方法が種々提案されているが、その代表的なものとしてベンケルマンビーム法が挙げられる。この方法は、ダンプトラックなどの荷重車の後輪の複輪間にベンケルマンビーム先端を挿入しておき、荷重車を低速走行させて路面のたわみ量をダイヤルゲージなどの変位計で測定するというものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、ベンケルマンビーム法には次のような課題があった。すなわち、この方法によれば荷重車としてダンプトラックなどの大型車を用いるため、荷重車自体の入手が困難であるという根本的課題に加え、幅員が狭い道路の測定には採用し得ない上、測定作業にも多くの人員を必要とし、さらに測定の自動化が困難であった。
【０００４】
本発明は上述した課題を解決するためになされたもので、特に道路工事の進行を妨げることのないよう、迅速で簡易な測定を実施できるたわみ量測定機を提供することを目的とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上述目的を達成するために本発明では、走行手段を備えた台車に一定の接地圧で走行する計測輪を設けると共に、当該計測輪の水平荷重および鉛直荷重を同時且つ独立して計測可能な２成分荷重計を備え、さらに２成分荷重計で計測される水平荷重を鉛直荷重を除算して水平抵抗値を算出すると共に、当該水平抵抗値と予め算出した換算係数とによりたわみ量を算出可能な演算処理装置を備えるという手段を用いた。
【０００６】
また、請求項２では、台車の進行方向に沿って計測輪の前後に、当該計測輪の円周を三分割した長さの間隔をもって副計測輪を設けると共に、計測輪並びに副計測輪の上下方向の変位量を計測可能な変位計を設け、上記計測輪が１／３回転するごとに上記変位計それぞれから変位量を取得し、演算処理装置ではこれら変位量データに基づいて、そのときの水平抵抗値をたわみ量算出の基礎とするか否か、即ち当該水平抵抗値の妥当性を判定するという手段を選択的に用いた。
【０００７】
さらに、請求項３では、上記手段において、台車の走行手段は、台車上に設置したバッテリーを電源として台車を自走させるという手段を用いた。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施の形態を添付した図面に従って説明する。図１〜図４はそれぞれ、本発明の一実施形態に係るたわみ量測定機の斜視図、側面図、底面図、正面図を示したものである。これらの図において、１は前方に２つの走行輪２・２、後方に１つの駆動輪３を備えた測定台車、４は測定台車１のほぼ中央に設けた主計測輪、５ａ・５ｂは計測輪４の前後に等間隔に設けた副計測輪である。６は主計測輪４の上方に位置して台車１に載荷した一定重量の重鎮であり、主計測輪４に鉛直荷重を加え、その車輪接地圧を一定とするものである。ここで本実施形態における測定機は、幅１ｍ、横１．３ｍ、高さ０．８ｍと従来のたわみ量測定機に比べて極めてコンパクトに構成されているため、普通車で運搬できると共に、幅員の狭い現場でも計測が可能である。
【０００９】
一方、図中、７は測定台車１の走行中に主計測輪４に働く水平荷重並びに鉛直荷重を同時に計測する２成分荷重計であって、且つ、これら荷重を独立して計測できるよう互いが干渉しない機構としている。８…８は主計測輪４並びに副計測輪５ａ・５ｂの上下方向の変位を計測する変位計であり、当該変位計８…８により地表面の凹凸や傾きを測定するものである。
【００１０】
また、９は２成分荷重計７および変化計８…８から送出されるデータに基づいてたわみ量を算出する演算処理装置である。なお、２成分荷重計７および変位計８…８から送出されるデータはアナログ信号であるが、演算処理装置９では図示しないインターフェイスを介してアナログデータをデジタルデータに変換して取り込み、処理する。従って、演算処理装置９は例えばパーソナルコンピュータが該当するが、特に装置の小型化を図るにはノート型パソコンを採用することが好ましい。また、１０は演算処理装置９と接続された無線モデムであって、演算処理装置９を遠隔操作すると共に、データを送受信するためのものである。
【００１１】
さらに、１１は駆動輪３を制御し、台車１を走行させる駆動輪コントローラであり、台車１に設置したバッテリー１２を電源として駆動するものである。即ち、本実施形態では測定台車１を自走式としている。また、適宜、無線コントローラ１３を設け、当該無線コントローラ１１により駆動輪コントローラ１１を遠隔操作することも可能である。さらに、予め設定されたプログラムに従って測定台車１を自走させることも可能である。ただし、台車１の走行手段は、これに限らず牽引手段であってもよい。
【００１２】
次に、上記構成の測定機によるたわみ量の測定方法を説明すると、台車１の走行中に２成分荷重計７で計測される主計測輪４の水平荷重および鉛直荷重からたわみ量を算出するものであるが、演算処理装置９ではたわみ量の算出に先立ってデータ入力された水平荷重を鉛直荷重で除算し、鉛直荷重単位当たりの水平荷重として水平抵抗値を求める。そして、当該水平抵抗値を基準パラメータとして後述する換算係数と乗算することによりたわみ量を算出するものである。なお、本発明において水平荷重とは主計測輪４を前進させるために必要な水平方向の力、鉛直荷重とは主計測輪４に働く鉛直方向の力と定義する。
【００１３】
ここで、たわみ量と主計測輪４の水平荷重の関係、並びに、たわみ量算出の基準パラメータとして水平抵抗値を求めることについて説明する。先ず、前者について、主計測輪４は重鎮６による鉛直荷重を受けて地盤にくい込んだ状態となるが、この状態で測定台車１を前進させるためには、主計測輪４をくい込みから脱出させるための力が必要となる。つまり、地盤が軟らかく主計測輪４のくい込みが深ければ、それだけ水平方向の力が必要となるというように、地盤のたわみ量と主計測輪４の水平荷重とには相関関係があることに着目し、本発明ではたわみ量算出のため、主計測輪４を一定の接地圧とすると共に、この状態で走行する主計測輪４の水平荷重を計測することとした。
【００１４】
次に、水平抵抗値をたわみ量算出の基準パラメータとして用いるのは、水平荷重は鉛直荷重に比例して大きくなるという性質を有している上、測定台車１を実際に走行させた場合、振動等によって主計測輪４に働く鉛直荷重は若干変動するため、単に水平荷重を計測するのみでは、正確なたわみ量を算出できないからである。換言すれば、本装置において重鎮６を交換した場合や、走行中の振動によって主計測輪４の鉛直荷重が変化しても、統一的な基準パラメータを得ることを目的として水平抵抗値を求めることとしたのである。
【００１５】
以上の関係に基づき、予め上記測定機を用いて種々の条件下で実験を行うことによって、水平抵抗値からたわみ量を算出するための換算係数を求めることができる。そして、当該換算係数を演算処理装置９に記憶させておくことで、２成分荷重計からのデータに基づきたわみ量を算出することができる。具体的には、演算処理装置９は、図５のフローチャートに示される通り、入力された水平荷重Ｔを鉛直荷重Ｐで除算して水平抵抗値Ｔ／Ｐを求め（Ｆ１）、さらに当該水平抵抗値Ｔ／Ｐと上記換算係数とを乗算することによって、たわみ量を算出（Ｆ２）するものである。
【００１６】
なお、本発明でいう換算係数は水平抵抗値Ｔ／Ｐとたわみ量との相関関係から算出されるもので、地盤の土質や計測輪の接地面積、鉛直荷重、さらに測定台車の走行速度などの測定条件によって値が異なる。ただし、種々の測定条件に応じてサンプルデータの取得実験を行うことによって、あらゆる条件に対応できる換算係数を求めることも可能である。
【００１７】
続いて、主計測輪４並びに副計測輪５ａ・５ｂに対して設けた変位計８…８の役割について説明する。当該変位計８…８は主計測輪４並びに副計測輪５ａ・５ｂの上下方向の変位量を計測することにより、計測現場の地表面の形状や傾き等を判断するためのデータを取得するために機能する。すなわち、２成分荷重計７による地盤のたわみ量は数ｍｍという非常に小さい範囲で測定されるため、現場地表面が傾斜していたり凹凸を有するような場合、たわみ量の測定精度に影響を及ぼすことがある。これを解消するため、本発明では変位計８…８により主計測輪４及び副計測輪５ａ・５ｂの走行中の変位量を計測し、これを演算処理装置９に入力することによって地表面の状態を判断し、２成分荷重計７のデータに基づいて算出される水平抵抗値Ｔ／Ｐの数値の妥当性を判定する基礎としているのである。
【００１８】
また、本実施形態では、変位量の計測対象を主計測輪４並びに副計測輪５ａ・５ｂの３つとし、それぞれを一定の時間差をおいて計測することしたので、主計測輪４が通過する同一ポイントにおける、鉛直荷重前、荷重中、荷重後の地盤状態を判断できるのである。具体的には、主計測輪４と副計測輪５ａ・５ｂとの距離をそれぞれ主計測輪４の円周を３等分した長さとし、さらに計測タイミングとして近接センサ１４により主計測輪４が１／３回転するごとに変位計８…８の変位データを取得することで、同一ポイントにおける鉛直荷重前、荷重中、荷重後の地盤状態を判断することができるのである。
【００１９】
そして、図５のフローチャートに示されるように、演算処理装置９では変位計８…８から送出される変位データ（Ｆ３）に基づいて地表面状態を判断（Ｆ４）し、水平抵抗値の妥当性を判定するのである。なお、本実施形態では、図４に示されるように地表面状態との比較判定（Ｆ４）の前段階にも、測定精度を担保する目的から水平抵抗値の妥当性を別途判別（Ｆ５）しているが、この処理（Ｆ５）を省略することも可能である。
【００２０】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１では重鎮付きの台車に取り付けた計測輪の水平荷重および鉛直荷重からたわみ量と相関関係のある水平抵抗値を求めたので、測定機の小型化を図ることができて、従来入手困難だった大型ダンプなどを用意する必要がない上、狭い路地のたわみ量を測定することができる。
【００２１】
また、請求項２では計測輪の水平荷重および鉛直荷重の他、これを補完する補助データとして計測輪およびその前後に設けた副計測輪の３点の変位量を測定することとしたので、路床に凹凸や傾きなどのノイズ要因があったとしても、これらを判定した上で、正確なたわみ量を測定可能となった。
【００２２】
更に請求項３では台車を自走式としたので測定の人員を減らすことができ、１人のオペレータによっても計測が可能であるという効果を有するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施形態に係るたわみ量測定機を示した斜視図
【図２】同、たわみ量測定機の側面図
【図３】同、たわみ量測定機の底面図
【図４】同、たわみ量測定機の正面図
【図５】演算処理装置の処理手順を示したフローチャート
【符号の説明】
１ 測定台車
２ 走行輪
３ 駆動輪
４ 主計測輪
５ａ・５ｂ 副計測輪
６ 重鎮
７ ２成分荷重計
８ 変位計
９ 演算処理装置
１０ 無線モデム
１１ 駆動輪コントローラ
１２ バッテリー
１３ 無線コントローラ
１４ 近接センサ

Claims (3)

1. 走行手段を備えた台車に一定の接地圧で走行する計測輪を設けると共に、当該計測輪の水平荷重および鉛直荷重を同時に計測可能な２成分荷重計を備え、さらに２成分荷重計で計測される水平荷重を鉛直荷重で除算して水平抵抗値を算出すると共に、当該水平抵抗値を基礎としてたわみ量を算出可能な演算処理装置を備えたことを特徴とする道路の路盤等のたわみ量測定機。
2. 台車の進行方向に沿って計測輪の前後に、当該計測輪の円周を三等分した長さの間隔をもって副計測輪を設けると共に、計測輪並びに副計測輪の変位量を計測可能な変位計を設け、上記計測輪が１／３回転するごとに上記変位計それぞれから変位量を取得し、演算処理装置では上記変位量に基づき、そのときの水平抵抗値をたわみ量算出の基礎とするか否かの判定を行う請求項１記載の道路の路盤等のたわみ量測定機。
3. 走行手段は、バッテリーを電源として台車を自走させる請求項１又は２記載の道路の路盤等のたわみ量測定機。

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