JP4043025B2 - 杭鉛直度管理装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、起伏可能に回動し且つ伸縮自在なアームの先端に杭を取り付けて、杭入作業を行なうものにおいて、アームを伸縮させて杭の鉛直度が保たれるように管理する杭鉛直度管理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
住宅地盤においては、例えばスウェーデン式サウンディング試験機などを用いて原位置における土の貫入抵抗を測定し、その硬軟または締まり具合、さらに土層の構成を測定し、地耐力を推定する地盤調査が予め行なわれる。そして、この地盤調査の結果、軟弱な地盤であると判断された場合には、セメント系の固化剤をスラリー状態にし、対象となる地盤に注入しながら機械混合攪拌することによって、地盤土を柱状固化して地盤強化を図る地盤改良工事が行なわれている。
【０００３】
この一連の施工工事においては、軟弱地盤の正確な挿入位置に杭芯の先端を合わせることは勿論、特に施工中における杭芯の鉛直度（傾斜状態）や深度を正しく管理することが求められる。すなわち、杭芯を常時垂直に保ったまま軟弱地盤に打ち込まなければ、完成した改良地盤がジグザグの状態に施工され、地盤強化を満足に図ることができない。また、杭芯の挿入深さが不足した場合などにも、同様の問題が発生する。
【０００４】
さらに、こうした杭芯の鉛直度や深度の管理は、ハンマーなどで杭芯を垂直に打ち込む専用の杭打ち車両ではなく、とりわけ汎用の工事車両である建柱車のように、伸縮自在で垂直方向に回動するアームの先端に杭芯を取り付けて、このアームにより杭芯を押し込んで作業するものでは一層困難なものとなる。この場合、先ずアームの先端に杭芯を取付けた状態で、作業者が目標位置を目視で確認しながら、工事車両のオペレータに合図を送り、杭芯の先端と目標位置の位置合わせを行なう。次に、目標位置の近辺にいる作業者の目視による合図を頼りに、オペレータはアームの出し入れとアームの回動を行ないながら、杭芯を垂直に且つ所定の深さまで掘削する作業が行なわれる。しかし、どの程度アームを出し入れしたり、アームを回動させるのかは、あくまでもオペレータの勘に委ねられているため、作業に際しては相当な熟練が必要であった。
【０００５】
こうした杭打ち時における杭芯の鉛直度を管理するものとしては、例えば特許文献１にあるような、杭打設における杭の鉛直矯正方法が知られている。これは、２つの観測点のそれぞれに電子トータルステーションを設置し、この電子トータルステーションにより杭に設けたマークを視準追尾することで、杭を保持する杭打設作業装置の前後傾斜手段と左右傾斜手段を制御して、杭の鉛直性を保つようにしている。
【０００６】
【特許文献１】
特公平４−７３７２９号公報（明細書段落番号［０００６］等）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし上記方法では、杭打ち作業を行なう毎に、杭から離れた位置に電子トータルステーションを設置しなければならず、煩わしい。しかも、杭を前後方向若しくは左右方向にどの程度動かせばよいかという情報は得られるものの、それに基づき現時点でアームをどの程度伸縮させるのかは判らず、結局は作業者が電子トータルステーションに代わっただけで、作業車両を操作するオペレータの技量で杭作業の良否が左右される。
【０００８】
こうした問題を回避するために、先に本願出願人は特願２００１−３８０７１０において、基端にある枢着部を中心に起伏可能に回動し、且つ伸縮自在なアームの先端に取付けられる杭の鉛直度を管理する杭鉛直度管理装置において、アームの枢着部から先端までの長さを検出するアーム長検出手段と、アームの起伏角度を検出するアーム角度検出手段とを備えるとともに、アームの先端を前記杭の貫入位置に一致させたときに、アーム長検出手段とアーム角度検出手段からそれぞれ取り込んだ杭の最終姿勢におけるアームの長さおよび起伏角度と、このアーム角度検出手段から取り込まれる現在のアームの起伏角度とから、杭が貫入位置の垂直線上に位置するアームの目標長さを算出する制御手段を備えたものを提案している。
【０００９】
しかし、打設中の杭芯を押し込む力と杭芯が軟弱地盤から受ける反発力がアームを押し上げる力となって、アーム自身に撓みが生じるため、アームの基端と先端での起伏角度にズレを生じるようになり、アームの目標長さに実際のアーム長を合わせて施工しても、杭を目標となる貫入位置に垂直に打ち込むことができない。
【００１０】
加えて、杭芯の打設中はアームが撓むだけでなく、アームを保持する保持体としての建柱車も前後に浮き上がりや縦揺れを起こす。このため、車両本体の浮き上がりや縦揺れ角をも考慮したアームの目標長さの算出を行なわなければ、杭芯の鉛直度を正しく保つことができないという不都合を生じる。
【００１１】
本発明は、上記問題点を解決しようとするもので、施工中にアームが撓んだ場合でも、アームの枢着部から先端部までの真の直線長さと、この真の直線長さと水平面とのなす角度である真の起伏角度を正しく算出することができ、オペレータの技量に左右されることなく、正しく杭作業を行なうことができる杭鉛直度管理装置を提供することをその目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１における杭鉛直度管理装置は、前記目的を達成するために、基端にある枢着部を中心に起伏可能に回動し、且つ伸縮自在なアームの先端に取付けられる杭の鉛直度を管理する杭鉛直度管理装置において、前記アームは、このアームの基端にあって、既知の固定長であるアーム基部と、前記アームの先端にあって、前記アーム基部より出没するアーム可動部とにより構成され、前記アームに沿った枢着部から先端までの撓み長さを検出するアーム長検出手段と、前記アーム基端の起伏角度を検出する第一アーム角度検出手段と、前記アーム先端の起伏角度を検出する第二アーム角度検出手段と、前記第一アーム角度検出手段で検出した前記アーム基端の起伏角度と、前記第二アーム角度検出手段で検出した前記アーム先端の起伏角度とから、前記アーム基部と前記アーム可動部とのなす第一角度を算出し、前記アーム長検出手段で検出した撓み長さと、前記アーム基部の固定長とから、前記アーム可動部のアーム長を算出し、前記算出した第一角度およびアーム長と、前記アーム基部の固定長とから、余弦定理によって前記アームの枢着部から先端までの真の直線長さを算出すると共に、前記算出したアーム長および前記真の直線長さと、前記アーム基部の固定長とから、余弦定理によって前記真の直線長さと前記アーム基部とのなす第二角度を算出し、この第二角度と、前記第一アーム角度検出手段で検出した前記アーム基端の起伏角度とから、前記真の直線と水平面との間の真の起伏角度を算出するアーム撓み補正手段と、前記杭を装着しない状態で、前記アームの先端を前記杭の貫入位置に一致させたときに、前記アーム撓み補正手段が算出した前記杭の基準姿勢における前記真の直線長さおよび前記真の起伏角度から、前記杭が貫入位置の垂直線上に位置するときの前記枢着部から前記杭に至る水平面に沿った距離を算出し、この距離と前記真の起伏角度とから、前記杭が貫入位置の垂直線上に位置する前記アームの枢着部から先端までの目標直線長さを算出する制御手段とを備えて構成される。
【００１３】
この場合、杭の打設中は、杭を地面に押し込む力と杭が地面から受ける反発力とによって、アーム自身に撓みが生じ、この撓んだ状態のアームの撓み長さがアーム長検出手段で検出される。それと共にアームが撓むと、第一アーム角度検出手段と第二アーム角度検出手段でそれぞれ検出される起伏角度に差異を生じ、この差異と前記アームの撓み長さとを利用して、アーム撓み補正手段は、第一アーム角度検出手段で検出したアーム基端の起伏角度と、第二アーム角度検出手段で検出した前記アーム先端の起伏角度とから、アームの基端にあって、既知の固定長であるアーム基部と、アームの先端にあって、アーム基部より出没するアーム可動部とのなす第一角度を算出し、アーム長検出手段で検出した撓み長 さと、アーム基部の固定長とから、アーム可動部のアーム長を算出し、前記算出した第一角度およびアーム長と、前記アーム基部の固定長とから、余弦定理によってアームの枢着部から先端までの真の直線長さを算出すると共に、前記算出したアーム長および真の直線長さと、前記アーム基部の固定長とから、余弦定理によって真の直線長さとアーム基部とのなす第二角度を算出し、この第二角度と、第一アーム角度検出手段で検出したアーム基端の起伏角度とから、真の直線と水平面との間をなす真の起伏角度を算出する。そして、このようにして得られた真の起伏角度と、杭を装着しない状態で、アームの先端を前記杭の貫入位置に一致させたときに、アーム撓み補正手段が算出した杭の基準姿勢における真の直線長さおよび真の起伏角度から算出され、予め分っている杭が貫入位置の垂直線上に位置するときの枢着部から杭に至る水平面に沿った距離とによって、制御手段がアームの枢着部から先端までの目標直線長さを算出する。
【００１４】
したがって、このようなアーム撓み補正手段を備えたことにより、アームの枢着部から先端部までの真の直線長さと、この真の直線長さと水平面とのなす角度である真の起伏角度を正しく算出することかでき、アーム撓み補正手段が算出する真の直線長さが、目標直線長さに一致するように、オペレータがアームを出し入れすれば、施工中にアームが撓んだ場合でも、杭の鉛直度を保った状態で貫入位置に打ち込むことが可能になり、オペレータの技量に左右されることなく、正しく杭作業を行なうことができる。
【００１５】
また本発明の請求項２の杭鉛直度管理装置は、請求項１の構成において、前記アームを保持する保持体の傾きを検出する傾斜検出手段をさらに備え、前記アーム撓み補正手段は、前記傾斜検出手段から得られた前記杭の打設開始時における前記保持体の傾斜角度と、前記杭の打設中における前記保持体の傾斜角度の差を、前記杭が地面に押し込まれるときの前記保持体の浮き上がり角度として算出し、前記第一アーム角度検出手段および前記第二アーム角度検出手段からの各検出出力から、前記浮き上がり角度を差し引いて、打設中における前記真の直線長さや真の起伏角度を算出するものである。
【００１６】
この場合は、杭が地面に押し込まれるときの保持体の浮き上がり角度を傾斜検出手段からの検出出力で得ることができるので、第一アーム角度検出手段や第二アーム角度検出手段で検出されるアーム基端やアーム先端の各起伏角度から浮き上がり角度を差し引いて、打設中における真の直線長さや真の起伏角度を算出することで、保持体の浮き上がりや縦揺れ角をも考慮したアームの目標直線長さの算出が可能となり、杭の鉛直度をより正しく保つことができる。
【００１７】
また本発明の請求項３の杭鉛直度管理装置は、請求項１の構成において、前記杭を装着した状態で、前記杭を貫入する直前の開始位置まで前記アームを回動して引上げたときに、この杭が貫入位置上で鉛直となるように前記目標直線長さに従って伸縮された前記アームの開始長さおよび開始角度とを、前記アーム撓み補正手段で算出した前記真の直線長さおよび前記真の起伏角度から取り込み、このアームの開始長さおよび開始角度と、前記アーム撓み補正手段で算出された現在のアームの直線長さおよび現在のアームの起伏角度とから、余弦定理を利用して前記杭の深度を算出する杭深度算出手段を備えたものである。
【００１８】
この場合、杭深度算出手段は、杭を貫入する直前の開始位置におけるアームの開始長さと開始角度とを基にして、現在のアームの直線長さと現在のアームの起伏角度から、余弦定理を利用して杭の深度を算出することができる。したがって、杭深度算出手段が算出した杭の深度により、オペレータは作業中においてアームの目標直線長さのみならず、地盤に貫入した杭の深さを直接同時に知ることができる。
【００１９】
【発明の実施形態】
以下、本発明における杭鉛直度管理装置について、添付図面を参照しながら説明する。
【００２０】
図１は、本装置の概略構成図である。同図において、１は改良工事を行なう必要のある地面である軟弱地盤、２は軟弱地盤１上に配置された汎用の工事作業機としての建柱車である。建柱車２の構成は周知のように、車両本体３の上部に取付けられた水平方向に回動可能な保持機構４と、この保持機構４に基端が枢着される伸縮自在なアーム５とを備えており、アーム５は基端部にある枢着部６を中心に起伏可能に回動するようになっている。なお、７は軟弱地盤１の表面に当接する回動可能な車輪、８は作業時などにおいて車両本体３の倒れを防止する接地脚である。ここでの建柱車２は、アーム５を保持する保持体として設けられているが、車両以外のものであってもよい。
【００２１】
前記アーム５は、基端に保持機構４との枢着部６を設けた筒状のアーム基部１１と、このアーム基部１１の先端より出没する第一アーム可動部１２と、第一アーム可動部１２が出没するのに伴って、この第一アーム可動部１２の先端より出没する第二アーム可動部１３の３段で構成され、アーム５ひいては第二アーム可動部１３の先端には、工具である杭すなわち杭芯１５を軸方向に回動可能な状態で取付ける杭取付部１６が設けられる。ここでの杭芯１５は、従来例における杭芯と同様に、その先端で軟弱地盤１の掘削を行なう掘削部１７と、掘削された穴１８内にセメント系の固化剤１９を注入するセメント注入部２０とをそれぞれ備えている。なお、実施例におけるアーム５は３段で構成されるが、２段若しくは４段以上でもよく、その段数については特に限定されない。
【００２２】
２５は、前記アーム５の枢着部６から先端までの長さをアーム長さＬとして検出するアーム長検出手段としてのワイヤー式エンコーダである。このエンコーダ２５は、アーム可動部１２の先端側にその一端を取付けた線材２６と、線材２６を回転体（図示せず）に巻き取って収納するエンコーダ本体２７とにより構成され、アーム５の伸縮に伴う線材２６の巻き取り長さを、エンコーダ本体２７内にある回転体の回転数から換算して、アーム長さＬを計測するものである。特に本実施例のエンコーダ２５は、アーム５が撓んだときにもアーム５に沿った長さ（撓み長さ）を検出できるように、線材２６が貫通するリング状の保持具２８をアーム基部１１および第一アーム可動部１２の各先端に取付けている。なお、アーム長検出手段はワイヤー式のエンコーダに限定されるものではない。
【００２３】
２９は、アーム５の基端にあるアーム基部１１の起伏角度すなわち水平面に対する傾き角である角度θ２’を検出する第一アーム角度検出手段としてのアーム傾斜計である。また３１は、アーム５の先端にある第二アーム可動部１３の起伏角度θ３’を検出する別のアーム傾斜計である。そして、これらのアーム傾斜計２９，３１とは別に、施工中における建柱車２の傾き（車体角）を検出する車両傾斜計３０を備えている。車両傾斜計３０は、杭芯１５が地面に押し込まれたときの建柱車２の浮き上がり角度θ４Δを算出するためのものであるが、具体的には例えばアナログ出力型の傾斜計などが使用され、高感度磁気センサと磁石を先端に取付けた振り子との組み合せにより、ＸＹ方向に振り子の角度に応じた電圧を出力する。アーム傾斜計２９はアーム５の基端寄りに取付けられると共に、車両傾斜計３０は保持機構４に取付けられるが、車両傾斜計３０は保持機構４以外の例えば車両本体３に直接取付けてもよい。
【００２４】
図２は、装置の機能的な構成を示すブロック図である。同図において、３５はエンコーダ２５から得られたアーム５の撓み長さＬと、アーム傾斜計２９から得られたアーム基部１１の角度θ２’と、およびアーム傾斜計３１から得られた第二アーム可動部１３の起伏角度θ３’の他に、車両傾斜計３０から得られた建柱車２の打設開始時と打設中の角度差を浮き上がり角度θ４Δとして計算して取り込み、アーム５が撓んでいないと仮定したアーム５の真の直線長さＬｔと真の起伏角度θｔを算出して、アーム５の先端に取付けた杭芯１５が鉛直な状態で目標となる貫入位置Ｐを貫入するように、目標となるアーム５の直線長さ（目標アーム直線長さ）Ｌｎを算出し、この算出結果を出力手段である表示器３６に出力する演算処理部である。この演算処理部３５は、例えばマイクロコンピュータなどの制御手段から構成される。また、３７はオペレータが操作するタッチパネルなどの操作部で、この操作部からの指示により表示器３６の表示内容を切換たり、各種パラメータを設定できるようになっている。
【００２５】
演算処理部３５は、より具体的には、最初にロッドである、杭芯１５をアーム５に装着しない状態で、アーム５の先端を軟弱地盤１の表面上の貫入位置Ｐ（図１参照）に一致させた基準姿勢において、車両傾斜計３０で得られた水平面を基準とした車両本体３の傾斜角と、エンコーダ２５で得られた枢着部６からアーム５の先端部までのアーム長さＬ０と、アーム傾斜計２９で得られた水平面を基準としたアーム基部１１の角度θ２’とを取り込み記憶する基準姿勢記憶手段３８と、杭芯１５をアーム５に装着しない状態で前記アーム５の先端を貫入位置Ｐに一致させたときのアーム長さＬｘと角度θｘから、アーム５の先端に杭芯１５を鉛直状態で装着したと仮定した場合に、水平面に沿った枢着部６から杭芯１５に至る距離を、ロッド距離Ｌ２として算出する杭芯距離算出手段３９を備えている。
【００２６】
また演算処理部３５は、前記基準姿勢における各データを記憶した後、アーム５の先端に杭芯１５を装着し、杭芯１５の下端が軟弱地盤１の貫入位置Ｐを押し付ける状態にして、アーム５を杭入施工作業の直前の開始位置まで移動させたときに、後述するアーム撓み補正手段３２によって算出されるアーム５が撓んでいないと仮定したアーム５の真の直線長さＬｔと真の起伏角度θｔとを、それぞれ開始長さＬｏと開始角度θ０として記憶すると共に、これらの値から改めて算出されるロッド距離Ｌ２を記憶して、表示器３６に出力する施工開始アーム位置記憶手段４０とを備えている。
【００２７】
それ以外にも演算処理部３５は、アーム５の基端および先端の角度θ２，θ３を検出するアーム傾斜計２９，３１からの各検出出力に基づき、アーム５の枢着部６から先端までの真の直線長さＬｔを算出すると共に、この直線と水平面との間のなす角度である真の起伏角度θｔを算出するアーム撓み補正手段３２を備えている。特に本実施例におけるアーム撓み補正手段３２は、施工開始時と施工中に車両傾斜計３０にてそれぞれ検出される車体角の差から、杭芯１５が軟弱地盤１に押し込まれるときの建柱車２の浮き上がり（縦揺れ）角度θ４Δを算出し、この浮き上がり角度θ４Δを、アーム傾斜計２９，３１からの各検出出力から差し引くことで、前記真の直線長さＬｔや真の起伏角度θｔを算出するようにしている。また、アーム撓み補正手段３２は前述したように、アーム５が杭入施工作業の開始位置にあるときの、アーム５の真の直線長さＬｔと真の起伏角度θｔとを、それぞれ開始長さＬｏと開始角度θ０として算出している。
【００２８】
さらに演算処理部３５は、アーム撓み補正手段３２で得られる真の起伏角度θｔと、開始アーム位置記憶手段４０にて予め算出したロッド距離Ｌ２とから、杭芯１５が貫入位置Ｐの垂直線上に位置するときの、アーム５の枢着部６から先端までの目標直線長さ（目標アーム長さ）Ｌｎを算出して、それをアーム撓み補正手段３２で得られる真の直線長さＬｔに一致した現在のアーム長さＬ１と共に表示器３６に出力する目標アーム長さ算出手段４１と、オペレータがアーム５の伸縮を操作することにより、目標アーム長さ算出手段４１で得た目標アーム長さＬｎの許容範囲内に現在の真の直線長さＬｔが達すると、前記アーム５の開始長さＬ０と、現在のアーム５の直線長さ（アーム長さ）Ｌ１と、施工開始時におけるアーム基部１１の角度（開始角度）θ０とアーム撓み補正手段３２で得られる現時点でのアーム５の真の起伏角度θとの差から得られる動作角度θ１のそれぞれから余弦定理を利用して、杭芯１５の貫入深さすなわち深度Ｈを算出し、これを表示器３６に出力する杭深度算出手段４２をそれぞれ備えている。
【００２９】
さらに４３はパラメータ設定変更手段であって、これは例えば、施工時に各種データを収集するサンプリング時間およびサンプリング間隔や、前記目標アーム長さＬｎの許容範囲を設定したり変更する機能を有する。そして、施工開始時におけるアーム５の開始長さＬ０や、そのときのアーム５の開始角度θ０や、杭芯距離算出手段３９および開始アーム位置記憶手段４０で得られたロッド距離Ｌ２や、施工中における深度Ｈや、この深度を算出したときの補正された現在のアーム長さＬ１などが、例えば携帯電話などのデータ送信手段４４を介して、図示しないセンターに随時送られるようになっている。
【００３０】
次に、図５〜図１１に示す表示器３６の正面図を参照しながら、その表示構成と本装置における動作を併せて説明する。図５は作業中における表示器３６のメイン表示形態を示したもので、４５は工番表示部、４６は杭番号表示部である。工番表示部４５に表示される工番は、作業を行なう住所と件名を特定するために、この住所と件名に関連付けられて予めセンターで採番されるもので、ここでは管理がしやすいように、日付け入りの１３桁からなる数字が重複しないように割り当てられている。工番の入力はこのメイン表示とは別の工番入力画面で行なわれて、図示しないメモリカードに一旦格納され、作業開始時に呼出して工番表示部４５に表示することができる。このとき杭番号表示部４６に表示される数字は「００１」から開始し、一つの杭作業が終了する毎に、数字が＋１ずつ自動的に加算されるようになっている。
【００３１】
４７は施工中の各部の測定値をデジタル表示で表わすデジタル表示部で、これはコラムすなわち杭芯１５の深度Ｈを表わす深度表示部４８と、杭芯１５の積算回転数を表わす積算回転数表示部４９と、固化剤１９であるセメントミルクの積算流量を表わす積算流量表示部５０と、アーム撓み補正手段３２により算出された現在のアーム５の角度θを表わす現在アーム角度表示部５１と、施工時における前記目標アーム長さＬｎを表わす目標アーム長表示部５２と、アーム撓み補正手段３２により算出された現在のアーム５の長さＬ１を表わす現在アーム長表示部５３とにより構成される。これらの各表示部４８〜５３には、現在の測定値が数字として表示される。また、５４はアナログ表示を併用したメータ表示部で、これはセメントミルクの瞬時流量をデジタルおよびアナログ表示する瞬時流量表示部５５と、杭芯１５の圧入圧をデジタルおよびアナログ表示する圧入圧表示部５６と、杭芯１５の移動速度を表示する移動速度表示部５７と、杭芯１５の回転速度を表示する回転速度表示部５８とにより構成される。これらの瞬時流量表示部５５，圧入圧表示部５６および速度表示部５７の右下にはメータの最大スケール値が数字で表示されているが、この値は任意に変更することができる。
【００３２】
さらに、表示器３６の表示画面にはタッチパネルを利用した操作部３７として、開始指示手段であるスタートボタン６０と、停止指示手段であるストップボタン６１と、再開指示手段である施工ボタン６２と、一時停止指示手段である継杭ボタン６３とを備えている。スタートボタン６０は各部の測定を開始する際に操作するもので、測定開始を指示すると杭番号表示部４６に表示される杭番号が＋１加算されると共に、工番表示部４５に表示される工番のなかで、杭番号表示部４６に表示される杭番号に関する各部の動作情報が演算処理部３５に取込まれ、かつ表示器３６に表示されるようになる。なお、建柱車２そのものが作業を開始していない場合は、スタートボタン６０の操作を無効にし、不必要な動作情報の取込みを防止する。一方、ストップボタン６１は各部の測定を終了する際に操作するもので、測定終了を指示すると、演算処理部３５への各部の動作情報の取込みが停止する。また、継杭ボタン６３は継杭またはトラブル発生時に操作するもので、これを押すと各部の測定が一時停止する。さらに、施工ボタン６２は施工再開時に操作するもので、これを押すと各部の測定が再スタートする。
【００３３】
その他に、表示器３６の表示画面下部には、表示部３７の画面切換操作手段として、工番入力画面切換ボタン６４と、データ送信画面切換ボタン６５と、グラフ画面切換ボタン６６と、ポンプ画面切換ボタン６７と、垂直施工支援切換ボタン６８と、パラメータ画面切換ボタン６９が設けられており、いずれか一つのボタン６４〜６９を操作することにより、図５に示すメイン表示とは別の画面が表示器３６で表示されるようになっている。また７０は、セメントミルクを注入するための自動運転するポンプ（図示せず）の動状況を表示するポンプ運転状況表示部である。なお、これ以降は、本発明に関連する垂直施工支援動作と、それに対応するパラメータ設定についての説明だけを行なう。
【００３４】
図１２におけるフローチャートは、図５における垂直施工支援切換ボタン６８を押した後の施工手順を示したものである。図１２において、最初のステップＳ１では、建柱車２のアーム５に杭芯１５を取付けない状態で、アーム５の先端が軟弱基板１の表面上に予め設定した貫入位置Ｐに一致するように、オペレータの操作によりアーム５の長さおよび角度を調整し、杭芯１５の基準姿勢を確定する。
【００３５】
図６は、このときの表示器３６の表示形態を表わしたものである。７１は現在のアーム５の状態などを模式的に表示するアーム表示部、７２はこのアーム表示部７１に対応して、既に前述したアーム５の開始角度θ０や、動作角度θ１や、開始長さＬ０や、現在のアーム長さＬ１や、ロッド距離Ｌ２を数字で表示するデータ数字表示部である。また７３は、操作部３７の一部をなす杭芯検出ボタンであり、この杭芯検出ボタン７３を押す毎に、その押した位置に対応する箇所の表示色が切替わるようになっている。その他ここには、前記図５のメイン表示画面にも表れる現在アーム角度表示部５１，目標アーム長表示部５２，現在アーム長表示部５３が設けられると共に、杭芯１５の深度を表示する深度表示部７４が設けられる。
【００３６】
なお、アーム５の動作中は、一定のサンプリング時間毎に、アーム撓み補正手段３２で得られる現時点でのアーム５の真の起伏角度θが現在アーム角度表示部５１に表示されると共に、同じくアーム撓み補正手段３２で得られる現在のアーム長さＬ１が現在アーム長表示部５３とデータ数字表示部７２に表示される。
【００３７】
また、表示器３６の表示画面にはタッチパネルを利用した操作部３７として、アーム５を上下動させたり、アーム５を決められた角度に自動的に動かすアーム角度動作ボタン７５と、アーム５を伸縮させるアーム伸縮動作ボタン７６と、杭伏せボタン７７と、後述するパラメータ設定画面を表示させるパラメータ画面切換ボタン７８と、図５のメイン画面に戻すために戻るボタン７９が各々設けられる。このように、アーム５の起伏および伸縮動作は、建柱車２に設けられたレバー（図示せず）のみならず、表示器３６上に設けられた操作部３７によっても行なうことができる。
【００３８】
再度図１２の説明に戻ると、ステップＳ１にて貫入位置Ｐにアーム５の先端を合わせて基準姿勢を確定したら、次のステップＳ２で杭芯検出ボタン７３を押す。すると、ステップＳ３に移行して、演算処理部３５を構成する基準姿勢記憶手段３８は、アーム５の先端を貫入位置Ｐに一致させたときのアーム長さＬｘと角度θｘをアーム撓み補正手段３２で算出してそれぞれ取り込み、これらの値を基準姿勢として記憶する。それと共に杭芯距離算出手段３９は、アーム５の先端に杭芯１５を鉛直状態で装着したときの、水平面に沿った枢着部６から杭芯１５に至るロッド距離Ｌ２（図６のアーム表示部７１を参照）を、前記アーム長さＬｘと角度θｘから次の数式にて算出する。
【００３９】
【数１】
【００４０】
このロッド距離Ｌ２は、杭芯距離算出手段３９から表示器３６に出力され、データ数字表示部７２に常時表示される。
【００４１】
こうして杭芯１５の基準姿勢を記憶し、ロッド距離Ｌ２を算出したら、アーム５の先端に杭芯１５を装着し、アーム角度動作ボタン７５を押して、アーム５を任意の高さまで引上げる（ステップＳ５）。このときの表示器３６の表示形態を図７に示す。ステップＳ２で杭芯検出ボタン７３に手を触れると、この杭芯検出ボタン７３に位置する表示色が別のものになる。これにより、オペレータは杭芯１５の基準姿勢がすでに記憶されていることを目視で直接確認できる。また、杭芯１５の長さが判っていれば、それを操作部３７から入力すれば、演算処理部３５はアーム５の先端が杭芯１５の長さに引上げられるまでの引上げ角度を自動的に算出できる。したがって、アーム角度動作ボタン７５を構成する「自動」ボタンを押したときに、この引上げ角度に自動的にアーム５が引上げるように制御手段である演算算出部３５を構成すれば、オペレータの熟練度に左右されず簡単にアーム５を作業開始位置にまで引上げることができる。
【００４２】
アーム５の引上げ時には、貫入位置Ｐの垂直線上にアーム５の先端が位置するアーム５の目標長さＬｎが目標アーム長さ算出手段４１で算出され、これが表示器３６の目標アーム長表示部５２に表示される。この目標アーム長さＬｎは、アーム撓み補正手段３２から算出される現時点でのアーム５の角度θと、前記ロッド距離Ｌ２に基づき、次の数式にて算出される。
【００４３】
【数２】
【００４４】
オペレータは、枢着部６を中心にアーム５を回動させて引上げながら、現在アーム長表示部５２に表示される現在のアーム５の長さＬ１が、この目標アーム長さＬｎの許容範囲内に入るように、アーム伸縮動作ボタン７６を操作してアーム５を伸縮させる（ステップＳ５）。そして、現在のアーム長さＬ１が目標アーム長さＬｎに一致すれば、下端を貫入位置Ｐに合わせた杭芯１５は鉛直な状態となり、杭芯１５の垂直な軌跡上にアーム５の先端が位置する。なお、このとき深度表示部７４には、アーム撓み補正手段３２で算出された現在のアーム長Ｌ１と、アーム角度θを基にして、演算処理部３５で算出されたアーム５の引上げ長さが表示される。
【００４５】
こうして、アーム５を引上げた後、アーム５の先端が貫入位置Ｐを押した状態で、アーム５が鉛直になっていることを確認したら、ステップＳ６に移行して、施工開始を指示するために再度施工開始ボタンでもある杭芯検出ボタン７３に手を触れる。これにより演算処理部３５は、アーム５が杭入施工作業の開始位置にあるものと判断して、そのときアーム撓み補正手段３２で得られるアーム５の開始角度θ０と開始長さＬ０を、施工開始アーム位置記憶手段４０にそれぞれ記憶すると共に、この開始角度θ０と開始長さＬ０を基に、杭芯距離算出手段３９はロッド距離Ｌ２を再度次の数式にて算出する。
【００４６】
【数３】
【００４７】
このロッド距離Ｌ２は、施工開始アーム位置記憶手段４０に記憶されると共に（ステップＳ７）、施工作業が終了するまで不変である。そして、前記数２における角度θにアーム５の開始角度θ０を代入することで、目標アーム長さＬｎを算出して、これを目標アーム長表示部５２に表示する。
【００４８】
なお、施工開始時は杭芯１５の先端を貫入位置Ｐに一致させるため、軟弱地盤１に杭芯１５の先端を押し付ける力がアーム５から加えられている。そのため、アーム５は後述する杭芯１５の貫入時ほどではないにせよ、多少の反発力が加わり撓んでいる。したがって、目標アーム長さＬｎを正しく算出するために、アーム撓み補正手段３２を利用して、アーム５が撓んでいないと仮定したときのアーム５の開始角度θ０と開始長さＬ０を算出している。
【００４９】
図８は、杭入施工作業の開始時における表示器３６の表示形態を示したものである。ここでは、アーム角度表示部５１に補正された現在のアーム５の角度θ（施工開始時は開始角度θ０）が表示され、目標アーム長表示部５２にその角度θにアーム５が向けられているときの目標アーム長さＬｎが表示され、アーム長表示部５３に現在のアーム長さＬ１（施工開始時は開始長さＬ０）が表示され、深度表示部７４には杭芯１５の先端の深度Ｈが表示される。この深度Ｈは、アーム５の開始長さＬ０から、現在のアーム長さＬ１と、アーム５の開始角度θ０から現時点でのアーム５の角度θを差し引いた動作角度θ１とにより、余弦定理を利用した次の数式から算出される。
【００５０】
【数４】
【００５１】
上記数式より、杭芯１５の下端が軟弱地盤１に貫入していない作業開始時には、アーム長・アーム起伏角補正演算手段３２により補正された現在のアーム長さＬ１と角度θが、アーム５の開始長さＬ０と開始角度θ０にそれぞれ一致しており、上記数式により算出された深度Ｈも０となる。なお、表示器３６のデータ数字表示部７２には、前記作業開始時におけるアーム５の開始角度θ０と、アーム５の現在の動作角度θ１と、アーム５の開始長さＬ０と、現在のアーム長さＬ１と、ロッド距離Ｌ２がそれぞれ表示される。
【００５２】
これ以降は、通常の地盤改良工事が行なわれる。とりわけ杭芯１５により軟弱地盤１を掘削するに際しては、前記施工開始アーム位置記憶手段４０に記憶した各データを基に、施工中における杭芯１５の深度Ｈと垂直度の算出が行なわれる。具体的には、杭芯１５による掘削が進み、アーム５の角度を下げる操作を例えばアーム角度動作ボタン７５で行なうと、目標アーム長さ算出手段４１は、アーム撓み補正手段３２から得られる現在のアーム５の角度θと、施工開始時に算出したロッド距離Ｌ２から、杭芯１５が鉛直を維持する目標のアーム長さすなわち目標アーム長さＬｎを算出し、これを目標アーム長表示部５２に表示させる。このとき図９に示すように、現在のアーム長さＬ１が、目標アーム長さＬｎの許容範囲（例えば、±０．１０ｍ）を外れている場合には、補正された現在のアーム長さＬ１を表示する現在アーム長表示部５３の表示色が変わって例えば赤色に反転する。オペレータはこれを見て、杭芯１５が垂直に貫入されるように、アーム５の長さを調節操作して、補正された現在のアーム長さＬ１を目標アーム長さＬｎに一致させる（ステップＳ８）。なお、このとき杭深度算出手段４２により算出される深度Ｈは、補正された現在のアーム長さＬ１が目標アーム長さＬｎからずれているため、正しく深度表示部７４に表示されない。
【００５３】
アーム５の長さを正しく調節したときの表示器３６の表示状態を示したのが、図１０である。この場合、現在アーム長表示部５３に表示される現在のアーム長さＬ１が、目標アーム長表示部５２に表示される表示目標アーム長さＬｎと一致しており、杭芯１５は貫入位置Ｐを垂直に貫入している。また、深度表示部７４に表示される杭芯１５の深度Ｈも正しい値となる。演算処理部３５のデータ送信手段４４は、現在のアーム長さＬ１が目標アーム長さＬｎの許容範囲内にあるときの正しい杭芯１５の深度Ｈを、他のデータと共にセンターに送出するので、杭芯１５が鉛直でない状態の誤った深度Ｈのデータ収集を未然に防ぐことができる。そして、このようなアーム５の長さ調節を繰り返せば、杭芯１５を常時ほぼ垂直な状態で貫入位置Ｐに貫入させることが可能になると共に、正しい深度Ｈのデータ収集が可能になる。
【００５４】
続いて図１１に基づき、パラメータ画面切換ボタン７８を押したときに表示器３６に表示されるパラメータ設定画面について説明する。ここでは、表示項目であるサンプリング区間，サンプリングタイマー，アーム許容範囲などの各種設定値を表示するパラメータ値表示部８１と、現在時刻の設定を変更する現在時刻設定表示部８２がそれぞれ設けられる。また、前述の図６〜図１０に示す垂直施工支援画面を表示するための垂直施工支援切換ボタン８３と、図１１とは別のパラメータ設定画面を表示するためのパラメータ画面切換ボタン８４と、図５のメイン表示画面に戻るボタン８５も、それぞれ表示器３６上にあるタッチパネルの操作部３７として設けられる。
【００５５】
このなかで、パラメータ値表示部８１に表示されるサンプリング区間とは、演算処理部３５が収集する各施工データの収集タイミングを設定するもので、この値は任意（例えば１ｍで割り切れる値）に変更できる。また、サンプリングタイマーとは、前記深度Ｈが変化しない状態が設定時間（この場合は１５秒）続いた場合に、サンプリング区間に深度Ｈが変化しなくても、優先してデータ収集を行なう。なお、有効ボタン８６を操作することで、この機能を無効にすることもできる。さらに、アーム許容範囲とは、前述の杭芯１５を垂直に保つために算出した目標アーム長さＬｎの許容範囲を設定するもので、この値を設定することで、誤った深度Ｈのデータ収集を未然に防ぐことができる。
【００５６】
また別な変形例として、前記図１２に示すステップＳ１からステップＳ５の各手順を省いて、ステップＳ６以降の杭芯１５を施工開始位置にセットした状態から作業を行なってもよい。これは図１２の点線で示される。
【００５７】
次に、上記一連の手順において、アーム撓み補正手段３２についての動作を詳細に説明する。図３に示すように、杭芯１５を軟弱地盤１に貫入する施工作業中は、杭芯１５を軟弱地盤１中に押し込む力と、杭芯１５が軟弱地盤１から受ける反発力が、アーム５並びに建柱車２を押し上げる力として作用し、アーム５自身が撓むと共に、建柱車２の前方も浮き上がる。図４は、撓みが生じたアーム５の状態を示す説明図で、本実施例のようなアーム５では、第一アーム可動部１２が出没するアーム基部１１の先端と、第二アーム可動部１２が出没する第一アーム可動部１２の先端が、それぞれ折れ曲がった状態で撓んでいる。なお同図において、ｌ１はアーム基部１１のアーム長、ｌ２は第一アーム可動部１２のアーム長、ｌ３は第二アーム可動部１３のアーム長で、これらはいずれも直線長さである。また、ｌ４は杭芯１５の基端を取付けるのに必要な第二アーム可動部１３の先端固定長で、この部分は第二アーム可動部１３を最も縮めた状態であっても、第一アーム可動部１２の先端よりも外方に突出している。
【００５８】
Ｌｔはアーム５の枢着部６からアーム５の先端までの直線上の長さである真の直線長さで、θｔはこの真の直線長さＬｔと水平面との成す角度である真の起伏角度である。θ２はアーム基部１１と水平面との成す角度で、θ３は第二アーム可動部１３と水平面との成す角度であり、ｌｘは第一アーム可動部１２の基端から第二アーム可動部１３の先端に至る長さである。θｕは第一アーム可動部１２と長さｌｘとの成す角度で、θｗは真の直線長さＬｔとアーム基部１１との成す角度であり、θｓはアーム基部１１に対する第一アーム可動部１２の撓み角（外角）で、この場合は、第一アーム可動部１２と第二アーム可動部１３が同じ量だけ出没する関係で、第一アーム可動部１２に対する第二アーム可動部１３の撓み角（外角）も同じθｓであると仮定している。さらに、θｙは第一アーム可動部１２と第二アーム可動部１３との成す角度（内角）で、θｚはアーム基部１１と長さｌｘとの成す角度（内角）である。
【００５９】
上記構成において、アーム撓み補正手段３２は、アーム５の真の直線長さＬｔおよびアーム５の真の起伏角度θｔを算出する。そのために、まず打設中において、いずれも車両本体３の浮き上がりによる影響を含んだアーム傾斜計２９から得られるアーム基部１１の水平面に対する角度θ２’と、アーム傾斜計３１から得られる第二アーム可動部１３の水平面に対する角度θ３’とをそれぞれ取り込むと共に、打設開始時に予め記憶された車両傾斜計３０からの車両本体３の車体傾斜角度と、打設中において車両傾斜計３０から出力される車両本体３の車体傾斜角度との差を、角度差θ４Δとして算出する。
【００６０】
そして、車両本体３の浮き上がりによる影響を取り除いた打設中のアーム基部１１の角度θ２と、第二アーム可動部１３の角度θ３は、次の数式に示すように、アーム傾斜計２９で得られる角度θ２’と、アーム傾斜計３１で得られる角度θ３’から、それぞれから前記角度差θ４Δを差し引くことで算出される。
【００６１】
【数５】
【００６２】
【数６】
【００６３】
なお、アーム５の開始長さＬｏと開始角度θ０を算出する際には、車両本体３はさほど浮き上がっていない。また、施工中も車両本体３がさほど浮き上がらない場合には、アーム傾斜計２９で得られる角度θ２’と、アーム傾斜計３１で得られる角度θ３’を、そのまま角度θ２，θ３として採用してもよい。
【００６４】
次にアーム撓み補正手段３２は、アーム５を構成する各部の長さを算出する。具体的には、アーム基部１１のアーム長ｌ１と第二アーム可動部１３の先端固定長Ｉ４は既知の固定長であり、予めアーム撓み補正手段３２に記憶されている。また第一アーム可動部１２のアーム長ｌ２と、第二アーム可動部１３のアーム長Ｉ３から先端固定長ｌ４を差し引いた値は、第一アーム可動部１２と第二アーム可動部１３が同じ量だけ出没する関係で等しくなる。したがって、エンコーダ２５により検出されるアーム５の撓み長さＬと、アーム基部１１のアーム長ｌ１と、第二アーム可動部１３の先端固定長Ｉ４とから、アーム撓み補正手段３２は、次の数式を利用して第一アーム可動部１２のアーム長ｌ２と、第二アーム可動部１３のアーム長Ｉ３とをそれぞれ算出する。
【００６５】
【数７】
【００６６】
【数８】
【００６７】
次にアーム撓み補正手段３２は、前記打設中のアーム基部１１の角度θ２と、第二アーム可動部１３の角度θ３から、以下の数式を利用して撓み角θｓを算出する。これは、第一アーム可動部１２の撓み角θｓと、第二アーム可動部１３の撓み角θｓが等しいという条件の下で算出される。
【００６８】
【数９】
【００６９】
数９から第一アーム可動部１２および第二アーム可動部１３の撓み角θｓが求められると、第一アーム可動部１２と第二アーム可動部１３との成す角度θｙは、三角形の内角と外角との関係から、アーム撓み補正手段３２により次の数式にて簡単に求めることができる。
【００７０】
【数１０】
【００７１】
上記角度θｙが算出されると、アーム撓み補正手段３２は、第一アーム可動部１２の基端から第二アーム可動部１３の先端に至る長さｌｘを、既に算出された第一アーム可動部１２のアーム長ｌ２と、第二アーム可動部１３のアーム長Ｉ３から、余弦定理によって次の数式のように算出する。
【００７２】
【数１１】
【００７３】
上記長さｌｘが算出されると、第一アーム可動部１２と長さｌｘとの成す角度θｕの余弦（Ｃｏｓθｕ）は、第一アーム可動部１２の基端から第二アーム可動部１３の先端に至る長さｌｘと、既に算出された第一アーム可動部１２のアーム長ｌ２と、第二アーム可動部１３のアーム長Ｉ３から、余弦定理によって次の数式のように算出できる。
【００７４】
【数１２】
【００７５】
また角度θｕは、Ｃｏｓθｕの逆数を取って数１３のように算出できる。
【００７６】
【数１３】
【００７７】
但し、上記数１３における右辺の１８０／πは、角度θｕの単位をラジアンではなく度（°）として算出するためのものである。続いてアーム撓み補正手段３２は、アーム基部１１と長さｌｘとの成す角度θｚを算出する。これは、三角形の内角と外角との関係から、次の数式にて求めることができる。
【００７８】
【数１４】
【００７９】
角度θｚが求められると、アーム撓み補正手段３２は、アーム基部１１のアーム長ｌ１と、上記数１２で算出した長さｌｘと、上記数１４で算出した角度θｚから、アーム５の真の直線長さＬｔを余弦定理によって、次の数式にて算出する。
【００８０】
【数１５】
【００８１】
また上記数１５により、アーム５の真の直線長さＬｔを算出すると、アーム撓み補正手段３２は、アーム５の真の直線長さＬｔとアーム基部１１との成す角度θｗの余弦（Ｃｏｓθｗ）を、余弦定理によって次の数式のように算出する。
【００８２】
【数１６】
【００８３】
また角度θｗは、Ｃｏｓθｗの逆数を取って数１７のように算出できる。
【００８４】
【数１７】
【００８５】
但し、上記数１７における右辺の１８０／πは、角度θｗの単位をラジアンではなく度（°）として算出するためのものである。これに基づきアーム撓み補正手段３２は、アーム５の真の起伏角度θｔを、次の数式にて算出する。
【００８６】
【数１８】
【００８７】
このようなアーム撓み補正手段３２を備えたことにより、施工開始時や施工中にアーム５が撓んだとしても、エンコーダ２５およびアーム傾斜計２９，３１を設け、場合によっては車両傾斜計３０を付加するだけで、アーム５の枢着部６から先端までの真の直線長さＬｔと、この真の直線長さＬｔと水平面とのなす角度である真の起伏角度θｔを正しく算出することができる。したがって、この結果を基にして杭深度算出手段４２で正確な杭深度を求めたり、あるいは目標アーム長さ算出手段４１で正確な目標アーム長さＬｎを求めることができるようになる。
【００８８】
なお、アーム５の伸縮段数が実施例以外の場合であっても、上述の余弦定理を利用して真の直線長さＬｔと真の起伏角度θｔを算出する手順は同じである。
【００８９】
以上のように本実施例では、基端にある枢着部６を中心に起伏可能に回動し、且つ伸縮自在なアーム５の先端に取付けられる杭すなわち杭芯１５の鉛直度を管理する杭鉛直度管理装置において、アーム５は、このアーム５の基端にあって、既知の固定長であるアーム基部１１と、アーム５の先端にあって、アーム基部１１より出没するアーム可動部としての第一アーム可動部１２や第二アーム可動部１３により構成され、アーム５に沿った枢着部６から先端までの撓み長さＬを検出するアーム長検出手段としてのエンコーダ２５と、アーム５の基端の起伏角度θ２’を検出する第一アーム角度検出手段としてのアーム傾斜計２９と、アーム５の先端の起伏角度θ３’を検出する第二アーム角度検出手段としてのアーム傾斜計３１と、アーム傾斜計２９で検出したアーム５の基端の起伏角度θ２’と、アーム傾斜計３１で検出したアーム５の先端の起伏角度θ３’とから、アーム基部１１とアーム可動部とのなす第一角度である角度θｚを算出し、エンコーダ２５で検出した撓み長さＬと、アーム基部１１の固定長とから、アーム可動部のアーム長ｌｘを算出し、前記算出した角度θｚおよびアーム長ｌｘと、アーム基部１１の固定したアーム長ｌ１とから、余弦定理によってアーム５の枢着部６から先端までの真の直線長さＬｔを算出すると共に、前記算出したアーム長ｌｘおよび真の直線長さＬｔと、アーム基部１１の固定したアーム長ｌ１とから、余弦定理によって真の直線長さＬｔとアーム基部１１とのなす第二角度である角度θｗを算出し、この角度θｗと、アーム傾斜計２９で検出したアーム５の基端の起伏角度θ２’とから、前記真の直線長さＬｔと水平面との間のなす角度である真の起伏角度θｔを算出するアーム撓み補正手段３２と、杭芯１５を装着しない状態で、アーム５の先端を杭芯１５の貫入位置Ｐに一致させたときに、アーム撓み補正手段３２が算出した杭芯１５の基準姿勢における真の直線長さＬｔおよび真の起伏角度θｔから、杭芯１５が貫入位置Ｐの垂直線上に位置するときの枢着部６から杭芯１５に至る水平面に沿った距離（ロッド距離Ｌ２）を算出し、このロッド距離Ｌ２と、アーム撓み補正手段３２で算出された真の起伏角度θｔとから、杭芯１５が貫入位置Ｐの垂直線上に位置するときのアーム５の枢着部６から先端までの目標直線長さ（目標アーム長さＬｎ）を算出する制御手段としての演算処理部３５とを備えている。
【００９０】
この場合、杭芯１５を打設する施工作業中は、杭芯１５を軟弱地盤１に押し込む力と杭芯１５が軟弱地盤１から受ける反発力とによって、アーム５自身に撓みが生じ、この撓んだ状態のアーム５の撓み長さＬがエンコーダ２５で検出される。それと共にアーム５が撓むと、アーム傾斜計２９，３１でそれぞれ検出される起伏角度θ２’θ３’間に差異を生じ、この差異とアーム５の撓み長さＬとを利用して、アーム撓み補正手段３２は、アーム傾斜計２９で検出したアーム５の基端の起伏角度θ２’と、アーム傾斜計３１で検出したアーム５の先端の起伏角度θ３’とから、アーム５の基端にあって、既知の固定長である アーム基部１１と、アーム５の先端にあって、アーム基部１１より出没するアーム可動部とのなす角度θｚを算出し、エンコーダ２５で検出した撓み長さＬと、アーム基部１１の固定長とから、アーム可動部のアーム長ｌｘを算出し、前記算出した角度θｚおよびアーム長ｌｘと、アーム基部１１の固定したアーム長ｌ１とから、余弦定理によってアーム５の枢着部６から先端までの真の直線長さＬｔを算出すると共に、前記算出したアーム長ｌｘおよび真の直線長さＬｔと、アーム基部１１の固定したアーム長ｌ１とから、余弦定理によって真の直線長さＬｔとアーム基部１１とのなす角度θｗを算出し、この角度θｗと、アーム傾斜計２９で検出したアーム５の基端の起伏角度θ２’とから、真の直線長さＬｔと水平面との間をなす角度である真の起伏角度θｔを算出する。そして、このようにして得られた真の起伏角度θｔと、杭芯１５を装着しない状態で、アーム５の先端を杭芯１５の貫入位置Ｐに一致させたときに、アーム撓み補正手段３２が算出した杭芯１５の基準姿勢における真の直線長さＬｔおよび真の起伏角度θｔから算出され、予め分っている杭芯１５が貫入位置Ｐの垂直線上に位置するときの枢着部６から杭芯１５に至る水平面に沿ったロッド距離Ｌ２とによって、制御手段である演算処理部３５がアーム５の枢着部６から先端までの目標アーム長さＬｎを算出する。
【００９１】
したがって、このようなアーム撓み補正手段３２を備えたことにより、アーム５の枢着部６から先端部までの真の直線長さＬｔと、この真の直線長さＬｔと水平面とのなす角度である真の起伏角度θｔを正しく算出することかでき、アーム撓み補正手段３２が算出する真の直線長さＬｔが、目標直線長さＬｎに一致するように、オペレータがアーム５を出し入れすれば、施工中にアーム５が撓んだ場合でも、杭芯１５の鉛直度を保った状態で貫入位置Ｐに打ち込むことが可能になり、オペレータの技量に左右されることなく、正しく杭作業を行なうことができる。
【００９２】
また本実施例では、アーム５を保持する保持体すなわち建柱車２の傾きを検出する傾斜検出手段としての車両傾斜計３０をさらに備え、アーム撓み補正手段３２は、車両傾斜計３０から得られた杭芯１５の打設開始時における建柱車２の傾斜角度と、杭芯１５の打設中における建柱車２の傾斜角度の差を、杭芯１５が地面に押し込まれるときの建柱車２の浮き上がり角度（θ４Δ）として算出し、アーム傾斜計２９，３１からの各検出出力（θ２’，θ３’）から、建柱車２の浮き上がり角度（θ４Δ）を差し引いた値を基に、打設中における真の直線長さＬｔや真の起伏角度θｔを算出している。
【００９３】
この場合、杭芯１５が軟弱地盤Ｐに押し込まれるときの建柱車２の浮き上がり角度θ４Δを車両傾斜計３０からの検出出力で得ることができるので、アーム傾斜計２９，３１で検出されるアーム５の基端や先端の各起伏角度θ２’，θ３’から浮き上がり角度θ４Δを差し引いて、打設中における真の直線長さＬｔや真の起伏角度θｔを算出することで、建柱車２の浮き上がりや縦揺れ角をも考慮したアームの目標直線長さ（目標アーム長さＬｎ）の算出が可能となり、杭芯１５の鉛直度をより正しく保つことができる。
【００９４】
さらにこの場合は、杭芯１５を装着した状態で、杭芯１５を貫入する直前の開始位置までアーム５を回動して引上げたときに、この杭芯１５が貫入位置Ｐ上で鉛直となるように目標アーム長さＬｎに従って伸縮されたアーム５の開始長さＬ０と開始起伏角度θ０とを、前記アーム撓み補正手段３２で算出した真の直線長さＬｔおよび真の起伏角度θｔから取り込み、このアーム５の開始長さＬ０および開始起伏角度θ０と、アーム撓み補正手段３２で算出された現在のアーム５の直線長さＬ１および現在のアーム５の起伏角度θとから、余弦定理を利用して杭芯１５の深度Ｈを算出する杭深度算出手段４２を備えてもよい。
【００９５】
こうすることで、杭深度算出手段４２は、杭芯１５を貫入する直前の開始位置におけるアーム５の開始長さＬ０と開始起伏角度θ０とを基にして、現在のアーム５の長さＬ１と起伏角度θから、余弦定理を利用して深度Ｈを算出することができる。したがって、杭深度算出手段４２が算出した深度Ｈにより、オペレータは作業中においてアーム５の目標長さＬｎのみならず、地盤１に貫入した杭芯１５の深さを直接同時に知ることができる。
【００９６】
さらに本実施例における杭深度算出手段４２は、現在のアーム５の長さＬ１が、演算処理部３５で算出したアーム５の目標長さＬｎの許容範囲内にある場合にのみ、杭芯１５の深度Ｈを算出するように構成している。
【００９７】
こうすると杭深度算出手段４２は、現在のアーム５の長さＬ１が、アーム５の目標長さＬｎの許容範囲内にある時にだけ、算出した杭芯１５の深度Ｈを外部に出力する。したがって、杭深度Ｈのデータを管理する側では、杭芯１５が鉛直でない状態の誤ったデータを取り込む虞れがなく、正しい杭深度Ｈのデータ管理を行なうことが可能になる。
【００９８】
本発明は上記実施例に限定されるものではなく、種々の変形実施が可能である。本発明における杭とは、地盤の貫入位置Ｐに貫入する棒状体のことをいうもので、例えば鋼管杭でもよく、さらにその目的は本実施例のような地盤改良にのみ限定されるものではない。
【００９９】
【発明の効果】
本発明の請求項１における杭鉛直度管理装置によれば、施工中にアームが撓んだ場合でも、アームの枢着部から先端部までの真の直線長さと、この真の直線長さと水平面とのなす角度である真の起伏角度を正しく算出することかでき、オペレータの技量に左右されることなく、正しく杭作業を行なうことができる。
【０１００】
本発明の請求項２における杭鉛直度管理装置によれば、保持体の浮き上がりや縦揺れ角をも考慮したアームの目標直線長さの算出を行なうことで、杭の鉛直度をより正しく保つことができる。
【０１０１】
本発明の請求項３における杭鉛直度管理装置によれば、杭深度算出手段が算出した深度により、オペレータは作業中においてアームの目標直線長さのみならず、地盤に貫入した杭の深さを直接同時に知ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施態様を示す杭鉛直度管理装置の全体構成を表わした概略図である。
【図２】 同上要部の機能構成を示すブロック図である。
【図３】 同上打設時における杭鉛直度管理装置の全体構成を表わした概略図である。
【図４】 同上打設時における杭鉛直度管理装置のアーム５の態様を拡大して表わした概略説明図である。
【図５】 同上杭芯の基準姿勢を確定した状態を示す表示器の正面図である。
【図６】 同上施工最終姿勢を記憶するときの状態を示す表示器の正面図である。
【図７】 同上杭芯を所定の高さまで引上げたときの状態を示す表示器の正面図である。
【図８】 同上杭入施工作業の開始時における状態を示す表示器の正面図である。
【図９】 同上アームの長さを正しく調節する前の状態を示す表示器の正面図である。
【図１０】 同上アームの長さを正しく調節したときの状態を示す表示器の正面図である。
【図１１】 同上パラメータ設定画面を表示したときの状態を示す表示器の正面図である。
【図１２】 同上杭芯を押し込むまでの動作手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
２ 建柱車（保持体）
５ アーム
６ 枢着部
１５ 杭芯（杭）
２５ エンコーダ（アーム長検出手段）
２９ アーム傾斜計（第一アーム角度検出手段）
３０ 車両傾斜計（傾斜検出手段）
３１ アーム傾斜計（第二アーム角度検出手段）
３２ アーム撓み補正手段
３５ 演算処理部（制御手段）
４２ 杭深度算出手段
【発明の属する技術分野】
本発明は、起伏可能に回動し且つ伸縮自在なアームの先端に杭を取り付けて、杭入作業を行なうものにおいて、アームを伸縮させて杭の鉛直度が保たれるように管理する杭鉛直度管理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
住宅地盤においては、例えばスウェーデン式サウンディング試験機などを用いて原位置における土の貫入抵抗を測定し、その硬軟または締まり具合、さらに土層の構成を測定し、地耐力を推定する地盤調査が予め行なわれる。そして、この地盤調査の結果、軟弱な地盤であると判断された場合には、セメント系の固化剤をスラリー状態にし、対象となる地盤に注入しながら機械混合攪拌することによって、地盤土を柱状固化して地盤強化を図る地盤改良工事が行なわれている。
【０００３】
この一連の施工工事においては、軟弱地盤の正確な挿入位置に杭芯の先端を合わせることは勿論、特に施工中における杭芯の鉛直度（傾斜状態）や深度を正しく管理することが求められる。すなわち、杭芯を常時垂直に保ったまま軟弱地盤に打ち込まなければ、完成した改良地盤がジグザグの状態に施工され、地盤強化を満足に図ることができない。また、杭芯の挿入深さが不足した場合などにも、同様の問題が発生する。
【０００４】
さらに、こうした杭芯の鉛直度や深度の管理は、ハンマーなどで杭芯を垂直に打ち込む専用の杭打ち車両ではなく、とりわけ汎用の工事車両である建柱車のように、伸縮自在で垂直方向に回動するアームの先端に杭芯を取り付けて、このアームにより杭芯を押し込んで作業するものでは一層困難なものとなる。この場合、先ずアームの先端に杭芯を取付けた状態で、作業者が目標位置を目視で確認しながら、工事車両のオペレータに合図を送り、杭芯の先端と目標位置の位置合わせを行なう。次に、目標位置の近辺にいる作業者の目視による合図を頼りに、オペレータはアームの出し入れとアームの回動を行ないながら、杭芯を垂直に且つ所定の深さまで掘削する作業が行なわれる。しかし、どの程度アームを出し入れしたり、アームを回動させるのかは、あくまでもオペレータの勘に委ねられているため、作業に際しては相当な熟練が必要であった。
【０００５】
こうした杭打ち時における杭芯の鉛直度を管理するものとしては、例えば特許文献１にあるような、杭打設における杭の鉛直矯正方法が知られている。これは、２つの観測点のそれぞれに電子トータルステーションを設置し、この電子トータルステーションにより杭に設けたマークを視準追尾することで、杭を保持する杭打設作業装置の前後傾斜手段と左右傾斜手段を制御して、杭の鉛直性を保つようにしている。
【０００６】
【特許文献１】
特公平４−７３７２９号公報（明細書段落番号［０００６］等）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし上記方法では、杭打ち作業を行なう毎に、杭から離れた位置に電子トータルステーションを設置しなければならず、煩わしい。しかも、杭を前後方向若しくは左右方向にどの程度動かせばよいかという情報は得られるものの、それに基づき現時点でアームをどの程度伸縮させるのかは判らず、結局は作業者が電子トータルステーションに代わっただけで、作業車両を操作するオペレータの技量で杭作業の良否が左右される。
【０００８】
こうした問題を回避するために、先に本願出願人は特願２００１−３８０７１０において、基端にある枢着部を中心に起伏可能に回動し、且つ伸縮自在なアームの先端に取付けられる杭の鉛直度を管理する杭鉛直度管理装置において、アームの枢着部から先端までの長さを検出するアーム長検出手段と、アームの起伏角度を検出するアーム角度検出手段とを備えるとともに、アームの先端を前記杭の貫入位置に一致させたときに、アーム長検出手段とアーム角度検出手段からそれぞれ取り込んだ杭の最終姿勢におけるアームの長さおよび起伏角度と、このアーム角度検出手段から取り込まれる現在のアームの起伏角度とから、杭が貫入位置の垂直線上に位置するアームの目標長さを算出する制御手段を備えたものを提案している。
【０００９】
しかし、打設中の杭芯を押し込む力と杭芯が軟弱地盤から受ける反発力がアームを押し上げる力となって、アーム自身に撓みが生じるため、アームの基端と先端での起伏角度にズレを生じるようになり、アームの目標長さに実際のアーム長を合わせて施工しても、杭を目標となる貫入位置に垂直に打ち込むことができない。
【００１０】
加えて、杭芯の打設中はアームが撓むだけでなく、アームを保持する保持体としての建柱車も前後に浮き上がりや縦揺れを起こす。このため、車両本体の浮き上がりや縦揺れ角をも考慮したアームの目標長さの算出を行なわなければ、杭芯の鉛直度を正しく保つことができないという不都合を生じる。
【００１１】
本発明は、上記問題点を解決しようとするもので、施工中にアームが撓んだ場合でも、アームの枢着部から先端部までの真の直線長さと、この真の直線長さと水平面とのなす角度である真の起伏角度を正しく算出することができ、オペレータの技量に左右されることなく、正しく杭作業を行なうことができる杭鉛直度管理装置を提供することをその目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１における杭鉛直度管理装置は、前記目的を達成するために、基端にある枢着部を中心に起伏可能に回動し、且つ伸縮自在なアームの先端に取付けられる杭の鉛直度を管理する杭鉛直度管理装置において、前記アームは、このアームの基端にあって、既知の固定長であるアーム基部と、前記アームの先端にあって、前記アーム基部より出没するアーム可動部とにより構成され、前記アームに沿った枢着部から先端までの撓み長さを検出するアーム長検出手段と、前記アーム基端の起伏角度を検出する第一アーム角度検出手段と、前記アーム先端の起伏角度を検出する第二アーム角度検出手段と、前記第一アーム角度検出手段で検出した前記アーム基端の起伏角度と、前記第二アーム角度検出手段で検出した前記アーム先端の起伏角度とから、前記アーム基部と前記アーム可動部とのなす第一角度を算出し、前記アーム長検出手段で検出した撓み長さと、前記アーム基部の固定長とから、前記アーム可動部のアーム長を算出し、前記算出した第一角度およびアーム長と、前記アーム基部の固定長とから、余弦定理によって前記アームの枢着部から先端までの真の直線長さを算出すると共に、前記算出したアーム長および前記真の直線長さと、前記アーム基部の固定長とから、余弦定理によって前記真の直線長さと前記アーム基部とのなす第二角度を算出し、この第二角度と、前記第一アーム角度検出手段で検出した前記アーム基端の起伏角度とから、前記真の直線と水平面との間の真の起伏角度を算出するアーム撓み補正手段と、前記杭を装着しない状態で、前記アームの先端を前記杭の貫入位置に一致させたときに、前記アーム撓み補正手段が算出した前記杭の基準姿勢における前記真の直線長さおよび前記真の起伏角度から、前記杭が貫入位置の垂直線上に位置するときの前記枢着部から前記杭に至る水平面に沿った距離を算出し、この距離と前記真の起伏角度とから、前記杭が貫入位置の垂直線上に位置する前記アームの枢着部から先端までの目標直線長さを算出する制御手段とを備えて構成される。
【００１３】
この場合、杭の打設中は、杭を地面に押し込む力と杭が地面から受ける反発力とによって、アーム自身に撓みが生じ、この撓んだ状態のアームの撓み長さがアーム長検出手段で検出される。それと共にアームが撓むと、第一アーム角度検出手段と第二アーム角度検出手段でそれぞれ検出される起伏角度に差異を生じ、この差異と前記アームの撓み長さとを利用して、アーム撓み補正手段は、第一アーム角度検出手段で検出したアーム基端の起伏角度と、第二アーム角度検出手段で検出した前記アーム先端の起伏角度とから、アームの基端にあって、既知の固定長であるアーム基部と、アームの先端にあって、アーム基部より出没するアーム可動部とのなす第一角度を算出し、アーム長検出手段で検出した撓み長 さと、アーム基部の固定長とから、アーム可動部のアーム長を算出し、前記算出した第一角度およびアーム長と、前記アーム基部の固定長とから、余弦定理によってアームの枢着部から先端までの真の直線長さを算出すると共に、前記算出したアーム長および真の直線長さと、前記アーム基部の固定長とから、余弦定理によって真の直線長さとアーム基部とのなす第二角度を算出し、この第二角度と、第一アーム角度検出手段で検出したアーム基端の起伏角度とから、真の直線と水平面との間をなす真の起伏角度を算出する。そして、このようにして得られた真の起伏角度と、杭を装着しない状態で、アームの先端を前記杭の貫入位置に一致させたときに、アーム撓み補正手段が算出した杭の基準姿勢における真の直線長さおよび真の起伏角度から算出され、予め分っている杭が貫入位置の垂直線上に位置するときの枢着部から杭に至る水平面に沿った距離とによって、制御手段がアームの枢着部から先端までの目標直線長さを算出する。
【００１４】
したがって、このようなアーム撓み補正手段を備えたことにより、アームの枢着部から先端部までの真の直線長さと、この真の直線長さと水平面とのなす角度である真の起伏角度を正しく算出することかでき、アーム撓み補正手段が算出する真の直線長さが、目標直線長さに一致するように、オペレータがアームを出し入れすれば、施工中にアームが撓んだ場合でも、杭の鉛直度を保った状態で貫入位置に打ち込むことが可能になり、オペレータの技量に左右されることなく、正しく杭作業を行なうことができる。
【００１５】
また本発明の請求項２の杭鉛直度管理装置は、請求項１の構成において、前記アームを保持する保持体の傾きを検出する傾斜検出手段をさらに備え、前記アーム撓み補正手段は、前記傾斜検出手段から得られた前記杭の打設開始時における前記保持体の傾斜角度と、前記杭の打設中における前記保持体の傾斜角度の差を、前記杭が地面に押し込まれるときの前記保持体の浮き上がり角度として算出し、前記第一アーム角度検出手段および前記第二アーム角度検出手段からの各検出出力から、前記浮き上がり角度を差し引いて、打設中における前記真の直線長さや真の起伏角度を算出するものである。
【００１６】
この場合は、杭が地面に押し込まれるときの保持体の浮き上がり角度を傾斜検出手段からの検出出力で得ることができるので、第一アーム角度検出手段や第二アーム角度検出手段で検出されるアーム基端やアーム先端の各起伏角度から浮き上がり角度を差し引いて、打設中における真の直線長さや真の起伏角度を算出することで、保持体の浮き上がりや縦揺れ角をも考慮したアームの目標直線長さの算出が可能となり、杭の鉛直度をより正しく保つことができる。
【００１７】
また本発明の請求項３の杭鉛直度管理装置は、請求項１の構成において、前記杭を装着した状態で、前記杭を貫入する直前の開始位置まで前記アームを回動して引上げたときに、この杭が貫入位置上で鉛直となるように前記目標直線長さに従って伸縮された前記アームの開始長さおよび開始角度とを、前記アーム撓み補正手段で算出した前記真の直線長さおよび前記真の起伏角度から取り込み、このアームの開始長さおよび開始角度と、前記アーム撓み補正手段で算出された現在のアームの直線長さおよび現在のアームの起伏角度とから、余弦定理を利用して前記杭の深度を算出する杭深度算出手段を備えたものである。
【００１８】
この場合、杭深度算出手段は、杭を貫入する直前の開始位置におけるアームの開始長さと開始角度とを基にして、現在のアームの直線長さと現在のアームの起伏角度から、余弦定理を利用して杭の深度を算出することができる。したがって、杭深度算出手段が算出した杭の深度により、オペレータは作業中においてアームの目標直線長さのみならず、地盤に貫入した杭の深さを直接同時に知ることができる。
【００１９】
【発明の実施形態】
以下、本発明における杭鉛直度管理装置について、添付図面を参照しながら説明する。
【００２０】
図１は、本装置の概略構成図である。同図において、１は改良工事を行なう必要のある地面である軟弱地盤、２は軟弱地盤１上に配置された汎用の工事作業機としての建柱車である。建柱車２の構成は周知のように、車両本体３の上部に取付けられた水平方向に回動可能な保持機構４と、この保持機構４に基端が枢着される伸縮自在なアーム５とを備えており、アーム５は基端部にある枢着部６を中心に起伏可能に回動するようになっている。なお、７は軟弱地盤１の表面に当接する回動可能な車輪、８は作業時などにおいて車両本体３の倒れを防止する接地脚である。ここでの建柱車２は、アーム５を保持する保持体として設けられているが、車両以外のものであってもよい。
【００２１】
前記アーム５は、基端に保持機構４との枢着部６を設けた筒状のアーム基部１１と、このアーム基部１１の先端より出没する第一アーム可動部１２と、第一アーム可動部１２が出没するのに伴って、この第一アーム可動部１２の先端より出没する第二アーム可動部１３の３段で構成され、アーム５ひいては第二アーム可動部１３の先端には、工具である杭すなわち杭芯１５を軸方向に回動可能な状態で取付ける杭取付部１６が設けられる。ここでの杭芯１５は、従来例における杭芯と同様に、その先端で軟弱地盤１の掘削を行なう掘削部１７と、掘削された穴１８内にセメント系の固化剤１９を注入するセメント注入部２０とをそれぞれ備えている。なお、実施例におけるアーム５は３段で構成されるが、２段若しくは４段以上でもよく、その段数については特に限定されない。
【００２２】
２５は、前記アーム５の枢着部６から先端までの長さをアーム長さＬとして検出するアーム長検出手段としてのワイヤー式エンコーダである。このエンコーダ２５は、アーム可動部１２の先端側にその一端を取付けた線材２６と、線材２６を回転体（図示せず）に巻き取って収納するエンコーダ本体２７とにより構成され、アーム５の伸縮に伴う線材２６の巻き取り長さを、エンコーダ本体２７内にある回転体の回転数から換算して、アーム長さＬを計測するものである。特に本実施例のエンコーダ２５は、アーム５が撓んだときにもアーム５に沿った長さ（撓み長さ）を検出できるように、線材２６が貫通するリング状の保持具２８をアーム基部１１および第一アーム可動部１２の各先端に取付けている。なお、アーム長検出手段はワイヤー式のエンコーダに限定されるものではない。
【００２３】
２９は、アーム５の基端にあるアーム基部１１の起伏角度すなわち水平面に対する傾き角である角度θ２’を検出する第一アーム角度検出手段としてのアーム傾斜計である。また３１は、アーム５の先端にある第二アーム可動部１３の起伏角度θ３’を検出する別のアーム傾斜計である。そして、これらのアーム傾斜計２９，３１とは別に、施工中における建柱車２の傾き（車体角）を検出する車両傾斜計３０を備えている。車両傾斜計３０は、杭芯１５が地面に押し込まれたときの建柱車２の浮き上がり角度θ４Δを算出するためのものであるが、具体的には例えばアナログ出力型の傾斜計などが使用され、高感度磁気センサと磁石を先端に取付けた振り子との組み合せにより、ＸＹ方向に振り子の角度に応じた電圧を出力する。アーム傾斜計２９はアーム５の基端寄りに取付けられると共に、車両傾斜計３０は保持機構４に取付けられるが、車両傾斜計３０は保持機構４以外の例えば車両本体３に直接取付けてもよい。
【００２４】
図２は、装置の機能的な構成を示すブロック図である。同図において、３５はエンコーダ２５から得られたアーム５の撓み長さＬと、アーム傾斜計２９から得られたアーム基部１１の角度θ２’と、およびアーム傾斜計３１から得られた第二アーム可動部１３の起伏角度θ３’の他に、車両傾斜計３０から得られた建柱車２の打設開始時と打設中の角度差を浮き上がり角度θ４Δとして計算して取り込み、アーム５が撓んでいないと仮定したアーム５の真の直線長さＬｔと真の起伏角度θｔを算出して、アーム５の先端に取付けた杭芯１５が鉛直な状態で目標となる貫入位置Ｐを貫入するように、目標となるアーム５の直線長さ（目標アーム直線長さ）Ｌｎを算出し、この算出結果を出力手段である表示器３６に出力する演算処理部である。この演算処理部３５は、例えばマイクロコンピュータなどの制御手段から構成される。また、３７はオペレータが操作するタッチパネルなどの操作部で、この操作部からの指示により表示器３６の表示内容を切換たり、各種パラメータを設定できるようになっている。
【００２５】
演算処理部３５は、より具体的には、最初にロッドである、杭芯１５をアーム５に装着しない状態で、アーム５の先端を軟弱地盤１の表面上の貫入位置Ｐ（図１参照）に一致させた基準姿勢において、車両傾斜計３０で得られた水平面を基準とした車両本体３の傾斜角と、エンコーダ２５で得られた枢着部６からアーム５の先端部までのアーム長さＬ０と、アーム傾斜計２９で得られた水平面を基準としたアーム基部１１の角度θ２’とを取り込み記憶する基準姿勢記憶手段３８と、杭芯１５をアーム５に装着しない状態で前記アーム５の先端を貫入位置Ｐに一致させたときのアーム長さＬｘと角度θｘから、アーム５の先端に杭芯１５を鉛直状態で装着したと仮定した場合に、水平面に沿った枢着部６から杭芯１５に至る距離を、ロッド距離Ｌ２として算出する杭芯距離算出手段３９を備えている。
【００２６】
また演算処理部３５は、前記基準姿勢における各データを記憶した後、アーム５の先端に杭芯１５を装着し、杭芯１５の下端が軟弱地盤１の貫入位置Ｐを押し付ける状態にして、アーム５を杭入施工作業の直前の開始位置まで移動させたときに、後述するアーム撓み補正手段３２によって算出されるアーム５が撓んでいないと仮定したアーム５の真の直線長さＬｔと真の起伏角度θｔとを、それぞれ開始長さＬｏと開始角度θ０として記憶すると共に、これらの値から改めて算出されるロッド距離Ｌ２を記憶して、表示器３６に出力する施工開始アーム位置記憶手段４０とを備えている。
【００２７】
それ以外にも演算処理部３５は、アーム５の基端および先端の角度θ２，θ３を検出するアーム傾斜計２９，３１からの各検出出力に基づき、アーム５の枢着部６から先端までの真の直線長さＬｔを算出すると共に、この直線と水平面との間のなす角度である真の起伏角度θｔを算出するアーム撓み補正手段３２を備えている。特に本実施例におけるアーム撓み補正手段３２は、施工開始時と施工中に車両傾斜計３０にてそれぞれ検出される車体角の差から、杭芯１５が軟弱地盤１に押し込まれるときの建柱車２の浮き上がり（縦揺れ）角度θ４Δを算出し、この浮き上がり角度θ４Δを、アーム傾斜計２９，３１からの各検出出力から差し引くことで、前記真の直線長さＬｔや真の起伏角度θｔを算出するようにしている。また、アーム撓み補正手段３２は前述したように、アーム５が杭入施工作業の開始位置にあるときの、アーム５の真の直線長さＬｔと真の起伏角度θｔとを、それぞれ開始長さＬｏと開始角度θ０として算出している。
【００２８】
さらに演算処理部３５は、アーム撓み補正手段３２で得られる真の起伏角度θｔと、開始アーム位置記憶手段４０にて予め算出したロッド距離Ｌ２とから、杭芯１５が貫入位置Ｐの垂直線上に位置するときの、アーム５の枢着部６から先端までの目標直線長さ（目標アーム長さ）Ｌｎを算出して、それをアーム撓み補正手段３２で得られる真の直線長さＬｔに一致した現在のアーム長さＬ１と共に表示器３６に出力する目標アーム長さ算出手段４１と、オペレータがアーム５の伸縮を操作することにより、目標アーム長さ算出手段４１で得た目標アーム長さＬｎの許容範囲内に現在の真の直線長さＬｔが達すると、前記アーム５の開始長さＬ０と、現在のアーム５の直線長さ（アーム長さ）Ｌ１と、施工開始時におけるアーム基部１１の角度（開始角度）θ０とアーム撓み補正手段３２で得られる現時点でのアーム５の真の起伏角度θとの差から得られる動作角度θ１のそれぞれから余弦定理を利用して、杭芯１５の貫入深さすなわち深度Ｈを算出し、これを表示器３６に出力する杭深度算出手段４２をそれぞれ備えている。
【００２９】
さらに４３はパラメータ設定変更手段であって、これは例えば、施工時に各種データを収集するサンプリング時間およびサンプリング間隔や、前記目標アーム長さＬｎの許容範囲を設定したり変更する機能を有する。そして、施工開始時におけるアーム５の開始長さＬ０や、そのときのアーム５の開始角度θ０や、杭芯距離算出手段３９および開始アーム位置記憶手段４０で得られたロッド距離Ｌ２や、施工中における深度Ｈや、この深度を算出したときの補正された現在のアーム長さＬ１などが、例えば携帯電話などのデータ送信手段４４を介して、図示しないセンターに随時送られるようになっている。
【００３０】
次に、図５〜図１１に示す表示器３６の正面図を参照しながら、その表示構成と本装置における動作を併せて説明する。図５は作業中における表示器３６のメイン表示形態を示したもので、４５は工番表示部、４６は杭番号表示部である。工番表示部４５に表示される工番は、作業を行なう住所と件名を特定するために、この住所と件名に関連付けられて予めセンターで採番されるもので、ここでは管理がしやすいように、日付け入りの１３桁からなる数字が重複しないように割り当てられている。工番の入力はこのメイン表示とは別の工番入力画面で行なわれて、図示しないメモリカードに一旦格納され、作業開始時に呼出して工番表示部４５に表示することができる。このとき杭番号表示部４６に表示される数字は「００１」から開始し、一つの杭作業が終了する毎に、数字が＋１ずつ自動的に加算されるようになっている。
【００３１】
４７は施工中の各部の測定値をデジタル表示で表わすデジタル表示部で、これはコラムすなわち杭芯１５の深度Ｈを表わす深度表示部４８と、杭芯１５の積算回転数を表わす積算回転数表示部４９と、固化剤１９であるセメントミルクの積算流量を表わす積算流量表示部５０と、アーム撓み補正手段３２により算出された現在のアーム５の角度θを表わす現在アーム角度表示部５１と、施工時における前記目標アーム長さＬｎを表わす目標アーム長表示部５２と、アーム撓み補正手段３２により算出された現在のアーム５の長さＬ１を表わす現在アーム長表示部５３とにより構成される。これらの各表示部４８〜５３には、現在の測定値が数字として表示される。また、５４はアナログ表示を併用したメータ表示部で、これはセメントミルクの瞬時流量をデジタルおよびアナログ表示する瞬時流量表示部５５と、杭芯１５の圧入圧をデジタルおよびアナログ表示する圧入圧表示部５６と、杭芯１５の移動速度を表示する移動速度表示部５７と、杭芯１５の回転速度を表示する回転速度表示部５８とにより構成される。これらの瞬時流量表示部５５，圧入圧表示部５６および速度表示部５７の右下にはメータの最大スケール値が数字で表示されているが、この値は任意に変更することができる。
【００３２】
さらに、表示器３６の表示画面にはタッチパネルを利用した操作部３７として、開始指示手段であるスタートボタン６０と、停止指示手段であるストップボタン６１と、再開指示手段である施工ボタン６２と、一時停止指示手段である継杭ボタン６３とを備えている。スタートボタン６０は各部の測定を開始する際に操作するもので、測定開始を指示すると杭番号表示部４６に表示される杭番号が＋１加算されると共に、工番表示部４５に表示される工番のなかで、杭番号表示部４６に表示される杭番号に関する各部の動作情報が演算処理部３５に取込まれ、かつ表示器３６に表示されるようになる。なお、建柱車２そのものが作業を開始していない場合は、スタートボタン６０の操作を無効にし、不必要な動作情報の取込みを防止する。一方、ストップボタン６１は各部の測定を終了する際に操作するもので、測定終了を指示すると、演算処理部３５への各部の動作情報の取込みが停止する。また、継杭ボタン６３は継杭またはトラブル発生時に操作するもので、これを押すと各部の測定が一時停止する。さらに、施工ボタン６２は施工再開時に操作するもので、これを押すと各部の測定が再スタートする。
【００３３】
その他に、表示器３６の表示画面下部には、表示部３７の画面切換操作手段として、工番入力画面切換ボタン６４と、データ送信画面切換ボタン６５と、グラフ画面切換ボタン６６と、ポンプ画面切換ボタン６７と、垂直施工支援切換ボタン６８と、パラメータ画面切換ボタン６９が設けられており、いずれか一つのボタン６４〜６９を操作することにより、図５に示すメイン表示とは別の画面が表示器３６で表示されるようになっている。また７０は、セメントミルクを注入するための自動運転するポンプ（図示せず）の動状況を表示するポンプ運転状況表示部である。なお、これ以降は、本発明に関連する垂直施工支援動作と、それに対応するパラメータ設定についての説明だけを行なう。
【００３４】
図１２におけるフローチャートは、図５における垂直施工支援切換ボタン６８を押した後の施工手順を示したものである。図１２において、最初のステップＳ１では、建柱車２のアーム５に杭芯１５を取付けない状態で、アーム５の先端が軟弱基板１の表面上に予め設定した貫入位置Ｐに一致するように、オペレータの操作によりアーム５の長さおよび角度を調整し、杭芯１５の基準姿勢を確定する。
【００３５】
図６は、このときの表示器３６の表示形態を表わしたものである。７１は現在のアーム５の状態などを模式的に表示するアーム表示部、７２はこのアーム表示部７１に対応して、既に前述したアーム５の開始角度θ０や、動作角度θ１や、開始長さＬ０や、現在のアーム長さＬ１や、ロッド距離Ｌ２を数字で表示するデータ数字表示部である。また７３は、操作部３７の一部をなす杭芯検出ボタンであり、この杭芯検出ボタン７３を押す毎に、その押した位置に対応する箇所の表示色が切替わるようになっている。その他ここには、前記図５のメイン表示画面にも表れる現在アーム角度表示部５１，目標アーム長表示部５２，現在アーム長表示部５３が設けられると共に、杭芯１５の深度を表示する深度表示部７４が設けられる。
【００３６】
なお、アーム５の動作中は、一定のサンプリング時間毎に、アーム撓み補正手段３２で得られる現時点でのアーム５の真の起伏角度θが現在アーム角度表示部５１に表示されると共に、同じくアーム撓み補正手段３２で得られる現在のアーム長さＬ１が現在アーム長表示部５３とデータ数字表示部７２に表示される。
【００３７】
また、表示器３６の表示画面にはタッチパネルを利用した操作部３７として、アーム５を上下動させたり、アーム５を決められた角度に自動的に動かすアーム角度動作ボタン７５と、アーム５を伸縮させるアーム伸縮動作ボタン７６と、杭伏せボタン７７と、後述するパラメータ設定画面を表示させるパラメータ画面切換ボタン７８と、図５のメイン画面に戻すために戻るボタン７９が各々設けられる。このように、アーム５の起伏および伸縮動作は、建柱車２に設けられたレバー（図示せず）のみならず、表示器３６上に設けられた操作部３７によっても行なうことができる。
【００３８】
再度図１２の説明に戻ると、ステップＳ１にて貫入位置Ｐにアーム５の先端を合わせて基準姿勢を確定したら、次のステップＳ２で杭芯検出ボタン７３を押す。すると、ステップＳ３に移行して、演算処理部３５を構成する基準姿勢記憶手段３８は、アーム５の先端を貫入位置Ｐに一致させたときのアーム長さＬｘと角度θｘをアーム撓み補正手段３２で算出してそれぞれ取り込み、これらの値を基準姿勢として記憶する。それと共に杭芯距離算出手段３９は、アーム５の先端に杭芯１５を鉛直状態で装着したときの、水平面に沿った枢着部６から杭芯１５に至るロッド距離Ｌ２（図６のアーム表示部７１を参照）を、前記アーム長さＬｘと角度θｘから次の数式にて算出する。
【００３９】
【数１】
このロッド距離Ｌ２は、杭芯距離算出手段３９から表示器３６に出力され、データ数字表示部７２に常時表示される。
【００４１】
こうして杭芯１５の基準姿勢を記憶し、ロッド距離Ｌ２を算出したら、アーム５の先端に杭芯１５を装着し、アーム角度動作ボタン７５を押して、アーム５を任意の高さまで引上げる（ステップＳ５）。このときの表示器３６の表示形態を図７に示す。ステップＳ２で杭芯検出ボタン７３に手を触れると、この杭芯検出ボタン７３に位置する表示色が別のものになる。これにより、オペレータは杭芯１５の基準姿勢がすでに記憶されていることを目視で直接確認できる。また、杭芯１５の長さが判っていれば、それを操作部３７から入力すれば、演算処理部３５はアーム５の先端が杭芯１５の長さに引上げられるまでの引上げ角度を自動的に算出できる。したがって、アーム角度動作ボタン７５を構成する「自動」ボタンを押したときに、この引上げ角度に自動的にアーム５が引上げるように制御手段である演算算出部３５を構成すれば、オペレータの熟練度に左右されず簡単にアーム５を作業開始位置にまで引上げることができる。
【００４２】
アーム５の引上げ時には、貫入位置Ｐの垂直線上にアーム５の先端が位置するアーム５の目標長さＬｎが目標アーム長さ算出手段４１で算出され、これが表示器３６の目標アーム長表示部５２に表示される。この目標アーム長さＬｎは、アーム撓み補正手段３２から算出される現時点でのアーム５の角度θと、前記ロッド距離Ｌ２に基づき、次の数式にて算出される。
【００４３】
【数２】
オペレータは、枢着部６を中心にアーム５を回動させて引上げながら、現在アーム長表示部５２に表示される現在のアーム５の長さＬ１が、この目標アーム長さＬｎの許容範囲内に入るように、アーム伸縮動作ボタン７６を操作してアーム５を伸縮させる（ステップＳ５）。そして、現在のアーム長さＬ１が目標アーム長さＬｎに一致すれば、下端を貫入位置Ｐに合わせた杭芯１５は鉛直な状態となり、杭芯１５の垂直な軌跡上にアーム５の先端が位置する。なお、このとき深度表示部７４には、アーム撓み補正手段３２で算出された現在のアーム長Ｌ１と、アーム角度θを基にして、演算処理部３５で算出されたアーム５の引上げ長さが表示される。
【００４５】
こうして、アーム５を引上げた後、アーム５の先端が貫入位置Ｐを押した状態で、アーム５が鉛直になっていることを確認したら、ステップＳ６に移行して、施工開始を指示するために再度施工開始ボタンでもある杭芯検出ボタン７３に手を触れる。これにより演算処理部３５は、アーム５が杭入施工作業の開始位置にあるものと判断して、そのときアーム撓み補正手段３２で得られるアーム５の開始角度θ０と開始長さＬ０を、施工開始アーム位置記憶手段４０にそれぞれ記憶すると共に、この開始角度θ０と開始長さＬ０を基に、杭芯距離算出手段３９はロッド距離Ｌ２を再度次の数式にて算出する。
【００４６】
【数３】
このロッド距離Ｌ２は、施工開始アーム位置記憶手段４０に記憶されると共に（ステップＳ７）、施工作業が終了するまで不変である。そして、前記数２における角度θにアーム５の開始角度θ０を代入することで、目標アーム長さＬｎを算出して、これを目標アーム長表示部５２に表示する。
【００４８】
なお、施工開始時は杭芯１５の先端を貫入位置Ｐに一致させるため、軟弱地盤１に杭芯１５の先端を押し付ける力がアーム５から加えられている。そのため、アーム５は後述する杭芯１５の貫入時ほどではないにせよ、多少の反発力が加わり撓んでいる。したがって、目標アーム長さＬｎを正しく算出するために、アーム撓み補正手段３２を利用して、アーム５が撓んでいないと仮定したときのアーム５の開始角度θ０と開始長さＬ０を算出している。
【００４９】
図８は、杭入施工作業の開始時における表示器３６の表示形態を示したものである。ここでは、アーム角度表示部５１に補正された現在のアーム５の角度θ（施工開始時は開始角度θ０）が表示され、目標アーム長表示部５２にその角度θにアーム５が向けられているときの目標アーム長さＬｎが表示され、アーム長表示部５３に現在のアーム長さＬ１（施工開始時は開始長さＬ０）が表示され、深度表示部７４には杭芯１５の先端の深度Ｈが表示される。この深度Ｈは、アーム５の開始長さＬ０から、現在のアーム長さＬ１と、アーム５の開始角度θ０から現時点でのアーム５の角度θを差し引いた動作角度θ１とにより、余弦定理を利用した次の数式から算出される。
【００５０】
【数４】
上記数式より、杭芯１５の下端が軟弱地盤１に貫入していない作業開始時には、アーム長・アーム起伏角補正演算手段３２により補正された現在のアーム長さＬ１と角度θが、アーム５の開始長さＬ０と開始角度θ０にそれぞれ一致しており、上記数式により算出された深度Ｈも０となる。なお、表示器３６のデータ数字表示部７２には、前記作業開始時におけるアーム５の開始角度θ０と、アーム５の現在の動作角度θ１と、アーム５の開始長さＬ０と、現在のアーム長さＬ１と、ロッド距離Ｌ２がそれぞれ表示される。
【００５２】
これ以降は、通常の地盤改良工事が行なわれる。とりわけ杭芯１５により軟弱地盤１を掘削するに際しては、前記施工開始アーム位置記憶手段４０に記憶した各データを基に、施工中における杭芯１５の深度Ｈと垂直度の算出が行なわれる。具体的には、杭芯１５による掘削が進み、アーム５の角度を下げる操作を例えばアーム角度動作ボタン７５で行なうと、目標アーム長さ算出手段４１は、アーム撓み補正手段３２から得られる現在のアーム５の角度θと、施工開始時に算出したロッド距離Ｌ２から、杭芯１５が鉛直を維持する目標のアーム長さすなわち目標アーム長さＬｎを算出し、これを目標アーム長表示部５２に表示させる。このとき図９に示すように、現在のアーム長さＬ１が、目標アーム長さＬｎの許容範囲（例えば、±０．１０ｍ）を外れている場合には、補正された現在のアーム長さＬ１を表示する現在アーム長表示部５３の表示色が変わって例えば赤色に反転する。オペレータはこれを見て、杭芯１５が垂直に貫入されるように、アーム５の長さを調節操作して、補正された現在のアーム長さＬ１を目標アーム長さＬｎに一致させる（ステップＳ８）。なお、このとき杭深度算出手段４２により算出される深度Ｈは、補正された現在のアーム長さＬ１が目標アーム長さＬｎからずれているため、正しく深度表示部７４に表示されない。
【００５３】
アーム５の長さを正しく調節したときの表示器３６の表示状態を示したのが、図１０である。この場合、現在アーム長表示部５３に表示される現在のアーム長さＬ１が、目標アーム長表示部５２に表示される表示目標アーム長さＬｎと一致しており、杭芯１５は貫入位置Ｐを垂直に貫入している。また、深度表示部７４に表示される杭芯１５の深度Ｈも正しい値となる。演算処理部３５のデータ送信手段４４は、現在のアーム長さＬ１が目標アーム長さＬｎの許容範囲内にあるときの正しい杭芯１５の深度Ｈを、他のデータと共にセンターに送出するので、杭芯１５が鉛直でない状態の誤った深度Ｈのデータ収集を未然に防ぐことができる。そして、このようなアーム５の長さ調節を繰り返せば、杭芯１５を常時ほぼ垂直な状態で貫入位置Ｐに貫入させることが可能になると共に、正しい深度Ｈのデータ収集が可能になる。
【００５４】
続いて図１１に基づき、パラメータ画面切換ボタン７８を押したときに表示器３６に表示されるパラメータ設定画面について説明する。ここでは、表示項目であるサンプリング区間，サンプリングタイマー，アーム許容範囲などの各種設定値を表示するパラメータ値表示部８１と、現在時刻の設定を変更する現在時刻設定表示部８２がそれぞれ設けられる。また、前述の図６〜図１０に示す垂直施工支援画面を表示するための垂直施工支援切換ボタン８３と、図１１とは別のパラメータ設定画面を表示するためのパラメータ画面切換ボタン８４と、図５のメイン表示画面に戻るボタン８５も、それぞれ表示器３６上にあるタッチパネルの操作部３７として設けられる。
【００５５】
このなかで、パラメータ値表示部８１に表示されるサンプリング区間とは、演算処理部３５が収集する各施工データの収集タイミングを設定するもので、この値は任意（例えば１ｍで割り切れる値）に変更できる。また、サンプリングタイマーとは、前記深度Ｈが変化しない状態が設定時間（この場合は１５秒）続いた場合に、サンプリング区間に深度Ｈが変化しなくても、優先してデータ収集を行なう。なお、有効ボタン８６を操作することで、この機能を無効にすることもできる。さらに、アーム許容範囲とは、前述の杭芯１５を垂直に保つために算出した目標アーム長さＬｎの許容範囲を設定するもので、この値を設定することで、誤った深度Ｈのデータ収集を未然に防ぐことができる。
【００５６】
また別な変形例として、前記図１２に示すステップＳ１からステップＳ５の各手順を省いて、ステップＳ６以降の杭芯１５を施工開始位置にセットした状態から作業を行なってもよい。これは図１２の点線で示される。
【００５７】
次に、上記一連の手順において、アーム撓み補正手段３２についての動作を詳細に説明する。図３に示すように、杭芯１５を軟弱地盤１に貫入する施工作業中は、杭芯１５を軟弱地盤１中に押し込む力と、杭芯１５が軟弱地盤１から受ける反発力が、アーム５並びに建柱車２を押し上げる力として作用し、アーム５自身が撓むと共に、建柱車２の前方も浮き上がる。図４は、撓みが生じたアーム５の状態を示す説明図で、本実施例のようなアーム５では、第一アーム可動部１２が出没するアーム基部１１の先端と、第二アーム可動部１２が出没する第一アーム可動部１２の先端が、それぞれ折れ曲がった状態で撓んでいる。なお同図において、ｌ１はアーム基部１１のアーム長、ｌ２は第一アーム可動部１２のアーム長、ｌ３は第二アーム可動部１３のアーム長で、これらはいずれも直線長さである。また、ｌ４は杭芯１５の基端を取付けるのに必要な第二アーム可動部１３の先端固定長で、この部分は第二アーム可動部１３を最も縮めた状態であっても、第一アーム可動部１２の先端よりも外方に突出している。
【００５８】
Ｌｔはアーム５の枢着部６からアーム５の先端までの直線上の長さである真の直線長さで、θｔはこの真の直線長さＬｔと水平面との成す角度である真の起伏角度である。θ２はアーム基部１１と水平面との成す角度で、θ３は第二アーム可動部１３と水平面との成す角度であり、ｌｘは第一アーム可動部１２の基端から第二アーム可動部１３の先端に至る長さである。θｕは第一アーム可動部１２と長さｌｘとの成す角度で、θｗは真の直線長さＬｔとアーム基部１１との成す角度であり、θｓはアーム基部１１に対する第一アーム可動部１２の撓み角（外角）で、この場合は、第一アーム可動部１２と第二アーム可動部１３が同じ量だけ出没する関係で、第一アーム可動部１２に対する第二アーム可動部１３の撓み角（外角）も同じθｓであると仮定している。さらに、θｙは第一アーム可動部１２と第二アーム可動部１３との成す角度（内角）で、θｚはアーム基部１１と長さｌｘとの成す角度（内角）である。
【００５９】
上記構成において、アーム撓み補正手段３２は、アーム５の真の直線長さＬｔおよびアーム５の真の起伏角度θｔを算出する。そのために、まず打設中において、いずれも車両本体３の浮き上がりによる影響を含んだアーム傾斜計２９から得られるアーム基部１１の水平面に対する角度θ２’と、アーム傾斜計３１から得られる第二アーム可動部１３の水平面に対する角度θ３’とをそれぞれ取り込むと共に、打設開始時に予め記憶された車両傾斜計３０からの車両本体３の車体傾斜角度と、打設中において車両傾斜計３０から出力される車両本体３の車体傾斜角度との差を、角度差θ４Δとして算出する。
【００６０】
そして、車両本体３の浮き上がりによる影響を取り除いた打設中のアーム基部１１の角度θ２と、第二アーム可動部１３の角度θ３は、次の数式に示すように、アーム傾斜計２９で得られる角度θ２’と、アーム傾斜計３１で得られる角度θ３’から、それぞれから前記角度差θ４Δを差し引くことで算出される。
【００６１】
【数５】
【数６】
なお、アーム５の開始長さＬｏと開始角度θ０を算出する際には、車両本体３はさほど浮き上がっていない。また、施工中も車両本体３がさほど浮き上がらない場合には、アーム傾斜計２９で得られる角度θ２’と、アーム傾斜計３１で得られる角度θ３’を、そのまま角度θ２，θ３として採用してもよい。
【００６４】
次にアーム撓み補正手段３２は、アーム５を構成する各部の長さを算出する。具体的には、アーム基部１１のアーム長ｌ１と第二アーム可動部１３の先端固定長Ｉ４は既知の固定長であり、予めアーム撓み補正手段３２に記憶されている。また第一アーム可動部１２のアーム長ｌ２と、第二アーム可動部１３のアーム長Ｉ３から先端固定長ｌ４を差し引いた値は、第一アーム可動部１２と第二アーム可動部１３が同じ量だけ出没する関係で等しくなる。したがって、エンコーダ２５により検出されるアーム５の撓み長さＬと、アーム基部１１のアーム長ｌ１と、第二アーム可動部１３の先端固定長Ｉ４とから、アーム撓み補正手段３２は、次の数式を利用して第一アーム可動部１２のアーム長ｌ２と、第二アーム可動部１３のアーム長Ｉ３とをそれぞれ算出する。
【００６５】
【数７】
【数８】
次にアーム撓み補正手段３２は、前記打設中のアーム基部１１の角度θ２と、第二アーム可動部１３の角度θ３から、以下の数式を利用して撓み角θｓを算出する。これは、第一アーム可動部１２の撓み角θｓと、第二アーム可動部１３の撓み角θｓが等しいという条件の下で算出される。
【００６８】
【数９】
数９から第一アーム可動部１２および第二アーム可動部１３の撓み角θｓが求められると、第一アーム可動部１２と第二アーム可動部１３との成す角度θｙは、三角形の内角と外角との関係から、アーム撓み補正手段３２により次の数式にて簡単に求めることができる。
【００７０】
【数１０】
上記角度θｙが算出されると、アーム撓み補正手段３２は、第一アーム可動部１２の基端から第二アーム可動部１３の先端に至る長さｌｘを、既に算出された第一アーム可動部１２のアーム長ｌ２と、第二アーム可動部１３のアーム長Ｉ３から、余弦定理によって次の数式のように算出する。
【００７２】
【数１１】
上記長さｌｘが算出されると、第一アーム可動部１２と長さｌｘとの成す角度θｕの余弦（Ｃｏｓθｕ）は、第一アーム可動部１２の基端から第二アーム可動部１３の先端に至る長さｌｘと、既に算出された第一アーム可動部１２のアーム長ｌ２と、第二アーム可動部１３のアーム長Ｉ３から、余弦定理によって次の数式のように算出できる。
【００７４】
【数１２】
また角度θｕは、Ｃｏｓθｕの逆数を取って数１３のように算出できる。
【００７６】
【数１３】
但し、上記数１３における右辺の１８０／πは、角度θｕの単位をラジアンではなく度（°）として算出するためのものである。続いてアーム撓み補正手段３２は、アーム基部１１と長さｌｘとの成す角度θｚを算出する。これは、三角形の内角と外角との関係から、次の数式にて求めることができる。
【００７８】
【数１４】
角度θｚが求められると、アーム撓み補正手段３２は、アーム基部１１のアーム長ｌ１と、上記数１２で算出した長さｌｘと、上記数１４で算出した角度θｚから、アーム５の真の直線長さＬｔを余弦定理によって、次の数式にて算出する。
【００８０】
【数１５】
また上記数１５により、アーム５の真の直線長さＬｔを算出すると、アーム撓み補正手段３２は、アーム５の真の直線長さＬｔとアーム基部１１との成す角度θｗの余弦（Ｃｏｓθｗ）を、余弦定理によって次の数式のように算出する。
【００８２】
【数１６】
また角度θｗは、Ｃｏｓθｗの逆数を取って数１７のように算出できる。
【００８４】
【数１７】
但し、上記数１７における右辺の１８０／πは、角度θｗの単位をラジアンではなく度（°）として算出するためのものである。これに基づきアーム撓み補正手段３２は、アーム５の真の起伏角度θｔを、次の数式にて算出する。
【００８６】
【数１８】
このようなアーム撓み補正手段３２を備えたことにより、施工開始時や施工中にアーム５が撓んだとしても、エンコーダ２５およびアーム傾斜計２９，３１を設け、場合によっては車両傾斜計３０を付加するだけで、アーム５の枢着部６から先端までの真の直線長さＬｔと、この真の直線長さＬｔと水平面とのなす角度である真の起伏角度θｔを正しく算出することができる。したがって、この結果を基にして杭深度算出手段４２で正確な杭深度を求めたり、あるいは目標アーム長さ算出手段４１で正確な目標アーム長さＬｎを求めることができるようになる。
【００８８】
なお、アーム５の伸縮段数が実施例以外の場合であっても、上述の余弦定理を利用して真の直線長さＬｔと真の起伏角度θｔを算出する手順は同じである。
【００８９】
以上のように本実施例では、基端にある枢着部６を中心に起伏可能に回動し、且つ伸縮自在なアーム５の先端に取付けられる杭すなわち杭芯１５の鉛直度を管理する杭鉛直度管理装置において、アーム５は、このアーム５の基端にあって、既知の固定長であるアーム基部１１と、アーム５の先端にあって、アーム基部１１より出没するアーム可動部としての第一アーム可動部１２や第二アーム可動部１３により構成され、アーム５に沿った枢着部６から先端までの撓み長さＬを検出するアーム長検出手段としてのエンコーダ２５と、アーム５の基端の起伏角度θ２’を検出する第一アーム角度検出手段としてのアーム傾斜計２９と、アーム５の先端の起伏角度θ３’を検出する第二アーム角度検出手段としてのアーム傾斜計３１と、アーム傾斜計２９で検出したアーム５の基端の起伏角度θ２’と、アーム傾斜計３１で検出したアーム５の先端の起伏角度θ３’とから、アーム基部１１とアーム可動部とのなす第一角度である角度θｚを算出し、エンコーダ２５で検出した撓み長さＬと、アーム基部１１の固定長とから、アーム可動部のアーム長ｌｘを算出し、前記算出した角度θｚおよびアーム長ｌｘと、アーム基部１１の固定したアーム長ｌ１とから、余弦定理によってアーム５の枢着部６から先端までの真の直線長さＬｔを算出すると共に、前記算出したアーム長ｌｘおよび真の直線長さＬｔと、アーム基部１１の固定したアーム長ｌ１とから、余弦定理によって真の直線長さＬｔとアーム基部１１とのなす第二角度である角度θｗを算出し、この角度θｗと、アーム傾斜計２９で検出したアーム５の基端の起伏角度θ２’とから、前記真の直線長さＬｔと水平面との間のなす角度である真の起伏角度θｔを算出するアーム撓み補正手段３２と、杭芯１５を装着しない状態で、アーム５の先端を杭芯１５の貫入位置Ｐに一致させたときに、アーム撓み補正手段３２が算出した杭芯１５の基準姿勢における真の直線長さＬｔおよび真の起伏角度θｔから、杭芯１５が貫入位置Ｐの垂直線上に位置するときの枢着部６から杭芯１５に至る水平面に沿った距離（ロッド距離Ｌ２）を算出し、このロッド距離Ｌ２と、アーム撓み補正手段３２で算出された真の起伏角度θｔとから、杭芯１５が貫入位置Ｐの垂直線上に位置するときのアーム５の枢着部６から先端までの目標直線長さ（目標アーム長さＬｎ）を算出する制御手段としての演算処理部３５とを備えている。
【００９０】
この場合、杭芯１５を打設する施工作業中は、杭芯１５を軟弱地盤１に押し込む力と杭芯１５が軟弱地盤１から受ける反発力とによって、アーム５自身に撓みが生じ、この撓んだ状態のアーム５の撓み長さＬがエンコーダ２５で検出される。それと共にアーム５が撓むと、アーム傾斜計２９，３１でそれぞれ検出される起伏角度θ２’θ３’間に差異を生じ、この差異とアーム５の撓み長さＬとを利用して、アーム撓み補正手段３２は、アーム傾斜計２９で検出したアーム５の基端の起伏角度θ２’と、アーム傾斜計３１で検出したアーム５の先端の起伏角度θ３’とから、アーム５の基端にあって、既知の固定長である アーム基部１１と、アーム５の先端にあって、アーム基部１１より出没するアーム可動部とのなす角度θｚを算出し、エンコーダ２５で検出した撓み長さＬと、アーム基部１１の固定長とから、アーム可動部のアーム長ｌｘを算出し、前記算出した角度θｚおよびアーム長ｌｘと、アーム基部１１の固定したアーム長ｌ１とから、余弦定理によってアーム５の枢着部６から先端までの真の直線長さＬｔを算出すると共に、前記算出したアーム長ｌｘおよび真の直線長さＬｔと、アーム基部１１の固定したアーム長ｌ１とから、余弦定理によって真の直線長さＬｔとアーム基部１１とのなす角度θｗを算出し、この角度θｗと、アーム傾斜計２９で検出したアーム５の基端の起伏角度θ２’とから、真の直線長さＬｔと水平面との間をなす角度である真の起伏角度θｔを算出する。そして、このようにして得られた真の起伏角度θｔと、杭芯１５を装着しない状態で、アーム５の先端を杭芯１５の貫入位置Ｐに一致させたときに、アーム撓み補正手段３２が算出した杭芯１５の基準姿勢における真の直線長さＬｔおよび真の起伏角度θｔから算出され、予め分っている杭芯１５が貫入位置Ｐの垂直線上に位置するときの枢着部６から杭芯１５に至る水平面に沿ったロッド距離Ｌ２とによって、制御手段である演算処理部３５がアーム５の枢着部６から先端までの目標アーム長さＬｎを算出する。
【００９１】
したがって、このようなアーム撓み補正手段３２を備えたことにより、アーム５の枢着部６から先端部までの真の直線長さＬｔと、この真の直線長さＬｔと水平面とのなす角度である真の起伏角度θｔを正しく算出することかでき、アーム撓み補正手段３２が算出する真の直線長さＬｔが、目標直線長さＬｎに一致するように、オペレータがアーム５を出し入れすれば、施工中にアーム５が撓んだ場合でも、杭芯１５の鉛直度を保った状態で貫入位置Ｐに打ち込むことが可能になり、オペレータの技量に左右されることなく、正しく杭作業を行なうことができる。
【００９２】
また本実施例では、アーム５を保持する保持体すなわち建柱車２の傾きを検出する傾斜検出手段としての車両傾斜計３０をさらに備え、アーム撓み補正手段３２は、車両傾斜計３０から得られた杭芯１５の打設開始時における建柱車２の傾斜角度と、杭芯１５の打設中における建柱車２の傾斜角度の差を、杭芯１５が地面に押し込まれるときの建柱車２の浮き上がり角度（θ４Δ）として算出し、アーム傾斜計２９，３１からの各検出出力（θ２’，θ３’）から、建柱車２の浮き上がり角度（θ４Δ）を差し引いた値を基に、打設中における真の直線長さＬｔや真の起伏角度θｔを算出している。
【００９３】
この場合、杭芯１５が軟弱地盤Ｐに押し込まれるときの建柱車２の浮き上がり角度θ４Δを車両傾斜計３０からの検出出力で得ることができるので、アーム傾斜計２９，３１で検出されるアーム５の基端や先端の各起伏角度θ２’，θ３’から浮き上がり角度θ４Δを差し引いて、打設中における真の直線長さＬｔや真の起伏角度θｔを算出することで、建柱車２の浮き上がりや縦揺れ角をも考慮したアームの目標直線長さ（目標アーム長さＬｎ）の算出が可能となり、杭芯１５の鉛直度をより正しく保つことができる。
【００９４】
さらにこの場合は、杭芯１５を装着した状態で、杭芯１５を貫入する直前の開始位置までアーム５を回動して引上げたときに、この杭芯１５が貫入位置Ｐ上で鉛直となるように目標アーム長さＬｎに従って伸縮されたアーム５の開始長さＬ０と開始起伏角度θ０とを、前記アーム撓み補正手段３２で算出した真の直線長さＬｔおよび真の起伏角度θｔから取り込み、このアーム５の開始長さＬ０および開始起伏角度θ０と、アーム撓み補正手段３２で算出された現在のアーム５の直線長さＬ１および現在のアーム５の起伏角度θとから、余弦定理を利用して杭芯１５の深度Ｈを算出する杭深度算出手段４２を備えてもよい。
【００９５】
こうすることで、杭深度算出手段４２は、杭芯１５を貫入する直前の開始位置におけるアーム５の開始長さＬ０と開始起伏角度θ０とを基にして、現在のアーム５の長さＬ１と起伏角度θから、余弦定理を利用して深度Ｈを算出することができる。したがって、杭深度算出手段４２が算出した深度Ｈにより、オペレータは作業中においてアーム５の目標長さＬｎのみならず、地盤１に貫入した杭芯１５の深さを直接同時に知ることができる。
【００９６】
さらに本実施例における杭深度算出手段４２は、現在のアーム５の長さＬ１が、演算処理部３５で算出したアーム５の目標長さＬｎの許容範囲内にある場合にのみ、杭芯１５の深度Ｈを算出するように構成している。
【００９７】
こうすると杭深度算出手段４２は、現在のアーム５の長さＬ１が、アーム５の目標長さＬｎの許容範囲内にある時にだけ、算出した杭芯１５の深度Ｈを外部に出力する。したがって、杭深度Ｈのデータを管理する側では、杭芯１５が鉛直でない状態の誤ったデータを取り込む虞れがなく、正しい杭深度Ｈのデータ管理を行なうことが可能になる。
【００９８】
本発明は上記実施例に限定されるものではなく、種々の変形実施が可能である。本発明における杭とは、地盤の貫入位置Ｐに貫入する棒状体のことをいうもので、例えば鋼管杭でもよく、さらにその目的は本実施例のような地盤改良にのみ限定されるものではない。
【００９９】
【発明の効果】
本発明の請求項１における杭鉛直度管理装置によれば、施工中にアームが撓んだ場合でも、アームの枢着部から先端部までの真の直線長さと、この真の直線長さと水平面とのなす角度である真の起伏角度を正しく算出することかでき、オペレータの技量に左右されることなく、正しく杭作業を行なうことができる。
【０１００】
本発明の請求項２における杭鉛直度管理装置によれば、保持体の浮き上がりや縦揺れ角をも考慮したアームの目標直線長さの算出を行なうことで、杭の鉛直度をより正しく保つことができる。
【０１０１】
本発明の請求項３における杭鉛直度管理装置によれば、杭深度算出手段が算出した深度により、オペレータは作業中においてアームの目標直線長さのみならず、地盤に貫入した杭の深さを直接同時に知ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施態様を示す杭鉛直度管理装置の全体構成を表わした概略図である。
【図２】 同上要部の機能構成を示すブロック図である。
【図３】 同上打設時における杭鉛直度管理装置の全体構成を表わした概略図である。
【図４】 同上打設時における杭鉛直度管理装置のアーム５の態様を拡大して表わした概略説明図である。
【図５】 同上杭芯の基準姿勢を確定した状態を示す表示器の正面図である。
【図６】 同上施工最終姿勢を記憶するときの状態を示す表示器の正面図である。
【図７】 同上杭芯を所定の高さまで引上げたときの状態を示す表示器の正面図である。
【図８】 同上杭入施工作業の開始時における状態を示す表示器の正面図である。
【図９】 同上アームの長さを正しく調節する前の状態を示す表示器の正面図である。
【図１０】 同上アームの長さを正しく調節したときの状態を示す表示器の正面図である。
【図１１】 同上パラメータ設定画面を表示したときの状態を示す表示器の正面図である。
【図１２】 同上杭芯を押し込むまでの動作手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
２ 建柱車（保持体）
５ アーム
６ 枢着部
１５ 杭芯（杭）
２５ エンコーダ（アーム長検出手段）
２９ アーム傾斜計（第一アーム角度検出手段）
３０ 車両傾斜計（傾斜検出手段）
３１ アーム傾斜計（第二アーム角度検出手段）
３２ アーム撓み補正手段
３５ 演算処理部（制御手段）
４２ 杭深度算出手段
Claims (3)
- 基端にある枢着部を中心に起伏可能に回動し、且つ伸縮自在なアームの先端に取付けられる杭の鉛直度を管理する杭鉛直度管理装置において、
前記アームは、このアームの基端にあって、既知の固定長であるアーム基部と、前記アームの先端にあって、前記アーム基部より出没するアーム可動部とにより構成され、
前記アームに沿った枢着部から先端までの撓み長さを検出するアーム長検出手段と、
前記アーム基端の起伏角度を検出する第一アーム角度検出手段と、
前記アーム先端の起伏角度を検出する第二アーム角度検出手段と、
前記第一アーム角度検出手段で検出した前記アーム基端の起伏角度と、前記第二アーム角度検出手段で検出した前記アーム先端の起伏角度とから、前記アーム基部と前記アーム可動部とのなす第一角度を算出し、
前記アーム長検出手段で検出した撓み長さと、前記アーム基部の固定長とから、前記アーム可動部のアーム長を算出し、
前記算出した第一角度およびアーム長と、前記アーム基部の固定長とから、余弦定理によって前記アームの枢着部から先端までの真の直線長さを算出すると共に、
前記算出したアーム長および前記真の直線長さと、前記アーム基部の固定長とから、余弦定理によって前記真の直線長さと前記アーム基部とのなす第二角度を算出し、
この第二角度と、前記第一アーム角度検出手段で検出した前記アーム基端の起伏角度とから、前記真の直線と水平面との間の真の起伏角度を算出するアーム撓み補正手段と、
前記杭を装着しない状態で、前記アームの先端を前記杭の貫入位置に一致させたときに、前記アーム撓み補正手段が算出した前記杭の基準姿勢における前記真の直線長さおよび前記真の起伏角度から、前記杭が貫入位置の垂直線上に位置するときの前記枢着部から前記杭に至る水平面に沿った距離を算出し、この距離と前記真の起伏角度とから、前記杭が貫入位置の垂直線上に位置する前記アームの枢着部から先端までの目標直線長さを算出する制御手段とを備えたことを特徴とする杭鉛直度管理装置。 - 前記アームを保持する保持体の傾きを検出する傾斜検出手段をさらに備え、
前記アーム撓み補正手段は、前記傾斜検出手段から得られた前記杭の打設開始時における前記保持体の傾斜角度と、前記杭の打設中における前記保持体の傾斜角度の差を、前記杭が地面に押し込まれるときの前記保持体の浮き上がり角度として算出し、前記第一アーム角度検出手段および前記第二アーム角度検出手段からの各検出出力から、前記浮き上がり角度を差し引いて、打設中における前記真の直線長さや真の起伏角度を算出するものであることを特徴とする請求項１記載の杭鉛直度管理装置。 - 前記杭を装着した状態で、前記杭を貫入する直前の開始位置まで前記アームを回動して引上げたときに、この杭が貫入位置上で鉛直となるように前記目標直線長さに従って伸縮された前記アームの開始長さおよび開始角度とを、前記アーム撓み補正手段で算出した前記真の直線長さおよび前記真の起伏角度から取り込み、このアームの開始長さおよび開始角度と、前記アーム撓み補正手段で算出された現在のアームの直線長さおよび現在のアームの起伏角度とから、余弦定理を利用して前記杭の深度を算出する杭深度算出手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の杭鉛直度管理装置。
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