JP4084608B2 - 締め固め管理装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、土、コンクリートその他の材料を重機により締め固める場合において、転圧時における該材料の締め固めの程度の管理に用いられる締め固め管理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種の締め固め管理方法としては、地盤を掘削して穴を設け、その内部を粒径の揃った砂、又は水に置き換えて穴の体積を求め、掘削した地盤の質量を前記穴の体積で除して湿潤密度を求める砂置換法や、掘削した地盤の一部から含水比を測定して乾燥密度を求め、その地盤の締め固めの程度を規定する水置換法がある。
また、地盤に埋設されたラジオアイソトープ（放射性同位元素 ＲＩ）線源から伝わるガンマ線により地盤の湿潤密度を求めるとともに、中性子線から含水量を求めて乾燥密度及び含水比を算出し、その地盤の締め固めの程度を規定するＲＩ法がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の締め固め管理方法では、以下の問題が存在している。
まず、砂置換法や水置換法では、地盤を掘削して穴を設ける必要があるとともに、砂や水を現場に搬入しなければならない。また、ＲＩ法では、計測点ごとにＲＩ線源を埋設しなければならない。
【０００４】
したがって、従来の締め固め管理方法では、材料の締め固めの程度を規定する作業が煩雑になるため、締め固め施工に係る人員が増加してしまうとともに、施工期間が長期化してしまうという問題がある。
【０００５】
そこで、本発明の課題は、作業員が煩雑な作業を行うことなく、材料の締め固めの程度を規定することができる締め固め管理装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
すなわち、請求項１に記載の発明に係る締め固め管理装置は、土、コンクリートその他の材料の転圧時における重機の振動波情報である水平方向の加速度の計測をして水平加速度データを得る計測手段と、前記計測手段により得た前記水平加速度データの解析をして水平方向の波形スペクトルを得る解析手段と、前記解析手段により得た前記水平方向の波形スペクトルにおける重機の振動転圧輪の基本周波数に対応するフーリエ振幅を指標値に決定する指標値決定手段と、前記指標値に対応する沈下量をあらかじめ前記材料に対する試験によって設定された基準値データと前記指標値との対比により定めることで、前記転圧時における前記材料の沈下量の程度を規定する規定手段とを含むことを特徴としている。
【０００７】
このような技術的手段において、重機の振動転圧輪の基本周波数とは、重機の振動転圧輪の基本振動の周波数と同じ周波数であって、振動を付与すると同時に重機の振動転圧輪が地表面から受けることとなる衝撃波の周波数を意味する。
【０００８】
また、基準値とは、前記した指標値とともに用いられることにより、材料の締め固めの程度を規定する目的であらかじめ試験盛土などによって設定される値を意味する。
【０００９】
さらに、加速度データとしては、計測手段により得られるものであれば十分であり、また、前記波形スペクトルとしては、そのような加速度データに基づいて解析手段により得られるものであれば足りる。
【００１０】
また、重機の振動転圧輪の基本周波数に対応するフーリエ振幅としては、そのような波形スペクトルにおけるものであれば十分である。
【００１１】
この発明によれば、重機の振動転圧輪の水平方向の加速度と、材料の沈下量の程度との相関性に基づいて、振動転圧輪の水平加速度データから解析した水平方向の波形スペクトルにおける振動転圧輪の基本周波数に対応するフーリエ振幅を指標値にして、材料の沈下量の程度を規定することができるため、作業員が煩雑な作業を行うことなく、材料の沈下量の程度を短期間に規定することができる。
【００１２】
また、請求項２に記載の発明に係る締め固め管理装置は、土、コンクリートその他の材料の転圧時における重機の振動波情報である鉛直方向の加速度の計測をして鉛直加速度データを得る計測手段と、前記計測手段により得た前記鉛直加速度データの解析をして鉛直方向の波形スペクトルを得る解析手段と、前記解析手段により得た前記鉛直方向の波形スペクトルにおける重機の振動転圧輪の基本周波数に対応するフーリエ振幅を指標値に決定する指標値決定手段と、前記指標値に対応する剛性をあらかじめ前記材料に対する試験によって設定された基準値データと前記指標値との対比により定めることで、前記転圧時における前記材料の剛性の程度を規定する規定手段とを含むことを特徴としている。
【００１３】
この発明によれば、重機の振動転圧輪の鉛直方向の加速度と、材料の剛性の程度との相関性に基づいて、振動転圧輪の鉛直加速度データから解析した鉛直方向の波形スペクトルにおける振動転圧輪の基本周波数に対応するフーリエ振幅を指標値にして、材料の剛性の程度を規定することができるため、作業員が煩雑な作業を行うことなく、材料の剛性の程度を短期間に規定することができる。
【００１４】
また、請求項３に記載の発明に係る締め固め管理装置は、土、コンクリートその他の材料の転圧時における重機の振動波情報である加速度の計測をして加速度データを得る計測手段と、前記計測手段により得た前記加速度データの解析をして波形スペクトルを得る解析手段と、前記解析手段により得た前記波形スペクトルにおける重機の振動転圧輪の１／２周波数に対応するフーリエ振幅を指標値に決定する指標値決定手段と、前記指標値に対応する締め固め密度をあらかじめ前記材料に対する試験によって設定された基準値データと前記指標値との対比により定めることで、前記転圧時における前記材料の締め固め密度の程度を規定する規定手段とを含むことを特徴としている。
【００１５】
ここで、重機の振動転圧輪の１／２周波数とは、重機による振動の付与に伴う衝撃波が現に転圧している盛土及び前回転圧した盛土の境界面で反射して戻ってきた場合において、重機の振動転圧輪が地表面から受けることとなる衝撃波の周波数を意味する。
【００１６】
また、重機の振動転圧輪の１／２周波数に対応するフーリエ振幅としては、そのような波形スペクトルにおけるものであれば十分である。
【００１７】
この発明によれば、１／２周波数の振動波と、材料の締め固め密度との相関性に基づいて、振動転圧輪の加速度データから解析した波形スペクトルにおける振動転圧輪の１／２周波数に対応するフーリエ振幅を指標値として、材料の締め固め密度の程度を規定することができるため、作業員が煩雑な作業を行うことなく、材料の締め固め密度の程度を短期間に規定することができる。
【００１８】
ただし、本締め固め管理装置に対する信頼性、安定性を高めるという観点からすれば、前記計測手段により得られる前記加速度データが、鉛直方向の加速度データ及び水平方向の加速度データからなるものであり、前記解析手段により得られる前記波形スペクトルが、鉛直方向の波形スペクトル及び水平方向の波形スペクトルからなるものであり、前記指標値決定手段における前記重機の振動転圧輪の１／２周波数に対応するフーリエ振幅が、前記鉛直方向の波形スペクトル及び前記水平方向の波形スペクトルのいずれかにおけるものであることが好ましい。
【００１９】
また、請求項５に記載の発明に係る締め固め管理装置は、土、コンクリートその他の材料の転圧時における重機の振動波情報である加速度の計測をして加速度データを得る計測手段と、前記計測手段により得た前記加速度データの解析をして波形スペクトルを得る解析手段と、前記解析手段により得た前記波形スペクトルにおける重機の振動転圧輪の基本周波数に対応するフーリエ振幅及び該波形スペクトルにおける重機の振動転圧輪の１／２周波数に対応するフーリエ振幅を用いた演算をして指標値を得る演算手段と、前記演算手段により得た前記指標値に対応する締め固め度、密度、含水比、沈下量、剛性をあらかじめ前記材料に対する試験によって設定された締め固め度、密度、含水比、沈下量、剛性の基準値データと前記指標値との対比により定めることで、前記転圧時における前記材料の締め固め度、密度、含水比、沈下量、剛性の程度を規定する規定手段とを含むことを特徴としている。
【００２０】
この発明によれば、重機の振動転圧輪の基本周波数に対応するフーリエ振幅のみならず重機の振動転圧輪の１／２周波数に対応するフーリエ振幅をも指標値としており、材料の剛性のみならず材料の密度をも含めて材料の締め固めの程度を規定することとしたので、転圧により密度が大きくなっても、同時に構造が乱され剛性が却って低下するような特異な性状を示す材料における締め固めの程度を正確に把握することができる。なお、前記特異な性状を示す材料としては、粘性土やダム工事におけるコア材料に用いられるフレッシュコンクリート等の材料がある。
【００２１】
ただし、本締め固め管理装置に対する信頼性、安定性を高めるという観点からすれば、前記計測手段により得られる前記加速度データが、鉛直方向の加速度データ及び水平方向の加速度データからなるものであり、前記解析手段により得られる前記波形スペクトルが、鉛直方向の波形スペクトル及び水平方向の波形スペクトルからなるものであり、前記演算手段における前記重機の振動転圧輪の基本周波数に対応するフーリエ振幅が、前記水平方向の波形スペクトルであり、前記演算手段における前記重機の振動転圧輪の１／２周波数に対応するフーリエ振幅が、前記鉛直方向の波形スペクトルであることが好ましい。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に基づいて本発明の実施形態を詳細に説明する。
なお、各実施形態の説明において、同一の構成要素に関しては同一の符号を付し、重複した説明は省略するものとする。
【００２３】
［第１実施形態］
本発明の第１実施形態に係る締め固め管理装置は、盛土の転圧時における重機の振動転圧輪の加速度データから盛土の沈下量、剛性及び締め固め密度の程度を規定するものである。
【００２４】
図１は、本発明の第１実施形態に係る締め固め管理装置の概略構成を示す側面図である。図２は、締め固め管理装置の概略構成を示すブロック図である。図３は、締め固め管理装置で得られる波形スペクトルを示すグラフであり、（ａ）は鉛直方向の波形スペクトル、（ｂ）は水平方向の波形スペクトルである。図４は、振動転圧輪の水平加速度と盛土の沈下量を示した図であり、（ａ）は粘性土における各転圧回数ごとの水平加速度と沈下量を示したグラフ、（ｂ）は粒調砕石における各転圧回数ごとの水平加速度と沈下量を示したグラフである。
【００２５】
第１実施形態において、締め固め管理装置は、図１及び図２に示すように、振動転圧輪５ａ及び車両本体５ｂを含む重機５に設けられるものであり、振動転圧輪５ａに配設される計測手段である加速度計１と、車両本体５ｂに搭載される各手段である解析手段２と、指標値決定手段３と、規定手段４とから構成されている。以下、各構成要素について詳細に説明する。
【００２６】
（１）加速度計１
加速度計１は、盛土材料の転圧時における重機５の振動波情報である加速度の計測をすることにより、加速度データを得る役割を果たすものである。
【００２７】
具体的には、この加速度計１は、鉛直方向の加速度データを得るための鉛直方向加速度計１ａと、水平方向の加速度データを得るための水平方向加速度計１ｂとから構成されており、後記する入力手段１２に接続されている。
【００２８】
それゆえ、加速度データは、鉛直方向加速度計１ａにより得られる鉛直方向の加速度データ（以下、「鉛直加速度データ」という）と、水平方向加速度計１ｂにより得られる水平方向の加速度データ（以下、「水平加速度データ」という）とからなっている。
【００２９】
（２）解析手段２
解析手段２は、加速度計１により得た加速度データの解析をすることにより、波形スペクトルを得る役割を果たすものである。
【００３０】
解析手段２により得られる波形スペクトルは、図３（ａ）に示すような鉛直加速度データから得られる鉛直方向の波形スペクトルと、図３（ｂ）に示すような水平加速度データから得られる水平方向の波形スペクトルとからなっている。
【００３１】
この解析手段２は、図２に示すように、バス線１１と、これに接続される各手段である入力手段１２、ＣＰＵ１４、ＲＡＭ１５及び第一のファイル１６とから構成されている。
【００３２】
ここで、第一のファイル１６には、加速度計１により得た加速度データの解析をして波形スペクトルを得るための解析プログラム１６ａが格納されている。
【００３３】
すなわち、ＣＰＵ１４は、解析プログラム１６ａを第一のファイル１６からＲＡＭ１５に読み出して実行し、入力手段１２を介して、加速度計１からの加速度データを受信するとともに、受信した加速度データから波形スペクトル（図３参照）を得るようになっている。
【００３４】
（３）指標値決定手段３
指標値決定手段３は、解析手段２により得た波形スペクトルにおける重機５の振動転圧輪５ａの基本周波数に対応するフーリエ振幅、又は解析手段２により得た波形スペクトルにおける重機５の振動転圧輪５ａの１／２周波数に対応するフーリエ振幅を指標値に決定する役割を果たすものである。
【００３５】
ここで、重機５の振動転圧輪５ａの基本周波数とは、重機５の振動転圧輪５ａの基本振動の周波数と同じ周波数であって、振動を付与すると同時に重機５の振動転圧輪５ａが地表面から受けることとなる図１に示すような衝撃波の周波数を意味する。
また、重機５の振動転圧輪５ａの１／２周波数とは、重機５による振動の付与に伴う衝撃波が現に転圧している盛土及び前回転圧した盛土の境界面で反射して戻ってきた場合において、重機５の振動転圧輪５ａが地表面から受けることとなる図１に示すような衝撃波の周波数を意味する。
【００３６】
この指標値決定手段３は、図２に示すように、バス線１１と、これに接続される各手段であるＣＰＵ１４、ＲＡＭ１５及び第一のファイル１６とから構成されている。
【００３７】
ここで、第一のファイル１６には、同図に示すように、解析手段２により得た波形スペクトルにおける重機５の振動転圧輪５ａの基本周波数に対応するフーリエ振幅、又は解析手段２により得た波形スペクトルにおける重機５の振動転圧輪５ａの１／２周波数に対応するフーリエ振幅を指標値に決定するための指標値決定プログラム１６ｂが格納されている。
【００３８】
すなわち、ＣＰＵ１４は、指標値決定プログラム１６ｂを第一のファイル１６からＲＡＭ１５に読み出して実行し、一方では、解析手段２により得た波形スペクトルから重機５の振動転圧輪５ａの基本周波数に対応するフーリエ振幅を抽出し、他方では、解析手段２により得た波形スペクトルから重機５の振動転圧輪５ａの１／２周波数に対応するフーリエ振幅を抽出し、各フーリエ振幅を指標値に決定するようになっている。
【００３９】
（４）規定手段４
規定手段４は、指標値決定手段３により得た指標値及びあらかじめ設定された基準値に基づいて、転圧時における盛土の締め固め度、密度、含水比、沈下量、剛性その他の締め固めの程度を規定する役割を果たすものである。
【００４０】
この規定手段４は、図２に示すように、バス線１１と、これに接続される各手段である出力手段１３、ＣＰＵ１４、ＲＡＭ１５、第一のファイル１６、第二のファイル１７及び出力手段１３に接続されるディスプレイ１３とから構成されている。
【００４１】
第一のファイル１６には、指標値決定手段３により得た指標値及びあらかじめ設定された基準値に基づいて、転圧時における材料の締め固め度、密度、含水比、沈下量、剛性その他の締め固めの程度を規定するための規定プログラム１６ｃが格納されている。
【００４２】
ここで、規定手段４における盛土の沈下量の程度の規定について説明する。
図４（ａ），（ｂ）のグラフに示すように、盛土（粘性土及び粒調砕石）の沈下量が大きい転圧初期段階には、重機５の振動転圧輪５ａが地表面から水平方向に大きな衝撃を受けるため、振動転圧輪５ａの水平加速度が大きくなる。そして、転圧回数が増加するに従って、振動転圧輪５ａが地表面から水平方向に受ける衝撃が小さくなるため、振動転圧輪５ａの水平加速度が小さくなる。したがって、振動転圧輪５ａの水平加速度と盛土の沈下量とは相関性があるため、水平加速度データから解析した水平方向の波形スペクトルにおける振動転圧輪５ａの基本周波数に対応するフーリエ振幅を指標値にして、盛土の沈下量の程度を規定することができる。
【００４３】
また、規定手段４における盛土の剛性の程度の規定について説明する。
鉛直方向に振動する重機５の振動転圧輪５ａは、地表面から盛土の剛性に比例した大きな衝撃を受けることから、振動転圧輪５ａの鉛直加速度と、盛土の剛性とは相関性があるため、振動転圧輪５ａの鉛直加速度データを解析した鉛直方向の波形スペクトルにおける振動転圧輪の基本周波数に対応するフーリエ振幅を指標値にして、盛土の剛性の程度を規定することができる。
【００４４】
また、規定手段４における盛土の締め固め密度の程度の規定について説明する。
１／２周波数は、重機５の振動転圧輪５ａによる振動の付与に伴う衝撃波が現に転圧している盛土と前回転圧した盛土の境界面で反射して戻ってきた衝撃波の周波数であり、盛土の締め固め密度が高まるとともに、１／２周波数の振幅が大きくなるという相関性がある。したがって、加速度データを解析した波形スペクトルにおける振動転圧輪５ａの１／２周波数に対応するフーリエ振幅を指標値にして、地盤の締め固め密度の程度を規定することができる。
【００４５】
一方、第二のファイル１７には、指標値決定手段３により得た指標値との対比において締め固めの程度を規定すべくあらかじめ設定された基準値データ１７ａが記憶されている。なお、この締め固め度、密度、含水比、沈下量、剛性その他の基準値データ１７ａとしては、あらかじめ土質の種類ごとに実施された試験盛土により確定されたものが用いられている。
【００４６】
すなわち、ＣＰＵ１４は、規定プログラム１６ｃを第一のファイル１６からＲＡＭ１５に読み出して実行し、現場の実況に最も適合する土質条件を有する材料名を特定して第二のファイル１７にある基準値データ１７ａの中から取り出すとともに、指標値決定手段３により得た指標値及び第二のファイル１７から取り出した基準値データ１７ａに基づいて、転圧時における締め固めの程度としての材料の締め固め度、密度、含水比、沈下量、剛性その他を規定するようになっている。さらに、出力手段１３を介して、規定された締め固め度、密度及び含水比をディスプレイ１３に表示する。
【００４７】
次に、図３を用いて、第１実施形態に係る締め固め管理装置を用いて行う締め固め管理方法について説明する。なお、第１実施形態に係る締め固め管理方法は、盛土材料の締め固めの程度の管理を、転圧時における盛土の沈下量、剛性及び締め固め密度の観点から、作業の中断を伴うことなくリアルタイムで行うものであり、計測段階と、解析段階と、指標値決定段階と、規定段階とからなっている。以下、各段階に分けて簡単に説明する。
【００４８】
（１）計測段階
計測段階は、加速度計１を用いて、盛土材料の転圧時における重機５の加速度の計測をして鉛直加速度データ及び水平加速度データを得る段階である。
【００４９】
（２）解析段階
解析段階は、解析手段２を用いて、計測段階で得た加速度データを解析して鉛直方向及び水平方向の波形スペクトルを得る段階である。
【００５０】
（３）指標値決定段階
指標値決定段階は、指標値決定手段３を用いて、解析段階で得た波形スペクトルから盛土の沈下量、剛性及び締め固め密度の程度を規定するための指標値を得る段階である。
ここで、盛土の沈下量の程度を規定するための指標値は、解析段階で得た水平方向の波形スペクトルにおける振動転圧輪５ａの基本周波数に対応するフーリエ振幅である。
また、盛土の剛性の程度を規定するための指標値は、解析段階で得た鉛直方向の波形スペクトルにおける振動転圧輪５ａの基本周波数に対応するフーリエ振幅である。
また、盛土の締め固め密度の程度を規定するための指標値は、解析段階で得た水平方向及び鉛直方向の波形スペクトルのいずれかにおける振動転圧輪５ａの１／２周波数に対応するフーリエ振幅である。
【００５１】
（４）規定段階
この規定段階は、規定手段４を用いて、指標値決定段階で得た指標値及びあらかじめ設定された基準値に基づいて、転圧時における盛土の沈下量、剛性及び締め固め密度の程度を規定する段階である。
【００５２】
以上説明したように、第１実施形態に係る締め固め管理装置においては、転圧時における重機５の振動転圧輪５ａの加速度データから、盛土の締め固めの程度を規定するための指標を得るため、作業員が煩雑な作業を行うことなく、盛土の締め固めの程度を短期間に規定することができる。
【００５３】
［第２実施形態］
第２実施形態に係る締め固め管理装置は、盛土の転圧時における重機の振動転圧輪の加速度データから盛土の締め固め度、密度、含水比その他の締め固めの程度を規定するものである。この第２実施形態に係る締め固め管理装置は、図１及び図２に示すように、第１実施形態に係る締め固め管理装置と略同様の構成であり、指標値決定手段３が、解析手段２により得た波形スペクトルにおける重機５の振動転圧輪５ａの基本周波数に対応するフーリエ振幅を、波形スペクトルにおける重機５の振動転圧輪５ａの１／２周波数に対応するフーリエ振幅で、除する演算をすることにより、指標値を得ることが異なっている。
【００５４】
ここで、盛土などの材料を締め固めるのは、締め固め後の材料に目的に適合する強度特性を与える必要があるのみならず、材料中の間隙を可及的に排除して透水性を低下させることにより、雨水の浸入による材料の軟化や吸水による膨張を防ぐ必要や、締め固め後の材料の圧縮沈下量をおさえる必要もあるからである。よって、材料の締め固めの程度は、材料の密度や含水比で規定して管理する必要があり、材料の剛性だけで規定するのでは不十分となる場合がある。材料の剛性及び密度の間に密接な関連性があれば、材料の剛性だけで規定しても、材料の密度で規定したのと同様の効果が得られる。
【００５５】
砂質土又はれき質土については、剛性及び密度の間に密接な関連性があるという研究成果が報告されているが、粘性土については、そのような関連性は認められない。というのは、粘性土は、含水比が比較的大きいこともあり、砂質土又はれき質土と異なり、転圧により密度が大きくなっても、同時に構造が乱され剛性が却って低下するような特異な性状を示すからである。
【００５６】
粘性土における剛性の低下現象は、土中水が転圧による振動の影響を受けて分離して地表面付近まで上昇することや、重機等との接触で地表面に練り返し現象が生ずることによるものであり、地表面付近に集中して発生する。地表面付近に集中して剛性の低下が発生しても、土中における振動の伝搬が妨げられるわけではないので、重機５による締め固め効果は盛土全体に及ぶと考えられる。それゆえ、地表面付近の剛性が低下した場合においても、盛土全体としてみれば、密度が大きくなっており、十分な締め固め効果が得られたと判定できる場合もあるはずである。
【００５７】
そこで、図２に示すように、第２実施形態における第一のファイル１６に格納された指標値決定プログラム１６ｂは、解析手段２により得た波形スペクトルにおける重機５の振動転圧輪５ａの基本周波数に対応するフーリエ振幅を、波形スペクトルにおける重機５の振動転圧輪５ａの１／２周波数に対応するフーリエ振幅で、除するように構成されている。
【００５８】
すなわち、ＣＰＵ１４は、指標値決定プログラム１６ｂを第一のファイル１６からＲＡＭ１５に読み出して実行し、一方では、解析手段２により得た波形スペクトルから振動転圧輪５ａの基本周波数に対応するフーリエ振幅を抽出し、他方では、解析手段２により得た波形スペクトルから振動転圧輪５ａの１／２周波数を抽出した上で、前者を後者で除する演算をすることにより、指標値を得るようになっている。
【００５９】
確かに、地表面付近Ｔに剛性の低下現象が認められる以上、重機５の振動転圧輪５ａの基本周波数に対応するフーリエ振幅も無視できないと考えられる。
【００６０】
しかし、特異な性状を示す地表面付近Ｔが盛土全体Ｍに与える影響をできる限り少なくすることが望ましい。
【００６１】
ここに、水平方向の波形スペクトルにおける重機５の振動転圧輪５ａの基本周波数に対応するフーリエ振幅は、鉛直方向の波形スペクトルにおけるものと比較して、地表面付近Ｔの剛性の低下現象による影響が相当に小さいという経験的事実がある。
【００６２】
したがって、鉛直方向のみならず水平方向の波形スペクトルをも用いて指標値を得ることによって、特異な性状を示す地表面付近Ｔの盛土全体Ｍへの影響を可及的に排除することが可能となり、ひいては本締め固め管理装置に対する信頼性、安定性を高めることが可能となっている。
【００６３】
そして、第２実施形態における指標値決定段階では、指標値決定手段３を用いて、解析段階で得た水平方向の波形スペクトルにおける重機５の振動転圧輪５ａの基本周波数に対応するフーリエ振幅を、鉛直方向の波形スペクトルにおける重機５の振動転圧輪５ａの１／２周波数に対応するフーリエ振幅で、除する演算をして指標値を得る。
【００６４】
なお、指標値決定手段３における重機５の振動転圧輪５ａの１／２周波数に対応するフーリエ振幅は、図３（ａ）に示すような鉛直方向の波形スペクトルにおけるものとしている。
【００６５】
以上、説明したように、第２実施形態に係る締め固め管理装置においては、振動転圧輪５ａの基本周波数に対応するフーリエ振幅のみならず振動転圧輪５ａの１／２周波数に対応するフーリエ振幅をも指標値としており、盛土の剛性のみならず盛土の密度をも含めて盛土の締め固めの程度を規定することとしている。
【００６６】
したがって、第２実施形態に係る締め固め管理装置によれば、粘性土やフレッシュコンクリートなどの特異な性状を示す材料に対しても十分に対応することが可能になったといえる。
【００６７】
以上、本発明の好適な実施形態についての一例を説明したが、本発明は前記実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜設計変更が可能である。
例えば、本発明の締め固め管理装置の規定手段における出力手段に、パーソナルコンピュータ等のコンピュータを接続し、コンピュータのディスプレイに締め固め施工の対象領域における締め固めの程度を表示するように構成してもよい。この構成では、まず、対象領域の形状及び面積を示した領域データをコンピュータに入力し、領域データを所定数に区画して複数のブロックに分割する。続いて、重機の振動転圧輪で対象領域を転圧して締め固める。このとき、重機を自動追尾型トータルステーションやＧＰＳ等で自動追尾しながら位置を計測して転圧範囲を求め、本締め固め管理装置を用いて転圧されたブロックの締め固めの程度を規定する。そして、締め固めの程度に対応させて領域データのブロックを色別する。これにより、重機に搭載したディスプレイ上に対象領域の締め固めの程度が表示されるため、重機のオペレータは、対象領域の締め固めの程度を把握しながら、効率良く締め固め施工を行うことができる。
【００６８】
【発明の効果】
本発明に係る締め固め管理装置によれば、作業員が煩雑な作業を行うことなく、材料の締め固めの程度を短期間に規定することができるため、締め固め施工に係る人員を削減することができるとともに、施工期間を短縮することができる。また、粘性土やフレッシュコンクリートなどの特異な性状を示す材料に対しても十分に対応することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る締め固め管理装置の概略構成を示す側面図である。
【図２】本発明の一実施の形態に係る締め固め管理装置の概略構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の一実施の形態に係る締め固め管理装置で得られる波形スペクトルを示すグラフであり、（ａ）は鉛直方向の波形スペクトル、（ｂ）は水平方向の波形スペクトルである。
【図４】振動転圧輪の水平加速度と地盤の沈下量を示した図であり、（ａ）は粘性土における各転圧回数ごとの水平加速度と沈下量を示したグラフ、（ｂ）は粒調砕石における各転圧回数ごとの水平加速度と沈下量を示したグラフである。
【符号の説明】
１・・・加速度計（計測手段）
１ａ・・・鉛直方向加速度計
１ｂ・・・水平方向加速度計
２・・・解析手段
３・・・指標値決定手段
４・・・規定手段
５・・・重機
５ａ・・・振動転圧輪
５ｂ・・・車両本体
１１・・・バス線
１２・・・入力手段
１３・・・出力手段
１３ａ・・・ディスプレイ
１４・・・ＣＰＵ
１５・・・ＲＡＭ
１６・・・第一のファイル
１６ａ・・・解析プログラム
１６ｂ・・・指標値決定プログラム
１６ｃ・・・規定プログラム
１７・・・第二のファイル
１７ａ・・・基準値データ
Ｍ・・・盛土全体
Ｔ・・・地表面付近
【発明の属する技術分野】
本発明は、土、コンクリートその他の材料を重機により締め固める場合において、転圧時における該材料の締め固めの程度の管理に用いられる締め固め管理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種の締め固め管理方法としては、地盤を掘削して穴を設け、その内部を粒径の揃った砂、又は水に置き換えて穴の体積を求め、掘削した地盤の質量を前記穴の体積で除して湿潤密度を求める砂置換法や、掘削した地盤の一部から含水比を測定して乾燥密度を求め、その地盤の締め固めの程度を規定する水置換法がある。
また、地盤に埋設されたラジオアイソトープ（放射性同位元素 ＲＩ）線源から伝わるガンマ線により地盤の湿潤密度を求めるとともに、中性子線から含水量を求めて乾燥密度及び含水比を算出し、その地盤の締め固めの程度を規定するＲＩ法がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の締め固め管理方法では、以下の問題が存在している。
まず、砂置換法や水置換法では、地盤を掘削して穴を設ける必要があるとともに、砂や水を現場に搬入しなければならない。また、ＲＩ法では、計測点ごとにＲＩ線源を埋設しなければならない。
【０００４】
したがって、従来の締め固め管理方法では、材料の締め固めの程度を規定する作業が煩雑になるため、締め固め施工に係る人員が増加してしまうとともに、施工期間が長期化してしまうという問題がある。
【０００５】
そこで、本発明の課題は、作業員が煩雑な作業を行うことなく、材料の締め固めの程度を規定することができる締め固め管理装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
すなわち、請求項１に記載の発明に係る締め固め管理装置は、土、コンクリートその他の材料の転圧時における重機の振動波情報である水平方向の加速度の計測をして水平加速度データを得る計測手段と、前記計測手段により得た前記水平加速度データの解析をして水平方向の波形スペクトルを得る解析手段と、前記解析手段により得た前記水平方向の波形スペクトルにおける重機の振動転圧輪の基本周波数に対応するフーリエ振幅を指標値に決定する指標値決定手段と、前記指標値に対応する沈下量をあらかじめ前記材料に対する試験によって設定された基準値データと前記指標値との対比により定めることで、前記転圧時における前記材料の沈下量の程度を規定する規定手段とを含むことを特徴としている。
【０００７】
このような技術的手段において、重機の振動転圧輪の基本周波数とは、重機の振動転圧輪の基本振動の周波数と同じ周波数であって、振動を付与すると同時に重機の振動転圧輪が地表面から受けることとなる衝撃波の周波数を意味する。
【０００８】
また、基準値とは、前記した指標値とともに用いられることにより、材料の締め固めの程度を規定する目的であらかじめ試験盛土などによって設定される値を意味する。
【０００９】
さらに、加速度データとしては、計測手段により得られるものであれば十分であり、また、前記波形スペクトルとしては、そのような加速度データに基づいて解析手段により得られるものであれば足りる。
【００１０】
また、重機の振動転圧輪の基本周波数に対応するフーリエ振幅としては、そのような波形スペクトルにおけるものであれば十分である。
【００１１】
この発明によれば、重機の振動転圧輪の水平方向の加速度と、材料の沈下量の程度との相関性に基づいて、振動転圧輪の水平加速度データから解析した水平方向の波形スペクトルにおける振動転圧輪の基本周波数に対応するフーリエ振幅を指標値にして、材料の沈下量の程度を規定することができるため、作業員が煩雑な作業を行うことなく、材料の沈下量の程度を短期間に規定することができる。
【００１２】
また、請求項２に記載の発明に係る締め固め管理装置は、土、コンクリートその他の材料の転圧時における重機の振動波情報である鉛直方向の加速度の計測をして鉛直加速度データを得る計測手段と、前記計測手段により得た前記鉛直加速度データの解析をして鉛直方向の波形スペクトルを得る解析手段と、前記解析手段により得た前記鉛直方向の波形スペクトルにおける重機の振動転圧輪の基本周波数に対応するフーリエ振幅を指標値に決定する指標値決定手段と、前記指標値に対応する剛性をあらかじめ前記材料に対する試験によって設定された基準値データと前記指標値との対比により定めることで、前記転圧時における前記材料の剛性の程度を規定する規定手段とを含むことを特徴としている。
【００１３】
この発明によれば、重機の振動転圧輪の鉛直方向の加速度と、材料の剛性の程度との相関性に基づいて、振動転圧輪の鉛直加速度データから解析した鉛直方向の波形スペクトルにおける振動転圧輪の基本周波数に対応するフーリエ振幅を指標値にして、材料の剛性の程度を規定することができるため、作業員が煩雑な作業を行うことなく、材料の剛性の程度を短期間に規定することができる。
【００１４】
また、請求項３に記載の発明に係る締め固め管理装置は、土、コンクリートその他の材料の転圧時における重機の振動波情報である加速度の計測をして加速度データを得る計測手段と、前記計測手段により得た前記加速度データの解析をして波形スペクトルを得る解析手段と、前記解析手段により得た前記波形スペクトルにおける重機の振動転圧輪の１／２周波数に対応するフーリエ振幅を指標値に決定する指標値決定手段と、前記指標値に対応する締め固め密度をあらかじめ前記材料に対する試験によって設定された基準値データと前記指標値との対比により定めることで、前記転圧時における前記材料の締め固め密度の程度を規定する規定手段とを含むことを特徴としている。
【００１５】
ここで、重機の振動転圧輪の１／２周波数とは、重機による振動の付与に伴う衝撃波が現に転圧している盛土及び前回転圧した盛土の境界面で反射して戻ってきた場合において、重機の振動転圧輪が地表面から受けることとなる衝撃波の周波数を意味する。
【００１６】
また、重機の振動転圧輪の１／２周波数に対応するフーリエ振幅としては、そのような波形スペクトルにおけるものであれば十分である。
【００１７】
この発明によれば、１／２周波数の振動波と、材料の締め固め密度との相関性に基づいて、振動転圧輪の加速度データから解析した波形スペクトルにおける振動転圧輪の１／２周波数に対応するフーリエ振幅を指標値として、材料の締め固め密度の程度を規定することができるため、作業員が煩雑な作業を行うことなく、材料の締め固め密度の程度を短期間に規定することができる。
【００１８】
ただし、本締め固め管理装置に対する信頼性、安定性を高めるという観点からすれば、前記計測手段により得られる前記加速度データが、鉛直方向の加速度データ及び水平方向の加速度データからなるものであり、前記解析手段により得られる前記波形スペクトルが、鉛直方向の波形スペクトル及び水平方向の波形スペクトルからなるものであり、前記指標値決定手段における前記重機の振動転圧輪の１／２周波数に対応するフーリエ振幅が、前記鉛直方向の波形スペクトル及び前記水平方向の波形スペクトルのいずれかにおけるものであることが好ましい。
【００１９】
また、請求項５に記載の発明に係る締め固め管理装置は、土、コンクリートその他の材料の転圧時における重機の振動波情報である加速度の計測をして加速度データを得る計測手段と、前記計測手段により得た前記加速度データの解析をして波形スペクトルを得る解析手段と、前記解析手段により得た前記波形スペクトルにおける重機の振動転圧輪の基本周波数に対応するフーリエ振幅及び該波形スペクトルにおける重機の振動転圧輪の１／２周波数に対応するフーリエ振幅を用いた演算をして指標値を得る演算手段と、前記演算手段により得た前記指標値に対応する締め固め度、密度、含水比、沈下量、剛性をあらかじめ前記材料に対する試験によって設定された締め固め度、密度、含水比、沈下量、剛性の基準値データと前記指標値との対比により定めることで、前記転圧時における前記材料の締め固め度、密度、含水比、沈下量、剛性の程度を規定する規定手段とを含むことを特徴としている。
【００２０】
この発明によれば、重機の振動転圧輪の基本周波数に対応するフーリエ振幅のみならず重機の振動転圧輪の１／２周波数に対応するフーリエ振幅をも指標値としており、材料の剛性のみならず材料の密度をも含めて材料の締め固めの程度を規定することとしたので、転圧により密度が大きくなっても、同時に構造が乱され剛性が却って低下するような特異な性状を示す材料における締め固めの程度を正確に把握することができる。なお、前記特異な性状を示す材料としては、粘性土やダム工事におけるコア材料に用いられるフレッシュコンクリート等の材料がある。
【００２１】
ただし、本締め固め管理装置に対する信頼性、安定性を高めるという観点からすれば、前記計測手段により得られる前記加速度データが、鉛直方向の加速度データ及び水平方向の加速度データからなるものであり、前記解析手段により得られる前記波形スペクトルが、鉛直方向の波形スペクトル及び水平方向の波形スペクトルからなるものであり、前記演算手段における前記重機の振動転圧輪の基本周波数に対応するフーリエ振幅が、前記水平方向の波形スペクトルであり、前記演算手段における前記重機の振動転圧輪の１／２周波数に対応するフーリエ振幅が、前記鉛直方向の波形スペクトルであることが好ましい。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に基づいて本発明の実施形態を詳細に説明する。
なお、各実施形態の説明において、同一の構成要素に関しては同一の符号を付し、重複した説明は省略するものとする。
【００２３】
［第１実施形態］
本発明の第１実施形態に係る締め固め管理装置は、盛土の転圧時における重機の振動転圧輪の加速度データから盛土の沈下量、剛性及び締め固め密度の程度を規定するものである。
【００２４】
図１は、本発明の第１実施形態に係る締め固め管理装置の概略構成を示す側面図である。図２は、締め固め管理装置の概略構成を示すブロック図である。図３は、締め固め管理装置で得られる波形スペクトルを示すグラフであり、（ａ）は鉛直方向の波形スペクトル、（ｂ）は水平方向の波形スペクトルである。図４は、振動転圧輪の水平加速度と盛土の沈下量を示した図であり、（ａ）は粘性土における各転圧回数ごとの水平加速度と沈下量を示したグラフ、（ｂ）は粒調砕石における各転圧回数ごとの水平加速度と沈下量を示したグラフである。
【００２５】
第１実施形態において、締め固め管理装置は、図１及び図２に示すように、振動転圧輪５ａ及び車両本体５ｂを含む重機５に設けられるものであり、振動転圧輪５ａに配設される計測手段である加速度計１と、車両本体５ｂに搭載される各手段である解析手段２と、指標値決定手段３と、規定手段４とから構成されている。以下、各構成要素について詳細に説明する。
【００２６】
（１）加速度計１
加速度計１は、盛土材料の転圧時における重機５の振動波情報である加速度の計測をすることにより、加速度データを得る役割を果たすものである。
【００２７】
具体的には、この加速度計１は、鉛直方向の加速度データを得るための鉛直方向加速度計１ａと、水平方向の加速度データを得るための水平方向加速度計１ｂとから構成されており、後記する入力手段１２に接続されている。
【００２８】
それゆえ、加速度データは、鉛直方向加速度計１ａにより得られる鉛直方向の加速度データ（以下、「鉛直加速度データ」という）と、水平方向加速度計１ｂにより得られる水平方向の加速度データ（以下、「水平加速度データ」という）とからなっている。
【００２９】
（２）解析手段２
解析手段２は、加速度計１により得た加速度データの解析をすることにより、波形スペクトルを得る役割を果たすものである。
【００３０】
解析手段２により得られる波形スペクトルは、図３（ａ）に示すような鉛直加速度データから得られる鉛直方向の波形スペクトルと、図３（ｂ）に示すような水平加速度データから得られる水平方向の波形スペクトルとからなっている。
【００３１】
この解析手段２は、図２に示すように、バス線１１と、これに接続される各手段である入力手段１２、ＣＰＵ１４、ＲＡＭ１５及び第一のファイル１６とから構成されている。
【００３２】
ここで、第一のファイル１６には、加速度計１により得た加速度データの解析をして波形スペクトルを得るための解析プログラム１６ａが格納されている。
【００３３】
すなわち、ＣＰＵ１４は、解析プログラム１６ａを第一のファイル１６からＲＡＭ１５に読み出して実行し、入力手段１２を介して、加速度計１からの加速度データを受信するとともに、受信した加速度データから波形スペクトル（図３参照）を得るようになっている。
【００３４】
（３）指標値決定手段３
指標値決定手段３は、解析手段２により得た波形スペクトルにおける重機５の振動転圧輪５ａの基本周波数に対応するフーリエ振幅、又は解析手段２により得た波形スペクトルにおける重機５の振動転圧輪５ａの１／２周波数に対応するフーリエ振幅を指標値に決定する役割を果たすものである。
【００３５】
ここで、重機５の振動転圧輪５ａの基本周波数とは、重機５の振動転圧輪５ａの基本振動の周波数と同じ周波数であって、振動を付与すると同時に重機５の振動転圧輪５ａが地表面から受けることとなる図１に示すような衝撃波の周波数を意味する。
また、重機５の振動転圧輪５ａの１／２周波数とは、重機５による振動の付与に伴う衝撃波が現に転圧している盛土及び前回転圧した盛土の境界面で反射して戻ってきた場合において、重機５の振動転圧輪５ａが地表面から受けることとなる図１に示すような衝撃波の周波数を意味する。
【００３６】
この指標値決定手段３は、図２に示すように、バス線１１と、これに接続される各手段であるＣＰＵ１４、ＲＡＭ１５及び第一のファイル１６とから構成されている。
【００３７】
ここで、第一のファイル１６には、同図に示すように、解析手段２により得た波形スペクトルにおける重機５の振動転圧輪５ａの基本周波数に対応するフーリエ振幅、又は解析手段２により得た波形スペクトルにおける重機５の振動転圧輪５ａの１／２周波数に対応するフーリエ振幅を指標値に決定するための指標値決定プログラム１６ｂが格納されている。
【００３８】
すなわち、ＣＰＵ１４は、指標値決定プログラム１６ｂを第一のファイル１６からＲＡＭ１５に読み出して実行し、一方では、解析手段２により得た波形スペクトルから重機５の振動転圧輪５ａの基本周波数に対応するフーリエ振幅を抽出し、他方では、解析手段２により得た波形スペクトルから重機５の振動転圧輪５ａの１／２周波数に対応するフーリエ振幅を抽出し、各フーリエ振幅を指標値に決定するようになっている。
【００３９】
（４）規定手段４
規定手段４は、指標値決定手段３により得た指標値及びあらかじめ設定された基準値に基づいて、転圧時における盛土の締め固め度、密度、含水比、沈下量、剛性その他の締め固めの程度を規定する役割を果たすものである。
【００４０】
この規定手段４は、図２に示すように、バス線１１と、これに接続される各手段である出力手段１３、ＣＰＵ１４、ＲＡＭ１５、第一のファイル１６、第二のファイル１７及び出力手段１３に接続されるディスプレイ１３とから構成されている。
【００４１】
第一のファイル１６には、指標値決定手段３により得た指標値及びあらかじめ設定された基準値に基づいて、転圧時における材料の締め固め度、密度、含水比、沈下量、剛性その他の締め固めの程度を規定するための規定プログラム１６ｃが格納されている。
【００４２】
ここで、規定手段４における盛土の沈下量の程度の規定について説明する。
図４（ａ），（ｂ）のグラフに示すように、盛土（粘性土及び粒調砕石）の沈下量が大きい転圧初期段階には、重機５の振動転圧輪５ａが地表面から水平方向に大きな衝撃を受けるため、振動転圧輪５ａの水平加速度が大きくなる。そして、転圧回数が増加するに従って、振動転圧輪５ａが地表面から水平方向に受ける衝撃が小さくなるため、振動転圧輪５ａの水平加速度が小さくなる。したがって、振動転圧輪５ａの水平加速度と盛土の沈下量とは相関性があるため、水平加速度データから解析した水平方向の波形スペクトルにおける振動転圧輪５ａの基本周波数に対応するフーリエ振幅を指標値にして、盛土の沈下量の程度を規定することができる。
【００４３】
また、規定手段４における盛土の剛性の程度の規定について説明する。
鉛直方向に振動する重機５の振動転圧輪５ａは、地表面から盛土の剛性に比例した大きな衝撃を受けることから、振動転圧輪５ａの鉛直加速度と、盛土の剛性とは相関性があるため、振動転圧輪５ａの鉛直加速度データを解析した鉛直方向の波形スペクトルにおける振動転圧輪の基本周波数に対応するフーリエ振幅を指標値にして、盛土の剛性の程度を規定することができる。
【００４４】
また、規定手段４における盛土の締め固め密度の程度の規定について説明する。
１／２周波数は、重機５の振動転圧輪５ａによる振動の付与に伴う衝撃波が現に転圧している盛土と前回転圧した盛土の境界面で反射して戻ってきた衝撃波の周波数であり、盛土の締め固め密度が高まるとともに、１／２周波数の振幅が大きくなるという相関性がある。したがって、加速度データを解析した波形スペクトルにおける振動転圧輪５ａの１／２周波数に対応するフーリエ振幅を指標値にして、地盤の締め固め密度の程度を規定することができる。
【００４５】
一方、第二のファイル１７には、指標値決定手段３により得た指標値との対比において締め固めの程度を規定すべくあらかじめ設定された基準値データ１７ａが記憶されている。なお、この締め固め度、密度、含水比、沈下量、剛性その他の基準値データ１７ａとしては、あらかじめ土質の種類ごとに実施された試験盛土により確定されたものが用いられている。
【００４６】
すなわち、ＣＰＵ１４は、規定プログラム１６ｃを第一のファイル１６からＲＡＭ１５に読み出して実行し、現場の実況に最も適合する土質条件を有する材料名を特定して第二のファイル１７にある基準値データ１７ａの中から取り出すとともに、指標値決定手段３により得た指標値及び第二のファイル１７から取り出した基準値データ１７ａに基づいて、転圧時における締め固めの程度としての材料の締め固め度、密度、含水比、沈下量、剛性その他を規定するようになっている。さらに、出力手段１３を介して、規定された締め固め度、密度及び含水比をディスプレイ１３に表示する。
【００４７】
次に、図３を用いて、第１実施形態に係る締め固め管理装置を用いて行う締め固め管理方法について説明する。なお、第１実施形態に係る締め固め管理方法は、盛土材料の締め固めの程度の管理を、転圧時における盛土の沈下量、剛性及び締め固め密度の観点から、作業の中断を伴うことなくリアルタイムで行うものであり、計測段階と、解析段階と、指標値決定段階と、規定段階とからなっている。以下、各段階に分けて簡単に説明する。
【００４８】
（１）計測段階
計測段階は、加速度計１を用いて、盛土材料の転圧時における重機５の加速度の計測をして鉛直加速度データ及び水平加速度データを得る段階である。
【００４９】
（２）解析段階
解析段階は、解析手段２を用いて、計測段階で得た加速度データを解析して鉛直方向及び水平方向の波形スペクトルを得る段階である。
【００５０】
（３）指標値決定段階
指標値決定段階は、指標値決定手段３を用いて、解析段階で得た波形スペクトルから盛土の沈下量、剛性及び締め固め密度の程度を規定するための指標値を得る段階である。
ここで、盛土の沈下量の程度を規定するための指標値は、解析段階で得た水平方向の波形スペクトルにおける振動転圧輪５ａの基本周波数に対応するフーリエ振幅である。
また、盛土の剛性の程度を規定するための指標値は、解析段階で得た鉛直方向の波形スペクトルにおける振動転圧輪５ａの基本周波数に対応するフーリエ振幅である。
また、盛土の締め固め密度の程度を規定するための指標値は、解析段階で得た水平方向及び鉛直方向の波形スペクトルのいずれかにおける振動転圧輪５ａの１／２周波数に対応するフーリエ振幅である。
【００５１】
（４）規定段階
この規定段階は、規定手段４を用いて、指標値決定段階で得た指標値及びあらかじめ設定された基準値に基づいて、転圧時における盛土の沈下量、剛性及び締め固め密度の程度を規定する段階である。
【００５２】
以上説明したように、第１実施形態に係る締め固め管理装置においては、転圧時における重機５の振動転圧輪５ａの加速度データから、盛土の締め固めの程度を規定するための指標を得るため、作業員が煩雑な作業を行うことなく、盛土の締め固めの程度を短期間に規定することができる。
【００５３】
［第２実施形態］
第２実施形態に係る締め固め管理装置は、盛土の転圧時における重機の振動転圧輪の加速度データから盛土の締め固め度、密度、含水比その他の締め固めの程度を規定するものである。この第２実施形態に係る締め固め管理装置は、図１及び図２に示すように、第１実施形態に係る締め固め管理装置と略同様の構成であり、指標値決定手段３が、解析手段２により得た波形スペクトルにおける重機５の振動転圧輪５ａの基本周波数に対応するフーリエ振幅を、波形スペクトルにおける重機５の振動転圧輪５ａの１／２周波数に対応するフーリエ振幅で、除する演算をすることにより、指標値を得ることが異なっている。
【００５４】
ここで、盛土などの材料を締め固めるのは、締め固め後の材料に目的に適合する強度特性を与える必要があるのみならず、材料中の間隙を可及的に排除して透水性を低下させることにより、雨水の浸入による材料の軟化や吸水による膨張を防ぐ必要や、締め固め後の材料の圧縮沈下量をおさえる必要もあるからである。よって、材料の締め固めの程度は、材料の密度や含水比で規定して管理する必要があり、材料の剛性だけで規定するのでは不十分となる場合がある。材料の剛性及び密度の間に密接な関連性があれば、材料の剛性だけで規定しても、材料の密度で規定したのと同様の効果が得られる。
【００５５】
砂質土又はれき質土については、剛性及び密度の間に密接な関連性があるという研究成果が報告されているが、粘性土については、そのような関連性は認められない。というのは、粘性土は、含水比が比較的大きいこともあり、砂質土又はれき質土と異なり、転圧により密度が大きくなっても、同時に構造が乱され剛性が却って低下するような特異な性状を示すからである。
【００５６】
粘性土における剛性の低下現象は、土中水が転圧による振動の影響を受けて分離して地表面付近まで上昇することや、重機等との接触で地表面に練り返し現象が生ずることによるものであり、地表面付近に集中して発生する。地表面付近に集中して剛性の低下が発生しても、土中における振動の伝搬が妨げられるわけではないので、重機５による締め固め効果は盛土全体に及ぶと考えられる。それゆえ、地表面付近の剛性が低下した場合においても、盛土全体としてみれば、密度が大きくなっており、十分な締め固め効果が得られたと判定できる場合もあるはずである。
【００５７】
そこで、図２に示すように、第２実施形態における第一のファイル１６に格納された指標値決定プログラム１６ｂは、解析手段２により得た波形スペクトルにおける重機５の振動転圧輪５ａの基本周波数に対応するフーリエ振幅を、波形スペクトルにおける重機５の振動転圧輪５ａの１／２周波数に対応するフーリエ振幅で、除するように構成されている。
【００５８】
すなわち、ＣＰＵ１４は、指標値決定プログラム１６ｂを第一のファイル１６からＲＡＭ１５に読み出して実行し、一方では、解析手段２により得た波形スペクトルから振動転圧輪５ａの基本周波数に対応するフーリエ振幅を抽出し、他方では、解析手段２により得た波形スペクトルから振動転圧輪５ａの１／２周波数を抽出した上で、前者を後者で除する演算をすることにより、指標値を得るようになっている。
【００５９】
確かに、地表面付近Ｔに剛性の低下現象が認められる以上、重機５の振動転圧輪５ａの基本周波数に対応するフーリエ振幅も無視できないと考えられる。
【００６０】
しかし、特異な性状を示す地表面付近Ｔが盛土全体Ｍに与える影響をできる限り少なくすることが望ましい。
【００６１】
ここに、水平方向の波形スペクトルにおける重機５の振動転圧輪５ａの基本周波数に対応するフーリエ振幅は、鉛直方向の波形スペクトルにおけるものと比較して、地表面付近Ｔの剛性の低下現象による影響が相当に小さいという経験的事実がある。
【００６２】
したがって、鉛直方向のみならず水平方向の波形スペクトルをも用いて指標値を得ることによって、特異な性状を示す地表面付近Ｔの盛土全体Ｍへの影響を可及的に排除することが可能となり、ひいては本締め固め管理装置に対する信頼性、安定性を高めることが可能となっている。
【００６３】
そして、第２実施形態における指標値決定段階では、指標値決定手段３を用いて、解析段階で得た水平方向の波形スペクトルにおける重機５の振動転圧輪５ａの基本周波数に対応するフーリエ振幅を、鉛直方向の波形スペクトルにおける重機５の振動転圧輪５ａの１／２周波数に対応するフーリエ振幅で、除する演算をして指標値を得る。
【００６４】
なお、指標値決定手段３における重機５の振動転圧輪５ａの１／２周波数に対応するフーリエ振幅は、図３（ａ）に示すような鉛直方向の波形スペクトルにおけるものとしている。
【００６５】
以上、説明したように、第２実施形態に係る締め固め管理装置においては、振動転圧輪５ａの基本周波数に対応するフーリエ振幅のみならず振動転圧輪５ａの１／２周波数に対応するフーリエ振幅をも指標値としており、盛土の剛性のみならず盛土の密度をも含めて盛土の締め固めの程度を規定することとしている。
【００６６】
したがって、第２実施形態に係る締め固め管理装置によれば、粘性土やフレッシュコンクリートなどの特異な性状を示す材料に対しても十分に対応することが可能になったといえる。
【００６７】
以上、本発明の好適な実施形態についての一例を説明したが、本発明は前記実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜設計変更が可能である。
例えば、本発明の締め固め管理装置の規定手段における出力手段に、パーソナルコンピュータ等のコンピュータを接続し、コンピュータのディスプレイに締め固め施工の対象領域における締め固めの程度を表示するように構成してもよい。この構成では、まず、対象領域の形状及び面積を示した領域データをコンピュータに入力し、領域データを所定数に区画して複数のブロックに分割する。続いて、重機の振動転圧輪で対象領域を転圧して締め固める。このとき、重機を自動追尾型トータルステーションやＧＰＳ等で自動追尾しながら位置を計測して転圧範囲を求め、本締め固め管理装置を用いて転圧されたブロックの締め固めの程度を規定する。そして、締め固めの程度に対応させて領域データのブロックを色別する。これにより、重機に搭載したディスプレイ上に対象領域の締め固めの程度が表示されるため、重機のオペレータは、対象領域の締め固めの程度を把握しながら、効率良く締め固め施工を行うことができる。
【００６８】
【発明の効果】
本発明に係る締め固め管理装置によれば、作業員が煩雑な作業を行うことなく、材料の締め固めの程度を短期間に規定することができるため、締め固め施工に係る人員を削減することができるとともに、施工期間を短縮することができる。また、粘性土やフレッシュコンクリートなどの特異な性状を示す材料に対しても十分に対応することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る締め固め管理装置の概略構成を示す側面図である。
【図２】本発明の一実施の形態に係る締め固め管理装置の概略構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の一実施の形態に係る締め固め管理装置で得られる波形スペクトルを示すグラフであり、（ａ）は鉛直方向の波形スペクトル、（ｂ）は水平方向の波形スペクトルである。
【図４】振動転圧輪の水平加速度と地盤の沈下量を示した図であり、（ａ）は粘性土における各転圧回数ごとの水平加速度と沈下量を示したグラフ、（ｂ）は粒調砕石における各転圧回数ごとの水平加速度と沈下量を示したグラフである。
【符号の説明】
１・・・加速度計（計測手段）
１ａ・・・鉛直方向加速度計
１ｂ・・・水平方向加速度計
２・・・解析手段
３・・・指標値決定手段
４・・・規定手段
５・・・重機
５ａ・・・振動転圧輪
５ｂ・・・車両本体
１１・・・バス線
１２・・・入力手段
１３・・・出力手段
１３ａ・・・ディスプレイ
１４・・・ＣＰＵ
１５・・・ＲＡＭ
１６・・・第一のファイル
１６ａ・・・解析プログラム
１６ｂ・・・指標値決定プログラム
１６ｃ・・・規定プログラム
１７・・・第二のファイル
１７ａ・・・基準値データ
Ｍ・・・盛土全体
Ｔ・・・地表面付近
Claims (6)
- 材料の転圧時における重機の振動波情報である水平方向の加速度の計測をして水平加速度データを得る計測手段と、
前記計測手段により得た前記水平加速度データの解析をして水平方向の波形スペクトルを得る解析手段と、
前記解析手段により得た前記水平方向の波形スペクトルにおける重機の振動転圧輪の基本周波数に対応するフーリエ振幅を指標値に決定する指標値決定手段と、
前記指標値に対応する沈下量をあらかじめ前記材料に対する試験によって設定された基準値データと前記指標値との対比により定めることで、前記転圧時における前記材料の沈下量の程度を規定する規定手段とを含むことを特徴とする、
締め固め管理装置。 - 材料の転圧時における重機の振動波情報である鉛直方向の加速度の計測をして鉛直加速度データを得る計測手段と、
前記計測手段により得た前記鉛直加速度データの解析をして鉛直方向の波形スペクトルを得る解析手段と、
前記解析手段により得た前記鉛直方向の波形スペクトルにおける重機の振動転圧輪の基本周波数に対応するフーリエ振幅を指標値に決定する指標値決定手段と、
前記指標値に対応する剛性をあらかじめ前記材料に対する試験によって設定された基準値データと前記指標値との対比により定めることで、前記転圧時における前記材料の剛性の程度を規定する規定手段とを含むことを特徴とする、
締め固め管理装置。 - 材料の転圧時における重機の振動波情報である加速度の計測をして加速度データを得る計測手段と、
前記計測手段により得た前記加速度データの解析をして波形スペクトルを得る解析手段と、
前記解析手段により得た前記波形スペクトルにおける重機の振動転圧輪の１／２周波数に対応するフーリエ振幅を指標値に決定する指標値決定手段と、
前記指標値に対応する締め固め密度をあらかじめ前記材料に対する試験によって設定された基準値データと前記指標値との対比により定めることで、前記転圧時における前記材料の締め固め密度の程度を規定する規定手段とを含むことを特徴とする、
締め固め管理装置。 - 前記計測手段により得られる前記加速度データが、鉛直方向の加速度データ及び水平方向の加速度データからなるものであり、
前記解析手段により得られる前記波形スペクトルが、鉛直方向の波形スペクトル及び水平方向の波形スペクトルからなるものであり、
前記指標値決定手段における前記重機の振動転圧輪の１／２周波数に対応するフーリエ振幅が、前記鉛直方向の波形スペクトル及び前記水平方向の波形スペクトルのいずれかにおけるものであることを特徴とする、
請求項３に記載の締め固め管理装置。 - 土、コンクリートその他の材料の転圧時における重機の振動波情報である加速度の計測をして加速度データを得る計測手段と、
前記計測手段により得た前記加速度データの解析をして波形スペクトルを得る解析手段と、
前記解析手段により得た前記波形スペクトルにおける重機の振動転圧輪の基本周波数に対応するフーリエ振幅及び該波形スペクトルにおける重機の振動転圧輪の１／２周波数に対応するフーリエ振幅を用いた演算をして指標値を得る演算手段と、
前記演算手段により得た前記指標値に対応する締め固め度、密度、含水比、沈下量、剛性をあらかじめ前記材料に対する試験によって設定された締め固め度、密度、含水比、沈下量、剛性の基準値データと前記指標値との対比により定めることで、前記転圧時における前記材料の締め固め度、密度、含水比、沈下量、剛性の程度を規定する規定手段とを含むことを特徴とする、
締め固め管理装置。 - 前記計測手段により得られる前記加速度データが、鉛直方向の加速度データ及び水平方向の加速度データからなるものであり、
前記解析手段により得られる前記波形スペクトルが、鉛直方向の波形スペクトル及び水平方向の波形スペクトルからなるものであり、
前記演算手段における前記重機の振動転圧輪の基本周波数に対応するフーリエ振幅が、前記水平方向の波形スペクトルであり、
前記演算手段における前記重機の振動転圧輪の１／２周波数に対応するフーリエ振幅が、前記鉛直方向の波形スペクトルであることを特徴とする、
請求項５に記載の締め固め管理装置。
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