JP5819152B2 - 杭埋設工法で用いる支持層到達推定方法および支持層到達推定支援装置 - Google Patents

Description

本発明は、杭埋設工法において、油圧駆動のオーガで地盤に杭を埋設する孔を掘削するときに支持層に到達したことを推定する方法およびその方法の実施を支援するための装置に関する。

従来の杭埋設工法では、オーガにより地盤を掘削する前に、建築予定地の地盤にボーリングを行って標準貫入試験（ＪＩＳ Ａ １２１９）を実施している。この標準貫入試験では、ボーリング孔の底にサンプラーを立て、ドライブハンマーを所定の高さから自由落下させて、サンプラーを地中に３０ｃｍ貫入させるのに必要な打撃回数をＮ値として測定している。通常は、ボーリングを掘り進めながら、１メートル毎にＮ値を測定しており、このようなＮ値は、土質の強度や固さを評価する指標として広く用いられている。

しかし、標準貫入試験は、地盤に対して試験を実施する地点を任意に選んで行われるため、実際にオーガにより杭を入れる孔を掘削したときに、支持層に到達したかどうかは、標準貫入試験の結果から推測するしかなかった。

従来の杭埋設工法において、オーガにより地盤を掘削する場合には、杭を入れる孔の掘削深度が支持層に到達したか否かを判断するために次のような方法が行われていた。

最も一般に行われているのは、油圧駆動のオーガにより地盤を掘削する間、油圧モータの油圧力を検出して、その油圧力の表示と記録を行い、油圧力が規定圧力以上になったときに支持層に到達したと判断する方法である。

また、圧力検出器とともに掘削深度検出器を用い、所定掘削区間毎の油圧モータの平均油圧力と掘削時間を乗じた値を、標準貫入試験により得たＮ値とともにグラフにプロットして、両者を比較して支持層に到達したことを判定する方法がある。

なお、標準貫入試験で得られたＮ値を利用してオーガによる掘削時に支持層を推定する技術に関しては、例えば、特許文献１がある。

特開平０３−２８４１０号公報

しかしながら、油圧駆動のオーガで地盤を掘削して行く場合、オーガを操作するオペレータは、土質の抵抗に合わせて掘削速度やオーガの回転数を調整するので、オーガの運転状況によって油圧力が変動する結果、油圧力の監視だけでは支持層に到達したかどうかを正確に判定することは困難であった。

そこで、本発明の目的は、前記従来技術の有する問題点を解消し、標準貫入試験で得られたＮ値のデータと、油圧駆動のオーガや全旋回機の仕事量の測定データとを対照させることにより、支持層への到達を正確に判定できるようにした杭埋設工法で用いる支持層到達推定方法および支持層到達推定支援装置を提供することにある。

前記の目的を達成するために、本発明は、油圧駆動のオーガ装置による杭埋設工法において、掘削深度が杭を支持する支持層に到達したかどうかを推定する方法であって、前記オーガ装置により地盤を掘削する前に、掘削地点付近で標準貫入試験を実施し、一定の深度区間ごとに標準貫入試験値（Ｎ値）を測定する工程と、前記オーガ装置により地盤を掘削しながら、前記オーガ装置の駆動軸の回転数と圧油の圧力および掘削深度を計測し、前記回転数と圧油の圧力値と掘削速度とから、前記Ｎ値と比較対照される指標として、前記オーガ装置の行った仕事［Ｊ］を一定の掘削区間ごとに算出する工程と、前記標準貫入試験により得られたＮ値のデータと前記オーガ装置の行った仕事［Ｊ］を、同じ深度のスケールで同一画面のグラフ上にプロットし、前記Ｎ値の変化と仕事［Ｊ］の変化を比較対照することにより、掘削深度が前記支持層に到達したかどうかを推定する工程と、からなることを特徴とするものである。

また、本発明は、油圧駆動の全旋回機による杭埋設工法において、掘削深度が杭を支持する支持層に到達したかどうかを推定する方法であって、前記全旋回機により地盤を掘削する前に、掘削地点付近で標準貫入試験を実施し、一定の深度区間ごとに標準貫入試験値（Ｎ値）を測定する工程と、前記全旋回機により地盤を掘削しながら、前記全旋回機の駆動軸の回転数と圧油の圧力および掘削深度を計測し、前記回転数と圧油の圧力値と掘削速度とから、前記Ｎ値と比較対照される指標として、前記全旋回機の行った仕事［Ｊ］を一定の掘削区間ごとに算出する工程と、前記標準貫入試験により得られたＮ値のデータと全旋回機の行った仕事［Ｊ］を、同じ深度のスケールで同一画面のグラフ上にプロットし、前記Ｎ値の変化と仕事［Ｊ］の変化を比較対照することにより、掘削深度が前記支持層に到達したかどうかを推定する工程と、からなることを特徴とするものである。

さらに、本発明は、油圧駆動のオーガ装置または全旋回機による杭埋設工法において、掘削深度が杭を支持する支持層に到達したかどうかの推定を支援する装置であって、前記オーガ装置または全旋回機により地盤を掘削する前に、掘削地点付近で標準貫入試験を実施し、一定の深度区間ごとに測定した標準貫入試験値（Ｎ値）のデータを記憶する記憶装置と、前記オーガ装置または全旋回機により地盤を掘削しながら、前記オーガ装置または全旋回機の駆動軸の回転数と圧油の圧力および掘削深度を計測し、前記回転数と圧油の圧力値と掘削速度とから、前記Ｎ値と比較対照される指標として、前記オーガ装置または全旋回機の行った仕事［Ｊ］を一定の掘削区間ごとに算出し、前記標準貫入試験により得られたＮ値のデータと前記オーガ装置または全旋回機の行った仕事［Ｊ］を、同じ深度のスケールで同一画面のグラフ上にプロットし、前記Ｎ値の変化と仕事［Ｊ］の変化を比較対照するグラフを生成する演算装置と、前記グラフを表示する表示装置と、を具備したことを特徴とするものである。

本発明が適用されるアースオーガ掘削装置の説明図である。 本発明の一実施形態による支持層到達推定支援装置のブロック構成図である。 標準貫入試験で測定したＮ値の変化を示すグラフである。 オーガ駆動装置の仕事の変化を示すグラフである。 図３と図４を重ね合わせたグラフである。 本発明が適用される全旋回掘削装置の説明図である。

以下、本発明による杭埋設工法で用いる支持層到達推定方法および支持層到達推定支援装置の一実施形態について、添付の図面を参照しながら説明する。
第１実施形態
図１は、本発明の第１実施形態による支持層到達推定方法が実施されるアースオーガ掘削装置を示す。

図１において、参照番号１０は無限軌道をもったベース車両を示している。このベース車両１０には、リーダ１１が起伏自在に搭載されている。このリーダ１１の頂部には、シーブ１２、１３が取り付けられており、シーブ１２、１３に巻き掛けたワイヤによって油圧駆動のオーガ駆動装置１４が支持されている。オーガ駆動装置１４には、ロッドスクリュー１５が接続されている。ロッドスクリュー１５の先端には、掘削ヘッド１６が取り付けられている。

リーダ１１には、上下にそれぞれプーリ１７、１８が設置され、このプーリ１７、１８には、掘削深度検出用のワイヤ２０が巻き掛けられており、掘削深度検出器２１は、掘削の進展とともに走行するワイヤ２０の走行距離に対応するパルスを発生する。オーガ駆動装置１４の油圧モータへの圧油の導入口、導出口の直近には、圧力検出器２２、２３が配設されている。このように圧力検出器２２、２３を配置することにより、エネルギー的には無駄な管路抵抗による圧力損失が含まれた圧力が検知されるのを防止できるので、油圧モータの駆動に直接関わっている圧力を正確に検出することができる。また、オーガ駆動装置１４には、油圧モータの回転数を検出する回転数検出器２４が設けられている。

ベース車両１０には、オーガ駆動装置１４の運転状態を表す各種データを取り込み、掘削状況の把握を支援したり、施工全般を管理するためのコンピュータシステムからなる管理装置２５が搭載されている。圧力検出器２２、２３、回転数検出器２４のそれぞれの出力信号は、信号ケーブル２６を通じて、掘削深度検出器２１の出力信号は信号ケーブル２７を通じて管理装置２５に伝送される。

図２に示されるように、この管理装置２５は、各種検出器からの入力信号をデジタルデータに変換する信号変換装置２８と、キーボードなどの入力装置２９、演算装置３０と、記憶装置３１と、Ｘ−Ｙプロッタなどの記録装置３２と、液晶モニタなどの表示装置３３などから構成されている。

記憶装置３１には、オーガ駆動装置１４により地盤を掘削する前に、複数ヶ所で行った標準貫入試験（ＪＩＳ Ａ １２１９）で1メートルごとに測定したＮ値のデータが記憶されている。

演算装置３０は、オーガ駆動装置１４の駆動軸の回転数と圧油の圧力および掘削深度の計測値から求めた掘削速度とから油圧モータの行った仕事［Ｊ］を一定の掘削区間、例えば１メートルごとに演算する。その結果は記憶装置３１に記憶される。

また、演算装置３０は、標準貫入試験により得られたＮ値のデータと、油圧モータの行った仕事［Ｊ］のデータを記憶装置３１から読み込み、図３至図５に示すようなグラフのデータを生成し、これを表示装置３３に表示し、また、記録装置３２に記録させる。

次に、杭埋設工法との関連において、本実施形態による支持層到達推定方法について詳細に説明する。
まず、図１に示したアースオーガ掘削装置により地盤を掘削する前に、施工区画の中の複数箇所についてボーリング調査を行い、標準貫入試験（ＪＩＳ Ａ １２１９）を実施する。この標準貫入試験ではボーリング孔を掘り進めながら、標準貫入試験用サンプラーを地中に貫入させるのに必要な打撃回数をＮ値として、１メートルおきに測定する。

ここで、図３は、Ｎ値の測定結果のサンプルを示すグラフである。この図３において、縦軸は深度を示し、横軸はＮ値を示す。ここでは、ボーリング孔を６０メートルまで掘削し、１メートル毎にＮ値の値を測定し、折れ線グラフで表している。

図３に示されているように、土質の違いによってＮ値の大きさは異なっており、一般的には、Ｎ値が大きいとその土質は固いと評価することができ、このＮ値の分布から、建物を支持する十分な強度をもっている地層かどうかを推定する判断材料になる。

図３において、Ｎ値の変化は、いつかのピークを形づくりながら推移していくが、深度３５メートル前後付近と、深度５０メートル前後付近とにＮ値の高いピークがみられる。値の大きなＮ値の広がりを考慮して比較すると、深度５０メートル前後付近の深度に、杭を支持するのに十分な強度をもった支持層があると推定されるので、この深度にあると思われる地層が支持層と決定される。

ところで、建物の建築予定地においては、杭が埋設される全ての地点について標準貫入試験が実施されるわけではなく、任意の地点を選んで、少ない測定点で行われる。このため、アースオーガ掘削装置による掘削地点と較べて、Ｎ値の実測地点は少ないので、実際に、地盤を掘削する際には、その周辺で実施した標準貫入試験の結果を利用して、以下のようにして、オーガ駆動装置１４が行っている仕事［Ｊ］を監視しながら、標準貫入試験の結果から確定した支持層に実際に到達したか否かを推定する。

図１において、オーガ駆動装置１４の油圧モータに圧油が供給されると、油圧モータに駆動されてロッドスクリュー１５とともに掘削ヘッド１６が回転する。掘削ヘッド１６は、地盤を掘進していき、破砕された土砂はロッドスクリュー１５の羽根で地表に排土される。

こうして掘削が続いている間、オーガ駆動装置１４の駆動軸の回転数は、回転数検出器２４によって検出され、その検出信号は管理装置２５に送信される。同様に、掘削深度検出器２１からは掘削深度の検出信号が、圧力検出器２２、２３からは圧油の圧力の検出信号が管理装置２５に送信される。

本実施形態の管理装置２５では、これらの掘削深度、駆動軸の回転数、圧油の圧力など、オーガ駆動装置１４による掘削の進行状況を示すデータは、管理装置２５の表示装置３３のモニタ画面にリアルタイムで表示される。これとともに、オーガ駆動装置１４が行っている仕事[Ｊ]を算出して、表示装置３３のモニタ画面には図４、図５に示すようなグラフ形式で掘削深度ごとの仕事[Ｊ]の変化が表示され、記録装置３２にも記録される。

ここで、オーガ駆動装置１４が１メートル掘り進む間行っている仕事［Ｊ］は、次の式から算出することができる。

仕事［Ｊ］＝ （圧力［Ｐａ］×トルク換算係数）×（回転数［ｓ^-1］×２π×時間［ｓ］）

次に、図４は、オーガ駆動装置１４が掘削中に行っている仕事[Ｊ]が深度とともにどのように変化したかを示すグラフである。この図４において、縦軸は深度を示し、横軸は仕事[Ｊ]である。
図５は、図３に示したＮ値の測定データのグラフと、図４に示したオーガ駆動装置１４が行った仕事のグラフを重ね合わせた表示例を示す。

図４に示されるように、オーガ駆動装置１４が行う仕事[Ｊ]は、掘進の進展とともに変動し、比較的仕事量が少なく掘削できる区間があるかとおもえば、また掘り進めるのに必要な仕事量が急激に増加する区間もある。一般的には、軟らかい地層から硬い支持層に到達したときには、仕事[Ｊ]は急激に増加すると考えられる。しかし、図４に示されているような仕事[Ｊ]の変化だけからは、支持層に到達したかどうかを確実に判定することは、容易ではない。

そこで、図５に示されるように、Ｎ値と仕事[Ｊ]の変化を深度の同一スケールで表示装置３３の同一画面上に重ね合わせて表示する。そして表示装置３３の画面で仕事[Ｊ]の変化を監視しながら、掘削を続けていくと、まず、深度３５メートル前後付近で、仕事[Ｊ]とＮ値に最初のピークが表れるが、この深度では支持層に到達していないことがＮ値の測定結果に基づいて既に分かっているので、掘削を続けることになる。

さらに、深度５０メートル前後まで掘進していくと、図５に示されるように、仕事[Ｊ]のピークが再び現れる。この仕事[Ｊ]のピークは、Ｎ値のピークともほぼ一致しているので、このとき支持層に到達したと推定することができる。

以上のようにして、オーガ駆動装置１４が行う仕事［Ｊ］を指標にして、これとＮ値を同一画面上で比較対照しながら、支持層への到達の判定を行うので、掘削速度の変動や油モータの回転数などの変動に影響されずに、支持層へ到達したことを正確に推定することができる。しかも、仕事［Ｊ］のディメンションから分かるように、仕事［Ｊ］には駆動軸の回転数及び掘削速度が織り込まれているので、回転数や掘削速度の変動の影響を受けずに、支持層到達の推定精度を確保することができる。

第２実施形態
次に、本発明の第２実施形態による支持層到達推定方法について、図６を参照して説明する。
上述した第１実施形態は、アースオーガ掘削装置により地盤を掘削しながら、杭を支持し得る強度をもった支持層に到達したことを推定するようにした実施の形態であったが、この第２実施形態は、全旋回掘削装置によりケーシングを回転させながら推進していくオールケーシング工法に本発明による支持層到達推定方法を適用した実施形態である。

図６は、オールケーシング工法で用いられる全旋回掘削装置を示す。この図６において、参照番号４０は、ケーシングを示している。このケーシング４０の下端部には、カッターの取り付けられている掘削ヘッド４１が接続されている。
全旋回式掘削装置は、ケーシング４０外周を保持するチャック装置４２と、このチャック装置４２を回転させる油圧駆動式の駆動装置４３と、チャック装置４２を上下させる昇降シリンダ４４と、を備えている。そして、クレーン車のブームからは、土砂を排出するためのハンマーグラブ４５が吊り下げられている。

このような全旋回式掘削装置では、駆動装置４３の油圧モータによって、ケーシング４０を保持するチャック装置４２が旋回し、掘削ヘッド４１で地盤を掘削しながらケーシング４０が地盤に押し込まれていく。その間、クレーン車によって吊られているハンマーグラブ４５は、ケーシング４０の内部に落下される。このときハンマーグラブ４５はケーシング４０内から土砂を掴むので、ハンマーグラブ４５を吊り上げることで排土することができる。

この第２実施形態でも、第１実施形態と同様に管理装置２５が設置されており、この管理装置２５では、ケーシング４０の掘削深度、油圧モータの回転数、圧油の圧力など全旋回式掘削装置による掘削の進行状況を示すデータが、管理装置２５のモニタ画面にリアルタイムで表示される。これとともに、駆動装置４３の油圧モータが行っている仕事[Ｊ]を算出して、モニタの同一画面には図４、図５に示すようなグラフ形式で掘削深度ごとの仕事[Ｊ]の変化が表示され、記録装置にも記録される。

この第２実施形態においても、第１実施形態と同様に、駆動装置４３が行う仕事［Ｊ］を指標にして、これとＮ値を比較対照しながら、支持層への到達の推定を行うことができる。

１０…ベース車両、１１…リーダ、１４…オーガ駆動装置、１５…ロッドスクリュー、１６…掘削ヘッド、２１…掘削深度検出器、２２…圧力検出器（ＩＮ）、２３…圧力検出器（ＯＵＴ）、２４…回転数検出器、２５…管理装置、２８…信号変換装置、２９…入力装置、３０…演算装置、３１…記憶装置、３３…表示装置、４０…ケーシング、４１…掘削ヘッド、４２…チャック装置、４３…駆動装置、４４…昇降シリンダ、４５…ハンマーグラブ

Claims (4)

1. 油圧駆動のオーガ装置による杭埋設工法において、掘削深度が杭を支持する支持層に到達したかどうかを推定する方法であって、
   前記オーガ装置により地盤を掘削する前に、掘削地点付近で標準貫入試験を実施し、一定の深度区間ごとに標準貫入試験値（Ｎ値）を測定する工程と、
   前記オーガ装置により地盤を掘削しながら、前記オーガ装置の駆動軸の回転数と圧油の圧力および掘削深度を計測し、前記回転数と圧油の圧力値と掘削速度とから、前記Ｎ値と比較対照される指標として、前記オーガ装置の行った仕事［Ｊ］を一定の掘削区間ごとに算出する工程と、
   前記標準貫入試験により得られたＮ値のデータと前記オーガ装置の行った仕事［Ｊ］を、同じ深度のスケールで同一画面のグラフ上にプロットし、前記Ｎ値の変化と仕事［Ｊ］の変化を比較対照することにより、掘削深度が前記支持層に到達したかどうかを推定する工程と、
   からなることを特徴とする杭埋設工法で用いる支持層到達推定方法。
2. 油圧駆動の全旋回機による杭埋設工法において、掘削深度が杭を支持する支持層に到達したかどうかを推定する方法であって、
   前記全旋回機により地盤を掘削する前に、掘削地点付近で標準貫入試験を実施し、一定の深度区間ごとに標準貫入試験値（Ｎ値）を測定する工程と、
   前記全旋回機により地盤を掘削しながら、前記全旋回機の駆動軸の回転数と圧油の圧力および掘削深度を計測し、前記回転数と圧油の圧力値と掘削速度とから、前記Ｎ値と比較対照される指標として、前記全旋回機の行った仕事［Ｊ］を一定の掘削区間ごとに算出する工程と、
   前記標準貫入試験により得られたＮ値のデータと全旋回機の行った仕事［Ｊ］を、同じ深度のスケールで同一画面のグラフ上にプロットし、前記Ｎ値の変化と仕事［Ｊ］の変化を比較対照することにより、掘削深度が前記支持層に到達したかどうかを推定する工程と、
   からなることを特徴とする杭埋設工法で用いる支持層到達推定方法。
3. 前記油圧モータの圧油の圧力を検出する圧力検出器は、油圧モータへの圧油導入口および導出口の直近に配置することを特徴とする請求項１または２に記載の杭埋設工法で用いる支持層到達推定方法。
4. 油圧駆動のオーガ装置または全旋回機による杭埋設工法において、掘削深度が杭を支持する支持層に到達したかどうかの推定を支援する装置であって、
   前記オーガ装置または全旋回機により地盤を掘削する前に、掘削地点付近で標準貫入試験を実施し、一定の深度区間ごとに測定した標準貫入試験値（Ｎ値）のデータを記憶する記憶装置と、
   前記オーガ装置または全旋回機により地盤を掘削しながら、前記オーガ装置または全旋回機の駆動軸の回転数と圧油の圧力および掘削深度を計測し、前記回転数と圧油の圧力値と掘削速度とから、前記Ｎ値と比較対照される指標として、前記オーガ装置または全旋回機の行った仕事［Ｊ］を一定の掘削区間ごとに算出し、前記標準貫入試験により得られたＮ値のデータと前記オーガ装置または全旋回機の行った仕事［Ｊ］を、同じ深度のスケールで同一画面のグラフ上にプロットし、前記Ｎ値の変化と仕事［Ｊ］の変化を比較対照するグラフを生成する演算装置と、
   前記グラフを表示する表示装置と、
   を具備したことを特徴とする杭埋設工法で用いる支持層到達推定支援装置。

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