JP6214282B2

JP6214282B2 - 鋼材の打設方法および設置装置

Info

Publication number: JP6214282B2
Application number: JP2013180957A
Authority: JP
Inventors: 伸一岩崎; 鈴木　浩二; 浩二鈴木; 良幸林; 哲郎佐藤; 和広藤野; 衛史永田
Original assignee: Gecoss Corp
Current assignee: Gecoss Corp
Priority date: 2013-09-02
Filing date: 2013-09-02
Publication date: 2017-10-18
Anticipated expiration: 2033-09-02
Also published as: JP2015048635A

Description

本発明は、汎地球測位航法衛星システム（以下、ＧＮＳＳ）を使用して、形鋼からなる杭または鋼矢板などの鋼材の位置情報を得ることにより、鋼材の設計位置まで誘導することのできる鋼材の打設方法および設置装置に関するものである。

従来、杭や鋼矢板などの鋼材を打設する場合、以下のような手順で施工を行うのが一般的である。

まず、墨出しによって杭芯出しを行い、定規となる鋼材をセットする。その後、杭の位置を定規材に割付をして、鋼材の打設位置を決定する。

鋼材の打設位置を決定した後、バックホーなどの機械のアームで鋼材をチャッキングし、吊り上げ、打込位置にセットし、鋼材の垂直性を確認する。

精度に問題がなければ、アームの先端部に取り付けられた油圧駆動のバイブロを起動させ、所定の位置まで打ち込む。鋼材のレベルを確認した後、チャッキングを解除し、重機を移動させる。

鋼材をチャッキングする工程から鋼材を打ち込んで重機を移動させるまでの工程を繰り返し行なう。

しかし、例えば、Ｈ鋼を打設する場合、親杭はＨ鋼の内面の位置に、中間杭や構台杭はＨ鋼のセンターの位置に墨出しを行なわなくてはならず、手間のかかる作業となる。

また、鋼管のように杭の断面形状が円形のものを打設する際は、杭芯位置が打設位置に合致していればよく、断面が回転してずれてしまうようなことはないが、Ｈ鋼や鋼矢板などの断面が方向性を有する鋼材を打設する場合、断面が回転して設計位置からずれないように注意を払う必要がある。

このように形鋼からなる杭または鋼矢板などの鋼材を打設するためには、細かな手順や工程も多い。

また、杭の打設方法についてシステム化した発明もあり、例えば特許文献１、２記載の発明がある。

特許文献１には、設計図に従って杭の打設位置を墨出する墨出工程と、この墨出工程で得られた墨出位置に杭を打設する打設工程とを含む杭の打設方法が記載されている。打設工程で杭を打設する前に、ＧＰＳ測量機を用いて墨出位置を確認する確認工程を設けている。

特許文献２には、埋立地の造成や山間部を切り開いての宅地造成といった土工事における施工データ管理システムが記載されている。

特開２００２−２０２３５７号公報特許第４０４８７９９号公報

従来の方法では、作業工程が非常に多いため、打ち込む鋼材の本数が多い場合、杭の本数分墨出しを行なうのは大変な手間である。墨出し以降に繰り返す工程も増えるため、施工にかかる手間や時間が非常に多くなる。

また、例えば山留杭などの起伏がある地形に鋼材を打込む場合には水糸を張って墨出しを行う作業は非常にやりづらく、通常、定規材をセットする際は、０〜＋１０ｍｍ以内の誤差で設置しなければならないが、その精度を保つことも困難になる。

特に、水中に施工する場合は、墨出しや定規セットによって打設位置を確認することができない。

鋼材を建込む際には、水平器を建て込む鋼材に直接当てて、徐々に建て込みを行なう場合があるが、水平器は５ｍ程度を目安に当てて精度の確認をしなければならず、鋼材の向きを確認するための作業も人手を要するものである。

本発明は、上述のような課題の解決を図ったものであり、ＧＮＳＳを使用することによって、杭芯出しに必要な水糸張りや定規材の設置などの一部の作業工程を省くことができ、特に２個のＧＮＳＳ受信機を組み合わせることで、断面が方向性を有する杭または鋼矢板などの鋼材の場合であっても、鋼材の設計位置まで誘導し、鋼材の向きを確認しながら打設することのできる鋼材の打設方法および設置装置を提供することを目的としている。

本発明に係る鋼材の打設方法は、ＧＮＳＳによって求まる位置情報をもとに形鋼からなる杭または鋼矢板を打設する鋼材の打設方法であって、杭または鋼矢板の頭部を把持する打設装置のチャッキング部の左右に張り出させて設けた棒状の部材の端部にそれぞれＧＮＳＳ受信機を設け、左右に間隔をおいて設けた２箇所のＧＮＳＳ受信機の３次元座標系のリアルタイムの位置情報の差分から杭または鋼矢板の３次元座標系における位置に加え、杭または鋼矢板の長手方向の軸を中心とする回転方向の向きをリアルタイムで求め、モニター上に表示した杭または鋼矢板の設計位置および向きの画像に、リアルタイムで求まる杭または鋼矢板の現在位置および向きの画像を重ね合わせ、モニター上の画像をもとに打設装置のオペレータが杭または鋼矢板を設計位置に誘導することを特徴としている。

本発明に係る鋼材の打設方法は、ＧＮＳＳ受信機を２個設けて、各ＧＮＳＳ受信機から得られる位置情報をもとに、例えばＨ形鋼やシートパイルなどの形鋼からなる杭または鋼矢板などの鋼材を打設する方法である。

杭または鋼矢板などの鋼材を打設する場合、例えばユンボ、ラフタータイプのクレーン、移動式圧入機などを用いるが、それらの打設装置において、鋼材の頭部を把持するチャッキング部に、２個のＧＮＳＳ受信機を間隔をおいて設ける。

２個のＧＮＳＳ受信機を間隔をおいて設けることによって、各ＧＮＳＳ受信機の３次元座標系の位置情報をリアルタイムに得ることができ、各ＧＮＳＳ受信機の位置情報の差分からチャッキング部に把持されている杭または鋼矢板の特定部位（重心など）の３次元座標系の位置情報に加え、その特定部位と２個のＧＮＳＳ受信機の位置関係から杭または鋼矢板の回転角を求めることができる。

すなわち、チャッキング部における杭または鋼矢板の長手方向の軸を中心とする回転方向の向き、つまりは杭または鋼矢板の断面の向きをリアルタイムに把握することができる。

また、本発明では、モニター上に、杭または鋼矢板の設計位置および向きの画像を表示させると同時に、リアルタイムで求めた杭または鋼矢板の現在位置および向きの画像を表示させることで、打設装置のオペレータがモニター上の画像を確認しながら設計位置での画像に現在位置の画像を重ねあわせるように、杭または鋼矢板を設計位置に誘導することができる。

本発明によって、墨出しや定規材の設置、水平器を用いた建込など、手間のかかる作業を行なう必要がなくなり、また、例えば起伏のある場所での施工や水中での施工など、墨出しや定規材の設置自体が不可能な施工にもそのまま適用することができる。

また、従来工法では、杭位置全数に、杭芯測量をしなければならなかったが、本発明では杭芯出しをしなくてもよいため、特に杭の本数が多い場合においては経済性の面でもメリットが大きい。

２個のＧＮＳＳ受信機からの位置情報をもとに、リアルタイムで杭または鋼矢板の現在位置および向きを把握することができるため、水平器を要した建込作業も不要となる。

また、人手で行うよりもＧＮＳＳからのデータの方が精密で誤差が少ないため、施工精度のレベルを高くすることができ、目標施工精度が高いレベル（例えば、水平±２５ｍｍ、鉛直０〜−１０ｍｍ）で要求されている場合にも有効的である。施工精度のレベルが上がれば、結果的に杭または鋼矢板を打設した後の出来高測量結果の計測制度も高くなる。

本発明に係る鋼材の設置装置は、形鋼からなる杭または鋼矢板の設置位置および向きの情報を算出しながら打設する鋼材の設置装置であって、形鋼からなる杭または鋼矢板をつかむチャッキング部と、チャッキング部の上部に左右に張り出させて設けた棒状の部材の端部にそれぞれ設けたＧＮＳＳ受信機と、左右に間隔をおいて設けたＧＮＳＳ受信機から得た情報を表示させる車載モニターを設けており、車載モニターは２箇所のＧＮＳＳ受信機の位置情報からリアルタイムの杭または鋼矢板の位置情報を算出した現在位置情報データと、設計上での杭または鋼矢板の設置位置データを表示させ、現在位置情報データと設置位置データを確認しながら杭または鋼矢板を設置位置まで誘導して設置できるようにしたことを特徴としている。

本発明に係る鋼材の設置装置は、例えばユンボ、ラフタータイプのクレーン、移動式圧入機などの打設装置のアーム先端部に、チャッキング部を設けて、形鋼からなる杭または鋼矢板などの鋼材をつかむことができる。

チャッキング部の上部２箇所にＧＮＳＳ受信機を設け、各ＧＮＳＳ受信機から３次元座標系の位置情報を求めることによって、チャッキング部にある鋼材の３次元座標系の位置情報と向きのデータを得ることができる。

また、ＧＮＳＳ受信機から得た情報を表示させる車載モニターを設け、設計上での鋼材の設置位置データを車載モニターに表示させると同時に、車載モニターに、２箇所のＧＮＳＳ受信機の位置情報からリアルタイムに算出した鋼材の現在位置情報データを重ねて表示させることができる。

例えば、図５のように、車載モニターに表示させる設計上の鋼材の設置位置データや鋼材の現在位置情報データを、３次元座標系での位置情報の差分や断面の向きがわかる画像で表示させることで、オペレータは目標位置や向きのずれを一目で確認することができる。

すなわち、オペレータが現在位置情報データと設置位置データを同じモニター上で見て、位置や向きを確認しながら鋼材を設置位置まで誘導して設置することができる。

本発明は、車載モニター上で現在位置情報データと設置位置データを照らし合わせて鋼材の位置や向きを確認しながら設置位置まで誘導することができるため、従来工法で行っていた杭芯出しや定規材を設置する工程が不要となり、作業効率が上がる。

また、従来工法では墨出しや定規材を設置することができなかった水中の施工現場や墨出しや定規セットが行いにくい起伏がある地形など、従来工法が適用できない現場に対応することができる。

本発明は、従来のように杭位置の全数に対して、杭芯測量を行なう必要がないため、打設本数の多い現場にも適用することができ、効果をより発揮することができる。

ＧＮＳＳ受信機によって、杭または鋼矢板の位置情報と向きに関するデータを得ているため、従来の施工精度のレベルより高くなり、打設後の打設後の出来高測量結果の計測制度が高くなる。概ね、水平、垂直方向ともに±５ｍｍ程度精度が上がることが期待できる。

本発明は、以上のような構成からなるので、次のような効果が得られる。

(１) ＧＮＳＳ受信機を２個取り付けることにより、Ｈ鋼やシートパイルなどの断面が方向性を有する鋼材の向きまで計測できる。

(２) 従来工法の杭芯出しである水糸を張る必要がなく、定規材を設置できない場所（水中や起伏がある地形など）でも鋼材の打設が可能となる。

(３) 杭位置全数に、杭芯測量をする必要がなくなるため、打設本数が多い場合でも対応可能である。

(４) 施工精度のレベルが高くなり、打設後の出来高測量結果の計測制度が高くなる。

本発明に係る鋼材の設置装置の一実施形態を概略的に示した側面図である。本発明に係る鋼材の打設方法を概略的に示した平面図である。図１、２の実施形態における２個のＧＮＳＳ受信機の取付部を示したもので、（ａ）は側面図、（ｂ）は（ａ）のＡ部を矢印方向から見た正面図である。本発明に係る鋼材の設置装置の一実施形態におけるチャッキング部を拡大したもので、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。本発明に係る鋼材の設置装置における車載モニターの実施例を概略的に示したものである。

以下、本発明を添付した図面に基づいて説明する。なお、本発明は以下に示される実施形態に限定されるものではない。

図１は、本発明に係る鋼材１の設置装置の一実施形態を概略的に側面図で示したものである。

杭打設機２のアームの先端部にバイブロハンマ３を装着し、バイブロハンマ３の下方に設けたチャッキング部４に杭となる鋼材１を把持させて、地中へ打設する。

杭打設機２は、従来と同様に、例えばユンボ、ラフタータイプのクレーン、移動式圧入機などを使用すればよい。

図２は、本発明に係る鋼材１の打設方法において、Ｎｏ．１〜８の８本のＨ形鋼を設置する場合を概略的に示したものである。

杭打設機２の前方にアングル材７を設け、アングル材７の左右に１個ずつＧＮＳＳ受信機５を取付けている。

図３は、２個のＧＮＳＳ受信機の取付部の一実施形態を示したものであり、図３（ａ）はチャッキング部４周辺の側面図、図３（ｂ）は図３（ａ）のＡ部を矢印方向から見た正面図である。図４は、図３の実施形態におけるチャッキング部４を拡大した図であり、図４（ａ）は正面図、図４（ｂ）は側面図である。

チャッキング部４の上部にアングル材７を取付けて固定し、そのアングル材７の左右両端部にそれぞれＧＮＳＳ受信機５を設けている。

左右の２個のＧＮＳＳ受信機５からリアルタイムに３次元座標系の位置情報を取得することによって、左右のＧＮＳＳ受信機５の位置情報の差分からチャッキング部４に把持されている鋼材１の特定部位（例えば重心など）の３次元座標系の位置情報を求めることができる。

また、チャッキング部４に把持されている鋼材１の特定部位と２個のＧＮＳＳ受信機５の位置関係から、鋼材１の長手方向の軸を中心とする回転角を求めることができ、鋼材１の断面の向きをリアルタイムに把握することができる。

例えば、図２のような場合、杭打設機２に取り付けた２個のＧＮＳＳ受信機５の位置情報からチャッキング部４に把持させている鋼材１の３次元の位置情報と向きをリアルタイムに得て、Ｎｏ．１〜８の杭の設置位置と設置方向を確認しながら打設することが可能になる。

図５は、本発明に係る鋼材１の設置装置における車載モニター６の一実施形態を概略的に示したものであり、車載モニター６の要部を１点鎖線内に示した。なお、ここでは例として、Ｈ形鋼を鋼材１として使用した場合を挙げている。

車載モニター６上には、チャッキング部４の左に取り付けたＧＮＳＳ受信機５の位置情報から求めたＸ差分とＹ差分、チャッキング部４の右に取り付けたＧＮＳＳ受信機５の位置情報から求めたＸ差分とＹ差分を数値で表示させている。

また、左右のＧＮＳＳ受信機５の位置情報による差分によって、チャッキング部４に把持させている鋼材１の現在の高さを求めることができ、数値で表示させ、設計高さとの差分から鋼材の建込深度をモニター上で確認することができる。

車載モニター６の中央部には、施工済みの鋼材１の位置情報（実線）、鋼材１の設計位置情報（点線）、左右のＧＮＳＳ受信機５の差分からリアルタイムに得た鋼材１の現在位置情報（黒塗り）を同時に画像で表示させている。

図５は、Ｎｏ．１、Ｎｏ．３〜５のＨ形鋼の施工が終わり、Ｎｏ．２のＨ形鋼が施工中である状態を表している。現在チャッキング部４に把持されているＨ形鋼の向きがＮｏ．２の設計位置からずれており、向きが斜めに傾いていることが把握できる。車載モニター６を確認しながら、Ｎｏ．２のＨ形鋼の設計位置（点線）にリアルタイムに得た鋼材１の現在位置情報（黒塗り）に重ね合わせるように誘導している。

このように２個のＧＮＳＳ受信機５を組み合わせることによって、リアルタイムでの鋼材１の３次元座標系の位置情報と鋼材１の向きを得ることができるため、車載モニター６上にそれらのデータを表示させ、杭打設機２にいるオペレータが車載モニター６上で鋼材１の設計位置や向きのずれを確認しながら、設計位置の鋼材１の画像に現在位置の鋼材１の画像を重ねあわせるように、鋼材１を設計位置に誘導することができる。

１…鋼材（杭または鋼矢板）、２…杭打設機、３…バイブロハンマ、４…チャッキング部、５…ＧＮＳＳ受信機、６…車載モニター、７…アングル材

Claims

ＧＮＳＳによって求まる位置情報をもとに形鋼からなる杭または鋼矢板を打設する鋼材の打設方法であって、前記杭または鋼矢板の頭部を把持する打設装置のチャッキング部の左右に張り出させて設けた棒状の部材の端部にそれぞれＧＮＳＳ受信機を設け、左右に間隔をおいて設けた前記２箇所のＧＮＳＳ受信機の３次元座標系のリアルタイムの位置情報の差分から前記杭または鋼矢板の３次元座標系における位置に加え、前記杭または鋼矢板の長手方向の軸を中心とする回転方向の向きをリアルタイムで求め、モニター上に表示した前記杭または鋼矢板の設計位置および向きの画像に、リアルタイムで求まる前記杭または鋼矢板の現在位置および向きの画像を重ね合わせ、前記モニター上の画像をもとに打設装置のオペレータが前記杭または鋼矢板を設計位置に誘導することを特徴とする鋼材の打設方法。
形鋼からなる杭または鋼矢板の設置位置および向きの情報を算出しながら打設する鋼材の設置装置であって、前記鋼材の設置装置は、形鋼からなる杭または鋼矢板をつかむチャッキング部と、前記チャッキング部の上部に左右に張り出させて設けた棒状の部材の端部にそれぞれ設けたＧＮＳＳ受信機と、左右に間隔をおいて設けた前記ＧＮＳＳ受信機から得た情報を表示させる車載モニターを設けており、前記車載モニターは前記２箇所のＧＮＳＳ受信機の位置情報からリアルタイムの前記杭または鋼矢板の位置情報を算出した現在位置情報データと、設計上での杭または鋼矢板の設置位置データを表示させ、前記現在位置情報データと前記設置位置データを確認しながら杭または鋼矢板を設置位置まで誘導して設置できるようにしたことを特徴とする鋼材の設置装置。