JP6298313B2 - 地盤剛性測定装置、締固め機械及び地盤剛性測定方法 - Google Patents
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- Investigation Of Foundation Soil And Reinforcement Of Foundation Soil By Compacting Or Drainage (AREA)
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Description
したがって、たわみ量は地盤の品質評価の判断パラメーターとしては不十分である。
このようにして、地盤の品質評価におけるより適切な判断パラメーターとして、地盤の剛性を容易に測定可能な地盤剛性測定装置を提供することができる。
図1は、本発明の一実施形態による地盤剛性測定装置1の概略構成を示す図であり、地盤上を走行して地盤を締固める締固め機械100に適用した場合を一例として示している。なお、以下の締固め機械100は、本発明に係る締固め機械の一実施形態の説明でもある。
本実施形態において、締固め機械100は、前輪が転圧輪で、後輪がゴム製タイヤであるものとし、かつ、転圧輪が振動可能ないわゆる振動ローラであるものとして、以下に説明する。図1及び図2において、締固め機械100は、地盤剛性測定装置1と、前方車体101と、後方車体102と、を備えて構成される。
本実施形態において、転圧輪103は地盤剛性測定装置1の後述する載荷ロール2を兼ねており、前方車体101が、本発明に係る地盤剛性測定装置の「支持フレーム」に相当する。
一方のプレート103cの中央部には、軸部103aが突設されている。他方のプレート103dの中央部には、転圧輪103を回転させる走行用油圧モータMの出力部Maが取付けられている。軸部103aは、一方のサイドフレーム101aに防振ゴムGを介して取り付けられた取付け板103eに、軸受部103fを介して回転可能に支持される。走行用油圧モータMのモータ部Mbは、他方のサイドフレーム101bに防振ゴムGを介して取り付けられたモータ固定板103gに固定される。このようにして、軸部103aは前方車体101(サイドプレート101a)に回転可能に支持され、走行用油圧モータMの出力部Maの回転により、転圧輪103は走行回転する。
例えば、転圧輪103により締固められて平滑化された地盤の地表面(後述の図4及び図5に破線で示す締固め後の地表面)上を、転圧輪103が再度転動して、地盤に荷重が付与されると、地盤の地表面は図4及び図5に実線で示すようにたわむ。以下に、荷重の付与により地盤の地表面がたわむことを利用して、地盤の剛性を測定する地盤剛性測定装置1について、詳述する。なお、締固め時には、加振機構を駆動させ、転圧輪103を振動させるが、以下の地盤剛性測定時には、加振機構は停止させている。
図4は、地盤測定剛性測定装置1の概略構成を示したブロック図であり、支持フレーム3については図示省略している。図5は、地盤剛性測定装置1による地盤の剛性を測定する測定原理を説明するための図であり、載荷ロール2(転圧輪103)の荷重によって地盤がたわんでいる状態を示す。なお、図4及び図5においては、地盤のたわみを誇張して示している。また、図4及び図5において、後述する測距部基準面は、回転中心線Oより上方に示されているが、本実施形態において、実際には、図1に示すように、回転中心線Oより下方に位置している。
第1測距部4は、具体的には、非接触式の距離計(変位計)、例えばレーザ変位計であり、図1及び図2に示すように、例えば、前方車体101のフロントフレーム101dの下面に、ブラケット4aを介して取付けられ、鉛直下向きにレーザ光(図1、図2及び図4に破線矢印で示す)を投光可能に構成される。
第1地点X1についての前方車体101に対する離間距離D1とは、例えば、図4に示すように、レーザ光を投光する箇所を含む面(以下において第1測距部4の測距部基準面という)と第1地点X1との間の距離であり、第1測距部4は、この距離に対応する信号を、離間距離D1の測定結果として、剛性測定部6aに出力可能に構成されている。
基準測距部5は、具体的には、第1測距部4と同様に、例えばレーザ変位計であり、図1及び図2に示すように、前方車体101の他方のサイドフレーム101bの下面に、ブラケット5aを介して取付けられ、鉛直下向きにレーザ光(図1〜図4に破線矢印で示す)を投光可能に構成される。
直下地点X0についての前方車体101に対する基準離間距離D0とは、例えば、図1及び図4に示すように、レーザ光を投光する箇所を含む面(以下において基準測距部5の測距部基準面という)と直下地点X0との間の距離であり、基準測距部5は、この距離に対応する信号を、基準離間距離D0の測定結果として、剛性測定部6aに出力可能に構成されている。
なお、本実施形態において、基準測距部5は、他方のサイドフレーム101b側で円筒内面までの距離D’を測定するものとしたが、これに限らず、一方(軸受部103f側)のサイドフレーム101a側で円筒内面までの距離D’を測定するようにしてもよい。
なお、原点補正は、このように互いの測距部基準面を面一にする場合に限らず、例えば、第1測距部4の測定結果と基準測距部5の測定結果の差分値を事前に記録し、剛性測定部6a等において常にこの差分値を一方の測定結果から差し引く等することで、補正を行ってもよい。
剛性測定部6aは、例えば、各測距部(4,5)からの測定結果の信号が入力された時刻を測定時刻とし、測定時刻のデータを生成し、測定結果の信号に基づく測定データ(剛性測定データ)を、測定時刻のデータと伴に、データ処理部6bに出力する。なお、地盤の剛性測定の測定原理については、後に詳述する。
なお、位置検知部7は、GPSを利用したものに限らず、レーザ等により車体(101,102)の位置を追尾可能な、自動追尾式システムを地盤上に配置して構成してもよい。
このようにして、オペレータは測定結果を視覚的に、かつ、リアルタイムに確認しながら測定作業を行うことができるため、効率的に測定作業を行うことができる。また、この測定結果により、締固め不足と判断できる箇所があれば、その箇所を容易に特定でき、再度の締固めを容易に行うことができる。
なお、走行方向を一方向とすると共に、走行速度を一定にした場合は、その速度と測定時刻により、一次元の位置座標を算出することができる。この場合、この速度と測定時刻により位置座標を算出する演算部が位置検知手段7となる。また、本実施形態のように、GPSを利用した位置検知部7により、走測定時の座標データ(位置検知データ)を逐次取得することにより、走行速度や走行方向が変化しても、座標データを容易に取得することができる。
したがって、式Aにおいて、未知数はbとEの2つとなる。そこで、b、Eに関する条件式をもう1つ立てて、連立方程式を解くことにより、Eを特定することができる。
なお、転圧輪103におけるたわみは、後輪104の荷重によっても生じるが、後輪104は転圧輪103から遠方に離間しているため、後輪104の荷重による転圧輪103におけるたわみ量は無視できるほどである。ただし、後輪104の荷重による転圧輪103におけるたわみを考慮することにより、地盤の変形係数Eの測定精度をより一層高めることができる。具体的には、転圧輪103の直下地点X0において後輪104の軸重によって生じるたわみ量を式(2)と同様にして定式化し、その定式化されたたわみ量を式(3)のS0に加算すると共に、同じく第1地点X1において後輪104の軸重によって生じる定式化されたたわみ量を式(2)のSに加算すればよい。後輪104が複数ある場合は、すべての後輪について加算すればよい。
このようにして、地盤の品質評価におけるより適切な判断パラメーターとして、地盤の剛性を容易に測定可能な地盤剛性測定装置を提供することができる。
なお、基準測距部5は、軸受部103fに限らず、図示省略するが、例えば、モータ固定板103gに固定されるモータ部Mbの外周面等の非回転部を測定するように構成してもよい。
この場合、剛性測定部6aは、3地点(X1,X2,X0)についての測定結果(D1、D2、D0)に基づいて、第1地点X1のたわみ量と直下地点X0のたわみ量の差分値ΔSと、第2地点X2のたわみ量と直下地点X0のたわみ量の差分値ΔSと、ブシネスクの弾性理論に基づいて得られる理論式(前述の式A)とを介して、地盤の剛性としての変形係数Eを測定する。詳しくは、剛性測定部6aは、(X1,X0)の2地点についての式Aと、(X2,X0)の2地点についての式Aとの連立2次方程式の解(b、E)を演算してEを算出する。
このように基準離間距離D0が固定値の場合、剛性測定部6aには、固定値(D0)が予め記憶されており、剛性測距部6aは、第1測距部4の測定結果(D1)と固定値(D0)とに基づいて、第1地点X1の地盤のたわみ量Sと直下地点X0の地盤のたわみ量S0との差分値ΔSを算出し、この差分値ΔSに基づいて、地盤の剛性としての変形係数Eを測定する構成とする。具体的には、剛性測定部6aは、前述した2地点における離間距離(D1、D0)によりEを算出する場合と同様にして、式Aと式(4)との連立2次方程式の解を求めることによりEを算出する。
具体的には、剛性測定部6aは、(X1,X0)についての式Aと、(X2,X0)についての式Aとの連立2次方程式の解(b、E)を演算してEを算出する。このように、基準離間距離D0が固定値の場合、基準測距部5を設ける必要がないため、測距部のコストを低減することができる。
2・・・・・・載荷ロール(転圧輪)
3・・・・・・支持フレーム(前方車体)
4・・・・・・第1測距部
4’・・・・・第2測距部
5・・・・・・基準測距部
6a・・・・・剛性測定部
6b・・・・・データ処理部
7・・・・・・位置検知部
8・・・・・・表示部
100・・・・締固め機械
103・・・・転圧輪
103a・・・軸部
103f・・・軸受部
O・・・・・・回転中心線
X0・・・・・・直下地点
X1・・・・・・第1地点
X2・・・・・・第2地点
D0・・・・・・基準離間距離
D1・・・・・・第1地点についての支持フレーム(前方車体)に対する離間距離
D2・・・・・・第2地点についての支持フレーム(前方車体)に対する離間距離
ΔS・・・・・たわみ量の差分値
Claims (11)
- 地盤の剛性を測定すると共に該地盤上を走行可能な地盤剛性測定装置であって、
円筒状に形成され前記地盤上を転動しつつ該地盤に荷重を付加する載荷ロールと、
前記載荷ロールの軸部を回転可能に支持し、走行方向に延設されてなる支持フレームと、
前記支持フレームに固定され、前記支持フレームの下方地盤のうち、前記軸部の回転中心線の直下地点に対し前記走行方向に離間した第1地点についての前記支持フレームに対する離間距離を測定する第1測距部と、
前記第1測距部の測定結果と前記直下地点についての前記支持フレームに対する基準離間距離との差分値により、前記第1地点の地盤のたわみ量と前記直下地点の地盤のたわみ量との差分値を算出し、少なくとも、該たわみ量の差分値に基づいて、前記地盤の剛性を測定する剛性測定部と、
を備えて構成される、地盤剛性測定装置。 - 前記回転中心線の前記支持フレームに対する位置を可動に、前記載荷ロールの軸部を支持する構成とすると共に、前記支持フレームに固定され前記基準離間距離を測定する基準測距部を更に備える構成とし、
前記剛性測定部は、前記第1測距部及び基準測距部の各測定結果に基づいて、前記差分値を算出する、請求項1に記載の地盤剛性測定装置。 - 前記回転中心線の前記支持フレームに対する位置を可動に、前記載荷ロールの軸部を支持する構成とすると共に、前記支持フレームに固定され前記基準離間距離を測定する基準測距部と、前記支持フレームに固定され前記直下地点及び第1地点に対し前記走行方向に離間した第2地点についての前記支持フレームに対する離間距離を測定する第2測距部と、を更に備える構成とし、
前記剛性測定部は、前記第1測距部及び基準測距部の各測定結果に基づいて、前記差分値を算出すると共に、前記第2測距部及び基準測距部の各測定結果に基づいて、前記第2地点の地盤のたわみ量と前記直下地点の地盤のたわみ量との差分値を算出し、2つの前記差分値に基づいて、前記地盤の剛性を測定する構成とする、請求項1に記載の地盤剛性測定装置。 - 前記回転中心線の前記支持フレームに対する位置を不動に、前記載荷ロールの軸部を支持し、前記基準離間距離を固定値とする構成とし、
前記剛性測定部は、前記第1測距部の測定結果と前記固定値とに基づいて、前記差分値を算出する、請求項1に記載の地盤剛性測定装置。 - 前記回転中心線の前記支持フレームに対する位置を不動に、前記載荷ロールの軸部を支持し、前記基準離間距離を固定値とする構成とすると共に、前記支持フレームに固定され前記直下地点及び第1地点に対し前記走行方向に離間した第2地点についての前記支持フレームに対する離間距離を測定する第2測距部を更に備える構成とし、
前記剛性測定部は、前記第1測距部の測定結果と前記固定値とに基づいて、前記差分値を算出すると共に、前記第2測距部の測定結果と前記固定値とに基づいて、前記第2地点の地盤のたわみ量と前記直下地点の地盤のたわみ量との差分値を算出し、2つの前記差分値に基づいて、前記地盤の剛性を測定する構成とする、請求項1に記載の地盤剛性測定装置。 - 前記基準測距部は、前記載荷ロールの円筒内面又は円筒外面までの距離を測定し、該測定値に基づいて、前記基準離間距離を演算する、請求項2又は3に記載の地盤剛性測定装置。
- 前記基準測距部は、前記載荷ロールの軸部を支持する軸受部の外周面までの距離を測定し、該測定値に基づいて、前記基準離間距離を算出する、請求項2又は3に記載の地盤剛性測定装置。
- 予め定めた基準位置に対する原位置を検知する位置検知部と、
前記剛性測定部の剛性測定データと、前記位置検知部の位置検知データとを対応付けて記憶するデータ処理部と、
を更に備える、請求項1〜7のいずれか1つに記載の地盤剛性測定装置。 - 前記データ処理部により対応付けた剛性測定データ及び位置検知データに基づいて、前記地盤の剛性分布を表示する表示部を更に備える、請求項8に記載の締固め機械。
- 前記地盤上を転動して該地盤を締固める転圧輪を有し、前記地盤上を走行可能な締固め機械であって、
請求項1〜9のいずれか1つに記載の地盤剛性測定装置を備え、
前記転圧輪は、前記地盤剛性測定装置の前記載荷ロールを兼ねる構成とした締固め機械。 - 地盤上で該地盤の剛性を測定する地盤剛性測定方法であって、
前記地盤上を転動可能な載荷ロールにより該地盤に荷重を付加する工程と、
前記載荷ロールの軸部を回転可能に支持しかつ走行方向に延設されてなる支持フレームの下方地盤のうち、少なくとも前記軸部の回転中心線の直下地点に対し前記走行方向に離間した第1地点についての前記支持フレームに対する離間距離を測定する工程と、
前記離間距離の測定結果と前記直下地点についての前記支持フレームに対する基準離間距離との差分値により、前記第1地点の地盤のたわみ量と前記直下地点の地盤のたわみ量との差分値を算出し、少なくとも、該たわみ量の差分値に基づいて、前記地盤の剛性を算出する工程と、
を含んで構成される、地盤剛性測定方法。
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