JP6385890B2 - 締固め管理方法及び締固め管理システム - Google Patents

Description

本発明は、転圧機械の転圧による締固め状態を管理する締固め管理方法及び締固め管理システムに関する。

盛土工事では、ブルドーザで盛土材を所定の厚さになるように敷き均し、振動ローラ等の転圧機械で転圧して締め固める。この際、盛土の締固め状態を確認するために締固め管理が行われる。締固め管理としては、例えば、盛土の締固め度が目標値に達したか否かで転圧作業を終了させるか否かを判断する。

従来、締固め度等の締固め状態を確認するために、盛土において水置換法、砂置換法、ラジオアイソトープ法等による密度試験が実施されていた。しかし、これらの密度試験は時間と手間を要するので、簡便な方法で締固め状態を確認することが望まれていた。この簡便な方法として、特許文献１には、転圧機械に加速度計が設けられ、この加速度計で計測した加速度データから締固め状態を評価することが開示されている。

特開２０００−３４５５４７号公報

特許文献１に開示の方法では、転圧機械における加速度（振動）を計測しており、転圧された盛土を直接計測していない。そのため、この方法では、盛土の締固め状態を精度良く取得できない虞がある。

そこで、本発明は、締固め管理の精度を向上させた締固め管理方法及び締固め管理システムを提供することを目的とする。

本発明に係る締固め管理方法は、振動源を備える転圧機械の転圧による締固め状態を管理する締固め管理方法であって、転圧機械の振動源で振動発生中に転圧面における所定の箇所での振動を計測する振動計測工程と、振動計測工程で計測された振動の時系列データを周波数分析し、周波数スペクトルを取得する周波数分析工程とを含み、異なる転圧回数において周波数分析工程でそれぞれ取得された複数の周波数スペクトル間で変化するピーク周波数を用いて締固め状態を管理する。

この締固め管理方法では、締固め状態を精度良く把握するために、地盤の振動を直接計測する。そして、締固め管理方法では、締固めの状態に応じて地盤の固有振動数が変化することに着目し、異なる転圧回数での複数の周波数スペクトル間で変化するピーク周波数（地盤の固有振動数を示すピーク周波数）を用いて締固め状態を管理する。これにより、この締固め管理方法では、締固め管理の精度を向上さることができる。

上記の締固め管理方法では、振動源の振動の周波数スペクトルを用いて、周波数分析工程で取得した周波数スペクトルから振動源の振動の周波数成分を除去する構成としてもよい。この構成により、転圧面における１箇所で振動を計測した場合でも、周波数スペクトルにおける地盤の固有振動数を示すピーク周波数を容易に判別できる。

上記の締固め管理方法では、振動計測工程では、転圧面における２箇所での振動をそれぞれ計測し、周波数分析工程では、振動計測工程で計測された２箇所での各振動の時系列データをそれぞれ周波数分析し、２つの周波数スペクトルを取得し、周波数分析工程で取得した２つの周波数スペクトルを比較する構成としてもよい。この構成により、周波数スペクトルにおける地盤の固有振動数を示すピーク周波数を容易に判別できる。

上記の締固め管理方法では、周波数分析工程で取得した周波数スペクトル又は／及び周波数分析工程で取得した周波数スペクトルから得られる情報を表示する表示工程を含む構成としてもよい。この構成により、表示された情報を確認することで、締固め状態を判断できる。

上記の締固め管理方法では、ピーク周波数が高いほど締固め度が高いと判定する。転圧されて地盤が締固められると、地盤の固有振動数を示すピーク周波数が高くなる。

本発明に係る締固め管理システムでは、振動源を備える転圧機械の転圧による締固め状態を管理する締固め管理システムであって、転圧機械の振動源で振動発生中に転圧面における所定の箇所での振動を計測する振動計測手段と、振動計測手段で計測された振動の時系列データを周波数分析し、周波数スペクトルを取得する周波数分析手段とを備え、異なる転圧回数において周波数分析手段でそれぞれ取得された複数の周波数スペクトル間で変化するピーク周波数を用いて締固め状態を管理する。この締固め管理システムは、締固め管理の精度を向上さることができる。

本発明によれば、転圧機械で転圧する際の締固め管理の精度を向上させることができる。

第１実施形態に係る締固め管理システムの概略構成図である。 図１に示す振動計で計測された振動の時系列データの一例である。 図２に示す時系列データから得られた周波数スペクトルであり、図３（ａ）が周波数スペクトル全体であり、図３（ｂ）が周波数スペクトルの低周波部分の拡大図である。 各締固め度でのピーク周波数の変化を示す一例である。 第１実施形態に係る締固め管理方法の流れを示すフローチャートである。 第２実施形態に係る締固め管理システムの概略構成図である。 図６に示す各振動計で計測された振動の時系列データの一例であり、図７（ａ）が第１振動計の時系列データであり、図７（ｂ）が第２振動計の時系列データである。 図７に示す各時系列データから得られた周波数スペクトルであり、図８（ａ）が第１振動計の周波数スペクトル全体であり、図８（ｂ）が第２振動計の周波数スペクトル全体であり、図８（ｃ）が第１振動計の周波数スペクトルの低周波部分の拡大図であり、図８（ｄ）が第２振動計の周波数スペクトルの低周波部分の拡大図である。 図８に示す第１振動計の周波数スペクトルと第２振動計の周波数スペクトルとのスペクトル比である。 各締固め度でのスペクトル比におけるピーク周波数の変化を示す一例である。 第２実施形態に係る締固め管理方法の流れを示すフローチャートである。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る締固め管理方法及び締固め管理システムを説明する。なお、各図において同一又は相当する要素については同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

本実施形態は、盛土工事（盛土材（例えば、土）により平坦な地表を作る造成工事）において、振動ローラの転圧による締固め状態を管理する締固め管理システムに適用する。本実施形態では、工事の管理者が締固め管理システムを利用して締固め度が目標値に達したか否かを判断し、目標値に達した場合には振動ローラによる転圧作業を終了させる。２つの実施形態があり、第１実施形態が１個の振動計を用いて締固め管理を行う形態であり、第２実施形態が２個の振動計を用いて締固め管理を行う形態である。なお、振動ローラは、振動転圧（ローラを振動させながら転圧）を行う転圧機械である。

締固め度は、盛土の締固めの程度を示す値である。締固め度は、盛土の乾燥密度が締固め試験で得られる最大乾燥密度の何％（最大１００％）に相当するかを示し、盛土が締固められるほど大きくなる。締固め度の目標値としては、例えば、９０％、９５％が設定される。

盛土工事では、ダンプトラック等によって盛土材を造成エリアの所定の箇所まで運搬し、ブルドーザによって盛土材が所定の厚さになるように造成エリア内で敷き均す。さらに、盛土工事では、振動ローラによって造成エリアの締固め対象区域毎に締固め度が目標値になるまで転圧して締め固める。造成エリアＡは、例えば、図１に示すように、複数の帯状の締固め対象区域Ｂに区画されている。

図１を参照して、第１実施形態に係る締固め管理システム１について説明する。図１は、第１実施形態に係る締固め管理システム１の概略構成図である。

締固め管理システム１について説明する前に、振動ローラ３について説明する。振動ローラ３は、敷き均された盛土材を転圧して、盛土材を締め固める転圧作業を行う転圧機械である。振動ローラ３は、締固め対象区域Ｂ毎に転圧作業を行う。振動ローラ３による転圧作業は、締固め対象区域Ｂの締固め度が目標値に達すると終了する。この転圧作業の終了の指示は、工事の管理者が振動ローラ３の運転者に対して行う。

振動ローラ３は、略円柱状のローラ３ａと、起振装置３ｂとを備えている。このローラ３ａと起振装置３ｂが、振動ローラ３の振動源である。この振動源で発生する振動は、振動ローラ３毎に固有振動特性（固有振動数）を有している。振動ローラ３としては、一定の固有振動特性（固有振動数）を有するものでもよいし、あるいは、所定の範囲内で固有振動特性（固有振動数）を設定可能であるものでもよい。ローラ３ａは、回転自在に支持されており、振動ローラ３が走行時に回転する。また、ローラ３ａは、起振装置３ｂによる起振力により上下方向に振動する。このローラ３ａの振動とローラ３ａの自重により、転圧面Ｃが振動転圧される。この振動転圧によって、盛土の密度が徐々に高くなり、盛土が締固められる。振動ローラ３は、ローラ３ａを振動させながら締固め対象区域Ｂ内を移動する。

締固め管理システム１について説明する。締固め管理システム１は、振動ローラ３が転圧作業中の締固め対象区域Ｂの締固め状態を管理するためのシステムである。この締固め状態を判断する指標として、締固め度が用いられる。締固め管理システム１は、振動計１０と、ＦＦＴ[Fast Fourier Transform]アナライザ１１と、演算装置１２と、表示装置１３とを備えている。振動計１０は、締固め対象区域Ｂ内の転圧面Ｃ上の所定の箇所に設置される。ＦＦＴアナライザ１１と演算装置１２と表示装置１３とは、それぞれ別体で構成されてもよいし、あるいは、管理者が携帯できる端末（例えば、携帯情報端末、ノートパソコン）または工事現場の事務所内のコンピュータ等に一体で構成されてよい。

振動計１０は、転圧面Ｃでの振動を計測する計測器である。振動計１０は、例えば、加速度、速度として振動を計測する。振動計１０は、ＦＦＴアナライザ１１と通信する機能を有している。この通信は、無線通信でもよいし、有線通信でもよい。振動計１０では、振動を所定時間計測する毎に、その計測した振動（例えば、加速度）の時系列データをＦＦＴアナライザ１１に送信する。

振動計１０は、振動ローラ３が締固め対象区域Ｂ内の転圧面Ｃ上の計測対象箇所Ｐ１を通過する毎（つまり、１回の転圧が終了する毎）に、管理者によって計測対象箇所Ｐ１に設置される。したがって、振動計１０では、振動ローラ３による転圧回数が１回増える毎に計測を行う。計測対象箇所Ｐ１は、締固め対象区域Ｂ内の転圧面Ｃ上の所定の箇所に設定される。振動ローラ３は、計測対象箇所Ｐ１を通過して転圧が１回終了する毎に、ローラ３ａの接地点が加振箇所Ｐ２になるように停止され、停止状態でローラ３ａを所定時間(例えば、数１０秒)振動させる。この際、振動ローラ３では、起振装置３ｂによって一定の振動数及び起振力によりローラ３ａを振動させる。加振箇所Ｐ２は、締固め対象区域Ｂ内の転圧面Ｃ上の計測対象箇所Ｐ１から一定距離Ｌ１離れた箇所に設定される。振動ローラ３は締固め対象区域Ｂ内を往復移動するので、加振箇所Ｐ２は計測対象箇所Ｐ１を中心にして往路と復路とで互いに反対側となる箇所に設定される。ローラ３ａの振動は盛土（地盤）を伝播するので、振動計１０では、少なくとも振動ローラ３が停止状態でローラ３ａを所定時間振動させている間、加振箇所Ｐ２から計測対象箇所Ｐ１まで盛土内を伝播した振動を計測する。なお、計測時に振動ローラ３を停止させるのではなく、振動ローラ３が転圧面上を所定速度（例えば、３〜６ｋｍ／ｈ）で走行中にローラ３ａを振動させているときに、振動計１０で計測するようにしてもよい。

図２には、振動計１０で計測した振動の時系列データ（転圧面Ｃの計測対象箇所Ｐ１における振動の時間変化を示すデータ）の一例を示しており、横軸が時間（秒）であり、縦軸が加速度（ｍ／秒^２）である。この例では、振動が加速度として計測された場合である。

ＦＦＴアナライザ１１は、振動計１０で計測された振動の時系列データを高速フーリエ変換し、周波数スペクトルを取得する装置である。ＦＦＴアナライザ１１は、振動計１０と通信する機能を有している。ＦＦＴアナライザ１１では、振動計１０から振動の時系列データを受信する毎に、その振動の時系列データを高速フーリエ変換し、周波数スペクトルを生成する。

図３には、図２に示す振動（加速度）の時系列データを高速フーリエ変換して得られた周波数スペクトルを示しおり、横軸が周波数（Ｈｚ）であり、縦軸がスペクトル強度（例えば、加速度（ｍ／秒^２））である。図３（ａ）は、周波数スペクトル全体を示している。この周波数スペクトルＳ１では、５０Ｈｚから６０Ｈｚ（５５Ｈｚ辺りでピーク）にかけてスペクトル強度が大きく変化している。これは、振動ローラ３のローラ３ａの振動による周波数成分であり、振動ローラ３の固有振動特性（固有振動数）を示している。

図３（ｂ）には、図３（ａ）に示す周波数スペクトルＳ１における振動ローラ３毎または設定された固有振動特性を示す周波数領域よりも低周波領域（図３（ａ）において破線で囲む領域ＬＦ１）を拡大したものを示している。この周波数スペクトルＳ１の低周波領域では、振動ローラ３の固有振動特性によるスペクトル強度の変化に比べて小さいが、スペクトル強度が変化している。これは、ローラ３ａの振動が盛土（地盤）を伝搬した際に振動による波が地盤の固有振動数で増幅され、この地盤の固有振動数の周波数領域でスペクトル強度が大きくなったものである。したがって、この低周波領域は、地盤の固有振動特性（固有振動数）を示している。この例では、５Ｈｚから１０数Ｈｚ辺りまでスペクトル強度が変化しており、６Ｈｚ辺りが地盤の１次固有振動数を示す１次のピーク周波数Ｆ１である。

盛土（地盤）は、締固められるほど密度が高くなり、剛性が高くなる。剛性が高くなると、ローラ３ａの振動の伝搬速度が高くなり、地盤の固有振動数が変化する。そのため、振動ローラ３の転圧回数が増えて締固め度が大きくなるほど、地盤の固有振動数が変化し、地盤の１次固有振動数を示すピーク周波数が高くなる。この締固め度とピーク周波数との関係を事前に解析して取得することにより、ピーク周波数Ｆ１から盛土の締固め度を把握できる。

図４には、各締固め度での１次のピーク周波数の変化の一例を示しており、横軸が周波数であり、縦軸がスペクトル強度である。この例では、盛土の締固め度が７０％の場合にはピーク周波数Ｆ２となり、締固め度が８０％の場合にはピーク周波数Ｆ３となり、締固め度が９０％の場合にはピーク周波数Ｆ４となっている。この例の場合、締固め度の目標値を９０％とすると、ピーク周波数Ｆ４となった時点で締固めの目標に達したことになるので、振動ローラ３の転圧作業を終了させる。図４から判るように、締固め度が大きくなるほど、ピーク周波数は高くなるが、スペクトル強度は小さくなる。

なお、締固め度の目標値（締固め状態を管理する上での基準値）を何％にするかは事前に設定される。そして、この目標値に応じたピーク周波数が、事前に設定される。このピーク周波数を事前に取得するために、例えば、目標値（締固め度）の地盤において振動ローラ３のローラ３ａを振動させ、この振動によって得られた周波数スペクトルを解析して、地盤の固有振動数を示すピーク周波数を抽出する。

地盤の固有振動数によるスペクトル強度は、振動ローラ３のローラ３ａの振動によるスペクトル強度に比べて、非常に小さい。そのため、図３（ａ）に示すような周波数スペクトルＳ１をそのまま表示しても、周波数スペクトルＳ１から地盤のピーク周波数Ｆ１を判別し難い。そのため、ＦＦＴアナライザ１１で得られた周波数スペクトルからローラ３ａの振動による周波数成分を除いて、地盤の固有振動数を示すピーク周波数を抽出する必要がある。

この抽出方法としては、例えば、締固め度が大きくなるほどピーク周波数が高くなることが判っているので、異なる転圧回数でそれぞれ取得された複数の周波数スペクトルを比較してピーク周波数を抽出する方法がある。転圧回数が増えても（締固め度が大きくなっても）、周波数スペクトルにおけるローラ３ａによる振動の周波数成分は殆ど変化しない。そこで、異なる転圧回数でそれぞれ取得された複数の周波数スペクトルを比較して、この複数の周波数スペクトル間で変化しているピーク周波数を抽出することで、地盤の固有振動数を示すピーク周波数を抽出できる。

また、他の抽出方法としては、例えば、事前に振動ローラ３を停止状態でローラ３ａを振動させて、このローラ３ａの振動による周波数成分（周波数スペクトル）を予め取得しておく方法がある。この事前に取得した周波数スペクトルを用いてＦＦＴアナライザ１１で得られた周波数スペクトルから振動ローラ３の固有振動特性の周波数成分を除去することで、地盤の固有振動数を示すピーク周波数を抽出できる。

演算装置１２は、ＦＦＴアナライザ１１の周波数スペクトルから盛土の固有振動数を示す１次のピーク周波数を抽出するための演算を行う装置である。演算装置１２は、転圧回数が１回増える毎にＦＦＴアナライザ１１から得られる周波数スペクトルを記憶し、転圧回数分の周波数スペクトルを蓄積する。あるいは、演算装置１２は、事前に取得された振動ローラ３のローラ３ａの振動による周波数成分（周波数スペクトル）が予め記憶されている。演算装置１２では、上記した抽出方法の何れかの方法により、ＦＦＴアナライザ１１から周波数スペクトルを入力する毎に、盛土の固有振動数を示す１次のピーク周波数を抽出する。演算装置１２では、ピーク周波数を抽出すると、そのピーク周波数を示す画像データを生成する。

表示装置１３は、演算装置１２で生成した画像を表示する表示装置である。表示装置１３は、例えば、液晶ディスプレイである。表示装置１３では、演算装置１２から画像データを入力する毎に、その画像データを表示する。

表示装置１３に表示される画像は、最新の転圧回数での周波数スペクトルから抽出されたピーク周波数のみを示す画像でもよいし、あるいは、各転圧回数での周波数スペクトルからそれぞれ抽出されたピーク周波数を全て示す画像でもよい。さらに、この画像には、締固め度の目標値に相当する周波数を示してもよい。また、表示装置１３に表示される画像は、例えば、ピーク周波数周辺の周波数スペクトルを拡大した画像でもよいし、ピーク周波数の数値を示す画像でもよい。表示装置１３には、例えば、図４に示すような各転圧回数でのピーク周波数周辺の周波数スペクトルが複数表示される。

以上の構成の締固め管理システム１を用いた締固め管理方法を図５のフローチャートに沿って説明する。図５は、第１実施形態に係る締固め管理方法の流れを示すフローチャートである。振動ローラ３による転圧作業が、盛土材が敷き均された造成エリアＡ内の任意の締固め対象区域Ｂで開始される。転圧作業中、振動ローラ３は、運転者の運転操作により、ローラ３ａを振動させながら締固め対象区域Ｂ内を往復する。盛土工事の管理者は、締固め対象区域Ｂ内に設定される計測対象箇所Ｐ１付近で待機している。

管理者は、振動ローラ３が締固め対象区域Ｂ内の計測対象箇所Ｐ１を通過したか否かを判定することで、１回の転圧が終了したか否かを判定する（Ｓ１０）。管理者は、Ｓ１０にて１回の転圧が終了したと判定するまで待機する。管理者は、Ｓ１０にて１回の転圧が終了したと判定すると、振動計１０を転圧面Ｃ上の計測対象箇所Ｐ１に設置する。振動ローラ３は、計測対象箇所Ｐ１を通過すると、運転者の運転操作により、ローラ３ａの接地点が加振箇所Ｐ２になるように停止する（Ｓ１１）。そして、振動ローラ３は、停止状態で、ローラ３ａを所定時間振動させる（Ｓ１１）。なお、振動ローラ３が計測対象箇所Ｐ１を通過する毎に、転圧回数が１回増える。

このローラ３ａの加振中、振動計１０では、加振箇所Ｐ２から盛土（地盤）を通って転圧面Ｃの計測対象箇所Ｐ１に伝播される振動を計測する（Ｓ１２：振動計測工程）。振動計１０では、その計測した振動の時系列データをＦＦＴアナライザ１１に送信する。ＦＦＴアナライザ１１では、振動の時系列データを高速フーリエ変換し、周波数スペクトルを取得する（Ｓ１３：周波数分析工程）。演算装置１２では、この周波数スペクトルから、盛土の固有振動数を示すピーク周波数を抽出する（Ｓ１４）。表示装置１３では、この抽出されたピーク周波数を表示する（Ｓ１５：表示工程）。

管理者は、この表示装置１３に表示されたピーク周波数から締固め度が目標値に達したか否かを判定する（Ｓ１６）。Ｓ１６にて目標値に達していないと判定した場合、転圧作業中の締固め対象区域Ｂでの転圧作業が継続される（Ｓ１７）。一方、Ｓ１６にて目標値に達したと判定した場合、転圧作業中の締固め対象区域Ｂでの転圧作業終了となる（Ｓ１８）。この際、管理者から振動ローラ３の運転者に対して、転圧作業終了を知らせる指示がなされる。この指示は、例えば、管理者による身振りでもよいし、通信でもよい。転圧作業終了となると、造成エリアＡ内の次の締固め対象区域Ｂに対する転圧作業が開始される。

この締固め管理システム１及びこの締固め管理システム１を用いた締固め管理方法によれば、盛土の転圧面Ｃでの振動を振動計１０で直接計測しているので、盛土の締固め状態を高精度に把握することができる。また、締固め管理システム１及び締固め管理方法によれば、盛土の締固めの程度に応じて地盤の固有振動数が変化することに着目し、異なる転圧回数での複数の周波数スペクトル間で変化するピーク周波数（地盤の固有振動数を示すピーク周波数）を用いることにより、盛土の締固め度を高精度に取得できる。これにより、締固め管理システム１及び締固め管理方法では、盛土の締固め度が目標値に達したか否かを高精度に判断できるので、締固め管理の精度を向上さることができ、締固め管理の信頼性も向上させることができる。

また、締固め管理システム１及び締固め管理方法によれば、１個の振動計１０のみで締固め管理を行うことできる。また、締固め管理システム１及び締固め管理方法によれば、抽出したピーク周波数の情報を表示装置１３に表示することにより、管理者が表示された情報を確認することで、締固め状態（締固め度）を判断できる。また、締固め管理システム１及び締固め管理方法によれば、振動ローラ３のローラ３ａによる振動の周波数スペクトルを予め取得しておくことにより、周波数スペクトルに含まれる振動ローラ３による周波数成分を除去できるので、周波数スペクトルに含まれるピーク周波数を容易に判別できる。

なお、この締固め管理方法は、振動計１０を転圧面Ｃに設置するだけの簡単な方法であるので、従来の水置換法、砂置換法、ラジオアイソトープ法のように転圧作業を所定時間中断する必要がなく、盛土に試験孔や線源棒を設けるなどの手間を要しない。また、この締固め管理方法は、盛土の転圧面Ｃの振動を直接計測するので、計測値は地盤の締固めによる密度や剛性の変化を反映した結果となり、従来の転圧機械での振動を計測する方法よりも地盤の締固め状態を高精度に推定できる。また、この締固め管理方法は、従来の方法のようにピンポイントの計測箇所だけで締固め状態を把握するのではなく、加振箇所から盛土内を伝播してくる振動の波を計測するので、盛土の広域での締固め状態を把握できる。

図６を参照して、第２実施形態に係る締固め管理システム２について説明する。図６は、第２実施形態に係る締固め管理システム２の概略構成図である。

締固め管理システム２は、第１実施形態に係る締固め管理システム１と比較すると、２個の振動計を用いてピーク周波数を抽出する点が異なる。締固め管理システム２は、第１振動計２０と、第２振動計２１と、ＦＦＴアナライザ２２と、演算装置２３と、表示装置２４とを備えている。第１振動計２０と第２振動計２１とは、締固め対象区域Ｂ内の転圧面Ｃ上の異なる箇所に設置される。ＦＦＴアナライザ２２と演算装置２３と表示装置２４とは、締固め管理システム１と同様に、それぞれ別体で構成されてもよいし、あるいは、一体で構成されてよい。

第１振動計２０、第２振動計２１は、第１実施形態に係る振動計１０と同様の振動計である。第１振動計２０、第２振動計２１は、振動ローラ３が締固め対象区域Ｂ内の転圧面Ｃ上における計測対象箇所Ｐ３、Ｐ４を通過して転圧が１回終了する毎に、管理者によって計測対象箇所Ｐ３，Ｐ４に設置される。第１振動計２０は振動ローラ３から近い側の計測対象箇所に設置され、第２振動計２１は振動ローラ３から遠い側の計測対象箇所に設置される。振動ローラ３は締固め対象区域Ｂ内を往復移動するので、例えば、往路の場合には計測対象箇所Ｐ３に第１振動計２０が設置され、計測対象箇所Ｐ４に第２振動計２１が設置され、復路の場合には振動ローラ３が往路とは逆方向に転圧するので、計測対象箇所Ｐ４に第１振動計２０が設置され、計測対象箇所Ｐ３に第２振動計２１が設置される。計測対象箇所Ｐ３は、締固め対象区域Ｂ内の所定の箇所に設定される。計測対象箇所Ｐ４は、締固め対象区域Ｂ内の計測対象箇所Ｐ３から一定距離Ｌ２離れた箇所に設定される。振動ローラ３は、計測対象箇所Ｐ３，Ｐ４を通過して転圧が１回終了する毎に、所定の箇所に停止され、ローラ３ａを所定時間振動させる。振動ローラ３のローラ３ａの加振箇所と計測対象箇所Ｐ３，Ｐ４との間の距離を一定距離にする必要はないので、振動ローラ３を計測対象箇所Ｐ３，Ｐ４を通過後の任意の箇所で停止させてよい。

図７（ａ）には、第１振動計２０で計測した振動の時系列データの一例を示している。図７（ｂ）には、第２振動計２１で計測した振動の時系列データの一例を示している。この例では、振動が加速度として計測された場合である。第２振動計２１は第１振動計１よりも振動ローラ３の加振箇所から遠い箇所で計測を行うので、第２振動計２１で計測される振動（加速度）は、第１振動計２０で計測される振動（加速度）よりも小さくなっている。

ＦＦＴアナライザ２２は、第１振動計２０、第２振動計２１でそれぞれ計測された振動の時系列データをそれぞれ高速フーリエ変換し、第１周波数スペクトルと第２周波数スペクトルを取得する装置である。ＦＦＴアナライザ２２は、第１振動計２０及び第２振動計２１と通信する機能を有している。ＦＦＴアナライザ２２では、第１振動計２０から振動の時系列データを受信する毎に、その振動の時系列データを高速フーリエ変換し、第１周波数スペクトルを生成する。また、ＦＦＴアナライザ２２では、第２振動計２１から振動の時系列データを受信する毎に、その振動の時系列データを高速フーリエ変換し、第２周波数スペクトルを生成する。

図８には、図７に示す振動（加速度）の時系列データを高速フーリエ変換して得られた周波数スペクトルを示しおり、横軸が周波数（Ｈｚ）であり、縦軸がスペクトル強度（例えば、加速度（ｍ／秒^２））である。図８（ａ）は、図７（ａ）の第１振動計２０の時系列データから得られた第１周波数スペクトル全体を示している。この第１周波数スペクトルＳ２では、５０Ｈｚ辺りから６０Ｈｚ（５５Ｈｚ辺りでピーク）にかけてスペクトル強度が大きく変化している。これは、第１実施形態で説明したように、振動ローラ３の固有振動特性（固有振動数）を示している。図８（ｂ）は、図７（ｂ）の第２振動計２１の時系列データから得られた第２周波数スペクトル全体を示している。この第２周波数スペクトルＳ３でも、振動ローラ３の固有振動特性により、第１周波数スペクトルＳ２と同じ周波数領域においてスペクトル強度が大きく変化している。但し、第２振動計２１は第１振動計１よりも振動ローラ３から遠い箇所で計測を行うので、第２周波数スペクトルＳ３は、第１周波数スペクトルＳ２よりもスペクトル強度が小さくなっている。

図８（ｃ）には、図８（ａ）の第１周波数スペクトルＳ２における振動ローラ３の固有振動特性を示す周波数領域よりも低周波領域（図８（ａ）において破線で囲む領域ＬＦ２）を拡大したものを示している。また、図８（ｄ）には、図８（ｂ）の第２周波数スペクトルＳ３における振動ローラ３の固有振動特性を示す周波数領域よりも低周波領域（図８（ｂ）において破線で囲む領域ＬＦ３）を拡大したものを示している。この低周波領域では、振動ローラ３の固有振動特性によるスペクトル強度の変化に比べて小さいが、スペクトル強度が変化している。これは、第１実施形態で説明したように、地盤の固有振動特性（固有振動数）を示している。図８（ｃ）、（ｄ）に示す例では、５Ｈｚから１０数Ｈｚ辺りまでスペクトル強度が変化しており、６Ｈｚ辺りが地盤の１次固有振動数を示すピーク周波数Ｆ５，Ｆ６である。但し、第２振動計２１は第１振動計２０よりも振動ローラ３の加振箇所から遠い箇所で計測を行うので、第２周波数スペクトルＳ３のピーク周波数Ｆ６は第１周波数スペクトルＳ２のピーク周波数Ｆ５よりも僅かに低周波側となる。

上記したように、振動ローラ３の固有振動特性（固有振動数）は、第１振動計２０の第１周波数スペクトルと第２振動計２１の第２周波数スペクトルとにおいて同じ周波数領域に現れる。これを利用して、第１周波数スペクトルと第２周波数スペクトルとを比較することで振動ローラ３の固有振動特性の周波数成分を抑えて、地盤の固有振動特性の周波数成分（特に、１次のピーク周波数）を判別し易くできる。この比較方法としては、例えば、第２周波数スペクトルを第１周波数スペクトルで除算してスペクトル比を得る方法がある。

図９には、図８（ｂ）に示す第２周波数スペクトルＳ３を図８（ａ）に示す第１周波数スペクトルＳ２で除算したスペクトル比Ｓ４を示しており、横軸が周波数（Ｈｚ）であり、縦軸がスペクトル強度の強度比である。このスペクトル比Ｓ４では、地盤の１次固有振動数を示す６Ｈｚ辺りの強度比が大きくなっており、ピーク周波数が顕著に現れる。これは、第２周波数スペクトルＳ３のピーク周波数Ｆ６が第１周波数スペクトルＳ２のピーク周波数Ｆ５よりも僅かに低周波側にずれているので、強度比が大きくなる。また、スペクトル比Ｓ４では、振動ローラ３の固有振動特性を示す周波数領域の５０Ｈｚ辺りから６０Ｈｚにかけて強度比が小さくなっている。これは、第２周波数スペクトルＳ３を第１周波数スペクトルＳ２で除算したことで、スペクトル強度が打ち消し合われ、強度比が小さくなっている。このように、スペクトル比Ｓ４とすることにより、地盤の１次固有振動数を示すピーク周波数を非常に判別し易くなる。

図１０には、各締固め度でのスペクトル比におけるピーク周波数（盛土の１次固有振動数）の変化の一例を示しており、横軸が周波数であり、縦軸が強度比である。この例では、ある盛土において、締固め度が７０％の場合にはピーク周波数Ｆ７となり、締固め度が８０％の場合にはピーク周波数Ｆ８となり、締固め度が９０％の場合にはピーク周波数Ｆ９となる。この例の場合、締固め度の目標値を９０％とした場合、ピーク周波数Ｆ９となった時点で転圧を終了させる。

演算装置２３は、ＦＦＴアナライザ２２の第１周波数スペクトルと第２周波数スペクトルからスペクトル比を演算する装置である。演算装置２３は、ＦＦＴアナライザ２２から第１周波数スペクトルと第２周波数スペクトルを入力する毎に、第２周波数スペクトルを第１周波数スペクトルで除算してスペクトル比を取得する。この除算方法としては、周波数毎に第２周波数スペクトルでのスペクトル強度を第１周波数スペクトルでのスペクトル強度で除算し、周波数毎の強度比を得る。演算装置２３では、このスペクトル比を示す画像データを生成する。なお、演算装置２３では、このスペクトル比から盛土の固有振動特性を示す１次のピーク周波数を抽出してもよい。

表示装置２４は、第１実施形態の表示装置１３と同様に、演算装置２３で生成した画像を表示する表示装置である。表示装置２４に表示される画像は、最新の転圧回数でのスペクトル比のみを示す画像でもよいし、あるいは、各転圧回数でのスペクトル比を全て示す画像でもよい。さらに、この画像には、締固め度の目標値に相当する周波数を示してもよい。表示装置２４には、例えば、図１０に示すような各転圧回数でのピーク周波数周辺のスペクトル比が複数表示される。

以上の構成の締固め管理システム２を用いた締固め管理方法を図１１のフローチャートに沿って説明する。図１１は、第２実施形態に係る締固め管理方法の流れを示すフローチャートである。第１実施形態と同様に、振動ローラ３による転圧作業が造成エリアＡ内の任意の締固め対象区域Ｂで開始され、振動ローラ３はローラ３ａを振動させながら締固め対象区域Ｂ内を往復する。盛土工事の管理者は、締固め対象区域Ｂ内に設定される計測対象箇所Ｐ３，Ｐ４付近で待機している。

管理者は、振動ローラ３が締固め対象区域Ｂ内の２つの計測対象箇所Ｐ３，Ｐ４を通過したか否かを判定することで、１回の転圧が終了したか否かを判定する、（Ｓ２０）。管理者は、Ｓ２０にて１回の転圧が終了したと判定するまで待機する。管理者は、Ｓ２０にて１回の転圧が終了したと判定すると、第１振動計２０を計測対象箇所Ｐ３，Ｐ４のうちの振動ローラ３から近い側の第１計測対象箇所に設置し、第２振動計２１を計測対象箇所Ｐ３，Ｐ４のうちの振動ローラ３から遠い側の第２計測対象箇所に設置する。振動ローラ３は、計測対象箇所Ｐ３，Ｐ４を通過すると、運転者の運転操作により、所定の加振箇所で停止する（Ｓ２１）。そして、振動ローラ３は、停止状態で、ローラ３ａを所定時間振動させる（Ｓ２１）。

このローラ３ａの加振中、第１振動計２０では、加振箇所から盛土（地盤）を通って転圧面Ｃの第１計測対象箇所に伝播される振動を計測する（Ｓ２２：振動計測工程）。第１振動計２０では、その計測した振動の時系列データをＦＦＴアナライザ２２に送信する。第２振動計２１では、加振箇所から盛土を通って転圧面Ｃの第２計測対象箇所に伝播される振動を計測する（Ｓ２３：振動計測工程）。第２振動計２１では、その計測した振動の時系列データをＦＦＴアナライザ２２に送信する。ＦＦＴアナライザ２２では、第１計測対象箇所での振動の時系列データを高速フーリエ変換し、第１周波数スペクトルを取得する（Ｓ２４：周波数分析工程）。ＦＦＴアナライザ２２では、第２計測対象箇所での振動の時系列データを高速フーリエ変換し、第２周波数スペクトルを取得する（Ｓ２５：周波数分析工程）。演算装置２３では、この第１周波数スペクトルと第２周波数スペクトルとのスペクトル比を演算する（Ｓ２６）。表示装置２４では、このスペクトル比を表示する（Ｓ２７:表示工程）。

管理者は、この表示装置２４に表示されたスペクトル比から盛土の固有振動数を示すピーク周波数を抽出する（Ｓ２８）。そして、管理者は、ピーク周波数から締固め度が目標値に達したか否かを判定する（Ｓ２９）。Ｓ２９にて目標値に達していないと判定した場合、転圧作業中の締固め対象区域Ｂでの転圧作業が継続される（Ｓ３０）。一方、Ｓ２９にて目標値に達したと判定した場合、転圧作業中の締固め対象区域Ｂでの転圧作業終了となる（Ｓ３１）。この際、管理者から振動ローラ３の運転者に対して、転圧作業終了を知らせる指示がなされる。転圧作業終了となると、造成エリアＡ内の次の締固め対象区域Ｂに対する転圧作業が開始される。

この締固め管理システム２及びこの締固め管理システム２を用いた締固め管理方法によれば、第１実施形態と同様に、締固め管理の精度を向上さることができ、締固め管理の信頼性も向上させることができる。特に、締固め管理システム２及びこの締固め管理システム２を用いた締固め管理方法によれば、盛土の転圧面Ｃにおける異なる２つの計測対象箇所で振動を計測し、２つの周波数スペクトルからスペクトル比を得ることにより、盛土の固有振動特性（固有振動数）を示すピーク周波数を容易に判別できる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態に限定されることなく様々な形態で実施される。

例えば、上記実施形態では振動源が振動ローラのローラと起振装置であったが、振動源として特にこれに限定されず、例えば、振動ローラの走行用のエンジンでもよく、振動ローラを停止状態でエンジンを稼動させて振動を発生させる。また、上記実施形態ではローラを振動させながら転圧する振動転圧の振動ローラを適用したが、振動させないで転圧する転圧機械にも適用可能である。振動ローラ以外の転圧機械としては、例えば、ロードローラ、タイヤローラ、ランマ、タンパに適用可能である。

上記実施形態では表示装置にピーク周波数を示す画像やスペクトル比を示す画像を表示して、管理者が表示装置に表示される情報を見て締固め度が目標値に達したかを判断する構成としたが、演算装置においてピーク周波数を用いて締固め度が目標値に達したか否かを判定し、その判定結果を表示装置に表示する構成としてもよい。

上記実施形態では工事の管理者側に表示装置が設けられ、管理者が表示装置に表示される情報を見て締固め度が目標値に達したか否かを判断する構成としたが、表示装置を振動ローラに搭載し、運転者が表示装置に表示される情報を見て締固め度が目標値に達したか否かを判断する構成としてもよい。この場合、演算装置からピーク周波数を示す画像やスペクトル比を示す画像などを、振動ローラに無線通信などで送信するようにするとよい。

また、上記実施形態では振動計が設置される計測対象箇所を振動ローラが転圧作業中の締固め対象区域内に設定する構成としたが、計測対象箇所を転圧作業が終了した締固め対象区域内（転圧作業中の振動ローラの側方）に設定してもよい。例えば、振動ローラでは締固め対象区域内を予め決められた転圧回数で転圧作業を行い、転圧作業終了後に締固め対象区域内の締固め状態を確認するために、転圧作業終了後の締固め対象区域内に振動計を設置して、締固め度を判定する。また、上記実施形態では１回の転圧毎に振動計で計測し、締固め度を確認する構成としたが、所定回数の転圧毎に振動計で計測し、締固め度を確認する構成としてもよいし、一定回数の転圧が完了した後に振動計で計測し、締固め度を確認する構成としてもよい。

１，２…締固め管理システム、３…振動ローラ、３ａ…ローラ、３ｂ…起振装置、１０…振動計（振動計測手段）、１１，２２…ＦＦＴアナライザ（周波数分析手段）、１２，２３…演算装置、１３，２４…表示装置、２０…第１振動計（振動計測手段）、２１…第２振動計（振動計測手段）。

Claims (6)

1. 振動源を備える転圧機械の転圧による締固め状態を管理する締固め管理方法であって、
   前記転圧機械の前記振動源で振動発生中に転圧面における所定の箇所での振動を計測する振動計測工程と、
   前記振動計測工程で計測された振動の時系列データを周波数分析し、周波数スペクトルを取得する周波数分析工程と、
   を含み、
   異なる転圧回数において前記周波数分析工程でそれぞれ取得された複数の周波数スペクトル間で変化するピーク周波数を用いて前記締固め状態を管理する、締固め管理方法。
2. 前記振動源の振動の周波数スペクトルを用いて、前記周波数分析工程で取得した周波数スペクトルから前記振動源の振動の周波数成分を除去する、請求項１に記載の締固め管理方法。
3. 前記振動計測工程では、前記転圧面における２箇所での振動をそれぞれ計測し、
   前記周波数分析工程では、前記振動計測工程で計測された２箇所での各振動の時系列データをそれぞれ周波数分析し、２つの周波数スペクトルを取得し、
   前記周波数分析工程で取得した前記２つの周波数スペクトルを比較する、請求項１に記載の締固め管理方法。
4. 前記周波数分析工程で取得した周波数スペクトル又は／及び前記周波数分析工程で取得した周波数スペクトルから得られる情報を表示する表示工程を含む、請求項１〜請求項３の何れか一項に記載の締固め管理方法。
5. 前記ピーク周波数が高いほど締固め度が高いと判定する、請求項１〜請求項４の何れか一項に記載の締固め管理方法。
6. 振動源を備える転圧機械の転圧による締固め状態を管理する締固め管理システムであって、
   前記転圧機械の前記振動源で振動発生中に転圧面における所定の箇所での振動を計測する振動計測手段と、
   前記振動計測手段で計測された振動の時系列データを周波数分析し、周波数スペクトルを取得する周波数分析手段と、
   を備え、
   異なる転圧回数において前記周波数分析手段でそれぞれ取得された複数の周波数スペクトル間で変化するピーク周波数を用いて前記締固め状態を管理する、締固め管理システム。

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