JP6535861B2 - 杭打設管理システム - Google Patents

Description

本発明は、バイブロハンマによる杭の打設中に得た計測データを基にリアルタイムで杭の支持力管理等の打設管理を行う杭打設管理システムに関する。

バイブロハンマによる杭打設工法では、杭の打設前に予め杭を打ち込む地点の土質調査を行い、土層の深度方向の各層毎の地盤条件を基に杭の設計支持力を算出している。また、杭の打設中には、杭の深度管理及び支持力管理が行われている。打設中の管理システムとしては、レーザー変位計を利用したもの（特許文献１）やトータルステーション（特許文献２）を利用したものが知られている。貫入深度及び貫入速度（変位速度）と、電動式モータや油圧式モータの消費出力とを計測し、これらに基づいて杭の支持力を算出し、打止め時点を判定する。さらに、ジェット併用バイブロハンマ工法では、ジェット噴射の停止並びに流動性固化材噴射の開始及び停止の時点を判定する。

杭の打設前及び打設中の双方において、杭の支持力の算出には、動的支持力管理式（詳細は後述）が用いられている。動的支持力管理式は、杭の支持力を複数のパラメータを基に算出する式である。複数のパラメータとして、消費出力、杭の貫入速度（変位速度）、地盤のＮ値、杭長等を含む。

杭の打設前における支持力算出では、各パラメータの数値は、予め計測した地盤データの数値や設計値としての定数が用いられる。その場合、振幅は、バイブロハンマの偏心モーメントとバイブロハンマ及び杭の総質量の各定数を用いて計算され、周波数は規定振動数値に基づく目安値が用いられる。

杭の打設中における支持力算出では、杭の貫入速度（貫入深度の時間軸計測値から算出）とモータの消費出力については、打設の進行に合わせて連続的に又は必要な時点で計測した計測値を用いることができる。

特開２００４−２７０１５７号公報 特開２０１１−２０２４５０号公報

しかしながら、バイブロハンマの（すなわち杭の）振動の振幅と周波数については、それらを貫入深度及び消費出力と同時に任意の時点で計測することは困難であった。一般的にはバイブロハンマに加速度センサを取り付けて計測するが、加速度センサ及びその信号線が振動によって損傷し易いという問題がある。その他の計測法としては、振動部分に貼着した紙に鉛筆で線を引いて振幅を計測したり、同調振動計により作業者の手を介在させて振動数を計測したりするマニュアル的な方法のみが行われている。これらの方法の場合、バイブロハンマと杭の近傍でなければ計測データを得られず、杭から離れた箇所に設置した制御装置にリアルタイムで計測データを送ることは困難である。

このような現状から、従来、杭の打設中の支持力管理については、打設前に算出したものをそのまま用いるか、あるいは、打設中に改めて支持力を算出する場合にも振幅と周波数については打設前の支持力算出と同じく設計値を用いて行っていた。打設中にリアルタイムで支持力管理を行うと謳っているシステムでも、実際にリアルタイムで計測しているパラメータは、貫入深度と消費出力のみである。

従って、従来の打設中の支持力算出においては、貫入深度及び消費出力の計測値に同期した振幅及び周波数の計測値を用いることはできなかった。また、打設中にバイブロハンマの振動エネルギーが不足した場合に、振動エネルギーを直ちにかつ的確に回復させるべくバイブロハンマを制御するような打設制御も不可能であった。

同様に、振幅及び／又は周波数を用いて算出される打設中の振動加速度、起振力、力積、動周面抵抗力、動先端抵抗力、偏心モーメントについても、従来は、貫入深度及び消費出力の計測値に同期した振幅及び／又は周波数の計測値を用いることはできなかった。

上記の現状に鑑み、本発明は、バイブロハンマによる杭打設管理システムにおいて、打設中のバイブロハンマの振動の振幅及び／又は周波数を連続的に又は必要に応じて随時計測可能とし、リアルタイムで的確な杭の支持力管理と打設制御（以下では、支持力管理と打設制御を打設管理と総称する）を行うことを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明は、以下の構成を提供する。括弧内の数字は、後述する図面の符号であり、参考のために付する。

・ 本発明の態様は、バイブロハンマによる杭の打設を管理するための杭打設管理システムにおいて、
打設中のバイブロハンマの振動の振幅を連続的に又は随時計測可能な振幅計測装置と、
打設中のバイブロハンマの振動の周波数を連続的に又は随時計測可能な周波数計測装置と、を有し、
杭の打設中に前記振幅計測装置及び前記周波数計測装置により計測された振幅及び周波数に基づいて杭の打設管理を行うことを特徴とする。
・ 上記態様において、前記計測された振幅及び周波数に基づいて、杭の動周面抵抗力及び／又は杭の動先端抵抗力を算出し、算出された値に基づいて前記打設管理を行うことを特徴とする。この場合、杭の動周面抵抗力及びバイブロハンマの起振力を算出し、算出された前記動周面抵抗力が、算出された前記起振力より大きい場合は、打設中のバイブロハンマの振動の振幅を大きくするように制御することによって杭の打設管理を行う。あるいは、杭の動先端抵抗力を算出し、算出された前記動先端抵抗力が、バイブロハンマ全装備質量と杭質量の和を力に換算した値より大きい場合は、打設中のバイブロハンマの振動の周波数を大きくするように制御することによって杭の打設管理を行う。
・ 上記態様において、前記計測された振幅及び周波数に基づいて、バイブロハンマの振動角速度、振動加速度、力積及び／又はこれらを基に導出される所定の値を算出することを特徴とする。
・ 上記態様において、前記振幅計測装置が、バイブロハンマの振動部又は杭に貼付され所定の図形が描かれた振幅計測シート（41）と、杭の打設中に前記振幅計測シート（41）の動画像を撮影するべく前記杭から離れて設置されたカメラ（40）と、を有し、
撮影された前記動画像における振動による前記図形のぶれの大きさに基づいて前記振幅を取得することを特徴とする。
・ 上記態様において、前記カメラ（40）が、杭の打設中に前記振幅計測シート（41）を指向し続けるように自動追尾装置（43）に固定されていることを特徴とする。
・ 上記態様において、前記周波数計測装置が、前記杭から離れて設置された騒音計（50）を有し、
前記騒音計（50）により取得された音波波形をＦＦＴ解析することにより前記周波数を取得することを特徴とする。
・ 上記態様において、前記騒音計（50）が、杭の打設中にバイブロハンマを指向し続けるように自動追尾装置（53）に固定されていることを特徴とする。
・ 上記態様において、前記周波数計測装置が、前記杭の近傍の地表に設置された地盤振動計であることを特徴とする。
・ 上記態様において、打設中の杭の貫入深度を計測するべくバイブロハンマの非振動部に取付けられたプリズム（31）と、前記プリズム（31）をターゲットとする自動追尾式のトータルステーション（30）と、をさらに有し、
杭の打設中に前記トータルステーション（30）により計測された貫入深度に基づいて前記打設管理を行うことを特徴とする。
・ 上記態様において、ジェット併用バイブロハンマ工法に適用される場合、ウォータージェット及び／又は流動性固化材の噴射の開始と終了の時点、流動性固化材の噴射の総量及び各貫入深度における噴射量を制御することにより前記打設管理を行うことを特徴とする。
・ 上記態様において、杭の打設中に前記振幅、前記周波数及び前記貫入深度が同期して計測されることを特徴とする。
・ 上記態様において、打設中のバイブロハンマの消費出力を計測する消費出力計測装置をさらに有し、
杭の打設中に前記振幅、前記周波数及び前記消費出力が同期して計測されることを特徴とする。
・ 上記態様において、バイブロハンマが偏心モーメント可変及び／又は振動数可変である場合、バイブロハンマの偏心モーメント及び／又は振動数を変更することにより前記打設管理を行うことを特徴とする。
・ 上記態様において、前記カメラ（40）と前記騒音計（50）が前記プリズムをターゲットとする自動追尾式のトータルステーションに固定されていることを特徴とする。
・ 上記態様において、前記騒音計（50）により計測された騒音値が、所定の騒音規制値を超える場合には、バイブロハンマの振幅及び／又は振動数を変更することにより振動エネルギーを調整して騒音を抑制することを特徴とする。
・ 上記態様において、前記地盤振動計により計測された地盤振動の周波数及び／又は振幅により算出された地盤振動の大きさが、所定の振動規制値を超える場合には、バイブロハンマの振幅及び／又は振動数を変更することにより振動エネルギーを調整して地盤振動を抑制することを特徴とする。

本発明の杭打設管理システムによれば、杭の打設中の振動の振幅と周波数（角速度）を連続的に又は随時計測することにより、リアルタイムに的確な打設管理を行うことが可能となる。また、地盤の振動数又は振動加速度と、騒音値とを常時把握して、振動規制値及び騒音規制値を超えないようにリアルタイムに適切な打設管理を行うことが可能となる。

図１は、杭打設管理システムをバイブロハンマ単独による杭打設工法に適用した一実施例を概略的かつ模式的に示した構成図である。 図２は、杭打設管理システムをジェット併用バイブロハンマ工法に適用した一実施例を概略的かつ模式的に示した構成図である。 図３は、杭打設管理システムをジェット併用バイブロハンマ工法に適用した別の実施例を概略的かつ模式的に示した構成図である。 図４（ａ）は、図１及び図２のシステム構成中に示した振幅計測シートの一例を示す図であり、（ｂ）はこれを用いた計測原理を説明する図である。 図５は、本発明の杭打設管理システムによる、杭打設中のデータ計測及びデータ処理の流れの一例を概略的にまとめたものである。 図６は、本発明の杭打設管理システムによる、杭打設中のデータ計測及びデータ処理の流れの別の例を概略的にまとめたものである。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。本発明は、バイブロハンマによる杭の打設を管理するための杭打設管理システムに係るものである。本発明は、いずれのバイブロハンマ工法にも適用可能であり、例えば、バイブロハンマ単独による杭の打設工法又はジェット併用バイブロハンマ工法に対して好適に適用される。

本発明における杭には、バイブロハンマ工法を適用されるいずれの杭も含まれ、例えば鋼管杭、鋼管矢板、鋼矢板、Ｈ形鋼杭等である。以下では、本発明による杭打設管理システムを杭の打込みに適用した例として説明するが、杭の引抜きにも適用可能であり、「杭の打設」には杭の引抜きも含まれるものとする。また、杭の打込み及び引抜きの方向は、鉛直方向であっても鉛直に対して傾斜した方向であってもよい。

図１は、杭打設管理システムをバイブロハンマ単独による杭打設工法に適用した一実施例を概略的かつ模式的に示した構成図である。

バイブロハンマ１は、起振機１１と、杭２を把持するチャック装置１２と、起振機１を吊り下げる緩衝装置１３とを有し、緩衝装置１３はクレーンフック７（クレーンは図示せず）により吊り下げられる。起振機１１は、動力装置６０により駆動される。図示の電動式バイブロハンマの場合、動力装置６０は電動式モータであり、電動式モータを駆動する電流及び電圧を計測する電流計及び電圧計６１を備える。本例では、電流計及び電圧計６１による計測データは、送信器６２により無線送信することができる。油圧式バイブロハンマの場合は、動力装置６０は油圧式モータであり、モータ圧力を計測する油圧ユニットを備える。

杭２の貫入深度を計測する計測装置として、トータルステーション３０が、杭２から離れた位置に設置されている。杭２とトータルステーション３０の間の距離は任意であり、例えば、杭２が海域に、トータルステーション３０が陸地にあってもよい。比較的近い距離の場合は、杭打設時の振動の影響がトータルステーション３０に及ばないように設置する。

トータルステーション３０のターゲットであるプリズム３１は、好適には全方位プリズムである。プリズム３１は、障害物が介在しないようにバイブロハンマ１の上部の緩衝装置１３に取り付けられることが好ましい。トータルステーション３０は、プリズム３１を
自動的に追尾する機能（自動追尾機能）とプリズム３１までの直線距離と仰角を測定する機能（測距・測角度機能）を有し、杭２の打設中にプリズム３１を指向し続けることにより、杭２の貫入深度を計測する。時間軸において連続的又は随時計測が可能である。計測データは送信器３２により無線送信することができる。

さらに、バイブロハンマの振動の振幅を計測する振幅計測装置の一例として、カメラ４０が、杭２から離れた位置に設置されている。杭２とカメラ４０の間の距離の設定については、上述したトータルステーション３０と同様である。

カメラ４０は、好適にはＣＣＤカメラであり動画像を撮影可能である。カメラ４０のターゲットである振幅計測シート４１は、バイブロハンマ１の振動部である起振機１１、チャック装置１２又は杭２に貼着されている。振幅計測シート４１は、バイブロハンマ１の振動の振幅を計測するためのものであり、表面に所定の図形が描かれている（詳細は図４で説明する）。カメラ４０は、杭の打設中に振幅計測シート４１の動画像を撮影する。撮影された動画像データは送信器４２により無線送信することができる。

カメラ４０は、プリズム３１を自動的に追尾する自動追尾装置４３に固定されている。これにより、杭２の打設中にカメラ４０が振幅計測シート４１を指向し続けることができる。好適には、自動追尾装置４３として、トータルステーション３０とは別に第２のトータルステーションを利用する。その場合、トータルステーションの測距・測角度機能は使用せず、自動追尾機能のみを使用することになる。

さらに、バイブロハンマの振動の周波数を計測する周波数計測装置の一例として、騒音計５０が、杭２から離れた位置に設置されている。杭２と騒音計５０の間の距離の設定についても、上述したトータルステーション３０と同様である。加えて、バイブロハンマ以外の動力装置等の暗騒音の影響が及ばないように設定する。

騒音計５０は、杭２の打設中にバイブロハンマ１の発生音の音波５１を受信して電気信号に変換する。計測した音波波形データは送信器５２により無線送信することができる。音波波形データは、その後ＦＦＴ（高速フーリエ変換）解析されることで周波数が得られる。

騒音計５０は、プリズム３１を自動的に追尾する自動追尾装置５３に固定されている。これにより、騒音計５０が杭２の打設中にバイブロハンマ１を指向し続けることができる。好適には、自動追尾装置５３として、トータルステーション３０及び上記第２のトータルステーションとは別に第３のトータルステーションを利用する。その場合、トータルステーションの測距・測角度機能は使用せず、自動追尾機能のみを使用することになる。

周波数計測装置の別の例として、図示しないが、杭２の近傍の地表に地盤振動計を設置し、地盤振動数を計測してもよい。計測された地盤振動数は、バイブロハンマの振動の周波数と一致しており、これをバイブロハンマの振動の周波数の計測データとする。

トータルステーション３０、カメラ４０及び騒音計５０は、いずれもリアルタイムで計測値又は動画像を得ることが可能である。従って、杭２の打設中、時間軸において連続的に又は随時、計測又は撮影を行うことができる。また、これらにより得られた計測データ及び動画像データは、直ちに送信器３２、４２、５２により無線送信することができる。

制御装置８は、適宜の場所に設置されている。制御装置８は、主な機能として例えば、受信部８１、演算部８２、操作部８３、送信部８４を有する。図１では、制御装置８を一つの装置として示しているが、必要に応じて各機能（又は各機能の一部）を分離したり別の場所に配置したりしてもよい。

受信部８１は、トータルステーション３０、カメラ４０、騒音計５０及び動力装置６０の各送信器から無線送信される各データを受信することができる。本システムでは、データを無線送受信することが好適であるが、本発明はデータを有線送受信することを除外するものではない。制御装置８は、杭打設中、互いに同期した複数のデータ、すなわち杭の貫入深度データ、振幅計測シートの動画像データ、音波波形データ及び電流・電圧（油圧・流量）計測データを取得できる。

データ処理部８２は、受信部８１が取得した各データの処理すなわち演算、判定、記憶等を行う。データ処理部８２は、通常、パーソナルコンピュータ等のコンピュータで構成される。

データ処理部８２は、例えば以下のような演算を行う（詳細は図５、図６で説明する）。
トータルステーション３０から連続的に受信した杭の貫入深度データに基づいて、時間当たりの貫入深度の変化から貫入速度（変位速度）を算出する。
カメラ４０から取得した振幅計測シート４１の動画像データに基づいて、動画像における振幅計測シート４１に描かれた所定の図形の振動によるぶれの大きさから振動の振幅を読み取り、取得する（詳細は図４で説明する）。
騒音計５０から取得した音波波形データに対してＦＦＴ（高速フーリエ変換）解析を行うことにより、バイブロハンマの振動の周波数を取得し角速度を算出する。（なお、騒音計５０からは同時に騒音値も得られる。地盤振動計から周波数を取得する場合、同時に地盤振動の振幅も得られ、地盤振動の大きさを算出できる。）
動力装置６０から取得した計測データから消費出力を算出する。電動式モータの場合、電流値・電圧値データから電力出力を算出する。油圧式モータの場合、油圧値・流量値データから油圧出力を算出する。

データ処理部８２は、算出したパラメータを基に、更なる別のパラメータを算出し、それらに基づいて杭の打設状況を把握するとともに、騒音計を用いる場合は騒音状況も、地盤振動計を用いる場合は地盤振動状況も把握し、現在のバイブロハンマの駆動条件を変更すべきか否かを判定する。変更すべき場合はその変更内容を決定し、操作部８３に指示を送る。

操作部８３は、データ処理部８２による指示に基づいてバイブロハンマの駆動条件を変更する操作を行う。例えば、図１のバイブロハンマ単独の杭打設においては、データ処理部８２が、計画された杭の打止め時点を判定して杭の打止め時の支持力を算出し、操作部８３がバイブロハンマによる打込みを終了させるようにバイブロハンマ１の動力装置６０を制御する。なお、操作部８３による制御は、自動制御でもよく、作業者の手動操作による制御でもよい。また、操作部８３による制御は、有線又は無線の信号ラインを介して行われてもよい。

本発明では、各計測データを同期して連続的に又は随時得ることができ、それらに基づいてリアルタイムに判定及び制御を行うことで、的確な杭の打設管理を行うことができる。特に、振幅と周波数を、貫入深度や消費出力と同期して計測可能とした点が有用である。従来は、特に振幅と周波数については、杭打設中に連続的に又は随時得ることが困難であったため、杭打設中も設計値を用いて演算を行っていたので、杭打設管理における正確さが不十分であった。好適にはさらに、低騒音及び低振動とする管理も行うことができる。

送信部８４は、例えば、クレーン等のオペレータ装置９にデータ処理部８２による処理結果を無線送信する。受信部９１で受信した処理結果は、表示部９２に表示される。オペレータは、これにより杭打設状況をリアルタイムで知ることができる。

図２は、杭打設管理システムをジェット併用バイブロハンマ工法に適用した一実施例を概略的かつ模式的に示した構成図である。図１と同じ又は類似の構成要素については、同じ符号を付している。図２については、主として図１とは異なる部分のみ説明する。

ジェット併用バイブロハンマ工法では、杭２に複数の導水管２１が取り付けられている。地表には、動力装置６０の他に、ウォータージェットと流動性固化材を送出する装置（実際は別個の装置）７０が設置されている。杭２の打設は例えば次のように行う。バイブロハンマ１を駆動するとともに導水管２１の先端からウォータージェットを噴射し、杭を支持層に打ち込む。その後、ウォータージェットをセメントミルク等の流動性固化材に切替え、杭２から切り離した導水管２１を引き上げながら該導水管２１の先端から流動性固化材を噴射することにより、根固めと杭周面の強化を行う。別の例として、導水管２１を杭から切り離さずに、所定の深度で流動性固化剤を噴射して根固めと杭周面の強化を行う場合もある。

図２において、杭打設管理システムの各計測装置の構成については、図１に示した構成と同じである。ジェット併用工法においては、制御装置８における制御内容が、バイブロハンマ単独工法における制御内容にさらに追加される。

制御装置８のデータ処理部８２は、計測データを基に演算により取得したパラメータに基づいて、ウォータージェット及び／又は流動性固化材の噴射の開始と終了の時点、流動性固化材の噴射の総量及び各貫入深度における噴射量を判定し、それにより操作部８３に指示を送る。操作部８３は、指示に従ってバイブロハンマ１の動力装置６０及びウォータージェット／流動性固化材の送出装置７０を制御する。

図３は、杭打設管理システムをジェット併用バイブロハンマ工法に適用した別の実施例を概略的かつ模式的に示した構成図である。図１及び図２と同じ又は類似の構成要素については、同じ符号を付している。

図３の実施例において、図１及び図２の実施例と異なる点は、カメラ４０と騒音計５０が、プリズム３１を追尾するトータルステーション３０上に固定されている点である。固定手段は、例えば取付けフレームや留め具の組合せであり任意である。一般的に、プリズム３１と振幅計測シート４１の各々の取付け位置は、それらからトータルステーション３０までの距離に比べれば極めて近傍に位置するので、１つのトータルステーションで双方を追尾することが可能である。より正確に振幅計測シート４１を指向するために、指向角度を微調整できる様にカメラ４０を据え付けてもよい。騒音計５０については問題なく計測できる。この構成では、トータルステーション３０が１つでよいので、システムを簡略化できる。

図４（ａ）は、図１及び図２のシステム構成中に示した振幅計測シートの一例を示す図であり、（ｂ）はこれを用いた計測原理を説明する図である。

図４（ａ）に示すように、振幅計測シート４１は、例えば紙製又は樹脂製の薄いシートであり、表面に所定の図形が描かれている。一例として、図形は、三角形４１ａの各辺を構成する直線と、目盛りとしての等間隔の複数の直線と、目盛りの読み取り数値を示す複数の数字とから構成されている。三角形４１ａの底辺が杭の打込み方向と垂直であり、高さが杭の打込み方向と平行である。

図４（ｂ）に示すように、杭の打設中、振幅計測シート４１は、バイブロハンマ１と一体に振動する。三角形４１ａは、図１及び図２に示したカメラ４０により遠方から撮影され、その動画像が計測データとして記録される。三角形４１ａの動画像は、振動による変位に起因して最上位置での三角形４１ａ’と最下位置での三角形４１ａ”が残像としてぶれて見える。ぶれの大きさは振動の振幅Aに比例しており、三角形４１ａ’の底辺と三角形４１ａ”の斜辺との交点Ｐの頂点Ｏからの距離と比例している。従って、交点Ｐの位置を読み取ることで振動の振幅Aを計測することができる。この振幅Aは実発生振幅の大きさを表し、図示された振幅Aは6.5ｍｍを示す。

従って、目盛りの数字は、その読み取り値がそのまま振幅の数値に一致するように付することが好適である。なお、目盛り及びその数字は、動画像を作業者が目で見て確認する場合は必要であるが、コンピュータに動画像を取り込んでプログラム処理によりＯＰの長さを読み取る場合は、振幅計測シート４１の図形は、三角形４１ａのみ（厳密には底辺と斜辺のみ）でもよい。原理的には所定の角度をなす２本の直線があればよい。

図５は、本発明の杭打設管理システムによる、杭打設中のデータ計測及びデータ処理の流れの一例を概略的にまとめたものである。図６は、特に貫入速度を求める場合の杭打設中のデータ計測及びデータ処理の流れの一例を概略的にまとめたものである。

第１の計測装置は、打設中の杭の貫入深度を計測するためにプリズムとトータルステーションを有し、直接的な計測データとして杭の位置を計測する。杭の位置は、データ処理において貫入深度の計測値として用いられる。

第２の計測装置は、打設中の杭（バイブロハンマ）の振幅を計測するために振幅計測シートとカメラを有し、直接的な計測データとして動画像を撮影する。上述した通り、動画像データから振幅Ａ（単位：ｍｍ）が計測値として読み取られる。

第３の計測装置は、打設中の杭（バイブロハンマ）の周波数を計測するために例えば騒音計を有し、直接的な計測データとして音波波形を計測する。上述した通り、音波波形をＦＦＴ解析することにより周波数ｆ（単位：Ｈｚ）が計測値として得られる。

第４の計測装置は、打設中の杭の消費出力を計測するものであり、図５に示す電動式モータの場合は電流計・電圧計であり直接的な計測データとして電流値・電圧値を計測する。また、図６に示す油圧式モータの場合は油圧ユニットであり直接的な計測データとしてモータ圧力Ｐ（単位：ＭＰａ）を計測する。

このようにして打設中にリアルタイムで得られた計測値を用いて、制御装置のデータ処理部は、以下のような演算を行うことができる。

電動式モータの場合は、電流値・電圧値から電力出力を算出する。油圧式モータの場合は、油圧値・流量値から油圧出力を算出する。これにより消費出力Ｐｗ（単位：ｋＷ）を算出する。

杭の打設中の振幅と周波数の計測値が得られれば、以下の各パラメータを算出できる。

・式１による角速度ω（単位：ｓｅｃ^−１）の算出
ω＝２πｆ （式１）
打設中にバイブロハンマの周波数を計測することによって、バイブロハンマが振動数可変である場合、バイブロハンマの振動数を変更することにより、打設管理を行うことができる。

・式２による図５の変位速度Ｖｖ（単位：ｍ／ｓｅｃ）の算出、図６の貫入速度Ｖ（単位：ｍ／ｓｅｃ）の算出
Ｖｖ＝２・Ａ・ｆ×１０^−３ （式２）
杭の貫入速度Ｖは、通常最終根入れ時１０ｍｍ／ｓｅｃ以下となることを目安とし、１〜１０ｃｍの貫入に要する時間を計測して算定する。

・式３による振動加速度ａ（単位：ｍ／ｓｅｃ^２）の算出
ａ＝Ａ・ω^２×１０^−３ （式３）

・式４による振動加速度ηＧ（重力加速度の倍数）の算出
ηＧ＝ａ／Ｇ （式４）
Ｇ：重力加速度（９．８ｍ／ｓｅｃ^２）

・式５による起振力Ｐｏ（単位：Ｎ）の算出
Ｐｏ＝Ａ・（Ｗｖ＋Ｗｐ）・ω^２×１０^−３ （式５）
Ｗｖ（単位：ｋｇ）：バイブロハンマ（非振動部除く）の振動質量
Ｗｐ（単位：ｋｇ）：杭の質量

・式６による力積Ｉ（単位：ｋｇ・ｓｅｃ）の算出
I＝Ａ・（Ｗｖ＋Ｗｐ）・ω／Ｇ×１０^−３ (式６）

・式７による偏心モーメントＫ（単位：ｋｇ・ｍ）の算出
Ｋ＝Ａ・（Ｗｖ＋Ｗｐ）×１０^−３ （式７）
打設中にバイブロハンマの偏心モーメントを計測することによって、バイブロハンマが偏心モーメント可変である場合、バイブロハンマの偏心モーメントを変更することにより、打設管理を行うことができる。

・式８による杭の極限支持力Ｒ（単位：ｋＮ）の算出
上記で算出された変位速度Ｖｖと消費出力Ｐｗ（単位：ｋＷ）から、動的支持力管理式である式８により杭の極限支持力Ｒを算出できる。
Ｒ＝α・Ｐｗ／Ｖｖ＋Ｎ・Ｕ・Ｌ／ef （式８）
α：先端抵抗に係る補正係数
Ｎ：杭周面地盤の平均Ｎ値
Ｕ（単位：ｍ）：杭の周長
Ｌ（単位：ｍ）：地中に打込まれた杭の長さ
ef：周面抵抗に係る補正係数

・式９による動的極限支持力Ｒｕ（単位：ｋＮ）の算出
バイブロハンマの場合、式８の他にも簡易式として式９等がある。上記で算出された貫入速度Ｖと消費出力Ｐｗから、式９により動的極限支持力Ｒｕ（単位：ｋＮ）を算出できる（一例として、油圧式可変超高周波バイブロハンマＳＲ−４５型（調和工業株式会社製）の場合）。
Ｒｕ＝１０．２・Ｐｗ／（αＶ＋Ｍ） （式９）
Ｐｗ＝Ｐ×δ
V：杭の貫入速度（ｃｍ／sec）
α：速度ロス係数
M：機械能力係数
Ｐ：モータ圧力（ＭＰａ）
δ：圧力変換係数

打設中の計測値である変位速度Ｖｖ又は貫入速度Ｖと消費出力Ｐｗとを用いて杭の極限支持力Ｒ又はＲｕを算出することにより、正確な値が得られる。

さらに式８の第１項は、振動時の動的先端抵抗力を表している。動的先端抵抗力は、杭先端地盤の抵抗力と、杭周辺地盤の粘着力及び摩擦力とを合わせた土の全抵抗力として扱われ、これを振動力により低減させることにより、杭を土中に貫入することが可能となる。動的先端抵抗力は、動周面抵抗力と動先端抵抗力を合わせた抵抗力である。

・式１０による動周面抵抗力Ｔｖ（単位：ｋＮ）の算出
Ｔｖ＝μｉ・Ｕ・ΣＬｉ・ｆｉ （式１０）
μｉ：振動加速度による土質毎の杭の周面抵抗力低減率
μｉ＝δｉ＋（１−δｉ）ｅ^−βηＧ
δｉ：経験的な起振力による土質毎の低減係数
ｅ：自然対数の底
β：杭の周面抵抗力低減係数
Ｕ（単位：ｍ）：鋼管杭及び鋼管矢板の場合は外周長、鋼矢板及びH形鋼杭の
場合は全周長
Ｌｉ（単位：ｍ）：杭の地中への打込み長
ｆｉ（単位：ｋＮ／ｍ^２）：土質毎の杭の周面抵抗力度
式１０のδｉにおける土質は、砂質土、シルト・ローム、粘土に分けられ、それぞれ常数が定められている。βにおける杭は、木杭、コンクリート杭、鋼杭（鋼管杭等）に分けられ、それぞれ常数が定められている。

式１０中、ηＧは式４で算出した動力加速度の倍数であり、すなわちη・Ｇ＝ａ／９．８である。よって、式３の振動加速度ａを用いることにより、打設中の計測値に基づいてＴｖを算出することができる。

杭を貫入するためには、動周面抵抗力が起振力より小さくなければならない。動周面抵抗力の方が大きくなると杭を貫入できなくなる。その場合、例えば起振力を大きくするために、振幅を大きくするように制御を行う。

・式１１による動先端抵抗力Ｒｖ（単位：ｋＮ）の算出
Ｒｖ＝ev・λｉ・Ａｔ （式１１）
ev：バイブロハンマの力積による先端抵抗低減率
ev＝ｅ^−α√Ｉ
α：杭の先端抵抗力低減係数
λｉ（単位：ｋＮ／ｍ^２）：土質毎の杭の先端抵抗力度
λｉ＝σｉ・Ｎmax
σｉ：土質毎の杭の先端抵抗係数
Ｎmax：土質毎の最大Ｎ値
Ａｔ（単位：ｍ^２）：杭の先端純断面積
式１１のαにおける杭は、木杭、コンクリート杭、鋼杭（鋼管杭等）に分けられ、それぞれ常数が定められている。

式１１中、Ｉは力積である。よって式６の力積Ｉを用いることにより、打設中の計測値に基づいてＲｖを算出することができる。

杭を貫入するためには、動先端抵抗力がＷｆより小さくなければならない。Ｗｆ（単位：Ｎ）は、バイブロハンマ全装備質量と杭質量の和を力に換算した値である。動先端抵抗力の方が大きくなると杭を貫入できなくなる。その場合、例えば力積を大きくするために、微調整しつつ周波数を大きくする等の制御を行う。

・その他
騒音計により計測された騒音値が、所定の騒音規制値（例えば敷地境界線において騒音値の規制値８５ｄＢ）を超える場合には、振幅又は振動数を調整することにより、振動エネルギーを調整して騒音を抑制する。

また、地盤振動計により計測された地盤振動の周波数及び／又は振幅により算出された地盤振動の大きさが、所定の振動規制値（例えば敷地境界線において地盤振動の規制値７５ｄＢ）を超える場合には、振幅及び／又は振動数を変更することにより振動エネルギーを調整して地盤振動を抑制する。

なお、上述したデータ処理及び打設管理は一例であり、打設中の振幅と周波数（角速度）を連続的に又は随時計測することにより、リアルタイムに的確な打設管理を行うことが可能となる。

１ バイブロハンマ
１１ 起振機
１２ チャック装置
１３ 緩衝装置
２ 杭
２１ 導水管
７ クレーンフック
８ 制御装置
９ オペレータ
３０ トータルステーション
３１ プリズム
３２ 送信器
４０ カメラ
４１ 振幅計測シート
４２ 送信器
４３ 自動追尾装置
５０ 騒音計
５１ 音波
５２ 送信器
５３ 自動追尾装置
６０ 動力装置
６１ 電流計・電圧計
６３ 送信器
７０ ウォータージェット装置

Claims (10)

1. バイブロハンマによる杭の打設を管理するための杭打設管理システムにおいて、
   打設中のバイブロハンマの振動の振幅を連続的に又は随時計測可能な振幅計測装置と、
   打設中のバイブロハンマの振動の周波数を連続的に又は随時計測可能な周波数計測装置と、を有し、
   杭の打設中に前記振幅計測装置及び前記周波数計測装置により計測された振幅及び周波数に基づいて杭の動周面抵抗力及びバイブロハンマの起振力を算出し、
   算出された前記動周面抵抗力が、算出された前記起振力より大きい場合は、打設中のバイブロハンマの振動の振幅を大きくするように制御することによって杭の打設管理を行うことを特徴とする
   杭打設管理システム。
2. バイブロハンマによる杭の打設を管理するための杭打設管理システムにおいて、
   打設中のバイブロハンマの振動の振幅を連続的に又は随時計測可能な振幅計測装置と、
   打設中のバイブロハンマの振動の周波数を連続的に又は随時計測可能な周波数計測装置と、を有し、
   杭の打設中に前記振幅計測装置及び前記周波数計測装置により計測された振幅及び周波数に基づいて杭の動先端抵抗力を算出し、
   算出された前記動先端抵抗力が、バイブロハンマ全装備質量と杭質量の和を力に換算した値より大きい場合は、打設中のバイブロハンマの振動の周波数を大きくするように制御することによって杭の打設管理を行うことを特徴とする
   杭打設管理システム。
3. 前記計測された振幅及び周波数に基づいて、バイブロハンマの振動角速度、振動加速度、力積及び／又はこれらを基に導出される所定の値を算出することを特徴とする
   請求項１又は２に記載の杭打設管理システム。
4. 前記周波数計測装置が、前記杭の近傍の地表に設置された地盤振動計であり、前記地盤振動計により計測された地盤振動の周波数及び／又は振幅により算出された地盤振動の大きさが、所定の振動規制値を超える場合には、バイブロハンマの振幅及び／又は振動数を変更することにより振動エネルギーを調整して地盤振動を抑制することを特徴とする
   請求項１〜３のいずれかに記載の杭打設管理システム。
5. ジェット併用バイブロハンマ工法に適用される場合、杭の打設中に貫入深度を計測する装置をさらに有し、計測された前記貫入深度に基づいて、ウォータージェット及び／又は流動性固化材の噴射の開始と終了の時点、流動性固化材の噴射の総量及び各前記貫入深度における噴射量を制御することにより前記打設管理を行うことを特徴とする
   請求項１〜４のいずれかに記載の杭打設管理システム。
6. 杭の打設中に前記振幅、前記周波数及び前記貫入深度が同期して計測されることを特徴とする
   請求項５に記載の杭打設管理システム。
7. 打設中のバイブロハンマの消費出力を計測する消費出力計測装置をさらに有し、
   杭の打設中に前記振幅、前記周波数及び前記消費出力が同期して計測されることを特徴とする
   請求項１〜６のいずれかに記載の杭打設管理システム。
8. バイブロハンマが偏心モーメント可変及び／又は振動数可変である場合、バイブロハンマの偏心モーメント及び／又は振動数を変更することにより前記打設管理を行うことを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の杭打設管理システム。
9. 前記振幅計測装置が、バイブロハンマの振動部又は杭に貼付され所定の図形が描かれた振幅計測シート（41）と、杭の打設中に前記振幅計測シート（41）の動画像を撮影するべく前記杭から離れて設置されたカメラ（40）と、を有するとともに、撮影された前記動画像における振動による前記図形のぶれの大きさに基づいて前記振幅を取得し、
   前記周波数計測装置が、前記杭から離れて設置された騒音計（50）を有するとともに、前記騒音計（50）により取得された音波波形をＦＦＴ解析することにより前記周波数を取得し、さらに、
   打設中の杭の貫入深度を計測するべくバイブロハンマの非振動部に取付けられたプリズム（31）と、前記プリズム（31）をターゲットとする自動追尾式のトータルステーションと、を有するとともに、杭の打設中に前記トータルステーションにより計測された貫入深度に基づいて前記打設管理を行い、かつ、
   前記カメラ（40）及び前記騒音計（50）が、前記トータルステーションに固定されていることを特徴とする
   請求項１〜３のいずれかに記載の杭打設管理システム。
10. 前記騒音計（50）により計測された騒音値が、所定の騒音規制値を超える場合には、バイブロハンマの振幅及び／又は振動数を変更することにより振動エネルギーを調整して騒音を抑制することを特徴とする
    請求項９に記載の杭打設管理システム。

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