JPS6367319A - 硬さ指数計測装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 Ａ、産業上の利用分野 本発明は、アースオーガあるいはアースドリルなどの基
礎工事用機械に利用される地盤の硬さ指数計測装置に関
する。

Ｂ、従来の技術 建築物等の基礎工事を行なう際、地面から所定の深さの
ところまで掘削を行なうアースオーガ等の基礎工事用機
械が知られている。アースオーガによる施工を行なう場
合、通常は地盤の硬さを知るために、事前にポーリング
を行ない硬い地盤の位置すなわち深さを調査する。実施
工ではこの結果をもとにして目標掘削深さを決めている
。

ところで、ポーリングはある特定の場所数ケ所をサンプ
ルして行なうので、実際に掘削している場所の地質の状
態と異なる場合が多い。このために従来、運転者がオー
ガ負荷電流または油圧の値と掘削速度すなわちオーガユ
ニット巻下げ速度とから経験的に硬い地盤に達したこと
を判断していた。

Ｃ０発明が解決しようとする問題点 しかしながら、オーガ電流または油圧の値は同じ硬さの
地盤でも掘削速度によって変化してしまうので慣れない
と硬い地盤に達したことを判断することが難しい。この
ために、正しく硬い地盤に達していない不良施工や目標
掘削深さを重視したために硬い地盤を突き抜けたりする
問題点があった。

本発明は、現在掘削中の地盤の硬さを容易に計測するこ
とができて不良施工等を防止し施工の効率を向上させる
ことの可能な硬さ指数計測装置を提供することを目的と
している。

Ｄ１問題点を解決するための手段 本発明は、地面に孔を穿設する掘削部材の駆動装置に働
く負荷を検出する負荷検出手段と、掘削部材の降下速度
を検出する速度検出手段と、検出された負荷及び速度か
ら地盤の硬さ指数を演算する演算手段と、その演算結果
を表示する表示手段とを具備して構成される。

Ｅ１作用 負荷検出手段で検出された負荷と速度検出手段で検出さ
れた速度とが演算手段に入力され、地盤の硬さ指数が演
算される。その硬さ指数が表示される。

Ｆ、実施例 以下に本発明の実施例を図面を用いて説明する。

一第１の実施例− 第２図は本発明が適用されるアースオーガを装備した基
礎工事用機械の一例を示している。

基礎工事用機械は、オーガユニット２と、オーガユニッ
ト２を懸架しているオーガユニット巻下げ用ワイヤ３と
を備えている。オーガユニット２は、掘進機構４と、オ
ーガスクリユー５と、スクリュー５の先端に取付けられ
た掘削ヘッド（掘削部材）６とからなっている。掘進機
構４は図示しないがオーガ電動モータを内蔵し、オーガ
モータの回転をオーガスクリユー５に伝え、オーガスク
リユー５および掘削ヘッド６を所定の回転速度で回転さ
せる。

第１図は本発明の第１の実施例のブロック図を示してい
る。

電流検出器（負荷検出手段）１０はオーガモータの負荷
電流を検出するものであり、速度検出器（速度検出手段
）１１はオーガユニットの巻下げ速度すなわち掘削速度
を検出するものである。電流検出器１０および速度検出
器１１の検出結果はそれぞれＡ／Ｄ変換ユニット１２に
加わる。Ａ／Ｄ変換ユニット１２は、図示しないがマル
チサプレクサとＡ／Ｄ変換器で構成され、オーガ電流と
巻下げ速度をデジタル化する。マイクロコンピュータユ
ニット（演算手段）１３は、Ａ／Ｄ変換ユニット１２に
よりデジタル化されたオーガ電流および巻下げ速度に基
づいて後述のように硬さ指数Ｈを演算し出力するもので
ある。マイクロコンピュータユニット１３は、図示しな
いが、演算、制御を行なうマイクロプロセッサユニット
ＭＰＵと、マイクロプロセッサユニットＭＰＵの処理手
順プログラムを記憶したリードオンリメモリＲＯＭと、
入力データや演算結果を記憶するランダムアクセスメモ
リＲＡＭとから構成されている。

Ｄ／Ａ変換器１４にはマイクロコンピュータユニット１
３による硬さ指数Ｈの演算結果出力が加わるようになっ
ており、Ｄ／Ａ変換器１４はマイクロコンピュータユニ
ット１３からの演算結果出力のデジタル値をアナログ値
に変換する。Ｄ／Ａ変換器１４にはメータ１５およびレ
コーダ１６が接続され、メータ１５はＤ／Ａ変換器１４
による硬さ指数ＨのＤ／Ａ変換結果を表示し、レコーダ
１６は硬さ指数ＨのＤ／Ａ変換結果を記録するようにな
っている。また、マイクロコンピュータユニット１３の
出力ポートにはプリンタ１７が接続されており、プリン
タ１７はマイクロコンピュータユニット１３の演算結果
を記録するようになっている。メータ１５．レコーダ１
５．プリンタ１７が表示手段を構成する。

第３図は、オーガユニット２を所定の速度で巻下げると
ともに、オーガモータを作動してオーガスクリユー５お
よび掘削ヘッド６を回転させて地盤を掘削している状態
を示す図である。第３図において、地盤の硬さすなわち
硬さ指数（主に地盤のせん断応力）を′Ｈ″とし、掘削
切り込み幅を１１　ｔ　＃ｊとし、掘削幅をＩｔ　ｂ　
ＩＩとすると、掘削力Ｆは、 ＦｃｃＨ−ｔ　−ｂ　　　　　　　　　　　　　”’（
１）として表される。掘削切り込み幅ｔはオーガスクリ
ュー１回転辺りの掘進量に相当するので、掘削速度すな
わリオーガユニットの巻下げ速度をＶとすれば、（１）
式は、 ＦｃｃＨ−ｖ−ｂ　　　　　　　　　　　　　−（２）
となる。

掘削トルクＴと掘削力Ｆとの関係は、 ＴＣＥ：Ｆ　　　　　　　　　　　　　　　　　・・・
（３）として表され、掘削トルクＴは掘削エネルギを表
している。一方、オーガ負荷電流Ｉから掘削エネルギｅ
を表すと。

ｅ＝　（Ｉ−１゜）　　・Ｅ・Δｔ　　　　　　　・（
４）になる、ここで、Ｉｏはオーガ無負荷電流すなわち
掘削していないときの電流、Ｅはオーガ負荷電圧、Δｔ
は単位時間ある。

ｂ、Ｅ、Δｔは一定であるので、（２）　、　（３）お
よび（４）式から硬さ指数Ｈは、 Ｉ−Ｉ。

Ｈｏ：□　　　　　　　　　　　　　・・・（５）■ として表される。従って硬さ指数Ｈは、オーガモータの
負荷電流Ｔと掘削速度Ｖとを検出することにより計測さ
れる。

硬さ指数Ｈの絶対値は、パケット形状（すくぃ角や掘削
径）、地盤の性質（摩擦角やせん断角）によって変化す
ると考えられるが、ある一定の施工範囲内では、硬さ指
数Ｈは地盤の相対的な硬さを良く表している。

なお、厳密にはオーガ負荷電施工の中にはオーガスクリ
ユー５による排土抵抗分の電流も含まれているが、これ
は掘削抵抗分に比べると一般に無視しうる量である。

次に本発明の硬さ指数計測装置の動作を第４図のフロー
チャートを用いて説明する。

第４図は、マイクロコンピュータユニット１３の処理手
順プログラムの処理の流れを示すフローチャートである
。

第４図において、ステップＳ１では先ず硬さ指数Ｈをク
リアして硬さ指数Ｈの初期値をＬＬ　ＯＩ＋にする１次
いでステップＳ２では、オーガ負荷電施工を入力し、ス
テップＳ３においてオーガ負荷電施工と無負荷時の電施
工。とを比較する。比較の結果、オーガ負荷電施工が無
負荷時電施工。

よりも大きいときには、掘削速度Ｖが最小限界速度ｖ　
ｗｉｎよりも大きいか否かをさらに判断するためにステ
ップＳ４に進む。オーガ負荷電施工が無負荷電施工。に
等しいかあるいは無負荷電施工。

よりも小さいときには、掘削を行なっていないので、硬
さ指数ＨをそのままとするためステップＳ７に進む。

ステップＳ４ではオーガユニット巻下げ速度すなわち掘
削速度を入力し、ステップＳ５において、掘削速度Ｖと
最小限界速度ｖ　ｍｉｎとを比較する。比較の結果、掘
削速度Ｖが最小限界速度ｖ　ａｋｉｎよりも大きいとき
には、掘削が行なわれているのでこのときの硬さ指数Ｈ
を計測するためにステップＳ６に進む。掘削速度Ｖが最
小限界速度ｖ　ｗｉｎに等しいかあるいは最小限界速度
ｖ　ｗｉｎよりも小さいときには、掘削を行なっていな
いので、硬さ指数ＨをそのままとするためステップＳ７
に進む。ステップＳ６では硬さ指数Ｈを前述の（５）式
に基づいてオーガ負荷電流工、無負荷時電施工。、掘削
速度Ｖにより演算する。ステップＳ７では掘削が行なわ
れていないときには、現在の硬さ指数Ｈをそのまま出力
し、掘削が行なわれているときにはステップＳ６におい
て演算された硬さ指数Ｈを新たな硬さ指数Ｈとして出力
する。

以上のようにステップＳ１乃至Ｓ７の処理を繰り返して
硬さ指数Ｈを計測する。硬さ指数Ｈの演算結果はプリン
タ１７に記録することができ、さらにＤ／Ａ変換器１４
によりアナログ変換されてメータ１５およびレコーダ１
６に記録される。

この実施例によれば基礎工事用機械１の運転者は現在掘
削している地盤の硬さをメータ１５あるいはレコーダ１
６に表示された硬さ指数Ｈにもとづいて判断することが
できるので、実際に掘削している場所の地質の状態を即
座にかつ正確に把握することが可能となる。

一第２の実施例− 第５図は本発明の硬さ指数計測装置の第２の実施例のブ
ロック図である。

第５図において、第２図と同様の箇所には同じ符号を付
して説明を省略する。

この第２の実施例では、マイクロコンピュータユニット
１３から出力される硬さ指数Ｈおよび掘削深さＤを後続
のＤ／Ａ変換器１８ａ、　１８ｂでアナログ変換し、硬
さ指数Ｈおよび掘削深さＤのデータをＸＹレコーダ１９
に加えるようになっている。そして、ＸＹレコーダ１９
は第６図に示すように掘削深さＤに対する硬さ指数Ｈを
グラフ化して記録する。

なお、掘削深さＤは速度検出器１１のデータを積分して
容易に求まる。

このように第２の実施例では、マイクロコンピュータユ
ニット１３によって演算された硬さ指数Ｈを掘削深さＤ
とともにグラフ化してＸＹレコーダ１９に記録するよう
になっているので、運転者は地盤を掘削中、所定の掘削
深さの硬さ指数Ｈをより適確に把握することが可能とな
る。これにより確実で明確な施工管理が可能になる。第
６図に示す記録例では、地表より約２ｍのところにやや
硬い層、約８ｍのところに硬い支持層があるというポー
リング結果と一致している。

以上では、アースオーガモータを電動機として説明した
が、油圧モータによりオーガを駆動することもでき、こ
の場合、（５）式の（Ｉ−Ｉ。）を（ｐ　−ｐ、）と置
きかえればよい。ここで、Ｐは負荷時のモータ入口圧、
Ｐｏは無負荷時のモータ入口圧である。

なおこの発明は、アースオーガ以外にもアースドリル等
の掘削装置に用いることができる。

Ｇ０発明の詳細 な説明したように本発明によれば、現在掘削中の地盤の
硬さが演算手段によって自動的に計測され表示手段によ
って表示されるので、経験や慣れの有無を問わず誰にで
も容易に地盤の硬さを掘削中に判定することができる。

また、掘削深さが硬い支持層に達していないような不良
施工を防止できると同時に、硬い支持層が事前のポーリ
ング結果よりも浅い位置にあるような場合、掘削中止の
判断を行なうことができるので施工の効率を向上させる
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の硬さ指数計測装置の第１の実施例のブ
ロック図、第２図は基礎工事用機械の概略側面図、第３
図は掘削力を説明するための図、第４図は硬さ指数計測
装置の処理の流れを示すフローチャート、第５図は本発
明の第２の実施例のブロック図、第６図はＸＹレコーダ
により記録された計測結果を示す図である。 １；基礎工事用機械　２ニオ−ガニニット１０：電流検
出器　　　１１：速度検出器１２：Ａ／Ｄ変換ユニット １３：マイクロコンピュータユニット １４．１８ａ、１８ｂ　：　Ｄ　／　Ａ変換器　　１５
：メータ１６：レコーダ　　　　　１７：プリンタ１９
：ＸＹレコーダ 特許出願人　　日立建機株式会社 代理人弁理士　　永　井　冬　紀 第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 駆動装置により回転駆動される掘削部材で地面に孔を穿
   設する掘削装置に用いる硬さ指数計測装置において、 前記駆動装置の負荷を検出する負荷検出手段と、 前記掘削部材の降下速度を検出する速度検出手段と、 前記検出された負荷及び速度から地盤の硬さ指数を演算
   する演算手段と、 その演算結果を表示する表示手段と、を具備したことを
   特徴とする硬さ指数計測装置。