JP2013144892A - 杭穴掘削管理方法及び杭穴掘削ヘッド - Google Patents
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Abstract
【解決手段】杭穴54の軸部55及び拡底部56を掘削するに際して、掘削予定の杭穴形状を基準立体形状として作成しておく(a)。掘削ヘッドの掘削刃の刃先の地上からの位置と掘削ヘッドからの距離を位置センサ及び深さセンサで測定して、地上のデータ処理機に送信して、掘削している杭穴54の形状を掘削立体形状60として表示できるようにする。杭穴54の掘削にあたりまず基準立体形状60Aを表示して、これに掘削立体形状60を表示して重ねて、両形状60A、60を比較しつつ掘削する(b〜g)。掘削立体形状60に欠損部61が生じた場合には、目視により速やかに確認でき、欠損部61を補修する。
【選択図】図7
Description
(1) 以下のようにして、掘削ヘッドを構成する。
(a) 杭穴を掘削する掘削手段に前記掘削ヘッドの縦軸から掘削手段の掘削刃までの距離を算定するための位置センサを設ける。
(b) 地上から前記掘削手段の刃先までの距離算定するための深さセンサを設ける。
(2) 予め掘削予定の杭穴形状をデータ入力して、基準立体形状を作成しておく。
(3) 前記掘削ヘッドを用いて地上より杭穴を掘削しながら、前記位置センサによる杭穴外周情報と深さセンサによる地上からの深さ情報とで、深さ方向に連続して又は一定深さ毎に、その深さまで掘削した杭穴の立体形状を作成して、掘削立体形状とする。
(4) 前記掘削機の操作室又は他の掘削現場で、前記基準立体形状と前記掘削立体形状とを表示する。
(5) 前記基準立体形状に比較して、前記掘削立体形状に欠損が生じた場合には、欠損が生じた部分を再度掘削して、再掘削時の修正掘削立体形状を作成して表示する。
(1) 以下のようにして、(a)又は(b)、かつ(c)のようして掘削ヘッドを構成する。
(a) 杭穴の軸部の杭穴壁を掘削する掘削手段に前記掘削ヘッドの縦軸から掘削手段の掘削刃までの距離を算定するための第1位置センサを設け、 かつ杭穴の拡大部の杭穴壁を掘削する掘削手段に前記掘削ヘッドの縦軸から掘削手段の掘削刃までの距離を算定するための第2位置センサを設ける。
(b) 杭穴の軸部及び拡大部を掘削することができる移動可能な掘削手段に、前記掘削ヘッドの縦軸から掘削手段の掘削刃までの距離を算定するための共通位置センサを設ける。
(c) 地上から前記掘削手段の刃先までの距離算定するための深さセンサを設ける。
(2) 予め掘削予定の杭穴形状をデータ入力して、基準立体形状を作成しておく。
(3) 前記掘削ヘッドを用いて地上より杭穴の軸部及び拡大部を掘削しながら「前記第1位置センサ、第2位置センサまたは共通センサ」による杭穴外周情報と深さセンサによる地上からの深さ情報とで、深さ方向に連続して又は一定深さ毎に、その深さまで掘削した杭穴の立体形状を作成して、掘削立体形状とする。
(4) 前記掘削機の操作室又は他の掘削現場で、前記基準立体形状と前記掘削立体形状とを表示する。
(5) 前記基準立体形状に比較して、前記掘削立体形状に欠損が生じた場合には、欠損が生じた部分を再度掘削して、再掘削時の修正掘削立体形状を作成して表示する。
(1) 前記掘削ヘッドに、注入したセメントミルクが杭穴残存物と混ざった状態の杭穴残存物のセメント濃度を算定するための濃度センサを設ける。
(2) 予め基準立体形状にセメントミルクの基準濃度情報を、模様又は色で付与する。
(3) 前記濃度センサからの掘削濃度情報を掘削立体形状に、模様又は色で付与する。
(4) 前記濃度センサからの掘削濃度情報が、基準濃度情報より少ない場合に、前記掘削立体形状に警告表示をする。
(1) 前記掘削腕に、掘削腕が下方に垂れた状態から傾斜した角度を計測する加速度センサを設ける。
(2) 前記杭穴掘削ヘッドの内又は外に、前記加速度センサの傾斜情報を、前記掘削ヘッドの縦軸から前記掘削刃までの距離に変換する第1処理回路を設ける。
(3) 前記杭穴掘削ヘッドの内又は外に、地上から前記ヘッド本体までの距離を計測する深さセンサを設ける。
(4) 前記杭穴掘削ヘッドの内又は外に、前記深さセンサの深さ情報を、地上から前記掘削刃までの距離に変換する第2処理回路を設ける。
(5) 前記ヘッド本体に、所定距離を空けて2枚の濃度センサアンテナを設け、両濃度センサアンテナ間の電界強度を計測する電界強度計測回路を設ける。
なお、当然ながら、この発明は、杭穴の上部や中間部に適用することもでき、摩擦杭(比較的弱い地盤)に適用することもできる。また、拡径部が下端部以外に形成された杭穴にも適用できる。
また、従来施工方法では、施工者による品質のばらつきが生じるおそれもあったが、この発明を実施すれば、施工品質を高い品質レベルで均一化できる。
掘削腕20は回転軸10に取り付ける上端部21が正面視(回転軸の軸方向)で幅広に形成され、中間部22が細幅で、下端部23が幅広に形成され、下端部23の下端に、下方に刃先27を向けた移動掘削刃26、26を並列して設ける。掘削腕20の上端部21の上端に、上方に向けて突出した操作突部25を設ける。
また、掘削腕20の中間部22に加速度センサ30及び加速度センサ30に電源を供給するバッテリー31を取り付ける。また、加速度センサ30は、掘削腕20の中間部22の上端付近(上端部21の下端付近)で、ヘッド本体1と対向する面に、ヘッド本体1側に向けて、データを送信する加速度データ送信部32を設ける。
また、この加速度センサ30は、3軸加速度センサ(傾斜角度計)を用いる。この場合、杭穴掘削時には遠心力や振動などにより、大きな動的加速度の成分が計測すべき加速度に加わり、誤差を生じるおそれがある。したがって、この誤差をデータ処理の際に除くような回路を加速度センサの近傍又は地上の処理装置内に設ける。
また、ヘッド本体1の上端部(連結部の下端付近)に、地上に向けてデータを送信する送信アンテナ33を取り付ける。送信アンテナ33と受信アンテナ32とは、ヘッド本体1内のケーブルで接続されている。受信アンテナ32に至ったデータは送信アンテナ33から地上の受信機(図示していない)に向けて無線通信される。この際、掘削ヘッド50を連結する掘削ロッド51に、送信アンテナ35と受信機とのデータの送受信を中継する中継アンテナを設けることもできる(図示していない)。
また、ここで、受信アンテナ33で受けたデータを地上に送る手段は、無線に限らずヘッド本体1及び掘削ロッド51内にケーブルを配線して、地上に送ることもできる(図示していない)。
また、掘削腕20が一側に揺動して、ストッパー38に当接した際に、掘削腕20の操作突部25と当接するストッパー39を、ヘッド本体1の上部2に設ける。ストッパー39は、掘削腕がさらに大きく一側に揺動することを規制する。
掘削腕20が他側64(矢示64)に揺動する際、揺動角度を規制するために、ヘッド本体1の膨出した下部7の他側に、ばねで突起が出没するストッパー41を設ける(図4)。ストッパー41の突起はストッパー受け37の凹部に嵌挿して掘削腕20の揺動角度を保つことができる。
また、ヘッド本体1の下部7でストッパー39の他側に、ストッパー42を突設する。ストッパー42は、他側64(矢示64)に揺動した掘削腕20の操作突部25が当接した際に、掘削腕20が他側へ揺動することを規制する。
また、掘削腕20が一側63に揺動する揺動角度より、他側64に揺動する揺動角度が大きくなるように設定する。
例えば、濃度センサアンテナ44、44間の距離L=10cm として、
・セメントミルク 100%
・泥 100%
・セメントミルク:泥=5:1
・セメントミルク:泥=1:1
・セメントミルク:泥=1:2
・セメントミルク:泥=1:5
の場合で、2枚の濃度センサアンテナ44、44間に生じる電界強度(dBm)を測定すると、図8のように、一定の比例関係が生じる。したがって、特定の水セメント比のセメントミルク100%と、特定の泥100%の電界強度を予め把握しておけば、杭穴54内で、そのセメントミルクを注入した場合、電界強度を測定することにより、その部分のセメント濃度が把握できる。
したがって、一般にセメント濃度と固化圧縮強度には比例関係があるので、測定した電界強度から杭穴充填物の固化圧縮強度を、杭穴掘削時に推定できる。
なお、濃度センサアンテナ44、44間に生じる電界強度も、加速度センサ30のデータと同様に、送信アンテナ35から地上に送られる。また、濃度センサアンテナ44、44の電源は、ヘッド本体1内のバッテリー(図示していない)から供給される。
以上のようにして、この発明の杭穴掘削ヘッド50を構成する(図1〜図3)。
掘削機には、杭穴掘削ヘッド50の杭穴54内での深さを計測する深さセンサ(図示していない)を取り付け、深さセンサのデータをデータ処理機に送信できるようにする。この際、深さデータは、杭穴掘削ヘッド50の深さ位置は、最も外側で回転する掘削している移動掘削刃26の刃先27の深さとなるように変換される。
また、杭穴掘削ヘッド50からの加速度データ及びセメントミルク濃度データを受信する受信機を掘削機に設け、受信機をデータ処理装置に接続する。
掘削にしたがって、深さデータ、加速度データより移動掘削刃26の刃先27の位置(即ち、刃先27の回転軌跡のデータ)がデータ処理装置に入力され、杭穴54の形状が円柱状の掘削立体形状60として表示される(図6(a))。
予め、設計データに基づき掘削予定の杭穴の基準立体形状60Aを表示しておく(図示していない)。この両立体形状のデータは、杭打ち機のオペレータ室にある画面に従来表示されている各種掘削データと共に、表示する。例えば、掘削立体形状60と基準立体形状60Aは並列して表示する(図示していない)。
引き続き、深さデータ、加速度データがデータ処理装置に入力されるので、杭穴54の軸部55の円柱に続いて下方に、大径の円柱が連結した掘削立体形状60が表示される(図6(b)〜(f))。
例えば、欠損部61が生じた場合には、杭穴掘削ヘッド50を上昇させて、欠損部61が生じた深さで、再度、掘削して欠損部61を除く。
また、欠損部61が杭穴壁の転石により生じた場合には、再掘削しても、掘削立体形状60に欠損部61が残るので、把握できる。また、この場合、転石は杭穴壁にあれば、杭穴54の性状にマイナスに作用しない。
この際、同様に、濃度センサアンテナ44、44からの濃度データを解析して、杭穴54の軸部55内の充填物の固化強度を推定して(例えば、推定固化強度0.2〜5N/mm2 )、所定の設計強度を満たしていれば、そのまま杭穴掘削ヘッド50を地上に引き上げる。
また、杭穴54の拡底部55又は軸部56で、濃度センサアンテナ44、44からの濃度データから推定した充填物の固化強度が基準を満たさない場合には、再度セメントミルクを注入して、所定の値を満たすまで作業を繰り返す。したがって、設計内容を満たさない場合に、その場で対処できる。
例えば、まず、基準立体形状60Aを表示しておき(図7(a)、掘削にしたがって形成される掘削立体形状60を重ねて表示することもできる(図7(b)〜(g))。この場合、両立体形形状60、60Aで色を違えるなど互いに異なる表示とすれば、欠損部61を目視により極めて把握し易い。
2 ヘッド本体の上部
3 連結部
4 撹拌版
5 撹拌版
7 ヘッド本体の下部
8 固定掘削刃
9 吐出口
10 回転軸
20 掘削腕
21 掘削腕の上部
22 掘削腕の中間部
23 掘削腕の下部
25 操作突部
26 移動掘削刃
27 移動掘削刃の刃先
30 加速度センサ
31 バッテリー
32 加速度データ送信部
33 受信アンテナ
35 送信アンテナ
37 ストッパー受け(掘削腕)
38 ストッパー(正回転)
39 ストッパー(正回転)
41 ストッパー(逆回転)
42 ストッパー(逆回転)
44 濃度センサアンテナ
50 杭穴掘削ヘッド
51 掘削ロッド
52 地面
54 杭穴
55 杭穴の軸部
56 杭穴の拡底部
60 掘削立体形状
60A 基準立体形状
61 欠損部
Claims (5)
- 掘削機に、掘削手段を有する掘削ヘッドで杭穴を掘削する掘削方法に適用する掘削管理方法であって、以下のようにして、掘削を管理する杭穴掘削管理方法。
(1) 以下のようにして、掘削ヘッドを構成する。
(a) 杭穴を掘削する掘削手段に前記掘削ヘッドの縦軸から掘削手段の掘削刃までの距離を算定するための位置センサを設ける。
(b) 地上から前記掘削手段の刃先までの距離算定するための深さセンサを設ける。
(2) 予め掘削予定の杭穴形状をデータ入力して、基準立体形状を作成しておく。
(3) 前記掘削ヘッドを用いて地上より杭穴を掘削しながら、前記位置センサによる杭穴外周情報と深さセンサによる地上からの深さ情報とで、深さ方向に連続して又は一定深さ毎に、その深さまで掘削した杭穴の立体形状を作成して、掘削立体形状とする。
(4) 前記掘削機の操作室又は他の掘削現場で、前記基準立体形状と前記掘削立体形状とを表示する。
(5) 前記基準立体形状に比較して、前記掘削立体形状に欠損が生じた場合には、欠損が生じた部分を再度掘削して、再掘削時の修正掘削立体形状を作成して表示する。 - 掘削機に取り付けた掘削ヘッドが、ヘッド本体と拡大掘削のための掘削手段を有する掘削ヘッドで、杭穴の軸部を掘削すると共に、杭穴の軸部の底部又は他の部分に拡大部を形成する掘削方法に適用する掘削管理方法であって、以下のようにして、掘削を管理する杭穴掘削管理方法。
(1) 以下のようにして、(a)又は(b)、かつ(c)のようして掘削ヘッドを構成する。
(a) 杭穴の軸部の杭穴壁を掘削する掘削手段に前記掘削ヘッドの縦軸から掘削手段の掘削刃までの距離を算定するための第1位置センサを設け、 かつ杭穴の拡大部の杭穴壁を掘削する掘削手段に前記掘削ヘッドの縦軸から掘削手段の掘削刃までの距離を算定するための第2位置センサを設ける。
(b) 杭穴の軸部及び拡大部を掘削することができる移動可能な掘削手段に、前記掘削ヘッドの縦軸から掘削手段の掘削刃までの距離を算定するための共通位置センサを設ける。
(c) 地上から前記掘削手段の刃先までの距離算定するための深さセンサを設ける。
(2) 予め掘削予定の杭穴形状をデータ入力して、基準立体形状を作成しておく。
(3) 前記掘削ヘッドを用いて地上より杭穴の軸部及び拡大部を掘削しながら「前記第1位置センサ、第2位置センサまたは共通センサ」による杭穴外周情報と深さセンサによる地上からの深さ情報とで、深さ方向に連続して又は一定深さ毎に、その深さまで掘削した杭穴の立体形状を作成して、掘削立体形状とする。
(4) 前記掘削機の操作室又は他の掘削現場で、前記基準立体形状と前記掘削立体形状とを表示する。
(5) 前記基準立体形状に比較して、前記掘削立体形状に欠損が生じた場合には、欠損が生じた部分を再度掘削して、再掘削時の修正掘削立体形状を作成して表示する。 - 基準立体形状と比較して、掘削立体形状に欠損が生じた場合には、欠損が生じた部分を、色・模様など異なる表示とする請求項1又は請求項2に記載の掘削管理方法。
- 以下のように構成する請求項1又は請求項2に記載の杭穴掘削管理方法。
(1) 前記掘削ヘッドに、注入したセメントミルクが杭穴残存物と混ざった状態の杭穴残存物のセメント濃度を算定するための濃度センサを設ける。
(2) 予め基準立体形状にセメントミルクの基準濃度情報を、模様又は色で付与する。
(3) 前記濃度センサからの掘削濃度情報を掘削立体形状に、模様又は色で付与する。
(4) 前記濃度センサからの掘削濃度情報が、基準濃度情報より少ない場合に、前記掘削立体形状に警告表示をする。 - ヘッド本体軸方向と直角に形成した回転軸周りに揺動自在に、先端に掘削刃を有する掘削腕を取り付け、以下のように構成したことを特徴とする杭穴掘削ヘッド。
(1) 前記掘削腕に、掘削腕が下方に垂れた状態から傾斜した角度を計測する加速度センサを設ける。
(2) 前記杭穴掘削ヘッドの内又は外に、前記加速度センサの傾斜情報を、前記掘削ヘッドの縦軸から前記掘削刃までの距離に変換する第1処理回路を設ける。
(3) 前記杭穴掘削ヘッドの内又は外に、地上から前記ヘッド本体までの距離を計測する深さセンサを設ける。
(4) 前記杭穴掘削ヘッドの内又は外に、前記深さセンサの深さ情報を、地上から前記掘削刃までの距離に変換する第2処理回路を設ける。
(5) 前記ヘッド本体に、所定距離を空けて2枚の濃度センサアンテナを設け、両濃度センサアンテナ間の電界強度を計測する電界強度計測回路を設ける。
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