(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端を解放した開端鋼管杭の管内土の高さを計測する方法において、鋼管杭内に着脱可能なクランプに取り付けた光波距離計をセットし、鋼管杭を地中に貫入する際に管内に侵入する土の高さを非接触で計測することを特徴とする開端鋼管杭の施工時における管内土計測方法。
【請求項２】
光波距離計のセット位置を、光波ビームが鋼管杭の管内壁に干渉しないようにクランプセット誤差とビーム特性に関係付けられた限界距離内としたことを特徴とする請求項１記載の開端鋼管杭の施工時における管内土計測方法。
【請求項３】
鋼管杭下端部の外側面に羽根を設けた開端鋼管杭を回転圧入して貫入施工する回転圧入杭工法において、鋼管杭内に着脱可能なクランプに取り付けた光波距離計をセットし、鋼管杭の頂部に設けた送信機から計測データを地上の受信機に無線伝送し、鋼管杭を地中に貫入する際に管内に侵入する土の高さを非接触で計測することを特徴とする請求項１または請求項２記載の開端鋼管杭の施工時における管内土計測方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、下端が解放された鋼管杭を地中に貫入する際に管内に侵入する土の高さを計測する方法に関する。
【０００２】
【従来技術】
建築や土木構造物の基礎杭として用いられる鋼管杭の押込み支持力は、周面摩擦力と先端抵抗力の和となる。この内、先端抵抗力の算定において先端を解放した開端鋼管杭の場合は、打ち込みや圧入による貫入施工時に管内に侵入した土砂が鋼管杭の先端部を閉塞することによる先端抵抗力を評価できる。しかし、この閉塞作用は鋼管杭の径が大きくなると先端から管内土が侵入しやすくなり、閉塞作用が得にくくなる傾向があることが知られており、先端抵抗力の推定においては閉塞の程度（以下、閉塞率という）を知る必要がある。
この閉塞作用は管内土の高さと密接に関係するため管内土の高さ（鋼管杭先端から管内に侵入した土の表面までの距離）を計測すれば閉塞率を推定することができる。
【０００３】
そしてこの閉塞率は、鋼管杭の先端抵抗力を評価する指標となる。すなわち、下端が解放された鋼管杭は地中に貫入するにともなって管内に土が侵入し、管内土の高さが増加するが、一定高さになると鋼管杭の内周壁と土の摩擦力によって先端閉鎖の効果が期待できるため、その閉鎖断面積の先端抵抗力を支持力算定において評価することができる。例えば、管内土が全く無い場合は鋼管杭の板厚面積分しか先端抵抗力を評価できないが、十分管内土高さがあると管内周面の摩擦抵抗によって鋼管杭先端部が閉塞状態となるため、先端の全面積が先端抵抗力として評価できる。
【０００４】
この管内土高さの計測は、打ち込みや圧入による鋼管杭の貫入施工の他、特に鋼管杭の回転圧入工法による施工において重要なパラメータとなる。
【０００５】
回転圧入工法は、下端部の外側面に羽根を設けた鋼管杭を無騒音・無振動で、かつ容易に回転圧入して貫入施工できるとともに、羽根部の支持力が付加されて大きな支持力を発揮できる。また、本工法は、回転圧入時のトルク、圧入力等の施工中の計測データから支持力を評価できる特徴を有するため、鋼管杭１本毎に支持力を確認しながら信頼性の高い施工管理ができる。この支持力評価において、鋼管杭の施工中の管内土の高さを連続して計測することができれば、このデータとトルク、圧入力等の施工管理データと組み合わせてリアルタイムに支持力を算定するすることが可能となる。
【０００６】
従来、鋼管杭の打撃工法や圧入工法において行われていた管内土の計測方法は、図８に示すように、重り11を付けた検尺ロープ12を鋼管杭１の頂部から管内に吊り下げて、管内土２の表面2aと鋼管杭１の頂部の距離L1を計測して、鋼管杭全長Ｌから差し引いて管内土高さｈを求める簡易な方法があった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前述の従来法は計測時に鋼管杭の施工を中断する必要があるとともに、鋼管杭の頂部が地上より高い位置にある状態では高所作業となって危険がともなうため、通常は鋼管杭の打設・圧入の完了後に行われていた。このため施工途中の管内土の連続データが得られない課題があった。
本発明の目的はこの課題を解消し、鋼管杭の貫入施工中に安全に、かつリアルタイムで管内土の高さを連続して計測可能とするものである。
【０００８】
【課題を解決する手段】
本発明では、前記の目的を達成するため以下の構成とした。
請求項１に係る発明は、先端を解放した開端鋼管杭１の管内土２の高さを計測する方法において、鋼管杭１内に着脱可能なクランプ３に取り付けた光波距離計４を設け、鋼管杭１を地中に貫入する際に管内に侵入する土の高さｈを非接触で計測することを特徴とする開端鋼管杭の施工時における管内土計測方法である。
【０００９】
請求項２に係る発明は、請求項１における着脱可能なクランプ３に取付けた光波距離計４のセット位置を、光波ビーム５が鋼管杭１の管内壁に干渉しないようにクランプセット誤差とビーム特性に関係付けられた限界距離Ａ内とした管内土高さ計測方法である。
【００１０】
また、請求項３の発明は、鋼管杭下端部の外側面に羽根８を設けた開端鋼管杭１を回転圧入して埋設施工する回転圧入杭工法において、鋼管杭１内に着脱可能なクランプ３に取り付けた光波距離計４を設け、鋼管杭の頂部に設けた発信機９から管内度高さ計測データを地上の受信機10に無線伝送し、鋼管杭１を地中に貫入する際に管内に侵入する土の高さｈを非接触で計測することを特徴とする開端鋼管杭の施工時における管内土計測方法である。
【００１１】
【作用】
本発明の管内土高さ計測方法は、鋼管杭１を地中に貫入する際に、開端鋼管杭１中の上方に着脱可能に設けたクランプ３に光波距離計４を固定して取り付け、この光波距離計４から発振される光波ビーム５、で管内土の表面2aまでの距離L2を非接触で連続的に計測するものである。使用する光波距離計４は各種のレーザー距離計を用いることができるが、鋼管杭内の狭い空間にセットするためコンパクトな発振器が使える半導体レーザー距離計を用いるのが望ましい。
【００１２】
この光波距離計４はクランプ３にて鋼管杭１の管内壁にセットするが、通常、鋼管杭は約１０〜２０ｍの長さのものを地中に貫入するに従って数本を溶接接合して延長するため、クランプ３は着脱可能なものにして鋼管杭１の接合時にセット替えが容易なものにする必要がある。
【００１３】
クランプ３は鋼管杭１の管内壁を押圧して保持する機構を用い、望ましくは地上から遠隔操作で着脱できるものがよい。
【００１４】
鋼管杭１内にセットする光波距離計４は、管内土表面2aとの距離があまり離れすぎると狭い鋼管内では管壁の影響が問題となる。この理由の一つは、クランプ３にて光波距離計４をセットする際の傾斜精度の問題である。すなわち、光波距離計４が傾斜して鋼管杭１内にセットされた場合、管内土表面2aとの距離が長いと図２（ａ）に示すように、光てこの作用によりわずかの傾斜ｓが大きなずれとなってしまい、光波ビーム５が管内土表面2aから外れて管壁に当り屈折反射して計測誤差を生じたり計測不能となったりする。また、半導体レーザーを用いた場合、装置をコンパクトにできる反面レーザービーム５の集光度が低いため、発振距離が長くなると図２（ｂ）に示すように拡散した光波ビーム５が管壁に干渉してしまう。この場合も、管壁に当った光波ビーム５が屈折反射して計測誤差または計測不能の要因となる。
【００１５】
請求項２の発明はこの問題を解消するもので、光波距離計４を光波ビーム５が管壁に干渉しないように、クランプセット誤差とビーム特性に関係付けられた限界距離Ａ内にセットするようにしたものである。ここで限界距離Ａは、クランプセット傾斜誤差による光波ビーム５の光軸のずれ量（ｒ２）に光波ビーム半径（ｒ１）を加えたものが鋼管杭１の半径（ｒ）と同じになる距離である。すなわち、図３に示すように光波距離計４のクランプセット時の傾斜誤差を（ｓ度）とした場合、Ａ×（taｎｓ）＋（ｒ１）＝ｒとなるＡを限界距離とする。
【００１６】
請求項３の発明は鋼管杭１を回転圧入する施工方法において、管内土２の高さを光波距離計４で非接触計測する方法である。鋼管杭１の貫入施工手段として回転圧入工法を用いる場合は、計測時に鋼管杭１が回転するため光波距離計４の信号伝達を有線で行うことができない。このため、光波距離計４で計測した管内土高さのデータを、鋼管杭１の頂部に設けた発信機９から地上の受信機に無線伝送して計測するようにしたものである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図を参照して説明する。
図１は本発明の実施形態を示すものである。本発明を適用する鋼管杭１は、主として直径５００ｍｍ以上の大径で先端が解放されている開端鋼管杭であり、地中への貫入施工は杭打ちハンマーによる打撃方式、圧入方式または回転圧入方式による。
【００１８】
開端鋼管杭を地中に貫入すると杭先端から貫内に土が侵入し、管内土２の高さが増すと杭先端を閉塞する作用を呈する。本発明は鋼管杭１内により管内土２の高さを光波距離計４で非接触で、かつ連続して計測する方法を提供するものである。その計測手段は、鋼管杭１内の所定位置に着脱可能なクランプ３に取り付けた光波距離計４をセットしておき鋼管杭先端に向けて光波ビーム５を発振し、管内土２の表面2aで反射された光波ビーム５を捉えて計測装置4aで信号処理して距離Ｌ２を計測し、演算処理して管内土高さｈを知るものである。
【００１９】
光波距離計４は、小型発振器を使用できるように半導体レーザービーム距離計を用い、クランプ３に取付けて鋼管杭１の所定位置にセットする。
【００２０】
光波距離計４を取り付けたクランプ３は、図４に示すように伸縮シリンダ3aにて着脱可能に鋼管杭内壁を押圧して位置保持するもので、伸縮シリンダ3aは空気圧、油圧、電動または手動式のものが使用できる。
【００２１】
また、図５に示すクランプ３は、駆動源を用いないで地上からの遠隔操作で着脱セットするものであって、鋼管杭内壁を押圧する左右のクランプシュー3bをアーム3cの一端にピン結合3dし、さらに、このアーム同士を鋼管杭の中心部でピン連結3eし、またアーム３ｃの拡張方向にバネ3fを配し、またアーム3cのピン連結部3eには着脱ロ−プ６が取り付けられ、各クランプシュー3bには位置決めロープ７が取り付けられている。着脱ロープ６、位置決めロープ７のいずれも鋼管杭頂部を介して地上に達するように配置し、地上にて自由にクランプ３の着脱セットを可能としている。
【００２２】
このクランプの着脱操作は、クランプを移動する場合、先ず着脱ロープを引っ張ると図６に示すように、クランプシュー3bとアーム3cの自重でアーム3cがピン部3d,3ｅを回転軸として回転して、クランプシュー3bが鋼管杭中心側に引き寄せられ管壁から離脱する。次に着脱ロープ６を引っ張った状態で位置決めロープ７によってクランプ３を所定の位置に移動した後、着脱ロープ６を緩めると図６に示すようにバネ3fの拡張力によって、クランプシュー3bが管壁方向に移動して管壁を押圧してクランプされる。押圧力を増すために、図示のようにアーム3cのピン連結部3eに重り3gを吊り下げて自重を増してもよい。なお、クランプ３は前記の例以外の公知の手段を用いてもよい。
【００２３】
光波距離計４（とクランプ３）のセット位置は、前述のように管内土の表面2aから一定範囲の限界距離Ａ内とした方が管内壁の影響を受けずに安定した計測が得られ、セット時の傾斜ｓをある程度許容できるためセット作業が容易となる。例えば、光波ビーム５の拡散特性が１０ｍで４ｃｍの半導体レーザーを用いて、鋼管杭1,000mm 、内径でセット時傾斜誤差ｓを５度許容するとしたら、管壁に光波ビーム５が触れない限界距離Ａは約6mとなるため、管内土表面2aからこれ以下の距離に光波距離計４をセットする。
同様な条件でセット時傾斜誤差を２度許容する場合は限界距離Ａは約13ｍとなる。
【００２４】
なお、あまり光波距離計４（クランプ３）を管内土表面に近ずけてセットしていると、鋼管杭貫入施工に伴う管内土の侵入により当該光波距離計４（クランプ３）が管内土表面2aに接触してしまうため、セット替えを頻繁に行う必要が生じて好ましくない。実際面では限界距離Ａは、鋼管杭１の直径の３〜１０倍程度の範囲にするのが望ましい。
【００２５】
【実施例】
図７は回転圧入工法で施工される鋼管杭１において、管内土２を計測する方法の実施例を示す図である。
回転圧入杭は図7a,7b に示すように、鋼管杭下端部の外側面に羽根８を設けた開端鋼管杭を回転圧入して埋設施工するため、鋼管杭１内にセットした光波距離計４の信号を地上の計測装置に有線で伝送できない。このため鋼管杭の頂部に設けた発振器９から計測データを地上の受信機10に無線伝送して行う。
【００２６】
以上の手段で得られた鋼管杭の貫入施工中の管内土高さデータより、あらかじめ検証されている土質、管径等の条件と管内土高さの関係から閉塞率を推定することができる。
【００２７】
また、連続して得られる管内土高さのデータの変化と鋼管杭の貫入量変化との関係から、リアルタイムに先端閉塞の状態を推定することもできる。すなわち、鋼管杭の貫入量と同じように管内土高さが増加している場合は、先端解放状態（閉塞率０％）のままと推定され、鋼管杭が貫入しているにも拘わらず管内土高さが変化せず、一定値を示す場合は先端閉塞状態（閉塞率１００％）を示すものと推定できる。そして、この閉塞率により、鋼管杭の先端抵抗力を評価することができる。
【００２８】
【発明の効果】
本発明によれば、先端を解放した開端鋼管杭の貫入施工時における管内土の高さを管内にセットした光波距離計によって連続して計測できるため、杭の貫入施工を中断することがなく計測作業を安全にできる。また、請求項２の発明によれば、管内土の表面から一定の範囲に光波距離計をセットして計測するため管壁の影響をうけないで安定して計測が行える。得られた管内土高さのデータによって鋼管杭先端の閉塞状態の推定が的確に行え、鋼管杭の先端支持力評価に反映される。特に回転圧入杭工法に本発明を適用すると鋼管杭貫入施工中の先端支持力評価がリアルタイムにかつ的確に得られ、鋼管杭支持力大きな効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は、本発明の管内土高さ計測方法の実施形態を示す側断面図。
【図２】（ａ）は、光波ビームの管壁干渉の様子（セット誤差影響）を示す側面説明図、（ｂ）は、光波ビームの管壁干渉（ビーム拡散影響）を示す側面説明図。
【図３】光波距離計セット時の限界距離の説明図。
【図４】クランプのセット例の説明図。
【図５】他のクランプセット例（セット時）の説明図。
【図６】他のクランプセット例（離脱時）の説明図。
【図７】（ａ），（ｂ）は本発明を回転杭工法に適用した実施例の側面図と鋼管杭先端の部分拡大図。
【図８】従来の管内土高さ計測例の図。
【符号の説明】
１  鋼管杭
２  管内土
2a  管内土表面
３  クランプ
４  光波距離計
５  光波ビーム
【図１】
0003684097.tif 000002
【図２】
0003684097.tif 000003
【図３】
0003684097.tif 000004
【図４】
0003684097.tif 000005
【図５】
0003684097.tif 000006
【図６】
0003684097.tif 000007
【図７】
0003684097.tif 000008
【図８】
0003684097.tif 000009