(57)【要約】【課題】振動杭打抜機の駆動源の燃料消費量を低減する施工方法を提供する。【解決手段】固定・可動偏心重錘の相対的な位相を調整する位相調整器を具備する起振機を備えた振動杭打抜機を用いて杭の打込み又は引抜きを行う施工方法において、杭の打込み等に先立って対象地盤の深度とＮ値の変化の関係を計測し、重錘による偏心モーメントが計測したＮ値の変化に従って変化するように杭の打込み等に先立って位相調整器による位相の調整パターンを予め設定し、杭の打込み等の間にモータ負荷率を継続的に検知し、検知したモータ負荷率の変化と計測したＮ値の変化のそれぞれの傾向が所定の許容範囲内で一致しているか否かを監視し、モータ負荷率の変化とＮ値の変化のそれぞれの傾向が所定の許容範囲内で一致している場合は、設定した調整パターンに従って位相調整器により位相を調整しつつ杭の打込み又は引抜きを行う。【選択図】図１
2014201971.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータにより回転駆動される駆動軸を含む複数の回転軸の各々に取り付けられた固定偏心重錘と可動偏心重錘の相対的な位相を調整する位相調整器を具備する起振機を備えた振動杭打抜機を用いて杭の打込み又は引抜きを行う施工方法において、
杭の打込み又は引抜きに先立って対象地盤の深度とＮ値の変化の関係を計測する工程と、
杭の打込み又は引抜き中の前記起振機の固定偏心重錘と可動偏心重錘による偏心モーメントが計測した前記Ｎ値の変化に従って変化するように、杭の打込み又は引抜きに先立って前記位相調整器による前記位相の調整パターンを予め設定する工程と、
杭の打込み又は引抜き中に、前記モータにおけるモータ負荷率を継続的に検知する工程と、
検知した前記モータ負荷率の変化と計測した前記Ｎ値の変化のそれぞれの傾向が所定の許容範囲内で一致しているか否かを監視する工程と、
前記モータ負荷率の変化と前記Ｎ値の変化のそれぞれの傾向が所定の許容範囲内で一致している場合は、設定した前記調整パターンに従って前記位相調整器により前記位相を調整しつつ杭の打込み又は引抜きを行う工程と、を有することを特徴とする
振動杭打抜機による杭の施工方法。
【請求項２】
前記モータ負荷率の変化と前記Ｎ値の変化のそれぞれの傾向が所定の許容範囲内で一致しない場合は、前記モータ負荷率の変化の傾向に応じて前記偏心モーメントが変化するように、前記位相調整器により前記位相を調整して杭の打込み又は引抜きを行う工程をさらに有することを特徴とする
請求項１に記載の振動杭打抜機による杭の施工方法。
【請求項３】
モータにより回転駆動される駆動軸を含む複数の回転軸の各々に取り付けられた固定偏心重錘と可動偏心重錘の相対的な位相を調整する位相調整器を具備する起振機を備えた振動杭打抜機を用いて杭の打込み又は引抜きを行う施工方法において、
杭の打込み又は引抜き中に、前記モータにおけるモータ負荷率を継続的に検知する工程と、
前記モータ負荷率の変化の傾向に応じて前記偏心モーメントが変化するように、前記位相調整器により前記位相を調整しつつ杭の打込み又は引抜きを行う工程と、を有することを特徴とする
振動杭打抜機による杭の施工方法。
【請求項４】
前記モータが油圧モータである場合、前記油圧モータの油圧力を検知することにより、前記モータ負荷率を検知することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の振動杭打抜機による杭の施工方法。
【請求項５】
前記モータが電動モータである場合、前記電動モータの電流値を検知することにより、前記モータ負荷率を検知することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の振動杭打抜機による杭の施工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、起振機を備えた振動杭打抜機により杭の打込み又は引抜きを行う施工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
杭の打込み又は引抜きの施工において、起振機を備えた振動杭打抜機が用いられている。図１０は、起振機の作動原理を示すために起振機の主要部を模式的に示した側面図である。例として二軸の起振機２を示す。駆動軸２１は、起振機２に設けたモータＭにより回転駆動される。モータＭは、油圧モータの場合と電動モータの場合がある。従動軸２２はギヤ２７を介して駆動軸２１の回転を伝達される。駆動軸２１と従動軸２２にはそれぞれ、軸と共に回転する固定偏心重錘２３、２５と、軸に固定されていない可動偏心重錘２４、２６とが取り付けられている。固定偏心重錘２３、２５と可動偏心重錘２４、２６の相対的な位相は従動軸２２に取り付けられ油圧制御される位相調整器２ａにより変更可能である。固定偏心重錘２３、２５と可動偏心重錘２４、２６の相対的な位相を変更することにより、起振機２全体の偏心モーメントを（ａ）に示すゼロから（ｂ）に示す最大まで変更することが可能である。位相調整器２ａは、起振機２の回転中であっても位相を変更することが可能である（特許文献１、２）。
【０００３】
図１１は、従来の振動杭打抜機を用いて杭の打込みを行う時の各パラメータの変化の様子を模式的に示した図である。縦軸は対象地盤の深度であり、横軸は各パラメータである。最も左側に硬さの異なる複数の層からなる地盤の一例を示している。（ａ）はボーリング試験により計測した対象地盤のＮ値、（ｂ）は起振機のモータの負荷率、（ｃ）は起振機の偏心モーメント、（ｄ）は駆動源の出力である。
【０００４】
本明細書において「駆動源」とは、図１０に示した起振機のモータＭに対してエネルギーを供給するエネルギー供給源である。起振機のモータＭが油圧モータの場合、駆動源は、通常、油圧モータにオイルを圧送する油圧ポンプを回転駆動する発動機である。また、モータＭが電動モータの場合、駆動源は、通常、電動モータを回転駆動する電力を供給する発電機（典型的には発動発電機）である。
【０００５】
また本明細書において「モータ負荷率」又は「負荷率」とは、モータの定格負荷を１００％としたときのモータの実際の負荷の割合である。（ａ）に示すように、対象地盤のＮ値は、軟弱層から中間層、そして支持層となるにつれて次第に高くなる。そして（ｂ）に示すように、杭の打込み時にモータ負荷率を計測すると、Ｎ値にほぼ対応して変化する。これは、対象地盤のＮ値に大きさに対応して打込み時に杭にかかる土の抵抗力が変化するためである。モータ負荷率は、油圧モータの場合は油圧力により計測され、電動モータの場合は電流値により（電圧はほぼ一定である）計測される。
【０００６】
従来は、図１０に示した起振機２の偏心モーメントを調整可能な場合、対象地盤の最も硬い部分の打込みに必要な最大の偏心モーメントに合わせて調整した後、調整した最大の偏心モーメントに固定した上で施工を行っていた。例えば、支持層において最大の偏心モーメントが必要と考えられる場合には、（ｃ）に示すように、打込み開始から偏心モーメントを最大として打込みを行っていた。
【０００７】
従って駆動源についても、必要とされる最大の出力に合わせて固定した上で施工していた。例えば、支持層において定格出力が必要と考えられる場合には、（ｄ）に示すように、打込み開始から定格出力にて運転を行っていた。その結果、駆動源である発動機又は発動発電機の燃料消費量も、打込み時から打込み完了まで定格出力時の燃焼消費量が消費されていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許２０１２−７３１５号公報
【特許文献２】特開２０１２−５２３６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、起振機のモータ負荷率は、対象地盤が軟弱でＮ値が低い場合には低い値に留まるので、駆動源が常に最大時の出力で運転されると、無駄な燃料が消費されることとなる。
【００１０】
以上の現状に鑑み、本発明は、振動杭打抜機の駆動源の燃料が無駄に消費されないように、対象地盤から杭が受ける抵抗力に応じて起振機の偏心モーメントを最適に調整しながら杭の打込み又は引抜きを行う方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
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。
本発明の一態様においては、モータにより回転駆動される駆動軸を含む複数の回転軸の各々に取り付けられた固定偏心重錘と可動偏心重錘の相対的な位相を調整する位相調整器を具備する起振機を備えた振動杭打抜機を用いて杭の打込み又は引抜きを行う施工方法において、杭の打込み又は引抜きに先立って対象地盤の深度とＮ値の変化の関係を計測する工程と、杭の打込み又は引抜き中の前記起振機の固定偏心重錘と可動偏心重錘による偏心モーメントが計測した前記Ｎ値の変化に従って変化するように、杭の打込み又は引抜きに先立って前記位相調整器による前記位相の調整パターンを予め設定する工程と、杭の打込み又は引抜き中に、前記モータにおけるモータ負荷率を継続的に検知する工程と、検知した前記モータ負荷率の変化と計測した前記Ｎ値の変化のそれぞれの傾向が所定の許容範囲内で一致しているか否かを監視する工程と、前記モータ負荷率の変化と前記Ｎ値の変化のそれぞれの傾向が所定の許容範囲内で一致している場合は、設定した前記調整パターンに従って前記位相調整器により前記位相を調整しつつ杭の打込み又は引抜きを行う工程と、を有することを特徴とする。
【００１２】
上記態様においては、前記モータ負荷率の変化と前記Ｎ値の変化のそれぞれの傾向が所定の許容範囲内で一致しない場合は、前記モータ負荷率の変化の傾向に応じて前記偏心モーメントが変化するように、前記位相調整器により前記位相を調整して杭の打込み又は引抜きを行う工程をさらに有することが、好適である。
【００１３】
本発明の別の態様においては、モータにより回転駆動される駆動軸を含む複数の回転軸の各々に取り付けられた固定偏心重錘と可動偏心重錘の相対的な位相を調整する位相調整器を具備する起振機を備えた振動杭打抜機を用いて杭の打込み又は引抜きを行う施工方法において、杭の打込み又は引抜き中に、前記モータにおけるモータ負荷率を継続的に検知する工程と、前記モータ負荷率の変化の傾向に応じて前記偏心モーメントが変化するように、前記位相調整器により前記位相を調整しつつ杭の打込み又は引抜きを行う工程と、を有することを特徴とする。
【００１４】
上記いずれかの態様において前記モータが油圧モータである場合、前記油圧モータの油圧力を検知することにより、前記モータ負荷率を検知することが、好適である。
【００１５】
上記いずれかの態様において前記モータが電動モータである場合、前記電動モータの電流値を検知することにより、前記モータ負荷率を検知することが、好適である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明は、振動杭打抜機における起振機のモータ負荷率が対象地盤のＮ値にほぼ対応することに着目してなされたものである。杭の打込み又は引抜きの際は、モータ負荷率を計測しつつ行い、モータ負荷率に応じて起振機の偏心モーメントを調整することができる。さらに、予め対象地盤のＮ値を計測し、計測したＮ値から想定されるモータ負荷率に応じて予め起振機の偏心モーメントを設定し、設定に従って偏心モーメントを調整しつつ杭の打込み又は引抜きを行うことができる。これにより、駆動源の燃料消費量を必要最小限に抑制することができる。この結果、従来は全工程における必要な最大の偏心モーメントに合わせて運転していた駆動源の燃料消費量を、必要最小限に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、振動杭打抜機において打込み又は引抜きの作業を行う主要部の構成を概略的に示した図である。
【図２】図２は、図１に示した起振機のモータが油圧モータの場合における振動杭打抜機の全体構成を概略的に示した図である。
【図３】図３は、図１に示した起振機のモータが電動モータの場合における振動杭打抜機の全体構成を概略的に示した図である。
【図４】図４は、杭打込み時に偏心モーメントをモータ負荷率に応じて逐次制御する一例を模式的に示した図である。
【図５】図５は、対象地盤が粘性土、砂質土、岩盤と変化する場合の杭打込み時の偏心モーメントの制御方法の一例を示す図である。
【図６】図６は、対象地盤がほぼ砂質土の場合の杭打込み時の偏心モーメントの制御方法の一例を示す図である。
【図７】図７は、対象地盤がほぼ岩盤の場合の杭打込み時の偏心モーメントの制御方法の一例を示す図である。
【図８】図８は、対象地盤が粘性土、砂質土、岩盤と変化する場合の杭引抜き時の偏心モーメントの制御方法の一例を示す図である。
【図９】図９は、本発明の制御方法を適用した杭の打込み又は引抜きの施工の流れの一例を示したフロー図である。
【図１０】図１０は、起振機の作動原理を示すために起振機の主要部を模式的に示した側面図である。
【図１１】図１１は、従来の振動杭打抜機を用いて杭の打込みを行う時の各パラメータの変化の様子を模式的に示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の適用例を示した図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
図１は、振動杭打抜機において打込み又は引抜きの作業を行う主要部の構成を概略的に示した図である。振動杭打抜機１の主要部には、起振機２及び杭把持装置３が設けられている。起振機２は、クレーン等で吊り下げられている。起振機２は、上述した図１０に示した偏心重錘を回転駆動するモータを具備する。モータは、油圧モータＭｏ又は電動モータＭｅである。杭把持装置３は起振機２の下端に取り付けられている。杭把持装置３は、鋼管杭や鋼矢板等の杭５０の頭部を把持する。杭把持装置３が規定圧力で杭５０を把持した状態で、油圧モータＭｏ又は電動モータＭｅにより起振機２を回転駆動することにより、杭５０を対象地盤に打ち込んだり、対象地盤から引き抜いたりする作業を行う。
【００１９】
図２は、図１に示した起振機２のモータが油圧モータＭｏの場合における振動杭打抜機の全体構成を概略的に示した図である。図２中、矢印付き太線は、オイルの経路を示している。点線は、検知信号又は制御信号のうち主要なものを示している。
【００２０】
図２に示すように、油圧回路は、オイルタンクＴのオイルを適宜のポンプにより目的とする油圧機器に圧送し、再びオイルタンクＴに戻すように構成されている。起振機２の油圧モータＭｏに対しては、油圧モータ用ポンプＰ１からオイルが圧送される。起振機２の位相調整器２ａに対しては、位相調整器用ポンプＰ２からオイルが圧送される。杭把持装置３の油圧シリンダ３ａに対しては、把持用ポンプＰ３からオイルが圧送される。
【００２１】
杭把持装置３の油路上の切替弁３ｂは、把持用ポンプＰ３からのオイルを油圧シリンダ３ａに送るか、又はそのままオイルタンクＴに戻すかを切り替える。杭把持装置２の油路上の圧力スイッチ３ｄは、油圧シリンダ３ａの圧力すなわち杭把持装置３の把持圧力を感知する圧力計の機能と、感知した把持圧力に応じた信号を制御部４Ａに出力する機能とを備えている。圧力スイッチ３ｄは、振動杭打抜機の起動から終了までの間、常時機能している。
【００２２】
駆動源である発動機Ｅｏは、油圧モータ用ポンプＰ１、位相調整器用ポンプＰ２、把持用ポンプＰ３を並列的に駆動する。油圧モータ用ポンプＰ１と把持用ポンプＰ２は、発動機Ｅｏと同じ回転数で回転するか、又は、ギヤ又はプーリを介した所定比率の回転数で回転する。
【００２３】
制御部４Ａは、振動杭打抜機の動作を制御する電子回路を備え、手動操作用の操作パネル（図示せず）とも接続されている。電子回路は、好適にはマイクロプロセッサを含み、本発明による制御プログラムを実行する。制御部４Ａが送信する主な制御信号は、起振機ポンプＰ１（又は油路上の切替弁）、位相調整器用ポンプＰ２（又は油路上の切替弁）、把持用ポンプＰ３又は切替弁３ｂに対して送られる。また、制御部４Ａが受信する主な検知信号は、油圧モータＭｏの油圧力を示す信号、並びに、圧力スイッチ３ｄから送られる把持圧力を示す信号である。
【００２４】
制御部４Ａの制御プログラムに含まれる機能として、少なくとも発動機制御部４ａ、油圧モータ制御部４ｂ、把持圧力検知部４ｃ、把持圧力制御部４ｄ、モータ油圧力検知部４ｅ、偏心モーメント制御部４ｆ、運転モード切替部４ｇが設けられている。
【００２５】
発動機制御部４ａは、発動機Ｅｏの動作を制御し、その回転数を、停止状態のゼロから、杭の打込み又は引抜きを行う規定回転数までの範囲で設定可能である。
【００２６】
油圧モータ制御部４ｂは、油圧モータ用ポンプＰ１の発動機Ｅｏに対する接続又は切り離しを制御する。発動機Ｅｏの回転数が規定回転数となった後、油圧モータ用ポンプＰ１を発動機Ｅｏに接続すると、油圧モータＭｏにオイルが圧送され、油圧モータＭｏが作動し、起振機が回転駆動される。なお、油圧モータＭｏの作動は、把持圧力制御部４ｄから「把持完了」の信号が送られた後に可能となる。
【００２７】
把持圧力検知部４ｃは、圧力スイッチ３ｄにより感知された把持圧力を示す検知信号を受信し、把持圧力制御部４ｄに渡す。把持圧力制御部４ｄは、切替弁３ｂの動作を制御する。切替弁３ｂを杭把持装置３の油圧シリンダ３ａに切り替えることにより、杭把持装置３の開閉動作が行われる。杭の把持圧力が所定の値に到達して杭の把持が完了したとき、把持圧力制御部４ｄは、油圧モータ制御部４ｂに「把持完了」の信号を送る。
【００２８】
モータ油圧力検知部４ｅは、油圧モータＭｏの作動中、すなわち杭の打込み時又は引抜き時における油圧モータＭｏの油圧力を示す検知信号を受信し、偏心モーメント制御部４ｆに渡す。油圧モータＭｏの油圧力は、油圧モータＭｏの負荷率を表しており、このモータ負荷率は、杭が対象地盤から受ける抵抗力を反映している。
【００２９】
偏心モーメント制御部４ｆは、モータ油圧力検知部４ｅにより検知された油圧力に基づいて位相調整器用ポンプＰ２を制御して位相調整器２ａに対してオイルを圧送したり吸引したりすることにより、位相調整器２ａを制御する。これにより、起振機の偏心モーメントが変化する（上述した図１０参照）。検知した油圧力が高くなった場合は、位相調整器２ａを制御して起振機の偏心モーメントを大きくし、起振機の振幅及び起振力を大きくする。この結果、振動杭打抜機の出力すなわち発動機Ｅｏの出力が大きくなり（油圧モータ用ポンプＰ１の油圧力が増大する。油圧量はほぼ一定）、燃焼消費量が増大する。一方、検知した油圧力が低くなった場合は、起振機の偏心モーメントを小さくし、起振機の振幅及び起振力を小さくする。この結果、振動杭打抜機の出力すなわち発動機Ｅｏの出力が小さくなり（油圧モータ用ポンプＰ１の油圧力が低下する。油圧量はほぼ一定）、燃焼消費量が減少する。
【００３０】
運転モード切替部４ｇは、複数の運転モードを切り替える。例えば、本発明による制御方法を適用した運転モードと、手動の運転モードとの切替を行う。あるいは、後述する本発明による複数の異なる制御方法を適用した各運転モードの間での切替を行う。
【００３１】
図３は、図１に示した起振機２のモータが電動モータＭｅの場合における振動杭打抜機の全体構成を概略的に示した図である。なお、図２の油圧モータＭｏを用いた構成と共通する部分については同じ符号で示すとともに、説明を簡略化又は省略する場合がある。
【００３２】
図３に示すように、起振機２の位相調整器２ａ及び位相調整器用ポンプＰ２の油圧回路、並びに、杭把持装置３の油圧シリンダ３ａ及び把持用ポンプＰ３の油圧回路については、図２の構成と同じである。
【００３３】
図３の構成では、起振機２の電動モータＭｅの駆動源は発動発電機Ｅｅである。発動発電機Ｅｅは、所定の燃料により回転動力源を回転させて発電機による発電を行い、電力を出力する。
【００３４】
駆動源である発動発電機Ｅｅは、所定の規定回転数で電動モータＭｅを直接回転駆動する。規定回転数において、発動発電機Ｅｅの電圧はほぼ一定であるが、電流は電動モータＭｅのモータ負荷率により変化する。
【００３５】
この構成例では、発動発電機Ｅｅは、位相調整器用ポンプＰ２及び把持用ポンプＰ３をそれぞれ駆動する各ポンプ用電動モータに対しても電力を出力する。位相調整器用ポンプＰ２及び把持用ポンプＰ３は所定の回転数で回転するように制御される。
【００３６】
制御部４Ｂは、振動杭打抜機の動作を制御する電子回路を備え、手動操作用の操作パネル（図示せず）とも接続されている。電子回路は、好適にはマイクロプロセッサを含み、本発明による制御プログラムを実行する。制御部４Ｂが送信する主な制御信号は、発動発電機Ｅｅ、位相調整器用ポンプＰ２、把持用ポンプＰ３の切替弁３ｂ等に送られる。また、制御部４Ｂが受信する主な検知信号は、電動モータＭｅの電流値を示す信号、並びに、圧力スイッチ３ｄから送られる把持圧力を示す信号である。
【００３７】
制御部４Ｂの制御プログラムに含まれる機能として、少なくとも発動発電機制御部４ｈ、電動モータ制御部４ｉ、把持圧力検知部４ｃ、把持圧力制御部４ｄ、モータ電流値検知部４ｊ、偏心モーメント制御部４ｆ、運転モード切替部４ｇが設けられている。
【００３８】
発動発電機制御部４ｈは、発動発電機Ｅｅの出力電圧を制御することにより、電動モータＭｅの回転数を停止状態のゼロから、杭の打込み又は引抜きを行う規定回転数までの範囲で設定可能である。
【００３９】
電動モータ制御部４ｉは、電動モータＭｅの発動発電機Ｅｅに対する接続又は切り離しを制御する。発動発電機Ｅｅの出力電圧が規定回転数に相当する値となった後、電動モータＭｅを発動発電機Ｅｅに接続すると、電動モータＭｅが作動し、起振機が回転駆動される。なお、電動モータＭｅの作動は、把持圧力制御部４ｄから「把持完了」の信号が送られた後に可能となる。
【００４０】
把持圧力検知部４ｃは、圧力スイッチ３ｄにより感知された把持圧力を示す検知信号を受信し、把持圧力制御部４ｄに渡す。把持圧力制御部４ｄは、切替弁３ｂの動作を制御する。切替弁３ｂを杭把持装置３の油圧シリンダ３ａに切り替えることにより、杭把持装置３の開閉動作が行われる。杭の把持圧力が所定の値に到達して杭の把持が完了したとき、把持圧力制御部４ｄは、電動モータ制御部４ｉに「把持完了」の信号を送る。
【００４１】
モータ電流値検知部４ｊは、電動モータＭｅの作動中、すなわち杭の打込み時又は引抜き時における電動モータＭｅの電流値を示す検知信号を受信し、偏心モーメント制御部４ｆに渡す。電動モータＭｅの電流値は、電動モータＭｅの負荷率を表しており、このモータ負荷率は、杭が対象地盤から受ける抵抗力を反映している。
【００４２】
偏心モーメント制御部４ｆは、モータ電流値検知部４ｊにより検知された電流値に基づいて位相調整器用ポンプＰ２を制御して位相調整器２ａに対してオイルを圧送したり吸引したりすることにより、位相調整器２ａを制御する。これにより、起振機の偏心モーメントが変化する（上述した図１０参照）。検知した電流値が高くなった場合は、位相調整器２ａを制御して起振機の偏心モーメントを大きくし、起振機の振幅及び起振力を大きくする。この結果、振動杭打抜機の出力すなわち発動発電機Ｅｅの出力電流が大きくなり（出力電圧は基本的にほぼ一定）、燃焼消費量が増大する。一方、電流値が低くなった場合は、起振機の偏心モーメントを小さくし、起振機の振幅及び起振力を小さくする。この結果、振動杭打抜機の出力すなわち発動発電機Ｅｅの出力電流が小さくなり（出力電圧は基本的にほぼ一定）、燃焼消費量が減少する。
【００４３】
運転モード切替部４ｇは、複数の運転モードを切り替える。例えば、本発明による制御方法を適用した運転モードと、手動の運転モードとの切替を行う。あるいは、後述する本発明による複数の異なる制御方法を適用した各運転モードの間での切替を行う。
【００４４】
起振機モータが油圧モータの場合も電動モータの場合も、振動杭打抜機の出力は、次式のように表される。
振動杭打抜機の出力＝起振力×振幅×抵抗係数
上式において、抵抗係数は対象地盤の性質により決まる。起振力は偏心モーメントと角速度の二乗に比例する。振幅は偏心モーメントに比例する。打込み中又は引抜き中の起振機のモータの回転数はほぼ一定とされるから、角速度はほぼ一定である。従って、偏心モーメントを変化させることにより起振力及び振幅が変化し、その結果、振動杭打抜機の出力が変化することとなる。振動杭打抜機の出力の変化は、図２又は図３の発動機Ｅｏ又は発動発電機Ｅｅである動力源の出力変化である。この結果、動力源における燃料消費量が変化する。
【００４５】
以下、図４〜図９を参照して、本発明を適用した振動杭打抜機の制御方法の例を示す。
【００４６】
図４は、杭打込み時に偏心モーメントをモータ負荷率に応じて逐次制御する一例を模式的に示した図である。縦軸は対象地盤の深度であり、横軸は各パラメータである。最も左側に硬さの異なる複数の層からなる地盤の一例を示している。（ａ）は打込み中の起振機のモータ負荷率、（ｂ）は起振機の偏心モーメント、（ｃ）は駆動源の出力である。なお、（ｂ）及び（ｃ）の点線は、それぞれ偏心モーメントの最大及び駆動源の定格出力を示している（以下の図においても同様）。
【００４７】
対象地盤が軟弱層、中間層、支持層と深度が深くなるにつれて硬い土質となる場合、打込み始めはほぼモータ負荷率ゼロであり、同じ土質で深度が深くなっていくと杭の周面摩擦抵抗力が増大し、モータ負荷率が漸増していく。土質が変わる境界では不連続に負荷率が増大する場合がある。図４の例では、杭の打込み中、（ａ）に示すようにモータ負荷率を継続的に検知する。そして（ｂ）に示すように、モータ負荷率の検知と同時に、検知したモータ負荷率の変化の傾向に応じて偏心モーメントを変化させる。これは、位相調整器により起振機の固定偏心重錘と可動偏心重錘の相対的な位相を連続的に調整することにより行う。この結果、（ｃ）に示すように駆動源の出力が変化する、すなわち燃料消費量が変化する。図１１の従来例と比較すると、駆動源を常時定格出力で運転しなくてもよいため、燃料消費量を大幅に低減できる。
【００４８】
なお、図４は、杭打込み時の例であるが、杭引抜き時においても、同様にモータ負荷率を継続的に検知し、モータ負荷率に応じて偏心モーメントを逐次制御するようにしてもよい。図示しないが、杭引抜き時には、引抜き始めに土と杭との付着力が切れるまでは杭の周面摩擦抵抗力が最大であり、引抜き中には次第に周面摩擦抵抗力が低下し、モータ負荷率が漸減していく。引抜き完了に近づくとモータ負荷率はほぼゼロとなる。
【００４９】
図５〜図９は、予め計測した対象地盤のＮ値に基づいて偏心モーメントの制御パターンを予め設定する制御方法の例を示す。
【００５０】
図５は、対象地盤が軟弱層、中間層、支持層と深度が深くなるにつれて硬い土質となる場合の杭打込み時の偏心モーメントの制御方法の一例を示す図である。（ａ）は予め計測したＮ値、（ｂ）は打込み中の起振機のモータ負荷率、（ｃ）は起振機の偏心モーメント（設定値と実際の打込み時の制御値）、（ｄ）は駆動源の出力である。
【００５１】
先ず、施工に先立って、（ａ）に示すように対象地盤の深度とＮ値の変化の関係を計測する。この計測は、標準貫入試験により行う。次に、計測された深度とＮ値の変化の関係に基づき、杭の打込みに先立って杭の打込み中の起振機の偏心モーメントの制御パターンを、（ｃ）に示すように予め設定する。すなわち、位相調整器による両偏心重錘の相対的な位相の調整パターンを予め設定する。例えば偏心モーメントの値を、軟弱層では最大の６５〜７０％の範囲の所定の値に設定し、中間層では最大の７０〜８０％の範囲の所定の値に設定し、支持層では最大の８０〜１００％の所定の値に設定する。その後、設定した調整パターンに従って偏心モーメントを制御しつつ杭の打込みを行う。
【００５２】
さらに、杭の打込み中は、（ｂ）に示すようにモータ負荷率を継続的に検知することが好ましい。これは、実際に検知されるモータ負荷率の変化と、予め計測したＮ値の変化のそれぞれの傾向が、所定の許容範囲内で一致しているか否かを監視するためである。Ｎ値の計測は、通常、一箇所のみのボーリング調査により行うので、実際に杭を打つ箇所のＮ値と完全に一致しているとは限らない。ほぼ同じ傾向を示す可能性が高いと考えられるが、局所的に相違している可能性もある。一致しているとみなすことができる許容範囲は、施工条件に応じて適宜設定する。
【００５３】
検知したモータ負荷率の変化と、予め計測したＮ値の変化の傾向が、所定の許容範囲内で一致しているならば、設定した調整パターン通りに偏心モーメントを制御し、杭の打込みを完了する。図５（ｃ）は、偏心モーメントの設定値であり、実際の打込み中の制御値でもある。この結果、（ｄ）に示すように駆動源の出力が変化する、すなわち燃料消費量が変化する。
【００５４】
図６は、対象地盤が軟弱地盤の場合の杭打込み時の偏心モーメントの制御方法の一例を示す図である。（ａ）は予め計測したＮ値、（ｂ）は打込み中の起振機のモータ負荷率、（ｃ）は起振機の偏心モーメント（実際の打込み時）、（ｄ）は駆動源の出力である。
【００５５】
この例では、施工に先立って計測したＮ値は、（ａ）に示すように比較的小さい値でほぼ一定となっている。この計測結果に基づいて、杭の打込みに先立って杭の打込み中の起振機の偏心モーメントの制御パターンを、最大の５０％の一定値に維持するように設定する。
【００５６】
杭の打込みを開始し、打込み中は（ｂ）に示すようにモータ負荷率を継続的に検知する。この場合、（ｂ）の符号Ｄ１で示す深度範囲において、モータ負荷率が増大したことが検知され、この増大の程度は、所定の許容範囲を超えたものであるとする。その場合、（ｃ）に示すように、偏心モーメントを設定値よりも大きくすることにより対応する。例えば、偏心モーメントが最大の７０％となるように位相調整器により両偏心重錘の位相を調整する。モータ負荷率が再び想定した範囲内に復帰した場合は、偏心モーメントも元の設定値に戻す。この結果、（ｄ）に示すように駆動源の出力が変化する、すなわち燃料消費量が変化する。
【００５７】
図７は、対象地盤が硬質地盤の場合の杭打込み時の偏心モーメントの制御方法の一例を示す図である。（ａ）は予め計測したＮ値、（ｂ）は打込み中の起振機のモータ負荷率、（ｃ）は起振機の偏心モーメント（実際の打込み時）、（ｄ）は駆動源の出力である。
【００５８】
この例では、施工に先立って計測したＮ値は、（ａ）に示すように比較的大きい値でほぼ一定となっている。この計測結果に基づいて、杭の打込みに先立って杭の打込み中の起振機の偏心モーメントの制御パターンを、最大の７０〜８０％の範囲内の一定値に維持するように設定する。
【００５９】
杭の打込みを開始し、打込み中は（ｂ）に示すようにモータ負荷率を継続的に検知する。この場合、（ｂ）の符号Ｄ２で示す深度範囲において、モータ負荷率が低下したことが検知され、この低下の程度は、所定の許容範囲を超えたものであるとする。その場合、（ｃ）に示すように、偏心モーメントを設定値よりも小さくすることにより対応する。例えば、偏心モーメントが最大の５０％となるように位相調整器により両偏心重錘の位相を調整する。モータ負荷率が再び想定した範囲内に復帰した場合は、偏心モーメントも元の設定値に戻す。この結果、（ｄ）に示すように駆動源の出力が変化する、すなわち燃料消費量が変化する。
【００６０】
なお、上述した図５〜図７は、杭打込み時の例であるが、杭引抜き時においても、同様に対象地盤のＮ値を予め計測し、計測したＮ値に基づいて起振機の両偏心重錘の位相の調整パターンを設定し、設定した調整パターンに従って両偏心重錘の位相を変化させて偏心モーメントを制御しつつ引抜きを行ってもよい。そして、引抜き中のモータ負荷率の変化を継続的に検知し、モータ負荷率が、計測したＮ値から想定される変化の許容範囲を超えて増大又は低下したときには、モータ負荷率の変化に対応するように両偏心重錘の位相を調整することにより、偏心モーメントを設定値よりも増大又は低下させる。
【００６１】
図８は、対象地盤が軟弱層、中間層及び支持層からなる場合の杭引抜き時の偏心モーメントの制御方法の一例を示す図である。（ａ）は予め計測したＮ値、（ｂ）は引抜き中の起振機のモータ負荷率、（ｃ）は起振機の偏心モーメント（実際の引抜き時）、（ｄ）は駆動源の出力である。この場合、例えば偏心モーメントの値を、支持層では最大の７５％の範囲の所定の値に設定し、中間層では最大の５０％の範囲の所定の値に設定し、軟弱層では最大の２５％の所定の値に設定する。実際の引抜き時には、引抜き完了に近づいてモータ負荷率がほぼゼロとなったならば、その時点で偏心モーメントもゼロとしてよい。その場合、駆動源はアイドリング状態となる。
【００６２】
図９は、本発明の制御方法を適用した杭の打込み又は引抜きの施工の流れの一例を示したフロー図である。
【００６３】
先ず、施工前に対象地盤の深度とＮ値の変化の関係を計測する（ステップＳ０１）。次に、計測したＮ値に基づいて所定の深度におけるモータ負荷率を想定する。Ｎ値と、所定の定格負荷をもつモータのモータ負荷率との関係は経験的に得られているものとする。想定した所定の深度におけるモータ負荷率に対応するように、所定の深度における起振機の偏心モーメントの値を予め設定する。すなわち施工の全深度範囲における位相調整器による偏心モーメントの調整パターンを予め設定する（ステップＳ０２）。
【００６４】
実際の施工においては、杭の打込みの場合、先ず、杭の吊込み及び建込みを行う（ステップＳ０３）。杭の引抜きの場合、この工程はない。続いて、バイブロハンマの吊込みを行い、バイブロハンマを杭の頭部に配置する（ステップＳ０４）。
【００６５】
駆動源（発動機又は発動発電機）を始動し、アイドリング状態とする（ステップＳ０４）。
【００６６】
杭把持装置を作動させ、所定の把持圧力で杭を把持させることで杭の把持を完了する（ステップＳ０４）。これにより、起振機のモータの駆動が可能となる。
【００６７】
起振機のモータの駆動を開始し、モータ負荷率を検知しつつ、設定した偏心モーメントにて杭の打込み又は引抜きを開始する（ステップＳ０７）。
【００６８】
打込み中又は引抜き中に、モータ負荷率が、予め計測したＮ値に基づいて想定した許容範囲内の値か否かを監視する（ステップＳ０８）。モータ負荷率の変化量が、想定した許容範囲内であれば、設定値に従った偏心モーメントの制御を維持する（ステップＳ０９）。モータ負荷率の変化量が許容範囲内を超えて増大した場合には、偏心モーメントを設定値よりも増大させるように位相調整器による両偏心重錘の位相調整を行う（ステップＳ１０）。モータ負荷率の変化量が許容範囲内を超えて低下した場合には、偏心モーメントを設定値よりも低下させるように位相調整器による両偏心重錘の位相調整を行う（ステップＳ１１）。ステップＳ１０及びステップＳ１１における調整量は、モータ負荷率の変化量に応じた適切な量とする。
【００６９】
杭打込みにおいては最終深度に到達したとき、杭引抜きにおいてはモータ負荷率がゼロすなわち空運転状態となったとき、モータを駆動源から切り離し、駆動源をアイドリング状態とする（ステップＳ１２）。
【００７０】
その後、杭把持装置を作動させて杭を開放する（ステップＳ１３）。最後に駆動源を停止する（ステップＳ１４）。
【符号の説明】
【００７１】
１  振動杭打抜機
２  起振機
２ａ  位相調整器
Ｐ１  油圧モータ用ポンプ
Ｐ２  位相調整器用ポンプ
Ｐ３  把持用ポンプ
２１  駆動軸
２２  従動軸
２３、２５  固定偏心重錘
２４、２６  可動偏心重錘
３  杭把持装置
４  制御部
Ｍｏ  油圧モータ
Ｍｅ  電動モータ
Ｅｏ  発動機
Ｅｅ  発動発電機
５０  杭
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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