(57)【要約】  この杭打ち工法は、杭の長さ方向の共振振動を利用して杭を地盤に打設する杭打ち工法であって、前記杭の杭頭に前記杭の質量の０．２６倍以上かつ３倍以下の荷重を加え；前記杭頭が腹となる共振モードに対応する共振振動によって前記杭を加振する。
2011087080.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
杭の長さ方向の共振振動を利用して杭を地盤に打設する杭打ち工法であって、
前記杭の杭頭に前記杭の質量の０．２６倍以上かつ３倍以下の荷重を加え；
前記杭頭が腹となる共振モードに対応する共振振動によって前記杭を加振する；
ことを特徴とする杭打ち工法。
【請求項２】
前記共振モードが、１／２波長の共振モード及び１／１波長の共振モードであり；
前記杭の長さに基づいて、前記１／２波長の共振モードまたは前記１／１波長の共振モードを選択し；
この選択した前記共振モードに対応する共振振動によって前記杭を加振する；
ことを特徴とする請求項１に記載の杭打ち工法。
【請求項３】
前記杭を把持する杭把持装置に前記杭頭を把持させ；
前記杭把持装置に把持された前記杭頭に前記荷重を加える；
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の杭打ち工法。
【請求項４】
前記杭把持装置が、本体部と、前記本体部に設けられ前記杭の前記杭頭を囲むように配置された把持部とを備え；
前記本体部の内部に錘が配置されており；
前記錘と前記杭把持装置との質量の総和が前記杭の質量の０．２６倍以上かつ３倍以下である；
ことを特徴とする請求項３に記載の杭打ち工法。
【請求項５】
共振振動を利用して杭を地盤に打設するときの前記杭への加振を制御する加振制御方法であって、
前記杭の打ち込みの深さおよび前記地盤の硬さのうちの少なくとも一方に基づいて、前記杭の杭頭に付加する荷重を前記杭の質量の０．２６倍以上かつ３倍以下の範囲で調整し；
前記杭頭が腹となる共振モードに対応する共振振動によって前記杭を加振する；
ことを特徴とする加振制御方法。
【請求項６】
前記共振モードが、１／２波長の共振モード及び１／１波長の共振モードであり、
前記杭の長さに基づいて、前記１／２波長の共振モードまたは前記１／１波長の共振モードを選択し；
この選択した前記共振モードに対応する共振振動によって前記杭を加振する；
ことを特徴とする請求項５に記載の加振制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、共振振動を利用して杭を地盤に打設する杭打ち工法、および、杭を地盤に打設するときの杭への加振を制御する加振制御方法に関する。
本願は、２０１０年０１月１５日に、日本に出願された特願２０１０−００７０５４号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
【背景技術】
【０００２】
従来、杭打ち機で杭に振動を与えて地盤に打設する共振振動杭打ち工法が知られている。この共振振動杭打ち工法は、まず、杭に与える加振周波数を杭の長さ方向の固有周波数と一致させる。次に、加振周波数と固有周波数とを一致させたことによって発生する共振振動を利用して、杭を地盤に打設する。この共振杭打ち工法は、共振振動により杭を自発的に振動させるので少ないエネルギーで大きな振動応答（加速度、振幅に対応）を得ることができ、少ないエネルギーを効率よく利用して打設できるという利点を有している。さらに、共振杭打ち工法は、主な杭の長さにおいて、剛体的振動を利用した杭打ち工法と比べて、加振周波数が高周波になるので、地盤振動を低減できる利点も有している。
また、このような共振杭打ち工法としては、主に１／４波長の共振モードを利用して杭頭が節となる共振振動により打設する工法（以下、単に杭頭節工法という）（例えば、特許文献１〜３参照）と、主に１／２波長の共振モードを利用して杭頭が腹となる共振振動により打設する工法（以下、単に杭頭腹工法という）（例えば、特許文献４参照）とが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】日本国特開昭５６−２５５１８号公報
【特許文献２】日本国特開昭５９−９８９２８号公報
【特許文献３】日本国特開昭６１−９２２１２号公報
【特許文献４】日本国特許第２８０７７９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１〜３記載の杭頭節工法では、ひずみ（杭の長さ方向の単位長さあたりの変位の変化量）が最も大きい節が杭頭に位置するため、杭頭で負荷が最大となる。このため、従来の杭打ち機と杭との固定力では共振振動を制御することが困難であり、杭打ち機に故障が発生する可能性が高くなる。したがって、杭頭節工法は、実用化が困難であるという問題点がある。
また、特許文献４記載の杭頭腹工法では、杭頭節工法と比べて杭の先端（以下、単に杭先端という）の振動応答が小さくなるため、杭頭節工法と比べて施工能力が小さいという問題点がある。ここで、先端とは、地盤に埋まる側の端部である。
さらに、杭頭節工法および杭頭腹工法では、共振周波数が杭の長さのみで決定されるため、打設することができる杭の長さ範囲が制限され、汎用性が低いという問題点がある。【０００５】
本発明は、実用化がし易く、施工能力が高く、汎用性が高い杭打ち工法および加振制御方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記目的を達成するために、本発明者が鋭意研究を重ねた結果、以下のことを見出し、本発明を完成させた。【０００７】
本発明は、上記課題を解決して係る目的を達成するために以下の手段を採用した。
すなわち、
（１）本発明の一態様に係る杭打ち工法は、杭の長さ方向の共振振動を利用して杭を地盤に打設する杭打ち工法であって、前記杭の杭頭に前記杭の質量の０．２６倍以上かつ３倍以下の荷重を加え、前記杭頭が腹となる共振モードに対応する共振振動によって前記杭を加振する。【０００８】
（２）上記（１）に記載の杭打ち工法は、前記共振モードが、１／２波長の共振モード及び１／１波長の共振モードであり；前記杭の長さに基づいて、前記１／２波長の共振モードまたは前記１／１波長の共振モードを選択し；この選択した前記共振モードに対応する共振振動によって前記杭を加振する；ことが好ましい。
（３）上記（１）または（２）に記載の杭打ち工法は、前記杭を把持する杭把持装置に前記杭頭を把持させ；前記杭把持装置に把持された前記杭頭に前記荷重を加える；ことが好ましい。
（４）上記（３）に記載の杭打ち工法は、前記杭把持装置が、本体部と、前記本体部に設けられ前記杭の前記杭頭を囲むように配置された把持部とを備え；前記本体部の内部に錘が配置されており；前記錘と前記杭把持装置との質量の総和が前記杭の質量の０．２６倍以上かつ３倍以下である；ことが好ましい。
（５）本発明の一態様に係る加振制御方法は、共振振動を利用して杭を地盤に打設するときの前記杭への加振を制御する加振制御方法であって、前記杭の打ち込みの深さおよび前記地盤の硬さのうちの少なくとも一方に基づいて、前記杭の杭頭に加える荷重を前記杭の質量の０．２６倍以上かつ３倍以下の範囲で調整し；前記杭頭が腹となる共振モードに対応する共振振動によって前記杭を加振する。
（６）上記（５）に記載の加振制御方法は、前記共振モードが、１／２波長の共振モード及び１／１波長の共振モードであり；前記杭の長さに基づいて、前記１／２波長の共振モードまたは前記１／１波長の共振モードを選択し；この選択した前記共振モードに対応する共振振動によって前記杭を加振する；ことが好ましい。
【発明の効果】
【０００９】
従来、杭に荷重を加えると、共振振動させる対象物体の総質量が増加してしまい、施工能力が落ちてしまうと考えられていた。しかし、杭頭が腹となる共振振動では、杭頭に荷重を加えて、加振周波数を変化させながら杭を加振する。このとき、杭に加える力は、加振周波数を変化させても同一である。
その結果、本発明者は、荷重が大きくなるほど共振周波数が低くなり、杭先端（杭頭）の振動応答が大きくなり、さらに、杭頭が節となる共振振動よりも杭頭のひずみが小さくなることを見出した。また、杭頭に加える荷重が杭の質量の３倍を超えると、共振周波数がほとんど変化しないことを見出した。
本発明は、以上のような知見により完成したものである。【００１０】
上記（１）に記載の杭打ち工法及び上記（５）に記載の加振制御方法によれば、杭頭に上記の荷重を加えた杭を杭頭が腹となる共振振動で加振することにより、あるいは、杭の打ち込みの深さおよび地盤の硬さのうちの少なくとも一方に基づいて杭頭に加える荷重を上記の範囲で調整してから杭を加振することにより、荷重を加えない場合と比べて杭先端の加速度応答を大きくすることができ、施工能力を向上できる。また、杭頭が腹となる共振振動を発生させるため、ひずみが最も大きい節を杭の中間部に位置させることができる。したがって、杭打ち機と杭頭との固定力を大きくすることなく共振振動を制御できるとともに、杭打ち機の故障の可能性を低くでき、実用化し易くなる。
さらに、共振周波数を杭頭に付与する荷重で調整できるため、打設することができる杭の長さ範囲が制限されることなく、杭打ち工法の汎用性を向上することができる。このとき、共振杭打ち工法共通の利点である地盤振動の低減効果は変わらない。
なお、本発明の一態様にかかる杭打ち工法では、杭頭に杭の質量の０．２６倍以上かつ１．１倍以下の荷重を加えることがより好ましい。また、本発明の一態様にかかる加振制御方法では、杭頭に加える荷重を前記杭の質量の１．１倍までの範囲で調整することがより好ましい。
荷重が１．１倍を超えると、荷重の増加量に対する共振周波数の変化量が１．１倍以下の場合と比べて小さくなり顕著な効果が見られなくなるとともに、加振対象の総質量が増加してしまい杭打ち機の負荷が大きくなる場合がある。【００１１】
上記（２）に記載の杭打ち工法及び上記（６）に記載の加振制御方法によれば、１／２波長の共振モード（一次共振モード）のみで共振振動させる場合、杭の長さを長くするほど共振周波数が低くなり地盤振動が大きくなる。
また、杭Ｐの長さが長く、１/２波長の共振モードの共振周波数では地盤振動の低減効果が小さいと判断した場合、杭Ｐを１／１波長の共振モードで共振振動させるように加振機で加振させる。このように、杭の長さに応じて、共振モードを選択して加振することにより、杭の長さを変更しなくても、杭の共振周波数が高くなり地盤振動が小さくなる。【００１２】
上記（３）に記載の杭打ち工法によれば、杭把持装置に杭の杭頭を把持させるため、容易に施工できる。
上記（４）に記載の杭打ち工法によれば、本体部の内部に錘が配置されているため、錘を変えることにより、杭の杭頭に加える荷重を杭の質量の０．２６倍以上かつ３倍以下となるように、調整することが可能となる。これにより、簡易な工法により、共振周波数帯域が高く、振動応答を大きくすることが可能となる。【００１３】
以上のような杭打ち工法および加振制御方法によれば、杭頭に荷重を加えない場合と比べて杭先端の加速度応答を大きくすることができ、施工能力を向上させることができる。また、杭打ち機と杭頭との固定力を大きくすることなく共振振動を制御できるとともに、杭打ち機の故障の可能性を低くでき、容易に実用化することができる。さらに、打設することができる杭の長さ範囲が制限されることなく、杭打ち工法の汎用性を向上できる。そして、共振杭打ち工法の利点である地盤振動の低減を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態に係る杭打ち機の概略構成を示す側面図である。
【図２】本発明の実施例の実験方法を示す側面図である。
【図３】加振周波数比と先端加速度比との関係を示すグラフである。
【図４】付加荷重比と１／２波長共振周波数比との関係を示すグラフである。
【図５】付加荷重比と限界到達深度比との関係を示すグラフである。
【図６】付加荷重比と打設速度比との関係を示すグラフである。
【図７】比較例２の振動応答分布とひずみ分布を示す図である。
【図８】比較例３の振動応答分布とひずみ分布を示す図である。
【図９】実施例５の振動応答分布とひずみ分布を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の一実施形態として、杭打ち工法および加振制御方法を図面に基づいて説明する。
図１は、本実施形態の杭打ち機の概略構成を示す側面図である。
図１において、本実施形態の杭打ち機１は、共振振動を利用して杭Ｐを地盤Ｇに打設する装置である。この杭打ち機１は、杭Ｐを加振する加振機２と、杭把持装置３と、図示しない制御装置とを備えている。
杭把持装置３は、加振機２に取り付けられて、杭Ｐの杭頭Ｐｈを把持する。制御装置（図示略）は、杭打ち機１全体を制御する。また、杭Ｐの地盤Ｇに埋まる側の端部が杭先端Ｐｆである。
【００１６】
加振機２は、杭頭Ｐｈが腹となる１／２波長の共振モード（一次共振モード）または１／１波長の共振モード（二次共振モード）に対応する共振振動を杭Ｐに発生させるような周波数で加振する。
杭把持装置３は、内部に空洞を有し略箱状の本体部３１と、杭Ｐの杭頭Ｐｈを把持する複数の把持部３２とを備えている。把持部３２は、杭Ｐの杭頭Ｐｈを囲むように配置され、本体部３１から下方に突出している。この把持部３２は、制御装置（図示略）により杭頭Ｐｈを把持するように動作する。
本体部３１の内部には、あらかじめ準備されている複数の錘３３のうちのいずれか１個あるいは複数個が設置される。この１個あるいは複数の錘３３の質量と杭把持装置３（本体部３１及び把持部３２を含む）との質量の和が杭Ｐの質量の０．２６倍から３倍の範囲に収まるように、錘３３の質量が設定されている。このような錘３３のうちのいずれか１個あるいは複数個が本体部３１内に設置されると、杭頭Ｐｈには、杭Ｐの質量の０．２６倍以上かつ３倍以下の荷重が付加される（加えられる）。つまり、杭把持装置３と錘３３との質量の和が、前記の杭頭に付加する荷重に相当する。
【００１７】
次に、杭打ち機１による杭Ｐの杭打ち工法（加振制御方法）について説明する。
まず、作業者は、地盤Ｇの硬さ、杭Ｐの打ち込み深さ（地盤Ｇから杭先端Ｐｆまでの長さ、すなわち、目標打設深度を示す）に基づいて、適切な長さあるいは太さ（外径）の杭Ｐを選択して、杭把持装置３に把持させる。そして、１個あるいは複数の錘３３の質量と杭把持装置３との質量の和が杭Ｐの質量の０．２６倍から３倍の範囲となるように、杭Ｐの杭頭Ｐｈに付加する荷重を調整する。すなわち、適切な質量の錘３３を杭把持装置３に設置する。
そして、作業者は、まず、杭打ち機１の制御装置を操作して加振機２を動作させる。次に、杭Ｐの質量の０．２６倍から３倍の範囲内の荷重が付加された杭Ｐを１／２波長の共振モードの共振振動を発生させるような周波数で加振させて打設する。ここで、杭Ｐに付加する荷重は、杭Ｐの質量の０．２６倍から１．１倍の範囲内がより好ましい。
このように、杭Ｐの杭頭Ｐｈに荷重を付加して加振することにより、杭Ｐの杭頭Ｐｈに荷重が付加されずに１／２波長の共振モードで共振振動する場合と比べて杭先端Ｐｆの加速度応答が大きくなり、かつ、杭頭Ｐｈが節となるように共振振動する場合と比べて杭頭Ｐｈのひずみが小さくなった状態で打設される。
【００１８】
また、作業者は、杭把持装置３で把持されている杭Ｐの長さが長く、１/２波長の共振モードの共振周波数では地盤振動の低減効果が小さいと判断した場合、杭Ｐを１／１波長の共振モードで共振振動させるように加振機２で加振させる。
このように、杭Ｐの長さに応じて、共振モードを選択して加振することにより、杭Ｐの長さを変更しなくても、杭Ｐの共振周波数が高くなり地盤振動が小さくなる。
【００１９】
以上の本実施形態によれば、杭頭Ｐｈに杭Ｐの質量の０．２６倍から３倍の範囲内の荷重の錘３３を付加し、杭頭Ｐｈが腹となる共振振動で杭Ｐを加振している。このため、共振杭打ち工法の利点である地盤振動の低減を実現しつつ、杭頭Ｐｈに荷重を付加しない場合と比べて杭先端Ｐｆの加速度応答を大きくすることができ、所定の施工能力を向上させることができる。また、本実施形態では、杭頭Ｐｈが腹となる共振振動で杭Ｐを加振しているため、杭頭Ｐｈが節となるように共振振動させる場合と比べて杭頭Ｐｈのひずみを小さくできる。これにより、杭把持装置３の把持力を大きくすることなく共振振動を制御でき、かつ、杭打ち機１の故障の可能性を低くできる。したがって、容易に実用化を図ることができる。さらに、杭の長さあるいは杭の質量に応じて杭頭に付加する荷重を調整することによって共振周波数を調整することができるため、杭の長さに依存せず共振振動を発生させることができ、汎用性を向上できる。
【００２０】
また、杭Ｐの杭頭Ｐｈに杭Ｐの質量の０．２６倍から３倍以下の荷重を付加させたが、より好ましくは、杭Ｐの質量の０．２６倍から１．１倍の範囲で調整する。これにより、加振機２の加振対象である杭把持装置３と錘３３と杭Ｐとの総質量の増加を最小限に抑えることができ、杭打ち機１の負荷を抑えつつ、上述した効果を奏することができる。さらに、杭Ｐの長さに応じて、杭Ｐの共振モードを１／２波長または１／１波長を選択することにより、杭Ｐを変更することなく地盤振動を制御できる。また、杭Ｐを加振するときの周波数に基づいて、１／２波長の共振モードまたは１／１波長の共振モードを選択することも可能である。
また、杭把持装置３に杭頭Ｐｈを把持させているため、容易に施工できる。
【実施例】
【００２１】
次に、本発明の実施例について説明する。
本実施例では、杭頭Ｐｈに荷重を付加することによる効果を確認した。【００２２】
まず、杭Ｐに付加する荷重と、杭Ｐの共振周波数と、加振時の杭先端Ｐｆの加速度（以下、単に先端加速度という）との関係を確認した。
図２に示すように、杭Ｐの長さ方向に沿った５箇所に、加速度計Ａを互いに等間隔になるように取り付けた。また、加振機２の先端に取り付けた杭把持装置３にこの杭Ｐを把持させた。さらに、杭把持装置３と錘３３との質量の和を杭Ｐの質量で除算した値（以下、単に付加荷重比という）がそれぞれ以下の表１の値となるような錘３３を、杭把持装置３に設置した。そして、加振機２のパワーを一定にして、杭Ｐに加振する周波数（以下、単に加振周波数という）を変化させていき、実施例１〜４における共振周波数と、加振時の杭先端Ｐｆの加速度（以下、単に先端加速度という）との関係を調べた。【００２３】
【表１】
2011087080.tif 000003
【００２４】
一方、比較例１では、杭把持装置３を用いず、５個の加速度計Ａが取り付けられた杭Ｐを、加振機２の先端にボルト及び溶接を用いて接合した。そして、実施例１〜４と同様に杭Ｐを加振して、共振周波数と、加速度との関係を調べた。なお、比較例１における付加荷重比は、０．０８（≒０）であった。【００２５】
図３に、実施例１〜４、比較例１における加振周波数比と、先端加速度比との関係を示す。ここで、加振周波数比とは、実施例１〜４、比較例１における加振周波数を、比較例１における１／２波長の共振周波数で除算した値である。また、先端加速度比とは、実施例１〜４、比較例１における先端加速度を、比較例１における１／２波長の先端加速度で除算した値である。
図３に示すように、付加荷重比が大きくなるほど、１／２波長共振周波数（１／２波長の共振モードにおける共振周波数）が低くなるとともに、先端加速度比が大きくなることが確認できた。また、１／４波長共振周波数（１／４波長の共振モードにおける共振周波数）については、付加荷重比が大きくなっても、あまり変化しないことが確認できた。【００２６】
また、図４に、図３に基づいて得られる、付加荷重比と、１／２波長共振周波数比（各付加荷重比（実施例１〜４）の１／２波長共振周波数を比較例１の１／２波長共振周波数で除算した値）との関係を示した。ここで、実線は、実測値を結ぶ線であり、２点鎖線は、実測値から得られる近似曲線である。
付加荷重比が１．１以下の場合には、付加荷重比が大きくなるほど１／２波長共振周波数が低くなるが、１．１を超えると、１／２波長共振周波数はほとんど変化しないことが確認できた。【００２７】
さらに、図４において、１点鎖線は波動方程式から導いた理論値（詳細は後述する）を示す。
前述した実測値の近似曲線は、理論値に対してやや大きな値を示し、特に質量比１．０以上の領域では５％ほどの乖離を示す。しかし、理論値および近似曲線は、何れも質量比の上昇に伴って一定の１／２波長共振周波数比に収斂する傾向を示しており、理論値によって前述した実測値に基づく近似曲線の正しさが裏付けられたと考えられる。
なお、理論値および近似曲線がそれぞれ質量比の上昇に伴って一定の周波数比に収斂するのは、荷重を付加しない場合の１／２波長共振から１／４波長共振に共振モードが移行していくことによると考えられる。
また、理論値に対して近似曲線が高い値を示すのは、実験時の装置の問題、例えば杭把持装置３に装着する際に、杭Ｐおよび錘３３が厳密に垂直に設置できず、僅かに垂直方向からずれている等の理由によると考えられる。【００２８】
前述した理論値は、次の要領で導くことができる。
杭Ｐのような一次元弾性体の共振モードは、波動方程式と境界条件とから求めることができる。
まず、次式の波動方程式が一般的に知られている。【００２９】
【数１】
2011087080.tif 000004
【００３０】
式（１）において、ｕは長さ方向の変位であり、ｘは位置であり、ｔは時間であり、Ｅはヤング率であり、ρは密度である。
また、長さ方向の変位ｕは、位置ｘ及び時間ｔの関数を用いて次式のように表せる。なお、ωは角振動数、cは弾性波速度、ＣおよびＤは係数である。【００３１】
【数２】
2011087080.tif 000005
【００３２】
前述した式（１）と式（２）とに加えて、弾性体の両端（ｘ＝０，ｘ＝ｌ）の境界条件を設定すれば、一次元弾性体の共振モードが求まる。
両端の境界条件が自由端の場合、ひずみは０であり、次式が成立する。【００３３】
【数３】
2011087080.tif 000006
【００３４】
前述した式（２）と式（３）とからＤ＝０となり、共振角振動数は次式となる。なお、ｉは整数であり、１／２波長モードの場合ｉ＝１である。【００３５】
【数４】
2011087080.tif 000007
【００３６】
以上から、共振モードは次式で表される。【００３７】
【数５】
2011087080.tif 000008
【００３８】
以上は両端が自由端の場合である。これに対し、本実施形態のように一端に荷重が付加された場合、以下のような境界条件となる。
付加荷重のない端部（杭先端ｐｆ側、ｘ＝０）では、自由端であるため、前述した式（３）により次式が成立する。【００３９】
【数６】
2011087080.tif 000009
【００４０】
付加荷重がある端部（杭頭ｐｈ側、ｘ＝ｌ）では、付加荷重Ｍの慣性力と弾性体とが釣合い、次式が成立する。【００４１】
【数７】
2011087080.tif 000010
【００４２】
式（７）にはｕの時間微分があるので、次式により展開する。【００４３】
【数８】
2011087080.tif 000011
【００４４】
式（７）および式（８）から次式が得られる。【００４５】
【数９】
2011087080.tif 000012
【００４６】
【数１０】
2011087080.tif 000013
【００４７】
付加荷重のない端部（杭先端ｐｆ側、ｘ＝０）では、式(6)および式（１０）よりＤ＝０となる（両端が自由端の場合と同じ）。
付加荷重がある端部（杭頭ｐｈ側、ｘ＝ｌ）では、式（６）から式（１０）の各式から、次式が得られる。【００４８】
【数１１】
2011087080.tif 000014
【００４９】
この式（１１）を満たすωが、一端に付加荷重がある場合の共振角振動数である。
また、この場合の振動モードは次式となる。【００５０】
【数１２】
2011087080.tif 000015
【００５１】
ここで、式（１１）において、次の式（１３）と仮定すると、式（１４）が導かれる。【００５２】
【数１３】
2011087080.tif 000016
【００５３】
【数１４】
2011087080.tif 000017
【００５４】
従って、次式が得られる。この式(１５)により、杭長が一定の場合、杭と付加荷重との質量比で共振周波数が決定されることがわかる。【００５５】
【数１５】
2011087080.tif 000018
【００５６】
この式（１５）に基づき、前述した実測値の条件に合わせ、質量比０．０８（０に相当する比較例）および質量比０．２５〜３．０（本実施形態に含まれる）の周波数比を求めると、図４の１点鎖線で示す理論値が得られる。【００５７】
次に、荷重を付加することによる施工能力へ及ぼす影響を確認した。
前述した実施例１〜４および比較例１において、各々の１／２波長共振周波数で、加振機２のパワーを一定にして、杭Ｐを加振した状態で地盤へ打設し、付加荷重と限界到達深度および打設速度との関係を調べた。【００５８】
図５に、実施例１〜４、比較例１における付加荷重比と限界到達深度比を示す。ここで、限界到達深度比は、比較例１を基準とし、実施例１〜４を無次元化している。
その結果、図５に示すように、付加荷重比が大きくなるほど、限界到達深度比が大きくなっていることが確認できた。【００５９】
図６に、実施例１〜４、比較例１における付加荷重比と打設速度比を示す。ここで、打設速度比は、比較例１の打設開始から打設終了までに要した時間を基準とし、実施例１〜４を無次元化している。
その結果、図６に示すように、付加荷重比が大きくなるほど、打設速度比が速くなっていることが確認できた。【００６０】
次に、荷重を付加することによる施工へ及ぼす影響を確認した。
ここでは、以下の表２に示すように、比較例１の１／２波長共振モード（以下、比較例２という）、実施例３の１／４波長共振モード（以下、比較例３という）、実施例３の１／２波長共振モード（以下、実施例５という）のそれぞれの条件での影響を比較した。【００６１】
【表２】
2011087080.tif 000019
【００６２】
また、図７、図８、図９に、比較例２，３、実施例５のそれぞれにおける杭Ｐの振動応答分布と、ひずみ分布とを示した。【００６３】
図７に示すように、比較例２では、付加荷重比がほぼ０であるため、共振振動の節は、長さ方向の略中央に位置した。このため、杭頭Ｐｈと杭先端Ｐｆとで振動応答が最大となり、杭Ｐの長さ方向の略中央でひずみが最大となった。ここで、比較例２における振動応答の最大値と、ひずみの最大値とをそれぞれ１．０と表した。【００６４】
図８に示すように、比較例３では、共振振動の節が杭頭Ｐｈに位置したため、杭先端Ｐｆで振動応答が最大となり、杭頭Ｐｈでひずみが最大となった。比較例２の振動応答とひずみの最大値を１．０とした場合、比較例３の振動応答、ひずみの最大値は、それぞれ３．５，３．５であった。【００６５】
図９に示すように、実施例５では、荷重が付加されている影響により、共振振動の節が図７に示す比較例２よりも杭頭Ｐｈ側に位置している。そして、この節の位置でひずみが最大となり、杭先端Ｐｆで振動応答が最大となった。比較例２の振動応答とひずみの最大値を１．０とした場合、実施例５の振動応答、ひずみの最大値は、それぞれ２．５，２．５であった。【００６６】
表２の評価Ｎｏ．１に示すように、比較例２では、施工準備時間が３０分以上かかり、比較例３、実施例５では、施工準備時間が１０分以下である。したがって、杭把持装置３で杭Ｐを把持する比較例３と実施例５の施工準備時間（杭Ｐを杭打ち機に接合する時間）は、加振機２にボルト、溶接で杭Ｐを接合する比較例２と比べて短いことが確認できた。
また、評価Ｎｏ．２に示すように、比較例２，３の共振振動が杭の長さのみに依存する。一方、実施例５では、杭把持装置３の質量により共振振動の周波数を制御できることが確認できた。
さらに、評価Ｎｏ．３，４に示すように、比較例３の共振周波数域では、２５Ｈｚ〜１２７Ｈｚであるのに対し、実施例５の共振周波数域では、３７．５Ｈｚ〜１９０．５Ｈｚである。したがって、実施例５では、１／４波長共振モード（比較例３）と比べて共振周波数が高く地盤振動の低減効果が高いという１／２波長共振モードの特性を維持していることが確認できた。
また、評価Ｎｏ．５，６，７に示すように、実施例５では、本来、１／４波長振動モード（比較例３）と比べて施工能力が低い１／２波長共振モードでありながら、荷重を付加することにより振動応答を大きくできる。したがって、施工速度や限界到達深度といった施工能力を改善できることが確認できた。
そして、評価Ｎｏ．８〜Ｎｏ．１０に示すように、杭頭Ｐｈに生じるひずみに応じて杭把持装置３の把持力を設計するため、杭頭Ｐｈのひずみが大きいほど把持力の要求値が高くなるところ、実施例５では、把持力の要求値が１／４波長振動モード（比較例３）の半分程度であることから、杭打ち機１への負荷が大幅に軽減され、共振杭打ち工法の実現性が高いことが確認できた。
したがって、上記測定結果により、施工準備時間、共振周波数域、地盤振動の低減効果、施工速度、杭打ち機の耐久性のすべてが良好である結果を得ることができたのは、実施例５である。すなわち、杭Ｐの杭頭Ｐｈに杭Ｐの質量の０．７７倍の荷重を付加することにより、杭先端Ｐｆの加速度応答を大きくすることができ、施工能力を向上させることが可能となる。
また、本実施例では、杭Ｐの杭頭Ｐｈに杭Ｐの質量の０．７７倍の荷重を付加した場合について説明したが、０．２６倍以上かつ３．０倍以下でも同様の効果を得ることができた。【００６７】
なお、本発明は、前記実施形態のみに限定されなく、本発明の目的を達成できる他の構成などを含み、以下に示すような変形なども本発明に含まれる。
例えば、前記実施形態では、杭把持装置３に杭Ｐを把持させていたが、これのみに限らない。すなわち、加振機２の先端に錘３３をボルト止めなどにより着脱自在に固定するとともに、錘３３の先端に杭Ｐを着脱自在に固定してもよい。このような構成の場合、加振機２に錘３３を介さずに杭Ｐを固定できるようにすれば、杭Ｐに付加する荷重を３倍までの間で調整することができる。また、杭Ｐの共振モードを１／２波長のみに設定可能にしてもよい。そして、制御装置により、地盤振動検出器で検出された地盤振動があらかじめ設定された基準値よりも大きいと判断した場合、杭Ｐの共振モードを１／２波長から１／１波長に自動的に変更する構成としてもよい。【００６８】
その他、本発明を実施するための最良の構成、方法などは、以上の記載で開示されているが、本発明は、これらのみに限定されない。すなわち、本発明は、主に特定の実施形態に関して特に図示され、かつ説明されているが、本発明の技術的思想および目的の範囲から逸脱することなく、以上述べた実施形態に対し、形状、材質、数量、その他の詳細な構成において、当業者が様々な変形を加えることができる。
従って、上記に開示した形状、材質などを限定した記載は、本発明の理解を容易にするために例示的であり、本発明は限定されない。すなわち、それらの形状、材質などの限定の一部もしくは全部の限定を外した部材の名称での記載は、本発明に含まれる。
【符号の説明】
【００６９】
３  杭把持装置
Ｐ  杭
Ｐｈ  杭頭
Ｇ  地盤
【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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【国際調査報告】
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