(57)【要約】【課題】付加的な工費や作業時間を発生させることなく、流体噴射併用で圧入中の先端抵抗を深度方向に連続的にかつ精度よく推定することができ、推定した先端抵抗を地質情報や支持力の推定に利用することができる。【解決手段】流体噴射併用圧入工法によって圧入される前記杭先端における地盤の先端抵抗力度を求める先端抵抗力度推定システムであって、杭４の先端に供給される流体に係る計測値に基づいて杭４の先端の地盤に噴射される流体に関する流体パラメータ値を演算する流体パラメータ値演算部と、演算された流体パラメータ値と、各深さで得られた杭４の圧入力とに基づいて、各深さにおける先端抵抗力度と周面抵抗力度を演算する抵抗力度演算部とを備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
杭周辺の地盤に向けて流体を噴射させながら前記杭を圧入する流体噴射併用圧入工法によって圧入される前記杭先端における地盤の先端抵抗力度を求める先端抵抗力度推定システムであって、
前記杭周辺に供給される流体に係る計測値に基づいて前記杭周辺の地盤に噴射される流体に関する流体パラメータ値を演算する流体パラメータ値演算部と、
前記流体パラメータ値演算部で演算された前記流体パラメータ値と、各深さで得られた杭の圧入力とに基づいて、各深さにおける先端抵抗力度と周面抵抗力度を演算する抵抗力度演算部と
を備えている先端抵抗力度推定システム。
【請求項２】
前記抵抗力度演算部は、前記流体パラメータ値演算部で演算された前記流体パラメータ値と、各深さにおいて予め求められた先端抵抗力度とから、流体噴射併用により圧入している杭の周面抵抗を求める周面抵抗演算部と、
得られた杭の圧入力から、前記周面抵抗演算部で求めた前記周面抵抗を控除して先端抵抗を算出し、該先端抵抗と前記流体パラメータ値演算部で演算された前記流体パラメータ値とに基づいて先端抵抗力度を求める先端抵抗力度演算部と、
を備えていることを特徴とする請求項１に記載の先端抵抗力度推定システム。
【請求項３】
前記周面抵抗演算部は、各深さにおいて予め求められた先端抵抗力度から、当該先端抵抗力度が求められた各深さにおける周面抵抗力度を演算する周面抵抗力度演算部と、
前記周面抵抗力度演算部で求められた前記周面抵抗力度を積算した値に対して、前記流体パラメータ値演算部で演算された前記流体パラメータ値による周面抵抗低減相当分の考慮値分低減させて周面抵抗を求める積算部と
を備えていることを特徴とする請求項２に記載の先端抵抗力度推定システム。
【請求項４】
前記周面抵抗力度演算部は、杭先端からの距離に応じた変化に基づいて、前記各深さにおいて予め求められた前記先端抵抗力度を補正して前記周面抵抗力度を演算することを特徴とする請求項３に記載の先端抵抗力度推定システム。
【請求項５】
前記周面抵抗力度演算部は、予め求められた杭先端の閉塞状態を示す情報に基づいて、前記各深さにおいて予め求められた前記先端抵抗力度を補正して前記周面抵抗力度を演算することを特徴とする請求項３又は４に記載の先端抵抗力度推定システム。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の先端抵抗力度推定システムを用いて圧入装置によって、杭周辺の地盤に向けて流体を噴射させながら前記杭を圧入する流体噴射併用圧入施工システムであって、
前記圧入装置には、杭先端の深度を逐次計測可能な深度計測手段と、杭の圧入力を逐次計測可能な圧入力計測手段と、杭の管内土長を逐次計測可能な管内土長計測手段と、前記流体パラメータ値に関する計測値を計測可能な流体計測手段が設けられ、
前記各手段より計測された前記深度、圧入力、管内土長及び流体パラメータ値に関する計測値に基づいて前記先端抵抗力度が求められることを特徴とする流体噴射併用圧入施工システム。
【請求項７】
杭周辺の地盤に向けて流体を噴射させながら前記杭を圧入する流体噴射併用圧入工法によって圧入される前記杭先端における地盤の先端抵抗力度を求める先端抵抗力度推定方法であって、
前記杭周辺に供給される流体に係る計測値に基づいて前記周辺の地盤に噴射される流体に関する流体パラメータ値を演算する流体パラメータ値演算工程と、
前記流体パラメータ値演算部で演算された前記流体パラメータ値と、各深さで得られた杭の圧入力とに基づいて、各深さにおける先端抵抗力度と周面抵抗力度を演算する抵抗力度演算工程とを備えていることを特徴とする先端抵抗力度推定方法。
【請求項８】
前記抵抗力度演算工程では、前記流体パラメータ値演算部で演算された前記流体パラメータ値と、各深さにおいて予め求められた先端抵抗力度とから、流体噴射併用により圧入している杭の周面抵抗を求める周面抵抗演算工程と、
得られた杭の圧入力から、前記周面抵抗演算工程で求めた前記周面抵抗を控除して先端抵抗を算出し、該先端抵抗と前記流体パラメータ値演算工程で演算された前記流体パラメータ値とに基づいて先端抵抗力度を求める先端抵抗力度演算工程と、
を備えていることを特徴とする請求項７に記載の先端抵抗力度推定方法。
【請求項９】
前記周面抵抗演算工程は、各深さにおいて予め求められた先端抵抗力度から、当該先端抵抗力度が求められた各深さにおける周面抵抗力度を演算する周面抵抗力度演算工程と、
前記周面抵抗力度演算工程で求められた前記周面抵抗力度を積算した値に対して、前記流体パラメータ値演算部で演算された前記流体パラメータ値による周面抵抗低減相当分の考慮値分低減させて周面抵抗を求める積算工程と
を備えていることを特徴とする請求項７又は８に記載の先端抵抗力度推定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、杭の圧入中に計測される圧入力により先端抵抗を推定する先端抵抗力度推定システム、流体噴射併用圧入施工システム、及び先端抵抗力度推定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、圧入力により鋼矢板、鋼管杭などの杭を静的に地中に貫入させる圧入工法は、低振動低騒音、仮設不要等の利点から、主に都市部で利用されている。このような圧入工法には、ウォータージェット併用圧入工法も含まれる。ウォータージェット併用圧入工法では、杭周辺の地盤に向けて流体として水を噴射させることで先端抵抗や周面抵抗を低減させることができ、これにより大きな先端抵抗や周面抵抗を有する地盤でも効果的に圧入することが可能となる（例えば、特許文献１、２参照）。これら圧入工法による施工では、事前の地盤調査の結果に基づいて施工方法等が計画されているのが一般的である。この地盤調査に基づく計画の場合、実施工時に調査結果と異なる地盤条件に遭遇して計画通りに施工が進まない場合が多々ある。
一方で、杭の圧入中において、圧入力を計測することができる。圧入力の情報には先端抵抗、周面抵抗、継手間抵抗が含まれており、これらの情報を何らかの方法により分離することができれば、施工の効率化や地盤情報の推定等につながると考えられる。とくに、前記情報のうち先端抵抗を分離することが効果的と考えられている。
【０００３】
圧入力から先端抵抗を取り出す方法として、コーン貫入試験（ＣＰＴ）のように、杭の先端部に荷重計等の計測器を取り付ける方法が、例えば非特許文献１に記載されている。
また、特許文献３には、圧入施工中の「打抜」という動作を利用することにより、計測器を杭に取り付けることなく先端抵抗を推定する地質推定方法および地質推定システムについて記載されている。
また、特許文献４には、回転圧入中の圧入力とトルクの情報から先端抵抗を推定する回転杭の先端抵抗推定方法及び推定システムについて開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−５４３８２号公報
【特許文献２】特開２０１７−２５６５３号公報
【特許文献３】特開２０１４−１７７８２６号公報
【特許文献４】特開２０１５−０１７４９３号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】「ＰＰＴデータに基づく土質分類および換算Ｎ値に関する研究」石原行博、尾川七瀬、木下三郎、多賀谷宏三、地盤工学会、最近のサウンディング技術と地盤評価シンポジウムＮｏ．１４３、発表論文集ｐｐ.８５−９０、２００９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来のような圧入中の杭の先端抵抗の推定方法では、以下のような問題があった。
すなわち、非特許文献１のように杭の先端部にロードセル等の計測器を備えることは、計測器そのものの費用や、計測器を備えるための杭先端構造を杭に付加する費用などの付加的なコストが発生する。
また、このような杭を施工現場で用いることは、計測器を備えた杭を圧入した後で引抜く必要があり、さらに計測装置を現場に持参して計測器と計測装置を接続するといった手間と時間のかかる作業が生じることから、その点で改善の余地があった。
【０００７】
また、圧入施工中の「打抜」という動作を利用する特許文献３に示す推定方法においては、コストのかかる計測器を導入する必要はないが、推定値が深度方向に離散的になることから、薄層の検知や、圧入完了時の支持力の確認には適していないという問題があった。
【０００８】
さらに、特許文献４に示すような、回転圧入中の圧入力とトルクを用いる方法は、深度方向に連続的な情報を取り出すことができるが、入力条件として圧入力だけでなくトルクを必要としているため、回転させない圧入の場合に適用することができないという課題があった。
【０００９】
特に、特許文献１に示すような、ウォータージェット併用の圧入工法では、ノズルから噴射される流体の作用も生じることから圧入力のみでは正確に先端抵抗を推定することができないという課題があった。
【００１０】
本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、杭周辺の地盤に流体を噴射させながら杭を圧入させる流体噴射併用圧入工法において、付加的な工費や作業時間を発生させることなく、圧入中の先端抵抗を深度方向に連続的にかつ精度よく推定することができる先端抵抗力度推定システム、流体噴射併用圧入施工システム、及び先端抵抗力度推定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】
上記目的を達成するため、本発明に係る先端抵抗力度推定システムは、杭周辺の地盤に向けて流体を噴射させながら前記杭を圧入する流体噴射併用圧入工法によって圧入される前記杭先端における地盤の先端抵抗力度を求める先端抵抗力度推定システムであって、前記杭周辺に供給される流体に係る計測値に基づいて前記杭周辺の地盤に噴射される流体に関する流体パラメータ値を演算する流体パラメータ値演算部と、
前記流体パラメータ値演算部で演算された前記流体パラメータ値と、各深さで得られた杭の圧入力とに基づいて、各深さにおける先端抵抗力度と周面抵抗力度を演算する抵抗力度演算部とを備えることを特徴としている。
【００１２】
また、本発明に係る流体噴射併用圧入施工システムは、上述した先端抵抗力度推定システムを用いて圧入装置によって、杭周辺の地盤に向けて流体を噴射させながら前記杭を圧入する流体噴射併用圧入施工システムであって、前記圧入装置には、杭先端の深度を逐次計測可能な深度計測手段と、杭の圧入力を逐次計測可能な圧入力計測手段と、杭の管内土長を逐次計測可能な管内土長計測手段と、前記流体パラメータ値に関する計測値を計測可能な流体計測手段が設けられ、前記各手段より計測された前記深度、圧入力、管内土長及び流体パラメータ値に関する計測値に基づいて前記先端抵抗力度が求められることを特徴としている。
【００１３】
また、本発明に係る先端抵抗力度推定方法は、杭周辺の地盤に向けて流体を噴射させながら前記杭を圧入する流体噴射併用圧入工法によって圧入される前記杭先端における地盤の先端抵抗力度を求める先端抵抗力度推定方法であって、前記杭周辺に供給される流体に係る計測値に基づいて前記杭周辺の地盤に噴射される流体に関する流体パラメータ値を演算する流体パラメータ値演算工程と、前記流体パラメータ値演算部で演算された前記流体パラメータ値と、各深さで得られた杭の圧入力とに基づいて、各深さにおける先端抵抗力度と周面抵抗力度を演算する抵抗力度演算工程とを備えていることを特徴としている。
【００１４】
本発明では、演算された流体パラメータ値と、各深さで得られた杭の圧入力とに基づいて、各深さにおける先端抵抗力度と周面抵抗力度を演算することができる。
そして、この場合には、従来技術で用いるロードセルなどの計測器が不要であるので、通常の圧入施工で採用される杭の形状や施工手順を変えることなく、計測器を使用することで生じる工費や工期の増大を伴わずに、先端抵抗を深度方向に連続的に容易に知ることができる。これにより、例えば先端抵抗力度と土質分類やＮ値など地盤情報とを予め関連付けてデータベース化しておくことで、通常の圧入施工で得られる圧入力の情報から上述した推定方法の演算処理によって求められた先端抵抗力度に基づいて、データベースからＮ値や土質分類を容易に推定することができるようになる。
また、本発明では、流体噴射併用による圧入開始時から圧入完了までの深さ方向に連続した先端抵抗力度を求めることができ、またその処理データを蓄積しておくことができる。そして、このような先端抵抗力度のデータに基づいて、圧入完了後の杭の支持力を推定することができる。
【００１５】
また、本発明に係る先端抵抗力度推定システムは、前記抵抗力度演算部は、前記流体パラメータ値演算部で演算された前記流体パラメータ値と、各深さにおいて予め求められた先端抵抗力度とから、流体噴射併用により圧入している杭の周面抵抗を求める周面抵抗演算部と、得られた杭の圧入力から、前記周面抵抗演算部で求めた前記周面抵抗を控除して先端抵抗を算出し、該先端抵抗と前記流体パラメータ値演算部で演算された前記流体パラメータ値とに基づいて先端抵抗力度を求める先端抵抗力度演算部とを備えているようにしても良い。
【００１６】
また、本発明に係る先端抵抗力度推定方法は、前記抵抗力度演算工程では、前記流体パラメータ値演算部で演算された前記流体パラメータ値と、各深さにおいて予め求められた先端抵抗力度とから、流体噴射併用により圧入している杭の周面抵抗を求める周面抵抗演算工程と、得られた杭の圧入力から、前記周面抵抗演算工程で求めた前記周面抵抗を控除して先端抵抗を算出し、該先端抵抗と前記流体パラメータ値演算工程で演算された前記流体パラメータ値とに基づいて先端抵抗力度を求める先端抵抗力度演算工程と、を備えているようにしても良い。
【００１７】
本発明では、演算された流体パラメータ値と、各深さにおいて予め求められた先端抵抗力度とから、流体噴射併用により圧入している杭の周面抵抗を求めることができ、得られた杭の圧入力から、求めた周面抵抗を控除して先端抵抗を算出し、該先端抵抗と演算された流体パラメータ値とに基づいて先端抵抗力度を求めることができる。
【００１８】
また、本発明に係る先端抵抗力度推定システムは、前記周面抵抗演算部は、各深さにおいて予め求められた先端抵抗力度から、当該先端抵抗力度が求められた各深さにおける周面抵抗力度を演算する周面抵抗力度演算部と、前記周面抵抗力度演算部で求められた前記周面抵抗力度を積算した値に対して、前記流体パラメータ値演算部で演算された前記流体パラメータ値による周面抵抗低減相当分の考慮値分低減させて周面抵抗を求める積算部とを備えているようにしても良い。
【００１９】
また、本発明に係る先端抵抗力度推定方法は、前記周面抵抗演算工程は、各深さにおいて予め求められた先端抵抗力度から、当該先端抵抗力度が求められた各深さにおける周面抵抗力度を演算する周面抵抗力度演算工程と、前記周面抵抗力度演算工程で求められた前記周面抵抗力度を積算した値に対して、前記流体パラメータ値演算部で演算された前記流体パラメータ値による周面抵抗低減相当分の考慮値分低減させて周面抵抗を求める積算工程とを備えているようにしても良い。
【００２０】
本発明では、各深さにおいて予め求められた先端抵抗力度と、杭周辺の地盤に噴射される流体に関する流体パラメータ値とから、当該先端抵抗力度が求められた各深さにおける周面抵抗力度を演算し、その周面抵抗力度を積算部で積算して流体パラメータ値による周面抵抗低減相当分の考慮値分低減させて周面抵抗を求め、さらに先端抵抗力度演算部で圧入施工中に得られた杭の圧入力の情報に基づいて、求めた周面抵抗を控除して算出した先端抵抗と流体パラメータ値に基づいて先端抵抗力度を取得することができる。つまり、圧入施工中に測定される深度、圧入力、管内土長、流体パラメータ値等の測定を連続して実行することで、それら測定データを周面抵抗力度演算部、積算部、及び先端抵抗力度演算部に取り込み上記手順により演算処理を行うことで、流体噴射による流体の先端抵抗及び周面抵抗への影響を考慮して圧入中の先端抵抗を深度方向に連続的に推定することができる。
【００２１】
また、本発明に係る先端抵抗力度推定システムは、前記周面抵抗力度演算部は、杭先端からの距離に応じた変化に基づいて、前記各深さにおいて予め求められた前記先端抵抗力度を補正して前記周面抵抗力度を演算するようにしてもよい。
【００２２】
この場合には、周面抵抗力度演算部において、例えば一般的な支持力式に準じて、各深さにおいて予め求められた先端抵抗力度に対して杭先端からの距離に応じた変化を加味した補正を行って周面抵抗力度を演算することができる。
【００２３】
また、本発明に係る先端抵抗力度推定システムは、前記周面抵抗力度演算部は、予め求められた杭先端の閉塞状態を示す情報に基づいて、前記各深さにおいて予め求められた前記先端抵抗力度を補正して前記周面抵抗力度を演算するようにしてもよい。
【００２４】
本発明では、周面抵抗力度演算部において、例えば一般的な支持力式に準じて、各深さにおいて予め求められた先端抵抗力度に対して杭先端の閉塞状態を示す情報を加味した補正を行って周面抵抗力度を演算することができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明の先端抵抗力度推定システム、流体噴射併用圧入施工システム、及び先端抵抗力度推定方法によれば、杭周辺の地盤に流体を噴射させながら杭を圧入させる流体噴射併用圧入工法において、付加的な工費や作業時間を発生させることなく、圧入中の先端抵抗を深度方向に連続的にかつ精度よく推定することができる。そのため、推定した先端抵抗は、地質情報や支持力の推定に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施の形態による先端抵抗力度推定システムを用いた圧入施工の概要の一例を示す図である。
【図２】杭における軸方向の力に関する概要を示した図である。
【図３】先端抵抗力度推定システムの構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明の実施の形態による先端抵抗力度推定システム、ウォータージェット併用圧入施工システム、及び先端抵抗力度推定方法について、図面に基づいて説明する。
【００２８】
図１に示すように、本実施の形態による先端抵抗力度推定システム１は、杭４の周辺の地盤として、杭４の先端の地盤に流体として水を噴射させつつ杭４を把持したチャックを昇降させることを繰り返して杭４を地盤に圧入する周知のウォータージェット併用圧入装置２を利用したものであり、圧入装置２に対してコンピュータ３を無線又は有線により通信可能に接続し、圧入装置２からの情報を取得したコンピュータ３により先端抵抗力度を算出するシステムである。そして、先端抵抗力度推定システム１によって算定される先端抵抗力度に基づいて杭４の圧入施工箇所の地盤情報を推定するものである。
つまり、本実施の形態では、先端抵抗力度推定システム１を用いて圧入装置２によって杭４を圧入する圧入施工システムを構成している。
【００２９】
杭４は、本実施形態では断面Ｃ側の鋼矢板として説明するが、これに限るものではない。例えば、杭４には鋼管矢板や鋼管杭、コンクリート杭なども含まれる。また、鋼管杭の場合には圧入装置２によって圧入力を付与しつつ軸回りの回転力を与える構成としても良い。
【００３０】
圧入装置２は、杭４を把持するチャックを含み杭４の圧入を行う圧入機本体５と、ウォータージェット供給装置６とを備える。ウォータージェット供給装置６は、杭４の先端に取り付けられたノズル７と、ノズル７から杭４の基端を経由して地上へと延びるホース８と、ホース８が接続されて水源より水を吸引しホース８に供給するポンプユニット９とを備える。ノズル７は、杭４の先端に予め固定されたロック機構７ａによって着脱可能に杭４に取り付けられており、杭４とともに地盤に対して進退させることが可能である。ホース８は、ノズル７に接続されるとともに杭４に沿って地上へ延びて圧入機本体５に設けられたリール５ａに巻かれたノズル側ホース８ａと、リール５ａを介してノズル側ホース８ａと接続されるとともにポンプユニット９と接続された地上側ホース８ｂとを備える。また、ポンプユニット９は、流体パラメータ値Ｒに関する計測値を計測する流体計測手段として、地上側ホース８ｂに供給する水の流量を計測する流量計９ａと、地上側ホース８ｂに供給する水の圧力を計測する圧力計９ｂとを備える。一例として本実施形態では、流量計９ａによって計測される供給流量Ａと、圧力計９ｂによって計測される供給圧力Ｐとに基づいて流体パラメータ値Ｒが演算される。なお、ポンプユニット９から延びるホース８が途中で分岐して複数のノズル７に供給している場合などでは、分岐後で各ノズル７と一対一となる位置に流量計や圧力計を設置することが望ましい。また、流量や圧力の計測手段としては、直接計器によって計測するものに限られず、流量や圧力に関係するパラメータを計測して当該パラメータから演算しても良い。具体的には、例えば、ポンプユニット９における容積効率が明らかとなっている場合には、ポンプの回転数やピストンの往復数を計測して、当該回転数に容積効率を積算して、演算値として流量値を得るものとしても良い。
【００３１】
図２に示すように、杭４に圧入力Ｆを付与しながら地盤に圧入する。この際、ウォータージェット供給装置６によりノズル７から杭４の先端に向けて流体として水Ｗを噴射させることで、杭４の先端の地盤は水Ｗにより、水Ｗが無い状態における地盤そのものの先端抵抗力度よりも、みかけ上先端抵抗力度が低下する。また、ノズル７から噴射された水Ｗは、杭４の先端周辺の地盤に浸透する他、杭４の側方の地盤に浸透しつつ杭４に沿って地盤上へと上昇する。この上昇する水Ｗ´により杭４と地盤との周面摩擦は低減され、これにより周面抵抗も、水Ｗが無い状態における地盤そのものの周面抵抗力度よりも、みかけ上低減する。このようにウォータージェット供給装置６により水Ｗを杭４の先端に向けて噴射させることで、水Ｗを噴射させない場合よりも小さな圧入力Ｆで地盤に杭４を圧入することが可能となる。杭４の圧入時に圧入装置２からコンピュータ３に入力される情報としては、杭４の先端の深度ｚ、圧入力Ｆ、管内土長ｈ、並びに、流体パラメータ値Ｒを構成する供給流量Ａ及び供給圧力Ｐであり、それぞれ深度計測手段２１、圧入力計測手段２２、管内土長計測手段２３、流量計９ａ及び圧力計９ｂによって計測される。なお、上記では流体として水Ｗを噴射するものとして説明したが、これに限らず、例えば現場環境などに応じて、空気などの気体を噴射させても良いし、水以外の液体を噴射させても良いし、気体と液体の混合物を噴射させても良い。
【００３２】
図３に示すように、杭４の先端の深度ｚを計測する深度計測手段２１としては、圧入装置２による圧入ストロークを検出するストロークセンサーを圧入装置２に設けることにより構成されている。
圧入力Ｆを計測する圧入力計測手段２２としては、圧入装置２の油圧駆動部の油圧を検出する油圧センサーを利用し、杭４を地盤に圧入する圧入力値として計測する構成とされる。
管内土長ｈを計測する管内土長計測手段２３としては、例えば一般的に使用されるワイヤ式のストロークセンサーや、杭４内に錘を下げ管内土に到達したときのワイヤ繰り出し量をエンコーダーで計測する装置等を圧入装置２に設けることにより構成されている。
そして、圧入装置２において深度ｚ、圧入力Ｆ、管内土長ｈ、供給流量Ａ及び供給圧力Ｐを計測し、これらの計測値ｚ、Ｆ、ｈ、Ａ、Ｐが圧入装置２からコンピュータ３に入力されるように構成されている。
【００３３】
コンピュータ３は、後述する各種の演算処理等を実行するＣＰＵと、このＣＰＵにより実行される各種制御プログラム及びデータ等が格納される記憶部等を備えて構成されている。
コンピュータ３に入力される上述した計測値（深度ｚ、圧入力Ｆ、管内土長ｈ、供給流量Ａ、供給圧力Ｐ）は、杭４の圧入進行過程において連続的に計測される時系列データであり、相互に対応がとれたものとなっている。そして、コンピュータ３において、付属する記憶装置に深度ｚ、圧入力Ｆ、管内土長ｈ、供給流量Ａ及び供給圧力Ｐの時系列データが記憶される。
【００３４】
図３に示すように、先端抵抗力度推定システム１は、当該深度よりも浅い各深さ（後述する各中間深度）において予め求められた先端抵抗力度から、当該深度よりも浅い各深さにおける周面抵抗力度を演算する周面抵抗力度演算部１１と、周面抵抗力度演算部１１で求められた周面抵抗力度を積算して周面抵抗を求める積算部１２と、当該深度において得られた圧入力Ｆから、積算部１２で求めた周面抵抗を控除して当該深度における先端抵抗を算出し、これを当該深度における杭先端の閉塞状態を考慮した先端断面積で除すことによって当該深度における先端抵抗力度を求める先端抵抗力度演算部１３と、供給流量Ａ及び供給圧力Ｐに基づいて流体パラメータ値Ｒを求める流体パラメータ値演算部１４とを備えている。一例を示す本実施形態では、周面抵抗力度演算部１１と積算部１２とにより、流体パラメータ値演算部１４で演算された流体パラメータ値Ｒと、各深さにおいて予め求められた先端抵抗力度とから、ウォータージェット併用により圧入している杭の周面抵抗を求める周面抵抗演算部を構成している。また、一例を示す本実施形態では、周面抵抗力度演算部１１及び積算部１２で構成されている周面抵抗演算部と、先端抵抗力度演算部１３とにより、流体パラメータ値演算部１４で演算された流体パラメータ値Ｒと、各深さで得られた杭の圧入力Ｆとに基づいて、各深さにおける先端抵抗力度と周面抵抗力度を演算する抵抗力度演算部が構成されている。
ここで、周面抵抗力度演算部１１は、後述するような一般的な支持力式に準じて、杭先端からの距離に応じた変化に基づいて周面抵抗力度を演算するものである。
【００３５】
そして、コンピュータ３のＣＰＵは、上述した周面抵抗力度演算部１１、積算部１２、及び先端抵抗力度演算部１３、流体パラメータ値演算部１４とを備え、深度ｚ、圧入力Ｆ、管内土長ｈ、供給流量Ａ及び供給圧力Ｐの時系列データに基づき、先端抵抗力度を演算する演算手段として機能する。
【００３６】
流体パラメータ値演算部１４は、予め設定された供給流量Ａ及び供給圧力Ｐから構成される関係式に、流量計９ａ及び圧力計９ｂから取得した供給流量Ａ及び供給圧力Ｐを入力して流体パラメータ値Ｒを演算する。流体パラメータ値Ｒは、ポンプユニット９から供給されノズル７から噴射される流体である水Ｗのエネルギーを表わす値である。ここで、圧力として供給圧力Ｐを用いる場合には、ノズル７近傍における圧力は供給圧力Ｐに対して圧損分低下していることから、圧力計９ｂからノズル７までの圧損を考慮して演算することが望ましい。なお、流体パラメータ値Ｒとしては、供給流量Ａ及び供給圧力Ｐのいずれか一方を用いて演算しても良い。また、流体パラメータ値演算部１４は、流量や圧力などの取得した値をそのまま演算結果となる流体パラメータ値Ｒとして出力しても良い。また、供給流量Ａ及び供給圧力Ｐ以外の計測値、例えばノズル７からの噴射流量・噴射速度・噴射圧力、ポンプユニット９からノズル７までの配管途中における流量・圧力、ポンプユニット９における回転数やピストンの往復数、杭４の先端から周面に沿って上方へと流れ地盤上に排出される排出水量などを用いて良い。また、流体パラメータ値Ｒは、後述する先端抵抗及び周面抵抗に関する演算に用いられるが、先端抵抗に関して用いられる流体パラメータ値と、周面抵抗に関して用いられる流体パラメータ値とを異なるものとしても良い。例えば、先端抵抗に対しては噴射エネルギーが大きく寄与する場合には供給圧力Ｐや噴射速度、噴射圧力などに基づいて求め、周面抵抗に対しては噴射エネルギーよりも周面を流れる水Ｗの量が大きく寄与する場合には供給流量Ａや、排出水量などを用いても良い。
【００３７】
次に、先端抵抗力度推定システム１を用いて先端抵抗を推定する先端抵抗力度推定方法、すなわちコンピュータ３のＣＰＵにおける演算手順について具体的に説明する。
先ず、周面抵抗力度演算部１１において、当該深度より微小深度だけ浅い深度（当該直前深度）にある杭先端が当該深度に到達した際に、直前深度までの各深度（各中間深度）において算出された先端抵抗力度から、当該深度と前記各中間深度との深度差に基づいて後述する支持力式等を用いて各中間深度における周面抵抗力度を算出する（周面抵抗力度演算工程）。なお、「各中間深度」は、前述の「各深さ」に相当している。
このとき、杭先端深度がゼロ（地表面）の際の先端抵抗と周面抵抗は既知量（通常はともにゼロ）とする。
【００３８】
次いで、積算部１２が当該直前深度までの各中間深度において上述した周面抵抗力度演算工程により算出された各中間深度における周面抵抗力度を積算することにより、当該直前深度における周面抵抗力度積算値を算出する。さらに、積算部１２は、周面抵抗力度積算値から、当該深度で演算された流体パラメータ値に基づいて得られる周面抵抗低減相当分の考慮値を減じることで周面抵抗を算出する（積算工程）。ここで、微小深度区間における周面抵抗が近似的にゼロであることから、当該直前深度における周面抵抗は当該深度における周面抵抗と等しいとして当該深度における周面抵抗を算出する。また、周面抵抗低減相当分の考慮値については低減率として乗算しても良い。ここで、周面抵抗低減相当分の考慮値は、本圧入施工時に、各深度、または、一定間隔で設ける代表深度において、ノズル７から水Ｗを噴射させたときの圧入力と、ノズル７からの水Ｗの噴射を停止させて杭４に沿って地盤上へと排出される水量が減じて定常状態となった状態での圧入力を測定してこれら圧入力の差分に基づいて求めることができる。あるいは、本圧入施工時に、各深度、または、一定間隔で設ける代表深度において、杭４の圧入時の供給流量、供給圧力等水Ｗに関する計測値を計測し、杭４の圧入を停止したときにも同様の計測値を計測し、これら計測値の差分に基づいても求めることができる。また、予め試験施工としてウォータージェット併用による圧入力データを集積するとともに、ウォータージェットを併用しない圧入力データを集積し、これらの圧入力データの差分に基づいて予め求めることがでできる。さらに、事前に実施した地質データに基づいて演算しても良い。
【００３９】
次いで、先端抵抗力度演算部１３において、圧入施工中に計測された杭４の圧入力Ｆの情報に基づいて、積算工程で算出された当該深度における周面抵抗を差し引くことにより当該深度における先端抵抗を算出する。さらに、算出された当該深度における先端抵抗を、閉塞状態を加味した当該深度における先端断面積で除すことにより、当該深度におけるみかけ上の先端抵抗力度を算出する。そして、当該みかけ上の先端抵抗力度に対して、先端抵抗低減相当分の考慮値を加えることで地盤の実際の先端抵抗力度を算出し取得する（先端抵抗力度演算工程）。つまり、微小深度区間における周面抵抗は無視できることから、積算部１２で推定された周面抵抗を当該深度における周面抵抗とみなし、これを当該深度における圧入力から差し引き、さらに実際の地盤の先端抵抗力度よりも水Ｗにより低減している分を考慮することにより、当該深度における先端抵抗力度を推定する。なお、先端抵抗低減相当分の考慮値については低減率として除算しても良い。ここで、先端抵抗低減相当分の考慮値は、本圧入施工時に、各深度、または、一定間隔で設ける代表深度において、ノズル７から水Ｗを噴射させたときの圧入力と、ノズル７からの水Ｗの噴射を停止させて杭４に沿って地盤上へと排出される水量が減じて定常状態となった状態での圧入力を測定してこれら圧入力の差分に基づいて求めることができる。あるいは、本圧入施工時に、各深度、または、一定間隔で設ける代表深度において、杭４の圧入時の供給流量、供給圧力等水Ｗに関する計測値を計測し、杭４の圧入を停止したときにも同様の計測値を計測し、これら計測値の差分に基づいても求めることができる。また、予め試験施工としてウォータージェット併用による圧入力データを集積するとともに、ウォータージェットを併用しない圧入力データを集積し、これらの圧入力データの差分に基づいて予め求めることがでできる。さらに、事前に実施した地質データに基づいて演算しても良い。
【００４０】
そして、上述した演算処理過程では、圧入装置２において、杭４の圧入進行に伴い深度ｚを逐次計測し、深度ｚの増加に伴い圧入力Ｆを逐次計測する。
杭４の圧入の進行中にコンピュータ３に蓄積される深度ｚ、圧入力Ｆ、管内土長ｈ、供給流量Ａ及び供給圧力Ｐの時系列データが更新される度に、杭４の新たに到達した先端位置における先端抵抗抵抗力度を算出し、圧入中に深度ｚの変化に応じた先端抵抗値のデータ列の大部分を算出してもよい。そして、圧入中は、少なくとも深度ｚ、圧入力Ｆ、管内土長ｈ、供給流量Ａ及び供給圧力Ｐの時系列データの記録を行って、杭４の圧入中又は圧入の施工が終了した後の任意の時に、コンピュータ３により先端抵抗力度の演算を実行する。
【００４１】
コンピュータ３は、付属する記憶装置に先端抵抗力度の演算結果が記憶される。この先端抵抗力度の演算結果は、グラフ化される深度ｚの変化に応じた先端抵抗値のデータ列の態様をなし、杭４の最終深度における先端抵抗値が含まれる。
また、コンピュータ３は、表示装置３１（図１参照）に演算結果を表示する。
【００４２】
次に、先端抵抗力度ｑｂ（ｚ）を算出する関数（支持力式）の一例について説明する。
（１）式は、圧入力Ｆから先端抵抗（先端抵抗力度ｑｂ（ｚ））を推定する方法を定式化したものである。
つまり、（１）式を上述したコンピュータ３のＣＰＵにより実行される演算手順により数値的に解くことにより、深度ｚにおける先端抵抗を推定する。
以下、先端抵抗力度ｑｂ（ｚ）を推定するための（１）式について、具体的に説明する。
【００４３】
【数１】
2018162563.tif 000003
【００４４】
圧入中の圧入力Ｆ（ｚ）は、図２に示すように、先端成分（下付きｂで表す）と周面成分（下付きＳで表す）から成ると考えられる。杭先端が深度ｚにある場合の各抵抗をＱｂ（ｚ）、Ｑｓ（ｚ）と表記され、圧入力Ｆ（ｚ）は、（２）式〜（７）式によって表される。
【００４５】
【数２】
2018162563.tif 000004
【００４６】
ここで、（２）式〜（７）式において、Ｆ（ｚ）、Ｑｂ（ｚ）、Ｑｓ（ｚ）、ｑｂ（ｚ）、ｈ（ｚ）はそれぞれ深度ｚにおける圧入力、先端抵抗、周面抵抗、先端抵抗力度、管内土長であり、ａは杭先端まわりの土の応力の低減を表す係数、ｂは閉塞の効果を表す係数、ｃは摩擦疲労（周面抵抗の低減）を表す係数、ｌは杭先端からの距離、Ｌｐは杭の周長、Ｄｏは杭の外径、Ｄｉｎは杭の内径である。なお、（４）式において、ｍａｘ（ｌ／Ｄｏ，２）ｃは、杭の相対的な距離が変わることにより抵抗が変化する程度を表している。
また、Ａｂ，ｅｆｆは閉塞状態を考慮した杭の先端断面積であって（５）式で表されるもの、Ａｒ，ｅｆｆは閉塞状態を考慮した杭の面積率であって（６）式で表されるものである。つまり、Ａｒ，ｅｆｆ、Ａｂ，ｅｆｆは、杭内の土中長さと貫入長さとにより決定される。ＩＦＲは閉塞状態を表す指標で、ＩＦＲ＝０は完全閉塞状態、ＩＦＲ＝１は完全非閉塞状態を表している。
【００４７】
また、先端抵抗力度ｑｂ（ｚ）とは、先端抵抗Ｑｂ（ｚ）の単位面積当たりの値である。先端面上の微小面積ｄＡに生じる垂直抗力は、ｑｂ・ｄＡと表され、杭を回転させたときに杭の先端面上の微小面積ｄＡに生じる摩擦力は、ｑｂ・ｄＡに摩擦係数を乗じたものである。この摩擦係数をｔａｎδとしたとき、すなわち、上記摩擦力を、ｑｂ・ｄＡ・ｔａｎδとしたときのδが壁面摩擦角である。
【００４８】
そして、先端抵抗力度ｑｂ（ｚ）は、上述した（２）式と（３）式の関係式から（８）式が導かれる。
さらに、微小深度増分δｚに対し、周面抵抗Ｑｓの増分はゼロであるとみなせることから（９）式が得られる。
【００４９】
【数３】
2018162563.tif 000005
【００５０】
【数４】
2018162563.tif 000006
【００５１】
そして、上記の（４）式と（９）式の関係式から上述した（１）式が導かれ、この（１）式を先端抵抗力度の関数として適用する。つまり、境界条件ｑｂ（０）＝０を考慮して（１）式を数値的に解くことにより、先端抵抗力度ｑｂ（ｚ）を得ることができる。
このとき、壁面摩擦角δは現場ごとに適切な定数を設定して、定数として実施しても十分な結果を得ることができる。
【００５２】
ここで、（１）式において、本実施形態では、周面抵抗の項で積算値に対して流体パラメータ値による周面抵抗低減相当分の控除値を減じている。また、圧入力Ｆ（ｚ）から周面抵抗を控除したものを閉塞先端面積Ａｂ,ｅｆｆで除した値に先端抵抗低減相当分の考慮値を加えている。なお、これに限らず、周面抵抗低減相当分の控除値を減じたみかけ上の周面抵抗力度演算しこれらを積算しても良いし、摩擦疲労（周面抵抗の低減）を表わす係数ｃに周面抵抗低減相当分を反映させるようにしても良い。また、先端抵抗低減相当分の考慮値について、圧入力Ｆ（ｚ）に対して考慮値を加え、あるいは、低減率を除しても良い。
【００５３】
上述のように本実施の形態による先端抵抗力度推定システム、ウォータージェット併用圧入施工システム、及び先端抵抗力度推定方法では、図３に示すように、圧入施工中に測定される深度ｚ、圧入力Ｆ、管内土長ｈ、供給流量Ａ、供給圧力Ｐ等の測定を連続して実行することで、それら測定データを周面抵抗力度演算部１１、積算部１２、及び先端抵抗力度演算部１３に取り込み上記手順により演算処理を行うことで、ウォータージェットによる影響を考慮して圧入中の先端抵抗を深度方向に連続的に推定することができる。
そして、この場合には、従来技術で用いるロードセルなどの計測器が不要であるので、通常の圧入施工で採用される杭の形状や施工手順を変えることなく、計測器を使用することで生じる工費や工期の増大を伴わずに、先端抵抗力度を深度方向に連続的に容易に知ることができる。
【００５４】
これにより、例えば先端抵抗力度と土質分類やＮ値など地盤情報とを予め関連付けてデータベース化しておくことで、通常の圧入施工で得られる圧入力Ｆの情報から上述した推定方法の演算処理によって求められた先端抵抗力度に基づいて、前記データベースからＮ値や土質分類を容易に推定することができるようになる。
【００５５】
また、本実施の形態では、圧入開始時から圧入完了までの深さ方向に連続した先端抵抗力度を求めることができ、またその処理データを蓄積しておくことができる。そして、このような先端抵抗力度のデータに基づいて、圧入完了後の杭４の支持力を推定することができる。
【００５６】
このように、本実施の形態の先端抵抗力度推定システム、ウォータージェット併用圧入施工システム、及び先端抵抗力度推定方法では、付加的な工費や作業時間を発生させることなく、ウォータージェット併用による圧入中の先端抵抗を深度方向に連続的にかつ精度よく推定することができる。そのため、推定した先端抵抗は、地質情報や支持力の推定に利用することができる。
【００５７】
以上、本発明による先端抵抗力度推定システム、圧入施工システム、及び先端抵抗力度推定方法の実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
【００５８】
例えば、本実施の形態では、圧入施工のみを施工対象としているが、回転圧入を施工対象とすることも可能である。回転圧入の場合には、圧入装置の回転によるトルクも入力情報として演算対象となるので、より精度の高い先端抵抗力度を推定することができる。
【００５９】
また、上述した実施の形態では、周面抵抗力度演算工程において、周面抵抗力度演算部１１で周面抵抗力度の算出に用いる先端抵抗力度として、当該深度より微小深度だけ浅い深度（当該直前深度）にある杭先端が当該深度に到達した際に、直前深度までの各深度（各中間深度）において算出された先端抵抗力度を採用している。そして、本実施の形態の周面抵抗力度演算部１１では、各深さにおいて予め求められた先端抵抗力度に対して予め求められた杭先端の閉塞状態を示す情報を加味した補正を行って周面抵抗力度を演算するとともに、周面抵抗力度演算部において、先端抵抗力度に対して杭先端からの距離に応じた変化を加味した補正を行って周面抵抗力度を演算するシステムとなっているが、これらの補正に限定されることはない。
すなわち、周面抵抗力度演算部において、閉塞状態を示す情報に基づく補正と、杭先端からの距離に応じた変化に基づく補正との両方の補正を行わない推定システムであってもよいし、いずれか一方の補正を行うシステムでもかまわない。あるいは、他の補正方法を用いて先端抵抗力度を補正して周面抵抗力度を演算するシステムとすることも可能である。
つまり、上述した実施の形態で示した先端抵抗力度ｑｂ（ｚ）を算出する関数（支持力式）は一例であって、他の支持力式を用いる推定方法とすることも可能である。
【００６０】
また、上記実施形態では、杭４を圧入する地盤の深さごとの土質が流体パラメータ値に基づく周面抵抗低減相当分の考慮値に影響しないものとして説明したがこれに限るものではない。例えば、砂層と粘土層とでは同じ流体パラメータ値であったとしても異なる考慮値となるものとしても良い。また、下層が透水性の高い砂層である場合には杭４の先端から上方へと流れる水Ｗが浸透しやすいため、当該砂層よりも上層では上方へと流れる水Ｗの流量が小さくなり、これにより同じ流体パラメータ値であったとしても考慮値の影響度が低くなるように設定しても良い。また、先端抵抗力度においても同様であり、地盤が砂層か粘土層かなどにより流体パラメータ値に基づく先端抵抗低減相当分の考慮値が異なるようにしても良い。
【００６１】
また、圧入装置としては、既設の杭から反力を取って杭を地中に圧入する圧入装置を用いたものに限定されるものではない。例えば、ウェイトや既設構造物から圧入装置の反力を取るようにしてもよい。また、上記実施形態では、ウォータージェットによる水Ｗは、杭４の先端の地盤に向けて噴射されるものとしたが、これに限るものではなく、杭４において、杭周辺の地盤のいずれかの箇所に噴射して先端抵抗及び周面抵抗の少なくとも何れか小さくするようにすれば良い。例えば、鋼管杭などでは杭周面から径方向外方または内方に向けて噴射させるものとしても良い。
【００６２】
その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記した実施の形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能である。
【符号の説明】
【００６３】
１  先端抵抗力度推定システム
２  圧入装置
３  コンピュータ
４  杭
９ａ  流量計
９ｂ  圧力計
１１  周面抵抗力度演算部
１２  積算部
１３  先端抵抗力度演算部
１４  流体パラメータ値演算部
２１  深度計測手段
２２  圧入力計測手段
２３  管内土長計測手段
Ｗ  水（流体）
【図１】
2018162563.tif 000007
【図２】
2018162563.tif 000008
【図３】
2018162563.tif 000009