(57)【要約】【課題】  安価な構成により杭深度を精度よく計測する。【解決手段】  圧入用の杭９を支持し、この杭９が圧入時に受ける反力に応じた張力が作用する支持部材１２と、支持部材１２の駆動により杭９を昇降させる昇降手段１３と、支持部材１２の駆動量に基づき杭９の深度ｈを検出する深度検出手段２１と、深度検出手段２１により検出された深度ｈを補正する補正手段３１とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧入用の杭を支持し、この杭が圧入時に受ける反力に応じた張力が作用する支持部材と、
前記支持部材の駆動により前記杭を昇降させる昇降手段と、
前記支持部材の駆動量に基づき前記杭の深度を検出する深度検出手段と、
前記深度検出手段により検出された深度を補正する補正手段とを備えることを特徴とする杭深度計測装置。
【請求項２】
請求項１に記載の杭深度計測装置において、
前記支持部材は、スプロケットを介して掛け回されたチェーンであることを特徴とする杭深度計測装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の杭深度計測装置において、
前記補正手段は、
前記杭を所定量圧入したときの実測深度と前記深度検出手段により検出された深度とに基づき深度補正係数を設定する係数設定手段と、
前記深度補正係数による補正後の深度を演算する演算手段とを有することを特徴とする杭深度計測装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の杭深度計測装置を有する建設機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、建築・土木の基礎工事において土中に圧入する杭の深度を計測する杭深度計測装置および建設機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的な基礎工事用建設機械は例えば次のように構成される。すなわち機体の前方にリーダを立設しこのリーダに対して上下動可能にオーガ駆動装置を設けるとともに、オーガ駆動装置により基礎杭を回転可能に支持する。オーガ駆動装置は、ワイヤー等により機体側から吊持し、オーガ駆動装置により基礎杭を回転させながら油圧モータ等によりワイヤーを繰り出して、基礎杭を地中に回転圧入する。このワイヤーの繰り出し量をセンサにより検出し、この検出値に基づき基礎杭の深度を計測する。なお、この種の深度計測装置を有する建設機械は、例えば以下の先行技術文献に開示されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−２５６５５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述したように基礎杭を地中に圧入する場合、圧入前は基礎杭を吊持しているワイヤに下向きの力が作用する。これに対し、圧入時には杭が地面から反力を受けるため、ワイヤに作用する下向きの力は減少する。そのため、ワイヤの駆動量を検出しただけでは、基礎杭の深度を精度よく計測することができない。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明による杭深度計測装置は、圧入用の杭を支持し、この杭が圧入時に受ける反力に応じた張力が作用する支持部材と、支持部材の駆動により杭を昇降させる昇降手段と、支持部材の駆動量に基づき杭の深度を検出する深度検出手段と、深度検出手段により検出された深度を補正する補正手段とを備えることを特徴とする。
スプロケットを介して掛け回されたチェーンを支持部材とすることが好ましい。
杭を所定量圧入したときの実測深度と深度検出手段により検出された深度とに基づき深度補正係数を設定する係数設定手段と、深度補正係数による補正後の深度を演算する演算手段とにより補正手段を構成することもできる。
以上の杭深度計測装置は、建設機械に搭載することにより大きな効果が得られる。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、圧入用の杭を支持する支持部材の駆動量に基づき杭の深度を検出し、検出された深度を補正するようにしたので、杭の圧入の前後で支持部材に作用する張力が異なる場合であっても、安価な構成により杭深度を精度よく計測することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、図１〜図１１を参照して本発明による杭深度計測装置の実施の形態について説明する。
図１は、本発明が適用される建設機械の側面図である。図１の建設機械は鋼管杭の回転圧入工法を行う施工機であり、走行体１と、走行体上１に旋回可能に搭載された旋回体２と、旋回体２の前部に運転室３に面して取り付けられた作業装置４とを有する。
【０００８】
作業装置４は次のように構成される。旋回体２の前方にはリーダ７が設けられ、リーダ７はシリンダ５を介して旋回体２から支持され、シリンダ５の駆動により鉛直方向に立設される。リーダ７には回転駆動装置としての油圧モータを有するオーガ駆動装置８が上下動可能に支持されている。オーガ駆動装置８には先端にスクリュー部９ａを有する鋼管杭９の上端部が支持され、オーガ駆動装置８の駆動により鋼管杭９が回転する。リーダ７の上下端部には一対のスプロケット１０，１１が設けられ、このスプロケット１０，１１にチェーン１２が掛け回されている。下部のスプロケット１１は油圧モータ１３により回転し、この油圧モータ１３の回転によりチェーン１２を介してオーガ駆動装置８が昇降する。オーガ駆動装置８の移動量はスプロケット１１の回転量に比例するので、スプロケット１１の回転量とスプロケット１１の直径とにより杭深度を演算することができる。
【０００９】
作業装置４には、杭深度の演算のためのスプロケット１１の回転量を検出する深度センサ２１と、オーガ駆動用油圧モータの圧力を検出するトルクセンサ２２と、オーガ駆動装置８の回転数を検出する回転センサ２３と、油圧モータ１３の回転による杭の押込力を検出する押込力センサ２４（図１では不図示）が設けられている。オーガ駆動用油圧モータは可変モータであり、オーガ駆動装置８の駆動トルクはトルクセンサ２２により検出された圧力とモータ容量により演算される。運転室３には施工管理用の表示モニタ４０が設けられている。
【００１０】
チェーン１２の駆動機構を図２に模式的に示す。杭９を圧入する前は、オーガ駆動装置８はチェーン１２に吊られた状態にあるため、オーガ駆動装置８の自重によりオーガ駆動装置８とスプロケット１０の間のチェーン１２ａには張力を増加するような力が作用する。これに対し、オーガ駆動装置８とスプロケット１１の間のチェーン１２ｂには張力を減少するような力が作用する。一方、杭９の圧入後は地面からの反力によってオーガ駆動装置８が上方に押されるため、チェーン１２ａに作用する張力が減少するのに対し、チェーン１２ｂに作用する張力が増加する。すなわち、杭９の圧入の前後でチェーン１２ａ,１２ｂに作用する張力は異なる。スプロケット１０,１１とチェーン１２の間にはいわゆる遊びがあるため、杭９の圧入の前後でチェーン１２ａ,１２ｂに作用する張力が異なると、スプロケット１１の回転に対するオーガ駆動装置８の位置ずれが生じ、スプロケット１１の回転から求めた杭深度と実際の杭深度とがずれる。このずれは経時劣化等によるチェーン１２の伸びがあると一層顕著である。そこで、本実施の形態では、以下のように杭深度を補正し、計測値の精度を高める。
【００１１】
図３は、杭深度計測装置を含む施工管理装置の全体構成を示すブロック図である。本実施の形態に係わる施工管理装置は汎用性のあるプログラマブル・シーケンサ（以下、単にシーケンサと呼ぶ）を備える。シーケンサは、電源３１ａ、メモリカード３１ｂ、シーケンサＣＰＵ３１ｃからなるシーケンサ本体３１と、入出力インターフェイスとしての複数の入出力ブロック３２〜３４を有する。シーケンサ本体３１には表示モニタ（タッチパネルディスプレイ）４０がリンクで接続され、施工に関する各種情報が表示されるとともに、タッチパネルの操作に応じた信号がシーケンサ本体３１に入力される。表示モニタ４０には、メモリーカード４０ａとプリンター４０ｂが接続されている。
【００１２】
入出力ブロック３２，３３の入力部には作業装置４の駆動指令を入力するための操作部材（オーガ速度切換スイッチや昇降指令スイッチ等）を有する操作盤４１と、上述したセンサ２１〜２４が接続され、出力部にはオーガ駆動装置８の速度切換、昇降、起動停止、トルク制御などを行うための電磁弁４２，４３が接続されている。入出力ブロック３４は増設ブロックであり、センサや電磁弁を追加した場合に用いる。なお、入出力ブロック３２，３３と電磁弁４２，４３の間には、電磁弁４２，４３に大電流を流すためのコンタクタや中間リレー等が設けられるが、図示は省略する。
【００１３】
シーケンサ本体３１には、予めラダープログラムの形式で作成された施工管理用プログラムが組み込まれている。シーケンサＣＰＵ３１ｃでは、表示モニタ４０から入力された信号と、入出力ブロック３２,３３を介して入力された操作盤４１およびセンサ２１〜２４からの信号を用いてプログラムを実行し、表示モニタ４０を制御するとともに、プリンター４０ｂおよびメモリカード４０ａへの出力を制御し、かつ、入出力ブロック３２,３３を介して電磁弁４２，４３を制御する。
【００１４】
図５は、表示モニタ４０の画面構成を示す図である。シーケンサのメモリには予め図示のように複数の画面が記憶され、タッチパネルの操作に応じてシーケンサが矢印で示すように画面表示を切り換える。図中、スタート画面５１は表示モニタ４０の電源オン直後に表示される画面である。工法選択画面５２は複数の工法（回転圧入工法、地盤改良工法等）の中から採用する工法を選択する画面である。施工設定画面５３は選択した工法に対応した施工条件（目標杭深度、オーガ最大トルク等）を設定する画面である。
【００１５】
施工画面５４は施工時に計測データ等の作業情報を表示する画面であり、切換可能なメータ画面５５、グラフ画面５６、表画面５７からなる。メータ画面５５の一例を図６に、グラフ画面５６の一例を図７に示す。図６に示すように、メータ画面５５にはオーガ駆動装置８の駆動トルク、深度、回転数、昇降速度、速度段、鋼管杭９の押込力、傾斜角、貫入量等が棒グラフ状のメータで表示され、あるいは数値表示される。杭９の圧入を行う場合にはメータ画面上の「計測開始」部５５ａが操作され、この操作により杭深度の計測を開始する。メータ画面上の「グラフ」部５５ｂが操作されるとメータ画面５５からグラフ画面５６に切り換わり、「データ」部５５ｃが操作されると表画面５７に切り換わる。図７に示すように、グラフ画面５６には、予め係数設定画面５９で設定した深度単位毎に所定の計測データ（例えばトルク）がプロットされ、グラフ化して表示される。終了画面５８は施工終了後に表示される画面であり、終了画面５８の一例（グラフ画面に対応したもの）を図８に示す。
【００１６】
係数設定画面５９はセンサ２１〜２４の出力値（ボルト）を所定単位（ｍ、ｔ・ｍ、ｒｐｍ、ｔ）の検出値に変換するための係数、深度単位、後述する深度補正係数αおよび補正量Ｈ１等の各種係数を設定する画面である。係数設定画面５９の一例を図９に示す。係数設定画面５９への切換は、終了画面５８の「深度補正」部５８ａの操作等により行われる。係数設定画面５９に係数を入力する場合には、画面上の係数の表示部をタッチ操作する。これにより図１０に示すようにキーボード画面６０が表示され、キーボード画面６０上の操作により係数を入力する。入力された係数は窓部６０ａに表示され、「確定」部６０ｂの操作により入力を確定する。
【００１７】
次に、シーケンサにおける杭深度計測に係る処理内容について説明する。図１１は、この処理内容を示すフローチャートである。このフローチャートは、例えばメータ画面５５の「計測開始」部５５ａの操作によりスタートする。まず、ステップＳ１で深度センサ２１の検出値を読み込み、この検出値から計測値ｈ（ｍ）を演算し内部メモリに記憶する。ステップＳ２では深度補正係数αが設定されているか否かを判定する。ここで、深度補正係数αとは深度センサ２１により検出された深度ｈを適正値ｈａに補正するための係数であり、ステップＳ８で設定される。係数αが未設定の場合にはステップＳ２が否定され、ステップＳ３に進む。
【００１８】
ステップＳ３では、深度計測のための補正量Ｈ１の入力の有無を判定する。ここで、補正量Ｈ１とは杭９を所定深度（例えば最終深度）まで圧入したときの実測深度である。補正量Ｈ１は、図４に示すように杭９を所定深度まで圧入したときの杭残部高さＨ２を実測し、予め実測した杭９の全長Ｈ３からこの杭残部高さＨ２を減算して求める（Ｈ１＝Ｈ３−Ｈ２）。補正量Ｈ１の入力はキーボード画面（図１０）上の操作により行われ、「確定」部６０ｂの操作により確定する。したがって、ステップＳ３では「確定」部１０ｂの操作を判定する。なお、所定深度における計測値ｈ１は内部メモリに格納される。
【００１９】
ステップＳ３が否定されるとステップＳ４に進む。ステップＳ４では、計測値ｈの補正を行わず、計測値ｈをそのまま杭深度とし、この杭深度を基準に例えば図７に示すように表示モニタ４０に施工データを表示する。なお、施工終了時には例えば「終了」部５６ａが操作される。「終了」部５６ａが操作されるとステップＳ４では、終了画面５８に自動的に切り換え、表示モニタ４０に最終深度等を表示する（図８）。また、終了画面５８の「書込」部５８ｂが操作されると、メモリカード４０ａにこれまでの計測データを記憶し、「印刷」部５８ｃが操作されると計測データをプリントアウトする。
【００２０】
一方、「確定」部１０ｂの操作によりステップＳ３が肯定されるとステップＳ５に進み、補正量Ｈ１を所定深度における計測値ｈ１で除算し、深度補正係数αを演算する（α＝Ｈ１／ｈ１）。次いで、ステップＳ６で計測値ｈに係数αを乗じたものを補正後の杭深度ｈａとし、この杭深度ｈａを基準に例えば図７に示すように表示モニタ４０に施工データを表示する。なお、ステップＳ６では、施工終了時に終了画面５８に自動的に切り換え、表示モニタ４０に補正後の最終深度等を表示する（図８）。
【００２１】
次いで、ステップＳ７でステップＳ５の係数αを継続して用いるか否かを判定する。係数αを継続使用する場合は、図９の係数設定画面５９の「継続」部５９ｂを操作する。したがってステップＳ７では「継続」部５９ｂの操作を判定する。なお、このとき係数設定画面５９の表示部５９ａにはステップＳ５で演算された係数αが表示される。ステップＳ７が否定されると係数の設定を行わず、ステップＳ７が肯定されるとステップＳ８に進んで係数αを設定する。
【００２２】
ステップＳ２で係数αが設定済みと判定されるとステップＳ９に進む。ステップＳ９では計測値ｈに設定値αを乗じたものを補正後の杭深度ｈａとし、この杭深度ｈａを基準に例えば図７に示すように表示モニタ４０に施工データを表示する。なお、ステップＳ９では施工終了時に終了画面５８に切り換え、表示モニタ４０に補正後の最終深度等を表示する（図８）。
【００２３】
次いで、ステップＳ１０で設定値αの設定が解除されたか否かを判定する。設定値αを解除する場合はキーボード画面６０の「キャンセル」部６０ｃを操作する。したがってステップＳ１０では「キャンセル」部６０ｃの操作を判定する。ステップＳ１０が否定されると設定値αの解除を行わず、ステップＳ１０が肯定されるとステップＳ１１に進んで設定値αを解除する。
【００２４】
次に、本実施の形態に係る杭深度計測装置の特徴的な動作について説明する。
杭９の回転圧入作業を行う場合、まず事前準備として工法選択画面５２で回転圧入工法を選択し、施工設定画面５３で回転圧入工法に対応した施工条件を設定し、係数設定画面５９でセンサ出力値の係数、深度単位等を設定する。事前準備が終了すると、メータ画面５５を表示し、「計測開始」部５５ａを操作して杭深度計測を開始するとともに、操作盤４１の操作により油圧モータを駆動し、杭９を回転させながら圧入する。
【００２５】
深度補正係数αを設定せずに、かつ、補正量Ｈ１を入力せずに圧入作業を行うと、表示モニタ４０には深度センサ２１による計測値ｈが杭深度として表示される（ステップＳ４）。そして、杭９の圧入が終了すると、図８に示すように終了画面５８に切り換わり、表示モニタ４０には杭深度の計測値ｈに対するトルクの計測値がグラフ化して表示されるとともに、最終深度および最大トルクが表示される。
【００２６】
この状態で計測値ｈを補正する場合、終了画面５８の「深度補正」部５８ａを操作して図９の係数設定画面５９に切り換える。さらに表示部５９ａを操作してキーボード画面６０を表示し、予め実測した補正量Ｈ１を入力する。これにより深度補正係数αが演算され（ステップＳ５）、この係数αにより深度補正値ｈａが演算される。そして、モニタ表示が図８の終了画面５８に切り換わり、深度補正値ｈａに対するトルクの計測値がグラフ化して表示されるとともに、補正後の最終深度および最大トルクが表示される（ステップＳ６）。この表示により作業員は杭９の正確な深度を把握することができ、杭９を目標深度に精度よく圧入することが可能となる。なお、演算された係数αは係数設定画面５９の表示部５９ａに表示される。作業員はこの係数αの値を確認し、改めて補正量Ｈ１を入力する場合には、表示部５９ａを再操作する。
【００２７】
一方、別の杭９を新たに圧入する場合に、補正量Ｈ１の入力を省略して上述した係数αを継続して使用するときは、係数設定画面５９の「継続」部５９ｂを操作し、係数αを設定する（ステップＳ８）。この状態で「計測開始」部５５ａ（図６）の操作により圧入作業を開始すると、表示モニタ４０には深度補正値ｈａが杭深度として表示される。すなわち、横軸を深度補正値ｈａとして例えば図７のグラフが表示される。これにより作業終了後だけでなく、作業中にも作業員は正確な杭深度を把握することができる。
【００２８】
係数αを設定し直す場合は、キーボード画面６０の「キャンセル」部６０ｃを操作し、設定値αを一旦解除する（ステップＳ１１）。次いで、キーボード画面６０により係数αを入力した後、「確定」部６０ｂの操作により係数αを確定し、係数設定画面５９の「継続」部５９ｂを操作して係数αを設定する。
【００２９】
以上の実施の形態によれば、杭９を所定深度圧入したときの実測深度（補正量Ｈ１）とそのときの深度センサ２１の検出値ｈ１とにより深度補正係数α（＝Ｈ１／ｈ１）を設定し、この係数αにより検出値ｈを補正するようにした（ｈ→ｈａ）。これによりチェーン１２とスプロケット１０,１１の遊びや経時劣化によるチェーン１２の伸び等に起因した計測誤差を解消し、杭深度を精度よく計測することができる。また、深度センサ２１によりスプロケット１１の回転量から杭深度を検出するので、センサの構成が容易であり、安価に構成できる。「継続」部５９ｂの操作により圧入作業時に係数αを継続して使用するか否かを選択するようにしたので、同一の係数αを一から設定し直す必要がなく、係数αの設定が容易である。
【００３０】
なお、上記実施の形態の杭深度計測装置は、回転圧入工法により杭９を圧入する場合に適用したが、例えば地盤改良工法により杭を圧入する場合や杭を回転させずに圧入する場合等、他の工法により異なる形式の杭を圧入する場合にも同様に適用可能である。チェーン１２を介してオーガ駆動装置８および杭９を支持したが、圧入時に杭９が受ける反力に応じた張力が作用するのであれば、チェーン１２以外の他の支持部材（例えばワイヤロープ等）を用いてもよい。したがって昇降手段は上述した油圧モータ１３に限らない。チェーンの駆動量に基づき杭の深度ｈを検出するのであれば深度検出手段としての深度センサ２１の構成は上述したものに限らない。深度計測値ｈを補正する補正手段としてシーケンサユニットを用いたが、ＣＰＵユニットを用いてもよい。杭を所定量圧入したときの実測深度Ｈ１と深度センサ２１により検出された深度ｈ１により係数α＝Ｈ１／ｈ１を設定し、この係数αを計測深度ｈに乗じたものを深度補正値ｈａとしたが、係数設定手段および演算手段の構成はこれに限らない。すなわち、本発明の特徴、機能を実現できる限り、本発明は実施の形態の杭深度計測装置に限定されない。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明が適用される建設機械の側面図。
【図２】図１の建設機械に用いられるチェーンの駆動機構を模式的に示す図。
【図３】本発明の実施の形態に係る杭深度計測装置を含む施工管理装置の全体構成を示すブロック図。
【図４】杭深度の補正値の概念を示す図。
【図５】表示モニタに表示される画面構成を示す図。
【図６】表示画面の一例（メータ画面）を示す図。
【図７】表示画面の一例（グラフ画面）を示す図。
【図８】表示画面の一例（終了画面）を示す図。
【図９】表示画面の一例（係数設定画面）を示す図。
【図１０】表示画面の一例（キーボード画面）を示す図。
【図１１】図３のシーケンサにおける杭深度計測に係る処理の一例を示すフローチャート。
【符号の説明】
【００３２】
８  オーガ駆動装置
９  鋼管杭
１０,１１  スプロケット
１３  油圧モータ
２１  深度センサ
３１  シーケンサ本体
４０  表示モニタ
Ｈ１  補正量
α  深度補正係数
ｈ  計測値
ｈａ  深度補正値
【図１】
2005213938.tif 000003
【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】
2005213938.tif 000009
【図８】
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【図９】
2005213938.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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