(57)【要約】杭パラメータ判定システム（１００）は、少なくとも一つの杭データ計測機構とクレーン（１０）とを含む。クレーンにはブーム（１１）が配設され、ブームの上端でハンマーリード８１２）が旋回し、ブームの下端で底側補強材（１３）が旋回する。杭データ計測機構は杭の計測範囲内に配置されている。無線送信機は杭データ計測機構に通信可能に接続されている。無線送信機は杭データを少なくとも一つの遠隔配置された受信機に送信する。杭データは送信データ信号に符号化されるのが望ましい。遠隔配置された受信機は、杭計測データから少なくとも一つの杭パラメータを判定する装置に通信可能に接続されている。杭打込み方法は、杭データを少なくとも一つの遠隔受信機に無線送信する工程と、杭データから少なくとも一つの杭打込処理パラメータを判定する工程と、判定された杭打込パラメータを用いて杭を打込む工程とを含む。
2004526085.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
杭パラメータを判定するためのシステムであって、
杭データを計測するための少なくとも一つの機構であって、杭データを計測する前記機構は少なくとも一つの杭の計測範囲内に配置されていることと、
前記杭データを送信するように設けられた無線送信機であって、該無線送信機は、杭データを計測する前記機構に通信可能に接続されていることと、
送信された前記杭データを受信するための少なくとも一つの遠隔配置された無線受信機と
を備えているシステム。
【請求項２】
前記杭データから少なくとも一つの杭パラメータを判定するための装置をさらに備え、該装置は、遠隔配置された前記無線受信機に通信可能に接続されている請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
杭データを計測する前記機構は、少なくとも一つの歪みゲージを含む請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記無線送信機からの送信内容に、特定の前記杭の位置を同定することができる情報が含まれている請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記送信機は広帯域送信機であり、前記システムは、杭データを計測する複数の前記機構からの杭データを送信用の一つの信号にするように結びつけるための多重通信用装置をさらに備えている請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
杭データを計測する少なくとも一つの前記機構は、実質的に前記杭の内部に配置されている請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
誘発信号を受信するように設けられ、前記誘発信号を受信することで、杭データを計測する前記機構に前記杭データの計測を開始させる無線送信機をさらに備えている請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
杭データを計測する少なくとも一つの前記機構は、前記杭の最下部近傍に位置しており、かつ杭データを計測する少なくとも一つの前記機構は、前記杭の頂部近傍に位置している請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
杭データを計測する前記杭の最下部近傍の前記機構と、杭データを計測する前記杭の頂部近傍の前記機構との間に、杭データを計測する機構が少なくとも一つさらに配置されている請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
杭データを計測する少なくとも一つの前記機構は、前記杭の最下部付近に位置しており、前記杭の最下部付近に位置して杭データを計測する該機構は、地表よりも下に位置している請求項１に記載のシステム。
【請求項１１】
前記杭データは、前記無線送信機による前記杭データの送信に先だってデジタル方式で符号化される請求項１に記載のシステム。
【請求項１２】
荷重受承構造を支持する装置であって、
少なくとも一つの杭と、
前記杭からのデータを計測する少なくとも一つの機構であって、杭データを計測する前記機構は、前記杭の計測範囲内に配置されていることと、
杭データを計測する前記機構に通信可能に接続されている無線送信機と、
送信された前記杭データを受信するための少なくとも一つの遠隔配置された無線受信機と
を備えている装置。
【請求項１３】
前記杭データから少なくとも一つの杭パラメータを判定するためのデバイスをさらに備え、該デバイスは、遠隔配置された前記無線受信機に通信可能に接続されている請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
杭データを計測する前記機構は、少なくとも一つの歪みゲージを含む請求項１２に記載の装置。
【請求項１５】
前記無線送信機からの送信内容に、特定の前記杭の位置を同定することができる情報が含まれている請求項１２に記載の装置。
【請求項１６】
前記無線送信機は広帯域送信機であり、前記装置は、杭データを計測する複数の前記機構からの杭データを送信用の一つの信号にするように結びつけるための多重通信用装置をさらに備えている請求項１２に記載の装置。
【請求項１７】
前記杭データは、前記無線送信機による前記杭データの送信に先だってデジタル方式で符号化される請求項１２に記載の装置。
【請求項１８】
杭データを計測する少なくとも一つの前記機構は、実質的に前記杭の内部に配置されている請求項１２に記載の装置。
【請求項１９】
前記杭は、その内部に少なくとも一つの空間を備えており、該空間は、杭データを計測する前記機構を収容するように設けられている請求項１２に記載の装置。
【請求項２０】
前記空間は、長さ方向に向かう少なくとも一つの空間を含む請求項１２に記載の装置。
【請求項２１】
誘発信号を受信するように設けられ、前記誘発信号を受信することで、杭データを計測する前記機構に前記杭データの計測を開始させる無線受信機をさらに備えている請求項１２に記載の装置。
【請求項２２】
杭データを計測する少なくとも一つの前記機構は、前記杭の最下部近傍に位置しており、かつ杭データを計測する少なくとも一つの前記機構は、前記杭の頂部近傍に位置している請求項１２に記載の装置。
【請求項２３】
杭データを計測する前記杭の最下部近傍の前記機構と、杭データを計測する前記杭の頂部近傍の前記機構との間に、杭データを計測する機構が少なくとも一つさらに配置されている請求項２２に記載の装置。
【請求項２４】
杭データを計測する少なくとも一つの前記機構は、前記杭の最下部付近に位置しており、前記杭の最下部付近に位置して杭データを計測する該機構は、地表よりも下に位置している請求項１２に記載の装置。
【請求項２５】
荷重受承構造を支持する装置であって、
少なくとも一つの杭と、
杭データを計測する少なくとも一つの機構であって、杭データを計測する少なくとも一つの前記機構は、実質的に前記杭の内部に配設されていることと、
杭データを計測する前記機構に通信可能に接続されている無線送信機と
を備えている装置。
【請求項２６】
前記送信機は無線送信機であり、該無線送信機は、少なくとも一つの遠隔配置された受信機に前記杭データを送信する請求項２５に記載の装置。
【請求項２７】
前記送信機は広帯域送信機であり、前記装置は、杭データを計測する複数の前記機構からの杭データを送信用の一つの信号にするように結びつけるための多重通信用装置をさらに備えている請求項２６に記載の装置。
【請求項２８】
前記杭データは、前記送信機による前記杭データの送信に先だってデジタル方式で符号化される請求項２５に記載の装置。
【請求項２９】
前記受信機は、前記杭データから少なくとも一つの杭パラメータを判定するためのデバイスに通信可能に接続されている請求項２５に記載の装置。
【請求項３０】
杭パラメータを計測するためのシステムであって、
一つの杭と、
杭データを計測する少なくとも一つの機構であって、杭データを計測する少なくとも一つの前記機構は、実質的に前記杭の内部に配置されていることと、
少なくとも一つの遠隔配置された受信機に前記杭データを送信するために、杭データを計測する前記機構に通信可能に接続されている送信機であって、遠隔配置された前記受信機は、前記杭データから少なくとも一つの杭パラメータを判定するためのデバイスに通信可能に接続されていることと
を備えているシステム。
【請求項３１】
前記送信機は無線送信機である請求項３０に記載のシステム。
【請求項３２】
前記送信機は広帯域送信機であり、前記システムは、杭データを計測する複数の前記機構からの杭データを送信用の一つの信号にするように結びつけるための多重通信用装置をさらに備えている請求項３０に記載の装置。
【請求項３３】
前記杭データは、前記送信機による前記杭データの送信に先だってデジタル方式で符号化される請求項３２に記載の装置。
【請求項３４】
前記杭は頂部及び最下部を備え、杭データを計測する少なくとも一つの前記機構は、前記杭の前記最下部に配置されている請求項３０に記載のシステム。
【請求項３５】
前記杭の前記最下部に配置されて杭データを計測する前記機構は、実質的に前記杭の内部に配置されている請求項３４に記載のシステム。
【請求項３６】
内部に実質的にセンサが配設されている杭を形成するための方法であって、
杭データを計測するためのセンサを少なくとも一つ準備する工程と、
前記センサを杭の材料によって実質的に取り囲んだ後において該センサが杭の材料によって実質的に取り囲まれるであろう位置に前記センサを配置する工程と、
前記センサを前記杭の材料によって実質的に取り囲む工程と
を備えている方法。
【請求項３７】
前記配置工程において、前記センサは、杭の枠の内部に配置される請求項３６に記載の方法。
【請求項３８】
前記取り囲み工程は、成型工程を備えている請求項３７に記載の方法。
【請求項３９】
前記準備工程は、送信機を準備する工程をさらに備え、前記送信機は、前記センサに通信可能に接続される請求項３６に記載の方法。
【請求項４０】
前記送信機は広帯域送信機であり、前記準備工程は、杭データを計測する複数の前記機構からの杭データを送信用の一つの信号にするように結びつけるための多重通信用装置を準備する工程をさらに備えている請求項３９に記載の方法。
【請求項４１】
杭パラメータを無線方式で判定するための方法であって、
杭の計測範囲内で杭データを計測する少なくとも一つの機構と、杭データを計測する前記機構に通信可能に接続された無線送信機とを準備する工程と、
前記無線送信機によって前記杭データを少なくとも一つの遠隔受信機へ無線送信する工程と
を備えている方法。
【請求項４２】
受信された前記杭データを前記遠隔受信機から計算機に提供する工程と、
前記計算機によって少なくとも一つの前記杭パラメータを判定する工程と
をさらに備えている請求項４１に記載の方法。
【請求項４３】
前記送信工程は、自動的に実行される請求項４１に記載の方法。
【請求項４４】
前記送信工程、前記指示工程及び前記判定工程は、自動的に実行される請求項４２に記載の方法。
【請求項４５】
前記判定工程は、杭の打込み中に使用する少なくとも一つの杭打込処理パラメータを判定するために、前記判定工程で判定される前記杭パラメータを使用することをさらに備えている請求項４２に記載の方法。
【請求項４６】
前記杭打込処理パラメータは、打込みハンマーによって杭に付与される力を含む請求項４５に記載の方法。
【請求項４７】
前記杭は構造物を支持し、前記送信工程、前記指示工程及び前記判定工程は、杭の設置の後で行われる請求項４２に記載の方法。
【請求項４８】
前記送信工程、前記指示工程及び前記判定工程は、リアルタイムで実行される請求項４２に記載の方法。
【請求項４９】
前記送信工程、前記指示工程及び前記判定工程は、受信された励起信号に応答する請求項４７に記載の方法。
【請求項５０】
受信された前記励起信号は、前記送信工程、前記指示工程及び前記判定工程を開始するための所定の励起閾値を超える閾値を備えている請求項４９に記載の方法。
【請求項５１】
受信された前記励起信号は、特定の前記杭による選択処理の際に同定可能な情報を含む請求項４９に記載の方法。
【請求項５２】
前記送信工程における前記送信内容は、前記杭の位置を判定するための情報を含んでおり、前記送信内容から前記杭の前記位置を判定する工程をさらに備えている請求項４１に記載の方法。
【請求項５３】
少なくとも一つの杭打込処理パラメータを判定するために、少なくとも一つの前記判定された杭パラメータを使用する工程をさらに備えている請求項４２に記載の方法。
【請求項５４】
杭を打込むための方法であって、
杭の計測範囲内で杭データを計測する少なくとも一つの機構と、杭データを計測する前記機構に通信可能に接続されている無線送信機とを準備する工程と、
前記無線送信機によって少なくとも一つの遠隔受信機に前記杭データを無線送信する工程と、
前記杭データから少なくとも一つの杭打込パラメータを判定する工程と、
前記杭打込パラメータを使って前記杭を打込む工程と
を備える方法。
【請求項５５】
前記無線送信工程及び前記判定工程は、自動的に実行される請求項５４に記載の方法。
【請求項５６】
前記打込み工程は、自動的に実行される請求項５４に記載の方法。
【請求項５７】
前記杭打込パラメータは、打込みハンマーによって前記杭に付与される力を含む請求項５６に記載の方法。
【請求項５８】
打込みハンマーによる打撃の間に付与される前記力を調整する工程をさらに備える請求項５７に記載の方法。
【請求項５９】
前記力調整工程は、判定された前記杭パラメータの少なくとも一つに関連している請求項５８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（発明の分野）
本発明は杭に係り、詳しくは、打込み杭のリアルタイム解析のための方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、杭は、例えば橋のような種々の荷重受承構造物を支持するために使用される。従って、杭は、打込み工程中に該杭を実質的に痛めないようにしつつ、所定の荷重受承能力を達成するために充分な深さにまで打ち込まれなければならない。通常、杭打込み工程におけるパラメータ（杭打込処理パラメータ）を判定するために、試験杭を打込んだときの加速度、歪み、杭の許容荷重、杭の内部応力、杭に加えられるエネルギー、及び杭一打当たりの平均打込量（打込カウント）のような杭パラメータが特徴づけられる。杭打込処理パラメータには、打込みハンマーによって杭に加えられる力や、ハンマーによる打込数も含まれる。打込みハンマーによって杭に加えられる力は、流体圧ハンマーのストローク（即ち、ハンマーストローク）や、ディーゼルハンマーの設定燃料に相当する。判定された杭打込処理パラメータは、杭打込処理において複数の杭に適用される。
【０００３】
従来、杭パラメータは、試験杭の頂部にセンサが配設されることによって計測される。センサによって、杭の未処理データが計測される。センサによって得られたデータが、配線結合を介して杭打込み解析機に送られて、杭パラメータを判定するために使用されることで、杭パラメータが未処理データから導かれる。杭打込み解析機には、約４万〜１０万ドルの費用がかかる。
【０００４】
加速度計は、杭の加速度を計測するために一般的に使用されるセンサである。杭の加速度は、杭打込みハンマーによって（例えば地中に）打ち込まれつつある杭の打込量に、（二回積分することで）換算可能である。加速度計は、従来、試験杭の頂部付近に一つ配設される。その加速度計は、杭打込解析機のような解析機に配線される。未処理の杭データから、杭打込み解析機は、杭打込みハンマーの能率、加速度、杭の打込み抵抗（許容荷重）、杭の内部応力を他の有用な杭パラメータと同様に判定できる。杭の許容荷重に関しては、地盤の抵抗が、杭の先端と側面との両方に関わる。地盤抵抗は杭の打込深さに相関する。
【０００５】
打込み抵抗及び杭速度（これは打込量を算出するために積分され得る）を計測するための従来のシステムは、自己発生型の加速度計を使用する。該加速度計は、名前が示すように、直流電流信号を自己発生する。水晶結晶板又は圧電結晶が、杭の移動中に加速度計の質量によって発生する力によって圧縮されることで、杭の加速度に比例する電気的衝撃が発生する。試験杭に配設された加速時計によって発生する加速度信号は、速度計測値を算出するために、離間された設備（例えば、杭打込み解析機）への配線による結合を介して、記録された後に電気的に積分される。そして、速度計測値は、杭打込量の計測値を算出するために、２度目の電気的な積分を行う。記録された打込み数は、打込カウントに達するための打込量の一次単位として判定される。
【０００６】
一般的に、杭打込みハンマーによって杭に付与される力は、例えば歪みゲージのような別の装置によって同時に計測される。歪みゲージは、試験杭の頂部付近に、加速度計に対して直角になるようにして配置される。歪みゲージは、杭打込解析機のような解析機に配線され、歪み、応力及び力を判定するために使用される。力や平均打込量は、地盤の性状、杭の形状及び所定の打込み深さを評価する既知の公式により、解析機によって打込み抵抗に変換され得る。
【０００７】
杭が物質（例えば、地盤）中に打込まれる際、杭に与えられる打込力はまた、杭の弾性限界を超えることを避けるように制御されなければならない。そうしないと、杭には、該杭の先端や杭において長さ方向に渡って任意の部位に、例えば背面反射波によって伝達される振動エネルギーに起因する大きな損害が発生する可能性がある。この損害を最小化するため、ハンマーの衝撃を杭に一層均一に伝達するとともに衝撃を和らげるように、同時に、杭の頂部をリードフレームに平行に案内することで該頂部をハンマーに一直線に維持するとともに、予め判定された経路に杭が実質的に真っ直ぐとなるように杭を保持するように、打込用キャップが杭の頭上に付着される。
【０００８】
杭の損傷を軽減するため、クッション性を備えるとともに、リードによって補助されてハンマーと杭との適切な整合を維持するようにキャップ（例えば、鉄製キャップ）を使用するにも拘わらず、ほとんどの場合、所望の打込力を判定することは、操作者の経験に頼る大きな負担となる。所定の条件に対して操作者を誘導するのを助けるために、一つ又は複数の試験杭が使用されることもある。サンプル杭に配設された歪みゲージは、一般的に、打込力及び杭の内部の動的な力を判定するために使用される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、歪みゲージは、伝達波の存在を記録することに失敗するおそれがある。例えば、前進波が、同じ強さを備える後進反射波と合わさったときに実質的な応力がなくなるように、二つの波が杭に沿った任意の部位で有害に干渉するおそれがある。特に、杭を下方に向かわせる圧縮波が、杭を上方に向かわせる引張波によって、全部又は一部で相殺されるおそれがある。二つ以上の波が相殺される場合、加速度計のような、杭の打込量を計測可能な装置が、無応力動的条件を同定するために使用される可能性がある。
【００１０】
一般的に、歪みゲージは、杭に埋め込まれるか若しくは杭に付着されて、杭打込解析機に配線されなければならない。このように、適切に歪みゲージを配設する工程は、かなり時間がかかり、コストがかかる工程である。一般的に、歪みゲージは、とても壊れやすい装置でもあり、杭が反復的な動的衝撃を受ける対象となる状況下での歪みゲージの信頼性は、容易に悪化するおそれがある。
【００１１】
杭が、試験杭から導かれたデータに基づいた所定の深さに打込まれた後でさえも、地盤性状のような多くの杭打込処理パラメータの多様性のため、該打込まれた杭が受承することができる実際の静的な受承荷重を計測することが一般的に望ましい。これは、通常は、試験杭が動くまで該試験杭に錘を増やしながら負荷を掛けることによって行われる。これは、静荷重試験と呼ばれる。該静荷重試験は、時間がかかって高コストな工程である。
【００１２】
前述したように、試験杭に続いて打込まれる杭は、一般的に、打込み工程中に杭パラメータを計測せずに打込まれる。所定の建設場所内での区域間の地盤性状のようなパラメータの多様性に起因して、杭は、同じ打込パラメータ（例えば、打込カウント及びストローク）の下において、試験杭よりも少ないか又はより多く打込まれる傾向がある。これは、許容荷重の損失及び不必要な費用又は杭損傷のような、それぞれ不適切な結果を招く。さらに、センサは、現場に設置された杭には一般的には提供されていないため、杭の使用寿命の間、杭の完全な状態は計測され得ない。さらに、損傷した杭は、該損傷した杭によって支持される構造物の破壊につながるおそれを潜在的に有するが、該損傷した杭は、従来、杭の使用中に検出ができない。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
（発明の要約）
杭パラメータを判定するためのシステムは、杭データを計測するための少なくとも一つの機構を備え、杭データを計測する前記機構は、少なくとも一つの杭の計測範囲内に配置されている。無線送信機は、前記杭データを送信するように設けられており、該無線送信機は、杭データを計測する前記機構に通信可能に接続されている。少なくとも一つの遠隔配置された無線受信機は、送信された前記杭データを受信するように設けられている。
【００１４】
前記システムは、前記杭データから少なくとも一つの杭パラメータを判定するための装置をさらに備えてもよく、前記装置は、前記遠隔配置された無線受信機に通信可能に接続される。杭データを計測する前記機構は、少なくとも一つの歪みゲージを含んでもよい。前記無線送信機からの送信内容は、特定の前記杭の位置を同定することができる情報を含んでもよい。
【００１５】
前記送信機は広帯域送信機であってもよく、そして前記システムは、杭データを計測する複数の前記機構からの杭データを送信用の一つの信号にするように結びつける多重通信用装置を備えてもよい。杭データを計測する少なくとも一つの前記機構は、実質的に前記杭の内部に配置されてもよい。
【００１６】
請求項１に記載のシステムは、誘発信号を受信するように設けられた無線送信機をさらに備えてもよい。該無線受信機は、前記誘発信号を受信することで、杭データを計測する前記機構に前記杭データの計測を開始させる。杭データを計測する少なくとも一つの前記機構が前記杭の最下部近傍に位置することと、杭データを計測する少なくとも一つの前記機構が前記杭の頂部近傍に位置することとのうち、少なくとも一方が可能である。杭データを計測する前記杭の最下部近傍の前記機構と、杭データを計測する前記杭の頂部近傍の前記機構との間に、杭データを計測する機構が少なくとも一つ配置されてもよい。杭データを計測する少なくとも一つの前記機構が前記杭の最下部付近に位置している場合、前記杭の最下部付近に位置して杭データを計測する該機構は、地表よりも下に配置されてもよい。本発明の好適な実施形態では、前記杭データは、前記無線送信機による前記杭データの送信に先だってデジタル方式で符号化されてもよい。
【００１７】
荷重受承構造を支持する装置は、少なくとも一つの杭と、前記杭からのデータを計測する少なくとも一つの機構とを備えている。杭データを計測する前記機構は、前記杭の計測範囲内に配置されている。無線送信機は、杭データを計測する前記機構に通信可能に接続されている。少なくとも一つの遠隔配置された無線受信機は、送信された前記杭データを受信するように設けられている。前記システムは、前記杭データから少なくとも一つの杭パラメータを判定するためのデバイスをさらに備えることができ、前記デバイスは、前記遠隔配置された無線受信機に通信可能に接続されている。杭データを計測する前記機構は、少なくとも一つの歪みゲージを含んでもよい。前記無線送信機からの送信内容は、特定の前記杭の位置を同定することができる情報を含む。
【００１８】
前記無線送信機は広帯域送信機であってもよく、前記装置は、杭データを計測する複数の前記機構からの杭データを送信用の一つの信号にするように結びつけるための多重通信用装置をさらに備える。本発明の好適な実施形態では、前記杭データは、前記無線送信機による前記杭データの送信に先だってデジタル方式で符号化される。
【００１９】
杭データを計測する少なくとも一つの前記機構は、実質的に前記杭の内部に配置されてもよい。前記杭は、その内部に少なくとも一つの空間を備えることができ、該空間は、杭データを計測する前記機構を収容するように設けられる。前記杭の前記空間は、長さ方向に向かう少なくとも一つの空間を含むことができる。
【００２０】
前記装置は、誘発信号を受信するように設けられて前記誘発信号を受信することで、杭データを計測する前記機構に前記杭データの計測を開始させる無線受信機をさらに備えることができる。
【００２１】
杭データを計測する少なくとも一つの前記機構が前記杭の最下部近傍に配置されることができることと、杭データを計測する少なくとも一つの前記機構が前記杭の頂部近傍に配置されることができることのうち、少なくとも一方が可能である。杭データを計測する前記機構が前記杭の頂部及び最下部の両方に配置されている場合に、杭データを計測する前記両機構間に、杭データを計測する機構が少なくとも一つ配置されてもよい。杭データを計測する少なくとも一つの前記機構は、地表よりも下に位置するように前記杭の最下部付近に配置されてもよい。
【００２２】
荷重受承構造を支持する装置は、少なくとも一つの杭と、杭データを計測する少なくとも一つの機構とを含む。杭データを計測する少なくとも一つの前記機構は、実質的に前記杭の内部に配設されている。無線送信機は、杭データを計測する前記機構に通信可能に接続されるように設けられている。前記送信機は、少なくとも一つの遠隔配置された受信機に前記杭データを送信する無線送信機であってもよい。前記送信機は広帯域送信機であってもよく、前記装置は、杭データを計測する複数の前記機構からの杭データを送信用の一つの信号にするように結びつけるための多重通信用装置をも備えている。本発明の好適な実施形態では、前記杭データは、前記送信機による前記杭データの送信に先だってデジタル方式で符号化されてもよい。前記受信機は、前記杭データから少なくとも一つの杭パラメータを判定するためのデバイスに通信可能に接続されてもよい。
【００２３】
杭パラメータを計測するためのシステムは、一つの杭と、杭データを計測する少なくとも一つの機構とを備える。杭データを計測する少なくとも一つの前記機構は、実質的に前記杭の内部に配置されている。送信機は、少なくとも一つの遠隔配置された受信機に前記杭データを送信するために、杭データを計測する前記機構に通信可能に接続されている。遠隔配置された前記受信機は、前記杭データから少なくとも一つの杭パラメータを判定するためのデバイスに通信可能に接続されている。前記送信機は無線送信機であってもよい。
【００２４】
前記送信機は広帯域送信機であってもよく、前記装置は、杭データを計測する複数の前記機構からの杭データを送信用の一つの信号にするように結びつけるための多重通信用装置を備えてもよい。本発明の好適な実施形態では、前記杭データは、前記送信機による送信に先だってデジタル方式で符号化される。
【００２５】
杭データを計測する少なくとも一つの前記機構は、前記杭の最下部に配置されてもよい。前記杭の前記最下部に配置されて杭データを計測する前記機構は、実質的に前記杭の内部に配置されてもよい。
【００２６】
内部に実質的にセンサが配設されている杭を形成するための方法は、杭データを計測するためのセンサを少なくとも一つ準備する工程と、杭の材料を用いた後において該センサが杭の材料によって実質的に取り囲まれるであろう位置に前記センサを配置する工程と、前記センサを杭の材料によって実質的に取り囲む工程とを備えている。前記配置工程において、前記センサは、杭の枠の内部に配置されてもよい。
【００２７】
前記取り囲み工程は、成型工程を備えることができる。前記準備工程は、前記センサに通信可能に接続される送信機を含んでもよい。前記送信機は広帯域送信機であってもよく、前記準備工程は、杭データを計測する複数の前記機構からの杭データを送信用の一つの信号にするように結びつけるための多重通信用装置をさらに備える。
【００２８】
杭パラメータを無線方式で判定するための方法は、杭の計測範囲内で杭データを計測する少なくとも一つの機構と、杭データを計測する前記機構に通信可能に接続された無線送信機とを準備する工程と、前記無線送信機によって前記杭データを少なくとも一つの遠隔受信機へ無線送信する工程とを備えている。
【００２９】
前記方法は、受信された前記杭データを前記遠隔受信機から計算機に提供する工程と、前記計算機によって少なくとも一つの前記杭パラメータを判定する工程とをさらに備えることができる。好ましくは、前記送信工程は自動的に実行されることができ、前記送信工程、前記指示工程及び前記判定工程は、自動的に実行される。
【００３０】
前記判定工程は、杭の打込み中に使用する少なくとも一つの杭打込処理パラメータを判定するために、前記判定工程で判定される前記杭パラメータを使用することをさらに備えてもよい。
【００３１】
前記杭打込処理パラメータは、打込みハンマーによって杭に付与される力を含んでもよい。
前記杭は、前記送信工程、前記指示工程及び前記判定工程が杭の設置の後で行われるような構造物を支持してもよい。
【００３２】
前記送信工程、前記指示工程及び前記判定工程は、リアルタイムで実行されてもよく、そして受信された励起信号に応答してもよい。
受信された前記励起信号は、前記送信工程、前記指示工程及び前記判定工程を開始するための所定の励起閾値を超える閾値を備えてもよい。
【００３３】
受信された前記励起信号は、特定の前記杭による選択処理の際に同定可能な情報を含んでもよい。
前記送信工程における送信内容は、前記杭の位置を判定するための情報を含んでもよく、前記方法は、受信された杭の送信内容から前記杭の位置を判定する工程をさらに備えてもよい。
【００３４】
前記方法は、少なくとも一つの杭打込処理パラメータを判定するために、少なくとも一つの前記判定された杭パラメータを使用する工程をさらに備えてもよい。
杭を打込むための方法は、杭の計測範囲内で杭データを計測する少なくとも一つの機構と、杭データを計測する前記機構に通信可能に接続されている無線送信機とを準備する工程を備えている。杭データは、前記無線送信機によって少なくとも一つの遠隔受信機に無線送信され、該杭データから少なくとも一つの杭打込パラメータが判定される。前記杭は、前記杭打込パラメータを使って打込まれる。前記無線送信工程及び前記判定工程は、自動的に実行されてもよい。前記打込み工程は自動的に実行されることができる。前記杭打込パラメータは、打込みハンマーによって前記杭に付与される力を含むことができる。前記方法は、打込みハンマーによる打撃の間に付与される、前記力を調整する工程をさらに備えることができる。前記力調整工程は、判定された前記杭パラメータの少なくとも一つに基づいてもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
（詳細な説明）
従来の杭打込みでは、試験杭が打込まれ、観測されることで、訓練された人員（例えば、技術者）によって工程で使用される杭データが得られる。訓練された人員は、種々の杭打込処理パラメータや、複数の杭に適用される打込数を判定する。杭打込処理パラメータは、一般的に、センサを試験杭の頂部に配設するとともに、該センサを高価な杭打込み解析機に配線することによって、サンプルに基づいて判定される。センサは、電線を介して、応力及び加速度の未処理データを解析機へ送信する。杭を環境（例えば、地表）に打込む際に、解析機への所望の配線接続がほぼ確実に損傷するため、センサは通常、杭の先端（最下部）には配設されない。
【００３６】
上記の方法のため、試験杭に引き続いて打込まれる杭は、打込処理中に杭パラメータが計測されずに打込まれる。試験杭によって判定された杭打込条件を使用すると、所定の建設場所内での区域間の地盤性状のような幾つかのパラメータの変化のため、幾つかの杭は試験杭よりも浅く打込まれ、一方で幾つかの杭は試験杭よりも深く打込まれるおそれがある。この地盤性状の変化によって、もし打込みが浅ければ許容荷重が低下し、もし打込みが深ければ、余計な経費が掛かったり杭が損傷したりするおそれがある。とりわけ、打込処理によっても実質的に全ての杭が確実に損傷しないようにハンマーストロークを少なくすることで杭の損傷を避けるように選択された杭打込パラメータに、技術者は総じてかなり大きな安全率を適用する。残念ながら、好適よりも少ないハンマーストロークによって、打込処理は非効率（例えば、より多くのストローク数）になる。
【００３７】
図１に示すように、従来の杭打込試験システム１００の概観は、クレーン１０を含む。クレーン１０にはブーム１１が配設されている。ブーム１１の上端でハンマーリード１２が旋回し、ブーム１１の下端で底側補強材１３が旋回する。地面に打込まれるように準備された姿勢で示されている試験杭１４の下端は、１５として概して示される部位において地面に支持されており、試験杭１４の上端は、杭１４を前記リードと一致する状態で維持するようにリード１２にスライド可能に接続されている打込みキャップ１６に支持されている。
【００３８】
前記打込みキャップは、杭が地中に打込まれるのに従って、下方に向かってスライドするように設けられている。リードの上端の近傍かつ打込みキャップの上方には、流体圧ハンマーのような杭打込みハンマー１７が支持されている。該ハンマーは、リードにスライド可能に連結されているとともに、前述されたように杭が地中に打込まれるのに従い打込みキャップ１６及び杭１４に追従するように設けられている。試験杭１４の頂部の近くには、変換器１８が配設されている。変換器１８には、該変換器１８によって得られた電気的なデータ信号（例えば、電圧）を、スペクトル解析機７０のような解析機に伝達する電気ケーブル６０が電気的に接続されている。技術者（又は技師）８０は、杭打込みハンマー１７によって打込まれる次の杭に使用される杭打込パラメータを算出するために、解析機７０によって判定されたデータを分析する。従来の杭打込みシステムでは、約１０本目毎の杭が試験杭である。
【００３９】
本発明の一実施形態では、杭は、該杭からデータを計測するための少なくとも一つのセンサと、該センサに通信可能に接続された無線送信機とを含む。ここで使用される「杭（Pile）」という言葉は、予め成型するか現場で成型するかに関わらず、橋脚（例えば、橋の支持用）、支柱（ビルの支持用）、シャフト及び一般の杭のような全ての荷重受承支持部材を含むように広義に定義される。なお、支柱及びシャフトは、荷重試験を行う場合を除いては一般的には打込みされない。従って、環境内への所定の深さに達するように「杭」を打込むことに関する本発明の側面は、概して、一般の杭及び橋脚に言及する。しかし、シャフトのように現場で成型される支持部材が、形成後に環境内に打込まれてもよい。
【００４０】
杭は、荷重を支持可能な、セメント、鉄、又は種々の高強度重合材料のようないかなる材料によっても形成できる。杭の材料は、コンクリートの場合における鉄筋のような、補強材料や補強構造を含んでもよい。
【００４１】
センサは、杭の「計測範囲」内に配置されている。ここで使われる「計測範囲」という言葉は、杭に関係する特定の距離内であることとして定義される。該特定の距離は、有用な杭データを取得可能な最も遠い距離と等しく、杭の計測方法及び計測されるパラメータに依存する。よって、計測範囲は、杭内部の位置、杭上の位置又は杭から所定の離間距離だけ離間した位置を含むことができる。機械型のセンサは、所望のデータの検知を可能とするためには、一般的に杭上又は杭に近接して配設される必要があるが、光学的な方法（例えば、レーザ）のような方法では、杭データ（例えば、歪み及び加速度データ）を遠隔計測することができる。例えば、杭の頂部は打込みの最中及び打込み後に露出されているため、歪み及び加速度データは、杭の頂部又は頂部の近くで光学的方法を用いることで、遠隔から取得できる。例え杭の先端が地表よりも下に配置されていても、一つ又は複数の光の通路を備えた杭と組み合わされた光学的技術を使用することで、杭の先端（最下部）からの遠隔データ計測を行うことも可能となる。ここで用いられる「光」という言葉は、可視光の分布範囲の信号を意味するだけでなく、光学伝送システムによって通常使用される周波数の全分布範囲内の信号（例えば、紫外線、赤外線、等）も意味する。例えば、杭は、外部から照射された光学ビームが杭の先端に達するとともに、杭に関連して外部に配置された検出器へ戻ることを許容するように、杭内部に配置された光の通路及び光学鏡の組み合わせを有するように形成されてもよい。
【００４２】
本発明の無線式の実施形態で用いられるセンサは、少なくとも一つの無線送信機に通信可能に接続されている。センサのデータは、一般的に、アナログのデータ（例えば、力に対応する電圧レベル）として取得される。杭データはアナログ信号として処理及び送信されてもよいが、アナログ信号は一般的に、受信した杭データに基づくパラメータの判定にエラーを引き起こすおそれがある高レベルのノイズを伝送において生じさせる。
【００４３】
アナログデータが検出装置によって得られたとき、そのアナログデータは、アナログからデジタルへの（Ａ／Ｄ）変換器を用いてビット列にデジタル化され、そして、デジタル信号処理機（ＤＳＰ）のような適切な装置によってデジタルフィルタに掛けられるとともに符号化されることが望ましい。この処理は、デジタル携帯通信の音声信号に適用される信号処理に類似している。それぞれ杭データを有する一つ又は複数の変調されたデジタル信号（例えば、複数のセンサから得られる）は、多重通信用装置を用いることで一つのデジタル信号となるように結合される。さらに、該信号は、デジタルからアナログへの（Ｄ／Ａ）変換器を用いてアナログ信号に変換され、周波数（例えば、ローカル発振器）がアップコンバートされ、そして、広帯域送信機へ送られる。該広帯域送信機は、デジタル的に符号化されたセンサ情報を備えるとともに多重化された信号を、無線放射するためのアンテナに接続されている。本発明の好適な実施形態では、放射信号は、約９００メガヘルツから２．４ギガヘルツの搬送周波数で送信される。放射信号は、時分割多重方式（ＴＤＭ）、符号分割多重アクセス方式（ＣＤＭＡ）又は他の既知のスペクトル効率増進法のような技術で知られるスペクトル効率技術をも利用する。
【００４４】
放射信号は、該信号を受信することで杭の位置を判定することを可能にする情報を含むことができる。特定の搬送周波数は、特定の杭と同定される。送信機はまた、ＧＰＳに備えることができる。また、個々の杭からの放射信号は、登録リストを参照することで個々の杭が同定される特有の発信音を含むことができる。放射信号は、登録リストの参照による同定を可能とする、インターネットプロトコル（ＩＰ）方式の特有のアドレスを含むことができる。時分割多重方式は、多数の杭の送信機が所定の搬送周波数を共有するような同期信号の受信時間から個々の杭を同定する方法を提供することもできる。杭の位置情報が受信信号から判定されることを可能とする他の多くの方法は、当業者にとって当然のことである。
【００４５】
一般的に杭のセンサは、少なくとも一つの歪みゲージと、少なくとも一つの加速度計とを含む。しかし、上述されたように、歪みゲージや加速度計によって得られた情報は、光学的手法を用いることで取得することができる。歪みゲージが用いられた場合、歪みゲージのデータは、杭の垂直（高さ方向の）軸に沿って引き起こされる歪み、応力及び力を判定するために用いられてもよい。杭の垂直方向の歪み、応力及び力は、杭の高さ方向の軸に沿って下方又は上方に向かって方向付けられてもよい。一概には必要ではないが、杭の高さ方向の軸に対して横方向の一つ又は二つの軸に沿った歪み、応力及び力を判定するような歪みゲージを含むことは、有用である。
【００４６】
歪みゲージが杭の断面積の中心付近に配置されると、ほとんどの適用において一般的に一つの歪みゲージで充分である。しかし、計測された杭データを平均化するような統計的手法を許容した計測の再現可能性を向上させるために、同じ軸（例えば、垂直軸）に沿った高感度の二つ（又はより多く）の歪みゲージが使用され得る。加速度データから、該加速度、速度及び打込量のデータを判定できるように、加速度データを提供するための加速度計は一般的に必要とされる。しかし、二つ以上の歪みゲージが準備されるならば、加速度データを計測する上では加速度計は必要ではない。例えば、一定の距離だけ離間して配置された二つの歪みゲージは、一般的に、異なる時刻で所定の信号を受信する。該ゲージ間の離間距離が分かれば、該既知の距離をそれぞれの歪みゲージへの波の計測された到着時間で割ることによって、速度が計算され得る。
【００４７】
杭の打込量、速度及び加速度を計測するための多くの種類の歪みゲージや装置が本発明では使用可能である。例えば、金属薄膜、振動金属線、光ファイバー、圧力変換器（圧電、ピエゾ抵抗、又はピエゾ静電容量）、電位差計及び可変抵抗歪みゲージや、他の当該技術分野で知られる歪みゲージが本発明で使用される。
【００４８】
杭の内部で加速度データを計測するために、入手可能な種々のタイプの機器が使用される。この目的のため、加速度計が一般的に用いられる。加速度計は、圧電、ピエゾ抵抗、ピエゾ静電容量タイプを含む。また、代わりにＬＶＤＴ（線形可変差分変換機）が使われてもよい。圧電加速度計の「Ｇレベル」感度は、２００ガウス（２０ミリテスラ）から１０００ガウス（１００ミリテスラ）の好ましい範囲であるため、本発明の好適な実施形態では、圧電加速度計が使用される。
【００４９】
センサは、準備された送信機に通信可能に接続されている。通信可能な接続は、光学的（例えば、レーザ）、配線による電気的、無線による電気的、又は振動的のような、データ通信の種々の方式を含むことができる。杭の内部にセンサが配設されたコンクリート杭の場合、無線による電気的な伝送を容易とするために、杭に鉄筋が付加されてもよい。
【００５０】
従来のシステムでは、センサは試験杭の頂部に固定（例えば、ネジ止め）されている。センサと解析機との間を電線で接続するため、従来のセンサは、杭の最下部に配置されることができない。本発明を用いることで、センサは、現場では地表よりも下に配置される杭の最下部における杭の内部を含む、杭の長さ方向に沿った任意の部位に配置されることができる。杭の最下部付近に配置されたセンサ（以下、「最下部センサ」と呼ぶ）によって、杭の頂部に配設されたセンサからは得られない有用なデータを提供することができる。
【００５１】
図２に示すように、歪みゲージ２１１と加速度計２１２とを含む最下部センサを備える杭は、コンクリート杭のような杭２１０の内部に実質的に配置されている。歪みゲージ２１１と加速度計２１２とは、打込みによる結果の位置として、地表２２０高さよりも下に位置している。歪みゲージ２１１及び加速度計２１２からのセンサデータは、アンテナ２５０のような、放射に適する構造による放射のために送信機／増幅器２４０に送られる。好ましくは、信号処理要素（図示しない）がセンサデータをデジタル化し、符号化し、そして結合することで、単一の無線周波数放射信号が、歪みゲージ２１１及び加速度計２１２のような二つ以上のセンサで得られたデータを運搬可能である。
【００５２】
特に、地中又は他の主物質の内部に配置された最下部センサから得られた杭データを使用することで、表面摩擦と先端抵抗との杭の許容荷重の成分を分離することが可能となる。杭の内部の残留応力も、杭の最下部付近に歪みゲージを配置することで、打込処理を伴う杭の内部で計測可能である。杭に荷重を掛けることに先立って残留応力を把握することは、付加された荷重による表面摩擦や先端抵抗の変化をより正確に判定することを許容する。
【００５３】
本発明の好適な実施形態では、杭が、付着又は常設された計測装置をそれぞれ伴うことで、杭が現場で使用されるときだけでなく、杭が打込まれる最中にも現場の杭データが得られる。表面摩擦を個々に観測する能力は、杭が現場で使用される間の水（浸食作用）や地震のような外的影響の効果が各杭に対して定量化されることを許容する。結果として、常設された最下部センサを用いることで、橋を支持する杭の浸食作用のような動的弱体化効果が観測可能となる。もし弱体化が検出されれば、影響された杭は、潜在的な壊滅的破壊の発生よりも前に交換され得る。
【００５４】
図３には、埋め込まれたセンサと無線送信機とを備えた杭を有する、本発明の一側面の好適な実施形態が示されている。歪みゲージ３１１及び加速度計３１２は、コンクリート杭のような成型杭３１０の内部に埋め込まれている。歪みゲージ３１１及び加速度計３１２からのセンサデータは、好ましくは歪みゲージ３１１と加速度計３１２との両方からの符号化されたデジタル計測データを備える単一の無線周波数放射信号として、送信機／増幅器３４０によって出力される。アンテナ２５０は、受信されたセンサデータからパラメータを判定するための一つ以上の遠隔受信局（図示しない）によって受信されることを許容するセンサ信号を放射する。
【００５５】
図４は、実質的にコンクリート杭のような杭の内部で成型されるよりも前に配置された歪みゲージ４１０、加速度計４２０、電源４３０及び送信機４４０を示す。センサ４１０，４２０及び送信機４４０間の配線接続が示されているが、本発明は、センサ４１０，４２０及び送信機４４０間の配線接続には決して制限されない。例えば、センサ４１０，４２０による送信機４４０への通信は、電気的に導通される電線を介するよりもむしろ、杭の材料（例えば、金属筋を伴うコンクリート）を介して行われ得る。あるいは、センサ４１０，４２０及び送信機４４０間の接続は、光学的（例えば、光ファイバー）でもよい。
【００５６】
あるいは、杭は、該杭を形成した後におけるセンサの配置（及びセンサの交換）を許容するために利用可能な、一つ以上の杭材料の空間を備えるように形成されてもよい。例えば、円筒状の杭は、センサの配置と、必要であればセンサの交換とを許容する中空の杭中心領域のような、長さ方向に向かう一つ以上の空間を備えるように形成されてもよい。
【００５７】
杭計測装置に電力を供給するために電池が与えられてもよい。電力を節約するため、計測装置は、起動信号の待機中は低電力状態、アイドルモードに設定されてもよい。適切な誘発起動信号が受信されることで、最新の杭データは、取得されるとともに一つ以上の受信場所へ送信されることができる。あるいは、前記装置はタイマーを含んでもよい。タイマーが切れると、最新の杭データは、取得されるとともに受信場所へ送信されることができる。
【００５８】
電力は、前記装置へ外部から供給されてもよい。例えば、杭は、発電するための太陽電池パネルとともに装備されてもよい。エネルギーは、大気を介して計測システムへ供給されることもできるし、アンテナ装置によって受け取られることもできる。適切な蓄電装置（例えば、電池）は、外部から供給された電力を蓄電するために好適に使われてもよい。
【００５９】
計測システムは、「瓶詰め（potted）」の杭計測装置を創作するように、適切な耐水（例えば、重合体の）又は好適な防水被覆で取り囲まれる（図示しない）こともできる。水で囲まれたような腐食性環境下での適用には、瓶詰め状の装置が好適である。
【００６０】
瓶詰め状の装置は、好適には、該瓶詰め状の装置を実質的に杭の内部に配置することと組み合わされる。例えば、瓶詰め状のセンサは、成型工程よりも前に、杭の枠の内部の補強撚糸上に配置される。この実施形態では、成型工程で、瓶詰め状の計測装置が杭の材料（例えば、コンクリート）によって実質的に取り囲まれる。
【００６１】
図５は、杭パラメータを判定するためのシステム５００を示す。該システム５００は、杭データ５０５を計測するための、地表下での計測のために設けられた少なくとも一つの機構を含む。杭データを計測するための地表下の機構は、歪みゲージ５０３及び加速度計５０４を含む。杭データ計測機構５０５は、好ましくは、適切な被覆材料（図示しない）を備える瓶詰め状の装置である。杭頂部付近の第２の杭計測機構５１５は、歪みゲージ５１３及び加速度計５１４を含むことができる。無線送信機５１０は、杭データを計測するための機構５０５，５１５を備えるセンサに通信可能に接続されている。無線送信機５１０は、遠隔配置された少なくとも一つの受信機５２０に杭データを送信する。受信機は、受信した杭データから少なくとも一つの杭パラメータを判定するための計算装置５２５に通信可能に接続されている。計算装置５２５は、ラップトップコンピュータ、又は他の適切な任意の計算装置であってもよい。遠隔受信機５２０及び計算装置５２５は、遠隔設備５３０の内部に配置されている。
【００６２】
適切なソフトウエアを使用することで、計算装置５２５は、打込カウント及びハンマーストロークのような杭打込パラメータと同様に、全許容荷重、応力変形、応力、歪み、力、加速度、杭に送られたエネルギー、振動の強さ及び振動周波数のような杭パラメータを判定することができる。杭パラメータ及び杭打込パラメータは、計算装置５２５によって計算されることができる。そして杭打込パラメータは、現場の技術者、ハンマー操作者、又は好ましくは、杭打込み中に使用するための自動装置によって使用されるために、計算装置５２５から適切な送信機（図示しない）によって送信されることができる。杭パラメータ及び杭打込パラメータは、ハンマーが杭頂部を打撃する度ごとの最新の加速度と歪みのデータとを取得することによって、ほとんど好適に判定される。最新の杭打込パラメータは、杭打込みハンマー（図示しない）を制御する制御装置（図示しない）に提供される。
【００６３】
例えば、上述された装置と同じ装置を使用する場合、杭の内部の応力が、所定の打撃の間に、或る所定の閾値よりも下であれば、杭打込みハンマーによって杭に与えられるエネルギーは、次の打撃で増加され得る。さらに、杭の許容荷重を逐一計測する能力は、望ましい杭の許容荷重が生じるまでの打撃を許容する。しかし、杭が打切り深さ又は該深さを超えた深さに達していなければ、杭は望ましい許容荷重に達した後でさえも、打撃され続ける。加速度計は、従来、杭が到達した深さを計測するために使用される。浸食作用や液化現象のような杭の許容荷重を減少させる効果に対抗して杭に安全率を付与するために、最小打切り深さが使用される。杭パラメータは、現場で杭が使用されている最中に送信機５１０によって送信される杭データから、計算装置５２５によって判定され得る。このようにして、杭の状態は、杭が荷重を支持している間の現場での使用中に観測される。
【００６４】
設置後の杭データを取得するとともに処理する能力は、杭の使用寿命に渡って杭の状態を観測するために使用されることができる。例えば、壊滅的な事象に帰結し得る杭の損傷は、杭パラメータ（例えば、応力や歪み）の計測によって把握されることができる。例えば、杭は、ハリケーン、地震、又は衝撃（例えば、船）のような事象によって損傷され得る。さらに、本発明は、近くの建設工事に起因する、既に存在する建設物への損傷を観測するために用いることができる。
【００６５】
さらに、設置後の杭データを判定する能力は、「凍結（freeze）」効果に起因して設置後の日々において増加し得る杭の許容荷重を正確に計測することを許容する。設置後の日々において、過剰な水によって杭の周囲の土が実質的に除去されることで、土壌の細孔の圧力が減少することを主な要因として、凍結効果は生じる。粘土が凍結するのに一日か二日よりも長い時間を一般的に必要とするのに対して、粒状の土は、一般的に一日か二日で凍結する。
【００６６】
本発明は、土台要素、中でも深部の土台要素に適用されたときに特に有用であり得る。仮に、本発明による計測装置が深部の土台要素に設置されれば、打撃中に使用される適用安全率は、打撃中、好ましくは逐一の打撃中の各要素のための、実際の土台要素パラメータを計測することで大幅に減少され得る。これは、土台要素の損傷を観測する間に逐一の打撃のストロークを増大させることで可能性とされるハンマー（より高いストローク）の最適な使用として導かれ得る。このようにして、本発明は、土台コストの大幅な削減をもたらすことができる。
【００６７】
本発明は、輸送用の基幹施設の数多くの部材に適用されてもよい。例えば、高速道路、港湾、鉄道、空港のための支持部材用の打込パラメータが、判定されるとともに打撃中に利用されることができる。さらに、打込まれる支持要素は、その寿命を通じて構造の健全性のために観測されてもよい。観測は、連続観測、又は周期的な更新が可能である。
【００６８】
杭計測データを受信及び処理するための遠隔設備５３０は、データ収集者が仕事場を訪問する必要がないので任意の場所に配置され得る。データは、多数の場所へ同時に送信されることもできる。現在利用可能な技術を用いることで、データは、インターネットのようなデータ路を介して、一瞬で遠隔地に到達することが許容されて搬送され得る。
【００６９】
遠隔設備５３０は、杭計測データの受信や計算装置５２５による杭パラメータの判定に基づいて、杭打込パラメータのような情報を建設現場に送信することもできる。受信された杭打込パラメータは、打込処理で使用される打込パラメータを導くために使用されることができる。このようにして、フィードバック制御ネットワークを作り出すことができる。
【００７０】
本発明のこの実施形態を利用するためには、システムはさらに、遠隔設備５３０によって送信される杭打込パラメータを受信するための受信機、信号処理機及びフィルタ（図示しない）を含むのが好ましい。受信機、信号処理機及びフィルタは、ハンマーが装備されたクレーンのような打込み装置を操縦するために通信可能に設けられたコントローラに通信可能に接続されることが好ましい。遠隔コンピュータ５２５によって計算される杭の判定パラメータに対応して逐一調整可能なハンマーストロークのような杭打込み情報を提供するために、杭打込み情報は、遠隔設備５３０によって提供され得る。ディーゼルハンマーの場合、ハンマーストロークは設定燃料に対応する。
【００７１】
遠隔設備５３０は、複数の杭の打込み操作を同時に観測及び制御可能である。遠隔設備５３０は、クレーンの位置等のような、現場における他の活動の制御も可能である。このようにして、本発明は完全自動化杭打込みシステムを作り出すために使用され得る。
【００７２】
本発明の好適な実施形態が図示及び記述されたが、本発明はこれらに限定されないことは明らかである。請求項で記述されるような本発明の趣旨及び範囲から離れずに、数多くの修正、変更、変化、置換及び等価物が、当業者によって想到される。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】従来技術の杭打込み試験システムを示す。
【図２】本発明の一実施形態を示し、地表よりも下にセンサを備える打込み後の杭を示す。
【図３】本発明の一実施形態を示し、実質的に杭の内部に埋め込まれたセンサ及び無線送信機を備える杭を示す。
【図４】本発明の一実施形態を示し、実質的にコンクリート杭の内部で成型されるよりも前に、杭の枠組の内部に配置された歪みゲージ、加速度計、電源及び送信機を含む杭計測機器を示す。
【図５】本発明のさらに別の実施形態を示し、無線送信機を含む、杭パラメータ及び杭打込パラメータを判定するための杭計測システムを示す。
【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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【国際公開パンフレット】
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【手続補正書】
【提出日】平成15年8月6日(2003.8.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
杭パラメータを判定するためのシステムであって、
杭の歪みを含む杭データを計測する、少なくとも一つの歪みゲージを含み前記杭の内部に配置される複数のセンサと、
前記杭データを送信するように設けられた無線送信機であって、該無線送信機は、前記杭の内部に配置されているとともに前記複数のセンサに通信可能に接続されていることと、
送信された前記杭データを受信するための少なくとも一つの遠隔配置された無線受信機と
を備えているシステム。
【請求項２】
前記歪みゲージは、電気抵抗型の歪みゲージを備えている請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記前記杭が地中に打込まれるか又は押込まれた後において前記歪みゲージが地表よりも下に配置されるように、前記歪みゲージは前記杭に配置されている請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記無線送信機からの送信内容に、前記杭の位置を同定するために使用されることができる情報が含まれている請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記送信機は広帯域送信機であり、前記システムは、前記複数のセンサからの杭データを前記送信用の一つの信号にするように結びつけるための多重通信用装置をさらに備えている請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記複数のセンサ及び前記無線送信機を保護するための耐水被覆をさらに備えている請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
遠隔送信された無線誘発信号を受信するように前記杭に配置され、前記誘発信号を受信することで、前記複数のセンサに前記杭データの計測を開始させる無線受信機をさらに備えている請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記少なくとも一つの歪みゲージは、少なくとも第１及び第２歪みゲージを備え、前記第１及び第２歪みゲージは、空間的に離れて配置されている請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
前記杭が地中に打込まれるか又は押込まれた後において前記第１歪みゲージが地表よりも下に配置されるように、前記第１歪みゲージは前記杭に配置されている請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
前記第１及び第２歪みゲージは、電気抵抗型の歪みゲージを備えている請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
前記杭データは、前記無線送信機による前記杭データの送信に先だってデジタル方式で符号化される請求項１に記載のシステム。
【請求項１２】
荷重受承構造を支持する装置であって、
少なくとも一つの杭と、
前記杭の歪みを含む前記杭からのデータを計測する、少なくとも一つの歪みゲージを含み前記杭の内部に配置される複数のセンサと、
前記杭データを送信するように設けられた無線送信機であって、前記無線送信機は、前記杭の内部に配置されているとともに前記複数のセンサに通信可能に接続されていることと
を備えている装置。
【請求項１３】
前記歪みゲージは、電気抵抗型の歪みゲージを備えている請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
前記杭が地中に打込まれるか又は押込まれた後において前記歪みゲージが地表よりも下に配置されるように、前記歪みゲージは前記杭に配置されている請求項１２に記載の装置。
【請求項１５】
前記無線送信機からの送信内容に、前記杭の位置を同定するために使用されることができる情報が含まれている請求項１２に記載の装置。
【請求項１６】
前記無線送信機は広帯域送信機であり、前記装置は、前記複数のセンサからの杭データを前記送信用の一つの信号にするように結びつけるための多重通信用装置をさらに備えている請求項１２に記載の装置。
【請求項１７】
前記杭データは、前記無線送信機による前記杭データの送信に先だってデジタル方式で符号化される請求項１２に記載の装置。
【請求項１８】
前記複数のセンサ及び前記無線送信機を保護するための耐水被覆をさらに備えている請求項１２に記載の装置。
【請求項１９】
前記杭は、その内部に少なくとも一つの空間を備えており、該空間は、前記複数のセンサ及び前記無線送信機を収容するように設けられている請求項１２に記載の装置。
【請求項２０】
前記空間は、長さ方向に向かう少なくとも一つの空間を含む請求項１９に記載の装置。
【請求項２１】
遠隔送信された無線誘発信号を受信するように前記杭に配置され、前記誘発信号を受信することで、前記複数のセンサに前記杭データの計測を開始させる無線受信機をさらに備えている請求項１２に記載の装置。
【請求項２２】
前記少なくとも一つの歪みゲージは、少なくとも第１及び第２歪みゲージを備え、前記第１及び第２歪みゲージは、空間的に離れて配置されている請求項１２に記載の装置。
【請求項２３】
前記杭が地中に打込まれるか又は押込まれた後において前記第１歪みゲージが地表よりも下に配置されるように、前記第１歪みゲージは前記杭に配置されている請求項２２に記載の装置。
【請求項２４】
前記第１及び第２歪みゲージは、電気抵抗型の歪みゲージを備えている請求項２３に記載の装置。
【請求項２５】
内部に実質的にセンサが配設されている杭を形成するための方法であって、
杭の歪みを含む杭データを計測するための、少なくとも一つの歪みゲージを含む複数のセンサを準備する工程と、
前記複数のセンサを杭の材料によって実質的に取り囲んだ工程の後において前記複数のセンサが杭の材料によって実質的に取り囲まれるであろう少なくとも一つの部位に前記複数のセンサを配置する工程と、
前記複数のセンサを前記杭の材料によって実質的に取り囲む工程と
を備えている方法。
【請求項２６】
前記杭が地中に打込まれるか又は押込まれた後で前記歪みゲージが地表よりも下に配置されるように、前記歪みゲージは前記杭に配置されている請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
前記配置工程は、遠隔送信された無線誘発信号を受診することで前記複数のセンサに前記杭データの計測を開始させる無線受信機を、前記少なくとも一つの部位に配置する工程をさらに備える請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記配置工程は、無線送信機を前記少なくとも一つの部位に配置する工程をさらに備えており、前記無線送信機は、前記複数のセンサに通信可能に接続される請求項２５に記載の方法。
【請求項２９】
前記無線送信機が広帯域送信機であり、前記準備工程は、前記複数のセンサからの杭データを送信用の一つの信号にするように結びつけるための多重通信用装置を準備する工程をさらに備えている請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
杭パラメータを無線方式で判定するための方法であって、
前記杭の内部に配置されていて、杭の歪みを含む杭データを計測する、少なくとも一つの歪みゲージを含む複数のセンサと、
前記杭データを送信するように設けられて、前記杭の内部に配置されるとともに前記複数のセンサに通信可能に接続された無線送信機とを準備する工程と、
前記無線送信機によって前記杭データを少なくとも一つの遠隔受信機へ無線送信する工程と
を備えている方法。
【請求項３１】
前記遠隔受信機から受信された前記杭データを計算機に供給する工程と、
前記計算機によって少なくとも一つの前記杭パラメータを判定する工程と
をさらに備えている請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
前記送信工程は、自動的に実行される請求項３０に記載の方法。
【請求項３３】
前記送信工程、前記供給工程及び前記判定工程は、自動的に実行される請求項３１に記載の方法。
【請求項３４】
前記判定工程は、杭の打込み又は押込み中に使用する少なくとも一つの杭打込み又は押込み処理パラメータを計算するために、前記判定工程で判定される前記杭パラメータを使用することをさらに備えている請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
前記杭打込み又は押込み処理パラメータは、打込み又は押込みハンマーによって前記杭に付与される力を含む請求項３４に記載の方法。
【請求項３６】
前記杭は構造物を支持し、前記送信工程、前記指示工程及び前記判定工程は、前記杭の設置の後で行われる請求項３１に記載の方法。
【請求項３７】
前記送信工程、前記供給工程及び前記判定工程は、自動的に実行される請求項３１に記載の方法。
【請求項３８】
前記送信工程、前記供給工程及び前記判定工程は、受信された無線励起信号に応答する請求項３６に記載の方法。
【請求項３９】
受信された前記励起信号は、所定の励起閾値レベルを超えるとともに、前記送信工程、前記供給工程及び前記判定工程を開始させるのに充分である請求項３８に記載の方法。
【請求項４０】
受信された前記励起信号は、前記杭による選択処理の際に同定可能な情報を含む請求項３８に記載の方法。
【請求項４１】
前記送信工程における前記送信内容は、前記杭の位置を判定するための情報を含み、前記方法は、前記送信内容から前記杭の位置を判定する工程をさらに備えている請求項３０に記載の方法。
【請求項４２】
少なくとも一つの杭打込み又は押込み処理パラメータを判定するために、少なくとも一つの前記判定された杭パラメータを使用する工程をさらに備えている請求項３１に記載の方法。
【請求項４３】
杭を打込む又は押込むための方法であって、
杭の内部に配置されていて、杭の歪みを含む杭データを計測する、少なくとも一つの歪みゲージを含む複数のセンサと、前記杭の内部に配置されて、前記複数のセンサに機通信可能に接続されている無線送信機とを準備する工程と、
前記無線送信機によって少なくとも一つの遠隔受信機に前記杭データを前記杭の内部から無線送信する工程と、
前記杭データから少なくとも一つの杭打込み又は押込みパラメータを判定する工程と、
前記杭打込み又は押込みパラメータを使って前記杭を打込む又は押込む工程と
を備える方法。
【請求項４４】
前記無線送信工程及び前記判定工程は、自動的に実行される請求項４３に記載の方法。
【請求項４５】
前記打込み又は押込み工程は、自動的に実行される請求項４３に記載の方法。
【請求項４６】
前記杭打込み又は押込みパラメータは、打込み又は押込みハンマーによって前記杭に付与される力を含む請求項４５に記載の方法。
【請求項４７】
打込み又は押込みハンマーによる打撃の間に付与される前記力を調整する工程をさらに備える請求項４６に記載の方法。
【請求項４８】
前記力調整工程は、判定された前記杭パラメータの少なくとも一つに関連している請求項４７に記載の方法。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５１】
図２に示すように、歪みゲージ２１１と加速度計２１２とを含む最下部センサを備える杭は、コンクリート杭のような杭２１０の内部に実質的に配置されている。歪みゲージ２１１と加速度計２１２とは、打込み又は押込みによる結果の位置として、地表２２０の高さよりも下に位置している。歪みゲージ２１１及び加速度計２１２からのセンサデータは、アンテナ２５０のような、放射に適する構造による放射のために送信機／増幅器２４０に送られる。好ましくは、信号処理要素（図示しない）がセンサデータをデジタル化し、符号化し、そして結合することで、単一の無線周波数放射信号が、歪みゲージ２１１及び加速度計２１２のような二つ以上のセンサから得られたデータを運搬可能である。


【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６１】
図５は、杭パラメータを判定するためのシステム５００を示す。該システム５００は、杭データを計測するための、地表下での計測のために設けられた少なくとも一つの機構５０５を含む。杭データを計測するための地表下の機構は、歪みゲージ５０３及び加速度計５０４を含む。杭データ計測機構５０５は、好ましくは、適切な被覆材料（図示しない）を備える瓶詰め状の装置である。杭頂部付近の第２の杭計測機構５１５は、歪みゲージ５１３及び加速度計５１４を含むことができる。無線送信機５１０は、杭データを計測するための機構５０５，５１５を備えるセンサに通信可能に接続されている。無線送信機５１０は、遠隔配置された少なくとも一つの受信機５２０に杭データをアンテナ５１６を介して送信する。受信機は、受信した杭データから少なくとも一つの杭パラメータを判定するための計算装置５２５に通信可能に接続されている。計算装置５２５は、ラップトップコンピュータ、又は他の適切な任意の計算装置であってもよい。遠隔受信機５２０及び計算装置５２５は、遠隔設備５３０の内部に配置されている。




【国際調査報告】
2004526085.tif 000056
2004526085.tif 000057