(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基端にある枢着部を中心に起伏可能に回動し、且つ伸縮自在なアームの先端に取付けられる杭の鉛直度を管理する杭鉛直度管理装置において、前記アームの枢着部から先端までの長さを検出するアーム長検出手段と、前記アームの起伏角度を検出するアーム角度検出手段とを備えるとともに、前記杭を装着しない状態で、前記アームの先端を前記杭の貫入位置に一致させたときに、前記アーム長検出手段と前記アーム角度検出手段からそれぞれ取り込んだ前記杭の最終姿勢におけるアームの長さおよび起伏角度と、該アーム角度検出手段から取り込まれる現在のアームの起伏角度とから、前記杭が貫入位置の垂直線上に位置するアームの目標長さを算出する制御手段と、前記杭を装着した状態で、前記杭を貫入する直前の開始位置までアームを回動して引上げたときに、この杭が前記貫入位置上で鉛直となるように前記目標長さに従って伸縮されたアームの開始長さと開始起伏角度とを、前記アーム長検出手段と前記アーム角度検出手段からそれぞれ取り込み、このアームの開始長さおよび開始起伏角度と、該アーム長検出手段から取り込まれる現在のアームの長さと、前記アーム角度検出手段から取り込まれる現在のアームの起伏角度とから、余弦定理を利用して前記杭の深度を算出する杭深度算出手段とを備えたことを特徴とする杭鉛直度管理装置。
【請求項２】
前記杭深度算出手段は、前記アーム長検出手段から取り込まれる現在のアームの長さが、前記制御手段で算出したアームの目標長さの許容範囲内にある場合にのみ、前記杭の深度を出力するものであることを特徴とする請求項２記載の杭鉛直度管理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、起伏可能に回動し且つ伸縮自在なアームの先端に杭を取り付けて、杭入作業を行なうものにおいて、アームを伸縮させて杭の鉛直度が保たれるように管理する杭鉛直度管理装置に関する。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】
住宅地盤においては、例えばスウェーデン式サウンディング試験機などを用いて原位置における土の貫入抵抗を測定し、その硬軟または締まり具合、さらに土層の構成を測定し、地耐力を推定する地盤調査が予め行なわれる。そして、この地盤調査の結果、軟弱な地盤であると判断された場合には、セメント系の固化剤をスラリー状態にし、対象となる地盤に注入しながら機械混合攪拌することによって、地盤土を柱状固化して地盤強化を図る地盤改良工事が行なわれている。
【０００３】
図１１はこうした地盤改良工事の施工方法の一例を示したものである。同図において、先ず（Ａ）の杭芯セット工程では、改良の必要な軟弱地盤101の決められた位置上に棒状の工具となる杭すなわち杭芯102を合わせる。次いで（Ｂ）の掘削・注入・混合・攪拌工程では、杭芯102を回転させて軟弱地盤101を掘削すると共に、杭芯102の先端から掘削された穴103内にセメント系の固化剤104を地盤に注入しながら、この固化剤104を混合攪拌する。（Ｃ）および（Ｄ）の攪拌工程では、最終的に強固な改良地盤105を形成するために、回転する杭芯102を上下に何度も動かして固化剤104の攪拌を促進させる。そして、（Ｅ）の工程完了時において、固化剤104を充填した穴103から杭芯102を完全に引き抜き、固化剤104を硬化させる。こうして得られた改良地盤105の上に、（Ｆ）の基礎打設工程で建造物の基礎（ベタ基礎若しくは布基礎など）106を打ち、全ての施工を完成させる。
【０００４】
この一連の施工工事においては、軟弱地盤101の正確な挿入位置に杭芯102の先端を合わせることは勿論、特に施工中における杭芯102の鉛直度（傾斜状態）や深度を正しく管理することが求められる。すなわち、杭芯102を常時垂直に保ったまま軟弱地盤101に打ち込まなければ、完成した改良地盤105がジグザグの状態に施工され、地盤強化を満足に図ることができない。また、杭芯102の挿入深さが不足した場合などにも、同様の問題が発生する。
【０００５】
さらに、こうした杭芯102の鉛直度や深度の管理は、ハンマーなどで杭102を垂直に打ち込む専用の杭打ち車両ではなく、とりわけ汎用の工事車両である建柱車のように、伸縮自在で仰角方向に回動するアームの先端に杭芯102を取り付けて、このアームにより杭芯102を押し込んで作業するものでは一層困難なものとなる。この場合、先ずアームの先端に杭芯102を取付けた状態で、作業者が目標位置を目視で確認しながら、工事車両のオペレータに合図を送り、杭芯102の先端と目標位置の位置合わせを行なう。次に、目標位置の近辺にいる作業者の目視による合図を頼りに、オペレータはアームの出し入れとアームの回動を行ないながら、杭芯102を垂直に且つ所定の深さまで掘削する作業が行なわれる。しかし、どの程度アームを出し入れしたり、アームを回動させるのかは、あくまでもオペレータの勘に委ねられているため、作業に際しては相当な熟練が必要であった。
【０００６】
こうした杭打ち時における杭芯102の鉛直度を管理するものとしては、例えば特公平４−７３７２９号公報にあるような、杭打設における杭の鉛直矯正方法が知られている。これは、２つの観測点のそれぞれに電子トータルステーションを設置し、この電子トータルステーションにより杭に設けたマークを視準追尾することで、杭を保持する杭打設作業装置の前後傾斜手段と左右傾斜手段を制御して、杭の鉛直性を保つようにしている。
【０００７】
しかし上記方法では、杭打ち作業を行なう毎に、杭から離れた位置に電子トータルステーションを設置しなければならず、煩わしい。しかも、杭を前後方向若しくは左右方向にどの程度動かせばよいかという情報は得られるものの、それに基づき現時点でアームをどの程度伸縮させるのかは判らず、結局は作業者が電子トータルステーションに代わっただけで、作業車両を操作するオペレータの技量で杭作業の良否が左右される。
【０００８】
本発明は、上記問題点を解決しようとするもので、アームを任意の角度に起伏させたときの目標長さを直接オペレータに示すことで、オペレータの技量に左右されることなく、正しく杭作業を行なうことができる杭鉛直度管理装置を提供することをその目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１における杭鉛直度管理装置は、前記目的を達成するために、基端にある枢着部を中心に起伏可能に回動し、且つ伸縮自在なアームの先端に取付けられる杭の鉛直度を管理する杭鉛直度管理装置において、前記アームの枢着部から先端までの長さを検出するアーム長検出手段と、前記アームの起伏角度を検出するアーム角度検出手段とを備えるとともに、前記杭を装着しない状態で、前記アームの先端を前記杭の貫入位置に一致させたときに、前記アーム長検出手段と前記アーム角度検出手段からそれぞれ取り込んだ前記杭の最終姿勢におけるアームの長さおよび起伏角度と、該アーム角度検出手段から取り込まれる現在のアームの起伏角度とから、前記杭が貫入位置の垂直線上に位置するアームの目標長さを算出する制御手段と、前記杭を装着した状態で、前記杭を貫入する直前の開始位置までアームを回動して引上げたときに、この杭が前記貫入位置上で鉛直となるように前記目標長さに従って伸縮されたアームの開始長さと開始起伏角度とを、前記アーム長検出手段と前記アーム角度検出手段からそれぞれ取り込み、このアームの開始長さおよび開始起伏角度と、該アーム長検出手段から取り込まれる現在のアームの長さと、前記アーム角度検出手段から取り込まれる現在のアームの起伏角度とから、余弦定理を利用して前記杭の深度を算出する杭深度算出手段とを備えて構成される。
【００１０】
この場合、杭を装着しない状態のアームの先端を貫入位置に一致させた状態で、杭の最終姿勢におけるアームの長さと起伏角度とを、アーム長検出手段とアーム角度検出手段から制御手段にそれぞれ予め取り込んでおけば、アームを任意の角度に起伏させたときに、杭が貫入位置に沿って鉛直を保つアームの長さ（目標長さ）を、制御手段が自動的に算出できる。したがって、このアームの目標長さをオペレータに直接示すことで、オペレータの技量に左右されることなく、正しく杭作業を行なうことができる。また、杭深度算出手段は、杭を貫入する直前の開始位置におけるアームの開始長さと開始起伏角度とを基にして、現在のアームの長さと起伏角度から、余弦定理を利用して深度を算出することができる。したがって、杭深度算出手段が算出した深度により、オペレータは作業中においてアームの目標長さのみならず、地盤に貫入した杭芯の深さを直接同時に知ることができる。しかも、杭深度の算出に際しては、アーム長検出手段およびアーム角度検出手段以外の新たな検出手段を必要としないという利点もある。
【００１１】
また本発明の請求項２の杭鉛直度管理装置は、前記アーム長検出手段から取り込まれる現在のアームの長さが、前記制御手段で算出したアームの目標長さの許容範囲内にある場合にのみ、前記杭の深度を出力するように前記杭深度算出手段を構成したものである。
【００１２】
こうすると杭深度算出手段は、現在のアームの長さがアームの目標長さの許容範囲内にある時にだけ、算出した杭の深度を外部に出力する。したがって、杭深度のデータを管理する側では、杭が鉛直でない状態の誤ったデータを取り込む虞れがなく、正しい杭深度のデータ管理を行なうことが可能になる。
【００１３】
【発明の実施形態】
以下、本発明における杭鉛直度管理装置について、添付図面を参照しながら説明する。
【００１４】
図１は、本装置の概略構成図である。同図において、１は改良工事を行なう必要のある軟弱地盤、２は軟弱地盤１上に配置された汎用の工事作業機としての建柱車である。建柱車２の構成は周知のように、車両本体３の上部に取付けられた水平方向に回動可能な保持機構４と、この保持機構４に基端が枢着される伸縮自在なアーム５とを備えており、アーム５は基端部にある枢着部６を中心に仰角方向に起伏可能に回動するようになっている。なお、７は軟弱地盤１の表面に当接する回動可能な車輪、８は作業時などにおいて車両本体３の倒れを防止する接地脚である。
【００１５】
前記アーム５は、基端に保持機構４との枢着部６を設けた筒状のアーム基部11と、このアーム基部11の先端より出没するアーム可動部12とにより構成され、アーム５ひいてはアーム可動部12の先端には、工具である杭すなわち杭芯15を軸方向に回動可能な状態で取付ける杭取付部16が設けられる。ここでの杭芯15は、従来例における杭芯102と同様に、その先端で軟弱地盤１の掘削を行なう掘削部17と、掘削された穴18内にセメント系の固化剤19を注入するセメント注入部20とをそれぞれ備えている。
【００１６】
25は、前記アーム５の枢着部６から先端までの長さをアーム長さＬとして検出するアーム長検出手段としてのワイヤー式エンコーダである。このエンコーダ25は、アーム可動部12の先端側にその一端を取付けた線材26と、線材26を回転体（図示せず）に巻き取って収納するエンコーダ本体27とにより構成され、アーム５の伸縮に伴なう線材26の巻き取り長さを、エンコーダ本体27内にある回転体の回転数から換算して、アーム長さＬを計測するものである。
【００１７】
29は、アーム５の起伏角度すなわち水平面に対するアーム５の傾き角である仰角θを検出するアーム角度検出手段としてのアーム傾斜計である。また、このアーム傾斜計29とは別に、施工中に建柱車２の縦揺れが大きい場合には、後述する深度測定誤差を補正するために、アーム５を動かしたときの建柱車２の縦揺れを検出する車両傾斜計30を追加（オプション）してもよい。車両傾斜計30は、例えばアナログ出力型の傾斜計などが使用されるが、これは高感度磁気センサと磁石を先端に取付けた振り子との組み合せにより、ＸＹ方向に振り子の角度に応じた電圧を出力するものである。アーム傾斜計29はアーム５の基端寄りに取付けられると共に、車両傾斜計30は保持機構４に取付けられるが、車両傾斜計30は保持機構４以外の例えば車両本体３に直接取付けてもよい。
【００１８】
図２は、装置の機能的な構成を示すブロック図である。同図において、35はエンコーダ25から得られたアーム長Ｌと、アーム傾斜計29から得られたアーム５の仰角θの他に、場合によっては車両傾斜計30から得られた建柱車２の縦揺れ量を取り込み、アーム５の先端に取付けた杭芯15が鉛直な状態で目標となる貫入位置Ｐを貫入するように、目標となるアーム５の長さ（目標アーム長さ）Ｌｎを算出し、この算出結果を出力手段である表示器36に出力する演算処理部である。この演算処理部35は、例えばマイクロコンピュータなどの制御手段から構成される。また、37はオペレータが操作するタッチパネルなどの操作部で、この操作部からの指示により表示器36の表示内容を切換えたり、各種パラメータを設定できるようになっている。
【００１９】
演算処理部35は、より具体的には、最初にロッドである杭芯15をアーム５に装着しない状態で、アーム５の先端を軟弱基板１の表面上の貫入位置Ｐ（図１参照）に一致させ、そのときエンコーダ25で得られたの枢着部６からアーム５の先端部までのアーム長さＬｘと、アーム傾斜計29で得られた水平面を基準としたアーム５の仰角θｘとを、杭芯15の施工最終姿勢のデータとして取り込み記憶する最終姿勢記憶手段38と、前記アーム５の先端を貫入位置Ｐに一致させたときのアーム長さＬｘと仰角θｘから、アーム５の先端に杭芯15を鉛直状態で装着したと仮定した場合に、水平面に沿った枢着部６から杭芯15に至る距離を、ロッド距離（杭芯距離）Ｌ２として算出する杭芯距離算出手段39と、前記施工の最終姿勢を記憶した後、アーム５の先端に杭芯15を装着した状態で、このアーム５を杭入施工作業の直前の開始位置まで引上げたときに、杭芯15が貫入位置Ｐ上で鉛直となる開始長さＬ０と、アーム傾斜計29で得られた開始起伏角度（開始仰角）θ０と、杭芯距離算出手段39で得られたロッド距離Ｌ２とを記憶すると共に表示器36に出力する施工開始アーム位置記憶手段40とを備えている。またそれ以外にも、施工中にアーム傾斜計29から得られる現時点でのアーム５の仰角θと、前記ロッド距離Ｌ２から、杭芯15が貫入位置Ｐの垂直線上に位置するアーム５の目標長さ（目標アーム長さ）Ｌｎを算出して、それをエンコーダ25から得られる現在のアーム長さＬ１と共に表示器36に出力する目標アーム長さ算出手段41と、オペレータがアーム５の伸縮を操作することにより、目標アーム長さ算出手段41で得た目標アーム長さＬｎの許容範囲内に現在のアーム長さＬが達すると、前記アーム５の開始長さＬ０と、現在のアーム５の長さ（アーム長さ）Ｌ１と、開始時におけるアーム５の仰角（開始仰角）θ０と現時点でのアーム５の仰角θとの差である動作角度θ１とから、余弦定理を利用して杭芯15の貫入深さすなわち深度Ｈを算出し、これを表示器36に出力する杭深度算出手段42をそれぞれ備えている。
【００２０】
さらに43はパラメータ設定変更手段であって、これは例えば、施工時に各種データを収集するサンプリング時間およびサンプリング間隔や、前記目標アーム長さＬｎの許容範囲を設定したり変更する機能を有する。そして、施工開始時におけるアーム５の開始長さＬ０や、そのときのアーム５の開始仰角θ０や、杭芯距離算出手段39で得られたロッド距離Ｌ２や、施工中における正しい深度Ｈや、この深度を算出したときの現在のアーム長さＬ１などが、例えば携帯電話などのデータ送信手段44を介して、図示しないセンターに随時送られるようになっている。
【００２１】
次に、図３〜図９に示す表示器36の正面図を参照しながら、その表示構成と本装置における動作を併せて説明する。図３は作業中における表示器36のメイン表示形態を示したもので、45は工番表示部、26は杭番号表示部である。工番表示部45に表示される工番は、作業を行なう住所と件名を特定するために、この住所と件名に関連付けられて予めセンターで採番されるもので、ここでは管理がしやすいように、日付け入りの13桁からなる数字が重複しないように割り当てられている。工番の入力はこのメイン表示とは別の工番入力画面で行なわれて、図示しないメモリカードに一旦格納され、作業開始時に呼出して工番表示部45に表示することができる。このとき杭番号表示部46に表示される数字は「００１」から開始し、一つの杭作業が終了する毎に、数字が＋１ずつ自動的に加算されるようになっている。
【００２２】
47は作業中の各部の測定値をデジタル表示で表わすデジタル表示部で、これはコラムすなわち杭芯15の深度を表わす深度表示部48と、杭芯15の積算回転数を表わす積算回転数表示部49と、固化剤19であるセメントミルクの積算流量を表わす積算流量表示部50と、現在のアーム５の角度すなわち仰角θを表わす現在アーム角度表示部51と、施工時における前記目標アーム長さＬｎを表わす目標アーム長表示部52と、現在のアーム５の長さＬ１を表わす現在アーム長表示部53とにより構成される。これらの各表示部48〜53には、現在の測定値が数字として表示される。また、54はアナログ表示を併用したメーター表示部で、これはセメントミルクの瞬時流量をデジタルおよびアナログ表示する瞬時流量表示部55と、杭芯15の圧入圧をデジタルおよびアナログ表示する圧入圧表示部56と、杭芯15の移動速度を表示する移動速度表示部57と、杭芯15の回転速度を表示する回転速度表示部58とにより構成される。これらの瞬時流量表示部55，圧入圧表示部56および速度表示部57の右下にはメータの最大スケール値が数字で表示されているが、この値は任意に変更することができる。
【００２３】
さらに、表示器36の表示画面にはタッチパネルを利用した操作部37として、開始指示手段であるスタートボタン60と、停止指示手段であるストップボタン61と、再開指示手段である施工ボタン62と、一時停止指示手段である継杭ボタン63とを備えている。スタートボタン60は各部の測定を開始する際に操作するもので、測定開始を指示すると杭番号表示部46に表示される杭番号が＋１加算されると共に、工番表示部45に表示される工番のなかで、杭番号表示部46に表示される杭番号に関する各部の動作情報が演算処理部35に取込まれ、かつ表示器36に表示されるようになる。なお、建柱車２そのものが作業を開始していない場合は、スタートボタン60の操作を無効にし、不必要な動作情報の取込みを防止する。一方、ストップボタン61は各部の測定を終了する際に操作するもので、測定終了を指示すると、演算処理部35への各部の動作情報の取込みが停止する。また、継杭ボタン63は継杭またはトラブル発生時に操作するもので、これを押すと各部の測定が一時停止する。さらに、施工ボタン62は施工再開時に操作するもので、これを押すと各部の測定が再スタートする。
【００２４】
その他に、表示器36の表示画面下部には、表示部37の画面切換操作手段として、工番入力画面切換ボタン64と、データ送信画面切換ボタン65と、グラフ画面切換ボタン66と、ポンプ画面切換ボタン67と、垂直施工支援切換ボタン68と、パラメータ画面切換ボタン69が設けられており、いずれか一つのボタン64〜69を操作することにより、図３に示すメイン表示とは別の画面が表示器36で表示されるようになっている。また70は、セメントミルクを注入するための自動運転するポンプ（図示せず）の動状況を表示するポンプ運転状況表示部である。なお、これ以降は、本発明に関連する垂直施工支援動作と、それに対応するパラメータ設定についての説明だけを行なう。
【００２５】
図１０におけるフローチャートは、図３における垂直施工支援切換ボタン68を押した後の施工手順を示したものである。なお、建柱車２は予め水準計などを利用して、水平を保っている。図１０において、最初のステップＳ１では、建柱車２のアーム５に杭芯15を取付けない状態で、アーム５の先端が軟弱基板１の表面上に予め設定した貫入位置Ｐに一致するように、オペレータの操作によりアーム５の長さおよび角度を調整し、杭芯15の施工最終姿勢を確定する。
【００２６】
図４は、このときの表示器36の表示形態を表わしたものである。71は現在のアーム５の状態などを模式的に表示するアーム表示部、72はこのアーム表示部71に対応して、前述したアーム５の開始角度θ０や、動作角度θ１や、開始長さＬ０や、現在のアーム長さＬ１や、ロッド距離Ｌ２を数字で表示するデータ数字表示部である。また73は、操作部37の一部をなす杭芯検出ボタンであり、この杭芯検出ボタン73を押す毎に、その押した位置に対応する箇所の表示色が切替わるようになっている。その他ここには、前記図３のメイン表示画面にも表れる現在アーム角度表示部51，目標アーム長表示部52，現在アーム長表示部53が設けられると共に、杭芯15の深度を表示する深度表示部74が設けられる。
【００２７】
なお、アーム５の動作中は、一定のサンプリング時間毎にアーム傾斜計29から得られる現在のアーム５の仰角θが現在アーム角度表示部51に表示されると共に、エンコーダ25から得られる現在のアーム長さＬ１が現在アーム長表示部53とデータ数字表示部73に表示される。
【００２８】
また、表示器36の表示画面にはタッチパネルを利用した操作部37として、アーム５を上下動させたり、アーム５を決められた角度に自動的に動かすアーム角度動作ボタン75と、アーム５を伸縮させるアーム伸縮動作ボタン76と、杭伏せボタン77と、後述するパラメータ設定画面を表示させるパラメータ画面切換ボタン78と、図３のメイン画面に戻すために戻るボタン79が各々設けられる。このように、アーム５の起伏および伸縮動作は、建柱車２に設けられたレバー（図示せず）のみならず、表示器36上に設けられた操作部37によっても行なうことができる。
【００２９】
再度図１０の説明に戻ると、ステップＳ１にて貫入位置Ｐにアーム５の先端を合わせて施工最終姿勢を確定したら、次のステップＳ２で杭芯検出ボタン73を押す。すると、ステップＳ３に移行して、演算処理部35を構成する最終姿勢記憶手段38は、アーム５の先端を貫入位置Ｐに一致させたときのアーム長さＬｘと仰角θｘをエンコーダ25とアーム傾斜計29からそれぞれ取り込み、これらの値を施工最終姿勢として記憶する。それと共に杭芯距離算出手段39は、アーム５の先端に杭芯15を鉛直状態で装着したときの、水平面に沿った枢着部６から杭芯15に至るロッド距離Ｌ２（図４のアーム表示部71を参照）を、前記アーム長さＬｘと仰角θｘから次の数式にて算出する。
【００３０】
【数１】
0003731534.tif 000002
【００３１】
このロッド距離Ｌ２は、杭芯15による作業が終了するまで不変であると共に、杭芯距離算出手段39から表示器36に出力され、データ数字表示部72に常時表示される。
【００３２】
こうして杭芯15の施工最終姿勢を記憶し、ロッド距離Ｌ２を算出したら、アーム５の先端に杭芯15を装着し、アーム角度動作ボタン75を押して、アーム５を任意の高さまで引上げる（ステップＳ５）。このときの表示器36の表示形態を図５に示す。ステップＳ２で杭芯検出ボタン73に手を触れると、この杭芯検出ボタン73に位置する表示色が別のものになる。これにより、オペレータは杭芯15の施工最終姿勢がすでに記憶されていることを目視で直接確認できる。また、杭芯15の長さが判っていれば、それを操作部37から入力すれば、演算処理部35はアーム５の先端が杭芯15の長さに引上げられるまでの引上げ角度を自動的に算出できる。したがって、アーム角度動作ボタン75を構成する「自動」ボタンを押したときに、この引上げ角度に自動的にアーム５が引上げるように制御手段である演算算出部35を構成すれば、オペレータの熟練度に左右されず簡単にアーム５を作業開始位置にまで引上げることができる。
【００３３】
アーム５の引上げ時には、貫入位置Ｐの垂直線上にアーム５の先端が位置するアーム５の目標長さＬｎが目標アーム長さ算出手段41で算出され、これが表示器36の目標アーム長表示部52に表示される。この目標アーム長さＬｎは、アーム傾斜計29から得られる現時点でのアーム５の仰角θと、前記ロッド距離Ｌ２に基づき、次の数式にて算出される。
【００３４】
【数２】
0003731534.tif 000003
【００３５】
オペレータは、枢着部６を中心にアーム５を回動させて引上げながら、現在アーム長表示部52に表示される現在のアーム５の長さＬ１が、この目標アーム長さＬｎの許容範囲内に入るように、アーム伸縮動作ボタン76を操作してアーム５を伸縮させる（ステップＳ５）。そして、現在のアーム長さＬ１が目標アーム長さＬｎに一致すれば、下端を貫入位置Ｐに合わせた杭芯15は鉛直な状態となり、杭芯15の垂直な軌跡上にアーム５の先端が位置する。なお、このとき深度表示部74には、演算処理部35で算出されたアーム５の引上げ長さが表示される。
【００３６】
こうして、アーム５を引上げた状態での杭芯15の位置を確認したら、ステップＳ６に移行して、再度杭芯検出ボタン73に手を触れる。これにより演算処理部35のは、アーム５が杭入施工作業の開始位置まで引上げられたと判断して、そのときの目標アーム長さＬｎを開始長さＬ０として記憶すると共に、アーム傾斜計29で得られた開始角度θ０と、ロッド距離Ｌ２を施工開始アーム位置記憶手段40にそれぞれ記憶する（ステップＳ７）。なお、ロッド距離Ｌ２は杭芯距離算出手段39により再度次の数式にて算出される。
【００３７】
【数３】
0003731534.tif 000004
【００３８】
図６は、杭入施工作業の開始時における表示器36の表示形態を示したものである。ここでは、現在アーム角度表示部51に現在のアーム５の仰角θが表示され、目標アーム長表示部52にその仰角θにアーム５が向けられているときの目標アーム長さＬｎが表示され、現在アーム長表示部53に現在のアーム長さＬ１が表示され、深度表示部74には杭芯15の先端の深度Ｈが表示される。この深度Ｈは、アーム５の開始長さＬ０と、現在のアーム長さＬ１と、アーム５の開始角度θ０から現時点でのアーム５の仰角θを差し引いた動作角度θ１とにより、余弦定理を利用した次の数式から算出される。
【００３９】
【数４】
0003731534.tif 000005
【００４０】
上記数式より、杭芯15の下端が軟弱地盤１に貫入していない作業開始時には、現在のアーム長さＬ１と仰角θが、アーム５の開始長さＬ０と開始角度θ０にそれぞれ一致しており、上記数式により算出された深度Ｈも０となる。なお、表示器36のデータ数字表示部72には、前記作業開始時におけるアーム５の開始角度θ０と、アーム５の現在の動作角度θ１と、アーム５の開始長さＬ０と、現在のアーム長さＬ１と、ロッド距離Ｌ２がそれぞれ表示される。
【００４１】
これ以降は、前記図１１で示すような地盤改良工事が行なわれる。とりわけ杭芯15により軟弱地盤を掘削するに際しては、前記施工開始アーム位置記憶手段40に記憶した各データを基に、施工中における杭芯15の深度Ｈと垂直度の算出が行なわれる。具体的には、杭芯15による掘削が進み、アーム５の角度を下げる操作を例えばアーム角度動作ボタン75で行なうと、目標アーム長さ算出手段41は、アーム傾斜計29から得られる現在のアーム５の仰角θと、前記ロッド距離Ｌ２から、杭芯15が鉛直を維持する目標のアーム長さすなわち目標アーム長さＬｎを算出し、これを目標アーム長表示部52に表示させる。このとき図７に示すように、エンコーダ25から得られる現在のアーム長さＬ１が、目標アーム長さＬｎの許容範囲（例えば、±０．１０ｍ）を外れている場合には、現在のアーム長さＬ１を表示する現在アーム長表示部53の表示色が変わって例えば赤色に反転する。オペレータはこれを見て、杭芯15が垂直に貫入されるように、アーム５の長さを調節操作して、現在のアーム長さＬ１を目標アーム長さＬｎに一致させる（ステップＳ８）。なお、このとき杭深度算出手段42により算出される深度Ｈは、現在のアーム長さＬ１が目標アーム長さＬｎからずれているため、正しく深度表示部74に表示されない。
【００４２】
アーム５の長さを正しく調節したときの表示器36の表示状態を示したのが、図８である。この場合、現在アーム長表示部53に表示される現在のアーム長さＬ１が、目標アーム長表示部52に表示される表示目標アーム長さＬｎと一致しており、杭芯15は貫入位置Ｐを垂直に貫入している。また、深度表示部74に表示される杭芯15の深度Ｈも正しい値となる。演算処理部35のデータ送信手段44は、現在のアーム長さＬ１が目標アーム長さＬｎの許容範囲内にあるときの正しい杭芯15の深度Ｈを、他のデータと共にセンターに送出するので、杭芯15が鉛直でない状態の誤った深度Ｈのデータ収集を未然に防ぐことができる。そして、このようなアーム５の長さ調節を繰り返せば、杭芯15を常時ほぼ垂直な状態で貫入位置Ｐに貫入させることが可能になると共に、正しい深度Ｈのデータ収集が可能になる。
【００４３】
続いて図９に基づき、パラメータ画面切換ボタン78を押したときに表示器36に表示されるパラメータ設定画面について説明する。ここでは、表示項目であるサンプリング区間，サンプリングタイマー，アーム許容範囲などの各種設定値を表示するパラメータ値表示部81と、現在時刻の設定を変更する現在時刻設定表示部82がそれぞれ設けられる。また、前述の図４〜図８に示す垂直施工支援画面を表示するための垂直施工支援切換ボタン83と、図９とは別のパラメータ設定画面を表示するためのパラメータ画面切換ボタン84と、図３のメイン表示画面に戻る戻るボタン85も、それぞれ表示器36上にあるタッチパネルの操作部37として設けられる。
【００４４】
このなかで、パラメータ値表示部81に表示されるサンプリング区間とは、演算処理部35が収集する各施工データの収集タイミングを設定するもので、この値は任意（例えば１ｍで割り切れる値）に変更できる。また、サンプリングタイマーとは、前記深度Ｈが変化しない状態が設定時間（この場合は１５秒）続いた場合に、サンプリング区間に深度Ｈが変化しなくても、優先してデータ収集を行なう。なお、有効ボタン86を操作することで、この機能を無効にすることもできる。さらに、アーム許容範囲とは、前述の杭芯15を垂直に保つために算出した目標アーム長さＬｎの許容範囲を設定するもので、この値を設定することで、誤った深度Ｈのデータ収集を未然に防ぐことができる。
【００４５】
以上のように本実施例によれば、基端にある枢着部６を中心に起伏可能に回動し、且つ伸縮自在なアーム５の先端に取付けられる杭すなわち杭芯15の鉛直度を管理する杭鉛直度管理装置において、アーム５の枢着部６から先端までの長さＬを検出するアーム長検出手段としてのエンコーダ25と、アーム５の起伏角度θを検出するアーム角度検出手段としてのアーム傾斜計29を備えるとともに、杭芯15を装着しない状態で、アーム５の先端を杭芯15の目標となる貫入位置Ｐに一致させたときに、エンコーダ25とアーム傾斜計29からそれぞれ取り込んだ杭芯15の最終姿勢におけるアーム５の長さＬｘおよび起伏角度θｘと、アーム傾斜計29から取り込まれる現在のアーム５の起伏角度θとから、杭芯15が貫入位置Ｐの垂直線上に位置するアーム５の目標長さＬｎを算出する制御手段としての演算処理部35を備えている。
【００４６】
この場合、杭芯15を装着しない状態のアーム５の先端を貫入位置Ｐに一致させた状態で、杭芯15の最終姿勢におけるアーム５の長さＬｘと起伏角度θｘとを、エンコーダ25とアーム傾斜計29から演算処理部35にそれぞれ予め取り込んでおけば、アーム５を任意の角度に起伏させたときに、杭芯15が貫入位置Ｐに沿って鉛直を保つアーム５の長さ（目標長さ）Ｌｎを、演算処理部35は自動的に算出することができる。したがって、このアーム５の目標長さＬｎをオペレータに直接示すことで、オペレータの技量に左右されることなく、正しく杭作業を行なうことができる。
【００４７】
またこの場合、杭芯15を貫入する直前の開始位置までアーム５を回動して引上げたときに、この杭芯15が貫入位置Ｐ上で鉛直となるアーム５の開始長さＬ０と開始起伏角度θ０とを、エンコーダ25とアーム傾斜計29からそれぞれ取り込み、このアーム５の開始長さＬ０および開始起伏角度θ０と、エンコーダ25から取り込まれる現在のアーム５の長さＬ１と、アーム傾斜計29から取り込まれる現在のアーム５の起伏角度θとから、余弦定理を利用して杭芯15の深度Ｈを算出する杭深度算出手段42を備えてもよい。
【００４８】
こうすることで、杭深度算出手段42は、杭芯15を貫入する直前の開始位置におけるアーム５の開始長さＬ０と開始起伏角度θ０とを基にして、現在のアーム５の長さＬ１と起伏角度θから、余弦定理を利用して深度Ｈを算出することができる。したがって、杭深度算出手段42が算出した深度Ｈにより、オペレータは作業中においてアーム５の目標長さＬｎのみならず、地盤１に貫入した杭芯15の深さを直接同時に知ることができる。しかも、杭深度Ｈの算出に際しては、エンコーダ25およびアーム傾斜計29以外の新たな検出手段を必要としない。
【００４９】
さらに本実施例における杭深度算出手段42は、エンコーダ25から取り込まれる現在のアーム５の長さＬ１が、演算処理部35で算出したアーム５の目標長さＬｎの許容範囲内にある場合にのみ、杭芯15の深度Ｈを算出するように構成している。
【００５０】
こうすると杭深度算出手段42は、現在のアーム５の長さＬ１が、アーム５の目標長さＬｎの許容範囲内にある時にだけ、算出した杭芯15の深度Ｈを外部に出力する。したがって、杭深度Ｈのデータを管理する側では、杭芯15が鉛直でない状態の誤ったデータを取り込む虞れがなく、正しい杭深度Ｈのデータ管理を行なうことが可能になる。
【００５１】
なお、本実施例では現在のアーム５の長さＬ１が、アーム５の目標長さＬｎの許容範囲内にない場合にも、オペレータに対し計算結果を示すため杭深度Ｈの算出を行なったが、より正確な情報を提供するために、現在のアーム５の長さＬ１が、アーム５の目標長さＬｎの許容範囲内にある時にだけ、杭深度算出手段42が杭深度Ｈを算出および出力するように構成してもよい。
【００５２】
本発明は上記実施例に限定されるものではなく、種々の変形実施が可能である。本発明における杭とは、地盤の貫入位置Ｐに貫入する棒状体のことをいうもので、例えば鋼管杭でもよく、さらにその目的は本実施例のような地盤改良にのみ限定されるものではない。
【００５３】
【発明の効果】
本発明の請求項１における杭鉛直度管理装置によれば、制御手段が自動的に算出したアームの目標長さをオペレータに直接示すことで、オペレータの技量に左右されることなく、正しく杭作業を行なうことができる。また、新たな検出手段を必要とすることなく、杭深度算出手段が算出した深度により、オペレータは作業中においてアームの目標長さのみならず、地盤に貫入した杭芯の深さを直接同時に知ることができる。
【００５４】
本発明の請求項２における杭鉛直度管理装置によれば、杭が鉛直でない状態の誤ったデータを取り込む虞れがなく、正しい杭深度のデータ管理を行なうことが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施態様を示す杭鉛直度管理装置の全体構成を表わした概略図である。
【図２】  同上要部の機能構成を示すブロック図である。
【図３】  同上杭芯の施工最終姿勢を確定した状態を示す表示器の正面図である。
【図４】  同上施工最終姿勢を記憶するときの状態を示す表示器の正面図である。
【図５】  同上杭芯を所定の高さまで引上げたときの状態を示す表示器の正面図である。
【図６】  同上杭入施工作業の開始時における状態を示す表示器の正面図である。
【図７】  同上アームの長さを正しく調節する前の状態を示す表示器の正面図である。
【図８】  同上アームの長さを正しく調節したときの状態を示す表示器の正面図である。
【図９】  同上パラメータ設定画面を表示したときの状態を示す表示器の正面図である。
【図１０】  同上杭芯を押し込むまでの動作手順を示すフローチャートである。
【図１１】  従来の地盤改良工事における施工方法の一例を示す概略図である。
【符号の説明】
５  アーム
６  枢着部
15  杭芯（杭）
25  エンコーダ（アーム長検出手段）
29  アーム傾斜計（アーム角度検出手段）
35  演算処理部（制御手段）
42  杭深度算出手段
【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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