JPH0222165B2

JPH0222165B2 -

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Publication number: JPH0222165B2
Application number: JP52026917A
Authority: JP
Inventors: Tsuruneru Heintsu
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1976-03-12
Filing date: 1977-03-11
Publication date: 1990-05-17
Also published as: US4103554A; AU511471B2; ATA172677A; AT356167B; CA1120157A; DE2710811C2; IT1082755B; USRE31195E; BR7701545A; FR2343864B1; JPS52142806A; FR2343864A1; GB1580751A; AU2308077A; DE2710811A1

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、振動を地盤に与えて地盤を締め固め
るに当り、地盤の締め固め度を判定する方法およ
びその装置に関する。

さらに詳しくは、本発明は、締め固め装置およ
び地盤の振動を、少なくとも１つのトランスデユ
ーサによつて振動を信号に変換し、評価すること
により地盤の締め固め度を判定する方法およびそ
の装置に関する。

［従来の技術］地盤の振動数、振幅、締め固め時間などの地盤
の締め固め程度に関連する各種パラメータを制御
して、締め固め程度の判定をすることは公知であ
る。

この従来の方法で重要な点は、締め固め程度に
関連する簡単に測定可能な物理量の選定に帰着す
る。

地盤の密度、弾性係数のような物理定数を簡単
な装置によつて、連続的に測定することは不可能
である。このため、従来より地盤または振動装
置、もしくは、両者の振動が測定検知対象として
利用されてきた。

締め固め装置の作用力やエネルギーと地盤の振
動との関連を評価することにより、振動運動に対
する地盤の抵抗値を求めることができる。この方
式の装置の１例として、英国特許第1327567号、
特に、その第１７〜１９図、および、その説明を
挙げることができる。

この装置においては、２個の加速度ピツクアツ
プ装置１５７が、地盤の振動を検知し、２個の歪
計１５８が振動機１５４〜１５６の作用力を検知
している。加速度ピツクアツプ装置の出力信号
と、歪計の出力信号の振幅を比較することによつ
て、振動に対する地盤の抵抗値を求めることがで
きる。

この比較結果に基づいて、地盤の締め固め程度
の判定及び、締め固め装置の制御をすることが可
能である。

振動締め固め装置による地盤の締め固め程度の
判定を行う他の装置として、米国特許明細書第
3599543号がある。この締め固め装置の振動部で
ある振動ローラの運動は、ほぼ楕円形である。

この明細書の第１図によると、楕円の長軸は、
締め固め回数に比例して長くなつている。したが
つて、長軸の長さは、地盤の締め固め度を判定す
る基準指標として使用することができる。

この楕円の長軸を求めるため、振動ローラの振
動は適当な数の加速度計Ｔによつて測定されてい
る。この加速度計の数量と、振動締め固め機にお
ける配置とは、明細書第２図〜第４図に示されて
いる。

さらに、米国特許明細書第3053157号には、振
動ローラと地盤で構成されるシステムの共振振動
数を地盤に加えることによつて、地盤の締め固め
度を最適にすることが開示されている。そのた
め、締め固め装置には、垂直方向の加速度を検知
するトランスデユーサが設けてあり、この検知信
号に基づいて地盤に加える振動数を制御してい
る。しかし、この装置には、地盤の締め固め度そ
のものを直接的に測定する装置は備えられていな
い。

［問題を解決する手段］本発明は、振動締め固め装置による地盤の締め
固めにおいて、地盤の締め固め程度と締め固め装
置の振動の振幅、すなわち、基本振動とそのハー
モニクスの振幅の間には、一定の関係があるとい
う知見に基づくものである。特に、基本振動の振
幅と、ハーモニクスの振幅を比較するとき前記の
関係は更に強調され、明白になるというものであ
る。

締め固め程度を判定するためには、基本的に
は、地盤の垂直方向の振動のみを検知すれば良
い。しかし、本発明に基づく地盤の締め固め程度
の判定は、締め固め装置の振動数、振幅及びその
他のパラメータを制御するためのシステムの一部
を構成するものであり、ある場合には、水平方向
の振動成分も制御に必要なものとなる。

実施例以下、図面に基づいて本発明を詳しく説明する
が、本質的に重要でない部分は、省略してある。

第１図において、Ｐ１は、土壌、砂利、砕石、
アスフアルトなどから成る地盤を締め固めるため
の振動締め固め装置の締め固め部であり、地盤に
接するように配置されており、振動装置Ｖ１によ
つて振動が供給されている。

振動装置Ｖ１は、例ば、回転軸に偏心錘を有す
るものである。説明を簡単にするため、振動は一
つの基本振動FGでおこなわれるものとすが、複
数の異なる基本振動を使用することも本発明に包
含されるものである。

締め固め部Ｐ１の振動は、振動装置Ｖ１の振動
にのみ依存するものでなく、締め固めを実施して
いる地盤の性状にも関係している。地盤の性状
が、締め固め過程で変化すれば、当然、締め固め
部Ｐ１の振動に変化が生ずることになる。

締め固め作業の過程における振動の検知には、
第１図に示すようにトランスデユーサＧ１１が使
用される。このトランスデユーサＧ１１と、締め
固め部のＰ１の関係を示すために第１図において
３本の平行線が両者の間に描かれている。

トランスデユーサＧ１１は、一方向の振動のみ
を検知するように構成されており、そして、振動
締め固め機には、垂直方向の振動のみを検知する
ように取付けられる。したがつて、トランスデユ
ーサＧ１１から垂直方向の振動成分の信号を取り
だすことができ、以下、これを振動信号と呼ぶ。

この振動信号は、トランスデユーサＧ１１の出
力Ｚとして示されており、この出力は、増幅器
AZに送られる。この増幅器AZは、振動信号を２
つのバンドパスフイルターＦ１１，Ｆ１２に送る
前に、振動信号を適当なレベルにまで増幅するプ
リアンプである。また、この増幅器AZはインピ
ーダンス変成器としての機能も有している。

第１図の上方に示されるバンドパスフイルター
Ｆ１０は、その通過帯域が基本振動を中心とする
帯域であり、このフイルターによつて基本振動よ
り低い振動数の振動信号および、基本振動より高
い振動数の振動信号や基本振動の第２ハーモニク
スの振動信号は除去される。したがつて、このバ
ンドパスフイルターを通過してくる振動信号は、
基本振動の振動信号のみである。

第１図の下方に示されるバンドパスフイルター
Ｆ１１は、その通過帯域が基本振動の第２ハーモ
ニクスの振動数を中心とする帯域であり、このフ
イルターによつて第２ハーモニクスより低い振動
数である基本振動の振動信号および、第２ハーモ
ニクスより高い振動数の振動信号すなわち、基本
振動の第３ハーモニクスの振動信号は除去され
る。したがつて、このバンドパスフイルターを通
過してくる振動信号は、第２ハーモニクスの振動
信号のみである。

後述の説明で更に明らかになるが、基本振動の
ハーモニクスが実際に存在することは、第１４図
〜第１９図およびその説明によつて明らかであ
る。

バンドパスフイルタＦ１０からの出力信号であ
る基本振動の振動信号は、その振幅を検知する手
段Ｌ１０に導かれる。この振幅検知手段Ｌ１０
は、基本振動の振幅に対応する出力信号を発生す
る。

バンドパスフイルタＦ１１からの出力信号であ
る第２ハーモニクスの振動信号は、その振幅を検
知する手段Ｌ１１に導かれる。この振幅検知手段
Ｌ１１は、第２ハーモニクスの振幅に対応する出
力信号を発生する。

振幅検知手段Ｌ１０およびＬ１１の出力信号
は、除算器Ｋ１１に導かれ、この除算器Ｋ１１に
よつて２つの信号は除算され、基本振動と第２ハ
ーモニクスの振動信号の商が計算され、出力信号
ｋ１１が出力されることになる。この出力信号ｋ
１１は、次いで、図示されていない締め固め装置
のオペレーター用のデイスプレー装置、もしく
は、図示されていない１つの、または、複数の締
め固め装置のパラメーターを制御するための制御
回路へと送りだされるものである。

第１図に示される実施例おいては、基本振動の
振動信号に加えて、基本振動以外の振動信号か
ら、ただ１つ、第２ハーモニクスの振動信号のみ
がバンドパスフイルタＦ１１を通過してくるよう
になつている。特殊な状況においては、複数の基
本振動のハーモニクスの振動信号がバンドパスフ
イルタＦ１１を通過するようにすることによつ
て、さらに良い、締め固め程度の判定結果が得ら
れる場合がある。

第１図に示す実施例のような、１つのトランス
デユーサを用いた場合は、ある特定の環境におい
ては、問題が生ずることがある。振動信号を得る
ために振動締め固め装置の最適な設置場所にトラ
ンスデユーサを配置することは、不可能ではない
が、かなり困難なことである。トランスデユーサ
の配置は、締め固め部Ｐ１の運動部分に対し、僅
かに偏心していたり、非対称になることは、よく
あることである。しかし、この配置に基づく欠点
及び問題点は、振動信号を得るためのトランスデ
ユーサを２つ使用することによつて、少なくとも
部分的には、解決することが可能である。２つの
トランスデユーサの取付位置は、好ましくは、締
め固め部Ｐ１またはその運動部分に対し、対称に
配置することが望ましい。

第２図は、２個のトランスデユーサを有し、相
異なる２つの基本振動のハーモニクスの振動信号
の振幅を利用する本発明の実施例を示す。

各トランスデユーサからは、振動信号が出力さ
れ、この振動信号は、垂直振動成分である。２つ
の振動信号は、加算され、増幅器AZにおいて増
幅される。次に、出力信号は、３個のバンドパス
フイルタに導かれる。これらのうち、図におい
て、上方および真中にあるバンドパスフイルタ
は、第１図に示す実施例において説明したものと
同じ構成であり、その機能も同じである。

第２図の下側に示されるバンドパスフイルタ
は、その通過帯域が、基本振動の第３ハーモニク
スを中心とする帯域であり、振動数が基本振動の
第４ハーモニクスおよび、それより高い振動数の
振動信号と第２ハーモニクスおよび、それより低
い振動数の振動信号は、除去される。したがつ
て、このバンドパスフイルタＦ１２は、振動信号
から第３ハーモニクスのみを通過させる。これら
の２つのバンドパスフイルタＦ１１，Ｆ１２から
の振動信号は、振幅検知装置Ｌ１２に導かれる。

振幅検知装置Ｌ１１，Ｌ１２からの出力信号
は、重み付け回路ASに導かれ、この重み付け回
路ASは、バンドパスフイルタを通過してきたハ
ーモニクスの振動信号に所定の重み付けをして、
加算するものである。加算における重みを表示す
るために重み付け回路における２個の入力部にそ
れぞれαとβを付して示す。重み付け加算回路
ASの出力信号、および、振幅検知装置Ｌ１０の
出力信号は、除算器Ｋ１２に送られる。この除算
器Ｋ１２は、第１図に示す実施例の除算器Ｋ１１
と同じ機能を有する。

除算器Ｋ１２の出力信号は、ハーモニクスの振
動信号を重み付けして加算したものと、基本振動
の振動信号の振幅との比を示すものである。

以上、説明した実施例は、１個または、複数の
トランスデユーサからの垂直振動成分のみを利用
したものである。しかしながら、水平方向の振動
成分を利用するものも、本願発明に包含されるも
のであることは、言うまでもない。水平方向の振
動成分を検知するトランスデユーサを使用するの
は、垂直方向の振動成分のみの情報では、地盤の
締め固め度の判定が充分でなく、さらに多くの情
報を必要とする場合である。

第３図に、水平方向の振動成分を利用したもの
を示す。

第３図において、２個のトランスデユーサＧ１
１、およびＧ１２が示され、これらの出力端は、
Ｘおよび、Ｚで表示されている。垂直方向の振動
成分信号は、第１図に示したものと同様に、トラ
ンスデユーサＧ１１の出力端Ｚに出力される。ま
た、トランスデユーサの出力端Ｘには、水平方向
の振動成分信号が、出力される。これらの出力信
号は、第２図に示した実施例と同様に、増幅器、
バンドパスフイルタおよび、振幅検知装置によつ
て処理される。

第３図右端に示す縦長のブロツクは、波され
た基本振動とハーモニクス振動信号の振幅に基づ
いて、地盤の締め固め程度の判定、および、締め
固め装置の制御のための信号を発生する装置を示
すものである。このブロツクは、６つの部分に分
割されており、各部分はその機能に応じてAMP，
FG，KX，Ｓ，KZ，Ｈの記号が付されている。

ブロツクKZは、第３図の下側に示される３個
のバンドパスフイルタによつて波された振動信
号の振幅に比例する１つの、または、複数の信号
を発生するものであり、ブロツクKXは、第３図
の上側に示される３個のバンドパスフイルタによ
つて波された振動信号の振幅に比例する１つ
の、または、複数の信号を発生するものである。
ブロツクKXおよび、ブロツクKZによつて生成
されたこれらの信号は、第２図における実施例に
おいて生成された信号ｋ１２と同様なものであ
る。

ブロツクAMPは、ブロツクKXおよび、ブロ
ツクKZもしくは、そのいずれかからの１個また
は、複数の信号に基づいて、振動締め固め装置の
振幅の制御信号を生成する部分である。ブロツク
AMPからの出力信号は、振動装置Ｖ１の振動の
振幅を制御する制御回路RAMPに送られる。こ
の制御回路RAMPは、送られてきた信号および
他の制御信号に基づいて振動装置の振幅を制御す
る。

ブロツクＨは、ブロツクKXおよび、ブロツク
KZもしくは、そのいずれかからの１個または、
複数の信号に基づいて、振動締め固め装置の前進
速度の制御信号を生成する部分である。ブロツク
Ｈからの出力信号は、振動締め固め装置の前進速
度を制御する制御回路RHに送られる。この制御
回路RHは、送られてきた信号および他の制御信
号に基づいて振動締め固め装置の駆動装置また
は、振動締め固め装置を牽引する牽引装置Ｍの前
進速度を制御する。

ブロツクFGは、ブロツクKXおよび、ブロツ
クKZもしくは、そのいずれかからの１個または、
複数の信号に基づいて、振動締め固め装置の振動
装置の振動数の制御信号を生成する部分である。
ブロツクFGからの出力信号は、振動締め固め装
置の振動装置Ｖ１の振動数を制御する制御回路
RFに送られる。この制御回路RFは、送られてき
た信号および他の制御信号に基づいて振動締め固
め装置の振動装置Ｖ１の振動数を制御する。

上記の実施例においては、振動装置Ｖ１の振動
数は、通常一定である。したがつて、バンドパス
フイルタの中心振動数は、一度調整するだけで良
いことになる。最適の締め固め度を得るために
は、振動装置の基本振動数を比較的広い範囲に渡
つての変更を必要とし、したがつて、バンドパス
フイルタの通過帯域を、基本振動数の変更に対応
して変更する必要がある。このため、振動数制御
回路RFには、振動装置の振動を検知するトラン
スデユーサが設けてある。また、振動数制御回路
RFは、３個の出力端Ｆ０，Ｆ１，Ｆ２を有して
いる。これらの出力端からの出力信号は、それぞ
れ基本振動、第２ハーモニクス、および、第３ハ
ーモニクスに対応しているものである。これらの
出力信号は、バンドパスフイルタに送られ、基本
振動数の変更に応じてバンドパスフイルタの帯域
を変更するものである。

第３図の実施例は、振動締め固め装置の制御パ
ラメータのすべてを示したものでなく、制御パラ
メータの一部を示したにすぎないものである。第
３図の実施例は、本願発明が、締め固め装置の制
御システムの一部を構成する場合の一態様を示し
たにすぎないものである。したがつて、他の制御
に関する作用は、本願発明を構成するものでない
ので、説明を省略する。

第１図の実施例に基づくプロトタイプによる試
験では、１個の振動ローラを有する振動締め固め
装置においては、成功であつた。しかしながら、
これに対し、２個の振動ローラを有する振動締め
固め装置に適用した場合は、良い場合と、悪い場
合があつた。この原因は、第１の振動ローラによ
る地盤の振動が、第２の振動ローラによる地盤の
振動によつて干渉を受けるためと推測される。

これ以外の原因としては、振動ローラのシヤシ
が、２つの振動ローラの振動に対し、相互作用を
及ぼすためであると考えられる。したがつて、現
在のところ、第１−第３図の実施例は、振動を伴
う部分Ｐを２つ以上有しておらず、振動部分が独
立している振動締め固め装置に最適であると考え
られる。

第４図の実施例は、２個の振動ローラを有する
振動締め固め装置に特に適用するようにしたもの
である。この実施例は、少なくとも同一または、
異なつた振動数の部分的に独立した振動を発生す
る２つの振動部分Ｐ１，Ｐ２を有する振動締め固
め装置に適用することが可能である。振動部分Ｐ
１の振動は、トランスデユーサＧ１１とＧ１２に
よつて検知される。これらのトランスデユーサ
は、第２図の実施例のトランスデユーサと同様の
構成と、締め固め装置への取付であり、その作用
も同じである。トランスデユーサＧ１１とＧ１２
の出力信号は、増幅器Ａ１で増幅され、その出力
は、３つのバンドパスフイルタＦ１０，Ｆ１１，
Ｆ１２，３つの振幅検知装置Ｌ１０，Ｌ１１，Ｌ
１２，重み付け加算回路SA１、および、除算器
Ｋ１２によつて図２に示された実施例における場
合と同様に処理される。除算器Ｋ１２の出力信号
ｋ１２は、これまた、第２図の実施例と同様に、
基本振動の振幅と重み付けされて加算されたハー
モニクスの振幅の比を表している。

振動部分Ｐ２の振動は、トランスデユーサＧ２
１とＧ２２によつて検知される。トランスデユー
サＧ２１とＧ２２の出力信号は、増幅器Ａ２で増
幅加算され、その出力は、３つのバンドパスフイ
ルタＦ２０，Ｆ２１，Ｆ２２、３つの振幅検知装
置Ｌ２０，Ｌ２１，Ｌ２２、重み付け加算回路
SA２、および、除算器Ｋ２２によつて図２に示
された実施例のAZからの出力と同様に処理され
る。

除算器Ｋ２２の出力信号ｋ２２は、これまた、
第２図の実施例と同様に、基本振動の振幅と重み
付けされて加算されたハーモニクスの振幅の比を
表している。

振幅検知装置Ｌ１０とＬ２０の出力は、加算装
置Ａ３に送られ、これの出力は、除算器Kbに送
られる。重み付け加算回路からの出力は、加算器
Ａ４に送られ、この出力は、同様に除算器Kbに
送られる。除算器Kbは、除算器Ｋ１２およびＫ
２２と同じタイプのものであり、２つのパラメー
ターの比を求め、出力する。パラメーターの１つ
は、波された４つのハーモニクスの振幅の合計
値であり、重み付けの係数は、おのおの、α1、
β1、α2、β2であり、もう１つのパラメーターは、
波された２つの基本振動の振幅の合計値であ
る。したがつて、除算器Kbからの出力は、上記
の４つのハーモニクスの振幅の合計値と２つの基
本振動の振幅の合計値の比を表している。

除算器Ｋ１２の出力信号ｋ１２と、除算器Ｋ２
２の出力信号ｋ２２は、加算器Ａ３，Ａ４と同じ
タイプの加算器Ａ５及び、減算器Ａ６に送られ
る。加算器Ａ５の出力信号ｓは、それゆえ除算器
Ｋ１２の出力信号ｋ１２と除算器Ｋ２２の出力信
号ｋ２２の和を表し、減算器Ａ６の出力信号ｄ
は、除算器Ｋ１２の出力信号ｋ１２と除算器Ｋ２
２の出力信号ｋ２２の差を表すものである。これ
らの出力信号ｄおよびｓは、除算器Kbと同様な
タイプの除算器Krに導かれる。したがつて、除
算器Krの出力信号ｒは、除算器Ｋ１２の出力信
号ｋ１２と除算器Ｋ２２の出力信号ｋ２２の差と
除算器Ｋ１２の出力信号ｋ１２と除算器Ｋ２２の
出力信号ｋ２２の和の比を表すものである。

第４図に示す実施例をアスフアルト締め固め用
のダブルローラ締め固め装置に適用した場合パラ
メーターｒは、締め固め過程における相対的締め
固め度としての指標となる。このパラメーターｒ
の増分は、締め固め回数を重ねるにつれて減少す
ることが、経験的に知られている。締め固め度の
増加が、得られた締め固め度に対して充分小さく
なつたときが、ある与えられた条件下での、最大
締め固め度の近傍にあることである。

締め固め回数と締め固め度の関係に関する知識
によつて、出力信号ｋ１２，ｋ２２は相対的締め
固め度を示す指標であるにもかかわらず、パラメ
ーターｒと出力信号ｋ１２，ｋ２２の値によつて
地盤の締め固め度の絶対値を得ることができる。

第４図の実施例に関しては、種々の変形が可能
であることは、当業者に取つて自明なことであ
る。例えば、パラメーターｂ，ｄ，ｓ，ｒは、省
略してもかまわない。

第１図に示す実施例に基づいて振動ローラを有
する振動締め固め装置の締め固め度判定装置のプ
ロトタイプが製造された。振動検知用トランスデ
ユーサＧ１１は、Bruel＆Kjarのタイプ4393の加
速度計を使用した。

第５図に、第１図において出力信号AZで示さ
れる加速度計の出力信号を増幅するプリアンプの
回路構成を示す。

このプリアンプは、フエアチヤイルド社製の
μA776型の集積回路IC１が３個、容量0.1μFのカ
ツプリングコンデンサーが１個、1MΩの抵抗Ｒ
１が１個、10MΩの抵抗Ｒ３が２個、また、図示
されない電源に接続される抵抗Ｒ４が１個、10K
Ωの抵抗Ｒ５が１個、470KΩの抵抗Ｒ６が１個
によつて、回路が構成されている。各々のICに
表示されている記号８は、メーカーのデーターシ
ートに示されている対応する端子を示している。

第６図は、第１図に示すプロトタイプで使用す
る２個のバンドパスフイルタをの回路構成を示
す。この回路の上側部分は、中心振動数２５Hzの
バンドパスフイルタである。同じく第６図の下側
の部分は、同一のタイプのバンドパスフイルタで
あるが、これは、中心振動数50Hzのものである。

これらのバンドパスフイルタの相対的な帯域の
広さは、可能な限り同じになるように調整されて
おり、それは、約1/3である。

使用された振動ローラーは、ダイナパツク社製
のCH47型で、その振動数は、約25Hzである。第
６図の上側、及び下側の各部分は、第１図に示す
上側、および、下側に示されたバンドパスフイル
タに対応するもにである。

第６図に示されたバンドパスフイルタは、いず
れも、同一のパツケージに４個の独立した増幅器
IC２を含むICを中心に組み立てられ、ICは、モ
トローラ社製のMC3403P型である。中心振動数
25Hzのバンドパスフイルタは、100nFのコンデン
サ８個を使用し、一方、中心振動数50Hzのバンド
パスフイルタは、100nFのコンデンサ４個を使用
している。

電源（図示無し）に接続される抵抗を除き、以
下に示す抵抗がバンドパスフイルタに使用されて
いる。

R7＝89kΩ、R8＝47kΩ、R9＝150kΩ、R10＝
4.7kΩ、R11＝22kΩ、R12＝470kΩ、R13＝
120kΩ、R14＝33kΩ、R15＝220kΩ、R16＝
3.9kΩ、R17＝15kΩ、R18＝66kΩ、R19＝560k
Ω．第７図は、ローパスフイルタに接続されている
検波回路である。これは、第１図の実施例の振幅
決定装置Ｌ１０として使用されている。この検波
回路は、モトローラ社製のMC3403P型のICで構
成されている。このICは、４個の独立した増幅
器を有しているが、そのうち２個だけを検波回路
に使用している。そして、このICパツケージの
残りの２個の増幅器は、振幅決定装置の回路に使
用されている。検波は、左側の増幅器の出力部を
介して接続されている２個のダイオードによりお
こなわれる。電源（図示無し）に接続される抵抗
を除いて、この検波回路は、８個の10kΩの抵抗
が必要である。この検波回路に接続されているロ
ーパスフイルタは、1.2kΩの抵抗と、1000μFと
で構成される単純なRC結合回路で構成されてい
る。

第８図は、第１図の実施例の除算器として使用
される回路のブロツク図である。この除算器は、
２つの入力部Ａ，Ｂを有し、第７図に示したロー
パスフイルタの出力が入力される。入力部Ｂに
は、ハーモニクスの振動信号が、第１図の振幅検
知装置Ｌ１１に相当する検波回路とローパスフイ
ルタを介して入力される。入力部Ａには、基本振
動の振動信号が、第１図の振幅検知装置Ｌ１０に
相当する検波回路とローパスフイルタを介して入
力される。この除算器はアナログ的に作動し、そ
の出力は、入力Ｂと入力Ａの信号の振幅の商に比
例する信号である。出力信号が意味を持つのは、
基本振動の入力信号レベルがノイズや、バツクグ
ランドのレベルより大きいときである。このた
め、第８図において、一般的な受信装置のスケル
チ回路と同様な機能を有する、コンパレータとロ
ツク装置で構成される回路が使用される。コンパ
レータでは、波された基本振動の振動信号の振
幅が、基準の振幅と比較され、この結果がロツク
装置に送られる。この信号に対し、ロツク装置
は、入力部Ａの入力信号である基本振動の振動信
号が充分大きいときのみデイスプレーに出力信号
を供給する。

第９図は、第８図のブロツク図に基づく、コン
パレータとロツク装置を有する除算器の回路であ
る。これは、第１図の除算器Ｋ１１に相当する。
この除算器回路は、２つのICからなり、そのう
ち１つIC２は、バンドパスフイルタ及び検波回
路に使用されたものと同じである。IC２は、入
力部Ａの入力信号の大きさと、電源電圧を分圧し
て得た電圧とを比較し、出力をトランジスタ
（ITT社製のBY Y59）のベースに供給する。以
上のように、IC２、抵抗、および、トランジス
タによつてコンパレータが構成されている。

第２のICのIC３は、アナログ、デバイス社製
のものでAD532型である。このICの出力が入力
部Ｂの入力信号を入力部Ａの入力信号で割つた値
に比例する。IC３の出力は、IC２の出力に基づ
いて、トランジスタが非導通のとき、デイスプレ
ーなどの表示器に送られる。トランジスタが飽和
状態にあるときは、IC３の出力はアースされ、
表示器には送られない。

この除算器は、アナログ回路方式であるが、デ
ジタル方式の除算器を使用することももちろん可
能である。

第１０図は、デジタル方式の除算器のブロツク
図である。入力部Ａには、基本振動の振動信号が
入力され、入力部Ｂには、ハーモニクスの振動信
号が入力され、それぞれデジタル信号DA，DB
に変換される。これらの信号と発振器からの信号
は、デジタル除算器に供給され、入力Ｂを入力Ａ
で除した出力信号DKを出力する。この信号は、
スイツチBCDによつて設定された係数Ｎで第１
の分割器において、除算される。一方、発振器か
らの信号f₂が第２の分割器に送られ、同様に係数
Ｎで除算され、論理信号を発生し、これをゲート
に供給する。この信号に対応して、ゲートはデジ
タル信号をカウンターに送出したり阻止したりす
る。このようにして、デジタル的に入力信号Ｂと
Ａの比を得ることができる。第１１図および第１
２図は、第１０図のブロツク図に対応するデジタ
ル除算器の回路図である。アナログ信号は、デジ
タル信号に変換され、増幅器IC４Ａ，IC４Ｂ、
で適当なレベルに増幅される。そして、電圧−周
波数変換器IC５Ａ，IC５Ｂ、に供給される。
各々の電圧−周波数変換器IC５Ａ，IC５Ｂ、は、
インテツク社製のＡ−8400型のICで構成される。
２つのICは、付加する電気部品の値を互いに異
ならせ、パルスDAの周波数を１つは、50〜100
Hzの間、もう一つのパルスDBは、0.5〜50kHzの
間を変化できるように構成してある。

デジタル的除算は、発振器から供給される周波
数f₁のパルスをベースにしておこなわれ、かつ、
制御される。発振器は、RCA社製のIC，CD4060
型で構成され、発振周波数は、3276.8Hzである。
この周波数は、2⁶＝64によつて除算され、f₁の周
波数は、51.2Hzとなり、また、2¹⁴＝16384によつ
て除算されると、f₂は0.2Hzとなる。入力端子Ｃ
の信号は、JKフリツプフロツプ（RCA社製、
CD4027型）に、リセツト信号を供給する。ダイ
オードは、負のパルスをアースするためのもので
ある。フリツプフロツプFF１のリセツトの後に、
インバータを通過してきた最初のパルスDAは、
フリツプフロツプFF１をトリガし、ゲートＵ１
を開き、パルスDBを通過させる。次のパルスが
FF１に倒達すると、その状態が変更され、ゲー
トＵ１が閉じられ、第２のフリツプフロツプFF
２の状態を変更する。FF２の端子Ｑがローレベ
ルの状態と成つて、FF１が次のパルスDAによつ
てトリガされるのを阻止する。パルスDKの周波
数は、パルスDBと同じである。パルスDKは、f₁
の周期ごとに発生され、パルスDAと同じ時間そ
の状態が保持される。したがつて、１秒間のパル
スの数は、 f₁・１／fA／１／fB＝f₁・fB／fA＝const・fB／fA この周波数は、カウンタ（RCA社製、CD4520
型）において、2⁸＝256で除算され、必要なパル
スが得られる。この回路には、選択スイツチが設
けてあり、単独の測定とその平均値を表示する場
合と、連続的な測定とその間の平均値を表示する
場合とを選択することが可能である。

スタートボタンが押され、２つの選択スイツチ
が、図において、左側に倒された場合、単安定フ
リツプフロツプIC７（RCA社製、CD4098型）が
トリガされ、リセツトパルスを端子Ｑに生成し、
10進カウンタCD4511にリセツトパルスを供給す
る。また、ゲートＵ２，Ｕ３をローレベルの状態
にし、発振器IC６の入力端子Ｒにローレベルの
信号を送り、発振器を発振させる。また、ORゲ
ートＵ６およびＵ７を介してカウンタ（RCA社
製、CD40192型）の入力端子PLにもパルスを送
り、カウンタIC８を予めBCDでセツトした値Ｎ
にセツトする。

３つのドライバCD4511（RCA社製、CD4511
型）の入力LEは、ゲートＵ４，Ｕ５によつてロ
ーレベルになつている。したがつて、10進カウン
タCD4518のカウントアツプ作動は、デイスプレ
ーモデユール（FND500）に連続的に表示され
る。NANDゲートＵ１，Ｕ２，Ｕ３，Ｕ４，Ｕ
５、および、Ｕ８、ORゲートＵ６および、Ｕ７
は、RCA社製のおのおのCD4011型、と、
CD4071型である。IC６とIC７に接続されている
コンデンサは、おのおの、15nF、150nFである。

パルスDXが入力端子Ｄに到達することによつ
て、かつまた、発振器IC６からのパルスf₂によつ
て、上側のカウンタIC８は、セツトされた数値
Ｎからカウントダウンをおこなう。カウンタが０
に到達すると、端子TCDにパルスを発生する。
このパルスはORゲートＵ７を介してカウンタIC
８の入力端子PLにはいり、カウンタをＮに再度
セツトする。下側のカウンタIC８も同様にORゲ
ートＵ６を介して、カウンタをＮにセツトしなお
す。さらに、このパルスは、ゲートＵ２，Ｕ３で
構成されるフリツプフロツプをリセツトする。こ
れは、Ｎ／f₂秒後に起こり、発振器IC６の発振を
止める。このとき、カウンタCD4518の値が測定
の結果であり、これは、デイスプレーに表示され
る。

連続測定の場合は、選択スイツチが右側に倒さ
れ、同様の作動が開始される。しかし、カウンタ
のカウントアツプ動作は、表示されない。なぜな
ら、選択スイツチがNANDゲートの一方の端子
が正に接続され、信号LEがハイレベルにならな
いからである。

プロトタイプは、ダイナパツク社製のCH47の
振動ローラに取付けて試験を実施した。トランス
デユーサの取付を示すために第１３図は、ローラ
とこれに隣接する部分の断面図を示す。トランス
デユーサはｇ１１で示す箇所に取付けられる。第
１３図に示される他の部品については、メーカの
マニユアルを参照されたい。興味深い点は、トラ
ンスデユーサの取付位置が、先に挙げた、米国特
許明細書第3599453号の第２図に示される取付位
置と似通つているということである。

もし、２つのトランスデユーサを取付ける場合
は、他の１つのトランスデユーサの取付位置は、
第１３図において、ｇ１２で表示されている位置
である。

第１４図〜第１６図は、CH47型の振動ローラ
を振動装置として実施した２つの試験結果を示す
もので、これは、1976年、カールスクローナで
実施されたものである。

この試験は、厚さ1.5メートルの砂の盛土を使
用しておこなわれた。比較的厚く、かつ、緩く砂
を盛つたため、砂盛土は、３〜４回の締め固め走
行で破壊された。これは、試験のNo.１のグラフに
示されている。このあと、砂盛土は約60センチメ
ートルの厚さに変更され、試験No.２が実施され
た。

第１４図は、第２ハーモニクスの振幅と、基本
振動の振幅の相対的な比を締め固め装置の走行回
数の関数として表したものである。これは、信号
をテープに記録したものを分析したものである。

第１５図は、試験No.１において、締め固め走行
回数、第３回、第６回、第９回、第18回の後にお
ける砂盛土の密度の測定結果である。密度は、３
つの深さ（●＝１〜15cm、■＝15〜30cm、▼＝30
〜40cm）において測定した。

第１６図は、砂盛土の表面の沈下を、締め固め
走行回数の関数として示したものである。これ
は、砂盛土の表面のレベルを測定することによつ
て得られた。

第１７〜１９図は、1975年、ビスコプスベルグ
でダイナパツク社製のCC20型タンデムローラを
モレーンで使用した時の試験結果である。

第１７図は、第２ハーモニクスの振幅と基本振
動の振幅の相対的な比を、締め固め走行回数の関
数として示したものである。この結果は、信号を
テープに記録したものを分析したものである。

第１８図は、密度の測定結果である。密度は、
３つの深さ（●＝１〜15cm、■＝15〜30cm、▼＝
30〜40cm）において締め固め走行回数、第２回、
第４回、第６回の後に測定した。

第１９図は、地盤面の沈下量を、締め固め走行
回数の関数として示したものである。これは、地
盤表面のレベルを測量することによつて得られ
た。

試験結果は、地盤の沈下量及び、地盤の密度と
ハーモニクスの振幅と基本振動の振幅の比との間
には、良好な相関関係が見られた。多少のずれ
は、プロトタイプの完成度の低さ、および、測定
誤差などのためと考えられる。したがつて、地盤
の締め固め度と、前記の振幅の比の間には、明確
な関係が存在するのである。

本発明は、その精神を逸脱すること無く種々の
変形が可能である。波するハーモニクスの数、
および、基本振動の振動数を２つに限定する必要
は、無いのである。例えば、基本振動の第４ハー
モニクスを利用することも可能である。しかし、
試験の結果は、この第４ハーモニクスの信号のレ
ベルが低く、ノイズ、バツクグランドと同じレベ
ルであつた。したがつて、装置の複雑化とコスト
のことを考慮すると、第２ハーモニクスのみを利
用することが現実的である。

２個の、振動数が充分に離れた基本振動を利用
した振動締め固め装置に関しても、フイルタを通
すことによつて、各基本振動、および、それぞれ
のハーモニクスを分離することが可能である。ま
た、共通の基本振動と、共通の同じ次数のハーモ
ニクスを振動信号から波して利用することも可
能である。２個、もしくは、それ以上の基本振動
の振動数が相互に充分に離れていない場合、それ
らを実際的に分離することは、非常に困難であ
る。なぜなら、それらが、振動締め固め装置の構
造、および、地盤の締め固め度などによつて、時
間的に変動するためである。

基本振動の振幅が一定の場合、１つだけの基本
振動信号を波するだけで足りる。しかし、試験
の結果によると、基本振動の振動信号は、一定で
はなかつた。さらに、同一のトランスデユーサか
らの振動信号を比較するようにすれば、測定装置
のキヤリブレーシヨンの手間を省き、操作が簡素
化される。

したがつて、トランスデユーサや他の構成部分
に対する温度や時間経過に基づく変動の影響を少
なくすることが可能である。増幅器のゲインは、
比の計算に影響を与えない範囲で変化させること
が可能である。基本振動、及び、ハーモニクスを
波するバンドパスフイルタにおいて、同一の型
式で、同一の通過帯域のバンドパスフイルタを使
用することは、測定結果に影響を与える因子の影
響を少なくすることができる。基本振動の振動数
が変化して、バンドパスフイルタの帯域からズレ
てしまつた場合でも、ズレの割合が同じであるの
で、バンドパスフイルタを通過してきた振動信号
の減少割合は、同じオーダーである。したがつ
て、ハーモニクスの振動信号の振幅と基本振動の
振幅を関連付けておくことが望ましい。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の１実施例のブロツク図で、
締め固め装置の基本振動と第２ハーモニクスを
波した特性振動の信号によつて締め固め度を判定
するものである。第２図は、本発明の他の実施例
のブロツク図で、締め固め装置の基本振動と第２
ハーモニクスおよび、第３ハーモニクスを波し
た特性振動の信号によつて締め固め度を判定する
ものである。第３図は、本発明を振動締め固め装
置のパラメータ制御に応用した実施例のブロツク
図である。第４図は、本発明を２つの振動ローラ
を有する振動締め固め装置に適用した実施例のブ
ロツク図である。第５図は、第１図の実施例の増
幅器AZとして使用できる回路の１例である。第
６図は、第１図の実施例のフイルタとして使用で
きる回路の１例である。第７図は、第１図の実施
例の振幅検知装置Ｌ１０、または、Ｌ１１として
使用される整流器とローパスフイルタの回路の１
例である。第８図と第９図は、第１図の実施例の
アナログ信号処理用の除算器Ｋ１１のブロツク
図、および、回路の１例である。第１０図は、第
１図の実施例のデジタル信号処理用の除算器Ｋ１
１のブロツク図で、任意の間隔で平均値を得るこ
とのできる平均値回路である。第１１図と第１２
図は、第１０図の除算器の回路の１例である。第
１３図は、振動ローラにおけるトランスデユーサ
の取付け図である。第１４〜１９図は、第１図の
実施例により得られた測定結果を示すグラフであ
る。

Claims

【特許請求の範囲】１振動締め固め装置を振動させて地盤に振動を
与え、振動締め固め装置の地盤に対する振動を検
知し、振動のうち、基本振動の振幅と、基本振動
のハーモニクスのうち少なくとも第２ハーモニク
スの振幅を比較することを特徴とする地盤の締め
固め程度を判定する方法。２特許請求の範囲第１項において、基本振動と
第２ハーモニクスの比を計算することをことによ
つて両者を比較する地盤の締め固め程度を判定す
る方法。３基本振動の第２ハーモニクスと第３ハーモニ
クスの振幅を求め、これらを重み付けして加算し
た値と基本振動の振幅を比較する特許請求の範囲
第１項の地盤の締め固め程度を判定する方法。４地盤に振動を与える振動装置と、振動を検知
するトランスデユーサと、振動信号から基本振動
を波するバンドパスフイルタ、および、その振
幅を検知する装置と、基本振動のハーモニクスの
うち少なくとも１つのハーモニクス波するバン
ドパスフイルタ、および、その振幅を検知する装
置と、検知した２つの振幅を比較する装置から構
成される地盤の締め固め程度を判定する装置。５振幅を比較する装置は、基本振動とそのハー
モニクスの振幅の比を計算する除算器である特許
請求の第４項の地盤の締め固め程度を判定する装
置。