JPH0475355B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明はオーガ掘削地盤用掘削地盤状態検出
装置に関するもので、さらに詳しく言うと、陸上
又は海上においてスクリユーオーガによつて基礎
地盤を掘削し、基礎地盤中に貫入させて杭を沈
設、造成するときの掘削地盤中のスクリユーオー
ガの刃先先頭掘削地盤強度を掘削中に検出するこ
とが出来るオーガ掘削地盤用掘削地盤状態検出装
置に関するものである。

（従来の技術） 従来、基礎杭打設工事において、打設する各々
の杭の確実な支持力を得るために、予め工事地域
の要所をボーリング調査し、ボーリング調査結果
より地下の土質柱状図を作成し、この土質柱状図
を基にして工事地域の想定基礎地盤深浅図を作成
し、作成された想定基礎地盤深浅図によつて杭が
受ける設計荷重のもとに各々の打設の基礎地盤へ
の必要根入長を決定し、設計及び施工計画を実施
している。

しかし、地盤は、一定幅の層で堆積されておら
ず、複雑な変化をしている。

そのために、多少のボーリング調査結果によつ
て基礎地盤高を想定した場合、実際には想定され
た基礎地盤高とは異なる場合があり、杭が所定の
位置まで打杭されず、設定された支持力が得れな
いまま施工が施される場合があつた。

そこで、基礎杭打設工事中に、実際のスクリユ
ーオーガの刃先先頭掘削地盤強度を掘削中に検出
し、基礎地盤まで到達したことを確認しながら設
計時の地盤強度と比較して、打設される杭の支持
力等が設計条件に合つている否か、あるいは、設
計、施工方法を修正変更する必要があるか否か等
を迅速に確認判断しなければならない。

掘削中の地盤の強度は、スクリユーオーガモー
タの負荷電流の大きさと地盤強度の関係を比例関
係と見なして、操作者が掘削時のスクリユーオー
ガモータの負荷電流を読み取つて地盤強度を判断
し、この地盤強度の変化具合によつて地盤各層の
構成及び基礎地盤高等をも確認している。

（発明が解決しようとする問題点） 上述したように、従来のスクリユーオーガ掘削
時の掘削地盤強度及び基礎地盤高等の判断は、ス
クリユーオーガモータの負荷電流を測定して、こ
の結果及びその他の情報を基に操作者が、掘削時
の地盤強度、基礎地盤高等を経験と勘によつて判
断をしていた。

しかし、地盤強度はスクリユーオーガモータの
負荷電流の変化とは正確な比例関係のみで決定す
ることはできず、スクリユーオーガの負荷電流は
掘進速度の影響を受けるとともに、地盤が硬くな
るほどスクリユーオーガモータの測定負荷電流の
変動が激しくなるために、正確に負荷電流を読み
取る事ができなかつた。即ち、この特殊な条件の
基の判断のために熟練した判定者を必要とする問
題点があつた。

この発明は、上記の問題点を解決するためにな
されたもので地盤強度等を正確に検出でき、熟練
した判定者を必要とせずに、杭が打設される箇所
の地盤状態や基礎地盤高等の判断を明確かつ簡便
に誰にでも行え、設計道理の十分な支持力を持つ
た杭が打設されているかの判断を実施工の段階で
迅速に検出することができ、能率的な掘削処理を
行えるオーガ掘削地盤用掘削地盤状態検出装置を
提供することを目的とするものである。

（問題点を解決するための手段） 上記の問題点を達成するために、この発明のオ
ーガ掘削地盤用掘削地盤状態検出装置は、地盤を
掘削するスクリユーオーガを回転させるスクリユ
ーオーガモータの負荷電流を設定サンプリングタ
イム毎に検出しスクリユーオーガモータ負荷電流
信号を出力するスクリユーオーガモータ負荷電流
検出手段と、前記スクリユーオーガの刃先の掘進
距離を検出し掘進距離信号を出力するスクリユー
オーガ掘進距離検出手段と、該スクリユーオーガ
掘進距離検出手段より出力された掘進距離信号を
受けて前記スクリユーオーガの刃先の掘進状態を
判定しその変位が掘進方向であれば掘進判定信号
を出力しまた掘進距離が設定量変化する毎に掘進
距離設定量変化信号を出力するスクリユーオーガ
掘進状態判定検出手段と、前記設定サンプリング
タイム毎に前記スクリユーオーガモータ負荷電流
検出手段より出力されるスクリユーオーガモータ
負荷電流信号のうち前記スクリユーオーガ掘進状
態判定検出手段により掘進判定信号が出力されて
いる時のみにオーガの刃先先頭掘削地盤強度を演
算するのに有効なスクリユーオーガモータ負荷電
流信号とみなしこれを順次一時的に記憶するスク
リユーオーガモータ負電流情報記憶手段と、前記
スクリユーオーガ掘進状態判定検出手段より掘進
距離設定量変化信号が出力された時に一つ前の地
盤強度の情報に対応した最適平均個数によつてそ
の個数だけ前記スクリユーオーガモータ負荷電流
情報記憶手段より記憶されたスクリユーオーガモ
ータ負荷電流情報を順次新しい順に読みだして前
記最適平均個数分で平均演算しスクリユーオーガ
モータ平均負荷電流情報を出力するスクリユーオ
ーガモータ平均負荷電流演算手段と、前記スクリ
ユーオーガ掘進状態判定検出手段より出力された
スクリユーオーガ掘進距離設定量変化信号を受け
て前記スクリユーオーガの刃先が前記設定量中を
移動した時の平均移動速度を演算しスクリユーオ
ーガ刃先平均移動速度信号を出力するスクリユー
オーガ刃先平均移動速度演算手段と、該スクリユ
ーオーガ刃先平均移動速度演算手段より出力され
たスクリユーオーガ刃先平均移動速度信号と前記
スクリユーオーガモータ平均負荷電流演算手段よ
り出力されたスクリユーオーガモータ平均負荷電
流情報とを受けてスクリユーオーガの刃先先頭掘
削地盤強度を演算しスクリユーオーガの刃先先頭
掘削地盤強度を出力するスクリユーオーガの刃先
先頭掘削地盤強度演算手段とを備えて構成した。

（作用） 上述したように構成したこの発明のオーガ掘削
地盤用掘削地盤状態検出装置は、スクリユーオー
ガモータ負荷電流検出手段によつて地盤を掘削す
るスクリユーオーガを回転させるスクリユーオー
ガモータの負荷電流を設定サンプリングタイム毎
に検出してスクリユーオーガモータ負荷電流信号
を出力し、スクリユーオーガ掘進距離検出手段に
よつてスクリユーオーガの刃先の掘進距離を検出
して掘進距離信号を出力し、スクリユーオーガ掘
進状態検出手段によつてスクリユーオーガ掘進距
離検出手段より出力された掘進距離信号を受けて
スクリユーオーガの刃先の掘進状態を判定しその
変位が掘進方向であれば掘進判定信号を出力しま
た掘進距離が設定量変化する毎に掘進距離設定量
変位信号を出力し、スクリユーオーガモータ負荷
電流情報記憶手段によつて前記設定サンプリング
タイム毎に前記スクリユーオーガモータ負荷電流
検出手段より出力されるスクリユーオーガモータ
負荷電流信号のうち前記スクリユーオーガ掘進状
態判定検出手段により掘進判定信号が出力されて
いる時のみにオーガの刃先先頭掘削地盤強度を演
算するのに有効なスクリユーオーガモータ負荷電
流信号とみなしこれを順次一時的に記憶し、スク
リユーオーガモータ平均負荷電流演算手段によつ
てスクリユーオーガ掘進状態判定検出手段より掘
進距離設定量変化信号が出力された時に記憶して
ある一つ前の地盤強度の情報に対応した最適平均
個数によつてその個数だけスクリユーオーガモー
タ負荷電流情報記憶手段より記憶されたスクリユ
ーオーガモータ負荷電流情報を順次新しい順に読
みだして最適平均個数分で平均演算しスクリユー
オーガモータ平均負荷電流情報を出力し、スクリ
ユーオーガ刃先平均移動速度演算手段によつてス
クリユーオーガ掘進状態判定検出手段より出力さ
れたスクリユーオーガ掘進距離設定量変化信号を
受けてスクリユーオーガの刃先が前記設定量中を
移動した時の平均移動速度を演算しスクリユーオ
ーガ刃先平均移動速度信号を出力し、スクリユー
オーガの刃先先頭掘削地盤強度演算手段によつて
スクリユーオーガ刃先平均移動速度演算手段より
出力されたスクリユーオーガ刃先平均移動速度信
号とスクリユーオーガモータ平均負電流演算手段
より出力されたスクリユーオーガモータ平均負荷
電流情報とを受けてスクリユーオーガの刃先先頭
掘削地盤強度を演算してスクリユーオーガの刃先
先頭掘削地盤強度を出力する。

以上各構成手段によつて掘削中の地盤強度を検
出する。

（実施例） 次に、この発明の実施例を図面を参照して説明
する。

第１図は、この発明の実施例をオーガ掘削地盤
用掘削地盤状態検出装置の基本構成ブロツク図
で、第２図は、この発明の実施例のオーガ掘削地
盤用掘削地盤状態検出装置を中掘式杭打船に適用
したときの概略構成図である。

図に示した実施例のオーガ掘削地盤用掘削地盤
状態検出装置は、以下の夫々の手段より構成され
ている。

図において、中掘式杭打船１の甲板上１ａに油
圧動力部２により自在に傾斜するように建てられ
た櫓３に、海底４の地盤５を掘削するスクリユー
オーガの刃先６を回転駆動させるスクリユーオー
ガモータ７及び減速機８よりなるスクリユーオー
ガ駆動部９が、櫓３のリーダ１０のガイドに沿つ
て上下自在に移動するように取り付けられてい
る。

スクリユーオーガ駆動部９の減速機８の駆動軸
８ａの軸周には、螺旋状の連続したスクリユー１
１が振れ止め１３により案内されて刃先６の近傍
まで形成してある。オーガ掘削時においては、ス
クリユー１１は打設する鋼管杭１２の中空部に内
装され、またハンマー（図示せず）による鋼管杭
１２の打撃時には、スクリユー１１は鋼管杭１２
より引き抜かれ鋼管杭１２の杭頭へはハンマーが
設置される。これを適宜交互に繰返し鋼管杭１２
を打設する。

駆動軸８ａが回転すると同時に螺旋状のスクリ
ユー１１が回転して、掘削した土砂を鋼管杭１２
より排出するようになつている。

また、スクリユーオーガ駆動部９のスクリユー
オーガモータ７の一端側には、計測ワイヤ１４が
固定されて、計測ワイヤ１４はトツプシーブ１５
と計測シーブ１６と他のシーブ１７とを巡り介し
てテンシヨンウエイト１８に緊張されるように固
定されている。

計測シーブ１６には、ロータリーエンコーダ１
９が連結されて、計測シーブ１６の回転をロータ
リーエンコーダ１９に伝達しロータリーエンコー
ダ１９が回転することによりパルス列の信号を発
生している。

さらに、中掘式杭打船１の甲板上１ａには、ス
クリユーオーガ駆動部９を櫓３のリーダ１０のガ
イドに沿つて上下自在に移動するように、スクリ
ユーオーガ駆動部９に吊りワイヤ２０を固定して
各々のシーブ２１，２２，２３を介して吊りワイ
ヤ２０を巻取とるウインチ２４が載置されてい
る。

２６はスクリユーオーガモータ負荷電流検出手
段で、スクリユーオーガモータ７の負荷電流を検
出しアナログ量の負荷電流信号を出力するオーガ
モータ電流検出部２７と、オーガモータ電流検出
部２７より出力されたアナログ量の負荷電流信号
をデジタル量の負荷電流信号に変換しかつ設定さ
れたサンプリングタイム毎（例えば１秒毎）に出
力するＡ／Ｄ変換器２８とより成りスクリユーオ
ーガモータ負荷電流信号を出力する。

２９はスクリユーオーガ掘進距離検出手段で、
刃先６の掘進距離をロータリーエンコーダ１９よ
り出力されたパルス列の信号によつて掘進距離を
検出し掘進距離信号を出力する刃先位置検出部３
０と、刃先位置検出部３０より出力された掘進距
離信号を受けパルス信号を計数する計数部３１と
より成り掘進距離信号を出力する。

３２はクリユーオーガ掘進状態判定検出手段
で、オーガ掘進距離検出手段２９より出力された
掘進距離信号を、夫々の信号及び情報の入力と出
力を制御する入出力制御部３３及び各動作を制御
するCPU３４とを介して受けて、刃先６が掘進
方向へ変位していれば掘進判定信号を出力する掘
進判定部３５と、掘進距離が設定量（例えば20
mm）変化したかを検出する掘進距離設定量変化判
定部３６とより成りスクリユーオーガの掘進距離
が設定量変化した時に掘進距離設定量変化信号を
出力する。

３７はスクリユーオーガモータ負電流情報記憶
手段で、スクリユーオーガモータ負荷電流検出手
段２６より設定サンプリングタイム毎（例えば１
秒毎）に出力されたスクリユーオーガモータ負荷
電流信号を、入出力制御部３３及びCPU３４と
を介して受けて、掘進判定部３５による掘進判定
信号が出力されている時のみに、サンプリングさ
れたスクリユーオーガモータ負荷電流を順次記憶
する。

３８はスクリユーオーガモータ平均負電流演算
手段で、地盤強度の情報に対応した最適平均個数
が記憶格納してある最適平均個数判定部３９と、
二乗平均演算部４０とより成つている。さらに詳
しく言うと、最適平均個数判定部３９は、スクリ
ユーオーガで掘削中の施工区域の地盤強度値を適
宜設定段階に割り付けた地盤強度閾値（例えば、
施工区域の地盤強度の最大値を100％とした場合
に第一段階は25％以下、第二段階は25％から50％
の間、第三段階は50％以上）を決め、この地盤強
度閾値に対応した最適平均個数（例えば、第一段
階の閾値内であれば６個、第二段階の閾値内であ
れば12個、第三段階の閾値内であれば24個）が設
定される。また、二乗平均演算部４０は、スクリ
ユーオーガモータ負荷電流情報記憶手段３７より
記憶されたスクリユーオーガモータ負荷電流情報
より一つ前の地盤強度に対応した最適平均個数分
だけ、順次新しい順にスクリユーオーガモータ負
荷電流値を読み出し、スクリユーオーガモータの
無負荷電流値を減算し、減算した値を個々に二乗
し、二乗した個々データの和をとり、最適平均個
数分で平均値を演算し、その値の平方根を演算し
てスクリユーオーガモータ平均負電流情報を出力
する。

４１はスクリユーオーガ刃先平均移動速度演算
手段で、スクリユーオーガ掘進状態判定検出手段
３２より出力された掘進距離設定量変化信号を
CPU３４を介して受けた時に、スクリユーオー
ガの刃先６の前記設定量中を移動した時の平均移
動速度を演算しスクリユーオーガ刃先平均移動速
度信号を出力する。

４２はスクリユーオーガの刃先先頭掘削地盤強
度演算手段で、スクリユーオーガ刃先平均移動速
度演算手段４１より出力されたスクリユーオーガ
刃先平均移動速度信号とスクリユーオーガモータ
平均負荷電流演算手段３８より出力されたスクリ
ユーオーガモータ平均負電流情報とを受けて地盤
強度を両者の信号の比によつてスクリユーオーガ
の刃先先頭掘削地盤強度を演算しスクリユーオー
ガの刃先先頭掘削地盤強度情報を出力する。

４３はオーガモータ運転時間累積部で、スクリ
ユーオーガモータの運転している累積時間を検出
する。

４４は設定部で、杭番、潮位、杭傾斜（オーガ
傾斜）、吃水等を設定入力する。

スクリユーオーガの掘削状況、夫々の測定デー
タ及び演算データ、動作エラー、緊急事故警告等
を表示及びこれらの結果を保管管理するための、
画面表示部４５と、プリンター４６と、ペンレコ
ーダ４７と、外部記憶部４８とが夫々入出力制御
部３３に接続されている。

さらに、操作者の手元に置かれて夫々の指令を
発するリモート計測指令部４９が入出力制御部３
３に接続されている。

上記の如く構成されたこの発明の実施例のオー
ガ掘削地盤用掘削地盤状態検出装置は、任意の操
作者によつてリモート計測指令部４９を動作開始
させ、設定部４４によつて杭番、潮位、杭傾斜
（オーガ傾斜）、吃水の夫々データを入力して、掘
削を開始させ、掘削地盤状態を計測検出し始め
る。

計測が始まると、オーガモータ電流検出部２７
によつてアナログ量の負荷電流信号が出力され、
Ａ／Ｄ変換器２８でオーガモータ電流検出部２７
より出力されたアナログの負荷電流信号をデジタ
ル量の負荷電流信号に変換しかつ設定されたサン
プリングタイム毎（例えば１秒毎）に検出してス
クリユーオーガモータ負荷電流信号を出力する。

同時に、計測ワイヤ１４の動きをロータリーエ
ンコーダ１９で捕え、刃先６の動きをロータリー
エンコーダ１９より出力されたパルス列の信号に
変換し、刃先位置検出部３０によつてパルス列の
信号より掘進距離を検出し掘進距離信号を出力
し、計数部３１で掘進距離信号のパルス信号を計
数しする。

この計測された信号を入出力制御部３３と
CPU３４とを介してスクリユーオーガ掘進距離
設定量変化判定部３６によつて刃先６が、例えば
20mm掘進方向へ移動したかを判定する。

刃先６が20mm移動していない場合は、掘進判定
部３５より掘進判定信号が出力されている時の
み、スクリユーオーガモータ負荷電流検出手段２
６より出力されたスクリユーオーガモータ負荷電
流信号をスクリユーオーガモータ負荷電流記憶手
段３７で順次記憶する。また、刃先６が20mm移動
した場合は、スクリユーオーガモータ負電流情報
記憶手段３７より記憶されたスクリユーオーガモ
ータ負電流情報より最適平均個数分だけ順次新し
い順にスクリユーオーガモータ無負荷電流値を読
み出し、スクリユーオーガモータの無負荷電流値
を減算し、減算した値を個々に二乗し、二乗した
個々データの和をとり、最適平均個数分で平均値
を演算し、その値の平方根を演算しスクリユーオ
ーガモータ平均負電流情報が得られる。この時の
最適平均個数は、一つ前の地盤強度に対応した個
数であり、初期の地盤強度がまだ算出されていな
い時には、最適平均個数を例えば６個と設定され
ている。

上記構成によつて、ウインチ２４によりスクリ
ユーオーガ駆動部９のスクリユーオーガモータ７
の位置を制御しながら、スクリユーオーガモータ
７の回転力によつて刃先６を回転させ地盤５を掘
削し、適度に掘削された位置でハンマーに段取替
して、鋼管杭１２を打撃してこれらを交互に繰返
しながら鋼管杭１２を基礎地盤２５まで沈設させ
ている。

以上説明したように、この実施系に係るオーガ
掘削地盤用掘削地盤状態検出装置によれば掘削す
る地盤強度が大なる程、刃先６の掘進速度が遅く
なり、測定中のスクリユーオーガモータの負荷電
流の変動が激しい場合においても、地盤強度の検
出を最適に行ない、掘削中の先端地盤の状態とそ
の強度の変化を明確に検出することができる。
尚、設定部４４は、各種計測器を用いてその計測
値を自動的に入力させてもよい。例えば、潮位は
潮位テレメータ装置により潮位データを受信し、
吃水は船体の船底へ水圧計を取り付けて吃水値を
入力し、杭傾斜角度は櫓３に傾斜計を取り付けて
杭傾斜角度として入力してもよい。

この実施例においては、スクリユーオーガモー
タ平均負電流情報を演算する時に、夫々の無負荷
電流値を二乗して平均値としたが、この算出方法
に限定することなく、如何なる平均算出方法でも
良いことは言うまでもない。

（効果） 以上説明したように、この発明のオーガ掘削地
盤用掘削地盤状態検出装置によれば、スクリユー
オーガを使用して基礎地盤中に貫入させて杭を沈
設、造成等する工法において、掘削中の地盤強度
等を正確に検出でき、熟練した判定者を必要とせ
ずに、基礎の杭が打設される箇所の地盤強度や基
礎地盤高等の判断を明確かつ簡便に誰人も行な
え、設計道理の十分な支持力を持つた杭が打設さ
れているかの判断を実施工の段階で迅速に確認出
来るので、能率的な掘削処理を実施できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明のオーガ掘削地盤用掘削地盤
状態検出装置の基本構成ブロツク図、第２図はこ
の発明のオーガ掘削地盤用掘削地盤状態検出装置
を中掘式杭打船に適用した時の概略構成図、第３
図はこの発明のオーガ掘削地盤用掘削地盤状態検
出装置の測定結果の一例のペンレコーダの出力結
果図である。 ６……刃先、７……スクリユーオーガモータ、
２６……スクリユーオーガモータ負荷電流検出手
段、２９……スクリユーオーガ掘進距離検出手
段、３２……スクリユーオーガ掘進状態判定検出
手段、３７……スクリユーオーガモータ負荷電流
情報記憶手段、３８……スクリユーオーガモータ
平均負荷電流演算手段、４１……スクリユーオー
ガ刃先平均移動速度演算手段、４２……刃先先頭
掘削地盤強度演算手段。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 地盤を掘削するスクリユーオーガを回転させ
   るスクリユーオーガモータの負荷電流を設定サン
   プリングタイム毎に検出しスクリユーオーガモー
   タ負荷電流信号を出力するスクリユーオーガモー
   タ負荷電流検出手段と、 前記スクリユーオーガの刃先の掘進距離を検出
   し掘進距離信号を出力するスクリユーオーガ掘進
   距離検出手段と、 該スクリユーオーガ掘進距離検出手段より出力
   された掘進距離信号を受けて前記スクリユーオー
   ガの刃先の掘進状態を判定しその変位が掘進方向
   であれば掘進判定信号を出力しまた掘進距離が設
   定量変化する毎に掘進距離設定量変化信号を出力
   するスクリユーオーガ掘進状態判定検出手段と、 前記設定サンプリングタイム毎に前記スクリユ
   ーオーガモータ負荷電流検出手段より出力される
   スクリユーオーガモータ負荷電流信号のうち前記
   スクリユーオーガ掘進状態判定検出手段により掘
   進判定信号が出力されている時のみにオーガの刃
   先先頭掘削地盤強度を演算するのに有効なスクリ
   ユーオーガモータ負荷電流信号とみなしこれを順
   次一時的に記憶するスクリユーオーガモータ負電
   流情報記憶手段と、 前記スクリユーオーガ掘進状態判定検出手段よ
   り掘進距離設定量変化信号が出力された時に一つ
   前の地盤強度の情報に対応した最適平均個数によ
   つてその個数だけ前記スクリユーオーガモータ負
   荷電流情報記憶手段より記憶されたスクリユーオ
   ーガモータ負荷電流情報を順次新しい順に読みだ
   して前記最適平均個数分で平均演算しスクリユー
   オーガモータ平均負荷電流情報を出力するスクリ
   ユーオーガモータ平均負荷電流演算手段と、 前記スクリユーオーガ掘進状態判定検出手段よ
   り出力されたスクリユーオーガ掘進距離設定量変
   化信号を受けて前記スクリユーオーガの刃先が前
   記設定量中を移動した時の平均移動速度を演算し
   スクリユーオーガ刃先平均移動速度信号を出力す
   るスクリユーオーガ刃先平均移動速度演算手段
   と、 該スクリユーオーガ刃先平均移動速度演算手段
   より出力されたスクリユーオーガ刃先平均移動速
   度信号と前記スクリユーオーガモータ平均負荷電
   流演算手段より出力されたスクリユーオーガモー
   タ平均負荷電流情報とを受けてスクリユーオーガ
   の刃先先頭掘削地盤強度を演算しスクリユーオー
   ガの刃先先頭掘削地盤強度を出力するスクリユー
   オーガの刃先先頭掘削地盤強度演算手段とを備え
   て構成したことを特徴とするオーガ掘削地盤用掘
   削地盤状態検出装置。