JP7188768B2 - 支持層判定システム - Google Patents

Description

特許法第３０条第２項適用 株式会社総合土木研究所発行の令和１年１０月２８日、「月刊 基礎工 ２０１９年１１月号」に発表

本開示は、掘削工事を行う際に任意のデータを取得して基礎杭の支持層に掘削孔が到達したか否かを判定する支持層判定システムに関する。

建造物等を支える基礎杭を構築する場合には、基礎杭を設置する現地において、適当な間隔を空けた複数個所のボーリング調査を行い、基礎杭を支持することができる強固な支持層の位置（深さ）を調べている。
上記のボーリング調査によって支持層の深さを知得した後、実際に基礎杭を構築する位置に軸部の掘削を行い、ケーシングの建込み、安定液の注入、拡底部の掘削などの各工程を施工する。

深い地層には、地表と異なるうねりが生じている場合がある。即ち、同一の地層でも、地表において若干離れた位置では異なる深さに存在する場合があり、支持層が各基礎杭を設ける位置によっては、ボーリング調査結果と若干異なる深さに存在することがある。
そのため、掘削を行いながら支持層に到達したか否かを検知するための技術が開発されている（例えば、特許文献１）。

特許文献１に開示されている支持層到達判定装置等は、掘削ドリルを回転させる電動モータに供給される電流値を測定し、所定時間毎に電流値の時間積分値を求める。また、支持層よりも浅い深度において、基準値取得深度を設定しておき、この基準値取得深度を掘削したときの、上記の電流値の時間積分値を基準値に設定する。
掘削を進行させながら、電流値の時間積分値を求め、求めた時間積分値と上記の基準値とを比較し、求めた時間積分値が基準値よりも大きくなったとき、支持層に到達したと判定している。
なお、特許文献１には、掘削途中に掘削ドリル等を引き抜き、掘削作業によって発生した土砂を孔外部へ排出するなどの記載がなく、掘削孔から掘削ドリル等を引き抜き、また、再び掘削孔に掘削ドリルを下降させて掘削を進行させる動作については記載されていない。

特開２０１８－３５６３５号公報

従来は、掘削作業を進行させて支持層と思われる土質サンプルを採取し、この土質サンプルと事前の調査で取得した土質サンプルとを比較して、支持層に到達したか否かを判定していた。このような土質サンプルの比較では、各地層のＮ値の違いなど、同様な土質の地層を識別することが難しい。
即ち、掘削現場に支持層と同様な土質でＮ値のみが違う地層が支持層の上部に存在すると、掘削孔が支持層に到達したことを正確に判断することが難しくなる。
また、アースドリル工法は、掘削孔に掘削バケット等を下降させ、また、引き上げる動作を繰り返すため、土質サンプルを採取する際に他の地層の土砂が混ざることがあり、どの深度で支持層に到達したのか分からなくなる場合がある。

本開示は、上記のような問題に鑑みなされたもので、アースドリル工法を用いて掘削を行っているとき、掘削中の孔が支持層に到達したか否かを判定する支持層判定システムを提供する。

本開示に係る支持層判定システムは、杭孔を掘削する掘削バケットを有するアースドリル機と、前記アースドリル機に設けられ、前記掘削バケットが掘削しているときの各データを生成する掘削データ取得部と、前記掘削データ取得部が生成した前記各データを用いて、前記掘削バケットによる掘削が支持層に到達したか否かを検知する掘削データ管理部と、を備え、前記アースドリル機は、前記掘削バケットを前記杭孔の底部分に下降させて掘削を行い、前記掘削バケットの内部に掘削によって生じた土砂を取り込むと、該掘削バケットを引き上げて前記杭孔の外部に前記土砂を排出させる動作を繰り返し、前記掘削データ取得部は、前記掘削バケットが掘削している深度を検知するエンコーダと、掘削中の前記掘削バケットに発生する回転トルクを検知するトルクセンサと、前記エンコーダ、および、前記トルクセンサの各出力信号を入力し、複数の取得データを生成するデータ制御部と、前記データ制御部が生成した複数の取得データを前記掘削データ管理部へ送信するデータ取得通信部と、を有し、前記アースドリル機が、前記掘削バケットを前記杭孔の底部分に下降させて掘削を開始し、前記土砂を排出させるために前記掘削バケットの掘削を停止させるまでの期間を１回の掘削期間としたとき、前記データ制御部は、前記１回の掘削期間の時間長さを測定する時計を備え、前記エンコーダの出力信号が示す深度と前記トルクセンサの出力信号が示す回転トルクとを関連させた所定データを所定深度ごとに複数生成し、該複数の所定データに前記時計が測定した時間長さを付して前記１回の掘削期間毎にまとめた前記取得データを生成し、前記データ取得通信部は、前記データ制御部が前記１回の掘削期間毎に生成した複数の取得データを前記掘削データ管理部へ送り、前記掘削データ管理部は、前記掘削データ取得部から入力した前記複数の取得データに含まれている各回転トルクを、該複数の取得データに含まれている深度を用いて地表からの深さの順に並べ、前記深度と前記回転トルクとの関連性を示す特性曲線を求め、前記複数の取得データにそれぞれ含まれている前記時間長さと前記回転トルクとを用いて前記１回の掘削期間毎に積算トルクを求め、前記複数の取得データに含まれている前記時間長さと前記深度とを用いて前記１回の掘削期間毎に掘削速度を求め、前記深度と前記回転トルクとの関連性を示す特性曲線と、前記１回の掘削毎に求めた積算トルクと、前記１回の掘削期間毎に求めた掘削速度と、を用いて前記掘削バケットが前記支持層に到達したか否かを判定する、ことを特徴とする。

また、前記掘削データ管理部は、前記掘削データ取得部から入力した前記複数の取得データから、前記１回の掘削期間毎に前記回転トルクの最大値を抽出し、該抽出した回転トルクの最大値と前記深度との関連性を示す前記特性曲線を求め、前記回転トルクの最大値が急峻に大きくなる深度を抽出し、該抽出した深度を用いて前記判定を行うことを特徴とする。

また、前記掘削データ管理部は、予め行われたボーリング調査の結果を含めて前記判定を行うことを特徴とする。

また、前記データ取得通信部は、前記取得データを、前記通信回線を介して前記掘削データ管理部へ送信し、前記掘削データ管理部は、前記通信回線にアクセスするデータ管理通信部を備え、前記データ取得通信部が前記通信回線を介して送信した前記取得データを、前記データ管理通信部を用いて受信することを特徴とする。

本開示によれば、掘削した孔が支持層に到達したことを的確に判定することができる。

本開示の実施の形態による支持層検知システムに備えられるアースドリル機の構成を示す説明図である。 本開示の実施の形態による支持層検知システムの概略構成を示す説明図である。 図１の掘削バケットによって軟らかい地層の掘削を行ったときに検知された回転トルクの一例を示す説明図である。 図１の掘削バケットによって軟らかい地層の掘削を行ったときに検知された押込み力の一例を示す説明図である。 図１の掘削バケットによって硬い地層の掘削を行ったときに検知された回転トルクの一例を示す説明図である。 図１の掘削バケットによって硬い地層の掘削を行ったときに検知された押込み力の一例を示す説明図である。 本開示の支持層検知システムの動作を示す説明図である。

以下、この発明の実施の一形態を説明する。
図1は、本開示の実施の形態による支持層検知システムに備えられるアースドリル機１の構成を示す説明図である。
アースドリル機１は、例えば、使用者が搭乗して各操作等を行う運転席１２、および、キャタピラなどの走行機構部１１を備えて自走可能に構成された本体１０を有している。
また、アースドリル機１は、本体１０の背面部分に基端側が支持され、本体１０から起伏可能に設置されたブーム１３を備えている。

ブーム１３の先端には、主巻ロープ（図示省略）をガイドするトップシーブ１４が設けられている。
上記の主巻ロープの先端には、ケリーバ１６の基端側（上端側）が接続されており、主巻ロープの基端側は、例えば、運転席１２の背後側に設置された、図示されない主巻ウインチのドラムに巻回されており、主巻ウインチを稼働させることにより、主巻ウインチのドラムから主巻ロープが送り出され、また、主巻ウインチのドラムに主巻ロープを巻き上げるように構成されている。
即ち、主巻ケーブルが接続されたケリーバ１６は、ブーム１３の先端から送り出され、また、ブーム１３の先端へ引き戻されるように備えられている。
アースドリル機１は、主巻ロープの送り長さ、即ち、掘削孔に下降させた掘削バケット１９の深度を検知するエンコーダ１５を、例えば、上記の主巻ウインチのドラム、もしくはドラム近傍に設置している。

ケリーバ１６の先端側（下端部）にはケリードライブ装置１７が設置されている。
ケリードライブ装置１７は、ブーム１３の下側に設置されたフロントフレーム２０によって支持されている。また、ケリードライブ装置１７には、当該ケリードライブ装置１７、掘削バケット１９等の位置を調整することができるように調整シリンダ２２が備えられている。なお、調整シリンダ２２は、例えば、ケリードライブ装置１７にシリンダ先端側が設置され、シリンダ基端側がブーム１３の下側に設置され、ケリードライブ装置１７を本体２に対して前後方向に移動させるように設置されている。
ケリードライブ装置１７は、ケリーバ１６を下方に押し込むシリンダ（図示省略）を有し、当該シリンダが発生させた圧力を検知する第１圧力センサ２３を備えている。
フロントフレーム２０は、ケリードライブ装置１７を支持し、上記の押込み力を検知する第２圧力センサ２４を備えている。
ケリードライブ装置１７は、ケリーバ１６等に加わる回転トルクを検知するトルクセンサ２５を備え、また、当該ケリードライブ装置１７の下端側にロータリテーブル１８が接続固定されている。ロータリテーブル１８の上面には、例えば、センサ出力信号送信部２６等が設置固定されている。

ロータリテーブル１８の下側には、ケリードライブ装置１７によって回転駆動される掘削バケット１９が設置されている。図１に例示した掘削バケット１９は、杭孔の軸部を掘削した後、杭孔の拡底部を形成させる拡底バケットである。掘削バケット１９は、上記の拡底バケット、軸掘りに使用する軸掘り用バケット等（図示省略）であり、杭孔を掘削する工程に応じて上記の各バケットが使用される。
本体１０の、例えば、運転席１２の後方には、センサ出力信号受信部２７が設置されており、センサ出力信号送信部２６から送信された無線信号を受信したセンサ出力信号受信部２７が、運転席１２の室内に設置された掘削データ取得部３０（データ制御部４０）に上記の受信信号を入力するように配線接続されている。

なお、センサ出力信号送信部２６は、例えば、トルクセンサ２５の出力信号を無線通信によって送信するように構成されており、エンコーダ１５、第１圧力センサ２３、第２圧力センサ２４の各出力信号は、ブーム１３等に配設されたケーブル等によって、掘削データ取得部３０（データ制御部４０）等に配線接続されている。上記の各センサ等についても、無線通信によって掘削データ取得部３０（データ制御部４０）に出力信号を入力するように構成してもよい。
運転席１２の室内には、使用者がアースドリル機１等を所望のように操る操作部が備えられている。この操作部として、例えば、タッチパネル等を有する表示・操作部４２を備えてもよい。ここでは、表示・操作部４２を備えたアースドリル機１を例示して説明する。

図２は、本開示の実施の形態による支持層検知システムの概略構成を示す説明図である。図２の支持層検知システムは、アースドリル機１に備えられる掘削データ取得部３０、図示されない通信回線等を介して掘削データ取得部３０と接続され、例えば、アースドリル機１から遠隔の位置に設置される掘削データ管理部３１によって構成されている。
掘削データ取得部３０は、前述のように設置された、エンコーダ１５、第１圧力センサ２３、第２圧力センサ２４、トルクセンサ２５を備え、これら各センサの出力信号を入力するデータ制御部４０を備えている。なお、トルクセンサ２５とデータ制御部４０との接続は、前述のように、トルクセンサ２５の出力信号をセンサ出力信号送信部２６およびセンサ出力信号受信２７を介してデータ制御部４０へ入力するように構成されている。

掘削データ取得部３０は、データ制御部４０の制御によって各データを記憶するメモリ４１、前述の表示・操作部４２を備えている。表示・操作部４２は、データ制御部４０の制御に応じて、例えば、使用者に設定操作等を行わせるスイッチ等を表示し、使用者の指接触などによって操作入力された内容をデータ制御部４０へ出力するように接続構成されている。
掘削データ取得部３０は、無線通信によってインターネットなどの通信回線にアクセスし、アースドリル機１の外部（掘削データ管理部３１等）とデータなどの送受信を行う、例えば、モバイルルータであるデータ取得通信部４３を備えている。

掘削データ管理部３１は、例えば、掘削現場から離れた場所に設けられたデータセンターなどに設置され、前述のインターネットなどの通信回線にアクセスし、掘削データ取得部３０とデータ等の送受信を行うデータ管理通信部５１、データ管理通信部５１を介して取得したデータ等の解析処理などを行い、また、各データ等を記憶・格納するデータ処理部５０を備えて構成されている。データ処理部５０は、例えば、データ等を記憶する記憶部、データを用いた所定の演算等を行うプロセッサ、使用者に演算結果などを表示する表示部、使用者に設定等の操作を行わせる操作部などを備えたパソコン等の情報処理機器である。
なお、データ管理通信部５１は、データ取得通信部４３とデータ通信等が可能に構成されたものであれば、無線通信を行う装置または有線通信を行う装置のどちらでもよい。

次に動作について説明する。
なお、以下に記載する深度は、地表からの深度（掘削孔に設置されたケーシングの上端を原点０とした深度）を表す。
例えば、アースドリル工法を用いて基礎杭を構築する杭孔を掘削するとき、軸掘り用の掘削バケット１９（ドリリングバケット）を備えたアースドリル機１によって軸部の掘削を行い、予め定めた深さまで掘削したところでケーシングの建て込みを行う。この後、安定液の注入などを行い、さらにアースドリル機１を用いて杭孔の掘削を進行させ、軸掘りが所定深さに到達すると、後述するように、掘削した孔が支持層に到達したか否かを判定する。支持層に到達したと判定された場合には、掘削バケット１９として拡底バケットを備えたアースドリル機１によって、杭孔の拡底部を形成するための掘削を行う。

アースドリル機１は、杭孔を掘削するとき、掘削によって生じた土砂（以下、掘削土と記載する）が掘削バケット１９の内部に所定量取り込むと、この掘削バケット１９を引き上げて、掘削土を杭孔の外部へ排出させる。この後、掘削土を排出させた掘削バケット１９を、杭孔の底部分まで下降させて掘削を再開する。
上記の掘削バケット１９による掘削工程、掘削バケット１９を引き上げて掘削土を杭孔の外部に排出させる工程、掘削土を排出した掘削バケット１９を杭孔の底部分まで下降させて掘削を再開させる工程は、所望の深度に到達するまで複数回繰り返される。

本開示の支持層検知システムは、アースドリル機１が掘削バケット１９を稼働させて、杭孔の掘削を行うとき、データ制御部４０が各センサから出力される信号を処理し、掘削バケット１９が支持層を掘削したか否かを検知する。
アースドリル機１によって杭孔の掘削を行うとき、エンコーダ１５は、トップシーブ１４から送り出された主巻ロープの長さを検知する。データ制御部４０は、エンコーダ１５の出力信号から主巻ロープに接続されたケリーバ１６、掘削バケット１９などが到達した深度を検知する。
ケリードライブ装置１７が掘削バケット１９を駆動して杭孔の底部分を掘削しているとき、第１圧力センサ２３は、ケリードライブ装置１７等に生じている圧力を検知し、第２圧力センサ２４は、フロントフレーム２０に生じているスラスタ力を検知する。また、ケリードライブ装置１７に設置されたトルクセンサ２５は、上記の掘削を行っているときに掘削バケット１９に生じている回転トルクを検知する。

データ制御部４０は、第１圧力センサ２３が検知した上記の圧力を示す信号、第２圧力センサ２４が検知した上記の圧力を示す信号を入力し、また、トルクセンサ２５が検知した上記の回転トルクを示す信号を入力する。
データ制御部４０は、第１圧力センサ２３の出力信号および第２圧力センサ２４の出力信号から、掘削バケット１９を下方へ（掘削する地層に）押込む力を求め、掘削した杭孔の深度と、各深度において検知された押込み力を関連付けて、例えばデータテーブルを構築して記憶格納する。
また、データ制御部４０は、トルクセンサ２５の出力信号から、掘削を行っている掘削バケット１９に生じていた回転トルクを求め、掘削した杭孔の深度と、各深度において検知された回転トルクとを関連付けて、例えばデータテーブルを構築して記憶格納する。

図３は、図１の掘削バケット１９によって軟らかい地層の掘削を行ったときに検知された回転トルクの一例を示す説明図である。また、図４は、図１の掘削バケット１９によって軟らかい地層の掘削を行ったときに検知された押込み力の一例を示す説明図である。
図３および図４は、深度１５（ｍ）～１５．６（ｍ）に存在する粘性土（Ｎ値６～８のシルト質粘土）の地層を掘削したときに検知された回転トルクおよび押込み力を示している。
この地層は、比較的軟らかいため、掘削バケット１９に生じる回転トルクは、深度に応じて明確には変化せず、当該トルク値も比較的小さい状態で掘削が進行している。
また、この地層においては、掘削バケット１９の押込み力も比較的小さい状態で掘削を行っている（小さい押込み力で掘削することができる）ことがわかる。

図５は、図１の掘削バケット１９によって硬い地層の掘削を行ったときに検知された回転トルクの一例を示す説明図である。また、図６は、図１の掘削バケット１９によって硬い地層の掘削を行ったときに検知された押込み力の一例を示す説明図である。
図５および図６は、深度が概ね２５．４（ｍ）～２６．４（ｍ）に存在する砂質土（換算Ｎ値１００の細砂）の地層を掘削したときに検知された回転トルクおよび押込み力を示している。
この砂質土の地層は、図３および図４において例示した粘性土の地層に比べて相当に硬い。この砂質土の地層を掘削するときには、掘削バケット１９の回転トルクは、掘削が進行して深度が深くなるほど明確に大きくなり、深度に応じて大きな回転トルクが必要になることがわかる。また、掘削バケット１９の押込み力も、掘削が進行して深度が深くなるほど、明確に強い力が必要になることがわかる。

なお、図３～図６に示した回転トルクならびに押込み力は、杭孔の底部分に掘削バケット１９が到達した後、この掘削バケット１９を稼働させて掘削を開始した時点から、掘削バケット１９の内部に掘削土を取り込み、この掘削土を杭孔の外部へ排出するため、掘削バケット１９の掘削動作を停止させる時点までの間に検知されたものである。

図７は、本開示の支持層検知システムの動作を示す説明図である。図７に示したグラフＡ～Ｅは、同一の杭孔を掘削したときに測定された各値、ならびに演算等のデータ処理によって求めた各値を示したもので、各グラフの縦軸は、掘削した深度を示している。
グラフＡの横軸は、アースドリル機１を用いて杭孔を掘削した場合に測定されたトルク値（掘削バケット１９の回転トルク）を示し、グラフＢの横軸は、押込み力を示している。また、グラフＣの横軸は、掘削バケット１９を杭孔に下ろして掘削を開始し、掘削土を排出するために掘削を停止するまでの各掘削時間、グラフＤは、演算によって求めた積算トルク、グラフＥは、Ｂｏｒデータ（ボーリング調査によって得られたデータ）を示している。

アースドリル工法によって杭孔を掘削するアースドリル機１は、前述のように、掘削している杭孔に、掘削バケット１９等の出し入れを複数回繰り返す。
グラフＡのグラフ線ｔは、５（ｃｍ）掘り進む毎に測定された回転トルク値を示している。また、グラフ線ａ（深度と回転トルクとの関連性を示す特性曲線）は、グラフ線ｔにおいて、杭孔の底部分に下降させた掘削バケット１９が掘削を開始し、掘削土を排出するために掘削を停止するまでの間、即ち、１回の掘削期間中に生じた回転トルクのピーク値を抽出し、各掘削期間中に生じた回転トルクのピーク値を繋ぎ合わせたものである。なお、グラフＡでは、上記の１回の掘削期間中に生じた回転トルクのピーク値を、１バケット最大トルクと記載している。

グラフＥのグラフ線ｂは、アースドリル機１による掘削を開始する前にボーリング調査を行い、このボーリング調査から得られた各深度のＮ値を示している。
また、グラフＥには、前述のグラフ線ａをグラフ線ｂとともに示している。グラフ線ｂとグラフ線ａとを比較すると、グラフ線ｂが急峻に大きくなった深度と、グラフ線ａが急峻に大きくなった深度が概ね一致することがわかる。
上側の地層に比べて下側の地層が明らかに硬くなると、Ｎ値が急峻に大きくなる。即ち、支持層に到達した可能性が高くなる。このようにＮ値が急峻に大きくなる深度において、１バケット最大トルクも急峻に大きなっている。また、グラフＢから、１バケット最大トルクが急峻に大きくなった深度において押込み力も大きくなることがわかり、グラフＤから、積算トルクも当該深度において大きくなることがわかる。

例えば、使用者が表示・操作部４２所定の操作を行い、掘削バケット１９を稼働させたとき、データ制御部４０は、このときのエンコーダ１５の出力信号から、掘削バケット１９が掘り進んだ深度を検知し、第１圧力センサ２３及び第２圧力センサ２４の出力信号から、掘削中の掘削バケット１９に発生している押込み力を検知する。また、トルクセンサ２５の出力信号から、掘削中の掘削バケット１９に発生している回転トルクを検知する。
データ制御部４０は、検知した深度に対応させた押込み力を示すデータ、および、検知した深度に対応させた回転トルクを示すデータを、前述の１回の掘削期間毎にまとめる。
データ制御部４０は、図示されない時計を備えており、掘削作業を行った時間長さ（１回の掘削期間の時間長さ）等を測定している。データ制御部４０は、上記の押込み力に関するデータ、回転トルクに関するデータを１回の掘削期間毎にまとめるとき、当該１回の掘削期間の時間長さを示すデータを付加した取得データを生成する。

データ制御部４０は、（例えば表示・操作部４２に行われた操作に応じて）１回の掘削期間毎にまとめた取得データを複数生成してデータ取得通信４３へ出力し、データ取得通信部４３を制御して掘削データ管理部３１へ送信する。
また、データ制御部４０は、（例えば表示・操作部４２に行われた操作に応じて）前述の５（ｃｍ）掘り進む毎に測定されたデータを、その都度メモリ４１に記憶格納し、バックアップデータとして保存する。
即ち、データ制御部４０は、アースドリル機１が、杭孔の底部分に下降させた掘削バケット１９を稼働させて掘削を開始し、掘削土を排出するために掘削を停止し、掘削バケット１９を地上へ引き上げる動作（工程）を繰り返す間、１回の掘削期間毎にまとめた取得データを生成して、メモリ４１への記憶格納、データ取得通信部４３による掘削データ管理部３１への送信を行う。

掘削データ管理部３１は、順次、掘削データ取得部３０から送信された複数の取得データをデータ管理通信部５１が受信する。データ管理通信部５１は、受信した各取得データをデータ処理部５０へ入力する。
データ処理部５０は、データ管理通信部５１から前述の１回の掘削期間毎にまとめた取得データを順次入力し、これらの１回の掘削期間毎にまとめた取得データを、掘削した深度に対応させて整理し（例えば、地表からの深さの順に並べて）、図７に示した各グラフが形成されるように処理する。
具体的には、例えば、各々の１回の掘削期間毎にまとめた取得データから回転トルクの最大値（最大トルク値）を抽出し、各回の掘削期間の最大トルク値を深度に対応させて並べて（地表からの深さの順に並べて）、例えば、深度と回転トルクとの関連性を示す特性曲線を求め、この特性曲線から最大トルク値が急峻に大きくなった深度を抽出する。

データ処理部５０は、最大トルク値が、例えば、予め設定した所定の変化率を超えて急峻に大きくなった深度（急峻に大きくなっている深度範囲）が抽出されたとき、杭孔の掘削（掘削バケット１９）が支持層に到達したと判定する。
また、予め行われたボーリング調査の結果（例えば、ボーリング調査によって得られた各深度のＮ値のうち、急峻にＮ値が大きくなる深度、詳しくは、急峻に大きくなる深度の範囲）と、上記の抽出された最大トルク値が急峻に大きくなった深度（深度と回転トルクとの関連性を示す特性曲線）とを対比し、例えば、これらの差異が予め設定した範囲に入るとき、当該抽出された最大トルク値が急峻に大きくなった深度が支持層であると判定するようにしてもよい。即ち、例えば、各値の変化量が大きくなった深度などを探すことによって、掘削バケット１９が支持層に到達したか否かを判定するようにしてもよい。

また、データ管理通信部５１が受信した各取得データには、深度と押込み力とを関連させたデータが含まれている。
データ処理部５０は、前述の最大トルク値に関する処理と同様に、データ管理通信部５１が受信した各取得データから１回の掘削期間毎に押込み力の最大値を抽出し、各掘削期間の押込み力の最大値を深度に対応させて並べたとき（地表からの深さの順に並べたとき）、押込み力の最大値が急峻に大きくなる深度を抽出する。抽出した押込み力の最大値が急峻に大きくなった深度を、前述の最大トルク値が急峻に大きくなった深度（深度と回転トルクとの関連性を示す特性曲線）と対比し、例えば、これらの差異が予め設定した範囲に入るとき、杭孔の掘削（掘削バケット１９）が支持層に到達したと判定するようにしてもよい。また、最大トルク値に基づいて抽出した深度（深度と回転トルクとの関連性を示す特性曲線）、ボーリング調査の結果、押込み力の最大値に基づいて抽出した深度等をそれぞれ対比することにより、例えば、各値の変化量が大きくなった深度などを探すことによって、掘削バケット１９が支持層に到達したか否かを判定するようにしてもよい。

また、データ処理部５０が、データ管理通信部５１から入力した各取得データを用いて、１回の掘削期間に検知された回転トルク値と当該１回の掘削期間の時間長さとを積算し、掘削期間毎の積算トルクを求める。
具体的には、データ処理部５０は、各取得データから１回の掘削期間毎に積算トルクを演算によって求め、これらの積算トルクを、積算に用いた回転トルク値が検知された深度（取得データに含まれている深度）に応じて並べたとき（地表からの深さの順に並べたとき）、積算トルクが明らかに大きくなっている深度を抽出する。このように積算トルクに関して抽出した深度を、前述の最大トルク値を用いて抽出した深度（深度と回転トルクとの関連性を示す特性曲線）、ボーリング調査の結果、また、押込み力の最大値を用いて抽出した振動等をそれぞれ対比することにより、例えば、各値の変化量が大きくなった深度などを探すことによって、掘削バケット１９が支持層に到達したか否かを判定するようにしてもよい。

また、データ処理部５０は、取得データに含まれている深度と１回の掘削期間の時間長さとを用いて、当該１回の掘削期間における掘削速度を演算によって求める。具体的には、この掘削速度を各取得データについて求め、即ち、１回の掘削期間毎に求める。
これらの掘削速度を、深度に応じて並べたとき（地表からの深さの順に並べたとき）、明らかに掘削速度が遅くなった深度を抽出する。このように掘削速度に関して抽出した深度を、前述の最大トルク値を用いて抽出した深度（深度と回転トルクとの関連性を示す特性曲線）、ボーリング調査の結果、また、押込み力の最大値を用いて抽出した深度等をそれぞれ対比することにより、例えば、各値の変化量が大きくなった深度などを探すことによって、掘削バケット１９が支持層に到達したか否かを判定するようにしてもよい。

データ処理部５０は、データ管理通信部５１から入力した各データ、また前述のように処理して抽出した各深度、また、当該深度を抽出する際に用いた各値等を、杭孔毎にまとめて記憶し、基礎杭の構築に関する履歴等として保存するようにしてもよい。

１ アースドリル機
１０ 本体
１１ 走行機構部
１２ 運転席
１３ ブーム
１４ トップシーブ
１５ エンコーダ
１６ ケリーバ
１７ ケリードライブ装置
１８ ロータリテーブル
１９ 掘削バケット
２０ フロントフレーム
２１ スラスタシリンダ
２２ 調整シリンダ
２３ 第１圧力センサ
２４ 第２圧力センサ
２５ トルクセンサ
２６ センサ出力信号送信部
２７ センサ出力信号受信部
３０ 掘削データ取得部
３１ 掘削データ管理部
４０ データ制御部
４１ メモリ
４２ 表示・操作部
４３ データ取得通信部
５０ データ処理部
５１ データ管理通信部

Claims (4)

1. 杭孔を掘削する掘削バケットを有するアースドリル機と、
   前記アースドリル機に設けられ、前記掘削バケットが掘削しているときの各データを生成する掘削データ取得部と、
   前記掘削データ取得部が生成した前記各データを用いて、前記掘削バケットによる掘削が支持層に到達したか否かを検知する掘削データ管理部と、
   を備え、
   前記アースドリル機は、
   前記掘削バケットを前記杭孔の底部分に下降させて掘削を行い、前記掘削バケットの内部に掘削によって生じた土砂を取り込むと、該掘削バケットを引き上げて前記杭孔の外部に前記土砂を排出させる動作を繰り返し、
   前記掘削データ取得部は、
   前記掘削バケットが掘削している深度を検知するエンコーダと、
   掘削中の前記掘削バケットに発生する回転トルクを検知するトルクセンサと、
   前記エンコーダ、および、前記トルクセンサの各出力信号を入力し、複数の取得データを生成するデータ制御部と、
   前記データ制御部が生成した複数の取得データを前記掘削データ管理部へ送信するデータ取得通信部と、
   を有し、
   前記アースドリル機が、前記掘削バケットを前記杭孔の底部分に下降させて掘削を開始し、前記土砂を排出させるために前記掘削バケットの掘削を停止させるまでの期間を１回の掘削期間としたとき、
   前記データ制御部は、
   前記１回の掘削期間の時間長さを測定する時計を備え、
   前記エンコーダの出力信号が示す深度と前記トルクセンサの出力信号が示す回転トルクとを関連させた所定データを所定深度ごとに複数生成し、
   該複数の所定データに前記時計が測定した時間長さを付して前記１回の掘削期間毎にまとめた前記取得データを生成し、
   前記データ取得通信部は、
   前記データ制御部が前記１回の掘削期間毎に生成した複数の取得データを前記掘削データ管理部へ送り、
   前記掘削データ管理部は、
   前記掘削データ取得部から入力した前記複数の取得データに含まれている各回転トルクを、該複数の取得データに含まれている深度を用いて地表からの深さの順に並べ、前記深度と前記回転トルクとの関連性を示す特性曲線を求め、
   前記複数の取得データにそれぞれ含まれている前記時間長さと前記回転トルクとを用いて前記１回の掘削期間毎に積算トルクを求め、
   前記複数の取得データに含まれている前記時間長さと前記深度とを用いて前記１回の掘削期間毎に掘削速度を求め、
   前記深度と前記回転トルクとの関連性を示す特性曲線と、前記１回の掘削毎に求めた積算トルクと、前記１回の掘削期間毎に求めた掘削速度と、を用いて前記掘削バケットが前記支持層に到達したか否かを判定する、
   ことを特徴とする支持層判定システム。
2. 前記掘削データ管理部は、
   前記掘削データ取得部から入力した前記複数の取得データから、前記１回の掘削期間毎に前記回転トルクの最大値を抽出し、該抽出した回転トルクの最大値と前記深度との関連性を示す前記特性曲線を求め、前記回転トルクの最大値が急峻に大きくなる深度を抽出し、該抽出した深度を用いて前記判定を行う、
   ことを特徴とする請求項１に記載の支持層判定システム。
3. 前記掘削データ管理部は、
   予め行われたボーリング調査の結果を含めて前記判定を行う、
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の支持層判定システム。
4. 前記データ取得通信部は、
   前記取得データを、通信回線を介して前記掘削データ管理部へ送信し、
   前記掘削データ管理部は、
   前記通信回線にアクセスするデータ管理通信部を備え、
   前記データ取得通信部が前記通信回線を介して送信した前記取得データを、前記データ管理通信部を用いて受信する、
   ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の支持層判定システム。

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