場所打ち杭の孔内水位安定化システム
【課題】 地下水位が高い現場や杭孔を掘削する位置とタンクの設置位置とが離れている現場であっても、杭孔内の安定液の水位を安定させることができる場所打ち杭の孔内水位安定化システムを提供すること。
【解決手段】 掘削孔Ｈに安定液を供給する供給手段４と、掘削孔Ｈから掘削土砂とともに泥水を排出する排出手段５と、杭孔Ｈ内に供給した安定液の水位を検知する水位検知手段６と、これらを制御する制御手段７と、を備えた場所打ち杭の孔内水位安定化システム１において、供給手段４は、安定液を貯留する安定液槽４０と、この安定液槽から安定液を杭孔内に送り出す給水ポンプ４２と、安定液槽４０から杭孔Ｈ内まで達する供給経路４４と、を有し、この供給経路４４の給水ポンプ側となる基端近傍に逆止弁４４ｂを設けるとともに、杭孔Ｈ側となる先端近傍に電動弁４４ａを設け、両弁間の供給経路４４内に安定液を貯留可能とした。
【解決手段】 掘削孔Ｈに安定液を供給する供給手段４と、掘削孔Ｈから掘削土砂とともに泥水を排出する排出手段５と、杭孔Ｈ内に供給した安定液の水位を検知する水位検知手段６と、これらを制御する制御手段７と、を備えた場所打ち杭の孔内水位安定化システム１において、供給手段４は、安定液を貯留する安定液槽４０と、この安定液槽から安定液を杭孔内に送り出す給水ポンプ４２と、安定液槽４０から杭孔Ｈ内まで達する供給経路４４と、を有し、この供給経路４４の給水ポンプ側となる基端近傍に逆止弁４４ｂを設けるとともに、杭孔Ｈ側となる先端近傍に電動弁４４ａを設け、両弁間の供給経路４４内に安定液を貯留可能とした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、地中に場所打ち杭を構築する際に地盤に掘削した孔の孔壁崩壊を防ぐために供給する安定液の水位を安定化させる場所打ち杭の孔内水位安定化システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、構造物の建設場所において、構造物の支持に耐え得る支持層まで到達する杭を、地面に孔を掘って鉄筋籠を挿入し、そこにコンクリートを打設することにより構築する場所打ち杭の構築工法として、アースドリル工法、リバースサーキュレーション工法、ＢＨ工法などが知られている。杭孔の掘削は、被圧地下水層などを突き破って掘り進んでいくこととなるため、掘削孔内に地下水が流入し易く、その流入に伴って周辺の孔壁が崩壊してしまうという問題があり、これらの工法では、掘削孔内に安定液（分離しない水溶液であって水より比重が重くセメント成分と化学反応しないベントナイト水溶液などの泥水、又は清水、以下同じ）を注水してその水頭圧で地下水の流入を防止して掘削孔内の孔壁崩壊を防ぎながら杭孔を掘削していく。
【０００３】
しかし、いずれの工法においても、杭孔を掘り進むに従って、孔壁として現れる地下層も砂礫層や粘土層などというように刻々と変化して行き、水の浸透性が著しく相違するため、安定液の孔内水位を一定に保つことが難しいという問題があった。
【０００４】
このような問題を解決するため、特許文献１には、掘削孔９０内に安定液８０の水位検知手段３０を配置し、この水位検知手段３０で安定液８０の下限水位を検知したときに供給ポンプ２２を作動させて、安定液８０をタンク２１から掘削孔９０に供給し、上限水位を検知したときに供給ポンプ２２を停止して安定液８０の供給を停止するとともに、制御装置４０により、供給ポンプ２２の作動開始後の安定液８０の供給継続時間を計測し、供給ポンプ２２が予め定めた所定時間後に作動を停止しないときに、異常と判定して異常信号を送信し、異常の発生を外部装置に通知する水位管理システムが開示されている（特許文献１の図４等参照）。
【０００５】
また、特許文献２には、掘削孔９０内における安定液８０の基準水位を設定する安定液の基準水位設定装置であって、掘削孔９０に充填した安定液８０の水位を所定時間毎に基準位置からの距離で測定する水位センサ２と、この測定結果に基づき基準水位を設定する設定制御装置１０と、を備え、設定制御装置１０は、水位センサ２による測定量と前回の測定量との差分を演算する差分演算手段と、前記差分演算手段の差分が０となる測定量が連続して所定回得られたとき、当該水位を基準水位として記憶手段に設定する設定手段と、を有することを特徴とする安定液の基準水位設定装置が開示されている（特許文献２の図１等参照）。
【０００６】
しかし、特許文献１や特許文献２に開示されている水位管理システムでは、自動で安定液の供給・停止を行なう自動給水システムに関しては、フロート式や超音波式の水位センサを用いて、下限水位まで減少したときに安定液の供給を開始し、上限水位まで貯留されたときに安定液の供給を停止する点では、従来の自動給水システムと何ら変わりなく、孔内水位の変動が大きく、孔壁崩壊のおそれを払拭することができない点については解決がなされていないという問題がある。
【０００７】
特に、地下水位が比較的高く、地表面から杭上端までの距離が短く、安定液の注水高さに余裕を持たせることができない場合、地層やその亀裂などから安定液が漏れて孔内水位が低下してしまい孔壁崩壊のおそれが高まったり、給水停止が間に合わず安定液が地表面にあふれたりすることを防ぐことが困難であった。また、駅周辺や都心近郊などの現場では、安定液を溜めて置く貯留槽の設置スペースが限られており、杭孔を掘削する位置と、安定液の貯留槽の設置位置とが離れている場合（２００ｍ〜３００ｍ離れている場合も多々ある）が多く、給水ポンプが起勣してから杭孔に供給されるまでのタイムラグが長くなって、そのタイムラグの間に孔内水位が更に大きく変動してしまうという問題があり、前述の特許文献１や特許文献２に開示されている水位管理システムでは、これらの問題を解決することができなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１０−２６５６３７号公報
【特許文献２】特開２０１０−２６５６３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
そこで、この発明は、前記従来の技術の問題を解決し、地下水位が高い現場や杭孔を掘削する位置と安定液の貯留槽の設置位置とが離れている現場であっても、安定液が地表に溢れたり安定液の水位が下がり過ぎて孔壁崩壊のおそれが高まったりすることがなく、杭孔内の安定液の水位を安定させることができる場所打ち杭の孔内水位安定化システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、場所打ち杭の掘削孔に安定液を供給する供給手段と、前記掘削孔から掘削土砂とともに泥水を排出する排出手段と、前記杭孔内に供給した安定液の水位を検知する水位検知手段と、これらを制御する制御手段と、を備えた場所打ち杭の孔内水位安定化システムにおいて、前記供給手段は、安定液を貯留する安定液槽と、この安定液槽から安定液を杭孔内に送り出す給水ポンプと、安定液槽から杭孔内まで達する供給経路と、を有し、この供給経路の給水ポンプ側となる基端近傍に逆止弁を設けるとともに、杭孔側となる先端近傍に電動弁を設け、前記両弁間の供給経路内に安定液を貯留可能としたことを特徴とする。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の場所打ち杭の孔内水位安定化システムにおいて、第２の供給手段を備え、この第２の供給手段は、安定液槽から安定液を杭孔内に送り出す第２の給水ポンプと、安定液槽から杭孔内まで達する第２の供給経路と、を有することを特徴とする。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の場所打ち杭の孔内水位安定化システムにおいて、前記制御手段は、前記水位検知手段で検知した測定水位に基づいて前記供給手段の供給量及び前記排出手段の排出量をフィードバック制御することを特徴とする。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の場所打ち杭の孔内水位安定化システムにおいて、前記フィードバック制御はＰＩＤ制御であることを特徴とする。
【００１４】
請求項５に記載の発明は、請求項１ないし４のいずれかに記載の場所打ち杭の孔内水位安定化システムにおいて、前記制御手段は、商用電源と発電機との切り換えが可能な電源切換盤から無停電電源装置を介して電源供給されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
この発明は、前記のようであって、請求項１に記載の発明によれば、場所打ち杭の掘削孔に安定液を供給する供給手段と、前記掘削孔から掘削土砂とともに泥水を排出する排出手段と、前記杭孔内に供給した安定液の水位を検知する水位検知手段と、これらを制御する制御手段と、を備えた場所打ち杭の孔内水位安定化システムにおいて、前記供給手段は、安定液を貯留する安定液槽と、この安定液槽から安定液を杭孔内に送り出す給水ポンプと、安定液槽から杭孔内まで達する供給経路と、を有し、この供給経路の給水ポンプ側となる基端近傍に逆止弁を設けるとともに、杭孔側となる先端近傍に電動弁を設けて、前記両弁間の供給経路内に安定液を貯留可能としたので、制御手段で安定液の水位が低下したと判断してから給水ポンプを駆動させても、供給経路内に貯留していた安定液を直ぐに供給可能であり、地下水位が高い現場や杭孔を掘削する位置と安定液の貯留槽の設置位置とが離れている現場であっても、安定液が地表に溢れたり安定液の水位が下がり過ぎて孔壁崩壊のおそれが高まったりすることがなく、杭孔内の安定液の水位を安定させることができる。
【００１６】
請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の場所打ち杭の孔内水位安定化システムにおいて、第２の供給手段を備え、この第２の供給手段は、安定液槽から安定液を杭孔内に送り出す第２の給水ポンプと、安定液槽から杭孔内まで達する第２の供給経路と、を有するので、前記作用効果に加え、いずれか一方の供給手段を通常稼動させておき、制御手段で安定液の水位が低下したと判断してからもう一方の供給手段を駆動させることで、更に応答性の速い安定液の供給が可能となる。
【００１７】
請求項３に記載の発明によれば、請求項１又は２に記載の場所打ち杭の孔内水位安定化システムにおいて、前記制御手段は、前記水位検知手段で検知した測定水位に基づいて前記供給手段の供給量及び前記排出手段の排出量をフィードバック制御するので、前記作用効果に加え、杭孔内の安定液の水位を更に安定させることができる。
【００１８】
請求項４に記載の発明によれば、請求項３に記載の場所打ち杭の孔内水位安定化システムにおいて、前記フィードバック制御はＰＩＤ制御であるので、前記作用効果に加え、積分動作や微分動作により更に安定した水位制御が可能となる。
【００１９】
請求項５に記載の発明によれば、請求項１ないし４のいずれかに記載の場所打ち杭の孔内水位安定化システムにおいて、前記制御手段は、商用電源と発電機との切り換えが可能な電源切換盤から無停電電源装置を介して電源供給されているので、前記作用効果に加え、停電時において商用電源と発電機との切り換えの僅かな時間も制御手段に電源供給が可能であるため、システムがダウンすることなく、安全に運転可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】リバースサーキュレーション工法の工程を説明する説明図であり、（ａ）〜（ｈ）の順に工程が進む。
【図２】実施例に係る場所打ち杭の孔内水位安定化システムの全体構成を示す構成説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
この発明の一実施の形態を、図面を参照して説明する。
【００２２】
本発明の場所打ち杭の孔内水位安定化システムは、場所打ち杭の杭孔掘削時の孔壁保護のために注水される安定液の水位を所定高さに維持するために用いられるものであり、実施の形態に係る場所打ち杭の孔内水位安定化システムを、リバースサーキュレーション工法により場所打ち杭を構築する際に用いる場合で説明する。
【００２３】
はじめに、図１を用いて、リバースサーキュレーション工法の工程について簡単に説明する。図１は、リバースサーキュレーション工法の工程を説明する説明図であり、（ａ）〜（ｈ）の順に工程が進む。
先ず、杭構築位置の地表に杭径よりも１５０ｍｍ〜２００ｍｍ程度大きい外径を有する鋼製管からなるスタンドパイプをバイブロハンマーなどを用いて振動させながら圧入して立設する。
【００２４】
次に、スタンドパイプ内をハンマーグラブなどを用いて先行掘削してスペースを作る。そして、このスペースに掘削用の回転ビット、ドリリングパイプを装備したうえ、スタンドパイプ上端にロータリーテーブルを装着し、このロータリーテーブルを用いて回転ビットを緩やかに回転させて掘り進んで行く。前述のドリリングパイプは、後述の排水管に接続されており、このドリリングパイプ内を掘削した土砂が水と一緒に逆循環方式で吸い上げられることにより排土される。
【００２５】
杭孔の掘削が完了すると、鉄筋籠を吊り込んで挿入し、スライム処理を施した後、トレミー管を用いて底部からコンクリートを打設し、スタンドパイプを引き抜いた後、杭頭上方の空間を土砂等で埋め戻すことで場所打ちコンクリート杭が構築される手順となっている。
【００２６】
このようにリバースサーキュレーション工法により場所打ち杭を構築する場合は、地下水位と水頭差が原則２．０ｍ以上となるように安定液の水位を保つことで、その静水圧を０．０２Ｎ／ｍｍ２以上に保って地下水流入を防ぎ、杭孔の孔壁を保護することが必要であり、本実施の形態に係る場所打ち杭の孔内水位安定化システムは、この安定液の水位管理に用いられるものである。
【実施例】
【００２７】
次に、実施の形態に係る場所打ち杭の孔内水位安定化システムの全体構成を、図２を用いて説明する。
本実施の形態に係る場所打ち杭の孔内水位安定化システム１は、孔内水位制御システム２と、孔内水位監視システム３とから主に構成され、場所打ち杭の掘削孔内の安定液の水位を管理して安定化させる機能を有している。
【００２８】
（孔内水位制御システム）
孔内水位制御システム２は、掘削孔Ｈ内に安定液を供給する供給手段４と、掘削孔Ｈ底部から水と一緒に掘削土砂を揚重・排出する排出手段５と、掘削孔Ｈ内の安定液の水位を検知する水位検知手段６と、これらを制御する制御手段７などから構成され、掘削孔Ｈ内の安定液の水位を制御して安定化させる機能を有している。
【００２９】
供給手段４は、安定液を貯留する安定液槽４０と、この安定液槽４０から安定液を杭孔Ｈ内に送り出す第１の給水ポンプ４１と、第２の給水ポンプ４２と、これらの給水ポンプ４１，４２から杭の掘削孔Ｈ内まで給水・送泥する供給経路である第１の給水管４３，第２の給水管４４などから構成されている。
【００３０】
第１の給水ポンプ４１と、第２の給水ポンプ４２は、単純な電源のＯＮ／ＯＦＦ動作のみで駆動・停止する、泥水を送り出すことが可能な一般的な給水ポンプであり、図に示すように、停電時に使用する発電機と通常使用する商用電源とを切り換える電源切換盤にポンプ起動盤を介して接続されており、万が一停電になった場合でも一定時間安定液の供給が行なえる仕組みとなっている。なお、このポンプ起動盤は、少ない電力でポンプのモーターを起動させることができる装置である。
【００３１】
給水管４３，４４は、安定液槽４０から杭孔Ｈ内へ通じる管である点では共通するが、本実施の形態では、第１の給水ポンプ４１と第１の給水管４３がメインの供給手段となっており、第２の給水ポンプ４２及び第２の給水管４４は、補助の供給手段となっている。
また、第１の給水管４３には、特に電動弁等は設けられていないが、第２の給水管４４には、給水方向先端側に電動弁４４ａが設けられ、給水方向基端側である給水ポンプ４２付近に逆止弁４４ｂが設けられている。
【００３２】
この電動弁４４ａは、弁の開閉量を調整して供給量を調節できる構成でも構わないが、泥が詰まって動作不良になることを考慮し、本実施の形態では、後述の制御手段７の指令により動作する、全開又は全閉のみのシンプルな電磁弁から構成されている。
【００３３】
このように第２の給水管４４は、泥水の給水方向先端側に電動弁４４ａが、給水方向基端側に逆止弁４４ｂが設けられているため、常時管内を安定液で満たすことが可能となっており、後述の制御手段７の指令で電動弁４４ａを開放すると、タイムラグが殆ど無く即座に安定液を掘削孔Ｈ内に送泥することが可能となっている。
【００３４】
排出手段５は、前述のドリリングパイプを通じて掘削土砂と泥水とを一緒に吸引・揚重する排水ポンプ５０と、ドリリングパイプ上端に接続され、図示しない土砂分離機までの泥水の排出経路である排水管５１と、から主に構成されている。
この排水ポンプ５０は、サクションポンプと呼ばれる大型の自吸式ポンプであり、後述の制御手段７からの指令で動作する電動弁５０ａで、ポンプ吸引側にエアーを混入してその分泥水の吸い上げ量を減少させることにより、泥水の吸い上げ量を調整可能となっている。
なお、自吸式ポンプに備えられたバキュームポンプ（真空ポンプ）に接続する系統の一部を大気に開放して吸気圧を弱くすることにより、泥水の吸い上げ量を調整する構成とすることもできる。
【００３５】
水位検知手段６は、後述の制御手段７に接続する水位センサ６０などからなり、この水位センサ６０は、レーザ光線を水面に照射して、反射して返ってくるまでの時間に基づいて水位を測定するレーザ式センサである。
勿論、従来のフロート式、超音波式、静電容量式、圧力式、電極式などの他の方式の水位センサであっても構わないが、後述のフィードバック制御に用いられる所定時間ごとに所定の計測レベル範囲内でリアルタイムの安定液の水位を計測可能であることが要求される。
なお、安定液に清水を使用する場合は、レーザ式だと計測精度が落ちるためフロート式、超音波式等の他の方式の水位センサを用いるとよい。
【００３６】
制御手段７は、マイクロプロセッサを有するＰＬＣ（programmable logic controller）などからなる親子２つの制御盤７０，７１から主に構成され、所定のプログラムに従って、前述の供給手段４、排出手段５、水位検知手段６を制御して、安定液の水位を制御する機能を有している。制御盤が親子２局に分かれているのは、背景技術で述べたように駅周辺や都心近郊などの現場において、前述の土砂分離機（図示せず）、安定液槽４０、給水ポンプ４１，４２などが配置された泥水プラント設置場所と、場所打ち杭の施工位置とが離れている場合に対応するためである。
【００３７】
制御盤７０，７１は、それぞれ無停電電源装置を介して前述の電源切換盤に接続されており、電源切換盤で停電時に商用電源から発電機に切り換える際の時間も安定して電源供給を受けられるようになっている。
この親局制御盤７０は、前述の第２の給水管４４の電動弁４４ａと、排水ポンプ５０の電動弁５０ａと、水位センサ６０とに接続され、これらを制御し、子局制御盤７１は、ポンプ起動盤に接続され、このポンプ起動盤を通じて第１の給水ポンプ４１と第２の給水ポンプ４２を制御する構成となっている。そして、親局制御盤７０と子局制御盤７１は、互いに接続され、親局制御盤７０の指令に基づいて連携して制御可能となっている。
【００３８】
また、制御盤７０，７１には、緑、黄、赤色の３色のランプを点灯・消灯可能な状態表示灯７２、７３がそれぞれ接続され、後述の動作に従って安定液の水位の状態等を表示可能となっている。
なお、制御盤としてＰＬＣを例に挙げて説明したがＰＣ（Personal Computer）などのコンピュータでも代替可能である。しかし、比較的大電流である動力電源を制御するため、ＰＬＣの方が、安全性、安定性が高くて好ましい。
【００３９】
（孔内水位監視システム）
次に、孔内水位監視システム３について説明する。
孔内水位監視システム３は、水位検知手段８と、その制御手段９などから構成され、杭孔Ｈ内の水位を監視するとともに、異常時に予め定めた所定のメールアドレスに警報メールを発信する機能を有している。
この水位検知手段８は、前述の水位センサ６０と同構成の水位センサ８０などからなり、前述の水位センサ６０と併せてダブルチェックすることで、孔Ｈ内の水位検知の正確性を期している。なお、更に、正確性を期すため、所定の水位を超えたか否かのみ検知可能な故障しにくい電極方式の水位計を別途設け、この水位計で後述の警戒水位などの所定の絶対水位を検知するようにしてもよい。
【００４０】
制御手段９は、所定のプログラムがインストールされた一般的なノート型のＰＣ９０からなり、このＰＣ９０は、無停電電源装置を介して前述の電源切換盤に接続されている。また、ＰＣ９０は、水位センサ８０に接続され、水位センサ８０の発信する電気信号から水位を割り出し、記憶装置に記憶するとともに、工事担当者などの所定の工事関係者のメールアドレス等（携帯電話を含む）を記憶し、水位センサ８０が孔内水位が後述の警戒水位以下となったことを検知した場合に警報メールを一斉発信するようになっている。
なお、ＰＣ９０と親局制御盤７０とは、双方向通信可能に接続され、互いに水位センサ６０，８０の計測値が入力可能となっている。
【００４１】
次に、図２を用いて孔内水位安定化システム１の動作について説明する。
（通常時）
通常時の孔内水位安定化システム１は、制御手段７により、孔内水位制御システム２の水位センサ６０から得られる孔内水位の計測値と目標水位との偏差に基づいて、第１の給水ポンプ４１の制御時間あたりの駆動時間（ｄｕｔｙ比）を算出し、ＯＮ／ＯＦＦの間欠運転で制御（ＰＷＭ制御）するとともに、排水ポンプ５０の電動弁５０ａを制御してバルブの開度を変更することで所望の排出量に調整する。
なお、この目標水位は、地下水位との水頭差が原則２．０ｍ以上となるように杭の高さや掘削位置の地下水位、地質などを総合的に勘案して設定される。
【００４２】
これらの制御・調整は、水位センサ６０により所定時間ごとに孔内水位を計測することでフィードバックしながら継続運転される。このように、第１の給水ポンプ４１や排水ポンプ５０の制御は、計測値と目標水位との偏差に基づいてフィードバック制御すればよいが、本実施例に係る孔内水位安定化システム１では、安定液の水位が目標水位付近で安定するようＰＩＤ制御により制御されている。
【００４３】
つまり、制御手段７により、水位センサ６０の計測水位と目標水位との偏差の一次関数に基づいて供給量、排出量を算出し（比例動作）、この供給・排出動作でも依然として目標水位まで達しない残留偏差を矯正するため、偏差の積分値に比例するように矯正値を算出し（積分動作）、この矯正値によるオーバーシュートなどを防止するため、供給・排出量の変化の大きさに比例した補正値を算出し（微分動作）、これらの合計値に実際の供給量、排出量がなるように、第１の給水ポンプ４１の間欠運転、排水ポンプ５０の電動弁５０ａを制御している。
このため、積分動作や微分動作により実際の安定液の水位を目標水位近傍で推移させることができ、安定した水位制御が可能となる。
【００４４】
このような通常時は、本実施例の孔内水位安定化システム１は、制御盤７０，７１からの指令により前述の状態表示灯７２，７３に緑のランプを点灯させ、異常がない旨の表示をする。
【００４５】
（水位低下時）
本実施例の孔内水位安定化システム１は、水位センサ６０の計測水位と目標水位との偏差が所定値より大きくなったとき、或いは、この偏差の拡大速度が速く（拡大の角度が大きく）なったとき、即ち、偏差の時間による微分値が所定値より大きくなったときは、制御手段７は、水位低下時と判断し、以下の動作を行う指令を出す。
【００４６】
子局制御盤７１により補助供給手段である第２の給水ポンプ４２をポンプ起動盤を通じて駆動させるとともに、親局制御盤７０により電動弁４４ａを開放し、電動弁５０ａを制御して排出量減少させる。また、親局制御盤７０、子局制御盤７１それぞれから指令を発して状態表示灯７２，７３に黄色のランプを点灯させ、作業員及び工事担当者に孔内水位が低下している旨を知らせる。
【００４７】
（異常時）
また、本実施例の孔内水位安定化システム１は、水位センサ６０の計測水位が基準水位を下回った場合、第１の給水ポンプ４１、第２の給水ポンプ４２を駆動させた状態のまま排水ポンプ５０を停止し、状態表示灯７２，７３にそれぞれ赤色のランプを点灯させる。
この基準水位は、地下水位などから作業中止の基準として定められた水位であり、赤ランプの点灯を見た作業員及び工事担当者は、掘削などの他の作業を中止し、孔内水位の回復を最優先とする。
【００４８】
更に、水位センサ６０の計測水位が基準水位より下の警戒水位を下回った場合、前述の孔内水位監視システム３により、工事関係者に警報メールが一斉発信される。警報メールを受け取った工事関係者は、関係各署に連絡するとともに、公衆の安全確保を図る。また、水位低下の原因を究明し、対策を講じ、周辺地盤への影響の有無を確認する。
【００４９】
なお、孔内水位制御システム２の水位センサ６０と、孔内水位監視システム３の水位センサ８０との計測値に相違が生じた場合、状態表示灯７２，７３を点滅させるなどして、通知するようにする。このような場合、各水位センサを点検する。
【００５０】
このような実施の形態に係る場所打ち杭の孔内水位安定化システム１によれば、制御手段７により水位センサ６０の測定水位と目標水位との偏差の増減から安定液の水位が低下したと判断してから補助の供給手段である第２の給水ポンプ４２や電動弁４４ａを駆動させても、電動弁４４ａが掘削孔Ｈ近傍にあり、且つ、第２の排水管４４内に安定液を貯留しているため、第２の排水管４４内に貯留していた安定液を直ぐに掘削孔Ｈ内に供給可能であり、安定液の急激な水位の変動にも対応することができる。このため、地下水位が高い現場や杭孔を掘削する位置と安定液の貯留槽の設置位置とが離れている現場であっても、安定液が地表に溢れたり安定液の水位が下がり過ぎて孔壁崩壊のおそれが高まったりすることがなく、杭孔内の安定液の水位を安定させることができる。
【００５１】
以上のように、この発明の一実施の形態に係る孔内水位安定化システムを説明したが、孔内水位制御システム２の供給手段４、排出手段５、水位検知手段６、制御手段７などは、特許請求の範囲で他の既知の手段と代替可能であり、孔内水位監視システム３自体がなくても孔内水位安定化システムを稼動させることは可能である。
【００５２】
特に、供給手段４をメインの供給手段と補助の供給手段とからなるものを例示して説明したが、１つの供給手段としてもよいし、３つ以上の供給手段に分けても構わない。要するに、緊急時（異常時）を想定して十分な供給量を有する供給手段であり、少なくともいずれかの供給手段のうちの一つにおいて、給水管の基端側（給水ポンプ近傍）に逆止弁が設けられ、先端側（杭孔近傍）に電動弁が設けられていればよい。
【００５３】
また、安定液の水位が目標値より下回る場合で説明したが、同様に、地下水位の流入が止まらず、目標水位を上回ってしまう場合でも、基準水位、警戒水位をそれぞれ目標水位より所定上方に設定することで対応することが可能である。
【符号の説明】
【００５４】
１ 孔内水位安定化システム
２ 孔内水位制御システム
４ 供給手段
４０ 安定液槽
４１ （第１の）給水ポンプ
４２ （第２の）給水ポンプ
４３ （第１の）給水管（供給経路）
４４ （第２の）給水管（供給経路）
４４ａ 電動弁
４４ｂ 逆止弁
５ 排出手段
５０ 排水ポンプ
５１ 排水管（排出経路）
６ 水位検知手段
６０ 水位センサ
７ 制御手段
３ 孔内水位監視システム
８ 水位検知手段
８０ 水位センサ
９ 制御手段
【技術分野】
【０００１】
この発明は、地中に場所打ち杭を構築する際に地盤に掘削した孔の孔壁崩壊を防ぐために供給する安定液の水位を安定化させる場所打ち杭の孔内水位安定化システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、構造物の建設場所において、構造物の支持に耐え得る支持層まで到達する杭を、地面に孔を掘って鉄筋籠を挿入し、そこにコンクリートを打設することにより構築する場所打ち杭の構築工法として、アースドリル工法、リバースサーキュレーション工法、ＢＨ工法などが知られている。杭孔の掘削は、被圧地下水層などを突き破って掘り進んでいくこととなるため、掘削孔内に地下水が流入し易く、その流入に伴って周辺の孔壁が崩壊してしまうという問題があり、これらの工法では、掘削孔内に安定液（分離しない水溶液であって水より比重が重くセメント成分と化学反応しないベントナイト水溶液などの泥水、又は清水、以下同じ）を注水してその水頭圧で地下水の流入を防止して掘削孔内の孔壁崩壊を防ぎながら杭孔を掘削していく。
【０００３】
しかし、いずれの工法においても、杭孔を掘り進むに従って、孔壁として現れる地下層も砂礫層や粘土層などというように刻々と変化して行き、水の浸透性が著しく相違するため、安定液の孔内水位を一定に保つことが難しいという問題があった。
【０００４】
このような問題を解決するため、特許文献１には、掘削孔９０内に安定液８０の水位検知手段３０を配置し、この水位検知手段３０で安定液８０の下限水位を検知したときに供給ポンプ２２を作動させて、安定液８０をタンク２１から掘削孔９０に供給し、上限水位を検知したときに供給ポンプ２２を停止して安定液８０の供給を停止するとともに、制御装置４０により、供給ポンプ２２の作動開始後の安定液８０の供給継続時間を計測し、供給ポンプ２２が予め定めた所定時間後に作動を停止しないときに、異常と判定して異常信号を送信し、異常の発生を外部装置に通知する水位管理システムが開示されている（特許文献１の図４等参照）。
【０００５】
また、特許文献２には、掘削孔９０内における安定液８０の基準水位を設定する安定液の基準水位設定装置であって、掘削孔９０に充填した安定液８０の水位を所定時間毎に基準位置からの距離で測定する水位センサ２と、この測定結果に基づき基準水位を設定する設定制御装置１０と、を備え、設定制御装置１０は、水位センサ２による測定量と前回の測定量との差分を演算する差分演算手段と、前記差分演算手段の差分が０となる測定量が連続して所定回得られたとき、当該水位を基準水位として記憶手段に設定する設定手段と、を有することを特徴とする安定液の基準水位設定装置が開示されている（特許文献２の図１等参照）。
【０００６】
しかし、特許文献１や特許文献２に開示されている水位管理システムでは、自動で安定液の供給・停止を行なう自動給水システムに関しては、フロート式や超音波式の水位センサを用いて、下限水位まで減少したときに安定液の供給を開始し、上限水位まで貯留されたときに安定液の供給を停止する点では、従来の自動給水システムと何ら変わりなく、孔内水位の変動が大きく、孔壁崩壊のおそれを払拭することができない点については解決がなされていないという問題がある。
【０００７】
特に、地下水位が比較的高く、地表面から杭上端までの距離が短く、安定液の注水高さに余裕を持たせることができない場合、地層やその亀裂などから安定液が漏れて孔内水位が低下してしまい孔壁崩壊のおそれが高まったり、給水停止が間に合わず安定液が地表面にあふれたりすることを防ぐことが困難であった。また、駅周辺や都心近郊などの現場では、安定液を溜めて置く貯留槽の設置スペースが限られており、杭孔を掘削する位置と、安定液の貯留槽の設置位置とが離れている場合（２００ｍ〜３００ｍ離れている場合も多々ある）が多く、給水ポンプが起勣してから杭孔に供給されるまでのタイムラグが長くなって、そのタイムラグの間に孔内水位が更に大きく変動してしまうという問題があり、前述の特許文献１や特許文献２に開示されている水位管理システムでは、これらの問題を解決することができなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１０−２６５６３７号公報
【特許文献２】特開２０１０−２６５６３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
そこで、この発明は、前記従来の技術の問題を解決し、地下水位が高い現場や杭孔を掘削する位置と安定液の貯留槽の設置位置とが離れている現場であっても、安定液が地表に溢れたり安定液の水位が下がり過ぎて孔壁崩壊のおそれが高まったりすることがなく、杭孔内の安定液の水位を安定させることができる場所打ち杭の孔内水位安定化システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、場所打ち杭の掘削孔に安定液を供給する供給手段と、前記掘削孔から掘削土砂とともに泥水を排出する排出手段と、前記杭孔内に供給した安定液の水位を検知する水位検知手段と、これらを制御する制御手段と、を備えた場所打ち杭の孔内水位安定化システムにおいて、前記供給手段は、安定液を貯留する安定液槽と、この安定液槽から安定液を杭孔内に送り出す給水ポンプと、安定液槽から杭孔内まで達する供給経路と、を有し、この供給経路の給水ポンプ側となる基端近傍に逆止弁を設けるとともに、杭孔側となる先端近傍に電動弁を設け、前記両弁間の供給経路内に安定液を貯留可能としたことを特徴とする。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の場所打ち杭の孔内水位安定化システムにおいて、第２の供給手段を備え、この第２の供給手段は、安定液槽から安定液を杭孔内に送り出す第２の給水ポンプと、安定液槽から杭孔内まで達する第２の供給経路と、を有することを特徴とする。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の場所打ち杭の孔内水位安定化システムにおいて、前記制御手段は、前記水位検知手段で検知した測定水位に基づいて前記供給手段の供給量及び前記排出手段の排出量をフィードバック制御することを特徴とする。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の場所打ち杭の孔内水位安定化システムにおいて、前記フィードバック制御はＰＩＤ制御であることを特徴とする。
【００１４】
請求項５に記載の発明は、請求項１ないし４のいずれかに記載の場所打ち杭の孔内水位安定化システムにおいて、前記制御手段は、商用電源と発電機との切り換えが可能な電源切換盤から無停電電源装置を介して電源供給されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
この発明は、前記のようであって、請求項１に記載の発明によれば、場所打ち杭の掘削孔に安定液を供給する供給手段と、前記掘削孔から掘削土砂とともに泥水を排出する排出手段と、前記杭孔内に供給した安定液の水位を検知する水位検知手段と、これらを制御する制御手段と、を備えた場所打ち杭の孔内水位安定化システムにおいて、前記供給手段は、安定液を貯留する安定液槽と、この安定液槽から安定液を杭孔内に送り出す給水ポンプと、安定液槽から杭孔内まで達する供給経路と、を有し、この供給経路の給水ポンプ側となる基端近傍に逆止弁を設けるとともに、杭孔側となる先端近傍に電動弁を設けて、前記両弁間の供給経路内に安定液を貯留可能としたので、制御手段で安定液の水位が低下したと判断してから給水ポンプを駆動させても、供給経路内に貯留していた安定液を直ぐに供給可能であり、地下水位が高い現場や杭孔を掘削する位置と安定液の貯留槽の設置位置とが離れている現場であっても、安定液が地表に溢れたり安定液の水位が下がり過ぎて孔壁崩壊のおそれが高まったりすることがなく、杭孔内の安定液の水位を安定させることができる。
【００１６】
請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の場所打ち杭の孔内水位安定化システムにおいて、第２の供給手段を備え、この第２の供給手段は、安定液槽から安定液を杭孔内に送り出す第２の給水ポンプと、安定液槽から杭孔内まで達する第２の供給経路と、を有するので、前記作用効果に加え、いずれか一方の供給手段を通常稼動させておき、制御手段で安定液の水位が低下したと判断してからもう一方の供給手段を駆動させることで、更に応答性の速い安定液の供給が可能となる。
【００１７】
請求項３に記載の発明によれば、請求項１又は２に記載の場所打ち杭の孔内水位安定化システムにおいて、前記制御手段は、前記水位検知手段で検知した測定水位に基づいて前記供給手段の供給量及び前記排出手段の排出量をフィードバック制御するので、前記作用効果に加え、杭孔内の安定液の水位を更に安定させることができる。
【００１８】
請求項４に記載の発明によれば、請求項３に記載の場所打ち杭の孔内水位安定化システムにおいて、前記フィードバック制御はＰＩＤ制御であるので、前記作用効果に加え、積分動作や微分動作により更に安定した水位制御が可能となる。
【００１９】
請求項５に記載の発明によれば、請求項１ないし４のいずれかに記載の場所打ち杭の孔内水位安定化システムにおいて、前記制御手段は、商用電源と発電機との切り換えが可能な電源切換盤から無停電電源装置を介して電源供給されているので、前記作用効果に加え、停電時において商用電源と発電機との切り換えの僅かな時間も制御手段に電源供給が可能であるため、システムがダウンすることなく、安全に運転可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】リバースサーキュレーション工法の工程を説明する説明図であり、（ａ）〜（ｈ）の順に工程が進む。
【図２】実施例に係る場所打ち杭の孔内水位安定化システムの全体構成を示す構成説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
この発明の一実施の形態を、図面を参照して説明する。
【００２２】
本発明の場所打ち杭の孔内水位安定化システムは、場所打ち杭の杭孔掘削時の孔壁保護のために注水される安定液の水位を所定高さに維持するために用いられるものであり、実施の形態に係る場所打ち杭の孔内水位安定化システムを、リバースサーキュレーション工法により場所打ち杭を構築する際に用いる場合で説明する。
【００２３】
はじめに、図１を用いて、リバースサーキュレーション工法の工程について簡単に説明する。図１は、リバースサーキュレーション工法の工程を説明する説明図であり、（ａ）〜（ｈ）の順に工程が進む。
先ず、杭構築位置の地表に杭径よりも１５０ｍｍ〜２００ｍｍ程度大きい外径を有する鋼製管からなるスタンドパイプをバイブロハンマーなどを用いて振動させながら圧入して立設する。
【００２４】
次に、スタンドパイプ内をハンマーグラブなどを用いて先行掘削してスペースを作る。そして、このスペースに掘削用の回転ビット、ドリリングパイプを装備したうえ、スタンドパイプ上端にロータリーテーブルを装着し、このロータリーテーブルを用いて回転ビットを緩やかに回転させて掘り進んで行く。前述のドリリングパイプは、後述の排水管に接続されており、このドリリングパイプ内を掘削した土砂が水と一緒に逆循環方式で吸い上げられることにより排土される。
【００２５】
杭孔の掘削が完了すると、鉄筋籠を吊り込んで挿入し、スライム処理を施した後、トレミー管を用いて底部からコンクリートを打設し、スタンドパイプを引き抜いた後、杭頭上方の空間を土砂等で埋め戻すことで場所打ちコンクリート杭が構築される手順となっている。
【００２６】
このようにリバースサーキュレーション工法により場所打ち杭を構築する場合は、地下水位と水頭差が原則２．０ｍ以上となるように安定液の水位を保つことで、その静水圧を０．０２Ｎ／ｍｍ２以上に保って地下水流入を防ぎ、杭孔の孔壁を保護することが必要であり、本実施の形態に係る場所打ち杭の孔内水位安定化システムは、この安定液の水位管理に用いられるものである。
【実施例】
【００２７】
次に、実施の形態に係る場所打ち杭の孔内水位安定化システムの全体構成を、図２を用いて説明する。
本実施の形態に係る場所打ち杭の孔内水位安定化システム１は、孔内水位制御システム２と、孔内水位監視システム３とから主に構成され、場所打ち杭の掘削孔内の安定液の水位を管理して安定化させる機能を有している。
【００２８】
（孔内水位制御システム）
孔内水位制御システム２は、掘削孔Ｈ内に安定液を供給する供給手段４と、掘削孔Ｈ底部から水と一緒に掘削土砂を揚重・排出する排出手段５と、掘削孔Ｈ内の安定液の水位を検知する水位検知手段６と、これらを制御する制御手段７などから構成され、掘削孔Ｈ内の安定液の水位を制御して安定化させる機能を有している。
【００２９】
供給手段４は、安定液を貯留する安定液槽４０と、この安定液槽４０から安定液を杭孔Ｈ内に送り出す第１の給水ポンプ４１と、第２の給水ポンプ４２と、これらの給水ポンプ４１，４２から杭の掘削孔Ｈ内まで給水・送泥する供給経路である第１の給水管４３，第２の給水管４４などから構成されている。
【００３０】
第１の給水ポンプ４１と、第２の給水ポンプ４２は、単純な電源のＯＮ／ＯＦＦ動作のみで駆動・停止する、泥水を送り出すことが可能な一般的な給水ポンプであり、図に示すように、停電時に使用する発電機と通常使用する商用電源とを切り換える電源切換盤にポンプ起動盤を介して接続されており、万が一停電になった場合でも一定時間安定液の供給が行なえる仕組みとなっている。なお、このポンプ起動盤は、少ない電力でポンプのモーターを起動させることができる装置である。
【００３１】
給水管４３，４４は、安定液槽４０から杭孔Ｈ内へ通じる管である点では共通するが、本実施の形態では、第１の給水ポンプ４１と第１の給水管４３がメインの供給手段となっており、第２の給水ポンプ４２及び第２の給水管４４は、補助の供給手段となっている。
また、第１の給水管４３には、特に電動弁等は設けられていないが、第２の給水管４４には、給水方向先端側に電動弁４４ａが設けられ、給水方向基端側である給水ポンプ４２付近に逆止弁４４ｂが設けられている。
【００３２】
この電動弁４４ａは、弁の開閉量を調整して供給量を調節できる構成でも構わないが、泥が詰まって動作不良になることを考慮し、本実施の形態では、後述の制御手段７の指令により動作する、全開又は全閉のみのシンプルな電磁弁から構成されている。
【００３３】
このように第２の給水管４４は、泥水の給水方向先端側に電動弁４４ａが、給水方向基端側に逆止弁４４ｂが設けられているため、常時管内を安定液で満たすことが可能となっており、後述の制御手段７の指令で電動弁４４ａを開放すると、タイムラグが殆ど無く即座に安定液を掘削孔Ｈ内に送泥することが可能となっている。
【００３４】
排出手段５は、前述のドリリングパイプを通じて掘削土砂と泥水とを一緒に吸引・揚重する排水ポンプ５０と、ドリリングパイプ上端に接続され、図示しない土砂分離機までの泥水の排出経路である排水管５１と、から主に構成されている。
この排水ポンプ５０は、サクションポンプと呼ばれる大型の自吸式ポンプであり、後述の制御手段７からの指令で動作する電動弁５０ａで、ポンプ吸引側にエアーを混入してその分泥水の吸い上げ量を減少させることにより、泥水の吸い上げ量を調整可能となっている。
なお、自吸式ポンプに備えられたバキュームポンプ（真空ポンプ）に接続する系統の一部を大気に開放して吸気圧を弱くすることにより、泥水の吸い上げ量を調整する構成とすることもできる。
【００３５】
水位検知手段６は、後述の制御手段７に接続する水位センサ６０などからなり、この水位センサ６０は、レーザ光線を水面に照射して、反射して返ってくるまでの時間に基づいて水位を測定するレーザ式センサである。
勿論、従来のフロート式、超音波式、静電容量式、圧力式、電極式などの他の方式の水位センサであっても構わないが、後述のフィードバック制御に用いられる所定時間ごとに所定の計測レベル範囲内でリアルタイムの安定液の水位を計測可能であることが要求される。
なお、安定液に清水を使用する場合は、レーザ式だと計測精度が落ちるためフロート式、超音波式等の他の方式の水位センサを用いるとよい。
【００３６】
制御手段７は、マイクロプロセッサを有するＰＬＣ（programmable logic controller）などからなる親子２つの制御盤７０，７１から主に構成され、所定のプログラムに従って、前述の供給手段４、排出手段５、水位検知手段６を制御して、安定液の水位を制御する機能を有している。制御盤が親子２局に分かれているのは、背景技術で述べたように駅周辺や都心近郊などの現場において、前述の土砂分離機（図示せず）、安定液槽４０、給水ポンプ４１，４２などが配置された泥水プラント設置場所と、場所打ち杭の施工位置とが離れている場合に対応するためである。
【００３７】
制御盤７０，７１は、それぞれ無停電電源装置を介して前述の電源切換盤に接続されており、電源切換盤で停電時に商用電源から発電機に切り換える際の時間も安定して電源供給を受けられるようになっている。
この親局制御盤７０は、前述の第２の給水管４４の電動弁４４ａと、排水ポンプ５０の電動弁５０ａと、水位センサ６０とに接続され、これらを制御し、子局制御盤７１は、ポンプ起動盤に接続され、このポンプ起動盤を通じて第１の給水ポンプ４１と第２の給水ポンプ４２を制御する構成となっている。そして、親局制御盤７０と子局制御盤７１は、互いに接続され、親局制御盤７０の指令に基づいて連携して制御可能となっている。
【００３８】
また、制御盤７０，７１には、緑、黄、赤色の３色のランプを点灯・消灯可能な状態表示灯７２、７３がそれぞれ接続され、後述の動作に従って安定液の水位の状態等を表示可能となっている。
なお、制御盤としてＰＬＣを例に挙げて説明したがＰＣ（Personal Computer）などのコンピュータでも代替可能である。しかし、比較的大電流である動力電源を制御するため、ＰＬＣの方が、安全性、安定性が高くて好ましい。
【００３９】
（孔内水位監視システム）
次に、孔内水位監視システム３について説明する。
孔内水位監視システム３は、水位検知手段８と、その制御手段９などから構成され、杭孔Ｈ内の水位を監視するとともに、異常時に予め定めた所定のメールアドレスに警報メールを発信する機能を有している。
この水位検知手段８は、前述の水位センサ６０と同構成の水位センサ８０などからなり、前述の水位センサ６０と併せてダブルチェックすることで、孔Ｈ内の水位検知の正確性を期している。なお、更に、正確性を期すため、所定の水位を超えたか否かのみ検知可能な故障しにくい電極方式の水位計を別途設け、この水位計で後述の警戒水位などの所定の絶対水位を検知するようにしてもよい。
【００４０】
制御手段９は、所定のプログラムがインストールされた一般的なノート型のＰＣ９０からなり、このＰＣ９０は、無停電電源装置を介して前述の電源切換盤に接続されている。また、ＰＣ９０は、水位センサ８０に接続され、水位センサ８０の発信する電気信号から水位を割り出し、記憶装置に記憶するとともに、工事担当者などの所定の工事関係者のメールアドレス等（携帯電話を含む）を記憶し、水位センサ８０が孔内水位が後述の警戒水位以下となったことを検知した場合に警報メールを一斉発信するようになっている。
なお、ＰＣ９０と親局制御盤７０とは、双方向通信可能に接続され、互いに水位センサ６０，８０の計測値が入力可能となっている。
【００４１】
次に、図２を用いて孔内水位安定化システム１の動作について説明する。
（通常時）
通常時の孔内水位安定化システム１は、制御手段７により、孔内水位制御システム２の水位センサ６０から得られる孔内水位の計測値と目標水位との偏差に基づいて、第１の給水ポンプ４１の制御時間あたりの駆動時間（ｄｕｔｙ比）を算出し、ＯＮ／ＯＦＦの間欠運転で制御（ＰＷＭ制御）するとともに、排水ポンプ５０の電動弁５０ａを制御してバルブの開度を変更することで所望の排出量に調整する。
なお、この目標水位は、地下水位との水頭差が原則２．０ｍ以上となるように杭の高さや掘削位置の地下水位、地質などを総合的に勘案して設定される。
【００４２】
これらの制御・調整は、水位センサ６０により所定時間ごとに孔内水位を計測することでフィードバックしながら継続運転される。このように、第１の給水ポンプ４１や排水ポンプ５０の制御は、計測値と目標水位との偏差に基づいてフィードバック制御すればよいが、本実施例に係る孔内水位安定化システム１では、安定液の水位が目標水位付近で安定するようＰＩＤ制御により制御されている。
【００４３】
つまり、制御手段７により、水位センサ６０の計測水位と目標水位との偏差の一次関数に基づいて供給量、排出量を算出し（比例動作）、この供給・排出動作でも依然として目標水位まで達しない残留偏差を矯正するため、偏差の積分値に比例するように矯正値を算出し（積分動作）、この矯正値によるオーバーシュートなどを防止するため、供給・排出量の変化の大きさに比例した補正値を算出し（微分動作）、これらの合計値に実際の供給量、排出量がなるように、第１の給水ポンプ４１の間欠運転、排水ポンプ５０の電動弁５０ａを制御している。
このため、積分動作や微分動作により実際の安定液の水位を目標水位近傍で推移させることができ、安定した水位制御が可能となる。
【００４４】
このような通常時は、本実施例の孔内水位安定化システム１は、制御盤７０，７１からの指令により前述の状態表示灯７２，７３に緑のランプを点灯させ、異常がない旨の表示をする。
【００４５】
（水位低下時）
本実施例の孔内水位安定化システム１は、水位センサ６０の計測水位と目標水位との偏差が所定値より大きくなったとき、或いは、この偏差の拡大速度が速く（拡大の角度が大きく）なったとき、即ち、偏差の時間による微分値が所定値より大きくなったときは、制御手段７は、水位低下時と判断し、以下の動作を行う指令を出す。
【００４６】
子局制御盤７１により補助供給手段である第２の給水ポンプ４２をポンプ起動盤を通じて駆動させるとともに、親局制御盤７０により電動弁４４ａを開放し、電動弁５０ａを制御して排出量減少させる。また、親局制御盤７０、子局制御盤７１それぞれから指令を発して状態表示灯７２，７３に黄色のランプを点灯させ、作業員及び工事担当者に孔内水位が低下している旨を知らせる。
【００４７】
（異常時）
また、本実施例の孔内水位安定化システム１は、水位センサ６０の計測水位が基準水位を下回った場合、第１の給水ポンプ４１、第２の給水ポンプ４２を駆動させた状態のまま排水ポンプ５０を停止し、状態表示灯７２，７３にそれぞれ赤色のランプを点灯させる。
この基準水位は、地下水位などから作業中止の基準として定められた水位であり、赤ランプの点灯を見た作業員及び工事担当者は、掘削などの他の作業を中止し、孔内水位の回復を最優先とする。
【００４８】
更に、水位センサ６０の計測水位が基準水位より下の警戒水位を下回った場合、前述の孔内水位監視システム３により、工事関係者に警報メールが一斉発信される。警報メールを受け取った工事関係者は、関係各署に連絡するとともに、公衆の安全確保を図る。また、水位低下の原因を究明し、対策を講じ、周辺地盤への影響の有無を確認する。
【００４９】
なお、孔内水位制御システム２の水位センサ６０と、孔内水位監視システム３の水位センサ８０との計測値に相違が生じた場合、状態表示灯７２，７３を点滅させるなどして、通知するようにする。このような場合、各水位センサを点検する。
【００５０】
このような実施の形態に係る場所打ち杭の孔内水位安定化システム１によれば、制御手段７により水位センサ６０の測定水位と目標水位との偏差の増減から安定液の水位が低下したと判断してから補助の供給手段である第２の給水ポンプ４２や電動弁４４ａを駆動させても、電動弁４４ａが掘削孔Ｈ近傍にあり、且つ、第２の排水管４４内に安定液を貯留しているため、第２の排水管４４内に貯留していた安定液を直ぐに掘削孔Ｈ内に供給可能であり、安定液の急激な水位の変動にも対応することができる。このため、地下水位が高い現場や杭孔を掘削する位置と安定液の貯留槽の設置位置とが離れている現場であっても、安定液が地表に溢れたり安定液の水位が下がり過ぎて孔壁崩壊のおそれが高まったりすることがなく、杭孔内の安定液の水位を安定させることができる。
【００５１】
以上のように、この発明の一実施の形態に係る孔内水位安定化システムを説明したが、孔内水位制御システム２の供給手段４、排出手段５、水位検知手段６、制御手段７などは、特許請求の範囲で他の既知の手段と代替可能であり、孔内水位監視システム３自体がなくても孔内水位安定化システムを稼動させることは可能である。
【００５２】
特に、供給手段４をメインの供給手段と補助の供給手段とからなるものを例示して説明したが、１つの供給手段としてもよいし、３つ以上の供給手段に分けても構わない。要するに、緊急時（異常時）を想定して十分な供給量を有する供給手段であり、少なくともいずれかの供給手段のうちの一つにおいて、給水管の基端側（給水ポンプ近傍）に逆止弁が設けられ、先端側（杭孔近傍）に電動弁が設けられていればよい。
【００５３】
また、安定液の水位が目標値より下回る場合で説明したが、同様に、地下水位の流入が止まらず、目標水位を上回ってしまう場合でも、基準水位、警戒水位をそれぞれ目標水位より所定上方に設定することで対応することが可能である。
【符号の説明】
【００５４】
１ 孔内水位安定化システム
２ 孔内水位制御システム
４ 供給手段
４０ 安定液槽
４１ （第１の）給水ポンプ
４２ （第２の）給水ポンプ
４３ （第１の）給水管（供給経路）
４４ （第２の）給水管（供給経路）
４４ａ 電動弁
４４ｂ 逆止弁
５ 排出手段
５０ 排水ポンプ
５１ 排水管（排出経路）
６ 水位検知手段
６０ 水位センサ
７ 制御手段
３ 孔内水位監視システム
８ 水位検知手段
８０ 水位センサ
９ 制御手段
【特許請求の範囲】
【請求項１】
場所打ち杭の掘削孔に安定液を供給する供給手段と、前記掘削孔から掘削土砂とともに泥水を排出する排出手段と、前記杭孔内に供給した安定液の水位を検知する水位検知手段と、これらを制御する制御手段と、を備えた場所打ち杭の孔内水位安定化システムにおいて、
前記供給手段は、安定液を貯留する安定液槽と、この安定液槽から安定液を杭孔内に送り出す給水ポンプと、安定液槽から杭孔内まで達する供給経路と、を有し、この供給経路の給水ポンプ側となる基端近傍に逆止弁を設けるとともに、杭孔側となる先端近傍に電動弁を設け、前記両弁間の供給経路内に安定液を貯留可能としたことを特徴とする場所打ち杭の孔内水位安定化システム。
【請求項２】
請求項１に記載の場所打ち杭の孔内水位安定化システムにおいて、
第２の供給手段を備え、この第２の供給手段は、安定液槽から安定液を杭孔内に送り出す第２の給水ポンプと、安定液槽から杭孔内まで達する第２の供給経路と、を有することを特徴とする場所打ち杭の孔内水位安定化システム。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の場所打ち杭の孔内水位安定化システムにおいて、
前記制御手段は、前記水位検知手段で検知した測定水位に基づいて前記供給手段の供給量及び前記排出手段の排出量をフィードバック制御することを特徴とする場所打ち杭の孔内水位安定化システム。
【請求項４】
請求項３に記載の場所打ち杭の孔内水位安定化システムにおいて、
前記フィードバック制御はＰＩＤ制御であることを特徴とする場所打ち杭の孔内水位安定化システム。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかに記載の場所打ち杭の孔内水位安定化システムにおいて、
前記制御手段は、商用電源と発電機との切り換えが可能な電源切換盤から無停電電源装置を介して電源供給されていることを特徴とする場所打ち杭の孔内水位安定化システム。
【請求項１】
場所打ち杭の掘削孔に安定液を供給する供給手段と、前記掘削孔から掘削土砂とともに泥水を排出する排出手段と、前記杭孔内に供給した安定液の水位を検知する水位検知手段と、これらを制御する制御手段と、を備えた場所打ち杭の孔内水位安定化システムにおいて、
前記供給手段は、安定液を貯留する安定液槽と、この安定液槽から安定液を杭孔内に送り出す給水ポンプと、安定液槽から杭孔内まで達する供給経路と、を有し、この供給経路の給水ポンプ側となる基端近傍に逆止弁を設けるとともに、杭孔側となる先端近傍に電動弁を設け、前記両弁間の供給経路内に安定液を貯留可能としたことを特徴とする場所打ち杭の孔内水位安定化システム。
【請求項２】
請求項１に記載の場所打ち杭の孔内水位安定化システムにおいて、
第２の供給手段を備え、この第２の供給手段は、安定液槽から安定液を杭孔内に送り出す第２の給水ポンプと、安定液槽から杭孔内まで達する第２の供給経路と、を有することを特徴とする場所打ち杭の孔内水位安定化システム。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の場所打ち杭の孔内水位安定化システムにおいて、
前記制御手段は、前記水位検知手段で検知した測定水位に基づいて前記供給手段の供給量及び前記排出手段の排出量をフィードバック制御することを特徴とする場所打ち杭の孔内水位安定化システム。
【請求項４】
請求項３に記載の場所打ち杭の孔内水位安定化システムにおいて、
前記フィードバック制御はＰＩＤ制御であることを特徴とする場所打ち杭の孔内水位安定化システム。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかに記載の場所打ち杭の孔内水位安定化システムにおいて、
前記制御手段は、商用電源と発電機との切り換えが可能な電源切換盤から無停電電源装置を介して電源供給されていることを特徴とする場所打ち杭の孔内水位安定化システム。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１３−６０７０７（Ｐ２０１３−６０７０７Ａ）
【公開日】平成２５年４月４日（２０１３．４．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１９８０３５（Ｐ２０１１−１９８０３５）
【出願日】平成２３年９月１２日（２０１１．９．１２）
【出願人】（０００２２１６１６）東日本旅客鉄道株式会社 (833)
【出願人】（０００２１６０２５）鉄建建設株式会社 (109)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月４日（２０１３．４．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月１２日（２０１１．９．１２）
【出願人】（０００２２１６１６）東日本旅客鉄道株式会社 (833)
【出願人】（０００２１６０２５）鉄建建設株式会社 (109)
【Ｆターム（参考）】
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