专利名称：打桩方法及励振控制方法
技术领域：
本发明涉及ー种利用共振振动向地面打入桩的打桩方法、及控制向地面打入桩时对桩进行的励振的励振控制方法。本申请基于2010年I月15日在日本申请的特愿2010-007054号并要求其优先权，其内容援用到本说明书中。
背景技术：
以往，公知有通过打桩机对桩施加振动而向地面打入的共振振动打桩方法。该共振振动打桩方法首先使对桩施加的励振频率与桩的长度方向的固有频率一致。接着，利用使励振频率与固有频率一致而产生的共振振动，向地面打入桩。该共振打桩方法通过共振 振动使桩自发振动，因此能够以小能量获得大振动响应(与加速度、振幅对应)，具有能够高效利用小能量进行打入的优点。此外，共振打桩方法在主桩的长度上与利用刚体振动的打桩方法相比励振频率为高频，因此还具有能够减小地面振动的优点。此外，作为这种共振打桩方法，公知有主要利用1/4波长的共振模式，通过桩头成为波节的共振振动进行打入的方法(以下简称为桩头波节方法)(例如參照专利文献Γ3);和主要利用1/2波长的共振模式，通过桩头成为波腹的共振振动进行打入的方法(以下简称为桩头波腹方法)(例如參照专利文献4)。现有技术文献专利文献专利文献I :日本特开昭56-25518号公报专利文献2 日本特开昭59-98928号公报专利文献3 :日本特开昭61-92212号公报专利文献4 :日本专利第2807794号公报
发明内容
发明要解决的课题然而，在专利文献Γ3所公开的桩头波节方法中，应变(桩的长度方向的每单位长度的位移的变化量)最大的波节位于桩头，因此桩头处负荷最大。因此，通过现有的打桩机与桩的固定力难以控制共振振动，打桩机发生故障的可能性高。因此，桩头波节方法存在难以实用化的问题。此外，在专利文献4所公开的桩头波腹方法中，与桩头波节方法相比，桩的前端(以下简称为桩前端)的振动响应小，因此与桩头波节方法相比存在施工能力小的问题。在此，前端是指埋入地面一侧的端部。此外，在桩头波节方法及桩头波腹方法中，共振频率仅由桩的长度決定，因此能够打入的桩的长度范围受到限制，存在通用性低的问题。本发明的目的在于提供ー种容易实用化、施工能力高、通用性高的打桩方法及励振控制方法。用于解决课题的手段为了实现上述目的，本发明人反复进行刻苦研究的结果，发现以下事项，并完成了本发明。本发明为了解决上述课题并实现相关目的而采用了以下手段。(I)本发明的ー个方式所涉及的打桩方法，利用桩的长度方向的共振振动向地面打入桩，对上述桩的桩头施加上述桩的质量的O. 26倍以上且3倍以下的荷重，通过与上述桩头成为波腹的共振模式对应的共振振动，对上述桩进行励振。(2)在上述(I)所述的打桩方法中，优选的是，上述共振模式为1/2波长的共振模式及1/1波长的共振模式，根据上述桩的长度，选择上述1/2波长的共振模式或上述1/1波 长的共振模式，通过与该选择的上述共振模式对应的共振振动，对上述桩进行励振。(3)在上述(I)或⑵所述的打桩方法中，优选的是，在把持上述桩的桩把持装置上把持上述桩头，对上述桩把持装置上所把持的上述桩头施加上述荷重。(4)在上述⑶所述的打桩方法中，优选的是，上述桩把持装置包括主体部；和把持部，设置于上述主体部，被配置成包围上述桩的上述桩头，在上述主体部的内部配置有压铁，上述压铁与上述桩把持装置的质量的总和为上述桩的质量的O. 26倍以上且3倍以下。(5)本发明的ー个方式所涉及的励振控制方法，控制利用共振振动向地面打入桩时对上述桩进行的励振，根据上述桩的打入深度及上述地面的硬度中的至少ー个，在上述桩的质量的O. 26倍以上且3倍以下的范围内调整对上述桩的桩头施加的荷重，通过与上述桩头成为波腹的共振模式对应的共振振动，对上述桩进行励振。(6)在上述(5)所述的励振控制方法中，优选的是，上述共振模式为1/2波长的共振模式及1/1波长的共振模式，根据上述桩的长度，选择上述1/2波长的共振模式或上述1/1波长的共振模式，通过与该选择的上述共振模式对应的共振振动，对上述桩进行励振。发明效果以往认为，若对桩施加荷重，则共振振动的对象物体的总质量增加，施工能力下降。但是，在桩头成为波腹的共振振动中，对桩头施加荷重，改变励振频率并对桩进行励振。此时，即使改变励振频率，对桩施加的力也相同。其结果，本发明人发现荷重越大，共振频率越低，桩前端(桩头)的振动响应越大，此外与桩头成为波节的共振振动相比桩头的应变减小。此外，还发现若对桩头施加的荷重超过桩的质量的3倍，则共振频率几乎不变。本发明是根据以上见解来完成的。根据上述(I)所述的打桩方法及上述(5)所述的励振控制方法，通过桩头成为波腹的共振振动，对在桩头上施加了上述荷重的桩进行励振，或者根据桩的打入深度及地面的硬度中的至少ー个，在上述的范围内调整对桩头施加的荷重之后，对桩进行励振，从而与不施加荷重的情况相比，能够增大桩前端的加速度响应，能够提高施工能力。此外，由于产生桩头成为波腹的共振振动，因此能够使应变最大的波节位于桩的中间部。因此，不増大打桩机与桩头的固定力就能够控制共振振动，并且能够降低打桩机发生故障的可能性，易于实用化。此外，能够通过对桩头施加的荷重调整共振频率，因此能够打入的桩的长度范围不受限制，能够提高打桩方法的通用性。此时，共振打桩方法的共同优点即地面振动的减小效果没有改变。 另外，在本发明的ー个方式所涉及的打桩方法中，优选的是，对桩头施加桩的质量的O. 26倍以上且I. I倍以下的荷重。此外，在本发明的ー个方式所涉及的励振控制方法中，优选的是，在上述桩的质量的I. I倍为止的范围内调整对桩头施加的荷重。若荷重超过I. I倍，则共振频率的变化量相对于荷重的増加量小于I. I倍以下的情况，没有显著的效果，并且励振对象的总质量増加，存在打桩机的负荷増大的情況。根据上述(2)所述的打桩方法及上述(6)所述的励振控制方法，在仅通过1/2波长的共振模式(一次共振模式)进行共振振动的情况下，桩的长度越长，共振频率越低，地面振动越大。此外，在判断为桩P的长度长、1/2波长的共振模式的共振频率下地面振动的减小 效果小的情况下，以通过1/1波长的共振模式使桩P共振振动的方式通过励振机进行励振。这样，根据桩的长度，选择共振模式并进行励振，从而即使不改变桩的长度，桩的共振频率也提闻，地面振动减小。根据上述(3)所述的打桩方法，由于在桩把持装置上把持桩的桩头，因此能够容易施工。根据上述(4)所述的打桩方法，由于在主体部的内部配置有压铁，因此通过改变压铁，能够将对桩的桩头施加的荷重调整为桩的质量的O. 26倍以上且3倍以下。由此，能够通过简易的方法提高共振频率带域，増大振动响应。根据上述打桩方法及励振控制方法，与对桩头不施加荷重的情况相比，能够增大桩前端的加速度响应，能够提高施工能力。此外，不增大打桩机与桩头的固定力就能够控制共振振动，并且能够降低打桩机发生故障的可能性，能够容易实用化。此外，能够打入的桩的长度范围不受限制，能够提高打桩方法的通用性。并且，能够实现共振打桩方法的优点即地面振动的减小。
图I是表示本发明的一个实施方式所涉及的打桩机的概略结构的侧视图。图2是表示本发明的实施例的实验方法的侧视图。图3是表示励振频率比与前端加速度比的关系的图表。图4是表示施加荷重比与1/2波长共振频率比的关系的图表。图5是表示施加荷重比与极限到达深度比的关系的图表。图6是表示施加荷重比与打入速度比的关系的图表。图7是表示比较例2的振动响应分布和应变分布的图。图8是表示比较例3的振动响应分布和应变分布的图。图9是表不实施例5的振动响应分布和应变分布的图。
具体实施例方式以下，作为本发明的一个实施方式，根据
打桩方法及励振控制方法。图I是表示本实施方式的打桩机的概略结构的侧视图。
在图I中，本实施方式的打桩机I是利用共振振动将桩P打入地面G的装置。该打桩机I包括对桩P进行励振的励振机2、桩把持装置3以及未图示的控制装置。桩把持装置3安装于励振机2，把持桩P的桩头Ph。控制装置(省略图示)控制打桩机I整体。此外，桩P的埋入地面G的一侧的端部为桩前端Pf。励振机2以在桩上P产生与桩头Ph成为波腹的1/2波长的共振模式(一次共振模式)或1/1波长的共振模式(二次共振模式)对应的共振振动的频率进行励振。桩把持装置3包括在内部具有空洞的大致箱状的主体部31和把持桩P的桩头Ph的多个把持部32。把持部32被配置为包围桩P的桩头Ph，从主体部31向下方突出。该把持部32通过控制装置(省略图示)以把持桩头Ph的方式进行动作。在主体部31的内部，设置预先准备的多个压铁(錘)33中的任意ー个或多个。压 铁33的质量被设定为，该I个或多个压铁33的质量与桩把持装置3 (包含主体部31及把持部32)的质量之和在桩P的质量的O. 26倍至3倍的范围内。若这样的压铁33中的任意ー个或多个被设置于主体部31内，则在桩头Ph上施加(加载)桩P的质量的O. 26倍以上且3倍以下的荷重。即，桩把持装置3与压铁33的质量之和相当于对上述桩头施加的荷重。接着，说明打桩机I的桩P的打桩方法(励振控制方法)。首先，作业者根据地面G的硬度、桩P的打入深度(从地面G到桩前端Pf的长度，即目标打入深度)，选择适当的长度或粗细(外径)的桩P，并把持于桩把持装置3。并且，调整对桩P的桩头Ph施加的荷重，以使ー个或多个压铁33的质量与桩把持装置3的质量之和在桩P的质量的O. 26倍至3倍的范围内。即，将适当质量的压铁33设置于桩把持装置3。并且，作业者首先操作打桩机I的控制装置而使励振机2动作。接着，以使施加有桩P的质量的O. 26倍至3倍的范围内的荷重的桩P产生1/2波长的共振模式的共振振动的频率进行励振并打入桩P。在此，对桩P施加的荷重更优选为桩P的质量的O. 26倍至I. I倍的范围内。这样，对桩P的桩头Ph施加荷重而励振，从而与对桩P的桩头Ph不施加荷重地以1/2波长的共振模式进行共振振动的情况相比，桩前端Pf的加速度响应増大，并且与以桩头Ph成为波节的方式进行共振振动的情况相比，以桩头Ph的应变小的状态打入。此外，作业者在判断为用桩把持装置3把持的桩P的长度长，在1/2波长的共振模式的共振频率下地面振动的减小效果小的情况下，以使桩P以1/1波长的共振模式进行共振振动的方式通过励振机2进行励振。这样，根据桩P的长度，选择共振模式并进行励振，从而即使不改变桩P的长度，桩P的共振频率提高，地面振动减小。根据上述本实施方式，对桩头Ph施加桩P的质量的O. 26倍至3倍的范围内的荷重的压铁33，以桩头Ph成为波腹的共振振动对桩P进行励振。因此，能够实现共振打桩方法的优点即地面振动的减小，并且与对桩头Ph不施加荷重的情况相比，能够增大桩前端Pf的加速度响应，能够提高预定的施工能力。此外，在本实施方式中，以桩头Ph成为波腹的共振振动对桩P进行励振，因此与以桩头Ph成为波节的方式进行共振振动的情况相比，能够减小桩头Ph的应变。由此，能够不增大桩把持装置3的把持力地控制共振振动，并且能够降低打桩机I发生故障的可能性。因此，能够容易实现实用化。此外，根据桩的长度或桩的质量调整对桩头施加的荷重，从而能够调整共振频率，因此能够不依赖于桩的长度而产生共振振动，能够提高通用性。此外，对桩P的桩头Ph施加了桩P的质量的O. 26倍至3倍以下的荷重，但更优选的是，在桩P的质量的O. 26倍至I. I倍的范围内进行调整。由此，能够将励振机2的励振对象即桩把持装置3、压铁33及桩P的总质量的増加抑制在最小限度上，能够抑制打桩机I的负荷并获得上述效果。此外，根据桩P的长度，将桩P的共振模式选择为1/2波长或1/1波长，从而能够不变更桩P地控制地面振动。此外，还能够根据对桩P进行励振时的频率，选择1/2波长的共振模式或1/1波长的共振模式。此外，由于在桩把持装置3上把持桩头Ph，因此容易施 工。实施例接着，说明本发明的实施例。在本实施例中，确认了对桩头Ph施加荷重而获得的效果。首先，确认对桩P施加的荷重、桩P的共振频率、励振时的桩前端Pf的加速度(以下简称为前端加速度)的关系。如图2所示，在沿着桩P的长度方向的五个位置彼此等间隔地安装加速度计A。此夕卜，在安装于励振机2的前端的桩把持装置3上把持该桩P。此外，在桩把持装置3上设置桩把持装置3与压铁33的质量之和除以桩P的质量而得到的值(以下简称为施加荷重比)分别成为以下表I的值的压铁33。并且，使励振机2的功率一定，改变对桩P进行励振的频率(以下简称为励振频率)，分析实施例广4中的共振频率与励振时的桩前端Pf的加速度(以下简称为前端加速度)的关系。[表 I]
施加荷重比实施例I O. 26实施例2 O. 60实施例3 O. 77实施例4 I. 10比较例I O. 08 ~ O另ー方面，在比较例I中，不使用桩把持装置3，而是使用螺栓及焊接，在励振机2的前端接合安装有五个加速度计A的桩P。并且，与实施例f 4同样对桩P进行励振，分析共振频率与加速度的关系。另外，比较例I中的施加荷重比为O. 08( O)。图3表示实施例广4、比较例I中的励振频率比与前端加速度比的关系。在此，励振频率比是指，实施例广4、比较例I中的励振频率除以比较例I中的1/2波长的共振频率而得到的值。此外，前端加速度比是指，实施例广4、比较例I中的前端加速度除以比较例I中的1/2波长的前端加速度而得到的值。
如图3所示，确认了施加荷重比越大，1/2波长共振频率(1/2波长的共振模式下的共振频率)越低，并且前端加速度比越大。此外，确认了关于1/4波长共振频率(1/4波长的共振模式下的共振频率)，即使施加荷重比増大，也几乎没有变化。此外，图4表示根据图3获得的施加荷重比与1/2波长共振频率比(各施加荷重比(实施例f 4)的1/2波长共振频率除以比较例I的1/2波长共振频率而得到的值)的关系。在此，实线为连接实测值的线，双点划线为从实测值获得的近似曲线。确认了在施加荷重比为I. I以下的情况下，施加荷重比越大，1/2波长共振频率越低，但若超过I. 1，则1/2波长共振频率几乎不变化。此外，在图4中，单点划线表示从波动方程导出的理论值(在后文详细说明)。上述实测值的近似曲线表现出比理论值略大的值，尤其在质量比为I. O以上的区域，表现出5%左右的乘离。但是，理论值及近似曲线均表现出伴随着质量比的上升收敛于一定的1/2波长共振频率比的趋势，认为通过理论值证明了基于上述实测值的近似曲线的正确。另外，理论值及近似曲线分别伴随着质量比的上升而收敛于一定的频率比，认为其原因在于，共振模式从不施加荷重时的1/2波长共振转变为1/4波长共振。此外，近似曲线表现出比理论值高的值，认为其原因在干，实验时的装置的问题，例如安装在桩把持装置3上时，桩P及压铁33没能严格垂直地设置，从垂直方向稍微偏离等原因。上述理论值可通过以下要点导出。像桩P这样的ー维弾性体的共振模式可通过波动方程和边界条件求出。首先，众所周知下式的波动方程。[式I]
权利要求
1.一种打桩方法，利用桩的长度方向的共振振动向地面打入桩，其特征在于， 对上述桩的桩头施加上述桩的质量的0. 26倍以上且3倍以下的荷重， 通过与上述桩头成为波腹的共振模式对应的共振振动，对上述桩进行励振。
2.根据权利要求I所述的打桩方法，其特征在于， 上述共振模式为1/2波长的共振模式及1/1波长的共振模式， 根据上述桩的长度，选择上述1/2波长的共振模式或上述1/1波长的共振模式， 通过与该选择的上述共振模式对应的共振振动，对上述桩进行励振。
3.根据权利要求I或2所述的打桩方法，其特征在于， 在把持上述桩的桩把持装置上把持上述桩头， 对上述桩把持装置上所把持的上述桩头施加上述荷重。
4.根据权利要求3所述的打桩方法，其特征在于， 上述桩把持装置包括主体部；和把持部，设置于上述主体部，被配置成包围上述桩的上述桩头， 在上述主体部的内部配置有压铁， 上述压铁与上述桩把持装置的质量的总和为上述桩的质量的0. 26倍以上且3倍以下。
5.一种励振控制方法，控制利用共振振动向地面打入桩时对上述桩进行的励振，其特征在于， 根据上述桩的打入深度及上述地面的硬度中的至少一个，在上述桩的质量的0. 26倍以上且3倍以下的范围内调整对上述桩的桩头施加的荷重， 通过与上述桩头成为波腹的共振模式对应的共振振动，对上述桩进行励振。
6.根据权利要求5所述的励振控制方法，其特征在于， 上述共振模式为1/2波长的共振模式及1/1波长的共振模式， 根据上述桩的长度，选择上述1/2波长的共振模式或上述1/1波长的共振模式， 通过与该选择的上述共振模式对应的共振振动，对上述桩进行励振。
全文摘要
该打桩方法利用桩的长度方向的共振振动向地面打入桩，对上述桩的桩头施加上述桩的质量的0.26倍以上且3倍以下的荷重，通过与上述桩头成为波腹的共振模式对应的共振振动，对上述桩进行励振。
文档编号E02D7/18GK102713078SQ201180005871
公开日2012年10月3日 申请日期2011年1月14日 优先权日2010年1月15日
发明者妙中真治, 森安俊介, 辻井正人 申请人:新日本制铁株式会社