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TS・GPSを用いた盛土の締固め情報化施工管理要領(案)について

国土交通省 九州地方整備局
 道路部 機械課
向 窪 広 幸

1 はじめに
これまで河川土工及び道路土工における盛土の締固め管理においては,砂置換法とRI計法による2通りの方法がある。本文は第3の品質管理方法として,建設機械の走行軌跡情報及び位置情報をリアルタイムに計測蓄積し,走行軌跡を転圧回数として品質管理に利用した方法「TS・GPSを用いた情報化施工管理要領(案)」について概要を述べる。(図ー1参照)

2 「TS・GPSを用いた情報化施工管理要領(案)」の長所
TS・GPSを用いた締固め管理方法による品質管理は,盛土の現場密度を直接計測するものではなく,事前に試験施工を行い締固め回数を決定し,その回数が確実に履行されたことを確認することにより管理する方法である。
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  TS:自動追尾トータルステーション
  GPS:衛星測位システム
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これは,施工と同時にオペレータが車載パソコンのモニターで締固め回数分布図を確認することで,盛土全面の品質管理が可能となった。さらに,適切な品質管理が難しかった岩塊盛土に対しても,適切な回数設定をした上で適用できることや,人為的なミスが少なく,均一な締固めができるなどの特長も有している。
本手法の効果を次に示す。
〇盛土全面の管理による品質の向上(品質の均一化)
〇適用可能な土質条件の拡大(礫を含む岩塊盛土等への滴用が可能)
〇締固め状況の早期把握による工程短縮(次層盛土の迅速な施丁)
〇品質管理業務の簡素化・効率化(品質管理時間の短縮)
〇締固め回数の確実な管理による過転圧の防止(無駄な締固めの排除)
〇オペレータの省技能化(盛土の品質がオペレータの習熟度に左右されない)
〇電子納品への対応(施工管理の合理化)
〇TS・GPSで取得した計測データのうち,鉛直〈Z座標〉成分の情報(締固め前後の地盤標高差)を活用することで,層厚管理の目安としての自主管理が可能。

3 締固め回数
TS・GPSを用いた盛土の締固め管理は,事前の試験施工で確認された所定の締固め回数を確実に管理することが基本となる。この方法は,土質特性の変化が締固め品質に大きく影響するので,施工時の含水比を日々測定し,最適含水比と常に対比して,最適含水比との差が大きい場合には,他の現場密度試験併用での追確認を行い,所定の品質確保に努めなければならない。
また,土質が変化した場合や締固め機械を変更した場合にも,改めて試験施工を実施し,所定の締固め回数を定めなければならない。(図ー2参照)
なお,管理・確認項目は表ー1のとおりである。

4 締固め回数の確認方法
TS・GPSで計測した締固め機械の位置座標を,締固め機械の側のパソコンに通信し,車載パソコンのモニターでは,管理ブロックサイズデータが表示される。(図ー3参照)
この管理ブロックサイズデータに締固め機械の位置座標(走行軌跡)をあてはめ,締固め機械が管理ブロックを通過すると,そのブロックを締固めたと判定し,通過回数に応じて施工と同時に,モニターには締固め回数に応じて色分け図を表示する。締固め範囲全面にわたってこの処理を行うことにより,規定の締固め度の確保に必要な締固め回数を確認・管理する。

管理ブロックの定義:管理ブロックとは,オペレータが締固め完了部分と未締固め部分を見分けるため,図ー3に示すように締固め範囲を正方形(一辺0.25mまたは0.50m)に分割し,車載パソコンのモニターに表示するものをいう。

5 試験施工による締固め回数の設定
締固め回数管理は,本施工着手前及び盛土材料の土質が変わるごとに自然含水比状態で試験施工を行い,本施工における締固め回数を決定する。
締固め度(現場密度)で管理ができる盛土材料と,締固め度で管理できない岩塊材料における試験施工の実施例を示す。

(1)締固め度で管理できる盛土材料の例
試験施工により,締固め回数と締固め度の相関を確認し,規定の締固め度が得られる締固め回数を本施工での締固め回数とする。(図ー4参照)表面沈下量は,締固め範囲外に設けた基準杭間に水糸を張り,スケール等で測定点の沈下量を測定する。

(2)締固め度で管理できない岩塊材料の例
試験施工により,締固め回数と表面沈下量の相関を確認し,表面沈下量の変曲点(沈下量が収束した点付近)を本施工での締固め回数とするのが一般的である。(図ー5参照)

締固め回数は,規定の締固め度にやや余裕がある回数とするのが一般的である。図ー4は路体の試験施工において,現場密度をRI計法で測定した例を示している。RI計法の場合は平均値による管理が基本であり,路体の品質規格値は平均締固め度が90%以上である。したがって,図ー4に基づいた場合の適切な締固め回数は8回~10回となる。なお,現場密度を砂置換法で測定した場合は,平均値ではなく測定値の下限値で管理するのが基本となっている。なお,砂置換法とRI計法では,締固め度の品質規格値そのものが異なり,また路体と路床でも品質規格値が異なるので注意しなければならない。

6 締固め回数分布図と走行軌跡図
毎日,締固め終了後に,車載パソコンに記録された計測データを電子媒体に保存し,締固め回数分布図と走行軌跡図を出力する。これらの図は締固め範囲の全面を確実に規定回数だけ締固めたことを確認するための日常管理帳票となるので,全数・全面積分を作成する必要がある。したがって,一日の締固めが複数回・複数層に及ぶ場合は,その都度,以下の内容が記載された締固め回数分布図と走行軌跡図を出力する。
 ・工事名,請負会社名
 ・作業日,オペレータ名,天候
 ・管理ブロックサイズ
 ・施工箇所(STA.No等),断面番号又は盛土層数番号
 ・盛土材料番号(土質名)
 ・施工含水比
 ・締固め機械名
 ・作業時刻
 ・走行時間,実走行距離,締固め平均速度
 ・起振力(振動ローラの場合)
 ・締固め幅
管理ブロックサイズ0.50m,締固め回数6回の条件で締固めた際の締固め回数分布図の例を図ー6に,走行軌跡図の例を図ー7に示す。

7 締固め管理基準
締固め管理基準は,施工範囲全面を表す締固め回数分布図により行い,定められた締固め機械により決められた管理ブロック全てにおいて,規定回数だけ締固め機械が通過したことを確認しなければならない。

8 おわりに
情報化施工は,建設生産に情報化技術を活用し,設計から施工,維持管理に至るトータルのプロセスにわたって利活用し,「建設CALS/EC」とも連携することにより次世代の建設生産システムと位置づけられています。本文は情報化施工における新たな盛土の施工管理方法の1つとして,策定された「TS・GPSを用いた盛土の締固めの情報化施工管理要領(案)」の概要について,紹介しました。

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