オーガ併用鋼管杭打機および鋼管杭打方法
【課題】 アースオーガを併用した振動杭打ち技術を改良して、オーガ専用クレーンの必要を無くし、かつ鋼管杭を強力に地中へ貫入せしめ得るようにする。
【解決手段】 リーダ１２を立てて、該リーダによって振動杭打機のハンガ１４を支持案内するとともに昇降動せしめ得るようにし、上記リーダによってオーガ１６を支持案内するとともに昇降動せしめ得るようにする。鋼管杭７の中にオーガのスクリュー１７を挿通して、このオーガで土砂を掘削する。振動杭打機の鋼管杭用チャック１５は、起振機１３に対して軸心周りに回転駆動される。鋼管杭７の軸心周り回転により、該鋼管杭の地中貫入性能が格段に増加する。
【解決手段】 リーダ１２を立てて、該リーダによって振動杭打機のハンガ１４を支持案内するとともに昇降動せしめ得るようにし、上記リーダによってオーガ１６を支持案内するとともに昇降動せしめ得るようにする。鋼管杭７の中にオーガのスクリュー１７を挿通して、このオーガで土砂を掘削する。振動杭打機の鋼管杭用チャック１５は、起振機１３に対して軸心周りに回転駆動される。鋼管杭７の軸心周り回転により、該鋼管杭の地中貫入性能が格段に増加する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、比較的硬質の地盤に鋼管杭を打設する場合、該鋼管杭の中にオーガのスクリューを挿入して地盤を掘削することにより、鋼管杭の沈下を幇助する技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
比較的硬質の地盤内へ抗を打ち込む場合、地盤中への杭の貫入を幇助する手段として、ウォータージェットやオーガ併用が知られている。
地盤構造は著しく多種多様であり、かつ杭打設工事の仕様も多岐に亙る。その上、杭打工事場周辺の環境条件も一様でない。
こうした事情から、杭打設工事を施工設計する者の立場から言えば、各種の杭打幇助手段を任意に選定し得ることが望ましい。
前記のウォータージェット工法も、場合によっては極めて有効であるが、その使用を制限されることも少なくないので、オーガ併用工法の改良進歩が期待されている。
【０００３】
杭打ちにオーガを併用する技術として、特許文献１に挙げた特開２００１−３２９５３５号「オーガ併用圧入工法及びオーガ装置と矢板」が公知である。
図４は上記オーガ併用圧入工法の実施形態を描いた模式的な平面図であって、Ｕ形鋼矢板１の凹部にオーガ装置２が配置される（図において符号２の円はオーガーケーシングを表している）。
【０００４】
オーガ装置２は、Ｕ形鋼矢板１により、当接座３を介して支承される。該Ｕ形鋼矢板のフランジから突出して係合部材５が設けられ、かつ、これら部材の嵌合関係を規制するガイド部材４が設けられている。このように構成すると、Ｕ形鋼矢板１を硬質地盤内へ貫入させ易く、しかもオーガとＵ形鋼矢板との相対的な位置を規制し得る旨が報告されている。
しかし、この公知発明の適用はＵ形鋼矢板に限定されており、鋼管杭には適用できない。
【０００５】
鋼管杭に適用できる公知技術には、特許文献２として挙げた特開２００１−１８２０６２号「杭圧入システム及びこれを用いた杭圧入方法」が有る。
図５は上記の杭圧入システムの実施形態を描いた模式図である。第１クレーン６で吊り上げた鋼管矢板７を圧入引抜機８に把持させて地中へ圧入して打設する。これと同時に第２クレーン９で吊り上げたオーガ１０のスクリュー１７を、前記鋼管矢板７の中へ吊り降ろして挿入する。
【０００６】
上記の公知技術に係る杭圧入システムによると、オーガのスクリューが安定して支持される旨が報告されている。
しかし、この公知技術に係る杭圧入システムの適用範囲は圧入式の杭打抜機に限定されていて、振動式の杭打機には適用できない。
その上、作業準備のために第１クレーン６を使用するのは当然としても、杭を打設している期間中、第２クレーン９を必要とする。このため、第２クレーン９に相当する機材コストが嵩む上に、狭隘な場所での施工が困難である。
【特許文献１】 特開２００１−３２９５３５号公報
【特許文献２】 特開２００１−１８２０６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
杭打機の多くは杭を抜くこともできるので杭打抜機と呼ばれることが少なくない。
しかし、オーガを併用するのは一般に杭の打設時であって、オーガ併用の杭抜き作業は稀であって例外である。
杭打抜機の２大主流をなしている圧入式と振動式とは、それぞれ長短が有って、何れも必要であり重要である。一般的な傾向としては、特に静粛を要求される場合は圧入式が有利であり、硬質地盤へ強力に打設しなければならない場合は振動式に頼らざるを得ない。
施工設計技術者にとっても、施工現場技術者にとっても、圧入式杭打抜機と振動式杭打抜機とは両方とも必要かつ重要である。
このため、圧入式に限定されている前記の公知技術では物足りない。
【０００８】
本発明は上述の事情に鑑みて為されたものであって、その目的は、
イ．振動式杭打抜機による鋼管杭の打設に適用することができ、
ロ．杭打作業期間を通じてオーガ専用のクレーンを必要とせず、
ハ．従来技術では予想できなかったレベルの強力な杭打ち性能を有する、杭打機および杭打ち方法を提供することである。
【０００９】
Ｕ形鋼矢板の圧入についてオーガを併用する技術が公知であるからと言って、これを直ちに鋼管杭の振動杭打ちに適用できるものではない。
圧入とは異なる原理で杭を地盤中へ貫入させる振動杭打機においては、圧入杭打機には無い「振動伝達」「振動遮断」「防振支持」といった機構が必要であり、これらの機構とオーガとを協働させなければならないからである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記の目的を達成するために創作した本発明の基本的な原理を、その実施形態に対応する図面を参照して説明すると次のとおりである。これは原理の説明であって、本発明の必須構成要件を述べるのではない。
（図２参照）オーガ専用のクレーンを必要としないように、
リーダ１２を立てて、オーガ１６と、起振機１３のハンガ１４とを案内する。
（図１参照）振動杭打機に適用するために起振機１３が不可欠であり、オーガを併用するためにオーガ挿通孔１４ａが必要である。
破線で描かれている起振機１３および鋼管杭用チャック１５は振動系の構成部分であり、実線で描かれているハンガ１４は静止系の構成部分である。本発明においては静止系の部材であるハンガ１４に対して、リーダに係合するためのフック１９を固着する。
なお、前記の振動系と静止系との間は、緩衝部材であるコイルスプリング１８で振動遮断されている。
（図３参照）より強力な杭打ち性能を得るために、
ハンガ１４にリングギア２１を設けるとともに、鋼管杭用チャック１５にピニオン２３を設けて、ハンガ１４に対して鋼管杭用チャック１５をＺ軸回りに回転させる。これにより、チャックに把持された鋼管杭７がＺ軸回りに回転し、地盤の中へ貫入し易くなる。
【００１１】
以上に説明した原理に基づいて創作した本発明に係るオーガ併用鋼管杭打機の構成につついて、その実施形態に対応する図面を参照して、以下に説明する。
この［課題を解決するための手段］の欄においては、図面との対照を容易ならしめるため、図面参照符号を括弧書で付記する。ただし付記した付合は、本発明の構成を図面どおりに限定するものではない。
【００１２】
請求項１の発明に係るオーガ併用鋼管杭打機の構成は、
（図１参照）オーガ挿通孔（１４ａ）を有するハンガ（１４）により、緩衝部材（例えばコイルスプリング１８）を介して吊持された起振機（１３）と、
該起振機に装着された鋼管杭用チャック（１５）とを具備するオーガ併用鋼管杭打機において、
リーダに対して摺動可能に係合するフック部材（１９）が前記ハンガに対して固着されており、
かつ、前記起振機に対して鋼管杭用チャックを、鋼管杭の軸心（Ｚ）周りに回転させる駆動手段（図３参照）が設けられていることを特徴とする。
【００１３】
請求項２に係るオーガ併用鋼管杭打機の構成は、前記請求項１の発明の構成に加えて、
前記の鋼管杭用のチャックの回転駆動手段が、該鋼管杭を正，逆転可能に連続回転させる構造であることを特徴とする。
また請求項３に係るオーガ併用鋼管杭打機の構成は、同じく前記の鋼管杭を１８０度以内の角度で連続的に往復回動させる構造であることを特徴とする。
【００１４】
請求項４に係るオーガ併用鋼管杭打機の構成は、
鋼管杭に対し、チャックを介して起振機を装着し、鋼管杭に振動を与えて地盤中へ貫入させながら、該鋼管杭の中へオーガのスクリューを挿入して地盤を掘削するオーガ併用鋼管杭打方法において、
地盤の硬軟の度に応じて前記の鋼管杭を、その軸心回りに回転させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１のオーガ併用鋼管杭打機を適用すると、
イ．リーダを備えているので、起振機およびオーガを該リーダで支持し案内して鋼管杭を打設することができ、オーガ専用のクレーンを必要とせず、
ロ．起振機が、緩衝部材を介してリーダに装着されるので、リーダが振動を受けず、
ハ．鋼管杭が軸心周りに回転駆動されるので、従来例に比して絶大な貫入力が発揮される。
ここで注目すべきは、ロ項に述べた緩衝部材を新設する必要無く、振動杭打機が本来的に具備している緩衝部材（例えばコイルスプリング、ゴム継手など）を利用していること、及び、ハ項の、鋼管杭を回転させることによる貫入力の増大である。
【００１６】
請求項２の発明を請求項１の発明に併せて適用して鋼管杭を連続回転させ、もしくは請求項３の発明を請求項１の発明に併せて適用して鋼管杭を往復回動させると、地盤の状態に応じて最大の杭貫入力を発揮せしめることができる。地盤の状態によって連続回転の方が良い場合も有り、往復回動の方が良い場合もあるので、選択的に使用できるように準備しておくことが望ましい。
機械装置の面に着目すると、連続回転（請求項２）は制御が容易であり、往復回動（請求項３）の方がアクチュエータの構造が簡単で済む。
【００１７】
請求項４に係るオーガ併用鋼管杭打方法を適用すると、従来のオーガ併用杭打方法に比して、格段に強力な地中貫入性能が発揮され、作業能率向上に因る施工コスト低減効果を奏する。
能率向上によって工期が短縮されるのみでなく、杭打機械の運転時間が短縮されるので振動・騒音公害の発生が時間的に軽減される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下に、図１ないし図３を参照しつつ本発明の実施形態について説明する。
図２は、本発明に係るオーガ併用鋼管杭打機を用いて、本発明に係るオーガ併用鋼管杭打方法を実施している形態を描いた模式図であって、（Ａ）は機械装置の全景を示す正面図、（Ｂ）は要部を抽出して描いた側面図である。
車両系建設機械１１のフロントアタッチメントとしてリーダ１２が装着されており、このリーダが作業現場の地上に垂直に立てられている。
【００１９】
本実施形態における振動杭打機の外観的な構造は、振動エネルギーの発生源である起振機１３と、該起振機に対して振動的に接続して装着された鋼管杭用チャック１５と、前記起振機に対して振動的に絶縁して装着されたハンガ１４を主要部分としている。
上記の３部分の内、起振機１３と鋼管杭用チャック１５とはリーダ１２に接触しておらず、ハンガ１４がリーダ１２に対して昇降摺動可能に係合されている（構造の詳細については図１を参照して次に述べる）。
【００２０】
図１は、本実施形態における振動杭打機の外観を示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は正面図である。
本図１においては、振動源である起振機１３および該起振機に対して振動的に接続された鋼管杭用チャック１５から成る振動系の機器を破線で描くとともに、前記の起振機に対して振動的に絶縁されたハンガ１４を主要構成部材とする静止系の機器を実線で描いてある。両者の開に介装された振動絶縁部材は弾性材料製のコイルスプリング１８であって、鎖線で描いてある。
図示を省略するが、前記のコイルスプリング１８をゴム継手で代えることもできる。
【００２１】
符号１９を付して示したのはリーダ係合用フックであって、静止系の部材であるハンガ１４に対して固着されている。
上記の係合用フック１９を前記リーダ１２（図２）に係合させて、ハンガ１４を昇降可能に支持，案内し、ワイヤロープＷで昇降させる。
（図２参照）上述の構成により、リーダ１２および車両系建設機械１１に振動を伝えることなく、振動式杭打機がリーダによって支持される。
上記のリーダ１２によって、オーガ１６を支持，案内し、ワイヤロープＷによって昇降させる。これにより、オーガ専用のクレーンを設けなくてもオーガを支持し、かつ昇降動させることができる。
【００２２】
図１（Ａ）に示されているように、ハンガ１４にオーガ挿通孔１４ａを設けるとともに、該オーガ挿通孔の両側に起振機１３を配置すると、両側の起振機を互いに同期させて協働させることが必要である。
オーガ挿通孔の両側に設けた起振機を互いに同期させて制御する技術は、特開２００６−２０７３５４号「起振力の調節可能な杭打機用起振機」に開示されているから、この技術を適用すれば良い。
【００２３】
図３は、前記鋼管杭用チャック１５と起振機１３との接続構造を説明するため模式的に描いた部分断面図である。構造機能を理解し易いように模式化してあるので、写実的な投影図ではない。
この断面図は、中心線Ｚの右半部と左半部とを、相互に直角をなす２つの面で切断して描いてあり、左半部には起振機１３が現れており、右半部には該起振機が現れていない。
起振機１３は起振機ベ−ス２１に装着され、コイルスプリング１８を介して図外のハンガで吊持されている。
【００２４】
鋼管杭用チャック１５の上端部は大径の円筒状に形成され、前記起振機ベース２１に対してベアリング２２によって回転自在に連結されている。図ではベアリング２２を小型のように描いてあるが、起振機が発生した振動エネルギーを鋼管杭用チャックに伝達する部材であるから、特に耐スラスト荷重の大きい重負荷用のベアリングを用いてある。これにより鋼管杭用チャック１５は、把持した鋼管杭７の軸心Ｚ周りの回転可能に支持される。
【００２５】
先の述べた鋼管杭用チャック１５上端部の円筒状部分の内周にリングギア２３が形成されている。
一方、起振機ベース２１に設置された駆動機構２４により支持されて回動駆動されるピニオン２５が、前記リングギア２３に噛合している。
これにより、鋼管杭７を把持した鋼管杭用チャック１５は、該鋼管杭７の軸心Ｚ周りに回転せしめられる。
【００２６】
前記駆動機構２４の動力源は油圧モータでも良く電気モータでも良いが、図示しない制御機構を備えていて、回転の開始・停止・回転の加速・減速、及び正，逆転を任意に操作できるようになっている。
上記と異なる実施形態として、油圧モータや電気モータを用いずに油圧シリンダを動力源とすることも可能である。油圧シリンダをアクチュエータとして設置すると（図示省略）リングギアを設けなくても良いので構造が簡単になるが連続回転させることはできず、１８０度以内の回動角で往復回動させることになる。
【００２７】
以上のように構成されたオーガ併用鋼管杭打機を用いて、本発明に係るオーガ併用杭打方法を実施した１例について次に述べる。
図２に示すように、車両系建設機械１１のフロントアタッチメントとしてリーダ１２を装着し、鋼管杭打設現場まで自走し、打設地点にリーダ１２を立てる。
オーガ１６およびスクリュー１７，振動杭打機、並びに鋼管杭７は、適宜の手段により作業現場に搬入する。
作業準備に協力させるため、図外の移動式クレーン１台を作業現場に配置しておく。
【００２８】
振動杭打機のハンガ１４をリーダ１２に装着してワイヤＷを取り付け、昇降操作が可能な状態にする。
振動杭打機の鋼管杭用チャック１５で鋼管杭７を把持する。鋼管杭７は重量部材であるから相応の熟練と、図外のクレーンの協力とを必要とする。しかし、この作業は一般の従来技術においても行なわれていたことであるから詳述を省略する。以下の説明においても、従来技術と全く同じ作業については詳述を省略する。
【００２９】
リーダ１２によって、鋼管杭７を把持した振動杭打機を支持して昇降操作が可能な状態にすると、硬質地盤でなければそのまま通常の作業で鋼管杭を地中に貫入させ、打設することができる。
しかし、杭の打設作業に先立って、必ず地盤調査が行なわれる。調査の結果、単純な振動杭打だけでは鋼管杭の打設が困難であると判断されたことを前提としてオーガ併用工法が採用される。
そこで、予めオーガ１６をリーダ１２に装着し、ワイヤＷを掛けて昇降可能にしておく。
【００３０】
地盤は通常、地層と呼ばれる層状の構造を成しており、杭打設作業を極度に簡略化して表すと、軟弱地層を突破して、杭の下端を硬質地層に食い込ませて完了する。もちろん、工事設計に基づく仕様どおりに打設する。
こうした事情であるから、杭の打設は一般に、種々の地層を突破して遂行される。
前述のように準備を終えると、先ず、オーガを併用しないで鋼管杭の振動杭打作業を遂行する。
【００３１】
鋼管杭７の下端が若干硬質の地層に到達すると、該鋼管杭の沈下速度が遅くなる。鋼管杭の沈下速度が遅くなると、次のようにしてオーガの併用を開始する。
本発明方法を実施する場合、最初から沈下が困難であれば、最初からオーガを併用すれば良い。地盤調査によって、表層が硬質であると判明している場合も同様である。
オーガを併用するには、オーガ１６にスクリュー１７を取り付け、該スクリューを鋼管杭７の中へ吊り降ろして回転させる。
【００３２】
オーガの併用によって鋼管杭７が順調に沈下し始めれば、そのまま作業を続行する。
オーガを併用しても鋼管杭の沈下が思わしくない場合、及び、オーガの併用によって沈下していた鋼管杭の沈下が停滞したとき、図３について説明した駆動機構２４を作動させて、鋼管杭７を軸心周りに回転させる。
鋼管杭７が回転すると、杭の貫入を妨げていた「杭の外周面と土砂との摩擦抵抗」が、静止摩擦状態から動摩擦状態に変わり、これに伴って摩擦係数が減少するので、鋼管杭が沈下し始める。
【００３３】
上述した「鋼管杭の回転による沈下の促進」の原理から理解されるように、鋼管杭の軸心周り回転は、一方向連続回転であっても、一方向間欠的回転であっても、正逆回転の反復であっても有効である。
正，逆転の反復について、そのサイクルを極度に短縮すると往復回動になる。
連続的な往復回動によっても、鋼管杭の沈下を促進することができる。
一方、地盤の構成は複雑であり、地盤構造の状態によって一方向連続回転が最も有効な場合も有り、正逆回転が最も有効な場合も有るが、どのような回転方式であっても有効である。本発明者らの実験的研究によれば、最適でない回転方式であっても無効という場合は無い。最善の回転方式の効果と最悪の回転方式の結果との差は比較的少ない。
【００３４】
地盤構造その他各種の作業条件に対応して、どのような回転形態をとるべきかについては、今後の経験的知識の蓄積に期待しなければならないが、これを機械装置の面から見ると、各種の回転操作が可能な機器を準備しておいて、情況に応じて任意に選定使用し得る施工設計の自由度を確保しておくことが望ましい。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】 本発明に孫るオーガ併用鋼管杭打機の要部を模式的に描いた２面図であって振動系の機器を破線で描き、静止系の機器を実線で描いてある。
【図２】 本発明の１実施形態を示し、（Ａ）は全景の外観正面図、（Ｂ）は要部を抽出して描いた側面図である。
【図３】 本発明の１実施形態における振動系の機器を示す部分断面図であって、中心線Ｚの右側の切断面と左側の切断面とはほぼ９０度で交差している。
【図４】 （Ａ）はオーガ併用圧入装置の公知例を示す平面図、（Ｂ）は上記と異なる公知例における外観正面図である。
【図５】 従来例の杭打ち工事を描いた模式図である。
【符号の説明】
【００３６】
１…Ｕ形鋼矢板
２…オーガ装置（オーガケーシング）
３…当接座
４…ガイド部材
５…係合部材
６…第１クレーン
７…鋼管矢板（鋼管杭）
８…圧入引抜機
９…第２クレーン
１０…オーガ
１１…車両系建設機械
１２…リーダ
１３…起振機
１４…ハンガ
１５…鋼管杭用チャック
１６…オーガ
１７…オーガのスクリュー
１８…コイルスプリング
１９…リーダ係合用フック
２０…滑車
２１…起振機ベース
２２…ベアリング
２３…リングギア
２４…駆動機構
２５…ピニオン
Ｗ…ワイヤロープ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、比較的硬質の地盤に鋼管杭を打設する場合、該鋼管杭の中にオーガのスクリューを挿入して地盤を掘削することにより、鋼管杭の沈下を幇助する技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
比較的硬質の地盤内へ抗を打ち込む場合、地盤中への杭の貫入を幇助する手段として、ウォータージェットやオーガ併用が知られている。
地盤構造は著しく多種多様であり、かつ杭打設工事の仕様も多岐に亙る。その上、杭打工事場周辺の環境条件も一様でない。
こうした事情から、杭打設工事を施工設計する者の立場から言えば、各種の杭打幇助手段を任意に選定し得ることが望ましい。
前記のウォータージェット工法も、場合によっては極めて有効であるが、その使用を制限されることも少なくないので、オーガ併用工法の改良進歩が期待されている。
【０００３】
杭打ちにオーガを併用する技術として、特許文献１に挙げた特開２００１−３２９５３５号「オーガ併用圧入工法及びオーガ装置と矢板」が公知である。
図４は上記オーガ併用圧入工法の実施形態を描いた模式的な平面図であって、Ｕ形鋼矢板１の凹部にオーガ装置２が配置される（図において符号２の円はオーガーケーシングを表している）。
【０００４】
オーガ装置２は、Ｕ形鋼矢板１により、当接座３を介して支承される。該Ｕ形鋼矢板のフランジから突出して係合部材５が設けられ、かつ、これら部材の嵌合関係を規制するガイド部材４が設けられている。このように構成すると、Ｕ形鋼矢板１を硬質地盤内へ貫入させ易く、しかもオーガとＵ形鋼矢板との相対的な位置を規制し得る旨が報告されている。
しかし、この公知発明の適用はＵ形鋼矢板に限定されており、鋼管杭には適用できない。
【０００５】
鋼管杭に適用できる公知技術には、特許文献２として挙げた特開２００１−１８２０６２号「杭圧入システム及びこれを用いた杭圧入方法」が有る。
図５は上記の杭圧入システムの実施形態を描いた模式図である。第１クレーン６で吊り上げた鋼管矢板７を圧入引抜機８に把持させて地中へ圧入して打設する。これと同時に第２クレーン９で吊り上げたオーガ１０のスクリュー１７を、前記鋼管矢板７の中へ吊り降ろして挿入する。
【０００６】
上記の公知技術に係る杭圧入システムによると、オーガのスクリューが安定して支持される旨が報告されている。
しかし、この公知技術に係る杭圧入システムの適用範囲は圧入式の杭打抜機に限定されていて、振動式の杭打機には適用できない。
その上、作業準備のために第１クレーン６を使用するのは当然としても、杭を打設している期間中、第２クレーン９を必要とする。このため、第２クレーン９に相当する機材コストが嵩む上に、狭隘な場所での施工が困難である。
【特許文献１】 特開２００１−３２９５３５号公報
【特許文献２】 特開２００１−１８２０６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
杭打機の多くは杭を抜くこともできるので杭打抜機と呼ばれることが少なくない。
しかし、オーガを併用するのは一般に杭の打設時であって、オーガ併用の杭抜き作業は稀であって例外である。
杭打抜機の２大主流をなしている圧入式と振動式とは、それぞれ長短が有って、何れも必要であり重要である。一般的な傾向としては、特に静粛を要求される場合は圧入式が有利であり、硬質地盤へ強力に打設しなければならない場合は振動式に頼らざるを得ない。
施工設計技術者にとっても、施工現場技術者にとっても、圧入式杭打抜機と振動式杭打抜機とは両方とも必要かつ重要である。
このため、圧入式に限定されている前記の公知技術では物足りない。
【０００８】
本発明は上述の事情に鑑みて為されたものであって、その目的は、
イ．振動式杭打抜機による鋼管杭の打設に適用することができ、
ロ．杭打作業期間を通じてオーガ専用のクレーンを必要とせず、
ハ．従来技術では予想できなかったレベルの強力な杭打ち性能を有する、杭打機および杭打ち方法を提供することである。
【０００９】
Ｕ形鋼矢板の圧入についてオーガを併用する技術が公知であるからと言って、これを直ちに鋼管杭の振動杭打ちに適用できるものではない。
圧入とは異なる原理で杭を地盤中へ貫入させる振動杭打機においては、圧入杭打機には無い「振動伝達」「振動遮断」「防振支持」といった機構が必要であり、これらの機構とオーガとを協働させなければならないからである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記の目的を達成するために創作した本発明の基本的な原理を、その実施形態に対応する図面を参照して説明すると次のとおりである。これは原理の説明であって、本発明の必須構成要件を述べるのではない。
（図２参照）オーガ専用のクレーンを必要としないように、
リーダ１２を立てて、オーガ１６と、起振機１３のハンガ１４とを案内する。
（図１参照）振動杭打機に適用するために起振機１３が不可欠であり、オーガを併用するためにオーガ挿通孔１４ａが必要である。
破線で描かれている起振機１３および鋼管杭用チャック１５は振動系の構成部分であり、実線で描かれているハンガ１４は静止系の構成部分である。本発明においては静止系の部材であるハンガ１４に対して、リーダに係合するためのフック１９を固着する。
なお、前記の振動系と静止系との間は、緩衝部材であるコイルスプリング１８で振動遮断されている。
（図３参照）より強力な杭打ち性能を得るために、
ハンガ１４にリングギア２１を設けるとともに、鋼管杭用チャック１５にピニオン２３を設けて、ハンガ１４に対して鋼管杭用チャック１５をＺ軸回りに回転させる。これにより、チャックに把持された鋼管杭７がＺ軸回りに回転し、地盤の中へ貫入し易くなる。
【００１１】
以上に説明した原理に基づいて創作した本発明に係るオーガ併用鋼管杭打機の構成につついて、その実施形態に対応する図面を参照して、以下に説明する。
この［課題を解決するための手段］の欄においては、図面との対照を容易ならしめるため、図面参照符号を括弧書で付記する。ただし付記した付合は、本発明の構成を図面どおりに限定するものではない。
【００１２】
請求項１の発明に係るオーガ併用鋼管杭打機の構成は、
（図１参照）オーガ挿通孔（１４ａ）を有するハンガ（１４）により、緩衝部材（例えばコイルスプリング１８）を介して吊持された起振機（１３）と、
該起振機に装着された鋼管杭用チャック（１５）とを具備するオーガ併用鋼管杭打機において、
リーダに対して摺動可能に係合するフック部材（１９）が前記ハンガに対して固着されており、
かつ、前記起振機に対して鋼管杭用チャックを、鋼管杭の軸心（Ｚ）周りに回転させる駆動手段（図３参照）が設けられていることを特徴とする。
【００１３】
請求項２に係るオーガ併用鋼管杭打機の構成は、前記請求項１の発明の構成に加えて、
前記の鋼管杭用のチャックの回転駆動手段が、該鋼管杭を正，逆転可能に連続回転させる構造であることを特徴とする。
また請求項３に係るオーガ併用鋼管杭打機の構成は、同じく前記の鋼管杭を１８０度以内の角度で連続的に往復回動させる構造であることを特徴とする。
【００１４】
請求項４に係るオーガ併用鋼管杭打機の構成は、
鋼管杭に対し、チャックを介して起振機を装着し、鋼管杭に振動を与えて地盤中へ貫入させながら、該鋼管杭の中へオーガのスクリューを挿入して地盤を掘削するオーガ併用鋼管杭打方法において、
地盤の硬軟の度に応じて前記の鋼管杭を、その軸心回りに回転させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１のオーガ併用鋼管杭打機を適用すると、
イ．リーダを備えているので、起振機およびオーガを該リーダで支持し案内して鋼管杭を打設することができ、オーガ専用のクレーンを必要とせず、
ロ．起振機が、緩衝部材を介してリーダに装着されるので、リーダが振動を受けず、
ハ．鋼管杭が軸心周りに回転駆動されるので、従来例に比して絶大な貫入力が発揮される。
ここで注目すべきは、ロ項に述べた緩衝部材を新設する必要無く、振動杭打機が本来的に具備している緩衝部材（例えばコイルスプリング、ゴム継手など）を利用していること、及び、ハ項の、鋼管杭を回転させることによる貫入力の増大である。
【００１６】
請求項２の発明を請求項１の発明に併せて適用して鋼管杭を連続回転させ、もしくは請求項３の発明を請求項１の発明に併せて適用して鋼管杭を往復回動させると、地盤の状態に応じて最大の杭貫入力を発揮せしめることができる。地盤の状態によって連続回転の方が良い場合も有り、往復回動の方が良い場合もあるので、選択的に使用できるように準備しておくことが望ましい。
機械装置の面に着目すると、連続回転（請求項２）は制御が容易であり、往復回動（請求項３）の方がアクチュエータの構造が簡単で済む。
【００１７】
請求項４に係るオーガ併用鋼管杭打方法を適用すると、従来のオーガ併用杭打方法に比して、格段に強力な地中貫入性能が発揮され、作業能率向上に因る施工コスト低減効果を奏する。
能率向上によって工期が短縮されるのみでなく、杭打機械の運転時間が短縮されるので振動・騒音公害の発生が時間的に軽減される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下に、図１ないし図３を参照しつつ本発明の実施形態について説明する。
図２は、本発明に係るオーガ併用鋼管杭打機を用いて、本発明に係るオーガ併用鋼管杭打方法を実施している形態を描いた模式図であって、（Ａ）は機械装置の全景を示す正面図、（Ｂ）は要部を抽出して描いた側面図である。
車両系建設機械１１のフロントアタッチメントとしてリーダ１２が装着されており、このリーダが作業現場の地上に垂直に立てられている。
【００１９】
本実施形態における振動杭打機の外観的な構造は、振動エネルギーの発生源である起振機１３と、該起振機に対して振動的に接続して装着された鋼管杭用チャック１５と、前記起振機に対して振動的に絶縁して装着されたハンガ１４を主要部分としている。
上記の３部分の内、起振機１３と鋼管杭用チャック１５とはリーダ１２に接触しておらず、ハンガ１４がリーダ１２に対して昇降摺動可能に係合されている（構造の詳細については図１を参照して次に述べる）。
【００２０】
図１は、本実施形態における振動杭打機の外観を示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は正面図である。
本図１においては、振動源である起振機１３および該起振機に対して振動的に接続された鋼管杭用チャック１５から成る振動系の機器を破線で描くとともに、前記の起振機に対して振動的に絶縁されたハンガ１４を主要構成部材とする静止系の機器を実線で描いてある。両者の開に介装された振動絶縁部材は弾性材料製のコイルスプリング１８であって、鎖線で描いてある。
図示を省略するが、前記のコイルスプリング１８をゴム継手で代えることもできる。
【００２１】
符号１９を付して示したのはリーダ係合用フックであって、静止系の部材であるハンガ１４に対して固着されている。
上記の係合用フック１９を前記リーダ１２（図２）に係合させて、ハンガ１４を昇降可能に支持，案内し、ワイヤロープＷで昇降させる。
（図２参照）上述の構成により、リーダ１２および車両系建設機械１１に振動を伝えることなく、振動式杭打機がリーダによって支持される。
上記のリーダ１２によって、オーガ１６を支持，案内し、ワイヤロープＷによって昇降させる。これにより、オーガ専用のクレーンを設けなくてもオーガを支持し、かつ昇降動させることができる。
【００２２】
図１（Ａ）に示されているように、ハンガ１４にオーガ挿通孔１４ａを設けるとともに、該オーガ挿通孔の両側に起振機１３を配置すると、両側の起振機を互いに同期させて協働させることが必要である。
オーガ挿通孔の両側に設けた起振機を互いに同期させて制御する技術は、特開２００６−２０７３５４号「起振力の調節可能な杭打機用起振機」に開示されているから、この技術を適用すれば良い。
【００２３】
図３は、前記鋼管杭用チャック１５と起振機１３との接続構造を説明するため模式的に描いた部分断面図である。構造機能を理解し易いように模式化してあるので、写実的な投影図ではない。
この断面図は、中心線Ｚの右半部と左半部とを、相互に直角をなす２つの面で切断して描いてあり、左半部には起振機１３が現れており、右半部には該起振機が現れていない。
起振機１３は起振機ベ−ス２１に装着され、コイルスプリング１８を介して図外のハンガで吊持されている。
【００２４】
鋼管杭用チャック１５の上端部は大径の円筒状に形成され、前記起振機ベース２１に対してベアリング２２によって回転自在に連結されている。図ではベアリング２２を小型のように描いてあるが、起振機が発生した振動エネルギーを鋼管杭用チャックに伝達する部材であるから、特に耐スラスト荷重の大きい重負荷用のベアリングを用いてある。これにより鋼管杭用チャック１５は、把持した鋼管杭７の軸心Ｚ周りの回転可能に支持される。
【００２５】
先の述べた鋼管杭用チャック１５上端部の円筒状部分の内周にリングギア２３が形成されている。
一方、起振機ベース２１に設置された駆動機構２４により支持されて回動駆動されるピニオン２５が、前記リングギア２３に噛合している。
これにより、鋼管杭７を把持した鋼管杭用チャック１５は、該鋼管杭７の軸心Ｚ周りに回転せしめられる。
【００２６】
前記駆動機構２４の動力源は油圧モータでも良く電気モータでも良いが、図示しない制御機構を備えていて、回転の開始・停止・回転の加速・減速、及び正，逆転を任意に操作できるようになっている。
上記と異なる実施形態として、油圧モータや電気モータを用いずに油圧シリンダを動力源とすることも可能である。油圧シリンダをアクチュエータとして設置すると（図示省略）リングギアを設けなくても良いので構造が簡単になるが連続回転させることはできず、１８０度以内の回動角で往復回動させることになる。
【００２７】
以上のように構成されたオーガ併用鋼管杭打機を用いて、本発明に係るオーガ併用杭打方法を実施した１例について次に述べる。
図２に示すように、車両系建設機械１１のフロントアタッチメントとしてリーダ１２を装着し、鋼管杭打設現場まで自走し、打設地点にリーダ１２を立てる。
オーガ１６およびスクリュー１７，振動杭打機、並びに鋼管杭７は、適宜の手段により作業現場に搬入する。
作業準備に協力させるため、図外の移動式クレーン１台を作業現場に配置しておく。
【００２８】
振動杭打機のハンガ１４をリーダ１２に装着してワイヤＷを取り付け、昇降操作が可能な状態にする。
振動杭打機の鋼管杭用チャック１５で鋼管杭７を把持する。鋼管杭７は重量部材であるから相応の熟練と、図外のクレーンの協力とを必要とする。しかし、この作業は一般の従来技術においても行なわれていたことであるから詳述を省略する。以下の説明においても、従来技術と全く同じ作業については詳述を省略する。
【００２９】
リーダ１２によって、鋼管杭７を把持した振動杭打機を支持して昇降操作が可能な状態にすると、硬質地盤でなければそのまま通常の作業で鋼管杭を地中に貫入させ、打設することができる。
しかし、杭の打設作業に先立って、必ず地盤調査が行なわれる。調査の結果、単純な振動杭打だけでは鋼管杭の打設が困難であると判断されたことを前提としてオーガ併用工法が採用される。
そこで、予めオーガ１６をリーダ１２に装着し、ワイヤＷを掛けて昇降可能にしておく。
【００３０】
地盤は通常、地層と呼ばれる層状の構造を成しており、杭打設作業を極度に簡略化して表すと、軟弱地層を突破して、杭の下端を硬質地層に食い込ませて完了する。もちろん、工事設計に基づく仕様どおりに打設する。
こうした事情であるから、杭の打設は一般に、種々の地層を突破して遂行される。
前述のように準備を終えると、先ず、オーガを併用しないで鋼管杭の振動杭打作業を遂行する。
【００３１】
鋼管杭７の下端が若干硬質の地層に到達すると、該鋼管杭の沈下速度が遅くなる。鋼管杭の沈下速度が遅くなると、次のようにしてオーガの併用を開始する。
本発明方法を実施する場合、最初から沈下が困難であれば、最初からオーガを併用すれば良い。地盤調査によって、表層が硬質であると判明している場合も同様である。
オーガを併用するには、オーガ１６にスクリュー１７を取り付け、該スクリューを鋼管杭７の中へ吊り降ろして回転させる。
【００３２】
オーガの併用によって鋼管杭７が順調に沈下し始めれば、そのまま作業を続行する。
オーガを併用しても鋼管杭の沈下が思わしくない場合、及び、オーガの併用によって沈下していた鋼管杭の沈下が停滞したとき、図３について説明した駆動機構２４を作動させて、鋼管杭７を軸心周りに回転させる。
鋼管杭７が回転すると、杭の貫入を妨げていた「杭の外周面と土砂との摩擦抵抗」が、静止摩擦状態から動摩擦状態に変わり、これに伴って摩擦係数が減少するので、鋼管杭が沈下し始める。
【００３３】
上述した「鋼管杭の回転による沈下の促進」の原理から理解されるように、鋼管杭の軸心周り回転は、一方向連続回転であっても、一方向間欠的回転であっても、正逆回転の反復であっても有効である。
正，逆転の反復について、そのサイクルを極度に短縮すると往復回動になる。
連続的な往復回動によっても、鋼管杭の沈下を促進することができる。
一方、地盤の構成は複雑であり、地盤構造の状態によって一方向連続回転が最も有効な場合も有り、正逆回転が最も有効な場合も有るが、どのような回転方式であっても有効である。本発明者らの実験的研究によれば、最適でない回転方式であっても無効という場合は無い。最善の回転方式の効果と最悪の回転方式の結果との差は比較的少ない。
【００３４】
地盤構造その他各種の作業条件に対応して、どのような回転形態をとるべきかについては、今後の経験的知識の蓄積に期待しなければならないが、これを機械装置の面から見ると、各種の回転操作が可能な機器を準備しておいて、情況に応じて任意に選定使用し得る施工設計の自由度を確保しておくことが望ましい。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】 本発明に孫るオーガ併用鋼管杭打機の要部を模式的に描いた２面図であって振動系の機器を破線で描き、静止系の機器を実線で描いてある。
【図２】 本発明の１実施形態を示し、（Ａ）は全景の外観正面図、（Ｂ）は要部を抽出して描いた側面図である。
【図３】 本発明の１実施形態における振動系の機器を示す部分断面図であって、中心線Ｚの右側の切断面と左側の切断面とはほぼ９０度で交差している。
【図４】 （Ａ）はオーガ併用圧入装置の公知例を示す平面図、（Ｂ）は上記と異なる公知例における外観正面図である。
【図５】 従来例の杭打ち工事を描いた模式図である。
【符号の説明】
【００３６】
１…Ｕ形鋼矢板
２…オーガ装置（オーガケーシング）
３…当接座
４…ガイド部材
５…係合部材
６…第１クレーン
７…鋼管矢板（鋼管杭）
８…圧入引抜機
９…第２クレーン
１０…オーガ
１１…車両系建設機械
１２…リーダ
１３…起振機
１４…ハンガ
１５…鋼管杭用チャック
１６…オーガ
１７…オーガのスクリュー
１８…コイルスプリング
１９…リーダ係合用フック
２０…滑車
２１…起振機ベース
２２…ベアリング
２３…リングギア
２４…駆動機構
２５…ピニオン
Ｗ…ワイヤロープ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
オーガ挿通孔を有するハンガにより、緩衝部材を介して吊持された起振機と、
該起振機に装着された鋼管杭用チャックとを具備するオーガ併用鋼管杭打機において、
リーダに対して摺動可能に係合するフック部材が前記ハンガに対して固着されており、かつ、前記起振機に対して鋼管杭用チャックを、鋼管杭の軸心周りに回転させる駆動手段が設けられていることを特徴とする、オーガ併用鋼管杭打機。
【請求項２】
前記の鋼管杭用チャックの回転駆動手段は、該鋼管杭を正，逆転可能に連続回転させる構造であることを特徴とする、請求項１に記載したオーガ併用鋼管杭打機。
【請求項３】
前記の鋼管杭用チャックの回転駆動手段は、該鋼管杭を１８０度以内の角度で連続的に往復回動させる構造であることを特徴とする、請求項１に記載したオーガ併用鋼管杭打機。
【請求項４】
鋼管杭に対し、チャックを介して起振機を装着し、鋼管杭に振動を与えて地盤中へ貫入させながら、該鋼管杭の中へオーガのスクリューを挿入して地盤を掘削するオーガ併用鋼管杭打方法において、
地盤の硬軟の度に応じて前記の鋼管杭を、その軸心回りに回転させることを特徴とする、オーガ併用鋼管杭打方法。
【請求項１】
オーガ挿通孔を有するハンガにより、緩衝部材を介して吊持された起振機と、
該起振機に装着された鋼管杭用チャックとを具備するオーガ併用鋼管杭打機において、
リーダに対して摺動可能に係合するフック部材が前記ハンガに対して固着されており、かつ、前記起振機に対して鋼管杭用チャックを、鋼管杭の軸心周りに回転させる駆動手段が設けられていることを特徴とする、オーガ併用鋼管杭打機。
【請求項２】
前記の鋼管杭用チャックの回転駆動手段は、該鋼管杭を正，逆転可能に連続回転させる構造であることを特徴とする、請求項１に記載したオーガ併用鋼管杭打機。
【請求項３】
前記の鋼管杭用チャックの回転駆動手段は、該鋼管杭を１８０度以内の角度で連続的に往復回動させる構造であることを特徴とする、請求項１に記載したオーガ併用鋼管杭打機。
【請求項４】
鋼管杭に対し、チャックを介して起振機を装着し、鋼管杭に振動を与えて地盤中へ貫入させながら、該鋼管杭の中へオーガのスクリューを挿入して地盤を掘削するオーガ併用鋼管杭打方法において、
地盤の硬軟の度に応じて前記の鋼管杭を、その軸心回りに回転させることを特徴とする、オーガ併用鋼管杭打方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００８−２７４７２３（Ｐ２００８−２７４７２３Ａ）
【公開日】平成２０年１１月１３日（２００８．１１．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１４２５０８（Ｐ２００７−１４２５０８）
【出願日】平成１９年５月１日（２００７．５．１）
【出願人】（３９１００２１２２）調和工業株式会社 (43)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１１月１３日（２００８．１１．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年５月１日（２００７．５．１）
【出願人】（３９１００２１２２）調和工業株式会社 (43)
【Ｆターム（参考）】
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