円筒管杭の敷設装置及び敷設方法
【課題】円筒管杭を地盤に敷設するに際し、推進する際の抵抗を小さくすると共に、敷設された円筒管杭に高い支持力を発揮させる。
【解決手段】敷設装置Ａは、鋼管杭Ｂの内部を貫通して配置される駆動軸１と、鋼管杭Ｂの内径よりも小さい径を有し駆動軸１の先端部に回転不能に支持されたローターヘッド２と、略円錐形に形成されローターヘッド２に回転可能に支持された複数のコーンローター３と、駆動軸１の後端部に接続され該駆動軸１を回転駆動すると共に鋼管杭Ｂを駆動軸１の回転方向とは反対方向に回転駆動する駆動装置４と、を有し、複数のコーンローター３は夫々の軸心３ｄが駆動軸１の軸心１ｃの延長線上の略同じ位置Ｏで交差し且つ該交差位置Ｏからローターヘッド２側に向かって駆動軸１の軸心１ｃからの距離が大きくなるように傾斜して配置されると共に頂部３ａが交差位置Ｏ側に互いに接近して配置されている。
【解決手段】敷設装置Ａは、鋼管杭Ｂの内部を貫通して配置される駆動軸１と、鋼管杭Ｂの内径よりも小さい径を有し駆動軸１の先端部に回転不能に支持されたローターヘッド２と、略円錐形に形成されローターヘッド２に回転可能に支持された複数のコーンローター３と、駆動軸１の後端部に接続され該駆動軸１を回転駆動すると共に鋼管杭Ｂを駆動軸１の回転方向とは反対方向に回転駆動する駆動装置４と、を有し、複数のコーンローター３は夫々の軸心３ｄが駆動軸１の軸心１ｃの延長線上の略同じ位置Ｏで交差し且つ該交差位置Ｏからローターヘッド２側に向かって駆動軸１の軸心１ｃからの距離が大きくなるように傾斜して配置されると共に頂部３ａが交差位置Ｏ側に互いに接近して配置されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、円筒管杭を敷設すべき地盤の土砂を圧密しつつ、円筒管杭の先端を圧入させて敷設することができる円筒管杭の敷設装置と、この円筒管杭の敷設装置を利用して円筒管杭を敷設する円筒管杭の敷設方法と、に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
住宅建築に利用される杭として、円筒状の鋼管を利用した鋼管杭が用いられることが多い。このような鋼管杭は先端部分は、端板を溶接したり縮径加工して閉鎖された構造を有するのが一般的である。また鋼管杭の構造はメーカー毎に種々の工夫が加えられているため、異なる形状や構造を持った多くの鋼管杭が提供されている。
【０００３】
代表的な鋼管杭の一つに、閉塞した先端部分に掘削刃を設けると共に外周に螺旋状の羽根を設けたものがある。また鋼管杭の先端部分を紡錘形に加工したもの、或いは先端部分に３枚の三角形状の掘削刃を形成したもの等もある。これらの鋼管杭は目的に応じて夫々選択的に利用されている。
【０００４】
また上記の如き鋼管杭を敷設するための方法としては、羽根や掘削刃等を形成した先端部分を下端としてリーダに沿って吊り上げた後、吊り上げた鋼管杭を回転させつつ推力を付与することで、羽根或いは掘削刃によって地盤を掘削しながら推進し、更に、所定の深さに推進された鋼管杭を根入させて打ち止めるのが一般的である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記した従来の鋼管杭は夫々対象となる地層や建築物の種類に応じて選択的に利用されて高い効果を得ている。しかし、鋼管に代表される円筒管杭を無排土で、且つ小さい動力でより高い支持力を発揮し得るような敷設方法や、この敷設方法を実現する敷設装置の開発が要求されているのが現状である。
【０００６】
本発明の目的は、円筒管杭を地盤に敷設するに際し、推進する際の抵抗を小さくすると共に、敷設された円筒管杭に高い支持力を発揮させることができる敷設装置と、この敷設装置を利用した円筒管杭の敷設方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために本発明に係る円筒管杭の敷設装置は、円筒管杭の内部を貫通して配置される駆動軸と、前記円筒管杭の内径よりも小さい径を有し且つ前記駆動軸の先端部に回転不能に支持されたローターヘッドと、略円錐形に形成され前記ローターヘッドに回転可能に支持された複数のコーンローターと、前記駆動軸の後端部に接続され該駆動軸を回転駆動すると共に前記円筒管杭を駆動軸の回転方向とは反対方向に回転駆動する駆動装置と、を有し、前記複数のコーンローターは夫々の軸心が駆動軸の先端部の軸心の延長線上の略同じ位置で交差し且つ該交差位置からローターヘッド側に向かって駆動軸の軸心からの距離が大きくなるように傾斜して配置されると共に頂部が前記軸心の交差位置側に互いに接近して配置されているものである。
【０００８】
上記円筒管杭の敷設装置に於いて、駆動装置が、モーターと、前記モーターに一体的に構成されたケーシングと、前記モーターによって駆動され先端部が前記ケーシングから突出して配置され該先端部にローターヘッドを回転不能に支持する駆動軸を着脱可能に取り付けるシャフトと、前記ケーシング内に配置され前記シャフトと共に駆動される駆動歯車と該駆動歯車と噛合して回転する従動歯車と、前記ケーシングに回転可能に構成され前記従動歯車と噛合する内歯歯車と、前記内歯歯車と一体的に構成され前記シャフトを回転可能に嵌合したボス部を有し該ボス部の所定位置に円筒管杭を回転駆動するための駆動部を形成した円筒管杭駆動部材とを有して構成されることが好ましい。
【０００９】
また本発明に係る円筒管杭の敷設方法は、円筒管杭を敷設するに際し、目的の敷設位置に円筒管杭を配置すると共に該円筒管杭の内部に上記何れかの円筒管杭の敷設装置を構成する駆動軸を貫通させてコーンローターを円筒管杭の下端から露出させ、更に、円筒管杭の上端側を駆動装置に接続して円筒管杭及び上記何れかの円筒管杭の敷設装置を吊り上げ、コーンローターの先端部分を接地させると共に駆動装置のモーターを駆動してローターヘッド及び円筒管杭を互いに反対方向に回転させつつ降下させることによってコーンローターを地中に推進しつつ土砂を圧密させると共に円筒管杭の先端を圧入し、円筒管杭が所定の深さに到達した後、該円筒管杭と駆動装置との接続を解除して該敷設装置を円筒管杭の内部から離脱させ、その後、円筒管杭の内部に所定の充填物を充填することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の円筒管杭の敷設装置（以下単に「敷設装置」という）では、ローターヘッドを回転させることによって、該ローターヘッドに配置されたコーンローターが回転しつつ土砂を圧密して地盤に孔を形成しつつ、円筒管杭を回転させることによって、該円筒管杭の先端面で既に圧密されて形成された孔の孔壁の近傍を掘削しつつ圧入することができる。特に、コーンローターによって土砂を十分に圧密することができるため、地盤をかき乱すことなく高い支持力を発揮することができる。
【００１１】
即ち、円筒管杭の内径よりも小さい径を持ったローターヘッドに複数のコーンローターを回転可能に且つ頂部を駆動軸の軸心の延長線上の同じ位置で交差するように配置したので、駆動軸の回転に伴って各コーンローターは土砂との摩擦によって自由回転しつつ土砂を圧密して地盤にローターヘッドの径と略等しい径（円筒管杭の内径よりも小さい径）を持った孔を形成することができる。コーンローターによる土砂の圧密時の抵抗は、前端面を閉塞された鋼管杭を圧入する際の抵抗よりも小さい。
【００１２】
また、円筒管杭はコーンローターによって形成された孔の孔壁の近傍を掘削しつつ圧入することができる。このとき、円筒管杭の先端面の面積は、該円筒管杭の肉圧と管径によって設定されるが、前端面を閉塞した鋼管杭を圧入する際の抵抗よりも十分に小さい。従って、小さい抵抗で円滑に円筒管杭を敷設することができる。
【００１３】
特に、圧入された円筒管杭は十分に土砂が圧密された地盤と接触することとなり、高い支持力を発揮することができる。
【００１４】
また敷設装置の駆動装置を、モーターによって、駆動軸を着脱可能に取り付けたシャフトと駆動歯車を駆動すると共に、シャフトの先端に駆動軸を着脱可能に構成し、且つ駆動歯車に従動歯車を噛合させると共に該従動歯車に内歯歯車を噛合させることによってこれらの従動歯車、内歯歯車を減速機構として機能させ、更に、内歯歯車にボス部を一体的に構成すると共に該ボス部に円筒管杭の駆動部を設けて構成したので、モーターを駆動することによって、シャフト及び該シャフトに取り付けた駆動軸を一方向に回転させると同時に、円筒管杭を駆動軸の回転方向とは反対方向に、且つ駆動軸の回転数よりも小さい回転数で回転させることができる。
【００１５】
このため、ローターヘッドの回転を円筒管杭の回転よりも早くして、コーンローターによる圧密効果を向上させると共に、円筒管杭に付与するトルクを高くして地盤との摩擦の影響を小さくすることができる。従って、円筒管杭を圧入する際の力を小さくすることが可能となり、小さい動力で効率良く敷設することができる。
【００１６】
また本発明に係る円筒管杭の敷設方法では、地盤をコーンローターによって十分に圧密することができる。このため、地盤に形成された孔は高い支持力を発生することが可能となり、該孔に回転しながら圧入した円筒管杭を高い力で支持することができる。
【００１７】
特に、円筒管杭を圧入する際に地盤には予め孔が形成されているため、該円筒管杭に生じる抵抗は円筒管杭の肉厚に対応した面積分となり、先端が閉塞された従来の鋼管杭を圧入する際に生じる抵抗と比較して十分に小さい。従って、小さい圧入力で高い支持力を発揮することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明に係る敷設装置の最も好ましい実施形態について説明する。本発明の敷設装置は地盤に円筒管杭を無排土で敷設する際に好ましく用いられるものであり、特に、駆動軸の先端に配置したローターヘッドを回転させることで該ローターヘッドに配置した複数のコーンローターによって土砂を圧密して孔を形成すると共に、円筒管杭をローターヘッドの回転方向とは反対方向に回転させることで圧入し得るようにしたものである。
【００１９】
本発明に於いて、円筒管杭は円筒状に形成された杭であれば良く、材質や寸法を限定するものではない。このような円筒管杭としては鋼管をそのまま利用することが可能であり、特に、鋼管の先端部には何ら加工を施すことなく、後端部に駆動装置に構成されている駆動部との接続構造を構成するのみで良い。
【実施例１】
【００２０】
先ず、敷設装置の構成について図を用いて説明する。図１は敷設装置の全体構成を説明する図である。図２はローターヘッドの構成を説明する図である。図３はコーンローターの頂部側から見た図２の正面図である。図４は駆動装置の構成を説明する図である。図５は鋼管杭と駆動装置との係合状態を説明する図である。図６は図４のＡ−Ｂ断面図である。
【００２１】
図１〜図６に示す敷設装置Ａは円筒管杭となる鋼管杭Ｂを地盤に敷設するための装置であり、土砂を圧密して地盤に孔を形成しつつ、地盤に鋼管杭Ｂを圧入するためのものである。このため、敷設装置Ａは、鋼管杭Ｂの内部に貫通して配置される駆動軸１と、駆動軸１の先端部１ａに回転不能に支持されたローターヘッド２と、ローターヘッド２に回転可能に支持された複数のコーンローター３と、駆動軸１の後端部１ｂに着脱可能に構成され駆動軸１と鋼管杭Ｂを回転駆動する駆動装置４と、を有して構成されている。
【００２２】
駆動軸１は、鋼管杭Ｂの内部を貫通して配置され、駆動装置４に駆動されてローターヘッド２を駆動する機能を有するものである。このため、駆動軸１は鋼管杭Ｂの長さと略等しい長さを有している。この駆動軸１はローターヘッド２に対し動力を伝えることが可能な強度であれば良く、必ずしも中実軸である必要はない。
【００２３】
本実施例では目的の鋼管杭Ｂの長さよりも短い鋼管を用い、該鋼管の前後両端部に夫々ローターヘッド２、駆動装置４を構成するシャフト２２と着脱可能に接続し得るように構成して駆動軸１としている。従って、地盤に敷設した鋼管杭Ｂの上端部分に新たな鋼管杭Ｂを溶接等の手段で接続して敷設するような場合であっても、予め鋼管杭Ｂの長さと略等しい複数の駆動軸１を用意しておき、鋼管杭Ｂの接続に伴って駆動軸１を接続してゆくことで対応することが可能である。
【００２４】
駆動軸１の先端部１ａ、後端部１ｂに形成された接続部の構造は特に限定するものではなく、キーやピン或いはフランジ等の剪断力を伝える機能を持った部材を配置することで良い。
【００２５】
本実施例では、図２に示すように、駆動軸１の先端部１ｂには接続部となるピン１０を介してローターヘッド２が取り付けられており、この構成によってローターヘッド２は駆動軸１に対し回転不能に支持されている。特に、ローターヘッド２は鋼管杭Ｂの内径よりも小さい径を持った円盤状に形成されている。また、図４に示すように、駆動軸１の後端部１ｂには接続部となるピン１０を介して駆動装置４のシャフト２２と接続されている。
【００２６】
ローターヘッド２には複数のコーンローター３、３が回転可能に支持されている。ローターヘッド２に配置するコーンローター３の数は特に限定するものではなく、２個以上配置されていれば良い。本実施例では、ローターヘッド２に３個のコーンローター３を回転可能に支持している。
【００２７】
コーンローター３は頂部３ａと基部３ｂを有する円錐形に形成されており、基部３ｂ側の内部には軸受室３ｃが形成されている。コーンローター３の円錐の角度や基部３ｂの直径等は一義的に設定されるものではなく、敷設すべき鋼管杭の径や地盤の性状等の条件及びコーンローター３の外周面の駆動軸１の軸心１ｃに対する傾斜角度等に対応させて設定される。
【００２８】
コーンローター３の基部３ｂの直径はローターヘッド２の直径の１／２よりも小さい寸法を有している。また複数のコーンローター３の基部３ｂに外接する円の直径は鋼管杭Ｂの内径よりも小さく、好ましくは僅かに小さく設定されている。従って、複数のコーンローター３を取り付けたローターヘッド２は、鋼管杭Ｂの内部を通って嵌入し、或いは離脱することが可能である。
【００２９】
尚、コーンローター３は正確な意味で円錐形である必要はなく、頂部３ａから基部３ｂにかけての外周面が緩やかな曲線であっても良い。
【００３０】
ローターヘッド２に配置された夫々のコーンローター３は、駆動軸１の軸心１ｃを中心とする円周上に等角度間隔（本実施例では１２０度間隔）に配置されている。特に、各コーンローター３の軸心３ｄは、駆動軸１の軸心１ｃの延長線上の略同じ位置Ｏで交差し、且つ該交差位置Ｏからローターヘッド２側に向かって駆動軸１の軸心１ｃからの距離が大きくなるように傾斜して配置されている。
【００３１】
このため、ローターヘッド２の前面であって各コーンローター３の配置位置には、傾斜したコーンローター３の軸心３ｄに対して直交する面を持った取付座２ａが設けられている。
【００３２】
尚、コーンローター３の軸心３ｄの駆動軸１の軸心１ｃになす角度は特に限定するものではなく、ローターヘッド２に配置された３個のコーンローター３の外周面の駆動軸１の軸心１ｃに対して構成する傾斜角度（敷設すべき鋼管杭の径、地盤の性状等の条件に対応して予め設定される）に対応して設定される。
【００３３】
各コーンローター３の頂部３ａは、駆動軸１の軸心１ｃと軸心３ｄとの交差位置Ｏ側に互いに接近して配置されている。即ち、各コーンローター３は、頂部３ａが駆動軸１の軸心１ｃの延長線上に互いに接近した姿勢を有している。そして、各コーンローター３は支持軸１１を介してローターヘッド２に回転可能に支持されている。
【００３４】
コーンローター３の内部に形成された軸受室３ｃは、支持軸１１の支持部１１ａに取り付けた２個の軸受１２ａ、１２ｂを嵌合し得るような嵌め合い公差を持って形成されている。そして、支持軸１１の支持部１１ａに取り付けられた軸受１２ａ、１２ｂは、該支持軸１１の先端に締結したナット１３によって所定位置に固着されている。
【００３５】
また支持軸１１の支持部１１ａに連続してシール部１１ｂが形成されており、該シール部１１ｂまでがコーンローター３の軸受室３ｃに嵌め込まれるように構成されている。特に、コーンローター３に形成された軸受室３ｃの基部３ｂ側には、内周面にシール材１４ａを装着した閉塞部材１４が取り付けられ、該閉塞部材１４によって支持軸１１のシール部１１ｂをシールすることで、土砂や地下水が軸受室３ｃに浸入することを防止し得るように構成されている。
【００３６】
支持軸１１にはシール部１１ｂに連続して取付部１１ｃが形成されている。この取付部１１ｃはローターヘッド２に設けた取付座２ａに形成された取付孔２ｂに対し図示しないキーを介して或いはテーパ状に嵌合して装着されることで、ローターヘッド２に固定されている。
【００３７】
従って、予め支持軸１１の支持部１１ａをコーンローター３の軸受室３ｃに軸受１２ａ、１２ｂを介して嵌合すると共にシール部１１ｂに閉塞部材１４を装着することで、コーンローター３は支持軸１１に自由回転可能に取り付けられる。そして、支持軸１１の取付部１１ｃをローターヘッド２の取付座２ａに形成された取付孔２ｂに嵌合して固定することで、コーンローター３をローターヘッド２の前面に自由回転可能に取り付けることが可能である。
【００３８】
駆動装置４は駆動軸１と鋼管杭Ｂとを夫々着脱し得るように構成され、鋼管杭Ｂを敷設する際に用いる推進装置Ｃ（図７参照）のリーダガイド４１によって、鋼管杭Ｂと共に吊り下げられて、これらの駆動軸１と鋼管杭Ｂを異なる回転数で互いに反対方向に回転駆動するものである。
【００３９】
駆動装置４は、モーター２０と、モーター２０に一体的に構成されたケーシング２１と、モーター２０によって駆動され先端部２２ａがケーシング２１から突出して配置され該先端部２２ａにローターヘッド２を回転不能に支持する駆動軸１を着脱可能に取り付けるシャフト２２と、ケーシング２１内に配置されシャフト２２と共に駆動される駆動歯車２３と該駆動歯車２３と噛合して回転する従動歯車２４と、ケーシング２１に回転可能に構成され従動歯車２４と噛合する内歯歯車２５と、内歯歯車２５と一体的に構成されシャフト２２を回転可能に嵌合したボス部２６を有し該ボス部２６の所定位置に円筒管杭を回転駆動するための駆動部２７を形成した円筒管杭駆動部材となる駆動部材２８と、を有して構成されている。
【００４０】
モーター２０は油圧モーター或いは電動モーターの何れであっても良いが、建築工事の現場では油圧モーターであることが好ましい。
【００４１】
モーター２０はケーシング２１の上部に取り付けられて一体的に構成されており、モーター軸２０ａはケーシング２１の内部に配置されている。特に、モーター軸２０ａはスプライン軸として構成されており、該モーター軸２０ａにシャフト２２の後端部が嵌合している。そしてシャフト２２は、ケーシング２１に取り付けた二つの軸受３０と、ボス部２６に取り付けた二つの軸受３１と、によって回転可能に支持され、先端部２２ａがボス部２６から外部に突出している。従って、シャフト２２は先端部２２ａがケーシング２１から突出して配置されることになる。
【００４２】
シャフト２２のモーター２０側の端部に於ける外周には駆動歯車２３が形成されている。このため、モーター２０を駆動すると、シャフト２２と駆動歯車２３が同時に回転することとなる。
【００４３】
駆動歯車２３に従動歯車２４が噛合している。この従動歯車２４は、駆動歯車２３と噛合する歯数の多い大歯車２４ａと、該大歯車２４ａよりも歯数の少ない小歯車２４ｂと、小歯車２４ｂと一体的に構成された軸部２４ｃと、を有しており、軸部２４ｃをケーシング２１に取り付けた二つの軸受３２に回転可能に支持すると共に、該軸部２４ｃの上端部に形成された取付部２４ｄにキー２４ｅを介して大歯車２４ケーシング２１に取り付けることで構成されている。
【００４４】
内歯歯車２５はケーシング２１に対し回転可能に取り付けられており、従動歯車２４の小歯車２４ｂと噛合して駆動される。また内歯歯車２５とケーシング２１との間にはシール３３が配置されており、ケーシング２１の外部にある土砂や水がケーシング２１の内部に浸入することを防止し得るように構成されている。
【００４５】
ケーシング２１に配置すべき従動歯車２４の数は特に限定するものではなく、鋼管杭Ｂを回転させるのに必要な動力を伝えることが可能な数であれば良い。本実施例では、４個の従動歯車２４を互いに対向する位置に配置している。このように４個の従動歯車２４を対向する位置に配置することによって、駆動歯車２３から内歯歯車２５への動力の伝達を円滑にすることが可能である。
【００４６】
内歯歯車２５にはシャフト２２を回転可能に嵌合したボス部２６が一体的に取り付けられている。このボス部２６には更に駆動部２７が設けられており、内歯歯車２５とボス部２６と駆動部２７とによって駆動部材２８を構成している。特に、駆動部２７は、鋼管杭Ｂを回転駆動する機能を有するものであり、この機能を発揮し得るものであれば特に構造を限定するものではない。
【００４７】
駆動部材２８を構成する駆動部２７はボス部２６に固定されるフランジ２７ａと、ボス部２６の外周に嵌合するボス２７ｂと、を有して構成されており、ボス２７ｂに鋼管杭Ｂとの係合部２７ｃが形成されている。
【００４８】
本実施例では、図６に示すように、鋼管杭Ｂの上端部に於ける外周の対向する位置に鋼板を溶接して係止部３５を形成しておき、ボス２７ｂに前記鋼板からなる係止部３５を導入することが可能なＬ字型の溝を形成し、該溝の端面を係止部３５と係合する係合部２７ｃとしている。そして係合部２７ｃと係止部３５とを係合させることによって、モーター２０の動力を鋼管杭Ｂに伝達し得るように構成している。
【００４９】
上記の如く構成された駆動装置４では、モーター２０を駆動すると、モーター軸２０ａの回転に伴ってシャフト２２と駆動歯車２３が図５に示す矢印ａ方向に回転する。そして駆動歯車２３に噛合している従動歯車２４、該従動歯車２４に噛合している内歯歯車２５も同時に回転し、内歯歯車２５は矢印ｂ方向に回転する。
【００５０】
また内歯歯車２５の回転数は、駆動歯車２３と従動歯車２４を構成する大歯車２４ａとのギヤ比、小歯車２４ｂと内歯歯車２５とのギヤ比に従って減速されることとなり、シャフト２２の回転数よりも十分に小さい回転数となる。
【００５１】
従って、シャフト２２に接続された駆動軸１の回転方向と、駆動部材２８の係合部２７ｃと係止部３５が係合する鋼管杭Ｂの回転方向は、互いに反対方向となる。また駆動軸１（ローターヘッド２）の回転数と、鋼管杭Ｂの回転数を比較すると、ローターヘッド２の回転数が鋼管杭Ｂの回転数よりも十分に大きくなる。
【００５２】
このため、ローターヘッド２の回転に伴うコーンローター３による土砂の圧密を有効に行うことが可能となり、且つ鋼管杭Ｂによる圧密された土砂によって形成されている孔の孔壁近傍に対する掘削も低回転数、高トルクで行うことが可能となり、円滑で且つ確実な圧入を実現することが可能である。
【００５３】
尚、図４に於ける３４は、敷設装置Ａによって鋼管杭Ｂを敷設する際に、図示しないリーダによって吊り下げられるフレームである。
【実施例２】
【００５４】
次に、上記の如く構成された敷設装置Ａを用いて鋼管杭Ｂを敷設する際の手順について図を用いて説明する。図７は鋼管杭を敷設する際の段取りを説明する図である。図８は敷設装置及び鋼管杭を吊り上げた状態を説明する図である。図９は鋼管杭の敷設が終了した状態を説明する図である。図１０は敷設された鋼管杭から敷設装置を離脱させた状態を説明する図である。図１１は敷設された鋼管杭に充填物を充填した状態を説明する図である。
【００５５】
鋼管杭Ｂを目的の敷設位置に敷設する際に、敷設装置Ａ及び鋼管杭Ｂは、図７に示すように構成された自走式の推進装置Ｃが用いられる。この推進装置Ｃは、リーダ４０と、リーダ４０に沿って昇降可能に構成されたリーダガイド４１と、リーダ４０の下端部に配置された昇降モーター４２と、リーダ４０に沿って配置された無端状のチェン或いはワイヤ等からなり昇降モーター４２の回転をリーダガイド４１に伝える伝動部材４３と、を有して構成されており、通常の鋼管杭を敷設する際に用いる敷設機をそのまま利用することが可能である。
【００５６】
そして、推進装置Ｃを走行させて鋼管杭Ｂを敷設すべき位置に移動させ、リーダ４０を目的の杭の設置位置に設置する。リーダ４０の下端部に設けた昇降モーター４２を駆動してリーダガイド４１をリーダ４０に沿って下降させる。
【００５７】
その後、下降したリーダガイド４１に敷設装置Ａの駆動装置４を取り付ける。このとき、予め敷設装置Ａの駆動軸１を鋼管杭Ｂの内部に貫通させておき、図６に示すように、鋼管杭Ｂの上端部分に設けた係止部３５を駆動装置４の駆動部材２８を構成する係合部２７ｃに係合させる。これにより、鋼管杭Ｂが敷設装置Ａの駆動装置４に装着される。
【００５８】
鋼管杭Ｂを駆動装置４に装着した後、昇降モーター４２を駆動してリーダガイド４１をリーダ４０の上端側に上昇させ、図８に示すように鋼管杭Ｂを直立させる。この状態では、ローターヘッド２に設けた複数のコーンローター３は鋼管杭Ｂの先端から露出している。しかし、この状態でローターヘッド２が鋼管杭Ｂの先端から露出する必要はない。
【００５９】
上記状態で昇降モーター４２を駆動してリーダガイド４１を下降させることで、敷設装置Ａを下降させ、コーンローター３の頂部３ａを地盤Ｄに当接させる。その後、駆動装置４を構成するモーター２０を駆動すると、駆動軸１（ローターヘッド２）が図５の矢印ａ方向に回転し、同時に鋼管杭Ｂが駆動軸１の回転方向とは反対方向である矢印ｂ方向に回転する。
【００６０】
コーンローター３が地盤Ｄと接触することによって両者の間には接触摩擦が生じる。このため、ローターヘッド２の回転に伴って複数のコーンローター３が全体として駆動軸１の軸心１ｃを中心として回転し、同時に個々のコーンローター３は地盤Ｄとの接触摩擦によってローターヘッド２の回転方向（駆動軸１の回転方向）とは反対方向に回転しながら土砂を圧密する。
【００６１】
駆動装置４のモーター２０の回転を維持しつつ、昇降モーター４２を駆動してリーダヘッド４１を下降させることで敷設装置Ａに推力を付与すると、上記の如きコーンローター３による土砂の圧密を継続しつつ、地中に推進される。この結果、ローターヘッド２が地盤Ｄに到達したときには、該地盤Ｄに複数のコーンローター３の基部３ｂに外接する円の径と略等しい孔が形成されることとなる。
【００６２】
更にリーダガイド４１を下降させることによって鋼管杭Ｂの先端面が地盤Ｄに到達し、既にコーンローター３によって地盤Ｄに形成されている孔の孔壁の近傍の土砂を鋼管杭Ｂの先端面によって掘削する。
【００６３】
このとき、鋼管杭Ｂの先端面は該鋼管杭Ｂの肉厚からなる面となり、鋼管杭の全断面を閉塞した場合と比較して極めて小さい面積となる。このため、鋼管杭Ｂに生じる掘削抵抗は小さい。しかも、鋼管杭Ｂの回転数はローターヘッド２の回転数に比較して十分に小さく高トルクを作用させることが可能であることから、小さい動力で円滑な掘削と推進が可能となる。
【００６４】
引き続きリーダガイド４１を下降させると、ローターヘッド２の回転に伴うコーンローター３による土砂の圧密が継続され、土砂の圧密に伴って地盤中の水分が孔の表面に浸出する。同時に鋼管杭Ｂの先端面による圧密された孔壁の近傍に対する掘削が継続され、このとき浸出した水分が潤滑剤として機能し、鋼管杭Ｂの外表面と地盤Ｄとの摩擦抵抗が軽減され、円滑な推進を実現することが可能となる。
【００６５】
そして、上記したリーダガイド４１による推進長が予定の長さに一致したとき、昇降モーター４２によるリーダガイド４１の下降を停止すると共に駆動装置４を構成するモーター２０の駆動を停止する。この状態で、図９に示すように、鋼管杭Ｂは地盤Ｄに敷設される。
【００６６】
モーター２０の停止に伴って、ローターヘッド２、鋼管杭Ｂの回転が停止すると、コーンローター３によって圧密された土砂が鋼管杭Ｂの外表面に圧接し、該鋼管杭Ｂの支持力を発揮することが可能となる。
【００６７】
鋼管杭Ｂが所定の深さまで推進されることで目的の位置に敷設された後、図１０に示すように、敷設装置Ａの駆動装置４を構成する係合部２７ｃの鋼管杭Ｂの係止部３５との係合を解除し、昇降モーター４２を駆動してリーダガイド４１をリーダ４０に沿って上昇させることで、敷設装置Ａを鋼管杭Ｂから離脱させる。
【００６８】
敷設装置Ａを鋼管杭Ｂから離脱させた後、推進装置Ｃを鋼管杭Ｂの敷設位置から移動させる。そして図１１に示すように、鋼管杭Ｂの内部にモルタルやセメントミルク等の充填物４５を充填することで、鋼管杭Ｂの敷設作業が終了する。
【００６９】
尚、目的の杭が１本の鋼管杭Ｂよりも長いような場合には、図９に示す１本の鋼管杭Ｂを推進した後、敷設装置Ａの駆動装置４を構成する係合部２７ｃと鋼管杭Ｂの係止部３５との係合を解除して敷設装置Ａを引き上げ、駆動装置４を構成するシャフト２２と駆動軸１との接続部を露出させてピン１０を引き抜くことで両者の接続を解除し、その後、駆動装置４のシャフト２２に新たな駆動軸１を接続すると共に係合部２７ｃに新たな鋼管杭Ｂを係合させてリーダガイド４１を上昇させて鋼管杭Ｂを直立させ、この状態で、既に推進された鋼管杭Ｂの内部に残されている駆動軸１と新たな駆動軸１を接続すると共に、既に推進されている鋼管杭Ｂの上端部に新たな鋼管杭Ｂの下端を当接させて溶接した後、前述した手順と同様の手順で推進することで、より長くした鋼管杭Ｂを敷設することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
本発明に係る敷設装置は、円筒管杭によって住宅のような比較的小型の建築物の杭を構築する際に利用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】敷設装置の全体構成を説明する図である。
【図２】ローターヘッドの構成を説明する図である。
【図３】コーンローターの頂部側から見た図２の正面図である。
【図４】駆動装置の構成を説明する図である。
【図５】鋼管杭と駆動装置との係合状態を説明する図である。
【図６】図４のＡ−Ｂ断面図である。
【図７】鋼管杭を敷設する際の段取りを説明する図である。
【図８】敷設装置及び鋼管杭を吊り上げた状態を説明する図である。
【図９】鋼管杭の敷設が終了した状態を説明する図である。
【図１０】敷設された鋼管杭から敷設装置を離脱させた状態を説明する図である。
【図１１】敷設された鋼管杭に充填物を充填した状態を説明する図である。
【符号の説明】
【００７２】
Ａ 敷設装置
Ｂ 鋼管杭
Ｃ 推進装置
Ｄ 地盤
Ｏ 交差位置
１ 駆動軸
１ａ 先端部
１ｂ 後端部
１ｃ 軸心
２ ローターヘッド
２ａ 取付座
２ｂ 取付孔
３ コーンローター
３ａ 頂部
３ｂ 基部
３ｃ 軸受室
３ｄ 軸心
４ 駆動装置
１０ ピン
１１ 支持軸
１１ａ 支持部
１１ｂ シール部
１１ｃ 取付部
１２ａ、１２ｂ 軸受
１３ ナット
１４ａ シール材
１４ 閉塞部材
２０ モーター
２０ａ モーター軸
２１ ケーシング
２２ シャフト
２２ａ 先端部
２３ 駆動歯車
２４ 従動歯車
２４ａ 大歯車
２４ｂ 小歯車
２４ｃ 軸部
２４ｄ 取付部
２４ｅ キー
２５ 内歯歯車
２６ ボス部
２７ 駆動部
２７ａ フランジ
２７ｂ ボス
２７ｃ 係合部
２８ 駆動部材
３０、３１、３２ 軸受
３３ シール
３４ フレーム
３５ 係止部
４０ リーダ
４１ リーダガイド
４２ 昇降モーター
４３ 伝動部材
４５ 充填物
【技術分野】
【０００１】
本発明は、円筒管杭を敷設すべき地盤の土砂を圧密しつつ、円筒管杭の先端を圧入させて敷設することができる円筒管杭の敷設装置と、この円筒管杭の敷設装置を利用して円筒管杭を敷設する円筒管杭の敷設方法と、に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
住宅建築に利用される杭として、円筒状の鋼管を利用した鋼管杭が用いられることが多い。このような鋼管杭は先端部分は、端板を溶接したり縮径加工して閉鎖された構造を有するのが一般的である。また鋼管杭の構造はメーカー毎に種々の工夫が加えられているため、異なる形状や構造を持った多くの鋼管杭が提供されている。
【０００３】
代表的な鋼管杭の一つに、閉塞した先端部分に掘削刃を設けると共に外周に螺旋状の羽根を設けたものがある。また鋼管杭の先端部分を紡錘形に加工したもの、或いは先端部分に３枚の三角形状の掘削刃を形成したもの等もある。これらの鋼管杭は目的に応じて夫々選択的に利用されている。
【０００４】
また上記の如き鋼管杭を敷設するための方法としては、羽根や掘削刃等を形成した先端部分を下端としてリーダに沿って吊り上げた後、吊り上げた鋼管杭を回転させつつ推力を付与することで、羽根或いは掘削刃によって地盤を掘削しながら推進し、更に、所定の深さに推進された鋼管杭を根入させて打ち止めるのが一般的である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記した従来の鋼管杭は夫々対象となる地層や建築物の種類に応じて選択的に利用されて高い効果を得ている。しかし、鋼管に代表される円筒管杭を無排土で、且つ小さい動力でより高い支持力を発揮し得るような敷設方法や、この敷設方法を実現する敷設装置の開発が要求されているのが現状である。
【０００６】
本発明の目的は、円筒管杭を地盤に敷設するに際し、推進する際の抵抗を小さくすると共に、敷設された円筒管杭に高い支持力を発揮させることができる敷設装置と、この敷設装置を利用した円筒管杭の敷設方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために本発明に係る円筒管杭の敷設装置は、円筒管杭の内部を貫通して配置される駆動軸と、前記円筒管杭の内径よりも小さい径を有し且つ前記駆動軸の先端部に回転不能に支持されたローターヘッドと、略円錐形に形成され前記ローターヘッドに回転可能に支持された複数のコーンローターと、前記駆動軸の後端部に接続され該駆動軸を回転駆動すると共に前記円筒管杭を駆動軸の回転方向とは反対方向に回転駆動する駆動装置と、を有し、前記複数のコーンローターは夫々の軸心が駆動軸の先端部の軸心の延長線上の略同じ位置で交差し且つ該交差位置からローターヘッド側に向かって駆動軸の軸心からの距離が大きくなるように傾斜して配置されると共に頂部が前記軸心の交差位置側に互いに接近して配置されているものである。
【０００８】
上記円筒管杭の敷設装置に於いて、駆動装置が、モーターと、前記モーターに一体的に構成されたケーシングと、前記モーターによって駆動され先端部が前記ケーシングから突出して配置され該先端部にローターヘッドを回転不能に支持する駆動軸を着脱可能に取り付けるシャフトと、前記ケーシング内に配置され前記シャフトと共に駆動される駆動歯車と該駆動歯車と噛合して回転する従動歯車と、前記ケーシングに回転可能に構成され前記従動歯車と噛合する内歯歯車と、前記内歯歯車と一体的に構成され前記シャフトを回転可能に嵌合したボス部を有し該ボス部の所定位置に円筒管杭を回転駆動するための駆動部を形成した円筒管杭駆動部材とを有して構成されることが好ましい。
【０００９】
また本発明に係る円筒管杭の敷設方法は、円筒管杭を敷設するに際し、目的の敷設位置に円筒管杭を配置すると共に該円筒管杭の内部に上記何れかの円筒管杭の敷設装置を構成する駆動軸を貫通させてコーンローターを円筒管杭の下端から露出させ、更に、円筒管杭の上端側を駆動装置に接続して円筒管杭及び上記何れかの円筒管杭の敷設装置を吊り上げ、コーンローターの先端部分を接地させると共に駆動装置のモーターを駆動してローターヘッド及び円筒管杭を互いに反対方向に回転させつつ降下させることによってコーンローターを地中に推進しつつ土砂を圧密させると共に円筒管杭の先端を圧入し、円筒管杭が所定の深さに到達した後、該円筒管杭と駆動装置との接続を解除して該敷設装置を円筒管杭の内部から離脱させ、その後、円筒管杭の内部に所定の充填物を充填することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の円筒管杭の敷設装置（以下単に「敷設装置」という）では、ローターヘッドを回転させることによって、該ローターヘッドに配置されたコーンローターが回転しつつ土砂を圧密して地盤に孔を形成しつつ、円筒管杭を回転させることによって、該円筒管杭の先端面で既に圧密されて形成された孔の孔壁の近傍を掘削しつつ圧入することができる。特に、コーンローターによって土砂を十分に圧密することができるため、地盤をかき乱すことなく高い支持力を発揮することができる。
【００１１】
即ち、円筒管杭の内径よりも小さい径を持ったローターヘッドに複数のコーンローターを回転可能に且つ頂部を駆動軸の軸心の延長線上の同じ位置で交差するように配置したので、駆動軸の回転に伴って各コーンローターは土砂との摩擦によって自由回転しつつ土砂を圧密して地盤にローターヘッドの径と略等しい径（円筒管杭の内径よりも小さい径）を持った孔を形成することができる。コーンローターによる土砂の圧密時の抵抗は、前端面を閉塞された鋼管杭を圧入する際の抵抗よりも小さい。
【００１２】
また、円筒管杭はコーンローターによって形成された孔の孔壁の近傍を掘削しつつ圧入することができる。このとき、円筒管杭の先端面の面積は、該円筒管杭の肉圧と管径によって設定されるが、前端面を閉塞した鋼管杭を圧入する際の抵抗よりも十分に小さい。従って、小さい抵抗で円滑に円筒管杭を敷設することができる。
【００１３】
特に、圧入された円筒管杭は十分に土砂が圧密された地盤と接触することとなり、高い支持力を発揮することができる。
【００１４】
また敷設装置の駆動装置を、モーターによって、駆動軸を着脱可能に取り付けたシャフトと駆動歯車を駆動すると共に、シャフトの先端に駆動軸を着脱可能に構成し、且つ駆動歯車に従動歯車を噛合させると共に該従動歯車に内歯歯車を噛合させることによってこれらの従動歯車、内歯歯車を減速機構として機能させ、更に、内歯歯車にボス部を一体的に構成すると共に該ボス部に円筒管杭の駆動部を設けて構成したので、モーターを駆動することによって、シャフト及び該シャフトに取り付けた駆動軸を一方向に回転させると同時に、円筒管杭を駆動軸の回転方向とは反対方向に、且つ駆動軸の回転数よりも小さい回転数で回転させることができる。
【００１５】
このため、ローターヘッドの回転を円筒管杭の回転よりも早くして、コーンローターによる圧密効果を向上させると共に、円筒管杭に付与するトルクを高くして地盤との摩擦の影響を小さくすることができる。従って、円筒管杭を圧入する際の力を小さくすることが可能となり、小さい動力で効率良く敷設することができる。
【００１６】
また本発明に係る円筒管杭の敷設方法では、地盤をコーンローターによって十分に圧密することができる。このため、地盤に形成された孔は高い支持力を発生することが可能となり、該孔に回転しながら圧入した円筒管杭を高い力で支持することができる。
【００１７】
特に、円筒管杭を圧入する際に地盤には予め孔が形成されているため、該円筒管杭に生じる抵抗は円筒管杭の肉厚に対応した面積分となり、先端が閉塞された従来の鋼管杭を圧入する際に生じる抵抗と比較して十分に小さい。従って、小さい圧入力で高い支持力を発揮することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明に係る敷設装置の最も好ましい実施形態について説明する。本発明の敷設装置は地盤に円筒管杭を無排土で敷設する際に好ましく用いられるものであり、特に、駆動軸の先端に配置したローターヘッドを回転させることで該ローターヘッドに配置した複数のコーンローターによって土砂を圧密して孔を形成すると共に、円筒管杭をローターヘッドの回転方向とは反対方向に回転させることで圧入し得るようにしたものである。
【００１９】
本発明に於いて、円筒管杭は円筒状に形成された杭であれば良く、材質や寸法を限定するものではない。このような円筒管杭としては鋼管をそのまま利用することが可能であり、特に、鋼管の先端部には何ら加工を施すことなく、後端部に駆動装置に構成されている駆動部との接続構造を構成するのみで良い。
【実施例１】
【００２０】
先ず、敷設装置の構成について図を用いて説明する。図１は敷設装置の全体構成を説明する図である。図２はローターヘッドの構成を説明する図である。図３はコーンローターの頂部側から見た図２の正面図である。図４は駆動装置の構成を説明する図である。図５は鋼管杭と駆動装置との係合状態を説明する図である。図６は図４のＡ−Ｂ断面図である。
【００２１】
図１〜図６に示す敷設装置Ａは円筒管杭となる鋼管杭Ｂを地盤に敷設するための装置であり、土砂を圧密して地盤に孔を形成しつつ、地盤に鋼管杭Ｂを圧入するためのものである。このため、敷設装置Ａは、鋼管杭Ｂの内部に貫通して配置される駆動軸１と、駆動軸１の先端部１ａに回転不能に支持されたローターヘッド２と、ローターヘッド２に回転可能に支持された複数のコーンローター３と、駆動軸１の後端部１ｂに着脱可能に構成され駆動軸１と鋼管杭Ｂを回転駆動する駆動装置４と、を有して構成されている。
【００２２】
駆動軸１は、鋼管杭Ｂの内部を貫通して配置され、駆動装置４に駆動されてローターヘッド２を駆動する機能を有するものである。このため、駆動軸１は鋼管杭Ｂの長さと略等しい長さを有している。この駆動軸１はローターヘッド２に対し動力を伝えることが可能な強度であれば良く、必ずしも中実軸である必要はない。
【００２３】
本実施例では目的の鋼管杭Ｂの長さよりも短い鋼管を用い、該鋼管の前後両端部に夫々ローターヘッド２、駆動装置４を構成するシャフト２２と着脱可能に接続し得るように構成して駆動軸１としている。従って、地盤に敷設した鋼管杭Ｂの上端部分に新たな鋼管杭Ｂを溶接等の手段で接続して敷設するような場合であっても、予め鋼管杭Ｂの長さと略等しい複数の駆動軸１を用意しておき、鋼管杭Ｂの接続に伴って駆動軸１を接続してゆくことで対応することが可能である。
【００２４】
駆動軸１の先端部１ａ、後端部１ｂに形成された接続部の構造は特に限定するものではなく、キーやピン或いはフランジ等の剪断力を伝える機能を持った部材を配置することで良い。
【００２５】
本実施例では、図２に示すように、駆動軸１の先端部１ｂには接続部となるピン１０を介してローターヘッド２が取り付けられており、この構成によってローターヘッド２は駆動軸１に対し回転不能に支持されている。特に、ローターヘッド２は鋼管杭Ｂの内径よりも小さい径を持った円盤状に形成されている。また、図４に示すように、駆動軸１の後端部１ｂには接続部となるピン１０を介して駆動装置４のシャフト２２と接続されている。
【００２６】
ローターヘッド２には複数のコーンローター３、３が回転可能に支持されている。ローターヘッド２に配置するコーンローター３の数は特に限定するものではなく、２個以上配置されていれば良い。本実施例では、ローターヘッド２に３個のコーンローター３を回転可能に支持している。
【００２７】
コーンローター３は頂部３ａと基部３ｂを有する円錐形に形成されており、基部３ｂ側の内部には軸受室３ｃが形成されている。コーンローター３の円錐の角度や基部３ｂの直径等は一義的に設定されるものではなく、敷設すべき鋼管杭の径や地盤の性状等の条件及びコーンローター３の外周面の駆動軸１の軸心１ｃに対する傾斜角度等に対応させて設定される。
【００２８】
コーンローター３の基部３ｂの直径はローターヘッド２の直径の１／２よりも小さい寸法を有している。また複数のコーンローター３の基部３ｂに外接する円の直径は鋼管杭Ｂの内径よりも小さく、好ましくは僅かに小さく設定されている。従って、複数のコーンローター３を取り付けたローターヘッド２は、鋼管杭Ｂの内部を通って嵌入し、或いは離脱することが可能である。
【００２９】
尚、コーンローター３は正確な意味で円錐形である必要はなく、頂部３ａから基部３ｂにかけての外周面が緩やかな曲線であっても良い。
【００３０】
ローターヘッド２に配置された夫々のコーンローター３は、駆動軸１の軸心１ｃを中心とする円周上に等角度間隔（本実施例では１２０度間隔）に配置されている。特に、各コーンローター３の軸心３ｄは、駆動軸１の軸心１ｃの延長線上の略同じ位置Ｏで交差し、且つ該交差位置Ｏからローターヘッド２側に向かって駆動軸１の軸心１ｃからの距離が大きくなるように傾斜して配置されている。
【００３１】
このため、ローターヘッド２の前面であって各コーンローター３の配置位置には、傾斜したコーンローター３の軸心３ｄに対して直交する面を持った取付座２ａが設けられている。
【００３２】
尚、コーンローター３の軸心３ｄの駆動軸１の軸心１ｃになす角度は特に限定するものではなく、ローターヘッド２に配置された３個のコーンローター３の外周面の駆動軸１の軸心１ｃに対して構成する傾斜角度（敷設すべき鋼管杭の径、地盤の性状等の条件に対応して予め設定される）に対応して設定される。
【００３３】
各コーンローター３の頂部３ａは、駆動軸１の軸心１ｃと軸心３ｄとの交差位置Ｏ側に互いに接近して配置されている。即ち、各コーンローター３は、頂部３ａが駆動軸１の軸心１ｃの延長線上に互いに接近した姿勢を有している。そして、各コーンローター３は支持軸１１を介してローターヘッド２に回転可能に支持されている。
【００３４】
コーンローター３の内部に形成された軸受室３ｃは、支持軸１１の支持部１１ａに取り付けた２個の軸受１２ａ、１２ｂを嵌合し得るような嵌め合い公差を持って形成されている。そして、支持軸１１の支持部１１ａに取り付けられた軸受１２ａ、１２ｂは、該支持軸１１の先端に締結したナット１３によって所定位置に固着されている。
【００３５】
また支持軸１１の支持部１１ａに連続してシール部１１ｂが形成されており、該シール部１１ｂまでがコーンローター３の軸受室３ｃに嵌め込まれるように構成されている。特に、コーンローター３に形成された軸受室３ｃの基部３ｂ側には、内周面にシール材１４ａを装着した閉塞部材１４が取り付けられ、該閉塞部材１４によって支持軸１１のシール部１１ｂをシールすることで、土砂や地下水が軸受室３ｃに浸入することを防止し得るように構成されている。
【００３６】
支持軸１１にはシール部１１ｂに連続して取付部１１ｃが形成されている。この取付部１１ｃはローターヘッド２に設けた取付座２ａに形成された取付孔２ｂに対し図示しないキーを介して或いはテーパ状に嵌合して装着されることで、ローターヘッド２に固定されている。
【００３７】
従って、予め支持軸１１の支持部１１ａをコーンローター３の軸受室３ｃに軸受１２ａ、１２ｂを介して嵌合すると共にシール部１１ｂに閉塞部材１４を装着することで、コーンローター３は支持軸１１に自由回転可能に取り付けられる。そして、支持軸１１の取付部１１ｃをローターヘッド２の取付座２ａに形成された取付孔２ｂに嵌合して固定することで、コーンローター３をローターヘッド２の前面に自由回転可能に取り付けることが可能である。
【００３８】
駆動装置４は駆動軸１と鋼管杭Ｂとを夫々着脱し得るように構成され、鋼管杭Ｂを敷設する際に用いる推進装置Ｃ（図７参照）のリーダガイド４１によって、鋼管杭Ｂと共に吊り下げられて、これらの駆動軸１と鋼管杭Ｂを異なる回転数で互いに反対方向に回転駆動するものである。
【００３９】
駆動装置４は、モーター２０と、モーター２０に一体的に構成されたケーシング２１と、モーター２０によって駆動され先端部２２ａがケーシング２１から突出して配置され該先端部２２ａにローターヘッド２を回転不能に支持する駆動軸１を着脱可能に取り付けるシャフト２２と、ケーシング２１内に配置されシャフト２２と共に駆動される駆動歯車２３と該駆動歯車２３と噛合して回転する従動歯車２４と、ケーシング２１に回転可能に構成され従動歯車２４と噛合する内歯歯車２５と、内歯歯車２５と一体的に構成されシャフト２２を回転可能に嵌合したボス部２６を有し該ボス部２６の所定位置に円筒管杭を回転駆動するための駆動部２７を形成した円筒管杭駆動部材となる駆動部材２８と、を有して構成されている。
【００４０】
モーター２０は油圧モーター或いは電動モーターの何れであっても良いが、建築工事の現場では油圧モーターであることが好ましい。
【００４１】
モーター２０はケーシング２１の上部に取り付けられて一体的に構成されており、モーター軸２０ａはケーシング２１の内部に配置されている。特に、モーター軸２０ａはスプライン軸として構成されており、該モーター軸２０ａにシャフト２２の後端部が嵌合している。そしてシャフト２２は、ケーシング２１に取り付けた二つの軸受３０と、ボス部２６に取り付けた二つの軸受３１と、によって回転可能に支持され、先端部２２ａがボス部２６から外部に突出している。従って、シャフト２２は先端部２２ａがケーシング２１から突出して配置されることになる。
【００４２】
シャフト２２のモーター２０側の端部に於ける外周には駆動歯車２３が形成されている。このため、モーター２０を駆動すると、シャフト２２と駆動歯車２３が同時に回転することとなる。
【００４３】
駆動歯車２３に従動歯車２４が噛合している。この従動歯車２４は、駆動歯車２３と噛合する歯数の多い大歯車２４ａと、該大歯車２４ａよりも歯数の少ない小歯車２４ｂと、小歯車２４ｂと一体的に構成された軸部２４ｃと、を有しており、軸部２４ｃをケーシング２１に取り付けた二つの軸受３２に回転可能に支持すると共に、該軸部２４ｃの上端部に形成された取付部２４ｄにキー２４ｅを介して大歯車２４ケーシング２１に取り付けることで構成されている。
【００４４】
内歯歯車２５はケーシング２１に対し回転可能に取り付けられており、従動歯車２４の小歯車２４ｂと噛合して駆動される。また内歯歯車２５とケーシング２１との間にはシール３３が配置されており、ケーシング２１の外部にある土砂や水がケーシング２１の内部に浸入することを防止し得るように構成されている。
【００４５】
ケーシング２１に配置すべき従動歯車２４の数は特に限定するものではなく、鋼管杭Ｂを回転させるのに必要な動力を伝えることが可能な数であれば良い。本実施例では、４個の従動歯車２４を互いに対向する位置に配置している。このように４個の従動歯車２４を対向する位置に配置することによって、駆動歯車２３から内歯歯車２５への動力の伝達を円滑にすることが可能である。
【００４６】
内歯歯車２５にはシャフト２２を回転可能に嵌合したボス部２６が一体的に取り付けられている。このボス部２６には更に駆動部２７が設けられており、内歯歯車２５とボス部２６と駆動部２７とによって駆動部材２８を構成している。特に、駆動部２７は、鋼管杭Ｂを回転駆動する機能を有するものであり、この機能を発揮し得るものであれば特に構造を限定するものではない。
【００４７】
駆動部材２８を構成する駆動部２７はボス部２６に固定されるフランジ２７ａと、ボス部２６の外周に嵌合するボス２７ｂと、を有して構成されており、ボス２７ｂに鋼管杭Ｂとの係合部２７ｃが形成されている。
【００４８】
本実施例では、図６に示すように、鋼管杭Ｂの上端部に於ける外周の対向する位置に鋼板を溶接して係止部３５を形成しておき、ボス２７ｂに前記鋼板からなる係止部３５を導入することが可能なＬ字型の溝を形成し、該溝の端面を係止部３５と係合する係合部２７ｃとしている。そして係合部２７ｃと係止部３５とを係合させることによって、モーター２０の動力を鋼管杭Ｂに伝達し得るように構成している。
【００４９】
上記の如く構成された駆動装置４では、モーター２０を駆動すると、モーター軸２０ａの回転に伴ってシャフト２２と駆動歯車２３が図５に示す矢印ａ方向に回転する。そして駆動歯車２３に噛合している従動歯車２４、該従動歯車２４に噛合している内歯歯車２５も同時に回転し、内歯歯車２５は矢印ｂ方向に回転する。
【００５０】
また内歯歯車２５の回転数は、駆動歯車２３と従動歯車２４を構成する大歯車２４ａとのギヤ比、小歯車２４ｂと内歯歯車２５とのギヤ比に従って減速されることとなり、シャフト２２の回転数よりも十分に小さい回転数となる。
【００５１】
従って、シャフト２２に接続された駆動軸１の回転方向と、駆動部材２８の係合部２７ｃと係止部３５が係合する鋼管杭Ｂの回転方向は、互いに反対方向となる。また駆動軸１（ローターヘッド２）の回転数と、鋼管杭Ｂの回転数を比較すると、ローターヘッド２の回転数が鋼管杭Ｂの回転数よりも十分に大きくなる。
【００５２】
このため、ローターヘッド２の回転に伴うコーンローター３による土砂の圧密を有効に行うことが可能となり、且つ鋼管杭Ｂによる圧密された土砂によって形成されている孔の孔壁近傍に対する掘削も低回転数、高トルクで行うことが可能となり、円滑で且つ確実な圧入を実現することが可能である。
【００５３】
尚、図４に於ける３４は、敷設装置Ａによって鋼管杭Ｂを敷設する際に、図示しないリーダによって吊り下げられるフレームである。
【実施例２】
【００５４】
次に、上記の如く構成された敷設装置Ａを用いて鋼管杭Ｂを敷設する際の手順について図を用いて説明する。図７は鋼管杭を敷設する際の段取りを説明する図である。図８は敷設装置及び鋼管杭を吊り上げた状態を説明する図である。図９は鋼管杭の敷設が終了した状態を説明する図である。図１０は敷設された鋼管杭から敷設装置を離脱させた状態を説明する図である。図１１は敷設された鋼管杭に充填物を充填した状態を説明する図である。
【００５５】
鋼管杭Ｂを目的の敷設位置に敷設する際に、敷設装置Ａ及び鋼管杭Ｂは、図７に示すように構成された自走式の推進装置Ｃが用いられる。この推進装置Ｃは、リーダ４０と、リーダ４０に沿って昇降可能に構成されたリーダガイド４１と、リーダ４０の下端部に配置された昇降モーター４２と、リーダ４０に沿って配置された無端状のチェン或いはワイヤ等からなり昇降モーター４２の回転をリーダガイド４１に伝える伝動部材４３と、を有して構成されており、通常の鋼管杭を敷設する際に用いる敷設機をそのまま利用することが可能である。
【００５６】
そして、推進装置Ｃを走行させて鋼管杭Ｂを敷設すべき位置に移動させ、リーダ４０を目的の杭の設置位置に設置する。リーダ４０の下端部に設けた昇降モーター４２を駆動してリーダガイド４１をリーダ４０に沿って下降させる。
【００５７】
その後、下降したリーダガイド４１に敷設装置Ａの駆動装置４を取り付ける。このとき、予め敷設装置Ａの駆動軸１を鋼管杭Ｂの内部に貫通させておき、図６に示すように、鋼管杭Ｂの上端部分に設けた係止部３５を駆動装置４の駆動部材２８を構成する係合部２７ｃに係合させる。これにより、鋼管杭Ｂが敷設装置Ａの駆動装置４に装着される。
【００５８】
鋼管杭Ｂを駆動装置４に装着した後、昇降モーター４２を駆動してリーダガイド４１をリーダ４０の上端側に上昇させ、図８に示すように鋼管杭Ｂを直立させる。この状態では、ローターヘッド２に設けた複数のコーンローター３は鋼管杭Ｂの先端から露出している。しかし、この状態でローターヘッド２が鋼管杭Ｂの先端から露出する必要はない。
【００５９】
上記状態で昇降モーター４２を駆動してリーダガイド４１を下降させることで、敷設装置Ａを下降させ、コーンローター３の頂部３ａを地盤Ｄに当接させる。その後、駆動装置４を構成するモーター２０を駆動すると、駆動軸１（ローターヘッド２）が図５の矢印ａ方向に回転し、同時に鋼管杭Ｂが駆動軸１の回転方向とは反対方向である矢印ｂ方向に回転する。
【００６０】
コーンローター３が地盤Ｄと接触することによって両者の間には接触摩擦が生じる。このため、ローターヘッド２の回転に伴って複数のコーンローター３が全体として駆動軸１の軸心１ｃを中心として回転し、同時に個々のコーンローター３は地盤Ｄとの接触摩擦によってローターヘッド２の回転方向（駆動軸１の回転方向）とは反対方向に回転しながら土砂を圧密する。
【００６１】
駆動装置４のモーター２０の回転を維持しつつ、昇降モーター４２を駆動してリーダヘッド４１を下降させることで敷設装置Ａに推力を付与すると、上記の如きコーンローター３による土砂の圧密を継続しつつ、地中に推進される。この結果、ローターヘッド２が地盤Ｄに到達したときには、該地盤Ｄに複数のコーンローター３の基部３ｂに外接する円の径と略等しい孔が形成されることとなる。
【００６２】
更にリーダガイド４１を下降させることによって鋼管杭Ｂの先端面が地盤Ｄに到達し、既にコーンローター３によって地盤Ｄに形成されている孔の孔壁の近傍の土砂を鋼管杭Ｂの先端面によって掘削する。
【００６３】
このとき、鋼管杭Ｂの先端面は該鋼管杭Ｂの肉厚からなる面となり、鋼管杭の全断面を閉塞した場合と比較して極めて小さい面積となる。このため、鋼管杭Ｂに生じる掘削抵抗は小さい。しかも、鋼管杭Ｂの回転数はローターヘッド２の回転数に比較して十分に小さく高トルクを作用させることが可能であることから、小さい動力で円滑な掘削と推進が可能となる。
【００６４】
引き続きリーダガイド４１を下降させると、ローターヘッド２の回転に伴うコーンローター３による土砂の圧密が継続され、土砂の圧密に伴って地盤中の水分が孔の表面に浸出する。同時に鋼管杭Ｂの先端面による圧密された孔壁の近傍に対する掘削が継続され、このとき浸出した水分が潤滑剤として機能し、鋼管杭Ｂの外表面と地盤Ｄとの摩擦抵抗が軽減され、円滑な推進を実現することが可能となる。
【００６５】
そして、上記したリーダガイド４１による推進長が予定の長さに一致したとき、昇降モーター４２によるリーダガイド４１の下降を停止すると共に駆動装置４を構成するモーター２０の駆動を停止する。この状態で、図９に示すように、鋼管杭Ｂは地盤Ｄに敷設される。
【００６６】
モーター２０の停止に伴って、ローターヘッド２、鋼管杭Ｂの回転が停止すると、コーンローター３によって圧密された土砂が鋼管杭Ｂの外表面に圧接し、該鋼管杭Ｂの支持力を発揮することが可能となる。
【００６７】
鋼管杭Ｂが所定の深さまで推進されることで目的の位置に敷設された後、図１０に示すように、敷設装置Ａの駆動装置４を構成する係合部２７ｃの鋼管杭Ｂの係止部３５との係合を解除し、昇降モーター４２を駆動してリーダガイド４１をリーダ４０に沿って上昇させることで、敷設装置Ａを鋼管杭Ｂから離脱させる。
【００６８】
敷設装置Ａを鋼管杭Ｂから離脱させた後、推進装置Ｃを鋼管杭Ｂの敷設位置から移動させる。そして図１１に示すように、鋼管杭Ｂの内部にモルタルやセメントミルク等の充填物４５を充填することで、鋼管杭Ｂの敷設作業が終了する。
【００６９】
尚、目的の杭が１本の鋼管杭Ｂよりも長いような場合には、図９に示す１本の鋼管杭Ｂを推進した後、敷設装置Ａの駆動装置４を構成する係合部２７ｃと鋼管杭Ｂの係止部３５との係合を解除して敷設装置Ａを引き上げ、駆動装置４を構成するシャフト２２と駆動軸１との接続部を露出させてピン１０を引き抜くことで両者の接続を解除し、その後、駆動装置４のシャフト２２に新たな駆動軸１を接続すると共に係合部２７ｃに新たな鋼管杭Ｂを係合させてリーダガイド４１を上昇させて鋼管杭Ｂを直立させ、この状態で、既に推進された鋼管杭Ｂの内部に残されている駆動軸１と新たな駆動軸１を接続すると共に、既に推進されている鋼管杭Ｂの上端部に新たな鋼管杭Ｂの下端を当接させて溶接した後、前述した手順と同様の手順で推進することで、より長くした鋼管杭Ｂを敷設することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
本発明に係る敷設装置は、円筒管杭によって住宅のような比較的小型の建築物の杭を構築する際に利用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】敷設装置の全体構成を説明する図である。
【図２】ローターヘッドの構成を説明する図である。
【図３】コーンローターの頂部側から見た図２の正面図である。
【図４】駆動装置の構成を説明する図である。
【図５】鋼管杭と駆動装置との係合状態を説明する図である。
【図６】図４のＡ−Ｂ断面図である。
【図７】鋼管杭を敷設する際の段取りを説明する図である。
【図８】敷設装置及び鋼管杭を吊り上げた状態を説明する図である。
【図９】鋼管杭の敷設が終了した状態を説明する図である。
【図１０】敷設された鋼管杭から敷設装置を離脱させた状態を説明する図である。
【図１１】敷設された鋼管杭に充填物を充填した状態を説明する図である。
【符号の説明】
【００７２】
Ａ 敷設装置
Ｂ 鋼管杭
Ｃ 推進装置
Ｄ 地盤
Ｏ 交差位置
１ 駆動軸
１ａ 先端部
１ｂ 後端部
１ｃ 軸心
２ ローターヘッド
２ａ 取付座
２ｂ 取付孔
３ コーンローター
３ａ 頂部
３ｂ 基部
３ｃ 軸受室
３ｄ 軸心
４ 駆動装置
１０ ピン
１１ 支持軸
１１ａ 支持部
１１ｂ シール部
１１ｃ 取付部
１２ａ、１２ｂ 軸受
１３ ナット
１４ａ シール材
１４ 閉塞部材
２０ モーター
２０ａ モーター軸
２１ ケーシング
２２ シャフト
２２ａ 先端部
２３ 駆動歯車
２４ 従動歯車
２４ａ 大歯車
２４ｂ 小歯車
２４ｃ 軸部
２４ｄ 取付部
２４ｅ キー
２５ 内歯歯車
２６ ボス部
２７ 駆動部
２７ａ フランジ
２７ｂ ボス
２７ｃ 係合部
２８ 駆動部材
３０、３１、３２ 軸受
３３ シール
３４ フレーム
３５ 係止部
４０ リーダ
４１ リーダガイド
４２ 昇降モーター
４３ 伝動部材
４５ 充填物
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒管杭の内部を貫通して配置される駆動軸と、前記円筒管杭の内径よりも小さい径を有し且つ前記駆動軸の先端部に回転不能に支持されたローターヘッドと、略円錐形に形成され前記ローターヘッドに回転可能に支持された複数のコーンローターと、前記駆動軸の後端部に接続され該駆動軸を回転駆動すると共に前記円筒管杭を駆動軸の回転方向とは反対方向に回転駆動する駆動装置と、を有し、前記複数のコーンローターは夫々の軸心が駆動軸の先端部の軸心の延長線上の略同じ位置で交差し且つ該交差位置からローターヘッド側に向かって駆動軸の軸心からの距離が大きくなるように傾斜して配置されると共に頂部が前記軸心の交差位置側に互いに接近して配置されていることを特徴とする円筒管杭の敷設装置。
【請求項２】
前記駆動装置が、モーターと、前記モーターに一体的に構成されたケーシングと、前記モーターによって駆動され先端部が前記ケーシングから突出して配置され該先端部にローターヘッドを回転不能に支持する駆動軸を着脱可能に取り付けるシャフトと、前記ケーシング内に配置され前記シャフトと共に駆動される駆動歯車と該駆動歯車と噛合して回転する従動歯車と、前記ケーシングに回転可能に構成され前記従動歯車と噛合する内歯歯車と、前記内歯歯車と一体的に構成され前記シャフトを回転可能に嵌合したボス部を有し該ボス部の所定位置に円筒管杭を回転駆動するための駆動部を形成した円筒管杭駆動部材と、を有することを特徴とする請求項１に記載した円筒管杭の敷設装置。
【請求項３】
円筒管杭を敷設するに際し、目的の敷設位置に円筒管杭を配置すると共に該円筒管杭の内部に請求項１又は２に記載した円筒管杭の敷設装置を構成する駆動軸を貫通させてコーンローターを円筒管杭の下端から露出させ、更に、円筒管杭の上端側を駆動装置に接続して円筒管杭及び請求項１又は２に記載した円筒管杭の敷設装置を吊り上げ、コーンローターの先端部分を接地させると共に駆動装置のモーターを駆動してローターヘッド及び円筒管杭を互いに反対方向に回転させつつ降下させることによってコーンローターを地中に推進しつつ土砂を圧密させると共に円筒管杭の先端を圧入し、円筒管杭が所定の深さに到達した後、該円筒管杭と駆動装置との接続を解除して該敷設装置を円筒管杭の内部から離脱させ、その後、円筒管杭の内部に所定の充填物を充填することを特徴とする円筒管杭の敷設方法。
【請求項１】
円筒管杭の内部を貫通して配置される駆動軸と、前記円筒管杭の内径よりも小さい径を有し且つ前記駆動軸の先端部に回転不能に支持されたローターヘッドと、略円錐形に形成され前記ローターヘッドに回転可能に支持された複数のコーンローターと、前記駆動軸の後端部に接続され該駆動軸を回転駆動すると共に前記円筒管杭を駆動軸の回転方向とは反対方向に回転駆動する駆動装置と、を有し、前記複数のコーンローターは夫々の軸心が駆動軸の先端部の軸心の延長線上の略同じ位置で交差し且つ該交差位置からローターヘッド側に向かって駆動軸の軸心からの距離が大きくなるように傾斜して配置されると共に頂部が前記軸心の交差位置側に互いに接近して配置されていることを特徴とする円筒管杭の敷設装置。
【請求項２】
前記駆動装置が、モーターと、前記モーターに一体的に構成されたケーシングと、前記モーターによって駆動され先端部が前記ケーシングから突出して配置され該先端部にローターヘッドを回転不能に支持する駆動軸を着脱可能に取り付けるシャフトと、前記ケーシング内に配置され前記シャフトと共に駆動される駆動歯車と該駆動歯車と噛合して回転する従動歯車と、前記ケーシングに回転可能に構成され前記従動歯車と噛合する内歯歯車と、前記内歯歯車と一体的に構成され前記シャフトを回転可能に嵌合したボス部を有し該ボス部の所定位置に円筒管杭を回転駆動するための駆動部を形成した円筒管杭駆動部材と、を有することを特徴とする請求項１に記載した円筒管杭の敷設装置。
【請求項３】
円筒管杭を敷設するに際し、目的の敷設位置に円筒管杭を配置すると共に該円筒管杭の内部に請求項１又は２に記載した円筒管杭の敷設装置を構成する駆動軸を貫通させてコーンローターを円筒管杭の下端から露出させ、更に、円筒管杭の上端側を駆動装置に接続して円筒管杭及び請求項１又は２に記載した円筒管杭の敷設装置を吊り上げ、コーンローターの先端部分を接地させると共に駆動装置のモーターを駆動してローターヘッド及び円筒管杭を互いに反対方向に回転させつつ降下させることによってコーンローターを地中に推進しつつ土砂を圧密させると共に円筒管杭の先端を圧入し、円筒管杭が所定の深さに到達した後、該円筒管杭と駆動装置との接続を解除して該敷設装置を円筒管杭の内部から離脱させ、その後、円筒管杭の内部に所定の充填物を充填することを特徴とする円筒管杭の敷設方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２００９−１６７７１４（Ｐ２００９−１６７７１４Ａ）
【公開日】平成２１年７月３０日（２００９．７．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−７８２１（Ｐ２００８−７８２１）
【出願日】平成２０年１月１７日（２００８．１．１７）
【出願人】（３０７０２１９８８）
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年７月３０日（２００９．７．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１月１７日（２００８．１．１７）
【出願人】（３０７０２１９８８）
【Ｆターム（参考）】
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