地盤圧密装置
【課題】掘削時に掘削土砂を地上に搬出することなく径方向外方に押し込んで孔壁を圧密することができると共に砂、礫又は骨材と固化材等の補給材を容易に供給できて柱状基礎体を容易に造成することができ、構造及び作業の簡素化が図れる地盤圧密装置を提供する。
【解決手段】作業機２により基端部が昇降可能に支持されると共に周壁に砂、礫又は骨材と固化材等の補給材４を投入するための開口部５が周方向及び軸方向に適宜間隔で複数形成された筒状のケーシング３と、該ケーシング３内の軸心に沿って挿通されケーシング３の基端部に設けられた回転駆動部９により正回転又は逆回転される回転軸８と、該回転軸８の先端部に設けられ正回転により地盤Ｇを掘削してその掘削土砂を孔壁１３ｂ側に圧密し、且つ逆回転により前記ケーシング３内の補給材４を掘削孔の孔底１３ｂ側へ圧入して柱状基礎体２１を造成する圧密部６とを備えている。
【解決手段】作業機２により基端部が昇降可能に支持されると共に周壁に砂、礫又は骨材と固化材等の補給材４を投入するための開口部５が周方向及び軸方向に適宜間隔で複数形成された筒状のケーシング３と、該ケーシング３内の軸心に沿って挿通されケーシング３の基端部に設けられた回転駆動部９により正回転又は逆回転される回転軸８と、該回転軸８の先端部に設けられ正回転により地盤Ｇを掘削してその掘削土砂を孔壁１３ｂ側に圧密し、且つ逆回転により前記ケーシング３内の補給材４を掘削孔の孔底１３ｂ側へ圧入して柱状基礎体２１を造成する圧密部６とを備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軟弱地盤を柱状に圧密改良する地盤圧密装置に係り、特に圧密性能の向上を図った地盤圧密装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
軟弱地盤を圧密する方法の一つとして、掘削用アースオーガを基にした柱状圧密工法（砂杭工法ともいう）が知られている。この工法は、アースオーガにより地盤を所要深さまで掘削してから、アースオーガの逆回転により先に掘り上げた地盤土に山砂等を加えた土砂を掘削孔の孔底に送り込んで圧密し、作業機側から与えた荷重に圧密反力が抗して徐々にアースオーガが掘削孔から引き上がってくることにより地盤中に柱状の圧密基礎（柱状基礎体、砂杭ともいう。）を造成するものである。
【０００３】
しかしながら、前記工法においては、アースオーガの逆回転により土砂をアースオーガの長手方向に沿って送り込むが、アースオーガの螺旋翼の取付角度上、圧力の鉛直方向への成分が高くなるため、土質によっては、土砂が横方向（掘削孔の径方向外方）へはそれほど広がらず、土砂が鉛直方向に直ぐに締め固まって圧密反力を生じてしまい、横方向に十分な広がりを持つ柱状基礎体を造成することが難しい。
【０００４】
また、前記工法においては、アースオーガを押し上げようとする圧密反力に抗する荷重で圧密の度合に差が生じるため、十分な荷重を作業機側から与える必要があり、例えば機体荷重については、１０トン程度が必要であり、このため、都市部の狭い住宅地の事情に合わせて小型の機械を開発しようとする場合の制約となっている。
【０００５】
かかる問題を解決するために、本発明者は横方向に広がりを持つ十分な強度の柱状基礎体を容易に造成することができる地盤圧密装置を先に提案した（特許文献１参照）。この地盤圧密装置は、作業機により基端部が昇降可能に支持され、基端部に回転駆動部を有する回転軸と、該回転軸に沿って掘削土砂等の土砂を搬送するように設けられた搬送部（螺旋翼）と、回転軸の先端部に設けられ、正回転により地盤の掘削が可能で、且つ逆回転により前記搬送部からの土砂を掘削孔の径方向外方へ押し込んで圧密する断面円弧状の少なくとも二つのカム面を有する所定形状の圧密カムとを備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第３２５９９１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、前記地盤圧密装置においては、地盤を掘削しながらその掘削土砂を螺旋翼により地上に搬出し、所要深さまで掘削したら、砂杭造成用の純粋な砂（例えば山砂）のみを圧密カムまで送り込んで高強度の砂杭を造成しようとする場合、螺旋翼により純粋の砂だけでなく孔壁の土をも送り込んでしまい、砂と土の混ざった砂杭が造成されてしまうため、地質によっては高強度の柱状圧密基礎には適さない場合がある。なお、この対策としては、回転軸の周囲を取り囲むように円筒状のケーシングを設け、該ケーシングにより純粋な砂のみを圧密カムまで送り込むようにした発明も本発明者により提案されているが、この場合、ケーシングの外周面が孔壁と面接触となるため孔壁に張り付いて摩擦抵抗が増大し、地盤を掘り進むのに大きな抵抗となることが考えられる。
【０００８】
また、純粋な砂のみの砂杭を造成する場合、地上に搬出した掘削土砂の処理が必要となる。更に、砂を送り込んで圧密カムにより圧密して行く場合、孔壁が圧密されていないため、砂が掘削孔の径方向外方へ止め処もなく押し込まれ、多量の砂が必要となる場合があることが考えられる。また、前記ケーシングの上端部には砂を供給するためのホッパーが設けられるが、そのホッパーに対してバケットクレーン等の重機により砂を供給する必要があり、作業が大変である。
【０００９】
本発明は、前記事情を考慮してなされたものであり、掘削時に掘削土砂を地上に搬出することなく径方向外方に押し込んで孔壁を圧密することができると共に砂、礫又は骨材と固化材等の補給材を容易に供給できて柱状基礎体を容易に造成することができ、構造及び作業の簡素化が図れる地盤圧密装置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】
前記目的を達成するために、本発明は、作業機により基端部が昇降可能に支持されると共に周壁に砂、礫又は骨材と固化材等の補給材を投入するための開口部が周方向及び軸方向に適宜間隔で複数形成された筒状のケーシングと、該ケーシング内の軸心に沿って挿通されケーシングの基端部に設けられた回転駆動部により正回転又は逆回転される回転軸と、該回転軸の先端部に設けられ正回転により地盤を掘削してその掘削土砂を孔壁側に圧密し、且つ逆回転により前記ケーシング内の補給材を掘削孔の孔底側へ圧入して柱状基礎体を造成する圧密部とを備えたことを特徴とする。
【００１１】
前記圧密部にはその正回転時に掘削した土砂のケーシング内への取り込みを阻止し、逆回転時にケーシング内から掘削孔への補給材の供給を許容する逆止弁が設けられていることが好ましい。
【００１２】
前記ケーシングの周囲の地盤上には前記補給材を前記開口部からケーシング内に投入するためのホッパーが設置されていることが好ましい。
【００１３】
前記ケーシングの先端側外周面には掘削時における掘削土砂のケーシング内への流入及び循環を阻止するために所定の範囲で前記開口部を有しない無孔部が形成されていることが好ましい。
【００１４】
前記ケーシングの周壁に前記開口部がハニカム状に形成されていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、掘削時に掘削土砂を地上に搬出することなく径方向外方に押し込んで孔壁を圧密することができると共に砂、礫又は骨材と固化材等の補給材を容易に供給できて柱状基礎体を容易に造成することができ、構造及び作業の簡素化が図れる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施形態に係る地盤圧密装置を概略的に示すである。
【図２】（ａ）はスクリュー部の平面図、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ矢示側面図ある。
【図３】ホッパーの一例を示す平面図である。
【図４】ホッパーの他の例を示す平面図である。
【図５】地盤圧密装置による作業を説明する図で、（ａ）は地盤掘削作業時の図、（ｂ）は地盤掘削作業終了時の図、（ｃ）は地盤圧密作業時の図、（ｄ）は地盤圧密作業終了時の図である。
【図６】地盤圧密装置の要部の変形例を概略的に示す図で、（ａ）は断面側面図、（ｂ）は（ａ）のＹ−Ｙ線断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下に、本発明を実施するための形態を添付図面に基いて詳述する。
【００１８】
図１に示すように、本実施形態の地盤圧密装置１は、作業機２〔図５（ａ）参照〕により上端部が昇降可能に支持される鉛直方向に長い筒状のケーシング３を備えている。ケーシング３は、筒状例えば円筒状の鋼管からなっている。ケーシング３の長さは、造成すべき柱状基礎体にもよるが、例えば５〜８ｍとされ、ケーシング３の直径は３００〜５００ｍｍとされている。ケーシング３の上端部（基端部）は端板３ａをボルト止めにより着脱可能に取付けて閉塞されており、ケーシング３の下端部（先端部）は開口端になっている。
【００１９】
ケーシング３の周壁には、ケーシング３内に砂、礫又は骨材と固化材等の補給材４を地盤Ｇの高さ位置で供給ないし投入することが可能な開口部５が周方向及び軸方向に適宜間隔で複数形成されている。補給材４としては、複数種類のものを組み合わせて使用することを含めて多種多様なものを利用することが可能であり、地盤圧密装置１で流動可能な骨材と各種固化材（セメント等）などにより必要な強度の柱状基礎体を造成することが可能である。
【００２０】
ケーシング３の強度を確保するために、隣り合う開口部５がケーシング３の軸方向に揃うことのないように周方向に位置をずらして配置されていることが好ましい。例えば開口部５は、図示例のように亀甲状のものを千鳥に配したいわゆるハニカム状に形成されている。このように形成することにより、ケーシング３の強度の向上と補給材４の円滑な投入が可能となる。なお、開口部５は図５に示すように四角形であってもよく、或いは三角形や円形、楕円形等であってもよい。
【００２１】
また、前記ケーシング３の下端側外周面には後述するスクリュー部６の駆動による掘削時における掘削土砂の開口部５からケーシング３内への流入及び循環を防止するために所定の範囲例えばＷ＝１ｍで前記開口部５を有しない無孔部７が形成されていることが好ましい。
【００２２】
前記ケーシング３内には軸心に沿って回転軸８が挿通され、ケーシング３の上端部の端板３ａ上には回転軸８を正回転又は逆回転するための回転方向の切替えが可能な回転駆動部９が設けられている。この回転駆動部９は、例えばギヤ付きの油圧モータからなっている。
【００２３】
前記ケーシング３の上端部には、前記作業機２の昇降用のフック１０に係止されて地盤圧密装置１を吊り下げるための被係止部１１が端板上に直接または回転駆動部９を介して間接的に設けられている。前記作業機２は、図５（ａ）に示すように、地面に垂直に立てて保持されるリード部１２を有し、このリード部１２には前記昇降用フック１０を図示しない無端チェーンを介して昇降操作する昇降回転駆動部（図示省略）が設けられている。なお、作業機２としては、地盤圧密装置１の吊り上げ及び下方への押し込みが可能であれば、例えば電柱埋設用のトラッククレーンであってもよい。
【００２４】
前記回転軸８の下端部は、ケーシング３の下端部から突出しており、その回転軸８の下端部には正回転により地盤Ｇの掘削が可能で、且つ逆回転により前記ケーシング３内の補給材４を掘削孔１３の孔底１３ｂ側及び径方向外方へ押し込んで圧密するための圧密部であるスクリュー部６が設けられている。このスクリュー部６は、本実施形態では二枚の半円板状の羽根部材１４，１５からなり、回転軸８に対して二枚の羽根部材１４，１５が側方から見てＸ状に交差するように設けられていると共に、上方から見て互いに反対側の下端縁部１４ｂ，１５ｂがケーシング３よりも外方に突出するように設けられていることが好ましい（図１、図２（ａ）参照）。
【００２５】
前記ケーシング３内から補給材４を搬出しやすくするために、前記羽根部材１４，１５の上端縁部１４ａ，１５ａがケーシング３内にまで延出して設けられていたり、或いは前記回転軸８における前記無孔部７と対応する部分に少なくとも一条の螺旋翼１６が設けられていることが好ましい。また、ホッパー２０から開口部５を介してケーシング３内に投入される補給材４を下方に円滑に搬送するために、回転軸８には複数の螺旋翼が所定間隔で間欠的に設けられているか、或いは連続的に設けられていることが好ましい。前記回転軸８の下端部の先端は鋭角に突出した尖鋭部８ａとされている。
【００２６】
前記スクリュー部６には、その正回転時に掘削した土砂のケーシング３内への取り込みを阻止し、逆回転時にケーシング３内から掘削孔１３への補給材４の供給を許容する逆止弁１７が設けられている。この逆止弁１７は、図示例では、図２の（ａ），（ｂ）に示すように二枚の羽根部材１４，１５における一方の上端縁部１４ａ，１５ａと他方の下端縁部１５ｂ，１４ｂとの間にそれぞれ配置されると共に上端縁部１４ａ，１５ａにヒンジ１８を介して揺動可能に垂下された板状の弁体１９からなり、回転軸８の正回転時（矢印Ａ）には実線で示すように閉弁してケーシング内への掘削土砂の進入を阻止し、回転軸８の逆回転時（矢印Ｂ）には仮想線で示すように開弁して補給材の送り出しを許容するようになっている。
【００２７】
前記ケーシング３の周囲の地盤Ｇ上には前記補給材４を前記開口部５からケーシング３内に投入するためのホッパー２０が設置されている。本実施例のホッパー２０は、図３にも示すように前記ケーシング３を挿通可能な環状の立ち上がり部２０ａと、この立ち上がり部２０ａの下部に形成されて地盤Ｇ上に載置される環状の脚部２０ｂと、前記立ち上がり部２０ａから上方に向って逆截頭円錐状に拡径形成されたホッパー部２０ｃとを一体的に有している。
【００２８】
掘削時にこのホッパー２０により補給材４を開口部５から地盤Ｇ下のケーシング３内に容易に投入・充填することが可能となり、地盤Ｇ下のケーシング３の開口部５を補給材４で塞ぎ、孔壁１３ａの掘削土砂がケーシング３内に入り込むのを阻止すると共に、ケーシング３の表面が孔壁１３ａに密着して掘り進む際の摩擦抵抗となるのを軽減するようになっている。なお、ホッパーとしては、図４に示すように図３のホッパー２０を周方向に複数例えば４つに分割したものの１つである分割ホッパー２０Ｄであってもよく、これにより地盤圧密をすべき場所に応じて作業の邪魔にならないように使い分けることが可能となる。なお、分割ホッパー２０Ｄは、平面円弧状の立ち上がり部２０ａ’と、この立ち上がり部２０ａ’の下部に形成されて地盤Ｇ上に載置される平面円弧状の脚部２０ｂ’と、前記立ち上がり部２０ａ’から上方に向って形成された平面円弧状のホッパー部２０ｃ’とを一体的に有している。
【００２９】
次に、以上の構成からなる地盤圧密装置１の作用を述べる。先ず、図５（ａ）に示すように地盤圧密をすべき地盤Ｇ上に作業機２により地盤圧密装置１を垂直に立てて回転駆動部９により回転軸８の下端部のスクリュー部６を正回転させると共に、作業機２のリード部１２の昇降回転駆動部により地盤圧密装置１に下向きの荷重を加えることにより、地盤Ｇを掘削していく。この掘削工程では、スクリュー部６を構成する羽根部材１４，１５により地盤Ｇを掘削し、掘削された土砂（地盤土）は図１の点線矢印Ｆで示すように逆止弁１７によりケーシング３内への流入を阻止されて接線方向ないし径方向外方に押し遣られ、これにより掘削孔１３の孔壁１３ａが圧密される。なお、この掘削工程を含む何れの工程でもケーシング３は回転することはない。
【００３０】
この掘削工程では、補給材４をホッパー２０に供給することにより、地盤圧密装置１のケーシング３の外周の開口部５から地盤Ｇ下のケーシング３内に補給材４を投入・充填しつつ、所定の掘削深度まで掘削していく。このようにして、図５の（ｂ）に示すように、地盤Ｇを所定の掘削深度まで掘削したなら、回転駆動部９の回転方向を切り換えて図５の（ｃ）に示すように回転軸８を逆回転させることにより、スクリュー部６の羽根部材１４，１５によりケーシング３内の補給材４が孔底１３ｂ側（下方向）及び接線方向ないし径方向外方へ供給・押し込まれて圧密される。
【００３１】
これにより孔底１３ｂから上方に向かって順次柱状基礎体２１が造成されていき、この柱状基礎体２１の造成に伴いその反力で地盤圧密装置１が上昇していく。この上昇に伴いケーシング３内の補給材４も減少するため、ホッパー２０に順次補給材４を供給し、地盤Ｇ下のケーシング３内に常時補給材４が充填されているようにしておく。このようにして図５の（ｄ）に示すように柱状基礎体２１を孔口まで造成することによりその造成が完成する。
【００３２】
この圧密造成工程においては、掘削（削孔）工程で予め掘削孔１３の孔壁１３ａが掘削土砂を用いて圧密されているため、補給材４が必要以上に径方向外方に押し込まれる恐れがなく、補給材４の使用量を節減することができる。また、掘削土砂を孔壁１３ａの圧密に利用し、地上に搬出しないので、掘削土砂の処理を要しない。また、補給材４に地盤の土砂が混ざったり、或いは掘削土砂を混ぜたりすることなく純粋な補給材４のみで柱状基礎体２１を造成することができるため、強度の高い柱状基礎体２１を容易に造成することができる。
【００３３】
スクリュー部６の羽根部材１４，１５は、孔底１３ｂ側から圧密反力を受けるが、孔壁１３ａ側（掘削孔の径方向）からもより多くの圧密反力を受けるため、アースオーガ式の従来工法のように地盤圧密装置１が不本意に押し上げられることはない。このため、圧密反力に抗する荷重を地盤圧密装置１に加える必要がなく、従って、作業機２の大型化を余儀なくされることがなく小型化が図れる。圧密の度合は回転駆動部９にかかるトルク等によって推察することができ、所望の圧密度を維持しながら地盤圧密装置１を徐々に引き上げて行くことにより、柱状基礎体２１を造成することができる。
【００３４】
このように、地盤圧密装置１によれば、作業機２により基端部が昇降可能に支持されると共に周壁に砂、礫又は骨材と固化材等の補給材４を投入するための開口部５が周方向及び軸方向に適宜間隔で複数形成された円筒状のケーシング３と、該ケーシング３内の軸心に沿って挿通されケーシング３の基端部に設けられた回転駆動部９により正回転又は逆回転される回転軸８と、該回転軸８の下端部に設けられ正回転により地盤Ｇを掘削してその掘削土砂を孔壁１３ａ側に圧密し、且つ逆回転により前記ケーシング３内の補給材４を掘削孔１３の孔底１３ｂ側へ押し込んで圧入することにより柱状基礎体２１を造成するスクリュー部６とを備えているため、掘削時に掘削土砂を地上に搬出することなく径方向外方に押し込んで孔壁１３ａを圧密することができると共に砂又は礫の補給材４のみを容易に供給できて柱状基礎体２１を容易に造成することができ、構造及び作業の簡素化が図れる。
【００３５】
前記スクリュー部６にはその正回転時に掘削した土砂のケーシング３内への取り込みを阻止し、逆回転時にケーシング３内から掘削孔１３への補給材４の供給を許容する逆止弁１７が設けられているため、スクリュー部６の正回転時には地盤Ｇを掘削して掘削土砂をケーシング３内に取り込むことなく孔壁１３ａに押し込んで圧密することができ、スクリュー部６の逆回転時にはケーシング３内に充填されている補給材４を孔底１３ｂ側及び孔壁１３ａ側に押し込んで柱状基礎体２１を容易に造成することができる。
【００３６】
また、前記ケーシング３の周囲の地盤Ｇ上には前記補給材４を地盤Ｇ近くの前記開口部５からケーシング３内に投入するためのホッパー２０が設置されているため、バケットクレーン等を用いずにホッパー２０に容易に補給材４を供給することができると共に、ホッパー２０内の補給材４の残量を目視により容易に確認することができる。
【００３７】
更に、前記ケーシング３の下端側外周面には掘削時における掘削土砂のケーシング３内への流入及び循環を阻止するために所定の範囲で前記開口部５を有しない無孔部７が形成されているため、掘削土砂が開口部５から流入して循環することにより掘削土砂を孔壁１３ａに押し込むことが困難となる事態を防止することができる。
【００３８】
以上、本発明の実施の形態を図面により詳述してきたが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲での種々の設計変更が可能である。例えば、ホッパー２０の代わりに、地盤上に鋼板等の板材を置いて補給材４を載せ、その補給材４をスコップ等で掻き寄せながら開口部５からケーシング３内に投入するようにしてもよい。
【００３９】
また、掘削土砂がケーシング３内に侵入してケーシングの内壁に固着し、螺旋翼の回転に支障を来す不具合を抑制するために、ケーシングは角筒状に形成されていてもよい。また、圧密部は、図６に示すように回転軸８の先端部に設けられ、正回転により地盤の掘削が可能で、且つ逆回転により前記搬送部からの砂を掘削孔の孔底側及び径方向外方へ押し込んで圧密する少なくとも二つのカム面を有する圧密カム（圧密部）３０を有するものであってもよい。また、螺旋翼１６は回転軸８の長手方向に沿って連続して設けられていてもよい。これにより、ホッパー２０から開口部５を介してケーシング３内に投入される補給材４を下方に円滑に搬送することができる。
【００４０】
前記圧密カム３０は、断面円弧状で側面逆三角形状の２枚のカム板３１，３１からなり、これらのカム板３１，３１は例えば大径の鋼管の側面を三角形状に切断することにより形成されている。２枚のカム板３１，３１は、内側を対向させて回転軸８の先端部において該回転軸８を挟むように配置されると共に、回転軸８に対して左右に対称的に位置ずれさせた状態で回転軸８に固定されている。これにより、圧密カム３０を時計方向（矢印Ａ）に回転（正回転）させると、半径方向外方に突出したカム板３１，３１の側方突出部３１ａの内面３１ｘで地盤Ｇを掘削することができ、逆に圧密カム３０を反時計方向（矢印Ｂ）に回転（逆回転）させると、カム板３１，３１の側方突出部３１ａの外面３１ｙで砂を下方及び接線方向ないし半径方向外方へ押し込んで圧密することができる。カム板３１は、回転軸８に溶接等で一体的に固定されていることが好ましいが、ボルトとナット等の結合手段により着脱可能に取付けられていても良い。
【符号の説明】
【００４１】
１ 地盤圧密装置
２ 作業機
３ ケーシング
４ 補給材
５ 開口部
７ スクリュー部
８ 回転軸
９ 回転駆動部
１０ 昇降用フック
１１ 被係止部
１２ リード部
１３ 掘削孔
１４，１５ 羽根部材
１６ 螺旋翼
１７ 逆止弁
１８ ヒンジ
１９ 弁体
２０ ホッパー
２１ 柱状基礎体
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軟弱地盤を柱状に圧密改良する地盤圧密装置に係り、特に圧密性能の向上を図った地盤圧密装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
軟弱地盤を圧密する方法の一つとして、掘削用アースオーガを基にした柱状圧密工法（砂杭工法ともいう）が知られている。この工法は、アースオーガにより地盤を所要深さまで掘削してから、アースオーガの逆回転により先に掘り上げた地盤土に山砂等を加えた土砂を掘削孔の孔底に送り込んで圧密し、作業機側から与えた荷重に圧密反力が抗して徐々にアースオーガが掘削孔から引き上がってくることにより地盤中に柱状の圧密基礎（柱状基礎体、砂杭ともいう。）を造成するものである。
【０００３】
しかしながら、前記工法においては、アースオーガの逆回転により土砂をアースオーガの長手方向に沿って送り込むが、アースオーガの螺旋翼の取付角度上、圧力の鉛直方向への成分が高くなるため、土質によっては、土砂が横方向（掘削孔の径方向外方）へはそれほど広がらず、土砂が鉛直方向に直ぐに締め固まって圧密反力を生じてしまい、横方向に十分な広がりを持つ柱状基礎体を造成することが難しい。
【０００４】
また、前記工法においては、アースオーガを押し上げようとする圧密反力に抗する荷重で圧密の度合に差が生じるため、十分な荷重を作業機側から与える必要があり、例えば機体荷重については、１０トン程度が必要であり、このため、都市部の狭い住宅地の事情に合わせて小型の機械を開発しようとする場合の制約となっている。
【０００５】
かかる問題を解決するために、本発明者は横方向に広がりを持つ十分な強度の柱状基礎体を容易に造成することができる地盤圧密装置を先に提案した（特許文献１参照）。この地盤圧密装置は、作業機により基端部が昇降可能に支持され、基端部に回転駆動部を有する回転軸と、該回転軸に沿って掘削土砂等の土砂を搬送するように設けられた搬送部（螺旋翼）と、回転軸の先端部に設けられ、正回転により地盤の掘削が可能で、且つ逆回転により前記搬送部からの土砂を掘削孔の径方向外方へ押し込んで圧密する断面円弧状の少なくとも二つのカム面を有する所定形状の圧密カムとを備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第３２５９９１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、前記地盤圧密装置においては、地盤を掘削しながらその掘削土砂を螺旋翼により地上に搬出し、所要深さまで掘削したら、砂杭造成用の純粋な砂（例えば山砂）のみを圧密カムまで送り込んで高強度の砂杭を造成しようとする場合、螺旋翼により純粋の砂だけでなく孔壁の土をも送り込んでしまい、砂と土の混ざった砂杭が造成されてしまうため、地質によっては高強度の柱状圧密基礎には適さない場合がある。なお、この対策としては、回転軸の周囲を取り囲むように円筒状のケーシングを設け、該ケーシングにより純粋な砂のみを圧密カムまで送り込むようにした発明も本発明者により提案されているが、この場合、ケーシングの外周面が孔壁と面接触となるため孔壁に張り付いて摩擦抵抗が増大し、地盤を掘り進むのに大きな抵抗となることが考えられる。
【０００８】
また、純粋な砂のみの砂杭を造成する場合、地上に搬出した掘削土砂の処理が必要となる。更に、砂を送り込んで圧密カムにより圧密して行く場合、孔壁が圧密されていないため、砂が掘削孔の径方向外方へ止め処もなく押し込まれ、多量の砂が必要となる場合があることが考えられる。また、前記ケーシングの上端部には砂を供給するためのホッパーが設けられるが、そのホッパーに対してバケットクレーン等の重機により砂を供給する必要があり、作業が大変である。
【０００９】
本発明は、前記事情を考慮してなされたものであり、掘削時に掘削土砂を地上に搬出することなく径方向外方に押し込んで孔壁を圧密することができると共に砂、礫又は骨材と固化材等の補給材を容易に供給できて柱状基礎体を容易に造成することができ、構造及び作業の簡素化が図れる地盤圧密装置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】
前記目的を達成するために、本発明は、作業機により基端部が昇降可能に支持されると共に周壁に砂、礫又は骨材と固化材等の補給材を投入するための開口部が周方向及び軸方向に適宜間隔で複数形成された筒状のケーシングと、該ケーシング内の軸心に沿って挿通されケーシングの基端部に設けられた回転駆動部により正回転又は逆回転される回転軸と、該回転軸の先端部に設けられ正回転により地盤を掘削してその掘削土砂を孔壁側に圧密し、且つ逆回転により前記ケーシング内の補給材を掘削孔の孔底側へ圧入して柱状基礎体を造成する圧密部とを備えたことを特徴とする。
【００１１】
前記圧密部にはその正回転時に掘削した土砂のケーシング内への取り込みを阻止し、逆回転時にケーシング内から掘削孔への補給材の供給を許容する逆止弁が設けられていることが好ましい。
【００１２】
前記ケーシングの周囲の地盤上には前記補給材を前記開口部からケーシング内に投入するためのホッパーが設置されていることが好ましい。
【００１３】
前記ケーシングの先端側外周面には掘削時における掘削土砂のケーシング内への流入及び循環を阻止するために所定の範囲で前記開口部を有しない無孔部が形成されていることが好ましい。
【００１４】
前記ケーシングの周壁に前記開口部がハニカム状に形成されていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、掘削時に掘削土砂を地上に搬出することなく径方向外方に押し込んで孔壁を圧密することができると共に砂、礫又は骨材と固化材等の補給材を容易に供給できて柱状基礎体を容易に造成することができ、構造及び作業の簡素化が図れる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施形態に係る地盤圧密装置を概略的に示すである。
【図２】（ａ）はスクリュー部の平面図、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ矢示側面図ある。
【図３】ホッパーの一例を示す平面図である。
【図４】ホッパーの他の例を示す平面図である。
【図５】地盤圧密装置による作業を説明する図で、（ａ）は地盤掘削作業時の図、（ｂ）は地盤掘削作業終了時の図、（ｃ）は地盤圧密作業時の図、（ｄ）は地盤圧密作業終了時の図である。
【図６】地盤圧密装置の要部の変形例を概略的に示す図で、（ａ）は断面側面図、（ｂ）は（ａ）のＹ−Ｙ線断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下に、本発明を実施するための形態を添付図面に基いて詳述する。
【００１８】
図１に示すように、本実施形態の地盤圧密装置１は、作業機２〔図５（ａ）参照〕により上端部が昇降可能に支持される鉛直方向に長い筒状のケーシング３を備えている。ケーシング３は、筒状例えば円筒状の鋼管からなっている。ケーシング３の長さは、造成すべき柱状基礎体にもよるが、例えば５〜８ｍとされ、ケーシング３の直径は３００〜５００ｍｍとされている。ケーシング３の上端部（基端部）は端板３ａをボルト止めにより着脱可能に取付けて閉塞されており、ケーシング３の下端部（先端部）は開口端になっている。
【００１９】
ケーシング３の周壁には、ケーシング３内に砂、礫又は骨材と固化材等の補給材４を地盤Ｇの高さ位置で供給ないし投入することが可能な開口部５が周方向及び軸方向に適宜間隔で複数形成されている。補給材４としては、複数種類のものを組み合わせて使用することを含めて多種多様なものを利用することが可能であり、地盤圧密装置１で流動可能な骨材と各種固化材（セメント等）などにより必要な強度の柱状基礎体を造成することが可能である。
【００２０】
ケーシング３の強度を確保するために、隣り合う開口部５がケーシング３の軸方向に揃うことのないように周方向に位置をずらして配置されていることが好ましい。例えば開口部５は、図示例のように亀甲状のものを千鳥に配したいわゆるハニカム状に形成されている。このように形成することにより、ケーシング３の強度の向上と補給材４の円滑な投入が可能となる。なお、開口部５は図５に示すように四角形であってもよく、或いは三角形や円形、楕円形等であってもよい。
【００２１】
また、前記ケーシング３の下端側外周面には後述するスクリュー部６の駆動による掘削時における掘削土砂の開口部５からケーシング３内への流入及び循環を防止するために所定の範囲例えばＷ＝１ｍで前記開口部５を有しない無孔部７が形成されていることが好ましい。
【００２２】
前記ケーシング３内には軸心に沿って回転軸８が挿通され、ケーシング３の上端部の端板３ａ上には回転軸８を正回転又は逆回転するための回転方向の切替えが可能な回転駆動部９が設けられている。この回転駆動部９は、例えばギヤ付きの油圧モータからなっている。
【００２３】
前記ケーシング３の上端部には、前記作業機２の昇降用のフック１０に係止されて地盤圧密装置１を吊り下げるための被係止部１１が端板上に直接または回転駆動部９を介して間接的に設けられている。前記作業機２は、図５（ａ）に示すように、地面に垂直に立てて保持されるリード部１２を有し、このリード部１２には前記昇降用フック１０を図示しない無端チェーンを介して昇降操作する昇降回転駆動部（図示省略）が設けられている。なお、作業機２としては、地盤圧密装置１の吊り上げ及び下方への押し込みが可能であれば、例えば電柱埋設用のトラッククレーンであってもよい。
【００２４】
前記回転軸８の下端部は、ケーシング３の下端部から突出しており、その回転軸８の下端部には正回転により地盤Ｇの掘削が可能で、且つ逆回転により前記ケーシング３内の補給材４を掘削孔１３の孔底１３ｂ側及び径方向外方へ押し込んで圧密するための圧密部であるスクリュー部６が設けられている。このスクリュー部６は、本実施形態では二枚の半円板状の羽根部材１４，１５からなり、回転軸８に対して二枚の羽根部材１４，１５が側方から見てＸ状に交差するように設けられていると共に、上方から見て互いに反対側の下端縁部１４ｂ，１５ｂがケーシング３よりも外方に突出するように設けられていることが好ましい（図１、図２（ａ）参照）。
【００２５】
前記ケーシング３内から補給材４を搬出しやすくするために、前記羽根部材１４，１５の上端縁部１４ａ，１５ａがケーシング３内にまで延出して設けられていたり、或いは前記回転軸８における前記無孔部７と対応する部分に少なくとも一条の螺旋翼１６が設けられていることが好ましい。また、ホッパー２０から開口部５を介してケーシング３内に投入される補給材４を下方に円滑に搬送するために、回転軸８には複数の螺旋翼が所定間隔で間欠的に設けられているか、或いは連続的に設けられていることが好ましい。前記回転軸８の下端部の先端は鋭角に突出した尖鋭部８ａとされている。
【００２６】
前記スクリュー部６には、その正回転時に掘削した土砂のケーシング３内への取り込みを阻止し、逆回転時にケーシング３内から掘削孔１３への補給材４の供給を許容する逆止弁１７が設けられている。この逆止弁１７は、図示例では、図２の（ａ），（ｂ）に示すように二枚の羽根部材１４，１５における一方の上端縁部１４ａ，１５ａと他方の下端縁部１５ｂ，１４ｂとの間にそれぞれ配置されると共に上端縁部１４ａ，１５ａにヒンジ１８を介して揺動可能に垂下された板状の弁体１９からなり、回転軸８の正回転時（矢印Ａ）には実線で示すように閉弁してケーシング内への掘削土砂の進入を阻止し、回転軸８の逆回転時（矢印Ｂ）には仮想線で示すように開弁して補給材の送り出しを許容するようになっている。
【００２７】
前記ケーシング３の周囲の地盤Ｇ上には前記補給材４を前記開口部５からケーシング３内に投入するためのホッパー２０が設置されている。本実施例のホッパー２０は、図３にも示すように前記ケーシング３を挿通可能な環状の立ち上がり部２０ａと、この立ち上がり部２０ａの下部に形成されて地盤Ｇ上に載置される環状の脚部２０ｂと、前記立ち上がり部２０ａから上方に向って逆截頭円錐状に拡径形成されたホッパー部２０ｃとを一体的に有している。
【００２８】
掘削時にこのホッパー２０により補給材４を開口部５から地盤Ｇ下のケーシング３内に容易に投入・充填することが可能となり、地盤Ｇ下のケーシング３の開口部５を補給材４で塞ぎ、孔壁１３ａの掘削土砂がケーシング３内に入り込むのを阻止すると共に、ケーシング３の表面が孔壁１３ａに密着して掘り進む際の摩擦抵抗となるのを軽減するようになっている。なお、ホッパーとしては、図４に示すように図３のホッパー２０を周方向に複数例えば４つに分割したものの１つである分割ホッパー２０Ｄであってもよく、これにより地盤圧密をすべき場所に応じて作業の邪魔にならないように使い分けることが可能となる。なお、分割ホッパー２０Ｄは、平面円弧状の立ち上がり部２０ａ’と、この立ち上がり部２０ａ’の下部に形成されて地盤Ｇ上に載置される平面円弧状の脚部２０ｂ’と、前記立ち上がり部２０ａ’から上方に向って形成された平面円弧状のホッパー部２０ｃ’とを一体的に有している。
【００２９】
次に、以上の構成からなる地盤圧密装置１の作用を述べる。先ず、図５（ａ）に示すように地盤圧密をすべき地盤Ｇ上に作業機２により地盤圧密装置１を垂直に立てて回転駆動部９により回転軸８の下端部のスクリュー部６を正回転させると共に、作業機２のリード部１２の昇降回転駆動部により地盤圧密装置１に下向きの荷重を加えることにより、地盤Ｇを掘削していく。この掘削工程では、スクリュー部６を構成する羽根部材１４，１５により地盤Ｇを掘削し、掘削された土砂（地盤土）は図１の点線矢印Ｆで示すように逆止弁１７によりケーシング３内への流入を阻止されて接線方向ないし径方向外方に押し遣られ、これにより掘削孔１３の孔壁１３ａが圧密される。なお、この掘削工程を含む何れの工程でもケーシング３は回転することはない。
【００３０】
この掘削工程では、補給材４をホッパー２０に供給することにより、地盤圧密装置１のケーシング３の外周の開口部５から地盤Ｇ下のケーシング３内に補給材４を投入・充填しつつ、所定の掘削深度まで掘削していく。このようにして、図５の（ｂ）に示すように、地盤Ｇを所定の掘削深度まで掘削したなら、回転駆動部９の回転方向を切り換えて図５の（ｃ）に示すように回転軸８を逆回転させることにより、スクリュー部６の羽根部材１４，１５によりケーシング３内の補給材４が孔底１３ｂ側（下方向）及び接線方向ないし径方向外方へ供給・押し込まれて圧密される。
【００３１】
これにより孔底１３ｂから上方に向かって順次柱状基礎体２１が造成されていき、この柱状基礎体２１の造成に伴いその反力で地盤圧密装置１が上昇していく。この上昇に伴いケーシング３内の補給材４も減少するため、ホッパー２０に順次補給材４を供給し、地盤Ｇ下のケーシング３内に常時補給材４が充填されているようにしておく。このようにして図５の（ｄ）に示すように柱状基礎体２１を孔口まで造成することによりその造成が完成する。
【００３２】
この圧密造成工程においては、掘削（削孔）工程で予め掘削孔１３の孔壁１３ａが掘削土砂を用いて圧密されているため、補給材４が必要以上に径方向外方に押し込まれる恐れがなく、補給材４の使用量を節減することができる。また、掘削土砂を孔壁１３ａの圧密に利用し、地上に搬出しないので、掘削土砂の処理を要しない。また、補給材４に地盤の土砂が混ざったり、或いは掘削土砂を混ぜたりすることなく純粋な補給材４のみで柱状基礎体２１を造成することができるため、強度の高い柱状基礎体２１を容易に造成することができる。
【００３３】
スクリュー部６の羽根部材１４，１５は、孔底１３ｂ側から圧密反力を受けるが、孔壁１３ａ側（掘削孔の径方向）からもより多くの圧密反力を受けるため、アースオーガ式の従来工法のように地盤圧密装置１が不本意に押し上げられることはない。このため、圧密反力に抗する荷重を地盤圧密装置１に加える必要がなく、従って、作業機２の大型化を余儀なくされることがなく小型化が図れる。圧密の度合は回転駆動部９にかかるトルク等によって推察することができ、所望の圧密度を維持しながら地盤圧密装置１を徐々に引き上げて行くことにより、柱状基礎体２１を造成することができる。
【００３４】
このように、地盤圧密装置１によれば、作業機２により基端部が昇降可能に支持されると共に周壁に砂、礫又は骨材と固化材等の補給材４を投入するための開口部５が周方向及び軸方向に適宜間隔で複数形成された円筒状のケーシング３と、該ケーシング３内の軸心に沿って挿通されケーシング３の基端部に設けられた回転駆動部９により正回転又は逆回転される回転軸８と、該回転軸８の下端部に設けられ正回転により地盤Ｇを掘削してその掘削土砂を孔壁１３ａ側に圧密し、且つ逆回転により前記ケーシング３内の補給材４を掘削孔１３の孔底１３ｂ側へ押し込んで圧入することにより柱状基礎体２１を造成するスクリュー部６とを備えているため、掘削時に掘削土砂を地上に搬出することなく径方向外方に押し込んで孔壁１３ａを圧密することができると共に砂又は礫の補給材４のみを容易に供給できて柱状基礎体２１を容易に造成することができ、構造及び作業の簡素化が図れる。
【００３５】
前記スクリュー部６にはその正回転時に掘削した土砂のケーシング３内への取り込みを阻止し、逆回転時にケーシング３内から掘削孔１３への補給材４の供給を許容する逆止弁１７が設けられているため、スクリュー部６の正回転時には地盤Ｇを掘削して掘削土砂をケーシング３内に取り込むことなく孔壁１３ａに押し込んで圧密することができ、スクリュー部６の逆回転時にはケーシング３内に充填されている補給材４を孔底１３ｂ側及び孔壁１３ａ側に押し込んで柱状基礎体２１を容易に造成することができる。
【００３６】
また、前記ケーシング３の周囲の地盤Ｇ上には前記補給材４を地盤Ｇ近くの前記開口部５からケーシング３内に投入するためのホッパー２０が設置されているため、バケットクレーン等を用いずにホッパー２０に容易に補給材４を供給することができると共に、ホッパー２０内の補給材４の残量を目視により容易に確認することができる。
【００３７】
更に、前記ケーシング３の下端側外周面には掘削時における掘削土砂のケーシング３内への流入及び循環を阻止するために所定の範囲で前記開口部５を有しない無孔部７が形成されているため、掘削土砂が開口部５から流入して循環することにより掘削土砂を孔壁１３ａに押し込むことが困難となる事態を防止することができる。
【００３８】
以上、本発明の実施の形態を図面により詳述してきたが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲での種々の設計変更が可能である。例えば、ホッパー２０の代わりに、地盤上に鋼板等の板材を置いて補給材４を載せ、その補給材４をスコップ等で掻き寄せながら開口部５からケーシング３内に投入するようにしてもよい。
【００３９】
また、掘削土砂がケーシング３内に侵入してケーシングの内壁に固着し、螺旋翼の回転に支障を来す不具合を抑制するために、ケーシングは角筒状に形成されていてもよい。また、圧密部は、図６に示すように回転軸８の先端部に設けられ、正回転により地盤の掘削が可能で、且つ逆回転により前記搬送部からの砂を掘削孔の孔底側及び径方向外方へ押し込んで圧密する少なくとも二つのカム面を有する圧密カム（圧密部）３０を有するものであってもよい。また、螺旋翼１６は回転軸８の長手方向に沿って連続して設けられていてもよい。これにより、ホッパー２０から開口部５を介してケーシング３内に投入される補給材４を下方に円滑に搬送することができる。
【００４０】
前記圧密カム３０は、断面円弧状で側面逆三角形状の２枚のカム板３１，３１からなり、これらのカム板３１，３１は例えば大径の鋼管の側面を三角形状に切断することにより形成されている。２枚のカム板３１，３１は、内側を対向させて回転軸８の先端部において該回転軸８を挟むように配置されると共に、回転軸８に対して左右に対称的に位置ずれさせた状態で回転軸８に固定されている。これにより、圧密カム３０を時計方向（矢印Ａ）に回転（正回転）させると、半径方向外方に突出したカム板３１，３１の側方突出部３１ａの内面３１ｘで地盤Ｇを掘削することができ、逆に圧密カム３０を反時計方向（矢印Ｂ）に回転（逆回転）させると、カム板３１，３１の側方突出部３１ａの外面３１ｙで砂を下方及び接線方向ないし半径方向外方へ押し込んで圧密することができる。カム板３１は、回転軸８に溶接等で一体的に固定されていることが好ましいが、ボルトとナット等の結合手段により着脱可能に取付けられていても良い。
【符号の説明】
【００４１】
１ 地盤圧密装置
２ 作業機
３ ケーシング
４ 補給材
５ 開口部
７ スクリュー部
８ 回転軸
９ 回転駆動部
１０ 昇降用フック
１１ 被係止部
１２ リード部
１３ 掘削孔
１４，１５ 羽根部材
１６ 螺旋翼
１７ 逆止弁
１８ ヒンジ
１９ 弁体
２０ ホッパー
２１ 柱状基礎体
【特許請求の範囲】
【請求項１】
作業機により基端部が昇降可能に支持されると共に周壁に砂、礫又は骨材と固化材等の補給材を投入するための開口部が周方向及び軸方向に適宜間隔で複数形成された筒状のケーシングと、該ケーシング内の軸心に沿って挿通されケーシングの基端部に設けられた回転駆動部により正回転又は逆回転される回転軸と、該回転軸の先端部に設けられ正回転により地盤を掘削してその掘削土砂を孔壁側に圧密し、且つ逆回転により前記ケーシング内の補給材を掘削孔の孔底側へ圧入して柱状基礎体を造成する圧密部とを備えたことを特徴とする地盤圧密装置。
【請求項２】
前記圧密部にはその正回転時に掘削した土砂のケーシング内への取り込みを阻止し、逆回転時にケーシング内から掘削孔への補給材の供給を許容する逆止弁が設けられていることを特徴とする請求項１記載の地盤圧密装置。
【請求項３】
前記ケーシングの周囲の地盤上には前記補給材を前記開口部からケーシング内に投入するためのホッパーが設置されていることを特徴とする請求項１記載の地盤圧密装置。
【請求項４】
前記ケーシングの先端側外周面には掘削時における掘削土砂のケーシング内への流入及び循環を阻止するために所定の範囲で前記開口部を有しない無孔部が形成されていることを特徴とする請求項１記載の地盤圧密装置。
【請求項５】
前記ケーシングの周壁に前記開口部がハニカム状に形成されていることを特徴とする請求項１記載の地盤圧密装置。
【請求項１】
作業機により基端部が昇降可能に支持されると共に周壁に砂、礫又は骨材と固化材等の補給材を投入するための開口部が周方向及び軸方向に適宜間隔で複数形成された筒状のケーシングと、該ケーシング内の軸心に沿って挿通されケーシングの基端部に設けられた回転駆動部により正回転又は逆回転される回転軸と、該回転軸の先端部に設けられ正回転により地盤を掘削してその掘削土砂を孔壁側に圧密し、且つ逆回転により前記ケーシング内の補給材を掘削孔の孔底側へ圧入して柱状基礎体を造成する圧密部とを備えたことを特徴とする地盤圧密装置。
【請求項２】
前記圧密部にはその正回転時に掘削した土砂のケーシング内への取り込みを阻止し、逆回転時にケーシング内から掘削孔への補給材の供給を許容する逆止弁が設けられていることを特徴とする請求項１記載の地盤圧密装置。
【請求項３】
前記ケーシングの周囲の地盤上には前記補給材を前記開口部からケーシング内に投入するためのホッパーが設置されていることを特徴とする請求項１記載の地盤圧密装置。
【請求項４】
前記ケーシングの先端側外周面には掘削時における掘削土砂のケーシング内への流入及び循環を阻止するために所定の範囲で前記開口部を有しない無孔部が形成されていることを特徴とする請求項１記載の地盤圧密装置。
【請求項５】
前記ケーシングの周壁に前記開口部がハニカム状に形成されていることを特徴とする請求項１記載の地盤圧密装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１３−７２０８（Ｐ２０１３−７２０８Ａ）
【公開日】平成２５年１月１０日（２０１３．１．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１４０５７９（Ｐ２０１１−１４０５７９）
【出願日】平成２３年６月２４日（２０１１．６．２４）
【特許番号】特許第４８８７４６０号（Ｐ４８８７４６０）
【特許公報発行日】平成２４年２月２９日（２０１２．２．２９）
【出願人】（５０３１４２８８７）
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月１０日（２０１３．１．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月２４日（２０１１．６．２４）
【特許番号】特許第４８８７４６０号（Ｐ４８８７４６０）
【特許公報発行日】平成２４年２月２９日（２０１２．２．２９）
【出願人】（５０３１４２８８７）
【Ｆターム（参考）】
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