杭施工機および杭施工方法
【課題】 鋼管またはケーシングチューブの先端に掘削具を簡単に着脱できる掘削装置を設け、杭穴を掘り込むのに排土を極力少なくする杭施工機及び杭施工方法を提供すること。
【解決手段】 鋼管またはケーシングチューブ２と、それをチャック機構によって把持し、駆動モータの回転力を伝達して回転させるとともに、昇降シリンダの駆動力によって地盤に押し込むチュービング装置１と、地盤を掘削する掘削具と円筒形状の内壁に等間隔に設けられた複数のグリップ部材を押し付けるグリップ機構とを備え、その掘削具が下端開口部を塞ぐようにして鋼管またはケーシングチューブ２内にグリップ機構によって装着された掘削装置５とを有し、掘削装置５の掘削具によって掘削した土壌を鋼管またはケーシングチューブ２の外側に押し退けて掘り進めるようにし、一定の深度まで掘削後、掘削装置を鋼管またはケーシングチューブから取り外し、取り出せるようにした杭施工機。
【解決手段】 鋼管またはケーシングチューブ２と、それをチャック機構によって把持し、駆動モータの回転力を伝達して回転させるとともに、昇降シリンダの駆動力によって地盤に押し込むチュービング装置１と、地盤を掘削する掘削具と円筒形状の内壁に等間隔に設けられた複数のグリップ部材を押し付けるグリップ機構とを備え、その掘削具が下端開口部を塞ぐようにして鋼管またはケーシングチューブ２内にグリップ機構によって装着された掘削装置５とを有し、掘削装置５の掘削具によって掘削した土壌を鋼管またはケーシングチューブ２の外側に押し退けて掘り進めるようにし、一定の深度まで掘削後、掘削装置を鋼管またはケーシングチューブから取り外し、取り出せるようにした杭施工機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば軟弱な地盤上に構築物を支持するための基礎杭を施工する場合に、鉄筋かごを建て込みコンクリートを打設する場所打ち杭の杭穴を鋼管またはケーシングチューブを利用して掘り込む杭施工機及び杭施工方法に関し、特に杭穴を掘り込むのに排土を極力少なくする杭施工機及び杭施工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
基礎杭を設置する杭穴を地盤に掘り込む場合、これまでの工法ではオーガなどで掘削した土砂を地上に排出していた。しかし、掘り出した掘削残土は産業廃棄物として処分しなければならず、排土は、そのための労力とともに処分のための経費が必要になってきていた。そこで、従来から杭穴を無排土で掘り込むようにした施工が提案されてきており、ケーシングチューブを利用して地盤を掘削するようにした一案として下記の特許文献１が開示されている。この特許文献１には、ケーシングチューブの下端にオーガヘッドを取り付けて先進しつつ土壌を拡開・圧密する場所打ち杭施工機が記載されている。
【０００３】
特許文献１の場所打ち杭施工機では、ケーシングチューブの下端に螺旋状に突条のスクリュウ翼が形成されたオーガヘッドが取り付けられ、ケーシングチューブが上端の回転駆動装置によって回転する。すると、オーガヘッドのスクリュー翼が土壌中に螺進して下向きの推進力を先じ、この推進力および装置の自重により円錐状のオーガヘッドベースが土壌内へ圧下され、土壌を拡開し圧密しつつ掘り進む。そのため、ケーシングチューブが土壌内へ垂直に進入してゆく。そして、オーガヘッドおよびケーシングチューブが土壌中に進入してゆくことで、この操作は完全に無排土で行われる。
【０００４】
その後、ケーシングチューブを逆転させクレーン装置でケーシングチューブを吊り上げる。そして、拡開された杭穴内へセメントモルタルが注入され、ケーシングチューブを吊り上げた後、拡開穴内のセメントモルタル中に、鉄筋かごを挿入してセメントモルタルを固化させて、いわゆる場所打ち杭が構成される。
【特許文献１】特公平７−１１２３３号公報（第３−４頁、図１，図２）
【特許文献２】実用新案登録２５８６０３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前記特許文献１には、オーガヘッドを取り付けたケーシングチューブで一気に杭穴を掘り込むように記載されているが、掘削した土をそのまま押し退けて進むため掘削抵抗が大きくなり、回転を出力する回転駆動装置のトルクによってはある程度掘り進めると掘削抵抗が大きいため無排土で掘り進めることができなくなる。特に、基礎杭を造る場合には、安定性を良くするため軟弱な地盤範囲を通り越し、更に下に位置する硬い支持層にまで杭穴を掘り進める必要がある。従って、軟弱層では掘削抵抗が小さいため無排土でも掘り進めることができるが、支持層では抵抗が大きいため、無排土のまま掘り進めることができなくなってしまう。また、軟弱層であっても穴の深さが深くなれば抵抗が大きくなるため、支持層に達しなくても無排土のまま掘り進めることができなくなる。また、支持層より浅い位置に抵抗の大きな中間層がある場合は、その中間層を無排土で掘り進めることができなくなってしまう。
【０００６】
そこで、本発明は、係る課題を解決すべく、鋼管またはケーシングチューブの先端に掘削具を簡単に着脱できる掘削装置を設け、杭穴を掘り込むのに排土を極力少なくする杭施工機及び杭施工方法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】
【０００７】
本発明の杭施工機は、鋼管またはケーシングチューブと、鋼管またはケーシングチューブをチャック機構によって把持し、駆動モータの回転力を伝達して鋼管またはケーシングチューブを回転させるとともに、昇降シリンダの駆動力によって回転する該鋼管またはケーシングチューブを地盤に押し込むチュービング装置と、地盤を掘削する掘削具と円筒形状の内壁に設けられた複数のグリップ部材を押し付けるグリップ機構とを備え、その掘削具が下端開口部を塞ぐようにして前記鋼管またはケーシングチューブ内にグリップ機構によって装着された掘削装置とを有し、前記掘削装置の掘削具によって掘削した土壌を前記鋼管またはケーシングチューブの外側に押し退けて掘り進めるようにし、一定の深度まで掘削後、掘削装置を鋼管またはケーシングチューブから取り外し、取り出せるようにしたものであることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の杭施工機は、前記掘削装置のグリップ機構が、前記グリップ部材が径方向に配置されたリンクを介して連結され、そのリンクを中心部側で上下動させて径方向に移動するようにしたものであることを特徴とする。
また、本発明の杭施工機は、前記掘削装置のグリップ機構が、シリンダによって楔形のチャックブロックを上下させ、前記グリップ部材が、そのチャックブロックのテーパ面を摺動して径方向に移動するようにしたものであることを特徴とする。
また、本発明の杭施工機は、前記掘削装置が、前記グリップ部材の下方にシリンダを介して前記掘削具が取り付けられ、シリンダの伸縮によって前記掘削具の上下位置を調節するようにしたものであることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の杭施工機は、前記掘削装置が、掘削刃を備えたボディに対して格納可能に取り付けられた推進翼を有することを特徴とする。
また、本発明の杭施工機は、前記掘削装置が、前記ボディ内に設けられたシリンダの伸縮によって、軸着された前記推進翼が揺動して拡張状態と格納状態とが切り換えられるようにしたものであることを特徴とする。
更に、本発明の杭施工機は、前記掘削装置が、前記推進翼が拡張した状態では、その外径が鋼管またはケーシングチューブの径よりも大きいことを特徴とする。
【００１０】
一方、本発明の杭施工方法は、掘削具を備え、グリップ機構によって円筒体内に着脱可能な掘削装置が、鋼管またはケーシングチューブの下端部に一体的に回転するように装着され、チュービング装置が、その掘削装置を備えた鋼管またはケーシングチューブを把持して回転させながら下降させることにより杭穴を掘り込む方法であって、前記掘削装置の掘削具によって掘削した土壌を前記鋼管またはケーシングチューブの外側に押し退けて無排土状態で掘り進め、掘削抵抗が大きくなり、無排土で掘り進むことができなくなった場合は、前記掘削装置を前記鋼管またはケーシングチューブから取り外し、鋼管またはケーシングチューブを所定の深さまで地盤に回転圧入させ、その鋼管またはケーシングチューブ内の土砂をバケットによって排土するようにしたことを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の杭施工方法は、掘削具を備え、グリップ機構によって円筒体内に着脱可能な掘削装置が、鋼管またはケーシングチューブの下端部に一体的に回転するように装着され、チュービング装置が、その掘削装置を備えた鋼管またはケーシングチューブを把持して回転させながら下降させることにより杭穴を掘り込む方法であって、前記掘削装置の掘削具によって掘削した土壌を前記鋼管またはケーシングチューブの外側に押し退けて無排土状態で掘り進めて行き、掘削抵抗が大きくなり、無排土で掘り進むことができなくなった場合は、前記掘削装置を前記鋼管またはケーシングチューブから取り外し、その後、掘削バケットを鋼管またはケーシングチューブ内に挿入して地盤を掘削してバケット内部に収納された土砂を地上に排出する際、その掘削バケットによる掘削と同時に、あるいは一定の深さまで掘削バケットで掘削した後に、前記チュービング装置によって鋼管またはケーシングチューブを地盤に回転圧入することを繰り返し、所定の深さまで鋼管またはケーシングチューブを圧入することを特徴とする。
更に、本発明の杭施工方法は、前記バケットによって排土した土砂を再び鋼管またはケーシングチューブ内に埋め戻すようにしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
よって、本発明の杭施工機やその施工機を使用する杭施工方法によれば、掘削装置の着脱が非常に容易なため、一定の深さまでは無排土掘削を行うようにして、それ以降を排土を伴う掘削へと簡単に施工を切り換えられる。そして、一定の深さまでは無排土掘削を行うことにより、排土量を極端に減らすことが可能になり、産業廃棄物として処理しなければならない残土処理費用を大幅に削減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
次に、本発明に係る杭施工機及び杭施工方法について、その一実施形態を図面を参照しながら以下に説明する。ここで、図１は、本実施形態の杭施工機を使用した杭施工方法を示した図である。本実施形態では、杭の施工位置にチュービング装置１が設置され、そのチュービング装置１に対してケーシングチューブ２が鉛直に挿入される。チュービング装置１は、ケーシングチューブ２を把持するチャック部材が設けられ、そのチャック部材を介して把持したケーシングチューブ２に回転を与える駆動モータや、地盤に圧入させる昇降シリンダを有している。
【００１４】
そのチュービング装置１に把持されたケーシングチューブ２は、下端の円周上に掘削刃３が取り付けられ、地盤を掘削しながら回転圧入できるように構成されている。そして、本実施形態の杭施工機は、図１（ａ）に示すように、このチュービング装置１とケーシングチューブ２、そしてチュービング装置１に把持されたケーシングチューブ２内の下端部分に装着された掘削装置５によって構成されている。掘削装置５は、ケーシングチューブ２に対して着脱が容易に行えるように構成されたものであり、杭穴の掘り込み中に取り外せるようにしたものである。
【００１５】
そこで、次にケーシングチューブ２に装着する掘削装置５の構成について説明する。図３は、図１（ａ）に示したように、ケーシングチューブ２下端部分に位置する掘削装置５を示した図であり、右半分に非装着状態を示し、左半分に装着状態を示している。
掘削装置５は、不図示のスイベルジョイントを介してクレーンのロープに連結されたシャフト１１と、そのシャフト１１が上下方向にスライド可能に挿入された筒部材１２と、その筒部材１２の下端フランジ１３に着脱可能に取付けられる掘削具であるドリル１５と、周方向に等間隔に配設され、ケーシングチューブ２の内壁に押し当てられる３個のグリップ部材１６とを備えている。
【００１６】
シャフト１１は、上部フランジ１７上にウエイト２２が搭載され、筒部材１２との間にはスプリング２１が縮設されている。そのシャフト１１の上部フランジ１７と各グリップ部材１６との間には、ケーシングチューブ２の中心から外側へ向けて下向き傾いた下向きリンク１８で連結されている。そして、筒部材１２と各グリップ部材１６との間には、ケーシングチューブ２の中心から外側へ向けて上向きに傾いた上下一組の上向きリンク１９，２０で連結されている。掘削装置５は、ケーシングチューブ２の回転力と推進力とをドリル１５に伝達するための着脱機構は、主にシャフト１１、筒部材１２、ケーシングチューブ２の周方向に等間隔に配設された３個のグリップ部材１６、各グリップ部材１６、シャフト１１及び筒部材１２とを連結するリンク１８，１９，２０からなり、コンパクトに且つ簡易に構成され、ケーシングチューブ２内に配置されている。
【００１７】
そして、こうした掘削装置５は、吊り下げられた状態ではドリル１５の重量によってスプリング２１を圧縮しながら筒部材１２が下降し（図３右側の状態）、下向きリンク１８と上向きリンク１９，２０の傾きが大きくなる。そのため、グリップ部材１６がケーシングチューブ２の中心方向に位置し、その外径がケーシングチューブ２の内径より小さくなって容易に同ケーシングチューブ２内を移動できるようになる。そこで、掘削装置５は、チュービング装置１に把持されたケーシングチューブ２内に吊り下げられた状態で挿入され、下端のドリル１５先端が地面に当てられた位置で装着が行われる。
【００１８】
掘削装置５は、ドリル１５及び筒部材１２に対し、シャフト１１がその上に搭載されたウエイト２２の重量とスプリング２１の付勢力とにより下向きに押し下げられる。そのため、シャフト１１が筒部材１２に深く進入し、下向きリンク１８と上向きリンク１９，２０が図面左側に示すように倒れ、グリップ部材１６が外側に広がってケーシングチューブ２の内壁に押し付けられ、掘削装置５がケーシングチューブ２を内側からグリップして装着される。本実施形態の杭施工機では、掘削装置５が装着された状態でドリル１５がケーシングチューブ２の下端開口部を塞ぎ、掘削した土を内部に入れることなくケーシングチューブ２の外側に押し退けるようになっている。
【００１９】
こうしてケーシングチューブ２に掘削装置５が装着された杭施工機では、次のようにして場所打ち杭が施工される。先ず、チュービング装置１によって把持されたケーシングチューブ２が回転しながら下降する。すなわち、チュービング装置１では、ケーシングチューブ２をチャック部材が把持し、そのチャック部材が一体に設けられた回転体に駆動モータの回転が伝達され、更にその回転体を昇降シリンダによって下降させる。これによりケーシングチューブ２は、地盤に回転しながらワンストローク分下降することになる。従って、チュービング装置１では、こうして回転をともなう圧入が昇降シリンダのワンストローク毎に繰り返され、図１（ａ）に示すように地盤が掘り進められる。
【００２０】
このとき掘削装置５では、ケーシングチューブ２の回転がグリップ部材１６を介してドリル１５に伝達される。従って、ドリル１５がケーシングチューブ２の先端で回転する。チュービング装置１によってケーシングチューブ２が回転とともに地盤への圧入が行われると、地面からの反力によってドリル１５及び筒部材１２に働く上向きの力が増す。そのため、上向きリンク１９，２０が図３の左側に示すように更に水平に近づき、グリップ部材１６がケーシングチューブ２により強く押し付けられてグリップ力が大きくなる。こうして、掘削抵抗に見合ったグリップ力が得られ、ケーシングチューブ２の回転力と推進力が確実にドリル１５に伝達される。
【００２１】
基礎杭を打設する場合、地盤は軟弱な地盤範囲を通り抜けてその下にある硬い地盤の支持層にまで到達させる必要がある。例えば、施工場所の地盤が図１（ａ）に示すように表層Ａが所定深さまで存在し、その下に二点鎖線で示す支持層Ｂが存在する場合、本実施形態ではこの表層Ａ部分を無排土で掘削することを目標とする。ただし、チュービング装置１の出力トルクに左右されるため、可能な限り無排土掘削を行い、掘削抵抗が大きくなってケーシングチューブ２をそれ以上押し下げて掘削できない状態になった場合には、図１（ｂ）に示すようにケーシングチューブ２下端の掘削装置５を取り外し、ケーシングチューブ２だけの回転圧入に切り換える。
【００２２】
ケーシングチューブ２から掘削装置５を取り外すには、連結フック２３につながれた不図示のロープによって掘削装置５が引っ張り上げられる。すると、掘削装置５は、図３の右側に示すようにシャフト１１が引き上げられ、ドリル１５および筒部材１２の荷重によってスプリング２１が押し縮められる。そのため、シャフト１１に対してドリル１５や筒部材１２は相対的に下がり、シャフト１１が筒部材１２から抜け出る方向に移動する。シャフト１１が上昇して下向きリンク１８の傾きが大きくなり、その下向きリンク１８に連結されたグリップ部材１６が引上げられる。それに伴いグリップ部材１６と筒部材１２とを連結する上向きリンク１９，２０の傾きも大きくなる。そして、これによりグリップ部材１６はケーシングチューブ２の中心方向に移動して内壁から離れる、掘削装置５がケーシングチューブ２から容易に引き抜かれる。
【００２３】
続いて、ケーシングチューブ２は、チュービング装置１から回転が与えられるとともに下降し、下端の掘削刃３によって地盤に回転圧入される。その際、図１（ｂ）に示すように、支持層Ｂに回転圧入したケーシングチューブ２内には土砂が入り込んでいるため、掘削バケット５０がケーシングチューブ２内に落とし込まれ、支持層Ｂの土砂が取り除かれる。そして、ケーシングチューブ２の回転圧入と、掘削バケット５０によるケーシングチューブ２内の排土によって所定深さまで杭穴が掘り込まれる。杭によっては杭先端部を拡底バケットにより拡大して支持力を増大させる場所打ちコンクリート拡底杭とする場合もある。
【００２４】
杭穴が掘り込まれると、そこには図１（ｃ）に示すように杭穴内に鉄筋籠２００が建て込まれる。その後、杭穴にコンクリート１００を流し込みながらチュービング装置１によってケーシングチューブ２の抜き取りが行われる。すなわち、把持したケーシングチューブ２を逆回転させながら昇降シリンダを伸ばして引き上げる。そして、図１（ｄ）に示すように、いわゆる場所打ち杭が造られる。
【００２５】
ここで、図２は、地盤の深度に対するＮ値をグラフで示した図である。このＮ値は、その値が大きいほどその箇所の地盤が強固であることを示し、その値が小さいほどその箇所の地盤が軟弱であることを示す。こうした値は、予め行われるボーリング調査などによって確認できる。このグラフに示す結果が示された施工場所は、２０ｍ付近で急激にＮ値が上昇し、そこに至るまでは２０を超えない範囲で推移している。そこで、この現場では、例えば地盤のＮ値が２０以下の深度Ｙのところまで無排土の掘削を行うようにする。なお、こうして予めＮ値を計測することで、それに応じた能力のチュービング装置１が選択できる。
【００２６】
以上、本実施形態の杭施工機では、掘削装置５の着脱が非常に容易なため、一定の深さまでは無排土掘削を行うようにして、それ以降をケーシングチューブ２を回転圧入させた排土を伴う掘削に簡単に切り換えられるようになった。そのため、この杭施工機およびこの杭施工機を使用した施工方法では、排土量を極端に減らすことが可能になり、産業廃棄物として処理しなければならない残土処理費用の大幅削減になった。
また、表層Ａでの排土作業の削減による施工性の向上によって作業効率のアップが図られた。
また、表層Ａでは掘削装置５のドリル１５によって掘削された土砂はそのままケーシングチューブ２の外側に押し退けられて杭穴内周面に押し付けられるので、杭穴の壁の強度を上げて崩壊を防ぎ、その結果、杭精度の信頼性を上げることになった。
【００２７】
以上、ケーシングチューブ２での施工方法について説明してきたが、ケーシングチューブ２の代わりに鋼管を用いる場合には、次のような施工方法も考えられる。図８乃至図１０は、それぞれ異なる工法を示した図である。なお、掘削装置５などは簡略化して概念的に示している。
先ず、いずれの工法でも、図８〜１０（ａ）（ｂ）にそれぞれ示すように、ケーシングチューブ２の場合と同様、掘削装置５を先端部に装着した状態で鋼管９をチュービング装置１によって回転圧入させ無排土掘削が行われる。そして、掘削抵抗が大きくなり、無排土で掘り進むことができなくなった場合には、図８〜１０（ｃ）にそれぞれ示すように、掘削装置５を鋼管から取り出し、掘削バケット６０による掘削に切り換えられる。
【００２８】
そして、図示していないが、掘削した土砂を排土しながら支持層まで鋼管９を圧入した後、掘削バケット６０を鋼管９から取り出し、鋼管杭とすることができる。あるいは、排土しながら支持層まで鋼管９を圧入した後、掘削バケット６０を鋼管９から取り出し、鉄筋籠が挿入され、コンクリートを打設することにより、鋼管コンクリート杭とすることもできる。
【００２９】
一方、図８（ｄ）に示すように、排土しながら所定の深さまで鋼管９を圧入した後、引き続き掘削バケット６０で支持層まで掘削することにより、杭下部を場所打ちコンクリート杭１１０とし、杭上部を鋼管杭１２０とした合成杭とすることができる。その際、図示するように拡底バケットにより杭先端部を拡底して鋼管コンクリート拡底杭とすることもできる。このような合成杭の場合、十分に強度を持った鋼管を用いて、鋼管部分と場所打ち杭部分との接合部の強度がとれれば、鋼管部分は中空でも杭全体としては十分な強度を持つことになる。
【００３０】
また、図９（ｅ）に示すように、鋼管９の中空部に鋼管部下部及び場所打ち杭部分を掘削した場合に発生した掘削土を埋め戻すことで、残土を出さない完全無排土での施工も可能である。
更には、図１０（ｄ）に示すように、杭上部の鋼管９部分にもコンクリート１００を打設、または鉄筋籠２００建て込みとコンクリート打設を行うことにより、杭下部を場所打ちコンクリート、杭上部を鋼管コンクリート、また鋼管鉄筋コンクリートとすることもできる。この場合も杭先端部を拡底して拡底杭とすることもできる。
以上、様々な実施の形態の中から、施工状況や経済状況によって最適な工法を選択することができる。
【００３１】
次に、杭施工機を構成する掘削装置の他の案について説明する。図４及び図５は、ケーシングチューブ下端部分を示した図である。このケーシングチューブ２内に挿入された掘削装置６は、上段フレーム３１とチャックフレーム３２がチャックシリンダ３３によって連結されている。上段フレーム３１とチャックフレーム３２とは、ケーシングチューブ２の大きさに合わせてリング形状をしており、その円周に沿って４個のチャックシリンダ３３が等間隔に配置されている。チャックフレーム３２には同じように等間隔に、楔形をした４個のチャック部材３４が配置され、そのチャック部材３４によって外側に押し出されるようにグリップ部材３５が設けられている。また、この掘削装置６は、下端の掘削刃３６とその上方にスクリュウ３７を有し、中心に設けられたシリンダ３８によってこの掘削具が伸縮するように構成されている。
【００３２】
こうした掘削装置６では、図４に示すようにケーシングチューブ２内に挿入され、上端のブラケット３９に引っかけられて吊設された状態でグリップが行われる。チャックシリンダ３３が伸長作動してチャックフレーム３２が下降し、それに吊設されたチャック部材３４が押し下げられる。それにより、チャック部材３４のテーパ面によってグリップ部材３５が内側から外側に押し出されてケーシングチューブ２の内面に押圧される。よって、この掘削装置６はケーシングチューブ２と一体に回転可能となって、前述した掘削装置５と同様に無排土による掘削が行われる。
【００３３】
その際、中心のシリンダ３８を伸縮することによって、ケーシングチューブ２からスクリュウ３７の出る量を調節して、地盤の特性により先端の形状を変えることができ、地盤の変化に応じた先端形状に変更できる。
そして、この掘削装置６を装着した杭施工機でも掘削刃３６がケーシングチューブ２の下端開口部を塞ぎ、またシリンダ３８が伸びたときもスクリュウ３７端部のフランジ４０がケーシングチューブ２の下端開口部を塞ぐので、掘削した土を内部に入れることなく外側に押し退けて無排土掘削を行うことができる。
【００３４】
次に、杭施工機を構成する掘削装置の他の案について説明する。図６及び図７は、ケーシングチューブ下端部分を示した図である。このケーシングチューブ２内に挿入された掘削装置７は、前記掘削装置６と同様のチャック機構を備え、ケーシングチューブ２内に装着するようにしている。つまり、上段フレーム３１とチャックフレーム３２がチャックシリンダ３３によって連結されている。上段フレーム３１とチャックフレーム３２とは、ケーシングチューブ２の大きさに合わせてリング形状をしており、その円周に沿って４個のチャックシリンダ３３が等間隔に配置されている。チャックフレーム３２には同じように等間隔に、楔形をした４個のチャック部材３４が配置され、そのチャック部材３４によって外側に押し出されるようにグリップ部材３５が設けられている。
【００３５】
また、この掘削装置７は、ロケット形をした掘削具を有し、先の尖った先端部近くに掘削刃４１が設けられ、更にその上方には出し入れ可能な推進翼４２が形成されている。推進翼４２は掘削具のボディ４３の内部で揺動可能に軸着され、その推進翼４２を揺動させるための駆動手段としてボディ内にシリンダ４５が内設されている。そして、シリンダ４５のピストンロッドと推進翼４２とが軸着した連結バー４６を介して連結されている。
【００３６】
こうした掘削装置７では、図６に示すようにケーシングチューブ２内に挿入され、上端のブラケット３９に引っかけられて吊設された状態でグリップが行われる。チャックシリンダ３３が伸長作動してチャックフレーム３２が下降し、それに吊設されたチャック部材３４が押し下げられる。それにより、チャック部材３４のテーパ面によってグリップ部材３５が内側から外側に押し出されてケーシングチューブ２の内面に押圧される。よって、この掘削装置７はケーシングチューブ２と一体に回転可能となって、前述した掘削装置５や６と同様に無排土による掘削が行われる。
【００３７】
すなわち、掘削装置７が装着されたケーシングチューブ２は下端開口部が塞がれ、掘削した土を内部に入れることなくケーシングチューブ２の外側に押し退けるようにして無排土掘削が行われる。このとき、掘削具は、図６に示すようにシリンダ４５のピストンロッドが伸び、連結バー４６を介して推進翼４２が揺動し、外側に広げられる。従って、チュービング装置１によって把持されたケーシングチューブ２が回転しながら下降する際、その先端の掘削装置７の推進翼４２が掘削方向への推進力を増大させる。それと共に、推進翼４２はケーシングチューブ２より径が大きいため、鋼管に接する地盤を撹拌し、鋼管と地盤との摩擦抵抗を減らすことにより、ケーシングチューブの圧入を容易にする。
【００３８】
一方、掘削抵抗が大きくなって無排土掘削ができない状態になった場合には、掘削装置５を取り外し、ケーシングチューブ２だけの回転圧入に切り換えられる。その場合、ケーシングチューブ２を少しだけ逆回転させて上昇させ、その状態で図７に示すように、シリンダ４５のピストンロッドを縮ませる。これにより、連結バー４６を介して推進翼４２が揺動し、ボディ４３内に格納される。推進翼４２が拡張された状態ではケーシングチューブ２より径が大きくなってしまうが、格納することで抜き取りが可能になる。
【００３９】
よって、この掘削装置７を装着した杭施工機でもケーシングチューブ２の下端開口部を塞いで、掘削した土を内部に入れることなく外側に押し退けて無排土掘削を行うことができる。特に、ケーシングチューブ２よりも径の大きい推進翼４２を設けているので、回転力により掘削方向への推進力を増大させて効率よく掘削を行うことができるようになった。そして、その推進翼４２は格納可能なため、無排土掘削後は掘削装置７をケーシングチューブ２から抜き取ることも容易である。
【００４０】
以上、本発明に係る杭施工機および杭施工方法について一実施形態を示して説明したが、本発明はこれに限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
例えば、図４及び図５に示す掘削装置６の掘削具を図３に示したドリル１５にするようにしてもよい。この場合には、中心のシリンダ３８を伸縮することによって、ケーシングチューブ２からスクリュウの出る量を調節して土砂の流動性を良くして押し退けやすくできる。
また、図３に示す掘削装置５のグリップ機構を図５、図６、図７に示す掘削装置のものと置き換えてもよい。また、図ではケーシングチューブを用いた例を示しているが、鋼管を用いる場合は、ケーシングチューブを鋼管に置き換えた図となる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】一実施形態の杭施工機を使用した杭施工方法を示した図である。
【図２】地盤の深度に対するＮ値をグラフで示した図である。
【図３】ケーシングチューブ下端部分に位置する掘削装置の第１案を示した図であり、右半分に非装着状態を示し、左半分に装着状態を示している。
【図４】ケーシングチューブ下端部分に位置する掘削装置の第２案を示した図である。
【図５】ケーシングチューブ下端部分に位置する掘削装置の第２案を示した図である。
【図６】ケーシングチューブ下端部分に位置する掘削装置の第３案を示した図である。
【図７】ケーシングチューブ下端部分に位置する掘削装置の第３案を示した図である。
【図８】実施形態の杭施工機を使用した他の杭施工方法を示した図である。
【図９】実施形態の杭施工機を使用した他の杭施工方法を示した図である。
【図１０】実施形態の杭施工機を使用した他の杭施工方法を示した図である。
【符号の説明】
【００４２】
１ チュービング装置
２ ケーシングチューブ
３ 掘削刃
５ 掘削装置
１５ ドリル
１６ グリップ部材
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば軟弱な地盤上に構築物を支持するための基礎杭を施工する場合に、鉄筋かごを建て込みコンクリートを打設する場所打ち杭の杭穴を鋼管またはケーシングチューブを利用して掘り込む杭施工機及び杭施工方法に関し、特に杭穴を掘り込むのに排土を極力少なくする杭施工機及び杭施工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
基礎杭を設置する杭穴を地盤に掘り込む場合、これまでの工法ではオーガなどで掘削した土砂を地上に排出していた。しかし、掘り出した掘削残土は産業廃棄物として処分しなければならず、排土は、そのための労力とともに処分のための経費が必要になってきていた。そこで、従来から杭穴を無排土で掘り込むようにした施工が提案されてきており、ケーシングチューブを利用して地盤を掘削するようにした一案として下記の特許文献１が開示されている。この特許文献１には、ケーシングチューブの下端にオーガヘッドを取り付けて先進しつつ土壌を拡開・圧密する場所打ち杭施工機が記載されている。
【０００３】
特許文献１の場所打ち杭施工機では、ケーシングチューブの下端に螺旋状に突条のスクリュウ翼が形成されたオーガヘッドが取り付けられ、ケーシングチューブが上端の回転駆動装置によって回転する。すると、オーガヘッドのスクリュー翼が土壌中に螺進して下向きの推進力を先じ、この推進力および装置の自重により円錐状のオーガヘッドベースが土壌内へ圧下され、土壌を拡開し圧密しつつ掘り進む。そのため、ケーシングチューブが土壌内へ垂直に進入してゆく。そして、オーガヘッドおよびケーシングチューブが土壌中に進入してゆくことで、この操作は完全に無排土で行われる。
【０００４】
その後、ケーシングチューブを逆転させクレーン装置でケーシングチューブを吊り上げる。そして、拡開された杭穴内へセメントモルタルが注入され、ケーシングチューブを吊り上げた後、拡開穴内のセメントモルタル中に、鉄筋かごを挿入してセメントモルタルを固化させて、いわゆる場所打ち杭が構成される。
【特許文献１】特公平７−１１２３３号公報（第３−４頁、図１，図２）
【特許文献２】実用新案登録２５８６０３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前記特許文献１には、オーガヘッドを取り付けたケーシングチューブで一気に杭穴を掘り込むように記載されているが、掘削した土をそのまま押し退けて進むため掘削抵抗が大きくなり、回転を出力する回転駆動装置のトルクによってはある程度掘り進めると掘削抵抗が大きいため無排土で掘り進めることができなくなる。特に、基礎杭を造る場合には、安定性を良くするため軟弱な地盤範囲を通り越し、更に下に位置する硬い支持層にまで杭穴を掘り進める必要がある。従って、軟弱層では掘削抵抗が小さいため無排土でも掘り進めることができるが、支持層では抵抗が大きいため、無排土のまま掘り進めることができなくなってしまう。また、軟弱層であっても穴の深さが深くなれば抵抗が大きくなるため、支持層に達しなくても無排土のまま掘り進めることができなくなる。また、支持層より浅い位置に抵抗の大きな中間層がある場合は、その中間層を無排土で掘り進めることができなくなってしまう。
【０００６】
そこで、本発明は、係る課題を解決すべく、鋼管またはケーシングチューブの先端に掘削具を簡単に着脱できる掘削装置を設け、杭穴を掘り込むのに排土を極力少なくする杭施工機及び杭施工方法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】
【０００７】
本発明の杭施工機は、鋼管またはケーシングチューブと、鋼管またはケーシングチューブをチャック機構によって把持し、駆動モータの回転力を伝達して鋼管またはケーシングチューブを回転させるとともに、昇降シリンダの駆動力によって回転する該鋼管またはケーシングチューブを地盤に押し込むチュービング装置と、地盤を掘削する掘削具と円筒形状の内壁に設けられた複数のグリップ部材を押し付けるグリップ機構とを備え、その掘削具が下端開口部を塞ぐようにして前記鋼管またはケーシングチューブ内にグリップ機構によって装着された掘削装置とを有し、前記掘削装置の掘削具によって掘削した土壌を前記鋼管またはケーシングチューブの外側に押し退けて掘り進めるようにし、一定の深度まで掘削後、掘削装置を鋼管またはケーシングチューブから取り外し、取り出せるようにしたものであることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の杭施工機は、前記掘削装置のグリップ機構が、前記グリップ部材が径方向に配置されたリンクを介して連結され、そのリンクを中心部側で上下動させて径方向に移動するようにしたものであることを特徴とする。
また、本発明の杭施工機は、前記掘削装置のグリップ機構が、シリンダによって楔形のチャックブロックを上下させ、前記グリップ部材が、そのチャックブロックのテーパ面を摺動して径方向に移動するようにしたものであることを特徴とする。
また、本発明の杭施工機は、前記掘削装置が、前記グリップ部材の下方にシリンダを介して前記掘削具が取り付けられ、シリンダの伸縮によって前記掘削具の上下位置を調節するようにしたものであることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の杭施工機は、前記掘削装置が、掘削刃を備えたボディに対して格納可能に取り付けられた推進翼を有することを特徴とする。
また、本発明の杭施工機は、前記掘削装置が、前記ボディ内に設けられたシリンダの伸縮によって、軸着された前記推進翼が揺動して拡張状態と格納状態とが切り換えられるようにしたものであることを特徴とする。
更に、本発明の杭施工機は、前記掘削装置が、前記推進翼が拡張した状態では、その外径が鋼管またはケーシングチューブの径よりも大きいことを特徴とする。
【００１０】
一方、本発明の杭施工方法は、掘削具を備え、グリップ機構によって円筒体内に着脱可能な掘削装置が、鋼管またはケーシングチューブの下端部に一体的に回転するように装着され、チュービング装置が、その掘削装置を備えた鋼管またはケーシングチューブを把持して回転させながら下降させることにより杭穴を掘り込む方法であって、前記掘削装置の掘削具によって掘削した土壌を前記鋼管またはケーシングチューブの外側に押し退けて無排土状態で掘り進め、掘削抵抗が大きくなり、無排土で掘り進むことができなくなった場合は、前記掘削装置を前記鋼管またはケーシングチューブから取り外し、鋼管またはケーシングチューブを所定の深さまで地盤に回転圧入させ、その鋼管またはケーシングチューブ内の土砂をバケットによって排土するようにしたことを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の杭施工方法は、掘削具を備え、グリップ機構によって円筒体内に着脱可能な掘削装置が、鋼管またはケーシングチューブの下端部に一体的に回転するように装着され、チュービング装置が、その掘削装置を備えた鋼管またはケーシングチューブを把持して回転させながら下降させることにより杭穴を掘り込む方法であって、前記掘削装置の掘削具によって掘削した土壌を前記鋼管またはケーシングチューブの外側に押し退けて無排土状態で掘り進めて行き、掘削抵抗が大きくなり、無排土で掘り進むことができなくなった場合は、前記掘削装置を前記鋼管またはケーシングチューブから取り外し、その後、掘削バケットを鋼管またはケーシングチューブ内に挿入して地盤を掘削してバケット内部に収納された土砂を地上に排出する際、その掘削バケットによる掘削と同時に、あるいは一定の深さまで掘削バケットで掘削した後に、前記チュービング装置によって鋼管またはケーシングチューブを地盤に回転圧入することを繰り返し、所定の深さまで鋼管またはケーシングチューブを圧入することを特徴とする。
更に、本発明の杭施工方法は、前記バケットによって排土した土砂を再び鋼管またはケーシングチューブ内に埋め戻すようにしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
よって、本発明の杭施工機やその施工機を使用する杭施工方法によれば、掘削装置の着脱が非常に容易なため、一定の深さまでは無排土掘削を行うようにして、それ以降を排土を伴う掘削へと簡単に施工を切り換えられる。そして、一定の深さまでは無排土掘削を行うことにより、排土量を極端に減らすことが可能になり、産業廃棄物として処理しなければならない残土処理費用を大幅に削減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
次に、本発明に係る杭施工機及び杭施工方法について、その一実施形態を図面を参照しながら以下に説明する。ここで、図１は、本実施形態の杭施工機を使用した杭施工方法を示した図である。本実施形態では、杭の施工位置にチュービング装置１が設置され、そのチュービング装置１に対してケーシングチューブ２が鉛直に挿入される。チュービング装置１は、ケーシングチューブ２を把持するチャック部材が設けられ、そのチャック部材を介して把持したケーシングチューブ２に回転を与える駆動モータや、地盤に圧入させる昇降シリンダを有している。
【００１４】
そのチュービング装置１に把持されたケーシングチューブ２は、下端の円周上に掘削刃３が取り付けられ、地盤を掘削しながら回転圧入できるように構成されている。そして、本実施形態の杭施工機は、図１（ａ）に示すように、このチュービング装置１とケーシングチューブ２、そしてチュービング装置１に把持されたケーシングチューブ２内の下端部分に装着された掘削装置５によって構成されている。掘削装置５は、ケーシングチューブ２に対して着脱が容易に行えるように構成されたものであり、杭穴の掘り込み中に取り外せるようにしたものである。
【００１５】
そこで、次にケーシングチューブ２に装着する掘削装置５の構成について説明する。図３は、図１（ａ）に示したように、ケーシングチューブ２下端部分に位置する掘削装置５を示した図であり、右半分に非装着状態を示し、左半分に装着状態を示している。
掘削装置５は、不図示のスイベルジョイントを介してクレーンのロープに連結されたシャフト１１と、そのシャフト１１が上下方向にスライド可能に挿入された筒部材１２と、その筒部材１２の下端フランジ１３に着脱可能に取付けられる掘削具であるドリル１５と、周方向に等間隔に配設され、ケーシングチューブ２の内壁に押し当てられる３個のグリップ部材１６とを備えている。
【００１６】
シャフト１１は、上部フランジ１７上にウエイト２２が搭載され、筒部材１２との間にはスプリング２１が縮設されている。そのシャフト１１の上部フランジ１７と各グリップ部材１６との間には、ケーシングチューブ２の中心から外側へ向けて下向き傾いた下向きリンク１８で連結されている。そして、筒部材１２と各グリップ部材１６との間には、ケーシングチューブ２の中心から外側へ向けて上向きに傾いた上下一組の上向きリンク１９，２０で連結されている。掘削装置５は、ケーシングチューブ２の回転力と推進力とをドリル１５に伝達するための着脱機構は、主にシャフト１１、筒部材１２、ケーシングチューブ２の周方向に等間隔に配設された３個のグリップ部材１６、各グリップ部材１６、シャフト１１及び筒部材１２とを連結するリンク１８，１９，２０からなり、コンパクトに且つ簡易に構成され、ケーシングチューブ２内に配置されている。
【００１７】
そして、こうした掘削装置５は、吊り下げられた状態ではドリル１５の重量によってスプリング２１を圧縮しながら筒部材１２が下降し（図３右側の状態）、下向きリンク１８と上向きリンク１９，２０の傾きが大きくなる。そのため、グリップ部材１６がケーシングチューブ２の中心方向に位置し、その外径がケーシングチューブ２の内径より小さくなって容易に同ケーシングチューブ２内を移動できるようになる。そこで、掘削装置５は、チュービング装置１に把持されたケーシングチューブ２内に吊り下げられた状態で挿入され、下端のドリル１５先端が地面に当てられた位置で装着が行われる。
【００１８】
掘削装置５は、ドリル１５及び筒部材１２に対し、シャフト１１がその上に搭載されたウエイト２２の重量とスプリング２１の付勢力とにより下向きに押し下げられる。そのため、シャフト１１が筒部材１２に深く進入し、下向きリンク１８と上向きリンク１９，２０が図面左側に示すように倒れ、グリップ部材１６が外側に広がってケーシングチューブ２の内壁に押し付けられ、掘削装置５がケーシングチューブ２を内側からグリップして装着される。本実施形態の杭施工機では、掘削装置５が装着された状態でドリル１５がケーシングチューブ２の下端開口部を塞ぎ、掘削した土を内部に入れることなくケーシングチューブ２の外側に押し退けるようになっている。
【００１９】
こうしてケーシングチューブ２に掘削装置５が装着された杭施工機では、次のようにして場所打ち杭が施工される。先ず、チュービング装置１によって把持されたケーシングチューブ２が回転しながら下降する。すなわち、チュービング装置１では、ケーシングチューブ２をチャック部材が把持し、そのチャック部材が一体に設けられた回転体に駆動モータの回転が伝達され、更にその回転体を昇降シリンダによって下降させる。これによりケーシングチューブ２は、地盤に回転しながらワンストローク分下降することになる。従って、チュービング装置１では、こうして回転をともなう圧入が昇降シリンダのワンストローク毎に繰り返され、図１（ａ）に示すように地盤が掘り進められる。
【００２０】
このとき掘削装置５では、ケーシングチューブ２の回転がグリップ部材１６を介してドリル１５に伝達される。従って、ドリル１５がケーシングチューブ２の先端で回転する。チュービング装置１によってケーシングチューブ２が回転とともに地盤への圧入が行われると、地面からの反力によってドリル１５及び筒部材１２に働く上向きの力が増す。そのため、上向きリンク１９，２０が図３の左側に示すように更に水平に近づき、グリップ部材１６がケーシングチューブ２により強く押し付けられてグリップ力が大きくなる。こうして、掘削抵抗に見合ったグリップ力が得られ、ケーシングチューブ２の回転力と推進力が確実にドリル１５に伝達される。
【００２１】
基礎杭を打設する場合、地盤は軟弱な地盤範囲を通り抜けてその下にある硬い地盤の支持層にまで到達させる必要がある。例えば、施工場所の地盤が図１（ａ）に示すように表層Ａが所定深さまで存在し、その下に二点鎖線で示す支持層Ｂが存在する場合、本実施形態ではこの表層Ａ部分を無排土で掘削することを目標とする。ただし、チュービング装置１の出力トルクに左右されるため、可能な限り無排土掘削を行い、掘削抵抗が大きくなってケーシングチューブ２をそれ以上押し下げて掘削できない状態になった場合には、図１（ｂ）に示すようにケーシングチューブ２下端の掘削装置５を取り外し、ケーシングチューブ２だけの回転圧入に切り換える。
【００２２】
ケーシングチューブ２から掘削装置５を取り外すには、連結フック２３につながれた不図示のロープによって掘削装置５が引っ張り上げられる。すると、掘削装置５は、図３の右側に示すようにシャフト１１が引き上げられ、ドリル１５および筒部材１２の荷重によってスプリング２１が押し縮められる。そのため、シャフト１１に対してドリル１５や筒部材１２は相対的に下がり、シャフト１１が筒部材１２から抜け出る方向に移動する。シャフト１１が上昇して下向きリンク１８の傾きが大きくなり、その下向きリンク１８に連結されたグリップ部材１６が引上げられる。それに伴いグリップ部材１６と筒部材１２とを連結する上向きリンク１９，２０の傾きも大きくなる。そして、これによりグリップ部材１６はケーシングチューブ２の中心方向に移動して内壁から離れる、掘削装置５がケーシングチューブ２から容易に引き抜かれる。
【００２３】
続いて、ケーシングチューブ２は、チュービング装置１から回転が与えられるとともに下降し、下端の掘削刃３によって地盤に回転圧入される。その際、図１（ｂ）に示すように、支持層Ｂに回転圧入したケーシングチューブ２内には土砂が入り込んでいるため、掘削バケット５０がケーシングチューブ２内に落とし込まれ、支持層Ｂの土砂が取り除かれる。そして、ケーシングチューブ２の回転圧入と、掘削バケット５０によるケーシングチューブ２内の排土によって所定深さまで杭穴が掘り込まれる。杭によっては杭先端部を拡底バケットにより拡大して支持力を増大させる場所打ちコンクリート拡底杭とする場合もある。
【００２４】
杭穴が掘り込まれると、そこには図１（ｃ）に示すように杭穴内に鉄筋籠２００が建て込まれる。その後、杭穴にコンクリート１００を流し込みながらチュービング装置１によってケーシングチューブ２の抜き取りが行われる。すなわち、把持したケーシングチューブ２を逆回転させながら昇降シリンダを伸ばして引き上げる。そして、図１（ｄ）に示すように、いわゆる場所打ち杭が造られる。
【００２５】
ここで、図２は、地盤の深度に対するＮ値をグラフで示した図である。このＮ値は、その値が大きいほどその箇所の地盤が強固であることを示し、その値が小さいほどその箇所の地盤が軟弱であることを示す。こうした値は、予め行われるボーリング調査などによって確認できる。このグラフに示す結果が示された施工場所は、２０ｍ付近で急激にＮ値が上昇し、そこに至るまでは２０を超えない範囲で推移している。そこで、この現場では、例えば地盤のＮ値が２０以下の深度Ｙのところまで無排土の掘削を行うようにする。なお、こうして予めＮ値を計測することで、それに応じた能力のチュービング装置１が選択できる。
【００２６】
以上、本実施形態の杭施工機では、掘削装置５の着脱が非常に容易なため、一定の深さまでは無排土掘削を行うようにして、それ以降をケーシングチューブ２を回転圧入させた排土を伴う掘削に簡単に切り換えられるようになった。そのため、この杭施工機およびこの杭施工機を使用した施工方法では、排土量を極端に減らすことが可能になり、産業廃棄物として処理しなければならない残土処理費用の大幅削減になった。
また、表層Ａでの排土作業の削減による施工性の向上によって作業効率のアップが図られた。
また、表層Ａでは掘削装置５のドリル１５によって掘削された土砂はそのままケーシングチューブ２の外側に押し退けられて杭穴内周面に押し付けられるので、杭穴の壁の強度を上げて崩壊を防ぎ、その結果、杭精度の信頼性を上げることになった。
【００２７】
以上、ケーシングチューブ２での施工方法について説明してきたが、ケーシングチューブ２の代わりに鋼管を用いる場合には、次のような施工方法も考えられる。図８乃至図１０は、それぞれ異なる工法を示した図である。なお、掘削装置５などは簡略化して概念的に示している。
先ず、いずれの工法でも、図８〜１０（ａ）（ｂ）にそれぞれ示すように、ケーシングチューブ２の場合と同様、掘削装置５を先端部に装着した状態で鋼管９をチュービング装置１によって回転圧入させ無排土掘削が行われる。そして、掘削抵抗が大きくなり、無排土で掘り進むことができなくなった場合には、図８〜１０（ｃ）にそれぞれ示すように、掘削装置５を鋼管から取り出し、掘削バケット６０による掘削に切り換えられる。
【００２８】
そして、図示していないが、掘削した土砂を排土しながら支持層まで鋼管９を圧入した後、掘削バケット６０を鋼管９から取り出し、鋼管杭とすることができる。あるいは、排土しながら支持層まで鋼管９を圧入した後、掘削バケット６０を鋼管９から取り出し、鉄筋籠が挿入され、コンクリートを打設することにより、鋼管コンクリート杭とすることもできる。
【００２９】
一方、図８（ｄ）に示すように、排土しながら所定の深さまで鋼管９を圧入した後、引き続き掘削バケット６０で支持層まで掘削することにより、杭下部を場所打ちコンクリート杭１１０とし、杭上部を鋼管杭１２０とした合成杭とすることができる。その際、図示するように拡底バケットにより杭先端部を拡底して鋼管コンクリート拡底杭とすることもできる。このような合成杭の場合、十分に強度を持った鋼管を用いて、鋼管部分と場所打ち杭部分との接合部の強度がとれれば、鋼管部分は中空でも杭全体としては十分な強度を持つことになる。
【００３０】
また、図９（ｅ）に示すように、鋼管９の中空部に鋼管部下部及び場所打ち杭部分を掘削した場合に発生した掘削土を埋め戻すことで、残土を出さない完全無排土での施工も可能である。
更には、図１０（ｄ）に示すように、杭上部の鋼管９部分にもコンクリート１００を打設、または鉄筋籠２００建て込みとコンクリート打設を行うことにより、杭下部を場所打ちコンクリート、杭上部を鋼管コンクリート、また鋼管鉄筋コンクリートとすることもできる。この場合も杭先端部を拡底して拡底杭とすることもできる。
以上、様々な実施の形態の中から、施工状況や経済状況によって最適な工法を選択することができる。
【００３１】
次に、杭施工機を構成する掘削装置の他の案について説明する。図４及び図５は、ケーシングチューブ下端部分を示した図である。このケーシングチューブ２内に挿入された掘削装置６は、上段フレーム３１とチャックフレーム３２がチャックシリンダ３３によって連結されている。上段フレーム３１とチャックフレーム３２とは、ケーシングチューブ２の大きさに合わせてリング形状をしており、その円周に沿って４個のチャックシリンダ３３が等間隔に配置されている。チャックフレーム３２には同じように等間隔に、楔形をした４個のチャック部材３４が配置され、そのチャック部材３４によって外側に押し出されるようにグリップ部材３５が設けられている。また、この掘削装置６は、下端の掘削刃３６とその上方にスクリュウ３７を有し、中心に設けられたシリンダ３８によってこの掘削具が伸縮するように構成されている。
【００３２】
こうした掘削装置６では、図４に示すようにケーシングチューブ２内に挿入され、上端のブラケット３９に引っかけられて吊設された状態でグリップが行われる。チャックシリンダ３３が伸長作動してチャックフレーム３２が下降し、それに吊設されたチャック部材３４が押し下げられる。それにより、チャック部材３４のテーパ面によってグリップ部材３５が内側から外側に押し出されてケーシングチューブ２の内面に押圧される。よって、この掘削装置６はケーシングチューブ２と一体に回転可能となって、前述した掘削装置５と同様に無排土による掘削が行われる。
【００３３】
その際、中心のシリンダ３８を伸縮することによって、ケーシングチューブ２からスクリュウ３７の出る量を調節して、地盤の特性により先端の形状を変えることができ、地盤の変化に応じた先端形状に変更できる。
そして、この掘削装置６を装着した杭施工機でも掘削刃３６がケーシングチューブ２の下端開口部を塞ぎ、またシリンダ３８が伸びたときもスクリュウ３７端部のフランジ４０がケーシングチューブ２の下端開口部を塞ぐので、掘削した土を内部に入れることなく外側に押し退けて無排土掘削を行うことができる。
【００３４】
次に、杭施工機を構成する掘削装置の他の案について説明する。図６及び図７は、ケーシングチューブ下端部分を示した図である。このケーシングチューブ２内に挿入された掘削装置７は、前記掘削装置６と同様のチャック機構を備え、ケーシングチューブ２内に装着するようにしている。つまり、上段フレーム３１とチャックフレーム３２がチャックシリンダ３３によって連結されている。上段フレーム３１とチャックフレーム３２とは、ケーシングチューブ２の大きさに合わせてリング形状をしており、その円周に沿って４個のチャックシリンダ３３が等間隔に配置されている。チャックフレーム３２には同じように等間隔に、楔形をした４個のチャック部材３４が配置され、そのチャック部材３４によって外側に押し出されるようにグリップ部材３５が設けられている。
【００３５】
また、この掘削装置７は、ロケット形をした掘削具を有し、先の尖った先端部近くに掘削刃４１が設けられ、更にその上方には出し入れ可能な推進翼４２が形成されている。推進翼４２は掘削具のボディ４３の内部で揺動可能に軸着され、その推進翼４２を揺動させるための駆動手段としてボディ内にシリンダ４５が内設されている。そして、シリンダ４５のピストンロッドと推進翼４２とが軸着した連結バー４６を介して連結されている。
【００３６】
こうした掘削装置７では、図６に示すようにケーシングチューブ２内に挿入され、上端のブラケット３９に引っかけられて吊設された状態でグリップが行われる。チャックシリンダ３３が伸長作動してチャックフレーム３２が下降し、それに吊設されたチャック部材３４が押し下げられる。それにより、チャック部材３４のテーパ面によってグリップ部材３５が内側から外側に押し出されてケーシングチューブ２の内面に押圧される。よって、この掘削装置７はケーシングチューブ２と一体に回転可能となって、前述した掘削装置５や６と同様に無排土による掘削が行われる。
【００３７】
すなわち、掘削装置７が装着されたケーシングチューブ２は下端開口部が塞がれ、掘削した土を内部に入れることなくケーシングチューブ２の外側に押し退けるようにして無排土掘削が行われる。このとき、掘削具は、図６に示すようにシリンダ４５のピストンロッドが伸び、連結バー４６を介して推進翼４２が揺動し、外側に広げられる。従って、チュービング装置１によって把持されたケーシングチューブ２が回転しながら下降する際、その先端の掘削装置７の推進翼４２が掘削方向への推進力を増大させる。それと共に、推進翼４２はケーシングチューブ２より径が大きいため、鋼管に接する地盤を撹拌し、鋼管と地盤との摩擦抵抗を減らすことにより、ケーシングチューブの圧入を容易にする。
【００３８】
一方、掘削抵抗が大きくなって無排土掘削ができない状態になった場合には、掘削装置５を取り外し、ケーシングチューブ２だけの回転圧入に切り換えられる。その場合、ケーシングチューブ２を少しだけ逆回転させて上昇させ、その状態で図７に示すように、シリンダ４５のピストンロッドを縮ませる。これにより、連結バー４６を介して推進翼４２が揺動し、ボディ４３内に格納される。推進翼４２が拡張された状態ではケーシングチューブ２より径が大きくなってしまうが、格納することで抜き取りが可能になる。
【００３９】
よって、この掘削装置７を装着した杭施工機でもケーシングチューブ２の下端開口部を塞いで、掘削した土を内部に入れることなく外側に押し退けて無排土掘削を行うことができる。特に、ケーシングチューブ２よりも径の大きい推進翼４２を設けているので、回転力により掘削方向への推進力を増大させて効率よく掘削を行うことができるようになった。そして、その推進翼４２は格納可能なため、無排土掘削後は掘削装置７をケーシングチューブ２から抜き取ることも容易である。
【００４０】
以上、本発明に係る杭施工機および杭施工方法について一実施形態を示して説明したが、本発明はこれに限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
例えば、図４及び図５に示す掘削装置６の掘削具を図３に示したドリル１５にするようにしてもよい。この場合には、中心のシリンダ３８を伸縮することによって、ケーシングチューブ２からスクリュウの出る量を調節して土砂の流動性を良くして押し退けやすくできる。
また、図３に示す掘削装置５のグリップ機構を図５、図６、図７に示す掘削装置のものと置き換えてもよい。また、図ではケーシングチューブを用いた例を示しているが、鋼管を用いる場合は、ケーシングチューブを鋼管に置き換えた図となる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】一実施形態の杭施工機を使用した杭施工方法を示した図である。
【図２】地盤の深度に対するＮ値をグラフで示した図である。
【図３】ケーシングチューブ下端部分に位置する掘削装置の第１案を示した図であり、右半分に非装着状態を示し、左半分に装着状態を示している。
【図４】ケーシングチューブ下端部分に位置する掘削装置の第２案を示した図である。
【図５】ケーシングチューブ下端部分に位置する掘削装置の第２案を示した図である。
【図６】ケーシングチューブ下端部分に位置する掘削装置の第３案を示した図である。
【図７】ケーシングチューブ下端部分に位置する掘削装置の第３案を示した図である。
【図８】実施形態の杭施工機を使用した他の杭施工方法を示した図である。
【図９】実施形態の杭施工機を使用した他の杭施工方法を示した図である。
【図１０】実施形態の杭施工機を使用した他の杭施工方法を示した図である。
【符号の説明】
【００４２】
１ チュービング装置
２ ケーシングチューブ
３ 掘削刃
５ 掘削装置
１５ ドリル
１６ グリップ部材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼管またはケーシングチューブと、
鋼管またはケーシングチューブをチャック機構によって把持し、駆動モータの回転力を伝達して鋼管またはケーシングチューブを回転させるとともに、昇降シリンダの駆動力によって回転する該鋼管またはケーシングチューブを地盤に押し込むチュービング装置と、
地盤を掘削する掘削具と円筒形状の内壁に設けられた複数のグリップ部材を押し付けるグリップ機構とを備え、その掘削具が下端開口部を塞ぐようにして前記鋼管またはケーシングチューブ内にグリップ機構によって装着された掘削装置とを有し、
前記掘削装置の掘削具によって掘削した土壌を前記鋼管またはケーシングチューブの外側に押し退けて掘り進めるようにし、一定の深度まで掘削後、掘削装置を鋼管またはケーシングチューブから取り外し、取り出せるようにしたものであることを特徴とする杭施工機。
【請求項２】
請求項１に記載する杭施工機において、
前記掘削装置のグリップ機構は、前記グリップ部材が径方向に配置されたリンクを介して連結され、そのリンクを中心部側で上下動させて径方向に移動するようにしたものであることを特徴とする杭施工機。
【請求項３】
請求項１に記載する杭施工機において、
前記掘削装置のグリップ機構は、シリンダによって楔形のチャックブロックを上下させ、前記グリップ部材が、そのチャックブロックのテーパ面を摺動して径方向に移動するようにしたものであることを特徴とする杭施工機。
【請求項４】
請求項２又は請求項３に記載する杭施工機において、
前記掘削装置は、前記グリップ部材の下方にシリンダを介して前記掘削具が取り付けられ、シリンダの伸縮によって前記掘削具の上下位置を調節するようにしたものであることを特徴とする杭施工機。
【請求項５】
請求項２又は請求項３に記載する杭施工機において、
前記掘削装置は、掘削刃を備えたボディに対して格納可能に取り付けられた推進翼を有することを特徴とする杭施工機。
【請求項６】
請求項５に記載する杭施工機において、
前記掘削装置は、前記ボディ内に設けられたシリンダの伸縮によって、軸着された前記推進翼が揺動して拡張状態と格納状態とが切り換えられるようにしたものであることを特徴とする杭施工機。
【請求項７】
請求項５又は請求項６に記載する杭施工機において、
前記掘削装置は、前記推進翼が拡張した状態では、その外径が鋼管またはケーシングチューブの径よりも大きいことを特徴とする杭施工機。
【請求項８】
掘削具を備え、グリップ機構によって円筒体内に着脱可能な掘削装置が、鋼管またはケーシングチューブの下端部に一体的に回転するように装着され、チュービング装置が、その掘削装置を備えた鋼管またはケーシングチューブを把持して回転させながら下降させることにより杭穴を掘り込む杭施工方法であって、
前記掘削装置の掘削具によって掘削した土壌を前記鋼管またはケーシングチューブの外側に押し退けて無排土状態で掘り進め、掘削抵抗が大きくなり、無排土で掘り進むことができなくなった場合は、前記掘削装置を前記鋼管またはケーシングチューブから取り外し、鋼管またはケーシングチューブを所定の深さまで地盤に回転圧入させ、その鋼管またはケーシングチューブ内の土砂をバケットによって排土するようにしたことを特徴とする杭施工方法。
【請求項９】
掘削具を備え、グリップ機構によって円筒体内に着脱可能な掘削装置が、鋼管またはケーシングチューブの下端部に一体的に回転するように装着され、チュービング装置が、その掘削装置を備えた鋼管またはケーシングチューブを把持して回転させながら下降させることにより杭穴を掘り込む杭施工方法であって、
前記掘削装置の掘削具によって掘削した土壌を前記鋼管またはケーシングチューブの外側に押し退けて無排土状態で掘り進めて行き、掘削抵抗が大きくなり、無排土で掘り進むことができなくなった場合は、前記掘削装置を前記鋼管またはケーシングチューブから取り外し、
その後、掘削バケットを鋼管またはケーシングチューブ内に挿入して地盤を掘削してバケット内部に収納された土砂を地上に排出する際、その掘削バケットによる掘削と同時に、あるいは一定の深さまで掘削バケットで掘削した後に、前記チュービング装置によって鋼管またはケーシングチューブを地盤に回転圧入することを繰り返し、所定の深さまで鋼管またはケーシングチューブを圧入することを特徴とする杭施工方法。
【請求項１０】
請求項８又は請求項９に記載する杭施工方法において、
前記バケットによって排土した土砂を再び鋼管またはケーシングチューブ内に埋め戻すようにしたことを特徴とする杭施工方法。
【請求項１】
鋼管またはケーシングチューブと、
鋼管またはケーシングチューブをチャック機構によって把持し、駆動モータの回転力を伝達して鋼管またはケーシングチューブを回転させるとともに、昇降シリンダの駆動力によって回転する該鋼管またはケーシングチューブを地盤に押し込むチュービング装置と、
地盤を掘削する掘削具と円筒形状の内壁に設けられた複数のグリップ部材を押し付けるグリップ機構とを備え、その掘削具が下端開口部を塞ぐようにして前記鋼管またはケーシングチューブ内にグリップ機構によって装着された掘削装置とを有し、
前記掘削装置の掘削具によって掘削した土壌を前記鋼管またはケーシングチューブの外側に押し退けて掘り進めるようにし、一定の深度まで掘削後、掘削装置を鋼管またはケーシングチューブから取り外し、取り出せるようにしたものであることを特徴とする杭施工機。
【請求項２】
請求項１に記載する杭施工機において、
前記掘削装置のグリップ機構は、前記グリップ部材が径方向に配置されたリンクを介して連結され、そのリンクを中心部側で上下動させて径方向に移動するようにしたものであることを特徴とする杭施工機。
【請求項３】
請求項１に記載する杭施工機において、
前記掘削装置のグリップ機構は、シリンダによって楔形のチャックブロックを上下させ、前記グリップ部材が、そのチャックブロックのテーパ面を摺動して径方向に移動するようにしたものであることを特徴とする杭施工機。
【請求項４】
請求項２又は請求項３に記載する杭施工機において、
前記掘削装置は、前記グリップ部材の下方にシリンダを介して前記掘削具が取り付けられ、シリンダの伸縮によって前記掘削具の上下位置を調節するようにしたものであることを特徴とする杭施工機。
【請求項５】
請求項２又は請求項３に記載する杭施工機において、
前記掘削装置は、掘削刃を備えたボディに対して格納可能に取り付けられた推進翼を有することを特徴とする杭施工機。
【請求項６】
請求項５に記載する杭施工機において、
前記掘削装置は、前記ボディ内に設けられたシリンダの伸縮によって、軸着された前記推進翼が揺動して拡張状態と格納状態とが切り換えられるようにしたものであることを特徴とする杭施工機。
【請求項７】
請求項５又は請求項６に記載する杭施工機において、
前記掘削装置は、前記推進翼が拡張した状態では、その外径が鋼管またはケーシングチューブの径よりも大きいことを特徴とする杭施工機。
【請求項８】
掘削具を備え、グリップ機構によって円筒体内に着脱可能な掘削装置が、鋼管またはケーシングチューブの下端部に一体的に回転するように装着され、チュービング装置が、その掘削装置を備えた鋼管またはケーシングチューブを把持して回転させながら下降させることにより杭穴を掘り込む杭施工方法であって、
前記掘削装置の掘削具によって掘削した土壌を前記鋼管またはケーシングチューブの外側に押し退けて無排土状態で掘り進め、掘削抵抗が大きくなり、無排土で掘り進むことができなくなった場合は、前記掘削装置を前記鋼管またはケーシングチューブから取り外し、鋼管またはケーシングチューブを所定の深さまで地盤に回転圧入させ、その鋼管またはケーシングチューブ内の土砂をバケットによって排土するようにしたことを特徴とする杭施工方法。
【請求項９】
掘削具を備え、グリップ機構によって円筒体内に着脱可能な掘削装置が、鋼管またはケーシングチューブの下端部に一体的に回転するように装着され、チュービング装置が、その掘削装置を備えた鋼管またはケーシングチューブを把持して回転させながら下降させることにより杭穴を掘り込む杭施工方法であって、
前記掘削装置の掘削具によって掘削した土壌を前記鋼管またはケーシングチューブの外側に押し退けて無排土状態で掘り進めて行き、掘削抵抗が大きくなり、無排土で掘り進むことができなくなった場合は、前記掘削装置を前記鋼管またはケーシングチューブから取り外し、
その後、掘削バケットを鋼管またはケーシングチューブ内に挿入して地盤を掘削してバケット内部に収納された土砂を地上に排出する際、その掘削バケットによる掘削と同時に、あるいは一定の深さまで掘削バケットで掘削した後に、前記チュービング装置によって鋼管またはケーシングチューブを地盤に回転圧入することを繰り返し、所定の深さまで鋼管またはケーシングチューブを圧入することを特徴とする杭施工方法。
【請求項１０】
請求項８又は請求項９に記載する杭施工方法において、
前記バケットによって排土した土砂を再び鋼管またはケーシングチューブ内に埋め戻すようにしたことを特徴とする杭施工方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００６−２４１９１９（Ｐ２００６−２４１９１９Ａ）
【公開日】平成１８年９月１４日（２００６．９．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−６２０６５（Ｐ２００５−６２０６５）
【出願日】平成１７年３月７日（２００５．３．７）
【出願人】（０００１５０６１５）株式会社長谷工コーポレーション (94)
【出願人】（５０１１８７２９５）日興基礎株式会社 (3)
【出願人】（３９００２７８５６）大亜ソイル株式会社 (6)
【出願人】（０００００２１１８）住友金属工業株式会社 (2,544)
【出願人】（０００００４６１７）日本車輌製造株式会社 (722)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年９月１４日（２００６．９．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年３月７日（２００５．３．７）
【出願人】（０００１５０６１５）株式会社長谷工コーポレーション (94)
【出願人】（５０１１８７２９５）日興基礎株式会社 (3)
【出願人】（３９００２７８５６）大亜ソイル株式会社 (6)
【出願人】（０００００２１１８）住友金属工業株式会社 (2,544)
【出願人】（０００００４６１７）日本車輌製造株式会社 (722)
【Ｆターム（参考）】
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