杭穴掘削ヘッド
【課題】礫などの異物が出現した場合であっても、掘削ヘッド中に挟まれず、掘削作業を中断させることがない。
【解決手段】杭穴掘削ヘッド３０は、ヘッド本体１の水平軸１２、１２に掘削腕１５、１５を揺動自在に取り付けて構成する。ヘッド本体１の下面６ａに高さＨ１の固定掘削刃１０、１０を、間隔Ｗ１を空けて固定する。掘削腕１５の下端１０ａに、高さＨ２の腕掘削刃２４、２４を、隔Ｗ２を空けて固定する。予め地盤調査をして、最大径Ｄ０の礫などの異物が存在することが分かった場合、「固定掘削刃１１の高さＨ１及び間隔Ｗ１＞Ｄ０」「腕掘削刃２４の高さＨ２及び間隔Ｗ２＞Ｄ０」の少なくとも１方の条件を満たすように構成する。また、「腕掘削刃２４の先端２５と固定掘削刃１０の先端１１の水平方向の距離Ｌ１＞Ｄ０」「腕掘削刃２４の先端２５と固定掘削刃１０先端１１の鉛直方向の距離ｈ１＞Ｄ０」の条件を満たすことが望ましい。
【解決手段】杭穴掘削ヘッド３０は、ヘッド本体１の水平軸１２、１２に掘削腕１５、１５を揺動自在に取り付けて構成する。ヘッド本体１の下面６ａに高さＨ１の固定掘削刃１０、１０を、間隔Ｗ１を空けて固定する。掘削腕１５の下端１０ａに、高さＨ２の腕掘削刃２４、２４を、隔Ｗ２を空けて固定する。予め地盤調査をして、最大径Ｄ０の礫などの異物が存在することが分かった場合、「固定掘削刃１１の高さＨ１及び間隔Ｗ１＞Ｄ０」「腕掘削刃２４の高さＨ２及び間隔Ｗ２＞Ｄ０」の少なくとも１方の条件を満たすように構成する。また、「腕掘削刃２４の先端２５と固定掘削刃１０の先端１１の水平方向の距離Ｌ１＞Ｄ０」「腕掘削刃２４の先端２５と固定掘削刃１０先端１１の鉛直方向の距離ｈ１＞Ｄ０」の条件を満たすことが望ましい。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、この発明は、建築、土木等の分野で杭基礎工事として杭穴掘削を行う掘削ロッドの掘削ヘッドおよびこれを使用する杭穴掘削方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
掘削ロッドに連結するヘッド本体に螺旋翼を形成し、螺旋翼の下端に掘削刃を固定した掘削ヘッドでは、その掘削刃としては、一般に、刃先の角度（掘削角度）が浅く平板形状で、全数の掘削刃の刃先が地盤に対して同じ深さ（略水平位置）に配置されていた（特許文献１）。この掘削ヘッドを回転しながら掘削刃の全部の先端（刃先）がほぼ同時に接地し、杭穴の底を掘削していた。この場合、ヘッド本体の下端から掘削刃の先端までの距離、即ち掘削刃の長さは、掘削径５０〜８０ｃｍ程度の場合、通常１０ｃｍ程度に設定してあった。なお、この掘削ヘッドの場合、径を拡大して掘削するために、可動して外方に突出する拡底掘削刃を取り付けていた。
【０００３】
また、土質により異なる掘削刃を使用し、地盤の掘削性を良くして掘削効率を高める工夫もなされていた（非特許文献１）。
【０００４】
また、掘削ヘッド本体に揺動自在に掘削腕を取り付けた掘削ヘッドの提案されている（特許文献２）。この掘削ヘッドでは、礫がある場合において礫の最大寸法の２倍の長さに固定掘削刃、補助掘削刃を設定していた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】実公平７−５０４６８
【特許文献２】特開２００５−３０７４９６
【非特許文献１】社団法人コンクリートパイル建設技術協会、「既製コンクリート杭の施工管理」、第５版、社団法人コンクリートパイル建設技術協会、２００８年６月、２７４頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
玉石などの粒径の大きなものが混じる地盤での杭穴掘削において、従来の掘削ヘッドの内、螺旋翼を有する掘削ヘッドの場合（特許文献１、非特許文献１）、通常は、玉石などの粒径の大きなものがあると、固定掘削刃に玉石などが絡み、固定掘削刃が接地せず、掘削不能に陥る場合もあった。
【０００７】
また、従来の掘削ヘッドの内、掘削腕を有する掘削ヘッドの場合（特許文献２）、通常は、礫等があると掘削腕により、礫等は杭穴中央部に寄せられて、ヘッド本体と掘削腕の間に位置し、杭穴底の中央（ヘッド本体の中心辺り）で転がりながら、掘削腕の補助掘削刃と固定掘削刃で、杭穴の掘削ができた。しかし、礫や玉石などの最大粒径が掘削刃間隔以上となると、礫や玉石などが掘削刃の間に挟まったり絡んだりして、掘削刃の先端が杭穴底（掘削面）に設置せず、掘削できない場合があった。
【０００８】
従って、掘削刃間に異物が挟まって掘削速度が低下したときは、その程度によりそのまま続行し、あるいは一旦掘削ヘッドを引き上げるなどして、その異物を除去して掘削を再開する場合もあった。いずれにしても杭穴掘削時間が余分にかかり、所要工程が大幅に遅れることもあった。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
そこでこの発明では、予めの地盤調査で判明した最大粒径Ｄ０に対して、掘削ヘッドの固定掘削刃の高さＨ１及び間隔Ｗ１、腕掘削刃の高さＨ１及び間隔Ｗ２、腕掘削刃先端と固定掘削刃先端の水平距離Ｌ１、鉛直距離ｈ１を定めたので、前記問題点を解決した。
【００１０】
即ちこの発明は、掘削ロッドの下端に連結する連結部を有するヘッド本体に設けた水平軸に、掘削腕を揺動自在に取り付けなり、以下のように構成したことを特徴とする杭穴掘削ヘッドである。
(a) 前記ヘッド本体の下面に下方に向けて、長さＨ１の固定掘削刃を、所定間隔Ｗ１を空けて複数個固定する。
(b) 前記掘削腕の下端に、下方に向けて、長さＨ２の腕掘削刃を、所定間隔Ｗ２を空けて複数個固定する。
(c) 前記腕掘削刃は、鉛直に対して先端が外方を向くように斜めに配置され、前記腕掘削刃の先端と、前記固定掘削刃の先端との距離で、前記水平軸方向の距離をＬ１ とする。
(d) 前記固定掘削刃の下端から、前記腕掘削刃の先端までの距離をｈ１とする。
(e) 掘削予定の地盤の土質調査により判明した最大粒径Ｄ０に対して、前記掘削ロッドが回転しない状態で、以下の「ア．の条件」及び／又は「イ．の条件」を満たす。
ア．固定掘削刃の高さH１及び間隔Ｗ１＞最大粒径Ｄ０
イ．腕掘削刃の高さH２及び間隔Ｗ２＞最大粒径Ｄ０
【００１１】
また、前記において、掘削予定の地盤の土質調査により判明した最大粒径Ｄ０に対して、前記掘削ロッドが回転しない状態で、前記「ア．の条件」及び「イ．の条件」を満たし、かつ以下の条件以下を満たすことを特徴とする杭穴掘削ヘッドである。
ウ．腕掘削刃先端と固定掘削刃先端の水平方向の距離Ｌ１＞最大粒径Ｄ０
エ．腕掘削刃先端と固定掘削刃先端の鉛直方向の距離ｈ１＞最大粒径Ｄ０
【００１２】
また、他の発明は、以下(1)〜（5）の手順で、杭穴を掘削することを特徴とする杭穴掘削方法である。
(1) 掘削ロッドの下端に連結する連結部を有するヘッド本体に設けた水平軸に、掘削腕を揺動自在に取り付けなり、以下のように構成したことを特徴とする杭穴掘削ヘッドを用意する。
(a) 前記ヘッド本体の下面に下方に向けて、長さＨ１の固定掘削刃を、所定間隔Ｗ１を空けて複数個固定する。
(b) 前記掘削腕の下端に、下方に向けて、長さＨ２の腕掘削刃を、所定間隔Ｗ２を空けて複数個固定する。
(c) 前記腕掘削刃は、鉛直に対して先端が外方を向くように斜めに配置され、前記腕掘削刃の先端と、前記固定掘削刃の先端との距離で、前記水平軸方向の距離をＬ１ とする。
(d) 前記固定掘削刃の下端から、前記腕掘削刃の先端までの距離をｈ１とする。
(2) 予め、掘削予定の地盤の土質調査により最大粒径Ｄ０を決定する。
(3) 前記最大外径Ｄ０に対して、前記掘削ロッドが回転しない状態で、以下の「ア．の条件」及び／又は「イ．の条件」を満たすように、前記掘削ヘッドを構成する。
ア．固定掘削刃の長さ及び間隔Ｗ１＞最大粒径Ｄ０
イ．腕掘削刃の長さ及び間隔Ｗ２＞最大粒径Ｄ０
(4) 地上から、前記選択した掘削ヘッドを回転しながら地盤を掘削する。
(5) 掘削途中で、外径Ｄ０の礫類が生じた場合には、該礫類を、杭穴底で転がしながら、前記掘削ヘッドで掘削する。
【００１３】
また、他の発明は、以下(1)〜（5）の手順で、杭穴を掘削することを特徴とする杭穴掘削方法である。
(1) 掘削ロッドの下端に連結する連結部を有するヘッド本体に設けた水平軸に、掘削腕を揺動自在に取り付けなり、以下のように構成したことを特徴とする杭穴掘削ヘッドを用意する。
(a) 前記ヘッド本体の下面に下方に向けて、長さＨ１の固定掘削刃を、所定間隔Ｗ１を空けて複数個固定する。
(b) 前記掘削腕の下端に、下方に向けて、長さＨ２の腕掘削刃を、所定間隔Ｗ２を空けて複数個固定する。
(c) 前記腕掘削刃は、鉛直に対して先端が外方を向くように斜めに配置され、前記腕掘削刃の先端と、前記固定掘削刃の先端との距離で、前記水平軸方向の距離をＬ１ とする。
(d) 前記固定掘削刃の下端から、前記腕掘削刃の先端までの距離をｈ１とする。
(2) 予め、掘削予定の地盤の土質調査により最大粒径Ｄ０を決定する。
(3) 前記最大外径Ｄ０に対して、前記掘削ロッドが回転しない状態で、以下の「ア．の条件」乃至「エ．の条件」を満たすように、前記掘削ヘッドを構成する。
ア．固定掘削刃の長さ及び間隔Ｗ１＞最大粒径Ｄ０
イ．腕掘削刃の長さ及び間隔Ｗ２＞最大粒径Ｄ０
ウ．腕掘削刃先端と固定掘削刃先端の水平方向の距離Ｌ１＞最大粒径Ｄ０
エ．腕掘削刃先端と固定掘削刃先端の鉛直方向の距離ｈ１＞最大粒径Ｄ０
(4) 地上から、前記選択した掘削ヘッドを回転しながら地盤を掘削する。
(5) 掘削途中で、外径Ｄ０の礫類が生じた場合には、該礫類を、杭穴底で転がしながら、前記掘削ヘッドで掘削する。
【発明の効果】
【００１４】
この発明は、予め事前の地盤（土質）調査により、掘削する地盤にある礫などの異物の最大径Ｄ０に応じて、掘削ヘッドの固定掘削刃の高さＨ１及び間隔Ｗ１、腕掘削刃の高さＨ１及び間隔Ｗ２、腕掘削刃先端と固定掘削刃先端の水平距離Ｌ１、鉛直距離ｈ１を定めたので、礫などの異物が出現した場合であっても、異物が掘削ヘッド中に挟まれることがないので、掘削作業を中断されること無く、計画通りに掘削作業ができる。
【００１５】
また、固定掘削刃の間隔Ｗ１、腕掘削刃の間隔Ｗ２を掘削地盤内にある最大粒径Ｄ０以上とすることで、最大粒径Ｄ０の異物が発生したとしても、異物が、両掘削刃の間に挟まることなく、掘削刃間を通過できる。従って、掘削刃先端は杭穴底面（掘削面）に到達でき、掘削効率を低下させること無く掘削を継続して、杭穴を構築できる効果がある。
【００１６】
従って、杭穴掘削の遅延が無くなり、杭基礎の築造工期が確実となり、安定化できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、この発明の実施例の掘削ヘッドの非回転状態で、（ａ）は正面図、（ｂ）は底面図である。
【図２】図２は、同じく右側面図である。
【図３】図３は、この発明の実施例の掘削ヘッドの小径掘削状態で、（ａ）は正面図、（ｂ）は底面図である。
【図４】図４は、同じく右側面図である。
【図５】図５は、この発明の実施例の掘削ヘッドの大径掘削状態で、（ａ）は正面図、（ｂ）は底面図である。
【図６】図６は、同じく右側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
掘削ロッド４０の下端に連結して、杭穴掘削に使用する杭穴掘削ヘッド３０である（図１、図２）。杭穴掘削ヘッド３０は、掘削ロッド４０に連結する連結部軸５を有するヘッド本体１に設けた水平軸１２、１２に、掘削腕１５、１５を揺動自在に取り付けて構成する。さらに、以下の(a)〜(e)のように構成する。
【００１９】
(a) ヘッド本体１の下面６ａに下方に向けて、高さＨ１の固定掘削刃１０、１０を、所定間隔Ｗ１を空けて複数個固定する。
(b) 掘削腕１５の下端１０ａに、下方に向けて、高さＨ２の腕掘削刃２４、２４を、所定間隔Ｗ２を空けて複数個固定する。
(c) 腕掘削刃２４は、鉛直に対して先端２５が外方を向くように斜めに配置されている。この場合、腕掘削刃２４の先端２５と、固定掘削刃１０の先端１１との距離で、水平軸１２方向の距離をＬ１ とする。
(d) 固定掘削刃１０の下端１１から、腕掘削刃２４の先端２５までの鉛直方向の距離をｈ１とする。
(e) 予め地盤調査をして、地層内に最大径Ｄ０の礫などの異物（通常は、Ｄ０は２ｃｍ〜１０ｃｍ程度）が存在することを調査しておく。この場合に、最大径Ｄ０に従って、高さＨ１及び間隔Ｗ１、高さＨ２及び間隔Ｗ２、水平距離Ｌ１、鉛直距離ｈ１の各寸法を、Ｄ０との関係で、以下のように調節する。
ア．固定掘削刃１１の高さＨ１及び間隔Ｗ１＞Ｄ０
イ．腕掘削刃２４の高さＨ２及び間隔Ｗ２＞Ｄ０
ウ．腕掘削刃２４の先端２５と固定掘削刃１０の先端１１の水平方向の距離Ｌ１＞Ｄ０
エ．腕掘削刃２４の先端２５と固定掘削刃１０先端１１の鉛直方向の距離ｈ１＞Ｄ０
ここで、条件ア．条件イ．はいずれか一方又は両方の条件を満たすことが必要であるが、条件ウ．エ．は条件を満たすことが望ましい。
【実施例】
【００２０】
図面に基づきこの発明の実施例を説明する。
【００２１】
１．掘削ヘッド３０の実施例
【００２２】
（１） ヘッド 本体１は、四角柱状の基部２の上端２ａに、掘削ロッドと連結するための連結軸部５を、基部２と軸を一致させて連設し、基部２の下端に連続して、扁平の膨出部６を形成してなる。
基部２の４つの側面を、互いに平行な第１側面３、３ａと、互いに平行な第２側面４、４ａとする。膨出部６で、基部２の第１側面３、３ａと連続した面を第１側面７、７ａとし、基部２の第２側面４、４ａと連続して、かつ第１側面７、７ａと隣接する（反対側の）面を第２側面８、８ａとする。すなわち、膨出部６の膨出方向に第２側面８、８ａが位置する。したがって、膨出部６の第１側面７、７は扁平面となり、膨出部６は水平方向に膨出して、扁平面の幅が大きくなるように形成される。また、膨出部６の下面６ａは、中央部が直線状に形成され、両端部６ｂ、６ｂが上方に向けて傾斜して形成されている。膨出部６の下面６ａの中央部に、地上から杭穴内にセメントミルクなどを吐出するための吐出口１３を設けてあり、膨出部６の下面６ａで吐出口１３の両側に、長さＬ１の固定掘削刃１０、１０を、先端１１、１１を下方に向けて、かつ間隔Ｗ１を空けて、取付ける。
固定掘削刃１０、１０の先端１１、１１はほぼ一直線上に揃えてある。また、固定掘削刃１０、１０で、吐出口１３より第２側面８側に位置する固定掘削刃１０、１０が、第１側面７ａ側に先端１１を向けて傾斜して形成されている。また、吐出口１３より第２側面８ａ側に位置する固定掘削刃１０、１０が、第１側面７側に先端１１を向けて傾斜して形成されている。
また、基部２及び膨出部６は、下方に向けて第１側面３、３ａ、第１側面７、７ａが互いに近づくような（第２側面４、４ａ、第２側面８、８ａの幅が縮まるような）寸法に設定してある。
【００２３】
（２） ヘッド 本体１の基部２の第１側面３、３ａに水平軸１２、１２を形成する。水平軸１２は第１側面３、３ａで軸が一致してあれば、一体の軸でも、分割された軸でもいずれでも可能である。
水平軸１２、１２に、掘削腕１５の基端部２０を、夫々揺動自在に取り付ける。また、水平軸１２は掘削腕１５を回動できる軸が形成されれば良いので、掘削腕１５に水平軸１２を設けて、ヘッド 本体１に軸受けを設けても良い（図示していない）。
【００２４】
（３） 掘削腕１５は、ヘッド本体１側の面を内面１６ａ、内面１６ａの反対側を外面１６とする。
掘削腕１５の基端部２０で、水平軸１２の周りを大径に形成し、中間部２１で幅が小さく、先端部２２を幅広く形成する。また、両掘削腕１５、１５は、基端部２０、２０の内面１６ａ、１６ａが平行に形成され、中間部２１、２１は、下方に向けて内面１６ａ、内面１６ａが互いに近づき、かつ外面１６、外面１６が近づくように屈曲して形成されている。よって、中間部２１の下端を最も近接した形状として、先端部２２、２２は逆に下方に向けて内面１６ａ、内面１６ａが遠ざかるように、かつ外面１６、外面１６も遠ざかるように形成する。
したがって、掘削腕１５、１５の先端部２２、２２は外側に向けて開くように形成され、掘削腕１５、１５の下端部に、開き方向に連続するように、外側に向けて掘削刃２４、２４を突設する。
【００２５】
腕掘削刃２４の先端２５は、外側を向き、腕掘削刃の外面は、垂直に対して、角度θ１で傾斜して取り付けられている（図２）。また、掘削腕１５の下端１５ａから腕掘削刃２４の先端２５までの長さをＬ２とし、腕掘削刃２４、２４の間隔をＷ２とする（図１（ａ））。
【００２６】
また、固定掘削刃１０の先端１１と、腕掘削刃２４の先端２５との鉛直方向の距離をｈ１とする（図２）。この場合、腕掘削刃２４の刃先２５、２５は正面視で斜めに揃えて配置されているので、最も上方に位置する腕掘削刃２４の先端２５と、固定掘削刃１０との距離を指す。
また、固定掘削刃１０の先端１１と、腕掘削刃２４の先端２５との水平方向の距離（水平軸１２方向の距離）をL１とする（図２）。この場合、腕掘削刃２４の刃先２５、２５は底面視で斜めに揃えて配置されているので、吐出口１３に近い位置の固定掘削刃１０と、その固定掘削刃１０に最も近い腕掘削刃２４との水平距離を指す。
また、掘削腕１５、１５の内面１６ａ及び外面１６に隣接する面（基部２の第２側面４と同じ方向にある面）を一側面１７とし、他側（基部２の第１側面４ａと同じ方向にある面）を他側面１８とする。一側面１７は、正回転で揺動する際に前面側に向く側面で、他側面１８は正回転で揺動する際に後面側に向く側面である。
【００２７】
（４） また、掘削ロッドの基部２０の上端に上方に突出する操作突部２６を形成する。掘削腕１５、１５が正回転して揺動して、大径掘削する際に、操作突部２６が当たり最大揺動を規制するストッパー３２をヘッド本体１の基部２の第１側面３、３ａに夫々突設する。また、この際に、掘削腕１５、１５の中間部の他側面１８が当たるストッパー３３、３３を膨出部６に突設する。
また、ヘッド本体１の基部２の第２面４、４ａ（水平軸１２、１２を設けていない面）に、板状の撹拌板３４、３４を斜めに突設する。
【００２８】
以上のようにして、この発明の掘削ヘッド３０を構成する（図１、図２）。この掘削ヘッド３０において、以下の値は、事前に地盤調査した際に、判明した最大粒径の礫類の径D０より大きくなるように設定する。
ア．固定掘削刃１０の高さＨ１及び間隔Ｗ１
イ．腕掘削刃２４の高さＨ２及び間隔Ｗ２
ウ．腕掘削刃２４の先端２５と固定掘削刃１０の先端１１の水平方向の距離Ｌ１
エ．腕掘削刃２４の先端２５と固定掘削刃１０の先端１１の鉛直方向の距離ｈ１
【００２９】
２．杭穴施工方法
【００３０】
（１） 施工現場内又は施工現場周辺で、予め地盤調査をする。この場合、通常のボーリング調査以外に、礫など異物が存在するか否か、また存在する場合にはその異物の径を調査する。そして、判明した異物の最大径をＤ０として設定する。この場合、異物の存在は、全ての地層で調査することが望ましいが、少なくとも「層が厚い地層（例えば、２ｍ程度より厚い層）」及び／又は「掘削が困難と考えられる地層（Ｎ値が比較的大きい層、特にＮ値≧２０）」で、調査する。
【００３１】
（２） 前記構成の掘削ヘッド３０で、
ア．固定掘削刃１１の高さＨ１及び間隔Ｗ１＞Ｄ０
イ．腕掘削刃２４の高さＨ２及び間隔Ｗ２＞Ｄ０
ウ．腕掘削刃２４の先端２５と固定掘削刃１０の先端１１の水平方向の距離Ｌ１＞Ｄ０
エ．腕掘削刃２４の先端２５と固定掘削刃１０先端１１の鉛直方向の距離ｈ１＞Ｄ０
となるように、高さＨ１及び間隔Ｗ１、高さＨ２及び間隔Ｗ２、水平距離ｈ１、鉛直距離ｈ１の各寸法を調節した掘削ヘッド３０を用意する。
例えば、Ｄ０＝１０ｃｍ の場合、
ア．固定掘削刃１１の高さＨ１＝１５ｃｍ、間隔Ｗ１＝１５ｃｍ
イ．腕掘削刃２４の高さＨ２＝１５ｃｍ、間隔Ｗ２＝１５ｃｍ
ウ．腕掘削刃２４の先端２５と固定掘削刃１０の先端１１の水平方向の距離Ｌ１＝１５ｃｍ
エ．腕掘削刃２４の先端２５と固定掘削刃１０先端１１の鉛直方向の距離ｈ１＝１５ｃｍ
と設定した掘削ヘッド３０を使用する。
【００３２】
（３） 続いて、通常の杭穴掘削と同様に、掘削ロッド４０の下端部に掘削ロッド３０の連結軸部５を差込んで連結して、掘削ロッド４０を正回転する。掘削腕１５の腕掘削刃１０の先端が地面に当たり（図１（ａ）、図２）、掘削を開始するに従って、土圧で掘削腕１５が開き、所定径ＤＤ１で杭穴軸部を掘削する（図３（ａ）、図４）。この場合、腕掘削刃２４が杭穴の底の周囲と側壁とを削り、固定掘削刃１０が杭穴の底の中心付近を削る。従って、地層から径Ｄ０程度の異物（礫など）が存在した場合であっても、固定掘削刃１０、１０の間、腕掘削刃２４、２４の間、あるいは固定掘削刃１０と腕掘削刃２４の間に挟まることなく、効率良く杭穴掘削ができる。
また、この状態の掘削腕１５、１５の揺動角度は、ヘッド本体１又は掘削腕１５に設けたストッパー（図示していない）により維持される。
【００３３】
（４） 続いて、杭穴の軸部の掘削に続いて、同様に、正回転して、更に、ストッパー３２、３３に掘削腕１５及び操作突部２６が当たるまで、掘削腕１５を揺動する。この状態で、所定径ＤＤ２で杭穴拡底部を掘削する（図５（ａ）（ｂ）、図６）。この場合、同様に、腕掘削刃２４が杭穴の底の周囲と側壁とを削り、固定掘削刃１０が杭穴の底の中心付近を削る。従って、地層から径Ｄ０程度の異物が存在した場合であっても、固定掘削刃１０、１０の間、腕掘削刃２４、２４の間、あるいは固定掘削刃１０と腕掘削刃２４の間に挟まることなく、効率良く杭穴掘削ができる。
【００３４】
（５） また、異物は、掘削泥土などの杭穴充填物を、注入したセメントミルクと置換した際に、他の杭穴充填物とともに、掘削腕１５、１５の先端部２２、撹拌板３４、３４を介して、上方に上げられ地上に排土される。残った異物は注入したセメントミルクと混練されてソイルセメントとなる。
【００３５】
（６） なお、掘削ロッド４０は正回転して、小径掘削及び大径掘削したが、逆回転して他側に掘削腕１５、１５を揺動させて、掘削することもできる（図示していない）。
【００３６】
３．他の実施例
【００３７】
前記実施例において、
ア．固定掘削刃１１の高さＨ１及び間隔Ｗ１＞Ｄ０
イ．腕掘削刃２４の高さＨ２及び間隔Ｗ２＞Ｄ０
ウ．腕掘削刃２４の先端２５と固定掘削刃１０の先端１１の水平方向の距離Ｌ１＞Ｄ０
エ．腕掘削刃２４の先端２５と固定掘削刃１０先端１１の鉛直方向の距離ｈ１＞Ｄ０
とすることが望ましいが、少なくともア．又はイ．の少なくとも１つを満たしていることが必要である。
ア．固定掘削刃１１の高さＨ１及び間隔Ｗ１＞Ｄ０
イ．腕掘削刃２４の高さＨ２及び間隔Ｗ２＞Ｄ０
特に、
ウ．腕掘削刃２４の先端２５と固定掘削刃１０の先端１１の水平方向の距離Ｌ１＞Ｄ０
エ．腕掘削刃２４の先端２５と固定掘削刃１０先端１１の鉛直方向の距離ｈ１＞Ｄ０
の条件は、掘削開始直後に重要な条件であるが、掘削を進めると掘削腕２４が揺動して、「腕掘削刃２４の先端２５と固定掘削刃１０の先端１１」とは相対的に離れるので、前記条件は必ず充たした状態となる。
【符号の説明】
【００３８】
１ ヘッド本体
２ ヘッド本体の基部
２ａ 基部の上端
３、３ａ 基部の第１側面
４、４ａ 基部の第２側面
５ 連結軸部
６ ヘッド本体の膨出部
６ａ 膨出部の下面
６ｂ 膨出部の下面で両端部
７、７ａ 膨出部の第１側面
８、８ａ 膨出部の第２側面
１０ 固定掘削刃
１１ 固定掘削刃の先端
１２ 水平軸
１３ 吐出口
１５ 掘削腕
１５ａ 掘削腕の下端
１６ 掘削腕の外面
１６ａ 掘削腕の内面
１７ 掘削腕の一側面
１８ 掘削腕の他側面
２０ 掘削腕の基部
２１ 掘削腕の中間部
２２ 掘削腕の先端部
２４ 腕掘削刃
２５ 腕掘削刃の先端
３０ 掘削ヘッド
３２、３３ ストッパー
３４ 撹拌板
４０ 掘削ロッド
【技術分野】
【０００１】
この発明は、この発明は、建築、土木等の分野で杭基礎工事として杭穴掘削を行う掘削ロッドの掘削ヘッドおよびこれを使用する杭穴掘削方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
掘削ロッドに連結するヘッド本体に螺旋翼を形成し、螺旋翼の下端に掘削刃を固定した掘削ヘッドでは、その掘削刃としては、一般に、刃先の角度（掘削角度）が浅く平板形状で、全数の掘削刃の刃先が地盤に対して同じ深さ（略水平位置）に配置されていた（特許文献１）。この掘削ヘッドを回転しながら掘削刃の全部の先端（刃先）がほぼ同時に接地し、杭穴の底を掘削していた。この場合、ヘッド本体の下端から掘削刃の先端までの距離、即ち掘削刃の長さは、掘削径５０〜８０ｃｍ程度の場合、通常１０ｃｍ程度に設定してあった。なお、この掘削ヘッドの場合、径を拡大して掘削するために、可動して外方に突出する拡底掘削刃を取り付けていた。
【０００３】
また、土質により異なる掘削刃を使用し、地盤の掘削性を良くして掘削効率を高める工夫もなされていた（非特許文献１）。
【０００４】
また、掘削ヘッド本体に揺動自在に掘削腕を取り付けた掘削ヘッドの提案されている（特許文献２）。この掘削ヘッドでは、礫がある場合において礫の最大寸法の２倍の長さに固定掘削刃、補助掘削刃を設定していた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】実公平７−５０４６８
【特許文献２】特開２００５−３０７４９６
【非特許文献１】社団法人コンクリートパイル建設技術協会、「既製コンクリート杭の施工管理」、第５版、社団法人コンクリートパイル建設技術協会、２００８年６月、２７４頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
玉石などの粒径の大きなものが混じる地盤での杭穴掘削において、従来の掘削ヘッドの内、螺旋翼を有する掘削ヘッドの場合（特許文献１、非特許文献１）、通常は、玉石などの粒径の大きなものがあると、固定掘削刃に玉石などが絡み、固定掘削刃が接地せず、掘削不能に陥る場合もあった。
【０００７】
また、従来の掘削ヘッドの内、掘削腕を有する掘削ヘッドの場合（特許文献２）、通常は、礫等があると掘削腕により、礫等は杭穴中央部に寄せられて、ヘッド本体と掘削腕の間に位置し、杭穴底の中央（ヘッド本体の中心辺り）で転がりながら、掘削腕の補助掘削刃と固定掘削刃で、杭穴の掘削ができた。しかし、礫や玉石などの最大粒径が掘削刃間隔以上となると、礫や玉石などが掘削刃の間に挟まったり絡んだりして、掘削刃の先端が杭穴底（掘削面）に設置せず、掘削できない場合があった。
【０００８】
従って、掘削刃間に異物が挟まって掘削速度が低下したときは、その程度によりそのまま続行し、あるいは一旦掘削ヘッドを引き上げるなどして、その異物を除去して掘削を再開する場合もあった。いずれにしても杭穴掘削時間が余分にかかり、所要工程が大幅に遅れることもあった。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
そこでこの発明では、予めの地盤調査で判明した最大粒径Ｄ０に対して、掘削ヘッドの固定掘削刃の高さＨ１及び間隔Ｗ１、腕掘削刃の高さＨ１及び間隔Ｗ２、腕掘削刃先端と固定掘削刃先端の水平距離Ｌ１、鉛直距離ｈ１を定めたので、前記問題点を解決した。
【００１０】
即ちこの発明は、掘削ロッドの下端に連結する連結部を有するヘッド本体に設けた水平軸に、掘削腕を揺動自在に取り付けなり、以下のように構成したことを特徴とする杭穴掘削ヘッドである。
(a) 前記ヘッド本体の下面に下方に向けて、長さＨ１の固定掘削刃を、所定間隔Ｗ１を空けて複数個固定する。
(b) 前記掘削腕の下端に、下方に向けて、長さＨ２の腕掘削刃を、所定間隔Ｗ２を空けて複数個固定する。
(c) 前記腕掘削刃は、鉛直に対して先端が外方を向くように斜めに配置され、前記腕掘削刃の先端と、前記固定掘削刃の先端との距離で、前記水平軸方向の距離をＬ１ とする。
(d) 前記固定掘削刃の下端から、前記腕掘削刃の先端までの距離をｈ１とする。
(e) 掘削予定の地盤の土質調査により判明した最大粒径Ｄ０に対して、前記掘削ロッドが回転しない状態で、以下の「ア．の条件」及び／又は「イ．の条件」を満たす。
ア．固定掘削刃の高さH１及び間隔Ｗ１＞最大粒径Ｄ０
イ．腕掘削刃の高さH２及び間隔Ｗ２＞最大粒径Ｄ０
【００１１】
また、前記において、掘削予定の地盤の土質調査により判明した最大粒径Ｄ０に対して、前記掘削ロッドが回転しない状態で、前記「ア．の条件」及び「イ．の条件」を満たし、かつ以下の条件以下を満たすことを特徴とする杭穴掘削ヘッドである。
ウ．腕掘削刃先端と固定掘削刃先端の水平方向の距離Ｌ１＞最大粒径Ｄ０
エ．腕掘削刃先端と固定掘削刃先端の鉛直方向の距離ｈ１＞最大粒径Ｄ０
【００１２】
また、他の発明は、以下(1)〜（5）の手順で、杭穴を掘削することを特徴とする杭穴掘削方法である。
(1) 掘削ロッドの下端に連結する連結部を有するヘッド本体に設けた水平軸に、掘削腕を揺動自在に取り付けなり、以下のように構成したことを特徴とする杭穴掘削ヘッドを用意する。
(a) 前記ヘッド本体の下面に下方に向けて、長さＨ１の固定掘削刃を、所定間隔Ｗ１を空けて複数個固定する。
(b) 前記掘削腕の下端に、下方に向けて、長さＨ２の腕掘削刃を、所定間隔Ｗ２を空けて複数個固定する。
(c) 前記腕掘削刃は、鉛直に対して先端が外方を向くように斜めに配置され、前記腕掘削刃の先端と、前記固定掘削刃の先端との距離で、前記水平軸方向の距離をＬ１ とする。
(d) 前記固定掘削刃の下端から、前記腕掘削刃の先端までの距離をｈ１とする。
(2) 予め、掘削予定の地盤の土質調査により最大粒径Ｄ０を決定する。
(3) 前記最大外径Ｄ０に対して、前記掘削ロッドが回転しない状態で、以下の「ア．の条件」及び／又は「イ．の条件」を満たすように、前記掘削ヘッドを構成する。
ア．固定掘削刃の長さ及び間隔Ｗ１＞最大粒径Ｄ０
イ．腕掘削刃の長さ及び間隔Ｗ２＞最大粒径Ｄ０
(4) 地上から、前記選択した掘削ヘッドを回転しながら地盤を掘削する。
(5) 掘削途中で、外径Ｄ０の礫類が生じた場合には、該礫類を、杭穴底で転がしながら、前記掘削ヘッドで掘削する。
【００１３】
また、他の発明は、以下(1)〜（5）の手順で、杭穴を掘削することを特徴とする杭穴掘削方法である。
(1) 掘削ロッドの下端に連結する連結部を有するヘッド本体に設けた水平軸に、掘削腕を揺動自在に取り付けなり、以下のように構成したことを特徴とする杭穴掘削ヘッドを用意する。
(a) 前記ヘッド本体の下面に下方に向けて、長さＨ１の固定掘削刃を、所定間隔Ｗ１を空けて複数個固定する。
(b) 前記掘削腕の下端に、下方に向けて、長さＨ２の腕掘削刃を、所定間隔Ｗ２を空けて複数個固定する。
(c) 前記腕掘削刃は、鉛直に対して先端が外方を向くように斜めに配置され、前記腕掘削刃の先端と、前記固定掘削刃の先端との距離で、前記水平軸方向の距離をＬ１ とする。
(d) 前記固定掘削刃の下端から、前記腕掘削刃の先端までの距離をｈ１とする。
(2) 予め、掘削予定の地盤の土質調査により最大粒径Ｄ０を決定する。
(3) 前記最大外径Ｄ０に対して、前記掘削ロッドが回転しない状態で、以下の「ア．の条件」乃至「エ．の条件」を満たすように、前記掘削ヘッドを構成する。
ア．固定掘削刃の長さ及び間隔Ｗ１＞最大粒径Ｄ０
イ．腕掘削刃の長さ及び間隔Ｗ２＞最大粒径Ｄ０
ウ．腕掘削刃先端と固定掘削刃先端の水平方向の距離Ｌ１＞最大粒径Ｄ０
エ．腕掘削刃先端と固定掘削刃先端の鉛直方向の距離ｈ１＞最大粒径Ｄ０
(4) 地上から、前記選択した掘削ヘッドを回転しながら地盤を掘削する。
(5) 掘削途中で、外径Ｄ０の礫類が生じた場合には、該礫類を、杭穴底で転がしながら、前記掘削ヘッドで掘削する。
【発明の効果】
【００１４】
この発明は、予め事前の地盤（土質）調査により、掘削する地盤にある礫などの異物の最大径Ｄ０に応じて、掘削ヘッドの固定掘削刃の高さＨ１及び間隔Ｗ１、腕掘削刃の高さＨ１及び間隔Ｗ２、腕掘削刃先端と固定掘削刃先端の水平距離Ｌ１、鉛直距離ｈ１を定めたので、礫などの異物が出現した場合であっても、異物が掘削ヘッド中に挟まれることがないので、掘削作業を中断されること無く、計画通りに掘削作業ができる。
【００１５】
また、固定掘削刃の間隔Ｗ１、腕掘削刃の間隔Ｗ２を掘削地盤内にある最大粒径Ｄ０以上とすることで、最大粒径Ｄ０の異物が発生したとしても、異物が、両掘削刃の間に挟まることなく、掘削刃間を通過できる。従って、掘削刃先端は杭穴底面（掘削面）に到達でき、掘削効率を低下させること無く掘削を継続して、杭穴を構築できる効果がある。
【００１６】
従って、杭穴掘削の遅延が無くなり、杭基礎の築造工期が確実となり、安定化できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、この発明の実施例の掘削ヘッドの非回転状態で、（ａ）は正面図、（ｂ）は底面図である。
【図２】図２は、同じく右側面図である。
【図３】図３は、この発明の実施例の掘削ヘッドの小径掘削状態で、（ａ）は正面図、（ｂ）は底面図である。
【図４】図４は、同じく右側面図である。
【図５】図５は、この発明の実施例の掘削ヘッドの大径掘削状態で、（ａ）は正面図、（ｂ）は底面図である。
【図６】図６は、同じく右側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
掘削ロッド４０の下端に連結して、杭穴掘削に使用する杭穴掘削ヘッド３０である（図１、図２）。杭穴掘削ヘッド３０は、掘削ロッド４０に連結する連結部軸５を有するヘッド本体１に設けた水平軸１２、１２に、掘削腕１５、１５を揺動自在に取り付けて構成する。さらに、以下の(a)〜(e)のように構成する。
【００１９】
(a) ヘッド本体１の下面６ａに下方に向けて、高さＨ１の固定掘削刃１０、１０を、所定間隔Ｗ１を空けて複数個固定する。
(b) 掘削腕１５の下端１０ａに、下方に向けて、高さＨ２の腕掘削刃２４、２４を、所定間隔Ｗ２を空けて複数個固定する。
(c) 腕掘削刃２４は、鉛直に対して先端２５が外方を向くように斜めに配置されている。この場合、腕掘削刃２４の先端２５と、固定掘削刃１０の先端１１との距離で、水平軸１２方向の距離をＬ１ とする。
(d) 固定掘削刃１０の下端１１から、腕掘削刃２４の先端２５までの鉛直方向の距離をｈ１とする。
(e) 予め地盤調査をして、地層内に最大径Ｄ０の礫などの異物（通常は、Ｄ０は２ｃｍ〜１０ｃｍ程度）が存在することを調査しておく。この場合に、最大径Ｄ０に従って、高さＨ１及び間隔Ｗ１、高さＨ２及び間隔Ｗ２、水平距離Ｌ１、鉛直距離ｈ１の各寸法を、Ｄ０との関係で、以下のように調節する。
ア．固定掘削刃１１の高さＨ１及び間隔Ｗ１＞Ｄ０
イ．腕掘削刃２４の高さＨ２及び間隔Ｗ２＞Ｄ０
ウ．腕掘削刃２４の先端２５と固定掘削刃１０の先端１１の水平方向の距離Ｌ１＞Ｄ０
エ．腕掘削刃２４の先端２５と固定掘削刃１０先端１１の鉛直方向の距離ｈ１＞Ｄ０
ここで、条件ア．条件イ．はいずれか一方又は両方の条件を満たすことが必要であるが、条件ウ．エ．は条件を満たすことが望ましい。
【実施例】
【００２０】
図面に基づきこの発明の実施例を説明する。
【００２１】
１．掘削ヘッド３０の実施例
【００２２】
（１） ヘッド 本体１は、四角柱状の基部２の上端２ａに、掘削ロッドと連結するための連結軸部５を、基部２と軸を一致させて連設し、基部２の下端に連続して、扁平の膨出部６を形成してなる。
基部２の４つの側面を、互いに平行な第１側面３、３ａと、互いに平行な第２側面４、４ａとする。膨出部６で、基部２の第１側面３、３ａと連続した面を第１側面７、７ａとし、基部２の第２側面４、４ａと連続して、かつ第１側面７、７ａと隣接する（反対側の）面を第２側面８、８ａとする。すなわち、膨出部６の膨出方向に第２側面８、８ａが位置する。したがって、膨出部６の第１側面７、７は扁平面となり、膨出部６は水平方向に膨出して、扁平面の幅が大きくなるように形成される。また、膨出部６の下面６ａは、中央部が直線状に形成され、両端部６ｂ、６ｂが上方に向けて傾斜して形成されている。膨出部６の下面６ａの中央部に、地上から杭穴内にセメントミルクなどを吐出するための吐出口１３を設けてあり、膨出部６の下面６ａで吐出口１３の両側に、長さＬ１の固定掘削刃１０、１０を、先端１１、１１を下方に向けて、かつ間隔Ｗ１を空けて、取付ける。
固定掘削刃１０、１０の先端１１、１１はほぼ一直線上に揃えてある。また、固定掘削刃１０、１０で、吐出口１３より第２側面８側に位置する固定掘削刃１０、１０が、第１側面７ａ側に先端１１を向けて傾斜して形成されている。また、吐出口１３より第２側面８ａ側に位置する固定掘削刃１０、１０が、第１側面７側に先端１１を向けて傾斜して形成されている。
また、基部２及び膨出部６は、下方に向けて第１側面３、３ａ、第１側面７、７ａが互いに近づくような（第２側面４、４ａ、第２側面８、８ａの幅が縮まるような）寸法に設定してある。
【００２３】
（２） ヘッド 本体１の基部２の第１側面３、３ａに水平軸１２、１２を形成する。水平軸１２は第１側面３、３ａで軸が一致してあれば、一体の軸でも、分割された軸でもいずれでも可能である。
水平軸１２、１２に、掘削腕１５の基端部２０を、夫々揺動自在に取り付ける。また、水平軸１２は掘削腕１５を回動できる軸が形成されれば良いので、掘削腕１５に水平軸１２を設けて、ヘッド 本体１に軸受けを設けても良い（図示していない）。
【００２４】
（３） 掘削腕１５は、ヘッド本体１側の面を内面１６ａ、内面１６ａの反対側を外面１６とする。
掘削腕１５の基端部２０で、水平軸１２の周りを大径に形成し、中間部２１で幅が小さく、先端部２２を幅広く形成する。また、両掘削腕１５、１５は、基端部２０、２０の内面１６ａ、１６ａが平行に形成され、中間部２１、２１は、下方に向けて内面１６ａ、内面１６ａが互いに近づき、かつ外面１６、外面１６が近づくように屈曲して形成されている。よって、中間部２１の下端を最も近接した形状として、先端部２２、２２は逆に下方に向けて内面１６ａ、内面１６ａが遠ざかるように、かつ外面１６、外面１６も遠ざかるように形成する。
したがって、掘削腕１５、１５の先端部２２、２２は外側に向けて開くように形成され、掘削腕１５、１５の下端部に、開き方向に連続するように、外側に向けて掘削刃２４、２４を突設する。
【００２５】
腕掘削刃２４の先端２５は、外側を向き、腕掘削刃の外面は、垂直に対して、角度θ１で傾斜して取り付けられている（図２）。また、掘削腕１５の下端１５ａから腕掘削刃２４の先端２５までの長さをＬ２とし、腕掘削刃２４、２４の間隔をＷ２とする（図１（ａ））。
【００２６】
また、固定掘削刃１０の先端１１と、腕掘削刃２４の先端２５との鉛直方向の距離をｈ１とする（図２）。この場合、腕掘削刃２４の刃先２５、２５は正面視で斜めに揃えて配置されているので、最も上方に位置する腕掘削刃２４の先端２５と、固定掘削刃１０との距離を指す。
また、固定掘削刃１０の先端１１と、腕掘削刃２４の先端２５との水平方向の距離（水平軸１２方向の距離）をL１とする（図２）。この場合、腕掘削刃２４の刃先２５、２５は底面視で斜めに揃えて配置されているので、吐出口１３に近い位置の固定掘削刃１０と、その固定掘削刃１０に最も近い腕掘削刃２４との水平距離を指す。
また、掘削腕１５、１５の内面１６ａ及び外面１６に隣接する面（基部２の第２側面４と同じ方向にある面）を一側面１７とし、他側（基部２の第１側面４ａと同じ方向にある面）を他側面１８とする。一側面１７は、正回転で揺動する際に前面側に向く側面で、他側面１８は正回転で揺動する際に後面側に向く側面である。
【００２７】
（４） また、掘削ロッドの基部２０の上端に上方に突出する操作突部２６を形成する。掘削腕１５、１５が正回転して揺動して、大径掘削する際に、操作突部２６が当たり最大揺動を規制するストッパー３２をヘッド本体１の基部２の第１側面３、３ａに夫々突設する。また、この際に、掘削腕１５、１５の中間部の他側面１８が当たるストッパー３３、３３を膨出部６に突設する。
また、ヘッド本体１の基部２の第２面４、４ａ（水平軸１２、１２を設けていない面）に、板状の撹拌板３４、３４を斜めに突設する。
【００２８】
以上のようにして、この発明の掘削ヘッド３０を構成する（図１、図２）。この掘削ヘッド３０において、以下の値は、事前に地盤調査した際に、判明した最大粒径の礫類の径D０より大きくなるように設定する。
ア．固定掘削刃１０の高さＨ１及び間隔Ｗ１
イ．腕掘削刃２４の高さＨ２及び間隔Ｗ２
ウ．腕掘削刃２４の先端２５と固定掘削刃１０の先端１１の水平方向の距離Ｌ１
エ．腕掘削刃２４の先端２５と固定掘削刃１０の先端１１の鉛直方向の距離ｈ１
【００２９】
２．杭穴施工方法
【００３０】
（１） 施工現場内又は施工現場周辺で、予め地盤調査をする。この場合、通常のボーリング調査以外に、礫など異物が存在するか否か、また存在する場合にはその異物の径を調査する。そして、判明した異物の最大径をＤ０として設定する。この場合、異物の存在は、全ての地層で調査することが望ましいが、少なくとも「層が厚い地層（例えば、２ｍ程度より厚い層）」及び／又は「掘削が困難と考えられる地層（Ｎ値が比較的大きい層、特にＮ値≧２０）」で、調査する。
【００３１】
（２） 前記構成の掘削ヘッド３０で、
ア．固定掘削刃１１の高さＨ１及び間隔Ｗ１＞Ｄ０
イ．腕掘削刃２４の高さＨ２及び間隔Ｗ２＞Ｄ０
ウ．腕掘削刃２４の先端２５と固定掘削刃１０の先端１１の水平方向の距離Ｌ１＞Ｄ０
エ．腕掘削刃２４の先端２５と固定掘削刃１０先端１１の鉛直方向の距離ｈ１＞Ｄ０
となるように、高さＨ１及び間隔Ｗ１、高さＨ２及び間隔Ｗ２、水平距離ｈ１、鉛直距離ｈ１の各寸法を調節した掘削ヘッド３０を用意する。
例えば、Ｄ０＝１０ｃｍ の場合、
ア．固定掘削刃１１の高さＨ１＝１５ｃｍ、間隔Ｗ１＝１５ｃｍ
イ．腕掘削刃２４の高さＨ２＝１５ｃｍ、間隔Ｗ２＝１５ｃｍ
ウ．腕掘削刃２４の先端２５と固定掘削刃１０の先端１１の水平方向の距離Ｌ１＝１５ｃｍ
エ．腕掘削刃２４の先端２５と固定掘削刃１０先端１１の鉛直方向の距離ｈ１＝１５ｃｍ
と設定した掘削ヘッド３０を使用する。
【００３２】
（３） 続いて、通常の杭穴掘削と同様に、掘削ロッド４０の下端部に掘削ロッド３０の連結軸部５を差込んで連結して、掘削ロッド４０を正回転する。掘削腕１５の腕掘削刃１０の先端が地面に当たり（図１（ａ）、図２）、掘削を開始するに従って、土圧で掘削腕１５が開き、所定径ＤＤ１で杭穴軸部を掘削する（図３（ａ）、図４）。この場合、腕掘削刃２４が杭穴の底の周囲と側壁とを削り、固定掘削刃１０が杭穴の底の中心付近を削る。従って、地層から径Ｄ０程度の異物（礫など）が存在した場合であっても、固定掘削刃１０、１０の間、腕掘削刃２４、２４の間、あるいは固定掘削刃１０と腕掘削刃２４の間に挟まることなく、効率良く杭穴掘削ができる。
また、この状態の掘削腕１５、１５の揺動角度は、ヘッド本体１又は掘削腕１５に設けたストッパー（図示していない）により維持される。
【００３３】
（４） 続いて、杭穴の軸部の掘削に続いて、同様に、正回転して、更に、ストッパー３２、３３に掘削腕１５及び操作突部２６が当たるまで、掘削腕１５を揺動する。この状態で、所定径ＤＤ２で杭穴拡底部を掘削する（図５（ａ）（ｂ）、図６）。この場合、同様に、腕掘削刃２４が杭穴の底の周囲と側壁とを削り、固定掘削刃１０が杭穴の底の中心付近を削る。従って、地層から径Ｄ０程度の異物が存在した場合であっても、固定掘削刃１０、１０の間、腕掘削刃２４、２４の間、あるいは固定掘削刃１０と腕掘削刃２４の間に挟まることなく、効率良く杭穴掘削ができる。
【００３４】
（５） また、異物は、掘削泥土などの杭穴充填物を、注入したセメントミルクと置換した際に、他の杭穴充填物とともに、掘削腕１５、１５の先端部２２、撹拌板３４、３４を介して、上方に上げられ地上に排土される。残った異物は注入したセメントミルクと混練されてソイルセメントとなる。
【００３５】
（６） なお、掘削ロッド４０は正回転して、小径掘削及び大径掘削したが、逆回転して他側に掘削腕１５、１５を揺動させて、掘削することもできる（図示していない）。
【００３６】
３．他の実施例
【００３７】
前記実施例において、
ア．固定掘削刃１１の高さＨ１及び間隔Ｗ１＞Ｄ０
イ．腕掘削刃２４の高さＨ２及び間隔Ｗ２＞Ｄ０
ウ．腕掘削刃２４の先端２５と固定掘削刃１０の先端１１の水平方向の距離Ｌ１＞Ｄ０
エ．腕掘削刃２４の先端２５と固定掘削刃１０先端１１の鉛直方向の距離ｈ１＞Ｄ０
とすることが望ましいが、少なくともア．又はイ．の少なくとも１つを満たしていることが必要である。
ア．固定掘削刃１１の高さＨ１及び間隔Ｗ１＞Ｄ０
イ．腕掘削刃２４の高さＨ２及び間隔Ｗ２＞Ｄ０
特に、
ウ．腕掘削刃２４の先端２５と固定掘削刃１０の先端１１の水平方向の距離Ｌ１＞Ｄ０
エ．腕掘削刃２４の先端２５と固定掘削刃１０先端１１の鉛直方向の距離ｈ１＞Ｄ０
の条件は、掘削開始直後に重要な条件であるが、掘削を進めると掘削腕２４が揺動して、「腕掘削刃２４の先端２５と固定掘削刃１０の先端１１」とは相対的に離れるので、前記条件は必ず充たした状態となる。
【符号の説明】
【００３８】
１ ヘッド本体
２ ヘッド本体の基部
２ａ 基部の上端
３、３ａ 基部の第１側面
４、４ａ 基部の第２側面
５ 連結軸部
６ ヘッド本体の膨出部
６ａ 膨出部の下面
６ｂ 膨出部の下面で両端部
７、７ａ 膨出部の第１側面
８、８ａ 膨出部の第２側面
１０ 固定掘削刃
１１ 固定掘削刃の先端
１２ 水平軸
１３ 吐出口
１５ 掘削腕
１５ａ 掘削腕の下端
１６ 掘削腕の外面
１６ａ 掘削腕の内面
１７ 掘削腕の一側面
１８ 掘削腕の他側面
２０ 掘削腕の基部
２１ 掘削腕の中間部
２２ 掘削腕の先端部
２４ 腕掘削刃
２５ 腕掘削刃の先端
３０ 掘削ヘッド
３２、３３ ストッパー
３４ 撹拌板
４０ 掘削ロッド
【特許請求の範囲】
【請求項１】
掘削ロッドの下端に連結する連結部を有するヘッド本体に設けた水平軸に、掘削腕を揺動自在に取り付けなり、以下のように構成したことを特徴とする杭穴掘削ヘッド。
(a) 前記ヘッド本体の下面に下方に向けて、長さＨ１の固定掘削刃を、所定間隔Ｗ１を空けて複数個固定する。
(b) 前記掘削腕の下端に、下方に向けて、長さＨ２の腕掘削刃を、所定間隔Ｗ２を空けて複数個固定する。
(c) 前記腕掘削刃は、鉛直に対して先端が外方を向くように斜めに配置され、前記腕掘削刃の先端と、前記固定掘削刃の先端との距離で、前記水平軸方向の距離をＬ１ とする。
(d) 前記固定掘削刃の下端から、前記腕掘削刃の先端までの距離をｈ１とする。
(e) 掘削予定の地盤の土質調査により判明した最大粒径Ｄ０に対して、前記掘削ロッドが回転しない状態で、以下の「ア．の条件」及び／又は「イ．の条件」を満たす。
ア．固定掘削刃の高さH１及び間隔Ｗ１＞最大粒径Ｄ０
イ．腕掘削刃の高さH２及び間隔Ｗ２＞最大粒径Ｄ０
【請求項２】
掘削予定の地盤の土質調査により判明した最大粒径Ｄ０に対して、前記掘削ロッドが回転しない状態で、前記「ア．の条件」及び「イ．の条件」を満たし、かつ以下の条件以下を満たすことを特徴とする請求項１記載の杭穴掘削ヘッド。
ウ．腕掘削刃先端と固定掘削刃先端の水平方向の距離Ｌ１＞最大粒径Ｄ０
エ．腕掘削刃先端と固定掘削刃先端の鉛直方向の距離ｈ１＞最大粒径Ｄ０
【請求項３】
以下(1)〜（5）の手順で、杭穴を掘削することを特徴とする杭穴掘削方法。
(1) 掘削ロッドの下端に連結する連結部を有するヘッド本体に設けた水平軸に、掘削腕を揺動自在に取り付けなり、以下のように構成したことを特徴とする杭穴掘削ヘッドを用意する。
(a) 前記ヘッド本体の下面に下方に向けて、長さＨ１の固定掘削刃を、所定間隔Ｗ１を空けて複数個固定する。
(b) 前記掘削腕の下端に、下方に向けて、長さＨ２の腕掘削刃を、所定間隔Ｗ２を空けて複数個固定する。
(c) 前記腕掘削刃は、鉛直に対して先端が外方を向くように斜めに配置され、前記腕掘削刃の先端と、前記固定掘削刃の先端との距離で、前記水平軸方向の距離をＬ１ とする。
(d) 前記固定掘削刃の下端から、前記腕掘削刃の先端までの距離をｈ１とする。
(2) 予め、掘削予定の地盤の土質調査により最大粒径Ｄ０を決定する。
(3) 前記最大外径Ｄ０に対して、前記掘削ロッドが回転しない状態で、以下の「ア．の条件」及び／又は「イ．の条件」を満たすように、前記掘削ヘッドを構成する。
ア．固定掘削刃の長さ及び間隔Ｗ１＞最大粒径Ｄ０
イ．腕掘削刃の長さ及び間隔Ｗ２＞最大粒径Ｄ０
(4) 地上から、前記選択した掘削ヘッドを回転しながら地盤を掘削する。
(5) 掘削途中で、外径Ｄ０の礫類が生じた場合には、該礫類を、杭穴底で転がしながら、前記掘削ヘッドで掘削する。
【請求項４】
以下(1)〜（5）の手順で、杭穴を掘削することを特徴とする杭穴掘削方法。
(1) 掘削ロッドの下端に連結する連結部を有するヘッド本体に設けた水平軸に、掘削腕を揺動自在に取り付けなり、以下のように構成したことを特徴とする杭穴掘削ヘッドを用意する。
(a) 前記ヘッド本体の下面に下方に向けて、長さＨ１の固定掘削刃を、所定間隔Ｗ１を空けて複数個固定する。
(b) 前記掘削腕の下端に、下方に向けて、長さＨ２の腕掘削刃を、所定間隔Ｗ２を空けて複数個固定する。
(c) 前記腕掘削刃は、鉛直に対して先端が外方を向くように斜めに配置され、前記腕掘削刃の先端と、前記固定掘削刃の先端との距離で、前記水平軸方向の距離をＬ１ とする。
(d) 前記固定掘削刃の下端から、前記腕掘削刃の先端までの距離をｈ１とする。
(2) 予め、掘削予定の地盤の土質調査により最大粒径Ｄ０を決定する。
(3) 前記最大外径Ｄ０に対して、前記掘削ロッドが回転しない状態で、以下の「ア．の条件」乃至「エ．の条件」を満たすように、前記掘削ヘッドを構成する。
ア．固定掘削刃の長さ及び間隔Ｗ１＞最大粒径Ｄ０
イ．腕掘削刃の長さ及び間隔Ｗ２＞最大粒径Ｄ０
ウ．腕掘削刃先端と固定掘削刃先端の水平方向の距離Ｌ１＞最大粒径Ｄ０
エ．腕掘削刃先端と固定掘削刃先端の鉛直方向の距離ｈ１＞最大粒径Ｄ０
(4) 地上から、前記選択した掘削ヘッドを回転しながら地盤を掘削する。
(5) 掘削途中で、外径Ｄ０の礫類が生じた場合には、該礫類を、杭穴底で転がしながら、前記掘削ヘッドで掘削する。
【請求項１】
掘削ロッドの下端に連結する連結部を有するヘッド本体に設けた水平軸に、掘削腕を揺動自在に取り付けなり、以下のように構成したことを特徴とする杭穴掘削ヘッド。
(a) 前記ヘッド本体の下面に下方に向けて、長さＨ１の固定掘削刃を、所定間隔Ｗ１を空けて複数個固定する。
(b) 前記掘削腕の下端に、下方に向けて、長さＨ２の腕掘削刃を、所定間隔Ｗ２を空けて複数個固定する。
(c) 前記腕掘削刃は、鉛直に対して先端が外方を向くように斜めに配置され、前記腕掘削刃の先端と、前記固定掘削刃の先端との距離で、前記水平軸方向の距離をＬ１ とする。
(d) 前記固定掘削刃の下端から、前記腕掘削刃の先端までの距離をｈ１とする。
(e) 掘削予定の地盤の土質調査により判明した最大粒径Ｄ０に対して、前記掘削ロッドが回転しない状態で、以下の「ア．の条件」及び／又は「イ．の条件」を満たす。
ア．固定掘削刃の高さH１及び間隔Ｗ１＞最大粒径Ｄ０
イ．腕掘削刃の高さH２及び間隔Ｗ２＞最大粒径Ｄ０
【請求項２】
掘削予定の地盤の土質調査により判明した最大粒径Ｄ０に対して、前記掘削ロッドが回転しない状態で、前記「ア．の条件」及び「イ．の条件」を満たし、かつ以下の条件以下を満たすことを特徴とする請求項１記載の杭穴掘削ヘッド。
ウ．腕掘削刃先端と固定掘削刃先端の水平方向の距離Ｌ１＞最大粒径Ｄ０
エ．腕掘削刃先端と固定掘削刃先端の鉛直方向の距離ｈ１＞最大粒径Ｄ０
【請求項３】
以下(1)〜（5）の手順で、杭穴を掘削することを特徴とする杭穴掘削方法。
(1) 掘削ロッドの下端に連結する連結部を有するヘッド本体に設けた水平軸に、掘削腕を揺動自在に取り付けなり、以下のように構成したことを特徴とする杭穴掘削ヘッドを用意する。
(a) 前記ヘッド本体の下面に下方に向けて、長さＨ１の固定掘削刃を、所定間隔Ｗ１を空けて複数個固定する。
(b) 前記掘削腕の下端に、下方に向けて、長さＨ２の腕掘削刃を、所定間隔Ｗ２を空けて複数個固定する。
(c) 前記腕掘削刃は、鉛直に対して先端が外方を向くように斜めに配置され、前記腕掘削刃の先端と、前記固定掘削刃の先端との距離で、前記水平軸方向の距離をＬ１ とする。
(d) 前記固定掘削刃の下端から、前記腕掘削刃の先端までの距離をｈ１とする。
(2) 予め、掘削予定の地盤の土質調査により最大粒径Ｄ０を決定する。
(3) 前記最大外径Ｄ０に対して、前記掘削ロッドが回転しない状態で、以下の「ア．の条件」及び／又は「イ．の条件」を満たすように、前記掘削ヘッドを構成する。
ア．固定掘削刃の長さ及び間隔Ｗ１＞最大粒径Ｄ０
イ．腕掘削刃の長さ及び間隔Ｗ２＞最大粒径Ｄ０
(4) 地上から、前記選択した掘削ヘッドを回転しながら地盤を掘削する。
(5) 掘削途中で、外径Ｄ０の礫類が生じた場合には、該礫類を、杭穴底で転がしながら、前記掘削ヘッドで掘削する。
【請求項４】
以下(1)〜（5）の手順で、杭穴を掘削することを特徴とする杭穴掘削方法。
(1) 掘削ロッドの下端に連結する連結部を有するヘッド本体に設けた水平軸に、掘削腕を揺動自在に取り付けなり、以下のように構成したことを特徴とする杭穴掘削ヘッドを用意する。
(a) 前記ヘッド本体の下面に下方に向けて、長さＨ１の固定掘削刃を、所定間隔Ｗ１を空けて複数個固定する。
(b) 前記掘削腕の下端に、下方に向けて、長さＨ２の腕掘削刃を、所定間隔Ｗ２を空けて複数個固定する。
(c) 前記腕掘削刃は、鉛直に対して先端が外方を向くように斜めに配置され、前記腕掘削刃の先端と、前記固定掘削刃の先端との距離で、前記水平軸方向の距離をＬ１ とする。
(d) 前記固定掘削刃の下端から、前記腕掘削刃の先端までの距離をｈ１とする。
(2) 予め、掘削予定の地盤の土質調査により最大粒径Ｄ０を決定する。
(3) 前記最大外径Ｄ０に対して、前記掘削ロッドが回転しない状態で、以下の「ア．の条件」乃至「エ．の条件」を満たすように、前記掘削ヘッドを構成する。
ア．固定掘削刃の長さ及び間隔Ｗ１＞最大粒径Ｄ０
イ．腕掘削刃の長さ及び間隔Ｗ２＞最大粒径Ｄ０
ウ．腕掘削刃先端と固定掘削刃先端の水平方向の距離Ｌ１＞最大粒径Ｄ０
エ．腕掘削刃先端と固定掘削刃先端の鉛直方向の距離ｈ１＞最大粒径Ｄ０
(4) 地上から、前記選択した掘削ヘッドを回転しながら地盤を掘削する。
(5) 掘削途中で、外径Ｄ０の礫類が生じた場合には、該礫類を、杭穴底で転がしながら、前記掘削ヘッドで掘削する。
【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２０１１−２３１５７２（Ｐ２０１１−２３１５７２Ａ）
【公開日】平成２３年１１月１７日（２０１１．１１．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１０４９５２（Ｐ２０１０−１０４９５２）
【出願日】平成２２年４月３０日（２０１０．４．３０）
【出願人】（０００１７６５１２）三谷セキサン株式会社 (91)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１１月１７日（２０１１．１１．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年４月３０日（２０１０．４．３０）
【出願人】（０００１７６５１２）三谷セキサン株式会社 (91)
【Ｆターム（参考）】
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