説明

起振装置、打設機、及び打設方法

【課題】起振装置で発生した振動が、リーダを介して打設装置の各部に伝わることを抑制する手段を提供する。
【解決手段】鋼管杭を地盤に圧入する打設機に立てられたリーダに昇降可能に連結され、鋼管杭を把持して振動を起す起振装置40であって、鋼管杭を把持するチャック機構48と、チャック機構48と結合され、振動を起すバイブロハンマ50と、リーダに昇降可能に連結されれ連結部44と、バイブロハンマ50と連結部44とを結合する複数の積層ゴム62とを備える。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、起振装置、打設機、及び打設方法に関する。
【背景技術】
【0002】
鋼管杭や鋼管矢板を地盤に打設する工法として、鋼管の中をスクリューオーガで掘削し、バイブロハンマなる起振装置で鋼管に振動を与えながら、鋼管を地盤に圧入するバイブロハンマ工法と中掘り工法とを併用した工法が知られており、特許文献1では、当該工法で使用される打設装置が開示されている。この特許文献1に記載の打設装置では、オーガを回転させる回転駆動装置と、鋼管を把持して振動するバイブロボックスとが、夫々別々に、スライド金具及びスライドレールを介して昇降可能にリーダに連結されると共に、リーダ上部のトップシーブブロックから垂下されたワイヤで昇降可能に吊持されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開2008−31756号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
特許文献1に記載の打設装置では、起振装置の振動がリーダを介してオーガやワイヤ等に伝わって、オーガやワイヤ等が振動してしまう。このため、オーガと鋼管とのクリアランスを確保するために、オーガの径の制約が大きくなったり、ワイヤが揺れたり、騒音が発生したりする等の課題があった。
【0005】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、起振装置で発生した振動がリーダを介して打設装置の各部に伝わることを抑制することを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上記課題を解決するために、本発明に係る起振装置は、圧入対象物を地盤に圧入する打設機が有するリーダに昇降可能に連結され、前記圧入対象物を把持して振動を起す起振装置であって、前記圧入対象物を把持する把持部と、前記把持部と結合され、振動を起す起振部と、前記リーダに昇降可能に連結される連結部と、前記起振部と前記連結部とを結合する複数の弾性体と、を備える。
【0007】
また、前記起振装置において、前記起振部は、偏心重錘である回転子を回転させることにより振動を起すバイブロハンマであってもよい。
【0008】
また、前記起振装置において、前記複数の弾性体は、前記起振部の重心に対して対称に配されてもよい。
【0009】
また、本発明に係る打設機は、前記起振装置と、前記起振装置が昇降可能に連結されたリーダと、前記起振装置を前記リーダに沿って昇降させる昇降機構と、を備える。
【0010】
また、前記打設機は、前記リーダに昇降可能に連結され、管状の前記圧入対象物に挿通されるオーガで前記圧入対象物の内側を掘削する掘削装置と、前記掘削装置を前記リーダに沿って昇降させる昇降機構と、を備えてもよい。
【0011】
また、本発明に係る打設方法は、前記打設機を使用して管状の前記圧入対象物を地盤に圧入する打設方法であって、前記オーガを引き上げながら前記圧入対象物を地盤に圧入する工程を備える。
【発明の効果】
【0012】
本発明によれば、起振装置で発生した振動がリーダを介して打設装置の各部に伝わることを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【図1】一実施形態に係る杭打機を示す立面図である。
【図2】杭打機を前方から示す立面図(図1の2−2矢視図)である。
【図3】バイブロハンマの概略構成を示す図である。
【図4】起振装置を前方から示す立面図である。
【図5】起振装置を示す平面図である。
【図6】起振装置を側方から示す立面図(図4の6−6矢視図)である。
【図7】図4の7−7断面図(平断面図)である。
【図8】図4の8−8断面図(平断面図)である。
【図9】(A)、(B)は、杭打機で鋼管杭を地盤に圧入する手順を示す立面断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0014】
以下、本発明の一実施形態を、図面を参照しながら説明する。図1は、一実施形態に係る杭打機10を示す立面図であり、図2は、杭打機10を前方から示す立面図(図1の2−2矢視図)である。これらの図に示すように、杭打機10は、ベースマシーン12と、ベースマシーン12の前部に起倒可能に設けられたリーダ18と、リーダ18をベースマシーン12に起倒可能に支持するステー20と、杭打機10の油圧機器に油圧を供給する油圧ユニット22と、リーダ18に昇降可能に連結された掘削装置30及び起振装置40とを備えている。
【0015】
この杭打機10は、バイブロハンマ工法と中掘り工法とを併用した既製杭工法により鋼管杭1を地盤に圧入するのに使用される機械であり、掘削装置30で鋼管杭1の中を掘削しながら、起振装置40で鋼管杭1に振動を与えて鋼管杭1を地盤に圧入する。
【0016】
ベースマシーン12は、クローラ14Aで走行する下部走行体14と、下部走行体14上に旋回可能に設けられた上部旋回体16とを備えている。上部旋回体16は、運転室16Aや受電設備16B等を備えており、上部旋回体16の前部にリーダ18の下端が回動可能に連結され、上部旋回体16の後部にステー20の下端が回動可能に連結されている。また、ステー20の他端は、リーダ18の中間部に回動可能に連結されている。
【0017】
リーダ18は、鋼管杭1よりも長尺の部材であり、施工時には鉛直に立てられた状態でステー20に支持される。また、リーダ18の上端には、トップシーブ24が設置されており、ワイヤ26、28が巻き掛けられている。また、リーダ18には、その下端から上端まで延びるガイドレール18Aが設けられており、掘削装置30及び起振装置40が、それぞれスライド金具31、41を介してガイドレール18Aに沿ってスライド可能に連結されている。
【0018】
掘削装置30は、スライド金具31を介してガイドレール18Aに連結された油圧モータ34と、油圧モータ34の回転出力軸34Aと一体化されたスパイラルオーガ32とを備えている。スパイラルオーガ32の下端には先端カッタ32Aが設けられ、その上側にはスパイラル状のスパイラル羽根32Bが設けられている。
【0019】
油圧モータ34には、ワイヤ26の一端が固定され、このワイヤ26の他端は、上部旋回体14に設置されるウインチ(不図示)に巻き取られている。また、上述したように、ワイヤ26はリーダ18の上端のトップシーブ24に巻き掛けられている。このため、油圧モータ34及びスパイラルオーガ32は、リーダ18の上端からワイヤ26で吊り下げられており、ウインチからワイヤ26が巻き出されると下降し、ウインチによりワイヤ26が巻き取られると上昇する。スパイラルオーガ32及び回転出力軸34Aは、施工時には鉛直に立てられた状態に保持され、スパイラルオーガ32は、鋼管杭1の中に挿通される。
【0020】
起振装置40は、スライド金具41を介してガイドレール18Aにスライド可能に連結された連結部44と、連結部44内に配されたバイブロハンマ50と、バイブロハンマ50のボックス(以下、バイブロボックスという)42の下部に固定された土砂排出部46と、土砂排出部46の下部に固定され鋼管杭1の上端部を把持するチャック機構48とを備えている。
【0021】
図3は、バイブロハンマ50の概略構成を示す図である。この図に示すように、バイブロハンマ50は、偏心重錘である左右一対の回転子52と、回転子52を回転させる油圧モータ54とを備える起振装置である。このバイブロハンマ50では、油圧モータ54が、左右一対の回転子52を逆回転させることにより、相互に水平方向の遠心力を相殺させ、上下方向の起振力のみを、回転数と同じ周期で生じさせる。これにより、鋼管杭1が上下に振動されて、鋼管杭1の周面と地盤との摩擦力が低下されるため、鋼管杭1が自重や後述のワイヤ29により加えられる圧入力により地盤に圧入されていく。
【0022】
また、バイブロハンマ50では、始動時及び停止時には、クラッチ(不図示)により油圧モータ54と回転子52とが切り離され、回転子52の回転数が所定の設定値に上昇又は低下した時点で、クラッチにより油圧モータ54と回転子52とが連結され又は切り離される。これにより、始動時及び停止時の共振を防止でき、振動・騒音対策に優れた施工が可能となる。
【0023】
図4は、起振装置40を前方から示す立面図であり、図5は、起振装置40を示す平面図である。また、図6は、起振装置40を側方から示す立面図(図4の6−6矢視図)である。これらの図に示すように、起振装置40の連結部44は、平面視にて矩形状の箱体であり、下部が開口している。また、連結部44には、油圧モータ34の回転出力軸34Aが挿通される孔44Hが空けられており、この孔44Hの両側には、ワイヤ28が巻き掛けられるシーブ45が設けられている。
【0024】
また、連結部44の後部には、シーブ49が設けられている。このシーブ49には、ベースマシーン12の前部に設置されたウインチ(不図示)により巻き取られるワイヤ29が巻き掛けられている。このワイヤ29は、ウインチにより下方に引っ張られており、ワイヤ29の張力により鋼管杭1に圧入力が与えられる。
【0025】
バイブロボックス42は、平面視にて矩形状の箱体であり、その重心には、油圧モータ34の回転出力軸34Aが挿通される孔42Hが空けられている。なお、上述の左右一対の回転子52は、バイブロボックス42内に孔42Hを挟むように配されている。
【0026】
土砂排出部46は、平面視にて矩形状の箱体であり、油圧モータ34の回転出力軸34A及びスパイラルオーガ32が挿通される孔が空けられている。また、土砂排出部46の一の壁面(前面)には、前方に突出し下方に開口した排出口46Aが設けられている。この土砂排出部46内にはスパイラルオーガ32の上端が配されており、鋼管杭1内の土砂は、スパイラルオーガ32により土砂排出部46まで掻き揚げられて排出口46Aから排出される。
【0027】
チャック機構48は、スパイラルオーガ32が挿通される孔が設けられたボックス48Aと、孔を挟んで配された一対のチャック爪48Bとを備えている。ボックス48A内には、チャック爪48Bを開閉する油圧シリンダ等の駆動機構が配されており、チャック爪48Bは、鋼管杭1の上端部を把持したり離したりする。
【0028】
ここで、バイブロボックス42と連結部44との間には、複数の免震装置60が配されている。免震装置60は、金属板とゴムとを交互に重ねた積層ゴムアイソレータであり、積層ゴム62と、積層ゴム62を積層方向に挟む一対のフランジ64とを備えている。一対のフランジ64の一方は、バイブロボックス42に固定され、一対のフランジ64の他方は、連結部44に固定されている。
【0029】
図7は、図4の7−7断面図(平断面図)であり、図8は、図4の8−8断面図(平断面図)である。図7に示すように、バイブロボックス42の下部及び連結部44の下部は共に平面視にて矩形状の箱体であり、バイブロボックス42の垂直壁42Aと連結部44の垂直壁44Aとが水平方向に対向している。複数の免震装置60は、バイブロボックス42の垂直壁42Aと連結部44の垂直壁44Aとの間に配され、垂直壁42Aと垂直壁連結部44Aとにより積層ゴム62の積層方向に挟まれており、バイブロハンマ50の上下方向の振動を積層ゴム62のせん断弾性変形により吸収する。
【0030】
また、図8に示すように、バイブロボックス42の上部中央には、回転出力軸34Aが挿通される円筒状の柱部42Bが設けられており、その両側には夫々一対の垂直壁42Cが設けられている。一対の垂直壁42Cは平行に配されており、各垂直壁42Cの横方向の一端は柱部42Bと結合されている。また、連結部44の上部中央には、柱部42Bが配される円筒状の柱部44Bが設けられており、その両側には、垂直壁42Cと水平方向に対向する垂直壁44Cが設けられている。
【0031】
複数の免震装置60は、バイブロボックス42の垂直壁42Cと連結部44の垂直壁44Cとの間に配され、垂直壁42Cと垂直壁連結部44Cとにより積層ゴム62の積層方向に挟まれており、バイブロボックス42の上下方向の振動を積層ゴム62のせん断弾性変形により吸収する。
【0032】
ここで、各段の複数の免震装置60は、回転出力軸34Aの軸心(即ち、バイブロボックス42の重心)に対して前後(図中下側が前)及び左右に対称(即ち、点対称)に配されている。これにより、バイブロボックス42と連結部44との複数の結合点が、バイブロボックス42の重心に対して前後及び左右に対称に配置されるため、複数の免震装置60に偏りなく振動やせん断荷重を作用させることができ、バイブロボックス42を良好に上下振動させることができる。
【0033】
以上説明したように、本実施形態に係る杭打機10では、バイブロボックス42と連結部44とが積層ゴム62により縁切りされており、バイブロボックス42から連結部44へ伝わる振動エネルギが減衰される。これにより、バイブロハンマ50で起きた振動が、連結部44やリーダ18やワイヤ28を介して杭打機10全体に広がることを抑制でき、掘削装置30やワイヤ26、28、29等が振動することを抑制できる。
【0034】
従って、スパイラルオーガ32が鋼管杭1内で振動することを抑制できることにより、スパイラル羽根32Bと鋼管杭1とのクリアランスを確保するためのスパイラル羽根32Bの径の制約が小さくなり、スパイラル羽根32Bを大径化して鋼管杭1との隙間を狭くすることが可能となる。これにより、スパイラルオーガ32の掘削能力を向上させることや、後述するように鋼管杭1の先端に負圧を発生させて鋼管杭1を押込む施工等が可能となるため、急速施工を実現できる。
【0035】
また、ワイヤ26、28、29が振動で揺れてリーダ18に当たる等して音が出たり、杭打機10の各部が振動で異音を発生したりすることを抑制できるため、騒音の低減に寄与する。
【0036】
また、起振装置40では、偏心重錘の回転子52の回転により振動を起す振り子型のバイブロハンマ50を、起振装置として用いているが、この振り子型のバイブロハンマ50は、ピストン型のバイブロハンマと比して、小振幅、高周波の振動を起すことができる。ここで、小振幅、高周波の振動は、高起振力を発生する一方、伝播振動の距離減衰が大きいことから、高能率、且つ振動・騒音対策に優れた施工が可能になる。
【0037】
図9(A)、(B)は、杭打機10で鋼管杭1を地盤に圧入する手順を示す立面断面図である。図9(A)に示すように、スパイラルオーガ32を回転させると共に下降させることにより、先端カッタ32Aで鋼管杭1の下側の土砂を掘削し、スパイラル羽根32Bで土砂を地上まで掻き揚げる。また、起振装置40を作動させて鋼管杭1に上下方向の振動を与える。これにより、鋼管杭1の周面と地盤との摩擦力が低下され、鋼管杭1が自身の重力とワイヤ29から加えられる圧入力との合力Pにより地盤に圧入されていく。
【0038】
そして、スパイラルオーガ32の回転及び下降を所定時間継続させた後、図9(B)に示すように、スパイラルオーガ32を引き上げる。ここで、鋼管杭1の先端はその下の土砂で封されており、また、鋼管杭1内には土砂が詰まっている。このため、スパイラルオーガ32を引き上げて鋼管杭1内の土砂を持ち上げると、鋼管杭1の先端に負圧の空間Vが形成され、この負圧により鋼管杭1に下向きの押込み力Qが作用する。これにより、鋼管杭1は、自身の重力とワイヤ29から加えられる圧入力Pと押込み力Qとの合力P+Qにより地盤に圧入されていく。
【0039】
ここで、本実施形態に係る杭打機10では、上述したように、スパイラルオーガ32の振動を抑えたことにより、従来と比して、スパイラル羽根32Bの径と鋼管杭1の内径との差を縮小させて、スパイラル羽根32Bと鋼管杭1との隙間をより狭くすることが可能となっている。これによって、スパイラルオーガ32を引き上げる際に鋼管杭1の先端に負圧を発生させることが可能になり、この負圧により鋼管杭1を地盤に圧入することが可能になっている。
【0040】
なお、上述の実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明はその趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に本発明にはその等価物が含まれることは勿論である。例えば、上述の実施形態では、鋼管杭1を打設する杭打機10を例に挙げて本発明を説明したが、既製の中空のコンクリート杭や鋼管矢板を打設する打設機にも本発明を適用できる。また、中堀り工法とバイブロハンマ工法とを併用した工法により鋼管杭1を打設する杭打機10に限らず、バイブロハンマ工法を単独で用いて杭や矢板等を打設する打設機にも本発明を適用できる。
【符号の説明】
【0041】
1 鋼管杭(杭)、10 杭打機(打設機)、12 ベースマシーン、14 下部走行体、14A クローラ、16 上部旋回体、16A 運転室、16B 受電設備、18 リーダ、18A ガイドレール、20 ステー、22 油圧ユニット、24 トップシーブ、26、28、29 ワイヤ、30 掘削装置、31 スライド金具、32 スパイラルオーガ(オーガ)、32A 先端カッタ、32B スパイラル羽根、34 油圧モータ、34A 回転出力軸、40 起振装置、41 スライド金具、42 バイブロボックス、42A 垂直壁、42B 柱部、42C 垂直壁、42H 孔、44 連結部、44A 垂直壁、44B 柱部、44C 垂直壁、44H 孔、45 シーブ、46 土砂排出部、46A 排出口、48 チャック機構(把持部)、48A ボックス、48B チャック爪、49 シーブ、50 バイブロハンマ(起振部)、52 回転子、54 油圧モータ、60 免震装置、62 積層ゴム、64 フランジ

【特許請求の範囲】
【請求項1】
圧入対象物を地盤に圧入する打設機が有するリーダに昇降可能に連結され、前記圧入対象物を把持して振動を起す起振装置であって、
前記圧入対象物を把持する把持部と、
前記把持部と結合され、振動を起す起振部と、
前記リーダに昇降可能に連結される連結部と、
前記起振部と前記連結部とを結合する複数の弾性体と、
を備える起振装置。
【請求項2】
前記起振部は、偏心重錘である回転子を回転させることにより振動を起すバイブロハンマである請求項1に記載の起振装置。
【請求項3】
前記複数の弾性体は、前記起振部の重心に対して対称に配されている請求項1又は請求項2に記載の起振装置。
【請求項4】
請求項1から請求項3までの何れか1項に記載の起振装置と、
前記起振装置が昇降可能に連結されたリーダと、
前記起振装置を前記リーダに沿って昇降させる昇降機構と、
を備える打設機。
【請求項5】
前記リーダに昇降可能に連結され、管状の前記圧入対象物に挿通されるオーガで前記圧入対象物の内側を掘削する掘削装置と、
前記掘削装置を前記リーダに沿って昇降させる昇降機構と、
を備える請求項4に記載の打設機。
【請求項6】
請求項5に記載の打設機を使用して管状の前記圧入対象物を地盤に圧入する打設方法であって、
前記オーガを引き上げながら前記圧入対象物を地盤に圧入する工程を備える打設方法。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【図8】
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【図9】
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