JP2007009657A - 砂杭造成工法および砂杭造成機 - Google Patents

Abstract

【課題】掘削時における中空管の貫入効率を高め、パイル材の締め固めを効果的に行い、任意の縦断面形状を有する連続砂杭を造成することができる低振動、低騒音型の砂杭造成工法および砂杭造成機を提供する。
【解決手段】砂杭造成用中空管１の下部に中空の掘削ヘッド２を一体回転可能に取り付け、掘削ヘッド２は、ヘッド本体６の下端に突設された掘削ビット３と、ヘッド本体６の周面より外側へほぼ直角に突出し、回転しながら掘削土を側方へ移動させて掘削孔４の孔壁を締め固めする締め固め部材５と、締め固め部材５を進退動作させる油圧シリンダ９とを備える。締め固め再貫入時には、ヘッド本体６の周面より締め固め部材５を突出させて、パイル材を掘削孔４の壁側に押し付けながら強固に締め固める。
【選択図】図４

Description

本発明は、軟弱地盤に砂杭造成する砂杭造成工法および砂杭造成機に関するものであり、特に、バイブローハンマー(起振機)を使用しないで砂杭を造成できる低振動、低騒音型の砂杭造成工法および砂杭造成機に関するものである。

陸地の軟弱地盤に砂杭を造成する場合、特に、近くに人家や病院、学校等があるときには、砂杭造成時に発生する振動や騒音に極力注意する必要がある。

しかしながら、従来の砂杭造成法の多くは、砂杭造成用中空管の貫入及び引抜き時並びに砂杭拡径と締固めのための再貫入時に、バイブロハンマーを使用していた。この場合、発生する振動や騒音が基準値を越えないように注意しながら施工せざるを得なかったので、高品質の締固め砂杭を得ることが難しく、工期も長くなって工事費も高くなる。

そこで、中空管の軟弱地盤への貫入方法として、バイブロハンマーを使用せず、油圧ロータリードライブにより中空管をその円周方向に回転させることによって、低振動・低騒音で砂杭を造成する工法も、既に提案されている(例えば、特許文献１参照)。

前記工法は、中空管の下端に掘削ビットを取り付け、中空管と共に掘削ビットを正逆両方向に回転をさせて砂杭を造成するものである。この造成の打設サイクルでは、一般に、回転駆動する中空管を地中に貫入しながら所定の深度まで掘削を行う工程と、中空管からパイル材を排出しつつ中空管を引き抜く工程と、中空管の再貫入によりパイル材を締め固める工程とを有し、前記中空管の引き抜き及び再貫入を適宜繰り返しながら、所定径の砂杭を連続造成して軟弱地盤の改良を行うようにしている。
特開平８−２８４１４６号公報。

しかしながら、特許文献１記載の発明は、中空管の径サイズが一定であるので、例えば、径サイズの大きい砂杭を造成する際は、それに応じて径サイズの大きい中空管を使用する必要がある。しかし、この場合は中空管の径が大きくなるに伴い、掘削時における中空管の貫入において、土中から大きな抵抗を受けて、中空管の貫入効率が低下する。

中空管の貫入効率を高めるには、径サイズの小さい中空管を使用すればよいが、この場合は、径サイズの大きい所要の砂杭を効率良く造成することができなくなる。また、中空管の再貫入時に、中空管の径サイズが小さくなるに伴い、中空管の下端部分（絞め固め部分）の横断面積及び体積が小さくなって、パイル材の締め固めを効果的に行うことが困難になる。

更に、中空管の径サイズが一定であるので、造成される砂杭径は、地中の深度方向（上下高さ方向）において常に一定の大きさになる。従って、地中の深度方向における任意箇所において、径の異なる砂杭径、換言すれば、砂杭の縦断面形状の異なるものを造成することができないという問題があった。

そこで、掘削時における中空管の貫入効率を高め、パイル材の締め固めを効果的に行い、任意の縦断面形状を有する砂杭を造成することができる低振動、低騒音型の砂杭造成工法および砂杭造成機を提供するために解決すべき技術的課題が生じてくるのであり、本発
明はこの課題を解決することを目的とする。

本発明は上記目的を達成するために提案されたものであり、請求項１記載の発明は、掘削ビットを下側に突出させて成る掘削ヘッドを砂杭造成用中空管の下端に一体回転可能に取り付けて砂杭を造成する工法であって、前記中空管を回転力・押し込み力をもって地中に貫入しながら所定の深度まで掘削孔を掘削する工程と、該中空管からパイル材を前記掘削孔に排出しつつ該中空管を引き抜く工程と、該中空管の再貫入により前記パイル材を締め固める工程とを有し、前記掘削孔の掘削後に、前記掘削ヘッドの周面から締め固め部材を外側に向かってほぼ直角に突出させ、前記中空管の再貫入時に、前記締め固め部材により前記パイル材を周囲に押し付けて締め固めるようにした砂杭造成工法を提供する。

この工法によれば、前記中空管を、回転力・押し込み力をもって、地中に貫入しながら所定の深度まで掘削孔を掘削する。この後、中空管からパイル材を掘削孔に排出し、又、掘削ヘッドの周面から締め固め部材を外側に向かってほぼ直角に突出させる。締め固め部材を突出させた状態で、中空管の引き抜きと再貫入を繰り返し行う。つまり、締め固め部材は、所定深度までの掘削工程では退避状態であるが、パイル材の絞め固め工程では突出状態にセットされる。

請求項２記載の発明は、ヘッド本体と、該ヘッド本体の下端部に下側に突出して設けられた掘削ビットと、掘削中に前記ヘッド本体の周面から外側に向かってほぼ直角に突出され、パイル材を側方へ押圧移動させて掘削孔の孔面を締め固めする進退出可能な締め固め部材と、該締め固め部材の進退出駆動を行わせる駆動手段とを備える中空の掘削ヘッドを、回転自在な砂杭造成用中空管の下部に一体回転可能に取り付けたことを特徴とする砂杭造成機を提供する。

この構成によれば、掘削が開始された貫入時においては、締め固め部材を掘削ヘッドの周面から内側に退避させた状態で掘削を開始する。また、貫入後の締め固め時には、締め固め部材を突出移動させた状態でパイル材を締め固める。この場合、孔壁が崩れることもなく、中空管の貫入、引き抜きが簡単に行える。

請求項３記載の発明は、上記締め固め部材を円周方向に等間隔ずつずらせて複数個設けた砂杭造成機を提供する。

この構成によれば、パイル材の締め固めは、円周方向に等間隔ずつずらせて設けられた複数個の締め固め部材を、砂杭造成用中空管と共に回転させて行うので、締め固め力が平均に分散されて、掘削ヘッドや砂杭造成用中空管の軸芯がずれたり、傾いたりすることなく円滑に回転駆動される。

請求項４記載の発明は、上記締め固め部材の外側先端形状を半球状の曲面で形成した砂杭造成機を提供する。

この構成によれば、締め固め部材の外側先端形状が半球状の曲面で形成されているので、締め固め部材を周面から外側に突出させた状態で、砂杭造成用中空管と共に回転する掘削ヘッドの回転抵抗が小さくなり、小さな回転手段により砂杭造成用中空管と掘削ヘッドを回転させることができる。

請求項５記載の発明は、上記掘削ヘッドを、上記中空管に対して着脱可能に取り付けた砂杭造成機を提供する。

この構成によれば、掘削ヘッドを、土質等、掘削環境に応じたものと簡単に交換して使用することができる。

請求項６記載の発明は、上記駆動手段を油圧力で駆動するようにした砂杭造成機を提供する。

この構成によれば、掘削ヘッドにおける締め固め部材の進退出を、油圧力を用いて、静かに、また大きな力で動作させることができる。

請求項１記載の発明は、締め固め部材は、所定深度までの掘削工程では退避位置に収納されているので、土中から受ける中空管の貫入抵抗が従来に比べ小さくなり、中空管の掘削、貫入作業を高効率に行うことができる。又、パイル材の締め固め工程では、締め固め部材は掘削ヘッドから突出するので、掘削ヘッドの絞め固め部分の横断面積及び体積が増大して、径サイズの大きい砂杭の造成であっても、パイル材の締め固めを効果的に行うことができる。この場合、中空管の引き抜きが容易であり、強固で高品質の締め固め砂杭を円滑かつ迅速に施工することができる。

更に、締め固め部材は、地中の深度方向における任意箇所において、掘削ヘッドからの突出量（退避状態である突出量０を含む）に適宜設定変更して、径寸法の異なる砂杭を連続造成できるので、地盤状況や設計条件等に応じて、所望の縦断面形状を有する砂杭を容易迅速に造成施工できるという優れた効果がある。

請求項２記載の発明の砂杭造成機を使用して掘削した場合は、砂杭造成用中空管と一体に掘削ヘッドが回転し、その位置で掘削ビットが土砂の掘削を開始するので、締め固め部材を掘削ヘッドの周面から内側に退避させた状態で掘削を開始する。又、砂材の絞め固め工程時には、締め固め部材を突出状態にセットすることにより、掘削孔に排出されたパイル材が周辺領域に向けて押し付けられ強固に締め固められる。

請求項３記載の発明は、締め固めを行うときに締め固め力が平均に分散されて、掘削ヘッドや砂杭造成用中空管の軸芯がずれたりすることがないので、請求項２の発明の効果に加えて、さらに高品質の締め固め砂杭を得ることができる。

請求項４記載の発明は、砂杭造成用中空管と共に回転する掘削ヘッドの回転抵抗が小さくなるので、請求項２または３記載の発明の効果に加えて、回転手段の小形化小形化とコストの低減を図ることができる。

請求項５記載の発明は、掘削ヘッドを、土質等、掘削環境に応じたものと簡単に交換して使用することができるので、請求項２，３または４記載の発明の効果に加えて、さらに高品質、かつ強固な締め固め砂杭をスムーズに施工することができる。

請求項６記載の発明は、掘削ヘッドにおける締め固め部材の突出退避動作を、油圧の力を用いて、静かに、また大きな力で動作させることができるので、請求項２，３，４または５記載の発明の効果に加えて、低振動・低騒音で、かつ、締め固め力の大きい砂杭造成機を容易に得ることができる。

以下、本発明について、好適な実施例をあげて説明する。本発明の最良形態は、掘削時における中空管の貫入効率を高め、パイル材の締め固めを効果的に行い、任意の縦断面形状を有する砂杭を造成できる低振動、低騒音型の砂杭造成工法および砂杭造成機を得ると
いう目的を達成するために、掘削ビットを下側に突出させて成る掘削ヘッドを砂杭造成用中空管の下端に一体回転可能に取り付けて砂杭を造成する工法であって、前記中空管を回転力・押し込み力をもって地中に貫入しながら所定の深度まで掘削孔を掘削する工程と、該中空管からパイル材を前記掘削孔に排出しつつ該中空管を引き抜く工程と、該中空管の再貫入により前記パイル材を締め固める工程とを有し、前記掘削孔の掘削後に、前記掘削ヘッドの周面から締め固め部材を外側に向かってほぼ直角に突出させ、前記中空管の再貫入時に、前記締め固め部材により前記パイル材を周囲に押し付けて締め固めるようにしたものである。

本発明の砂杭造成機は、中空管の下端より下側に突出して設けられた掘削ビットと、周面より外側に向かってほぼ直角に突出し、回転しながら掘削土を側方へ移動させて締め固めする進退出可能な締め固め部材と、該締め固め部材の進退出駆動を行わせるための駆動手段とを有する中空の掘削ヘッドを有し、該掘削ヘッドを円周方向に回転自在な砂杭造成用中空管の下部に一体回転可能に取り付けたことを特徴とする。

図１は、本発明を適用した砂杭造成機の実施例を示す。図１において、この砂杭造成工法の概略を説明すると、砂杭造成用中空管１(以下、単に「中空管１」という)の下端部には掘削ヘッド２を一体回転可能に取り付け、上方には駆動モータ（図示せず）を設置している。中空管１は、駆動モータの駆動で、掘削ヘッド２と共にその円周方向に回転され、この回転により、掘削ヘッド２の下端に設けている掘削ビット３が孔４（以下、「掘削孔４」という）を掘削する。

図２〜図４に示すように、掘削ヘッド２は、ヘッド本体６と掘削ビット３および締め固め部材５，５等で構成されている。ヘッド本体６の中央には、砂排出管７を設けている。そして、ヘッド本体６は、該砂排出管７が、中空管１の中心に有している砂排出路(図示せず)に連通するようにして、全体を下方に向けて、上端部が中空管１の上端に取り外し可能に取着して設けられる。

締め固め部材５，５は、ヘッド本体６の周面で、かつ、円周方向に１８０度離れた位置に各々形成されている１対の設置孔８，８内にそれぞれ設けられている。したがって、本例では、締め固め部材５，５は掘削ヘッド２の周面に、円周方向に１８０度離れて１対設けられている。各設置孔８，８および各締め固め部材５，５は、図１および図２に示すように、正面視ほぼ真円の形状に形成されている。

各締め固め部材５，５は、前面がヘッド本体６の周面に倣った曲率面を有し、円周方向に倣うように湾曲している。なお、締め固め部材５，５の形状は、これに限定されず、必要に応じて、角形などの任意な形状に形成することができる。各締め固め部材５，５は、図示せぬ油圧駆動装置に連結している油圧シリンダ９の駆動制御により、ヘッド本体６の高さ方向に対してほぼ直角に移動できる。また、締め固め部材５，５は、ヘッド本体６の周面とほぼ同じ面になる退避位置と、ヘッド本体６の周面から大きく突出された張り出し位置との間を往復移動できるように構成されている。各油圧シリンダ９の出力部は、設置孔８，８内で、各締め固め部材５，５の基端部に連結されている。

なお、図３および図４において、中心線の右半分は締め固め部材５，５が退避位置に配置された状態を示し、左半分は締め固め部材５，５が張り出し位置に配置された状態を示す。また、図４に点線で示す円１０は、締め固め部材５，５が張り出し位置に配置された状態で、掘削ヘッド２が回転されたときに、締め固め部材５，５が描く軌跡である。又、１１は、締め固め部材５，５の張り出し動作及び退避動作を案内するためのロッドガイドピンである。

なお、締め固め部材５，５は、円周方向に１８０度ずれた位置に１対設けられているので、各締め固め部材５，５にかかる負荷を少なくすることができ、また１個だけ設けたものに比べ、パイル材に対する締め付けの効率が向上する。この締め固め部材５，５は、１対だけでなく、円周方向にほぼ等間隔ずつずらせて、３個以上設けてもよいものである。

本実施例によれば、中空管１は、これを回転力・押し込み力によって地中に貫入しながら所定の深度まで掘削孔４を掘削する。この後、中空管１下端からパイル材を掘削孔４に排出する。又、掘削ヘッド２の周面から締め固め部材５，５を外側に向かってほぼ直角に突出させる。締め固め部材５，５を突出させた状態で、中空管１の引き抜きと再貫入を繰り返し行う。このように、締め固め部材５，５は、所定深度までの掘削・貫入工程においては、退避位置にセットされているが、この後、パイル材の絞め固め工程では突出状態にセットされる。

従って、中空管１の貫入時において、締め固め部材５，５は掘削ヘッド２の内側に収納され、掘削ヘッド２の外側に突出していないので、土中から受ける貫入抵抗が小さくなり、中空管１の貫入効率が向上する。

又、中空管１の引き抜き工程及び再貫入工程では、締め固め部材５，５は掘削ヘッド２から突出する状態にセットされる。このため、掘削ヘッド２の絞め固め部分の横断面積及び体積が従来に比べ増大し、パイル材の締め固めを効果的に行うことができ、強固で高品質の締め固め砂杭を効率良く連続的に造成施工できる。

尚、上記所定深度までの掘削が完了した後、掘削ヘッド２の下側より供給されるパイル材は掘削孔４内に排出して、中空管１を掘削ヘッド２と共に引き抜くが、この引き抜きでは、締め固め部材５，５を突出した状態で掘削ヘッド２と一体回転させることにより、掘削孔４の孔壁４ａは強固に締め固められる。従って、掘削孔４の孔壁４ａが崩れて狭窄状態になることもなく、砂杭を施工しながら容易に引き抜くことができる。

このようにして、砂造成用中空管１の引き抜きと打ち戻し(再貫入)を繰り返して、中空管１を段階的に引き上げながら造成していくことによって、所定の径サイズに拡径された締め固め砂杭を効率良く連続造成することができる。

更に、締め固め部材５，５の掘削ヘッド２からの突出量は自由に設定変更できる。従って、地中の深度方向に沿った任意箇所において、締め固め部材５，５の突出量を設定変更することによって、径寸法の異なる砂杭を連続造成できる。斯くして、地盤状況や設計条件等に応じて、所望の縦断面形状を有する砂杭を容易迅速に造成施工できる。

上記実施例では、締め固め部材５，５は、前面がヘッド本体６の周面に倣った曲率で、円周方向に湾曲している形状で形成したものを示したが、例えば図５に示すように、外側先端形状を半球状の曲面で形成してもよい。この場合では、掘削開始後、半球状の曲面になっているので、上下方向に移動するときの抵抗が少なくなる。したがって、掘削時に締め固め部材５，５の張り出し位置に移動させた状態で、所望の掘削を連続して行うことが可能になる。

なお、本発明は、本発明の精神を逸脱しない限り種々の改変を為すことができ、そして、本発明が該改変されたものに及ぶことは当然である。

本発明の砂杭造成工法の一例を示す概念図。 本発明の砂杭造成工法に使用する砂杭造成における掘削ヘッドの側面図。 図２のＡ−Ａ線概略断面図。 図２のＢ−Ｂ線概略断面図。 掘削ヘッドの一変形例を示す概略断面図。

符号の説明

１ 砂杭造成用中空管
２ 掘削ヘッド
３ 掘削ビット
４ 掘削孔
４ａ 孔壁
５ 締め固め部材
６ ヘッド本体
７ 砂排出管
８ 設置孔
９ 油圧シリンダ
１０ 締め固め部材
１１ ロッドガイドピン

Claims (6)

1. 掘削ビットを下側に突出させて成る掘削ヘッドを砂杭造成用中空管の下端に一体回転可能に取り付けて砂杭を造成する工法であって、前記中空管を回転力・押し込み力をもって地中に貫入しながら所定の深度まで掘削孔を掘削する工程と、該中空管からパイル材を前記掘削孔に排出しつつ該中空管を引き抜く工程と、該中空管の再貫入により前記パイル材を締め固める工程とを有し、前記掘削孔の掘削後に、前記掘削ヘッドの周面から締め固め部材を外側に向かってほぼ直角に突出させ、前記中空管の再貫入時に、前記締め固め部材により前記パイル材を周囲に押し付けて締め固めるようにしたことを特徴とする砂杭造成工法。
2. ヘッド本体と、該ヘッド本体の下端部に下側に突出して設けられた掘削ビットと、掘削中に前記ヘッド本体の周面から外側に向かってほぼ直角に突出され、パイル材を側方へ押圧移動させて掘削孔の孔面を締め固めする進退出可能な締め固め部材と、該締め固め部材の進退出駆動を行わせる駆動手段とを備える中空の掘削ヘッドを、回転自在な砂杭造成用中空管の下部に一体回転可能に取り付けたことを特徴とする砂杭造成機。
3. 上記締め固め部材を円周方向に等間隔ずつずらせて複数個設けた請求項２記載の砂杭造成機。
4. 上記締め固め部材の外側先端形状を半球状の曲面で形成した請求項２または３記載の砂杭造成機。
5. 上記掘削ヘッドを、上記中空管に対して着脱可能に取り付けた請求項２，３または４記載の砂杭造成機。
6. 上記駆動手段を油圧力で駆動するようにした請求項２，３，４または５記載の砂杭造成機。
   
   
   
   
   
   

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