JP3744031B2

JP3744031B2 - Drilling tools and methods

Info

Publication number: JP3744031B2
Application number: JP22867095A
Authority: JP
Inventors: マルコペデレリ
Original assignee: Soilmec SpA
Current assignee: Soilmec SpA
Priority date: 1995-07-20
Filing date: 1995-07-20
Publication date: 2006-02-08
Anticipated expiration: 2015-07-20
Also published as: JPH0932447A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、地面の掘削工事、とくに、基礎杭を打立てるための掘削工事の分野に属する。さらに詳細には、本発明は、地面を掘削し、ついで、土砂を取り除くことを要せずに、掘削した穴の中にコンクリートを充填できる工具及びその方法の分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】
今日、建築現場において、地中に基礎杭を打ち立てる工事は、おもにつぎの３つの工法によって行われている。
（ａ）鋼管打込掘削法
（ｂ）大形ドリル掘削法
（ｃ）オーガ掘削法
【０００３】
（ａ）の鋼管打込掘削法は、鋼管を地中に打込むことによって掘削をおこなう方法である。すなわち鋼管の底部を一時的に塞いでおき、これに打撃や振動を与えて地中に打込んでゆく。管を打込む操作によって、周囲の土は緊密な状態になるので、土の力学的特性、とりわけ保持強度が改善されることになる。つぎに管内に補強材を挿入し、さらにコンクリートを注入する。このあと、コンクリートと土が十分に密着するよう引き続き打撃や振動で揺すりながら、管を土中から引き抜く。
【０００４】
（ｂ）の大形ドリル掘削法は、回転する大形の掘削刃をつかい、土を部分的に掬い取る方式である。工事中、掘削刃は、穴から引き抜いては地表で土を捨て、また穴へ戻すという操作を、何べんも繰り返す。穴の周囲の土は緩んで崩れやすくなるので、掘った個所を一時的に枠で囲ったり、あるいは、水や、特殊な不浸透スラリーを入れて、その浮力を利用して掘った個所を支えるなどの手段を取らなければならない。しかし、スラリーを用いる方法にくらべて簡単であるという理由から、それが可能でさえあれば、乾式の手段が通常は採用される。このあと補強材を管内に挿入し、さらにホースを使って、コンクリートを、スラリーとの混入を避けるため穴の最下部から注入する。
【０００５】
最後に（ｃ）のオーガ掘削法は、掘削しようとする穴と同じ程度の長さの螺旋状の掘削刃（オーガ）を地中にねじ込んで、土を堀り進みながら、掘った土の一部を地上に掻き出す方法である。この手法では、土が緊密になる場合もあるし、緩む場合もあり、一概に言えない。しかし、刃の周囲の土の崩れは、刃の内側に入り込む土によって概ね支えられる。一方、コンクリートは、この掘削刃の軸部をくり抜いて設けられる通路を経由して供給されるのが普通であり、刃を穴から抜き出すときに、同時に穴内へ送り込まれる。さらに補強材も、同様にして逐次送り込まれる。
【０００６】
しかし、以上の３つの方法には、それぞれ欠点がある。すなわち、
まず（ａ）の方法は、非常に大きな騒音と振動を発生させるので、市街地での使用に適さない。また経済的な理由から、くいの直径は１メートル以内、長さは２５メートル以内に限定される。しかしこの方法は、作業が非常に短時間ですむ上、機械装置もそれほど複雑でないため、工事費がわりあい安い。
【０００７】
つぎに（ｃ）の方法は、性能的には（ａ）の方法と類似であるが、騒音がかなり小さく、振動もない。しかし補強材の長さは、コンクリート内にこれを深く沈め挿入することが難しいため、１６〜１８メートルが限度とされる。
【０００８】
また（ｂ）の方法は、（ａ）や（ｃ）の方法では不可能な、テレスコープ方式の掘削ロッドを用いることにより、太さが２メートル以上、長さが８０メートルに及ぶ杭を打ち立てることができる。しかし反面、特別な機械装置と専門のオペレーターが必要である上、最後にベントナイト・スラリーを使用しなければならない不便さがある。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、従来技術における上記欠点の多くを解消し、確実、簡便、かつ低コストの掘削工具とその方法を提供することが課題とされる。
【００１０】
【問題を解決するための手段】
本発明の一つの目的は、垂直あるいは傾斜した穴を掘削すると同時に、周囲の土を押し固め、かつ土壁とコンクリート等注入材とを良好に密着させ、しかも上記の既存の方法（ａ）や（ｃ）の欠点とされる、掘削穴の径や深さに限界が付される問題を解消することにある。
本発明の別の一つの目的は、環境への騒音と振動を防止することにある。
本発明の更に別の一つの目的は、少ない作業員と簡素な機械装置類の使用を可能とすることにより、基礎杭打工事の費用と時間を削減することにある。
本発明の別の一つの目的は、効率を高めた装置類を使用することにより、動力消費量を削減することにある。
【００１１】
請求の範囲にかかげた本発明の一つの形態に従えば、以上の諸目的は、自身の縦軸を中心に回転し且つ該縦軸に沿って前進することが可能なロッドストリングの下端に取付けられるように作られた、とくにコンクリートの基礎杭打工事に使用するための掘削工具であって、該ロッドストリングに回転自由に取付けられ上記縦軸に対してある角度をもって傾斜している軸を中心に回転可能でありしかも該ローラーの２つの端が互いに前記縦軸の両側に分かれて位置している少なくとも１個のローラーを有する掘削工具、を提供することにより達成される。
【００１２】
本発明の別の一つの形態においては、前記の掘削工具を用いておこなう、コンクリートの基礎杭を打立てる工事方法が提供される。この工事方法は、穴の底部の土をカッティング手段により切り崩し、ほぼ円筒状に掘削穴を形成してゆくものであり、これに更につぎの２つの工程が含まれることを特徴とする。
i）掘削穴の土壁に掘削工具の側面を押し当ててローリングすることにより、掘削穴の側壁を拡大する
ii）掘削した穴の、掘削工具より上方の部分に、少量の結合剤（バインダー）を継続的に注入しながら、穴の側壁を掘削工具の腹で圧迫し、穴の壁に固い被膜を築く
【００１３】
本発明の更に別の形態においては、穴を掘り進むあいだ、コンクリートを連続して穴内に投入し、穴がつねにコンクリートで満たされている状態をつくり、これにより工事中の穴の側壁の崩れを防ぐ。
【００１４】
【発明の実施の形態】
つぎに本発明の実施の形態を、添付の図面により詳しく説明する。
図１において、符号１０は、本発明による掘削工具を全体的に示す。掘削工具１０は、軸がほぼ垂直方向に向いている掘削用ロッド１１の下端にしっかりと固定される。地上には、掘削工具１０の回転／前進の動きに合わせてロッドストリング（図示せず）を駆動するための、駆動装置が設置されている。ロッド１１は、この駆動装置に結合されたロッドストリングのいちばん下の部分にあたる。これらの駆動用機器やロッドストリングなどは、従来技術として公知のものであるから、ここでは詳細な説明を省く。
【００１５】
掘削工具１０は、中央の円筒状の軸１３に回転自在に取付けられたスピンドル形のローラー１２を有し、このローラーの幾何学軸ｙは、ロッド１１の長手方向の軸ｘに対し適切な角度で傾斜している。軸１３の、軸ｘに対する傾斜は、ロッド１１の下端を軸１３に結合しているクランク部材１４によって得られている。ローラー１２は樽形をしていて、中央１２ｃの部分が太く、上部１２ａと下部１２ｂで細くすぼんでいる。ローラー１２の最下部は、円錐形の先端部１５をなしている。
【００１６】
すでに述べたように、ローラー１２は軸ｘと斜めに交差している。したがって、ロッド１１が回るとローラー１２は自身の軸ｙを軸にして回転し、掘削穴の側壁に接触しながら転がる。そしてこのときローラーの軸ｙは、いわゆる「章動」と呼ばれる運動が起きることにより、頂点を互いに突合わせた２つの円錐の表面をなぞるように動くことになる。
【００１７】
ローラー１２の回転にともない先端部１５が土を掻き崩してゆき、その間、ローラーの樽形の表面が穴の壁１７に接触しながら転がる。したがって、掘削穴はローラー１２の腹によって進行的に広げられる。すなわち、掘削ローラー１２が下降するとき、まずその下部１２ｂの描く円によって掘削穴が広げられ、ついでより太い中央部１２ｃが土壁に当たることにより穴が更に広げられる。そして、これらの結果として、穴の周囲の土が固められてゆく。
【００１８】
クランク部材１４は、その端部１４ａ，１４ｂがそれぞれ軸ｘと軸ｙの方向を向いている特殊形状を有するが、これはつぎの２つのことを実現するためである。
− ローラー１２の回転軸ｙを所望の角度だけ傾斜させる
− 軸１３とローラー１２のそれぞれの上部を軸ｘから離し、ローラー１２の両端部を互いに軸ｘの反対側に位置させる
上記のように、ローラー１２の両端部を互いに軸ｘの反対側に位置させるのは、ローラーがたとえ１個であっても、回転するローラーの動きとそれに対する土の反作用が、それぞれ理想のバランスを獲得するからである。
以上で明らかなとおり、この掘削工具１０はきわめて簡素な構造である。
【００１９】
つぎに、別の実施形態である図２について説明する。この実施形態では、クランク部材１４’から離隔して、ほぼ円筒形の第２のローラー１６が、該クランク部材に回転自在に取り付けられている。図に示されているように、この離隔した第２ローラー１６の軸ｚは、掘削軸ｘにほぼ平行である。第２ローラー１６の目的は、掘削穴の壁１７を更に押し固めて、穴の自己保持力を一層高めることにある。図２により、この掘削工具の、土に対する作用効果が理解されるであろう。すなわち、ローラー１２が回転し下降すると、先端部１５が掘削穴の底に円形溝１８を穿ち、ついでこの円形溝１８がローラー１２の中央部と上部によって広げられ、そのあと第２ローラー１６が作用して、掘削穴の径が最終的に定まる。
【００２０】
図示されていないが、本発明のもう一つの実施形態では、掘削ローラーの上部に第２ローラーを複数個設置する。これらのローラーは、バランスを取るために、掘削軸のまわりに互いに角度をずらして取付けるのが好ましい。
【００２１】
つぎに図３は、ローラーに更に、掘削フィン１９、突起２０など各種の附属手段を備え付けたものを示す。これらの装備は、穴の側壁へのコンクリートの付着性を改善するとともに、穴底の土の掘削を能率的にするためのものである。
【００２２】
図４および図５に示すのは、本発明の第４の実施形態である。この実施形態では、円錐形の先端部１５が軸１３と一体になっていて、ローラー１２がこの軸１３を軸にして自由に回転する。ローラー１２は、円筒軸１３に沿って、長さ方向にスライドできる構造になっている。ローラー１２は中空のシェルであって、このシェルの上部と下部にそれぞれ開口２８と２９があり、両者はシェルの内腔を経由して互いに通じている。シェル２１は、中央のブッシング３１に、結合部材３０でしっかり固定されている。ブッシング３１は軸１３に回転自由に結合されており、そしてこの軸上の、上部停止機構３２と下部停止機構３３の間を、随意にスライドできる。下部停止機構３３は、円錐形の先端部１５の上面で与えられる。
【００２３】
シェル内には結合部材３０によって複数の通路が形成され、流動物は上部開口２８からシェルに入り、これら複数の通路をへてシェルを通過し、下部開口２９から外へ出る。結合部材３０の構造は、単に概念的に示したものである。結合部材３０の合計断面積が、シェル２１全体の断面積に占める割合は小さい。
【００２４】
シェル２１は軸ｘ上をスライドすることができるから、掘削のために工具を押し下げたときは、シェル２１は図４の状態となり、ローラーは上方停止機構３２に突当たるところまで持ち上げられ、そしてこの状態において、先端部１５の上面により下部開口２９が閉塞される。
【００２５】
一方、掘削工具を引抜くときは、図５に示すように先端部１５はシェル内へ後退し、下部開口２９が開き、その結果、コンクリートなどの物質が、工具より上の領域から工具より下の領域へと流動することができる。
【００２６】
図６および図７に示すのは、本発明の別の実施形態である。この実施形態では、先端部１５がローラー１２と一体に構成されていて、ローラー１２内に１本または複数本の通路２３が縦方向に穿たれている。各通路の下端は、開口２４によって外部に通じている。掘削中は、これらの開口２４は、先端部１５の外側を覆う円錐形キャップ２２により閉塞される。掘削工具を引抜くときは、図７に示すようにキャップ２２が穴底に取り残され、これによりコンクリートなどの流動物が通路２３を通って工具より上の領域から工具より下の領域へと流動する。
【００２７】
本発明のさらに別の実施形態を図８に示す。この実施形態においては、通路２３の下方の開口２４に、それぞれカバー２５が付いている。そしてカバー２５の上端は、ローラー１２の本体に蝶着されている。掘削時には、図８左半分の断面図のとおり、カバー２５が通路２３を閉塞する。掘削工具を引抜くときは、図８の右半分の図に示されているように、カバー２５が、その上端のヒンジ２７を軸に回動して開き、これにより材料が穴内へ流動することが可能となる。
【００２８】
図４〜８に示す実施形態においても、工具に通路が穿たれているために、掘削工具を穴から抜出す操作が容易であることは明白であろう。
【００２９】
以上において、本発明にもとづく掘削工具の概要を述べたが、これら工具はいくつかの望ましい方式で使用することが可能なので、以下、それら方式について二三の例を説明する。
【００３０】
まず第１の方式は「ドライ・ボーリング法」と呼ばれるものであり、工具１０は、回転しながら、土に対して直角に駆動される。工具は穴の底を穿つとともに、その周辺の土壁を転がり、そして工具が掘り進んだあとに、円筒状の穴が形成されてゆく。土は押固められて崩れにくくなるため、このドライ・ボーリング法は、多くの土質に対し、有効かつ低コストの手法であるとされている。この方法では、補強材を掘削穴に差込んで降ろしてゆくことが可能であり、またコンクリート打ちは、まえに（ｂ）大形ドリル掘削法の説明のところで述べたような仕方で実施することができる。
【００３１】
上記に代わる第２の方式として、「コーテッド・ボーリング法」と呼ばれるものがある。これは、少量の結合剤を継続的に投入してゆき、そしてローラーによってそれを土壁に次々と押圧し、固着させる方式である。穴の壁面には、したがって、コンクリートの被膜が張られることになる。この際コンクリートに凝固促進剤を混ぜたものを使用すれば、コンクリートを早急に固まらせることができ、ドライ・ボーリング法の実用性がそれによって更に拡大する。
【００３２】
つぎに第３の方式として、とくに不安定な土質に対して理想的とされる、「コンクリート・ボーリング法」がある。これは、掘削が進められる間、掘削穴にコンクリートを継続的に注入し、穴をつねにコンクリートで満たしておく方法である。コンクリートの液圧がかかるために、土壁の崩れが抑えられ、またその間に、ローリングによりコンクリートの一部は土壁と結合する。補強材は、（ｃ）オーガー掘削法の場合とおなじく、工具を引抜くときに穴内に差し込まれる。
【００３３】
従来から使用されている機械にくらべ、本発明によるローラー式の掘削工具は、つぎに述べる長所を有している。
イ）工具がスライドする方式のものに比較して、工具と土の間の摩擦がいちじるしく減少し、したがって動力消費量が削減され、効率が改善される
ロ）ローラーが転がる方式であるため、穴の側壁が削り落とされる度合いがすくない
ハ）工具と土の相互の接触面積が小さいため、土を押圧する単位面積あたりの力（圧力）が大きい
【００３４】
以上のことから、本発明の工具を使用する場合には土の力学的特性は改善され、ドリル方式の工具を使用するときのような、土質の軟化は生じない。前記（ａ）鋼管打込掘削法を使用するときと同様に、土質は緊密になる。しかも、鋼管打込掘削法では鋼管を打込むときの衝撃音が大きいが、本発明の工具を使用する場合には振動と騒音が大幅に低下する。
【００３５】
（ｂ）の大形ドリル掘削法にくらべると、本発明の方法は遊び時間（地上への引上げ、投棄、穴底への引降ろしに要する時間）を無くすることができるため、経済的に有利である。大形ドリル掘削法を使うことが可能な凝集性の土質の場合、上記の遊び時間は、作業時間全体の５０％をこえているのが現状である。
【００３６】
また副次的ではあるが、本発明の掘削工具を使った場合は、現場が泥で汚れるという問題がなく、清掃費用が削減される点も有利である。
【００３７】
つぎに（ａ）鋼管打込掘削法並びに（ｂ）オーガー掘削法との比較について言えば、この両方法とも掘削できる深さは通常２０〜３０メートルを限度とするが、本発明ではテレスコープ方式の掘削ロッドを使うため、もし土質がそれを許すならば、掘削深さを５０〜６０メートルにまで延ばすことが可能である。同サイズの機械をつかって螺旋状の掘削刃を地中にねじ込むオーガ掘削法にくらべて、本発明による方法は、３倍も深い穴を掘ることができる。摺動摩擦が大きく低減しているうえ、土を削り取る肝心部分に駆動動力が集中的に使われるため、与えるトルクが同じであっても、掘削できる穴の径ははるかに大きくなる。そのうえ、「ドライ・ボーリング法」が可能であることにより、補強材を入れる作業も容易である。
【００３８】
前記の「ドライ・ボーリング法」と「コーテッド・ボーリング法」を用いることにより、本発明にもとづく掘削工具のもつすべての利点が実現する。すなわち、テレスコープ式掘削ロッドの使用による掘削深度の増大、低摩擦による掘削径の拡大、さらに、掘削の高速化、掘削スラリーの不要化および付帯装置と作業員の削減によるコスト低減、などが達成される。
【００３９】
つぎに、「コンクリート・ボーリング法」を実施した場合には、更に以下の３つの有利性が得られる。
１）掘削穴の土崩れが生じない
２）ホースによる注入を行わないので、そのための機械装置や作業員を省くことができる
３）コンクリート注入を掘削と平行して行うため、注入時間をことさら必要としない
【００４０】
また、ローラー上部の１２ａの部分にテーパーが付いているので、掘削穴に結合剤を注入する作業や、工具を穴から引抜く作業が容易である。
【００４１】
最後に、本発明にもとづく掘削工具は、今日使用されている掘削用機械に、特別の変更を要せずに装着することができる。
【００４２】
【発明の効果】
本発明の掘削工具はローラー１２が掘削穴の表面を転がる方式であるため、従来のスライド方式と比較して、工具と土の間の摩擦がいちじるしく減少し、エネルギー効率が改善される。また同じ理由により、掘削穴の側壁が工具で削り落とされる度合いが少なく、むしろ土壁はローラーで押し固められ、緊密化し、土の力学的特性は改善される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にもとづく掘削工具の第１の実施形態の、一部を断面で示した側面図である。
【図２】本発明にもとづく掘削工具の第２の実施形態の、掘削時の状況を示す拡大側面図である。
【図３】本発明にもとづく第３の実施形態を示す側面図である。
【図４】本発明もとづく第４の実施形態の、通路が閉塞したときの状況を示す断面図である。
【図５】本発明にもとづく第４の実施形態の、通路が開放されたときの状況を示す断面図である。
【図６】本発明にもとづく第５の実施形態の、キャップが装着されたときの状況を示す断面図である。
【図７】本発明にもとづく第５の実施形態の、キャップが外されたときの状況を示す側面図である。
【図８】本発明もとづく第６の実施形態の、一部を断面図で示した側面図である。
【符号の説明】
１０掘削工具
１１ロッド
１２ローラー
１３軸
１４クランク部材
１５先端部
１６第２ローラー
１７掘削穴の壁
１９掘削フィン
２１シェル
２２キャップ
２３通路
２４開口
２５カバー（閉塞時）
２６カバー（開放時）
２７ヒンジ
２８上部開口
２９下部開口
３０結合部材
３１ブッシング
３２上部停止機構
３３下部停止機構[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention belongs to the field of excavation work for the ground, in particular excavation work for setting up foundation piles. More particularly, the present invention is in the field of tools and methods that can fill the excavated hole with concrete without having to excavate the ground and then remove the earth and sand.
[0002]
[Prior art]
Today, the construction of building foundation piles in the ground at construction sites is carried out mainly by the following three methods.
(A) Steel pipe driving drilling method (b) Large drilling method (c) Auger drilling method
The steel pipe driving excavation method (a) is a method of performing excavation by driving a steel pipe into the ground. In other words, the bottom of the steel pipe is temporarily closed, and then it is struck and vibrated and driven into the ground. The operation of driving the tube brings the surrounding soil into a tight state, thus improving the mechanical properties of the soil, especially the holding strength. Next, a reinforcing material is inserted into the pipe, and further concrete is poured. After this, the tube is pulled out from the soil while shaking with vibration and vibration so that the concrete and the soil are in close contact.
[0004]
The large drill excavation method (b) is a method in which the soil is partially scraped using a rotating large excavation blade. During the construction, the excavating blade repeats the operation of pulling out from the hole, discarding the soil on the surface, and returning it to the hole. The soil around the hole loosens and tends to collapse, so you can temporarily surround the excavated area with a frame, or put water or special impervious slurry to support the excavated area using its buoyancy. You must take measures such as. However, because it is simpler than the method using a slurry, a dry method is usually employed if possible. After this, the reinforcing material is inserted into the pipe, and further using a hose, the concrete is poured from the bottom of the hole to avoid mixing with the slurry.
[0005]
Finally, in the auger excavation method (c), a spiral excavation blade (auger) having the same length as that of the hole to be excavated is screwed into the ground, and the excavated soil is removed. It is a method of scraping the part on the ground. In this method, the soil may become close or loose, and it cannot be generally stated. However, the collapse of the soil around the blade is generally supported by the soil entering the inside of the blade. On the other hand, the concrete is usually supplied via a passage provided by hollowing out the shaft portion of the excavating blade, and is simultaneously fed into the hole when the blade is extracted from the hole. Further, the reinforcing material is sequentially fed in the same manner.
[0006]
However, each of the above three methods has drawbacks. That is,
First, the method (a) generates very loud noise and vibration, and is not suitable for use in an urban area. For economic reasons, the rake diameter is limited to 1 meter and the length is limited to 25 meters. However, this method requires a very short period of time, and the mechanical equipment is not so complicated, so that the construction cost is relatively low.
[0007]
Next, the method (c) is similar in performance to the method (a), but the noise is considerably small and there is no vibration. However, the length of the reinforcing material is limited to 16 to 18 meters because it is difficult to insert it deeply into the concrete.
[0008]
The method (b) uses a telescopic excavation rod, which is impossible with the methods (a) and (c), to set up a pile with a thickness of 2 meters or more and a length of 80 meters. be able to. On the other hand, special machinery and specialized operators are required, and there is the inconvenience of having to use bentonite slurry at the end.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
Therefore, it is an object to eliminate many of the above-mentioned drawbacks in the prior art and provide a reliable, simple and low cost excavation tool and method.
[0010]
[Means for solving problems]
One object of the present invention is to excavate a vertical or inclined hole, and at the same time to compact the surrounding soil and to make the soil wall and the injecting material such as concrete adhere well, and the above existing method (a) or It is to solve the problem of limiting the diameter and depth of the excavation hole, which is a drawback of (c).
Another object of the present invention is to prevent environmental noise and vibration.
Yet another object of the present invention is to reduce the cost and time of foundation piling work by allowing the use of fewer workers and simple machinery.
Another object of the present invention is to reduce power consumption by using devices with increased efficiency.
[0011]
According to one aspect of the present invention as claimed, the above objects are attached to the lower end of a rod string that can rotate about and advance along its longitudinal axis. An excavation tool, especially for use in concrete foundation pile driving, which is mounted freely on the rod string and tilted at an angle with respect to the longitudinal axis And a drilling tool having at least one roller which is rotatable and has two ends of the roller located on either side of the longitudinal axis.
[0012]
In another embodiment of the present invention, a construction method for setting up a concrete foundation pile, which is performed using the excavation tool, is provided. This construction method is characterized in that the soil at the bottom of the hole is cut by cutting means to form a drilling hole in a substantially cylindrical shape, which further includes the following two steps.
i) Enlarge the side wall of the drilling hole by pressing the side of the drilling tool against the earth wall of the drilling hole and rolling
ii) While continuously injecting a small amount of binder (binder) into the part of the drilled hole above the drilling tool, press the side wall of the hole with the belly of the drilling tool to build a hard coating on the hole wall [0013]
In yet another aspect of the invention, the concrete is continuously poured into the hole while the hole is being dug so that the hole is always filled with concrete, thereby preventing the collapse of the side wall of the hole during construction. .
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
In FIG. 1, reference numeral 10 generally indicates a drilling tool according to the present invention. The excavation tool 10 is firmly fixed to the lower end of the excavation rod 11 whose axis is substantially vertical. A drive device for driving a rod string (not shown) according to the rotation / advance movement of the excavation tool 10 is installed on the ground. The rod 11 corresponds to the lowest part of the rod string coupled to this drive device. Since these driving devices and rod strings are well known in the prior art, a detailed description thereof will be omitted here.
[0015]
The excavation tool 10 has a spindle-shaped roller 12 rotatably mounted on a central cylindrical shaft 13, the geometric axis y of which is at a suitable angle with respect to the longitudinal axis x of the rod 11. It is inclined at. The inclination of the shaft 13 with respect to the shaft x is obtained by a crank member 14 that connects the lower end of the rod 11 to the shaft 13. The roller 12 has a barrel shape, and the central portion 12c is thick, and the upper portion 12a and the lower portion 12b are thin. The lowest part of the roller 12 forms a conical tip 15.
[0016]
As already mentioned, the roller 12 obliquely intersects the axis x. Therefore, when the rod 11 rotates, the roller 12 rotates about its own axis y and rolls while contacting the side wall of the excavation hole. At this time, the roller axis y moves so as to trace the surfaces of two cones whose vertices abut each other due to a so-called movement called “chunch”.
[0017]
As the roller 12 rotates, the tip 15 scrapes the soil, while the barrel-shaped surface of the roller rolls while contacting the wall 17 of the hole. Therefore, the drilling hole is progressively widened by the belly of the roller 12. That is, when the excavation roller 12 descends, the excavation hole is first widened by a circle drawn by the lower part 12b, and then the thicker central portion 12c hits the earth wall to further widen the hole. And as a result of these, the soil around the hole is hardened.
[0018]
The crank member 14 has a special shape with its end portions 14a and 14b facing the directions of the axis x and the axis y, respectively, in order to realize the following two things.
-Inclining the rotation axis y of the roller 12 by a desired angle-As described above, the upper portions of the shaft 13 and the roller 12 are separated from the axis x, and both ends of the roller 12 are positioned on the opposite sides of the axis x. The two ends of the roller 12 are positioned on the opposite sides of the axis x because the movement of the rotating roller and the reaction of the soil with it acquire the ideal balance, even if there is only one roller. is there.
As is apparent from the above, the excavation tool 10 has a very simple structure.
[0019]
Next, another embodiment of FIG. 2 will be described. In this embodiment, a substantially cylindrical second roller 16 is rotatably attached to the crank member, spaced from the crank member 14 '. As shown in the figure, the axis z of the separated second roller 16 is substantially parallel to the excavation axis x. The purpose of the second roller 16 is to further compress the wall 17 of the excavation hole and further increase the self-holding force of the hole. From FIG. 2, the effect of the excavation tool on the soil will be understood. That is, when the roller 12 rotates and descends, the tip 15 pierces the circular groove 18 at the bottom of the excavation hole, and then the circular groove 18 is widened by the central portion and the upper portion of the roller 12, and then the second roller 16 acts. Thus, the diameter of the excavation hole is finally determined.
[0020]
Although not shown, in another embodiment of the present invention, a plurality of second rollers are installed above the excavating roller. These rollers are preferably mounted at different angles around the excavation axis for balance.
[0021]
Next, FIG. 3 shows a roller provided with various attachment means such as a digging fin 19 and a protrusion 20. These equipments are intended to improve the adhesion of concrete to the side wall of the hole and to make the excavation of the soil at the bottom of the hole more efficient.
[0022]
4 and 5 show a fourth embodiment of the present invention. In this embodiment, the conical tip 15 is integrated with the shaft 13, and the roller 12 rotates freely about the shaft 13. The roller 12 has a structure that can slide in the length direction along the cylindrical shaft 13. The roller 12 is a hollow shell with openings 28 and 29 at the top and bottom of the shell, respectively, which both communicate with each other via the shell lumen. The shell 21 is firmly fixed to the central bushing 31 with a coupling member 30. The bushing 31 is rotatably coupled to the shaft 13 and can optionally slide between an upper stop mechanism 32 and a lower stop mechanism 33 on this shaft. The lower stop mechanism 33 is provided on the upper surface of the conical tip 15.
[0023]
A plurality of passages are formed in the shell by the coupling member 30, and the fluid enters the shell from the upper opening 28, passes through the shell through the plurality of passages, and exits from the lower opening 29. The structure of the coupling member 30 is merely conceptual. The ratio of the total cross-sectional area of the coupling member 30 to the cross-sectional area of the entire shell 21 is small.
[0024]
Since the shell 21 can slide on the axis x, when the tool is pushed down for excavation, the shell 21 is in the state shown in FIG. 4, and the roller is lifted to a position where it hits the upper stop mechanism 32. In the state, the lower opening 29 is closed by the upper surface of the distal end portion 15.
[0025]
On the other hand, when the excavation tool is pulled out, as shown in FIG. 5, the tip portion 15 is retracted into the shell and the lower opening 29 is opened. As a result, a substance such as concrete is moved from the region above the tool to below the tool. Can flow into the territory.
[0026]
6 and 7 show another embodiment of the present invention. In this embodiment, the distal end portion 15 is configured integrally with the roller 12, and one or a plurality of passages 23 are bored in the roller 12 in the vertical direction. The lower end of each passage communicates with the outside through the opening 24. During excavation, these openings 24 are closed by a conical cap 22 that covers the outside of the tip 15. When the excavation tool is pulled out, the cap 22 is left behind at the hole bottom as shown in FIG. 7, so that a fluid such as concrete flows from the region above the tool to the region below the tool through the passage 23. To do.
[0027]
Yet another embodiment of the present invention is shown in FIG. In this embodiment, a cover 25 is attached to each opening 24 below the passage 23. The upper end of the cover 25 is hinged to the main body of the roller 12. During excavation, the cover 25 closes the passage 23 as shown in the cross-sectional view of the left half of FIG. When pulling out the excavation tool, as shown in the right half of FIG. 8, the cover 25 opens by pivoting on the hinge 27 at the upper end thereof, so that the material flows into the hole. Is possible.
[0028]
In the embodiment shown in FIGS. 4 to 8, it will be apparent that the operation of extracting the excavating tool from the hole is easy because the passage is made in the tool.
[0029]
The outline of the excavation tool based on the present invention has been described above. Since these tools can be used in several desirable methods, a few examples will be described below.
[0030]
First, the first method is called “dry boring method”, and the tool 10 is driven at right angles to the soil while rotating. The tool pierces the bottom of the hole, rolls around the surrounding earth wall, and after the tool is dug, a cylindrical hole is formed. Since the soil is compacted and hardly collapses, this dry boring method is considered to be an effective and low-cost method for many soil types. In this method, it is possible to insert the reinforcing material into the drilling hole and lower the concrete, and the concrete placement should be carried out in the manner described in the explanation of (b) Large drilling method. Can do.
[0031]
As a second method instead of the above, there is a so-called “coated bowling method”. This is a system in which a small amount of binder is continuously charged and pressed against the earth wall one after another by a roller to be fixed. The wall of the hole is therefore covered with a concrete coating. At this time, if the concrete mixed with a solidification accelerator is used, the concrete can be quickly solidified, thereby further expanding the practicality of the dry boring method.
[0032]
Next, as a third method, there is a “concrete boring method” that is ideal for unstable soil quality. This is a method in which concrete is continuously poured into the excavation hole while the excavation proceeds, and the hole is always filled with concrete. Since the hydraulic pressure of the concrete is applied, the collapse of the earth wall is suppressed, and in the meantime, a part of the concrete is combined with the earth wall by rolling. As in the case of (c) auger excavation method, the reinforcing material is inserted into the hole when the tool is pulled out.
[0033]
Compared with a conventionally used machine, the roller type drilling tool according to the present invention has the following advantages.
B) Friction between the tool and the soil is significantly reduced compared to the type in which the tool slides, thus reducing power consumption and improving the efficiency. B) Since the roller rolls, The degree of contact between the tool and the soil is small, so the force (pressure) per unit area that presses the soil is large.
From the above, when using the tool of the present invention, the mechanical properties of the soil are improved, and softening of the soil does not occur as in the case of using a drill type tool. As in the case of using the (a) steel pipe driving excavation method, the soil quality becomes close. Moreover, in the steel pipe driving excavation method, the impact noise when driving the steel pipe is large, but when the tool of the present invention is used, vibration and noise are greatly reduced.
[0035]
Compared with the large drilling method of (b), the method of the present invention can eliminate the play time (the time required for lifting to the ground, dumping, and pulling to the bottom of the hole), which is economically advantageous. It is. In the case of cohesive soil that can use a large drilling method, the above play time currently exceeds 50% of the total work time.
[0036]
Although it is secondary, when the excavation tool of the present invention is used, there is no problem that the site is soiled with mud, and it is advantageous that the cleaning cost is reduced.
[0037]
Next, regarding the comparison with (a) the steel pipe driving excavation method and (b) the auger excavation method, the depth that can be excavated by both methods is usually limited to 20 to 30 meters. The drilling depth can be extended to 50-60 meters if the soil allows it. Compared to an auger excavation method in which a spiral excavation blade is screwed into the ground using a machine of the same size, the method according to the present invention can dig a hole three times as deep. The sliding friction is greatly reduced and the driving power is concentrated on the key part of scraping the soil, so even if the applied torque is the same, the diameter of the hole that can be excavated becomes much larger. In addition, since the “dry boring method” is possible, it is easy to add a reinforcing material.
[0038]
By using the “dry boring method” and the “coated boring method”, all the advantages of the excavation tool according to the present invention are realized. In other words, increased drilling depth by using telescopic drill rods, expanded drilling diameter by low friction, speeding up drilling, eliminating the need for drilling slurries and reducing costs by reducing auxiliary equipment and workers. Is done.
[0039]
Next, when the “concrete boring method” is performed, the following three advantages can be obtained.
1) No landslide in the excavation hole 2) No injection by the hose, so it is possible to save machinery and workers for that purpose 3) Since the concrete injection is performed in parallel with the excavation, further injection time is required And not [0040]
In addition, since the taper portion 12a at the upper part of the roller, the work of injecting the binder into the excavation hole and the work of pulling out the tool from the hole are easy.
[0041]
Finally, the excavation tool according to the present invention can be mounted on excavating machines used today without any special changes.
[0042]
【The invention's effect】
Since the excavation tool of the present invention is a method in which the roller 12 rolls on the surface of the excavation hole, the friction between the tool and the soil is remarkably reduced and energy efficiency is improved as compared with the conventional slide method. Also, for the same reason, the side wall of the excavation hole is less scraped with a tool, rather the earth wall is pressed and compacted with a roller, and the soil mechanical properties are improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a side view, partly in section, of a first embodiment of an excavation tool according to the present invention.
FIG. 2 is an enlarged side view showing a situation during excavation of a second embodiment of the excavating tool according to the present invention.
FIG. 3 is a side view showing a third embodiment according to the present invention.
FIG. 4 is a sectional view showing a situation when a passage is closed according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a sectional view showing a situation when a passage is opened according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a sectional view showing a situation when a cap is mounted according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a side view showing a situation when a cap is removed according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a side view, partly in section, of a sixth embodiment according to the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Excavation tool 11 Rod 12 Roller 13 Shaft 14 Crank member 15 Tip part 16 Second roller 17 Excavation hole wall 19 Excavation fin 21 Shell 22 Cap 23 Passage 24 Opening 25 Cover (when closed)
26 Cover (when opened)
27 Hinge 28 Upper Opening 29 Lower Opening 30 Connecting Member 31 Bushing 32 Upper Stop Mechanism 33 Lower Stop Mechanism

Claims

特にコンクリート基礎杭打工事に用いる掘削工具（１０）であって、自身の縦軸（ｘ）を中心に回転しかつ該縦軸に沿って前進するロッドストリング（１１）の下端に取付けて使用され、
該掘削工具（１０）は、前記縦軸（ｘ）に対しては傾斜する傾斜軸（ｙ）に一致する軸を有する中央軸（１３）および前記ロッドストリング（１１）と前記中央軸（１３）に関し回転自在に装着される少なくとも１個のローラー（１２）を具備し、
該ローラー（１２）は前記傾斜軸（ｙ）を軸にして回転可能であり、側面はスピンドル形状でかつ上端（１２ａ）と下端（１２ｂ）に向かって細くなり、中央部（１２ｃ）で最も太い樽型を呈し、該上端（１２ａ）と下端（１２ｂ）は互いに前記縦軸（ｘ）に関し反対側に位置し、該下端（１２ｂ）は土を掻き崩すための円錐形先端部（１５）を有するものであり、
さらに、該掘削工具は、前記ロッドストリング（１１）と前記中央軸（１３）との間に配置される湾曲またはクランク状部材（１４，１４‘）を有し、また該クランク状部材（１４、１４’）は前記ロッドストリング（１１）に結合する上端部（１４ａ）と、前記中央軸に結合する下端部（１４ｂ）とを有し、該上端部は前記縦軸（ｘ）に対して配列し、該下端部（１４ｂ）は前記縦軸（ｘ）に対して偏心して前記傾斜軸（ｙ）に対して配列するものである前記掘削工具（１０）。An excavation tool (10) particularly used for concrete foundation pile driving work, which is attached to the lower end of a rod string (11) that rotates about its own longitudinal axis (x) and advances along the longitudinal axis. ,
The excavation tool (10) has a central axis (13) having an axis coinciding with an inclined axis (y) inclined with respect to the longitudinal axis (x), the rod string (11), and the central axis (13). Comprising at least one roller (12) rotatably mounted with respect to
The roller (12) is rotatable about the tilt axis (y), the side surface is spindle-shaped and becomes thinner toward the upper end (12a) and the lower end (12b), and is the thickest at the central portion (12c). It has a barrel shape, and the upper end (12a) and the lower end (12b) are positioned opposite to each other with respect to the longitudinal axis (x), and the lower end (12b) has a conical tip (15) for crushing the soil. Have
Furthermore, the excavation tool has a curved or crank-like member (14, 14 ′) arranged between the rod string (11) and the central shaft (13), and the crank-like member (14, 14 ′). 14 ') has an upper end (14a) coupled to the rod string (11) and a lower end (14b) coupled to the central axis, the upper end being arranged with respect to the longitudinal axis (x). The lower end (14b) is eccentric with respect to the longitudinal axis (x) and is arranged with respect to the inclined axis (y).

少なくとも一つの第２の実質的に円筒形のローラー（１６）が前記クランク状部材（１４’）に設置され、該第２のローラー（１６）は、前記縦軸（ｘ）に離隔し、且つこれと平行する縦軸（ｚ）を有する請求項１記載の掘削工具。 At least one second substantially cylindrical roller (16) is disposed on the crank-like member (14 ′), the second roller (16) being spaced apart from the longitudinal axis (x), and The excavation tool according to claim 1, having a longitudinal axis (z) parallel thereto.

前記ローラー（１２）内に、掘削工具（１０）より上の穴部分と掘削工具（１０）より下の穴部分にそれぞれ通ずる１本または複数本の縦方向の内部通路（３４，２３）が設けられ、該通路には、工具を掘削作動させる際は該通路を閉塞し、工具を穴から引抜くときには該通路を開放するように動作する、それぞれ少なくとも１個の閉塞手段（１５，２２，２５）が備えられ、これによりコンクリートなどの流動物が該通路を通って工具より上の穴領域から工具より下の穴領域へ流動しうることを特徴とする、請求項１記載の掘削工具。 In the roller (12), one or a plurality of longitudinal internal passages (34, 23) communicating with the hole portion above the excavation tool (10) and the hole portion below the excavation tool (10) are provided. Each of the passages is closed when the tool is operated for excavation and closed when the tool is withdrawn from the hole. Each of the passages is provided with at least one closing means (15, 22, 25). The excavation tool according to claim 1, characterized in that a fluid such as concrete can flow through the passage from a hole area above the tool to a hole area below the tool.

ローラー（１２）が、ロッドストリング（１１）の下部に固定された中央軸（１３）にスライド可能に装着された外部シェル（２１）からなり、該中央軸（１３）の軸が前記傾斜軸（ｙ）と一致し、かつ前記閉塞手段が該中央軸（１３）と一体の先端部（１５）であることを特徴とする、請求項３記載の掘削工具。 The roller (12) comprises an outer shell (21) slidably mounted on a central shaft (13) fixed to the lower portion of the rod string (11), and the axis of the central shaft (13) is the inclined shaft ( Drilling tool according to claim 3, characterized in that it corresponds to y) and the closing means is a tip (15) integral with the central shaft (13).

少なくとも一つの前記内部通路（２３）がその下方に、円錐形の先端部（１５）に穿たれた開口（２４）を有し、前記閉塞手段は前記先端部（１５）に合致した形状のキャップ（２２）からなり、該キャップは、掘削時のみに前記開口（２４）を下側から覆ってそれを閉塞し、一方、掘削工具が引抜かれたときは、該キャップは穴底に取り残されることを特徴とする、請求項３に記載の掘削工具。 At least one of the internal passages (23) has an opening (24) formed in a conical tip (15) below the inner passage (23), and the closing means has a shape matching the tip (15). (22), the cap covers the opening (24) from the lower side only during excavation and closes it, and when the excavation tool is pulled out, the cap is left behind in the hole. The excavation tool according to claim 3, wherein:

少なくとも一つの前記内部通路（２３）がその下方に、円錐形状の先端部（１５）に穿たれた開口（２４）を有し、閉塞手段はローラー（１２）に留められた閉止用カバー（２５）からなり、掘削時には該カバーが開口（２４）を閉塞する第１の位置を占め、掘削工具を引抜くときには該カバーが開口（２４）を開放する第２の位置を占めることを特徴とする、請求項３に記載の掘削工具。 At least one of the internal passages (23) has an opening (24) drilled in a conical tip (15) below it, and the closing means is a closing cover (25) fastened to the roller (12). And the cover occupies a first position for closing the opening (24) during excavation, and the cover occupies a second position for opening the opening (24) when the excavation tool is pulled out. The excavation tool according to claim 3.

請求項１〜６のいずれか１項に記載の掘削工具（１０）を用いておこなうコンクリート基礎杭打工事の方法であって、掘削工具（１０）を、自身の縦軸（ｘ）を軸にして回転しかつ該縦軸に沿って前進することが可能なロッドストリング（１１）の下端に取付け、このロッドストリングを作動させることにより、先端部（１５，１９）で穴底の土を掻き崩し、ほぼ円筒状に掘削穴を形成してゆく方法であって、下記二つの工程を同時にまたはこの順に含むことを特徴とする方法。
−掘削穴の側壁（１７）にローラー（１２）の側面を押し当ててローリングすることにより掘削穴を拡大し、またそれにより穴の周囲の土を固める工程。
−掘削した穴の、掘削工具より上の穴領域に、少量の結合剤（バインダー）を連続的に注入しながら、穴の側壁を掘削工具（１０）の腹で逐次圧迫し、穴の壁に固い被膜を築いてゆく工程。A concrete foundation pile driving method using the excavating tool (10) according to any one of claims 1 to 6, wherein the excavating tool (10) is set to its own longitudinal axis (x). It is attached to the lower end of the rod string (11) that can rotate and move forward along the longitudinal axis, and by operating this rod string , the soil at the bottom of the hole is scraped at the tip (15, 19). A method of forming a drilling hole in a substantially cylindrical shape, comprising the following two steps simultaneously or in this order.
-Enlarging the drilling hole by pressing the side surface of the roller (12) against the side wall (17) of the drilling hole and rolling, thereby solidifying the soil around the hole.
-Sequentially injecting a small amount of binder (binder) into the hole area of the drilled hole above the drilling tool, pressing the hole side wall sequentially with the belly of the drilling tool (10) to the hole wall The process of building a hard film.

掘削時にコンクリートを掘削穴に連続的に投入してゆき、穴が常にコンクリートで満たされている状態をつくることにより、工事中に穴の側壁が崩れるのを防止することを特徴とする、請求項７に記載の方法。 The concrete is characterized in that the side wall of the hole is prevented from collapsing during construction by continuously putting concrete into the excavation hole during excavation and creating a state in which the hole is always filled with concrete. 8. The method according to 7.

掘削穴から工具（１０）を引抜く操作段階に、工具（１０）を貫通する少なくとも１本の通路（３４，２３）を開放する工程を挿入することにより、掘削工具（１０）より上の穴領域から下部へ結合剤を流下させることを特徴とする、請求項７に記載の方法。 By inserting a step of opening at least one passage (34, 23) through the tool (10) into the operation stage of pulling out the tool (10) from the drilling hole, the hole above the drilling tool (10) 8. A method according to claim 7, characterized in that the binder flows down from the region to the bottom.