JP4006838B2 - 掘削・攪拌工法および装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、建築、土木の分野で基礎工事として、鋼管杭を建て込むための地盤掘削・攪拌工法および装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
支持杭や柱列杭の造成として、地盤に鋼管杭を建て込むのに、予め地盤を掘削・攪拌して鋼管が建て込み易い軟さとすることが行われ、掘削と同時に先端からセメントミルクを注出して掘削土と攪拌するソイルセメントを柱状に造成し、その内部に鋼管を挿入するのもその一つである。
【0003】
このようなソイルセメントの造成を初めとした地盤の掘削・攪拌は、連続したスクリュー羽根をロッドに設けた通常のアースオーガで行なうことは困難であるので、攪拌性能を有する攪拌羽根を設けた掘削機が使用される。
【0004】
このような掘削機には種々のものがあるがアースオーガタイプのものでは、図示は省略するがロッドの先端に掘削ビットを植設した掘削ヘッドを設け、ロッドの途中にはスクリュー羽根を1〜2ピッチ分のみとして断続させた攪拌羽根や水平板による攪拌羽根を突設した掘削機が使用される。
【0005】
ロッドは中空管であり、掘削ヘッドがある先端部分よりセメントミルク等の固結液を吐出して、これを攪拌羽根で掘削ヘッドから生じる掘削土と攪拌する。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の地盤の掘削・攪拌を行う掘削機では、掘削土の中に小石その他の異物が混入することがある。また、攪拌羽根での攪拌が十分行われないおそれもあり、ロッド先端からの固結液が上方へ十分行き渡らないで掘削土とよく混じらないこともある。これらはいずれも十分な掘削・攪拌が得られない原因となり、施工精度の低下にもつながる。
【0007】
本発明の目的は前記従来例の不都合を解消し、確実な攪拌が得られ、施工精度を向上させることができる掘削・攪拌工法および装置を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記目的を達成するため、掘削・攪拌工法として、回転駆動装置に上端が連結するオーガロッドであり、先端に掘削ヘッドを設けて掘削部とし、その上方に円弧状に外方に張り出す湾曲押圧面のコテ部を設けて掘削土砂圧密部とし、さらにその上方に攪拌羽根を適宜間隔で突設して攪拌部とした掘削・攪拌装置を使用し、攪拌部の外周をケーシングで囲繞するとともにこのケーシングはロッドの回転駆動装置に垂設するスライドシリンダーで上下動するように吊支し、掘削部で掘削した土砂を一部掘削土砂圧密部で孔壁に圧密するとともに攪拌部に送り、ケーシング内部で攪拌することを要旨とするものである。
【0009】
また、ケーシングは攪拌部上部で注液口を設け、ケーシング内部に注液しながら攪拌することを要旨とするものである。
【0010】
掘削・攪拌装置として、第1に、回転駆動装置に上端が連結するオーガロッドの先端に掘削ヘッドを設けて掘削部とし、その上方に円弧状に外方に張り出す湾曲押圧面のコテ部を設けて掘削土砂圧密部とし、さらにその上方に攪拌羽根を適宜間隔で突設して攪拌部とし、この攪拌部の外周をケーシングで囲繞するとともにこのケーシングはロッドの回転駆動装置に垂設するスライドシリンダーで上下動するように吊支したこと、第2に、ケーシングは攪拌部上部で注液口を設けること、第3に、ケーシングは土砂排出用の窓孔を設けること、第4に、ケーシングは内側へ向けて抵抗板を突設すること、第5に、掘削土砂圧密部ではコテ部の他に攪拌羽根を設けること、第6に、コテ部は湾曲押圧面から上方および下方にオーガロッドの外周に向かい傾斜する上部傾斜面および下部傾斜面を設けることを要旨とするものである。
【0011】
請求項1または請求項3記載の本発明によれば、掘削部の上部に掘削土砂圧密部があり、さらにその上に攪拌部があるので、掘削ヘッドで切削された土砂は石等を含めてコテ部7により掘削孔壁に押し付けられ、圧密壁を形成できる。その結果、地上へ出る産業廃棄物が減少し、また、攪拌部に送られる土砂は小さなものとなり、きめの細かな骨材を取り込むことで十分な攪拌が可能となる。
【0012】
さらに、攪拌部ではそのケーシングで囲繞するとともにこのケーシングはロッドの回転駆動装置に垂設するスライドシリンダーで上下動するように吊支することで、ケーシングでの区画された空間での攪拌となり、しかもこのケーシングをスライドシリンダーで上下動することでより攪拌作用を向上させることができる。
【0013】
請求項2および請求項4記載の本発明によれば、前記作用に加えて、ケーシングは攪拌部上部で注液口を設け、ケーシング内部に注液しながら攪拌するのでロッド先端のみから注液する場合に比べて確実に土砂に液を混ぜることができ、特に引き上げ時の攪拌においてより攪拌効果がよいものとなる。
【0014】
請求項5記載の本発明によれば、ケーシングは土砂排出用の窓孔を設けることで余分な土砂を窓孔からケーシング外へ逃すことができ、ケーシング内での土砂の目詰まりを防止できる。
【0015】
請求項6記載の本発明によれば、ケーシングは内側へ向けて抵抗板を突設するので、この抵抗板とケーシング内部で回転する攪拌羽根の相乗効果で攪拌作用をより向上させることができる。
【0016】
請求項7記載の本発明によれば、掘削土砂圧密部ではコテ部での攪拌の他に攪拌羽根を設けることでこの攪拌羽根も攪拌して掘削土砂圧密部でも攪拌作用が得られ、これがさらにかかる攪拌された土砂が攪拌部に送られることで、さらに攪拌され十分な攪拌となる。
【0017】
請求項8記載の本発明によれば、コテ部は湾曲押圧面から上方および下方にオーガロッドの外周に向かい傾斜する上部傾斜面および下部傾斜面を設けることで、土等が必ず上下に移動してコテ部上・下部に残らず、外周への圧密をより効率的にするとともに、コテ部での攪拌作用も向上させることができる。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下、図面について本発明の実施の形態を詳細に説明する。図1は本発明の掘削・攪拌装置の1実施形態を示す一部切欠いた全体の側面図、図2は同上要部の一部切欠いた側面図、図3は図2のA−A線矢視図である。
【0019】
図中1はオーガロッドであり、上端が回転駆動装置2の回転出力軸3に連結した接続用ロッド1aに連結される。回転駆動装置2は図示は省略するが、油圧駆動モータ、減速機をハウジング内に収めたもので、回転出力軸3と接続用ロッド1aの接続はフランジ部のボルト止めであり、接続用ロッド1aとオーガロッド1の連結は通常のアースオーガ等の軸の連結と同じく、図4に示すようにオーガロッド1の上端を六角柱の接合雄継手22とし、回転出力軸3の下端をこの雄継手22が嵌入する六角穴中空部の雌継手23として、嵌合状態で双方に係合するロックピン24を差し入れるようにしたものである。このロックピン24は半身が雄継手22に形成した切欠きに、残りの半身が雌継手23に係合した切欠きに係合し、これら切欠き同士が合わさって形成する円孔に挿入されるものとなる。
【0020】
オーガロッド1は接続用単位体11 〜13 を(図示の例では3本であるがこれに限定されない)接続して適宜長さにするが、単位体13 の先端付近にスクリュー羽根4aの下縁に掘削ビット4bを植設した掘削ヘッド4を設けて掘削部αとし、また、オーガロッド1は全体として内部を送液管として中空に形成し、先端に注液口6を形成した。
【0021】
さらに、前記掘削部αのその上方に円弧状に外方に張り出す湾曲押圧面のコテ部7と攪拌羽根8を設けて掘削土砂圧密部βとした。
【0022】
コテ部7はオーガロッド1の外周に外方に張り出す湾曲押圧面7aを側面とした厚肉フランジ状のもので、螺旋状に上昇するように設け、オーガロッド1の外周からの左右両端の突出側面が必ず円弧状であることとした。なお、このコテ部7は中空のドラムタイプのものでよい。
【0023】
また、コテ部7は上方にオーガロッド1の外周に向かい適宜角度で傾斜する上部傾斜面7bと適宜角度で傾斜する下部傾斜面7cを設けるものとする。これによりコテ部7は糸巻ボビンの形の半割り体に近いものとなる。
【0024】
このようにすれば、コテ部7は上部傾斜面7bの他に下部傾斜面7cを設けることにより、土等が必ず上下に移動してコテ部7の上部・下部双方に残らず、コテ部7の湾曲押圧面7aにより多く集めることができるので、孔壁への圧密がより効率的となる。また、攪拌羽根8以外でこのコテ部7自体による土砂の攪拌効果も得られる。
【0025】
オーガロッド1は前記掘削土砂圧密部βの上方に位置する単位体12 に水平翼からなる攪拌羽根9を適宜間隔で突設して攪拌部γとする。この攪拌羽根9の突出長は先端が前記コテ部7の湾曲押圧面7aより外側に出ることがないように配慮し、また、湾曲させて傾斜させた板で構成するが、図2に示すように、大多数は図面上で右肩上がりの傾斜による正羽根であり、最上部のものはこれとは反対の左肩上がりの傾斜による逆羽根とする。
【0026】
この掘削土砂圧密部βの外周を、前記コテ部7と同じような径で、土砂排出用の窓孔11を設け、さらに、この窓孔11を避けて内側へ向けて円錐径の抵抗板12を突設した攪拌ケーシング10で囲繞する。
【0027】
また、攪拌ケーシング10は上部では径が小さくなるように絞り、その上部を上方の連結ケーシング10′との雄継手10aとするが、この絞り位置に攪拌ケーシング10の内部に吐出するように注液口13を形成した。
【0028】
連結ケーシング10′はオーガロッド1の単位体11 と2重管構造となり、攪拌ケーシング10とこの上方の連結ケーシング10′とは連結ケーシング10′の下端に前記雄継手10aが嵌合する雌継手10bを形成して嵌合接続し、連結ケーシング10′の上端には雄継手10a′を形成する。これら雌継手10bと雄継手10aの嵌合は前記オーガロッド1の接続用ロッド1aへの接続と同じく、雄継手10aを六角柱とし、雌継手10bこの雄継手が嵌入する六角穴の中空部を有するものとして、嵌合状態での双方に係合するロックピンを差し入れるようにした。
【0029】
一方、回転駆動装置2からスライドシリンダー14を左右に垂設してその先端で前記連結ケーシング10′の上端の雄継手10a′に嵌合する支持輪体15を吊支した。この支持輪体15は外側にブラケット16を設けてこれがスライドシリンダー14に軸着し、スライドシリンダー14の上端も回転駆動装置2に軸着する。また、このブラケット16から上方へスライドホルダー17aを立上げて、これを回転駆動装置2から垂下する固定ホルダー17bと摺動自在に嵌合させた。
【0030】
前記攪拌ケーシング10の上部に形成した注液口13は連結ケーシング10′内に配設する送液管18と接続し、また、この送液管18は支持輪体15に設ける注液配管19に接続する。
【0031】
次に、このような掘削・攪拌装置を用いて行う本発明の掘削・攪拌工法を図1および図5〜図7について説明する。
【0032】
回転駆動装置2へのオーガロッド1の単位体11 や連結ケーシング10′の接続は、単位体11 と連結ケーシング10′とを図2に示すようにオーガロッド1の単位体11 の上端の雄継手を突出させた状態でセットピン20で結合し、共に吊り上げて地上に立設させる。
【0033】
そして先にオーガロッド1の単位体11 の上端を接続用ロッド1aに挿入し、ロックピンを差し入れて接続固定する。次いで、セットピン20の抜き連結ケーシング10′と単位体11 の結合を解除する。この状態ではスライドシリンダー14は縮められており、支持輪体15は接続用ロッド1aの下端よりは上方に位置して前記オーガロッド1と接続用ロッド1aの接続の邪魔にならないようにしている。
【0034】
次いでスライドシリンダー14を伸長して支持輪体15を下降させ、これを連結ケーシング10′の上端の雄継手10a′に嵌合させてロックピンを差し込んで固定する。
【0035】
回転駆動装置2およびこれに接続した連結ケーシング10′と単位体11 と上に引き上げ、同様に攪拌ケーシング10とオーガロッド1の単位体12 の上端部をセットピン20で結合しておいて両者ともに吊り上げ、先に単位体12 の単位体11 への接続を行い、ついで連結ケーシング10′と攪拌ケーシング10と接続を行なう。なお、図示とは異なり攪拌ケーシング10の下端が単位体12 より下へ出る場合はこの攪拌ケーシング10は地上に立設できるので、そのまま単位体12 の単位体11 への接続を行った後でセットピン20を抜き、スライドシリンダー14を伸長して連結ケーシング10′を下げて攪拌ケーシング10と接続を行なうことができる。また、図示のように単位体12 の下端が攪拌ケーシング10の下端から出る場合には、単位体12 と攪拌ケーシング10とは別途かんざし等で仮結合して、セットピン20を抜いた後もこのかんざし等で両者を結合しておく。
【0036】
さらに、オーガロッド1の単位体12 には先端に掘削ヘッド4を結合した単位体13 を接続する。
【0037】
以上で掘削・攪拌装置のセットを終了するが、次に掘削・攪拌施工を行うには図5に示すように回転駆動装置2により正回転(図示で左方向)に回転させ、掘削部αでは先端の掘削ヘッド4のビットで掘削を行なう。
【0038】
先端の掘削ヘッド4のビットで切削された土砂はオーガロッド1の正転にともなうコテ部7の旋回による揚上作用によって掘削土砂圧密部βに移送され、この移送の際にコテ部7の湾曲押圧面7aで外側に押し出され、孔壁21に圧密される。その場合、比較的大きな小石その他の異物もコテ部7で孔壁21に圧密される。
【0039】
また、単位体13 の先端からセメントミルク等の固結材やベントナイト液、水等を注液口6から注出し、これを土砂とともにコテ部7や攪拌羽根8で攪拌してゲル状としたものがコテ部7で孔壁21に圧密される。
【0040】
攪拌部γではオーガロッド1の回転に対して連結ケーシング10′や攪拌ケーシング10は回転せずに停止しており、土砂は攪拌ケーシング10内に入り、攪拌羽根9と抵抗板12の相互作用で攪拌される。また、最上部の攪拌羽根9は逆羽根なのでより混練し、しかもこの時、スライドシリンダー14を伸縮して連結ケーシング10′とともに攪拌ケーシング10を上下動させてより攪拌効果を高める。
【0041】
また、注液口13から攪拌ケーシング10の内部にセメントミルク等の固結材やベントナイト液、水等を注出して前記攪拌は行われる。
【0042】
なお、前記スライドシリンダー14を伸縮による攪拌ケーシング10を上下動の他にリーダーマストやブームのトップシーブから吊り下がる回転駆動装置2を上下動することで全体を上下動させてもよい。
【0043】
全体を建込んだならば、さらに同様にセットピン20で固定した連結ケーシング10″やオーガロッド1の単位体(図示せず)を吊り込み、スライドシリンダー14を使用してジョイントする。
【0044】
所定深度まで掘削した後は、根固め用の固結材を注液口6から注出し、この時回転駆動装置2を上下動することで全体を上下動させ、次いで引き抜きに移行するが、オーガロッド1は回転駆動装置2で逆回転させ、オーガロッド1の先端の注液口6からセメントミルク等の固結材やベントナイト液、水等を注出し、また、回転駆動装置2を上下動することで全体を上下動さるとともにスライドシリンダー14を伸縮させて攪拌ケーシング10を上下動させながらこの引き抜きを行う。
【0045】
攪拌ケーシング10の上部の注液口13から攪拌ケーシング10の内部にセメントミルク等の固結材やベントナイト液、水等を注出することは地盤の状態の応じて適宜行うものとする。
【0046】
このように掘削・攪拌と終了した後に、鋼管(杭)を建て込む。
【0047】
【発明の効果】
以上述べたように本発明の掘削・攪拌工法および装置は、掘削部の上部に掘削土砂圧密部があり、さらにその上に攪拌部があるので、掘削ヘッドで切削された土砂は石等を含めてコテ部により掘削孔壁に押し付けられ、地上へ出る産業廃棄物が減少し、また、攪拌部に送られる土砂はきめの細かな骨材として十分な攪拌が可能となる。
【0048】
しかも、攪拌はケーシング内部で、このケーシングを上下動させて行い、また、ケーシング内部への注液を行ってなされるので、より確実に攪拌できるものである。
【0049】
また、スライドシリンダーを用いてオーガロッドおよびケーシングの継ぎ足しを容易に行うことができる。
【0050】
さらに、コテ部で孔壁の圧密がなされるので、回転しないケーシングを建て込むのに地盤の摩擦抵抗を少ないものとすることができ、後に鋼管を建て込むのにも孔壁が崩壊の少ないものであり、前記質の良い攪拌土砂は根固め液の根固め作用を高めで信頼性の高い杭が得られるものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の掘削・攪拌装置の1実施形態を示す一部切欠いた全体の側面図である。
【図2】本発明の掘削・攪拌装置の1実施形態を示す要部の一部切欠いた側面図である。
【図3】図2のA−A線矢視図である。
【図4】オーガロッドの接合を示す断面図である。
【図5】本発明の掘削・攪拌工法の1実施形態を示す第1工程の側面図である。
【図6】本発明の掘削・攪拌工法の1実施形態を示す第2工程の側面図である。
【図7】本発明の掘削・攪拌工法の1実施形態を示す第3工程の側面図である。
【符号の説明】
1…オーガロッド 1a…接続用ロッド
11 〜13 …単位体 2…回転駆動装置
3…回転出力軸 4…掘削ヘッド
4a…スクリュー羽根 4b…掘削ビット
6…注液口
7…コテ部 7a…湾曲押圧面
7b…上部傾斜面 7c…下部傾斜面
8,9…攪拌羽根 10…攪拌ケーシング
10′,10″…連結ケーシング 10a,10a′…雄継手
10b…雌継手
11…窓孔 12…抵抗板
13…注液口 14…スライドシリンダー
15…支持輪体 16…ブラケット
17a…スライドホルダー 17b…固定ホルダー
18…送液管 19…注液配管
20…セットピン 21…孔壁
22…雄継手 23…雌継手
24…ロックピン
Claims (8)
- 回転駆動装置に上端が連結するオーガロッドであり、先端に掘削ヘッドを設けて掘削部とし、その上方に円弧状に外方に張り出す湾曲押圧面のコテ部を設けて掘削土砂圧密部とし、さらにその上方に攪拌羽根を適宜間隔で突設して攪拌部とした掘削・攪拌装置を使用し、攪拌部の外周をケーシングで囲繞するとともにこのケーシングはロッドの回転駆動装置に垂設するスライドシリンダーで上下動するように吊支し、掘削部で掘削した土砂を一部掘削土砂圧密部で孔壁に圧密するとともに攪拌部に送り、ケーシング内部で攪拌することを特徴とする掘削・攪拌工法。
- ケーシングは攪拌部上部で注液口を設け、ケーシング内部に注液しながら攪拌する請求項1記載の掘削・攪拌工法。
- 回転駆動装置に上端が連結するオーガロッドの先端に掘削ヘッドを設けて掘削部とし、その上方に円弧状に外方に張り出す湾曲押圧面のコテ部を設けて掘削土砂圧密部とし、さらにその上方に攪拌羽根を適宜間隔で突設して攪拌部とし、この攪拌部の外周をケーシングで囲繞するとともにこのケーシングはロッドの回転駆動装置に垂設するスライドシリンダーで上下動するように吊支したことを特徴とする掘削・攪拌装置。
- ケーシングは攪拌部上部で注液口を設ける請求項3記載の掘削・攪拌装置。
- ケーシングは土砂排出用の窓孔を設ける請求項3または請求項4記載の掘削・攪拌装置。
- ケーシングは内側へ向けて抵抗板を突設する請求項3ないし請求項5のいずれかに記載の掘削・攪拌装置。
- 掘削土砂圧密部ではコテ部の他に攪拌羽根を設ける請求項3ないし請求項6のいずれかに記載の掘削・攪拌装置。
- コテ部は湾曲押圧面から上方および下方にオーガロッドの外周に向かい傾斜する上部傾斜面および下部傾斜面を設ける請求項3ないし請求項7のいずれかに記載の掘削・攪拌装置。
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