JP7128503B2 - 無排土オーガ掘削工具 - Google Patents

Description

この発明は無排土オーガ掘削工具、詳しくはアースオーガ工法により地盤に基礎杭などの掘削孔を形成するための無排土オーガ掘削工具に関する。

例えば軟弱地盤に住宅の基礎杭（鋼管杭）用の杭孔（掘削孔）を形成するオーガ掘削機として、例えば、特許文献１に記載されたものが知られている。この掘削機は、鉛直に配置される支持部材と、軟弱地盤に鉛直な杭孔を掘削するオーガスクリュー（オーガ掘削工具）と、支持部材に沿ってオーガスクリューを回転させながら昇降させる回転圧入装置とを備えたものである。
オーガ掘削機による杭孔の掘削時には、オーガスクリューを回転圧入装置により回転させつつ、鉛直な支持部材をガイドにして回転圧入装置を徐々に下降させる。これにより、軟弱地盤に杭孔が形成される。

特開平９－３２８９８４号公報

しかしながら、このオーガ掘削機では、オーガ掘削工具としてスクリューを採用していたため、掘削した土砂が地上に排出されていた。そのため、掘削残土を産業廃棄物として処分する必要があった。
また、軟弱地盤を掘削することから、孔壁は軟らかく土圧で崩れやすかった。これにより、崩れ落ちた土砂が杭孔の底面に溜まってしまい、基礎杭を杭孔に差し込めず、再びスクリューを用いて土砂の除去作業を行う必要があった。しかも、基礎工事後、孔壁から落ちた土砂が杭孔と基礎杭との隙間に入り込み、これを原因として地盤密度の低下や地盤沈下が発生するおそれがあった。
さらに、スクリューを使用した掘削工事では、掘削中、現場の作業者が地面に露呈したスクリューに体を巻き込まれる事故等が発生するおそれがあった。
さらにまた、基礎工事後、スクリューには多量の土砂が付着していたため、土砂を取り除く清掃作業に手間を要していた。

そこで、発明者は鋭意研究の結果、スクリューに代えて、杭孔の孔壁の土砂を圧密する断面形状が略小判形の孔壁圧密用軸体と、孔壁圧密用軸体の先端部に設けられる掘削ヘッドとを備えた無排土オーガ掘削工具を採用すれば、上述した課題はすべて解消されることを知見し、この発明を完成させた。

すなわち、この発明は、掘削土砂を産業廃棄物として処分する必要がなく（無排土）、仮に軟弱地盤であっても掘削孔の孔壁が崩れにくく、スクリューによる作業者の巻き込み事故が発生せず、使用後のオーガ掘削工具の清掃が容易で、構造が簡単で壊れにくく、製造も容易な無排土オーガ掘削工具を提供することを目的としている。

請求項１に記載の発明は、オーガ掘削機の回転圧入装置に装着されて、回転しながら下降することにより地盤に掘削孔を形成する無排土オーガ掘削工具において、断面形状が大略真円形状で、その外周面に円弧面部分と平坦面部分とが配されて、この円弧面部分により掘削した土砂を前記掘削孔の孔壁に面接触状態で押圧することにより該孔壁の土砂を圧密する孔壁圧密用軸体と、該孔壁圧密用軸体の先端部に設けられて、地盤を掘削する掘削ヘッドとを備えた無排土オーガ掘削工具である。

オーガ掘削工具とは、地盤に掘削孔を形成するアースオーガ工法に用いられる掘削工具である。
掘削される地盤の種類は限定されない。特に、泥や多量の水を含む常時柔らかい粘土、または未固結の軟らかい砂からかる"軟弱地盤"に好適である。国土交通省「宅地防災マニュアル」では、軟弱地盤の判定の目安として、有機質土・高有機質土（腐植）・Ｎ値３以下の粘性土・Ｎ値５以下の砂質土を挙げている。
オーガ掘削機の種類は、掘削時に掘削孔の孔壁を内側から支持するケーシングを有さないものであれば任意である。例えば、単軸式アースオーガ掘削機などを採用することができる。
回転圧入装置は、電動式ものもでも、油圧式のものでもよい。

ここでいう"円弧面部分"とは、孔壁を面接触状態で押圧可能な、孔壁圧密用軸体の長さ方向に直交した断面において（平面視して）、円弧状の湾曲面をいう。
ここでいう平坦面部分とは、孔壁圧密用軸体の長さ方向に直交する断面において、隣接する円弧面部分と円弧面部分とを直線的に結んだ（切欠した）領域をいう。円弧面部分と平坦面部分との突合せ部は、鋭角でも、面取りしてもよい。
"孔壁の土砂を圧密する"とは、孔壁圧密用軸体の円弧面部分によって掘削孔の孔壁の内周面に掘削土砂を押し付けることにより、孔壁周辺の土砂に含まれるボイド（空隙）が減少し、その土砂の体積が収縮していく（密度が高まる）現象をいう。

孔壁圧密用軸体とは、掘削孔の孔壁を圧密しながら地盤を掘削するための円筒状のアタッチメントである。孔壁圧密用軸体は、回転圧入装置の出力軸に直接連結することができる。
孔壁圧密用軸体は、中実、中空の何れでもよい。孔壁圧密用軸体を中実体とした場合、軟弱でない地盤であっても孔壁圧密用軸体の自重を利用して小さな押し込み力で掘削孔を形成することができる。また、孔壁圧密用軸体を中空とした場合、中実のものに比べて軽量であるため、孔壁と面接触する圧密用の工具でありながら、低出力の回転圧入装置を利用することができる。
掘削ヘッドの構造は任意である。例えば、掘削刃を有すものでも、そうでないものでもよい（例えば、弾頭型のもの）。

請求項２に記載の発明は、前記孔壁圧密用軸体の断面形状は、真円の両側部分を平行に切欠した略小判形を有している請求項１に記載の無排土オーガ掘削工具である。

ここでいう小判形とは、孔壁圧密用軸体の長さ方向に直交する断面形状が、真円の両側部分（円周方向では１８０度離間した部分）を平行に切欠した形状をいう。円弧面部分と平坦面部分との突合せ部（連続する部分）は、鋭角でも、面取りしてもよい。
ここでいう"小判形の円弧面部分"とは、孔壁を面接触状態で押圧可能な断面視して（平面視して）円弧状の湾曲面をいう。

請求項３に記載の発明は、前記孔壁圧密用軸体は、内部が空洞の孔壁圧密用中空体で、前記孔壁圧密用中空体は、前記回転圧入装置に取り付けられるオーガ軸に、連結部材を介して着脱自在に連結された請求項１または請求項２に記載の無排土オーガ掘削工具である。

ここでいう"中空の孔壁圧密用軸体"とは、金属棒からなる中実の孔壁圧密用軸体において、その軸線上に、掘削用の水や地盤改良材の供給孔を形成したことによる中空ではなく、それより肉薄な管状の軸体をいう。

請求項１に記載の発明によれば、掘削現場にオーガ掘削機を設置し、回転圧入装置に無排土オーガ掘削工具を装着して、例えば軟弱地盤を掘削する。掘削ヘッドにより掘削された土砂は、軟弱地盤が掘進されることで孔壁圧密用軸体に到達し、孔壁圧密用軸体の各平坦部分と掘削孔（杭孔）とのあいだの平面視して三日月状（真円を弦で切り欠いたかまぼこ形状）の空間（以下、三日月空間）にそれぞれ入り込む。
その後、各三日月空間に溜まった土砂は、オーガ掘削工具の回転に伴い、各三日月空間のうち、回転方向とは反対側の端部にそれぞれ移動する。
その後、各集められた土砂は、掘削孔の孔壁（掘孔周壁）と面接触している孔壁圧密用軸体の円弧面部分により、この孔壁にそれぞれ押圧されて、孔壁が圧密される。

このように、掘削時に発生した掘削土砂は、掘削孔の外に排出されずに孔壁に押し込められるため、従来のように掘削残土を産業廃棄物として処分する必要がなく（無排土で）、掘削孔の孔壁は圧密されて崩れにくくなる。その結果、従来のスクリュー掘削後に行われていた掘削孔内に落ちた土砂の排出作業が不要になるとともに、基礎杭の挿入後、孔壁の土砂が掘削孔と基礎杭との隙間に落ち込むことを原因とした地盤密度の低下、地盤沈下や基礎杭の支持の低下を減少させる。

また、孔壁と孔壁圧密用軸体との間には、大気と連通する空間（三日月空間）が存在するため、大気がスムーズに掘削孔の底部まで流入する。これにより、オーガ掘削工具を引き抜く際に、掘削ヘッドと掘削孔の底部との間が真空状態とならない。その結果、掘削孔の底部の真空化を原因とした孔壁の底部の崩壊を無くすことができる。
さらに、従来のような全長にわたる長尺なスクリューを使用しないため、スクリューによる作業者の巻き込み事故が発生しない。
さらにまた、このようなスクリュー式のものに比べて、使用後になされるオーガ掘削工具の清掃作業が容易となる。

特に、請求項２に記載の発明によれば、このように孔壁圧密用軸体として、平面視して小判形形状のものを採用したため、掘削土砂を孔壁に押圧する円弧面部分の長さ（孔壁圧密用軸体の周方向の長さ）が長くとれる。これにより、三日月空間に溜まった土砂を孔壁に長時間しっかりと押し付けることが可能となる。その結果、この孔壁の圧密度をさらに高めることができるとともに、孔壁の磨き効果も得られ、孔壁面（掘孔周壁面）を凹凸が少ない曲面に仕上げることができる。そのため、オーガ掘削工具を引き抜く際や、掘削孔に例えば杭を挿入する際に、対応する掘削工具や杭を、スムーズに抜き差しすることができる。

また、請求項３に記載の発明によれば、回転圧入装置に取り付けられるオーガ軸に、連結部材を介して、孔壁圧密用中空体を着脱自在に連結する構成を採用したため、孔壁圧密用中空体をアタッチメントとして、既存の軟弱地盤用オーガ掘削工具を、簡単に本発明の効果を有するものに変更することができる。

この発明の実施例１に係る無排土オーガ掘削工具を搭載したオーガ掘削機の使用状態を示す側面図である。 （ａ）は、この発明の実施例１に係る無排土オーガ掘削工具の平面図である。（ｂ）は、この発明の実施例１に係る無排土オーガ掘削工具の正面図である。 （ａ）は、この発明の実施例１に係る無排土オーガ掘削工具の使用状態における平面図である。（ｂ）は、この発明の実施例１に係る無排土オーガ掘削工具の使用状態における正面図である。 （ａ）は、この発明の実施例１に係る無排土オーガ掘削工具による掘進（回転）が進んだ状態の平面図である。（ｂ）は、この発明の実施例１に係る無排土オーガ掘削工具による掘進が進んだ状態の正面図である。 この発明の実施例１に係る無排土オーガ掘削工具により掘削孔の孔壁が徐々に圧密されて行く状態を示す要部拡大横断面図である。 この発明の実施例２に係る無排土オーガ掘削工具の斜視図である。

以下、この発明の実施例を、図面を参照して具体的に説明する。ここでは、木造住宅の基礎杭を埋設するための単軸式アースオーガ工法で使用されるオーガ掘削工具を例にとる。

図１において、１０はこの発明の実施例１に係る無排土オーガ掘削工具（以下、単に「オーガ掘削工具」という。）で、このオーガ掘削工具１０は、オーガ掘削機１１の回転圧入装置（アースオーガ）１２に着脱自在に装着されて、木造住宅が建築される軟弱地盤に、基礎杭を圧入するための鉛直な掘削孔（杭孔）１３を形成するためのものである。
図１に示すように、オーガ掘削機１１は、単軸式アースオーガ工法に用いられるクローラ走行式のもので、上下方向に延びるガイドレール１４が前側面に固定された長尺な支持部材１５と、オーガ掘削工具１０を回転させながら、ガイドレール１４に沿って昇降させる前記回転圧入装置１２とを備えている。

以下、図１および図２を参照して、このオーガ掘削工具１０を詳細に説明する。
オーガ掘削工具１０は、真円の両側部分を平行に切欠した（長さ方向に直交する）断面形状が小判形を有し（図２（ａ））、この小判形の円弧面部分１８ａによって掘削孔１３の孔壁１７を面接触状態で押圧することで、孔壁１７の土砂を圧密する孔壁圧密用中空体（孔壁圧密用軸体）１８と、回転圧入装置１２に着脱自在に連結されるオーガ軸１９と、孔壁圧密用中空体１８の先端部（下端部）に設けられて、軟弱地盤を掘削する掘削ヘッド２０とを備えている。

孔壁圧密用中空体１８は、直径２００ｍｍ、長さ６，０００ｍｍで、厚さが３０ｍｍの鋼管１６を本体とする。鋼管１６の両側部をそれぞれ縦割りして除去し、現出した縦長な各側面開口を短冊状の平坦な鋼板（平坦面部分）２１によりそれぞれ塞ぐ。これにより、断面が真円の外周面に、所定間隔（９０°ピッチ）で２つの円弧面部分１８ａと２つの平坦面部分（鋼板２１）とが交互に連続配置された、平面視して小判形の孔壁圧密用中空体１８が作製される。なお、鋼管１６は、複数本を継ぎ足して使用することができる。
また、孔壁圧密用中空体１８の下端開口には、下方へ向かって徐々に先細化した鋼管製の短尺な窄み部２２が一体形成されている。窄み部２２の小径な下端開口には、表裏面を貫通した多数の貫通孔（図示せず）を有する厚肉な円板状の掘削ヘッド２０が一体的に連結されている。

窄み部２２は、掘削ヘッド２０によって掘削した土砂を、左右一対の三日月空間ａにそれぞれ導くための競り上げガイドとなる。
さらに、掘削ヘッド２０の下面には、軟弱地盤を掘削するための多数の掘削刃２３が所定ピッチで配設されており、掘削ヘッド２０の中心部には、オーガ軸１９の先端部が着脱自在に嵌合される嵌合孔２４が形成されている。

また、鋼管１６の上端部内の中央部には、鋼管１６の内周面の対向部分から内方へ突出した左右一対の梁枠２５を介して、オーガ軸１９の上端部を両側方から挟持する左右一対のカップリング２６がそれぞれ配されている（図３（ａ）、（ｂ））。
さらに、鋼管１６の内周面のうち、その上部と、その下端部と、その長さ方向の中間部とには、互いに左右平行に離間した２枚１組（合計１２組）の回転力受け板片（連結部材）２７が、周方向へ９０°ピッチで、鋼管１６の内方へ放射状に突設されている（図２（ａ），（ｂ））。
さらにまた、オーガ軸１９の外周面には、その基端部付近と、その先端部付近と、その長さ方向の中間部とに、周方向へ９０°ピッチで、合計１２枚の矩形状の回転力伝達板片（連結部材）２８が放射状に突設されている。

オーガ軸１９の孔壁圧密用中空体１８への装着時には、オーガ軸１９を孔壁圧密用中空体１８の軸線に沿って、その内部空間に挿入する。これにより、各回転力伝達板片２８が、対応する組の２枚の回転力受け板片２７の隙間に差し込まれるとともに、オーガ軸１９の先端部が掘削ヘッド２０の嵌合孔２４に嵌合される。一方、孔壁圧密用中空体１８の上端部内では、作業者がオーガ軸１９の基端部（上端部）を、左右一対のカップリング２６により挟み込んでボルト締結する。これらにより、オーガ軸１９と孔壁圧密用中空体１８とが一体的に連結される。
掘削孔掘削時、回転圧入装置１２により発生したオーガ軸１９の回転力は、各カップリング２６から、対応する梁枠２５をそれぞれ経て、孔壁圧密用中空体１８へ伝達される。さらに、各回転力伝達板片２８から各回転力受け板片２７を経て、孔壁圧密用中空体１８へとそれぞれ伝達される。

このように、オーガ軸１９の基端部を、各カップリング２６を介して孔壁圧密用中空体１８の上端部にボルト締結するとともに、オーガ軸１９の先端部を掘削ヘッド２０の嵌合孔２４に嵌合するようにしたため、ボルト締め工具（スパナ等）が届かないオーガ軸１９の中間領域内では、単に各組２枚の回転力受け板片２７の隙間に、対応する回転力伝達板片２８を抜き差し自在に挿入しただけの動力伝達構造であっても、オーガ軸１９の回転力と、オーガ軸１９の上下方向の推進力とを、支障なく孔壁圧密用中空体１８に伝達することができる。

次に、図１～図５を参照して、この発明の実施例１に係るオーガ掘削工具１０を使用して、単軸式アースオーガ工法により、軟弱地盤上に建築する木造住宅の基礎杭を埋設するための掘削孔１３を形成する方法を説明する。
図１に示すように、まず、掘削現場にオーガ掘削機１１を配置し、また図示しない管接手を介して、回転圧入装置１２の出力軸にオーガ軸１９の上端部を連結する。
次いで、軟弱地盤の掘削箇所付近に支持部材１５を鉛直に起立させた後、回転圧入装置１２を作動して、孔壁圧密用中空体１８を回転させながら徐々に下降する。これにより、軟弱地盤が掘削ヘッド２０により徐々に掘削されて行く。発生した掘削土砂ｂは、軟弱地盤の掘進に伴い、下向き円錐台状の窄み部２２をガイドにして徐々に競り上がり、一対の三日月空間ａにそれぞれ下方から入り込む（図３（ａ）、（ｂ））。

次に、各三日月空間ａに溜まった掘削土砂ｂは、オーガ掘削工具１０の回転に伴い、各三日月空間ａのうち、回転方向とは反対側の端部にそれぞれ移動する（図４（ａ），（ｂ））。
その後、各三日月空間ａの前記部分に集められた掘削土砂ｂは、掘削孔１３の孔壁１７と面接触している平面視して小判形の孔壁圧密用中空体１８の円弧部分１８ａにより、この孔壁１７にそれぞれ押圧されて、孔壁１７の内周部の土砂が圧密部ｃとなる。

このように、掘削時に発生した掘削土砂ｂは、掘削孔１３の外に排出されることなく孔壁１７に押し込められるため、従来のように掘削残土を産業廃棄物として処分する必要がない。また、掘削孔１３の孔壁１７は、このように圧密されているため、崩れにくくなる。その結果、従来のスクリュー掘削後に行われていた掘削孔１３内に落ちた土砂の排出作業が不要になるとともに、基礎杭（鋼管）の挿入後、孔壁１７の土砂が掘削孔１３と基礎杭との隙間に落ち込むことを原因とした地盤密度の低下、地盤沈下や基礎杭の支持の低下が発生しない。

また、このように孔壁圧密用中空体１８として、平面視して小判形のものを採用したため、掘削土砂ｂを孔壁１７に押圧する円弧面部分１８ａの長さ（孔壁圧密用中空体１８の周方向の長さ）を長く確保することができる。これにより、三日月空間ａに溜まった掘削土砂ｂを、孔壁１７に対して長時間しっかりと押し付けることが可能となる。その結果、孔壁１７の圧密度をさらに高めることができるとともに、孔壁１７の磨き効果も得られ、孔壁面（掘孔周壁面）を凹凸の少ない湾曲面に仕上げることができる。そのため、掘削孔１３からオーガ掘削工具１０を引き抜く際や、掘削孔１３に基礎杭を挿入（圧入）する際に、対応するオーガ掘削工具１０や基礎杭を、スムーズに抜き差しすることができる。

さらにまた、孔壁１７と孔壁圧密用中空体１８との間には、大気と連通する空間（三日月空間ａ）が存在するため、外部空気がスムーズに掘削孔１３の底部まで流入する。これにより、オーガ掘削工具１０を引き抜く際に、掘削ヘッド２０と掘削孔１３の底部との間が真空状態とならない。その結果、この引き抜き時において、掘削孔１３の底部の真空化を原因とした孔壁１７の底部の崩壊を無くすことができる。
また、従来のスクリューを使用しないため、スクリューによる作業者の巻き込み事故が発生しない。
さらに、このようなスクリュー式のものに比べて、使用後になされるオーガ掘削工具１０の清掃作業が容易となる。

さらにまた、中実のものより軽量な孔壁圧密用中空体１８を使用しているため、孔壁１７と面接触する圧密用の工具でありながら、低出力の回転圧入装置１２を利用可能であるとともに、構造が簡単で壊れにくく、製造も容易となる。
また、回転圧入装置１２に取り付けられるオーガ軸１９に、回転力受け板片２７、回転力伝達板片２８を介して、孔壁圧密用中空体１８を着脱自在に連結する構成を採用したため、孔壁圧密用中空体１８をアタッチメントとして、既存のオーガ掘削工具１０を、簡単に本発明の効果を有するものに変更することができる。

次に、図６を参照して、この発明の実施例２に係るオーガ掘削工具を説明する。
図６に示すように、実施例２のオーガ掘削工具１０Ａの特徴は、オーガ軸１９を省き、孔壁圧密用中空体１８に代えて、細長い中実の金属棒である孔壁圧密用軸体１８Ａを採用するとともに、掘削ヘッド２０に代えて、短尺な円柱体の掘削ヘッド２０Ａを採用した点である。

孔壁圧密用軸体１８Ａは、断面が真円の孔壁圧密用軸体１８Ａの外周面に、その周方向へ９０°ピッチで２つの円弧面部分１８ａと２つの平坦面部分１８ｂとが交互に（隣接して）配されたものである。孔壁圧密用軸体１８Ａの基端部（上端部）は、直接、回転圧入装置１２の出力軸に着脱自在に連結される。
掘削ヘッド２０Ａの胴部には、ボルトのねじ部に似たねじ山２０ａが形成されている。
孔壁圧密用軸体１８Ａおよび掘削ヘッド２０Ａの軸線上には、各全長にわたって、掘削用の水や地盤改良材を掘削ヘッド２０Ａの先端口から吹き出すための供給孔３０が形成されている。
このように、中実の孔壁圧密用軸体１８Ａを採用したため、軟弱でない地盤であっても孔壁圧密用軸体１８Ａの自重を利用して小さな押し込み力で掘削孔１３を形成することができる。
その他の構成、作用および効果は、実施例１から推測可能であるため、説明を省略する。

この発明は、アースオーガ工法により軟弱地盤に基礎杭などの杭孔を形成するための技術として有用である。

１０，１０Ａ 無排土オーガ掘削工具、
１１ オーガ掘削機、
１２ 回転圧入装置、
１３ 掘削孔、
１７ 孔壁、
１８ 孔壁圧密用中空体（孔壁圧密用軸体）、
１８Ａ 孔壁圧密用軸体、
１８ａ 円弧面部分、
１８ｂ 平坦面部分、
１９ オーガ軸、
２０ 掘削ヘッド、
２１ 鋼板（平坦部分）、
２７ 回転力受け板片（連結部材）、
２８ 回転力伝達板片（連結部材）、
ｂ 掘削土砂。

Claims (3)

1. オーガ掘削機の回転圧入装置に装着されて、回転しながら下降することにより地盤に掘削孔を形成する無排土オーガ掘削工具において、
   断面形状が大略真円形状で、その外周面に円弧面部分と平坦面部分とが配されて、この円弧面部分により掘削した土砂を前記掘削孔の孔壁に面接触状態で押圧することにより該孔壁の土砂を圧密する孔壁圧密用軸体と、
   該孔壁圧密用軸体の先端部に設けられて、地盤を掘削する掘削ヘッドと、を備え、
   前記孔壁圧密用軸体の断面形状は、９０°ピッチで２つの前記円弧面部分と２つの前記平坦面部分とが交互に連続配置された形状である無排土オーガ掘削工具。
2. 前記断面形状において、前記円弧面部分の長さは、前記平坦面部分の長さより長い
   請求項１に記載の無排土オーガ掘削工具。
3. 前記孔壁圧密用軸体は、内部が空洞の孔壁圧密用中空体で、
   前記孔壁圧密用中空体は、前記回転圧入装置に取り付けられるオーガ軸に、連結部材を介して着脱自在に連結された請求項１または請求項２に記載の無排土オーガ掘削工具。

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