(57)【要約】【課題】玉石層や砂礫層を有する地盤であっても、鋼板を短時間で効率的に打設すること。【解決手段】杭３０の打設方向に振動を発生し、杭３０に振動を付与する第１の振動発生装置５０と、杭３０に装着可能であって、杭３０の打設方向と直交する方向に振動を発生し、杭３０に振動を付与する第２の振動発生装置１０と、を有し、第１および第２の振動発生装置５０，１０による杭３０の打設方向における振動および杭３０の打設方向と直交する方向における振動のそれぞれを杭３０に伝達させながら杭３０を地盤Ｇに打設することを特徴とする。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
杭の打設方向に振動を発生し、前記杭に振動を付与する第１の振動発生装置と、
前記杭に装着可能であって、前記杭の打設方向と直交する方向に振動を発生し、前記杭に振動を付与する第２の振動発生装置と、を有し、
前記第１および第２の振動発生装置による前記杭の打設方向における振動および前記杭の打設方向と直交する方向における振動のそれぞれを前記杭に伝達させながら前記杭を地盤に打設することを特徴とする杭の打設機。
【請求項２】
前記第２の振動発生装置は、前記杭を装着するための杭装着部と振動発生部とが一体に形成されていることを特徴とする請求項１記載の杭の打設機。
【請求項３】
前記第２の振動発生装置は、前記杭を打設する地盤面に設置されることを特徴とする請求項１または２記載の杭の打設機。
【請求項４】
第１の振動発生装置により杭の打設方向に振動を付与すると共に、第２の振動発生装置により前記杭の打設方向と直交方向に振動を付与した状態で地盤に杭を打設することを特徴とする杭の打設方法。
【請求項５】
前記杭の打設先端部に、予めビット部を形成する工程を有していることを特徴とする請求項４記載の杭の打設方法。
【請求項６】
杭を装着するための杭装着部と、前記杭の打設方向と直交する方向に振動を発生する振動発生部とが一体に形成されていることを特徴とする杭打設用振動発生装置。
【請求項７】
前記杭装着部は、装着すべき杭の寸法に合わせて前記杭装着部の寸法が調整可能な寸法調整部を有していることを特徴とする請求項６記載の杭打設用振動発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は杭の打設機、杭の打設方法および杭打設用振動発生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
縦穴を掘削する基礎工事および河川工事等の土木工事において、縦穴壁面の崩落を防止するために、縦穴壁面に沿って鋼矢板や型鋼を打設する工法が広く知られている。このような工法の一例としては、例えば特許文献１に開示されている工法がある。
特許文献１には、従来では打設が困難であった地盤に土留め用の鋼矢板やＨ型鋼を打設するために、打設すべき鋼板の断面形状と略等しい形状を有する鋼板の下端部に尖った刃先部を有する超硬チップを植設した打設用工具を用いる打設方法が開示されている。
具体的には、打撃装置により前述の打設用工具を打ち込み、打設すべき鋼板の断面形状と略同形状の下穴を穿設した後、打設用工具を引き抜き、下穴位置に打設すべき鋼板を差し込む打設方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平６−３２２７６０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に開示されているように打設すべき鋼板の形状に合わせた下穴を予め穿設することで、玉石や砂礫層を有する地盤であっても鋼板の打設先端部を破損させることなく鋼板を確実に打設することが可能になる。しかしながら鋼板の打設前に下穴を穿設しなければならず、鋼板の打設に要する時間が長くなってしまうという問題が明らかになった。また、下穴形成に用いられる超硬チップの刃先が下穴形成時に欠落してしまうことがあり、打設用工具のメンテナンス頻度やランニングコストが高くなってしまうという問題点もある。
【０００５】
そこで本願発明は、玉石層や砂礫層を有する地盤であっても、鋼板を短時間で効率的に打設することが可能な杭の打設機および杭の打設方法と、杭打設用振動発生装置において、打設に要する時間の短縮と、杭の打設機のメンテナンス頻度およびランニングコストを低減させることを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
以上の目的を達成するため本願発明は以下の構成を有する。
すなわち、杭の打設方向に振動を発生し、前記杭に振動を付与する第１の振動発生装置と、前記杭に装着可能であって、前記杭の打設方向と直交する方向に振動を発生し、前記杭に振動を付与する第２の振動発生装置と、を有し、前記第１および第２の振動発生装置による前記杭の打設方向における振動および前記杭の打設方向と直交する方向における振動のそれぞれを前記杭に伝達させながら前記杭を地盤に打設することを特徴とする杭の打設機である。
【０００７】
また、前記第２の振動発生装置は、前記杭を装着するための杭装着部と振動発生部とが一体に形成されていることを特徴とする。これにより第２の振動発生装置をコンパクトに形成することができる。
また、前記第２の振動発生装置は、前記杭を打設する地盤面に設置されることを特徴とする。これにより、杭へ第２の振動発生装置を装着する際に、杭にブラケット等を設置する必要がなくなり、第２の振動発生装置の設置が容易になる。
【０００８】
また、他の発明として、第１の振動発生装置により杭の打設方向に振動を付与すると共に、第２の振動発生装置により前記杭の打設方向と直交方向に振動を付与した状態で地盤に杭を打設することを特徴とする杭の打設方法もある。
【０００９】
また、前記杭の打設先端部に、予めビット部を形成する工程を有していることを特徴とする。このようなビット部を形成することで、より能率的に杭を打設することが可能になる。
【００１０】
また、他の発明として、杭を装着するための杭装着部と、前記杭の打設方向と直交する方向に振動を発生する振動発生部とが一体に形成されていることを特徴とする杭打設用振動発生装置とすることもできる。
【００１１】
また、前記杭装着部は、装着すべき杭の寸法に合わせて前記杭装着部の寸法が調整可能な寸法調整部を有していることを特徴とする。これにより、一台の杭打設用振動発生装置であっても多種の杭に対応することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明にかかる杭の打設機および杭の打設方法と杭打設用振動発生装置によれば、杭の打設方向および打設方向に直交する方向の両方に振動を付与しながら打設することにより、下穴が形成されていなくても短時間で杭を打設することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第１実施形態にかかる杭打設用振動発生装置の斜視図である。
【図２】第２実施形態にかかる杭打設用振動発生装置の斜視図である。
【図３】第２実施形態にかかる杭打設用振動発生装置にＨ型鋼杭を装着した状態を示す平面図である。
【図４】第２実施形態にかかる杭打設用振動発生装置の変形例である。
【図５】第１実施形態における杭打設用振動発生装置を適用した杭の打設機を示す正面図である。
【図６】杭の打設状況を示す正面図である。
【図７】杭の打設状況を示す正面図である。
【図８】玉石層や砂礫層が存在している地盤に用いて好適なＨ型鋼杭の打設先端部の拡大斜視図である。
【図９】杭の打設機の変形例を示す正面図である。
【図１０】杭の打設機の変形例を示す正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
（第１実施形態）
以下、本発明にかかる杭打設用振動発生装置の実施形態について、図面に基づいて説明する。図１は、杭打設用振動発生装置の平面図である。
杭打設用振動発生装置１０は、図１に示すように、杭（本実施形態においてはＨ型鋼杭）３０を装着するための杭装着部である挿通部１２と、挿通部１２に連設された振動発生部１４とを有し、略直方体形状に形成されている。振動発生部１４には外部接続部１６が配設されている。外部接続部１６は外部駆動源から供給された圧縮流体を振動発生部１４に供給可能に構成されている。振動発生部１４における振動発生機構の詳細な構成については、公知のバイブロハンマアタッチメントで採用されている振動発生機構を適用することができるため、ここでの詳細な説明は省略している。外部駆動源には流体コンプレッサ６０が好適に用いられる。流体コンプレッサ６０からの圧縮流体が外部接続部１６から振動発生部１４の振動発生機構に供給されることで振動が発生し、挿通部１２に挿通されたＨ型鋼杭３０の軸線方向（紙面と直交する方向）と直交する方向（紙面の面内方向）に振動が付与される。本実施形態における振動発生部１４は、Ｈ型鋼杭３０のフランジ３２の延伸方向（図１中の波型矢印方向）に振幅を有する振動を発生させている。
【００１５】
（第２実施形態）
図２は、第２実施形態にかかる杭打設用振動発生装置の斜視図である。図３は第２実施形態にかかる杭打設用振動発生装置にＨ型鋼杭を装着した状態を示す平面図である。
本実施形態における杭打設用振動発生装置１０の挿通部１２には、側壁１８を板厚方向に貫通する貫通孔１８ａが形成されている。また、軸線方向にねじ孔２４ａを有し、当接板２２に取り付けられたスペーサ２４と、スペーサ２４のねじ孔に２４ａに螺合するボルト２６とから構成されている寸法調整部２０を有している。ボルト２６は、側壁１８の外表面から挿通部１２内のスペーサ２４に螺合させる。杭打設用振動発生装置１０の挿通部１２の開口寸法よりも小さい寸法のＨ型鋼杭３０を打設する際には、寸法調整部２０を用いることでＨ型鋼杭３０を杭打設用振動発生装置１０の挿通部１２に装着することができる。具体的には図３に示しているように、当接板２２がＨ型鋼杭３０のウェブ３４に対して平行となる配列で挿通部１２内に配設され、側壁１８の外表面側からスペーサ２４のねじ孔２４ａにボルト２６を装着して締結すればよい。
【００１６】
図４は、寸法調整部の変形例を適用した杭打設用振動発生部の平面図である。寸法調整部２０の構成は、図４に示すように、Ｈ型鋼杭３０の二方向からＨ型鋼杭３０に当接するように、第１当接部２２ａと第２当接部２２ｂとを有する当接板２２を配設してもよい。このような当接板２２は、図３に示す当接板２２にＨ型鋼杭３０のフランジ３２の幅寸法と同幅寸法の平板を溶接等により固定すれば得ることができる。このような当接板２２の構成を採用することにより、Ｈ型鋼杭３０に振動が作用することによるＨ型鋼杭３０の挿通部１２内における位置ずれを防止し、Ｈ型鋼杭３０の傾斜を防ぐことが可能になる。これにより、Ｈ型鋼杭３０の打設位置を正確に維持することができるため好都合である。
【００１７】
また、図４には寸法調整部２０の変形例も示している。図４における寸法調整部２０の構成は、当接板２２と、当接板２２に取り付けられたねじ２３と、第１ナット２５および第２ナット２７とにより構成されている。このような寸法調整部２０の構成により、当接板２２をより確実にＨ型鋼杭３０の寸法に押圧させることができる点において好都合である。
以下に図４に示す寸法調整部２０の装着方法を説明する。先ず、当接板２２にねじ２３を取り付け、ねじ２３に第１ナット２５を装着した状態で側壁１８の貫通孔１８ａに挿通させる。この後、第１ナットを側壁１８の内側面に締結して当接板２２をＨ型鋼杭３０のフランジ３２に押圧させる。次いで、側壁１８の外側面からねじ２３に第２ナット２７を螺着させて側壁１８の外側面に締結させる。このようにして側壁１８は、第１ナット２５および第２ナット２７により挟持されることになる。
【００１８】
本実施形態で説明した寸法調整部２０を杭打設用振動発生装置１０に適用することにより、一台の杭打設用振動発生装置１０であっても複数種類のＨ型鋼杭３０に対応することができる点で、第１実施形態に比較して有利である。本実施形態で用いたナット２５，２６，２７は、緩み止め機能を有するものを用いるとよい。
【００１９】
また、以上の杭打設用振動発生装置１０においては、振動発生部１４の駆動源として流体コンプレッサ６０からの圧縮流体を用いる点について説明しているが、振動発生部１４の駆動源としては、電動モータや電磁石等により振動発生機構を作動させるようにしてもよい。本願発明においては、振動発生部１４の振動発生機構を作動させるための動力源は特に限定されるものではない。
【００２０】
以上に説明した杭打設用振動発生装置１０を用いた杭の打設機１００について説明する。
図５は、第１実施形態における杭打設用振動発生装置を適用した杭の打設機を示す正面図である。
杭の打設機１００は、図５に示すように、杭打設用振動発生装置１０と、バックホゥ４０と、バックホゥ４０に装着されるバイブロハンマアタッチメント５０と、を有している。本実施形態においては、バイブロハンマアタッチメント５０を第１の振動発生装置として用い、杭打設用振動発生装置１０を第２の振動発生装置として用いている。
バイブロハンマアタッチメント５０の駆動源は、バックホゥ４０の油圧供給部を用いている。杭打設用振動発生装置１０の駆動源は流体コンプレッサ６０を用いている。
【００２１】
バックホゥ４０およびバイブロハンマアタッチメント５０の構成については、それぞれ公知であるためここでの詳細な説明は省略する。バックホゥ４０の駆動源は電気式、エンジン式のいずれであってもかまわない。図５では無限軌道により走行するバックホゥ４０を示しているが、タイヤにより走行するバックホゥ４０を採用してもよいのはもちろんである。バイブロハンマアタッチメント５０は、バックホゥ４０のアーム４２からバケットを取り外し、バケットの代わりにアーム４２に接続すればよく、通常のアタッチメントの交換手順と同様に行うことができる。
【００２２】
以上に説明した杭の打設機１００を用いたＨ型鋼杭３０の打設方法について説明する。図６および図７は杭の打設状況を示す正面図である。図８は玉石層や砂礫層が存在している地盤に用いて好適なＨ型鋼杭の打設先端部の拡大図である。
まず、図６（Ａ）に示すように、バイブロハンマアタッチメント５０を装着したバックホゥ４０をＨ型鋼杭３０の打設位置まで移動させる。次いで、図６（Ｂ）に示すように、杭打設用振動発生装置１０の挿通部１２の位置をＨ型鋼杭３０の打設位置に位置合わせして地表面Ｇに設置する。このとき、振動発生部１４が発生する振動の振幅方向が、打設すべきＨ型鋼杭３０のフランジ（３２）の延伸方向と平行になるように設置することが好ましい。次に、図７（Ａ）に示すように、Ｈ型鋼杭３０のウェブ（３４）をバイブロハンマアタッチメント５０の把持部５２に把持させてＨ型鋼杭３０を吊り上げ、杭打設用振動発生装置１０の挿通部１２にＨ型鋼杭３０を挿通させる。そして図７（Ｂ）に示すように、バイブロハンマアタッチメント５０および杭打設用振動発生装置１０をそれぞれ作動させ、Ｈ型鋼杭３０の打設方向およびＨ型鋼杭３０の打設方向と直交する方向に振動を付与しながらバックホゥ４０のアーム４２を下方に下げることによりＨ型鋼杭３０を地盤Ｇの所定深さ位置まで打ち込んでいく。このようにしてＨ型鋼杭３０に複数方向の振幅を有する振動を加えながら打設するので、先行掘削を行わなくてもＨ型鋼杭３０の打設を的確に行うことができ、省力化が可能になるため好都合である。
【００２３】
もし、Ｈ型鋼杭３０が打設される地盤Ｇ内に玉石層や砂礫層が存在している場合には、図８に示すように、Ｈ型鋼杭３０の打設先端部の端面３２に岩盤掘削用のいわゆる超硬金属により形成された半球状のビット７０を取り付ける。このビット７０は、Ｈ型鋼杭３０の打設先端部の端面３６に溶接等によって取り付けすることができる。Ｈ型鋼杭３０の打設時にはＨ型鋼杭３０に振動が付与されるので、ビット７０は先端部が鋭利な形状である必要はない。図８に示すようなビット７０が取り付けられたＨ型鋼杭３０の打設方向およびＨ型鋼杭３０の打設方向と直交方向のそれぞれに振動を付与しながら打設を行えば、Ｈ型鋼杭３０に取り付けられたビット７０が地盤内の玉石や転石等を粉砕することができる。これにより玉石層や砂礫層が存在する一般的に杭の打設が困難といわれる地盤であっても、Ｈ型鋼杭３０を確実に所定の深さ位置まで圧入（打設）させることが可能になる。
【００２４】
図９は、杭の打設機の変形例を示す正面図である。
先の杭の打設機１００は、第１の振動発生装置としてバイブロハンマアタッチメント５０を採用しているため、バックホゥ４０を用いているが、図９に示すように、クレーン８０を用いることもできる。クレーン８０を用いた場合の第１の振動発生装置としては、バイブロハンマ５５を用いることができる。バイブロハンマ５５はクレーン８０のアーム８２に吊り下げて用いることができる公知の振動発生装置である。バイブロハンマ５５の駆動源には、図９に示すように流体コンプレッサ６０を用いている。本願発明のようにＨ型鋼杭３０の打設方向および打設方向と直交する方向に振動を付与させながらＨ型鋼杭３０を打設すれば、Ｈ型鋼杭３０を地盤に積極的に圧入する圧入装置を用いなくても、バイブロハンマ５５の自重のみでＨ型鋼杭３０を地盤に打設することができる。なお、バイブロハンマ５５の駆動源は第１の振動発生装置１０とは独立に配設してもよいのはもちろんである。
【００２５】
図１０は、杭の打設方法の変形例を示す正面図である。
先に説明した杭の打設方法においては、いずれも第２の振動発生装置である杭打設用振動発生装置１０をＨ型鋼杭３０が打設される地盤Ｇに配設されている形態について説明しているが、この形態に限定されるものではない。杭打設用振動発生装置１０を小型または軽量化することが可能であれば、図１０に示すように、Ｈ型鋼杭３０の中途高さ位置にブラケット９０を配設して、ブラケット９０の上に杭打設用振動発生装置１０を載置した実施形態を採用することもできる。Ｈ型鋼杭３０の中途高さ位置にブラケット９０を配設する場合には、ブラケット９０の位置がＨ型鋼杭３０の打設深さ（根入れ深さ）を示す目印にすることができる高さ位置に配設することが好ましい。
【００２６】
以上に本願発明を実施形態に基づいて詳細に説明したが、本願発明の技術的範囲は以上に示した実施形態に限定されるものではない。例えば、以上に説明した実施形態においては、Ｈ型鋼杭３０について説明しているが、Ｈ型鋼以外のＩ型鋼や山型鋼等であっても本願発明を適用することはもちろん可能である。
また、以上の実施形態においては、杭装着部として挿通部１２を用いて説明しているが、杭装着部の形態は実施形態に示した構成に限定されるものではない。
また、以上に示した実施形態においては、杭打設用振動発生装置１０による振動の振幅方向は、Ｈ型鋼杭３０の軸線と直交する断面におけるフランジ３２の延伸方向であるが、個尾振幅方向に限定されるものではない。例えば、この振幅方向に対して直交する方向である、Ｈ型鋼杭３０の軸線に直交する断面におけるウェブ３４の延伸方向の振幅を有する振動を発生させてもよい。
【００２７】
さらに、本実施形態における杭の打設機１００は、Ｈ型鋼杭３０の軸線方向とこれに直交する方向のそれぞれに対して同時に振動を付与する実施形態について説明しているが、いずれか一方の振動については常時付与し、他方の振動については間欠的に付与する実施形態や、互いの振動を交互に付与する実施形態を採用することもできる。このような振動付与形態を採用することで、二種類の振動を同時に付与する際の外部動力源の出力に対して小出力の外部動力源を使用することができ、低コストでの施工が可能になるため好都合である。
【符号の説明】
【００２８】
１０  杭打設用振動発生装置
１２  挿通部
１４  振動発生部
１６  外部接続部
１８  側壁
２０  寸法調整部
３０  Ｈ型鋼杭
４０  バックホゥ
５０  バイブロハンマアタッチメント
５２  把持部
５５  バイブロハンマ
６０  流体コンプレッサ
７０  ビット部
８０  クレーン
９０  ブラケット
１００  杭の打設機
【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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【図１０】
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