【手続補正書】
【提出日】平成17年8月11日(2005.8.11)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】発明の詳細な説明
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、いわゆる中掘り根固めによる鋼管杭造成工法に好適な拡径掘削装置および管杭造成工法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
周知のように、中掘り根固めによる鋼管杭造成工法においては、地盤支持層内において、管杭下端部を含む部分を管杭外径よりも大径の固化体（セメントミルクと原位置土類との混合固化体。以下、拡大根固め部ともいう。）で根固めし、杭支持力の増大を図る技術が開発され、実用に供されている。
【０００３】
本出願人が従来行っていた管杭造成工法の施工手順を図１〜図９に、また従来使用していた掘削ヘッドを図１０に示した。
【０００４】
施工に際しては、先ず図１に示すように、対象地盤Ｇ上に掘削装置１を設置し、鋼管等の既製管杭Ｐをスパイラルオーガー軸６外側に通して、その基端部を管杭保持装置５により保持した後、杭芯位置および鉛直度の確認を行う。
【０００５】
ここに、拡径掘削装置１は、特に後述の図８に示されるように、ベースマシン２によって立設支持されたリーダ３と、このリーダ３に沿ってそれぞれ上下動自在に取り付けられた回転駆動源４および管杭保持装置５と、この回転駆動源４に直列連結された、長手方向に延在する螺旋状の羽根６ａが外周面に設けられたスパイラルオーガー軸６と、このスパイラルオーガー軸６の先端に取り付けられた、掘削ヘッド７とを備えたものであり、さらにこの掘削ヘッド７は、図１０に示されるように、先端ビット７ｂを備えるとともに、その基端側に水平軸７Ｘ周りの揺動によって拡縮可能な掘削翼７ａを備えたものである。また、スパイラルオーガー軸６及び掘削ヘッド７内を通り、掘削ヘッド７先端部側面に開口する供給口７ｈに連通する供給路７ｓが設けられており、この供給路７ｓを介して供給口７ｈから各種薬液や水等を供給できるように構成されている。
【０００６】
次いで図２に示すように、回転駆動源４を作動させて、スパイラルオーガー軸６及び掘削ヘッド７を回転させながら下降させて軟弱地盤内に杭孔Ｈを削孔するとともに、これに連行させて管杭Ｐを下降させ、順次形成される杭孔Ｈ内に挿入する。このとき、掘削土砂はスパイラルオーガー軸６の螺旋羽根６ａにより管杭Ｐ内を通り地上に排出される。なお、この掘削および排土を円滑にするべく、掘削中は、掘削ヘッド７先端の供給口７ｈから圧縮エア等を噴射させることができる。
【０００７】
当該管杭Ｐが基端近傍まで地盤Ｇ内に挿入されたならば、図３に示すように管杭Ｐおよびスパイラルオーガー軸６の基端に、次の管杭Ｐおよびスパイラルオーガー軸６をそれぞれ連結し、これらを延長する。もちろん、延長せずに所定深度まで掘削できる場合には、かかる延長は必要ない。
【０００８】
管杭Ｐおよびスパイラルオーガー軸６を延長したならば、図４に示すように、削孔および管杭挿入を再開する。そして所定深度、すなわち管杭Ｐの先端が支持層Ｂに到達するまで掘削を行う。支持層Ｂに到達したか否かは、例えば当該施工に先立って行ったボーリング調査結果や当該掘削における掘削抵抗の検出に基づいて行う。
【０００９】
管杭Ｐの先端が支持層Ｂに到達したならば、図５に示すように掘削ヘッド７の掘削翼７ａを拡大させる。本例の掘削ヘッド７においては、掘削に先立って掘削翼７ａが図示しない固定ピンにより固定され斜め上向き姿勢に保持されており、拡翼に際しては管杭Ｐを当該深さ位置に固定した状態でスパイラルオーガー軸６および掘削ヘッド７を正回転（掘削のときと同じ方向の回転）のまま引き上げ、掘削翼７ａ先端部を管杭Ｐ先端に接触させ、固定ピンを切断する。これにより、斜め上向き姿勢に保持されていた掘削翼７ａは、その自重およびヘッド回転により生ずる遠心力によって回転軸側方に向けて突出する水平姿勢となる。
【００１０】
拡翼が完了したならば、管杭Ｐを当該深さ位置に固定した状態で、ヘッド先端の供給口７ｈから注水を行いながら、スパイラルオーガー軸６および掘削ヘッド７を正回転で更に貫入し、当該支持層Ｂ内において所定深度まで拡径掘削を行う。なお、図５中には拡径掘削部分が点線で示されている。
【００１１】
拡径掘削が完了したならば、図６に示すように、当該支持層Ｂ内においてヘッド先端部の供給口７ｈからセメントミルク等の根固め材Ｍを送出するとともに、スパイラルオーガー軸６および掘削ヘッド７を正回転させながら拡径掘削底部と管杭先端との間で上下往復動させ、送出根固め材Ｍと原位置土との攪拌混合を行い、拡大根固め部Ｃ（図７参照）を形成する。
【００１２】
次いで、攪拌混合が完了したならば、図７に示すように拡大根固め部Ｃの固化前に管杭Ｐの先端部を拡大根固め部（上端部）内に根入れする。また、掘削翼７ａを下向き姿勢となし縮翼する。本例の掘削ヘッド７においては、掘削ヘッド７を逆転させると、掘削翼７ａがヘッド７に対して正方向に回動した後、下方に揺動し、下向き姿勢となるように構成されている。
【００１３】
縮翼が完了したならば、図８に示すようにスパイラルオーガー軸６および掘削ヘッド７を管杭Ｐ内を通して引き上げる。このとき、掘削ヘッド７先端部が拡大根固め部Ｃの基端部よりも上方に引き上げられた時点で、供給口７ｈから注水を開始する。かくして施工が完了し、図９に示す状態となる。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の従来型装置においては、拡翼に際し掘削翼を回転させたまま管杭に接触させて固定ピンを切断する等、比較的に困難な作業を必要としていた。
【００１５】
また、拡翼に際し掘削翼を回転させたまま管杭に接触させて固定ピンを切断するために、管杭下端に当接部材を設ける必要があり、これが管杭内への円滑な排土導入を阻害することが想定された。
【００１６】
さらに、上述のように縮翼状態における掘削翼の姿勢が斜め上向きであると、管杭内への排土導入が当該縮翼状態の掘削翼により阻害されることも問題であった。
【００１７】
他方、これらの問題点に対して、本出願人は特開２００２−３８８６０号公報において、拡大翼をスプリング等の弾性部材により拡大方向に付勢するとともに、これを縮小姿勢に保持するためのストッパーを設け、このストッパーの解除により拡大翼を拡大する技術を提案した。しかしこの場合、スプリングを地盤等によって適切に選定しないと、伸張力不足が原因で拡大翼を確実に拡大できないことがあった。
【００１８】
したがって、本発明の主たる課題は、拡大翼を容易、円滑かつ確実に拡大できるようにすることにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決した本発明は次記のとおりである。
＜請求項１記載の発明＞
回転自在および長手方向に進退自在に支承された回転軸と、この回転軸の先端部に設けられた拡大翼とを備え、この拡大翼を地中内で拡大させることで拡径孔部分を有する孔を掘削するように構成された拡径掘削装置において、
前記回転軸は、先端から突出するインナー軸を有する二重軸構造とされ、インナー軸は回転軸に対してその軸心周りに所定範囲で回動するように構成されており、
回転軸の外面には、拡大翼支持部が回転軸の軸心周りに所定範囲で回動するように取り付けられ、
拡大翼はこの支持部により軸支され、回転軸の先端側に倒れた縮小姿勢と回転軸の側方に突出する拡大姿勢との間で起伏自由とされており、
回転軸における前記拡大翼支持部の先端側に主拡大板が固設されており、この主拡大板は周縁部に切欠凹部を有するとともに、大径部を有しており、
インナー軸における回転軸から突出する部分には補助拡大板が固設されており、この補助拡大板は、拡大翼の掛止部と、大径部とを有しており、
拡大翼は縮小姿勢において、補助拡大板の掛止部に掛け止められることにより拡大方向に拘束されるとともに、主拡大板の切欠凹部内に収容されることにより回転方向に拘束され回転軸と一体的に回転されるようになるように構成されており、
回転軸がインナー軸に対して削孔時回転方向とは反対に回動されると、拡大翼が補助拡大板に対して回動され、この回動によって、拡大翼が補助拡大板の掛止部から解放された後に補助拡大板の大径部に移動する過程で押し上げられて補助拡大され、この補助拡大によって拡大翼が主拡大板の切欠凹部内から抜き出されるように構成されており、
この補助拡大の後に回転軸を削孔時回転方向に回転させると、拡大翼が主拡大板に対して回動され、この回動によって拡大翼が主拡大板の大径部に移動する過程で押し上げられて前記拡大姿勢となるように構成されている、
ことを特徴とする、拡径掘削装置。
【００２０】
＜請求項２記載の発明＞
請求項１記載の拡径掘削装置を用い；
前記拡大翼を縮小姿勢に保持しながら且つ前記拡大翼の基端側に管杭を連行しながら、所定深度まで管杭外径と実質的に同径の孔を掘削し、
次いで前記拡大翼を前記補助拡大を経て拡大姿勢となし、この状態で拡径掘削を行うとともに、当該拡径掘削部位に根固め材を供給して根固め材と原位置土類との攪拌混合を行い、この攪拌混合部分に前記管杭の先端部を根入れすることを特徴とする、管杭造成方法。
【００２１】
（請求項１及び２の作用効果）
本発明では、拡大翼の縮翼姿勢解除および拡大が、回転軸の回転を利用して機械的になされるため確実な拡大翼の拡大が可能である。またこのステップは回転軸の回転方向を切り替えるだけで行うことができるため、作業が非常に容易である。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照しつつ詳説する。
＜装置について＞
本発明に係る拡径掘削装置に用いる掘削ヘッド７０は、図１１に示すように、回転軸７１と、この回転軸７１の先端部に設けられた拡大翼７３，７３とを供えている。符号７１Ｗは回転軸７１における拡大翼７３よりも基端側に設けられた掘削翼を示している。
【００２３】
回転軸７１は、図１２および図１３にも示すように、先端から突出するインナー軸（内側軸）７２を有する二重軸構造となっている。したがって回転軸７１は、換言すればアウター軸（外側軸）ということができる。インナー軸７２は回転軸７１内に同心的に軸支されており、回転軸７１に対してその軸心周りに回動するようになっている。また図１３に示すように、インナー軸７２の基端部外面には周方向に１８０度位置をずらして一対の凸部７２ｐが形成されており、回転軸７１内面の長手方向対応部位にも周方向に１８０度位置をずらして一対の凸部７１ｐが形成されており、これらは回転方向に当接しうるように構成されている。したがって、インナー軸７２の回動は、インナー軸７２の外面凸部７２ｐ，７２ｐが回転軸７１内面の凸部７１ｐ，７１ｐ間において移動しうる回転角度範囲内に限定される。
【００２４】
他方、本例の掘削ヘッド７０では、インナー軸７２の内部および回転軸７１の内部はそれぞれ中空とされ、相互に連通されており、回転軸７１内およびインナー軸７２内を通じて根固め材を供給し、これをインナー軸７２の外面に設けた噴射口７２ｘから噴射しうるように構成されている。また、インナー軸７２の先端部には先端掘削翼７２Ｗが設けられている。
【００２５】
拡大翼７３，７３部分の詳細は図１２〜図１７に示されている（ちなみに図中の断面ＢＢ及び断面ＤＤとは、両断面のみを組み合わせて示したものである）。すなわち、回転軸７１の先端部は、軸部８１と、その先端部に設けられた軸心方向と直交する主拡大板８２とからなる拡大翼支持ホルダ８０により構成されている。そして、このホルダ８０の軸部外面には、拡大翼支持部７４，７４が回転軸７１の軸心周りに所定範囲で回動するように取り付けられている。より詳細には、この支持部７４，７４は、軸部８１から遠ざかる方向に突出する軸受け部が回転方向に１８０度位置をずらして設けられて構成されたものであり、この軸受け部に細長状拡大翼７３の基端部が軸支されている。かくして、拡大翼７３，７３は回転軸７１の先端側に倒れて回転軸７１と平行をなす縮小姿勢と、回転軸７１に対して直交方向に突出する拡大姿勢との間で起伏自由となっている。
【００２６】
本発明の主要ポイントの一つである主拡大板８２は、周縁部が部分的に切り欠かれて形成された凹部８２ａ（図１７には現れている）が周方向に１８０度位置をずらして一対設けられるとともに、これらと９０度位置をずらして一対の大径部８２ｂが設けられている。また特に図示例のホルダ８０では、主拡大板８２の基端側面周縁部における切欠凹部８２ａから大径部８２ｂに至る回転方向範囲に、掘削時回転方向と逆周りに突出高さが漸次増す傾斜凸部８３がそれぞれ設けられ、かつこの傾斜凸部８３の掘削時回転方向後ろ側に当接壁部８４が設けられ、さらに軸部８１の基端部には軸心方向と直交する方向に沿って傾斜凸部８３上に延在する拡大翼押え部８５が設けられている。
【００２７】
他方、インナー軸７２における回転軸７１から突出する部分には補助拡大板９０が固設されており、この補助拡大板９０の周縁部には、径方向に突出した後に掘削時回転方向とは反対側に屈曲した形状をなす鉤状掛止部９１が周方向に１８０度位置をずらして一対設けられており、またこれらと９０度位置をずらして一対の大径部９２が設けられている。特に図示例のように、掛止部９０から掘削時回転方向とは反対側の大径部９２までは曲線をもって径が漸次拡大される形状となっているのが好ましい。
【００２８】
かくして構成された装置では、図１２及び図１３に示すように、拡大翼７３（図示例では拡大翼のビット７３ｂ）を補助拡大板９０の鉤状掛止部９１に掛け止めることにより拡大方向に移動できないように拘束し、かつ主拡大板８２の切欠凹部８２ａ内に収容し回転方向に拘束して回転軸７１と一体的に回転しうる状態とすることによって、拡大翼７３を縮小姿勢とすることができる。
【００２９】
また図１４及び図１５に示すように、回転軸７１がインナー軸７２に対して削孔時回転方向とは反対に回動されると、拡大翼７３が補助拡大板９０に対して回動され、この回動によって、拡大翼７３が補助拡大板９０の掛止部９１から解放された後に補助拡大板９０の大径部９２に移動する過程で押し上げられて補助拡大され、この補助拡大によって拡大翼７３が主拡大板８２の切欠凹部８２ａ内から抜き出されるようになっている。
【００３０】
そして図１６及び図１７に示すように、この補助拡大の後に回転軸７１を削孔時回転方向に回転させると、拡大翼７３が主拡大板８２に対して回動され、この回動によって拡大翼７３が主拡大板８２の大径部８２ｂに移動する過程で押し上げられて拡大姿勢となる。
【００３１】
特に図示形態では、主拡大板８２の上面に傾斜凸部８３が設けられており、拡大翼７３は大径部８２ｂのみによる押上げ作用だけではなく、この傾斜凸部８３上を移動することによる押上げ作用との総合的作用によって持ち上げられ、拡大翼支持部７４が当接壁部８４に当接しそれ以上逆転できなくなったところで、回転軸７１と直交する方向に沿う拡大姿勢となるように構成されている。また拡大姿勢となった拡大翼７３の基端部は、傾斜凸部８３とホルダ８０の基端部に設けられた押え部８５との間に挟まれ、拡大・縮小が不可能なように拘束される。このような傾斜凸部８３により拡大翼７３を押し上げる構成や傾斜凸部８３と押え部８５との間に拡大翼７３を挟んで拡大翼７３の起伏を固定する構成は任意であり、必要に応じて他の同様の手段を採るなり、省略するなりできる。
【００３２】
なお、その他の点、例えばスパイラルオーガー軸６及び掘削ヘッド７０内を通り、掘削ヘッド先端部側面に開口する噴射口７２ｘに連通する供給路が設けられ、この供給路を介して噴射口７２ｘから各種薬液や水等を供給される構成や、ベースマシンの構成等は、前述の従来装置１と同様に構成できる。
【００３３】
＜造成工法について＞
次に、上述の本発明装置を用いた本発明に係る管杭の造成工法について説明すると、先ず前述のように拡大翼７３，７３を縮小姿勢とした状態で、前述の従来例と同様に拡大翼７３，７３よりも基端側に管杭Ｐを連行しながら、所定深度まで管杭Ｐ外径と実質的に同径の孔を支持層Ｂまで削孔する。なおこの掘削時回転方向の回転によっては、拡大翼７３は補助拡大板９０の鉤状掛止部９１に掛け止められ拡大できないように拘束されるため、拡大翼７３が拡大されることはない。また、拡大翼７３は主拡大板８２の切欠凹部８２ａ内に収容され回転方向に拘束されているため、回転軸７１と一体的に回転される。また、拡大翼７３，７３は縮翼状態で斜め下向きに保持され、更にその上下両側に排土機能も有する掘削翼７１Ｗ，７２Ｗが設けられているため、管杭Ｐ内への排土導入も円滑且つ確実に行われる。図１８に掘削ヘッド７０が支持層Ｂに到達した状態を示す。
【００３４】
この状態から拡大工程に移る。先ず図１９に示すように、管杭Ｐを当該深さ位置に固定したままで、回転軸７１を逆回転させる。この際、補助拡大板９０が周辺地盤により拘束されているため、インナー軸７２および補助拡大板９０は回転せずに回転軸７１が逆回転されるとともに、拡大翼７３は主拡大板８２により回転方向に拘束されているからこれも回転軸７１に伴って逆転される。そして、この回動によって、拡大翼７３が補助拡大板９０の掛止部９１から解放された後に補助拡大板９０の大径部９２に移動する過程で押し上げられて補助拡大され、この補助拡大によって拡大翼７３が主拡大板８２の切欠凹部８２ａ内から抜き出される。そして補助拡大状態となった拡大翼７３はもはや主拡大板８２による回転拘束がなくなり、周辺地盤の拘束を受けて補助拡大状態で且つ回転しない状態となる。
【００３５】
次いで図２０に示すように、再び回転軸７１を正転させると、回転軸７１およびインナー軸７２は回転するものの、拡大翼７３は周辺地盤の拘束力により静止したままとなる、すなわち換言すれば拡大翼７３が主拡大板８２に対して逆転方向に回動され、この回動によって拡大翼７３が主拡大板８２の大径部８２ｂに向って回動される。この過程で拡大翼７３は主拡大板８２により押し上げられて拡大姿勢となる（本拡大）。特に図示形態では、拡大翼７３は大径部８２ｂのみによる押上げ作用だけではなく、この傾斜凸部８３上を移動することによる押上げ作用によって持ち上げられ、拡大翼支持部７４が当接壁部８４に当接しそれ以上逆転できなくなったところで、回転軸７１と直交する方向に沿う拡大姿勢となるとともに、傾斜凸部８３と押え部８５との間に挟まれ拡大・縮小が不可能なように拘束される。
【００３６】
かくして拡大作業が終了すると、拡大翼７３は支持部７４を介して当接壁部８４により回転方向後ろ側を支持される結果、拡大姿勢で正転するようになり、管杭Ｐ外径よりも大径の範囲が掘削される。そしてこの状態で、図２１に示すように例えば前述従来例と同様に先端噴射口７２ｘから注水しながら掘削を行う。続いて、図示しないが前述従来例と同様に先端噴射口７２ｘから根固め材Ｍを供給しながら回転軸を上下往復動させ、根固め材Ｍと原位置土類との攪拌混合を行って拡大根固め部Ｃを形成し、しかる後管杭Ｐを下降させその先端部を根固め部Ｃに根入れする（根入れ状態は次工程を示す図２２を参照）。
【００３７】
根入れが完了したならば引き上げ工程に移り、図２２に示すように管杭Ｐを当該深さ位置に固定したままで、回転軸７１を削孔時回転方向とは反対に逆回転させつつ管杭Ｐの先端に押し当てる。この際、拡大翼７３，７３は管杭Ｐ内に引き入れるときに管杭Ｐ先端に押し当てられ、その押圧力を縮小力として受ける。また周辺地盤等による拘束力も拡大翼７３，７３の収縮力として作用する。よって、この状態で回転軸７１が逆転されると、これに伴い回転される主拡大板８２の凹部８２ａの位置が拡大翼７３の位置と合ったときに、拡大翼７３が主拡大板８２の凹部８２ａ内に収容され、次いで補助拡大板９０の掛止部９１の位置が拡大翼７３の位置と合ったときに、掛止部９１に掛止される。かくして、拡大翼７３をもとの縮小姿勢とすることができる。
【００３８】
以降は、前述従来例と同様に、掘削ヘッド７０を地上まで引き上げ、管杭Ｐ内に注水を行って当該管杭の施工を完了する。なお、縮翼後において再度同一個所に対して根固め材注入や攪拌等を行いたい場合には、再度掘削ヘッドを下降させて拡翼させることもできる。
【００３９】
【発明の効果】
以上のとおり、本発明によれば、拡大翼を容易、円滑かつ確実に拡大できるようになる。