(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シートパイル（１）を地中に埋め込むための補助装置であって、シートパイル（１）の長手方向に沿って固定された外管（３）と、この外管（３）の中に収納された内管（４）と、シートパイル（１）の下端部に固定された外管（３）の下端部の中に設けられ、前記内管（４）を通して送られてくる高圧水をシートパイル（１）の下端より下方に噴射するノズル（６）と、このノズル（６）を外管（３）の下端部の中で回転させるモータ（７）とを有し、前記ノズル（６）は、その回転中心に対して傾斜偏心した斜め下方に高圧水を噴射することを特徴とするシートパイル埋込補助装置。
【請求項２】
外管（３）の下端にノズル（５）を有し、このノズル（５）の内側の内管（４）のノズル（６）の外周縦方向に高圧空気を噴射する空気噴射溝（２１）を設けたことを特徴とする請求項１に記載のシートパイル埋込補助装置。
【請求項３】
シートパイル（１）を地中に埋め込む方法であって、前記請求項２に記載されたシートパイル埋込補助装置を使用し、内管（４）の先端のノズル（６）から高圧水を噴射すると共に、そのノズル（６）の外周縦方向に設けた空気噴射溝（２１）から高圧空気を噴射することにより、内管（４）のノズル（６）から噴射された高圧水の周りに高圧空気を噴射し、さらにモータ（７）でノズル（６）を回転させながらシートパイル（１）を地中に圧入することを特徴とするシートパイル埋込方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シートパイルを地中に圧入して埋設する際に、シートパイルの地中への推進を容易にし、固い地盤でも短時間にシートパイルを地中に圧入することを可能とするためのシートパイル埋込補助装置とそれを使用したシートパイル埋込方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
シートパイル（鋼矢板）を地中に圧入して埋設する工法としては、圧入引抜機を用いて静加重により打込む工法や、バイブロハンマ等を用いて振動により打込む工法が知られている。また、シートパイルを圧入する深さや地盤等の条件により、シートパイルの下端から高圧で水を噴射してシートパイルの圧入を補助するウォータジェット工法や、さらに高圧で水を噴射すると共に、高圧で空気を噴射するエア併用ウォータジェット工法が使用されている。
【０００３】
前記ののウォータジェット工法では、シートパイルの長手方向に沿ってパイプを取付け、このパイプの下端にノズルを設け、パイプの上端にポンプを接続し、このポンプから圧送された高圧水を前記ノズルから噴射するものである。この噴射水によりシートパイルの下端より先の土砂や礫を掘り、水に混ざってそれらの土砂や礫を地上に排出しながら、シートパイルの圧入を助けるものである。また、水に加えて高圧で空気を噴射するエア併用ウォータジェット工法では、高圧水により先端地盤の掘削を行い、掘削された土粒子を水の上昇流よりも強いエアの上昇流と共に、地表に排出しながら掘削された空間にシートパイルの下端を推進させるものである。
【０００４】
これらのウォータジェット工法やエア併用ウォータジェット工法では、高圧水を噴射することにより先端地盤の間隙水圧を高め、これにより土粒子を移動させて、その土粒子を水やエアの上昇流と共に地表に排出する。特に砂礫層などにおいては、土粒子が排出されたことにより排除体積が形成され、石や岩等の移動が容易になりシートの圧入を容易にすることができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、硬く固結した礫層や粒径の大きな礫層においては、前述のようなエア併用ウォータジェット工法を使用しても、シートパイルの圧入効率が低下する。このため従来では、高圧水の圧力や噴射量を増加することにより、圧入効率の低下を防止しようとしていた。高圧水の圧力を増加させる目的は、掘削深度を深くすることにより土粒子の排除体積を増加させて、石や岩の移動を容易にするためである。しかし高圧水によって掘削できる範囲よりも大きな石や岩に当たると、噴流は乱流となり、土粒子の排除ができず、シートパイルの圧入効率が著しく低下する。
【０００６】
また高圧水の噴射量を増加させる目的は、噴出量の増加に伴って高圧水の噴流の広がりも大きくなり、高圧水により掘削された土粒子を上昇流と共に地表に排出させる量を増加させるためである。しかし、高圧水の噴射量を増加させても、さほど排除体積が大きく形成されず、圧入効率の向上につながらないという問題がある。逆に噴射量の増加に伴い、大量に土粒子を含んだ泥水が増加いてしまうという問題もある。
【０００７】
本発明は、前記従来のエア併用ウォータジェット工法における課題に鑑み、噴射する高圧水と高圧空気との相互補完作用を高めることにより、土砂の掘削効率を高め、より高い効率でシートパイルを地中に圧入して埋め込むことができるシートパイル埋込補助装置とそれを使用したシートパイルの埋込工法するこを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明では、前記の目的を達成するため、シートパイル１の下端に設けたノズル６から水を真っ直ぐに噴射するのではなく、ノズル６の回転中心軸に対して斜めに偏心傾斜した方向に水を噴射すると共に、ノズル６をその回転中心軸の回りに回転しながら、シートパイル１を圧入するようにしたものである。さらに、この回転するノズル６の外周に設けた空気噴射溝２１を介して高圧空気を噴射することにより、高圧空気を噴射する高圧水の回りで回転流として噴射するようにしたものである。
【０００９】
すなわち、本発明によるシートパイル埋込補助装置は、シートパイル１の長手方向に沿って固定された外管３と、この外管３の中に収納された内管４と、シートパイル１の下端部に固定された外管３の下端部の中に設けられ、前記内管４を通して送られてくる高圧水をシートパイル１の下端より下方に噴射するノズル６と、このノズル６を外管３の下端部の中で回転させるモータ７とを有し、前記ノズル６は、その回転中心に対して傾斜偏心した斜め下方に高圧水を噴射するものである。
また、外管３の下端にノズル５を有し、このノズル５の内側の内管４のノズル６の外周縦方向に高圧空気を噴射する空気噴射溝２１を設けたものである。
【００１０】
さらに、前記シートパイル埋込補助装置を使用した本発明によるシートパイル埋込方法は、内管４の先端のノズル６から高圧水を噴射すると共に、そのノズル６の外周縦方向に設けた空気噴射溝２１から高圧空気を噴射することにより、内管４のノズル６から噴射された高圧水の周りに高圧空気を噴射し、さらにモータ７でノズル６を回転させながらシートパイル１を地中に圧入するものである。
【００１１】
前記のようなシートパイル埋込方法では、回転するノズル６は、その回転中心に対して傾斜偏心した斜め下方に高圧水を噴射するため、水の噴出流による地盤の掘削範囲が広がる。さらに、そのノズル６の周りから高圧水の周りに高圧空気を噴射することにより、礫層などで大きな石、岩等がある場合、その周囲の土粒子を移動させ、水と空気の上昇流により土粒子を排出することにより、石や岩等の移動が容易になる。そのため、シートパイル１の圧入時にそれらの石や岩等が逃げやすくなることにより、シートパイルの圧入抵抗を減少させることが出来る。
【００１２】
特に、内管４のノズル６の外側に外管３の下端のノズル５を設け、内側のノズル６の外周縦方向に設けられた空気噴射溝２１を通って噴射された高圧空気と共に、前記内管４のノズル６から噴射された高圧水を噴射することにより、次のような作用が得られる。１つは、外管３と回転する内管４との間を高圧空気により高圧に保つことにより、外管３と内管４との間に土砂が侵入することを防止することが出来る。２つは、ノズル６の周囲から噴出した高圧空気は、内管４の下端のノズル６から噴射された水の噴流の周りに沿うように噴射され、水中での水の噴流の流速の減少を最小限とどめ、水の噴射による地盤の掘削距離を伸ばす効果がある。３つは、空気の強い上昇流により、掘削された土粒子を地表に排出することが出来る。
【００１３】
さらに、外管３の下端のノズル５から、その内側の回転する内管４のノズル６の外周縦方向に設けられた空気噴射溝２１を通して空気を噴射することにより、ノズル６の回転により、高圧水と共に外管３の下端のノズル５から噴射される高圧空気も高圧水の周りで回転流となって噴射される。そして、この高圧空気の回転方向は、内管４のノズル６により噴射される高圧水の回転方向と同じである。これにより、前記のような水の噴射による作用をより効果的にすることが出来る。
【００１４】
【発明の実施の形態】
次に、図面を参照しながら、本発明の実施の形態について、具体的且つ詳細に説明する。
図１は、地中に圧入するシートパイル１の下端側を示す図である。この図１に示すように、シートパイル１の内側中央の長手方向、すなわち縦方向に沿って外管３と内管４との二重構造を有する本発明の一実施形態であるシートパイル埋込補助装置をなす管が固定されている。シートパイル１の下端側では、外管３の下端に接続されたノズル５がＵ字形に曲げた金属板状の固定部材２によりシートパイル１の下端部の中央部に固定されている。後に詳述するが、内管４は外管３の中で、回転自在に支持されている。
【００１５】
図２は、シートパイル１のみを縦に断面して示した側面図であり、シートパイル１と前記の二重管の中間を省略した上下両端部を示している。この図２に示すように、前記の二重管のうち、外管３の上端側が取り付け具１５とフック１４とにより、シートパイル１の上端側に取り付けられている。さらに、内管４の上端には、回転伝達部８を介して内管４を回転するためのモータ７が取り付けられている。
【００１６】
図４は、外管３の中で内管４を回転駆動するためのモータ７とその回転力を内管３に伝達するための回転伝達部８を示す外管３と内管４との上端部分の断面図である。モータ７は断面を示していない。
外管３の上端は、円筒形のフレーム２０に連結され、このフレーム２０の上に空圧モータ、油圧モータ、電動モータ等の駆動源であるモータ７が取り付けられている。このフレーム２０の中間部には、後述するように、水を供給するポンプとホースを介して連結するためのポート９が設けられている。
【００１７】
フレーム２０の中には、ラジアルベアリングやスラストベアリング等の軸受機構により伝達軸２８が回転自在に支持されている。この伝達軸２８の下端側は、外管３の上端部の内部で内管４の上端に連結されている。従って、内管４の上端は、前記伝達軸２８を介してフレーム２０に回転自在に支持されている。さらに、伝達軸２８の下半分の中心軸上には、水通路２９が形成され、この水通路２９はその上端側で前記のポート９に通じており、その下端側で内管４の中の水通路１６に通じている。
【００１８】
前記伝達軸２８の上端側は、モータ７の出力軸に連結されており、このモータ７が駆動することにより、内管４は外管３の中で回転される。
外管３の上端付近には、後述するように、空気を供給するポンプとホースを介して連結するためのポート１０が設けられている。このポート１０は、外管３と内管４との間の隙間に形成された空気通路１７に通じている。
【００１９】
図５は、前記外管３と内管４の下端部とそれらに接続されたノズル５、６を断面した図である。
外管３の下端には、円筒形のノズル５が嵌め込んで連結されており、このノズル５が前述した金属板状の固定部材２によりシートパイル１の下端部に固定されている。
【００２０】
外管３のノズル５の内部には、内管４のノズル６が回転自在に嵌め込まれている。このノズル６は内管４の下端に接続されており、この状態で内管４の回転をノズル６に伝達出来るようになっている。ノズル６は、内管４の水通路１６に連なる水の噴出口１９を有しているが、この噴出口１９は、内管４の回転中心であるその中心軸に対し偏心傾斜している。
【００２１】
内管４のノズル６の外周面は、基本的に外管３のノズル５の内周面に内接して摺動することでそのノズル５の中に回転自在に支持されている。但し、この内管４のノズル６の外周面には、縦方向にスプライン状の複数本の溝２１が形成されている。外管３と内管４との間の隙間に形成された空気通路１７は、このノズル６の外周に形成された複数本の空気噴射溝２１を介して外管３のノズル５の噴出口１８に通じている。外管３のノズル５の噴出口１８は内管４のノズル６の噴出口１９より下方にある。
【００２２】
次に、このような埋込補助装置を備えたシートパイル１の地中への埋設工事の手順を説明する。
図１と図２により既に述べたように、外管３の下端に接続されたノズル５がＵ字形に曲げた金属板状の固定部材２によりシートパイル１の下端部に固定されている。また、外管３の上端が取り付け具１５とフック１４とにより、シートパイル１の上端側に取り付けられている。
【００２３】
この状態で、図２と図３に示すように、前記の内管４の中の水通路１６に通じるポート９に耐圧ホース１１を介して送水ポンプ２６を接続する。図３に図示はしてないが、送水ポンプ２６は水槽等の水源から水を汲み出すことが出来るようになっている。また、前記の外管３と内管４との間の隙間である空気通路１７に通じるポート１０に耐圧ホース１２を介してコンプレッサ２５を接続する。さらに、モータ７には、動力源として例えばモータ７が空気モータである場合、耐圧ホース１３を介してコンプレッサ２７を接続する。
【００２４】
この状態でシートパイル１の上端を図示してないクレーンに連結し、シートパイル１を立てて杭圧入機２２にセットする。図３に示した実施形態は、杭圧入機２２として、静荷重により杭を地中に圧入する形式の杭圧入引抜機を使用した例を示している。この杭圧入機２２は、既に地中に圧入し、埋め込んだ既設のシートパイル１’を反力架台とし、これに固定具２４で杭圧入機２２を固定して保持した状態で次に圧入しようとするシートパイル１を保持具２３で保持し、下方に力を加えて地中に圧入するものである。
【００２５】
こうしてシートパイル１を地中に圧入するのに際し、前記送水ポンプ２６を駆動し、高圧水を耐圧ホース１１を介して内管４の中の水通路１６に送り、この水をノズル６から噴射する。同時に、モータ７を駆動し、内管４を介してその下端のノズル６を外管３のノズル５の中で回転させる。同時に、前記コンプレッサ２５を駆動し、高圧空気を耐圧ホース１２を介して外管３と内管４との間の空気通路１７に送り、この高圧空気をノズル６の周囲の空気噴射溝２１から噴出する。
【００２６】
ノズル６の噴出口１９は、その回転中心に対して傾斜偏心して開口しているため、図１と図６に示すように、高圧水が回転しながら噴射される。これにより、地盤の広い範囲を掘削することが出来る。さらに、内管４のノズル６の外周縦方向に設けられた空気噴射溝２１から高圧空気が噴射され、これがノズル６から噴射される高圧水の背後からその周囲に噴射される。ここでノズル６は回転しているため、その外周の空気噴射溝２１から噴射される高圧空気も回転流となって噴射される。そして、この高圧空気の回転方向は、内管４のノズル６から噴射される高圧水の回転方向と同じである。また、図５に示すように、内管４のノズル６の空気噴射溝２１は、そのノズル６の噴出口１９より手前にあり、内管４のノズル６の空気噴射溝２１とそのノズル６の噴出口１９とが何れも外管３のノズル５の噴出口１８より手前にある。このため、前記の高圧空気や高圧水は、外管３のノズル５によりガイドされながら、その噴出口１９からシートパイル１の下端の先へと噴射される。これにより、噴射する高圧水の乱れを抑えてその到達距離を長くすることが出来る。
【００２７】
シートパイル１を所定の深さまで圧入し、埋め込んだら、圧入を終了する。その後、クレーンにより外管３と内管４とを吊り上げ、その吊り上げ力によりを破断して外管３と内管４のみを引き上げ、回収し、そのシートパイル１の埋込を完了する。以下同様にして順次必要な箇所への必要な数のシートパイル１の圧入、埋込みを行う。
【００２８】
図７は、長さ１２．０ｍのシートパイルを使用し、これを最大圧力１０ｔで地中に圧入したときのシートパイルの下端の埋込深さとそれに到達するまでの時間との関係を示すグラフである。図７において、「実施例」は前述のように内管４のノズル６の噴出口が斜めになったもので、そのノズル６を回転させながら１００ｋｇ／ｃｍ2の圧力で水を噴射すると共に、外管３と内管４との間から７ｋｇ／ｃｍ2の圧力で空気を噴射しながらシートパイルを圧入した場合である。また、「比較例」は内管のノズルの噴出口が真っ直ぐのもので、そのノズルを回転させずにそれぞれ同じ圧力で水と空気を噴射しながらシートパイルを圧入した場合である。
【００２９】
この図７に示した結果から明らかな通り、本発明の実施例では比較例に比べてシートパイルを深さ１２ｍまで圧入するのに、８分の時間の差が出た。これは、前述のように、内管４のノズル６の噴出口が斜めになったもので、そのノズル６を回転させながら水を噴射すると共に、外管３と内管４との間から空気を噴射しながら圧入した結果によるものである。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明した通り、本発明によるシートパイル埋込補助装置とそれを使用したシートパイル埋設方法では、回転するノズル６から噴射する高圧水とその周囲から噴射する高圧空気との相互補完作用が良好となり、これにより圧入するシートパイル１の土砂の掘削効率が高く、より高い効率でシートパイル１を地中に圧入して埋め込むことができる。これにより、シートパイル１の確実な埋込とその工事時間の短縮が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による埋込補助装置の一実施形態を備えたシートパイルの下端側を示す図である。
【図２】本発明による埋込補助装置の一実施形態とそれを備えたシートパイルシートパイルについて、シートパイルのみを縦に断面して示した側面図である。
【図３】本発明による埋込補助装置の一実施形態を備えたシートパイルを杭圧入引抜機を使用して地中に圧入し、埋め込む状態を示す概略図である。
【図４】本発明による埋込補助装置の一実施形態において、外管の中で内管を回転駆動するためのモータとその回転力を内管に伝達するための回転伝達部を示す部分断面図である。
【図５】本発明による埋込補助装置の一実施形態において、外管と内管の下端部とそれらに接続されたノズルの部分の断面図である。
【図６】本発明による埋込補助装置の一実施形態を備えたシートパイルを杭圧入引抜機を使用して地中に圧入し、埋め込む際のシートパイルの先端部分の状態を模式的に示す縦断面図である。
【図７】本発明による埋込補助装置の一実施形態を備えたシートパイルを杭圧入引抜機を使用して地中に圧入し、埋め込んだときのシートパイルの下端の埋込深さとそれに到達するまでの時間との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１    シートパイル
３    外管
４    内管
５    外管のノズル
６    外管のノズル
７    モータ
２１  ノズルの空気噴射溝
【図１】
0003697429.tif 000002
【図２】
0003697429.tif 000003
【図３】
0003697429.tif 000004
【図４】
0003697429.tif 000005
【図５】
0003697429.tif 000006
【図６】
0003697429.tif 000007
【図７】
0003697429.tif 000008