(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
大径の鋼管杭に対応させて構成した杭打設装置を用いて小径の鋼管杭を施工可能とし、鋼管杭に対して押圧作用と回転作用とを付与して、前記鋼管杭を地中に打設する鋼管杭打設装置であって、
ジャッキにより上下動可能に支持する中間フレームと、前記中間フレームに対して回転可能に支持される回転フレームと、鋼管杭を周方向の外面から押圧して保持する作用を発揮するとともに、前記回転フレームにくさび部材を用いて上下動可能に支持される複数の把持部材と、前記複数の把持部材を介して鋼管杭に回転と押圧力とを付与して、前記鋼管杭を地中に打設する手段と、を組み合わせて設け、
前記把持部材を用いて小径の鋼管杭を押圧保持するために、前記回転フレームに設けたくさび部材の鋼管杭側に追加把持部材を各々設け、前記複数の追加把持部材に設けたくさび部材を用いて、小径の鋼管杭を保持して前記鋼管杭に回転と押圧力とを付与するよう構成し、
前記鋼管杭を地中に打設するために用いる複数の油圧装置に対して、各々の油圧回路に設ける圧力検知手段と、前記回転フレームに設けたストロークセンサによる鋼管杭の打設の情報を検知する手段と、を用い、
鋼管杭打設作業を制御するために設ける情報処理手段に対して、前記圧力検知手段と鋼管杭の打設の情報を検知する手段からの情報を、前記情報処理手段に入力して、
前記情報処理手段より鋼管杭の打設に必要とされる情報を出力して、作業を行うよう構成したことを特徴とする鋼管杭打設装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鋼管杭打設装置に関し、特に、大径の鋼管杭を打設して構造物の基礎の構築を容易に行い得るとともに、鋼管杭の打ち込み状態を容易に判断可能な装置を提供することを目的としている。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、構造物の基礎を構築する際に、コンクリート杭を地中に打設することの他に、鋼管杭を地中に打ち込んで基礎を構築することが行われている。前記鋼管杭を用いた基礎を構築する際には、例えば、図８、９に示されるような鋼管杭を用いることがあり、前記鋼管杭１を任意の径と肉厚を有する杭状のもので構成するとともに、その下端部には切削刃４を形成し、鋼管杭１の外周部には所定のピッチで、下端部から上側に向けて所定の範囲に亘って外側スパイラル２を設けている。また、鋼管杭１の内面には、下端部から所定の範囲に亘って内側スパイラル３を配置し、上端部の内面には、内側突起５を突出させて設けている。そして、前記鋼管杭１の上部を杭打設装置の把持部材に保持させ、押圧と回転の作用を付与することにより、掘削刃と内外のスパイラルの作用により、鋼管杭を地中に打設することができる。
【０００３】
前記鋼管杭を打設するための杭打設装置には、鋼管杭の径に対応する把持装置を設けており、一般の杭打設装置では、鋼管杭の外径が１．５〜３ｍの場合に対応させた装置を構成している。つまり、杭打設装置に設ける把持装置では、鋼管杭の外周面を把持して回転作用を行うための機構を備えているものであり、前記把持装置の把持能力に応じて、杭打設装置の性能が設定される。また、前記鋼管杭を接続して長いものとして打設する際には、鋼管杭の単位体を溶接等で接続することができるもので、大径の鋼管杭を用いる場合には、鋼管杭の内部にコンクリートを充填することにより、強度の大きな大径の杭を構築することもできる。また、打設した鋼管杭の内部から土砂を排除することにより、地中の作業用等に用いる立坑としても構築することが可能である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前記鋼管杭を打設するためには、鋼管杭の径に相当する把持装置を装備した杭打設装置を用いる必要があり、前記杭打設装置は鋼管杭の径に応じて専用の装置として構成されるために、例えば、１ｍ以下の小径の鋼管杭を打設する際には、従来の杭打設装置を用いては施工できないという問題がある。前記小径の鋼管杭は、一般にはハンマーのような打設装置を用いて施工するのが一般的であり、回転と押し込み作用を併用する杭打設装置を用いることは考えられてないためではある。これに対して、鋼管杭を使用する場合には、ハンマーで打設することに代えて、回転と押し込み作用を併用する杭打設装置を用いることが要望される場合がある。
【０００５】
また、前記鋼管杭を杭打設装置を用いて施工する場合に、掘進速度と、深度とを順次測定することにより、把持装置に対する回転力の付与と、押し込み力とを調節しながら、施工の管理を行うことが必要である。ところが、従来の杭打設装置においては、非常に大径の鋼管杭を対象とする装置として構成されていることから、小径の鋼管杭に対応する制御機構を組み込むことができないこと、および小径の鋼管杭に対応するデータ収集の機構を適用できないという問題があった。
【０００６】
本発明は、従来の大径の鋼管杭に対応する杭打設装置を用いて、小径の鋼管杭を施工可能な装置を構成すること、および、小径の鋼管杭の打設作業に対応する制御装置を提供することを目的としている。
【０００７】
本発明は、大径の鋼管杭に対応させて構成した杭打設装置を用いて小径の鋼管杭を施工可能とし、鋼管杭に対して押圧作用と回転作用とを付与して、前記鋼管杭を地中に打設する鋼管杭打設装置に関するもので、
ジャッキにより上下動可能に支持する中間フレームと、前記中間フレームに対して回転可能に支持される回転フレームと、鋼管杭を周方向の外面から押圧して保持する作用を発揮するとともに、前記回転フレームにくさび部材を用いて上下動可能に支持される複数の把持部材と、前記複数の把持部材を介して鋼管杭に回転と押圧力とを付与して、前記鋼管杭を地中に打設する手段と、を組み合わせて設け、
前記把持部材を用いて小径の鋼管杭を押圧保持するために、前記回転フレームに設けたくさび部材の鋼管杭側に追加把持部材を各々設け、前記複数の追加把持部材に設けたくさび部材を用いて、小径の鋼管杭を保持して前記鋼管杭に回転と押圧力とを付与するよう構成し、
前記鋼管杭を地中に打設するために用いる複数の油圧装置に対して、各々の油圧回路に設ける圧力検知手段と、前記回転フレームに設けたストロークセンサによる鋼管杭の打設の情報を検知する手段と、を用い、
鋼管杭打設作業を制御するために設ける情報処理手段に対して、前記圧力検知手段と鋼管杭の打設の情報を検知する手段からの情報を、前記情報処理手段に入力して、
前記情報処理手段より鋼管杭の打設に必要とされる情報を出力して、作業を行うよう構成したことを特徴とする。
【０００９】
前述したように構成したことにより、本発明においては、油圧装置の油圧回路に、圧力検知手段と鋼管杭の打設の情報を検知する手段を設け、杭打設装置の油圧回路に配置する複数のセンサから得られる情報と、把持装置の下降状態のデータを用いて、鋼管杭の打設状態と地盤の状態等を容易に把握することができる。したがって、大径の鋼管杭を打設するための装置を用いて、小径の鋼管杭の施工管理を容易に行うことができ、前記情報処理手段を介して、鋼管杭の打設に必要とされる情報を得ることができる。
さらに、小径の鋼管杭の打設を行うために、打設する鋼管杭の径に対応させた追加把持部材を装着して用いることができ、鋼管杭の上端部を地中に深く埋設する必要がある場合等にも、打設補助部材を介して打設することにより、容易に対応させることができる。また、鋼管杭を引き抜く際にも、内側突起を用いて引き抜き作業を行わせることができるために、１つの打設補助部材を用いて任意の作業に対処させることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図示される例にしたがって、本発明の鋼管杭打設装置を説明する。図１に示す例は、小径の鋼管杭に対応するアタッチメントを装備可能な杭打設装置の構成を示しており、杭打設装置１０は地面上に置かれるベース部材１１と、前記ベース部材１１上にジャッキ装置１４……を介して上下動可能な中間フレーム２０と、作業員が乗ることが可能な上部フレーム１５を各々組み合わせて構成している。また、前記ベース部材１１と中間フレーム２０、前記中間フレーム２０と上部フレーム１５の間には、ジャッキ装置１４、１６を各々配置し、ベース部材１１上のフレーム１５、２０を個別に、または、一緒に上下動させるように構成している。前記ベース部材１１には任意の重量を有するウェイト１３を配置し、鋼管杭を打設する際に装置本体の重量に加えて、押し込み力を増大させるように構成している。前記杭打設装置１０においては、各フレームの中心を上下に貫通する開口を設け、鋼管杭１を立設する状態で保持し、鋼管杭を地盤に向けて打設する作業を行わせるが、鋼管杭を中間フレーム２０に配置する把持装置２２を用いて保持している。
【００１１】
図２に示される例において、前記ベース部材１１にはジャッキ装置１２を配置し、前記ベース部材１１の高さを任意に調整可能に設けており、中間フレーム２０を、ベース部材１１の上にジャッキ装置１４を介して上下動可能に配置している。前記中間フレーム２０に設ける回転フレーム２１は、ベアリング部材２９を介して回転可能に設け、前記中間フレーム２１を回転させるために、油圧モータ３５と駆動伝達装置３６とを配置している。前記回転フレーム２１と中間フレーム２０の間に配置する把持装置２２は、中間フレーム２０に取り付けるシリンダ２５により、連動部材２６とベアリング部材２８を介してリンク装置２７を支持させており、前記リンク装置２７にはくさび部材２４を配置して構成している。そして、中間フレーム２０に固定されているシリンダ２５に対して、リンク装置２７がベアリング部材２８を介して回転可能な状態に支持される。
【００１２】
前記回転フレーム２１には、図３に示されるように、所定の角度で複数個のくさび台を等角度で配置しており、図２に示したように、前記くさび台のテーパ面にくさび部材２４を摺動させて、前記くさび部材２４の鋼管杭に対する面を、鋼管杭に対して離接させる方向に移動可能なものとしている。さらに、本実施例に示すくさび部材２４には、小径の鋼管杭１に対応させた追加把持部材３０を取り付けており、前記くさび部材のみによっては把持できないような小径の鋼管杭を把持して、打設可能なものとして構成している。前記図２に示す例では、中心部の右側では鋼管杭を把持しない状態を示し、左側では鋼管杭を追加把持部材３０により把持して、鋼管杭に回転と押し込み作用を付与して施工する状態を示している。つまり、本実施例に示す把持装置２２では、中間フレーム２０に支持される回転フレーム２１に設けたくさび台２３に対して、追加把持部材３０を設けたくさび部材２４を摺動させるのみで、小径の鋼管杭を把持する作用を容易に行わせることができるようにされる。
【００１３】
前記図３に示す例では、回転フレーム２１には６個のくさび台を配置可能に構成されているものであるが、図２に示したように、くさび部材２４に対して追加把持部材３０を配置して鋼管杭を把持させようとする場合には、図３に示すように、３個の追加把持部材を配置可能である。そして、例えば、最大の径が１５００mmの鋼管杭を打設可能な装置を用いて、５００mm程度の小径の鋼管杭を打設する場合の例で説明しているものであることから、前記追加把持部材３０として、厚さが５００mmのものを使用することにより対処が可能である。また、前記追加把持部材３０は、鋼管杭の径に対応させた厚さのものとして構成され、把持装置に配置するくさび台に対して、くさび部材を摺動させることにより、任意の径の鋼管杭を３か所で押圧保持する状態で、鋼管杭に対する回転と押圧作用を付与しながら、打設作業を行わせることができる。
【００１４】
前記追加把持部材３０は、図４に示すように、ボルト孔３２を所定の数だけ配置し、くさび部材２４に対してボルト等を用いて固定するように構成している。また、前記追加把持部材３０の鋼管杭に対応する面には、鋼管杭の外周に設けた外側スパイラルを収容する溝３１を設けて、鋼管杭を把持する際に、前記スパイラルを溝に収容させるようにしている。したがって、本実施例に示す把持装置においては、鋼管杭の径に対応させた追加把持部材を、くさび部材２４に追加して取り付けることにより、任意の太さの小径の鋼管杭を把持して打設することができるものとして構成される。
【００１５】
【実施例】
前記本発明の装置を用いて打設する鋼管杭は、例えば、最大長さが５〜１０ｍ程度のものとして構成されるのであり、前記鋼管杭の長さよりも深く打設する必要がある場合には、１本の鋼管杭を打設した後で、その上に別の鋼管杭を溶接して継ぎ足すようにする。また、鋼管杭の上に基礎コンクリートを打設する場合には、打設した鋼管杭の頭部が地表面から所定の深さに達するまで打ち込む必要が生じる場合がある。ところが、前記把持装置を使用する装置では、鋼管杭の頭部が所定の長さだけ露出する位置まで打設可能であり、それ以上の深さには打設が不可能である。そのために、従来の杭打設装置においては、鋼管杭を所定の深さまで打設した後で、地面を掘削してから鋼管杭の頭部を切断する等の手法を用いて、その鋼管杭の頭部に基礎コンクリートを打設していた。したがって、鋼管杭の余分な突出部を切断する等の工事のために、その工事期間や工事のコストが影響を受ける等の問題が残っていた。
【００１６】
前述したような問題を解決するために、本実施例においては、図５に示すように、鋼管杭１の上部に装着可能な打設補助部材４０を用いている。前記打設補助部材４０としては、鋼管杭１と外形が同一な上胴部４１の下部に、鋼管杭１に装着可能な挿入基部４２を設けており、前記挿入基部４２の先端部に小径の係合部４３と先端テーパ部４６とを配置して構成する。前記打設補助部材４０の上胴部４１は、把持装置からの駆動力を鋼管杭に伝達するために、その駆動力を伝達可能な強度を持たせるために、比較的肉厚なものとして構成しており、その下部に形成する挿入基部４２は、鋼管杭１の内面に隙間なく挿入可能なものとして構成する。また、前記挿入基部４２と先端テーパ部４６の間に形成する係合部４３においては、鋼管杭の内面に突出させている内側突起５に対する突条としての係合突起４４と、内側突起の下部に係止可能な引抜用突起４５とを、前記鋼管杭の内側突起に対応させて各々配置している。
【００１７】
前述したように構成した打設補助部材４０は、吊具を用いて鋼管杭１の上部から装着することにより、先端テーパ部４６を用いて容易に挿入でき、挿入基部４２を鋼管杭の上部に位置決めすることにより、鋼管杭と打設補助部材とを一体化させることが可能である。前記打設補助部材を装着した後で、打設補助部材を把持装置により把持して所定の角度だけ回転させると、内側突起５の側面に係合突起４４が当接する状態となり、そのままの状態で打設補助部材を回転させることによって、鋼管杭１を回転させながら押圧して打設作業を行うことができる。そして、鋼管杭の頭部が地表面から所定の深さの位置まで達するように打設してから、打設補助部材４０を引き抜くことによって、鋼管杭を地中に残した状態で打設補助部材のみを回収することができる。
【００１８】
また、工事の目的によっては、鋼管杭を打設した後で、その鋼管杭を引き抜くことが要求される場合がある。例えば、建造物の仮設工事において、鋼管を打設して構成した鋼管杭を、仮設工事の終了後に引き抜いて回収することが求められる場合に、前記鋼管杭が地表面から所定の深さまで打ち込まれている状態のものに対しては、前記打設補助部材４０を用いて引き抜き作業を行うことができる。前記目的に対処させるために、図５に示される打設補助部材４０においては、係合突起４４の側部に引抜用突起４５を設けており、前記引抜用突起４５は鋼管杭の内面に設けた内側突起５の下面に対応させた位置に配置している。
【００１９】
前記打設補助部材を用いて鋼管杭を引き抜く場合には、地中深く打設されている鋼管杭の頂部から打設補助部材４０を挿入し、打設補助部材を鋼管杭と一体化させた後で、打設時と逆方向に打設補助部材を回転させると、内側突起５の下部に引抜用突起４５が位置決めされ、その内側突起の側部に係合突起４４が当接する状態で、鋼管杭に打設補助部材が一体的に係合される。そして、前記打設補助部材４０を打設時と反対の方向に駆動するとともに、中間フレームをベース部材１１に対して上昇させる方向に、ジャッキ装置を作動させることにより、打設補助部材を用いて鋼管杭を地中から引き抜く作用が行われる。したがって、前記打設補助部材を鋼管杭に装着して所定の高さまで引き抜き、鋼管杭の上部を把持装置により保持できるようにしてから、打設補助部材を取り外して鋼管杭のみを把持装置により把持し、引き抜きの動作を継続することができる。なお、前記鋼管杭の打ち込みと引き抜きに使用する打設補助部材は、その目的に応じて、上胴部の長さを任意に形成することができるものであり、鋼管杭の径に対応させて、専用の打設補助部材として構成する。
【００２０】
【実施例２】
前記杭打設装置においては、鋼管杭の打設と引き抜きの作業の制御のために、図６に示すような施工管理装置５０を用いることができる。前記施工管理装置５０においては、杭打設装置に対して押込シリンダ圧力センサ５６と引抜シリンダ圧力センサ５７を、図２のジャッキ装置１４の圧油供給ポートに対応させて配置している。また、回転フレーム２１に対する油圧モータに対しては、右回転モータ圧力センサ５８と、左回転モータ圧力センサ５９とを、それぞれの圧油供給ポートに対応させて配置して、前記４つの圧力センサからの情報を、中継ボックス５４を介してパソコンの入力用ボックス５３に入力させる。さらに、前記中継ボックス５４には、回転フレームに設けたストロークセンサ５５からの情報も同時に入力させる。
【００２１】
前記各センサからの情報は、入力用ボックスを介してパソコン５２に入力し、前記パソコン５２においては、各センサからの情報を、あらかじめ設定しているプログラムにしたがって処理し、鋼管杭の打設状態と引き抜き作業の状態とを、各々パソコンのディスプレイに表示する。また、前記表示されたデータは、レコーダ５１を用いて紙に記録して出力することもできる。本実施例においては、パソコンで処理したデータは、図７のグラフに示されるように、鋼管杭の深度に応じて、Ｎ値とトルク、押込力の変化の状態、および、（Ｔ・ｔ）1/2 のデータを同時に表示できるものとされる。つまり、前記図７のグラフに示されるように、多数のデータを同時に表示可能なものとすることにより、鋼管杭を打設する地盤のＮ値が容易に得られるものとなり、それに加えて、鋼管杭を駆動するためのトルクと押込力のデータを得ることができる。
【００２２】
前記深度の情報は、把持装置により鋼管杭を把持している状態での、回転フレームの移動距離の情報にもとづいて計測する値であり、掘削速度の情報は、掘削深さと経過時間にもとづいて計算する。前記押込力とトルクの情報は、前記センサ５６〜５９のそれぞれの情報にもとづいて計算され、（Ｔ・ｔ）1/2 のデータは、回転トルクＴと、単位深さの掘削に要した時間のデータｔにもとづいて計算される値である。なお、前記押込力のデータには、圧力センサからの情報に加えて、中間フレームを介して鋼管杭に付与される装置の重量のデータを加算するので、装置の重量が大きく影響する。そして、前記各種のデータを同時に得ることによって、油圧装置をコントロールしながら、鋼管杭の打設や引き抜きの作業を行うことができる。また、前記パソコンのディスプレイに表示されたデータは随時紙に記録できるので、工事の状況を紙に記録して残すことができる。
【００２３】
【発明の効果】
本発明の装置は、前述したように構成しているのであるから、杭打設装置の鋼管杭に対する把持部材を回転フレームに配置するくさび台と、前記くさび台に摺動するくさび部材に設けた追加把持部材により構成できる。そして、前記追加把持部材を鋼管杭の径に対応させた厚さを有するものとして構成すること等によって、大径の鋼管杭に対応する杭打設装置を用いて、小径の鋼管杭の打設を行うことが可能であり、打設する鋼管杭の径に対応させた追加把持部材を装着して用いることができる。そして、外周面にスパイラルのような突条を有する鋼管杭に対しても、その突条を追加把持部材に設けた溝に挿入して回転力等を付与することが可能である。
【００２４】
また、打設補助部材を用いて鋼管杭の打設を行う補助手段を設けることによって、鋼管杭の上端部を地中に深く埋設する必要がある場合等にも、打設補助部材を介して打設することにより、容易に対応させることができる。また、本発明の打設補助部材には、鋼管杭の内面に設けている内側突起を介して打設の際の回転力を伝達できるとともに、鋼管杭を引き抜く際にも、内側突起を用いて引き抜き作業を行わせることができるために、１つの打設補助部材を用いて任意の作業に対処させることができる。さらに、本発明においては、杭打設装置の油圧回路に配置する複数のセンサと、把持装置の下降状態のデータを用いて、鋼管杭の打設状態と地盤の状態等を容易に把握することができ、鋼管杭の施工管理を容易に行うことが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の杭打設装置の説明図である。
【図２】  鋼管杭を把持して回転させる機構の説明図である。
【図３】  鋼管杭の把持部材の説明図である。
【図４】  追加把持部材の正面図である。
【図５】  打設補助部材の構成を示す説明図である。
【図６】  施工管理装置の説明図である。
【図７】  本発明の管理装置により得られるデータのグラフである。
【図８】  本発明に使用する鋼管杭の説明図である。
【図９】  鋼管杭の平面図である。
【符号の説明】
１    鋼管杭、  ２・３    スパイラル、  ５    内側突起、
１０    杭打設装置、  １１    ベース部材、
１２・１４・１６    ジャッキ装置、  ２０    中間フレーム、
２１    回転フレーム、  ２２    把持装置、  ２３    くさび台、
２４    くさび部材、  ３０    追加把持部材、  ３１    溝、
４０    打設補助部材、  ４１    上胴部、  ４２    挿入基部、
４３    係合部、  ４４    係合突起、  ４５    引抜用突起、
４６    先端テーパ部、  ５０    施工管理装置、  ５１    レコーダ、
５２    パソコン、  ５５〜５９    センサ。
【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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