(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
中掘工法を用いて地中に中空杭を沈下させ根固め球根を造成するオーガー装置において、拡大翼の刃物取付腕の側面を蹴り出す揺動蹴出部材を刃物軸に取付け、オーガー軸に該揺動蹴出部材の他端を押圧して揺動させる突起を突設し、刃物軸とオーガー軸とは円周隙間を設けたスプライン結合とし、オーガー軸を逆回転した時前記円周隙間分だけ刃物軸とオーガー軸が相対回動し、前記突起が前記蹴出部材の一端を蹴り出し、前記蹴り出し部材の他端が拡大翼の根元を蹴り出し、拡大翼を拡大方向に強制的に揺動させるようにしたことを特徴とするオーガー装置。
【請求項２】
前記刃物軸に外嵌するオーガー軸に中空杭の内面を清掃するブラシを装着したことを特徴とする請求項１記載のオーガー装置。
【請求項３】
前記ブラシはその基底部が前記外嵌するオーガー軸の外周部に半径方向外側から嵌脱自在に嵌め込み固定され、ブラシワイヤが半径方向外側に延出していることを特徴とする請求項２記載のオーガー装置。
【請求項４】
前記ブラシは前記オーガー軸の外周面にオーガー軸に平行なピンでブラシの基底板の一端を結合して揺動自在とし、基底板の他端の動きを制限するストッパを備え、ブラシワイヤが半径方向外側に延出している構造としたことを特徴とする請求項２記載のオーガー装置。
【請求項５】
前記ブラシはスクリュー羽根の下面に垂下した板に基底部を取付け、ブラシワイヤを半径方向外側に延出させたことを特徴とする請求項２記載のオーガー装置。
【請求項６】
中掘方式で中空杭を地盤中に沈下させ、下端杭が根固め層に到達後、請求項１〜５の何れかに記載のオーガー装置を用いて、拡大翼を中空杭の下端から根固め球根の下端まで下方に突出させ、オーガーを逆回転して拡大翼を拡径し、セメントミルクを注入すると共に拡大翼を拡径のまま根固め層を昇降させて撹拌し、拡大球根を造成することを特徴とする根固め方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、中空杭を用いて中掘工法により杭を沈下し杭の下方に根固め球根を造成する工法に使用するための、拡大ビットの機構及び根固め方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
中空杭中にスパイラルオーガーを挿通し、オーガードリルの先端で地中を掘削し、スパイラルオーガーによって杭の中空孔を通って排土を引き上げて排出し、杭を地中に沈設する中掘工法が知られている。また、中掘工法を利用して杭下端より下方の地中に拡底部を形成し、ここに根固め用の拡大球根を造成して支持杭を形成する根固め工法がある。
【０００３】
図２０は中空杭の中掘根固め技術を説明する説明図である。図２０に示すように、中空杭１００は中掘工法の杭打ち機１０１の吊下マスト１０２に吊下されて地中に沈下される。中空杭１００の中に挿通されたオーガードリル１０３は駆動装置１０４から回転動力を与えられ、掘削刃物１０５が地中１０６を掘削し、オーガースクリュー１０７は掘削土を上昇させ中空杭１００の上部から排出する。この掘削にともない中空杭１００は地中に沈下する。中空杭が地中の支持地盤に到達したら、中空杭の下方に地盤の土砂とセメントとを撹拌混合して根固め拡大球根を造成する。この拡大球根は中空杭の下端に固着させ、支持力の大きい杭を施工することができる。
【０００４】
この根固め工法では、杭の下方に杭の内径より大径の掘削部を形成するために拡底ビットを用いる必要がある。従来このような拡底ビットが種々開発されている。
実公昭６３−２３５０６号公報には、空洞部に連接する複数個の噴出口を設けた有底筒状の本体に一対の分断された螺旋翼を設け、この螺旋翼の分断箇所の本体外周にその切線方向に向かう一対の規制板に上下ストッパーを設けると共に、この上下ストッパーに規制される一対の拡大ビットを本体にピンを介して枢着し、この拡大ビットを土圧抵抗で拡開し前記ストッパーで規制され、この土圧抵抗の解除で下ストッパーを乗り越えて縮径するように本体に拡縮自在に設けると共に、その枢着部とピンの頭部との隙間の範囲で前記本体の放射方向に対して僅か揺動するようにした、中掘工法の拡大オーガーヘッドが開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来技術はオーガーのスパイラル羽根の径内に拡大刃物を収納してあり、この拡大刃物を中空杭の下端より下方に突出させた時、周囲の土砂の抵抗によって拡大刃物が拡大方向の反力を受け、この反力によって拡大刃物が拡大することを期待する構造である。このような従来技術では、スクリュー羽根の径より小さい径内に収納された拡大刃物がスクリュー羽根中に圧密された土によって固まってしまい、開かない恐れがある。また、拡大した拡大刃物はスクリューの昇降動作のとき土砂の抵抗により縮小する恐れがある。
【０００６】
本発明はこのような問題点を解決したオーガー装置及び根固め方法を提供することを目的とするもので、本発明の課題は次のとおりである。
ａ．杭の外径より大きい外径に確実に拡大する拡大翼を実現し、拡大のまま保持することができ、拡大球根を確実に造成することができるようにすること。
ｂ．根固め工法用として、掘削性のよい掘削刃物を提供すること、すなわち、縮径時の掘削性に優れ、拡径を確実に実現することができ、拡径のままの軸方向の掘削性が良好であること。
【０００７】
ｃ．中空杭の内面と根固め球根との付着を良くし、球根と杭の一体化を図ること。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するためになされたもので、その技術手段として、中掘工法を用いて地中に中空杭を沈下させ根固め球根を造成するオーガー装置において、拡大翼の刃物取付腕の側面を蹴り出す揺動蹴出部材を刃物軸に取付け、オーガー軸に該揺動蹴出部材の他端を押圧して揺動させる突起を突設し、刃物軸とオーガー軸とは円周隙間を設けたスプライン結合とし、オーガー軸を逆回転した時前記円周隙間分だけ刃物軸とオーガー軸が相対回動し、前記突起が前記蹴出部材の一端を蹴り出し、前記蹴り出し部材の他端が拡大翼の根元を蹴り出し、拡大翼を拡大方向に強制的に揺動させるようにしたことを特徴とするオーガー装置を提供する。
【０００９】
このオーガー装置では、円周方向に遊び（円周隙間）を持ったスプライン結合を備え、オーガー軸を逆回転させた時、前記遊び（円周隙間）によるオーガー軸と刃物軸との相対的な空回りにより、蹴出部材を強制的に揺動させて確実に拡大翼を蹴り出すようにした。従って、拡大翼が確実に拡径し、従来のような他力本願的な不確実さが解消された。また、逆回転である限り拡大翼の拡径は確実に保持される。
【００１０】
さらに、前記拡大翼の刃物取付け腕の形状はオーガースクリューと同じ螺旋方向の螺旋羽根形状とする。拡大翼はオーガーが正回転の時縮径しており刃先の外径はスクリューの外径とほぼ等しく、掘削をしない。従ってこの段階では、刃物取付け腕が排土を上昇させるオーガースクリューと同様の作用をするように螺旋状に形成しておく。この刃物取りつけ腕の螺旋形状は後述の拡径して逆回転しながら拡大球根を形成する時、根固め層の撹拌混合物を下方に押し下げる作用をなし、撹拌効果を高める利点がある。
【００１１】
前記刃物軸に外嵌するオーガー軸に中空杭の内面を清掃するブラシを装着し、中空杭の内面を清掃し、内面と拡大球根との付着を確実にする。中空杭の内面には通常円周突起を設け、球根とのかみ合い付着をよくするようになっているが、この円周突起の隅角部等に掘削時の土砂が固着して付着性能を損なう恐れがある。本発明では球根造成過程で中空杭の内面をブラシで清掃するので、この問題が解消する。
【００１２】
前記ブラシの取付けは、ブラシの基底部が前記外嵌するオーガー軸の外周部に半径方向外側から嵌脱自在に嵌め込み固定され、ブラシワイヤが半径方向外側に延出しているように形成すると、取付け、取り外しが容易であり、清掃効果もオーガーお正転逆転の双方で発揮することができる。
ブラシの別の取付け方としては、オーガー軸の外周面にオーガー軸に平行なピンでブラシの基底板の一端を結合して揺動自在とし、基底板の他端の動きを制限するストッパを備え、ブラシワイヤが半径方向外側に延出している構造としてもよい。この構造ではオーガーが正転の時には、ブラシ作用が小さくブラシの損耗が少なくなる。オーガーが逆転する時は、中空杭の内面との摩擦によりブラシが拡径する方向に付勢され、清掃効果が大きくなる。
【００１３】
また、前記ブラシはスクリュー羽根の下面に垂下した板にブラシの基底部を取付け、ブラシワイヤを半径方向外側に延出させた構造としてもよい。取付け部の制約が少なく、取付け、取り外し、ブラシ効果の調整等が容易で、適切な性能のブラシとすることができる。
本発明は上述のオーガー装置を用いて、最も効率的に高品質の球根を形成することができる。その方法は、中掘方式で中空杭を地盤中に沈下させ、下端が根固め層に到達後、上述のオーガー装置を用いて、拡大翼を中空杭の下端から根固め球根の下端まで下方に突出させ、オーガーを逆回転して拡大翼を拡径し、セメントミルクを注入すると共に拡大翼を拡径のまま根固め層を昇降させて撹拌し、球根を造成することを特徴とする根固め方法である。この時拡大翼の刃物取付け腕もオーガースクリューと同様の作用をする。また、拡大翼の刃物チップは、拡大翼を引き上げる時地層を掘削するように、刃物取付け腕の上側に装着されている。
【００１４】
拡大翼の形状が以上のように形成されており、逆転掘削操作によって、拡大翼を上下させると、球根造成部の地山の材料とセメント等の硬化材とを効率よく混合撹拌させることができる。スクリューは、逆転により混合物を下方に送る作用が大きく、混合撹拌効果が大きく、品質のよい、強度の高い、均一混合された球根造成材料を得ることができる。この球根造成材料は、球根造成地層の土砂とセメントミルクとの混合物である。
【００１５】
前記拡大翼はオーガーの逆回転にて拡径掘削し、根固め層を上下させて撹拌するが、オーガーの逆回転にて拡径掘削し、オーガーの正回転で縮径し、正逆転を繰り返して根固め層を撹拌することもできる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
図１は実施例のオーガー装置の刃物の全体を示す側面図、図２は図１を軸回りに９０度回した側面図である。なお、拡大翼は図１では拡径した状態、図２では縮径した状態を示している。
【００１７】
刃物軸１には下端に直刃（一本剣）２、その上方に掘削翼ビット３、その上方に拡大翼４を取付けてある。刃物軸１はオーガー軸１１にスプライン結合により取付けられている。オーガー軸１１は刃物軸１を先端に取付けて中空杭内に挿入し、杭沈下工程では直刃２、掘削翼ビット３で中空杭下方の地層を掘削し、スクリュー１２で掘削土を中空杭の内部を通して排出し、中掘り工法で所定深さまで中空杭を地中に沈設する。この時オーガー装置は正回転（右回転）である。拡大翼４は、縮小した状態にある。
【００１８】
拡大翼４は左回転（逆回転）で拡径し、右回転（正回転）では縮径する。右回転（正回転）で縮径したときは、中空杭内に納まる。この時掘削翼ビット３は中空杭の内径と同等の径の掘削を行う。
図３は図１のＡ−Ａ矢視図で、拡大翼４が拡径し、刃物先端が拡大円４７に内接する状態を示し、図４は拡大翼４が縮径し刃物先端が縮小円４６に内接する状態を示している。
【００１９】
拡大翼を拡径する時は、揺動蹴出部材５が作動する。揺動蹴出部材５は図１、図２に示すように、てこ状をなし、そのほぼ中央部を揺動蹴出部材支持部６にピン支持されており、このピンを中心に揺動自在になっている。揺動蹴出部材５の下端は図４に示すように、拡大翼４の刃物取付腕４２の側面を蹴り出すようになっており、揺動蹴出部材５の上端はオーガー軸１１に突設された突起１３が当たるようになっている。
【００２０】
拡大翼４はオーガー軸１１の軸心から偏心して設けられたボス４１の中心回りに回動する。オーガーを右回転（正回転）すると土の抵抗によって拡大翼４は縮径する。そして引上げて来ると、中空杭の下端に拡大翼４が当接することによって、拡大翼４の肩部が中空杭の端部に倣って案内されて完全に縮径する。
拡大翼４を拡径させるときは、オーガーを左回転（逆回転）することによって達成される。刃物軸１は、これに外嵌するオーガー軸１１とスプライン結合されている。オーガーを逆転（左回転）に切替えると、刃物軸１の外面スプライン（雄歯）とオーガー軸の内面スプライン（雌歯）とは円周隙間を設けてあるので、オーガー軸はこの円周隙間分だけ空転した後に、スプラインが接して逆向の回転力を伝達する。
【００２１】
この空転によりオーガー軸１１に突設されている突起１３が揺動蹴出部材５の一端部を蹴り、揺動蹴出部材５が揺動してその他端が拡大翼４の刃物取付け腕４２の側面を蹴り出し、拡大翼４を拡径方向に強制的に開く。この時、揺動蹴出部材５は拡大翼４を半径で２０〜３０ｍｍ強制的に拡径させる。従って、拡大翼４の先端は、地山に食込み、さらに左回転を続けることにより地山の抵抗によって完全に拡径する。そして左回転である限り拡径した状態を保つ。拡大球根の下端で拡径し左回転させながらオーガーを引上げると、拡大翼４の刃物取付腕の上面に取付けられた刃物チップで地層内を拡大掘削しながら掘り上る。所定根固め拡大球根部を容易に確実に形成することができる。
【００２２】
図５は図２のＣ−Ｃ矢視図で、掘削翼ビット３を示している。刃物ビット３２、３３、３４、３５を取付けた刃物取付腕３１は、刃物軸１に固定されている。刃物ビット３２、３５は刃先円３６に内接する状態に固定されている。
図６は拡大翼４の三面図で、（ａ）は側面図、（ｂ）は上面図、（ｃ）は正面図である。ボス４１に刃物取付腕４２の根本が取付けられ、その先端に刃物チップ４３が取付けられている。刃物取付腕４２は、オーガースクリューと同様の螺旋形になっている。すなわち、刃物取付腕４２はスクリューと同じ右ねじれの基部翼と掘削チップ刃付きの平行板部で形成されている。この右ねじれ基部翼は、中空杭の沈下推進掘削のときオーガースクリューと同じ方向となっており、掘削土砂の排出、移動を容易にして、掘削性能をたかめる。
【００２３】
また刃物チップ４３は、超硬チップであって、刃物取付腕４２の先端にオーガーの左回転の時掘削する位置に、円周方向と、上方向に掘削するように適切な刃物角４５、逃げ角４４を付して取付けられている。
拡大翼４は、拡大して根固め球根を上向きに掘削するので、硬質地盤でも容易に拡大球根を形成することができ、掘削性が優れ、下向き拡大全面掘削に比べて短時間で掘削することができる利点がある。
【００２４】
図７は図１の縦断面図で、そのＰ−Ｐ矢視断面図を図８に示した。また図９、図１０は図７の分解図である。図９は刃物軸１であって、図９のＱ−Ｑ矢視断面図を図１１に示すように、スプラインの歯７を外径に突出している。図１０は刃物軸１に外嵌するオーガー軸１１であって、中空軸をなし、図１０のＲ−Ｒ矢視図を図１４に示すように、内面にスプラインの歯１４を突出している。そして、図７に示すように、刃物軸１にオーガー軸１１が外嵌し、スプライン結合している。図８のように刃物軸１とオーガー軸１１とがスプライン結合したとき、歯７と１４は、円周隙間８を開けて結合している。なお図９のＳ−Ｓ矢視断面図を図１２に、そのＴ−Ｔ矢視断面図を図１３に示した。
【００２５】
次に、本発明のブラシについて説明する。本発明のブラシは、中空杭内面とソイルセメントとの付着を良くし、根固め球根と杭の一体化を図るものである。このブラシは、中空杭の下端部近傍の内面を清掃するもので、刃物軸に外嵌するオーガー軸の外面に設けられる。このブラシは、中空杭内面のソイルセメントの付着部を繰り返しクリーニングする。
【００２６】
図１５はその一例で、オーガ−軸のスクリュー１２の外径に切欠を設け、この切欠部に装着する。このブラシ６０はその基底部６１がスクリュー羽根１２の外周部に半径方向外側から嵌脱自在に嵌め込み固定する。そして、ブラシワイヤを半径方向外側に延出させる。
図１６、１７は別の例で、オーガー軸１１の外周面にオーガー軸１１に平行なピン７２でブラシの基底板７１の一端を結合して揺動自在とし、基底板７１の他端に動きを制限するストッパ７３を備え、ブラシワイヤが半径方向外側に延出している構造である。矢印７４のようにオーガー軸１１が回転すると、スプラインの歯がブラシ７０のカムを押し上げ、ピン７２を中心としてストッパ７３に阻止されるまで拡径方向に付勢され、中空杭の内面に強く押し付けられ、中空杭の内面を清掃する。
【００２７】
図１８、１９はさらに別の実施例を示す。ブラシ８０はスクリュー羽根１２の下面に垂下した板８２にブラシ基底板８１をボルト８３によって取付け、ブラシワイヤを半径方向外側に突出させている。
次に、本発明のオーガー装置を用いて根固め工法の拡大部を確実に能率よく成形する方法について、図面を参照して説明する。図２２（ａ）〜（ｄ）はその工程を模式的に示す工程図である。図面にしたがって次に（ａ）〜（ｄ）工程を説明する。
（ａ）根入れ工程
中掘方式でオーガー装置１０３を用いて掘削排土しながら、中空杭１００を地盤中に沈下させ、最終根入れ位置（球根造成域）１１０に到達したら、中空杭１００を根入れ位置１１０から球根造成域まで沈設し、正回転のままさらに先行掘削する。
（ｂ）拡大球根造成開始工程
拡大翼４を拡径し、セメントミルクを噴射すると共に、逆回転させながら引き上げ掘削撹拌し、拡大球根１１２を造成する。
（ｃ）押し下げ工程
セメントミルクを噴射しながら逆回転で、拡大翼を押し下げ拡大球根１１２を撹拌する。
（ｄ）引き上げ撹拌工程
セメントミルクを噴射しながら逆回転で拡大翼を押し上げ撹拌する。
【００２８】
以上の根固め球根攪拌を終了したらオーガー軸を正回転させ拡大翼を縮径して引き上げ、最終的にオーガーを正回転しながら中空杭を押下げ、拡大球根１１２と中空杭１００とを一体化させる。
【００２９】
【発明の効果】
本発明によれば、拡大翼を確実に拡径させることができ、拡大のまま保持することができ、根固め拡大球根を確実に造成することができるようになった。従来の土圧の抵抗による拡大翼の拡径方式では、土で固まったダンゴ状となった拡大翼の拡径は不確実であったが、本発明では強制的に拡大翼を蹴り出し、拡大翼の刃物の先端を軸穴外周の地山に食い込ませて、拡大を強制するので、確実である。このことはオーガー軸を左回転させて拡大に切り替えると、オーガ装置のトルクが増大して、地上においても確認することができる。
【００３０】
また、本発明では縮径時の掘削性に優れ、拡径を確実に実現することができ、拡径のままの軸方向の掘削性が良好である。軸穴掘削時の掘削土砂の流動性は極めて良好であり掘削スピードは速い。従来は掘削土が固まったダンゴ状となるので軸穴の掘削も悪い。本発明法では拡大翼を拡径して、球根造成域を上向きに掘削するが、このときオーガーは掘削土砂を下方に送る作用をなし、土砂の流動性は極めて良好で、拡大掘りの能率が大幅に向上した。また、品質の良い球根を形成することができ、寄与するところが大きい。
【００３１】
また本発明では、中空杭内面の清掃を効果的に行うので、中空杭と根固め層との付着性が向上し、球根と杭の完全一体化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例のオーガー装置の掘削刃物近傍の全体を示す側面図である。
【図２】図１を軸回りに９０度回した側面図である。
【図３】図１のＡ−Ａ矢視図で、拡大翼が拡径した状態を示す図である。
【図４】図１のＡ−Ａ矢視図で、拡大翼が縮径した状態を示す図である。
【図５】図２のＣ−Ｃ矢視図である。
【図６】拡大翼の三面図である。
【図７】図１の縦断面図である。
【図８】図７のＰ−Ｐ矢視断面図である。
【図９】図７の分解図である。
【図１０】図７の分解図である。
【図１１】図９のＱ−Ｑ矢視断面図である。
【図１２】図９のＳ−Ｓ矢視断面図である。
【図１３】図９のＴ−Ｔ矢視断面図である。
【図１４】図１０のＲ−Ｒ矢視図である。
【図１５】ブラシの説明図である。
【図１６】ブラシの説明図である。
【図１７】ブラシの説明図である。
【図１８】ブラシの説明図である。
【図１９】ブラシの説明図である。
【図２０】中掘工法の説明図である。
【図２１】根固め拡大球根造成の工程図である。
【符号の説明】
１    刃物軸
２    直刃
３    掘削翼ビット
４    拡大翼
５    揺動蹴出部材
６    揺動蹴出部材支持部
７    スプライン（雄歯）
８    円周隙間
１１    オーガー軸
１２    スクリュー羽根
１３    突起
１４    スプライン（雌歯）
３１    刃物取付翼
３２、３３、３４、３５    刃物ビット
３６    刃先円
４１    ボス
４２    刃物取付腕
４３    刃物チップ
４４    逃げ角
４５    刃物角
４６    刃先円（縮径時）
４７    刃先円（拡径時）
６０    ブラシ
６１    ブラシ基部
７０    ブラシ
７１    基部板
７２    ピン
７３    ストッパ
７４    回転方向
８０    ブラシ
８１    ブラシ基部板
８２    垂下棒
８３    取付金具
１００    中空杭
１０１    杭打ち機
１０２    吊下マスト
１０３    オーガードリル
１０４    駆動装置
１０５    掘削刃物
１０６    地中
１０７    オーガースクリュー
１０８    拡大球根
１１０    根入れ位置
１１２    拡大球根
【図１】
0003706464.tif 000002
【図２】
0003706464.tif 000003
【図３】
0003706464.tif 000004
【図４】
0003706464.tif 000005
【図５】
0003706464.tif 000006
【図６】
0003706464.tif 000007
【図７】
0003706464.tif 000008
【図８】
0003706464.tif 000009
【図９】
0003706464.tif 000010
【図１０】
0003706464.tif 000011
【図１１】
0003706464.tif 000012
【図１２】
0003706464.tif 000013
【図１３】
0003706464.tif 000014
【図１４】
0003706464.tif 000015
【図１５】
0003706464.tif 000016
【図１６】
0003706464.tif 000017
【図１７】
0003706464.tif 000018
【図１８】
0003706464.tif 000019
【図１９】
0003706464.tif 000020
【図２０】
0003706464.tif 000021
【図２１】
0003706464.tif 000022