(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心軸の周囲に螺旋状配置にスパイラル翼を一体に備え、下端に複数の掘削ビットが突設されているとともに、前記スパイラル翼の上端から所定の距離をもたせた高さ位置に、前記スパイラル翼により排土がなされる方向の正回転時には前記スパイラル翼の外周縁より内側に入り込み、逆回転時に前記スパイラル翼の外周縁より所定長さだけ半径方向に突出される拡大ビットを有し、前記スパイラル翼の外径が埋め込もうとする中空の既製杭内に挿通可能で且つ前記拡大ビットはその突出時に先端が前記既製杭の外周より外側に突出される拡大ビット付掘削ヘッドを使用し、
該掘削ヘッドを回転支軸の先端に固定して既製杭内に挿入し、前記掘削ヘッドのスパイラル翼上部が既製杭の下端部内に挿入され、且つ拡大ビットが該既製杭の先端より下側にある状態で、該掘削ヘッドを逆回転させることにより土砂を押しのけて杭挿入孔を形成しつつ既製杭とともに地中に押し込む無排土沈降作業と、前記掘削ヘッドを正回転させて前記スパイラル翼により揚土させつつ杭を埋め込む中堀沈降作業とを、地盤条件によって切換使用しつつ既製杭を地中に埋め込むことを特徴としてなる既製杭埋め込み工法。
【請求項２】
スパイラル翼の螺旋状の傾斜角度が、少なくとも下端部分が中心軸と直交する平面に対して１０〜３０°である請求項１に記載の既製杭埋め込み工法。
【請求項３】
回転支軸を揚土用スパイラルオーガと兼用させ、該スパイラルオーガのスパイラル翼の傾斜角を前記拡大ビット付掘削ヘッドのスパイラル翼より大きいものを使用する請求項２に記載の既製杭埋め込み工法。
【請求項４】
中堀沈降作業時には、掘削ヘッドのスパイラル翼傾斜角が１０〜３０°の部分を既製杭の先端外に突出させた状態で動作させる請求項２又は３に記載の既製杭埋め込み工法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鋼製又はコンクリート製の筒状をした既製杭を地中に設置する既製杭埋め込み工法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、既製杭埋め込み工法には、プレボーリング工法及び中掘り工法がある。プレボーリング工法は先端に掘削ビットを固定したオーガを使用して地中を掘削し、既製杭挿入孔を地中に形成し、然る後既製杭挿入孔内に既製杭を挿入する工法であり、これには、図９（ａ）に示すように、下端に掘削ビット１を取り付けたオーガ２等の穿孔装置を使用して杭挿入穴３を形成し、図９（ｂ）に示すように底部に杭下コンクリート４を打設した後、図９（ｃ）に示すように杭挿入穴４内に既製杭５を挿入する方法や、図１０（ａ）に示すように、先端に掘削ビット１を固定するとともに、外周に撹乱羽根６を多数突設した掘削軸７を使用して地盤中の土砂を掘削ビット１で掘削し、その掘削土砂内に掘削軸７を通して水を注入し、これを撹乱羽根６によって撹乱させ、地中に円柱状の軟弱土８が充填された杭挿入穴９を形成し、図１０（ｂ）に示すように掘削軸７の抜き取り時に軟弱土８内にセメントミルク等の硬化剤を注入混合し、図１０（ｃ）に示すように掘削軸７を抜き取った後、硬化剤入り軟弱土８の硬化前に既製杭１０を沈設する方法がある。
【０００３】
中掘り工法には、図１１に示すように掘削軸１１に排土用のオーガ１２を使用し、その先端に掘削ビット１３を固定した掘削装置を使用し、これを既製杭１４内に挿入し、掘削ビット１３を先導させて既製杭１４地中に圧入し、掘削ビット１３による掘削土砂をオーガ１２によって地上に排出する方法がある。
【０００４】
上述の各従来工法は、何れも既製杭の沈設に際し、掘削土砂が排出されるものであり、排出された土砂の処理が必要となる。このような問題を解決する工法として、近年杭の先端に特殊な金具を取り付け、杭と共に回転させることにより、杭圧入部の土砂を水平方向に押し退けて杭沈降スペースを形成しつつ圧入する無排土沈降工法がある。
【０００５】
この工法は、図１２に示すように有底円筒状をした推進ヘッド本体２０の外周にスパイラル翼２１を一体に突設するとともに下端面に掘削用ビット２２を突設した推進ヘッド２３使用し、これを既製杭２４の先端に固定し、スパイラル翼２１のねじ込み方向に既製杭２３とともに推進ヘッド２３を旋回させることにより、掘削用ビット２２によって撹乱された地盤中に、スパイラル翼２１のねじ込み力によって推進ヘッド２３を押し込むことにより既製杭２４を地中に沈降させるものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の方法の内、プレボーリング工法や中掘り工法は、杭沈設に際して多量の掘削土砂が地上に排出されるため、排出された土砂の処理が必要になりその用地確保が困難になりつつある。また、前述した回転押し込み式の無排土沈降工法では、掘削土砂が排出されないため、土砂の処理を要しない点で他の工法に比べて低公害であるが、地盤条件がこの工法に適した状態である必要があり、特に高密度の粘土質地層に等、土砂を水平方向に押し退けることができない地盤には適用できないという問題がある。
【０００７】
また、このために工法の実施に際しては、施工しようとする地盤の状態をボーリング等によって調査し、必要な沈設深さに至るまでにこの工法の施工に不適当な地層が存在しない事を確認する必要があり、先行する地層調査に時間と費用を要するという問題がある。
【０００８】
本発明は上述の如き問題に鑑み、先行する地質調査を要することなく、無排土による杭の埋め込みができ、これに不適当な地層に差し掛かった際には、同一の装置により、その位置から中掘り工法を実施することができる低公害で経済性の高い既製杭杭埋め込み工法の提供を目的とてなされたものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上述の如き従来の問題を解決し、所期の目的を達成するための請求項１に記載の発明は、中心軸の周囲に螺旋状配置にスパイラル翼を一体に備え、下端に複数の掘削ビットが突設されているとともに、前記スパイラル翼の上端から所定の距離をもたせた高さ位置に、前記スパイラル翼により排土がなされる方向の正回転時には前記スパイラル翼の外周縁より内側に入り込み、逆回転時に前記スパイラル翼の外周縁より所定長さだけ半径方向に突出される拡大ビットを有し、前記スパイラル翼の外径が埋め込もうとする中空の既製杭内に挿通可能で且つ前記拡大ビットはその突出時に先端が前記既製杭の外周より外側に突出される拡大ビット付掘削ヘッドを使用し、
【００１０】
該掘削ヘッドを回転支軸の先端に固定して既製杭内に挿入し、前記掘削ヘッドのスパイラル翼上部が既製杭の下端部内に挿入され、且つ拡大ビットが該既製杭の先端より下側にある状態で、該掘削ヘッドを逆回転させることにより土砂を押しのけて杭挿入孔を形成しつつ既製杭とともに地中に押し込む無排土沈降作業と、前記掘削ヘッドを正回転させて前記スパイラル翼により揚土させつつ杭を埋め込む中堀沈降作業とを、地盤条件によって切換使用しつつ既製杭を地中に埋め込むことを特徴としてなる既製杭埋め込み工法にある。
【００１１】
このように構成することにより、既製杭の先端下に掘削ヘッドを先行させて既製杭の沈降作業をおこなうに際し、無排土による杭沈降作業の途中において、これに適さない地盤が存在した場合には、同一の掘削ヘッドを使用して排土による中堀沈降作業ができる。
【００１２】
逆に無排土による杭沈降作業が不適当な地盤において排土による中堀沈降作業の途中で無排土による杭沈降作業が可能な地盤を通過する際には、無排土による作業に切り換えることができ、何れの場合にも排土を少なく押さえて既製杭の沈降作業を行うことができる。
【００１３】
請求項２に係る発明の特徴は、前記請求項１の構成に加え、スパイラル翼の螺旋状の傾斜角度が、少なくとも下端部分が中心軸と直交する平面に対して１０〜３０°であることにある。このように構成することにより、掘削ヘッドを逆転させて無排土による杭沈降作業をおこなう際に、スパイラル翼の間からの土砂の上昇が好適に抑制され、無排土沈降が効果的に行われる。
【００１４】
請求項３に係る発明の特徴は、前記請求項２の構成に加え、  回転支軸を揚土用スパイラルオーガと兼用させ、該スパイラルオーガのスパイラル翼の傾斜角を前記拡大ビット付掘削ヘッドのスパイラル翼より大きいものを使用することにある。
【００１５】
請求項４に記載の発明の特徴は、請求項２又は３の構成に加え、中堀沈降作業時には、掘削ヘッドのスパイラル翼傾斜角が１０〜３０°の部分を既製杭の先端外に突出させた状態で動作させることにとある。このように構成することにより、中堀沈降作業時における土砂の排出がスムーズになされる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を図１〜図９について説明する。
【００１７】
まず、本発明に係る方法に使用する拡大ビット付掘削ヘッドについて説明する。図１は掘削ヘッドの概略構成を示しており、この掘削ヘッド４０は、中心軸４１と、該中心軸の外周に一体に備えた一対のスパイラル翼４２及び各スパイラル翼４２の下端に固着した掘削ビット４３を有している。中心軸４１の上端には回転支軸３６の下端の継手３６ｃに嵌合されてこれに連結される継手４１ａが備えられている。
【００１８】
更に、この掘削ヘッド４０には、スパイラル翼４２の外周より更に外側に突出する拡大ビット４４が備えられている。
【００１９】
中心軸４１の中心には回転支軸３６の中心孔３６ａと連通する中心孔４１ｂが貫通開口され、その下端に液剤吐出口が開口されている。
【００２０】
スパイラル翼４２は鋼製の帯状材を中心軸４１の外周にその帯状の幅方向を半径方向に向けて螺旋状に巻きつけた形状をしており、その螺旋方向の傾斜角度は回転させないで土中に押し込んだ際に、土砂が螺旋に沿って移動し難いように、中心軸を直立させた際の水平方向に対する角度、即ち中心軸と直交する面に対する角度αが１０〜３０°程度となるように設定されている。尚、この角度はスパイラル翼４２の下端側が小さく上端側に至るに従って大きくしても良い。
【００２１】
拡大ビット４４は、中心軸４１を中心にして互いに対称な位置に備えられており、断面がコ字形をした枢支金具４５に回動自在に支持されている。この枢支金具４５は、スパイラル翼４２の外周縁を中心軸側に切り欠いた部分に挿入されてこれと一体に固着されている。この枢支金具４５のコ字形の平行片部４５ａ，４５ｂ間に拡大ビット４４の基端部が挿入され、両平行片部４５ａ，４５ｂ及び拡大ビット４４に枢軸４６を上下方向に貫通させることにより、拡大ビット４４を、枢軸４６を中心にして回動可能に支持させている。
【００２２】
枢支金具４５のコ字形の前記両平行片部４５ａ，４５ｂ間を連結している背片部４５ｃの内側面が、拡大ビット４４が掘削ヘッド４０の回転半径方向に起立した際のストッパー４７となっており、拡大ビット４４はその側面がストッパー４７に当接してオーガ回転半径方向に直立した状態の位置から略９０°程度ストッパー４７とは反対方向の位置のオーガ回転円周方向に倒れた状態の位置までの間を水平方向に自由に回動できるようになっている。
【００２３】
また、枢支金具４５は、掘削ヘッド４０の揚土方向の回転、即ち該オーガ掘削ヘッド４０を回転させることによりスパイラル翼４２によって土砂が上昇方向に移動される方向の回転（本明細書ではこの方向の回転を正回転とし、これと逆方向の回転を逆回転とする）方向側に背片部４５ｃを向けて固定されており、従って、土中において、掘削ヘッド４０を逆回転させることにより、土砂の抵抗によって図３に示すように拡大ビット４４が半径方向に直立した突出状態位置に動作され、回転方向背面側がストッパー４７に当接して突出状態が維持されるようになっている。
【００２４】
これとは逆に掘削ヘッド４０を土中において正回転させると、図1、図２に示すように拡大ビット４４は土砂の抵抗によって回転円周方向に倒され、スパイラル翼４２より中心側に倒れた収納状態位置に回動されるようになっている。
【００２５】
次に上記掘削ヘッドを使用し、該掘削ヘッドとともに既製杭を沈降させる本発明に係る既製杭埋め込み工法の実施例について説明する。
【００２６】
図４は本工法の施工に使用する杭打ち装置の概略を示しており、図において符号３０はクローラーからなる走行手段によって移動可能な装置本体であり、その端部には支柱３１が立設されている。支柱３１にはスライドガイド３２が軸方向に固定されており、これに回転駆動手段３３及び杭挿入手段３４が上下方向に移動可能に支持されている。これらの各手段は図には詳示してないが、これらをそれぞれ上下方向に移動させるためのスライド駆動手段が備えられている。
【００２７】
回転駆動手段３３にはオイルモーター又は電動モーターからなる回転駆動源３３ａがあり、該駆動源３３ａによって回転動作される駆動軸３５に回転支軸３６が着脱自在に連結されるようになっている。駆動軸３５は、回転駆動源による回転方向の切り換えによって正逆方向に回転を変更できるようになっている。尚、この回転切換は回転切り換え用のギヤ機構によってもよい。回転支軸３６は外周にスパイラル翼を一体に備えた揚土用スパイラルオーガが使用されている。
【００２８】
杭挿入手段３４は下端にプレキャストコンクリート杭等の円筒形をした既製杭５０の上端を固定して垂下させる杭吊り下げ装置３７が備えられている。この杭吊下げ装置３７は、既製杭５０を回転可能な状態で吊下げるようになっている。
【００２９】
このようにして既製杭５０を吊下げた状態でスライド駆動手段によって下向きに移動させることにより、既製杭５０を沈降方向に移動されるようになっている。尚、既製杭５０には、図５、図６に示すように、下端に共動回転機構を構成する拡大ビット係止用突起５１を、杭中心を中心にして対照な位置に突設したものを使用する。また、既製杭５０の下端部外周には杭外径と同程度の高さまでの鋼製のバンド５２を巻きつけたものを使用する。
【００３０】
揚土用スパイラルオーガの中心軸を兼用している回転支軸３６には、中心にセメントミルク等の固化剤やジェット噴射水用の水等を通すための流路となる中空孔３６ａが貫通開口されている。このスパイラルオーガのスパイラル翼は図５に示すように掘削ヘッド４０のよりもスパイラル翼４２よりもその傾斜角が大きいものを使用している。
【００３１】
このように構成される杭打ち装置を施工現場に搬入し、所定の既製杭杭埋め込み位置に支柱３１を直立させ、既製杭５０内に、回転支軸３１と掘削ヘッド４０とを連結させた状態で挿入する。然る後、既製杭５０及び回転支軸３１をウインチで吊り上げ、それぞれ杭挿入手段３４及び回転駆動手段３３に上端を固定して吊下げる。
【００３２】
この時、図５に示すように、掘削ヘッド４０の上部、即ちスパイラル翼４２の上部が既製杭５０の下端部内に収容され、下部が既製杭５０の下端より下側に突出し、拡大ビット４４が既製杭５０の下端より梢下に位置するように既製杭５０と掘削ヘッド４０との相対位置関係を調整する。
【００３３】
尚、掘削ヘッド４０は、スパイラル翼４２の外径は、既製杭５０内に容易に挿入でき、該既製杭５０の内周面との間を土砂が容易に通り抜けない程度の大きさに成形されているとともに、拡大ビット４４は前述した半径方向に直立した状態の時、既製杭５０の外径より３０ｍｍ以上外側に突出し、円周方向に倒れた状態の時に既製杭５０の内径より１０ｍｍ以上内側に位置するようにその長さが選定されているものを使用する。
【００３４】
この状態で、回転駆動手段３３により掘削ヘッド４０を逆回転させつつ掘削ヘッド４０を地盤６０中に押し込む。尚、地盤６０の状態によって、自重によって地盤６０内に容易に挿入可能な場合には自重によって降下させる。また、地盤６０の条件によって、土砂の流動性を高める必要がある場合には地盤を緩めるための注水を内筒３６及び中心孔４１ｂを通じて行う。
【００３５】
この時、掘削ヘッド４０はスパイラル翼４２による揚土方向の回転とは逆であるため、地盤６０中の土砂は揚土されず、下方及び水平方向に押し退けられる。そして拡大ビット４４が地盤に達する位置まで降下されると、図６に示すように拡大ビット４４は土砂の抵抗によって突出位置に起立され、既製杭５０の外周より広い範囲の円形に地盤を撹乱すると共に水平方向に押しやる。このようにして既製杭５０の下端下に、地盤６０を撹乱して緩め、一部の土砂を下及び側方に押しやった先導孔６１が形成される。
【００３６】
このようにして形成された先導孔６１内に、既製杭５０を掘削ヘッド４０の降下と共に降下させ順次地盤中に沈降させる。この時、スパイラル翼４２の螺旋方向の角度が水平に対して１０〜３０°程度であるために、既製杭５０の下端開口は掘削ヘッド５０によって施栓された状態となり、既製杭５０は下端からに土砂が入り込まない状態で沈降される。
【００３７】
尚、この沈降に際し拡大ビット４４が地盤６０に達して突出位置に直立されるとこれが拡大ビット係止用突起５１に当接して既製杭５０を共動回転させる。これによって既製杭５０は旋回され、既製杭５０の外周面と土砂を縁切りされながら地盤中に沈降される。
【００３８】
また、既製杭５０の必要沈降深さが浅い場合や、地盤の条件によって既製杭５０を旋回させなくても容易に沈降が可能な場合は拡大ビット係止用突起５１を用いない既製杭５０を使用する。
【００３９】
このようにして無排土沈降作業を続行し、途中でこの無排土沈降作業が困難な地盤に到達した際には、掘削ヘッド４０の回転を正回転に切り換える。掘削ヘッド４０を正回転させると、図７、図８に示すように拡大ビット４４は土砂の抵抗によって収納位置に倒れ、掘削ビット４３によって地盤６０が掘削され、掘削土砂はスパイラル翼４２によって揚土され、既製杭５０内に押し上げられ、回転支軸３６を構成している揚土用スパイラルオーガによって土砂を押し上げつつ既製杭５０を圧入し、中堀沈降作業によって沈降させる。
【００４０】
尚、この中堀沈降作業時には、図７に示すように、掘削ヘッド４０をその上端近くまで既製杭５０の下端より先行させた状態で掘進・沈降させる。これによって掘削土砂は拡大ビット４４及びその取り付けのための枢支金具４５の存在に大きく影響されること無くスムーズに揚土される。
【００４１】
以上のように、沈降途中の地盤条件に応じて、無排土沈降作業及び中堀沈降作業を使い分けて、所望の深さまで沈降させた後、杭下の先端処理を行う。先端処理は例えば、打撃法或いはセメントミルク等の硬化剤を中心孔４１ｂを通じて土中に注入し掘削ヘッド４０のみを降下させて杭下の撹乱土砂内に固化剤を混合して固化させる方法を用いる。
【００４２】
【発明の効果】
上述したように本発明に係る既製杭埋め込み工法は、先行する地質調査を要することなく、無排土による杭挿入孔の形成及び杭押し込み工法が実施でき、無排土による作業に不適当な地層に差し掛かった際には、同一の装置により、その位置から排土による穿孔作業又は中掘り作業を実施することができ、低公害で経済性の高い既製杭埋め込みが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明工法に使用する掘削ヘッドを示す側面図である。
【図２】  図１中のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】  図１に示す掘削ヘッド拡大ビット起立状態を示す断面図である。
【図４】  本発明における掘削ヘッドとともに既製杭を沈降させる工法に使用する装置の全体の概略を示す側面図である。
【図５】  同上の無排土沈降作業時の既製杭下端部における掘削ヘッドを示す拡大断面図である。
【図６】  図５中のＢ−Ｂ線断面図である。
【図７】  図５に示す装置の中堀沈降作業時の既製杭下端部に挿入された掘削ヘッド部分の拡大ビット収納状態を示す拡大断面図である。
【図８】  図７中のＣ−Ｃ線断面図である。
【図９】    従来のプレボーリング工法の一例の工程の概略を示す断面図である。
【図１０】  従来のプレボーリング工法の他の例工程の概略を示す断面図である。
【図１１】  従来の中堀工法の一例の工程の概略を示す断面図である。
【図１２】  従来の無排土沈降法を示す断面図である。
【符号の説明】
３０  装置本体
３１  支柱
３２  スライドガイド
３３  回転駆動手段
３３ａ  駆動源
３４  杭挿入手段
３５  駆動軸
３６  回転支軸
３６ａ  中空孔
３６ｂ  継手
３７  杭吊り下げ装置
４０  掘削ヘッド
４１  中心軸
４１ａ  継手
４１ｂ  中心孔
４２  スパイラル翼
４３  掘削ビット
４４  拡大ビット
４５  枢支金具
４５ａ，４５ｂ  平行片部
４５ｃ  背片部
４６  枢軸
４７  ストッパー
５０  既製杭
５１  拡大ビット係止用突起
６０  地盤
６１  先導孔
【図１】
0003711541.tif 000002
【図２】
0003711541.tif 000003
【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】
0003711541.tif 000009
【図９】
0003711541.tif 000010
【図１０】
0003711541.tif 000011
【図１１】
0003711541.tif 000012
【図１２】
0003711541.tif 000013