(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧入対象物を地盤に圧入する打設機が有するリーダに昇降可能に連結され、前記圧入対象物を把持して振動を起す起振装置であって、
前記圧入対象物を把持する把持部と、
前記把持部と結合され、振動を起す起振部と、
前記リーダに昇降可能に連結される、平面視矩形状の箱体である連結部と、
前記起振部と前記連結部とを結合する複数の弾性体と、
を備え、
前記起振部は、平面視矩形状の箱体内に収容され、
前記起振部を収容する箱体の４つの垂直壁と、前記連結部である箱体の４つの垂直壁とがそれぞれ水平方向に対向し、前記弾性体は、これら対向する垂直壁の間の夫々に、前記起振部の重心に対して前後及び左右に対称となるように設けられており、
前記連結部である箱体は、その上部に、前記リーダに近い側と前記リーダから遠い側とに水平方向に離間して設けられた、互いに平行な一対の上部垂直壁を更に備え、
前記起振部を収容する箱体は、その上部に、前記一対の上部垂直壁とそれぞれ水平方向に対向する一対の上部垂直壁を更に備え、
前記弾性体は、これら対向する上部垂直壁の間にも、前記起振部の重心に対して前後及び左右に対称となるように設けられており、
前記連結部には、前記打設機のベースマシーンに設けられたウインチにより下方に引っ張られるワイヤが接続されていると共に、前記リーダの上端に設置されたトップシーブに巻き掛けられたワイヤが接続されている起振装置。
【請求項２】
前記起振部は、偏心重錘である回転子を回転させることにより振動を起すバイブロハンマである請求項１に記載の起振装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の起振装置と、
前記起振装置が昇降可能に連結されたリーダと、
前記起振装置を前記リーダに沿って昇降させる昇降機構と、
を備える打設機。
【請求項４】
前記リーダに昇降可能に連結され、管状の前記圧入対象物に挿通されるオーガで前記圧入対象物の内側を掘削する掘削装置と、
前記掘削装置を前記リーダに沿って昇降させる昇降機構と、
を備える請求項３に記載の打設機。
【請求項５】
請求項４に記載の打設機を使用して管状の前記圧入対象物を地盤に圧入する打設方法であって、
前記オーガを引き上げながら前記圧入対象物を地盤に圧入する工程を備える打設方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、起振装置、打設機、及び打設方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
鋼管杭や鋼管矢板を地盤に打設する工法として、鋼管の中をスクリューオーガで掘削し、バイブロハンマなる起振装置で鋼管に振動を与えながら、鋼管を地盤に圧入するバイブロハンマ工法と中掘り工法とを併用した工法が知られており、特許文献１では、当該工法で使用される打設装置が開示されている。この特許文献１に記載の打設装置では、オーガを回転させる回転駆動装置と、鋼管を把持して振動するバイブロボックスとが、夫々別々に、スライド金具及びスライドレールを介して昇降可能にリーダに連結されると共に、リーダ上部のトップシーブブロックから垂下されたワイヤで昇降可能に吊持されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−３１７５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載の打設装置では、起振装置の振動がリーダを介してオーガやワイヤ等に伝わって、オーガやワイヤ等が振動してしまう。このため、オーガと鋼管とのクリアランスを確保するために、オーガの径の制約が大きくなったり、ワイヤが揺れたり、騒音が発生したりする等の課題があった。
【０００５】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、起振装置で発生した振動がリーダを介して打設装置の各部に伝わることを抑制することを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明に係る起振装置は、圧入対象物を地盤に圧入する打設機が有するリーダに昇降可能に連結され、前記圧入対象物を把持して振動を起す起振装置であって、
前記圧入対象物を把持する把持部と、
前記把持部と結合され、振動を起す起振部と、
前記リーダに昇降可能に連結される、平面視矩形状の箱体である連結部と、
前記起振部と前記連結部とを結合する複数の弾性体と、
を備え、
前記起振部は、平面視矩形状の箱体内に収容され、
前記起振部を収容する箱体の４つの垂直壁と、前記連結部である箱体の４つの垂直壁とがそれぞれ水平方向に対向し、前記弾性体は、これら対向する垂直壁の間の夫々に、前記起振部の重心に対して前後及び左右に対称となるように設けられており、
前記連結部である箱体は、その上部に、前記リーダに近い側と前記リーダから遠い側とに水平方向に離間して設けられた、互いに平行な一対の上部垂直壁を更に備え、
前記起振部を収容する箱体は、その上部に、前記一対の上部垂直壁とそれぞれ水平方向に対向する一対の上部垂直壁を更に備え、
前記弾性体は、これら対向する上部垂直壁の間にも、前記起振部の重心に対して前後及び左右に対称となるように設けられており、
前記連結部には、前記打設機のベースマシーンに設けられたウインチにより下方に引っ張られるワイヤが接続されていると共に、前記リーダの上端に設置されたトップシーブに巻き掛けられたワイヤが接続されている。
【０００７】
また、前記起振装置において、前記起振部は、偏心重錘である回転子を回転させることにより振動を起すバイブロハンマであってもよい。
【０００９】
また、本発明に係る打設機は、前記起振装置と、前記起振装置が昇降可能に連結されたリーダと、前記起振装置を前記リーダに沿って昇降させる昇降機構と、を備える。
【００１０】
また、前記打設機は、前記リーダに昇降可能に連結され、管状の前記圧入対象物に挿通されるオーガで前記圧入対象物の内側を掘削する掘削装置と、前記掘削装置を前記リーダに沿って昇降させる昇降機構と、を備えてもよい。
【００１１】
また、本発明に係る打設方法は、前記打設機を使用して管状の前記圧入対象物を地盤に圧入する打設方法であって、前記オーガを引き上げながら前記圧入対象物を地盤に圧入する工程を備える。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、起振装置で発生した振動がリーダを介して打設装置の各部に伝わることを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】一実施形態に係る杭打機を示す立面図である。
【図２】杭打機を前方から示す立面図（図１の２−２矢視図）である。
【図３】バイブロハンマの概略構成を示す図である。
【図４】起振装置を前方から示す立面図である。
【図５】起振装置を示す平面図である。
【図６】起振装置を側方から示す立面図（図４の６−６矢視図）である。
【図７】図４の７−７断面図（平断面図）である。
【図８】図４の８−８断面図（平断面図）である。
【図９】（Ａ）、（Ｂ）は、杭打機で鋼管杭を地盤に圧入する手順を示す立面断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の一実施形態を、図面を参照しながら説明する。図1は、一実施形態に係る杭打機１０を示す立面図であり、図２は、杭打機１０を前方から示す立面図（図１の２−２矢視図）である。これらの図に示すように、杭打機１０は、ベースマシーン１２と、ベースマシーン１２の前部に起倒可能に設けられたリーダ１８と、リーダ１８をベースマシーン１２に起倒可能に支持するステー２０と、杭打機１０の油圧機器に油圧を供給する油圧ユニット２２と、リーダ１８に昇降可能に連結された掘削装置３０及び起振装置４０とを備えている。
【００１５】
この杭打機１０は、バイブロハンマ工法と中掘り工法とを併用した既製杭工法により鋼管杭１を地盤に圧入するのに使用される機械であり、掘削装置３０で鋼管杭１の中を掘削しながら、起振装置４０で鋼管杭１に振動を与えて鋼管杭１を地盤に圧入する。
【００１６】
ベースマシーン１２は、クローラ１４Ａで走行する下部走行体１４と、下部走行体１４上に旋回可能に設けられた上部旋回体１６とを備えている。上部旋回体１６は、運転室１６Ａや受電設備１６Ｂ等を備えており、上部旋回体１６の前部にリーダ１８の下端が回動可能に連結され、上部旋回体１６の後部にステー２０の下端が回動可能に連結されている。また、ステー２０の他端は、リーダ１８の中間部に回動可能に連結されている。
【００１７】
リーダ１８は、鋼管杭１よりも長尺の部材であり、施工時には鉛直に立てられた状態でステー２０に支持される。また、リーダ１８の上端には、トップシーブ２４が設置されており、ワイヤ２６、２８が巻き掛けられている。また、リーダ１８には、その下端から上端まで延びるガイドレール１８Ａが設けられており、掘削装置３０及び起振装置４０が、それぞれスライド金具３１、４１を介してガイドレール１８Ａに沿ってスライド可能に連結されている。
【００１８】
掘削装置３０は、スライド金具３１を介してガイドレール１８Ａに連結された油圧モータ３４と、油圧モータ３４の回転出力軸３４Ａと一体化されたスパイラルオーガ３２とを備えている。スパイラルオーガ３２の下端には先端カッタ３２Ａが設けられ、その上側にはスパイラル状のスパイラル羽根３２Ｂが設けられている。
【００１９】
油圧モータ３４には、ワイヤ２６の一端が固定され、このワイヤ２６の他端は、上部旋回体１４に設置されるウインチ（不図示）に巻き取られている。また、上述したように、ワイヤ２６はリーダ１８の上端のトップシーブ２４に巻き掛けられている。このため、油圧モータ３４及びスパイラルオーガ３２は、リーダ１８の上端からワイヤ２６で吊り下げられており、ウインチからワイヤ２６が巻き出されると下降し、ウインチによりワイヤ２６が巻き取られると上昇する。スパイラルオーガ３２及び回転出力軸３４Ａは、施工時には鉛直に立てられた状態に保持され、スパイラルオーガ３２は、鋼管杭１の中に挿通される。
【００２０】
起振装置４０は、スライド金具４１を介してガイドレール１８Ａにスライド可能に連結された連結部４４と、連結部４４内に配されたバイブロハンマ５０と、バイブロハンマ５０のボックス（以下、バイブロボックスという）４２の下部に固定された土砂排出部４６と、土砂排出部４６の下部に固定され鋼管杭１の上端部を把持するチャック機構４８とを備えている。
【００２１】
図３は、バイブロハンマ５０の概略構成を示す図である。この図に示すように、バイブロハンマ５０は、偏心重錘である左右一対の回転子５２と、回転子５２を回転させる油圧モータ５４とを備える起振装置である。このバイブロハンマ５０では、油圧モータ５４が、左右一対の回転子５２を逆回転させることにより、相互に水平方向の遠心力を相殺させ、上下方向の起振力のみを、回転数と同じ周期で生じさせる。これにより、鋼管杭１が上下に振動されて、鋼管杭１の周面と地盤との摩擦力が低下されるため、鋼管杭１が自重や後述のワイヤ２９により加えられる圧入力により地盤に圧入されていく。
【００２２】
また、バイブロハンマ５０では、始動時及び停止時には、クラッチ（不図示）により油圧モータ５４と回転子５２とが切り離され、回転子５２の回転数が所定の設定値に上昇又は低下した時点で、クラッチにより油圧モータ５４と回転子５２とが連結され又は切り離される。これにより、始動時及び停止時の共振を防止でき、振動・騒音対策に優れた施工が可能となる。
【００２３】
図４は、起振装置４０を前方から示す立面図であり、図５は、起振装置４０を示す平面図である。また、図６は、起振装置４０を側方から示す立面図（図４の６−６矢視図）である。これらの図に示すように、起振装置４０の連結部４４は、平面視にて矩形状の箱体であり、下部が開口している。また、連結部４４には、油圧モータ３４の回転出力軸３４Ａが挿通される孔４４Ｈが空けられており、この孔４４Ｈの両側には、ワイヤ２８が巻き掛けられるシーブ４５が設けられている。
【００２４】
また、連結部４４の後部には、シーブ４９が設けられている。このシーブ４９には、ベースマシーン１２の前部に設置されたウインチ（不図示）により巻き取られるワイヤ２９が巻き掛けられている。このワイヤ２９は、ウインチにより下方に引っ張られており、ワイヤ２９の張力により鋼管杭１に圧入力が与えられる。
【００２５】
バイブロボックス４２は、平面視にて矩形状の箱体であり、その重心には、油圧モータ３４の回転出力軸３４Ａが挿通される孔４２Ｈが空けられている。なお、上述の左右一対の回転子５２は、バイブロボックス４２内に孔４２Ｈを挟むように配されている。
【００２６】
土砂排出部４６は、平面視にて矩形状の箱体であり、油圧モータ３４の回転出力軸３４Ａ及びスパイラルオーガ３２が挿通される孔が空けられている。また、土砂排出部４６の一の壁面（前面）には、前方に突出し下方に開口した排出口４６Ａが設けられている。この土砂排出部４６内にはスパイラルオーガ３２の上端が配されており、鋼管杭１内の土砂は、スパイラルオーガ３２により土砂排出部４６まで掻き揚げられて排出口４６Ａから排出される。
【００２７】
チャック機構４８は、スパイラルオーガ３２が挿通される孔が設けられたボックス４８Ａと、孔を挟んで配された一対のチャック爪４８Ｂとを備えている。ボックス４８Ａ内には、チャック爪４８Ｂを開閉する油圧シリンダ等の駆動機構が配されており、チャック爪４８Ｂは、鋼管杭１の上端部を把持したり離したりする。
【００２８】
ここで、バイブロボックス４２と連結部４４との間には、複数の免震装置６０が配されている。免震装置６０は、金属板とゴムとを交互に重ねた積層ゴムアイソレータであり、積層ゴム６２と、積層ゴム６２を積層方向に挟む一対のフランジ６４とを備えている。一対のフランジ６４の一方は、バイブロボックス４２に固定され、一対のフランジ６４の他方は、連結部４４に固定されている。
【００２９】
図７は、図４の７−７断面図（平断面図）であり、図８は、図４の８−８断面図（平断面図）である。図７に示すように、バイブロボックス４２の下部及び連結部４４の下部は共に平面視にて矩形状の箱体であり、バイブロボックス４２の垂直壁４２Ａと連結部４４の垂直壁４４Ａとが水平方向に対向している。複数の免震装置６０は、バイブロボックス４２の垂直壁４２Ａと連結部４４の垂直壁４４Ａとの間に配され、垂直壁４２Ａと垂直壁連結部４４Ａとにより積層ゴム６２の積層方向に挟まれており、バイブロハンマ５０の上下方向の振動を積層ゴム６２のせん断弾性変形により吸収する。
【００３０】
また、図８に示すように、バイブロボックス４２の上部中央には、回転出力軸３４Ａが挿通される円筒状の柱部４２Ｂが設けられており、その両側には夫々一対の垂直壁４２Ｃが設けられている。一対の垂直壁４２Ｃは平行に配されており、各垂直壁４２Ｃの横方向の一端は柱部４２Ｂと結合されている。また、連結部４４の上部中央には、柱部４２Ｂが配される円筒状の柱部４４Ｂが設けられており、その両側には、垂直壁４２Ｃと水平方向に対向する垂直壁４４Ｃが設けられている。
【００３１】
複数の免震装置６０は、バイブロボックス４２の垂直壁４２Ｃと連結部４４の垂直壁４４Ｃとの間に配され、垂直壁４２Ｃと垂直壁連結部４４Ｃとにより積層ゴム６２の積層方向に挟まれており、バイブロボックス４２の上下方向の振動を積層ゴム６２のせん断弾性変形により吸収する。
【００３２】
ここで、各段の複数の免震装置６０は、回転出力軸３４Ａの軸心（即ち、バイブロボックス４２の重心）に対して前後（図中下側が前）及び左右に対称（即ち、点対称）に配されている。これにより、バイブロボックス４２と連結部４４との複数の結合点が、バイブロボックス４２の重心に対して前後及び左右に対称に配置されるため、複数の免震装置６０に偏りなく振動やせん断荷重を作用させることができ、バイブロボックス４２を良好に上下振動させることができる。
【００３３】
以上説明したように、本実施形態に係る杭打機１０では、バイブロボックス４２と連結部４４とが積層ゴム６２により縁切りされており、バイブロボックス４２から連結部４４へ伝わる振動エネルギが減衰される。これにより、バイブロハンマ５０で起きた振動が、連結部４４やリーダ１８やワイヤ２８を介して杭打機１０全体に広がることを抑制でき、掘削装置３０やワイヤ２６、２８、２９等が振動することを抑制できる。
【００３４】
従って、スパイラルオーガ３２が鋼管杭１内で振動することを抑制できることにより、スパイラル羽根３２Ｂと鋼管杭１とのクリアランスを確保するためのスパイラル羽根３２Ｂの径の制約が小さくなり、スパイラル羽根３２Ｂを大径化して鋼管杭１との隙間を狭くすることが可能となる。これにより、スパイラルオーガ３２の掘削能力を向上させることや、後述するように鋼管杭１の先端に負圧を発生させて鋼管杭１を押込む施工等が可能となるため、急速施工を実現できる。
【００３５】
また、ワイヤ２６、２８、２９が振動で揺れてリーダ１８に当たる等して音が出たり、杭打機１０の各部が振動で異音を発生したりすることを抑制できるため、騒音の低減に寄与する。
【００３６】
また、起振装置４０では、偏心重錘の回転子５２の回転により振動を起す振り子型のバイブロハンマ５０を、起振装置として用いているが、この振り子型のバイブロハンマ５０は、ピストン型のバイブロハンマと比して、小振幅、高周波の振動を起すことができる。ここで、小振幅、高周波の振動は、高起振力を発生する一方、伝播振動の距離減衰が大きいことから、高能率、且つ振動・騒音対策に優れた施工が可能になる。
【００３７】
図９（Ａ）、（Ｂ）は、杭打機１０で鋼管杭１を地盤に圧入する手順を示す立面断面図である。図９（Ａ）に示すように、スパイラルオーガ３２を回転させると共に下降させることにより、先端カッタ３２Ａで鋼管杭１の下側の土砂を掘削し、スパイラル羽根３２Ｂで土砂を地上まで掻き揚げる。また、起振装置４０を作動させて鋼管杭１に上下方向の振動を与える。これにより、鋼管杭１の周面と地盤との摩擦力が低下され、鋼管杭１が自身の重力とワイヤ２９から加えられる圧入力との合力Ｐにより地盤に圧入されていく。
【００３８】
そして、スパイラルオーガ３２の回転及び下降を所定時間継続させた後、図９（Ｂ）に示すように、スパイラルオーガ３２を引き上げる。ここで、鋼管杭１の先端はその下の土砂で封されており、また、鋼管杭１内には土砂が詰まっている。このため、スパイラルオーガ３２を引き上げて鋼管杭１内の土砂を持ち上げると、鋼管杭１の先端に負圧の空間Ｖが形成され、この負圧により鋼管杭１に下向きの押込み力Ｑが作用する。これにより、鋼管杭１は、自身の重力とワイヤ２９から加えられる圧入力Ｐと押込み力Ｑとの合力Ｐ＋Ｑにより地盤に圧入されていく。
【００３９】
ここで、本実施形態に係る杭打機１０では、上述したように、スパイラルオーガ３２の振動を抑えたことにより、従来と比して、スパイラル羽根３２Ｂの径と鋼管杭１の内径との差を縮小させて、スパイラル羽根３２Ｂと鋼管杭１との隙間をより狭くすることが可能となっている。これによって、スパイラルオーガ３２を引き上げる際に鋼管杭１の先端に負圧を発生させることが可能になり、この負圧により鋼管杭１を地盤に圧入することが可能になっている。
【００４０】
なお、上述の実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明はその趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に本発明にはその等価物が含まれることは勿論である。例えば、上述の実施形態では、鋼管杭１を打設する杭打機１０を例に挙げて本発明を説明したが、既製の中空のコンクリート杭や鋼管矢板を打設する打設機にも本発明を適用できる。また、中堀り工法とバイブロハンマ工法とを併用した工法により鋼管杭１を打設する杭打機１０に限らず、バイブロハンマ工法を単独で用いて杭や矢板等を打設する打設機にも本発明を適用できる。
【符号の説明】
【００４１】
１  鋼管杭（杭）、１０  杭打機（打設機）、１２  ベースマシーン、１４  下部走行体、１４Ａ  クローラ、１６  上部旋回体、１６Ａ  運転室、１６Ｂ  受電設備、１８  リーダ、１８Ａ  ガイドレール、２０  ステー、２２  油圧ユニット、２４  トップシーブ、２６、２８、２９  ワイヤ、３０  掘削装置、３１  スライド金具、３２  スパイラルオーガ（オーガ）、３２Ａ  先端カッタ、３２Ｂ  スパイラル羽根、３４  油圧モータ、３４Ａ  回転出力軸、４０  起振装置、４１  スライド金具、４２  バイブロボックス、４２Ａ  垂直壁、４２Ｂ  柱部、４２Ｃ  垂直壁、４２Ｈ  孔、４４  連結部、４４Ａ  垂直壁、４４Ｂ  柱部、４４Ｃ  垂直壁、４４Ｈ  孔、４５  シーブ、４６  土砂排出部、４６Ａ  排出口、４８  チャック機構（把持部）、４８Ａ  ボックス、４８Ｂ  チャック爪、４９  シーブ、５０  バイブロハンマ（起振部）、５２  回転子、５４  油圧モータ、６０  免震装置、６２  積層ゴム、６４  フランジ
【図１】
0005948030.tif 000002
【図２】
0005948030.tif 000003
【図３】
0005948030.tif 000004
【図４】
0005948030.tif 000005
【図５】
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【図６】
0005948030.tif 000007
【図７】
0005948030.tif 000008
【図８】
0005948030.tif 000009
【図９】
0005948030.tif 000010