(57)【要約】【課題】正回転による排土掘削と逆回転による無排土掘削のいずれの掘削も可能で、かつ縦孔の掘削と並行して孔壁を圧密することも可能な排土・無排土両用掘削装置を提供する。【解決手段】地盤内に正回転または逆回転しながら圧入されるスクリューオーガー2を備えている。スクリューオーガー2は圧入方向に延びる回転ロッド7と、回転ロッド7の外周を圧入方向に螺旋状に連続する外周面8aが帯状の排土羽根8とを備えている。排土羽根8の外周面8aに帯幅内で圧入方向に徐々に小径となるように角度αを設ける。スクリューオーガー2の上端部にケーシングオーガー3を接続する。ケーシングオーガー3を楕三角形断面のパイプ状に形成する。【選択図】  図２
2018204354.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
地盤内に正回転または逆回転しながら圧入されるスクリューオーガーを備えてなる排土・無排土両用掘削装置において、前記スクリューオーガーは、圧入方向に延びる回転ロッドと当該回転ロッドの外周に設けられた複数の排土羽根とを備え、前記排土羽根は、外周面が前記回転ロッドの周方向に連続する帯状に形成され、かつ外周面に帯幅内で圧入方向に徐々に小径となるように角度が設けられていることを特徴とする排土・無排土両用掘削装置。
【請求項２】
請求項１記載の排土・無排土両用掘削装置において、前記排土羽根は、圧入方向に螺旋状に連続して形成されていることを特徴とする排土・無排土両用掘削装置。
【請求項３】
請求項１または２記載の排土・無排土両用掘削装置において、前記回転ロッドと排土羽根はそれぞれ圧入方向にパイプ状に連通し、かつ互いに連通して充填剤又は中詰材の投入通路になっていることを特徴とする排土・無排土両用掘削装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかひとつに記載の排土・無排土両用掘削装置において、前記スクリューオーガーの上端部にケーシングオーガーが接続され、当該ケーシングオーガーは楕三角形断面、楕多角形断面または楕円断面形に形成されていることを特徴とする排土・無排土両用掘削装置。
【請求項５】
請求項４記載の排土・無排土両用掘削装置において、前記ケーシングオーガーは圧入方向にパイプ状に連通し、かつ前記スクリューオーガーの回転ロッドおよび排土羽根とパイプ状に連通して充填剤又は中詰材の投入通路になっていることを特徴とする排土・無排土両用掘削装置。
【請求項６】
請求項３〜５のいずれかひとつに記載の排土・無排土両用掘削装置において、前記スクリューオーガー内に充填剤又は中詰材の目詰まりを防止する目詰り防止棒が設置されていることを特徴とする排土・無排土両用掘削装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかひとつに記載の排土・無排土両用掘削装置において、前記スクリューオーガーの先端部に圧入方向に徐々に小径をなす逆円錐形状部が設けられていることを特徴とする排土・無排土両用掘削装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかひとつに記載の排土・無排土掘削装置において、前記スクリューオーガーの先端部にオーガーヘッドが接続され、当該オーガーヘッドは、圧入方向に徐々に小径をなす逆円錐形状のヘッド本体と、当該ヘッド本体の外周に沿って圧入方向に螺旋状に連続する掘削羽根と、当該掘削羽根の先端部突設された複数の掘削爪を備えていることを特徴とする排土・無排土両用掘削装置。
【請求項９】
請求項８記載の排土・無排土両用掘削装置において、オーガーヘッドが逆回転しながら、スクリューオーガーの先端より充填剤又は中詰材が放出されるように構成されていることを特徴とする排土・無排土両用掘削装置。
【請求項１０】
地盤内に正回転または逆回転しながら圧入されるスクリューオーガーを備えてなる排土・無排土両用掘削装置において、前記スクリューオーガーと当該スクリューオーガーの先端部に接続されたオーガーヘッドとの固定を解除した状態で、掘削装置を逆回転することにより、前記スクリューオーガーの先端より砕石が放出され、また、掘削装置を正回転することにより、放出を停止されるように構成した排土・無排土両用掘削装置。
【請求項１１】
請求項１０記載の排土・無排土両用掘削装置において、前記スクリューオーガーは、圧入方向に延びる回転ロッドと当該回転ロッドの外周に設けられた複数の排土羽根とを備え、前記排土羽根は、外周面が前記回転ロッドの周方向に連続する帯状に形成され、かつ外周面に帯幅内で圧入方向に徐々に小径となるように角度が設けられていることを特徴とする排土・無排土両用掘削装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、縦孔の掘削に用いられる排土・無排土両用掘削装置に関し、正回転による排土掘削と逆回転による無排土掘削のいずれの掘削も可能な上に、縦孔の掘削と並行して孔壁を側方に自立するように圧密することも可能で、主として地盤内に冷暖房用の地中熱採熱管を埋設したり、液状化対策用の砕石杭や砂杭(以下「砕石ドレーン」)などを施工するための縦孔を掘削するのに用いられる。
【背景技術】
【０００２】
地盤内に縦孔を掘削し、その中に砕石や砂(以下「砕石」)を投入して砕石ドレーンを形成することにより地盤を締め固め強化する地盤改良工法が知られているが、その際、縦孔の掘削には一般にアースオーガーが用いられる。
【０００３】
アースオーガーは、先端にオーガーヘッドを取り付けたスクリューオーガーを回転させながら地盤内に圧入して必要とする深さの縦孔を掘削する掘削機であり、無騒音、無振動で縦孔を掘削することができ、一般に知られている。
【０００４】
しかし、従来のアースオーガーには、掘削に伴う掘削土の大量排出、砂層などの地盤掘削時の孔壁崩壊、さらには孔壁の摩擦抵抗による掘削効率の低下などの課題があった。
【０００５】
これらの課題を解決すべく提案されたアースオーガーとして、例えば、特許文献１には、オーガーロッド(3)の外周に当該ロッド(3)の外周からスクリュー羽根(1)の外縁位置まで外方に張り出す湾曲側圧面(4)を側面とした円弧形状のコテ部(5)を備え、当該コテ部(5)を正面視において左端から右端にかけて漸次巾を拡大するように形成した掘削土砂圧密形オーガーの発明が開示されている。
【０００６】
また、特許文献２には、昇降及び回転駆動するロッド(2)と、該ロッド(2)の外周に設けられ、ロッド(2)の回転によって土砂をロッド(2)に沿って搬送する主螺旋翼(2A)と、前記ロッド(2)の先端に設けられたオーガーヘッド(3)とを備え、かつ前記オーガーヘッド(3)に前記ロッド(2)の正回転で地盤を掘削し、かつロッド(2)の逆回転で土砂を掘削孔の径方向外方へ押し込んで圧密する複数のカム面(5A),(5B)を備えた圧密カム(4)を設けると共に、該圧密カム(4)のカム面(5A),(5B)と連続した補助螺旋翼(8A),(8B)を設け、前記主螺旋翼(2A)と補助螺旋翼(8A),(8B)が不連続に構成されたオーガースクリューの発明が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開2015-229872号公報
【特許文献１】特開2001-262966号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、特許文献1,2の掘削機はいずれも、正回転による排土掘削によって縦孔を掘削する掘削機であるため、掘削土の処理に困るような場合には不向きである。
【０００９】
特に、盛土や礫層などの硬質地盤では正回転による排土掘削が適しているが、粘土層地盤などでは、逆回転による無排土掘削の方が排土量を抑制できて経済施工が可能とされている。さらに、従来の無排土掘削は、地盤の抵抗に勝る動力での掘削を必要としているため、大きな重機・動力を必要としていた。
【００１０】
また、特許文献1,2の掘削機はいずれも、縦孔の掘削と並行して孔壁を側方へ圧密する機能は備えているものの、特許文献１における、孔壁を圧密する円弧形状のコテ部(5)は、オーガーロッド(3)の軸方向に間隔をおいて設けられ、また、特許文献２における、孔壁を圧密する圧密カム(4)はロッド(2)の先端部一個所にのみ設けられているため、いずれも縦孔の孔壁全体を均一にむらなく圧密することはきわめて困難である。
【００１１】
さらに、掘削した縦孔内に例えば砕石や砂を投入して砕石ドレーンを施工する場合、砕石投入用の装置は特に備えていないため、縦孔に砕石や砂を直接投入するため、砕石投入時に孔壁を崩壊して砕石ドレーン内に崩壊土を巻きこんでしまうおそれがある。
【００１２】
本発明は、以上の課題を解決するためになされたもので、正回転による排土掘削と逆回転による無排土掘削のいずれの掘削も可能な上に、孔壁を圧密して孔壁補強も可能にした排土・無排土両用掘削装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、地盤内に正回転または逆回転しながら圧入されるスクリューオーガーを備えてなる排土・無排土両用掘削装置の発明であり、前記スクリューオーガーは圧入方向に延びる回転ロッドと当該回転ロッドの外周に設けられた複数の排土羽根とを備え、前記排土羽根は外周面が前記回転ロッドの周方向に連続する帯状に形成され、かつ当該外周面に帯幅内で圧入方向に徐々に小径となるように角度αが設けられていることを特徴とするものである(図3(a)参照)。
【００１４】
本発明は、スクリューオーガーを地盤内に正回転(右回転)させながら圧入して縦孔を掘削する排土掘削、逆回転(左回転)させながら圧入して縦孔を掘削する無排土掘削のいずれの掘削も可能であり、特に盛土や礫層などの硬質地盤では正回転による排土掘削が適し、粘土層などの粘性土地盤においては、逆回転による無排土掘削が排土量を抑制して経済施工が可能なことにより適している。
【００１５】
また、逆回転による無排土掘削時に、礫などの障害物に突き当たった場合でも、スクリューオーガーを一時的に正回転させて圧入することにより礫などの障害物を容易に排除することができる。
【００１６】
また、排土羽根の外周面が回転ロッドの周方向に連続する帯状に形成され、かつ当該排土羽根の外周面に帯幅内で圧入方向に徐々に小径となるように所定の角度αが設けられていることにより(図4(b), (c)参照)、正回転による圧入時および逆回転による圧入および引き抜き時に排土羽根の最大外径部分(排土羽根の上部側面)によって孔壁を側方に強く圧密して補強することができる。
【００１７】
また、排土羽根と孔壁との摩擦抵抗が低減されることで、小さいトルクの建柱車やバックホー等に据え付けて用いられても、オーガーモーターの駆動力を有効に活用して掘削、圧入、排土、圧密および充填剤又は中詰材(以下「砕石や砂等」)投入の各作業をきわめて効率的に行うことができる。
【００１８】
なお、排土羽根は、外周面が回転ロッドの外周に沿って圧入方向に螺旋状に連続する帯状(図1〜４参照)、または回転ロッドの外周に沿て水平に連続する帯状(図11(a)参照)、さらには回転ロッドの外周に沿って圧入方向に斜めに連続する帯状(図11(b)参照)とすることができる。また、排土羽根の外周面の角度αは、帯幅の上下端で15ｍｍ程度の差を有する角度であればよい(図4(b),(c)参照)。
【００１９】
スクリューオーガーの上端部に楕三角形断面、楕多角形断面または楕円形断面のケーシングオーガーを接続し、当該ケーシングオーガーをスクリューオーガーと同時回転させながら地盤内に圧入することにより、縦孔が深い場合でもケーシングオーガーの最大外径部分によって孔壁を広い範囲に渡って連打しながら圧入することにより孔壁全体を均一にかつむらなく、より確実に側方に圧密することができる。
【００２０】
また、スクリューオーガーの回転ロッドと排土羽根をそれぞれ圧入方向に連続するパイプ状に形成し、かつ当該回転ロッド内と排土羽根内を互いに連通させ、さらに排土羽根の下端開口部を砕石吐出口とすることによりスクリューオーガー内を砕石や砂等の投入通路とすることができる。
【００２１】
またこれにより、スクリューオーガーの引き抜きと並行して、スクリューオーガーの回転ロッドおよび排土羽根内を通して縦孔内に砕石や砂を縦孔の底から地上へと確実に投入することができる。
【００２２】
また、ケーシングオーガーを圧入方向に連続するパイプ状に形成すると共に、スクリューオーガーの回転ロッド内および排土羽根内と連通させることで、ケーシングオーガー内を砕石や砂等の補充用ホッパーとすることができる。さらに、ケーシングオーガーを、単一長さのケーシングを掘削される縦孔の深さに応じて複数接続することにより全長を延長することもできる。
【００２３】
また、スクリューオーガー内に、砕石や砂等の目詰まりを防止するための目詰り防止棒を設置することにより、スクリューオーガーおよびケーシングオーガー内の砕石や砂等を縦孔内に確実に放出することができる。
【００２４】
なお、目詰り防止棒はスクリューオーガーからケーシングオーガー内まで延長して設置してもよい。
【００２５】
また、スクリューオーガーとケーシングオーガーは、互いに柱状に接続して一体物として使用するだけでなく、互いに切り離して個々に使用することもでき、特にスクリューオーガーは礫などの混在により無排土掘削に不安がある場合に適し、ケーシングオーガーは、関東ローム層などで明らかに礫などが含まない地盤に適している。
【００２６】
さらに、本発明は、単に縦孔の掘削に使用できるだけでなく、縦孔内に砕石や砂等を投入して形成される砕石ドレーンの施工にも使用することができ、利用範囲が広い。
【００２７】
また 通常、スクリューオーガーの先端部には、圧入方向に徐々に小径をなすオーガーヘッドが脱着可能に接続されるが、スクリューオーガーの先端部に圧入方向に徐々に小径をなす逆円錐形状部をスクリューオーガーと一体に設けてオーガーヘッドとしてもよい。
【発明の効果】
【００２８】
本発明は、一台の掘削機でスクリューオーガーを地盤内に正回転させながら圧入する排土掘削と、逆回転させながら圧入する無排土掘削のいずれの掘削も可能なため、特に盛土や礫層などの硬質地盤では排土掘削を、粘土層などにおいては無排土掘削をそれぞれ実施することにより、きわめて効率的かつ経済的に縦孔を掘削することができる。
【００２９】
また、各排土羽根の外周面が回転ロッドの周方向に連続する帯状に形成され、かつ当該排土羽根の外周面に帯幅内で圧入方向に徐々に小径となるように所定の角度αが設けられていることで、正回転による圧入時および逆回転による圧入および引き抜き時に排土羽根の最大外径部分(排土羽根の上部側面)によって孔壁を側方に強く圧密して崩れないよう自立させることができる。
【００３０】
また、排土羽根と孔壁との摩擦抵抗が低減されることで、小さいトルクの建柱車やバックホー等に据え付けて用いられても、オーガーモーターの駆動力を有効に活用して掘削、圧入、排土、圧密および砕石等投入の各作業をきわめて効率的に行うことができる。
【００３１】
さらに、スクリューオーガーの上端部に楕三角形断面、楕多角形断面または楕円形断面のケーシングオーガーを接続し、当該ケーシングオーガーをスクリューオーガーと同時回転させながら地盤内に圧入することにより、縦孔が深い場合でもケーシングオーガーの最大外径部分によって孔壁を広い範囲に渡って連打しながら圧入することにより孔壁全体を均一にかつむらなく、より確実に側方に圧密してくずれないよう自立させることができる。
【００３２】
また、スクリューオーガーの回転ロッドと排土羽根をそれぞれ圧入方向に連続するパイプ状に形成し、かつ当該回転ロッド内と排土羽根内を互いに連通させ、さらに排土羽根の下端開口部を砕石吐出口とすることにより、スクリューオーガーの回転ロッドおよび排土羽根内を通して縦孔内に砕石や砂等を縦孔の底から地上へと確実に投入して、掘削土を含まない砕石のみからなる砕石ドレーンを形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の排土・無排土両用掘削装置の一実施形態を図示したものであり、建設重機に据え付けられた排土・無排土両用掘削装置の斜視図である。
【図２】図１に図示する排土・無排土両用掘削装置の斜視図である。
【図３】柱状に接続されたスクリューオーガー、ケーシングオーガーおよびオーガーヘッドを図示したものであり、図3(a)は正面図、図3(b)は図3(a)におけるイ−イ線断面図、図3(c)は図3(a)におけるロ−ロ線断面図である。
【図４】スクリューオーガーとオーガーヘッドを図示したものであり、図4(a)は、接続前のスクリューオーガーとオーガーヘッドの正面図、図4(b)は排土羽根の形状の正面図、図4(c)は排土羽根の一部縦断面図、図4(d),(e)は、それぞれ掘削時、砕石投入時における排土羽根と掘削羽根との位置関係を示す説明図である。
【図５】スクリューオーガーを図示したものであり、図5(a)は左側面図、図5(b)は右側面図である。
【図６】図５と同じスクリューオーガーを図示したものであり、図6(a)は平面図、図6(b)は底面図、図6(c)はスクリューオーガーの内部構造を示す縦断面図である。
【図７】ケーシングオーガーを図示したものであり、図7(a)は左120°方向の側面図、図7(b)は正面図、7(c)は右120°方向の側面図である。
【図８】図７と同じケーシングオーガーを図示したものであり、図8(a)は平面図、図8(b)は底面図、図8(c)はケーシングオーガーの内部構造を示す縦断面図である。
【図９】オーガーヘッドを図示したものであり、図9(a)は正面図、図9(b)は背面図、図9(c)は左側面図、図9(d)は右側面図である。
【図１０】図９と同じオーガーヘッドを図示したものであり、図10(a)は平面図、図10(b)は底面図である。
【図１１】スクリューオーガーの変形例を図示したものであり、図11(a),(b)は、いずれも正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
図１〜図10は、本発明の排土・無排土両用掘削装置の一実施形態を図示したものである。図において、排土・無排土両用掘削装置１は、スクリューオーガー２と、当該スクリューオーガー２の上端部と下端部にそれぞれ脱着自在に接続されたケーシングオーガー３とオーガーヘッド４とを備えている。
【００３５】
スクリューオーガー２、ケーシングオーガー３およびオーガーヘッド４(以下「掘削装置１」)は、柱状に接続された一台の掘削機として建柱車やバックホー等の建設重機５に据え付けられている。
【００３６】
そして、当該掘削装置１が当該ケーシングオーガー３の上端部に据え付けられたオーガーモーター６によって、正回転または逆回転しながら地盤内に圧入されることにより必要とする深さの縦孔が掘削され、また、掘削装置１を引き抜きながら縦孔内に砕石を投入することにより縦孔径と同径か、または縦孔径を若干上回る径の砕石ドレーンが形成される。
【００３７】
スクリューオーガー２は、圧入方向に延びる回転ロッド７と当該回転ロッド７の外周を圧入方向に螺旋状に連続する排土羽根８とを備えている。
【００３８】
回転ロッド７は、圧入方向に連通する円形断面のパイプ(筒)状に形成され、排土羽根８は圧入方向に螺旋状に連続する箱形断面のパイプ(筒)状に形成されている(図4(c),図6(c)参照)。
【００３９】
また、回転ロッド７と排土羽根８内は、回転ロッド７の側部に形成された複数の楕円開口孔7aを介して複数箇所で連通し(図4(c)参照)、さらに回転ロッド7および排土羽根８の上下両端部は開口し、特に排土羽根８の下端開口部は砕石吐出口になっている。
【００４０】
これにより、回転ロッド７および排土羽根８の中全体が可能な限り多くの砕石が通る砕石投入通路を形成し、排土羽根８の下端開口部から縦孔内に砕石が排出されるようになっている。
【００４１】
また、排土羽根８は、回転ロッド７の外周に沿って圧入方向に連続する螺旋状に形成され、かつ外周面8aが螺旋方向に帯状に連続して形成されている。さらに、当該排土羽根８の外周面8aに帯幅内で上端から下端方向(圧入方向)に徐々に小径となるように角度αが設けられている(図4(b),(c)参照)。
【００４２】
これにより、掘削装置１の正回転による圧入時および逆回転による圧入時および引抜き時に、排土羽根８の最大外径部分によって孔壁を側方に圧密して自立するように補強することができる。また、排土羽根８が孔壁の摩擦抵抗を受け難いため、オーガーモーター６の駆動力を有効に活用することができる。
【００４３】
なお、排土羽根８の外周面8aの角度αは、外周面8aの上下端で15ｍｍ程度の差が生じるような角度αであればよい(図4(b),(c)参照)。
【００４４】
ケーシングオーガー３は、スクリューオーガー２とほぼ同径のパイプ(筒) 状に形成され、当該ケーシングオーガー３の上下両端部と中間部の各側面部に砕石投入口９がそれぞれ設けられ、当該砕石投入口９には砕石投入時に着脱式のポッパー(図省略)が取り付けられる。
【００４５】
なお、砕石投入口９は、孔壁との摩擦抵抗の受け難い部分、すなわちケーシングオーガー３の最大外径部分を除く位置に設けられ、かつ、砕石投入時を除いて脱着自在な蓋によって閉ざされている。
【００４６】
また、ケーシングオーガー３は、スクリューオーガー２の上端部に脱着自在に接続され、かつスクリューオーガー２との接続部を介してスクリューオーガー２内と中が圧入方向に連通している。これによりケーシングオーガー３は、スクリューオーガー２の回転ロッド７および排土羽根８内に投入される砕石の供給ホッパーになっている。
【００４７】
また、ケーシングオーガー３は、スクリューオーガー２とほぼ同径の楕三角形断面のパイプ(筒) 状に形成されている。これにより、掘削装置1の正回転による圧入時および引抜き時、逆回転による圧入時および引抜き時に断面の最大外径部分の三か所で孔壁を回転しながら連打することにより、孔壁を側方に圧密して自立するように補強することができる。
【００４８】
なお、ケーシングオーガー３の断面形状は、回転することにより孔壁を連打できるような断面形状であればよく、楕円形でもよい。また、正方形断面や六角形断面などの多角形断面に形成され、かつ各角部が面取りされた断面形(楕多角形断面)でもよい。
【００４９】
オーガーヘッド４は、圧入方向に徐々に小径の逆円錐形状をなすヘッド本体10と、当該ヘッド本体10の外周に沿って圧入方向に螺旋状に連続する、外周面11aが螺旋方向に帯状に連続する掘削羽根11とを備えている(図9(a)〜(d)参照)。
【００５０】
掘削羽根11は、上端部分の外径が排土羽根８の外径とほぼ同径に形成され、かつ排土羽根８の螺旋方向と同一方向に形成され、さらにヘッド本体10の外周面に沿って圧入方向に徐々に小径かつ緩やかな放物螺旋状に形成されている。また、外周面11aの帯幅が圧入方向に徐々に小幅となるように形成されている。
【００５１】
また、掘削羽根11の先端部にオーガーヘッド４の正回転方向に突出する複数の水平掘削爪12と逆回転方向に突出する複数の垂直掘削爪13がそれぞれ突設されている(図9,10(b)参照)。
【００５２】
水平掘削爪12は、オーガーヘッド４の回転により礫などの障害物を垂直方向に排除する働きを有する。また、垂直掘削爪13は同障害物を水平方向に排除する働きを有し、かつ逆回転時、掘削対象土を内から外へと押し付ける働きを有する。さらにオーガーヘッド４自体が逆円錐形状に形成されていることにより、圧入時、掘削対象土を内から外へと運ぶ働きを有する。
【００５３】
また、掘削羽根11の上端部に回転フリー防止板14が突設されている(図９,図10(a)参照)。当該回転フリー防止板14は、スクリューオーガー２の排土羽根８の螺旋方向に突設され、排土羽根８の先端部に固定ピン15によって脱着自在に固定されている。なお、符号18は固定ピン挿着用の孔である(例えば図4(a)参照)。
【００５４】
これにより、スクリューオーガー２の先端部に回転可能に接続されたオーガーヘッド４は、スクリューオーガー２の先端部に固定され、スクリューオーガー２およびケーシングオーガー３と共に正回転および逆回転(供回り回転)することができる。
【００５５】
また、固定ピン15が取り外されることで、オーガーヘッド４はスクリューオーガー２との固定が解除され、これにより、スクリューオーガー２およびケーシングオーガー３が逆回転しても、スクリューオーガー２およびケーシングオーガー３の回転当初、オーガーヘッド４は、スクリューオーガー２およびケーシングオーガー３と共に回転することはない。
【００５６】
しかし、スクリューオーガー２およびケーシングオーガー３がほぼ180°逆回転して、排土羽根８の端部が回転フリー防止板14に突き当った時点から、オーガーヘッド４は、スクリューオーガー２およびケーシングオーガー３と共に逆回転する(供回り回転)。
【００５７】
また、オーガーヘッド４のヘッド本体10と掘削羽根11は、いずれも閉断面形に形成され、それぞれスクリューオーガー２の 排土羽根８の下端開口部を塞ぐ底蓋になっている(図4(d),(e)参照)。特に、回転フリー防止板14がスクリューオーガー２の排土羽根８の先端部に固定される位置で、掘削羽根11は排土羽根８の下端開口部を塞ぐように設置されている。
【００５８】
これにより、掘削装置１の正回転による圧入時および逆回転による圧入時に、排土羽根８の下端開口部が掘削羽根11によって閉ざされていることで、排土羽根８内に掘削土が流入したり、排土羽根８内の砕石が縦孔内に流出すことはない。
【００５９】
また、回転フリー防止板14の固定ピン15が外され、スクリューオーガー２とケーシングオーガー３のみがほぼ180°逆回転して、排土羽根８の先端部が固定フリー防止板14に突き当った時点で、排土羽根８の下端開口部は全開し、これにより排土羽根８の下端開口部から縦孔内に砕石が放出される。
【００６０】
符号16は偏芯プレートであり、当該偏芯プレート16は、オーガーヘッド４の先端部にオーガーヘッド４の中心より若干ずれて取り付けられている。
【００６１】
そして、当該偏芯プレート16が砕石投入時の掘削装置１の回転当初、縦孔の底部に突き刺さる等して縦孔底部の抵抗を受けて回転しないことにより、オーガーヘッド４のスクリューオーガー２およびケーシングオーガー３との供回りが阻止される。
【００６２】
さらに、スクリューオーガー２の回転ロッド７内に目詰り防止棒1７が設置されている。当該目詰り防止棒17は回転ロッド７の中心を軸方向に貫通して設置され、下端部はオーガーヘッド４のヘッド本体10に固定された状態に連結され、また、上端側は回転ロッド7内を上方向に延び、回転ロッド７の上端部に回転自在に軸支されている。
【００６３】
そして、砕石投入時、掘削装置１の引上げ当初、スクリューオーガー２とケーシングオーガー３のみが逆回転し、目詰り防止棒17は回転ロッド７内に静止した状態にあり、結果として両者が相反する方向に回転することにより、回転ロッド７および排土羽根８内の砕石は、回転ロッド７および排土羽根８内で詰ることなく排土羽根８の下端開口部からスムーズに排出される。
【００６４】
この場合、目詰り防止棒17の下端側がオーガーヘッド４のヘッド本体10に固定された状態で連結され、上端側がスクリューオーガー２の回転ロッド７の上端部に回転自在に軸支されているため、目詰り防止棒17は、オーガーヘッド４と同様に回転フリー防止板14の固定ピン15を取り外すことにより、掘削装置１の回転当初、スクリューオーガー２およびケーシングオーガー３と共に回転することはないが、スクリューオーガー２およびケーシングオーガー３がほぼ180°回転して、排土羽根８の端部が回転フリー防止板14に突き当った時点からスクリューオーガー２およびケーシングオーガー３と共に回転する(供回り回転)。
【００６５】
なお、回転ロッド７や排土羽根８内で砕石が詰った気配があった場合には、一旦、若干正回転と逆回転を繰り返すことにより目詰りを解消することができる。また、目詰り防止棒17には異形鉄筋またはねじ鉄筋などを利用することができ、ケーシングオーガー３まで延長されていてもよい。
【００６６】
このような構成において、本発明の排土・無排土両用掘削装置１を用いて地盤内に縦孔を掘削する方法について説明する。
【００６７】
(1) 最初に、スクリューオーガー２、ケーシングオーガー３およびオーガーヘッド４を柱状に接続して掘削装置１を組み立てる。そして、ケーシングオーガー３の上端部と建設重機５に接続したオーガーモーター６とを接続する。
【００６８】
その際、オーガーヘッド４の回転フリー防止板14をスクリューオーガー２の排土羽根８の先端部に固定ピン15によって固定することにより、オーガーヘッド４がスクリューオーガー２およびケーシングオーガー３と一体に回転するように両者を連結し、かつ排土羽根８の下端開口部を掘削羽根11によって閉じる。
【００６９】
(2) 次に、オーガーモーター６を作動させて、掘削装置１のスクリューオーガー２、ケーシングオーガー３およびオーガーヘッド４を同時回転させながら地盤内に圧入することにより必要とする深さの縦孔を掘削することができる。
【００７０】
なお、掘削装置１を正回転させて地盤内に圧入する場合、掘削土は、掘削装置１の圧入に伴い排土羽根８によって地上に排出されるが、時々掘削装置１を地中より引抜き、排土羽根８の螺旋部に入り込んだ掘削土を取り除くのがよい。
【００７１】
また、盛土や礫層などの硬質地盤では、掘削装置１を正回転させながら地盤内に圧入して縦孔を掘削する排土掘削を行い、粘土層などの粘性土地盤においては、掘削装置１を逆回転させながら地盤内に圧入して縦孔を掘削する無排土掘削を行うことにより、排土量を抑制して縦孔を掘削することができる。
【００７２】
さらに、無排土掘削時、礫などの障害物に突き当たった場合は、掘削装置１を一時的に正回転させて圧入することにより、オーガーヘッド４先端の水平掘削爪12によって礫などの障害物も容易に除去することができる。
【００７３】
また、深い縦孔を掘削するときは、ケーシングオーガー３を複数接続して全長の長さを延長することにより、深い縦孔も難なく掘削することができる。
【００７４】
なお、圧入時、スクリューオーガー２の排土羽根８の先端開口部はオーガーヘッド４の掘削羽根11によって閉ざされることで、掘削土が排土羽根８内に流入することも、排土羽根８内の砕石が漏れ出すこともない。
【００７５】
また、排土羽根８の外周面8aが圧入方向に螺旋状に連続する帯状に形成され、かつ排土羽根８の外周面8aに帯幅内で圧入方向に徐々に小径となるように所定の角度αが設けられていることで、縦孔の孔壁が排土羽根８の最大径部分(螺旋の上部側面)によって側方に圧密することができる。
【００７６】
さらに、ケーシングオーガー３が楕三角形断面形に形成されていることで、縦孔の孔壁がケーシングオーガー３の最大径部分によって連打される。これにより縦孔の掘削と並行して孔壁の側方への圧密をより確実に行うことができる。
【００７７】
また、粘土層地盤などでは、掘削装置１を逆回転させながら地盤内に圧入することにより、排土量を最小限に抑えながらきわめて経済的に縦孔を掘削することができる。
【００７８】
また、オーガーヘッド４によって掘削された掘削土は、スクリューオーガー２の排土羽根８の外周面8aによって孔壁に押し付けられて圧密され、さらにケーシングオーガー３の外周面で連打されることにより地上に排出されることはない。
【００７９】
次に、掘削された縦孔内に砕石ドレーンを施工する方法について説明する。
(1) 掘削装置１を地盤内に圧入して必要とする深さの縦孔の掘削が完了したら、掘削装置１を地盤内から引き上げ、地上に立て付ける。そして、回転フリー防止板14の固定ピン15を取り外して、オーガーヘッド４とスクリューオーガー２間の固定を解除する。
【００８０】
なお、一般的な圧密掘削法では、地盤中からオーガーを引抜く際に縦孔内が負圧になり、孔壁を縮径させる力が作用することがあるが、本発明の掘削装置１においては、スクリューオーガー２の排土羽根８に螺旋状の空間があるため、縦孔内が負圧になって孔壁が縮径することはない。
【００８１】
(2) 次に、掘削装置１を縦孔内に無回転で挿入して、オーガーヘッド４の先端を縦孔の底に到達させる。
【００８２】
(3) 次に、ケーシングオーガー３の砕石投入口９よりスクリューオーガー２の回転ロッド７と排土羽根８内に砕石を投入する。その際、砕石投入口９にホッパー(図省略)を取り付け、また、縦孔の深さに応じてケーシングオーガー３の上下両端部および中間部に形成された砕石投入口９の中から地上に最も近い位置の砕石投入口9より投入することにより、砕石の投入を効率的に行うことができる。砕石の投入が完了したら砕石投入口９を閉じる。
【００８３】
(4) 次に 、オーガーモーター６を作動させて、掘削装置１を逆回転させながら縦孔から徐々に引き抜く。そうすると、掘削装置１の引上げ当初、オーガーヘッド４は孔壁の抵抗を受けて回転せず、スクリューオーガー２とケーシングオーガー３のみがほぼ180°回転し、排土羽根８の先端部が回転フリー防止板14に突き当った時点で、排土羽根８の下端開口部は全開する。
【００８４】
そしてそれ以降、オーガーヘッド４は、スクリューオーガー２およびケーシングオーガー３と共に同時回転しながら引上げられ、同時に排土羽根８の下端開口部から縦孔内に砕石が放出される。また、オーガーヘッド４を逆回転させながら砕石を放出することによって、砕石を孔壁に押し付ける作用が起こり、強固な砕石ドレーンを形成できる。
【００８５】
なお、掘削装置１の引き上げ途中、必要に応じて掘削装置１の引上げを停止し、ケーシングオーガー３の砕石投入口９から砕石を補充する。こうして、掘削装置１を地上まで引き上げることにより縦孔内に縦孔径と同径か、または縦孔径を若干上回る径の砕石ドレーンを形成することができる。
【産業上の利用可能性】
【００８６】
本発明は、正回転による排土掘削と逆回転による無排土掘削のいずれの掘削も可能で、かつ縦孔の掘削と並行して孔壁を圧密することも可能で、例えば、地盤内に冷暖房用の地中熱採熱管を埋設したり、液状化対策用の砕石ドレーンを施工するための縦孔を掘削することができる。
【符号の説明】
【００８７】
１  排土・無排土両用掘削装置
２  スクリューオーガー
３  ケーシングオーガー
４  オーガーヘッド
５  建設重機
６  オーガーモーター
７  回転ロッド
８  排土羽根
９  砕石投入口
10  ヘッド本体
11  掘削羽根
12  水平掘削爪
13  垂直掘削爪
14  回転フリー防止板
15  固定ピン
16  偏芯プレート
17  目詰り防止棒
18  ピン挿着用の孔
【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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【図１０】
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【図１１】
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【手続補正書】
【提出日】平成30年8月10日(2018.8.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
地盤内に正回転または逆回転しながら圧入されるスクリューオーガーを備えてなる排土・無排土両用掘削装置において、前記スクリューオーガーは、圧入方向に延びる回転ロッドと当該回転ロッドの外周に圧入方向に螺旋状に連続する排土羽根とを備え、前記排土羽根は、圧入方向に螺旋状に連続するパイプ状に連通して形成され、外周面が圧入方向に螺旋状に連続する帯状に形成され、かつ外周面に帯幅内で圧入方向に徐々に小径となるように角度が設けられていることを特徴とする排土・無排土両用掘削装置。
【請求項２】
請求項１記載の排土・無排土両用掘削装置において、前記回転ロッドは圧入方向にパイプ状に連通し、かつ前記排土羽根と互いに連通して充填剤又は中詰材の投入通路になっていることを特徴とする排土・無排土両用掘削装置。
【請求項３】
請求項１または２記載の排土・無排土両用掘削装置において、前記スクリューオーガーの上端部にケーシングオーガーが接続され、当該ケーシングオーガーは楕三角形断面、楕多角形断面または楕円断面形に形成されていることを特徴とする排土・無排土両用掘削装置。
【請求項４】
請求項３記載の排土・無排土両用掘削装置において、前記ケーシングオーガーは圧入方向にパイプ状に連通し、かつ前記スクリューオーガーの回転ロッドおよび排土羽根とパイプ状に連通して充填剤又は中詰材の投入通路になっていることを特徴とする排土・無排土両用掘削装置。
【請求項５】
請求項２〜４のいずれかひとつに記載の排土・無排土両用掘削装置において、前記スクリューオーガー内に充填剤又は中詰材の目詰まりを防止する目詰り防止棒が設置されていることを特徴とする排土・無排土両用掘削装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかひとつに記載の排土・無排土両用掘削装置において、前記スクリューオーガーの先端部に圧入方向に徐々に小径をなす逆円錐形状部が設けられていることを特徴とする排土・無排土両用掘削装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかひとつに記載の排土・無排土掘削装置において、前記スクリューオーガーの先端部にオーガーヘッドが接続され、当該オーガーヘッドは、圧入方向に徐々に小径をなす逆円錐形状のヘッド本体と、当該ヘッド本体の外周に沿って圧入方向に螺旋状に連続する掘削羽根と、当該掘削羽根の先端部突設された複数の掘削爪を備えていることを特徴とする排土・無排土両用掘削装置。
【請求項８】
請求項７記載の排土・無排土両用掘削装置において、前記オーガーヘッドが逆回転しながら、前記スクリューオーガーの先端より充填剤又は中詰材が放出されるように構成されていることを特徴とする排土・無排土両用掘削装置。
【請求項９】
地盤内に正回転または逆回転しながら圧入されるスクリューオーガーを備え、前記スクリューオーガーと当該スクリューオーガーの先端部に接続されたオーガーヘッドとの固定を解除した状態で、掘削装置を逆回転することにより、前記スクリューオーガーの先端より砕石が放出され、また、前記掘削装置を正回転することにより、前記砕石の放出が停止されるように構成されてなる排土・無排土両用掘削装置において、前記スクリューオーガーは、圧入方向に延びる回転ロッドと当該回転ロッドの外周に圧入方向に螺旋状に連続する排土羽根とを備え、前記排土羽根は、圧入方向に螺旋状に連続するパイプ状に連通して形成され、外周面が圧入方向に螺旋状に連続する帯状に形成され、かつ外周面に帯幅内で圧入方向に徐々に小径となるように角度が設けられていることを特徴とする排土・無排土両用掘削装置。