(57)【要約】【課題】掘削土を連続的に排土することで掘削作業を効率的に実施し施工時間を短縮することができる杭施工用掘削装置および杭の施工方法を提供すること。【解決手段】駆動部によって回転、圧入される外側鋼管２および内側鋼管４で地盤Ｇを掘削し、掘削した掘削土をスクリュー３Ｂ（排土手段）で地上に搬送して排出することで、外側鋼管２および内側鋼管４の掘削用ビット２Ａによる掘削を連続的に実施でき、掘削作業を効率的に実施して施工時間が短縮化できる。さらに、内側鋼管４の内周面に設けた粉砕ビット（内部粉砕手段）で内側鋼管４内部に取り込んだ土塊を粉砕することで、コア状の土塊を細かくしてスクリュー３Ｂによる排土が容易になり、さらに掘削作業を高速化することができる。【選択図】図１
2008255694.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
杭の施工に際して地盤を掘削する杭施工用掘削装置であって、
先端に掘削用ビットを有して回転駆動される外側管と、この外側管の内部に設けられかつ先端に掘削用ビットを有して回転駆動される内側管と、前記外側管の内部かつ前記内側管の上方に設けられて掘削土を地上に排出する排出手段とを備えて構成され、
前記内側管は、当該内側管の内部の土を粉砕する内部粉砕手段を有して構成されていることを特徴とする杭施工用掘削装置。
【請求項２】
請求項１に記載の杭施工用掘削装置において、
前記内部粉砕手段は、前記内側管の内周面に設けられた少なくとも１つのビットを有して構成されていることを特徴とする杭施工用掘削装置。
【請求項３】
請求項２に記載の杭施工用掘削装置において、
前記内側管の内周面のビットは、当該内周面において周方向に複数並べられた少なくとも一段のビット列、または前記内周面において螺旋状に複数並べられた螺旋ビット列のいずれかの列状に構成されていることを特徴とする杭施工用掘削装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれかに記載の杭施工用掘削装置において、
前記内側管は、当該内側管の上部に連結されて当該内側管を回転支持する連結部と、この連結部に設けられた連結部粉砕手段とを有して構成されていることを特徴とする杭施工用掘削装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれかに記載の杭施工用掘削装置において、
前記内側管は、当該内側管と前記外側管との間の土を粉砕する外部粉砕手段を有して構成され、
前記外部粉砕手段は、前記内側管の外周面に設けられた少なくとも１つのビットを有して構成されていることを特徴とする杭施工用掘削装置。
【請求項６】
請求項５に記載の杭施工用掘削装置において、
前記内側管の外周面のビットは、当該外周面において周方向に複数並べられた少なくとも一段のビット列、または前記外周面において螺旋状に複数並べられた螺旋ビット列のいずれかの列状に構成されていることを特徴とする杭施工用掘削装置。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれかに記載の杭施工用掘削装置において、
前記外側管の内周面には、前記内側管との間の土を粉砕する少なくとも１つのビットが設けられ、
前記外側管の内周面のビットは、当該内周面において周方向に複数並べられた少なくとも一段のビット列、または前記内周面において螺旋状に複数並べられた螺旋ビット列のいずれかの列状に構成されていることを特徴とする杭施工用掘削装置。
【請求項８】
請求項１から請求項７のいずれかに記載の杭施工用掘削装置において、
前記外側管および前記内側管を回転駆動する１つの共通駆動部、または前記外側管と前記内側管とをそれぞれ独立して回転駆動する外側管用駆動部および内側管用駆動部、のいずれかを備え、
前記外側管と前記内側管とは、前記１つの駆動部または前記複数の駆動部によって、互いに同一方向または逆方向の独立した方向に回転駆動されることを特徴とする杭施工用掘削装置。
【請求項９】
請求項８に記載の杭施工用掘削装置において、
前記排出手段は、前記内側管と前記共通駆動部または前記内側管用駆動部とを連結するロッドの外周に設けたスクリューの回転で掘削土を上方に搬送するスクリュー装置、前記ロッドの内部を通して掘削土を吸い上げるエアリフト装置、前記外側管の内部に供給した水とともに前記ロッドの内部を通して掘削土を吸い上げる泥水リフト装置のいずれかで構成されていることを特徴とする杭施工用掘削装置。
【請求項１０】
請求項１から請求項９のいずれかに記載の杭施工用掘削装置を用いて掘削した地盤に杭を構築する杭の施工方法であって、
前記杭施工用掘削装置を構成する外側管および内側管で地盤を掘削するとともに、当該内側管の内部の土を内部粉砕手段で粉砕し、粉砕した土を排出手段で地上に排出することを特徴とする杭の施工方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の杭の施工方法において、
前記杭施工用掘削装置は、前記外側管および前記内側管を回転駆動する１つの共通駆動部、または前記外側管と前記内側管とをそれぞれ独立して回転駆動する外側管用駆動部および内側管用駆動部、のいずれかを備え、
前記１つの駆動部または前記複数の駆動部によって、前記外側管と前記内側管とを互いに同一方向に回転駆動して地盤を掘削するか、または前記外側管と前記内側管とを互いに逆方向に回転駆動して地盤を掘削することを特徴とする杭の施工方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載の杭の施工方法において、
前記外側管が前記杭を構成する鋼管杭で構成され、当該外側管を地盤の支持層に貫入させた後に前記共通駆動部または前記外側管用駆動部との連結を解除することを特徴とする杭の施工方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載の杭の施工方法において、
前記内側管による掘削を前記支持層よりも上方で停止し、前記支持層上面から前記外側管の外径寸法以上の深さを当該外側管で掘削して支持層に貫入させることを特徴とする杭の施工方法。
【請求項１４】
請求項１２または請求項１３に記載の杭の施工方法において、
前記外側管の前記支持層への貫入寸法が当該外側管の外径寸法の２倍から５倍の範囲に設定されていることを特徴とする杭の施工方法。
【請求項１５】
請求項１２から請求項１４のいずれかに記載の杭の施工方法において、
前記外側管の掘削完了以前に前記排出手段による掘削土の排出を停止し、前記外側管の先端内部に当該外側管の外径寸法の３倍以上の深さの土を残留させることを特徴とする杭の施工方法。
【請求項１６】
請求項１０または請求項１１に記載の杭の施工方法において、
前記杭施工用掘削装置を用いて掘削した後に掘削孔から前記外側管および内側管を抜き、前記掘削孔にコンクリートを打設して場所打ち杭を造成するか、または前記掘削孔に既成コンクリート杭あるいは鋼管杭を埋設して埋め込み杭を構築することを特徴とする杭の施工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、杭施工用掘削装置および杭の施工方法に関し、詳しくは、杭の施工に際して地盤を掘削する杭施工用掘削装置、この杭施工用掘削装置を用いて掘削した地盤に杭を構築する杭の施工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、杭施工用掘削装置としては、先端に掘削刃を有するケーシングを回転させながら地盤に圧入して掘削し、ケーシング内に挿入したハンマグラブ等の掘削排土機を用いて排土するとともに、ケーシングの先端が中間層や支持層、岩盤等の硬質地盤部に達した際にハンマグラブ等を抜き、小径回転掘削ケーシングを上端からケーシング内部に挿入し、内外ケーシングの刃先を整えながら硬質地盤部をコア状に掘削する掘削装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
また、特許文献１の小径回転掘削ケーシングと同様の小径ケーシングチューブと、この小径ケーシングチューブに着脱可能に連結されるとともにケーシング内で拡開してケーシング内周に係合するグリップ機構とを備え、グリップ機構から小径ケーシングチューブを取り外すことで、小径ケーシングチューブ内に取込んだ掘削土の取出しが容易にできる掘削装置も提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開昭６１−２４７２３号公報
【特許文献２】特開２００１−２１４６８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前記特許文献１に記載の従来の掘削装置では、硬質地盤部まではハンマグラブ等を用いて排土しながらケーシングで掘削するものの、硬質地盤部では小径ケーシングを用いて削孔作業に移るため、作業が２段階となり施工手間が大きくなってしまうという問題がある。さらに、硬質地盤部をコア状に掘削するため小径回転掘削ケーシング内に掘削土を取込むたびに、ケーシングから小径回転掘削ケーシングを引抜き、地上においてバイプレータ一等で振動をかけるなどして小径回転掘削ケーシングの掘削土を取り出す必要があるため、連続的に掘削作業を実施することができず作業時間が長期化してしまうという問題もある。
一方、前記特許文献２に記載の従来の掘削装置でも、小径ケーシングチューブ内に掘削土を取込むたびにケーシングから小径ケーシングチューブを引抜き、地上において掘削土を取り除く作業が必要であり、特許文献１の掘削装置と同様に、掘削作業時間が長期化してしまうという問題がある。
【０００５】
本発明の目的は、掘削土を連続的に排土することで掘削作業を効率的に実施し施工時間を短縮することができる杭施工用掘削装置および杭の施工方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の請求項１に記載の杭施工用掘削装置は、杭の施工に際して地盤を掘削する杭施工用掘削装置であって、先端に掘削用ビットを有して回転駆動される外側管と、この外側管の内部に設けられかつ先端に掘削用ビットを有して回転駆動される内側管と、前記外側管の内部かつ前記内側管の上方に設けられて掘削土を地上に排出する排出手段とを備えて構成され、前記内側管は、当該内側管の内部の土を粉砕する内部粉砕手段を有して構成されていることを特徴とする。
【０００７】
以上の杭施工用掘削装置によれば、外側管および内側管で掘削した掘削土を地上に排出する排出手段を備えたことで、外側管および内側管による掘削を連続的に実施でき、従来の掘削装置のように地上において内側管内の掘削土を取り出す必要がなく、掘削作業を効率的に実施し施工時間を短縮することができる。さらに、内側管の内部の土を粉砕する内部粉砕手段を備えたことで、内側管に取り込まれたコア状の土塊を細かくして排出手段による排土が容易になり、さらに掘削作業を高速化することができる。
また、各々の先端に掘削ビットを備えた外側管および内側管からなる二重管で掘削することで、硬質地盤部であっても比較的低トルクで掘削することができ、掘削装置の大型化や製造コストの増大を防止することができる。
【０００８】
この際、本発明の杭施工用掘削装置では、前記内部粉砕手段は、前記内側管の内周面に設けられた少なくとも１つのビットを有して構成されていることが好ましい。
さらに、本発明の杭施工用掘削装置では、前記内側管の内周面のビットは、当該内周面において周方向に複数並べられた少なくとも一段のビット列、または前記内周面において螺旋状に複数並べられた螺旋ビット列のいずれかの列状に構成されていることが好ましい。
このような構成によれば、内側管の内周面に設けたビットによって、内側管に取り込まれたコア状の土塊を粉砕することができるとともに、ビットを周方向に複数並べたり、螺旋状に複数並べたりすることで、粉砕性能を高めて排出手段による排土効率を向上させることができる。
【０００９】
また、本発明の杭施工用掘削装置では、前記内側管は、当該内側管の上部に連結されて当該内側管を回転支持する連結部と、この連結部に設けられた連結部粉砕手段とを有して構成されていることが好ましい。
このような構成によれば、内側管の上部に連結された連結部（例えば、内側管を回転駆動する駆動部から延びるロッドと内側管との連結支持部等）に連結部粉砕手段を設けることで、内側管の内部を上昇する土塊を排出手段の近傍で確実に粉砕することができ、排土効率を向上させることができる。
【００１０】
また、本発明の杭施工用掘削装置では、前記内側管は、当該内側管と前記外側管との間の土を粉砕する外部粉砕手段を有して構成され、前記外部粉砕手段は、前記内側管の外周面に設けられた少なくとも１つのビットを有して構成されていることが好ましい。
さらに、本発明の杭施工用掘削装置では、前記内側管の外周面のビットは、当該外周面において周方向に複数並べられた少なくとも一段のビット列、または前記外周面において螺旋状に複数並べられた螺旋ビット列のいずれかの列状に構成されていることが好ましい。
このような構成によれば、内側管の外周面に設けたビットで外部粉砕手段を構成し、この外部粉砕手段で内側管と外側管との間に入った土塊を粉砕することで、さらに掘削能力および排土効率を高めることができ、掘削作業を高速化することができる。
【００１１】
また、本発明の杭施工用掘削装置では、前記外側管の内周面には、前記内側管との間の土を粉砕する少なくとも１つのビットが設けられ、前記外側管の内周面のビットは、当該内周面において周方向に複数並べられた少なくとも一段のビット列、または前記内周面において螺旋状に複数並べられた螺旋ビット列のいずれかの列状に構成されていることが好ましい。
このような構成によれば、外側管の内周面に設けたビットで内側管と外側管との間に入った土塊を粉砕することで、掘削能力および排土効率をより一層向上させることができる。
【００１２】
また、本発明の杭施工用掘削装置では、前記外側管および前記内側管を回転駆動する１つの共通駆動部、または前記外側管と前記内側管とをそれぞれ独立して回転駆動する外側管用駆動部および内側管用駆動部、のいずれかを備え、前記外側管と前記内側管とは、前記１つの駆動部または前記複数の駆動部によって、互いに同一方向または逆方向の独立した方向に回転駆動されることが好ましい。
このような構成によれば、外側管および内側管の各々が同一方向または逆方向の独立した方向に回転駆動できるように構成されていることで、掘削能力を高め岩盤等の非常に硬度の高い地盤であっても削孔することができる。この際、外側管および内側管を互いに同一方向に回転させてもよく、外側管および内側管を互いに逆方向に回転させてもよいし、さらには地盤の状態に応じて同一方向と逆方向とを適宜に切り替えながら外側管および内側管を回転させるように、共通駆動部、または外側管用駆動部および内側管用駆動部によって駆動してもよい。
【００１３】
この際、本発明の杭施工用掘削装置では、前記排出手段は、前記内側管と前記共通駆動部または前記内側管用駆動部とを連結するロッドの外周に設けたスクリューの回転で掘削土を上方に搬送するスクリュー装置、前記ロッドの内部を通して掘削土を吸い上げるエアリフト装置、前記外側管の内部に供給した水とともに前記ロッドの内部を通して掘削土を吸い上げる泥水リフト装置のいずれかで構成されていることが好ましい。
このような構成によれば、スクリュー装置やエアリフト装置、泥水リフト装置から地盤の特性や杭の種別、サイズに応じた任意の装置を選択して排土手段を構成することで、掘削の作業効率を高めつつ経済的な掘削装置を構成することができる。
【００１４】
一方、本発明の請求項１０に記載の杭の施工方法は、前記したいずれかの杭施工用掘削装置を用いて掘削した地盤に杭を構築する杭の施工方法であって、前記杭施工用掘削装置を構成する外側管および内側管で地盤を掘削するとともに、当該内側管の内部の土を内部粉砕手段で粉砕し、粉砕した土を排出手段で地上に排出することを特徴とする。
このような杭の施工方法によれば、前述の杭施工用掘削装置と同様に、外側管および内側管による掘削を連続的に実施でき、掘削作業を効率的に実施し施工時間を短縮することができる。
【００１５】
この際、本発明の杭の施工方法では、前記杭施工用掘削装置は、前記外側管および前記内側管を回転駆動する１つの共通駆動部、または前記外側管と前記内側管とをそれぞれ独立して回転駆動する外側管用駆動部および内側管用駆動部、のいずれかを備え、前記１つの駆動部または前記複数の駆動部によって、前記外側管と前記内側管とを互いに同一方向に回転駆動して地盤を掘削するか、または前記外側管と前記内側管とを互いに逆方向に回転駆動して地盤を掘削することが好ましい。
このような構成によれば、前述と同様に、外側管および内側管の各々が同一方向または逆方向の独立した方向に回転駆動できるように構成されていることで、掘削能力を高め岩盤等の非常に硬度の高い地盤であっても削孔することができる。
【００１６】
また、本発明の杭の施工方法では、前記外側管が前記杭を構成する鋼管杭で構成され、当該外側管を地盤の支持層に貫入させた後に前記共通駆動部または前記外側管用駆動部との連結を解除することが好ましい。
このような構成によれば、構造物を支持する本設の鋼管杭を外側管として利用することで、掘削完了と同時に鋼管杭の打設が完了することとなり、杭施工の短工期化および低コスト化を促進させることができる。すなわち、杭施工用掘削装置による掘削完了後に外側管を抜き取り、抜き取ってから本設用の杭（鋼管杭やＰＣ杭、あるいは場所打ち杭等）を打設すると、掘削完了から本設杭の構築までに相当の作業手間および時間を要することとなるが、外側管をそのまま本設杭として利用すれば、作業手間および時間を節約して施工コストを減少させることができる。
【００１７】
また、本発明の杭の施工方法では、前記内側管による掘削を前記支持層よりも上方で停止し、前記支持層上面から前記外側管の外径寸法以上の深さを当該外側管で掘削して支持層に貫入させることが好ましい。
さらに、本発明の杭の施工方法では、前記外側管の前記支持層への貫入寸法が当該外側管の外径寸法の２倍から５倍の範囲に設定されていることが好ましい。
このような構成によれば、支持層よりも上方で内側管の掘削を停止させ、支持層へは外側管のみで掘削して外側管を貫入させることで、支持層およびその近傍の地盤を必要以上に荒らすことなく、外側管の先端を所定深さまで支持層に貫入させることができ、鋼管杭としての先端支持力を確実に得ることができる。
【００１８】
また、本発明の杭の施工方法では、前記外側管の掘削完了以前に前記排出手段による掘削土の排出を停止し、前記外側管の先端内部に当該外側管の外径寸法の３倍以上の深さの土を残留させることが好ましい。
このような構成によれば、外側管の先端内部に外側管の外径寸法の３倍以上の深さの土を残留させることで、この残留させた土で鋼管杭としての外側管の先端を閉塞させることができ、閉塞による根固め効果によって先端支持力の向上を図ることができる。
【００１９】
また、本発明の杭の施工方法では、前記杭施工用掘削装置を用いて掘削した後に掘削孔から前記外側管および内側管を抜き、前記掘削孔にコンクリートを打設して場所打ち杭を造成するか、または前記掘削孔に既成コンクリート杭あるいは鋼管杭を埋設して埋め込み杭を構築するしてもよい。
このような構成によれば、杭施工用掘削装置を用いて場所打ち杭造成のための掘削孔または埋め込み杭を埋設するための掘削孔を短時間かつ低コストで掘削することができる。この場合には、掘削完了後に外側管も掘削孔から抜き取るため、外側管を何度も使用することができる。
【発明の効果】
【００２０】
以上のような本発明の杭施工用掘削装置および杭の施工方法によれば、掘削土を連続的に排土することで掘削作業を効率的に実施し施工時間を短縮することができるとともに、二重管により硬質地盤部であっても比較的低トルクで削孔することができ、掘削装置の大型化や製造コストの増大を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る杭施工用掘削装置を示す断面図である。図２は、杭施工用掘削装置における要部を示す斜視図である。図３は、杭施工用掘削装置における内側管を示す断面図である。図４は、杭施工用掘削装置を用いた杭の施工方法を示す断面図である。
図１、図２において、杭施工用掘削装置は、杭打ち機Ｍに上下スライド自在に支持された共通駆動部としての二軸式ドーナツオーガー１と、この二軸式ドーナツオーガー１の外側の回転部支持部に支持された外側管としての外側鋼管２と、二軸式ドーナツオーガー１の内側の回転部支持部に支持されて外側鋼管２の内部に挿入されるロッド３と、このロッド３の先端部に固定された内側管としての内側鋼管４とを備えて構成されている。
ここで、本実施形態では、外側鋼管２と内側鋼管４とを独立して回転駆動する、つまり回転・停止や回転方向（同一方向か逆方向）を外側鋼管２と内側鋼管４とで任意に駆動制御可能な二軸式ドーナツオーガー１を共通駆動部として用いる。この共通駆動部の構成としては、例えば、モーター等の駆動源に連結された外側駆動軸と、この外側駆動軸にギア等を介して接続された内側駆動軸とを有し、外側駆動軸の回転駆動力で外側鋼管２を回転駆動するとともに、ギア等を介して内側駆動軸を回転させて内側鋼管４を回転駆動するものが採用できる。
【００２２】
なお、外側鋼管２および内側鋼管４を回転駆動する駆動手段としては、外側鋼管２および内側鋼管４をそれぞれ独立して回転駆動する外側管用駆動部および内側管用駆動部を有したものを用いてもよい。このような駆動手段としては、例えば、外側管用駆動部には全周旋回機等を用いて外側鋼管２を一方向に回転させ、内側管用駆動部には３点式杭打ち機等を用いて内側鋼管４を一方向あるいは逆方向に必要に応じて回転させるものや、外側鋼管２および内側鋼管４をそれぞれ独立に把持し、同一あるいは逆の方向に自由に回転させることが可能である２つの駆動部（外側管用駆動部および内側管用駆動部）を有した二軸式ドーナツオーガー等が採用できる。さらに外側管用駆動部および内側管用駆動部に加えて第三の駆動部を有した駆動手段を用いてもよく、この駆動手段としては、例えば、外側鋼管２を一方向に回転させる全周旋回機等を外側管用駆動部とし、内側鋼管４およびロッド３をそれぞれ独立に把持し、同一あるいは逆の方向に自由に回転させることが可能である２つの駆動部を有した二軸式ドーナツオーガー等を、内側管用駆動部および第三の駆動部として用いる構成であってもよい。そして、以上のような各構成を用いることで、外側鋼管２と内側鋼管４とを相対的に上下動させることが可能である。
また、駆動手段としては、外側鋼管２および内側鋼管４の互いの回転を独立の（同一・逆を自由な）方向で回転制御可能なものが好ましいが、独立の方向で回転制御せずに同一方向か逆方向かのいずれか所定の方向のみに回転駆動するタイプのものでもよい。ただし、土塊や岩石を粉砕するには、せん断力を与えることが有効な手段であり、外側鋼管２と内側鋼管４を同一方向および逆方向に必要に応じて回転させることで、効率よく土塊や岩石にせん断力を付与することが可能となる。
【００２３】
外側鋼管２および内側鋼管４のそれぞれの先端には、掘削用ビット２Ａ，４Ａが設けられており、これらの外側鋼管２および内側鋼管４の回転方向が互い逆向きとなるように二軸式ドーナツオーガー１で回転駆動かつ圧入されることで、外側鋼管２および内側鋼管４が地盤Ｇに貫入して掘削するようになっている。そして、ロッド３の先端は、連結支持部３Ａを介して内側鋼管４の上端部内面に連結されるとともに、ロッド３の軸方向に沿った外周には、螺旋状のスクリュー３Ｂが設けられている。このスクリュー３Ｂは、ロッド３の回転に伴い掘削した土を下方から上方に搬送するスクリュー装置であり、このようなスクリュー３Ｂを有したロッド３によって本実施形態における排土手段が構成されている。さらに、二軸式ドーナツオーガー１には、スクリュー３Ｂで搬送された土を外部に排出するホッパー１Ａが設けられている。
【００２４】
次に、内側鋼管４は、図３に示すように、その内周面に突出して設けられた複数の粉砕ビット４Ｂが設けられており、これらの粉砕ビット４Ｂによって本実施形態における内部粉砕手段が構成されている。複数の粉砕ビット４Ｂは、螺旋状に並べられた螺旋ビット列を形成しており、この螺旋ビット列は、ロッド３のスクリュー３Ｂと同一の配列方向、つまりロッド３の回転に伴い内側鋼管４内部に取り込んだ土塊を上方に搬送させる方向に並べられている。また、粉砕ビット４Ｂ同士の間隔としては、掘削する対象地盤の粒径の３倍程度に設定されていることがが望ましいが、粉砕ビット４Ｂを多数設けることで取り込んだ土塊の粉砕性が良くなるため、粉砕ビット４Ｂ同士の間隔を掘削する対象地盤の粒径の１倍程度まで近づけてもよい。内側鋼管４の先端の掘削用ビット４Ａおよび内周面の粉砕ビット４Ｂは、繰返しの使用に耐えられるように超硬ビット等を使用することが望ましく、内側鋼管４へは溶接、ロウ付け等で取り付けられている。
【００２５】
このような内側鋼管４は、二軸式ドーナツオーガー１の駆動によりロッド３を介して回転圧入されることで、掘削用ビット４Ａで地盤Ｇをコア状に掘削して内部に土塊を取り込むとともに、取り込んだ土塊を粉砕ビット４Ｂで細かく粉砕する。そして、粉砕された土が前記スクリュー３Ｂで上方に搬送されるとともにホッパー１Ａから外部に排出されるようになっている。また、ロッド３と内側鋼管４との連結支持部３Ａは、ロッド３の先端から四方に延びた十字形の支柱から構成されており、粉砕した土塊の動きを妨げにくくなっている。なお、連結支持部３Ａとしては、高さ方向に位置が異なる千鳥状に配置した支柱等で構成されたものでもよく、粉砕した土塊の上昇に対して抵抗がより小さくなる形態が好ましい。
【００２６】
次に、本実施形態の杭施工用掘削装置を用いた掘削手順を説明する。
ここで、杭施工用掘削装置で掘削する地盤Ｇとしては、図１、図４に示すように、地表側から砂質や粘土質を多く含んだ比較的軟弱な第１軟弱層Ｇ１と、第１軟弱層Ｇ１の下側に位置して砂礫等を多く含んだ比較的硬質な中間層Ｇ２と、中間層Ｇ２の下側に位置して比較的軟弱な第２軟弱層Ｇ３と、第２軟弱層Ｇ３の下側に位置して礫や岩盤等で構成され硬質な支持層Ｇ４とから構成されているものとする。
【００２７】
掘削手順としては先ず、外側鋼管２と、内側鋼管４を接続したロッド３とを二軸式ドーナツオーガー１に接続するために、一旦クレーン等を用いて吊り上げ、外側鋼管２内に内側鋼管４およびロッド３を挿入してから、これらのロッド３および外側鋼管２をそれぞれ二軸式ドーナツオーガー１の内外の回転支持部に装着する。
次に、外側鋼管２および内側鋼管４の先端を掘削位置にセットしてから、二軸式ドーナツオーガー１で外側鋼管２とロッド３とをそれぞれ逆方向に回転させるとともに押し下げ、外側鋼管２および内側鋼管４の先端の掘削用ビット２Ａ，４Ａを用いて地盤Ｇを掘削し、第１軟弱層Ｇ１、中間層Ｇ２および第２軟弱層Ｇ３に外側鋼管２および内側鋼管４を貫入させる。
この貫入の際、内側鋼管４の内部に入り込んだ掘削土の土塊を、内側鋼管４の粉砕ビット４Ｂで粉砕しつつ上方のスクリュー３Ｂに送り、この粉砕された土をスクリュー３Ｂで上方に搬送し、ホッパー１Ａから外部に排出する。
【００２８】
次に、二軸式ドーナツオーガー１のトルク値に基づいて、外側鋼管２および内側鋼管４の先端が支持層Ｇ４に到達したことを検知すれば、図１に示すように、内側鋼管４の先端が支持層Ｇ４の上側に位置した状態で二軸式ドーナツオーガー１によるロッド３の回転および圧入を停止し、これによりスクリュー３Ｂでの排土も停止する。そして、二軸式ドーナツオーガー１で外側鋼管２の回転および圧入のみを継続し、外側鋼管２先端の掘削用ビット２Ａにより支持層Ｇ４を掘削し、外側鋼管２の先端を支持層Ｇ４に貫入させる。ここで、外側鋼管２先端の支持層Ｇ４への貫入深さは、外側鋼管２の外径寸法の２倍から５倍程度の深さ寸法（例えば、４倍程度）であることが好ましい。そして、前述のように内側鋼管４の回転停止によって排土を停止したことで、外側鋼管２の内部にコア状の土塊を残留させる。この残留させる土塊の外側鋼管２先端からの高さ寸法は、外側鋼管２の外径寸法の３倍以上であることが好ましい。なお、外側鋼管２の杭頭部を地盤Ｇ表面よりも下側まで貫入させる場合には、その深さに応じた位置で外側鋼管２と二軸式ドーナツオーガー１とを一旦切り離し、外側鋼管２の杭頭部と二軸式ドーナツオーガー１との間にヤットコ等の連結治具（不図示）を連結してから、この連結治具を介して外側鋼管２を回転、圧入し、所定深さまで貫入してもよい。
【００２９】
以上のようにして外側鋼管２の先端を支持層Ｇ４に貫入させた後に、外側鋼管２を二軸式ドーナツオーガー１（またはヤットコ等の連結治具）から切り離すとともに、内側鋼管４およびロッド３とともに二軸式ドーナツオーガー１を上昇させて、内側鋼管４およびロッド３を外側鋼管２から抜き出す。なお、外側鋼管２とロッド３とを独立して上下駆動不能な二軸式ドーナツオーガー１を用いる場合には、外側鋼管２の先端を支持層Ｇ４に根入れする前に、内側鋼管４およびロッド３を外側鋼管２から抜き出してから、外側鋼管２を支持層Ｇ４に貫入させてもよい。そして、外側鋼管２を本設の鋼管杭として利用するために杭頭部分の後処理を実施するとともに、内側鋼管４およびロッド３とともに杭打ち機Ｍを次の掘削位置へ移動させたり、内側鋼管４およびロッド３を二軸式ドーナツオーガー１から取り外したりして杭の施工作業が完了する。
【００３０】
なお、内側鋼管４としては、上述した形態に限らず、以下の図５〜図７に示すような各種形態が適用可能である。
図５に示す内側鋼管４では、複数の粉砕ビット４Ｂが周方向に並べられた一段のビット列を形成しており、このビット列によって内部粉砕手段が構成されている。これらの粉砕ビット４Ｂは、内側鋼管４の先端からその直径の１倍程度上方に固定されることが望ましいが、掘削する対象地盤の礫径に応じて変化させてもよい。なお、粉砕ビット４Ｂのビット列としては、一段のものに限らず、複数段に設けられていてもよい。また、内側鋼管４の内周面に設けられる内部粉砕手段としては、前述のように複数の粉砕ビット４Ｂが列状に並べられたものに限らず、少なくとも１つの粉砕ビット４Ｂを有して構成されていればよく、複数の粉砕ビット４Ｂがランダムに配置されたものでもよい。
【００３１】
また、図６に示す内側鋼管４では、その内部に位置するロッド３との連結支持部３Ａに複数の粉砕ビット４Ｃが設けられており、これらの粉砕ビット４Ｃによって連結部粉砕手段が構成されている。粉砕ビット４Ｃは、連結支持部３Ａから下向きに固定されており、内側鋼管４内部に取り込まれて上昇するコア状の土塊をスクリュー３Ｂの手前で粉砕するように構成されている。
さらに、図７に示す内側鋼管４では、その外周面に螺旋状に並べられた複数の粉砕ビット４Ｄからなる螺旋ビット列が設けられており、この螺旋ビット列によって外部粉砕手段が構成されている。これらの粉砕ビット４Ｄは、内側鋼管４と外側鋼管２との間に入り込んだ土を粉砕するように構成されている。なお、外部粉砕手段としては、複数の粉砕ビット４Ｄが螺旋状に並べられたものに限らず、周方向に並べられた少なくとも一段のビット列で構成されてもよく、また１つの粉砕ビット４Ｄやランダムに配置された複数の粉砕ビット４Ｃで構成されていてもよい。
一方、外側鋼管２としても、以下の図８に示すような形態が適用可能である。
図８に示す外側鋼管２では、その先端部近傍における内側鋼管４と対向する内周面に複数の粉砕ビット２Ｂが設けられており、これらの粉砕ビット２Ｂによって内側鋼管４と外側鋼管２との間に入り込んだ土を粉砕するように構成されている。
【００３２】
このような本実施形態によれば、以下のような効果がある。
（１）すなわち、二軸式ドーナツオーガー１で回転、圧入される外側鋼管２および内側鋼管４で地盤Ｇを掘削し、掘削した掘削土をスクリュー３Ｂで地上に搬送し、ホッパー１Ａから排出することで、外側鋼管２および内側鋼管４の掘削用ビット２Ａ，４Ａによる掘削を連続的に実施でき、掘削作業を効率的に実施して施工時間が短縮化できる。
【００３３】
（２）さらに、内側鋼管４に内部粉砕手段としての粉砕ビット４Ｂが設けられ、この粉砕ビット４Ｂで内側鋼管４内部に取り込んだ土塊を粉砕することで、コア状の土塊を細かくしてスクリュー３Ｂによる排土が容易になり、さらに掘削作業を高速化することができる。また、内側鋼管４に連結部粉砕手段としての粉砕ビット４Ｃや外部粉砕手段としての粉砕ビット４Ｄを設けた場合にも同様に、内側鋼管４に内部や内側鋼管４と外側鋼管２との間に入り込んだ土を粉砕して排土しやすくできる。さらに、外側鋼管２の内周面に粉砕ビット２Ｂを設けた場合には、内側鋼管４と外側鋼管２との間の土を粉砕しやすくできる。
【００３４】
（３）また、各々の先端に掘削用ビット２Ａ，４Ａを備えた外側鋼管２および内側鋼管４からなる二重管で地盤Ｇ掘削することで、硬質地盤部であっても比較的低トルクで掘削することができ、掘削装置の大型化や製造コストの増大を防止することができる。さらに、外側鋼管２および内側鋼管４を互いに逆の回転方向に回転させて掘削することで、岩盤等の非常に硬質な地盤であっても高速に掘削することができる。
【００３５】
（４）また、支持層Ｇ４に到達したら内側鋼管４の回転圧入を停止し、外側鋼管２のみを支持層Ｇ４に所定深さだけ貫入させることで、外側鋼管２を本設用の鋼管杭として利用する際の根入れ深さを確保し、支持力を確実に得ることができる。この際、外側鋼管２の先端内部に所定高さのコア状の土塊を残留させることで、鋼管杭の先端を閉塞させることができ、閉塞による根固め効果によって先端支持力の向上を図ることができる。
【００３６】
（５）さらに、外側鋼管２を本設用の鋼管杭として利用することで、掘削完了と同時に鋼管杭の打設が完了することとなり、杭施工の短工期化および低コスト化を促進させることができる。
【００３７】
なお、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる他の構成等を含み、以下に示すような変形等も本発明に含まれる。
例えば、前記実施形態においては、外側鋼管２のみ支持層Ｇ４に所定深さだけ貫入させて本設用の鋼管杭として利用したが、このような用途に限らず本発明の杭施工用掘削装置を、場所打ちコンクリート杭の造成用に利用してもよく、また既成コンクリート杭あるいは鋼管杭等の埋め込み杭の構築用に利用してもよい。また、前記実施形態では、排土手段をロッド３に設けたスクリュー３Ｂで構成したが、これに限らず、以下の図９に示すような排土手段を用いてもよい。
【００３８】
図９には、本発明の変形例に係る杭施工用掘削装置が示されている。
この変形例では、前記実施形態と比較して排土手段の構成が相違している。具体的には、図９の杭施工用掘削装置は、ロッド３の内部を通して外側鋼管２および内側鋼管４内部の掘削土を吸い上げるエアリフト装置で排土手段が構成されている。このエアリフト装置は、二軸式ドーナツオーガー１に設けたエアポンプ（図示略）と、このエアポンプに連結された中空筒状のロッド３と、ロッド３で吸い上げた掘削土を外部に排出する排出部１Ｂとを有して構成されている。ここで、排土手段としては、エアリフト装置に限らず、外側鋼管２の内部に供給した水とともにロッド３の内部を通して掘削土を吸い上げる泥水リフト装置であってもよい。
【００３９】
また、図９の杭施工用掘削装置では、前記実施形態のように支持層Ｇ４に外側鋼管２のみを貫入させるのではなく、外側鋼管２および内側鋼管４の両方を支持層Ｇ４に貫入させて掘削孔を形成する点が前記実施形態と相違している。すなわち、図９における杭の施工方法は、支持層Ｇ４を所定深さまで掘削して掘削孔を形成した後に、外側鋼管２および内側鋼管４の両方を掘削孔から抜き出し、この掘削孔にコンクリートを打設して場所打ち杭を造成するか、または掘削孔に既成コンクリート杭あるいは鋼管杭を埋設して埋め込み杭を構築するものである。このように本発明の杭施工用掘削装置を用いれば、場所打ち杭造成のための掘削孔または埋め込み杭を埋設するための掘削孔を短時間かつ低コストで掘削することができる。この場合には、掘削完了後に外側鋼管２も掘削孔から抜き取るため、外側鋼管２を何度も使用することができる。
【００４０】
また、前記実施形態では、内部粉砕手段としての粉砕ビット４Ｂ、連結部粉砕手段としての粉砕ビット４Ｃ、および外部粉砕手段としての粉砕ビット４Ｄをそれぞれ別々に内側鋼管４に設けた例を説明したが、これらの内部粉砕手段、連結部粉砕手段および外部粉砕手段を適宜に選択して併用してもよい。さらに、図８に示したような外側鋼管２の内周面に設けた粉砕ビット２Ｂと、内側鋼管４の内部粉砕手段、連結部粉砕手段および外部粉砕手段とについても適宜に併用可能である。
【００４１】
また、図１０は先端に掘削ビットを備えた鋼管杭を、支持層のような堅固な地盤に回転させながら施工する実験を行った際の、施工負荷を示す施工トルクおよび圧入力を示しており、貫入量が鋼管の外径の３倍程度で急上昇する。さらに図１１に示すように鋼管先端部の管内に取り込んだ土による閉塞度を調べるために、貫入量毎に管内土を押し抜く試験を行った。これは先端に掘削ビットを設けた模型鋼管杭５を、実際に支持層として利用される地盤の硬度と同程度の硬度を持った模型地盤に模型鋼管杭５の外径の数倍回転圧入させ、その後模型鋼管杭５を模型地盤から引抜き、模型鋼管杭５の先端部内側に取り込んだ模型地盤の部分である管内土６を受け台７に押し当て、受け台７に向かって模型鋼管杭５に載荷重Ｆを加えて管内土６を押し抜く試験である。模型鋼管杭５の先端部内側に取り込んだ模型地盤の部分を閉塞土と呼ぶこととする。結果は、図１２に示すとおり、図１０に示す施工トルクと類似の傾向を示し、押抜き抵抗値は、貫入量が鋼管の外径の３倍程度で急激に上昇する。この実験結果より、特に管内に進入する土塊の粘性が高い場合など、土塊と内側鋼管４が共回りを起こし易く粉砕ビット４Ｂでの土塊の粉砕が困難な場合には、本発明に用いる内側鋼管４の長さは、内側鋼管４の外径の３倍以内にすることで内側鋼管４の閉塞を防止することが可能であり、施工負荷の上昇を抑えることが可能である。
また、図１０、１２に示す実験結果は２重管ではなく単管での実験の結果であるが、管内の閉塞に関しては、管の内側に侵入してくる土塊と管の内面との関係のみで発生するため、２重管であっても単管であっても試験結果に影響は見られない。
【００４２】
その他、本発明を実施するための最良の構成、方法などは、以上の記載で開示されているが、本発明は、これに限定されるものではない。すなわち、本発明は、主に特定の実施形態に関して特に図示され、かつ説明されているが、本発明の技術的思想および目的の範囲から逸脱することなく、以上述べた実施形態に対し、形状、材質、数量、その他の詳細な構成において、当業者が様々な変形を加えることができるものである。
従って、上記に開示した形状、材質などを限定した記載は、本発明の理解を容易にするために例示的に記載したものであり、本発明を限定するものではないから、それらの形状、材質などの限定の一部もしくは全部の限定を外した部材の名称での記載は、本発明に含まれるものである。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の実施形態に係る杭施工用掘削装置を示す断面図である。
【図２】前記杭施工用掘削装置における要部を示す斜視図である。
【図３】前記杭施工用掘削装置における内側管を示す断面図である。
【図４】前記杭施工用掘削装置を用いた杭の施工方法を示す断面図である。
【図５】前記内側管の変形例を示す断面図である。
【図６】前記内側管の変形例を示す断面図である。
【図７】前記内側管の変形例を示す斜視図である。
【図８】前記杭施工用掘削装置の変形例を示す断面図である。
【図９】本発明の変形例に係る杭の施工方法を示す断面図である。
【図１０】施工負荷を示すトルクおよび圧入力に対する鋼管杭の貫入量の杭径に対する倍率の関係を示したグラフである。
【図１１】模型試験の状況を説明した図である。
【図１２】模型試験結果の押抜き抵抗と模型鋼管杭の貫入量の杭径に対する倍率の関係を示したグラフである。
【符号の説明】
【００４４】
１…共通駆動部としての二軸式ドーナツオーガー、２…外側管としての外側鋼管、２Ａ…掘削用ビット、２Ｂ…粉砕ビット、３…ロッド、３Ａ…連結支持部、３Ｂ…スクリュー、４…内側管としての内側鋼管、４Ａ…掘削用ビット、４Ｂ…内部粉砕手段としての粉砕ビット、４Ｃ…連結部粉砕手段としての粉砕ビット、４Ｄ…外部粉砕手段としての粉砕ビット、５…模型鋼管杭、６…管内土、７…受け台、Ｇ…地盤、Ｇ４…支持層。
【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】
2008255694.tif 000009
【図８】
2008255694.tif 000010
【図９】
2008255694.tif 000011
【図１０】
2008255694.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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