(57)【要約】【課題】シヤーピンなどの消耗品が不要で、係止力の調整といった複雑さがなく、施工中の掘削径の変更が可能な埋め込み杭用掘削装置および埋め込み杭の施工方法を提供する。【解決手段】掘削ロッド２を中空管１に通し、中空管２の下端より突出させた状態で、掘削や掘削土砂とセメントミルクなどの硬化性注入材との攪拌混合を行う。掘削ロッド２の外周部に、筒状の拡縮制御部材６を同軸に配置し、これらをねじ部で互いに螺合させる。拡縮制御部材６の外面から中空管１の内面に向けて回転拘束部材７を突出させ、この回転拘束部材７を中空管１の受け部８に係止した状態で掘削ロッド２を回転させることで、拡縮制御部材６が上方または下方へ移動する。拡縮制御部材と掘削翼３はリンク１０で連結されており、拡縮制御部材６の上方または下方へ移動により掘削翼３が拡縮する。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空管内に挿通される掘削ロッドと、前記掘削ロッドに対し回動自在にピン接合された拡縮可能な掘削翼と、前記掘削ロッドの外周部にねじ式に螺合された拡縮制御部材と、前記拡縮制御部材から前記中空管の内面に向けて突出し、前記中空管の内面に設けられた受け部に係止させることで、前記中空管に対する前記拡縮制御部材の軸回りの回転を拘束する回転拘束部材と、前記拡縮制御部材と前記掘削翼を連結し、前記掘削ロッドに対する前記拡縮制御部材の軸方向の相対移動に伴い、前記掘削翼を上方または下方に回動させる連結手段とを有することを特徴とする埋め込み杭用掘削装置。
【請求項２】
前記掘削翼の先端が該掘削翼の長手方向に対し斜めの形状となっている請求項１記載の埋め込み杭用掘削装置。
【請求項３】
請求項１または２記載の埋め込み杭用掘削装置を用いた埋め込み杭の施工方法であって、前記掘削ロッドを中空管内に挿通し、地盤の掘削を行いながら、地盤内への硬化性注入材の注入および掘削土砂と前記硬化性注入材の攪拌混合を行い、前記中空管を所定深さまで埋設した後、前記中空管に対し前記掘削ロッドを相対移動させて前記回転拘束部材を前記受け部に係止した状態で、さらに前記掘削ロッドを回転させることにより、該掘削ロッドに対し前記拡縮制御部材を軸方向に相対移動させて前記掘削翼を縮径させ、前記中空管内を通して前記掘削ロッドを引き抜き、掘削土砂と混合した前記硬化性注入材を硬化させることを特徴とする埋め込み杭の施工方法。
【請求項４】
請求項１または２記載の埋め込み杭用掘削装置を用いた埋め込み杭の施工方法であって、前記掘削ロッドを中空管内に挿通し、前記掘削翼を前記掘削ロッドに対し所定の第１の角度で支持し、杭一般部の地盤の掘削を行いながら、地盤内への硬化性注入材の注入および掘削土砂と前記硬化性注入材の攪拌混合を行い、前記中空管が所定深さに達した時点で、前記中空管に対し前記掘削ロッドを相対移動させて前記回転拘束部材を前記受け部に係止した状態で、さらに前記掘削ロッドを回転させることにより、該掘削ロッドに対し前記拡縮制御部材を軸方向に相対移動させて前記掘削翼を拡径状態を与える第２の角度で支持し、その状態で拡大根固め球根部の掘削および掘削土砂と硬化性注入材の攪拌混合を行い、前記拡大根固め球根部を造成した後、再度、前記中空管に対し前記掘削ロッドを相対移動させて前記回転拘束部材を前記受け部に係止した状態で、さらに前記掘削ロッドを回転させることにより、該掘削ロッドに対し前記拡縮制御部材を軸方向に相対移動させて前記掘削翼を縮径させ、前記中空管内を通して前記掘削ロッドを引き抜き、掘削土砂と混合した前記硬化性注入材を硬化させることを特徴とする埋め込み杭の施工方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願発明は、建造物の基礎等に適用される埋め込み杭用の掘削装置および埋め込み杭の施工方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ソイルセメント合成杭、中掘杭などの施工では、オーガーに接続した掘削ロッドを、埋設される鋼管などの中空管に挿通し、掘削ロッドの先端部に取り付けた掘削翼により地盤の掘削およびセメントミルクなどの硬化性注入材の注入、掘削土砂との攪拌混合を行い、中空管を所定位置まで埋設した後、掘削ロッドを中空管内から引き上げて回収する。このため、掘削翼を拡縮する幾つかの装置が実用化されている。
【０００３】
そのような装置として、特許文献１には、シヤーピンを利用し、掘削翼を中空管の外径の外側まで伸ばした状態を、掘削翼基部と掘削ロッドをつなぐ位置に設けたシヤーピンによって固定し、掘削攪拌終了後、掘削ロッドを引き上げる際には掘削翼が中空管の下端にぶつかることでシヤーピンを切断し、それによって掘削翼が折り畳まれ、縮径した状態で引き上げられるようにした装置および施工方法が記載されている。
【０００４】
また、特許文献２には、シヤーピンを用いずに作業性を向上させた装置として、シヤーピンの替わりにバネで付勢された係止部材で掘削翼基部を挟み込み、掘削攪拌終了後、掘削ロッドを引き上げる際には掘削翼が中空管の下端にぶつかることでバネの付勢力に抗して、係止部材による係止が解除され、掘削翼を縮径した状態で引き上げられるようにした装置が記載されている。
【０００５】
【特許文献１】
特許第２６８８６２２号公報
【特許文献２】
特開平２００１−９８５４３号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述した特許文献１記載の装置および施工方法の場合、シヤーピンが消耗品となり、施工費がアップする。
【０００７】
特許文献２記載の装置の場合、掘削翼の拡径状態を側方からバネで拘束するためにはバネ定数がかなり大きいものが必要となり、バネのへたりなどにより係止力の調整も複雑となる。
【０００８】
また、上記何れの装置も施工中の掘削翼の係止位置変更が不可能であるため、掘削径が一定となり、拡大根固め球根の造成が困難である。
【０００９】
本願発明は、従来技術における上述のような課題の解決を図ったものであり、シヤーピンなどの消耗品が不要で、係止力の調整といった複雑さがなく、施工中の掘削径の変更が可能な埋め込み杭用掘削装置および埋め込み杭の施工方法を提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本願の請求項１に係る埋め込み杭用掘削装置は、中空管内に挿通される掘削ロッドと、前記掘削ロッドに対し回動自在にピン接合された拡縮可能な掘削翼と、前記掘削ロッドの外周部にねじ式に螺合された拡縮制御部材と、前記拡縮制御部材から前記中空管の内面に向けて突出し、前記中空管の内面に設けられた受け部に係止させることで、前記中空管に対する前記拡縮制御部材の軸回りの回転を拘束する回転拘束部材と、前記拡縮制御部材と前記掘削翼を連結し、前記掘削ロッドに対する前記拡縮制御部材の軸方向の相対移動に伴い、前記掘削翼を上方または下方に回動させる連結手段とを有することを特徴とするものである。
【００１１】
なお、ここで言う上方、下方は、施工時における掘削装置についての上下方向を指し、以下の説明においても同様である。
【００１２】
中空管はソイルセメント合成杭における鋼管などの場合が多いが、先掘り工法におけるケーシングや中掘り杭工法における鋼管などの場合もある。
【００１３】
掘削ロッドは、通常、オーガーに接続されて回転することで先端部に取り付けられた１または複数段の掘削翼や掘削刃によって土砂を掘削するものであり、ソイルセメント合成杭の施工の場合には、通常、掘削ロッドの先端や掘削翼位置などからセメントミルクなどの硬化性注入材を注入し、掘削翼などで掘削土砂と攪拌混合し、合成杭におけるソイルセメント部分を形成させる。
【００１４】
拡縮制御部材は掘削ロッドの外周部にねじ式に螺合させたものであり、掘削ロッドと拡縮制御部材を相対的に回転させることで、拡縮制御部材が掘削ロッドに対し相対的に上下移動するようになっている。最も一般的な形態としては、掘削ロッドの外周面に雄ねじを形成し、筒状の拡縮制御部材の内面に雌ねじを形成した構造が採用可能であるが、拡縮制御部材は必ずしも筒状である必要はなく、部分的にでも掘削ロッドの外周部に螺合できる構造であればよい。
【００１５】
掘削ロッドと拡縮制御部材を相対的に回転させる手段として、本願発明では拡縮制御部材の外面から中空管に向けて突出する係止部材としての回転拘束部材を設け、中空管の内面の所定位置に設けたストッパーとしての受け部に係止させる構造とした。この場合、回転拘束部材と受け部が係止されている状態で掘削ロッドを回転させることで、中空管に対する回転を拘束されている拡縮制御部材との間で相対的な回転が生じ、拡縮制御部材が掘削ロッドに対し相対的に上下移動する。
【００１６】
すなわち、地上部での掘削ロッドの上下動や回転により回転拘束部材と受け部が係止され、さらに掘削ロッドを回転させることで回転方向に応じて拡縮制御部材を上方または下方に移動させることができる。
【００１７】
本願発明はこの拡縮制御部材の掘削ロッドに対する上下方向の相対移動を利用して掘削翼の拡縮を行うものであり、掘削ロッドに取り付けられた掘削翼と拡縮制御部材を連結手段によって連結することで掘削翼がピン接合位置で任意の角度に折れる形で拡縮する。
【００１８】
連結手段としては、例えば各種リンク機構が利用可能であり、その他ラックとピニオンの組み合わせ、ウインチ式のものなども考えられる。リンク機構についても１軸方向にのみ回転可能なものに限らず、球面継手を利用したものなどでもよい。
【００１９】
なお、掘削翼は掘削ロッドと同時に回転するため、掘削翼の拡縮時には掘削翼と拡縮制御部材も軸回りに相対的に回転させる必要がある。従って、１軸方向にのみ回転可能なリンク機構で掘削翼と拡縮制御部材を連結する場合には、間にリング状の回転機構を介在させるなど、両者間で軸回りの相対回転が可能な構造とする必要がある。
【００２０】
このような構成において、掘削ロッドと拡縮制御部材、さらには掘削翼と拡縮制御部材の上下方向の相対移動量は、互いに螺合している掘削ロッドと拡縮制御部材の相対的な回転量によって決まり、かつ任意の位置で移動を止めることができる。さらに、回転方向によって掘削翼の拡径方向、縮径方向のいずれも可能であり、掘削翼を掘削ロッドに対し、任意の角度で支持し、任意の方向に拡縮させることができる。
【００２１】
従って、例えば拡大根固め球根の造成を行う場合でも、一般部と一般部より径の大きい拡大根固め球根部とで掘削径を容易に変更させることができる。また、シヤーピンのような消耗品がないので経済的である。
【００２２】
請求項２に係る発明は、請求項１に係る埋め込み杭用掘削装置において、前記掘削翼の先端が該掘削翼の長手方向に対し斜めの形状となっていることを特徴とするものである。
【００２３】
掘削翼による掘削径が最大となるのは掘削翼が掘削ロッドに対して垂直に延びている場合であり、拡大根固め球根部の造成などを行う場合にその最大径を拡大根固め球根部の径とする施工が可能となる。
【００２４】
しかし、ある幅を有する掘削翼について先端が掘削翼の長手方向に対し直角になっている場合、わずかな角度変化では掘削径の変化もわずかである。これに対し、掘削翼の先端を該掘削翼の長手方向に対し斜めの形状とすれば、掘削径の変化をより大きくすることができる。
【００２５】
請求項３に係る発明は、請求項１または２記載の埋め込み杭用掘削装置を用いた埋め込み杭の施工方法であって、前記掘削ロッドを中空管内に挿通し、地盤の掘削を行いながら、地盤内への硬化性注入材の注入および掘削土砂と前記硬化性注入材の攪拌混合を行い、前記中空管を所定深さまで埋設した後、前記中空管に対し前記掘削ロッドを相対移動させて前記回転拘束部材を前記受け部に係止した状態で、さらに前記掘削ロッドを回転させることにより、該掘削ロッドに対し前記拡縮制御部材を軸方向に相対移動させて前記掘削翼を縮径させ、前記中空管内を通して前記掘削ロッドを引き抜き、掘削土砂と混合した前記硬化性注入材を硬化させることを特徴とするものである。
【００２６】
この請求項３に係る発明は、本願発明の埋め込み杭用掘削装置の具体的な使用方法に関するものであり、掘削ロッドと拡縮制御部材の相対回転、相対移動による掘削翼の拡縮機能を利用して、掘削ロッド引抜き時の掘削翼の縮径を行うものである。
【００２７】
請求項４に係る発明は、請求項１または２記載の埋め込み杭用掘削装置を用いた埋め込み杭の施工方法であって、前記掘削ロッドを中空管内に挿通し、前記掘削翼を前記掘削ロッドに対し所定の第１の角度で支持し、杭一般部の地盤の掘削を行いながら、地盤内への硬化性注入材の注入および掘削土砂と前記硬化性注入材の攪拌混合を行い、前記中空管が所定深さに達した時点で、前記中空管に対し前記掘削ロッドを相対移動させて前記回転拘束部材を前記受け部に係止した状態で、さらに前記掘削ロッドを回転させることにより、該掘削ロッドに対し前記拡縮制御部材を軸方向に相対移動させて前記掘削翼を拡径状態を与える第２の角度で支持し、その状態で拡大根固め球根部の掘削および掘削土砂と硬化性注入材の攪拌混合を行い、前記拡大根固め球根部を造成した後、再度、前記中空管に対し前記掘削ロッドを相対移動させて前記回転拘束部材を前記受け部に係止した状態で、さらに前記掘削ロッドを回転させることにより、該掘削ロッドに対し前記拡縮制御部材を軸方向に相対移動させて前記掘削翼を縮径させ、前記中空管内を通して前記掘削ロッドを引き抜き、掘削土砂と混合した前記硬化性注入材を硬化させることを特徴とするものである。
【００２８】
本願発明の埋め込み杭用掘削装置は、掘削ロッドと拡縮制御部材の相対回転、相対移動により、掘削翼を任意の角度で支持できるため、任意の複数の角度およびその状態での掘削径によって掘削や掘削土砂と硬化性注入材の攪拌混合を行うことができる。
【００２９】
請求項４は、そのような装置の特性を利用し、掘削翼の拡縮を２回行い、杭一般部の掘削と拡大根固め球根部の造成とで掘削径を変化させて、拡大根固め球根部を有する埋め込み杭の施工を行うようにしたものである。
【００３０】
なお、上述のように、本願発明の埋め込み杭用掘削装置は、掘削翼を任意の角度で支持できるため、掘削翼の拡縮を２回に限らず、３回以上行うことも可能である。
【００３１】
【発明の実施の形態】
図１（ａ）  〜（ｄ）  は、本願の請求項１、２に係る埋め込み杭用掘削装置の一実施形態における拡縮の機構を示したものであり、図２はその要部について掘削ロッドと拡縮制御部材の螺合関係の詳細を示したものである。
【００３２】
まず、図２に基づいて説明すると、掘削ロッド２は中空管１内を挿通させ、中空管２の下端より突出させた状態で、先端部の掘削翼３を中空管１の外径より外側まで突出させて、地中における掘削や掘削土砂とセメントミルクなどの硬化性注入材との攪拌混合を行う構成となっている。
【００３３】
本実施形態において、掘削翼３は掘削ロッド２の外周部に取り付けられたブラケット５にピン４によりピン接合され、ピン４を軸として上下方向に回動可能となっている。
【００３４】
また、掘削ロッド２の外周部には、掘削翼３の上方に、掘削ロッド２と同軸に筒状の拡縮制御部材６が配置されている。この拡縮制御部材６の上部内面には雌ねじ６が切ってあり、掘削ロッド２の外周面の雄ねじ２ａと螺合し、これらを相対的に逆回転させることにより掘削ロッド２に対し拡縮制御部材６が下方または上方へ相対移動するようになっている。
【００３５】
本願発明ではこの掘削ロッド２と拡縮制御部材６の相対的な回転を掘削ロッド２の操作で行なえるようにするため、拡縮制御部材６から中空管１の内面に向けて回転拘束部材７を突出させ、この回転拘束部材７を中空管１の内面所定位置に設けたストッパーとしての受け部８に係止させることにより、拡縮制御部材６が中空管１に対して回転しないようにし、その状態で掘削ロッド２を回転させることで、両者間での相対的な回転が行われるようにした。
【００３６】
さらに、本実施形態の場合、拡縮制御部材６の下端において、リング状の部材である回動リング９が掘削ロッド２の外周面と拡縮制御部材６の内面に挟み込まれた状態で、拡縮制御部材６の下端部に係止されており、この回動リング９と掘削翼３のピン接合位置側端部がピン１０ａ，１０ｂを介して、リンク部材１０によって連結されている。
【００３７】
拡縮制御部材６が掘削ロッド２に対し上下方向に相対移動する際、この回動リング９は拡縮制御部材６とともに上下方向に移動しつつ、掘削ロッド２とともに回転するため、拡縮制御部材６と掘削翼３を連結するリンク部材１０は、拡縮制御部材６と掘削翼３間において上下方向の変位のみ伝え、それによってブラケット５に対する掘削翼３の角度が変化する。
【００３８】
なお、図中、符号１１は拡縮制御部材６が上下方向に相対移動する際に拡縮制御部材６の上端をガイドするガイド部材である。また、図２では掘削ロッド２、拡縮制御部材６および回動リング９の相対回転の関係を分かりやすく示す目的で、相対回転時に同じ向きに回転する部分どうしを、同じ方向の斜線からなるハッチングで示している。
【００３９】
次に、図１に基づいて、埋め込み杭用掘削装置の動作を説明する。
【００４０】
図１（ａ）  は、拡大根固め球根部を有する埋め込み杭の施工における杭一般部での掘削翼の状態を示したもので、掘削翼３を水平に対し所定の仰角で上向きに傾斜させ、かつ掘削径が埋め込み杭を構成する中空管１の外径より大きくなるようにしている。
【００４１】
この状態では、中空管１内において、拡縮制御部材６の回転拘束部材７が受け部８より上方に位置しており、掘削のために掘削ロッド２を回転させると、拡縮制御部材６も一緒に同方向に回転する。
【００４２】
図１（ｂ）  は、掘削翼３を拡径する準備段階の状態を示したもので、中空管１に対し掘削ロッド２を相対的に下方へ押し出し、かつ掘削ロッド２を回転させることで回転拘束部材７を受け部８に当接させる。
【００４３】
この状態でさらに掘削ロッド２を回転させて行くと、回転拘束部材７で中空管１に対する回転を拘束された拡縮制御部材６が掘削ロッド２との相対的な回転により上方または下方へ移動する。
【００４４】
図示した例は、拡縮制御部材６が上方へ移動する場合であり、その移動に伴いリンク部材１０が掘削翼３のピン４側端部を引き上げ、ピン４を軸として水平方向へ折れ、拡径される。
【００４５】
図１（ｃ）  は、掘削翼３が水平となり拡径された状態を示したもので、この状態から掘削ロッド２を上方へ引き上げれば回転拘束部材７と受け部３の係止が解除され、再び掘削ロッドと拡縮制御部材６が一緒に同方向に回転するようになり、その状態で拡大根固め球根部の掘削、攪拌などを行う。
【００４６】
図１（ｄ）  は、掘削翼３の縮径時の様子を示したもので、拡大根固め球根部の施工が完了したら、掘削ロッド２を下方へ押し下げて回転させ、回転拘束部材７を受け部８に係止し、さらに掘削ロッド２を回転させて行くことにより、拡縮制御部材６が相対的に上方に引き上げられ、それに伴いリンク１０を介して掘削翼３が縮径する。
【００４７】
図３は、本願の請求項３、４に係る埋め込み杭の施工方法の一実施形態における施工手順を概略的に示したものである。
【００４８】
杭一般部の施工時においては、拡縮制御部材６に取り付けられた回転拘束部材７と中空管１の受け部８の距離をおいて、掘削ロッド２を正回転させ、施工を行う（図３（ａ）  参照）。このとき、拡縮制御部材６は掘削ロッド２と同じ回転をする。
【００４９】
拡径時は掘削ロッド２を押し下げて（もしくは引き上げて）、中空管１を静止した状態で掘削ロッド２を施工時と逆回転することで、拡縮制御部材６の回転拘束部材７を中空管１に取り付けた受け部８に当接させる（図３（ｂ）  参照）。
【００５０】
掘削ロッド２のねじ部と拡縮制御部材６のねじ部が螺合しているため、掘削ロッド２を回転させると掘削ロッド２および掘削翼３だけが回転しながら下降する。なお、リンク部材（図３では図示を省略）は、掘削ロッド２と同期して回転はするが縮翼制御部材６に引っ掛かっているためリンク部材が引き上げられる。これにより掘削翼３を水平状態になり拡径する。
【００５１】
掘削翼３を水平状態にしたまま、掘削ロッド２を引き上げて（もしくは押し下げて）、掘削径を拡径する（図３（ｃ）  参照）。
【００５２】
根固め部施工後、再度、掘削ロッド２を押し下げて（もしくは引き上げて）、回転拘束部材７を中空管１に取り付けた受け部８に当接させ、掘削ロッド２と拡縮制御部材６を逆回転させることにより、拡縮制御部材６を上昇させて掘削翼３を縮径し、掘削ロッド２を引き抜く（図３（ｄ）  参照）。
【００５３】
なお、掘削翼３の拡縮は、回転拘束部材７と受け部８の当接後の相対回転量で制御する。また、作動ミスで縮径（または拡径）したとしても、掘削ロッド２を逆回転することで拡径（  または縮径）  させることができる。
【００５４】
【発明の効果】
本願発明では、掘削ロッドとその外周部に螺合した拡縮制御部材の相対的な回転を利用したねじ機構により掘削翼を拡縮させるため、掘削翼を任意の角度に支持することができ、設定や操作も容易である。
【００５５】
また、掘削翼を任意の角度に支持することができるため、拡大根固め球根部を造成する場合など、径の異なる多段階の掘削を必要とする場合にも、単一の掘削装置で容易に施工を行うことができる。
【００５６】
また、掘削翼の拡縮が自由であり、一度縮径しても掘削ロッドを逆回転させることで再度拡径することができる。
【００５７】
シヤーピンなどの消耗品を必要せず、そのまま繰り返し使用できるため経済的である。
【００５８】
掘削翼の拡縮は、掘削ロッドの押し引きや回転の操作によって行うことができ、特別な動力や制御装置を必要としない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願の請求項１、２に係る埋め込み杭用掘削装置の一実施形態を鉛直断面図として示したもので、（ａ）  は拡大根固め球根部を有する埋め込み杭の施工における杭一般部での掘削翼の状態、（ｂ）  は掘削翼を拡径する準備段階の状態、（ｃ）  は根固め球根部の造成時の掘削翼の状態、（ｄ）  は掘削翼の縮径時の状態である。
【図２】図１に対応する埋め込み杭用掘削装置の要部について、掘削ロッドと拡縮制御部材の螺合関係を示した断面図である。
【図３】本願の請求項３、４に係る埋め込み杭の施工方法の一実施形態における施工手順を概略的に示した鉛直断面図である。
【符号の説明】
１…中空管、１ａ…ストッパー（受け部）、２…掘削ロッド、２ａ…雄ねじ、３…掘削翼、３ａ…係止突部、４…ピン、５…ブラケット、６…拡縮制御部材、６ａ…雌ねじ、７…回転拘束部材、８…ストッパー、９…回動リング、１０…リンク部材、１０ａ，１０ｂ…ピン、１１…ガイド部材、１５…ソイルセメント、１６…拡大根固め球根部
【図１】
2004293264.tif 000003
【図２】
2004293264.tif 000004
【図３】
2004293264.tif 000005