(57)【要約】【課題】ロック部分が振動機によって作用する衝撃荷重に耐え得る砂杭打設用伸縮ケーシングを提供すること。【解決手段】ホッパや振動機と一体になってベースマシンや台船などに立設されたリーダーに対して昇降可能に装着され、インナケーシング２０とアウタケーシング４０とを伸長状態と収縮状態とでロックするロック機構５０を備えたものであって、ロック機構５０は、インナケーシングの同一円周上に複数形成されたロック穴２３ａに、アウタケーシング４０に設けられたねじ込み式のロックピン５４が差し込まれるようにした砂杭打設用伸縮ケーシング１０。【選択図】        図５
2004238978.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ホッパや振動機と一体になってベースマシンや台船などに立設されたリーダーに対して昇降可能に装着され、インナケーシングとアウタケーシングとを伸長状態と収縮状態とでロックするロック機構を備えた砂杭打設用伸縮ケーシングにおいて、
前記ロック機構は、インナケーシングの同一円周上に複数形成されたロック穴に、アウタケーシング側にネジ部を設けたねじ込み式のロックピンが差し込まれるようにしたものであることを特徴とする砂杭打設用伸縮ケーシング。
【請求項２】
請求項１に記載する砂杭打設用伸縮ケーシングにおいて、
前記ロック機構は、ロック穴とロックピンとのはめ合い部分がテーパになっていることを特徴とする砂杭打設用伸縮ケーシング。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載する砂杭打設用伸縮ケーシングにおいて、
前記ロックピンは、その軸線と直交する方向に穿設された横孔に一対のストッパプレートが挿入され、ロック状態のときにそのストッパプレートがロックピンから突き出されて外側の固定部材に引っ掛けられることにより、当該ロックピンの抜け方向の移動を制限するようにしたものであることを特徴とする砂杭打設用伸縮ケーシング。
【請求項４】
請求項３に記載する砂杭打設用伸縮ケーシングにおいて、
前記ロックピンには軸芯にストッパボルトが螺設され、ロックの時には、そのストッパボルトの締め込みによってテーパ面同士で当てられた前記ストッパプレートがロックピンの横孔に沿って押し出され、
ロック解除の時には、ストッパボルトが緩められ後にロックピン自身が抜かれる際、ストッパプレートは、ロックピンから突き出た部分のテーパ面が外側の固定部材に相対的に押し付けられてロックピンの横孔に沿って内側に押し戻されるようにしたことを特徴とする砂杭打設用伸縮ケーシング。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載する砂杭打設用伸縮ケーシングにおいて、
前記ロックピンは、取付ブロックに対して螺設され、その取付ブロックが前記アウタケーシングに対して固定されるようにしたものであることを特徴とする砂杭打設用伸縮ケーシング。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のいずれかに記載する砂杭打設用伸縮ケーシングにおいて、
前記ロック機構は、ケーシング内及び前記ロックピンのネジ部への侵入を防止するシール部材が設けられたものであることを特徴とする砂杭打設用伸縮ケーシング。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６のいずれかに記載する砂杭打設用伸縮ケーシングにおいて、
前記インナケーシングとアウタケーシングとは、伸長状態と収縮状態とにおいてそれぞれはまり合う凹部又は凸部を有し、当該はまり合いによって芯出しを行うものであることを特徴とする砂杭打設用伸縮ケーシング。
【請求項８】
請求項１乃至請求項７のいずれかに記載する砂杭打設用伸縮ケーシングにおいて、
前記インナケーシング及びアウタケーシングは、伸長状態と収縮状態におけるロックピンとロック穴との位相合わせが、軸方向の突き当てよって高さ位置を、キーとキー溝とのはまり合いにより円周方向の位置を合わせることによって行うものであることを特徴とする砂杭打設用伸縮ケーシング。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば人工島や湾岸道路、或いは海上空港といった港湾地域などで行う施工において、軟弱地盤の改良を行う砂杭打ち工法に使用される伸縮可能なケーシングに関し、特に伸長時と収縮時のロック装置に特徴を有する砂杭打設用伸縮ケーシングに関する。
【０００２】
【従来の技術】
人工が集中する都市部では、騒音や土地問題などから海を埋め立てて空港をつくったり、商業地域や居住空間の拡張が行われている。しかし、陸地の拡張を行う海面下の地盤は軟弱であることから、沈下を防止するために地盤の安定をはかる地盤改良の必要がある。そして軟弱地盤には、砂杭を打設する砂杭打ち工法（所謂サンドコンパクション工法）が行われる。これは、台船の船首部位に立設したリーダーに沿ってケーシングパイプを海面下の軟弱地盤中に貫入させ、上部のホッパから砂をケーシングパイプ内に供給し、そのケーシングからはきだした砂を押し固めることによって砂杭をつくっていく。
【０００３】
しかし、砂杭打ち工法は、例えば海上の打設船から砂杭を施工する場合、砂杭の埋設施工深度が３０ｍ程度必要であるため、海底までの深さが１５ｍ程度であったとしてもケーシングの長さは５０ｍ弱となる。更にバイブロハンマなど掘削作業装置を含めた全長を考慮すれば、打設船のリーダ高さが最高で海面から約６０ｍにもなってしまう。施工地点が空港近くであって航空機の進路上に重なったりすると離発着に支障をきたし、工事施工の許可が得られない。従って、そのような場合には施工機の全高を下げる必要があり、これを解決する方法として従来から、特許第２５７５０３７号公報に記載されるような伸縮可能なケーシングが提案されている。
【０００４】
図１２は、遠浅海岸地勢に於ける広大な面積の海上空港を建設する場合であって、海面下の軟弱地盤に対する砂杭打ち工法を行う前記公報に記載された打設船全体を示した図である。打設船１００は、その船首部にリーダー１０１が立設され、その上部から下端に沿って設けられたガイド１０２に対し、海面下の軟弱地盤２００に対する砂杭打設用の伸縮ケーシング１０３がスライダー１０４を介して昇降自在に設けられている。伸縮ケーシング１０３は、船首部位に固設されたケーシングキーパー１０５に支持され、リーダー１０１上端のシーブ１０６を介して送られたウインチ１０７からのワイヤ１０８によって昇降自在に吊設されている。また、伸縮ケーシング１０３には、緩衝器１１１、振動機１１２、ホッパ１１３が直列的に設けられている。
【０００５】
伸縮ケーシング１０３は、図１３に示すようにホッパ１１３が上端に連結されたインナケーシング１２１と、インナケーシング１２１の下部に充分な長さ（伸縮の盛り換えサイクルのストローク以上の長さ）重複すると共に、所定部位以下は海面３００より下側にあって（特に、下側でなくても海面上でも良い）地盤２００に貫入されるアウタケーシング１２２とで構成されている。伸縮ケーシング１０３は、アウタケーシング１２２がインナケーシング１２１に対して相対的にスライド自在にされ、その一方で伸縮時に両者をロックするロック機構が設けられている。
【０００６】
ロック機構１３１（１３２）は、図１４に示すようにインナケーシング１２１の上下２箇所にストッパリング１３３が介装されて溶接により固定されている。ストッパリング１３３は、その外周面に上下方向に波打った滑らかなサインカーブ状の波形部１３４が多段的に形成されている。
【０００７】
一方、アウタケーシング１２２には、ストッパリング１３３に対して周方向に分割された複数のストッパ１３６，１３６…が径方向に進退可能に構成されており、各ストッパ１３６，１３６…の内面にはストッパリング１３３の波形部１３４に噛み合って密着する同形の波形部１３７が形成されている。各ストッパ１３６，１３６…は、周方向に分割された各ブラケット１３８，１３８…に保持され、径方向の進退が各々設けられた油圧シリンダ１３９，１３９…によって操作される。油圧シリンダ１３９は、それぞれ油圧ホース１４１を介して打設船１００上の図示しない油圧ポンプに接続されている。
【０００８】
こうしたロック機構は、油圧シリンダ１３９の収縮作動によって各ストッパ１３６，１３６…が外周方向に広げられ、ストッパリング１３３から離脱することで、波形部１３４と１３７の係合が解除されてストッパリング１３３とストッパ１３６の間に間隙ができ、インナケーシング１２１とアウタケーシング１２２とが相対的にスライド可能になる。この状態でウインチ１０７によりワイヤ１０８を介しインナケーシング１２１を上昇し、また下降させることができる。
【０００９】
【特許文献１】
特許第２５７５０３７号公報（第４−６頁、第１図、第５図、図８図）
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
こうした従来の伸縮ケーシング１０３では、振動機１１２の打撃力がインナケーシング１２１とアウタケーシング１２２との間で、ストッパリング１３３とストッパ１３６とを介して伝わる。振動機１１２の打撃力は、こうしたストッパリング１３３とストッパ１３６からなるロック機構部分に大きな衝撃荷重が作用し、適切なロック状態が維持できなくなるおそれがある。従来の伸縮ケーシングの場合を見た場合、滑らかなサインカーブ状の波形部１３４，１３７の噛み合いによるため、上下方向の衝撃荷重によって噛み合いのズレが心配されるからである。また、その噛み合いは油圧シリンダ１３９の圧力によって維持されることとなっているため、繰り返し作用する衝撃荷重によって油圧に抗してストッパ１３６が押し返されて噛み合いがずれることも心配されるからである。
【００１１】
この構造では、ロック中は常に油圧シリンダに油圧を外部から供給する必要があるため配管の取り回しが困難で、また打設中に配管の破損・漏れが生じると伸縮ケーシング１０３のロックが外れて大事故になるおそれがある。更に、各ロック機構１３１（１３２）を外周上に複数個を配置してもロック機構管に隙間ができ、管内エアーをシールすることは事実上不可能である。
【００１２】
よって本発明は、ロック部分が振動機によって作用する衝撃荷重に耐え得る砂杭打設用伸縮ケーシングを提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の砂杭打設用伸縮ケーシングは、ホッパや振動機と一体になってベースマシンや台船などに立設されたリーダーに対して昇降可能に装着され、インナケーシングとアウタケーシングとを伸長状態と収縮状態とでロックするロック機構を備えたものであって、前記ロック機構は、インナケーシングの同一円周上に複数形成されたロック穴に、アウタケーシングに設けられたねじ込み式のロックピンが差し込まれるようにしたものであることを特徴とする。
また、本発明の砂杭打設用伸縮ケーシングは、前記ロック機構のロック穴とロックピンとのはめ合い部分がテーパになっていることが望ましい。
【００１４】
よって、本発明によれば、インナケーシングからアウタケーシングにかかる衝撃力をロック穴に差し込まれたロックピンによって伝え、そのロックピンは、それ自身がねじ込まれて外れたり緩むようなことはなく、振動機によって作用する衝撃荷重に耐えることができる。また、ロックピンはロック穴とテーパのはめ合い部分にガタ無く気密な状態で差し込まれるため、ガタによる衝撃荷重がかかるようなことはない。
【００１５】
また、本発明の砂杭打設用伸縮ケーシングは、前記ロックピンが、その軸線と直交する方向に穿設された横孔に一対のストッパプレートが挿入され、ロック状態のときにそのストッパプレートがロックピンから突き出されて外側の固定部材に引っ掛けられることにより、当該ロックピンの抜け方向の移動を制限するようにしたものであることが望ましい。
よって、本発明によれば、ロックピンが万一衝撃力でねじが緩んで抜けそうになっても、ストッパプレートによって抜けを防止して、ロックピンをロック穴にガタ無く気密な状態で差し込んでおける。
【００１６】
そして、本発明の砂杭打設用伸縮ケーシングは、前記ロックピンには軸芯にストッパボルトが螺設され、ロックの時には、そのストッパボルトの締め込みによってテーパ面同士で当てられた前記ストッパプレートがロックピンの横孔に沿って押し出され、ロック解除の時には、ストッパボルトが緩められ後にロックピン自身が抜かれる際、ストッパプレートは、ロックピンから突き出た部分のテーパ面が外側の固定部材に相対的に押し付けられてロックピンの横孔に沿って内側に押し戻されるようにしたことが望ましい。
【００１７】
更に、本発明の砂杭打設用伸縮ケーシングは、前記ロックピンが取付ブロックに対して螺設され、その取付ブロックが前記アウタケーシングに対して固定されるようにしたものであることが望ましい。
よって、本発明によれば、ロックピンなどロック機構を構成する部品を容易に交換することができる。
【００１８】
また、本発明の砂杭打設用伸縮ケーシングは、前記ロック機構にケーシング内及び前記ロックピンのネジ部への侵入を防止するシール部材が設けられたものであることが望ましい。
これにより、外部からの土砂や水等の侵入および管内を通って排出される砂等の内側からの侵入が遮断でき、ネジ部などへの砂の噛み込みを防止してロックに不具合が生じるような事態を回避できる。
【００１９】
また、本発明の砂杭打設用伸縮ケーシングは、前記インナケーシングとアウタケーシングとが、伸長状態と収縮状態とにおいてそれぞれはまり合う凹部又は凸部を有し、当該はまり合いによって芯出しを行うようにしたものであることが望ましい。
更に、本発明の砂杭打設用伸縮ケーシングは、前記インナケーシング及びアウタケーシングは、伸長状態と収縮状態におけるロックピンとロック穴との位相合わせが、軸方向の突き当てよって高さ位置を、キーとキー溝とのはまり合いにより円周方向の位置を合わせることによって行うものであることが望ましい。
【００２０】
【発明の実施の形態】
次に、本発明に係る砂杭打設用伸縮ケーシングについて、その一実施形態を図面を参照しながら以下に説明する。砂杭打ち工法は、前述した海上での台船上から施工する海底地盤の改良のみならず、河川や湖沼の水面下の軟弱地盤に対する地盤改良にも行われる。その際、施工地上空に橋梁や送電線が通っている場合があり、同様に施工機の全高を下げるため砂杭打設用伸縮ケーシングが必要になる。そこで本実施形態では、陸上で砂杭打ち工法を行う場合の施工機を例に挙げて説明することとする。図１は、その施工機を示した側面図である。
【００２１】
施工機１は、杭打機２をベースマシンとしたものであり、機体前方にバックステー３によって支持されたリーダ５が垂直に立設されている。リーダ５には、その上下に沿ってガイドパイプ６が設けられ、砂杭打設用伸縮ケーシング（以下、単に「伸縮ケーシング」と記す）１０を含む作業部が昇降可能に装着されている。図２は、この作業部を施工機１の正面側（図１において右側）から見た図である。
【００２２】
作業部は、砂杭を造成するための砂を伸縮ケーシング１０内に送り込むホッパ１１と、伸縮ケーシング１０に上下振動を与えるバイブロハンマ１２とが上下一体に固定され、ここに設けられたガイドギブ１４によってガイドパイプ６を摺動可能に挟み込み、リーダ５に沿った昇降が可能になっている。伸縮ケーシング１０は、その上端がホッパ１１の下に一体的に固定されてリーダ５に沿った昇降が可能になっており、またバイブロハンマ１２の振動を直接受けるように取り付けられている。杭打機２のウインチからはリーダ５上端のシーブ８を介してワイヤロープ７が前方に送り出され、伸縮ケーシング１０、ホッパ１１そしてバイブロハンマ１２が吊設されている。その際、砂杭造成時にバイブロハンマ１２から発生する振動によって過大な張力がワイヤロープ７にかからないようショックアブソーバ１３を介して吊設されている。
【００２３】
施工機１には、上方に位置するホッパ１１へ砂を運ぶための昇降バケット１５が用意されており、その昇降バケット１５は、リーダ５に沿って昇降可能に装着されている。砂杭用の砂は現場に山積みされ、そこからショベルカー等によって昇降バケット１５へと運ばれるようになっている。また、杭打機２は、本体後方に載置台９が突き出され、そこには前方にかかる荷重とのバランスをとるため、作業装置用の発電機やエアコンプレッサ等のユニットやウエイトなどが載せられている。
【００２４】
次に、伸縮ケーシング１０は、インナケーシング２０の外側にアウタケーシング４０が重ねられ、ホッパ１１に固定されたインナケーシング２０がアウタケーシング４０に対して上下動することによって伸縮するものであり、伸長時及び収縮時の２段階でインナケーシング２０とアウタケーシング４０とがロックできるようにロック機構が設けられている。図３は、伸縮ケーシング１０を示した外観図であり、図４はその断面図である。また、図５はロック機構部分を示したケーシングの断面図である。図３乃至図５は、いずれも伸縮ケーシング１０の収縮時の状態を示している。
【００２５】
伸縮ケーシング１０は、図３に示すようにインナケーシング２０の上端に固定フランジ３１を有し、それがボルトによってホッパ１１の下にネジ止めされる。インナケーシング２０は、その固定フランジ３１が設けられたパイプ２１の他に複数のパイプ２２〜２８が溶接固定され、一本のケーシングとして構成されている。これは、ロックを行うパイプ２３，２７は硬度の高い材質が使用され、シール部分となるパイプ２２，２４，２６，２８は別途機械加工等が必要になるからである。
【００２６】
パイプ２１に固定された下のパイプ２２は、その上端部に溶接固定された受フランジ３２が設けられている。受フランジ３２は、伸縮ケーシング１０の収縮時にアウタケーシング４０の上端に突き当てられるが、このインナケーシング２０とアウタケーシング４０には、位相合わせを行うためのキー及びキー溝が形成されている。詳細は後述する。パイプ２２は、上部内周面が下方に縮径するようにテーパ部によって内周が縮径され、比較的薄肉のパイプ２１から肉厚で内径を縮径させたパイプ２２以降に連続している。パイプ２１は、砂が送り込み易いように比較的内径が大きく形成され、その下のパイプ２２〜２８では、連続したほぼ同一内径とし、砂の残留防止ならびにインナケーシング２０の強度を確保するようにしている。
【００２７】
パイプ２２の下には、このインナケーシング２０とアウタケーシング４０とを収縮状態でロックするためのパイプ２３が設けられ、そのパイプ２３には同一円周上の４箇所にインナケーシングボス２３ａ，２３ａ…が形成されている。インナケーシングボス２３ａは、後述するロックピン５４の形状に合わせた丸穴であって、底面にかけて（パイプ２３の軸芯方向に）径を小さくしたテーパ面が形成されている。インナケーシング２０は、このパイプ２３の下にパイプ２４が、更にパイプ２４の下に長尺のパイプ２５が溶接固定されている。
【００２８】
インナーケーシング２０は、パイプ２５の上下がほぼ同じように構成されており、下方にもロック機構を構成するパイプ２７を挟んでシール部分となるパイプ２６，２８が設けられている。パイプ２７は、伸縮ケーシング１０が伸長状態となる時のロック部分であり、上のインナケーシングボス２３ａ，２３ａ…と同じ形状のインナケーシングボス２７ａ，２７ａ…が、円周上の同じ位置に４箇所形成されている。更に、インナケーシング２０の下部には、伸縮ケーシング１０の収縮時に舞い上がった砂がアウタケーシング４０との間に入り込まないようにシール機構が構成されている。なお、このシール機構については、次に説明するアウターケーシング４０と合わせて説明することとする。
【００２９】
次に、アウタケーシング４０は（図４参照）、伸縮ケーシング１０の伸長時及び収縮時にインナケーシング２０との緊締を行うためのロック機構が上部に構成され、また伸縮ケーシング１０の収縮時にインナケーシング２０の下端部分でシールを行うためのシール機構が下部に構成され、その中間が長尺のパイプ４２によって接続れている。そこで先ず、アウタケーシング４０の上部を示す図５及び、そのロック機構を示す図５のＡ−Ａ断面を示す図６に基づいて説明する。
【００３０】
アウタケーシング４０の上部は、インナケーシング２０の外径より若干大きい内径のパイプ４１で形成され、そのパイプ４１の中間部分にロック機構５０が構成されている。ロック機構部分５０は、パイプ４１の厚肉部分に長方形のプレートがはめ込める凹部５１が形成され、更にその中央に円形の貫通孔５２が穿設されている。凹部５１及び貫通孔５２には、取付ブロック５３のプレート部分５３ａが凹部５１にはめ込まれて図示しないボルトで固定され、その円柱部分５３ｂが貫通孔５２内に差し込まれる。パイプ４１には、こうした取付ブロック５３，５３…が同一円周上の４箇所に取りつけられる。
【００３１】
図７は、一つのロック機構部分５０を示した断面図であり、（ａ）〜（ｃ）にかけてロックの手順を示している。取付ブロック５３には、円柱部分５３ｂを貫通してロックピン５４が差し込まれているが、これは取付ブロック５３を構成する円柱部分５３ｂの中心に穿設された貫通孔に雌ネジ５３ｇが形成され、そこに差し込まれたロックピン５４が雄ネジ５４ｇによって螺合している。ロックピン５４は、それ自身が回転することにより取付ブロック５３に対する差し込み量が調節でき、伸縮ケーシング１０における径方向の位置が調節できるようになっている。
【００３２】
円柱形のロックピン５４は、前述したインナケーシングボス２３ａ（インナケーシングボス２７ａについて同じ）に対して隙間無くはまり込むように先端部がテーパ状になっている。テーパにしたのは、バイブロハンマ１２による打撃力がロックピン５４を介してインナケーシング２０からアウタケーシング４０へと伝えられるため、ガタ無く気密な状態ではまり込むようにするためである。更に、このロック機構には、ねじ込み式のロックピン５４自身が施工時に受ける衝撃によって緩んでしまうことなくロックピン５４によるロックを確実にするため、ストッパプレート５５，５５が設けられている。すなわち、ロックピン５４の径方向断面を示した図８からも分かるように、ロックピン５４には横孔５４ａが穿設され、そこに２個のストッパプレート５５，５５が両側から挿入されている。
【００３３】
またロックピン５４には、図７に示すように、２個のストッパプレート５５，５５の間を通るストッパボルト５６が軸芯に螺設され、取付ブロック５３の円柱部分５３ｂにはカバー５７がネジ止めされている。こうしたストッパボルト５６及びカバー５７と、これらに対するストッパプレート５５，５５には、ロックピン５４の軸線方向にかかるストッパボルト５６の締め込み時の力やロックピン５４自身が抜け出されるときの力によってストッパプレート５５，５５を軸線と直交する横方向に離したり近づけたりするためのテーパが相対向して各々に形成されている。
【００３４】
このロック機構部分５０には、外部から土砂や水等が侵入しないようにシール処理が施されている（図６参照）。具体的には、取付ブロック５３とパイプ４１及びカバー５７との間にＯリング５９ａ，５９ｂが、またロックピン５４とストッパボルト５６との摺動部にもＯリング５９ｃがそれぞれ取り付けられ、ロックピン５４とカバー５７との摺動部にはパッキン５９ｍが取り付けられている。更に、伸縮ケーシング１０の外部からだけでなく、後述するシール機構の気密性が低下して内部からロックピン５４のネジ部に土砂等が侵入しないようにするため、そのロックピン５４と取付ブロック５３との摺動部にはパッキン５９ｎが取り付けられている。
【００３５】
図５に戻り、こうしたロック機構部分５０の上下にはシール機構部分６０Ａ，６０Ｂが構成されている。上下のシール機構は同じように構成され、パイプ４１の上下端にエアの注入によって拡張してシールするインフレタブルリング６１，６２が設けられ、その上下にはグランドパッキン６６，６６が設けられている。グランドパッキン６６，６６は、パイプ４１の上下端にそれぞれボルトで固定されたパッキン保持リング４５，４５の内側にはめ込まれ、締上げボルト６３，６３によってインナケーシング２０側に押し当てられる。
【００３６】
パイプ４１上端側のパッキン保持リング４５には、上から位置決めリング４６がボルトで固定され、そこにはインナケーシング２０の外周面に付着した砂などを掃き落とすブラシ６４が取り付けられている。一方、パイプ４１の下側にはエア供給孔６５（図１０参照）が形成されたエアポートリング４７が配置され、インナケーシング２０とアウタケーシング４０との間にできる空間に圧縮エアが供給できるようになっている。そして、長尺なパイプ４２がランジ４８に溶接固定され、エアポートリング４７を貫いて下からパッキン保持リング４５にボルトで固定されている。
【００３７】
またエアポートリング４７は、伸縮ケーシング１０の伸長時にインナケーシング２０の下端側において図１０に示すように突き当てられるが、このインナケーシング２０とアウタケーシング４０には、収縮時と同様に位相合わせを行うためのキー及びキー溝が形成されている。前述した収縮時のキー及びキー溝とともに詳細は後述する。
【００３８】
次に図９は、収縮時の伸縮ケーシング１０下部に設けられたシール機構部分７０を示した図である。先ず、アウタケーシング４０は、エアの注入によって拡張するインフレタブルリング７１がシール部材としてシール用連結リング７２に設けられ、このシール用連結リング７２がパイプ４３を介してパイプ４２に接続されている。長尺のパイプ４２とパイプ４３とは、ともに連結リング７４，７５が溶接固定され、その連結リング７４，７５同士がボルト締めされている。
【００３９】
また、このインフレタブルリング７１が設けられたシール用連結リング７２にも、アウタケーシング最下端の打ち付けパイプ４４に溶接固定されたシール用連結リング７３がボルト締めされている。一体になったリング７２，７３は、アウタケーシング４０を構成するパイプ４３，４４の内周面よりも内側に突き出しており、その突き出た内側面に形成された環状溝内に、先に述べたインフレタブルリング７１が配置されている。
【００４０】
インナケーシング２０側にはガイド８１が固定され、スライドロッド８２が上下方向に摺動可能に貫通している。スライドロッド８２は、抜け止め用の頭部を有し、下端には環状のシールゴム８３を保持したブロック８４が固定され、そのブロック８４を下方に付勢するスプリング８５がはめ込まれている。すなわち、ブロック８４に保持されたシールゴム８３は、インフレタブルリング７１に加えて設けられた第２のシール部材である。そのため、スプリング８５の付勢力によってアウタケーシング４０のシール用連結リング７２にシールゴム８３が押し当てられ、下方から舞い上がる砂をここでも遮断できるようになっている。
【００４１】
シールゴム８３の下には、インフレタブルリング７１がエア注入によって拡張した時に当接してシールするシール用の当てパイプ８７が固定されている。また、その当てパイプ８７には、シールゴム８３がフランジに対して気密に当接できるように、そのテーパ面に付着した砂等を掃き落とすためのブラシ８８が取りつけられている。なお、シールゴム８３とシール用連結リング７２との当接面がテーパになっているのは、スプリング８５の押し付けによって気密に当接し、またブラシ８８によって効果的に砂等が除去できるようにするためである。
【００４２】
次に、伸縮ケーシング１０が収縮時と伸長時とで位相合わせ等を行うキー及びキー溝部分について説明する。
先ず、伸縮ケーシング１０の収縮時には、図５に示すようにアウタケーシング４０上端の位置決めリング４６に、下降したインナケーシング２０上部の受フランジ３２がはまり込むように、それぞれに環状の凹部４６ａと凸部３２ａが形成されている。この凹部４６ａと凸部３２ａとのクリアランスは極めて狭く、このはまり込みによってアウタケーシング４０に対するインナケーシング２０の芯出しが行われるようになっている。
【００４３】
また、凹部４６ａにはキー溝４６ｋが形成され、凸部３２ａにはそこに入り込むようにしたキー３２ｋが形成されている。そこで、伸縮ケーシング１０を収縮状態で緊締するロックピン５４とインナケーシングボス２３ａとは、位置決めリング４６の上端に受フランジ３２が突き当てられたところでほぼ高さ方向の位相が合い、キー３２ｋがキー溝４６ｋにはまり込むことによって円周方向の位相が合うようになっている。なお、高さ方向の位相合わせは、砂の噛み込み等を考慮してクリアランスが設けられているため最終的には微調整が必要である（伸長時についても同じ）。
【００４４】
一方、伸縮ケーシング１０の伸長時には、図１０に示すように、アウタケーシング４０のエアポートリング４７に、上昇したインナケーシング２０のガイド８１がはまり込むように、それぞれに環状の凹部４７ａと凸部８１ａが形成されている。この凹部４７ａと凸部８１ａとのクリアランスも極めて狭く、このはまり込みによって伸長時のアウタケーシング４０に対するインナケーシング２０の芯出しが行われるようになっている。
【００４５】
また、凹部４７ａにはキー溝４７ｋが形成され、凸部８１ａにはそこに入り込むようにしたキー８１ｋが形成されている。そこで、伸縮ケーシング１０を伸長状態で緊締するロックピン５４とインナケーシングボス２７ａとは、ガイド８１の上端がエアポートリング４７に突き当てられたところでほぼ高さ方向の位相が合い、キー８１ｋがキー溝４７ｋにはまり込むことによって円周方向の位相が合うようになっている。
【００４６】
続いて、本実施形態のケーシング１における作用について説明する。図１１は、図１に示す施工機１と、このうちの伸縮ケーシング１０、ホッパ１１及びバイブロハンマ１２とを（ａ）〜（ｇ）に示した施工工程図であり、（ａ）工程以外は伸縮ケーシング１０等を昇降させる杭打機２を図面上省略している。
【００４７】
先ず図１に示す施工機１では、ウインチによるワイヤロープ７の送り出しによって、図１１（ａ）に示すように伸縮ケーシング１０の下端を地面Ｇに当ててケーシングゼロセットを行う。このとき伸縮ケーシング１０はインナケーシング２０とアウタケーシング４０とが収縮状態で緊締されている。そこで、この状態でバイブロハンマ１２の作動が開始して伸縮ケーシング１０に上下振動が与えられる。このとき伸縮ケーシング１０は、バイブロハンマ１２に対して固定されたインナケーシング２０の頂部が打撃され、その打撃力がアウタケーシング４０へと伝えられる。伸縮ケーシング１０は、こうして地盤に直接当てられたアウタケーシング４０から地盤内へと打ち込まれる。
【００４８】
伸縮ケーシング１０の貫入時、アウタケーシング４０から伸縮ケーシング１０内に土砂が入り込まないようにする必要がある。そこで、アウタケーシング４０内には下端から所定距離の所に侵入防止リング４９が形成され（図４参照）、予め開口部を塞ぐように侵入防止リング４９まで砂が詰められる。そして、貫入時には伸縮ケーシング１０内に送り込まれた圧縮エアによってエア圧がかけられ、開口部に詰められた砂が蓋となって、その蓋を押し上げて侵入しようとする土砂を押し返している。
【００４９】
収縮状態の伸縮ケーシング１０は、図１１（ｂ）に示すようにロック機構部分５０（図５参照）が地面Ｇの直ぐ上に位置する程度まで打ち込まれる。その後、ロック機構部分５０によるインナケーシング２０とアウタケーシング４０とのロックを解除し、フリーになったインナケーシング２０を杭打機２によるワイヤロープ７の巻上げによって上昇させる。そして、図１１（ｃ）に示すように伸長状態になったところでインナケーシング２０とアウタケーシング４０とが再びロックされる。伸長状態の伸縮ケーシング１０にはバイブロハンマ１２による打ち付けが再開される。
【００５０】
伸縮ケーシング１０は、伸長状態で図１１（ｄ）に示す深さまで打ち込まれ、砂杭は、こうした伸縮ケーシング１０を引き上げる時にできる縦穴内に送り込まれた砂によって造成される。すなわち砂杭の造成は、例えば図１１（ｄ）〜（ｅ）間の上昇する波線で示すように、伸縮ケーシング１０を少し上昇させた「引抜き」と、伸縮ケーシング１０を下降させながらバイブロハンマ１２による「打戻し」及び、伸縮ケーシング１０内に常に供給されている圧縮エアの押圧とによって、伸縮ケーシング１０（アウタケーシング４０）の下端開口部から排出された砂が締め固められて行われる。
【００５１】
砂杭用の砂は図１に示すようにバケット１５によって所定量ずつホッパ１２から伸縮ケーシング１０内を通って落とされ、その伸縮ケーシング１０による「引抜き」と「打戻し」とが繰り返えされて、排出された砂が段階的に締め固められることにより砂杭Ｓが造成されていく。こうして強固に締め固められてできる砂杭Ｓは、図１１（ｅ）に示すように押圧力によって縦穴が押し広げられ、伸縮ケーシング１０によって明けられた穴よりも広径のものになる。
【００５２】
伸縮ケーシング１０が上昇し、図１１（ｅ）に示すようにアウタケーシング４０のロック機構部分５０が地面Ｇから出たところで一旦砂杭Ｓの造成を止め、伸縮ケーシング１０のロックを解除し、図１１（ｆ）に示すようにインナケーシング２０を降ろして収縮させた後、再びロックが行われる。そしてまた、同じように伸縮ケーシング１０を上昇させながら砂杭Ｓの造成が再開される。すなわち、図１１（ｆ）〜（ｇ）間に上昇する波線で示すように伸縮ケーシング１０を少し上昇させた「引抜き」と、伸縮ケーシング１０を下降させながらバイブロハンマ１２による「打戻し」を行い同時に伸縮ケーシング１０内に常に供給されている圧縮エアの圧力とにより、伸縮ケーシング１０の下端開口部から排出された砂が締め固められて砂杭がつくられる。こうして水面下の軟弱地盤、或いは砂地盤や粘性土地盤などに所定の間隔をおいて複数の砂杭Ｓが造成され、径の大きいよく締まった砂杭Ｓにより地盤の安定が図られる。
【００５３】
次に、前述した砂杭Ｓの造成における伸縮ケーシング１０の取り扱いなどについて詳しく説明する。砂杭Ｓの造成の際、伸縮ケーシング１０は、図１１に示す（ｃ）工程と（ｆ）工程とで伸長作業と収縮作業とが行われ、ここでロック解除と再ロックとが行われる。そこで、伸縮ケーシング１０のロック及びロック解除について説明する。
【００５４】
伸縮ケーシング１０を収縮させた状態で緊締する場合、図５に示すように位置決めリング４６の凹部４６ａに受フランジ３２の凸部３２ａがはまり込むことによって、インナケーシング２０の軸芯がアウタケーシング４０の軸芯と重なる芯出しが行われる。そして、同一円周上にそれぞれ４箇所設けられているインナケーシングボス２３ａ，２３ａ…とロックピン５４，５４…の位相は、下降するインナケーシング２０の位置決めリング４６上端に受フランジ３２が突き当てられた後、微調整によって高さが合わせられ、キー３２ｋがキー溝４６ｋにはまり込んで円周方向の位置が合わせられる。
【００５５】
そしてロックを行うには、ロックピン５４がインナケーシングボス２３ａと位相が合ったところで、図７（ａ）に示すようにロックピン５４に専用のトルク伝達工具５８を使って回転が与えられる。回転力は人力または動力を用いて行う。ロックピン５４は、取付ブロック５３と螺合したネジ部によってインナケーシング２０側に螺進し、図７（ｂ）に示すように先端がインナケーシングボス２３ａ内に入り込んでいく。トルク伝達工具５８による締め付けによってロックピン５４は先端のテーパ面がインナケーシングボス２３ａのテーパ面に押し当てられ、ガタ無く気密な状態で差し込まれて挿入が完了する。
【００５６】
ロックピン５４が挿入される場合、このロックピン５４に螺設されたストッパボルト５６が抜け状態にあり、ストッパプレート５５，５５は外側がロックピン５４の外径以下に収まっている。そこで、ロックピン５４がインナケーシングボス２３ａへの挿入を完了した後、ストッパボルト５６がロックピン５４内にねじ込まれると、図７（ｃ）に示すようにその頭部とストッパプレート５５，５５とが内側のテーパ面同士で当たり、ストッパプレート５５，５５が外側に押し出される。ストッパプレート５５，５５は、ロックピン５４の抜け方向からカバー５７に外側のテーパ面同士が当てられてロックピン５４の抜けが防止される。
【００５７】
こうして４つのロックピン５４，５４…がインナケーシングボス２３ａ，２３ａ…に差し込まれ、インナケーシング２０とアウタケーシング４０とがロック状態となる。従って、伸縮ケーシング１０は、インナケーシング２０にバイブロハンマ１２によって与えられた打撃力は、このロック機構部分５０を介してアウタケーシング４０へと伝えられる。その際、ロックピン５４はストッパプレート５５，５５によって抜け方向の移動が制限されているため、打撃によってネジが緩むことはなく、ロックピン５４がインナケーシングボス２３ａから抜けることはない。
【００５８】
次に、インナケーシング２０とアウタケーシング４０とのロックを解除する場合には、図７に従って説明した先のロック動作の逆が行われる。すなわち、先ずストッパボルト５６を緩めて（図面上方に移動）ロックピン５４から図７（ｂ）に示すような抜け状態とする。これによってストッパプレート５５，５５は、外側に押し出されていたストッパボルト５６による制限を受けなくなる。そして、トルク伝達工具５８を使ってロックピン５４が外されていくと、押し出された状態のストッパプレート５５，５５は、相対的にカバー５７によって押さえ付けられ、当接したテーパ面同士によってロックピン５４の上昇とともに、そのロックピン５４の中に押し戻される。ロックピン５４の抜けを防止していたストッパプレート５５，５５は、こうしてロックピン５４を抜くのと同時にその中に再び収められ、ロックの解除が可能になる。
【００５９】
一方、図１１（ｃ）に示すように伸縮ケーシング１０を伸長状態でロックする場合には、インナケーシング２０が上昇すると、図５に示すようにエアポートリング４７の凹部４７ａにガイド８１の凸部８１ａがはまり込むことによって、インナケーシング２０の軸芯がアウタケーシング４０の軸芯と重なる芯出しが行われる。そして、インナケーシングボス２３ａ，２３ａ…とロックピン５４，５４…の位相は、エアポートリング４７にガイド８１が突き当てられた後、微調整によって高さが合わせられ、またキー８１ｋがキー溝４７ｋにはまり込んで円周方向の位置が合わせられる。そして、前述した図７に示す動作が繰り返えされてロックされる。
【００６０】
次に、図１１（ｆ）〜（ｇ）に示すように、収縮状態の伸縮ケーシング１０によって砂杭Ｓを造成していく場合、インナケーシング２０を通って圧縮エアにより送り込まれた砂は、舞い上がってアウタケーシング４０との隙間から入り、伸長時用のインナケーシングボス２７ａ（図４参照）に溜まるおそれがある。インナケーシングボス２７ａに砂が溜まってしまうとロックピン５４が入りきらず、伸長時のロックが適切に行えなくなる。これを防止するため図９に示すインフレタブルリング７１にエアが注入され、これが浮き輪のように膨らんで当てパイプ８７に押し当てられてシールが行われる。よって、インナケーシング２０下端から排出され舞い上がった砂はここで遮断され、またインフレタブルリング７１によるシールは気密性があり、エア漏れも防止してケーシング管内のエア圧低下も防いでいる。
【００６１】
更に、本実施形態では、万一このインフレタブルリング７１に亀裂が入るなどしてシール効果を発揮できない場合を想定し、第２のシールが行われる。すなわち、図１１（ｅ）〜（ｆ）に示すように伸縮ケーシング１０が収縮する場合、下降したインナケーシング２０の下端部分では、スプリング８５の付勢力によってシールゴム８３がシール用連結リング７２に押し当てられる。このシールゴム８３はシール用連結リング７２と円周上で気密に当接し、インフレタブルリング７１を通過して舞い上がった砂もここで遮断される。
【００６２】
ところで、インナケーシング２０内には圧縮エアが送りこまれているため、スプリング８５の付勢力のみではこのエア圧によってシールゴム８３が押し上げられてしまう。こうした下方からのエア圧に抗してスプリング８５の付勢力によってシールゴム８３がシール用連結リング７２に押し当てられるように、インナケーシング２０とアウタケーシング４０との間にも圧縮エアを供給し、シールゴム８３を挟んで上下の圧力が等しくなるようにしている。このエア圧を等しくする上からの圧縮エアは、図５に示すエアポートリング４７に形成されたエア供給孔６５から送り込まれる。
【００６３】
次に、伸縮ケーシング１０を図１１（ｄ）〜（ｅ）に示すように伸長状態で施工する場合、ケーシング管内のエアが外部に漏れるのを防止するのと、外部から土砂や水等がケーシング管内に侵入するのを防止する必要がある。そこで、このような場合には、図５に示すロックピン５４の設けられたロック機構部分５０の上下でインフレタブルリング６１，６２がエア注入によって拡張し、インナケーシング４０と円周上で押し当てられてシールが行われる。なお、収縮時もこのインフレタブルリング６１，６２を拡張することで、図９に示すシール機構部分７０との２重のシール効果が期待できる。
【００６４】
本実施形態では、伸縮ケーシング１０の収縮終了時及び伸長終了時に拡張してシールするインフレタブルリング６１，６２、収縮終了時のみ拡張してシールするインフレタブルリング７１を使用している。伸縮ケーシング１０の場合、伸び縮みの伸縮量が大きいため、常にシール部材がインナケーシング２０側に摺接していると、摩耗によって耐久性及びシール効果を低下させてしまうため、これを防止するためにインナケーシング２０が移動中は非接触とする必要があるからである。
【００６５】
また、砂杭造成時には図１１（ｄ）に示すようにインナケーシング２０がむき出しの状態で地盤内に貫入され、そこに付着する土砂や粘土などによってシール効果を低下させたり適切なロックを妨げる原因になる。従って、図１１（ｅ）〜（ｆ）に示すようにケーシングを収縮させる場合には、インナケーシング２０に対して相対的にアウタケーシング４０が上昇する際、グランドパッキン６２，６２及びアウタケーシング４０の上端にあるいはブラシ６４がインナケーシング２０の外周面を擦りながら移動して付着した土砂や粘土などを削り落とし、また掃き落とす。
【００６６】
更に、図１１（ｄ）に示す工程では、伸長状態の伸縮ケーシング１０内に砂が送られ、アウタケーシング４０のシール部分に付着してシール効果を妨げることになる。従って、図１１（ｅ）〜（ｆ）に示すように伸縮ケーシング１０を収縮させる場合には、インナケーシング２０がアウタケーシング４０に対して下降する際、インナケーシング２０の下端にあるブラシ８８が、アウタケーシング４０内面やアウタケーシング４０のフランジ７１のシールゴム８３が当接するテーパ面、更にインフレタブルリング７１のシール面を擦りながら移動して付着した砂などを掃き落とす。
【００６７】
以上、説明したように本実施形態の伸縮ケーシング１０は、インナケーシング２０とアウタケーシング４０とのロック機構をインナケーシングボス２３ａ（２７ａ）にロックピン５４を差し込み、その際ロックピン５４をネジ５３ｇ，５４ｇによってねじ込むようにしたため、ロックピン５４が緩んでガタを生じさせることはない。従って、振動機によって作用する衝撃荷重に耐えることができる。また、ロックピン５４はインナケーシングボス２３ａ（２７ａ）にテーパ面が押し込まれてガタ無く気密な状態で差し込まれるため、ガタによる衝撃荷重がかかるようなこともない。
【００６８】
また、ロックピン５４はストッパプレート５５によって抜け止めされているため、万一ロックピン５４が抜けそうになってもインナケーシングボス２３ａ（２７ａ）に対してガタ無く気密な状態で差し込まれた状態を確実に維持できる。
また、そのストッパプレート５５はテーパ面を介した押さえ付けによって、ロックピン５４の横孔５４ａを移動するようにしたため、その取り扱いが容易である。
そして、ロックピン５４は、アウタケーシング４０に対して取付ブロック５３を介して取りつけられるため、交換を容易に行うことができる。
【００６９】
ロックピン５４などから構成されるロック機構部分５０は、伸縮ケーシング１０の伸長時には地中や海中に入ることになるが、Ｏリング５９ａ，５９ｂ，５９ｃやパッキン５９ｍによって外部からの土砂や水等の侵入を遮断し、また伸縮ケーシング１０内を通って排出される砂等の内側からの侵入もパッキン５９ｎによって遮断でき、ネジ４３ｇ，５４ｇ部分などへ噛み込みを防止してロックに不具合が生じるような事態を回避できる。
【００７０】
なお、本発明は前記実施形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
例えば、前記実施形態では杭打機２のリーダ５に装着した場合を説明したが、従来例のように台船のリーダに装着して水面下の軟弱地盤を改良する施工に使用することもできる。
【００７１】
【発明の効果】
本発明は、ロック機構をインナケーシングの同一円周上に複数形成されたロック穴に、アウタケーシングに設けられたねじ込み式のロックピンが差し込まれるようにしたので、ロック部分が振動機によって作用する衝撃荷重に耐え得る砂杭打設用伸縮ケーシングを提供することが可能になった。
【図面の簡単な説明】
【図１】砂杭打ち工法を行う施工機を示した側面図である。
【図２】施工機正面側から砂杭打設用伸縮ケーシングなどを示した図である。
【図３】砂杭打設用伸縮ケーシングを示した外観図である。
【図４】砂杭打設用伸縮ケーシングを示した断面図である。
【図５】砂杭打設用伸縮ケーシングのロック機構部分を示した断面図である。
【図６】図５のＡ−Ａ断面を示す図である。
【図７】ロック機構部分を示した断面図である。
【図８】ストッパプレートの挿入状態を示したロックピンの断面図である。
【図９】収縮時の伸縮ケーシング下部に設けられたシール機構部分を示した断面図である。
【図１０】伸長時の伸縮ケーシング下部に設けられたシール機構部分を示した断面図である。
【図１１】砂杭打ち工法を（ａ）〜（ｇ）に示した施工工程図である。
【図１２】海面下の軟弱地盤に対する砂杭打ち工法を行う打設船全体を示した図である。
【図１３】従来の砂杭打設用伸縮ケーシングを示した図である。
【図１４】従来の砂杭打設用伸縮ケーシングにおけるロック機構を示した図である。
【符号の説明】
１    施工機
５    リーダ
１０  砂杭打設用伸縮ケーシング
１１  ホッパ
１２  バイブロハンマ
１３  ショックアブソーバ
２０  インナケーシング
２３ａ，２７ａ  インナケーシングボス
４０  アウタケーシング
５０  ロック機構構成部分
５３  取付ブロック
５４  ロックピン
５５  ストッパプレート
５６  ストッパボルト
【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】
2004238978.tif 000012
【図１１】
2004238978.tif 000013
【図１２】
2004238978.tif 000014
【図１３】
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【図１４】
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