(57)【要約】【課題】杭を打設したのみでは信頼性が少ない軟弱な地盤に対して、杭孔の下部にモルタル等による膨大部を容易に構築できて、杭基礎の信頼性を増大できるようにする。【解決手段】掘削装置２０では、掘削ヘッド２１を中ロッド２４の下部に設け、その上部に袋部材３０を設けて、小径パイプ２６から流体を供給させるようにする。また、前記袋部材３０をケーシング２２によりカバーする状態で掘削作業を行い、所定の深さまで掘削してから、ケーシング２２を上昇させて袋部材３０を露出させ、流体を供給して袋部材による膨大部を形成した後で、前記袋部材の流体を排除しながらモルタルを充満させて、杭の支持部材を構築する。【選択図】          図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
地盤に垂直に杭孔を掘削し、前記掘削した孔に既成の杭を埋設して構築する杭基礎の構築装置であって、
掘削ヘッドを下端部に設け、前記掘削ヘッドの上部に噴出孔を装備し、上端部にモルタル注入用のパイプを接続するとともに、前記噴出孔の上部に袋部材を取付けてなる中空な中ロッドと、
前記中ロッドに対して所定の間隔を介して設け、前記中ロッドに対して上下方向に移動を許容し、駆動源に接続されるケーシングと、
前記中ロッドの内部に同軸に配置される小径パイプと、
前記中ロッドの下部に取付けられ、前記小径パイプを介して供給される流体により掘削孔の下部で膨大部を構成可能な袋部材とを有し、
杭孔の掘削と、掘削した杭孔の下部にモルタルによる膨大部を形成して、前記掘削孔に挿入する杭の下部を前記膨大部により支持するために用いることを特徴とする杭基礎の構築装置。
【請求項２】
前記中パイプの下部に取付けられる袋部材は、ゴムまたはゴムのような弾性体で構成され、
掘削ヘッドにより杭孔を構築する際には、ケーシングにより覆われた状態とされ、前記杭孔を所定の深さまで掘削した後に、前記袋部材の長さに対応する距離だけケーシングを上昇させて、地盤中に膨大部を形成可能に構成したことを特徴とする請求項１に記載の杭基礎の構築装置。
【請求項３】
地盤に垂直に杭孔を掘削し、前記掘削した孔に既成の杭を埋設して構築する杭基礎の構築工法であって、
掘削ヘッドを用いて掘削する杭孔の土を、前記杭孔の周囲に圧密しながら前記杭孔の掘削を行う工程と、
前記掘削した杭孔の下部で、流体を袋部材に供給して、前記袋部材を膨脹させることにより膨大部を形成する工程と、
前記膨大部の流体を排除しながら、前記袋部材の外側からモルタルを供給してモルタルによる膨大部を構築する工程と、
前記モルタルによる膨大部を構築した後で掘削装置を引上げて、杭孔に既成の杭の下部を膨大部に埋設する工程を経て、
前記杭の支持力を増大させることを特徴とする杭基礎の構築工法。
【請求項４】
掘削ヘッドを下端部に設け、前記掘削ヘッドの上部に噴出孔を装備し、上端部にモルタル注入用のパイプを接続するとともに、前記噴出孔の上部に袋部材を取付けてなる中空な中ロッドと、
前記中ロッドに対して所定の間隔を介して同軸に配置し、前記中ロッドに対して上下方向に移動を許容するとともに、駆動源に接続されるケーシングと、
前記中ロッドの内部に同軸に配置される小径パイプと、
前記中ロッドの下部に取付けられ、前記小径パイプを介して供給される流体により掘削孔の下部で膨大部を構成可能な袋部材とを設けた掘削装置を用い、
杭孔を掘削した後で、ケーシングを所定の間隔だけ引上げてから、袋部材を膨脹させて膨大部を形成し、前記膨大部にモルタルを充満させた後で、掘削装置を抜き出し、
前記掘削した杭孔の膨大部の中に所定の深さまで達するように、既成の杭を立設して、
前記杭の支持力を増大させることを特徴とする請求項３に記載の杭基礎の構築工法。
【請求項５】
前記袋部材に供給する流体として水を用い、前記袋部材に水を供給して膨大部を構築した後で、モルタルを圧送して前記袋部材の水をモルタルの圧力により排除ながら、モルタルによる膨大部を構築することを特徴とする請求項３または４に記載の杭基礎の構築工法。
【請求項６】
地盤に垂直に杭孔を掘削し、前記掘削した孔に既成の杭を埋設して構築する杭基礎の構築装置であって、
掘削ヘッドを下端部に設ける中ロッドと、
前記中ロッドを通して接続し、前記掘削ヘッドの上部に所定の間隔を介して設けた噴出孔とモルタル供給手段の間を接続する小径パイプと、
前記噴出孔の上部に上部分を固定し下部を拘束しない状態で設ける弾性を有する袋部材を設け、
前記中ロッドに対して所定の間隔を介して設けるとともに、前記中ロッドに対して上下方向に移動を許容し、駆動源に接続されるケーシングとを有し、
前記中ロッドに設けた掘削ヘッドと、ケーシングとを連動させてまたは別個に上下動させる手段を設けたことを特徴とする杭基礎の構築装置。
【請求項７】
地盤に垂直に杭孔を掘削し、前記掘削した孔に既成の杭を埋設して構築する杭基礎の構築装置であって、
掘削ヘッドを下端部に設ける中ロッドと、
前記中ロッドを通して接続し、前記掘削ヘッドの上部に所定の間隔を介して設けた噴出孔とモルタル供給手段の間を接続する小径パイプと、
前記噴出孔の上部に上部分を固定し、下部を拘束しない状態で設ける弾性を有する袋部材と、
前記中ロッドに対して所定の間隔を介して設けるとともに、前記中ロッドに対して上下方向に移動を許容し、駆動源に接続されるケーシングと、
前記中ロッドに設けた掘削ヘッドと、ケーシングとを連動させてまたは別個に上下動させる手段を設け、
掘削装置により杭孔を掘削した後で、前記杭孔内でケーシングを所定の高さまで上昇させ、
その後に袋部材の上部からモルタルを供給して、前記袋部材を拡開させて、杭孔の上部を前記袋部材により封止しながら、前記供給されるモルタルにより周囲の土を圧密しながら膨大部を形成し、
前記モルタルによる膨大部を構築した後で掘削装置を引上げて、杭孔に既成の杭の下部を膨大部に埋設する工程を経て、
前記杭の支持力を増大させることを特徴とする杭基礎の構築工法。
【請求項８】
前記袋部材を、中ロッドへの取付位置から所定の長さの略スカート状の部材として設け、
前記袋部材の固定部の直下部に開口する小径ロッドを通して、注入されるモルタルが杭孔に漏れることを前記袋部材により防止しながらモルタルを充満させて、膨大部として形成することを特徴とする請求項７に記載の杭基礎の構築工法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、住宅等の建物の基礎を支持する杭基礎に関し、特に、既成の杭を地盤に立設するに際して、杭の下部に強固な膨大部を形成して、基礎杭による支持力を増大させる基礎の構築装置および構築工法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、住宅やその他の小規模の建物等の構造物を構築するに際しては、その構築場所の地盤の強度等の条件を調査し、その地盤が構造物を支持することができないと判断された場合には、その支持力を増大させる工事を行っている。前記地盤の支持力を増大させるためには、杭等を打設することや柱状の地盤改良を行うこと、または、地盤を圧密して支持強度を増大させる等の手段が一般に用いられている。前記地盤の支持力を増大させる工法のうち、最も簡便なものは杭打ち方式であるが、前記杭基礎を構築するに際しては、コンクリート杭の他に、鋼管杭を打設する工法は近年多く用いられるようになっている。
【０００３】
前記杭基礎を構築するに際して、軟弱な地盤に杭を打設したのみでは、十分な支持強度を得ることができない場合が多くあるので、そのような強度の弱い地盤に対しては、立設する杭の下部にモルタルなどによる球根状の大径部を構築して、その大径部の上に杭を立設すること等が行われている。例えば、地盤の土にセメントミルク等を混合して構築する場所打ち杭においては、掘削機で所定の径の杭孔を構築し、その掘削した孔の土にセメントミルクのような固化材を混合して、所定の径のソイルセメントコラムを構築するが、そのコラムの下部には膨大部を構築して、杭の支持強度を大きくするような手段が用いられている。（例えば、特許文献１を参照）
【０００４】
【特許文献１】
特開平１０−４６５６７号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、前記支持力を増大させる手段を付加して設けた杭を用いる場合に、杭に突起部材を溶接等により取り付ける加工を必要とするために、パイプをそのまま使用する場合に比較して、の加工コストが増加するという問題がある。前記パイプの周囲や下面に突起部材を設けた杭を打設するに際しては、杭打ち機にも回転機構と押圧機構とを設けるので、杭打ち機の構造が複雑で、杭の打設工事の手間と、打ち込みの作業に時間とを必要とするという課題が残っている。そして、杭を回転手段を用いて打ち込みを実施するに際しては、フライト等の突起部材が杭孔の周囲の地盤を破砕するので、杭の周囲面と土の壁の間の摩擦係数が大幅に低下する等の問題もある。さらに、前記杭に設ける突起部材が螺旋状の部材（スクリュー）である場合には、その突起部材の下面は平面でないために、掘削面との接地は面ではなく線に近いものとなるために、杭の構築後に荷重が付与されると初期沈下が大きい。したがって、従来の杭基礎の設計に際しては、突起部材を含めた面積の半分が有効に作用するものとして計算しているのが現状であり、杭の強度を十分に利用出来ていないものである。その他に、従来の杭基礎の構築工法にあっては、掘削した孔から余分な土を排除する必要があり、その土を指定された場所に処分しない等の手抜き工事が、公害等の問題を発生する原因とされている等の問題となり、土を捨てなくても良い工法が望まれている。
【０００６】
本発明は、前記杭を用いた地盤の支持力を向上させる工事を簡単に行い得て、杭の支持強度を向上させ得るような基礎とその構築工法、および、杭孔の掘削に際して余分な土を排除しない工法を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、地盤に垂直に杭孔を掘削し、前記掘削した孔に既成の杭を埋設して構築する杭基礎の構築装置に関する。請求項１の発明は、掘削ヘッドを下端部に設け、前記掘削ヘッドの上部に噴出孔を装備し、上端部にモルタル注入用のパイプを接続するとともに、前記噴出孔の上部に袋部材を取付けてなる中空な中ロッドと、前記中ロッドに対して所定の間隔を介して設け、前記中ロッドに対して上下方向に移動を許容し、駆動源に接続されるケーシングと、前記中ロッドの内部に同軸に配置される小径パイプと、前記中ロッドの下部に取付けられ、前記小径パイプを介して供給される流体により掘削孔の下部で膨大部を構成可能な袋部材とを有し、杭孔の掘削と、掘削した杭孔の下部にモルタルによる膨大部を形成して、前記掘削孔に挿入する杭の下部を前記膨大部により支持するために用いることを特徴とする。
【０００８】
請求項２の発明は、前記中パイプの下部に取付けられる袋部材は、ゴムまたはゴムのような弾性体で構成され、掘削ヘッドにより杭孔を構築する際には、ケーシングにより覆われた状態とされ、前記杭孔を所定の深さまで掘削した後に、前記袋部材の長さに対応する距離だけケーシングを上昇させて、地盤中に膨大部を形成可能に構成したことを特徴とする。
【０００９】
請求項３の発明は、地盤に垂直に杭孔を掘削し、前記掘削した孔に既成の杭を埋設して構築する杭基礎の構築工法に関するもので、掘削ヘッドを用いて掘削する杭孔の土を、前記杭孔の周囲に圧密しながら前記杭孔の掘削を行う工程と、前記掘削した杭孔の下部で、流体を袋部材に供給して、前記袋部材を膨脹させることにより膨大部を形成する工程と、前記膨大部の流体を排除しながら、前記袋部材の外側からモルタルを供給してモルタルによる膨大部を構築する工程と、前記モルタルによる膨大部を構築した後で掘削装置を引上げて、杭孔に既成の杭の下部を膨大部に埋設する工程を経て、前記杭の支持力を増大させることを特徴とする。
【００１０】
請求項４の発明は、掘削ヘッドを下端部に設け、前記掘削ヘッドの上部に噴出孔を装備し、上端部にモルタル注入用のパイプを接続するとともに、前記噴出孔の上部に袋部材を取付けてなる中空な中ロッドと、前記中ロッドに対して所定の間隔を介して同軸に配置し、前記中ロッドに対して上下方向に移動を許容するとともに、駆動源に接続されるケーシングと、前記中ロッドの内部に同軸に配置される小径パイプと、前記中ロッドの下部に取付けられ、前記小径パイプを介して供給される流体により掘削孔の下部で膨大部を構成可能な袋部材とを設けた掘削装置を用い、杭孔を掘削した後で、ケーシングを所定の間隔だけ引上げてから、袋部材を膨脹させて膨大部を形成し、前記膨大部にモルタルを充満させた後で、掘削装置を抜き出し、前記掘削した杭孔の膨大部の中に所定の深さまで達するように、既成の杭を立設して、前記杭の支持力を増大させることを特徴とする。
【００１１】
請求項５の発明は、前記袋部材に供給する流体として水を用い、前記袋部材に水を供給して膨大部を構築した後で、モルタルを圧送して前記袋部材の水をモルタルの圧力により排除ながら、モルタルによる膨大部を構築することを特徴とする。
【００１２】
請求項６の発明は、地盤に垂直に杭孔を掘削し、前記掘削した孔に既成の杭を埋設して構築する杭基礎の構築装置に関するもので、掘削ヘッドを下端部に設ける中ロッドと、前記中ロッドを通して接続し、前記掘削ヘッドの上部に所定の間隔を介して設けた噴出孔とモルタル供給手段の間を接続する小径パイプと、前記噴出孔の上部に上部分を固定し下部を拘束しない状態で設ける弾性を有する袋部材を設け、前記中ロッドに対して所定の間隔を介して設けるとともに、前記中ロッドに対して上下方向に移動を許容し、駆動源に接続されるケーシングとを有し、前記中ロッドに設けた掘削ヘッドと、ケーシングとを連動させてまたは別個に上下動させる手段を設けたことを特徴とする。
【００１３】
請求項７の発明は、地盤に垂直に杭孔を掘削し、前記掘削した孔に既成の杭を埋設して構築する杭基礎の構築装置に関するもので、掘削ヘッドを下端部に設ける中ロッドと、前記中ロッドを通して接続し、前記掘削ヘッドの上部に所定の間隔を介して設けた噴出孔とモルタル供給手段の間を接続する小径パイプと、前記噴出孔の上部に上部分を固定し、下部を拘束しない状態で設ける弾性を有する袋部材と、前記中ロッドに対して所定の間隔を介して設けるとともに、前記中ロッドに対して上下方向に移動を許容し、駆動源に接続されるケーシングと、前記中ロッドに設けた掘削ヘッドと、ケーシングとを連動させてまたは別個に上下動させる手段を設け、掘削装置により杭孔を掘削した後で、前記杭孔内でケーシングを所定の高さまで上昇させ、その後に袋部材の上部からモルタルを供給して、前記袋部材を拡開させて、杭孔の上部を前記袋部材により封止しながら、前記供給されるモルタルにより周囲の土を圧密しながら膨大部を形成し、前記モルタルによる膨大部を構築した後で掘削装置を引上げて、杭孔に既成の杭の下部を膨大部に埋設する工程を経て、前記杭の支持力を増大させることを特徴とする。
【００１４】
請求項８の発明は、前記袋部材を、中ロッドへの取付位置から所定の長さの略スカート状の部材として設け、前記袋部材の固定部の直下部に開口する小径ロッドを通して、注入されるモルタルが杭孔に漏れることを前記袋部材により防止しながらモルタルを充満させて、膨大部として形成することを特徴とする。
【００１５】
前述したように、本発明の工法は、鋼管杭やコンクリート杭等の既成の杭を用いて支持基礎を構築するものであるから、杭孔の構築に際して土を排出することがなく、杭孔の下部に構成する膨大部に杭の下部を挿入して一体化させ、杭の支持力を大幅に増大させることができる。また、前記掘削装置を用いて杭孔を掘削し、その杭孔の下部に膨大部を形成することは、袋部材に注入する水のような流体の圧力を調整することで、任意の大きさに形成することが可能であり、杭本体の地盤との摩擦力に加えて、膨大部での支持力を増加させることで、杭基礎の信頼性を向上させることが可能となる。そして、前記杭基礎の下部にモルタル等による膨大部を構築することにより、杭の支持を強固な固化層により行い得るので、杭の強度の特性をそのまま利用できて、基礎の構築を容易に行うことが可能で、杭の強度をそのまま有効に利用できる。さらに、前記流体を補助手段して用いることの他に、下端部を開放した状態の袋部材に対して直接モルタルを注入して膨大部を構成する場合には、掘削装置の構造を簡素化することができ、作業性を向上させることができる。したがって、前述したようにして構築し、杭の下部にモルタルの膨大部を一体に設けた杭基礎では、膨大部による支持作用と杭孔の周囲から打設した杭を押圧する力が作用し、杭が負担する荷重を大きな値として設計することが可能となる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図示される例にしたがって、杭を用いた基礎の構築装置とその工法を説明する。図１に示す例は、基礎杭３８を工事地盤に打設する例を示しているもので、基礎杭３８を構築する作業装置１としては、従来より一般に使用されているような作業車両２を用いる。基礎杭３８の打設を行うために、ガイドポスト３に沿わせて上下動させる駆動装置１０を設け、前記ガイドポスト３を作業車両２のアーム５と補助アーム５ａにより支持している。また、前記ガイドポスト３の頂部にはヘッド部材４を配置し、作業車両２に設けているウインチ７によりワイヤ８を駆動して、昇降部６により駆動装置１０を上下動させながら、杭孔を用いて基礎杭３８を構築のために、以下に説明する掘削装置２０による杭孔の掘削作業を行う。なお、前記駆動装置１０に対して、作業車両２に設けた油圧ポンプからの油圧供給系１１を接続しているが、前記駆動装置１０の駆動系は、作業車両２に設けている油圧ポンプを用いることの他に、車両とは別に装備する油圧発生装置を用いることも可能である。
【００１７】
なお、前記杭孔の下部に膨大部を構築する工法は、その対象とする地盤が、単純に杭を打設したとしても、その杭と地盤との摩擦力のみでは、上部の建物の重量を支えることができないような、非常に軟弱な地盤を対象とする。すなわち、従来の地盤の土に硬化材を混合する場所打ち杭を施工する際に、セメントミルクの注入量が、想定した量に比較して増大するような、水の含有率が多い地層、または隙間が多い地層の例が多くある。そのような軟弱な地盤に対しては、場所打ち杭を構築することや既成の杭を打設する等の従来の工法を適用することでは、基礎の信頼性を維持できないという問題があった。
【００１８】
前記作業車両２は、自走式の車両として構成されているもので、一般的なクローラにより走行する車両には、油圧装置を装備して駆動装置１０に向けて油圧系統１１を接続し、その駆動源として用いるようにする。前記作業車両に加えて、地上設備として液体供給装置１２とモルタル供給装置１４を配置しているもので、前記液体供給装置１２では、水やその他の流体を掘削装置２０の下部に向けて圧送して、杭孔３５の下部に膨大部を形成するために、パイプ１３を介して圧力を加えた液体を供給するように構成している。
【００１９】
前記液体供給装置１２で水を用いる場合には、水タンクと圧送用のポンプ等を組み合わせた装置として構成することができる。また、モルタル供給装置１４からは、掘削装置２０に向けて供給ホース１５を通してモルタル等を供給するもので、前記モルタル供給装置１４は、モルタル製造プラントと、圧送ポンプ等を組み合わせて構成するが、前記水とモルタルの供給装置等は、従来公知の任意の装置を用いることが可能である。さらに、前記作業車両と、液体供給装置１２およびモルタル供給装置１４の駆動を制御するために、地盤の地質に対応させて、あらかじめ設定している制御データにもとづいて、各作業部材に対する制御を行う制御装置１６を用いている。
【００２０】
そして、前記制御装置１６においては、モニターとコントロール手段とを組み合わせた制御手段１７を車両に設けておき、車両のオペレータがモニターを見ながら、各作業部材に対する制御の動作を、端末装置１８……の各々に対して随時行うようにする。なお、前記液体供給装置１２とモルタル供給装置１４の、注入装置の各々において、前記制御手段ではポンプの駆動とバルブを開閉する流量調整のように、すべての制御の動作を行うことができる。また、前記袋部材に対して流体を袋部材に向けて供給する際の圧力や、モルタルを注入して膨大部を構築する際の圧力等は、工事の事前のボーリング等による事前の地質調査で地質や地盤の強度等のデータを得ておき、それ等のデータにもとづいて行うことが可能である。前記注入作業に際して、オペレータは、前記制御装置のモニターを見ながら微調整を行うことで、作業を効率良く行うことができる。
【００２１】
また、前記作業装置１においては、前記作業車両２に直接組み合わせて設けるガイドポスト３や、駆動装置１０の他に、液体供給装置１２とモルタル供給装置１４とを組み合わせて設け、掘削装置２０の掘削ヘッド２１により杭孔３５を掘削してから、前記液体供給装置１２とモルタル供給装置１４とを作動させて、杭孔３５の下部に膨大部を形成するようにしている。前記駆動装置１０により回転駆動される掘削装置２０は、図２に示されるように構成されているもので、大径のケーシング２２の内部には、中間接続部材２３により駆動力が伝達される中ロッド２４を配置して、前記中ロッド２４の下部に設けている掘削ヘッド２１を、杭孔の中心軸に対して回転させるように設けている。
【００２２】
前記ケーシング２２と同軸に設けられる中ロッド２４は、ケーシング２２に対して、スライド可能に設けられている。そして、後述するように、所定の深さまで杭孔３５を掘削した後で、掘削ヘッド２１と中ロッド２４をその掘削した位置に残して、ケーシング２２のみを所定の距離だけ引上げて、後述するように、杭孔の下部に所定の大きさの膨大部を構築することができる。なお、前記ケーシング２２のみを引上げることを許容するためには、ケーシング２２と中ロッド２４との間での駆動伝達の機構を、前記中間接続部材２３に設けておくことができ、その他に、従来公知の任意の構成の駆動伝達手段を設けておくことができる。
【００２３】
前述したような構成を有する作業装置１を用いて、杭基礎を構築するに際しては、図２に示すように、最初に掘削装置２０の掘削ヘッド２１により所定の深さまで杭孔を掘削し、その掘削した杭孔の下部にモルタル等による膨大部を構築する。前記掘削ヘッド２１により杭孔を掘削するに際しては、前記掘削ヘッド２１により掘削した孔の土を、孔の周囲に押圧して圧密させた壁を形成する機構を用いているもので、従来の掘削装置の場合のように、掘削ヘッドにより掘削して揉みほぐした土を、スクリューにより地上に排出する方式を用いているのではない。つまり、前記掘削ヘッド２１では、ヘッドの先端部で土をほぐす作用を行い、そのヘッドの上部では、土を孔壁の周囲に向けて圧密させるような作用を行うものとして構成する。
【００２４】
そして、前記杭孔の下部に構築した膨大部のモルタルが硬化する前に、鋼管杭やコンクリート杭等を、前記膨大部の中に打ち込んで、膨大部と杭とを複合して一体化した杭基礎として構築できるようにするものである。前記杭の下部に、モルタル固化部としての膨大部を一体に設け、杭基礎の支持力を増大させる部材を構築するために、前記掘削装置２０に対して掘削のための掘削ヘッド２１と、袋部材を膨らませるための液体供給装置１２、前記袋部材により大きく形成される膨大部に、モルタルを供給するためのモルタル供給装置１４とを設けているものである。以下に、図２から図３に示す例のように、前記掘削装置２０を用いて杭孔を構築した後で、膨大部を構築するための機構を説明する。なお、前記図２および図３に示す例において、昇降部６に支持される駆動装置１０には、図示するように中ロッド２４と小径パイプ２６が上側に突出されて、スイベルにより各パイプを回転可能に支持し、前記ガイドポスト３に沿わせて前記駆動装置１０を上下動させるように設けている。
【００２５】
前記中ロッド２４の上部には、供給ホース１５を接続しており、下部の掘削ヘッド２１の上部分に対応する位置には下端部排出口２５を設けて、図１のモルタル供給装置１４から送られるモルタルを、杭孔３５の下部に向けて噴出させるようにしている。また、前記中ロッド２４の中には、小径パイプ２６を同軸に配置しており、前記小径パイプ２６の上部にはパイプ１３を接続し、下部に設けている吐出口２７から圧力水等の液体を噴出させて、前記小径パイプ２６の下部に取付けている袋部材３０を膨らませるようにする。前記袋部材３０は、ゴム等のような弾性を有する袋として構成されているもので、掘削装置２０の下部に畳んだ状態で設けられるが、掘削装置２０により杭孔を掘削する際には、ケーシング２２の内部に収納された状態に保持される。前記袋部材３０は、中ロッド２４に対して上下の固定手段３１、３２により取付けられており、小径パイプ２６に設けた噴出口２７を介して、前記袋部材３０に対する液体の給排が可能に構成している。
【００２６】
前記掘削装置２０により、所定の径の杭孔３５を掘削した後で、図３に示すように、掘削ヘッド２１と中ロッド２４を残して、ケーシング２２を所定の高さまで引上げて、袋部材３０をケーシングから露出させるようにする。そして、前記袋部材３０に対して。液体供給装置１２からの圧力水を、パイプ１３から小径パイプ２６を通して、噴出口２７から噴出させることにより、周囲の地盤を押し広げるように、前記袋部材３０を図の仮想線で示すように大きく膨脹させる作用を行わせる。前記袋部材３０を膨脹させる作用は、供給される水等の液体に付与される圧力によって行われるもので、軟弱な地盤や水分の多い、または空隙の多い地質では、その袋部材３０内部に付与される圧力の大きさにしたがって、任意の大きさの膨大部３７が形成される。
【００２７】
前記図３に示されたようにして、杭孔３５の下部で袋部材３０を膨らませて、大きな空隙を構築してから、図４に示すように、中ロッド２４の下部の下端部排出口２５からモルタル３６を噴出させて、前記袋部材３０の下部に向けてモルタルを充満させるようにする。前記モルタルを噴出させる際には、袋部材３０に供給した圧力よりも若干大きな圧力でモルタルを供給するようにしており、また、袋部材３０の液体はパイプ１３に設けたバルブを通して排出させる状態とする。そして、前記袋部材３０の下部からモルタル３６を供給することにより、袋部材３０の中の液体を排出しながら、その空隙を埋める状態で膨大部を構築する。前述したようにして、モルタルを供給することで、図５に示すように膨大部３７をモルタルによる充満させる作業を継続し、ほぼ完全にモルタルが充満された状態で、前記掘削ヘッド２１と中ロッド２４および袋部材３０を引上げる。なお、前記掘削ヘッド２１等を引上げる作業の途中で、前記膨大部３７に空隙が形成されると予測される場合には、前記掘削部材を引上げながら余分にモルタルを供給する。
【００２８】
前述したようにして、掘削装置２０を完全に引上げてから、その杭孔３５には鋼管杭やコンクリート杭等の既成の基礎杭３８を打ち込み、図６に示すように、前記基礎杭３８の下部を膨大部３７に埋没させて、一体化した杭基礎を構築する。したがって、前記基礎杭３８を膨大部３７と一体化し、膨大部３７による支持力を大きくした場合には、従来の摩擦杭のみを用いる場合に比較して、その杭の支持力を大きく増加させることが可能となる。また、前記膨大部に充満させたモルタルに、杭の下部を埋没することで、杭基礎が支持する上部の建物の荷重を、前記膨大部が広い面積で受けることが可能となり、杭基礎の信頼性を向上させることができる。
【００２９】
なお、前記掘削装置において、構築した杭孔に立設する既成の杭の径に対して、ほぼ同径の孔として構築するものであるから、前記掘削ヘッドの径は立設する杭に応じて、その太さまたはパイプ等の肉厚を適宜選択して用いる。そして、前記ケーシングの外径も、前記掘削ヘッドの径とほぼ同径に形成することで、後で立設する杭が孔壁に接するようにして、摩擦による支持力をも有効に作用させるようにする。また、前記掘削ロッド部において、駆動装置からの回転力は、ケーシングに対して伝達すること、または、中パイプに対して駆動伝達すること等の任意の駆動伝達方式を用いることが可能であり、前記杭孔の下部に膨大部を構築する際には、中パイプに対してケーシングを引上げる機構も、特に限定するものではない。さらに、前記掘削装置を構成する中パイプや小径パイプの径等は、任意に構成することが可能であり、前記パイプを通して供給する流体やモルタル等の材料は、従来より用いられているポンプで圧送が可能なものであれば良い。
【００３０】
（実施例２）
図７に示す例は、前記図２に示した掘削装置の構造を若干変更しているもので、掘削装置２０ａの大径のケーシング２２の内部には、掘削ヘッド２１を先端部に設けた中ロッド２４を配置している。前記中ロッドは所定の径を有する中空なロッドとして構成されているもので、その中空部の内部には小径パイプ２６を同軸に配置しており、前記小径パイプ２６の上部にはモルタル供給装置からの供給ホース１５を接続している。そして、前記小径パイプ２６の下端部は噴出口２７に接続されて、中ロッドに支持されている袋部材３０ａの内部にモルタルを噴出させるように構成される。
【００３１】
前記袋部材３０ａは前記実施例と同様に、内部に圧送されるモルタルの圧力に耐え得て、周囲の土を圧密させる作用を発揮可能なものであり、ゴム等のような弾性体で構成された略スカート状のものを用いている。そして、前記袋部材３０ａの上端部を、前記噴出口２７の上部で固定部３１を用いて取り付け、その袋部材３０ａの下部は固着せずに、任意に拡開可能なものとされるもので、固定部３１の下部から、掘削ヘッドとの間隔の略半分程度の長さのものとして構成される。なお、前記袋部材３０ａは前記実施例の場合とは異なり、袋部材の固定部の直下部からモルタルを充満させて、略スカート状に拡開させる状態で、図３に説明した膨大部と同様に、モルタルの球状の膨大部を形成可能な大きさのものとして構成されたものを用いるもので、大きな袋を折り畳んだ状態で、中ロッド２４のまわりでケーシング２２の中に収容している。
【００３２】
前記実施例の場合と同様にして、前記掘削装置２０ａにより杭孔を掘削するに際して、中ロッド２４とケーシング２２とを連動回転させて杭孔を掘削する作業を行い、その後に、ケーシング２２の下端部が前記固定部３１より上になるように引上げて、袋部材３０ａが掘削した杭孔の中に露出される状態とする。ついで、モルタル供給装置から小径ロッド２６を通してモルタルが供給されて、噴出孔２７から袋部材３０ａの上部に向けて供給され、図８に示すように、袋部材３０ａを上部から膨脹させるようにする。前記袋部材３０ａに対してその上部からモルタルが噴出されると、袋部材の上部が膨脹されるので、前記杭孔に連通する部分を、前記袋部材３０ａを拡開させることにより封止し、袋部材とその下部の土をモルタルにより押圧して、周囲の土を圧密しながら膨大部を形成させるようにする。
【００３３】
本実施例では、前記袋部材３０ａの下端部が規制されていないことから、ある程度の大きさの膨大部が形成された後では、袋部材３０ａの下端部の拡開された部分からモルタルが噴出されて、モルタルが直接土を圧密しながら膨大部を形成する作用を行うものと考えられる。そこで、前述したように、モルタルが袋部材３０ａの外側に噴出する状態となれば、モルタルの圧送の圧力が急激に変化する等の、定常な動作状態と異なる圧送圧力が検知されるので、そのような膨大部の形成作用は、モルタル圧送装置での圧力の変化等をモニターすることにより検知可能である。
【００３４】
また、膨大部を形成する地盤の状態も、モルタルの圧送状態の検知情報により判断可能であり、異常状態等が発生した時には、モルタル供給装置の動作を停止させる等の処理を行うと良い。前記袋部材３０ａの内部にモルタルを充満させて所定の大きさの膨大部を形成した後で、ケーシング２２と中ロッド２４および、掘削ヘッド２１と袋部材３０ａとをそのまま引上げると、流動性を有するモルタルはそのまま孔の底に残ることになる。なお、前記モルタルを直接注入して形成する膨大部は、その地盤の特性により、球根状等の良好な形状のものとなることがなくとも、後で打ち込んだ杭を膨大部で支持することが可能であるから、前記杭基礎での建物の支持力を十分に発揮できるものとなる。
【００３５】
その後に、前記杭孔の下部に構築した膨大部のモルタルが硬化する前に、鋼管杭やコンクリート杭等を、前記膨大部の中に所定の深さで入り込むように打ち込んで、硬化するモルタルと杭とを一体化させる。そして、前記モルタルが固化した膨大部３７と杭３８とを複合して、一体化された杭基礎を、図９のようにして構築する。前述したようにして構築した杭基礎においては、掘削した杭孔３５は、掘削ヘッド２１により土が周囲に圧密された状態とされるものであるから、掘削装置を引き抜いた後に打設する既成の杭に対して、孔の壁の圧密されている土が、打設した杭の周囲を押圧する作用を行う。したがって、前述したようにして構築し、杭の下部にモルタルの膨大部を一体に設けた杭基礎では、膨大部による支持作用と杭孔の周囲から打設した杭を押圧する力が作用し、杭が負担する荷重を大きな値として設計することが可能となる。
【００３６】
なお、前記膨大部と一体化して杭基礎を構築するための装置において、袋部材としては、繊維の層等の補強手段をゴム層の中に一体化した弾性を有する袋を用いることができるもので、その他に、圧送するモルタルや流体の圧力に耐え得るものであれば、任意の弾性材料を用いて構成することが可能である。また、前記袋部材を中ロッドに固定する手段としては、任意のバンド状の拘束部材を用いることができるもので、その拘束位置に対応させて中ロッドに突起や突条を任意に設けておくことも可能である。さらに、掘削時にケーシングと中ロッドとを連動させて地中に押し込む動作と、膨大部を構築する際に、ケーシングのみを引上げる動作を行うためには、従来の掘削装置と同様な駆動伝達機構を用いることが可能である。
【００３７】
【発明の効果】
前述したように、鋼管杭やコンクリート杭等の既成の杭を用いて支持基礎を構築するものであるから、杭孔の構築に際して土を排出することがなく、杭孔の下部に構成する膨大部に杭の下部を挿入して一体化させ、杭の支持力を大幅に増大させることができる。また、前記掘削装置を用いて杭孔を掘削し、その杭孔の下部に膨大部を形成することは、袋部材に注入する水のような流体の圧力を調整することで、任意の大きさに形成することが可能であり、杭本体の地盤との摩擦力に加えて、膨大部での支持力を増加させることで、杭基礎の信頼性を向上させることが可能となる。そして、前記杭基礎の下部にモルタルなどによる膨大部を構築することにより、杭の支持を強固な固化層により行い得るので、杭の強度の特性をそのまま利用できて、基礎の構築を容易に行うことが可能で、杭の強度をそのまま有効に利用できる。前記流体を補助手段して用いることの他に、下端部を開放した状態の袋部材に対して直接モルタルを注入して膨大部を構成する場合には、掘削装置の構造を簡素化することができ、作業性を向上させることができる。したがって、前述したようにして構築し、杭の下部にモルタルの膨大部を一体に設けた杭基礎では、膨大部による支持作用と杭孔の周囲から打設した杭を押圧する力が作用することにもなり、杭が負担可能な荷重を大きな値として設計することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】作業装置の構成を示す説明図である。
【図２】掘削装置の構成の説明図である。
【図３】ケーシングの下部で袋部材を膨脹させる状態の説明図である。
【図４】袋部材の膨脹部にモルタルを供給する作業の説明図である。
【図５】モルタルを供給中の状態の説明図である。
【図６】膨大部に基礎杭を組み合わせた基礎の説明図である。
【図７】掘削装置の別の実施例の構成を示す説明図である。
【図８】袋部材にモルタルを供給して膨大部を形成する動作の説明図である。
【図９】図８の膨大部に基礎杭を組み合わせた基礎の説明図である。
【符号の説明】
１    作業装置、  ２    作業車両、  ３    ガイドポスト、
４    ヘッド部、  ５    支持アーム、  ６    昇降部、
７    ウインチ、  ８    ワイヤ、  １０    駆動装置、
１１    油圧系統、  １２    液体供給装置、  １３    パイプ、
１４    モルタル供給装置、  １５    供給ホース、  １６    制御装置、
１７    制御手段、  １８    端末装置、  ２０    掘削装置、
２１    掘削ヘッド、  ２２    ケーシング、  ２３    中間接続部材、
２４    中ロッド、  ２５    下端部排出口、  ２６    小径パイプ、
２７    噴出口、  ３０    袋部材、  ３５    杭孔、  ３６    モルタル、
３７    膨大部、  ３８    基礎杭。
【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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