(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空杭内に挿通した作業ロッドの該中空杭下端からの突出端に、上記中空杭外径よりも大径のらせん翼及び上記中空杭の開口下端に嵌脱自在のキャップ状蓋を有する掘削ヘッドを着脱自在に設けてなる打設機を使用し、
軟質地盤においては、上記蓋により中空杭開口下端を閉塞した状態で、上記掘削ヘッドの回転により中空杭閉塞下端の下方を掘削しつつ上記らせん翼を地中にねじこませ、それにより中空杭を地中に圧入し、
硬質地盤においては、上記蓋を外して中空杭開口下端を開放した状態で、上記掘削ヘッドの回転により中空杭開放下端の下方を掘削しつつ掘削土砂を開放下端から中空杭内に送りこむと共に、上記作業ロッドの回転により中空杭内の掘削土砂の圧密化を抑制し、それにより中空杭下端下方に縦孔を先掘し、該縦孔内に中空杭を圧入し、
中空杭を所望深さに圧入後、上記蓋に中空杭開口下端を嵌合して該中空杭開口下端を閉塞した状態で上記掘削ヘッドを作業ロッド下端から離脱して地中に残したまま上記作業ロッドを中空杭から引き抜く、
中空杭打設工法。
【請求項２】
中空杭内に、回転駆動される作業ロッドを挿通した構成において、
上記作業ロッドの外周面に、中空杭内の土砂の圧密を抑制するための作業羽根を突設し、
上記作業ロッドの上記中空杭下端からの突出端に、掘削ヘッドを、外部から係脱操作可能のロック手段により、着脱自在に接続し、
上記掘削ヘッドに、上記中空杭の外径よりも大径のらせん翼及び中空杭開口下端に接離して該開口を開閉すべき蓋を設け、
上記蓋を上記中空杭開口下端に接離させるための外部から駆動操作可能の蓋開閉駆動手段を備えた、
中空杭打設機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願発明は、基礎杭、その他各種の中空杭の中空杭打設工法及びそれに使用される打設機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、基礎杭等の杭の打設工法として、中空杭内に挿通したオーガスクリューの先端に、該中空杭内径とほぼ同径の掘削翼、又は中空杭外径より大径の拡大翼を取りつけた中掘り掘削機又は外掘り掘削機を使用し、上記オーガスクリューの回転により該掘削翼にて中空杭下方の先掘りをしつつ、その掘削土砂を中空杭内を通じて上方へ搬送すると共に、中空杭を上記先掘りの孔内に圧入する中掘り式又は外掘り式打設工法が知られており、また杭の先端にらせん翼を設け、杭先端面を閉端又は開端としたねじ付き杭を使用し、上記杭を回転させることによりらせん翼により杭を地盤にねじこんでいくねじこみ式杭打設工法が知られている。
【０００３】
しかし、前者の中掘り式又は外掘り式工法は、硬軟いずれの地盤であっても杭の圧入は比較的容易になしうる利点はあるが、施工時に中空杭上端から掘削土砂を大量に排出し、その処理に多額の費用がかかるばかりでなく、作業環境を悪化させる欠点があった。
【０００４】
また、後者のねじこみ式工法では、大量の掘削土砂の排出がなく、それに伴う欠点は解消できるが、杭全体を回転させるタイプであるから、深度が深まるにつれ杭周面に受ける地盤の摩擦力が増大すると共に、閉端の場合は圧密地盤からの圧入抵抗、開端の場合は杭内の圧密土砂による圧入抵抗が大きくなり、それでも軟質地盤ではねじこみが比較的容易であるが、硬質地盤ではほとんどねじこみが容易でない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本願第１発明は、打設の途中において、地盤の性状（硬・軟）変化に即応し、それに適した打設方式に適時変更して中空杭を常に確実に打設することができると共に高い支持力を有する中空杭を打設することのできる打設工法を提供することを課題とし、
【０００７】
本願第２発明は、上記第１発明を有効に実施することができる中空杭打設機を提供することを課題とする。
【０００８】
【課題を達成するための手段】
上記課題達成のため、本願第１発明は、
中空杭内に挿通した作業ロッドの該中空杭下端からの突出端に、上記中空杭外径よりも大径のらせん翼及び上記中空杭の開口下端に嵌脱自在のキャップ状蓋を有する掘削ヘッドを着脱自在に設けてなる打設機を使用し、
軟質地盤においては、上記蓋により中空杭開口下端を閉塞した状態で、上記掘削ヘッドの回転により中空杭閉塞下端の下方を掘削しつつ上記らせん翼を地中にねじこませ、それにより中空杭を地中に圧入し、
硬質地盤においては、上記蓋を外して中空杭開口下端を開放した状態で、上記掘削ヘッドの回転により中空杭開放下端の下方を掘削しつつ掘削土砂を開放下端から中空杭内に送りこむと共に、上記作業ロッドの回転により中空杭内の掘削土砂の圧密化を抑制し、それにより中空杭下端下方に縦孔を先掘し、該縦孔内に中空杭を圧入し、
中空杭を所望深さに圧入後、上記蓋に中空杭開口下端を嵌合して該中空杭開口下端を閉塞した状態で上記掘削ヘッドを作業ロッド下端から離脱して地中に残したまま上記作業ロッドを中空杭から引き抜く、
中空杭打設工法を提案し、
【００１０】
本願第２発明は、
中空杭内に、回転駆動される作業ロッドを挿通した構成において、
上記作業ロッドの外周面に、中空杭内の土砂の圧密を抑制するための作業羽根を突設し、
上記作業ロッドの上記中空杭下端からの突出端に、掘削ヘッドを、外部から係脱操作可能のロック手段により、着脱自在に接続し、
上記掘削ヘッドに、上記中空杭の外径よりも大径のらせん翼及び中空杭開口下端に接離して該開口を開閉すべき蓋を設け、
上記蓋を上記中空杭開口下端に接離させるための外部から駆動操作可能の蓋開閉駆動手段を備えた、
中空杭打設機を提案する。
【００１１】
本願第２発明における作業ロッドの上記「中空杭内の土砂の圧密を抑制するための作業羽根」とは、作業ロッド全長に設けた土砂搬送用連続スクリュー羽根、土砂撹拌用連続小径スクリュー羽根、撹拌用プロペラ状羽根、撹拌用プロペラ羽根と２、３巻き分のスクリュー羽根との複合羽根、その他種々の羽根を含む。
以下図面を参照して本願発明の実施例について説明する。
【００１２】
【実施例】
便宜上、初めに中空杭打設機について説明する。
図１において、ベースマシン（１）の前端部にマスト（２）を垂直に支持し、該マスト（２）の全長に敷設されたガイドレール（３）、（３）に、ホルダー（５）上にモータ（６）及び減速機（７）を搭載してなる回転駆動部（４）を上下摺動自在に支持させると共にトップシーブブロック（８）から垂下したワイヤロープ（９）により昇降自在に吊支し、該駆動部（４）のホルダー（５）下端に排土ホッパー（１０）を連結すると共に、該ホッパー（１０）の下端に中空杭（１１）の上端を着脱自在に連結吊下し、該中空杭（１１）内に挿通した作業ロッド（本例ではオーガスクリュー）（１２）の上端部を上記ホッパー（１０）内を貫通して駆動部（４）の出力軸に接続してある。
【００１３】
上記オーガスクリュー（１２）は、ロッド全長に、土砂圧密抑制羽根として、搬送用連続スクリュー羽根（１３）を突設し、ロッド下端には、図２に示すように短小のヘッド軸（１４）を同心的に接続し、該ヘッド軸（１４）の中空杭（１１）下端からの突出端部に、らせん翼及び蓋を有する掘削ヘッド（１５）を着脱自在に取りつけてある。
【００１４】
上記掘削ヘッド（１５）は次のようである。図２において、中空杭（１１）外径より小径の中空短円筒状のヘッド本体（１６）の閉塞底板下面に山形板状の掘削刃（１７）を突設し、開放上端がわには、中空杭（１１）の開口下端に回転自在に被嵌できる内径を有する短円筒状のキャップ状蓋（１８）を連設し、この本体（１６）とキャップ状蓋（１８）の外周面にかけて、中空杭（１１）の外径よりも大径の２重のらせん翼（１９）、（１９）を突設してある。（１６’）はヘッド本体（１６）の底板中心に開設した通孔である。
【００１５】
上記のような掘削ヘッド（１５）の着脱構造として、まず、上記ヘッド軸（１４）の下端面中心に円錐状のピボット（２０）を突設し、またそのやや上のヘッド軸（１４）外周面に一対のロック用単動型小型油圧シリンダ（２１）、（２１）を直径方向に向けて突設すると共に、それらのピストンロッド（２２）、（２２）をロックピンとして外方へ向け、一方、上記ヘッド本体（１６）の閉塞底板内面の中心に、上記ピボット（２０）が係合するスリ鉢状のピボット受け（２３）を設置し、またヘッド本体（１６）の周壁に、上記シリンダのピストンロッド（２２）、（２２）に対応する位置に周方向の長孔からなるロック孔（２４）、（２４）を開設してある。上記ピボット（２０）をピボット受け（２３）に係合すれば、ヘッド軸（１４）に対する掘削ヘッド（１５）の中心位置決めがなされ、その状態で両油圧シリンダ（２１）、（２１）のピストンロッド（２２）、（２２）をロック孔（２４）、（２４）に係止すれば、掘削ヘッド（１５）が上記オーガスクリュー（１２）とともに回転できる状態で該オーガスクリュー（１２）下端に同心的にロックされることとなる。なお、上記ピボット（２０）先端に、オーガスクリュー（１２）ロッド及びヘッド軸（１４）内を通じて圧送されるセメントミルク等の固化液射出孔を設けてあり、これが上記通孔（１６’）に連通する。
【００１６】
（２５）…は上記ヘッド軸（１４）の上端部外周面に等間隔で放射状に突設された４本の安定用単動型油圧シリンダで、それらのピストンロッド（２６）…の先端にコロ（２７）…を回転自在に取りつけ、それらピストンロッド（２６）…の伸長により各先端のコロ（２７）…を中空杭（１１）の内周面に回転自在に当接することにより、掘削ヘッド（１５）を中空杭（１１）の軸心線上に保持する。上記安定をさらに高めるため、安定用油圧シリンダ（２５）…は作業ロッド（１２）に複数段設けるとよい。
【００１７】
上記ロック用シリンダ（２１）、（２１）及び安定用シリンダ（２５）…への圧油給排は、上記ヘッド軸（１４）内及びオーガスクリュー（１２）ロッド内の配管を通じて行われる。
【００１８】
上記キャップ（１８）の中空杭（１１）開口下端に対する開閉駆動は、本例では、排土ホッパー（１０）の伸縮駆動手段に兼務させている。以下それについて説明する。
上記排土ホッパー（１０）は、図３に示すように上端を開口し、下端を傾斜底板とした四角筒状のホッパー外筒（２８）と、これと伸縮自在に差し合わされた上端閉成、下端開口のホッパー内筒（２９）とからなり、一方のホッパー外筒（２８）内の中心位置に、上記中空杭（１１）とほぼ同一内径を有する両端開口の円筒からなる土砂案内外筒（３０）を上記傾斜底板を貫通した状態に取りつけて、その案内筒（３０）上端をホッパー内上部に、下端を傾斜底板下方へ突出し、また他方のホッパー内筒（２９）の中心位置に土砂案内内筒（３１）をリブ（３２）…により取りつけ、該案内内筒（３１）を上記案内外筒（３０）内に摺動自在に係合してある。（３３）、（３３）は上記ホッパー内筒（２９）の上端部左右側面に連結されたホッパー伸縮駆動兼蓋開閉駆動用油圧シリンダで、そのピストンロッド（３４）、（３４）をホッパー外筒（２８）に連結してある。
【００１９】
（３５）は上記ホッパー外筒（２８）下端部前面の排出口、（３６）は該排出口（３５）を開閉する蓋で、油圧シリンダ（３７）により開閉駆動される。
【００２０】
上記のような排土ホッパー（１０）の内筒（２９）上端面を上記駆動部（４）のホルダー（５）下端部に連結すると共に、土砂案内外筒（３０）の突出端に杭支持キャップ（３８）を固定し、該支持キャップ（３８）に中空杭（１１）上端部を着脱自在に連結支持させ、この中空杭（１１）内に挿通されたオーガスクリュー（１２）の上端部分を上記土砂案内内外筒（３１）、（３０）内に挿通延長し、延長端をホッパー（１０）内上方へ貫通して駆動部出力軸に接続してある。（３９）、（３９）はガイドレール（３）、（３）に係合する駆動部（４）のスライド金具、（４０）…は同様の排土ホッパー（１０）のスライド金具である。
【００２１】
（４１）はホッパー外筒（２８）の背面に取りつけたシーブブロックで、これに掛けた絞りこみワイヤロープ（４２）をベースマシン（１）のウインチ（図示略）に巻きつけてある。
【００２２】
上例の中空杭打設機を用いての中空杭打設工法の実施例について説明する。上層部が軟質で、下層部が硬質の地盤に中空杭を打設する場合は、まず図１、２、３の状態にある打設機において、ホッパ伸縮兼キャップ開閉駆動用シリンダ（３３）、（３３）の伸長駆動によりホッパー外筒（２８）を降下させて、ホッパー（１０）を伸長させると共に、中空杭（１１）を降下させて杭下端部をキャップ状蓋（１８）内に嵌入し、それにより中空杭（１１）の開口下端を閉塞する。
【００２３】
その状態で、モータ（６）の始動によりオーガスクリュー（１２）及び掘削ヘッド（１５）を回転させて軟質層への掘削を開始すると、まず掘削刃（１７）により中空杭（１１）閉塞下端下方の地盤を掘削しつつ、その掘削範囲の外周の末掘削部分にらせん翼（１９）、（１９）をねじこませていき、それにより中空杭（１１）を地中に引きこんでいく。ここで、絞りワイヤロープ（４２）の引張りを加えて中空杭（１１）の圧入を補助するとよい。
【００２４】
掘削ヘッド（１５）が硬質層に達したら、蓋開閉駆動用シリンダ（３３）、（３３）の縮小駆動によりホッパー外筒（２８）、中空杭（１１）を上昇させて中空杭下端をキャップ状蓋（１８）から適宜離脱させ、それにより図１、２に示すように中空杭（１１）の開口下端を開放する。その状態でオーガスクリュー（１２）及び掘削ヘッド（１５）を回転させて硬質層への掘削を開始すると、掘削刃（１７）及びらせん翼（１９）、（１９）により中空杭（１１）下方の硬質層を掘削しつつ掘削土砂を開口下端から中空杭（１１）内へ送りこむと共に、中空杭内では送りこまれた土砂を圧密させることなくオーガスクリューのスクリュー羽根（１３）により上方へ搬送して、中空杭（１１）内への後続土砂送りこみを容易にし、それにより中空杭下端下方に掘削土砂のほとんど排出された縦孔を先掘りし、該縦孔内に中空杭（１１）を絞りワイヤロープ（４２）の協力をえて圧入していく。
【００２５】
中空杭（１１）内を上方へ搬送される掘削土砂は土砂案内内、外筒（３１）、（３０）内を経てホッパー（１０）内に貯留される。
【００２６】
中空杭（１１）が所定深さに圧入されたら、絞りワイヤロープ（４２）の引張りの下で上記蓋開閉用シリンダ（３３）、（３３）の伸長駆動により中空杭（１１）を降下させて、その開口下端を上記キャップ状蓋（１８）に嵌合させ、それにより中空杭をその開口下端を閉塞した状態で掘削ヘッド（１５）上に起立させる。ついで圧油の給排によりロック用シリンダ（２１）、（２１）及び安定用シリンダ（２５）…をそれぞれ縮小駆動させて、ピストンロッド（２２）、（２２）をロック孔（２４）、（２４）から離脱させ（ロック解除）、また安定用コロ（２７）…を中空杭（１１）内周面から離間させ、ついで中空杭（１１）上端部を杭支持キャップ（２８）から離脱した後ワイヤロープ（９）の巻取りにより駆動部（４）、ホッパー（１０）とともに、オーガスクリュー（１２）を、中空杭（１１）及び掘削ヘッド（１５）を地中に残したまま、地上に引き上げる。
【００２７】
打設された中空杭（１１）は、下端閉塞の状態で、それよりも大径のらせん翼（１９）、（１９）を張り出した掘削ヘッド（１５）に下端を受支されるから、中空杭（１１）の基礎杭としての支持力が増大される。
【００２８】
他の実施例として、ロッドの長手方向にプロペラ状羽根と２巻き分のスクリュー羽根とを交互に設けた撹拌ロッドを中空杭内に挿通してなる中空杭打設機を使用しての中空杭打設工法においては、硬質層において中空杭の開口下端を開放して掘削を行うと、中空杭内に送りこまれた掘削土砂が上記撹拌ロッドにより撹拌されて圧密化を抑制され、それにより中空杭内への後続の土砂送りこみを可能にする。
【００２９】
さらに他の実施例として、図１、２、３の打設機を使用して上例と同様に中空杭（１１）を最終の所定深さ近くまで圧入したら、そこで中空杭（１１）を降下させて中空杭開口下端を掘削ヘッドのキャップ状蓋（１８）に回転自在に嵌合し、ついでヘッド軸（１４）下端からセメントミルクを射出しつつ掘削ヘッド（１５）を回転させて掘進すると共に中空杭（１１）を圧入していく。所要深さこれを行うとセメントミルクと掘削土砂が混合されたソイルセメントにより中空杭（１１）の下端部に該中空杭より大径の球根を形成する。
【００３０】
【発明の効果】
本願第１発明の中空杭打設工法によれば、その打設工程において、軟質地盤では、蓋により中空杭開口下端を閉塞してらせん翼のねじこみにより、地上への掘削土砂の排出なしで、中空杭の圧入を行うことができ、ついで地盤が硬質に変ったときは、蓋を外して中空杭開口下端を開放して中掘り工法と類似の工法に切換えて中空杭圧入を継続することができ、その際地上に排出する掘削土砂は多くても硬質地盤での掘削土砂にとどめることができ、このように地盤の性状変化に即応して中空杭打設を確実に継続することができると共に、掘削土砂の全体の排出量を少量に改善することができ、中空杭がキャップ状蓋に開口下端を嵌合して閉塞されると共に中空杭よりも大径のらせん翼の張り出した掘削ヘッドの上に受支された状態に打設されるから、基礎杭として使用した場合の支持力の増大を実現できるのである。
【００３２】
本願第２発明の中空杭打設機によれば、上記第１発明の中空杭打設工法を有効確実に実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明による中空杭打設機一部切欠側面図である。
【図２】掘削ヘッド部分の拡大縦断面図である。
【図３】（イ）排土ホッパー部分の拡大縦断側面図である。
（ロ）（イ）図のＡ−Ａ線断面図である。
【符号の説明】
１１  中空杭
１２  オーガスクリュー
１３  スクリュー羽根
１５  掘削ヘッド
１８  キャップ状蓋
１９  らせん翼
２１  ロック用油圧シリンダ
２２  ピストンロッド
３３  ホッパー伸縮駆動兼蓋開閉駆動用油圧シリンダ
【図１】
0003951170.tif 000002
【図２】
0003951170.tif 000003
【図３】
0003951170.tif 000004