JP2004339819A - 正逆循環方式併用形ウォータースイベル - Google Patents

Abstract

【課題】場所打ち杭工法における正逆循環方式にも、また深度が深くなればエアーリフト方式による逆循環方式の掘削にても対応できるようにしたウォータースイベルを提供する。
【解決手段】掘削杭孔内に送水するウォータースイベル１０の本体を構成するアウターハウジング１６にエアー導入ポート３０を設けると共に、回転筒であるインナーハウジング１７の肉厚内にエアー通路２４を形成させる。エアー通路２４からエアー供給パイプ３５を引出してロッド２０に添わせたエアーリフト用パイプにポイントする。アウターハウジング１６と回転側のインナーハウジング１７との間にラインパッキング２５、２６を設けて、内外ハウジング間の僅かなスキマからの外部空気の混入を防ぎ、回転するロッドを通して掘削孔内に安定液を圧送又は吸込む際に、ウォータースイベル１０を静止状態で対応できる。
【選択図】 図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、掘削機における正逆循環掘削工法並びに掘削深度が深いときのエアーリフト方式にも使用できるウォータースイベルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
場所打ち杭工法は、施工現場で特殊な機械を用いて孔をあけて、鉄筋篭又は芯材を建込みコンクリート又はモルタルを打設する工法であるが、狭隘な施工場所や制限空間高さでの施工条件下では、ロータリーボーリング工法（ＢＨ工法）、リバース工法の改良としてトップドライブリバース工法（ＴＢＨ工法）が盛んに採用されている。
ロータリーボーリング工法は、ＢＨ（Ｂｏｒｉｎｇ Ｈｏｌｅ）工法ともよばれ、２２ｋｗ級以上の動力を持つボーリングマシンを使用し、ボーリングロッドの先端に取付けた掘削用ビットを回転させて掘削を行う。掘削は安定液をグラウトポンプによりビット先端へ送り、正循環による適度な粘性及び比重を有する安定液のドリリングロッドの管外流速によって掘削土砂を孔口に運び、孔口に設置したサイドポンプで排出する。掘削終了の後、スライム処理を行い、場所打ちコンクリート杭の造成は鉄筋かごを建て込み、コンクリート打設して杭を構築するか、あるいは、コンクリート杭や鋼管杭、Ｈ鋼を建て込み、モルタル注入を行って埋め込み杭を造成する。リバース工法はリバースサーキュレーションドリルで掘削し、産出したスライムを泥水と共にビット先端から吸い上げて排除する。
【０００３】
専用掘削機開発以前は、従来のボーリングマシンに大径（φ９０ｍｍ又は１５０ｍｍ）のスピンドルを取付けて、ＢＨリバース工法して施工を行っていたが、その後トップドライブ方式のリバースマシンによるトップドライブリバース工法（ＴＢＨ工法）が開発され、大口径の掘削もリバース掘削方式により、より速く掘削できるようになった。また、正循環掘削工法で問題があったスライムの沈殿も、一般的なリバース工法及び特殊な小型化したリバース工法の開発でより確実に管理・施工できるようになった。
ウォータースイベルは、そのアウターハウジング側壁に、吊り具取付部を設けて回転するドリリングロッド、該ロッド先端のビット及びガイドウォールの総重量を吊り上げることができる吊り具を取付ける。掘削時に必要なビット荷重が不足する場合には、吊り具取付部の近傍にウエイトを設けたり、孔内にウエイトカラーを取付けたりする。ウォータースイベルの上部にはサクションポンプに通じる導管を設け、下部には継ぎ手、ケリーバーを介してドリリングロッドを連結するのが従来の一般的に使用されており、内蔵したトップドライブ式掘削機又はロッドの総重量を吊り上げながら回転テーブルでトルクを伝達させて回転して掘進するリバース工法が主流であった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
掘削作業時に正循環方式で安定液を圧送する場合のウォータースイベルは、試錐用ポンプのデイバリーホース先につけられ、他方回転するボーリングロッドの頂部に接合することにより、安定液をロッド内に通して孔底に送り削孔すると同時に、ビット先に安定液を供給する役目をする送水用具である。逆循環方式の場合のウォータースイベルも同じ役割であるが、ビットの先端から吸い込み、ロッド内を安定液が通ってサクションポンプにて吸い上げられる方式で、ドリリングロッドの頂部に取付け、上記と同じ役割を持つ用具であるが、正循環方式と逆循環方式とは別々の装置を用意しなければならなかった。
本発明は、掘削時に地盤に適したビット荷重を押し込める機能を有して正逆循環方式いずれにも適用でき、さらに掘削深度が深くなればエアーリフト方式にも使用できるようにしたウォータースイベルを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は、場所打ち杭工法における掘削する孔内に送水するウォータースイベルであって、スイベル本体を構成するアウターハウジングにエアーリフト用エアー導入ポートを設けると共に、アウターハウジング内に回転自在に挿合したインナーハウジングの肉厚内には前記エアー導入ポートに対抗する位置から下方に向けてエアーリフト用の通路を設け、前記アウターハウジングとインナーハウジングとの間にラインパッキングを設けて、掘削時の安定液・土砂混合物及びスライム処理時の安定液・スライム混合物を吸引する際に、上記回転部間からの外部空気の混入を防ぎ、及び正逆循環方式の場合、管内で圧力を有する安定液・土砂混合物が外部に漏れず圧力を維持した状態で密閉できる機構を有することにより正逆循環式掘削工法のいずれにも使用でき、さらに掘削深度が深くなればエアーリフト方式にも使用できるようにしたものである。
【０００６】
【発明の実施の態様】
本発明を実施する際には、ボーリングマシン（掘削装置）のヘッドに昇降自在に保持したドリリングロッドを、マシン前部のグランドレベルに配置した回転テーブル（図示省略）に挿通し、ドリリングロッド内に安定液を圧送しながら先端ビットにより地盤を掘削する。また、安定液を逆循環方式にて産出したスライムを泥水と共にビット先端から吸い上げて排除する場合とがあり、目的に応じて正逆循環方式を選択し使用できる。
ドリリングロッドの連結部には、強力な正逆回転させトルクを伝達させるため鋼管カップリングを装着させる。すなわち、本願人が先に出願した特願２００３−１０１５３３号に開示したように、ドリリングロッドの一方に装着した比較的厚肉の鋼管カップリング（例えば、外径２４０ｍｍのドリリングロッドのときカップリング肉厚３５〜４０ｍｍ）の先端に複数の溝又は凹部を形成すると共に、カップリングを装着しないパイプの受け側外周にキー又は凸部を設け、先行させたロッドの連結部受け側キー又は凸部に、後続させるロッドのカップリング先端の溝又は凹部を、挿入、差込もしくは係合させてワンタッチで連結するものである。このワンタッチ式ジョイントは▲１▼着脱操作が簡単、▲２▼回転トルク伝達、▲３▼回転正逆回転に対応、▲４▼ビットに必要な荷重を伝達する、という役割を果し、さらに▲５▼カップリングの内壁にシール材（Ｏ−リング）を埋設しておくことにより連結部のシール性を確保できる。
【０００７】
ドリリングロッド２０としては、本願人が出願した前記特願に開示したように、また、図１にロッドの上半を示すように、径を大きくしたロッド本体（円形）の外周をほぼ４等分する幅を有し、かつロッドのほぼ長手方向全長にわたる角形外套２０ａを固着形成させてなる角形ロッドを使用する。この角形ロッドを使用することにより、安定液を正循環方式に使用しても、従来のようにロッドの内径が小さい場合に比較して流動抵抗が小さくなるので、その分だけ１０倍以上の送水量を孔内にロッドを通して送り込むことができる。送水量を大きくすれば、ロッドの先端に取付けた回転ビットにより産出されたスライムは孔内の管外流速によって孔外に速やかに搬出されるので、掘進所要時間を大幅に短縮することができる。
【０００８】
本発明のウォータースイベルは、掘削機に使用する安定液を正循環方式にも逆循環方式にも兼用可能で、掘削深度が深くなれば、エアーリフト方式への切換えに対応できる。また、ドリリングロッド回転中、その上半部（アウターハウジング）は回転しないで、下半部（インナーハウジング）のみがロッドと共に回転するようにしたものであって、その間の摩擦は、ローラベアリング、テーパーローラベアリングやボールベアリングを使用して防ぎ、更には、正及び逆循環用にシール（ラインパッキング）を内蔵させている。
【０００９】
図１は本発明ウォータースイベルの正面図、図２は図１の拡大断面図を示すもので、ウォータースイベル１０の本体を構成するアウターハウジング１６の側部にアーム１５を取付けられている。このアーム１５は、リーダー（ガイドポスト）１３のガイドレール１３ａに取付けたサドル１４に固着されている。
ウォータースイベル１０は、回転するドリリングロッド２０を吊り上げながら、油圧駆動によって上下動するアーム１５がウォータースイベルを抱えるように両側から支持しながら、必要なビット荷重を与える。
ウォータースイベル１０の上部にはサクションポンプに通じる導管１１を設け、下部に回動筒（インナーハウジング）１７を突出させ、継ぎ手１８を介してドリリングロッド２０を吊り下げる。図示のドリリングロッド２０は、前述のように、径を大きくしたロッド本体（円形）の外周をほぼ４等分する幅を有し、かつロッドのほぼ長手方向全長にわたる角形外套２０ａを固着形成させてなる角形ロッドを使用した状態を示している。回動筒１７の下端部外周には継ぎ手１８を構成する複数個の突起１８ａを有し、この凸部１８ａをロッド２０の上端部に形成させた凹部１８ｂに係合させる。ドリリングロッド２０は、リーダー（ガイドポスト）１３の根元に設置した回転テーブル１９の角形穴１９ａに挿入されている。
上記のように、ウォータースイベルは、回転するドリリングロッドと、ロッド先端のビット及びガイドウォールの総重量を吊り下げる。掘削時に必要なビット荷重が不足する場合には、アーム１５を支持するサドル１４を油圧駆動して荷重をかける。
【００１０】
図２はウォータースイベル１０の内部を示すもので、アウターハウジング１６にエアーリフト用エアー導入ポート３０を設けると共に、該エアー導入ポート３０からインナーハウジング１７の肉厚内に形成させたエアー通路２４で、その下端部をメクラ栓（図示省略）で封止する。エアー通路２４の途中に、エアー供給パイプ３５を設けジョイント（図示省略）を介してロッド２０の長手方向に添設させたエアーリフト用配管３４に接続する。図１では角形ロッド２０の角形外套２０ａ、２０ａ間の隅部に配管したエアーパイプ３４を配置してある。静止側のアウターハウジング１６と回転側のインナーハウジング１７との間に上下２段のベアリング２１、２１を配置すると共に、その上下にラインパッキング２５，２６を設ける。このラインパッキング２５，２６により逆循環工法における掘削時の安定液、土砂及びスライム処理時の安定液・スライムを吸引する際に、上記回転部間からの空気の混入を防ぐことができ、その結果、正逆循環工法のいずれにも使用できるようにしている。
なお、図２中、符号１２は導管１１に設けたエア抜きバルブ、２２はスペーサ、２３は押さえナット、２７はラビリンス、２８はＯ―リング、２９はボルト、３１は導管１１の下端に溶接したフランジ、３２はアウターハウジング下部のエンドリング、３３はグリースアップニップルである。
【００１１】
正循環工法では、安定液を供給しながら掘削し、エアーリフトによってスライムと安定液とを上昇排出させたのち鉄筋篭を建て込みコンクリートを打設する。逆循環工法における掘削時には孔口にて安定液を供給すると同時に、ロッドを通し安定液と土砂を排出したのち、鉄筋かごを建て込み、孔内洗浄後にトレミーパイプを用いてコンクリートを打設する。この作業順序で施工するが、掘削作業に際しては、スライム処理等の安定液・スライムを吸引する際に、上記アウターハウジングとインナーハウジング間の回転部からの空気の侵入を防ぐ。なお、トップドライブ式にて掘削する場合には、回転テーブルにてドリリングロッドを回転させ、トルクを伝達する必要がなく、円形ロッドとジョイント部は肉厚カップリングを使用すれば良いので、全体に円筒状になる。
【００１２】
掘削作業をする際にドリリングロッドの径を大きくした角形ロッド又は丸形ロッドを使用することにより、安定液を正循環方式に使用しても、従来のようにロッドの内径が小さい場合に比較して流動抵抗が小さくなるので、その分だけ１０倍以上の送水量を孔内にロッドを通して送り込むことができる。送水量が大きくすれば、ロッドの先端に取付けた回転ビットにより産出されたスライムは孔内の管外流速によって速やかに孔外に搬出されるので、掘進所要時間は大幅に短縮することができる。
ロッドを大きくすることにより安定液を正・逆循環方式の両方に使用できる。深度が深くなれば、エアーリフトに容易に切換え可能な掘削方式なので、このウォータースイベルは掘削方式によって正循環にも逆循環にも、又深度が深ければエアーリフト方式でも掘進可能なように構成されている。
【００１３】
前述のように、ドリリングロッドの径を大きくした角形ロッド又は丸形ロッドを使用することにより、安定液を正循環方式に使用しても、従来のようにロッドの内径が小さい場合に比較して流動抵抗が小さくなるので、その分だけ数倍の送水量を孔内にロッドを通して送り込むことができる。送水量が大きくすれば、ロッドの先端に取付けた回転ビットにより産出されたスライムは孔内の管外流速によって孔外に速やかに搬出されるので、掘進所要時間は大幅に短縮することができる。
【００１４】
継手部については、スクリュージョイント（捻子式）で取付ける時は右回転、取外す時は左回転で行う。リバース工法の場合には、ドリリングロッド工法の場合のロッドは構造上無理なのでフランジジョイントを使用し、着脱作業は全て人力に頼っているのが現状である。１本当りのロッド重量（約２００ｋｇ／１．５ｍ長）なので、作業を人力に頼ることは危険でるから、前述したように、ロッド端に自動復帰式クランプを設けたワンタッチでジョイントすることのできるロッドを使用することが好ましい。また、ロッドを自動的に挿着収納するには、特願２００３−１２７０７７号に記載したように、重量の大きなロッドの着脱、収納をすべて自動操作で行う装置を付設と有利である。
このようにすると、ドリリングロッドまたはドリリングロッドの連結部で、強力な正逆回転させ、トルクで伝達するため厚肉のカップリングを装着しているのがポイントである。その肉厚のカップリングに挿入（差し込む）用の溝を取り、受け側の円形鋼管の外周に取付けたキー（トルク伝達用）を装着しドッキングすることができる。また、四角穴１９ａを有する回転テーブル１９でドリリングロッドを回転させ、トルクを伝達するため、円形型のカップリング部分にロッド主要部分の四角状をなす平面と一致させる部材を取付けてある。
【００１５】
【発明の効果】
上記のように、本発明ウォータースイベルは、スイベル本体のアウターハウジングと回転側のインナーハウジングとの間にラインパッキングを設けて、掘削時の安定液・土砂混合物やスライム処理時の安定液・スライム混合物を吸引する際に、内外ハウジング間の僅かなスキマからの外部空気の侵入を防ぎ、正循環方式の場合には内部の圧力水が外に漏れないよう、密閉を維持するようにパキングを内蔵させ、正逆循環掘削工法のいずれにも適用できる。また、回転するロッドを通して掘削孔内に安定液を圧送又は吸込む際に、ウォータースイベル１０を静止状態で対応できる。更に、掘削時に地盤に適したビット荷重を押し込める機能を有しているため、掘削深度が大きくなればエアーリフト方式にも使用できて場所打ち杭の作業を迅速かつ安全に進めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明ウォータースイベルの正面図。
【図２】図１の拡大断面図。
【符号の説明】
１０ ウォータースイベル １１ 導管
１２ エアー抜きバルブ １３ リーダー
１３ａ ガイド １４ サドル
１５ アーム １６ アウターハウジング
１７ 回動筒（インナーハウジング）
１８ 継ぎ手 １８ａ 凸部
１８ｂ 凹部 １９ 回転テーブル
１９ａ 角形穴 ２０ ロッド
２０ａ 角形外套 ２１ ベアリング
２２ スペーサ ２３ 押さえナット
２４ エアー通路 ２５、２６ ラインパッキング
２７ ラビリンス ２８ Ｏ―リング
２９ ボルト ３０ エアー導入ポート
３１ フランジ ３２ エンドリング
３３ グリースアップニップル
３４ エアーパイプ ３５ エアー供給パイプ

Claims (1)

1. 場所打ち杭工法における掘削杭孔内に送水するウォータースイベルであって、スイベル本体を構成するアウターハウジングにエアーリフト用エアー導入ポートを設けると共に、アウターハウジング内に回転自在に挿合したインナーハウジングの肉厚内には前記エアー導入ポートに対抗する位置から下方に向けてエアーリフト用通路を設け、
   前記アウターハウジングとインナーハウジングとの間にラインパッキングを設けて、掘削時の安定液・土砂混合物及びスライム処理時の安定液・スライム混合物を吸引する際に、上記回転部間からの外部空気の混入を防ぎ、かつ内部から外部へ圧力が加わった安定液・土砂混合物が漏れず密閉状態で圧力の出入り防ぐことにより正逆循環式掘削工法のいずれにも使用でき、さらに掘削深度が深くなればエアーリフト方式にも使用できるようにした、ことを特徴とする正逆循環方式併用形ウォータースイベル。

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