JP2005098096A - 土中で排土掘削を行うための掘削工具および方法 - Google Patents

Abstract

【課題】特定の土壌条件の場合には、できあがった掘削穴に充填物質を充填する前に、掘削穴の壁から土砂が落ちてきて、堅固な掘削穴壁が作れないという問題がある。
【解決手段】ドリルロッド２０の下端部には、排土ヘッド４０が着脱可能に装着される。これによって、土中に挿入される際に、周囲の土を排出する。所定の深さに到着すると、ドリルロッド２０を排土ヘッドから取り外す。ドリルロッド２０の下端部は、隣接するドリルロッド部分と比べて幅広の排土部分３０として設計されている。排土部分３０が幅広になっているために、抜き出す際に、上から落ちてきた土砂を掘削穴の壁に向けて排出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、一方では、土中で排土掘削（displacement drilling）を行うための掘削（ドリル）工具に関する。この工具はドリルロッドを有し、その下端部には排土ヘッドが着脱可能に装着されている。本発明は、他方では、土中で排土掘削を行うための方法に関する。ここでは、ドリルロッドの下端部に着脱可能に装着された排土ヘッドを、土砂を排出し（displacing）ながら、指定の深さまで土中に挿入する。指定の深さにおいて、ドリルロッドを排土ヘッドから分離し、土中から取り出す。

このような方法は、埋め残し（lost）排土ヘッドを用いる排土掘削としても周知である。排土ヘッドは土中に残り、そこに設置されるコンクリートまたは抑止杭(stabilizing pile)の支持基盤となる。この目的のために、ドリルロッドを引き抜いた後に、できあがった穴にコンクリートまたはその他の充填物質を導入する。

欧州特許第０８３１１８０号明細書 独国特許発明第４２２０９７６号明細書 欧州特許第０２２８１３８号明細書

この周知の方法では、特定の土壌条件の場合には、堅固な掘削穴壁が作れないという問題がある。つまり、できあがった掘削穴に充填物質を充填する前に、掘削穴の壁から土砂が落ちてくる可能性がある。この土砂によって、作るべきコンクリートまたは抑止杭の内部に欠陥が生じる。これは、できあがった杭の耐荷力(load carrying capacity)に悪影響がある。

本発明は、特に堅固な掘削穴壁を有する掘削穴を作ることができる、土中で排土掘削を行うための掘削工具および方法を提供するという目的とする。

本発明の目的は、一方では、請求項１の特徴を有する掘削工具によって実現でき、他方では、請求項９の特徴を有する方法によって実現できる。本発明の好適な実施形態は、それぞれの従属請求項に説明されている。

本発明に係る掘削工具は、ドリルロッドの下端部が、隣接するドリルロッド部分に対して幅広である排土部分として設計されていることに特徴がある。排土ヘッドを分離した後、ドリルロッドの下端部に設けられた幅広の排土部分は、ドリルロッドを抜き出す際に、掘削穴の壁を滑らかにするために再び役立つ。特に、上から落ちてくる土砂は、排土部分によって掘削穴の壁にむかって排出することができる。この結果、一方では、充填すべき掘削穴の空間に所望でない土砂が蓄積されることを防止する。他方では、ドリルロッドを抜き出す際に掘削穴の壁にむけて更に土砂を排出することで、更なる圧密化および地固めができる。これは、掘削穴の壁を堅固なものにする。

特に、排土部分は多様な設計を有することができる。例えば、きれいなテーパ形状または王冠形状である。しかし、本発明によれば、特に先細り（テーパ）形状にして、隣接するドリルロッド部分に結合(merge)する円柱部分を有することが好適である。製造方法に関しては、円柱部分は非常にコスト効率が良い方法で実現できる。更に、円柱部分の全長にわたって均一の排土効果が実現される。排土部分に続く移行部分をきれいな完全なテーパ形状にする他に、これとは異なって一定の曲率で湾曲する形状（弓状または四分円弧状）にもできる。

良好な排土効果を得るために、本発明によると、排土ヘッドはねじ羽根(external flight)を有する。このため、排土ヘッドを土中にねじ込むことができるので、特に良好な排土効果が得られる。排土ヘッドはスチールだけでなく、プラスチック、繊維性コンクリート（fibrous concrete）、またはその他の任意の適切な物質で作ることができる。

本発明によると、ドリルロッド上にある排土部分が排土ヘッドのねじ羽根の外径と同じかそれより小さい外径を有する場合が都合がよい。できることなら、排土部分の外径は、排土ヘッドのねじ羽根の外径の最大１０〜２０％小さいことが好ましい。このように小振りであっても、排土ヘッドのねじ込み動作のため凸凹を呈する掘削穴の壁を良好に滑らかにして圧密化できる。本発明によれば、排土部分の外径が排土ヘッドのねじ羽根の外径にほぼ相当するので、特に良好な圧密化効果が得られる。

本発明によると、排土部分に隣接するドリルロッド部分にドリルロッドのねじ羽根(flight)を設けたので、圧密化効果を更に改良できる。このようなドリルロッドねじ羽根(flight)があれば、上から落ちてくる物質を、ドリルロッドの対応する回転動作によって、選択的に排土部分に運ぶことができる。

更に、本発明によると、ドリルロッドねじ羽根を、排土ヘッドのねじ羽根とは反対の方向に巻くことが好適である。したがって、ドリルロッドを抜き出す際に、挿入する際とは逆の方向に回転させれば、排土部分へ運ぶ所望の効果を実現できる。

土中に特に堅固な基礎杭を作るために、本発明によれば、補強部品を排土ヘッドに固定できることを企図する。これらは、例えばコンクリート杭において補強材となるスチールケーブルまたは金属バーでもよい。

作った掘削穴を埋めるために、本発明によると、充填物質を導入するためにドリルロッドを管形状に設計する。したがって、ドリルロッドを抜き出す際には既に内部の空間を通って充填物質を充填できるので、掘削穴の壁を支持できる。

本発明に係る方法は、ドリルロッドを抜き出す際に、上から落ちてくる土砂を側方に排出する排土部分をドリルロッドの下端部に設けたことを特徴とする。この方法の結果、掘削穴の壁を堅固にするという上述の効果が得られる。

掘削穴を作るために、排土ヘッドにねじ羽根を設け、土中に挿入する際にドリルロッドを一方向に回転させ、ねじ羽根によって土砂を側方および上方に運ぶことが好適である。土中にねじ込む場合、排土ヘッドは重要な圧密化効果を生じる。

本発明の好適な改良は、反対方向に回転させるか、分離装置を作動させるかのいずれか、または両方によって排土ヘッドをドリルロッドから分離することにある。先の場合、排土ヘッドとドリルロッドとの間に単純なネジ接続を設けることができる。しかし、異なる接続装置を設けることもできる。機械的または電気的に調整可能な固定用部品を有して、排土ヘッドを確実にドリルロッドから分離できる分離装置や、銃剣受け(bayonet catch)のような構造等である。

本発明によれば、さらなる圧密化は、排土部分に隣接するドリルロッド部分にドリルロッドねじ羽根を設け、抜き出す際にドリルロッドを一方向に回転させ、ドリルロッドねじ羽根によって、上から落ちてきた土砂を排土部分に運ぶようにしたので、実現できる。そのような動作において、上から落ちてくる土砂を排土部分と掘削穴の壁との間の比較的小さな隙間に押しつけることもできる。

土中に補強杭を作るために、本発明によると、抜き出す際に、排土ヘッドに固定された補強用部品も上方に導く。

更に、ドリルロッドを抜き出す際に、掘った掘削穴を充填物質で充填することが好適である。このようにして、掘削工具または充填物質自身によって、掘削穴の壁を確実な方法で常に支持する。

以下では、添付の図面に概略的に示す好適な実施形態によって、本発明を詳細に説明する。

図１は、本発明に係る掘削工具１０の側面図である。

掘削工具１０は、排土掘削を行うためのテーパ形状の排土ヘッド４０を有し、その表面にはねじ羽根４２が設けられている。ドリルロッド２０と接続するために、排土ヘッド４０の上端部には杭形状のフォロワ４４が設けられており、これがドリルロッド２０の下端部にある対応する凹み部３４と係合する。

管形状のドリルロッド２０はその下端部において幅広の排土部分３０を有する。これは、テーパ形状のスリーブ３２を介して、略均一の外径を有して隣接するドリルロッド部分２２に続く。ドリルロッド部分２２の外周にはドリルロッドねじ羽根２４が設けられている。その最大外径は、幅広で円筒形の排土部分３０の外径にほぼ対応する。ドリルロッドねじ羽根２４は、排土部分３０の円筒部まで延設されており、テーパ形状スリープ３２部分においてなだらかに消失する。

図示する実施形態では、排土ヘッド４０は上方の部位に円筒ベース４６を有する。その外径は排土部分３０の外径に相当する。排土ヘッド４０のねじ羽根４２はこの円筒ベースより突出しており、排土掘削中に、掘削穴壁における土が攪拌された領域(zone of disturbance)を形成する。掘削穴中の最終的な所望の深さ位置で排土ヘッド４０を分離した後、ドリルロッド２０を逆方向に回転させながら掘削穴からゆっくり抜き出す。掘削穴壁の土が攪拌された領域の上から落ちてきた土砂はドリルロッドねじ羽根２４によって下方の排土部分３０に運ばれる。排土部分３０の外径のために、土砂は掘削穴壁、特に掘削穴壁のねじ羽根が接触した領域(zone of interference)に向かって排出される。この結果、掘削穴の壁が滑らかになり、さらに圧密化される。同時に、土砂が埋め残し排土ヘッド４０の上に蓄積し、作るべきコンクリート杭に欠陥が生じることを防止する。

本発明に係る掘削工具１０の側面図である。

符号の説明

１０ 掘削工具、２０ ドリルロッド、３０ 排土部分、４０ 排土ヘッド。

Claims (14)

1. 土中で排土掘削を行う掘削工具であって、
   その下端部に排土ヘッドが着脱可能に設けられているドリルロッドを有し、
   前記ドリルロッドの下端部は、隣接するドリルロッド部分と比べて幅広である排土部分として設計されている、掘削工具。
2. 前記排土部分は、テーパ形状にして、隣接するドリルロッド部分になだらかに結合する円柱部分を有する、請求項１に記載の掘削工具。
3. 前記排土ヘッドはねじ羽根を有する、請求項１に記載の掘削工具。
4. 前記ドリルロッド上の前記排土部分は、前記排土ヘッドのねじ羽根の外径と同じか、これより小さい外径を有する、請求項３に記載の掘削工具。
5. 前記排土部分に隣接する前記ドリルロッド部分にドリルロッドのねじ羽根が設けられている、請求項１に記載の掘削工具。
6. 前記ドリルロッドのねじ羽根は前記排土ヘッドのねじ羽根とは逆の方向に巻かれている、請求項５に記載の掘削工具。
7. 補強用の部品を前記排土ヘッドに固定することができる、請求項１に記載の掘削工具。
8. 前記ドリルロッドは、充填物質を導入するために管形状に設計されている、請求項１に記載の掘削工具。
9. 土中で排土掘削を行う方法であって、ドリルロッドの下端部に着脱可能に設けられた排土ヘッドを、土を排出しながら土中の所望の深さまで挿入し、当該所望の深さにおいて前記ドリルロッドを前記排土ヘッドから分離して、土中から抜き出す、方法において、
   前記ドリルロッドの下端部には排土部分が設けられ、前記ドリルロッドを抜き出す間に、上から落ちてきた土砂を側面方向に排出する方法。
10. ねじ羽根が前記排土ヘッドに設けられており、土中に挿入する際に前記ドリルロッドを一方向に回転し、前記ねじ羽根が土砂を側面および上方向に運ぶ、請求項９に記載の方法。
11. 逆の方向に回転させる、および／または分離装置を作動させることによって前記排土ヘッドを前記ドリルロッドから分離する、請求項１０に記載の方法。
12. ドリルロッドのねじ羽根が、排土部分に隣接する前記ドリルロッド部分に設けられ、取り出す際に前記ドリルロッドを一方向に回転して、前記ドリルロッドのねじ羽根が、上から落ちてきた土砂を排土部分に運ぶ、請求項９に記載の方法。
13. 抜き出す際に、前記排土ヘッドに固定された補強部品も上に導く、請求項９に記載の方法。
14. 前記ドリルロッドを抜き出す際に、できあがった前記掘削穴に充填物質を充填する、請求項９に記載の方法。
    
    

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