JP2006169942A - 振動併用回転式杭打機および振動併用回転式杭打工法 - Google Patents

Abstract

【課題】 回転螺入式の杭打機を改良して、硬質の地層の中へも無公害で杭を貫入せしめ得るようにする。
【解決手段】 杭チャック１１を備えた起振機１０を旋回ベース４に装着するとともに、静止ベース２によって、前記旋回ベース４をＺ軸周りの回転自在に支持する。上記静止ベース２に搭載された旋回駆動モータ１７によってピニオンギア１８を回転駆動すると、旋回ギア１９がＺ軸周りに回転し、これに固着された旋回ベース４および旋回アーム９が回転せしめられ、該旋回アーム９を介して起振機１０、杭チャック１１が回転し、該チャックに把持された先端螺旋付住宅基礎杭１がＺ軸周りに回転し、地中に螺入される。硬質の地層に到達して螺入が難渋すると、起振機１０を作動させて振動を与えることによって回転螺入を促進する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、杭を回転させながら地中に貫入させる装置、および同工法に係り、特に、振動を併用して貫入を促進するように改良したものである。

杭を地上に立て、軸心周りに回転させながら地中に貫入させる技術は周知である。
最近、住宅建設に際し、杭を打設して基礎を固めるように法定されたので、上記の回転圧入工法が注目を浴びている。
この場合、先端に螺旋羽根を有する先端螺旋付住宅基礎杭が多く用いられる。

基礎杭を打たねばならない地域は、一般に地表が軟弱であるから、羽根付杭を地表に突き立てて回転させると比較的容易に地中へ貫入させることができる。
しかし乍ら、地中に貫入した杭の先端が硬質地層に到達すると、回転圧入だけでは、それ以上の貫入が困難になる。
杭の支持力のみに着目すると、杭の先端（下端）が硬質地層に達したならば、それ以上の貫入は不必要と考えられるが、建築予定地に打設された数十本の杭の天端が、高低まちまちに不揃いであると、その上方に構築物を作るについて甚しく不都合であるから、深部地質の如何に拘らず、所定深度まで杭を打ち込まなければならない。

このため、回転圧入作業中に杭の貫入が停止したとき、貫入を促進する技術の開発が要望される。
こうした必要に応じて開発された技術として、特開平８−２９１６８１号公報（特許文献１の欄に示した）が公知である。
この技術は、ハンマを併設しておいて、回転圧入操作に加えてハンマによる打撃を与えるものである。
特開平８−２９１６８１号公報

前述の特開平８−２９１６８１号公報に記載された技術によると、回転圧入だけでは杭の貫入が困難な場合、打撃式の杭打ちを併用して貫入を促進できるが、ハンマによる打撃を与える作業は振動公害，騒音公害を発生する。
本発明は上述の事情に鑑みて為されたものであって、その目的とするところは、
回転圧入方式で杭を地中に貫入させている場合、比較的硬質の地盤に到達して貫入が停止し、もしくは著しく停滞したとき、振動公害や騒音公害を発生する虞れ無く、杭の貫入を促進し得る技術を提供するにある。なお本発明は、アースオーガを併用した杭打作業にも適用することができる。

上記の目的を達成するために創作した本発明の基本的原理を要約すると次の如くである。すなわち、回転圧入によって貫入しつつあった杭が、硬質地盤に到達して貫入が停滞したとき、該杭に対して、回転と併せて振動を与える。
いま仮に、振動だけで杭を貫入させようとすると振動公害や騒音公害を発生する虞れが有る。しかし、回転圧入を主体とし、高サイクル（例えば２０００回／分）の微振動（例えば振幅２ミリメートル）を与えることにより、振動・騒音公害発生の虞れほとんど無く、杭の貫入を有効に促進することができる。
この程度の振動（振幅２ミリメートル）を杭に与えるだけでは、いわゆる振動杭打作業を行なうことは困難である。しかし、この程度の微振動であっても、これを回転螺入に併用することによって回転螺入が顕著に促進される。
比較的軽微な振動や騒音が公害として問題化するか否かについては、杭打ち作業現場の環境条件によって左右されるから、本発明の実施によって公害発生が絶無であると断言することはできないが、平均的な作業環境条件下においては公害発生の虞れが無い。

上述の原理に基づく具体的な構成として、請求項１に係る発明装置は、（図１参照）杭（１）を挿通し得る孔が、中心線に沿って上下に貫通しており、
かつ、杭を把持する杭チャック（１１）と、
上記杭チャックに振動を与える起振機（１０）と、
杭チャックに把持された杭（１）に対して、該杭の長手方向中心線周りの回転を与える機構と、を具備していることを特徴とする。

以上に説明した請求項１の発明装置を適用すると、杭を把持する杭チャックに対して振動を与えることができ、かつ、該杭に対して軸心周りの回転を与えることができるので、地中に貫入可能な状態においては杭を回転圧入することができ、
回転圧入だけでは貫入が難渋したとき、さらに振動を与えることができる。
このようにして回転圧入による杭の貫入を振動によって促進し、公害を発生させることなく硬質地層の中へ杭を打ち込むことができる。

請求項２に係る発明の構成は、前記請求項１の発明装置の構成要件に加えて、
杭（１）を挿通する孔を有する旋回ベース（４）と、
上記旋回ベースを回転可能に支持する静止ベース（２）と、
前記旋回ベースに固定された、杭と同心をなす旋回ギア（１９）、および該旋回ギアに噛合するピニオンギア（１８）と、
前記静止ベースに搭載されて、上記ピニオンギアを駆動する旋回駆動モータ（１７）と、
前記旋回ベース（４）に、緩衝部材（１６）を介して装着された起振機（１０）と、
上記の起振機に固着された杭チャック（１１）と、を具備していることを特徴とする。

以上に説明した請求項２の発明装置によると、杭を把持した杭チャックに対して、起振機によって振動を与えることができ、
かつ、該起振機、杭チャック、および杭を一体として回転させることができるので、杭を回転させながら、適切に振動を加えることができる。
これにより、情況に応じて適切な振動併用回転式の杭打作業を行なうことができる。

請求項３に係る発明装置の構成は、前記請求項２の発明装置の構成要件に加えて、杭を把持した状態において、該杭の長手方向中心線と一致する座標軸Ｚと、上記Ｚ軸に直交するＸ軸とを想定し、
静止ベース（２）に対してＸ軸周りに回動可能なハンガ（８）を備えていて、車両系建設機械に対し、フロントアタッチメントとして装着できるようになっており、
または前記静止ベース（２）が、車両系建設機械のフロントアタッチメントであるリーダ（２１）によって上下動可能に案内されていることを特徴とする。

以上に説明した請求項３の発明装置によると、当該杭打機を建設車両に装着して、該建設車両の走行機能やブーム・アーム、またはリーダの作動を利用して、所望の箇所に杭を打設することができ、多くの人手を煩わさずに迅速な作業遂行が可能になる。

請求項４に係る発明装置の構成は、
車両系建設機械によって、垂直軸周りの回動を阻止して支持される静止ベース（２３）と、
上記静止ベースに対して、垂直軸周りの回動可能に装着された旋回ベースと、
上記旋回ベースに設置された起振機と、
上記起振機に対して固定的に装着された杭チャック（１１）と、を具備しており、
かつ、前記静止ベースに対して旋回ベースを往復回動せしめる揺動シリンダが設けられていることを特徴とする。

以上に説明した請求項４の発明装置は、鋼管杭の打設に好適であり、各種の杭の引き抜きにも適用することができる。本発明によると、杭に対して軸心周りの往復回動を与えつつ、公害を生じない程度に上下方向の微振動を与えて、能率よく杭を打ち，抜くことができる。

請求項５に係る発明工法の構成は、
螺旋羽根付きの杭に、その軸心周りの回転を与えるとともに、軸心方向の押圧力を与えて地中に貫入させる工法において、
杭の回転圧入によって地中に貫入し得る所まで回転圧入し、
比較的硬質の地層に到達して杭の貫入が困難になったとき、該杭に対し、回転に加えて振動を与えることにより、杭の貫入を促進することを特徴とする。

以上に説明した請求項５の発明工法によると、無公害で迅速に杭を打設することができて、特に住宅用基礎工事に好適である。
すなわち、杭の先端に位置している地層が比較的軟弱なときは、該杭に回転を与えて螺入するので無公害であり、
杭が地中に貫入して、比較的硬質の地層に到達すると、回転に加えて振動が与えられるので、該硬質地層に貫入することができる。
この際に与えられる振動は、回転螺入を補助する程度で足り、しかも短時間で済むから振動，騒音は軽微であり、付近住民の認容を得ることができる。
前記の振動を、高サイクル（例えば２５００／分）、小振幅（例えば２ｍｍ）とすることにより、実用上、無公害杭打ち工事が可能となる。

請求項１の発明装置を適用すると、杭を把持する杭チャックに対して振動を与えることができ、かつ、該杭に対して軸心周りの回転を与えることができるので、地中に貫入可能な状態においては杭を回転圧入することができ、
回転圧入だけでは貫入が難渋したとき、さらに振動を与えることができる。
このようにして回転圧入による杭の貫入を振動によって促進し、公害を発生させることなく硬質地層の中へ杭を打ち込むことができる。

請求項２の発明装置によると、杭を把持した杭チャックに対して、起振機によって振動を与えることができ、
かつ、該起振機、杭チャック、および杭を一体として回転させることができるので、杭を回転させながら、適切に振動を加えることができる。
これにより、情況に応じて適切な振動併用回転式の杭打作業を行なうことができる。

請求項３の発明装置によると、当該杭打機を建設車両に装着して、該建設車両の走行機能やブーム・アーム、又はリーダの作動を利用して、所望の箇所に杭を打設することができ、多くの人手を煩わさずに迅速な作業遂行が可能になる。

請求項４の発明装置を適用すると、杭を把持する杭チャックに対して振動を与えることができ、かつ、該杭に対して軸心周りの往復回転を与えることができるので、地中に貫入可能な状態においては杭を回転圧入することができ、
往復回転圧入だけでは貫入が難渋したとき、さらに振動を与えることができる。
このようにして、往復回転圧入による杭の貫入を振動によって促進し、公害を発生させることなく硬質地層の中へ杭を打ち込むことができる。

請求項５の発明工法によると、無公害で迅速に杭を打設することができて、特に住宅用基礎工事に好適である。
すなわち、杭の先端に位置している地層が比較的軟弱なときは、該杭に回転を与えて螺入するので無公害であり、
杭が地中に貫入して、比較的硬質の地層に到達すると、回転に加えて振動が与えられるので、該硬質地層に貫入することができる。
この際に与えられる振動は、回転螺入を補助する程度で足り、しかも短時間（硬質地層を突破する間だけ）で済むから振動，騒音は軽微であり、付近住民の認容を得ることができる。
前記の振動を、高サイクル（例えば２５００／分）、小振幅（例えば２ｍｍ）とすることにより、実用上、無公害杭打ち工事が可能となる。

図１は、本発明に係る振動併用回転式杭打工法を実施するために構成した振動併用回転式杭打機の１実施形態を示し、杭チャックによって先端螺旋付住宅基礎杭を把持した状態を模式的に描いた断面図である。
静止ベース２は、ハンガ８によって、Ｘ軸周りの回動可能に支持されている。ただし、この静止ベース２は、上記ハンガ８に対してＺ軸周りには回動できない。

上記静止ベース２に対し、軸受３を介して旋回ベース４が、Ｚ軸周り回転自在に装着されている。この旋回ベース４には、杭１を挿通し得る中心孔が設けられている。
前記旋回ベース４に、Ｚ軸を中心線とする旋回ギア１９が固定されている。この旋回ギア１９にも、杭１を挿通し得る中心孔が設けられている。
上記旋回ギアに噛合するピニオンギア１８は、旋回駆動モータ１７の出力軸に固着されており、かつ、該旋回駆動モータは前記静止ベース２に設置されている。これにより、ピニオンギア１８が回転すると、旋回ベース４がＺ軸周りに回転駆動される。

前記旋回ベース４には旋回アーム９が固着されており、該旋回アームは緩衝ゴム１６を介して起振機１０を支持している。この起振機１０にも杭１を挿通し得る中心孔が設けられている。
上記の起振機には、杭チャック１１が一体的に結合されていて、該杭チャックは先端螺旋付住宅基礎杭１を把持する。符号１ａを付して示したのは先端羽根である。
以上のようにして、本例の振動併用回転式杭打機には、装置全体を貫通する中心孔が、Ｚ軸に沿って設けられており、杭を挿通し得るようになっている。
図３は、上記の孔に杭を挿通して杭打作業を行なっている状態の１例を示す。
車両系建設機械２０のフロントアタッチメントであるリーダ（２１）によって、本発明に係る振動併用回転式杭打機２２を支持するとともに、該振動併用回転式杭打機に挿通した先端螺旋付住宅基礎杭１を打設している。本図から容易に理解できるように、杭打機に対して杭を上下に貫通させることにより、杭打用機械装置全体の重心が低くなり、作業の安全に有効である。
図示を省略するが、本図３における先端螺旋付住宅基礎杭１の代りにアースオーガを把持し、これを地中に螺入して穿孔することもできる。
本例においては、前記旋回駆動モータ１７、起振機１０、および杭チャック１を油圧駆動式の機器として構成したが、本発明を実施するとき、必ずしも油圧式に限定されない。

前記のハンガ８は車両系建設機械に対し、フロントアタッチメントとして装着できるようになっている。
上記車両系建設機械（図外）を杭置場まで自走させ、ブーム，アームを昇降操作して本発明装置（図１）の杭チャックで先端螺旋付住宅基礎杭１を把持する。
前記図外の車両用建設機械を杭打ち地点付近まで自走させ、ブーム，アームを昇降操作して、先端螺旋付住宅基礎杭１を杭打ち地点に立てる。
このとき、静止ベース２がＸ軸周りに回動可能であるから、吊持された先端螺旋付住宅基礎杭１がほぼ垂直姿勢となる。

先端羽根１ａの下方に当接している土砂が比較的柔軟なときは、旋回駆動モータ１７を作動させて、旋回ベース４、および、これと一体的に連設されている部材をＺ軸周りに回転させる。
本図１において「静止ベース４、ハンガ８、旋回駆動モータ１７、およびピニオンギア１８」以外の部材がＺ軸周りに回転せしめられる。これにより、先端螺旋付住宅基礎杭１がＺ軸周りに回転する。

杭打ち地点の表層は一般に、余り硬質ではない（特殊な場合を除いて、硬質の地盤に住宅用の基礎杭を打設することは考え難い）。
比較的柔軟ないし通常硬さの地層に対しては、前記先端螺旋付住宅基礎杭のＺ軸周り回転によって、先端羽根１ａが地中に螺入され、杭全体が地中に貫入してゆく。
杭の先端（下端）が硬質地層に到達すると、該杭の沈下が停滞する。沈下が停滞すると、運転者は起振機１０を作動させる。
起振機で発生した振動は、チャック１１を介して先端螺旋付住宅基礎杭１に伝えられる。

この場合の振動は、通常の振動式杭打ち作業におけるが如く強烈であることを要しない。
本実施形態では、高サイクル（２５００回／分）の微振動（振幅１ミリメートル）を加えた。
杭全体が高サイクルで微振動すると、先端羽根１ａの螺入が促進される。その理由を概要的にいえば次のとおりである。
当業者の通用語によると、杭の振動によって、杭と土砂との摩擦が切れる。という現象を呈する。

これを初等力学的に表現すると、静止摩擦状態が動摩擦状態に変化する。
これは、摩擦力学の計算から出てくるというよりは、本発明者による多年の経験的事実として確認した現象である。
先端羽根１ａが土砂との摩擦から開放されると、本来の螺入作用が効果的に発揮されて先端螺旋付住宅基礎杭１が地中に貫入してゆく。
このように「螺入を助勢する程度の微振動を発生させるだけであるから、振動公害や騒音公害を発生する虞れが無い。
螺入作用を振動で補助すると、いうのが本発明の基本である。

図１に表されているように、旋回アーム９と起振機１０との間に緩衝ゴム１６が介装されているので、旋回ベース４の回転は杭チャック１１を介して先端螺旋付住宅基礎杭１に伝動されるが、起振機１０の振動はハンガ８に伝わらない。
振動がハンガ８に伝わらないから、このハンガを車両系建設機構のブーム，アーム機構に装着しても、該車両系建設機械が共振して破損するなどの不具合を生じない。
また、上記のようにハンガ８を車両系建設機械のブーム・アーム機構に対して、フロントアタッチメントとして装着しておくと、該ブーム・アーム機構を操作することにより、先端螺旋付住宅基礎杭に対して下向きの押圧力を加えて、地中への貫入を促進することができる。

杭を打設する場合、アースオーガを併用することが一般に行なわれている。
図１に示した本発明装置で先端螺旋付住宅基礎杭を打設する場合、別途にアースオーガ駆動機械を準備しなくても、この振動併用回転式杭打機を利用して、有効に縦穴を掘削することができる。
専用のアースオーガ駆動機器を必要としないので経済的であるのみでなく、従来のアースオーガ機よりも強力な掘削を無公害で施工できる。

図１において、杭チャック１１を弛めて先端螺旋付住宅基礎杭１を取り外し、その代りにアースオーガ（図示省略）を把持して、これを地面に突き立てて、回転を与えると土砂を掘削して地中に貫入させることができる。地層が硬くても、振動を与えることによって螺入掘削を助長することができるので、高能率の施工が可能である。
アースオーガの併用は、先端螺旋付住宅基礎杭１の貫入が難渋したとき、一旦、該先端螺旋付住宅基礎杭を引き抜いて、その跡にアースオーガ（図外）を差し入れて掘削し、土砂を掘り弛めた後に再び先端螺旋付住宅基礎杭を差し込んで杭打ち工事を続行するという工法を採ることもできる。
また、杭の打設予定地点を予めアースドリルで掘り緩めてから、その跡に先端螺旋付住宅基礎杭を差し込んで、さらに回転と振動とを与えて打設するという工法を採ることもできる。

図２は、前掲の図１と異なる実施形態を示す縦断面図である。
前記の実施形態（図１）では、プラネットギアの位置を固定してサンギアを被動回転させたが、図２の実施形態ではサンギヤの回転を固定してプラネットギアを自転・公転させる構成とした。
符号Ｍはプラネットギアの駆動モータであり、符号ｍは起振機の駆動モータである。
プラネットギア６が回転すると、サンギア５の周りを自転しながら公転する。
上記プラネットギアおよびプラネット駆動モータ１４が旋回ケース１３に搭載されているので、該旋回ケース１３がＺ軸周りに回転する。
これにより、旋回ケース１３に設置されている起振機１０および杭チャック１１がＺ軸周りに回転し、先端螺旋付住宅基礎杭１を回転させる。
起振機１０が作動すると、その振動が杭チャック１１を介して先端螺旋付住宅基礎杭１に伝えられる。
上述の実施形態（図２）によっても、先端螺旋付住宅基礎杭（またはアースドリル）に対して、回転と振動とを与えることができ、前記実施形態（図１）におけると同様ないし類似の作用効果が得られる。

図４は、前掲の図１および図２と異なる実施形態を示す模式図である。
前記の実施形態においては、杭を連続的に回転させたが、本例では往復回転させるようになっている。
本図４においては、起振機と一体的に連結された旋回ベース２３に対して回動自在に支承されている。
本図４において起振機は静止ベース２３によって隠されている。該静止ベース２３の中心孔２３ａに、「起振機に装着された杭チャック１１」の一部分が現れている。

１対の揺動シリンダ２４が、トラニオン２４ａによって静止ベース２４に装着されていて、該トラニオンの周りにＸ−Ｙ面内で揺動（往復回動）し得るようになっている。
上記１対の揺動シリンダ２４が交互に伸長・収縮すると、ピストンロッド２４ｂの先端に、ピン２５で連結されている旋回ベース２６および起振機が、Ｚ軸（紙面と直交）回りに往復回動する。
静止ベース２３は、ブラケット２３ｂを介してリーダ２１に支持され、Ｚ軸方向（紙面と直角）に案内され、駆動される。
ただし、本図４の実施例のように杭を往復回動させる構造の振動併用回転式杭打機は、先端螺旋付住宅基礎杭には不適であって、鋼管杭の打込み、および、非螺旋形の各種の既設杭の抜き取りに好適である。

本発明に係る振動併用回転式杭打工法を実施するために構成した振動併用回転式杭打機の１実施形態を示し、杭チャックによって先端螺旋付住宅基礎杭を把持した状態を模式的に描いた断面図 前掲の図１と異なる実施形態を示す縦断面図 杭打ち作業の１例を示す模式的な正面図 前掲の図１、図２と更に異なる実施形態における模式的な要部平面図

符号の説明

１…先端螺旋付住宅基礎杭
１ａ…先端羽根
２…静止ベース
３…軸受
４…旋回ベース
５…サンギア
６…プラネットギア
７…プラネット駆動モータ
８…ハンガ
９…旋回アーム
１０…起振機
１１…杭チャック
１２…静止ベース
１３…旋回ケース
１４…プラネット駆動モータ
１５…起振モータ
１６…緩衝ゴム
１７…旋回駆動モータ
１８…ピニオンギア
１９…旋回ギア
２０…車両系建設機械
２１…フロントアタッチメントとしてのリーダ
２２…振動併用回転式杭打機
２３…静止ベース
２３ａ…中心孔
２３ｂ…ブラケット
２４…揺動シリンダ
２４ａ…トラニオン
２４ｂ…ピストンロッド
２５…ピン

Claims (5)

1. 杭（１）を挿通し得る孔が、中心線に沿って上下に貫通しており、
   かつ、杭を把持する杭チャック（１１）と、
   上記杭チャックに振動を与える起振機（１０）と、
   杭チャックに把持された杭（１）に対して、該杭の長手方向中心線周りの回転を与える機構と、を具備していることを特徴とする、振動併用回転式杭打機。
2. 杭（１）を挿通し得る孔を有する旋回ベース（４）と、
   上記旋回ベースを回転可能に支持する静止ベース（２）と、
   前記旋回ベースに固定された、杭と同心をなす旋回ギア（１９）、および該旋回ギアに噛合するピニオンギア（１８）と、
   前記静止ベースに搭載されて、上記ピニオンギアを駆動する旋回駆動モータ（１７）と、
   前記旋回ベース（４）に、緩衝部材（１６）を介して装着された起振機（１０）と、
   上記の起振機に固着された杭チャック（１１）と、を具備していることを特徴とする、請求項１に記載した振動併用回転式杭打機。
3. 杭を把持した状態において、該杭の長手方向中心線と一致する座標軸Ｚと、上記Ｚ軸に直交するＸ軸とを想定し、
   静止ベース（２）に対してＸ軸周りに回動可能なハンガ（８）を備えていて、車両系建設機械に対し、フロントアタッチメントとして装着できるようになっており、
   または前記静止ベース（２）が、車両系建設機械のフロントアタッチメントであるリーダ（２１）によって上下動可能に案内されていることを特徴とする、請求項２に記載した振動併用回転式杭打機。
4. 車両系建設機械によって、垂直軸周りの回動を阻止して支持される静止ベース（２３）と、
   上記静止ベースに対して、垂直軸周りの回動可能に装着された旋回ベースと、
   上記旋回ベースに設置された起振機と、
   上記起振機に対して固定的に装着された杭チャック（１１）と、を具備しており、
   かつ、前記静止ベースに対して旋回ベースを往復回動せしめる揺動シリンダが設けられていることを特徴とする、請求項１に記載した振動併用回転式杭打機。
5. 螺旋羽根付きの杭に、その軸心周りの回転を与えるとともに、軸心方向の押圧力を与えて地中に貫入させる工法において、
   杭の回転圧入によって地中に貫入し得る所まで回転圧入し、
   比較的硬質の地層に到達して杭の貫入が困難になったとき、該杭に対し、回転に加えて振動を与えることにより、杭の貫入を促進することを特徴とする、振動併用回転式杭打工法。

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