JP2008013971A - 拡径掘削用バケット - Google Patents

Abstract

【課題】杭孔の中間に、下部傾斜面を有する中間拡径部を形成することができ、汎用性のある拡径掘削用バケットを提供する。
【解決手段】拡翼部３０が掘削機本体１６に回転可能に懸架されている。そして、この拡翼部３０を回転させながら拡縮することにより、縦穴２０の穴壁を掘削して縦穴２０の中間に中間拡径部５６を形成する。また、拡翼部３０の下端部には、着脱可能なアーム部３４が設けられており、このアーム部３４は拡翼部３０と共に回転及び拡縮して、中間拡径部５６の下部に縦穴２０の中心に向う傾斜面５６Ｃを形成する。
よって、掘削予定の中間拡径部下部の傾斜面に合ったアーム部３４を拡翼部３０の下端部に装着することによって、中間拡径部下部のさまざまな傾斜面の掘削に対応することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、杭孔の中間に中間拡径部を形成する拡径掘削用バケットに関する。

建築物の大型化や高層化に伴い、高い鉛直支持性能が基礎杭に要求されている。そこで、図２５に示すように、基礎杭２００の先端部２０２を拡底して鉛直支持力を大きくする場所打ちコンクリート杭が採用されている。

さらに、図２６に示すように、基礎杭２０４の先端部２０６だけでなく、中間にも拡径した中間拡径部２０８を設けた場所打ちコンクリート杭が提案されている。この杭は、中間拡径部２０８が地中でネジ山のような働きをするので、周囲の地盤から大きな鉛直支持力及び引抜抵抗力を得ることができる。

図２５、２６に示すような場所打ちコンクリート杭は、杭径を小さくしても十分な鉛直支持力及び引抜抵抗力が得られるので、建設副産物となる掘削土や杭施工時に使用する孔壁安定液を削減でき、環境負荷低減を図ることができる。

また、杭材料であるコンクリートや鉄筋を削減することができるので、コスト低減や工期短縮を図ることができる。

図２７（Ａ）に示す、特許文献１の分割バケット型回転掘削装置２１２では、ケリーバー２１４の下端に連結された角筒状の外筒２１６の内側に、スライド可能に嵌合された角筒状の内筒２１８が設けられている。そして、内筒２１８の下端部には、下面にビット（不図示）が配設された底板２２０が水平に取付けられている。

外筒２１６の内部には、外筒２１６の頂部に後端部が回転可能に連結された油圧シリンダ２２６が備えられており、油圧シリンダ２２６のピストンロッド２２８の先端部に設けられたピン２３０によってピストンロッド２２８の先端部と内筒２１８の下端部が連結されているので、油圧シリンダ２２６のピストンロッド２２８を伸縮させることにより、内筒２１８が伸縮する。

外筒２１６及び内筒２１８の周りには、外壁面にビット（不図示）が配設された湾曲側壁板２２２が設けられており、外筒２１６及び内筒２１８と、湾曲側壁板２２２とが平行リンク機構２２４によって連結されている。

よって、油圧シリンダ２２６のピストンロッド２２８が最長の状態になると、湾曲側壁板２２２は平行リンク機構２２４の作用によって内側に平行移動するので、バケットの径は図２７（Ａ）のように最小になる。

そして、この状態の分割バケット型回転掘削装置２１２を拡底する杭孔の底部に載置し、回転駆動装置（不図示）によりケリーバ２１４を介して分割バケット型回転掘削装置２１２を回転させると共に、油圧シリンダ２２６のピストンロッド２２８を縮めながら、分割バケット型回転掘削装置２１２を沈下させていくと杭孔は拡底掘削され、分割バケット型回転掘削装置２１２は図２７（Ｂ）のような全開状態になる。

しかし、分割バケット型回転掘削装置２１２を用いて、図２６の中間拡径部２０８の掘削を行った場合、湾曲側壁板２２２は拡底部の形状に合わせた専用の形状になっているので、この湾曲側壁板２２２に配設されたビットを用いて中間拡径部２０８下部の傾斜面２０８Ａを掘削することができない。

また、中間拡径部下部の傾斜面は、１つの傾斜角に限られてはおらず、杭の設計に応じてさまざまな傾斜角の掘削を行えるものでなければならない。

なお、中間拡径部下部の傾斜面は、掘削した中間拡径部の法尻の崩落を防止し、孔壁安定液中のスライム等が堆積しないようにする為のものであり、この傾斜面の掘削精度は場所打ちコンクリート杭の品質において重要な役割を果たす構造部位である。
特開昭６０−２４２２９２号公報

本発明は係る事実を考慮し、杭孔の中間に、下部傾斜面を有する中間拡径部を形成することができ、汎用性のある拡径掘削用バケットを提供することを課題とする。

請求項１に記載の発明は、掘削機本体に懸架されて回転する回転軸に設けられ、拡縮して縦穴の穴壁を掘削し、前記縦穴の中間に中間拡径部を形成する拡翼部と、前記拡翼部の下端部に着脱可能に設けられ、前記中間拡径部の下部に前記縦穴の中心に向う傾斜面を形成するアーム部と、を備えることを特徴としている。

請求項１に記載の発明では、掘削機本体に懸架された回転軸に拡翼部が設けられている。そして、回転軸を回転させながら拡翼部を拡縮することにより、縦穴の穴壁を掘削して縦穴の中間に中間拡径部を形成する。

また、拡翼部の下端部には、着脱可能なアーム部が設けられている。このアーム部は拡翼部と共に回転しながら拡縮して、中間拡径部の下部に縦穴の中心に向う傾斜面を形成する。

よって、掘削予定の中間拡径部下部の傾斜面に合ったアーム部を拡翼部の下端部に装着することにより、中間拡径部下部のさまざまな傾斜面の掘削に対応することができる。

請求項２に記載の発明は、前記回転軸の下端部に着脱可能に設けられ、前記縦穴の穴壁に接触して前記回転軸の中心を前記縦穴の中心位置にガイドするスタビライザ部を備え、前記スタビライザ部が前記アーム部の下方に位置することを特徴としている。

請求項２に記載の発明では、回転軸の下端部にスタビライザ部が着脱可能に設けられている。このスタビライザ部はアーム部の下方に位置し、縦穴の穴壁に接触して回転軸の中心を縦穴の中心位置にガイドする。

よって、スタビライザ部により、回転軸の中心が常に縦穴の中心位置にあるので、中間拡径部の真円度を高めることができる。

また、通常の拡径掘削用バケットでは、拡翼部上方に位置する回転軸にスタビライザ部が設けられているので、拡径掘削用バケットを上から下に移動させながら中間拡径部の掘削を行う場合には、スタビライザ部の径よりも掘削された縦穴の径の方が大きくなるので、拡翼部上方のスタビライザ部が穴壁に接触しなくなる。よって、拡翼部上方に位置するスタビライザ部が回転軸の中心を縦穴の中心位置にガイドする役目を果たさなくなってしまう。

しかし、請求項２の拡径掘削用バケットは、アーム部の下方にスタビライザ部を設けているので、拡径掘削用バケットを上から下に移動させながら中間拡径部の掘削を行う場合において常にアーム部下方のスタビライザ部がガイドの役目を果たし、これによって中間拡径部の真円度を高めることができる。

請求項３に記載の発明は、前記スタビライザ部は、受け皿であることを特徴としている。

請求項３に記載の発明では、スタビライザ部が受け皿になっている。

よって、拡翼部及びアーム部により掘削された土砂を受け皿で直接受けることができるので、縦穴の底部に落ちて溜まった掘削土砂の回収のために、縦穴の底部まで回収用バケットを繰返し下ろす作業を行わなくてよい。

本発明は上記構成としたので、杭孔の中間に、下部傾斜面を有する中間拡径部を形成することができ、汎用性のある拡径掘削用バケットを提供することができる。

図面を参照しながら、本発明の実施形態に係る拡径掘削用バケット２２を説明する。

図１には、場所打ちコンクリート杭を構築するための杭孔２０の中間に中間拡径部を形成する掘削機１０の全体構成が示されている。

ケリーバ１２が、掘削機本体としてのクレーン１６のワイヤー８８に接続されて懸架されている。また、ケリーバ１２の途中には旋回装置１４が設けられており、ケリーバ１２の上下方向の移動を拘束せずに、ケリーバ１２を回転させる。

クレーン１６の前方から張出した位置決めアーム１８は、旋回装置１４の水平位置を調整し、縦穴としての杭孔２０の中心位置にケリーバ１２を配置する。

図９（Ｃ）に示すように、回転軸としての固定ポスト２４の上端部には、軸部材６０が接続されている。そして、この軸部材６０上に設けられた連結ブラケット２６にケリーバ１２がピン連結されている。

なお、図１の杭孔２０は、事前にケリーバ用のドリリングバケットによって地盤２８を掘削して形成したものであり、杭孔２０内には孔壁の倒壊を防止するベントナイト等の安定液Ｌが満たされている。

拡径掘削用バケット２２は、図２に示すように、上部スタビライザ部３６、拡縮バケット部３８、下部スタビライザ部４０によって構成され、上からこの順に配置されている。

上部スタビライザ部３６は、図３の平面図に示すように、軸部材６０を囲む円弧状のガイド部材４２を対角状に４つ配置したものである。

各ガイド部材４２の内側には、角筒状のスライド部材４４の後端部が固定され、スライド部材４４の先端部は軸部材６０に向っている。スライド部材４４は、軸部材６０の各コーナー部から外側に張出した角筒状の支持部材４６の内側に、スライド可能に嵌合されている。これにより、図３の状態よりも外側（矢印Ｎの方向）にガイド部材４２を拡げることができる。

支持部材４６にはボルト４８を通す２つの貫通孔５０が開けられており、スライド部材４４にはボルト４８を通す７つの貫通孔５２が等間隔に開けられている。

杭孔２０の孔壁面とガイド部材４２の間にわずかな隙間を残す程度に、スライド部材４４をスライドさせてガイド部材４２の位置を調整し、貫通孔５０と貫通孔５２が一致する位置で、２本のボルト４８によって固定する。

このとき、各スライド部材４４のスライド量を等しくすることによって、軸部材６０に接続された固定ポスト２４の中心を杭孔２０の中心位置にガイドすることができる。

図２に示すように、拡縮バケット部３８には、固定ポスト２４を囲む拡翼部としての側壁板３０が４つ設けられている。４つの側壁板３０はすべて同形状であり、側壁板３０の平断面は円弧状になっている。また、側壁板３０の下部３０Ｂは略鉛直面を形成しており、側壁板３０の上部３０Ａは内側に傾斜している。

各側壁板３０の回転方向（矢印Ｍの方向）先頭側の端部には、掘削ビット３２が上下方向に等間隔で配設されている。掘削ビット３２は、図２のＡ−Ａ断面図の図４に示すように、杭孔２０の孔壁面に向って尖った形状をしている。よって、旋回装置１４によりケリーバ１２を介して固定ポスト２４を矢印Ｍの方向に回転させ、側壁板３０が杭孔２０の孔壁面側に移動することにより、杭孔２０の穴壁としての孔壁が掘削されて中間拡径部が形成される。

図２の各側壁板３０の下端部には、先端部が下方内側に向うように、アーム部としてのアーム部材３４が着脱可能に取付けられている。対向するアーム部材３４の長さは同じであり、隣り合うアーム部材３４同士の長さは異なっている。すなわち、対向する１組のアーム部材３４の長さは長く、対向するもう１組のアーム部材３４の長さは短くなっている。これにより、拡径掘削用バケット２２のバケット径が最小のときに、長い方のアーム部材３４は交差し、短い方のアーム部材３４は、この交差した長い方のアーム部材３４にぶつからないようになっている。図５に示すように、側壁板３０の下部３０Ｂは、鉛直線６２と略平行な鉛直面を形成しており、側壁板３０の上部３０Ａは、鉛直線６２に対して角度Ｅだけ内側に傾斜している。この角度Ｅが、中間拡径部５６を掘削した際の中間拡径部上部の傾斜面５６Ａの傾斜角度になる。

また、アーム部材３４は、鉛直線６２に対して角度Ｆだけ内側に傾斜するように、側壁板３０の内側に設けられたブラケット７４の下端部に固定されている。この角度Ｆが、中間拡径部５６を掘削した際の中間拡径部下部の傾斜面５６Ｃの傾斜角度になる。

図５のアーム部材３４を外側から見た正面図の図６（Ａ）に示すように、アーム部材３４にも、側壁板３０の掘削ビット３２と同様の掘削ビット５８が上下方向に等間隔で配設されている。

掘削ビット３２は、図６（Ａ）のＢ−Ｂ断面図の図６（Ｂ）に示すように、中間拡径部下部の傾斜面５６Ｃ側に尖った形状をしている。よって、旋回装置１４によりケリーバ１２を介して固定ポスト２４を矢印Ｍの方向に回転させ、側壁板３０と共にアーム部材３４が外側に移動することにより杭孔２０の孔壁が削られ、中間拡径部下部の傾斜面５６Ｃが形成される。

アーム部材３４は、図７に示す構造によって着脱することができる。アーム部材３４の上端部に設けられたブラケット１６０には、ボルト１６３の貫通孔１６１Ａ、１６１Ｂが形成されている。

側壁板３０の内側に設けられたブラケット７４にも、ボルト１６３の貫通孔１６２Ａ、１６２Ｂが形成されており、アーム部材３４を側壁板３０の下端部に装着してブラケット１６０をブラケット７４に添わせたときに、貫通孔１６２Ａ、１６２Ｂは貫通孔１６１Ａ、１６１Ｂと一致する。

そして、図７の右図に示すように、貫通孔１６１Ａ、１６１Ｂと貫通孔１６２Ａ、１６２Ｂの位置を合わせてボルト１６３を通し、ナットで締め付けてアーム部材３４を固定する。

なお、このアーム部材３４の取付け構造は、アーム部材３４の着脱が容易にでき、かつ杭孔の孔壁をアーム部材３４が掘削できる程度にしっかりと固定できるものであればよく、図８のような構造にしてもよい。

図８では、アーム部材３４の上端部に設けられたブラケット１６４に、ボルト１６８の貫通孔１６５Ａ、１６５Ｂが上向きに形成されている。

ブラケット７４の下端部に設けられたブラケット１６６にも、ボルト１６８の貫通孔１６７Ａ、１６７Ｂが下向きに形成されており、アーム部材３４を側壁板３０の下端部に装着したときに、貫通孔１６７Ａ、１６７Ｂは貫通孔１６５Ａ、１６５Ｂと一致する。

そして、図８の右図に示すように、貫通孔１６５Ａ、１６５Ｂと貫通孔１６７Ａ、１６７Ｂの位置を合わせてボルト１６８を通し、ナット１６９で締め付けてアーム部材３４を固定する。

側壁板３０及びアーム部材３４は、図９に示すリンク機構６６によって拡縮される。

図９（Ｃ）に示すように、ケリーバ１２の下端部が、軸部材６０上の連結ブラケット２６にピン連結されている。そして、この軸部材６０は、拡径掘削用バケット２２の回転軸としての角筒状の固定ポスト２４の上端部に接続されている。

固定ポスト２４の外側には、角筒状の昇降ポスト６４が設けられている。昇降ポスト６４の長さは固定ポスト２４の長さよりも短く、固定ポスト２４の長さ方向に沿って昇降ポスト６４がスライドするように、昇降ポスト６４の内側に固定ポスト２４が嵌合されている。

昇降ポスト６４の左右には、ブラケット６８が固定されており、ブラケット６８の上部には、ブラケット７２がさらに外側に食み出るように設けられている。そして、油圧シリンダ７０の中央部は、このブラケット７２に回転可能に連結されている。

リンク部材７６の両端は、ブラケット６８の外側中央部と、側壁板３０の内側に設けられたブラケット７４の上部にそれぞれ回転可能に連結されており、このリンク部材７６と平行になるように設けられたリンク部材７８の両端は、ブラケット６８の下部と、ブラケット７４の下部に回転可能に連結されている。

リンク部材８０の両端は、リンク部材７６、７８の略中央部にそれぞれ回転可能に連結されており、リンク部材８２の両端は、リンク部材８０の下端部と、固定ポスト２４の下端部に設けられたブラケット８４にそれぞれ回転可能に連結されている。

略三角形状のブラケット９０はリンク部材７８と連動するように、その下辺がリンク部材７８に固定されており、ブラケット９０の頂部連結部９２は、油圧シリンダ７０のピストンロッド８６の先端部と回転可能に連結されている。

ここで、図９（Ａ）に示すような、拡径掘削用バケット２２のバケット径が最小の状態において、油圧シリンダ７０を作動させ、油圧シリンダ７０のピストンロッド８６を矢印Ｐの方向に縮めるとブラケット９０の頂部連結部９２は、リンク部材７８のブラケット６８との連結部７８Ａを回転中心として矢印Ｑの方向に回転する。

すると、このブラケット９０の動きに連動して、リンク部材７６、７８が矢印Ｒの方向に旋回し、これに伴って昇降ポスト６４は矢印Ｓの方向へ、側壁板３０は矢印Ｔの方向へ移動し、図９（Ｂ）の状態になる。

さらに、油圧シリンダ７０のピストンロッド８６を矢印Ｐの方向に縮めると、最終的には図９（Ｃ）に示すような、拡径掘削用バケット２２のバケット径が最大の状態になる。

このように、図９（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）の順に動作することによって拡径掘削用バケット２２は拡径し、また、この逆の動作手順（図９（Ｃ）、（Ｂ）、（Ａ））によって拡径掘削用バケット２２は縮径する。

このようなリンク機構６６によって、油圧シリンダ７０がリンク機構６６内にコンパクトに収めることができるので、大きな拡径率（孔杭の拡径部と軸部の断面積の比率）の中間拡径部を孔杭の中間に形成することができる。

従来の拡径掘削用バケットで掘削できるのは、３．２以下程度の拡径率の拡径部であったが、本実施形態の拡径掘削用バケット２２においては、リンク機構６６を用いることによって最大で約５．０程度の拡径率の拡径部の掘削を行うことができる。

また、油圧シリンダ７０をリンク機構６６に組込んだ構造としたことで、拡縮バケット部３８の高さを低く抑えることができるので、拡径掘削用バケット２２の機械高さを小さくすることができる。

また、側壁板３０の支持アームとなるリンク部材７８を油圧シリンダ７０で直接動作させるので、伝達力のロスがなく、機械効率を向上させることができる。

なお、図９では２つの油圧シリンダ７０のみが示されているが、４つの側壁板３０のそれぞれに油圧シリンダ７０及びリンク機構６６が設けられている。すなわち、拡縮バケット部３８には４つの油圧シリンダ７０が搭載されている。

図２に示すように、スタビライザ部としての下部スタビライザ部４０は、吊り支柱９４と、受け皿としての土砂回収用バケット９６とによって構成されている。土砂回収用バケット９６は、底板１００を有する円筒状の容器である。

図１０に示すように、スタビライザ部としての下部スタビライザ部４０は、回転軸としての固定ポスト２４の下端部に着脱可能に設けられている。４つの吊り支柱９４の上端部が、固定ポスト２４の下端部に着脱可能に取付けられた接合部材９８の下面に接合され、下方外側に向かって四方に広がっている。吊り支柱９４の下端部は、土砂回収用バケット９６の側壁上部に接合されている。

図１１に示すように、下部スタビライザ部４０の接合部材９８上部は、円筒状の嵌入部１７０となっている。また、嵌入部１７０にはボルト１７４の貫通孔１７１が形成されている。

回転軸としての固定ポスト２４下部には、嵌入部１７０の嵌入孔１７２が設けられている。嵌入孔１７２の上方は、嵌入した嵌入部１７０の頂部が当って止まるように、角筒状の固定ポスト２４の中空部分が埋められている。また、固定ポスト２４下部には、嵌入部１７０が嵌入孔１７２に完全に嵌入されたときの貫通孔１７１と一致するように、貫通孔１７３が形成されている。

そして、図１１の右図に示すように、貫通孔１７１と貫通孔１７３の位置を合わせてボルト１７４を通し、ナット１７５で締め付けて嵌入部１７０を固定ポスト２４に連結する。

なお、この下部スタビライザ部４０の取付け構造は、着脱が容易にでき、かつ固定ポスト２４下部にしっかりと下部スタビライザ部４０を固定できるものであればよく、ピンによって固定ポスト２４と嵌入部１７０を連結してもよい。

また、土砂回収用バケット９６は、図９に示すように、土砂回収用バケット９６の開放された上面が常にアーム部材３４の先端部よりも低い位置になるように取付けられている。

土砂回収用バケット９６の外径は、土砂回収用バケット９６の側壁面と杭孔２０の孔壁の間に若干の隙間が形成される程度に、杭孔２０の径よりも小さくなっている。

図１０に示すように、土砂回収用バケット９６の蓋となる円盤状の底板１００は、土砂回収用バケット９６の側壁下部の内側に設けられたヒンジ１０２によって矢印Ｖの方向に開閉可能に連結されている。この開閉によって、土砂回収用バケット９６に積載された掘削土砂を地上にて排出する。

土砂回収用バケット９６のヒンジ１０２と対向する側壁付近には、底板１００のロック機構１０４が設けられている。土砂回収用バケット９６の側壁下部及び上部に設けられ、内側に張出した上部サポート１０６及び下部サポート１０８に、丸棒１１０が回転可能に支持されて、蓋をした状態の底板１００の水平面に対して略垂直に立設している。

丸棒１１０の上端部にはハンドル１１２が設けられており、下端部にはロック部材１１４が設けられている。ロック部材１１４の下部は、図１２に示すような、傾斜面１１４Ａ、１１４Ｂを有する形状をしている。

土砂回収用バケット９６を上から見た図１３に示すように、ハンドル１１２の略中央部と、上部サポート１０６から張出したブラケット１２０との間にはスプリング１１８が設けられており、矢印Ｗと逆の方向にハンドル１１２を付勢している。このとき、上部サポート１０６の上面に固定されたストッパー部材１２２にハンドル１１２が当たるので、ハンドル１１２はこの位置よりもさらにブラケット１２０側に回ることはない。さらに、上部サポート１０６の上面には、ハンドル１１２が矢印Ｗの方向に回って符号１１２Ａの位置に達したときに当たるストッパー部材１２６が固定されている。

底板１００には、ロック部材１１４の平面外形（幅ｄ_１）よりも若干大きい開口部１２４（幅ｄ_２）が形成されている。この開口部１２４は、ハンドル１１２を矢印Ｗの方向に回しストッパー部材１２６に当たったときにロック部材１１４と嵌合する位置に形成されている。

図１３（Ａ）では、ロック部材１１４の角部と、これに対向するロック部材１１４のもう一方の角部との間の長さｄ_３が開口部１２４の幅ｄ_２よりも大きくなっているので、ロック部材１１４が開口部１２４の縁に引掛かりロックされる。これによって、底板１００が閉まった状態を維持する。

スプリング１１８に抗してハンドル１１２を矢印Ｗの方向に回すと、図１３（Ｂ）に示すように、ロック部材１１４が開口部１２４と嵌合する位置（ｄ_２＞ｄ_１）に配置されてロックが解除される。

そして、土砂の重量によってヒンジ１０２を回転中心にして矢印Ｙの方向に底板１００が回転して開放される。

開放した底板１００を閉じるには、底板１００を外力によって押し上げるか、又は拡径掘削用バケット２２を地上に下ろせば、装置の自重によって底板１００が閉じられる。

底板１００を下から見た平面図の図１４に示すように、底板１００が押し上げられると開口部１２４の縁部１２８の裏側がロック部材１１４の傾斜面１１４Ａ、１１４Ｂ、と接し（図１４（Ａ））、さらに底板１００を押し上げることによってロック部材１１４が、丸棒１１０の中心を軸としてスプリング１１８に抗して回転し（図１４（Ｂ））、ついにロック部材１１４が開口部１２４と嵌合する位置になったときに（図１４（Ｃ））開口部１２４がロック部材１１４を通過して底板１００が閉じられる。

開口部１２４を通過したロック部材１１４は、スプリング１１８の付勢力により図１４（Ａ）と同じ位置に戻り底板１００が自動的にロックされる（図１４（Ｄ））。

図１５には、図１の杭孔２０に中間拡径部５６を形成した杭孔１５４において、この底部に拡底部を形成する掘削機１３０の全体構成が示されている。

杭孔の底部に配置された拡底掘削用バケット１３２以外の構成は、図１とほぼ同様であるので、同符号を付すると共に、適宜省略して説明する。

ケリーバ１２の下端部は、拡底掘削用バケット１３２の固定ポスト２４の上端部に接続された軸部材６０上の連結ブラケット２６にピン連結されている。

杭孔１５４は、拡径掘削されていない軸部５４と拡径掘削用バケット２２によって掘削された中間拡径部５６とによって構成されている。また、この中間拡径部５６は、上部傾斜面５６Ａ、鉛直面５６Ｂ、下部傾斜面５６Ｃからなり、杭孔１５４の中間２箇所に形成されている。

拡底掘削用バケット１３２は、図１６に示すように、上部スタビライザ部３６、拡縮バケット部１３６、底蓋部１３８によって構成され、上からこの順に配置されている。

拡縮バケット部１３６は、図２の拡縮バケット部３８のアーム部材３４と下部スタビライザ部４０を外して、着脱可能な底蓋部１３８を取付けたものである。

図１７に示すような、図９と同様の動作手順で、側壁板３０の拡縮が行われる。

図１８（Ａ）に示すように、固定ポスト２４の下端部に支持部材１４０が着脱可能に固定されている。そして、支持部材１４０の端部に設けられたヒンジ１４２に底蓋１４４が回転可能に連結されている。図１９に示すように、支持部材１４０の上面に嵌入部１７０が設けられており、下部スタビライザ４０と同様の構造によって、回転軸としての固定ポスト２４に底蓋部１３８が着脱可能に取付けられている。

図１８（Ａ）に示すように、底蓋１４４は下方向に尖った円錐形状になっており、ヒンジ１４２によって矢印Ｋの方向に開閉可能になっている。これによって、拡縮バケット部１３６に積載された掘削土砂を地上にて排出する。

底蓋１４４のロック機構１０４は、土砂回収用バケット９６に設けられたものと同じなので説明を省略する。

ヒンジ１４２は底蓋１４４の直径方向において、約１／４ほど内側の位置に設けられているので、底蓋１４４を開放したときに、拡縮バケット部１３６の下端から地上面までの距離を小さくすることができる。よって、土砂排出時の拡底掘削用バケット１３２の機械高を小さくすることができるので、掘削土砂の排出を容易にするために底蓋を大きくした場合でも拡底掘削用バケット１３２の機械高は大きくならない。

底蓋１４４を下から見た平面図である図１８（Ｂ）に示すように、底蓋１４４には底蓋１４４の中心に対して対称な位置に２つの略扇状の開口部１４６が形成されている。開口部１４６の回転方向端部の一方には長尺な掘削ビット１４８が取付けられており、さらに、底蓋１４４には、開口部１４６を底蓋１４４の上面側から覆う開閉板１５０が設けられている。

開閉板１５０は、図２０に示すように、開口部１４６の縁部付近に、掘削ビット１４８に対向するように設けられたヒンジ１５２によって矢印Ｇの方向に開閉する。

掘削ビット１４８は下方に尖った形状をしている。よって、旋回装置１４によりケリーバ１２を介して固定ポスト２４を矢印Ｍの方向に回転させ、側壁板３０と共に底蓋１４４を回転させると、孔底に溜まっている掘削土砂、及び掘削ビット１４８によって掘削された土砂は、矢印Ｊの方向に流れ、これによって底蓋１４４上に掘削土砂が集められる。

土砂排出のために拡底掘削用バケット１３２をクレーン１６で地上へ持ち上げる際には、開閉板１５０上に載った土砂の自重で開閉板１５０は閉まった状態になるので、開口部１４６から土砂がこぼれ落ちることはない。

次に、本発明の実施形態に係る拡径掘削用バケット２２の作用及び効果について説明する。

図２１、２２の施工手順図に示すように、本実施形態では、まず中間拡径部の掘削を行い、最後に拡底部の掘削を行う。なお、アーム部材３４及び下部スタビライザ部４０は側壁板３０の下端部に着脱できるので、アーム部材３４及び下部スタビライザ部４０を外して、別の傾斜角を有するアーム部材や拡底掘削用の底蓋部１３８に容易に付替えることができる。

まず、図２１（Ａ）においては、事前にケリーバ用のドリリングバケットによって地盤２８を掘削して孔杭２０を形成する。そして、孔壁の倒壊を防止するベントナイト等の安定液Ｌで満たされた孔杭２０内の中間拡径部を形成する位置に拡径掘削用バケット２２を配置する。

ここで、拡径掘削用バケット２２上部に設けられた上部スタビライザ部３６は、杭孔２０の孔壁とガイド部材４２の間にわずかな隙間を残す程度に、スライド部材４４をスライドさせてガイド部材４２の位置を調整し、貫通孔５０と貫通孔５２が一致する位置で、２本のボルト４８によって固定されている。また、全てのスライド部材４４のスライド量は等しくなっている。

これにより、ガイド部材４２が、杭孔２０の孔壁に接触して、軸部材６０に接続された固定ポスト２４の中心を杭孔２０の中心位置にガイドする。よって、上部スタビライザ部３６により、回転軸となる固定ポスト２４の中心が常に杭孔２０の中心位置にあるので、下から上へ中間拡径部を掘削したときの真円度を高めることができる。

また、アーム部材３４の下方にも下部スタビライザ部４０が設けられている。この下部スタビライザ部４０の土砂回収用バケット９６の側壁面が、杭孔２０の孔壁に接触して固定ポスト２４の中心を杭孔２０の中心位置にガイドする。よって、下部スタビライザ部４０により、固定ポスト２４の中心が常に杭孔２０の中心位置にあるので、上から下へ中間拡径部を掘削したときの真円度を高めることができる。

次に、図２１（Ｂ）においては、図９の動作手順に従い、旋回装置１４によりケリーバ１２を介して固定ポスト２４を矢印Ｍの方向に回転させながら側壁板３０を外側に拡げていく。

このとき、側壁板３０の掘削ビット３２、及びアーム部材３４の掘削ビット５８が杭孔２０の孔壁を掘削し、中間拡径部５６が形成される。

中間拡径部５６の掘削方法には、図２３に示すような、上から下へ掘削する方法と、図２４に示すような、下から上へ掘削する方法がある。どちらの方法を用いるかは、中間拡径部の形状、土質、拡縮回数等を考慮して適宜決めればよい。

図２３（Ａ）に示すように、まず、拡径掘削用バケット２２の径を最小にした状態で、クレーン１６により拡径掘削用バケット２２を所定の位置まで下ろして配置する。

次に、図２３（Ｂ）に示すように、固定ポスト２４、側壁板３０、及びアーム部材３４を回転させながら、予定した中間拡径部上部の傾斜面５６Ａの位置まで側壁板３０を拡げていく。この掘削が終わった後に、拡径掘削用バケット２２の径を最小にした図２３（Ａ）の状態に戻し、次の掘削位置まで拡径掘削用バケット２２を下ろす。

そして、この位置で、図２３（Ｂ）のときと同じような掘削を行い、この手順を繰返して図２３（Ｃ）〜（Ｅ）に示すように拡径掘削用バケット２２を徐々に下方へ移動させて行く。そして、この縦分割の掘削によって中間拡径部５６が形成される。

よって、中間拡径部上部の傾斜面５６Ａは側壁板上部３０Ａの掘削ビット３２によって掘削され、中間拡径部５６の最も大きな径の部分の鉛直面５６Ｂは側壁板下部３０Ｂの鉛直な壁面に設けられた掘削ビット３２によって削られ、中間拡径部５６下部の傾斜面５６Ｃはアーム部材３４に設けられた掘削ビット５８によって掘削される。

図２４においては、図２３とほぼ同様の手順で、側壁板３０及びアーム部材３４を回転させながら外側へ拡げて、下から上へ中間拡径部５６を掘削していく。

なお、本実施形態では、掘削予定の位置まで一度に側壁板３０及びアーム部材３４を拡げたが、中間拡径部５６の全長に渡って拡径掘削用バケット２２を上下に複数回往復させて、少しずつ拡径するような横分割の掘削を併用してもよい。

側壁板３０に設けられた掘削ビット３２、及びアーム部材３４に設けられた掘削ビット５８によって掘削された土砂は、図９（Ｃ）の矢印Ｕのように土砂回収用バケット９６に流れ込む。このとき、土砂回収用バケット９６の側壁面と杭孔２０の孔壁の間の隙間が小さい方が、この隙間からこぼれ落ちる土砂も少なくなるので、土砂回収用バケット９６の外径は杭孔２０の径に出来るだけ近い長さであることが好ましい。

流れ込んだ掘削土砂で土砂回収用バケット９６が一杯になったら、図２１（Ｃ）に示すようにクレーン１６により拡径掘削用バケット２２を地上に引上げて、図１３に示した手順で底板１００を開放し、掘削土砂を排出する。そして、図２１（Ａ）〜（Ｃ）の作業を適宜繰返し、必要な箇所に中間拡径部５６を形成する。

すべての中間拡径部５６の掘削が終了したならば、図２１（Ｄ）に示すように、拡径掘削用バケット２２のアーム部材３４及び下部スタビライザ部４０を外し、底蓋部１３８を取付けて拡底掘削用バケット１３２とし、拡底掘削用バケット１３２の径を最小にした状態でクレーン１６によって杭孔の底部まで下ろす。

次に、図２２（Ｅ）に示すように、固定ポスト２４、側壁板３０、及び底蓋１４４を回転させながら、図１７に示す動作手順で拡底掘削を行う。このとき、側壁板３０に設けられた掘削ビット３２によって掘削された土砂は図１７（Ｃ）の矢印Ｚのように、また、杭孔１５４の底部に溜まっている掘削土砂は図１８、２０の矢印Ｊの方向に流れて底蓋１４４上に溜まる。

回収した土砂が、拡底掘削用バケット１３２の最大積載量に達したときに、側壁板３０を内側に移動させて拡底掘削用バケット１３２の径を最小の状態にし、図２２（Ｆ）に示すように、クレーン１６にて拡底掘削用バケット１３２を地上に引上げて、底蓋１４４を開放し、掘削土砂を排出する。

ここで、拡底掘削用バケット１３２の油圧シリンダ７０は伸びる動作のときの方が大きなパワーを出力することができる。また、杭孔１５４の孔壁を掘削する際の側壁板３０の拡径動作よりも掘削土砂を中央に集める縮径動作の際に大きなパワーを必要とする。よって、リンク機構６６は、油圧シリンダ７０のピストンロッド８６が伸びたときに側壁板３０が縮径する機構なので、油圧シリンダ７０を有効に作用させることができる。

土砂を地上に排出した後には、拡底掘削用バケット１３２を再び杭孔１５４の底部に下ろし、拡底掘削を行う。そして、図２２（Ｅ）、（Ｆ）の作業を繰返して拡底部１５８を形成し、図２２（Ｇ）に示すような、多段に拡径された杭孔１５６を構築する。

これまで述べたように、本実施形態では、アーム部材３４が側壁板３０の下端部に着脱可能に設けられているので、掘削予定の中間拡径部下部の傾斜面に合ったアーム部材を装着することによって、中間拡径部下部のさまざまな傾斜面の掘削に対応することができる。

また、傾斜面を有する中間拡径部を形成することができるので、掘削後の中間拡径部下部の法尻の崩落を防止し、孔壁安定液中のスライム等が中間拡径部下部に堆積しないようにすることができる。

また、中間拡径部下部の傾斜面に合わせた形状の側壁板を有する拡径掘削用バケットを別途製作した場合には、１つの工事に拡底掘削用と中間拡径掘削用の２つのバケットを用意しなければならないのでコスト高になってしまうが、本実施形態の拡径掘削用バケット２２は、アーム部材３４及び下部スタビライザ部４０が着脱可能なので、アーム部材３４及び下部スタビライザ部４０を外して、固定ポスト２４の下端部に拡底掘削用の着脱可能な底蓋部１３８を取付けることによって、１つの拡径掘削用バケットで中間拡径及び拡底の両方の掘削を行うことができる。

また、上部スタビライザ部３６及び下部スタビライザ部４０により、回転する固定ポスト２４の中心が常に杭孔の中心位置にあるので、中間拡径部の真円度を高めることができる。

また、通常の拡径掘削用バケットでは、拡翼部上方に位置する回転軸にスタビライザ部が設けられているだけなので、拡径掘削用バケットを上から下に移動させながら中間拡径部の掘削を行う場合には、スタビライザ部の径よりも掘削した杭孔の径の方が大きくなるので、拡翼部上方のスタビライザ部が杭孔の孔壁に接触しなくなる。よって、拡翼部上方に位置するスタビライザ部が、回転軸の中心を杭孔の中心位置にガイドする役目を果たさなくなってしまう。

しかし、本実施形態の拡径掘削用バケット２２は、下部スタビライザ部４０の土砂回収用バケット９６をアーム部材３４の下方に設けているので、拡径掘削用バケット２２を上から下に移動させながら中間拡径の掘削を行う場合（図２３）においても常にアーム部材３４下方の下部スタビライザ部４０がガイドの役目を果たし、これによって、中間拡径部の真円度を高めることができる。

また、下部スタビライザ部４０の土砂回収用バケット９６が、側壁板３０及びアーム部材３４により掘削された土砂を直接受けることができるので、杭孔の底部に落ちて溜まった掘削土砂の回収のために、杭孔の底部まで回収用バケットを繰返し下ろす作業を頻繁に行わなくてよい。

このように、本実施形態の拡径掘削用バケット２２を用いることによって、杭孔の中間に中間拡径部を形成することができるので、この杭孔に杭を構築したときに中間拡径部が地中でネジ山のような働きをして周囲の地盤から大きな鉛直支持力と引抜抵抗力を得ることができる。

よって、拡径を小さくしても十分な鉛直支持力と引抜抵抗力が得られるので、建設副産物となる掘削土や杭施工時に使用する孔壁安定液を削減でき、環境負荷低減を図ることができる。

さらに、杭の材料であるコンクリートや鉄筋を削減することができるので、コスト低減や工期短縮を図ることができる。高強度コンクリートは、杭自体の強度を上げることができるので、高拡径率の中間拡径部や拡底部を有する杭の材料として適している。

なお、本実施形態において、中間拡径部５６の掘削を行った後に拡底部１５８の掘削を行った例を示したが、これに限らずに、拡底部１５８の掘削を行った後に中間拡径部５６の掘削を行ってもよい。中間拡径部の掘削を行った後に拡底部の掘削を行う場合、杭孔の底部に溜まった掘削土砂を最後にまとめて回収することができる。

また、事前にケリーバ用のドリリングバケットによって地盤２８を掘削して孔杭２０のすべてを形成した後に中間拡径部５６及び拡底部１５８を掘削する例を示したが、孔杭を段階的に掘り進めながら、中間拡径部を掘削するようにしてもよい。すべての孔杭を形成した後に中間拡径部及び拡底部を掘削する方が、掘削が完了した中間拡径部を掘削用バケットが通過する回数を減らすことができるので、掘削が完了した中間拡径部の法尻等の崩落を防ぐことができる。

また、杭孔２０は、拡底掘削用バケット１３２によって掘削してもよい。

また、４つの側壁板３０を設けた例を示したが、側壁板３０は分割できるように２つ以上で構成されていればよい。側壁板３０が２つの場合、拡縮する力が２方向に偏ってしまって十分な真円度の確保が難しく、また、側壁板３０を多くすると構造が複雑になり多くの油圧シリンダを必要とするので、側壁板３０は４つとするのが好ましい。

また、掘削ビット３２、５８、１４８は、地盤を掘削できるものであればよく、大きさや配置等については、必要に応じて適宜決めればよい。

また、底板１００の開閉を行うヒンジ１０２は、土砂回収用バケット９６の側壁下部の内側に設けられているが、構造的に可能であれば、底蓋１４４のようにヒンジをさらに内側に入った位置に設けてもよい。これにより、底板１００を開放したときに、土砂回収用バケット９６の下端から地上面までの距離を小さくすることができるので、掘削土砂を排出し易くするために大きな底板１００を用いた場合においても、土砂排出時の拡径掘削用バケット２２の機械高は大きくならない。

また、拡縮バケット部３８は、下部スタビライザ部、アーム部、及び底蓋部が着脱可能に取付けられ、拡翼部が拡縮するものであればよく、リンク機構６６を用いたものでなくてもよい。

拡径掘削用バケット２２は下方に下部スタビライザ部４０が設けられ、機械高が高くなるので、本実施形態のような、高さを低く抑えた拡縮バケット部３８、１３６や、開放時の拡縮バケット部１３６下端から地上面までの距離を小さくした底蓋１４４を用いることが好ましい。

また、拡径掘削用バケット２２は、掘削予定の中間拡径部下部の傾斜面に合ったアーム部材３４を装着することによって、中間拡径部下部のさまざまな傾斜面の掘削に対応することができるものであるが、中間拡径部下部の傾斜面の傾斜角は４５度程度であることが施工及び構造的に好ましい。

また、杭孔２０の中間の２箇所に中間拡径部５６を形成した例を示したが、中間拡径部の配置や数は、杭に求められる鉛直支持性能等に応じて適宜決めればよい。

また、油圧シリンダ７０は、ピストンロッド８６に相当する部材を伸縮する装置であればよい。

また、吊り支柱９４は、土砂回収用バケット９６を固定ポスト２４の下端部に、ガイドとしての機能を有する強度を確保するように取付けられ、側方から掘削土砂が入り込めるものであればよく、例えば、土砂回収用バケット９６の中心から鉛直に立設した円筒状のパイプ等でもよい。

また、上部スタビライザ部３６は、拡径掘削用バケット２２及び拡底掘削用バケット１３２の回転軸を杭孔の中心位置にガイドできるものであれば、どのような形状でもよく、拡径部の十分な真円度が得られる掘削が可能であれば上部スタビライザ部３６はなくてもよい。

また、下部スタビライザ部４０にガイド機能を持たせなくてもよい場合には、土砂回収用バケット９６の径を小さくしたり、平面視にて正方形や多角形等の他の形状にしてもよい。また、拡径掘削用バケット２２の機械高に余裕がある場合には、土砂回収用バケット９６を底の深い受け皿にしてもよい。

逆に、下部スタビライザ部４０に土砂回収機能を持たせなくてもよい場合には、土砂回収用バケット９６を受け皿とせずに、例えば、上部スタビライザ部３６のようにしてもよい。

本発明の実施形態に係る掘削機を示す概略図である。 本発明の実施形態に係る拡径掘削用バケットを示す斜視図である。 本発明の実施形態に係る上部スタビライザ部を示す平面図である。 図２のＡ−Ａ断面図である。 本発明の実施形態に係る拡径掘削用バケットを示す正面図である。 本発明の実施形態に係るアーム部材を示す正面図及び断面図である。 本発明の実施形態に係るアーム部材の着脱方法を示す説明図である。 本発明の実施形態に係るアーム部材の着脱方法を示す説明図である。 本発明の実施形態に係る拡径掘削用バケットの拡縮動作を示す説明図である。 本発明の実施形態に係る下部スタビライザ部を示す正面図である。 本発明の実施形態に係る下部スタビライザ部の着脱方法を示す説明図である。 本発明の実施形態に係る下部スタビライザ部のロック部材を示す斜視図である。 本発明の実施形態に係る下部スタビライザ部のロック機構を示す説明図である。 本発明の実施形態に係る下部スタビライザ部のロック機構を示す説明図である。 本発明の実施形態に係る掘削機を示す概略図である。 本発明の実施形態に係る拡底掘削用バケットを示す斜視図である。 本発明の実施形態に係る拡底掘削用バケットの拡縮動作を示す説明図である。 本発明の実施形態に係る底蓋部を示す正面図及び平面図である。 本発明の実施形態に係る底蓋部の着脱方法を示す説明図である。 本発明の実施形態に係る拡底掘削用バケットの土砂回収方法を示す説明図である。 本発明の実施形態に係る拡径掘削用バケット及び拡底掘削用バケットの施工手順を示す説明図である。 本発明の実施形態に係る拡径掘削用バケット及び拡底掘削用バケットの施工手順を示す説明図である。 本発明の実施形態に係る中間拡径部の掘削方法を示す説明図である。 本発明の実施形態に係る中間拡径部の掘削方法を示す説明図である。 従来の拡底杭を示す概略図である。 従来の中間拡径杭を示す概略図である。 従来の分割バケット型回転掘削装置を示す概略図である

符号の説明

１０ 掘削機
２０ 杭孔（縦穴）
２２ 拡径掘削用バケット
２４ 固定ポスト（回転軸）
３０ 側壁板（拡翼部）
３４ アーム部材（アーム部）
４０ 下部スタビライザ部（スタビライザ部）
５６ 中間拡径部
５６Ｃ 傾斜面
９６ 土砂回収用バケット（受け皿）

Claims (3)

1. 掘削機本体に懸架されて回転する回転軸に設けられ、拡縮して縦穴の穴壁を掘削し、前記縦穴の中間に中間拡径部を形成する拡翼部と、
   前記拡翼部の下端部に着脱可能に設けられ、前記中間拡径部の下部に前記縦穴の中心に向う傾斜面を形成するアーム部と、
   を備えることを特徴とする拡径掘削用バケット。
2. 前記回転軸の下端部に着脱可能に設けられ、前記縦穴の穴壁に接触して前記回転軸の中心を前記縦穴の中心位置にガイドするスタビライザ部を備え、
   前記スタビライザ部が前記アーム部の下方に位置することを特徴とする請求項１に記載の拡径掘削用バケット。
3. 前記スタビライザ部は、受け皿であることを特徴とする請求項２に記載の拡径掘削用バケット。
   

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