JP2009156010A - 杭打抜機の芯合せ方法、及び同芯合せ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 長尺（例えば約１００メートル）の鋼管杭を地上に立てた状態で、クレーンで吊持した杭打抜機を、上記鋼管杭の頂部に装着する技術を改良して、該杭打抜機と鋼管杭頂部との位置関係を、夜間であっても容易に認識できるようにする。
【解決手段】 （Ａ）は従来例，（Ｂ）は本発明の１例を示し、チャックを下方から見た底面図である。４個のチャック７が、鋼管杭８（仮想線）に対応させて対称に配置され、その中央部は空間Ｅになっている。この空間部Ｅを利用して、チャック７の対称中心の位置に、誘導目標となるランプ１０を設けるとともに、その側方には鋼管杭の頂部に向けて投光する杭頂照明ライト１１を設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、鋼管杭の上端に杭打抜機を装着する際、鋼管杭に対して杭打抜機を芯合せする方法、及び同装置に関するものである。
杭打ち作業および杭抜き作業には多種類の作業態様が有るが、本発明は長尺（例えば約１００メートル）の杭を夜間作業で打ち込むに適している。

長尺の杭を地中に打設する際、比較的短い杭材を用いて、これを地中へ打ち込みながら順次に溶接で継ぎ足す工法と、最初から長尺の杭を地上に立てて打ち込んでゆく工法とが有り、本発明は後者の工法（最初から長尺）に属する。
図２は、平成１９年末に空港拡張工事のため施工される杭打工事の模式的な計画図である。工事は公然とお粉なわれるので、本発明の出願は着工以前とした。従って、本図は未だ計画図である。
本例における鋼管杭８は、長さ約９０メートル、直径約１．３メートルである。
鋼管の径が数十センチメートル若しくはそれ以下であれば、１個の杭チャックで鋼管杭を把持して打ち込むことができる。
また、鋼管の径が数メートル以上であれば、鋼管の頂部に複数個の杭打抜機を輪状に並べて装着されるのが通例である。

本例（図２）の杭打抜機は、直径１．３メートルの鋼管杭を打ち込むために設計製作された新機種であって、複数個の杭用チャックを備えている。
詳しくは、１基の杭打機に４個のチャック７が対称に配設されている（詳細後述）。
鋼管杭８は地上に立てて仮保持されている。クレーン９は、杭打抜機を吊り上げて、前記鋼管杭の頂部まで搬送する。その手順は次のとおりである。
杭打抜機の構造については図３および図４を参照して後に詳しく説明する。
杭打抜機はクレーン９によって図２の符号１Ａで示したように、鋼管杭８の頂上よりも高く吊り上げられ、矢印ａのように鋼管杭８のほぼ真上の位置１Ｂまで誘導されて移動せしめられる。

鋼管杭８に直近の位置１Ｃまでは、比較的速やかに吊り降ろされ（矢印ｂ）、
鋼管杭直近の上方位置１Ｃにおいて水平方向に微動させ（往復矢印ｃ，ｃ′）て芯合わせされてから、更に徐降（矢印ｄ）され、
４個のチャック７が鋼管杭の頂部円を四等分する箇所を把持する。
前記の芯合わせは、後述するチャックのガイド（図４）によって自動的に修正されるが、大きく狂っていると自動修正可能範囲を外れてしまうので、数センチメートル以内の誤差に留めたい、この精度は、例えば工作機械類に比べるとラフである。しかし、９０メートルの上空で行なわれることを考えると、高度の熟練を以てしても容易でないことが理解されよう。

図３は前記杭打抜機の正面図である。以下に、その構造の概要を説明する。
杭打抜機の全体に符号１を付する。
符号２を付して示したのは起振部である。本例では、４軸の偏心重錘式起振機によって構成されている。
符号３を付して示したのは駆動部である。本例では電気モータによって構成されている。
符号４を付して示したのは緩衝部であって、駆動部３で発生した振動がクレーンに伝わらないよう、吊りバネによって構成されている。符号５は吊り具である。

前記起振部２の下方に、剛性の大きいチャックベース６が固着され、その下側に４個のチャック７が設置されている。図において符号７′を付したチャックは側面を見せており、かつ、２個のチャックが重なって、１個だけが描かれている。
これら４個のチャック７を下方から見ると図１（Ａ）のごとくである。
なお、本発明においては、正常な使用状態を描いた図２に基づいて上，下を呼称する。
図３，図４も同様に、図における上下と呼称の上下とが一致している。図１だけが底面図であって、図の紙面に直角な方向が上下方向である（紙面手前が下方）。
図１（Ａ）において、仮想線で鋼管杭８の位置を示してある。４個のチャック７は、上記鋼管杭８を対称に把持するように配設されて
参考線Ｓは対称に配置する基準とした円であり、符号Ｏは対称の中心点である。
４個のチャックの間には障害物の無い中央空間部Ｅが形成されている。

前記４個のチャック７は相互に同形同寸であり、その内の１個をとって２面図に描くと図４のごとくである。
チャックは一般に固定爪７ａと可動爪７ｂとを対向せしめて構成されている。
可動爪７ｂは枢支軸７ｃで軸支されたレバー構造であって、シリンダ７ｄによって傾動せしめられる。
前記固定爪７ａと可動爪７ｂとのそれぞれには、耐摩耗性の焼入鋼で作られた挟持歯７ｅが装着されていて、平行に対向している。

図４において符号８を付して示したのは、チャックによる把持の対象物である鋼管杭の部分的断面である。
静止している鋼管杭８の上方からチャックが徐降してくると、該鋼管杭８はチャックに対して相対的に上昇する。
鋼管杭８の管壁（図においてハッチングを付す）が上昇して、２個の挟持歯７ｅ，７ｅの間に入ることは容易でないから、固定爪７ａの下端にガイド７ｆが取り付けられている。
図示の矢印ｇは、鋼管杭８がガイド７ｆに接触したとき、滑りながら導かれる経路を示している。
参考線Ｘ−Ｘは、チャックベース（図３において符号６）に対する取付面を表わしている。
２個の挟持歯７ｅ，７ｅの間隔寸法と鋼管杭８の厚さ寸法との差は僅かであるが、前記のガイド７ｆが設けられているので、鋼管杭に対する杭打抜機の芯合わせ作業には、数センチメートル程度の誤差が許容される。
しかし、芯狂い寸法（芯合せ誤差）が大きくて、鋼管杭がガイド７ｆの案内斜面を外れると芯合わせ作業は失敗である。
チャックにガイドを設けることについては、例えば特開２００１−３１７０５２公報に記載された技術が公知である。しかし、図２に例示したように約１００メートルの上空で芯合わせすることは考慮されていなかった。さらに、夜間作業は考慮に入っていなかった。
夜間作業とは、必ずしも太陽の昇降に限定されず、環境照明が明るくない状態の意である。
特開２００１−３１７０５２公報

図２に示した鋼管杭の打設計画においては、鋼管の長さ寸法が９０メートルであり、しかも、１日３交替で２４時間連続工事になる。
地上から降り仰ぐ９０メートルの上空は途方もなく高く感じられ、杭打抜機は小さく、鋼管杭上端は細く見える。
明視距離は３０センチメートルであるから、９０メートル離れると明視距離の３００倍の遠方から視ている勘定である。その大きさは必然的に、明視距離における大きさの１／３００に見える。
直径１．３メートルの鋼管は、直径４．３ミリメートル、鉛筆よりも細く見える。
これは文学的表現ではなく科学的な計算である。

従来においては、図２と類似の芯合わせ操作を、作業員の熟練と、前記ガイドの作用とに頼って行なってきたのであるが、鋼管杭の長さ寸法が９０メートルに及び、夜間も作業しなければならなくなって、遂に可能の限界を越えた。
従来技術の範囲内で強いて行なおうとするならば、
鋼管杭は通常列設されるものであるから、打設しつつある鋼管杭に隣接した既設杭が有ることを利用して、
既設杭の上に照明灯を取りつけて新設杭の頂上付近を照らしながら、既設杭の頂上に登った現場監督が指図して杭打抜機を誘導しなければならない。
地上から投光器で鋼管杭の頂部を照らしても、照明角度の関係から、有効な作業支援にはならない。

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、地上に立てられた長尺の鋼管杭の上端に対して、クレーンで吊持された杭打抜機を容易に迅速に誘導し、かつ芯合わせすることのできる方法、および同装置を提供するにある。

本発明者らは、課題を解決するため、前掲の図２に表された作業条件を作り出して実験して、技術的困難の情況と原因とを探求し、次の知見を得た。
ａ．芯合わせしようとする杭打抜機までの距離が遠くて、小さくしか見えない上に、いくら照明しても、背景が夜空であるから位置感が掴めない。
ｂ．芯合わせ対象である鋼管杭の上端部が旨く照明されないので、杭打抜機との相対的な位置関係を掴むことができない。
そこで本発明者らは、杭打抜機の位置を目視で標定するための点光源を設けるとともに、鋼管杭の上端部を、さらにその上方から照明できる手段を設けた。
ただし、本発明において点光源とは、光学的に厳密な点光源ではなく、目視した者が点と感じる程度に小さい光源の意である。
また、目視とは広義の目視であって、「電波や音響ではなくて可視光を用いる」という意であり、双眼鏡などの光学機器を用いることを妨げない。

前述の原理に基づいて創作した請求項１の発明方法は、
地上に立てて保持されている鋼管杭の上端よりも高い位置（１Ａ）に、複数個のチャック（７）を備えた杭打抜機をクレーン（９）で吊り上げ、
上記杭打抜機をほぼ水平方向（矢印ａ）に移動させて鋼管杭のほぼ真上（１Ｂ位置）に誘導して移動せしめ、該杭打抜機を吊り降ろし（矢印ｂ）して鋼管杭に近接（１Ｃ位置）せしめ、更に水平方向（往復矢印ｃ）に微調節して前記複数個のチャック（７）のそれぞれを鋼管杭の上端にほぼ正対させてから、徐降（矢印ｄ）させる方式の杭打抜機の芯合せ方法において、
前記の杭打抜機に対して前記複数個のチャック（７）を対称に配置して装着するとともに、対称中心に位置せしめて、誘導の目標となるランプ（１０）を予め設置しておき、
かつ、該誘導目標ランプ（１０）の下方に向けて投光する杭頂照明用のライト（１１）を予め設置しておいて、
前記杭打抜機を鋼管杭のほぼ真上（１Ｂ）へ誘導する際、前記誘導目標ランプ（１０）を点灯し、その光源位置を目視して杭打抜機の位置および移動状態を認識し、
前記杭頂照明用ライト（１１）を発光せしめて、前記誘導目標ランプの下方に位置している鋼管杭の頂部を照明し、杭打抜機と鋼管杭との相対的な位置関係を判断することを特徴とする。

請求項２に係る発明方法は、前記請求項１の発明方法の構成要件に加えて、前記複数個のチャック（７）のそれぞれに、『鋼管杭の上端がチャックに挿入されて挿入ストロークの終点に達したとき、該鋼管杭の当接を受けて作動する接触センサ（１２）』を設けておき、
前記の杭打抜機を鋼管杭の上端にほぼ正対させてから徐降（矢印ｄ）させる際、前記接触センサ（１２）の出力信号によって鋼管杭の挿入完了を感知し、チャックのシリンダ（７ａ）を作動せしめて鋼管杭を把持することを特徴とする。

請求項３に係る発明装置の構成は、
杭打抜機の起振部（２）に固着されたチャックベース（６）の下方に、複数個のチャック（７）が対称に配置されており、
前記チャックベースの下側に、対称に配置されたチャックの対称中心に位置せしめて、点灯したとき点光源として視認される誘導用の目標ランプ（１０）が設けられており、
かつ、前記チャックベースに、前記目標ランプの下方に向けて投光する杭頂照明用のライト（１１）が設けられていることを特徴とする。

請求項４に係る発明装置の構成は、前記請求項３の発明装置の構成要件に加えて、
前記チャック（７）の固定爪（７ａ）と可動爪（７ｂ）とが対向しており、
対向している双方の爪を平行２辺とするコの字形の凹部が形成されていて、
上記コの字形凹部の平行２辺にほぼ直交する行き止まり箇所付近に位置せしめて、この凹部へ挿入された鋼管杭の当接を受け得る構造の接触センサ（１２）が設けられていることを特徴とする。

請求項１に係る発明方法を適用すると、対称に配置されている複数個のチャックの中心に誘導目標ランプ（１０）が設けられているので、地上から見上げたとき、チャック中心が点光源として認識される。このため、該点光源の高度が１００メートル程度に高くても、また夜空を背景にしていても、その位置が容易に、かつリアルタイムで認識され、容易に誘導することができる。
しかも、杭打抜機に設置された杭頂照明ライトによって鋼管杭の頂部が照明されるので、鋼管杭の上端が逆光の中にシルエットで浮かび上がり、明瞭に視認することができる。
このため、杭打抜機のチャック中心を表す点光源と相俟って、迅速かつ容易に、所要の精度（誤差数センチメートル）で芯合わせすることができる。

請求項２の発明方法を適用すると、チャックの中へ鋼管杭が確実に挿入されたか否かを容易にかつリアルタイムで確認できるので、チャックによる鋼管杭の把持操作に失敗したことに気付かずに次の作業工程（油圧操作による鋼管杭の挟圧）へ進んでしまう虞れが無い。

請求項３に係る発明装置を適用すると、杭打抜機の中心であるチャックの対称中心位置が点光源として表されるので、該杭打抜機が１００メートル程度の高所に在っても、また夜空を背景にしていても、その位置を迅速容易に目視で認識することができる。
その上、鋼管杭の上端部が杭頂照明ライトによって、その上方から投光して照明されるので、鋼管杭が長尺（１００メートル程度）であっても、明瞭に視認することができる。
換言すれば、請求項３の発明装置によると請求項１の発明方法を容易に実施して、その効果を充分に発揮させることができる。

請求項４に係る発明装置を適用すると、チャックの中へ鋼管杭が挿入されたことを確実に感知することができるので、安心して、かつ自信を持って次の工程に進むことができ、
杭打設工事の信頼性を高め、かつ作業能率を上昇させることができる。
換言すれば、請求項４の発明装置によると、請求項２の発明方法を容易に実施して、その効果を充分に発揮させることができる。

以下に、添付図面を参照しつつ本発明の実施形態を説明する。
図１（Ａ）は、先に説明したように従来例に係る杭打抜機のチャック配置を模式的に描いた底面図である。
この従来例に本発明装置（請求項３）を適用して改良すると図１（Ｂ）のごとくになる。
４個のチャック７は、鋼管杭８を把持するため、従来技術においても対称に配置されている。ここに言う対称は線対称ではなく、回転対称（点対称）であり、符号Ｓは対称円、符号Ｏは対称中心である。

図１（Ｂ）の実施形態においては、前記の対称中心に位置せしめて誘導目標ランプ１０が設置されている。
上記の誘導目標ランプ１０は、発光面積の小さいものを適宜に選定すれば宜敷いのであるが、チャックベース（図３において符号６の部材）に装着されて激しい振動を受けることになるから、耐振性に優れたものであることが望ましい。ただし、この誘導目標ランプは、次の段落で説明するように、チャック操作の前期工程に使用される部材であって、振動杭打時には消灯しておけば良いから、耐振性について格別に難くはない。

次に、前期誘導目標ランプの使用方法について、図２を参照しつつ説明する。
この誘導目標ランプは、杭打抜機を鋼管杭の上端に装着する作業の前期工程に使用される。
クレーン９で吊り上げられた１Ａ位置の杭打抜機を１Ｂ位置まで、すなわち鋼管杭８のほぼ真上の位置１Ｂまで、矢印ａのように誘導する際に使用される。
地上の作業員は９０メートル余り上空の杭打抜機を見上げるので、その目視確認は容易でない。特に夜間においては至難である。

前記の誘導目標ランプ１０が設けられていると、地上の作業者にとって杭打抜機１Ａの位置が、図示の符号ｒの点光源として認識される。該杭打抜機の移動も、点光源ｒの移動として容易に、かつリアルタイムで認識される。
このようにして、図示矢印ａの前期工程は、迷わず容易に行なわれる。迷わないから作業能率が高い。
もし、周辺に妨害光が有ったりする場合は、前記の誘導目標ランプ１０を点滅式にしたり、着色光を投光させたり、もしくは周期的に変色させるなどすることによって、容易にかつ確実に識別することができる。

図２参照、杭打抜機が鋼管杭８の上方（１Ｂ）に来たとき、前記誘導目標ランプ１０の下方に鋼管杭８の頂部が位置していることになる。
この状態を図１（Ｂ）について考察すると、誘導目標ランプ１０から紙面手前側に、実寸法数メートルの所に鋼管杭の頂部が在る。
上記仮想の杭頂部に向けて投光するよう、杭頂照明ライト１１を設置する。
本例においては、前記誘導目標ランプ１０の側方に２個の杭頂照明ライト１１を設けたが、本発明を実施する際、杭頂照明ライトの設置個数は任意に設定することができる。
先に述べたように、複数個のチャック７相互の間は中央空間部Ｅであるから、ランプ類を設置するについて空間的な余裕は充分である。

次に、前記杭頂照明ライトの使用方法について、図２を参照して説明する。
鋼管杭８のほぼ真上の位置１Ｂまで移動させた杭打抜を矢印ｂのごとく鋼管杭直近の位置１Ｃまで吊り降ろすに際して、下げ過ぎるとチャック７が鋼管杭の頂部と嵌め合わされないままに下降して衝突する危険性が有る。
そこで１Ｃ位置で吊り降ろしを停止させ、往復矢印ｃ，ｃ′のように芯合わせをしなければならない。
このとき、前記の杭頂照明ライト１１を点灯させて、鋼管杭８の頂部を上方から照明する。
この状態において、鋼管杭の上端を基準として杭頂照明ライトが近くに位置しているので、比較的小さい光量でも高い照度が得られる。

杭打抜機の位置は前記誘導目標ランプ１０により点光源として表されており、鋼管杭の頂部は杭頂照明ライト１１によって照らし出されているので、両者の位置関係を目視で認識することが容易である。
図２において往復矢印ｃ，ｃ′で表されている芯合わせ操作と、矢印ｄで表されている徐降操作とから成る中期工程は、以上に述べたようにして容易に、かつ安全確実に遂行される。

次いで、芯合わせ作業の後期工程として（図４参照）チャックのシリンダ７ｄを操作し、２個の挟持歯７ｅで鋼管杭８の管壁を挟圧する。
このとき大切なことは、鋼管杭８が完全に挟持歯７ｅの間に挿入されているか否かを確認することである。
もし、充分に挿入されていない状態で鋼管杭を挟持しようとすると、芯合わせ作業は失敗に終るのみでなく、そのまま起振機を作動させるとチャック等の損傷を招く虞れが有る。

そこで本実施形態においては図４に示すように、鋼管杭の挿入を検知する接触センサ１２を設ける。
接触センサにしたのは、簡単で安価、かつ耐振性に優れた接触センサで足りるからである。高価であることを承知の上で非接触センサで代替しても、本発明の応用であって本発明の技術的範囲に属する。
該接触センサ１２を設ける箇所は、２個の挟持歯７ｅを平行２辺とするコの字形凹部の奥が良い。しかし、センサの性能や形状寸法など、何らかの理由によってコの字形凹部の奥以外の箇所にセンサを設けても、本発明の応用形態であって、その技術的範囲に属するものである。
上述のようにして鋼管杭の上端がチャックに挿入されたことを確認すると、シリンダ７ｄを操作して鋼管杭を挟持し、芯合わせ作業の後期工程を完了する。

チャックを下方から見て描いた模式的な底面図であって、（Ａ）は従来例を、（Ｂ）は本発明の実施形態を、それぞれ表している。 鋼管杭の上端部に対して杭打抜機を装着する作業の工程を説明するための正面図である。 従来例の杭打抜機の正面図である。 杭打抜機用のチャックを描いた２面図であって、本発明に係る接触センサ１２の設置箇所を仮想線で描いてある。

符号の説明

１…杭打抜機
１Ａ…クレーンで吊り上げられた杭打抜機の位置
１Ｂ…鋼管杭のほぼ真上まで移動した杭打抜機の位置
１Ｃ…鋼管杭に直近まで吊り降ろされた杭打抜機の位置
２…杭打抜機の起振部
３…杭打抜機の駆動部
４…杭打抜機の緩衝部
５…吊り具
６…チャックベース
７…チャック
７ａ…固定爪
７ｂ…可動爪
７ｃ…枢支軸
７ｄ…シリンダ
７ｅ…挟持歯
７ｆ…ガイド
８…鋼管杭
９…クレーン
１０…誘導目標ランプ
１１…杭頂照明ライト
１２…接触センサ

Claims (4)

1. 地上に立てて保持されている鋼管杭の上端よりも高い位置（１Ａ）に、複数個のチャック（７）を備えた杭打抜機をクレーン（９）で吊り上げ、
   上記杭打抜機をほぼ水平方向（矢印ａ）に移動させて鋼管杭のほぼ真上（１Ｂ位置）に誘導して移動せしめ、該杭打抜機を吊り降ろし（矢印ｂ）して鋼管杭に近接（１Ｃ位置）せしめ、更に水平方向（往復矢印ｃ）に微調節して前記複数個のチャック（７）のそれぞれを鋼管杭の上端にほぼ正対させてから、徐降（矢印ｄ）させる方式の杭打抜機の芯合せ方法において、
   前記の杭打抜機に対して前記複数個のチャック（７）を対称に配置して装着するとともに、対称中心に位置せしめて、誘導の目標となるランプ（１０）を予め設置しておき、
   かつ、該誘導目標ランプ（１０）の下方に向けて投光する杭頂照明用のライト（１１）を予め設置しておいて、
   前記杭打抜機を鋼管杭のほぼ真上（１Ｂ）へ誘導する際、前記誘導目標ランプ（１０）を点灯し、その光源位置を目視して杭打抜機の位置および移動状態を認識し、
   前記杭頂照明用ライト（１１）を発光せしめて、前記誘導目標ランプの下方に位置している鋼管杭の頂部を照明し、杭打抜機と鋼管杭との相対的な位置関係を判断することを特徴とする、杭打抜機の芯合せ方法。
2. 前記複数個のチャック（７）のそれぞれに、『鋼管杭の上端がチャックに挿入されて挿入ストロークの終点に達したとき、該鋼管杭の当接を受けて作動する接触センサ（１２）』を設けておき、
   前記の杭打抜機を鋼管杭の上端にほぼ正対させてから徐降（矢印ｄ）させる際、前記接触センサ（１２）の出力信号によって鋼管杭の挿入完了を感知し、チャックのシリンダ（７ａ）を作動せしめて鋼管杭を把持することを特徴とする、請求項１に記載した杭打抜機の芯合せ方法。
3. 杭打抜機の起振部（２）に固着されたチャックベース（６）の下方に、複数個のチャック（７）が対称に配置されており、
   前記チャックベースの下側に、対称に配置されたチャックの対称中心に位置せしめて、点灯したとき点光源として視認される誘導用の目標ランプ（１０）が設けられており、
   かつ、前記チャックベースに、前記目標ランプの下方に向けて投光する杭頂照明用のライト（１１）が設けられていることを特徴とする、杭打抜機の芯合せ装置。
4. 前記チャック（７）の固定爪（７ａ）と可動爪（７ｂ）とが対向しており、
   対向している双方の爪を平行２辺とするコの字形の凹部が形成されていて、
   上記コの字形凹部の平行２辺にほぼ直交する行き止まり箇所付近に位置せしめて、この凹部へ挿入された鋼管杭の当接を受け得る構造の接触センサ（１２）が設けられていることを特徴とする、請求項３に記載した杭打抜機の芯合せ装置。

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