JP2010005728A - コンクリート孔の拡張装置および拡張方法 - Google Patents

Abstract

【課題】鉄筋コンクリート等に設けた孔を効率よく拡張することができる。
【解決手段】孔拡張装置１は、高圧ポンプ１６より高圧水が供給される管体２と、管体２の先端部に装着され、上下一対のノズル３１、３２を側面に設けたノズルヘッド３と、管体２をその軸方向に往復移動させるための送り機構４と、ノズル３１、３２を管体２の中心軸線を中心に回転させるための回転機構５とを備えている。上側ノズル３１および下側ノズル３２は、互いに上下方向に間隔をあけて配置されるとともに、上側ノズル３１が吐出口を斜め下方に向けて配置され、且つ下側ノズル３２が吐出口を斜め上方に向けて配置されてなり、それぞれのノズル３１、３２から噴出される高圧水Ｗ１、Ｗ２どうしが互いに衝突することなく立体交差となるように構成し、これによりコンクリート構造物１０に設けられたコンクリート孔１１の断面を拡張するようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば鉄筋コンクリート造の構造物に設けたコンクリート孔を高圧水を用いて拡張するためのコンクリート孔の拡張装置および拡張方法に関する。

従来、鉄筋コンクリート（ＲＣ）造の構造物の補強工事などでは、補強箇所のコンクリートをはつったり削孔するといった作業が行われている。このうちコンクリートの削孔作業には、コアボーリングや高圧水のウォータージェットによる削孔装置を用いて削孔しているのが一般的となっている（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１には、管体の先端部にノズルを装着し、ノズルを回転機構により回転させ且つ送り機構により前進させつつ、高圧ポンプから高圧水を供給して削孔を行う構造であって、ノズルはその回転軸線に対して斜め前方に吐出する吐出口を有しており、管体の軸方向に延びる孔を形成させる削孔装置について開示されている。
特許第３３８８１２７号公報

しかしながら、従来の削孔装置では、以下のような問題があった。
すなわち、特許文献１や従来のウォータージェット、コアボーリングによる削孔では、削孔先端部の噴射ノズルや先端カッタなどを削孔の軸方向に前進させる方法となっている。そして、例えば削孔断面の範囲内に、削孔方向に対して直交する方向に配置されている鉄筋が含まれる場合で、その鉄筋を切断することが出来ない場合には、鉄筋がある部分を含めて削孔することができないという現状があることから、図１０（ａ）、（ｂ）に示すように鉄筋１３に当たらない領域の削孔（符号１１のコンクリート孔）のみに制限され、鉄筋の配列領域に削り残し部（符号Ｃの領域）が生じてしまう。そのため、削孔作業が終了した後に例えばノズルに角度付けたハンドガン等を使用して、前記削り残し部をはつる作業が必要となり、その作業に多大な手間と時間がかかるという問題があった。

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、鉄筋コンクリート等に設けた孔を効率よく拡張することができるコンクリート孔の拡張装置および拡張方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係るコンクリート孔の拡張装置では、コンクリート構造物に設けられたコンクリート孔の断面を拡張するためのコンクリート孔の拡張装置であって、高圧ポンプより高圧水が供給される管体と、管体の先端部に装着され、上下一対のノズルを側面に設けたノズルヘッドと、管体をその軸方向に往復移動させるための送り手段と、ノズルを管体の中心軸線を中心に回転させるための回転手段とを備え、上下一対のノズルは、互いに上下方向に間隔をあけて配置されるとともに、上側ノズルが吐出口を斜め下方に向けて配置され、且つ下側ノズルが吐出口を斜め上方に向けて配置されてなり、それぞれのノズルから噴出される高圧水どうしが互いに衝突することなく立体交差となるように構成されていることを特徴としている。

また、本発明に係るコンクリート孔の拡張方法では、上下一対のノズルを側面に設けたノズルヘッドが、高圧ポンプにより高圧水が供給される管体の先端部に装着された拡張装置を使用し、上下一対の前記ノズルは、上下方向に間隔をあけて配置されるとともに、上側ノズルが吐出口を斜め下方に向けて配置され、且つ下側ノズルが吐出口を斜め上方に向けて配置され、それぞれのノズルから噴出される高圧水どうしが互いに衝突することなく立体交差となるように構成されてなり、コンクリート構造物に設けられたコンクリート孔にノズルヘッドを進入させ、管体に高圧水を供給して上側ノズルおよび下側ノズルより高圧水を噴出させ、ノズルヘッドを管体の中心軸線を中心に回転させつつ、コンクリート孔の奥側に向けてノズルヘッドを移動させるようにしたことを特徴としている。

本発明では、ノズルヘッドより大きめのコンクリート孔を設けておき、上下一対のノズルより高圧水を管体の径方向外方に向けて噴出させるとともに、ノズルヘッドを管体の中心軸線を中心にした回転によって揺動させつつ、そのノズルヘッドを孔内の軸方向に沿って移動させることで、コンクリート孔を所望の拡張断面にて拡張することができる。
このとき、上側ノズルおよび下側ノズルによって２方向から高圧水が噴出され、その高圧水どうしが側面視で立体交差するように両ノズルがノズルヘッドの側面に配置されており、側面視で高圧水どうしの交差部と両吐出口とによって略三角形状の拡張領域が形成されることから、その交差部の位置を鉄筋の裏側となるようにノズルヘッドを設定することで、鉄筋どうしの間や鉄筋の裏側を切削することができる。そのため、例えば必要とする削孔断面領域に削孔方向に直交する方向に沿った鉄筋が配置される場合には、その鉄筋に当たらないようにしてコンクリート孔をコアボーリングやウォータージェットなどの従来の削孔手段により設けておき、このコンクリート孔において本拡張装置を用いて上述した手順によりコンクリート孔を拡張して前記削孔断面領域の削孔を行うことができる。

本発明のコンクリート孔の拡張装置および拡張方法によれば、鉄筋コンクリートの削孔領域に鉄筋が含まれる場合に、その鉄筋に当たらない位置にコンクリート孔を形成しておき、このコンクリート孔を使用して孔付近の鉄筋どうしの間や鉄筋の裏側を切削することができるので、効率よく拡張することができ、従来のコアボーリング等による削孔のように鉄筋の周囲の削り残し部が生じて、その削り残し部を手作業により行う場合と比べて、作業にかかる手間や時間を低減することができる。

以下、本発明の実施の形態によるコンクリート孔の拡張装置および拡張方法について、図１乃至図９に基づいて説明する。
図１は本発明の実施の形態による孔拡張装置の概略構成を示す一部破断側面図、図２は図１に示す孔拡張装置の正面図であって、（ａ）はノズルヘッドが下降位置にある状態の図、（ｂ）はノズルヘッドを上昇過程の図、図３はノズルヘッドを示す拡大図であって、（ａ）は側面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は平面図、図４は図１に示すＡ−Ａ線断面図、図５は図１に示すＢ−Ｂ線断面図、図６は図５に示す回転機構の拡大図、図７は孔拡張装置を使用した拡張方法を示す工程図、図８はコンクリート孔の拡張状態を示す水平断面図、図９（ａ）、（ｂ）は図７に続く孔拡張装置を使用した拡張方法を示す工程図である。

図１乃至図２に示すように、本実施の形態によるコンクリート孔の拡張装置（以下、単に「孔拡張装置１」という）は、高圧水を用いて鉄筋コンクリート造の構造物１０に設けたコンクリート孔１１の断面を拡張する施工に採用したものである。ここで、拡張後のコンクリート孔を、予め設けたコンクリート孔１１と区別するため、拡張孔１２と称して以下説明する。

孔拡張装置１は、高圧水を吐出するノズル３１、３２をいわゆるランスと称される管体２の先端部に装着した構成をなし、具体的には、高圧ポンプ１６より高圧水が供給される管体２と、管体２の先端部に装着され、上下一対のノズル３１、３２（上側ノズル３１、下側ノズル３２）を側面３ａに設けたノズルヘッド３と、管体２をその軸線方向に往復移動させるための送り機構４（送り手段）と、ノズル３１、３２を管体２の中心軸線を中心に回転させるための回転機構５（回転手段）とを備えて概略構成されている。

管体２は、長尺棒状の鋼管からなり、軸線方向を上下方向に向けて配置され、基端部がロータリージョイント１４を介して高圧ホース１５に連結され、その高圧ホース１５は高圧ポンプ１６に繋がれている。これにより、高圧ポンプ１６から高圧水がロータリージョイント１４を介して管体２に供給され、供給された高圧水は管体２の内部を通じてノズルヘッド３に送られるようになっている。そして、管体２は、回転機構５によって中心軸線を中心に回転可能な構成とされ、これにより先端に設けたノズルヘッド３を回転させるようになっている。なお、管体２は、単体、或いは継手によって複数に連結可能なものを採用することができ、その長さ寸法は施工に合わせて任意に設定された長さ寸法とされる。

図３（ａ）および（ｂ）に示すように、ノズルヘッド３は、上下一対のノズル３１、３２が互いに上下方向に間隔をあけて配置され、上側ノズル３１が吐出口３１ａを所定角度θ１で斜め下方に向けた状態で配置され、且つ下側ノズル３２が吐出口３２ａを所定角度θ２で斜め上方に向けた状態で配置され、さらに、図４（ｂ）の正面図に示すように、上側ノズル３１および下側ノズル３２は、それぞれの吐出口３１ａ、３２ａがノズルヘッド３の周方向において相対的にずれた位置となっている。そして、各ノズル３１、３２の流路は、管体２の流路と連通している。

このようなノズルヘッド３は、各ノズル３１、３２から噴出される高圧水Ｗ１、Ｗ２どうしが互いに衝突することなく立体交差となるように構成され、ノズルヘッド３より離れた側方位置では、両高圧水Ｗ１、Ｗ２が図３（ａ）の側面視の投影上において交差して見える。このとき、高圧水Ｗ１、Ｗ２とノズルヘッド３によって囲まれる略三角形状の領域が、削孔可能な拡張領域Ｒとなる。
そして、図４（ｃ）に示すように、ノズルヘッド３は、管体２とともに中心軸線を中心に回転可能とされ、後述する回転機構５によって所定の回転角範囲αで揺動する構成となっている。

図１、図２および図４に示すように、送り機構４は、ノズルヘッド３を管体２とともに上下方向に移動させるためのものであり、長手方向を上下方向に向けて配置させたＨ型鋼材からなるガイドレール４１と、ガイドレール４１に沿って案内される摺動体６と、摺動体６を往復移動させるための駆動機構７（図４）と、摺動体６に固定されるとともに管体２の下部（基端側）を回転可能に支持する第１支持部４２と、ガイドレール４１の上端部に固定されるとともに管体２を軸方向にスライド可能に挿通支持する第２支持部４３とから概略構成されている。第１支持部４２と第２支持部４３によって支持される管体２は、ガイドレール４１と平行に配置されている。

図５に示すように、摺動体６は、ガイドレール４１の一方のフランジ４１ａに沿って往復移動するものであり、具体的には一方のフランジ４１ａの幅方向両端縁部を転動する車輪６１、６１、…を備え、それら車輪６１、６１、…をフランジ４１ａの両面側から平板状の押さえ板６２、６２によって回転可能に挟持し、ウェブ４１ｂを挟んだ両側のうち一方側には押さえ板６２に固定された移動体６３が設けられている。
移動体６３は、後述する駆動機構７のチェーンベルト７４の所定位置に固定されていて、そのチェーンベルト７４の駆動とともに上下方向に移動し、摺動体６が上下方向に移動する構成となっている（図１参照）。

図１および図４に示すように、駆動機構７は、ガイドレール４１の上部に固定された送り用駆動モータ７１と、送り用駆動モータ７１に取り付けられる駆動プーリ７２と、ガイドレール４１の下部に回転可能に設けられた従動プーリ７３と、駆動プーリ７２および従動プーリ７３に巻き掛けられたチェーンベルト７４とを備えて構成されている。各プーリ７２、７３には外周部全体に歯が形成されており、その歯にチェーンベルト７４が巻き掛けられており、駆動プーリ７２が送り用駆動モータ７１の回転をチェーンベルト７４に伝達する構成となっている。駆動プーリ７２および従動プーリ７３は、それぞれガイドレール４１のウェブ４１ｂを切り欠いた切欠部４４に巻き掛けたチェーンベルト７４とともに回転可能に支持され、それらプーリ７２、７３の回転面方向はウェブ４１ｂの面方向に直交する方向となっている。つまり、チェーンベルト７４は、ウェブ４１ｂの両側面に沿うようにして配置されている。

そして、チェーンベルト７４の所定箇所には、上述したように摺動体６の移動体６３が固定されている。これにより駆動機構７は、送り用駆動モータ７１の駆動により駆動プーリ７２が回転するとチェーンベルト７４が駆動し、移動体６３とともに、摺動体６がガイドレール４１上の所定の位置に移動される構成となっている。

図２に示す第１支持部４２は、押さえ板６２に固定されるとともに、管体２に対して回転可能に支持するとともに、管体２の軸線方向への移動を規制する軸受構造をなしている。つまり、管体２は、チェーンベルト７４（図４参照）が一方向に回転したときに摺動体６とともに上方に移動し、チェーンベルト７４が他方向に回転したときに摺動体６とともに下方に移動する構成となっている。

図２、図５および図６に示すように、回転機構５は、摺動体６に固定された回転用駆動モータ５１と、回転用駆動モータ５１の回転軸に繋がるモータ側回転板５２と、モータ側回転板５２の回転がリンク部材５３を介して伝達されるとともに、管体２を挿通支持する管体側回転板５４とから構成されている。モータ側回転板５２および管体側回転板５４は、それぞれの回転軸方向を上下方向（ガイドレール４１、および管体２に平行な方向）に向けて配置されている。

リンク部材５３は、その一端のモータ側連結部５３ａがモータ側回転板５２の上面外周部に連結され、他端の管体側連結部５３ｂが管体側回転板５４の上面外周部に連結され、それぞれの連結部５３ａ、５３ｂが連結点において回転可能に支持されている。
管体側回転板５４は、平面視で中心部に管体２を挿通させるための挿通孔５４ａが形成されたドーナツ形状をなし、その挿通孔５４ａに管体２を挿通させた状態で管体側回転板５４と管体２とが互いにズレないように固定された状態となっている。

つまり、回転機構５において、回転用駆動モータ５１の駆動によりモータ側回転板７２がぅ５に示す矢印Ｅ１方向に往復回転すると、リンク部材５３を介して管体側回転板５４が矢印Ｅ２方向に往復回転し、管体側回転板５４の回転とともにその回転軸に挿通支持されている管体２も回転し、管体２の上端部のノズルヘッド３が回転角範囲αで揺動運動する構造となっている（図３（ｃ）参照）。

次に、上述した孔拡張装置１を用いてコンクリート孔１１を拡張する方法について図面に基づいて説明する。
図７に示すように、本実施の形態による拡張方法は、鉄筋コンクリート造の構造物１０の天井部１０ａの所定位置に、予め所定の孔径をなすコンクリート孔１１を、例えばコアボーリングやウォータージェット等により上方に向けて所定深さで形成しておき、そのコンクリート孔１１を使用して拡張孔１２（図７、図８に示す二点鎖線の位置）を形成する施工に採用したものである。このときの、コンクリート孔１１の位置は、図８に示すように、水平断面視で鉄筋１３、１３どうしに囲まれた間の位置とされ、鉄筋１３からコンクリート孔１１の内面までには所定の被り厚さを有した状態となっており、コンクリート孔１１の孔径は、ノズルヘッド３の断面外径寸法よりも大きい寸法となっている。

そして、予め形成されたコンクリート孔１１に対して、ノズルヘッド３をコンクリート孔１１内に進入可能となるようにして、且つそのノズルヘッド３のノズル３１、３２の吐出口３１ａ、３２ａ（図１、図３（ａ）参照）を拡張すべき領域（図８に示す拡張領域Ｒ）側に向くようにして、孔拡張装置１を位置決めして設置する。このとき、ノズルヘッド３（管体２）の高さ位置は、ガイドレール４１に対して下降位置となっている。

次いで、図９（ａ）に示すように、高圧ポンプ１６（図１参照）を駆動してノズルヘッド３の上下一対のノズル３１、３２より高圧水を管体２の径方向外方に向けて噴出させるとともに、ノズルヘッド３を管体２の中心軸線を中心にした回転によって揺動させつつ、そのノズルヘッド３をコンクリート孔１１内の軸方向に沿って移動させることで、コンクリート孔１１を所望の拡張断面にて拡張する。

具体的には、図１に示すように、送り機構４の送り用駆動モータ７１を駆動して駆動プーリ７２を介してチェーンベルト７４を移動体６３が上方に移動するように駆動させ、摺動体６の移動とともに管体２およびその上端部のノズルヘッド３を上昇させ、ノズルヘッド３をコンクリート孔１１内に進入させる。そして、その進入と同時に上下一対のノズル３１、３２から高圧水Ｗ１、Ｗ２を噴出させつつ、回転機構５の回転用駆動モータ５１を駆動し、モータ側回転板５２および管体側回転板５４を正逆回転させ、管体２とともにノズルヘッド３を所定の揺動角度範囲において揺動させることで、コンクリート孔１１が拡張され図８の二点鎖線に示す拡張孔１２が形成されることになる。
そして、ノズルヘッド３を設定された所定の速度で上昇させてコンクリート孔の奥側へ向けて移動させ、所定の範囲（本実施の形態では、図９（ｂ）に示すようにコンクリート孔１１の孔口部からほぼ最深部までの範囲）の拡張を行う。

なお、本孔拡張装置１では、図３に示すように、上側ノズル３１および下側ノズル３２によって２方向から高圧水Ｗ１、Ｗ２が噴出され、その高圧水Ｗ１、Ｗ２どうしが側面視で立体交差するようにノズル３１、３２がノズルヘッド３の側面３ａに配置されており、側面視で高圧水どうしの交差部Ｐと両吐出口３１ａ、３２ａとによって略三角形状の拡張領域Ｒが形成されることから、図８に示すようにコンクリート孔１１付近の鉄筋１３がその拡張領域Ｒ内となるように、つまり交差部Ｐの位置を鉄筋１３の裏側（すなわち、鉄筋１３におけるノズルヘッド３側の反対側）となるようにノズルヘッド３を設定することで、鉄筋１３、１３どうしの間や鉄筋１３の裏側を切削することができる。

そのため、本実施の形態のように、例えば必要とする削孔断面領域に削孔方向に直交する方向に沿った鉄筋が配置される場合には、その鉄筋に当たらないようにしてコンクリート孔１１をコアボーリングやウォータージェットなどの従来の削孔手段により設けておき、このコンクリート孔１１において本孔拡張装置１を用いて上述した手順によりコンクリート孔１１を拡張して前記削孔断面領域の削孔を行うことができる。

上述のように本実施の形態によるコンクリート孔の拡張装置および拡張方法では、鉄筋コンクリートの削孔領域に鉄筋１３が含まれる場合に、その鉄筋１３に当たらない位置にコンクリート孔１１を形成しておき、このコンクリート孔１１を使用して孔付近の鉄筋１３、１３どうしの間や鉄筋１３の裏側を切削することができるので、効率よく拡張することができ、従来のコアボーリング等による削孔のように鉄筋の周囲の削り残し部が生じて、その削り残し部を手作業により行う場合と比べて、作業にかかる手間や時間を低減することができる。

以上、本発明によるコンクリート孔の拡張装置および拡張方法の実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、本実施の形態ではチェーンベルト７４を用いた送り機構４によって管体２（摺動体６）をガイドレール４１に沿って往復移動させる構造とし、二つの回転板５２、５４を用いた回転機構５によって管体２をその中心軸線を中心に回転させてノズルヘッド３を揺動させる構造としているが、このような構造に限定されることはない。例えば、送り機構として、摺動体６を自走式車輪やジャッキ等の駆動装置により移動させる機構としてもよい。

また、ノズルヘッド３の形状、大きさ、ノズルヘッド３に対する上側ノズル３１、下側ノズル３２の取り付け位置、向き、互いの間隔等は、各ノズル３１、３２から噴出される高圧水によって切削される拡張領域の大きさ、範囲等の条件に応じて任意に設定することができる。
さらに、本実施の形態では、鉄筋コンクリート造の構造物において削孔領域に鉄筋が含まれる場合を対象としているが、これに制限されることはなく、例えば削孔断面領域が大きく、一般的なコアボーリングの外径寸法で対応できない場合などに本孔拡張装置１を採用してもよい。

本発明の実施の形態による孔拡張装置の概略構成を示す一部破断側面図である。 図１に示す孔拡張装置の正面図であって、（ａ）はノズルヘッドが下降位置にある状態の図、（ｂ）はノズルヘッドを上昇過程の図である。 ノズルヘッドを示す拡大図であって、（ａ）は側面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は平面図である。 図１に示すＡ−Ａ線断面図である。 図１に示すＢ−Ｂ線断面図である。 図５に示す回転機構の拡大図である。 孔拡張装置を使用した拡張方法を示す工程図である。 コンクリート孔の拡張状態を示す水平断面図である。 （ａ）、（ｂ）は図７に続く孔拡張装置を使用した拡張方法を示す工程図である。 従来の鉄筋コンクリートの削孔状態を示す図であって、（ａ）はその側断面図、（ｂ）はその水平断面図である。

符号の説明

１ 孔拡張装置（コンクリート孔の拡張装置）
２ 管体
３ ノズルヘッド
４ 送り機構（送り手段）
５ 回転機構（回転手段）
６ 摺動体
７ 駆動機構
１１ コンクリート孔
１３ 鉄筋
１６ 高圧ポンプ
３１ 上側ノズル
３１ａ 吐出口
３２ 下側ノズル
３２ａ 吐出口
４１ ガイドレール
７４ チェーンベルト
Ｒ 拡張領域
Ｗ１、Ｗ２ 高圧水

Claims (2)

1. コンクリート構造物に設けられたコンクリート孔の断面を拡張するためのコンクリート孔の拡張装置であって、
   高圧ポンプより高圧水が供給される管体と、
   該管体の先端部に装着され、上下一対のノズルを側面に設けたノズルヘッドと、
   前記管体をその軸方向に往復移動させるための送り手段と、
   前記ノズルを前記管体の中心軸線を中心に回転させるための回転手段と、
   を備え、
   上下一対の前記ノズルは、互いに上下方向に間隔をあけて配置されるとともに、上側ノズルが吐出口を斜め下方に向けて配置され、且つ下側ノズルが吐出口を斜め上方に向けて配置されてなり、それぞれのノズルから噴出される高圧水どうしが互いに衝突することなく立体交差となるように構成されていることを特徴とするコンクリート孔の拡張装置。
2. 上下一対のノズルを側面に設けたノズルヘッドが、高圧ポンプにより高圧水が供給される管体の先端部に装着された拡張装置を使用し、
   上下一対の前記ノズルは、上下方向に間隔をあけて配置されるとともに、上側ノズルが吐出口を斜め下方に向けて配置され、且つ下側ノズルが吐出口を斜め上方に向けて配置され、それぞれのノズルから噴出される高圧水どうしが互いに衝突することなく立体交差となるように構成されてなり、
   コンクリート構造物に設けられたコンクリート孔に前記ノズルヘッドを進入させ、前記管体に高圧水を供給して前記上側ノズルおよび下側ノズルより高圧水を噴出させ、前記ノズルヘッドを前記管体の中心軸線を中心に回転させつつ、前記コンクリート孔の奥側に向けて前記ノズルヘッドを移動させるようにしたことを特徴とするコンクリート孔の拡張方法。

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