JP2015090038A - 排泥装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】簡単な構成であるうえに、孔が深くても底部に沈殿したスライム等を効率よく排出させることが可能な排泥装置を提供する。
【解決手段】孔底62に沈殿した沈殿物63を排出するための排泥装置1である。そして、吸込み口21から取り込まれた沈殿物を上方に向けて搬送させる排出管2と、エアモータ32の駆動力により回転して沈殿物を撹拌させる撹拌棒3と、エアモータに給気管51を介して圧縮空気を供給するコンプレッサー部5と、一端がエアモータに接続されるとともに他端が排出管に接続される排気管と、撹拌棒の回転範囲及び吸込み口の周囲を囲うスカート部4とを備えている。
【選択図】図1

Description

本発明は、杭や連続地中壁などを構築する際に水中掘削された孔などの底部において、沈殿しているスライムや土砂を孔外に排出するための排泥装置に関するものである。
水底に沈殿したスライム又は土砂を吸い上げる水中ポンプが知られている(特許文献1−3など参照)。特許文献1,2に開示された水中ポンプは、水底のスライムを撹拌部によって撹拌して、舞い上がったスライムを隣接させた水中ポンプによって吸い上げる構成となっている。
一方特許文献3には、水中ポンプの下部に装着されたスクレーパーによって水底のスライムを中央に掻き寄せ、水中ポンプで吸い上げる構成のスライム処理方法が開示されている。
また、特許文献4には、掘削用のビットを水圧によって回転駆動させるダウンホールモータと、掘削によって発生した掘削土砂をエアリフトによって排出させる排出管とが組み合わされた掘削装置が開示されている。
特許第5086895号公報 特開2003−74487号公報 特許第2640841号公報 特開平11−217983号公報
しかしながら、水中ポンプによってスライムを吸引する方式では、50m程度が揚程の限界となり、それ以上深い孔からスライムを排出するのは難しい。また、特許文献3の水中ポンプでは、スクレーパーで直接、堆積した土砂を掻き寄せるので、回転抵抗が大きく、スクレーパーを回転させる駆動手段が大型になる。
一方、特許文献4に開示されているように、エアリフトを使用することで深い孔からも確実に排土を行うことができるようになることは知られている。しかしながら特許文献4に開示された掘削装置では、エアリフト用の圧縮空気を供給するためのコンプレッサーと、ダウンホールモータを回転させるための高圧水の送水ポンプという2種類の供給装置が必要となる。
そこで、本発明は、簡単な構成であるうえに、孔が深くても底部に沈殿したスライム等を効率よく排出させることが可能な排泥装置を提供することを目的としている。
前記目的を達成するために、本発明の排泥装置は、底部に沈殿したスライム又は土砂を排出するための排泥装置であって、吸込み口から取り込まれた前記スライム又は土砂を上方に向けて搬送させる搬送経路部と、エアモータの駆動力により回転して前記スライム又は土砂を撹拌させる撹拌部と、前記エアモータに給気管を介して圧縮空気を供給するコンプレッサー部と、一端が前記エアモータに接続されるとともに他端が前記搬送経路部に接続される排気管と、前記撹拌部の回転範囲及び前記搬送経路部の吸込み口の周囲を囲うスカート部とを備えたことを特徴とする。
ここで、前記エアモータの回転軸は、平面視で前記吸込み口の外側に配置させるのが好ましい。
また、前記コンプレッサー部から前記スカート部に向けて延伸される前記圧縮空気の給気管は、前記スカート部内で分岐されて、分岐した第1枝管は前記搬送経路部に接続されるとともに、第2枝管は前記エアモータに接続される構成とすることができる。
このように構成された本発明の排泥装置では、コンプレッサー部に接続される給気管を介して供給される圧縮空気によって撹拌部を回転させるエアモータを駆動する。
また、エアモータに排気管を接続してその端部を搬送経路部に接続しておくことで、エアモータの駆動に利用された圧縮空気をエアリフト方式の排泥用の空気として再利用する。
このため、簡単な構成であるうえに、孔が深くても底部に沈殿したスライム等を効率よく排出させることができる。また、撹拌部で撹拌されたスライム等が舞い上がっても、スカート部によって上昇が妨げられるので、効率よくスライム等を排出させることができる。
さらに、エアモータの回転軸が、平面視で吸込み口の外側(投影範囲外)に配置されていれば、吸込み口から離れた位置の底部に沈殿したスライム等であっても、容易に撹拌して除去することができる。
また、コンプレッサー部に接続される給気管を分岐させて、分岐した第1枝管を通して搬送経路部に圧縮空気を供給するとともに、第2枝管を通してエアモータに圧縮空気を供給する構成とすることで、搬送経路部への空気の供給量を増やして、搬送効率を向上させることができる。
本発明の実施の形態の排泥装置の全体構成を説明する説明図である。 排泥装置の吸込み口周辺の詳細構成を説明する断面図である。 排泥装置の構成を外殻部の一部を破断して説明する斜視図である。 実施例の排泥装置の吸込み口周辺の詳細構成を説明する断面図である。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図1は、本実施の形態の排泥装置1の全体構成を説明する図である。本実施の形態の排泥装置1は、杭孔6の底部(孔底62)に沈殿したスライム又は土砂などの沈殿物63を杭孔6から取り除くための装置である。
まず、構成から説明すると、この排泥装置1は、沈殿物63を上方に向けて搬送させる搬送経路部としての排出管2と、沈殿物63を撹拌する撹拌部としての撹拌棒3と、圧縮空気を供給するコンプレッサー部5と、撹拌棒3の回転範囲及び排出管2の吸込み口21の周囲を囲うスカート部4とを主に備えている。
この排出管2は、孔底62から杭孔6の外部まで鉛直方向に向けて延伸される管材である。排出管2の底部には吸込み口21が設けられ、吸込み口21から取り込まれた沈殿物63は、排出管2の内部を上昇して地上で排出される。
排出管2内に沈殿物63が吸い込まれて上昇する原理は、エアリフト方式による。エアリフト方式とは、管内に空気を供給することによって内圧を外圧より低くし、その圧力差によって上昇流を形成して排出を行う方式である。
例えば、排出管2の内部と外部とが同じ比重の泥水で満たされており、底部の吸込み口21によって内外が連通している状態を使ってエアリフト方式を説明する。
この状態で吸込み口21の少し上方の管内に空気を供給すると、空気を含んだ泥水の比重は外部の比重よりも小さくなる。すなわち空気を供給することによって内圧が下がって、相対的に圧力が上昇した管外から泥水が管内に流れ込むことになる。そこで、この流れに乗せて沈殿物63を孔底62から地上まで搬送させる。
このようなエアリフト方式であれば、圧力差が形成できれば排泥が行えることになるため、100mを超える杭孔6であっても沈殿物63を孔底62から地上まで排出させることができる。
一方沈殿物63を撹拌する撹拌棒3は、エアモータ32の駆動力により回転する。エアモータ32は、圧縮空気を受けるブレードを有するロータを備えた回転駆動装置である。すなわち供給された圧縮空気をブレードが受けると、その力によって一方向にロータが回転し、ロータの回転につれて膨張した空気は外部に排気されることになる。
このようなエアモータ32は、インパクトレンチ31の内部に組み込まれており、回転軸33を回転させる駆動源となる。インパクトレンチ31は、抵抗が小さいときは低トルクで高速回転し、抵抗が大きくなるとトルクが大きくなって回転速度は低下する。
このインパクトレンチ31は、図2に示すように吸込み口21が設けられる排出管2に隣接する位置に並ぶように配置されるので、平面視で見ると回転軸33は排出管2の外側(投影範囲外)に位置することになる。
そして、インパクトレンチ31の回転軸33に撹拌棒3が取り付けられる。この撹拌棒3は、図2,3に詳細を示すように、回転軸33に固定する取付け管3aと、その両端に挿し込まれる挿込み棒3b,3bとによって主に構成される。
この撹拌棒3は、円柱状部材であって、回転時にスライム等から受ける抵抗が少ないので、インパクトレンチ31(エアモータ32)の駆動力(トルク)が大きくなくても容易に撹拌棒3を回転させることができる。例えば、挿込み棒3bには、直径50mm程度の円柱材又は円筒管が使用できる。
この撹拌棒3の形状は、円柱状に限定されるものではなく、三角柱状など抵抗の少ない形状を任意に選択することができる。また、取付け管3aに挿し込む挿込み棒3b,3bの長さを調節することで、撹拌棒3の長さを変えて回転範囲を任意に調整することができる。
そして、エアモータ32には、図1に示すようにコンプレッサー部5に一端が接続された給気管51を介して圧縮空気が供給される。この給気管51は、コンプレッサー部5から排出管2に沿ってスカート部4に向けて延伸される。給気管51は、途中、排出管2に結束具53,・・・によって固定される。
この給気管51は、図2に示すようにスカート部4内で曲折してインパクトレンチ31に接続される。すなわち、給気管51を流れる圧縮空気は、インパクトレンチ31のエアモータ32に供給されて、エアモータ32を回転駆動させる。
そして、エアモータ32の回転駆動に使用された空気は、インパクトレンチ31に一端が接続された排気管52から排気される。この排気管52の他端は排出管2の管壁に接続されて、接続箇所から排出管2内に供給された空気は管内を上昇することになる。
このようにして排出管2の吸込み口21近傍の管内に空気が供給されると、吸込み口21に外側から作用する圧力(外圧)よりも空気を含んだ管内の圧力(内圧)の方が低くなって、図2に白抜き矢印(破線)で示したような上昇流が形成されることになる。
そして、この上昇流に乗って、吸込み口21から次々とスライム等が吸い込まれて、排出管2に沿って地上まで搬送されることになる。例えば直径が100mm程度の鋼管によって排出管2が形成されている場合、給気管51の直径を30mm、排気管52の直径を10mmとする。また、排気管52は、吸込み口21から約400mm上方の位置で排出管2に接続することができる。
そして、撹拌棒3の回転範囲と排出管2の吸込み口21を覆うスカート部4は、図2に示すように、偏心した截頭円錐形状に形成される。すなわち、底面開口4bの中心と、上面の截頭部4aの中心がずれており、図2の断面図で見ると、排出管2はスカート部4の一方の端に配置され、スカート部4は排出管2とは反対方向に広がる形状となっている。
このスカート部4は、図3に示すように、底部の骨組みとなる2段のリング材431,431と、その上縁から排出管2の外周に向けて斜め上方に架け渡される骨格材43,・・・と、そのリング材431,431及び骨格材43,・・・の外周を覆う外殻部44とから主に構成される。
このリング材431、骨格材43及び外殻部44は、鉄骨や鋼板などの鋼材によって成形することができる。また、インパクトレンチ31は、支持材34を介して骨格材43に取り付けられる。
さらに、このスカート部4の底面開口4bには、図2,3に示すように、下段のリング材431の内周に架け渡される横架材42aと、その横架材42aと直交してリング材431の内周に取り付けられる固定材42b,42bとによって、柵状に形成された保護部材42が設けられる。
ここで、撹拌棒3は、図2に示すように、その底面がこの保護部材42の上面より離隔した位置に配置されており、保護部材42が撹拌棒3の回転の支障となることはない。
また、撹拌棒3の両端は、保護部材42によって保護されることになるので、スライムや土砂が下方から撹拌棒3に衝突する前に保護部材42で阻止され、撹拌棒3の端部が反り上がるなどして変形してしまうことがない。
さらに、スカート部4の截頭部4aにおいて、排出管2の外周と外殻部44の上縁との間には隙間41が設けられており、スカート部4の内外に自由に水が移動できるようになっている。
次に、本実施の形態の排泥装置1の使用方法の一例について、図1を参照しながら説明する。
この図1は、拡底杭を構築する工程を説明する図である。まず、拡底杭を構築するには、掘削孔にベントナイト泥水などの孔壁安定用の流体を満たしながら、円柱状の軸部60と、その軸部60の直径を下方に向けて徐々に広げた截頭円錐形状の拡幅部61とを備えた杭孔6を掘削する。
この杭孔6の孔底62には、掘削によって発生した土砂やスライムなどが時間の経過とともに沈降して沈殿物63となっている。そして、このような沈殿物63を堆積させたままコンクリートを打設すると、コンクリートが孔底62まで充填できなかったり、コンクリートの品質が劣化したりして、所望する強度及び品質の拡底杭を構築できなくなるおそれがある。
そこで、孔底62の沈殿物63を除去することになるが、沈殿物63の量が多い最初のうちは、底浚いバケットなどを杭孔6に投入して効率よく沈殿物63を除去することができる。
しかし、図1に二点鎖線で示すように、鉄筋籠7を杭孔6に投入した後は、鉄筋籠7が支障になるので底浚いバケットを投入することができない。他方、通常の水中ポンプを投入したのでは、軸部60の真下の孔底62の沈殿物63は除去できても、拡幅部61の孔底62の沈殿物63を除去することはできない。
また、杭孔6が深くなると水中ポンプの吸込み効率が低下するうえに、50mを超えるような深さの孔底62からは水中ポンプで沈殿物63を吸い上げることができない。
そこで、本実施の形態の排泥装置1を使用することになる。すなわち、図1に示すように、杭孔6の鉄筋籠7の内側に排泥装置1を投入して、鉄筋籠7の端まで排泥装置1を寄せると、排出管2は鉄筋籠7の端の真下に配置されるが、そこからスカート部4が拡幅部61に向けて広がることになる。
このため、軸部60の真上からは見えない拡幅部61の隠れた箇所にも、排泥装置1のスカート部4の広がっている部分を差し込むことができる。そして、コンプレッサー部5から供給された圧縮空気によってスカート部4の内側で撹拌棒3を回転させる。
この回転によって沈殿物63が舞い上がってスカート部4の内部にスライム等が充満すると、効率よく排出管2の吸込み口21からスライム等を吸い込ませることができる。
そして、吸込み口21から吸い込まれたスライム等は、排出管2の内部を上方に向けて搬送されて杭孔6の外部に排出される。なお、排泥に伴って杭孔6の水位が低下することになるため、適宜給水管22から給水を行う。
この排泥装置1によるスライム等の排出は、鉄筋籠7の有無に関わらずいつでもおこなうことができるので、コンクリートを打設する直前まで排泥装置1を稼働させることで、高品質の拡底杭を構築することができる。
次に、本実施の形態の排泥装置1の作用について説明する。
このように構成された本実施の形態の排泥装置1は、コンプレッサー部5に接続される給気管51を介して供給される圧縮空気によって撹拌棒3を回転させるエアモータ32を駆動する。
また、エアモータ32に排気管52を接続してその端部を排出管2に接続しておくことで、エアモータ32の駆動に利用された圧縮空気をエアリフト方式の排泥用の空気として再利用する。すなわち、エアモータ32の駆動に利用された圧縮空気をエアリフト用の空気として有効利用することができる。
このように1台のコンプレッサー部5から供給される圧縮空気を利用した簡単な構成で、撹拌棒3の回転とスライム等の排出の両方が行える。そのうえエアリフト方式であるため、深い杭孔6からも孔底62に沈殿したスライム等を効率よく排出させることができる。
また、この撹拌棒3と排出管2の吸込み口21は、スカート部4によって覆われている。このため、撹拌棒3で沈殿物63が撹拌されてスライム等が舞い上がっても、スカート部4によって上昇が妨げられるので、効率よくスライム等を吸引させて排出することができる。
ここで、インパクトレンチ31は、沈殿物63が軟らかく抵抗が小さいときは低トルクで高速回転し、玉石などの硬いものに撹拌棒3が当たって抵抗が大きくなるとトルクが大きくなって回転速度は低下又は停止する。このようにインパクトレンチ31で撹拌棒3を回転させる構成であれば、沈殿物63の硬さに適した回転をさせることができるようになる。
さらに、エアモータ32の回転軸33が、平面視で吸込み口21の外側に配置されていれば、吸込み口21から離れた位置の孔底62に沈殿したスライム等であっても、容易に撹拌して排出することができる。
すなわち、撹拌棒3の回転中心は排出管2の吸込み口21より横にずれることになるので、排出管2を直接、降ろすことができない杭孔6の拡幅部61の孔底62に沈殿した沈殿物63を、撹拌棒3によって撹拌することができる。
また、スカート部4を偏心した截頭円錐形状にすることで、撹拌棒3の回転に支障とならない剛性の高いスカート部4を、簡単な構成で成形することができる。
さらに、スカート部4と排出管2との間に、スカート部4の内外を連通させる隙間41を形成することで、スカート部4を備えた排泥装置1を容易に水中に沈めることができる。すなわち、スカート部4の外殻部44の上部開口縁が排出管2の周面に密着して隙間がなければ、スカート部4の内部に空気が溜まって水中に沈めることが難しくなるが、隙間41を形成しておくことで空気が溜まらなくなるので、排泥装置1を容易に水中に沈めることができる。
また、隙間41が排出管2の周囲に設けられるだけであれば、撹拌棒3で撹拌されて上昇するスライム等は、スカート部4の内側で漂っている間に大半が吸込み口21に吸い込まれることになる。
さらに、撹拌棒3を円柱状部材とすることで、撹拌時にスライム等から受ける抵抗を小さくすることができるうえに、長さ調節が容易になる。すなわち、撹拌棒3が受ける抵抗が大きくなると、それを回転させるためにインパクトレンチ31のエアモータ32のトルクを上げなければならなくなるが、スクレーパーのように沈殿物63を掻き寄せることを目的にするのではなく、沈殿物63の撹拌を目的にするのであれば、撹拌棒3を抵抗の少ない形状にして回転機構の構成を簡素な構成にすることできる。
また、インパクトレンチ31は、圧縮空気のみで駆動して電力を必要としないので、水中での使用に適している。さらに、インパクトレンチ31は、駆動装置としては水中ポンプなどに比べて軽量であるため、排泥装置1の軽量化が図れて取り扱いが容易になる。
また、インパクトレンチ31を排出管2と並べて配置させれば、スカート部4や排泥装置1全体の高さを低く抑えることができるので、取り扱いが容易な簡素な構成で広い範囲の沈殿物63を除去することができる。
さらに、撹拌棒3の底面をスカート部4の底面より上方に位置させることで、撹拌棒3を孔底62から離隔させて回転抵抗を小さくできるうえに、スカート部4の底面開口4bに保護部材42を掛け渡すことで、土砂等によって撹拌棒3に下方から作用する外力を低減して撹拌棒3の損傷を防ぐことができる。すなわち、排泥装置1を孔底62に着底させた際に、スカート部4の外縁底面及び保護部材42が先に沈殿物63に衝突するので、その後に沈殿物63が撹拌棒3に接触しても、撹拌棒3が変形したり、損傷したりすることがほとんど起きない。
以下、前記した実施の形態の排泥装置1とは別の形態の実施例の排泥装置1Aについて、図4を参照しながら説明する。なお、前記実施の形態で説明した内容と同一乃至均等な部分の説明については、同一用語又は同一符号を付して説明する。
この実施例で説明する排泥装置1Aでは、コンプレッサー部5に一端が接続された給気管51は、図4に示すようにスカート部4内で第1枝管511と第2枝管512に分岐される。
第1枝管511は、第2枝管512よりも上流側(コンプレッサー部5側)に位置し、端部は排出管2の管壁に接続される。この結果、第1枝管511に流れ込んだ圧縮空気は、接続箇所から排出管2内に供給されて、管内を上昇することになる。
一方、第1枝管511よりも下流側に位置する第2枝管512は、インパクトレンチ31に接続される。すなわち、第2枝管512を流れる圧縮空気は、インパクトレンチ31のエアモータ32に供給されて、エアモータ32を回転駆動させる。
そして、エアモータ32の回転駆動に使用された空気は、インパクトレンチ31に接続された排気管52から排気される。この排気管52の端部は排出管2の管壁に接続されて、接続箇所から排出管2内に供給された空気は管内を上昇することになる。
このようにして排出管2の吸込み口21近傍の管内に空気が供給されると、吸込み口21に外側から作用する圧力(外圧)よりも空気を含んだ管内の圧力(内圧)の方が低くなって、図4に白抜き矢印で示したような上昇流が形成されることになる。
そして、この上昇流に乗って、吸込み口21から次々とスライム等が吸い込まれて、排出管2に沿って地上まで搬送されることになる。例えば直径が100mm程度の鋼管によって排出管2が形成されている場合、給気管51の直径を30mm、第1枝管511及び第2枝管512の直径を10mm、排気管52の直径を10mmとする。また、第1枝管511は、吸込み口21から約400mm上方の位置で略直角に曲げて排出管2に接続し、第2枝管512の略直角となる曲部512aの位置は第1枝管511を分岐させた位置から50mm下方とすることができる。
このように構成された本実施例の排泥装置1Aは、コンプレッサー部5に接続される給気管51の第1枝管511を通って排出管2に供給される圧縮空気によってエアリフト方式で排泥が行われる。また、撹拌棒3を回転させるエアモータ32も、コンプレッサー部5から第2枝管512を通ってエアモータ32に供給される圧縮空気によって駆動する。
さらに、エアモータ32に排気管52を接続してその端部を排出管2に接続しておくことで、エアモータ32の駆動に利用された圧縮空気をエアリフト用の空気として有効利用することができる。
また、排出管2に接続される第1枝管511よりもエアモータ32を駆動させる第2枝管512を下流側に配置しておくことで、圧縮空気を圧力の高いままエアモータ32に送り込むことができるようになる。さらに、沈殿物63の硬さによって撹拌棒3に対する抵抗が変化したときには、上流側に位置する第1枝管511を調整弁として機能させることができる。
なお、他の構成及び作用効果については、前記実施の形態と略同様であるので説明を省略する。
以上、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳述してきたが、具体的な構成は、この実施の形態及び実施例に限らず、本発明の要旨を逸脱しない程度の設計的変更は、本発明に含まれる。
例えば、前記実施の形態及び実施例では、撹拌部として棒状の撹拌棒3について説明したが、これに限定されるものではなく、撹拌板や複数の羽根を有する撹拌翼など沈殿物63を撹拌できるものであればいずれの形態であってもよい。
また、前記実施の形態及び実施例では、截頭円錐形状のスカート部4について説明したが、これに限定されるものではなく、截頭四角錐や截頭六角錐や円筒形など、撹拌棒3の回転の支障にならない形状であれば任意の形状を選択することができる。
さらに、前記実施の形態及び実施例では、保護部材42として柵状部材を使用したが、これに限定されるものではなく、帯状や網状など、スカート部4内部への沈殿物63の侵入を妨げるものでなければ任意の形態にすることができる。
また、前記実施の形態では、排泥装置1で拡底杭の杭孔6の孔底62に沈殿した沈殿物63を除去する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、流体が貯留された底部に沈殿したスライムや土砂を排出するあらゆる場面で本発明を適用することができる。
1,1A 排泥装置
2 排出管(搬送経路部)
21 吸込み口
3 撹拌棒(撹拌部)
32 エアモータ
4 スカート部
5 コンプレッサー部
51 給気管
511 第1枝管
512 第2枝管
52 排気管
62 孔底(底部)
63 沈殿物(スライム又は土砂)

Claims (3)

  1. 底部に沈殿したスライム又は土砂を排出するための排泥装置であって、
    吸込み口から取り込まれた前記スライム又は土砂を上方に向けて搬送させる搬送経路部と、
    エアモータの駆動力により回転して前記スライム又は土砂を撹拌させる撹拌部と、
    前記エアモータに給気管を介して圧縮空気を供給するコンプレッサー部と、
    一端が前記エアモータに接続されるとともに他端が前記搬送経路部に接続される排気管と、
    前記撹拌部の回転範囲及び前記搬送経路部の吸込み口の周囲を囲うスカート部とを備えたことを特徴とする排泥装置。
  2. 前記エアモータの回転軸は、平面視で前記吸込み口の外側に配置されることを特徴とする請求項1に記載の排泥装置。
  3. 前記コンプレッサー部から前記スカート部に向けて延伸される前記圧縮空気の給気管は、前記スカート部内で分岐されて、分岐した第1枝管は前記搬送経路部に接続されるとともに、第2枝管は前記エアモータに接続されることを特徴とする請求項1又は2に記載の排泥装置。
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