JP2015169062A - 杭圧入装置 - Google Patents

Abstract

【課題】杭の圧入施工を好適に行うことができる杭圧入装置を実現する。【解決手段】杭圧入装置１０は、走行可能なベースマシン１に取り付けられたフレーム部２と、そのベースマシン１から水平方向に張り出しているフレーム部２の先端２ａ側に据え付けられた昇降機構１６によって昇降されるチャック装置１５と、を備えているので、例えば、ベースマシン１が移動可能な岸壁から離れた水底の地盤Ｇや、ベースマシン１が移動可能な平地から急に下るような傾斜地側の地盤Ｇなどにも、チャック装置１５で把持した杭Ｐを圧入することができ、杭Ｐの圧入施工を好適に行うことができる。【選択図】図１

Description

本発明は、杭圧入装置に関する。

従来、杭を地盤に打ち込む装置として、既設の杭から反力を取って杭を地中に圧入する杭圧入機が知られている。
杭圧入機は、サドルの下部に設けられ、既設の杭を掴むクランプ装置と、サドルに対し前後に移動可能なスライドベース上に配設されたマストと、マストの前端部に昇降可能に設けられ、既設の杭に隣接した位置に圧入する杭を挟んで保持するチャック装置とを備えている。この杭圧入機は、既設杭からなる杭列上を移動するとともに、クランプ装置で既設杭の上端側を掴み、その既設杭から反力を取った状態で、杭を把持するチャック装置を下降させるようにして杭を地中に圧入したり、杭を把持するチャック装置を上昇させるようにして杭を引き抜いたりするようになっている（例えば、特許文献１参照。）。

また、施工装置の搬入が困難な傾斜地などに基礎杭を造成する方法として、平坦な地面にクローラクレーンを設置し、先端側に全周回転駆動装置を据え付けた足場をクローラクレーンの機体から水平方向に張り出すように取り付け、クローラクレーンで支持するダウンザホールハンマーを全周回転駆動装置内に挿通して、全周回転駆動装置とダウンザホールハンマーとの協働によって傾斜地に掘削孔を形成し、その掘削孔内に杭を建て込む技術が知られている（例えば、特許文献２参照。）。

特公昭６３−４７８４８号公報 特開平９−４８５８８号公報

しかしながら、上記特許文献１の場合、杭圧入機は、連続して並んだ既設杭（杭列）がなければ任意の位置に移動することが困難であり、また、クランプ装置で掴んだ既設杭の位置からチャック装置が届く範囲でなければ杭を圧入することができないので、既設杭から遠く離れた位置に杭を圧入することはできなかった。

また、上記特許文献２の場合、クローラクレーンを設置した地点から離れた位置に杭を埋設することはできるが、ダウンザホールハンマーの動作時に衝撃音が発生するため、住宅地や商業地の近隣で行う作業には不向きな方法であった。

本発明の目的は、杭の圧入施工を好適に行うことができる杭圧入装置を提供することである。

以上の課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、杭圧入装置であって、
走行可能なベースマシンに取り付けられ、その先端が前記ベースマシンから水平方向に張り出しているフレーム部と、
前記フレーム部の先端側に据え付けられた昇降機構によって昇降されるチャック装置と、を備え、
前記ベースマシンの重量を反力として利用し、前記チャック装置で把持した杭を地盤に圧入することを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の杭圧入装置において、
前記フレーム部には、前記ベースマシンの姿勢を安定させる複数の姿勢安定器が設けられており、
前記姿勢安定器は、前記フレーム部が延在する方向に沿って前記ベースマシンを挟む位置に設けられていることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の杭圧入装置において、
前記チャック装置で把持した杭の上部又は前記チャック装置に取り付ける第１のウエイト部材と、前記ベースマシンを挟んで前記チャック装置の反対側の前記フレーム部上に載置する第２のウエイト部材の、少なくとも一方を備えたことを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜３の何れか一項に記載の杭圧入装置において、
前記フレーム部は、前記ベースマシンと地面との間の下部空間を通じて延在し、その両端もしくは前端のみが前記ベースマシンから離間した配置となる長さを有していることを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、請求項１〜４の何れか一項に記載の杭圧入装置において、
前記フレーム部には、前記ベースマシンが設置される基台に対して前記フレーム部を固定する固定機構が設けられていることを特徴とする。

本発明によれば、杭の圧入施工を好適に行うことができる。

本実施形態１の杭圧入装置を示す概略図であり、側面視した説明図（ａ）と、ベースマシン部分を正面視した説明図（ｂ）である。 本実施形態１の杭圧入装置の変形例を示す概略図であり、側面視した説明図（ａ）と、ベースマシン部分を正面視した説明図（ｂ）である。 図２（ａ）に対応し、フレーム部のフックを拡大して示す側面図である。 本実施形態１の杭圧入装置の変形例を示す概略図であり、側面視した説明図（ａ）と、ベースマシン部分を正面視した説明図（ｂ）である。 図４（ｂ）に対応し、フレーム部のクランプを拡大して示す正面図である。 本実施形態２の杭圧入装置を側面視して示す概略図である。

以下、図面を参照して、本発明に係る杭圧入装置の実施形態について詳細に説明する。

（実施形態１）
杭圧入装置１０は、図１（ａ）（ｂ）に示すように、走行可能なベースマシン１に取り付けられ、その先端２ａがベースマシン１から水平方向に張り出しているフレーム部２と、フレーム部２の先端２ａ側に据え付けられた昇降機構１６によって昇降されるチャック装置１５と、を備えている。

ベースマシン１は、例えば、クレーンやバックホーなどキャタピラーで走行する作業機である。
このベースマシン１は、杭Ｐを埋入する位置にフレーム部２の先端２ａを近付けることができる地点に移動して、その杭Ｐの埋入位置に対し杭圧入装置１０のチャック装置１５を配置することを可能にする。
なお、ベースマシン１は、杭圧入装置１０を構成する装置の一部であるが、例えば、フレーム部２がベースマシン１に着脱可能になっており、作業現場に応じてクレーンやバックホーなどの作業機に付け替えて杭圧入装置１０を使用する場合、ベースマシン１は、フレーム部２を介して杭圧入装置１０が取り付けられている移動用機器と見なすことができる。

フレーム部２は、例えば、鋼板や鋼材を溶接あるいはボルトなどによって一体化した長尺なステージ状の工作物であり、ベースマシン１の底部に取り付けられている。このフレーム部２は、ベースマシン１と地面との間の下部空間を通じて延在しており、その両端がベースマシン１から離間した配置となる長さを有している。

また、フレーム部２には、ベースマシン１の姿勢を安定させる姿勢安定器であるアウトリガー３が複数（本実施形態では４つ）設けられている。
アウトリガー３は、フレーム部２が延在する方向に沿ってベースマシン１を挟む位置に設けられており、ベースマシン１の前方に２つのアウトリガー３ａ、後方に２つのアウトリガー３ｂが配設されている。
そして、杭Ｐを埋入するためにベースマシン１が移動した地点でアウトリガー３を作動させることで、フレーム部２及びベースマシン１が水平な姿勢を保ち、杭圧入装置１０の施工姿勢を安定させるようになっている。特に、フレーム部２がベースマシン１の前後に亘り、ベースマシン１の全長よりも長いサイズを有しているので、そのベースマシン１の前後でアウトリガー３を作動させることで、杭圧入装置１０の施工姿勢をより一層安定させることができる。

このフレーム部２の先端２ａ側には、フレーム部２に固定されたサドル１２と、サドル１２に対して前後動可能なスライドベース１３と、スライドベース１３上で左右に旋回可能なリーダーマスト１４と、リーダーマスト１４の前面に昇降可能に取り付けられたチャック装置１５と、リーダーマスト１４に対してチャック装置１５を昇降駆動する油圧シリンダである昇降機構１６が設けられている。

スライドベース１３は、サドル１２に対し前後に移動してチャック装置１５を水平方向に移動させることにより、チャック装置１５で把持した杭Ｐを圧入する位置を調整する機能を有している。
リーダーマスト１４は、スライドベース１３に対し左右に旋回してチャック装置１５の向きを変えることにより、チャック装置１５で把持した杭Ｐを圧入する位置を調整する機能を有している。

チャック装置１５は、その背面側がリーダーマスト１４の前面側に昇降可能に嵌合した状態とされるとともに、リーダーマスト１４とチャック装置１５に接続された昇降機構１６により昇降駆動されるようになっている。
そして、チャック装置１５が把持した杭Ｐを地盤Ｇに圧入する際、チャック装置１５の昇降範囲は所定のストローク長に限られているので、杭Ｐを把持してチャック装置１５を下降させることと、杭Ｐを離してチャック装置１５を上昇させることを繰り返すようになっている。これにより、チャック装置１５が昇降する１ストローク分ずつ杭Ｐを圧入することが繰り返され、チャック装置１５の昇降範囲より深く杭Ｐを地盤Ｇに圧入することが可能になっている。
同様に、杭Ｐを把持してチャック装置１５を上昇させることと、杭Ｐを離してチャック装置１５を下降させることを繰り返して、杭Ｐを地中から引き抜くことが可能になっている。

この杭圧入装置１０が、例えば、港湾の岸壁から離れた水底の地盤Ｇに杭Ｐを埋入する場合、図１（ａ）に示すように、ベースマシン１が所定の作業地点に移動し、フレーム部２の先端２ａを杭Ｐの埋入位置側に向けて水平方向に張り出し、杭Ｐの埋入位置の上方にチャック装置１５を配置する。
そして、杭圧入装置１０は、ベースマシン１の重量を反力として利用し、チャック装置１５で把持した杭Ｐを地盤Ｇに圧入することができる。

また、チャック装置１５で把持した杭Ｐの上部に第１のウエイト部材４を取り付けて、杭Ｐを地盤Ｇに圧入することもできる。この場合、第１のウエイト部材４の重量が杭Ｐを押し下げる方向に作用し、杭Ｐの圧入時の補助力となるので、より容易に杭Ｐを圧入することが可能になる。なお、第１のウエイト部材４ａは、チャックフレームなどチャック装置１５の一部に取り付け可能な構造のものであってもよい。チャック装置１５に第１のウエイト部材４ａを取り付けることでも、第１のウエイト部材４ａの重量が杭Ｐを押し下げる方向に作用し、杭Ｐの圧入時の補助力となる。
また、ベースマシン１を挟んでチャック装置１５の反対側のフレーム部２上に第２のウエイト部材５を載置して、杭Ｐを地盤Ｇに圧入することもできる。この場合、ベースマシン１の重量に加えて第２のウエイト部材５の重量を反力として利用し、チャック装置１５で把持した杭Ｐを地盤Ｇから引き抜くことが可能になる。
この第１のウエイト部材４と第２のウエイト部材５は、地盤Ｇの硬度や作業現場の状況に応じて使い分け、何れか一方を使用したり両方を使用したりすることができる。勿論、第１のウエイト部材４と第２のウエイト部材５の両方を使用しないで圧入施工することもできる。なお、第２のウエイト部材５を使用しない場合、フレーム部２は前端のみがベースマシン１から離間した配置となる長さを有していればよい。

ここで、杭圧入装置１０による杭Ｐの圧入施工時のモーメントのバランスについて説明する。なお、第１のウエイト部材４と第２のウエイト部材５を使用しない場合のバランスを例に説明する。
図１（ａ）に示すように、ベースマシン１の重心から後方のアウトリガー３ｂまでの水平方向の距離がＬ１、ベースマシン１の重心からチャック装置１５が把持する杭Ｐの中心までの水平方向の距離がＬ２であって、ベースマシン１の重量がＷ１、杭Ｐの圧入力がＷ２（下向きのＷ２）であるとき、杭圧入におけるモーメントのバランスに関し、下記の式（１）が成立する。
Ｗ１×Ｌ１＞Ｗ２×Ｌ２ ・・・（１）
また、図１（ａ）に示すように、の重心から前方のアウトリガー３ａまでの水平方向の距離がＬ３、チャック装置１５が把持する杭Ｐの中心から前方のアウトリガー３ａまでの水平方向の距離がＬ４であって、ベースマシン１の重量がＷ１、杭Ｐの引抜力がＷ２（上向きのＷ２）であるとき、杭引抜におけるモーメントのバランスに関し、下記の式（２）が成立する。
Ｗ１×Ｌ３＞Ｗ２×Ｌ４ ・・・（２）

このように、本実施形態の杭圧入装置１０は、既設の杭列が無いために従来技術の杭圧入機（例えば特許文献１の杭圧入機）では圧入施工が困難であった岸壁から離れた位置にも、杭Ｐの圧入施工を好適に行うことができる。
特に、杭圧入装置１０はベースマシン１によって移動可能な装置であり、フレーム部２の先端２ａに据え付けられているチャック装置１５を杭Ｐの埋入位置の上方に配するように岸壁側の陸地を移動することができるので、速やかに適切な作業地点に移動して杭Ｐの圧入施工を行うことができる。

なお、本発明は上記実施形態に限られるものではない。
例えば、図２（ａ）（ｂ）に示すように、杭圧入装置１０のフレーム部２に固定機構としてのフック６を備える構成の装置であってもよい。
ここでは、岸壁から圧入した既設の杭Ｐ上に橋梁支持部Ｔを介して橋梁Ｈを架け渡し、その橋梁Ｈ上を走行させて所定地点にベースマシン１を設置した際に使用するフック６を例に説明する。なお、橋梁支持部Ｔと橋梁Ｈはベースマシン１を設置する基台としての機能を有している。
フック６は、図３に示すように、フレーム部２に回動可能に配設されている。
このフック６を回動させて、フック６の先端部を橋梁支持部Ｔの下面に係止することで、橋梁支持部Ｔを介してフレーム部２を既設杭Ｐに固定することができる。
こうしてフック６によってフレーム部２を既設杭Ｐに固定し、フレーム部２と既設杭Ｐを一体化すれば、杭圧入装置１０は既設杭Ｐからも反力をとるようにして、好適に杭Ｐの圧入施工を行うことができる。

また、例えば、図４（ａ）（ｂ）に示すように、杭圧入装置１０のフレーム部２に固定機構としてのクランプ７を備える構成の装置であってもよい。
ここでは、岸壁から圧入した既設の杭Ｐ上に橋梁支持部Ｔを介して橋梁Ｈを架け渡し、その橋梁Ｈ上を走行させて所定地点にベースマシン１を設置した際に使用するクランプ７を例に説明する。なお、橋梁支持部Ｔと橋梁Ｈはベースマシン１を設置する基台としての機能を有している。
クランプ７は、図５に示すように、図示しない油圧シリンダの駆動により作動する爪部７ａを備えており、橋梁支持部Ｔの上面に設けられている固定用突起Ｓを挟持可能にフレーム部２に配設されている。
このクランプ７を作動させて、橋梁支持部Ｔの固定用突起Ｓを挟持することで、橋梁支持部Ｔを介してフレーム部２を既設杭Ｐに固定することができる。
こうしてクランプ７によってフレーム部２を既設杭Ｐに固定し、フレーム部２と既設杭Ｐを一体化すれば、杭圧入装置１０は既設杭Ｐからも反力をとるようにして、好適に杭Ｐの圧入施工を行うことができる。

（実施形態２）
次に、本発明に係る杭圧入装置の実施形態２について説明する。なお、実施形態１と同様の構成については、同符号を付して説明を割愛する。

杭圧入装置２０は、図６に示すように、ベースマシン１に取り付けられたフレーム部２と、フレーム部２の先端２ａ側に設けられた固定板２ｂに据え付けられた杭圧入機２０ａと、を備えている。
杭圧入機２０ａは、フレーム部２の固定板２ｂの上端側を挟んで保持する複数のクランプ装置１１…を有するサドル１２と、サドル１２に対して前後動可能なスライドベース１３と、スライドベース１３上で左右に旋回可能なリーダーマスト１４と、リーダーマスト１４の前面に昇降可能に取り付けられたチャック装置１５と、リーダーマスト１４に対してチャック装置１５を昇降駆動する油圧シリンダである昇降機構１６と、を備えている。
つまり、この実施形態２の杭圧入装置２０は、既存の杭圧入機２０ａ（例えば特許文献１の杭圧入機）をフレーム部２の先端２ａ側に据え付けた構成の装置である。なお、固定板２ｂは、既存の杭圧入機２０ａのクランプ装置１１で挟持することができ、フレーム部２上の杭圧入機２０ａを支持することが可能な構造を有している。
このような杭圧入装置２０であっても、岸壁から離れた位置に杭Ｐの圧入施工を好適に行うことができる。

以上のように、本発明に係る杭圧入装置（１０，２０）は、杭Ｐの圧入施工を好適に行うことができる優れた装置である。

なお、以上の実施の形態においては、港湾の岸壁から離れた水底の地盤Ｇに杭Ｐを圧入する場合を例に説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、海や河川の護岸から離れた水底の地盤Ｇに杭Ｐを圧入する場合や、道路擁壁から離れた壁下側の地盤Ｇに杭Ｐを圧入する場合や、ベースマシン１が略水平な姿勢で移動可能な平地から急に下るような傾斜地側の地盤Ｇに杭Ｐを圧入する場合などでも、本発明を適用することができる。この場合、護岸側の陸地や道路擁壁上の土地は、ベースマシン１が略水平な姿勢で移動可能な平地であるものする。

また、その他、具体的な細部構造等についても適宜に変更可能であることは勿論である。

１ ベースマシン
２ フレーム部
２ａ 先端
２ｂ 固定板
３（３ａ、３ｂ） アウトリガー（姿勢安定器）
４、４ａ 第１のウエイト部材
５ 第２のウエイト部材
６ フック（固定機構）
７ クランプ（固定機構）
１１ クランプ装置
１２ サドル
１３ スライドベース
１４ リーダーマスト
１５ チャック装置
１６ 昇降機構
２０ａ 杭圧入機
１０、２０ 杭圧入装置
Ｈ 橋梁（基台）
Ｔ 橋梁支持部（基台）
Ｐ 杭
Ｇ 地盤

以上の課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、杭圧入装置であって、
走行可能なベースマシンに取り付けられ、前記ベースマシンと地面との間の下部空間を通じて延在し、その両端が前記ベースマシンから離間した配置となる長さを有しているフレーム部と、
前記ベースマシンから水平方向に張り出している前記フレーム部の先端側に据え付けられた昇降機構によって昇降されるチャック装置と、を備え、
前記ベースマシンの重量を反力として利用し、前記チャック装置で把持した杭を地盤に圧入することを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜３の何れか一項に記載の杭圧入装置において、
前記フレーム部には、前記ベースマシンが設置される基台に対して前記フレーム部を固定する固定機構が設けられていることを特徴とする。

ここで、杭圧入装置１０による杭Ｐの圧入施工時のモーメントのバランスについて説明する。なお、第１のウエイト部材４と第２のウエイト部材５を使用しない場合のバランスを例に説明する。
図１（ａ）に示すように、ベースマシン１の重心から後方のアウトリガー３ｂまでの水平方向の距離がＬ１、ベースマシン１の重心からチャック装置１５が把持する杭Ｐの中心までの水平方向の距離がＬ２であって、ベースマシン１の重量がＷ１、杭Ｐの圧入力がＷ２（下向きのＷ２）であるとき、杭圧入におけるモーメントのバランスに関し、下記の式（１）が成立する。
Ｗ１×Ｌ１＞Ｗ２×Ｌ２ ・・・（１）
また、図１（ａ）に示すように、ベースマシン１の重心から前方のアウトリガー３ａまでの水平方向の距離がＬ３、チャック装置１５が把持する杭Ｐの中心から前方のアウトリガー３ａまでの水平方向の距離がＬ４であって、ベースマシン１の重量がＷ１、杭Ｐの引抜力がＷ２（上向きのＷ２）であるとき、杭引抜におけるモーメントのバランスに関し、下記の式（２）が成立する。
Ｗ１×Ｌ３＞Ｗ２×Ｌ４ ・・・（２）

Claims (5)

1. 走行可能なベースマシンに取り付けられ、その先端が前記ベースマシンから水平方向に張り出しているフレーム部と、
   前記フレーム部の先端側に据え付けられた昇降機構によって昇降されるチャック装置と、を備え、
   前記ベースマシンの重量を反力として利用し、前記チャック装置で把持した杭を地盤に圧入することを特徴とする杭圧入装置。
2. 前記フレーム部には、前記ベースマシンの姿勢を安定させる複数の姿勢安定器が設けられており、
   前記姿勢安定器は、前記フレーム部が延在する方向に沿って前記ベースマシンを挟む位置に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の杭圧入装置。
3. 前記チャック装置で把持した杭の上部又は前記チャック装置に取り付ける第１のウエイト部材と、前記ベースマシンを挟んで前記チャック装置の反対側の前記フレーム部上に載置する第２のウエイト部材の、少なくとも一方を備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載の杭圧入装置。
4. 前記フレーム部は、前記ベースマシンと地面との間の下部空間を通じて延在し、その両端もしくは前端のみが前記ベースマシンから離間した配置となる長さを有していることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の杭圧入装置。
5. 前記フレーム部には、前記ベースマシンが設置される基台に対して前記フレーム部を固定する固定機構が設けられていることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の杭圧入装置。

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