JP2016132909A - 現場造成杭の構築装置および現場造成杭の構築方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 掘削ヘッドのセッティング作業が容易で且つ現場造成杭の構築工事のコストを低減できる現場造成杭の構築装置を提供するとともに、前記装置を用いた高品質な現場造成杭の構築方法を提供する。
【解決手段】 掘削ヘッド７が、鋼管６の下端部内周面を直径方向に横断して両端を前記内周面に固定されて下端面から垂直に突出する板状の掘削刃１１と、その両側に形成される鋼管６下端の平面視略半月形の開口部ｈをそれぞれ塞ぐ、一対の底板１２から構成されている。これらの底板１２は、鋼管６が地面を掘削して杭孔を形成した後、鋼管６を上昇させる際にその下端から分離する。その後、鋼管６は前記開口部ｈから杭孔内に高圧空気で加圧された杭材料を放出しながら地中を上昇して杭孔内に杭を打設する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、地中に現場で造成して建造物を支持する現場造成杭の構築装置と、その装置を用いた現場造成杭の構築方法に関する。

従来、小規模住宅の基礎杭等の現場造成杭を打設する場合には、例えば、特許文献１に記載されているような、掘削刃を有する掘削ヘッド（底板）を取り付けた鋼管を地中の目的の深さまで掘進して杭孔を形成し、次いで前記鋼管内に生コンクリートやモルタル等の杭材料を投入して充填後、掘削ヘッドを分離して杭孔底部に残したまま鋼管を上昇させながら杭孔内に杭材料を放出して固化させる方法が用いられている。

しかしながら、前述したような従来の現場造成杭の構築方法においては、造成する杭の本数分だけ掘削ヘッドを多数消耗部品として用意する必要があり、杭の本数が多くなると、工事コストが高くなる問題があった。

そこで、このような問題を解決するために、特許文献２において、複数に分割可能な部分を合体させた掘削ヘッドを鋼管（掘削ロッド）先端に装着して地面を掘削し、形成した杭孔内に杭材料を流し込んだ後、鋼管を上昇させる際に、掘削ヘッドが各部分に分解され、これらの部分がそれぞれワイヤで吊られて、杭材料が満たされた杭孔の中を通って地上に回収されるようにした提案がなされている。

特開２００５−１３３２８９号公報 特開２０１３−９１９０２号公報

前述した特許文献２に記載されている発明は、掘削ヘッドを回収して再度使用することが可能であるため、特に、現場造成杭の打設本数が多い場合には、工事コストの低減に極めて効果的である。

しかしながら、前記特許文献２に記載されている発明においては、掘削ヘッドが合体・分離可能な複数の分割体からなり、これらの分割体を合体させたときに、鋼管の下端開口部に回転が規制された状態で嵌合される蓋体と、その下面に突設する掘削刃が構成される構造であり、また、それぞれの分割体がワイヤで鋼管側に連結されているため、鋼管下端への組み付けに時間がかかるとともに、各分割体の形状が複雑で高い加工精度が必要であるため、掘削ヘッド等の装置の製造コストが高くなる問題があった。

また、従来の現場造成杭の構築方法においては、鋼管で掘削した杭孔内に造成される杭の外周面に周囲から加わる土圧の作用で、杭の外径が減少する問題があった。

そこで、本発明は、前述したような従来技術における問題を解消し、掘削ヘッドのセッティング作業が容易で且つ現場造成杭の構築工事のコストを低減できる現場造成杭の構築装置を提供するとともに、前記装置を用いた高品質な現場造成杭の構築方法を提供することを目的とする。

前記目的のために提供される本発明の現場造成杭の構築装置は、作業車のガイド柱に上下動可能に支持される駆動ヘッドと、前記駆動ヘッドに上端が支持されて回転駆動される鋼管と、前記鋼管の下端に装着される掘削ヘッドとを備えたものであって、その第１のものは、掘削ヘッドが、鋼管の下端部内周面を直径方向に横断して両端を前記内周面に固定され、当該鋼管の下端面から垂直に突出する板状の掘削刃と、前記掘削刃の両側に形成される鋼管下端の平面視略半月形の開口部をそれぞれ塞ぐ一対の底板から構成され、これらの底板は、鋼管の下方へ分離可能に前記それぞれの開口部へ嵌合されることを特徴としている。

また、その第２のものは、掘削ヘッドが、鋼管の下端部内周面を直径方向に横断して両端を前記内周面に固定され、当該鋼管の下端面から垂直に突出する板状の掘削刃と、前記掘削刃の両側に形成される鋼管下端の略半月形の開口部をそれぞれ塞ぐ一対の底板から構成され、これらの底板は、それぞれが隣接する掘削刃の側面に対して前記直径方向に平行な軸回りに回動自在に枢着され、鋼管下方への回動により、前記それぞれの開口部が開放されることを特徴としている。

また、本発明の現場造成杭の構築方法の第１のものは、前記現場造成杭の構築装置の第１のものを用いて現場造成杭を構築する方法であって、鋼管の下端開口部を地面に近接させて前記開口部を底板で閉じる第１の工程と、鋼管を回転させながら地中を下降させて、鋼管下端の掘削刃で目的の深度まで杭孔を掘削する第２の工程と、前記深度で停止させた鋼管内に、上方から必要量の杭材料を充填する第３の工程と、鋼管内に杭材料の上方から高圧空気を導入して当該杭材料を加圧しつつ当該鋼管を回転させながら上昇させることにより、前記開口部から底板を分離させるとともに、当該開口部から杭孔内に鋼管内の杭材料を放出して地中に杭を造成する第４の工程を含むことを特徴としている。

また、本発明の現場造成杭の構築方法の第２のものは、前記現場造成杭の構築装置の第２のものを用いて現場造成杭を構築する方法であって、鋼管の下端開口部を地面に近接させて前記開口部を底板で閉じる第１の工程と、鋼管を回転させながら地中を下降させて、鋼管下端の掘削刃で目的の深度まで杭孔を掘削する第２の工程と、前記深度で停止させた鋼管内に、上方から必要量の杭材料を充填する第３の工程と、鋼管内に杭材料の上方から高圧空気を導入して当該杭材料を加圧しつつ当該鋼管を回転させながら上昇させることにより、前記開口部を閉じていた底板を下方に回動させて開くとともに、当該開口部から杭孔内に鋼管内の杭材料を放出して地中に杭を造成する第４の工程を含むことを特徴としている。

請求項１に記載された発明に係る現場造成杭の構築装置によれば、掘削ヘッドが、鋼管下端に固定された板状の掘削刃と、当該掘削刃の両側に形成される鋼管下端の平面視略半月形の開口部をそれぞれ塞ぐ、一対の底板から構成されている簡単な構造あるため、掘削ヘッドの製造コストを安くできる。

また、掘削ヘッドのセッティングは、鋼管の下方から前記開口部にそれぞれ底板を嵌合するだけで済むため簡単に行うことができる。また、杭の打設時には、比較的高価な掘削刃が鋼管とともに地上に引き上げられて、何度も再利用が可能であるため、工事コストの削減を図ることができる。

請求項２に記載された発明に係る現場造成杭の構築装置によれば、掘削ヘッドが、鋼管下端に固定された板状の掘削刃と、前記掘削刃の両側面に回動自在に枢着されて、当該掘削刃の両側に形成される鋼管下端の平面視略半月形の開口部をそれぞれ塞ぐ、一対の底板から構成されている簡単な構造であるため、掘削ヘッドの製造コストを安くできる。

また、掘削ヘッドのセッティングは、一対の底板をそれぞれ上方に回動してそれぞれ対応する開口部を塞ぐだけで済むため極めて簡単であるとともに、これらの底板を紛失するおそれもない。

また、これらの底板は、杭の打設後に掘削刃とともに地上に回収され、消耗部品とならないため、現場造成杭の打設本数が多い場合には、工事コストの削減効果に大きく寄与することができる。

請求項３に記載された発明に係る現場造成杭の構築方法によれば、前記請求項１の発明の効果に起因して、工事の作業効率の向上と工事コストの削減を図ることができるとともに、杭孔内へ鋼管内の杭材料を放出して杭を造成する際に、高圧空気で杭材料を加圧することで、土圧による杭の外径の減少を防止することができ、杭の品質を高めることができる。

請求項４に記載された発明に係る現場造成杭の構築方法によれば、前記請求項２の発明の効果に起因して、工事の作業効率の向上と工事コストの削減を図ることができるとともに、杭孔内へ鋼管内の杭材料を放出して杭を造成する際に、高圧空気で杭材料を加圧することで、土圧による杭の外径の減少を防止することができ、杭の品質を高めることができる。

本発明の１実施形態における、現場造成杭の構築装置を装着した作業車の側面図である。 本発明の１実施形態における、鋼管下端に装着した掘削ヘッドの斜視図である。 本発明の１実施形態における、鋼管下端から底板を外した状態を示す斜視図である。 本発明の１実施形態における、鋼管下端部に装着した掘削ヘッドの、掘削刃の横断方向から見た縦断面図である。 本発明の１実施形態における、鋼管下端部に装着した掘削ヘッドの、掘削刃の側面方向から見た縦断面図である。 本発明の１実施形態における、掘削ヘッドの分解斜視図である。 本発明の現場造成杭の構築方法における各工程の前半部分を説明する図である。 本発明の現場造成杭の構築方法における各工程の後半部分を説明する図である。 本発明の別の実施形態における、鋼管の下端に装着した掘削ヘッドの斜視図である。 本発明の別の実施形態における、鋼管の下端の底板を開いた状態を示す斜視図である。 本発明の別の実施形態における、鋼管下端部に装着した掘削ヘッドの、掘削刃の横断方向から見た縦断面図である。 本発明の別の実施形態における、鋼管下端部に装着した掘削ヘッドの、掘削刃の側面方向から見た縦断面図である。 本発明の別の実施形態における、掘削ヘッドを下方から見た平面図である。

以下、本発明の実施形態について図面に基づいて説明する。図１は、本発明の１実施形態における現場造成杭の構築装置を装着した作業車の側面図であって、同図に示すように、本発明の構築装置１は、作業車２にアーム３を介して支持されているガイド柱４に対して上下動可能に支持される駆動ヘッド５、前記駆動ヘッド５に上端が支持されて回転駆動される、鋼管６、及び、前記鋼管６の下端開口部に装着される掘削ヘッド７から構成されている。

作業車２は、クローラ２Ａで走行移動が可能で、作業内容に応じて、アースオーガ等の様々な作業装置を取り付けて使用可能な車両である。ガイド支柱４には、その上下の端部に一対のガイドシーブ８Ａ、８Ｂが設けられており、これらのガイドシーブ８Ａ、８Ｂ間に昇降チェーン９が掛け渡されている。

前記昇降チェーン９には駆動ヘッド５が連結されていて、当該昇降チェーン９を図示しない駆動手段で駆動することによって、駆動ヘッド５がガイド柱４に沿って昇降移動する構造になっている。

駆動ヘッド５の下面には、正逆両方向に回転可能な駆動軸５Ａが下方に突出して設けられている。前記駆動軸５Ａは、鋼管６の上端に連結部６Ａを介して設けられている被駆動軸１０と切り離し可能に連結されていて、駆動軸５Ａが回転駆動されると、被駆動軸１０と鋼管６は、一体となって回転されるようになっている。

鋼管６には、その長手方向の複数箇所にも連結部が設けられていて、必要に応じてこれらの連結部でその上下の部分が切り離し可能に構成されている。また、図示していないが、鋼管６の上部には、当該鋼管６内に生コンクリートやモルタル等の杭材料を投入する充填口と、外部に設置されたエアコンプレッサから高圧空気を導入する給気口が設けられている。

鋼管６の下端に装着される掘削ヘッド７は、図２に示すように、掘削刃１１と一対の底板１２から構成されている。これらの底板１２は同一形状であり、図３に示すように鋼管６の下方へ分離可能になっている。なお、本実施形態のものにおいては、掘削刃１１及び一対の底板１２の素材は鋼鉄製である。

掘削刃１１は平板状に形成されていて、その下方部分は、鋼管６の下端から垂直に突出しており、またその上方部分は、鋼管６の内側に嵌入してその直径方向に横断して両端が当該鋼管の内周面に溶接固定されている。

図６に示すように、掘削刃１１には前記直径方向両側の垂直な端面の途中位置にそれぞれ、段部１１ａが形成されていて、当該段部１１ａより上方部分の前記直径方向の幅は、鋼管６の内径に適合させてあり、また当該段部１１ａより下方部分の幅は、鋼管６の外径に適合させてある。

また、掘削刃１１の下端には、杭孔掘削時の掘削抵抗を減らすとともに、鋼管６の掘進時の直進安定性を高めるために、山形の切欠部１１ｂが形成されている。なお、前記切欠部１１ｂを形成する代わりに、掘削刃１１の下方部分を、鋼管６の下端外周側から中央に向けて、下方に山形に突出する側面形状としてもよい。

また、鋼管６に対する掘削刃１１の取付精度と取付強度を高めるため、掘削刃１１の前記段部１１ａより上方の鋼管６内に嵌入する部分の両端面は、鋼管６の内周面に適合する円筒状曲面とすることが望ましい。

前記一対の底板１２は、鋼管６下端の掘削刃１１の両側に形成される、平面視略半月形の開口部ｈ（図３参照）に適合する平面視略半月形の外周輪郭を有している。図６に示すように、これらの底板１２は、鋼管６の下端開口部の内周面に適合する半径で形成されている小径外周部１２ａと、当該鋼管６の外周面に適合する半径で形成されている大径外周部１２ｂを上下二段に有している。

これらの底板１２は、図２のように、掘削刃１１の両側面１１ｃにそれぞれの直線状の端面１２ｃを当接させて鋼管６の下端内周面に小径外周部１２ａを嵌入して装着した状態で、大径外周部１２ｂが鋼管６の外周面と整合するようになっている。

次に、前述したように構成されている構築装置１を用いて現場造成杭を構築する方法について説明する。現場造成杭の構築に当たっては、図１に示す、構築装置１を装着した作業車２を現場造成杭を構築する現場に移動させ、鋼管６を杭の構築位置の地面ＧＬの真上に移動させる。

次いで、図７（ａ）に示すように、鋼管６の下端を地面ＧＬ付近まで下降させて、掘削刃１１の両側に形成されている開口部のそれぞれに底板１２を下方から装着してこれらを塞ぎ、掘削ヘッド７として組み立てる。なお、これらの底板１２は鋼管６には固定されていないが、地面ＧＬの上に置くことで、前記開口部に嵌入された状態に保持される。

次に、同図（ｂ）に示すように、鋼管６を回転駆動しながら下降移動させ、鋼管６の下端に固定されている掘削刃１１によって、地中に杭孔を掘進していく。この際、一対の底板１２はそれぞれの下面に作用する土圧によって、鋼管６の下端に押し付けられているため、鋼管６の下端から外れることはない。

こうして、同図（ｃ）に示すように、鋼管６で目的の深度まで杭孔を掘削したら、鋼管６の回転と下降移動を停止させ、次いで図８（ａ）に示すように、鋼管６内に上方から杭材料Ｃ（生コンクリート等）を充填する。

前記杭材料Ｃは、同図（ｂ）に示すように、地面ＧＬの高さかそれよりもやや高い位置まで充填し、次いで鋼管６内の杭材料Ｃの上方の空間内に、外部に設置した図示しないエアコンプレッサから高圧空気を導入して鋼管６内の圧力を上昇させる。

次いで、同図（ｃ）に示すように、鋼管６を回転させながら掘削された杭孔内を上昇させる。この際、鋼管６の下端に装着されていた底板１２は鋼管６内の杭材料Ｃから受ける圧力によって下方に分離して杭孔底部に残される。

これと同時に、鋼管６内に充填されている杭材料Ｃは、図３に示す鋼管６下端の一対の略半月形の開口部ｈから放出されて杭孔内に充填されていく。この際、鋼管６が上昇して抜けたあとの杭孔内周面には、周囲から土圧が作用しているが、鋼管６内に導入されている高圧空気の圧力Ｐが杭材料Ｃの上面に加わって杭材料内の圧力が高められているため、杭孔内に打設される杭材料の外径が土圧で周囲から押されて細くなることが防止される。

こうして、最終的には、図８（ｄ）に示すように、鋼管６は地面ＧＬから地上に引き上げられ、その後、杭孔内で杭材料を固化するすることにより杭の打設が完了する。

なお、掘削刃１１の両側に配置される各底板１２の上面と、掘削刃１１の各側面１１ｃの上方部分中央位置との間をそれぞれ、鋼管６の下部内側に格納可能な３０ｃｍ〜５０ｃｍ程度のワイヤロープで連結しておき、図８（ｃ）の工程で鋼管６を上昇させる際に、鋼管６の下端から分離されたこれらの底板１２を、前記ワイヤロープで掘削刃１１から吊り下げで地上に回収し、再利用できるようにしてもよい。

次に、図９は、本発明の構築装置の別の実施形態における、鋼管の下端に装着した掘削ヘッドの斜視図であって、同図に示す実施形態は、先に説明した実施形態と掘削ヘッドの構造のみが相違しており、前者と共通している構成部分については、図中で共通の符号を用いている。

図９に示すように、この実施形態においては、掘削ヘッド７Ａを構成している一対の底板１２は、掘削刃１１の両側面１１ｃにそれぞれ蝶番１３によって、鋼管６の直径方向に平行な軸回りに回動自在に枢着されていて、図１０に示すように、鋼管６下方への回動により、掘削刃１１の両側の開口部ｈが開放されるようにしてある。

図１１は、鋼管６下端部に装着した掘削ヘッド７Ａを、掘削刃１１の横断方向から見た縦断面図、図１２は、掘削刃１１の側面方向から見た縦断面図、図１３は掘削ヘッド７Ａを下方から見た平面図であって、これらの図に示すように、蝶番１３は、掘削刃１１の両側の側面１１ｃにそれぞれ２つずつ横に並べて配置され、それぞれ隣り合う側面１１ｃと底板１２の下面１２ｄ間を連結している。

なお、掘削刃１１と底板１２のそれぞれに対する蝶番１３の固定は、溶接も可能であるが、掘削刃１１や鋼管６下端の清掃や蝶番１３の不具合時の交換等を容易にするために、分解可能なボルト締結が望ましい。

本実施形態のものにおいては、図１１に仮想線で示すように、掘削刃１１の両側の底板１２を下方へ回動して開く際に、各蝶番１３の回動中心よりも鋼管６の下端面が高い位置にある。

そのため、図６に示す底板１２の小径外周部１２ａの回動軌跡が鋼管６の下端内側周縁と干渉して底板１２が開き難くなる。そこで、本実施形態のものにおいては、図示していないが、前記小径外周部１２ａの中央上縁部分の適宜範囲に面取りを施すことで前記干渉を回避している。

前述したように構成されている掘削ヘッド７Ａの基本的な機能は先の実施形態における掘削ヘッド７と同様であるが、底板１２が掘削刃１１と蝶番１３で連結されているため、前述した掘削ヘッド７と比較して、前述した図７（ａ）の工程における鋼管６下端の掘削ヘッド７のセッティングは、一対の底板１２をそれぞれ上方に回動してそれぞれ対応する開口部を塞ぐだけでよいため極めて簡単であり、また、これらの底板１２を紛失しないように別途保管する必要がない。

また、これらの底板１２は、杭の打設後に掘削刃１１とともに地上に回収され、消耗部品とならないため、現場造成杭の打設本数が多い場合には、工事コストの削減効果に大きく寄与することができる。

１ 構築装置
２ 作業車
２Ａ クローラ
３ アーム
４ ガイド柱
５ 駆動ヘッド
５Ａ 駆動軸
６ 鋼管
７、７Ａ 掘削ヘッド
８Ａ、８Ｂ ガイドシーブ
９ 昇降チェーン
１０ 被駆動軸
１１ 掘削刃
１１ａ 段部
１１ｂ 切欠部
１１ｃ 側面
１２ 底板
１２ａ 小径外周部
１２ｂ 大径外周部
１２ｃ 端面
１２ｄ 下面
１３ 蝶番

Claims (4)

1. 作業車のガイド柱に上下動可能に支持される駆動ヘッドと、
   前記駆動ヘッドに上端が支持されて回転駆動される鋼管と、
   前記鋼管の下端に装着される掘削ヘッドとを備えた現場造成杭の構築装置であって、
   前記掘削ヘッドは、鋼管の下端部内周面を直径方向に横断して両端を前記内周面に固定され、当該鋼管の下端面から垂直に突出する板状の掘削刃と、前記掘削刃の両側に形成される鋼管下端の平面視略半月形の開口部をそれぞれ塞ぐ一対の底板から構成され、これらの底板は、鋼管の下方へ分離可能に前記それぞれの開口部へ嵌合されることを特徴とする現場造成杭の構築装置。
2. 作業車のガイド柱に上下動可能に支持される駆動ヘッドと、
   前記駆動ヘッドに上端が支持されて回転駆動される鋼管と、
   前記鋼管の下端に装着される掘削ヘッドとを備えた現場造成杭の構築装置であって、
   前記掘削ヘッドは、鋼管の下端部内周面を直径方向に横断して両端を前記内周面に固定され、当該鋼管の下端面から垂直に突出する板状の掘削刃と、前記掘削刃の両側に形成される鋼管下端の略半月形の開口部をそれぞれ塞ぐ一対の底板から構成され、
   これらの底板は、それぞれが隣接する掘削刃の側面に対して前記直径方向に平行な軸回りに回動自在に枢着され、鋼管下方への回動により、前記それぞれの開口部が開放されることを特徴とする現場造成杭の構築装置。
3. 請求項１に記載された現場造成杭の構築装置を用いて現場造成杭を構築する方法であって、
   鋼管の下端開口部を地面に近接させて前記開口部を底板で閉じる第１の工程と、
   鋼管を回転させながら地中を下降させて、鋼管下端の掘削刃で目的の深度まで杭孔を掘削する第２の工程と、
   前記深度で停止させた鋼管内に、上方から必要量の杭材料を充填する第３の工程と、
   鋼管内に杭材料の上方から高圧空気を導入して当該杭材料を加圧しつつ当該鋼管を回転させながら上昇させることにより、前記開口部から底板を分離させるとともに、前記開口部から杭孔内に鋼管内の杭材料を放出して地中に杭を造成する第４の工程を含むことを特徴とする現場造成杭の構築方法。
4. 請求項２に記載された現場造成杭の構築装置を用いて現場造成杭を構築する方法であって、
   鋼管の下端開口部を地面に近接させて前記開口部を底板で閉じる第１の工程と、
   鋼管を回転させながら地中を下降させて、鋼管下端の掘削刃で目的の深度まで杭孔を掘削する第２の工程と、
   前記深度で停止させた鋼管内に、上方から必要量の杭材料を充填する第３の工程と、
   鋼管内に杭材料の上方から高圧空気を導入して当該杭材料を加圧しつつ当該鋼管を回転させながら上昇させることにより、前記開口部を閉じていた底板を下方に回動させて開くとともに、当該開口部から杭孔内に鋼管内の杭材料を放出して地中に杭を造成する第４の工程を含むことを特徴とする現場造成杭の構築方法。

Images