JP2016204825A - 杭回転圧入機及び杭回転圧入工法 - Google Patents

Abstract

【課題】杭の回転圧入において排土量を抑えつつ杭下端部内での土砂の圧密進行を抑制する。【解決手段】杭回転圧入機（１）は、管状の杭７を把持し、回転させながら地中に圧入する杭回転圧入手段（２）と、杭の内部に挿通して、杭の回転圧入に伴う杭内部の土砂の圧密進行を抑制する、杭の杭径よりも十分に小径なオーガスクリュ５と、オーガスクリュの上端部に接続され、オーガスクリュを回転させるオーガスクリュ回転手段Ｍと、オーガスクリュを杭に対して固定する固定手段３と、オーガスクリュのケーシング４とを備える。さらにはオーガスクリュの中心軸が杭の中心軸より径方向に偏在する。杭の内部にオーガスクリュを挿通して固定手段により杭に固定し、杭を杭回転圧入手段に把持させ、杭回転圧入手段により杭を回転圧入させながら、オーガスクリュ回転手段によりオーガスクリュを回転させることで、杭の回転圧入に伴う杭内部の土砂の圧密進行を抑制する。【選択図】図２

Description

本発明は、杭回転圧入機及びこれを用いた杭回転圧入工法に関する。

管状の杭を地盤に回転圧入施工する際、その杭の内部に入り込んだ土砂が杭下端部内に圧密し、閉塞するおそれがある。杭下端部内で土砂が閉塞し、閉塞した土砂が杭と供回りするようになると、その杭を回転圧入するために非常に大きな圧入力を要することとなり、場合によってはその杭の圧入が不可能になることがある。
杭下端部内で土砂が閉塞してしまうことを防いで、その杭をスムーズに圧入する方法として、杭の内側にオーガを挿入し、杭先端部の地盤を掘削しながら圧入施工する施工方法（特許文献１）や、杭先端から下方地盤に向けて流体物を噴出させながら圧入施工する施工方法（特許文献２）が知られている
特許文献１に記載の技術では、管状の杭を回転しながら圧入することで、杭圧入時の抵抗力を軽減して杭の圧入を補助するとともに、オーガスクリュにより杭先端部の地盤または土砂を掘削することで、杭先端部の抵抗力を低減し、杭内部での土砂の閉塞を防止している。
また、特許文献２に記載の技術では、杭の内部に入り込んでくる土砂と杭の内壁との間に流体物を介在させるか、杭の内部に入り込んでくる土砂のうち杭の内壁近傍の土砂に対して流体物を混合させて流体混合土砂とするか、または、その両方をすることで、杭内壁面における土砂の周面摩擦力を低減させて、杭内部での閉塞層の形成を防止し、貫入抵抗の低減を図っている。

特開２００５−１２０７４５号公報 特開２００５−１２７０９５号公報

上述したように、引用文献１に記載の技術や引用文献２に記載の技術によれば、杭下端部内での土砂の閉塞を防止し杭先端部の抵抗力を軽減させて杭を回転圧入することができる。
しかしながら、引用文献１に記載の技術においては、オーガスクリュで掘削した土砂が杭の内部から外部に大量に排出されるため、排出された大量の土砂の処分が問題となる。
また、引用文献２に記載の技術においては、特に現場が透水性の高い砂地盤の場合は、流体物を噴出してもその流体物が土砂に浸み込むため、内部応力を解放することがほとんどできず、杭下端部内での土砂の圧密が進行するおそれがある。そして、圧密が進行すると、杭下端部内で土砂が閉塞し、回転圧入施工が不可能となるおそれがある。

本発明は以上の従来技術における問題に鑑みてなされたものであって、杭の回転圧入において排土量を抑えつつ杭下端部内での土砂の圧密進行を抑制することを課題とする。

以上の課題を解決するための請求項１記載の発明は、管状の杭を把持し、回転させながら地中に圧入する杭回転圧入手段と、
前記杭の内部に挿通して、前記杭の回転圧入に伴う杭内部の土砂の圧密進行を抑制する、前記杭の杭径よりも十分に小径なオーガスクリュと、
前記オーガスクリュの上端部に接続され、前記オーガスクリュを回転させるオーガスクリュ回転手段と、
前記オーガスクリュを前記杭に対して固定する固定手段と、
を備えることを特徴とする杭回転圧入機である。

請求項２記載の発明は、前記オーガスクリュとともに前記杭の内部に挿通され、前記オーガスクリュが挿設された筒状のケーシングを備える請求項１に記載の杭回転圧入機である。

請求項３記載の発明は、前記オーガスクリュの中心軸が前記杭の中心軸より径方向に偏在して配置されたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の杭回転圧入機である。

請求項４記載の発明は、前記オーガスクリュの中心軸が前記杭の中心軸より径方向に偏在して配置され、前記固定手段は前記ケーシングを前記杭の内壁に接して固定することを特徴とする請求項２に記載の杭回転圧入機である。

請求項５記載の発明は、前記杭の上端から下端に向けて前記杭の内部に配管され、下端に流体の噴出口を有する流体供給管を備える請求項１から請求項４のうちいずれか一項に記載の杭回転圧入機である。

請求項６記載の発明は、前記オーガスクリュを前記杭に対して上下に移動させる昇降手段を備える請求項１から請求項５のうちいずれか一項に記載の杭回転圧入機である。

請求項７記載の発明は、請求項１から請求項６のうちいずれか一項に記載の杭回転圧入機を用いた杭回転圧入工法であって、
管状の杭の内部に該杭の杭径よりも十分に小径な前記オーガスクリュを挿通して前記固定手段により該杭に固定し、
前記オーガスクリュが固定された該杭を前記杭回転圧入手段に把持させ、
前記杭回転圧入手段により該杭を回転圧入させながら、前記オーガスクリュ回転手段により前記オーガスクリュを回転させることで、該杭の回転圧入に伴う杭内部の土砂の圧密進行を抑制することを特徴とする杭回転圧入工法である。

本発明によれば、杭の回転圧入において排土量を抑えつつ杭下端部内での土砂の圧密進行を抑制することができる。

本発明の一実施形態に係る杭回転圧入機の側面図（杭部断面視）である。 本発明の一実施形態に係る杭回転圧入機の杭上部の縦断面図(a)、Ａ−Ａ断面図(b)、Ｂ−Ｂ断面図(c)及びＣ−Ｃ断面図(d)である。 本発明の一実施形態に係る杭回転圧入機の杭下端部の部分縦断面図であり、(a)は流体を下方に噴出する形態を、(b)は流体を側方に噴出する形態を示す。 本発明の一実施形態に係る杭回転圧入機の杭上部の縦断面図(a)、及びＤ−Ｄ断面図(b)(c)であり、(b)はシリンダ固定式を、(c)はネジ固定式を示す。 本発明の一実施形態に係る杭回転圧入機の杭上部の縦断面図(a)、Ｅ−Ｅ断面図(b)、Ｆ−Ｆ断面図(c)及びＧ−Ｇ断面図(d)である。 本発明の一実施形態に係る杭回転圧入機の杭下端部の縦断面図である。

以下に本発明の一実施形態につき図面を参照して説明する。以下は本発明の一実施形態であって本発明を限定するものではない。

〔第１実施形態〕
まず、本発明の第１実施形態につき説明する。
図１に示すように、本実施形態の杭回転圧入機１は、既設の管状の杭２５から反力を取って管状の杭７を把持し、回転させながら地中に圧入する装置であって、従来の杭圧入引抜機と同様に、既設の管状の杭２５をつかむクランプ２６を下部に備えたサドル２７と、サドル２７に対して前後にスライド移動するスライドベース２８と、スライドベース２８上で旋回するマスト２９とを備える。
図１、図２により示すように、マスト２９の前方に設けられた杭回転圧入手段（チャック）２に把持された管状の杭７には、オーガスクリュ５が固定手段３により着脱可能に取り付けられている。

オーガスクリュ５の上端にはオーガスクリュ５を回転させるオーガスクリュ回転手段としてのモータＭが接続されている。モータＭは、その上部に設けられたロータリジョイントやスイベル等の回転接続手段６を介して駆動源と接続されている。
オーガスクリュ５は、筒状のケーシング４に挿設されており、ケーシング４とモータＭの筐体部とが一体連結されている。ケーシング４とオーガスクリュ５が同軸に配置され、ケーシング４の内径はオーガスクリュ５の外径よりやや大きく、オーガスクリュ５の回転にケーシング４が干渉しないようにクリアランスがとられる。そして、ケーシング４はオーガスクリュ５とともに杭７の内部に挿通される。
杭７の径よりも十分に小径なオーガスクリュ５が適用されている。例えば、杭７の直径１０００ｍｍに対しオーガスクリュ５の直径が２００ｍｍである。

固定手段３は、杭７とほぼ同径の筒状支持体３１の下端に設けられた杭クランプシリンダ装置３２により杭７の上端壁部をそれぞれ把持する。また固定手段３の内側には、筒状支持体３１の内壁側面に固定された一対の固定シリンダ装置３３，３３と、オーガスクリュ５を杭７に対して上下に移動させる昇降手段としての昇降シリンダ装置３５を介して筒状支持体３１の内壁上面に連結支持された一対の可動シリンダ装置３４，３４とが設けられている。

固定シリンダ装置３３，３３及び可動シリンダ装置３４，３４がそれぞれ所定のタイミングでケーシング４を挟持可能にされていて、可動シリンダ装置３４が昇降シリンダ装置３５で上下動可能にされていることで、固定手段３にはオーガ上下送り機構が構成される。すなわち、固定シリンダ装置３３によるケーシング４の拘束を開放する一方で、可動シリンダ装置３４によってケーシング４を挟持しつつ、昇降シリンダ装置３５により可動シリンダ装置３４を（従ってケーシング４）昇降させることでオーガスクリュ５を昇降させることができ、その後、一旦固定シリンダ装置３３によりケーシング４を挟持する一方で、可動シリンダ装置３４を開放し、昇降シリンダ装置３５により可動シリンダ装置３４の上下位置を変更し、再び可動シリンダ装置３４によってケーシング４を挟持することで、可動シリンダ装置３４によるケーシング４の挟持位置を上下に変更する、すなわち、掴み直しが可能であるから、上方及び下方にオーガスクリュ５を送ることができるオーガ上下送り機構となっている。このオーガ上下送り機構により、施工後にオーガスクリュ５を引き抜くことができる。
もちろん、昇降シリンダ装置３５のストローク範囲内のオーガスクリュ５の上下位置調整は、掴み直しなしで可能であり、施工時にオーガスクリュ５の先端の位置調節が迅速に行える。

杭回転圧入手段２は、マスト２９に対して上下に可動に組みつけてあり、シリンダ装置９によって上下に駆動できるようになっている。
この杭回転圧入手段２は、その突出した部分にチャック部１０を有し、その中心に設けられた穴に管状の杭７を挿通できるようになっている。
チャック部１０には、その穴の中心に向かって伸長可能なシリンダ装置が設けられていて、これによって管状の杭７を外側から把持する。
また、このチャック部１０には、モータなどの駆動源が備えられており、管状の杭７の中心軸を略中心として杭７を連続的に回転できるようになっている。

本実施形態では図２(b)〜(d)に示すようにオーガスクリュ５の中心軸が杭７の中心軸より径方向に偏在して配置されている。オーガスクリュ５の外周位置及びケーシング４の外周位置も杭７の中心軸から径方向に離れて配置されている。
さらに、固定手段３はケーシング４を杭７の内壁に接して固定する。

また、杭回転圧入機１は、図１、図３に示すように杭７の上端から下端に向けて杭７の内部に配管され、下端に流体の噴出口を有する流体供給管８を備える。
流体供給管８の下端部を杭７の下端部内に配置する。流体供給管８の下端部には、図３(a)に示すように下端に開口する噴出口８１又は図３(b)に示すように側面に開口する噴出口８２が設けられている。流体供給管８の上端から流体（水、薬液等）を送り噴出口８１（８２）から噴出させる。
図３(a)に示す下端に開口する噴出口８１を実施する場合は、流体が下方に噴出される。
図３(b)に示す側面に開口する噴出口８２を実施する場合には、噴出口８２を杭７の外周方向に向けるとともに、杭７の下端部に設けた貫通孔７１に連通するように配置し、流体が貫通孔７１を通って杭７の外側へ径方向外方に向けて噴出される。
尚、側面に開口する噴出口８２を実施する場合、図示は省略するが、杭７の下端部に貫通孔７１設けずに、噴出口８２を杭７の内周方向に向けて、流体が杭７の内側へ径方向内方に向けて噴出されるようにしてもよい。

次に、以上のように構成される杭回転圧入機１を用いた杭回転圧入工法について説明する。
図１に示すように杭回転圧入機１は、クランプ２６により既設の杭２５をつかんで既設の杭２５から反力を取った状態で、新たな管状の杭７を圧入する。

まず、地上で横倒しにした杭７の内部に、オーガスクリュ５が挿設されたケーシング４を挿通して、固定手段３により杭７に固定する。このとき、オーガスクリュ５の先端部を、杭７の下端より下方に突出させることなく、杭７の下端部内に位置させる。
また、杭７を圧入する地盤によっては、必要に応じて、杭７の上端から下端に向けて、下端に流体の噴出口を有する流体供給管８を杭７の内部に配管する。このとき、流体供給管８の下端を、杭７の下端部近傍に位置させる。
次に、オーガスクリュ５が固定された杭７を杭回転圧入手段（チャック）２に把持させ、杭７を回転圧入させながらオーガスクリュ５を回転させる。
このオーガスクリュ５の働きにより、杭７の内部の土砂の圧密部分の内部応力を解放することで、杭７の回転圧入に伴う杭内部の土砂の圧密進行を抑制しつつ杭７の回転圧入を実行する。
また、杭７の回転圧入時には、任意に流体（例えば、水、薬液、空気、これらの組み合わせ等）を噴出口８１（８２）から噴出させることで、回転圧入の周面摩擦抵抗を軽減する。
オーガスクリュ５によりケーシング４の下端から上方に搬送された土砂は、ケーシング４の側面に設けられた排土口４１より杭７内に排出される。
必要により固定手段３のオーガ上下送り機構により、オーガスクリュ５の先端位置を調節する。

以上の実施形態によれば、杭７の径よりも十分に小径のオーガスクリュ５を用いるため、土砂が杭７の内部から外部に大量に排出されることを回避した上で、杭７の内部での土砂の圧密進行が抑制される。これにより、圧入力を低減し、ゆとりある反力によって効率的な杭回転圧入施工が実現される。
また、圧密進行を抑制するために小径のオーガスクリュ５を用いる技術は、透水性の高い砂地盤であってもオーガスクリュ５の働きにより内部応力を解放できるため、砂地盤における杭７の回転圧入施工にも適用できる。
また以上の実施形態によれば、小径なオーガスクリュ５ながらも、杭７の内部のうち杭７の内壁に隣接した大きく圧密しやすい領域の土砂の内部応力を解放し、効率よく圧密進行を抑制することができる。
さらに、オーガスクリュ５及びケーシング４が杭７の回転に伴って杭７の中心軸周りに搖動するために、杭７の内周に沿ってオーガスクリュ５の作用域、すなわち、オーガスクリュ５による内部応力の解放域を拡大することができ、効果的に圧密進行を抑制することができる。
杭７を圧入する地盤によっては、噴出口８１（８２）からの流体の噴出を併用することで、回転圧入時の周面摩擦抵抗が軽減されるために、圧入力をさらに低減することができる。
固定手段３のオーガ上下送り機構によりオーガスクリュ５の上下位置を容易に調節することができるため、杭７の内部での土砂の圧密状況や地盤状況などの状況の変化に応じて応答性良くオーガスクリュ５の上下位置を変更することができる。
地上で杭７を横倒しにした状態で下に位置する杭７の内面に沿わせてケーシング４を載置してこれを杭７に固定することができるため、オーガスクリュ５を杭７に固定する作業が容易である。

〔第２実施形態〕
次に、本発明の第２実施形態につき説明する。
本実施形態は上記第１実施形態に対し、オーガスクリュ５の上下送り機構を省いたものであり、その他は同様に実施する。
図４に示すように、オーガスクリュ５の上下送り機構を省いたためにオーガスクリュ５を杭７に対して固定する固定手段３Ａ（３Ｂ）は、直接固定式の簡素なものとすることができる。
図４(a)及び(b)には、動力シリンダによるシリンダ固定式の固定手段３Ａを示す。図４(c)に示すようにネジ固定式に代えて実施してもよい。
図４に示すように、固定手段３Ａ（３Ｂ）の一端をケーシング４に固定し、固定手段３Ａ（３Ｂ）の可動部とケーシング４の側面との間で杭７の上端壁部を挟持する機構により実施する。
本実施形態によれば、上記第１実施形態に比較して簡素な構成で実施可能である。

〔第３実施形態〕
次に、本発明の第３実施形態につき説明する。
本実施形態は上記第１実施形態に対し、オーガスクリュ５の配置を杭７の中央とするものであり、その他は同様に実施する。
図５に示すようにオーガスクリュ５を杭７と同軸に配置した構成である。
これに伴い一対の固定シリンダ装置３３Ｃ，３３Ｃ及び可動シリンダ装置３４Ｃ，３４Ｃの配置が変更されている。

本実施形態によれば、上記第１実施形態に比較して以下の作用効果がある。
杭７を回転させてもオーガスクリュ５は常に杭の中心位置にあってオーガスクリュ５が杭７の回転における抵抗とならないため、杭７を回転させるトルクが上昇しない。
地上で杭７を横倒しにしてオーガスクリュ５を固定する場合は、ケーシング４のモータＭに近い端部は一対の固定シリンダ装置３３Ｃ，３３Ｃや可動シリンダ装置３４Ｃ，３４Ｃで支えられるが、モータＭから遠い端部については支えが必要になる。
杭７の内部のうち杭７の内壁に隣接した大きく圧密しやすい領域の土砂の内部応力を解放するのではなく、同領域から離れた杭７中央部の内部応力を解放することとなる。

〔その他の実施形態〕
上記第１実施形態に対し、固定手段３が杭７の回転圧入施工時に所定の抵抗を受けるまでは杭７と一体回転し、所定の抵抗を受けるとその一体回転を停止するものであってもよい。
すなわち、杭７と一体となって回転するオーガスクリュ５が所定の抵抗を受けると、オーガスクリュ５が杭７に対して相対的に搖動する状態となる。
これにより、杭７と一体となって搖動するオーガスクリュが抵抗となることに起因して杭７の回転圧入施工が不可能となることが回避される。

なお、図６に示すようにオーガスクリュ５の先端部５１を杭７の下端より下方に突出させて杭７の回転圧入施工を実施してもよい。この場合は、オーガスクリュ５により杭７の内部土砂の圧密進行を抑制するとともに、杭７の先端部の抵抗力を軽減することもできる。

１ 杭回転圧入機
２ 杭回転圧入手段
３（３Ａ，３Ｂ，３Ｃ） 固定手段
４ ケーシング
５ オーガスクリュ
７ 杭
８ 流体供給管
１０ チャック部
３１ 筒状支持体
３２ 杭クランプシリンダ装置
３３（３３Ｃ）固定シリンダ装置
３４（３４Ｃ）可動シリンダ装置
７１ 貫通孔
８１ 噴出口
８２ 噴出口
Ｍ モータ（オーガスクリュ回転手段）

Claims (7)

1. 管状の杭を把持し、回転させながら地中に圧入する杭回転圧入手段と、
   前記杭の内部に挿通して、前記杭の回転圧入に伴う杭内部の土砂の圧密進行を抑制する、前記杭の杭径よりも十分に小径なオーガスクリュと、
   前記オーガスクリュの上端部に接続され、前記オーガスクリュを回転させるオーガスクリュ回転手段と、
   前記オーガスクリュを前記杭に対して固定する固定手段と、
   を備えることを特徴とする杭回転圧入機。
2. 前記オーガスクリュとともに前記杭の内部に挿通され、前記オーガスクリュが挿設された筒状のケーシングを備える請求項１に記載の杭回転圧入機。
3. 前記オーガスクリュの中心軸が前記杭の中心軸より径方向に偏在して配置されたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の杭回転圧入機。
4. 前記オーガスクリュの中心軸が前記杭の中心軸より径方向に偏在して配置され、前記固定手段は前記ケーシングを前記杭の内壁に接して固定することを特徴とする請求項２に記載の杭回転圧入機。
5. 前記杭の上端から下端に向けて前記杭の内部に配管され、下端に流体の噴出口を有する流体供給管を備える請求項１から請求項４のうちいずれか一項に記載の杭回転圧入機。
6. 前記オーガスクリュを前記杭に対して上下に移動させる昇降手段を備える請求項１から請求項５のうちいずれか一項に記載の杭回転圧入機。
7. 請求項１から請求項６のうちいずれか一項に記載の杭回転圧入機を用いた杭回転圧入工法であって、
   管状の杭の内部に該杭の杭径よりも十分に小径な前記オーガスクリュを挿通して前記固定手段により該杭に固定し、
   前記オーガスクリュが固定された該杭を前記杭回転圧入手段に把持させ、
   前記杭回転圧入手段により該杭を回転圧入させながら、前記オーガスクリュ回転手段により前記オーガスクリュを回転させることで、該杭の回転圧入に伴う杭内部の土砂の圧密進行を抑制することを特徴とする杭回転圧入工法。

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