JP2019015091A

JP2019015091A - 掘削ヘッド

Info

Publication number: JP2019015091A
Application number: JP2017132791A
Authority: JP
Inventors: 正美遠藤; Masami Endo
Original assignee: Kumagai Gumi Co Ltd
Current assignee: Kumagai Gumi Co Ltd
Priority date: 2017-07-06
Filing date: 2017-07-06
Publication date: 2019-01-31

Abstract

【課題】揺動体の揺動動作を利用することによって、動力源を用いることなく、杭孔底の土砂を採取することが可能な掘削ヘッドを得る。【解決手段】掘削機構２は、掘削ロッドの先端に連結されて回転する回転体２１と、回転体の下端側に設けられた掘削手段２２とを備え、拡径掘削機構３は、上端側が回転体の回転中心と直交する揺動中心を中心として揺動可能となるように掘削機構の回転体の外周において回転体の回転中心を挟んで対向する位置に設けられた一対の揺動体３１と、各揺動体の下端側に設けられた掘削手段３２とを備え、土砂採取手段４は、各揺動体の下端側にそれぞれ設けられて、各揺動体の下端側が互いに反対方向に揺動した状態から回転体の回転中心を挟んで対向した状態となった場合に、塞がれた土砂収容空間を形成するように組み合わされる各部材により構成された。【選択図】図１

Description

本発明は、土砂採取手段を備えた掘削ヘッドに関する。

従来、掘削ロッドの先端に連結されて杭孔を掘削するための掘削ヘッドであって、掘削機構と、拡径掘削機構とを備え、掘削機構は、掘削ロッドの先端に連結されて回転する回転体（ヘッド本体）と、回転体の下端側に設けられた掘削手段（固定掘削刃）とを備え、拡径掘削機構（一対の掘削腕）は、上端側が回転体の回転中心と直交する揺動中心を中心として揺動可能となるように回転体の外周において回転体の回転中心を挟んで対向する位置に設けられた一対の揺動体と、各揺動体の下端側に設けられた掘削手段（掘削刃）とを備えた構成の掘削ヘッドが知られている（特許文献１等参照）。
また、杭孔を掘削するための掘削ヘッドであって、油圧シリンダ機構のロッドの先端に掘削爪を有して径方向に伸縮可能に構成された拡径翼を備えるとともに、二重管構造の土砂採取管（採取装置）の外管が油圧シリンダ機構のシリンダに連結され、土砂採取管の内管が油圧シリンダ機構のロッドに連結され、油圧シリンダ機構のロッドの伸縮により内管が外管に対して出入可能に構成され、ロッドを伸長させて外管から突出させた内管の土砂取込口を介して内管内に土砂を採取した後に、ロッドを縮退させて内管を外管の内側に収納することにより、土砂を採取するように構成された掘削ヘッドも知られている（特許文献２等参照）。

特開２０１０−２８５７６５号公報特開２０１１− １２５３４号公報

特許文献１の掘削ヘッドは、杭孔底の土砂を採取する手段を備えていない。
また、特許文献２の掘削ヘッドは、杭孔底の土砂を採取する手段を備えているが、当該手段は、二重管構造の土砂採取管と、この土砂採取管を作動させる動力源としての油圧シリンダ機構とを備えた構成であり、動力源及びこの動力源を制御するための制御装置が必要となるため、コストが嵩むという課題があった。
本発明は、揺動体の揺動動作を利用することによって、動力源を用いることなく、杭孔底の土砂を採取することが可能な掘削ヘッドを提供するものである。

本発明に係る掘削ヘッドは、掘削ロッドの先端に連結されて杭孔を掘削するための掘削ヘッドであって、掘削機構と、拡径掘削機構と、土砂採取手段とを備え、掘削機構は、掘削ロッドの先端に連結されて回転する回転体と、回転体の下端側に設けられた掘削手段とを備え、拡径掘削機構は、上端側が回転体の回転中心と直交する揺動中心を中心として揺動可能となるように掘削機構の回転体の外周において回転体の回転中心を挟んで対向する位置に設けられた一対の揺動体と、各揺動体の下端側に設けられた掘削手段とを備え、土砂採取手段は、各揺動体の下端側にそれぞれ設けられて、各揺動体の下端側が互いに反対方向に揺動した状態から回転体の回転中心を挟んで対向した状態となった場合に、塞がれた土砂収容空間を形成するように組み合わされる各部材により構成されたことを特徴とするので、揺動体の揺動動作を利用することによって、動力源を用いることなく、杭孔底の土砂を採取することが可能な掘削ヘッドを提供できる。
また、土砂採取手段を構成する各部材は、各揺動体の下端側に設けられたバケットにより構成され、各揺動体の下端側が互いに反対方向に揺動した状態から回転体の回転中心を挟んで対向した状態となった場合に、各揺動体の下端側に設けられた各バケットが互いに組み合わされて塞がれた土砂収容空間が形成されるように構成されたので、揺動体の揺動動作を利用して、動力源を用いることなく、杭孔底の土砂を採取することが可能な掘削ヘッドを提供できる。
また、塞がれた土砂収容空間を形成するために土砂採取手段を構成する各部材が互いに接触する部分には、密着性向上部材が設けられた構成とすることで、土砂収容空間の密閉性能を向上させることができて、採取した土砂に根固め液が混入することを防止でき、土砂を正確に確認できるようになる。

掘削ヘッドの斜視図。（ａ）は掘削ヘッドの杭孔軸部掘削可能状態を示す斜視図、（ｂ）は掘削ヘッドの拡大掘削可能状態を示す斜視図、（ｃ）掘削ヘッドの土砂採取状態を示す斜視図。（ａ）は掘削ヘッドの杭孔軸部掘削可能状態を示す側面図、（ｂ）は掘削ヘッドのストッパー解除状態を示す側面図、（ｃ）は掘削ヘッドの拡大掘削可能状態を示す側面図、（ｄ）掘削ヘッドの土砂採取状態を示す側面図。掘削ヘッドの土砂採取手段を下方斜め方向から見た斜視図であり、（ａ）は掘削ヘッドの拡大掘削可能状態時の斜視図、（ｂ）掘削ヘッドの土砂採取状態時の斜視図。掘削ヘッドの土砂採取手段を上方から見た平面図であり、（ａ）は掘削ヘッドの拡大掘削可能状態時の平面図、（ｂ）掘削ヘッドの土砂採取状態時の平面図。

実施形態に係る掘削ヘッド１は、図１に示すように、掘削機構２と、拡径掘削機構３と、土砂採取手段４と、揺動体操作手段５とを備える。
掘削機構２は、図外の掘削ロッドの先端に連結されて回転する回転体２１と、回転体２１の下端側に設けられた掘削手段としての掘削ビット２２，２２…とを備える。
拡径掘削機構３は、回転体２１に揺動可能に設けられた一対の揺動体３１，３１と、各揺動体３１の下端側に設けられた掘削手段としての複数の掘削ビット３２，３２…とを備える。
土砂採取手段４は、各揺動体３１，３１の下端側にそれぞれ設けられた各バケット４１，４１により構成される。

回転体２１の上部２１Ａは例えば円柱状に形成されて掘削ロッドの下端部に対する連結部となっている。回転体２１の中間部２３は例えば四角柱状に形成されて互いに対向する一対の側面２４，２４に各揺動体３１，３１の回転中心軸２５，２５が設けられている。回転体２１の下部２６は例えば回転体２１の回転中心２１Ｃと直交する方向に中間部２３の四角柱の四角の一辺の長さよりも長く延長して下面が湾曲面２７に形成された長尺ブロック体により形成され、湾曲面２７から下方に突出するように、複数の掘削ビット２２，２２…が設けられている。

一対の揺動体３１，３１は、上端側が回転体２１の回転中心２１Ｃと直交する揺動中心３１Ｃを中心として揺動可能となるように各回転中心軸２５，２５に回転可能に取付けられることにより、回転体２１の中間部２３の外周において回転体２１の回転中心２１Ｃを挟んで対向する位置に設けられている。
一対の揺動体３１，３１は、回転体２１の回転により、複数の掘削ビット３２，３２…が設けられた下端側が土圧で押圧されて、互いに反対方向に揺動するように構成されている。

土砂採取手段４は、各揺動体３１，３１の下端側に設けられて、各揺動体３１，３１の下端側が回転体２１の回転中心２１Ｃを挟んで対向した状態、即ち、各揺動体３１，３１の延長方向と回転中心２１Ｃの延長方向とが一致して、各揺動体３１，３１が互いに平行に向き合った状態となった場合に、互いに組み合わされて塞がれた土砂収容空間を形成する各バケット４１，４１により構成される。
バケット４１は、例えば、直方体又は立方体の箱を対角線で２分割して形成された上面４２及び下面４３が直角三角形の分割箱体により構成される（図４参照）。即ち、直角三角形の上面４２における直角をはさむ２辺（隣辺）と直角三角形の下面４３における直角をはさむ２辺（隣辺）とが互いに直角を成す壁４４，４５（Ｌ字状の壁）で連結された上面４２及び下面４３が直角三角形の分割箱体により構成される。
そして、各揺動体３１，３１の下端側において互いに向かい合う側の面に各バケット４１，４１の一方の壁４５の外面が溶接、ボルト等の連結手段により連結され、各揺動体３１，３１の下端側が互いに反対方向に揺動した状態から回転体２１の回転中心２１Ｃを挟んで対向した状態となった場合に、各バケット４１，４１の上面４２の斜辺４６，４６同士、下面４３の斜辺４７，４７同士が接触するともに、壁４４の端部４８と壁４５の端部４９とが接触して、直方体又は立方体の箱状の土砂収容空間が形成されるように構成されている。

揺動体操作手段５は、例えば下端５１ｅが揺動体３１の上部３１ｔに接続されて上端が地上まで延長するように設けられた一対の操作軸５１，５１により形成される。
操作軸５１は、例えば、鋼棒等の棒状体、あるいは、ワイヤやロープ等の紐状体により構成される。
また、回転体２１の中間部２３を形成する四角柱の互いに対向する一対の側面２４，２４には、揺動体３１が垂下した状態となった場合に、操作軸５１が垂直に延長する状態となるように操作軸５１をガイドするガイド部５２が設けられている。

また、回転体２１の中間部２３における一対の側面２４，２４には、各揺動体３１，３１の揺動角度を後述の杭孔軸部掘削可能状態に維持する起伏動作ストッパー６１、及び、各揺動体３１，３１の揺動角度を後述の拡大掘削可能状態に維持する固定ストッパー６２が設けられている。また、各揺動体３１，３１には、起伏動作ストッパー６１に係合する係合体６３，６３が設けられている。

以下、図２乃至図５に基づいて、掘削ヘッド１を用いた掘削方法及び土砂採取方法について説明する。

図外の掘削機に掘削ロッドを取付け、掘削ロッドの下端に掘削ヘッド１を取付けた後、杭孔掘削位置で、掘削ロッド及び掘削ヘッド１の回転体２１を一方方向に回転（以下、正回転Ａという）させる。これにより、一方の揺動体３１及び他方の揺動体３１は、土圧により回転体２１の回転方向とは反対方向に揺動し、係合体６３，６３が一対の側面２４，２４より突出した起立状態となっている起伏動作ストッパー６１，６１に係合して揺動が規制される位置まで揺動した杭孔軸部掘削可能状態となる（図２（ａ），図３（ａ）参照）。従って、この状態で、杭孔軸部を掘削できる。

所定の深さまで、杭孔軸部を掘削したならば、掘削ロッド及び掘削ヘッド１の回転体２１の回転を一旦停止させて、起伏動作ストッパー６１を解除するために、掘削ロッド及び掘削ヘッド１の回転体２１を他方方向に少しだけ回転（以下、逆回転という）させる。即ち、掘削ロッド及び掘削ヘッド１の回転体２１を少しだけ逆回転させると、土圧により一方の揺動体３１及び他方の揺動体３１がそれぞれ回転体２１の回転方向（逆回転方向）とは逆の方向に揺動し、一方の揺動体３１及び他方の揺動体３１が起伏動作ストッパーに衝突して起伏動作ストッパー６１が倒れることにより、起伏動作ストッパー６１が解除されるストッパー解除状態となる（図３（ｂ）参照）。

掘削ロッド及び掘削ヘッド１の回転体２１を少しだけ逆回転させて起伏動作ストッパー６１を解除した後、掘削ロッド及び掘削ヘッド１の回転体２１を再び正回転させる。これにより、一方の揺動体３１及び他方の揺動体３１は土圧により回転体２１の回転方向とは反対方向に揺動し、一対の側面２４，２４より突出した固定ストッパー６２で規制される位置まで揺動した拡大掘削可能状態となる（図２（ｂ），図３（ｃ）参照）。従って、この状態で、杭孔底側に、杭孔軸部よりも大径の孔を掘削することで、根固め部となる拡大部を形成することができる。

尚、掘削作業は、掘削ヘッド１に設けられた図外の注入口から水を放出しながら行う。
また、図５（ａ）に示すように、正回転Ａの回転方向は、各揺動体３１，３１の下端に設けられた掘削ビット３２に土圧が加わるが、バケット４１には土圧が加わらない回転方向に決めることにより、掘削時にバケット４１に衝撃が加わらないようにできる。

掘削完了後、各揺動体３１，３１の下端側が回転体２１の回転中心２１Ｃを挟んで対向した状態となるように、揺動体操作手段５を上方に引張る。これにより、各揺動体３１，３１の下端側が互いに反対方向に揺動した拡大掘削可能状態から互いに近づく方向に移動し、杭孔底側の土砂が各揺動体３１，３１の下端側に設けられている各バケット４１，４１内に掻き集められた後に、各揺動体３１，３１の下端側が回転体２１の回転中心２１Ｃを挟んで対向した状態、即ち、各揺動体３１，３１の延長方向と回転中心２１Ｃの延長方向とが一致して、各揺動体３１，３１が互いに平行に向き合った状態となって、各バケット４１，４１の上面４２の斜辺４６，４６同士、下面４３の斜辺４７，４７同士が接触するとともに、壁４４の端部４８と壁４５の端部４９とが接触した土砂採取状態となり、各バケット４１，４１が組み合わされて形成される直方体又は立方体の箱内に土砂が採取されることになる（図２（ｂ），（ｃ），図３（ｃ），（ｄ），図４，図５参照）。

その後、掘削ヘッド１に設けられた図外の注入口からセメントミルク等の根固め液を放出させながら掘削ヘッド１を引上げる。
そして、採取した土砂を確認して、杭底が支持層に到達しているか否かを確認することができる。

杭底が支持層に到達していることが確認できた場合、上述した拡大部を根固め部として図外の既製杭を杭孔に沈設する。
杭底が支持層に到達していない場合、杭孔底が支持層に達するまで杭孔をさらに深く掘削した後に、既製杭を杭孔に沈設する。

尚、拡大掘削作業と、土砂を採取して確認する土砂確認作業とを、交互に、複数回繰り返すようにしてもよい。

実施形態に係る掘削ヘッド１によれば、各揺動体３１，３１の揺動動作を利用することによって、動力源を用いることなく、杭孔底の土砂を採取することが可能となる。

尚、バケット４１の形状は特に限定されない。即ち、各揺動体３１，３１の下端側が回転体２１の回転中心２１Ｃを挟んで対向した状態となった場合に組み合わされて土砂を収容可能な箱が形成されれば、バケット４１はどのような形状であっても構わない。

また、土砂採取手段４は、各揺動体３１，３１の下端側にそれぞれ設けられて、各揺動体３１，３１の下端側が互いに反対方向に揺動した状態から回転体２１の回転中心２１Ｃを挟んで対向した状態となった場合に、塞がれた土砂収容空間を形成するように組み合わされる各部材により構成されれば良い。即ち、土砂採取手段４を構成する各部材は、上述したような各揺動体３１，３１の下端側に設けられたバケット４１，４１により構成される他、例えば、一方の揺動体３１の下端側に設けられた図外の一端開口の箱体と、他方の揺動体の下端側に設けられて箱体の一端開口を塞ぐ図外の蓋体とで構成されても良い。

また、塞がれた土砂収容空間を形成するために土砂採取手段を構成する各部材が互いに接触する部分、例えば、各バケット４１，４１が互いに接触する部分や、一端開口の箱体の開口端と蓋体とが互いに接触する部分にゴム等の密着性向上部材を設けるように構成してもよい。尚、密着性向上部材は、各部材の一方、又は、両方に設ければよい。当該構成によれば、土砂収容空間の密閉性能を向上させることができるため、採取した土砂に根固め液が混入することを防止でき、土砂を正確に確認できるようになる。

また、上記では、揺動体操作手段５を、下端５１ｅが各揺動体３１の上部３１ｔに接続されて上端が地上まで延長するように設けられた２本の操作軸５１，５１で構成した例を示したが、下端５１ｅ，５１ｅが各揺動体３１，３１の上部３１ｔ，３１ｔに接続された２本の操作軸５１，５１を１本にまとめて地上まで延長させた構成としてもよい。このようにすれば、地上で１本の操作軸を引き上げることで、土砂採取手段による塞がれた土砂収容空間を形成できて、土砂を採取できる。

１掘削ヘッド、２掘削機構、３拡径掘削機構、４土砂採取手段、
２１回転体、２１Ｃ回転体の回転中心、２２掘削ビット（掘削手段）、
３１揺動体、３１Ｃ揺動中心、３２掘削ビット（掘削手段）、４１バケット。

Claims

掘削ロッドの先端に連結されて杭孔を掘削するための掘削ヘッドであって、
掘削機構と、拡径掘削機構と、土砂採取手段とを備え、
掘削機構は、掘削ロッドの先端に連結されて回転する回転体と、回転体の下端側に設けられた掘削手段とを備え、
拡径掘削機構は、上端側が回転体の回転中心と直交する揺動中心を中心として揺動可能となるように掘削機構の回転体の外周において回転体の回転中心を挟んで対向する位置に設けられた一対の揺動体と、各揺動体の下端側に設けられた掘削手段とを備え、
土砂採取手段は、各揺動体の下端側にそれぞれ設けられて、各揺動体の下端側が互いに反対方向に揺動した状態から回転体の回転中心を挟んで対向した状態となった場合に、塞がれた土砂収容空間を形成するように組み合わされる各部材により構成されたことを特徴とする掘削ヘッド。
土砂採取手段を構成する各部材は、各揺動体の下端側に設けられたバケットにより構成され、
各揺動体の下端側が互いに反対方向に揺動した状態から回転体の回転中心を挟んで対向した状態となった場合に、各揺動体の下端側に設けられた各バケットが互いに組み合わされて塞がれた土砂収容空間が形成されるように構成されたことを特徴とする請求項１に記載の掘削ヘッド。
塞がれた土砂収容空間を形成するために土砂採取手段を構成する各部材が互いに接触する部分には、密着性向上部材が設けられたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のの掘削ヘッド。