JP2020193537A - 削孔内への砂投入装置及び砂投入方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 地面に鉛直方向に形成された削孔４内に砂を投入する際に、粉塵の発生を抑制する。【解決手段】 砂投入装置１０は、上部に受入口１１ａを有し下部に排出口１１ｂを有するホッパー１１と、ホッパー１１の排出口１１ｂに接続されて削孔４内に挿入されるチューブ１２と、チューブ１２の外周面に取付けられて削孔４内を上昇する気流により拡径するスカート部１３と、を含んで構成される。【選択図】 図２

Description

本発明は、地面に鉛直方向に形成された削孔内に砂を投入する装置及び方法に関する。

例えば、山岳部に桟橋杭を打設する場合の施工方法として、「ダウンザホールハンマー工法」による削孔、削孔内への砂の投入（充填）、バイブロハンマー又は打撃で桟橋杭としてＨ型鋼を建て込む方法が知られている。

ダウンザホールハンマー工法は、先端にハンマービットを有するハンマーを用い、油圧による回転と空気圧による上下動（打撃）とによって、地盤を砕き、空気圧で削孔ずりを削孔口から上方へ噴出させることで、円形断面の孔を掘り進めるものであり、沖積層、洪積層、礫混じり層、軟岩、硬岩と、ほぼ全ての地盤の削孔に対応できる。特に、他の工法に比較して、軟岩、硬岩を効率的に削孔することができ、山岳部に桟橋杭を打設する場合などに多く用いられる削孔方法である。

削孔径は、Ｈ形鋼杭のサイズとの関係で大体決まっており、Ｈ形鋼の対角線長＋αとなる。従って、例えば、Ｈ-400×400（対角線長566mm）の場合、削孔径はφ600mmとなる。削孔深さは、10〜40ｍである。

削孔内への砂の投入は、一般的には、削孔口にホッパー（排出口φ300mm程度）を設置し、その横に仮置きされた砂をバックホーなどによってホッパー上に投下することにより行う。

また、特許文献１に記載のような砂の投入方法も知られている。
これは、地盤中に砂杭を造成することによって地盤の強度増加を図るものであり、下端に蓋を有し外周側に螺旋羽根を有する中空管状のケーシングを正回転させて、螺旋羽根により掘削・排土しながら、地中に貫入し、次いでケーシングを逆転させて、地中から引き抜く。ケーシングの上部にはホッパーを設けて、砂を投入可能としている。従って、ケーシングの引き上げにより生じた地中の孔にケーシング下端の蓋を開くことで砂を充填することができる。

実公昭５８−２０６５４号公報

しかしながら、従来の一般的なホッパーによる砂の投入方法には、次のような問題点がある。
削孔径φ600mmの孔に、深さ10〜40ｍ位置まで砂を投入することから、ホッパーの排出口からの放出時に発生した粉塵が、削孔内に発生した上昇流に乗って、削孔口から噴き出し、飛散する。

また、特許文献１に記載の技術では、ケーシングを引き上げた状態で、ケーシングの外周側（螺旋羽根上）には掘削土が充填されており、ケーシングの下端から蓋を開いて砂を投入しても、掘削孔から砂の粉塵が飛散することはない。
しかし、この技術では、削孔方法が限定されてしまい、ダウンザホールハンマー工法などと組み合わせて実施することは困難となる。

本発明は、このような実状に鑑み、削孔内への砂投入時に、削孔口からの粉塵の噴き出し及び飛散を確実に抑制することを主たる課題とする。

上記の課題を解決するために、本発明に係る削孔内への砂投入装置は、
上部に受入口を有し下部に排出口を有するホッパーと、
前記ホッパーの排出口に接続されて前記削孔内に挿入されるチューブと、
前記チューブの外周面に取付けられて前記削孔内を上昇する気流により拡径するスカート部と、
を含んで構成される。

又は、本発明に係る削孔内への砂投入装置は、
下部に開閉可能な排出口を有し、内部に予め砂が充填される下開き土嚢と、
前記下開き土嚢の排出口に接続されて前記削孔内に挿入されるチューブと、
前記チューブの外周面に取付けられて前記削孔内を上昇する気流により拡径するスカート部と、
を含んで構成される。

本発明に係る削孔内への砂投入方法は、
削孔内に、ホッパーの排出口に接続された砂投入用チューブを、該チューブの外周面に取付けられて前記削孔内を上昇する気流により拡径するスカート部と共に、挿入する、砂投入用チューブ挿入工程と、
前記ホッパーから前記チューブ内に砂を投入することで、前記削孔内に砂を投入する砂投入工程と、
を含む。
ここで、下開き土嚢に砂を詰めて現場に搬入する工程を更に含み、前記砂投入工程では、前記下開き土嚢から前記ホッパーに砂を投入するとよい。

又は、本発明に係る削孔内への砂投入方法は、
内部に予め砂が充填された下開き土嚢と、該下開き土嚢の排出口に接続されたチューブと、該チューブの外周面に取付けられて該チューブに沿って上昇する気流により拡径するスカート部と、を含んで構成される特殊土嚢を、現場に搬入する工程と、
前記削孔内に、前記チューブを、前記スカート部と共に、挿入する、砂投入用チューブ挿入工程と、
前記下開き土嚢から前記チューブ内に砂を投入することで、前記削孔内に砂を投入する砂投入工程と、
を含む。

本発明によれば、削孔内への砂投入時に、削孔内を上昇する気流をスカート部の拡径によって抑え、これによって削孔口からの粉塵の噴き出し及び飛散をより確実に抑制することができる。従って、環境の悪化を抑制できる。

また、現場への砂の搬入を、下開き土嚢に詰めて搬入する方式とすることは、現場に砂の仮置き場を設置することが難しい場合に極めて有効であると共に、下開き土嚢からの投入時の粉塵発生をも抑制できて好適である。

砂投入工程を含むＨ形鋼杭の施工方法を示す図 本発明に係る砂投入装置の一実施形態を示す図 図２中のスカート部の具体例を示す図 下開き土嚢の説明図 本発明に係る砂投入装置の他の実施形態を示す図 図２又は図５の砂投入装置と併用されるスプリンクラーの説明図

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
先ず、削孔内への砂の投入工程を含む施工例として、Ｈ形鋼杭の施工例を、図１により説明する。

図１（Ａ）はダウンザホールハンマーによる削孔工程を示している。本工程では、ダウンザホールハンマー１を用い、地面Ｇを鉛直方向に削孔する。

ダウンザホールハンマー１は、その先端側にハンマービット２を備え、基端側は、連結ロッド３を介して、図外の駆動装置に連結されている。ダウンザホールハンマー１は、ハンマービット２の油圧による回転と、空気圧による上下動（打撃）とによって、地盤を砕き、空気圧で削孔ずりを削孔口４ａから上方へ噴出させることで、円形断面の孔４を掘り進める。図中のＰＬは削孔計画線を示している。

図１（Ｂ）は削孔内への砂の投入工程を示している。本工程では、削孔後の孔４内にホッパー等を用いて砂５を投入し、充填する。

図１（Ｃ）は杭の建て込み工程を示している。本工程では、砂５が充填された孔４内にバイブロハンマー又は打撃でＨ形鋼６を打ち込む。
この杭（Ｈ形鋼６）は例えば桟橋杭として利用し、役目を終えた後は、砂地であることから、比較的容易に、引き抜いて、撤去することができる。

本発明では、図１（Ｂ）の削孔内への砂の投入工程において、粉塵抑制対策として、粉塵抑制機能を有する砂投入装置を使用する。

本発明に係る砂投入装置について、図２及び図３により説明する。
図２は本発明に係る砂投入装置の一実施形態を示す図、図３（Ａ）〜（Ｃ）は図２中のスカート部の具体例を示す図である。

理解しやすくするため、以下の説明では、削孔径φ600mm（Ｈ形鋼杭：Ｈ-400×400）、削孔深さ40ｍ（充填砂量11.3ｍ³）の削孔内への砂投入装置について、寸法例を付して説明する。但し、理解しやすくするためであり、これに限定する趣旨でないことは言うまでもない。

図２の砂投入装置（砂投入設備）１０は、鋼製のホッパー１１と、可撓性を有するチューブ１２及びスカート部１３とを含んで構成される。

ホッパー１１は、地上（削孔口４ａの上方）に設置されるもので、上部に大径の受入口１１ａを有し、下部に小径の排出口１１ｂを有している。
より詳しくは、上側の円筒形の受入口部（φ1500mm、h=0.5ｍ）と、中間の逆円錐台部（h=0.5ｍ）と、下側の円筒形の排出口部（φ400mm、h=0.5ｍ）とからなる。但し、受入口側は角形であってもよい。

チューブ１２は、削孔４内に挿入されるもので、口径はφ400mm、長さは３〜５ｍである。チューブ１２はまた、帆布などの丈夫で耐久性のある布製、あるいは、サニーホース（登録商標）製で、可撓性を有している。チューブ１２の一端（上端）はホッパー１１の排出口１１ｂに接続・固定され、他端（下端）１２ｂは開放されて削孔４内への投入口１２ａをなしている。

スカート部１３は、チューブ１２と同一素材であり、チューブ１２の外周面に上下方向に複数段（本例では２段）に取付けられている。
各スカート部１３は、円錐台形状をなし、小径側の上縁部でチューブ１２の外周部に固着され、大径側の下縁部が、自由になっていて、チューブ１２の外周面に沿って上昇する気流により拡径するようになっている。

図３はスカート部１３の具体例を示し、特に、図３（Ｂ）では、拡径を容易とするように、複数のスリット１３ａが形成されている。
スリット１３ａは、下縁側から上方向に延びるように形成され、周方向に複数配置されている。

また、図３（Ｃ）では、スリット１３ａの数を多数にして、言い換えれば、短冊状あるいは紐状の小片を多数設けて、すだれ状のスカート部としている。

チューブ１２及びスカート部１３が可撓性であることから、ホッパー１１に取付けられた状態で、チューブ１２及びスカート部１３を扁平にして巻いたり、折り畳んで、ホッパー１１と一緒に運搬することができる。

次に、上記の砂投入装置１０を用いての、削孔４内への砂の投入作業について、説明する。
図２に示すように、ホッパー１１を削孔口４ａの上方に設置する。具体的には、削孔口４ａを囲むように設けた架台（図示せず）上に設置・固定する。このとき、削孔口４ａとホッパー１１の逆円錐台部との間には、4〜50cm程度の隙間をあける。

チューブ１２は、削孔４内に垂下させることで、削孔４内に挿入する。このとき、チューブ１２は、削孔４内に３ｍ程度以上貫入するように設置する。
従って、スカート部１３は、チューブ１２の外周面に取付けられているので、チューブ１２の外周面と削孔４の内周面との間に位置する。

かかる状態で、ホッパー１１に砂を投入する。このようにして、ホッパー１１からチューブ１２内に砂を投入することで、チューブ１２下端の投入口１２ａから削孔４内に砂を投入する。

このとき、チューブ１２からの放出時に発生した粉塵が、削孔４とチューブ１２外周面との間に発生した上昇気流に乗って流れる。
しかし、この上昇気流によってスカート部１３が拡径し、上昇気流を遮断する。これによって、粉塵が押し止められ、削孔口４ａからの噴き出し、飛散が抑制される。

従って、上記の砂投入装置１０を用いての、削孔４内への砂の投入方法は、下記（１）〜（２）の工程を含む。
（１）削孔４内に、ホッパー１１の排出口１１ｂに接続された砂投入用チューブ１２を、該チューブ１２の外周面に取付けられて削孔４内を上昇する気流により拡径するスカート部１３と共に、挿入する、砂投入用チューブ挿入工程
（２）ホッパー１１からチューブ１２内に砂を投入することで、削孔４内に砂を投入する砂投入工程。

本実施形態によれば、削孔口４ａから３〜５ｍ下でのチューブ１２による砂の投入であり、削孔口４ａから噴出する粉塵量は極めて少なくなる。
また、投入速度が速い、微粒分が多いなどの理由から粉塵が発生した場合でも、上昇気流によってスカート部１３が開き、粉塵の上昇を阻止することができる。

次にホッパー１１への砂の投入について新方法を提案する。
ホッパー１１への砂の投入については次のような課題がある。
（１）平場であれば、ダンプトラックでの砂の搬入、バックホーによる砂の投入は容易であり、最も安価である。しかし、桟橋杭は山岳地の斜面に打設することが多く、この場合削孔場所近傍に砂を搬入することが難しく、従って、バックホーで投入することができない。
（２）斜面部への桟橋杭の打設は、設置済みの桟橋上から行う（手延べ工法）ことが多く、削孔内へ砂の投入も設置済みの桟橋上から行うことになる。この場合、桟橋上に砂を仮置きして、バックホーで投入することは難しい。
（３）バックホーを使用できたとしても、ホッパー上への砂の投入時に粉塵が発生する。

そこで、新方法では、下開き土嚢に砂を詰めて現場に搬入する。

図４は下開き土嚢の説明図である。
下開き土嚢２０は、下部に開閉可能な排出口を有する土嚢（フレキシブルコンテナバッグ）であり、内容物を収納するための円筒形（又は角筒形）の本体部２１と、本体部２１の上側の蓋部２２と、本体部２１の下側の小径の排出口部２３と、本体部２１を吊り上げるための吊りベルト２４とを備えている。本体部２１のサイズは、例えば、φ1100mm、h=1100mmである。

蓋部２２は、開放状態にて本体部２１への内容物の受入口２２ａをなし、本体部２１に内容物を収納した後は、結束紐２２ｂなどにより閉じられる。

排出口部２３は、内容物の投入時及び収納時には、結束紐２３ｂなどにより閉じられている。内容物の排出時には開くことができ、これにより排出口２３ａを形成することができる。

従って、このような下開き土嚢２０に砂を詰めて現場に搬入する。具体的には、クレーン等により吊りベルト２４を介して下開き土嚢２０を吊り上げて、図２のホッパー１１の直上へ運び、降下させて、ホッパー１１に近接させる。より好ましくは、下開き土嚢２０の排出口部２３をホッパー１１の排出口部に入れ、本体部２１の下面とホッパー１１の逆円錐台部との間に隙間がほとんど無いようにする。言い換えれば、本体部２１をホッパー１１の逆円錐台部に軽く預ける。

この状態で、下開き土嚢２０の結束紐２３ｂを緩めて、排出口部２３を開き、排出口２３ａからホッパー１１内へ砂を投入する。

従って、この場合の削孔４内への砂の投入方法は、下記（１）〜（３）の工程を含む。
（１）削孔４内に、ホッパー１１の排出口１１ｂに接続された砂投入用チューブ１２を、該チューブ１２の外周面に取付けられて削孔４内を上昇する気流により拡径するスカート部１３と共に、挿入する、砂投入用チューブ挿入工程
（２）下開き土嚢２０に砂を詰めて現場に搬入する工程
（３）下開き土嚢２０からホッパー１１に砂を投入することにより、ホッパー１１からチューブ１２内に砂を投入し、削孔４内に砂を投入する砂投入工程。

本実施形態によれば、次のような効果が得られる。
（１）砂を下開き土嚢２０に詰めて搬入でき、砂置き場などのスペースを確保する必要がなくなる。
（２）ホッパー１１への砂の投入時に、下開き土嚢２０から近距離で投入でき、粉塵の発生を抑制することができる。
（３）チューブ１２からの投入時に外周側のスカート部１３により上昇気流を遮断して、粉塵の発生を抑制することができる。

次に、本発明の他の実施形態について、図５により説明する。
図５は本発明に係る砂投入装置の他の実施形態を示す図である。
本実施形態は、下開き土嚢による砂の搬入と砂の投入時の粉塵抑制とを一挙に解決可能とした実施形態である。

図５の砂投入装置（砂投入設備）３０は、下部に開閉可能な排出口２３ａを有し、内部に予め砂が充填される下開き土嚢２０と、この下開き土嚢２０の排出口２３ａに接続されて削孔４内に挿入されるチューブ１２と、このチューブ１２の外周面に取付けられて削孔４内を上昇する気流により拡径するスカート部１３と、を含んで構成される。

従って、この砂投入装置３０は、図４の下開き土嚢２０に図２のチューブ１２及びスカート部１３を一体化してなる「特殊土嚢」ということができる。

従って、この砂投入装置（特殊土嚢）３０を用いての、削孔４内への砂投入方法は、下記（１）〜（３）の工程を含む。
（１）内部に予め砂が充填された下開き土嚢２０と、該下開き土嚢２０の排出口２３ａに接続されたチューブ１２と、該チューブ１２の外周面に取付けられて該チューブ１２に沿って上昇する気流により拡径するスカート部１３と、を含んで構成される特殊土嚢３０を、現場に搬入する工程
（２）削孔４内に、チューブ１２を、スカート部１３と共に、挿入する、砂投入用チューブ挿入工程
（３）下開き土嚢２０からチューブ１２内に砂を投入することで、削孔４内に砂を投入する砂投入工程。

本実施形態によれば、次のような効果が得られる。
（１）砂を下開き土嚢２０に詰めて搬入でき、砂置き場などのスペースを確保する必要がなくなる。
（２）下開き土嚢２０から直接チューブ１２内へ投入でき、粉塵の発生を防止できる。
（３）チューブ１２からの投入時に外周側のスカート部１３により上昇気流を遮断して、粉塵の発生を抑制することができる。

図６は図２又は図５の砂投入装置と併用可能なスプリンクラーの説明図である。
スプリンクラー４０は、地上側の水ポンプ４１の吐出側に接続されて削孔４内に挿入される水供給パイプ（又はホース）４２と、パイプ４２の上下方向の複数位置に１ｍ程度の間隔で設置される噴霧ノズル４３と、を含んで構成される。

スプリンクラー４０を併用する場合は、砂投入用チューブ挿入工程と並行して、削孔４内にスプリンクラー４０（パイプ４２及び噴霧ノズル４３）を挿入する工程を更に含む。こうして、砂投入工程にて、スプリンクラー４０により、削孔４内に水を噴霧する。

このようなスプリンクラー４０を併用することで、削孔４内の削孔口４ａ側の所定範囲を噴霧雰囲気とすることができ、これによって粉塵の発生を更に低減することが可能となる。スプリンクラー４０による噴霧によって粉塵に水分が付着し、削孔４内を降下することになるからである。

従って、砂の状態（微粒分の量や乾燥具合など）、あるいは投入速度によって、粉塵が発生する場合に、本発明に係る砂投入装置１０、３０とスプリンクラー４０とを併用することで、削孔口４ａから粉塵が出ることを阻止できる。

以上の説明では、本発明は、削孔内への砂の投入方法について提案したが、かかる砂の投入工程を含む杭の施工方法を提案するものでもある。
この場合、本発明の係る杭の施工方法は、
地面に鉛直方向に杭打ち込み用の削孔を形成する削孔工程と、
図２又は図５の砂投入方法により、前記削孔内に砂を投入する砂投入工程と、
前記砂が投入された削孔内に杭を建て込む杭建込工程と、
を含む。

特に本発明に係る削孔内への砂の投入方法は、特許文献１の記載の技術とは異なり、削孔が完了した孔の中に砂を投入するものであるので、削孔方法が限定されることがない。従って、先端にハンマービットを有して回転及び打撃作用により地面を鉛直方向に削孔するダウンザホールハンマーを用いた削孔方法など、杭の施工現場の状況に合わせた最適な削孔方法と組み合わせて実施することができる。

また、本発明は、「砂」の投入に関するものであるが、砂に代えて、ドライモルタル（砂とセメントを混合したもの）など、砂と実質的に均等な物質、すなわち、杭打ちに先立って杭打ち用の削孔内に充填されることのある物質の投入について、適用できるものであることは言うまでもない。

また、図示の実施形態はあくまで本発明を概略的に例示するものであり、本発明は、説明した実施形態により直接的に示されるものに加え、特許請求の範囲内で当業者によりなされる各種の改良・変更を包含するものであることも言うまでもない。

１ ダウンザホールハンマー
２ ハンマービット
３ 連結ロッド
４ 孔
４ａ 削孔口
５ 砂
６ Ｈ形鋼（杭）
１０ 砂投入装置
１１ ホッパー
１１ａ 受入口
１１ｂ 排出口
１２ チューブ
１２ａ 投入口
１３ スカート部
１３ａ スリット
２０ 下開き土嚢
２１ 本体部
２２ 蓋部
２２ａ 受入口
２２ｂ 結束紐
２３ 排出口部
２３ａ 排出口
２３ｂ 結束紐
２４ 吊りベルト
３０ 砂投入装置（特殊土嚢）
４０ スプリンクラー
４１ 水ポンプ
４２ 水供給パイプ（又はホース）
４３ 噴霧ノズル

Claims (7)

1. 地面に鉛直方向に形成された削孔内に砂を投入する装置であって、
   上部に受入口を有し下部に排出口を有するホッパーと、
   前記ホッパーの排出口に接続されて前記削孔内に挿入されるチューブと、
   前記チューブの外周面に取付けられて前記削孔内を上昇する気流により拡径するスカート部と、
   を含んで構成される、削孔内への砂投入装置。
2. 地面に鉛直方向に形成された削孔内に砂を投入する装置であって、
   下部に開閉可能な排出口を有し、内部に予め砂が充填される下開き土嚢と、
   前記下開き土嚢の排出口に接続されて前記削孔内に挿入されるチューブと、
   前記チューブの外周面に取付けられて前記削孔内を上昇する気流により拡径するスカート部と、
   を含んで構成される、削孔内への砂投入装置。
3. 前記チューブ及び前記スカート部は、可撓性を有することを特徴とする、請求項１又は請求項２記載の削孔内への砂投入装置。
4. 地面に鉛直方向に形成された削孔内に砂を投入する方法であって、
   前記削孔内に、ホッパーの排出口に接続された砂投入用チューブを、該チューブの外周面に取付けられて前記削孔内を上昇する気流により拡径するスカート部と共に、挿入する、砂投入用チューブ挿入工程と、
   前記ホッパーから前記チューブ内に砂を投入することで、前記削孔内に砂を投入する砂投入工程と、
   を含む、削孔内への砂投入方法。
5. 下開き土嚢に砂を詰めて現場に搬入する工程を更に含み、
   前記砂投入工程では、前記下開き土嚢から前記ホッパーに砂を投入することを特徴とする、請求項４記載の削孔内への砂投入方法。
6. 地面に鉛直方向に形成された削孔内に砂を投入する方法であって、
   内部に予め砂が充填された下開き土嚢と、該下開き土嚢の排出口に接続されたチューブと、該チューブの外周面に取付けられて該チューブに沿って上昇する気流により拡径するスカート部と、を含んで構成される特殊土嚢を、現場に搬入する工程と、
   前記削孔内に、前記チューブを、前記スカート部と共に、挿入する、砂投入用チューブ挿入工程と、
   前記下開き土嚢から前記チューブ内に砂を投入することで、前記削孔内に砂を投入する砂投入工程と、
   を含む、削孔内への砂投入方法。
7. 前記砂投入用チューブ挿入工程と並行して、前記削孔内にスプリンクラーを挿入する工程を更に含み、
   前記砂投入工程にて、前記スプリンクラーから前記削孔内に水を噴霧することを特徴とする、請求項４〜請求項６のいずれか１つに記載の削孔内への砂投入方法。