JP2021156044A - 埋設装置および埋設方法 - Google Patents

Abstract

【課題】打撃装置による打撃力を継続的に効率よく管体に伝達することができ、かつ、打撃装置と管体とを連結する部材が衝撃で破損するといった事象を防止することができるようにする。【解決手段】被打撃部１０２を有する管体１００を地盤Ｇに埋設するための埋設装置１である。該埋設装置１は、管体１００の内部から当該被打撃部１０２に対して打撃力を作用させる打撃装置１０と、該打撃装置１０と管体１００の内壁との間に配置された膨縮可能な袋体２０と、該袋体２０に流体を供給する流体供給装置３０（３０Ｂ）と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、埋設装置および埋設方法に関する。

鋼管杭を地盤に埋設する際の一手法として、鋼管杭の先端を杭内部からエアーハンマーで打撃して打ち込み埋設するというものが知られている。

例えば下記の特許文献１では、円柱体の中でハンマーのピストンを往復動させ、そのときに発生する衝撃を杭に伝達して当該杭を推進させる手法が開示されている。

また、下記の特許文献２では、中空状ケーシングを鋼管内に挿入した状態で立坑内にセットし、ケーシングに挿入したエアーハンマー（空気衝撃式推進機）を作動させ、鋼管を地中に打設するという手法が開示されている。

特許２６７２４８４号公報 特公平１−２２４４０号公報

しかし、特許文献１に記載のごとき従来の手法においては、ハンマーで鋼管杭を打撃する際にハンマーが暴れてしまい、打撃力を継続的にかつ効率よく鋼管杭に伝達することが難しいという問題が生じうる。

これに対し、特許文献２に記載のごとき手法によれば、鋼管とエアーハンマーとをテンシヨンチエン（張力チェーン）で連結することで、エアーハンマーの暴れやこれによる伝達効率の劣化を抑制することが可能である。ところが、このような連結構造の場合、衝撃によって連結部材（特許文献の場合であれば張力チェーン）が破損してしまうことがあるという別の問題を抱えうる。また、張力チェーンのごとき連結部材を用いるとすれば、打設の前に鋼管やエアーハンマーにチェーンを取り付け、打設後に取り外すというように手間がかかり、全体の作業がそのぶん煩雑になりやすく、作業効率に劣る。

そこで、本発明は、打撃装置による打撃力を継続的に効率よく管体に伝達することができ、かつ、打撃装置と管体とを連結する部材が衝撃で破損するといった事象を防止することができるようにした、管体を地盤に埋設するための埋設装置および埋設方法を提供することを目的とする。

本発明の一態様は、被打撃部を有する管体を地盤に埋設するための埋設装置であって、
管体の内部から当該被打撃部に対して打撃力を作用させる打撃装置と、
該打撃装置と管体の内壁との間に配置された膨縮可能な袋体と、
該袋体に流体を供給する流体供給装置と、
を備えるというものである。

上記のごとき埋設装置においては、袋体を膨らませ、打撃装置を管体の内壁に密着させた状態とすることができる。この状態で打撃を行うことで、打撃時の衝撃により打撃装置が暴れてしまうのを抑え、エネルギーのロスが生じるのを抑制することができる。

しかも、本態様では、膨縮可能な袋体を用いて打撃装置を管体の内壁に密着させていることから、打撃装置と管体とを連結する部材が衝撃で破損するといった事象が生じることがない。

上記のごとき埋設装置は、管体としてその先端の全部又は一部が閉塞したものを埋設の対象とするものであってもよい。

上記のごとき埋設装置において、袋体が周方向に複数配置されていてもよい。

上記のごとき埋設装置において、袋体が周方向へ等分布に配置されていてもよい。

上記のごとき埋設装置において、袋体が、打撃装置の周囲を覆う周状のものであってもよい。

上記のごとき埋設装置において、打撃装置のうち、装置本体に取り付けられるエクステンションの周囲に袋体が配置されていてもよい。

上記のごとき埋設装置において、打撃装置は、エアーハンマーであってもよい。

上記のごとき埋設装置において、袋体に供給される流体が空気であってもよい。

上記のごとき埋設装置において、流体供給装置が、打撃装置を駆動する駆動装置であってもよい。

本発明の一態様は、埋設装置を用いて管体を地盤に埋設する際の埋設方法であって、
管体の内部から当該管体に対して打撃力を作用させる打撃装置と、管体の内壁との間に膨縮可能な袋体を配置し、
該袋体に流体を供給して、
打撃装置により管体に打撃力を作用させる、というものである。

本発明によれば、打撃装置による打撃力を継続的に効率よく管体に伝達することができ、かつ、打撃装置と管体とを連結する部材が衝撃で破損するといった事象を防止することができるようにした、管体を地盤に埋設するための埋設装置および埋設方法を提供することができる。

埋設装置の構成の一例を示す図である。 杭を埋設施工する際の手順の一例を（Ａ）〜（Ｄ）の順に示す図である 複数の袋からなる構造の袋体を採用した埋設装置を示す図である。 打撃装置のエクステンションの周囲に袋体を配置した埋設装置を示す図である。 打撃装置のエクステンションの周囲に、複数の袋からなる構造の袋体を配置した埋設装置を示す図である。

以下、図面を参照して、本発明の好ましい実施の形態について説明する。なお、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、上下左右等の位置関係は、特に断らない限り、図面に示す位置関係に基づくものとする。さらに、図面の寸法比率は、図示の比率に限定されるものではない。また、以下の実施の形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明はこの実施の形態に限定されるものではない。

図１と図２に、本発明に係る埋設装置の一実施形態を示す。

埋設装置１は、杭１００を地盤Ｇに埋設するための装置である。本実施形態の埋設装置１は、打撃装置１０、袋体２０、エアーコンプレッサー３０を含む（図１参照）。

打撃装置１０は、杭１００の内部から当該杭１００に対して打撃力を作用させ、地盤Ｇへ埋設するための推進力を与える装置である。本実施形態の打撃装置１０は、エアーハンマー１１で構成され、必要に応じて設けられるエクステンション１２をさらに含む（エクステンション１２については図３等参照）。

エアーハンマー１１は、圧縮空気を利用してハンマーを上下動させ、杭１００に打撃力を作用させる装置である。本実施形態のエアーハンマー１１は、外部に設置された打撃用エアーコンプレッサー３０Ａから打撃用エアーホース３２Ａを介して供給される圧縮空気をシリンダー１１Ｃ内のピストン（図示省略）へと導き、該圧縮空気によりピストンを上下動させる。外部から供給された圧縮空気によって運動エネルギーを得たピストンが、シリンダー１１Ｃの内部に設けられた先端可動部（図示省略）へ運動エネルギーを伝達し、当該先端可動部が杭１００の一部（例えばプレート１０２）に衝突することで、杭１００に推進力を与え、地中に埋設する。

エクステンション１２は、必要に応じてエアーハンマー１１の基端（上端）側に取り付けられるアタッチメントである（図３等参照）。具体的には、エアーハンマー１１の想定されるその後の掘進状況などに応じてエクステンション１２が取り付けられる。打設後の杭１００の内部からエアーハンマー１１を回収する際などにエクステンション１２が利用される。なお、エクステンション１２のエアーハンマー１１への取り付けの具体的態様には、そもそもエクステンション１２とエアーハンマー１１が一体化している態様、エクステンション１２とエアーハンマー１１を溶接によって分離不能に固く接続した態様、締結具、嵌合部材などによって分離可能に固く接続した態様、線材、バネ、鎖などによって柔軟に接続した態様、さらには、エクステンション１２をエアーハンマー１１の基端側に載せて接触させているだけの態様などが含まれる。

袋体２０は、打撃装置１０と杭１００の内壁との間に配置される、空気が出し入れされて膨張あるいは収縮する袋からなる。袋体２０に空気を供給して膨らませると、打撃装置１０と杭１００とがこの袋体２０を介して密着した、いわば半固定の状態となる。打撃装置１０と杭１００との密着性をより向上させ、また、打撃装置１０と杭１００の内壁の間における隙間をより減少させるという観点からすれば、例えばゴム膜のような弾性（伸縮性）を備えた素材からなる袋体２０が好適であるが、もちろん、弾性（伸縮性）が無いあるいは極めて少ない素材からなる袋体２０を採用することもできる。

本実施形態の袋体２０は、打撃装置１０の本体であるエアーハンマー１１の周囲を覆うように配置された周状（環状ないしは筒状）の袋からなる（図１参照）。周状の袋体２０は、打撃装置１０を杭１００の内壁に密着させる際の押圧力の周方向における偏りを少なくし、より均一に密着させた状態を実現しうる。これによれば、施工中の打撃装置１０を杭１００の中心軸付近にて姿勢が崩れないよう保持し、打撃の精度や効率をより高めることが可能である。

エアーコンプレッサー３０は、エアーハンマー１１に圧縮空気を供給して作動させる動力源と、袋体２０を膨縮させる動力源の少なくとも一方として機能する装置（流体供給装置）として用いられている。本実施形態では、エアーハンマー１１を作動させる打撃用エアーコンプレッサー３０Ａと、袋体２０を膨縮させる袋体用エアーコンプレッサー３０Ｂとを採用している（図１参照）。これら打撃用エアーコンプレッサー３０Ａと袋体用エアーコンプレッサー３０Ｂは地上に配置されており、地上で操作することが可能となっている。打撃用エアーコンプレッサー３０Ａは打撃用エアーホース３２Ａでエアーハンマー１１と接続され、袋体用エアーコンプレッサー３０Ｂは袋体用エアーホース３２Ｂで袋体２０と接続されている（図１参照）。

なお、本実施形態で施工対象とする杭１００は、先端１０１が尖った鋼管杭である。本実施形態では先端１０１が閉塞した杭１００を対象とするが、先端１０１に小孔が設けられているといった、先端１０１が完全には閉塞していない杭１００を施工対象とすることももちろん可能である。また、杭１００の内部の例えば先端１０１付近には被打撃部として機能するプレート（底板）１０２が設けられている（図１等参照）。エアーハンマー１１は、このプレート１０２を叩いて杭１００に打撃力を作用させる。

なお、ここで示している杭１００中のプレート１０２の位置はあくまで一例にすぎず、その他の位置に配置されていてもよいことはいうまでもない。例えば、複数の杭を継ぎ足しつつ埋設するような場合においては、プレート１０２の位置が適宜変わりうる。

続いて、上記のごとき埋設装置１による杭１００の埋設施工の手順の一例を示す（図２参照）。

地盤Ｇ上において杭１００の基端側開口から内部に打撃装置１０と袋体２０を挿入する（図２（Ａ）参照）。本実施形態では、エアーハンマー１１を、その周囲に設置した袋体２０ごと杭１００に挿入する。

エアーハンマー１１をその先端がプレート１０２に当接するまで挿入したら（図２（Ｂ）参照）、袋体用エアーコンプレッサー３０Ｂで空気を供給し、袋体２０を膨らませる（図２（Ｃ）参照）。この状態で打撃用エアーコンプレッサー３０Ａから圧縮空気を送気して打撃装置１０を駆動すると、打撃力が作用し、杭１００が地盤Ｇを掘進する（図２（Ｄ）参照）。杭１００が所定の深さまで掘進して埋設工程が完了したら、その都度、袋体２０の空気を抜いて収縮させ、当該袋体２０ごと打撃装置１０を回収する。なお、打撃装置１０を回収する際には、上記のエクステンション１２や図示しないワイヤーなどを適宜利用することができる。

以上により、埋設装置１を用いた杭１００の埋設施工が完了する。上記の作業は、施工現場にて行うことができる。しかも、打撃装置１０を駆動したり、袋体２０を収縮させたりするための操作はすべてエアーコンプレッサー３０（打撃用エアーコンプレッサー３０Ａ、袋体用エアーコンプレッサー３０Ｂ）を使って地上で行うことができる。

ここまで説明した本実施形態の埋設装置１によれば、杭１００の中で袋体２０を膨らませ、当該袋体２０を介して、打撃装置１０を杭１００の内壁に対し、密着させた状態とすることができる。しかも、この状態は、例えば張力チェーンを使って剛な状態で連結したもの（剛結状態）とは異なり、膨らませた袋体２０を使って剛ではない状態で密着させるというものである。この状態で打撃を行うことで、打撃時の衝撃により打撃装置１０自体が反発して暴れてしまうのを適度に抑え、エネルギーのロスが生じるのを抑制することが可能となるので、結果として、打撃力を継続的に効率よく杭１００に伝達することができる。また、上記のように、膨らませた袋体２０を使って剛ではない状態で打撃装置１０を杭１００に密着させた状態で打撃を行うことから、これらを連結する部材が衝撃で破損するといった従前のごとき事象が生じることがない。

しかも、周状の袋体２０を利用する本実施形態の埋設装置１によれば、膨らませた当該袋体２０によって打撃装置１０と杭１００の内周面との間の隙間を埋めやすい（図１等参照）。これによれば、施工時に漏れる騒音、とくに打撃音を軽減させることができる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば、上述の実施形態では袋体２０の具体例として周状のものを説明したが（図１参照）、これは好適な一例にすぎない。この他の例として、周方向に袋が複数配置された構造の袋体２０を採用してもよい（図３参照）。このような袋体２０によって埋設施工中の打撃力を分散し、打撃装置１０の暴れをバランスよく吸収し抑制することが可能である。上記のごとき構造を採用する場合、袋体２０のそれぞれは周方向へ等分布となるよう配置されていることが好ましい。なお、図示を省略しているが、袋体用エアーホース３２Ｂの数を袋の数と同数とすることができる。

また、エアーハンマー１１の基端に既述のごとくエクステンション１２を取り付ける場合にあっては、袋体２０を、エアーハンマー１１の周囲にではなく当該エクステンション１２の周囲に配置してもよい（図４参照）。別言すれば、本願において、打撃装置１０と杭（管体）１００の内壁との間に袋体２０を配置することには、打撃装置本体たるエアーハンマー１１と杭１００の内壁との隙間に袋体２０を配置することはもちろんのこと、エクステンション１２と杭１００の内壁との隙間に袋体２０を配置することも含まれる。要は、打撃装置１０が暴れるのを直接的でも間接的にでもいいから抑えることができればよい。また、この場合の袋体２０として、上記のごとく周方向に袋が複数配置された構造のものを採用してもよい（図５参照）。

また、本実施形態において施工対象とした杭１００は埋設施工の好適な対象の一例にすぎず、その他の形状や構造の杭も上記の埋設装置１による施工対象に含めることができる。さらには、鋼管を地中に水平方向に埋設するといった場合の当該鋼管も埋設装置１による施工対象に含めることができる。要は、管体であって、その内部に配置した打撃装置１０から当該管体に対して打撃力を作用させることができるものは本願の埋設装置１による施工対象に含めることができる。

なお、本実施形態において例示したエアーハンマー以外の打撃装置（例えば、油圧駆動または電気駆動によるハンマー、手動によるハンマーなど）を用いて埋設施工をすることができることはいうまでもない。また、空気以外の流体、例えば空気以外の気体や、油や水などの液体を用いることができることも同様である。

また、本実施形態では、打撃用エアーコンプレッサー（流体供給装置）３０Ａと袋体用エアーコンプレッサー（流体供給装置）３０Ｂという別々のエアーコンプレッサーを用いたが、ひとつのエアーコンプレッサーで両機能を兼用することとしてもよい。

本発明は、先端の少なくとも一部が閉塞された管体（例えば鋼管杭）を地盤に埋設する埋設装置や埋設方法に適用して好適である。

１…埋設装置、１０…打撃装置、１１…エアーハンマー（装置本体）、１１Ｃ…シリンダー、１２…エクステンション、２０…袋体、３０Ａ（３０）…打撃用エアーコンプレッサー（流体供給装置）、３０Ｂ（３０）…袋体用エアーコンプレッサー（流体供給装置）、３２Ａ（３２）…打撃用エアーホース、３２Ｂ（３２）…袋体用エアーホース、１００…杭（管体）、１０１…先端、１０２…プレート（被打撃部）、Ｇ…地盤

Claims (10)

1. 被打撃部を有する管体を地盤に埋設するための埋設装置であって、
   前記管体の内部から当該被打撃部に対して打撃力を作用させる打撃装置と、
   該打撃装置と前記管体の内壁との間に配置された膨縮可能な袋体と、
   該袋体に流体を供給する流体供給装置と、
   を備える埋設装置。
2. 前記管体としてその先端の全部又は一部が閉塞したものを埋設の対象とする、請求項１に記載の埋設装置。
3. 前記袋体が周方向に複数配置されている、請求項１または２に記載の埋設装置。
4. 前記袋体が周方向へ等分布に配置されている、請求項３に記載の埋設装置。
5. 前記袋体が、前記打撃装置の周囲を覆う周状のものである、請求項１または２に記載の埋設装置。
6. 前記打撃装置のうち、装置本体に取り付けられるエクステンションの周囲に前記袋体が配置されている、請求項１から５のいずれか一項に記載の埋設装置。
7. 前記打撃装置は、エアーハンマーである、請求項１から６のいずれか一項に記載の埋設装置。
8. 前記袋体に供給される流体が空気である、請求項１から７のいずれか一項に記載の埋設装置。
9. 前記流体供給装置が、前記打撃装置を駆動する駆動装置でもある、請求項１から８のいずれか一項に記載の埋設装置。
10. 埋設装置を用いて管体を地盤に埋設する際の埋設方法であって、
    前記管体の内部から当該管体に対して打撃力を作用させる打撃装置と、前記管体の内壁との間に膨縮可能な袋体を配置し、
    該袋体に流体を供給して、
    前記打撃装置により前記管体に打撃力を作用させる、埋設方法。

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