JP2023010227A

JP2023010227A - 砂杭造成装置

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Publication number: JP2023010227A
Application number: JP2021114212A
Authority: JP
Inventors: 肇一田中; Hatsuichi Tanaka; 雅大永石; Masahiro Nagaishi; 光洋雑賀; Mitsuhiro Saiga
Original assignee: Fudo Tetra Corp
Current assignee: Fudo Tetra Corp
Priority date: 2021-07-09
Filing date: 2021-07-09
Publication date: 2023-01-20
Anticipated expiration: 2041-07-09
Also published as: JP6978629B1

Abstract

【課題】無振動・無騒音でケーシングを硬質地盤に容易に貫入させることができ、低コストで地盤を締め固めることができる砂杭造成装置を提供する。【解決手段】砂杭造成装置１は、地盤Ｄ中に回転させながら貫入し、引き抜く際の砂Ｓの排出と打ち戻しを繰り返すことで無振動・無騒音にて砂杭Ｋを造成するケーシング１０と、ケーシング１０の先端開口１０ｂを横切るようにＶ字状に架け渡され、ケーシング１０の貫入を補助する掘削ビット２０と、を備え、掘削ビット２０は、傾斜して頂部２１で交わる少なくとも一対の傾斜部２２，２２によりＶ字状に形成され、各傾斜部２２は、下方に突出してケーシング１０内の地盤Ｄを削る複数の掘削爪部２５を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、砂杭系の地盤改良工法の中で、静的締固め砂杭工法に用いられる砂杭造成装置に関する。

この種の砂杭造成装置として、特許文献１に開示されたものがある。この特許文献１に開示された砂杭造成装置の中空管（ケーシング）は、下端内周又は外周に複数の掘削ビットを下方へ突出するように取り付けている。また、中空管の下端外周に下方へ抜けて高圧ジェット水を噴射する複数のノズルを配設している。そして、バイブロハンマーの振動を利用して掘削ビットにより硬質地盤を砕くと共に、ノズルからの高圧ジェット水によって硬質地盤を崩し緩めて、中空管を地盤中に容易に貫入できるようにしている。

特開２０００－１２０３６４号公報

しかしながら、前記従来の砂杭造成装置では、バイブロハンマーの振動を利用して掘削ビットにより硬質地盤を砕いているため、騒音が発生し、周辺環境へ与える影響が大きかった。

そこで、本発明は、前記した課題を解決すべくなされたものであり、地盤中に硬質地盤等があっても、無振動・無騒音でケーシングを硬質地盤に容易に貫入させることができ、低コストで地盤を締め固めることができる砂杭造成装置を提供することを目的とする。

本発明の砂杭造成装置は、地盤中に回転させながら貫入し、引き抜く際の砂の排出と打ち戻しを繰り返すことで無振動・無騒音にて砂杭を造成するケーシングと、前記ケーシングの先端開口を横切るようにＶ字状に架け渡され、前記ケーシングの貫入を補助する掘削ビットと、を備え、前記掘削ビットは、傾斜して頂部で交わる少なくとも一対の傾斜部によりＶ字状に形成され、前記各傾斜部は、下方に突出して前記ケーシング内の地盤を削る複数の掘削爪部を有することを特徴とする。

本発明によれば、地盤中に硬質地盤等があっても、無振動・無騒音でケーシングを硬質地盤に容易に貫入させることができ、低コストで地盤を締め固めることができる。

本発明の第１実施形態の砂杭造成装置を示す側面図である。上記砂杭造成装置のケーシングの斜視図である。上記ケーシングの底面図である。図３中ＩＶ－ＩＶ線に沿う断面図である。図３中Ｖ－Ｖ線に沿う断面図である。（ａ）～（ｃ）は上記砂杭造成装置による砂杭の造成工程を順に示す説明図である。上記ケーシングの掘削ビットから高圧流体を噴射した状態を示す部分側面図である。本発明の第２実施形態の砂杭造成装置のケーシングを示す斜視図である。上記第２実施形態のケーシングの底面図である。図９中Ｘ－Ｘ線に沿う断面図である。上記第２実施形態のケーシングの掘削ビットから高圧流体を噴射した状態を示す部分側面図である。本発明の第３実施形態の砂杭造成装置のケーシングを示す斜視図である。上記第３実施形態のケーシングの底面図である。図１３中ＸＩＶ－ＸＩＶ線に沿う断面図である。上記第３実施形態のケーシングの掘削ビットから高圧流体を噴射した状態を示す部分側面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は本発明の第１実施形態の砂杭造成装置を示す側面図、図２は砂杭造成装置のケーシングの斜視図、図３はケーシングの底面図、図４は図３中ＩＶ－ＩＶ線に沿う断面図、５は図３中Ｖ－Ｖ線に沿う断面図である。また、図６（ａ）～図６（ｃ）は砂杭造成装置による砂杭の造成工程を順に示す説明図、図７はケーシングの掘削ビットから高圧流体を噴射した状態を示す部分側面図である。

図１に示すように、砂杭造成装置１は、前部にリーダ２を立設した施工機本体３と、ワイヤ４の巻き回しによりリーダ２に沿って昇降動して杭材料としての砂Ｓを搬送する昇降バケット５と、強制昇降装置６によりリーダ２に沿って昇降動すると共に、回転駆動装置７により回転自在に支持された円筒状のケーシング（中空管）１０と、強制昇降装置６と回転駆動装置７とに連結される連結管８と、強制昇降装置６に取り付けられ、ケーシング１０に砂Ｓを供給するホッパー９と、このホッパー９の排出口５ｂ側と連結管８との間に設けられ、ホッパー９内に供給された砂Ｓをケーシング１０側へ自然落下により供給する供給用配管９ｂと、を備えている。

図１に示すように、ホッパー９は四角枠状に形成されていて、強制昇降装置６に取り付けられている。そして、ホッパー９の供給口９ａに昇降バケット５の排出口５ｂより砂Ｓが供給されるようになっている。尚、図１中符号５ａは昇降バケット５の供給口を示す。また、供給用配管９ｂは、連結管８に斜めに貫通するように取り付けられていて、ホッパー９から供給された砂Ｓを連結管８内に自然落下により供給するものである。

図１～図４、図７に示すように、ケーシング１０は、金属製の円筒状に形成され、先端１０ａに溶接により固定された円筒状の取付リング１１を介して地盤Ｄを掘削するＶ字状の掘削ビット２０と板状の一対の掘削ビット３０，３０がそれぞれ取り付けられている。この円筒状のケーシング１０は、地盤Ｄ中に回転しながらＶ字状の掘削ビット２０と板状の掘削ビット３０の掘削により貫入され、引き抜く際に杭材料としての砂Ｓを排出し、打ち戻しと引き抜き時の砂Ｓの排出とを繰り返すことで無振動・無騒音にて砂杭Ｋを造成するものである。

図２～図４に示すように、円筒状の取付リング１１は、円筒状のケーシング１０よりも大径に形成されていて、１８０°隔てた位置に矩形の切欠き１２を先端から基端部にかけてそれぞれ形成されている。また、一対の切欠き１２，１２内には、板状の掘削ビット３０がボルト止めされる厚肉で矩形の平板（平坦部）１４が溶接によりそれぞれ固定されている。図４に示すように、矩形の平板１４には、ボルト４０のシャンク部４０ｂが挿通される挿入孔１４ｂが複数（本実施形態では３箇所）設けられている。尚、円筒状の取付リング１１が円筒状のケーシング１０よりも大径に形成されているのは、貫入時のケーシング１０のフリクション軽減と土圧の軽減を図るためである。

図２、図３に示すように、円筒状のケーシング１０の内周面及び外周面には、下方へ向けて高圧水または高圧エアの高圧流体Ｒを噴射する内ノズル１６及び外ノズル１７が取り付けられている。また、円筒状の取付リング１１の外周面の各切欠き１２の両側には、柱状の摩耗防止材１８がそれぞれ取り付けられている。

図２～図４に示すように、掘削ビット２０は、ケーシング１０の先端開口１０ｂを横切るようにＶ字状に架け渡され、地盤Ｄを削ってケーシング１０の貫入を補助するものであり、傾斜して頂部２１で鋭角で交わる一対の傾斜部２２，２２を有している。この一対の傾斜部２２，２２は、基端部に二股状に形成された二股部２３，２３と、この二股部２３，２３の根本部に交差するように三角柱状に形成された一対の補強リブ２４，２４と、を有している。そして、各傾斜部２２の二股部２３，２３を取付リング１１の先端に挟み込むと共に一対の補強リブ２４，２４を取付リング１１の先端面に当接した状態で両者が溶接によりそれぞれ固定されている。

また、図２、図３に示すように、Ｖ字状の掘削ビット２０の頂部２１及び一対の傾斜部２２，２２には、下方に突出してケーシング１０内の地盤Ｄを削る掘削爪部２５を向きを変えて複数有している。掘削爪部２５の基端部は、傾斜部２２に形成された複数の凹部２２ａに嵌め込まれて溶接により固定されている。また、掘削爪部２５の先端は、一対の傾斜面２５ａ，２５ａを有した三角状に尖っていて、その一方の傾斜面２５ａの先端側に先端が尖った超硬質板２６が溶接により固定されている。さらに、図２に示すように、一対の傾斜部２２，２２のうちの一方の傾斜部２２に複数設けられた掘削爪部２５の超硬質板２６と他方の傾斜部２２に複数設けられた掘削爪部２５の超硬質板２６の固定位置が反対方向を向いている。これにより、図３に示すように、ケーシング１０が正転方向Ｐに回転した場合、一方の傾斜部２２に複数設けられた掘削爪部２５の超硬質板２６で地盤Ｄが掘削され、ケーシング１０が逆転方向Ｑに回転した場合、他方の傾斜部２２に複数設けられた掘削爪部２５の超硬質板２６で地盤Ｄが掘削されるようになっている。詳述すると、一対の傾斜部２２，２２のうちの一方の傾斜部２２と他方の傾斜部２２にそれぞれ複数設けられた掘削爪部２５の超硬質板２６の固定位置は、反対向きになっていて、ケーシング１０が正逆両方向に回転しても対応できるようになっている。

さらに、図７に示すように、一対の傾斜部２２，２２のうちの一方の傾斜部２２の頂部２１の近傍には、下方へ向けて高圧水または高圧エアの高圧流体Ｒを噴射する噴射ノズル２７を有する。ケーシング１０を回転させて地盤Ｄに貫入させる際に、噴射ノズル２７から掘削方向に高圧流体Ｒを噴射させて、ケーシング１０の貫入を補助するようになっている。

図２、図３に示すように、板状の掘削ビット３０は、地盤Ｄを削ってケーシング１０の貫入を補助するものであり、先端部に地盤Ｄを掘削する三角形状の刃先部３１と、基端部に平板１４に締結部材としてのボルト４０とナット４１及びワッシャ４２を介して締結固定される矩形状の取付部３２と、を有している。

図２、図３、図５に示すように、板状の掘削ビット３０の刃先部３１は、側面視で鋭角の板状に一体形成されていて、その前面３１ａに溶接により固定された矩形の超硬質板３４で地盤Ｄを削るようになっている。また、刃先部３１の後面３１ｂと三角形の外側面３１ｃにも矩形の超硬質板３５と三角形の超硬質板３６がそれぞれ溶接により固定されている。図４に示すように、ケーシング１０が正転方向Ｐで回転した場合、刃先部３１の前面３１ａに固定された超硬質板３４により地盤Ｄが掘削され、ケーシング１０が逆転方向Ｑで回転した場合、刃先部３１の後面３１ｂに固定された超硬質板３５により地盤Ｄが掘削されるようになっている。詳述すると、ケーシング１０の１８０°隔てた位置に取り付けられた板状の一対の掘削ビット３０，３０の向きは、前後逆になっていて、ケーシング１０が正逆両方向に回転しても対応できるようになっている。さらに、図５に示すように、刃先部３１の内側面３１ｄから取付部３２の内側面３２ｂにかけてＬ字状の鈎部３７が突設されている。この鈎部３７と取付部３２の内側面３２ｂとの間に平板１４の先端に段差状に切り欠き形成された薄肉部１４ａが圧入されている。尚、図２、図３、図５中符号３８は、鈎部３７を補強する三角形状の補強リブである。

図５に示すように、板状の掘削ビット３０の取付部３２の平板１４の挿入孔１４ｂに対向する位置には、ボルト４０のヘッド部４０ａ及びシャンク部４０ｂが挿通される段差状の挿入孔３３が複数（本実施形態では３箇所）設けられている。そして、図３、図５に示すように、円筒状のケーシング１０の取付リング１１に固定された平板１４の薄肉部１４ａに、板状の掘削ビット３０のＬ字状の鈎部３７が圧入されて嵌め込まれた状態で取付部３２が円筒状のケーシング１０に固定された平板１４の外面に締結部材としてのボルト４０とナット４１及びワッシャ４２を介して締結固定されるようになっている。

尚、図２に示すように、円筒状のケーシング１０の基端部１０ｃには、図示しないボルト及びナットの締結用の取付孔１９ａが複数設けられていると共に、連結用の円環状凸部１９ｂ及び位置決め用リブ１９ｃが設けられている。これらにより、図１に示すように、取付リング１１が取り付けられていない円筒状のケーシング１０を複数本連結できるようになっている。また、内ノズル１６と外ノズル１７及び噴射ノズル２７には、高圧水または高圧エアの高圧流体Ｒを供給する供給管（図示省略）が接続されている。

以上第１実施形態の砂杭造成装置１によれば、図６（ａ）に示すように、硬質地盤を含む地盤Ｄに砂杭Ｋを造成して地盤改良する際に、地盤Ｄ中に強制昇降装置６と回転駆動装置７を介してケーシング１０を回転しながら貫入する。この際、ケーシング１０の先端１０ａ側に設けられたＶ字状の掘削ビット２０と板状の掘削ビット３０の回転及び掘削ビット２０の噴射ノズル２７からの高圧流体Ｒの噴射により硬質地盤を簡単かつ確実に掘削することができるため、硬質地盤に対して貫入能力を格段に向上させることができる。これにより、従来必要であった先行削孔機が不要となり、その分、低コスト化を図ることができる。

また、地盤Ｄにケーシング１０を回転しながら貫入する際に、ケーシング１０の先端開口１０ｂを横切るようにＶ字状に架け渡され掘削ビット２０の回転によりケーシング１０の内側に位置する地盤Ｄを簡単かつ確実に１００％掘削することができる。このため、従来の掘削断面積に比べて、掘削断面積を大幅に増やすことができ、掘削率を向上させることができる。

次に、図６（ｂ）に示すように、ケーシング１０を引き抜く際に砂Ｓを排出する。この際、ケーシング１０の内側に設けられた内ノズル１６から高圧エアまたは高圧水の高圧流体Ｒをケーシング１０内に噴射することにより、砂抜けが良くなって、ケーシング１０内から砂Ｓをスムーズに抜くことができる。また、円筒状の取付リング１１に平板１４を固定し、Ｖ字状の掘削ビット２０が取付リング１１の内側に出っ張らないようにボルト止めしたことで、ケーシング１０内からの砂抜けが容易となる。

次に、図６（ｃ）に示すように、ケーシング１０を打ち戻し、排出した砂Ｓと周囲の地盤を締め固め、この打ち戻しと砂Ｓの排出とを繰り返すことで、無振動・無騒音にて砂杭Ｋを造成することができる。この際、掘削ビット２０の先端にある一対の傾斜部２２，２２がＶ字状になっていることで、砂Ｓを押し拡げる力Ｆが斜め下方にかかり、砂杭Ｋを拡径するための応力が効率良く働く。

このように、地盤Ｄ中に硬質地盤等があっても、無振動・無騒音にてケーシング１０をＶ字状の掘削ビット２０と板状の掘削ビット３０を介して硬質地盤に簡単かつスムーズに貫入させることができ、低コストで地盤Ｄを締め固めることができる。

さらに、Ｖ字状の掘削ビット２０と板状の掘削ビット３０にて地盤Ｄをそれぞれ掘削することにより、板状の掘削ビットだけのタイプのケーシングより貫入力が高く、製作費が高くなるものの、貫入力が高いため、先行削孔の機械と併用しなければならなかった地盤でも先行削孔が不要となって、１台の施工機での施工が可能となり、その分、施工時間の短縮化及び低コスト化を図ることができる。

図８は本発明の第２実施形態の砂杭造成装置のケーシングを示す斜視図、図９はケーシングの底面図、図１０は図９中Ｘ－Ｘ線に沿う断面図、図１１はケーシングの掘削ビットから高圧流体を噴射した状態を示す部分側面図である。

この第２実施形態の砂杭造成装置１のケーシング１０の先端１０ａ側に取り付けられるＶ字状の掘削ビット２０の鈍角に開いた一対の傾斜部２２，２２の各基部端を、板状の掘削ビット３０のＬ字状の鈎部３７に溶接により固定した点が、前記第１実施形態のものとは異なる。尚、他の構成は、前記第１実施形態と同様であるため、同一構成部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。

この第２実施形態の砂杭造成装置１では、Ｖ字状の掘削ビット２０の各傾斜部２２の基端部を板状の掘削ビット３０のＬ字状の鈎部３７に固着し、板状の掘削ビット３０をケーシング１０の先端外側にボルト止めすることで、Ｖ字状の掘削ビット２０の各傾斜部２２をケーシング１０の先端開口１０ｂを横切るように架け渡したことにより、前記第１実施形態と同様の作用・効果を奏する。

図１２は本発明の第３実施形態の砂杭造成装置のケーシングを示す斜視図、図１３はケーシングの底面図、図１４は図１３中ＸＩＶ－ＸＩＶ線に沿う断面図、図１５はケーシングの掘削ビットから高圧流体を噴射した状態を示す部分側面図である。

この第３実施形態の砂杭造成装置１のケーシング１０の先端１０ａ側に取り付けられるＶ字状の掘削ビット２０を、傾斜して頂部２１で鋭角の等間隔で交わる３つの傾斜部２２により形成した点が、前記第１実施形態のものとは異なる。尚、他の構成は、前記第１実施形態と同様であるため、同一構成部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。

この第３実施形態の砂杭造成装置１では、Ｖ字状の掘削ビット２０を傾斜して頂部２１で鋭角の等間隔で交わる３つの傾斜部２２により形成したことにより、前記第１実施形態と同様の作用・効果を奏する。板状の掘削ビット３０を無くしたことにより、その分全体の構造を簡素化することができると共に、低コスト化を図ることができる。

尚、前記第１及び第２実施形態によれば、Ｖ字状の掘削ビットの一対の傾斜部のうちの一方の傾斜部の頂部の近傍に下方へ向けて高圧流体を噴射する噴射ノズルを設けたが、他方の傾斜部の頂部の近傍にも下方へ向けて高圧流体を噴射する噴射ノズルを設けても良い。

また、前記第１実施形態によれば、掘削ビットの傾斜部の基端部に形成した二股部をケーシングの先端に取り付けられた取付リングに挟み込んで溶接で固着したが、掘削ビットの傾斜部の基端部を取付リングにボルト止めにより取り付けるようにしても良い。また、前記第２実施形態によれば、Ｖ字状の掘削ビットの一対の傾斜部を鈍角に傾斜させたが、鋭角に傾斜させても良い。さらに、前記第３実施形態によれば、掘削ビットは３つの傾斜部を有したが、４つ以上の傾斜部を有しても良い。

さらに、内ノズルと外ノズルを１箇所ずつ設けたが、内ノズルと外ノズルを２箇所以上設けても良い。また、杭材料として砂を用いたが、スラグや再生コンクリート或いは産業廃棄物の盛り上がり土等を杭材料として用いても良い。

１砂杭造成装置
１０ケーシング
１０ａ先端
１０ｂ先端開口
１１取付リング
２０Ｖ字状の掘削ビット
２１頂部
２２，２２一対の傾斜部
２３，２３二股部
２５掘削爪部
２７噴射ノズル
３０板状の掘削ビット
４０ボルト
Ｄ地盤
Ｓ砂
Ｋ砂杭
Ｒ高圧流体

本発明の砂杭造成装置は、地盤中に回転させながら貫入し、引き抜く際の砂の排出と打ち戻しを繰り返すことで無振動・無騒音にて砂杭を造成する円筒状のケーシングと、前記円筒状のケーシングの先端に取り付けられ、前記円筒状のケーシングよりも大径に形成された円筒状の取付リングと、前記円筒状の取付リングの先端側に取り付けられると共に前記円筒状のケーシングの先端開口を横切るようにＶ字状に架け渡され、前記円筒状のケーシングの貫入を補助するＶ字状の掘削ビットと、前記Ｖ字状の掘削ビットに併設され、前記円筒状のケーシングの貫入を補助する板状の掘削ビットと、を備え、前記Ｖ字状の掘削ビットは、傾斜して頂部で交わる少なくとも一対の傾斜部を有し、前記各傾斜部は、下方に突出して前記円筒状のケーシング内の地盤を削る複数の掘削爪部を有し、前記板状の掘削ビットは、先端側に前記地盤を掘削する刃先部を有することを特徴とする。

以上第１実施形態の砂杭造成装置１によれば、図６（ａ）に示すように、硬質地盤を含む地盤Ｄに砂杭Ｋを造成して地盤改良する際に、地盤Ｄ中に強制昇降装置６と回転駆動装置７を介してケーシング１０を回転しながら貫入する。この際、ケーシング１０の先端１０ａ側に取付リング１１を介して設けられたＶ字状の掘削ビット２０と板状の掘削ビット３０の回転及び掘削ビット２０の噴射ノズル２７からの高圧流体Ｒの噴射により硬質地盤を簡単かつ確実に掘削することができるため、硬質地盤に対して貫入能力を格段に向上させることができる。これにより、従来必要であった先行削孔機が不要となり、その分、低コスト化を図ることができる。

１砂杭造成装置
１０円筒状のケーシング
１０ａ先端
１０ｂ先端開口
１１円筒状の取付リング
２０Ｖ字状の掘削ビット
２１頂部
２２，２２一対の傾斜部
２３，２３二股部
２５掘削爪部
２７噴射ノズル
３０板状の掘削ビット
３１刃先部
４０ボルト
Ｄ地盤
Ｓ砂
Ｋ砂杭
Ｒ高圧流体

Claims

地盤中に回転させながら貫入し、引き抜く際の砂の排出と打ち戻しを繰り返すことで無振動・無騒音にて砂杭を造成するケーシングと、
前記ケーシングの先端開口を横切るようにＶ字状に架け渡され、前記ケーシングの貫入を補助する掘削ビットと、
を備え、
前記掘削ビットは、傾斜して頂部で交わる少なくとも一対の傾斜部によりＶ字状に形成され、
前記各傾斜部は、下方に突出して前記ケーシング内の地盤を削る複数の掘削爪部を有することを特徴とする砂杭造成装置。
請求項１記載の砂杭造成装置であって、
前記傾斜部の頂部の近傍には、下方へ向けて高圧流体を噴射する噴射ノズルを有することを特徴とする砂杭造成装置。
請求項１または２記載の砂杭造成装置であって、
前記Ｖ字状の掘削ビットは、前記各傾斜部の基端部に二股状に形成された二股部を有し、
前記各傾斜部の二股部を前記ケーシングの先端側に挟み込んで固着したことを特徴とする砂杭造成装置。
請求項１または２記載の砂杭造成装置であって、
前記Ｖ字状の掘削ビットは、前記各傾斜部の基端部に先端が尖った板状の掘削ビットを固着し、
前記板状の掘削ビットを前記ケーシングの先端外側にボルト止めすることで前記Ｖ字状の掘削ビットの各傾斜部を前記ケーシングの先端開口を横切るように架け渡したことを特徴とする砂杭造成装置。
請求項１から３のいずれか１項に記載の砂杭造成装置であって、
前記Ｖ字状の掘削ビットは、傾斜して頂部で鋭角の等間隔で交わる３つ以上の傾斜部により形成されていることを特徴とする砂杭造成装置。
請求項１から５のいずれか１項に記載の砂杭造成装置であって、
前記Ｖ字状の掘削ビットは、前記ケーシングの先端に取り付けられた該ケーシングよりも大径の取付リングに取り付けられていることを特徴とする砂杭造成装置。