JP2024094494A - 杭打機および杭打方法 - Google Patents

Abstract

【課題】狭い空間においても中空杭（鋼管杭）を施工しやすい杭打機および杭打方法を提案する。
【解決手段】中空杭１に固定される固定部３と、固定部３に立設された支柱４と、支柱４に対して昇降する昇降ロッド５と、昇降ロッド５を上昇させる動力源６と、昇降ロッド５の上端に設けられたプーリ７と、プーリ７にかけ回された索条体８と、中空杭１を打撃する重錘９とを備える杭打機２である。索条体８の基端側は支柱４または固定部３に取り付けられており、索条体８の先端には重錘９が取り付けられている。
【選択図】図１

Description

特許法第３０条第２項適用申請有り 令和４年７月にパンフレット「ＳＰＡＣＥ ＺＥＲＯ スペースゼロ工法」において公開

本発明は、杭打機および杭打方法に関する。

鋼管杭を施工する場合において、鋼管杭にハンマーを落下させて打撃することにより、鋼管杭を地盤に打ち込む場合がある。このような鋼管杭の施工には、ハンマーと、ハンマーを案内するガイドと、ガイドを支持する重機とを備える杭打機を使用するのが一般的である。

なお、建物の増築や設備の増設等の伴い、既存建物の内部や既存建物に近接した狭隘な空間で新たに鋼管杭を施工する必要が生じた場合には、重機の搬入や、重機を据え付ける用地を確保できない場合があり、このような場合には鋼管杭を施工することができなかった。

そのため、本出願人は、特許文献１に示すように、狭い場所でも杭の施工を可能とした杭打機を開発した。特許文献１の杭打機は、上下端にプーリをそれぞれ有していて、地盤に載置される支柱と、両プーリに掛け渡される索条体と、索条体の一端に固定されたハンマーと、索条体の他端に設けられて杭に固定される固定部とを有している。この杭打機によれば、重機を必要としないため、狭い空間であっても鋼管杭を施工可能である。

特開２０２０－０５１１７２号公報

特許文献１の杭打機は、支柱が地盤に載置されているため、施工の進捗に伴い、上昇させたハンマーの高さと鋼管杭との位置が変化する。そのため、鋼管に作用する力（打撃力）も変化してしまう。また、施工に伴って鋼管杭が下降することで、固定部と下端側のプーリとの距離が近づく結果、索条体にゆるみが生じるおそれがある。索条体にゆるみがあると、ハンマーの打撃位置にブレが生じるおそれがある。

本発明は、狭い空間においても杭を施工しやすい杭打機および杭打方法を提案することを課題とする。

本発明の杭打機は、杭を地盤に打ち込む杭打機であって、地面の上方において前記杭に固定されるものである。杭打機は、好ましくは、前記杭を打撃する重錘と、前記重錘を上昇させる手段とを備える。本発明の一形態に係る杭打機は、杭に固定される固定部と、前記固定部に立設された支柱と、前記支柱に対して昇降する昇降ロッドと、前記昇降ロッドを上昇させる動力源と、前記昇降ロッドの上端に設けられたプーリと、前記プーリにかけ回された索条体（チェーン、ワイヤー等）と、前記杭を打撃する重錘とを備えている。前記索条体の基端側は前記支柱または前記固定部に取り付けられており、前記索条体の先端には前記重錘が取り付けられている。

前記杭打機を使用して有底の中空杭を地盤に打ち込む杭打方法は、地盤に立設された前記中空杭に前記重錘を挿入するとともに、前記中空杭に前記固定部を固定する取付工程と、前記杭打機を作動させて前記中空杭を地盤に打込む打込工程とを備えている。前記打込工程では、前記昇降ロッドを延ばして、前記重錘を上昇させた後、前記昇降ロッドを落下させることで前記重錘を落下させて前記中空杭に下向きの打撃を加える。

かかる杭打機は、固定部を介して中空杭に固定されているため、中空杭の打込みに伴って杭と一緒に下降する。そのため、中空杭に対するプーリの位置が施工の進捗に伴って変化することがない。そのため、一定の力で中空杭を打撃することができる。そのため、打撃数による施工管理が可能となり、高品質に施工できる。

なお、前記杭打方法が、前記中空杭を所定の深さまで打込んだ後、前記固定部を前記中空杭から取り外す取外し工程と、前記中空杭の上端に中空杭を連結するとともに前記重錘の上端に重錘部材を連結する延長工程とを備えている場合には、前記延長工程後に前記取付工程および前記打込工程を繰り返すことで、より長い杭を打ち込むことができる。

本発明の杭打機および杭打方法によれば、狭い空間でも簡易かつ高品質に杭を打ち込むことが可能となる。

本発明の実施形態に係る杭打機の概要を示す正面図である。 杭打機の一部を示す斜視図である。 杭打方法の手順を示すフローチャートである。 準備工程の概要を示す断面図であって、（ａ）は削孔時、（ｂ）は中空杭挿入時である。 打込工程の概要を示す断面図であって、（ａ）は重錘上昇時、（ｂ）は重錘落下時である。 取外し工程の概要を示す断面図である。 延長工程の概要を示す断面図である。

本実施形態では、有底の中空杭（鋼管杭）を地盤に打ち込む杭打工事について説明する。中空杭１は、複数の鋼管を連結することにより所定の深さ（支持層）まで打込まれる支持杭である。なお、中空杭の用途はこれに限定されるものではなく、例えば、地盤改良を目的とするものであってもよい。本実施形態では、中空杭１を構成する鋼管として、φ１３９．８ｍｍ（ｔ＝６ｍｍ）または１６５．２ｍｍ（ｔ＝６ｍｍ）を使用するが、中空杭の寸法はこれに限定されない。

中空杭１の施工は、杭打機２を使用して行う。杭打機２は、図１に示すように、固定部３と、支柱４と、昇降ロッド５と、動力源６と、プーリ７と、索条体８と、重錘９とを備えている。中空杭１を打ち込む際は、中空杭１に固定部３を固定した状態で、重錘９を上昇させる手段（昇降ロッド５、動力源６、プーリ７および索条体８）によって重錘９を上方に移動させ、重錘９を落下させることにより中空杭１を打撃する。

固定部３は、中空杭１の上部に固定される部分である。本実施形態の固定部３は、バンド固定式であって、図２に示すように、中空杭１の外面に添設される固定部本体３１と、固定部本体３１から延設されて、中空杭１の外面に周設されるバンド３２と、支柱４の下端が固定された土台３３と、固定部本体３１から延設されて支柱４に周設された支柱周設材３４と、固定部本体３１の上端に形成された台座３５とを有している。

固定部本体３１は、内径が中空杭１の外径と同等の平面視弧状の構成部材からなる。本実施形態の固定部本体３１は、半円筒状を呈する半割管により構成されている。固定部本体３１の内面には、係止部３６が固定されている。固定部本体３１は、所定の高さを有していて、固定部３を中空杭１に固定した状態で、ブレが生じることが無いように構成されている。

バンド３２は、一端が固定部本体３１に固定されていて、他端が固定部本体３１に着脱可能である。バンド３２は、中空杭１に巻き付けた状態で他端を固定部本体３１に取り付けることで、固定部３を中空杭１に固定する。バンド３２の他端は、バンド３２を中空杭１に締め付けた状態で、固定部本体３１に取り付けることが可能である。

土台３３は、固定部本体３１の外面（中空杭１と反対側の面）から側方に張り出している。土台３３には、支柱４の下端が固定されている。
支柱周設材３４は、両端が固定部本体３１の外面に固定された帯状部材であって、支柱４に周設されている。
台座３５は、固定部本体３１の外面と支柱４との間に介設されている。
係止部４６は、中空杭１の上端縁に載置される部位であり、固定部本体３１の内周面に沿って湾曲する帯板からなる。

支柱４は、固定部３の土台３３に立設されているとともに、支柱周設材３４により固定部本体３１に固定されている。支柱４は、中空の筒状部材（例えば、鋼管）からなり、上端において、昇降ロッド５を上方向に進退可能に支持している。すなわち、支柱４は、昇降ロッド５のシリンダとして機能する。図１に示すように、支柱４の上端部および下端部には、動力源６から延設されたホース６１がそれぞれ接続されている。動力源６は、ホース６１を介して昇降ロッド５に油圧、水圧または空気圧を作用させる。

昇降ロッド５は、支柱４に対して昇降する棒状部材である。昇降ロッド５は、支柱４に支持されており、上下方向に進退可能である。昇降ロッド５の上端にはプーリ７が設けられている。昇降ロッド５は、ホース６１を介して支柱４内に送り込まれた油圧または空気圧によって支柱４をガイドとして上昇し、動力源６からの圧力を急減圧すると落下する。

プーリ７は、昇降ロッド５の上端に設けられている。プーリ７は、円盤状を呈しており、横軸を中心に回転可能である。プーリ７には、索条体８がかけ回されている。本実施形態の索条体８は、チェーンからなる。索条体８の先端は、重錘９を取り付けるための重錘取付具８１に固定されていて、索条体の他端は、支柱４の上部に固定された索条体保持具８２により保持されている。

重錘９は、中空杭１の底部１２を打撃する。重錘９は、図１示すように、中空杭１の内径よりも小さい外径を有した柱状部材であって、鋼管杭の内部に挿入される。重錘９は、例えば、鋼鉄、鉛、鋳鉄または、その他合金等により構成すればよい。重錘９は、複数の重錘部材９１，９１，…を連結することにより中空杭１よりも長く形成された柱状部材である。重錘９の上端部は、重錘９の下端が中空杭１の底部１２に当接した状態で、中空杭１の上端から突出する。重錘９の上端には、索条体８の先端に設けられた重錘取付具８１が接続されている。

以下、杭打機２を利用した杭打方法について説明する。
杭打方法は、図３に示すように、準備工程Ｓ１と、取付工程Ｓ２と、打込工程Ｓ３と、取外し工程Ｓ４と、延長工程Ｓ５とを備えている。

準備工程Ｓ１は、中空杭１を地盤にセットする工程である。準備工程では、図４（ａ）に示すように、まず、削孔手段Ｄにより地盤Ｇに杭挿入用の掘削孔（縦穴）Ｈを形成する。所定の深さの掘削孔Ｈを形成したら、図４（ｂ）に示すように、１本目の中空杭１（１節目の鋼管）の下部を掘削孔Ｈに挿入し、上部を露出させた状態で地盤Ｇに建て込む。掘削孔Ｈを削孔するための削孔手段Ｄは限定されるものではなく、例えば、バックホーのブレーカー、手持ちのホールディガーやハンドオーガー等を利用すればよい。

取付工程Ｓ２は、地盤Ｇに立設された中空杭１に杭打機２を取り付ける工程である（図１参照）。このとき、中空杭１は、地盤Ｇに所定長挿入された状態で、立設している。杭打機２を中空杭１に取り付ける場合には、中空杭１に挿入された重錘９の上部に重錘取付具８１を取り付けるとともに、係止部３６を中空杭１の上端縁に載置した状態で中空杭１の外周にバンド３２を巻き付けて、固定部３を中空杭１に固定する。すなわち、取付工程Ｓ２では、油圧ポンプなどの動力源６や制御装置を除く機器（支柱４、昇降ロッド５、プーリ７、索状体８および重錘９）を、固定部３を介して中空杭１に取り付ける。

打込工程Ｓ３は、図５（ａ）および（ｂ）に示すように、杭打機２を作動させて中空杭１を地盤Ｇに打込む工程である。
打込工程Ｓ３では、図５（ａ）に示す第一工程と、図５（ｂ）に示す第二工程を繰り返す。第一工程では、動力源６を作動させて、昇降ロッド５を上方に伸長（すなわち、重錘９を上昇）させる。第二工程では、動力源６の圧力を解除して、昇降ロッド５を落下させる。昇降ロッド５の落下に伴い、重錘９が落下し、重錘９が中空杭１の底部１２を打撃する。中空杭１の打撃により中空杭１が地盤Ｇに押し込まれる。第一工程と第二工程を繰り返し、中空杭１を繰り返し打撃することにより、所定の深さまで中空杭１を押し込む。

取外し工程Ｓ４は、図６に示すように、中空杭１から杭打機２を取り外す工程である。中空杭１を所定の深さまで打込んだら、固定部３を中空杭１から取り外すとともに、重錘９の上端から重錘取付具８１を取り外す。

延長工程Ｓ５は、図７に示すように、中空杭１の上端に延長用の鋼管（延長用の中空杭）１１を連結するとともに、重錘９の上端に重錘部材９１を連結する工程である。延長工程Ｓ５では、鋼管１１を中空杭１の上端に連結して中空杭１の長さを延長し、重錘９の上端に重錘部材９１を連結して重錘９の長さを延長する。

中空杭１および重錘９を所定の長さに延長したら、取付工程Ｓ２および打込工程Ｓ３を繰り返し実行する。
前記のとおり、取付工程Ｓ２～延長工程Ｓ５を繰り返すことにより、所定の長さの杭を形成する。

本実施形態の杭打機２によれば、固定部３を介して中空杭１に固定されているため、中空杭１の打込みに伴って杭打機２が中空杭１と一緒に下降する。そのため、プーリ７の上昇位置（図５（ａ））から中空杭１の上端までの距離が施工の進捗に伴って変化することがなく、同様に、プーリ７の下降位置（図５（ｂ））から中空杭１の上端までの距離が施工の進捗に伴って変化することがない。そのため、施工の進捗に伴って重錘９の落下高さが変化することがなく、一定の力で中空杭１を打撃することができる。ゆえに、打撃数による施工管理が可能となり、高品質に施工できる。
また、中空杭１に対するプーリ７の位置が変化しないため、施工に伴って索条体８の緩みが生じることを抑制でき、その結果、プーリ７から索条体８が外れ難い

以上、本発明に係る実施形態について説明したが、本発明は前述の実施形態に限られず、前記の各構成要素については本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。
前記実施形態では、支柱４がエアシリンダまたは油圧シリンダを構成する場合について説明したが、シリンダの形式（動力源の駆動形式）は限定されるものではない。例えば、モータにより昇降ロッド５を伸長させてもよい。
また、前記実施形態では、支柱４がシリンダを構成する場合について説明したが、支柱４は、柱状の支柱本体の上にシリンダが固定された物であってもよい。
索条体８は、チェーンに限定されるものではなく、例えば、ロープやワイヤーであってもよい。また、索条体８がロープやワイヤーの場合には、プーリ７は必ずしも回転可能である必要はない。

１ 中空杭（杭）
１１ 鋼管（中空部材）
２ 杭打機
３ 固定部
４ 支柱
５ 昇降ロッド
６ 動力源
７ プーリ
８ 索条体
９ 重錘
９１ 重錘部材

Claims (5)

1. 杭を地盤に打ち込む杭打機であって、
   地面の上方において前記杭に固定されることを特徴とする、杭打機。
2. 前記杭を打撃する重錘と、
   前記重錘を上昇させる手段と、を備えることを特徴とする、請求項１に記載の杭打機。
3. 杭に固定される固定部と、
   前記固定部に立設された支柱と、
   前記支柱に対して昇降する昇降ロッドと、
   前記昇降ロッドを上昇させる動力源と、
   前記昇降ロッドの上端に設けられたプーリと、
   前記プーリにかけ回された索条体と、
   前記杭を打撃する重錘と、を備える杭打機であって、
   前記索条体の基端側は前記支柱または前記固定部に取り付けられており、前記索条体の先端には前記重錘が取り付けられていることを特徴とする、杭打機。
4. 請求項３に記載の杭打機を使用して有底の中空杭を地盤に打ち込む杭打方法であって、
   地盤に立設された前記中空杭に前記重錘を挿入するとともに、前記中空杭に前記固定部を固定する取付工程と、
   前記杭打機を作動させて前記中空杭を地盤に打込む打込工程と、を備えており、
   前記打込工程では、前記昇降ロッドを延ばして、前記重錘を上昇させた後、前記昇降ロッドを落下させることで前記重錘を落下させて前記中空杭に下向きの打撃を加えることを特徴とする、杭打方法。
5. 前記中空杭を所定の深さまで打込んだ後、前記固定部を前記中空杭から取り外す取外し工程と、
   前記中空杭の上端に延長用の中空杭を連結するとともに、前記重錘の上端に重錘部材を連結する延長工程と、を備えており、
   前記延長工程後に前記取付工程および前記打込工程を繰り返すことを特徴とする、請求項４に記載の杭打方法。

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