JP2563973B2 - 掘削用オーガヘッド - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、PC杭に代表される既製杭を埋込むための杭
孔を穿設する場合等に用いられる掘削用のオーガヘッド
に関する。

〔従来の技術〕

例えば、地盤を穿孔して既製杭を埋込む基礎杭打設工
法は、建設工事や土木工事等の各種分野で数多く採用さ
れている。この基礎杭打設工法では、埋め込んだ既製杭
の下端部が地盤中の支持層にまで達していない、或い
は、既製杭の下端部が支持層を貫通していると、十分な
支持力を得ることができないため、施工にあたっては、
既製杭の下端部が支持層に確実に位置するように既製杭
を地盤に埋込むことが肝要である。そのためには、地盤
内での支持層の深さ位置を精度良く正確に検知する一
方、穿孔時、その杭孔の下端部が支持層に位置している
か否かを確実、正確に判断する必要がある。

しかも、杭の施工にあたっては、前述したように杭の
下端部を支持層に確実に位置させることが最も重要であ
るが、杭が貫通する中間支持層も支持力に大きく影響す
るため、中間支持層を貫通するように杭を埋込んでその
中間支持層にも支持力を負担させる設計とした場合に
は、穿孔が予定通りに中間支持層を貫通しているか否か
を確実に判断する必要がある。

そして、従来では、支持層の検知手段として、プレボ
ーリングを行い、サンプリング管の打撃数Ｎ値を測定す
る貫入試験と土壌サンプリングとの土質調査を実施する
ことで支持層を把握する手段が一般に採用されている。
他方、穿孔が中間支持層を貫通したかどうかの判断およ
び支持層に達したかどうかの判断の手段としては、穿孔
時、アースオーガの穿孔深さと、そのアースオーガ駆動
モータの負荷電流値とを測定し、前記アースオーガの穿
孔深さが前記土質調査から割出された中間支持層や支持
層の推定深さの範囲となり、かつ、土質調査結果からア
ースオーガが対象とする中間支持層を貫通する時や支持
層に達したときになるであろうと推定される値に前記負
荷電流値がなったことをもって、穿孔が中間支持層を貫
通したとしたり支持層に達したとする手段が一般に採用
されている。

ところが、そのような一般手段によるときは、支持層
が浅いと、それまでの数多くの経験によって蓄積された
多大なデータを参考でき、また、数多くの実績もあるた
め、中間支持層をも含めた支持層の検知および穿孔が中
間支持層を貫通したかどうかや支持層に達したかどうか
の判断をともに比較的、精度良く行えるものの、埋立地
や軟弱地等のように支持層が50m以上と深いと、次のよ
うな問題が提起される。

つまり、支持層の検知については、支持層が深くなれ
ば、サンプリング管を打込むためのロッドも長くなって
撓み易くなり、打撃力のサンプリング管への伝達にロス
が生じ、打撃数Ｎ値が地質と対応しないことが生じ易
い。そして、経験が少なくデータも少ないことから、打
撃数Ｎ値をもって地質を正確に推定することがむずかし
くなり、支持層検知の信頼性が低下する。

他方、穿孔が中間支持層を貫通したかどうかの判断や
穿孔の下端部が支持層に達したかどうかの判断について
は、穿孔深さが大になるほど、掘削抵抗が増え、その掘
削抵抗の増大が負荷電流値の測定に対する外乱要素とし
て作用し、支持層に対する穿孔と支持層でない地層の穿
孔とを負荷電流値をもって区別することが困難となり、
しかも、穿孔深さが大になれば、同一敷地内でも地層が
傾斜していることが多くなって、中間支持層および杭の
下端部を位置させるべき支持層の深さがプレボーリング
による地質調査を行った箇所と穿孔箇所とで異なること
が多々発生し易くなり、その結果、地質調査を基に決定
した深さをもってアースオーガで穿孔しても、その穿孔
が予定の中間支持層を貫通しているという保証や穿孔の
下端部が支持層に位置しているという保証がなく穿孔が
中間支持層を予定通りに貫通しているかどうかの判断お
よび、穿孔の下端部が支持層に位置しているかどうかの
判断の信頼性が低下する。

そこで、アースオーガによる穿孔掘削では、支持層の
判断基準の１つとなる土壌の硬さに対応した切削抵抗が
オーガヘッドに作用し、その切削抵抗がオーガヘッドの
回転抵抗として作用する結果、そのオーガヘッドの回転
抵抗を測定することにより、オーガヘッドが切削作用し
ている箇所の土壌の硬さを捕捉することができる点に着
目して、オーガヘッドで切削された土壌を揚送するとと
もに、オーガヘッドに駆動トルクを伝達するスクリュー
軸のオーガヘッド付根部に、オーガヘッドが受ける回転
抵抗に応じたスクリュー軸のねじれ変形量を検出するス
トレンゲージ等のセンサを取付け、穿孔掘削時、スクリ
ュー軸のねじれ変形量をパラメータとして、オーガヘッ
ドが切削作用している箇所の土壌硬さを逐次的に検出で
きるようにしたアースオーガが開発されるに至っている
（例えば、実開昭61−146591号公報）。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが、前記従来のアースオーガによるときは、ス
クリュー軸のねじれ変形を利用して土壌の硬さを変形す
るため、次に述べるような問題があった。

つまり、スクリュー軸は、オーガヘッドへの駆動トル
クの伝達効率良く確実に行い、しかも、曲がりを極力抑
えて直線性をだすために、比較的大径で、かつ、剛性の
高いものに構成されているから、アースオーガに作用す
る回転抵抗によりねじれ変形するものの、そのねじれ変
形量の変動幅は小さい。その結果、ねじれ変形量の検出
感度が低くなって、土壌の硬さを木目細く検出すること
がむずかしかった。

本発明の目的は、支持層の把握判断の目安となる土壌
硬さを木目細く検出できる掘削用オーガヘッドを提供す
る点にある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明による掘削用オーガヘッドの特徴構成は、スク
リュー軸の下端外周部に支軸を介して少なくとも１つの
掘削ビットが揺動自在に支持され、該掘削ビットの揺動
を抑止する流体圧シリンダを設けて、該掘削ビットに作
用する回転方向後方への圧力を該流体圧シリンダ内の流
体圧により検出できるよう構成してある点にあり、その
作用・効果は次の通りである。

〔作 用〕

掘削時に掘削ビットが受ける回転方向後方への圧力
は、その掘削ビットが現時点において切削作用している
土壌から受ける抵抗で、その抵抗は土壌の硬さに応じた
ものであるため、掘削ビットに作用する回転方向後方へ
の圧力を検出することにより、その掘削ビットが現時点
において切削作用している地盤部分の硬さを直接に測定
することができる。その結果、アースオーガの曲がり
や、アースオーガの中間部が周囲地盤から受ける回転抵
抗等に関わりなく、現時点において掘削ビットが切削作
用している地盤部分の硬さのみを正確に知ることができ
るため、深さに関係なく地盤の硬さ面において現時点で
掘削ビットが切削作用している地盤部分が支持層である
かどうかを正確に知ることができる。

そして、オーガヘッド全体に作用する回転方向後方へ
の圧力ではなく、オーガヘッドの構成要素である掘削ビ
ットに作用する回転方向後方への圧力を流体圧により検
出できると共に、掘削ビットが支軸に揺動自在に支持さ
れてるため、掘削ビットに作用する回転方向後方への圧
力は、全て掘削ビットの揺動を抑止する流体圧シリンダ
に伝達されるので、その内部の流体圧を直接または導圧
管を介して高精度で検出できる。その結果、スクリュー
軸に作用する回転方向後方への圧力を検出する場合より
も、検出感度を勝れたものにでき、掘削ビットに作用す
る回転方向後方への圧力、つまり、土壌硬さを木目細く
検出できる。

しかも、掘削に伴って常時、掘削ビットが切削作用し
ている地盤部分の硬さを連続的に検出することができる
ため、例えば貫入試験に比較して地盤の深さ方向で硬軟
分布と、布、砂、礫等の土質とを緻密に検知できる。

従って、土質調査においては、土壌の採取・分析と貫
入試験とによる一般的な土質調査に並行して、その掘削
用オーガヘッドを用いての穿孔とその穿孔時における抵
抗検出とを行うことにより、たとえ支持層が深くても、
貫入試験結果を確認できてその貫入試験の信頼性を高め
ることができるのみならず、硬さ面での土質調査なら
ば、その掘削用オーガヘッドを用いての穿孔とその穿孔
時における抵抗検出とを行うことにより、その硬さ面で
の土質調査を深い所まで精度良く行うことができるので
ある。

他方、杭孔を穿孔してその杭孔に既製杭を埋込む基礎
杭打設工法においては、その掘削用オーガヘッドを用い
て抵抗検出しつつ杭用の穿孔を行うことにより、たとえ
支持層が深くても、穿孔の下端部がその支持層に達した
とき、それを正確に判別できるのである。

その上、硬さ検出に掘削ビットそのものを用いるた
め、構造簡単で、かつ、耐久性に勝れる。

また、流体圧シリンダ内の流体圧を取出す導圧管をス
クリュー軸内に設けて、地上において流体圧を検出する
ように構成することもでき、電流により検出情報を伝達
させる場合に地中の水分との接触により誤動作が生じ易
いのに比べて、有利に検出情報を伝達させることができ
る。

〔発明の効果〕

以上詳述したように、本発明は、地盤の土質調査およ
び、基礎杭打設工法において要求される穿孔下端部が支
持層に位置しているかどうかの判断を、調査対象地盤や
支持層が深くても精度良く正確に行うことができ、その
結果、特に前述した基礎杭打設工法においては、たとえ
支持層が深くても、支持層の検出と穿孔下端部が支持層
に位置しているかどうかの判断との精度向上により、工
期の短縮化およびコストダウンを図り得る掘削用オーガ
ヘッドを提供できるようになった。

なお、本発明で言う土質調査とは、前述の基礎杭打設
工法の実施に先立って行われる土質調査はもちろん、建
設工事、土木工事に先立って行われる普通一般の土質調
査も含む。つまり、本発明による掘削用オーガヘッド
は、前記基礎杭打設工法において用いられるのみなら
ず、普通一般の土質調査にも用いることができるもので
ある。

〔実施例〕

次に本発明の実施例を示す。

掘削機は、第２図に示すように、走行車体（１）にリ
ーダー（２）を介してアースオーガ（３）を昇降自在に
取付けて構成されている。

前記走行車体（１）には、アースオーガ（３）を昇降
するための駆動ウインチ（４）が設けられている。

前記アースオーガ（３）は、揚送排土用のスクリュー
軸（５）と、そのスクリュー軸（５）の下端に一体回転
状態に取付けたオーガヘッド（３）と、前記スクリュー
軸（５）を駆動する電動モータ（７）とから成り、スク
リュー軸（５）を継ぐことにより掘削深度を増加させる
ようになっている。

前記オーガヘッド（６）は、第１図に示すように、前
記揚送スクリュー（５）の下端回転部軸（5a）に複数の
支持軸（6A）を放射状に連設し、それら支軸（6A）それ
ぞれの先端に、下端部が切削刃（6A）となった上下向き
姿勢の掘削ビット（6B）を取付けて構成されている。

前記掘削ビット（6B）のうち、第１図では隠れて存在
する掘削ビット（6B）を、第５図を示すように、支軸
（6A）に対して後退揺動自在に取付け、その掘削ビット
（6B）の揺動範囲を規制するストッパ（19）を設け、前
記掘削ビット（6B）を設定姿勢に保持するための流体圧
シリンダ（8A）と、その流体圧シリンダ（8A）内の流体
圧を検知して電気的に出力する圧力センサ（8B）とから
なる圧力検出手段（８）を設ける。前記流体は、油、空
気等である。なお、図示するように、流体圧を圧力セン
サ（8B）で直接に検出するようにしても良いが、流体圧
シリンダ（8A）内の流体圧を取出す導圧管をスクリュー
軸（５）内に設けて、地上において流体圧を検出するよ
うに構成しても良い。

もって、土壌の硬さに対応する切削抵抗と圧力センサ
（8B）の検出結果とは比例するため、圧力センサ（8B）
の検出結果から掘削ビット（6B）が切削作用をしている
土壌の硬さを知ることができるのである。つまり、圧力
センサ（8B）をもって流体圧の検出手段が構成されてい
る。

また、前記スクリュー軸（５）は、グラウトポンプ
（９）によって送られてくるセメントミルクをスクリュ
ー軸（５）先端の吐出口にまで供給する供給管を兼用し
ている。

かつ、掘削機は、掘削制御用の入力器として、前記の
圧力センサ（8B）の他に、第３図にも示すように、前記
駆動ウインチ（４）のオーガ吊下げ用のワイヤ（4A）に
かかるテンションをもってアースオーガ（３）の貫入力
を検出する荷重計（10）と、前記ワイヤ（4A）の繰出し
速度をもってアースオーガ（３）の下方への移動速度
（つまり、穿孔速度）を検出する速度計（11）と、前記
ワイヤ（4A）の繰出し量をもって穿孔深さを検出する深
度計（12）と、前記アースオーガ（３）の電動モータ
（７）の負荷電流値を掘削抵抗として検出する電流計
（13）とを備えており、加えて、第３図に示すように、
それら入力器（８），（10），（11），（12），（13）
の出力をアナログ的に記録するためのペン書きレコーダ
（14）と、マイクロコンピュータ利用の制御器（15）と
を備えている。前記制御器（15）は、前記ペン書きレコ
ーダ（14）の作動制御に加えて、前記入力器（８），
（10），（11），（12），（13）の出力を表示するよう
にインジケータ（16）を作動させ、前記出力を記録する
ようにプリンタ（17）を作動させるものである。なお、
前記荷重計（10）と速度計（11）と深度計（12）とは、
１つの計器ユニットとして構成されている。

次に、掘削機を用いての掘削方法を、既製杭を埋込む
ための杭孔を掘削する場合と地質調査用の掘削の場合と
に別けて説明する。

〈杭孔掘削の場合〉（第４図参照） アースオーガ（３）を所定位置にセットしたのち、ア
ースオーガ（３）及び駆動ウインチ（４）を起動させて
掘削を開始する。

その掘削の進行に合わせて、前記各種入力器（８），
（10），（11），（12），（13）の出力を連続的にプリ
ントアウトさせ、かつ、表示させる。なお、１回目の設
定距離以深においては、グラウトポンプ（９）を作動さ
せてセメントミルクを注入しつつ掘削を行う。

その掘削に伴って、（イ）深度計（12）の検出深度
が、事前の地質調査で判明した支持層の深度を基にして
設定した設定深度範囲内になり、かつ、圧力センサ（8
B）による検出硬さが、事前の地質調査で判明した支持
層の硬さを基にして設定した設定硬さとなったとき、或
いは、（ロ）検出硬さが設定硬さにまで達せずに検出深
度が設定深度範囲よりも深くなったとき、その掘削を停
止し、アースオーガ（３）を引上げる。

従って、この掘削方法によるときは、前記（イ）から
下端部を支持層に位置させる杭孔を形成できることにな
り、他方、（ロ）から、地層の曲りや断層等により、そ
の穿孔箇所においては地質調査に基づく深度に支持層が
存在していないことが判るのである。もちろん、ペン書
きレコーダ（14）による記録から、地盤の深さ方向での
硬さ変化を知ることができる。

なお、前記掘削方法の実施にあっては、アースオーガ
（３）の電動モータ（７）、駆動ウインチ（４）、グラ
ウトポンプ（９）を手動制御して行っても良いが、第３
図中の二点鎖線で示すように、前記各種入力器（８），
（10），（11），（12），（13）の出力に基づいて前記
電動モータ（７）、駆動ウインチ（４）、グラウトポン
プ（９）の駆動回路（7A），（4A），（9A）それぞれを
制御器（18）で自動制御することで行ってもよい。な
お、自動制御の場合、その制御器（18）を別途設けても
良いが、第３図中に示すように前記インジケータ（16）
およびプリンタ（17）に対する制御器（15）に組込んで
も良い。

〈地質調査用の掘削の場合〉 前述した杭孔掘削時にも、地質を硬さ面において調査
できるのであるが、より精度を向上する上で、アースオ
ーガ（３）の回転数、穿孔速度、貫入力を一定にした状
態で掘削を行い、深さ方向での硬さの変化を検出する。
この場合、アースオーガ（３）の回転数、穿孔速度、貫
入力を一定に維持する上で、電動モータ（７）、駆動ウ
インチ（４）、グラウトポンプ（９）を自動制御して実
施することが望ましい。加えて、この場合は、プレボー
リング、貫入試験、土壌の採取分析を行う一般的な地質
調査と並行して行い、一般的な地質調査結果と対比した
記録でもって、地質調査を実施していない部分でも地質
を推定することができる。

〔別実施例〕

以下、本発明の別実施例を示す。

［２］上記実施例では、１つの掘削ビット（6B）に作用
する切削抵抗を検出するようにしたが、複数の掘削ビッ
ト（6B）それぞれに作用する切削抵抗を検出し、それら
のトータルや平均値を切削抵抗としても良い。

［３］本発明の掘削用オーガヘッド（６）は、上記実施
例で示した掘削以外の各種の掘削に使用できる。

［４］尚、特許請求の範囲の項に図面との対照を便利に
する為に符号を記すが、該記入により本発明は添付図面
の構造および方法に限定されるものではない。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第４図は本発明の実施例を示し、第１図は
要部の拡大正面図、第２図は正面図、第３図は制御ブロ
ック図、第４図は掘削作業のフローチャートであり、第
５図本発明の別実施例を示し、第５図は要部の拡大正面
図である。 （6B）……掘削ビット、（８）……反力検出手段。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高橋 克一 大阪府大阪市東区本町４丁目27番地 株 式会社竹中工務店大阪本店内 (56)参考文献 特開 昭57−123390（ＪＰ，Ａ) 実開 昭61−146591（ＪＰ，Ｕ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】スクリュー軸（５）の下端外周部に支軸
   （6A）を介して少なくとも１つの掘削ビット（6B）が揺
   動自在に支持され、該掘削ビット（6B）の揺動を抑止す
   る流体圧シリンダ（8A）を設けて、該掘削ビット（6B）
   に作用する回転方向後方への圧力を該流体圧シリンダ
   （8A）内の流体圧により検出できるよう構成してある掘
   削用オーガヘッド。