JP2563974B2 - アースオーガ - 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アースオーガに関す
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、サンプリング層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、オーガヘット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
えて直進性をだすために、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。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の目的は、土壌の硬さを木目細く検出できるア
ースオーガを提供する点にある。

本発明によるアースオーガの特徴構成は、オーガヘッ
ド又はその近くに、オーガヘッドの回転軌跡よりも横又
は下外方に突出する土壌硬さ検出用部材をオーガヘッド
と一体に回転する状態に取付け、その土壌硬さ検出用部
材に作用する回転方向後方への圧力を検出するための圧
力検出手段を設けてある点にある。

前記土壌硬さ検出用部材は、オーガヘッドにおける掘
削ビットの背部に配設することが好ましい。

〔作 用〕

オーガヘッドを回転させての穿孔掘削に伴って、土壌
硬さ検出用部材がその掘削孔周りの土壌に突入した状態
でオーガヘッドとともに回転し、その突入している土壌
の硬さに応じた移動抵抗、つまり、回転方向後方への圧
力を受ける。従って、土壌硬さ検出用部材が受ける回転
方向後方への圧力を圧力検出手段により検出すること
で、土壌硬さ検出用部材が突入状態で回転している箇所
の土壌の硬さを知ることができるので、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、
現時点においてオーガヘッドが掘削作用している地盤部
分の硬さのみを知ることができる。

そして、土壌硬さ検出用部材はオーガヘッドとは別部
材であるため、土壌硬さ検出専用のものとして構成で
き、土壌硬さ検出部材を、例えば材質をオーガヘッドと
は異なるものから選択すれば、土壌硬さの検出に最適な
ものにでき、これによって、前述した従来のアースオー
ガに比較して、土壌硬さの検出を木目細く行える。

その結果、深さに関係なく地盤の硬さ面において現時
点でオーガヘッドが掘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。しかも、掘
削に伴って常時、オーガヘッドが掘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、
石、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、そのアー
スオーガを用いて穿孔とその穿孔時における硬さ検出と
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、そのアースオーガを用いて硬さ
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、穿孔が中間支持層を貫通したとき、および
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。

また、前記土壌硬さ検出用部材を掘削ビットと背部に
配設する場合には、掘削ビットが土壌硬さ検出用部材の
プロテクタやガードとして働き、土壌硬さ検出用部材の
変形、破損を抑制できる。

〔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が中間支持
部を予定通りに貫通しているかどうかの判断ならびに、
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、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アース
オーガ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、本発明によるアースオーガは、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（６）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
ようになっており、かつ、土壌硬さ検出センサ（８）を
備えている。

前記オーガヘッド（６）は、第１図に示すように、前
記スクリュー軸（５）の下端部（5a）に、下端部が切削
刃（6a）となった上下向き姿勢の複数の掘削ビット（6
A）を周方向に分散する配置で連接して構成されてい
る。

前記土壌硬さ検出センサ（８）は、オーガヘッドより
も下方に突出する土壌硬さ検出用部材（8A）と圧力検出
手段（8B）とからなる。

前記土壌硬さ検出用部材（8A）は、上下向き姿勢の棒
状体で、第３図に示すように、前記掘削ビット（6A）の
うちの１つの背面にその掘削ビット（6A）と一体に回転
する状態に取付けられている。従って、この土壌硬さ検
出用部材（8A）は、穿孔掘削に伴ってオーガヘッド
（６）下方の土壌にその下端部分を突入させた状態で回
転することになり、その結果、土壌硬さ検出用部材（8
A）には、それが突入している土壌からその土壌の硬さ
に応じた回転抵抗、つまり、回転方向後方への圧力が作
用することになる。

前記圧力検出手段（8B）は、前記土壌硬さ検出用部材
（8A）に作用する回転方向後方への圧力を、その圧力に
よる土壌硬さ検出用部材（8A）の歪量をもって検出する
歪ゲージである。

もって、センサ（８）は、歪ゲージ（8B）により、土
壌硬さ検出用部材（8A）が突入している土壌の硬さを出
力するようになっている。（Ｃ）は、防水、防土用のカ
バーである。

また、前記揚送スクリュー（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揚送スク
リュー（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、前記歪
ゲージ（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（8B），（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（8B），（1
0），（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。もちろん、歪
ゲージ（8B）から制御器（15）への信号線は、アースオ
ーガ（３）内に設置されている。

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（8B），
（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、歪ゲージ（8B）
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（8B），
（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。

［１］前記土壌硬さ検出用部材（8A）としては、第６図
に示すように、オーガヘッド（６）の掘削ビット（6A）
に固着した支軸（8a）と、その支軸（8a）にオーガヘッ
ド（６）よりも下方に突出する上下向き姿勢で固着した
アーム（8b）とからなり、アーム（8b）が土壌に突入し
た状態で回転することに伴ってそのアーム（8b）に作用
する回転方向後方への圧力で支軸（8a）をねじれ変形さ
せるものであっても良い。この場合、圧力検出手段（8
B）としては、支軸（8a）のねじれ変形量を検出する歪
ゲージが好適である。

［２］前記土壌硬さ検出用部材（8A）としては、第７図
に示すように、掘削ビット（6A）に固着の軸（18）に、
オーガヘッド（６）よりも下方に突出する上下向き姿勢
のアーム（8c）を揺動自在に取付け、そのアーム（8c）
に作用する回転方向の圧力に抗してそのアーム（8c）を
設定上下姿勢に維持する流体圧シリンダ（8d）を設けて
構成され、アーム（8c）が土壌に突入した状態で回転す
ることに伴ってそのアーム（8c）に作用する回転方向後
方への圧力で流体圧シリンダ（8d）内の流体圧を変化さ
せるものであっても良い。この場合、図示するように、
圧力検出手段（8B）としては、前記流体圧シリンダ（8
d）内の流体圧を検出する圧力センサが好適である。ま
た、流体圧を検出するにあたっては、図示したように、
流体圧シリンダ（8d）内の流体圧を直接に検出するよう
にしても良いが、アースオーガ（６）内に流体圧を取出
すための導圧管を設け、地上において流体圧を検出する
ようにしても良い。（Ｓ）は前記アーム（6c）の一定以
上の揺動を規制するストッパーである。

［３］上記実施例では、１つの土壌硬さ検出用部材（8
A）を設けて実施したが、複数の土壌硬さ検出用部材（8
A）と、それらに対応する圧力検出手段（8B）とを設
け、それら圧力検出手段（8A）の検出結果のトータルや
平均値土壌の硬さとして出力するようにしても良い。

［４］上記実施例では、オーガヘッド（６）の下外方の
土壌の硬さを検出するように土壌硬さ検出用部材（8A）
を設けたが、オーガヘッド（６）の外周部の土壌の硬さ
を検出するように、第１図中の二点鎖線で示すように土
壌硬さ検出用部材（8A）を、オーガヘッド（６）の回転
軌跡よりも横外方に突出する状態に設けても良い。

［５］本発明のアースオーガは、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。

［６］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５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図は要部の拡
大断面図、第４図は制御ブロック図、第５図は掘削作業
のフローチャートであり、第６図、第７図は夫々本発明
の別実施例を示す要部の拡大断面面図である。 （６）……オーガヘッド、（8A）……土壌硬さ検出用部
材、（8B）……圧力検出手段、（6A）……掘削ビット。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】オーガヘッド（６）又はその近くに、オー
   ガヘッド（６）の回転軌跡よりも横又は下外方に突出す
   る土壌硬さ検出用部材（8A）をオーガヘッド（６）と一
   体に回転する状態に取付け、その土壌硬さ検出用部材
   （8A）に作用する回転方向後方への圧力を検出するため
   の圧力検出手段（8B）を設けてあるアースオーガ。
2. 【請求項２】前期土壌硬さ検出用部材（8A）がオーガヘ
   ッド（６）における掘削ビット（6A）の背部に配設さて
   いる請求項１記載のアースオーガ。