JP2755845B2 - 土留め杭施工方法およびその装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は土留め杭施工方法および
その装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】既設建造物、高圧電線、その他障害物の
直下等、極端な空頭制限を受ける場所への土留め杭の打
設は、ディーゼルハンマの持込みはもちろん落錘も十分
な落下高さが確保し得ないため、動的エネルギーによる
最終支持力の発現や、杭全数の支持力のチェックができ
なかった。

【０００３】また鋼管杭を用いる場合、地中に打込まれ
た鋼管杭とこれに接続すべき鋼管杭との接合部を作業者
がトーチを手に持ってその全周にわたり溶接することに
よっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】したがって従来の技術
では、空頭制限を受けることから短かい継足しロッドを
接続しながら施工することが必要となるため、その継足
し頻度が増し、この継足しに要する時間が実穿孔に要す
る時間の５〜７倍を要しており、また土留め杭の施工、
あるいは芯材としてのＨ型鋼の建込みの芯合わせのため
穿孔機本体に芯材建込み装置を装備している関係上、Ｈ
型鋼等の建込みが終了するまでの間次の工程に移行する
ことができないという問題があり、これらにより作業能
率が悪く、工期が長くなるという問題がある。

【０００５】一方、土留め杭に鋼管杭を用いる場合、前
述のようにその接続回数が増えるため、溶接による接続
には例えば鋼管杭の直径が４５０mmのとき１回当りの吊
込み作業を含み４５分程度の時間を要している。そのた
め溶接している間に地盤の土質によっては既に打込まれ
た鋼管杭の箇所の土圧が復元し、継足した鋼管杭を打込
む際に打込めなくなるばかりでなく、長尺杭の場合には
接続回数が多いためソイル杭の造成工程を完了する時間
以内に鋼管杭の建込みおよび支持力のチェックの各工程
を完了させることが不可能であった。それ故、鋼管杭の
建込みに長時間を要するとソイル杭の凝結時間を極端に
遅延させなければならないことになって、固結後のソイ
ル強度が著しく低下することになる。そのため復合杭と
してはソイル強度を無視し、鋼管杭単体の強度に依存し
て安全率を確保せざるを得ないという問題があった。

【０００６】本発明はこれに鑑み、穿孔機と杭建込み機
とをそれぞれ独立構造として互いに連繋し、かつ鋼管杭
の継足し溶接を短時間に行なえ、ソイル杭と鋼管杭との
複合杭の造成を可能とする土留め杭施工方法およびその
装置を提供することを目的としてなされたものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記従来の技術が有する
問題点を解決するため、本発明は、既設建造物直下位置
のように空頭制限を受ける場所への基礎杭の打設であっ
て、未固結のソイルセメント杭またはモルタル杭の中に
鋼管杭を建込む土留め杭の施工において、穿孔機と鋼管
杭建込み機とを独立構造として並設し、穿孔機による穿
孔と鋼管杭建込み機による鋼管杭の建込みとを併行して
施工し、鋼管杭建込み後次位の鋼管杭を吊込んでその接
合部の周囲から複数個のトーチにより円周をトーチ数で
徐した角度範囲を旋回させて自動溶接し接続する工程を
含む土留め杭施工方法、および鋼管杭建込み後、高出力
油圧ジャッキを鋼管杭上に吊込み、上方部の建造物等を
反力受として押圧し、杭１本分に杭としての最終支持力
の発現とそのチェックを行なう工程を含む請求項１記載
の土留め杭施工方法と、縦方向のリーダにそって掘進機
構を昇降駆動自在に設けるとともにこの掘進機構を首振
り可能に支持してなる穿孔機と、縦方向のリーダに鋼管
杭保持ヘッドを首振りおよび前後方向移動可能に支持し
てなる鋼管杭建込み機とを独立に設け、前記鋼管杭建込
み機のリーダに開閉可能に支持され鋼管杭を抱持し得る
支持アームと、この支持アームにそって鋼管杭の周囲を
旋回自在に設けられたトーチ旋回装置と、この旋回装置
に等間隔に配置された複数個のトーチとを有する自動溶
接装置を具備せしめたことを特徴とする土留め杭施工装
置にある。

【０００８】

【作用】穿孔機と鋼管杭建込み機とを並置してその芯間
距離を土留め杭の配設すべきピッチに応じて設定し、穿
孔機による穿孔と穿孔への鋼管杭の建込みとを併行して
行う。鋼管杭の継足し時には鋼管杭建込み機が有する自
動溶接装置で鋼管杭の接合溶接部を自動溶接し、順次打
込みを行なう。鋼管杭の建込み後高出力油圧ジャッキを
吊込み、杭の最終支持力の発現とそのチェックを行な
う。これにより空頭制限を受ける条件下での土留め杭の
施工を能率よく行なえるとともに、鋼管杭の接続に要す
る時間が大幅に短縮され、ソイル杭造成工程と鋼管杭建
込み工程とを併行して作業することができ、ソイル杭の
強度を見込んだ複合杭の施工が可能となる。

【０００９】

【実施例】以下、本発明を図面に示す実施例を参照して
説明する。

【００１０】本発明による土留め杭施工装置は、穿孔機
１と鋼管杭建込み機２とからなっており、これらは並置
して使用される。

【００１１】穿孔機１は、図１に側面を、図２に平面を
示すように、地上に設置されるレール３上を走行する走
行車輪４を有する台車５上に旋回ベアリング６を介して
フレーム７が旋回動自在に搭載され、このフレーム７の
後部にはカウンタウエイトを兼ねて油圧動力機構８を含
む油圧ユニット９、配電盤１０、荷重を補足するカウン
タウエイト１１が搭載されている。

【００１２】上記フレーム７の前部にはリーダ１２が複
数本のアーム１３，１３…を介して軸１４を中心にラッ
ク１５とこれに噛合い回転駆動されるピニオン１６とで
首振り自在に支持されている。

【００１３】上記リーダ１２には、掘進機構１７が上下
動可能に設けられ、この掘進機構１７はケース１８内に
設けられる油圧モータ１９と、この油圧モータ１９の回
転を減速する減速機２０と、この減速機２０の出力軸に
掘削ロッドを接続するための接続部２１とを有し、ケー
ス１８の側面に軸支されたガイドローラ２２，２２がリ
ーダ１２の側面に係合して上下動が案内されるようにな
っている。

【００１４】前記掘進機構１７の上下駆動機構は油圧シ
リンダあるいは油圧モータによるが、図示の実施例では
左右一対の油圧シリンダ２３を使用した場合を示してお
り、このシリンダのストロークを２倍とする倍ストロー
ク機構を付帯している。すなわち油圧シリンダ２３はロ
ッド２４を下向きとしてリーダ１２に固設され、このロ
ッド２４の先端にはスプロケット２５が軸着されてお
り、このスプロケット２５の直下方位置に連結ブロック
２６を介してスプロケット２７が軸着されていて、一端
がリーダ１２の上部に止着されたチエン２８が油圧シリ
ンダ２３のロッド２４のスプロケット２５に巻回されて
リーダ１２の上部に軸着されたスプロケット２９を経由
し、掘進機構１７のケース１８の上部に他端が止着され
ている。したがって油圧シリンダ２３の作動時にロッド
２４が伸縮することにより掘進機構１７がロッド２４の
ストロークの２倍のストロークにわたって昇降するよう
になる。

【００１５】前記フレーム７の上部、およびリーダ１２
の上、下部には、上方および下方へ向けて伸縮する油圧
ジャッキ３０，３１ａ，３１ｂを装備しており、例えば
既設建造物と地面との間にリーダ１２を固定することが
できるようになっている。またリーダ１２の下方位置に
は継足しロッドを穿孔位置へ持ちきたすためのチャック
機構３２が設けられている。このチャック機構３２は、
図３に示すように上下一対としてリーダ１２に基部が水
平面内で旋回自在に枢支されたアーム３３と、このアー
ム３３の先端に連結された４節リンク３４に設けられる
挟持爪３５と、この４節リンク３４の１節とアーム３３
とを連結する旋回シリンダ３６とで構成されており、旋
回シリンダ３６の短縮動作で挟持爪３５が開き、同伸長
動作で閉じるように形成されている。

【００１６】鋼管杭建込み機２は、図４に側面を、図５
に平面を示すように、前記レール３上を走行する走行車
輪３７を有する台車３８上に旋回ベアリング３９を介し
てフレーム４０が旋回動自在に搭載され、このフレーム
４０の後部にはカウンタウエイトを兼ねて油圧動力機構
４１を含む油圧ユニット４２、配電盤４３が搭載されて
いる。

【００１７】上記フレーム４０上にはリーダ保持フレー
ム４４が設置され、このフレーム４４の前部にリーダ４
５の下部が軸４６で、上部がターンバックル４７を介し
リーダ４５の垂直度を調整可能として取付けられ、リー
ダ保持フレーム４４の上部中央には建造物側に突張って
固定するための油圧ジャッキ４８が設けられている。

【００１８】リーダ４５には鋼管杭押込みヘッド４９が
昇降自在に設けられている。この押込みヘッド４９は鋼
管杭５０の上端を押圧する押込み部５１を有し、前記掘
進機構１７と同様に左右一対の油圧シリンダ５２により
上下駆動されるようにしている。すなわちリーダ４５に
油圧シリンダ５２がロッド５３を上向きとして固設さ
れ、このロッド５３の先端にスプロケット５４が軸着さ
れ、このスプロケット５４の直上方位置に連結ブロック
５５を介してスプロケット５６が軸着されており、一端
がリーダ４５の上部に止着されたチエン５７が前記スプ
ロケット５６に巻回され、リーダ４５の上部のスプロケ
ット５８を経由して鋼管杭押込みヘッド４９の上部に他
端が止着されている。また一端がリーダ４５の下部に止
着されたチエン５９が油圧シリンダ５２のロッド５３の
スプロケット５４、リーダ４５の下方のスプロケット６
０を経由して鋼管杭押込みヘッド４９の下部に他端が止
着されている。したがって油圧シリンダ５２の作動時に
ロッド５３が伸縮することにより鋼管杭押込みヘッド４
９がロッド５３のストロークの２倍のストロークにわた
り上下動するようになる。リーダ４５の上下部には固定
用の油圧ジャッキ６１，６２が設けられている。

【００１９】自動溶接装置６３は、図７に側面を、図８
に平面を、そして図９に支持アームを開放した状態の平
面を示すように、リーダ４５にリングを２つ割りした形
状の半円形の左右の支持フレーム６４，６４の基部６４
ａ，６４ａがリーダ４５に固設の軸受部６５，６５に軸
６６，６６によりリーダ４５の軸線に対し直角な面内で
旋回動自在に枢支され、各支持アーム６４，６４の内周
側には鋼管杭５０の周面へ自動調芯して当接するため２
個１組のローラ６７，６７を軸着したブラケット６８の
中間部が軸６９により枢支され、このブラケット６８は
一つの支持アーム６４に対し２個宛設けられている。

【００２０】前記支持アーム６４，６４の上面にはトー
チ旋回装置７０が設けられている。このトーチ旋回装置
７０は、２つ割り可能な旋回リング７１を有し、この旋
回リング７１の下面に設けられた車輪７２，７２…によ
り支持アーム６４，６４上のレール７３，７３にそって
旋回自在とされている。この車輪７２は浮上がり防止ガ
イドにより浮上がらないようにされる。

【００２１】前記旋回リング７１の上面には、周方向に
等間隔をおいて複数個（図では３個）のトーチ７４，７
４，７４が旋回リング７１の中心に向けて配設されてい
る。

【００２２】リーダ４５の上方位置には、前記支持アー
ム６４，６４と同様に半円形状の左右の支持アーム７
５，７５の基部７５ａ，７５ａがリーダ４５に固設の軸
受部７６，７６に軸７７，７７により旋回動自在に枢支
され、これら支持アーム７５，７５は前記支持アーム６
４，６４と連結杆７８，７８により連結されていて支持
アーム６４，６４の開閉動に連動して支持アーム７５，
７５も開閉されるようになっている。この支持アーム７
５，７５には、トーチ７４，７４，７４に対応する複数
のワイヤリール７９（図７では１個のみ図示）が吊杆８
０により懸吊支持され、交換自在とされており、このリ
ール７９から繰出されるワイヤ８１はトーチ７４へ導か
れ、その先端から繰出されるようになされている。８２
は溶接部を示す。

【００２３】トーチ７４は、通常のようにワイヤ繰出し
機構８３（詳細は図示省略）を内蔵し、またトーチ７４
を上下に移動させて１層乃至は複数層の肉盛りの条件に
対応するためのウイビング装置８４（公知のため詳細は
図示省略）が内蔵されている。

【００２４】前記旋回リング７１の周囲下面には旋回リ
ング７１と同じ曲率の旋回ギヤ８５が所定範囲（１２０
°を超える範囲）に固着されており、この旋回ギヤ８５
には支持アーム６４に固設の減速機付きモータ８６のギ
ヤ８７が噛合されていて、このモータ８６の駆動により
旋回リング７１に回転が与えられるようになっている。
このモータ８６の回転速度はインバータにより制御さ
れ、旋回リング７１の回転速度は、溶接時には０．３〜
０．７m/min 、次工程の溶接のための逆回転時には溶接
時の速度の４倍（約１．６〜２．４m/min ）で早戻しさ
れるよう予じめプログラムされている。

【００２５】一方、鋼管杭５０が真円でない場合を考慮
するときは、トーチ７４の先端付近に鋼管杭５０の周面
までの距離を検出するセンサ８８を設けておき、このセ
ンサ８８による検出値に基づいてワイヤ８１の繰出し量
を調節するワイヤコントロール装置を付加することがで
きる。

【００２６】図１１は、鋼管杭５０の支持力の発現、お
よびチェック用の高圧力の油圧シリンダ８９を吊込んだ
状態を示しており、この油圧シリンダ８９は鋼管杭建込
み機２の押込みヘッド４９に支持され、ロッド９０の先
端には鋼管杭５０の上端面に当る押板９１が取付けられ
ていてＳのストロークにわたり作動される。

【００２７】図６においてＡは杭施工位置を示し、Ｂは
既設建造物の柱位置を示す。

【００２８】次に上記実施例による施工法を説明する。

【００２９】穿孔機１および鋼管杭建込み機２は、図６
のように鋼管杭５０の打設配列方向にそって配設された
レール３上にその台車５，３８の車輪４，３７が係合さ
れて走行移動可能に設置される。

【００３０】ついで穿孔機１を所定の位置へ移動させ、
掘進機構１７にロッドを連結して穿孔し、ソイル杭の造
成を行なう。ソイル杭造成後直ちに次の施工位置へ移動
させ、その移動したあとへ鋼管杭建込み機２をその押込
ヘッド４９に鋼管杭５０を吊ったまゝ移動させる。こゝ
で位置決めおよび芯出しを行い、各油圧ジャッキ３０，
３１ａ，３１ｂを伸長して鋼管杭建込み機２を固定す
る。その後油圧シリンダ２３を駆動して押込みヘッド１
７を介し鋼管杭５０を押込み、鋼管杭５０の杭頭を所定
の高さ（自動溶接装置６３のトーチ７４のレベル。図７
の８２で示す位置）まで押込んだことを確認し、押込み
ヘッド１７から鋼管杭５０を切離し、鋼管杭立込み機２
を旋回させて新たに継足す鋼管杭を吊込み、その下端を
先行の鋼管杭５０の上端に接合する。ついで自動溶接装
置６３の支持アーム６４，６４を閉じ合わせ、トーチ旋
回装置７０のモータ８６を駆動して旋回リング７１を旋
回させながらトーチ７４，７４，７４を一斉に作動させ
て鋼管杭５０の溶接部８２を同時溶接する。これにより
鋼管杭５０の円周をトーチ数で除した角度範囲（実施例
では１２０°）を各トーチ７４，７４，７４が溶接する
ことによって溶接部８２の全周にわたる溶接が完了す
る。溶接完了後は旋回リング７１が溶接時の旋回速度の
４倍程度の速度で早戻しされる。この場合、２層盛り、
あるいは３層盛りの溶接を必要とするときはトーチ７
４，７４，７４のウイビング装置８４を作動させて段階
的に繰返して溶接を行なう。ワイヤ８１の消耗に対して
はリール７９からの引出しによって補強され、またリー
ル７９は位置が固定されていてもトーチ７４の旋回角度
が小さいのでワイヤ同士が鋼管杭５０の建込みに巻付い
たり絡み合うことがない。

【００３１】鋼管杭５０の溶接部８２の溶接が終了した
ら支持アーム６４，６４を開らき、これに伴ない支持ア
ーム７５，７５も同様に開らかれ、トーチ７４，７４，
７４は鋼管杭５０から離間する。以後必要本数の鋼管杭
５０を同様な手順により行なうことによって鋼管杭の建
込みを終る。

【００３２】鋼管杭５０の建込み完了後、建込み機２を
旋回して押込みヘッド４９に高圧力の油圧シリンダ８９
を図１１のように吊込み、その下端の押板９１を鋼管杭
５０の上端に押し当て、油圧シリンダ８９を作動して所
定の支持力に到達するまで加圧（ストロークＳ）し、次
の建込みが開始されるまでの１０〜３０分間加圧状態を
保持して支持力の発現およびそのチェックを行なう。つ
いで建込み機２を旋回させ、油圧シリンダ８９を外し、
次の鋼管杭５０を吊込んで、穿孔機１による次位のソイ
ル杭の造成完了まで待機する。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、穿
孔と鋼管杭の建込みとを併行して行なうので穿孔または
建込みの待ち時間が短かくなり、土留め杭の施工能率を
著しく高めることができる。また鋼管杭の建込み途中で
の接続を建込み機に装備する自動溶接装置により鋼管杭
の全周にわたる溶接を短時間で行なうことができ、従来
に較べ溶接時間を１／４〜１／５に短縮することができ
る。これに伴ないソイル杭の造成工程と鋼管杭の建込み
工程との併行作業が完遂され、かつソイル杭の強度を見
込んだ複合杭とすることができる。さらに杭の最終支持
力の発現とそのチェックも容易に行なうことができるな
どの種々の効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明における穿孔機の一実施例を示す側面
図。

【図２】同、平面図。

【図３】図１におけるロッドチャック機構の平面図。

【図４】本発明における鋼管杭建込み機の一実施例を示
す側面図。

【図５】同、平面図。

【図６】穿孔機と鋼管杭建込み機との設置状態を示す平
面図。

【図７】図４における自動溶接装置の詳細を示す側面
図。

【図８】図７のトーチ旋回装置部分を示す平面図。

【図９】図８の支持アームを開らいた状態の平面図。

【図１０】トーチの拡大図。

【図１１】鋼管杭の支持力発現およびチェック用の油圧
シリンダを吊込んだ状態を示す側面図。

【符号の説明】 １ 穿孔機 ２ 鋼管杭建込み機 ５，３８ 台車 ７，４０ フレーム １２，４５ リーダ １７ 掘進機構 ２３，５２ 油圧シリンダ ３２ チャック機構 ４９ 押込みヘッド ５０ 鋼管杭 ６３ 自動溶接装置 ６４，７５ 支持フレーム ７０ トーチ旋回装置 ７１ 旋回リング ７４ トーチ ７９ ワイヤリール ８１ ワイヤ ８５ 旋回ギヤ ８９ 支持力発現、チェック用油圧シリンダ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−21819（ＪＰ，Ａ) 特開 昭51−135114（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−70979（ＪＰ，Ａ) 特公 昭46−9504（ＪＰ，Ｂ１) 実公 昭60−16468（ＪＰ，Ｙ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) E02D 5/46 E02D 5/24 102

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】既設建造物直下位置のように空頭制限を受
   ける場所への基礎杭の打設であって、未固結のソイルセ
   メント杭またはモルタル杭の中に鋼管杭を建込む土留め
   杭の施工において、穿孔機と鋼管杭建込み機とを独立構
   造として並設し、穿孔機による穿孔と鋼管杭建込み機に
   よる鋼管杭の建込みとを併行して施工し、鋼管杭建込み
   後次位の鋼管杭を吊込んでその接合部の周囲から複数個
   のトーチにより円周をトーチ数で徐した角度範囲を旋回
   させて自動溶接し接続する工程を含む土留め杭施工方
   法。
2. 【請求項２】鋼管杭建込み後、高出力油圧ジャッキを鋼
   管杭上に吊込み、上方部の建造物等を反力受として押圧
   し、杭１本分に杭としての最終支持力の発現とそのチェ
   ックを行なう工程を含む請求項１記載の土留め杭施工方
   法。
3. 【請求項３】縦方向のリーダにそって掘進機構を昇降駆
   動自在に設けるとともにこの掘進機構を首振り可能に支
   持してなる穿孔機と、縦方向のリーダに鋼管杭保持ヘッ
   ドを首振りおよび前後方向移動可能に支持してなる鋼管
   杭建込み機とを独立に設け、前記鋼管杭建込み機のリー
   ダに開閉可能に支持され鋼管杭を抱持し得る支持アーム
   と、この支持アームにそって鋼管杭の周囲を旋回自在に
   設けられたトーチ旋回装置と、この旋回装置に等間隔に
   配置された複数個のトーチとを有する自動溶接装置を具
   備せしめたことを特徴とする土留め杭施工装置。