JP2980855B2 - ケーソン沈設工法及びその装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明はケーソン沈設工法
及びその装置に関し、特に、プレキャストコンクリート
製の井筒を沈設するＰＣウェル工法及びオープンケーソ
ン工法の実施に用いる沈設装置である。

【０００２】

【従来の技術】ＰＣウェル工法は、プレキャストコンク
リートブロックによりプレハブ化したウェルを懸吊しな
がら最底部の刃先下を掘削し、刃先下の掘削完了毎にウ
ェルを順次沈下させていく工法である。また、オープン
ケーソン工法は現場で型枠内に生コンクリートを打設し
てケーソンを形成しながらその自重で地中に押し込むも
のである。これらの工法にあっては、ウェル又はケーソ
ンの刃先下の掘削が問題であることは斯界に周知の事項
である。

【０００３】従来、刃先下の掘削には、無人化工事を図
るために、刃先下の土砂を掘削する拡底掘削機を用いる
が、この拡底掘削機としては建設省土木研究所が開発し
た遊星駆動型拡底掘削機が知られている（特許第１，０
０５，４４１号）。

【０００４】また、ケーソンの内周面にガイドレールを
固定し、このガイドレールに沿って周方向へ移動可能に
バックホウを設け、刃先下の全周をバックホウで掘削
し、その掘削土を油圧グラブで揚土するというガイドレ
ール式バックホウタイプがこれまた建設省土木研究所の
提唱で開発されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記遊
星駆動型拡底掘削機（穴掘削機）は構造が複雑で重量的
にも重く、地上から立坑内に吊支する櫓等の設備を大型
にしなければならないほか、掘削効率が悪い等の不都合
を有し、また、ガイドレール式バックホウタイプは、ケ
ーソンの孔径が大きくなければ使用できない欠点があ
る。さらには、従来技術ではケーソンの刃先下地盤の掘
削が必ずしも確実にできないために、硬質土砂に遭遇す
ると沈設不能となるケースがしばしば生じ、オープンケ
ーソン工法の欠点の一つになっていた。

【０００６】そこで、この発明はこのような事情に鑑み
て、構造簡潔にして軽量であり、しかも、刃先下の効率
のよい確実な掘削ができるウェル又はケーソン（以下単
にケーソンと略）沈設工法及びその拡底ドリリングバケ
ットを提供する。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明にかかるケーソ
ン沈設工法は、ケリーバーで吊支されて回転するバケッ
ト本体の側壁部に設けた開口部を開閉して少なくともケ
ーソンの刃先下に及んで開く拡開扉であって、その拡開
扉の側部と下部及び上部にそれぞれ掘削刃を取付けると
ともに、バケット本体の底蓋に内方へ開閉可能な内蓋を
有する開口部を設けて前記内蓋の軸部側の一側に掘削刃
を取付け、かつ、底蓋を開閉可能とした拡底ドリリング
バケットにて、ケリーバーを正回転してケーソンの刃先
下と穴底を掘削しながら掘削土砂をバケット本体内に掻
き込む一方、ケリーバーを逆回転して前記拡開扉及び内
蓋を閉じバケット本体を穴外に引き揚げて排土すること
を所要回数繰り返すことを特徴とする。

【０００８】また、この発明にかかるケーソン沈設装置
は、ケーソンの内径よりも小さい外径のバケット本体
と、バケット本体の側壁部に設けた開口部と、その開口
部を開閉可能にバケット本体に軸着され、側部がケーソ
ンの刃先下の外周付近に達する拡開扉と、その拡開扉の
側部と下部及び上部にそれぞれ固定された掘削刃と、バ
ケット本体にヒンジを介して開閉可能に軸着された底蓋
と、その底蓋に設けた開口部と、その開口部を開閉可能
にバケット本体内で開閉可能に軸着された内蓋と、その
開口部に内蓋の軸着部側で固定された掘削刃と、バケッ
ト本体の軸心部に回転可能に挿入されてケリーバーと連
結する連結シャフトと、その連結シャフトと一体で回転
可能な上下に離間した開度規制アーム及び駆動アーム
と、開度規制アームの端部が係合して前記拡開扉の開度
を規制する開度設定機構と、前記駆動アームの端部に一
端部が軸着され、他端部が前記拡開扉に軸着された連結
棒とを有するとともに、前記開度設定機構はバケット本
体内に円弧状の上面板と下面板とが離間して固定され、
これら上面板と下面板にはそれぞれ上下で合致する複数
の透孔が穿設され、この透孔に挿通するピンで任意位置
に固定される脱着ストッパーと、この脱着ストッパーで
前記開度規制アームの回動範囲を設定する固定ストッパ
ーとを有し、この固定ストッパーと上面板との間に前記
連結シャフトがバケット本体に対して上下動することに
よって前記開度規制アームの端部が係脱する切欠部を設
けてなることを特徴とする。

【０００９】したがって、ケーソンの刃先下において拡
開扉が開くようにケリーバーを正回転させれば、拡開扉
の下部と側部に設けた掘削刃が刃先下の掘削をするとと
もに、底蓋に設けた掘削刃が底部を掘削する。そして、
掘削した土砂等をバケット本体内に掻き込む。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下この発明を図に基づき説明す
る。図１に示すように、地上に静止したアースドリル機
１にワイヤロープ２で吊支されたケリーバー３が駆動機
４に係合してその下端部にスタビライザー５ａと掘削装
置としての拡底ドリリングバケット５が連結され、この
拡底ドリリングバケット５は立坑６に沈設したウェル又
はケーソン（以下ケーソンと総称）７の軸心に沿って投
入されて立坑６の地底を拡底掘削する。すなわち、拡底
ドリリングバケット５が穴底で回転すると、その周壁の
一部が拡開扉３８，３８としてケーソン７の刃先７ａ下
まで拡開して回転することによって土砂を掘削しつつ、
その掘削土砂を内部に掻き込むことができる。スタビラ
イザー５ａはケーソン７の内周面に摺接する外周縁を有
する円板又は円筒体であって、拡底ドリリングバケット
５の求心回転を促進するものである。

【００１１】なお、立坑６の地上付近にはケーソン７が
ウェルである場合にそれを圧入する機構が設けられ、８
は地上に固定されたベースフレーム、９はベースフレー
ム８に設けられたスライド用の油圧ジャッキ、１０は押
し込み用の油圧ジャッキ、１１はケーソン７の頭部に圧
接する加圧枠、１２はグランドアンカーである。ケーソ
ン７はプレキャストコンクリートのブロックで各ブロッ
クはＰＣ鋼棒等にて緊締して連結され、前記バケット５
で刃先７ａ下を掘削するときは、常道により積層された
ケーソン７の荷重を地上から懸吊してもよいが、ケーソ
ン７の周面抵抗が生じて地盤に支持されるために懸吊し
なくともよい場合がある。

【００１２】そこで、拡底ドリリングバケット５を、図
２〜図５を参照して詳細に説明すると、ケーソン７の内
径よりも小さい外径を有する略有底円筒形のバケット本
体１３を形成し、その内部に箱形等の補強枠１４を十字
型に配置してその中心部にボス１５と中心盤１６が連結
固定されている。ボス１５にはフランジ１７を有する連
結シャフト１８が回転可能に貫通し、フランジ１７には
板状の開度規制アーム１９が補強板１９ａで断面Ｔ字形
に形成されて連結シャフト１８に対し直交状態で連結さ
れている。

【００１３】連結シャフト１８の上端部はバケット本体
１３の上面から突出しており、その上端部にケリーバー
３の下端部を挿入しピンを挿通して連結するケリーバー
ソケット１８ａが形成されている。連結シャフト１８の
下端部にはスプライン又はキー２０を介し一体回転可能
にカラー２１を嵌挿し、カラー２１の抜け止め金具２２
を連結シャフト１８の下端部に係合し、カラー２１には
駆動アーム２３が開度規制アーム１９の下方に中心線を
同じくしてある。カラー２１の上端部とボス１６の下端
部との間には所定のギャップＧが形成され、そのギャッ
プＧの範囲内で連結シャフト１８はボス１６すなわちバ
ケット本体１３に対し上下動できる。

【００１４】開度規制アーム１９は連結シャフト１８を
中心として左右に延伸し、その両端部に当板１９ｂが重
ねて配置され、これら両端部は開度設定機構としてのス
トッパーフレーム２４，２４にそれぞれ係合している。
ストッパーフレーム２４，２４はバケット本体１３内に
おいて直径方向で相対向してそれぞれ補強枠１４に連結
固定されている。ストッパーフレーム２４は横断面が略
Ｅ字形の弧状体で、図８，図１０に示すように、反時計
回りの先端部側に固定ストッパー２５が固定され、この
固定ストッパー２５と上面板２４ａとの間に開度規制ア
ーム１９の当板１９ｂが嵌合する切欠部２６が形成さ
れ、上面板２４ａと下面板２４ｂには連結シャフト１８
を中心として放射状配置で２列複数の透孔２７が上下で
合致するように穿設されている。切欠部２６の深さ、す
なわち上面板２４ａの肉厚Ｔは前記ギャップＧと略同じ
寸法で、かつ、当板１９ｂの肉厚と略同じである。

【００１５】透孔２７は図９に示す脱着ストッパー２８
を、図１１及び図１２に示すピン２９を介してストッパ
ーフレーム２４の上面板２４ａと下面板２４ｂを貫通し
てストッパーフレーム２４に固定するためのもので、固
定ストッパー２５と脱着ストッパー２８との間における
当板１９ｂの正逆回動距離を長短調整することにより、
開度規制アーム１９の回動範囲を規制して駆動アーム２
３の回動角度を規制し、これによって拡開扉３８の開き
角度を設定するために設けられている。すなわち、拡開
扉３８を最大限度で開くべきときは、固定ストッパー２
５と脱着ストッパー２８との間が最大距離となる透孔２
７ａを、ストッパーフレーム２４の時計回り側の上面板
２４ａ及び下面板２４ｂの端部付近に穿設し、また、拡
開扉３８を最小限度で開くべきときは、固定ストッパー
２５と脱着ストッパー２８との間の距離が最小距離とな
る透孔２７ｂを、ストッパーフレーム２４の反時計回り
側の上面板２４ａ及び下面板２４ｂに穿設してあり、こ
れらの中間部に拡開扉３８の段階的な開き角度を規制す
るために複数の透孔２７が２列配置で穿設されている。
２列としたのは各種異径のケーソンに合わせて開度の選
択ができるように、角度を小さくしたためである。

【００１６】脱着ストッパー２８は、図９に示すよう
に、ストッパーフレーム２４の上面板２４ａと下面板２
４ｂとの間に嵌合する略扇形のブロックで、透孔２７に
合致すべき２つの透孔３１，３２と移動のために手持ち
するハンドル３０を有する。透孔３１，３２は、図１
１，１２に示すように、それぞれ２列の透孔２７の一方
とのみ合致するように穿設されている。ピン２９は透孔
２７と透孔３１，３２の一方とを貫通して上端部が上面
板２４ａに固定したブラケット３３にカンザシ３４で抜
け止めされる。ブラケット３３は透孔２７に合致する透
孔を有して上面板２４ａに溶接等にて固定されるコ字形
体で、その両端部にはカンザシ３４が貫通する透孔が相
対向して穿設されている。したがって、カンザシ３４が
ピン２９の上端部に形成した環状部２９ａを貫通するこ
とにより脱落防止できる。

【００１７】駆動アーム２３は、図５に示すように、連
結シャフト１８を中心として左右に伸び、その自由端部
に軸３５を介して連結棒３６の一端部が回動可能に連結
され、連結棒３６の他端部には軸３７を介して拡開扉３
８が回動可能に連結されている。拡開扉３８はバケット
本体１３の周壁に直径方向で相対向して形成された少な
くとも二つの開口部３９（図２，３参照）の一側にヒン
ジ４０を中心として回動可能に軸着されている。ヒンジ
４０はバケット本体１３の軸心を中心とする点対称の位
置にあり、バケット本体１３が正回転して拡開扉３８の
側部が少なくともケーソン７の外径付近まで達して開く
寸法を有する。したがって、駆動アーム２３が右回転す
ると連結棒３６，３６が拡開扉３８，３８を開口部３
９，３９の外側へ押し出すことができる。拡開扉３８の
自由端側の側部と下部び上部にはそれぞれビット等の掘
削刃４１，４２，４３が取り付けられている。掘削刃４
１，４３は刃先７ａ下の外周部を、掘削刃４２は刃先７
ａ下の穴底の底面を、それぞれ掘削できる。

【００１８】バケット本体１３の底部は、図６に示すよ
うに、ヒンジ５１を中心として全体が開閉できる円錐形
の底蓋５２に形成され、この底蓋５２には直径方向で相
対向する略扇形の開口部５３，５３が形成され、その開
口部５３の一側には掘削刃５４が配置され、この掘削刃
５４，５４は前記掘削刃４２と同じ方向へ向けて角度付
けされて底蓋５２の直径方向で整列し、その中心部には
センタービット５５が突設されている。そして、掘削刃
５４側にヒンジ５６を介して内蓋５７がバケット本体１
３内で回動して開閉可能に軸着されている。なお、底蓋
５２にヒンジ５１と直径方向で相対向する位置で、異形
孔を有するロック穴５８が穿設され、このロック穴５８
に係合するロック棒５９が、図４に示すように、バケッ
ト本体１３の上部に延伸して上端部をＬ型に曲げたハン
ドルとしてある。ロック棒５９はバケット本体１３の内
面に固定したブラケット６０に回動可能に支持されてい
る。ハンドルを回してロック棒５９が所定角度回転する
と、底蓋５２が開く。

【００１９】次に上記形態の作用に付き説明すると、初
めに、ケーソン７の最大径に及ぶ拡開扉３８の開度を設
定するために、両方のストッパーフレーム２４内の脱着
ストッパー２８をハンドル３０を手持ちして該当する部
位の透孔２７に透孔３１又は透孔３２の一方を合わせ、
図１１に示すように、ピン２９を挿通して固定し、カン
ザシ３４で抜け止めする。したがって、開度規制アーム
１９は固定ストッパー２５と脱着アーム２８の間でのみ
正逆回動できることになる。

【００２０】ついで、ケーソン７の刃先７ａ下の掘削に
当たり、連結シャフト１８のケリーバーソケット１８ａ
にスタビライザー５ａを装着したケリーバー３の下端部
を結合してワイヤロープ２でクローラクレーン１からバ
ケット本体１３を吊り下げ、地上にバケット本体１３を
載置してケリーバー３を左回転することにより、開度規
制アーム１９の当板１９ｂ，１９ｂが固定ストッパー２
５，２５にそれぞれ当接し拡開扉３８，３８を閉じた状
態で、バケット本体１３をケーソン７内に挿入するため
に吊り上げると、カラー２１の上端面がボス１５の下端
面に当接してギャップＧがなくなり、図１０に矢印で示
すように、これにより当板１９ｂ，１９ｂがストッパー
フレーム２４，２４の切欠部２６，２６内に嵌合して開
度規制アーム１９は回動できなくなり、拡開扉３８，３
８が不用意に開かないようにロックされる。

【００２１】バケット本体１３が立坑６に挿入されてそ
の穴底に達すると、ケリーバー３と連結シャフト１８及
び開度規制アーム１９の重量で連結シャフト１８が下降
することにより、開度規制アーム１９とともに当板１９
ｂ，１９ｂが下降し、図１０の矢印と反対方向へ移動し
て切欠部２６，２６から外れ、再びストッパーフレーム
２４，２４の上面板２４ａと下面板２４ｂ間に戻り、固
定ストッパー２５，２５と位置設定された脱着ストッパ
ー２８，２８間で回動可能な状態になる。

【００２２】そこで、ケリーバー３を右回転すると、バ
ケット本体１３が穴底に静止しているに反し連結シャフ
ト１８が右回転して開度規制アーム１９の両端部が脱着
ストッパー２８，２８に当接するまで回動し、駆動アー
ム２３が連結棒３６，３６をバケット本体１３の外側に
押して拡開扉３８，３８を開こうとするが、立坑６の周
壁の抵抗を受けて直ちに開かない。ケリーバー３の連続
する右回転によりバケット本体１３が右回転すると、底
蓋５２のセンタービット５５及び掘削刃５４，５４が穴
底を掘削し、その掘削土砂が内蓋５７，５７を押し開け
て開口部５３，５３からバケット本体１３内に掻き込ま
れるとともに、少し開いた拡開扉３８，３８の掘削刃４
１，４２が穴底に食い込んで抵抗となることにより、拡
開扉３８，３８がヒンジ４０，４０を中心として徐々に
設定された距離分外側へ回動し、掘削刃４１，４２が刃
先７ａ下の土砂を掘削し、その掘削土砂を開口部３９，
３９からバケット本体１３内に掻き込む。

【００２３】穴底の掘削が所定の深さに達すると、バケ
ット本体１３の回転を停止し、ケリーバー３を左回転さ
せると開度規制アーム１９が左回転して固定ストッパー
２５，２５に当接し、連結棒３６，３６をバケット本体
１３の軸心側へ引き寄せるとともに、拡開扉３８，３８
がヒンジ４０，４０を中心に回動してバケット本体１３
側へ押されて開口部３９，３９を閉じる。また、内蓋５
７はバケット本体１３内に掻き込まれた土砂の圧力でヒ
ンジ５６，５６を中心に回動してバケット本体１３を閉
じる。

【００２４】そこで、ケリーバー３をアースドリル機１
にて引き上げると、連結シャフト１８が上昇して開度規
制アームの当板１９ｂ，１９ｂが再び切欠部２６，２６
に嵌合して開度規制アーム１９の正逆回転を阻止するた
め、拡開扉３８，３８が開かないようにロックされ、こ
の状態でバケット本体１３が地上に引き揚げれられる。
バケット本体１３を地上に吊り上げてロック棒５９を回
転してロック穴５８との係合を解くと、底蓋５２がヒン
ジ５１を中心として開き、バケット本体１３内の土砂が
地上に排出される。

【００２５】かくして刃先７ａ下の掘削が完了すると、
ケーソン７の懸吊を解きその重量で沈下させてその刃先
７ａが穴底に静止すると、前記同様にして刃先７ａ下の
拡底掘削を行う。かくして、掘削と同時に掘削土砂をバ
ケット本体内に掻き込みながら確実にケーソン刃先下を
掘削し、ケーソンの確実な沈設ができる。なお、沈設作
業の効率化を図るべく、刃先下７ａの掘削をケーソン７
の軸長以上に掘り下げ、かつ、ケーソンの沈下量を大き
くすることもできる。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したこの発明によれば、ケリー
バーの正回転にて開度規制アームが開度設定機構に設定
された回動角度まで回動すると、駆動アームの回動によ
って拡開扉が設定された開度で開き、ケーソン刃先下の
掘削と同時に掘削土砂をバケット本体内に掻き込み、か
つ、ケリーバーの逆回転によって拡開扉を閉じてバケッ
ト本体内の掘削土砂を閉じ込めるようにしたので、簡単
な構造で前記従来装置に比べ軽量に構成でき、大型の櫓
等を設定すること無くして簡便な掘削作業ができるた
め、効率よく確実に、しかも経済的にウェル又はケーソ
ンの沈設ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の状態図

【図２】この発明の実施の形態を示す正面図

【図３】図２の断面正面図

【図４】図２の平面図

【図５】図３のＡ−Ａ断面図

【図６】図２の底面図

【図７】拡開扉の開いた状態を示す正面図

【図８】要部平面図

【図９】図８中の要部斜視図

【図１０】図８のＣ矢視図

【図１１】図８中のＢ−Ｂ断面図

【図１２】図１１のＤ矢視図

【符号の説明】

１…クローラクレーン ３…ケリーバー ４…スタビライザー ５…拡底ドリリングバケット ６…立坑 ７…ケーソン（又はウェル） ７ａ…刃先 ８…ベースフレーム ９…スライド用の油圧ジャッキ １０…押し込み用の油圧ジャッキ １１…加圧枠 １２…グランドアンカー １３…バケット本体 １５…ボス １８…連結シャフト １９…開度規制アーム ２３…駆動アーム ２４…ストッパーフレーム（開度設定機構） ２４ａ…上面板 ２４ｂ…下面板 ２５…固定ストッパー ２６…切欠部 ２７…透孔 ２８…脱着ストッパー ２９…ピン ３６…連結棒 ３９，５３…開口部 ４０，５１，５６…ヒンジ ４１，４２，４３，５２，５４，５５…掘削刃 ５２…底蓋 ５８…ロック穴

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平８−13507（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−489（ＪＰ，Ａ) 特公 平４−48160（ＪＰ，Ｂ２) 特公 昭46−5186（ＪＰ，Ｂ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) E21B 11/00 - 11/06 E21B 7/20 - 7/22

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ケリーバーで吊支されて回転するバケッ
   ト本体の側壁部に設けた開口部を開閉して少なくともケ
   ーソンの刃先下に及んで開く拡開扉であって、その拡開
   扉の側部と下部及び上部にそれぞれ掘削刃を取付けると
   ともに、バケット本体の底蓋に内方へ開閉可能な内蓋を
   有する開口部を設けて前記内蓋の軸部側の一側に掘削刃
   を取付け、かつ、底蓋を開閉可能とした拡底ドリリング
   バケットにて、ケリーバーを正回転してケーソンの刃先
   下と穴底を掘削しながら掘削土砂をバケット本体内に掻
   き込む一方、ケリーバーを逆回転して前記拡開扉及び内
   蓋を閉じバケット本体を穴外に引き揚げて排土すること
   を所要回数繰り返すことを特徴とするケーソン沈設工
   法。
2. 【請求項２】 ケーソンの内径よりも小さい外径のバケ
   ット本体と、バケット本体の側壁部に設けた開口部と、
   その開口部を開閉可能にバケット本体に軸着され、側部
   がケーソンの刃先下の外周付近に達する拡開扉と、その
   拡開扉の側部と下部及び上部に固定された掘削刃と、バ
   ケット本体にヒンジを介して開閉可能に軸着された底蓋
   と、その底蓋に設けた開口部と、その開口部を開閉可能
   にバケット本体内で開閉可能に軸着された内蓋と、その
   開口部に内蓋の軸着部側で固定された掘削刃と、バケッ
   ト本体の軸心部に回転可能に挿入されてケリーバーと連
   結する連結シャフトと、その連結シャフトと一体で回転
   可能な上下に離間した開度規制アーム及び駆動アーム
   と、開度規制アームの端部が係合して前記拡開扉の開度
   を規制する開度設定機構と、前記駆動アームの端部に一
   端部が軸着され、他端部が前記拡開扉に軸着された連結
   棒とを有するとともに、前記開度設定機構はバケット本
   体内に円弧状の上面板と下面板とが離間して固定され、
   これら上面板と下面板にはそれぞれ上下で合致する複数
   の透孔が穿設され、この透孔に挿通するピンで任意位置
   に固定される脱着ストッパーと、この脱着ストッパーで
   前記開度規制アームの回動範囲を設定する固定ストッパ
   ーとを有し、この固定ストッパーと上面板との間に前記
   連結シャフトがバケット本体に対して上下動することに
   よって前記開度規制アームの端部が係脱する切欠部を設
   けてなることを特徴とするケーソン沈設装置。