JP3141977U - 地盤圧密装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】構造の簡素化、装置の小型化及び製造コストの低減を図る。
【解決手段】作業機2により基端部が昇降可能に支持されると共に一方向に回転駆動される駆動軸3と、該駆動軸3の外周に設けられ、駆動軸3の回転により砂杭造成用の砂4を先端側へ搬送する螺旋翼部5と、上記駆動軸3の先端部に設けられ、駆動軸3の回転により地盤Gを掘削すると共に掘削した土砂または上記砂を掘削孔6の孔底側へ押し込んで圧密する第1圧密部10と、該第1圧密部10と上記螺旋翼部5との間に設けられ、駆動軸6の回転により掘削土または上記砂を掘削孔6の径方向外方へ押し込んで圧密する第2圧密部11と、該第2圧密部11に設けられ螺旋翼部5から搬送される上記砂4を孔底側へ導く案内通路12とを備え、掘削土からなる孔壁6aと螺旋翼部5との間に上記砂4からなる絶縁壁19を形成するために上記螺旋翼部5の外径d4が第2圧密部11の外径d2よりも小さく形成されている。
【選択図】図1

Description

本考案は、軟弱地盤を柱状に圧密改良する地盤圧密装置に係り、特に構造の簡素化及び圧密性能の向上を図った地盤圧密装置に関する。
軟弱地盤を圧密する方法の一つとして、掘削用アースオーガを基にした柱状圧密工法(砂杭工法ともいう)が知られている。この工法は、アースオーガにより地盤を所要深さまで掘削してから、アースオーガの逆回転により先に掘り上げた地盤土に山砂等を加えた土砂を掘削孔の孔底に送り込んで圧密し、作業機側から与えた荷重に圧密反力が抗して徐々にアースオーガが掘削孔から引き上がってくることにより地盤中に柱状の圧密基礎(砂杭)を造成するものである。
しかしながら、上記工法においては、アースオーガの逆回転により土砂をアースオーガの長手方向に沿って送り込むが、アースオーガの螺旋翼の取付角度上、圧力の鉛直方向への成分が高くなるため、土質によっては、土砂が横方向(掘削孔の径方向外方)へはそれほど広がらず、土砂が鉛直方向に直ぐに締め固まって圧密反力を生じてしまい、横方向に十分な広がりを持つ柱状圧密基礎を造成することが難しい。
また、上記工法においては、アースオーガを押し上げようとする圧密反力に抗する荷重で圧密の度合に差が生じるため、十分な荷重を作業機側から与える必要があり、例えば機体荷重については、10トン程度が必要であり、このため、都市部の狭い住宅地の事情に合わせて小型の機械を開発しようとする場合の制約となっている。
かかる問題を解決するために、本考案者は横方向に広がりを持つ十分な強度の柱状圧密基礎を容易に造成することができる地盤圧密装置を先に提案した(特許第3259910号公報参照)。この地盤圧密装置は、作業機により基端部が昇降可能に支持され、基端部に回転駆動部を有する駆動軸と、該駆動軸に沿って掘削土等の土砂を搬送するように設けられた搬送部(螺旋翼)と、駆動軸の先端部に設けられ、正回転により地盤の掘削が可能で、且つ逆回転により上記搬送部からの土砂を掘削孔の径方向外方へ押し込んで圧密する断面円弧状の少なくとも二つのカム面を有する所定形状の圧密カムとを備えている。
ところで、上記地盤圧密装置においては、地盤を掘削しながらその掘削土を螺旋翼により地上に搬出し、所要深さまで掘削したら、砂杭造成用の純粋な砂(例えばRC砂)のみを圧密カムまで送り込んで高強度の砂杭を造成しようとする場合、螺旋翼により純粋の砂だけでなく孔壁の土をも送り込んでしまい、砂と土の混ざった砂杭が造成されてしまうため、地質によっては高強度の砂杭の造成には適さない場合がある。なお、この対策としては、駆動軸の周囲を取り囲むように円筒状のケーシングを設け、該ケーシングにより純粋な砂のみを圧密カムまで送り込むようにした考案も本考案者により提案されているが、この場合、ケーシングの外周面が孔壁と面接触となるため孔壁に張り付いて摩擦抵抗が増大し、地盤を掘り進むのに大きな抵抗となることが考えられる。
また、純粋な砂のみの砂杭を造成する場合、地上に搬出した掘削土の処理が必要となる。更に、砂を送り込んで圧密カムにより圧密して行く場合、孔壁が圧密されていないため、砂が掘削孔の径方向外方へ止め処もなく押し込まれ、多量の砂が必要となる場合があることが考えられる。
そこで、このような問題を解決するべく本考案者は、作業機により基端部が昇降可能に支持されると共に正逆方向に回転駆動される駆動軸と、該駆動軸の外周に設けられ、その逆回転により砂を先端側へ搬送する搬送部と、駆動軸の先端部に設けられ、正回転により地盤の掘削が可能で、且つ逆回転により上記搬送部からの砂を掘削孔の孔底側及び径方向外方へ押し込んで圧密する少なくとも二つのカム面を有する圧密カムと、上記搬送部を含む駆動軸の外周を覆うように設けられ、駆動軸の正回転時にこれと一体的に回転して掘削孔の孔壁を径方向外方へ圧密し、駆動軸の逆回転時には回転が停止される中空角柱状ないし角筒状のケーシングと、該ケーシングに砂を投入するためにその長手方向に適宜間隔で複数設けられた開閉可能な蓋付きの投入口とを備えた地盤圧密装置を提案している(特許第3776442号公報参照)。
また、関連する技術としては、長さ方向が略鉛直に設けられるケーシングと、該ケーシングに貫通された状態に保持しながら回動自在且つ昇降自在に設けられるオーガと、該オーガの逆転時において上記ケーシングの回転を拘束する回転拘束手段とを含み、上記オーガは、上記ケーシングの下に露出する部分において、逆転時に改良材の充填をし及び正転時に削孔土の搬送をする二条の羽根部材と、該削孔土の搬送に係る部分における外径が上に向かうに伴い大きく且つ最大で該羽根部材の先端に係る径と略同一寸法に設定された軸部材と、を備えた改良材柱造成装置が知られている(特開2001−55726号公報参照)。
しかしながら、上記何れの装置においても、ケーシングを必要とするだけでなく、該ケーシングを土中で回転駆動するための大きな駆動力を有し、且つオーガの回転方向を正逆の二方向に切り換えることが可能な回転駆動部が必要となるため、構造の複雑化、装置の大形化及び製造コストの増大を招く傾向がある。
そこで、本考案は、上記事情を考慮してなされたもので、ケーシングが不要で且つ駆動軸の回転方向は一方向でよく、構造の簡素化、装置の小型化及び製造コストの低減が図れる地盤圧密装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本考案は、作業機により基端部が昇降可能に支持されると共に一方向に回転駆動される駆動軸と、該駆動軸の外周に設けられ、駆動軸の回転により砂杭造成用の砂を先端側へ搬送する螺旋翼部と、上記駆動軸の先端部に設けられ、駆動軸の回転により地盤を掘削すると共に掘削した土砂または上記砂を掘削孔の孔底側へ押し込んで圧密する第1圧密部と、該第1圧密部と上記螺旋翼部との間に設けられ、駆動軸の回転により掘削土または上記砂を掘削孔の径方向外方へ押し込んで圧密する第2圧密部と、該第2圧密部に設けられ螺旋翼部から搬送される上記砂を孔底側へ導く案内通路とを備え、掘削土からなる孔壁と螺旋翼部との間に上記砂からなる絶縁壁を形成するために上記螺旋翼部の外径が第2圧密部の外径よりも小さく形成されていることを特徴とする。
上記第1圧密部としては、先端側が漸次縮径された逆円錐状の軸端部の外周面に、鋼管を半割りにし更に回転方向に臨む側を斜めに切断してなる第1突条部または平板状の第1突条部を設けて成ることが好ましい。
上記第2圧密部としては、上記螺旋翼部と略同径の円筒部の外周面に、鋼管を半割りにしてなる複数の第2突条部を円筒部の軸方向または上記螺旋翼部と同じ螺旋方向に沿って設けて成ることが好ましい。
本考案によれば、ケーシングが不要で且つ駆動軸の回転方向は一方向でよく、構造の簡素化、装置の小型化及び製造コストの低減が図れる。
以下に、本考案を実施するための最良の形態について、添付図面を基に詳述する。図1は本考案の実施形態に係る地盤圧密装置の要部の構成を概略的に示す側面図、図2は圧密部を示す図で、(a)は側面図、(b)は底面図、図3は圧密部を水平方向に展開して示す展開図、図4は地盤圧密装置による作業を説明する図で、(a)は地盤掘削作業時の図、(b)は地盤の圧密作業時の図、(c)は地盤圧密作業終了時の図である。
図1ないし図4に示すように、地盤圧密装置(砂杭造成装置ともいう)1は、作業機2により基端部が昇降可能に支持されると共に一方向(X方向)に回転駆動される駆動軸3と、該駆動軸3の外周に設けられ、駆動軸3の回転により砂杭造成用の砂(例えばRC砂)4を先端側へ搬送する螺旋翼部5と、上記駆動軸3の先端部に設けられ、駆動軸3の回転により地盤Gを掘削すると共に掘削した土砂または上記砂4を掘削孔6の孔底側や掘削孔6の径方向外方へ押し込んで圧密するための圧密部7とを備えている。駆動軸3は例えば鋼管からなっている。駆動軸3は、所定長さの駆動軸を長手方向に複数本接合することにより必要となる様々な設計深度に対応可能に構成されていてもよい。
上記作業機2は、地面に垂直に立てて保持されるリード部8と、該リード部8に昇降可能に設けられ、上記駆動軸3の基端部(上端部)を把持して回転駆動する回転駆動部9とを備えている。回転駆動部9は、例えば油圧モータからなっている。リード部8には回転駆動部9をチェーンを介して昇降操作する昇降駆動部が設けられている(図示省略)。
上記圧密部7は、上記駆動軸3の先端部に設けられ、駆動軸3の回転により地盤Gを掘削すると共に掘削した土砂または上記砂4を掘削孔6の孔底側へ押し込んで圧密する第1圧密部10と、該第1圧密部10と上記螺旋翼部5との間に設けられ、駆動軸3の回転により掘削土または上記砂4を掘削孔6の径方向外方へ押し込んで圧密する第2圧密部11と、該第2圧密部11に設けられ螺旋翼部5から搬送される上記砂4を孔底側へ導く案内通路12とを備えている。
上記第1圧密部10としては、先端側が漸次縮径された逆円錐状の軸端部13の外周面に、鋼管を半割りにし更に回転方向に臨む側を斜めに切断した下部傾斜面14aを有する複数例えば2つの第1突条部14を設けて成ることが好ましい。上記第2圧密部11としては、上記螺旋翼部5と略同径の円筒部15の外周面に、鋼管を半割りにしてなる複数例えば2つの第2突条部16を円筒部15の軸方向に沿って設けて成ることが好ましい。
上記駆動軸3の先端部(下端部)には上記円筒部15が設けられ、この円筒部15の下端部には上記軸端部13が設けられる。円筒部15は例えば鋼管から成ることが好ましいが、図3に展開図に示すように鋼板からなる横に長い板材17を円筒状に加工したものであってもよい。また、軸端部13は、鋼板からなる逆三角形状の複数の三角板片18を溶接することにより逆円錐状に形成されていてもよい。
第1突条部14は、その長さを上方に延長することにより第2突条部16と同じ機能を有する上方延長部14cを有しており、この上方延長部14cの上端部には上記案内通路12を形成すべく上記螺旋翼部5と同じ螺旋方向に斜めに切断した上部傾斜面14bが形成されている。第1突条部14は軸端部13の外周面に固定され、延長部14cは円筒部15の外周面に固定される。この場合、第1突条部14と延長部14cは軸端部13と円筒部15とが交わる角度に対応して曲げ加工されている。
第2突条部16が掘削孔6内を上昇移動する際の抵抗を軽減し、且つ砂4を上方の螺旋翼部5から下方の第1圧密部10へ送る際の砂4の流れを円滑にするために、上記第2突条部16の上端には上記円筒部15の軸方向斜め下方に傾斜した上部傾斜面16bが形成されていることが好ましい。また、上記第2突条部17の下端には、上記案内通路12を形成すべく上記螺旋翼部5と同じ螺旋方向に斜めに切断した下部傾斜面16aが形成されていることが好ましい。
上記円筒部15の外径d1は、螺旋翼部5の外径d4と同じ直径例えば300mmに形成されている。第2圧密部11の外径d2は例えば425mmとされている。上記逆円錐状の軸端部13の基部の外径は、上記円筒部15の外径d1と同じである。円筒部15の上端部と駆動軸3との間には、砂4を円滑に導くために傾斜面15aが形成されていることが好ましい。この傾斜面15aに上記螺旋翼部5の先端部(下端部)5aが接続されている。
円筒部15の外周には、円筒部15を周方向に4等分した位置に第2突条部16と第1突条部14の延長部14cが配置されている(図2(b)参照)。第2突条部16の上端は円筒部15の上端(上部傾斜面15bを除く)に合わせて配置されている。第2突条部16の下部傾斜面16a、第1突条部14の下部傾斜面14a及び延長部14cの上部傾斜面14bは、上記螺旋翼部5の傾斜角度θ1よりも大きい傾斜角度θ2で形成されている。
特に、図4(a)ないし(b)に示すように掘削孔6を形成した後、該掘削孔6内に上記砂4を搬入する際に孔壁6aと螺旋翼部5との間に上記砂4からなる絶縁壁19を形成するために、上記螺旋翼部5の外径d4が第2圧密部11の外径d2よりも小さく形成されている。現場の土からなる孔壁6aと螺旋翼部5との間に上記砂からなる絶縁壁19を形成することにより、該絶縁壁19がケーシングの役目を果たし、孔壁6aの土砂が螺旋翼部5により削られ或いは崩されて砂に混入する(砂に土砂が混入すると砂杭の強度が低下する)のを防止できるようになっている。
また、上記第2突条部16と第1突条部14の延長部14cとの間には砂4または土砂が下方から上方に向かって逃げるのを防止するために、邪魔板(ストッパー)20が設けられていることが好ましい。なお、第1突条部14及び第2突条部16は、半割りの鋼管からなっているが、鋼管内に土砂が圧密されて詰まるため、土砂や砂4が鋼管内を通って逃げることはない。
次に、以上の構成からなる地盤圧密装置1の作用ないし地盤圧密方法(砂杭造成方法)について述べる。地盤Gを掘削する場合には、図1に示すように駆動軸3を鉛直に立てた状態で回転駆動部9により駆動軸3を時計方向Xに回転させる。駆動軸3には、駆動軸自身の荷重及び回転駆動部9の荷重からなる下向きの荷重が加わり、更に駆動軸3に対して作業機2のリード部8の昇降駆動部により下向きの荷重を加えることにより、駆動軸3の先端の第1圧密部10の第1突条部14により地盤Gを掘削して行く。
この地盤掘削工程では、図4(a)に示すように駆動軸3の回転により第1圧密部10を構成する逆円錐状の軸端部13に設けられた第1突条部14の下部傾斜面14aにより地盤Gが掘削されて掘削孔6が形成され、掘削された土(地盤土)は地上に搬出されることなく第1突条部14の延長部14c及び第2突条部16の回転により接線方向ないし半径方向外方に押し込められて圧密される。この掘削工程では、第2圧密部11は孔壁6aに対して断面円弧状ないし断面略半円状の第2突条部16ないし第1突条部14の延長部14cを介して線接触で接するため、従来の地盤圧密装置ないし改良材柱造成装置のように孔壁6aに対して円筒状のケーシングの外周面が面接触で接する場合と異なり、摩擦抵抗が少なく、容易に回転駆動することができる。
このようにして、図4(a)に示すように地盤Gを所要の深度まで掘削したなら、回転駆動部9による駆動軸3の回転を保ったまま、今度は図4(b)に示すように掘削孔6の地上の孔口の周囲に砂4を供給して掘削孔6内に砂4を投入すると共に、回転駆動部9による駆動軸3を回転により上記砂4を掘削孔6内の孔底側に送り、第1圧密部10により砂4を孔底方向及び孔壁方向に送り込んで圧密する。この圧密工程においては、先ず砂が孔口から矢印Zで示すように孔壁6aに沿って降下し、掘削孔6内に充填される。そして、駆動軸3の螺旋翼部5と孔壁6aの間に砂からなる絶縁壁19が形成される。次いで、孔口から供給される砂4は、絶縁壁19による抵抗を受けると共に駆動軸3の螺旋翼部5の回転Xにより矢印Pで示すように下方へ向かって螺旋状に円滑に送られることになる。
この場合、駆動軸3の一回転当たりの螺旋翼部5と圧密部における案内通路12のそれぞれの送り量をV1、V2とすると、V1<V2であることが砂4を途中で詰まらせることなく孔底側に円滑に送る上で好ましい。そして、第1圧密部10に送られた砂4は、第1圧密部10の逆円錐状の軸端部13の傾斜面と第1突条部14により下方及び斜め下方に押し込まれて圧密され、その反力で駆動軸3が順次上方へ押し上げられて行く。また、第2圧密部11の第2突条部16及び第1突条部14の延長部14cの回転Xにより砂4が掘削孔6の径方向外方へ押し込まれて圧密され、第1圧密部10による孔底側の圧密と相俟って図4(c)に示すように地中に柱状に押し固められた砂杭21が孔口部分まで造成されることにより砂杭21が完成する。
この砂杭21の圧密造成工程においては、掘削(削孔)工程で予め孔壁6aが掘削土を用いて圧密されているため、砂4が必要以上に径方向外方に押し込まれる恐れがなく、砂4の使用量を節減することができる。また、掘削土を孔壁6aの圧密に利用し、地上に搬出しないので、掘削土の処理を要しない。また、砂に地盤の土砂が混ざったり、或いは掘削土を混ぜたりすることなく純粋な砂(RC砂)のみで砂杭21を造成することができるため、強度の高い砂杭21を容易に造成することができる。
すなわち、上記地盤圧密方法は、上記地盤圧密装置1を用い、上記駆動軸3を一方向に回転させることにより上記第1圧密部10で地盤Gを掘削すると共に、その掘削土を上記第1圧密部10及び第2圧密部11で掘削孔6の径方向外方へ押し込んで圧密して無排土で掘削孔6を形成する地盤削孔工程と、該地盤削孔工程後、上記駆動軸3を回転させると共に掘削孔6内に砂4を投入することにより、掘削孔6の孔壁6aと上記螺旋翼部5との間に上記砂4からなる絶縁壁19を形成した状態で上記砂4を下方に送り、その砂4を上記第1圧密部10で孔底側に押し込んで圧密すると共に上記第2圧密部11で掘削孔6の径方向外方へ押し込んで掘削孔6内に上記砂4を圧密充填して砂杭21を造成する砂杭造成工程とを含む。
第1圧密部10は、孔底側から圧密反力を受けるが、孔壁6a側(掘削孔の径方向)からも圧密反力を受けると共に第2圧密部11も孔壁側から圧密反力を受けるため、アースオーガ式の従来工法のように地盤圧密装置1が不本意に押し上げられることはない。このため、圧密反力に抗する荷重を地盤圧密装置1に加える必要がなく、従って、作業機2の大型化を余儀なくされることがなく小型化が図れる。圧密の度合は回転駆動部9にかかるトルク等によって推察することができ、所望の圧密度を維持しながら地盤圧密装置1を徐々に引き上げて行くことにより、純粋な砂のみの高強度の柱状の圧密基礎である砂杭21を造成することができる。
以上の構成からなる地盤圧密装置1によれば、作業機2により基端部が昇降可能に支持されると共に一方向に回転駆動される駆動軸3と、該駆動軸3の外周に設けられ、駆動軸3の回転により砂杭造成用の砂4を先端側へ搬送する螺旋翼部5と、上記駆動軸3の先端部に設けられ、駆動軸3の回転により地盤Gを掘削すると共に掘削した土砂または上記砂4を掘削孔6の孔底側へ押し込んで圧密する第1圧密部10と、該第1圧密部10と上記螺旋翼部5との間に設けられ、駆動軸3の回転により掘削土または上記砂4を掘削孔6の径方向外方へ押し込んで圧密する第2圧密部11と、該第2圧密部11に上記螺旋翼と同じ螺旋方向に形成され螺旋翼部5から搬送される上記砂4を孔底側へ導く案内通路12とを備え、掘削土からなる孔壁6aと螺旋翼部5との間に上記砂4からなる絶縁壁19を形成するために上記螺旋翼部5の外径d4が第2圧密部11の外径d2よりも小さく形成されているため、上記絶縁壁19がケーシングの役目をなす結果、ケーシングが不要で且つ駆動軸3の回転方向は一方向でよく、構造の簡素化、装置の小型化及び製造コストの低減が図れる。第1突条部14及び第2突条部16は、半割りの鋼管からなっているため、磨耗した場合の交換やメンテナンスが容易であり、コストの低減が図れる。
図5は本考案の他の実施形態に係る地盤圧密装置を示す図で、(a)は側面図、(b)は底面図である。本実施形態において、前記実施形態と同一部分は同一符号を付して説明を省略する。本実施形態では、逆円錐状の軸端部13の外周面に平板状の第1突条部14を設けている。この場合、第1突条部14は鋼板からな三角形状のフィンからなっている。また、本実施形態では、円筒部15の外周面に、鋼管を半割りにして成る第2突条部16を螺旋翼部5と同じ螺旋方向に沿って設けて構成されている。本実施形態によっても、前記実施形態と同様の効果が得られる。また、第2突条部16が螺旋翼部5と同じ螺旋方向に沿って設けられているため、上記ストッパー20が不要である。
以上、本考案の実施の形態を図面により詳述してきたが、本考案は上記実施の形態に限定されるものではなく、本考案の要旨を逸脱しない範囲での種々の設計変更等が可能である。
本考案の実施形態に係る地盤圧密装置の要部の構成を概略的に示す側面図である。 圧密部を示す図で、(a)は側面図、(b)は底面図である。 圧密部を水平方向に展開して示す展開図である。 地盤圧密装置による作業を説明する図で、(a)は地盤掘削作業時の図、(b)は地盤の圧密作業時の図、(c)は地盤圧密作業終了時の図である。 本考案の他の実施形態に係る地盤圧密装置の圧密部を示す図で、(a)は側面図、(b)は底面図である。
符号の説明
1 地盤圧密装置
2 作業機
3 駆動軸
4 砂
5 螺旋翼部
6 掘削孔
6a 孔壁
10 第1圧密部
11 第2圧密部
12 案内通路
13 軸端部
14 第1突条部
15 円筒部
16 第2突条部

Claims (3)

  1. 作業機により基端部が昇降可能に支持されると共に一方向に回転駆動される駆動軸と、該駆動軸の外周に設けられ、駆動軸の回転により砂杭造成用の砂を先端側へ搬送する螺旋翼部と、上記駆動軸の先端部に設けられ、駆動軸の回転により地盤を掘削すると共に掘削した土砂または上記砂を孔底側へ押し込んで圧密する第1圧密部と、該第1圧密部と上記螺旋翼部との間に設けられ、駆動軸の回転により掘削土または上記砂を掘削孔の径方向外方へ押し込んで圧密する第2圧密部と、該第2圧密部に設けられ上記螺旋翼部から搬送される上記砂を孔底側へ導く案内通路とを備え、掘削土からなる孔壁と螺旋翼部との間に上記砂からなる絶縁壁を形成するために上記螺旋翼部の外径が第2圧密部の外径よりも小さく形成されていることを特徴とする地盤圧密装置。
  2. 上記第1圧密部は、先端側が漸次縮径された逆円錐状の軸端部の外周面に、鋼管を半割りにし更に回転方向に臨む側を斜めに切断してなる第1突条部または平板状の第1突条部を設けて成ることを特徴とする請求項1記載の地盤圧密装置。
  3. 上記第2圧密部は、上記螺旋翼部と略同径の円筒部の外周面に、鋼管を半割りにしてなる複数の第2突条部を円筒部の軸方向または上記螺旋翼部と同じ螺旋方向に沿って設けて成ることを特徴とする請求項1記載の地盤圧密装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020165206A (ja) * 2019-03-29 2020-10-08 株式会社不動テトラ 締固め地盤改良方法

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