JP3614639B2 - ソイルセメント合成杭の構築装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は中空杭の下端から突出させた掘削ロッドにより地盤を先行して掘削し、固化材と掘削土を攪拌，混合しながら掘削ロッドと中空杭を降下させてソイルセメントと中空杭からなる合成杭を構築する方法に用いられる構築装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
ソイルセメントと鋼管杭等の中空杭からなる合成杭は、中空杭の外径より径が拡大する掘削攪拌翼を有する掘削ロッドにより支持層まで地盤を掘削しながら、固化材と掘削土を攪拌，混合した後、掘削ロッドを引き抜いて掘削土と固化材からなるソイルセメント中に中空杭を挿入することにより、あるいは中空杭の下端から掘削攪拌翼を有する掘削ロッドを突出させ、掘削ロッドにより地盤を先行して掘削し、攪拌，混合しながら掘削ロッドと中空杭を降下させることにより構築される。
【０００３】
後者の方法では、掘削攪拌翼が中空杭の外径より径が拡大した状態で掘削と攪拌を行い、中空杭がソイルセメント中に定着した後は掘削ロッドが中空杭の内部を通じて引き抜かれるため、通常、掘削攪拌翼は中空杭の下端に衝突することで掘削ロッドに対して閉鎖できる構造とされる。
【０００４】
これに対し、掘削攪拌翼を掘削ロッドの回転と共に開閉できる構造にした場合、掘削攪拌翼は掘削ロッドの回転時に、掘削ロッドの回転とは逆向きに受ける土の抵抗によって開閉するため、土の抵抗が十分でない場合には確実に閉鎖できないことが考えられ、掘削攪拌翼が閉鎖しなければ、掘削ロッドを中空杭内部を通じて引き上げることができなくなる。
【０００５】
この発明は上記背景より、土の抵抗が十分でない場合にも掘削攪拌翼を確実に閉鎖させる機能を持つソイルセメント合成杭の構築装置を提案するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明では中空杭の下端の外周，もしくは内周に、中空杭に対して相対的に回転しながら上昇する掘削ロッドの掘削攪拌翼が掘削ロッドの周方向に係合し、掘削攪拌翼を閉鎖させる係合部材を固定することにより、土の抵抗が十分でない場合にも掘削攪拌翼を確実に閉鎖させ、掘削ロッドを中空杭内に取り込むことを可能にする。構築装置は掘削ロッドの回転と共に開閉し、開放時に中空杭の外径より径が拡大する掘削攪拌翼を持つ掘削ロッドと、下端の外周，もしくは内周に掘削攪拌翼に係合可能な係合部材が固定された中空杭からなる。
【０００７】
掘削攪拌翼は掘削ロッドの回転から絶縁されながら、水平軸回りに回転できる状態で掘削ロッドに装着されることにより、掘削ロッドの回転と共に開閉し、掘削ロッドのいずれか一方の向きへの回転時に土の抵抗により開放し、逆向きへの回転時に同じく土の抵抗により閉鎖する。
【０００８】
掘削ロッドが中空杭に対して回転しながら上昇するときに、土の抵抗が十分でなく、掘削攪拌翼が完全に閉鎖しきらない場合には、掘削ロッドは単独では中空杭の内部に取り込まれないことになるが、中空杭の下端に固定された係合部材の存在により、開放している掘削攪拌翼が係合部材に掘削ロッドの周方向に係合するときに閉鎖の向きに中空杭からの抵抗を受けることで確実に閉鎖できるため、掘削ロッドを中空杭内に取り込み、中空杭を通じて引き上げることが可能になる。
【０００９】
係合部材はまた、掘削ロッドが中空杭に対して回転しながら降下し、閉鎖している掘削攪拌翼にその開放の向きに係合することで掘削攪拌翼の開放を補助し、確実に開放させる役目も持つ。
【００１０】
【発明の実施の形態】
この発明は図１に示すように掘削ロッド５の回転と共に開閉し、開放時に中空杭２の外径より径が拡大する掘削攪拌翼４を持つ掘削ロッド５と、下端の外周，もしくは内周に掘削攪拌翼４に係合可能な係合部材 2a が固定された中空杭２からなり、中空杭２の下端から突出させた掘削ロッド５により地盤を先行して掘削し、固化材と掘削土を攪拌，混合しながら掘削ロッド５と中空杭２を降下させてソイルセメントと中空杭からなる合成杭を構築する方法に用いられる構築装置である。中空杭２は鋼管杭の場合と中空のコンクリート杭の場合がある。
【００１１】
合成杭３は図１１，図１２に示すように中空杭２の下端から掘削ロッド５を突出させ、掘削ロッド５により地盤を先行して掘削し、固化材と掘削土を攪拌，混合しながら掘削ロッド５と中空杭２を降下させることにより構築される。
【００１２】
中空杭２は掘削ロッド５を回転させる駆動装置とは別の駆動装置に接続される他、単純に吊り支持される。掘削ロッド５用とは別の駆動装置に接続される場合は掘削ロッド５とは逆向きに回転し、吊り支持される場合は回転しないが、掘削ロッド５が正回転することで相対的に逆回転する。
【００１３】
係合部材２ａは中空杭２の下端の外周，もしくは内周に固定され、中空杭２に対して相対的に回転しながら上昇する掘削ロッド５の掘削攪拌翼４が掘削ロッド５の周方向に係合することで、掘削ロッド５の回転のみによっては完全に閉鎖していない掘削攪拌翼４を閉鎖させる。
【００１４】
図面では掘削ロッド５のあるレベルに付き、掘削攪拌翼４，４が同一線上に二枚あることに対応し、係合部材２ａ，２ａを中空杭２の中心に関して対称位置の二箇所に固定しているが、係合部材２ａは中空杭２に対して掘削ロッド５が相対的に回転することで掘削攪拌翼４に係合し、これを閉鎖させるため、少なくとも一箇所固定されていれば足りる。
【００１５】
中空杭２が鋼管杭の場合、係合部材２ａは鋼管杭の外周面や内周面に溶接されることにより、あるいは係合部材２ａを溶接したリング状の部品を装着することにより突設され、コンクリート杭の場合、コンクリート杭の製作時に予め埋め込んだ鋼材に溶接することにより、あるいは製作後に係合部材２ａを溶接したリング状の部品を装着することにより突設される。
【００１６】
図１に示す、本発明の中空杭２と併用される掘削ロッド５の具体例を図２に示す。ここに示すように掘削ロッド５は掘削攪拌翼４が回転自在に連結されたスリーブ７が掘削ロッド５の回転から絶縁された状態で装着された構造をし、掘削攪拌翼４が掘削ロッド５の回転と共に、掘削ロッド５の回転とは逆向きに受ける土の抵抗によって開閉する。
【００１７】
掘削攪拌翼４はスリーブ７の外周に一体化しているプレート７ｂにピン７ｃにより水平な、あるいは水平に対してある程度傾斜した軸の回りに回転自在に連結され、図面の場合は掘削ロッド５の正回転時に土の逆向きの抵抗により開放し、掘削ロッド５の逆回転時に土の逆向きの抵抗により閉鎖する。
【００１８】
掘削ロッド５の外周の、スリーブ７の装着位置の上下にはスリーブ７の掘削ロッド５に対する上下動を拘束する、あるいは一定量以下に制限する上部ストッパ８と下部ストッパ９が突設される。上部ストッパ８はまた、掘削攪拌翼４が閉鎖した状態から開放した状態になったときに更に上向きに回転しないように保持する役目を持ち、下部ストッパ９は開放している掘削攪拌翼４が下向きに回転せず、閉鎖しないように保持する役目を持つ。
【００１９】
図３に示すように掘削ロッド５の外周には、掘削攪拌翼４の閉鎖時と開放時にスリーブ７が係止する被係止部５ａが形成，あるいは突設され、スリーブ７の内周の、掘削攪拌翼４の閉鎖時と開放時に被係止部５ａに対応した位置には被係止部５ａに係止する係止部７ａが形成，あるいは突設される。
【００２０】
スリーブ７は掘削ロッド５の回転から絶縁されることで、図３に示すように係止部７ａが掘削ロッド５の回転の向きと逆向きに被係止部５ａに係止するまで掘削ロッド５とは逆向きに回転し、係止部７ａが被係止部５ａに係止した後、掘削ロッド５と共に掘削ロッド５と同一の向きに回転する。
【００２１】
図面では掘削ロッド５が正（時計回りに）回転するときに係止部７ａが被係止部５ａに逆回転の向き（反時計回り）に係止して掘削攪拌翼４が開放し、掘削ロッド５が逆回転するときに係止部７ａが被係止部５ａに正回転の向きに係止して掘削攪拌翼４が閉鎖するように被係止部５ａと係止部７ａを形成しているが、掘削ロッド５が逆回転するときに掘削攪拌翼４が開放し、正回転するときに掘削攪拌翼４が閉鎖するように被係止部５ａと係止部７ａを形成する場合もある。
【００２２】
掘削攪拌翼４が開放した状態では、図３−（ｃ） に示すようにスリーブ７の係止部７ａが掘削ロッド５の被係止部５ａに逆回転の向きに係止しながら、掘削攪拌翼４が下部ストッパ９に下向きに係止し、上部ストッパ８に上向きに係止可能になることで掘削攪拌翼４が開放した状態を維持する。
【００２３】
掘削攪拌翼４が閉鎖した状態では、図３−（ａ） に示すように掘削攪拌翼４が下部ストッパ９から離脱し、スリーブ７の係止部７ａが掘削ロッド５の被係止部５ａに正回転の向きに係止することで掘削攪拌翼４が閉鎖した状態を維持する。
【００２４】
下部ストッパ９はその縁と掘削ロッド５の中心との間の距離が掘削攪拌翼４の開放位置から閉鎖位置へかけて次第に短縮し、掘削攪拌翼４の閉鎖位置で掘削攪拌翼４との衝突が生じない形状をする。
【００２５】
図３−（ｂ） は掘削ロッド５を正回転させ始めたときの様子を示すが、この状態では掘削攪拌翼４が逆回転の向きに土の抵抗を受けることで、係止部７ａが被係止部５ａから離脱し、掘削攪拌翼４がスリーブ７と共に回転しながら、下部ストッパ９の縁に案内されることで開放する。
【００２６】
図４は開放している掘削攪拌翼４を中空杭２の係合部材２ａが補助的に閉鎖させるときの様子を示す。
【００２７】
図示する場合、掘削攪拌翼４は掘削ロッド５に対して相対的に正回転することで閉鎖することから、図４−（ａ） ，（ｂ） に示すように中空杭２が掘削ロッド５に対して相対的に正回転することで、係合部材２ａが開放している掘削攪拌翼４に閉鎖の向きに係合し、（ｃ） に示すように掘削攪拌翼４を閉鎖させる。
【００２８】
係合部材２ａは中空杭２が掘削ロッド５に対して相対的に正回転すれば掘削攪拌翼４を閉鎖させるため、中空杭２が吊り支持され、静止している場合は掘削ロッド５が逆回転することにより、中空杭２が掘削ロッド５とは別の駆動装置に接続されている場合は、中空杭２が正回転し、掘削ロッド５が逆回転することにより、あるいは掘削ロッド５が静止し、中空杭２が正回転することにより掘削攪拌翼４の閉鎖が行われる。
【００２９】
図５は閉鎖している掘削攪拌翼４を係合部材２ａが補助的に開放させるときの様子を示す。掘削攪拌翼４は逆回転の向きに抵抗を受けることで開放することから、掘削ロッド５が正回転し、土の抵抗により掘削攪拌翼４が開放し始めたところで、（ｂ） に示すように中空杭２が掘削ロッド５に対して逆回転し、係合部材２ａが掘削攪拌翼４に逆回転の向きに係合することで、（ｃ） に示すように掘削攪拌翼４を開放させる。
【００３０】
このとき、係合部材２ａは掘削ロッド５が正回転すると共に、中空杭２が掘削ロッド５に対して相対的に逆回転することで掘削攪拌翼４を開放させるため、中空杭２が吊り支持され、静止している場合は掘削ロッド５が正回転することにより、中空杭２が掘削ロッド５とは別の駆動装置に接続されている場合は、掘削ロッド５が正回転し、中空杭２が逆回転することにより掘削攪拌翼４の開放が行われる。
【００３１】
図６〜図１０は掘削ロッド５が中空杭２の下端から突出し、掘削攪拌翼４が開放している状態から、掘削ロッド５が中空杭２の内部に取り込まれるまでの様子を示す。このとき掘削ロッド５は上記の通り、逆回転するか、静止したまま中空杭２に対して上昇する。各図の（ａ） は平面図、（ｂ） は立面図である。
【００３２】
図７に示すように中空杭２が正回転し、掘削ロッド５に対して降下することにより、あるいは掘削ロッド５が中空杭２に対して上昇することにより、図８に示すように係合部材２ａが掘削攪拌翼４に係合して掘削攪拌翼４を閉鎖させ、そのまま中空杭２が正回転しながら、相対的に掘削ロッド５に対して降下することにより図９，図１０に示すように掘削ロッド５が中空杭２内に取り込まれ、全掘削攪拌翼４が閉鎖する。
【００３３】
図１１は図２に示す掘削ロッド５を用いて合成杭３を構築する方法の施工手順を示す。図１１中、係合部材２ａは省略してある。図１１は中間層や支持層１０が硬質地盤でない場合の例を示す。
【００３４】
掘削ロッド５は図１１−（ａ） に示すように中空杭２の下端より突出し、一方の向きに、図面の場合は正回転した状態で、掘削ロッド５の下端に接続しているビット６と、開放している掘削攪拌翼４によって地盤を掘削し、同時に地上から掘削ロッド５を通じて吐出される、もしくはパイプ等を通じて地中に供給される固化材と掘削土を掘削攪拌翼４によって攪拌，混合する。
【００３５】
ビット６が目標の支持層１０に到達する直前までは、固化材には低濃度（貧配合）の周辺固定液が使用され、支持層１０の手前からは（ｂ） に示すように固化材は高濃度（富配合）の根固め液に切り換えられ、そのまま支持層１０を掘削しながら、攪拌，混合し、杭先端部１１を構築する。
【００３６】
杭先端部１１の、掘削土と固化材からなるソイルセメント１の硬化前に、（ｃ） に示すように一旦掘削ロッド５と中空杭２が引き上げられる。このとき、掘削ロッド５は中空杭２に対して相対的に逆回転しながら引き上げられ、中空杭２の係合部材２ａによって順次掘削攪拌翼４が閉鎖し、（ｄ） に示すように中空杭２の内部に取り込まれる。（ｄ） は図１０に示す状態に相当する。
【００３７】
その後、（ｅ） に示すように中空杭２を杭先端部１１中に圧入し、掘削ロッド５を引き上げることにより施工が終了する。
【００３８】
図１２は支持層１０に到達する以前の中間層に硬質層１２が存在する場合の、合成杭３構築の施工手順を示す。この場合は中空杭２の下端に爪が突設される。
【００３９】
ビット６が硬質層１２に到達するまでは（ａ） に示すように図１１の場合と同様に行われ、ビット６が硬質層１２に到達した時点で、（ｂ） に示すように掘削ロッド５を逆回転させながら上昇させ、係合部材２ａによって掘削攪拌翼４を閉鎖させて中空杭２内に格納する。
【００４０】
その状態で（ｃ） に示すように掘削ロッド５と中空杭２を回転させ、ビット６と中空杭２の爪によって硬質層１２を貫通するまで地盤を掘削する。中空杭２の回転は掘削ロッド５の回転と同一の向きの場合と逆向きの場合がある。（ｂ） ，（ｃ） は図１０に示す状態に相当する。
【００４１】
硬質層１２の貫通後、（ｄ） に示すように掘削ロッド５と中空杭２を硬質層１２の上層まで引き上げ、再度掘削ロッド５を（ａ） と同様に中空杭２の下端より突出させると共に、掘削ロッド５を正回転させて掘削攪拌翼４を開放させ、（ｅ） に示すようにビット６と掘削攪拌翼４によって支持層１０まで地盤を掘削しながら、固化材と掘削土を掘削攪拌翼４によって攪拌，混合する。（ｄ） における掘削攪拌翼４の開放は中空杭２の係合部材２ａによって補われる。
【００４２】
その後は図１１−（ｃ） 〜（ｅ） に示す工程によって施工される。
【００４３】
支持層１０が硬質層１２である場合には、図１２−（ａ） 〜（ｅ） に示す工程と同様に施工される。
【００４４】
【発明の効果】
掘削ロッドの回転と共に開閉し、開放時に中空杭の外径より径が拡大する掘削攪拌翼を持つ掘削ロッドと併用される場合に、中空杭の下端に、中空杭に対して相対的に回転しながら上昇する掘削ロッドの掘削攪拌翼が掘削ロッドの周方向に係合し、掘削攪拌翼を閉鎖させる係合部材を固定するため、開放している掘削攪拌翼を閉鎖させるための土の抵抗が十分でないときにも、掘削攪拌翼を確実に閉鎖させ、掘削ロッドを中空杭内に引き込むことができる。
【００４５】
また係合部材は掘削ロッドが中空杭に対して降下しながら回転し、閉鎖している掘削攪拌翼にその開放の向きに係合することで掘削攪拌翼を開放させる機能も持つため、閉鎖している掘削攪拌翼を確実に開放させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】中空杭と掘削ロッドを示した立面図である。
【図２】図１に示す掘削ロッドの詳細を示した立面図である。
【図３】（ａ） 〜（ｃ） は閉鎖している状態から開放するまでの掘削攪拌翼と図２に示す掘削ロッドとの関係を示した平面図である。
【図４】（ａ） 〜（ｃ） は開放している状態から閉鎖するまでの掘削攪拌翼と中空杭との関係を示した平面図である。
【図５】（ａ） 〜（ｃ） は閉鎖している状態から開放するまでの掘削攪拌翼と中空杭との関係を示した平面図である。
【図６】（ａ） は掘削ロッドが突出しているときの中空杭と掘削ロッドとの関係を示した平面図、（ｂ） は（ａ） の立面図である。
【図７】（ａ） は中空杭が掘削ロッドに対して正回転しながら降下し始めたときの様子を示した平面図、（ｂ） は（ａ） の立面図である。
【図８】（ａ） は中空杭が掘削攪拌翼を閉鎖させたときの様子を示した平面図、（ｂ） は（ａ） の立面図である。
【図９】（ａ） は図８より中空杭が相対的に降下したときの様子を示した平面図、（ｂ） は（ａ） の立面図である。
【図１０】（ａ） は掘削ロッドが中空杭内に取り込まれたときの様子を示した平面図、（ｂ） は（ａ） の立面図である。
【図１１】（ａ） 〜（ｅ） は合成杭構築の施工手順を示した立面図である。
【図１２】（ａ） 〜（ｅ） は合成杭構築の他の施工手順を示した立面図である。
【符号の説明】
１……ソイルセメント、２……中空杭、２ａ……係合部材、３……合成杭、４……掘削攪拌翼、５……掘削ロッド、５ａ……被係止部、６……ビット、７……スリーブ、７ａ……係止部、７ｂ……プレート、７ｃ……ピン、８……上部ストッパ、９……下部ストッパ、１０……支持層、１１……杭先端部、１２……硬質層。

Claims (1)

1. 掘削ロッドの回転と共に開閉し、開放時に中空杭の外径より径が拡大する掘削攪拌翼を持つ掘削ロッドと、下端の外周，もしくは内周に前記掘削攪拌翼に係合可能な係合部材が固定された中空杭からなり、中空杭の下端から突出させた掘削ロッドにより地盤を先行して掘削し、固化材と掘削土を攪拌，混合しながら掘削ロッドと中空杭を降下させてソイルセメントと中空杭からなる合成杭を構築する方法に用いられる構築装置であり、前記掘削ロッドの掘削攪拌翼は掘削ロッドの回転から絶縁されながら、掘削ロッドの回転に伴って開閉可能で、前記中空杭の係合部材は中空杭が掘削ロッドに対して相対的にいずれか一方の向きに回転するときに、開放している掘削攪拌翼に閉鎖の向きに係合して掘削攪拌翼を閉鎖させ、中空杭が掘削ロッドに対していずれか他方の向きに回転するときに、開放し始めた掘削攪拌翼に開放の向きに係合して掘削攪拌翼を開放させるソイルセメント合成杭の構築装置。

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