JP3856656B2 - 掘削用回転駆動装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主として現場打ちコンクリートによる杭の形成に用いられる掘削用回転駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、基礎工において地盤に必要な地盤支持力を付与する工法として、種々の工法が知られているが、その一形態として、掘削孔を形成し、該掘削孔に鉄筋や鉄骨などを挿入するとともにコンクリートを打設して杭を形成する現場打ちコンクリート杭工法がある。
【０００３】
この現場打ちコンクリート杭工法において、根切りされた掘削孔の壁の崩落があると、出来上がった現場打ちコンクリート杭の一部に崩落土砂によるくびれ部分ができ、設計通りの地盤支持力を発揮するための孔径を得ることができない。このために、掘削中の孔壁の崩落を防止するために筒状のケーシングを用いて設計通りの所要径の掘削孔を得ることも行われる。
【０００４】
ここで、従来から行われている、現場打ちコンクリート杭の形成に当たり、この杭用ケーシングを打設するための孔を掘削する、すなわち、前記ケーシングの下端部分を先掘りする掘削装置１００の一形態を図８に基づいて説明すると、該掘削装置１００は、下部走行体Ａとこれに旋回自在に設けられた上部構造体Ｂとを備え、この上部構造体Ｂは、該上部構造体Ｂに対して起伏自在に取り付けられたブーム１０１、該ブーム１０１を介してワイヤー１３０で吊り下げられたハンマー１２０を有している。
【０００５】
そして、掘削装置１００は、圧入されるケーシング１５０の内側の地中に向けてハンマー１２０を落として地盤を先掘りし、地中に食い込んだ部分の土などを掻き集めて地上に引き上げて掘削孔を形成させ、該掘削孔に鉄筋や鉄骨などを挿入するとともにコンクリートを打設して杭を形成するものである。
【０００６】
また、従来から行われている他の例として、現場打ちコンクリート杭の形成に当たり、この杭用ケーシングを打設するための孔を掘削する、すなわち、前記ケーシングの下端部分を先掘りする回転式掘削装置２００の一形態を図９に基づいて説明すると、該回転式掘削装置２００は、下部走行体Ａとこれに旋回自在に設けられた上部構造体Ｂとを備え、この上部構造体Ｂは、該上部構造体Ｂに対して起伏自在に取り付けられたブーム２０１、該ブーム２０１を介してワイヤー２３０で吊り下げられたバケット２６０、該バケット２６０を回転駆動させるケリードライブ装置（回転駆動装置）２４０を有している。
【０００７】
そして、前記回転式掘削装置２００は、圧入されるケーシング２５０の下端部分をバケット２６０によって先掘りさせるとともに、バケット２６０内に掻き集められた土などを地上に引き上げて掘削孔を形成させる。その後、該掘削孔に鉄筋や鉄骨などを挿入するとともにコンクリートを打設して杭を形成するものである。
なお、従来から行われているさらに他の例としては、前記ケーシングの先端にビットが備えられ、該ケーシング自体が回転して穿孔を行うことにより施工能率の向上を図るものも知られている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、現場打ちコンクリート杭工法のうち、上述のケーシングの下端部分の掘削を行うオールケーシング工法は、都市再開発若しくは地滑り地区などの狭い現場においても用いられるものであり、周囲に対する騒音及び振動の軽減のほか、装置の小型・軽量化並びに一回の引き上げでより多くの土を地上に引き上げることなどが要求される。
【０００９】
この場合に、図８に示した従来例では、ハンマー１２０を地盤に向けて落下させることから、騒音及び振動の問題があり、しかも、掻き集めることができる土の量が少ない（φ１０００で約０．２ｍ³）という問題がある。
また、図９に示した従来例においては、振動及び掻き集めることができる土の量の面では前記従来例よりも大きな効果が認められるものの、回転式掘削装置２００自体が大型になり、広い場所を要するとともに組み立て・解体費などのコスト高になるという問題がある。なお、図９に示すように、バケット２６０が軸に対してピン結合されているときには、バケットが曲がりやすくなり、石などが取り難いという問題もある。
【００１０】
さらに、図９に示した回転駆動装置２４０は、地上にて回転駆動がなされるので、地中の前記バケット２６０を回転させるために要するトルクが大きくなり、回転駆動装置２４０などが大型になるという問題がある。しかも、地上での回転駆動動作は、周囲に対する騒音も大きくなるという問題なども種々生ずることから、これらを解決する何等かの措置が必要になる。
本発明の目的は、上記掘削用の回転駆動装置をさらに改良することにあり、装置の小型化及び騒音の軽減を可能とする掘削用回転駆動装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するため、杭用ケーシング又は鋼管を打設する孔を掘削するためにケーシング又は鋼管内に固定可能な掘削用回転駆動装置であって、
固定円板上に装備された支持柱と、支持柱の上部に装備された支持体及びワイヤー支持部と、支持柱に取り付けられた固定手段と、固定円板上に装備した駆動制御手段と、固定円板の下側に位置する回転機構部ハウジング内に装備された内歯車機構と、内歯車機構と一体に回転する回転駆動軸と、回転駆動軸の角型内周面に案内される角型掘削軸と、角型掘削軸の内側に案内され、上端部がシリンダ結合ピンを介して支持体に固定されたロッドを有するシリンダと、角型掘削軸の下端部に固定され、自在継手を介してロッドと連結されたフランジと、フランジを介して角型掘削軸と同軸に取り付けられたバケットとからなり、固定手段を介して掘削用回転駆動装置をケーシング又は鋼管内に固定し、シリンダ内のロッドを移動させることによってバケットを地中に向けて押圧するとともに、駆動制御手段によってバケットと同軸の角型掘削軸の回転動作を制御する掘削用回転駆動装置を基本構成としている。そして、回転駆動軸の内周面と角型掘削軸の外周面とは相似形をなしている。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施の形態を図面に基づいて説明する。図１乃至図７は、本実施の形態による掘削用回転駆動装置１０を示しており、図１は、該掘削用回転駆動装置１０の正面図を、図２は、その平面図を、図３は、該掘削用回転駆動装置１０の他の正面図をそれぞれ示し、図４（ａ）は、該掘削用回転駆動装置１０のＩＶ−ＩＶ断面図を、図４（ｂ）は、その部分拡大図を、図５は、該掘削用回転駆動装置１０の部分断面図をそれぞれ示し、さらに、図６及び図７は、該掘削用回転駆動装置１０の使用状態図を示している。
【００１６】
該掘削用回転駆動装置１０は、下部走行体Ａとこれに旋回自在に設けられた上部構造体Ｂとで構成されるクレーン車に吊りワイヤー９０を介して取り付けられるものである。そして、掘削用回転駆動装置１０は、上記吊りワイヤー９０の先端に吊り下げられ、該吊りワイヤー９０の巻き上げ又は巻き戻しにより、上下方向に昇降可能となっている。
掘削用回転駆動装置１０は、図１に示すように、本体部２０と回転機構部４０とから構成され、回転駆動装置１０の上側に前記本体部２０が、そして、該本体部２０の下側に前記回転機構部４０がそれぞれ配置される。
【００１７】
前記本体部２０は、ケーシング５０内に固定可能なものであり、固定円板２１上に、支持柱２２と掘削用工具の一態様であるバケット６０などを駆動させる駆動制御手段４８とを有しており、この支持柱２２には、固定手段３０が取り付けられている。そして、支持柱２２の上部には、ワイヤー支持部２３と支持体２４とが備えられており、ワイヤー支持部２３にて掘削用回転駆動装置１０を吊りワイヤー９０に取り付けるとともに、支持体２４がワイヤー支持部２３に生ずる力を支持している。
【００１８】
また、前記支持体２４の下端には、図１及び図５に示すように、前記バケット６０を前記ケーシング５０の軸心線方向に移動させる押圧手段３５が備えられている。該押圧手段３５は、シリンダ３６とロッド３７とから構成され、シリンダ結合ピン２５に結合されており、シリンダ３６内のロッド３７が移動することにより、これと同軸のバケット６０にケーシング５０の下端部分を好ましくは先掘りさせるべく地中に向けて適宜所望の押圧を行うものである。
【００１９】
前記固定手段３０は、詳細は図５に示すように、油圧駆動手段の一態様である油圧シリンダ３１で作動するリンク機構３３と圧接部３４とを有しており、該圧接部３４は、油圧シリンダ３１の作動によって前記本体部２０を前記ケーシング５０内に固定させるものである。
固定手段３０と駆動制御手段４８とは、図１のほか図４に示すように、装置全体のバランスを保つべく、固定円板２１上に互い違いに３個ずつ円を描くように配置されている。
【００２０】
そして、後述するように、前記駆動制御手段４８は、地上からの信号に基づいて前記バケット６０と同軸の角型掘削軸４３の回転動作を制御する。また、前記圧接部３４は、地上からの信号に基づいて油圧シリンダ３１で作動するものであり、地下に向けて圧入されるケーシング５０の内側に装入された掘削用回転駆動装置１０を固定する。すなわち、この圧接部３４は、掘削用回転駆動装置１０のケーシング５０内への装入時には、前記シリンダ３１を作動させず、図１及び図４に実線で示されるように、圧接部３４が前記ケーシング５０の径方向（固定円板２１の最外周位置よりも外側）に移動をすることなく、該固定円板２１の最外周位置よりも内側に収まっている。一方、前記バケット６０の作動時には、前記シリンダ３１を作動させ、図１及び図４に鎖線で示されるように、圧接部３４が前記ケーシング５０の径方向（固定円板２１の最外周位置よりも外側）に移動させ、前記ケーシング５０の内側を加力して掘削用回転駆動装置１０の前記本体部２０を前記ケーシング５０内に固定させる。
【００２１】
前記回転機構部４０は、前記ケーシング５０内において前記本体部２０に対して相対的に回転するものであり、図５に示すように、前記固定円板２１の下側に位置し、回転機構部ハウジング２６内に内歯車機構４１とフランジ４２と前記角型掘削軸４３とを有している。そして、図１及び図４に示すように、該角型掘削軸４３は、空間Ｓを介して回転駆動軸４４の角型内周面に案内され、該回転駆動軸４４は、内歯車機構４１と一体的に回転する。また、その上端部がシリンダ結合ピン２５に固定された前記シリンダ３６とロッド３７は、角型掘削軸４３の内側に案内される。つまり、ロッド３７を有するシリンダ３６及び角型掘削軸４３は、ともに前記回転駆動軸４４内に挿通されており、その角型掘削軸４３の下端部は、フランジ４２と一体にされている。ここで、角型掘削軸４３は、内歯車機構４１の回転に伴って回転するとともに、油圧で作動するロッド３７の往復動に伴って一定量のストロークを有している（図３）。
【００２２】
内歯車機構４１は、図５に示すように、前記固定円板２１の下側にてベアリング４５を介して配置されており、内歯車４６と該内歯車４６の内周に沿って回転するピニオン４７とを有し、駆動制御手段４８からの信号に基づくピニオン４７の回転により内歯車４６が固定円板２１に対して回転し、これに伴って回転駆動軸４４が回転するとともに、この回転駆動軸４４の角型内周面と相似形の角型外周面を有する角型掘削軸４３も回転し、角型掘削軸４３に一体のフランジ４２も、前記本体部２０の下側にて回転する。なお、ロッド３７とフランジ４２の間に設けられた自在継手（ユニバーサルジョイント）４９は、フランジ４２の回転に伴ってシリンダ３６及びロッド３７が回転するのを防いでいる。
【００２３】
前記バケット６０は、フランジ４２を介して角型掘削軸４３と同軸に取り付けられ、前記ロッド３７からの押圧力及び前記フランジ４２の回転力に応じてケーシング５０の下端部分近くの土を掘削する。
なお、掘削用回転駆動装置１０のバケット６０は、ケーシング５０の下端部分を好ましくは先行掘りし、この掘削された土、石などをその内側に溜め込み、前記バケット６０の内側に溜まった土などは、掘削用回転駆動装置１０とともに地上に引き上げられて排土される。
【００２４】
図６は、掘削用回転駆動装置１０の掘削時の状態を示す図である。
この掘削用回転駆動装置１０を使用して現場打ちコンクリート杭を形成するには、まず、前記クレーン車を走行させてコンクリート杭を形成する地点近傍に設置する。かかる状態でケーシング５０が圧入引抜台５５を介して地下に向けて設置された後、吊りワイヤー９０に前記掘削用回転駆動装置１０を取り付けて、ケーシング５０内に前記バケット６０を有する掘削用回転駆動装置１０ごと装入する。
【００２５】
そして、掘削用回転駆動装置１０は、所望の深さに達するまでケーシング５０内を下降された後、まず、掘削用回転駆動装置１０の前記本体部２０が駆動する。すなわち、図５及び図６に示すように、前記油圧シリンダ３１は、地上からの信号に基づいて前記リンク機構３３を作動させ、これに伴って３個の前記圧接部３４が前記ケーシング５０の径方向に移動し、該ケーシング５０の内側面を加力して前記本体部２０を前記ケーシング５０内に固定させる。次に、前記回転機構部４０が駆動し、地上からの信号に基づく前記駆動制御手段４８の信号に応じて前記内歯車機構４１を回転させ、これに伴って角型掘削軸４３及びフランジ４２を同方向に回転させ、前記バケット６０は、前記フランジ４２の回転力に応じてケーシング５０の下端部分の土を掘削し、土及び障害物は前記バケット６０内に溜められる。そして、ケーシング５０は、この先掘りされた分だけ圧入引抜台５５によって圧入される。
【００２６】
次に、前記押圧手段３５が駆動すると、ロッド３７が地中に向けて伸びることから、角型掘削軸４３のストロークが生じ、前記バケット６０は、前記ロッド３７の押圧力及び前記フランジ４２の回転力に応じてケーシング５０のさらに下側部分の土をも掘削し、土及び障害物は引き続き前記バケット６０内に溜められる。また、ケーシング５０は、圧入引抜台５５によってさらに圧入される。
【００２７】
図７は、掘削用回転駆動装置１０の引き上げ時の状態を示す図である。
バケット６０によるケーシング５０の下端の掘削が所定時間行われると、再び前記本体部２０が駆動する。すなわち、図５及び図７に示すように、前記油圧シリンダ３１は、地上からの信号に基づいて前記リンク機構３３を前記とは反対側に作動させる。これにより、前記圧接部３４が前記ケーシング５０の径方向に移動し、該ケーシング５０の内側面に対する加力が解かれて離間する。その後、吊りワイヤー９０を巻き上げ、前記掘削用回転駆動装置１０及び前記バケット６０をケーシング５０の内側から地上に引き上げ、バケット６０内の土及び石などは、地上に設けられたコンテナに排土される。
【００２８】
そして、前記バケット６０内の排土を行った前記掘削用回転駆動装置１０は、再びケーシング５０内に掘削用回転駆動装置１０ごと装入され、所望の深さに達するまで下降され、地上からの信号に基づく前記駆動制御手段４８の信号に応じてバケット６０を回転させてケーシング５０の下端部付近の土を掘削して溜め込み、排土するという作業を繰り返す。なお、ケーシング５０は、所望の深さに到達させるために、ボルト固定にて継ぎ足されて打設され、形成された掘削孔には、鉄筋や鉄骨などが挿入されてコンクリートが打ち込まれる。そして、最後に、ケーシング５０は圧入引抜台５５により引き抜かれる。
【００２９】
上記のようであり、本実施の形態の掘削用回転駆動装置１０によれば、回転式掘削装置を用いた掘削・穿孔は、従来の工法における「ハンマー１２０」若しくは「ケリードライブ装置２４０」を用いることなく、本体部２０及び回転機構部４０を有する掘削用回転駆動装置１０自体がケーシング５０内に装入されることにより、周囲に対する騒音を無くすことができるとともに、回転駆動部分と工具部分とが近づいてその回転に要するトルクを小さくさせることができるので、前記クレーン車のほか、装置自体の小型・軽量化を測ることが可能になる。そして、狭い現場における現場打ちコンクリート杭工法にも適用させることができる。
【００３０】
しかも、この掘削用回転駆動装置１０は、ロッド３７からの押圧力によってバケット６０に掘削を行わせるので、このバケット６０によって掻き集めることができる土の量が従来に比して約５倍程度（φ１０００で約１．０ｍ³）に多くなり、施行効率の向上を図ることができる。さらに、前記バケット６０は、フランジ４２によって回転されるので石などの障害物も良く取ることができる。
【００３１】
なお、前記実施の形態の掘削用回転駆動装置１０は、上述のように、現場打ちコンクリート杭の形成に当たり、最後に引き抜かれる杭用ケーシングを打設するための孔を掘削するものであるが、本発明に係る掘削用回転駆動装置は、前記実施の形態に限られるものではなく、例えば、引き抜かれることなく地中に残される鋼管を打設するための孔を掘削する掘削用回転駆動装置であっても良く、この場合にも上記と同様の効果を得ることができる。
【００３２】
【発明の効果】
上記の通りであり、本発明によれば、掘削用回転駆動装置自体をケーシング又は鋼管内に装入することができ、騒音の低減及び装置の小型化・軽量化を図ることができる、等の効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による掘削用回転駆動装置の好ましい実施の形態を示す図の正面図。
【図２】図１の掘削用回転駆動装置の平面図。
【図３】図１の掘削用回転駆動装置の正面図。
【図４】（ａ）は図１の掘削用回転駆動装置のＩＶ−ＩＶ断面図、（ｂ）はその部分拡大図。
【図５】図１の掘削用回転駆動装置の部分断面図。
【図６】図１の掘削用回転駆動装置の使用状態を示す図。
【図７】図１の掘削用回転駆動装置の使用状態を示す図。
【図８】従来の掘削用回転駆動装置による根切り作業を示す図。
【図９】従来の掘削用回転駆動装置による根切り作業を示す図。
【符号の説明】
１０…掘削用回転駆動装置、２０…本体部、３０…固定手段、３１…油圧駆動手段、３３…リンク機構、３４…圧接部、３５…押圧手段、３６…シリンダ、３７…ロッド、４０…回転機構部、４１…内歯車機構、４２…フランジ、４３…掘削軸（角型掘削軸）、４４…回転駆動軸、４８…駆動制御手段、５０…ケーシング（又は鋼管）、６０…掘削用工具（バケット）

Claims (2)

1. 杭用ケーシング又は鋼管を打設する孔を掘削するためにケーシング又は鋼管内に固定可能な掘削用回転駆動装置であって、
   固定円板上に装備された支持柱と、支持柱の上部に装備された支持体及びワイヤー支持部と、支持柱に取り付けられた固定手段と、固定円板上に装備した駆動制御手段と、固定円板の下側に位置する回転機構部ハウジング内に装備された内歯車機構と、内歯車機構と一体に回転する回転駆動軸と、回転駆動軸の角型内周面に案内される角型掘削軸と、角型掘削軸の内側に案内され、上端部がシリンダ結合ピンを介して支持体に固定されたロッドを有するシリンダと、角型掘削軸の下端部に固定され、自在継手を介してロッドと連結されたフランジと、フランジを介して角型掘削軸と同軸に取り付けられたバケットとからなり、
   固定手段を介して掘削用回転駆動装置をケーシング又は鋼管内に固定し、シリンダ内のロッドを移動させることによってバケットを地中に向けて押圧するとともに、駆動制御手段によってバケットと同軸の角型掘削軸の回転動作を制御することを特徴とする掘削用回転駆動装置。
2. 回転駆動軸の内周面と角型掘削軸の外周面とは相似形をなす請求項１に記載の掘削用回転駆動装置。

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