JP3963019B2 - 流体圧式拡大ヘッド - Google Patents

Description

本発明は、掘削スクリューロッドにより縦孔を掘削した後該縦孔内に既成杭を圧入する外堀り式杭建込み工法、既成中空杭内に挿通した掘削スクリューロッドにより中空杭内を掘削しつつ該中空杭を圧入する中掘り式中空杭建込み工法等において、上記既成杭の下端部に拡大球根を造成するための拡大掘削を行う流体圧式拡大ヘッドに関する。

従来、掘削スクリューロッドの下端に設けた拡大ヘッドとして、ヘッドロッドの外周面における直径方向相対する位置にブラケットを突設し、両ブラケットに拡大翼の基部を、上記ヘッドロッドの横断平面上で拡縮揺動できるように軸支し、上記スクリューロッドの正転掘削時には拡大翼は閉縮しているが、逆転時に拡大翼が土圧により拡開するようにしたものが知られている。

しかし、上記の従来ヘッドは、スクリューロッドの逆転時に、拡大翼が閉縮から一挙に最大径に拡開するため、硬い地盤での拡大掘削においては、掘削スクリューロッドの回転駆動部に過大な負荷が急激に加わり、それが回転駆動部を回転不能にすることがしばしばあった。

これを改善するため、掘削スクリューロッドの下端部外側に拡大翼を該スクリューロッドの縦断平面上で拡縮揺動自在に支持すると共に、ロッド下端部内に油圧シリンダを内装し、該シリンダの往復駆動により上記拡大翼の拡開及び閉縮を行うものが多数開発された。

しかし、上記の油圧式拡大ヘッドでは、油圧シリンダに圧力油を供給すると同時に油圧シリンダから圧力油を油圧タンクに戻す配管、油圧源、制御機器等を含む正規の油圧装置を必要とするため、設備費が高価につく欠点があり、しかも掘削スクリューロッドの継ぎ足し作業時に、油圧回路内に不純物の混入する危険が避けられず、それが原因となって油圧機器の作動不良が生じることがあった。
実開昭５７−１０１１８９公報 特開昭５７−１４０４９１公報

本発明は、設備費を可能な限り廉価におさえると共に、作動不良や故障のない拡大ヘッドを提供することを課題とする。

上記課題を達成するため、本願第１発明は、
ヘッドロッド内に流体圧シリンダを内装し、該シリンダの往復駆動体を、上記ヘッドロッド下端から軸方向へ進退できるように支持し、
上記駆動体に拡大翼を、上記ヘッドロッドの縦断平面上で揺動できるように軸支すると共に、該駆動体の進退により上記拡大翼を拡縮させるべく該拡大翼を上記ヘッドロッドとリンク連結し、
上記流体圧シリンダにおいて、圧力流体供給により上記駆動体を往、復いずれか一方向の所定位置まで駆動したとき、該駆動体を上記シリンダ外部の外力により他方向に駆動できるように上記シリンダ内を減圧する手段を設け、それにより上記拡大翼の拡開、閉縮いずれか一方向の作動を上記シリンダへの圧力流体供給により行い、他方向の作動を上記シリンダ外部の外力により行うようにし、
閉縮時の拡大翼の先端部を囲って保持できる位置関係で、上記ヘッドロッドに該ロッド軸心について回転自在に支持された環状保持枠を有し、上記保持枠は、その周面に上記拡大翼先端部が拡縮時に出入り可能の案内口を開口すると共に、保持枠内に、上記案内口に面する待機スペース及び上記待機スペースと回転方向に連通し且つ上記案内口に面しない拡大翼先端部保持スペースを有し、上記案内口の両側の口縁のうち上記保持スペースと反対がわの口縁に、閉縮する拡大翼の先端部を上記待機スペース内に案内するための案内板を該待機スペース内から保持枠外へ突出状態に配設し、上記保持枠に、該保持枠の回転を土圧により抑制するため、回転方向に受圧面を向けた土圧受圧板を突設してなる拡大翼閉縮保持装置を備えた、
流体圧式拡大ヘッドを提案する。
又、本願第２発明は、
ヘッドロッド内に流体圧シリンダを内装し、該シリンダの往復駆動体を、上記ヘッドロッド下端から軸方向へ進退できるように支持し、
上記駆動体に拡大翼を、上記ヘッドロッドの縦断平面上で揺動できるように軸支すると共に、該駆動体の進退により上記拡大翼を拡縮させるべく該拡大翼を上記ヘッドロッドとリンク連結し、
上記流体圧シリンダにおいて、圧力流体供給により上記駆動体を往、復いずれか一方向の所定位置まで駆動したとき、シリンダ外へ開通して該シリンダ内の圧力流体を系外へ放出する放出口を設け、それにより上記拡大翼の拡開、閉縮いずれか一方向の作動を上記シリンダへの圧力流体の供給により行い、拡大翼の他方向の作動を、上記圧力流体供給の開放後、外力により行うようにし、
上記拡大翼の閉縮時に該拡大翼を閉縮状態に係脱自在に保持する拡大翼閉縮保持装置を備えた、
流体圧式拡大ヘッドを提案する。

本願第１発明の流体圧式拡大ヘッドによれば、拡大翼の拡開、閉縮いずれか一方向の作動は、シリンダへの圧力流体の供給により駆動体を一方向に駆動することにより行い、ついで拡大翼の他方向の作動は、上記駆動体が一方向の所定位置に駆動したとき上記シリンダ内の減圧により、シリンダ外部の外力によって行うことができ、それにより流体圧供給装置は簡単なもので足り、設備費の低減を資することができる。
加えて、上記のような拡大翼閉縮保持装置を備えたから、拡大ヘッドの一方向回転による掘削時には、拡大翼先端部を環状保持枠の保持スペース内に係止して閉縮状態に保持することができ、しかも受圧板が周囲の土圧を受けて保持枠の自由な回転を抑制して上記拡大翼閉縮保持を維持することができるのであり、又拡大掘削のときは、拡大ヘッドを他方向への回転に切換えると、上記保持枠の保持スペースに保持されていた拡大翼先端部を待機スペースに移動させ、そこでシリンダへの圧力流体供給により拡大翼拡開を行うことによって、該拡大翼先端部を保持枠外へ離脱させて所定位置に拡開させることができるのであり、さらに外力により拡大翼を閉縮方向に揺動させたときは、拡大翼先端部を案内板を介して案内口から待機スペース内に進入させ、その状態で拡大ヘッドを一方向回転に切換えることにより拡大翼先端部を待機スペースから保持スペースに移動させて拡大翼を閉縮位置に確実に保持することができるのである。
又、本願第２発明の流体圧式拡大ヘッドによれば、拡大翼の拡開、閉縮いずれか一方向の作動は、シリンダへの圧力流体の供給により駆動体を一方向に駆動することにより行い、ついで拡大翼の他方向の作動は、上記駆動体が一方向の所定位置に駆動したとき、上記シリンダ内の圧力流体を放出口から系外へ放出することにより、シリンダ外部の外力によって行うことができ、それにより流体圧供給装置は簡単なものとなり、設備費を節減することができる。
又、上記放出口を有する流体圧シリンダでは、圧力流体は流体圧シリンダのピストン側スペース及びロッド側スペースのいずれか一方のスペースのみに供給し、しかも供給後放出口からシリンダ外へ放出してしまう一方流通を行い、シリンダから流体を元の流体圧源に戻すことをしないから、流体圧供給回路は流体戻し流路が必要なく、しかも流体圧ポンプのみで足りる極めて簡単なものとなり、設備費のさらに大幅な節減を実現できるのである。

本発明における流体圧シリンダの上記「駆動体」とは、ピストンを固定したタイプのシリンダにおいてはシリンダチューブであり、シリンダチューブを固定したタイプのシリンダにおいてはピストン又はピストンロッドである。
又、上記「外力」には、上記駆動体に掘削ヘッドその他の部材を固定した場合の該掘削ヘッドその他の部材の重量、上記拡大翼が土中にあるときに該拡大翼に及ぶ土圧又は土砂抵抗等がある。
さらに、上記「シリンダ内を減圧する手段」には、シリンダチューブに設けた大気中に開閉自在の放出口であって、上記駆動体が一方向の所定位置まで駆動したとき開口して、シリンダチューブ内の圧力流体を大気中に放出するもの、その他種々のものが使用される。

図１、２に示す拡大ヘッド（Ａ）は、ピストン固定型水圧シリンダを使用した例で、中空ヘッドロッド（１）内の中間部に固定されたトップブロック（２）から下のロッド（１）内を、下端を開口した１２角筒の案内筒（３）に形成し、該案内筒（３）内に、外周面を上記案内筒（３）と対応する１２角面とした両端閉成の水圧シリンダチューブ（４）を軸方向摺動自在かつ回転不能に嵌合すると共に、該チューブ（４）内にピストン（５）を摺動自在に挿入し、このチューブ（４）の下端面に、上記ヘッドロッド（１）の下端部分に摺動自在に被嵌された外筒（６）をボルト（７）、（８）により固定し、該外筒（６）の外周面に、下縁にビット（１０）…を有する高重量の掘削ヘッド（９）を突設してある。

上記ピストン（５）の固定構造は次のようである。上記トップブロック（２）の下面中心部にピストンロッド兼グラウト供給管（１１）、下面一側に圧力水供給管（１２）の各上端をそれぞれ固定して垂下し、これら管（１１）、（１２）の下端部分を上記シリンダチューブ（４）上端壁を摺動自在に貫通してチューブ（４）内に突出し、そのうち一方のグラウト供給管（１１）の突出端部は上記ピストン（５）の中心部に貫通状態に固定し、他方の圧力水供給管（１２）の突出端部は上記ピストン（５）一側部に埋設状態に固定し、このように管（１１）、（１２）の下端部にピストン（５）を保持している。

上記グラウト供給管（１１）内には、その下端からグラウト供給伸縮管（１３）をシール部を介して伸縮自在に挿入し、該伸縮管（１３）の下端部を上記シリンダチューブ（４）下端壁及び上記外筒（６）下端壁に貫通してグラウト射出口（１４）に接続固定してある

上記圧力水供給管（１２）の下端側壁には、特に図３に示すように、上記シリンダチューブ（４）のロッドがわスペースに開口する圧力水供給口（１５）を設けてある。

上記シリンダ内を減圧する手段として、シリンダチューブ（４）の周壁には、上記チューブ（４）が図２のように最上位に上昇したときにおける上記ピストン（５）の上面よりやや上位に圧力水放出口（１６）、（１６）を開設すると共に、上記ヘッドロッド（１）及び外筒（６）の両周壁に、上記チューブ（４）とともに外筒（６）も最上位に上昇したときにおける上記放出口（１６）、（１６）と合致する位置に圧力水放出口（１７）、（１７）及び（１８）、（１８）を開設してある。

従って、今、図１のようにシリンダチューブ（４）が最下位に降下し、圧力水放出口（１６）（１７）（１８）、（１６）（１７）（１８）が合致していない状態で、圧力水が供給管（１２）、供給口（１５）を通じてチューブ（４）のロッドがわスペースに圧送されると、上記チューブ（４）及び外筒（６）がグラウト供給伸縮管（１３）を縮小させつつ上昇し、最上位に上昇したとき図２のように圧力水放出口（１６）（１７）（１８）、（１６）（１７）（１８）が合致し、それによりチューブ（４）のロッドがわスペース内の圧力水が該合致した放出口から外部へ放出され、上記チューブ（４）及び外筒（６）が掘削ヘッド（９）の重量により降下しようとする。その際、供給管（１２）からロッドがわスペースへの圧力水圧送を継続すれば、上記チューブ（４）及び外筒（６）は上下微動を繰り返しつつ上昇位置に留まる。しかし、圧力水の圧送を停止し、圧力水供給路を開放すると、上記チューブ（４）及び外筒（６）が掘削ヘッド（９）の重量により降下して図１の状態に戻ることとなる。

拡大翼（１９）、（１９）の拡開機構は次のようである。上記外筒（６）の外周面の直径方向相対する位置にブラケット（２０）、（２０）を突設し、該ブラケット（２０）、（２０）に拡大翼（１９）、（１９）の基部を、ヘッドロッド（１）縦断平面上で揺動できるように、ピン（２１）、（２１）により支承し、又、上記ヘッドロッド（１）の外周面における上記ブラケット（２０）、（２０）上方の対応する位置にブラケット（２２）、（２２）を突設し、該ブラケット（２２）、（２２）にリンク（２３）、（２３）の一端部をピン（２４）、（２４）により支承すると共に、該リンク（２３）、（２３）の他端部を、上記拡大翼（１９）、（１９）の上記ピン（２１）、（２１）から先端がわへ若干離間した位置に、ピン（２５）、（２５）により連結してある。

この場合、上記チューブ（４）及び外筒（６）が最下位に降下したときは、図１に示すように、拡大翼（１９）、（１９）が上方へ揺動して、ヘッドロッド（１）に添接する閉縮状態をとり、上記チューブ（４）及び外筒（６）が最上位に上昇したとき、図２に示すように水平位置に開いた拡開状態をとる位置関係にあり、又、上記図２の拡開状態において、上記シリンダチューブ（４）への圧力水供給路を開放したときは、上記掘削ヘッド（９）の重量により上記チューブ（４）及び外筒（６）を降下させて拡大翼（１９）、（１９）を閉縮位置に揺動させる重量関係にある。

次に、上記拡大翼（１９）、（１９）を閉縮位置に係脱可能に保持する装置について説明する。図４、５において、保持枠（２６）は両端を開口した短円筒状の環状体で、その周壁の直径方向相対する部位に、上記拡大翼（１９）、（１９）の先端部（Ｐ）、（Ｐ）が出入りすべき案内口（２７）、（２７）を保持枠（２６）下辺から切欠して形成してある。

この保持枠の内側に、ほぼ９０度間隔のステー（２８）…を介して回転支持リング（２９）を同心的に固定し、それにより保持枠（２６）と支持リング（２９）及び隣り合うステー（２８）、（２８）の間に直径方向に相対する２つの扇形スペースを形成すると共に、各扇形スペースのほぼ半分のスペースを上記案内口（２７）と面する待機スペース（３０）に、残りの半分を、上記待機スペース（３０）と連通する案内口の無い拡大翼先端部保持スペース（３１）としてある。

上記案内口（２７）、（２７）における上記保持スペース（３１）と反対がわの回転方向口縁には、拡大翼先端部（Ｐ）、（Ｐ）を案内するための案内板（３２）、（３２）を直径方向とほぼ平行に向けて上記待機スペース（３０）内から外方へ適宜長突出する状態に固定してある。

さらに、上記ステー（２８）…のうち直径方向相対する一対のステー（２８）、（２８）を保持枠（２６）外へ放射状に延出して土圧受圧板（３３）、（３３）に形成してある。

一方、上記ヘッドロッド（１）の上端部外周面に、図１に示すように上下一対のフランジに挾まれた回転受け部（３４）を形成してあり、この受け部（３４）に、上記保持枠（２６）の支持リング（２９）を回転自在に被嵌してある。この場合、上記保持枠（２６）の案内口（２７）、（２７）は、拡大翼（１９）、（１９）の拡縮揺動時に該拡大翼先端部（Ｐ）、（Ｐ）が出入り可能の高さ及び幅に形成されると共に、上記保持枠（２６）の下辺は、上記保持スペース（３１）、（３１）内に入りこんだ閉縮時の拡大翼先端部（Ｐ）、（Ｐ）を出入り不能に保持できる位置関係にあり、又上記受圧板（３３）、（３３）は、その受圧面を回転方向に向けている。

なお、上記グラウト供給管（１１）及び圧力水供給管（１２）は、ヘッドロッド（１）上部内に縦通された二重管における外側のグラウト供給路（３５）及び内側の圧力水供給路（３６）にそれぞれ接続され、さらに本拡大ヘッド（Ａ）を例えば掘削スクリューロッドの下端に接続した場合は、上記供給路（３５）、（３６）を、該掘削スクリューロッドに縦通されたグラウト供給路及び圧力水供給路にそれぞれ接続し、ついで回転継手を介して外部のグラウトポンプ及び水圧ポンプにそれぞ接続する。

上例の拡大ヘッド（Ａ）を外掘り式杭建込み工法の球根造成に使用した例について説明する。拡大ヘッド（Ａ）を掘削スクリューロッド（Ｒ）の下端に接続する。拡大翼（１９）、（１９）を閉縮し、拡大翼先端部（Ｐ）、（Ｐ）を保持枠（２６）の保持スペース（３１）内に保持している図１の状態において、スクリューロッド（Ｒ）、拡大ヘッド（Ａ）を正転（図１矢印）させ、その掘削ヘッド（９）により地盤に縦孔掘削を開始する。掘進中、受圧板（３３）、（３３）が周囲の土圧を受けて保持枠（２６）の回転を抑制するから、上記拡大翼先端部（Ｐ）、（Ｐ）も正転して図４における保持スペース（３１）の奥へ入りこんで閉縮状態を確保される。その場合上記拡大翼先端部（Ｐ）、（Ｐ）が保持スペース最奥のステー（２８）、（２８）を押して保持枠（２６）を同方向へ随伴させる。

支持地盤に至ったら、スクリューロッド（Ｒ）、拡大ヘッド（Ａ）を逆転に切換えると、上記保持枠（２６）の保持スペース（３１）、（３１）にある拡大翼先端部（Ｐ）、（Ｐ）が上記保持枠（２６）を静止状態に残して待機スペース（３０）、（３０）に移動し、ついで案内板（３２）、（３２）を押して保持枠（２６）を逆転方向へ随伴させる。そこで圧力水を供給路（３６）、供給管（１２）を経てシリンダチューブ（４）のロッドがわスペースに圧送すると、上記チューブ（４）、外筒（６）が上昇して拡大翼（１９）、（１９）を拡開揺動させ、それにより拡大翼（１９）、（１９）は、その先端部（Ｐ）、（Ｐ）を案内口（２７）、（２７）から保持枠（２６）外へ離脱して水平拡開位置まで揺動する。

水平位置に拡開したとき、放出口（１６）（１７）（１８）、（１６）（１７）（１８）が合致し、チューブ（４）内の圧力水を外部へ放出するが、上記チューブ（４）のロッドがわスペース内への圧力水の圧送を継続し、水圧をかけ続けることにより拡大翼（１９）、（１９）の拡開状態を保持する。

その状態で逆転を継続して拡大翼（１９）、（１９）による拡大掘削を行いつつ、グラウト供給路（３５）、供給管（１１）、伸縮管（１３）を経て射出口（１４）からグラウトを射出し、これを土砂と撹拌混合してソイルセメントを形成する。

グラウト射出停止後スクリューロッド（Ｒ）の逆転を継続しつつ圧力水供給路を開放すると、掘削ヘッド（９）の重量によりチューブ（４）及び外筒（６）が降下し、拡大翼（１９）、（１９）を閉縮方向へ揺動させる。この場合保持枠（２６）は受圧板（３３）、（３３）に土圧を受けて静止状態にあるから、閉縮位置に近づいた逆転拡大翼先端部（Ｐ）、（Ｐ）が案内板（３２）、（３２）に当接し、該案内板（３２）、（３２）を伴って逆転しながら案内板に添って案内口（２７）、（２７）から待機スペース（３０）内に入る。

ついで、スクリューロッド（Ｒ）を正転に戻すと、上記拡大翼先端部（Ｐ）、（Ｐ）が待機スペース（３０）、（３０）から保持スペース（３１）、（３１）内に移動し、閉縮位置に係止される。そこでスクリューロッド（Ｒ）、拡大ヘッド（Ａ）を地上に引き上げ、その後に既成杭を挿入し、杭下端部を拡大掘削孔のソイルセメント内に圧入する。ソイルセメント硬化後既成杭の下端部に拡大球根が造成される。

上例の球根造成操作において、拡大翼（１９）、（１９）を拡開した図２の状態で掘削スクリューロッド（Ｒ）を降下させて拡大掘削を行うときは、チューブ（４）のロッドがわスペースに圧力水を供給し続けるが、拡大翼（１９）、（１９）の拡開状態で掘削スクリューロッド（Ｒ）を上昇させて拡大掘削を行うときは、上記ロッドがわスペースへの圧力水供給を停止してもよい。

上記シリンダチューブ（４）を減圧する手段の他の実施例を説明する。その１は、上記外筒（６）の放出口（１８）を除き、それに代え、外筒（６）の内周面に、拡大拡開時に上記放出口（１７）と連通して上方へ延長し、延長上端で外部に開口する母線方向の放出溝を設けたもの、その２は、上記外筒（６）の放出口（１８）を除き、それに代え、上記案内筒（３）の外周面に、上記放出口（１７）と連通して上方へ延長し、延長上端で外部に開口する母線方向の放出溝を設けたもの、その３は、上記案内筒（３）の部材内に、拡大拡開時に上記放出口（１６）と連通して上方へ延長し、上記案内筒（３）の上端部すなわちヘッドロッド（１）の上端部において外部に開口する母線方向の放出溝を設けたものである。

これらの例、特に第３の例によれば、放出水により球根造成用ソイルセメントの品質に悪影響を及ぼすことがない。

本発明による水圧式拡大ヘッドの縦断正面図である。 同上拡大翼拡開状態の縦断正面図である。 図１におけるピストン部分の拡大図である。 図１のＩＶ−ＩＶ線切断端面図である。 図４における保持枠の右側面図である。

符号の説明

Ａ 拡大ヘッド
１ ヘッドロッド
４ シリンダチューブ
５ ピストン
９ 掘削ヘッド
１６、１７、１８ 圧力水放出口
１９ 拡大翼
Ｐ 拡大翼先端部
２３ リンク
２６ 保持枠
２７ 案内口
３０ 待機スペース
３１ 保持スペース
３２ 案内板
３３ 土圧受圧板

Claims (4)

1. ヘッドロッド内に流体圧シリンダを内装し、該シリンダの往復駆動体を、上記ヘッドロッド下端から軸方向へ進退できるように支持し、
   上記駆動体に拡大翼を、上記ヘッドロッドの縦断平面上で揺動できるように軸支すると共に、該駆動体の進退により上記拡大翼を拡縮させるべく該拡大翼を上記ヘッドロッドとリンク連結し、
   上記流体圧シリンダにおいて、圧力流体供給により上記駆動体を往、復いずれか一方向の所定位置まで駆動したとき、該駆動体を上記シリンダ外部の外力により他方向に駆動できるように上記シリンダ内を減圧する手段を設け、それにより上記拡大翼の拡開、閉縮いずれか一方向の作動を上記シリンダへの圧力流体供給により行い、他方向の作動を上記シリンダ外部の外力により行うようにし、
   閉縮時の拡大翼の先端部を囲って保持できる位置関係で、上記ヘッドロッドに該ロッド軸心について回転自在に支持された環状保持枠を有し、上記保持枠は、その周面に上記拡大翼先端部が拡縮時に出入り可能の案内口を開口すると共に、保持枠内に、上記案内口に面する待機スペース及び上記待機スペースと回転方向に連通し且つ上記案内口に面しない拡大翼先端部保持スペースを有し、上記案内口の両側の口縁のうち上記保持スペースと反対がわの口縁に、閉縮する拡大翼の先端部を上記待機スペース内に案内するための案内板を該待機スペース内から保持枠外へ突出状態に配設し、上記保持枠に、該保持枠の回転を土圧により抑制するため、回転方向に受圧面を向けた土圧受圧板を突設してなる拡大翼閉縮保持装置を備えた、
   流体圧式拡大ヘッド。
2. ヘッドロッド内に流体圧シリンダを内装し、該シリンダの往復駆動体を、上記ヘッドロッド下端から軸方向へ進退できるように支持し、
   上記駆動体に拡大翼を、上記ヘッドロッドの縦断平面上で揺動できるように軸支すると共に、該駆動体の進退により上記拡大翼を拡縮させるべく該拡大翼を上記ヘッドロッドとリンク連結し、
   上記流体圧シリンダにおいて、圧力流体供給により上記駆動体を往、復いずれか一方向の所定位置まで駆動したとき、シリンダ外へ開通して該シリンダ内の圧力流体を系外へ放出する放出口を設け、それにより上記拡大翼の拡開、閉縮いずれか一方向の作動を上記シリンダへの圧力流体の供給により行い、拡大翼の他方向の作動を、上記圧力流体供給の開放後、外力により行うようにし、
   上記拡大翼の閉縮時に該拡大翼を閉縮状態に係脱自在に保持する拡大翼閉縮保持装置を備えた、
   流体圧式拡大ヘッド。
3. 上記駆動体に重量のある掘削ヘッドを固定してあり、上記外力が主として上記掘削ヘッドの重量である、請求項１又は２に記載の流体圧式拡大ヘッド。
4. 上記外力が、上記拡大翼に及ぼす土圧である、請求項１又は２に記載の流体圧式拡大ヘッド。

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