JP3980612B2 - 基礎構築装置および基礎要素を造り出す方法 - Google Patents

Description

本発明は、基礎要素を造り出す基礎構築装置であって、スクリューコンベアを有し、下方端部に掘削ヘッドを有するシャフトを備える装置に関する。

本発明はさらに、シャフトおよび充填材料供給部を有する基礎構築装置によって、基礎要素を地盤内に造り出す方法であって、掘削ヘッドを備えたシャフトを地盤内に押し込みながら地盤材料を掘削することによって空洞空間が作り出されることを特徴とし、この空洞空間に、充填材料供給部から充填材料が押し込み中に既に充填され、所望の深さに到達するや否やシャフトが引き込まれながら、引き続き充填材料を供給して、基礎要素を造り出す方法にも関する。

前掲の基礎構築装置および方法は、特許文献１から知られている。不充分な耐荷重能力しか有さない粘性土を安定させるために、その開示が明らかにしているのは、柱状の空洞空間を造り出すために、ラムを地盤内に押し込みながら、周囲の地盤材料を掘削し、その押し込みと同時に、空けられてゆく空洞空間内に緩い材料を導入するということである。空洞空間内への緩い材料の導入は、スクリュー式搬送による。この知られている装置および方法によれば、緩い材料による空洞空間の充填を充分に達成することができ、締め固まった、すなわち安定した基礎杭を造成する上で極めて重要である。押し込み工程中の早期段階において、空けられてゆく空洞空間に緩い材料を充填する結果、空洞空間の支持が杭の形成中に達成されると同時に、地盤周辺の充分な圧縮固化が達成される。

この他の装置および方法が、特許文献２から知られている。上記の方法とは対照的に、ドリル・パイプが、ラムまたは掘削ヘッドと同時に地盤内に押し込まれる。

このような種類の基礎杭が主に適用されるのは、軟弱地盤層では不可能であり、荷重が深層の固い地盤層まで伝達される場合である。このようなタイプの地盤には、掘削法は全く適用できず、または費用対効果を得る形態で適用することができない。さらにこのような基礎杭を適用することにより、緩い地盤における耐荷重能力を増大させる。

基礎杭を形成するために、様々な種類の緩い充填材料を使用することができ、それらは特に石灰、石膏、セメント等を含むことができる。導入されたこれらの充填材料は、地盤の湿気と反応し、所望の固化、したがって基礎要素の固結をもたらす。基礎要素の内部にも固化をもたらすために、別途、水を内部に供給することが知られている。

特許文献３では、このことに関して、液体を介して供給することができる内蔵式要素を、基礎杭の内部に沿って配置することが開示されている。

欧州特許第０７３２４５２Ｂ１号明細書 独国実用新案第７５１７１８０．１号明細書 独国特許出願第１０２１９８６２Ａ１号公報

本発明は、基礎要素を造り出す基礎構築装置および方法であって、それにより地盤内に安定した基礎要素を簡単かつ確実なやり方で造り出すことができる装置および方法を提供するという目的に基づいている。

この目的は、本発明の請求項１の特徴を有する基礎構築装置及び請求項８の特徴を有する方法によって解決される。好ましい実施形態は従属請求項において記述されている。

本発明に係る基礎構築装置は、掘削ヘッドが、注入材料、特に液体を基礎要素内に導入する注入装置を少なくとも１つ有することを特徴とする。

本発明の結果、特定の化学物質、特に水によって構成することができる注入材料を、造り出す基礎杭の内側部分内に、選択的な方法により導入することができる。これによって充填材料の所望の硬化を、特に基礎杭の内側部分に実現することができる。掘削ヘッドの部位で注入材料を注入することで、特にシャフトの引き込み中に、基礎杭の最内芯域が、注入材料により確実に浸潤されることが保証される。

方法に関係した理由から、掘削ヘッドは少なくとも１つの材料用通路開口部を有し、その中で、スクリューコンベアによって上から供給された充填材料は、基礎杭の芯域として、掘削ヘッドの引き込み中に空けられてゆく空洞空間を確実に充填するように、下向きに移送され得る。この方法により、基礎要素の安定のために特に重要である芯域の強度特性を、選択的かつ確実なやり方で調整することができる。

本発明の１つの発展形態は、シャフトおよび掘削ヘッドが、注入装置に連結される内部供給導管を有することにある。シャフトは空洞シャフト、いわゆる茎状管として設計することができ、そこを通って液体を上から掘削ヘッドまで圧送することができる。これに加えて、さらなる注入装置をシャフトに沿いに配設することもでき、充填材料を選択的に事前に浸潤することができるようになる。

様々な種類のノズルを注入装置として使用することができる。それらのノズルは、シャフトの縦軸に対して下方または上方に向けて鋭角または半径方向に導くことができる。本発明によれば、注入装置が、閉鎖装置によってノズル開口部を閉じることができるノズル導管を少なくとも１つ有することは、特に有利である。閉鎖装置によって、圧力下で供給された充填材料が、外側からノズル装置内に侵入することを防止できる。閉鎖装置として、特に様々な種類の調整弁を使用することができる。

本発明による閉鎖装置は、内部密閉要素および外部カバー要素を有することから、特に信頼のおける、長期の耐用年数の閉鎖装置である。このカバー要素は、精密な密閉要素を、比較的鋭利な縁部を有する地盤材料、または充填材料から保護する助けとなる。これにより、簡単な、すなわちノズル導管の確実な閉鎖を保証する費用節約型の要素を使用することが可能になる。

本発明によれば、注入装置が、いくつかのノズル導管を有し、それらのノズル開口部が相互に対してリング形状になるように配置されることから、また閉鎖装置が密閉リングを有し、それらがいくつかのノズル開口部を覆うことから、特に優れた注入が実現される。この密閉リングは、特にＯリングによって構成することができ、特に簡単な、すなわち費用節約型の密閉要素である。半径方向のノズル導管は、掘削ヘッドの実質的に円形のシャフトに沿って位置する環状溝内に合流する。そして、ここで密閉リングはそれぞれのノズル開口部を確実に閉鎖するような態様で、環状溝内に挿入される。密閉リングの諸元は、特定圧力、例えば余剰圧力１バールに到達する時、それが弾性伸長によってノズル開口部しか開放しないように設定される。密閉リングのこの封鎖圧力の設定は、充填された注入材料を伴った空洞シャフトを、特に、クレーンで懸吊しながら、ノズル開口部からの注入材料の漏れを全く起こさずに、移送できるようになされる。さらに動作中には、ポンプによる対応圧力の増加が、封鎖圧力を超過して、注入材料が所望の態様でノズル開口部から出てくるようにすることを可能にしている。

本発明の基礎構築装置では、上述の掘削ヘッドの上に、充填材料コンテナを備える充填材料供給部が配置され、そこからシャフトが延びること、またスクリューコンベアが回転動作中に、基礎要素を造り出すための充填材料を、充填材料コンテナから地盤内に搬送することができるように設計されることが意図される。この充填材料供給の結果、押し込み中に充分な量の充填材料が作り出された空洞空間内に導入されて、導入された充填材料によって空洞空間が支持されるようになることが保証される。

本発明の他の形態は、注入材料用に保管コンテナが設けられ、それが供給導管を介して少なくとも１つのノズル導管に連結されることである。この保管コンテナは、特に水タンクであり、水の充分な供給を保証する。ポンプ装置によって、液体を、所望の圧力でノズル開口部に搬送することができる。可能である場合は、液体を規定供給するために、ポンプ装置を制御することができ、特に、ポンプ装置を、供給された充填材料、およびそれぞれの穿孔深さに応じて制御することができる。

本発明の方法では、シャフトの押し込みおよび／または引き込み中に、注入材料が、掘削ヘッドの少なくとも１つのノズル開口部から、空洞空間内に供給された充填材料内に注入されることを特徴とする。これは、基礎要素の強度特性の確実な調整に関する上述の利点をもたらす。

石灰、石膏、またはセメントを含む充填材料を使用する場合には、液体、特に水が注入材料として用いられる本発明による方法が有利である。これにより、地盤内における基礎要素の迅速かつ良好な固化を実現することができる。

本発明によれば、注入のために、少なくとも１つのノズル開口部が弾性密閉要素によって閉鎖され、開口が、注入材料の圧力増加によってノズル開口部で実行されることから、基礎要素の特性の選択的調整が実現される。弾性密閉要素の封鎖圧力に対しては、注入材料を供給するポンプの対応圧力等を調整することによってそれを上回る圧力を発生することができる。

本発明を、図面に概略的に示した好ましい実施形態によってさらに詳細に述べる。

図１によると、本発明による掘削ヘッド１０は、下方掘削部分１１を有し、これは上方連結部分１２を介して、回転方式で駆動されるシャフトに連結される。下方掘削部分１１には、円筒状部分から円錐部分を介して下方先端１５まで徐々に細くなる筒状芯要素１４が設けられる。芯要素１４の外側には、２つの掘削用螺旋フライト１３が配置され、地盤内に押し込められる時、充填材料が充填される。これによりコンパクトな掘削ツールを構成する。

掘削ヘッド１０の中心では、供給導管１６が延び、これが先端１５の一部分で、注入装置２０の半径方向に導かれたノズル導管２２に合流する。穿孔付き円筒状ノズル導管２２は、それらのノズル開口部２３とともに環状溝２７内に合流し、これが断面としてはまず円錐形に、次いで四角形に延びる。ノズル開口部２３の一部分に閉鎖装置２４を形成するために、弾性材料から作られるＯリング密閉部が密閉要素２５として設けられ、これは環状溝２７に静止するように、すなわちノズル開口部２３を確実に閉鎖するように設計される。

閉鎖装置２４を形成するために、薄板金属から作られる環状カバー要素２６が追加して設けられ、密閉要素２５を外部からの損傷から保護する。カバー要素２６は、環状溝２７の四角形部分に、液体が半径方向外向きに通過できる自由空間が確保されるような形で配置される。

供給導管１６には、選択された液体、特に水を充填することができる。弾性密閉要素２５の弾性度は、供給導管１６が充填される時にノズル開口部２３からの液体の漏れが確実に防止されるように設計される。液体圧力が（ここに示さない）ポンプ装置によって供給導管１６内で増加すると、密閉要素２５は拡大し、液体がノズル開口部２３を介して半径方向外向きに出てくることができて、特に掘削ヘッド１０の地盤からの引き込み中に、導入された充填材料を所望の手法で浸潤するようになる。

図２は、図１による掘削ヘッド１０にモジュールとして取り付けることができるシャフト３０の一部分を示す。この目的のために、シャフト３０は、雄型連結部分３４と雌型連結部分３５とを有し、雄型連結部分３４は、図１による掘削ヘッド１０の連結部分１２に対応する。

シャフト３０は空洞茎状管３１を有し、その外部周囲にスクリューコンベア３２が配置される。これは、従来技術から知られているのでここには示さないが、充填材料を充填材料供給部から地盤内に供給する助けをする。

シャフト３０はその長さに沿って１つまたはいくつかのリングノズル要素３８を有し、それらによって、液体をシャフト部分に沿って半径方向外向きにも早期に注入することができる。原理的に、注入装置は、図１の注入装置２０に関連して述べたように、対応するやり方で設計することができる。

本発明による掘削ヘッドの部分的断面図である。 本発明による基礎構築装置に使用されるシャフト要素の部分的断面図である。

符号の説明

１０ 掘削ヘッド、１１ 下方掘削部分、１２ 上方連結部分、１３ 螺旋フライト、１４ 芯要素、１５ 先端、１６ 供給導管、２０ 注入装置、２２ ノズル導管、２３ ノズル開口部、２４ 閉鎖装置、２５ 密閉要素、２６ 環状カバー要素、２７ 環状溝、３０ シャフト、３１ 空洞茎状管、３２ スクリューコンベア、３４ 雄型連結部分、３５ 雌型連結部分、３８ リングノズル要素。

Claims (10)

1. 基礎要素を造り出す基礎構築装置であって、
   シャフトと、
   前記シャフトの下方端部に設けられ、前記シャフトを地盤内に押し込みながら地盤材料を掘削するための掘削ヘッドと、
   前記基礎要素を作り出すための充填材料を、回転動作中に前記地盤内に搬送するスクリューコンベアと、
   前記掘削ヘッドの下方掘削部分に設けられ、円筒状部分から円錐部分を介して下方掘削部分まで徐々に細くなる筒状芯要素と、
   前記筒状芯要素の外側に設けられ、前記地盤内に前記充填材料を押し込めるための掘削用螺旋フライトと、
   前記掘削用螺旋フライトの下方の前記掘削ヘッドの先端の一部分に配置され、注入材料を前記基礎要素内に導入するための少なくとも１つの注入装置と、
   を有することを特徴とする基礎構築装置。
2. 請求項１に記載の基礎構築装置において、前記シャフトおよび前記掘削ヘッドが、前記注入装置に連結された内部供給導管を有することを特徴とする基礎構築装置。
3. 請求項１に記載の基礎構築装置において、前記注入装置が少なくとも１つのノズル導管を有し、そのノズル開口部を閉鎖装置によって閉じることができることを特徴とする基礎構築装置。
4. 請求項３に記載の基礎構築装置において、前記閉鎖装置が内部密閉要素と外部カバー要素とを有することを特徴とする基礎構築装置。
5. 請求項３に記載の基礎構築装置において、前記注入装置が複数の前記ノズル導管を有し、各ノズル導管のノズル開口部が相互にリング状に配置され、および前記閉鎖装置が密閉リングを有し、前記密閉リングが前記リング状に配置された前記ノズル開口部をカバーすることを特徴とする基礎構築装置。
6. 請求項１ないし５いずれか一つに記載の基礎構築装置において、前記掘削ヘッドの上に、充填材料コンテナを備える充填材料供給部が配置され、前記充填材料供給部から前記シャフトが延び、かつ、前記スクリューコンベアは、前記基礎要素を造り出すための前記充填材料を、前記回転動作中に前記充填材料コンテナから前記地盤内に搬送することができるように設計されることを特徴とする基礎構築装置。
7. 請求項３ないし５いずれか一つに記載の基礎構築装置において、前記注入材料用の保管コンテナが設けられ、前記シャフトおよび前記掘削ヘッドが、前記注入装置に連結された内部供給導管を有し、前記保管コンテナが前記内部供給導管を介して少なくとも１つのノズル導管に連結されることを特徴とする基礎構築装置。
8. 請求項１に記載され、掘削ヘッドの下方掘削部分の筒状芯要素の外側に設けられる掘削用螺旋フライトの下方の前記掘削ヘッドの先端の一部分に注入装置が配置される基礎構築装置により地盤内に基礎要素を造り出す方法であって、前記掘削ヘッドを備えたシャフトを前記地盤内に押し込みながら地盤材料を掘削することによって空洞空間が作り出され、前記空洞空間に、充填材料が前記掘削ヘッドの上に配置された充填材料供給部から、前記押し込み中に既に充填され、前記掘削が所望の深さに到達するや否や前記シャフトが引き込まれながら、引き続き前記充填材料を供給して、前記基礎要素を作り出し、前記シャフトの前記押し込み中または引き込み中の少なくともいずれかにおいて、注入材料が、前記掘削ヘッドの前記注入装置における少なくとも１つのノズル開口部から、前記空洞空間内に供給された前記充填材料内に注入されることを特徴とする基礎要素を造り出す方法。
9. 請求項８に記載の基礎要素を造り出す方法において、液体が注入材料として注入されることを特徴とする基礎要素を造り出す方法。
10. 請求項８に記載の基礎要素を造り出す方法において、注入のために、前記少なくとも１つのノズル開口部が弾性密閉要素によって閉鎖され、前記注入材料の圧力増加によってノズルが開口されることを特徴とする基礎要素を造り出す方法。

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