JP4121916B2 - 回転圧入装置 - Google Patents

Description

本発明は土木建設工事において構造物支持杭の建て込みに用いられる中掘り工法用掘削装置に係り、特に回転圧入装置に関する。

構造物の支持杭を建て込む施工方法の一つとして、杭の貫入性を向上させることを目的として用いられる中掘り工法がある。

この中掘り工法は、外側に位置する杭をその内側に位置する中掘りロッドに対し逆方向に回転させながら建て込むようになされる。

上記の中掘り工法を実施するための装置として、外側の杭と内側の中掘りロッドとをそれぞれ別のモータにより回転駆動するようにし、かつ外側の杭と内側の中掘りロッドとをそれぞれ独立してリーダマストに吊持するようにしたものと、外側の杭と内側の中掘りロッドとを同一のモータで回転駆動するようにし、これらを一体としてリーダマストに吊持するようにしたものとがある（特許文献１、２参照）。
特開２００２−６１１８７号公報 特開平１１−１３１４７２号公報

しかして上記前者のものでは、外側の杭と内側の中掘りロッドとを独立して操作することができるので、継ぎ足し作業が容易であるとともに、中掘りロッドの先端の掘削ヘッドを杭の先端から自由に出し入れすることができるので対象土質に合わせた施工が容易にできる利点がある反面、装置自体が大掛りなものとなり、重量も嵩むものとなるという問題点がある。

一方、前記後者のものでは、装置全体を比較的コンパクトに構成することができるので軽量化することは可能となる反面、回転および上下動とも内外同時操作となり、そのため作業性、施工性ともに劣るという問題点がある。

特に従来のものは、いずれも専用の中掘りオーガであり、市場にある汎用のアースオーガを使用することは不可である。

本発明は、汎用のオーガによる中掘りを可能とすることを課題とし、加えて装置を比較的小型で軽量に構成することができながら外側の杭繋留部を独立して上下動可能とし、単一の駆動源により外側の杭と内側の中掘りロッドとを独立して回転駆動可能として、作業性、施工性の改善を図ることを課題とするものである。

上記課題を解決する手段として本発明は、リーダマストにそって昇降自在に吊持される駆動部に中掘りロッドおよび杭回転用ケーシングをモータによりそれぞれ回転駆動自在に支持し、この中掘りロッドに外嵌される杭回転用ケーシングの支持基体を前記駆動部に昇降手段により所定範囲にわたって上下動可能に支持するとともに該支持基体に下端に杭を支持する杭支持部を回転自在に支持し、前記杭の上下動範囲において前記杭支持部の回転と非回転とを切り替え可能に前記杭回転用ケーシングと杭支持部とを繋脱する前記杭支持部に結合した回転自在な繋合手段を設け、シリンダの伸縮作動により前記繋合手段を繋脱可能に構成してなり、前記繋合手段の繋合時に前記杭回転用ケーシングの回転を杭支持部に伝達して杭を回転させ、非繋合時に回転が断たれるようにしたことを特徴とする。

前記繋合手段は、前記杭回転用ケーシングの外周面軸方向に延びかつ外周面周方向に断続して設けられる複数の断面凸円弧状凸部と、前記杭支持部の内周面周方向に断続して設けられる複数の断面凹円弧状凸部とで構成され、回転非伝達時には前記杭支持部側の凸部内周面による仮想円の内径を拡径させて該凸部を杭回転用ケーシングの凸部外周面に対し非接触とし、低トルク伝達時には杭支持部側の凸部内周面による仮想円の内径を縮径させ該凸部と杭回転用ケーシングの凸部とを面接触させてその摩擦力により回転を伝達させ、高トルク伝達時には杭支持部側の凸部内周面による仮想円の内径をさらに縮径させ該凸部を杭回転用ケーシングの凸部間に嵌合させて噛み合い状態とすることにより高トルクによる回転伝達をなさしめるようにすることが好ましい。

こうすることにより駆動用モータは中掘りロッド用の１基とし、外側の杭を回転させたいときはシリンダを作動させて繋合手段を繋合させることにより杭回転用ケーシングの回転を杭に伝達して共に回転させることができ、杭の貫入能率を高めることができる。

また請求項２に記載の繋合手段とすれば、土質等による伝達トルクの大小に応じた繋合状態をなさしめることができる。

そして前記支持基体の昇降手段としては、油圧シリンダによるもの、あるいはワイヤとその巻上げ機によるもののいずれであっても実施可能とすることができる。

以上説明したように本発明によれば、杭回転用ケーシングの回転を杭に対し随時断続することができるので、その駆動源は中掘りロッド用のみで足り、それ故装置全体を著しくコンパクトにかつ軽量に構成することができるとともに、中掘りロッドと杭とをそれぞれ独立して操作することができるので継ぎ足し作業が容易であり、かつ中掘りロッドの先端の掘削ヘッドを杭の先端から自由に出し入れすることができるので、対象土質に合わせた施工を容易に行うことができる。

特にケーシングに被冠するだけで中掘り装置として汎用のオーガを使用することができるので、機材の調達を至って容易とすることができる。

また請求項２によれば、杭回転用ケーシングの回転を杭に伝達するとき、摩擦伝達と噛合伝達とを選択することができるので、高負荷になった場合に摩擦伝達から噛合伝達に移行し、中掘りロッドと杭との回転位置関係に拘ることなく繋脱することができるとともに、噛合位置の位置合わせのための検出手段等も不要であり、位置決め装置等の複雑な機構を付帯させる必要もないなどの効果を有する。

以下、本発明を図面に示す実施の形態を参照して説明する。

図１〜図４は本発明の基本的実施形態を示すもので、図１において符号１は、通常の掘削機と同様に作業機械等に立設されるリーダマストのガイドレール２にそってスライダ３，３…を介し昇降動自在に支持される駆動部であり、この駆動部１の出力軸に周知の遊星歯車機構４（詳細は図示省略）を介して杭回転用ケーシング５と中堀りロッド６とが互いに反対方向に回転自在に連結されている。この中堀りロッド６の下端には掘削ヘッド（図示省略）が装着されていて地盤を削孔するようになっている。

また駆動部１には左右一対の油圧シリンダ７，７により支持基体８が支持され、この支持基体８は前記油圧シリンダ７，７により所定の範囲にわたって上下動自在とされていて、後述する杭９を圧入し得るようになっている。

前記支持基体８の内周部には杭支持部１０がベアリング１１，１２により支持基体８に対し回転自在に支持されており、この杭支持部１０の下部のカップリング１３に前述の杭９の上端が接続される。

前記杭支持部１０には、前記杭回転用ケーシング５の回転を杭支持部１０に伝達または遮断する繋合手段１４が設けられており、この繋合手段１４は、前記杭回転用ケーシング５に対し杭支持部１０がフリーな状態（トルク非伝達状態）と、摩擦により杭回転用ケーシング５の回転トルクを杭支持部１０に伝達する摩擦伝達状態（小トルク伝達状態）と、同噛み合いによる噛み合い伝達状態（大トルク伝達状態）とに切り換えるようになされている。

すなわちその具体例としては、図３，図４に示すように、前記杭回転用ケーシング５の外周面軸方向に延びかつ周方向に断続する横断面が凸円弧状の複数（図では４個）の凸部１５，１５…（図２中に便宜的に水平断面を表示）と、杭支持部１０の上方位置で前記杭回転用ケーシング５の外周面に対向する位置に設けられた横断面が凹円弧状の複数（図では４個）の凸部１６，１６…と、この凸部１６を杭回転用ケーシング５の軸心方向へ進退させる進退機構１７と、この進退機構１７を作動させる複数本の油圧シリンダ１８，１８…とで構成されている。

上記進退機構１７は、前記凸部１６，１６…の背部の上下部に形成され断面Ｔ形（図４（Ａ）示）をなす各傾斜部１６ａ、１６ａが上下のシュー１９、１９の傾斜溝部１９ａ，１９ａにスライド自在に嵌合され、下部のシュー１９は前記支持基体８に固定され、上部のシュー１９は前記油圧シリンダ１８の伸縮作動により上下動するように構成されており、上部のシュー１９が下降動するとき上下のシュー１９、１９の接近動により凸部１６を押し出し、上部のシュー１９が上昇するとき後退するように構成されている。

前記凸円弧状の凸部１５，１５…と凹円弧状の凸部１６，１６…とは、それぞれ周方向に互いに嵌合し合える間隔をおいて配設されている。

上記杭支持部１０の凸部１６，１６…は前記進退機構１７によりその凹曲面状の内周面で仮想される円の内径が拡縮され、拡径時にはその内周面が杭回転用ケーシング５側の凸部１５，１５…の外周面に対し非接触状態（図４（Ａ）示）となり、縮径により凸部１５と１６とが面接触し得る状態（図４（Ｂ）示）となり、さらに縮径することにより杭支持部１０側の凸部１６，１６…が杭回転用ケーシング５側の凸部１５，１５…間に嵌入して噛み合い状態（図４（Ｃ）示）になるように構成されている。

上記凸部１６，１６…の拡縮手段としては、例えば実公平８−３５０９号公報に記載のようなクラッチ機構を採用することができる。

また上記進退機構１７に関しては上記構成に限られるものではなく、他の機構によるものであってもよい。

図１、図２中、２０は駆動部１を吊持して昇降させるワイヤ用シーブ、２１は駆動用モータおよび減速機を示す。

次に上記実施形態の作用を説明する。

まず駆動部１の昇降用油圧シリンダ７，７を短縮作動して駆動部１側の出力軸と中掘りロッド６の上端とを連結する。次いで油圧シリンダ７，７を伸長作動させて杭９の上端を杭支持部１０の下端のカップリング１３に接合して固定する。

次いで繋合手段１４の油圧シリンダ１８，１８…を短縮作動させて杭支持部１０側の凸部１６，１６…を縮径方向に作動させ、その凸部１６，１６…を図４（Ｃ）にみられるように杭回転用ケーシング５側の凸部１５，１５…間に噛合させて杭回転用ケーシング５の回転が杭支持部１０に伝達されるようにし、地盤の掘削と杭９の圧入とを開始する。

掘削が進み、土質が硬質地盤にさしかかったときは、繋合手段１４の油圧シリンダ１８，１８…を伸長作動させて杭支持部１０側の凸部１６，１６…を図４（Ａ）にみられるように杭回転用ケーシング５側の凸部１５，１５…間から離脱させ、杭回転用ケーシング５の回転が杭９に伝達されないようにして中掘りロッド６のみによる掘削作業を行い、掘り進んだとき杭支持部１０側の凸部１６，１６…を杭回転用ケーシング５側の凸部１５，１５…間に再嵌合させて杭９の回転と圧入とを行う。

さらに深く杭９を建て込むために杭９を継ぎ足すときは、既に圧入した杭９を杭支持部１０から外し、次いで駆動部１の油圧シリンダ７，７を短縮作動させて杭回転用ケーシング５と杭支持部１０のカップリング１３を露出させ（図２示）、その部分で切り離す。

その後、杭支持部１０を最初の状態に戻し、継ぎ足し用の中掘りロッド６および杭９を接続して再び掘削工程に入る。

図５〜図８は本発明の他の実施形態を示すもので、この実施形態は前記実施形態における駆動部１の油圧シリンダ７，７を用いず、支持基体８をワイヤ掛止部２２に結着するワイヤにより吊持して昇降させる昇降手段としたものであり、駆動部１に繋合手段１４の油圧シリンダ１８，１８…が設けられ、この油圧シリンダ１８，１８…にレバー２３，２３を介して１個のシュー２４，２４を支持し、このシュー２４の下降により杭回転用ケーシング５側の凸部１５，１５…と杭支持部１０側の凸部１６，１６…とが摩擦接触→噛合状態（図８（Ｂ）→（Ｃ））へ移行するようになっており、これらレバー２３，２３、シュー２４，２４はワイヤにより昇降する杭支持部１０のケーシング２５内に納められている。

他の構成作用は前記実施形態と同様であるから、これと対応する部分には同一符号を付すに留めてその詳細な説明は省略する。

本発明による回転圧入装置の一実施形態の主要部を示すもので、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は側面図。 同、杭の回転保持部を下降させた圧入時の状態を示し、繋合手段の部位を便宜上横断面として図中に記載した正面図。 図２における繋合手段の部分を拡大して半部を断面表示とした正面図。 図３の繋合手段の作用を示し、（Ａ）はトルク非伝達時、（Ｂ）は小トルク伝達時、（Ｃ）は大トルク伝達時の各横断面図。 本発明の他の実施形態を示し、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は側面図。 同、杭の回転保持部を下降させた圧入時の状態を示す要部を断面とした正面図。 図５、図６における繋合手段部分を拡大して示す断面図。 図７の繋合手段の作用を示し、（Ａ）はトルク非伝達時、（Ｂ）は小トルク伝達時、（Ｃ）は大トルク伝達時の各横断面図。

符号の説明

１ 駆動部
４ 遊星歯車機構
５ 杭回転用ケーシング
６ 中堀りロッド
８ 支持基体
７ 油圧シリンダ
９ 杭（中空杭）
１０ 杭支持部
１４ 繋合手段
１５ 杭回転ケーシング側の凸部
１６ 杭支持部側の凸部
１８ 繋合手段作動用油圧シリンダ
１９ シュー
１９ａ 傾斜カム溝
２２ ワイヤ掛止部
２３ レバー
２４ シュー
２５ ケーシング

Claims (4)

1. リーダマストにそって昇降自在に吊持される駆動部に中掘りロッドおよび杭回転用ケーシングをモータによりそれぞれ回転駆動自在に支持し、この中掘りロッドに外嵌される杭回転用ケーシングの支持基体を前記駆動部に昇降手段により所定範囲にわたって上下動可能に支持するとともに該支持基体に下端に杭を支持する杭支持部を回転自在に支持し、前記杭の上下動範囲において前記杭支持部の回転と非回転とを切り替え可能に前記杭回転用ケーシングと杭支持部とを繋脱する前記杭支持部に結合した回転自在な繋合手段を設け、シリンダの伸縮作動により前記繋合手段を繋脱可能に構成してなり、前記繋合手段の繋合時に前記杭回転用ケーシングの回転を杭支持部に伝達して杭を回転させ、非繋合時に回転が断たれるようにしたことを特徴とする回転圧入装置。
2. 前記繋合手段は、前記杭回転用ケーシングの外周面軸方向に延びかつ外周面周方向に断続して設けられる複数の断面凸円弧状凸部と、前記杭支持部の内周面周方向に断続して設けられる複数の断面凹円弧状凸部とで構成され、回転非伝達時には前記杭支持部側の凸部内周面による仮想円の内径を拡径させて該凸部を杭回転用ケーシングの凸部外周面に対し非接触とし、低トルク伝達時には杭支持部側の凸部内周面による仮想円の内径を縮径させ該凸部と杭回転用ケーシングの凸部とを面接触させてその摩擦力により回転を伝達させ、高トルク伝達時には杭支持部側の凸部内周面による仮想円の内径をさらに縮径させ該凸部を杭回転用ケーシングの凸部間に嵌合させて噛み合い状態とすることにより高トルクによる回転伝達をなさしめるようにされている請求項１記載の回転圧入装置。
3. 前記支持基体の昇降手段が油圧シリンダである請求項１または２記載の回転圧入装置。
4. 前記支持基体の昇降手段がワイヤおよびその巻上げ機である請求項１または２記載の回転圧入装置。

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