JP4367817B2 - Whole ground excavator using flexible bit - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、杭及び立坑を構築するための地盤掘削装置に関し、特に、ケーシングで基礎孔を掘削し拡径ウイングでその基礎孔を拡径する地盤掘削装置により地盤の硬質、軟質に関わりなく掘削する全地盤掘削装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
【0003】
図8〜図12に従来の地盤掘削装置1Aと、これによる硬岩地盤を垂直削孔する場合の状態を示している。
図8及び図9において、地盤掘削装置1Aは、地盤GL上に設置された回転掘削機3Aで上下及び回転動されるケーシング5Aと、ケーシング5Aの下部に設けられた拡径ウイング7Aとで主要構成がされている。
ケーシング5Aの下端部に複数のケーシングカッター5Bが水平に取り付けられ、基礎孔dAを掘削するよう構成されている。
拡径ウイング7Aの先端部に裁頭円錐状に複数の回転カッター16Aが設けられ、基礎孔dAを拡孔DAに拡径するよう構成されている。
【0004】
図10〜図12には上記地盤掘削装置1Aの作動要領が示されている。
図10は、掘削地盤G0上にケーシング5Aの下端部が接地された休止状態を示していて、ジャッキ6Aと拡径ウイング7Aとの間hにたとえば500mmの距離が設けられている。
【0005】
図11は、基礎孔dAをケーシング5Aのケーシングカッター5Bによって掘り下げられる状態を示している。掘り下げる距離は、h=500mmが最大距離となってその時の基礎孔dAの地面はG1である。
【0006】
図12は、基礎孔dAの拡径掘削を示している。図11のケーシング5A位置から500mm上方にケーシング5Aを引上げて、拡径ウイング7Aに上方から推力をかけ回転カッターであるローラービット16Aの掘削によって拡径する。拡径掘削におけるジャッキ6Aと拡径ウイング7Aとの最大距離Hは1000mmとなる。この拡径ウイング7Aによる拡径掘削後は、再度ケーシング5Aを押し下げて基礎孔dAの地面G1を掘り下げる。
【0007】
上記構成の地盤掘削装置1Aによる掘削工事において、地盤が軟弱地層から硬岩に替わるような場合には、硬質地盤と軟質地盤とでは掘削方法が異なり、また、削孔方向が垂直の場合には、掘削ズリの集め方、孔外への排出方法等に相異がある。そのため、硬質地盤と軟質地盤とで切削工具の交換(例えば、軟質地盤では硬質の刃を取り付けたバイト型切削具、硬質地盤ではディスクカッター又はローラービット)が必要であり、また、掘削土砂の排出は、一般的に水流で中央部に集めて揚泥管で排出するが、大口径の場合には大きな動力を必要とし、地表部に土砂分離装置やヤードが必要となる。
【0008】
上記のような、従来の地盤掘削機における、地盤の硬、軟質に適応する掘削装置への取り替えは工数増と工期の延長となり、多量の資、機材の運搬工数を要し、これらを人力で行う場合には時間がかかり、危険を伴い、止水を必要とする、という諸欠点がある。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記に鑑みてなされたもので、地盤の硬質、軟質に関係なく、例えばドライでも水中においても、掘削装置を取り替える必要のない全地盤掘削装置の提供を目的としている。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明の可撓式ビットを用いた全地盤掘削装置によれば、杭及び立坑を構築するための地盤掘削装置において、拡径ウイングに撓み性を有する可撓式ビットと回転式ビットとを備え、前記可撓式ビットはその掘削刃先端が前記回転式ビットの刃先端より掘削地盤方向に長寸に設けられている。
【0011】
上記によって、基礎孔即ち先行孔をケーシングで掘削し、拡径ウイングで拡径する。その拡径時に可撓式ビットは刃先までの寸が長いので、拡径ウイングが掘削回転する場合に掘削地盤にまず接触し軟弱地盤であれば、この可撓式ビットで掘削する。掘削地盤が硬い地盤には、可撓式ビットが撓んで回転式ビットが硬い地盤に接触して掘削を行う。したがって、硬質地盤と軟弱地盤でビットの異なる掘削装置に装着替えをすることなく一貫して掘削を行うことができる。
【0012】
前記可撓式ビットは、複数の鋼線を集合して構成されることが好ましい。
【0013】
これによって、鋼線先端部と線部が刃となり線部で可撓性を得ている。可撓性は、鋼線の材質と径及び数量で任意に所定値につくることができる。
【0014】
また、前記可撓式ビットは、複数の鋼線を集合して長方形箱状に構成されて前記拡径ウイングに装着され、その拡径ウイングの半径方向外方に取り付けられた長方形箱状の一端が半径方向内方に取り付けられた長方形箱状の他端より拡径ウイングの掘削回転方向に進んだ位置にあることが好ましい。
【0015】
これによって、可撓式ビットがウイングの回転方向に傾いているので、軟弱地盤の掘削だけでなく、ズリを基礎孔中心方向に集めグラブ排出を容易にする。
【0016】
また、前記可撓式ビットは、掘削孔中心より放射状に配置され回転によって掘削ズリを中央部に集めるように構成しても良い。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下、図によって本発明の可撓式ビットを用いた全地盤掘削装置の実施形態を説明する。
【0018】
図1〜図3において、可撓式ビット13を設けた拡径カッター10を示し、図6及び図7において、拡径カッター10と拡径ウイング7及びケーシング5との関係を示している。
【0019】
図1において、拡径カッター10は、平板状のカッター支持体11と、可撓式ビットである鋼線カッター13と、回転式ビットである回転カッター16とで主要部が構成されている。
【0020】
カッター支持体11は、一端部に角棒状の鋼線支持部12によって鋼線カッター13を保持し、他端部にコの字状の回転カッター支持部14と回転カッター支持部14を貫通する軸15によって回転カッター16を回転自在に保持している。
【0021】
鋼線カッター13は、複数の同長の鋼線材を集合して長方形箱状に形成され、上端部が鋼線支持部12に固着されている。
なお、鋼線材の材質、線径、線長さ、本数等によって撓み性が任意に設定できる。
【0022】
回転カッター16は、公知のディスクカッターを使用しているが公知のローラービットでも良い。
【0023】
カッター支持体11は、後記する拡径ウイング7に、掘削回転方向の前進方向に鋼線カッター13が、その後部に回転カッター16が配置されるように取り付けられている。
【0024】
鋼線カッター13の脚長となる掘削刃先端13aから図1における掘削地面Gsまでの距離は、回転カッター16の刃先端である最下端部16aより長くして構成されている。これによって、掘削に際してはまず鋼線カッター13が掘削地面Gsに接地し、掘削抵抗が大で鋼線カッター13が撓む図2の状態では回転カッター16が接地して掘削するようになっている。
【0025】
図4は、鋼線カッター13の集合状態を変えたもので、鋼線材を小数の束にまとめた線束13wを固定端部12bで固定したものを1単位とし、複数単位を集合した鋼線カッター13bを示している。固定部12bを枠体11bで固定して1体として、前記図1〜図3における、カッター支持体11に固着させて構成されている。線束13w間の空隙が、掘削ズリを一気に押さず集ズリ抵抗をさげる等の効果がある。
また、消耗の激しい部位の線束13wを交換することが可能で、脱着が容易である。
【0026】
図5は、1本の捻り鋼線材13rを固定部12cで固定したものを1単位とし、複数単位を集合した鋼線カッター13cを示している。固定部12cを枠体11cで固定して1体として、前記図1〜図3における、カッター支持体11に固着させるよう構成されている。撓み剛性の高いカッターに形成することが容易である。また、線束13r間の空隙が、掘削ズリを一気に押さず集ズリ抵抗をさげる等の効果がある。また、消耗の激しい線束13rを交換することが可能で、脱着が容易である。
【0027】
図6及び図7において、上記拡径カッター10の拡径ウイング7への装着状態を、従来の地盤掘削装置1Aと異なるところを主にして説明する。
ケーシング5の下部にケーシング5に沿って伸縮する複数のジャッキ6が設けられ、そのジャッキ6のピストン6aで拡径ウイング7が上下動自由に支持されている。
【0028】
その拡径ウイング7の下端部に回転時に載頭円錐状を形成するように、図においては3ヶのカッター支持部7aが設けられている。そのカッター支持部7aのそれぞれに1〜2ヶの前記拡径カッター10が装着されている。
【0029】
図7において、拡径カッター10に複数の回転カッター16が装着され拡径ウイング7の回転する円周線に沿って回転するよう取り付けられている。
【0030】
鋼線カッター13は、回転カッター16と共に装着されているが、図示例では、カッター支持部7aへの取り付けは放射状でなく、半径方向外方の端部13o(図3参照)が、半径方向内方の端部13i(図3参照)より掘削回転方向に進んだ位置に取り付けられている。
また、鋼線カッター13を、掘削孔中心より放射状に配置し、回転によって掘削ズリを中央部に集めるように構成しても良い。
【0031】
カッター支持部7aに装着される複数の鋼線カッター13は、それぞれが半径方向寸法で不等位置に装着されている。これによって拡径部面積の全体を掘削できるよう配置され、また掘削ズリを基礎孔dに集ズリするよう配置されている。
【0032】
上記構成の全地盤掘削装置1の作用を説明する。
図6において、ケーシング5がジャッキ6の半ストロークhだけ基礎孔dを掘削した状態にある。
【0033】
次に、ケーシング5をhだけ上方に引き上げて、拡孔Dに拡径する掘削の準備をする。これによって、拡径掘削で生じるズリの集積及び排出スペースを形成する。
【0034】
次いで、拡径ウイング7で拡孔Dを掘削する。
例えば、掘削地盤が軟弱地層であれば、図1におけるように、鋼線カッター13が掘削する。同時に、掘削ズリを基礎孔d方向に押し出して集積させ、グラブ排出させる。
【0035】
掘削地盤が軟弱地層から硬質の岩等に変化すると、図2に示すように、鋼線カッター13は鋼線材の曲げ撓み性によって掘削方向と逆方向に曲げられる。拡径ウイング7には、ジャッキ6によって上方から絶えず推力がかけられているので鋼線カッター13の撓みは大きくなり回転カッター16が接地して硬質地層を掘削する。回転カッター16の掘削によって生じるズリは、鋼線カッター13によって基礎孔d方向に押し出して集積させ、グラブ排出させる。
【0036】
硬質地層の掘削から軟弱地層に戻った場合は、再度鋼線カッター13で掘削を行う。
上記のようにして、地盤の軟弱〜硬岩への変化も、可撓性のある鋼線カッター13の撓みによって一貫して掘削を継続することができる。
【0037】
【発明の効果】
本発明の作用効果を、以下に列挙する。
(1) 本発明の可撓式ビットを用いた全地盤掘削装置によって、基礎孔を拡径に際して軟弱地盤では可撓式ビットで掘削し、硬質地盤では回転式ビットで掘削を進める。これによって掘削装置を交換することなく一貫して掘削を継続できる。
(2) 掘削地質によって掘削装置をかえることがないので、装置交換の手間が不要になり工期の短縮ができる。
(3) 掘削装置の交換がないので、多量の資、機材を運搬する手間が不要になる。
(4) 掘削装置交換に伴う工期の長期化、危険がなくなる。
(5) ドライ工事と水中工事が一貫でき、止水も不要になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の可撓式ビットを用いた拡径カッターを示す側面図。
【図2】図1の拡径カッターで硬質地盤を掘削する状態を示す説明用側面図。
【図3】図1のX矢視正面図。
【図4】可撓式ビットの別形状を示す正面図。
【図5】可撓式ビットのさらに別形状を示す正面図。
【図6】図1の拡径カッターを装着した本発明の全地盤掘削装置の側面図。
【図7】図6のY矢視図。
【図8】従来の掘削装置の側面図。
【図9】図8のZ矢視図。
【図10】従来の掘削装置による掘削の説明図で掘削前の状態を示す側面図。
【図11】従来の掘削装置による掘削の説明図でケーシングによる基礎孔の掘削状態を示す側面図。
【図12】従来の掘削装置による掘削の説明図で拡径ウイングによる基礎孔の拡径状態を示す側面図。
【符号の説明】
d・・・基礎孔
D・・・拡孔
Gs・・軟弱地盤
Gh、Gc・・硬質地盤
1・・・本発明の可撓式ビットを用いた全地盤掘削装置
3A・・・回転掘削機
5・・・ケーシング
5b・・ケーシングカッター
6・・・ジャッキ
7・・・拡径ウイング
7a・・カッター支持部
10・・拡径カッター
11・・カッター支持体
12、12b、12c・・鋼線支持部
13・・鋼線カッター(可撓式ビット)
13a・・刃先端
13b・・束鋼線カッター
13c・・捻鋼線カッターり
14・・回転カッター支持部
15・・軸
16・・回転カッター(回転式ビット)
16a・・刃先端[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a ground excavation apparatus for constructing piles and shafts, and in particular, excavates regardless of the hardness or softness of the ground by a ground excavation apparatus that excavates a foundation hole with a casing and expands the foundation hole with an enlarged wing. It relates to the entire ground excavator.
[0002]
[Prior art]
[0003]
8 to 12 show a
8 and 9, the
A plurality of
A plurality of
[0004]
The operation | movement point of the said
FIG. 10 shows a resting state in which the lower end portion of the
[0005]
FIG. 11 shows a state where the base hole dA is dug down by the
[0006]
FIG. 12 shows the diameter expansion excavation of the foundation hole dA. The
[0007]
In the excavation work by the
[0008]
Replacing the conventional ground excavator as described above with a drilling device adapted to the hardness and softness of the ground increases the man-hour and the work period, which requires a large amount of manpower and equipment transportation man-hours. It is time consuming and dangerous, and has the disadvantages of requiring water stoppage.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide an all-ground excavation apparatus that does not require replacement of the excavation apparatus regardless of whether the ground is hard or soft, for example, in dry or underwater conditions.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
According to the entire ground excavating apparatus using the flexible bit of the present invention, the ground excavating apparatus for constructing a pile and a shaft includes a flexible bit having a flexibility in a diameter expansion wing and a rotary bit. The tip of the excavating blade of the flexible bit is longer in the excavation ground direction than the tip of the rotary bit.
[0011]
According to the above, the base hole, that is, the preceding hole is excavated with the casing, and the diameter is expanded with the diameter expansion wing. Since the flexible bit has a long dimension to the cutting edge when the diameter is expanded, when the expanded wing rotates by excavation, the flexible bit is first touched to the excavated ground and is excavated by the flexible bit. On the ground where the excavated ground is hard, the flexible bit is bent and the rotary bit comes into contact with the hard ground for excavation. Therefore, it is possible to perform excavation consistently without replacing the excavator with different bits for hard ground and soft ground.
[0012]
The flexible bit is preferably configured by assembling a plurality of steel wires.
[0013]
As a result, the steel wire tip portion and the wire portion become a blade, and the wire portion is flexible. The flexibility can be arbitrarily set to a predetermined value by the material, diameter and quantity of the steel wire.
[0014]
The flexible bit is formed in a rectangular box shape by collecting a plurality of steel wires, and is attached to the enlarged diameter wing, and attached to the radially outer side of the enlarged diameter wing. Is preferably located at a position advanced in the excavation rotation direction of the enlarged diameter wing from the other end of the rectangular box attached radially inward.
[0015]
Accordingly, since the flexible bit is inclined in the direction of rotation of the wing, not only excavation of the soft ground but also gathering of the gap toward the center of the base hole facilitates grab discharge.
[0016]
The flexible bit may be arranged radially from the center of the excavation hole so as to collect excavation gaps at the center by rotation.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the entire ground excavating apparatus using the flexible bit of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0018]
1-3, the diameter-
[0019]
In FIG. 1, the main part of the
[0020]
The
[0021]
The
The flexibility can be arbitrarily set according to the material, diameter, length, number, etc. of the steel wire.
[0022]
The
[0023]
The
[0024]
The distance from the
[0025]
FIG. 4 shows the
In addition, it is possible to exchange the
[0026]
FIG. 5 shows a
[0027]
6 and 7, the mounting state of the
A plurality of
[0028]
In the drawing, three
[0029]
In FIG. 7, a plurality of
[0030]
Although the
Further, the
[0031]
The plurality of
[0032]
The operation of the
In FIG. 6, the
[0033]
Next, the
[0034]
Next, the expanded hole D is excavated by the expanded diameter wing 7.
For example, if the excavation ground is a soft formation, the
[0035]
When the excavated ground changes from a soft formation to a hard rock or the like, as shown in FIG. 2, the
[0036]
When returning from a hard formation to a soft formation, excavation is performed again with the
As described above, excavation can be continued consistently by the bending of the flexible
[0037]
【The invention's effect】
The effects of the present invention are listed below.
(1) The entire ground excavation apparatus using the flexible bit according to the present invention excavates with a flexible bit in a soft ground and expands with a rotary bit in a hard ground when expanding the foundation hole. As a result, excavation can be continued consistently without exchanging the excavator.
(2) Since excavation equipment is not changed depending on the excavation geology, labor for exchanging equipment is not required, and the construction period can be shortened.
(3) Since there is no excavation equipment replacement, there is no need to carry a large amount of materials and equipment.
(4) Longer construction period and risk associated with excavation equipment replacement.
(5) Dry work and underwater work can be integrated and water stoppage is unnecessary.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a side view showing a diameter expanding cutter using a flexible bit of the present invention.
FIG. 2 is an explanatory side view showing a state in which hard ground is excavated by the diameter expanding cutter of FIG. 1;
3 is a front view taken along arrow X in FIG.
FIG. 4 is a front view showing another shape of the flexible bit.
FIG. 5 is a front view showing still another shape of the flexible bit.
6 is a side view of the entire ground excavator of the present invention equipped with the diameter expansion cutter of FIG. 1. FIG.
7 is a view taken in the direction of arrow Y in FIG. 6;
FIG. 8 is a side view of a conventional excavator.
9 is a view as seen from the direction of the arrow Z in FIG.
FIG. 10 is a side view showing a state before excavation in an explanatory diagram of excavation by a conventional excavator;
FIG. 11 is an explanatory view of excavation by a conventional excavator and a side view showing an excavation state of a foundation hole by a casing.
FIG. 12 is a side view showing an enlarged state of a foundation hole by an enlarged wing in an explanatory view of excavation by a conventional excavator.
[Explanation of symbols]
d ... Foundation hole D ... Expanded hole Gs ... Soft ground Gh, Gc ...
13a ·· Blade tip 13b ·· Bundled
16a ... tip of blade
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