JP4638744B2 - 中空杭中掘り圧入装置における拡大ヘッド - Google Patents

Description

本発明は、掘削ヘッドを有するスクリューロッド、掘削ヘッドを有する撹拌ロッド等の掘削作業ロッドを中空杭内に挿通し、該掘削作業ロッドの掘削ヘッドにより杭先端地盤を掘削しつつ中空杭を地中に圧入していく中空杭中掘り圧入装置において、中空杭先端が、所定の深さに達したとき、上記中空杭の下端に拡大球根を造成するため、上記掘削作業ロッドの下端部に備えた拡大ヘッドに関する。

従来、この種の拡大ヘッドとして、スクリューロッド下端の掘削羽根の外周部に、拡大爪を拡縮方向に回転自在に軸支し、そしてスクリューロッドの正回転による掘削時には、周囲の地盤により拘束されて拡大爪を閉縮させるが、拡大掘削のときは、スクリューロッドを逆回転させて周囲の地盤抵抗により拡大爪を拡開させるものが知られている。（特許文献１参照）

しかし、上記の従来例では、逆回転時に、拡大爪が閉縮状態から一気に最大径に拡開するため、回転駆動部に過大な掘削抵抗が加わり、特に硬質地盤においては、回転駆動部が回転不能に至ることがしばしばあった。

これを改善するため、ヘッドロッド内に油圧シリンダを同軸的に内蔵し、該シリンダの駆動により、ヘッドロッド外周部に軸支した拡大翼をヘッドロッドに対し羽ばたき態様で拡縮させるものが提案された。（特許文献２参照）

しかし、上記の改善案も、拡大掘り後拡大翼を中空杭内を通して引き抜くべく閉縮した際、拡大翼とヘッドロッドとの間に土砂を挾みこんで閉縮困難となり、遂には拡大翼の引き抜きが困難となって、中空杭を一旦引き抜かざるをえない場合があった。
特開２００３−２３９６６９ 特開２００２−３２２８９０

本発明は、拡大翼が土砂を挾みこんで閉縮不能となっても、拡大ヘッドを中空杭内から引き抜くことができるようにすることを課題とする。

そこで、本発明は、
中空杭内に挿通された掘削作業ロッド下端部のヘッドロッド内に、ピストン固定型又はシリンダ固定型油圧シリンダを同軸的に内蔵し、
上記ヘッドロッドの外周部に拡大翼を、ヘッドロッドの軸心線を通る平面上で揺動自在に、拡大翼基端部において、ピンジョイントし、
上記油圧シリンダは、上記拡大翼を拡開すべき上記シリンダ又はピストンの往動を油圧により駆動し、拡大翼を拡縮すべき復動を該シリンダ内に内装されたスプリングにより駆動する単動式シリンダとし、
上記油圧シリンダの往復駆動すべきシリンダ又はピストンに作動リンクの一端をピンジョイントし、該作動リンクの他端を上記拡大翼の中間部にピンジョイントし、
上記各ピンジョイントのいずれか１又は複数のピンを、上記拡開状態の拡大翼の中空杭下端との衝突により剪断可能とした、
中空杭中掘り圧入装置における拡大ヘッドを提案する。

本発明の中空杭中掘り圧入装置における拡大ヘッドによれば、普通の地盤では、スプリングの戻し力によって、拡大翼を閉縮させ、それにより拡大翼を中空杭内を通して地上に引き抜くことができる。
しかし、普通地盤であっても、土砂の圧密化等によってスプリングの戻り力だけでは拡大翼を十分に閉縮できない場合は、拡開状態の拡開翼を中空杭内にゆっくり引き上げて拡大翼を中空杭下端で押し下げ、その押し下げと上記スプリングの戻し力との協力で拡大翼を閉縮させることができ、このような協力によっても拡大翼を閉縮できないときに、緊急の手段として、拡大翼を中空杭下端に衝突させて剪断可能ピンを剪断して拡大翼を閉縮させることができるのである。

本発明における上記「拡大翼を拡縮揺動させる」ものには、拡大翼を拡開状態から下方へ回転移動させて閉縮するもの、及び拡開状態から上方へ回転移動させて閉縮するものを含む。

又、上記「剪断可能としたピン」には、ピンの直径を小さくしたもの、ピンの剪断すべき部位に予め環状溝を形成したもの、ピンの材質を強度の弱いものとしたもの、その他種々のものがある。

（実施例１）
図１の中空杭中掘り埋込み装置は、鋼管杭（１）内に掘削スクリューロッド（２）を挿通した状態を示している。該スクリューロッド（２）の上端部は回転駆動装置（図示略）に回転伝達可能に接続している。また、鋼管杭（１）の上端部（図示略）は、上端受け部材（回転キャップ）により支持させると共に、引張りワイヤロープにて上方から吊り下げた状態になっている。
上記掘削スクリューロッド（２）は、本体ロッド（３）の下端にヘッドロッド（４）を接続し、該ヘッドロッド（４）の下端部外周に掘削羽根（５）を突設すると共に、上記ヘッドロッド（４）上端部外周から本体ロッド（３）下端部外周にかけて約３巻のスクリュー羽根（６）を突設している。
このような中空杭中掘り埋込み装置の拡大ヘッドとして、ヘッドロッド（４）に、本例では、一対の拡大翼（７）、（７）が装備されている。この一対の拡大翼（７）、（７）は、ヘッドロッド（４）の直径方向に拡開した位置から下方へ回転移動してヘッドロッド（４）に添接する位置に閉縮するように構成されている。

上記拡大ヘッドの構造は次のようである。図２においては、上記ヘッドロッド（４）内部を円筒状のシリンダ案内孔（８）に形成し、該案内孔（８）内に、本例ではピストン固定型の単動式油圧シリンダを内蔵してあり、まず、上記案内孔（８）の軸心線位置に、ほぼ中間部に油圧口（１０）、（１０）を開口した中空の油圧路兼ピストンロッド（９）を縦通し、その両端部を案内孔（８）の上下端板にそれぞれ固定し、該ピストンロッド（９）の上記油圧口（１０）、（１０）の下部にピストン（１１）を固定し、このピストン（１１）に摺動自在に被嵌したシリンダ（１２）を上記案内孔（８）内に摺動自在に嵌合すると共に、該シリンダ（１２）の上下端板を上記ピストンロッド（９）に摺動自在に被嵌してある。上記油圧路兼ピストンロッド（９）は、上記本体ロッド（３）からヘッドロッド（４）上端部に縦通する油圧供給路（１３）と連通している。

一方、一対の拡大翼（７）、（７）は、上記ヘッドロッド（４）の上端部外周面における直径方向相対する位置に突設されたブラケット（１４）、（１４）に、翼基端部において、該ヘッドロッドの軸心線を通る平面上で揺動自在にジョイントピン（１５）、（１５）によりジョイントし、さらに上記シリンダ（１２）の上端部外周面における直径方向相対する位置に突設されたブラケット（１６）、（１６）を、上記ヘッドロッド（４）の周壁に開設された母線方向の案内溝（１７）、（１７）を通して外部に突出し、該ブラケット（１６）、（１６）突出部に作動リンク（１８）、（１８）の一端部をジョイントピン（１９）、（１９）によりジョイントすると共に、該作動リンク（１８）、（１８）の他端部を上記拡大翼（７）、（７）の基端寄り中間部にジョイントピン（２０）、（２０）によりジョイントしてある。（２１）は、上記案内孔（８）の上端板とシリンダ（１２）上端板の間に入れたスプリングで、上記シリンダ（１２）を常時下方へ弾発している。

上記各ジョイントピンのうち、本例では拡大翼（７）、（７）と作動リンク（１８）、（１８）とのジョイントピン（２０）、（２０）が、図５（イ）、（ロ）に示すように拡大翼（７）側のジョイント部材と作動リンク（１８）側の二又ジョイント部材との接合面に対応する部位に、剪断用環状溝（２２）、（２２）を形成して剪断可能ピンとしてある。

今、油圧供給路（１３）を経て油圧路兼ピストンロッド（９）内に圧力油が給入されると、該圧力油が油圧口（１０）、（１０）を通じてシリンダ上部室内に給入され、それによりシリンダ（１２）をスプリング（２１）に抗して上昇させ、該シリンダ（１２）の上昇に伴い作動リンク（１８）、（１８）により拡大翼（７）、（７）を上方へ押して、該拡大翼（７）、（７）をピン（１５）、（１５）を中心に上方へ拡開側に回転移動させ、最終揺動点で拡大翼（７）、（７）を最大径（水平状態）に拡開させることとなる。

ピストンロッド（９）内へ圧力油給入を停止すると共に圧力油の戻し口を開くと、スプリング（２１）の弾発力によりシリンダ（１２）を降下させつつシリンダ上部室内の油を油圧口（１０）、（１０）からピストンロッド（９）内へ逆送し、該シリンダ（１２）の降下に伴い作動リンク（１８）、（１８）により拡大翼（７）、（７）を下方へ引いて、該拡大翼（７）、（７）を下方へ閉縮側に回転移動させ、最終揺動点で拡大翼（７）、（７）をヘッドロッド（４）に添接する最小径に閉縮させることとなる。

上記拡大翼（７）、（７）の拡縮を許すために、上記拡大翼の最大拡開から最小閉縮の範囲内にあるスクリュー羽根（６）の一部及び掘削羽根（５）に、図３に示すように、拡大翼（７）、（７）の通過できる切欠（２３）…をそれぞれ設けてある。

なお、上記本体ロッド（３）からヘッドロッド（４）の外側にグラウト供給管（２４）、（２４）を配管してある。

上例の作用を次に説明する。拡大翼（７）、（７）を閉縮した状態で、掘削スクリューロッド（２）を回転させ、その掘削羽根（５）により鋼管杭（１）の下方の地盤を先掘りしつつ、掘削土砂をスクリュー羽根（６）により鋼管杭（１）内に送りこみ、該先掘り孔内に鋼管杭（１）を押しこんでいく。

鋼管杭（１）を所定深さまで押しこんだら、スクリューロッド（２）を回転させつつ、油圧供給路（１３）、ピストンロッド（９）を経てシリンダ（１２）内に圧力油を供給してシリンダ（１２）を上昇させ、それにより作動リンク（１８）、（１８）を介して拡大翼（７）、（７）を拡開させる。その場合圧力油の寸動供給により拡大翼（７）、（７）を徐々に拡開させて過大な掘削抵抗を回避する。最大径の拡大掘削を行い、グラウト供給管（２４）、（２４）を通じてグラウトを拡大掘削孔内に注入して拡大球根の造成を行う。

作業後、スクリューロッド（２）を引き抜くため、圧力油の戻し口を開き、スプリング（２１）の弾発力によりシリンダ（１２）ついで作動リンク（１８）、（１８）をそれぞれ押し下げて拡大翼（７）、（７）を閉縮揺動させたとき、該拡大翼（７）、（７）、作動リンク（１８）、（１８）とヘッドロッド（４）の間に土砂を挾みこみ、それが上記作動リンク（１８）、（１８）の降下を阻害し、それにより拡大翼（７）、（７）が鋼管杭（１）内を通過できない半閉じの状態（図４実線の状態）に止まる場合がある。

そこで、スクリューロッド（２）を引き上げる。すると半閉じの拡大翼（７）、（７）が鋼管杭（１）の下端に当たり、更にスクリューロッド（２）を引き上げることにより該拡大翼（７）、（７）が強制的に下方へ押圧され、それにより剪断可能ピン（２０）、（２０）が剪断されて拡大翼（７）、（７）と作動リンク（１８）、（１８）とのジョイントが断たれる。かくして拡大翼（７）、（７）は、同図仮想線で示すように、鋼管杭（１）下端に押されて閉縮側に変位し、鋼管杭（１）内を通過可能となる。

（実施例２）
図６の他の実施例は、一対の拡大翼（７ａ）、（７ａ）がヘッドロッド（４ａ）の直径方向に拡開し、該位置から上方へ回転して閉縮するようにした例である。本例においては、図示のように拡開した拡大翼（７ａ）、（７ａ）により拡大掘削をした後スクリューロッド（２ａ）を引き抜くときは、拡大翼（７ａ）、（７ａ）を上方へ回転して閉縮する。しかし上記の閉縮回転において拡大翼（７ａ）、（７ａ）、作動リンク（１８ａ）、（１８ａ）とヘッドロッド（４ａ）の間に土砂を挾みこみ、それにより拡大翼（７ａ）、（７ａ）が鋼管杭（１ａ）内を通過できない半閉じの状態に止まったときは、スクリューロッド（２ａ）を強力に引き上げる。すると半閉じの拡大翼（７ａ）、（７ａ）が鋼管杭（１ａ）の下端に当たり、更にスクリューロッド（２ａ）が引き上げられるので該拡大翼（７ａ）、（７ａ）が強制的に下方に押圧され、それにより剪断可能ピン（２０ａ）、（２０ａ）が剪断されて拡大翼（７ａ）、（７ａ）と作動リンク（１８ａ）、（１８ａ）とのジョイントが断たれる。かくして拡大翼（７ａ）、（７ａ）は鋼管杭（１ａ）の下端に押されて、同図仮想線で示すように、下方へ閉縮して鋼管杭（１ａ）内を通過可能となる。

（実施例３）
図７は、拡大翼（７ｂ）、（７ｂ）の先端部上面に爪を突設し、他の構造は図１、２、３、４、５と実質的に同一とした例である。なお、拡大翼の先端部上面に、図７と同様に爪を突設し、他の構造は図６と実質的に同一とした例（図示略）もえられる。

本発明の拡大ヘッドを備えた鋼管杭中掘り埋込み装置の縦断正面図である。 拡大ヘッド部分の拡大縦断面図である。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。 拡大翼半閉じ状態の拡大ヘッド部分の拡大縦面図である。 （イ）剪断可能ピンによるジョイント部分の断面図である。（ロ）剪断可能ピンの拡大正面図である。 他の実施例の拡大縦断面図である。 さらに他の実施例の拡大縦断面図である。

符号の説明

１、１ａ 鋼管杭
２、２ａ 掘削スクリューロッド
４、４ａ ヘッドロッド
７、７ａ 拡大翼
１１、１１ａ ピストン
１２、１２ａ シリンダ
１８、１８ａ 作動リンク
２０、２０ａ ジョイントピン（剪断可能ピン）

Claims (1)

1. 中空杭内に挿通された掘削作業ロッド下端部のヘッドロッド内に、ピストン固定型又はシリンダ固定型油圧シリンダを同軸的に内蔵し、
   上記ヘッドロッドの外周部に拡大翼を、ヘッドロッドの軸心線を通る平面上で揺動自在に、拡大翼基端部において、ピンジョイントし、
   上記油圧シリンダは、上記拡大翼を拡開すべき上記シリンダ又はピストンの往動を油圧により駆動し、拡大翼を拡縮すべき復動を該シリンダ内に内装されたスプリングにより駆動する単動式シリンダとし、
   上記油圧シリンダの往復駆動すべきシリンダ又はピストンに作動リンクの一端をピンジョイントし、該作動リンクの他端を上記拡大翼の中間部にピンジョイントし、
   上記各ピンジョイントのいずれか１又は複数のピンを、上記拡開状態の拡大翼の中空杭下端との衝突により剪断可能とした、
   中空杭中掘り圧入装置における拡大ヘッド。

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