JP4640644B2 - 既製杭埋め込み用掘削ヘッド - Google Patents

Description

本発明は、主としコンクリート製の円筒形又は円柱形の既製杭を地中に設置する際に使用し、埋設された既製杭の下端部に拡大球根を造成するための拡大掘削刃を備えた既製杭埋め込み用掘削ヘッドに関する。

従来、既製杭埋め込み方法として、中掘り工法及びプレボーリンク工法がある。中掘り工法は、先端に掘削ヘッドを固定した備えたスパイラルオーガを中空の既製杭内に挿入しておき、この掘削ヘッドを杭下端下に突出させて杭中空部下の地盤を掘削しつつ既製杭を地中に圧入する工法であり、既製杭の外周面が地盤と密着した状態で圧入される。プレボーリング工法は、先端に掘削ヘッドを固定した備えたスパイラルオーガ使用して既製杭挿入孔を地中に形成し、その既製杭挿入孔内にセメントミルクを充填した後既製杭を挿入する工法である。

これらのいずれの工法においても、既製杭の下端を地中の安定地盤（支持地盤）に支持させる方法として、拡大球根を形成する方法がある。この方法は地中に埋設した既製杭の下端に該既製杭の径より大きい径の球根（拡大球根）をセメントミルクの注入によって形成するものであり、この拡大球根を造成するために、従来、拡大掘削刃を使用した掘削ヘッドが使用されている。

この種の掘削ヘッドとしては、例えば、図８、図９に示す如き構造のものが使用されている（例えば特許文献１）。この掘削ヘッドは、中心軸４１周囲に螺旋状配置のスクリュー羽根４２を固定し、そのスクリュー羽根４２の一部を切り欠いてに拡大掘削刃支持部４３を形成し、該拡大掘削刃支持部４３に縦向きの枢支軸４４をもって拡大掘削刃４５を枢支させている。

この拡大掘削刃４５は、掘削ヘッド１地中で正回転、即ちスクリュー羽根４２の旋回によって堀進する方向に回転させることによって、地盤の抵抗によりスクリュー羽根４２の外周の回転半径より内側に倒され、掘削ヘッドを逆回転、即ちスクリュー羽根４２の回転によって後退する方向に回転させることにより地盤の抵抗により半径方向に起立し、先端がスクリュー羽根４２の外周の回転半径より外側に突出されるようになっている。

この掘削ヘッドによる拡大球根の形成は、中掘り工法においては、例えば図１０に示すように先端に掘削ヘッドを固定したスパイラルオーガ４６を既製杭４７内に挿入し、掘削ヘッドを先行させて掘削排土させつつ既製杭４７を所定の深さまで挿入し、然る後、既製杭４７の挿入を停止させ、掘削ヘッドを正回転させて拡大球根分だけ掘孔し、その後掘削ヘッドを逆転させて上昇させることによって、拡大掘削刃４５を起立させ、これによって拡大掘削刃４５の突出分だけ孔の径を拡大させた拡大球根形成部４８を造成し、その中に掘削ヘッドの中心軸内を通してセメントミルクを注入し、拡大球根４９を造成している。

また、プレボーリング工法では、図示してないが、先端に掘削ヘッドを固定したスパイラルオーガをもって所定深さの杭挿入孔を形成し、その下端で掘削ヘッドを逆転させながら上昇させることによって前述と同様に、拡大掘削刃の突出分だけけいの大きい拡大球根形成部を造成し、その拡大球根形成部にセメントミルクを注入した後、既製杭をその中に建て込むことによって拡大球根を既製杭と一体化させるようにしている。

この他、スクリュー羽根とは別の位置にあって中心軸に対して固定した拡大掘削刃支持部を設け、これに拡大掘削刃を回動自在に支持させた構造のものも知られている（例えば特許文献２）。
特開平１１−３５０４７３号公報 特開平１１−６２４５２号公報

このような従来の拡大掘削刃付きの掘削ヘッドにおいては、排土しながら堀進させる際には、拡大掘削刃をスクリュー羽根の外径より内側に倒した状態に収納させる必要があるため、逆回転による拡大掘削の際の拡大掘削刃の突出長さ及び強度に限界があり、従来は掘削ヘットのスクリュー羽根の１．２〜１．４倍程度の拡大率の拡大球根しか造成することができなかった。

特に、プレキャストコンクリート製の既製杭（以下ＰＣ杭と記す）を使用した中掘り工法においては、既製杭に一定以上の肉厚が必要であり、しかもスパイラルオーガ及び掘削ヘッドはその中心の中空部に挿入できる径のものでなければならないため、拡大球根径の既製杭径に対する拡大率は小さいものとならざるを得ないという問題があった。

本発明はこのような従来の問題に鑑み、拡大球根形成部の径の拡大率を従来に比べて大きくでき、ＰＣ杭を使用した中掘り工法において、杭径に対する拡大球根径の拡大率を充分に大きくすることができる杭下端下の拡大球根の径を従来に比べて大きくすることができる既製杭埋め込み用掘削ヘッドの提供を目的としてなされたものである。

上述の如き従来の問題を解決し、所期の目的を達成するための請求項１に記載の発明の特徴は、縦向きの中心軸の外周面にスクリュー羽根を螺旋状に突設したスパイラルオーガと、該スパイラルオーガの下端に突設した地盤掘削用のビットとを備え、前記中心軸を正回転させることによって前記スクリュー羽根の外径より内側に収納され、逆回転させることによって前記スクリュー羽根の外径より外側に突出する拡大掘削刃を備えてなる既製杭埋め込み用掘削ヘッドにおいて、該拡大掘削刃に、前記スクリュー羽根より外側に水及び／又はセメントミルク等の高圧流体を噴射させるための高圧流体噴射用のノズルを備え、前記拡大掘削刃は、前記中心軸に対して回動可能に取り付けたアーム部と、該アーム部の先端部に突設した掘削ビットを有し、該掘削ビットを、アーム部先端の前記中心軸の逆回転時の回転方向前方側に片寄せて突設するとともに、該掘削ビットの背部のアーム部先端に前記ノズルを開口させ、前記拡大掘削刃の突出側の動作によって、該拡大掘削刃とともに前記ノズルの位置が前記スクリュー羽根の半径方向外側に移動されるようにしたことにある。

本発明においては、中心軸を正回転させることによって前記スクリュー羽根の外径より内側に収納され、逆回転させることによって前記スクリュー羽根の外径より外側に突出する拡大掘削刃を備え、該拡大掘削刃の先端部分に高圧液体噴射用のノズルを該拡大掘削刃の先端延長方向側に向けて備え、該ノズルを前記中心軸に設けた給液路に連通させたことにより、拡大掘削刃を突出させることによってその先端をスクリュー羽根の径より外側に突出されると同時に、その先端部に設けたノズル位置も外側に移動されることとなり、このノズルからの掘削ジェット水によって、拡大掘削刃の先端より更に外側を掘削することができることとなり、より径の大きい拡大球根形成部を造成することができる。

また、拡大掘削刃は、前記中心軸に対して回動可能に取り付けたアーム部と、該アーム部の先端部に突設した掘削ビットを有し、該掘削ビットは、アーム部先端の前記中心軸の逆回転時の回転方向前方側に片寄せて突設され、該掘削ビットの背部のアーム部先端に前記ノズルを開口させたことにより、拡大掘削作業時には、ノズルより堀削ビットが先行して旋回されるため、掘削ビットによって掘削された直後の地山をノズルからのジェット水によって掘削することとなり、ジェット水による掘削が効率よく行われる。

次に本発明の実施の形態を図面に示した実施例に基づいて説明する。図１〜図６は、本発明に係る掘削ヘッドの一例を示している。
この掘削ヘッドＡは中心軸１の上端に継手部２が一体に備えられ、外周には上下に分けて下部スパイラルオーガ３と上部スパイラルオーガ４とが設けられている。下部スパイラルオーガ３は一対のリボン状のスクリュー羽根３ａ，３ａが中心軸下端部の外周にその縁部を固着させて螺旋状に巻きつけた形状に設置されている。このスクリュー羽根３ａはその螺旋ピッチを１／２程度と小さくしている。

上部スパイラルオーガ４は、リボン状のスクリュー羽根４ａ，４ａをその縁部を中心軸外周に固着させて螺旋状に巻きつけられており、中心軸１の略上半分の長さに渡って、螺旋ピッチを１／４程度と大きくした状縦のものが設置されている。

上下部のスパイラルオーガ３，４の間に一対の拡大掘削刃１０，１０が設置されている。この拡大掘削刃１０は、図１〜図３に示すように前記上下部のスパイラルオーガ３，４の正回転、即ち地盤内で前進する方向の回転のときは、周囲の土砂の抵抗によって倒されて、スクリュー羽根３ａ，４ａの回転半径より内側に引き込まれた状態となり、スパイラルオーガ３，４の逆回転、即ち後退する方向の回転時には、周囲の土砂の抵抗によって起き上がり、スクリュー羽根３ａ，４ａの回転半径より外側に突出されるようになっている。

拡大掘削刃１０は、支持部材１４及び支軸１５を介して中心軸１に対し回動自在に支持されている。即ち、拡大掘削刃１０は、支軸１５を中心にして回動するアーム部１１とそのアーム部１１の先端部に片側に寄せて一体に突設された掘削ビット１２とから構成され、アーム部１１の基端部に一対の平行な軸受け片１３，１３が突設されており、この軸受け片１３，１３間に、中心軸１の外周に固着した支持部材１４を挿入させ、この支持部材１４と軸受け片１３，１３に支軸１５を貫通させることによって支軸１５を中心にしてアーム部１１が回動するように枢着されている。

支持部材１４の一方の側縁部には回動アーム部１１の起き上がり側、即ち拡大掘削刃１０の突出側位置で停止角度位置を規制するストッパー用板１６が固着されており、両軸受け片の背面が当接することによって最大突出角度以上に回動されないように規制している。

掘削ビット１２はアーム部１１の先端部にあって、掘削ヘッドＡの逆回転時、即ち拡大掘削刃１０が起き上がって周囲を拡大掘削する回転方向の前方側に片寄せて突設されており、その後方側のアーム部先端部に必要に応じて水又はセメントミルクを噴射させるためのノズル２０がアーム部１１の先端側延長方向に向けて備えられている。

尚、図２において、符号１７は上下のスパイラルオーガ３，４の外径、１８は拡大掘削刃１０の突出状態時における旋回外径、１９は埋設しようとするＰＣ杭の外径を示している。

アーム部１１及び一方の軸受け片１３には、図３に示すようにノズル２０に連通する給液路２１ａが形成され、支軸１５にはその中心に一端を支軸端部に開口させた給液路２１ｂが形成されており、両給液路２１ａ，２１ｂは、軸受け片１３と支軸１５が相互に回動しても両給液路の連通状態を維持するユニバーサルジョイント２１ｃを介して連通されている。このようにしてノズル２０に連通させた給液路２１ｂの開口部にパイプジョイント２２を介して給液パイプ２３が連通されている。

一方、中心軸１は図４に示すように中空筒状に形成され、その中空部内に内筒２４が挿入されている。この内筒２４内と該内筒と中心軸中空部内面との間とがそれぞれ別々の給液路２５，２６となっている。そして、内筒２４と中心軸内面間内の給液路２６が前述したノズル２０に通じる給液パイプ２３に対し、パイプジョイント２７を介して連通されている。また、内筒２４内の給液路２５は、中心軸１の下端に開口させたノズル２８，２９に連通させている。

尚、図において符号３ｂは掘削ヘッドＡの下端に突設した下向き掘削ビットを示している。

このように構成される掘削ヘッドＡを、例えば中空筒状のＰＣ杭からなる既製杭を使用した中掘り工法による杭埋設に使用する場合は、図６（ａ）に示すように、既製杭Ｃ内に掘削ヘッドＡ及びスパイラルオーガＢを挿入し、掘削ヘッドＡをその先端部を既製杭Ｃより先行させて既製杭Ａを地中に挿入する。地盤がかための時は、掘削ヘッドＡを正回転させて排土しつつ挿入するが、地盤が軟らかい場合には、掘削ヘッドＡを逆転させ、拡大掘削刃１０を突出させ、土砂を周囲に押し出しながら排土を行わずに挿入する。

このようにして所定の深さまで挿入した後、図６（ｂ）に示すように、既製杭Ｃの挿入を停止させ、掘削ヘッドＡを正回転させて排土を行いつつ拡大球根形成予定部の底部まで先掘りし、その位置で堀進を停止させて正回転させて充分に排土する。

その後、図６（ｃ）に示すように逆回転させて拡大掘削刃１０を開かせるとともに、ジェット水をノズル２０から高圧で噴射させる。この状態で掘削ヘッドＡを逆転させつつ拡大掘削刃１０の位置が既製杭Ｃの直下に到るまで引き上げて拡大掘りを行う。この時、拡大掘りによって緩められた土砂は先掘り分の土砂が排土されているため、噴射された水と混合されて拡大掘りされた拡大球根形成部Ｅ内に溜まる。

次いで、図７（ｄ）に示すように掘削ヘッドＡを正回転させて拡大掘削刃１０が拡大球根形成予定部の底部に達するまで降下させ、その位置で正回転を続けて拡大球根形成部Ｅ内の土砂を排土する。

充分な排土が完了したら、図７（ｅ）に示すように掘削ヘッドＡを逆回転させて拡大掘削刃１０を起き上がらせ、ノズル２０よりセメントミルクＦを注入させつつ上昇させる。

このようにしてセメントミルクＦを注入させた後、図（ｆ）に示すように、既製杭Ｃをその下端が拡大球根形成部Ｅ内に挿入されるように降下させて停止させるとともに、掘削ヘッドＡを正回転させて拡大掘削刃１０を引き込んでみ既製杭Ｃの中空部内に引き入れ、所定長以上の根固め液をノズル２０から噴射させて注入し、その注入が完了した後、被圧を押さえるために杭中空部に注水を行いながら掘削ヘッドＡを引き抜き、施工を完了する。

尚、上述の例では、ＰＣ杭を使用した中掘り工法について説明したが、先に杭挿入孔を掘削形成し、その中にセメントミルクを注入後にＰＣ杭を挿入するプレボーリング工法において、杭挿入孔の底部を拡径掘削して拡大球根形成部を造成する場合にも使用できるものであることは言うまでもない。

本発明に係る掘削ヘッドの一例を示す正面図である。 同上の底面図である。 同上の掘削ヘッド下端部の側面図である。 図１中の拡大掘削刃部分のａ−ａ線断面図である。に同上の横断面図である。 図４中のｂ−ｂ線断面図である。 図１に示す掘削ヘッドのスクリュー羽根その他を省略した中心軸部分のみを示した縦断面図である。 （ａ）〜（ｆ）本発明方法における施工工程を説明するための略図的断面図である。 従来の拡大掘削刃付きの掘削ヘッドを示す側面図である。 図８中のｃ−ｃ線断面図である。 従来の中掘り工法の一例の断面図である。

１ 中心軸
２ 継手部
３ 下部スパイラルオーガ
４ 上部スパイラルオーガ
３ａ スクリュー羽根
４ａ スクリュー羽根
１０ 拡大掘削刃
１１ アーム部
１２ 掘削ビット
１３ 軸受け片
１４ 支持部材
１５ 支軸
１６ ストッパー用板
２０ ノズル
２１ａ 給液路
２１ｂ 給液路
２１ｃ ユニバーサルジョイント
２２ パイプジョイント
２３ 給液パイプ
２４ 内筒
２５，２６ 給液路
２７ パイプジョイント
２８，２９ ノズル
３０ 装置本体
３１ 支柱
３２ スライドガイド
３３ 回転駆動手段
３４ 杭挿入手段
３３ａ 回転駆動源
３５ 駆動軸
３６ スクリュー羽根
３７ 杭吊り下げ装置
Ａ 掘削ヘッド
Ｂ スパイラルオーガ
Ｃ 既製杭
Ｅ 拡大球根形成部
Ｆ セメントミルク

Claims (1)

1. 縦向きの中心軸の外周面にスクリュー羽根を螺旋状に突設したスパイラルオーガと、該スパイラルオーガの下端に突設した地盤掘削用のビットとを備え
   前記中心軸を正回転させることによって前記スクリュー羽根の外径より内側に収納され、逆回転させることによって前記スクリュー羽根の外径より外側に突出する拡大掘削刃を備えてなる既製杭埋め込み用掘削ヘッドにおいて、
   該拡大掘削刃に、前記スクリュー羽根より外側に水及び／又はセメントミルク等の高圧流体を噴射させるための高圧流体噴射用のノズルを備え
   前記拡大掘削刃は、前記中心軸に対して回動可能に取り付けたアーム部と、該アーム部の先端部に突設した掘削ビットを有し、
   該掘削ビットを、アーム部先端の前記中心軸の逆回転時の回転方向前方側に片寄せて突設するとともに、該掘削ビットの背部のアーム部先端に前記ノズルを開口させ、
   前記拡大掘削刃の突出側の動作によって、該拡大掘削刃とともに前記ノズルの位置が前記スクリュー羽根の半径方向外側に移動されるようにしたことを特徴としてなる既製杭埋め込み用掘削ヘッド。