JP4653110B2 - 地中障害物の撤去装置及び掘削ユニット並びにこれを用いた地中障害物の撤去方法 - Google Patents

Description

本発明は、地中障害物の撤去装置及び掘削ユニット並びにこれを用いた地中障害物の撤去方法に関する。さらに詳しくは、円筒状のケーシングと、このケーシング下端部の掘削歯と、前記ケーシング下端部に設けられた孔と、この孔に挿入されケーシング内側に突出するチャック爪と、このチャック爪をケーシング内側に突出させる爪駆動装置とを有し、地中に埋設された障害物の外周を前記掘削歯で掘削して当該障害物をケーシングにより覆うと共に前記チャック爪で障害物を掴んだ状態でケーシングを引き上げることにより障害物を地中から撤去する地中障害物の撤去装置及び掘削ユニット並びにこれを用いた地中障害物の撤去方法に関する。

上述の撤去装置としては、例えば特許文献１に記載の如きものが知られている。同文献によれば、ケーシングに支持したピンを爪に形成したカム溝に貫通させると共に、爪の後端をロッドにより操作することで爪を突出させている。かかる構造は、杭を支持する際に爪へ作用する負荷をピンとロッドに負担させる点が新規であり、特徴的である。しかし、ピンとロッドという構造的に堅牢とは言い難い部分に荷重が作用するため、同従来技術では当該部分の耐久性が問題であった。
特開２０００−１５４５４１

かかる従来の実情に鑑みて、本発明の目的は、上記従来技術の爪構造とは全く異なる思想の下で、耐久性の高い地中障害物の撤去装置及び掘削ユニット並びにこれを用いた地中障害物の撤去方法を提供することにある。

上記課題を解決すべく、本発明の特徴は、円筒状のケーシングと、このケーシング下端部の掘削歯と、前記ケーシング下端部に設けられた孔と、この孔に挿入されケーシング内側に突出するチャック爪と、このチャック爪をケーシング内側に突出させる爪駆動装置とを有し、地中に埋設された障害物の外周を前記掘削歯で掘削して当該障害物をケーシングにより覆うと共に前記チャック爪で障害物を掴んだ状態でケーシングを引き上げることにより障害物を地中から撤去する構成であって、前記チャック爪が前記爪駆動装置により前記孔に沿ってケーシング内側に突出するように湾曲しており、前記孔を形成する部材が厚みを有し、前記チャック爪に下方向きの荷重が掛かった際に前記孔の下部でケーシング内側部分と前記孔の上部でケーシング外面側部分を前記チャック爪に接当させて前記下方向きの荷重を支持することにある。

また、前記ケーシングを回転させることにより前記チャック爪に反回転方向の荷重が掛かった際に前記孔の前記回転方向上手側でケーシング内側部分と前記孔の前記回転方向下手側でケーシング外面側部分を前記チャック爪に接当させて前記反回転方向の荷重を支持してもよい。

前記ケーシングが前記掘削歯及びチャック爪を有する下分割体とさらに上部のケーシングに連結させるための上部分割体とを有し、前記上下分割体は相対回転及び相対伸縮可能であり、前記上下分割体の間に各分割体に設けられた係合部が互いに係合してこれら上下分割体の相対伸縮の可否を上下分割体の相対回転位置で選択可能な係合機構を有し、前記爪駆動装置が前記上下分割体の相対縮小により前記チャック爪を前記ケーシングの内側に突出させてもよい。

前記係合機構が、チャック爪の突出量を前記上下分割体の相対回転及び相対縮小により調整する圧抜き部と、さらに前記上下分割体の相対縮小を許容した後上下分割体の相対伸長を防ぐ第一チャック部とを備え、前記相対回転で爪の突出及び固定を回転で切替であってもよい。

前記係合機構が、縮小規制を段階的に行い、チャック爪の突出量規制を段階的に行うことが望ましい。

前記爪駆動装置が伸縮装置とこの伸縮装置により前記チャック爪を駆動させるロッドより構成されてもよい。

前記地中障害物が既設杭であり、前記ケーシングを回転させるケーシング駆動装置を昇降させるトップシーブを備え、ケーシング駆動装置とトップシーブにはそれぞれケーシング設置位置を挟んで少なくとも一対のプーリー群が設けられており、前記プーリー群の間を掛けわたすワイヤーをケーシング設置位置を迂回させるプーリーを介して配置することにより、一対のプーリー群間にケーシングの通過を許容する貫通部を設けてもよい。

前記地中障害物が杭であってもよく、前記地中障害物が転石であってもよい。 上記課題を解決すべく、本発明の他の特徴は、前記ケーシングの最下端に位置し上記のいずれかに記載の地中障害物の撤去装置に用いる掘削ユニットであって、
前記ケーシング下端部の掘削歯と、前記ケーシング下端部に設けられた孔と、この孔に挿入されケーシング内側に突出するチャック爪と、このチャック爪をケーシング内側に突出させる爪駆動装置とを有し、地中に埋設された障害物の外周を前記掘削歯で掘削して当該障害物をケーシングにより覆うと共に前記チャック爪で障害物を掴んだ状態でケーシングを引き上げることにより障害物を地中から撤去するものであり、前記チャック爪が前記爪駆動装置により前記孔に沿ってケーシング内側に突出するように湾曲しており、前記孔を形成する部材が厚みを有し、前記チャック爪に下方向きの荷重が掛かった際に前記孔の下部でケーシング内側部分と前記孔の上部でケーシング外面側部分を前記チャック爪に接当させて前記下方向きの荷重を支持することにある。

上記課題を解決すべく、本発明のさらに他の特徴は、上記のいずれかに記載の地中障害物の撤去装置を用いた地中障害物の撤去方法であって、円筒状のケーシングと、このケーシング下端部の掘削歯と、前記ケーシング下端部に設けられた孔と、この孔に挿入されケーシング内側に突出するチャック爪と、このチャック爪をケーシング内側に突出させる爪駆動装置とを有し、地中に埋設された障害物の外周を前記掘削歯で掘削して当該障害物をケーシングにより覆うと共に前記チャック爪で障害物を掴んだ状態でケーシングを引き上げることにより障害物を地中から撤去する地中障害物の撤去装置を備え、前記チャック爪が前記爪駆動装置により前記孔に沿ってケーシング内側に突出するように湾曲しており、前記孔を形成する部材が厚みを有し、前記チャック爪に下方向きの荷重が掛かった際に前記孔の下部でケーシング内側部分と前記孔の上部でケーシング外面側部分を前記チャック爪に接当させて前記下方向きの荷重を支持することにある。

上記本発明に係る地中障害物の撤去装置及び掘削ユニット並びにこれを用いた地中障害物の撤去方法の特徴によれば、爪に掛かる上下方向の荷重及び状況に応じてケーシング回転（水平）方向の荷重をケーシング下端部の孔周りで支持するので、極めて耐久性が高い。しかも、爪と孔との接触を主とする機構なので、上記耐久と相まって、圧力が掛かる土中の過酷な条件においても、故障しにくく確実に作動するようになった。

本発明の他の目的、構成及び効果については、以下の発明の実施の形態の項から明らかになるであろう。

撤去装置の全体側面図である。 トップシーブの平面図である。 トップシーブの側面図である。 ケーシング駆動装置の側面図である。 掘削ユニットの側面図である。 掘削ユニットの底面図である。 爪駆動機構の側面図である。 （ａ）は爪装置の縦断面図、（ｂ）は爪装置の背面図である。 爪装置の動作を示す図であって、（ａ）は動作前、（ｂ）は動作後の状態を示す縦断面図である。 爪の一実施態様を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は背面図、（ｃ）は側面図である。 爪の他の実施態様を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は背面図、（ｃ）は側面図である。 他の実施態様に係る爪装置の動作を示す図であって、（ａ）は動作前の状態を示す縦断面図、（ｂ）は（ａ）の背面図、（ｃ）は動作後の状態を示す縦断面図である。 さらに他の実施態様に係る爪装置の動作を示す図であって、（ａ）は動作前の状態を示す縦断面図、（ｂ）は動作中の状態を示す縦断面図、（ｃ）は動作後の状態を示す縦断面図である。 掘削ユニットと杭との関係を示す側面図であって、（ａ）は通常の爪を収納した掘削状態、（ｂ）は爪を突出させて杭周辺摩擦を解消中の状態、（ｃ）は爪を突出させて杭先端部の縁切りを行っている状態、（ｄ）は杭の引き抜き状態を示す図である。 掘削ユニットと杭との関係を示す側面図であって、（ａ）は通常の爪を収納した掘削状態、（ｂ）は爪を突出させて杭の主筋を切断中の状態、（ｃ）は切断後における杭の引き抜き状態を示す図である。 （ａ）はケーシングを回転させて順次継ぎ足し、掘削を進める状態を示す全体側面図、（ｂ）は杭の先端に達した状態を示す全体側面図、（ｃ）はケーシングと共に杭を全長分引き抜き、バックホーで杭を切断する状態を示す全体側面図、（ｄ）は杭を一部引き抜き、ケーシングを取り外した状態を示す全体側面図である。 （ａ）はケーシングを外し、ケーシング駆動装置を被せて杭を切断する状態を示す全体側面図、（ｂ）は残った杭を引き抜く状態を示す全体側面図、（ｃ）はケーシング内に埋戻土を戻す状態を示す全体側面図である。 他の実施態様に係る撤去装置の全体側面図である。 他の実施態様に係る掘削ユニットの正面図である。 他の実施態様に係る掘削ユニットの側面図である。 （ａ）は他の実施態様に係る掘削ユニットの底面図、（ｂ）は他の実施態様に係る掘削ユニットのＡ−Ａ断面図である。 他の実施態様に係る爪装置の縦断面図である。 他の実施態様に係る爪装置の動作後の状態を示す縦断面図である。 他の実施態様に係るチャック爪の一実施態様を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は背面図、（ｃ）は側面図である。 カッターを取り付けた他の実施態様に係るチャック爪の実施態様を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は背面図、（ｃ）は側面図である。 中環の切欠の湾曲面を平面に展開した平面図である。 ロッド及びホルダーの関係を示す図である。 他の実施態様に係る掘削ユニットと杭との関係を示す側面図であって、（ａ）は通常のチャック爪を収納した掘削状態、（ｂ）はチャック爪を突出させて杭周辺の摩擦を解消中の状態、（ｃ）はチャック爪を突出させて杭先端部の縁切りを行っている状態、（ｄ）は杭の引抜き状態を示す図である。 他の実施態様に係る掘削ユニットと杭との関係を示す側面図であって、（ａ）は通常のチャック爪を収納した掘削状態、（ｂ）はチャック爪を突出させて杭の主筋を切断中の状態、（ｃ）は切断後における杭の引抜き状態を示す図である。 （ａ）は他の実施態様における撤去装置を用いて杭の上端にチャック爪で溝を形成する工程を説明する図、（ｂ）は他の実施態様における撤去装置を用いて杭の先端と土との縁切りを行う工程を説明する図、（ｃ）はバイブロを用いてシートパイルを打ち込む工程を説明する図である。 杭、シートパイル及び地中の関係を説明する横断面図である。 シートパイルを示し、（ａ）は組み合わせ状態の断面図、（ｂ）は第一シートパイルの断面図、（ｃ）は連結部の拡大断面図である。 （ａ）は注水シートパイルの斜視図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ断面図をそれぞれ示す。 掘削ユニットの部品の関係を模式化した一部断面図を示し、（ａ）は第二実施形態を模式化したもの、（ｂ）は内管と中管の機能を変更したもの、（ｃ）はシリンダ装置を用いたものをそれぞれ示す。 直線状シートパイルの施工平面図である。 各シートパイルの断面図である。

次に、適宜添付図面を参照しながら、本発明をさらに詳しく説明する。
図１に示すように、本発明に係る撤去装置１は第一クローラ２を備える。第一クローラ２において、クローラ本体３の前方にリーダーマスト４を角度自在に取り付け、リーダーマスト４の頂部にトップシーブ５を取り付けると共に、リーダーマスト４の中間部にトップシーブ５によって上下昇降自在にケーシング７を回転させるケーシング駆動装置６を取り付けている。ケーシング７の下端には掘削ユニット８が設けられ、上端にはスイベル９が設けられている。ケーシング７は、図１６、１７に示すように複数の単体が適宜連結・取り外しされ、ケーシング駆動装置６により掘削ユニット８が駆動回転させられて地中Ｅを掘削する。

トップシーブ５は図１〜３に示すように、基礎フレーム２０の先端で分岐する分岐フレーム２１，２２並びに複数のプーリー及びケーシング駆動装置６の下プーリー６ｄ間に掛けわたされるワイヤー２５とを備えている。図３の下プーリー６ｄは同図紙面垂直方向に１対設けられ、一方の下プーリー６ｄには分岐フレーム２１上の第二縦プーリー２３ｂ、第三縦プーリー２３ｃ、第四縦プーリー２３ｄから、他方の下プーリー６ｄには分岐フレーム２２上の第五縦プーリー２３ｅ，第六縦プーリー２３ｆからのワイヤー２５が掛けわたされる。下プーリー６ｄへの掛けわたしを除くと、ワイヤー２５は第一縦プーリー２３ａから順次第一横プーリー２４ａ，第二縦プーリー２３ｂ，第三縦プーリー２３ｃ，第四縦プーリー２３ｄ，第二横プーリー２４ｂ，第五縦プーリー２３ｅ，第六縦プーリー２３ｆの順で掛けわたされる。このように第三縦プーリー２３ｃ，第六縦プーリー２３ｆ，第二横プーリー２４ｂを用いることで、分岐フレーム２１，２２の間にケーシング７を貫通させる貫通部２９を形成している。分岐フレーム２１，２２間には短い円環状の振止環２６が設けられ、この内部が貫通部２９となる。そして、ワイヤー２５をクローラ本体３から牽引することで、一対の下プーリー６ｄを介してケーシング駆動装置６を上下に昇降させる。

図４に示すように、ケーシング駆動装置６はケーシング７を支持し駆動回転させる。ケーシング駆動装置６はリーダーマスト４のレール４ａにスライド自在にスライダー６ｃを介して取り付けられた固定部６ａと、この固定部６ａの下でケーシング７を保持し駆動回転させる回転部６ｂとを備えている。固定部６ａ，回転部６ｂの内部は中空でケーシング７が貫通し、回転部６ｂに設けられたチャック６ｇが円周の複数箇所からケーシング７に近接移動自在であり、ケーシング７を保持する。駆動装置６ｅの駆動力が回転連結６ｆを介して回転部６ｂに伝達され、ケーシング７は駆動回転力を得る。上述の如く、固定部６ａに取り付けられた下プーリー６ｄは図示しないがケーシング７を挟んで対象位置に同じものが設けられている。

図４〜６に示すように、ケーシング７は複数の分割単位が連結部７ｘにより順次連結される。保護カバー７ｙはロッド５４及び下部以外の位置においてケーシング７の外面に位置することとなる圧送チューブ６３を適宜箇所で覆うアングル又はチャンネルである。

掘削ユニット８は、ケーシング７の底部６０に適宜箇所に設けられた小堀削刃６１とケーシング７の外面に設けられた大堀削刃６２とを備え、さらにケーシング７の口径に応じて複数箇所に爪装置４０を備えている。圧送チューブ６３は空気、水、ベントナイト等を注入するためのものであり、ケーシング７の下部のみでケーシング７の内部に位置し、他の部分ではケーシング７の外部に位置する。なお、掘削ユニット８は、図５に示すように、ケーシング７にフランジ等により着脱自在に取付可能としてもよい。

爪装置４０を駆動させるための爪駆動機構９０はケーシング７の上部に設けられている。ケーシング７に一端を支持されたシリンダー９１の下側に出退するピストン９２をケーシング７を貫通溝７ｚで内外に貫通する第一継手９３及び第二継手９４を介してロッド５４と連結する。そして、ピストン９２の上下移動に伴ってロッド５４を上下移動させる。

図８〜１０に示すように、爪装置４０の爪４１は先端部分を湾曲させた鋼材で形成され、後端の貫通孔４１ｂに軸４３ｃが貫通され、この軸４３ｃは第一連結体４３の一方に形成された長孔４３ｂ内をスライドする。第一連結体４３と第２連結体４４とは軸４３ｄにより枢着され、第２連結体４４は連結板５４ｂを介してロッド５４と固定される。爪４１の先端には支持孔４７ａから爪４１が抜けることを防止するための抜止部４２が固着されている。そして、この爪装置４０は、先の爪駆動機構９０によりロッド５４を上下移動させることで、図９の如く爪４１を突出、復帰させる。図９（ｂ）の状態において、爪４１を突出させて杭１００を保持すると、爪４２の上面が支持孔４７ａ上部の受け板４７の外側と接触すると共に爪４２の上面が支持孔４７ａ下部の受け板４７の内側と接触して、抜止部４２に荷重Ｆ１が掛かる。この荷重Ｆ１に対し支持孔４７ａと爪４１との間に反力としてＦ２，Ｆ３が発生する。この反力Ｆ２は支持孔４７ａ下部の受け板４７の内側との接触点に下方向から掛かり、反力Ｆ３は支持孔４７ａ上部の受け板４７の外側との接触点に上方向から掛かり、反力Ｆ２の点を支点に荷重Ｆ１を受け止める。従って、爪４１に荷重が掛かったとしても、爪４１以外の部材、特にロッド５４には荷重が殆ど作用せず、駆動部分の破損を防ぐことができる。爪４１の先端には図１１に示すように鉄筋切断用のカッター４２ｘを取り付けることもできる。

図８（ｂ）に示すように、爪４１の横幅Ｗ１と支持孔４７ａの横幅Ｗ２とのクリアランスは爪４１の移動に影響を及ぼさない程度に設定され、さらに受け板４７の厚みＴによりケーシング７の回転時に爪４１に生じる負荷Ｆｒを支持孔４７ａの側部と爪４１との接当により受け止めるように構成してある。図９（ｃ）に示すように、ケーシング７の回転により爪４１の回転方向下手側側面において、ケーシング７外部の爪４１側部には土砂の抵抗Ｆ４がケーシングの反回転方向に掛かり、ケーシング７内部の爪４１側面には杭１００の抵抗Ｆ５がケーシングの反回転方向に掛かる。また、爪４１の回転方向上手側側面において、受け板４７と爪４１と接触し、その接触によりケーシング回転方向に反力Ｆ６が生じる。よって、ケーシングの回転に対しても、梃子の原理により回転抵抗を受け止めることができ、爪４１以外の部材、特にロッド５４には荷重が殆ど作用せず、駆動部分の破損を防ぐことができる。

図１２は爪装置４０の改変例であり、掘削ユニット８の下端側に設けたプーリー４９ａに軸４３ｃに固定したワイヤー４９を掛けわたし、牽引することで、爪４１を突出させることができる。抜止部４２の下端４２ａは爪４１の当初突出時に支点となって爪４１を突出させる駆動力が軽減される。爪４１を強制的に戻すには軸４３ｃを他のワイヤーで直接牽引するようにしてもよい。図１３は爪４１の上下を逆にした改変例であり、ワイヤー４９を上に直接引き上げることで、爪４１を突出させることができる。これらの改変例のいずれも、上記実施形態同様に抜止部４２に荷重Ｆ１が掛かるが、支持孔４７ａと爪４１との間に反力としてＦ２，Ｆ３が発生し、反力Ｆ２の点を支点に荷重Ｆ１を受け止めることができる。

次に、図１、１４、１５を参照しながら、掘削ユニット８の基本的な動作について説明する。まず、図１４（ａ）に示すように、先のトップシーブ５及びケーシング駆動装置６を介してケーシング７及び掘削ユニット８を駆動回転及び上下移動させ、杭１００の周囲を掘削する。掘削が進むにつれ杭１００とケーシング７内面との接触抵抗が高まると、（ｂ）の如く爪４１を突出させて杭１００周面の接触抵抗を軽減する。杭１００の先端部１０１に到達すると、（ｃ）の如く再び爪４１を突出させて掘削ユニット８を回転させ、底面の先端抵抗を解除する。その後、（ｄ）の如く爪４１を突出させてケーシング７と共に杭１００を抜き上げる。

図１５（ａ）の杭１００を途中で切断するには、図１１に示す先端にカッター４２ｘの設けられた爪４１を用い、（ｂ）の如く所望位置で爪４１を突出させて回転させ、杭１００内の外周に位置する鉄筋１０４を切断する。切断後、（ｃ）に示すように、さらに爪４１を突出させて楔の原理で杭１００を完全切断し、上部をケーシング７と共に抜き去る。

次に、上記撤去装置１を用いた杭１００の抜き取り工法について、図１６、１７を参照しながら説明する。まず、図１６に示すように、杭１００に対し符号７ａ、７ｂに示すようにケーシング７を順次接続し、周面抵抗の解除を行いながら掘削を進める。図１６（ｂ）の如く杭１００の全長まで掘削ユニット８が達した時点で先の先端抵抗の解除を行い、さらに爪４１を突出させて杭１００の先端を保持し、図１６（ｃ）のように杭１００の全てを抜き去る。この状態でケーシング７はトップシーブ５の上部まで突出する。そして、クラッシャー１０により順次下部から杭１００を切断破砕し、杭１００を処分する。杭１００を抜き去った穴ＨにはグラウトＧが注入され、崩壊が防止される。他の杭１００を抜き去るには、ケーシング７を接続した状態で第一クローラ２を他の杭１００の位置まで移動させ、掘削を始めれば良く、トップシーブ５に貫通部２９を設けたことで、ケーシング７の分解労力等、工程が大幅に省力化される

図１６（ｄ）、図１７は、ケーシング７を分解する場合の工法に関する。図１６（ｂ）の構成の後、中間位置まで杭１００を引き上げてから、図１７（ａ）に示すように、保持具１６をケーシング７に取り付けてケーシング７の埋没を防ぎ、ケーシング７のうち７ｃと７ｄとの間を分離して７ｄを抜き取る。そして、図１７（ａ）の如く、クレーン１２により単体７ｄを倒した後、杭１００にケーシング駆動装置６を被せて倒壊を防止しながら切断部１００ｘの位置でクラッシャー１１により杭１００を切断し、クレーン１２により撤去する。可能な場合は、図１７（ｂ）の如く、杭１００の残余部分１００ｂをクレーン１２によりそのまま抜き去ることができる。先の先端抵抗の解除により、抜き去りが容易となる。クレーン１２による抜き取りができない場合は上述の工程を繰り返す。その後、ケーシング７の残余部分７ｃ内に埋戻土をバックホー１３により投入し、７ｃを最終的に引き抜くことで杭１００の抜き取りが完了する。

次に、添付図面の図１８〜３６を参照しながら、本発明の第二実施形態をさらに詳しく説明する。なお、上記第一実施形態と同様の部材には同様の符号を付してある。
図１８に示すように、本発明に係る撤去装置１では、第一クローラ２のクローラ本体３の前方にリーダーマスト４を角度自在に取り付け、リーダーマスト４の頂部にトップシーブ５を取り付けてある。そして、リーダーマスト４の中間部にトップシーブ５によって上下昇降自在にケーシング７を回転させるケーシング駆動装置６を取り付けてなる。ケーシング７の下端には堀削ユニット８が設けられている。ケーシング７は、複数の単体が適宜連結・取り外しされ、ケーシング駆動装置６により堀削ユニット８が駆動回転させられて地中Ｅを掘削する。

図１８に示すように、ケーシング駆動装置６はケーシング７を支持し駆動回転させる。ケーシング駆動装置６はリーダーマスト４のレール４ａにスライド自在にスライダー６ｃを介して取り付けられた固定部６ａと、この固定部６ａの下でケーシング７を保持し駆動回転させる回転部６ｂとを備えている。回転部６ｂの回転駆動力は連結フランジ６ｅを介して上ケーシングに伝達され、ケーシング７は駆動回転力を得る。

上述の如く、固定部６ａに取り付けられた下プーリー６ｄは、図示しないがケーシング７を挟んで対象位置に同じものが設けられている。ケーシング７は複数の分割単位が連結部７ｘにより順次連結される。保護カバー７ｙはロッド４６及び下部以外の位置においてケーシング７の外面に位置することとなる圧送チューブ６３を覆うアングル等である。

図１９、２０、２１（ａ）で示すように、掘削ユニット８は、大略、爪駆動装置８０、爪装置４０、伝達機構５０により構成される。爪駆動装置８０は、主として連結環８１、内環８２、中環８３、外環８４により構成される。また、連結環８１は、ケーシング７と中環８３との間に配置され、ケーシング７と中環８３とをフランジ８１ａで連結し、ケーシング駆動装置６の駆動力を中環８３に伝達する。図２に示すように、中環８３は円周面に貫通した切欠３０を有している。ここで、上分割体には連結環８１、中環８３及び外環８４が含まれ、下分割体には内環８２及び下環８６が含まれる。

内環８２の上部は中環８３の内側に嵌合され、中環８３の２カ所に設けられた切欠８３、８３対応位置における内環８２外周面には、略正方形のコマ８５、８５が設けられている。内環８２及び中環８３は相対回転及び伸縮自在であり、コマ８５が中環８３の切欠３０内を移動しつつ円周方句に接当することで、コマ８５及び切欠３０よりなる係合機構により、内環８２の突出量を規制し両者間に回転力を伝達する。

外環８４は中環８３の外周面を覆うように配置され、切欠３０を覆い塞ぐことで土砂の切欠３０への流入を防ぎ、中環８３の切欠３０を補強している。また、図２１（ａ）に示すように、外環８４の外周面には、ロッド５４の球状端部５４ａを内包する上第一ホルダー５１と、それと同じ構造の上第二ホルダー５２がそれぞれ２個ずつ１８０度隔てて配置されている。

図１９、図２２、図２４に示すように、爪装置４０は、底部６０の外周面に、ケーシング７の口径に応じて複数箇所に設けられ、本実施形態では１８０度隔てて２カ所に設けられている。爪装置４０は図２２に示すように、大略、チャック爪４１、押え板４５、受け板４７及びガイド板４８により構成されている。

チャック爪４１は図２４に示すように先端部分を湾曲させた鋼材で形成され、先端に抜け止め用のフランジ４２、後端に貫通孔４３ａ、側面に溝４１ａが設けられている。受け板４７は底部６０の側面に固定され、受け板４７に設けられた支持孔４７ａにチャック爪４１が摺動自在に嵌合されている。

図６に示すように、受け板４７の支持孔４７ａの両側にはピン４６、４６をそれぞれ内側に突出させて止めボルト４６ａで固定し、各ピン４６を溝４１ａにスライド可能に嵌め込んであり、チャック爪４１の支持孔４７ａへの出退をスムーズにしている。また、支持孔４７ａの下方には押え板４５が固定され、チャック爪４１の湾曲部が押え板４５に当接することで、チャック爪４１の支持孔４８ａへの出退を補助している。

後述する連結部５３の貫通孔５３ｂとチャック爪４１後端の貫通孔４３には軸４３ｅを貫通させてある。また、チャック爪４１の左右に設けたガイド板４８のカム面４８ａには先の軸４３ｅがスライド自在に接当し、下ホルダー５３とチャック爪４１とを屈曲可能に連結すると共に、後述のロッドガード５５と相まってカム面４８ａに沿って軸４３ｅの軌跡を制限している。

チャック爪４１は突出状態で図２３に示すように支持孔４７ａの上下に接当し、先端に荷重Ｆ１が下向きに作用する。そこから順次右に移るにしたがって、下側からＦ２，さらに下向きのＦ３が作用する。すなわち、支持孔４７ａの下側であるＦ２の点が支点となって両側で下向き力Ｆ１，Ｆ３が作用する。これにより、ロッド５４に関わらずチャック爪４１は多大な荷重を支持することができる利点がある。また、図２４，２５に示すように、支持孔４７ａの側面はチャック爪４１と小さなクリアランスで接触しているので、ケーシング回転時の横方向の負荷にも耐えることができ、後述のカッター４２ｘによる切断も可能である。

図２、図３に示すように、伝達機構５０は、上第一ホルダー５１、上第二ホルダー５２、下ホルダー５３、ロッド５４及びロットガード５５から構成される。各ホルダー５１〜５３は、ロッド５４の球状端部５４ａを内包するように設けられ、図２７に示すように、それぞれ窪み５１ｃを有するホルダーベース５１ａに球状端部５４ａを当接させ、窪み５１ｄを有する２枚のベースカバー５１ｂで挟み込むと共に４角をボルト５１ｅで止め、着脱自在に固定している。

図２６に示す先の各切欠３０は、杭抜き用の第一部３０ａと、杭切断用の第二部３０ｂとを有している。そして、図１９，２０に示すように、第一部３０ａを上第一ホルダー５１と共に、第二部３０ｂを上第二ホルダー５２と共に、それぞれホルダーを切り替えて使用する。

図１９、図２１、図２２に示すように、底部６０は内環２２と連結されている。そして、底部６０の底面に適宜箇所に設けられた小掘削刃６１と、爪装置に至るまで底部６０の外周面に沿って滑らかに順次高くなり拡径して設けられた大掘削刃６２（６２ａ〜ｃ）を備えている。中環２３から内環２２に伝達された駆動力で、内環２２と共に底部６０が回転し、小掘削刃６１と大掘削刃６２との作用で、地中Ｅを掘削することができる。

圧送チューブ６３は空気、水、ベントナイト等を注入するためのものであり、上部からケーシング７の外側に沿って下部まで延長される。圧送チューブ６３は掘削ユニット８において、フランジ６４を貫通するジョイント６３ａから中継管６３ｂを介して外環２４外面を誘導され、屈曲自在なフレキシブルチューブ６３ｃを介してＬ字管６３ｄから内環２２を貫通する。これにより、掘削ユニット８の内部に流動体が供給される。内環２２と外環２４の相対移動はフレキシブルチューブ６３ｃにより吸収される。

次に、図２６、２８、２９を参照しながら、堀削ユニット８の基本的な動作について説明する。
まず、図２８は、杭１００の引抜き作業に相当する。この際、伝達機構５０におけるロッド５４を上第一ホルダー５１に固定すると共にコマ２５を第一部３１ａに符合させる。当初において、コマ２５は図２６に示す左抜部３１におけるＰ１に位置してコマ２５に対し中環２３を方向Ｃ２側へ回転させる。図１９，２０に示すように、内環２２と中環２３とは伸びきった関係となる。

図２８（ａ）に示すように、先のトップシーブ５及びケーシング駆動装置６を介してケーシング７及び堀削ユニット８を駆動回転及び上下移動させ、中管２３及び切欠３０をコマ２５に対して相対的に（以下同様）方向Ｃ１へ回転させ、コマ２５を符合Ｐ１’の位置で第一部３１に接当させ、杭１００の周囲を掘削する。この際、内環２３が中環２４から突出している状態であるため、図２８に示すように、チャック爪４１は杭１００方向に入り込んでいない。

掘削が進むにつれ杭１００とケーシング７内面との接触抵抗が高まると、随時適宜位置にてケーシング７全体を下に押し下げ例えばコマ２５を符合Ｐ１’からＰ２の位置まで移動させる。

次に、図２８（ｂ）の如くチャック爪４１を突出させて杭１００周面の接触抵抗を軽減する。この際の掘削ユニット８におけるコマ２５の位置は、図２６に示すＰ２の位置に自然に移動する。これにより、内環２３は中環２４にやや入り込み（内環２３、中環２４が相対縮小し）、ロッド５４がチャック爪４１を押し出すように作用することで、図２８（ｂ）に示すようにチャック爪４１は内側方向にケーシング７の押し込み量だけ突出し、杭１００周面の接触抵抗を軽減させる。圧抜き部３１は階段状でコマ２５の上方移動は自由であり、チャック爪４１の突出量は先の中環２３の押し込み量により決定される。

杭１００の先端部１０１に到達すると、図２６の方向Ｃ２に内環２３の回転方句を切り替えてコマ２５を上方に移動させ、さらに矢印Ｃ１の方向に回転を切り替えて図２８（ｃ）の如くさらにチャック爪４１を突出させて堀削ユニット８を回転させ、杭１００の底面の先端抵抗を解除する。この際の掘削ユニット８におけるコマ２５の位置は、図２６に示すＰ３の位置に移動する。これにより、内環２３が中環２４に入り込み（内環２３、中環２４が相対縮小し）、ロッド５４がチャック爪４１を押し出すように作用することで、図２８（ｃ）に示すようにチャック爪４１は杭１００方向にさらに突出し、杭１００の底面の先端抵抗を解除している。

杭１００を引抜く際には、図２８（ｄ）の如くチャック爪４１を突出させてケーシング７と共に杭１００を抜き上げる。この際の掘削ユニット８におけるコマ２５の位置は、図２６に示すＰ４の位置である。この状態において、チャック爪４１を突出させて杭１００を保持すると、図７で示すように、フランジ４２に荷重Ｆ１が掛かるが、支持孔４８ａとチャック爪４１との間に反力としてＦ２，Ｆ３が発生し、荷重Ｆ１を受け止める。従って、チャック爪４１に荷重が掛かったとしても、チャック爪４１及び受け板４８以外の部材には荷重が殆ど作用せず、駆動部分の破損を防ぐことができる。

続いて、図２９（ａ）〜（ｃ）を参照しながら、杭１００の切断作業について説明する。ここでは、図９に示す先端にカッター４２ｘの設けられたチャック爪４１を用いる。伝達機構５０におけるロッド５４を、上第二ホルダー５２に固定し、爪駆動装置２０におけるコマ２５を、図２６に示す切欠３０の第二部３０ｂに移動させる。

図２９（ａ）の状態におけるコマ２５の位置は、図１０に示すＱ１の位置である。回転方向は図１０のＣ２方向であり、図２９（ａ）に示すように、チャック爪４１は杭１００方向に未だ突出していない。

図２９（ｂ）の如く所望位置でチャック爪４１を突出させて回転させ、切り込み溝１０２を形成すると共に杭１００内の外周に位置する鉄筋１０４を切断する。この際の掘削ユニット８におけるコマ２５の位置は、図２６に示すＱ２の位置である。コマ２５をＱ１からＱ２に移動させるには、僅かに方向Ｃ１に回転させつつ、ケーシング７を押し込む方向に移動させ、切断部３３の次の段にコマ２５が移動したところで再びＣ２に中環２３を回転させる。

杭１００の鉄筋の切断後、上記作業を繰り返し図２９（ｃ）に示すように、さらにチャック爪４１を突出させて楔の原理で杭１００を完全切断し、切断部１０３をチャック爪４１で掴んで杭１００の上部をケーシング７と共に抜き去る。なお、この際の掘削ユニット８におけるコマ２５の位置は、図２６に示すＱ３の位置であり、コマ２５を第二チャック部３４に接当させて中環２３によりコマ２５と共に内環２２を引き上げる。

次に、図３０〜３２を参照しながら杭の撤去工程について説明する。
図３０（ａ）に示すように、ケーシング駆動装置６に掘削ユニット８を接続し、地表から掘削を開始して、杭１００の地表から数メートルの部分で掘削ユニット８の押し込みを停止させる。切欠３０におけるコマ２５を、図２６で示す切断部３３のＱ２に位置させることでチャック爪４１を突出させ（図２９（ｂ）の状態と同一）、掘削ユニット８を回転させてチャック爪４１で杭１００の上部表面に切り込み溝１０２（図３０（ｃ）参照）を入れる。

一度掘削ユニット８をグラウンドＧ上に移動させ、ロッド５４を上第二ホルダー５２から上第一ホルダー５１に入れ替え、更にカッター４２ｘを有さないチャック爪４１に付け替える。再度、掘削ユニット８を用いて掘削を行い、ケーシング７を継ぎ足すことにより、杭１００の先端まで掘り進む。上述の実施形態同様に、杭１００の中間部及び先端部と土との縁切りを行う（図２８（ｂ）（ｃ）と同様の作業）。その後、掘削ユニット８のチャック爪４１を収納させた後、全てのケーシング７及び掘削ユニット８をグラウンドＧ上へ移動させる。

続いて、図３０（ｃ）に示すように、バイブロ１４を用いてシートパールを杭１００の外周におけるケーシング７の存在した位置に打ち込み、図３１のようにシートパイルで杭１００を囲い込む。ここで使用するシートパイル１１０は、図３１，３２に示すように同一方向から一個置きに組み合わされる二種類のシートパイル１１１，１１２により構成されている。

図３２（ａ）（ｂ）に示すように、横端の形状が異なる２種類のシートパイル１１１，１１２をつなぎ合わせ、図３２（ａ）（ｂ）に示す如く、各シートパイル間に杭抜き作業用のスペーサー（鋼製）１１４を介在させる。シートパイル１１１，１１２のつなぎ合わせは、図３２（ｃ）に示す如く、連結部１１５において凸状終端１１１ａと凹状終端１１２ａを重ね合わせる。このように終端の形状が異なる２種類のシートパイルを組み合わせることで、同一方向から杭１００の外周を囲い込む。なお、掘削時に先の圧送チューブ６３で水・ＣＢ液等を注入してもよい。

図３３は、液体注入用のシートパイル１１１，１１２である。複数のチューブ１２１（１２１ａ〜ｆ）を固定具１２３でシートパイル上に固定し、管先端１２１ｘの位置をずらせることで、異なる位置に注水等が可能である。図３１の施工や図３５（ａ）の施工に数個おきにこの管付のシートパイルを配置するとよい。

次に、図示省略するが、杭１００の上部に先の掘削ユニット８を位置させる。そして、チャック爪４１を溝に掛止し、第一クローラ２を用いて地中から杭１００を引抜く。杭１００を引抜いたの穴Ｈに土砂を埋め込み、土砂を埋め込んだ後にシートパイルを引抜くこととなる。杭１００を引抜く際に、杭１００の周縁にシートパイルが存在するので、杭１００の周縁の土が崩れ落ちることがなく、工事後の地盤沈下を防止することができる。

図３４は、爪駆動装置２０、切欠３０、爪装置４０及び伝達装置５０の関係を模式化した一部断面図を示す。（ａ）は第一実施形態の図２の右側を模式化したものである。一方、図３４（ｂ）は 内環２２と中環２３の役割を同図（ａ）と相対的に入れ替え、第一内環２２’に切欠３０を設け、中環２３’にコマ２５を設けてもよい。

さらに、図３４（ｃ）に示すように、爪駆動装置２０、切欠３０、伝達装置５０の代わりに、シリンダ装置７０を用いることも可能である。これは、第二内環２２’’に上ロッド７１ａを接続し、下ロッド７１ｂにチャック爪４１を接続して、上ロッド７１ａと下ロッド７１ｂとの間にシリンダ７１を設けることで実現される。

図３５、３６は矩形地域にシートパイルを打設した状態を示す。二種類のシートパイル１１１，１１２が交互に設けられ、コーナー部分では他のシートパイル１１３が用いられる。各シートパイルは図３６に示すように（ａ）（ｂ）では左右の連結部１１１ａ，１１２ａは対象形状であるが、（ｃ）では連結部１１３ａが左右異なる形状となる。一点鎖線で示したシートパイル１１２のみで構成された場合に比較して、占有ラインがＢ４からＢ３に拡大され、無駄な境界スペースを削減することが可能となる。

最後にその他の実施形態の可能性について言及する。上記各実施形態において、爪４１又は支持孔４７ａのいずれかに溝を形成することで、爪４１移動時の抵抗を軽減することが可能である。また、上記第一実施形態では振止環２６が固定であったが、この振止環２６を例えば前方が開閉可能となるように構成してもよい。

上記各実施形態は相互組み合わせが可能であり、各実施形態で用いられていない構成も他の実施形態の構成を適用することが可能である。

本発明は、杭の抜き取り及び切断のための装置及び工法として利用することができる。また、上記爪装置の構造は、杭の抜き取りのみに限らず、他の重量物の保持にも適用可能である。さらに、本発明は、杭や転石等の地中障害物の撤去装置及び撤去方法として利用することができる。

Claims (11)

1. 円筒状のケーシングと、このケーシング下端部の掘削歯と、前記ケーシング下端部に設けられた孔と、この孔に挿入されケーシング内側に突出するチャック爪と、このチャック爪をケーシング内側に突出させる爪駆動装置とを有し、地中に埋設された障害物の外周を前記掘削歯で掘削して当該障害物をケーシングにより覆うと共に前記チャック爪で障害物を掴んだ状態でケーシングを引き上げることにより障害物を地中から撤去する地中障害物の撤去装置であって、前記チャック爪が前記爪駆動装置により前記孔に沿ってケーシング内側に突出するように湾曲しており、前記孔を形成する部材が厚みを有し、前記チャック爪に下方向きの荷重が掛かった際に前記孔の下部でケーシング内側部分と前記孔の上部でケーシング外面側部分を前記チャック爪に接当させて前記下方向きの荷重を支持することを特徴とする地中障害物の撤去装置。
2. 前記ケーシングを回転させることにより前記チャック爪に反回転方向の荷重が掛かった際に前記孔の前記回転方向上手側でケーシング内側部分と前記孔の前記回転方向下手側でケーシング外面側部分を前記チャック爪に接当させて前記反回転方向の荷重を支持することを特徴とする請求項１記載の地中障害物の撤去装置。
3. 前記ケーシングが前記掘削歯及びチャック爪を有する下分割体とさらに上部のケーシングに連結させるための上部分割体とを有し、前記上下分割体は相対回転及び相対伸縮可能であり、前記上下分割体の間に各分割体に設けられた係合部が互いに係合してこれら上下分割体の相対伸縮の可否を上下分割体の相対回転位置で選択可能な係合機構を有し、前記爪駆動装置が前記上下分割体の相対縮小により前記チャック爪を前記ケーシングの内側に突出させるものであることを特徴とする請求項１記載の地中障害物の撤去装置。
4. 前記係合機構が、チャック爪の突出量を前記上下分割体の相対回転及び相対縮小により調整する圧抜き部と、さらに前記上下分割体の相対縮小を許容した後上下分割体の相対伸長を防ぐ第一チャック部とを備え、前記相対回転で爪の突出及び固定を回転で切替であることを特徴とする請求項３記載の地中障害物の撤去装置。
5. 前記係合機構が、縮小規制を段階的に行い、チャック爪の突出量規制を段階的に行うことを特徴とする請求項４記載の地中障害物の撤去装置。
6. 前記爪駆動装置が伸縮装置とこの伸縮装置により前記チャック爪を駆動させるロッドよりなることを特徴とする請求項１記載の地中障害物の撤去装置。
7. 前記地中障害物が既設杭であり、前記ケーシングを回転させるケーシング駆動装置を昇降させるトップシーブを備え、ケーシング駆動装置とトップシーブにはそれぞれケーシング設置位置を挟んで少なくとも一対のプーリー群が設けられており、前記プーリー群の間を掛けわたすワイヤーをケーシング設置位置を迂回させるプーリーを介して配置することにより、一対のプーリー群間にケーシングの通過を許容する貫通部を設けたことを特徴とする請求項１記載の地中障害物の撤去装置。
8. 前記地中障害物が杭であることを特徴とする請求項１記載の地中障害物の撤去装置。
9. 前記地中障害物が転石であることを特徴とする請求項１記載の地中障害物の撤去装置。
10. 前記ケーシングの最下端に位置し請求項１〜９のいずれかに記載の地中障害物の撤去装置に用いる掘削ユニットであって、前記ケーシング下端部の掘削歯と、前記ケーシング下端部に設けられた孔と、この孔に挿入されケーシング内側に突出するチャック爪と、このチャック爪をケーシング内側に突出させる爪駆動装置とを有し、地中に埋設された障害物の外周を前記掘削歯で掘削して当該障害物をケーシングにより覆うと共に前記チャック爪で障害物を掴んだ状態でケーシングを引き上げることにより障害物を地中から撤去するものであり、前記チャック爪が前記爪駆動装置により前記孔に沿ってケーシング内側に突出するように湾曲しており、前記孔を形成する部材が厚みを有し、前記チャック爪に下方向きの荷重が掛かった際に前記孔の下部でケーシング内側部分と前記孔の上部でケーシング外面側部分を前記チャック爪に接当させて前記下方向きの荷重を支持することを特徴とする掘削ユニット。
11. 請求項１〜９のいずれかに記載の地中障害物の撤去装置を用いた地中障害物の撤去方法であって、円筒状のケーシングと、このケーシング下端部の掘削歯と、前記ケーシング下端部に設けられた孔と、この孔に挿入されケーシング内側に突出するチャック爪と、このチャック爪をケーシング内側に突出させる爪駆動装置とを有し、地中に埋設された障害物の外周を前記掘削歯で掘削して当該障害物をケーシングにより覆うと共に前記チャック爪で障害物を掴んだ状態でケーシングを引き上げることにより障害物を地中から撤去する地中障害物の撤去装置を備え、前記チャック爪が前記爪駆動装置により前記孔に沿ってケーシング内側に突出するように湾曲しており、前記孔を形成する部材が厚みを有し、前記チャック爪に下方向きの荷重が掛かった際に前記孔の下部でケーシング内側部分と前記孔の上部でケーシング外面側部分を前記チャック爪に接当させて前記下方向きの荷重を支持することを特徴とする地中障害物の撤去方法。

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