JP4667479B2 - 杭着脱構造及び杭施工方法 - Google Patents

Description

本発明は、杭着脱構造に関し、例えば、水中岩盤などの硬い地盤に打設する杭を、打設用のケーシングに対して着脱する杭着脱構造に関する。

防波堤などの水中構造物を構築する場合、硬い水中地盤に鋼管製の杭を打設することがある。

従来、このように、硬い水中地盤に杭を施工する杭施工方法としては、杭の先端にビットを取付け、この杭を掘削機にセットされたケーシングに結合させて、ケーシングを回転させながら杭を地中に貫入させて地盤に建て込むようにした方法がある（特許文献１参照）。
特開２０００−４５２７６号公報

上述のような従来の杭施工方法では、掘削に使用したビット付きの杭をそのまま本杭として利用するため、特殊鋼で形成される高価なビットも地中に埋設されてしまうことになり、資材の無駄遣いとなり、不経済であるという問題があった。そこで、掘削機にセットしたケーシングにビット付きのファーストチューブを取付け、ケーシングの回転降下によりファーストチューブでリング溝を掘削した後、そのファーストチューブに代えて杭をケーシングに取付けて、この杭をこのリング溝に打設することにより、ビット付きのファーストチューブを地中に埋設するという不経済の問題は解消される。しかしながら、この方法では、ケーシングに杭が結合・分離し得る杭着脱構造が必要とされる。以上のことが本発明の課題である。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、杭打設用のケーシングに対して杭が簡単かつ確実に結合・分離し得る杭着脱構造を提供することを目的とする。

本発明者は、杭とケーシングのいずれか一方には係止突起を、いずれか他方には係止溝をそれぞれ形成し、係止突起と係止溝の係合離脱により杭とケーシングが自動で簡単かつ確実に結合・分離し得ることを見出し、これに基づいて、以下のような新たな杭着脱構造を発明するに至った。

（１） 削孔用の掘削機に建て込まれる管状のケーシングと地盤に所定深さのリング溝を形成する掘削部材とを着脱する第１着脱構造、及び前記ケーシングと前記リング溝に挿入される管状の杭とを着脱する第２着脱構造を備える杭着脱構造であって、前記第１着脱構造は、前記掘削部材の上端部に、前記ケーシングの下端部にねじ込むことにより、前記掘削部材を前記ケーシングに着脱可能に取付ける接合部を有し、前記第２着脱構造は、前記杭と前記ケーシングのいずれか一方に係止突起を有し、いずれか他方に前記係止突起が係合される、縦溝と横溝からなる略Ｌ字形状に形成された係止溝を有し、前記ケーシングの下端部と前記杭の上端部とを嵌合させ、前記係止突起が前記横溝に係合した状態で前記杭は前記ケーシングに固定され、前記係止突起が前記縦溝に係合した状態で前記杭は前記ケーシングから離脱するようになっていることを特徴とする杭着脱構造。

（１）記載の溝掘削装置によれば、係止突起を縦溝に合わせて杭をケーシングに嵌合させた後、杭又はケーシングを回転させることにより、係止突起が横溝に係止した状態で杭はケーシングに固定され、ケーシングを逆回転させることにより、杭をケーシングから離脱させることができる。このように、杭とケーシングが回転操作のみで簡単かつ確実に結合・分離し得るので、掘削機にセットされたケーシングにより、杭を確実に地盤に打設することができる。

（２） 前記杭の下端部に回り止め用のビットが取付けられていることを特徴とする（１）記載の杭着脱構造。

（２）記載の杭着脱構造によれば、杭を打設したとき、ビットが地盤に食い込むので、ケーシングを打設時とは逆に回転させたとき、杭の連れ回りが防止され、杭からケーシングを確実に分離させることができる。

（３） 前記ケーシングの下端部には、段部を介して肉薄部が形成され、この肉薄部に前記杭の上端部を嵌合させて、前記段部に前記杭の上端を係合させることを特徴とする請求項１又は２記載の杭着脱構造。

（３）記載の杭着脱構造によれば、ケーシングの下端部に段部を介して肉薄部が形成されているので、肉薄部に杭を嵌合させたとき、杭と段部が係合し、杭打設時のケーシングからの力が段部から杭に加わって確実に杭貫入操作が行われる。
（４） （１）から（３）のいずれかに記載の杭着脱構造を用いて地盤に杭を施工する杭施工方法であって、前記ケーシングの下端部に、下端部に掘削用のビットが取付けられた管状の前記掘削部材の前記結合部を着脱可能に取付ける第１工程と、前記ケーシング及び前記掘削部材を削孔用の掘削機に建て込み、該ケーシングを該掘削機により回転させつつ下降させて、前記掘削部材により地盤に前記リング溝を形成する第２工程と、前記ケーシングを引上手段により引き上げて前記掘削部材を前記リング溝から抜いた後、前記ケーシングと前記掘削部材の前記結合部を分離する第３工程と、前記係止突起を前記横溝に係合させ、前記ケーシング及び前記杭を前記掘削機に建て込み、前記ケーシングを前記掘削機により回転させつつ下降させて、前記リング溝に前記杭を挿入させる第４工程と、前記ケーシングを逆回転させて、前記係止突起を前記縦溝に係合した状態で前記杭を前記ケーシングから離脱させ、前記ケーシングのみを前記引上手段により引き上げる第５工程と、を備えたことを特徴とする杭施工方法。

本発明の杭着脱構造によれば、杭打設用のケーシングに対して杭を簡単かつ確実に結合・分離させることができる。

以下、図面を参照して本発明を実施するための最良の形態を説明する。

図１は、本発明の実施形態による杭着脱構造を備えた杭施工装置の側面図、図２は、ケーシングと杭の分離状態の拡大断面図、図３は、ケーシングと杭の結合状態の拡大断面図、図４は、図３のＩＩ−ＩＩ線断面図である。

図１において、１０は、杭打ちを行う場所に設置される台船であって、海底地盤１１上に支柱１２を介して設置されている。台船１０上にはクレーン１４（図５参照）が設置されている。また、台船１０の前部には、杭打設用の架台１５が設けられている。台船１０の高さ位置は、台船１０に取付けられた昇降装置１７により決定するようになっている。

架台１５上に掘削機１６が設置されている。架台１５上にはＸＹ方向のレール（図示せず）が設けられ、掘削機１６を駆動装置によりこのレール上に移動可能に設置することにより、掘削機１６を掘削位置に設定できるようになっている。掘削機１６には鋼管製のケーシング２０が建て込まれている。ケーシング２０の下端部には杭２３が着脱可能に取付けられている。

図２に示すように、杭２３は、鋼管等の杭本体２３ａと、杭本体２３ａの下端に固定された、杭挿入及び回り止め用のビット２４と、杭本体の上端部の内面に設けられた係止突起２５とを備えた構成のものである。ケーシング２０の下端部には、段部２０ｂを介して肉薄部２０ａが形成され、この肉薄部２０ａには、縦溝２６ａと横溝２６ｂからなる鈎型の係止溝２６が形成されている。

図２の分離状態から、杭２３の係止突起２５を係止溝２６に合致させて、杭２３をケーシングの肉薄部２０ａに嵌合させると、係止突起２５は縦溝２６ａにはまって移動する。係止突起２５が縦溝２６ａの上部に移動したとき、杭２３を図４の矢印ａ方向に少し回転させると、図３に示すように、係止突起２５が横溝２６ｂに係合し、これにより、杭２３はケーシング２０に結合される。

ケーシング２０と杭２３を分離するときは、ケーシング２０を図４の矢印ｂ方向に少し回転させると、縦溝２６ａが係止突起２５まで移動し、これにより、ケーシング２０をクレーン１４で引き上げれば、杭２３はケーシング２０から分離される。

上記実施形態では、係止突起２５を杭２３に、係止溝２６をケーシング２０に形成した構造であるが、係止突起２５をケーシング２０に、係止溝２６を杭２３に形成した構造でもよい。なお、図示の例では、係止突起２５及び係止溝２６を１箇所に形成した構造を示しているが、複数箇所に係止突起２５と係止溝２６を形成した構造でもよい。なお、ビット２４は、掘削には使用しないので、後述するファーストチューブ２１のビット２１ｃより、強度も小さく個数も少なくてよい。

図５及び図６は、本発明の実施形態による杭着脱構造を適用した杭施工の工程図である。

図５の（１）は、台船の位置決め工程を示す。同図において、台船１０上にはクレーン１４が設置され、台船１０の前部には架台１５が設けられている。台船１０を海底地盤１１上に支柱１２を介して海面１３の上方に設置する。台船１０の高さ位置は、台船１０に取付けられた昇降装置１７により決定される。

図５の（２）は、掘削機１６の設置工程を示す。同図において、掘削機１６はクレーン１４のワイヤ１８に取付けられたフック１９に吊り下げられ、ワイヤ１８を降ろすことにより、架台１５上に設置する。

図５の（３）は、ファーストチューブ（掘削部材）２１及びケーシングの建込み工程を示す。同図に示すように、長尺（継ぎ合わせて長尺にする連結式のもの）の鋼管製のケーシング２０の先端に、ファーストチューブ２１を取付ける。同図に示すように、ファーストチューブ２１は、鋼管等の本体２１ａの下端には複数のビット２１ｃが取付けられ、上端にはねじ等による接合部２１ｂが設けられたもので、接合部２１ｂをケーシング２０の下端にねじ込むことにより、ケーシング２０の下端に着脱可能に取付けている。ファーストチューブ２１を取付けたケーシング２０をクレーン１４のフック１９に吊り下げて、掘削機１６に建て込む。

図５の（４）は、掘削機１６による溝堀り工程を示す。同図に示すように、掘削機１６によりケーシング２０を回転させながら所定位置まで、下降させることにより、ファーストチューブ２１のビット２１ｃにより海底地盤１１が削られ、図６の（５）に示すような所定深さのリング溝２２が形成される。

図６の（５）は、削孔完了・ファーストチューブ引き抜き工程を示す。同図に示すように、ケーシング２０をフックに掛けてクレーン１４により引き上げることにより、ファーストチューブ２１はリング溝２２から引き抜かれる。ファーストチューブ２１が掘削機１６から出る位置までケーシング２０を引き上げた後、ファーストチューブ２１の接合部２１ｂにおいてケーシング２０から切離す。

次いで、ケーシング２０の下端にファーストチューブ２１に代えて杭２３を取付ける（図３参照）。

図６の（６）は、杭建込み工程を示す。同図に示すように、上述のようにして、杭２３を下端に取付けたケーシング２０を掘削機１６に建込む。

図６の（７）は、杭挿入工程を示す。同図に示すように、掘削機１６によりケーシング２０を回転させながら下降させてリング溝２２に杭２３を挿入し、ビット２４をリング溝２２の底部に突き立てる。

図６の（８）は、ケーシング２０引き抜き工程を示す。ケーシング２０を下降時とは逆に回転させて、杭２３からケーシング２０を離脱させ（図２参照）、ケーシング２０をクレーン１４のフック１９に掛けて引き上げることにより、杭２３を海中に残したままケーシング２０のみ引き上げる。このようにして、杭２３の施工を完了する。

以上のように、本発明による杭着脱構造は、杭２３とケーシング２０を相対的に回転させるだけで、係止突起２５と係止溝２６が係合又は離脱し、杭２３とケーシング２０が簡単かつ確実に結合又は分離することができ、掘削機１６に建て込まれるケーシング２０を用いての杭打設が可能となる。

なお、上記実施形態では、図６の（５）及び（８）におけるケーシング２０の引き上げをクレーン１４により行っているが、ケーシングの引上手段として、掘削機１６を利用してもよい。また、上記実施形態では、図５の（１）〜図６の（５）における掘削時と、図６の（６）〜（８）における本杭建て込み時とで同一のケーシング２０を使用した例を示しているが、掘削時と本杭建て込み時とでは異なるケーシングを使用することも可能である。

本発明の杭施工方法は、港湾工事や海洋工事で用いる水中構造物の構築に好適に用いることができるが、その他の杭打設にも適用可能である。

本発明の杭着脱構造を備えた杭打設装置の説明図である。 本発明の杭着脱構造の分離状態の断面図である。 本発明の杭着脱構造の結合状態の断面図である。 図３のＩＩ−ＩＩ線断面図である 本発明の杭着脱構造が適用される杭施工の一例を示す工程図である。 本発明の杭着脱構造が適用される杭施工の一例を示す工程図である。

符号の説明

１６ 掘削機
２０ ケーシング
２０ａ 肉薄部
２０ｂ 段部
２３ 杭
２４ ビット
２５ 係止突起
２６ 係止溝
２６ａ 縦溝
２６ｂ 横溝

Claims (4)

1. 削孔用の掘削機に建て込まれる管状のケーシングと地盤に所定深さのリング溝を形成する掘削部材とを着脱する第１着脱構造、及び前記ケーシングと前記リング溝に挿入される管状の杭とを着脱する第２着脱構造を備える杭着脱構造であって、
   前記第１着脱構造は、前記掘削部材の上端部に、前記ケーシングの下端部にねじ込むことにより、前記掘削部材を前記ケーシングに着脱可能に取付ける接合部を有し、
   前記第２着脱構造は、
   前記杭と前記ケーシングのいずれか一方に係止突起を有し、
   いずれか他方に前記係止突起が係合される、縦溝と横溝からなる略Ｌ字形状に形成された係止溝を有し、
   前記ケーシングの下端部と前記杭の上端部とを嵌合させ、
   前記係止突起が前記横溝に係合した状態で前記杭は前記ケーシングに固定され、
   前記係止突起が前記縦溝に係合した状態で前記杭は前記ケーシングから離脱するようになっていることを特徴とする杭着脱構造。
2. 前記杭の下端部に回り止め用のビットが取付けられていることを特徴とする請求項１記載の杭着脱構造。
3. 前記ケーシングの下端部には、段部を介して肉薄部が形成され、この肉薄部に前記杭の上端部を嵌合させて、前記段部に前記杭の上端を係合させることを特徴とする請求項１又は２記載の杭着脱構造。
4. 請求項１から３のいずれかに記載の杭着脱構造を用いて地盤に杭を施工する杭施工方法であって、
   前記ケーシングの下端部に、下端部に掘削用のビットが取付けられた管状の前記掘削部材の前記結合部を着脱可能に取付ける第１工程と、
   前記ケーシング及び前記掘削部材を削孔用の掘削機に建て込み、該ケーシングを該掘削機により回転させつつ下降させて、前記掘削部材により地盤に前記リング溝を形成する第２工程と、
   前記ケーシングを引上手段により引き上げて前記掘削部材を前記リング溝から抜いた後、前記ケーシングと前記掘削部材の前記結合部を分離する第３工程と、
   前記係止突起を前記横溝に係合させ、前記ケーシング及び前記杭を前記掘削機に建て込み、前記ケーシングを前記掘削機により回転させつつ下降させて、前記リング溝に前記杭を挿入させる第４工程と、
   前記ケーシングを逆回転させて、前記係止突起を前記縦溝に係合した状態で前記杭を前記ケーシングから離脱させ、前記ケーシングのみを前記引上手段により引き上げる第５工程と、を備えたことを特徴とする杭施工方法。

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