JP4769768B2 - 拡径掘削用バケット、中間拡径部の掘削方法、及び拡底部の掘削方法 - Google Patents

Description

本発明は、杭孔に拡径部を形成する拡径掘削用バケット、中間拡径部を形成する中間拡径部の掘削方法、及び拡底部を形成する拡底部の掘削方法に関する。

建築物の大型化や高層化に伴い、高い鉛直支持性能が基礎杭に要求されている。そこで、図３９に示すように、基礎杭５００の先端部５０２を拡径した拡底部を形成することによって鉛直支持力を大きくする場所打ちコンクリート杭が採用されている。

さらに、図４０に示すように、基礎杭５０４の先端部５０６だけでなく、中間にも拡径した中間拡径部５０８を設けた場所打ちコンクリート杭が提案されている。この杭は、中間拡径部５０８が地中でネジ山のような働きをするので、周囲の地盤から大きな鉛直支持力及び引抜抵抗力を得ることができる。

図３９、４０に示すような場所打ちコンクリート杭は、杭径を小さくしても十分な鉛直支持力及び引抜抵抗力が得られるので、建設副産物となる掘削土や杭施工時に使用する孔壁安定液を削減でき、環境負荷低減を図ることができる。

また、杭材料であるコンクリートや鉄筋を削減することができるので、コスト低減や工期短縮を図ることができる。

図４１（Ａ）に示す、特許文献１の分割バケット型回転掘削装置５１２では、ケリーバ５１４の下端に連結された角筒状の外筒５１６の内側に、スライド可能に嵌合された角筒状の内筒５１８が設けられている。そして、内筒５１８の下端部には、下面にビット（不図示）が配設された底板５２０が水平に取付けられている。

外筒５１６の内部には、外筒５１６の頂部に後端部が回転可能に連結された油圧シリンダ５２６が備えられており、油圧シリンダ５２６のピストンロッド５２８の先端部に設けられたピン５３０によってピストンロッド５２８の先端部と内筒５１８の下端部が連結されているので、油圧シリンダ５２６のピストンロッド５２８を伸縮させることにより、内筒５１８が伸縮する。

外筒５１６及び内筒５１８の周りには、外壁面にビット（不図示）が配設された湾曲側壁板５２２が設けられており、外筒５１６及び内筒５１８と、湾曲側壁板５２２とが平行リンク機構５２４によって連結されている。

よって、油圧シリンダ５２６のピストンロッド５２８が最長の状態になると、湾曲側壁板５２２は平行リンク機構５２４の作用によって内側に平行移動するので、バケットの径は図４１（Ａ）のように最小になる。

そして、この状態の分割バケット型回転掘削装置５１２を拡径する杭孔の底部に載置し、回転駆動装置（不図示）によりケリーバ５１４を介して分割バケット型回転掘削装置５１２を回転させると共に、油圧シリンダ５２６のピストンロッド５２８を縮めながら、分割バケット型回転掘削装置５１２を沈下させていくと杭孔の底部は拡径掘削される。そして、分割バケット型回転掘削装置５１２は図４１（Ｂ）のような全開状態になる。

杭孔底部の拡径掘削により掘削された土砂は、湾曲側壁板５２２を再び図４１（Ａ）の状態に戻すことによって、全閉状態となったバケット内に収容される。そして、分割バケット型回転掘削装置５１２は、クレーンによって地上に吊り上げられた後にバケット内に収容した土砂を地上に排出する。

ここで、１回の掘削ステップで排出できる掘削土砂量はバケット容量に依存する。特許文献１の分割バケット型回転掘削装置５１２のように、バケットの側壁（湾曲側壁板５２２）が土砂掘削のカッターの役割りを兼ねる装置では、バケット容量を大きくするために側壁を高くすると掘削負荷が大きくなってしまうので好ましくない。

よって、特許文献１の分割バケット型回転掘削装置５１２では、１回の掘削ステップで排出できる掘削土砂量を大きくすることが難しく、このようなバケット容量の小さい分割バケット型回転掘削装置５１２で拡径掘削を行う場合、掘削土砂を地上に排出するための分割バケット型回転掘削装置５１２の昇降回数を多くしなければならないので施工効率が低下してしまう。

また、杭孔中間に中間拡径部を形成した後に杭孔底部の拡底掘削を行う場合、杭孔底部の掘削土砂を地上に排出するための分割バケット型回転掘削装置５１２の昇降回数が多くなると、掘削が完了した中間拡径部の法尻等に分割バケット型回転掘削装置５１２が接触して崩落し、杭孔の品質が低下することが懸念される。

ここで、容量の大きな土砂回収用バケットを分割バケット型回転掘削装置５１２の湾曲側壁板５２２の下方に別途設けることが考えられるが、例えば、中間拡径部の下部に傾斜面を形成するために、湾曲側壁板５２２の下端部にカッターを取り付けようとする場合、土砂回収用バケットは、このカッターの下端よりも下に設けられることになるので、分割バケット型回転掘削装置５１２の機械高さがかなり大きくなり、クレーンによって吊り上げるのが困難になってしまう。

また、拡底部を形成する場合には、土砂回収用バケットが邪魔になって、拡底部の下部を形成することができない。
特開昭６０−２４２２９２号公報

本発明は係る事実を考慮し、杭孔の中間拡径部又は拡底部を形成することができると共に、地上に掘削物を排出するための拡径掘削用バケットの昇降回数を減らすことができる拡径掘削用バケット、中間拡径部の掘削方法、及び拡底部の掘削方法を提供することを課題とする。

請求項１に記載の発明は、掘削機本体に懸架されて回転する回転軸に設けられ、拡縮して縦孔の孔壁を掘削し、前記縦孔に拡径部を形成する拡翼部と、前記拡翼部の下端部に着脱可能に取り付けられ、前記拡径部の下部に前記縦孔の下方中心に向う傾斜面を形成するアーム部と、前記回転軸の下端部に着脱可能に取り付けられ、前記縦孔の孔壁に外周が接触する大きさの桶状容器と、を有し、前記桶状容器の側壁は、前記アーム部の下端に開口面が位置する第１の高さと、前記拡翼部の下端に開口面が位置する第２の高さと、に変更可能であることを特徴としている。

請求項１に記載の発明では、掘削機本体に懸架されて回転する回転軸に拡翼部が設けられている。拡翼部は拡縮することによって縦孔の孔壁を掘削し、縦孔に拡径部を形成する。

拡翼部の下端部には、アーム部が着脱可能に取り付けられている。アーム部は、拡翼部の拡縮によって拡径部の下部に縦孔の下方中心に向う傾斜面を形成する。

そして、回転軸の下端部に桶状容器が着脱可能に取り付けられている。

桶状容器は、縦孔の孔壁に外周が接触する大きさを有している。そして、桶状容器の側壁は、アーム部の下端に開口面が位置する第１の高さと、拡翼部の下端に開口面が位置する第２の高さと、に変更することができる。

よって、桶状容器の側壁が第１の高さのときには、拡翼部及びアーム部によって掘削された孔壁の掘削物を桶状容器が回収し、桶状容器の側壁が第２の高さのときには、拡翼部によって掘削された孔壁の掘削物を桶状容器が回収するので、縦孔の底部に落ちて溜まる掘削物をなくす、又は少なくすることができる。

これにより、縦孔の底部に溜まった掘削物を地上に排出するために土砂回収用バケットを昇降させる作業をなくす、又は回収用バケットを昇降させる回数を減らすことができる。

また、拡径部の下部の傾斜面を掘削するときには、桶状容器の側壁を第１の高さにしてアーム部を取り付けられるようにし、それ以外の掘削のときには、側壁を第１の高さにした桶状容器よりも１回の掘削ステップで多くの掘削物を回収することができるように桶状容器の側壁を第２の高さにする。

これにより、拡径部の下部に傾斜面を形成することができると共に、地上に掘削物を排出するための拡径掘削用バケットの昇降回数を減らすことができ、施工効率が向上する。

また、桶状容器の側壁の高さを変更しても拡径掘削用バケットに対する桶状容器の底面の鉛直方向の位置は変わらない。よって、桶状容器の側壁を第２の高さにしたときの拡径掘削用バケットの機械高さを、アーム部を取り付けて桶状容器の側壁を第１の高さにしたときの拡径掘削用バケットの機械高さに抑えることが可能になる。

これにより、アーム部を取り付けて桶状容器の側壁を第１の高さにした拡径掘削用バケットを懸架する掘削機本体（例えば、クレーン）によって、桶状容器の側壁を第２の高さにした拡径掘削用バケットを地上に引き上げることができる。

また、拡径掘削用バケットを縦孔の上から下に移動させながら孔壁の掘削を行う場合において、桶状容器が回転軸の中心を縦孔の中心位置にガイドするので、拡径部の真円度を高めることができる。さらに、側壁を第２の高さにした桶状容器は、側壁を第１の高さにした桶状容器よりも、孔壁に接触する周面積が大きくなる。よって、拡径掘削用バケットの回転をより安定させることができる。

また、桶状容器を回転軸の下端部から取り外さないで、桶状容器の側壁の高さを変更することができる。よって、段取り替え作業が容易になり、作業の時間短縮を図ることができる。

請求項２に記載の発明は、前記桶状容器の側壁は、該側壁の一部を着脱することによって高さの変更が可能であることを特徴としている。

請求項２に記載の発明では、桶状容器の側壁の一部を着脱することによって側壁の高さを変更するので、簡易な方法で桶状容器の側壁の高さを変更することができる。

請求項３に記載の発明は、前記桶状容器の側壁は、該側壁を伸縮させることによって高さの変更が可能であることを特徴としている。

請求項３に記載の発明では、桶状容器の側壁を伸縮させることによって側壁の高さを変更するので、桶状容器の側壁を第１の高さに変更した場合においても、縮められた分の側壁は桶状容器中に収納される。

これにより、側壁を仮置きするヤードを確保しなくてよい。

請求項４に記載の発明は、縦孔の孔壁を掘削して前記縦孔の中間部に中間拡径部を形成する中間拡径部の掘削方法において、掘削機本体に懸架されて回転する回転軸に設けられた拡翼部の下端部にアーム部を取り付け、かつ開口面が前記アーム部の下端に位置するように桶状容器を前記回転軸の下端部に取り付けた第１の状態で、前記拡翼部を拡縮して前記アーム部により前記中間拡径部の下部傾斜面を形成する中間拡径下部形成工程と、前記第１の状態の前記桶状容器の側壁を該桶状容器の開口面が前記拡翼部の下端に位置するように高くした第２の状態で、前記アーム部が取り外された前記拡翼部を拡縮して該拡翼部により前記中間拡径部の上部傾斜面及び鉛直面の形成を行う中間拡径上中部形成工程と、を有し、前記桶状容器は、前記縦孔の孔壁に外周が接触する大きさであることを特徴としている。

請求項４に記載の発明では、中間拡径下部形成工程と中間拡径上中部形成工程とによって、縦孔の孔壁を掘削して縦孔の中間部に中間拡径部を形成する。

中間拡径下部形成工程では、第１の状態で拡翼部を拡縮してアーム部により中間拡径部の下部傾斜面を形成する。ここで、第１の状態とは、掘削機本体に懸架されて回転する回転軸に設けられた拡翼部の下端部にアーム部を取り付け、かつアーム部の下端に開口面が位置するように回転軸の下端部に桶状容器を取り付けた状態のことである。桶状容器は、縦孔の孔壁に外周が接触する大きさになっている。

中間拡径上中部形成工程では、第２の状態で拡翼部を拡縮してこの拡翼部により中間拡径部の上部傾斜面及び鉛直面を形成する。ここで、第２の状態とは、掘削機本体に懸架されて回転する回転軸に設けられた拡翼部の下端に開口面が位置するように、第１の状態の桶状容器の側壁を高くした状態のことである。

よって、中間拡径部の下部傾斜面を形成するときには桶状容器の側壁を低くして（第１の状態）アーム部を取り付けられるようにし、中間拡径部の上部傾斜面及び鉛直面を形成するときには１回の掘削ステップで多くの掘削物を回収することができるように桶状容器の側壁を高くする（第２の状態）。

これにより、アーム部による中間拡径部の下部傾斜面を形成できると共に、地上に掘削物を排出するための拡径掘削用バケットの昇降回数を減らすことができ、施工効率が向上する。

また、桶状容器の側壁の高さを変更しても拡径掘削用バケットに対する桶状容器の底面の鉛直方向の位置は変わらない。よって、第２の状態にしたときの拡径掘削用バケットの機械高さを、アーム部を取り付けて第１の状態にしたときの拡径掘削用バケットの機械高さに抑えることが可能になる。

これにより、アーム部を取り付けて第１の状態にした拡径掘削用バケットを懸架する掘削機本体（例えば、クレーン）によって、第２の状態にした拡径掘削用バケットを地上に引き上げることができる。

請求項５に記載の発明は、縦孔の孔壁を掘削して前記縦孔の底部に拡底部を形成する拡底部の掘削方法において、掘削機本体に懸架されて回転する回転軸に設けられた拡翼部の下端に上面が位置するように前記回転軸の下端部に底蓋部材を取り付けた状態で、前記拡翼部を拡縮して該拡翼部により前記拡底部の下部を形成する拡底下部形成工程と、前記拡翼部の下端に開口面が位置するように、前記回転軸を下方へ伸ばして前記底蓋部材上に側壁を設けた状態で、前記拡翼部を拡縮して該拡翼部により前記拡底部の上部を形成する拡底上部形成工程と、を有し、前記底蓋部材は、前記縦孔の孔壁に外周が接触する大きさであることを特徴としている。

請求項５に記載の発明では、拡底下部形成工程と拡底上部形成工程とによって、縦孔の孔壁を掘削して縦孔の底部に拡底部を形成する。

拡底下部形成工程では、掘削機本体に懸架されて回転する回転軸の下端部に底蓋部材を取り付けた状態で、回転軸に設けられた拡翼部を拡縮してこの拡翼部により拡底部の下部を形成する。底蓋部材は、上面が拡翼部の下端に位置するように取り付けられている。また、底蓋部材は、縦孔の孔壁に外周が接触する大きさになっている。

拡底上部形成工程では、回転軸を伸ばして底蓋部材上に側壁を設けた状態で、拡翼部を拡縮してこの拡翼部により拡底部の上部を形成する。このとき、側壁は開口面が拡翼部の下端に位置するように設けられている。

よって、拡底部の上部を形成するときには１回の掘削ステップで多くの掘削物を回収することができるように底蓋部材上に側壁を設け、拡底部の下部を形成するときには、側壁を外して底蓋部材のみにする。

これにより、拡底部の下部を形成できると共に、地上に掘削物を排出するための拡径掘削用バケットの昇降回数を減らすことができ、施工効率が向上する。

本発明は上記構成としたので、杭孔の中間拡径部又は拡底部を形成することができると共に、地上に掘削物を排出するための拡径掘削用バケットの昇降回数を減らすことができる。

図面を参照しながら、本発明の実施形態に係る拡径掘削用バケットを説明する。

図１には、場所打ちコンクリート杭を構築するための杭孔２０の中間に中間拡径部を形成する掘削機１０の全体構成が示されている。

ケリーバ１２が、掘削機本体としてのクレーン１６のワイヤー８８に接続されて懸架されている。また、ケリーバ１２の途中には旋回装置１４が設けられており、ケリーバ１２の上下方向の移動を拘束せずに、ケリーバ１２を回転させる。

クレーン１６の前方から張出した位置決めアーム１８は、旋回装置１４の水平位置を調整し、縦孔としての杭孔２０の中心位置にケリーバ１２を配置する。

図９（Ｃ）に示すように、回転軸としての固定ポスト２４の上端部には、軸部材６０が接続されている。そして、この軸部材６０上に設けられた連結ブラケット２６にケリーバ１２がピン連結されている。

なお、図１の杭孔２０は、事前にケリーバ用のドリリングバケットによって地盤２８を掘削して形成したものであり、杭孔２０内には孔壁の倒壊を防止するベントナイト等の安定液Ｌが満たされている。

拡径掘削用バケット２２は、図２に示すように、上部スタビライザ部３６、拡縮バケット部３８、下部スタビライザ部４０によって構成され、上からこの順に配置されている。

上部スタビライザ部３６は、図３の平面図に示すように、軸部材６０を囲む円弧状のガイド部材４２を対角状に４つ配置したものである。

各ガイド部材４２の内側には、角筒状のスライド部材４４の後端部が固定され、スライド部材４４の先端部は軸部材６０に向っている。スライド部材４４は、軸部材６０の各コーナー部から外側に張出した角筒状の支持部材４６の内側に、スライド可能に嵌合されている。これにより、図３の状態よりも外側（矢印Ｎの方向）にガイド部材４２を拡げることができる。

支持部材４６にはボルト４８を通す２つの貫通孔５０が開けられており、スライド部材４４にはボルト４８を通す７つの貫通孔５２が等間隔に開けられている。

杭孔２０の孔壁面とガイド部材４２の間にわずかな隙間を残す程度に、スライド部材４４をスライドさせてガイド部材４２の位置を調整し、貫通孔５０と貫通孔５２が一致する位置で、２本のボルト４８によって固定する。

このとき、各スライド部材４４のスライド量を等しくすることによって、軸部材６０に接続された固定ポスト２４の中心を杭孔２０の中心位置にガイドすることができる。

図２に示すように、拡縮バケット部３８には、固定ポスト２４を囲む拡翼部としての側壁板３０が４つ設けられている。４つの側壁板３０はすべて同形状であり、側壁板３０の平断面は円弧状になっている。また、側壁板３０の下部３０Ｂは略鉛直面を形成しており、側壁板３０の上部３０Ａは内側に傾斜している。

各側壁板３０の回転方向（矢印Ｍの方向）先頭側の端部には、掘削ビット３２が上下方向に等間隔で配設されている。掘削ビット３２は、図２のＡ−Ａ断面図の図４に示すように、杭孔２０の孔壁面に向って尖った形状をしている。よって、旋回装置１４によりケリーバ１２を介して固定ポスト２４を矢印Ｍの方向に回転させ、側壁板３０が杭孔２０の孔壁面側に移動することにより、杭孔２０の孔壁が掘削されて中間拡径部が形成される。

図２の各側壁板３０の下端部には、先端部が下方内側に向うように、アーム部としてのアーム部材３４が着脱可能に取付けられている。対向するアーム部材３４の長さは同じであり、隣り合うアーム部材３４同士の長さは異なっている。すなわち、対向する１組のアーム部材３４の長さは長く、対向するもう１組のアーム部材３４の長さは短くなっている。これにより、拡径掘削用バケット２２のバケット径が最小のときに、長い方のアーム部材３４は交差し、短い方のアーム部材３４は、この交差した長い方のアーム部材３４にぶつからないようになっている。図５に示すように、側壁板３０の下部３０Ｂは、鉛直線６２と略平行な鉛直面を形成しており、側壁板３０の上部３０Ａは、鉛直線６２に対して角度Ｅだけ内側に傾斜している。この角度Ｅが、中間拡径部５６を掘削した際の中間拡径部上部の傾斜面５６Ａの傾斜角度になる。

また、アーム部材３４は、鉛直線６２に対して角度Ｆだけ内側に傾斜するように、側壁板３０の内側に設けられたブラケット７４の下端部に固定されている。この角度Ｆが、中間拡径部５６を掘削した際の中間拡径部下部の傾斜面５６Ｃの傾斜角度になる。

図５のアーム部材３４を外側から見た正面図の図６（Ａ）に示すように、アーム部材３４にも、側壁板３０の掘削ビット３２と同様の掘削ビット５８が上下方向に等間隔で配設されている。

掘削ビット５８は、図６（Ａ）のＢ−Ｂ断面図の図６（Ｂ）に示すように、中間拡径部下部の傾斜面５６Ｃ側に尖った形状をしている。よって、旋回装置１４によりケリーバ１２を介して固定ポスト２４を矢印Ｍの方向に回転させ、側壁板３０と共にアーム部材３４が外側に移動することにより杭孔２０の孔壁が削られ、中間拡径部下部の傾斜面５６Ｃが形成される。

アーム部材３４は、図７に示す構造によって側壁板３０の下端部に着脱可能に取り付けられる。アーム部材３４の上端部に設けられたブラケット１６０には、ボルト１６３の貫通孔１６１Ａ、１６１Ｂが形成されている。

側壁板３０の内側に設けられたブラケット７４にも、ボルト１６３の貫通孔１６２Ａ、１６２Ｂが形成されており、アーム部材３４を側壁板３０の下端部に装着してブラケット１６０をブラケット７４に添わせたときに、貫通孔１６２Ａ、１６２Ｂは貫通孔１６１Ａ、１６１Ｂと一致する。

そして、図７の右図に示すように、貫通孔１６１Ａ、１６１Ｂと貫通孔１６２Ａ、１６２Ｂの位置を合わせてボルト１６３を通し、ナットで締め付けてアーム部材３４を固定する。

なお、このアーム部材３４の取付け構造は、アーム部材３４の着脱が容易にでき、かつ杭孔の孔壁をアーム部材３４が掘削できる程度にしっかりと固定できるものであればよく、図８のような構造にしてもよい。

図８では、アーム部材３４の上端部に設けられたブラケット１６４に、ボルト１６８の貫通孔１６５Ａ、１６５Ｂが上向きに形成されている。

ブラケット７４の下端部に設けられたブラケット１６６にも、ボルト１６８の貫通孔１６７Ａ、１６７Ｂが下向きに形成されており、アーム部材３４を側壁板３０の下端部に装着したときに、貫通孔１６７Ａ、１６７Ｂは貫通孔１６５Ａ、１６５Ｂと一致する。

そして、図８の右図に示すように、貫通孔１６５Ａ、１６５Ｂと貫通孔１６７Ａ、１６７Ｂの位置を合わせてボルト１６８を通し、ナット１６９で締め付けてアーム部材３４を固定する。

側壁板３０及びアーム部材３４は、図９に示すリンク機構６６によって拡縮される。

図９（Ｃ）に示すように、ケリーバ１２の下端部が、軸部材６０上の連結ブラケット２６にピン連結されている。そして、この軸部材６０は、拡径掘削用バケット２２の回転軸としての角筒状の固定ポスト２４の上端部に接続されている。

固定ポスト２４の外側には、角筒状の昇降ポスト６４が設けられている。昇降ポスト６４の長さは固定ポスト２４の長さよりも短く、固定ポスト２４の長さ方向に沿って昇降ポスト６４がスライドするように、昇降ポスト６４の内側に固定ポスト２４が挿入されている。

昇降ポスト６４の左右には、ブラケット６８が固定されており、ブラケット６８の上部には、ブラケット７２がさらに外側に食み出るように設けられている。そして、油圧シリンダ７０の中央部は、このブラケット７２に回転可能に連結されている。

リンク部材７６の両端は、ブラケット６８の外側中央部と、側壁板３０の内側に設けられたブラケット７４の上部にそれぞれ回転可能に連結されており、このリンク部材７６と平行になるように設けられたリンク部材７８の両端は、ブラケット６８の下部と、ブラケット７４の下部に回転可能に連結されている。

リンク部材８０の両端は、リンク部材７６、７８の略中央部にそれぞれ回転可能に連結されており、リンク部材８２の両端は、リンク部材８０の下端部と、固定ポスト２４の下端部に設けられたブラケット８４にそれぞれ回転可能に連結されている。

略三角形状のブラケット９０はリンク部材７８と連動するように、その下辺がリンク部材７８に固定されており、ブラケット９０の頂部連結部９２は、油圧シリンダ７０のピストンロッド８６の先端部と回転可能に連結されている。

ここで、図９（Ａ）に示すような、拡径掘削用バケット２２のバケット径が最小の状態において、油圧シリンダ７０を作動させ、油圧シリンダ７０のピストンロッド８６を矢印Ｐの方向に縮めるとブラケット９０の頂部連結部９２は、リンク部材７８のブラケット６８との連結部７８Ａを回転中心として矢印Ｑの方向に回転する。

すると、このブラケット９０の動きに連動して、リンク部材７６、７８が矢印Ｒの方向に旋回し、これに伴って昇降ポスト６４は矢印Ｓの方向へ、側壁板３０は矢印Ｔの方向へ移動し、図９（Ｂ）の状態になる。

さらに、油圧シリンダ７０のピストンロッド８６を矢印Ｐの方向に縮めると、最終的には図９（Ｃ）に示すような、拡径掘削用バケット２２のバケット径が最大の状態になる。

このように、図９（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）の順に動作することによって拡径掘削用バケット２２は拡径し、また、この逆の動作手順（図９（Ｃ）、（Ｂ）、（Ａ））によって拡径掘削用バケット２２は縮径する。

このようなリンク機構６６によって、油圧シリンダ７０がリンク機構６６内にコンパクトに収めることができるので、大きな拡径率（孔杭の拡径部と軸部との断面積の比率）の中間拡径部を孔杭の中間に形成することができる。

従来の拡径掘削用バケットで掘削できるのは、３．２以下程度の拡径率の拡径部であったが、本実施形態の拡径掘削用バケット２２においては、リンク機構６６を用いることによって最大で約５．０程度の拡径率の拡径部の掘削を行うことができる。

また、油圧シリンダ７０をリンク機構６６に組込んだ構造としたことで、拡縮バケット部３８の高さを低く抑えることができるので、拡径掘削用バケット２２の機械高さを小さくすることができる。

また、側壁板３０の支持アームとなるリンク部材７８を油圧シリンダ７０で直接動作させるので、伝達力のロスがなく、機械効率を向上させることができる。

なお、図９では２つの油圧シリンダ７０のみが示されているが、４つの側壁板３０のそれぞれに油圧シリンダ７０及びリンク機構６６が設けられている。すなわち、拡縮バケット部３８には４つの油圧シリンダ７０が搭載されている。

図２に示すように、スタビライザ部としての下部スタビライザ部４０は、吊り支柱９４と、桶状容器としての土砂回収用バケット９６とによって構成されている。土砂回収用バケット９６は、底板１００を有する円筒状の容器であり、杭孔２０の孔壁に外周が接触する大きさになっている。すなわち、土砂回収用バケット９６の外径は、土砂回収用バケット９６の側壁面と杭孔２０の孔壁の間に若干の隙間が形成される程度に、杭孔２０の径よりも小さくなっている。

図１０に示すように、スタビライザ部としての下部スタビライザ部４０は、回転軸としての固定ポスト２４の下端部に着脱可能に設けられている。４つの吊り支柱９４の上端部が、固定ポスト２４の下端部に着脱可能に取付けられた連結手段としての接続部材９８の下面に接合され、下方外側に向かって四方に広がっている。吊り支柱９４の下端部は、土砂回収用バケット９６の側壁上部に接合されている。

図１１に示すように、下部スタビライザ部４０の接続部材９８上部は、円筒状の嵌入部１７０となっている。また、嵌入部１７０にはボルト１７４の貫通孔１７１が形成されている。

回転軸としての固定ポスト２４下部には、嵌入部１７０の嵌入孔１７２が設けられている。また、固定ポスト２４下部には、嵌入部１７０が嵌入孔１７２に完全に嵌入されたときの貫通孔１７１と一致するように、貫通孔１７３が形成されている。

そして、図１１の右図に示すように、貫通孔１７１と貫通孔１７３の位置を合わせてボルト１７４を通し、ナット１７５で締め付けて嵌入部１７０を固定ポスト２４に連結する。このとき、土砂回収用バケット９６の開口面はアーム部材３４の下端に位置するように設けられる（図９参照のこと）。すなわち、土砂回収用バケット９６の側壁部１２７の高さは、アーム部材３４の下端に開口面が位置する第１の高さＸ_１になっている。なお、土砂回収用バケット９６は、図９に示すように、土砂回収用バケット９６の開口面が常にアーム部材３４の先端部よりも低い位置になるように取付けられていればよい。

なお、この下部スタビライザ部４０の取付け構造は、固定ポスト２４下端部への着脱が容易にでき、かつ固定ポスト２４下端部にしっかりと下部スタビライザ部４０を固定できるものであればよく、ピンによって固定ポスト２４と嵌入部１７０を連結してもよい。

図１０に示すように、土砂回収用バケット９６の蓋となる円盤状の底板１００は、土砂回収用バケット９６の側壁部１２７の下部の内側に設けられたヒンジ１０２によって矢印Ｖの方向に開閉可能に連結されている。この開閉によって、土砂回収用バケット９６に積載された掘削土砂を地上にて排出する。

土砂回収用バケット９６のヒンジ１０２と対向する側壁付近には、底板１００のロック機構１０４が設けられている。土砂回収用バケット９６の側壁下部及び上部に設けられ、内側に張出した上部サポート１０６及び下部サポート１０８に、丸棒１１０が回転可能に支持されて、蓋をした状態の底板１００の水平面に対して略垂直に立設している。

丸棒１１０の上端部にはハンドル１１２が設けられており、下端部にはロック部材１１４が設けられている。ハンドル１１２は、丸棒１１０の上端部に設けられたフランジ１１１とハンンドル１１２の下端部に設けられたフランジ１０９とをボルト等によって接続することによって、丸棒１１０の上端部に接続されている。

ロック部材１１４の下部は、図１２に示すような、傾斜面１１４Ａ、１１４Ｂを有する形状をしている。

土砂回収用バケット９６を上から見た図１３に示すように、ハンドル１１２の略中央部と、上部サポート１０６から張出したブラケット１２０との間にはスプリング１１８が設けられており、矢印Ｗと逆の方向にハンドル１１２を付勢している。このとき、上部サポート１０６の上面に固定されたストッパー部材１２２にハンドル１１２が当たるので、ハンドル１１２はこの位置よりもさらにブラケット１２０側に回ることはない。さらに、上部サポート１０６の上面には、ハンドル１１２が矢印Ｗの方向に回って符号１１２Ａの位置に達したときに当たるストッパー部材１２６が固定されている。

底板１００には、ロック部材１１４の平面外形（幅ｄ_１）よりも若干大きい開口部１２４（幅ｄ_２）が形成されている。この開口部１２４は、ハンドル１１２を矢印Ｗの方向に回しストッパー部材１２６に当たったときにロック部材１１４と嵌合する位置に形成されている。

図１３（Ａ）では、ロック部材１１４の角部と、これに対向するロック部材１１４のもう一方の角部との間の長さｄ_３が開口部１２４の幅ｄ_２よりも大きくなっているので、ロック部材１１４が開口部１２４の縁に引掛かりロックされる。これによって、底板１００が閉まった状態を維持する。

スプリング１１８に抗してハンドル１１２を矢印Ｗの方向に回すと、図１３（Ｂ）に示すように、ロック部材１１４が開口部１２４と嵌合する位置（ｄ_２＞ｄ_１）に配置されてロックが解除される。

そして、土砂の重量によってヒンジ１０２を回転中心にして矢印Ｙの方向に底板１００が回転して開放される。

開放した底板１００を閉じるには、底板１００を外力によって押し上げるか、又は拡径掘削用バケット２２を地上に下ろせば、装置の自重によって底板１００が閉じられる。

底板１００を下から見た平面図の図１４に示すように、底板１００が押し上げられると開口部１２４の縁部１２８の裏側がロック部材１１４の傾斜面１１４Ａ、１１４Ｂ、と接し（図１４（Ａ）参照のこと）、さらに底板１００を押し上げることによってロック部材１１４が、丸棒１１０の中心を軸としてスプリング１１８に抗して回転し（図１４（Ｂ）参照のこと）、ついにロック部材１１４が開口部１２４と嵌合する位置になったときに（図１４（Ｃ）参照のこと）開口部１２４がロック部材１１４を通過して底板１００が閉じられる。

開口部１２４を通過したロック部材１１４は、スプリング１１８の付勢力により図１４（Ａ）と同じ位置に戻り底板１００が自動的にロックされる（図１４（Ｄ）参照のこと）。

図１５、１６には、下部スタビライザ部４０の土砂回収用バケット９６の側壁部１２７上に側壁部１２９を設けて土砂回収用バケット９６の側壁を高くした拡径掘削用バケット２３が示されている。

図１７に示すように、側壁部１２９は、円管を３層積み重ねて形成されている。円管は、この円管を二分割した側壁部材１１６を分解可能に接合したものであり、側壁部材１１６は、円弧状の平断面を有している。側壁部１２９の外径及び内径は、土砂回収用バケット９６の側壁部１２７の外径及び内径と等しくなっている。

なお、図１７（Ａ）は、側壁部材１１６が接合されて、土砂回収バケット９６の側壁部１２７上に側壁部１２９が形成されている状態を示し、図１７（Ｂ）は、側壁部１２９が側壁部材１１６に分解された状態を示している。図１７（Ａ）、（Ｂ）共に、上の図が平面図、下の図が正面図である。

側壁部材１１６と土砂回収用バケット９６の側壁部１２７との接合や、側壁部材１１６同士の接合は、バケット側壁１２９によって形成されたバケットに土砂を積載したときに、バケット側壁１２９が崩壊しない接合強度を確保でき、かつ隙間なく接合できる接合方法であればよく、ボルト接合や嵌合構造等を用いてもよい。

また、側壁部材１１６は、円管を何分割した部材であってもよいし、側壁部材１１６の高さや側壁部材１１６の積層数は適宜決めればよい。

そして、図１５、１６に示すように、側壁部１２７及び側壁部１２９によって形成された土砂回収用バケット９６の側壁は、側壁板３０の下端に開口面が位置する第２の高さＸ_２になっている。

このように、拡径掘削用バケット２３における、側壁部１２７及び側壁部１２９によって形成された土砂回収用バケット９６の側壁は、拡径掘削用バケット２２における、側壁部１２７のみによって形成された土砂回収用バケット９６の側壁の高さよりも高さが高くなっており、側壁部１２７のみによって形成された土砂回収用バケット９６よりも多くの掘削土砂を積載することができる。

また、土砂回収用バケット９６上に土砂回収用バケット９６の側壁の一部となる側壁部材１１６を着脱することによって、土砂回収用バケット９６の側壁を第１の高さＸ_１と第２の高さＸ_２に変更することができる。

拡径掘削用バケット２３では、図１６に示すように、ロック機構１０４の丸棒１１０は短いので、上端部が側壁板３０上端部の上方に突出する長さの丸棒１１３を接続して、この丸棒１１３の上端部にハンドル１１２を設けている。丸棒１１３は、丸棒１１０の上端部に設けられたフランジ１１１と丸棒１１３の下端部に設けられたフランジ１１５とをボルト等によって接続することによって、丸棒１１０の上端部に接続されている。ロック機構１０４の他の構成は、図１０で示したものと同じなので説明を省略する。

図１８には、図１の杭孔２０に中間拡径部５６を形成した杭孔１５４において、この底部に拡底部を形成する掘削機１３０の全体構成が示されている。

杭孔の底部に配置された拡径掘削用バケット１３２以外の構成は、図１とほぼ同様であるので、同符号を付すると共に、適宜省略して説明する。

ケリーバ１２の下端部は、拡径掘削用バケット１３２の固定ポスト２４の上端部に接続された軸部材６０上の連結ブラケット２６にピン連結されている。

杭孔１５４は、拡径掘削されていない軸部５４と拡径掘削用バケット２２によって掘削された中間拡径部５６とによって構成されている。また、この中間拡径部５６は、上部傾斜面５６Ａ、鉛直面５６Ｂ、下部傾斜面５６Ｃからなり、杭孔１５４の中間２箇所に形成されている。

拡径掘削用バケット１３２は、図１９に示すように、上部スタビライザ部３６、拡縮バケット部１３６、底蓋部１３８によって構成され、上からこの順に配置されている。

拡縮バケット部１３６は、図２の拡縮バケット部３８のアーム部材３４と下部スタビライザ部４０を外して、着脱可能な底蓋部１３８を取付けたものである。

そして、図２０に示すような、図９と同様の動作手順で、側壁板３０の拡縮が行われる。

図２１に示すように、固定ポスト２４の下端部に支持部材１４０が着脱可能に固定されている。そして、支持部材１４０の端部に設けられたヒンジ１４２に底蓋部材としての底蓋１４４が回転可能に連結されている。

図２２に示すように、回転軸としての固定ポスト２４の内側には、固定ポスト２４の内壁１３７に沿ってスライド可能な角筒状の内筒１３４が設けられている。また、この内筒１３４には、固定ポスト２４に形成された貫通孔１７３と一致する貫通孔１３５が形成されている。そして、貫通孔１７３と貫通孔１３５との位置を合わせた状態でボルト１７４を通し、ナット１７５で締め付けて内筒１３４を固定ポスト２４に固定している。

内筒１３４の上端部付近にもボルト１７４の貫通が可能な貫通孔１４３が形成されている。また、内筒１３４の下端部付近にはボルト１４５の貫通が可能な貫通孔１４７が形成されている。

支持部材１４０の上面には、内筒１３４を嵌入可能な角筒状の支持部１３９が設けられており、支持部１３９の上端部付近にはボルト１４５の貫通が可能な貫通孔１４９が形成されている。

そして、図２２の右図に示すように、支持部１３９に内筒１３４の下端部を嵌入して、
貫通孔１４７と貫通孔１４９の位置を合わせてボルト１４５を通し、ナット１５１で締め付けて内筒１３４を固定ポスト２４に連結する。

このようにして、回転軸としての固定ポスト２４に底蓋部１３８が着脱可能に取付けられている。このとき、底蓋１４４の上面が側壁板３０の下端に位置するように、底蓋１４４は固定ポスト２４の下端部に取り付けられている（図２１参照のこと）。

また、底蓋１４４の径は、杭孔１５４の径とほぼ等しく、側壁板３０の内壁が底蓋１４４の外周に接触した状態で、この側壁板３０の外周が杭孔１５４の孔壁に接触する大きさになっている。

図２１に示すように、板状の底蓋１４４は下方向に尖った円錐形状になっており、ヒンジ１４２によって矢印Ｋの方向に開閉可能になっている。これによって、拡縮バケット部１３６に積載された掘削土砂を地上にて排出する。

ヒンジ１４２は底蓋１４４の直径方向において、約１／４ほど内側の位置に設けられているので、底蓋１４４を開放したときに、拡縮バケット部１３６の下端から地上面までの距離を小さくすることができる。よって、土砂排出時の拡径掘削用バケット１３２の機械高を小さくすることができるので、掘削土砂の排出を容易にするために底蓋を大きくした場合でも拡径掘削用バケット１３２の機械高は大きくならない。

底蓋１４４を下から見た平面図である図２３に示すように、底蓋１４４には底蓋１４４の中心に対して対称な位置に２つの略扇状の開口部１４６が形成されている。開口部１４６の回転方向端部の一方には長尺な掘削ビット１４８が取付けられており、さらに、底蓋１４４には、開口部１４６を底蓋１４４の上面側から覆う開閉板１５０が設けられている。

開閉板１５０は、図２３のＣ−Ｃ断面図である図２４に示すように、掘削ビット１４８に対向するように開口部１４６の縁部付近に設けられたヒンジ１５２によって矢印Ｇの方向に開閉する。

掘削ビット１４８は下方に尖った形状をしている。よって、旋回装置１４によりケリーバ１２を介して固定ポスト２４を矢印Ｍの方向に回転させ、側壁板３０と共に底蓋１４４を回転させると、孔底に溜まっている掘削土砂、及び掘削ビット１４８によって掘削された土砂は、矢印Ｊの方向に流れ、これによって底蓋１４４上に掘削土砂が集められる。

土砂排出のために拡径掘削用バケット１３２をクレーン１６で地上へ持ち上げる際には、開閉板１５０上に載った土砂の自重で開閉板１５０は閉まった状態になるので、開口部１４６から土砂がこぼれ落ちることはない。

図２５には、図２１の拡縮バケット部１３６の固定ポスト２４に固定されていた内筒１３４を下方へ伸ばして、図１７で示した側壁部１２９を底蓋１４４上に設けた拡径掘削用バケット１３３が示されている。そして、支持部材１４０によって、側壁部１２９の下層に配置された側壁部材１１６が支持されている（不図示）。

下方へ伸ばされた内筒１３４は、内筒１３４の上端部付近に形成された貫通孔１４３と固定ポスト２４に形成された貫通孔１７３との位置を合わせてボルト１７４を通し、ナット１７５で締め付けることによって固定ポスト２４に固定されている（図２２参照のこと）。

側壁部１２９の外径は、底蓋１４４の外径とほぼ等しくなっている。

このようにして、側壁部１２９の開口面が側壁板３０の下端に位置するように、底蓋１４４は固定ポスト２４の下端部に取り付けられている（図２５参照のこと）。

拡径掘削用バケット１３３では、図２５に示すように、上端部が側壁板３０上端部の上方に突出する長さの丸棒１２１を接続して、この丸棒１２１の上端部にハンドル１１２を設けている。丸棒１２１は、丸棒１１９の上端部に設けられたフランジ１１７と丸棒１２１の下端部に設けられたフランジ１２５とをボルト等によって接続することによって、丸棒１１９の上端部に接続されている。また、ハンドル１１２は、丸棒１２１の上端部に設けられたフランジ１２３とハンドル１１２の下端部に設けられたフランジ１０９とをボルト等によって接続することによって、丸棒１２１の上端部に接続されている。

次に、本発明の実施形態に係る拡径掘削用バケットの作用及び効果について説明する。

図２６〜３０の施工手順図に示すように、本実施形態では、まず中間拡径部の掘削を行い、最後に拡底部の掘削を行う。

まず、図２６（Ａ）においては、事前にケリーバ用のドリリングバケットによって地盤２８を掘削して孔杭２０を形成する。そして、孔壁の倒壊を防止するベントナイト等の安定液Ｌで満たされた孔杭２０内の中間拡径部を形成する位置に拡径掘削用バケット２３を配置する。このときの拡径掘削用バケット２３には、下部スタビライザ部４０が設けられ、この下部スタビライザ４０の土砂回収用バケット９６上に側壁部１２９が設けられている（以降、土砂回収用バケット９６と側壁部１２９によって形成されたバケットを大バケット１５３と記載する）。また、拡径掘削用バケット２３には、アーム部材３４は取り付けられていない。

ここで、図３に示すように、拡径掘削用バケット２３上部に設けられた上部スタビライザ部３６は、杭孔２０の孔壁とガイド部材４２の間にわずかな隙間を残す程度に、スライド部材４４をスライドさせてガイド部材４２の位置を調整し、貫通孔５０と貫通孔５２が一致する位置で、２本のボルト４８によって固定されている。また、全てのスライド部材４４のスライド量は等しくなっている。

これにより、ガイド部材４２が、杭孔２０の孔壁に接触して、軸部材６０に接続された固定ポスト２４の中心を杭孔２０の中心位置にガイドする。よって、上部スタビライザ部３６により、回転軸となる固定ポスト２４の中心が常に杭孔２０の中心位置にあるので、下から上へ中間拡径部を掘削したときの真円度を高めることができる。

また、アーム部材３４の下方にも下部スタビライザ部４０が設けられている。この下部スタビライザ部４０の土砂回収用バケット９６の側壁面が、杭孔２０の孔壁に接触して固定ポスト２４の中心を杭孔２０の中心位置にガイドする。よって、下部スタビライザ部４０により、固定ポスト２４の中心が常に杭孔２０の中心位置にあるので、上から下へ中間拡径部を掘削したときの真円度を高めることができる。

次に、図２６（Ｂ）においては、図９と同様の動作手順に従い、旋回装置１４によりケリーバ１２を介して固定ポスト２４を矢印Ｍの方向に回転させながら側壁板３０を外側に拡げていく。

このとき、側壁板３０の掘削ビット３２が杭孔２０の孔壁を掘削し、中間拡径部５６の上部傾斜面としての傾斜面５６Ａ及び鉛直面５６Ｂが形成される。側壁板３０に設けられた掘削ビット３２によって掘削された土砂は、大バケット１５３に流れ込む（図９（Ｃ）の矢印Ｕを参照のこと）。このとき、土砂回収用バケット９６及び側壁部１２９の側壁面と杭孔２０の孔壁の間の隙間が小さい方が、この隙間からこぼれ落ちる土砂も少なくなるので、土砂回収用バケット９６及び側壁部１２９の外径は杭孔２０の径に出来るだけ近い長さであることが好ましい。

流れ込んだ掘削土砂で大バケット１５３が一杯になったら、図２６（Ｃ）に示すようにクレーン１６により拡径掘削用バケット２３を地上に引上げて、下部スタビライザ部４０の底板１００を開放し、掘削土砂を排出する。

そして、図２６（Ａ）〜（Ｃ）の作業を適宜繰返し、中間拡径部５６の傾斜面５６Ａ及び鉛直面５６Ｂの形成が終了したならば、図２７（Ｄ）に示すように、拡径掘削用バケット２３の土砂回収用バケット９６上の側壁部１２９を取外し、側壁板３０の下端部にアーム部材３４を取り付けて、拡径掘削バケット２２の構成にする。

そして、図２７（Ｅ）に示すように、孔杭２０内の中間拡径部の傾斜面５６Ｃを形成する位置に拡径掘削用バケット２２を配置し、旋回装置１４によりケリーバ１２を介して固定ポスト２４を矢印Ｍの方向に回転させながら側壁板３０を外側に拡げていく。

このとき、アーム部材３４の掘削ビット５８が杭孔２０の孔壁を掘削し、中間拡径部５６の下部傾斜面５６Ｃが形成される。アーム部材３４の掘削ビット５８によって掘削された土砂は、土砂回収用バケット９６に流れ込む（図９（Ｃ）の矢印Ｕを参照のこと）。このとき、土砂回収用バケット９６の側壁面と杭孔２０の孔壁の間の隙間が小さい方が、この隙間からこぼれ落ちる土砂も少なくなるので、土砂回収用バケット９６の外径は杭孔２０の径に出来るだけ近い長さであることが好ましい。

流れ込んだ掘削土砂で土砂回収用バケット９６が一杯になったら、図２７（Ｆ）に示すようにクレーン１６により拡径掘削用バケット２２を地上に引上げて、下部スタビライザ部４０の底板１００を開放し、掘削土砂を排出する。

そして、図２７（Ｅ）、（Ｆ）の作業を適宜繰返し、中間拡径部５６の傾斜面５６Ｃを形成する。

このように、中間拡径部５６は、段階掘削によって行う。段階掘削とは、中間拡径部５６を鉛直方向に複数回に分けて掘削する方法である。この段階掘削による中間拡径部５６の掘削方法には、図３１、３２に示すような、上から下へ掘削する方法と、図３３、３４に示すような、下から上へ掘削する方法がある。どちらの方法を用いるかは、中間拡径部の形状、土質、拡縮回数等を考慮して適宜決めればよい。

図３１（Ａ）に示すように、まず、下部スタビライザ部４０が設けられ、この下部スタビライザ部４０の土砂回収用バケット９６上に側壁部１２９を設けた拡径掘削用バケット２３の径を最小にした状態で、クレーン１６により拡径掘削用バケット２３を所定の位置まで下ろして配置する。

次に、図３１（Ｂ）に示すように、固定ポスト２４、及び側壁板３０を回転させながら、予定した中間拡径部上部の傾斜面５６Ａの位置まで側壁板３０を拡げていく。この掘削が終わった後に、拡径掘削用バケット２２の径を最小にした図３１（Ａ）の状態に戻し、次の掘削位置まで拡径掘削用バケット２３を下ろす。

そして、この位置で、図３１（Ｂ）のときと同じような掘削を行い（図３１（Ｃ）参照のこと）、この手順（図３１（Ｂ）、３１（Ｃ））を繰返し、図３１（Ｄ）の状態になる（側壁板３０の下端が中間拡径部５６の傾斜面５６Ｃの上端部に達する）まで拡径掘削用バケット２３を徐々に下方へ移動させて行き、中間拡径部５６の傾斜面５６Ａ及び鉛直面５６Ｂを形成する。

このように、中間拡径上中部形成工程（図２８（Ａ）〜（Ｄ））では、側壁板３０の下端部にアーム部材３４を取り付けたときのアーム部材３４の下端に開口面が位置するように、固定ポスト２４の下端部に土砂回収用バケット９６を取り付けた状態を第１の状態とすると、この第１の状態の土砂掘削用バケット９６の側壁をこの土砂掘削用バケット９６の開口面が側壁板３０の下端に位置するように高くした第２の状態で、アーム部材３４が外された側壁板３０を拡縮してこの側壁板３０により中間拡径部５６の傾斜面５６Ａ及び鉛直面５６Ｂの形成を行う。

次に、図３２（Ｅ）に示すように、土砂回収用バケット９６上に設けられた側壁部１２９を取り外して、アーム部材３４及び下部スタビライザ部４０が設けられている拡径掘削用バケット２２の径を最小にした状態で、アーム部材３４の上端部が中間拡径部５６の傾斜面５６Ｃの上端部の高さに位置するように、クレーン１６により拡径掘削用バケット２２を下ろす。

次に、図３２（Ｆ）に示すように、固定ポスト２４、側壁板３０、及びアーム部材３４を回転させながら、予定した中間拡径部下部の傾斜面５６Ｃの位置まで側壁板３０を拡げていく。この掘削が終わった後に、拡径掘削用バケット２２の径を最小にした図３２（Ｅ）の状態に戻し、次の掘削位置まで拡径掘削用バケット２２を下ろす。

そして、この位置で、図３２（Ｆ）のときと同じような掘削を行い、この手順を繰返し、図３２（Ｇ）の状態になる（中間拡径部５６の傾斜面５６Ｃの形成が完了する）まで拡径掘削用バケット２２を徐々に下方へ移動させて行く。すなわち、アーム部材３４によって、中間拡径部５６下部に杭孔２０の下方中心に向う傾斜面５６Ｃを形成する。

このように、中間拡径下部形成工程（図２９（Ｅ）〜（Ｇ））では、側壁板３０の下端部にアーム部材３４を取り付けたときのアーム部材３４の下端に開口面が位置するように、固定ポスト２４の下端部に土砂回収用バケット９６を取り付けた状態を第１の状態とすると、この第１の状態で、側壁板３０を拡縮してアーム部材３４により中間拡径部５６の傾斜面５６Ｃの形成を行う。

よって、中間拡径部上部の傾斜面５６Ａは側壁板上部３０Ａの掘削ビット３２によって掘削され、中間拡径部５６の最も大きな径の部分の鉛直面５６Ｂは側壁板下部３０Ｂの鉛直な壁面に設けられた掘削ビット３２によって削られ、中間拡径部５６下部の傾斜面５６Ｃはアーム部材３４に設けられた掘削ビット５８によって掘削される。

図３３、３４においては、図３１、３２とほぼ逆の手順で、下から上へ中間拡径部５６を掘削していく。

なお、本実施形態では、掘削予定の位置まで一度に側壁板３０及びアーム部材３４を拡げたが、拡径掘削用バケット２２を中間拡径部５６の上下範囲に渡って上下に複数回往復させて、少しずつ拡径するような横分割の掘削を併用してもよい。

また、中間拡径部５６は、杭孔２０の必要な箇所に、必要な数だけ形成すればよい。

すべての中間拡径部５６の掘削が終了したならば、図２８（Ｇ）に示すように、拡径掘削用バケット２２のアーム部材３４及び下部スタビライザ部４０を取り外し、固定ポスト２４から下方へ内筒１３４を引き出してこの内筒１３４の下端部へ底蓋部１３８を取り付ける（図２５参照のこと）。そして、この底蓋部１３８上に側壁部１２９を設けて拡径掘削用バケット１３３とし、拡径掘削用バケット１３３の径を最小にした状態でクレーン１６によって杭孔の底部まで下ろす。

次に、図２５（Ｈ）、（Ｉ）に示すように、固定ポスト２４及び側壁板３０を回転させながら、図２０と同様の動作手順で拡底部１５８上部の拡底掘削を行う。側壁板３０に設けられた掘削ビット３２によって掘削された土砂は、底蓋１４４と側壁部１２９によって形成されたバケット（以降、中バケット１５５と記載する）に流れ込む。

次に、回収した土砂が、中バケット１５５の最大積載量に達したときに、側壁板３０を内側に移動させて拡径掘削用バケット１３３の径を最小の状態にし、図２９（Ｊ）に示すように、クレーン１６にて拡径掘削用バケット１３３を地上に引上げて、底蓋１００を開放し、掘削土砂を排出する。

土砂を地上に排出した後には、拡径掘削用バケット１３３を再び杭孔１５４の底部に下ろし、拡底掘削を行う。そして、図２８（Ｈ）、（Ｉ）、図２９（Ｊ）の作業を繰返して拡底部１５８上部を形成し、拡径掘削用バケット１３３に取り付けられた底蓋１４４の下面が杭孔１５４の底面付近に到達したときに、地上にて側壁部材１１６を取り外して、内筒１３４を固定ポスト２４に引き込み、拡径掘削バケット１３２の構成にする（図２１参照のこと）。

このように、拡底上部形成工程（図２８（Ｈ）、（Ｉ）、図２９（Ｊ））では、側壁板３０の下端に開口面が位置するように、固定ポスト２４を下方へ伸ばして底蓋１４４上に側壁部１２９を設けた状態で、側壁板３０を拡縮してこの側壁板３０により拡底部１５８の上部の形成を行う。

次に、図２９（Ｌ）に示すように、拡径掘削用バケット１３２の径を最小にした状態でクレーン１６によって杭孔の底部まで下ろす。

次に、図３０（Ｍ）に示すように、固定ポスト２４、側壁板３０、及び底蓋１４４を回転させながら、図２０と同様の動作手順で拡底部１５８下部の拡底掘削を行う。杭孔１５４の底部に溜まっている掘削土砂、及び底蓋１４４に設けられた掘削ビット１４８によって掘削された土砂は図２３、２４の矢印Ｊの方向に流れて底蓋１４４上に溜まる。

次に、回収した土砂が、拡径掘削用バケット１３２の最大積載量に達したときに、側壁板３０を内側に移動させて拡径掘削用バケット１３２の径を最小の状態にし、図３０（Ｎ）に示すように、クレーン１６にて拡径掘削用バケット１３２を地上に引上げて、底蓋１４４を開放し、掘削土砂を排出する。そして、図３０（Ｍ）、（Ｎ）の作業を繰返して拡底部１５８下部を形成し、図３０（Ｏ）に示すような、多段に拡径された杭孔１５６を構築する。

このように、拡底下部形成工程（図２９（Ｌ）、図３０（Ｍ）、（Ｎ））では、側壁板３０の下端に上面が位置するように固定ポスト２４の下端部に底蓋１４４を取り付けた状態で、側壁板３０を拡縮してこの側壁板３０により拡底部１５８の下部の形成を行う。

図２８（Ｈ）、（Ｉ）、図２９（Ｊ）〜（Ｌ）、図３０（Ｍ）〜（Ｏ）に示したように、拡底部１５８は中間拡径部５６と同様に段階掘削によって行う。この段階掘削による拡底部１５８の掘削方法には、図３５に示すような、上から下へ（（Ａ）から（Ｄ）へ）掘削する方法と、図３６に示すような、下から上へ（（Ａ）から（Ｄ）へ）掘削する方法がある。どちらの方法を用いるかは、中間拡径部の形状、土質、拡縮回数等を考慮して適宜決めればよい。

なお、拡径掘削用バケット１３２の油圧シリンダ７０は伸びる動作のときの方が大きなパワーを出力することができる。また、杭孔の孔壁を掘削する際の側壁板３０の拡径動作よりも掘削土砂を中央に集める縮径動作の際に大きなパワーを必要とする。よって、リンク機構６６は、油圧シリンダ７０のピストンロッド８６が伸びたときに側壁板３０が縮径する機構なので、油圧シリンダ７０を有効に作用させることができる。

これまで述べたように、本実施形態では、以下の（１）〜（３）の効果を得ることができる。

（１）拡径掘削用バケットに、下部スタビライザ部４０及びアーム部材３４が着脱可能なので、下部スタビライザ部４０及びアーム部材３４を外して、拡底掘削用の着脱可能な底蓋部１３８を取り付けることができる。これにより、１つの拡径掘削用バケットで中間拡径と拡底の両方の掘削を行うことができるので、施工機械の低コスト化を図ることができる。

（２）上部スタビライザ部３６、下部スタビライザ部４０、及び側壁部１２９により、回転する固定ポスト２４の中心を杭孔の中心位置にガイドすることができるので、中間拡径部５６や拡底部１５８の真円度を高めることができる。

また、側側壁部１２９は、孔壁に接触する周面積が大きいので、拡径掘削用バケットの回転をより安定させることができる。

（３）土砂回収用バケット９６及び底蓋１４４を回転軸の下端部から取り外さないで、土砂回収用バケット９６及び底蓋１４４の側壁の高さを変更することができる。よって、段取り替え作業が容易になり、作業の時間短縮を図ることができる。また、土砂回収用バケット９６及び底蓋１４４の側壁の一部となる側壁部１２９を着脱することにより、簡易な方法で、土砂回収用バケット９６及び底蓋１４４の側壁の高さを変更することができる。

また、中間拡径部５６の形成においては、以下の（４）〜（８）の効果を得ることができる。

（４）アーム部材３４が側壁板３０の下端部に着脱可能に設けられているので、掘削予定の中間拡径部５６下部の傾斜面に合ったアーム部材３４を装着することによって、中間拡径部下部のさまざまな傾斜面の掘削に対応することができる。

（５）下部傾斜面を有する中間拡径部５６を形成することができるので、掘削後の中間拡径部５６下部の法尻の崩落を防止し、孔壁安定液中のスライム等が中間拡径部５６下部に堆積しないようにすることができる。

（６）土砂回収用バケット９６が設けられ、この土砂回収用バケット９６上に側壁部１２９が設けられていない拡径掘削用バケット２２の場合（土砂回収用バケットの側壁が第１の高さＸ_１のとき）には、アーム部材３４によって掘削された孔壁の掘削物を土砂回収用バケット９６が回収し、大バケット１５３を形成する拡径掘削バケット２３の場合（土砂回収用バケットの側壁が第２の高さＸ_２のとき）には、側壁板３０によって掘削された孔壁の掘削物を大バケット１５３が回収するので、杭孔の底部に落ちて溜まる掘削物をなくす、又は少なくすることができる。

よって、縦孔の底部に溜まった掘削物を地上に排出するために土砂回収用バケットを昇降させる作業をなくす、又は回収用バケットを昇降させる回数を減らすことができる。

（７）中間拡径部５６下部の傾斜面５６Ｃを掘削するときには、拡径掘削用バケット２２の構成（土砂回収用バケットの側壁を第１の高さＸ_１）にして、アーム部材３４を取り付けられるようにし（第１の状態）、それ以外の掘削のときには、１回の掘削ステップで多くの掘削物を回収することができるように、大バケット１５３を形成する拡径掘削用バケット２３の構成（土砂回収用バケットの側壁を第２の高さＸ_２）にする（第２の状態）。

これによって、中間拡径部５６の傾斜面５６Ｃを形成することができると共に、地上に掘削物を排出するための拡径掘削用バケットの昇降回数を減らすことができ、施工効率が向上する。

（８）土砂回収用バケット９６の側壁の高さを変更しても拡径掘削用バケットに対する土砂回収用バケット９６の底面の鉛直方向の位置は変わらない。よって、大バケット１５３を形成したときの拡径掘削用バケット２３の機械高さ（図３７（Ｂ）参照のこと）を、アーム部を取り付けて土砂回収用バケット９６上に側壁部１２９を設けた（土砂回収用バケットの側壁を第１の高さＸ_１にした）ときの拡径掘削用バケット２２の機械高さ（図３７（Ｃ）参照のこと）程度に抑えることが可能になる。

よって、土砂回収用バケットの側壁を第１の高さＸ_１にした拡径掘削用バケット２２を懸架する掘削機本体（例えば、クレーン）によって、大バケット１５３を形成した拡径掘削用バケット２３を地上に引き上げることができる。

拡翼部の下端部にアーム部材３４を設けた状態で側壁の高い土砂回収用バケットを設けると、拡径掘削用バケットの機械高さＨ_１は高すぎてしまうか（図３７（Ａ）参照のこと）、又は土砂回収用バケットにアーム部材３４が干渉してしまう（図３７（Ｃ）参照のこと）。

また、拡底部１５８の形成においては、以下の（９）の効果を得ることができる。
（９）拡底部の上部を形成するときには１回の掘削ステップで多くの掘削物を回収することができるように底蓋１４４上に側壁部１２９を設け、拡底部の下部を形成するときには、側壁部１２９を外して底蓋１４４のみにする。これによって、拡底部の下部を形成できると共に、地上に掘削物を排出するための拡径掘削用バケットの昇降回数を減らすことができ、施工効率が向上する。

このように、本実施形態の拡径掘削用バケット２２、２３、１３２、１３３を用いることによって、杭孔に中間拡径部や拡底部を形成することができるので、この杭孔に杭を構築したときに中間拡径部や拡底部が地中でネジ山のような働きをして周囲の地盤から大きな鉛直支持力と引抜抵抗力を得ることができる。そして、杭の径を小さくしても十分な鉛直支持力と引抜抵抗力が得られるので、建設副産物となる掘削土や杭施工時に使用する孔壁安定液を削減でき、環境負荷低減を図ることができる。

さらに、杭の材料であるコンクリートや鉄筋を削減することができるので、コスト低減や工期短縮を図ることができる。高強度コンクリートは、杭自体の強度を上げることができるので、高拡径率の中間拡径部や拡底部を有する杭の材料として適している。

なお、本実施形態では、中間拡径部５６の掘削を行った後に拡底部１５８の掘削を行った例を示したが、これに限らずに、拡底部１５８の掘削を行った後に中間拡径部５６の掘削を行ってもよい。中間拡径部の掘削を行った後に拡底部の掘削を行う場合、杭孔の底部に溜まった掘削土砂を最後にまとめて回収することができる。

また、事前にケリーバ用のドリリングバケットによって地盤２８を掘削して孔杭２０のすべてを形成した後に中間拡径部５６及び拡底部１５８を掘削する例を示したが、孔杭を段階的に掘り進めながら、中間拡径部を掘削するようにしてもよい。すべての孔杭を形成した後に中間拡径部及び拡底部を掘削する方が、掘削が完了した中間拡径部を掘削用バケットが通過する回数を減らすことができるので、掘削が完了した中間拡径部の法尻等の崩落を防ぐことができる。

また、杭孔２０は、拡径掘削用バケット２３、１３２、１３３によって掘削してもよい。

また、４つの側壁板３０を設けた例を示したが、側壁板３０は分割できるように２つ以上で構成されていればよい。側壁板３０が２つの場合、拡縮する力が２方向に偏ってしまって十分な真円度の確保が難しく、また、側壁板３０を多くすると構造が複雑になり多くの油圧シリンダを必要とするので、側壁板３０は４つとするのが好ましい。

また、掘削ビット３２、５８、１４８は、地盤を掘削できるものであればよく、大きさや配置等については、必要に応じて適宜決めればよい。

また、底板１００の開閉を行うヒンジ１０２は、土砂回収用バケット９６の側壁下部の内側に設けられているが、構造的に可能であれば、底蓋１４４のようにヒンジをさらに内側に入った位置に設けてもよい。これにより、底板１００を開放したときに、土砂回収用バケット９６の下端から地上面までの距離を小さくすることができるので、掘削土砂を排出し易くするために大きな底板１００を用いた場合においても、土砂排出時の拡径掘削用バケット２２、２３の機械高は大きくならない。

また、拡縮バケット部３８は、下部スタビライザ部、アーム部、及び底蓋部が着脱可能に取付けられ、拡翼部が拡縮するものであればよく、リンク機構６６を用いたものでなくてもよい。

また、拡径掘削用バケット２２は、掘削予定の中間拡径部下部の傾斜面に合ったアーム部材３４を装着することによって、中間拡径部下部のさまざまな傾斜面の掘削に対応することができるものであるが、中間拡径部下部の傾斜面の傾斜角は４５度程度であることが施工及び構造的に好ましい。

また、杭孔２０の中間の２箇所に中間拡径部５６を形成した例を示したが、中間拡径部の配置や数は、杭に求められる鉛直支持性能等に応じて適宜決めればよい。

また、油圧シリンダ７０は、ピストンロッド８６に相当する部材を伸縮する装置であればよい。

また、上部スタビライザ部３６は、拡径掘削用バケット２２、２３、１３２、１３３の回転軸を杭孔の中心位置にガイドできるものであれば、どのような形状でもよく、拡径部の十分な真円度が得られる掘削が可能であれば上部スタビライザ部３６はなくてもよい。

また、本実施形態では、土砂回収用バケットの側壁の一部となる側壁部１２９を着脱することによって土砂回収用バケットの側壁の高さを変更する例を示したが、土砂回収用バケットの側壁の高さを変えることができる方法であればよく、例えば、図３８に示すような伸縮式の側壁１５７を用いてもよい。このようにすれば、土砂回収用バケットの側壁を低くした場合においても、縮められた分の側壁は土砂回収バケット９６の側壁部１２７中に収納されるので、側壁を仮置きするヤードを現場に確保しなくてよい。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々なる態様で実施し得ることは勿論である。

本発明の実施形態に係る掘削機を示す概略図である。 本発明の実施形態に係る拡径掘削用バケットを示す斜視図である。 本発明の実施形態に係る上部スタビライザ部を示す平面図である。 図２のＡ−Ａ断面図である。 本発明の実施形態に係る拡径掘削用バケットを示す正面図である。 本発明の実施形態に係るアーム部材を示す正面図及び断面図である。 本発明の実施形態に係るアーム部材の着脱方法を示す説明図である。 本発明の実施形態に係るアーム部材の着脱方法を示す説明図である。 本発明の実施形態に係る拡径掘削用バケットの拡縮動作を示す説明図である。 本発明の実施形態に係る下部スタビライザ部を示す正面図である。 本発明の実施形態に係る下部スタビライザ部の着脱方法を示す説明図である。 本発明の実施形態に係る下部スタビライザ部のロック部材を示す斜視図である。 本発明の実施形態に係る下部スタビライザ部のロック機構を示す説明図である。 本発明の実施形態に係る下部スタビライザ部のロック機構を示す説明図である。 本発明の実施形態に係る拡径掘削用バケットを示す斜視図である。 本発明の実施形態に係る下部スタビライザ部を示す正面図である。 本発明の実施形態に係る側壁部を示す説明図である。 本発明の実施形態に係る掘削機を示す概略図である。 本発明の実施形態に係る拡径掘削用バケットを示す斜視図である。 本発明の実施形態に係る拡径掘削用バケットの拡縮動作を示す説明図である。 本発明の実施形態に係る底蓋部を示す正面図である。 本発明の実施形態に係る底蓋部の着脱方法を示す説明図である。 本発明の実施形態に係る底蓋部を示す平面図である。 本発明の実施形態に係る拡径掘削用バケットの土砂回収方法を示す説明図である。 本発明の実施形態に係る拡径掘削用バケットを示す正面図である。 本発明の実施形態に係る拡径掘削用バケットの施工手順を示す説明図である。 本発明の実施形態に係る拡径掘削用バケットの施工手順を示す説明図である。 本発明の実施形態に係る拡径掘削用バケットの施工手順を示す説明図である。 本発明の実施形態に係る拡径掘削用バケットの施工手順を示す説明図である。 本発明の実施形態に係る拡径掘削用バケットの施工手順を示す説明図である。 本発明の実施形態に係る中間拡径部の掘削方法を示す説明図である。 本発明の実施形態に係る中間拡径部の掘削方法を示す説明図である。 本発明の実施形態に係る中間拡径部の掘削方法を示す説明図である。 本発明の実施形態に係る中間拡径部の掘削方法を示す説明図である。 本発明の実施形態に係る拡底部の掘削方法を示す説明図である。 本発明の実施形態に係る拡底部の掘削方法を示す説明図である。 本発明の実施形態に係る拡径掘削用バケットの機械高さを示す説明図である。 本発明の実施形態に係る側壁部の変形例を示す説明図である。 従来の拡底杭を示す概略図である。 従来の中間拡径杭を示す概略図である。 従来の分割バケット型回転掘削装置を示す概略図である。

符号の説明

１６ クレーン（掘削機本体）
２０、１５４ 杭孔（縦孔）
２２、２３ 拡径掘削用バケット
２４ 固定ポスト（回転軸）
３０ 側壁板（拡翼部）
３４ アーム部材（アーム部）
５６ 中間拡径部（拡径部）
５６Ｃ 傾斜面
９６ 土砂回収用バケット（桶状容器）
１４４ 底蓋（底蓋部材）
１５８ 拡底部
Ｘ_１ 第１の高さ
Ｘ_２ 第２の高さ

Claims (5)

1. 掘削機本体に懸架されて回転する回転軸に設けられ、拡縮して縦孔の孔壁を掘削し、前記縦孔に拡径部を形成する拡翼部と、
   前記拡翼部の下端部に着脱可能に取り付けられ、前記拡径部の下部に前記縦孔の下方中心に向う傾斜面を形成するアーム部と、
   前記回転軸の下端部に着脱可能に取り付けられ、前記縦孔の孔壁に外周が接触する大きさの桶状容器と、
   を有し、
   前記桶状容器の側壁は、
   前記アーム部の下端に開口面が位置する第１の高さと、
   前記拡翼部の下端に開口面が位置する第２の高さと、
   に変更可能であることを特徴とする拡径掘削用バケット。
2. 前記桶状容器の側壁は、該側壁の一部を着脱することによって高さの変更が可能であることを特徴とする請求項１に記載の拡径掘削用バケット。
3. 前記桶状容器の側壁は、該側壁を伸縮させることによって高さの変更が可能であることを特徴とする請求項１に記載の拡径掘削用バケット。
4. 縦孔の孔壁を掘削して前記縦孔の中間部に中間拡径部を形成する中間拡径部の掘削方法において、
   掘削機本体に懸架されて回転する回転軸に設けられた拡翼部の下端部にアーム部を取り付け、かつ開口面が前記アーム部の下端に位置するように桶状容器を前記回転軸の下端部に取り付けた第１の状態で、前記拡翼部を拡縮して前記アーム部により前記中間拡径部の下部傾斜面を形成する中間拡径下部形成工程と、
   前記第１の状態の前記桶状容器の側壁を該桶状容器の開口面が前記拡翼部の下端に位置するように高くした第２の状態で、前記アーム部が取り外された前記拡翼部を拡縮して該拡翼部により前記中間拡径部の上部傾斜面及び鉛直面の形成を行う中間拡径上中部形成工程と、
   を有し、
   前記桶状容器は、前記縦孔の孔壁に外周が接触する大きさであることを特徴とする中間拡径部の掘削方法。
5. 縦孔の孔壁を掘削して前記縦孔の底部に拡底部を形成する拡底部の掘削方法において、
   掘削機本体に懸架されて回転する回転軸に設けられた拡翼部の下端に上面が位置するように前記回転軸の下端部に底蓋部材を取り付けた状態で、前記拡翼部を拡縮して該拡翼部により前記拡底部の下部を形成する拡底下部形成工程と、
   前記拡翼部の下端に開口面が位置するように、前記回転軸を下方へ伸ばして前記底蓋部材上に側壁を設けた状態で、前記拡翼部を拡縮して該拡翼部により前記拡底部の上部を形成する拡底上部形成工程と、
   を有し、
   前記底蓋部材は、前記縦孔の孔壁に外周が接触する大きさであることを特徴とする拡底部の掘削方法。

Images