JP4863342B2 - 掘削へッド及び杭圧入機 - Google Patents

Description

本発明は、掘削装置の掘削ヘッド、及び掘削装置を備えた杭圧入機に関する。

硬質地盤を掘削して竪穴を形成する装置として、三点式アースオーガが知られている。このアースオーガに設けられているオーガスクリューの下端部には、硬質地盤を掘削する掘削ヘッドが接続されている。

掘削ヘッドとしては、例えば、回転軸の下端から、軸に対して略垂直方向に突出した羽を有し、羽に掘削爪が径方向に等間隔に設けられたものがある（例えば特許文献１参照）。従来の三点式アースオーガでは、自重で掘削爪を地盤に押圧し、掘削爪を回転させて地盤を削っていた。
特開２００４−１２４６９５号公報

しかし、上述の掘削方法では、掘削爪で地盤を削るため、掘削爪の磨耗が多く、交換頻度が高いという問題があった。また、掘削能力を上げるためには掘削爪を下方へ押圧する必要があるが、押圧力を大きくすると前記アースオーガが転倒する恐れがあるため、掘削能力が制限されていた。

本発明の課題は、掘削爪の刃先の磨耗が少ない掘削ヘッド及び掘削ヘッドを有する掘削装置を備えた杭圧入機を提供することである。

以上の課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、例えば図２または図５に示すように、回転しながら地盤１を掘削する掘削装置の掘削ヘッド２０であって、地盤１を破砕する複数の掘削爪２３、２５を備え、これら掘削爪２３、２５は、刃先の下面が略水平であって、下部中央から上部外方へ略円錐螺旋状に配列されており、最上部の掘削爪２５から下部中央の掘削爪２３までの高低差が、最上部の掘削爪２５の回転半径以上であって、円錐螺旋形状の面材からなり、複数の掘削爪２５を下方に向かって突出して配列させたスクリュー２４を備え、スクリュー２４のピッチを上部に行くほど大きくなるようにしたことを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、地盤を破砕する複数の掘削爪２３、２５が下部中央から上部外方へ略円錐螺旋状に配列されているため、掘削ヘッド２０を回転させると、図３に示すように、水平面４ａと鉛直面４ｂとが交互に繰り返す階段状の削孔４が形成される。

ここで、最上部の掘削爪２５から下部中央の掘削爪２３までの高低差が、最上部の掘削爪２５の回転半径以上であるため、削孔４の下端部分の勾配は４５度以上となる。この削孔４の底部に掘削爪２５で下方に圧力を加えると、水平面４ａの外周部から下方かつ内側に向かって約４５度傾いた亀裂４ｃが入り、地盤１が断面三角形状に破断される（図４の斜線部）。

掘削爪２５の下部の地盤１を破断しながら掘削することで、従来の地盤を切削する方法と比較して、掘削爪２５の刃先２６の磨耗や欠損を大幅に減らすとともに、掘削時間を短縮することができる。

また、掘削ヘッド２０の全体形状が円錐形となるため、掘削ヘッド２０に下方向に力を加えると、地盤１に水平方向に広がる方向に力を加えることができ、地盤１を大きく割って掘削ヘッド２０を地盤１に食い込ませることができる。

請求項２に記載の発明は、図１に示すように、請求項１に記載の掘削ヘッド２０を有する掘削装置を備えた杭圧入機１０であって、既設の杭２を掴持する掴持手段（クランプ１１）と、該掴持手段により既設の杭を掴持することにより反力を取って杭を圧入する圧入手段（チャック部１４）とを備え、前記圧入手段は、前記掘削ヘッド２０を備えた掘削装置で地盤１を掘削することに補助させて杭２を圧入することを特徴とする。

従来の方法では、掘削ヘッド２０には装置重量以上の力を加えることができなかったが、請求項２に記載の発明によれば、掘削ヘッド２０を有する掘削手段を圧入手段（チャック部１４）で掴持し、掴持手段により既設の杭を掴持することにより反力を取って掘削ヘッド２０に下方に力を加えるため、転倒する恐れがなく、装置重量以上の力を加えることができ、安全でより効率よく掘削作業を行うことができる。

本発明によれば、地盤を破断しながら掘削することができ、掘削爪の磨耗や欠損を大幅に減らすとともに、掘削時間を短縮することができる。

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。図１は本発明の実施の形態の杭圧入機により、地盤１に鋼管杭２を圧入する様子を示す立断面図である。杭圧入機１０は、先に圧入した鋼管杭２を内側から着脱自在に掴んで該鋼管杭２から反力をとるクランプ１１（掴持手段）と、クランプ１１を操作するサドル１２と、サドル１２に対して前後方向（鋼管杭２の列方向）に移動自在に設けられマスト部１５を保持するスライドベース１３と、圧入すべき鋼管杭２を着脱自在に掴むとともに、昇降して掴んだ鋼管杭２を圧入するチャック部１４（圧入手段）と、スライドベース１３に対して左右に向きを変えられるように旋回自在に設けられるとともに、チャック部１４を昇降自在に支持するマスト部１５とにより、主要部が構成されている。

鋼管杭２の内部にはオーガスクリュー３が挿入されている。鋼管杭２を掴むチャック部１４には、オーガスクリュー３を回転させる図示しない駆動装置が設けられている。オーガスクリュー３の下端には、掘削ヘッド２０が取り付けられており、オーガスクリュー３を回転させることで、鋼管杭２を圧入する地盤１を削孔することができる。

図２は本発明の掘削ヘッド２０の第１の実施の形態を示す立断面図である。掘削ヘッド２０は、軸部２１と、スクリュー２４と、掘削爪２５とから構成されている。
軸部２１の上端には、上から見て反時計回りに上がるように形成されたオーガスクリュー３に接続される接続部２２が設けられている。軸部２１の下端には、先端掘削爪２３が設けられている。軸部の外周部には、スクリュー２４が設けられている。

スクリュー２４は軸部の外周部に形成された円錐螺旋形状の面材であり、下端から上方へ向かうにつれてその径が大きくなるように形成されている。図２において、スクリュー２４は、上から見て反時計回りに上がるように形成されており、オーガスクリュー３と連続している。掘削ヘッド２０が時計回りに回転すると、スクリュー２４は掘削された土砂を上方へ運搬する。運搬された土砂は、オーガスクリュー３の上方から地上へ排土される。

スクリュー２４の外周部には、下方に向かって突出する掘削爪２５が設けられている。図１において、掘削爪２５は、その下端に設けられた刃先２６を、上から見て時計回りの方向かつ下側外方へ突出させている。掘削爪２５は、連続した円錐螺旋を描くように配列され、その頂点位置には上述の先端掘削爪２３が配置される。最上部の掘削爪２５から先端掘削爪２３までの高低差は、最上部の掘削爪２５から軸部２１の中心までの半径以上となっている。

このような掘削ヘッド２０を上から見て時計回りに回転させると、図２に示すように、地盤１にはすり鉢状の削孔４が形成される。最上部の掘削爪２５から先端掘削爪２３までの高低差が、最上部の掘削爪２５から軸部２１の中心までの半径以上であるため、すり鉢状の削孔４の円錐角度αは９０度以下になり、削孔４の下端部分の勾配は４５度以上になる。

図３は削孔４内の掘削爪２５の刃先２６が当接する部分を示す鉛直断面図である。刃先２６の下面２６ａは略水平に形成されている。掘削爪２５により、削孔４は水平面４ａと鉛直面４ｂとが交互に繰り返す階段状に形成されている。削孔４の下端部分の勾配は４５度以上となっているため、水平面４ａの幅は、鉛直面４ｂの高さよりも狭い。

刃先２６の下面を削孔４の水平面４ａに当接させ、下方に押圧すると、地盤１には、刃先２６の下面２６ａの外側端部が当接する位置から削孔４の内側に向かって斜め下方に亀裂４ｃが生じる。亀裂４ｃは約４５度傾いて生じるため、亀裂４ｃの下端は一段下の鉛直面４ｂまで到達し、地盤が断面三角形状に破断される。破断された地盤（斜線部）は削孔４の内部に落ち、スクリュー２４により地上に排土される。

このように、掘削爪２５の下部の地盤１を破断しながら掘削するため、従来の地盤を切削して小さな掘削粒にして除去する方法と比較して、刃先２６の磨耗や欠損を大幅に減らすことができる。また、地盤１を大きな塊に破断して除去するため、切削して掘削粒を除去する場合よりも掘削時間を短くすることができる。

図４は削孔４内の掘削爪２５の刃先が当接する部分を示す水平断面図である。図４において、掘削爪２５の刃先２６が時計回りに回転しており、地盤１が削られて削孔４の鉛直面４ｂが形成されている。刃先２６のすくい角は正である。すなわち、刃先２６の回転方向前方の面２６ｂは、刃先２６の先端及び回転中心を通る直線Ｌに対し、後退する側に所定の角度をなしている。
ここで、すくい角とは、掘削爪２５の刃先２６の進行方向に垂直な直線（図４では刃先２６と回転中心とを結ぶ径方向の直線Ｌ）と、刃先２６の進行方向前方の面２６ｂとのなす角θである。刃先２６の進行方向前方の面２６ｂが、進行方向に垂直な直線よりも後方にあるときに、すくい角が正であるという。

このため、掘削爪２５を時計回りに回転させると、地盤１には、刃先２６の回転方向前方の面２６ｂの最外端部が当接する位置から回転方向前方かつ削孔４の内側に向かって斜めに亀裂４ｄが生じる。この亀裂４ｄが削孔４の刃先２６よりも前方の鉛直面４ｂに到達すると、地盤が断面三角形状に破断される。破断された地盤（斜線部）は削孔４の内部に落ち、スクリュー２４により地上に排土される。

このように、掘削爪２５の回転方向前方の地盤１を破断しながら掘削するため、従来の地盤を切削する方法と比較して、刃先２６の磨耗や欠損を大幅に減らすことができる。また、地盤を大きな塊に破砕して除去するため、切削して掘削粒を除去する場合よりも掘削時間を短くすることができる。

図５は本発明の掘削ヘッド２０の第２の実施の形態を示す立断面図である。本実施の形態が第１の実施の形態と異なるのは、スクリュー２４のピッチが下部では小さく、上部に行くほど大きくなっている点である。このため、地盤１には下端部分が断面放物線形状の削孔４が形成される。
本実施の形態の掘削ヘッド２０でも、第１の実施の形態と同様に、掘削爪２５の下方及び回転方向前方の地盤１を破断しながら効率よく地盤を掘削することができる。

なお、以上の実施の形態においては、杭圧入機１０とともに掘削ヘッド２０を取り付けたオーガスクリュー３を用いたが、本発明はこれに限らず、掘削ヘッド２０を取り付けたオーガスクリュー３のみを単独で用いてもよい。また、最上部の掘削爪２５から下部中央の掘削爪２３までの高低差が、最上部の掘削爪２５から中心までの半径以上であれば、掘削ヘッド２０の形状も任意である。その他、掘削爪２５のスクリュー３への取付構造等、具体的な細部構造についても適宜変更可能であることはもちろんである。

本発明の実施の形態の杭圧入機を示す立断面図である。 本発明の掘削ヘッドを示す立断面図である。 図２の掘削ヘッドの掘削爪の刃先が削孔内に当接する部分を示す図であり、鉛直断面図である。 同、水平断面図である。 本発明の掘削ヘッドを示す立断面図である。

符号の説明

１ 地盤
２ 杭
４ 削孔
４ａ 水平面
４ｂ 鉛直面
４ｃ、４ｄ 亀裂
１０ 杭圧入機
１１ クランプ
１４ チャック部
２０ 掘削ヘッド
２３ 先端掘削爪
２５ 掘削爪
２６ 刃先

Claims (2)

1. 回転しながら地盤を掘削する掘削装置の掘削ヘッドであって、地盤を破砕する複数の掘削爪を備え、これら掘削爪は、刃先の下面が略水平であって、下部中央から上部外方へ略円錐螺旋状に配列されており、
   最上部の掘削爪から下部中央の掘削爪までの高低差が、最上部の掘削爪の回転半径以上であって、
   円錐螺旋形状の面材からなり、複数の掘削爪を下方に向かって突出して配列させたスクリューを備え、
   スクリューのピッチを上部に行くほど大きくなるようにしたことを特徴とする掘削ヘッド。
2. 請求項１に記載の掘削ヘッドを有する掘削装置を備えた杭圧入機であって、
   既設の杭を掴持する掴持手段と、該掴持手段により既設の杭を掴持することにより反力を取って杭を圧入する圧入手段とを備え、
   前記圧入手段は、前記掘削ヘッドを備えた掘削装置で地盤を掘削することに補助させて杭を圧入することを特徴とする杭圧入機。

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