JP4870180B2 - 杭施工機 - Google Patents

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本発明は、掘削ロッドによって地中に掘削孔を穿設し、その掘削孔に砂杭、砕石杭、場所打ち杭等を形成したり、あるいは既設杭を挿入埋設したりするのに使用される杭施工機に関する。
一般的に、この種の杭施工機は、クローラに直立に支持されたリーダに、オーガスクリューの如き掘削ロッドの回転手段を有するオーガマシンが吊支機構を介して昇降自在に取り付けられており、該オーガマシンに装着した掘削ロッド(砂杭、砕石杭、場所打ち杭用等の穿孔では先端に掘削刃を設けた中空ケーシング、既設杭の挿入埋設用の穿孔ではスクリュー軸)を回転させつつ、掘削先端にオーガマシン及び掘削ロッドの自重を負荷して所定深さの穿孔を行うようになっている。しかるに、このような杭施工機では、穿孔対象の地盤が堅い場合や地中に瓦礫層が存在するような場合、前記のオーガマシンと掘削ロッドの自重のみでは穿孔能率が大きく低下したり、穿孔不能に陥ることが多々ある。
そこで、近年において、オーガマシンと下位のリーダー側との間に、ワイヤーの如き絞り込み用索体を滑車を介して巻き掛けると共に、この絞り込み用索体の巻取り及び巻出しを行うウインチドラムを設け、掘削ロッドの地中貫入時に前記絞り込み用索体の巻取りによってオーガマシンを下方へ引きつけることにより、前記自重に引き付け力を加えて該掘削ロッドを地中へ絞り込むようにした絞り込み機構を備える杭施工機が登場している(例えば、特許文献1,2)。
特公昭63−8247号公報 特許第3744813号明細書
前記の絞り込み機構を備える杭施工機にあっては、地盤が堅くない場合や地中に瓦礫層や岩等がない場合には、該絞り込み機構の非作動状態つまりオーガマシン及び掘削ロッドの自重負荷のみで該掘削ロッドを地中に貫入させることになるが、この貫入に伴うオーガマシンの下降に対応して絞り込み用索体を巻取る必要がある。また、穿孔後に掘削ロッドを地中から引き抜く際にも、オーガマシンの上昇に対応して絞り込み用索体を巻出す必要がある。
しかしながら、上記の絞り込み機構の非作動状態での掘削ロッドの貫入中に、地中の土質状態の変化等によって貫入速度(穿孔速度)が速まった際、絞り込み用索体が弛んで滑車から外れたり周囲の部材に絡まったりして、乱巻き状態で以降の正常作動が行えなくなることが往々にしてあった。また、穿孔後に掘削ロッドを地中から引き抜く際にも、地中の状態等によって抜出速度が低下した際、やはり絞り込み用索体が巻出し過剰で弛んで同様に乱巻き状態になり、以降の正常作動が行えなくなることがあった。
本発明は、上述の事情に鑑みて、前記の絞り込み機構を備える杭施工機として、その絞り込み機構の非作動状態での掘削ロッドの貫入中に貫入速度が速まったり、穿孔後に掘削ロッドを地中から引き抜く際に抜出速度が低下したりすることがあっても、絞り込み用索体が弛んで滑車から外れたり周囲の部材に絡まったりすることがなく、常に正常な作動を確保できるものを提供することを目的としている。
上記目的を達成するための手段を図面の参照符号を付して示せば、本発明の請求項1に係る杭施工機Mは、直立するリーダ1に掘削ロッド2の回転手段3aを有するオーガマシン3が吊支機構Rを介して昇降自在に取り付けられ、該オーガマシン3と下位のリーダー側(基部1a)との間に、絞り込み用索体(ワイヤー4B)が滑車53a〜53dを介して巻き掛けられると共に、この絞り込み用索体の巻取り及び巻出しを行うウインチドラム6Bを備え、掘削ロッド2の地中貫入時に、絞り込み用索体の巻取りによってオーガマシン3を下方へ引きつける絞り込み機構Sを具備する杭施工機Mにおいて、絞り込み用索体の途中部分にウエイト7が滑車54を介して昇降自在に吊持されると共に、該ウエイト7の上限位置を規定するストッパー8がリーダー1に設けられ、該ストッパー8から下方へ離間したウエイト7の高さを基準位置(第一基準位置L1)で検知する検知手段(リミットスイッチ9A)と、この検知手段の検知信号に基づいてウインチドラム6Bの回転速度を制御する制御装置19とを備え、絞り込み機構Sの非作動状態での掘削ロッド2の地中貫入時、ウインチドラム6Bがオーガマシン3の下降に対応して絞り込み用索体を巻取るが、この貫入中にウエイト7が基準位置L1まで下がった際に前記検知信号によって巻取り速度を速める一方、掘削ロッド2の地中からの引抜き時、該ウインチドラム6Bがオーガマシン3の上昇に対応して絞り込み用索体を巻出すが、この引抜き中にウエイト7が基準位置L1まで下がった際に前記検知信号によって巻出し速度を遅らすように構成されてなる。
請求項2の発明は、上記請求項1の杭施工機Mにおいて、前記検知手段(リミットスイッチ9A)によって検知する前記基準位置を第一基準位置L1として、それよりも下位に設定された第二基準位置L2でウエイト高さを検知する第二の検知手段(リミットスイッチ9B)を備え、掘削ロッド2の地中からの引抜き時、ウエイト7が第一基準位置L1を超えて第二基準位置L2まで下がった際、第二の検知手段の検知信号によってウインチドラム6Bの巻出しを一時停止するように構成されてなる。
請求項3の発明は、上記請求項1又は2の杭施工機Mにおいて、前記検知手段が接触式のリミットスイッチ9A,9Bからなるものとしている。
請求項4の発明は、上記請求項1〜3のいずれかの杭施工機Mにおいて、ウエイト7とリーダ1側(ブラケット16)との間に滑車56a〜56cを介して高さ検出用索体(ワイヤー4C)がつなぎ止められると共に、この高さ検出用索体の途中部分に検出用重錘12が滑車57を介して昇降自在に吊持され、前記検知手段が該検出用重錘12によってウエイト高さの基準位置L1,L2を間接的に検知するように構成されてなる。
次に、本発明の効果について、図面の参照符号を付して説明する。まず、請求項1の発明に係る杭施工機Mによれば、絞り込み機構Sの非作動状態で掘削ロッド2を地中に貫入させる際、オーガマシン3の下降に伴って下位のリーダー側(基部1a)との間に巻き掛かっている絞り込み用索体(ワイヤー4B)に余剰を生じてゆくから、その余剰分をウインチドラム6Bで巻取ってゆくことになる。そして、この貫入中に地中の土質状態の変化等によって貫入速度(穿孔速度)が速まれば、絞り込み用索体に弛みを生じるが、その弛み分だけウエイト7が下がり、その位置が設定した基準位置L1に達した際、検知手段(リミットスイッチ9A)から出力される検知信号に基づく制御装置19の指令によってウインチドラム6Bが巻取り速度を速め、前記の弛みが解消されるから、弛んだ絞り込み用索体が滑車53a〜53dから外れたり周囲の部材に絡まったりすることがなく、正常な貫入作動が維持される。
一方、掘削ロッド2を地中から引抜く際、オーガマシン3が上昇する分、リーダ1側との間に巻き掛かっている絞り込み用索体の不足長さを補充するためにウインチドラム6Bから巻出してゆくことになる。そして、この引き抜き中に地中の状態等によって抜出速度が低下すれば、やはり絞り込み用索体が巻出し過剰で弛むが、その弛み分だけ下がったウエイト7が基準位置L1に達した際、検知手段(リミットスイッチ9A)から出力される検知信号に基づく制御装置19の指令によってウインチドラム6Bの巻出し速度が遅くなるから、前記貫入時と同様に絞り込み用索体の弛みが解消されて正常な引き抜き作動が維持される。
請求項2の発明によれば、掘削ロッド2を地中から引抜く際、地中の状態を含む何らかのトラブルによって抜出速度が急激に低下したり、更には抜出停止に至ることがあっても、これに伴って下降するウエイト7が第一基準位置L1を超えて第二基準位置L2まで下がった際、第二の検知手段(リミットスイッチ9B)の検知信号によってウインチドラム6Bの巻出しが一時停止するから、絞り込み用索体4Bが弛んで乱巻き状態になるを確実に防止でき、トラブル解消後に支障なく正常作動に復帰することが可能となる。
請求項3の発明によれば、前記検知手段として接触式のリミットスイッチ9A,9Bを採用するから、該検知手段の作動が確実で高い信頼性を確保できると共に、該検知手段を極めて簡素に構成できて設備コスト負担も少なくなる。
請求項4の発明によれば、ウエイト7とリーダ1側(ブラケット16)との間に滑車56a〜56cを介して高さ検出用索体(ワイヤー4C)がつなぎ止められ、この高さ検出用索体の途中部分に滑車57を介して昇降自在に吊持された検出用重錘12により、ウエイト高さの基準位置L1,L2を間接的に検知する構成であるから、検知部分をコンパクトにして且つ取付位置をリーダ1及びその周辺から広範囲に選択できるという利点がある。
本発明の一実施形態に係る杭施工機の全体を示す側面図である。 同杭施工機の一部を省略して示す正面図である。 同杭施工機の前部側の要部を示す側面図である。 同杭施工機の絞り込み機構及び絞り込み索体の弛み止め機構を示す模式正面図である。 同絞り込み機構の作動状態を示す模式正面図である。 同杭施工機におけるウエイト高さの検知手段を示す縦断側面図である。
以下に、本発明に係る杭施工機の一実施形態について、図面を参照して具体的に説明する。図1〜図3に示すように、この杭施工機Mは、クローラ型車両10の前部に、前方へ突出する下部ステー13と、車台10aから傾斜状態に起立した左右一対の上部ステー14(図1では省略して一点鎖線で図示、図2では下部のみを図示)とにより、リーダ1が直立に支持されている。
そして、リーダ1の長手方向に沿って設けたガイドレール11に、掘削スクリュー2(図1の二点鎖線で示す)の上端部を保持して回転駆動させる回転手段3aを備えたオーガーマシン3が、吊持機構Rを介して昇降自在に保持されている。この吊持機構Rは、車台10a上に設置したウインチドラム6Aから繰り出されたワイヤー4Aが、リーダ1の頂部に設けた滑車取付枠21の滑車51を介して、オーガマシン3の上端部に取り付けた滑車52に巻き掛けられて、該ワイヤー4Aの先端が滑車取付枠21に固定されており、該ウインチドラム6Aの正逆回転によってオーガマシン3を昇降移動させるようになっている。なお、ここで言う掘削スクリュー2は、砂杭、砕石杭、場所打ち杭用等の穿孔を行うための先端に掘削刃を設けた中空ケーシングと、既設杭の挿入埋設用の穿孔を行うためのスクリュー軸との両者を包含する。
リーダ1の下部側には、該リーダー1の基部1aから前方へ突出した縦短筒状の振れ止め枠15と、該振れ止め枠15よりも高位でオーガマシン3の直下側へ突出したストッパー8と、該ストッパー8よりも上位で径方向反対側へ突出したブラケット16と、該ブラケット16の直下に配置した矩形枠上の検知枠17とが設けてある。なお、振れ止め枠15は、掘削スクリュー2として前記中空ケーシングを用いる場合に、該中空ケーシングを抱持して振れ止めする機能を果たすものである。また、ストッパー8は、左右の側板8a,8aと、両側板8a,8a間に架設した横バー8bとで横コ字枠状をなしている。また、該ストッパー8とリーダ1の基部1aとの間には、横長箱枠状のウエイト7が左右両側に固設したガイドギブ7aを介してガイドレール11に昇降自在に嵌装されている。
図4及び図5でも示すように、リーダー1の基部1a上とオーガマシン3の下端部には各2個の滑車53a〜53dが取り付けられると共に、ウエイト7の上面には滑車54が取り付けられている。そして、車台10a上に設置した別のウインチドラム6Bから繰り出された絞り込み用索体であるワイヤー4Bが、リーダ1頂部の滑車取付枠21の滑車55a,55bを介して垂下して順次、リーダー1側の両滑車53a,53b→オーガマシン3の一方の滑車53c→ウエイト7の滑車54→オーガマシン3の他方の滑車53dに巻き掛かった上で、端部をリーダー1の基部1aに止着することにより、掘削ロッド2の地中貫入時に該ワイヤー4Bの巻取りによってオーガマシン3を下方へ引きつける絞り込み機構Sを構成している。
この絞り込み機構Sのワイヤー4Bは、オーガマシン3の両滑車53c,53dとウエイト7の滑車54との間で、ストッパー8の内側空間を通過するように設定されている。これにより、ウエイト7は、図5に示すように、上昇した際にその滑車54がストッパー8の内側に入り込むと共に、その上面側が当該ストッパー8の左右側板8a,8aに当接して上限位置となる。
更に、ウエイト7の下部とリーダ1のブラケット16との間には、高さ検出用索体としてのワイヤー4Cが、ウエイト7側から順次、該ウエイト7よりも低位にある滑車56a→該ウエイト7よりも高位にある滑車56b,56c→滑車57に巻き掛かる形でつなぎ止められている。そして、滑車57にはチェーン18を介して帯板状の検出用重錘12が吊持されており、この検出用重錘12が検知枠17の縦方向のスリット17aに上方から挿嵌している。
一方、検知枠17には2つの接触式リミットスイッチ9A,9Bが上下二段に配置し、各々の先端部をスリット17a内に側方から突入させており、検出用重錘12の下端がL1の位置まで下がると上位のリミットスイッチ9Aに接触し、更にL2の位置まで下がると下位のリミットスイッチ9Bに接触するようになっている。この接触により作動した両リミットスイッチ9A,9Bから出力される検知信号が車台10aの運転席に搭載された制御装置19(図1参照)に入力され、この検知信号に基づいて該制御装置19がウインチドラム6Bの駆動モータ60の作動を制御する。
しかして、検出用重錘12の昇降はウエイト7の昇降動作に対応するが、検出用重錘12が滑車57に吊持されていることにより、該検出用重錘12の上下変位量はウエイト7の1/2になる。ここで、前記上位のリミットスイッチ9Aが作動するウエイト7の位置L1を第一基準位置、下位のリミットスイッチ9Bが作動するウエイト7の位置L2を第二基準位置とするが、図4に示すように、第一基準位置L1ではウエイト7がストッパー8から下方へ離間している。
リミットスイッチ9A,9Bの検知信号に基づくウインチドラム6Bの作動制御は、絞り込み機構Sの非作動状態における掘削ロッド2の地中への貫入時と、穿孔後の該掘削ロッド2の地中からの引抜き時とに行う。そして、上記貫入時には上位のリミットスイッチ9Aの作動によってウインチドラム6Bの巻取り速度を速める一方、上記引抜き時には同リミットスイッチ9Aの作動によって逆にウインチドラム6Bの巻出し速度を遅らせ、更に該引抜き時に下位のリミットスイッチ9Bが作動した際にはウインチドラム6Bを一時停止させるように設定される。
上記構成の杭施工機Mにおいて、掘削ロッド2による穿孔を行う際、対象の地盤が堅い場合や地中に瓦礫層や岩等が存在するような場合には、穿孔能力を高めるためにウインチドラム6Bの巻取りによる絞り込み機構Sを働かせる。すなわち、図5に示すように、ワイヤー4Bの巻取りにより、まずウエイト7が上昇してストッパー8に当接した状態で停止し、更に該ワイヤー4Bを巻き取ってゆくと、オーガマシン3とリーダ1の基部1aとの間に巻き掛かるワイヤー4Bが引き絞られ、該オーガマシン3が下方へ引きつけられるから、この引張力Pが自重に加わってオーガマシン3に装着した掘削ロッド2が地中へ絞り込まれ、もって穿孔能力が大きく向上する。
一方、地盤が堅くない場合や地中に瓦礫層や岩等がない場合、該絞り込み機構Sの非作動状態で掘削ロッドを地中に貫入させることになるが、このときにはオーガマシン3の下降に伴ってリーダー1の基部1aとの間に巻き掛かっているワイヤー4Bに余剰を生じてゆくから、その余剰分をウインチドラム6Bで巻取ってゆくことになる。そして、この貫入中に地中の土質状態の変化等によって貫入速度(穿孔速度)が速まれば、絞り込み用索体に弛みを生じる。しかるに、この貫入操作において、ウエイト7がストッパー8から離間して且つ第一基準位置L1よりも若干高位にある状態で当初のウインチドラム6Bの巻取りを行えば、上記の弛みが発生した際にその弛み分だけウエイト7が下がるから、このウエイト7が基準位置L1まで下がると、リミットスイッチ9Aから検知信号が出力され、この検知信号に基づく制御装置19の指令によってウインチドラム6Bの巻取り速度が速まり、もって弛みが解消されることになる。従って、弛んだワイヤー4Bが滑車53a〜53dから外れたり周囲の部材に絡まったりすることがなく、正常な貫入作動が維持される。
他方、掘削ロッド2を地中から引抜く際、オーガマシン3が上昇する分、リーダ1の基部1aとの間に巻き掛かっているワイヤー4Bの不足長さを補充するためにウインチドラム6Bから巻出してゆくことになる。そして、この引き抜き中に地中の状態等によって抜出速度が低下すれば、やはりワイヤー4Bが巻出し過剰で弛む。しかるに、この引き抜き操作においても、ウエイト7がストッパー8から離間して且つ第一基準位置L1よりも若干高位にある状態で当初のウインチドラム6Bの巻出しを行えば、上記の弛みが発生した際にその弛み分だけウエイト7が下がるから、このウエイト7が基準位置L1まで下がると、リミットスイッチ9Aから検知信号が出力され、この検知信号に基づく制御装置19の指令によってウインチドラム6Bの巻出し速度が遅くなり、もって弛みが解消されることになる。従って、前記貫入時と同様に絞り込み用索体4Bの弛みが解消されて正常な引き抜き作動が維持される。
更に、上記の掘削ロッド2の引き抜き時に、地中の状態を含む何らかのトラブルによって抜出速度が急激に低下したり抜出停止に至ることがあっても、これに伴って下降するウエイト7が第一基準位置L1を超えて第二基準位置L2まで下がった際、下位のリミットスイッチ9Bの検知信号によってウインチドラム6Bの巻出しが一時停止するから、ワイヤー4Bが弛んで乱巻き状態になるを確実に防止でき、トラブル解消後に支障なく正常作動に復帰することが可能となる。
なお、このような絞り込み機構Sにおけるワイヤー4Bの弛み防止作用は、掘削ロッド2の貫入及び引き抜き作業のみならず、該掘削ロッド2で穿孔した掘削孔にオーガマシン3を利用して杭を挿入する場合や、オーガマシン3を利用して地中の既設杭を引き抜く場合にも同様に機能する。
上記実施形態におけるウエイト7の基準位置の検知手段では当該ウエイト7の昇降に検出用重錘12の昇降動作が対応するが、例えば同実施形態における滑車56aの位置をウエイト7よりも高位に設定した場合は両者7,12の昇降動作が逆になる。このように両者7,12の昇降動作を逆にする構成では、リミットスイッチ9A,9Bは、互いの上下配置を逆にして、且つ検出用重錘12の上昇過程で接触作動する形にすればよい。
また、本発明においては、該検知手段として、光電センサーや電磁センサー等の非接触式のものも利用可能であり、その検知対象の形や構造についても種々設定できる。しかるに、実施形態で採用した接触式のリミットスイッチでは、作動が確実で高い信頼性を確保できると共に、該検知手段を極めて簡素に構成できて設備コスト負担も少なくなるという利点がある。
更に、本発明では、上記の検知手段として、実施形態のような間接方式に代えて、該ウエイト7自体を直接に検出する方式を採用してもよい。ただし、実施形態のような間接方式では、検知部分をコンパクトにして且つ取付位置をリーダ1及びその周辺から広範囲に選択できるという利点がある。
なお、本発明においては、絞り込み機構Sにおけるオーガマシン3とリーダ1側との間の滑車の配置数(絞り込み用索体の往復巻き掛け数)を実施形態よりも多くしてもよいし、また該絞り込み機構Sの絞り込み用索体や上記検知手段の高さ検出用索体としてワイヤー以外にチェーン等を用いてもよい。その他、本発明においては、リーダ1の細部構造及び付属設備、該リーダ1の支持構造、オーガマシン3の構成、ウエイト7及びストッパー8の形状、吊支機構Rの構成、車両形態等、細部構成については実施形態以外に種々設計変更可能である。
1 リーダ
1a 基部
2 掘削ロッド
3 オーガマシン
3a 回転手段
4B ワイヤー(絞り込み用索体)
4C ワイヤー(高さ検出用索体)
53a〜53d 滑車
54 滑車
56a〜56c 滑車
57 滑車
6B ウインチドラム
7 ウエイト
8 ストッパー
9A リミットスイッチ(検知手段)
9B リミットスイッチ(第二の検知手段)
12 検出用重錘
16 ブラケット
19 制御装置
L1 第一基準位置
L2 第二基準位置
M 杭施工機
R 吊支機構
S 絞り込み機構

Claims (4)

  1. 直立するリーダに掘削ロッドの回転手段を有するオーガマシンが吊支機構を介して昇降自在に取り付けられ、該オーガマシンと下位のリーダー側との間に絞り込み用索体が滑車を介して巻き掛けられると共に、この絞り込み用索体の巻取り及び巻出しを行うウインチドラムを備え、前記掘削ロッドの地中貫入時に、該絞り込み用索体の巻取りによってオーガマシンを下方へ引きつける絞り込み機構を具備する杭施工機において、
    前記絞り込み用索体の途中部分にウエイトが滑車を介して昇降自在に吊持されると共に、該ウエイトの上限位置を規定するストッパーが前記リーダーに設けられ、該ストッパーから下方へ離間した前記ウエイトの高さを基準位置で検知する検知手段と、この検知手段の検知信号に基づいて前記ウインチドラムの回転速度を制御する制御装置とを備え、
    前記絞り込み機構の非作動状態での掘削ロッドの地中貫入時、前記ウインチドラムが前記オーガマシンの下降に対応して絞り込み用索体を巻取るが、この貫入中に前記ウエイトが前記基準位置まで下がった際に前記検知信号によって巻取り速度を速める一方、
    掘削ロッドの地中からの引抜き時、該ウインチドラムが前記オーガマシンの上昇に対応して絞り込み用索体を巻出すが、この引抜き中に前記ウエイトが前記基準位置まで下がった際に前記検知信号によって巻出し速度を遅らすように構成されてなる杭施工機。
  2. 前記検知手段によって検知する前記基準位置を第一基準位置として、それよりも下位に設定された第二基準位置でウエイト高さを検知する第二の検知手段を備え、
    掘削ロッドの地中からの引抜き時、前記ウエイトが第一基準位置を超えて第二基準位置まで下がった際、前記第二の検知手段の検知信号によって前記ウインチドラムの巻出しを一時停止するように構成されてなる請求項1に記載の杭施工機。
  3. 前記ウエイト高さ検知手段が接触式のリミットスイッチからなる請求項1又は2に記載の杭施工機。
  4. 前記ウエイトと前記リーダ側との間に滑車を介して高さ検出用索体がつなぎ止められると共に、この高さ検出用索体の途中部分に検出用重錘が滑車を介して昇降自在に吊持され、前記検知手段が該検出用重錘によってウエイト高さの基準位置を間接的に検知するように構成されてなる請求項1〜3のいずれかに記載の杭施工機。
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