JP5078511B2 - アースドリル機を使用した埋込み杭工法 - Google Patents

Description

この発明は埋込み杭工法に関し、より詳細には、施工機械にアースドリル機のみを使用したプレボーリング根固め工法に関する。

埋込み杭工法の１つとして、プレボーリング根固め工法が知られている。この工法では、施工機械として一般にオーガ駆動装置を装備した三点支持式杭打ち機や、ラフタークレーンが使用されている。施工は、オーガ駆動装置により駆動されるアースオーガにより所定深度まで掘削し、掘削後、オーガ先端から根固め液や杭周充填液を掘削孔内に注入して掘削土砂と攪拌混合し、掘削孔に既製杭を建て込むという手順がとられている。

しかしながら、施工機械として使用される三点式杭打ち機やラフタークレーンは、これらに装備されるオーガ駆動装置が上下方向に走行する構造であることから、そのストロークを確保するため、また、安定性を確保するため、全体構造が大きなものとならざるを得ない。このため、施工現場の敷地が狭い場合や、機械の搬入条件などによっては、施工が困難になることがある。また、既製杭の建て込みには、別途補助クレーンを必要とするなどの問題もある。さらに、掘削孔内で生成されたソイルセメントが、地上にオーバーフローし、産業廃棄物が発生するという問題もある。

なお、この出願の発明に関連する先行技術情報としては、次のようなものがある。特許文献１には、アースドリル機をベースとしたソイルセメント造成機が開示されている。このソイルセメント造成機によれば、従来の三点支持式杭打ち機や、ラフタークレーンに比べて、狭い施工現場でも安定した施工を行うことができる。しかし、特許文献１には、ソイルセメント造成までの工程が開示されているのみで、造成後の既製杭の建て込みについては何ら開示されていない。

また、特許文献２にはアースドリル機を使用した場所打ち杭工法が開示されている。そして、同文献にはケリーバパイプを介して掘削バケット先端から掘削孔にセメントミルクを注入することが記載されている。しかしながら、同文献に記載の技術は、アースドリル機の本来の使い方である場所打ち工法に関するもので、既製杭の埋込み工法については何ら言及がない。
特開２００１−１９３０６０号公報 特開２００４−２６３５６１号公報

この発明は上記のような技術的背景に基づいてなされたものであって、次の目的を達成するものである。
この発明の目的は、施工現場の敷地の大きさや、施工機械の搬入条件による制限が大幅に緩和され、しかも単一の施工機械によって掘削から既製杭の建て込みまでの一連の工程を行うことができる埋込み杭工法を提供することにある。

この発明の別の目的は、既製杭の建て込みによって産業廃棄物が発生することがない埋込み杭工法を提供することにある。

この発明の発明者は、上記課題を解決すべく鋭意検討を重ねたところ、場所打ち杭の施工機械として知られているアースドリル機に着目した。そして、このアースドリル機を使用し、一部改良すれば、埋込み杭工法の全工程を単一の施工機械で施工できることを見出した。

この発明は上記のような知見に基づくもので、次のような手段を採用している。
すなわち、この発明は、旋回体と、この旋回体に装備されたブーム及びフロントアームと、前記ブーム先端から垂下する巻き上げロープ及び補巻き上げロープと、上端に根固め液及び杭周充填液を供給するためのスイベルジョイントが設けられ、前記巻き上げロープに支持されるケリーバと、前記フロントアームに設けられて前記ケリーバに回転力と押込み力を与えるケリーバ駆動装置とを備えたアースドリル機を使用し、以下の工程を行うことを特徴とするアースドリル機を使用した埋込み杭工法。
ａ．前記ケリーバに、先端に掘削ヘッドを有するスクリューロッド及び延長ロッドからなる掘削ロッドを接続し、所定深度まで掘削する工程
ｂ．前記スイベルジョイントから前記ケリーバ内部を通じて前記掘削ロッド内に根固め液を供給し、掘削孔底から上方の所定深度範囲に亘って、該根固め液を前記掘削ヘッドから注入する工程
ｃ．前記ケリーバを昇降させることにより、前記掘削ロッドによって掘削土砂を上下に反復攪拌し、前記根固め液と混合して根固め部を形成する工程
ｄ．前記掘削ロッドを前記根固め部の上方まで引き上げ、前記スイベルジョイントから前記ケリーバ内部を通じて前記掘削ロッド内に杭周充填液を供給し、前記根固め部から上方の所定深度範囲に亘って、該杭周充填液を前記掘削ヘッドから注入する工程
ｅ．前記ケリーバを昇降させることにより、前記掘削ロッドによって掘削土砂を上下に反復攪拌し、前記杭周充填液と混合してして杭周固定部を形成する工程
ｆ．前記補巻き上げロープによって既製杭を吊り下げ、該既製杭を前記掘削孔に挿入する工程
ｇ．前記既製杭の上端を前記ケリーバに接続し、該既製杭を所定深度まで回転圧入する工程

上記工法において、前記掘削ロッドにより掘削する前に、次の工程、
ｈ．前記ケリーバにバケットを接続し、地盤表層部を所定深度まで掘削して排土する工程
ｉ．前記補巻き上げロープによってケーシングを吊り下げ、該ケーシングを前記先行掘削された孔に建て込む工程
を行い、前記ケーシング内孔底から前記掘削ロッドによる掘削を開始するようにしてもよい。

さらに、前記掘削ロッドにより孔を掘削する際、孔壁に所要深度範囲において深度方向に間隔を置いた複数の環状凹部を形成するようにしてもよい。

さらに、前記掘削ロッドにより孔を掘削する際、所要深度範囲において掘削径を拡大するようにしてもよい。

この発明によれば、回転駆動装置が上下に移動することがない、したがって機械全体が大きくなることがないアースドリル機を使用するので、施工現場の敷地の大きさや、施工機械の搬入条件による制限が大幅に緩和され、埋込み杭工法の適用範囲を広げることができる。しかも単一の施工機械によって掘削から既製杭の建て込みまでの一連の工程を行うことができる。

この発明の実施形態を図面を参照しながら以下に説明する。図１は、この発明の工法に使用するアースドリル機を示している。アースドリル機１の基本的な構成は、従来周知のアースドリル機とほとんど同じである。クローラ走行体２に旋回体３が搭載され、この旋回体３はブーム４とフロントアーム５とを装備している。ブーム４はテレスコピック式のもので伸縮自在であり、また油圧シリンダ６により起伏自在である。ブーム４の先端部には、図示しない巻き上げウィンチによって繰り出される巻き上げロープ７がプーリ８から垂下して設けられ、この巻き上げロープ７にケリーバ９が支持されている。なお、図１には示されていないが、アースドリル機１は、巻き上げロープ７の他にも、補巻きウィンチによって繰り出される補巻き上げロープを有している（図４の符合３２参照）。

フロントアーム５は油圧シリンダ１０により起伏自在に設けられている。このフロントアーム５の先端にはケリーバ駆動装置１１が設けられている。ケリーバ駆動装置１１は、フロントアーム５に支持されるフレーム１２を有し、このフレーム１２に回転駆動装置１３が設けられている。回転駆動装置１３はロータリテーブル式のもので、ケリーバ９が昇降自在かつ相対回転不能に嵌合し、ケリーバ９に回転力を与えるためのものである。また、フレーム１２にはケリーバ９に押込み力を与えるための油圧シリンダからなる押込み装置１４が設けられている。

以上が、従来のアースドリル機とほとんど同じ基本的な構成である。アースドリル機１は、この発明による工法の実施のために以下のような改良が加えられている。ケリーバ９の上端にはスイベルジョイント１５が設けられている。スイベルジョイント１５に接続されたホース１６は、図示しない掘削水、根固め液、杭周充填液の圧送装置に接続され、スイベルジョイント１５を介してケリーバ９の内部に掘削水等を供給することが可能である。

スイベルジョイント１５の共回りを防止するためのガイド１７がブーム４の先端から垂下して設けられている。ガイド１７の上端部はブーム４の先端部に回動自在に取り付けられている。ガイド１７の下端部はフレキシブルステー１８を介してケリーバ駆動装置１１のフレーム１２に回動自在に取り付けられている。ガイド１７は、図２に示すように、その長手方向に沿うガイド溝１７ａを有している。他方、スイベルジョイント１５には突起１９が設けられ、この突起１９がガイド溝１７ａに嵌まることにより、スイベルジョイント１５の共回りが防止される。

また、ケリーバ９の下端にはロッドジョイント２０を介して掘削ロッド２１を接続できるようになっている。掘削ロッド２１は、先端に掘削ヘッド２２を有するスクリューロッド２３と延長ロッド２４とを順次継ぎ足して構成される。延長ロッド２４は、外周に複数の攪拌部材２５を有するものと、それが無いものとの二種が使用される。掘削ヘッド２２には、図示しないが、ケリーバ９の内部を通じて供給される掘削水や、根固め液あるいは杭周充填液を孔内に注入するための注出孔が設けられている。

アースドリル機１をクレーンとして使用するときは、図１の鎖線で示すように、ケリーバ９は油圧シリンダ１０の作動によりブーム４側に引き寄せられる。このとき、フレキシブルステー１８は、油圧シリンダ２６により折りたたまれ、ガイド１７が収納されるようになっている。

次に、上記アースドリル機を使用した、この発明工法の実施形態について説明する。
１．杭孔掘削（図４参照）
（１）杭芯セット
従来のアースドリル工法と同じように、ケリーバ９の芯を杭芯棒３０に合致させる。また、ケリーバ９の鉛直精度を下げ振りで二方向より確認する。

（２）先行掘削
次工程で建て込むケーシング（口元管）と同じ径のバケット３１をケリーバ９の下端にセットし、排土しながら表層部を先行掘削する。

（３）ケーシング建て込み
ケリーバ９をブーム４側に引き寄せて、補巻きロープ３２によりケーシング３３を吊り下げ、このケーシング３３を先行掘削孔に建て込む。このケーシング３３の径は、後の工程で建て込まれる既製杭の杭径（節径）を勘案して決定される。また、ケーシング３３の設置のために先行掘削により排土する量は、後の工程で生成されるソイルセメントの量を勘案し、ソイルセメントが地表にオーバーフローしない量とする。

（４）掘削
ケリーバ９の下端に掘削ロッド２１を接続し、掘削ロッド２１を回転させながら地中に押し込むことによって、ケーシング３３内部の先行掘削孔底から掘削を開始する。掘削は延長ロッド２４を順次継ぎ足しながら行う。また、ケリーバ９の下端にはケーシング３３に対する精度を維持するための治具３４を取り付ける。なお、地層の種類によっては、掘削水を供給しながら掘削を行うようにしてもよい。この場合、掘削水はホース１６からスイベルジョイント１５を介してケリーバ９内に供給され、掘削ロッド２１内を通って掘削ヘッド２２から孔内に注入される。
（５）掘削完了
所定深度まで掘削したら、掘削を完了する。

２．根固め部・杭周固定部築造（図５参照）
（６）根固め液注入
ホース１６からの供給液を根固め液に切り換え、この根固め液をケリーバ９内及び掘削ロッド２１内を通じて掘削ヘッド２２から掘削孔内に注入する。根固め液の注入は、掘削ロッド２１を上昇回転させながら、掘削孔底から上方の所定深度範囲に亘って行う。この根固め液としては所定配合比のセメントミルクが用いられる。

（７）根固め部築造
根固め液の注入後、ケリーバ９を昇降させることにより、掘削ロッド２１を回転させながら掘削土砂を上下に反復攪拌し、根固め液と混合する。これによって、ソイルセメントによる根固め部３５が築造される。

（８）掘削ロッド引き上げ・切り離し
根固め部３５の築造後、掘削ロッド２１を掘削ヘッド２２が根固め部３５の上部に達するまで引き上げ、所要本数の延長ロッド２４を切り離す。延長ロッド２４の切り離し時には、掘削ロッド２１を治具３４によってケーシング３３に支持させる。そして、ケリーバ９を掘削ロッド２１から切り離してブーム４側に引き寄せ、切り離した延長ロッド２４は補巻きロープ３２によって吊り下げて撤去する。

（９）杭周充填液注入
掘削ロッド２１にケリーバ９を再び接続し、ホース１６からの供給液を杭周充填液に切り換え、この杭周充填液をケリーバ９内及び掘削ロッド２１内を通じて掘削ヘッド２２から掘削孔内に注入する。杭周充填液の注入は、掘削ロッド２１を上昇回転させながら、根固め部３５から上方の所定深度範囲に亘って行う。この杭周充填液としては所定配合比のセメントミルクが用いられる。

（１０）杭周固定部築造
杭周充填液の注入後、ケリーバ９を昇降させることにより、掘削ロッド２１を回転させながら掘削土砂を上下に反復攪拌し、杭周充填液と混合する。これによって、ソイルセメントによる杭周固定部３６が築造される。

３．既製杭の建て込み（図６参照）
（１１）下杭挿入
この実施形態で使用される既製杭は下杭と上杭とからなる継ぎ杭であり、下杭には節杭が用いられている。ケリーバ９をブーム４側に引き寄せて、補巻きロープ３２により下杭３７を吊り下げ、掘削孔に挿入する。

（１２）上杭挿入
下杭３７を治具３４によってケーシング３３に支持させた状態で、下杭３７の上端に上杭３８を接続し、上杭３８を補巻きロープ３２によって吊り下げ、掘削孔に挿入する。なお、上下杭の接続には無溶接継手が採用される。

（１３）回転圧入
上杭３８の上端にヤットコ３９を介してケリーバ９を接続し、ケリーバ９の回転及び押込み力により継ぎ杭３７，３８を所定深度まで回転圧入する。
（１４）杭天端セット
レベル４０を使用して杭天端をセットする。

（１５）ケーシング引抜き
ヤットコ３９を上杭３８から切り離して撤去して、ケリーバ９をブーム４側に引き寄せ、補巻きロープ３２によりケーシング３３を引き抜く。以上により施工を完了する。

この発明の上記実施形態によれば、次のような効果を期待することができる。
ａ．ケリーバの回転駆動装置が上下に移動することがない、したがって機械全体が大きくなることがないアースドリル機を使用するので、施工現場の敷地の大きさや、施工機械の搬入条件による制限が大幅に緩和され、埋込み杭工法の適用範囲を広げることができる。しかも単一の施工機械によって掘削から既製杭の建て込みまでの一連の工程を行うことができる。

ｂ．アースドリル工法と同様に先行掘削してケーシングを建て込み、ケーシング内孔底より掘削を開始することにより、掘削孔から上昇するソイルセメントはケーシング内に留まって地表にはオーバーフローすることがなく、産業廃棄物の発生を抑えることができる。

ｃ．ケーシングを設置することにより、これを利用して施工の足場を確保することができるだけでなく、掘削精度の保持を容易にすることができ、さらに上下杭の繋ぎ時においても品質・安全性を確保することができる。

ｄ．根固め液や杭周充填液を掘削ロッドからではなく、ケリーバ上端から供給することにより、ケリーバの昇降ストロークをケリーバ長のほぼ全体に亘る最大限のものとすることができ、根固め液や杭周充填液の注入範囲及び上下攪拌範囲を長くすることができる。

上記実施形態は例示にすぎず、この発明は種々の態様を採ることができる。例えば、上記実施形態ではケリーバとして、一段式（非伸縮）のものが示されているが、多段伸縮式のケリーバを使用することもできる。

また、掘削ロッドによる掘削時に、孔壁に所要深度範囲において深度方向に間隔をおいた複数の環状凹部を形成するようにしてもよいし、所要深度範囲において掘削径を拡大するようにしてもよい。このような環状凹部あるいは拡大掘削部は、周知の拡縮翼をもつ掘削ヘッドを用いて形成することができる。これによって、周面摩擦力が増大し、支持力を増大させることができる。

この発明工法に使用するアースドリル機を示す側面図である。 スイベルジョイントの平面図である。 スイベルジョイントのガイドの背面図である。 この発明工法の施工手順を示す図である。 図４に引き続く施工手順を示す図である。 図５に引き続く施工手順を示す図である。

符号の説明

１ アースドリル機
２ クローラ走行体
３ 旋回体
４ ブーム
５ フロントアーム
７ 巻き上げロープ
９ ケリーバ
１１ ケリーバ駆動装置
１３ 回転駆動装置
１４ 押込み装置
１５ スイベルジョイント
１６ ホース
１７ ガイド
１７ａ ガイド溝
１８ フレキシブルステー
１９ 突起
２１ 掘削ロッド
２２ 掘削ヘッド
２３ スクリューロッド
２４ 延長ロッド
２５ 攪拌部材
３１ バケット
３２ 補巻きロープ
３３ ケーシング
３５ 根固め部
３６ 杭周固定部
３７ 下杭
３８ 上杭

Claims (4)

1. 旋回体と、この旋回体に装備されたブーム及びフロントアームと、前記ブーム先端から垂下する巻き上げロープ及び補巻き上げロープと、上端に根固め液及び杭周充填液を供給するためのスイベルジョイントが設けられ、前記巻き上げロープに支持されるケリーバと、前記フロントアームに設けられて前記ケリーバに回転力と押込み力を与えるケリーバ駆動装置とを備えたアースドリル機を使用し、以下の工程を行うことを特徴とするアースドリル機を使用した埋込み杭工法。
   ａ．前記ケリーバに、先端に掘削ヘッドを有するスクリューロッド及び延長ロッドからなる掘削ロッドを接続し、所定深度まで掘削する工程
   ｂ．前記スイベルジョイントから前記ケリーバ内部を通じて前記掘削ロッド内に根固め液を供給し、掘削孔底から上方の所定深度範囲に亘って、該根固め液を前記掘削ヘッドから注入する工程
   ｃ．前記ケリーバを昇降させることにより、前記掘削ロッドによって掘削土砂を上下に反復攪拌し、前記根固め液と混合して根固め部を形成する工程
   ｄ．前記掘削ロッドを前記根固め部の上方まで引き上げ、前記スイベルジョイントから前記ケリーバ内部を通じて前記掘削ロッド内に杭周充填液を供給し、前記根固め部から上方の所定深度範囲に亘って、該杭周充填液を前記掘削ヘッドから注入する工程
   ｅ．前記ケリーバを昇降させることにより、前記掘削ロッドによって掘削土砂を上下に反復攪拌し、前記杭周充填液と混合してして杭周固定部を形成する工程
   ｆ．前記補巻き上げロープによって既製杭を吊り下げ、該既製杭を前記掘削孔に挿入する工程
   ｇ．前記既製杭の上端を前記ケリーバに接続し、該既製杭を所定深度まで回転圧入する工程
2. 前記掘削ロッドにより掘削する前に、次の工程、
   ｈ．前記ケリーバにバケットを接続し、地盤表層部を所定深度まで掘削して排土する工程
   ｉ．前記補巻き上げロープによってケーシングを吊り下げ、該ケーシングを前記先行掘削された孔に建て込む工程
   を行い、前記ケーシング内孔底から前記掘削ロッドによる掘削を開始することを特徴とする請求項１記載のアースドリル機を使用した埋込み杭工法。
3. 前記掘削ロッドにより孔を掘削する際、孔壁に所要深度範囲において深度方向に間隔を置いた複数の環状凹部を形成することを特徴とする請求項１又は２記載のアースドリル機を使用した埋込み杭工法。
4. 前記掘削ロッドにより孔を掘削する際、所要深度範囲において掘削径を拡大することを特徴とする請求項１又は２記載のアースドリル機を使用した埋込み杭工法。

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