JP5438386B2 - 杭穴掘削装置 - Google Patents
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Description
本発明は、本体部分と可動する部分とを有する杭穴掘削ヘッドで、可動部分の相対位置等をセンサーで感知して、地上にデータを送ることができる杭穴掘削装置に関する。
従来、可動する掘削腕を有する掘削ヘッドで、掘削ヘッドにセンサーを設けて掘削腕の位置データを地上に送信する発明が提案させている（特許文献１）。この場合、センサーは、ヘッド本体と掘削腕の両方にそれぞれ第１センサー、第２センサーを設けて、２つのセンサーで、掘削腕の位置を感知していた。
杭穴の根固め部では、杭穴内に、掘削泥土、掘削液、水などの混合物があり、この中にセメントミルクを注入して、これらのものをセメントミルクを置換し、あるいはセメントミルクと撹拌混合して、所定強度の根固め層を形成していた。
前記従来の技術では、２つのセンサーの組合せで感知するので、土の中であり、簡略さが求められていた。また、施工管理の観点で、掘削している杭穴のより正確な形状のデータ、杭穴への充填物がどのような状態になっているのか、リアルタイムに把握して、設計と違う場合に、適切な対処をとることが求められていた。
また、杭穴底付近でのセンサーの感知したデータを確実に地上に送ることが求められていた。杭穴内は水分が多い流動物が充填され、有線のケーブルを使用することが望ましいが、通常杭穴は数十メートルに及び、掘削ロッドを連結しながら掘削ヘッドを下降させるため、ケーブルとした場合には、水分の多い現場での連結作業となるので、連結部分の構造が面倒になる問題点があった。
本発明は、掘削腕にのみ位置確認センサーを設けて掘削ヘッドを構成したので前記問題点を解決した。また、掘削ヘッドに杭穴充填物確認センサーを設けたので前記問題点を解決した。また、連結部分のみを無線電送可能な構造としたので、前記問題点を解決した。
即ちこの発明は、掘削機に連結する掘削ロッドと、該掘削ロッドの先端に連結する掘削ヘッドとからなり、掘削ヘッドは前記掘削ロッドとの連結部を有するヘッド本体に可動する掘削腕を取り付けて、以下のように構成することを特徴とする杭穴掘削装置である。
(1) 前記掘削ヘッドの前記掘削腕の裏面に、「杭穴内の水、泥水、セメントミルクの別を判別する」杭穴充填物確認センサーを取り付ける。
(2) 前記掘削腕に、該掘削腕の位置確認センサーを取り付ける。
(3) 前記掘削ヘッドに第１センサーノードを設け、前記杭穴充填物確認センサー及び位置確認センサーを前記第一センサーノードに接続して、該第１センサーノードのデータを地上に送る電送手段を設けた。
(1) 前記掘削ヘッドの前記掘削腕の裏面に、「杭穴内の水、泥水、セメントミルクの別を判別する」杭穴充填物確認センサーを取り付ける。
(2) 前記掘削腕に、該掘削腕の位置確認センサーを取り付ける。
(3) 前記掘削ヘッドに第１センサーノードを設け、前記杭穴充填物確認センサー及び位置確認センサーを前記第一センサーノードに接続して、該第１センサーノードのデータを地上に送る電送手段を設けた。
また、他の発明は、掘削機に連結する掘削ロッドと、該掘削ロッドの先端に連結する掘削ヘッドとからなり、掘削ヘッドは前記掘削ロッドとの連結部を有するヘッド本体に、可動する掘削腕を取り付けて、以下のように構成することを特徴とする杭穴掘削装置である。
(1) 前記掘削ヘッドの前記掘削腕に、杭穴充填物確認センサー及び位置確認センサーを取り付ける。
(2) 前記掘削ヘッドの掘削腕に、第１センサーノードを設け、前記杭穴充填物確認センサー及び位置確認センサーを第１センサーノードに接続する。
(3) 前記ヘッド本体に、前記第１センサーノードから無線発信されるデータを受信できる第２センサーノードを設ける。
(4) 前記掘削ロッドで、前記掘削ヘッドと連結する連結部周辺位置に、前記第２センサーノードと互いにデーターを送受信できる１対１対応の下第１無線送受信具を設け、前記掘削ロッドの上端部に上第１無線送受信具をそれぞれ取り付る。
(5) 前記掘削ロッドに、掘削ロッドの下端の前記上第１無線送受信具からのデータを地上の情報処理装置に送るケーブルを配置した。
(1) 前記掘削ヘッドの前記掘削腕に、杭穴充填物確認センサー及び位置確認センサーを取り付ける。
(2) 前記掘削ヘッドの掘削腕に、第１センサーノードを設け、前記杭穴充填物確認センサー及び位置確認センサーを第１センサーノードに接続する。
(3) 前記ヘッド本体に、前記第１センサーノードから無線発信されるデータを受信できる第２センサーノードを設ける。
(4) 前記掘削ロッドで、前記掘削ヘッドと連結する連結部周辺位置に、前記第２センサーノードと互いにデーターを送受信できる１対１対応の下第１無線送受信具を設け、前記掘削ロッドの上端部に上第１無線送受信具をそれぞれ取り付る。
(5) 前記掘削ロッドに、掘削ロッドの下端の前記上第１無線送受信具からのデータを地上の情報処理装置に送るケーブルを配置した。
また、前記において、以下のように構成したことを特徴とする杭穴掘削装置である。
(1) 掘削ロッドを複数の単位ロッドを連結して構成する。
(2) 前記各単位ロッドの下端部に下無線送受信具を取り付け、前記下無線送受信具を、下方に連結する単位ロッドの上無線送受信具とデーター送信ができるように形成する。
(3) 前記各単位ロッドの上端部に上無線送受信具を取り付け、前記上無線送受信具を、上方に連結する単位ロッドの下無線送受信具とデーター送信ができるように形成する。
(4) 前記各単位ロッドで、上端部の上無線送受信具と下端部の下無線送受信具とをケーブルで連結する。
(5) 最下段の単位ロッドの下無線送受信具を、下第１無線送受信具とする。
(6) 最上段の単位ロッドの上無線送受信具からデータを地上の情報処理装置に送るケーブルを配置する。
(1) 掘削ロッドを複数の単位ロッドを連結して構成する。
(2) 前記各単位ロッドの下端部に下無線送受信具を取り付け、前記下無線送受信具を、下方に連結する単位ロッドの上無線送受信具とデーター送信ができるように形成する。
(3) 前記各単位ロッドの上端部に上無線送受信具を取り付け、前記上無線送受信具を、上方に連結する単位ロッドの下無線送受信具とデーター送信ができるように形成する。
(4) 前記各単位ロッドで、上端部の上無線送受信具と下端部の下無線送受信具とをケーブルで連結する。
(5) 最下段の単位ロッドの下無線送受信具を、下第１無線送受信具とする。
(6) 最上段の単位ロッドの上無線送受信具からデータを地上の情報処理装置に送るケーブルを配置する。
前記における杭穴充填物確認センサーは、を電気抵抗、温度、比重、ｐＨ値、粘度、絶縁計、静電容量計などを使って、水、泥水、セメントミルクの別を判別するものである。
また、前記における位置確認センサーは、傾斜計、加速度計などを使用する。
この発明は、掘削腕にのみに位置確認センサーを設けて掘削ヘッドを構成したので正確かつ容易に掘削腕の状況を確認するデータを収集できる。また。掘削腕に杭穴充填物確認センサーを設けるとサンプルをすることなく、リアルタイムに杭穴充填物の状況を把握できる。また、接続部分又は連結部分のみを無線電送として他の位置を有線としたので、少ない消費電力で、杭穴底から地上にデータを転送できる。
図面に基づいて、この発明の実施するための形態を説明する。
１．掘削ヘッドの構成
(1) ヘッド本体２は、基部の下端に固定掘削刃３、３を下方に向けて突設し、基部の上端に掘削ロッドとの連結凸部４を有する。ヘッド本体２の基部は上部の直方体部に続き下方に向けて幅狭に形成され、下部が横方向に突出した膨大部を形成してある。膨大部の下面に固定掘削刃３、３が突設されている。
(2) ヘッド本体２の基部の直方体部の正面に水平軸１０、１０が夫々突設され、両水平軸１０に、夫々掘削腕６の上端部を回動自在に取り付ける。
掘削腕６は、上部が略鉛直に形成され、中間部はヘッド本体２の幅狭部に沿って、両掘削腕６、６が近づくように、ヘッド本体２側に向けて屈曲して形成され、下部は逆にヘッド本体２から離れるように外側下方に向けて屈曲されている。掘削腕６の上部に水平軸１０が取り付けられ、下部の先端に下部に沿って外側下方に向けた掘削刃７、７が取り付けれている。
(2) ヘッド本体２の基部の直方体部の正面に水平軸１０、１０が夫々突設され、両水平軸１０に、夫々掘削腕６の上端部を回動自在に取り付ける。
掘削腕６は、上部が略鉛直に形成され、中間部はヘッド本体２の幅狭部に沿って、両掘削腕６、６が近づくように、ヘッド本体２側に向けて屈曲して形成され、下部は逆にヘッド本体２から離れるように外側下方に向けて屈曲されている。掘削腕６の上部に水平軸１０が取り付けられ、下部の先端に下部に沿って外側下方に向けた掘削刃７、７が取り付けれている。
(3) 掘削腕６の上部で鉛直な外面に、加速度計（掘削腕６の位置確認センサー）１６を取り付ける。また、掘削腕６の下部の裏面（ヘッド本体側の面）に絶縁計（充填物計測センサー）１７を取り付ける。加速度計１６、絶縁計１７からのケーブルを、掘削腕６の上部内に設けた第１センサーノード２１に接続する。第１センサーノード２１にはアンテナが設けられデータを発信できるようになっている。第１センサーノード２１から発信されたデータは、ヘッド本体２の上部に設けられた中継用の第２センサーノード２２で受信できるようになっている。
また、第２センサーノード２２にはアンテナが形成され、掘削ロッド４１の送受信ノード３６の下アンテナ３９で受信できるようになっている。また、第１センサーノード２１、第２センサーノード２２は防水ケースで覆われ、耐水、耐衝撃が確保されている。
また、第２センサーノード２２にはアンテナが形成され、掘削ロッド４１の送受信ノード３６の下アンテナ３９で受信できるようになっている。また、第１センサーノード２１、第２センサーノード２２は防水ケースで覆われ、耐水、耐衝撃が確保されている。
(3) 掘削腕６の上端に操作突部８を形成する。ヘッド本体２で、水平軸１０の上方に、水平軸１０と平行に操作軸１１を形成し、操作軸１１にＬ字操作具１２を回転自在に設置する。Ｌ字操作具１２の一端１３は操作突部８に当接し、他端１４は掘削ロッド４１と並列して配置する計測バー２７の下端を連結する（図４）。計測バー２７の下端位置は、杭穴軸部掘削時に正回転して、掘削腕６が開いた状態で高さＨ１にあり（図４（ａ））、杭穴拡大根固め部の掘削時に逆回転して、掘削腕が開いた状態で高さＨ２にある（図４（ｂ））。
従って、計測バー２７の上端を地上５５に位置させれば、掘削腕６の拡開状況が地上５５から目視できる。
従って、計測バー２７の上端を地上５５に位置させれば、掘削腕６の拡開状況が地上５５から目視できる。
(4) 以上のようにして、掘削ヘッド１を構成する（図１）。第１センサーノード２１への電力の供給は、蓄電池の他各種電池類から供給し、あるいは掘削ヘッド１の揺動や回転により発電して電力を供給することもできる。また、第２センサーノード２２への電力の供給も同様である。
(5) 加速時計１６のデータは、Ｌ字操作具１２と計測バー２７を使ったデータと、概ね一致した（図５、図１１、図１２）。また、予備実験で、絶縁計１７で、水と、濃度が違うセメントミルク（１：７、１：５）を区別できた（図６）。
２．掘削ロッド４１
(1) 単位掘削ロッド３１は、ロッド本体の上端に連結凸部３２、下端に連結凹部３３を形成し、両連結凹部３３と連結凸部３２は、互いに嵌合できる構造で形成される。また、ロッド本体の中間部には、練り付けドラムを取り付ける支持部３４、３４を形成する。
(2) 単位掘削ロッド３１の中間部に送受信ノード３６及び送受信ノード３６に電力を供給する蓄電池が内蔵されている。送受信ノード３６から上方に伸びたケーブル３７の先端に下方に位置する単位掘削ロッド３１の送受信ノード３６からのデータを受信する下アンテナ３９を取り付け、下アンテナ３９は単位掘削ロッド３１の連結凹部３３の周辺に設ける。また、送受信ノード３６から下方に伸びたケーブル３７の先端に、上方に位置する単位掘削ロッド３１の送受信ノード３６へとデータを送信する上アンテナ３８を取り付け、上アンテナ３８は単位掘削ロッド３１の連結凸部３２の周辺に設ける（図７）。
以上のようにして、所定数の単位掘削ロッドから掘削ロッドを構成する（図７、図８）。
以上のようにして、所定数の単位掘削ロッドから掘削ロッドを構成する（図７、図８）。
(3) 前記送受信ノードへの電力の供給は、各種電池に代えて、ロッド本体にロッド本体の回転又は上下動により発電できる発電手段を設けて、発電手段から送受信ノードへ電力を供給することもできる（図示していない）。
３．既製杭４３
既製杭４３は、コンクリート製で、杭本体の軸部の下端に細径の下部軸部を連設し、軸部の下端部、軸部と下部軸部の段差部分、下部軸部の中間点にそれぞれ環状突部を形成してある（図１０（ｅ））。
４．掘削方法
(1) 練り付けドラム、練り付けバーを取り付けた単位掘削ロッド３１を所定本数、上下に連結して、最下端の単位掘削ロッド３１の下端（連結凹部）に掘削ヘッド１の連結凸部４を接続し、最上段の単位掘削ロッド３１の上端を杭打ち機６０のオーガー６１に連結する（図９、図８）。
(2) 杭打ち機６０のオーガー６１には、オーガー６１の深度と下降速度を計測するワーヤー６２が取り付けられ、ワイヤー６２の位置を測定するセンサーの情報が、有線又は無線により杭打ち機６０のオペレーター室のパソコンに、入力される。
また、セメントミルクプラントからのセメントミルク又は水を供するホース６３が、オーガー６１を介して、掘削ロッド４１内に供給され、ホースを流れる流体の流量計６４が杭打ち機６０に設けられ、流量データが有線又は無線で杭打ち機のオペレーター室のパソコンに、入力される。また、オーガー６１の回転数及び電力値（電流値など）も有線又は無線で杭打ち機のオペレーター室のパソコンに、入力される。
また、セメントミルクプラントからのセメントミルク又は水を供するホース６３が、オーガー６１を介して、掘削ロッド４１内に供給され、ホースを流れる流体の流量計６４が杭打ち機６０に設けられ、流量データが有線又は無線で杭打ち機のオペレーター室のパソコンに、入力される。また、オーガー６１の回転数及び電力値（電流値など）も有線又は無線で杭打ち機のオペレーター室のパソコンに、入力される。
(3) 続いて、オーガー６１を回転させながら下降させれば、掘削ヘッド１の掘削腕６が土圧で一側に開き、杭穴５１の軸部５２を掘削する（図１０（ａ））。この際、ヘッド本体２の下端部に、ホース６３から水が供給される。
掘削中の各種データは、総てオペレーター室のパソコンに、入力され、リアルタイムにパソコン画面に各種データが表示される（図１３、図１４）。この際、ヘッド本体２の加速度計１６のデータ、絶縁計１７からの「杭穴内には水が充填されている」旨のデータも供給される。また、加速度計１６から掘削腕８は正常に開いていることが確認できる（図１１、図１３、図１４）。
掘削中の各種データは、総てオペレーター室のパソコンに、入力され、リアルタイムにパソコン画面に各種データが表示される（図１３、図１４）。この際、ヘッド本体２の加速度計１６のデータ、絶縁計１７からの「杭穴内には水が充填されている」旨のデータも供給される。また、加速度計１６から掘削腕８は正常に開いていることが確認できる（図１１、図１３、図１４）。
(4) この際、ヘッド本体２からのデータは、掘削腕６の第１センサーノード２１からヘッド本体２の第２センサーノード２２へ送信され、第２センサーノード２２から最下段の単位ロッド３１の送受信ノード３６の下アンテナ３９で受信して、送受信ノード３６に送られる。ここで、可動部分は無線で送信され、また、１対１の送信であり、かつ距離が２０ｃｍ〜５０ｃｍ程度と短いので、消費電力も小さくかつ正確に送受信される。
また、各単位掘削ロッド３１、３１間でも、上下アンテナ３８、３９を介して、送受信ノード３６、３６間でデータの転送がなされ、最上段の単位掘削ロッド３１の上アンテナ３８から、オペレーター室のパソコンに、入力される。この場合も短距離の無線距離であるので、確実でかつ少ない消費電力で処理される。また、オペレータ室のパソコンに入力されたデータは、一括して画面に表示される（図１３）。また、オペレータ室のパソコンに入力されたデータは、構築現場内外に設定した事務所内のパソコンに転送される（図９）。
また、各単位掘削ロッド３１、３１間でも、上下アンテナ３８、３９を介して、送受信ノード３６、３６間でデータの転送がなされ、最上段の単位掘削ロッド３１の上アンテナ３８から、オペレーター室のパソコンに、入力される。この場合も短距離の無線距離であるので、確実でかつ少ない消費電力で処理される。また、オペレータ室のパソコンに入力されたデータは、一括して画面に表示される（図１３）。また、オペレータ室のパソコンに入力されたデータは、構築現場内外に設定した事務所内のパソコンに転送される（図９）。
(5) 杭穴５１の掘削に従って、単位掘削ロッド３１、３１を付け足すが、連結部分３２、３３に電気的な接続が不要であるので、従来同様に機械的に接続するだけで、掘削ロッド４１を延長できる。また、単位掘削ロッド３１を付け足した場合であっても、データの無線転送に支障なく同様にデータ処理できる。
(6) 杭穴軸部５２の掘削が完了したならば、一旦オーガーの回転を止める。続いて、ヘッドを杭穴底に押しつけ、一瞬正回転すれば、掘削腕のストッパーが解除され、一旦掘削腕は一側に大きく開く。続いて、オーガを逆転すると掘削ロッド、掘削ヘッドも逆転して、土圧で掘削腕は反対側に揺動して、拡大掘削できる（図１０（ｂ））。この間の加速度センサーのデータは、図のグラフの横軸（時刻）の１５：５４〜１５：５７の傾斜角度のデータに正確に表れる（図１２）。
(7) 根固め部５３の掘削が完了したならば、一旦掘削ヘッド１を杭穴底に位置させ、ヘッド本体の下端の吐出口からセメントミルクを静かに注入して、根固め部内の掘削泥土をセメントミルクで置換しつつ、撹拌混合して、根固め部内のセメントミルクを均一化する（図１０（ｃ））。セメントミルクの注入による、絶縁計１７の「杭穴内にはセメントミルクが充填されている」旨のデータが、加速時計１６のデータと同様に、オペレータ室のパソコンに送られて、セメントミルクが充填されていることが目視できる（図１３）。
(8) 続いて、オーガー６１を逆回転から切り換えて、ゆっくりと正回転させながら、杭穴軸部５２に杭周固定液を充填して撹拌混合しながら、掘削ロッド４１、掘削ヘッド１を地上５５に引き上げる（図１０（ｄ））。
(9) 続いて、既製杭４３を杭穴内に下降させて、２つの環状リブを根固め部に位置させるようにして、沈設する（図１０（ｅ））。
(10) 以上のようにして、根固め液、杭周固定液が固化したならば、基礎杭構造を構築する。
１ 掘削ヘッド
２ ヘッド本体
３ 固定掘削刃
４ 連結凸部
６ 掘削腕
７ 掘削刃
８ 操作突部
１０ 水平軸
１１ 操作軸
１２ Ｌ字操作具
１３ Ｌ字操作具の一端
１４ Ｌ字操作具の他端
１６ 加速時計
１７ 絶縁計
２１ 第１センサーノード
２２ 第２センサーノード
２７ 計測バー
３１ 単位掘削ロッド
３２ 連結凸部（上）
３３ 連結凹部（下）
３４ 支持部
３６ 送受信ノード
３７ 送受信ノードのケーブル
３８ 送受信ノードの上アンテナ
３９ 送受信ノードの下ｓんてな
４１ 掘削ロッド
４３ 既製杭
５１ 杭穴
５２ 杭穴の軸部
５３ 杭穴の拡底部
５５ 地上
６０ 杭打ち機
６１ オーガー
６２ ワイヤー
６３ ホース
６４ 流量計
２ ヘッド本体
３ 固定掘削刃
４ 連結凸部
６ 掘削腕
７ 掘削刃
８ 操作突部
１０ 水平軸
１１ 操作軸
１２ Ｌ字操作具
１３ Ｌ字操作具の一端
１４ Ｌ字操作具の他端
１６ 加速時計
１７ 絶縁計
２１ 第１センサーノード
２２ 第２センサーノード
２７ 計測バー
３１ 単位掘削ロッド
３２ 連結凸部（上）
３３ 連結凹部（下）
３４ 支持部
３６ 送受信ノード
３７ 送受信ノードのケーブル
３８ 送受信ノードの上アンテナ
３９ 送受信ノードの下ｓんてな
４１ 掘削ロッド
４３ 既製杭
５１ 杭穴
５２ 杭穴の軸部
５３ 杭穴の拡底部
５５ 地上
６０ 杭打ち機
６１ オーガー
６２ ワイヤー
６３ ホース
６４ 流量計
Claims (3)
- 掘削機に連結する掘削ロッドと、該掘削ロッドの先端に連結する掘削ヘッドとからなり、掘削ヘッドは前記掘削ロッドとの連結部を有するヘッド本体に可動する掘削腕を取り付けて、以下のように構成することを特徴とする杭穴掘削装置。
(1) 前記掘削ヘッドの前記掘削腕の裏面に、「杭穴内の水、泥水、セメントミルクの別を判別する」杭穴充填物確認センサーを取り付ける。
(2) 前記掘削腕に、該掘削腕の位置確認センサーを取り付ける。
(3) 前記掘削ヘッドに第１センサーノードを設け、前記杭穴充填物確認センサー及び位置確認センサーを前記第一センサーノードに接続して、該第１センサーノードのデータを地上に送る電送手段を設けた。 - 掘削機に連結する掘削ロッドと、該掘削ロッドの先端に連結する掘削ヘッドとからなり、掘削ヘッドは前記掘削ロッドとの連結部を有するヘッド本体に、可動する掘削腕を取り付けて、以下のように構成することを特徴とする杭穴掘削装置。
(1) 前記掘削ヘッドの前記掘削腕に、杭穴充填物確認センサー及び位置確認センサーを取り付ける。
(2) 前記掘削ヘッドの掘削腕に、第１センサーノードを設け、前記杭穴充填物確認センサー及び位置確認センサーを第１センサーノードに接続する。
(3) 前記ヘッド本体に、前記第１センサーノードから無線発信されるデータを受信できる第２センサーノードを設ける。
(4) 前記掘削ロッドで、前記掘削ヘッドと連結する連結部周辺位置に、前記第２センサーノードと互いにデーターを送受信できる１対１対応の下第１無線送受信具を設け、前記掘削ロッドの上端部に上第１無線送受信具をそれぞれ取り付る。
(5) 前記掘削ロッドに、掘削ロッドの下端の前記上第１無線送受信具からのデータを地上の情報処理装置に送るケーブルを配置した。 - 以下のように構成したことを特徴とする請求項２記載の杭穴掘削装置。
(1) 掘削ロッドを複数の単位ロッドを連結して構成する。
(2) 前記各単位ロッドの下端部に下無線送受信具を取り付け、前記下無線送受信具を、下方に連結する単位ロッドの上無線送受信具とデーター送信ができるように形成する。
(3) 前記各単位ロッドの上端部に上無線送受信具を取り付け、前記上無線送受信具を、上方に連結する単位ロッドの下無線送受信具とデーター送信ができるように形成する。
(4) 前記各単位ロッドで、上端部の上無線送受信具と下端部の下無線送受信具とをケーブルで連結する。
(5) 最下段の単位ロッドの下無線送受信具を、下第１無線送受信具とする。
(6) 最上段の単位ロッドの上無線送受信具からデータを地上の情報処理装置に送るケーブルを配置する。
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