JP5789707B1

JP5789707B1 - 掘削装置

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Publication number: JP5789707B1
Application number: JP2014148955A
Authority: JP
Inventors: 北村　精男; 北村　　精男; 敏夫池田; 翔太掛水; 昌彦吉川
Original assignee: GIKEN LTD.
Current assignee: GIKEN LTD.
Priority date: 2014-07-22
Filing date: 2014-07-22
Publication date: 2015-10-07
Anticipated expiration: 2034-07-22
Also published as: JP2016023482A

Abstract

【課題】タンク内に溜めた掘削土を良好に排出することができる掘削装置を実現する。【解決手段】掘削装置１は、第二駆動部７によって回転されて、タンク３のテーパ部３ａの内面に付着した掘削土Ｓを剥ぎ落とすことができる斜傾部６２を有する回転部材６を備えているので、第一駆動部５によってオーガスクリュー４を逆回転させてタンク３内に一時的に溜めた掘削土Ｓを埋め戻す際に、その回転部材６を回転させることで、テーパ部３ａに掘削土Ｓを目詰まりさせないようにして、タンク３内の掘削土Ｓを良好に排出することを可能にした。【選択図】図２

Description

本発明は、掘削装置に関する。

従来、硬質地盤に杭を圧入する場合には、杭の圧入位置近辺を掘削装置で掘削することで杭圧入時の土圧の軽減を図っている。
例えば、硬質地盤へ杭を圧入する際に掘削した土を、ケーシングを通じて上方へ搬送してケーシング上部のタンク内に蓄えておき、ケーシングを引き抜く際にオーガスクリューを逆回転させ、タンク内に蓄えた掘削土を地中に埋め戻すことで、掘削土を外部へ放出させることなく、埋め戻し作業を効率よく行うことを可能にしたオーガ装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
このオーガ装置は、タンクの内面に付着した土を剥ぎ落とすリボンスクリューを備えており、タンク内に掘削土を残留させないようになっている。

特開２０１１−８０２１８号公報

しかしながら、上記特許文献１のオーガ装置の場合、リボンスクリューは円筒状のタンク内面に付着した土を剥ぎ落とすことができるものの、タンクからケーシングへと縮径する部分のテーパ状の内面に付着した土を剥ぎ落とすことができないため、その縮径部分に掘削土が圧密されて目詰まりしてしまうことがあった。

本発明の目的は、タンク内に溜めた掘削土を良好に排出することができる掘削装置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、
筒状のケーシングと、
前記ケーシングの上端に接続され、下部から上部に向かって径が大きくなるテーパ部を有するタンクと、
オーガ軸の周囲に螺旋状に設けられたスクリューを有し、上下方向に延在して前記ケーシング及び前記タンク内に配されているオーガスクリューと、
を備えている掘削装置において、
前記タンク内には、前記オーガ軸と同軸で、少なくとも前記テーパ部の内面に沿って回転する回転部材が設けられていることを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の掘削装置において、
前記回転部材は、その回転方向前側にすくい面を有していることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の掘削装置において、
当該掘削装置は、前記オーガスクリューを回転させる第一駆動部と、前記回転部材を回転させる第二駆動部と、を備えており、
前記第一駆動部と前記第二駆動部とは、それぞれ独立して駆動および停止が切り替え可能に構成されていることを特徴とする。

本発明によれば、タンク内に溜めた掘削土を良好に排出することができる掘削装置が得られる。

本実施形態の掘削装置と、その掘削装置を保持する杭圧入機を示す側面図である。本実施形態の掘削装置を示す断面図である。掘削装置の回転部材が固定されている回転腕部近傍を示す上面図（ａ）と、掘削装置の回転部材を断面視して示す説明図（ｂ）である。掘削装置の回転部材の変形例を断面視して示す説明図である。掘削装置の回転部材の変形例を断面視して示す説明図である。掘削装置の回転部材の変形例を断面視して示す説明図である。掘削装置の回転部材の変形例を断面視して示す説明図である。掘削装置の回転部材の変形例を断面視して示す説明図である。

以下、図面を参照して、本発明に係る掘削装置の実施形態について詳細に説明する。

掘削装置１は、図１、図２に示すように、筒状のケーシング２と、ケーシング２よりも大きな径を有してケーシング２の上端に接続されているタンク３と、ケーシング２及びタンク３内に配されているオーガスクリュー４と、オーガスクリュー４を回転駆動させる第一駆動部５と、タンク３の内面に沿って回転する回転部材６と、回転部材６を回転駆動させる第二駆動部７等を備えて構成されている。
この掘削装置１は、所謂オーガ装置であり、例えば後述する杭圧入機１０によって、ケーシング２及びオーガスクリュー４が地中に送り込まれて地盤を掘削する。

ケーシング２は、後述する杭圧入機１０のチャック装置１５に支持されて、施工現場にて鉛直に立設された姿勢で設置される。

タンク３は、下部から上部に向かって径が大きくなるテーパ部３ａを有しており、このテーパ部３ａを介してケーシング２の上端に接続されている。
タンク３内の空間には、オーガスクリュー４で掘削した掘削土Ｓを一時的に溜めることができる。

オーガスクリュー４は、オーガ軸４ａの周囲に螺旋状に設けられたスクリュー４ｂを有しており、上下方向に延在した姿勢でケーシング２及びタンク３内に配されている。このオーガスクリュー４の下端部には、オーガヘッド（図示省略）が交換可能に取り付けられている。

第一駆動部５は、オーガスクリュー４を回転させるためにタンク３の天面部３ｂに固設されている。この第一駆動部５は、例えばモータであり、オーガスクリュー４の上端部に接続されている。
第一駆動部５がオーガスクリュー４を正回転させると、オーガスクリュー４はケーシング２を通じて掘削土Ｓをリフトして、その掘削土Ｓをタンク３内に搬送する。また、第一駆動部５がオーガスクリュー４を逆回転させると、オーガスクリュー４はタンク３内に蓄えた掘削土Ｓを地中に埋め戻すように排出する。

回転部材６は、タンク３の天面部３ｂに固設されている第二駆動部７によって回転される。第二駆動部７は、例えばモータであり、モータ軸を軸心に回転するピニオンギア７ａを備えている。
回転部材６は、例えば図２に示すように、タンク３の内面に沿って上下に延在する長尺な部材であり、その下端側は、テーパ部３ａの内面に沿うように屈曲している。なお、回転部材６は、図示は省略するが、回転時に上端が下端より先行、あるいは回転時に下端が上端より先行するように、傾斜して上下に延在する長尺な部材であってもよい。
この回転部材６は、例えば図２、図３に示すように、その上端部が回転腕部８の一端に固定されており、回転腕部８の他端は第二駆動部７のピニオンギア７ａと歯合するギア部９に固定されている。ギア部９の回転中心には中央開口９ａが設けられており、その中央開口９ａにはオーガスクリュー４が挿通されている。オーガスクリュー４は、ギア部９と同一の回転軸に軸支されている。
つまり、第二駆動部７が作動してピニオンギア７ａが回動することでギア部９が回転し、回転部材６がオーガ軸２ａと同軸で回転するようになっている。
特に、回転部材６の下端側は屈曲されており、回転部材６は屈曲箇所より上の鉛直部６１と、屈曲箇所より下の斜傾部６２を有している。この鉛直部６１がタンク３上部の内面に沿い、斜傾部６２がタンク３下部のテーパ部３ａの内面に沿う形状に形成されているので、第二駆動部７によって回転される回転部材６は、上側の鉛直部６１が円筒状のタンク３の内面に摺接し、下側の斜傾部６２がテーパ部３ａの内面に摺接するようになっている。
ここでは回転部材６がタンク３の内面に摺接して、その内面に付着した掘削土Ｓを剥ぎ落とすようにしているが、タンク３の内面に付着した掘削土Ｓを剥ぎ落とすことができる程度にタンク３の内面から離れた位置を回転部材６が回転するようになっていてもよい。
回転部材６および回転腕部８は、オーガスクリュー４を挟む配置に対を成して設けられている。なお、回転部材６は、オーガスクリュー４を挟む配置に３つ以上設けられていてもよく、この場合は、タンク３の円周方向に関して等間隔に設けられていることがより好ましい。

また、回転部材６は、例えば図３（ａ）（ｂ）に示すように、断面視略三角形状を呈しており、その回転方向の前側に、すくい面６ａを有している。
このすくい面６ａは、回転部材６の回転に伴ってすくい面６ａに接触した掘削土Ｓを、オーガスクリュー４に向けて移動させるように案内する面である。なお、すくい面６ａは、タンク３の中心のオーガ軸４ａ側からタンク３の内面に向かって回転方向に傾斜している面である。
このような回転部材６が、テーパ部３ａを含むタンク３の内面に摺接して回転することで、タンク３の内面に付着した掘削土Ｓを剥ぎ落とすことが可能になっている。
また、回転部材６の回転方向の前面側にすくい面６ａが設けられているため、タンク３内に溜めた掘削土Ｓを排出する際に回転部材６を回転させることで、その掘削土Ｓをオーガスクリュー４に向けて移動させることができる。

そして、後述する杭圧入機１０によって硬質地盤に杭（例えば、鋼矢板）を圧入する際に、この掘削装置１と杭圧入機１０を併用してオーガ併用工法による杭の圧入施工を行うことができる。

杭圧入機１０は、図１に示すように、杭Ｐをチャック装置１５で掴んで地中に圧入する装置であり、既に地中に埋設された既設の杭Ｐの上端側を掴んで支持する複数のクランプ装置１１…を備えたサドル１２と、サドル１２に対して前後動可能なスライドベース１３と、スライドベース１３上で左右に旋回可能なリーダーマスト１４と、リーダーマスト１４の前面に昇降可能に取り付けられたチャック装置１５と、リーダーマスト１４に対してチャック装置１５を昇降駆動するメイン油圧シリンダ１６等を備えている。

クランプ装置１１は、サドル１２の下面に設けられている。このクランプ装置１１は、例えば、先に圧入された既設の杭Ｐの上端側を挟んだ状態で、図示しない油圧シリンダの駆動によりその杭Ｐの上端部を挟持して掴むことができる。つまり、クランプ装置１１は、既設杭Ｐを掴むことで杭圧入機１０を既設杭Ｐの上端部に固定する固定手段として機能する。
特に、クランプ装置１１は、掴んで支持した既設杭Ｐから反力を取って、杭圧入機１０が新たに杭Ｐを圧入したり、埋設されている杭Ｐを引き抜いたりすることができるように、杭圧入機１０を既設杭Ｐの上端部に固定し設置するようになっている。
なお、クランプ装置１１が備える固定クランプ爪と可動クランプ爪とからなるクランプ爪や、可動クランプ爪を駆動させる油圧シリンダの構成や、クランプ爪が杭Ｐを掴む動作は周知であるので、ここでは詳述しない。

スライドベース１３は、サドル１２に対し前方に移動して、リーダーマスト１４とともにチャック装置１５を水平に前側に移動させることにより、サドル１２を移動することなく、先頭のクランプ装置１１が支持している既設杭Ｐの先に、新たな２本の杭を前後方向に並べて順次圧入することを可能にする。

リーダーマスト１４は、スライドベース１３と一体的に前後に移動する。
また、リーダーマスト１４は、スライドベース１３に対し左右に旋回してチャック装置１５の向きを変えることにより、順次並んで圧入される杭の列の方向を直角に曲げたり、湾曲して曲げたりすることが可能となっている。

チャック装置１５は、その背面側がリーダーマスト１４の前面側に昇降可能に嵌合した状態とされるとともに、リーダーマスト１４とチャック装置１５に接続されたメイン油圧シリンダ１６により昇降駆動されるようになっている。
このチャック装置１５の内部には、例えば、掘削装置１のケーシング２を掴むケーシングチャックと、杭Ｐを掴むパイルチャックとが設けられている。ケーシングチャックは、チャック装置１５に挿通されたケーシング２を、図示しない油圧シリンダの駆動により作動する爪部で把持して保持することができる。パイルチャックは、チャック装置１５に挿通された杭Ｐを、図示しない油圧シリンダの駆動により作動する爪部で把持して保持することができる。
なお、チャック装置１５が備えるケーシングチャックやパイルチャック、その爪部を駆動させる油圧シリンダの構成や動作は周知であるので、ここでは詳述しない。

そして、チャック装置１５が把持した杭Ｐを地中に圧入する際、チャック装置１５の昇降範囲は限られているので、杭Ｐを把持してチャック装置１５を下降させることと、杭Ｐを離してチャック装置１５を上昇させることを繰り返すようになっている。これにより、チャック装置１５が昇降する１ストローク分ずつ杭Ｐを圧入することが繰り返され、チャック装置１５の昇降範囲より深く杭Ｐを地中に圧入することが可能になっている。
同様に、杭Ｐを把持してチャック装置１５を上昇させることと、杭Ｐを離してチャック装置１５を下降させることを繰り返して、杭Ｐを地中から引き抜くことが可能になっている。
また、チャック装置１５が把持したケーシング２（掘削装置１）を地中に押し下げることや、地中から引き上げることも同様に行うことが可能になっている。

上記した杭圧入機１０は、既設杭Ｐの先に新たな杭Ｐをチャック装置１５で圧入する動作と、クランプ装置１１による既設杭Ｐの上端部の挟持と解除の動作と、サドル１２に対するスライドベース１３の前後動の動作と、を組み合わせることで、既設杭Ｐからなる杭列上を自走し移動することができる。
なお、杭圧入機１０が杭列上を自走する動作は周知であるので、ここでは詳述しない。

次に、この掘削装置１がタンク３内に一時的に溜めた掘削土Ｓを埋め戻す際の動作について説明する。

掘削装置１で地盤を掘削する際、第一駆動部５によって正回転されるオーガスクリュー４は、ケーシング２を通じて掘削土Ｓをリフトし、その掘削土Ｓをタンク３内に搬送して溜める。
そして、所定の掘削作業を終えてケーシング２を地中から引き抜く際、第一駆動部５によってオーガスクリュー４を逆回転させてタンク３内に溜めた掘削土Ｓを排出し、地中に埋め戻す。このとき、第二駆動部７も作動させて回転部材６を回転移動させる。

第二駆動部７によって回転され、タンク３の内面に沿って回転移動する回転部材６は、タンク３の内面に摺接することで、タンク３の内面に付着した掘削土Ｓを剥ぎ落とす。
特に、回転部材６は、タンク３のテーパ部３ａの内面に沿う斜傾部６２を有しているので、この斜傾部６２でテーパ部３ａの内面に付着した掘削土Ｓを剥ぎ落とすことができる。
更に、回転部材６は、その回転方向の前側にすくい面６ａを有しているので、タンク３内に大量の掘削土Ｓが溜まったことで、タンク３がケーシング２に向かって縮径するテーパ部３ａに掘削土Ｓが自重により圧密してしまうことがあっても、回転部材６の回転に伴ってすくい面６ａに接触した掘削土Ｓを、すくい面６ａによってタンク３の中心側のオーガスクリュー４に向けて移動させることで、その圧密を解消することができる。

つまり、タンク３内の掘削土Ｓをオーガスクリュー４によって地中に埋め戻す際に、回転部材６を回転させることで、テーパ部３ａを含むタンク３の内面に付着した掘削土Ｓを剥ぎ落とすことができ、すくい面６ａに接触した掘削土Ｓをオーガスクリュー４に向けて移動させることができるので、タンク３内から掘削土Ｓをスムーズに排出することが可能になる。

このように、掘削装置１は、テーパ部３ａの内面に付着した掘削土Ｓを剥ぎ落とすことができる斜傾部６２を有する回転部材６を備えているので、タンク３のテーパ部３ａに掘削土Ｓが目詰まりすることを防いで、タンク３内に一時的に溜めた掘削土Ｓを良好に排出することができる。

また、この掘削装置１は、オーガスクリュー４を回転させる第一駆動部５と、回転部材６を回転させる第二駆動部７とを備えており、オーガスクリュー４と回転部材６をそれぞれ独立して作動させることができる。
例えば、タンク３内の掘削土Ｓの量や掘削土Ｓの状態（例えば、圧密しているか否か、湿潤／乾燥しているか否か）に応じて、第一駆動部５と第二駆動部７の駆動および停止を切り替えて、オーガスクリュー４と回転部材６の回転および停止をそれぞれ切り替えることで、タンク３内の掘削土Ｓをオーガスクリュー４によって地中に埋め戻す排出処理を好適に行うことができる。例えば、第二駆動部７を作動させて回転部材６を回転させることに先立って、第一駆動部５によってオーガスクリュー４を逆回転させるようにすれば、タンク３内の掘削土Ｓに芯抜きを施すことができるため、回転部材６を低負荷で回転させることや、オーガスクリュー４と回転部材６と掘削土Ｓの供回りを防止することができる。
また、オーガスクリュー４と回転部材６をともに回転させる際に、それぞれの回転速度を異ならせる調整を行って、掘削土Ｓの排出処理を行うこともできる。
なお、第一駆動部５と第二駆動部７の駆動および停止をそれぞれ独立して切り替えることや、オーガスクリュー４および回転部材６それぞれの回転速度を異ならせる調整を行うことは、手動操作で行うようにしてもよく、より好ましくは、第一駆動部５および第二駆動部７の動作を制御する制御部による自動制御で行うようにしてもよい。

以上のように、本実施形態の掘削装置１は、それぞれ独立して回転可能なオーガスクリュー４と回転部材６を備えており、オーガスクリュー４を逆回転させてタンク３内に一時的に溜めた掘削土Ｓを埋め戻す際に、回転部材６を回転させてタンク３の内面に付着した掘削土Ｓを剥ぎ落としたり、回転部材６の回転に伴ってすくい面６ａに接触した掘削土Ｓをオーガスクリュー４に向けて移動させたりすることができるので、タンク３内に掘削土Ｓを残留させないように良好に排出することができる。

なお、本発明は上記実施形態に限られるものではない。
例えば、図４に示すように、断面視略Ｌ字形状（断面視略“く”字形状）を呈する回転部材６を備えた掘削装置１であっても、タンク３内に溜めた掘削土Ｓを良好に排出することができる。
この回転部材６も回転方向の前側にすくい面６ａを有しているので、タンク３の内面に付着した掘削土Ｓを剥ぎ落とすことや、掘削土Ｓをオーガスクリュー４に向けて移動させることができ、タンク３内から掘削土Ｓをスムーズに排出することを可能にする。

また、図５に示すように、断面視略Ｃ字形状（断面視略円弧形状）を呈する回転部材６を備えた掘削装置１であっても、タンク３内に溜めた掘削土Ｓを良好に排出することができる。
この回転部材６も回転方向の前側にすくい面６ａを有しているので、タンク３内から掘削土Ｓをスムーズに排出することを可能にする。

また、図６に示すように、断面視略平板状の回転部材６を備えた掘削装置１であっても、タンク３内に溜めた掘削土Ｓを良好に排出することができる。
この回転部材６は、回転方向の前端の縁がタンク３の内面に近接あるいは接触し、後端の縁がタンク３の内面から離間した向きに配設されており、その回転方向の前側にすくい面６ａを有しているので、タンク３内から掘削土Ｓをスムーズに排出することを可能にする。

また、図７に示すように、断面視略“ノ”字形状の回転部材６を備えた掘削装置１であっても、タンク３内に溜めた掘削土Ｓを良好に排出することができる。
この回転部材６は、回転方向の前端の縁がタンク３の内面に近接あるいは接触し、後端の縁がタンク３の内面から離間した向きに配設されており、その回転方向の前側に凹状のすくい面６ａを有しているので、タンク３内から掘削土Ｓをスムーズに排出することを可能にする。

また、図８に示すように、断面視略“ノ”字形状の回転部材６を備えた掘削装置１であっても、タンク３内に溜めた掘削土Ｓを良好に排出することができる。
この回転部材６は、回転方向の前端の縁がタンク３の内面に近接あるいは接触し、後端の縁がタンク３の内面から離間した向きに配設されており、その回転方向の前側に凸状のすくい面６ａを有しているので、タンク３内から掘削土Ｓをスムーズに排出することを可能にする。

なお、以上の実施の形態においては、第二駆動部７を作動させて回転部材６を回転させる際、すくい面６ａが形成されている面を回転方向の前面として回転させたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、図３（ｂ）に示した回転部材６、図４に示した回転部材６、図５に示した回転部材６は、回転方向の前側と後側が同一形状を有しており、回転方向の後側にもすくい面が形成されていると見なすことができるので、このような回転部材６を備えた掘削装置１の場合、第二駆動部７によって回転部材６を逆方向に回転させて、タンク３の内面に付着した掘削土Ｓを剥ぎ落とすようにしてもよい。
勿論、タンク３内の掘削土Ｓの状態などに応じて、回転部材６の回転方向を正方向に切り替えたり、逆方向に切り替えたりして、タンク３の内面に付着した掘削土Ｓを剥ぎ落としてもよい。

また、以上の実施の形態においては、回転部材６が、屈曲箇所より上の鉛直部６１と、屈曲箇所より下の斜傾部６２を有する例で説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。本発明にいう回転部材は、少なくともテーパ部の内面に沿って回転するものであればよい。
また、以上の実施の形態においては、掘削装置１が、オーガスクリュー４を回転させる第一駆動部５と、回転部材６を回転させる第二駆動部７とを備えた例で説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。本発明の掘削装置は、オーガスクリューおよび回転部材の双方を回転させる１つの駆動部を備えていてもよい。
また、以上の実施の形態においては、回転部材６が回転方向の前側にすくい面６ａを有する例で説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。本発明にいう回転部材は、タンク内面に沿って回転する部材であればよく、必ずしもすくい面が形成されていなくてもよい。

また、その他、具体的な細部構造等についても適宜に変更可能であることは勿論である。

１掘削装置
２ケーシング
３タンク
３ａテーパ部
４オーガスクリュー
４ａオーガ軸
４ｂスクリュー
５第一駆動部
６回転部材
６ａすくい面
６１鉛直部
６２斜傾部
７第二駆動部
７ａピニオンギア
８回転腕部
９ギア部
９ａ中央開口
１０杭圧入機
Ｓ掘削土

Claims

筒状のケーシングと、
前記ケーシングの上端に接続され、下部から上部に向かって径が大きくなるテーパ部を有するタンクと、
オーガ軸の周囲に螺旋状に設けられたスクリューを有し、上下方向に延在して前記ケーシング及び前記タンク内に配されているオーガスクリューと、
を備えている掘削装置において、
前記タンク内には、前記オーガ軸と同軸で、少なくとも前記テーパ部の内面に沿って回転する回転部材が設けられていることを特徴とする掘削装置。
前記回転部材は、その回転方向前側にすくい面を有していることを特徴とする請求項１に記載の掘削装置。
当該掘削装置は、前記オーガスクリューを回転させる第一駆動部と、前記回転部材を回転させる第二駆動部と、を備えており、
前記第一駆動部と前記第二駆動部とは、それぞれ独立して駆動および停止が切り替え可能に構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の掘削装置。