JP5836917B2 - 鋼管杭埋設作業機用の継手体 - Google Patents

Description

本発明は、鋼管杭の埋設作業に際して、作業機に装備されている埋設装置によって地中に貫入される鋼管杭に対し、当該鋼管杭に継ぎ足して前記埋設装置に装着して使用される自在継手体に関する。

鋼管杭を弱い地盤に貫入して地盤と杭の複合作用で当該地盤を強化して沈下を防ぐようにした住宅等の建物用基礎地盤の補強工法として、ＲＥＳ−Ｐ工法（Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｅａｒｔｈ ｗｉｔｈ Ｓｔｅｅｌ Ｐｉｐｅ工法）と称されている技術が知られている。

この工法は、一例として、クローラ式の作業機の前部に、チャックを有する油圧式などのオーガモータとこのオーガモータを昇降可能に備えたリーダーを主要機構とする埋設装置をアタッチメント方式で設け、前記オーガモータのチャックに地中に貫入させる鋼管杭を保持させ、オーガモータの回転とオーガモータのリーダー上での降下動作によって前記杭を地中に貫入させるようになっている。

地中に埋設される鋼管杭は、一例として当該鋼管の杭の打設の後から形成される建物の基礎（布基礎又はべた基礎）の敷砂利の下面に、前記鋼管杭の上端が揃う深さまで鋼管杭を貫入するとき、この深さまでの貫入において問題が生じる。

すなわち、作業機の前部に設けた埋設装置は、リーダー上で地表に接するまでしか降下させられないため、このままでは鋼管杭の上端を地中にまで貫入させることができないからである。この点を解決するため、埋設中の鋼管杭に、当該杭に継ぎ足す態様で継手部材を接続し、この継手部材をチャックに把持させてさらにオーガモータを回転させて前記鋼管杭をさらに地中に貫入させるようにしている。一方、このようにして埋設装置によって地中に貫入される鋼管杭は、地中の反力を受けるが、その反力はこの埋設装置を介して作業機に伝わり当該作業機の前方が浮上り加減になるため、作業機の後部にアウトリーガを設けて作業機の前方の浮上りを抑えるように対抗している。

しかし、作業機がアウトリーガを備えていても、継手部材が継ぎ足されて鋼管杭が地中に深く貫入されるほど反力も大きくなるため、作業機前部の浮上りは、後方のアウトリーガだけでは抑えきれないで杭の貫入が進む。この結果、作業機前部の浮上りとその抑え込み、或は、浮上り修正を繰り返し乍ら鋼管杭は地中に貫入されることになる。

しかし乍ら、作業機の前部が浮き上がったり、浮上りが戻ったりしながら鋼管杭に回転が付与されてその杭が地中に貫入すると、回転し乍ら地中に貫入される鋼管杭の上部側はいわばすりこぎ運動をすることになり、この部分の地盤が円錐形に掘られたようになってこの杭の上半部は地盤に密着できていない状態になる。特に、建物基礎の敷砂利の下方のように地表よりも深い位置にまで鋼管杭の上端を貫入しなければならないとき、前記のすりこぎ運動により鋼管杭が地盤に密着しない傾向は大きくなる。

上部側が地盤に密着しないで貫入された鋼管杭は、地盤との一体化が弱くなり所定の地盤強化に寄与できないという不都合や不具合の原因となる。

このため先行技術である特許文献１では、オーガモータにより回転されるチャック部の姿勢を、垂直軸に直交する２つの方向に油圧シリンダによって揺動させることができるようにしたチャック部の姿勢調整機構を作業機と埋設機構の間に架設し、チャック部の中心軸を鉛直方向に一致させて鋼管杭を鉛直に埋設できるようにした鋼管杭の埋設装置が、本出願人によって提案されている。

しかし、先に提案した埋設作業機の姿勢調整機構は、オーガモータを主体とする埋設機構全体を起伏アームと揺動アームを介して作業機の前部に架装すると共に、前記両アームを油圧シリンダによって起伏，揺動させることによりチャック中心軸の姿勢を、作業機の姿勢に拘らず鉛直に調整するものであるから、鋼管杭の埋設中における地中の反力によって生じる作業機前部の浮上りに対してはその度対応して姿勢調整しなければならなかった。

特許第４１１３０３０号公報

財団法人日本建築総合試験所「ＲＥＳ−Ｐ工法」−小規模建 物の基礎地盤を補強−

そこで本発明では、貫入される鋼管杭の上端部に継ぎ足し、この継ぎ足したアタッチメント部をオーガモータのチャックに保持させて回転を付与することにより、鋼管杭の貫入中に作業機前部が反力で浮き上がってもその鋼管杭を鉛直な姿勢に保持してオーガモータの回転力を鉛直姿勢に保持される当該鋼管杭に伝えることができるようにした継手体を提供することを、その課題とする。

上記課題を解決することを目的としてなされた本発明継手体の構成は、鋼管杭をクランプ，アンクランプ自在に把持するようにしたチャックを伝動機構を介して回転自在に保持するチャック機構と前記伝動機構に回転力を伝える駆動源とを備えて埋設作業機の前部に架装された鋼管杭の埋設機構の前記チャックに把持される継手体において、その継手体は、前記チャックに把持される前記鋼管杭の外径と同外径の先端継手部と、埋設されつつある鋼管杭の上端部に内挿されて接続される管挿入部を有する前記鋼管杭と同外径の管側継手部と、前記両継手部を自在継手状に接続する中間継手部材とを備え、前記中間継手部材が、前記鋼管杭の外径と同外径の盤状ベース部と該ベース部の前後両面に９０度位相をずらして設けた前後の接合片とから形成され、前記先端継手部の後端側と管側継手部の先端側は、それぞれに対応する前記接合片に凹凸関係で嵌り合う断面凹状の接合部に形成されて前記前後の接合片とそれぞれにピン枢着されて成り、埋設中の前記鋼管杭に前記管側継手部を接続すると共に先端継手部を前記チャックに把持させて前記埋設中の鋼管杭をさらに地中に貫入させるようにしたことを特徴とするものである。

本発明継手体は、上記構成において、管側継手部が、上部にピンを有するピン付鋼管杭に接合するためのピン受部を備えた形態のものと、上部にピンが設けられていない鋼管杭に接合するために鋼管杭の軸上で回転して鋼管杭の内面に密着する偏心カム部材を備え当該カム部材の外面とこの外面に対面する前記鋼管杭の内面との間に作用するフリクションにより両者を接合するようにした形態のものがある。

本発明では、鋼管杭の埋設時に用いる継手体を、埋設作業機の前部に架装された鋼管杭の埋設機構におけるチャックに把持される継手体であって、その継手体を、前記チャックに把持される先端継手部と、埋設されている鋼管杭の上端部に接続される管側継手部と前記両継手部を自在継手状に接続する中間継手部材とから形成し、埋設中の鋼管杭に前記管継手部を接続すると共に先端継手部を前記チャックに把持させて前記埋設中の鋼管杭を地中に貫入させるようにしたから、仮に作業機前部が浮上ることがあっても、常に埋設する鋼管杭には鉛直姿勢を保持させることができる。

鋼管杭を埋設中の埋設作業機の概要を示す側面図。 本発明継手体の一例の正面図。 図２の継手体の平面図。 本発明継手体の他の例の正面図。 図４のＡ−Ａ矢視拡大断面図。

次に本発明継手体の実施の形態例について図を参照して説明する。
図１の作業機Ｗｍは、小型のパワーショベルを作業部として備えた市販の土木作業機などに用いられているクローラ式作業機と同様に、クローラ２を備えた作業機本体１と、この作業機本体１の前部にアタッチメント方式で架装された鋼管杭Ｓｐの埋設機構３と、作業機本体１の後部に装設されたアウトリーガ４によって構成されている。図１において５は、移動駆動系のエンジンや埋設機構３が備える油圧シリンダや油圧モータなどの駆動系となる油圧ポンプなどの油圧系を備えた機関部、６はオペレータ席である。

作業機１の前部には、アタッチメント式にショベル等の作業部を架装するための架装基台７が前方に突出して設けられており、この基台７に鋼管杭Ｓｐに回転を付与して地中に貫入するための埋設機構３が架装されている。

埋設機構３は、一例として次の構成から成る。
すなわち、まず、前記基台７に縦向きの起立アーム８を油圧シリンダ８ａにより起伏可能に立設すると共に、該アーム８の前面に、油圧シリンダ９ａにより作業機１の左右に関して揺動可能にした揺動アーム９を設け、これら両アーム８，９が、後に述べる埋設装置１０をマウントするための架装ベースを形成している。

次に、埋設装置１０は、前記揺動アーム９の前面側の左右に縦向き平行に設けた２本のガイドロッド１１と、この２本のガイドロッド１１に架装されたスライダ１１ａを介して当該ロッド１１の前面に上下スライド可能にマウントされたスライド架台１２と、この架台１２の前面に設けられた大略縦向きの筒状をなすハウジングであって、鋼管杭Ｓｐを油圧シリンダ１３ａの力でクランプ，アンクランプに把持し、かつ、油圧モータ（図に表われず）の駆動力で回転させられるように形成されたチャック１３を内部に備えたチャックハウジング１４と、該ハウジング１４を設けた前記スライド架台１２をガイドロッド１１上で上，下スライドさせるように設けた架台昇降用の油圧シンダ１５とから成る。

上記の埋設機構３と埋設装置１０を備えた埋設作業機Ｗｍは、クローラ２の作用で鋼管杭Ｓｐを埋設すべき場所へ移動し、作業機Ｗｍの地盤Ｅａ上での姿勢と無関係に前記埋設装置１０のチャック１３の中心軸が鉛直になるように、埋設機構３における油圧シリンダ８ａ，９ａを調整作動させて当該チャック１３の芯出しをすると共に、このチャック１３の位置決めを行う。

作業機Ｗｍと埋設機構３の作用で埋設装置１０のチャック１３の位置決めと芯出しを行ったら、架台１２の昇降シリンダ１５を作動させて、埋設装置１０を最下位置に下げ、チャック用の油圧シリンダ１３ａを作動させてチャック１３を開く。

この状態で埋設すべき鋼管杭Ｓｐを開いたチャック１３の上方から当該チャック１３内に挿入し、この鋼管杭Ｓｐの下端を地盤Ｅａの上面に当接させる。

この後、チャック１３を開いた時、埋設装置１０を、スライド架台１２の昇降シリンダ１５を作動させて当該スライド架台１２の最上位に位置付け、チャック用の油圧シリンダ１３ａを作動させてチャック１３を閉じ、鋼管杭Ｓｐをこのチャック１３で把持する。

鋼管杭Ｓｐが埋設装置１０の最上位においてチャック１３に把持されたら、当該チャック１３をチャックケーシング１４の内部で回転させ始める。チャック１３の回転は、油圧モータ（図示せず）の回転をスプロケットとチェーン（図示せず）による伝動機構でチャック１３に伝動することにより行う。前記チャック１３と伝動機構によりチャック機構を形成し、また、前記油圧モータと伝動機構がオーガモータに当る。

チャック１３が鋼管杭Ｓｐを把持して回転し始めたら、スライド架台１２の油圧シリンダ１５を降下側に駆動して、この架台１２に設けられた埋設装置１０に鋼管杭Ｓｐを地中に貫入させる力を伝える。

このようにして鋼管杭Ｓｐは回転され乍ら地盤中に貫入されていくが、埋設装置１０がガイドロッド１１のストローク最下位置に到達したところで、油圧シリンダ１５の駆動を一旦停止し、ここでチャック１３もその油圧シリンダ１３ａを作動させて開放する。

ここで油圧シリンダ１５を再び逆方向に向け駆動して埋設装置１０をガイドロッド１１のストローク最上位置に送り、そこでチャック１３を閉じて鋼管杭Ｓｐを把持して当該チャック１３に貫入用の回転を付与して当該鋼管杭Ｓｐの貫入を再開する。

上記の作業を繰返し行うことにより、鋼管杭Ｓｐの略全長を地中に貫入させる。このようにして当該鋼管杭Ｓｐの上端が地表面近くになるまで埋設されたら、図２，図３に例示した本発明継手体Ｊａを使用して前記鋼管杭Ｓｐの上端が所定の地中深さに到達するまで貫入させる作業を行う。以下に、本発明継手体Ｊａについて図２〜図５により説明する。

図２、図３に示す本発明継手体Ｊａの一例において、２０は埋設装置１０のチャック１３に把時される先端側継手部、２１は埋設されている鋼管杭Ｓｐの上端部に隣接される管接続部となる管挿入部２１ａを備えた管側継手部、２２は前記２つの継手部２０と２１をユニバーサルに接続する中間継手部材である。前記２つの継手部２０と２１は丸棒材で製作されているが、鋼管により形成することもできる。

前記先端継手部２０は、その全体の外径がチャック１３に把持されて埋設されていた鋼管杭Ｓｐの外径と同じ外径に形成され、先端部の短い区間が小径段付部２０ａに形成されている一方、後端側は、後に説明する中間継手部２２の断面略凸状をなす継手片２２ｂと凹凸関係で嵌り合う断面略凹状の接合部２０ｂに形成されている。

継手体Ｊａにおける管側継手部２１は、図の例では全長が前記先端側継手部２０の大略２．５倍程度の長さを有し、ほぼ中間部以降の後半側が埋設している鋼管杭Ｓｐの内径内にちょうど収まる外径に調整した挿入部２１ａに形成されている。そしてこの挿入部２１ａの後端部（図２，図3の左方）には、埋設された鋼管杭Ｓｐの上端部が有するピンＰｎ（図１参照）に嵌るピン嵌合凹部２１ｂに形成されている。一方、当該管側継手部２１の前半側は、前記鋼管杭Ｓｐの外径と略同径の外径を有すると共に、先端部には、前記中間継手部材２２の前記継手片２２ｂと９０度位相をずらして反対向きに形成したもう一方の断面略凸条をなす継手片２２ｃと凹凸関係で嵌り合う断面略凹状の接合部２１ｃに形成されている。

中間継手部材２２は、鋼管杭Ｓｐの外径と同外径の中間に位置した盤状ベース部２２ａと、このベース部２２ａの前後両面に設けた、先端側継手部２０の断面凹状の接合部２０ｂに嵌る継手片２２ｂと、管側継手部２１の断面凹状の接合部２１ｃに嵌る継手片２２ｃとから成り、前記両継手片２２ｂと２２ｃが９０度の位相ズレを以て形成されている。なお、両継手片２２ｂと２２ｃは、夫々に接合ピン２４と２５を以て対応する接合部２０ｂと２１ｃにピン枢着されている。これにより、先端側継手部２０と管側継手部２１とはユニバーサル（自在）に接続されることになる。前記継手片２２ｂと２２ｃは、それぞれの先端の角部を図示した例では４５度にカットしている。４５度カットに代えて半円形にカットしてもよい。以上により、本発明継手体Ｊａの一例を構成する。なお、本発明継手体Ｊａの全長や外径は、接合される鋼管杭Ｓｐの外径や当該杭Ｓｐの上端が埋設される地中深さに合わせて様々な外径や全長の仕様のものがある。また、本発明が適用される鋼管杭Ｓｐには、通常は仮設足場などに使用されるいわゆる単管と称される管も含まれる。

上記のように形成される図２、図３の継手体Ｊａは、埋設作業機Ｗｍの埋設装置１０によって、鋼管杭Ｓｐの上端部が地表Ｅａ近くまで埋設されたら、その埋設装置１０のチャック１３を開いてチャックハウジング１４を昇降シリンダ１５の上死点まで上げたところで、当該継手体Ｊａを開いたチャック１３の上方からそのチャック１３を通し、前記鋼管杭Ｓｐの頭部（上端）に取付けられているピンＰｍに、この継手体Ｊａの管側継手部２１の管接合部２１ａに形成したピン嵌合凹部２１ｂを嵌合させることにより、この継手体Ｊａを鋼管杭Ｓｐに接続する。

前記継手体Ｊａと鋼管杭Ｓｐの接続が完了したら、当該継手体Ｊａの先端側継手部２０をチャック１３を閉じて保持し、このチャック１３に再び回転力を付与すると共に、昇降シリンダ１５を降下側に駆動して、前記銅管杭Ｓｐをさらに地中に貫入する。

この場合の鋼管杭Ｓｐの頭部（上端）の埋設深さは、通常、建物基礎の下に敷設される敷砂利の深さまでである。この深さまで当該杭Ｓｐを作業機Ｗｍの埋設装置１０で貫入するとき、作業機Ｗｍは、アウトリーガ４を働かせていても貫入される鋼管杭Ｓｐに作用する貫入圧力によって埋設装置１０と一緒に持ち上げられ加減になる。

しかし、本発明によって鋼管杭Ｓｐとこの杭Ｓｐの頭部に接続されていてチャック１３に保持され回転力と降下する埋設力を受けている継手体Ｊａは、その中間部がユニバーサルジョイント状に３６０度首振り自在の構造を備えているから、作業機Ｗｍの前部が持ち上がり加減になってチャック部の中心軸が鉛直でなくなるにも拘らず、この鋼管杭Ｓｐには継手体Ｊａを介して鉛直姿勢のままで回転力と貫入力がかかることになり、従って、埋設される鋼管杭Ｓｐの上部が振れ乍ら回転（すりこぎ運動）することはないという効果が得られる。

以上の実施例における図２、図３の継手体Ｊａは、管側継手部２１における管接合部２１ａの構成が、埋設される鋼管杭Ｓｐの上端部に設けたピンＰｎに嵌合する断面略凹状のピン嵌合凹部２１ｂであったが、鋼管杭ＳｐにはピンＰｎを備えないものがある。

このため本発明では、継手体Ｊａの管側継手部２１における管接合部２１ａの構成を図４、図５に例示した継手体Ｊａの構成とすることができるので、以下この例について説明する。図４、図５において、図２、図３の継手体Ｊａと同一部位、同一部材は同一符号を用いている。

図４、図５の継手体Ｊａにおける管接合部２１ａは、鋼管杭Ｓｐの管の内径と略同等の外径を有する管接合部２１ａをその中間部位で分断して先端側２１ａ−１と根元側２１ａ−２に分け、両部２１ａ−１、２１ａ−２の対向した部位（分断部）を、両部の軸上に配置されるクランク軸３０により接合する一方、該クランク軸３０におけるピン部位３１に偏心カム４０を回転可能な状態で設けたものである。なお、３０ａはこのクランク軸３０におけるジャーナル部３２の根元側２１ａ−２に対する固定ピン、３０ｂはジャーナル部３３の先端側２１ａ−１に対する抜止めである。

なお、偏心カム４０は、図４のＡ−Ａ断面拡大図である図５に示すように、カム体を分割ピース４０ａと４０ｂの２つ割構造とし、クランク軸３０のピン部位３１を両ピース４０ａ、４０ｂで挟み、両ピース４０ａ、４０ｂを止着ビス４０ｃにより固着一体化すると共に、クランク軸３０と偏心カム４０とを貫通するネジキー５０によって結合一体化している。

上記図４、図５の継手体Ｊａは、先端継手部２０が埋設装置１０のチャック１３に把持され、管側継手部２１が埋設された鋼管杭Ｓｐの上端部に挿入される点で、先に図２、図３により説明した継手体Ｊａと同じであるが、管側継手部２１の鋼管杭Ｓｐとの接合機構が異なるので、以下に説明する。

すなわち、図４、図５の継手体Ｊａでは、管継手側２１の管接合部２１ａが、その部位に設けたクランク軸３０とカム４０による偏心カム作用により鋼管杭Ｓｐに接続される。

即ち、このカム４０を備えた接合部２１ａを地中に埋設されている鋼管杭Ｓｐの上端部から管内に挿入して先端継手部２０を把持したチャック１３によりこの継手体Ｊａに回転を与えると、クランク軸３０もこの継手体Ｊａと一体に回転しようとする。このとき、管接合部２１ａは、クランク軸３０のジャーナル部３２，３３を保持した先端側２１ａ−１、根元側２１ｂ−１とも鋼管杭Ｓｐの円径とぴったり合っているから、その場で空転（鋼管杭Ｓｐの内部で空転）するが、クランク軸３０のピン部位３１は、その位置が継手体Ｊａと一体に偏心回転して変位する。

ここで、回転して変位するクランクのピン部位３１には偏心カム４０が装着されているため、このクランクと一緒に回転しようとするカム４０の外面が鋼管杭Ｓｐの内面に圧接されることとなり、このカム４０の圧接フリクションによって鋼管杭Ｓｐは、この継手体Ｊａの回転と一体となって回転し、当該鋼管杭Ｓｐの終局埋設の貫入工程を施工できることになるのである。前記カム４０の表面にはローレットを設けてフリクションを高めたものもある。
上記継手体Ｊａと鋼管杭Ｓｐの接合を解くには、チャック１３を逆回転させればよい。

本発明は以上の通りであって、鋼管杭をその上端を地表より下方、例えば建物基礎の下に敷設される敷砂利の深さまで貫入させるには、クローラ式作業機の前部にアタッチメント式で架設された埋設装置だけでは足りず、上端が地表近くまで埋設された鋼管杭にユニバーサルジョイント機能を持つ本発明継手体を継ぎ足し、この継手体を通して前記埋設装置により貫入させるようにしたので、作業時に作業機の前部が圧力で浮上り加減になっても、埋設される鋼管杭の上部側がすりこぎ運動することがないという効果が得られる。

Ｗｍ 埋設作業機
１ 作業機本体
２ クローラ
３ 埋設機構
４ アウトリーガ
５ 機関部
６ オペレータ席
７ 作業部の架設基台
８ 起立アーム
９ 揺動アーム
８ａ，９ａ 両アーム８，９の油圧シリンダ
１０ 埋設装置
Ｓｐ 鋼管杭
Ｐｎ ピン
１１ ガイドロッド
１２ スライド架台
１３ チャック
１４ チャックハウジング
１５ 架台昇降用の油圧シリンダ
Ｊａ 本発明継手体
２０ 先端側継手部
２１ 管側継手部
２０ｂ，２１ｃ 断面凹状の接合部
２１ｂ ピン嵌合凹部
２２ 中間継手部
２２ａ，２２ｂ ９０度位相が異なる継手片

Claims (4)

1. 鋼管杭をクランプ，アンクランプ自在に把持するようにしたチャックを伝動機構を介して回転自在に保持するチャック機構と前記伝動機構に回転力を伝える駆動源とを備えて埋設作業機の前部に架装された鋼管杭の埋設機構の前記チャックに把持される継手体であって、その継手体は、前記チャックに把持される前記鋼管杭の外径と同外径の先端継手部と、埋設されつつある鋼管杭の上端部に内挿されて接続される管挿入部を有する前記鋼管杭と同外径の管側継手部と、前記両継手部を自在継手状に接続する中間継手部材とを備え、
   前記中間継手部材が、前記鋼管杭の外径と同外径の盤状ベース部と該ベース部の前後両面に９０度位相をずらして設けた前後の接合片とから形成され、前記先端継手部の後端側と管側継手部の先端側は、それぞれに対応する前記接合片に凹凸関係で嵌り合う断面凹状の接合部に形成されて前記接合片とそれぞれにピン枢着されて成り、
   埋設中の前記鋼管杭に前記管側継手部を接続すると共に先端継手部を前記チャックに把持させて前記埋設中の鋼管杭をさらに地中に貫入させるようにしたことを特徴とする、鋼管杭埋設作業機用の継手体。
2. 管側継手部は、上端部にピンを備えた鋼管杭に接合するためのピン嵌合凹部を備えた形態の請求項１に記載の継手体。
3. 管側継手部は、上部にピンが設けられていない鋼管杭に接合するために、鋼管杭の軸上で回転して鋼管杭の内面に圧接する偏心カム部材を備え、当該カム部材の外面とこの外面に対面する前記鋼管杭の内面との間に作用するフリクションによりこの管側継手部と鋼管杭を接合するようにした形態の請求項１に記載の継手体。
4. 偏心カム部材は、外面にローレットを設けた請求項３に記載の継手体。

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