JP5898514B2 - 杭圧入機及び杭圧入方法 - Google Patents

Description

本発明は、杭を地中に圧入する杭圧入機及び杭圧入方法に関する。

従来、杭を地盤に打ち込んで埋設する装置として、既設の杭から反力を取って杭を地中に圧入する杭圧入機が知られている（例えば、特許文献１−３参照。）。
この杭圧入機は、装置本体と、装置本体の下部に設けられ、既設の杭を掴むクランプ装置と、装置本体の前端部に設けられ、既設の杭に隣接した位置に圧入する杭を掴持するチャック装置とを備えている。
そして、クランプ装置に既設杭の上端部を掴ませることで杭圧入機を既設杭の上に設置するとともに、その既設杭から反力を取らせた状態で杭を掴持するチャック装置を降下させることによって、杭圧入機は杭を既設杭に並べて地中に圧入する。次いで、新たに埋設された既設杭をクランプ装置で掴み、その新たな既設杭上に杭圧入機を移動させ設置する。
このような杭の圧入と杭圧入機の移動を繰り返すことで、複数の杭を連続的に埋設し、複数の杭が並んだ杭列を形成することが可能になっている。

特開２００４−１１３３７号公報 特開平１０−１９５８７２号公報 特開平１１−３５０４８２号公報

しかし、図４に示すように上方向が制限された空間に杭圧入機を設置して施工しなければならないことがある。
例えば図４に示すように従来の杭圧入機１００が水面２００と上空障害物２０１との間の空間に設置された場合を考える。杭圧入機１００は、既設の反力杭２０２を掴むクランプ装置１０１と、既設の反力杭２０２に隣接した位置に圧入する杭２０３Ｓを掴持する圧入チャック装置１０２と、圧入チャック装置１０２の上下動を案内するチャックガイドレール１０３とを備える。今、図４において、圧入チャック装置１０２が下限界まで下がっており、圧入チャック装置１０２に掴持された杭２０３Ｓの上端が圧入限界位置１０４まで下降した状態を示す。圧入チャック装置１０２で掴持した杭２０３Ｓを、その上端が圧入限界位置１０４より下に打ち下げることができず、さらに打ち下げるには他の杭２０３Ｓを継ぎ足して圧入作業を行う必要がある。このとき、杭圧入機１００の上部空間１０５が狭いがゆえに、杭圧入機１００により圧入できる１つの杭２０３Ｓの杭長が短く制限されて、杭継ぎ部２０４で示すように杭２０３Ｓの継ぎ数が多くなったり、さらには杭圧入機１００の圧入ストロークが制限されたりして、効率的でないという問題がある。杭継ぎは、溶接もしくはボルト止めを要するため、非常に多くの時間と労力が必要で、また、上空が制限された空間での杭継ぎ作業は効率が悪く、且つ危険をも伴うから、特に杭の継ぎ数の減少が望まれる。なお、図４において、１０６はサドル、１０７はスライドベース、１０８は旋回フレーム、１０９は油圧シリンダ装置である。
特許文献２，３には、シートパイルを掴持するチャック装置と、オーガケーシングを掴持するチャック装置とを備えたパイル圧入装置が記載されているが、チャック装置の下限界位置は図４に示した程度であり、チャック装置で掴持する杭をより深く打ち下げることができない。

本発明は以上の従来技術における問題に鑑みてなされたものであって、杭圧入機により杭を地中に圧入するにあたり、より下方への杭の圧入を可能とするとともに、杭圧入機の上方空間が制限されていても、より長い杭を圧入でき、それによって杭の継ぎ数を減少させ、工期短縮、工費削減を図ることを課題とする。

以上の課題を解決するための請求項１記載の発明は、地中に圧入された既設杭の上端部を掴んで支持するクランプ装置によって前記既設杭から反力を取り、杭を掴持して下降させることにより前記既設杭に隣接する位置に杭を圧入する杭圧入機であって、
前記クランプ装置に対して圧入方向に往復動作する、前記クランプ装置に掴まれる前記既設杭の上端よりも下方に延設されるガイドレールと、
前記ガイドレールに対して圧入方向の異なる位置で固定可能で、その固定を解除して前記ガイドレールに案内されて前記ガイドレールに対して圧入方向に移動可能に前記ガイドレールに付設され、杭を掴持する杭チャック装置と、を備えることを特徴とする杭圧入機である。

請求項２記載の発明は、前記ガイドレールが着脱自在に固定される、前記クランプ装置に対して圧入方向に往復動作するレールチャック装置を備える請求項１に記載の杭圧入機である。

請求項３記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の杭圧入機を用いて、杭を地中に圧入する杭圧入方法であって、
杭を掴持する前記杭チャック装置を前記ガイドレールに固定した状態で、前記ガイドレールを下降させることで当該杭を地盤に圧入する工程と、
地盤に圧入された杭を掴持する前記杭チャック装置を前記ガイドレールに対して移動可能にした状態で前記工程により下降した前記ガイドレールを上昇させて、前記杭チャック装置を前記ガイドレールに対して下方に移動させる工程と、を圧入の１ストロークとして実行することを特徴とする杭圧入方法である。

請求項４記載の発明は、前記圧入の１ストロークを繰り返し実行することにより、前記杭チャック装置が掴持する杭を、その上端が前記クランプ装置の下端より下がるまで圧入する請求項３に記載の杭圧入方法である。

本発明によれば、ガイドレールを下降させることで、杭チャック装置を介してガイドレールに固定された杭を圧入することができ、ガイドレールの上昇時に杭チャック装置のガイドレールに対する固定を解除しておくことで、杭チャック装置及びこれに掴持される杭をガイドレールに対して下方に移動させ、さらにガイドレールを下降させることで圧入を繰り返し、順次に杭を下方へ送り込み打ち下げることができる。
したがって、本発明によれば、杭チャック装置により掴持した杭をより下方へ圧入する、例えば、クランプ装置より下方に圧入することができる。
また、杭圧入機の上方空間が制限されていても、杭圧入機下の水面から水面下の地盤までの間などの杭圧入機の下方域を利用して下に長いガイドレール及び長い杭を設置することができ、ガイドレールを利用して当該下方域へ杭を送ることで、より長い杭を順次圧入でき、それによって杭の継ぎ数を減少させ、工期短縮、工費削減を図ることができる。
また、現場の施工空間に合わせてガイドレールの長さを変えることにより、様々な現場に施工可能に対応することができる。施工可能な範囲でガイドレールの長さを変えることにより、杭の打ち下げ可能な深さや、圧入できる杭の最大長さを変えることができる。

本発明の一実施形態に係り、(a)は杭圧入機による施工風景を示す側面図で、(b)は杭チャック部上面図である。なお、杭単体を併記する。 本発明の一実施形態に係る杭圧入機による施工の流れを示す工程場面図である。 鋼管杭を圧入する場合の本発明の他の一実施形態に係り、(a)は杭圧入機による施工風景を示す側面図で、(b)は杭チャック部上面図である。 従来例に係る杭圧入機による施工風景を示す側面図である。なお、杭単体を併記する。

以下に本発明の一実施形態につき図面を参照して説明する。以下は本発明の一実施形態であって本発明を限定するものではない。

まず、図１を参照して杭圧入機の構成、機能につき説明する。
図１に示すように本実施形態の杭圧入機１０は、従来の杭圧入機１００（図４参照）と同様に、クランプ装置１０１と、チャックガイドレール１０３と、サドル１０６と、スライドベース１０７と、旋回フレーム１０８と、油圧シリンダ装置１０９とを備えて構成される。本実施形態の杭圧入機１０は、従来の杭圧入機１００と異なり、レールチャック装置１１と、杭チャックガイドレール１２と、杭チャック装置１３とを備える。
旋回フレーム１０８の先端部に、油圧シリンダ装置１０９により往復動するようにチャックガイドレール１０３とレールチャック装置１１とが支持されている。チャックガイドレール１０３とレールチャック装置１１とは一体に固定されている。チャックガイドレール１０３が旋回フレーム１０８に係合してこの往復動を案内する。

杭チャックガイドレール１２は、レールチャック装置１１に掴持されている。レールチャック装置１１としては、杭チャックガイドレール１２を掴持可能な掴持機構を有したものが適用される。レールチャック装置１１を用いれば、杭チャックガイドレール１２の取り付け、取り外し、杭チャックガイドレール１２を長さの異なるものに交換することなどが容易である。又は、杭チャックガイドレール１２をボルト、ナットなどの締結具により固定してもよい。
いずれにしても、杭圧入機１０の圧入動作（油圧シリンダ装置１０９の出力）により、杭チャックガイドレール１２はクランプ装置１０１に対して圧入方向に往復動作する。

杭チャック装置１３は、杭（矢板）２０３Ｌを掴持する掴持機構を有する。杭チャック装置１３は、杭チャックガイドレール１２に付設されている。杭チャック装置１３は、杭チャックガイドレール１２に対して圧入方向の異なる位置で固定可能であり、固定解除が可能である。その固定の解除時において杭チャック装置１３は、杭チャックガイドレール１２に案内されて杭チャックガイドレール１２に対して圧入方向に移動可能である。
したがって、杭チャック装置１３は、杭チャックガイドレール１２に固定されている時において、杭チャックガイドレール１２と一体に上下動し、その固定が解除されている時において、杭チャックガイドレール１２に対する高さ位置を変更可能である。
本実施形態においては、図１(a)中に二点鎖線で示すように、杭チャックガイドレール１２の上端部から下端部まで杭チャック装置１３が移動可能であり、その移動範囲の任意の位置で杭チャック装置１３を杭チャックガイドレール１２に固定可能である。
なお、杭チャックガイドレール１２の長手方向が杭チャックガイドレール１２による杭チャック装置１３の案内方向であり、案内方向と圧入方向は同方向である。圧入方向は上下方向であるが、斜めに施工される場合もある。

杭チャックガイドレール１２は、杭圧入機１０の圧入ストローク動作において、上端が上空障害物２０１に接触しない上端位置から、下端が下部地盤２０５に接触しない下端位置までを最大限として長く設けられる。
本実施形態においては、杭チャックガイドレール１２はクランプ装置１０１よりも下方に延設されていて、杭チャック装置１３により掴持される杭２０３Ｌの上端を、反力杭２０２の上端より深く、さらにはクランプ装置１０１の下端よりも深く送り込むことができる。

次に、以上の杭圧入機１０を用いて、杭２０３Ｌを地中に圧入する杭圧入方法につき図２を参照して説明する。図２に、図１と同じ杭圧入機１０及び図１と同じ施工空間を示す。但し、水面の図示を省略する。なお、図１及び図２において、図示の簡略化のためにレールチャック装置１１、杭チャックガイドレール１２、杭チャック装置１３及び杭２０３Ｌを９０度回転させて描いている。杭２０３Ｌを連接して杭列を形成する場合、図示の場合と９０度異なる。

以下の工程において、杭チャックガイドレール１２は、レールチャック装置１１に常に固定されている。
（下降工程）
圧入の１ストロークのうち下降工程を実施する。
まず、図２(a)に示すように、杭２０３Ｌを杭チャック装置１３に掴持する。
次に、杭チャック装置１３を杭チャックガイドレール１２に固定した状態で、油圧シリンダ装置１０９を動作させて、杭チャックガイドレール１２を下降させる（図２(a)→(b)）。このとき、チャックガイドレール１０３、レールチャック装置１１、杭チャックガイドレール１２、杭チャック装置１３、及び杭２０３Ｌは一体に下降し、杭２０３Ｌは下部地盤２０５に１ストローク分圧入される（図２(b)）。

（固定解除工程）
次に、杭チャック装置１３の杭チャックガイドレール１２に対する固定を解除する（図２(c)）。これにより、杭チャック装置１３が杭チャックガイドレール１２に対して移動可能にされる。

（上昇工程）
次に、上昇工程を実施する。すなわち、油圧シリンダ装置１０９を動作させて上記下降工程で下降した杭チャックガイドレール１２を上昇させる（図２(c)→（ｄ））。このとき、上記固定解除工程によって、杭チャック装置１３が杭チャックガイドレール１２に対して移動可能にされており、杭２０３Ｌの下端が下部地盤２０５に圧入されており、杭２０３Ｌの上端を杭チャック装置１３が掴持しているから、杭チャック装置１３は下部地盤２０５に対して移動できず、杭チャックガイドレール１２に対して下方に移動する。また、チャックガイドレール１０３、レールチャック装置１１、及び杭チャックガイドレール１２は一体に上昇し、杭チャック装置１３及び杭２０３Ｌは下部地盤２０５に対して移動しない。

（固定工程）
上記上昇工程により、杭チャックガイドレール１２の上昇が完了したら、杭チャック装置１３を杭チャックガイドレール１２に固定する。

以上の工程（図２(a)→(d)）を圧入の１ストロークとして必要回数繰り返し実行する。
図２(e)にあっては、初めの１ストロークが完了した状況を示す。さらに２ストローク目を実行することで、図２(f)に示すように杭２０３Ｌは下部地盤２０５に２ストローク分圧入される。

さらに圧入ストロークを繰り返し実行することで、図２(g)に示すように、杭チャック装置１３及び杭２０３Ｌは、徐々に下降していき、杭２０３Ｌは深く下部地盤２０５に打ち込まれ、杭チャックガイドレール１２の下端まで杭チャック装置１３を下降させる。杭２０３Ｌの上端は、反力杭２０２の上端より下方、さらにはクランプ装置１０１の下端よりも下方に送り込まれている。杭チャックガイドレール１２の下方への延設長さ次第でより深く杭を打ち下げることができる。
最後に杭チャック装置１３から杭２０３Ｌを解放する。
以上で、一つの杭２０３Ｌの施工が終了する。次の杭２０３Ｌを継ぎ足して同様に施工する。

以上の説明からわかるように本実施形態の工法によれば、長い杭２０３Ｌを圧入することができる。
図４に示したように従来の工法では、圧入チャック装置１０２に掴持される杭２０３Ｓの上端は、圧入限界位置１０４までしか下降しないから、次に圧入チャック装置１０２に掴ませる杭２０３Ｓの長さは、圧入限界位置１０４と上空障害物２０１との間の距離と圧入ストローク長に制限され短くなる。
これに対して本実施形態の工法によれば、杭チャック装置１３に掴持される杭２０３Ｌの上端は、従来の圧入限界位置１０４より下方に、さらにはクランプ装置１０１の下端より下方に下降するから、次に杭チャック装置１３に掴ませる杭２０３Ｌの長さを、従来の工法に比較して長くすることができる。
その結果、長い杭２０３Ｌを適用でき、杭継ぎ部２０４を少なくして効率化し、工期短縮、工費削減を図ることができる。

なお、圧入する杭は矢板に限定されるものではない。適用される杭の形態に応じて杭チャック装置を変更すれば実施することができる。参考として図３に鋼管杭を圧入する場合の図を示す。図３に示すように杭圧入機２０にあっては、鋼管杭３０３を圧入するために、これを掴持する掴持機構を有した杭チャック装置２３が適用されている。

１０ 杭圧入機
１１ レールチャック装置
１２ 杭チャックガイドレール
１３ 杭チャック装置
２０ 杭圧入機
２３ 杭チャック装置
１００ 杭圧入機（従来例）
１０１ クランプ装置
１０２ 圧入チャック装置
１０３ チャックガイドレール
１０４ 圧入限界位置
１０５ 上部空間
１０６ サドル
１０７ スライドベース
１０８ 旋回フレーム
１０９ 油圧シリンダ装置
２００ 水面
２０１ 上空障害物
２０２ 反力杭
２０３Ｌ 杭
２０３Ｓ 杭
２０４ 杭継ぎ部
２０５ 下部地盤
３０３ 鋼管杭

Claims (4)

1. 地中に圧入された既設杭の上端部を掴んで支持するクランプ装置によって前記既設杭から反力を取り、杭を掴持して下降させることにより前記既設杭に隣接する位置に杭を圧入する杭圧入機であって、
   前記クランプ装置に対して圧入方向に往復動作する、前記クランプ装置に掴まれる前記既設杭の上端よりも下方に延設されるガイドレールと、
   前記ガイドレールに対して圧入方向の異なる位置で固定可能で、その固定を解除して前記ガイドレールに案内されて前記ガイドレールに対して圧入方向に移動可能に前記ガイドレールに付設され、杭を掴持する杭チャック装置と、を備えることを特徴とする杭圧入機。
2. 前記ガイドレールが着脱自在に固定される、前記クランプ装置に対して圧入方向に往復動作するレールチャック装置を備える請求項１に記載の杭圧入機。
3. 請求項１又は請求項２に記載の杭圧入機を用いて、杭を地中に圧入する杭圧入方法であって、
   杭を掴持する前記杭チャック装置を前記ガイドレールに固定した状態で、前記ガイドレールを下降させることで当該杭を地盤に圧入する工程と、
   地盤に圧入された杭を掴持する前記杭チャック装置を前記ガイドレールに対して移動可能にした状態で前記工程により下降した前記ガイドレールを上昇させて、前記杭チャック装置を前記ガイドレールに対して下方に移動させる工程と、を圧入の１ストロークとして実行することを特徴とする杭圧入方法。
4. 前記圧入の１ストロークを繰り返し実行することにより、前記杭チャック装置が掴持する杭を、その上端が前記クランプ装置の下端より下がるまで圧入する請求項３に記載の杭圧入方法。

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