JP5932178B1 - 杭孔掘削装置及び杭施工管理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】地盤に杭孔を形成し、直ちに杭先端の支持力が充分であるか否かを確実に判定し得る杭孔掘削装置を提供する。【解決手段】回転掘削を行う下端ロッド部材５Ａの中空ロッド５０内に、貫入試験機１のハンマーケーシング１０、固定の昇降ガイド筒１１、ケーシング変位手段２Ａ、ハンマーケーシング１０の下端に固着されたノッキングブロック１２及び貫入軸１３、ノッキングブロック１２を自由落下によって打撃するドライブハンマー１４、落下後のドライブハンマー１４を吊り上げて所定高さで下放する吊上げ機構３を内蔵する。中空ロッド５０の下端中央部に開口部５３が形成され、貫入軸１３を取囲む形で昇降ガイド筒１１とハンマーケーシング１０の間の空間部１５を外部から遮断し、且つ伸縮してハンマーケーシング１０の昇降を許容するベローズ筒形の遮蔽部材４Ａが設けられ、所要の杭孔Ｈを形成後、開口部５３より突出した貫入軸１３が孔底Ｈｂから所定深さ貫入するのに要するドライブハンマー１４の打撃回数から孔底Ｈｂの支持強度を調べる貫入試験を実施可能とする。【選択図】図７

Description

本発明は、プレボーリング工法やアースドリル工法等によって地盤に穿設した杭孔に既製杭や場所打ち杭を建て込むのに使用する杭孔掘削装置と、この杭孔掘削装置を用いた杭施工管理方法に関する。

従来より、プレボーリング工法による既製杭の施工では、例えば図１６で工程順に示すように、（ａ）三点式杭打機等のリーダ（図示省略）に沿って昇降するオーガーマシンＡに取り付けたスクリューロッドＲｓを回転駆動しつつ下降させることにより、地盤Ｇ（軟弱層Ｇｓ）を掘削し、（ｂ）想定される地下深部の支持層Ｇｈに達する深さの杭孔Ｈを形成したのち、スクリューロッドＲｓを引き上げつつ、（ｃ）ソイルセメント等の根固め液Ｌｓを注入し、続いて（ｄ）孔周固定液Ｌｆを杭孔Ｈの上部まで注入し、該スクリューロッドＲｓを抜出したのち、（ｅ）オーガーマシンＡに連結用ロッドＲｊを介してＰＨＣ杭やＲＣ杭の如き既製杭Ｐ１を連結し、この既製杭Ｐ１を杭孔Ｈに挿入し、（ｆ）該既製杭Ｐ１を杭孔Ｈ内に埋入して杭施工を完了する。

一方、場所打ち杭の施工にはケリーバ式アースドリル工法が汎用されている。この工法では、例えば図１７で工程順に示すように、（ａ）アースドリル機のケリーバＫに連結した軸掘バケットＢ１によって地盤Ｇを掘削・排土し、（ｂ）その掘削孔ＨａにスタントパイプＰｓを圧入し、（ｃ）孔内にベントナイト液等の安定液Ｌｓを注入しつつ、交換した径小の軸掘バケットＢ２にて掘削・排土し、（ｄ）想定される地下深部の支持層Ｇｈに達する深さの杭孔Ｈを形成する。そして、この杭孔Ｈに、（ｅ）鉄筋籠Ｆｃの挿入、（ｆ）トレミー管Ｔｐの挿入、（ｇ）エアーＡ導入によるスライムＳの排出、（ｈ）生コンＣの打設、（ｉ）トレミー管Ｔｐの抜出、（ｊ）スタントパイプＰｓの引抜き、という手順で場所打ち杭Ｐ２を建て込む。図中、Ｇｓは地盤Ｇの上部側の土や砂等よりなる軟弱層を示す。なお、拡底杭施工として、（ｄ）の杭孔Ｈの形成後、該杭孔Ｈの底部を拡底バケットで拡大した上で、場所打ち杭Ｐ２を建て込むことも多い。

これらプレボーリング工法やアースドリル工法において、建て込み完了後の杭の支持強度が充分であるか否かは一般的に載荷試験によって判定できるが、これによって支持強度不足が判明した場合は杭施工のやり直しに多大な労力と時間及びコストを費やすことになるため、掘削形成した杭孔について杭先端の支持力が充分であるか否かを杭建て込み前に判定できれば理想的である。従来、このような観点から、掘削部材の回転駆動用モータの電流値から掘削負荷の変化を捉え、この掘削負荷の増大によって杭孔が地盤深部の硬い支持層に達したことを確認する方法が提案されている（特許文献１〜３）。

しかしながら、回転駆動用モータの電流値から掘削負荷の変化を捉える方法では、掘孔が深くなるに伴い、掘削部材と孔壁との摩擦抵抗が大きくなることで、支持層に達していなくとも掘削負荷が著しく増大したり、掘削部位で滑りが発生することで、逆に支持層に達していても掘削負荷が減少したり、更には作業者の掘削作業の巧拙によっても掘削負荷は大きく変動するから、支持層への到達を確認する指標として信頼性に乏しい。従って、一般的には、専ら施工予定地での試験ボーリングにて得られた地質試料のデータに基づき、所定の深度まで掘孔することで支持層に届いたものとみなすのが普通であるが、施工予定地全体の地下深部が一様な層序で均質であるとは限らず、地歴によっては局所的に支持層の深さが異なったり、支持層自体の硬さの違いが大きかったりすることも多々あるため、個々の杭孔の底部が実際に充分な杭先端の支持力を有するとは言えない。

特開平５−２８００３１号公報 特開２０００−２４５０５８号公報 特開２００３−７４０４５号公報

本発明は、上述の事情に鑑みて、アースドリル工法やプレボーリング工法において、地盤に杭孔を形成して直ちに杭先端の支持力が充分であるか否かを確実に判定し、もって支持強度不足による杭建て込み施工のやり直しの手間を省くことを可能にする杭孔掘削装置と、この杭孔掘削装置を用いた杭施工管理方法を提供することを目的としている。

上記目的を達成するための手段を図面の参照符号を付して示せば、請求項１の発明に係る杭孔掘削装置は、回転掘削を行う掘削部材（スクリューロッドＲｓ、軸堀りバケットＢ２、拡底バケットＢ３）の中空ロッド５０，７０，８０内に、貫入試験機１の縦筒状のハンマーケーシング１０と、該ハンマーケーシング１０を昇降自在に包囲する固定の昇降ガイド筒１１と、該ハンマーケーシング１０を不使用時に上方待機位置で保持し、使用時に下降自在とし、更に使用後に上方待機位置へ持ち上げるケーシング変位手段２Ａ，２Ｂとを備え、ハンマーケーシング１０は、下端にノッキングブロック１２が固着され、該ノッキングブロック１２から下向きに突き出す貫入軸１３を有すると共に、該ノッキングブロック１２を自由落下によって打撃するドライブハンマー１４と、落下後のドライブハンマー１４を吊り上げて所定高さで下放する吊上げ機構３とを内蔵し、掘削部材の下端中央部に、ハンマーケーシング１０の貫入軸１３を挿通させる開口部５３，７６，８５が形成され、中空ロッド内に、貫入軸１３を取囲む形で昇降ガイド筒１１とハンマーケーシング１０の間の空間部１５を外部から遮断し、且つ伸縮してハンマーケーシング１０の昇降を許容するベローズ筒形の遮蔽部材４Ａ，４Ｂが設けられてなり、所要深さの掘孔に続いて、開口部５３，７６，８５より下方へ突出した貫入軸１３が孔底Ｈｂから所定深さまで貫入するのに要するドライブハンマー１４の打撃回数から孔底Ｈｂの支持強度を調べる貫入試験を実施可能とするものである。

請求項２の発明は、上記請求項１の杭孔掘削装置において、掘削部材がアースオーガのスクリューロッドＲｓであり、その下端側の掘削刃５１を有する中空ロッド５０内にハンマーケーシング１０及び昇降ガイド筒１１が装填され、遮蔽部材４Ａの一端部４１が該ハンマーケーシング１０の下端に止着されると共に、他端部４２が開口部５３の周囲部に止着されてなるものとしている。

請求項３の発明は、上記請求項２の杭孔掘削装置において、開口部５３を常時は閉鎖する方向に付勢された可動封板５４を備え、上方待機位置からのハンマーケーシング１０の下降によって貫入軸１３が該可動封板５４を押し開いて下方外部へ突出するように構成されてなるものとしている。

請求項４の発明は、上記請求項３の杭孔掘削装置において、中空ロッド５０の下部にグラウト放出口５６を備え、上部から供給されるグラウトを該放出口５６に導く配管５７が該中空ロッド５０の内周と昇降ガイド筒１１の外周との間に配設されてなるものとしている。

請求項５の発明は、上記請求項１の杭孔掘削装置において、掘削部材がアースドリルの軸堀りバケットＢ２であり、ケリーバＫに連結する該軸堀りバケットＢ２の中空ロッド７０内にハンマーケーシング１０及び昇降ガイド筒１１が装填され、遮蔽部材４Ｂの一端部４３が昇降ガイド筒１１の下端部に止着されると共に、他端部４４が貫入軸１３の中間部に止着され、バケットＢ２の底蓋７３の中心部に開口部７６が形成されてなるものとしている。

請求項６の発明は、上記請求項１の杭孔掘削装置において、掘削部材がアースドリルの拡底バケットＢ３であり、該拡底バケットＢ３は、周囲に複数枚の拡底翼を枢着したバケットボディ８１の中心部に、ケリーバＫに連結する中空ロッド８０を備え、該中空ロッド８０内にハンマーケーシング１０及び昇降ガイド筒１１が装填され、遮蔽部材４Ｂの一端部４３が昇降ガイド筒１１の下端部に止着されると共に、他端部４４が貫入軸１３の中間部に止着され、バケットボディ８１の底板８４の中心部に開口部８５が形成されてなるものとしている。

請求項７の発明は、上記請求項５又は６の杭孔掘削装置において、ハンマーケーシング１０の上昇位置で貫入軸１３が先端まで昇降ガイド筒１１内に納まると共に、遮蔽部材４Ｂが該ハンマーケーシング１０の上昇位置と下降位置とで表裏反転するように構成されてなるものとしている。

請求項８の発明は、上記請求項１〜７のいずれかの杭孔掘削装置において、中空ロッド５０，７０，８０内に、ドライブハンマー１４を上限位置及び下限位置で検出するセンサー１６Ａ，１６Ｂと、ハンマーケーシング１０の沈下量を計測するエンコーダー１７とを備えてなるものとしている。

請求項９の発明に係る杭施工管理方法は、上記請求項１〜８のいずれかに記載の杭孔掘削装置の掘削部材（スクリューロッドＲｓ、軸堀りバケットＢ２、拡底バケットＢ３）により、地盤Ｇに所定の杭孔Ｈを形成後、該掘削部材を僅かに持ち上げて孔底Ｈｂから離底させ、この離底状態でハンマーケーシング１０を上方待機位置から下降させることにより、開口部５３，７６，８５を挿通して下方突出した貫入軸１３の先端を孔底Ｈｂに着底させたのち、該貫入軸１３が所定深さまで地盤Ｇに貫入するのに要するドライブハンマー１４の打撃回数から孔底地盤の支持強度を判定し、該支持強度が所定値以上である場合に該杭孔に杭（場所打ち杭Ｐ１，既製杭Ｐ２）を建て込むことを特徴としている。

次に、本発明の効果について、図面の参照符号を付して説明する。まず、請求項１の発明に係る杭孔掘削装置によれば、その掘削部材（スクリューロッドＲｓ、軸堀りバケットＢ２、拡底バケットＢ３）の回転掘削によって地盤Ｇに所要深さの杭孔Ｈを穿設後、該掘削部材を杭孔Ｈから抜出する前に、中空ロッド５０，７０，８０に内蔵する貫入試験機１のハンマーケーシング１０を上方待機位置から下降させ、もって開口部５３，７６，８５を挿通して下方突出した貫入軸１３を杭底Ｈｂに着底させたのち、貫入試験機１の稼働によって該貫入軸１３が所定深さまで地盤Ｇに貫入するのに要するドライブハンマー１４の打撃回数から、孔底地盤の支持強度を実測値（Ｎ値）として極めて簡易に且つ確実に測定できる。

また、この杭孔掘削装置では、中空ロッド５０，７０，８０内に、貫入軸１３を取囲む形で昇降ガイド筒１１とハンマーケーシング１０の間の空間部１５を外部から遮断し、且つ伸縮してハンマーケーシング１０の昇降を許容するベローズ筒形の遮蔽部材４Ａ，４Ｂが設けられているから、掘削で生じた泥砂、砂礫、泥水等が該空間部１５に入り込んでハンマーケーシング１０の昇降動作を阻害するのを確実に防止でき、もって測定値の信頼性を確保できると共に、貫入試験機の耐久性低下を防止できる。更に、ケーシング変位手段１２Ａ，１２Ｂによって不使用時のハンマーケーシング１０を上方待機位置で保持することで、貫入軸１３を中空ロッド５０，７０，８０内に退入させた状態に維持できるから、掘削過程で該貫入軸１３が地盤や破砕物に触れて損傷する懸念がない。更に、貫入試験機１として従来より地盤のＮ値を求めるのに汎用されている標準貫入試験装置の主要部を利用できるから、この杭施工管理方法を実施する上で格別な新規設備を必要とせず、それだけ施工コストを抑えられると共に、国際標準のＮ値での管理を行えるので測定値の高い信頼評価が得られるという利点もある。

請求項２の発明によれば、アースオーガーのスクリューロッドＲｓにおいて、その下端側の掘削刃５１を有する中空ロッド５０内にハンマーケーシング１０及び昇降ガイド筒１１が装填され、遮蔽部材４Ａの一端部４１が該ハンマーケーシング１０の下端に止着され、他端部４２が開口部５３の周囲部に止着されているから、スクリューロッドＲｓによる掘削時に掘削で生じた泥砂、砂礫、泥水等が該空間部１６に入り込むのを防止できる。

請求項３の発明によれば、上記スクリューロッドＲｓにおいて、下端の開口部５３が常時は可動封板５４で閉鎖され、貫入試験に際して上方待機位置から下降するハンマーケーシング１０の貫入軸１３が該可動封板５４を押し開いて下方外部へ突出するように構成されているから、掘削中には破砕物が該開口部５３から中空ロッド５０内へ入り込まず、もって該破砕物による貫入軸１３及び遮蔽部材４Ａの損傷を回避できる。

請求項４の発明によれば、上記スクリューロッドＲｓにおいて、掘孔後に該スクリューロッドＲｓを引き上げる際、上部から供給される根固め液Ｌｓや孔周固定液Ｌｆ等のグラウトを、配管５７を通して中空ロッド５０の下部のグラウト放出口５６から杭孔Ｈ内に放出できるから、既製杭Ｐ１を建て込むまで杭孔Ｈの崩壊を防止できる。

請求項５の発明によれば、アースドリルの軸堀りバケットＢ２において、その中空ロッド７０内にハンマーケーシング１０及び昇降ガイド筒１１が装填され、遮蔽部材４Ｂの一端部４３が昇降ガイド筒１１の下端部に止着され、他端部４４が貫入軸１４の中間部に止着されているから、ケリーバＫを介した該バケットＢ２の回転掘削と排土の反復によって杭孔Ｈを形成する際に、ケーシング変位手段２Ａ，２Ｂによってハンマーケーシング１０を上方待機位置で保持することにより、貫入軸１３の損傷を防止できると共に、遮蔽部材４Ａによって掘削で生じた泥砂、砂礫、泥水等が空間部１５に入り込むのを防止できる。

請求項６の発明によれば、アースドリルの拡底バケットＢ３において、バケットボディ８１の中心部にケリーバＫに連結する中空ロッド８０を備え、該中空ロッド８０内にハンマーケーシング１０及び昇降ガイド筒１１が装填されているから、バケットボディ８１に枢着した拡底翼８２を開いて回転掘削することによって杭孔Ｈの底部側を拡大したのち、貫入試験機１を稼働して孔底Ｈｂの支持強度を測定できる。そして、遮蔽部材４Ｂの一端部４３が昇降ガイド筒１１の下端部に止着され、他端部４４が貫入軸１３の中間部に止着されているから、拡底掘削過程でケーシング変位手段２Ａ，２Ｂによってハンマーケーシング１０を上方待機位置で保持することで、貫入軸１３の損傷を防止できると共に、遮蔽部材４Ｂによって掘削で生じた泥砂、砂礫、泥水等が該空間部１６に入り込むのを防止できる。

請求項７の発明によれば、貫入試験機１を内蔵する上記アースドリルの軸堀りバケットＢ２ならびに拡底バケットＢ３の中空ロッド７０，８０において、ハンマーケーシング１０の上昇位置で貫入軸１３が先端まで昇降ガイド筒１１内に納まると共に、遮蔽部材４Ｂが該ハンマーケーシング１０の上昇位置と下降位置とで表裏反転するように構成されているから、排土のためにバケット部（バケット本体７１，バケットボディ８１）内に入り込む破砕物から貫入軸１３を保護でき、また遮蔽部材４Ｂも昇降ガイド筒１１内に納まることで破損及び傷損を回避できる。

請求項８の発明によれば、中空ロッド内に、ドライブハンマー１４を上限位置及び下限位置で検出するセンサー１６Ａ，１６Ｂと、ハンマーケーシング１０の沈下量を計測するエンコーダー１７とを備えるから、センサー１６からの出力信号によって ドライブハンマー１４による打撃回数を確実に捉えることができると共に、エンコーダー１７によって貫入軸１３の孔底地盤への貫入量を正確に捉えることができる。

請求項９の発明に係る杭施工管理方法によれば、上記請求項１〜８のいずれかの杭孔掘削装置の掘削部材（スクリューロッドＲｓ、軸堀りバケットＢ２、拡底バケットＢ３）によって地盤Ｇに所定の杭孔Ｈを形成後、該杭孔Ｈに杭（既製杭ｐ１，場所打ち杭Ｐ２）を建て込む前に、これら掘削部材を杭孔Ｈから抜出することなく、その中空ロッド５０，７０，８０に内蔵する貫入試験機１によって孔底Ｈｂの支持強度を実測値（Ｎ値）として極めて簡易に且つ確実に測定できるから、該支持強度が所定値以上である場合に建て込み可能と判定し、該杭孔Ｈに杭を建て込んで杭施工を効率よく完了させることができる。一方、該支持強度が所定値未満の場合には、建て込み不可となるから、更に深く掘削するか、もしくは当該杭孔Ｈを埋め戻して異なる位置で新たに掘孔して、同様に支持強度の判定を行うようにすればよい。従って、従来において杭施工完了後の載荷試験にて支持強度不足が判明した場合のように、杭建て込み施工をやり直すために多大な労力と時間及びコストを費やす事態を回避できる。また、貫入試験機１０として従来より地盤のＮ値を求めるのに汎用されている標準貫入試験装置を利用できるから、この杭施工管理方法を実施する上で格別な新規設備を必要とせず、それだけ施工コストを抑えられると共に、国際標準のＮ値での管理を行えるので測定値の高い信頼評価が得られるという利点もある。

本発明の杭孔掘削装置の第１実施形態に係る３点支持式アースオーガーを示す側面図である。 同アースオーガーのオーガースクリューの下端側の中空ロッドを示し、（ａ）は縦断側面図、（ｂ）は（ａ）のＳ１−Ｓ１線における矢視断面図、（ｃ）は（ａ）のＳ２−Ｓ２線の断面図、（ｄ）は（ａ）のＳ３−Ｓ３線の断面図である。 同中空ロッド内の貫入試験機における吊上げ機構を示し、（ａ）は一部切欠側面図、（ｂ）は下部側のクランプ部の正面図、（ｃ）クランプアームの底面図である。 同吊上げ機構の動作を示し、（ａ）はドライブハンマー吊り上げ時の側面図、（ｂ）はドライブハンマー下放時の側面図である。 同中空ロッドの上端側を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は一部破断側面図である。 同中空ロッドと上部側ロッドとの連結状態を示し、（ａ）は連結前の一部破断正面図、（ｂ）は連結後の正面図、（ｃ）は（ｂ）のＳ４−Ｓ４線の断面図である。 同オーガースクリューによる削孔後の貫入試験操作を示し、（ａ）はドライブハンマーの作動前の状態、（ｂ）はドライブハンマーを持ち上げた状態、をそれぞれ示す縦断側面図である。 同貫入試験操作を示し、（ａ）ドライブハンマーの自由落下によって貫入軸が杭底の地盤に貫入した状態、（ｂ）は貫入軸が更に深く貫入した状態、をそれぞれ示す縦断側面図である。 本発明の杭孔掘削装置の第２及び第３実施形態に係るケリーバー式アースドリルを示す側面図である。 同第２実施形態に係るアースドリルの軸堀りバケットを示し、（ａ）は内蔵する貫入試験機のハンマーケーシングが上昇位置にある状態、（ｂ）は同下降位置にある状態、をそれぞれ示す縦断側面図である。 ケリーバに連結した同軸堀りバケットについて、バケット部のみを縦断面で示す全体側面図である。 同第３実施形態に係るアースドリルの拡底バケットについて、拡大翼を開いた状態で示す一部破断正面図である。 本発明の杭孔掘削装置に用いるケーシング変位手段の他の構成例を示し、（ａ）はハンマーケーシングを開放した状態の縦断正面図、（ｂ）は（ａ）のＳ５−Ｓ５線の断面図、（ｃ）はハンマーケーシングを上方待機位置で保持した状態の縦断正面図である。 同ケーシング変位手段によるハンマーケーシングのクランプ操作を（ａ）〜（ｃ）の手順で示す縦断側面図である。 同ケーシング変位手段によるハンマーケーシングのクランプ解除操作を（ａ）〜（ｅ）の手順で示す縦断側面図である。 アースオーガーを用いたプレボーリング工法による杭基礎形成を（ａ）〜（ｆ）の工程順に示す概略縦断面図である。 ケリーバー式アースドリル工法を（ａ）〜（ｊ）の工程順に示す概略縦断面図である。

以下に、本発明に係る杭孔掘削装置及び杭施工管理方法の実施形態について、図面を参照して具体的に説明する。図１〜図８は第１実施形態の杭孔掘削装置、図９〜図１２は第２及び第３実施形態の杭孔掘削装置をそれぞれ示す。なお、これら第１〜第３実施形態で共通する構成部分については同一符号を付している。

図１で示す第１実施形態の杭孔掘削装置は、プレボーリング工法に用いるアースオーガーであり、３点支持式杭打ち機Ｍ１の垂直に保持されたリーダＬにオーガーマシンＡが昇降可能に装着され、該オーガーマシンＡにスクリューロッドＲｓが上端部で保持されている。このスクリューロッドＲｓは、直線状のロッドＲの周囲に略全長にわたって螺旋羽根Ｓｃが形成されたもので、その先端側が下端部に掘削刃５１を備える独立の短い先端ロッド部材５Ａより構成され、該先端ロッド部材５Ａが長い上部側ロッド部材５Ｂの下端に同軸状に着脱可能に連結されている。

先端ロッド部材５Ａは、図２（ａ）〜（ｄ）に示すように、円筒状の中空ロッド５０内に貫入試験機１を内蔵しており、該中空ロッド５０の上端に連結用凸型ブロック６Ａが嵌合固着される一方、下端板５２の中央に丸孔状の開口部５３が形成されると共に、常時は該開口部５３を図示省略したばねの付勢によって下方側から閉鎖する可動封板５４が取り付けられている。なお、掘削刃５１は、下端板５２の下面に突設された複数の内側刃体５１ａと、中空ロッド５０の外周に張設した一対の螺旋方向に沿う羽根板５５の下縁に形成された複数の外側刃体５１ｂとからなる。

貫入試験機１は、従来より地盤のＮ値を求めるのに汎用されている標準貫入試験装置を応用したものであり、中空ロッド５０内に同心状に配設固定された円筒状の昇降ガイド筒１１内に、円筒状のハンマーケーシング１０が昇降自在に装填されると共に、該ハンマーケーシング１０の下端にノッキングブロック１２が固着され、該ノッキングブロック１２の下面に貫入軸１３が上端の円板部１３ａで固着して垂下している。この貫入軸１３は、地質試料を採取できるように先端が開口した筒軸状をなし、図示を省略しているが、先端側のシューと、中間の二つ割り可能なスプリットバーレルと、基端側のボールバルブ入りのコネクターヘッドとを同軸状に螺着して一体化したものである。そして、昇降ガイド筒１１内の上部側には、ケーシング変位手段２Ａとして下向きの伸縮ロッド２１ａを備える油圧シリンダー２１が垂設され、該伸縮ロッド２１ａの先端がハンマーケーシング１０の上端に止着されている。また、ハンマーケーシング１０内には、上部側に吊上げ機構３として下向きの伸縮ロッド３１ａを備える油圧シリンダー３１が垂設されると共に、下方にドライブハンマー１４が昇降自在に装填されている。

しかして、図２（ａ）に示すように、ハンマーケーシング１０の下端と中空ロッド５０の下端の開口部５３との間には、ゴムや半硬質合成樹脂等の可撓性材料からなる全体的に同径で伸縮可能なベローズ筒形の遮蔽部材４Ａが装着されている。この遮蔽部材４Ａは、一端部４１を該ハンマーケーシング１０の下端に止着し、他端部４２を開口部５３の周囲部に止着することにより、貫入軸１３を取囲む形で昇降ガイド筒１１とハンマーケーシング１０の間の空間部１５を外部から遮断している。

昇降ガイド筒１１の内周には上下方向に沿う２条のガイドレール１１ａ，１１ａが径方向に対設されており、ハンマーケーシング１０の外周の上下部に突設した各１対の横断面コ字状の嵌合キー１０ａが両ガイドレール１１ａ，１１ａに摺動自在に嵌合している。また、ハンマーケーシング１０の内周にも上下方向に沿う２条のガイド溝１０ｂ，１０ｂが径方向に対設されており、ドライブハンマー１４の外周に突設したリブ状の嵌合キー１４ｃが両ガイド溝１０ｂ，１０ｂに摺動自在に嵌合している。更に、ハンマーケーシング１０の外周には、ドライブハンマー１４を上限位置及び下限位置で検出する近接センサー１６Ａ，１６Ｂが設けられると共に、昇降ガイド筒１１内の上部にはハンマーケーシング１０の沈下量を計測するエンコーダー１７が設置され、該エンコーダー１７から延出する計測コード１７ａがハンマーケーシング１０の上端に止着されている。

図２（ａ）に示すように、中空ロッド５０の下部には側方外部に開くグラウト放出口５６が形成され、上端の連結用凸型ブロック６Ａの中心にはグラウト導入路６０が上下方向に貫設されている。そして、該グラウト導入路６０Ａとグラウト放出口５６とを結ぶ配管５７Ａが、中空ロッド５０の内周と昇降ガイド筒１１の外周との間に配設されている。また、中空ロッド５０内の昇降ガイド筒１１より上部側の空間には、両油圧シリンダー２１，３１の作動を切換制御する電磁バルブＥＶが設置されている。

ケーシング変位手段２Ａの油圧シリンダー２１は、貫入試験機１の不使用時には、ピストンロッド２１ａが図２（ａ）の如く退入状態でハンマーケーシング１０を上方待機位置で保持するが、該貫入試験機１の使用時には、ピストンロッド２１ａが伸長フリーに切り換えられることで、ハンマーケーシング１０を自重下降可能とし、更に試験終了後にはピストンロッド２１ａの短縮作動によってハンマーケーシング１０を上方待機位置まで持ち上げるように駆動制御されている。そして、ハンマーケーシング１０が上方待機位置にあるとき、図２（ａ）で示すように、貫入軸１３は全体が中空ロッド５０内に収まり、その下端が下動封板５４より上位に配置するように設定されている。なお、図２（ａ）（ｂ）に示すように、ケーシング変位手段２Ａの油圧シリンダー２１及び吊上げ機構３の油圧シリンダー３１は、各々の下部が十字状の保持枠２１ｂ，３１ｂを介してガイド筒１１及びハンマーケーシング１０にそれぞれ同心状に固定されている。

貫入試験機１の吊上げ機構３は、図３（ａ）〜（ｃ）に示すように、油圧シリンダー３１の伸縮ロッド３１ａの先端部に固着した下向き二股状の枢支枠３２に、一対のクランプアーム３３，３３が各々ボルトからなる枢支ピン３２ａを介して垂直面内で揺動自在に枢着されると共に、該油圧シリンダー３１の下端外周部に、下向きに開口して内周下部を下方へ拡大する環状テーパー面３４ａとする短円筒状の把持解除筒３４が固着されている。そして、各クランプアーム３３は、各下端に内向き凹の水平円弧状をなす係止部３３ａが一体形成されており、各係止部３３ａの内周下部が下向きに拡大するテーパ面３３ｂになり、内周上部側が湾曲爪部３３ｃを形成し、更に上端部の外面側が上方斜めの傾斜面３３ｄになっている。そして、両クランプアーム３３，３３は、相互の対向する上端部間に介在するコイルスプリング３５により、互いの係止部３３ａ，３３ａが接近する閉方向に付勢されている。一方、図２（ａ）及び図４（ａ）（ｂ）で示すように、ドライブハンマー１４の上面中央には、頂部を径大の裁頭円錐部１４ｂとする係止軸１４ａが植設されている。

この吊上げ機構３では、ハンマーケーシング１０内でドライブハンマー１４が落下位置にあるとき、油圧シリンダー３１のピストンロッド３１ａを伸長させることにより、図２（ａ）及び図４（ａ）で示すように、両クランプアーム３３，３３の係止部３３ａ，３３ａのテーパ面３３ｂ，３３ｂがドライブハンマー１４の係止軸１４ａの裁頭円錐部１４ｂに接触し、傾斜誘導作用によって両クランプアーム３３，３３がコイルスプリング３５の付勢に抗して開くことで、両湾曲爪部３３ｃ，３３ｃが裁頭円錐部１４ｂの下側に係合する。そして、この係合状態でピストンロッド３１ａを収縮作動させることで、ドライブハンマー２を把持して吊り上げるが、ピストンロッド３１ａが上限位置まで来た際に、図４（ｂ）に示すように、両クランプアーム３３，３３の上端部の傾斜面３３ｄ，３３ｄが把持解除筒３４のテーパ面３３ｂに接触し、傾斜誘導作用によって両クランプアーム３３，３３がコイルスプリング３５の付勢に抗して強制的に開くため、把持解除されたドライブハンマー１４が自由落下してハンマーケーシング１０の底端のノッキングブロック１２を打撃し、この打撃力によってハンマーケーシング１０が下動し、その下動分だけ貫入軸１３も下がると共に、ベローズ筒形の遮蔽部材４Ａも縮むことになる。

先端ロッド部材５Ａの上端の連結用凸型ブロック６Ａは、図５（ａ）（ｂ）に示すように、径小の下半部を該中空ロッド５０に嵌合固着したベース部６１上に、六角軸状の嵌入軸部６２が一体に突設されており、該嵌入軸部６２の径方向に対向する２つの側面部６２ａ，６２ａに、それぞれ横方向に沿う断面半円形の係止溝６３Ａが形成されている。また、ベース部６１の上面には、油圧ジョイントのプラグＪｐの２個が嵌入軸部６２を挟む径方向の両側位置に植設されると共に、両プラグＪｐ，Ｊｐと９０度の位相差の位置に設けた凹所６１ａより、電気配線用ケーブルＣＡの防水マルチコネクタのプラグＥｐを設けた先端が導出し、且つ凹所６４を外す形で周辺に沿ってＯリングＯ１が嵌装されている。

しかして、図５（ｂ）に示すように、ベース部６１には、その下面から凹所６１ａ内に至る配線孔６１ｂが穿設されており、該配線孔６１ｂにプラグＥｐ付きの電気配線用ケーブルＣＡを挿通させている。この電気配線用ケーブルＣＡは、近接センサー１６Ａ，１６Ｂ、エンコーダー１７、電磁バルブＥＶ等の内蔵電気機器に対応する複数本の電線を集合したものであり、そのケーブル端から図５（ｂ）の如く複数本のコネクタ付き電線ｗが導出している。また、配線孔６１ｂに繋がる凹所６１ａは、ベース部６１の周面側にも開放しており、その開放側に凹所６１ａよりも左右幅及び上下長さの大きいカバー取付用凹面部６１ｃが形成されている。更に、ベース部６１には、図６（ａ）に示すように、その下面から上面に至る２本の通油孔６１ｄが穿設されており、各通油孔６１ｄの上端側には油圧ジョイントのプラグＪｐが螺挿固着され、同下端側には電磁バルブＥＶ〔図２（ａ）参照〕に繋がる油圧ホース５８がアダプタ５８ａを介して接続されている。

一方、図６（ａ）に示すように、先端ロッド部材５Ａを連結する上部側ロッド部材５Ｂは、中空ロッド５０の下端に連結用凹型ブロック６Ｂが嵌合固着されている。この連結用凹型ブロック６Ｂは、その中央に先端ロッド部材５Ａ側の連結用凸型ブロック６Ａの嵌入軸部６２に対応する六角形の嵌合穴６５を備え、周面部に平行に貫設された２本のピン挿入孔６３，６３が各々嵌合穴６５の対向する内側面で断面半円形の係止溝６３Ｂを形成しており、該嵌合穴６５に先端ロッド部材５Ａの嵌入軸部６２を挿嵌した状態で、該係止溝６３Ｂと嵌入軸部６２側の係止溝６３Ａとが合わさってピン挿入孔６３に連続する断面円形の孔を構成する。従って、図６（ｂ）（ｃ）に示すように、先端ロッド部材５Ａの連結用凸型ブロック６Ａと上部側ロッド部材５Ｂの連結用凹型ブロック６Ｂとを嵌合し、両ピン挿入孔６３，６３に各々係止ピン６８を挿入することにより、両ロッド部材５Ａ，５Ｂが同軸状で相対回転不能に堅固に連結される。なお、各ピン挿入孔６３は、一端側が係止ピン６８の頭部６８ａを納めるために径大になっている。

また、上部側ロッド部材５Ｂは、連結用凹型ブロック６Ｂの嵌合穴６５の奥端中央に軸方向に沿って貫設されたグラウト導入路６０Ｂを有し、該グラウト導入路６０Ｂの上端には中空ロッド５０内に配設されたグラウト供給用の配管５７Ｂが接続されており、先端ロッド部材５Ａの連結用凸型ブロック６Ａとの嵌合状態で両者のグラウト導入路６０Ａ，６０Ｂが連通するようになっている。

更に、図６（ａ）に示すように、連結用凹型ブロック６Ｂには、先端ロッド部材５Ａ側の連結用凸型ブロック６Ａと同様の凹所６１ａ、配線孔６１ｂ、カバー取付用凹面部６１ｃ、通油路６１ｄが設けてあり、電気配線用ケーブルＣＡの防水マルチコネクタのソケットＥｓを設けた先端が導出している。また、各通油路６１ｄは、下端側が嵌合穴６５の側面から凹入して下方に開放する凹部６５ａに連通しており、該下端側に油圧ジョイントのソケットＪｓが螺着されると共に、上端側には中空ロッド５０内に通した油圧ホース５８がアダプタ５８ａを介して接続されている。そして、該連結用凹型ブロック６Ｂを先端ロッド部材５Ａの連結用凸型ブロック６Ａに嵌合した際、両ブロック６Ａ，６Ｂの油圧ジョイントのプラグＪｐとソケットＪｓとが自動的に連結して油路接続されると共に、両６Ａ，６Ｂの凹所６１ａ，６１ａ同士が対向するように設定されており、両凹所６１ａ，６１ａから導出する電気配線用ケーブルＣＡの防水マルチコネクタのプラグＥｐとソケットＥｓを嵌合して電気回路を繋ぐことができる。

しかして、防水マルチコネクタのプラグＥｐとソケットＥｓを接続後、図６（ｂ）に示すように、側方に開放した両凹所６１ａ，６１ａは、連結用凸型ブロック６Ａ，６Ｂのカバー取付用凹面部６１ｃ，６１ｃにわたって適嵌する形状及びサイズの蓋板６４によって塞がれる。この蓋板６４は、図５（ａ）（ｂ）に示すように、内面側にゴム層６４ａを備えており、ＯリングＯ２を介して外側から貫通させた上下２本のボルトｂを各カバー取付用凹面部６１ｃのねじ孔ｎに螺挿することにより、両凹所６１ａ，６１ａを外部に対して気密・液密に封止する。

上記構成のアースオーガーを用いたプレボーリング工法による杭施工では、スクリューロッドＲｓの回転掘削により、図１６（ａ）（ｂ）で示すように地盤Ｇに想定される硬質地盤Ｇｈに達する所定深度の杭孔Ｈを形成したのち、該スクリューロッドＲｓを引き上げることなく、先端ロッド部材５Ａに内蔵する貫入試験機１によって杭底地盤の支持強度を測定する。この測定試験では、図７（ａ）に示すように、スクリューロッドＲｓを僅かに持ち上げて掘削刃５１を杭底Ｈｂから離底させ、この離底状態において、上方待機位置に保持していたハンマーケーシング１０を、ケーシング変位手段２Ａの油圧シリンダー２１を下降フリーに切り換えることで自重下降させるか、もしくは該油圧シリンダー２１の伸長作動によって下降させる。このハンマーケーシング１０の下降に伴い、中空ロッド５０の下端の開口部５３を封鎖していた可動封板５４が貫入軸１３の先端の圧接によって押し開かれ、該貫入軸１３が開口部５３を通して下方外部へ突出し、該貫入軸１３の先端が杭底Ｈｂに着底することで、該ハンマーケーシング１０の下降が停止して測定試験を開始できる状態となる。なお、ハンマーケーシング１０を油圧シリンダー２１の伸長作動によって下降させた場合は、貫入軸１３の着底後に該油圧シリンダー２１を下降フリーに切り換える。

測定試験では、図７（ａ）の如くハンマーケーシング１０内で下端のノッキングブロック１２上に載っていたドライブハンマー１４を吊上げ機構３の両クランプアーム３３，３３で把持して吊り上げ、図７（ｂ）の如く上限位置で把持解除筒３４によって両クランプアーム３３，３３を強制的に開くことで、把持解除された該ドライブハンマー１４が自由落下して底端のノッキングブロック１２を打撃する。その打撃力により、図８（ａ）に示すように、ハンマーケーシング１０の下動を伴って貫入軸１３が杭底Ｈｂの地盤に貫入するから、以降同様に打撃操作を繰り返すことにより、貫入軸１３が孔底Ｈｂから所定深さまで貫入するのに要する打撃回数を計測し、その打撃回数に基づいて杭底Ｈｂの地盤の支持強度が所定値以上であるか否かを判定する。なお、図７（ｂ）で示すように、地盤Ｇに対する貫入軸１３の貫入が深まるに伴い、ベローズ筒形の遮蔽部材４Ａが縮んでゆくことになる。

ドライブハンマー１４の打撃回数は上下の近接センサー１６Ａ，１６Ｂによる検出信号に基づいてカウントされ、また孔底地盤への貫入軸１３の貫入量はハンマーケーシング１０の下降量としてエンコーダー１７で計測される。しかして、両センサー１６Ａ，１６Ｂの検出信号とエンコーダー１７による計測信号は、電気配線を通して地上の自動計測装置（図示省略）に送られて、打撃回数（Ｎ値）がカウントされて記録・表示されると共に、１打撃当たりの沈下量つまり貫入軸１３の地盤に対する貫入量及び累計貫入量が記録・表示される。なお、ＪＩＳ Ａ １２１９で規定される標準貫入試験では、質量６３．５±０．５ｋｇのドライブハンマー１４を７６±１ｃｍ自由落下させてノッキングブロック１２を打撃し、外径５１±１ｍｍ，内径３５±１ｍｍの貫入軸１３が地盤に３０ｃｍ貫入するのに要する打撃回数をＮ値として表すから、ここで用いる貫入試験機１でも、上記標準貫入試験に準拠して支持強度をＮ値として掌握すればよい。

かくして、測定した杭底地盤の支持強度が所定値以上であれば、杭の建て込みが可能と判定し、以降は既述した図１６（ｃ）〜（ｆ）の工程で、つまりスクリューロッドＲｓを引き上げつつ（ｃ）ソイルセメント等の根固め液Ｌｓを注入し、続いて（ｄ）孔周固定液Ｌｆを杭孔Ｈの上部まで注入し、該スクリューロッドＲｓを抜出したのち、（ｅ）オーガーマシンＡに連結用ロッドＲｊを介してＰＨＣ杭やＲＣ杭の如き既製杭Ｐ１を連結し、この既製杭Ｐ１を杭孔Ｈに挿入し、（ｆ）該既製杭Ｐ１を杭孔Ｈ内に埋入して、杭施工を完了すればよい。一方、該支持強度が所定値未満の場合には、建て込み不可となるから、更に深く掘削するか、もしくは当該杭孔Ｈを埋め戻して異なる位置で新たに掘孔して、同様に支持強度の判定を行うようにすればよい。従って、従来において杭施工完了後の載荷試験にて支持強度不足が判明した場合のように、杭建て込み施工をやり直すために多大な労力と時間及びコストを費やす事態を回避できる。

また、このスクリューロッドＲｓでは、ベローズ筒形の遮蔽部材４Ａにより、昇降ガイド筒１１とハンマーケーシング１０の間の空間部１５を外部から遮断しているから、掘削で生じた泥砂、砂礫、泥水等が該空間部１５に入り込んでハンマーケーシング１０の昇降動作を阻害するのを確実に防止でき、もって測定値の信頼性を確保できると共に、貫入試験機１の耐久性低下を防止できる。更に、不使用時のハンマーケーシング１０はケーシング変位手段１２Ａによって上方待機位置で保持され、貫入軸１３が中空ロッド５０内に退入させた状態で維持されるから、掘削過程で該貫入軸１３が地盤や破砕物に触れて損傷する懸念がないことに加え、下端の開口部５３が常時は可動封板５４で閉鎖されるから、掘削中には破砕物が該開口部５３から中空ロッド５０内へ入り込まず、該破砕物による貫入軸１３及び遮蔽部材４Ａの損傷も回避される。更に、貫入試験機１として従来より地盤のＮ値を求めるのに汎用されている標準貫入試験装置の主要部を利用でき、それだけ設備コストを抑えられると共に、国際標準のＮ値での管理を行えるので測定値の高い信頼評価が得られる。一方、掘孔後にスクリューロッドＲｓを引き上げる際、上部から供給される根固め液Ｌｓや孔周固定液Ｌｆ等のグラウトを、配管５７を通して中空ロッド５０の下部のグラウト放出口５６から杭孔Ｈ内に放出できるから、既製杭Ｐ１を建て込むまで杭孔Ｈの崩壊を防止できるという利点もある。

図９の実線で示す第２実施形態の杭孔掘削装置は、ケリーバ式アースドリル機であり、ブームＢｏを備えた走行式クレーンＭ２より斜め前方へ張出するフロントフレームＦの先端にケリードライブ装置ＫＤが保持され、ブームＢｏによって巻上げロープＲｏを介して吊持されたケリーバＫが該ケリードライブ装置ＫＤに上下動可能に挿通し、該ケリーバＫの下端に軸堀りバケットＢ２の取付部を構成する中空ロッド７０が連結されている。また、ケリードライブ装置ＫＤの下位には、一対のホースリールＨｒを設置したロータリーテーブルＴｒが取り付けられている。このロータリーテーブルＴｒには油圧用及び電気配線用のロータリーカップリング（図示省略）が設けてある。

軸堀りバケットＢ２は、図１０（ａ）（ｂ）に示すように、中空ロッド７０の下端部に、平面視十字状に配置する取付フレーム７２を介して、バケット本体７１が開放した上端部で固着されている。そのバケット本体７１は、短円筒状の周壁部７１ａの下端に蓋板７３がヒンジ７４を介して開閉可能に取り付けられ、該蓋板７３には一径方向に沿って一対の土砂取込口（図示省略）とその縁部に配列する複数の掘削刃７５が設けられた一般的な形態であるが、該蓋板７３の中央に丸孔状の開口部７６が形成されている。そして、中空ロッド７０には、貫入試験機１が内蔵されている。

この貫入試験機１は、第１実施形態のアースオーガーにおけるスクリューロッドＲｓの先端ロッド部材５Ａに内蔵されたものと同様であり、中空ロッド７０内に同心状に配設固定された昇降ガイド筒１１内に、下端にノッキングブロック１２及び貫入軸１３を固着したハンマーケーシング１０が昇降自在に装填され、昇降ガイド筒１１内の上部側にケーシング変位手段２Ａの油圧シリンダー２１が垂設され、その伸縮ロッド２１ａの先端がハンマーケーシング１０の上端に止着されている。そして、ハンマーケーシング１０内には、上部側に既述同様の吊上げ機構３が設けられると共に、下方にドライブハンマー１４が昇降自在に装填されている。なお、吊上げ機構３の油圧シリンダー３１、枢支枠３２、クランプアーム３３、把持解除筒３４、ドライブハンマー１４の係止軸１４ａ、近接センサー〔図示省略、図２（Ａ）の符号１６Ａ，１６Ｂ参照〕、エンコーダー１７、ハンマーケーシング１０及びドライブハンマー１４の摺動ガイド等の細部構造も第１実施形態の場合と同様であるため、ここでは説明を省略する。

しかして、昇降ガイド筒１１の下端部１１ｂはバケット本体７１の内側上部に突入配置しており、この下端部１１ｂと貫入軸１３の中間部との間にベローズ筒形の遮蔽部材４Ｂが装着されている。この遮蔽部材４Ｂは、第１実施形態における遮蔽部材４Ａと同様の可撓性材料からなるが、両端で径差のある略ラッパ状をなし、その径大側の一端部４３が昇降ガイド筒１１の下端部１１ｂの内周縁に止着すると共に、径小側の他端部４４が貫入軸１３の中間に固着した取付リング１３ｂに止着されている。

中空ロッド７０の上端にはケリーバ接続用のピン孔付き角軸部７７が中央に突設されると共に、周辺部には油圧ホースアダプタ７８が突設されており、ピン孔付き角軸部７７をケリーバＫの下端に嵌合してピン止めすることで、図１１に示すように、軸堀りバケットＢ２を該ケリーバＫに一体に連結すると共に、ロータリーテーブルＴｒ（図９参照）から垂下する油圧ホースｈを油圧ホースアダプタ７８に接続し、油圧シリンダー２１，３１の作動制御を行うようになっている。なお、図示を省略しているが、内蔵電気機器に接続する電気ケーブルも油圧ホースＨに沿わせて一緒にロータリーテーブルＴｒを介して配線される。

中空ロッド７０に内蔵した貫入試験機１は、その不使用時つまり杭孔Ｈの形成のために軸堀りバケットＢ２での掘削・排土を行っている間は、図１０（ａ）に示すように、ケーシング変位手段２Ａの油圧シリンダー２１のピストンロッド２１ａが退入状態でハンマーケーシング１０を上方待機位置で保持している。そして、このハンマーケーシング１０の上方待機位置では、図示の如く、貫入軸１３の全体がガイド筒１１内に収まり、遮蔽部材４Ｂもガイド筒１１内に引き込まれた状態にある。一方、貫入試験機１の使用時には、前述の第１実施形態と同様に、ハンマーケーシング１０を、油圧シリンダー２１を伸長フリーに切り換えて自重で下降させるか、もしくは該油圧シリンダー２１の伸長作動で下降させる。この下降に伴い、図１０（ｂ）に示すように、バケット本体７１内に垂下した貫入軸１３の先端側が下端の開口部７６を通って下方外部へ突出すると共に、遮蔽部材４Ｂがガイド筒１１内に引き込まれた状態から反転してバケット本体７１内に入る。

第３実施形態の杭孔掘削装置は、第２実施形態同様のケリーバ式アースドリル機であるが、図９の仮想線で示すように、ブームＢｏに吊持されてケリードライブ装置ＫＤに挿通したケリーバＫの下端に、拡径バケットＢ３が連結されている。この拡径バケットＢ３は、図１２で示すように、略円筒状のバケットボディ８１に、複数枚（図示は２枚）の拡大翼８２がヒンジ８３を介して開閉可能に枢着すると共に、該バケットボディ８１の下端に径大の底板８４が取り付けられている。この底板８４の内面は中心側に低く緩傾斜しており、その中心位置に円形の開口部８５が形成されている。そして、バケットボディ８１内の中央部には、円筒形の中空ロッド８０が上下位置で平面視十字状に配置する取付フレーム８６（上位側は図示省略）を介して固設され、この中空ロッド８０内に貫入試験機１が内蔵されている。

この貫入試験機１は、既述した第２実施形態の軸掘りバケットＢ２における中空ロッド７０に内蔵するものと全く同様のものであるため、その構造等の説明は省略する。しかして、昇降ガイド筒１１の下端部１１ｂは図示の如く底板８４から上方に離れた位置にあり、その下端部１１ｂと貫入軸１３の中間部との間に第２実施形態と同様のベローズ筒形の遮蔽部材４Ｂが装着されている。

中空ロッド８０に内蔵した貫入試験機１は、第２実施形態の場合と同様に、その不使用時には図示実線の如くハンマーケーシング１０が上方待機位置で保持され、貫入軸１３及び遮蔽部材４Ｂがガイド筒１１内に引き込まれているが、使用時にはハンマーケーシング１０が自重下降することで、図１２の仮想線の如く、貫入軸１３が底板８４の開口部８５を通って下方外部へ突出すると共に、遮蔽部材４Ｂが反転してガイド筒１１から出るようになっている。

拡大翼８２は、下部ほど広幅で、側縁に沿って多数の掘削刃８２ａが固着されており、開閉機構９により、不使用時のバケットボディ８１の外面側に重なって閉じた状態と、使用時の図示の如く外側へ開いた状態とに転換するようになっている。この開閉機構９は、中空ロッド８０に昇降自在に外嵌する環状の昇降枠９１、該昇降枠９１を昇降変位させる油圧シリンダ９２、両端を昇降枠８１と拡大翼８２に枢着した開閉ロッド９３より構成されており、不使用時の拡大翼８２が閉じた状態から油圧シリンダ９２の伸長作動で昇降枠９１を下動させることにより、開閉ロッド９３が拡大翼８２を押し開き、逆に油圧シリンダ９２の短縮作動で拡大翼８２を使用時の開いた状態から引き閉じる。なお、バケットボディ８１の周面には拡大翼８２が開くことで外部へ開放する大きな側方開口部８７を有し、拡底中に発生する地盤破砕物をバケットボディ８１内に取り込んで地上へ排土するようになっている。また、中空ロッド８０の上端には、第２実施形態における中空ロッド７０と同様に、ケリーバ接続用のピン孔付き角軸部８８が中央に突設されると共に、周辺部には油圧ホースアダプタ８９が突設されている。

第２実施形態のケリーバ式アースドリル機を用いたアースドリル工法による杭施工では、軸堀りバケットＢ２の回転掘削と排土の反復により、図１７（ｄ）で示すように地盤Ｇに想定される硬質地盤Ｇｈに達する所定深度の杭孔Ｈを形成したのち、該杭孔Ｈに挿入している軸堀りバケットＢ２に内蔵する貫入試験機１によって杭底地盤の支持強度を測定する。この測定試験は、バケット本体６１の底端を杭底Ｈｓから僅かに離底させた状態で、第１実施形態の場合と同様にケーシング変位手段２Ａの油圧シリンダー２１を下降フリーに切り換えるか、もしくは該油圧シリンダー２１を伸長作動させることにより、上方待機位置にあったハンマーケーシング１０を下降させ、もってバケット本体７１の底端の開口部７６に挿通した貫入軸１３の先端を杭底Ｈｂに着底させ、第１実施形態の場合と同様にドライブハンマー１４の自由落下でノッキングブロック１２を打撃し、貫入軸１３が孔底Ｈｂから所定深さまで貫入するのに要する打撃回数を計測し、その打撃回数に基づいて杭底Ｈｂの地盤の支持強度が所定値以上であるか否かを判定する。

かくして測定した杭底地盤の支持強度が所定値以上であれば、杭の建て込みが可能と判定し、以降は既述した図１７（ｅ）〜（ｊ）の工程により、鉄筋籠Ｆｃを挿入して生コンＣを打設し、場所打ち杭Ｐ２を建て込めばよい。また、拡底杭施工を行う場合は、上記測定試験後の軸堀りバケットＢ２に代えて拡底バケットをケリーバＫに連結し、該拡底バケットによる回転切削及び排土で杭孔Ｈの底部を拡大したのち、以降同様にして場所打ち杭Ｐ２を建て込むことになる。

一方、第３実施形態のケリーバ式アースドリル機を用いたアースドリル工法による杭施工では、貫入試験機１を内蔵しない通常の軸堀りバケットＢ２を用い、その回転掘削と排土の反復により、図１７（ｄ）で示すように地盤Ｇに想定される硬質地盤Ｇｈに達する所定深度の杭孔Ｈを形成したのち、該杭孔Ｈから引き上げた軸堀りバケットＢ２に代えて、貫入試験機１を内蔵する拡底バケットＢ３をケリーバＫに連結し、該拡底バケットＢ３を杭孔Ｈの底部まで挿入し、その回転切削及び排土で杭孔Ｈの底部を拡大するが、その拡底作業前又は拡底作業後に内蔵する貫入試験機１によって杭底地盤の支持強度を測定する。この測定試験は、第２実施形態の場合と同様に、拡底バケットＢ３の底端を杭底Ｈｓから僅かに離底させた状態で、上方待機位置にあったハンマーケーシング１０を下降させ、底端の開口部８５に挿通した貫入軸１３の先端を杭底Ｈｂに着底させ、第１及び第２実施形態の場合と同様にドライブハンマー１４の自由落下でノッキングブロック１２を打撃し、貫入軸１３が孔底Ｈｂから所定深さまで貫入するのに要する打撃回数を計測し、その打撃回数に基づいて杭底Ｈｂの地盤の支持強度が所定値以上であるか否かを判定する。そして、測定した杭底地盤の支持強度が所定値以上であれば、杭の建て込みが可能と判定し、以降は第２実施形態と同様に図１７（ｅ）〜（ｊ）の工程により、鉄筋籠Ｆｃを挿入して生コンＣを打設し、場所打ち杭Ｐ２を建て込めばよい。

これら第２及び第３実施形態における貫入試験機１による測定で杭底地盤の支持強度が所定値未満の場合には、建て込み不可となるから、更に深く掘削するか、もしくは当該杭孔Ｈを埋め戻して異なる位置で新たに掘孔して、同様に支持強度の判定を行うようにすればよい。従って、従来において杭施工完了後の載荷試験にて支持強度不足が判明した場合のように、杭建て込み施工をやり直すために多大な労力と時間及びコストを費やす事態を回避できる。

そして、これら第２及び第３実施形態のケリーバ式アースドリル機の軸堀りバケットＢ２及び拡底バケットＢ３では、ベローズ筒形の遮蔽部材４Ｂにより、昇降ガイド筒１１とハンマーケーシング１０の間の空間部１５を外部から遮断しているから、掘削で生じた泥砂、砂礫、泥水等が該空間部１５に入り込んでハンマーケーシング１０の昇降動作を阻害するのを確実に防止でき、もって測定値の信頼性を確保できると共に、貫入試験機１の耐久性低下を防止できる。更に、掘削・排土中に使用しない貫入試験機１のハンマーケーシング１０がケーシング変位手段２Ｂによって上方待機位置で保持され、この上方待機位置では貫入軸１３及び遮蔽部材４Ｂが中空ロッド７０，８０内に納まるから、掘削過程で該貫入軸１３及び遮蔽部材４Ｂが地盤や破砕物に触れて損傷したり破損する懸念がないことに加え、排土のためにバケット部内に入り込む破砕物からも貫入軸１３及び遮蔽部材４Ｂが保護される。また、これら第２及び第３実施形態のケリーバ式アースドリル機においても、第１実施形態の場合と同様に、貫入試験機１として従来より地盤のＮ値を求めるのに汎用されている標準貫入試験装置の主要部を利用でき、それだけ設備コストを抑えられると共に、国際標準のＮ値での管理を行えるので測定値の高い信頼評価が得られる。

上述の第１〜第３実施形態では、貫入試験機１のケーシング変位手段２Ａとして、先端が該ハンマーケーシング１０に止着したピストンロッド２１ａを貫入試験機１の使用時に伸長フリーに切り換え可能な油圧シリンダー２１を例示したが、本発明の杭孔掘削装置における該ケーシング変位手段は、ハンマーケーシング１０を不使用時に上方待機位置で保持し、使用時に下降自在とし、更に使用後に上方待機位置へ持ち上げる機能を有すればよく、例示以外の種々の機構を採用できる。

例えば、図１３（ａ）〜（ｃ）に示すケーシング変位手段２Ｂは、油圧シリンダー２２の下向きのピストンロッド２２ａの先端に、下端側を径大で逆円錐状に尖った係止頭部２３ａとする係止軸２３が固着される一方、ハンマーケーシング１０の上端に周方向に等配配置した複数本（図示は４本）のクランプアーム２５が設けられている。そして、係止軸２３の係止頭部２３ａよりも上位側には、クランプアーム２５に対する位置を確認するためのセンサーリング２４が昇降自在に嵌装されている。また、各クランプアーム２５は、上端に内向きの係止爪２５ａを有すると共に、中間部の内側に略半円状に膨出した開閉ガイド部２５ｂを有しており、ハンマーケーシング１０の上端に固着した円盤状の取付台板２６の各二股状のブラケット部２６ａに、枢支ピン２７を介して内外方向に傾動自在に枢着されている。また、クランプアーム２５同士は、各クランプアーム２５の中間部に挿通して両端を繋ぎ留めて環状にしたコイルスプリング２８により、一体に起立方向に付勢されている。更に、取付台板２６の中央には円錐状の凹部２６ｂが形成されている。

このケーシング変位手段２Ｂでは、図１４（ａ）〜（ｃ）で順次に示すように、昇降ガイド筒１１内の下方に位置するハンマーケーシング１０に対し、油圧シリンダー２１のピストンロッド２２ａを下方へ伸長させ、その先端の係止軸２３の係止頭部２３ａを直立している複数本のクランプアーム２５の内側に割り込ませ、全部のクランプアーム２５をコイルスプリング２８の付勢に抗して外側へ傾動させ、更に該ピストンロッド２２ａを係止軸２３の係止頭部２３ａが各クランプアーム２５の係止爪２５ａより下位になるまで下動させることにより、コイルスプリング２８の蓄力で各クランプアーム２５が係止爪２５ａを係止頭部２３ａの上端に係止する形で直立状態に復帰する。従って、次に該係止状態つまり図１４（ｃ）の状態で油圧シリンダー２１を短縮作動させることにより、ハンマーケーシング１０を上方待機位置まで持ち上げて保持することができる。

一方、貫入試験機１による測定を行う場合は、図１５（ａ）〜（ｅ）で順次に示すように、上方待機位置で保持していたハンマーケーシング１０に対し、まず油圧シリンダー２１のピストンロッド２２ａを係止軸２３の係止頭部２３ａの先端が取付台板２６の凹部２６ｂに突き当たるまで伸長させ、もって該係止頭部２３ａを各クランプアーム２５の開閉ガイド部２５ｂに押接させることにより、各クランプアーム２５をコイルスプリング２８の付勢に抗して外側へ大きく傾動させ、次いで急速にピストンロッド２２ａを上動させることにより、係止頭部２３ａをクランプアーム２５から上方へ離脱させる。これにより、係止解除されたハンマーケーシング１０は、貫入軸１３の先端が杭孔Ｈに着底するまで自重で落下することになる。なお、貫入軸１３の着底を確認できない場合は、油圧シリンダー２１の伸長作動により、係止軸２３の係止頭部２３ａの先端を取付台板２６の凹部２６ｂに押接し、更にピストンロッド２２ａを下動させることにより、強制的に貫入軸１３を着底させることができる。

このように、ケーシング変位手段２Ａ，２Ｂでは、ハンマーケーシング１０を油圧で強制的に下降させることができるから、例えば該孔底Ｈｂに堆積した地盤破砕物が障害となり、該ハンマーケーシング１０の自重のみでは、貫入軸１３の先端が孔底地盤に着底しにくい場合や、貫入試験機１内蔵の軸堀りバケットＢ２及び拡底バケットＢ３において、底端の開口部７６，８５が内側へ入り込んだ地盤破砕物で詰まって貫入軸１３を挿通できない場合に、ピストンロッド２１ａ，２２ａの下動により貫入軸１３の孔底地盤への着底あるいは開口部７６，８５への挿通を可能にできる。

また、第１〜第３実施形態では貫入試験機１における昇降ガイド筒１０のガイドレール１１ａ，１１ａに対してハンマーケーシング１０が嵌合キー１０ａを介して摺接する構造を例示したが、その摺接抵抗による計測誤差を排除するために、該嵌合キー１０ａに代えてガイドローラーをハンマーケーシング１０の外周に取り付け、このガイドローラーを昇降ガイド筒１０側のガイドレール部に転接させる構造としてもよい。

本発明は、第１〜第３実施形態で例示したスクリューロッドＲｓの先端ロッド部材５Ａ、軸堀りバケットＢ２、拡底バケット３Ｂに限らず、回転掘削を行う掘削部材を備える杭孔掘削装置全般に適用できる。また、掘削部材がスクリューロッドＲｓの先端ロッド部材５Ａ、軸堀りバケットＢ２、拡底バケット３Ｂの場合であっても、内蔵する貫入試験機を除く各部の構造及び形状、上部側ロッド部材５ＢやケリーバＫとの連結構造、油圧用の作動油ならびに電気配線の接続形態、拡底バケットＢ３における拡大翼４２の開閉機構等、細部構成については実施形態以外に種々設計変更可能である。

１ 貫入試験機
１０ ハンマーケーシング
１１ 昇降ガイド筒
１１ｂ 下端部
１２ ノッキングブロック
１３ 貫入軸
１４ ドライブハンマー
１５ 空間部
１６Ａ，１６Ｂ 近接センサー
１７ エンコーダー
２Ａ，２Ｂ ケーシング変位手段
３ 吊り上げ機構
４Ａ，４Ｂ 遮蔽部材
４１，４３ 一端部
４２，４４ 他端部
５Ａ 下端ロッド部材（掘削部材）
５０ 中空ロッド
５１ 掘削刃
５３ 開口部
５４ 下動封板
５６ グラウト放出口
５７ 配管
７０ 中空ロッド
７１ バケット本体
７３ 底蓋
７６ 開口部
８０ 中空ロッド
８１ バケットボディ
８２ 拡大翼
８５ 開口部
Ｂ２ 軸堀りバケット（掘削部材）
Ｂ３ 拡底バケット（掘削部材）
Ｇ 地盤
Ｈ 杭孔
Ｈｂ 杭底
Ｋ ケリーバ
Ｐ１ 既製杭
Ｐ２ 場所打ち杭
Ｒｓ スクリューロッド

Claims (9)

1. 回転掘削を行う掘削部材の中空ロッド内に、貫入試験機の縦筒状のハンマーケーシングと、該ハンマーケーシングを昇降自在に包囲する固定の昇降ガイド筒と、該ハンマーケーシングを不使用時に上方待機位置で保持し、使用時に下降自在とし、更に使用後に上方待機位置へ持ち上げるケーシング変位手段とを備え、
   前記ハンマーケーシングは、下端にノッキングブロックが固着され、該ノッキングブロックから下向きに突き出す貫入軸を有すると共に、該ノッキングブロックを自由落下によって打撃するドライブハンマーと、落下後のドライブハンマーを吊り上げて所定高さで下放する吊上げ機構とを内蔵し、
   前記掘削部材の下端中央部に、ハンマーケーシングの前記貫入軸を挿通させる開口部が形成され、
   前記中空ロッド内に、前記貫入軸を取囲む形で昇降ガイド筒とハンマーケーシングの間の空間部を外部から遮断し、且つ伸縮してハンマーケーシングの昇降を許容するベローズ筒形の遮蔽部材が設けられてなり、
   所要深さの掘孔に続いて、前記開口部より下方へ突出した前記貫入軸が孔底から所定深さまで貫入するのに要するドライブハンマーの打撃回数から孔底の支持強度を調べる貫入試験を実施可能とする杭孔掘削装置。
2. 前記掘削部材がアースオーガーのスクリューロッドであり、その下端側の掘削刃を有する中空ロッド内に前記ハンマーケーシング及び昇降ガイド筒が装填され、前記遮蔽部材の一端部が該ハンマーケーシングの下端に止着されると共に、他端部が前記開口部の周囲部に止着されてなる請求項１に記載の杭孔掘削装置。
3. 前記開口部を常時は閉鎖する方向に付勢された可動封板を備え、上方待機位置からのハンマーケーシングの降下によって前記貫入軸が該可動封板を押し開いて下方外部へ突出するように構成されてなる請求項２に記載の杭孔掘削装置。
4. 前記中空ロッドの下部にグラウト放出口を備え、上部から供給されるグラウトを該出口に導く配管が該中空ロッドの内周と前記昇降ガイド筒の外周との間に配設されてなる請求項２又は３に記載の杭孔掘削装置。
5. 前記掘削部材がアースドリルの軸堀りバケットであり、ケリーバに連結する該軸堀りバケットの中空ロッド内に前記ハンマーケーシング及び昇降ガイド筒が装填され、前記遮蔽部材の一端部が昇降ガイド筒の下端部に止着されると共に、他端部が前記貫入軸の中間部に止着され、バケットの底蓋の中心部に前記開口部が形成されてなる請求項１に記載の杭孔掘削装置。
6. 前記掘削部材がアースドリルの拡底バケットであり、
   該拡底バケットは、周囲に複数枚の拡底翼を枢着したバケットボディの中心部に、ケリーバに連結する中空ロッドを備え、該中空ロッド内に前記ハンマーケーシング及び昇降ガイド筒が装填され、前記遮蔽部材の一端部が昇降ガイド筒の下端部に止着されると共に、他端部が前記貫入軸の中間部に止着され、バケットボディの底蓋の中心部に前記開口部が形成されてなる請求項１に記載の杭孔掘削装置。
7. 前記ハンマーケーシングの上昇位置において前記貫入軸が先端まで昇降ガイド筒内に納まると共に、前記遮蔽部材が該ハンマーケーシングの上昇位置と下降位置とで表裏反転するように構成されてなる請求項５又は６に記載の杭孔掘削装置。
8. 前記中空ロッド内に、前記ドライブハンマーを上限位置及び下限位置で検出するセンサーと、ハンマーケーシングの沈下量を計測するエンコーダーとを備えてなる請求項１〜７のいずれかに記載の杭孔掘削装置。
9. 前記請求項１〜８のいずれかに記載の杭孔掘削装置の掘削部材により、地盤に所定の杭孔を形成後、該掘削部材を僅かに持ち上げて孔底から離底させ、この離底状態でハンマーケーシングを上方待機位置から下降させることにより、前記開口部を挿通して下方突出する前記貫入軸の先端を孔底に着底させたのち、該貫入軸が所定深さまで地盤に貫入するのに要するドライブハンマーの打撃回数から孔底地盤の支持強度を判定し、該支持強度が所定値以上である場合に該杭孔に杭を建て込むことを特徴とする杭施工管理方法。

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