JP6075998B2 - ドリルヘッド、ドリル装置及び拡幅掘削孔の施工方法 - Google Patents

Description

この発明は、回転して地盤を掘削するドリルの先端に装着するドリルヘッド、当該ドリルヘッドを装着したドリル装置、並びに拡幅掘削孔の施工方法に関する。

従来より、例えば、杭等を造成するために、回転するドリルで地盤を掘削して掘削孔を構築することが多く、さらには、杭底となる掘削孔の先端を地中で拡幅する工法が多用されており、そのための施工方法やドリルヘッドについて多く提案されている。
例えば、下記特許文献１の拡幅掘削方法もその１つである。

特許文献１の拡幅掘削方法は、スパイラルオーガと、拡大掘り用の掘削刃及び外周側に向けて液を噴射させる液体噴射ノズルをドリルヘッドに備え、掘削刃を前記スパイラルオーガの外周より内側に収容した収納状態で、所定深さまで掘削し、その後、液体噴射ノズルから水ジェットを噴射させながら回転させて地盤を水ジェットで緩めるとともに、掘削刃を突出させた状態でドリルヘッドを回転させて孔内拡幅部を上向きに掘削する方法である。

この方法では、掘削刃を拡幅させる構成に加え、液体噴射ノズルから水ジェットを噴射させる構成も必要となり、装置構成が複雑化するといった問題があった。また、水ジェットで周辺地盤を緩ませてから掘削刃で孔内拡幅部を掘削するが、水ジェットで緩んだ地盤が周囲に悪影響を及ぼすおそれもあり、また、地盤状態によっては掘削刃で孔内拡幅部を掘削する際の掘削抵抗が大きくなり、十分に孔内拡幅部を掘削できないおそれがあった。

特開２００８−１０６４２６号公報

そこで本発明では、簡単な構造でありながら、地盤状態によらず、所定深さまで掘削した後、上方に掘削して孔内拡幅部を確実に構築できるドリルヘッド、ドリル装置及び拡幅掘削孔の施工方法を提供することを目的とする。

この本発明は、径方向に適宜の間隔を隔てて配置した掘削ビットを底面側に有する掘削翼を回転中心に対して径外側上向き、且つ回転方向に等間隔で複数配置して先端中央に向かって凸状に構成し、ドリル装置によって回転するドリルの先端に装着するドリルヘッドであって、ドリルヘッド径を拡径する拡径手段と、少なくとも拡径状態の前記掘削翼の上面側に配置され、上向きの掘削ビットを有する上部掘削手段とを備え、該上部掘削手段を、前記上部掘削手段によって掘削される拡幅部分の断面積である拡幅部断面積が、前記掘削翼に備えた前記掘削ビットで掘削する掘削孔の断面積に対して１．３倍以下の面積となるように設定したことを特徴とすることができる。

上記ドリルは、オーガスクリュウ、スクリュウドリル等を回転して掘削する掘削治具とすることができる。
上記掘削する掘削孔は、ドリル等を回転して削孔した掘削孔のみならず、切削による掘削孔、あるいはボーリング孔も含む概念である。

上述の少なくとも拡径状態の前記掘削翼の上面側に配置されるとは、拡径状態において上面側に配置されていれば、拡径前の状態において上面側に配置されていても、配置されていなくともよく、あるいは、拡径前の状態において露出されておらず、拡径状態において上面側に出現する構成であってもよい。

この発明により、簡単な構造でありながら、地盤状態によらず、所定深さまで掘削した後、上方に掘削して孔内拡幅部を確実に構築することができる。
詳しくは、径方向に適宜の間隔を隔てて配置した掘削ビットを底面側に有する掘削翼を回転中心に対して径外側上向き、且つ回転方向に等間隔で複数配置して先端中央に向かって凸状に構成したドリルヘッドを、ドリル装置によって回転するドリルの先端に装着することで、所定深さまで掘削孔を構築することができる。

また、ドリルヘッドに、ドリルヘッド径を拡径する拡径手段と、少なくとも拡径状態の前記掘削翼の上面側に配置され、上向きの掘削ビットを有する上部掘削手段とを備えたことにより、所定深さまで掘削後、拡径手段でドリルヘッド径を拡径させ、拡径状態において掘削翼の上面側に上部掘削手段が配置されるドリルヘッドを回転させることで、孔壁を上向きに掘削し、掘削孔を拡幅して孔内拡幅部を構築することができる。なお、孔内拡幅部は、所定深さまで掘削された掘削孔のいずれの高さの部分に構築してもよい。

なお、該上部掘削手段を、前記上部掘削手段によって掘削される拡幅部分の断面積である拡幅部断面積が、前記掘削翼に備えた前記掘削ビットで掘削する掘削孔の断面積に応じた面積となるように設定したことにより、ドリル装置の回転能力に応じて定まる掘削孔の断面積、つまり所定深さまで掘削する際の掘削面積に応じた面積となるように、前記上部掘削手段によって掘削される拡幅部分の断面積である拡幅部断面積が設定されるため、地盤状態によらずとも、掘削孔の孔壁を上部掘削手段で上向きに掘削する際、既に掘削された掘削孔の孔壁をガイドとして上向きに掘削でき、掘削孔を確実に拡幅して精度のよい孔内拡幅部を構築することができる。

具体的には、前記拡幅部断面積を、前記掘削孔の断面積に対して約１．３倍以下の面積となるように設定しているため、地盤状態によらずとも、掘削孔の孔壁を上部掘削手段で上向きに掘削し、掘削孔をより確実に拡幅することができる。

詳しくは、前記拡幅部断面積が前記掘削孔の断面積に対して例えば２倍や３倍のように、前記掘削孔の断面積より広い場合、掘削抵抗がドリル装置の回転能力を上回るため、掘削孔の孔壁を上部掘削手段で上向きに掘削することができない。

逆に、前記拡幅部断面積が前記掘削孔の断面積に対して例えば１倍以下である場合、所定深さまで掘削する際の掘削抵抗により上向きの掘削抵抗が同等以下であるため、確実に、掘削孔の孔壁を上部掘削手段で上向きに掘削することができる。

しかしながら、所定深さまで掘削する際は、中実な状態の地盤を掘削して孔を構築する、つまり、掘削された掘削土砂の逃げ場のない状態で掘り進む必要があるが、上部掘削手段で上向きに掘削する場合は、すでに構築された孔の孔壁を掘削すればよく、その掘削抵抗は所定深さまで掘削する場合より小さくなる。

そのため、前記拡幅部断面積が前記掘削孔の断面積に対して約１．３倍以下の面積となるように設定することによって、掘削孔の孔壁を上部掘削手段で上向きに掘削し、掘削孔をより確実に拡幅して孔内拡幅部を構築することができる。なお、前記拡幅部断面積を、前記掘削孔の断面積に対して約１．３倍以下の面積となるように設定することによって、孔内拡幅部を、掘削孔の径のおよそ１．５倍程度の径で構築することができる。ここで、上述の前記掘削孔の断面積に対して約１．３倍以下の面積とは、例えば、掘削径が所定の範囲において調整可能である場合は、調整可能な所定の範囲における最大掘削径に対する約１．３倍以下の面積である。

また、既に掘削された掘削孔の孔壁をガイドとして上向きに掘削して孔内拡幅部を構築する場合であっても、前記拡幅部断面積を、前記掘削孔の断面積に対して約１．３倍以下の面積となるように設定するため、上述したように、上向き掘削による掘削負荷が過剰に作用することを防止でき、既に掘削された掘削孔の孔壁を崩すことなく、孔内拡幅部を構築することができる。

またこの発明の態様として、前記拡径手段を、先端の回転中心を軸に、前記掘削翼を径外側向きに傾倒可能にする傾倒手段と、前記掘削翼の傾倒を調整する傾倒調整手段で構成することができる。

この発明により、簡単な構造で確実にドリルヘッド径を拡径することができる。したがって、所定深さまで掘削後、傾倒調整手段により径外側向きに掘削翼を傾倒させて上部掘削手段を出現させ、孔壁を上向きに掘削し、掘削孔を拡幅して孔内拡幅部を構築することができる。

またこの発明は、上述のドリルヘッドを前記ドリルに装着したドリル装置であることを特徴とする。
上述の理由により、簡単な構造でありながら、地盤状態によらず、所定深さまで掘削した後、上方に掘削して孔内拡幅部を確実に構築することができる。
なお、ドリル装置は、載置式、あるいは自走式のドリル装置であってもよい。

この発明の態様として、前記ドリル装置を、低空頭ドリル装置とすることができる。
この発明により、ドリルを回転する回転能力の低い低空頭ドリル装置であっても、地盤状態によらずとも、掘削孔の孔壁を上部掘削手段で上向きに掘削し、掘削孔をより確実に拡幅することができる。

また、低空頭ドリル装置は、通常のドリル装置に比べ装置重量も軽くなり、拡径しない通常状態で所定深さまで掘削する際の反力の確保が困難であり、太径の掘削孔を掘削することは困難であるため、孔内拡幅部の構築が求められることが多い。このような状況において、該上部掘削手段を、前記上部掘削手段によって掘削される拡幅部分の断面積である拡幅部断面積が、前記掘削翼に備えた前記掘削ビットで掘削する掘削孔の断面積に応じた面積となるように設定し、上向きに掘削することにより、回転能力が低くく、軽量である低空頭ドリル装置であっても、地盤状態によらずとも、また、掘削抵抗によって浮き上がることもなく、掘削孔の孔壁を上部掘削手段で上向きに掘削し、掘削孔をより確実に拡幅することができる。

またこの発明の態様として、前記ドリルヘッドの先端側に配置した先端ビットの上部に配置した吸入口から掘削土を吸入する吸入手段を備えたことを特徴とする。
この発明により、掘削しながら、あるいは掘削後に掘削土を吸入口から吸入することができる。したがって、別の吸入装置を備えずとも、掘削土が掘削箇所に堆積し、掘削抵抗が増大することを防止できる。

さらにまたこの発明は、上述のドリル装置を用い、ドリルを回転させるとともに、前記吸入手段で掘削土を吸入しながら所定深さまで掘削して掘削孔を構築した後、前記拡径手段を稼働して前記ドリルヘッド径を拡径するとともに、前記上部掘削手段を出現させ、前記ドリルを回転させて、前記上部掘削手段で上部を掘削しながら所定高さまで引き上げて孔内拡幅部を構築し、該孔内拡幅部を構築した後、前記ドリルを下降させて、孔底に堆積する前記上部掘削手段で掘削した掘削土を吸入する拡幅掘削孔の施工方法であることを特徴とする。

この施工方法により、地盤状態によらずとも、掘削孔の孔壁を上部掘削手段で上向きに掘削し、掘削孔を確実に拡幅して孔内拡幅部を構築することができる。
また、所定深さまで掘削した後、ドリルヘッドを拡径し、上部掘削手段で上部を掘削しながら所定高さまで引き上げて孔内拡幅部を構築した後、前記ドリルを下降させて、孔底に堆積する前記上部掘削手段で掘削した掘削土を吸入するため、孔底に掘削土が堆積していない孔内拡幅部を有する掘削孔を構築することができる。

また、所定深さまで掘削してから、所定高さまで引き上げて孔内拡幅部を構築し、さらに下降して掘削土を吸入手段で吸入するため、掘削孔の孔壁をそのままにしておく時間が短くなるため、孔壁が崩れることがなく、より所望の形状の拡径孔を構築することができる。

本発明により、簡単な構造でありながら、地盤状態によらず、所定深さまで掘削した後、上方に掘削して孔内拡幅部を確実に構築できるドリルヘッド、ドリル装置及び拡幅掘削孔の施工方法を提供することができる。

ドリルヘッドの説明図。 拡径状態ドリルヘッドの説明図。 低空頭掘削機の概要図。 ＲＣＤ工法で拡底場所打ち杭を構築するフローチャート。 拡底掘削孔の掘削施工説明図。 ＲＣＤ工法で拡幅場所打ち杭を構築するフローチャート。 拡幅掘削孔の掘削施工説明図。

この発明の一実施形態を以下図面と共に説明する。
図１はドリルヘッド１０の説明図を示し、図２は拡径状態ドリルヘッド１０ａの説明図を示し、図３は低空頭掘削機１００の概要図を示している。詳しくは、図１（ａ）はドリルヘッド１０の正面図を示し、図１（ｂ）は、図１（ａ）におけるＡ−Ａ矢視図を示している。図２（ａ），図２（ｂ）についても、拡径状態ドリルヘッド１０ａについて、図１（ａ）及び図１（ｂ）と同様に図示している。なお、図１（ａ），図２（ａ）においてスタビライザ３０についてのみ、図１（ｂ）におけるＢ−Ｂ矢視図で示している。また、図１（ｂ）において、スタビライザ３０について破線で示している。

また、図４はＲＣＤ工法で拡底場所打ち杭を構築するフローチャートを示し、図５は拡底場所打ち杭を構築するための拡底掘削孔Ｋｔの掘削施工説明図を示している。

さらにまた、図６はＲＣＤ工法で拡幅場所打ち杭を構築するフローチャートを示し、図７は、拡幅場所打ち杭を構築するための拡幅掘削孔Ｋｆの掘削施工説明図を示している。

ドリルヘッド１０は、図３に示す低空頭掘削機１００に備えたドリルシャフト１０１の先端に脱着可能に装着され、硬質土を掘削可能であり、掘削径を拡幅可能にするドリルヘッドである。
詳しくは、ドリルヘッド１０は、脱着手段１１によって、ドリルシャフト１０１の先端に取り付けられるヘッドシャフト１２と、ヘッドシャフト１２の外周面において、放射方向に等間隔で配置した４枚の掘削翼２０と、掘削翼２０の傾斜角度を調整する角度調整機構１３と、ヘッドシャフト１２の先端側に配置した先端ビット１４とで構成している。

ドリルシャフト１０１及びヘッドシャフト１２は、脱着手段１１によって導通可能に接続される中空の管体で構成し、ドリルシャフト１０１の上端側に、サクション・ジェット・エアリフト式などの排土設備が接続され、ドリルヘッド１０で掘削した掘削土砂をヘッドシャフト１２の先端開口部１２ａから吸引して、排土する排土機構Ｈを構成している。

先端ビット１４は、底部中央が下向きに凸状となり、底部中央から径外側に向かって、斜め上方向に傾斜する底面部分に沿って、径方向に所定間隔を隔てて、掘削チップ１４ａを複数配置している。

また、先端ビット１４の上部中央におけるヘッドシャフト１２の先端開口部１２ａに対向する部分には、先端開口部１２ａから吸引される掘削土の通過を許容する開口である吸引開口１４ｂを設けている。

掘削翼２０は、ヘッドシャフト１２に対して、図示省略する枢動軸を枢動中心として、傾斜角度を調整可能に構成した掘削翼であり、図１（ｂ）に示すように、周方向に等間隔で４枚配置している。

掘削翼２０は、図２（ａ）に示すように、上辺部分２０ａが略水平となる状態で、底辺部分２０ｂが、径外側向きに、斜め上方に傾斜する略台形状で形成し、底辺部分２０ｂに沿って、径方向に所定間隔を隔てた複数の下向き掘削チップ２１ｂを備えている。また、上辺部分２０ａの径外側の所定範囲において、径方向に所定間隔を隔てた複数の上向き掘削チップ２１ａを備えている。なお、上向き掘削チップ２１ａを配置する径外側の所定範囲について、後で詳細に説明する。

角度調整機構１３は、ヘッドシャフト１２に対して、上下方向にスライド可能に外嵌する外嵌リング１３ａと、一端部１３ｂａが外嵌リング１３ａに対して上下方向に枢動可能に接続され、他端部１３ｂｂが掘削翼２０に接続されることで、外嵌リング１３ａと掘削翼２０とを連結する連結アーム１３ｂとで構成している。

外嵌リング１３ａは、図示省略するジャッキによって、ヘッドシャフト１２に対する上下位置が規制される構成である。
連結アーム１３ｂは、４枚配置した掘削翼２０のそれぞれに対して１枚ずつ備えている。

また、連結アーム１３ｂの他端部１３ｂｂと掘削翼２０との接続について詳述すると、他端部１３ｂｂは、掘削翼２０の上辺部分２０ａ付近において、上辺部分２０ａに平行にスライド可能に構成されたスライド軸２２によって、掘削翼２０に対して、スライド軸２２を中心として回動可能に接続されている。

このように構成された角度調整機構１３によって、枢動軸（図示省略）を枢動中心としてヘッドシャフト１２に対して傾斜角度を調整可能に構成した掘削翼２０の傾斜角度を規制することができる。

詳しくは、図示省略するジャッキによって、外嵌リング１３ａが上側位置で規制されると、図１（ａ）に示すように、連結アーム１３ｂ及びスライド軸２２を介して、傾斜角度が急な状態で掘削翼２０の傾斜角度を規制することができる。
これに対して、外嵌リング１３ａがジャッキによって下側位置に規制されると、図２（ａ）に示すように、連結アーム１３ｂ及びスライド軸２２を介して、掘削翼２０は傾倒し、傾斜角度が緩やかな状態で規制される。

なお、図１（ａ）に示すような傾斜角度が急である通常の状態に対し、図２（ａ）に示すように、掘削翼２０が傾倒し、傾斜角度が緩やかになることで、掘削面積Ｓが拡大された径状態となる。ちなみに、本明細書において、掘削翼２０が傾倒し、傾斜角度が緩やかになることで、掘削面積の径が拡大される拡径状態のドリルヘッド１０を、便宜上、拡径状態ドリルヘッド１０ａとする。また、図１（ｂ）において円形状ハッチングに示すように、通常の状態におけるドリルヘッド１０で掘削可能な範囲の面積を下向き掘削面積Ｓとする。

次に、掘削翼２０の上辺部分２０ａにおける径外側において上向き掘削チップ２１ａを配置した範囲である所定範囲について説明する。
上向き掘削チップ２１ａを配置した範囲を回転させた平面視リング状の面積、つまり、拡径状態ドリルヘッド１０ａの回転に伴って、掘削翼２０の上辺部分２０ａにおいて径外側の所定範囲に配置した上向き掘削チップ２１ａによって掘削する上向き掘削面積Ｓ１が、通常の状態であるドリルヘッド１０によって掘削される下向き掘削面積Ｓに応じて設定している。
具体的には、上向き掘削面積Ｓ１が、下向き掘削面積Ｓに対して約１．３倍以下の面積となるように設定している。

なお、通常状態のドリルヘッド１０を回転させて掘削する場合の掘削孔の直径が２０００ｍｍとなり、その時の下向き掘削面積Ｓが３．１４ｍ^２となるように設定した本実施形態では、拡径状態ドリルヘッド１０ａの回転による回転軌跡面積が７．０６５ｍ^２となり、そのときの直径が、ドリルヘッド１０による直径の１．５倍となる３０００ｍｍとなり、上向き掘削チップ２１ａによる上向き掘削面積Ｓ１は、下向き掘削面積Ｓの１．２５倍となるように設定している。

このように構成した角度調整機構１３と掘削翼２０との間には、ヘッドシャフト１２に対して上下方向に規制されるが、回転自在なスタビライザ３０を備えている。
スタビライザ３０は、角度調整機構１３より上方のヘッドシャフト１２に対して回転自在に外嵌する外嵌リング３１と、図１（ｂ）に示すように、ドリルヘッド１０による下向き掘削面積Ｓを構成する平面視円形と略同じ径のリング部材３２と、外嵌リング３１とリング部材３２とを径方向に連結する連結バー３３とで構成している。なお、連結バー３３は、周方向において等間隔で８本配置している。また、リング部材３２の断面において、上下の端部を径内側に折り曲げて端部テーパ３２ａを形成している。
それぞれを上述したように構成したドリルヘッド１０は、上述したように、低空頭掘削機１００に装着されるドリルシャフト１０１の先端に装着されて用いられる。

続いて、ドリルヘッド１０を装着した低空頭掘削機１００によって、拡底場所打ち杭を構築する方法について、説明する。
なお、ドリルヘッド１０を装着した低空頭掘削機１００によって、場所打ち杭を構築する方法として、以下では、リバースサーキュレーション工法（Reverse Circulation Drill method、以下においてＲＣＤ工法とする）について説明するが、ドリルヘッド１０を用いて掘削孔を掘削する工法として、上記ＲＣＤ工法に限定されず、例えば、杭の構築以外で用いてもよい。

ＲＣＤ工法は、掘削孔内に満たしたベントナイト溶液の静水圧で孔壁を保持しつつ、ドリルシャフト１０１の先端に取り付けたドリルヘッド１０によって土砂を掘削し、水とともに逆循環によって排土機構Ｈで掘削土を排土したのち、掘削孔にコンクリートを打ち込んで杭を造成する工法である。

ＲＣＤ工法を施工するためには、図３に示す低空頭掘削機１００、ドリルシャフト１０１の上端に接続される排土設備、貯水槽等の設備が必要となる。なお、図３には、定置式の低空頭掘削機１００を図示しているが、クローラ等の自走式の掘削機であってもよい。

具体的な施工方法について、図４及び図５とともに説明する。なお、本施工では、表面の軟弱層Ｇｎの下側の硬質土で構成された支持層Ｇｓに達する深さの拡底杭を構築する場合について説明する。

まず、図５（ａ）に示すように、スタンドパイプ１１０を地表層Ｇｈに建込む（ステップｓ１）。そして、図５（ｂ）に示すように、地表面に低空頭掘削機１００を設置し、スタンドパイプ１１０の内部から、通常状態のドリルヘッド１０で一次掘削する（ステップｓ２）。このとき、掘削翼２０の下向き掘削チップ２１ｂで掘削された掘削土砂は、ヘッドシャフト１２の先端開口部１２ａから吸引され、ドリルシャフト１０１の内部を通じて排土される。なお、図５（ｃ）乃至（ｆ）において、低空頭掘削機１００の図示を省略している。

ドリルヘッド１０が所定深さに達するまで一次掘削を続け（ステップｓ３：Ｎｏ）、ドリルヘッド１０が支持層Ｇｓにおける所定深さまで達すると（ステップｓ３：Ｙｅｓ）、図５（ｃ）に示すように、ドリルヘッド１０を回転させながら、角度調整機構１３によって掘削翼２０を傾倒させ、ドリルヘッド１０を拡径して拡径状態ドリルヘッド１０ａとする（ステップｓ４）。なお、通常状態のドリルヘッド１０で所定深さまで掘削された掘削孔を、一次掘削孔Ｋ１とする。

そして、図５（ｄ）に示すように、拡径状態ドリルヘッド１０ａを回転させて、一次掘削孔Ｋ１の孔壁に対し、上向き掘削チップ２１ａで上向きに二次掘削を行い（ステップｓ５）、一次掘削孔Ｋ１の杭底を拡幅する拡底部Ｋ２を構築する。なお、二次掘削は、スタビライザ３０で一次掘削孔Ｋ１の孔壁にガイドされながら所定高さまで行うが（ステップｓ６：Ｎｏ）、この二次掘削において、掘削翼２０の上辺部分２０ａに配置された上向き掘削チップ２１ａによって掘削された掘削土は、一次掘削孔Ｋ１の孔底にたまる。

二次掘削が所定高さまで達すると（ステップｓ６：Ｙｅｓ）、図５（ｅ）に示すように、拡径状態ドリルヘッド１０ａを杭底まで下げ、杭底にたまる掘削土を排土機構Ｈで吸引して排土し（ステップｓ７）、拡径状態ドリルヘッド１０ａを角度調整機構１３で縮径して、図５（ｆ）に示すように、拡底部Ｋ２より上方の一次掘削孔Ｋ１を引き上げ（ステップｓ８）、拡底掘削孔Ｋｔを完成させる。

なお、スタビライザ３０におけるリング部材３２の上端部に端部テーパ３２ａを形成しているため、スタビライザ３０が拡底部Ｋ２を超えて、一次掘削孔Ｋ１に侵入する際においても、リング部材３２の端部テーパ３２ａによって、スタビライザ３０は誘導させ、一次掘削孔Ｋ１にスムーズに侵入することができる。

そして、拡底掘削孔Ｋｔに鉄筋籠を挿入し（ステップｓ９）、さらに、拡底掘削孔Ｋｔにトレミー管を祖建込み（ステップｓ１０）、拡底掘削孔Ｋｔ内にコンクリートを打設しながら、トレミー管を引き抜く（ステップｓ１１）。コンクリートが地表面まで打設されると、スタンドパイプ１１０を引き抜くとともに、埋戻しして（ステップｓ１２）、ＲＣＤ工法は完了する。
この施工により、支持層Ｇｓで拡底された場所打ち杭を構築することができる。

次に、通常状態のドリルヘッド１０で掘削する一次掘削孔Ｋ１より太径の拡径場所打ち杭をＲＣＤ工法で構築する場合について説明する。このように、通常状態のドリルヘッド１０で掘削する一次掘削孔Ｋ１より太径の拡径場所打ち杭を構築するために、太径の拡径掘削孔Ｋｆを掘削するが、硬質な支持層Ｇｓを拡径状態ドリルヘッド１０ａによる一次掘削で掘削することは低空頭掘削機１００の能力では困難である。

そこで、図７（ａ）に示すように、スタンドパイプ１１０を地表層Ｇｈに建込み（ステップｔ１）、図７（ｂ）に示すように、地表面に低空頭掘削機１００を設置し、スタンドパイプ１１０の内部から、軟弱層Ｇｎを拡径した拡径状態ドリルヘッド１０ａで一次掘削する。これを拡径一次掘削とする（ステップｔ２）。このとき、掘削翼２０の下向き掘削チップ２１ｂで掘削された掘削土砂は、ヘッドシャフト１２の先端開口部１２ａから吸引され、ドリルシャフト１０１の内部を通じて排土される。

拡径状態ドリルヘッド１０ａが支持層Ｇｓに達するまで拡径一次掘削を続け（ステップｔ３：Ｎｏ）、ドリルヘッド１０が支持層Ｇｓにおける所定深さまで達すると（ステップｔ３：Ｙｅｓ）、ドリルヘッド１０を回転させながら、角度調整機構１３によって拡径状態ドリルヘッド１０ａを縮径する（ステップｔ４）。

なお、通常状態の低空頭掘削機１００で所定深さまで掘削された掘削孔を、拡径一次掘削孔Ｋａ１とする。そして、支持層Ｇｓを縮径されたドリルヘッド１０で縮径一次掘削し（ステップｔ５：図７（ｃ））、ドリルヘッド１０が所定深さに達するまで続ける。（ステップｔ６：Ｎｏ）、ドリルヘッド１０が支持層Ｇｓにおける所定深さまで達すると（ステップｔ６：Ｙｅｓ）、図７（ｄ）に示すように、ドリルヘッド１０を回転させながら、角度調整機構１３によって掘削翼２０を傾倒させ、ドリルヘッド１０を拡径状態の拡径状態ドリルヘッド１０ａとする（ステップｔ７）。なお、通常状態のドリルヘッド１０で所定深さまで掘削された掘削孔を、縮径一次掘削孔Ｋａ２とする。

そして、図７（ｅ）に示すように、拡径状態ドリルヘッド１０ａを回転させて、縮径一次掘削孔Ｋａ２の孔壁に対し、上向き掘削チップ２１ａで上向きに二次掘削を行い（ステップｔ８）、縮径一次掘削孔Ｋａ２の杭底を拡幅する拡底部Ｋａ３を構築する。なお、二次掘削は、スタビライザ３０で縮径一次掘削孔Ｋａ２の孔壁にガイドされながら所定高さまで行うが（ステップｔ９：Ｎｏ）、この二次掘削において、掘削翼２０の上辺部分２０ａに配置された上向き掘削チップ２１ａによって掘削された掘削土は、一次掘削孔Ｋ１の孔底にたまる。

二次掘削が所定高さまで達すると（ステップｔ９：Ｙｅｓ）、図７（ｆ）に示すように、拡径状態ドリルヘッド１０ａを杭底まで下げ、杭底にたまる掘削土を排土機構Ｈで吸引して排土し（ステップｔ１０）、拡径状態ドリルヘッド１０ａを角度調整機構１３で縮径して、図７（ｇ）に示すように、拡底部Ｋａ３より上方の拡径一次掘削孔Ｋａ１を引き上げ（ステップｔ１１）、拡径掘削孔Ｋｆを完成させる。

そして、拡径掘削孔Ｋｆに鉄筋籠を挿入し（ステップｔ１２）、さらに、拡径掘削孔Ｋｆにトレミー管を祖建込み（ステップｔ１３）、拡径掘削孔Ｋｆ内にコンクリートを打設しながら、トレミー管を引き抜く（ステップｔ１４）。コンクリートが地表面まで打設されると、スタンドパイプ１１０を引き抜くとともに、埋戻しして（ステップｔ１５）、ＲＣＤ工法は完了する。
この施工により、通常の掘削孔より拡径された場所打ち杭を構築することができる。

このように、径方向に適宜の間隔を隔てて配置した下向き掘削チップ２１ｂを底面側に有する掘削翼２０を回転中心に対して径外側上向き、且つ回転方向に等間隔で複数配置して先端中央に向かって凸状に構成し、低空頭掘削機１００によって回転するドリルシャフト１０１の先端に装着するドリルヘッド１０に、ドリルヘッド径を拡径する角度調整機構１３と、拡径状態の掘削翼２０の上面側に配置され、上向きの上向き掘削チップ２１ａとを備え、上向き掘削チップ２１ａを、上向き掘削チップ２１ａによって掘削される拡幅部分の断面積である上向き掘削面積Ｓ１が、掘削翼２０に備えた下向き掘削チップ２１ｂで掘削する下向き掘削面積Ｓに応じた面積となるように設定したことにより、簡単な構造でありながら、硬質な支持層Ｇｓであっても、所定深さまで掘削した後、上方に掘削して拡底部Ｋ２を確実に構築することができる。

詳しくは、径方向に適宜の間隔を隔てて配置した下向き掘削チップ２１ｂを底面側に有する掘削翼２０を回転中心に対して径外側上向き、且つ回転方向に等間隔で複数配置して先端中央に向かって凸状に構成したドリルヘッド１０を、低空頭掘削機１００によって回転するドリルシャフト１０１の先端に装着することで、所定深さまで一次掘削孔Ｋ１を構築することができる。

また、ドリルヘッド１０に、ドリルヘッド径を拡径する角度調整機構１３と、少なくとも拡径状態の掘削翼２０の上面側に配置され、上向きの上向き掘削チップ２１ａとを備えたことにより、所定深さまで掘削後、角度調整機構１３でドリルヘッド径を拡径させて拡径状態ドリルヘッド１０ａとなり、掘削翼２０の上面側に上向き掘削チップ２１ａが配置される拡径状態ドリルヘッド１０ａを回転させることで、孔壁を上向きに掘削し、一次掘削孔Ｋ１を拡幅して拡底部Ｋ２を構築することができる。

なお、上向き掘削チップ２１ａによって掘削される拡幅部分の断面積である上向き掘削面積Ｓ１が、掘削翼２０に備えた下向き掘削チップ２１ｂで掘削する下向き掘削面積Ｓに応じた面積となるように上向き掘削チップ２１ａを設定したことにより、低空頭掘削機１００の回転能力に応じて定まる下向き掘削面積Ｓ、つまり一次掘削孔Ｋ１の下向き掘削面積Ｓに応じた面積となるように、上向き掘削チップ２１ａによって掘削される拡幅部分の断面積である上向き掘削面積Ｓ１が設定されるため、硬質な支持層Ｇｓであっても、一次掘削孔Ｋ１の孔壁を上向き掘削チップ２１ａで上向きに掘削する際、既に掘削された一次掘削孔Ｋ１の孔壁をスタビライザ３０によりガイドとして上向きに掘削でき、一次掘削孔Ｋ１を確実に拡幅して精度のよい拡底部Ｋ２を構築することができる。

また、上向き掘削面積Ｓ１を、下向き掘削面積Ｓに対して約１．３倍以下の面積となるように設定することにより、硬質な支持層Ｇｓであっても、一次掘削孔Ｋ１の孔壁を上向き掘削チップ２１ａで上向きに掘削し、一次掘削孔Ｋ１をより確実に拡幅することができる。

詳しくは、上向き掘削面積Ｓ１が下向き掘削面積Ｓに対して例えば２倍や３倍のように、下向き掘削面積Ｓより広い場合、掘削抵抗が低空頭掘削機１００の回転能力を上回るため、一次掘削孔Ｋ１の孔壁を上向き掘削チップ２１ａで上向きに掘削することができず、上向き掘削面積Ｓ１が下向き掘削面積Ｓに対して例えば１倍以下である場合、所定深さまで掘削する際の掘削抵抗により上向きの掘削抵抗が同等以下であるため、確実に、一次掘削孔Ｋ１の孔壁を上向き掘削チップ２１ａで上向きに掘削することができる。

しかしながら、所定深さまで一次掘削孔Ｋ１を掘削する際は、中実な状態の地盤を掘削して孔を構築する、つまり、掘削された掘削土砂の逃げ場のない状態で掘り進む必要があるが、上向き掘削チップ２１ａで上向きに掘削する場合は、すでに構築された孔の孔壁を掘削すればよく、その掘削抵抗は所定深さまで掘削する場合より小さくなる。そのため、上向き掘削面積Ｓ１が下向き掘削面積Ｓに対して約１．３倍以下の面積となるように設定することによって、一次掘削孔Ｋ１の孔壁を上向き掘削チップ２１ａで上向きに掘削し、一次掘削孔Ｋ１をより確実に拡幅して拡底部Ｋ２を構築することができる。なお、上向き掘削面積Ｓ１を、下向き掘削面積Ｓに対して約１．３倍以下の面積となるように設定することによって、拡底部Ｋ２を、一次掘削孔Ｋ１の径のおよそ１．５倍程度の径で拡底することができる。

また、既に掘削された一次掘削孔Ｋ１の孔壁をガイドとして上向きに掘削して拡底部Ｋ２を構築する場合であっても、上向き掘削面積Ｓ１を、下向き掘削面積Ｓに対して約１．３倍以下の面積となるように設定するため、上述したように、上向き掘削による掘削負荷が過剰に作用することを防止でき、既に掘削された一次掘削孔Ｋ１の孔壁を崩すことなく、拡底部Ｋ２を構築することができる。

また、枢動軸により掘削翼２０を径外側向きに傾倒可能にするとともに、角度調整機構１３で掘削翼２０の傾倒を調整するため、簡単な構造で確実にドリルヘッド径を拡径することができる。したがって、所定深さまで掘削後、角度調整機構１３により径外側向きに掘削翼２０を傾倒させて上向き掘削チップ２１ａを出現させ、孔壁を上向きに掘削し、一次掘削孔Ｋ１を拡幅して拡底部Ｋ２を構築することができる。

またドリルヘッド１０をドリルシャフト１０１に装着した低空頭掘削機１００は、簡単な構造でありながら、地盤状態によらず、所定深さまで掘削した後、上方に掘削して拡底部Ｋ２を確実に構築することができる。

なお、低空頭掘削機１００はドリルシャフト１０１を回転する回転能力の低いが、硬質な支持層Ｇｓであっても、一次掘削孔Ｋ１の孔壁を上向き掘削チップ２１ａで上向きに掘削し、一次掘削孔Ｋ１をより確実に拡幅することができる。

また、低空頭掘削機１００は、通常の低空頭掘削機１００に比べ装置重量も軽くなり、拡径しない通常状態で所定深さまで掘削する際の反力の確保が困難であり、太径の一次掘削孔Ｋ１を掘削することは困難であるため、拡底部Ｋ２の構築が求められることが多いが、上向き掘削チップ２１ａを、上向き掘削チップ２１ａによって掘削される拡幅部分の断面積である上向き掘削面積Ｓ１が、掘削翼２０に備えた下向き掘削チップ２１ｂで掘削する下向き掘削面積Ｓに応じた面積となるように設定し、上向きに掘削することにより、回転能力が低くく、軽量である低空頭掘削機１００であっても、硬質な支持層Ｇｓであっても、また、掘削抵抗によって浮き上がることなく、一次掘削孔Ｋ１の孔壁を上向き掘削チップ２１ａで上向きに掘削し、一次掘削孔Ｋ１をより確実に拡幅することができる。

またドリルヘッド１０の先端側に配置した先端ビット１４の上部に配置した先端開口部１２ａから掘削土を吸入する排土機構Ｈを備えたことにより、掘削しながら、あるいは掘削後に掘削土を先端開口部１２ａから吸入することができる。したがって、別の吸入装置を備えずとも、掘削土が掘削箇所に堆積し、掘削抵抗が増大することを防止できる。

さらにまた、上述の低空頭掘削機１００を用い、ドリルシャフト１０１を回転させるとともに、排土機構Ｈで掘削土を吸入しながら所定深さまで掘削して一次掘削孔Ｋ１を構築した後、角度調整機構１３を稼働してドリルヘッド径を拡径するとともに、上向き掘削チップ２１ａを出現させ、ドリルシャフト１０１を回転させて、上向き掘削チップ２１ａで上部を掘削しながら所定高さまで引き上げて拡底部Ｋ２を構築し、拡底部Ｋ２を構築した後、ドリルシャフト１０１を下降させて、孔底に堆積する上向き掘削チップ２１ａで掘削した掘削土を吸入する拡底掘削孔Ｋｔの施工方法により、硬質な支持層Ｇｓであっても、一次掘削孔Ｋ１の孔壁を上向き掘削チップ２１ａで上向きに掘削し、一次掘削孔Ｋ１を確実に拡幅して拡底部Ｋ２を構築することができる。

また、所定深さまで掘削した後、ドリルヘッド１０を拡径し、上向き掘削チップ２１ａで上部を掘削しながら所定高さまで引き上げて拡底部Ｋ２を構築した後、ドリルシャフト１０１を下降させて、孔底に堆積する上向き掘削チップ２１ａで掘削した掘削土を吸入するため、孔底に掘削土が堆積していない拡底部Ｋ２を有する一次掘削孔Ｋ１を構築することができる。

また、所定深さまで掘削してから、所定高さまで引き上げて拡底部Ｋ２を構築し、さらに下降して掘削土を排土機構Ｈで吸入するため、一次掘削孔Ｋ１の孔壁をそのままにしておく時間が短くなるため、孔壁が崩れることがなく、より所望の形状の拡径孔を構築することができる。

以上、本発明の構成と、前述の実施態様との対応において、掘削ビットは、下向き掘削チップ２１ｂに対応し、
以下同様に、
ドリル装置及び低空頭ドリル装置は、低空頭掘削機１００に対応し、
ドリルは、ドリルシャフト１０１に対応し、
拡径手段及び傾倒調整手段は、角度調整機構１３に対応し、
上部掘削手段は、上向き掘削チップ２１ａに対応し、
拡幅部断面積は、上向き掘削面積Ｓ１に対応し、
掘削孔の断面積は、下向き掘削面積Ｓに対応し、
傾倒手段は、掘削翼２０の枢動中心となる枢動軸に対応し、
吸入口は、先端開口部１２ａに対応し、
吸入手段は、排土機構Ｈに対応し、
掘削孔は、一次掘削孔Ｋ１に対応し、
孔内拡幅部は、拡底部Ｋ２に対応し、
拡幅掘削孔は、拡底掘削孔Ｋｔに対応し、
に対応するも、上記実施形態に限定するものではない。

例えば、ドリルシャフト１０１のみならず、オーガスクリュウ、スクリュウドリルの先端にドリルヘッド１０を装着してもよい。また、上述の説明では載置式の低空頭掘削機１００であったが、自走式の低空頭掘削機であってもよく、さらには、低空頭でない掘削機を用いてもよい。

また、上述の説明では、掘削翼２０を傾倒させて拡径したが、例えば、掘削翼２０の径外部分から引き出し可能に構成した拡径部分を引き出して拡径してもよく、この場合、上向き掘削チップ２１ａは、引き出し部分の上面に配置すればよい。このように、掘削翼２０の拡径構造及び拡径方法は問わず、いずれの拡径構造及び拡径方法であってもよい。

また、上述の説明では、一次掘削孔Ｋ１の底部を拡径状態ドリルヘッド１０ａで掘削して拡底部Ｋ２を構築したが、一次掘削孔Ｋ１の高さ方向のいずれの場所を上向き掘削チップ２１ａで掘削して、拡底部Ｋ２を構築してもよい。さらには、軟弱層Ｇｎに拡底部Ｋ２を構築してもよく、また、全部が硬質な支持層Ｇｓ層である地盤に拡底部Ｋ２を有する拡底掘削孔Ｋｔを形成してもよい。

１０…ドリルヘッド
１０ａ…拡径状態ドリルヘッド
１２ａ…先端開口部
１３…角度調整機構
２０…掘削翼
２１ａ…上向き掘削チップ
２１ｂ…下向き掘削チップ
１００…低空頭掘削機
１０１…ドリルシャフト
Ｈ…排土機構
Ｋ１…一次掘削孔
Ｋ２…拡底部
Ｋｔ…拡底掘削孔
Ｓ…下向き掘削面積
Ｓ１…上向き掘削面積

Claims (6)

1. 径方向に適宜の間隔を隔てて配置した掘削ビットを底面側に有する掘削翼を回転中心に対して径外側上向き、且つ回転方向に等間隔で複数配置して先端中央に向かって凸状に構成し、ドリル装置によって回転するドリルの先端に装着するドリルヘッドであって、
   ドリルヘッド径を拡径する拡径手段と、
   少なくとも拡径状態の前記掘削翼の上面側に配置され、上向きの掘削ビットを有する上部掘削手段とを備え、
   該上部掘削手段を、
   前記上部掘削手段によって掘削される拡幅部分の断面積である拡幅部断面積が、前記掘削翼に備えた前記掘削ビットで掘削する掘削孔の断面積に対して１．３倍以下の面積となるように設定した
   ドリルヘッド。
2. 前記拡径手段を、
   先端の回転中心を軸に、前記掘削翼を径外側向きに傾倒可能にする傾倒手段と、
   前記掘削翼の傾倒を調整する傾倒調整手段で構成した
   請求項１に記載のドリルヘッド。
3. 請求項１または２のうちいずれかに記載のドリルヘッドを前記ドリルに装着した
   ドリル装置。
4. 低空頭ドリル装置で構成した
   請求項３に記載のドリル装置。
5. 前記ドリルヘッドの先端側に配置した先端ビットの上部に配置した吸入口から掘削土を吸入する吸入手段を備えた
   請求項３または４に記載のドリル装置。
6. 請求項５に記載のドリル装置を用い、
   ドリルを回転させるとともに、前記吸入手段で掘削土を吸入しながら所定深さまで掘削して掘削孔を構築した後、
   前記拡径手段を稼働して前記ドリルヘッド径を拡径するとともに、前記上部掘削手段を出現させ、
   前記ドリルを回転させて、前記上部掘削手段で上部を掘削しながら所定高さまで引き上げて孔内拡幅部を構築し、
   該孔内拡幅部を構築した後、前記ドリルを下降させて、孔底に堆積する前記上部掘削手段で掘削した掘削土を吸入する
   拡幅掘削孔の施工方法。

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