JP6203233B2 - 地盤締め固めを兼ねたオーガー及び掘削工法 - Google Patents

Description

本発明は、オーガー及びオーガーを用いた掘削方法に関する。

従来、オーガーを回転させることにより地盤に孔を空けているが、オーガーで掘孔すると孔の周辺の砂又は土は応力解放で密度が緩められ、地盤強度が弱くなる。

この地盤強度の低下を解決する手段として、オーガーを停止又は逆転し、オーガー上部の掘削土又はスラグ、セメント等の硬化材又は止水材を杭の周囲と下端下の地盤に押入れる方法がある。

例えば、特許文献１ではオーガーにより予備掘削を行って掘削孔を形成し、この掘削孔の下部に根固め液を注入して根固め液と土砂の混合対からなる根固め部を形成し、オーガーを引き上げ、排出された土砂を掘削孔に埋戻した後、回転圧入杭装置を軸回転して掘削孔に杭本体を圧入することを特徴とする基礎杭の施工方法について記載している。

また、特許文献２ではアースオーガーにより掘削した後、アースオーガーのオーガースクリュー軸（オーガーシャフト）に連結したホースから流動化処理土を掘削孔に注入することについて記載している。しかしながら、これらの方法では、硬化材等の注入により掘削孔を補強しているにすぎず、孔周辺の地盤を強化していない。

また、例えば掘削により生じた孔の周辺の地盤を強化する別の手段として、地盤に振動を与えて締め固めることも考えられるが、オーガーには地盤を振動させて強化する役割はないため、地盤を強化するためには別個の振動装置を設ける必要があり、作業工程も増える。

特開2009-174232 特開2014-218817

地盤にオーガーで孔を掘削すると同時に、同じ装置を用いて地盤に振動を与えて地盤を締め固めることができれば、施工時間も短縮でき、有効かつ効率的である。

本発明の目的は、地盤の締め固め等の振動による作用も与えるオーガー及び掘削方法を提供することである。

上記目的を達成すべく、本発明は以下の手段を採用している。

項１．先端部分と上側部分とを有するオーガーシャフトと、
モータ及び減速器と、加振器とに接続され、オーガーシャフトの内部をオーガーシャフトの長手方向に延びる伝導軸と、
を備え、前記オーガーシャフトの先端部分と前記オーガーシャフトの上側部分とが選択的に接続又は分離し、
前記オーガーシャフトの先端部分が前記オーガーシャフトの上側部分と接続した状態にある場合にモータ及び減速器を作動させることにより、前記オーガーシャフトの全体が回転し、
前記オーガーシャフトの先端部分が前記オーガーシャフトの上側部分と分離した状態にある場合に加振器を作動させることにより、前記オーガーの先端部分が振動する、オーガー。

項２．前記分離は、オーガーシャフトの上側部分の上方への移動によるオーガーシャフトの先端部分に対するオーガーシャフトの上側部分の分離、又は伝導軸の下方への移動によるオーガーシャフトの上側部分に対するオーガーシャフトの先端部分の分離からなる項１に記載のオーガー。

項３．先端部分を有するオーガーシャフトと、
モータ及び減速器に接続され、オーガーシャフトの内部をオーガーシャフトの長手方向に延びる伝導軸と、
加振器に接続されたオーガーシャフトの先端部分と、
を備え、
モータ及び減速器を作動させることにより、オーガーシャフトの先端部分が振動し、
加振器を作動させることにより、前記オーガーシャフトの先端部分が振動する、オーガー。

項４．前記オーガーの先端部分が、オーガーの先端から１５ｍまで（１５ｍを含む）の範囲内にある項１〜３のいずれか一項に記載のオーガー。

項５．前記伝導軸は、上部から投入された硬化材及び／又は止水材をオーガーの先端部まで送ることが可能な、オーガーシャフトを貫通して延びる中空軸である項１〜４のいずれか一項に記載のオーガー。

項６．前記オーガーシャフトの先端部分が前記オーガーシャフトの上側部分に対して接続した状態で、地盤に孔を掘削すること、及び
前記オーガーシャフトの先端部分が前記オーガーシャフトの上側部分に対して分離した状態で、地盤を締め固めること、
を含む項１、２、４又は５に記載のオーガーを用いた掘削方法。

項７．項１〜５のいずれか一項に記載のオーガーを用いて、地盤に孔を掘削すること、
前記孔に硬化材及び／又は止水材を投入すること、
項１〜５のいずれか一項に記載のオーガーを用いて、地盤と硬化材とを混合すること
を含む掘削方法。

項８．前記孔に杭又は鉄筋を打設することをさらに含む項６又は７に記載の掘削方法。

本発明によれば、オーガーの全体又は一部、そして下端部が、加振器と接続されて加振器により振動されるため、オーガーによる掘削と、孔周囲の地盤の振動による締め固めが一つのオーガーででき、施工の時間が短縮でき効率的である。また、本発明のオーガーによれば、振動によるオーガー下部と周辺地盤の締め固め以外にも、地盤の土と硬化材及び／又は止水材を均質に混合したり、又、掘削土を地上に運び出すにも振動があるとオーガー下部の振動により下端地盤を緩まるため掘削土の上昇は容易になり掘削効率が上がる等、オーガーの振動による作用も加えることが可能である。

本発明の第１実施形態のオーガーを備えた杭打システムを示す略正面図。 （ａ）吊上げ・吊り下げ・固定機構の拡大正面図、（ｂ）図２（ａ）のＡ−Ａ線における横断面図、（ｃ）図２（ａ）のＢ−Ｂ線における横断面図、（ｄ），（ｅ）図２（ａ）の丸Ｃで囲んだ部分の部分拡大横断面図。 図１のオーガーの先端部分の構造を示す略断面図。（ａ）先端部分３ａが上側部分３ｂに対して連結状態にある縦断面図、（ｂ）先端部分３ａが上側部分３ｂに対して分離状態にある縦断面図、（ｃ）図３（ａ）のＤ−Ｄ線における横断面図。 （ａ）施工開始前、（ｂ）地盤の掘削、（ｃ）先端振動での締め固め、（ｄ）硬化材及び／又は止水材注入、及び（ｅ）杭挿入の工程を示す略断面図。 （ａ），（ｂ）オーガーの先端部分の構造の別例を示す縦断面図。（ｃ）図５（ａ）のＥ−Ｅ線における横断面図。（ｄ）図５（ａ）のＦ−Ｆ線における横断面図。 外管２４が掘削孔１８に設けられた状態を示す略断面図。 本発明の第２実施形態のオーガーを備えた杭打システムを示す略正面図。 図７のオーガーの別例を示す略正面図。 図７のオーガーの別例を示す略正面図。 本発明の第３実施形態のオーガーを備えた杭打システムを示す略正面図。 図１０のオーガーの別例を示す略断面図、（ｂ）図１１（ａ）のＧ−Ｇ線における横断面図。

本発明をオーガーに具体化した第１実施形態について図１〜４に従って説明する。

図１の杭打システムにおいて、オーガー１は、中空のオーガーシャフト３と、オーガーシャフト３の下端に取り付けられた切削ヘッド５とを備えている。切削ヘッド５は、公知の切削ヘッドと同様の構造であってよい。

オーガーシャフト３の長手方向軸の周囲に沿って、スパイラル翼４が設けられている。

オーガーシャフト３の上部には、回転駆動装置としてのモータ１０及び減速機１２と、加振器１４とが設けられている。加振器１４としては、オーガー１を振動させることが可能な任意の加振器、例えば公知のバイブロハンマーを用いることができる。

物理的に接続していなくても作用的に接続していることも含む。モータ１０の駆動力は、減速機１２にて減速されてスパイラル翼４を装着したオーガーシャフト３を回転させ、切削ヘッド５の下端の切削ブレード６にて地盤を掘削し、スパイラル翼４で掘削土を地上に排出する。

オーガーシャフト３の上部（基部）に接続された加振器１４は、オーガーシャフト３の内部を長手方向に延びる中空の伝導軸１６と接続し、伝導軸１６は加振器１４により振動させられる。本実施形態では、伝導軸１６の上端（基端）は加振器１４に接続されており、伝導軸１６はオーガーシャフト３の下端（先端）を貫通し、伝導軸１６の下端１６ｆは切削ヘッド５を貫通して終端する。この伝導軸１６の内部空間を利用して硬化材及び／又は止水材をオーガー１の下端部まで送通できる。

オーガーシャフト３は、切削ヘッド５と一体的に接続された先端部分３ａと、先端部分３ａよりも上の上側部分３ｂとを有する。先端部分３ａ及び上側部分３ｂを選択的に接続又は分離させるための吊上げ・吊り下げ・固定機構１００について、以下に詳述する。吊上げ・吊り下げ・固定機構１００は杭打システムを構成する。

図２（ａ）において、中心部に孔を有する円板１０４が、減速機１２の下面が装着（定着）され、オーガーシャフト３の上側部分３ｂの上端部には、それぞれ中心部に孔を有する上側円板１０５ａと下側円盤１０５ｂとからなる円板アセンブリ１０５が配置され、ジャッキ１０１のピストン１０３の上端は円板１０４の下面に装着（定着）され、ジャッキ１０１の下端は上側円板１０５ａの上面に装着（定着）されている。モータ１０（図１参照）及び減速機１２は杭打機（非図示）の支柱と連結されており、回転しない構成となっている。また、減速機１２と連結された円板１０４、ピストン１０３、ジャッキ１０１、上側円板１０５ａ、チャック１３、及び加振器１４も回転しない構成となっている。

オーガーシャフト３の上側部分３ｂの上端部にはオーガーシャフト３を把持したり離したりするためのチャック１０２が取り付けられており、チャック１０２の上端部は下側円板１０５ｂに装着されている。チャック１０２のオーガーシャフト３への着脱は、無線、油圧式、電磁式等の任意の公知の方法で行うことができる。

図２（ａ）の部分の詳細を図２（ｂ），（ｃ），（ｄ），（ｅ）に示す。

図２（ｂ）及び図２（ｃ）にそれぞれ示されるように、ピストン１０３及びチャック１０２は周方向に沿って複数個（図では４個）配置されている。図２（ａ）に示されるように、伝導軸１６は、減速機１２と接続した上側の第１部材１６ａと、フランジ１６ｄを介して第１部材１６ａと接続する第２部材１６ｂと、オーガーシャフト３の上側部分３ｂの内部に設けられたフランジ１６ｅを介して第２部材１６ｂと接続する第３部材１６ｃとを備えている。フランジ１６ｄで加振器１４による第２部材１６ｂの振動を遮断することで、第１部材１６ａ、円板１０４、減速機１２、ジャッキ１０１、チャック１０２、ピストン１０３、およびオーガーシャフト３の上側部分３ｂは振動しない構造となっている。第３部材１６ｃの下端は、伝導軸１６の下端１６ｆまで直接延びるか、フランジ１６ｄ，１６ｅと同一又は同様のフランジを介して伝導軸１６の別の同様の部材と接続されて、伝導軸１６の別の部材が１又は複数個連結された伝導軸１６の下端１６ｆまで延びていてもよい（図３）。図２（ｂ）に示されるように、第２部材１６ｂはチャック１３により加振器１４と選択的に接続又は分離される。

図２（ｃ）に示されるように、第３部材１６ｃから放射線に複数（図では４本）のリブ１６ｇがオーガーシャフト３の内周面に向かって延びており、モータ１０から減速機１２を介して生じる伝導軸１６の回転運動をチャック１０２を介してオーガーシャフト３の上側部分３ｂに伝える役割を果たす。

図２（ｄ），２（ｅ）に示されるように、伝導軸１６には、第２部材１６ｂ及び第３部材１６ｃの上下振動が第１部材１６ａ及びリブ１６ｇに伝わることを防止するための振動遮断機構が設けられている。振動遮断機構は、リブ１６ｇと連結された略円筒状の管部材１６ｈと、第３部材１６ｃから径方向外側に延びる突出部１６ｉ（図では４つ）とを備え、管部材１６ｈには径方向内側に突出部１６ｈ１が設けられている。リブ１６ｇと伝導軸１６の第３部材１６ｃとは、オーガー１の垂直方向において突出部１６ｈ１と突出部１６ｉとが互いに水平方向で噛み合う接続状態と、突出部１６ｈ１と突出部１６ｉとがオーガー１の垂直方向にずれることができる。

オーガーシャフト３の先端部分３ａが、先端部分３ａより上側（基部側）の上側部分３ｂに対して接続、具体的には連結した状態（図３（ａ））と、オーガーシャフト３の先端部分３ａが上側部分３ｂに対して分離、具体的には離脱した状態（図３（ｂ））とを選択的に取ることができる。また、オーガーシャフト３の先端部分３ａが上側部分３ｂに対して接続状態と分離状態を取る時に、リブ１６ｇと伝導軸１６の第３部材１６ｃも接続状態と分離状態を取ることができる。なお、突出部１６ｈ１と突出部１６ｉに代替して、後述の遮蔽部材７ａとその突出部７ａ１並びに接続部材７ｂとその凹部７ｂ１を用いてオーガーシャフト３の先端部分３ａの上側部分３ｂに対する接続状態及び分離状態を実現してもよい。

ジャッキ１０１、チャック１０２、ピストン１０３、円板１０４、円盤１０５は先端部分３ａ及び上側部分３ｂを選択的に接続又は分離させるための吊上げ・吊り下げ・固定機構１００を構成するが、このような各要素１０１，１０２，１０３，１０４，１０５の構成は公知である。吊上げ・吊り下げ・固定機構１００は通常、杭打機に装備されている。

以上の構成により、図２（ａ）においてモータ１０、減速機１２、及びオーガーシャフト３の先端部分３ａの位置を杭打機又はクレーン等の外部装置（図１の符号５０）により固定した状態で、ピストン１０３を短縮すると、ジャッキ１０１及びチャック１０２を介してピストン１０３と連結しているオーガーシャフト３の上側部分３ｂが上昇する。

図３（ａ），（ｂ）に示すように、本発明のオーガー１は図２に示す吊上げ・吊り下げ・固定機構１００を備えているため、オーガーシャフト３は、オーガーシャフト３の先端部分３ａが、先端部分３ａより上側（基部側）の上側部分３ｂに対して接続、具体的には連結した状態（図３（ａ））と、オーガーシャフト３の先端部分３ａが上側部分３ｂに対して分離、具体的には離脱した状態（図３（ｂ））とを選択的に取ることが可能である。なお、図３（ａ）〜（ｃ）においてスクリュー翼４の図示は説明の都合上省略している。

図３（ａ）の接続状態では、先端部分３ａと上側部分３ｂが接し、先端部分３ａの上端部からはプレート状の遮蔽部材７ａが、オーガーシャフト３の内部を上側部分３ｂへ向かって、先端部分３ａ及び上側部分３ｂの内周面に沿って円環状に延びている。また、上側部分３ｂの内周面からは接続部材７ｂが下方に向かって断面逆Ｌ字状に延びている。遮蔽部材７ａと接続部材７ｂとは、遮蔽部材７ａに設けられた略半球状の突出部７ａ１が接続部材７ｂに設けられた対応する凹部７ｂ１と水平回転にて嵌合することにより接続している。このようにオーガーシャフト３の先端部分３ａが上側部分３ｂに対して接続した状態にある場合（図３（ａ）の状態に）モータ１０を作動させると、モータ１０の動力は減速機１２を介して伝導軸１６に伝わり、伝導軸１６が回転し、その回転がリブ１６ｇとチャック１０２とを介してオーガーシャフト３に伝えられ、又遮蔽部材７ａ及び接続部材７ｂの連結による伝導軸１６の回転伝達によりオーガーシャフト３の全体が回転振動する。

図３（ｂ）の分離状態では、オーガーシャフト３の上側部分３ｂが上昇し、遮蔽部材７ａの突出部７ａ１が接続部材７ｂの凹部７ｂ１から外れ、遮蔽部材７ａと接続部材７ｂは分離（接続解離）し、先端部分３ａと上側部分３ｂは分離する。この先端部分３ａが上側部分３ｂに対して分離した状態で、加振器１４を作動させると、加振器１４の振動は振動遮断機構としたフランジ１６ｄの位置においてその上方の第１部分１６ａへは伝わらず、伝導軸１６の第２部分１６ｂ、第３部分１６ｃ及び下端１６ｆへは伝わり、オーガーシャフト３の先端部分３ａのみが、上側部分３ｂとは独立して振動する。また、上側部分３ｂが上昇したときに、図２（ｄ），（ｅ）に示した振動遮断機構は突出部１６ｈ１と突出部１６ｉとが互いに垂直方向に噛み合わない分離状態をとるため、第２部分１６ｂ、第３部分１６ｃを介してリブ１６ｇに伝わることはない。なお、図３（ｂ）の分離状態でも、遮蔽部材７ａは先端部分３ａ及び上側部分３ｂに跨って延びているため、掘削中にオーガーシャフト３の中へ土砂等が侵入するのを防ぐことができる。

また、図３（ｂ）の分離状態から、図２（ａ）においてピストン１０３を伸長させると、オーガーシャフト３の上側部分３ｂが下方に移動し、オーガーシャフト３の先端部分３ａと上側部分３ｂは図３（ａ）の接続状態に戻る。

本実施形態では、伝導軸１６の下端１６ｆは切削ヘッド５を貫通して終端しているため、オーガーシャフト３が図３（ｂ）の分離状態にある場合、加振器１４からの振動は伝導軸１６を長手方向に沿って伝導軸１６の下端部に伝わり、オーガー１の先端部分８のみ（図３（ａ）参照）、つまりオーガーシャフト３の先端部分３ａ及び切削ヘッド５のみが共に振動する。なお、本実施形態では、加振器１４は伝導軸１６を介してオーガーシャフト３の先端部分３ａと接続され、加振器１４による振動が伝導軸１６を通じてオーガーシャフト３の先端部分３ａに伝わり、オーガー１の先端部分８が振動するが、本明細書において、「加振器に接続されたオーガーシャフトの先端部分」とは、オーガーシャフトの先端部分が直接加振器に連結される場合のみならず、別の部材を介して加振器に接続されることも含む。

先端部分８の長さは特に限定されないが、オーガー１の全長の半分未満、好ましくはオーガー１の下端（先端）から１５ｍまで（１５ｍを含む）の範囲内にあることが好ましい。一つの実施形態では、先端部分８の長さが、オーガー１の下端から１０ｍまで（１０ｍを含む）である。別の実施形態では、先端部分８の長さが、オーガー１の下端から５ｍまで（５ｍを含む）である。また別の実施形態では、オーガーシャフト３の先端部分３ａの長さがオーガーシャフト３の下端（０ｍ）〜１５ｍの範囲内にあり（つまり全長１５ｍ以内）、オーガーシャフト３の下端（０ｍ）から５ｍまで（５ｍを含む）の範囲内（つまり全長５ｍ以内）に設けられている。例えば、オーガーシャフト３の先端部分３ａが、オーガー１の下端（０ｍ）から３ｍまで（３ｍを含む）の範囲内（つまり全長３ｍ以内）に設けられてもよいし、オーガー１の下端から０．５〜２ｍの範囲内（つまり全長０．５〜２ｍ以内）に設けられてもよい。

一つの実施形態では、オーガーシャフト３が図３（ｂ）の分離状態にある場合、オーガー１は、オーガー１の先端から１５ｍまで（１５ｍを含む）の範囲が振動する。別の実施形態では、オーガー１は、オーガー１の下端から１０ｍまで（１０ｍを含む）の範囲が振動する。別の実施形態では、オーガー１は、オーガー１の下端から５ｍまで（５ｍを含む）の範囲が振動する。別の実施形態では、オーガー１は、オーガー１の下端から５ｍまで（５ｍを含む）の範囲が振動する。別の実施形態では、オーガー１は、オーガー１の下端から３ｍまで（３ｍを含む）の範囲が振動する。別の実施形態では、オーガー１は、オーガー１の下端から０．５〜２ｍの範囲が振動する。これらの選択は土質、杭径、杭長により当業者が適宜決定できる。

加振器１４はモータ１０及び減速機１２とは独立して作動可能であり、オーガーシャフト３を図３（ｂ）の分離状態に設定すると、オーガー１による地盤の掘削前、地盤の掘削中、及び／又は地盤の掘削後の任意のタイミングでのオーガーシャフト３の先端部分３ａと切削ヘッド５（つまりオーガー１の先端部分８）とを振動させることができる。特には、本発明のオーガー１は、地盤の掘削の最中にオーガー１の先端部分８を振動させることにより、目的の位置及び／又は深さで地盤の締め固めを行うことができる点で有利である。

次に、図４（ａ）〜（ｅ）を参照しながら図１のオーガー１による地盤の掘削、締め固め、硬化材及び／又は止水材注入及び杭設置の工程を説明する。

まず、図４（ａ）に示すように、切削ヘッド５が地面２５に対面するようにオーガー１を所定の位置に配置する。次に、モータ１０及び減速機１２によりオーガー１を駆動し、スパイラル翼４を装着したオーガーシャフト３を回転させる。図４（ｂ）に示すように、オーガー１を下方に進め、地中に掘削孔１８を設ける。このとき、オーガーシャフト３は図３（ａ）の接続状態にある。掘削時に生じる土砂１９はオーガーシャフト３（及びスパイラル翼４）により矢印で示すように上昇する。上昇した土砂１９は、掘削孔１８から上方に移動して通常は外で回収するが、掘削孔１８に一部残し、切削ヘッド５を含むオーガー１の先端部分８で、オーガー１の振動と逆方向の回転で掘削孔１８の下方と周囲の土を締め固めるために用いてもよい。

目的の位置及び深さに達したら、オーガー１の回転を停止し、杭打機又はクレーン等の外部装置５０の力を反力にしてピストン１０３を短縮することによりオーガー１の上側部分３ｂを上昇させ、オーガーシャフト３を図３（ｂ）の分離状態とし（図４（ｃ））、加振器１４によりオーガー１の先端部分８（オーガーシャフト３の先端部分３ａ及び切削ヘッド５）のみを振動させる。振動を終了させた後は、オーガーシャフト３を図３（ａ）の接続状態に戻してもよいし、図３（ｂ）の分離状態のままでもよい。オーガー１を引き上げるときに、オーガー１の回転を掘削のときと同方向又は逆方向に回転させ、又はオーガー１の回転を停止することも、又再び振動させることもできる。

切削ヘッド５は掘削孔１８の孔壁に接し、切削ヘッド５の振動は掘削孔１８の孔の長手方向（すなわち軸方向）と長手方向に垂直な径方向とに伝わるため、切削ヘッド５を掘削孔１８の長手方向に沿って移動させれば、掘削孔１８の延びる方向に沿って掘削孔１８周囲の土（砂）を締め固めることができる。土(砂)に振動を長時間振動を加え続けると土砂の標準貫入試験Ｎ値は１５〜２５にほぼ一定になるため、本発明のオーガー１による締め固めにより、例えば液状化の可能性のあるＮ値が１０以下程度の緩い土(砂)を、Ｎ値が１５〜２５程度の締まった土(砂)にし、液状化を防止することができ、また、Ｎ≧２５（例えばＮ＝４０〜５０）の締まった土(砂)に振動を与えることにより、Ｎ＝１５〜２５程度に緩めて掘削を容易にすることもできる。

任意選択で、図４（ｂ）又は図４（ｃ）の工程の後で、掘削孔１８に硬化材及び／又は止水材２０を注入又は投入してもよい（図４（ｄ））。硬化材としては例えばコンクリート、生コン、セメントミルク、スラグ、土砂等が挙げられ、止水材は地水流を止める材料であり、例えば早強セメントミルク、水ガラス、親水性合成樹脂等が挙げられる。

図４（ｄ）において、硬化材及び／又は止水材２０は、掘削孔１８に直接投入してもよいし、オーガー１を掘削孔１８内に配置したまま行ってもよいし、オーガー１を掘削孔１８から撤去した後でもよいが、本実施形態では、オーガー１を掘削孔１８内に配置したまま、流動性の硬化材及び／又は止水材２０を伝導軸１６内から上部に注入し、伝導軸１６の内部を通じてオーガー１の先端部（下端部）まで送ることにより注入する。掘削孔１８に投入された硬化材及び／又は止水材２０は、オーガー１の切削ヘッド５により振動させることにより、土と均質に混合したり、締め固めたりすることができる。

さらに、図４（ｄ）において硬化材及び／又は止水材２０を投入する前、投入している最中、又は投入した後に、図４（ｅ）に示すように、オーガー１を公知の杭打機の吊上げ機構（クレーン）等を用いて掘削孔１８から撤去し、既製杭２２又は鉄筋を設置して場所打杭を造成してもよい。

ここで、本発明の第１実施形態の効果を説明する。

○第１実施形態のオーガー１は、モータ１０、減速器１２、及び伝導軸１６を備えるのみならず、伝導軸１６と接続する加振器１４も備えているため、回転、掘削だけでなく、振動による地盤の締め固めも行うことができる。

○第１実施形態のオーガー１によれば、加振器１４の作動によりオーガー１の先端部分８のみを振動させることができる。このため、掘削孔１８周囲の土（砂）をオーガー１の先端部分８及び切削ヘッド５を用いて効果的に均等に締め固めることができる。

○伝導軸１６がオーガー１の下で終端し、オーガーシャフト３が先端部分３ａと上側部分３ｂとに分離できるため、オーガー１の先端部分８、つまりオーガー１の切削ヘッド５とオーガーシャフト３の先端部分３ａのみが振動する。このため、オーガー１の全長及び採掘孔１８の深さが１０ｍ〜４０，５０ｍと長くても、地盤を局所的に効率よく締め固めながら全域を締め固めることができる。なお、オーガー１と伝達軸１６を継ぐ方法は公知である。

○切削ヘッド５を掘削孔１８の長手方向に沿って移動させれば、掘削孔１８の延びる方向に沿って掘削孔１８底面と周囲の土（砂）を締め固めることができる。

○掘削孔１８にコンクリート、生コン、セメントミルク、スラグ、土砂等の硬化材及び／又は止水材２０を投入した場合に、第１実施形態のオーガー１の先端部分８（特に切削ヘッド５）を振動させることにより、硬化材及び／又は止水材２０を杭周と先端の土と均質に混合したり、締め固めたりすることができる。

○根固めは上部反力を杭打機で取って杭先端及び根固め部を振動・加圧する。これにより杭の支持力が大きくなる。

ここまで本発明を第１実施形態を例にとって説明してきたが、本発明はこれに限られず、以下のような種々の変形が可能である。

○加振器１４の位置はオーガーシャフト３の基端側（上側）に限定されず、オーガーシャフト３に対して任意の位置に取り付けられてもよい。

○切削ヘッド５は省略されてもよい。この場合、オーガーシャフト３の先端部分３ａの最も先端側（下側）に切削ブレードを設け、オーガーシャフト３の先端部分３ａが切削ヘッドの役割を兼ねてもよい。

○オーガーシャフト３の先端部分３ａ及び上側部分３ｂの構成は図３（ａ）〜（ｃ）に示す実施形態に限定されない。例えば、図５（ａ）に示すように、オーガーシャフト３には、先端部分３ａの上端部に、接続部材７ｃが、オーガーシャフト３の内周の数か所（図では４か所）にほぼ等間隔に間を空けて先端部分３ａ及び上側部分３ｂの内周面に沿って延び、接続部材７ｃは図５（ｃ）に示すようにオーガーシャフト３ａの断面において隣接する接続部材７ｃと互いに中心角９０°の角度をなして設けられていてもよい。接続部材７ｃの数は限定されず、３つの場合、互いに中心角１２０°の角度をなす。なお、図５（ａ）〜（ｄ）においてスクリュー翼４の図示は説明の都合上省略している。

上側部分３ｂの内周面からは、２組の接続部材７ｄが一つの接続部材７ｃを挟むよう各接続部材７ｄが延び、それぞれ接続部材７ｃの上端部と複数個所で接続している。このようにオーガーシャフト３の先端部分３ａが上側部分３ｂに対して接続した状態にある場合に加振器１４を作動させると、先端部分３ａと上側部分３ｂは連結しているため、オーガーシャフト３の全体が振動する。次に、オーガー１の上側部分３ｂのみを吊上げ・吊り下げ・固定機構１００で上方に移動させ、接続部材７ｃと接続部材７ｄを分離させ、先端部分３ａと上側部分３ｂを分離させ、図５（ｂ）の状態で先端部分３ａが上側部分３ｂに対して分離した状態で加振器１４を作動させると、オーガーシャフト３の先端部分３ａが、上側部分３ｂとは独立して振動する。

このような構成にして、オーガーシャフト３の先端部分３ａが上側部分３ｂに対して接続した状態（図５（ａ））と、オーガーシャフト３の先端部分３ａが上側部分３ｂに対して分離した状態（図５（ｂ））とを選択的に取ることが可能となる。なお、先端部分３ａ及び上側部分３ｂの内周面に沿って、円環状に延びる遮蔽部材７ｅをさらに設けてもよい。遮蔽部材７ｅは先端部分３ａ及び上側部分３ｂに跨って延びているため、掘削中にオーガーシャフト３の中へ土砂等が侵入するのを防ぐことができる。

○図３（ａ）〜（ｃ）や図５（ａ）〜（ｄ）の実施形態以外にも、オーガーシャフト３の上側部分３ｂと先端部分３ａが選択的に接続又は分離できる構成であれば本願発明の範囲に包含される。図２（ａ）の吊上げ・吊り下げ・固定機構１００において、伝導軸１６とオーガーシャフト３の位置とに上下差が生じると、上側部分３ｂと先端部分３ａとを選択的に接続又は分離できる。例えば、上記第１実施形態のようにオーガーシャフト３の上側部分３ｂが上方に移動することにより上側部分３ｂと先端部分３ａが分離する代わりに、オーガーシャフト３の先端部分３ａが下方に移動することにより上側部分３ｂと先端部分３ａが分離してもよい。この場合、伝導軸１６の先端部の先端抵抗よりもモータ１０及び減速機１２の重力が大きいように吊上げ・吊り下げ・固定機構１００で下方押えの力を加えれば、伝導軸１６が下方に移動し、オーガーシャフト３の先端部分３ａが下方に移動して先端部分３ａと分離する。このような構成は当業者には容易に理解される。

○図２（ｄ），（ｅ）で突出部１６ｈ１と突出部１６ｉを接続または分離させる振動遮断機構も、図２（ｄ），（ｅ）で説明した以外に当業者には公知の振動遮断機構の構成を適用してもよい。

○図４（ｂ）又は図４（ｃ）の工程で、図６に示すように、掘削孔１８に略円筒形又は矩形を初めとする任意の形の外管２４を施してもよい。外管２４は掘削孔１８の空間を確保するのみでなく、外管２４内に硬化材及び／又は止水材２０を投入したときの硬化材及び／又は止水材２０の形状を保持する型枠としても機能する。また、このような外管２４を設けることにより、オーガー１を横向けにして、横孔オーガーとして使用しても有用である。さらに、外管２４を加振器と接続し、外管２４を振動させることにより掘削孔１８の延びる方向に沿って掘削孔１８の底面と周囲の土（砂）を締め固めることと、硬化材及び／又は止水材を均等に固めることができる。

○本発明のオーガー１は、外管２４が無い場合でも、横孔オーガーとして使用することができる。横孔の掘進時に振動を与えれば、オーガー１が受ける抵抗を小さくすることができて振動の強い方向に曲げることもできる。このため、杭打設に本発明のオーガー１に適用すると、任意の斜杭を施工できる。

○本発明のオーガー１の作用として、加振器１４と伝導軸１６からなる振動機構は、硬い地盤を緩めるためにも使用することができるため、下端土（砂）が硬かったり、石が邪魔でオーガー１による掘削が困難な場合に、加振器１４と伝導軸１６による振動機構により、オーガーの掘進を容易にすることができる。

○加振器１４と伝導軸１６からなる振動機構によりオーガー１を振動させることで、掘削土（砂）の摩擦抵抗が小さくなり、又掘削土（砂）の流動性が大きくなり、オーガーの掘進を容易にすることができる。

○加振器１４と伝導軸１６からなる振動機構により同一振動を土（砂）に加えることで、土（砂）の強度及び／又は密度を均一にし、上部の建物の水平抵抗すなわち耐震性を増し、そして不等沈下を防ぐことができる。

次に、本発明の第２実施形態のオーガーを備えた杭打システムについて説明する。なお、第１実施形態と同じ部材についての説明は省略する。

図７に示すように、本発明の第２実施形態のオーガー１を備えた杭打システムでは、オーガーシャフト３は先端部分３ａを備えているが、先端部分３ａよりも上側（基部側）の部分を有しない。つまり、第２実施形態のオーガー１には、第１実施形態のオーガーシャフト３の上側部分３ｂが存在しない。オーガーシャフト３の先端部分３ａの長手方向軸の周囲に沿ってスパイラル翼４が設けられている。また、伝導軸１６の長手方向に沿って、伝導軸１６の水平曲げ剛性を大きくするための複数の円盤状の羽根１７が離間して設けられている。

また第２実施形態の杭打システムでは、第１実施形態の吊上げ・吊り下げ・固定機構１００も存在しない。オーガー１はモータ１０及び減速機１２に接続され、モータ１０及び減速機１２より回転駆動される。また、加振器１４は伝導軸１６を介してオーガーシャフト３の先端部分３ａと接続され、加振器１４による振動が伝導軸１６を通じてオーガーシャフト３の先端部分３ａに伝わり、オーガー１の先端部分８、つまりオーガーシャフト３の先端部分３ａ及び切削ヘッド５が振動する。

オーガー１の先端部分８及びオーガーシャフト３の先端部分３ａの長さは第１実施形態で説明したのと同様である。

このように、先端部分３ａのみを備えたオーガー１の構成であっても、地盤にオーガーで孔を掘削すると同時に、同じ装置を用いて地盤に振動を与えて地盤を締め固めるという本発明の効果を奏する。

本発明の第２実施形態は、以下のような種々の変形が可能である。

○羽根１７は省略されてもよい。

○スパイラル翼４が、オーガーシャフト３の先端部分３ａよりも上側まで延びていてもよい。例えば、伝導軸１６の長手方向の実質的部分、伝導軸１６の全長の半分以上、好ましくは８０％以上にわたって延びていてもよい。

○図８に示すように、第２実施形態のオーガー１に、図６に示したのと同様な外管２４を施してもよい。

○図９に示すように、加振器１４を伝導軸の基端部の側ではなく、オーガーシャフト３の先端部分３ａ内に設けてもよい。加振器１４の数は限定されないが、例えば１、２、３、又は４個とする。また、加振器１４の配置も特に限定されないが、例えば複数個の加振器１４を設ける場合、伝導軸１６の周囲に水平方向に同じ高さに等間隔を空けて配置する。このような場合も、加振器１４は先端部分３ａと接続され、加振器１４によりオーガーシャフト３の先端部分８は振動させられる。

○さらには、加振器１４を図９におけるようにオーガーシャフト３の先端部分３ａ内に設ける代わりに、切削ヘッド５内に設けてもよい。

○第１実施形態の変形例のうち適用可能なものは第２実施形態に適用してもよい。

次に、本発明の第３実施形態のオーガーを備えた杭打システムについて説明する。なお、第１及び第２実施形態と同じ部材についての説明は省略する。

図１０に示すように、本発明の第３実施形態のオーガー１を備えた杭打システムでは、オーガーシャフト３は第１実施形態の先端部分３ａも上側部分３ｂも備えておらず、先端部分３ａの代わりに中空円筒状の振動体３４を備えている。

この実施形態でも、先端部分８の長さは、オーガー１の全長の半分未満、好ましくはオーガー１の下端（先端）から１５ｍまで（１５ｍを含む）の範囲内にあることが好ましく、一つの実施形態では、オーガー１の下端から１０ｍまで（１０ｍを含む）であり、さらに好ましくはオーガー１の下端から５ｍまで（５ｍを含む）である。また別の実施形態では、振動体３４の長さがオーガーシャフト３の下端（０ｍ）〜１５ｍの範囲内にあり（つまり全長１５ｍ以内）、オーガーシャフト３の下端（０ｍ）から５ｍまで（５ｍを含む）の範囲内（つまり全長５ｍ以内）に設けられている。例えば、振動体３４が、オーガー１の下端（０ｍ）から３ｍまで（３ｍを含む）の範囲内（つまり全長３ｍ以内）に設けられてもよいし、オーガー１の下端から０．５〜２ｍの範囲内（つまり全長０．５〜２ｍ以内）に設けられてもよい。

オーガー１はモータ１０及び減速機１２に接続され、モータ１０及び減速機１２より回転駆動される。また、加振器１４と振動体３４は、伝導軸１６の長手方向に沿って延びる長尺板状の振動伝達軸３３（図では２個を図示）と接続されており、加振器１４による振動は振動伝達軸３３を通じて振動体３４に伝わり、オーガー１の先端部分８、つまりオーガーシャフト３の振動体３４及び切削ヘッド５が振動する。

このように、振動伝達軸３３及び振動体３４を備えたオーガー１の構成であっても、地盤にオーガーで孔を掘削すると同時に、同じ装置を用いて地盤に振動を与えて地盤を締め固めるという本発明の効果を奏する。

本発明の第３実施形態は、以下のような種々の変形が可能である。

○振動伝達軸３３を省略し、第１実施形態と同様に、チャックの着脱により加振器１４による振動を伝導軸１６を介して振動体３４に伝えてもよい。

○図１１（ａ）及び（ｂ）に示すように、加振器１４を伝導軸の基端部の側ではなく、オーガーシャフト３の振動体３４上に設けてもよい。例えば図１１（ｂ）に示すように、加振器としての棒状バイブレーター３５を振動体３４の周囲方向に離間させて複数個配置してもよく、バイブレーター３５の長手方向がオーガー１の長手方向と略平行になるように配置し、バイブレーター３５は振動体３４の外周面に設けられた凹みまたは溝３６に嵌め込まれてもよい。

○第１及び第２実施形態の変形例のうち適用可能なものは第３実施形態に適用してもよい。

１…オーガー、３…オーガーシャフト、３ａ…オーガーシャフトの先端部分、３ｂ…オーガーシャフトの上側部分、８…オーガーの先端部分、１０…モータ、１２…減速機、１４，３５…加振器、１６…伝導軸、１８…掘削孔、２０…硬化材及び／又は止水材。

Claims (10)

1. 先端部分と上側部分とを有するオーガーシャフトと、
   モータ及び減速器と、加振器とに接続され、オーガーシャフトの内部をオーガーシャフトの長手方向に延びる伝導軸と、
   を備え、前記オーガーシャフトの先端部分と前記オーガーシャフトの上側部分とが選択的に接続又は分離し、
   前記オーガーシャフトの先端部分が前記オーガーシャフトの上側部分と接続した状態にある場合にモータ及び減速器を作動させることにより、前記オーガーシャフトの全体が回転し、
   前記オーガーシャフトの先端部分が前記オーガーシャフトの上側部分と分離した状態にある場合に加振器を作動させることにより、前記オーガーシャフトの先端部分を含むオーガーの先端部分が振動する、オーガー。
2. 前記分離は、オーガーシャフトの上側部分の上方への移動によるオーガーシャフトの先端部分に対するオーガーシャフトの上側部分の分離、又は伝導軸の下方への移動によるオーガーシャフトの上側部分に対するオーガーシャフトの先端部分の分離からなる請求項１に記載のオーガー。
3. 前記オーガーの先端部分が、オーガーの先端から１５ｍまで（１５ｍを含む）の範囲内にある請求項１又は２に記載のオーガー。
4. オーガーの先端から５ｍの範囲内の長さの先端部分を有するオーガーシャフトと、
   モータ及び減速器に接続され、オーガーシャフトの内部をオーガーシャフトの長手方向に延びる伝導軸と、
   前記オーガーシャフトの先端部分に接続された加振器と、
   を備え、
   モータ及び減速器を作動させることにより、オーガーが回転駆動され、加振器を作動させることにより、前記オーガーシャフトの先端部分のみが振動する、オーガー。
5. 前記加振器が前記オーガーシャフトの先端部分内に設けられている請求項４に記載のオーガー。
6. 前記伝導軸は、上部から投入された硬化材及び／又は止水材をオーガーの先端部まで送ることが可能な、オーガーシャフトを貫通して延びる中空軸である請求項１〜５のいずれか一項に記載のオーガー。
7. 前記オーガーシャフトの先端部分が前記オーガーシャフトの上側部分に対して接続した状態で、地盤に孔を掘削すること、及び
   前記オーガーシャフトの先端部分が前記オーガーシャフトの上側部分に対して分離した状態で、地盤を締め固めること、
   を含む請求項１〜３のいずれかに記載のオーガーを用いた掘削方法。
8. 請求項１〜６のいずれか一項に記載のオーガーを用いて、地盤に孔を掘削すること、 前記孔に硬化材及び／又は止水材を投入すること、
   請求項１〜６のいずれか一項に記載のオーガーを用いて、地盤と硬化材とを混合すること
   を含む掘削方法。
9. 前記孔に杭又は鉄筋を打設することをさらに含む請求項７又は８に記載の掘削方法。
10. オーガーの先端から５ｍの範囲内に振動体を備えた、オーガーシャフトと、
    モータ及び減速器に接続され、オーガーシャフトの内部をオーガーシャフトの長手方向に延びる伝導軸と、
    前記振動体を振動させるための加振器と、
    を備え、
    モータ及び減速器を作動させることにより、オーガーが回転駆動され、
    加振器を作動させることにより振動体が振動し、前記オーガーの先端から５ｍの範囲内の長さの前記オーガーの先端部分のみが振動する、オーガー。