JP6223758B2 - 浚渫用グラブバケット - Google Patents

Description

本発明は、主に湾岸・河川・湖沼などで使用される浚渫用グラブバケットに関する。

グラブバケットとは、互いに開閉する一対のシェルによりグラブを構成し、一対のシェルを開閉することで土砂を掘削し、揚土するもので、浚渫などに使用される。従来、浚渫作業時に発生する濁りが問題となっている。従来のグラブバケットでの浚渫作業では、グラブの下降・上昇時・掘削などで濁りが発生する。また、水面上での大きな濁りの発生の原因として「余水の水切」が大きく寄与している。すなわち、従来のグラブバケットでは、水中掘削すると土砂と一緒に余水まで掘削し、水を含んだ土砂を保持した状態でグラブが水面から上昇すると、その余水が水上での水切作業につながり、水面の濁りや施工ロスの原因になってしまう。

従来の余水・濁り対策として、「密閉型グラブバケット」や「ポンプ浚渫」などがあげられる（特許文献１〜４参照）。密閉型グラブバケットとは、各シェルの上部に下向き箱状又は板状の蓋が固定されており、シェルの掴み状態、即ち閉じ状態にあるときに、両シェルに固定されている蓋の先端部が互いに当接し、両シェルによって囲まれた内部の空間、即ちグラブの内部が密閉されて閉鎖状態となるように構成したものである。また、上記の対策を併用した技術が特許文献１，２に開示されている。特許文献１，２は、バックホウのグラブバケットの出入口に強制回動可能なフラップを取り付け、フラップは、出入口を開閉するとともにグラブバケット内を内方に向けて擦り動き、浚渫土を掻き上げ、その浚渫土は排送管を通して土運船に圧送されるようにしたものである。

特開2007-63935号公報 特開2008-45378号公報 特開2011-84372号公報 特開2010-255323号公報

しかし、密閉型グラブバケットは、グラブバケット自体を密閉し閉鎖することで内部に含まれる余水を排出しない方式であるため、グラブバケットを土運船上で開放したとき、余水が土運船に溜まってしまうことになり、土砂の含泥率が低下して施工効率が悪化してしまう。

本発明は、上述のような従来技術の問題に鑑み、水底で掘削したときにグラブバケット内に取り込まれてしまう余水を削減可能な浚渫用グラブバケットを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本実施形態による浚渫用グラブバケットは、吊りワイヤで吊り下げられる支持体と、前記支持体の下方に位置し左右に移動し開口部を開閉する左右一対のシェルと、前記支持体に回動可能に軸支される上端部と前記左右一対のシェルを回動可能に支軸で軸支する下端部とを有する左右一対のアームと、前記左右一対のシェルを回動可能に連結する連結軸と、を備え、前記連結軸を操作ワイヤで昇降させることで前記左右一対のシェルを、前記支軸を中心に回動させ左右に移動させて前記開口部を開閉させる浚渫用グラブバケットであって、前記左右一対のシェルの内部に前記連結軸と平行でかつ同一方向に延びた支軸を中心に回動自在な左右一対の移動部材を設け、前記移動部材は前記支軸を中心にした扇形状を有し、前記移動部材の内部が密閉された空洞に構成され、前記移動部材は、前記シェルが開いた状態から浚渫土砂を掘削しながら閉じる間に前記掘削された浚渫土砂が前記開口部から前記シェルの内部へ入り込むことで回動し、この回動により、前記シェルの内部の前記移動部材の回動方向に存在する水を押し出すように排出するとともに、前記移動部材が前記シェルの内部へと入り込んだ前記浚渫土砂を覆うように位置することを特徴とする。

この浚渫用グラブバケットによれば、開いたシェルが浚渫土砂を掘削しながら閉じる間にその浚渫土砂が開口部からシェルの内部へ入り込むことで移動部材がシェルの内部で移動することにより、シェルの内部の移動部材の移動方向に存在する水を押し出して排出するとともに、移動部材がシェルの内部へと入り込んだ浚渫土砂を覆うように位置する。このように、シェルの内部へと水が流入し難くなり、シェルの内部に水が存在する余地を減らすことができるので、水底で掘削したときにグラブバケット内に取り込まれてしまう余水を削減することができる。

上記浚渫用グラブバケットにおいて、前記移動部材の移動を、前記シェルの内部における下限位置と上限位置との範囲内に規制するための移動規制手段を有することが好ましい。

また、前記移動部材は、上方に移動したとき、その少なくとも一部が前記左右一対のシェルの上面から露出可能に構成されることで、シェルの内部の上方およびグラブバケットの上部に溜まった水を押し出し排出することができ、余水を削減することができる。

また、前記移動部材を、前記連結軸と平行でかつ同一方向に延びた支軸を中心に回動自在なフラップ部材から構成し、前記フラップ部材は前記掘削された浚渫土砂が前記開口部から前記シェルの内部へ入り込むことで回動するように構成することができる。

また、前記移動部材に重量調整手段を設け、水中における前記移動部材の重量の増減を調整するように構成することで、移動部材の重量を掘削対象の地山の性質（硬さ、N値）に適合させることができる。たとえば、移動部材の重量を増大させる場合は、重量調整手段として重量物を移動部材に取り付け、また、移動部材の重量を減少させる場合は、重量調整手段として浮力体を移動部材に取り付ける。

本発明によれば、水底で掘削したときにグラブバケット内に取り込まれてしまう余水を削減可能な浚渫用グラブバケットを提供することができる。

本実施形態によるグラブバケットを閉じた状態で概略的に示す正面図である。 図１のグラブバケットを開いた状態で概略的に示す正面図である。 図１のグラブバケットにおいてフラップ部材が回動し上部に位置するとともにシェルが閉じた状態を概略的に示す正面図である。 図１のグラブバケットにおけるフラップ部材の回動範囲を概略的に示す正面図である。 本実施形態のグラブバケットによる浚渫工程（ａ）〜（ｆ）を説明するための図である。 図１のグラブバケットのフラップ部材に重量調整部材を設けた例を概略的に示す、図２と対応する正面図である。 図６のグラブバケットを概略的に示す、図３と対応する正面図である。 図６，図７のフラップ部材を単独で概略的に示す斜視図であって、フラップ部材に重量調整部材の取り付け部材を固定した状態を示す図（ａ）、重量物である重量調整部材を取り付けた状態を示す図（ｂ）、および、浮力体である重量調整部材を取り付けた状態を示す図（ｃ）である。

以下、本発明を実施するための形態について図面を用いて説明する。図１は本実施形態によるグラブバケットを閉じた状態で概略的に示す正面図である。図２は図１のグラブバケットを開いた状態で概略的に示す正面図である。

図１，図２に示すように、本実施形態による浚渫用のグラブバケット１０は、吊りワイヤＷ１で吊り下げられる支持体１３と、支持体１３の下方に位置し左右に開閉する左右一対のシェル１１，１２と、支持体１３に回動可能に支軸１６，１７で軸支される上端部１４ａ，１５ａと左右一対のシェル１１，１２を回動可能に支軸１８，１９で軸支する下端部１４ｂ，１５ｂとを有する左右一対のアーム１４，１５と、左右一対のシェル１１，１２を回動可能に連結する連結軸２０と、を備える。

グラブバケット１０は、操作ワイヤＷ２と連結軸２０との間に配置された連結体２０ａを介して連結軸２０を操作ワイヤＷ２で昇降させることで左右一対のシェル１１，１２を、支軸１８，１９を中心に回動させて左右に開閉させるように構成されている。

左右一対のシェル１１，１２からグラブ２１が構成される。グラブバケット１０は、図１，図２の紙面垂直方向に所定長さに構成される。

左右一対のシェル１１，１２は、図１，図２の紙面垂直方向に延びて開口が形成されている開口部２２を有し、図１のようにグラブ２１が閉じた状態で開口部２２が互いに合わせられて閉じる。また、図２のようにグラブ２１が開いた状態で開口部２２が開放する。左右一対のシェル１１，１２の側面２４は閉じ、上面２５は開いた構造となっている。シェル１１，１２の側面２４は円弧状になっている。

図１のように、左右一対のシェル１１，１２が支軸１８，１９を中心にして回動しグラブ２１が閉じた状態で、グラブ２１の内部に浚渫土砂が保持される。図１のグラブ２１が閉じた状態から、操作ワイヤＷ２を鉛直方向下向きに下降させることで、図２のように左右一対のシェル１１，１２が支軸１８，１９を中心にして回動しグラブ２１が開いた状態になる。

図２のグラブ２１が開いた状態から、操作ワイヤＷ２を鉛直方向上向きに上昇させることで、図１のように左右一対のシェル１１，１２が支軸１８，１９を中心にして回動しグラブ２１が閉じる状態になる。この開いた状態から閉じるまでの間に水底で掘削が行われる。

図１，図２のように、グラブバケット１０は、左右一対のシェル１１，１２の内部にそれぞれ支軸３１ａ、３２ａを中心に回動自在に構成されたフラップ部材３１，３２を備える。支軸３１ａ、３２ａは、連結軸２０と図１のシェル１１，１２の下端との間に位置し、連結軸２０と平行でかつ同一方向に延びている。フラップ部材３１，３２は、支軸３１ａ、３２ａからシェル１１，１２の略半径方向に延びる第１側面部３１ｃ，３２ｃと、同じく第２側面部３１ｄ，３２ｄと、シェル１１，１２の円弧状側面２４の内側の周面に沿うように円弧状に構成された外周部３１ｂ，３２ｂと、を有し、支軸３１ａ、３２ａを中心にした扇形状に構成され、その内部は密閉された空洞になっている。

図２のように、左右一対のシェル１１，１２は、その開口部２２の近傍に下側ストッパ３３を有し、支軸１８，１９を中心にして回動しグラブ２１が開いた状態になっても、フラップ部材３１，３２は、第１側面部３１ｃ，３２ｃの一部がストッパ３３に当接して回動が下限位置で規制されて開口部２２から外部に突き出さないようになっている。

図３は、図１のグラブバケットにおいてフラップ部材が回動し上部に位置するとともにシェルが閉じた状態を概略的に示す正面図である。図４は、図１のグラブバケットにおけるフラップ部材の回動範囲を概略的に示す正面図である。

図３に示すように、グラブバケット１０において、シェル１１，１２が閉じ、シェル１１，１２の内部に浚渫土砂が入り込んでフラップ部材３１，３２が上部へ回動した場合、第１側面部３１ｃ，３２ｃがほぼ一直線に水平方向を向くとともに第２側面部３１ｄ，３２ｄがシェル１１，１２の上面２５から外部に露出する。このとき、第２側面部３１ｄ，３２ｄの一部に当接する上側ストッパ３４が図３のシェル１１，１２の上部に設けられている。この上側ストッパ３４の回動規制により、フラップ部材３１，３２は、シェル１１，１２の内部に浚渫土砂が入り込んで上部へ回動しても図３の上限位置よりも上部へは回動しない。

図４に示すように、グラブバケット１０において、フラップ部材３１，３２は、下側ストッパ３３と上側ストッパ３４とによる回動規制で、破線で示す下限位置と、一点鎖線で示す上限位置との間の範囲内で回動可能である。なお、下側ストッパ３３と上側ストッパ３４の各取り付け位置をずらすことで、フラップ部材３１，３２が回動したときの下限位置、上限位置を調整することができる。

次に、図１〜図４の浚渫用のグラブバケット１０を用いた浚渫工程について図５を参照して説明する。図５は本実施形態のグラブバケットによる浚渫工程（ａ）〜（ｆ）を説明するための図である。

港湾等において浚渫を行うためグラブバケット１０を、図５（ａ）のように、図２の開放状態として、クレーン船等のクレーン（図示省略）によって吊りワイヤＷ１で吊り下げ、水中を下降させる。

次に、図５（ｂ）のように、浚渫対象領域の水底Ｇにグラブバケット１０が着底すると、左右一対のシェル１１，１２の下端がグラブバケット１０の自重により水底Ｇから浚渫地盤内へのめり込み、その圧力により浚渫土砂がシェル１１，１２の開口部２２から内部に入り込むことで、フラップ部材３１，３２が支軸３１ａ、３２ａを中心にして矢印（破線で示す）の回動方向ｒへ上側に回動する。

次に、操作ワイヤＷ２を鉛直方向上向きに上昇させることで、図５（ｃ）のように、シェル１１，１２を閉じる方向に移動させ、この移動の間にシェル１１，１２は水底Ｇを掘削する。その掘削圧力により、掘削された浚渫土砂がシェル１１，１２の開口部２２から内部に入り込むことで、フラップ部材３１，３２が上側にさらに回動する。このようにしてフラップ部材３１，３２の回動とともにシェル１１，１２の内部に浚渫土砂が容れ込まれる。

次に、操作ワイヤＷ２を鉛直方向上向きにさらに上昇させることで、図５（ｄ）のように、シェル１１，１２をさらに閉じる方向に移動させ、シェル１１，１２は開口部２２で合わせられて閉じられ、掘削が終了する。この閉じられるまでの移動によって、浚渫土砂がさらに掘削され、その掘削圧力により、シェル１１，１２の開口部２２から内部に入り込むことで、フラップ部材３１，３２が上側にさらに回動し、その一部（第２側面部３１ｄ，３２ｄなど）がシェル１１，１２の上面２５から露出するとともに、浚渫土砂が入り込んだシェル１１，１２の内部では、その第１側面部３１ｃ、３２ｃが浚渫土砂を覆う位置になる。

上述のようにして、フラップ部材３１，３２の回動とともにシェル１１，１２の内部に浚渫土砂が容れ込まれてフラップ部材３１，３２が浚渫土砂を覆うとともに、フラップ部材３１，３２の一部がシェル１１，１２の上面２５から露出することで、シェル１１，１２の内部の水を排出する。

次に、図５（ｅ）のように、シェル１１，１２が閉じて内部に浚渫土砂を保持したグラブバケット１０を吊りワイヤＷ１で水中を上昇させて水面から吊り上げる。

次に、図５（ｆ）のように、グラブバケット１０をたとえば、近くに停船中の土運船（図示省略）へと移動させてから、操作ワイヤＷ２を鉛直方向下向きＶに下降させることでシェル１１，１２を開き、内部の浚渫土砂Ｄを船上に落下させて積み込む。シェル１１，１２が図５（ｆ）のように開き、内部から浚渫土砂Ｄが排出されると、フラップ部材３１，３２は、自重で支軸３１ａ、３２ａを中心にして下側に回動し、図２の元の下限位置にもどる。

次に、グラブバケット１０を次の浚渫対象位置へと移動させて、上述と同様の各工程を繰り返す。

本実施形態のグラブバケット１０によれば、開いたシェル１１，１２が浚渫土砂を掘削しながら閉じる間にその浚渫土砂が開口部２２からシェル１１，１２の内部へ入り込むことでフラップ部材３１，３２がシェル１１，１２の内部で回動する。これにより、シェル１１，１２の内部のフラップ部材３１，３２の回動方向に存在する水を上面２５へと押し出し、上面２５から排出するとともに、フラップ部材３１，３２がシェル１１，１２の内部へと入り込んだ浚渫土砂を覆うことで、シェル１１，１２の内部へと水が流入し難くなり、シェル１１，１２の内部に水が存在する余地を減らすことができる。このようにして、水底で掘削したときにグラブバケット１０内に取り込まれてしまう余水を削減することができる。

以上のように、浚渫時にグラブバケット１０内に取り込まれてしまう余水を削減できるので、土砂を保持したグラブバケット１０が水面から上昇したとき、余水の水切が発生し難くなる。このため、水面の濁りを防止できるとともに、余水が土運船に溜まってしまい土砂の含泥率が低下して施工効率が悪化するという施工ロスを防止できる。

また、本実施形態のグラブバケット１０では、下側ストッパ３３と上側ストッパ３４とを設けることで、フラップ部材３１，３２が下限位置および上限位置から外側に回動してしまうことを防止している。すなわち、シェル１１，１２が開いたとき、下側ストッパ３３により、フラップ部材３１，３２は、自重でシェル１１，１２の外部へと回動して外部に露出しないので、シェル１１，１２による掘削動作の邪魔にならない。また、グラブバケットが掘削時に浚渫土砂を掴み過ぎた場合、上側ストッパ３４により、グラブバケットの上面２５から浚渫土砂が漏れることを防止する。

次に、図１〜図４の浚渫用のグラブバケットのフラップ部材に重量調整部材を設けた例について図６〜図８を参照して説明する。図６は、図１のグラブバケットのフラップ部材に重量調整部材を設けた例を概略的に示す、図２と対応する正面図である。図７は、図６のグラブバケットを概略的に示す、図３と対応する正面図である。図８は、図６，図７のフラップ部材を単独で概略的に示す斜視図であって、フラップ部材に重量調整部材の取り付け部材を固定した状態を示す図（ａ）、重量物である重量調整部材を取り付けた状態を示す図（ｂ）、および、浮力体である重量調整部材を取り付けた状態を示す図（ｃ）である。

図６，図７のように、浚渫用のグラブバケット１０においてフラップ部材３１，３２の図の上側の側面３１ｄ、３２ｄに重量物である重量調整部材４１を取り付ける。重量調整部材４１は、たとえば、重量のある鋼板等の金属材料からなり、重量があるので、フラップ部材３１，３２の重量を増すことができる。重量調整部材４１の重量を調整することで、フラップ部材３１，３２の全体重量の増加量を調整できる。

また、図６、図７のフラップ部材３１，３２の側面３１ｄ、３２ｄにおける重量調整部材４１の位置に、浮力体である重量調整部材４２（図８（ｃ））を取り付ける。重量調整部材４２は、たとえば、浮き輪のような内部が空洞となったフロータからなり、水中でフロータに生じる浮力により、水中での掘削時にフラップ部材３１，３２の重量を減らすことができる。重量調整部材４２であるフロータの体積を調整することで、水中におけるフラップ部材３１，３２の全体重量の減少量を調整できる。

なお、フラップ部材３１，３２の側面３１ｄ、３２ｄにおける重量調整部材４１，４２の位置は、フラップ部材３１，３２の支軸３１ａ、３２ａからもっとも離れた外周部３１ｂ、３２ｂに近い部分が好ましく、フラップ部材３１，３２における回転モーメントの変化が大きい。このため、重量調整部材４１の重量、重量調整部材４２の体積が大きくなりすぎない。

次に、図６，図７の重量調整部材４１，４２をフラップ部材３１，３２に取り付ける取り付け機構について図８を参照して説明する。まず、図８（ａ）のように、フラップ部材３２の外周部３２ｂ近くの側面３２ｄ上に重量調整部材の取り付け部材としてボルト４５を溶接で固定しておく。次に、図８（ｂ）のように、重量調整部材４１（重量物）として一定重量の孔付き鋼板をボルト４５に通してから押さえ板４３を介してナット４４で締め込んで固定する。この場合、取り付ける鋼板の枚数により重量調整部材４１の重量を調整することができる。また、サイズを変えた鋼板を用意しておき、これにより重量を調整するようにしてもよい。

また、図８（ｃ）のように、重量調整部材４２（浮力体）として一定体積のドーナッツ型フロータをボルト４５に通してから押さえ板４３を介してナット４４で締め込んで固定する。この場合、取り付けるフロータの個数により水中での重量調整部材４２の浮力を調整することができる。また、体積を変えたフロータを用意しておき、これにより浮力を調整するようにしてもよい。

上述のように、フラップ部材３１，３２に重量調整部材４１，４２を取り付けることで、フラップ部材３１，３２の全体重量の増加・減少を調整できるので、フラップ部材の重量を地山の性質（硬さ、N値）に追従させることができる。なお、重量調整部材４１，４２をフラップ部材３１，３２に取り付ける取り付け機構は、図８の構成に限定されるものではなく、他の構成であってもよいことはもちろんであり、たとえばバンドで取り付ける構成であってもよい。

また、フラップ部材３１，３２の内部の空洞に水を流入・排出する構造とすることによって重量調整を行うこともできる。しかし、この水の流入・排出構造では、内部の空洞を水で満タンにするというような特別な場合を除いて、正確な重さがわからず、重量管理が難しく、また、水の流入・排出には手間がかかり、また、水の流入・排出だけでは、フラップ部材の重量を増やすだけで、水中でフラップ部材が重過ぎて回転できないような問題に対処できない。これに対し、図６〜図８のようにフラップ部材３１，３２に重量調整部材４１（重量物）または重量調整部材４２（浮力体）を設けることで、フラップ部材の重量の増減を簡易にかつ正確に調整することができ、掘削対象の地盤の性質（硬さ、N値）の変化対策に有効である。すなわち、地盤の性質（硬さ、N値）に対応できる理想的なフラップ部材の重量を算出し、この重量になるように重量調整部材４１，４２によってフラップ部材の重量を調整する。

また、地盤の性質（硬さ、N値）とフラップ部材の重量とのバランスを図ることができ、水中にグラブバケットを投下した際に浮力によってフラップ部材が回転しないようにフラップ部材の重量を重く調整する、また、フラップ部材が重すぎることで浚渫土が掘削時にプラップ部材を押し出すように回動させることができないことを防ぐためにフラップ部材の重量を軽く調整する、といったことが可能である。

また、重量調整部材４２（浮力体）としてフロータを用いたが、これに限定されず、他の手段を用いてもよく、重量調整部材４２（浮力体）を、たとえば、発泡スチロールなどの軽量材料から構成し、体積を変えることで浮力を調整することができる。

以上のように本発明を実施するための形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で各種の変形が可能である。例えば、本実施形態のフラップ部材３１，３２は、これに限定されず、たとえば、板状体等であってもよいが、厚みを増やすことで、グラブバケット上部の余水を押し出すことができる。

１０ グラブバケット
１１，１２ 左右一対のシェル、シェル
２１ グラブ
２２ 開口部
２４ 側面、円弧状側面
２５ 上面
３１，３２ フラップ部材（移動部材）
３１ａ，３２ａ 支軸
３１ｂ，３２ｂ 外周部
３１ｃ，３２ｃ 第１側面部
３１ｄ，３２ｄ 第２側面部
３３ 下側ストッパ
３４ 上側ストッパ
４１，４２ 重量調整部材（重量調整手段）
Ｄ 浚渫土砂
Ｇ 水底
Ｗ１ 吊りワイヤ
Ｗ２ 操作ワイヤ

Claims (4)

1. 吊りワイヤで吊り下げられる支持体と、前記支持体の下方に位置し左右に移動し開口部を開閉する左右一対のシェルと、前記支持体に回動可能に軸支される上端部と前記左右一対のシェルを回動可能に支軸で軸支する下端部とを有する左右一対のアームと、前記左右一対のシェルを回動可能に連結する連結軸と、を備え、前記連結軸を操作ワイヤで昇降させることで前記左右一対のシェルを、前記支軸を中心に回動させ左右に移動させて前記開口部を開閉させる浚渫用グラブバケットであって、
   前記左右一対のシェルの内部に前記連結軸と平行でかつ同一方向に延びた支軸を中心に回動自在な左右一対の移動部材を設け、
   前記移動部材は前記支軸を中心にした扇形状を有し、前記移動部材の内部が密閉された空洞に構成され、
   前記移動部材は、前記シェルが開いた状態から浚渫土砂を掘削しながら閉じる間に前記掘削された浚渫土砂が前記開口部から前記シェルの内部へ入り込むことで回動し、この回動により、前記シェルの内部の前記移動部材の回動方向に存在する水を押し出すように排出するとともに、前記移動部材が前記シェルの内部へと入り込んだ前記浚渫土砂を覆うように位置することを特徴とする浚渫用グラブバケット。
2. 前記移動部材の移動を、前記シェルの内部における下限位置と上限位置との範囲内に規制するための移動規制手段を有する請求項１に記載の浚渫用グラブバケット。
3. 前記移動部材は、上方に移動したとき、その少なくとも一部が前記左右一対のシェルの上面から露出可能に構成されている請求項１または２に記載の浚渫用グラブバケット。
4. 前記移動部材に重量調整手段を設け、水中における前記移動部材の重量の増減を調整するように構成した請求項１乃至３のいずれか１項に記載の浚渫用グラブバケット。

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