JP6308990B2 - 地中障害物除去用アタッチメントおよび地中障害物除去方法 - Google Patents

Description

本発明は、地中障害物除去用アタッチメントおよび地中障害物除去方法に関する。さらに詳しくは、静荷重により杭を地中に圧入する杭圧入機に取付けて使用される地中障害物除去用アタッチメントおよび地中障害物除去方法に関する。

図１０は従来より用いられている単独圧入機とその作業要領を示している。
単独圧入機の圧入機本体Ｂは、サドル１と、サドル１に対し前後方向（図中左右方向であり、圧入施工の進行方向の前方と後方をいう）にスライドするスライドフレーム２と、スライドフレーム２に立設されたリーダマスト３とを備えている。また、リーダマスト３の前方にはチャックフレーム４が適宜のガイドで案内されて昇降可能に取付けられ、かつチャックフレーム４の下端には、チャック５が旋回自在に取付けられている。そして、リーダマスト３とチャックフレーム４との間にはメインシリンダ６が取付けられており、チャックフレーム４を昇降させるようになっている。
一方、サドル１の下方には圧入済みの反力杭Ｐを掴むクランプ７が数本設けられており、圧入機本体Ｂを安定的に支持できるようになっている。

鋼矢板等の杭の圧入施工は、クランプ７で圧入済みの反力杭Ｐをつかんで、圧入機本体Ｂを安定的に支持し、チャック５で新しい杭Ｐｎをつかんだ状態でメインシリンダ６を作動させチャックフレーム４を下降させることにより、静荷重で新しい杭Ｐｎを地中に圧入させていく。そして、かかる作業を連続して繰り返すことで、多数本の杭Ｐを計画線に沿って圧入することができる。

ところで、杭を圧入する地中が軟弱地盤であれば特に問題なく圧入できるが、地中に転石等の障害物があれば静荷重での杭圧入はできなくなる。そして、地中の状況は予め把握することはできないため、施工作業中に杭が地中障害物に衝突して作業中断することも生じる。

地中障害物に接触した場合は、いったん杭を引き抜いた上で、次の二つのうちいずれかの対策をとっていた。
第１の方法は掘削機等により、その地盤周辺を掘削して地中障害物を除去する方法である。
ただし、この方法によると、掘削機のバケットの移動軌跡等の制約から必要以上の範囲を掘削する必要があり、後で埋め戻しが必要となって周辺地盤の緩みが発生するという問題があった。また、水上施工の場合は掘削機による掘削は不可能であった。

第２の方法は、特許文献１に示すような硬質地盤対応の専用圧入機を用いる方法である。硬質地盤専用圧入機は、杭圧入機構の外にケーシングオーガを備えているもので、オーガを回転させながら地中に掘進させ、破砕した地中障害物をケーシングを通じて地上に排出することによって地中障害物を除去できる。

しかしながら、この対応をとる場合は、予じめ硬質地盤専用圧入機を現場に用意しておくか、あるいは必要が生じたとき現場へ搬送する必要が生じ、前者の対応は施工コストが高くなり、後者に対応は工期延長につながる。また、硬質地盤専用圧入機を稼働させるために、工程の段取り替えが必要となるので、この点からも工期や工費が増大するという問題があった。

特開平１０−１９５８７２号公報

本発明は上記事情に鑑み、地中障害物を発見した場合に、現に施工中の単独圧入機を用いて地中障害物を除去して、工期や工費を増大させることなく施工を継続できる地中障害物除去用アタッチメントおよび地中障害物除去方法を提供することを目的とする。

第１発明の単独圧入機における地中障害物除去用アタッチメントは、圧入機本体が具備する上下に移動する昇降部材に着脱自在に取付けて、使用される地中障害物除去用アタッチメントであって、前記昇降部材は、杭を把持するためのチャックを有し、該地中障害物除去用アタッチメントは、オーガスクリュウを縦向きの状態で貫通させて把持する貫通型であり、前記チャックで把持可能な固定部と、前記オーガスクリュウの外周を把持して回転させる把持回転機構とを備えており、前記把持回転機構は、前記固定部の上端部に固定されていることを特徴とする。
第２発明の地中障害物除去用アタッチメントは、第１発明において、前記把持回転機構は、上下方向に貫通するケーシングの内周に円周方向等間隔に配置した複数枚の把持板を開閉シリンダで開閉する把持機構を備え、前記把持板は、前記ケーシング内で上下方向に延び、その上端部と下端部に開閉シリンダが配置されていることを特徴とする。
第３発明の地中障害物除去用アタッチメントは、第１または第２発明において、前記オーガスクリュウの掘進ガイドを備えており、該掘進ガイドは、前記オーガスクリュウの回転を許容しながら保持する保持部と、先行して地中に配置された先行杭材の開放された継手に嵌合して昇降する係合部を有することを特徴とする。
第４発明の地中障害物除去方法は、請求項１、２または３記載の地中障害物除去用アタッチメントを用いた地中障害物除去方法であって、（１）前記地中障害物除去用アタッチメントの固定部がチャックで把持されることで圧入機の昇降部材に固定された地中障害物除去用アタッチメントでオーガスクリュウの外周を把持し、オーガスクリュウを回転可能な状態にセットするセット工程（２）前記オーガスクリュウを回転させた状態で前記昇降部材を下降させ、オーガスクリュウを地中に貫入させる貫入工程（３）所定の位置まで前記昇降部材が下降したらオーガスクリュウの回転を止めるか、逆回転させながら前記昇降部材を上昇させる上昇工程を含み、前記（１）〜（３）の各工程をその順に繰り返すことにより、地中の所定の深さまでオーガスクリュウを貫入させて地中障害物を除去することを特徴とする。

第１発明によれば、つぎの効果を奏する。
ａ）単独圧入機が本来備えているチャックの把持によりアッタチメントの固定部を固定できるので、余分な部材を用いることなく、かつ、圧入機本体に加工することもなく、簡便にアタッチメントを杭圧入機に取付けることができる。
ｂ）固定部はチャックで把持できることから強固に固定できる。
ｃ）単独圧入機の昇降部材にアタッチメントを取付けて、該アタッチメントの把持回転機構でオーガスクリュウを把持して回転させながら、昇降機構で下向きに下降させるとオーガスクリュウが地中に掘進するので、地中の石等の障害物を破砕して除去することができる。
ｄ）アタッチメントは必要なときのみ取付けて使用すればよいので、平常作業は硬質地盤専用圧入機を用いることなく通常の単独圧入機で杭を施工できる。
第２発明によれば、把持機構の把持板は円周方向等間隔に複数枚配置していることで、オーガスクリュウを正確に同軸に把持でき、しかも各把持板は上下両端部を開閉シリンダで押圧力を加えられることにより、オーガスクリュウに傾斜を生じさせることなく、真直度を正確に保つことができる。
第３発明によれば、掘進ガイドの保持部と係合部により、先行して地中に配置された先行杭材の開放された継手から水平方向に離間した所定の位置にオーガスクリュウを保持できるので、オーガスクリュウを垂直下方に掘進させて地中に存在する障害物を確実に破砕することができる。
第４発明により、セット工程と貫入工程と上昇工程を繰り返えせば、昇降部材の昇降ストロークの短い単独圧入機を用いても、深い地中にある障害物を破砕して除去することができる。

本発明の一実施形態に係る地中障害物除去用アタッチメントＡの要部断面側面図である。 地中障害物除去用アタッチメントＡの圧入機本体Ｂに取付けた状態の平面図である。 回転把持機構２０の開閉動作説明図である。 地中障害物除去用アタッチメントＡを圧入機本体Ｂに取付けた状態の側面図である。 図４のV-V線で示すチャック５の横断面図である。 オーガスクリュウＯの掘進ガイド４０の説明図である。 図６におけるVII-VII線横断面図である。 オーガスクリュウＯの他の例の説明図である。 本発明に係る地中障害物除去方法の作業工程図である。 単独圧入機とそれを用いた杭圧入作業の説明図である。

つぎに、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。
（基本概念）
本発明の基本概念は、鋼矢板等の杭を静荷重で圧入する単独圧入機に地中障害物除去機能を持たせるため、圧入機本体に着脱自在な地中障害物除去用アタッチメント（以下、単にアタッチメントということがある。）を取付けて使用するというものである。地中障害物除去機能を直接担う部材はオーガスクリュウであり、本発明に係るアタッチメントは、オーガスクリュウを回転させる機能と圧入機本体に取付けるための部材を有する。

本明細書でいう「単独圧入機」とは、圧入機が加える静荷重で杭を圧入する型式の圧入機をいい、硬質地盤掘削用のパイルオーガ機能を有しない圧入機をいう。
オーガスクリュウＯ自体は公知の部材で、図１に示すように、長尺円筒状のスクリュウ軸Ｏ１とその外周に螺旋状に形成されたスクリュウ羽根Ｏ２とを有し、かつ先端（下端）には掘削爪Ｏ３を有している。

（地中障害物除去用アタッチメント）
図１〜図３に基づき、地中障害物除去用アタッチメントＡの詳細を説明する。
アタッチメントＡは、大きく分けて固定部１０と把持回転機構２０とからなる。
固定部１０は把持回転機構２０を支持すると共に、圧入機本体の昇降部材に取付けられる部材である。特許請求の範囲にいう「昇降部材」とは、杭を圧入するために上下方向に昇降する部材をいう。

前記固定部１０は、前記昇降部材に着脱自在に取付けうる部材であればどのような形状の部材でもよい。本実施形態では、後述するように昇降部材として、チャックフレーム４およびチャック５を採用しているので、チャック５で把持できる部材を用いている。

すなわち、図１の拡大図（Ｂ）（ｂ−ｂ線断面図）に示すように、固定部１０は断面形状が公知のＵ形鋼矢板と略同形である。この形状であると、後に詳述するように、チャック５で強固に把持することができる。

本実施形態では、圧入機本体Ｂ（図４参照）が本来備えているチャック５の把持によりアッタチメントＡを固定できるので、圧入機本体Ｂに何らかの加工をすることもなく、また余分な部材を用いることもなく、簡便かつ強固にアタッチメントＡを杭圧入機に取付けることができる。また、アタッチメントＡの固定部１０も鋼矢板状のシンプルな構造を採用できる。

本発明のアタッチメントＡでは、固定部１０の昇降部材への取付けは、着脱自在であればとくに制限なく種々の手段を採用できる。たとえば、適宜の取付ブラケットとピンやボルト等の組合せによりチャックフレーム４やメインシリンダ６のチューブに固定部１０を取付ける手段を採用してもよい。

前記固定部１０の上端部には、把持回転機構２０が取付けられている。
図１および図２に示すように、把持回転機構２０は円筒状のケーシング２１を備えており、このケーシング２１は上下方向に貫通している。このように上下方向に貫通したケーシング２１内にはオーガスクリュウＯを縦向きの状態で貫通させることができるので、本明細書ではこれを「貫通型」と称する。

前記ケーシング２１の内周には、把持機構２２が配置されている。把持機構２２は円周方向に沿って配置した３枚の把持板２３とそれを開閉させる開閉シリンダ２４からなる。各把持板２３はケーシング２１内で円周方向で等分に配置されている。また、その形状は平面視で円弧状に形成されており、その曲率はオーガスクリュウＯの外周円弧面と略同一となっている。さらに、各把持板２３は上下方向にある程度の長さを有しており、オーガスクリュウＯを把持したとき、オーガスクリュウＯの真直度を保ちやすくしている。

３枚の把持板２３の外側には油圧シリンダで構成された開閉シリンダ２４が配置され、かつ各開閉シリンダ２４はケーシング２１と各把持板２３との間に取付けられている。また、開閉シリンダ２４は、各把持板２３のそれぞれに対し、上端部と下端部の双方に配置されている。

図示の実施形態では、開閉シリンダ２４のシリンダを把持板２３側に取付け、ピストンロッドをケーシング２１側に取付けているが、これを逆にしてシリンダをケーシング２１側に取付け、ピストンロッドを把持板２３側に取付けてもよい。
また、開閉シリンダ２４を備えない、固定された把持板２３に向けて、開閉シリンダ２４を備えた他の把持板２３を摺動させてオーガスクリュウＯを把持する構造であってもよい。
ケーシング２１には開閉シリンダ２４を受入れたり伸縮動作時のガイドを兼ねる収容部２４ｇ（図３参照）が設けられている。

図３に基づき把持板２３の開閉動作を説明する。
図３の（Ａ）は開閉シリンダ２４を収縮させた開放状態を示しており、把持板２３とオーガスクリュウＯの外周との間には隙間が生じている。この状態では把持機構２２の内部にオーガスクリュウＯを移動式クレーン等で吊り下げた状態で自在に挿入抜去することができる。

同図の（Ｂ）は開閉シリンダ２４を伸長させた閉止状態を示しており、把持板２３の円周面はオーガスクリュウＯの外周面に強く押圧されてオーガスクリュウＯを強固に固定している。この状態では、後に詳述するように、オーガスクリュウＯを正逆両方向に自在に回転させることができる。

前記把持機構２２の把持板２３は円周方向等間隔に３枚を有していることで、オーガスクリュウＯを正確に同軸に把持でき、しかも各把持板２３は上下両端部を油圧シリンダ２４で押圧力を加えられることにより、オーガスクリュウＯに傾斜を生じさせることなく、真直度を正確に保つことができる。なお、図示の実施形態では把持板２３と開閉シリンダ２４のセットを３セット用いているが、これを４セット用いて中心対称に配置してもよく、このセット数は任意に適宜変更可能である。

上記ケーシング２１の下端、換言すれば固定部１０の上端には回転機構２５が取付けられている。回転機構２５は、ケーシング２１側のギヤ２６とこれに噛み合ったギヤ２７とこのギヤ２７を回転させるモータ２８とからなる。
ギヤ２６，２７はギヤケース２９内に収められ、このギヤケース２９は前記固定部１０の上端部に固定されている。

また、ギヤケース２９には適宜の架台を介して制御ボックス３０が取り付けられている。この制御ボックス３０内には開閉シリンダ２４を開閉制御するバルブとモータ２８を駆動制御する制御部が収められている。

上記構成により、アタッチメントＡはオーガスクリュウＯを挿入して把持し回転させることができ、かつ把持を開放してオーガスクリュウＯを挿入抜去することができる。オーガスクリュウＯの挿入抜去には移動式クレーン等を用いればよい。
前記把持機構２２によるオーガスクリュウＯの把持は、オーガスクリュウＯの長手方向全長のどの位置でも行うことができる。また、回転機構２５によるオーガスクリュウＯの回転は、制御ボックス３０を介してのオペレータ制御により、正逆切換えが自在であり、かつエンドレスで回転させることができる。

（アタッチメントの使用方法）
つぎに、図４および図５に基づき、アタッチメントＡの使用方法を説明する。
図５に示すように、アタッチメントＡの固定部１０をチャック５に挿入し、固定部１０の背面を固定爪５ａに当てた状態で、杭チャックシリンダ５ｂで押圧する。こうすることにより固定部１０をチャック５に強固に固定できる。

なお、杭チャックシリンダ５ｂを収縮させると押圧力が解除されるので、アタッチメントＡの固定部１０を簡単に引き抜くことができる。
固定部１０のチャック５に対する挿入抜去は、施工現場に配置される移動式クレーン等でアタッチメントＡ全体を吊上げ吊降すことにより容易になしうる。

図４に示すように、把持回転機構２０でオーガスクリュウＯを把持して、回転させる。そして、メインシリンダ６の収縮動作でチャックフレーム４およびチャック５を下降させるとオーガスクリュウＯも下降するので、オーガスクリュウＯの先端の掘削爪Ｏ３で地中を掘進させることができる。また、メインシリンダ６を伸長させるとチャックフレーム４およびチャック５と共にオーガスクリュウＯを上昇させることができる。

（掘進ガイド）
図６および図７に基づき掘進ガイド４０を説明する。
掘進ガイド４０は、保持部４１と係合部４５とからなる。
保持部４１は、円筒形の部材で、オーガスクリュウＯの回転を許容しながら保持する回転軸受４２を内蔵している。また、係合部４５は保持部４１に取付けられたブラケット４６とこのブラケット４６にボルト等で固定されるガイド爪４７とからなる。
ガイド爪４７は、図７に示すように、杭Ｐの継手ｊに嵌合し、かつ上下に摺動可能な爪部材である。

なお、オーガスクリュウＯは、図６に示すように、保持部４１が嵌る部分はスクリュウ羽根Ｏ２の形成してないものが用いられる。

図６および図７に示すように、掘進ガイド４０を用いると、先行して地中に配置された先行杭材Ｐの開放された継手ｊに嵌合して掘進ガイド４０が昇降するので、オーガスクリュウＯが先行杭材Ｐに対し正確に平行を保って地中に貫入される。つまり、掘進ガイド４０の保持部４１と係合部４５により、先行して地中に配置された先行杭材Ｐの開放された継手ｊから水平方向に離間した所定の位置にオーガスクリュウＯを保持できるので、オーガスクリュウＯを垂直下方に掘進させて地中に存在する障害物を確実に破砕することができる。この結果、掘進穴が傾斜しないため、掘進後に杭を圧入する際に新しい杭Ｐｎが真直を維持した状態で圧入されることになる。

本発明においては、必ずしも掘進ガイドを利用する必要はない。
この場合には、オーガスクリュウＯには、図８に示すようなスクリュウ羽根Ｏ２の切欠き部の無いタイプを用いることができる。ただし、オーガスクリュウＯの先端（下端）には、掘削爪Ｏ３がジョイント部０４を介して取付けられる。
ジョイント部０４はオーガスクリュウＯの軸に対し掘削爪Ｏ３を回転不能に拘束する四角形や五角形の角柱部とこれを受け入れる角状孔０５とより構成される。

（地中障害物除去方法）
つぎに、図９に基づき、本発明の地中障害物除去方法を説明する。
図（Ａ）は、地中に転石等の障害物ｓがある状態を示している。通常は地中障害物ｓは杭圧入前には発見できないため、図４または図１０に示すような単独圧入機で施工している間に気付くことになる。

この場合には、既述したように、圧入機本体Ｂに地中障害物除去用アタッチメントＡを取付け、（１）地中障害物除去用アタッチメントＡでオーガスクリュウＯの外周を把持し、オーガスクリュウＯを回転可能な状態にセットするセット工程を実行する。ついで、（２）オーガスクリュウＯを回転させた状態で杭圧入機の昇降部材（図示の実施形態ではチャックフレーム４）を下降させ、オーガスクリュウＯを地中に貫入させる貫入工程を実行する。この場合に図（Ｂ）から図（Ｃ）に示すようにオーガスクリュウＯが地中に掘進して、地中の転石ｓ等を砕いたり横へ寄せて障害物を排除する。地中の土や石はオーガスクリュウＯのスクリュウ羽根Ｏ２によって地上に排出される。

そして、（３）所定の位置までオーガスクリュウＯが下降したらオーガスクリュウＯの回転を止めるか、逆回転させながら、昇降部材（チャックフレーム４）を上昇させる上昇工程が実行される（図（Ｄ）参照）。なお、把持回転機構２０によるオーガスクリュウＯの把持を解除し、移動式クレーン等でオーガスクリュウＯを吊り上げて、地中から抜去してもよい。

一度の掘進で障害物排除が不充分な場合は前記（１）〜（３）の各工程をその順に繰り返すことにより、地中の所定の深さまでオーガスクリュウＯを貫入させて地中障害物を除去する。本発明の把持回転機構２０は貫通型であるので、アタッチメントの全高に関わらず、長いオーガスクリュウＯを使うことができ、地中の深い場所にある転石等も問題なく除去することができる。

本発明の除去方法により、セット工程（１）と貫入工程（２）と上昇工程（３）を繰り返せば、昇降部材の昇降ストロークの短い杭圧入機を用いても、深い地中にある障害物を破砕して除去することができる。

以上のように、本発明のアタッチメントＡおよび本発明の地中障害物除去方法によれば、杭圧入機の昇降部材（チャックフレーム４）にアタッチメントＡを取付けて、そのアタッチメントＡの把持回転機構２０でオーガスクリュウＯを把持して回転させながら、昇降機構（チャックフレーム４）で下向きに下降させると地中に掘進するので、地中の石等の障害物を破砕して除去することができる。

しかも、アタッチメントＡは必要なときのみ取付けて使用すればよいので、転石等が出現しない平常作業においては通常の単独圧入機で杭を施工できる。そして、転石等の地中障害物が出現した場合でも、硬質地盤専用圧入機を使用する必要はないので、施工費用を削減でき、かつ施工工期を短縮できる。

Ａ 地中障害物除去用アタッチメント
Ｂ 圧入機本体
Ｏ オーガスクリュウ
４ チャックフレーム
５ チャック
１０ 固定部
２０ 把持回転機構
２１ ケーシング
２２ 把持機構
２３ 把持板
２４ 開閉シリンダ
２５ 回転機構
２６，２７ ギヤ
３０ 制御ボックス

Claims (4)

1. 圧入機本体が具備する上下に移動する昇降部材に着脱自在に取付けて、使用される地中障害物除去用アタッチメントであって、
   前記昇降部材は、杭を把持するためのチャックを有し、
   該地中障害物除去用アタッチメントは、
   オーガスクリュウを縦向きの状態で貫通させて把持する貫通型であり、
   前記チャックで把持可能な固定部と、
   前記オーガスクリュウの外周を把持して回転させる把持回転機構とを備えており、
   前記把持回転機構は、前記固定部の上端部に固定されている
   ことを特徴とする地中障害物除去用アタッチメント。
2. 前記把持回転機構は、上下方向に貫通するケーシングの内周に円周方向等間隔に配置した複数枚の把持板を開閉シリンダで開閉する把持機構を備え、
   前記把持板は、前記ケーシング内で上下方向に延び、その上端部と下端部に開閉シリンダが配置されている
   ことを特徴とする請求項１記載の地中障害物除去用アタッチメント。
3. 前記オーガスクリュウの掘進ガイドを備えており、
   該掘進ガイドは、前記オーガスクリュウの回転を許容しながら保持する保持部と、
   先行して地中に配置された先行杭材の開放された継手に嵌合して昇降する係合部を有する
   ことを特徴とする請求項１または２記載の地中障害物除去用アタッチメント。
4. 請求項１、２または３記載の地中障害物除去用アタッチメントを用いた地中障害物除去方法であって、
   （１）前記地中障害物除去用アタッチメントの固定部がチャックで把持されることで圧入機の昇降部材に固定された地中障害物除去用アタッチメントでオーガスクリュウの外周を把持し、オーガスクリュウを回転可能な状態にセットするセット工程
   （２）前記オーガスクリュウを回転させた状態で前記昇降部材を下降させ、オーガスクリュウを地中に貫入させる貫入工程
   （３）所定の位置まで前記昇降部材が下降したらオーガスクリュウの回転を止めるか、逆回転させながら前記昇降部材を上昇させる上昇工程を含み、
   前記（１）〜（３）の各工程をその順に繰り返すことにより、地中障害物を除去する
   ことを特徴とする地中障害物除去方法。