JP6534859B2 - 杭打ち装置およびこれを用いた杭打ち方法 - Google Patents

Description

本発明は、杭（支柱を含む）を地中に圧入する杭打ち装置およびこれを用いた杭打ち方法に係り、特に、太陽電池パネル等の設備を設置するための杭の圧入に好適な杭打ち技術に関する。

杭を地中に圧入する杭打ち技術として、例えば特許文献１に記載のものが開示されている。特許文献１に開示される杭打ち装置は、走行台車と、走行台車上に旋回可能に設けられた旋回台と、旋回台上に設けられたキャビンおよびブームと、ブーム先端に枢支されたアームとを備え、ブームおよびアームが油圧機構により起伏可能な建設車両を用い、その建設車両のアーム先端に油圧ブレーカを取付けている。
そして、先端に球体部を有するチゼルを油圧ブレーカに装着するとともに、球体部を囲繞する打撃ヘッドを装着し、打撃ヘッドの先端に「杭」の上端部を着脱可能に嵌合させて支持するように構成されている。これにより、同文献に開示される杭打ち装置を用いた杭打ち方法によれば、油圧ブレーカの傾動を球体部で許容しつつ、油圧ブレーカの自重、油圧ブレーカの打撃力および油圧ショベルの自重により「杭」を地中に圧入することができる。

特開２０１３−１７７７６５号公報（第１図）

しかしながら、特許文献１記載の杭打ち方法は、油圧ブレーカの打撃力を用いて「杭」を地中に圧入するので、油圧ブレーカのピストンがチゼルを打撃する音が「杭」を伝わり拡散する。そのため、低騒音の油圧ブレーカを用いても、騒音規制法の基準値を超える騒音が発生するおそれがある。
そこで、本発明は、このような問題点に着目してなされたものであって、低騒音の杭打ち作業が可能な杭打ち装置およびこれを用いた杭打ち方法を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明の一態様に係る杭打ち装置は、建設車両のアーム先端に取付けられて圧入対象である杭を地中に圧入する杭打ち装置であって、前記アームの先端に取付けられる装着部と、該装着部に連結される振動発生部と、該振動発生部に装着されて自身下方に球体部を有する振動伝達部と、該振動伝達部の前記球体部に装着される圧入ヘッドとを備え、前記振動発生部は、偏心錘の回転によって前記杭の軸方向に沿った方向を振動発生方向とする振動を発生させる振動発生機構を有し、前記圧入ヘッドは、前記振動発生方向に沿った軸を中心とする回転を許容するように前記球体部を囲繞する凹球面部と、当該圧入ヘッドの下部に設けられて前記杭の上端部をその軸方向に沿って着脱可能に嵌合させて支持する嵌合凹部と、を有し、前記振動発生部は、当該振動発生部を前記振動発生方向に沿って直線運動させるように支持する四節リンク機構を介して前記装着部に連結されていることを特徴とする。

本発明の一態様に係る杭打ち装置によれば、振動発生機構を有する振動発生部を備え、振動発生部は、偏心錘の回転によって杭の軸方向に沿った方向を振動発生方向とする振動を発生させることができる。そして、圧入ヘッドは、振動発生方向に沿った軸を中心とする回転を許容するように振動伝達部の球体部を囲繞する凹球面部と、当該圧入ヘッドの下部に設けられて杭の上端部をその軸方向に沿って着脱可能に嵌合させて支持する嵌合凹部とを有するので、振動伝達部の球体部を介することで、圧入ヘッドの嵌合凹部で杭の上端部を支持しつつ、振動発生部で発生させた振動発生方向の振動を用いて杭を地中に圧入することができる。そのため、本発明の一態様に係る杭打ち装置によれば、油圧ブレーカのような金属打撃を用いないので、発生する騒音を著しく低減することができる。
また、Ｎ値の低い土質においては、油圧ブレーカのような金属打撃を用いた杭打ち工法よりも効率的な杭打ち作業を提供できる。特に、傾斜地での杭打ち作業が多い太陽電池パネルを設置するための支柱の圧入に好適である。さらに、掘削作業と杭打作業との換装時には、ツース部分を交換するのみで容易に対応可能である。

なお、本発明の一態様に係る杭打ち装置において、前記圧入ヘッドは、前記凹球面部の上部にテーパ穴を有し、前記テーパ穴は、前記振動発生方向に対して前記杭の軸の所定角度の傾動を許容するように形成されていることは好ましい。このような構成であれば、圧入ヘッドが振動発生方向に対して杭の軸の所定角度の傾動を許容するので、杭の打ち込み作業時の、杭打ち装置の軸回りのこじれを防止または抑制する上で好適である。
ここで、上記特許文献１記載の杭打ち方法では、油圧ブレーカの構造上、チゼルが最も引っ込んだ状態でしか杭を打撃できない。そのため、常に杭の打込みに従って油圧ブレーカの姿勢を調整しながら打撃を加えなければばらないため、Ｎ値の低い地盤では過剰速度となり傾斜施工するおそれがある。

これに対し、本発明の一態様に係る杭打ち装置において、前記振動発生部は、当該振動発生部を前記振動発生方向に沿って直線運動させるように支持する四節リンク機構を介して前記装着部に連結されている。これにより、振動発生部が四節リンク機構により振動発生方向に沿って直線運動するので、油圧ブレーカほど姿勢を随時に調整する必要がなく、かつ、杭の圧入方向に沿った振動により、Ｎ値の低い地盤での杭打ちを行うに際してより好適といえる。また、四節リンク機構を介して振動発生部を装着部に連結することにより、振動発生方向に沿って圧入される杭の直進性も良好なので、傾斜施工を防止する上でより好適である。

また、上記課題を解決するために、本発明の一態様に係る杭打ち方法は、建設車両のアーム先端に取付けられて圧入対象である杭を地中に圧入する杭打ち装置を用いた杭打ち方法であって、前記杭打ち装置として、本発明の一態様に係る杭打ち装置を用い、前記圧入ヘッドの前記嵌合凹部で前記杭の上端部を支持しつつ、前記振動発生部で発生させた前記振動発生方向の振動を用いて前記杭を地中に圧入することを特徴とする。
本発明の一態様に係る杭打ち方法によれば、本発明の一態様に係る杭打ち装置を用い、圧入ヘッドの嵌合凹部で杭の上端部を支持しつつ、振動発生部で発生させた振動発生方向の振動を用いて杭を地中に圧入するので、油圧ブレーカのような金属打撃を用いないので、発生する騒音を著しく低減することができる。

上述のように、本発明によれば、低騒音の杭打ち作業が可能である。

本発明の一態様に係る杭打ち方法を実施する杭打ち装置が装着された建設車両の一実施形態である油圧ショベルを説明する正面図であり、同図は油圧ショベルのブームおよびアームのリンクモーションの範囲を併せて図示している。 本発明の一態様に係る杭打ち装置の一実施形態を説明する図であり、同図（ａ）は、四節リンク機構の揺動運動範囲で振動アームが圧入方向に前進した状態を示し、同図（ｂ）は、振動アームが後退した状態を示し、同図（ｃ）は振動発生部の偏芯質量歯車の詳細を示す。 本発明の一態様に係る杭打ち装置を構成する圧入ヘッドの第一実施形態を説明する図であり、同図（ａ）は正面図、（ｂ）は底面図である。 本発明の一態様に係る杭打ち装置を構成する圧入ヘッドの第二実施形態を説明する図であり、同図（ａ）は正面図、（ｂ）は底面図である。 図１の油圧ショベルに装着された杭打ち装置で杭を地中に圧入する杭打ち方法の一例を説明する図であり、同図（ａ）は杭の圧入前の状態を示し、同図（ｂ）は杭の圧入後の状態を示している。 本実施形態の杭打ち装置による杭の圧入に伴う振動発生部の姿勢変化を説明する図であり、同図（ａ）は油圧ブレーカを用いた比較例を示し、同図（ｂ）は本実施形態の振動発生部を用いた実施例を示している。

以下、本発明の一態様に係る杭打ち方法を実施する杭打ち装置を備える建設車両の一実施形態について、図面を適宜参照しつつ説明する。なお、図面は模式的なものである。そのため、厚みと平面寸法との関係、比率等は現実のものとは異なることに留意すべきであり、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている。また、以下に示す実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記の実施形態に特定するものではない。

図１に示すように、この建設車両１０は、下部に走行台車１を備え、走行台車１上には、旋回台２が旋回可能に設けられている。旋回台２上には、運転席３と、油圧機構であるブームシリンダ６によって起伏可能なブーム４とが設けられている。ブーム４の先端にはアーム５が枢支され、アーム５は、油圧機構であるアームシリンダ７によって起伏可能とされている。
アーム５の先端には、杭打ち装置１９が装着されている。杭打ち装置１９は、建設車両１０への装着部を構成するブラケット２１を有し、ブラケット２１の基端側の二箇所が、アーム５の先端とアーム５の先端部のチルト機構８とに対して枢支されている。これにより、杭打ち装置１９は、チルト機構８の駆動により、同図に示すように、所定の範囲で回動可能になっている。なお、チルト機構８による所定の範囲での回動構造については、一般的な油圧ショベルの機構をそのまま用いている。

図２に示すように、杭打ち装置１９は、上記ブラケット２１にボルト締結でハウジング２０が一体に取り付けられて装着部が構成されている。ハウジング２０に対して、上側リンク２８ｂと下側リンク２８ａとが上下に離隔して設けられ、これら上下のリンク２８ｂ、２８ａを介して振動アーム２７がハウジング２０に連結されている。振動アーム２７は下方に向かって尖頭状に延びるとともに、基端側の拡幅部に、油圧モータ２２と、油圧モータ２２で駆動される一対の偏芯質量歯車２３とが振動発生機構として内蔵される振動発生部になっている。一対の偏芯質量歯車２３は、振動アーム２７の揺動方向に偏芯質量歯車２３の遠心力が働くように配置されている。

さらに、振動アーム２７の拡幅部上部とハウジング２０との間には、振動発生機構を構成する空気バネ２９が介装されるとともに、ハウジング２０側を向く振動アーム２７の側面には、振動発生機構の移動限を構成するストッパ３０が設けられている。これにより、振動アーム２７は、空気バネ２９の力で下方へ押し付けられるとともに、ストッパ３０によって下方への揺動範囲が制限されている。なお、振動アーム２７のストッパ３０の部分は、建設車両１０の運転席３から目視可能なように設けられている。

空気バネ２９の空気圧の設定は、建設車両１０のアーム５で振動発生部１９を下方に押し付けたときに、同図（ｂ）に示すように空気バネ２９が縮み、振動アーム２７が四節リンク機構により上方に揺動してストッパ３０の部分に空隙ができるように調整しておく。
そして、上下の上側リンク２８ｂと下側リンク２８ａとがハウジング２０に連結されることで、振動アーム２７を振動発生方向に沿って直線運動させるように支持する四節リンク機構が構成され、これにより、振動アーム２７がハウジング２０に対して揺動可能に取り付けられて振動発生機構を構築している。

ここで、上記偏芯質量歯車２３の遠心力は、振動アーム２７の揺動方向に働くように配置されているので、油圧モータ２２を駆動すると、振動アーム２７の揺動方向に交番振動が発生する。振動アーム２７の上方への振動は空気バネ２９を圧縮し、下方への振動には空気バネ２９に蓄えられた力が加算されるようになっている。
下方に向かって尖頭状に延びる振動アーム２７の先端には、球体部２６を有する圧入用ツース２４がピン２５により着脱可能に装着されている。圧入用ツース２４は、偏芯質量歯車２３による下方への振動、空気バネ２９に蓄えられた下方への力、および建設車両１０のアーム５による下方への押し付け力が、圧入用ツース２４の先端の球体部２６に伝達される振動伝達部になっている。

球体部２６には、図３に示すように、略円筒状の圧入ヘッド３１が装着される。同図に示す圧入ヘッド３１は、内側に凹球面部３４を有する上部ヘッド３２と、内側に凹球面部３７を有する下部ヘッド３６とを有する。凹球面部３４と凹球面部３７とは、圧入用ツース２４の球体部２６が上記振動発生方向に沿った軸を中心とする回転を許容するように球体部２６を囲繞している。上部ヘッド３２と下部ヘッド３６とは互いにインロー嵌合され、溶接部３９を溶接することにより固定されている。なお、図３に示す第一実施形態では、上部ヘッド３２と下部ヘッド３６とを溶接で固定しているが、これに限らず、上部ヘッド３２と下部ヘッド３６との固定には、ボルト締結や、ねじ込み締結、ピン締結等の他の固定方法を用いることができる。

下部ヘッド３６底部には、圧入対象である杭Ｋの上端部の形状に合わせた嵌合凹部３８が形成されており、嵌合凹部３８により、杭Ｋの上端部を軸方向に沿って着脱可能に嵌合可能になっている。なお、図３に示す圧入ヘッド３１は、横断面が円形の杭を用いる例であり、嵌合凹部３８の形状は、杭Ｋの上端部の断面形状に応じて変更される。例えば、上端部の横断面が矩形断面であれば、嵌合凹部３８の形状も矩形断面形状を軸方向に沿って着脱可能に嵌合する形状とされる。

図４に圧入ヘッド３１の第二実施形態を示す。同図に示す圧入ヘッド３１は、凹球面部３４と凹球面部３７とが、球体部２６が上記振動発生方向に沿った軸を中心とする回転を許容するように囲繞して形成されるとともに、凹球面部３４の上部に向かって拡径するように形成されたテーパ穴３３が、上記振動発生方向の軸の所定角度αの傾動を許容するように形成されている点が上記第一実施形態と異なっており、他の構成は上記第一実施形態と同じである。

次に、上記杭打ち装置１９を用いた杭打ち方法および作用効果について説明する。
上記杭打ち装置１９を使用して杭打作業を行う際は、まず、準備として、作業者は、建設車両１０のアーム５の先端に、杭打ち装置１９のブラケット２１を装着する。圧入用ツース２４は、アーム５へのブラケット２１の装着前または装着後に、ピン２５により振動アーム２７の下部先端に装着する。なお、圧入用ツース２４の球体部２６には圧入ヘッド３１を予め装着しておく。
この杭打ち装置１９で杭Ｋを地中に圧入するときは、作業者は、杭Ｋを地中に圧入したい位置で杭Ｋを地面に直立姿勢で支持する。次いで、作業者は、建設車両１０のアーム５を駆動して、図５（ａ）に示すように、直立姿勢の杭Ｋの上端部に圧入ヘッド３１の嵌合凹部３８を嵌合させる。

さらに、作業者は、振動アーム２７のストッパ３０の部分に空隙ができるまで、建設車両１０のアーム５による下方への押し付け力を上方から与え、杭打ち装置１９全体を地面に向けて下方に押し付ける。作業者は、振動アーム２７のストッパ３０の部分に空隙があることを運転席３から目視により確認した後に、建設車両１０のブームシリンダ６、アームシリンダ７およびチルト機構８を操作し、振動アーム２７の揺動方向と杭Ｋの圧入方向とが一致するように杭打ち装置１９の姿勢を設定する。

次いで、作業者は、振動アーム２７内部の油圧モータ２２を作動する。油圧モータ２２の作動により、杭打ち装置１９は、偏芯質量歯車２３の回転による振動で、振動アーム２７が圧入方向への振動を開始する。これにより、図５（ｂ）に示すように、振動アーム２７の振動が圧入用ツース２４から圧入ヘッド３１を介して杭Ｋに与えられて杭Ｋが地面に圧入される。
杭Ｋの圧入に伴い、振動アーム２７のストッパ３０部分での空隙が狭くなった際には、作業者は、油圧モータ２２の作動を停止する。これ以降は、作業者は、振動アーム２７のストッパ３０部分に空隙ができるまで、アーム５による下方への押し付け力を上方から与え、ストッパ３０部分に空隙ができるまで押し付ける押付作業とこれ以降の圧入作業とを繰り返して、所定の深さまで杭Ｋを地面に圧入する。
このように、この杭打ち装置１９を用いた杭打ち方法によれば、特許文献１に開示されるような油圧ブレーカによる金属打撃を用いないので、金属打撃を用いる杭打ち方法に比べて、杭Ｋから拡散される騒音を著しく低減することができる。

また、図６（ａ）に比較例を示すように、特許文献１に開示されるような油圧ブレーカによる杭打ち方法では、杭Ｋの圧入に伴う建設車両のリンクモーションに伴い、同図に示す斜めの矢印Ｍｎ方向への油圧ブレーカＢの姿勢変化が生じてしまう。そのため、油圧ブレーカＢの姿勢を調整しないと杭Ｋが傾斜して圧入されるおそれがある。
これに対し、本実施形態の杭打ち装置１９を用いた杭打ち方法によれば、同図（ｂ）に示すように、振動アーム２７を振動発生方向に沿って直線運動させるように支持する四節リンク機構による効果によって、同図に示す直線的な矢印Ｍｓ方向への揺動をしながら杭Ｋを圧入することができる。そのため、四節リンク機構の揺動の範囲においては、杭打ち装置１９の姿勢を調整する必要がない。

したがって、本実施形態の杭打ち装置１９を用いた杭打ち方法によれば、油圧ブレーカを用いた杭打ち方法に比べて、傾斜施工を防止または抑制することができる。特に、Ｎ値の低い圧入し易い土質において、傾斜施工を防止または抑制する効果が顕著である。なお、本発明に係る杭打ち機および杭打ち方法は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しなければ種々の変形が可能なことは勿論である。

１ 走行台車
２ 旋回台
３ 運転席
４ ブーム
５ アーム
６ ブームシリンダ（油圧機構）
７ アームシリンダ（油圧機構）
８ チルト機構（油圧機構）
１０ 建設車両
１９ 杭打ち装置
２０ ハウジング（装着部）
２１ ブラケット（装着部）
２２ 油圧モータ（振動発生機構）
２３ 偏芯質量歯車（振動発生機構）
２４ 圧入用ツース（振動伝達部）
２５ ピン（ツース固定用）
２６ 球体部
２７ 振動アーム（振動発生部）
２８ リンク（振動発生機構）
２９ 空気バネ（振動発生機構）
３０ ストッパ（振動発生機構）
３１ 圧入ヘッド
３２ 上部ヘッド
３３ テーパ穴
３４ 凹球面部（上部ヘッド側）
３６ 下部ヘッド
３７ 凹球面部（下部ヘッド側）
３８ 嵌合凹部
３９ 溶接部
Ｋ 杭

Claims (3)

1. 建設車両のアーム先端に取付けられて圧入対象である杭を地中に圧入する杭打ち装置であって、
   前記アームの先端に取付けられる装着部と、該装着部に連結される振動発生部と、該振動発生部に装着されて自身下方に球体部を有する振動伝達部と、該振動伝達部の前記球体部に装着される圧入ヘッドとを備え、
   前記振動発生部は、偏心錘の回転によって前記杭の軸方向に沿った方向を振動発生方向とする振動を発生させる振動発生機構を有し、
   前記圧入ヘッドは、前記振動発生方向に沿った軸を中心とする回転を許容するように前記球体部を囲繞する凹球面部と、当該圧入ヘッドの下部に設けられて前記杭の上端部をその軸方向に沿って着脱可能に嵌合させて支持する嵌合凹部と、を有し、
   前記振動発生部は、当該振動発生部を前記振動発生方向に沿って直線運動させるように支持する四節リンク機構を介して前記装着部に連結されていることを特徴とする杭打ち装置。
2. 前記圧入ヘッドは、前記凹球面部の上部にテーパ穴を有し、前記テーパ穴は、前記振動発生方向に対して前記杭の軸の所定角度の傾動を許容するように形成されている請求項１に記載の杭打ち装置。
3. 建設車両のアーム先端に取付けられて圧入対象である杭を地中に圧入する杭打ち装置を用いた杭打ち方法であって、
   前記杭打ち装置として、請求項１または２に記載の杭打ち装置を用い、
   前記圧入ヘッドの前記嵌合凹部で前記杭の上端部を支持しつつ、前記振動発生部で発生させた前記振動発生方向の振動を用いて前記杭を地中に圧入することを特徴とする杭打ち方法。

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