JP6584853B2 - 鋼管貫入装置 - Google Patents

Description

この発明は、建築、土木などの基礎工事に使用されるケーシングなどの鋼管を地盤に圧入などにより貫入するための鋼管貫入装置に関する。

従来、土木等の基礎工事では、図８に示すように、補強すべき地盤Ｇ上にチュービング装置と呼ばれる鋼管貫入装置１００が設置された後、「ケーシング」と呼ばれる鋼管８がクレーン１０１により縦向きの状態で鋼管貫入装置１００の上方まで吊り上げられ、その後、鋼管８を降下させて鋼管貫入装置１００内に組み込まれる。鋼管貫入装置１００は、鋼管８の外周面を把持するチャック機構を備えており、このチャック機構を回転させながら鋼管８を下方へ押し下げ、地盤Ｇに回転貫入してゆく。

図９（１）は、鋼管貫入装置１００により地盤Ｇに鋼管８が回転圧入により貫入された状態を示しており、その後、鋼管８の内部の土が堀削機１０２により削られて取り出される（図９（２））。次に、鋼管８内へ鉄筋構造体９０が挿入された後（図９（３））、鋼管８内にコンクリート９１が流し込まれる（図９（４））。コンクリート９１の打設後、鋼管貫入装置１００によって鋼管８が地中より引き抜かれる（図９（５））。コンクリートが固まることで杭９が形成され、杭９の上端部のコンクリートを破砕して鉄筋構造体９０の上端部を露出させる（図９（６））。

上記の鋼管貫入装置１００は、図示していないが、鋼管８が上下に挿通される空間の周囲に、鋼管８の外周面を把持するためのチャック機構と、チャック機構を軸回転させるための回転機構と、チャック機構を鋼管８の長さ方向に沿って往復変位させるための変位機構とが配設されたものであり、チャック機構により把持された鋼管８を回転機構によりチャック機構と一体に回転させつつ変位機構により鋼管８を押し下げることにより地盤Ｇへの貫入作業が行われる（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１４−１７３３８３号公報

上記の鋼管貫入作業を行うために、上方に障害物がない作業現場では、鋼管８がクレーン１０１により鋼管貫入装置１００の上方まで縦向きの状態で吊り上げられた後、それを降下させて鋼管貫入装置１００内に組み込まれるが（図８参照）、作業現場が橋梁下であったり上空に電線などの障害物があったりすると、鋼管８を鋼管貫入装置１００の上方まで縦向きの状態で吊り上げることができず、鋼管８の鋼管貫入装置１００内への組み込みが困難であり、土木等の基礎工事に支障をきたすおそれがある。

この発明は、上記の問題に着目してなされたもので、作業現場が橋梁下などであっても、鋼管を鋼管貫入装置内に組み込むことができ、土木等の基礎工事に支障をきたすおそれがない鋼管貫入装置を提供することを目的とする。

この発明は、鋼管を地盤に向けて貫入する貫入機構を備え、前記貫入機構は、鋼管が挿通される空間の周囲に、鋼管の外周面を把持するためのチャック機構と、チャック機構を軸回転させるための回転機構と、チャック機構を鋼管の長さ方向に沿って往復変位させるための変位機構とが配設されてなる鋼管貫入装置において、基板と、基板上にスライド可能に支持された可動板とからなる支持台を備える。前記貫入機構は、前記支持台の可動板の上面に起伏可能に支持され、前記可動板の前記貫入機構が起き上がる位置には、鋼管を上下に貫通させる貫通孔が形成され、前記貫通孔は外周の一端部が鋼管の挿脱が可能なように開放されている。前記可動板は、可動板を往復動させる第１の往復動機構に接続され、前記貫入機構は、貫入機構を可動板上で起伏動作させる第２の往復動機構に接続されており、前記基板の下面には、地盤に上端部が突き出た状態で埋設された鋼管を把持するクランプ機構が取り付けられている。

上記した構成の鋼管貫入装置を用いて土木等の基礎工事を実施するには、鋼管貫入装置を作業現場に導入して補強すべき地盤上に位置させる。もし、橋梁下の地盤を補強するような場合、鋼管を鋼管貫入装置の上方まで縦向きの状態で吊り上げてこれを鋼管貫入装置内に組み込むことが困難である。このような場合は、第２の往復動機構により貫入機構を支持台上で横倒しにすると、鋼管が挿通される空間が横方向となるので、クレーンにより鋼管を横倒しの状態で吊り下げて前記空間へ挿入し、チャック機構により鋼管の外周面を把持する。その後、第２の往復動機構により支持台の可動板上で貫入機構を起き上がらせると、鋼管が一体に起き上がって、可動板の貫通孔へ開放部分より入り込み、縦向きの状態となる。この状態で、回転機構によりチャック機構を軸回転させ、変位機構により鋼管を下方へ変位させることにより、鋼管は地盤に向けて降下し地盤内へ回転貫入される。補強すべき地盤上に複数の鋼管を順次貫入する場合、クランプ機構により既設の鋼管を把持した状態で貫入機構により次の鋼管の貫入作業が実行されるとともに、第１の往復動機構により可動板をスライドさせることで鋼管の貫入位置を次に移行させることができる。

好ましい実施態様においては、前記貫入機構は、鋼管が挿通される空間の周囲に、鋼管の外周面を把持する第２のチャック機構がさらに配設されたものである。

この実施態様によると、チャック機構により鋼管を掴み替える際、鋼管が地盤から離れた宙づり状態にあっても、第２のチャック機構により鋼管の外周面を把持することで、チャック機構による鋼管の把持を解除できるので、変位機構を動作させて鋼管を掴み替えることが可能である。

この発明によれば、作業現場が橋梁下であったり上空に電線などの障害物があったりしても、鋼管を横倒しの状態で吊り上げてこれを鋼管貫入装置内に組み込むことができ、土木等の基礎工事に支障をきたすおそれがない。また、起き上がり姿勢において、貫入機構を所望の角度だけ傾けた状態で定位させることも可能であり、地盤に対して鋼管を斜めに貫入したり、傾いた地盤に対して鋼管を垂直に貫入したりすることができる。

この発明の一実施例である鋼管貫入装置の貫入機構内に鋼管が組み込まれた状態を示す正面図である。 横倒しの貫入機構内に鋼管を横倒しにして挿入した状態を示す正面図である。 図１の鋼管貫入装置を後方より見た側面図である。 可動板の構成を示す平面図である。 貫入機構の構成を示す正面図である。 クランプ機構の構造を示す断面図である。 地盤へ鋼管を貫入する作業の手順を示す正面図である。 図７−１に続く作業の手順を示す正面図である。 図７−２に続く作業の手順を示す正面図である。 図７−３に続く作業の手順を示す正面図である。 図７−４に続く作業の手順を示す正面図である。 鋼管貫入装置に鋼管が組み込まれた状態を示す説明図である。 杭打ちの手順を示す説明図である。

図１は、この発明の一実施例である鋼管貫入装置１の概略構成を示しており、この鋼管貫入装置１にケーシングと呼ばれる円筒形状の鋼管８が組み込まれている。
図中、８ａ〜８ｃは先に地盤Ｇへ貫入された既設の鋼管であって、次に地盤Ｇへ貫入する鋼管８と同じものである。各鋼管８ａ〜８ｃは、上端部が地盤Ｇ上へ突き出て上端の開口部を上方へ臨ませている。なお、各鋼管８，８ａ〜８ｃの下端には刃８０が設けられており、鋼管８を回転させながら地盤Ｇに向けて押圧するとき、刃８０によって地盤が削られて鋼管８が回転圧入による貫入されてゆく。

また、図１において、１０は最初の２個の鋼管８ａ，８ｂを地盤Ｇに貫入する作業において用いられる反力架台である。反力架台１０は、金属製であって、地盤Ｇ上に安定して設置できるように平板状に形成されている。この反力架台１０は、これを鋼管貫入装置１の後述するクランプ機構３によって把持されたとき、鋼管８ａ，８ｂを地盤Ｇへ貫入するときに受ける反力に対抗できるだけの十分な重量を有している。反力架台１０には、クランプ機構３のクランプ部３０Ａ，３０Ｂを挿入することが可能な径の挿入孔１１，１２が上下に貫通して形成されている。

図示例の鋼管貫入装置１は、鋼管８を地盤Ｇに向けて降下させて回転圧入により貫入する貫入機構２と、地盤Ｇに上端部が突き出た状態で埋設された鋼管８ａ〜８ｃを把持するクランプ機構３とを備えており、図中、矢印ｆで示す方向へ順次鋼管８を地盤Ｇへ貫入する作業を実行する。なお、以下の説明において、矢印ｆの方向を前方向ないしは前側、矢印ｆの方向と反対方向を後方向ないしは後側とする

貫入機構２は、図２に示すように、前後方向へ起伏可能であり、横倒しの姿勢に設定することができる。この貫入機構２は可動板４０の上面に支持され、前記クランプ機構３は基板４１の下面に取り付けられている。基板４１と可動板４０とは支持台４を構成するものである。可動板４０は、図３に示すように、両側に下向きかつ内向きの案内壁４２，４２が設けられ、基板４１は案内壁４２，４２間に嵌挿されている。可動板４０は基板４１の上面を前後方向へスライド可能である。可動板４０の後端部には一対の油圧シリンダ４３，４３より成る第１の往復動機構４４が設けられている。各油圧シリンダ４３のロッドの先端は基板４１に接続されており、ロッドの伸縮動作により可動板４０が基板４１上を前後方向にスライドして往復動する。

可動板４０は、図４に示すように、平面形状が前後方向に長い矩形状である。貫入機構２を起き上がらせる前側の位置（図４において一点鎖線ｐで示す。）には、鋼管８を上下に貫通させる円形の貫通孔４５が形成されている。貫通孔４５は鋼管８の外径より大きな直径を有し、外周の前端部が鋼管８の挿脱が可能なように開放部４６となっている。なお、可動板４０の上面の後側の領域（図４において点線ｑで示す。）は、貫入機構２が横倒しの姿勢となることを許容する空き領域である。この空き領域には、図２に示すように、横倒しの貫入機構２に鋼管８を横倒しにして組み込む作業が行えるように、いかなる機構も搭載されていない。なお、図２において、８１は鋼管８を横倒しの姿勢で吊り下げるためのワイヤーであり、ワイヤー８１はクレーンにより吊持されるフック８２により支持されている。

貫入機構２は、後端側の下部両側が可動板４０に取り付けられた左右一対の支持具４７，４７により起伏自由に支持されており、各支持具４７の軸部を支点として貫入機構２が前後方向へ起伏可能となっている。可動板４０の左右両側位置には第２の往復動機構４９を構成する左右一対の油圧シリンダ４８，４８が取り付けられている。各油圧シリンダ４８のロッドの先端は貫入機構２に接続されており、各油圧シリンダ４８のロッドの伸縮動作により貫入機構２が可動板４０上で前後方向へ起伏動作する。この実施例では、貫入機構２が起き上がった姿勢と横倒しになった姿勢とに設定されるように各油圧シリンダ４８，４８の動作を制御するが、起き上がりの姿勢において所定の角度範囲（例えば５度）だけ前傾し得るように角度調整可能としてもよい。また、起き上がり姿勢において、地盤の状態などに応じて、貫入機構２を所望の角度だけ傾けた状態で定位させることも可能であり、地盤に対して鋼管８を斜めに貫入したり、傾いた地盤に対して鋼管８を垂直に貫入したりすることができる。さらにまた、支持具４７や油圧シリンダ４８の取付位置を変更可能とすれば、異なる方向へ貫入機構２を所望の角度だけ傾けることも可能となる。なお、貫入機構２の横倒しの角度は必ずしも９０度である必要はなく、９０度より小さな角度であってもよい。

この実施例の鋼管貫入装置１は、貫入機構２として、従来例（特許文献１）に示されたチュービング装置を用いたものであり、このチュービング装置の動作によって鋼管８が地盤Ｇへ貫入されたり地盤Ｇより引き抜かれたりするものである。

図５に示す貫入機構２は、前記可動板４０上に支持具４７により起伏自在に支持されるベースフレーム５と、そのベースフレーム５の上方に変位機構５３を構成する複数の昇降シリンダ５２を介して昇降変位可能に設けられた昇降フレーム５０およびチャックフレーム５１とを備えている。ベースフレーム５、昇降フレーム５０、およびチャックフレーム５１の各中央部には、鋼管８が挿通される空間ｓが上下に貫通しており、その空間ｓの周囲に、鋼管８の外周面を把持するためのチャック機構７と、チャック機構７を軸回転させるための回転機構６と、チャック機構７を鋼管８の長さ方向に沿って往復変位させるための前記変位機構５３とが配設されている。

昇降フレーム５０には、モータ６０および減速機６１よりなる前記回転機構６が設けられ、前記空間ｓを囲むようにコーン７０が取り付けられている。コーン７０はベアリング７２を介して軸回転可能に組み付けられている。モータ６０の回転は減速機６１から図示しないギヤ群を介してコーン７０に伝達される。コーン７０の内周面には複数のテーパ溝７１が形成されており、各テーパ溝７１にくさび形をした複数のチャック７３を対応して設けることで前記チャック機構７が構成されている。
各チャック７３は、チャックフレーム５１にベアリング７４を介して設けられた回転体７５に吊り下げられ、チャックシリンダ７６のロッドの伸縮により相対的に上下動するもので、これより鋼管８とコーン７０との間にチャック７３の差し込みと引き抜きとが行われ、鋼管８を把持状態にしたり解除状態にしたりする。

さらに、ベースフレーム５には、鋼管８の外周を締め付けて把持する帯状のサブチャック７７が設けられており、このサブチャック７７と、サブチャック７７を開閉させるサブチャックシリンダ７８とで第２のチャック機構７９が構成されている。
なお、上記した複数の各種のシリンダは油圧シリンダであって、図示しない油圧回路を流れる作動油により作動が制御される。

前記クランプ機構３は、一対の円筒状のクランプ部３０Ａ，３０Ｂにより構成されている。各クランプ部３０Ａ，３０Ｂは、上端の開口部を地盤Ｇに臨ませた状態で埋設された鋼管８の内壁面を把持することが可能な構成のものである。各クランプ部３０Ａ，３０Ｂは、鋼管８の内孔に対して挿脱可能な径に形成され、図６に示すように、２分割して形成された第１の把持体３１および第２の把持体３２と、内部に組み込まれた２個の油圧シリンダ３３，３４とで構成されている。第１、第２の各把持体３１，３２は基板４１の下面に突設された支持体３７の下面に移動可能に支持されており、各油圧シリンダ３３，３４のロッド３５，３６を伸長することにより第１、第２の各把持体３１，３２が離れる方向へ移動し、各把持体３１，３２の外周面が鋼管８の内壁面に押し付けられる。なお、クランプ機構３は、鋼管８の対角位置を外側より挟んで把持する構成のものであってもよく、また、鋼管８の開口縁の適所を掴む構成のものであってもよい。

図７−１〜図７−５は、橋梁Ｃの下方の地盤Ｇに複数の鋼管を順次貫入する作業を実施するための作業の手順を示している。なお、図中、Ｔは鋼管８の長さに対応させて予め堀削機により掘られたピットである。
図７−１（１）は、地盤Ｇに３本の鋼管８ａ〜８ｃを既に貫入した段階を示しており、横倒しにした鋼管貫入装置１の貫入機構２内に次に貫入する鋼管８を横倒しにして挿入した状態である。なお、図中、８５は各鋼管８ａ〜８ｃの上端に溶接により継ぎ足された短めの鋼管である。次に貫入する鋼管８は、ワイヤー８１により吊り下げられ、鋼管８の下部が貫入機構２のチャック機構７により把持されている。

鋼管貫入装置１のクランプ機構３は、一方のクランプ部３０Ａが３番目に貫入された鋼管８ｃの内孔へ、他方のクランプ部３０Ｂが２番目に貫入された鋼管８ｂの内孔へ、それぞれ挿入されている。挿入後、各クランプ部３０Ａ，３０Ｂの第１，第２の把持体３１，３２は油圧シリンダ３３，３４によって互いに離れる方向へ移動せられ、各鋼管８ｃ，８ｂの内孔の壁面にそれぞれ押し付けられて鋼管８ｃ，８ｂを把持している。

貫入機構２の空間ｓ内へ後方より鋼管８が挿入されると、鋼管８の外周面が貫入機構２のチャック機構７により把持される（図７−１（１））。貫入機構２より突出する鋼管８の長さが橋梁Ｃに支えない長さになるまで、チャック機構７により鋼管８を把持して変位機構５３により鋼管８を移動させる動作を繰り返すことにより鋼管８を順送りする（図７−１（２））。この順送り作業において、チャック機構７による鋼管８の掴み替え動作は第２のチャック機構７９により鋼管８を把持した状態で実行される。

次に、第２の往復動機構４９を作動し、可動板４０上で貫入機構２を傾動させて鋼管８を可動板４０の貫通孔４５内へ開放部４６より導入する（図７−２（３））。鋼管８が次第に縦向きとなって貫通孔４５を上下に貫通する姿勢になったとき、第２の往復動機構４９の作動を停止させて鋼管８を定位させる（図７−２（４））。この傾動時、図７−２（４）で一点鎖線で示すように、鋼管８の上端部が橋梁Ｃに支えたとき、鋼管８を前記と同様にして順送りする。

次に、チャック機構７により鋼管８を把持し、回転機構６によりチャック機構７を軸回転させつつ変位機構５３により鋼管８を下方へ移動させる動作を繰り返すことにより鋼管８を順送りする（図７−３（５））。鋼管８の下端が地盤Ｇに達すると、刃８０により地盤Ｇを削りながら鋼管８が貫入されてゆく（図７−３（６））。この鋼管８の順送りおよび貫入作業において、チャック機構７による鋼管８の掴み替え動作は第２のチャック機構７９により鋼管８を把持した状態で実行される。図７−３（６）では、鋼管８の上端に鋼管８より短い第２の鋼管８５が溶接により継ぎ足される。

さらに同様にして、チャック機構７により第２の鋼管８５を把持し、回転機構６によりチャック機構７を軸回転させつつ変位機構５３により第２の鋼管８５を下方へ移動させる動作を繰り返すことにより第２の鋼管８５を順送りしつつ鋼管８を地盤深くに貫入してゆく（図７−４（７））。第２の鋼管８５が貫入機構２の所定位置まで順送りされると（図７−４（８））、つぎに第２の鋼管８５の上端に「ヤットコ」と称される連結管８６が連結される。そして、この連結管８６を同様にして順送りすることにより、鋼管８が所定の深さまで貫入されるとともに、第２の鋼管８５を最下位置まで押し下げられる（図７−５（９））。最後に連結管８６を第２の鋼管８５より外すことにより４番目の鋼管８の貫入作業を終了する（図７−５（１０））。なお、鋼管の継ぎ足しは必ずしも必要ではない。また、鋼管を継ぎ足す場合も、１本に限らず、２本以上継ぎ足してもよい。

１ 鋼管貫入装置
２ 貫入機構
３ クランプ機構
４ 支持台
６ 回転機構
７ チャック機構
８ 鋼管
４０ 可動板
４１ 基板
４４ 第１の往復動機構
４９ 第２の往復動機構
５３ 変位機構

Claims (2)

1. 鋼管を地盤に向けて貫入する貫入機構を備え、前記貫入機構は、鋼管が挿通される空間の周囲に、鋼管の外周面を把持するためのチャック機構と、チャック機構を軸回転させるための回転機構と、チャック機構を鋼管の長さ方向に沿って往復変位させるための変位機構とが配設されてなる鋼管貫入装置において、
   基板と、基板上にスライド可能に支持された可動板とからなる支持台を備え、前記貫入機構は、前記支持台の可動板の上面に起伏可能に支持され、前記可動板の前記貫入機構が起き上がる位置には、鋼管を上下に貫通させる貫通孔が形成され、前記貫通孔は外周の一端部が鋼管の挿脱が可能なように開放されており、
   前記可動板は、可動板を往復動させる第１の往復動機構に接続され、前記貫入機構は、貫入機構を可動板上で起伏動作させる第２の往復動機構に接続されており、前記基板の下面には、地盤に上端部が突き出た状態で埋設された鋼管を把持するクランプ機構が取り付けられている鋼管貫入装置。
2. 前記貫入機構は、鋼管が挿通される空間の周囲に、鋼管の外周面を把持する第２のチャック機構がさらに配設されたものである請求項１に記載された鋼管貫入装置。

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