JP6709087B2 - 杭圧入引抜機 - Google Patents

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Description

本発明は、杭圧入引抜機に関するものである。
各種の形鋼や鋼管杭などといった杭を地盤に打ち込んで埋設する方法として、地盤に埋め込まれた既設杭の上端を杭圧入引抜機のクランプで掴んで反力を取り、杭を把持したチャックを昇降させることにより、既設杭に隣接する位置に新しい杭を順次圧入していく施工技術が知られている。
かかる施工に用いられる杭圧入引抜機は、たとえばクランプによって既設杭に固定されるサドルと呼ばれる杭圧入引抜機のベース部分と、このサドルに対して前後方向に移動可能なスライドフレームと、このスライドフレームに設けられたリーダーマストと、このリーダーマストの前面側で昇降可能な、チャックが取り付けられたチャックフレームとを有している。またチャックには、杭を把持する一対のチャック爪が設けられている。そして、上下方向に位置した杭を前記一対のチャック爪で把持し、リーダーマストに沿ってチャックフレームとチャックを油圧シリンダによって、一体的に昇降させて杭を地盤に圧入、引抜きするようになっている。
ところで、前記した施工技術によって地盤に打ち込まれる杭は、鋼矢板や鋼管杭などの鋼製の杭だけではなく、例えば本設工事などでは、コンクリート製の杭が地盤に圧入されることがある。かかる場合、コンクリート製の杭は、先端断面積が大きく、圧入抵抗が大きいので、通常の鋼矢板に比べてより大きい圧入力が必要である。またコンクリートは圧縮に比べ、引張が大幅に弱いという欠点がある。そのため鋼矢板などの鋼製杭と比較すると、圧入力と引抜抵抗力のバランスがくずれ、サドル下面のクランプが把持している反力杭(既設杭)が浮き上がったり、破損してしまうという問題があった。
そのため、従来は、圧入負荷の軽減を図る目的で、ジェット水(高圧水)を杭先端付近に噴射しながらコンクリート製の杭を圧入するようにしていた(特許文献1)。またその他に、場合によっては、既設のコンクリート杭の頭部の鉄製部分を溶接して相互に連結することにより、既設杭全体で大きい反力を得るようにしていた。
また、鋼製の杭を地盤に圧入する場合であっても、周面抵抗よりも先端抵抗の大きい地盤では、コンクリート製の杭ほどではないものの、サドル下面のクランプが把持している反力杭(既設杭)が浮き上がってしまうという問題があった。このような場合も、従来は、隣接する反力杭(既設杭)の頭部を溶接して相互に連結することにより、既設杭全体を反力を生み出す杭として、大きな反力を得るようにしていた。
特開平6−101229号公報
しかしながら特許文献1に記載したような、ジェット水(高圧水)を杭先端付近に噴射しながらコンクリート製の杭を圧入する方法は、高圧ポンプ、ホース、巻き取りリール等の機械設備が別途必要になる。また前記したように鋼矢板よりも杭先端の断面積が大きいため、鋼製杭よりも大型の機械設備が必要である。しかもエネルギーの消費が大きいという問題もある。一方後者の既設のコンクリート杭の頭部の鉄製部分同士を溶接して連結する方法や、既設の鋼製杭の頭部同士を溶接して連結する方法は、手間、時間がかかり、しかも溶接材料等にコストがかかっていた。
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、コンクリート製、鋼製を問わず、杭を地盤に圧入する場合に、圧入する際の反作用力(反力をとる既設杭を上方向に引っ張る力)を軽減するようにして、前記した問題の解決を図ることを目的としている。
前記の目的を達成するため、本発明は、サドルと、当該サドルに対して前後方向に水平移動自在なリーダーマストと、前記リーダーマストに対して昇降自在に支持され、杭を把持するチャックとを備え、前記サドルに設けられたクランプで既設杭の上部を把持した状態で、前記チャックで把持した杭を地盤に圧入する杭圧入引抜機であって、前記杭圧入引抜機の両側には、前記チャックよりも前方側に伸びたフレームが各々取り付けられ、前記各フレームには、ウェイト部材が設けられ、前記ウェイト部材の重心は、前記チャックよりも前方側に位置し、さらに前記ウェイト部材の重心は、前記杭圧入引抜機の重心位置と、前記チャックを挟んで対向する位置になるように設定されていることを特徴としている。
本発明によれば、杭圧入引抜機の両側には、前記チャックよりも前方側に伸びたフレームが各々取り付けられ、前記各フレームにはウェイト部材が設けられているので、フレームの重量とウェイト部材の重量によって、杭圧入時の反作用力(反力をとる既設杭を上方向に引っ張る力)が、その分相殺されて軽減される。したがって従来よりも大きな圧入力で杭を地盤に圧入することが可能になる。しかも後述の実施の形態で説明するように、杭圧入引抜機と共にウェイト部材が自走するので、作業の簡略化にも寄与し、施工効率の向上も可能になる。
前記各フレーム又は各ウェイト部材相互間には、支持部材が渡されていてもよい。
前記各フレームは、前後方向に伸縮自在であるように構成してもよい。
かかる場合、前記各フレームは、前記リーダーマストの前後方向の移動に伴って、伸縮するようにしてもよい。
また前記各フレームの伸縮動作は、前記リーダーマストを支持しているスライドフレームの伸縮長さ、または前記リーダーマストの位置の検出結果に基づいて制御されるようにしてもよい。
前記各フレーム上に、ウェイト部材収容体が設けられ、ウェイト部材は当該ウェイト部材収容体内に設けられているようにしてもよい。
本発明によれば、杭圧入時の反作用力(反力をとる既設杭を上方向に引っ張る力)が軽減され、従来よりも大きな圧入力で杭を地盤に圧入することが可能になる。しかも杭圧入引抜機と共に自走することができるので、作業の簡略化にも寄与し、施工効率の向上も可能である。
本発明の実施の形態にかかる杭圧入引抜機の平面図である。 図1の杭圧入引抜機の側面図である。 図1の杭圧入引抜機の背面図である。 図2のコンクリート杭を圧入して打ち込んだ後、スライドフレームを前方にスライドさせて次に圧入するコンクリート杭を把持して圧入している状態を示す側面図である。 図4において圧入したコンクリート杭を支点としてフレームがサドルごと上昇した状態を示す側面図である。 伸縮自在なフレームを有する杭圧入引抜機の側面図である。 図6の杭圧入引抜機においてフレームが収縮した状態を示す側面図である。 コンクリート杭に対する転倒モーメントの有無による荷重発生の様子を示し、(a)は転倒モーメントが発生した場合、(b)は転倒モーメントが発生しない場合を夫々示している。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する要素においては、同一の符号を付することにより重複した説明を省略する。
図1は、実施の形態にかかる杭圧入引抜機1の平面、図2は同側面、図3は同背面を示している。この杭圧入引抜機1は、杭圧入引抜機1のベース部分となるサドル10の下面に、複数のクランプ11が装着されている。クランプ11は、図示しない油圧シリンダの駆動により既設のコンクリート杭の頭部を掴んでサドル10を固定し、杭圧入引抜時の反力をとる機能を有している。図1、図2に示した状態では、既設のコンクリート杭C1〜C3の頭部を3つのクランプ11が各々個別に把持している。なお図1、図2において、紙面右側が前方であり、紙面左側が後方である。
サドル10の上面には、油圧シリンダ(図示せず)によって前後方向に移動可能なスライドフレーム12が設けられており、このスライドフレーム12上にリーダーマスト13が設けられている。リーダーマスト13の前方には、チャックフレーム14とチャック15が配置されている。サドル10の上面においてスライドフレーム12が前後方向に移動することによって、リーダーマスト13とチャックフレーム14とチャック15は一体的に前後方向に移動し、さらにメインシリンダ16の作動によってチャックフレーム14とチャック15は昇降する。
チャック15は、平面視で前方が開口した略U字形の形状を有し、この開口部分に通されたコンクリート杭Cを把持するための、水平方向に対向配置された一対のチャック爪15a、15bを有している。チャック爪15aは可動爪でありシリンダ(図示せず)で駆動されて、固定爪であるチャック爪15bに対して接近、離隔自在な構成となっている。
サドル10の両側には、ブラケットなどの取り付け部材21を介して、ボルトなどの締付固定部材によって、フレーム31、41が各々着脱自在に取り付けられている。フレーム31、41は対称な構成であるから、前方に向かって右側に位置するフレーム31についてその詳細を説明する。
本実施の形態では、サドル10の上部に2つの取り付け部材21、21の一端部が各々ボルト等によって固定され、各取り付け部材21の垂下した他端部には、フレーム31の側面が溶接等によって固定されている。この例では、フレーム31は、例えばH鋼を用いて構成されている。フレーム31はサドル10の後端部近傍から、チャック15よりもさらに前方側にまで延びた長さを有し、かつサドル10と平行に延びている。すなわちこの例では、フレーム31の後端部はサドル10の後端部よりも少し前方側に位置し、フレーム31の前端部は、チャック15よりもさらに前方側に位置している。
このような構成を有するフレーム31、41の上面には、ウェイト部材32、42が各々設けられている。ウェイト部材32、42には相応の重量を有するものであれば、種々の材料、形状のものを採用できる。本実施の形態では、たとえば鋼材が採用される。このウェイト部材32、42の重心位置(図2中のP)は、チャック15の前方端部よりもさらに前方側に位置し、かつ杭圧入引抜機1を構成するサドル10、クランプ11、スライドフレーム12、リーダーマスト13、チャックフレーム14、チャック15の合計重量の重心位置と、チャック15を挟んで対向する位置になるように設定されている。
フレーム31、41の前方端部には、支持部材としてのステイ33、43が取り付けられており、このステイ33、43相互は、例えばボルトなどの固定部材によって固定されている。これによって、下記の効果が得られる。すなわち、フレーム31、41にウェイト部材32、42を載せると、前後のモーメントに加え左右(横)のモーメントが作用するが、各フレーム31、41の前方をステイ33、43によって連結することで、左右(横)のモーメントを抑えることができる。したがって、フレーム31、41をコンパクトに設計することができ、またサドル10と一体に移動する時の安定性が増す。なおステイ33、43によるフレーム31,41の連結は、必ずしも必要なものではない。
またフレーム31、41をステイ33、43のような支持部材で連結する代わりに、ウェイト部材32、42をそのような支持部材で連結してもよい。この場合も、多少効果が落ちるものの、左右(横)のモーメントを受けることができる。さらにまた、この場合、ウェイト部材32、42を連結したうえで、ウェイト部材が載せられたフレームとそのウェイト部材とを連結するなどして一体化させると、左右(横)のモーメントを抑える効果が高くなる。
実施の形態にかかる杭圧入引抜機1は以上の構成を有しており、図1、2に示した状態、すなわちコンクリート杭C1、C2、C3が既に圧入された状態から、次にコンクリート杭C4を圧入するプロセスについて説明する。図2に示したように、杭圧入引抜機1のサドル10のクランプ11によって、それぞれコンクリート杭C1、C2、C3の上部を把持し、これによってサドル10を既設のコンクリート杭C1、C2、C3に固定する。
その状態でチャック15によってコンクリート杭C4を把持する。次いでメインシリンダ16を作動させてチャックフレーム14、チャック15を下降させる。これによってコンクリート杭C1〜C3で反力をとりながら、コンクリート杭C4は地盤に圧入される。
このとき、コンクリート杭C4の地盤への圧入に伴い、サドル10のクランプ11によって把持固定されているコンクリート杭C1〜C3が、杭圧入時の反作用力(反力をとる既設杭を上方向に引っ張る力)によって上方に持ちあがろうとする。かかる場合、既述したように、コンクリート杭は、たとえば鋼矢板よりも先端断面積が大きく、圧入抵抗が大きいので、通常の鋼矢板の場合よりも大きい圧入力が必要である。既設杭が鋼製の杭であれば、引っ張り強度が高いので既設の杭が破損することはないが、コンクリート杭は引っ張り強度が鋼製の杭の約1/10程度であるから、そのままではコンクリート杭C1〜C3の上部が破損したり、あるいは破損しないまでも、杭圧入時の大きい反作用力によって上方に浮き上がってしまい、所期の圧入力が得られないおそれがある。
しかしながら本実施の形態では、サドル10の両側にフレーム31、41が取り付けられ、このフレーム31、41には、ウェイト部材32、42が設けられているので、フレーム31、41の重量とウェイト部材32、42の重量によって、杭圧入時の反作用力が、その分相殺されて軽減される。したがって、コンクリート杭C1〜C3の上部が破損することが抑えられる。またコンクリート杭C1〜C3が上方に浮き上がることも抑えることができる。したがって、従来よりも大きな圧入力でコンクリート杭C4を圧入することが可能になる。それゆえ、従来コンクリート杭を圧入する際に用いられていたジェット水の噴射や、既設のコンクリート杭の頭部相互を溶接して連結することも不要である。
このようにしてコンクリート杭C4を圧入した後は、次にコンクリート杭C5を圧入する。このコンクリート杭C5を圧入するプロセスについて、図4、図5を参照して説明する。このプロセスでは、まず圧入したコンクリート杭C4のチャック15による把持を解除した後、チャックフレーム14、チャック15を上昇させ、その後、スライドフレーム12を前方にスライドさせ、次いでクレーン等(図示せず)でコンクリート杭C5を吊り込んで、チャック15によってこれを把持する。その後図4に示したように、メインシリンダ16を作動させてチャックフレーム14、チャック15を下降させ、コンクリート杭C5を圧入する。このときも既述したように、フレーム31、41の重量とウェイト部材32、42の重量によって、杭圧入時の反作用力が軽減され、大きい圧入力でコンクリート杭C5を圧入することができる。
そして所定の深さ圧入した時点で、メインシリンダ16を収縮した上昇位置でチャック15によるコンクリート杭C5の把持を維持し、一方でクランプ11による把持を解除し、その状態でメインシリンダ16を伸長する動作を行うことで、サドル10、クランプ11、スライドフレーム12、リーダーマスト13、チャックフレーム14が、チャック15で把持しているコンクリート杭C5を支点として上昇する。このとき、フレーム31、41及びウェイト部材32、42も一体となって上昇する。その状態でスライドフレーム12を収縮する動作を行うことで、図5に示したように、これらサドル10、クランプ11、スライドフレーム12、リーダーマスト13、チャックフレーム14、並びにフレーム31、41及びウェイト部材32、42が一体となって前方に移動する。
その後は、メインシリンダ16を収縮する動作を行うことで、これらサドル10、クランプ11、スライドフレーム12、リーダーマスト13、チャックフレーム14、並びにフレーム31、41及びウェイト部材32、42が降下する。そしてその後は、サドル10のクランプ11でコンクリート杭C2〜4を把持し、以後、前出図2の状態と同じになるので、続けて、コンクリート杭C5を圧入していけばよい。
このように本実施の形態にかかる杭圧入引抜機1によれば、フレーム31、41、ウェイト部材32、42は、杭圧入引抜機1と一体に自走するので、コンクリート杭の圧入施工の際にジェット噴射や既設杭の溶接を伴っていた従来の施工方法よりも、一連の作業をより簡略化することができ、施工効率が向上している。
また図5に示したように、チャック15で把持しているコンクリート杭C5を支点として、サドル10、クランプ11、スライドフレーム12、リーダーマスト13、チャックフレーム14、さらにフレーム31、41及びウェイト部材32、42が上昇した際、既述したように、ウェイト部材32、42の重心位置Pは、杭圧入引抜機1を構成するサドル10、クランプ11、スライドフレーム12、リーダーマスト13、チャックフレーム14、チャック15の合計重量の重心位置と、チャック15を挟んで対向する位置になるように設定されているので、そのようにチャック15で把持しているコンクリート杭C5を支点としてこれらが上昇しても、後方(図中の左側)への転倒モーメントは小さく抑えられており、コンクリート杭C5の破損を抑え、また安定した状態で自走することが可能である。
また前記実施の形態では、ウェイト部材32、42はフレーム31、41に支持されたものであったが、もちろんウェイト部材32とフレーム31、ウェイト部材42とフレーム41とを一体化したものであってもよい。さらにフレーム31、41にたとえばボックス状のウェイト部材収容体を設け、ウェイト部材をこのウェイト部材収容体内に収容するようにしてもよい。これによってウェイト部材の形状、大きさ、重量等を適宜選択することができ、施工条件に応じてウェイト部材を任意に採用することが可能になり、汎用性が向上する。
ところで前記実施の形態において、図5に示したように、チャック15で把持しているコンクリート杭C5を支点として、サドル10、クランプ11、スライドフレーム12、リーダーマスト13、チャックフレーム14、フレーム31、41及びウェイト部材32、42が上昇したときと、その前段階となる図4の状態で、コンクリート杭C5を支点として、これらサドル10等が上昇した場合とでは、コンクリート杭C5を支点とする前後の釣り合い状態が異なっている(後方への転倒モーメントが異なっている)。これはフレーム31、41の長さが一定で、ウェイト部材32、42はフレーム31、41の定位置に支持されているためである。
かかる場合、コンクリート杭C5を支点として、サドル10等が上昇したときに、スライドフレーム12の前後のスライド長さに関係なく、常に良好な釣り合い状態を保つには、図6、図7のようにフレーム31(41)を伸縮自在な構成とすることが提案できる。
より詳述すれば、フレーム31は、固定フレーム31aと、固定フレーム31aの外周をスライド自在な可動フレーム31bとで構成されている。そして固定フレーム31aは、2つの取り付け部材21によって、サドル10に取り付け固定されている。そして固定フレーム31aの内側壁には駆動部材、例えば油圧シリンダ35のシリンダ本体35aが固定され、可動フレーム31bの内側壁、例えば先端部には、油圧シリンダ35のロッド35bが固定されている。かかる構成により、油圧シリンダ35の作動によるロッド35bの伸縮によって、可動フレーム31bが固定フレーム31aに対してスライドする。これによって、フレーム31の長さを変化させることができる。
かかる伸縮可能なフレーム31の可動フレーム31bに、ウェイト部材32が設けられている。なお図示、説明は省略するが、フレーム41についてもフレーム31と同様な構成である。
このように伸縮自在なフレーム31(41)を有する場合、図6に示したように、スライドフレーム12が伸長して、サドル10、クランプ11、リーダーマスト13等が支点位置となるコンクリート杭C5から遠い位置にあるときには、それに応じて可動フレーム31bを伸長させ、可動フレーム31b上に設けられているウェイト部材32をコンクリート杭C5から遠い位置に位置させて、サドル10、クランプ11、リーダーマスト13等とフレーム31、ウェイト部材32との釣り合いをとって、転倒モーメントをゼロにして、コンクリート杭C5の破損を抑えることができる。
より詳述すれば、転倒モーメントが発生した場合には、図8(a)に示したように、コンクリート杭C5に対して図中の矢印Aに示す曲げモーメントが発生する。そのため後部(図中の左側)に圧縮荷重が発生する。一方前部(図中の右側)には引張荷重が発生する。その結果、コンクリート杭C5が破損するおそれがある。
これに対して転倒モーメントが発生しない場合には、図8(b)に示したように、コンクリート杭C5に対しては図中の矢印Bに示したように、圧縮荷重のみが発生する。したがってコンクリート杭C5には全面に対する圧縮荷重のみ発生するため、破損を抑えることができる。
そして図7に示したように、スライドフレーム12が収縮して、サドル10、クランプ11等が支点位置となるコンクリート杭C5に近い位置にあるときにも、それに応じて可動フレーム31bを収縮させて可動フレーム31b上に設けられているウェイト部材32をコンクリート杭C5に近い位置に位置させることにより、サドル10、クランプ11、リーダーマスト13等とフレーム31、ウェイト部材32との釣り合いをとって、転倒モーメントをゼロにすることができる。
なおそのような可動フレーム31bの伸縮動作は、スライドフレーム12の伸縮動作に応じて、手動にても行うことができるが、たとえばスライドフレーム12の伸縮長さや、それに伴って前後に移動するリーダーマスト13の位置を検出し、それに基づいて、油圧シリンダ35の動作を制御するようにすれば、自動的に行うことが可能である。
前記した実施の形態では、フレーム31、41は、杭圧入引抜機1のサドル10の両側に取り付けたものであったが、これに限らず、たとえばリーダーマスト13の両側やチャック15の両側にフレーム31、41を取り付けてもよい。
なお前記した実施の形態は、コンクリート杭を圧入する例に即して説明したが、本発明は、各種の形鋼や鋼管杭などの鋼製の杭を圧入する際も、従来よりも大きい圧入力で圧入することが容易である。したがって、本発明は、コンクリート杭のみならず、鋼製の杭を圧入する際にも適用できる。
本発明は、特に、コンクリート製の杭を地盤に圧入する際や、周面抵抗よりも先端抵抗の大きい地盤に鋼製の杭を圧入する際に有用である。
1 杭圧入引抜機
10 サドル
11 クランプ
12 スライドフレーム
13 リーダーマスト
14 チャックフレーム
15 チャック
15a、15b チャック爪
16 メインシリンダ
21 取付け部材
31、41 フレーム
31a 固定フレーム
31b 可動フレーム
32、42 ウェイト部材
33、43 ステイ(支持部材)
35 油圧シリンダ
C1〜C5 コンクリート杭
P 重心位置

Claims (6)

  1. サドルと、当該サドルに対して前後方向に水平移動自在なリーダーマストと、前記リーダーマストに対して昇降自在に支持され、杭を把持するチャックとを備え、前記サドルに設けられたクランプで既設杭の上部を把持した状態で、前記チャックで把持した杭を地盤に圧入する杭圧入引抜機であって、
    前記杭圧入引抜機の両側には、前記チャックよりも前方側に伸びたフレームが各々取り付けられ、
    前記各フレームには、ウェイト部材が設けられ、
    前記ウェイト部材の重心は、前記チャックよりも前方側に位置し、
    さらに前記ウェイト部材の重心は、前記杭圧入引抜機の重心位置と、前記チャックを挟んで対向する位置になるように設定されていることを特徴とする、杭圧入引抜機。
  2. 前記各フレーム又はウェイト部材相互間には、支持部材が渡されていることを特徴とする、請求項1に記載の杭圧入引抜機。
  3. 前記各フレームは、前後方向に伸縮自在であることを特徴とする、請求項1または2のいずれか一項に記載の杭圧入引抜機。
  4. 前記各フレームは、前記リーダーマストの前後方向の移動に伴って、伸縮することを特徴とする、請求項に記載の杭圧入引抜機。
  5. 前記各フレームの伸縮動作は、前記リーダーマストを支持しているスライドフレームの伸縮長さ、または前記リーダーマストの位置の検出結果に基づいて制御されることを特徴とする、請求項3に記載の杭圧入引抜機。
  6. 前記各フレーム上に、ウェイト部材収容体が設けられ、ウェイト部材は当該ウェイト部材収容体内に設けられていることを特徴とする、請求項1〜5のいずれか一項に記載の杭圧入引抜機。
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