JP6709087B2 - 杭圧入引抜機 - Google Patents

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３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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