JP6781860B2 - 油圧ジャッキ膨張式の円形管回転貫入装置 - Google Patents

Description

本発明は、円形管を地盤に回転貫入させる装置に関し、特に、回転時にねじり剪断破壊に脆弱なコンクリートやプラスチックで作った円形管をその内壁の全体で均等に発生したクランプ力を維持した状態で地盤に円滑に回転貫入させられるようにした、油圧ジャッキ膨張式の円形管回転貫入装置に関する。

一般に、建築や土木で杭施工に用いられる鋼管は、ねじりに対する耐久性が良いが、コンクリートやプラスチック材料で作られた円形管（ＰＨＣ杭、プラスチック下水管など）を地盤に回転貫入すると、引張強度が弱いためねじり破壊に脆弱である。

したがって、杭、立坑など円形管を地表面に鉛直に貫入させるとき、非開削工法で地表面に対して水平にトンネルを掘ったり、下水管のような円形管を地盤に貫入させたりするとき、または円形管を斜めに地盤に貫入しようとする場合に、コンクリートやプラスチック材料で作られた円形管を適用することができないという問題が生ずる。

すなわち、コンクリートやプラスチック材料で作った円形管の回転貫入時に円形管の後端をとらえて回転させると、地盤と円形管の内外壁との摩擦が大きいため大きい回転力が必要であり、その大きい回転力を円形管に与えると、引張強度が圧縮強度に比べて遥かに弱いコンクリートやプラスチックの材料で製作された円形管にねじり破壊が発生する。このために現在までねじり応力に脆弱なコンクリート円形管は、回転貫入工法による施工が難しかった。

本発明の背景になる技術としては、韓国登録特許第１０−０９９４３７４号公報の「回転貫入型パイル埋立装置およびその方法」が提案されている。これは、パイル（ｐｉｌｅ）の中空に内挿され、上端が杭打機に結合される円筒形状のケーシング、杭打機の回転力によって地中に回転圧入する掘削部材、および前記ケーシングと前記掘削部材を連結し、前記ケーシングの下端に内挿されて固定される挿入部と、下部に前記掘削部材の上端に固定される固定部とを備えた連結部材を含んで構成されたものであって、ケーシングと連結部材の挿入部が臨時に固定されるので、ケーシングが回転して掘削部材が選ばれた深さまで挿入された後にケーシングを引抜くと、掘削部材、パイルおよび連結部材のみが地面に埋めたてられてパイルの埋め立てが簡便であるという利点を有する。

しかし、前者の背景技術は、掘削時に掘削部材によって掘削が行われるので、パイル（またはケーシング）と穿孔穴との間に孔隙が存在するため追加的にグラウチング作業が必要となる。また、相当な重量が予想される掘削部材および連結部材を施工後の地盤に残しておくので、設置コストが上昇する。また、前者の背景技術は杭先端に連結された掘削部材を回転する方式であるのに対し、本発明は杭自体を回転させる方式であるため、それらは相違する。

本発明の背景になる他の技術としては、韓国登録特許第１０−０８４１７３５号公報の「回転・圧入による貫入される無騒音・無振動のスクリュー既製杭の基礎工法」が提案されている。この後者の背景技術は、杭の表面に螺旋部を形成して基礎工事をする工法であるため、表面に螺旋部がない従来のＰＨＣパイルに適用しにくいという問題がある。また、プラスチックで製作された一般的な下水管には適用し難い。また、コンクリート材料で製作されたスクリュー既製杭の後端をとらえて回転させるので、ねじり剪断破壊に脆弱である。

本発明は、回転時にねじり剪断破壊に脆弱なコンクリートやプラスチックで作った円形管を、その内壁の全体で均等に発生したクランプ力を維持した状態で地盤に円滑に回転貫入させられるようにした、油圧ジャッキ膨張式の円形管回転貫入装置を提供することを目的とする。

本発明の適切な実施形態による油圧ジャッキ膨張式の円形管回転貫入装置は、円形管の回転貫入のために用いられる回転貫入装置において、外部から回転力の伝達を受ける回転ヘッドと、回転ヘッドの中心軸上に下部に直列配列される一つ以上の中空シャフトと、回転ヘッドとそれに一番目に接する中空シャフト、および残りの隣接する中空シャフトの間を互いに結合させて回転ヘッドの回転力を伝達するシャフト連結ソケットと、中空シャフトに設けられ、回転ヘッド側で発生した油圧で円形管の内面に密着してクランプ力を発生させる一つ以上のクランプモジュールとを含んで構成されたことを特徴とする。

また、回転ヘッドは、多角接続部を有する中空型ヘッド連結軸と、前記ヘッド連結軸の上端に取り付けられたヘッドハウジングと、前記ヘッドハウジングの内部に取り付けられた蓄電池と、前記蓄電池に電気的に接続されて駆動する油圧ポンプと、前記油圧ポンプの吐出口側に連結されて圧油を断続するソレノイド弁と、外部で遠隔制御するための通信部を有し、油圧ポンプおよびソレノイド弁と電気的に接続されたコントローラとを備えることを特徴とする。

また、シャフト連結ソケットは、内部に多角断面で貫通した多角接続孔と、２列に円形配列されたボルト組立孔とを有し、中空シャフトはシャフト連結ソケットの多角接続孔に同じ多角断面をもって接続される多角連結部が備えられていることを特徴とする。

また、前記クランプモジュールは、互いに対向するように配置された一対のクランプチャックと、一対のクランプチャックの対向する両端にそれぞれ相互ピボットピンで連結されて油圧で一対のクランプチャックを半径方向に移動させる一対の油圧ジャッキ、を含み、クランプチャックは、円形管の内面と同じ曲率半径を有するリングプレートと、リングプレートの内面に接合して遊間をもって上下に対称して油圧ジャッキをピボット支持する一対の油圧ジャッキ連結板と、一対の油圧ジャッキ連結板の間の中央にキー溝を形成させるために設けられた回転係止板と、リングプレートの外周面に接合されている摩擦パッドとを含んで構成されたことを特徴とする。

また、前記クランプモジュールは、互いに対向するように配置された一対のクランプチャックと、一対のクランプチャックの対向する一端にピボットピンで連結されて油圧で一対のクランプチャックを半径方向に移動させる油圧ジャッキと、一対のクランプチャックの対向する他端にピボットピンを媒介にヒンジ連結されると共に中空シャフトに連結固定されているヒンジ板とを含み、クランプチャックは、円形管の内面と同じ曲率半径を有するリングプレートと、リングプレートの内面に接合して遊間をもって上下に対称して油圧ジャッキをピボット支持する一対の油圧ジャッキ連結板と、リングプレートの外周面に接合されている摩擦パッドとを含んで構成されたことを特徴とする。

本発明の油圧ジャッキ膨張式の円形管回転貫入装置によれば、回転貫入時に円形管の内面に油圧ジャッキ式による均等な圧力でクランプ力が維持される。したがって、円形管のいずれか一つの特定の部分で破壊を起こす応力発生が排除される。これによってねじり剪断破壊に脆弱なコンクリートやプラスチックで作った円形管を破損／破壊なしに地盤に円滑に回転貫入させることができる。

また、本発明の円形管回転貫入装置をラセン付きコンクリートスクリュー杭に適用すると、騒音と振動が発生しないだけでなく杭を入れる前にあらかじめ杭直径より大きい穴を穿孔するから、周辺の地盤が弛緩して埋め込まれた杭の周面摩擦力が小さくなる問題が改善され、工事期間が短縮される。もちろん、ラセン付きコンクリートスクリュー杭はさらに少ない回転力で地盤に貫入することができる。

また、孔壁を掘る必要がないので、プレボーリング（ｐｒｅｂｏｒｉｎｇ）の際に孔壁を安定させるためにセメントモルタルを注入する必要がなく材料費が節減される。

本明細書で添付する次の図面は本発明の好適な実施形態を例示するものであり、発明の詳細な説明と共に本発明の技術思想に対する理解をより深める役割をするものであるため、本発明は添付した図面に記載された事項によってのみ限定して解釈されてはならない。
本発明による円形管回転貫入装置の斜視図である。 図１の円形管回転貫入装置を用いた円形管の回転貫入時の施工状態を示す図である。 図１の円形管回転貫入装置の上部側回転ヘッド側の内部を示す斜視図である。 図３に示す円形管回転貫入装置の回転ヘッドが中空シャフトから分離した一部斜視図である。 本発明に適用される中空シャフトの斜視図である。 本発明に適用される中空シャフトとクランプモジュールとの間の結合斜視図である。 本発明に適用される一形態のクランプモジュールの斜視図である。 本発明に適用される他の形態のクランプモジュールの斜視図である。 図７のクランプモジュールが円形管をクランプしている作動状態図である。 図８のクランプモジュールが円形管をクランプしている作動状態図である。

以下、本発明は添付図面に提示された実施形態を参照して詳細に説明するが、提示された実施形態は本発明の明確な理解のための例示的なものであり、本発明はこれに制限されない。

図１および図２に示すように、本発明による円形管回転貫入装置１０は、円形管５の回転貫入のために用いられる。円形管５には、例えば、垂直施工されるＰＨＣ杭、水平施工される下水管などが含まれる。下水管は、金属を含んで合成樹脂で製作されたものであってもよい。

図１乃至図５に示すように、円形管回転貫入装置１０は、外部から回転力の伝達を受ける回転ヘッド２０と、回転ヘッド２０の中心軸上に下部に直列配列される一つ以上の中空シャフト３０と、回転ヘッド２０とこれに一番目に接する中空シャフト３０間、および残りの隣接する中空シャフト３０同士の間を互いに結合させて回転ヘッド２０の回転力を伝達するシャフト連結ソケット４０と、中空シャフト３０に設けられ、回転ヘッド２０側で発生した油圧で円形管５の内面に密着してクランプ力を発生させる一つ以上のクランプモジュール５０とを含んで構成される。

回転ヘッド２０は、例えば、オーガードリル装備のドライブに連結されて回転力の伝達を受けることができる。中空シャフト３０とクランプモジュール５０の設置個数は、単一円形管５の長さに応じて増減し得る。中空シャフト３０にはクランプモジュール５０を回転させるためのキー３０ａが備えられている。

図３に示すように、回転ヘッド２０は、ボルト締結孔２０１ｂが形成されている多角接続部２０１ａを有する中空型ヘッド連結軸２０１と、ヘッド連結軸２０１の上端に取り付けられて外周面に回転キー２０２ａを有するヘッドハウジング２０２と、ヘッドハウジング２０２の内部に取り付けられた蓄電池２０３と、蓄電池２０３に電気的に接続されて駆動する油圧ポンプ２０４と、油圧ポンプ２０４の吐出口側に連結されて圧油を断続するソレノイド弁２０５と、外部で遠隔制御するための通信部２０６ａを有し、油圧ポンプ２０４およびソレノイド弁２０５と電気的に接続されたコントローラ２０６とが備えられる。

ソレノイド弁２０５は、コントローラ２０６の電気的信号を受けて切り替えられ、その切り替えは、位置に応じて圧油の吐出を断続制御する。したがって、図面に示していないリモコンでコントローラ２０６と通信をして油圧ポンプ２０４の駆動およびソレノイド弁２０５の方向切り替えを行い得る。

シャフト連結ソケット４０は、内部に多角断面で貫通した多角接続孔４０１と、されたボルト組立孔４０２を有している。また、中空シャフト３０は、シャフト連結ソケット４０の多角接続孔４０１に同じ多角断面をもって接続される多角連結部３０１が備えられている。したがって、中空シャフト（３０と３０）は、相互シャフト連結ソケット４０の多角接続孔４０１に多角連結部３０１が嵌合された組み立て状態で、ボルト４２をボルト組立孔４０２に挿入してボルト締結孔３０１ａにねじ締結されることによって相互結合がなされる。この時、中空シャフト（３０と３０）同士の間は多角断面の結合をなしているので、相互間に回転力の伝達が行われる。

図６および図７に示すように、クランプモジュール５０は、多数の中空シャフト３０にそれぞれ一定の間隔を置いて長さ方向に配列されている。したがって、本発明の円形管回転貫入装置１０は、クランプモジュール５０が多数の中空シャフト３０に長さ方向に均等に配置されており、円形管５の内部全体を使って均等なクランプ力を発揮して円形管５を回転貫入させる。したがって、回転貫入される円形管５は、いずれか一つの特定の部分で破壊を起こす応力発生が排除される。クランプモジュール５０は、互いに対向するように配置されて半径方向にそれぞれ拡張動作する一対のクランプチャック（５１、５１）と、一対のクランプチャック（５１、５１）の対向する両端にそれぞれ相互ピボットピン５２で連結されて油圧で一対のクランプチャック（５１、５１）を半径方向に移動させる一対の油圧ジャッキ５３を含んで構成される。この時、各油圧ジャッキ５３は、油圧ポンプ２０４に油圧ホースＰを媒介に連結される。

ここでクランプモジュール５０間に設けられた油圧ホースＰ間の連結は、周知の油圧カップリングを用いることができ、その油圧カップリングが連結された部分には図示していない開閉弁を設けて油圧ホースＰの開閉を制御することもできる。

図７および図９に示すように、クランプチャック５１は、円形管５の内面と同じ曲率半径を有するリングプレート５１１と、リングプレート５１１の内面に接合して遊間をもって上下に対称して油圧ジャッキ５３をピボット支持する一対の油圧ジャッキ連結板（５１２、５１２）と、一対の油圧ジャッキ連結板（５１２、５１２）の間の中央にキー溝５１３ａを形成させるために設けられた回転係止板５１３と、リングプレート５１１の外周面に接合されている摩擦パッド５１４とを含んで構成される。摩擦パッド５１４は、円形管５の内壁を保護し、同時に摩擦力を高めるためにゴムで製作されたものであり得る。ここでクランプチャック５１のキー溝５１３ａには中空シャフト３０側のキー３０ａが結合されている。したがって、中空シャフト３０の回転力は、キー３０ａとキー溝５１３ａとの間の結合によりクランプチャック５１に伝達される。本実施形態で各中空シャフト３０にはクランプモジュール５０が３列で設けられるが、中空シャフト３０の長さに応じて増減するように設置されることもできる。

説明していない符号「２０７」は、「ヘッドハウジング蓋板」である。

このように構成された円形管回転貫入装置１０を用いた円形管５の回転貫入施工方法を説明する。

まず、図２のように円形管５の中空に円形管回転貫入装置１０を挿入させる。

その次に、遠隔制御により回転ヘッド２０側の油圧ポンプ２０４を駆動させて、クランプモジュール５０に設けられた油圧ジャッキ５３を作動させることによって、図９のように円形管５の内壁に向かってクランプチャック５１が半径方向に拡張される。これによって、クランプチャック５１側の摩擦パッド５１４が円形管５の内壁に均等に接して密着する。

その次に、円形管回転貫入装置１０を回転させながら地盤１に貫入させると、摩擦パッド５１４と円形管５内壁との間に摩擦力が発生して円形管５と円形管回転貫入装置１０が一体化して地盤１内で回転する。

このとき、円形管回転貫入装置１０は、円形管５の内壁に均等に密着した状態で回転するためねじり応力が円形管５の長さ方向に均等に分散する。したがって、円形管５の後端をとらえて回転させる従来の工法に比べてねじり応力が集中することを防止することができる。

一方、堅固な地盤１に円形管５を貫入しなければならない場合、図２のように中央に穴が開いた中空シュー６を円形管５の先端に付着して円形管回転貫入装置１０の中空部にオーガードリル２を挿入する。

オーガードリル２（またはアースドリル）は、円形管５より先に地盤１を掘削することによって自由面を形成する。円形管５が回転貫入されるとき中空シュー６が地盤を破砕して前進する。中空シュー６の外側面の土は外側に押されることにより円形管５の周囲地盤の密度を高めて地盤を堅固にし、中空シュー６の内側の土はオーガードリル２があらかじめ掘っておいた孔壁に押し寄せてオーガードリル２により破砕された後、破砕された土砂は回転するオーガードリル２に沿って上がって円形管５の外部に排出される。

したがって、本発明の円形管回転貫入装置１０を適用すると、回転貫入時円形管５の内面に均等な圧力でクランプ力が維持され、ねじり剪断破壊に脆弱なコンクリートやプラスチックで作った円形管を地盤に円滑に回転させて貫入させることができる。また、土砂は円形管５の内部に沿って排出されて円形管５と掘削孔との間に間隙が存在しなくなって追加的なグラウチング作業が不要になる。

また、本発明の円形管回転貫入装置１０をラセン付きコンクリートスクリュー杭に適用すると、騒音と振動が発生しないだけでなく、杭を入れる前にあらかじめ杭直径より大きい穴を穿孔するので周辺地盤が弛緩して、埋め込まれた杭の周面摩擦力が小さくなる問題が改善され、工事期間が短縮される。また、孔壁を掘る必要がないため、プレボーリングの際に孔壁を安定させるためにセメントモルタルを注入する必要がないので、材料費が節減される。

もちろん、円形管回転貫入装置１０をプレボーリング工法（ｐｒｅｂｏｒｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ）に適用することができる。この場合、杭直径より小さい穴を穿孔した後に円錐形のシューを付着した杭を円形管回転貫入装置１０を用いてその孔壁の中に回転貫入すると孔壁を拡張させながら回転貫入されるので、周面摩擦力を効果的に増加させることができる。

一方、クランプモジュール５０の他の変形例として、図８および図１０のように、互いに対向するように配置された一対のクランプチャック（５１、５１）と、一対のクランプチャック（５１、５１）の対向する一端にピボットピン５２で連結されて油圧で一対のクランプチャック（５１、５１）を半径方向に移動させる油圧ジャッキ５３と、一対のクランプチャック（５１、５１）の対向する他端にピボットピン５２ａを媒介にヒンジ連結されたヒンジ板５４を含んで構成されることができる。

このとき、図１０に示すように、ヒンジ板５４は、中空シャフト３０に連結固定されている。したがって、中空シャフト３０とヒンジ板５４は一体に回転するようになっている。この場合、図７の回転係止板５１３は除去してもよい。

したがって、油圧ジャッキ５３が作動すると、ヒンジ板５４のピボットピン５２ａを中心に一対のクランプチャック（５１、５１）が開けられることにより円形管５の内面に摩擦パッド５１４が接触してクランプがなされることによって、上記と同様の施工方法によって円形管５の回転貫入を可能にすることができる。

以上、本発明は提示された実施形態を参照して詳細に説明したが、当該分野における通常の知識を有する者は、提示された実施形態を参照して、本発明の技術的思想を逸脱することなく多様な変形および修正が可能である。本発明はそれらの変形および修正発明によって制限されず、以下に添付された特許請求の範囲によってのみ制限される。

本発明の油圧ジャッキ膨張式の円形管回転貫入装置は、回転時にねじり剪断破壊に脆弱なコンクリートやプラスチックで作った円形管をその内壁の全体で均等に発生したクランプ力を維持した状態で地盤に円滑に回転貫入させることができる非常に有用な発明である。

また、本発明は、円形管回転貫入装置を鋼管にも適用して、直径に比べて相対的に厚さが薄い鋼管の後端をとらえた状態で地盤に回転貫入させて座屈とねじり破壊を防止しながら地盤に貫入させることができるという利点がある。

Claims (5)

1. 円形管（５）の回転貫入のために用いられる回転貫入装置において、
   外部から回転力の伝達を受ける回転ヘッド（２０）と、
   回転ヘッド（２０）の中心軸上に下部に直列配列される一つ以上の中空シャフト（３０）と、
   回転ヘッド（２０）とこれに一番目に接する中空シャフト（３０）間、および残りの隣接する中空シャフト同士（３０と３０）の間を互いに結合させて回転ヘッド（２０）の回転力を伝達するシャフト連結ソケット（４０）と、
   中空シャフト（３０）に設けられ、回転ヘッド（２０）側で発生した油圧で円形管（５）の内面に密着してクランプ力を発生させる一つ以上のクランプモジュール（５０）とを含んでなることを特徴とする、油圧ジャッキ膨張式の円形管回転貫入装置。
2. 回転ヘッド（２０）は、
   多角接続部（２０１ａ）を有する中空型ヘッド連結軸（２０１）と、
   ヘッド連結軸（２０１）の上端に取り付けられたヘッドハウジング（２０２）と、
   前記ヘッドハウジング（２０２）の内部に取り付けられた蓄電池（２０３）と、
   前記蓄電池（２０３）に電気的に接続されて駆動する油圧ポンプ（２０４）と、
   前記油圧ポンプ（２０４）の吐出口側に連結されて圧油を断続するソレノイド弁（２０５）と、
   外部で遠隔制御するための通信部（２０６ａ）を有し、油圧ポンプ（２０４）およびソレノイド弁（２０５）と電気的に接続されたコントローラ（２０６）とを備えることを特徴とする、請求項１に記載の油圧ジャッキ膨張式の円形管回転貫入装置。
3. シャフト連結ソケット（４０）は、
   内部に多角断面で貫通した多角接続孔（４０１）と、２列に円形配列されたボルト組立孔（４０２）とを有し、
   中空シャフト（３０）は、シャフト連結ソケット（４０）の多角接続孔（４０１）に同じ多角断面をもって接続される多角連結部（３０１）が備えられていることを特徴とする、請求項１に記載の油圧ジャッキ膨張式の円形管回転貫入装置。
4. 前記クランプモジュール（５０）は、
   互いに対向するように配置された一対のクランプチャック（５１、５１）と、
   一対のクランプチャック（５１、５１）の対向する両端にそれぞれ相互ピボットピン（５２）で連結され、油圧で一対のクランプチャック（５１、５１）を半径方向に移動させる一対の油圧ジャッキ（５３）と、を含み、
   クランプチャック（５１）は、
   円形管（５）の内面と同じ曲率半径を有するリングプレート（５１１）と、
   リングプレート（５１１）の内面に接合して遊間をもって上下に対称して油圧ジャッキ（５３）をピボット支持する一対の油圧ジャッキ連結板（５１２、５１２）と、
   一対の油圧ジャッキ連結板（５１２、５１２）の間の中央にキー溝（５１３ａ）を形成させるために設けられた回転係止板（５１３）と、
   リングプレート（５１１）の外周面に接合されている摩擦パッド（５１４）とを含んで構成されたことを特徴とする、請求項１に記載の油圧ジャッキ膨張式の円形管回転貫入装置。
5. 前記クランプモジュール（５０）は、
   互いに対向するように配置された一対のクランプチャック（５１、５１）と、
   一対のクランプチャック（５１、５１）の対向する一端にピボットピン（５２）で連結されて油圧で一対のクランプチャック（５１、５１）を半径方向に移動させる油圧ジャッキ（５３）と、
   一対のクランプチャック（５１、５１）の対向する他端にピボットピン（５２ａ）を媒介にヒンジ連結されると共に中空シャフト（３０）に連結固定されているヒンジ板（５４）と、を含み、
   クランプチャック（５１）は、
   円形管（５）の内面と同じ曲率半径を有するリングプレート（５１１）と、
   リングプレート（５１１）の内面に接合して遊間をもって上下に対称して油圧ジャッキ（５３）をピボット支持する一対の油圧ジャッキ連結板（５１２、５１２）と、
   リングプレート（５１１）の外周面に接合されている摩擦パッド（５１４）とを含んで構成されたことを特徴とする、請求項１に記載の油圧ジャッキ膨張式の円形管回転貫入装置。
   

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