JP6978628B1

JP6978628B1 - 砂杭造成装置

Info

Publication number: JP6978628B1
Application number: JP2021114202A
Authority: JP
Inventors: 肇一田中; 雅大永石; 光洋雑賀
Original assignee: Fudo Tetra Corp
Current assignee: Fudo Tetra Corp
Priority date: 2021-07-09
Filing date: 2021-07-09
Publication date: 2021-12-08
Anticipated expiration: 2041-07-09
Also published as: JP2023010219A

Abstract

【課題】無振動・無騒音でケーシングを硬質地盤に容易に貫入させることができ、低コストで地盤を締め固めることができる砂杭造成装置を提供する。【解決手段】砂杭造成装置１は、地盤Ｄ中に回転させながら貫入し、引き抜く際の砂Ｓの排出と打ち戻しを繰り返すことで無振動・無騒音にて砂杭Ｋを造成するケーシング１０と、ケーシング１０の先端１０ａ側に取り付けられ、ケーシング１０の貫入を補助する一対の大型掘削ビット２０，２０と、ケーシング１０の先端１０ａ側の一対の大型掘削ビット２０，２０の間に取り付けられ、ケーシング１０の貫入を補助する小型掘削ビット３０と、を備え、一対の小型掘削ビットは、各先端側に地盤を掘削する刃先部をそれぞれ有し、一方の小型掘削ビットの刃先部は、ケーシングの内側の地盤を掘削するように内側に配置され、他方の小型掘削ビットの刃先部は、大型掘削ビットの内側の地盤を掘削するように配置されている。【選択図】図１

Description

本発明は、砂杭系の地盤改良工法の中で、静的締固め砂杭工法に用いられる砂杭造成装置に関する。

この種の砂杭造成装置として、特許文献１に開示されたものがある。この特許文献１に開示された砂杭造成装置の中空管（ケーシング）は、下端内周又は外周に複数の掘削ビットを下方へ突出するように取り付けている。また、中空管の下端外周に下方へ抜けて高圧ジェット水を噴射する複数のノズルを配設している。そして、バイブロハンマーの振動を利用して掘削ビットにより硬質地盤を砕くと共に、ノズルからの高圧ジェット水によって硬質地盤を崩し緩めて、中空管を地盤中に容易に貫入できるようにしている。

特開２０００−１２０３６４号公報

しかしながら、前記従来の砂杭造成装置では、バイブロハンマーの振動を利用して掘削ビットにより硬質地盤を砕いているため、騒音が発生し、周辺環境へ与える影響が大きかった。

そこで、本発明は、前記した課題を解決すべくなされたものであり、地盤中に硬質地盤等があっても、無振動・無騒音でケーシングを硬質地盤に容易に貫入させることができ、低コストで地盤を締め固めることができる砂杭造成装置を提供することを目的とする。

本発明の砂杭造成装置は、地盤中に回転させながら貫入し、引き抜く際の砂の排出と打ち戻しを繰り返すことで無振動・無騒音にて砂杭を造成する円筒状のケーシングと、前記円筒状のケーシングの先端に取り付けられ、前記円筒状のケーシングよりも大径に形成された円筒状の取付リングと、前記円筒状の取付リングの先端側に取り付けられ、前記円筒状のケーシングの貫入を補助する少なくとも一対の大型掘削ビットと、前記円筒状の取付リングの先端側の前記一対の大型掘削ビットの間に少なくとも一つ取り付けられ、前記円筒状のケーシングの貫入を補助する小型掘削ビットと、を備え、前記少なくとも一対の大型掘削ビットは、各先端側に刃先部をそれぞれ有し、前記各先端側の刃先部は、前記地盤を掘削する硬質板をそれぞれ有し、前記少なくとも一対の大型掘削ビットのうちの一方の大型掘削ビットの刃先部の硬質板と他方の大型掘削ビットの刃先部の硬質板は、前後逆向きに配置され、前記少なくとも一対の小型掘削ビットは、各先端側に前記地盤を掘削する刃先部をそれぞれ有し、前記少なくとも一対の小型掘削ビットのうちの一方の小型掘削ビットの刃先部は、前記円筒状のケーシングの内側の地盤を掘削するように内側に配置されていると共に、他方の小型掘削ビットの刃先部は、前記大型掘削ビットの内側の地盤を掘削するように配置されていることを特徴とする。

本発明によれば、地盤中に硬質地盤等があっても、無振動・無騒音でケーシングを硬質地盤に容易に貫入させることができ、低コストで地盤を締め固めることができる。

本発明の第１実施形態の砂杭造成装置を示す側面図である。上記砂杭造成装置のケーシングの斜視図である。上記ケーシングの底面図である。図３中ＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図である。図３中Ｖ−Ｖ線に沿う断面図である。（ａ）〜（ｃ）は上記砂杭造成装置による砂杭の造成工程を順に示す説明図である。（ａ）は上記ケーシングの掘削ビットによる掘削状態を示す断面図、（ｂ）は第２実施形態のケーシングの掘削ビットによる掘削状態を示す断面図、（ｃ）は参考例のケーシングの掘削ビットによる掘削状態を示す断面図である。本発明の第２実施形態の砂杭造成装置のケーシングを示す斜視図である。上記第２実施形態のケーシングの底面図である。図９中Ｘ−Ｘ線に沿う断面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は本発明の第１実施形態の砂杭造成装置を示す側面図、図２は砂杭造成装置のケーシングの斜視図、図３はケーシングの底面図、図４は図３中ＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図、図５は図３中Ｖ−Ｖ線に沿う断面図である。また、図６（ａ）〜図６（ｃ）は砂杭造成装置による砂杭の造成工程を順に示す説明図、図７（ａ）はケーシングの掘削ビットによる掘削状態を示す断面図、図７（ｃ）は参考例のケーシングの掘削ビットによる掘削状態を示す断面図である。

図１に示すように、砂杭造成装置１は、前部にリーダ２を立設した施工機本体３と、ワイヤ４の巻き回しによりリーダ２に沿って昇降動して杭材料としての砂Ｓを搬送する昇降バケット５と、強制昇降装置６によりリーダ２に沿って昇降動すると共に、回転駆動装置７により回転自在に支持された円筒状のケーシング（中空管）１０と、強制昇降装置６と回転駆動装置７とに連結される連結管８と、強制昇降装置６に取り付けられ、ケーシング１０に砂Ｓを供給するホッパー９と、このホッパー９の排出口５ｂ側と連結管８との間に設けられ、ホッパー９内に供給された砂Ｓをケーシング１０側へ自然落下により供給する供給用配管９ｂと、を備えている。

図１に示すように、ホッパー９は四角枠状に形成されていて、強制昇降装置６に取り付けられている。そして、ホッパー９の供給口９ａに昇降バケット５の排出口５ｂより砂Ｓが供給されるようになっている。尚、図１中符号５ａは昇降バケット５の供給口を示す。また、供給用配管９ｂは、連結管８に斜めに貫通するように取り付けられていて、ホッパー９から供給された砂Ｓを連結管８内に自然落下により供給するものである。

図１〜図５に示すように、ケーシング１０は、金属製の円筒状に形成され、先端１０ａに溶接により固定された円筒状の取付リング１１を介して地盤Ｄを掘削する大型掘削ビット２０と小型掘削ビット３０がそれぞれ一対取り付けられている。この円筒状のケーシング１０は、地盤Ｄ中に回転しながら大型掘削ビット２０と小型掘削ビット３０の掘削により貫入され、引き抜く際に杭材料としての砂Ｓを排出し、打ち戻しと引き抜き時の砂Ｓの排出とを繰り返すことで無振動・無騒音にて砂杭Ｋを造成するものである。

図２〜図５に示すように、円筒状の取付リング１１は、円筒状のケーシング１０よりも大径に形成されていて、１８０°隔てた位置に矩形の大形切欠き１２を先端から基端部にかけてそれぞれ形成されている。また、この一対の大形切欠き１２，１２間の中央には、矩形の小形切欠き１３を先端から中央部にかけてそれぞれ形成されている。さらに、一対の大形切欠き１２，１２内には、大型掘削ビット２０がボルト止めされる厚肉で矩形の平板（厚肉の平坦部）１４が溶接によりそれぞれ固定されている。図４に示すように、厚肉で矩形の平板１４には、ボルト４０のシャンク部４０ｂが挿通される挿入孔１４ｂが複数（本実施形態では３箇所）設けられている。さらに、一対の小形切欠き１３，１３内には、小型掘削ビット３０がボルト止めされる中央が薄肉で矩形の平板（薄肉の平坦部）１５を溶接によりそれぞれ固定してある。図５に示すように、薄肉で矩形の平板１５の両側面の中央には、先端から基端部にかけて縦溝状に形成された凹部１５ａがそれぞれ設けられている。また、薄肉で矩形の平板１５の中央には、ボルト４５のシャンク部４５ｂが挿通される挿入孔１５ｂが設けられている。尚、円筒状の取付リング１１が円筒状のケーシング１０よりも大径に形成されているのは、貫入時のケーシング１０のフリクション軽減と土圧の軽減を図るためである。

図２、図３に示すように、円筒状のケーシング１０の内周面及び外周面には、下方へ向けて高圧水または高圧エアの高圧流体Ｒを噴射する内ノズル１６及び外ノズル１７が取り付けられている。また、円筒状の取付リング１１の外周面の各大形切欠き１２の両側には、柱状の摩耗防止材１８がそれぞれ取り付けられている。

図２、図４に示すように、大型掘削ビット２０は、地盤Ｄを削ってケーシング１０の貫入を補助するものであり、先端部に地盤Ｄを掘削する三角形状の刃先部２１と、基端部に平板１４に締結部材としてのボルト４０とナット４１及びワッシャ４２を介して締結固定される矩形状の取付部２２と、を有している。

図２、図５に示すように、大型掘削ビット２０の刃先部２１は、側面視で鋭角の板状に一体形成されていて、その前面２１ａに溶接により固定された矩形の超硬質板２４で地盤Ｄを削るようになっている。また、刃先部２１の後面２１ｂと三角形の外側面２１ｃにも矩形の超硬質板２５と三角形の超硬質板２６がそれぞれ溶接により固定されている。図５に示すように、ケーシング１０が正転方向Ｐで回転した場合、刃先部２１の前面２１ａに固定された超硬質板２４により地盤Ｄが掘削され、ケーシング１０が逆転方向Ｑで回転した場合、刃先部２１の後面２１ｂに固定された超硬質板２５により地盤Ｄが掘削されるようになっている。詳述すると、ケーシング１０の１８０°隔てた位置に取り付けられた一対の大型掘削ビット２０，２０の向きは、前後逆になっていて、ケーシング１０が正逆両方向に回転しても対応できるようになっている。さらに、図４に示すように、刃先部２１の内側面２１ｄから取付部２２の内側面２２ｂにかけてＬ字状の鈎部２７が突設されている。この鈎部２７と取付部２２の内側面２２ｂとの間に平板１４の先端に段差状に切り欠き形成された薄肉部１４ａが圧入されている。尚、図２〜図５中符号２８は、鈎部２７を補強する三角形状の補強リブである。

図４に示すように、大型掘削ビット２０の取付部２２の平板１４の挿入孔１４ｂに対向する位置には、ボルト４０のヘッド部４０ａ及びシャンク部４０ｂが挿通される段差状の挿入孔２３が複数（本実施形態では３箇所）設けられている。そして、図３、図４に示すように、円筒状のケーシング１０の取付リング１１に固定された平板１４の薄肉部１４ａに、大型掘削ビット２０のＬ字状の鈎部２７が圧入されて嵌め込まれた状態で取付部２２が円筒状のケーシング１０に固定された平板１４の外面に締結部材としてのボルト４０とナット４１及びワッシャ４２を介して締結固定されるようになっている。

図２、図５に示すように、小型掘削ビット３０は、地盤Ｄを削ってケーシング１０の貫入を補助するものであり、先端に地盤Ｄを掘削する刃先部３１と、基端部に二股状に形成された二股部３２，３３と、を有している。図５に示すように、刃先部３１は、先端３１ａ側が断面三角形状に形成されている。また、図４に示すように、刃先部３１の先端３１ａは、垂直部３１ｂと傾斜部３１ｃとを有した側面三角形状に形成されている。そして、図３、図５に示すように、一対の小型掘削ビット３０，３０のうちの一方の小型掘削ビット３０の刃先部３１の先端３１ａは、ケーシング１０の内側に位置する地盤Ｄを掘削するように内側に配置されていると共に、他方の小型掘削ビット３０の刃先部３１の先端３１ａは、取付リング１１の直下、つまり、大型掘削ビット２０の内側に位置する地盤Ｄを掘削するように配置されている。また、図４に示すように、ケーシング１０が正転方向Ｐに回転した場合、刃先部３１の先端３１ａの垂直部３１ｂで地盤Ｄが掘削され、ケーシング１０が逆転方向Ｑに回転した場合、刃先部３１の先端３１ａの傾斜部３１ｃで地盤Ｄが掘削されるようになっている。詳述すると、ケーシング１０の１８０°隔てた位置に取り付けられた一対の小型掘削ビット３０，３０の向きは、前後逆になっていて、ケーシング１０が正逆両方向に回転しても対応できるようになっている。

図５に示すように、小型掘削ビット３０の二股部３２，３３のうちの外側の股部３２の中央には、ボルト４５のヘッド部４５ａが挿通される大径の挿入孔３２ａが設けられている。また、小型掘削ビット３０の二股部３２，３３のうちの内側の股部３３の中央には、ボルト４５のシャンク部４５ｂが挿通される小径の挿入孔３３ａが設けられている。そして、図５に示すように、小型掘削ビット３０の二股部３２，３３が取付リング１１の平板１５の両側の凹部１５ａ，１５ａに挟み込まれて嵌め込まれた状態で、二股部３２，３３が平板１５に締結部材としてのボルト４５とナット４６及びワッシャ４７を介して締結固定されるようになっている。

尚、図２に示すように、円筒状のケーシング１０の基端部１０ｂには、図示しないボルト及びナットの締結用の取付孔１９ａが複数設けられていると共に、連結用の円環状凸部１９ｂ及び位置決め用リブ１９ｃが設けられている。これらにより、図１に示すように、取付リング１１が取り付けられていない円筒状のケーシング１０を複数本連結できるようになっている。また、内ノズル１６及び外ノズル１７には、高圧水または高圧エアの高圧流体Ｒを供給する供給管（図示省略）が接続されている。

以上第１実施形態の砂杭造成装置１によれば、図６（ａ）に示すように、硬質地盤を含む地盤Ｄに砂杭Ｋを造成して地盤改良する際に、地盤Ｄ中に強制昇降装置６と回転駆動装置７を介してケーシング１０を回転しながら貫入する。この際、ケーシング１０の先端１０ａ側に取付リング１１を介して９０°隔てて設けられた大型掘削ビット２０の刃先部２１と小型掘削ビット３０の刃先部３１により硬質地盤を簡単かつ確実に掘削することができるため、硬質地盤に対して貫入能力を格段に向上させることができる。これにより、従来必要であった先行削孔機が不要となり、その分、低コスト化を図ることができる。

また、地盤Ｄにケーシング１０を回転しながら貫入する際に、刃先部３１の先端３１ａがケーシング１０の内側に位置する小型掘削ビット３０によりケーシング１０の内側に位置する地盤Ｄを簡単かつ確実に掘削することができる。このため、図７（ｃ）に示す参考例の掘削断面積Ｇに比べて、掘削断面積Ｅを増やすことができ、掘削率を向上させることができる。

次に、図６（ｂ）に示すように、ケーシング１０を引き抜く際に砂Ｓを排出する。この際、ケーシング１０の内側に設けられた内ノズル１６から高圧エアまたは高圧水の高圧流体Ｒをケーシング１０内に噴射することにより、砂抜けが良くなって、ケーシング１０内から砂Ｓをスムーズに抜くことができる。また、円筒状の取付リング１１に平板１４を固定し、大型掘削ビット２０が取付リング１１の内側に出っ張らないようにボルト止めしたことで、ケーシング１０内からの砂抜けが容易となる。

次に、図６（ｃ）に示すように、ケーシング１０を打ち戻し、排出した砂Ｓと周囲の地盤を締め固め、この打ち戻しと砂Ｓの排出とを繰り返すことで、無振動・無騒音にて砂杭Ｋを造成することができる。

このように、地盤Ｄ中に硬質地盤等があっても、無振動・無騒音にてケーシング１０を大型掘削ビット２０と小型掘削ビット３０を介して硬質地盤に簡単かつスムーズに貫入させることができ、低コストで地盤Ｄを締め固めることができる。

図８は本発明の第２実施形態の砂杭造成装置のケーシングを示す斜視図、図９はケーシングの底面図、図１０は図９中Ｘ−Ｘ線に沿う断面図である。また、図７（ｂ）はケーシングの掘削ビットによる掘削状態を示す断面図であり、図７（ｃ）は参考例のケーシングの掘削ビットによる掘削状態を示す断面図である。

この第２実施形態の砂杭造成装置１のケーシング１０の先端１０ａ側に取り付けられる一対の小型掘削ビット３０，３０の各刃先部３１を、先端３１ｄ側の向きと傾斜角度を変えた円錐柱状にそれぞれ形成した点が、前記第１実施形態のものとは異なる。尚、他の構成は、前記第１実施形態と同様であるため、同一構成部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。

この第２実施形態の砂杭造成装置１では、一対の小型掘削ビット３０，３０の各刃先部３１を先端３１ｄ側の向きと傾斜角度を変えた円錐柱状に形成したことにより、前記第１実施形態と同様の作用・効果を奏する。また、図７（ｃ）に示す参考例の掘削断面積Ｇに比べて、掘削断面積Ｆを大幅に増やすことができ、掘削率をより一段と向上させることができる。

尚、前記各実施形態によれば、１つのケーシングに先端側が断面三角形状の刃先部を有した小型掘削ビットと先端側の向きと傾斜角度を変えた円錐柱状の刃先部を有した小型掘削ビットを別々に一対設けたが、１つのケーシングに先端側が断面三角形状の刃先部を有した小型掘削ビットと先端側の向きと傾斜角度を変えた円錐柱状の刃先部を有した小型掘削ビットを混在させて設けても良い。

また、前記第各実施形態によれば、取付リングの平坦部に小型掘削ビットの傾斜部の基端部に形成した二股部を挟み込んでボルトとナットで取り付けるようにしたが、掘削ビットの傾斜部の基端部を取付リングに直接ボルトとナットで取り付けるようにしても良い。さらに、ケーシングの先端に取付リングを介して大型掘削ビットと小型掘削ビットを２つずつ設けたが、ケーシングの先端に大型掘削ビットと小型掘削ビットを直接取り付けても良く、その数も２つ以上設けても良い。

さらに、内ノズルと外ノズルを１箇所ずつ設けたが、内ノズルと外ノズルを２箇所以上設けても良い。また、杭材料として砂を用いたが、スラグや再生コンクリート或いは産業廃棄物の盛り上がり土等を杭材料として用いても良い。

１砂杭造成装置
１０円筒状のケーシング
１０ａ先端
１１円筒状の取付リング
１４，１４一対の平板（一対の平坦部）
１５平板（薄肉の平坦部）
２０，２０一対の大型掘削ビット
２１刃先部
２４超硬質板（硬質板）
３０，３０一対の小型掘削ビット
３１刃先部
３１ａ断面三角形状の先端
３１ｄ円錐柱状の先端
Ｄ地盤
Ｓ砂
Ｋ砂杭

Claims

地盤中に回転させながら貫入し、引き抜く際の砂の排出と打ち戻しを繰り返すことで無振動・無騒音にて砂杭を造成する円筒状のケーシングと、
前記円筒状のケーシングの先端に取り付けられ、前記円筒状のケーシングよりも大径に形成された円筒状の取付リングと、
前記円筒状の取付リングの先端側に取り付けられ、前記円筒状のケーシングの貫入を補助する少なくとも一対の大型掘削ビットと、
前記円筒状の取付リングの先端側の前記一対の大型掘削ビットの間に少なくとも一つ取り付けられ、前記円筒状のケーシングの貫入を補助する小型掘削ビットと、
を備え、
前記少なくとも一対の大型掘削ビットは、各先端側に刃先部をそれぞれ有し、
前記各先端側の刃先部は、前記地盤を掘削する硬質板をそれぞれ有し、
前記少なくとも一対の大型掘削ビットのうちの一方の大型掘削ビットの刃先部の硬質板と他方の大型掘削ビットの刃先部の硬質板は、前後逆向きに配置され、
前記少なくとも一対の小型掘削ビットは、各先端側に前記地盤を掘削する刃先部をそれぞれ有し、
前記少なくとも一対の小型掘削ビットのうちの一方の小型掘削ビットの刃先部は、前記円筒状のケーシングの内側の地盤を掘削するように内側に配置されていると共に、他方の小型掘削ビットの刃先部は、前記大型掘削ビットの内側の地盤を掘削するように配置されていることを特徴とする砂杭造成装置。
請求項１記載の砂杭造成装置であって、
前記円筒状の取付リングは、先端側に少なくとも一対の平坦部を有し、
前記各平坦部に前記各大型掘削ビットを下方に向けてボルト止めしたことを特徴とする砂杭造成装置。
請求項２記載の砂杭造成装置であって、
前記円筒状の取付リングは、前記一対の平坦部の間に薄肉の平坦部をそれぞれ有し、
前記各小型掘削ビットは、基端部に二股状に形成された二股部を有し、
前記各薄肉の平坦部に前記各小型掘削ビットの二股部を挟み込んで前記各小型掘削ビットを下方に向けてボルト止めしたことを特徴とする砂杭造成装置。
請求項１から３のいずれか１項に記載の砂杭造成装置であって、
前記少なくとも一対の小型掘削ビットの前記各刃先部は、先端側が断面三角形状に形成されていることを特徴とする砂杭造成装置。
請求項１から３のいずれか１項に記載の砂杭造成装置であって、
前記少なくとも一対の小型掘削ビットの前記各刃先部は、円錐柱状にそれぞれ形成され、
前記少なくとも一対の小型掘削ビットのうちの一方の小型掘削ビットの円錐柱状の刃先部の向きと傾斜角度は、他方の小型掘削ビットの円錐柱状の刃先部の向きと傾斜角度とは変えて配置されていることを特徴とする砂杭造成装置。