JP7104925B1

JP7104925B1 - 砂杭造成装置

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Publication number: JP7104925B1
Application number: JP2021110702A
Authority: JP
Inventors: 滋久保; 強高橋; 勝己大古利; 和也下村; 勇人西妻
Original assignee: Toyo Construction Co Ltd; Aomi Construction Co Ltd
Current assignee: Toray Engineering Co Ltd; Aomi Construction Co Ltd
Priority date: 2021-07-02
Filing date: 2021-07-02
Publication date: 2022-07-22
Anticipated expiration: 2041-07-02
Also published as: JP2023007697A

Abstract

【課題】構造が簡素化され、Ｎ値２０～４０程度の硬質層を含む地盤であっても、容易に掘削可能である地盤掘削刃を有する砂杭造成装置を提供する。【解決手段】砂杭造成装置１に採用された地盤掘削刃２３は、その下端が全体として側面視逆Ｖ字状を呈している。これにより、地盤掘削刃２３の構造を簡素化することができ、そのうえで、地盤中のＮ値２０～４０程度の硬質層であっても、地盤掘削刃２３の回転によって容易に掘削が可能となる。【選択図】図２

Description

本発明は、特に、静的砂杭締固め工法に使用される砂杭造成装置に関するものである。

一般的に、砂杭造成装置は、軸周りに回転することで地盤中の所定深度まで貫入される筒状のケーシングを備えている。ケーシングの下側先端には、地盤を掘削する地盤掘削刃が備えられている。そして、当該砂杭造成装置を用いた砂杭締固め工法においては、特に、回転装置によってケーシング及び地盤掘削刃を軸周りに正回転（平面視時計周り方向に回転）させ、かつ、ケーシング及び回転装置を鉛直下方へ移動させることで、地盤掘削刃により地盤を掘削しながらケーシングを地盤中の所定深度まで貫入させる工程（図６に示す工程（２）及び（３）参照）がある。

そこで、ケーシングの先端に設けられた地盤掘削刃として、特許文献１には、砂杭造成装置における内筒管の先端部に、周方向に沿って間隔を置いて複数配置された、地盤を穿孔する掘削刃が設けられ、各掘削刃の先方には、地盤中に介在するＮ値１５程度以上のいわゆる硬質層等に対応する硬質層用掘削ヘッドが交換可能に取付けられていることが記載されている。

特開２００７－２９７７９９号公報

上述したように、特許文献１に記載の地盤掘削刃は、周方向に沿って間隔を置いて複数配置された掘削刃の先方に硬質層用掘削ヘッドが取り付けられて構成されており、その構造が複雑で採用は難しい。しかも、特許文献１に記載の硬質層用掘削ヘッドは、Ｎ値１５程度以上の地盤に対して掘削可能としているが、Ｎ値の上限値の情報はなく、Ｎ値２０～４０程度の硬質層に対しては対応することが難しいと推測され、改善する必要がある。

そして、本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、構造が簡素化され、Ｎ値２０～４０程度の硬質層を含む地盤であっても、容易に掘削可能である地盤掘削刃を有する砂杭造成装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するための手段として、請求項１の砂杭造成装置に係る発明は、軸周りを回転する筒状のケーシングと、該ケーシングの下側先端部に設けられる地盤掘削刃と、を備える砂杭造成装置であって、前記地盤掘削刃は、左右一対の掘削刃部と、該各掘削刃部の上端が一体的に接続されるケーシング取付部と、を備え、前記掘削刃部は、側面視略台形状に形成され、当該一対の掘削刃部は、側面視にてその長さの短い上底が一致するように前記ケーシング取付部に接続されており、前記一方の掘削刃部の下端と、前記他方の掘削刃部の下端とが、側面視逆Ｖ字状で連続して延び、前記地盤掘削刃の最下端が、前記一対の掘削刃部の最下端と一致する態様で構成され、前記ケーシングの下側先端部の外周面から一対の垂下取付部がそれぞれ垂設され、該一対の垂下取付部間に、前記地盤掘削刃の前記ケーシング取付部が着脱自在に装着されることを特徴とするものである。
請求項１の発明では、地盤掘削刃の下端が、全体として側面視逆Ｖ字状を呈しているだけであるので、その構造を簡素化することができる。また、この地盤掘削刃により、Ｎ値２０～４０程度の硬質層を有する地盤であっても、容易に掘削することが可能になる。さらに、地盤掘削刃を、ケーシングの下側先端部の外周面からそれぞれ垂設された一対の垂下取付部間に着脱自在に容易に装着することができる。

請求項２の砂杭造成装置に係る発明は、請求項１の発明において、前記左右一対の掘削刃部は、底面視にて同じ方向に沿ってそれぞれ延び、前記ケーシング取付部の長手方向に対して傾斜して延びていることを特徴とするものである。
請求項２の発明では、地盤掘削刃をケーシングの軸周りに沿って回転させながら地盤を掘削する際、掘削土砂を、左右一対の掘削刃部の側面に沿って、ケーシングの径方向外側に向かって移動させることができる。その結果、ケーシングを地盤に貫入させる際、地盤の土粒子の入れ替え、すなわち、地盤の下層の土砂が上層の土砂に入れ替わることを抑制することができる。

請求項３の砂杭造成装置に係る発明は、請求項１または２の発明において、前記左右一対の掘削刃部の内端部は、底面視にて、前記ケーシング取付部の長手方向略中央部にて、前記ケーシングの径方向に沿ってズレた位置にそれぞれ配置されることを特徴とするものである。
請求項３の発明では、底面視にて、一対の掘削刃部がケーシング取付部の幅方向（短手方向）内に収まりつつ、ケーシング取付部の長手方向に対する一対の掘削刃部の傾斜角度を最大限大きくすることができ、地盤掘削刃を回転させながら地盤を掘削する際、掘削土砂の、ケーシングの径方向外側への移動を促進させることができる。

請求項４の砂杭造成装置に係る発明は、請求項１～３いずれかの発明において、前記各掘削刃部は、前記ケーシング取付部から下方に向けて前記ケーシングの軸方向に対して傾斜して延び、前記左右一対の掘削刃部は、側面視にて、前記ケーシング取付部から下方に向けて互いに交差する方向にそれぞれ延びることを特徴とするものである。
請求項４の発明では、地盤掘削刃が、ケーシングの軸周りに掘削方向に回転される際、左右一対の掘削刃部による地盤への食い込みがスムーズとなる。

請求項５の砂杭造成装置に係る発明は、請求項１～４いずれかの発明において、前記一方の掘削刃部の下端と、前記他方の掘削刃部の下端との間の角度は、１４０°～１６０°の範囲内で適宜設定されることを特徴とするものである。
請求項５の発明では、Ｎ値２０～４０程度の硬質層を有する地盤の掘削に対して最適である。

本発明に係る砂杭造成装置では、Ｎ値２０～４０程度の硬質層を含む地盤であっても、容易に掘削可能である地盤掘削刃を備えている。

図１は、本発明の実施形態に係る砂杭造成装置であって、（ａ）は一方からの側面図であり、（ｂ）は他方からの側面図である。図２は、本発明の実施形態に係る砂杭造成装置に採用された地盤掘削刃の断面図である。図３は、本発明の実施形態に係る砂杭造成装置に採用された地盤掘削刃の底面図である。図４は、本発明の実施形態に係る砂杭造成装置に採用された地盤掘削刃の側面図である。図５は、本発明の実施形態に係る砂杭造成装置に採用された地盤掘削刃の斜視図である。図６は、本発明の実施形態に係る砂杭造成装置による砂杭造成作業手順を示す説明図である。

以下、本発明を実施するための形態を図１～図６に基づいて詳細に説明する。
本発明の実施形態に係る砂杭造成装置１は、図１に示すように、地盤中の所定深度まで貫入される円筒状のケーシング２と、ケーシング２を鉛直方向に昇降可能に支持する柱状のリーダ３と、リーダ３に沿って昇降し、ケーシング２を軸周りに回転させる回転装置４と、ケーシング２内に砂杭３３（図６参照）の構成材料（砂３２）を送り込むホッパー５と、を含むものであり、クローラ式のベースマシン８に搭載されて、地盤上を移動自在となっている。図中、符号１０で示されるものはバケットであり、図示しない巻き上げ装置によって吊り上げられ、ホッパー５を介してケーシング２の中に砂の補充を行うものである。

図１及び図２に示すように、ケーシング２は、円筒鋼管からなる。ケーシング２は、回転装置４の駆動により軸周りを回転する。ケーシング２の下側先端の外周面から、一対の垂下取付部１４、１４がそれぞれ垂設される。一対の垂下取付部１４、１４は互いに対向して配置される。垂下取付部１４には、取付シャフト１６が挿通される支持孔１８が設けられる。図５を参照して、ケーシング２の下側先端には、一対の垂下取付部１４、１４間に、一対の外刃２０、２０が互いに対向してそれぞれ設けられている。垂下取付部１４と外刃２０とは、ケーシング２の中心角度９０°間隔で設けられている。各外刃２０は、ケーシング２の周壁部の厚みよりも厚いブロック状であって、ケーシング２の下側先端から下方に向かって垂設される。各外刃２０は、ケーシング２の、地盤を掘削する際の回転方向（平面視で時計周り方向）に向かって若干湾曲する形状に形成される。なお、図１～図４については、外刃２０の図示を省略している。

図２～図４に示すように、ケーシング２の下側先端部には、外地盤掘削刃２３が設けられている。図２及び図３に示すように、地盤掘削刃２３は、ケーシング２の下側先端部から垂設された一対の垂下取付部１４、１４間に着脱自在に装着される。地盤掘削刃２３は、左右一対の掘削刃部２４、２４と、各掘削刃部２４、２４の上端が一体的に接続されるケーシング取付部２５と、を備えている。ケーシング取付部２５は、一対の垂下取付部１４、１４間に沿って延びる直方体状に形成される。ケーシング取付部２５には、長手方向に沿って、取付シャフト１６が挿通される取付孔２８が貫通されている。ケーシング取付部２５は、ケーシング２の一対の垂下取付部１４、１４間に支持される。

ケーシング取付部２５の下面には、左右一対の掘削刃部２４、２４が一体的に接続される。掘削刃部２４は、板状に形成される。掘削刃部２４の厚みは、外刃２０の厚みより相当薄く形成される。掘削刃部２４は、側面視略台形状に形成される。各掘削刃部２４、２４は、側面視にてその長さの短い上底が一致するようにケーシング取付部２５に接続される。その結果、地盤掘削刃２３は、その下端が全体として側面視逆Ｖ字状を呈するようになる。言い換えれば、一方の掘削刃部２４の下端と、他方の掘削刃部２４の下端とは、側面視逆Ｖ字状で連続して延びている。

一方の掘削刃部２４の下端と、他方の掘削刃部２４の下端との間の角度α１は、１４０°～１６０°の範囲内で適宜設定される。本実施形態では、角度α１は、略１５０°に設定されている。一対の掘削刃部２４、２４全体のケーシング２の径方向に沿う長さは、ケーシング取付部２５の長手方向の長さより長く形成される。一対の掘削刃部２４それぞれの外端部（長さが長い下底）は、ケーシング２の軸方向に沿って延びる。なお、掘削刃部２４の下端と外端部との間の角度α２は、７０°～８０°の範囲内で適宜設定される。本実施形態では、角度α２は、略７５°に設定されている。地盤掘削刃２３をケーシング２の下側先端部に装着すると、一対の掘削刃部２４の外端部それぞれと、一対の垂下取付部１４、１４の外面とがケーシング２の径方向に沿って略一致する。なお、各掘削刃部２４、２４の外端部における上端には、内側に向かって凹む凹部３０、３０がそれぞれ形成されている。

図３から解るように、一対の掘削刃部２４、２４は、底面視にて同じ方向に沿ってそれぞれ延び、ケーシング取付部２５の長手方向に対して傾斜して延びている。一対の掘削刃部２４、２４の内端部は、底面視にて、ケーシング取付部２５の長手方向略中央部（ケーシング２の径方向中央）にて、ケーシング２の径方向に沿ってズレた位置にそれぞれ配置される。一対の掘削刃部２４、２４の内端部は、互いにズレて接触しており、そのズレた全体の範囲が、ケーシング取付部２５の幅長に略一致している。

一対の掘削刃部２４、２４は、ケーシング取付部２５の幅長内に収まる範囲で、且つケーシング取付部２５の長手方向に対して最大限傾斜してそれぞれ延びている。なお、各掘削刃部２４のケーシング取付部２５の長手方向に対する傾斜角度βは、ケーシング取付部２５の幅長にも関係するが、５°～１５°の範囲内で適宜設定される。本実施形態では、傾斜角度βは、略１０°に設定される。

図４から解るように、一対の掘削刃部２４、２４のうち一方は、ケーシング取付部２５の幅長内に収まる範囲で、ケーシング取付部２５の幅方向一端から他端に向かってケーシング２の軸方向に対して傾斜しつつ垂設される。一対の掘削刃部２４、２４のうち他方は、ケーシング取付部２５の幅長内に収まる範囲で、ケーシング取付部２５の幅方向他端から一端に向かってケーシング２の軸方向に対して傾斜しつつ垂設される。要する、一対の掘削刃部２４、２４は、側面視にて、ケーシング取付部２５から下方に向けて互いに交差する方向に傾斜してそれぞれ延びる。

一対の掘削刃部２４、２４の傾斜方向は、ケーシング２の正方向の回転、すなわち、一対の掘削刃部２４、２４にて地盤を掘削する回転方向（平面視で時計周り方向）に一致する。図３～図５の白抜き矢印の方向が、地盤を掘削する際のケーシング２及び地盤掘削刃２３の回転方向となる。要するに、一対の掘削刃部２４、２４は、ケーシング取付部２５の幅方向端部からケーシング２の正方向の回転方向に向かって傾斜するように形成される。なお、一対の掘削刃部２４、２４のケーシング２の軸方向に対する傾斜角度γは、ケーシング取付部２５の幅長にも関係するが、１５°～２５°の範囲内で適宜設定される。本実施形態では、傾斜角度γは、略２０°に設定される。

そして、図２を参照して、ケーシング２の下側先端部に地盤掘削刃２３を取り付ける際には、ケーシング２の下側先端部に設けた一対の垂下取付部１４、１４間に、地盤掘削刃２３のケーシング取付部２５を配置して、取付シャフト１６を一対の垂下取付部１４、１４の支持孔１８に挿通すると共に、ケーシング取付部２５の取付孔２８に挿通することで、地盤掘削刃２３のケーシング取付部２５を一対の垂下取付部１４、１４間に支持する。

その結果、図２及び図３を参照して、ケーシング取付部２５は、ケーシング２の下端開口を横切るように、ケーシング２の径方向に沿って延びる。また、ケーシング２の下側先端面（下端面）と、地盤掘削刃２３のケーシング取付部２５との間に隙間が生じる。さらに、地盤掘削刃２３の各掘削刃部２４の外端部と、一対の垂下取付部１４、１４の外周面とが、ケーシング２の径方向に沿って略一致する。さらにまた、図５を参照して、一対の掘削刃部２４、２４の最も下端と、一対の外刃２０、２０の最も下端とが、ケーシング２の軸方向において略一致する。

そして、本実施形態に係る砂杭造成装置１にて、砂杭締固め作業を行う際には、図６を参照して、ケーシング２を地盤ＧＬの砂杭打設位置にセットし、ホッパー５からケーシング２内に砂３２を投入する（工程（１））。続いて、回転装置４によってケーシング２及び地盤掘削刃２３を軸周りに正回転させ、かつ、リーダ３によってケーシング２及び回転装置４を鉛直下方へと移動させることで、地盤掘削刃２３により地盤を掘削しながらケーシング２を地盤中の所定深度まで貫入させる（工程（２）、（３））。続いて、回転装置４よってケーシング２を逆回転させ、かつ、リーダ３によってケーシング２及び回転装置４を鉛直上方へと移動させながら、ケーシング２の下側開口より所定量の砂３２を排出する（工程（４））。

続いて、リーダ３によってケーシング２及び回転装置４を所定長だけ下降させて、所定長所定径の締固め砂杭３３を造成する（工程（５））。その後、前記工程（４）、（５）の作業を繰り返し、必要深度まで締固め砂杭３３を延長する（工程（６）～（８））。最後に、リーダ３によってケーシング２及び回転装置４を鉛直上方へと移動させながら、ケーシング２の下側開口より所定量の砂３２を排出しつつ、地盤中からケーシング２を引き抜き、ドレーン杭３４を砂（締固め不要）（工程（９））によって造成する。

上述した、ケーシング２の下側先端部に設けられた地盤掘削刃２３による、地盤に対するケーシング２の貫入工程（上述した工程（２）、（３））において、ケーシング２及び地盤掘削刃２３が回転しながら下降することで、地盤内にＮ値２０～４０程度の硬質層があったとしても、容易に掘削してケーシング２を貫入することができる。そこで、地盤掘削刃２３は、その下端が全体として側面視逆Ｖ字状を呈し、一方の掘削刃部２４の下端と他方の掘削刃部２４の下端との間の角度α１が、例えば略１５０°に設定され、且つ掘削刃部２４の下端と外端部との間の角度α２が、例えば略７５°に設定されており、各掘削刃部２４、２４の剛性を確保したうえで、特に、地盤掘削刃２３の、地盤に最初に触れる部位の角度α２が鋭角に設定されている。

また、ケーシング２及び地盤掘削刃２３が正方向に回転して、地盤掘削刃２３にて地盤を掘削する際、地盤掘削刃２３（一対の掘削刃部２４、２４）の外端部（角度α２が鋭角の部位）に回転力が集中することにより、一対の外刃２０、２０にて最初にほぐされた外側の地盤から、内側に向けて容易に掘削することが可能となる。さらに、地盤掘削刃２３の一対の掘削刃部２４の外端部は、ケーシング２の径方向に沿って、一対の垂下取付部１４、１４の外面に至るまでそれぞれ延びているので、一対の外刃２０、２０にて掘削された外側の地盤から内側に向けて、ケーシング２の直下のほぼ全ての範囲を一度に確実に掘削できるために、ケーシング２の貫入能力を向上させることができる。このような根拠に基づいて、地盤掘削刃２３にて、Ｎ値２０～４０程度の硬質層であっても容易に掘削できるものと推測できる。なお、本実施形態に係る地盤掘削刃２３においては、これまでの実験によれば、Ｎ値４０までの硬質層において容易に掘削可能であることを確認している。

さらに、地盤掘削刃２３の左右一対の掘削刃部２４、２４は、底面視にて、ケーシング取付部２５の長手方向に対して傾斜して延びているので（図３参照）、掘削土砂の、ケーシング２の径方向外側への移動（図３の黒塗り矢印の方向）を促進させることができる。しかも、左右一対の掘削刃部２４、２４は、側面視にて、ケーシング取付部２５から下方に向けて互いに交差する方向にそれぞれ延びているので（図４参照）、地盤掘削刃２３の正方向の回転（平面視で時計周り方向）に伴って、左右一対の掘削刃部２４、２４が地盤に食い込み易くなる。

以上説明したように、本実施形態に係る砂杭造成装置１では、地盤掘削刃２３は、その下端が全体として側面視逆Ｖ字状を呈しているので、地盤中に介在するＮ値２０～４０程度の硬質層であっても、ケーシング２及び地盤掘削刃２３の回転によって、容易に掘削が可能となる。しかも、地盤掘削刃２３には、その下端が全体として側面視逆Ｖ字状を呈している構造が採用されているので、従来（特許文献１に記載の地盤掘削刃）よりもその構造を簡素化することができる。

また、本実施形態に係る砂杭造成装置１では、地盤掘削刃２３は、左右一対の掘削刃部２４、２４と、該各掘削刃部２４、２４の上端が一体的に接続されるケーシング取付部２５と、を備え、ケーシング取付部２５は、ケーシング２の下端開口を横切るように、ケーシング２の径方向に沿って延びている。これにより、地盤掘削刃２３を、ケーシング取付部２５によりケーシング２の下側先端部に容易に着脱することができる。

さらに、本実施形態に係る砂杭造成装置１では、左右一対の掘削刃部２４、２４は、底面視にて同じ方向に沿ってそれぞれ延び、ケーシング取付部２５の長手方向に対して傾斜して延びているので、地盤掘削刃２３を回転させながら地盤を掘削する際、掘削土砂を、左右一対の掘削刃部２４、２４の側面に沿って、ケーシング２の径方向外側に向かって移動させることができる。

さらにまた、本実施形態に係る砂杭造成装置１では、左右一対の掘削刃部２４、２４の内端部は、底面視にて、ケーシング取付部２５の長手方向略中央部にて、ケーシング２の径方向に沿ってズレた位置にそれぞれ配置されるので、ケーシング取付部２５の長手方向に対する一対の掘削刃部２４、２４の傾斜角度を最大限大きくすることができ、地盤掘削刃２３を回転させながら地盤を掘削する際、掘削土砂の、ケーシング２の径方向外側への移動を促進させることができる。これにより、ケーシング２を地盤に貫入させる際、地盤の下層の土砂が上層の土砂に入れ替わることを抑制することができる。

さらにまた、本実施形態に係る砂杭造成装置１では、各掘削刃部２４、２４は、ケーシング取付部２５から下方に向けてケーシング２の軸方向に対して傾斜して延び、各掘削刃部２４、２４は、側面視にて、ケーシング取付部２５から下方に向けて互いに交差する方向にそれぞれ延びる。これにより、地盤掘削刃２３が軸周りに掘削する方向に回転される際、左右一対の掘削刃部２４、２４が地盤に食い込み易くなる。

１砂杭造成装置，２３地盤掘削刃，２４掘削刃部，２５ケーシング取付部

Claims

軸周りを回転する筒状のケーシングと、該ケーシングの下側先端部に設けられる地盤掘削刃と、を備える砂杭造成装置であって、
前記地盤掘削刃は、左右一対の掘削刃部と、該各掘削刃部の上端が一体的に接続されるケーシング取付部と、を備え、
前記掘削刃部は、側面視略台形状に形成され、当該一対の掘削刃部は、側面視にてその長さの短い上底が一致するように前記ケーシング取付部に接続されており、
前記一方の掘削刃部の下端と、前記他方の掘削刃部の下端とが、側面視逆Ｖ字状で連続して延び、
前記地盤掘削刃の最下端が、前記一対の掘削刃部の最下端と一致する態様で構成され、
前記ケーシングの下側先端部の外周面から一対の垂下取付部がそれぞれ垂設され、
該一対の垂下取付部間に、前記地盤掘削刃の前記ケーシング取付部が着脱自在に装着されることを特徴とする砂杭造成装置。
前記左右一対の掘削刃部は、底面視にて同じ方向に沿ってそれぞれ延び、前記ケーシング取付部の長手方向に対して傾斜して延びていることを特徴とする請求項１に記載の砂杭造成装置。
前記左右一対の掘削刃部の内端部は、底面視にて、前記ケーシング取付部の長手方向略中央部にて、前記ケーシングの径方向に沿ってズレた位置にそれぞれ配置されることを特徴とする請求項１または２に記載の砂杭造成装置。
前記各掘削刃部は、前記ケーシング取付部から下方に向けて前記ケーシングの軸方向に対して傾斜して延び、
前記左右一対の掘削刃部は、側面視にて、前記ケーシング取付部から下方に向けて互いに交差する方向にそれぞれ延びることを特徴とする請求項１～３いずれかに記載の砂杭造成装置。
前記一方の掘削刃部の下端と、前記他方の掘削刃部の下端との間の角度は、１４０°～１６０°の範囲内で適宜設定されることを特徴とする請求項１～４いずれかに記載の砂杭造成装置。