JP7109526B2 - 杭穴掘削ヘッド - Google Patents

Description

本発明は、主に既製杭を埋設して基礎杭を構築するための杭穴掘削ヘッドに関する。

杭穴を掘削する場合、地面４６の上方から回転を与える掘削ロッドに連結し、下端に固定掘削刃を持つヘッド本体に、水平軸周りに揺動する掘削腕（先端に移動掘削刃を有する）を取り付けた掘削ヘッドが使用されている（特許文献１、２）。この構造の掘削ヘッドでは、固定刃で掘削すると共に、掘削腕を開いて（揺動して）移動掘削刃で掘削できるので、単純な構造でありながら掘削ロッドが非回転時（アイドリング状態）の形状に比して、約１．５倍程度の大きな径で杭穴の掘削ができた。
また、この構造の掘削ヘッドの場合、掘削腕の先端（移動掘削刃）が地面や掘削中の杭穴壁からの土圧を受けて、掘削腕を開いていたので、非回転時（アイドリング状態）で掘削腕は下に垂れた状態にあり、この状態で、掘削腕の先端は、固定掘削刃の先端より下方に位置するような構造となっていた。

特開２００９－１３６９５号公報 特開２０１０－１５９５６９号公報

前記従来の掘削ヘッドの場合、掘削腕の先端（移動掘削刃）が地面や掘削中の杭穴壁からの土圧を受けて、掘削腕を開くための油圧などの機構が不要であり掘削ロッドを含めてシステム全体も単純にでき、かつ確実に掘削腕を開くことができた。しかし、掘削腕の先端は、固定掘削刃の先端より下方に位置していたため、不慮に掘削腕に何らかの圧力が作用すると誤って掘削腕が開く問題点があった。とりわけ、中掘工法では、掘削開始前、あるいは掘削終了後に、掘削ヘッドが既製杭の中空部を通過させるので、この際、既製杭の内壁に掘削腕（移動掘削刃）が触れると掘削腕が開く不都合があるので、工夫が必要であった。

本発明は、掘削腕の移動掘削刃の刃先をヘッド本体の固定掘削刃の刃先よりも上方の高さに位置させたので、前記問題点を解決した。

すなわち、この発明は、掘削ロッドの下端に連結して使用する杭穴を掘削するヘッドであって、以下のように構成したことを特徴とする杭穴掘削ヘッドである。
(1) ヘッド本体は、上端部に前記掘削ロッドとの連結部を有する上部本体と、地盤を掘削する固定掘削刃を固定した下部本体とからなる。
(2) 前記下部本体は略長方形の横断面で形成され、かつ下端面に刃先を略下方に向けて前記固定掘削刃を固定した。
(3) 前記ヘッド本体の中間高さに水平軸を形成し、前記水平軸周りに揺動自在となるように、先端に移動掘削刃を有する掘削腕の上端部を取り付けた。
(4) 前記連結部の縦軸芯より、所定距離水平方向に離して、水平軸を形成した。
(5) 前記移動掘削刃が下方に垂れた状態で、前記移動掘削刃には、刃先を略水平に揃えた複数の主移動掘削刃と、他側に斜めに配置した補助移動掘削刃とを備えた。

また、他の発明は、掘削ロッドの下端に連結して使用する杭穴を掘削するヘッドであって、以下のように構成したことを特徴とする杭穴掘削ヘッドである。
(1) ヘッド本体の上端部に前記掘削ロッドとの連結部を有し、前記ヘッド本体の下端部に地盤を掘削する固定掘削刃を、刃先を略下方に向けて固定した。
(2) 前記ヘッド本体の中間高さに水平軸を形成し、前記水平軸周りに揺動自在となるように、先端に移動掘削刃を有する掘削腕の上端部を取り付けた。
(3) 掘削腕は、縦軸芯側に、横方向に向けて突出する操作突起を形成して、前記操作突起を地面の上方からの操作ロッドを連結可能とした。

さらに、前記において、以下のように構成した記載の掘削ヘッドである。
(1) 掘削腕が下方に垂れた状態で、前記掘削腕では前記移動掘削刃の刃先が最も下方に位置し、この状態で、前記固定掘削刃の刃先の高さ位置より移動掘削刃の刃先の方が上方に位置させた。
(2) 固定掘削刃は、正面視で、縦軸芯に近い固定掘削刃の刃先の高さ位置を、縦軸芯から離れた位置の固定掘削刃の刃先の高さ位置より高く設定した。

この発明は、掘削腕が下方に垂れた状態で、掘削腕では移動掘削刃の刃先が最も下方に位置し、この状態で、固定掘削刃の刃先の高さ位置より移動掘削刃の刃先の方が上方に位置させたので、移動掘削刃が掘削土に触れる可能性が低く、また触れても不慮に揺動するおそれがなく、掘削腕の揺動を操作し易くなる効果がある。

この発明の掘削ヘッドの非回転状態で、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は側面図を表す。 この発明の掘削ヘッドの非回転状態で、底面図を表す。 この発明の掘削ヘッドで、掘削腕を開いた状態を表し、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は側面図を表す。 この発明の掘削ヘッドで、掘削腕を開いた状態の底面図を表す。 （ａ）～（ｇ）は、この発明の掘削ヘッドを中掘工法に適用して杭穴を掘削している縦断面図を表す。

図面に基づき、この発明の実施態様を説明する。

１．掘削ヘッド４０の構成

（１） ヘッド本体１は、上端に掘削ロッド５０との連結部６を有する上部本体２と、下端に固定掘削刃１４、１４ａを有する下部本体１２とから構成する。
上部本体２は横断面が略長方形で、幅Ｄ１の広い面を第一面３、３、幅Ｄ２（＜Ｄ１）の第二面４、４とする。下部本体１２は、形状変化部１８を介して、横断面が略長方形、幅Ｄ３の第一面１３と、幅Ｄ２の第二面１４とを有する。したがって、上部本体２の幅Ｄ２と下部本体１２の幅Ｄ２とが同一であるので、上部本体２の第一面３と下部本体１２の第一面１３とは面一に形成される（図１（ｂ）（ｃ））。
上部本体２は、その上端部で第一面３を縮幅して、第二面４を拡幅して、連結部６を形成してある。また、連結部６の上端に。掘削ロッド５０の下端に嵌合することができる連結凸部６ａを形成してある。また、連結する掘削ロッド５０の縦軸芯、すなわち、連結部６、連結凸部６ａの縦軸芯７の延長線は、正面視で、第一面３の中央を縦に通過している（図１（ｂ））。
また、ヘッド本体１の第二面４で、上端部と中央部にそれぞれ撹拌板８、８を斜めに突設する。また、ヘッド本体１の第二面４、４で、上部本体２の下端付近に（下側の撹拌板８の下方に）、セメントミルク類を杭穴内に放出するための吐出口９をそれぞれ設ける。地面４６の上方のセメントミルクプラントからセメントミルク類の搬送パイプが掘削ロッドを通り、連結部６から上部本体２内に至り（図示していない）、その搬送パイプの先端が吐出口９となっている。

（２） 下部本体１２の下端部は正面視（第一面１３に正対する面）で、中央（正面視で縦軸芯７付近）に比して両側が下方に下がった下端面１５を形成しており、下端面１５にほぼ同一長さの固定掘削刃１６、１６ａが、刃先を下方に向けて固定されている。したがって、各刃先を結んだライン１７は、正面視で、逆Ｖ字型で、すなわち刃先から見て下に凹（刃先の下方から見て上に凸）となっている（図１（ｂ））。よって、縦軸芯７に近い位置の固定掘削刃１６、１６ａが、縦軸芯７から遠い側の固定掘削刃１６、１６ａより刃先が下方に位置している。
また、固定掘削刃１６、１６ａの刃先は、正面視で、水平方向で縦軸芯７の一側（図で右側）の固定掘削刃１６、１６が下方で手前側に向け、水平方向で縦軸芯７の他側（図で左側）の固定掘削刃１６ａ、１６ａが下方で奥側に向けてある。すなわち、連結部６の縦軸芯７周りに回転した際に、固定掘削刃１６、１６ａで、刃先が同じ方向を向くようになっている（図１（ｂ）、図２）。

（３） ヘッド本体１の上部本体２の第一面３、３で、正面視の中央付近の高さ位置で、第一面３の縦軸芯７よりも一側（正面視で右側。図１（ｂ））に寄せて、水平軸１０を設定して、水平軸１０周りに回転自在に、掘削腕２０の基部２１を連結する。水平軸１０はヘッド本体１側に凸、凹（掘削腕側に凸、凹）あるいは、別部材の軸をヘッド本体１の凹と掘削腕２０の凹に嵌挿する場合、いずれの場合でも可能である（図示していない）。
掘削腕２０は、水平軸１０を設けた基部２１の下端に、移動掘削刃２８、３１を設けた下端部２６を形成してあり、基部２１は断面略長方形で、水平軸１０を設けた裏面２３と対向する表面２２とが略平行な面を構成し、表面２２と裏面２３を結ぶ他の面を側面２４、２４とする。基部２１は、ヘッド本体１の第一面３に沿って略垂直に配置され、下端部２６は、ヘッド本体１の第一面３、１３から徐々に離れるように斜めに形成されている（図１（ｃ））。
掘削腕２０、２０の下端部２６に、下端部２６の斜め方向に沿って、斜め外方に刃先を向けて移動掘削刃２８、３１を取り付けてある。移動掘削刃は、３本の主移動掘削刃２８、２８と１本の補助掘削刃３１とから構成し、掘削腕２０を鉛直に配置した状態で、３本の主移動掘削刃２８、２８の刃先は略水平に揃うように形成され、掘削腕２０の下端に位置する。また、補助移動掘削刃３１は、下端部２６の他側（縦軸芯７より水平軸１０を寄せた一側の反対側。正面視で左側（図１（ｂ））に、下端部２６から離れるように、正面視で斜めに配置されて、補助移動掘削刃３１の刃先は、掘削腕２０が下方に垂れた状態で、主移動掘削刃２８の刃先より上方に位置している（図１（ｂ））。

（４） 掘削腕２０の基部２１の側面２４で、他側（縦軸芯７より水平軸１０を寄せた一側の反対側。正面視で左側（図１（ｂ））に、掘削腕２０の長さ方向と略直角に操作突起３４を設ける。操作突起３４は掘削腕２０の長さ方向で、水平軸１０より上端側（移動掘削刃２８、３１を設けた側の反対側）に形成する。また、操作突起３４は、掘削腕２０が揺動した場合であっても正面視で、常にヘッド本体１の第一面３の面内に位置するように、形成される。また、操作突起３４は、ヘッド本体１を回転した際に、ヘッド本体１の最大外周より内側に入っている。よって、操作突起３４の先端部に連結される操作ロッド４１も平面視で、ヘッド本体１を回転した際に、ヘッド本体１の最大外周より内側に入ることになる（図１（ａ））。
また、移動掘削刃２８、３１の刃先は、ヘッド本体１を回転した際に、平面視で、ヘッド本体１の最大外周より充分内側に入っていており、最大外周の軌跡（図１（ａ）で既製杭４２の内壁よりやや内側になる）と、移動掘削刃２８、３１の刃先との間に隙間３６、３６が形成される（図１（ａ））。

（５） 以上のようにして、この発明の掘削ヘッド５０を構成する（図１、図２）。

２．掘削ヘッド４０の作動

図５に基づきこの掘削ヘッド５０を中掘工法に適用した例を説明する。この掘削ヘッドは中掘工法に最適であるが、他の工法に適用することもできる。

（１） 掘削機のオーガー（図示していない）に連結した掘削ロッド５０を、使用する既製杭４２の中空部４３を通って、掘削ロッド５０の下端に、掘削ヘッド４０の連結部６を嵌挿する。また、地面４６の上方に配置した操作ロッド４１、４１を既製杭４２の中空部４３を通って、掘削ヘッド４０の操作突起３４の先端側に連結する（図１（ｂ）（ｃ）鎖線図示４１、５０）。前記のように、操作ロッド４１が平面視で、ヘッド本体１を回転した際に、ヘッド本体１の最大外周より内側に入るので、操作ロッド４１が平面視で、既製杭４２の中空部４３内に配置できる。
このような状態で、既製杭４２の下端４５から掘削ヘッド４０の固定掘削刃１６、１６ａを下方に突出させる（図５（ａ））。この状態で、掘削腕２０、２０は下方に垂れた状態で、掘削腕２０の下端部２６（移動掘削刃２８、３１）が、正面視で縦軸芯７付近に位置するように、操作ロッド４１を調整してその位置を保持して、掘削腕２０をこの位置で保持させる（図１（ｂ））。したがって、不慮に掘削腕２０の先端（移動掘削刃２８など）が既製杭４２の内壁に接触した場合であっても、掘削腕２０が揺動することは無い。

（２） 続いて、掘削ロッド５０を正回転させれば、掘削ヘッド４０も正回転して（図１（ａ）、図２の矢示Ｂ方向）固定掘削刃１６、１６ａの刃先が地面４６に触れれば、杭穴軸部４７の掘削を開始する。杭穴軸部４７の掘削径は既製杭４２の内周と同程度になり、通常の中掘工法と同様に、杭穴軸部４７を掘削しつつ、既製杭４２を下方に押し込む（図５（ｂ））。この際、固定掘削刃１６、１６ａの刃先はライン１７のようにＶ字に配置されているので（図１（ｂ））、外周側をまず削りながら中央部を掘削できるので、安定した掘削ができる。また、固定掘削刃１６、１６ａより移動掘削刃２８、３１が上方に位置しているので、移動掘削刃２８、３１が不慮に杭穴の先端面（固定掘削刃１６、１６ａが掘削している）に触れることはない。
また、固定掘削刃１６、１６ａで掘削した掘削土は、掘削腕２０、２０、撹拌板８、８により、上方に移送され、さらに掘削ロッド５０の外周に形成されたスパイラルにより地面４６より地上に排出される。また、この際、固定掘削刃１６、１６ａの刃先と既製杭４２の内壁との間には間隙３６、３６が形成されるので、排土を撹拌板８、８側に移動させ易い。

（３） 所定の深さまで杭穴軸部４７を掘削して既製杭４２を埋設したならば、既製杭４２の下端４５より下方に掘削腕２０が位置する状態にして、一旦、掘削ロッド５０の回転を止める。次ぎに、地面４６の上方から操作して操作ロッド４１を押し下げて、掘削腕２０を一側へ揺動させて開き、掘削した杭穴軸部４７の杭穴壁に掘削腕２０の移動掘削刃２８、２８の刃先を接触させる。
続いて、再度、掘削ロッド５０をＢ方向に正回転すると、杭穴壁からの土圧を受けて、掘削腕２０は徐々に開き、操作ロッド４１で規制された最大掘削径まで開き（図３、図４）、掘削腕２０が開いた状態で、杭穴拡底部４８の中央付近を固定掘削刃１６、１６ａが掘削し、外周側から残りの部分を移動掘削刃２８、３１が掘削する（図３、図４）。この際、掘削腕２０に掘削の負担が集中することなく、ヘッド本体２の固定掘削刃１６、１６ａと掘削腕２０の移動掘削刃２８、３１とが協働して、負担を分散してバランス良く掘削できる。
以上のようにして、杭穴軸部４７の下端部に杭穴拡底部４８を掘削する。また、既製杭４２を下降して、杭穴拡底部４８内に既製杭４２の下端４５を位置させる（図５（ｃ））。

（４） 所定の深さまで杭穴拡底部４８を形成して、必要ならば吐出口９からセメントミルクを杭穴拡底部４８内に注入して、杭穴拡底部４８内の掘削泥土をセメントミルクに置換する。あるいは、吐出口４８からセメントミルクを杭穴拡底部４８内に注入して、掘削ヘッド４０を回転して、杭穴拡底部４８内の掘削泥土をセメントミルクと撹拌混合して、杭穴拡底部４８内にソイルセメントを形成する（図５（ｄ））。

（５） 続いて、地面４６の上方から操作ロッド４１を引き、掘削腕２０を元の位置に戻し（図１）、掘削腕２０の移動掘削刃２８、３１をヘッド本体１の縦軸芯７付近に位置させる（図１（ｂ））。この状態から掘削ロッド５０を上昇させ、掘削ヘッド４０を既製杭４２の中空部４３内を通して引き上げる（図５（ｅ）（ｆ））。この際、操作ロッド４１はその位置で保持されているので、既製杭４２の中空部４３内で不慮に掘削腕２０、２０が開くおそれがない。

（６） 掘削ヘッド４０を既製杭４２の上端から上方に引き抜け、セメントミルクやソイルセメントが固化すれば、杭穴軸部４７内に既製杭４２が定着した基礎杭６０を構築する（図５（ｇ））。

３．他の実施態様

（１） 前記実施態様で、固定掘削刃１６、１６ａの刃先はライン１７のように逆Ｖ字状に形成したので、各掘削刃１６、１６ａへの負担が小さくバランス良く掘削できる、ライン１７を「下に凸のＶ字状」あるいは水平等の他の配置とすることもできる（図示していない）。また、移動掘削刃２８、３１の構成も任意である。

（２） また、前記実施態様で、ヘッド本体１、掘削腕２０の構造も中掘工法用にできるだけ横断面を小さくして、既製杭４２の中空部４３に納まるように形成したが、他の構造とすることもできる（図示していない）。特に、中掘工法以外の工法用の場合には、多々選択できる。

（３） また、前記実施態様で、操作腕２０の操作突起３４に、地面４６の上方からの操作ロッド４１を連結したが、ヘッド本体１や掘削ロッド５０の下端部に油圧シリンダなどの操作装置を設けて、操作突起３４の先端を上昇下降させる操作をすることもできる（図示していない）。

１ ヘッド本体
２ ヘッド本体の上部本体
３ 第一面（上部本体）
４ 第二面（上部本体）
６ ヘッド本体の連結部
７ 縦軸芯
８ 撹拌板
９ 吐出口
１０ 水平軸
１２ ヘッド本体の下部本体
１３ 第一面（下部本体）
１４ 第二面（下部本体）
１５ 下端面（下部本体）
１６ 固定掘削刃（一側）
１６ａ 固定掘削刃（他側）
１７ 刃先を結ぶライン
１８ 寸法変化部
２０ 掘削腕
２１ 掘削腕の基部
２２ 表面（基部）
２３ 裏面（基部）
２４ 側面（基部）
２６ 掘削腕の下端部
２８ 主移動掘削刃
３１ 補助移動掘削刃
３４ 操作突起
３６ 隙間
４０ 掘削ヘッド
４１ 操作ロッド
４２ 既製杭
４６ 地面
４７ 杭穴
４８ 杭穴の拡底部
５０ 掘削ロッド
６０ 基礎杭

Claims (3)

1. 掘削ロッドの下端に連結して使用する杭穴を掘削するヘッドであって、以下のように構成したことを特徴とする杭穴掘削ヘッド。
   (1) ヘッド本体は、上端部に前記掘削ロッドとの連結部を有する上部本体と、地盤を掘削する固定掘削刃を固定した下部本体とからなる。
   (2) 前記下部本体は略長方形の横断面で形成され、かつ下端面に刃先を略下方に向けて前記固定掘削刃を固定した。
   (3) 前記ヘッド本体の中間高さに水平軸を形成し、前記水平軸周りに揺動自在となるように、先端に移動掘削刃を有する掘削腕の上端部を取り付けた。
   (4) 前記連結部の縦軸芯より、所定距離水平方向に離して、水平軸を形成した。
   (5) 前記移動掘削刃が下方に垂れた状態で、前記移動掘削刃には、刃先を略水平に揃えた複数の主移動掘削刃と、他側に斜めに配置した補助移動掘削刃とを備えた。
2. 掘削ロッドの下端に連結して使用する杭穴を掘削するヘッドであって、以下のように構成したことを特徴とする杭穴掘削ヘッド。
   (1) ヘッド本体の上端部に前記掘削ロッドとの連結部を有し、前記ヘッド本体の下端部に地盤を掘削する固定掘削刃を、刃先を略下方に向けて固定した。
   (2) 前記ヘッド本体の中間高さに水平軸を形成し、前記水平軸周りに揺動自在となるように、先端に移動掘削刃を有する掘削腕の上端部を取り付けた。
   (3) 掘削腕は、縦軸芯側に、横方向に向けて突出する操作突起を形成して、前記操作突起を地面の上方からの操作ロッドを連結可能とした。
3. 以下のように構成した請求項１または請求項２に記載の掘削ヘッド。
   (1) 掘削腕が下方に垂れた状態で、前記掘削腕では前記移動掘削刃の刃先が最も下方に位置し、この状態で、前記固定掘削刃の刃先の高さ位置より移動掘削刃の刃先の方が上方に位置させた。
   (2) 固定掘削刃は、正面視で、縦軸芯に近い固定掘削刃の刃先の高さ位置を、縦軸芯から離れた位置の固定掘削刃の刃先の高さ位置より高く設定した。

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