JP7144000B2 - 拡底掘削装置 - Google Patents

Description

本発明は、杭が立設される縦穴の底部を拡径する拡底掘削装置に関するものである。

杭が立設される縦穴の底部を拡底掘削装置により拡げることで、コンクリートを打設したときに縦穴底部のコンクリート量を増加させることができるので、縦穴に立設した杭の支持力の増強を図ることができる。このような縦穴の底部を拡げる拡底掘削装置として特許文献１に記載のものが知られている。

特許文献１のオールケーシング工法における拡大根造成方法には、ケーシング内の土砂を排出して地中に所定深さにケーシングを圧入し、次に、上部縦孔の周辺地盤を、拡大掘削装置における拡大掘削部材の回転、降下により拡大掘削し、その間拡大掘削穴の底面に堆積する拡大掘削土砂を回転する土砂案内プレートによりかき集めて中央の土砂溜め穴内に落下させて回集し、次に、ケーシング内、拡大掘削穴内及び土砂溜め穴内にコンクリートを打設することが記載されている。

特開２００８－８０７７号公報

特許文献１に記載のオールケーシング工法における拡大根造成方法に用いられる拡大掘削装置では、土砂案内ブレードが掘削ビットと併設されている。しかし、土砂案内ブレードが掘削ビットより突出していると、掘削ビットの掘削位置より深く土砂案内ブレードが周壁に減り込むため土砂案内ブレードが破損するおそれがある。また、土砂案内ブレードが掘削ビットより引っ込んでいると、土砂案内ブレードによる縦穴の底角部の集土効果が薄れる。

そこで本発明は、掘削ビットにより縦穴の周壁から土砂を効率よく掘削すると共に、周壁から掘削され、縦穴の底角部に堆積した掘削土を効率よく集めることができる拡底掘削装置を提供することを目的とする。

本発明の拡底掘削装置は、地中に埋設されたケーシングの内周面を押圧するための第１油圧シリンダを有するグリッパー部と、前記ケーシングの回転により縦穴の周壁を掘削するために径方向に伸長する第２油圧シリンダを有する掘削アーム部とを備え、前記掘削アーム部は、前記第２油圧シリンダの先端から突出した掘削ビットと、前記掘削ビットと併設され、前記掘削ビットより径方向の突出長さが長く形成されることで前記縦穴の底角部に接触する第１ブラシ部とを備えたことを特徴とする。

本発明の拡底掘削装置によれば、第２油圧シリンダの先端から突出した掘削ビットが第２油圧シリンダの伸長により縦穴の周壁を掘削する。掘削ビットが掘削した掘削土は、縦穴の底角部に堆積する。第１ブラシ部は、掘削ビットより径方向の突出長さが長く形成されているため、縦穴の底角部に接触して掘削土を掻き出す。しかし、掘削ビットに併設された第１ブラシ部が縦穴の底角部に接触しても撓るので、第１ブラシ部は破損することなく、縦穴の底角部から掘削土を除去することができる。

前記第２油圧シリンダの底面に、前記縦穴の底面の掘削土を集土する第２ブラシ部を備えると、第１ブラシ部により掻き出し、縦穴の底面に移動した掘削土を第２ブラシ部により集土することができる。

前記第２ブラシ部が、前記第１ブラシ部から連続して配置されたものであると、第１ブラシ部により縦穴の底角部から掻き出した掘削土を第２ブラシ部により続けて集土することができる。

前記第１ブラシ部と前記第２ブラシ部とが、回転中心に向かうに従って、回転方向の後方に向かって傾斜するものであると、第１ブラシ部により径方向の内側に案内された掘削土は、第１ブラシ部および第２ブラシ部の回転が進むと、掘削土を徐々に第１ブラシ部から第２ブラシ部へ案内し、第２ブラシ部を伝って中心側へと案内することができる。

前記第１ブラシ部と前記第２ブラシ部とが、前記掘削ビットの回転方向の後方側に配置されていると、掘削ビットによる掘削土を第１ブラシ部および第２ブラシ部により直ぐに掻き出し集土することができる。

本発明の拡底掘削装置によれば、第１ブラシ部が破損することなく、縦穴の底角部から掘削土を除去することができるので、掘削ビットにより縦穴の周壁から土砂を効率よく掘削すると共に、周壁から掘削され、底角部に堆積した掘削土を効率よく集めることができる。

本発明の実施の形態に係る拡底掘削装置を用いた縦穴の掘削の状態を示す図である。 図１に示す拡底掘削装置の概略斜視図である。 図１に示す拡底掘削装置の内部を透視した正面図である。 図１に示す拡底掘削装置の内部を透視した底面図である。 図１に示す拡底掘削装置の油圧回路を説明するための図である。

本発明の実施の形態に係る拡底掘削装置を図面に基づいて説明する。
図１に示す本実施の形態に係る拡底掘削装置１０は、ケーシングＣが圧入された縦穴Ｖであり、杭が立設される縦穴Ｖの底部Ｂ０を拡径するものである。拡底掘削装置１０は、クレーン車Ｃ１に吊り下げられ、縦穴の底部に配置される。

（拡底掘削装置の構成）
図２に示すように、拡底掘削装置１０は、吊り下げ部２０と、グリッパー部３０と、掘削アーム部４０と、油圧回路５０と、円筒状の筐体部１１とを備えている。
吊り下げ部２０は、クレーン車により吊り下げるためのフック部２１と、外部の操作盤からの油圧用ホースまたは後述するバイパス用油圧回路を経由して連結されたスイベルジョイントを収容するスイベル部２２とを備えている。

グリッパー部３０は、ケーシングの軸線位置に拡底掘削装置１０の軸線を合わせた状態で固定するためのものである。
図３に示すように、グリッパー部３０は操作盤ＯＰ（図１参照）からの指示により伸縮するグリッパー用シリンダ３１と、グリッパー用シリンダ３１の先端に設けられ、グリッパー用シリンダ３１の伸長によりケーシングと接触するグリップ用板３２とを備えている。
グリッパー部３０は、グリッパー用シリンダ３１が縮小した状態では、グリップ用板３２の接触面が、筐体部１１の外周面に位置する。
グリッパー用シリンダ３１は、筐体部１１に収容された初期状態からケーシングＣの径方向Ｆ１（図１，図３参照）に伸長して、地中に埋設されたケーシングＣの内周面をグリップ用板３２により押圧するための第１油圧シリンダとして機能する。
本実施の形態では、筐体部１１の外周面から伸長するグリッパー用シリンダ３１が、外周面の４箇所に等間隔で設けられている。

図３および図４に示すように、掘削アーム部４０は、ケーシングの回転により縦穴の周壁を掘削するものである。掘削アーム部４０は、操作盤ＯＰ（図１参照）からの指示により伸縮する掘削用シリンダ４１と、掘削用シリンダ４１の先端から突出した掘削ビット４２と、掘削ビット４２と併設されたブラシ部４３とを備えている。

掘削用シリンダ４１は、ケーシングＣ（図１参照）の回転により縦穴の周壁を掘削するために、ケーシングＣの径方向Ｆ１に伸長する第２油圧シリンダとして機能する。
掘削ビット４２は、掘削用シリンダ４１の先端部に形成されている。掘削ビット４２は、下側となるほど突出長さが長くなるように形成されている。

ブラシ部４３は、掘削用シリンダ４１の底面に設けられている。ブラシ部４３は、縦穴の底角部Ｂ１（図１参照）に接触する第１ブラシ部４３１と、縦穴の底面の掘削土を集土する第２ブラシ部４３２とを備えている。
本実施の形態では、ブラシ部４３は、基材４３ａである２枚の直線状の板部材の間に毛材４３ｂの基端部が挟み込まれ、並べられることで形成されている。
第１ブラシ部４３１は、基材４３ａから毛材４３ｂが底角部Ｂ１に向かって突出するように、毛材４３ｂを外側に拡がるように傾斜させている。
第２ブラシ部４３２は、基材４３ａから毛材４３ｂが垂下するように形成されている。

ブラシ部４３は、掘削ビット４２の回転方向Ｆ２の後方側に配置されている。ブラシ部４３の先端部に位置する第１ブラシ部４３１は、掘削ビット４２とほぼ同じ円周上に位置している。
ブラシ部４３における毛材４３ｂの配列方向Ｆ３は、回転中心に向かうに従って、回転方向Ｆ２の後方に向かって傾斜している。

（油圧回路の構成）
ここで、グリッパー用シリンダ３１と掘削用シリンダ４１とを伸縮させる油圧回路の構成について、図面に基づいて詳細に説明する。
図１に示すように、操作盤ＯＰからの４本の油圧用ホースＨは、拡底掘削装置１０に接続されている。なお、図１では、油圧用ホースＨを１本のみ図示している。
拡底掘削装置１０では、油圧用ホースＨは、図３に示すフック部２１から水平方向に延びる支持部材２３により支持された、図５に示す油圧回路５０の接続管Ｔ１～Ｔ４に接続されている。接続管Ｔ１，Ｔ２，Ｔ４は、スイベルジョイント５５（ロータリージョイント）に直接接続されている。接続管Ｔ３は、バイパス用油圧回路５４を介して、４ポートが一体型のスイベルジョイント５５に接続されている。

スイベルジョイント５５から、グリップ用油圧経路５１として、伸長用油圧経路５１ａと、縮小用油圧経路５１ｂとが、それぞれのグリッパー用シリンダ３１に接続されている。
スイベルジョイント５５から、掘削用油圧経路５２として、伸長用油圧経路５２ａと縮小用油圧経路５２ｂとが、掘削用シリンダ４１に接続されている。

グリップ用油圧経路５１の伸長用油圧経路５１ａには、オイルの流量を均等に分流して、４本のグリッパー用シリンダ３１を同時作動させるための分集流弁５３ａが設けられている。
掘削用油圧経路５２の伸長用油圧経路５２ａにも同様に、オイルの流量を均等に分流して、２本の掘削用シリンダ４１を同時作動させるための分集流弁５３ｂが設けられている。

そして、グリッパー用シリンダ３１を伸長させる伸長用油圧経路５１ａと、グリッパー用シリンダ３１を縮小させる縮小用油圧経路５１ｂとに、掘削用シリンダ４１を縮小させる縮小用油圧経路５２ｂを接続するバイパス用油圧回路５４が設けられている。
バイパス用油圧回路５４は、バイパス用油圧経路５４ａと、ストップ弁５４ｂ，５４ｃと、チェック弁５４ｄ，５４ｅとを備えている
バイパス用油圧経路５４ａは、グリップ用油圧経路５１の伸長用油圧経路５１ａと縮小用油圧経路５１ｂとからの経路を合流させ、掘削用油圧経路５２の縮小用油圧経路５２ｂに接続している。

ストップ弁５４ｂ（第１のストップ弁）は、グリップ用油圧経路５１側（伸長用油圧経路５１ａ）と掘削用油圧経路５２側（縮小用油圧経路５２ｂ）との間で、通常時に遮断し、異常時に連通する電動弁である。ストップ弁５４ｂは、バイパス用油圧経路５４ａにおける、グリップ用油圧経路５１の伸長用油圧経路５１ａからの経路と縮小用油圧経路５１ｂからの経路とが合流した位置と、掘削用油圧経路５２の縮小用油圧経路５２ｂとの接続位置との間に設けられている。ストップ弁５４ｂは、操作盤ＯＰからの指示により作動する。

ストップ弁５４ｃ（第２のストップ弁）は、通常時に掘削用油圧経路５２の縮小用油圧経路５２ｂを連通し、異常時に遮断する電動弁である。ストップ弁５４ｃは、バイパス用油圧経路５４ａと掘削用油圧経路５２の縮小用油圧経路５２ｂとの接続位置から上流側に設けられている。ストップ弁５４ｃは、操作盤ＯＰからの指示により作動する。
チェック弁５４ｄ，５４ｅは、掘削用油圧経路５２側からグリップ用油圧経路５１側への逆流防止用弁である。チェック弁５４ｄは、グリップ用油圧経路５１の伸長用油圧経路５１ａからの経路と合流位置との間に設けられている。チェック弁５４ｅは、グリップ用油圧経路５１の縮小用油圧経路５１ｂからの経路と合流位置との間に設けられている。

（拡底掘削装置の動作および使用状態）
以上のように構成された本発明の実施の形態に係る拡底掘削装置１０の動作および使用状態を図面に基づいて接続する。
まず、図１に示すように、縦穴が掘削され、この縦穴に図示しない圧入装置により圧入されたケーシングＣ内に、クレーン車Ｃ１によって吊り下げされた状態の拡底掘削装置１０を下降させることで、ケーシングＣの下端から掘削アーム部４０が露出して、縦穴の底部に位置しているものとする。

作業者が操作盤ＯＰを操作して、掘削用シリンダ４１の伸長を指示する。この指示により、図５に示すグリップ用油圧経路５１の伸長用油圧経路５１ａを介してグリッパー用シリンダ３１にオイルが流入して油圧が掛かり、グリッパー用シリンダ３１が伸長する。
グリッパー用シリンダ３１が伸長することで、図２および図３に示すグリッパー用シリンダ３１の先端部に設けられたグリップ用板３２が、ケーシングＣ（図１参照）の内周壁を押圧する。この押圧により、拡底掘削装置１０がケーシング内の底部に固定される。
ケーシングを回転させることで、グリッパー部３０によりケーシングに固定された拡底掘削装置１０全体が回転するため、掘削アーム部４０の掘削ビット４２が、縦穴の周壁底部を掘削する。

圧入装置によりケーシングＣを更に圧入しながら、図５に示す掘削用油圧経路５２の伸長用油圧経路５２ａを介して掘削用シリンダ４１にオイルを流入させ油圧を掛け、掘削用シリンダ４１を伸長させることで、掘削ビット４２が縦穴の周壁を徐々に径方向Ｆ１に切削するので、縦孔の底部を拡径させることができる。
そして、掘削用シリンダ４１を深さに応じて伸長させることで、縦穴の底部に、下方に向かうに従って徐々に直径が拡がる切頭円錐状の傾斜面が形成される。

図３および図４に示す掘削ビット４２が縦穴の周壁を掘削するときに発生する掘削土は、縦穴の底角部Ｂ１に堆積する。しかし、ブラシ部４３の第１ブラシ部４３１が掘削ビット４２の回転方向Ｆ２の後方に位置しており、縦穴の底角部Ｂ１に接触して掘削アーム部４０と共に回転するため、第１ブラシ部４３１が掘削土を掻き出し、径方向Ｆ１の中心側に案内する。
そして、掘削土は、第２ブラシ部４３２により拡底掘削装置１０の下方の中央部に寄せられる。掘削用シリンダ４１を縮小させながら拡底掘削装置１０を回転させることで、ブラシ部４３が回転半径を短くしながら掘削土を中央部に集土するので、掘削土を縦穴の底部中央の土砂溜め穴に落下させることができる。

縦穴の拡底が完了すると、作業者が図１に示す操作盤ＯＰを操作して、図５に示す掘削用シリンダ４１と、グリッパー用シリンダ３１の縮小を指示する。この指示により、掘削用油圧経路５２の縮小用油圧経路５２ｂを介して掘削用シリンダ４１にオイルが流入して油圧が掛かり、掘削用シリンダ４１が縮小する。また、グリップ用油圧経路５１の縮小用油圧経路５１ｂを介してグリッパー用シリンダ３１にオイルが流入して油圧が掛かり、グリッパー用シリンダ３１が縮小する。
図３および図４に示す掘削用シリンダ４１が縮小することで、掘削アーム部４０が引っ込み、グリッパー用シリンダ３１が縮小することでグリッパー部３０が引っ込む。
そして、図１に示すクレーン車Ｃ１により拡底掘削装置１０をケーシングＣから引き上げ、ケーシングＣを縦穴Ｖから引き抜けば、作業は終了である。

以上のように拡底掘削装置１０によれば、図３および図４に示す第１ブラシ部４３１が、毛材４３ｂにより形成されている。そのため、径方向Ｆ１の突出長さが掘削ビット４２より長く、第１ブラシ部４３１の毛材４３ｂが縦穴の底角部Ｂ１に接触しても撓るので、第１ブラシ部４３１は破損することなく、底角部Ｂ１から掘削土を除去することができる。

また、掘削用シリンダ４１の底面に、縦穴の底面の掘削土を集土する第２ブラシ部４３２を備えているので、第１ブラシ部４３１により縦穴の底角部Ｂ１から掻き出した掘削土を第２ブラシ部４３２により集土することができる。

第２ブラシ部４３２は、第１ブラシ部４３１から連続して配置されたものである。そのため、第１ブラシ部４３１により縦穴の底角部Ｂ１から掻き出した掘削土を第２ブラシ部４３１により続けて集土することができる。

第１ブラシ部４３１に続く第２ブラシ部４３２が、回転中心に向かうに従って、回転方向の後方に向かって傾斜している。そのため、第１ブラシ部４３１により径方向Ｆ１の内側に案内された掘削土は、ブラシ部４３の回転が進むと徐々に第１ブラシ部４３１から第２ブラシ部４３２へ、第２ブラシ部４３２を伝って中心側へと掘削土を案内することができる。

第１ブラシ部４３１と第２ブラシ部４３２とは、掘削ビット４２の回転方向Ｆ２の後方側に配置されている。そのため掘削ビット４２により掘削された掘削土をブラシ部４３により直ぐに掻き出し集土することができる。

（油圧回路の動作および使用状態）
次に、図５に示すバイパス用油圧回路５４の動作および使用状態について、図面に基づいて詳細に説明する。
図１に示す拡底掘削装置１０が通常動作を行っている場合には、図５に示すグリップ用油圧経路５１の伸長用油圧経路５１ａまたは縮小用油圧経路５１ｂを介してグリッパー用シリンダ３１に掛けた油圧は、チェック弁５４ｄ，５４ｅを介してストップ弁５４ｂへも掛かる。
しかし、通常動作時は、ストップ弁５４ｂは閉鎖状態であるため、グリッパー用シリンダ３１の伸縮動作を、掘削用シリンダ４１へ伝達しないようにすることができる。

また、バイパス用油圧回路５４にチェック弁５４ｄ，５４ｅが設けられているため、グリップ用油圧経路５１の伸長用油圧経路５１ａにオイルを流入させたり、グリップ用油圧経路５１の縮小用油圧経路５１ｂにオイルを流入させたりしたときに、伸長用油圧経路５１ａから縮小用油圧経路５１ｂに、またはその反対側に、オイルが流入することを防止することができる。

このとき、なんらかの異常により、掘削アーム部４０が伸長した状態で、縦穴の底部を拡底中に引き込めなくなったとする。例えば、掘削用油圧経路５２の縮小用油圧経路５２ｂに接続された接続管Ｔ３や、接続管Ｔ３に接続された油圧用ホースＨ（図１参照）が破断などした場合には、掘削用シリンダ４１を縮小させるための油圧を掘削用シリンダ４１に掛けることができない。
図１に示す掘削アーム部４０が伸長して拡底している状態では、掘削アーム部の先端部が縦穴Ｖ上部の周壁位置より拡がっており、掘削アーム部４０の回転直径が縦穴Ｖ上部の直径より長くなっているため、拡底掘削装置１０をクレーン車Ｃ１によりそのまま引き上げることができない。

そこで、図５に示すバイパス用油圧回路５４のストップ弁５４ｃを遮断状態とし、ストップ弁５４ｂを開放状態とする。
そうすることで、異常時に、掘削用油圧経路５２の縮小用油圧経路５２ｂの上流側にオイルが流出することなく、グリップ用油圧経路５１側と掘削用油圧経路５２側とが連通して、グリップ用油圧経路５１の伸長用油圧経路５１ａから、チェック弁５４ｄおよびストップ弁５４ｂを通じてオイルを掘削用油圧経路５２の縮小用油圧経路５２ｂへ流入させることができる。
また、グリップ用油圧経路５１の縮小用油圧経路５１ｂから、チェック弁５４ｅおよびストップ弁５４ｂを通じてオイルを掘削用油圧経路５２の縮小用油圧経路５２ｂへ流入させることができる。
オイルが掘削用油圧経路５２の縮小用油圧経路５２ｂに流入すれば、掘削アーム部４０を縮小させ、図３に示す掘削アーム部４０の先端位置（掘削ビット４２の位置）を縦穴上部の周壁位置より引き込ませることができる。

従って、故障により、掘削アーム部４０が伸長した状態で、縦穴の底部を拡底中に引き込めなくなっても、掘削アーム部４０を縮小させ、引き込ませることができるので、図１に示す拡底掘削装置１０をクレーン車Ｃ１により引き上げることができる。
このように、図５に示す油圧回路５０にバイパス用油圧回路５４を設けるだけなので、掘削アーム部４０を構造的に変更したり、部材の追加をしたりすることなく、バイパス用油圧回路５４の追加により、掘削用シリンダ４１が引き込めなくなった掘削アーム部４０の異常時にも対応することができる。

なお、図５に示す本実施の形態のバイパス用油圧回路５４では、グリップ用油圧経路５１の伸長用油圧経路５１ａおよび縮小用油圧経路５１ｂの両方から、掘削用油圧経路５２の縮小用油圧経路５２ｂにオイルを流入させていたが、いずれか一方だけでもよい。
しかし、グリップ用油圧経路５１の伸長用油圧経路５１ａおよび縮小用油圧経路５１ｂの両方からオイルを流入させるようする方が、グリッパー部３０のグリッパー用シリンダ３１が伸長してケーシングを押圧した状態であったり、グリッパー用シリンダ３１が縮小して、筐体部１１に収納された状態であったりしても、掘削アーム部４０の掘削用シリンダ４１を縮小させることができるため望ましい。

本発明の拡底掘削装置は、杭が立設される縦穴を掘削する工事に好適である。

１０ 拡底掘削装置
１１ 筐体部
２０ 吊り下げ部
２１ フック部
２２ スイベル部
２３ 支持部材
３０ グリッパー部
３１ グリッパー用シリンダ
３２ グリップ用板
４０ 掘削アーム部
４１ 掘削用シリンダ
４１ａ シリンダ部
４１ｂ ピストンロッド部
４２ 掘削ビット
４３ ブラシ部
４３１ 第１ブラシ部
４３２ 第２ブラシ部
４３ａ 基材
４３ｂ 毛材
５０ 油圧回路
５１ グリップ用油圧経路
５１ａ 伸長用油圧経路
５１ｂ 縮小用油圧経路
５２ 掘削用油圧経路
５２ａ 伸長用油圧経路
５２ｂ 縮小用油圧経路
５３ａ，５３ｂ 分集流弁
５４ バイパス用油圧回路
５４ａ バイパス用油圧経路
５４ｂ，５４ｃ ストップ弁
５４ｄ，５４ｅ チェック弁
５５ スイベルジョイント
Ｆ１ 径方向
Ｆ２ 回転方向
Ｆ３ 配列方向
Ｃ ケーシング
Ｖ 縦穴
Ｂ０ 底部
Ｂ１ 底角部
Ｃ１ クレーン車
Ｈ 油圧用ホース
ＯＰ 操作盤
Ｔ１～Ｔ４ 接続管

Claims (5)

1. 地中に埋設されたケーシングの内周面を押圧するための第１油圧シリンダを有するグリッパー部と、
   前記ケーシングの回転により縦穴の周壁を掘削するために径方向に伸長する第２油圧シリンダを有する掘削アーム部とを備え、
   前記掘削アーム部は、前記第２油圧シリンダの先端から突出した掘削ビットと、前記掘削ビットと併設され、前記掘削ビットより径方向の突出長さが長く形成されることで前記縦穴の底角部に接触する第１ブラシ部とを備えた拡底掘削装置。
2. 前記第２油圧シリンダの底面に、前記縦穴の底面の掘削土を集土する第２ブラシ部を備えた請求項１記載の拡底掘削装置。
3. 前記第２ブラシ部は、前記第１ブラシ部から連続して配置されたものである請求項２記載の拡底掘削装置。
4. 前記第１ブラシ部と前記第２ブラシ部とは、回転中心に向かうに従って、回転方向の後方に向かって傾斜する請求項３記載の拡底掘削装置。
5. 前記第１ブラシ部と前記第２ブラシ部とは、前記掘削ビットの回転方向の後方側に配置された請求項３または４記載の拡底掘削装置。

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