JP7186351B2 - 振動打設式油圧掘削バケットと掘削重機及び浚渫作業船 - Google Patents

Description

本発明は、土工事の掘削、海底，湖底等の浚渫に用いるクラブバケットを進化させた振動打設式油圧掘削バケットとこの掘削バケットを搭載する重機及び浚渫作業船に関する。更に詳しくは、土工事，浚渫工事の生産性を高めるために掘削エネルギーを最小化した振動打設式油圧掘削バケット及びこの掘削バケットを搭載する重機及び浚渫作業船に関する。

一般に、グラブバケットとは物を掴む作業装置で、クレーンなどに吊り下げて使われる。産業ごとに使用目的は異なり、掴む対象物の種類，使用クレーン，定格荷重，使用環境等によってそれぞれのバケットの構造形式に特徴がある。土木工事の掘削で使われる最も基本的な構造形式に複索式グラブバケットがある。この複索式グラブバケットによる掘削は、クレーンに支持ワイヤーロープでバケットを吊り下げ、左右一対のシェルを全開させた状態でバケットを掘削位置に落下させ、バケットを開閉ワイヤーロープで巻き上げて、シェルの自重でこれを閉じて土砂を掴み取り、バケットを引き上げて所定の位置でシェルを開いて土砂を降ろす掘削装置である。クラブバケットは掘削の動力が自重であることが大きな特徴である。

グラブバケットはこれをクレーンに吊り下げて使用することで、深い位置の掘削、あるいは海底・湖底の浚渫が可能である。また、陸上で接近できない離れた位置の掘削，例えば、河川の水中掘削が可能である。また、掘削土を高い位置，離れた位置，例えば、高盛土に掘削土を降ろすことも可能である。

陸上の掘削を伴う土工事ではグラブバケットを装備したクレーンを搭載した重機がある。海上の浚渫工事ではグラブバケットを装備したクレーンを搭載した浚渫作業船がある。ここで、特に重要なのは重機，浚渫作業船の各作業時における偏心荷重に対する機能である。

一般に掘削用のグラブバケットにおいて、土砂の単位体積重量を１．６～１．８ｔｏｎ／ｍ^３とすると、グラブバケットの重量は掘削土砂重量とほぼ同じ程度になる。ただし、硬土盤用となると掘削土砂重量の２倍を超える。近年、グラブバケットは大規模工事の作業効率を高めるために大型化が進んでいる。港湾においても、浚渫グラブバケットの大型化は顕著である。巨大グラブバケットの浚渫ではシェルの開閉にグラブ重量を補助する油圧装置を装備しているものもある。しかし、バケットの自重は油圧装置によって大きく軽減することはない。

クラブバケットの巨大化はその重量を増大させている。これはグラブバケットの大型化を図る上で大きな障害となる。例えば、掘削装置を構成するバケットの吊り下げブーム，ブームの伸縮機構，バケットの昇降機構，動力発生装置等も大型対応となりコストの増加となる。特に、掘削装置を搭載する重機、あるいは浚渫作業船は巨大化する。これの要因は重機等に作用する大きな偏心荷重にある。荷重の平準化対策としてのカウンターウエイトが装備されているがそれでも巨大化が進んでいる。重機，浚渫作業船の巨大化はコストを大幅に押し上げる。前述のようにクラブバケットの掘削動力は自重であるが、自重による掘削効率はすでに限界にある。

産業の生産性とは、如何に少ない資源，労力で多くのものを生み出せるかということである。掘削作業を伴う土工事の高い生産性とは、土工事を安全に、且つ可能な限り短い時間で終了することである。ここで、グラブバケット，クレーン，重機等が工事の規模，施工条件，環境等に合致したものが必要最小条件である。

現在、ダム湖（貯水池）の堆砂は社会的課題となっている。ダムは河水を堰き止めるが、同時に上流からの流砂も堰き止め、流砂のサイクルを寸断する。ダム湖は流入土砂により埋没が進行する。ダムの使用目的は大きく分けて、治水と利水の２つがある。ダムの治水とは主に下流河川の洪水・氾濫対策である。ダム湖が流入土砂により埋没することは、治水・利水の機能を損なうばかりでなく、ダム湖では堆積土のヘドロ化、上流河川では河床が上昇して河川氾濫の原因となっている。また、下流河川では河床低下が進行し、河口付近では海岸線が後退している。

一般にダム湖における堆砂は平常時の河川上流の流量では進行せず、豪雨等による急激な増水や、流域内での傾斜地崩壊といった大量の土砂発生に起因する。また近年地球温暖化に伴う豪雨は局地的集中と降雨量の極端な増加を招いている。こうした気候変動などの洪水時に、堆砂が急激に進行する現象が起きている。

ダム湖の堆砂対策の目的は、ダム湖の容量や取水，放流機能の保持、さらにはダム湖上流の堆砂に起因する浸水対策として実施される。堆砂対策の方法は、土砂の流入の抑制としては、治山・砂防事業，貯水池周辺法面の安定化，ダム湖上流河川の掘削，浚渫がある。土砂のダム湖通過としては、排砂バイパス，洪水時の放流がある。ダム湖の土砂排除としては、ダム湖の浚渫がある。気候変動による洪水は、想定外の急激な土砂発生を起こすことが予測されている。

１日平均１万ｍ^３、全体で３００万ｍ^３～４００万ｍ^３の掘削あるいは浚渫、そして搬出の土工事は、大工事である。これはあるダム湖の堆積土砂の撤去計画である。しかし、大工事ということで、大型のグラブバケット，大型のクローラクレーン，大型のダンプトラックを必要な台数を用意すれば良いというものではない。高い生産性に適した大型のグラブバケット及びこれを搭載する重機等が必要である。

本発明が解決する課題１は、高い生産性に適合したクラブバケットの実現である。従来の掘削エネルギーが自重であるクラブバケットとは異なり、掘削エネルギーの最小化を図る振動打設式油圧掘削バケットである。これにより、掘削バケットの大型化と軽量化が格段に進み、本グラブバケットを搭載する重機，浚渫作業船の偏心荷重は大きく軽減されることを意図する。

本発明が解決する課題２は、大型化した振動打設式油圧掘削バケットを搭載する重機，浚渫作業船において、当該バケットの高い生産性を最大限に活用するために作業の多機能性，迅速性そして安定性を兼備し、且つ、重機，浚渫作業船の巨大化の抑制を図ることである。作業の多機能性とは、大型バケットによる掘削深さの拡大，掘削及び掘削土砂降ろしの作業半径の拡大，掘削土砂降ろしの作業高さの拡大などである。作業高さとは高盛土等の作業を想定している。これらの多機能性は、重機，浚渫作業船にさらに大きな偏心荷重を作用させることで巨大化を招く。そして、巨大化はコストの大幅な増加を招くことになる。

前記の課題２は、土木事業費の縮減化に向けた重機，浚渫作業船の巨大化の抑制である。事業費の縮減化の重要性の１例として、ダム湖の土砂堆積対策をあげた。これは気候変動による想定外の土砂発生に対しても余裕を持った事業計画とする必要があること。さらには河川全体の環境保全を考慮する事業であること。これらのことから、予算が膨大になると社会的な問題意識はあっても予算を確保できない恐れが生じる。そのためにも事業費の縮減化は重要な課題である。

高い生産性に適合した大型掘削機械は、河川の治水対策事業に留まらず港湾の浚渫事業、さらには大規模土木事業に寄与することを目的とするものである。

本発明が解決する課題１は、高い生産性に適合したグラブバケットに向けてのバケットの大型化と格段の軽量化である。従来のグラブバケットの掘削は、重いバケットの自重を利用して掘削する方法である。開閉に油圧伝動装置を利用するものがあるが、これは補助に過ぎない。グラブバケットの掘削は、バケットが軽ければシェルを閉じても浮き上がり効率が悪い。そこで、本発明のグラブバケットは底面開口として、バケット上面に設置された振動装置で掘削深さまで振動打設する。振動装置は緩衝装置，原動機（モーター），起振機から構成される。緩衝装置は当該バケットを吊るすブームに振動が伝播するのを防止するためのもので、振動装置の最上部に位置する。課題１の解決手段の基本その１は、バケット自重に頼らない振動打設である。

従来のグラブバケットは掘削土砂を吊り上げるとき、バケットの底は必ず閉合するものとしている。また、固く締まった礫交じり土砂のようにせん断強度が極めて大きい掘削土砂であっても何が何でもバケットを閉合する。これは極めて無駄なエネルギーの消費である。このため、従来の大型グラブバケットは、とてつもなく大重量で頑強な構造のバケットになっている。

グラブバケットの閉合は目的ではなく掘削土砂を吊り上げるための手段である。例えば、切り分けたカステラをトングで挟んで持ち上げることができる。このとき、トングはカステラの上下面を挟む必要はない。左右の側面でも良い。挟み付けることでトングの面に摩擦力が発生する。せん断強度のある土砂にも同じ現象が発生する。砂質土はバケットとの間に周面摩擦力が発生する。圧縮力が大きければ砂質土は圧縮して強度増加し摩擦力も増加する。粘性土は圧縮しても直ちに圧縮せず強度も直ちに増加しない。従って、当初の粘着力による周面付着力が発生する。課題１の解決手段の基本その２はクラブバケットの締め付けによる周面摩擦力あるいは周面付着力を利用する。

マヨネーズの容器は口がすぼまっている。マヨネーズは力を加えて押し出さなければ出てこない。これはマヨネーズには変形に抵抗する力があるからで、マヨネーズの変形抵抗力は粘性抵抗力である。せん断強度のある土砂にも同じ現象が発生する。粘性土の変形抵抗力は粘性抵抗力、砂質土の変形抵抗力は内部摩擦力である。ただし、乾いた砂質土は砂時計のようにバケットの底面が縮小されても落下する。それは圧縮されても砂粒子がバラバラで一体化せず変形抵抗が小さいことによる。このような場合は加湿して砂粒子に付着力を付ける必要がある。課題１の解決手段の基本その３はクラブバケットの底面積を縮小して掘削土砂の変形抵抗力を利用する。

課題１を解決するための手段は以下のとおりである。まず、本発明の振動打設式油圧掘削バケットの構造は、上蓋部材及び４面の筒状の壁部材のうちの一対の２面の一部または大半が開閉壁部材と成る底面開口のバケットである。このバケットの上部には振動装置と油圧伝動装置が設置する。開閉壁部材は壁部材の任意の位置より下の一対の壁部材部分を切取って開閉壁部材に換え、これの天端を壁部材に一対の開閉壁部材としてヒンジ支点で結合する。

これらの開閉壁部材は油圧伝動装置で操作するもので、当該バケットによる掘削機構は開閉壁部材を鉛直にして地盤の掘削深さまで振動打設する。続いて掘削土砂のせん断強度がある場合には一対の開閉壁部材でバケット底面の水平断面積を縮小方向に掘削土砂を締付けることで発生するバケットの周面摩擦力，あるいは粘土の粘着力，さらには掘削土砂の変形抵抗力によりバケット底面を閉合せずに掘削土砂を保持する。せん断強度がない場合には一対の開閉壁部材でバケット底面を閉合して掘削土砂を保持する。このようにバケットの振動打設と続く土砂のせん断強度に応じたバケットの締付けと底面の縮小又は閉合による土砂の掘削機構を特徴とする。このように、本発明のバケットは掘削の動力としてバケットの自重をあてにしない。ここで、せん断強度がない場合とは掘削土を締め付けて圧縮しても強度がでない流動的な軟弱土である。

本発明の振動打設式油圧掘削バケットは、タイプ１Ａ，及び１Ｂがあって、開閉機構が異なる。タイプ１Ａの開閉壁部材は一対の壁部材面の大半とし、開閉壁部材の操作は開閉壁部材の外面に取付けた上蓋部材よりも突出した複数の梃子部材の頂部を介して、バケットの上部に設置した複数の水平油圧シリンダーの伸縮で行う。タイプ１Ｂの開閉壁部材はバケット底面を水平に閉合する大きさの一対の開閉壁部材面とし、開閉壁部材の操作はこの部材の面とは別の一対の壁部材の内面中央の鉛直方向に取付けられて一定長を上下動する２ヒンジ付きローラー支点及びこれと連動した開閉伝動ロッドを介してバケットの上面に設置した鉛直油圧シリンダーの伸縮で行う。

本発明のバケットによる掘削機構は、開閉壁部材の閉合を油圧シリンダーによる閉合抵抗値を補正した掘削土砂の保持指標で決定される。掘削土砂を開閉壁部材でバケット底面の水平断面積を縮小方向に締付けて保持指標が特定値以上になったとき、それ以上はバケット底面を閉合せずに掘削土砂を保持する。保持指標が特定値未満を示した場合は、バケットの底面を完全に閉合する。

前述のように本発明の掘削方法は、バケットを振動打設する。振動打設は単なる打設とは異なり、打設エネルギーを最小とし、迅速という利点がある。すなわち、バケットの軽量化，大型化、さらには迅速な施工性へと進展する。続いて、本発明の掘削土砂の保持機構はバケット底面を必ずしも閉合しない。掘削土砂のせん断強度が大きい場合には土砂を締め付けるだけである。この時のエネルギーはバケット底面を閉合するような大きなエネルギーを必要としない。また、せん断強度が小さい場合にはバケット底面を完全閉合するがエネルギーは小さなものである。また、バケットの不完全閉合はバケット容量よりも大きな量の土砂を掘削することができるという利点がある。本発明の掘削土砂の保持機構は省エネルギーでありながらバケットの格段の軽量化，大型化へと大きく前進する。

本発明の掘削バケットの保持機構ではバケット底面の閉合を決定する保持指標の特定値を提示した。この特定値とはその掘削バケットで底面を完全閉合せずに掘削土砂を保持できることを示す保持指標で、バケットの閉合抵抗値，土砂の種類，バケットの底面形状及び寸法から決まる値である。特定値を得るためには現場で数回の掘削トライアルから閉合抵抗値を補正するか、あるいは過去のデータを参照とする。

ダム湖及び上流河川の堆積土砂には流木等の掘削，浚渫の障害物が多く埋没している。そこで、これらの障害物の撤去用のバケットが必要である。これのバケットの構造は、壁部材は必要最小限の高さとし、これの一対の面のみに爪部材を複数有する開閉爪部材を壁部材の下端にヒンジ支点で連結する。開閉爪部材の操作はこれの外面に取付けた上蓋部材よりも突出した複数の梃子部材の頂部を介して、バケットの上部に設置した複数の水平油圧シリンダーの伸縮で行う。

本発明が解決する課題２は、重機，浚渫作業船の巨大化を抑制して建造費の増大の抑制を図って建設事業費，保全事業費等の縮減化を図ることにある。課題２を解決するための手段は、掘削重機及び浚渫作業船に作用する大きな偏心荷重の是正である。この大きな偏心荷重が巨大化の主な要因となっている。

一般に、クローラクレーンは、下部走行体（クローラー等）上に旋回ベアリングを介して上部旋回体（ブーム，カウンターウエイト，運転室等）を旋回可能に搭載し、この上部旋回体の前部側にブームの基端を起伏可能に支持する一方、上部旋回体の後部側に、クレーン能力を高めるためのカウンターウエイトを設けている。通常、クローラーは地面が不陸の場所でも、地盤の支持力が小さい場所でも自在に走行して作業をする。これはクローラーの接地面積が広く、接地圧を小さくすることができることにある。しかし、本発明の重機は大型のバケットを用いて前述の多機能作業を拡大する。従来のカウンターウエイト方式では、クローラーの偏心荷重が大きくなり過ぎて接地圧が不足することが起こり、重機の大型化の抑制とはならない。

本発明の掘削重機の偏心荷重を解決するための手段は以下のとおりである。
本発明の大型の振動打設式油圧掘削バケットを装備する掘削重機において、前記掘削バケットを取り付けるブームは前後方向に伸縮する水平ブーム、例えば、前後方向に別々に伸縮する２本のシリンダーを内蔵するブーム。あるいは前後方向の別々の水平ブームを二段重ねとする。前方向の伸縮ブームの先端には前記掘削バケットを取り付ける下向きに伸縮する鉛直ブームを固定し、後方向の伸縮ブームには移動式カウンターウエイトを取り付ける。この水平ブームの重機への取り付けは水平ブームの重量のバランスがとれる中間点を重機の上部旋回体の中央に設けた支柱にヒンジ支点として取り付ける。そして、移動式カウンターウエイトを操作することによって重機の中心と重心を一致させて、下部走行体のクローラーの接地圧の均等化を図ることで、重機の大型化を抑制し、大型バケットによる掘削深さの拡大と掘削及び掘削土砂降ろしの作業半径の拡大、及び作業高さの拡大などの作業の多機能性と安定性を備える。

本発明の掘削重機の機能の一つとして、掘削土の高い位置への移動、例えば、離れた位置からの高盛土施工のクレーン機能を備える。このために、本発明の掘削重機は水平ブームの旋回体と水平ブーム間に起伏装置を設けて水平ブームに傾斜機能を備える。

本発明の掘削重機の機能の一つとして、移動式カウンターウエイトを自動化することで水平ブームの重量のバランスを常に保持することで、作業の高い安全性と迅速性を備える。

次に本発明の浚渫作業船の偏心荷重を解決するための手段は以下のとおりである。
本発明の大型の振動打設式油圧掘削バケットを装備する浚渫作業船において、前記掘削バケットを取り付けるブームは前後方向に伸縮する水平ブーム、例えば、前後方向に別々に伸縮するシリンダーを内蔵するブーム。あるいは前後方向の別々の水平ブームを二段重ねとし、前方向の伸縮ブームの先端には、前記掘削バケットの巻上用のワイヤーロープを掛けるフックブロックを取り付け、後方向の伸縮ブームには移動式カウンターウエイトを取り付ける。この水平ブームの浚渫作業船への取り付けは水平ブームの重量のバランスのとれる中間点を作業船中央の旋回体に設けた支柱，通常は門形支柱にヒンジ支点で取り付け、移動式カウンターウエイトを操作することによって作業船の中心と重心を一致させて、作業船の浮体である台船の浮力の均等化を図ることで、大型バケットによる浚渫深さの拡大と浚渫及び浚渫土砂降ろしの作業半径の拡大、及び作業高さの拡大などの作業の多機能性と安定性を備える。

本発明の浚渫作業船の機能の一つとして、浚渫土砂の高い位置への移動、例えば、離れた位置からの陸上げのクレーン機能を備える。このために、本発明の作業船は旋回体と水平ブーム間に起伏装置を設け水平ブームに傾斜機能を備える。

本発明の浚渫作業船の機能の一つとして、移動式カウンターウエイトを自動化することで水平ブームの重量バランスを常に保持することで、作業の高い安全性と迅速性を備える。

上述したように本発明の掘削バケットは底面開口で振動打設する。振動打設は打設エネルギーを最小とし、迅速であるという利点がある。掘削土砂の保持は、土砂のせん断強度がある場合には一対の開閉壁部材でバケット底面の水平断面積を縮小方向に掘削土砂を締め付けることで発生するバケットの周面摩擦力あるいは粘土の粘着力，さらには掘削土砂の変形抵抗力によりバケット底部を閉合せずに保持する。締め付けエネルギーは小さい。また、せん断強度がない流動化した軟弱土の場合には一対の開閉壁部材でバケット底部を閉合して保持する。軟弱土砂の閉合エネルギーはやはり小さい。このように本発明の掘削バケットは、掘削エネルギーを最小化して、バケットの格段の軽量化，大型化を図って高い生産性の掘削バケットを実現した。

また、本発明の大型の掘削バケットを搭載する重機，浚渫作業船は、当該バケットを吊るすブームの反対側に移動式カウンターウエイトを設置し、これを操作することで重機，あるいは作業船の中心と重心を一致させて、大きな偏心荷重を是正し、重機，浚渫作業船の巨大化を抑制することで、建造費の縮減を図った。これは大規模な建設事業，保全事業等の事業費の縮減化に大きく寄与するものである。

本発明の実施形態を示す掘削バケット（１Ａ）の正面図 同平面図 同バケットの開閉壁部材が開の状態の側面図 同バケットの開閉壁部材が閉の状態の側面図 本発明の実施形態を示す掘削バケット（１Ｂ）の正面図 同平面図 同バケットの開閉壁部材が開の状態の側面図（壁部材を除去） 同バケットの開閉壁部材が閉の状態の側面図（壁部材を除去） 本発明の掘削土砂の保持機構の説明図 本発明の掘削土砂のせん断強度がある場合の掘削工程の説明図 同掘削土砂のせん断強度がない場合の掘削工程の説明図 本発明のバケットの障害となる埋没物の撤去用バケットの側面図 本発明の実施形態を示す掘削重機の側面図 同平面図 本発明の実施形態を示す浚渫作業船の側面図 同側面図 同浚渫作業船がバケットを海底地盤に振動打設した状態の側面図 同浚渫作業船が浚渫土を土運船に積込む状況の平面図

以下、本発明の実施の形態を図１～図１８に基づいて説明する。

本発明の振動打設式油圧掘削バケットの構造は、二つのタイプ１Ａと１Ｂがある。図１は本発明のタイプ１Ａの実施形態を示す振動打設式油圧掘削バケットの正面図、図２は平面図、図３はバケットの開閉壁部材１２ｂが開の状態の側面図、図４は開閉壁部材１２ｂが閉の状態の側面図である。同様に、図５は本発明のタイプ１Ｂの実施形態を示す振動打設式油圧掘削バケットの正面図、図６は平面図、図７はバケットの開閉壁部材１２ｂが開の状態の側面図、図８は開閉壁部材１２ｂが閉の状態の側面図である。ただし、図７，図８において、筒状の壁部材１２ａを外した内部の図である。図において、１Ａは振動打設式油圧掘削バケット，１Ｂは振動打設式油圧掘削バケット，１１はバケットの上蓋部材，１２ａはバケットの壁部材，１２ｂはバケットの開閉壁部材，１３ａは開閉壁部材の上端ヒンジ支点，１ａは振動装置，１ｂは水平油圧シリンダー，１ｃは鉛直油圧シリンダー，１ｄはバケット吊り具，１７は空気・水抜きスリットである。

振動打設式油圧掘削バケット１Ａ，１Ｂは上蓋部材１１及び４面の壁部材１２ａが筒状の一体構造で底面開口のバケットである。このバケットの上部には振動装置１ａと油圧伝動装置である水平油圧シリンダー１ｂ及び鉛直油圧シリンダー１ｃが設置されている。筒状の壁部材１２ａのうちの一対の２面に開閉壁部材１２ｂがヒンジ支点１３ａで壁部材１２ａに連結されている。タイプ１Ａと１Ｂの違いの１つは開閉壁部材１２ｂの大きさにある。タイプ１Ａは一対の壁部材１２ａの大半が開閉壁部材１２ｂで、タイプ１Ｂはバケット底面を水平に閉合する大きさの開閉壁部材１２ｂである。

タイプ１Ａと１Ｂの違いのもう１つは、開閉壁部材１２ｂの開閉機構である。タイプ１Ａの図１～図４において、１４ａは梃子部材，１４ｂは梃子連結部材，１４ｃは梃子部材の頂部ローラー支点である。タイプ１Ａの開閉壁部材１２ｂの操作はこの部材の外面に取付けた上蓋部材１１よりも突出した複数の梃子部材１４ａの頂部を介して、バケットの上部に設置した複数の水平油圧シリンダー１ｂの伸縮で行うものである。タイプ１Ｂの図５～図８において、１３ｂは開閉壁部材の下端ヒンジ，１５ａは２ヒンジ付き鉛直ローラー支点，１５ｂは開閉伝動ロッド，１５ｃはローラー支点ガイドである。タイプ１Ｂの開閉壁部材１２ｂの操作はこの部材の面とは別の一対の壁部材１２ａの内面中央の鉛直方向に取付けられた一定長を上下動する２ヒンジ付きローラー支点１５ａ及びこれと連動した開閉伝動ロッド１５ｂを介してバケットの上面に設置した鉛直油圧シリンダー１ｃの伸縮で行うものである。

図９はタイプ１Ａの振動打設式油圧掘削バケットによるせん断強度のある掘削土砂の保持機構の説明図である。図９の図（１）は当該バケットを地盤の掘削深さまで振動打設し、水平油圧シリンダー１ｂを操作して一対の開閉壁部材１２ｂを少し閉じ始めている状況である。バケットの水平断面積は開閉壁部材１２ｂの上端のヒンジ支点１３ａでは一定で、バケット底面に向けて縮小して底面では最小となる。バケット内の掘削土砂は最初に振動打設でバケット上面から鉛直方向の圧縮荷重を受ける。次に一対の開閉壁部材１２ｂの締め付けにより水平方向の圧縮荷重を受ける。掘削土砂が砂質土ならば圧縮し強度増加し、バケットとの間に周面摩擦力が発生する。掘削土砂が落下する力は自重である。これを防止する力が周面摩擦力に加えて狭い底面を抜け落ちるときの土砂の変形抵抗力（内部摩擦力）である。掘削土砂が粘性土ならば直ちに圧縮することはなく直ちに強度増加することもない。土砂の落下防止する力は当初の粘着力によるバケットとの周面付着力と土砂の変形抵抗力（粘性抵抗力）である。変形抵抗力はバケットの底面積が小さくなればなるほど大きくなる。

バケットから掘削土砂の落下を防止する力は周面摩擦力，周面付着力と掘削土砂の変形抵抗力である。開閉壁部材１２ｂが閉じるに従って大きくなるのが周面摩擦力と変形抵抗力である。ここで、開閉壁部材１２ｂが閉じるある経過時点で掘削土砂の自重と落下防止する力が平衡する。この平衡点は油圧シリンダーの油圧で示される閉合抵抗値が大きく関係する。本発明のバケットによる掘削機構は開閉壁部材１２ｂの閉合抵抗値を補正した保持指標が特定値以上の場合は、バケット底面を閉合せずに掘削土砂を保持し、保持指標が特定値未満を示した場合は、バケットの底面を完全に閉合する。ここで、保持指標は土砂の種類，バケットの底面形状寸法によっても異なってくる。また、特定値とは保持指標に一定の安全率を乗じた値である。閉合抵抗値と保持指標の関係は現場で数回の掘削トライアルで求めるか、あるいはデータが蓄積されればこれを参照する。

図９の図（１），（２）において、図中の矢印は圧縮荷重の作用に対して反作用の関係から周面摩擦力の発生を示した。また、図（２）はバケットの不完全閉合はバケット容量よりも大きな量の土砂を掘削することができるという利点を示した。

掘削土砂が圧縮強度のある乾燥状態の砂質土の場合は加湿対策が必要である。砂質土が乾燥状態であれば、一対の開閉壁部材１２ｂで掘削土砂を締め付けても砂粒子どうしの付着がないために一体にはならない。そこで、当該バケットは内部への注水装置を取り付け、乾燥砂質土を湿らせることで付着力を付ける機能を備えておくのが好適である。

図１０は本発明の掘削土砂のせん断強度がある場合の水中掘削工程の説明図である。図（１）はバケットの振動打設にそなえて開閉壁部材１２ｂを鉛直にした状態。続いて水中落下。バケットには空気・水抜きスリット１７が設けられている。バケットの水中落下において、バケット内の空気が水に入れ替わる。図（２）は振動打設。打設において、バケット内の水は掘削土砂に入れ替わる。図（３）は開閉壁部材１２ｂの閉合過程において、保持指標が特定値に達した状態。図（４）はバケットを引き上げた状態。図（５）は開閉壁部材１２ｂを開いて掘削土砂を落下した状態である。

図１１は同掘削土砂のせん断強度がない場合の掘削工程の説明図である。図（１）及び図（２）は図１０に同じ。図（３）は開閉壁部材１２ｂの完全閉合状態。軟弱土砂におけるバケットの底面閉合は、バケットを閉合しながら一定の速度で引き上げ、バケットが掘削地盤から離脱する間に完全閉合する。これはバケットを閉じるとき、一対の開閉壁部材１２ｂは軟弱土砂をかき寄せる。かき寄せられた軟弱土砂は圧縮せずに流動する。この軟弱土砂の量はバケットを完全閉合したときの容積よりも大きく余剰となる。図（４）は開閉壁部材１２ｂの完全閉合。図（５）は図１０に同じ。

図１２は本発明のバケットの障害となる埋没物の撤去用バケット１Ｃの側面図である。図において、１３ｃは開閉爪部材のヒンジ支点，１６は開閉爪部材である。このバケットの構造は、壁部材１２ａは必要最小限の高さとし、これの一対の面のみに爪部材を複数有する開閉爪部材１６を壁部材１２ａの下端にヒンジ支点１３ｃで連結したものである。開閉爪部材１６の操作は振動打設式油圧掘削バケット１Ａと同様である。

図１３は 本発明の実施形態を示す掘削重機２の側面図，図１４は同平面図である。図において、２は掘削重機，２１は水平ブームの旋回体，２２はクローラー，２３は水平ブームの支柱，２４は前・後方の伸縮水平ブーム，２５は前方の鉛直ブーム，２６は後方の移動式カウンターウエイト，２７は水平ブームのヒンジ支点，２８は水平ブームの起伏装置，２９は運転室，２Ａは地盤である。図の掘削重機２は掘削作業で前・後方の伸縮水平ブーム２４を伸ばした状態である。このとき、本発明の掘削バケット１Ａ，１Ｂを取付けてある前方ブームを伸ばしたことで掘削重機２は偏心する。この偏心を移動式カウンターウエイト２６の操作によって掘削重機２の中心と重心を一致させ、下部走行体のクローラー２２の接地圧の均等化を図っている。

図１５は本発明の実施形態を示す浚渫作業船３の側面図，図１６は同側面図，図１７は同浚渫作業船がバケットを海底地盤に振動打設した状態の側面図，図１８は同浚渫作業船が浚渫土を土運船３Ｂに積込む状況の平面図である。図において、３は浚渫作業船，３１は水平ブームの旋回体，３２は水平ブームの門形支柱，３３は前・後方の伸縮水平ブーム，３４は前方のフックブロック，３５は後方の移動式カウンターウエイト，３６は水平ブームのヒンジ支点，３７は水平ブームの起伏装置，３８は水平ブームの斜張部材，３９は操作室，３Ａは台船，３Ｂは土運船，３Ｃは海面，３Ｄは海底地盤である。図１５，図１６の浚渫作業船３は前・後方の伸縮水平ブーム３３ブームを伸ばさない格納状態である。図１７の浚渫作業船３は浚渫作業で前・後方の伸縮水平ブーム３３を伸ばした状態である。そして、偏心を移動式カウンターウエイト３５の操作によって浚渫作業船３の中心と重心を一致させて、浚渫作業船３の浮体である台船３Ａの浮力の均等化を図っている。なお、浚渫作業船３に装備される振動打設式油圧掘削バケット１Ａ，１Ｂの振動装置１ａは水中対応の装置である。また、この掘削バケットの昇降装置の図は省略されている。

１Ａ 振動打設式油圧掘削バケット
１Ｂ 振動打設式油圧掘削バケット
１Ｃ 障害物撤去用の振動打設式油圧掘削バケット
１１ バケットの上蓋部材
１２ａ バケットの壁部材
１２ｂ バケットの開閉壁部材
１３ａ 開閉壁部材の上端ヒンジ支点
１３ｂ 開閉壁部材の下端ヒンジ（タイプＢ）
１３ｃ 開閉爪部材のヒンジ支点
１４ａ 梃子部材
１４ｂ 梃子連結部材
１４ｃ 梃子部材の頂部ローラー支点
１５ａ ２ヒンジ付き鉛直ローラー支点
１５ｂ 開閉伝動ロッド
１５ｃ ローラー支点ガイド
１６ 開閉爪部材
１７ 空気・水抜きスリット
１ａ 振動装置
１ｂ 水平油圧シリンダー
１ｃ 鉛直油圧シリンダー
１ｄ バケット吊り具
２ 掘削重機
２１ 水平ブームの旋回体
２２ クローラー
２３ 水平ブームの支柱
２４ 前・後方の伸縮水平ブーム
２５ 前方の鉛直ブーム
２６ 後方の移動式カウンターウエイト
２７ 水平ブームのヒンジ支点
２８ 水平ブームの起伏装置
２９ 運転室
２Ａ 地盤
３ 浚渫作業船
３１ 水平ブームの旋回体
３２ 水平ブームの門形支柱
３３ 前・後方の伸縮水平ブーム
３４ 前方のフックブロック
３５ 後方の移動式カウンターウエイト
３６ 水平ブームのヒンジ支点
３７ 水平ブームの起伏装置
３８ 水平ブームの斜張部材
３９ 操作室
３Ａ 台船
３Ｂ 土運船
３Ｃ 海面
３Ｄ 海底地盤

Claims (10)

1. 振動打設式油圧掘削バケットにおいて、その構造は上蓋部材と筒状の壁部材，及び壁部材のうちの一対の２面の一部または大半を油圧で底面を開閉する開閉壁部材に換えてヒンジ支点で連結したもので、当該バケットによる掘削機構は開閉壁部材を鉛直にしてバケット上面に設置された振動装置で地盤の掘削深さまで振動打設し、続いて掘削土砂がせん断強度のある場合には一対の開閉壁部材でバケット底面の水平断面積を縮小方向に掘削土砂を締付けることで発生するバケットの周面摩擦力，あるいは粘着力，さらには掘削土砂の変形抵抗によりバケット底面を閉合せずに掘削土砂を保持し、せん断強度がない場合にはバケット底面を閉合して掘削土砂を保持するもので、掘削エネルギーの最小化を図った掘削機構を特徴とする振動打設式油圧掘削バケット。
2. 請求項１の振動打設式油圧掘削バケットにおいて、開閉壁部材の操作はこれの外面に取付けた上蓋部材よりも突出した複数の梃子部材の頂部を介して、バケットの上部に設置した複数の水平油圧シリンダーの伸縮で行うもので、当該バケットによる掘削機構は開閉壁部材の閉合抵抗値を補正した保持指標が特定値以上の場合には、開閉壁部材で掘削土砂を締付けることで発生するバケットの周面摩擦力，あるいは粘着力，さらには掘削土砂の変形抵抗によりバケット底面を閉合せずに掘削土砂を保持し、保持指標が特定値未満を示した場合には、バケット底部を完全に閉合する土砂の掘削機構を特徴とする振動打設式油圧掘削バケット。
3. 請求項１の振動打設式油圧掘削バケットにおいて、一対の開閉壁部材面の大きさはバケット底面を水平に閉合する一対の面とし、これの操作は開閉壁部材とは別の一対の壁部材の内面中央の鉛直方向に取付けられて一定長を上下動する油圧シリンダーのローラー支点及びこれと連動した開閉伝動ロットを介してバケットの上面に設置した鉛直油圧シリンダーの伸縮で行うもので、当該バケットによる掘削機構は開閉壁部材の閉合抵抗値を補正した保持指標が特定値以上の場合には、開閉壁部材で掘削土砂を締付けることで発生するバケットの周面摩擦力，あるいは粘着力，さらには掘削土砂の変形抵抗によりバケット底面を閉合せずに掘削土砂を保持し、保持指標が特定値未満を示した場合には、バケット底部を完全に閉合する土砂の掘削機構を特徴とする振動打設式油圧掘削バケット。
4. 請求項１の振動打設式油圧掘削バケットにおいて、一対の面のみに爪部材を複数有する開閉爪部材を一体壁部材の下端にヒンジ支点で結合し、開閉爪部材の操作はこれの外面に取付けた上蓋部材よりも突出した複数の梃子部材の頂部を介して、バケットの上部に設置した複数の水平油圧シリンダーの伸縮で行うことを特徴とする障害物撤去用の振動打設式油圧掘削バケット。
5. 請求項１の振動打設式油圧掘削バケットを装備する掘削重機において、前記掘削バケットを取り付けるブームは前後方向に伸縮する水平ブームとし、前方向の伸縮ブームの先端には前記掘削バケットを取り付ける下向きに伸縮する鉛直ブームを固定し、後方向の伸縮ブームには移動式カウンターウエイトを取り付け、この水平ブームの重機への取り付けは水平ブームの重量のバランスがとれる中間点を重機の水平ブームの旋回体に設けた水平ブームの支柱にヒンジ支点として取り付け、移動式カウンターウエイトを操作することによって重機の中心と重心を一致させて、下部走行体のクローラーの接地圧の均等化を図ることで、大型バケットによる掘削深さの拡大と掘削及び掘削土砂の降ろしの作業半径の拡大、及び作業高さの拡大などの作業の多機能性と安定性を備えていることを特徴とする掘削重機。
6. 請求項５の掘削重機において、水平ブームの旋回体と水平ブーム間に起伏装置を設けて水平ブームに傾斜機能を備えたことを特徴とする掘削重機。
7. 請求項５の掘削重機において、移動式カウンターウエイトを自動化することで水平ブームの重量バランスを常に保持することで、作業の高い安全性及び迅速性を特徴とする掘削重機。
8. 請求項１の振動打設式油圧掘削バケットを装備する浚渫作業船において、前記掘削バケットを吊るすブームは前後方向に伸縮する水平ブームで、この水平ブームの前方向の伸縮ブームの先端には、前記掘削バケットのフックブロックを取り付け、後方向の伸縮ブームには移動式カウンターウエイトを取り付け、この水平ブームの浚渫作業船への取り付けは水平ブームの重量のバランスのとれる中間点を作業船中央の水平ブームの旋回体に設けた水平ブームの支柱にヒンジ支点で取り付け、移動式カウンターウエイトを操作することによって前記浚渫作業船の中心と重心を一致させて、作業船の浮体である台船の浮力の均等化を図ることで、大型バケットによる浚渫深さの拡大と浚渫及び浚渫土砂降ろしの作業半径の拡大、及び作業高さの拡大などの作業の多機能性と安定性を備えていることを特徴とする浚渫作業船。
9. 請求項８の浚渫作業船において、水平ブームの旋回体と水平ブーム間に起伏装置を設け水平ブームに傾斜機能を持たせたことを特徴とする浚渫作業船。
10. 請求項８の浚渫作業船において、移動式カウンターウエイトを自動化することで水平ブームの重量のバランスを常に保持することで、作業の高い安全性及び迅速性を特徴とする浚渫作業船。

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