JP7195010B2

JP7195010B2 - 杭設置装置

Info

Publication number: JP7195010B2
Application number: JP2020067156A
Authority: JP
Inventors: 英吾都
Original assignee: Daito Giken KK
Current assignee: Daito Giken KK
Priority date: 2020-04-03
Filing date: 2020-04-03
Publication date: 2022-12-23
Anticipated expiration: 2040-04-03
Also published as: JP2021161826A

Description

本発明は、打撃、回動、及び環状膜状の圧縮空気の噴射が可能な杭設置装置に関する。

防護柵、太陽光パネルの基礎杭の設置については、杭に打撃力を付与して地中に打込む工法（以後、直接打設工法と呼ぶ。）が通常であるが、施工現場の状況に応じて様々な工法が採用されてきた。例えば、硬い岩盤に設置する場合は、ダウンザホールハンマ工法によって、地盤を中堀した後、中堀した穴を、一旦、土砂で埋め戻し、その後、杭を打設する工程を踏むことが一般的である。また、市街地等の施工において、騒音が問題となる場合は、アースオーガによって先行掘削後、杭を圧入、又は打設によって設置する工法が採用されている。

それぞれの工法に使用する施工機械は、工法ごとに、専用の装置を備えている。例えば、ダウンザホールハンマ工法に用いる装置については、ダウンザホールハンマに圧縮空気を供給するためのエアスイベル、及びダウンザホールハンマを回転させるためのモータを備えている。直接打設工法に用いる装置については、油圧、又は空気圧で動作する打撃機を備えている。アースオーガを用いる施工機械は、回転させるためのモータを備えている。さらに、アースオーガを圧入するための圧入装置を備える場合もある。

上述した通り、ダウンザホールハンマ工法で使用する施工機械は、打撃機を備えていないため、直接打設工法に使用することはできない。また、直接打設工法で使用する施工機械は、エアスイベル、及びモータを備えていないためダウンザホールハンマ工法に使用することはできない。また、圧入装置が必要となる場合は、これらとは別の施工機械とする必要がある。すなわち、施工法ごとに異なる種類の施工機械が必要となる。例えば、硬い地盤に杭を設置する場合は、ダウンザホールハンマ工法に用いる施工機械と、直接打設工法に用いる施工機械の少なくとも２種類の施工機械が必要となる。これにより、作業効率、及びそれぞれの施工機械の稼働率は低下する。

市街地においては、騒音に配慮した施工が要求される。直接打設工法が可能な施工条件の作業現場においても、騒音対策上、アースオーガによって先行掘削した後、杭を打設、又は圧入する方法がとられる。この場合は、直接打設工法に比べて作業効率は劣る。

施工現場の地盤状況は、事前に調査によって完全に把握できるものではなく、直接打設工法が適用可能であると判断された場所であっても、部分的に硬い岩盤が現れる、又は大きな転石が現れることで、施工が困難になる事態も想定される。このよう場合は、作業を中断して、別途、ダウンザホールハンマ工法に用いる施工機械を施工現場に導入し、地盤を中堀した後、一旦、土砂を埋め戻し、その後直接打設工法によって杭を打設する必要が生じる。これにより、作業の中断が生じ、長工期化を招く虞もある。また、スクリュー杭を回転しながら圧入する施工においても、同様の事態が生じる。

特に、交通量の多い幹線道路における防護柵基礎の設置工事においては、地盤状況の予期せぬ変化で長工期化した場合は、道路の車線規制の期間が延長される。これにより、車線規制の回数が増加するとともに渋滞の期間が長くなり、多くの車両が渋滞に巻き込まれることによる経済的損出は大きくなる。

すなわち、杭の設置工事においては、施工現場の地盤状況に応じて施工可能な工法を選定し、その工法の中から騒音問題等を考慮して施工を行うことを要求されることから、それぞれの施工機械の稼働率は低くなる。また、硬い岩盤や、大きな転石が突如出現した場合は、別途、好適な施工機械を導入する必要が生じることから、大きな経済的損失を生じる虞がある。

このような現状に鑑み、様々な施工法に適用可能であり、かつ施工環境にかかわることなく使用できる杭設置装置が求められる。

特開２００１－３６６７号公報特開２００２－３８８６１号公報特開２００５－３２５５４７号公報実用新案登録第３１５４７５９号公報

本発明の目的は、地盤状況、周辺環境に影響を受けることなく幅広く適用できる杭設置装置を提供することである。

上記課題を解決するための発明は、杭の設置に用いる杭設置装置であって、起振力を発生する打撃ユニットと、打撃ユニットの下端部に固定される軸体ユニットと、軸体を内挿した状態で、軸体ユニットの中心軸廻りに回動する回転ユニットと、回転ユニットの上端部の外周領域に設けられて、圧縮空気を取り入れる流入部と、流入部に接続して、回転ユニットの下端部から、圧縮空気を、下方に向けて環状に噴射する放出部を備えることを特徴とする。

この構成によれば、杭設置装置は、起振力を発生する打撃ユニットと、打撃ユニットの下端部に固定される軸体ユニットと、軸体を内挿した状態で、軸体ユニットの中心軸廻りに回動する回転ユニットと、回転ユニットの上端部の外周領域に設けられて、圧縮空気を取り入れる流入部と、流入部に接続して、回転ユニットの下端部から、圧縮空気を、下方に向けて環状に噴射する放出部を備えるので、この装置を使用して、様々な杭打ち作業を行い得る。例えば、起振させることで杭を地盤に打込む杭打ち作業、スクリュー杭を回転圧入して地中に打込む作業、ダウンザホールハンマを取り付けて、ダウンザホールハンマを、回転させるとともに、圧縮空気を噴射することで打撃力を付与して、硬い岩盤を掘削する作業、アースオーガを取り付けて、アースオーガ―を回転させることで地中を掘り進む作業等である。複数の作業を同じ杭設置装置で行い得るので、施工の効率化を図るとともに、杭設置装置の稼働率を向上できる。

好ましくは、流入部は、回転ユニットの周方向に沿って環状に配設される流入凹部を有し、放出部は、流入凹部から回転ユニットの下端部まで貫通し、周方向に沿って等間隔に配設される挿通孔を有することを特徴とする。

この構成によれば、圧縮空気は、回転ユニットの周方向に沿って環状に配設される流入凹部に充填される。充填された圧縮空気は、周方向に沿って等間隔に配設される挿通孔を経由して回転ユニットの下端部から、周方向にそって等間隔に均等な圧力で噴射される。

好ましくは、回転ユニットの下端部に固定された状態で、中心軸周りに回動する接続ユニットを備え、接続ユニットは、放出部から噴射された圧縮空気を環状膜状に噴射する環状のスリットが設けられることを特徴とする。

この構成によれば、回転ユニットの下端部に固定された状態で、中心軸周りに回動する接続ユニットを備え、接続ユニットは、放出部から噴射された圧縮空気を環状膜状に噴射する環状のスリットが設けられるので、圧縮空気は、環状のスリットから下方に向かって環状膜状に噴射される。環状膜状に噴射される圧縮空気によって、杭の外周領域にエアカーテンが形成される。これにより、杭を打設するときの騒音低減効果が期待される。

好ましくは、接続ユニットは、軸体の下端部を内挿した状態で、中心軸周りに回動することを特徴とする。

この構成によれば、接続ユニットは、軸体の下端部を内挿した状態で、中心軸周りに回動するので、接続ユニットが回動したときの振れを抑制できる。

好ましくは、接続ユニットは、回転ユニットに固定される外殻と、杭の頭部の形状に対応した凹部が設けられる内挿部とを有し、外殻と内挿部は協働してスリットを画定することを特徴とする。

この構成によれば、接続ユニットは、回転ユニットに固定される外殻と、杭の頭部の形状に対応した凹部が設けられる内挿部とを有するので、様々な種類の杭の杭打ち作業を行い得る。

好ましくは、内挿部は、外殻に着脱自在に内挿されることを特徴とする。

この構成によれは、内挿部は、外殻に着脱自在に内挿されるので、内挿部を取り換えることで打設可能な杭の種類を増やすことができる。また、消耗、破損した内挿部を、新しいものに簡単に取り換えることができる。

好ましくは、打撃ユニットは、リーダーにスライド可能に嵌合することを特徴とする。

この構成によれば、打撃ユニットは、リーダーにスライド可能に嵌合することを特徴とするので杭を所定の位置に簡単に、かつ正確に打設できる。

杭打機が、リーダーに装着された状態の側面図である。杭打機の正面図である。杭打機の正面断面図である。ただしチェーンは省略している。ダウンザホールハンマを装着した状態を説明する部分正面断面図である。

本発明の実施形態について、図１～３を参照して説明する。

杭設置装置１（以後、杭打機１と呼ぶ。）は、杭を所定の場所に据付けるための装置である。少なくとも、杭に打撃力及び／又は回転力を付与して地中に埋設する作業、杭を建てこむための穴を穿孔する作業が可能な装置をいう。

図１に示す通り、杭設置装置１は、打撃ユニット１０、軸体ユニット２０、回転ユニット３０、接続ユニット６０等を有しており、打撃ユニット１０はリーダー２１０にスライド可能に嵌合している。リーダー２１０には杭打機１を昇降させるための昇降設備（図示略）が設けられており、これにより、リーダー２１０の延びる方向に沿って上下方向に昇降できる。リーダー２１０は、位置決定装置２００に接続している。位置決定装置２００は、主リンク２０１、及び副リンク２０２を備えるいわゆる「スコットラッセル機構」によってリーダー２１０を水平方向に直進させる装置である。具体的には、シリンダー２０３を動作して主リンク２０１を支柱２０４に沿って昇降させることでリーダー２１０を水平方向に直線移動させることができる構造となっている。さらに、調整シリンダー２３０、２４０を動作して、接続部２３１、２３２を、直交する回動軸廻りに回動することでリーダー２１０の角度を自在に調整できるとともに、調整シリンダー２５０を動作してリーダー２１０を上下方向に移動できる構造となっている。また、位置決定装置２００は、連結ユニット２２０を介して、車両等に連結することができる。

図２を参照して、杭打機１の概要について説明する。

打撃ユニット１０は杭３００を打撃するための起振力を発生させる装置である。杭３００は、両端が開口した円筒である。打撃ユニット１０が発生させた起振力は、軸体ユニット２０、及び接続ユニット６０を介して杭３００に打撃力を付与する。

モータ１００は、打撃ユニット１０に固定されている。モータ１００に設けられた歯車１０１は、回転ユニット３０に設けられた歯車３１と、チェーン（図示略）を介して接続している。これにより、モータ１００の動作に伴って回転ユニット３０は、回動する。

取入口４２から取り入れられた圧縮空気２６０は流入部４０、放出部５０、及びスリット４３（図３参照）を経由して接続ユニット６０の下端から、杭３００を取り囲む環状膜状の放出空気２７０として、下方に向かって噴射される。

上述の通り、本実施例で示す杭打機１は、杭３００に打撃力、及び回転力を付与するとともに、環状膜状の放出空気２７０を杭３００の外周に放出できる機能を具備する。

以下、図３を参照して杭打機１の構成等について詳述する。

杭打機１は、打撃ユニット１０、軸体ユニット２０、回転ユニット３０、及び接続ユニット６０を有している。また、圧縮空気２６０を取込む流入部４０、流入部４０から取込まれた圧縮空気２６０をスリット４３に噴射する放出部５０が設けられている。

打撃ユニット１０は、油圧またはエアーによって上下方向に振動して杭３００を打撃するための起振力を発生させる装置である。シリンダーとシリンダーに内挿されているピストンを有しており、油圧の動作によってピストンが往復運動を繰り返すことで起振力を発生させる。上述した通り、リーダー２１０にスライド可能に嵌合した状態で支持されているので、起振力を発生させた場合においても、横ブレ等の不規則な振動を抑制できる構造となっている。本実施形態では、杭打機１はリーダー２１０に支持された状態であるが、懸垂された状態で起振させてもよい。

軸体ユニット２０は、軸心体２１、内カバー２２、及び外カバー２３を有している。外カバー２３は、中心軸ＣＬと同心の円柱形状の穴２３ａが設けられたドーナツ形状の部材であり、打撃ユニット１０の下端部に固定されている。穴２３ａは、内カバー２２を挿入するためのものである。

外カバー２３の外周部から下方に向かって垂直に延びる、中心軸ＣＬと同心の円環形状の鍔部材２５が設けられている。鍔部材２５は、圧縮空気２６０を取り入れるための取入口４２が設けられている。

内カバー２２は、外カバー２３に固定されていて、軸心体２１を挿通するための、中心軸ＣＬと同心の円柱状の穴２２ａが画定された円筒形状の部材である。下端部には水平方向に向かって突設する鍔部２６が設けられている。

軸心体２１は、円柱形の部材であり、一端は、打撃ユニット１０の下端部に設けられた挿入凹部１０ａに挿入された状態で、打撃ユニット１０に固定されている。挿入凹部１０ａは軸心体２１とほぼ同じ直径の穴が画定されており、軸心体２１の上端部は、この穴に挿入されている。また、軸心体２１の下端部は、内挿部８０に設けられた貫入凹部８０ａに挿入されている。貫入凹部８０ａは、軸心体２１とほぼ同じ直径の穴が画定されている。打撃ユニット１０を動作することによって発生した打撃力は、軸心体２１を介して内挿部８０に伝達される。

回転ユニット３０は、外カバー２３及び鍔部２６に挟持されるとともに、内カバー２２の側面２２ｂを取り囲む状態で中心軸ＣＬの廻りに回転可能に固定されている。上下方向から挟持されることで、回転ユニット３０の、上下方向の移動は拘束される。これにより、回転ユニット３０は、上下方向のブレを生ずることなく、側面２２ｂに沿って回動できる。

回転ユニット３０と、側面２２ｂ、外カバー２３、及び鍔部２６が接触する部分に、ベアリング（図示略）が設けられている。ベアリングは、摩擦力を低減することで、回転ユニット３０の回動を円滑にするためのものである。

回転ユニット３０の下端部に円環状の歯車３１が設けられている。歯車３１は、チェーンを介して歯車１０１に接続している。モータ１００を動作することで、回転力を歯車１０１、チェーンを介して歯車３１に伝達する。これにより、モータ１００の動作で回転ユニット３０は、中心軸ＣＬ廻りに回動する。

接続ユニット６０は、回転ユニット３０に固定される外殻７０、及び外殻７０に回動可能に固定される内挿部８０を有している。外殻７０は、円筒形の部材であり、上端部から水平に突設する円環状の鍔部７０ａが設けられている。外殻７０は、鍔部７０ａの周方向に沿って、環状に、等間隔に配設される接続ボルト７２によって、回転ユニット３０に固定される。

外殻７０の内部に、内挿部８０が挿入されている。外殻７０と、内挿部８０の間に設けられた隙間は、スリット４３を画定するためのものである。内挿部８０の中間部に、周方向に沿って、環状のストッパ８１が設けられている。ストッパ８１は、周方向に沿って等間隔に配設された支持ボルト７１によって支持されている。軸心体２１の下端部は、内挿部８０に設けられた貫入凹部８０ａに、貫入凹部８０ａの底面に接触した状態で回動可能に挿入されている。これにより、内挿部８０は、モータ１００の動作によって回動することなく、外殻７０の回動と独立して中心軸ＣＬ廻りに回動できる。また、本実施形態では内挿部８０は外殻７０に回動可能に固定されているが、外殻７０に固定されていても良い。凹部８２は、防護柵等の基礎杭の頭部に取り付けられた球面形状のキャップの形状に沿った球面が設けられている。これにより、キャップ付きの基礎杭を打設するときの、キャップの損傷を回避できる。

内挿部８０には、規格の異なる杭頭部に対応した形状となる凹部８２が設けられている。また、内挿部８０は支持ボルト７１を緩めることで、取り外すことができるため、凹部８２の形状を適宜選定することで、規格の異なる多種多様の杭を打設できる。

内挿部８０は、打設による衝撃力を直接受ける部材であることから、破損する確率が高くなるが、このような場合でも、取り換えは容易となる。

圧縮空気２６０は、取入口４２を経由して流入部４０の流入空間４１ａに噴射される。流入空間４１ａは、回転ユニット３０の上端部に環状に設けられた流入凹部４１と、鍔部材２５によって画定される空間である。

流入空間４１ａに充填された圧縮空気２６０は、放出部５０、スリット４３を経由して、接続ユニット６０の下端から、杭３００を包み込む環状膜状の放出空気２７０として、下方に向かって噴射される。

圧縮空気２６０の噴射経路について説明する。

流入空間４１ａに充填された圧縮空気２６０は、挿通孔４５に流入する。挿通孔４５は、等間隔に環状に配設された複数の管から構成されており、上端が流入空間４１ａに接続し、下端が回転ユニット３０と接続ユニット６０との間に設けられた隙間４６に接続する。これにより、回転ユニット３０が回動している状況下でも、圧縮空気２６０は、挿通孔４５を経由して、均等な圧力で等間隔に噴射されて、隙間４６に充填される。

隙間４６に充填された圧縮空気２６０は、スリット４３を経由して、接続ユニット６０の下端から、杭３００を包み込む環状膜状の放出空気２７０として、下方に向かって噴射される。

本実施例で示す杭打機１は、杭３００に打撃力、及び回転力を付与するとともに、環状膜状の放出空気２７０を杭３００の外周に放出できる機能を具備する。これらの機能を適宜組み合わせることで、中堀、杭打設等、様々な施工が実施可能となる。

例えば、杭３００を打設するとき、杭３００を凹部８２に接触した状態で、外殻７０に固定することで、打撃力を伴って回転しながら杭を効率よく打設できる。同時に、スリット４３から、放出空気２７０を放出することで杭３００の外周部にエアカーテンが設けられる。杭３００の外部領域がエアカーテンで覆われることで、打撃による騒音の騒音レベルを低減できる。打設効率を高めることで施工時間の短縮を図り、同時に騒音レベルを低減できることから、都市部等の人口密集地域における施工法としても有効である。

図４を参照して、杭設置装置１に、ダウンザホールハンマ３１０を取り付けた使用態様について説明する。

ダウンザホールハンマ３１０は、本体３１１の先端部に設けられた打撃駆動部（図示略）、及び本体３１１の先端部から突出した状態で打撃駆動部に接続する掘削ビット（図示略）を有しており、ダウンザホールハンマ３１０に固定される接続金具３２０を介して外殻７０に固定されている。具体的には、ダウンザホールハンマ３１０は、接続金具３２０とボルト３３０によって固定され、接続金具３２０は外殻７０とボルト３４０によって固定される構造である。掘削ビットは、本体の外径より大きく設定されている。接続金具３２０の中央部にはダウンザホールハンマ３１０の内部空間３１０ａに連通する隙間３２０ａが画定されている。

モータ１００を動作させて回転ユニット３０を中心軸ＣＬ廻りに回動させるとともに、取入口４２から圧縮空気２６０を流入空間４１ａに向かって噴射する。

回転ユニット３０の回動とともに、回転ユニットに外殻７０を介して固定されるダウンザホールハンマ３１０は中心軸ＣＬ廻りに回動する。これにより、掘削ビットは中心軸ＣＬ廻りに回動する。同時に、圧縮空気２６０は、放出部５０を経由して、スリット４３に放出空気２７０として噴射される。放出空気２７０は、隙間３２０ａを経由して内部空間３１０ａに噴射される、この噴射された放出空気２７０が打撃駆動部を通過することで、打撃駆動部は動作する。これにより、掘削ビットは、地盤を掘削するための回転力、及び打撃力が付与される。

回転力、及び打撃力が付与された掘削ビットは、地盤と本体３１１の間に所定の隙間を設けながら、地盤を掘削する。

放出空気２７０は、掘削ビットを通過してダウンザホールハンマ３１０の外部領域に噴射される。噴射された空気は、本体３１１と地盤との間に生じた隙間から、掘削ビットによって掘削された土と一体となって地表面に排出される。

本実施形態は例示であり、本発明の技術思想を逸脱しない範囲で改変できることは勿論である。本実施形態では、杭は、両端が開口した円筒であるとしたが、構造物を支持するための地中に打込む棒状のものであれば、形状は問わない。具体的には、中空断面であっても充実断面であってもよく、また、断面形状は円形であっても矩形であってもＬ字形であってもよい。さらに、先端が先細り形状であっても、スクリュー形状であってもよい。

また、杭打装置として、中堀機、杭打機の適用を例示したが、スクリュー杭を回転・圧入する施工に用いてもよい。さらに、防護柵、太陽光発電用の基礎杭において、打設完了後、防護柵等が取り付け可能となる方向に回転させる施工に用いてもよい。

本発明に係る杭設置装置は、多様な工法に適用出来て、場所を選ぶことなく施工できるものである。特に、交通規制を余儀なくされる道路上での防護柵の杭設置工事等において、工期短縮、コストダウン、及び交通渋滞による経済的損失の抑制が可能となるので産業上の利用可能性は大である。

１：杭打機
１０：打撃ユニット
２０：軸体ユニット
３０：回転ユニット
４０：流入部
４１：流入凹部
４３：スリット
４５：挿通孔
５０：放出部
６０：接続ユニット
７０：外殻
８０：内挿部
８２：凹部

Claims

杭の設置に用いる杭設置装置であって、
起振力を発生する打撃ユニットと、
前記打撃ユニットの下端部に固定される軸体ユニットと、
軸体を内挿した状態で、前記軸体ユニットの中心軸廻りに回動する回転ユニットと、
前記回転ユニットの上端部の外周領域に設けられて、圧縮空気を取り入れる流入部と、
前記流入部に接続して、前記回転ユニットの下端部から、前記圧縮空気を、下方に向け
て環状に噴射する放出部と、を備えることを特徴とする杭設置装置。
前記流入部は、前記回転ユニットの周方向に沿って環状に配設される流入凹部を有し、前記放出部は、前記流入凹部から前記回転ユニットの下端部まで貫通し、周方向に沿って等間隔に配設される挿通孔を有することを特徴とする請求項１に記載の杭設置装置。
前記回転ユニットの下端部に固定された状態で、前記中心軸周りに回動する接続ユニットを備え、
前記接続ユニットは、前記放出部から噴射された前記圧縮空気を環状膜状に噴射する環状のスリットが設けられることを特徴とする請求項１又は２に記載の杭設置装置。
前記接続ユニットは、前記軸体の下端部を内挿した状態で、前記中心軸周りに回動することを特徴とする請求項３に記載の杭設置装置。
前記接続ユニットは、前記回転ユニットに固定される外殻と、杭の頭部の形状に対応した凹部が設けられる内挿部とを有し、前記外殻と前記内挿部は協働して前記スリットを画定することを特徴とする請求項３又は４に記載の杭設置装置。
前記内挿部は、前記外殻に着脱自在に内挿されることを特徴とする請求項５に記載の杭設置装置。
前記打撃ユニットは、リーダーにスライド可能に嵌合することを特徴とする請求項１～６のいずれか１項に記載の杭設置装置。