JPH0321718B2

JPH0321718B2 -

Info

Publication number: JPH0321718B2
Application number: JP60143601A
Authority: JP
Inventors: Yasuyuki Nasu; Shuko Shiozawa
Original assignee: Sekisui House Ltd; Sekisui Kaseihin Kogyo KK
Current assignee: Sekisui House Ltd; Sekisui Kaseihin Kogyo KK
Priority date: 1985-06-28
Filing date: 1985-06-28
Publication date: 1991-03-25
Also published as: JPS626092A

Description

【発明の詳細な説明】＜技術分野＞この発明は、地盤に対する穴の掘削方法に関
し、各種建築物や構築物の基礎杭を埋め込む為
に、地盤に掘削する、杭穴等の垂直穴の掘削方法
に関している。

＜従来技術＞地盤に対して、上記したような垂直穴を掘削す
る方法としては、従来アースドリル、ベノト等に
よる施工方法があるが、何れも掘削装置が大掛り
になつて、施工コストが高くつき、比較的小径の
穴や浅い穴を掘削する場合には、不便なものであ
つた。

特に、地盤耐力の小さい地盤、即ち軟弱地盤等
においては、地盤に堅い岩や礫等は含まれていな
い場合がほとんどであるから、掘削に要する力は
小さくて済み、上記した大掛りな装置を使用せず
とも、簡単なドリル等でも掘削は可能になるはず
である。

ところが、上記軟弱地盤等では、掘削した穴の
壁が崩れ易く、数メートル以上の深さで掘削を行
うと、穴壁が崩れて正確な穴形状が得られず、満
足のいく穴が掘削できない問題がある。

例えば、第６図および第７図には、電柱等の建
て込みに使用する、穴堀建柱車のオーガーａを使
用して、軟弱地盤Ｅに穴ｈを掘削した場合を示し
ている。即ち、オーガーａを回転させながら、地
盤内Ｅに捩込んで掘削すると、第５図に示すよう
に、地盤Ｅに捩込んだオーガーａの先端によつ
て、穴ｈ部分の土が削り取られる際に、穴ｈ周辺
の地盤ｅも攪乱され、地中における圧密状態から
開放されて、もともと軟弱な地盤が、さらに軟弱
で崩れ易くなつてしまう。

また、第６図に示すように、オーガーａを抜き
上げ、掘削土ｍを排土しようとすると、オーガー
ａ下部に形成される穴ｈ内の空間が減圧状態にな
り、穴周辺の軟弱な地盤層ｅの一部が崩れ落ち
て、穴ｈの底に残土ｓ（スライム）となつて溜る。
また、地盤Ｅに地下水がある場合には、減圧状態
の空間に周辺から地下水を吸い込む作用もあり、
穴ｈ周辺の地盤ｅがさらに軟弱になつて、穴ｈ内
に大量に落ち込み、残土ｓが増えることになる。

即ち、上記掘削方法の問題点としては、穴周辺
の地盤ｅが攪乱されて、圧密状態の地盤が緩んで
しまうこと、穴壁の崩れが多く、所定寸法の穴ｈ
が得られず、穴形状が不正確になること、穴壁の
崩れによつて排土量が多くなること、穴底に溜る
残土ｓが多くなり、その残土ｓの排出も困難なこ
と等があり、このままでは、実用不可能である。

そして、上記掘削方法の問題点を解決するため
には、穴内に適宜ケーシングを挿入したり、穴内
に注水して、穴内の水位を常に地盤面よりも高く
保ちながら掘削作業を行つて、穴壁の崩れを防ぐ
等、穴壁の崩れを防止するための、特別な手段を
施さなければならず、結局従来の大掛りな施工方
法と同じような手間や設備を要することになる。

また、上記改善策のうち、穴内に水やベントナ
イト混合水等を注入して、穴壁を加圧状態に維持
する方法は、水等の注入排出装置が大掛りにな
り、特に土と一緒になつて排出される、泥水等の
廃液は、周辺環境に漏出して公害を発生させるこ
とがないように、確実に回収しなければならず、
設備コストが高くつく欠点がある。また、上記水
等が地盤内に浸入すると、却つて周辺の地盤を軟
弱化する結果になり、複数の穴を並設して掘削す
る場合には、先に掘削した穴に隣接して、新たな
穴を掘削することが困難になる問題もあつた。

＜目的＞そこで、この発明の目的としては、上記従来技
術の問題点を解消し、掘削した穴壁の崩れが少な
く、しかも簡単かつ低コストで掘削できる方法を
開発することにある。

＜構成＞そして、上記目的を達成するための方法として
は、回転自在なオーガーを用いて地盤に穴を掘削
する方法において、オーガー先端の外周に設けた
圧密板で、土を穴壁側に押し付けて圧密させると
共に、オーガー先端から穴内に圧縮ガスを吹き込
んで、穴内を加圧することを特徴としている。

＜実施例＞次いで、この発明の実施例について、図を参照
しながら以下に説明する。

第１図および第２図には、この発明の実施に使
用するオーガー１の構造を示している。

オーガー１は、通常の穴堀建柱車に装備されて
いるものと、基本的には略同様の構造を有し、回
転軸１０の下方に、中空のオーガー軸１１を取付
け、オーガー軸１１の下部先端には、尖鋭に突出
形成した錐先部１２が設けてあり、この錐先部１
２を地盤に突き刺すことによつて、オーガー１全
体が垂直に掘削降下するようにガイド作用を果
す。錐先部１２の上部には、半径方向に水平に延
出した、一対の切刃部１３が設けてあり、切刃部
１３の外周端部には、先端の尖つた掘削爪１４が
設けてある。この掘削爪１４および切刃部１３
で、穴底の土を削り取つて掘削する。なお、上記
切刃部１３および掘削爪１４からなる掘削部の外
径は、掘削する穴径よりも少し小さく形成してあ
る。また、切刃部１３の上部には、掘削する穴径
と略同一外径で、螺旋状に巻回形成された薄板状
のリード部１５を設けてあり、オーガー１の回転
に伴つて、掘削した土をリード部１５の螺旋形状
に沿つて、上方へ送り上げる。

上記したオーガー１の基本構造については、通
常のオーガーと同様の構造で実施でき、錐先部１
２等の形状は適宜変更可能である。

次に、２は曲面板状の圧密板であり、切刃部１
３および掘削爪１４からなる掘削部、およびリー
ド部１５の外周に、直径方向で相対向する２個所
に設けてあり、圧密板２の下端は切刃部１３の外
径に沿つた略弧状をなし、この下端から上方へ向
けて拡がつた傾斜部２０と、傾斜部２０の上端に
連成されて、略リード部１５の外径に沿つた垂直
部２１とを形成してある。従つて、圧密板２の下
端は切刃部１３の外径HIと略同一で、圧密板２
の上部はリード部１５の外径、即ち掘削する穴の
外径HOと略同一になる。さらに、図示した圧密
板２では、第３図に示すように、圧密板２の周方
向において、オーガー１の回転方向に対して、先
端側になる部分が、後端側になる部分よりも、少
し内側に入り、先端側から後端側に向けて、周方
向に沿つて外径が大きくなつて、後端部分で掘削
する穴の外径と同一になるように形成している。
この外径の変化によつて、圧密板２を穴壁に対し
て滑らかに押し付けることができ、地盤に対する
圧密効果が向上する。

次に、オーガー軸１１の上端付近には、中心部
に形成された中空部に通じる、圧縮ガスの導入口
１６を形成し、オーガー軸１１の下端には中空部
に通じて、切刃部１３付近に開口する圧縮ガスの
吹き出し口１７が形成してある。そして、圧縮ガ
スの導入口１６にはゴムホース３０の一端を接続
し、ゴムホース３０の他端は、回転軸１０に取付
けたロータリージヨイント３１に接続してある。
また、ロータリージヨイント３１には、圧縮ガス
の供給源に接続された供給配管３２が連結してあ
る。従つて、圧縮ガスを、供給配管３２から、ロ
ータリージヨイント３１、オーガー軸１１の中空
部を経て、吹き出し口１７からオーガー１の先端
に、吹き出し自在に構成している。なお、ロータ
リージヨイント３１は、掘削作業中、常時回転し
ているオーガー１に対して、圧縮ガスを供給する
ために、ゴムホース３０側はオーガー１と共に回
転し、供給配管３２側は静止したままで、互いに
摺動可能に形成しあつて、内部空間を圧縮ガスが
通過可能に構成したものである。

以上のような構造を有する掘削装置を使用す
る、この発明の掘削方法について、第４図および
第５図によつて説明する。

まず、第４図に示すように、オーガー１全体を
回転させながら、目的の地盤４に捩込むと、通常
のオーガーと同様に、先端の錐先部１２が地盤４
に突き刺さり、掘削爪１４および切刃部１３から
なる掘削部で土を削り取り、掘削土４０をリード
部１５の螺旋に沿つて、オーガー１の上方に送り
上げながら、オーガー１自体は徐々に下降してい
く。

そして、従来の掘削方法であれば、切刃部１３
周辺の土は、掘削時に攪乱されて圧密状態から開
放されるが、図示した実施例では、掘削部におい
ては、切刃部１３の外径HI分の土のみを掘削し、
切刃部１３の周辺の土は、オーガー１の下降に伴
い、圧密板２のうちの傾斜部２０に沿つて、徐々
に外周側に押し付けられ、最終的には垂直部２１
の外径HOに相当するまで、外周の地盤４側に押
し付けられて圧密された状態で、穴４１の内壁を
構成するので、穴壁周辺には圧密状態から開放さ
れた軟弱層は形成されず、穴壁より外方の地盤４
全体が圧密状態のままで維持される。

こうして、オーガー１を所定の深さまで地盤４
に捩込んで、穴４１を掘削した後、第５図に示す
ように、オーガー１を抜き上げて、リード部１５
上方に溜つた掘削土４０を地上に排出する。

このとき、穴４１の下部が密閉された状態のま
までオーガー１が抜き上げられるので、穴４１下
方の掘削土４０が排出された後の空間が、減圧状
態になつてしまう。そこで、オーガー１先端の圧
縮ガス吹き出し口１７から、圧縮空気等の圧縮ガ
スを吹き出して、穴４１内の空間に圧縮ガスを充
填補給し、穴４１内が減圧状態にならず、常に加
圧された状態になるようにしておく。

オーガー１を完全に抜き上げて、掘削土４０を
排出してしまえば、穴の掘削工程は終了し、圧縮
ガスの供給も停止する。但し、実際の杭穴等の掘
削では、同一の穴４１位置で上記掘削工程を繰り
返して、より深い穴４１を掘削する。

以上に述べた、この発明の掘削方法のうち、圧
縮ガスとして、圧縮空気を使用すれば、通常の建
設現場にある、エアコンプレツサー等の供給源を
利用できて、特別な装置がいらず、コスト的にも
安価になるので好適であるが、建築施工に使用さ
れる、汎用の窒素ガス、その他のガスを使用して
もよい。

圧縮ガスの加圧圧力としては、穴４１の内壁が
崩れない為には、穴底の土圧以上に加圧しておけ
ばよいが、具体的には、地盤４の性質や穴４１の
深さによつて異なる。一般的には、土の密度は約
2.8ｇ／cm³以下であるが、余裕をみて３ｇ／cm³と
想定し、この密度分が穴底に土圧として加わつて
いるとすれば、穴底にかかる土圧（推定最大値） Kg／cm²＝３ｇ／cm³×穴の深さ（ｍ）×10^-1 となり、例えば、穴の深さ４ｍで1.2Kg／cm²、深
さ10ｍでも3.0Kg／cm²であり、この土圧程度の圧
力で加圧すればよいことになるので、圧縮空気源
として、前記したエアコンプレツサーで充分に供
給できる圧力である。

なお、圧縮ガスの供給時期としては、オーガー
１を抜き上げる際に、穴１内が減圧状態になつて
穴壁が崩れないようにする為には、上記抜き上げ
時のみに、圧縮ガスを供給すればよいが、オーガ
ー１を下降させる掘削工程においても、圧縮ガス
をオーガー１の先端から吹き出し、周辺の地盤層
を加圧しておけば、地盤層が圧密状態から開放さ
れ難くなる為、穴４１の周辺地盤が軟弱化するの
を防止する効果がある。

次に、圧密板２の構造としては、オーガー１の
掘削部、即ち掘削爪１４および切刃部１３で掘削
した穴４１の内壁を、外周側に押し付けることが
できれば、任意の形状で実施できるが、前記した
ように、圧密板２の下方に傾斜部２１を形成した
り、圧密板２の外径を周方向で変化させたりすれ
ば、土をスムーズに外周側に押し付けることがで
き、好ましい実施となる。また、圧密板２の幅や
長さについては、圧密板２の面積が広くなる程、
周辺の地盤４を押し付け易いが、圧密板２の面積
が広くなり過ぎると、オーガー１の回転抵抗が増
加したり、重量も増大するので、通常の施工で
は、幅が100〜160mm程度、長さはリード部１５の
１ピツチ分程度に形成しておくのが好ましい。

圧密板２の形成位置および形成個数としては、
１枚だけでも、地盤４に対する圧密効果はある
が、図示したように、複数枚の圧密板２をオーガ
ー１の中心に対して対称的に配置するのが、オー
ガー１がブレたりせず、地盤４に対して平均的に
押し付けることができ、穴４１の芯ズレを防いで
垂直度を正確に施工でき、好ましい実施となる。
なお、図では２枚の圧密板２を取付けているが、
３枚以上でも勿論実施可能である。但し、圧密板
２を複数枚設ける場合でも、掘削土４０を排土す
るためのリード部１５については、従来通り１条
で充分である。

そして、穴４１に対する圧密量の割合は、掘削
部となる切刃部１３の外径HI、または圧密板２
の下端外径と、穴径HO、即ちオーガー１のリー
ド部１５の外径または圧密板２の上端外径との比
で表され、圧密割合を多くする程、地盤層が外周
側に強く押し付けられて、堅く崩れ難い圧密状態
になり、掘削土４０による排土も少なくなるが、
それに伴つて掘削に要するオーガー１の回転トル
ク、およびオーガー１を下降させるための軸力が
大きくなつてしまい、施工装置の能力として過大
なものが必要になつたり、大きな掘削抵抗によつ
てオーガー１が偏心し、穴４１の垂直度が低下す
る等の問題が生じる。従つて、具体的な圧密割合
の設定は、掘削する土の性状、例えば剪断強さ、
空隙比、含水比等を検討して決定しなければなら
ない。

一般的な施工においては、穴４１の内面形状と
切刃部１３の外形との面積比を圧密比とすれば、圧密比＝［HI²／HO²］＝1.2〜2.0 程度の範囲で実施するのが好ましい。

但し、地盤４が極めて軟弱な地盤の場合には、
切刃部１３等による掘削部を全く設けず、圧密板
２をオーガー１の先端中心部から外周まで形成し
ておけば、地盤４を削り取ることなく、圧密板２
で外周側に押し除けるだけで、穴４１を掘削する
こともできる。この場合には、掘削土４０は全く
発生せず、穴４１部分の土は全て、穴壁側に圧密
されることになる。

以上に述べた掘削方法のうち、最終的に形成さ
れる穴４１の穴壁を崩さないためには、オーガー
１の抜き上げ時における、圧縮ガスの吹き込みは
必要である。

また、この発明の掘削方法は、先に例示した穴
堀建柱車のオーガーを使用する方法だけでなく、
同様の構造を有するオーガーを使用する掘削方
法、例えばアースオーガーマシンやボーリングマ
シン等による掘削施工にも適用できるものであ
る。例えば、アースオーガーマシンによる掘削施
工の場合、従来はオーガー先端からベントナイト
混合水等の掘削液を注入して、掘削土を掘削液と
共に地上に排出していたが、この掘削液の代り
に、圧縮ガスを吹き込めばよい。従つて、圧縮ガ
スは掘削工程中、常時吹き込むことになる。

さらに、この発明の掘削方法で掘削する穴４１
としては、小規模な建築物、例えば一般住宅等の
基礎杭となる、比較的小さな内径で浅い垂直孔
を、軟弱な地盤に掘削する場合に、最も有効なも
のであるが、その他種々の建築あるいは土木施工
において必要とされる、各種の穴の掘削にも適用
できるものである。

＜効果＞以上のごとく構成された発明によれば、オーガ
ー１の先端から圧縮ガスを吹き出して、穴４１内
を加圧状態にすることによつて、オーガー１の抜
き上げ時に、穴４１内部が減圧状態になるのを防
ぐことができる。従つて、減圧状態の発生によつ
て、穴壁が崩れたり、地下水や周辺の土を吸い込
んで、穴４１の形状が不正確になつたり、穴の底
に崩れた土が溜つて浅くなつたり、大量の排土が
生じる問題が解消でき、極めて正確な形状の穴４
１を掘削できることになる。また、オーガー１に
よる掘削途中においても、切刃部１３周辺の土を
加圧することによつて、圧密状態の維持を図り、
地盤が軟弱化するのを防止して、穴壁の崩れを防
ぐことができる。

しかも、上記圧縮ガスによる加圧は、水や掘削
液等の注入に比べて、作業が容易で、装置的にも
簡単になり、掘削液等のように、廃液の回収設備
や、周辺環境に対する公害防止手段を講じる必要
がないので、設備コストおよび施工コストが非常
に安価になる。

さらに、オーガ１の先端に設けた圧密板２によ
つて、堀削した土の一部を穴壁側に押し付けて圧
密することができるので、穴壁周辺の土が軟弱化
することがなく、圧縮ガスによる穴内の加圧との
併用によつて、穴壁の崩れ防止の確実化を図るこ
とができる。

また、圧密板２で土を押し付けて穴壁を形成す
るので、穴４１の内面形状は圧密板２の形状に沿
つて非常に正確に形成され、堅く強度的に優れる
と共に正確な形状の、良好な穴４１を掘削するこ
とができる。

しかも、圧密板２を設けることによつて、切刃
部１３等の掘削部の外径を、穴４１の外径よりも
小さくできるので、掘削土４０が減少し、排土量
も少なくて済むので、地上に排出した掘削土４０
の処分コストも低減されることになる。

＜実験例＞上記した、この発明の効果を実証するために、
具体的に地盤に対する穴の掘削を行つた。

施工地盤４としては、標準貫入試験によるＮ値
＝０〜３であり、特に、地表GLより２ｍ付近は
有機質を多く含む極軟弱層で、Ｎ値は０であつた
（地下水位はGL−700mm）。

また、上記極軟弱層を除き、深さ５ｍ程度まで
の土の性状は、以下の通りである。

一軸圧縮強度＝0.4Kg／cm² 含水比＝148wt％湿潤体積重量＝1.25ｇ／cm³ 間隙比＝4.05 比較例穴掘建柱車（愛知車両製Ｄ−705E型）に、オ
ーガーとして、外径350φ、オーガー軸全長（穴
掘建柱車の回転軸を含む）43ｍ、リード部のピツ
チ（軸方向）0.2ｍのものを取付け、最終掘削深
さ４ｍを目標にして、掘削を開始した。

掘削途中で、GL−３ｍまでオーガーを捩込ん
で排土すると、地下水を多量に含んだ周辺の土が
流入してきて、穴底はGL−２ｍより深くならず、
穴径のみが拡大し、穴周辺の大規模な崩壊の恐れ
が発生した。掘削作業を中止し、穴内にコンクリ
ートを流し込んで固化させ、穴の形状を測定した
ところ、地下水を含む軟弱層で穴壁が大きく崩れ
て流動化してしまい、それ以上の掘削が不可能に
なつたことが判明した。

従つて、このような軟弱地盤に対しては、通常
のオーガーによる掘削方法を採用することはでき
ない。

比較例次に、第１図〜第３図に示す構造の圧密板２を
取付けて、他の条件は比較例と同一条件で掘削
した。従つて、オーガー先端からの圧縮ガスの吹
き出しは行つていない。

また、穴径350mmφ、切刃部外径310mmφで、圧
密比は1.27で実施した。

穴が浅い段階では問題は無いが、GL−４ｍま
でオーガーを捩込んで、抜き上げた際に、GL−
1.5ｍ付近以下で、穴壁の崩れが発生し、穴底に
約500mm程度の残土（地下水と混じつた泥水）が
残つた。

従つて、比較例に比べて、圧密板２の効果は
発揮できたが、良好な穴を掘削するには、いまだ
不充分である。

比較例比較例で用いたオーガー１にエアホース接続
口１６および吹出し口１７を形成して、圧縮ガス
を吹き出し可能に構成すると共に、オーガー１の
抜き上げ時のみにオーガー１の接続口１６にエア
ホースを接続し、圧力2.5Kg／cm²の圧縮空気を吹
き出すものとし、他の条件は比較例と同様の条
件で掘削を行つた。

穴の深さが2.5ｍの段階で、一旦オーガー１の
ねじ込みを停止し、エアホースを接続して圧縮空
気を吹出しながら、オーガー１を抜き上げて、排
土を行つた。次に、目標深さ４ｍまでオーガー１
をねじ込んだ後、上記同様に圧縮ガスを吹き出し
ながらオーガー１を抜き上げた。

上記のようにして掘削された穴は、GL−1.5
ｍ、GL−２ｍ付近に若干の崩れがみられたのみ
で、良好な穴が得られ、穴底の残土も200mm程度
で、充分に実用に可能なものであつた。従つて、
圧縮ガスの吹き出しを行うことの効果が優れたも
のであることが実証できた。

なお、穴を掘削した後、直ちに埋め込み杭の施
工を行わずに放置しておくと、地下水の流入と共
に穴壁が崩れるので、埋め込み杭の施工を迅速に
行う必要がある。

実験例比較例の圧密板２を装着したオーガー１に、
吹出し口１７を形成して、圧縮ガスを吹き出し可
能に構成して、掘削を行つた。なお、圧縮ガスの
吹き出しは、オーガー１の抜き上げ時のみ、オー
ガー１にエアホースを接続して、圧力2.5Kg／cm²
の圧縮空気を吹き出した。

掘削作業は、最終の穴深さ４ｍまで何ら問題無
く行え、穴形状としては、GL−1.5ｍ、GL−２
ｍ付近に若干の崩れが発生したが、残土もなく、
良好な穴が掘削できた。また、穴の掘削後、長時
間放置していても、穴壁が崩れることはなく、埋
め込み杭の施工作業も容易であつた。

従つて、圧密板２および圧縮ガスを併用する、
第２の発明方法の効果が、極めて優れたものであ
ることが実証できた。

実験例さらに、上記実験例のオーガー１および圧密
板２に代えて、切刃部外径250mmφのものを作成
した。また、穴堀建柱車の回転軸１０に、第１図
に示すような、ロータリージヨイント３１を取付
けて、圧縮空気配管３２を接続したままで、掘削
作業を行えるようにした。圧縮空気の加圧圧力は
2.5Kg／cm²で、オーガー抜き上げ時のみ吹き出す
方法と、掘削作業中常時吹き出す方法の、両方で
掘判を行つた。

合計４本の穴を掘削したが、何れも穴底の残土
は100mm以下で、穴壁の崩れもほとんど無く、前
記実験例と同様に、良好な穴が得られた。また
排土量は実験例の約1/2で、圧密板２を組み合
わせた効果も実証できた。

従つて、この実験を行つた地盤の場合、実験例
の圧密比1.27に比べて、この実験例の圧密比
1.96のほうが、良い結果が得られることが判明し
た。

なお、圧縮空気の吹き出しは、オーガー１の抜
き上げ時のみでも、常時吹き出しでも大差なく、
何れの場合も良好な結果が得られた。

【図面の簡単な説明】

図はこの発明の実施例を示すものであり、第１
図はオーガーの断面図、第２図は先端部分の拡大
斜視図、第３図は底面図、第４図および第５図は
順次施工状態を示す断面図、第６図および第７図
は従来例の施工状態を順次示す断面図である。１……オーガー、１１……オーガー軸、１３…
…切刃部、１７……圧縮ガス吹き出し口、２……
圧密板、４……地盤、４１……穴。

Claims

【特許請求の範囲】

１回転自在なオーガーを用いて地盤に穴を堀削
する方法において、オーガー先端の外周に設けた
圧密板で、土を穴壁側に押し付けて圧密させると
共に、オーガー先端から穴内に圧縮ガスを吹き込
んで、穴内を加圧することを特徴とする地盤に対
する穴の堀削方法。