JPH0758031B2 - 拡底杭の構築工法における拡底部の掘削制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 《産業上の利用分野》 この発明は、拡底杭の構築工法における拡底部の掘削制
御方法に関し、特に拡底作業時における加工を予めプロ
グラムされた所定の掘削パターンに応じて精度よく掘削
できるようにした掘削制御方法に関する。

《従来の技術》 拡底杭掘削工法は、所定の支持地盤まで掘削された縦孔
の底部側壁をテーパ状に拡開し、次いで縦孔内部にコン
クリートを打設することによって底部拡開した杭を構築
したもので、その断面形状により杭支持力の増大効果を
もたらした工法である。

この工法に用いられる掘削装置として、例えば実開昭60
−172897号公報に示すように、縦孔内部に供給されるガ
イドバーの先端に、該縦孔の掘削および拡底作業を兼用
した左右一対のシェルを設けたグラブを配置したものが
知られている。

そして、この装置によれば、地表部に配置された油圧制
御手段によって、左右のシェルを一定の角度に開閉しつ
つガイドバーの昇降を繰返すことで、縦孔内部の掘削と
土砂排出を行い、次いで孔底部に至った段階で、シェル
を大きく左右に開きつつガイドバーを下降することで両
側壁をテーパ状に削り取り、これによって拡底した縦孔
を得られるようにしている。

《発明が解決しようとする課題》 しかしながら、この拡底方法では、左右のシェルを拡開
する場合に均等に開きつつ掘削作業を行うようになって
いるため、土質が左右で異なった場合、左右のシェルに
対する掘削抵抗が異なり、これを支持するガイドバーを
掘削抵抗が弱い側に曲げた状態で拡幅作業がなされてし
まうため、テーパ形状が左右で異なるばかりか、どちら
かの側壁が掘削されない状態も生ずる。

また、シェルを開きつつ下降するため、その掘削抵抗は
しだいに大きくなり、土質によっては掘削不能となる状
態も生ずる。

そしてこれらの作業は、いずれにあっても機械オペレー
タなどの人手の勘に頼る掘削作業であるため、拡底部を
計画形状に沿って精度よく形成する事は出来なかった。

この発明は以上の問題点に鑑みなされたものであって、
拡底作業時における、拡底部の形状を計画形状に応じて
精度よく形成できるようにした拡底杭の構築工法におけ
る拡底部の掘削制御方法を提供することを目的とする。

《課題を解決するための手段》 前記目的を達成するため、この発明は、土中に縦孔を掘
削し、形成された縦孔の孔底部における両側壁を掘削し
て縦孔の底部両側に拡底部を形成し、その後縦孔内にコ
ンクリートを打設することで底部が台形状に拡幅した拡
底杭を構築する工法において、前記縦孔の孔底部の直上
で油圧駆動源によって開閉駆動される拡底用シェルを両
側壁に所定幅食い込ませつつ、該拡底用シェルの昇降手
段によって昇降させることによって順次縦方向に削り取
りながら拡幅作業を行うための制御方法であって、 該制御方法は、拡底用シェルの下降深さを検出する手段
および拡開幅を検出する手段と、各検出手段によって刃
先先端の現在位置を演算する手段と、該演算結果に基づ
き予めプログラムされた所定の掘削パターンに基づく拡
底用シェルの下降と孔底部における停止、および上昇を
指示する制御手段とを備え、前記制御手段の指示に応じ
て前記油圧駆動源および昇降手段を制御動作させ、前記
掘削パターンに応じた形状で拡底部を形成するようにし
たことを特徴とする。

《作用》 拡底用シェルの下降深さを検出する手段および拡開幅を
検出する手段の検出結果に応じて自動的に拡底用シェル
の先端部における拡開幅および深さが計算され、この状
態で予めプログラムされた内容と照合しつつ、掘削制御
がなされる。

《実施例》 以下、この発明の一実施例を図面を用いて詳細に説明す
る。

第１図はこの発明方法を適用した拡底杭掘削用のケリー
掘削機の全体構成を示している。

図において、１はベースマシンであり、これに設けたク
レーン２と油圧シリンダ３によってケリーガイド４が鉛
直に保持され、ケリーガイド４はガイドトレンチ（また
はガイドケーシング）５が設けられた縦孔６の上部に位
置している。

このケリーガイド４にはケリーバー７が出没可能に挿通
されており、またケリーバー７の先端には掘削用のケリ
ーグラブ８が設けられている。

ケリーグラブ８の下部の左右には、第２図に示すように
掘削用の一対のシェル９および第３図に示すように、拡
底用の一対のシェル10が着脱交換可能に設けられてい
る。

各シェル9,10はピン11を介してケリーグラブ８の下部両
側に揺動可能に支持されるとともに、それぞれを左右独
立して伸縮動作する油圧シリンダ12に結合し、これの伸
縮に伴って開閉する。

そして、前記掘削用シェル９は縦孔６を直線状に掘削
し、拡底用シェル10は縦孔６の底部における左右の拡底
部6aの拡底作業を行う。

前記ケリーグラブ８の直上にあって、ケリーバー７の外
周部にはスタビライザ14が着脱可能に固定されている。

このスタビライザ14は、拡底作業時点で掘削用シェル９
を拡底用シェル10に交換すると同時に装着されるもので
あって、第４図、第５図に示すごとく、断面矩形状をな
すケリーバー７の外周に予め嵌合固定された上下一対の
円筒形ブラケット15の外周両側にそれぞれ取付け板16a
を介してボルト締めされる上下一対のアーム16と、各ア
ーム16の先端に固定され、かつ縦孔６の厚みに相当する
幅の当接パッド17とからなっている。

そして、各当接パッド17の間隔は縦孔６の幅に匹敵し、
これにより、各当接パッド17は拡底時において縦孔６の
左右側壁に当接し、拡底時における掘削抵抗に対する反
力を取り、ケリーバー７を縦孔６の鉛直方向中心に保持
するようになっている。

なお、前記円筒形ブラケット15の周囲には10°間隔でボ
ルト孔が形成され、ケリーバー７の断面中心軸線が縦孔
６に対して傾きをもって配置された場合でも縦孔６の断
面形状に沿った配置ができるようになっている。

前記スタビライザ14の左右内部には油圧制御器18および
傾斜計19等を内蔵した制御箱20が配置され、この制御箱
20内には一方のアーム16の上部に設けた耐圧プールボッ
クス21を通じて制御ケーブル22が接続されている。

また他方のアーム16の上部には分配器23が配置され、こ
れに油圧ホース24を接続している。

そして、左右の油圧シリンダ12は、前記各油圧制御器18
を介して各々独立して伸縮駆動される。

さらに前記スタビライザ14には第５図に示すように、深
度検出用のステンレスワイヤ25が接続される。

そして、油圧ホース24はケリーガイド４に設けた中間シ
ーブ26を介してベースマシン１上に設けた油圧ホースリ
ール27に巻き取られ、また、ベースマシン１の後部に設
けた油圧ユニット28に接続している。

またステンレスワイヤ25は、同じくケリーガイド４に設
けた中間プーリ28を通じてベースマシン１上に設けたワ
イヤリール29に接続している。この中間プーリ28にはロ
ータリエンコーダ方式の深度計30が備えられ、ワイヤの
繰出しおよび巻取に応じた深度が電気信号として取り出
される。

さらに制御ケーブル22は、ケリーガイド４に設けたケー
ブルガイド31を介してベースマシン１上に設けたケーブ
ルリール32に巻き取られている。

さらにこの制御ケーブル22はベースマシン１の後方に配
備されたコンピュータ33に接続されている。

前記各油圧制御器18は、第６図に示す油圧回路となって
いる。

図において、Ｐは油圧ホース24のうちの供給側、Ｔは排
出側である。供給側Ｐから前記分配器23を経て制御器18
の内部に供給された作動油はコンピューター制御盤33の
指令により切替え停止動作される切替え弁34の入力ポー
トおよび一対の逆止弁35を経て前記各油圧シリンダ12の
両側の吸排出ポートに供給され、前記切替え弁34の吐出
ポートを経て排出側Ｔに循環する。

そして、油圧シリンダ12内のピストン12aは切替え弁34
の切替え動作に応じて伸縮および停止し、この結果、シ
ェル10を閉鎖状態から任意の角度に拡開させる。

また、それぞれの供給排出経路中には一対の圧力計36,
およびピストンの移動量を計測するための油量計37が配
置され、これらによって得られたデータは制御ケーブル
22を通じて前記コンピューター33に伝送される。

さらに、それぞれの供給排出経路中にはリリーフ弁38お
よびアンチキャビティーション弁39が並列接続され、過
剰圧力、および気泡等を排出側にバイパスさせる。

なお、図中符号40,41は経路中に設けたそれぞれシャッ
トオフバルブ、リリーフバルブであって、これらの組み
合わせによって安全器機構を構成し、電源断または油圧
ホース24の破壊などにより、シリンダ12内のピストン12
aを一杯に伸ばし、その状態に保持する機能を有する。

つまり、この安全機構を内部に組み込むことによって、
拡底用シェル10はどのような状態であっても閉鎖側に変
位し、装置の引上げを可能としている。

前記コンピューター33は、前記油圧制御器18の油量計37
および，深度計30から得られたデータに応じてシェル10
の先端位置、および移動量の演算を行い、現在のデータ
に基づく掘削状況の判断と、予めプログラムされた掘削
パターンに応じてケリーバー７の上昇下降のための駆動
機構および油圧制御器18に対する制御命令を実行する。

この演算内容および制御内容は、以下の通りである。

（ａ）演算内容 先ず、第７図（ａ），（ｂ）はシェルの閉鎖時及び拡開
時の各部の寸法関係を示している。

図において、Ａは油圧シリンダ12の支点、Ｂは作用点、
Ｃはシェルの支点、Ｄは刃先先端である。

図のΔABCにおいて、油圧シリンダの長さをLslとする
と、この値は以下の式に示す関係となる。L_sl ²＝ L_ge ²＋L_pp ²−２・L_ge・L_pp・cos K 故に となり、ΔABCはシェルにおける固有の値となる。

従って、ΔABCとΔBCDとにおいて、刃先先端位置Ｄは、
角度Ｋ及びK₁，K₂によって決定される（角度K₁は座標軸
と辺ACとのなす角度）。

よって、ケリーバーの中心軸とシェルの両方のピンが交
わる位置を原点にとると、点Ｄの座標（x,y）はつぎの
通りとなる。

ｘ＝L_shcos（Ｋ＋K₁＋K₂） ：深度L_vs＝−ｘ ｙ＝L_shsin（Ｋ＋K₁＋K₂）＋▲▼ ：拡開幅:w＝ｙ ＊実際の制御はシリンダの長さLslの替りに、シリンダ
ストロークを油量計37に連動するボリュームカウンター
によって計測し、深度についてはロータリーエンコーダ
方式の深度計30による移動量を計測することによって行
なっている。

したがって、 刃先深度＝Ｄ＝D_x＋L_vs ＊D_x＝深度計30による値 ＊L_vs＝刃先先端までの垂直方向距離 刃先開き幅＝L_hsl＝刃先先端までの水平方向距離 シリンダ部長さL_sl＝maxL_sl−L_st 但し、maxL_sl＝最大シリンダ長さ L_st＝ストローク値 （シリンダを最大伸ばしたときが０） また、この演算は左右のシェル10で別々に行う。

（ｂ）制御内容 この実施例では、前記演算結果に基づき第８図に示すよ
うに縦孔６の左右に階段状の拡開幅で縦孔６の幅Woの1/
2倍の幅の拡底部6aを形成し、また階段の肩を結んだ計
画線の傾斜角度を12°、底部に300mmの立ち上がり部を
設けるように設定している。そして、上部から順に一定
幅（pitch）で鉛直に削り取る作業を繰返し、前記計画
線に沿った階段状の掘削軌跡を得るようにしている。

したがって、所定回数の掘削開始点における深度Dnで刃
先位置L_hsと計画線L_hとを比較し、シェル拡開および停
止動作を以下の式に当てはめるべく制御する。

掘削深さ： 式1.Dn＝ｎ・Pitch/tan12° ＋［Do−｛300＋1/2・Wo・1/tan12°｝］ ＊なお、Doは杭深度である孔底部の深さ、ｎは掘削作業
回数、単位mm 拡開幅： 式2.Lh＝（ｎ・Pitch＋Wo/2）mm 停止位置： ａ）掘削開始点の高さ…Dn ｂ）孔底部の深さ…Do 以上において、計画線の最初の高さ位置からの掘削が開
始される。まず、第９図のステップ１〜３に示すよう
に、刃先先端が最初の掘削位置Dn（ｎ＝１）の位置に至
ると、下降が一旦停止し、シェルの刃先先端位置L_hsと
計画線L_hとを比較し、式２のモードに応じてシェル拡開
および停止動作を行う。そして、Lh≦L_hs、すなわち刃
先先端位置L_hsが計画線Lhに至ると、油圧シリンダが停
止し、シェルの拡開動作が停止する（ステップ４〜
６）。

そして、シェルの拡開状態はそのまま維持され、下降が
開始される。掘削が進み、刃先先端が孔底部に至り、深
さＤ≧Doとなると下降は停止する（ステップ７〜９）。
停止により、シェル閉動作が始まり、シェル10は閉じ始
める。

一度シェル10が閉じ始めると刃先位置が完全に閉じ合さ
れるまで閉じ、このときのシリンダ部長さがmaxL_slとな
る（ステップ10〜12）。

この状態でケリーバー17を上昇させ、掘削により生じた
削土を地表部に排出する一連の作業が行われ（ステップ
13）、次いで作業回数ｎを＋１する（ステップ14）。

その後はまた同様の掘削モードとなり、再びステップ１
〜13に示すごとく、次の掘削開始線Dn（ｎ＝２）の位置
にシェル10の刃先がくると一旦停止し、前記式2.で示す
制御モードに応じて前回より大きな拡開幅でシェル10を
拡開させ、前記式1.で示す制御モードに応じて下降動作
することで次の段階の掘削を行い、以下、計画回数まで
同一の制御モードによって、順次階段状に拡開した拡底
部6aを形成し、作業回数ｎが計画回数まで行われたら作
業を終了する（ステップ15）。そして、作業終了状態で
は、コンピュータの制御に応じて第８図に示す階段状の
軌跡に相似するテーパ状に拡開した拡底部6aを縦孔６の
底部両側に形成することになるのである。

なお、この発明の制御方法では、実施例に示すテーパ状
の拡底部6aだけでなく、第10図（ａ）〜（ｃ）に示すご
とき掘削パターンで掘削を制御することも可能であるこ
とは勿論である。

また、コンピューター33は、前記拡底部の掘削制御だけ
でなく、傾斜計19から得られたデータに基づき姿勢制御
指令、深度計30aから得られたデータに基づく昇降動作
指令などをベースマシン１の運転席に設けたオペレータ
用操作スイッチパネルに対する指示を行い、また掘削情
況をCRTディスプレイに表示するとともにプリンタに出
力する。

《発明の効果》 以上実施例によって詳細に説明したように、この発明に
よる拡底杭の構築工法における拡底部の掘削制御方法に
あっては、拡底用シェルの下降深さを検出する手段およ
び拡開幅を検出する手段の検出結果に応じて自動的に拡
底用シェルの先端部における拡開幅および深さが計算さ
れ、この状態で予めプログラムされた内容と照合しつ
つ、掘削制御がなされるので、予めプログラムされた所
定の掘削パターンに応じた形状に精度よく一致した拡底
部が得られる。また、この発明では、予めプログラムさ
れた掘削パターンに応じて拡底部を種々の拡開形状とす
ることが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に係る拡底杭掘削用のケリー掘削機の
全体構成を示す側断面説明図、第２図は掘削用シェルを
装着した状態のケリーグラブの正面図、第３図は拡底用
シェルを装着した状態のケリーグラブの正面図、第４図
はスタビライザの平面図、第５図は同スタビライザの側
面図、第６図は拡底作業用の制御器の構成を示す油圧回
路図、第７図（ａ），（ｂ）は演算用にシェルをモデル
化した説明図、第８図は拡底作業における掘削パターン
を示す説明用断面図、第９図は拡底作業時におけるコン
ピューターの制御手順を示すフローチャート、第10図
（ａ）〜（ｃ）は他の掘削パターンを示す説明用断面図
である。 ６……縦孔 6a……拡底部 ７……ケリーバー（ガイドバー） ８……ケリーグラブ（グラブ） ９……掘削用シェル 10……拡底用シェル 12……油圧シリンダ 18……油圧制御器（油圧駆動源） 30……深度計（下降深さの検出手段） 33……コンピューター（演算および制御手段） 37……油量計（拡開幅の検出手段）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】土中に縦孔を掘削し、形成された縦孔の孔
   底部における両側壁を掘削して縦孔の底部両側に拡底部
   を形成し、その後縦孔内にコンクリートを打設すること
   で底部が台形状に拡幅した拡底杭を構築する工法におい
   て、前記縦孔の孔底部の直上で油圧駆動源によって開閉
   駆動される拡底用シェルを両側壁に所定幅食い込ませつ
   つ、該拡底用シェルの昇降手段によって昇降させること
   によって順次縦方向に削り取りながら拡幅作業を行うた
   めの制御方法であって、 該制御方法は、拡底用シェルの下降深さを検出する手段
   及び拡開幅を検出する手段と、各検出手段によって刃先
   先端の現在位置を演算する手段と、該演算結果に基づき
   予めプログラムされた所定の掘削パターンに基づく拡底
   用シェルの下降と孔底部における停止、および上昇を指
   示する制御手段とを備え、前記制御手段の指示に応じて
   前記油圧駆動源および昇降手段を制御動作させ、前記掘
   削パターンに応じた形状で拡底部を形成するようにした
   ことを特徴とする拡底杭の構築工法における拡底部の掘
   削制御方法。