JPS5869930A - 圧力ガスバツフア−による杭打ち方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、杭に作１用する打撃力が、土盤の硬軟にか
がセらず、杭の強度以Ｆに保持すると共に、作動中はぼ
一筆の打撃力にて杭打らを行なＣ・且つ杭の打込み能力
の向上並びにラムのはね上がり高さを制御しうる圧力ガ
スバッファーによる杭打ち方法に関するものである。

近時、環境問題がきびしくなり、内陸はもとより、湾岸
部でも工場の進出はむつかしく、さらに、沿岸での埋立
可能な場所も少なくなってきている。

そこで、沿岸からかなり離れた沖合に発電所等の工場の
埋め立て地をつくる必要が出て来た。

沖合となれば、水深は当然深くなり、基礎工事用の杭の
直径も長さも大型化するようｉこなっ゛て来る。

また、耐震性を持たすためには、杭が軟弱土盤から硬質
土盤に掛かったらまいとしていた従来の杭打ちでは不充
分で、さらに、硬質土盤中深く杭を打ち込む必要が生じ
て来た。

一般に、杭打ち機は、杭を打撃して打ち込むものである
が、杭の損傷を防ぐために、緩衝用バッファーを介して
打撃している。このバッファーには種材等がよく使われ
るが、杭の大型化と共に打撃力も大きくなり、その耐久
性がＭ題となっている。

一方ディゼルパイルハンマーについて考察スルに、打撃
能力が一定であっても、軟土盤では打撃力は小さく、打
込み深さは大きくなり、衝撃エネルギーのうち、打込み
に消費されるエネルギーも大きい。これが、硬土盤に差
し掛かると急に打撃力は大きくなり、過大な打撃力のた
めバッファーや杭を痛めたり、打込みエネルギーの消費
が小さく、ラムの跳ね上がり高さが大きくなって、極端
な場合、外に飛び出るという安全上きわめて危険な状態
が発生することになる。

そこで、杭に作用する打撃力が土盤の硬軟にかかわらず
、常暑こ杭の強度以下の一定打撃力に保持し、杭の打込
み能力を上げ且つ杭打ち機のラムのはね上がり高さを制
御しうる杭打ち方法を探究したものである。

まず、この方法の技術的背景に言及する。最も簡単なド
ロップハンマーについて考察する。

第１図は、杭打ち時の土盤の性質において、固体摩擦力
として一定のｆなる反力と、粘性抵抗係数による打込み
速度比例型の反力が作用するものとする杭打ちモデルで
ある。このモチルにおいて、第１図のＭ−１は、ばね定
数になるばねのバッファー（Ｂ１）を用いた例で、これ
をモチルー１とする。

第１図のＭ−２は、ばね反力がほぼ一定のＦなるバッフ
ァー（Ｂ２）を用いたモチルー２の例で、この場合は、
ばね定数はほぼ０に近いものとするもので、 図において、１は杭、Ｂ１はモチルー１のバッファー、
Ｂ２はモデル−２のバッファー、２ハ’ＭｔｊＭ、Ｈは
落下高さ、Ｇは土盤である。

上記、モデル−１とモデル−２について、その両者の杭
打ち時の挙動を対比する。

まず、両者の運動方程式を求める。次に、方程式に必要
な項目の記号を示す。

Ｐｉ（ｃＩｌｌ）：座標を上向きにとり、原点を打撃前
のバッファーの上面とした２座標。

Ｒｚ（１）　：杭の上端位置の同上座標。

１（ｃＩＩ４）：バッファーの高さ。

ｇ（ｃ１１／５ｅｅ２）：重カッ加速度。

ｈ　（＃／ＣＭ）　：バッファーのばね定数（モデル−
１）。

Ｖｇ（＃）　　　：重錘の重量。　　′−ｗ２（＃）　
　　：杭の重量。

ｒ（ｋｙ）：地盤の固体摩擦力。

Ｘ　（ｆｆｉ）　　　：　ハラ７７−１７）撓み、Ｘ＝
　ｊｌ　−Ｘ６＋Ｘ２Ｃ− Ｖｏ（−）：重錘がバッファーに接触する瞬間９℃ の落下の速度。

■＋　（”）　　　：　Ａｘ　＝　ｆとなったときの重
錘の速度ヌ（ （モデル−１）％すなわち、 ｔ（ｓｅｃ）　　　、：時間。

モデル−１では重錘速度がＶｌになったときｔ＝Ｏとし
、モデル−２では重錘速度がＶｏになったときｔ＝ｏと
する。

モデル（１）の運動方程式は、 初期条件は１＝、で、 ｆ Ｖｌ モデル（２）の運動方程式は、 初期条件はｔ＝ｏで 以上の運動方程式を解くにあたり、 Ａ、Ｗ、Ｗ２．Ｖｏをそれぞれ、Ｉｔ　＝　１０ＢＩｆ
　、　Ｗ１＝　２５０（ｔｇ、　Ｗ２＝　１２５００＆
ｇ、　Ｖｏ＝　８００ｎ／ｓｅｅときめ、第１表のよう
に、＆、ｆ、Ｆ、Ｏを独立変数として、それらの条件を
組み合わせて、それぞれの数値を第２表の値として計算
し、グラフ化したものが、第２図、第８図である 第１表 第２表 まず第２図について説明する。

、　第２図は最大打撃力に対する打込み深さ曲線図で、
横軸にＦ又はｋＸｍａ、ｘ、、　（ｔｏｎ）を示し、縦
軸に打込み深さ５（ｃＩＩＩ）を示したものである。

なお、Ｘ２の最小値をＸＢ、　ｍ１ｒｅとすれば、杭の
打撃当りの打込み深さＳは、すなわち、５＝−ｉ−χ−
詠となるので前記運動方程式を用いて、−４−η〜−藷
を計算すれば８の一値が得られる。

また、Ｘｍａｘはばねの最大撓みで、ｋＸ騨ｕｒは、ば
ねの最大反力すなわちモデル１における最大打撃力であ
る。

モデル２では、Ｘに無関係にＦが打撃力である。

但し、打撃エネルギーは両者共一定にしｔｈ慟のである
。

第２図では、地盤条件としては、ｆ、Ｃ，、ｆ、Ｃ３゜
ｆ３０．　、　ｆ３Ｃ３の場合のみを示したものである
が、このグラフから次の事が言える、 （イ）モデル１（最大打撃力＝＆Ｘｓ＠ｉ）、モデル２
（打撃力−Ｆ）の両者共、打撃力が大きいほど打込み深
さは大である。

（ロ）最大打撃力が同じであれば、Ｆが一定のモデル２
の方が打込み深さは大きい。

以上の結果からモデル２の方が打込み能力はすぐれてい
るが、さらに、地盤の性質が打込み過程で急変しても、
打撃力Ｆを杭の強度以下に設定し・て置けばＦは一寓や
ため杭が損傷されるおそれがない。それに対し、モデル
ｌの場合は土盤が硬いはどｈｘ＃ＦζＩすなわち、最大
打撃力は大きくなり一定せず杭を損傷する事がある。

また、第８図は、モデル２の場合について、消費された
エネルギーと打込み深さとの関係を示したグラフで、横
軸に消費エネルギーを、縦軸に打込み深さ８　（ｃＩＩ
Ｉ）を示している。

こ仁で、Ｖ。−重錘がバッファーに接触する瞬間の落下
速度 ＶＲ：バッファーが作用して重錘をはね上げる時の最初
の速度とすると、 Ｖｏ２−　Ｖａ　２は消費エネルギーに比例する。

第８図のＦ、の曲線におけるｆ、Ｏ，、とｆ２Ｃ２の場
合のＶｏ２１ およびＩ　Ｘ　１０’−であって、消費エネルギーは約
ｅＣ２ チ：１と激変する。

すなわち、地盤の性質により消費エネルギーは大きく変
動し、消費エネルギーが小さくなると重錘の４よね上が
り高さが大きくなる。

デイゼルパイルハンマーでは、打撃ごとに燃料噴射と爆
発を繰り返しラムをはね上げるので、はね上がり高さが
大きくなると打撃エネルギーが大きくなり、さらに、は
ね上がり高さが大きくなるものである。従って、そのま
ま放置し、打撃を続けるとデイゼルパイルハンマーの場
合、ラムが飛び出してしまう危険がある。しかし、一般
に土盤の変化は、実際には、そんなに急激に起こるもの
ではないので、打撃ごとのはね上がり高さを検知して、
何かの方法でははね上がり高さの過大になることを防止
する事が必要である。

このはね上がり問題は後で詳述する。

マス、モデル（２）のバッファーについて、そのバッフ
ァーの反力が作動中はば一定で、ばね定数が０に近い性
質のものである事を説明する。

このバッファーの原理を説明するため、第４図の反力原
理説明用シリンダーの断面図について述べる。図におい
て、ＢＵはバッファーで、８はシリンダー、４はストッ
パー、６はピストンで、シリンダー（３〕には、高圧（
ゲージ圧、Ｐｋｇ／ｄ）のガス（６）が封入される高圧
ガス封入部（ＧＥ８）が形成されている。本例において
、ピストン（５）の断面積なＡｄとすれば、ノマツファ
ーの反力Ｆ　（＃）は、Ｆ＝ｐＡとなる。

打撃に際してピストン（５）が撓むが、撓みによる高圧
ガスの容積変化ΔＶが元のＶに比べて小さければ、Ｐは
ほとんど変化せず、Ａは一定であり、従つてＦはほぼ一
定と見なされる。なお、このバッファー（ＢＵ）は、杭
（１）の頭部のヘルメット（７）と、デイゼルパイルハ
ンマー（ＤＰＨ）の先端のアジピル（金敷）（８）との
間に設定されるものであり、ＲＭはラムである。このと
きの反カー撓み曲線は、第５図に示すように、高圧ガス
の圧力Ｐの大小にかかわらず、圧縮撓みと共に反力Ｆは
わずかにふえるがほぼ一定である。図において、ｊｌｈ
は圧力大、Ｂ−は圧力中、ｎは圧力小を示す、ものであ
る。

次に、上記の反力Ｆをほぼ一定にしたバッファーについ
て、ピストンのストッパーに対する衝撃力の制御につい
て説明する。第６図は、モデル（２）用バッファー（Ｂ
Ｕ）系の例における制御原理説明用シリンダーの断面図
で、シリンダー（３）内を高圧ガス（６）の封入部（Ｇ
Ｅ８）　（本例はグイヤフラム（９）の使用例）と油封
入部Ｑ００１）とに区画し、この油封入部（ＩＩ　０１
）は隔壁（至）にて２分され、この両部封入部の間には
逆止め弁Ｑ１および絞りを設ける。なお、この絞りにつ
いては、両部封入部を連結管ＱＩにて連結し、連結管（
至）に可変絞りＭを設けるか、あるいは連結管なしで逆
止め弁０１に直接絞りＱ４を設けてもよい。因って、ピ
ストンが圧縮されると、油は逆止め弁（至）を大きく開
いて上部に流入するが、ピストンが伸び側に撓むときは
、逆止め弁０１は閉じ絞りを通してしか逆流は出来ない
。この可変絞り（至）のときは、手動で流れ抵抗を変え
られるように設定されるものである。

その反力（Ｆ）の撓み曲線は第７図に示すとおりである
。すなわち、絞り抵抗が大きいと、０ＡＢＣＯ線を矢印
の方向にたどり、絞り抵抗が小さいと０ＡＢＣ’の線方
向にたどる事になるものである。

ここで、圧縮行程でバッファーが蓄積するエネルギーは
０ＡＢＤに囲まれた面積に比例し、伸び行程ではき出す
エネルギーは、抵抗が大きいときは、００ＢＤの面積、
抵抗の小さいときはＯＣ／ＢＤの面積に比例する。すな
わち、損失エネルギーは絞りの調節により大きくしたり
小さくしたりすることが可能となる。この損失エネルギ
ーを絞りで加減し、ピストン（５）のストッパー（４）
に対する衝撃力が過大になることを防ぐものである。

なお、テイゼルパイルハンマー（ＤＰＨ）のラム（ＲＭ
）のはね上がり高さを検知して、燃窯噴射量をを 自動的に調節させ、ラムの過大なはね上がり人防止する
ことも出来る。

またニ定の打撃力（バッファーの反力Ｆ）を、その杭の
強度あるいは地盤の性質により加減したいときは、ガス
の圧力Ｐを増減すればよい。

以上説明のとおり、この発明の杭打ち方法では、杭の強
度を越えないほぼ一定の打撃力を打撃エネルギーの大小
、土盤の硬軟に関係なく、与えることが出来るため、杭
の損傷を防止し、且つ良好な打込み効果が得られ゛るも
のである。また、油の粘性を利用すれば、ピストンのス
トッパーに対する過大な衝撃力が避けられ、さ・らに、
ラムの過大なはね上がりを防いで、安全な作業が出来る
。また、燃料噴射量を制御する方法は、省エネルギー効
果をもたらすものである。

【図面の簡単な説明】

第１図−（Ｍ−Ｌｔ）は、モデル（１）でばね定数にな
るばね系のバッファーを用いた杭打ちモデル、第１図−
（Ｍ−２）はモデル（２）でばね反力Ｆがほぼ一定系の
バッファーを用いた杭打ちモデル、第２（８）は、最大
打撃力に対する打込み深さ曲線図、 第８図は、モデル（２）における、消費エネルギーに対
する打込み深さ曲線図、 第４図は、モデル（２）用バッファー系の反力原理説明
用シリンダー断面図、 第５図は、モデル（２）の反力のと撓みとの関係曲線図
、 第６図は、モデル（２）用バッファー系のピストン衝撃
力制御原理説明用シリンダー断面図、第７図は、モデル
（２）用バッファー系の反力（ト）の撓み曲線図、 （１）・・・杭、（３）・・・シリンター、＜４）・・
・ストッパー、（５）・・・ピストン、（６）・・・高
圧ガス、ｏＩ、α力・・・油封入部、（２）・・・隔壁
、（至）・・・逆止め弁、ａ４・・・絞り、ＱＩ！・・
・可変絞り、ωＵ）・・バッファー、（ＧＥＳ→・・・
高圧ガス封入部。 代址人　弁理士　大　島　泰　甫 第１図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）土木建設の基礎工事用の杭打ちにおいて、杭の強
   度、地盤の性質に対応して、圧力を選定した高圧ガス弾
   性を内蔵するシリンダーをバッファーとして、杭の頭部
   に設定し、バッファーの打撃作動中、はぼ一定の打撃力
   にて杭打ちを行なう圧力ガスバッファーによる杭打方法
   。
2. （２）高圧ガス弾性を内蔵するシリンダーを、高圧ガス
   封入部と油２封入部に区画し、さらに、油封入部は隔壁
   にて２分し、両者間に逆止め弁および絞りを設定して、
   バッファーのピストンがもどってストッパーに衝突する
   衝撃を小さくするために、バッファーの粘性損失により
   加減する特許請求の範囲第１項記載の圧力ガスパツフア
   −による杭打ち方法。