JPS5949379B2 - 硬土盤杭打方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は港湾構造物基礎等大きな荷重を受ける長大な鋼
管杭の打込方法に関するものである。

従来、ティーセルハンマーは、スチームハンマーの様に
ボイラーを要する事なく極めて軽便で取扱い容易な杭打
ハンマーとして以前から奨用されてきた。

更に国内メーカーの努力により次第に大型ハンマーが製
作されるようになっている。

然しながら、ハンマーの大型化により打撃エネルギーが
飛躍的に増大したにも拘わらず、パイルキャップの改良
がこれに伴わなかった故、硬土盤杭打作業、特に必要根
入長さの大きい長大杭の施工は未だに非常に困難である
。

具体的に説明するならば硬土盤杭打作業では、杭の貫入
は仲々“無理があり、１回のハンマー打撃による杭の貫
入沈下量は極小になる。

従ってディーゼルハンマーの爆発エネルギーは、杭の地
盤内貫入に消費されることが少なく、大部分がラムの反
発跳躍に消費されることになる。

これは工事施工上極めて危険であり、ラムが外部に飛出
す虞れがある上に、ハンマー自身が本体の母材強度の不
足により破壊されることにもなる。

この様な事故を防止するには杭とハンマーとの間、即ち
パイルキャップに適切な緩衝材料を使用すれば良いので
あるが、此処２０年間何等の改良もなされなかったのが
実情である。

内挿型、外挿型、何れのパイルキャップでも従来緩衝材
トシテは常に樫の如き堅い木材が使用されてきた。

その理由として次の様に考えられる。

まず、小型ディーゼルハンマー程度の打撃エネルギーで
は、種材でも実用上不具合はなかった。

次に従来の土木構造物として要求される基礎杭は下向通
常荷重を支持するものが大部分で、耐引抜力を要求され
るものは少なかった。

従って杭先端が砂礫層に到達し、ディーゼルハンマーノ
能カ一杯の打撃が暫時加えられれば満足され、それ以上
の貫入を求められる事は無かった。

従ってパイルキャップの改良は無用であった。

しかるに、現代の海洋構造物は基礎杭として長大な根入
長さを要求される。

これは大きな耐引抜力と鉛直荷重に耐えるためであるが
、良く締った砂礫層中に大口径鋼管杭を充分な根入長さ
に打込むのは大変な難事である。

従来の方法ではディーゼルハンマーを使用する事はでき
ない。

外国では北海油田の開発と時期を同じくして新方式のオ
フショアハンマーが出現した。

オランダ国ハイドロブロックＨＢＭハンマーは、油圧駆
動複動式ハンマーであるが、ラムの中にフローテイング
ピストンを有し、その上下に夫々油と高圧窒素ガスを封
入した緩衝装置を内蔵せしめて成功し、その詳細は公知
である。

その主要部分は、油を第５リフイス通過せしめる流体摩
擦緩衝装置であるが、北海油田において長大鋼管杭を固
く締った砂礫層中に充分な根入れを持たせて打設した実
績は広く知られていて、これは適切な緩衝装置を付加し
たハンマーが、硬土盤に対しても充分な打込作業を可能
ならしめることを実証している。

但し、ハイドロブロックＨＢＭハンマーハ、複動式油圧
駆動であるので想像以上の大規模なディーゼル機関によ
る油圧発生装置、即ちパワーユニットを必要とし、その
寸法はそれ自身で隻の随伴作業船をなす程のものであり
、建造費、運用費共極めて高価である。

本発明の硬土盤杭打方法は、これと異なり、至って簡素
で現場保守の容易な流体緩衝装置を在来の大型ディーゼ
ルハンマーに付加して、従来困難であった硬土盤中の長
大杭の打込みを可能ならしめることを目的としている。

本発明の他の目的は、海底油田、沖合港湾、沖合人工島
などのオフショア構造物施工の為に現在新しく必要にな
った処の杭打条件に対応出来る様なバリアプルな衝撃緩
衝装置と、杭の貫入時の側面抵抗を低減せしめる処の射
水系を組合わせた新しいオフショア杭打ち法を提供しよ
うとするにある。

本発明の硬土盤杭打方法は、杭打機の底部と杭頭との間
に前記杭打機のハンマーの打撃力が作用したとき縦方向
に収縮する内容積可変耐圧容器１２を位置せしめ、この
容器１２内に加圧流体を供給しながら杭打作業を行うと
共に、前記容器１２から吐出される流体を杭先端に噴射
ノズル２７を介して供給すると共に、前記内容積可変耐
圧容器１２と加圧流体源２２間にアキュームレーター１
８を介挿し、このアキュームレーター１８内の流体レベ
ルを検知して前記加圧流体源２２の圧力を調節するよう
にしたことを特徴とする。

以下図面によって本発明の詳細な説明する。

本発明の主要部分をなす打撃エネルギー吸収装置と、杭
先端高圧射水装置との組合わせ及び給水系装置との複合
システムを第１図に示す。

５は鋼管杭でその頂部には内挿型パイルキャップ３５が
作業現場で嵌め込まれる。

その詳細は第５図に示す。

鋼管杭５の上部の緩衝装置である内容積可変耐圧容器１
２（以下バッファと称する）は構造上パイルキャップ３
５と一体に作られ、更に上部のディーゼルハンマー１１
と共に、杭打船１のガントリー２に固定されたリーダー
３に、ガイドクランプ４によって上下方向にスライドで
きるように取り付けられる。

バッファ１２はディーゼルハンマー１１の直下に位置し
、打撃されると鉛直方向に伸縮し、内蔵する水又は海水
を出入せしめる。

バッファ１２は第２図に例示するように、硬質ラバーリ
ング３２とベローズ成形ステンレス鋼３１をサンドイッ
チ状に積層組立てしたものであるが、このようなベロー
ズ型のものの代りにシリンダーピストン型と称するコイ
ルばねを内蔵したシリンダーとピストンによって構成さ
れるバッファを使用しても良い。

何れにしてもバッファ１２の内部には流体流入管１５と
排出管１４がバッファ下面即ち厚鋼板のパイルキャップ
３５を貫通して開孔している。

バッファから排出される高圧力水は排出管１４からパイ
ルキャップ３５上面の環状配管１３を通り、複数のジェ
ットパイプ２５に分岐される。

その後高圧力水は、ジェットパイプ２５の先端にある噴
射ノズル２７から鋼管杭先端付近の土中に噴射される。

バッファ１２から給水系を水源に向けてたどれば、注入
管１５の次に逆止弁１６があり、その一例を第３図及び
第４図ａ、 ｂに示す。

次にはフレキシブルな耐圧ホース１７がありこれに連な
る配管は高圧タンクより成るアキュームレーター１８内
の下部に開口している。

アキュームレーター内貯水２９は給水用高圧ポンプより
成る加圧流体源２２によって、たえず補給される。

アキュームレーター内上部の高圧空気２８は、逆止弁１
６作動時の配管の脈動を減少せしめる。

以上の各種装備は至ってコンパクトなものであり通常の
杭打船甲板上に設置可能である。

機械工学上この杭頭緩衝作用は、オリフィス流体摩擦緩
衝装置として説明できるものであり、本発明の場合オリ
フィスは、杭先端の噴射ノズル２７である。

オリフィス摩擦緩衝系では、衝撃エネルギーが相当量の
熱エネルギーに転換され高温発熱するが、本発明では通
水が冷却水となり極めて有利である。

尚、６は海底面、７は海面、２１はドレーンプラグ、２
３はサクションホース、２４はフートバルブ、３０はア
ンビル厚鋼板、３６はカップラー、３９はバッファ頂部
空気抜バルブ、４０はバッファ空気抜導管である。

次に本発明による杭打方法を説明する。

本発明ではまず、杭の建込みと内挿型パイルキャップ３
５の挿入に先立って、第５図に示すようにジェットパイ
プ２５を杭先端近くに設けたホルダー２６に通す。

ホルダー２６は、杭の打込終了後ジェットバイブ２５及
び噴射ノズル２７を回収可能にできる構成とする。

杭の所定位置建込みが完了すれば加圧流体源２２を起動
し、高圧力水を全配管系に流しバッファ１２に充満せし
めると共にジェットバイブ２５の末端の噴射ノズル２７
から噴射せしめる。

次にバッファ１２は高圧力通水によってディーゼルハン
マー１１０重量を支持した状態で充分に伸長しているが
、アキュームレーター１８に付属した圧力計１９によっ
てこれを確認する。

若し、予定の圧力に達しない場合は、ノズルを交換し噴
射吐出量を制限しなければならないが、加圧流体源の出
力には充分余裕を持たせてあり実際上はあまり起こり得
ない事である。

加圧流体源２２は通常複数基のピストンポンプを使用す
る。

計器類のチェックを行った上でディーゼルハンマーを起
動する。

打撃サイクルは地盤条件と杭の根太深度によって変化す
るが、ラムの上昇高さは規定された最大高さ付近で運転
するのが望ましい。

数本の杭で試行すれば最適のジェットパイプ本数とノズ
ル口径が判明するので以降はそれを採用する。

加圧流体源２２の容量に明らかな不足が認められた場合
は、換装するか、ポンプ台数を増すか、又は配管内圧力
を適正な範囲に保つ為に複数基のポンプの内の１台を、
適時起動、或いは停止させる。

本発明においては噴射ノズル２７の噴射を間断なく続行
する。

ハンマーの打撃によって生じる付加圧力はその都度パル
スジェットの様に噴射能力を高め杭先端地盤を洗掘し、
杭の振動と相俟って地盤の液状化を促進し加えて上昇流
は杭の側面抵抗を減少せしめて杭の貫入を容易ならしめ
る。

本発明の杭打方法においては、ディーゼルハンマー〇不
必要な程のラムの反発上昇を押さえ、打撃エネルギーを
有効に杭の貫入に利用する様なバッファ１２と、前述の
杭先端ジェット噴射の何れを重視するかは杭寸法、必要
根大長さ、及び対称打込地盤の特性次第で決定される。

逆止弁１６は給水系のバッファに近い場所に取り付けら
れるが、その構造の一例を第３図、第４図ａ、ｂで説明
する。

逆止弁１６は耐高圧逆止ピストン３３を有し、これは軽
合金製のスリット孔のあいた円筒形で、尾部はテーパ一
部分と曲面部分よりなり閉止された形に作られる。

このピストン３３のスライドにより逆流は防止される。

第４図ａは通水時を示し、第４図すは逆止弁の閉止状態
を示す。

図中３４はラバーリングを示し、３８は組立用のニップ
ルである。

この図示のものは、構造が簡単で現場の使用条件に適す
るものとして示したが、他の構造の逆止弁も使用できる
。

何れにしても、逆止弁は、打撃により圧縮されたバッフ
ァから吐出する高圧力を有効にジェット射水圧に利用す
るのを主目的とし、二次的には給水系配管が昇圧してウ
ォーターハンマー現象が起きるのを極力防止するもので
ある。

運転中警戒すべき事は突然のポンプの故障によってバッ
ファ１２内の給水が止まる事であり、この場合にはバッ
ファの内圧が異常に低下し、ハンマーの打撃によってバ
ッファが圧壊される虞れがある。

アキュームレーター１８には安全弁２０゜圧力計１９．
給気弁３７のほかタンク内貯水２９の水面を検知する装
置（図示せず）があり、若し異常な水面低下があれば、
直ちに警報を発しディーゼルハンマーの運転を停止せし
める。

高圧ポンプは通常複数基並設し、その内の１台は常に適
正なタンク内圧力を保つ様に起動、停止を繰り返すよう
にすれば若干の圧力変化では警報装置は作動することが
ない。

又、杭打地盤条件、杭先端深度等の変化に対応して、流
量を調節し緩衝効果をも調整する如く、アキュームレー
タ一円流体レベルの検知によって加圧流体源の圧力を調
節する様になっている。

この杭打方法を運用する上で、重要なことは、最も適切
なハンマーラムの飛び上がり高さを地盤条件、根入深さ
に応じて選定し、それを持続運転する事であり、これは
少なくとも１台のポンプを適時起動、停止せしめて配管
系内の水圧を制御する事により得られる。

手動操作を原則とするが、成る程度自動化も可能である
。

本発明の硬土盤杭打方法によれば、締まった砂礫層であ
っても充分な根入長さを採って鋼管杭を打込む事が可能
になり、超大型港湾構造物の設計上新しい可能性を拓く
ものである。

又、風化者。砂岩、土丹者についても成る程度打込みが
できるものであり、又若干のパイルキャップの改装によ
って鋼管杭のみならずＨ型鋼、鋼矢板等にも利用できる
ものである。

さらに、本発明はディーゼルハンマーのみならずスチー
ムハンマー等の杭打機にも応用可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法説明図、第２図は内容積可変耐圧容
器の一部切欠斜視図、第３図は耐高圧逆止ピストンの斜
視図、第４図ａは逆止弁開穴通水中を示す断面図、第４
図すは逆止弁閉止状態を示す断面図、第５図は内挿型パ
イルキャップ及びジェット射水配管説明用斜視図、第６
図はジェットノズル説明用斜視図である。 １・・・・・・杭打船、２・・・・・・ガントリー、３
・・・・・・リーダー、４・・・・・・ガイドクランプ
、５・・・・・・鋼管杭、６・・・・・・海底面、７・
・・・・・海面、１１・・曲ディーゼルハンマー、１２
・・・・・・内容積可変耐圧容器、１３・・・・・・環
状配管、１４・・・・・・排水管、１５・・・・・・注
入管（給水管系）、１６・・・・・・逆止弁、１７・・
・・・・耐圧フレキシブルホース、１８・・・・・・ア
キュームレータ、１９・・・・・・圧力計、２０・・・
・・・安全弁、２１・・・・−・ドレーンプラグ、２２
・・・・・・加圧流体源、２３・・・・・・サクション
ホース、２４・・・・・・フートバルブ、２５・・・・
・・ジェットパイプ、２６・・・・・・ホルダー、２７
・・・・・・噴射ノズル、２８・・・・・・高圧空気、
２９・・・・・・高圧タンク内貯水、３０・・・・・・
アンビル厚鋼板、３１・・・・・・ベローズ成形ステン
レス鋼、３２・・・・・・硬質ラバーリング、３３・・
・・・・耐高圧逆止ピストン、３４・・・・・・ラバー
リング、３５・・・・・・内挿型パイルキャップ３６・
・・・・・カップラー、３７・・・・・・給気弁、３８
・・・・・・ニップル、３９・・・・・・バッファ頂部
空気抜バルブ、４０・・・・・・バッファ空気抜導管。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 杭打機の底部と杭頭との間に前記杭打機のハンマー
   の打撃力が作用したとき縦方向に収縮する内容積可変耐
   圧容器１２を位置せしめ、この容器１２内に加圧流体を
   供給しながら杭打作業を行うと共に、前記容器１２から
   吐出される流体を杭先端に噴射ノズル２７を介して供給
   すると共に、前記内容積可変耐圧容器１２と加圧流体源
   ２２間にアキュームレーター１８を介挿し、このアキュ
   ームレーター１８内の流体レベルを検知して前記加圧流
   体源２２の圧力を調節するようにしたことを特徴とする
   硬土盤杭打方法。