JPS6378918A - 回転軸の先端に角錐ビツトを装着した掘進装置 - 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、杭の設置位置の地盤の掘進時、掘削土砂を
周りの圧縮性のある地盤に圧入することを第１の目的と
した昭和５６年２月２１日出願した発明の名称「くいの
原地盤圧縮施工法」出願番号昭和５６年特許願第０２５
８８１号に記載された発明の基本的考え方と■を一にす
るものであるが、本発明では、前記発明の構成要件の主
要素となる正転方向に対して後方に反った掘削刃を用い
ることなく、角錐ビットに必然的に構成される粗隣る錐
面の交わる複数の稜のとがった角で地盤を堀削し、各稜
の回転前面の各錐面からこの掘削土砂に外側に押出す圧
力を作用させる構造に変え、前記先行発明と同等または
同等以上の作用効果が得られるように構成したものであ
る。

以下にこの発明の掘進装置の実施の態様を、図面に示す
実施例に従って説明する。第１図は、掘削土砂を周りの
原地盤に圧入できる圧縮性のある地盤を掘進中の杭の先
端を縦断し、内部の掘進装置を示す。地上の全装置は公
知のため省略する。杭１の中空部２は、各横断面が相似
の正方形をなす角錐ビット３によって閉鎖される。

第２図は角錐ビット３の下面図であり、第３図は、相対
する錐面４の中心に沿って角錐ビットを裁断した縦断面
図で、角錐ビット３の下面には先端ドリル５を溶接連結
し、角錐ビットの上面には連結鋼管６を突設する。また
角錐ビットの中心には噴射管７を配設し、その下端は角
錐ビットの下面に開口するが、小ねじによって取付けた
ゴム製のバルブ８が装着され、流体噴射を停止したとき
は、このバルブ８によって噴射管７の開口部は閉鎖され
る。またこの角錐ビットの内部にはモルタル９を流し込
んで■実にする。角錐ビットの下面及び錐面は８ｍｍな
いし６ｍｍの鉄板の絞り加工によって大量生産すること
ができるが、稜１０が円みをおびるときは、５ｍｍない
し１０ｍｍ溶接肉盛して稜を鋭角化する。

また、連結鋼管６には第３図の一点鎖線で示す回転軸１
１に突設した小径鋼管１２が挿入され、小径鋼管１２の
外面に装着したＯリングなどで、回転軸１１と連結鋼管
６とは気密・水密性を保って連結される。この連結鋼管
６の上部外面に１対の受動金具１３を対称位置に突設し
、一方回転軸１１の外面にも１対の逆Ｌ字形の主動金具
１４を対称位置に突設し、この主動金具１４が受動金具
１３を押して正転する回転軸１１の回転力を角錐ビット
３に伝達する。また、主動金具１４の下方屈曲部が受動
金具１３を下方から抱える構造とするので、回転軸１１
を上下に操作しても角錐ビット３は離脱しない。角錐ビ
ットの上面に突設した数個のガイド片１５は、角錐ビッ
ト３を杭１の正規位置に誘導する案内装置である。

第２図の実線の円は杭１を示し、一点鎖線の円１６は角
錐ビット３の掘削円を示すが、地盤は杭１の直径より多
少大きめに余掘りされる。

この角錐ビット３には回転軸１１及び上部の動力装置の
重量が作用するだけでなく、杭１及び上部の荷重体の重
量が作用し、回転軸を作動して角錐ビット３を回転し地
盤を掘削すると、掘削土砂は三軸圧縮の状態となり、特
に回転掘削する各稜１０に近い回転前面の錐面には非常
に押しつまった土砂の層ができ、この密実層は角錐ビッ
ト３の回転運動と、杭１その他装置の加圧力によって、
外側に押しだされる強大な圧力を受ける。以上の結果、
この掘削土砂の大半は圧縮性のある周りの原地盤に圧入
され、一部の土砂は余掘りされた狭い外周ルート１７に
沿って上昇する。このとき、噴射管７から圧縮空気を噴
射すると、無数の気粒を含む土砂が外周ルート１７に沿
って上昇し、杭１の外周面に対する土砂の摩擦力または
粘着力が減少し、杭１及び荷重体の加圧力がさほど低減
しない効果が得られる。

しかしながら、角錐ビット３が圧縮性に乏しい中間硬質
地盤に到達すると、土砂が原地盤に圧入されず、掘進が
難渋し、ついには停止して空回りする。このとき、杭１
を５０ｃｍ内外引き上げてのち、圧縮空気を噴射しなが
ら角錐ビット３で地盤を掘進すると、この掘削土砂は角
錐ビット３の錐面４に沿って自由に盛り上り、第４図に
示すとおり杭の中空部が全開し、且つ正転方向に対して
リフト作用が発現する方向に取りつけたスクリユ１８が
回転するので、掘削土砂はこのスクリユ１８に収容され
て円滑に中空部２内を上昇する。このように杭１と角錐
ビット３とを５０ｃｍないし１メートルの間隔を保って
杭１を角錐ビット３に後続させると、以上の掘進手段に
よってこの硬質地盤を低迷ながら掘進できる。この硬質
地盤は従来の三翼ビット又は四翼ビットで掘削する場合
とは相違し、角錐ビット３の錐面４からの土砂圧力を常
に受けるので、その孔壁部は終始締め固められる。角錐
ビット３の掘進速度が速くなると、中間硬質層を通貫し
たことが判定できるので、堀進体勢を第４図から第１図
の状態に戻し、更に支持層の硬質地盤に到れば第４図の
掘進体勢に変えて掘進し、所要の深度に達すれば、杭１
を下降させて角錐ビット３に接面させ第１図の状態に戻
す。こののち、噴射管７からセメント乳液に小量のカル
ボヤシメチルセルロースを混和した流動性の高い粘性液
体を噴射しながら角錐ビット３を正転させると、杭１の
外面に対する外周ルート１７の土砂の摩擦力又は粘着力
が低下し、杭１も共回りし、この外周ルート１７は粘性
液体の上昇によってセメント粒子を含むソイルセメント
となり、杭１の外周に強化層が造成される。最後に液体
噴射を停止し、少くとも１００回程度角錐ビット３を正
転させ支持層を締め固める。そののち回転軸１１を逆転
させ、角錐ビット３とのかみ合せ連結を解き回転軸１１
を回収する。

以上の支持層内での作業時、支持地盤は角錐ビット３の
重負荷回転圧縮によって充分押し固められ、特に砂質支
持層ではセメント粒子が支持層内に深く浸透し、杭１と
支持層とは強固に一体化し、先端支持力が増大する。こ
のように本角錐ビットには支持層を締め固める特殊機能
があるので、打込杭と同様支持層内に拡底根を造成せず
とも充分な先端支持力が得られる。

なお上部装置の使用動力を大きくする場合は、外径１メ
ートルの大形コンクリート杭も設置可能と期待されるが
、中形以下の杭では、杭１の定着板１９と角錐ビット３
とを溶接し、この杭の中空部２に回転軸１１を差し込み
、第１図に示すように角錐ビットの連結鋼管６と回転軸
とをかみ合せ連結させる。符号２０は補剛鋼管で■ある
が、この場合は付着力の大きいしま鋼板製などにし、こ
の鋼管から回転力を杭の高強度コンクリートに伝達する
。圧縮性のある地盤の掘進時には、実施例と同様に圧縮
空気を噴射しながら、杭１及び荷重体並びに操作クレー
ンなどの加圧力を作用させて回転掘進するので、実施例
と同様に掘削土砂の大半は原地盤に圧入されるが、杭１
が常時回転するので外周ルート１７の土砂と杭１の外周
面との摩擦力又は粘着力が前例より減少し、加圧力が角
錐ビットに有効に作用し、掘進速度が速められる。なお
、この掘進方法で角錐ビット３が硬質地盤に突入すると
、掘削土砂が原地盤に圧入されず、急激に掘進が難渋す
る。そこでこの場合は、噴射管７からベントナイト又は
カルボキシメチルセルロースを混和して土砂を流動化さ
せるセメント乳液を噴射すると、硬質地盤の掘削土砂は
角錐ビット３のミキサー作用を受けて流動化し、この流
動土砂はすべて外周ルート１７を経て上昇し、上層の軟
弱地盤に大半が吸収され、一部は地上に排出する。以上
の掘進方法を用いるときは、作業が単純化し、掘進速度
が速く杭の設置能率が向上する効果と、杭１と角錐ビッ
ト３とが一体化しているので、杭光端の剛性が大きく、
玉石などを杭の設置位置から角錐ビット３の回転運動で
外側に押出す特殊効果が得られる。従って、打撃工法に
よっても設置できるので、少くとも外径６０ｃｍの杭ま
では以上の杭と角錐ビットとの一体連結を図った方が有
利である。

次に、本掘進装置は、場所打杭のプレボーリング造成に
用いて有用な特長が得られる。この場合は回転軸と正六
角形の角錐ビットとを固定連結し、回転軸に第１図及び
第４図とは逆方向に巻いたスクリュを取付け、このスク
リュの直径を角錐ビットの掘削円の直径とほぼ同等とす
る。圧縮性のある地盤では図面の矢印に示す正転方向に
回転させ、地盤を６条の鋭角化させた稜で掘削する。は
じめ掘削土砂は角錐ビットの上方に盛り上るが、スクリ
ュが土砂を押し下げる方向に回転するので、土砂の上昇
が抑制され、角錐ビット上に盛り上る土砂量が次第に小
量となり、原地盤内に圧入される土砂量が次第に増量す
る。このときは土砂による上向きの力が生ずるので、動
力装置を収めたケース上に荷重体を載荷するなどの手段
を講じ、土砂の上向きの力に対処する。また地下水位以
下の掘削時には孔内に水がたまるので、噴射管から圧縮
空気を噴射し、掘進先端部への水の流化を極力予防する
。

以上の掘進が停止し角錐ビットが空回りするときは、角
錐ビットが圧縮性に乏しい地盤に到達したことを示すの
で、回転軸を逆転させる。

すると、スクリュが逆転時土砂を収容上昇させる方向に
装着されているので、土砂の上昇経路が開く。このとき
も噴射口から圧縮空気を噴射すると、土砂とスクリュの
面との摩擦力又は粘着力が減少し、角錐ビットが掘進を
始めるに従って掘削土砂は渋滞なくスクリュ上を上昇し
、角錐ビットを所要の支持層の深度に到達させ得る。支
持層では角錐ビットを正転させ、圧力を加えながら充分
に支持層を締め固める。

以上の掘進装置を回収するには液圧による手段を用いる
。はじめ所要量のモルタルを圧送し、そののち水を圧送
して装置を押し上げるが、このとき回転軸を逆転させる
と、スクリュがコテ仕上の作用を孔壁面にほどこしなが
ら上昇し、且つ孔壁の全長は角錐ビットの掘進時すでに
圧縮強化されているので、この地下孔内には特別の場合
を除いては水を満すだけで孔壁は安定する。この地下孔
内に造成される鉄筋コンクリート場所打杭は、支持層が
角錐ビットの掘削圧力を受けて充分に押し固められてい
る点、孔壁の全長が掘削圧力を受けて本来の組織より圧
縮されている点、及び圧縮性のある地盤では掘削土砂の
圧入を受けて孔壁の組織が改善されている点の複合の作
用効果により、場所打杭の先端支持力及び周面支持力が
顕著に増大する。

また、以上のプレボーリングの施工時用いた装置のスク
リュに代えて、角錐ビットの掘削直径とほぼ同直径の短
かい鋼管を数メートルおきに適宜アームを用いて回転軸
に突設すると、掘削孔内における回転軸のたわみ度が補
剛される。

この短かい鋼管は公知のニーディング工法において実用
されている練りつけ装置であるが、この練りつけ装置に
よって回転軸の剛度が高まり、六角状の角錐ビットの回
転運動によって、玉石層及び小形の転石を、杭の設置位
置から外側に押し出す機能が生ずる。この場合は角錐ビ
ットの上面に係合する六角柱を２メートル内外継ぎ足す
。施工手段として、例えば地盤の性質に応じ圧縮空気ま
たは小量の水を射出して掘進すると、掘進に際して孔壁
は角錐ビット及び六角柱による少なからぬ圧入力を受け
て組織が密実化し、泥水中の土砂量が減少し、且つ支持
層の地盤を充分に押し固めることができる。最終工程時
所要量のモルタルを射出しながら装置を引き上げると、
閉端コンクリート杭の埋込み工程時杭と強化された孔壁
との間にモルタルが上昇し杭の周りにモルタル層が造成
されるので、杭の周面支持力が格別に増大し、更に支持
地盤の充分な締め固め効果によって、杭の先端支持力が
強化することが期待される。これらのブレボーリング工
法に属する工法に用いる角錐ビットは、常用の装置であ
り、鋳鋼製にして剛強に構成し、稜及び錐面の構造も特
殊（例えば第５図参照）に設計し、また超硬チップを取
付けうるようにし、全硬質地盤に適用できる万能掘削ビ
ットに構成する。

以上の使用例によって、本発明の掘進装置によって得ら
れる有用な特長を説明したが、本掘進装置に用いる角錐
ビットの各稜は、従来慣用の多翼ビットの各ビットに相
当する。慣用の三翼ビット又は四翼ビットによって掘削
された土砂は、単にビットで掘り上げられるだけに過ぎ
ないが、角錐ビットの各稜１０で掘削された土砂は、角
錐ビットの各稜１０で掘削された土砂は必らず各錐面４
による下方及び側方に向う圧力を受ける。従って上方か
ら加圧力を作用させ、且つ土砂の自由な上昇を抑制する
と、掘削土砂は三軸圧縮の状態に陥いり、圧縮性のある
地盤では、この掘削土砂は周りの原地盤内に圧入され、
杭の周りに圧縮層が造成される。更に従来のビットでは
、支持層を掘削すると、支持層の組織をかなりの深さ、
少くとも３０ｃｍを超える深さまでゆるめる欠点があり
、支持地盤本来の支持力を得るに至らなかったが、この
掘進装置では、上方からの加圧力を作用させて角錐ビッ
トを回転させると、掘進に従って必ず支持層が下方及び
側方に向って順次締め固められ、地盤本来の力以上の支
持力が得られる独特な作用がある。すなわち、この掘進
装置によって設置される杭は、既成杭であれ場所打杭で
あれ、その先端支持力及び周面支持力が大きく、その総
支持力は既成杭にあっては打撃工法によって施工される
基盤杭と同等または同等以上と評価されることが期待さ
れ、且つこのように支持層が締め固められ、孔壁の全長
が圧縮強化された場所打鉄筋又は鉄骨コンクリート杭は
これまでに実存しない。

以上に述べた角錐ビットの角錐は、図面に示す等辺角錐
だけでなく、異辺の角錐を含み、鋳鋼製では第５図に示
すように先端が正転方向にねじれた角錐を含む。この異
形の角錐ビットは稜が斜めにきれ上るので掘進速度が速
く、且つこのビットを逆転させると、支持層を下方に締
め固める力が強大となる特長が得られる。

上記異形の角錐ビットに近い機能をもつ鉄骨ビットを第
６図に示す。連結鋼管６は正方形の基板２１を貫き、そ
の下方は噴射管７となり、下端部に先端ビットを取付け
る。基板２１の四隅に取付ける三角形の４個の翼板２２
は噴射管の中心に向わず、図面の左寄りの噴射管７の側
面にその一辺を溶接連結し、その上辺は基板２１に溶接
連結する。従って各翼板の端面２３は図面に示すとおり
下方から上方に向って左寄りにされ上る形状となり、第
５図の異形角錐の稜１０と同様な構造となる。この鉄骨
ビットを矢印の正転方向に回転させると、地盤は端面２
３で掘削されるが、このとき端面の下方部分が先行して
地盤を掘削するので、下方部分が先行して地盤を掘削す
るので、端面の上部による地盤が順次切れ易くなり、且
つこの掘削土砂は翼板２２の側面が土砂を外側に押し出
す方向に設置されているので、土砂の自由な上昇を抑制
すると、圧縮性に富む周りの原地盤内に掘削土砂を圧入
することができる。なお上記翼板２２の外縁相互を鉄板
で連結すると、前記異形の角錐ビットとなる。この鉄骨
ビットの構造によって異形角錐ビットの形状がほぼ理解
されるであろう。

次に、第７図は地盤を強力に締め固める特殊な二翼ビッ
トの下面図、第８図は第７図のビットを矢印Ａ−Ａの方
向から見た側面図である。

中央ビット２４は第８図に示すとおり上端が広く下端が
とがったほぼ三角形の鉄板で、その基部を基板２１の中
央に、基板２１の相対する二辺に平行して連結する。左
右の加圧ビット２５はほぼ三角形の鉄板で、その一辺は
中央ビット２４の側辺と連結し、第７図の矢印Ｐの正転
方向に対して後方に反らせてその上辺を基板２１に連結
する。杭を設置する地盤は中央ビット２４の先端と、加
圧ビット２５■■■２３のかどで掘削される。この二翼
ビット■■盤を回転掘進すると、その掘削土砂は回転運
動によって加圧ビット２５の回転前面の加圧面に押し詰
まる。

更に新しく掘削した土砂が下方から上方に向って押し詰
まり、加圧面の全面には非常に密な土砂層ができる。し
かも、加圧ビット２５の上方部がその下方部より外側に
張りだしているので、土砂を原地盤に押込む加圧力が随
所において強化される。以上の結果、第１図に示すよう
に杭１で掘削土砂の自由な上昇を抑制すると、以上に述
べた掘削土砂は、加圧ビット２５の押し込み機能によっ
て圧縮性のある周りの原地盤に否応なく圧入される。中
央ビット２４の基部の寸法を図示より拡大させるに従っ
て、加圧ビット２５の上方が更に外側に張り出し、土砂
の押込み力が高められる。また、中央ビット２４を基板
２１の中心点を通り、基板の対辺と斜交し、正転方向に
多少前傾する方向に取り付けると、中央ビット２４の基
部の幅を基板２１の一辺の幅より大きくすることができ
、加圧ビット２５の土砂押込み力は更に増大する。すな
わち、この特殊な二翼ビットは、前述の角錐ビット３よ
り以上の掘削土砂の押込み力をもち得るとともに、支持
地盤を下方及び側方に締め固める強力な圧縮能力をもつ
。半面、このビット２４、２５を逆転させると、掘削土
砂はビットの内側に取り込まれ、硬質地盤を容易に掘進
できる。基板２１は円形の鉄板にしてよい。

上記の二翼ビットの製造方法としては、中央ビット２４
と加圧ビット２５とを平面状に展開して鉄板を板取りし
、これに曲げ加工を施こし、それぞれその上端を基板２
１に溶接すれば極く簡易に所要の二翼ビットが得られる
。図面では多数の横線をえがいて加圧ビット２５の加圧
面を明らかに示した。ビット２４，２５の板厚は少くと
も２５ｍｍ以上が望ましいが、ビットの板厚または掘削
直径の関係から、外力を受ける加圧ビットの剛度が不足
する場合は中央ビットと　加圧ビットとの隅角部に補■
片を取付けると、加圧ビットの変形が予防される。

次に、図示の中央ビットと加圧ビットとを、中央ビット
２４の中心で縦断してそれぞれを１セットのビットとし
、この組合せビットを３セット又は４セット中心で連結
すると、三翼又は四翼の特殊ビットが得られる。更に、
第６図に示す噴射管７の側面に上記組合せビットを所要
セット連結すると、大形の杭を設置する場合の掘進ビッ
トとして好適な構造となる。この場合、中央ビットの部
分は土砂を切らないが、加圧ビットの外側を回って崩れ
込む掘削土砂を加圧ビットの前面に誘導するガイド壁と
なる。また第７図及び第８図の噴射管７は斜め下方に向
け、加圧ビット２５の前面に流体を射出する構造に変え
得る。更に基板２１に突設した連結鋼管６に代えて、や
や小径のはめ合せ鋼管を突設し、この鋼管を、先端の内
面に漏れ止めリングを設けた回転軸に挿入して気密・水
密に連結する手段をとり得る。このときは基板２１の上
面に突設した受動金具を、回転軸の外面に突設した主動
金具で押し回す公知の構造によって回転軸の力を基板２
１に伝達するように設計変更する。更に二翼ビットの図
面では、鉄板組立製作上最も簡易な形状を示したが、鉄
板の板取り設計を変えると、第８図の中央ビット２４及
び加圧ビット２５の上方にアングル状の直立壁を構成す
ることができる。また鋳鋼製では、中央ビット及び加圧
ビットを所要の形式に湾曲させるなど、この地盤圧縮掘
削装置は種種の設計変更を講じ得るものである。また、
これらの掘削装置で硬質地盤を先堀りし、間隔をおいて
杭を後続させる第４図に示す施工時、回転軸に装着した
スクリュ１８に変え、回転軸１１に間隔をおいて突設し
た多数のかく■翼を用いて中空部内の土砂をほぐし、土
砂が杭の中空部内で栓ずまりしないように掘進装置を改
造してよい。このときは適量の水、又は濃度のうすいセ
メント乳液などを補給すると土砂の上昇が円滑になる。

次に示す第９図は、三角状の角錐ビット３Ａの下面図で
ある。点線の円２６はコンクリート杭１の内径円である
。この三角錐ビット３Ａの上辺は、杭の内径より幾らか
大きい円板２７に溶接連結する。符号２８は三角錐ビッ
ト内に配備した噴射管から分岐した噴射口を示す。三角
錐ビット３Ａ内には、モリタルなどをビットの上端の隅
角部から流し込んで締め固める。この三角錐ビットは、
三枚の三角形の鉄板の組立製作によって容易に製造でき
、補剛次第では中詰モルタルを要しない。また実施例で
用いた裁頭した四角錐ビット３も、三角錐ビット３Ａと
同様に先端をとがらせる構造にして鉄板組立製作し、適
切に補剛すれば中詰モルタルを要しない。

【図面の簡単な説明】

第１図は中空部を閉じたコンクリート杭の下端部を縦断
し、掘進装置を示す一部縦断面図、第２図は角錐ビット
の下面図、第３図は角錐ビットの縦断面図、第４図は中
空部を開いた杭を縦断し、掘進装置を示す一部縦断面図
、第５図は異形角錐の側面図、第６図は鉄骨ビットの構
　造図、第７図は特殊な二翼ビットの下面図、第８図は
第７図のビットの側面図、第９図は三角錐ビットの下面
図である。 図面中、符号１・・・コンクリート杭，３及び３Ａ・・
・角錐ビット，４・・・錐面，５・・・先端ビット，７
・・・噴射管，１０・・・地盤を切る稜，１１・・・回
転軸。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 回転軸に連動して回転し、且つ回転軸に連通する流体の
   噴射口を設けた角錐ビットを回転軸の先端に取付け、杭
   の設置位置の地盤を回転する角錐ビットの複数の稜（リ
   ョウ）で掘削するとともに、この掘削土砂に回転する角
   錐ビットの各錐面の押出し圧力を作用させる構造にした
   ことを特徴とする回転軸の先端に角錐ビットを装着した
   掘進装置。