JP2000291004A - ケーシングの地中貫入補助装置及び地中貫入補助方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 高性能等の特別仕様の機器類を用いずとも、
貫入促進効率を大幅に向上でき、適用地盤に与える悪影
響をなくしてより合理的な地中貫入補助装置及びその方
法を実現する。 【解決手段】 ケーシング９を、専用駆動装置１１によ
り地中の所定深度まで貫入する場合の流体供給装置１９
と、下端に噴射ノズル２７を装着した供給管２６とを有
し、流体供給装置により地中へ噴射される流体の噴射力
によって、駆動装置によるケーシング９の貫入を促進す
るものであって、流体供給装置が圧縮エアー供給手段１
６及び水供給手段１７を組として構成されていると共
に、圧縮エアー供給手段及び水供給手段１７に接続され
る混合エジェクター２０を備え、混合エジェクターの排
出口２１ｂ側を供給管２６側に接続して、水供給手段か
ら導入される水を、圧縮エアー供給手段から導入される
圧縮エアーに同伴させて、噴射ノズル２７から地中へ霧
状に噴射可能にした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば、各種の改良杭
等の造成用ケーシングを専用駆動装置により地中に貫入
する場合、当該駆動装置によるケーシングの貫入力を補
助ないしは促進するために用いられる地中貫入補助装置
及び貫入補助方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】砂杭等造成用ケーシングは、通常、地表
側に設置されるベースマシン側の支持リーダーをガイド
としワイヤにより吊り下げられた状態で昇降操作される
と共に、専用駆動装置により地中に貫入、引抜き及び必
要に応じて再貫入される。ケーシングとしては、中空管
又はその外周に螺旋羽根を付設したものであり、下端に
掘削刃が付設されることもある。専用駆動装置として
は、例えば、ケーシングを正転又は逆転する回転機構、
ケーシングに上部から振動を加えながら貫入する振動機
構などがある。実施工に際しては、使用駆動装置が対象
地盤の地質状況に応じ、又、施工効率及び工費等を考慮
してケーシング類と共に選定される。

【０００３】また、施工段階では、例えば、地盤中に硬
質層が存在する場合には、専用駆動装置が過剰の負荷を
受け貫入速度が低下することもある。そのような場合
は、使用駆動装置やケーシング自体を変更すると工期及
び工費に影響するため、通常、貫入補助用の装置を使用
して、該装置によりケーシングの先端側の地盤を掘削し
て、前記駆動装置によるケーシングの貫入を補助ないし
は促進するようにしている。この装置構成としては、エ
アージェットか、ウオータージェットの何れかを使用し
たものである。具体的には、供給管がケーシングの外周
に沿って下端まで配置され、該供給管下端に噴射ノズル
を装着して、地表側からエアー、又は、水をポンプ等に
より供給管を通って噴射ノズルから地中へ高圧で噴射
し、該噴射力によりケーシング先端側の地盤を掘削する
ものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記した従来構成で
は、原理的には高能力及び高容量の特殊なポンプや空気
圧縮機（コンプレッサー）を用いれば、水の噴射力、又
は、エアーの噴射力を強くするほど貫入補助ないしは促
進作用の増大が可能である。ところが、土木機械関係に
おいて、通常使用される汎用型のポンプ（タービンポン
プ、軸流ポンプ、斜流ポンプ等）、又は、コンプレッサ
ーでは、充分な貫入補助能力を得ることができない場合
が多く、また、ウオータージェットを応用した水噴射の
場合は、大量の水（例えば、１５０〜２００リットル／
分）が必要となる。加えて、適用地盤は、一般的に改良
対象の軟弱な地盤であり、水が大量に吐出されることは
好ましいことではなく、しかも噴射される水は回収し難
いため極力少なくしたい。

【０００５】本発明は以上の背景に基づいて開発された
ものである。その目的は、高性能等の特別仕様の機器類
を用いず、貫入促進効率を大幅に向上でき、適用地盤に
与える悪影響を少なくしてより合理的な地中貫入補助装
置及び貫入補助方法を実現することにある。他の目的は
以下の説明と共に明らかにする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明の地中貫入補助装置は、図面に例示される如く、
杭等造成用ケーシング９を、地表側の専用駆動装置１１
により地中の所定深度まで貫入する場合の流体供給装置
１９と、前記ケーシング９外面に沿って配置されて下端
に噴射ノズル２７を装着した供給管２６とを有し、前記
流体供給装置１９により供給管２６を通って噴射ノズル
２７から地中へ噴射される流体の噴射力によって、前記
駆動装置１１によるケーシング９の貫入を補助ないしは
促進するものであって、前記流体供給装置１９が圧縮エ
アー供給手段１６及び水供給手段１７を組として構成さ
れていると共に、前記圧縮エアー供給手段１６及び前記
水供給手段１７に接続される第１と第２の入口２１ａ，
２２ａを持つ混合エジェクター２０を備え、前記混合エ
ジェクター２０の排出口２１ｂ側を前記供給管２６側に
接続して、前記水供給手段１７から前記第２の入口２２
ａを介し導入される水を、前記圧縮エアー供給手段１６
から前記第１の入口２１ａを介し導入される圧縮エアー
に同伴させて、前記噴射ノズル２７から地中へ霧状に噴
射可能にしたものである。また、本発明の地中貫入補助
方法は、杭等造成用ケーシング９を、地表側の専用駆動
装置１１により地中の所定深度まで貫入する場合、前記
した地中貫入補助装置１５を用い、前記噴射ノズル２７
の噴射圧が６〜１０ｋｇ／ｃｍ² の範囲において、前
記圧縮エアーに同伴させる前記水の導入量を調整し、前
記噴射ノズル２７から地中へ霧状に噴射するものであ
る。

【０００７】以上の本発明は、従来の装置構成、つまり
水の噴射力、又は、エアーの噴射力を利用したものと同
様、汎用の圧縮エアー供給手段（コンブレッサー等）と
水供給手段（ポンプ等）であっても、使用流体及びその
噴射形態を工夫することにより、地盤の掘削度合いを数
倍向上できることを知見し、完成されたものである。す
なわち、本発明の要部は、流体供給装置１９として圧縮
エアー供給手段１６及び水供給手段１７を組として有
し、ケーシング９側に配管される供給管２６側に（直接
又はホース等のパイプ２９を介在し）混合エジェクター
の排出口２１ｂを連結介在させることにより、水供給手
段１７から混合エジェクター２０内に導入される水を、
圧縮エアー供給手段１６から導入される圧縮エアーに同
伴させ、噴射ノズル２７から地中へ霧状に噴射させるも
のであり、次のような作用効果が得られる。

【０００８】第１に、本発明は、従来の水噴射、又は、
エアー噴射する場合に対し地盤掘削を数倍増大できる。
この点は、掘削試験のうち、噴射圧が従来のエアー噴射
と同様な約６〜１０ｋｇ／ｃｍ² の設定例（噴射ノズル
の吐出径が約１０ｍｍ）において、エアーを３０秒単独
噴射させた地盤掘削状態（従来技術）と、混合エジェク
ター２０で水を５〜３０リットル／分を３０秒霧状噴射
させた地盤掘削状態（（本発明）を観察対比した結果、
霧状噴射の方がエアー単独噴射に対し約３倍の掘削力が
得られ、顕著な効果が確認されている。水の導入量は、
霧状噴射を可能にする範囲であるが、エアーの噴射圧が
高くなるほどその値も大きくなる。しかし、この水量
は、従来のウオータージェットを応用した水噴射（通
常、１５０〜２００リットル／分）と比較すると、水自
体の噴射力を活用するという概念ではなく、ごく少量水
である。汎用の空気圧縮機（コンプレッサー）の能力つ
まり６〜１０ｋｇ／ｃｍ² の噴射圧を前提とし、後述す
る第２の観点から３０リットル／分以下の水導入条件で
霧状噴射を形成することである。なお、このような、霧
状噴射の掘削作用は、高速のエアーに微細な水分子を同
伴させて地盤に霧状に衝突する方がエアー単独で高圧噴
射し地盤に衝突するよりも、大きな掘削エネルギーを発
生することを意味する。

【０００９】第２に、本発明では、従来の水噴射に対し
水の使用量が大幅に少なくなり、使用水の確保に煩わさ
れず、しかも加水による地盤への悪影響の虞が解消でき
ることである。これは、例えば、従来のウオータージェ
ットを応用した水噴射を２００リットル／分の条件で１
０分間だけ稼動しただけでも、２０００リットルの水が
地盤に投入されることから、従来の水噴射では、地盤に
与える影響を無視できず、適用する場合にもその稼動時
間等に制約される。本発明はそのような問題も一掃でき
る。

【００１０】第３に、本発明は、加水による地盤への悪
影響の虞がなく、かつ、従来のエアー噴射よりも数倍優
れた地盤掘削が実現されることから、専用駆動装置の過
剰な負荷を解消して貫入速度を正常に維持するだけにと
どまらず、これを積極的に活用することにより貫入をよ
り高速にしたり、専用駆動装置１１として一段簡易なも
のを選定したり、駆動経費等を低減したり、等の展開を
容易に可能にする。これを補足説明する。ケーシング９
の貫入速度は施工効率に直結し、施工効率を上げるには
ケーシング９をより高速で貫入することが必須となる。
この貫入速度は、専用駆動装置１１が回転機構（特願平
７−１９７４４１号等に記載の如くケーシングを専ら回
転しつつ貫入する構成）、振動機構（特開昭４８−３７
９０６号等に記載の如く主に振動を加えつつケーシング
を貫入する構成）、ラック・ピニオント機構（特開平６
−２００５２０号等に記載の如く回転運動を直線運動に
変えつつ貫入する構成）、或いはそれらの組み合わせに
より異なるが、何れの場合にも地盤から受ける貫入抵抗
が大きくなると、専用駆動装置の負荷が大きくなり、速
度も次第に遅くなる。そこで、本発明の展開例として
は、施工設計において本発明を常時稼動したり、稼動頻
度を多くし、前記専用駆動装置１１による貫入速度を一
段早く設定する等が考えられる。

【００１１】なお、以上の本発明において、混合エジェ
クター２０としては、例えば、略筒状の本体２１と、本
体２１の外周から内部に貫通装着されたパイプ２２とか
らなり、本体２１の一端側を圧縮エアー導入用の第１の
入口２１ａとし、他端側を排出口２１ｂとしてそれぞれ
形成していると共に、パイプ２２の本体内に位置したパ
イプ端を排出口２１ｂに向けた水導入用の第２の入口２
２ａとして形成しているものである。また、装置構造例
としては、専用駆動装置１１が前記回転機構を主体にし
たものか、前記振動機構或いはラック・ピニオント機構
を主体にしたものかにより、例えば、後者のような非回
転タイプでは、ケーシング９の回転を伴わないため前記
供給管２６及び噴射ノズル２７並びに前記混合エジェク
ター２０を組として複数使用することが好ましい。この
場合は、流体供給装置１９を構成している圧縮エアー供
給手段１６及び水供給手段１７を、その複数の混合エジ
ェクター２０に兼用することが好ましい。更に、混合エ
ジェクター２０の設置個所としては、以下に挙げた発明
の実施の形態以外に、例えば、供給管２６の上端側であ
ったり、供給管２６の下端側つまり噴射ノズル２７に接
近して配置するようにしてもよい。後者の場合は、圧縮
エアー供給手段１６側の専用パイプ２４ａと、導水供給
手段１７側の専用パイプ２４ｂとが共に延長されると共
に、供給管２６内の下方へそれぞれ導かれて、対応する
第１の入口２１ａ及び第２の入口２２ａに接続されるこ
とになる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明を実施形態である図
面を参照しながら更に説明する。図１は本発明を砂杭造
成工法に用いられる装置に適用した全体構成図を、図２
は混合エジェクター部を、図３は噴射ノズル部をそれぞ
れ模式的に示している。すなわち、図１に示す砂杭造成
用施工機は、ベースマシン１を主体とし、支持用リーダ
ー２と、バックステー３と、シーブブロック４と、アタ
ッチメント５と、移動バケット６等により砂杭系を形成
していると共に、本発明を適用した地中貫入補助装置１
５を備えている。

【００１３】ベースマシン１は、前後移動可能かつ旋回
可能であり、ウィンチドラム７や不図示の圧気用コンプ
レッサー、及びそられに使用される発動機８等を搭載し
ている。支持リーダー２は、２本のバックステー３によ
って支持されている。側部には移動バケット６が上下動
可能に配置され、適宜に砂等が投入される。バックステ
ー３は油圧シリンダにより伸縮され、リーダー２を支持
しながら傾倒角度を調整する。シーブブロック４は、リ
ーダー２頂部の滑車と対となっていて、ウインチドラム
７からのワイヤにより昇降操作されて下端に取付けられ
たアタッチメント５を上下動させる。アタッチメント５
は、ケーシング９を主体とし、砂投入用ホッパー１０、
ケーシング９を地中に貫入したり、引き抜いたりすると
きにこれを回転させる回転機構１１等を有し、回転機構
１１をリーダー２に沿って移動することにより上下動さ
れる。これらは従来と同じである。

【００１４】これに対し、地中貫入補助装置１５は、回
転機構１１によるケーシング９の地中への貫入を補助な
いしは促進するものであり、圧縮エアー供給手段１６と
水供給手段１７及び発動機１８等を組として有した流体
供給装置１９と、混合エジェクター２０と、ケーシング
９側の供給管２６及び噴射ノズル２７と、供給管２６と
混合エジェクター２０との間を接続しているパイプ２９
を備えている。

【００１５】流体供給装置１９は、搬送車等に搭載され
て移動可能になっており、発動機１８が圧縮エアー供給
手段１６及び水供給手段１７で必要とする電力を供給す
る。圧縮エアー供給手段１６は、コンプレッサー１６ａ
及びレシーバータンク１６ｂからなり、コンプレッサー
１６ａの駆動により生成される圧縮エアーがレシーバー
タンク１６ｂに貯蔵される。レシーバータンク１６ｂと
混合エジェクター２０（後述する第１の入口２１ａ）と
の間はパイプ２３ａで接続されており、レシーバータン
ク１６ｂ内の圧縮エアーは、不図示のバルブ操作により
混合エジェクター２０に圧送される。水供給手段１７
は、水貯タンク１７ａ及びポンプ１７ｂからなり、ポン
プ１７ｂと混合エジェクター２０（後述する第２の入口
２２ａ）との間はパイプ２３ｂで接続されている。そし
て、水貯タンク１７ａの水は、ポンプ１７ｂが駆動され
ることにより、混合エジェクター２０に移送される。

【００１６】混合エジェクター２０は、図２に示す如
く、本体２１及び外周から本体２１内部に貫通装着され
たパイプ２２からなる。本体２１は略筒状をなし、一端
側がエアー導入用の第１の入口２１ａに形成され、他端
側が多少細く絞られた排出口２１ｂに形成されている。
パイプ２２は、本体２１に対し傾きを持って貫通配置さ
れ一体化されている。貫通された挿入端側は、本体２１
の内部の略中央に位置し、かつ排出口２１ｃ側へ折り曲
げられて、排出口２１ｃを向いた第２の入口２２ａを形
成している。外側に突出した部分２２ｂは、本体２１と
略平行に折り曲げられている。そして、第１の入口２１
ａは、レシーバータンク１６ｂの出口との間にパイプ２
４ａを介し接続されて、圧縮エアーを導入する。第２の
入口２２ａは、ポンプ２３ａの出口との間にパイプ２４
ｂを介し接続させて、水を導入する。なお、図２中、符
号２５ａは第１の入口２１ａにパイプ２４ａの対応端を
連結する接続具であり、符号２５ｂは第２の入口２２ａ
にパイプ２４ｂの対応端を連結する接続具２５ｂであ
る。

【００１７】供給管２６は、ケーシング９の外周に不動
状態に配管されて、ケーシング９上下方向に沿って延び
ている。下端側は、図３に示す如くケーシング９の下端
の少し上まで達し、噴射ノズル２７を装着している。噴
射ノズル２７は、有効径が約１０ｍｍであり、所定の圧
を受けると噴射可能になる開閉弁付きのものである。そ
して、ケーシング９の外周に対し取付専用ブラケット２
８等により下向き状態で固定されている。供給管２６の
上端側は、専用接続具を介在しパイプ２９の対応端部に
連結されている。なお、図３中、符号１２はケーシング
９の下端に固定された掘削刃である。掘削刃１２はボル
ト１３等によりケーシング９下端に固定されて、刃の部
分を下方へ突出している。このような掘削刃１２は必要
に応じて付設されるものである。

【００１８】したがって、以上の地中貫入補助装置１５
は、供給管２６の上端側に接続されたパイプ２９の他方
の端部２９ａが図２の如く混合エジェクター２０の排出
口２１ｂに接続具２５ｃにより接続されることになる。
そして、作用的には、水供給手段１７のポンプ１７ｂ及
びパイプ２４ｂと第２の入口２２ａを介し導入される水
を、圧縮エアー供給手段１６のレシーバータンク１６ｂ
及びパイプ２４ａと第１の入口２１ａを介し導入される
圧縮エアーに乗せて、排出口２１ｂからパイプ２９へ供
給し、更に供給管２６を通って噴射ノズル２７から霧状
にして地中へ噴射可能にする。特に、上述の混合エジェ
クター２０は、第２の入口２２ａが本体２１の中央に位
置していると共に、第１の入口２１ａと排出口２１ｂと
の間に設けられているため、第２の入口２２ａから導入
される水を、第１の入口２１ａから導入される圧縮エア
ー上に乗せて排出口２１ｂ、更にパイプ２９側へ効率よ
く同伴させることができる。

【００１９】図４は、以上の地中貫入補助装置１５を砂
杭造成工法に適用した例を模式的に示している。なお、
同図の改良地盤は、軟弱層３０が深さ方向に軟弱な第１
層３０Ａと、多少硬い第２層３０Ｂとからなることが判
明している。そして、この砂杭造成においては、貫入速
度が第１層３０Ａを基準にし従来よりも高速貫入に設定
され、第２層３０Ｂの貫入時に地中貫入補助装置１５を
稼動してその設定された貫入速度を維持する設計であ
る。なお、図４において、上記した掘削刃１２は作図上
省略されている。符号３１は地表に敷設されたサンドマ
ットである。

【００２０】図４（ａ）はケーシング９が回転機構１１
を介し回転されながら、第１層３０Ａに初期貫入されて
いる状態である。上記の地中貫入補助装置１５は、ケー
シング９が第１層３０Ａを貫入し、第２層３０Ｂに達す
る直前に稼動される。すると、ケーシング９の先端側で
は、図４（ｂ）の如く掘削刃１２の掘削作用に加え、噴
射ノズル２７が水を同伴した圧縮エアーを下方へ霧状噴
射し、ケーシング９下方に存在している地盤を解した
り、掘削している。この掘削作用は、ケーシング９が回
転機構１１で回転されているためケーシング９外径周囲
に対応して行われて、ケーシング９の貫入抵抗を効率よ
く緩和する。そして、地中貫入補助装置１５は、図４
（ｃ）の如くケーシング９が第２層３０Ｂの下部である
設計深さに達した段階で停止される。なお、ケーシング
９内には、通常、貫入過程等において適時、砂が投入さ
れると共に、貫入終了前或いは引抜き直前に圧気され
る。そして、回転機構１１及びウインチドラム７を駆動
してケーシング９を回転させながら所定速度で引抜く
と、図４（ｄ）に示す如く砂がケーシング９から排出さ
れて、円柱状砂杭３２が造成される。以上の砂杭造成例
において、杭造成手順自体は従来と同様に行われるが、
ケーシング９の貫入速度は地中貫入補助装置１５の稼動
により従来よりも数倍早くすることができる。

【００２３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の地中貫入
補助装置及び方法によれば、従来の水噴射、又は、エア
ー噴射する場合に対し地盤掘削を数倍増大でき、また、
従来の水噴射に対し水の使用量が大幅に少なくなり、加
水による地盤への悪影響の虞が解消できる。したがっ
て、これを活用することにより、ケーシングの貫入を一
段高速にしたり、専用駆動装置として一段簡易なものを
選定したり、駆動経費等を低減する等の展開が実現可能
となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用した施工機の全体構成例を示す模
式図である。

【図２】上記地中貫入補助装置の混合エジェクター部を
示す側面図である。

【図３】上記地中貫入補助装置の噴射ノズル部を示す模
式図である

【図４】本発明方法を砂杭造成工法に適用した一例を示
す模式図である。

【符号の説明】

１はベースマシン ９はケーシング １１は回転機構（専用駆動装置） １５は地中貫入補助装置 １６は圧縮エアー供給手段 １７は水供給手段 １８は発動機 １９は流体供給装置 ２０は混合エジェクター ２１ａ，２２ａは第１と第２の入口 ２１ｂは排出口 ２６は供給管 ２７は噴射ノズル ２９はパイプ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】杭等造成用ケーシングを、地表側の専用駆
   動装置により地中の所定深度まで貫入する場合の流体供
   給装置と、前記ケーシング外面に沿って配置されて下端
   に噴射ノズルを装着した供給管とを有し、前記流体供給
   装置により供給管を通って噴射ノズルから地中へ噴射さ
   れる流体の噴射力によって、前記駆動装置によるケーシ
   ングの貫入を補助ないしは促進するものであって、前記
   流体供給装置が圧縮エアー供給手段及び水供給手段を組
   として構成されていると共に、前記圧縮エアー供給手段
   及び前記水供給手段に接続される第１と第２の入口を持
   つ混合エジェクターを備え、 前記混合エジェクターの排出口側を前記供給管側に接続
   して、前記水供給手段から前記第２の入口を介し導入さ
   れる水を、前記圧縮エアー供給手段から前記第１の入口
   を介し導入される圧縮エアーに同伴させて、前記噴射ノ
   ズルから地中へ霧状に噴射可能にしたことを特徴とする
   ケーシングの地中貫入補助装置。
2. 【請求項２】杭等造成用ケーシングを、地表側の専用駆
   動装置により地中の所定深度まで貫入する場合、前記請
   求項１の装置を用い、前記噴射ノズルの噴射圧が６〜１
   ０ｋｇ／ｃｍ² の範囲において、前記圧縮エアーに同伴
   させる前記水の導入量を調整し、前記噴射ノズルから地
   中へ霧状に噴射することを特徴とするケーシングの地中
   貫入補助方法。