JP3468724B2 - コンクリート杭の打設方法とその装置並びに拡大ヘッド - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、既製の中空コンクリー
ト杭の埋込み工法並びに該工法に使用される打設装置及
び前記打設装置の拡大ヘッドの改良に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】既製の中空コンクリート杭の施工につい
ては、騒音や振動等の公害防止の観点から打ち込み工法
に代わり、各種の低公害の埋込工法が開発されている。
しかしながら従来の埋込工法では、地中に存在する転石
層或いはコンクリートガラ層等の掘削困難な層を掘削・
貫通したり、又は岩盤等の支持層を穿つ事は非常に困難
であった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明の解決課題は、
既製の中空コンクリート杭を使用した現場打設杭の施工
に当たって従来困難とされていた地中に存在する転石層
或いはコンクリートガラ層等の中間難掘削層の掘削・貫
通、又は岩盤等の支持層の穿設を容易に行う事の出来る
工法とその工法を実施する装置並びに該装置に使用され
る拡大ヘッドの開発にある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】「請求項１」に記載の中
空コンクリート杭(1)の打設装置は「地中埋設用の中空
コンクリート杭(1)、掘削用拡大羽根(10)を閉じた状態
で中空コンクリート杭(1)の内部を通過出来、中空コン
クリート杭(1)の下端より掘削部分(a)を突出させ、掘削
用拡大羽根(10)を開いた状態で中空コンクリート杭(1)
の下方の地盤(2)を掘削する掘削装置(A)、クレーン車(5
0)、これに取り付けられて掘削部位に立設されるガイド
タワー部(51)並びにガイドタワー部(51)に取り付けら
れ、掘削装置(A)を作動させる駆動部(D)をガイドタワー
部(51)に沿って移動させる移動台(52)とで構成された杭
打ち機(Ku)、掘削装置(A)と駆動部(D)とを接続するドリ
ルロッド(11)、中空コンクリート杭(1)を掘削孔(3)に圧
入する圧入部(C)、及び、前記 駆動部(D)とで構成された
中空コンクリート杭(1)の打設装置において、 前記掘削
装置(A)は、中空コンクリート杭(1)の下端から突出し、
地盤破砕用の掘削部分(a)がその下端に設けられてお
り、前記掘削部分(a)より上部における中空コンクリー
ト杭(1)の下端からの突出部分から径方向に突出没入自
在に配設された前記掘削用拡大羽根(10)を具備し、硬化
材(8)や圧縮空気(18)用の吐出孔(22)及びこの吐出孔(2
2)に連通して斜め上向きに穿設されている排土用の副分
岐枝孔(22b)を備えた拡大ヘッド(H)、 掘削方向の打撃力
を地盤(2)に加えるハンマ機構(B)、 前記吐出孔(22)に接
続された圧縮エア供給部(E)並びに硬化材注入装置(F)と
が具備しており、前記圧入部(C)は、 中空コンクリート
杭(1)の先端をチャックするチャック部(54)、 チャック
部(54)を昇降させる油圧シリンダ機構(55)を具備する」
事を特徴とする。

【０００５】これによればハンマ機構(B)で地盤(2)に掘
削方向の打撃力を加えてこれを破壊し、掘削装置(A)の
開いた掘削用拡大羽根(10)によって破壊された地盤(2)
を効率的に掘削し、本体部(20a)から上向きに開口して
いる分岐孔(22b)や副分岐枝孔(22b)から噴出する圧縮空
気(18)によって掘削された前記土砂(17)を、掘削装置
(A)及びドリルロッド(11)と、中空コンクリート杭(1)と
の間の間隙(7)を通って上方に押し上げ、排土する。そ
して前記間隙(7)を通って中空コンクリート杭(1)の最上
部まで押し上げられた土砂(17)は、中空コンクリート杭
(1)から溢出し、中空コンクリート杭(1)の周囲に堆積す
る。このようにして掘削を行っていくのであるが、掘削
の進展と同時に中空コンクリート杭(1)の掘削孔(3)への
圧入が同時進行する。即ち、掘削孔(3)の孔底が掘削さ
れると、油圧シリンダ機構(55)が作動する。これにより
チャック部(54)は押し下げられ、チャック部(54)に固定
されている中空コンクリート杭(1)は掘削孔(3)内に圧入
されていく。なお、この場合掘削装置(A)の掘削用拡大
羽根(10)には、中空コンクリート杭(1)の外径にほぼ一
致する大きさまで拡大する１段拡大(H1)の場合と、請求
項５に示すように中空コン クリート杭(1)の外径にほぼ
一致する大きさ並びにそれ以上の大きさに拡大する２段
拡大(H2)(或いは多段拡大)する場合とがあり、目的に応
じて使い分けられる。

【０００６】「請求項２」は「請求項１」の圧入部(C)
に杭回転機構(R)が設置されている例で、「圧入部(C)に
は、伸縮ロッド部(56)の伸縮側部分(56a)に取り付けら
れた杭回転モータ(57)、杭回転モータ(57)の駆動軸に設
けられた駆動ギア(58)、並びに中空コンクリート杭(1)
をチャックした状態で回動するように構成されているチ
ャック部(54)の外周に設けられ前記駆動ギア(58)に噛合
した従動ギア(59)とで構成されている杭回転機構(R)が
設置されている」事を特徴とする。

【０００７】このように中空コンクリート杭(1)を回転
させることで、単に垂直に押し込んでいく場合より簡単
に既製中空コンクリート杭(1)を掘削孔(3)に押し込んで
行く事が出来る。

【０００８】「請求項３」は「請求項１又は２」の掘削
用拡大羽根(10)に関する限定で「掘削用拡大羽根(10)の
先端の回転軌跡が中空コンクリート杭(1)の外径より拡
大或いは略同径に又は縮小させる多段拡縮機能を有して
いる」事を特徴とする。

【０００９】「請求項４」は「請求項１〜３」に記載の
中空コンクリート杭(1)の打設装置に適用される１段拡
大ヘッド(H1)に関し「ハンマ機構(B)を介してドリルロ
ッド(11)の先端に取着されるようになっており、その下
部に固定ドリル部(20b)が設けられ且つ前記固定ドリル
部(20b)の上部において拡大羽根(10)の収納凹所(12)が
形成されているドリル本体(20)と、前記収納凹所(12)に
形成されている軸受孔(13)に挿入されている回動軸(14)
を介して前記収納凹所(12)に突出・没入自在に配設され
た拡大羽根(10)とで構成され、固定ドリル部(20b)の掘
削用の下面と拡大羽根(10)の下面にボタンビット(25)が
それぞれ植設されている」ことを特徴とする。

【００１０】「請求項５」は「請求項１〜３」に記載の
中空コンクリート杭(1)の打設装置に適用される２段拡
大ヘッド(H2)において、 ハンマ機構(B)を介してドリル
ロッド(11)の先端に取着され、その下部に固定ドリル部
(20b)が設けられ且つ前記固定ドリル部(20b)の上部にお
いて拡大羽根(10)の収納凹所(12)が形成されているドリ
ル本体(20)と、前記収納凹所(12)に形成されている軸受
孔(13)にスライド自在に挿入されている回動軸(14)を介
して前記収納凹所(12)に突出・没入自在に配設された拡
大羽根(10)とで構成され、固定ドリル部(20b)の掘削用
の下面にと拡大羽根(10)の下面にボタンビット(25)がそ
れぞれ植設されており、 回動軸(14)が軸受孔(13)内を一
方に移動した時、ドリルロッド(11)の回転時に、拡大羽
根(10)の側面が当接して拡大羽根(10)をドリル本体(20)
に対して半開きにする半開係合部(15)と、 回動軸(14)が
軸受孔(13)内を他方に移動した時、ドリルロッド(11)の
回転時に、拡大羽根(10)の側面が当接して拡大羽根(10)
をドリル本体(20)に対して全開きにする全開係合部(16)
とが前記収納凹所(12)の内側面に設けられている」事を
特徴とする。

【００１１】これによれば、半開係合部(15)又は全開係
合部(16)を選択する事で、掘削中に地盤(2)の種類に合
わせて掘削孔(3)の直径(d)(D2)を自由に変更する事が出
来るものである。

【００１２】「請求項６」は請求項５の２段拡大ヘッド
(H2)の第１実施例に関し「半開係合部(15)と全開係合部
(16)とが収納凹所(12)の同一内側面側に設けられてい
る」事を特徴とするもので、この場合は同一方向の回転
の中で掘削孔(3)の直径(d)(D2)を自在に変更する事が出
来る。

【００１３】「請求項７」は「請求項５」の２段拡大ヘ
ッド(H2)の第２実施例に関し「半開係合部(15)と全開係
合部(16)とが収納凹所(12)の反対側の内側面側に設けら
れている」事を特徴とするもので、この場合は逆方向の
回転の中で掘削孔(3)の直径 を(d)(D2)に自在に変更する
事が出来る。

【００１４】「請求項８」は「請求項６又は７」におい
て、「半開係合部(15b)と全開係合部(16b)とが内側面側
に段状に凹設されている」事を特徴とするもので、この
ように段状に半開係合部(15b)と全開係合部(16b)を形成
することで、半開係合部(15b)と全開係合部(16b)に嵌り
込んだ拡大羽根(10)は半開係合部(15b)又は全開係合部
(16b)にガッチリとホールドされ、掘削孔(3)を形成して
いく。

【００１５】「請求項９」前記装置による中空コンクリ
ート杭(1)の打設方法に関し「地中埋設用の中空コンク
リート杭(1)の下端より請求項３〜７のいずれかに記載
の拡大ヘッド(H)の掘削部分(a)を突出させ、中空コンク
リート杭(1)の下方の地盤(2)を掘削しつつ中空コンクリ
ート杭(1)を掘削孔(3)に埋設するコンクリート杭(1)の
打設方法であって、 少なくとも掘削困難な支持層(4)或
いは中間難掘削層(5)を掘削する際には、前記拡大ヘッ
ド(H)を装着した掘削装置(A)前記ハンマ機構(B)によっ
て掘削する方向の打撃力を加えて支持層(4)或いは中間
難掘削層(5)を破砕しつつ掘削を行い、 掘削された土砂
を掘削装置(A)の先端の分岐孔から孔底及び斜め上に噴
射した圧縮空気(18)で中空コンクリート杭(1)の内面と
掘削装置(A)の外面との間の間隙(7)から排土し、 排土さ
れた孔底に中空コンクリート杭(1)を押し込んでいく」
ことを特徴とする。

【００１６】これによれば、ハンマ機構(B)によって掘
削方向の打撃力を加えて転石層やコンクリートガラ層等
の中間難掘削層(5)や岩盤或いは堅い土砂で構成された
支持層(4)を破砕しつつ掘削を行うので、前記中間難掘
削層(5)や支持層(4)なども短時間に穿つ事が出来、従
来、不可能と考えられていた中空コンクリート杭(1)の
迅速な低公害打設を可能にした。

【００１７】しかも掘削方向の打撃力を地盤(2)に加え
る事により、地盤(2)が圧密されて周 囲が締め固めら
れ、既製の中空コンクリート杭(1)と掘削孔(3)との摩擦
力を大きく取ることが出来る。この点は掘削方向の打撃
力を地盤(2)に加える場合には全て言える事である。

【００１８】「請求項１０」は、「請求項９」に記載の
コンクリート杭(1)の打設方法に関し、「掘削孔(3)に中
空コンクリート杭(1)を押し込む際に、回転させつつ押
し込んで行く」事を特徴とする。

【００１９】このように中空コンクリート杭(1)を回転
させることで、単に垂直に押し込んでいく場合より簡単
に既製中空コンクリート杭(1)を掘削孔(3)に押し込んで
行く事が出来る。

【００２０】「請求項１１」は「請求項９又は１０」に
記載のコンクリート杭の打設方法を更に限定したもので
「支持層(4)或いは難掘削層(5)を掘削する際には、掘削
孔(3)の内径(D2)を掘削の容易な軟弱層(6)の内径(d)よ
り拡大させる」ことを特徴とする。

【００２１】これにより掘削困難な支持層(4)及び掘削
途中に現れた軟弱層(6)中の中間難掘削層(5)においては
中空コンクリート杭(1)の外径より大きい直径(D2)にて
掘削を行う事で、中空コンクリート杭(1)は支持層(4)或
いは中間難掘削層(5)によって締め付けられないので、
掘削孔(3)への中空コンクリート杭(1)の圧入が抵抗をさ
ほど受けずに圧入でき、中空コンクリート杭(1)の圧入
をスムーズに行う事が出来る。

【００２２】「請求項１２」は「請求項９又は１０に記
載」のコンクリート杭(1)の打設方法の更なる改良で
「掘削装置(A)の先端から掘削孔(3)と中空コンクリート
杭(1)との密着性を高める硬化材(8)を注入する」ことを
特徴とする。

【００２３】中空コンクリート杭(1)がストレートな場
合は勿論、支持層(4)に形成した中空 コンクリート杭(1)
の外径(d)より大きい直径(D2)の拡大掘削孔(3a)に硬化
材(8)を注入する場合には、硬化材(8)によって掘削孔
(3)と中空コンクリート杭(1)との間に生じた隙間を埋め
ることが出来るので、中空コンクリート杭(1)に加わる
荷重は直接掘削孔(3)に伝達され、中空コンクリート杭
(1)の支持力を高めることが出来る。そして、拡大掘削
孔(3a)に注入された硬化材(8)中に中空コンクリート杭
(1)の下端部分を埋入する事で中空コンクリート杭(1)の
支持強度を増す事が出来る。

【００２４】

【発明の実施の態様】以下、本発明を図示実施例に従っ
て説明する。図１は本装置の概略断面図で、大略、杭打
ち機(Ku)、掘削装置(A)、掘削装置(A)を作動させる駆動
部(D)、掘削装置(A)と駆動部(D)とを接続するドリルロ
ッド(11)、掘削装置(A)の先端から圧縮空気(18)を噴出
させる圧縮空気供給部(E)、掘削装置(A)の先端から硬化
材(8)を噴出させる硬化材供給装置(F)とで構成されてい
る。

【００２５】杭打ち機(Ku)は、クレーン車(50)、これに
取りつけられて掘削部位に立設されるガイドタワー部(5
1)並びにガイドタワー部(51)に取りつけられ、駆動部
(D)をガイドタワー部(51)に沿って移動させる移動台(5
2)とで構成されている。

【００２６】駆動部(D)は、ドリルロッド(11)を介して
掘削装置(A)を回転させる駆動モータ(53)、中空コンク
リート杭(1)の先端をチャックするチャック部(54)、チ
ャック部(54)を昇降させる油圧シリンダ機構(55)、油圧
シリンダ機構(55)に合わせて伸縮する伸縮ロッド部(56)
とで構成されている。

【００２７】掘削装置(A)は、拡大ヘッド(H)及び拡大ヘ
ッド(H)の直上に配置され、拡大ヘッド(H)に撃力を与え
るハンマ機構(B)とで構成されている。

【００２８】ハンマ機構(B)は円筒状のウェアスリーブ
(60)、ウェアスリーブ(60)内に配設されたシリンダ(61)
に沿って昇降するピストン(62)、バルブ(63)を始めとす
る機構部で構成されており、圧縮空気(18)でピストン(6
2)を昇降作動させ、拡大ヘッド(H)にピストン(62)を打
ち付けて打撃力を拡大ヘッド(H)に与えるものである。

【００２９】本発明に係る拡大ヘッド(H)は図６〜９に
示すような１段拡大型のもの(H1)と、図10〜14に示すよ
うに２段に拡大するもの(H2)とがあり、２段拡大ヘッド
(H2)には、同一方向の回転の中で半開き状態と全開状態
との間で切り替える事が出来る場合、逆に正転時に全開
状態となり、逆転時に半開状態に切り替わる場合とがあ
る。

【００３０】まず、１段拡大型の拡大ヘッド(H1)に付い
て説明する。断面は図６に示す通りで、ドリル本体(20)
は上部の本体部(20a)と下部の固定ドリル部(20b)並びに
軸受プレート(20c)とで構成されており、固定ドリル部
(20b)の中心軸(21)が本体部(20a)の中心孔に挿入され、
ロック部材(19)にて着脱可能に固定されている。

【００３１】ドリル本体(20)の中心には硬化材(8)や圧
縮空気(18)用の吐出孔(22)が穿設されており、固定ドリ
ル部(20b)部分では分岐されて２箇所に開口しており、
これらを固定側分岐孔(22c)とする。本体部(20a)側では
吐出孔(22)から斜め下に向けて穿設されている分岐枝孔
(22a)が分岐し、拡大羽根(10)に向かって圧縮空気を噴
出するようになっている。更に、この分岐枝孔(22a)か
ら副分岐枝孔(22b)が斜め上向きに穿設されており、後
述するように掘削土砂(17)を押し上げるように圧縮空気
(18)を吹き出すようになっている。

【００３２】また、固定ドリル部(20b)は図７、８に示
すように前記孔(22a)(22c)の噴き出し口を避けるように
切欠部(23)が形成されており、その外周部分には刃(24)
が形成されており、固定ドリル部(20b)の下面全面、特
に刃(24)に集中して多数のボタンビット(25)が植設され
ている。ボタンビット(25)は非常に硬い材質のもので、
例えば工業用ダイヤモンド、超硬合金などで形成されて
おり、その球状先端が固定ドリル部(20b)の下面から突
出している。

【００３３】本体部(20a)の上部は、ハンマ機構(B)の下
端に挿入されて固着される装着軸部(26)で、図６から分
かるようにその外周には係合突条(27)が多数突設されて
おり、ウェアスリーブ(60)の下部取着孔(64)に固定部材
(65)を介して嵌着されるようになっている。

【００３４】ドリル本体(20)の側面には拡大羽根(10)の
収納凹所(12)が形成されている。収納凹所(12)の形状は
図９から分かるように、拡大羽根(10)を折り畳んで収納
した場合、ほぼその外形部分がドリル本体(20)の側面内
に収まるような形状で、拡大羽根(10)の形状に合わせて
形成されている。この収納凹所(12)は図３から分かるよ
うに固定ドリル部(20b)が軸受プレート(20c)を介して本
体部(20a)に装着される事で形成される。

【００３５】即ち、本体部(20a)の下面に下面側が開口
状態で収納凹所(12)が形成され、軸受プレート(20c)を
本体部(20a)の下面に取付ける事で収納凹所(12)の下面
開口が塞がれ、側面側にのみ開口し、拡大羽根(10)の収
納可能な収納凹所(12)となる。また、前記収納凹所(12)
の一端において、軸受プレート(20c)と本体部(20a)の対
向部位に軸受孔(13)が穿設されており、拡大羽根(10)の
回動軸(14)が回動自在に嵌り込んでいる。

【００３６】拡大羽根(10)の一端には前記軸受孔(13)に
嵌り込む回動軸(14)が形成されており、他端には刃(24)
が形成されている。そしてその下面には、固定ドリル部
(20b)と同様ボタンビット(25)が植設されている。この
場合特に刃部(24)に集中されている。

【００３７】本発明に使用される中空コンクリート杭
(1)は、既設のもので所謂「プレテンション方式遠心力
高強度プレストレスコンクリート杭」と呼ばれる物が使
用される。このものは内部に張力が加えられた鋼材が配
筋されてコンクリートに圧縮応力を与え、強度を付与し
ているものである。

【００３８】圧縮空気供給部(E)は、１乃至複数のコン
プレッサ(30)、レシーバータンク(31)、ラインオイラー
(32)及び高圧エアホース(33)とで構成されており、高圧
エアホース(33)は駆動部(D)を介してドリルロッド(11)
の貫通孔(11a)に接続されており、この貫通孔(11a)はド
リル本体(20)の中心に穿設された硬化材(8)や圧縮空気
(18)用の吐出孔(22)に接続している。

【００３９】硬化材供給装置(F)は、混合ミキサ(41)並
びに硬化材供給装置(40)とで構成されており、前述の高
圧エアホース(33)に接続されており、高圧エア(18)を供
給しない時で、硬化(8)を必要とする場合に作動させる
ようになっている。

【００４０】硬化材(8)は、通常セメントと水とを練り
合わせたミルク状のもので、これを掘削孔(3)に注入し
て使用する場合、或いは掘削時に生じる掘削孔(3)の孔
底又は空洞内に存在するレキ及び砂に水とセメントを混
ぜて攪拌したソイルセメントも含む。また、硬化材(8)
としてはセメント以外のものも使用できる事はいうまで
もなく、地盤(2)の状態に合わせて最適のものが使用さ
れる。

【００４１】次に、本発明の作用に付いて説明する。ま
ず、クレーン車(50)を掘削場所に移動させ、掘削場所に
合わせてガイドタワー部(51)に立設する。ガイドタワー
部(51)の移動台(52)には駆動部(D)が取付けられてお
り、最上位置に上昇して停止している。この状態で駆動
部(D)にはドリルロッド(11)を介して１段拡大式の掘削
装置(A)がその下端に取付けられている。そして、チャ
ック部(54)には中空コンクリート杭(1)の上端がチャッ
クされている。

【００４２】コンクリート杭(1)は中空杭であるから、
ドリルロッド(11)並びに駆動部(D)がその内部に挿通さ
れ、掘削装置(A)の下端が中空コンクリート杭(1)の下端
から覗いており、拡大羽根(10)が中空コンクリート杭
(1)の下端に掛る事なく拡縮出来るようになっている。
また、中空コンクリート杭(1)の外周は蛇腹状の伸縮カ
バー(34)にて覆われており、その上端はチャック部(54)
に、下端は掘削場所の周囲を覆うように設置されてい
る。

【００４３】この状態で、駆動部(D)の駆動モータ(53)
を回転させ且つ圧縮空気を供給してハンマ機構(B)を作
動させる。駆動モータ(53)の回転によって掘削装置(A)
が回転し、これによって拡大羽根(10)は収納凹所(12)か
ら出、その先端の軌跡が中空コンクリート杭(1)の外径
(d)とほぼ同径に開き掘削を開始する。ここで、掘削孔
(3)の内径(D1)が中空コンクリート杭(1)の外径より少し
大きい場合はセメントミルクを両者の間隙に充填し、逆
に間隙がない場合は中空コンクリート杭(1)を圧入して
いく。この時中空コンクリート杭(1)を回転させると圧
入がより容易となる。

【００４４】同時に作動するハンマ機構(B)のピストン
(62)は掘削装置(A)に下向きの撃力を与え、ボタンビッ
ト(25)にて地盤(2)を連続的に破砕する。地盤(2)は軟弱
層(6)、掘削途中にある転石層、コンクリートガラ層な
どの中間難掘削層(5)とが混在し、最深部に岩盤或いは
硬い土砂で構成された支持層(4)が横たわっている。軟
弱層(6)は中間難掘削層(5)や支持層(4)に比べて柔らか
く掘削が容易であるが、中間難掘削層(5)や支持層(4)は
掘削困難である。前記軟弱層(6)では既製の中空コンク
リート杭(1)によってその上に建てられる建造物の重量
を支持する事ができないので、掘削は前記支持層(4)の
上層部まで行われる事になる。

【００４５】また、この間、ハンマ機構(B)のピストン
(62)を作動した圧縮空気(18)は、ピストン(62)の打撃と
同時にシリンダ(61)から抜け、ドリルロッド(11)の貫通
孔(11a)からドリル本体(20)の吐出孔(22)を通って分岐
孔(22a)(22b)(22c)から噴出される。

【００４６】固定ドリル部(20b)の分岐孔(22c)からは孔
底に向かって前記圧縮空気(18)が噴出されて粉砕された
土砂(17)を上方に押し上げる。一方、本体部(20a)から
下向きに開口している分岐孔(22a)は、拡開している拡
大羽根(10)に向かって圧縮空気(18)を噴射して、拡大羽
根(10)に付着しようとしている土砂(17)の付着を妨げ、
軸受孔(13)と回動軸(14)との間や収納凹所(12)内に土砂
(17)が入るのを防止している。

【００４７】更に、本体部(20a)から上向きに開口して
いる分岐孔(22b)は、分岐孔(22c)からの圧縮空気(18)に
よって上方に押し上げられた土砂(17)を掘削装置(A)及
びドリルロッド(11)と、中空コンクリート杭(1)との間
の間隙(7)を通って更に上方に押し上げる作用をする。
そして前記間隙(7)を通って中空コンクリート杭(1)の最
上部まで押し上げられた土砂(17)は、チャック部(54)の
図示しない空間を通って中空コンクリート杭(1)から溢
出し、カバー(34)と中空コンクリート杭(1)との間を通
って落下し、中空コンクリート杭(1)の周囲に堆積す
る。

【００４８】このようにして掘削を行っていくのである
が、掘削の進展と同時に中空コンクリート杭(1)の掘削
孔(3)への圧入が同時進行する。即ち、掘削孔(3)の孔底
が掘削されると、油圧シリンダ機構(55)が作動してシリ
ンダロッドを伸長させる。これによりチャック部(54)は
押し下げられ、チャック部(54)に固定されている中空コ
ンクリート杭(1)は掘削孔(3)内に圧入されていく。

【００４９】中空コンクリート杭(1)は前述のように単
に油圧シリンダ機構(55)による押し込み動作だけで押し
込んでいくようにしてもよいが、図２に示すような中空
コンクリート杭(1)の杭回転機構(R)の併用によりスムー
ズに押し込んで行くようにする事も出来る。この機構
(R)を簡単に説明する。

【００５０】杭回転機構(R)は、伸縮ロッド部(56)の伸
縮側部分(56a)に取り付けられた杭回転モータ(57)、杭
回転モータ(57)の駆動軸に設けられた駆動ギア(58)、並
びにチャック部(54)の外周に設けられ前記駆動ギア(58)
に噛合した従動ギア(59)とで構成されている。そして、
前記チャック部(54)は中空コンクリート杭(1)をチャッ
クした状態で回動するように構成されている。

【００５１】前述同様掘削の進展と同時に中空コンクリ
ート杭(1)の掘削孔(3)への圧入が同時進行するのである
が、圧入時に杭回転モータ(57)を回転させると、駆動ギ
ア(58)に噛合した従動ギア(59)が回転し、前記チャック
部(54)が中空コンクリート杭(1)をチャックした状態で
回転する。そしてその時油圧シリンダ機構(55)を作動さ
せるとシリンダロッドが伸長してチャック部(54)を押し
下げ、チャック部(54)に固定されている中空コンクリー
ト杭(1)を掘削孔(3)内に回転させつつ圧入して行く。こ
れにより、よりスムーズに中空コンクリート杭(1)を掘
削孔(3)を圧入して行く事が可能となる。

【００５２】前記圧縮空気(18)の作用としては、主とし
てピストン(62)の駆動と、土砂(17)の排除であるが、そ
の他常時掘削孔(3)に圧縮空気(18)を供給して掘削孔(3)
内を高気圧に保持し、湧水や掘削孔(3)の内壁の崩れを
防止する場合もある。また、必要に応じて硬化材(8)の
注入も適宜行われ、中空コンクリート杭(1)の外面と掘
削孔(3)との密着度の向上を図る事もある。

【００５３】このようにして地盤(2)を硬い土砂の支持
層(4)に向かって掘削していくのであるが、その途中で
転石層などの中間難掘削層(5)があったとしても、ハン
マ機構(B)の作用で粉砕していく事が出来、支持層(4)の
上層部まで掘り進められる。なお、この場合掘削孔(3)
の直径は中空コンクリート杭(1)の外径(d)より若干大き
い程度である。また、支持層(4)の到達するまでに中空
コンクリート杭(1)の長さやドリルロッド(11)の長さが
足りない場合には、新たな中空コンクリート杭(1)やド
リルロッド(11)がその上に継ぎ足されて行く事になる。

【００５４】図17(b)に示すように、掘削が支持層(4)の
上層部まで掘り進まれると、根入完了となり、駆動モー
タ(53)を逆転させる。これによって図17(c)に示すよう
に、拡大羽根(10)は閉じられて収納凹所(12)内に仕舞い
込まれる。

【００５５】これと同時に硬化材注入装置(F)を作動さ
せ、1段拡大ヘッド(H1)の側面に形成された硬化材注入
孔(22c)から支持層(4)に形成した掘削孔(3)に硬化材(8)
を注入する。この硬化材(8)の注入において、掘削孔(3)
から既製の中空コンクリート杭(1)にかけて拡大ヘッド
(H1)を上下させ、硬化材(8)を前記掘削孔(3)に充填しつ
つ硬化材(8)と周囲の土砂との撹拌を行い、掘削孔(3)と
の前記撹拌部材の充填・緻密化を図る。

【００５６】最後に、中空コンクリート杭(1)を所定深
さまで圧入して拡大羽根(10)を閉じた状態にして1段拡
大ヘッド(H1)を中空コンクリート杭(1)から引き抜く。
これにより、中空コンクリート杭(1)の埋入先端は掘削
孔(3)内に形成された硬化材(8)が硬化して形成されたブ
ロック中に埋入固定される事になる。これにより中空コ
ンクリート杭(1)の先端部分がブロックに包み込まれた
形となり、支持層(4)による中空コンクリート杭(1)の強
固な支持が可能となる。

【００５７】次に、2段拡大ヘッド(H2)に付いて説明す
る。この場合、煩雑さを避けるため１段拡大ヘッド(H1)
と共通する所は説明を削除し、異なる点を主として説明
する。

【００５８】まず、２段拡大型の拡大ヘッド(H2)は、図
10〜16に示す通りで、正転方向の回転において２段階の
切り替えが出来る場合（第１実施例＝図11又は12）と、
正逆に回転方向を変える事で２段階の切り替えが出来る
場合（第２実施例＝図15又は16）との２通りがある。

【００５９】いずれの場合も図11〜13に示すように、収
納凹所(12)の幅は拡大羽根(10)の幅より大きく形成され
ており、軸受孔(13)内を回動軸(14)がスライド可能に挿
入されており、軸受プレート(20c)側の軸受孔(13)に配
設されたばね(37)にて常時拡大羽根(10)が押し上げられ
る方向に押圧付勢されている。

【００６０】まず、２段拡大型の拡大ヘッド(H2)の第１
実施例に付いて説明する。この場合では軸受孔(13)側の
収納凹所(12)の内側面には、正転時に拡大羽根(10)の側
面が当接してドリル本体(20)に対して半開きにする半開
係合部(15)と、拡大羽根(10)の側面が当接して拡大羽根
(10)をドリル本体(20)に対して全開きにする全開係合部
(16)とが上下2段にて設けられており、回動軸(14)を軸
受孔(13)内にてスライド移動させる事で、掘削中に地盤
(2)の種類に合わせて半開係合部(15)又は全開係合部(1
6)を選択して拡大羽根(10)の拡大量を自由に変更する事
が出来、これによって掘削孔(3)の直径(D1)(D2)を自由
に変更出来る。

【００６１】前記拡大羽根(10)の全開・半開の切り換え
或いは収納の方法に付いて簡単に説明する。拡大羽根(1
0)を収納凹所(12)内に収納した状態で掘削装置(A)を回
転させると拡大羽根(10)が収納凹所(12)から出、半開係
合部(15)に係合して半開状態になる。前述のようにこの
状態では拡大羽根(10)の先端の回転軌跡は中空コンクリ
ート杭(1)の外径(d)とほぼ同径となり、前述同様掘削孔
(3)と中空コンクリート杭(1)との間に間隙が発生した場
合はセメントミルクの充填が行われ、隙間がない場合は
圧入が行われる。この時中空コンクリート杭(1)を回転
させれば効果的である。

【００６２】この状態から全開状態にするには、実施例
１では半開状態の拡大羽根(10)に対して中空コンクリー
ト杭(1)を押し下げると中空コンクリート杭(1)の下端に
拡大羽根(10)が係合し、ばね(37)を押し撓ませながら拡
大羽根(10)が押し下げられ、拡大羽根(10)が全開係合部
(16)に係合する位置にくる。この状態で正転させると拡
大羽根(10)は全開係合部(16)に係合して全開状態にな
る。

【００６３】そして実施例１の場合には、全開係合部(1
6)と半開係合部(15)との間には収納凹所(12)の内側面に
設けられた段部(15a)があり、全開係合部(16)に嵌り込
むと掘削中に半開係合部(15)側に移動することはない。
拡大羽根(10)を収納する場合は、2段拡大ヘッド(H2)を
逆転させる事で拡大羽根(10)が閉じ、収納凹所(12)内に
入り込む。

【００６４】これに対して、第２実施例は図14に示すよ
うに、軸受孔(13)側の収納凹所(12)の内側面には、逆転
時に拡大羽根(10)の側面が当接してをドリル本体(20)に
対して半開きにする半開係合部(15)と、正転時に拡大羽
根(10)の側面が当接して拡大羽根(10)をドリル本体(20)
に対して全開きにする全開係合部(16)とが上下2段にて
設けられており、前述同様回動軸(14)を軸受孔(13)内に
てスライド移動且つ回転方向を変更させる事で、掘削中
に地盤(2)の種類に合わせて半開係合部(15)又は全開係
合部(16)を選択して拡大羽根(10)の拡大量を自由に変更
する事が出来、これによって掘削孔(3)の直径(D1)(D2)
を自由に変更出来る。

【００６５】即ち、全開係合部(16)と半開係合部(15)と
は互いに反対側にあり、閉じた拡大羽根(10)の収納部分
は収納凹所(12)の下半分に位置する。この場合前述同
様、掘削装置(A)を回転させると拡大羽根(10)が収納凹
所(12)から突出し、収納部分の天井部(12a)から拡大羽
根(10)が離脱した処でバネ(13)の力及び地盤に押しつけ
た時の反力とで持ち上げられ、全開係合部(16)又は半開
係合部(15)と係合可能位置に移動する。

【００６６】この状態で掘削装置(A)を逆転させると、
拡大羽根(10)は半開係合部(15)に係合し、前述の半開状
態で掘削していく。拡大羽根(10)を全開させて掘削して
行きたい場合は、掘削装置(A)を正転させるだけでよ
い、掘削装置(A)を正転させると拡大羽根(10)は反転
し、全開係合部(16)に係合する。

【００６７】なお、図12及び16のように全開係合部(16)
及び半開係合部(15)を全開係合面(16a)及び半開係合面
(15a)にそれぞれ段状に形成する事も可能で、このよう
にする事で拡大羽根(10)が全開係合部(16)及び半開係合
部(15)にガッチリとホールドされてぐらぐらせずより掘
削が容易になる。

【００６８】次に、2段拡大ヘッド(H2)による掘削例を
説明する。掘削方法は前記1段拡大ヘッド(H1)の場合と
殆ど同じである。ただ、掘削途中にある転石層、コンク
リートガラ層などの中間難掘削層(5)に差し掛かると、
拡大羽根(10)を全開にして中空コンクリート杭(1)の外
径に対して大きく掘削する。このようにする事で、中間
難掘削層(5)による中空コンクリート杭(1)の締付けが回
避され、圧入が容易になる。ただし、中間難掘削層(5)
と中空コンクリート杭(1)との間には隙間が生じるため
密着性が悪くなるので、必要に応じて硬化材(8)の注入
が行われる。勿論、軟弱層(6)でも硬化材(8)の注入を行
ってもよい。

【００６９】掘削が支持層(4)に至ると、前記同様拡大
羽根(10)を全開にして拡大掘削孔(3a)を形成し、然る
後、硬化材(8)を拡大掘削孔(3a)に充填する。そして、
中空コンクリート杭(1)を所定深さまで圧入し、拡大羽
根(10)を閉じた状態にして２段拡大ヘッド(H2)を中空コ
ンクリート杭(1)から引き抜く。これにより、中空コン
クリート杭(1)の下端は掘削孔(3)の拡大孔(3a)内に形成
された硬化材(8)が硬化して形成された球根ブロック中
に埋入固定される事になる。これにより中空コンクリー
ト杭(1)の先端部分が球根ブロックに包み込まれた形と
なり、支持層(4)による中空コンクリート杭(1)の強固な
支持が可能となる。

【００７０】

【発明の効果】本発明は、掘削装置に設けたハンマ機構
によって掘削方向の打撃力を加えて少なくとも掘削困難
な支持層或いは中間難掘削層を支持層を破砕しつつ掘削
を行うので、これら掘削の困難な層も短時間に穿つ事が
出来、従来、不可能と考えられていた中空コンクリート
杭は勿論、現場打設杭の迅速な低公害打設が可能になっ
た。

【００７１】その際に、支持層や中間難掘削層の掘削時
に、掘削孔の内径を軟弱層の内径より拡大させる事で、
中空コンクリート杭の支持層や中間難掘削層による締め
付けを回避出来、掘削孔への中空コンクリート杭の圧入
がより容易になる。また、中空コンクリート杭の圧入に
際し、中空コンクリート杭を回転させることでより少な
い抵抗で掘削孔に中空コンクリート杭を圧入して行くこ
とが出来る。

【００７２】また、掘削孔と中空コンクリート杭との間
への硬化材の注入は、掘削孔と中空コンクリート杭との
密着性を高める働きをし、中空コンクリート杭の支持力
を高める。

【００７３】また、掘削装置の拡大羽根が２段拡大(或
いは多段拡大)するようになっている と、地盤に合わせ
て最適の直径で掘削する事が出来、掘削・埋め込み作業
の迅速化が実現できるし、支持層に拡大掘削孔を形成す
ることで、杭の支持力を増す事が出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る打設装置の一部を断面した正面図

【図２】図２の駆動部分の概略拡大正面図

【図３】図２の掘削装置の拡大断面図

【図４】図3における拡大羽根を閉じた時の正面図

【図５】図3における拡大羽根を開いた時の正面図

【図６】本発明の１段拡大ヘッドの拡大羽根を開にした
場合の半断面図

【図７】図６の１段拡大ヘッドの拡大羽根を開にした場
合の底面図

【図８】図６の１段拡大ヘッドの拡大羽根を閉にした場
合の底面図

【図９】図６の１段拡大ヘッドの拡大羽根を開にした場
合のＸ−Ｘ断面図

【図１０】本発明の２段拡大ヘッドの拡大羽根を開いた
状態の底面図

【図１１】本発明の２段拡大ヘッドの第１実施例の本体
部の斜視図

【図１２】本発明の２段拡大ヘッドの第１実施例の変形
例の本体部の斜視図

【図１３】本発明の２段拡大ヘッドの拡大羽根の全開状
態の回動軸の位置を示す部分断面図

【図１４】本発明の２段拡大ヘッドの拡大羽根を半開状
態の回動軸の位置を示す部分断面図

【図１５】本発明の２段拡大ヘッドの第２実施例の本体
部の斜視図

【図１６】本発明の２段拡大ヘッドの第２実施例の変形
例の本体部の斜視図

【図１７】本発明の１段拡大ヘッドによる中空コンクリ
ート杭の施工手順を示す工程断面図

【図１８】本発明の２段拡大ヘッドによる中空コンクリ
ート杭の施工手順を示す工程断面図

【符号の説明】

(A) 掘削装置 (a) 掘削部分 (B) ハンマ機構 (1) 中空コンクリート杭 (2) 地盤 (3) 掘削孔 (4) 支持層 (5) 中間難掘削層 (6) 軟弱層 (7) 間隙 (8) 硬化材

フロントページの続き (72)発明者 大石 富彦 大阪市北区中之島３丁目３番22号 関西 電力株式会社 内 (72)発明者 竹中 秀夫 大阪市北区中之島３丁目３番22号 関西 電力株式会社 内 (72)発明者 小倉 和巳 大阪市北区中之島３丁目３番22号 関西 電力株式会社 内 (72)発明者 中丸 英司 大阪市北区中之島３丁目３番22号 関西 電力株式会社 内 (72)発明者 岡田 久延 大阪市北区西天満５丁目14番10号 近畿 コンクリート工業株式会社 内 (72)発明者 小林 一郎 大阪市北区西天満５丁目14番10号 近畿 コンクリート工業株式会社 内 (72)発明者 曽根田 和光 大阪市北区西天満５丁目14番10号 近畿 コンクリート工業株式会社 内 (72)発明者 横山 弘介 兵庫県佐用郡佐用町山脇501番地 株式 会社横山基礎工事 内 (72)発明者 小寺 建身 兵庫県佐用郡佐用町山脇501番地 株式 会社横山基礎工事 内 (72)発明者 林 猛 岐阜県安八郡神戸町大字横井字中新田 1528番地 三菱マテリアル株式会社 岐 阜製作所 内 (72)発明者 久田 仁也 岐阜県安八郡神戸町大字横井字中新田 1528番地 三菱マテリアル株式会社 岐 阜製作所 内 (56)参考文献 特開 平９−25779（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−108524（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−141171（ＪＰ，Ａ) 特開 昭52−149810（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−76391（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−289718（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−83718（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−155824（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−315688（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) E02D 7/00 E02D 7/26 E02D 7/28 E21B 10/32

Claims (12)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】(a) 地中埋設用の中空コンクリート杭、 (b) 掘削用拡大羽根を閉じた状態で中空コンクリート
   杭の内部を通過出来、中空コンクリート杭の下端より掘
   削部分を突出させ、掘削用拡大羽根を開いた状態で中空
   コンクリート杭の下方の地盤を掘削する掘削装置、 (c) クレーン車、これに取り付けられて掘削部位に立
   設されるガイドタワー部並びにガイドタワー部に取り付
   けられ、掘削装置を作動させる駆動部をガイドタワー部
   に沿って移動させる移動台とで構成された杭打ち機、 (d) 掘削装置と駆動部とを接続するドリルロッド、 (e) 中空コンクリート杭を掘削孔に圧入する圧入部、
   及び (f) 前記駆動部とで構成された中空コンクリート杭の
   打設装置において、 (g) 前記掘削装置は、 (g1) 中空コンクリート杭の下端から突出し、地盤破砕
   用の掘削部分がその下端に設けられており、前記掘削部
   分より上部における中空コンクリート杭の下端からの突
   出部分から径方向に突出没入自在に配設された前記掘削
   用拡大羽根を具備し、硬化材や圧縮空気用の吐出孔及び
   この吐出孔に連通して斜め上向きに穿設されている排土
   用の副分岐枝孔を備えた拡大ヘッド、 (g2) 掘削方向の打撃力を地盤に加えるハンマ機構、 (g3) 前記吐出孔に接続された圧縮エア供給部並びに硬
   化材注入装置とが具備しており、 (h) 圧入部は、 (h1) 中空コンクリート杭の先端をチャックするチャッ
   ク部、 (h2) チャック部を昇降させる油圧シリンダ機構を具備
   する事を特徴とする中空コンクリート杭の打設装置。
2. 【請求項２】 請求項１の圧入部には、伸縮ロッド部
   の伸縮側部分に取り付けられた杭回転モータ、杭回転モ
   ータの駆動軸に設けられた駆動ギア、並びに中空コンク
   リート杭をチャックした状態で回動するように構成され
   ているチャック部の外周に設けられ前記駆動ギアに噛合
   した従動ギアとで構成されている杭回転機構が設置され
   ている事を特徴とする中空コンクリート杭の打設装置。
3. 【請求項３】 請求項１又は２の掘削用拡大羽根の先
   端の回転軌跡が中空コンクリート杭の外径より拡大或い
   は略同径に又は縮小させる多段拡縮機能を有している事
   を特徴とする中空コンクリート杭の打設装置。
4. 【請求項４】 請求項１〜３のいずれかに記載の中空
   コンクリート杭の打設装置に適用される１段拡大ヘッド
   であって、 ハンマ機構を介してドリルロッドの先端に取着されるよ
   うになっており、その下部に固定ドリル部が設けられ且
   つ前記固定ドリル部の上部において拡大羽根の収納凹所
   が形成されているドリル本体と、前記収納凹所に形成さ
   れている軸受孔に挿入されている回動軸を介して前記収
   納凹所に突出・没入自在に配設された拡大羽根とで構成
   され、 固定ドリル部の掘削用の下面と拡大羽根の下面にボタン
   ビットがそれぞれ植設されていることを特徴とする１段
   拡大ヘッド。
5. 【請求項５】 請求項１〜３のいずれかに記載の中空
   コンクリート杭の打設装置に適用される２段拡大ヘッド
   であって、 ハンマ機構を介してドリルロッドの先端に取着され、そ
   の下部に固定ドリル部が設けられ且つ前記固定ドリル部
   の上部において拡大羽根の収納凹所が形成されているド
   リル本体と、前記収納凹所に形成されている軸受孔にス
   ライド自在に挿入されている回動軸を介して前記収納凹
   所に突出・没入自在に配設された拡大羽根とで構成さ
   れ、 固定ドリル部の掘削用の下面にと拡大羽根の下面にボタ
   ンビットがそれぞれ植設されており、 回動軸が軸受孔内を一方に移動した時、ドリルロッドの
   回転時に、拡大羽根の側面が当接して拡大羽根をドリル
   本体に対して半開きにする半開係合部と、 回動軸が軸受孔内を他方に移動した時、ドリルロッドの
   回転時に、拡大羽根の側面が当接して拡大羽根をドリル
   本体に対して全開きにする全開係合部とが前記収納凹所
   の内側面に設けられている事を特徴とする事を特徴とす
   る２段拡大ヘッド。
6. 【請求項６】 請求項５の半開係合部と全開係合部と
   が収納凹所の同一内側面側に設けられていることを特徴
   とする２段拡大ヘッド。
7. 【請求項７】 請求項５の半開係合部と全開係合部と
   が収納凹所の反対側の内側面側に設けられていることを
   特徴とする２段拡大ヘッド。
8. 【請求項８】 請求項６又は７の半開係合部と全開係
   合部とが内側面側に段状に設けられていることを特徴と
   する２段拡大ヘッド。
9. 【請求項９】 請求項１〜３のいずれかに適用され、
   地中埋設用の中空コンクリート杭の下端より請求項４〜
   ７のいずれかに記載の拡大ヘッドの掘削部分を突出さ
   せ、中空コンクリート杭の下方の地盤を掘削しつつ中空
   コンクリート杭を掘削孔に埋設するコンクリート杭の打
   設方法であって、 少なくとも掘削困難な支持層或いは中間難掘削層を掘削
   する際には、前記拡大ヘッドを装着した掘削装置を介し
   て前記ハンマ機構によって掘削する方向の打撃力を加え
   て支持層或いは中間難掘削層を破砕しつつ掘削を行い、 掘削された土砂を掘削装置の先端の吐出孔から孔底及び
   斜め上に噴射した圧縮空気で中空コンクリート杭の内面
   と掘削装置の外面との間の間隙から排土し、 排土された孔底に中空コンクリート杭を押し込んでいく
   ことを特徴とするコンクリート杭の打設方法。
10. 【請求項１０】 請求項９に記載のコンクリート杭の打
    設方法において、 中空コンクリート杭を回転させながら排土された孔底に
    中空コンクリート杭を押し込んでいくことを特徴とする
    コンクリート杭の打設方法。
11. 【請求項１１】 請求項９又は１０に記載のコンクリー
    ト杭の打設方法において、 支持層或いは難掘削層を掘削する際には、掘削孔の内径
    を掘削の容易な軟弱層の内径より拡大させることを特徴
    とするコンクリート杭の打設方法。
12. 【請求項１２】 請求項９〜１１のいずれかに記載のコ
    ンクリート杭の打設方法において、掘削装置の先端から
    掘削孔と中空コンクリート杭との密着性を高める硬化材
    を注入することを特徴とするコンクリート杭の打設方
    法。