JPH01290890A - 掘削用オーガヘッド - 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】 〔産業上の利用分野］ 本発明は、ｐｃ抗に代表される既製杭を埋込むための杭
孔を穿設する場合等に用いられる掘削用のオーガヘッド
に関する。

〔従来の技術〕

例えば、地盤を穿孔して既製杭を埋込む基礎杭打設工法
は、建設工事や土木工事等の各種分野で数多く採用され
ている。この基礎杭打設工法では、埋め込んだ既製杭の
下端部が地盤中の支持層にまで達していない、或いは、
既製杭の下端部が支持層を貫通していると、十分な支持
力を得ることができないため、施工にあたっては、既製
杭の下端部が支持層に確実に位置するように既製杭を地
盤に埋込むことが肝要である。

そのためには、地盤内での支持層の深さ位置を精度良く
正確に検知する一方、穿孔時、その杭孔の下端部が支持
層に位置しているか否かを確実、正確に判断する必要が
ある。

しかも、杭の施工にあたっては、前述したように杭の下
端部を支持層に確実に位置させることが最も重要である
が、杭が貫通する中間支持層も支持力に大きく影響する
ため、中間支持層を貫通するように抗を埋込んでその中
間支持層にも支持力を負担させる設計とした場合には、
穿孔が予定通りに中間支持層を貫通しているか否かを確
実に判断する必要がある。

そして、従来では、支持層の検知手段として、プレボー
リングを行い、サンプリング管の打撃数Ｎ値を測定する
貫入試験と土壌サンプリングとの土質調査を実施するこ
とで支持層を把握する手段が一般に採用されている。他
方、穿孔が中間支持層を貫通したかどうかの判断および
支持層に達したかどうかの判断の手段としては、穿孔時
、アースオーガの穿孔深さと、そのアースオーガ駆動モ
ータの負荷電流値とを測定し、前記アースオーガの穿孔
深さが前記土質調査から割出された中間支持層や支持層
の推定深さの範囲となり、かつ、土質調査結果からアー
スオーガが対象とする中間支持層を貫通する時や支持層
に達したときになるであろうと推定される値に前記負荷
電流値がなったことをもって、穿孔が中間支持層を貫通
したとしたり支持層に達したとする手段が一般に採用さ
れている。

ところが、そのような一般手段によるときは、支持層が
浅いと、それまでの数多くの経験によって蓄積された多
大なデータを参考でき、また、数多くの実績もあるため
、中間支持層をも含めた支持層の検知および穿孔が中間
支持層を貫通したかどうかや支持層に達したかどうかの
判断をともに比較的、精度良く行えるものの、埋立地や
軟弱地等のように支持層が５０ｍ以上と深いと、次のよ
うな問題が提起される。

つまり、支持層の検知については、支持層が深くなれば
、サンプリング管を打込むためのロンドも長くなって撓
み易くなり、打撃力のサンプリング管への伝達にロスが
生じ、打撃数Ｎ値が地質と対応しないことが生じ易い。

そして、経験が少なくデータも少ないことから、打撃数
Ｎ値をもって地質を正確に推定することがむずかしくな
り、支持層検知の信幀性が低下する。

他方、穿孔が中間支持層を貫通したかどうかの判断や穿
孔の下端部が支持層に達したかどうかの判断については
、穿孔深さが大になるほど、掘削抵抗が増え、その掘削
抵抗の増大が負荷電流値の測定に対する外乱要素として
作用し、支持層に対する穿孔と支持層でない地層の穿孔
とを負荷電流値をもって区別することが困難となり、し
かも、穿孔深さが大になれば、同一敷地内でも地層が傾
斜していることが多くなって、中間支持層および杭の下
端部を位置させるべき支持層の深さがプレボーリングに
よる地質調査を行った箇所と穿孔箇所とで異なることが
多々発生し易くなり、その結果、地質調査を基に決定し
た深さをもってアースオーガで穿孔しても、その穿孔が
予定の中間支持層を貫通しているという保証や穿孔の下
端部が支持層に位置しているという保証がなく穿孔が中
間支持層を予定通りに貫通しているかどうかの判断およ
び、穿孔の下端部が支持層に位置しているかどうかの判
断の信顧性が低下する。

そこで、アースオーガによる穿孔掘削では、支持層の判
断基準の１つとなる土壌の硬さに対応した切削抵抗がオ
ーガヘッドに作用し、その切削抵抗がオーガヘッドの回
転抵抗として作用する結果、そのオーガヘッドの回転抵
抗を測定することにより、オーガヘッドが切削作用して
いる箇所の土壌の硬さを捕捉することができる点に着目
して、オーガヘッドで切削された土壌を揚送するととも
に、オーガヘッドに駆動トルクを伝達するスクリュー軸
のオーガヘッド付根部に、オーガヘッドが受ける回転抵
抗に応じたスクリュー軸のねじれ変形量を検出するスト
レンゲージ等のセンサを取付け、穿孔掘削時、スクリュ
ー軸のねじれ変形量をパラメータとして、オーガヘッド
が切削作用している箇所の土壌硬さを逐次的に検出でき
るようにしたアースオーガが開発されるに至っている（
例えば、実開昭６１−１４６５９１号公報）。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが、前記従来のアースオーガによるときは、スク
リュー軸のねじれ変形を利用して土壌の硬さを変形する
ため、次に述べるような問題があった。

つまり、スクリュー軸は、オーガヘッドへの駆動トルク
の伝達効率良く確実に行い、しかも、曲がりを極力抑え
て直進性をだすために、比較的大径で、かつ、剛性の高
いものに構成されているから、アースオーガに作用する
回転抵抗によりねじれ変形するものの、そのねじれ変形
量の変動幅は小さい。その結果、ねじれ変形量の検出感
度が低くなって、土壌の硬さを木目細く検出することが
むずかしかった。

本発明の目的は、支持層の把握判断の目安となる土壌硬
さを木目細く検出できる掘削用オーガヘッドを提供する
点にある。

〔課題を解決するための手段］ 本発明による掘削用オーガヘッドの特徴構成は、掘削ビ
ットに作用する回転方向後方への圧力を検出するための
圧力検出手段を設けてある点にあり、その作用・効果は
次の通りである。

［作　用］ 掘削時に掘削ビットが受ける回転方向後方への圧力は、
その掘削ビットが現時点において切削作用している土壌
から受ける抵抗で、その抵抗は土壌の硬さに応じたもの
であるため、掘削ビットに作用する回転方向後方への圧
力を検出することにより、その掘削ビットが現時点にお
いて切削作用している地盤部分の硬さを直接に測定して
いることになる。その結果、アースオーガの曲がりや、
アースオーガの中間部が周囲地盤から受ける回転抵抗等
に関わりなく、現時点において掘削ビットが切削作用し
ている地盤部分の硬さのみを正確に知ることができるた
め、深さに関係なく地盤の硬さ面において現時点で掘削
ビットが切削作用している地盤部分が支持層であるかど
うかを正確に知ることができる。

そして、オーガヘッド全体に作用する回転方向後方への
圧力ではなく、オーガヘッドの構成要素である掘削ビッ
トに作用する回転方向後方への圧力をパラメータとして
土壌硬さを検出するのであって、掘削ビットの個々に作
用する回転方向後方への圧力は、オーガヘッドの全体に
作用する回転方向後方への圧力よりも小であることによ
り、掘削ビットの取付けに要求される剛性は、オーガヘ
ッドの取付け、つまり、スクリュー軸に要求される剛性
よりも小さい。その結果、掘削ビットに作用する回転方
向後方への圧力を検出する場合よりも、検出怒度を勝れ
たものにでき、掘削ビットに作用する回転方向後方への
圧力、つまり、土壌硬さを木目細く検出できる。

しかも、掘削に伴って常時、掘削ビットが切削作用して
いる地盤部分の硬さを連続的に検出することができるた
め、例えば貫入試験に比較して地盤の深さ方向で硬軟分
布と、布、砂、礫等の土質とを緻密に検知できる。

従って、土質調査においては、土壌の採取・分析と貫入
試験とによる一般的な土質調査に並行して、その掘削用
オーガヘッドを用いての穿孔とその穿孔時における抵抗
検出とを行うことにより、たとえ支持層が深くても、貫
入試験結果を確認できてその貫入試験の信鯨性を高める
ことができるのみならず、硬さ面での土質調査ならば、
その掘削用オーガヘッドを用いての穿孔とその穿孔時に
おける抵抗検出とを行うことにより、その硬さ面での土
質調査を深い所まで精度良く行うことができるのである
。

他方、杭孔を穿孔してその杭孔に既製杭を埋込む基礎杭
打設工法においては、その掘削用オーガヘッドを用いて
抵抗検出しつつ杭用の穿孔を行うことにより、たとえ支
持層が深くても、穿孔の下端部がその支持層に達したと
き、それを正確に判別できるのである。

その上、硬さ検出に掘削ビットそのものを用いるため、
構造簡単で、かつ、耐久性に勝れる。

〔発明の効果〕

以上詳述したように、本発明は、地盤の土質調査および
、基礎杭打設工法において要求される穿孔下端部が支持
層に位置しているかどうかの判断を、調査対象地盤や支
持層が深くても精度良く正確に行うことができ、その結
果、特に前述した基礎杭打設工法においては、たとえ支
持層が深くても、支持層の検出と穿孔下端部が支持層に
位置しているかどうかの判断との精度向上により、工期
の短縮化およびコストダウンを図り得る掘削用オーガヘ
ッドを提供できるようになった。

なお、本発明で言う土質調査とは、前述の基礎杭打設工
法の実施に先立って行われる土質調査はもちろん、建設
工事、土木工事に先立って行われる普通一般の土質調査
も含む。つまり、本発明による掘削用オーガヘッドは、
前記基礎杭打設工法において用いられるのみならず、普
通一般の土質調査にも用いることができるものである。

（実施例〕 次に本発明の実施例を示す。

掘削機は、第２図に示すように、走行車体（１）にリー
ダー（２）を介してアースオーガ（３）を昇降自在に取
付けて構成されている。

前記走行車体（１）には、アースオーガ（３）を昇降す
るための駆動ウィンチ（４）が設けられている。

前記アースオーガ（３）は、揚送排土用のスクリュー軸
（５）と、そのスクリュー軸（５）の下端に一体回転状
態に取付けたオーガヘッド（６）と、前記スクリュー軸
（５）を駆動する電動モータ（７）とから成り、スクリ
ュー軸（５）を継ぐことにより掘削深度を増加させるよ
うになっている。

前記オーガヘッド（６）は、第１図に示すように、前記
揚送スクリュー（５）の下端回転軸部（５ａ）に複数の
支持軸（６Ａ）を放射状に連設し、それら支軸（６Ａ）
それぞれの先端に、下端部が切削刃（６Ａ）となった上
下向き姿勢の掘削ビット（６Ｂ）を取付けて構成されて
いる。

前記掘削ビット　（６Ｂ）は、土壌切削に伴ってそれに
作用する回転方向後方への圧力（つまり、切削抵抗）の
大きさに応じて支軸（６Ａ）をねじる状態で支軸（６Ａ
）の軸芯周りで後退揺動するようにその上端部において
支軸（６Ａ）に固着されており、前記支軸（６Ａ）の１
つには、掘削ビット　（６Ｂ）の後退揺動に伴う支軸（
６Ａ）のねじれ量を前記回転方向後方への圧力として検
出するための歪ゲージ（８）と、その歪ゲージ（９）に
対する防水・防護用のカバー（１０）とが取付けられて
いる。

もって、土壌の硬さに対応する切削抵抗と歪ゲージ（８
）の検出結果とは比例するため、歪ゲージ（８）の検出
結果から掘削ビット　（６Ｂ）が切削作用している土壌
の硬さを知ることができるのである。つまり、歪ゲージ
（８）をもって反力検出手段が構成されている。

また、前記スクリュー軸（５）は、グラウトポンプ（９
）によって送られてくるセメントミルクをスクリュー軸
（５）先端の吐出口にまで供給する供給管を兼用してい
る。

かつ、掘削機は、掘削制御用の入力器として、前記の歪
ゲージ（８）の他に、第３図にも示すように、前記駆動
ウィンチ（４）のオーガ吊下げ用のワイヤ（４Ａ）にか
かるテンションをもってアースオーガ（３）の貫入力を
検出する荷重計（１０）と、前記ワイヤ（４Ａ）の繰出
し速度をもってアースオーガ（３）の下方への移動速度
（つまり、穿孔速度）を検出する速度針（１１）と、前
記ワイヤ（４Ａ）の繰出し量をもって穿孔深さを検出す
る深度計（１２）と、前記アースオーガ（３）の電動モ
ータ（７）の負荷電流値を掘削抵抗として検出する電流
計（１３）とを備えており、加えて、第３図に示すよう
に、それら入力器（８）　、　（１０）　、　（１１）
　、　（１２）　、　（１３）の出力をアナログ的に記
録するためのペン書きレコーダ（１４）と、マイクロコ
ンピュータ利用の制御器（１５）とを備えている。前記
制御器（１５）は、前記ペン書きレコーダ（１４）の作
動制御に加えて、前記入力器（８）、（１０）、（１１
）、（１２）、（１３）の出力を表示するようにインジ
ケータ（１６）を作動させ、前記出力を記録するように
プリンタ（１７）を作動させるものである。なお、前記
荷重計（１０）と速度計（１１）と深度計（１２）とは
、１つの計器ユニットとして構成されている。

次に、掘削機を用いての掘削方法を、既製杭を埋込むた
めの杭孔を掘削する場合と地質調査用の掘削の場合とに
別けて説明する。

〈杭孔掘削の場合〉（第４図参照） アースオーガ（３）を所定位置にセットしたのち、アー
スオーガ（３）及び駆動ウィンチ（４）を起動させて掘
削を開始する。

その掘削の進行に合わせて、前記各種入力器（８）　、
　（１０）　、　（１１）　、　（１２）　、　（１３
）の出力を連続的にプリントアウトさせ、かつ、表示さ
せる。なお、１回目の設定距離以深においては、グラウ
トポンプ（９）を作動させてセメントミルクを注入しつ
つ掘削を行う。

その掘削に伴って、（イ）深度計（１２）の検出深度が
、事前の地質調査で判明した支持層の深度を基にして設
定した設定深度範囲内になり、かつ、歪ゲージ（８）に
よる検出硬さが、事前の地質調査で判明した支持層の硬
さを基にして設定した設定硬さとなったとき、或いは、
（ＩＩ＋）検出硬さが設定硬さにまで達せずに検出深度
が設定深度範囲よりも深くなったとき、その掘削を停止
し、アースオーガ（３）を引上げる。

従って、この掘削方法によるときは、前記（イ）から下
端部を支持層に位置させる杭孔を形成できることになり
、他方、（ＩＩ）から、地層の曲りや断層等により、そ
の穿孔箇所においては地質調査に基づく深度に支持層が
存在していないことが判るのである。もちろん、ペン書
きレコーダ（１４）による記録から、地盤の深さ方向で
の硬さ変化を知ることができる。

なお、前記掘削方法の実施にあっては、アースオーガ（
３）の電動モータ（７）、駆動ウィンチ（４）、グラウ
トポンプ（９）を手動制御して行っても良いが、第３図
中の二点鎖線で示すように、前記各種入力器（８）　、
　（１０）　、　（１１）　、　（１２）　、　（１３
）の出力に基づいて前記電動モータ（７）、駆動ウィン
チ（４）、グラウトポンプ（９）の駆動回路（７Ａ）、
（４八）、（９Ａ）それぞれを制御器（１８）で自動制
御することで行ってもよい。なお、自動制御の場合、そ
の制御器（１８）を別途設けても良いが、第３図中に示
すように前記インジケータ（１６）およびプリンタ（１
７）に対する制御器（１５）に組込んでも良い。

〈地質調査用の掘削の場合〉 前述した杭孔掘削時にも、地質を硬さ面において調査で
きるのであるが、より精度を向」ユする上で、アースオ
ーガ（３）の回転数、穿孔速度、貫入力を一定にした状
態で掘削を行い、深さ方向での硬さの変化を検出する。

この場合、アースオーガ（３）の回転数、穿孔速度、貫
入力を一定に維持する上で、電動モータ（７）、駆動ウ
ィンチ（４）、グラウトポンプ（９）を自動制御して実
施することが望ましい。加えて、この場合は、プレボー
リング、貫入試験、土壌の採取分析を行う一般的な地質
調査と並行して行い、−ｍ的な地質調査結果と対比した
記録でもって、地質調査を実施していない部分でも地質
を推定することができる。

〔別実施例〕

以下、本発明の別実施例を示す。

［１］第５図に示すように、上記実施例において、掘削
ビット（６Ｂ）の１つを支軸（６Ａ）に対して後退揺動
自在に取付け、その掘削ビット（６Ｂ）の揺動範囲を規
制するストッパ（１９）を設け、前記掘削ビン）　（６
Ｂ）を設定姿勢に保持するための流体圧シリンダ（８八
）と、その流体圧シリンダ（８Ａ）内の流体圧を検知す
る圧力センサ（８Ｂ）とからなる圧力検出手段（８）を
設けて実施する。前記流体は、油、空気等である。なお
、図示するように、流体圧を圧力センサ（８Ｂ）で直接
に検出するようにしても良いが、流体圧シリンダ（８Ａ
）内の流体圧を取出す導圧管をスクリュー軸（５）内に
設けて、地上において流体圧を検出するように構成して
も良い。

［２１上記実施例では、１つの掘削ビット　（６Ｂ）に
作用する切削抵抗を検出するようにしたが、複数の掘削
ビン）　（６Ｂ）それぞれに作用する切削抵抗を検出し
、それらのトータルや平均値を切削抵抗としても良い。

［３コ本発明の掘削用オーガヘッド（６）は、上記実施
例で示した掘削以外の各種の掘削に使用できる。

［４］尚、特許請求の範囲の項に図面との対照を便利に
する為に符号を記すが、該記入により本発明は添付図面
の構造および方法に限定されるものではない。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第４図は本発明の実施例を示し、第１図は
要部の拡大正面図、第２図は正面図、第３図は制御ブロ
ック図、第４図は掘削作業のフローチャートであり、第
５図、第６図は夫々本発明の別実施例を示し、第５図は
要部の拡大正面図、第６図は要部の横断平面図である。 （６Ｂ）・・・・・・掘削ビット、（８）・・・・・・
反力検出手段。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 掘削ビット（６Ｂ）に作用する回転方向後方への圧力を
   検出するための圧力検出手段（８）を設けてある掘削用
   オーガヘッド。