JPH02183085A - 拡底杭の構築工法における拡底部の掘削制御方法 - 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） この発明は、拡底杭の構築工法における拡底部の掘削制
御方法に関し、特に拡底作業時における加工を予めプロ
グラムされた所定の掘削パターンに応じて精度よく掘削
できるようにした掘削制御方法に関する。

（従来の技術） 拡底杭掘削工法は、所定の支持地盤まで掘削された縦孔
の底部側壁をテーパ状に拡開し、次いで縦孔内部にコン
クリートを打設することによって底部拡開した杭を構築
したもので、その断面形状により杭支持力の増大効果を
もたらした工法である。

この工法に用いられる掘削装置として、例えば実開昭６
０−１７２８９７号公報に示すように、縦孔内部に供給
されるガイドバーの先端に、該縦孔の掘削および拡底作
業を兼用した左右一対のシェルを設けたグラブを配置し
たものが知られている。

そして、この装置によれば、地表部に配置された油圧制
御手段によって、左右のシェルを一定の角度に開閉しつ
つガイドバーの昇降を繰返すことで、縦孔内部の掘削と
土砂排出を行い、次いで孔底部に至った段階で、シェル
を大きく左右に開きつつガイドバーを下降することで両
側壁をテーパ状に削り取り、これによって拡底した縦孔
を得られるようにしている。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、この拡底方法では、左右のシェルを拡開
する場合に均等に開きつつ掘削作業を行うようになって
いるため、土質が左右で異なった場合、左右のシェルに
対する掘削抵抗が異なり、これを支持するガイドバーを
掘削抵抗が弱い側に曲げた状態で拡幅作業がなされてし
まうため、テーバ形状が左右で異なるばかりか、どちら
かの側壁が掘削されない状態も生ずる。

また、シェルを開きつつ下降するため、その掘削抵抗は
しだいに大きくなり、土質によっては掘削不能となる状
態も生ずる。

そしてこれらの作業は、いずれにあっても機械オペレー
タなどの人手の勘に頼る掘削作業であるため、拡底部を
計画形状に沿って精度よく形成するｊｊ￥は出来なかっ
た。

この発明は以上の問題点に鑑みなされたものであって、
拡底作業時における、拡底部の形状を計画形状に応じて
精度よく形成できるようにした拡底杭の構築工法におけ
る拡底部の掘削制御方法を提供することを目的とする。

（課題を解決するための手段） 前記目的を達成するため、この発明は、土中に縦孔を掘
削し、形成された縦孔の孔底部における両側壁を掘削し
て縦孔の底部両側に拡底部を形成し、その後縦孔内にコ
ンクリートを打設することで底部が台形状に拡幅した拡
底杭を構築する工法において、前記縦孔の孔底部の直上
で油圧駆動源によって開閉駆動される拡底用シェルを両
側壁に所定幅食い込ませつつ、該拡底用シェルの昇降手
段によって昇降させることによって順次縦方向に削り取
りながら拡幅作業を行うための制御方法であって： 該制御方法は、拡底用シェルの下降深さを検出する手段
および拡開幅を検出する手段と、各検出手段によって刃
先先端の現在位置を演算する手段と、該演算結果に基づ
き予めプログラムされた所定の掘削パターンに基づく拡
底用シェルの下降と孔底部における停止、および上昇を
指示する制御手段とを備え、前記制御手段の指示に応じ
て前記油圧制御手段および昇降手段を制御動作させ、前
記掘削パターンに応じた形状で拡底部を形成するように
したことを特徴とする。

（作　用） 拡底用シェルの下降深さを検出する手段および拡開幅を
検出する手段の検出結果に応じて自動的に拡底用シェル
の先端部における拡開幅および深さが計算され、この状
態で予めプログラムされた内容と照合しつつ、掘削制御
がなされる。

（実　施　例） 以下、この発明の一実施例を図面を用いて詳細に説明す
る。

第１図はこの発明方法を適用した拡底抗堀削用のケリー
掘削機の全体構成を示している。

図において、１はベースマシンであり、これに設けたク
レーン２と油圧シリンダ３によってケリーガイド４が鉛
直に保持され、ケリーガイド４はガイドトレンチ（また
はガイドケーシング）５が設けられた縦孔６の上部に位
置している。

このケリーガイド４にはケリーバ−７が出没可能に挿通
されており、またケリーバ−７の先端には掘削用のケリ
ーグラブ８が設けられている。

ケリーグラブ８の下部の左右には、第２図に示すように
掘削用の一対のシェル９および第３図に示すように、拡
底用の一対のシェル１０が着脱交換可能に設けられてい
る。

各シェル９，１０はピン１１を介してケリーグラブ８の
下部両側に揺動可能に支持されるとともに、それぞれを
左右独立して伸縮動作する油圧シリンダ１２に結合し、
これの伸縮に伴って開閉する。

そして、前記掘削用シェル９は縦孔６を直線状に掘削し
、拡底用シェル１０は縦孔６の底部における左右の拡底
部６ａの拡底作業を行う。

前記ケリーグラブ８の直上にあって、ケリーバ−７の外
周部にはスタビライザ１４が着脱可能に固定されている
。

このスタビライザ１４は、拡底作業時点で掘削用シェル
９を拡底用シェル１０に交換すると同時に装若されるも
のであって、第４図、第５図に示すごとく、断面矩形状
をなすケリーバ−７の外周に予め嵌合固定された上下一
対の円筒形ブラケット１５の外周両側にそれぞれ取付け
ｔｌｉ２１６ａを介してボルト締めされる上下一対のア
ーム１６と、各アーム１６の先端に固定され、かつ縦孔
６の厚みに相当する幅の当接パッド１７とからなってい
る。

そして、各当接パッド１７の間隔は縦孔６の幅に匹敵し
、これにより、各当接パッド１７は拡底時において縦孔
６の左右側壁に当接し、拡底時における掘削抵抗に対す
る反力を取り、ケリーバ−７を縦孔６の鉛直方向中心に
保持するようになっている。

なお、前記円筒形ブラケット１５の周囲には１０°間隔
でボルト孔が形成され、ケリーバ−７の断面中心軸線が
縦孔６に対して傾きをもって配置された場合でも縦孔６
の断面形状に沿った配置ができるようになっている。

前記スタビライザ１４の左右内部には油圧制御器１８お
よび傾斜計１９等を内蔵した制御箱２０が配置され、こ
の制御箱２０内には一方のアーム１６の上部に設けた耐
圧プールボックス２１を通じて制御ケーブル２２が接続
されている。

また他方のアーム１６の上部には分配器２３が配置され
、これに油圧ホース２４を接続している。

そして、左右の油圧シリンダ１２は、前記各油圧制御器
１８を介して各々独立して伸縮駆動される。

さらに前記スタビライザ１４には第５図に示すように、
深度検出用のステンレスワイヤ２５が接続される。

そして、油圧ホース２４はケリーガイド４に設けた中間
シーブ２６を介してベースマシン１上に設けた油圧ホー
スリール２７に巻き取られ、また、ベースマシン１の後
部に設けた油圧ユニット２８に接続している。

またステンレスワイヤ２５は、同じくケリーガイド４に
設けた中間プーリ２８を通じてベースマシン１上に設け
たワイヤリール２９に接続している。この中間プーリ２
８にはロータリエンコーダ方式の深度計３０が備えられ
、ワイヤの繰出しおよび巻取に応じた深度が電気信号と
して取り出される。

さらに制御ケーブル２２は、ケリーガイド４に設けたケ
ーブルガイド３１を介してベースマシン１上に設けたケ
ーブルリール３２に巻き取られている。

さらにこの制御ケーブル２２はベースマシン１の後方に
配備されたコンピューター３３に接続されている。

前記各油圧制御器１８は、第６図に示す油圧回路となっ
ている。

図において、Ｐは油圧ホース２４のうちの供給側、Ｔは
排出側である。供給側Ｐから前記分配器２３を経て制御
器１８の内部に供給された作動油はコンピューター制御
盤３３の指令により切替え停止動作される切替え弁３４
の入力ポートおよび一対の逆止弁３５を経て前記各油圧
シリンダ１２の両側の吸排出ポートに供給され、前記切
替え弁３４の吐出ポートを経て排出側Ｔに循環する。

そして、油圧シリンダ１２内のピストン１２ａは切替え
弁３４の切替え動作に応じて伸縮および停止し、この結
果、シェル１０を閉鎖状態から任意の角度に拡開させる
。

また、それぞれの供給排出経路中には一対の圧力計３６
．およびピストンの移動量を計ａｌｌｌするための油量
計３７が配置され、これらによって得られたデータは制
御ケーブル２２を通じて前記コンピューター３３に伝送
される。

さらに、それぞれの供給排出経路中にはリリーフ弁３８
およびアンチキャビティージョン弁３９が並列接続され
、過剰圧力、および気泡等を排出側にバイパスさせる。

なお、図中符号４０．４１は経路中に設けたそれぞれシ
ャットオフバルブ、リリーフバルブであって、これらの
組み合わせによって安全器機構を構成し、電源断または
油圧ホース２４の破壊などにより、シリンダ１２内のピ
ストン１２ａを一杯に伸ばし、その状態に保ｒ−！ｊす
る機能を有する。

つまり、この安全機構を内部に組み込むことによって、
拡底用シェル１０はどのような状態であっても閉鎖側に
変位し、装置の引上げを可能としている。

前記コンピューター３３は、前記油圧制御器１８の／［
１１ｆｆｉ計３７および１凍度計３０から得られたデー
タに応じてシェル１０の先端位置、および移動量の演算
を行い、現在のデータに基づく掘削状況の判断と、予め
プログラムされた掘削パターンに応じてケリーバ−７の
上昇下降のための駆動機構および油圧制御器１８に対す
る制御命令を実行する。

この演算内容および制御内容は、以下の通りである。

（ａ）演算内容 先ず、第７図（ａ）、（ｂ）はシェルの閉鎖時及び拡開
時の各部の寸法関係を示している。

図において、Ａは油圧シリンダ１２の支点、Ｂは作用点
、Ｃはシェルの支点、Ｄは刃先先端である。

図のΔＡＢＣにおいて、油圧シリンダの長さをＬｓｌと
すると、この値は以下の式に示す関係となる。Ｌ、、２
ｍｍ ５ｍ’　＋　Ｌｐｐ”　　２　’　Ｌｌｍ”　Ｌｐｐ”
　ＣＯＳ　Ｋ故に 、ｐ’Ｌｇｅ”Ｌｐｐ となり、ΔＡＢＣはシェルにおける固冑の値となる。

従って、ΔＡＢＣとΔＢＣＤとにおいて、刃先先端位置
りは、角度Ｋ及びに、、に２によって決定される（角度
に、は座標軸と辺ＡＣとのなす角度）。

よって、ケリーバ−の中心軸とシェルの両方のピンが交
わる位置を原点にとると、点りの座標（ｘ、ｙ）はつぎ
の通りとなる。

ｘ−Ｌ、ｈｃ　ｏ　ｓ　（Ｋ＋に、　十に２）：深度Ｌ
　、、　−−ｘ Ｖ　−Ｌ　＊　ｈ　Ｓ　ｌ　ｎ　（Ｋ　＋　Ｋ　１　＋
　Ｋ　２　）　＋　ＣＯ：拡開幅：　ｗ　−ｙ ＊実際の制御はシリンダの長さＬＳ、ｌｌｌの替りに、
シリンダストロークを油量計３７に連動するボリューム
カウンターによって計測し、深度についてはロータリー
エンコーダ方式の深度計３０による移動量を計測するこ
とによって行なっている。

したがって、 刃先深度−Ｄ−Ｄ、＋Ｌ、。

＊Ｄ、−深度計３０による値 ＊Ｌ、、−刀先先端までの垂直方向距離刃先開き幅−り
１．１−刃先先端までの水平方向距離 シリンダ部長さＬ　、−ｍ　１！　Ｌ　ｍＪ　　Ｌ　ｈ
　１但し、ｍｚｘＬ、−Ｉ−最大シリンダ長さＬｌ−ス
トローク値 （シリンダを最大伸ばしたときが０） また、この演算は左右のシェル１０で別々に行つ。

（ｂ）制御内容 この実施例では、前記演算結果に基づき第８図に示すよ
うに縦孔６の左右に階段状の拡開幅で縦孔６の幅Ｗｏの
１！２倍の幅の拡底部６ａを形成し、また階段の肩を結
んだ計画線の傾斜角度を１２ｏ１底部に３００ＩＩ１１
の立ち上がり部を設けるように設定している。そして、
上部から順に一定幅（ｐｉｔｃｈ）で鉛直に削り取る作
業を繰返し、前記計画線に沿った階段状の掘削軌跡を得
るようにしている。

したがって、所定回数の掘削開始点における深度Ｄｎで
刃先位置Ｌ　ｈａと計画線Ｌｈとを比較し、シェル拡開
および停止動作を以下の式に当てはめるべく制御する。

掘削深さ： 式１　、　　Ｄ　ｎ　＝　ｎ−Ｐｉｔｃｈ／１ａｎ１２
　’＋　［Ｄｏ−ｔ３００＋１／２争Ｗｏ　・ｌ／１ａ
ｎ１２　’　ｌ］＊なお、Ｄｏは抗深度である孔底部の
深さ、ｎは掘削作業回数、単位能 拡開幅： 式２．　Ｌｈ　＝　（ｎ−Ｐｉｔｃｈ　＋Ｗｏ／２　）
　ｍｍ停止位置： ａ）Ｍ料量始点の高さ・・・Ｄｎ ｂ）孔底部の深さ・・・Ｄ。

以上において、計画線の最初の高さ位置からの掘削が開
始される。まず、第９図のステップ１〜３に示すように
、刃先先端が最初の掘削位置Ｄｎ（ｎ　−１，）の位置
に至ると、下降が一旦停止し、シェルの刃先先端位置Ｌ
　Ｈａと計画線Ｌｈとを比較し、式２のモードに応じて
シェル拡開および停止動作を行う。そして、Ｌｈ≦Ｌ　
ｈａ、すなわち刃先先端位置Ｌ　Ｈａが計画線Ｌｈに至
ると、油圧シリンダが停止し、シェルの拡開動作が停止
する（ステップ４〜６）。

そして、シェルの拡開状態はそのまま維持され、下降が
開始される。掘削が進み、刃先先端が孔底部に至り、深
さＤ≧ＤＯとなると下降は停止する（ステップ７〜９）
。停止により、シェル閉動作が始まり、シェル１０は閉
じ始める。

−度シエル１０が閉じ始めると刃先位置が完全に閉じ合
されるまで閉じ、このときのシリンダ部長さがｍｘｘＬ
＊ｓとなる（ステップ１０〜１２）。

この状態でケリーバ−１７を上昇させ、掘削により生じ
た削土を地表部に排出する一連の作業が行われ（ステッ
プ１３）、次いで作業回数ｎを＋１する（ステップ１４
）。

その後はまた同様の掘削モードとなり、再びステップ１
〜１３に示すごとく、次の掘削開始線Ｄｎ　　（ｎ＝２
）の位置にシェル１０の刃先がくると一旦停止し、前記
式２．で示す制御モードに応じて前回より大きな拡開幅
でシェル１０を拡開させ、前記式１．で示す制御モード
に応じて下降動作することで次の段階の掘削を行い、以
下、計画回数まで同一の制御モードによって、順次階段
状に拡開した拡底部６ａを形成し、作業回数ｎが計画回
数まで行われたら作業を終了する（ステップ１５）そし
て、作業終了状態では、コンピュータの制御に応じて第
８図に示す階段状の軌跡に相似するテーパ状に拡開した
拡底部６ａを縦孔６の底部両側に形成することになるの
である。

なお、この発明の制御方法では、実施例に示すテーパ状
の拡底部６ａだけでなく、第１０図（ａ）〜（ｃ）に示
すごとき掘削パターンで掘削を制御することも可能であ
ることは勿論である。

また、コンピューター３３は、前記拡底部の掘削制御だ
けでなく、傾斜計１９から得られたデータに基づき姿勢
制御指令、深度計３０ａから得られたデータに基づく昇
降動作指令などをベースマシン１の運転席に設けたオペ
レータ用操作スイ・ソチパネルに対する指示を行い、ま
た掘削情況をＣＲＴデイスプレィに表示するとともにプ
リンタに出力する。

（発明の効果） 以上実施例によって詳細に説明したように、この発明に
よる拡底杭の構築工法における拡底部の掘削制御方法に
あっては、拡底用シェルの下降深さを検出する手段およ
び拡開幅を検出する手段の検出結果に応じて自動的に拡
底用シェルの先端部における拡開幅および深さが計算さ
れ、この状態で予めプログラムされた内容と照合しつつ
、掘削制御がなされるので、計画された形状に精度よく
一致した拡底部を得られる。また、この発明では制御内
容に応じて拡底部を種々の拡開形状とすることが出来る
。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に係る拡底杭掘削用のケリー掘削機の
全体構成を示す側断面説明図、第２図は掘削用シェルを
装着した状態のケリーグラブの正面図、第３図は拡底用
シェルを装着した状態のケリーグラブの正面図、第４図
はスタビライザの平面図、第５図は同スタビライザの側
面図、第６図は拡底作業用の制御器の構成を示す油圧回
路図、第７図（ａ）、（ｂ）は演算用にシェルをモデル
化した説明図、第８図は拡底作業における掘削パターン
を示す説明用断面図、第９図は拡底作業時におけるコン
ピューターの制御手順を示すフローチャート、第１０図
（ａ）〜（Ｃ）は他の掘削パターンを示す説明用断面図
である。 ６・・・・・・縦　孔 ６ａ・・・拡底部 ７・・・・・・ケリーバ−（ガイドバー）８・・・・・
・ケリーグラブ（グラブ）９・・・・・・掘削用シェル １０・・・拡底用シェル １２・・・油圧シリンダ １８・・・油圧制御器（油圧制御手段）３０・・・深度
計（下降深さの検出手段）３３・・・コンピューター（
演算および制御手段）３７・・・油量計（拡開幅の検出
手段）■ へ ■ 第 図 第 図 ■−二 第 図 第 図 第 図 第１０図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）土中に縦孔を掘削し、形成された縦孔の孔底部に
   おける両側壁を掘削して縦孔の底部両側に拡底部を形成
   し、その後縦孔内にコンクリートを打設することで底部
   が台形状に拡幅した拡底杭を構築する工法において、前
   記縦孔の孔底部の直上で油圧駆動源によって開閉駆動さ
   れる拡底用シェルを両側壁に所定幅食い込ませつつ、該
   拡底用シェルの昇降手段によって昇降させることによっ
   て順次縦方向に削り取りながら拡幅作業を行うための制
   御方法であって： 該制御方法は、拡底用シェルの下降深さを検出する手段
   および拡開幅を検出する手段と、各検出手段によって刃
   先先端の現在位置を演算する手段と、該演算結果に基づ
   き予めプログラムされた所定の掘削パターンに基づく拡
   底用シェルの下降と孔底部における停止、および上昇を
   指示する制御手段とを備え、前記制御手段の指示に応じ
   て前記油圧制御手段および昇降手段を制御動作させ、前
   記掘削パターンに応じた形状で拡底部を形成するように
   したことを特徴とする拡底杭の構築工法における拡底部
   の掘削制御方法。