JPH08291680A - 掘削方法及び掘削装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ケーシングによる回転掘削時にケーシングの
外周面とこれに接する地盤の掘孔周壁面との間に生ずる
摩擦力を極力軽減し、それによりケーシングの掘削貫入
速度を速めて、掘削施工能率を格段に向上することので
きる掘削方法を提供する。 【構成】 ケーシング２を回転させながら地盤を掘削す
る掘削方法において、地盤の掘削時に、ケーシング２に
配備した圧力流体噴射管５によって圧力流体をケーシン
グ２の外周面下端部より下向きに噴射させるようにした
こと。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、地盤改良工事等に使用
される掘削方法及び掘削装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】例えば地盤中に砂杭を造成する砂杭造成
工法では、ケーシングを回転させて地盤を掘削しつつ、
ケーシングを所定深度まで貫入し、その後このケーシン
グを引き上げながら、ケーシング内に投入した砂、砂利
等をケーシング先端から排出して地盤中に砂杭を造成す
るようにしている。この場合、外周面にスクリューを設
けたスクリュー付きケーシングを使用すれば、地盤の掘
削が容易となるが、その反面、スクリュー付きケーシン
グを使用した場合には、掘孔の周壁がスクリューにより
掻き乱されて崩壊し、周辺地盤の支持力が低下する。ま
た、ケーシングを回転させず、起振機等によってケーシ
ングに縦振動を与えつつ、ケーシングを地盤中に打ち込
む方法もあるが、この起振機による打ち込み方法では非
常に激しい振動や騒音を伴うため、振動公害の問題があ
って好ましくない。従って、従来では、もっぱら、スク
リューをもたないケーシングを回転駆動手段により回転
させることによって地盤を掘削しつつケーシングの打ち
込みを行っている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記のようにケーシン
グを単に回転させて地盤の掘削貫入を行う方法では、そ
の掘削貫入時にケーシングの外周面とこれに接する地盤
の掘孔周壁面との間に大きな摩擦力が作用して、掘進速
度が低下し、掘削施工能率が非常に悪かった。

【０００４】本発明は、上記の課題に鑑み、ケーシング
による回転掘削時にケーシングの外周面とこれに接する
地盤の掘孔周壁面との間に生ずる摩擦力を極力軽減し、
それによりケーシングの掘削貫入速度を速めて、掘削施
工能率を格段に向上することのできる掘削方法及び掘削
装置を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に係る
掘削方法は、ケーシング２を回転させながら地盤を掘削
する掘削方法において、地盤の掘削時に、ケーシング２
に配備した圧力流体噴射管５によって圧力流体をケーシ
ング２の外周面下端部より下向きに噴射させるようにし
たことを特徴とする。

【０００６】請求項２は、請求項１に記載の掘削方法に
おいて、前記圧力流体が圧力エアまたは圧力水からなる
ことを特徴とする。

【０００７】本発明の請求項３に係る掘削装置は、ケー
シング２と、該ケーシング２を回転駆動する回転駆動手
段３と、ケーシング２の外周面に周方向所要間隔でケー
シング長手方向に配管装備され、ケーシング２の下端部
で圧力流体を下向きに噴射する複数本の圧力流体噴射管
５と、圧力流体供給源７に接続され、各圧力流体噴射管
５に圧力流体を供給するスイベル機構６とからなること
を特徴とする。

【０００８】請求項４は、請求項３に記載の掘削装置に
おいて、前記圧力流体供給源７が、圧力エアまたは圧力
水のいずれかを選択的に供給するようになっていること
を特徴とする。

【０００９】

【作用】請求項１に係る掘削方法によれば、ケーシング
２を回転させながら地盤を掘削するにあたり、圧力流体
噴射管５によってケーシング２の外周面下端部より下向
きに圧力流体を噴射させながら掘削を行う。しかして、
この掘削時には、圧力流体噴射管５からの圧力流体は、
ケーシング２の下端部で掘削されつつある地盤部分に噴
射されて、ケーシング２の下端部による当該地盤部分の
掘削を容易且つ効果的に行わせる一方、当該地盤部分に
噴射される圧力流体は、その地盤部分に当たって跳ね返
り、ケーシング２の外周面と、掘削により形成される掘
孔３１の周壁面との間に隙間に侵入して、その隙間に上
記圧力流体による摩擦破壊層３２を形成しつつ上昇し、
地上に放出される。この摩擦破壊層３２により、ケーシ
ング２外周面と掘孔３１周壁面との間に摩擦力が大幅に
軽減され、これによってケーシング２の掘削貫入速度を
速めることができる。

【００１０】請求項２によれば、掘削される地盤土壌が
比較的軟質の場合には、圧力流体として取り扱いの容易
な圧力エアを使用することができ、この場合、ケーシン
グ２の外周面と、掘削により形成される掘孔３１の周壁
面との間の隙間には圧力エアの摩擦破壊層３２が形成さ
れる。また、地盤土壌が比較的硬質の場合には、土壌浸
透性が良く掘削を促進する圧力水を使用することがで
き、その場合、ケーシング２の外周面と、掘孔３１の周
壁面との間の隙間には圧力水の摩擦破壊層３２が形成さ
れる。

【００１１】請求項３に係る掘削装置によれば、ケーシ
ング２を回転駆動手段３により回転させながら地盤を掘
削するにあたり、圧力流体供給源７より圧力流体をスイ
ベル機構６に供給して、ケーシング２の外周面下端部に
位置する各圧力流体噴射管５の先端噴射口からその下方
へ圧力流体を噴射させながら掘削を行う。この掘削時に
は、各圧力流体噴射管５の先端からの圧力流体は、ケー
シング２の下端部で掘削されつつある地盤部分に噴射さ
れて、ケーシング２の下端部による当該地盤部分の掘削
を容易且つ効果的に行わせる一方、当該地盤部分に噴射
される圧力流体は、その地盤部分に当たって跳ね返り、
ケーシング２の外周面と、掘削により形成される掘孔３
１の周壁面との間に隙間に侵入して、その隙間に摩擦破
壊層３２を形成しながら上昇し、地上に放出される。こ
の摩擦破壊層３２により、回転ケーシング２外周面と掘
孔３１周壁面との間に摩擦力がほとんど作用しなくなる
か、またはその摩擦力が大幅に軽減され、これによって
ケーシング２の掘削貫入速度を速めることができる。

【００１２】請求項４によれば、圧力流体供給源７が圧
力エアまたは圧力水のいずれかを選択的に供給できるか
ら、掘削される地盤の土質に応じて、圧力エアまたは圧
力水のいずれか必要な圧力流体を適宜に使用できると共
に、その使い分けを迅速容易に行える。

【００１３】

【実施例】実施例について図面を参照して説明すると、
図１は、本発明に係る掘削装置の一実施例である砂杭造
成装置を示すもので、この図１において、１は、リーダ
（図示省略）に沿って昇降可能に支持されると共にリー
ダ頂部から垂下される昇降操作用ワイヤー（図示省略）
により吊支される機枠、２は、機枠１に回転可能に垂下
連結された回転ケーシング、３は、回転ケーシング２を
回転駆動する回転駆動手段、４は、回転ケーシング２内
に挿入されると共に機枠１に固定された固定ケーシング
である。５は、回転ケーシング２の外周面に周方向所要
間隔おきに複数本配管装備された圧力流体噴射管で、各
圧力流体噴射管５は、ケーシング１のほぼ全長に亘って
延び、回転ケーシング２の下端部において先端噴射口５
ａより圧力流体を下向きに噴射するようになっている。
また６は、ケーシング１の上端部において各圧力流体噴
射管５に圧力流体を供給するスイベル機構で、圧力流体
供給源７に接続されている。

【００１４】上記砂杭造成装置の構造について更に詳し
く説明すれば、図１に示すように、回転ケーシング２の
上端部側は径大筒部２ａを形成していて、この径大筒部
２ａが機枠１に設けられたラジアル軸受８及びスラスト
軸受９に支承され、それによって回転ケーシング２は機
枠１に回転可能に垂下連結されている。この回転ケーシ
ング２を回転駆動する回転駆動手段３は、上記径大筒部
２ａの外周部に一体的に周設されたギア１０と、このギ
ア１０と噛合する両側一対のギア１１，１１と、各ギア
１１をそれぞれ駆動するモーター１２とからなる。ま
た、回転ケーシング２の下端には複数個の掘削刃３０が
設けられている。

【００１５】固定ケーシング４は、その上端部が機枠１
に固定されて、回転ケーシング２内に同心状に挿入され
た状態で、機枠１から垂下されている。この回転ケーシ
ング２の上端部には砂投入用のホッパー１３が設けら
れ、このホッパー１３の内端部には、常時はばね手段等
により閉止位置に保持され、砂投入時にその砂等の投入
荷重により開放する開閉弁１４が設けてある。また、固
定ケーシング４内には、下端部に周知のバイブロフロッ
ト１５を備えた支持杆１６が挿入垂下され、この支持杆
１６は、その上端部が機枠１側に取付けられた油圧シリ
ンダ１７に連結されていて、このシリンダ１７の伸縮作
動により所定ストローク上下動することができる。

【００１６】スイベル機構６は、図２に詳細に示すよう
に、固定ケーシング４の上端部に外嵌固定されたリング
状の固定ブロック１８と、この固定ブロック１８に密着
して回転可能に外嵌されると共に、回転ケーシング２の
径大筒部２ａ内周面に固定されて回転ケーシング２と一
体回転する回転ブロック１９とを有し、固定ブロック１
８にはその外周面に開口する環状溝２０が形成され、回
転ブロック１９には、この環状溝２０と連通連結する連
通路２１が前記圧力流体噴射管５の本数（この実施例で
は４本）と同数個設けられ、各連通路２１の下端出口部
に各圧力流体噴射管５の上端部が一体的に接続されてい
る。また、固定ブロック１８の環状溝２０には圧力流体
導入口２０ａが設けられ、この導入口２０ａは圧力流体
供給源７に接続される。

【００１７】従って、このスイベル機構６によると、圧
力流体供給源７から固定ブロック１８の環状溝２０に導
入された圧力流体（圧力エアまたは圧力水）は、回転ケ
ーシング２の回転中も回転ブロック１９の連通路２１を
通じて各圧力流体噴射管５に供給される。尚、図２にお
いて、２２は軸受、２３は気密及び水密用のパッキンで
ある。

【００１８】圧力流体噴射管５は、図３に示すように、
固定ケーシング４の外周面に沿って例えば周方向９０度
の間隔で４本配管され、各噴射管５の下端噴射口５ａは
回転ケーシング２の下端近くまで延び、そして各噴射管
５の上端部は、図１及び図２に示すように回転ケーシン
グ２の径大筒部２ａを貫通し、適宜に折曲された状態で
前記スイベル機構６の回転ブロック１９の各連通路２１
に接続されている。

【００１９】圧力流体供給源７は、図１に示すように、
圧縮機２４（例えばエアコンプレッサ）と、エアタンク
２５ａ及び水タンク２５ｂからなる流体タンク２５とを
有し、圧縮機２４と流体タンク２５との接続管路２６、
及び流体タンク２５とスイベル機構６との接続管路２７
に、それぞれ流体切り換え弁２８，２９を介設すると共
に、切り換え弁２８とエアタンク２５ａ及び水タンク２
５ｂとをエア管路２６ａ及び水管路２６ｂにより、また
エアタンク２５ａ及び水タンク２５ｂと切り換え弁２９
とをエア管路２７ａ及び水管路２７ｂによりそれぞれ接
続している。

【００２０】しかして、スイベル機構６に圧力エアを供
給する場合は、流体切り換え弁２８，２９を操作して、
エアタンク２５ａ内のエアを圧縮機２４で圧縮してエア
管路２７ａより接続管路２７経てスイベル機構６に供給
し、また圧力水を供給する場合には流体切り換え弁２
８，２９を切り換え操作して、水タンク２５ｂ内の水を
圧縮機２４で加圧して水管路２７ｂより接続管路２７を
経てスイベル機構６に供給する。このように、圧力流体
供給源７は、圧力エアまたは圧力水のいずれかを適宜選
択的にスイベル機構６に供給することができる。

【００２１】上述したような構成を有する砂杭造成装置
の使用による地盤の掘削及び杭造成方法について説明す
ると、昇降操作用ワイヤーを繰り出して、機枠１に垂下
連結されている回転ケーシング２及び固定ケーシング４
を下降し、回転ケーシング２の下端を地盤の掘削箇所に
接地し、そして回転駆動手段３により回転ケーシング２
を回転させながら地盤を掘削する。

【００２２】この場合、地盤土壌が比較的軟質であると
きは、圧力エアを圧力流体供給源７よりスイベル機構６
に供給して、回転ケーシング２の外周面下端部に位置す
る各圧力流体噴射管５の先端噴射口からその下方へ圧力
エアを噴射させながら掘削を行う。しかして、この掘削
時には、図４の（Ａ）に示すように、各圧力流体噴射管
５の先端噴射口５ａからの圧力エアは、回転ケーシング
２の下端部（この下端部には掘削刃３０が設けてある）
で掘削されつつある地盤部分に噴射されて、回転ケーシ
ング２の下端部による当該地盤部分の掘削を容易且つ効
果的に行わせる一方、当該地盤部分に噴射される圧力エ
アは、その地盤部分に当たって跳ね返り、回転ケーシン
グ２の外周面と、掘削により形成される掘孔３１の周壁
面との間に隙間に侵入して、その隙間に摩擦破壊層３２
を形成しつつ上昇し、地上に放出される。このような摩
擦破壊層３２により、回転ケーシング２外周面と掘孔３
１の周壁面との間に摩擦力がほとんど作用しなくなる
か、またはその摩擦力が大幅に軽減され、これによって
ケーシングの掘削貫入速度を速めることができる。

【００２３】また、地盤土壌が比較的硬質であるとき
は、圧力水を圧力流体供給源７よりスイベル機構６に供
給して、各圧力流体噴射管５の先端噴射口５ａからその
下方へ圧力水を噴射させながら掘削を行うようにする。
この場合、各圧力流体噴射管５の先端噴射口からの圧力
水は、掘削されつつある硬質地盤部分に噴射されて当該
硬質地盤部分を打撃し、回転ケーシング２先端部による
当該地盤部分の掘削を容易且つ効果的に行わせる一方、
当該地盤部分に噴射される圧力水は、その地盤部分に当
たって向きを変え回転ケーシング２の外周面と、掘削に
より形成される掘孔３１の周壁面との間に隙間に侵入し
て、その隙間に前記圧力エアの場合と同様な摩擦破壊層
３２を形成しつつ上昇し、地上に放流されることにな
る。

【００２４】上記のようにして所定深度までの掘削を終
えたならば、前記昇降操作用ワイヤーの繰り出しを停止
すると共に、回転駆動手段３による回転ケーシング２の
回転及び圧力流体供給源７による圧力流体の供給を停止
し、そして昇降操作用ワイヤーを巻取り操作しながら回
転ケーシング２及び固定ケーシング４の引き抜きを開始
する。固定ケーシング４内には、掘削を終えるまでに
砂、砂利等を投入しておいてもよいし、掘削終了後に投
入してもよい。また、ケーシング２，４の引き抜き開始
に伴い、バイブロフロット１５を水平振動させると共
に、油圧シリンダ１７の作動により支持杆１６を介して
バイブロフロット１５を上下動させる。

【００２５】しかして、ケーシング２，４の引き抜きに
伴って、固定ケーシング４内の砂等がその下端から地盤
中の掘孔３１内に排出され、砂杭３３が形成されてゆ
く。このとき、前記開閉弁１４が閉止された状態で固定
ケーシング４内に周知の圧力エア供給ノズル（図示省
略）より圧力エアを供給し、それにより固定ケーシング
４の内部を加圧して、砂等を押圧する。ケーシング２，
４の引き抜き中には、バイブロフロット１５の水平振動
作用及び上下動作用によって、固定ケーシング４から排
出される砂等が十分に締め固めされるため、圧密された
強固な砂杭３３を形成することができる。

【００２６】上記の説明では、ケーシング２，４の引き
抜き時に、圧力流体供給源７による圧力流体の供給を停
止するようにしたが、この圧力流体供給源７による圧力
流体の供給を掘削時から継続してケーシング２，４の引
き抜き時にも行うようにしてもよい。

【００２７】以上の実施例では、砂杭造成時の掘削方法
について説明したが、本発明は、このような砂杭の造成
に限らず、一般的な地盤の掘削に適用することができる
ものである。

【００２８】

【発明の効果】請求項１に係る掘削方法によれば、圧力
流体噴射管から噴射される圧力流体によって、ケーシン
グ下端部による地盤の掘削を容易且つ効果的に行わせる
一方、掘削中のケーシング外周面と掘孔周壁面との間に
摩擦破壊層が形成されるため、ケーシング外周面と掘孔
周壁面との間に摩擦力が大幅に軽減され、それによりケ
ーシングの掘削貫入速度を速めることができる。従っ
て、掘削施工能率を格段に向上できる。

【００２９】請求項２によれば、掘削される地盤土壌が
比較的軟質の場合には、圧力流体として取り扱いが容易
で地盤を湿潤することのない圧力エアを使用することが
でき、また地盤土壌が比較的硬質の場合には、土壌浸透
性が良く掘削を促進する圧力水を使用することができ
る。

【００３０】請求項３に係る掘削装置によれば、請求項
１に係る掘削方法を有効に実施することができる。特
に、スイベル機構によって、圧力流体供給源からの圧力
流体を、回転するケーシングと一体的に設けた各圧力流
体噴射管に対し確実容易に供給することができ、またケ
ーシング外周面に周方向所要間隔おきに配管装備した複
数本の圧力流体噴射管によって、圧力流体を掘削地盤部
分に効果的に噴射させることができる。

【００３１】請求項４によれば、掘削される地盤の土質
に応じて、圧力エアまたは圧力水のいずれか必要な圧力
流体を適宜に使用できると共に、その使い分けを迅速容
易に行える。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る掘削装置の一実施例を示す縦断
面図である。

【図２】 同上の掘削装置のスイベル機構の要部拡大縦
断面図である。

【図３】 図１のＡ−Ａ線断面図である。

【図４】 （Ａ）は同上の装置の使用による掘削方法を
示す断面図、（Ｂ）は同上の装置の使用による砂杭形成
状態を示す断面図である。

【符号の説明】

１ 機枠 ２ 回転ケーシング ３ 回転駆動手段 ４ 固定ケーシング ５ 圧力流体噴射管 ５ａ 圧力流体噴射管の下端噴射口 ６ スイベル機構 ７ 圧力流体供給源

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ケーシングを回転させながら地盤を掘削
   する掘削方法において、地盤の掘削時に、ケーシングに
   配備した圧力流体噴射管によって圧力流体をケーシング
   の外周面下端部より下向きに噴射させるようにしたこと
   を特徴とする掘削方法。
2. 【請求項２】 前記圧力流体は圧力エアまたは圧力水か
   らなる請求項１に記載の掘削方法。
3. 【請求項３】 ケーシングと、該ケーシングを回転駆動
   する回転駆動手段と、ケーシングの外周面に周方向所要
   間隔でケーシング長手方向に配管装備され、ケーシング
   の下端部で圧力流体を下向きに噴射する複数本の圧力流
   体噴射管と、圧力流体供給源に接続され、各圧力流体噴
   射管に圧力流体を供給するスイベル機構とからなること
   を特徴とする掘削装置。
4. 【請求項４】 前記圧力流体供給源は、圧力エアまたは
   圧力水のいずれかを選択的に供給するようになっている
   ことを特徴とする請求項３に記載の掘削装置。