JPH0972183A - 掘削工法及び掘削装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 大口径大深度での掘削時にケーシングにか
かる過大な周面摩擦抵抗を低減し、大口径大深度竪孔の
掘削を可能にする。 【解決手段】 先端に掘削刃を備えたケーシング５をケ
ーシング回転圧入機１によって回転させながら地盤中に
圧入し、ケーシング５内部の土砂を排出しつつ地盤の掘
削を行う掘削工法であって、上記掘削の途上において、
ケーシング５の側壁に形成された流路より供給される滑
剤をリングジョイント４部分からケーシング５外周面と
掘孔側壁との間に注出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、建築基礎、橋梁基礎等
の基礎工事に伴う場所打ちコンクリート杭の造成にあた
り、地盤を掘削して大口径大深度竪孔を掘削形成するの
に利用される地盤の掘削工法及び掘削装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】上記場所打ちコンクリート杭造成用の竪
孔を掘削するのに、従来より、全旋回竪型掘削機を使用
してケーシングを回転させながら地盤中に圧入し、ケー
シング内部の土砂をハンマーグラブ等にて排出しつつ掘
削を行う工法が広く実施されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記全旋回竪型掘削機
の使用による掘削においては、掘孔の長さが長くなる
程、またその孔径が大きい程、地盤土圧によりケーシン
グにかかる外周圧が大きく、ケーシング周面摩擦抵抗が
大きくなる。しかして、孔径が１０００ｍｍ前後の比較
的小口径の場合には、掘孔長さが相当長くても、ケーシ
ング周面摩擦抵抗はそれ程問題にならないが、孔径が２
０００〜３０００ｍｍといった大口径の場合には、掘孔
長が例えば１０ｍを越えるようになると、ケーシングの
外周面にかかる土圧が急激に増大してその周面摩擦抵抗
が異常に高くなり、ケーシングの圧入が進まなくなり、
回転押し込み引き抜きができず、施工不能に陥る。

【０００４】本発明は、上記の課題に鑑み、大口径大深
度での掘削時にケーシングにかかる過大な周面摩擦抵抗
を低減し、それにより大口径大深度竪孔を容易に掘削可
能となる共に、施工能率を大幅に向上できる掘削方法及
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、先端に掘削刃を備えたケーシングをケーシ
ング回転圧入機によって回転させながら地盤中に圧入
し、ケーシング内部の土砂を排出しつつ地盤の掘削を行
う掘削工法であって、上記掘削の途上において、ケーシ
ングの側壁に形成された流路より供給される滑剤をケー
シングの先端側外周面所要部からケーシング外周面と掘
孔壁面との間に注出するようにしたものである。

【０００６】請求項２は、請求項１に記載の掘削工法に
おいて、前記滑剤を注出しながらケーシングを回転及び
上下動させるようにしたものである。

【０００７】請求項３に係る掘削装置は、ケーシング回
転圧入機１、掘削刃３を有する先行ケーシング２、該先
行ケーシング２に接続されるリングジョイント４、該リ
ングジョイント４に接続され、互いに接続可能な複数の
後続ケーシング５、及び最後端の後続ケーシング５に着
脱可能に装着されるスイベル装置６からなり、上記各後
続ケーシング５の側壁には、後続ケーシング５相互が接
続された状態で互いに連通可能な流路を設け、上記リン
グジョイント４には、該リングジョイント４に接続され
る後続ケーシング５の流路と接続可能な注出口２２を外
周面に開口するように設けると共に、該注出口２２に逆
止弁２３を設け、最後端の後続ケーシング５の流路に上
記スイベル装置６を介して滑剤を加圧供給するように構
成してなるものである。

【０００８】請求項４は、請求項３に記載の掘削装置に
おいて、前記逆止弁２３は、前記リングジョイント４の
内部通路２１と前記注出口２２との間に設けられた弁孔
２８と、該弁孔２８の内径より径小で該弁孔の孔長より
も長い弁軸２９と、前記注出口２２内に位置するように
弁軸２９の外端に突設され、土圧によって弁孔２８を閉
止する弁体３０と、上記弁軸２９の内端に放射状に突設
され、上記弁体３０を開放位置に保持するように上記弁
孔２８の内端面に当接される保持部片３１とからなり、
上記内部通路２１に導入される滑剤の圧力により弁体３
０が土圧に抗して開放されるようになっている。

【０００９】

【発明の実施の形態】図１は本発明に係る掘削装置を示
しており、この図において、１は全旋回型ケーシング回
転圧入機、２は掘削刃３を有する先行ケーシング、４は
先行ケーシング２に接続されるリングジョイントであ
る。５は、リングジョイント４に着脱可能に接続される
と共に、互いに接続可能な複数の後続ケーシングであ
り、６は最後端（最上端）の後続ケーシング５に着脱可
能に装着されるスイベル装置である。全旋回型ケーシン
グ回転圧入機１は、従来より使用されている周知構造の
もので、ケーシング５を機枠７の中央部内に貫通させ、
ケーシング５の外周面をチャック８で把持して油圧モー
ター（図示せず）により回転させながら、このケーシン
グ５を圧入引抜用油圧シリンダ９によって圧入及び引き
抜きを行わせるようになっている。また、図１におい
て、１０、コンクリート杭を形成するグラウトの注入時
に使用されるグラウトミキサー、１１は、このミキサー
１０に接続されたモルタルポンプで、ポンプ１１はホー
ス１２を介してスイベル装置６に接続される。

【００１０】図２及び図３は、先行ケーシング３、リン
グジョイント４及び各後続ケーシング５の拡大詳細縦断
面図、図４及び図５は、それぞれ後続ケーシング５の横
断面図を示している。これらの図から明らかなように、
各後続ケーシング５は、内筒部材１３ａ、これより若干
径大の外筒部材１３ｂ、及びこれら両筒部材１３ａ，１
３ｂ間の環状空間部１６に周方向所要間隔おきに介装さ
れた複数の補強部材１３ｃからなるケーシング本体１３
と、このケーシング本体１３の上端に溶接で一体に連設
された上端ケーシング部１４と、ケーシング本体１３の
下端に同様に溶接で一体に連設された下端ケーシング部
１５とによって構成され、そして上端ケーシング部１４
には接続用雄部１４ａが、下端ケーシング部１５には接
続用雌部１５ａが形成され、また上端及び下端ケーシン
グ部１４，１５には連通孔１７，１８がそれぞれ周方向
４５度の間隔で４個ずつ縦に貫設されている。尚、ケー
シング本体１３の内外両筒部材１３ａ，１３ｂ間の環状
空間部１６は、図４に示すように、複数の補強部材１３
ｃにより仕切られて複数の小空間部１６ａに区画されて
いるが、各小空間部１６ａは、例えば補強部材１３ｃに
横孔を設ける等の手段を講じることによって互いに連通
されているものとする。

【００１１】しかして、各後続ケーシング５相互を接続
するにあたっては、例えば図２に示すように、下段側後
続ケーシング５の上端ケーシング部１４の接続用雄部１
４ａに、上段側後続ケーシング５の下端ケーシング部１
５の接続用雌部１５ａを係合させると共に、上記上端ケ
ーシング部１４の連通孔１７と上記下端ケーシング部１
５の連通孔１８とが重合するようにし、斯かる状態で接
続用雄部１４ａと接続用雌部１５ａとに複数のジョイン
トピン１９（図１及び図５参照）を貫通させて両者を結
合すればよい。こうして両ケーシング５，５を接合する
ことにより、両ケーシング５，５の環状空間部１６，１
６が連通孔１７，１８を通じて互いに連通される。

【００１２】また図２に示すように、リングジョイント
４は、後続ケーシング５と同じ厚みの円筒体からなるも
ので、上端部には後続ケーシング５の接続用雌部１５ａ
と係合する接続用雄部４ａが形成され、下端部には先行
ケーシング２に設けられた接続用雄部２ａと係合する接
続用雌部４ｂが形成されている。また、このリングジョ
イント４の上端部側には後続ケーシング５の連通孔１８
と対応する位置に連通孔２０が設けられ、この連通孔２
０は、当該リングジョイント４の内部通路２１（連通孔
２０の真下に位置する）と連通し、この内部通路２１
は、リングジョイント４の外周面に開口する注出口２２
に通じている。この注出口２２は、前記連通孔１７，１
８，２０と同様に、リングジョイント４の周方向４５度
の間隔で４箇所に形成され、そして各注出口２２には逆
止弁２３が設けられている。

【００１３】上記リングジョイント４と後続ケーシング
５との接続は、リングジョイント４側の接続用雄部４ａ
と後続ケーシング５側の接続用雌部１５ａとを係合させ
ると共に、後続ケーシング５側の連通孔１８とリングジ
ョイント４側の連通孔２０とが重合するようにして、両
係合部間にジョイントピン１９（図１参照）を貫通させ
ればよく、また、リングジョイント４と先行ケーシング
２との接続は、リングジョイント４側の接続用雌部４ｂ
と先行ケーシング２側の接続用雄部２ａとを係合させ
て、両係合部に上記同様なジョイントピン（図示省略）
を貫通させるだけでよい。従って、リングジョイント４
と後続ケーシング５との接続により、後続ケーシング５
の環状空間部１６とリングジョイント４の内部通路２１
とが連通孔１８，２０を通じて連通される。

【００１４】スイベル装置６は、図１及び図３に示すよ
うに、ポンプ１１からホース１２によって圧送されてく
る液体（滑剤）を、回転中の後続ケーシング５の環状空
間部１６内に導入するもので、図３に示すように最後端
（最上段）の後続ケーシング５の接続用雄部１４ａに対
し着脱可能にして且つ相対回転可能に装着される取付部
２４と、図１に示すようにホース１２と接続している本
体部２５とからなり、取付部２４には、後続ケーシング
５の接続用雄部１４ａに相対回転可能に係合するフラン
ジ部２４ａに環状溝２６が形成され、この環状溝２６
は、本体部２５内から延びた液体通路２７と連通してい
る。しかして、本体部２５内部から液体通路２７を通っ
て環状溝２６に圧送さられてくる滑剤は、この環状溝２
６から後続ケーシング５の上端ケーシング部１４の連通
孔１７を通じて当該ケーシング５内の環状空間部１６に
導入される。

【００１５】上記のようにして最後端（最上段）の後続
ケーシング５の環状空間部１６に導入された滑剤は、そ
の下端ケーシング部１５の連通孔１８から下段側の後続
ケーシング５の連通孔１７を通じて環状空間部１６に送
られ、この環状空間部１６内の滑剤はその下端ケーシン
グ部１５の連通孔１８から連通孔２０を介してリングジ
ョイント４の内部通路２１内に導入され、注出口２２か
らその外へ噴出されることになる。

【００１６】前記逆止弁２３は、図６及び図７に詳細に
示すように、リングジョイント４の内部通路２１と注出
口２２との間に設けられた弁孔２８と、この弁孔２８の
内径より径小で弁孔２８の孔長よりも長い弁軸２９と、
注出口２２内に位置するように上記弁軸２９の外端に突
設され、土圧によって弁孔２８を閉止する弁体３０と、
上記弁軸２９の内端に放射状に突設され、上記弁体３０
を弁開放位置に保持するように上記弁孔２８の内端面に
当接される保持部片３１とから構成されている。従っ
て、掘削装置に使用中に、リングジョイント４の内部通
路２１に加圧された滑剤が導入されていないときは、弁
体３０は、リングジョイント４の周囲地盤の土圧によっ
て図６の（Ａ）に示す状態に弁孔２８の外端に押し付け
られて弁孔２８を閉止し、従って土砂が弁孔２８内に侵
入することがない。また、リングジョイント４の内部通
路２１に加圧された滑剤が導入されると、その滑剤の圧
力によって弁体３０が図６の（Ｂ）に示すように土圧に
抗して開放されるようになっている。図７の（Ａ）は、
弁体３０を弁孔２８の外側から見た図面、同図の（Ｂ）
は、弁体３０を弁孔２８の内側から見た図面である。

【００１７】このような構成の逆止弁２３によれば、注
出口２２内の弁体３０が、リングジョイント４の内部通
路２１からの滑剤の圧力、周囲地盤の土圧によって、軸
方向に移動して、弁孔２８を開閉するようになっている
ため、弁体がヒンジ形となっている従来の逆止弁に比
べ、構造的に頑強で耐用性に優れていると共に、開閉動
作を迅速で確実に行うことができる。

【００１８】前記滑剤は、水、ベントナイト及び増粘造
壁剤（調整剤）の混合物であって、好ましい滑剤として
は、水１０００Ｋｇに対し、ベントナイト５０Ｋｇと増
粘造壁剤２Ｋｇを加えたものがよい。この滑剤は、図１
に示すグラウトミキサー１０によって混合する。また、
上記掘削装置において、先行ケーシング２の長さは１
ｍ、リングジョイント４の長さは２ｍ、後続ケーシング
５の長さは５ｍとし、またそれらの外径は３０００ｍｍ
とする。

【００１９】以上説明したような構成の掘削装置の使用
による掘削方法について、図７を参照して説明すると、
先ず図７の（Ａ）に示すように、先行ケーシング２及び
リングジョイント４を接続した１本目の後続ケーシング
５を、全旋回型ケーシング回転圧入機１により回転（正
転）させながら地盤中に圧入し、この後続ケーシング５
をある程度まで圧入した後、ケーシング５内部の土砂を
ハンマーグラブ３２によって掘削し、排土する。このよ
うな圧入と掘削排土を繰り返して１本目の後続ケーシン
グ５による掘孔を終えたならば、同図（Ｂ）に示すよう
に、この後続ケーシング５に２本目の後続ケーシング５
を接続して、引き続き上記同様な圧入と掘削排土を行
う。尚、１本目のケーシング５によって７〜８ｍ程度ま
で掘孔されることになる。

【００２０】図７の（Ｂ）に示すように２本目の後続ケ
ーシング５を圧入して、掘孔長さが例えば１０ｍ程度に
達すると、ケーシング５の外周面にかかる土圧Ｐが急激
に増大して、その周面摩擦抵抗が異常に大きくなり、圧
入不能状態となる。斯かる状態になったとき、またはそ
の若干手前の段階において、全旋回型ケーシング回転圧
入機１の駆動を一旦停止し、上段（最後端）の後続ケー
シング５の上端に、同図の（Ｃ）に示すようにスイベル
装置６を装着する。しかして、グラウトミキサー１０に
よって混合される滑剤を、ポンプ１１により圧送して、
スイベル装置６の取付部２４から上段の後続ケーシング
５、下段の後続ケーシング５及びリングジョイント４に
亘る一連の流路に加圧供給し、リングジョイント４外周
面の各注出口２２から注出する。こうして滑剤を各注出
口２２から注出しながら、全旋回型ケーシング回転圧入
機１の駆動を再開して、後続ケーシング５を回転させ且
つ所定ストローク上下動させる。

【００２１】リングジョイント４外周面の各注出口２２
から注出された滑剤は、後続ケーシング５の回転と上下
動に伴って、図７（Ｃ）に示すように先行ケーシング２
外周面及び後続ケーシング５外周面と掘孔壁面との隙間
に十分に浸透し、ケーシング外周面と掘孔壁面との滑り
を良くして、ケーシング周面摩擦抵抗を低減せしめる。
このように、滑剤の注出によってケーシング周面摩擦抵
抗が低減されるから、３０００ｍｍもの大口径の掘孔作
業を、数１０ｍという大深度までも継続して容易に行う
ことができる。尚、滑剤を注出しながら、ケーシング５
を回転させてそのまま圧入してもよいが、ケーシング５
を、上述のように回転させながら尚且つ所定ストローク
上下動させることにより、滑剤がケーシング５と掘孔壁
との隙間に広く行き渡って、ケーシング周面摩擦抵抗を
より効果的に低減させることができる。

【００２２】また、上述した本発明の掘削装置では、滑
剤が注出される注出口２２を、先行ケーシング２や後続
ケーシング５に設けるのではなく、外周圧が最も大きく
作用し周面摩擦抵抗の大きい、掘削刃３先端より例えば
２〜３ｍ上方のリングジョイント４部分に設けているた
め、ケーシング周面摩擦抵抗をより効果的に低減させる
ことができ、また先行ケーシング２や後続ケーシング５
に設けるのに比べ、製作的に有利である。

【００２３】また、滑剤を供給するための流路を、各後
続ケーシング５の側壁に、該後続ケーシング５相互が接
続された状態で互いに連通可能に設けると共に、各後続
ケーシング５の流路を注出口２２に接続可能としている
ため、特別な配管が不要になると共に、流路相互の接続
が簡単となる。特に、各後続ケーシング５の流路は、後
続ケーシング５のケーシング本体１３に形成されている
環状空間部１６を利用し、これに連通孔１７，１８を設
けたものであるから、流路の形成が容易である。また、
注出口２２に逆止弁２３を設けているため、掘削施工中
に土砂等が注出口２２内に侵入することがない。また、
最後端の後続ケーシング５の流路に滑剤を加圧供給する
のにスイベル装置６を用いるため、ケーシング５を回転
させながら、滑剤の供給を行うことができ、しかもこの
スイベル装置６は後続ケーシング５に対し着脱可能であ
るから、滑剤の供給時のみ装着すればよい。更に、滑剤
は、グラウトの注入に使用されるミキサー１０によって
混合すると共に、このミキサー１０に接続されたモルタ
ルポンプ１１によってケーシング側に圧送するようにし
ているため、滑剤の混合及び圧送のための特別な設備が
不要となる。

【００２４】

【発明の効果】請求項１に係る掘削方法によれば、掘削
の途上で、ケーシング側壁に形成された流路より供給さ
れる滑剤をケーシングの先端側外周面所要部からケーシ
ング外周面と掘削孔壁との間に注出することによって、
ケーシング外周部と掘孔壁面との滑りを良くして、ケー
シング周面摩擦抵抗を低減させることができる。従っ
て、孔径が２０００〜３０００ｍｍといった大口径で、
掘孔長が数１０ｍにも及ぶような大口径大深度竪孔の掘
削施工が容易に可能となる。

【００２５】請求項２によれば、滑剤を注出しながら、
ケーシングを回転させ且つ所定ストローク上下動させる
ことにより、滑剤がケーシングと掘孔側壁との隙間に十
分行き渡って、ケーシング周面摩擦抵抗をより効果的に
低減させることができる。

【００２６】請求項３に係る掘削装置を使用することに
よって、大口径大深度竪孔の掘削施工を容易に実施する
ことができる。特に、この掘削装置によれば、滑剤が注
出される注出口を、先行ケーシングや後続ケーシングに
設けるのではなく、外周圧が最も大きく作用し周面摩擦
抵抗の大きい、掘削刃先端よりのリングジョイント部分
に設けるから、ケーシング周面摩擦抵抗を効果的に低減
させることができ、また先行ケーシングや後続ケーシン
グに設けるのに比べ、製作が容易となる。

【００２７】また、滑剤を供給するための流路を、各後
続ケーシングの側壁に、該後続ケーシング相互が接続さ
れた状態で互いに連通可能に設けると共に、各後続ケー
シングの流路を注出口に接続可能としているため、特別
な配管が不要になると共に、流路相互に接続が簡単とな
る。また、注出口に逆止弁を設けているため、掘削施工
中に土砂等が注出口内に侵入することがない。また、最
後端の後続ケーシングの流路に滑剤を加圧供給するのに
スイベル装置を用いるため、ケーシングを回転させなが
ら、滑剤の供給を行うことができ、しかもこのスイベル
装置は後続ケーシングに対し着脱可能であるから、滑剤
の供給時のみ装着すればよい。

【００２８】請求項４によれば、注出口内の弁体が、リ
ングジョイントの内部通路からの滑剤の圧力、周囲地盤
の土圧によって、軸方向に移動して、弁孔を開閉するよ
うになっているため、弁体がヒンジ形となっている従来
の逆止弁に比べ、構造的に頑強で耐用性に優れていると
共に、開閉動作を迅速で確実に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る掘削装置の全体側面図である。

【図２】 ケーシングの拡大縦断面図である。

【図３】 ケーシングへのスイベル装置の取付状態を示
す拡大縦断面図である。

【図４】 図１のＸ−Ｘ線拡大断面図である。

【図５】 図２のＹ−Ｙ線断面図である。

【図６】 逆止弁を示す縦断面図で、（Ａ）は閉弁状態
を示し、（Ｂ）は開弁状態を示す。

【図７】 （Ａ）は逆止弁を弁孔の外側から見た正面
図、（Ｂ）は同逆止弁を弁孔の内側から見た正面図であ
る。

【図８】 （Ａ）〜（Ｃ）は、掘削工程を順次説明する
説明図である。

【符号の説明】

１ 全旋回型ケーシング回転圧入機 ２ 先行ケーシング ３ 掘削刃 ４ リングジョイント ５ 後続ケーシング ６ スイベル装置 ２２ 滑剤の注出口 ２３ 逆止弁 ２４ スイベル装置 ２８ 弁孔 ２９ 弁軸 ３０ 弁体 ３１ 保持部片

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 先端に掘削刃を備えたケーシングをケー
   シング回転圧入機によって回転させながら地盤中に圧入
   し、ケーシング内部の土砂を排出しつつ地盤の掘削を行
   う掘削工法であって、上記掘削の途上において、ケーシ
   ングの側壁に形成された流路より供給される滑剤をケー
   シングの先端側外周面所要部からケーシング外周面と掘
   孔壁面との間に注出するようにした掘削工法。
2. 【請求項２】 前記滑剤を注出しながらケーシングを回
   転及び上下動させるようにした請求項１に記載の掘削工
   法。
3. 【請求項３】 ケーシング回転圧入機、掘削刃を有する
   先行ケーシング、該先行ケーシングに接続されるリング
   ジョイント、該リングジョイントに接続され、互いに接
   続可能な複数の後続ケーシング、及び最後端の後続ケー
   シングに着脱可能に装着されるスイベル装置からなり、
   上記各後続ケーシングの側壁には、後続ケーシング相互
   が接続された状態で互いに連通可能な流路を設け、上記
   リングジョイントには、該リングジョイントに接続され
   る後続ケーシングの流路と接続可能な注出口を外周面に
   開口するように設けると共に、該注出口に逆止弁を設
   け、最後端の後続ケーシングの流路に上記スイベル装置
   を介して滑剤を加圧供給するように構成してなる掘削装
   置。
4. 【請求項４】 前記逆止弁は、前記リングジョイントの
   内部通路と前記注出口との間に設けられた弁孔と、該弁
   孔の内径より径小で該弁孔の孔長よりも長い弁軸と、前
   記注出口内に位置するように弁軸の外端に突設され、土
   圧によって弁孔を閉止する弁体と、上記弁軸の内端に放
   射状に突設され、上記弁体を開放位置に保持するように
   上記弁孔の内端面に当接される保持部片とからなり、上
   記内部通路に導入される滑剤の圧力により弁体が土圧に
   抗して開放されるようになっている請求項３に記載の掘
   削装置。