JPH10140959A - 切削ビットを用いた掘削工法及び掘削装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ベントナイト等を必要とすることなく、かつ
低振動、低騒音で、効率良く経済的な施工が可能な掘削
工法及びその装置を提供する。 【解決手段】切削半径が可変な拡縮径機能を有する切削
ビット１１を使用し、まず、切削ビット１１を拡径した
状態で、円筒ケーシング１（又は鋼管杭）を連行しなが
ら地盤を掘削し、掘削後は切削ビット１１を縮径して、
円筒ケーシング１の内側より切削ビット１１のみを引き
上げ、円筒ケーシング１を地盤内に残留させる。切削ビ
ット１１が円筒ケーシング１を連行しながら削孔するた
め、不均質な地盤や湧き水の多い崩壊性地盤でも、円筒
ケーシング１により確実に孔壁を保護することができ、
ベントナイト等を必要としない。また、オーガタイプの
切削ビット１１を使用するため、パーカッション型ビッ
トを用いた場合に比べ低振動・低騒音であり、ケーシン
グパイプ等の接続においてもネジ接続等の機械的接続を
採用することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、地中に杭を施工す
るための地盤掘削工法及び掘削装置に関し、特にデバイ
スに取り付けられた切削ビットの回転により地盤を掘削
する工法とその装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、埋立地などの不均質な地盤に対
しては、地中深くに杭（くい）を施工することで地盤自
体の強度を高めることが従来より行われており、またこ
の他にも不安定な地盤や岩盤に地滑り抑止杭や山留め杭
などを施工し、地滑りや山崩れ等の災害発生を未然に食
い止めようとする試みがなされている。

【０００３】ところで、杭の施工手順としては、例えば
上記地滑り抑止杭の場合、掘削工、杭の建て込み、杭の
継手溶接、外詰・中詰工という工程順で行われている。
この内、掘削工については、ロータリー型のボーリング
機械を用いた掘削工法が一般的であり、地質や削孔径に
応じてロッドの先端に取り付けられる削孔用ビットを使
い分けている。また、近年ではこのロータリー式ボーリ
ング工法以外にも、パーカッション型掘削機を使用した
削孔も行われており、更に拡縮するパーカッション型ビ
ットを用いてケーシングを連行する施工もなされてい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記ロータ
リー型ボーリング工法においては、ビットによって形成
された削孔壁の崩壊を防止するため、良質な泥水（ベン
トナイト液）を常時削孔内に循環させる必要があるが、
使用後のベントナイト液は産業廃棄物として適切に処理
しなければならず、施工業者にとってはこのベントナイ
ト処理に要する労力や経費が大きな負担となっていた。

【０００５】また、パーカッション型拡縮ビットを用い
てケーシングを連行する施工においては、打撃による掘
削のために周囲への振動や騒音発生という点で環境上、
問題がある。さらに、掘削が進行してケーシングを継ぎ
足す際にも次のような問題がある。即ち、ケーシング同
士の接続を溶接によって行うと、施工能率が低下するた
め、最近では、ケーシング同士をネジ止めするという方
法が採用されてきているが、パーカッション型の施工方
法の場合には、掘削時の振動により接続部分のネジが緩
んでしまうという問題があり、従来どおり溶接によって
接続せざるを得ず、施工能率が低下してしまう。

【０００６】本発明はかかる現状に鑑みてなされたもの
であって、孔壁保護を目的とするベントナイト等を必要
とすることなく、かつ低振動、低騒音で、効率良く経済
的な施工が可能な掘削工法及びその装置を提供すること
を目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明による掘削工法は、切削半径が可変な拡縮径
機能を有する切削ビットを使用する掘削工法において、
上記切削ビットを拡径した状態で、円筒ケーシング又は
鋼管杭を連行しながら地盤を掘削し、掘削後において
は、上記切削ビットを縮径して、上記円筒ケーシング又
は鋼管杭の内側より切削ビットのみを引き上げ、円筒ケ
ーシング又は鋼管杭を地盤内に残留させることを特徴と
している。

【０００８】即ち、本発明においては、切削ビットが円
筒ケーシング又は鋼管杭を連行しながら削孔するため、
不均質な地盤や湧き水の多い崩壊性地盤でも、円筒ケー
シング又は鋼管杭により確実に孔壁を保護することがで
き、ベントナイト等を必要としない。また、切削ビット
を使用するため、パーカッション型ビットを用いた場合
に比べ低振動・低騒音であり、ケーシングパイプ等の接
続においてもネジ接続等の機械的接続を採用することが
できる。

【０００９】また、上記掘削工法において好ましくは、
切削ビットは駆動手段によって回転するロッドに着脱自
在に取り付けられる。このため、刃先が破損した場合で
も交換が容易である。

【００１０】更に、上記掘削工法において、前記ロッド
の軸部分は中空化され、ロッド内部を介して掘削補助流
体が切削部へと供給されることが好ましい。この場合、
掘削補助流体として、例えば水や空気を切削部に供給す
ることで、掘削によって生じた土砂は上方に吹き上げら
れ、ロッドと円筒ケーシング又は鋼管杭との間隙部を介
して地上へと搬出されることとなる。

【００１１】また、前記ロッドとして、土砂を地上部へ
と搬出するためのスクリュを有するオーガスクリュロッ
ドを採用すれば、より効率よく土砂を地上部へ運搬する
ことができる。

【００１２】また更に本発明によれば、ロッドと、前記
ロッドの先端に固定されたデバイスと、前記デバイスの
底面に取り付けられその切削径を可変とする切削ビット
と、前記ロッドを回転する駆動手段とを有する掘削装置
も提供される。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら、本発
明に係る掘削装置及び掘削工法の一実施形態を説明す
る。

【００１４】図１は、掘削クレーンＫによって吊り下げ
られた本発明の掘削装置を示し、図２はその切削ユニッ
トの部分的縦断面図である。これらの図１、２におい
て、１はその内部に掘削装置主要部を配する円筒ケーシ
ング（又は、円筒状鋼管杭）であり、２は切削ユニッ
ト、３は切削ユニット２を取り付けたオーガスクリュロ
ッドである。オーガスクリュロッド３は、中空スクリュ
シャフト４とその周囲に取り付けられたスクリュ５によ
って構成されており、掘削クレーンＫに吊り下げられた
駆動モータ６によって回転させることで、掘削された土
砂をオーガスクリュロッド３と円筒ケーシング１との間
隙部Ｎを介してスクリュ５により上方に運搬できるよう
になっている。尚、駆動モータ６の近傍には、後述する
流動物（掘削補助流体）注入のためのコンプレッサ７や
ポンプ８なども設けられる。

【００１５】図２に示すように、切削ユニット２は、オ
ーガスクリュロッド３の先端にジョイント９を介して固
定されたデバイス１０と、デバイス１０の底面に着脱自
在に取り付けられた３個の切削ビット（又は、ビットヘ
ッドとも呼ぶ）１１を備えており、デバイス１０は、円
筒ケーシング１端部に取り付けられたケーシングトップ
１２に対して回転可能に支持されている。

【００１６】ジョイント９及びデバイス１０の中心部
は、中空スクリュシャフト４に連続して中空構造となっ
ており、オーガスクリュロッド３内部に設けられた流動
路１８を介して供給された水、空気等の流動物（掘削補
助流体）を切削ビット１１周囲の掘削域まで供給可能に
なっている。図２から明らかなように、各切削ビット１
１は、上方へ突出する軸１４を備えており、デバイス１
０に設けられた軸孔１５にカラー１６を介して回転可能
に嵌合されている。

【００１７】図３は、デバイス１０の底面図である。こ
の図から明らかなように、デバイス１０には、３つの軸
孔１５が、デバイス１０の中心軸周りで１２０度間隔毎
に設けられている。また、デバイス１０の底面中央部に
開口する孔１７ａは、オーガスクリュロッド３を通る流
動路１８に連通して、水、空気等の掘削補助流体を切削
ビット１１近傍へと噴出させる噴口である。前記３つの
軸孔１５にそれぞれ隣接し、デバイス１０の底面に開口
する３つの孔１７ｂは、分岐路１９を介してオーガスク
リュロッド３を通る流動路１８に連通して、孔１７ａと
同様に掘削補助流体を切削ビット１１近傍へと噴出させ
る噴口である。２１は、デバイス１０と円筒ケーシング
１あるいは図示しないケーシングトップ１２との間に形
成される空隙部であって、前記孔１７ａ，１７ｂから掘
削補助流体を噴出することによって、掘削により生じた
土砂を円筒ケーシング１内に送り込むための通路となっ
ている。

【００１８】図４及び図５は、切削ユニット２の底面図
である。３個の切削ビット１１は、各軸孔１５周りに回
転し、デバイス１０の中心部に隙間を形成するか否か
で、縮径状態から拡径状態へと変化することができる。
図４は、オーガスクリュロッド３が図中時計回り方向に
回転することで各切削ビット１１が地盤からの抵抗を受
け縮径した状態を示し、図５はオーガスクリュロッド３
が反時計回り方向に回転することで各切削ビット１１が
軸孔１５周りを時計回り方向に回転し、拡径した状態を
示している。

【００１９】各切削ビット１１の外形輪郭は、主として
外周面１１ａと直状内端面１１ｂと直状後端面１１ｃと
によって構成されており、切削部位である先端部分１１
ｄの反対側に位置する直状後端面１１ｃは、直状内端面
１１ｂに対して傾斜している。各切削ビット１１が、こ
のように傾斜した直状後端面１１ｃを備えることによ
り、その縮径状態においても、また拡径状態において
も、切削ビット１１の直状後端面１１ｃは、隣接する他
の切削ビット１１の直状内端面１１ｂに面接触するとと
もに、直状内端面１１ｂは残りの切削ビット１１の直状
後端面１１ｃと面接触し、特に掘削時には安定支持状態
で地盤切削が可能となる。

【００２０】デバイス１０の底面に設けられた３個の孔
１７ｂは、図５に示すように、切削ユニット２が拡径し
た状態において露出するよう構成されている。尚、前後
するが、上述した円筒ケーシング１の外径は、拡径状態
にある切削ビット１１の最大切削径よりも小さく、また
その内径は、縮径状態にある切削ビット１１やデバイス
１０の外径よりも大きく設定されている。

【００２１】次に、このような掘削装置を使用した掘削
工法について、地滑り抑止杭を例にとり、図１〜図５及
び図６を参照して説明する。

【００２２】上述したような掘削装置を組立てる予備段
階として、まず最初に円筒ケーシング１に対してケーシ
ングトップ１２を係合し、例えば溶接等の手段によって
一体化する。そして次に、円筒ケーシング１の中に切削
ビット縮径状態にある切削ユニット２を挿通し、図２に
示すように、ケーシングトップ１２の後端１２ａをデバ
イス１０の段付き部１０ａに相対回転可能に係止し、デ
バイス１０と円筒ケーシング１とを一体化させる。

【００２３】次に、以上のようにして組立てられた掘削
装置を、図６（ａ）に示すように掘削目標となる地面Ｇ
に突き当て、駆動モータ６によってオーガスクリュロッ
ド３を回転させる。この結果、切削ユニット２において
は、その回転遠心力によって各切削ビット１１が拡径さ
れることとなり、デバイス１０より外方に突出した切削
ビット１１先端によって地盤が徐々に掘削され、地面Ｇ
に対し略垂直方向に掘削孔Ｈが形成されることとなる。

【００２４】尚、この時、円筒ケーシング１は、デバイ
ス１０と共に回転することなく、デバイス１０との係合
関係を維持しつつ、切削ユニット２による削孔に連動し
て掘削孔Ｈ内を下方に連行される（図６（ｂ）参照）。
従って、掘削工程においては掘削孔Ｈの孔壁が円筒ケー
シング１によって覆われることとなり、孔壁の崩壊が防
止される。また、掘削によって生じた土砂は、中空スク
リュシャフト４内を軸線方向に走る流動路１８、若しく
はデバイス１０に形成された分岐路１９を介して孔１７
ａ，ｂより勢いよく噴射される掘削補助流体（例えば
水、空気等）によって上方に噴き上げられ、デバイス１
０と、ケーシングトップ１２及び円筒ケーシング１との
空隙部２１を通って円筒ケーシング１内に送り込まれ、
更に地上へと延びるオーガスクリュロッド３のスクリュ
５によって地上へと運搬される。

【００２５】このようにして削孔が進行し、１本目の円
筒ケーシング１が適当な地中深さまで連行されたなら
ば、次に駆動モータ６を逆転して切削ビット１１を図４
に示すように縮径させる。これにより、切削ビット１１
の外径はデバイス１０の外径よりも小さくなり、円筒ケ
ーシング１を掘削孔Ｈ内に残留させたままオーガスクリ
ュロッド３及び切削ユニット２のみを引き上げることが
可能となる。

【００２６】引き上げが完了したならば、次に、図６
（ｃ）に示すように２本目の円筒ケーシング１を先行す
る円筒ケーシング１にネジ接続（或は溶接）するととも
に、オーガスクリュロッド３もまたネジ接続して土砂の
運搬長さを増やし、再度円筒ケーシング１の中にオーガ
スクリュロッド３を挿入し、駆動モータ６を正転させ掘
削再開する。このようにして、所定の杭長まで掘削と円
筒ケーシング１、オーガスクリュロッド３の接続が繰り
返される。

【００２７】所定の杭長の掘削が終了したならば、切削
ビット１１を地盤又はケーシングトップ１２に接触させ
た状態で駆動モータ６を逆転して切削ビット１１を縮径
させ、図６（ｄ）に示すように円筒ケーシング１からオ
ーガスクリュロッド３と切削ユニット２を上方に引き抜
く。このようにして本発明の掘削装置が掘削孔Ｈより撤
去されたならば、次に図６（ｅ）に示すように、鋼管杭
２０（又はＨ型杭鋼）を掘削クレーンＫで吊り下げ、こ
れを円筒ケーシング１の中に建て込む。

【００２８】その後は、同図（ｆ）に示すように外詰モ
ルタルを鋼管杭２０の内部を通じて外周部に注入し、モ
ルタル硬化後は、同図（ｇ）に示すように掘削クレーン
Ｋで円筒ケーシング１を上方に引き抜き、さらに中詰め
コンクリート等の打設を行い、以って杭が形成されるこ
ととなる。尚、円筒ケーシング１の代わりに鋼管杭を用
いた場合は、当然ながら図６（ｅ）の鋼管杭の建て込み
と、同図（ｇ）の円筒ケーシング１の作業を廃すること
ができる。

【００２９】以上に説明したとおり、これまでのオーガ
タイプの掘削機械は、オーガスクリュロッド自体または
ケーシング先端に切削ビットが固定されており、その切
削ビットの交換はスクリュロッドやケーシングそのもの
を交換する必要があったのに対し、本実施形態の切削ビ
ットは、オーガスクリュロッドやデバイスとは別体で構
成され脱着可能な構造であるため、刃先が破損した場合
でも交換が容易である。また、本掘削装置の切削ビット
は、縮径、拡径時にそれぞれが互いに面当たりで係合す
る構造であるため、縮径、拡径動作の信頼性が高く、ま
たこれまでの偏心タイプの拡径ビットと異なり、円周方
向外方に均等に開くため、孔曲がりのない削孔が可能と
なる。

【００３０】

【発明の効果】以上、説明したように、本発明によれ
ば、ケーシング又は鋼管杭を連行して掘削するため、孔
壁保護を目的とするベントナイト等を必要とすることが
なく、産業廃棄物処理の煩わしさを回避することができ
る。加えて、本発明の工法は切削ビットを回転させるこ
とで地盤掘削するものであるため、パーカッションタイ
プの掘削法に比較して低振動かつ低騒音の施工が可能と
なり、周囲の環境に悪影響を与えることがない。また低
振動・低騒音化に伴い、ケーシングパイプの連結手段と
して、これまでの溶接に代わってネジを使用することが
でき、ケーシング接続に要する労力や経費を低減するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による掘削装置及びこれを携える掘削ク
レーンの外観図である。

【図２】図１の掘削装置の切削ユニット部分を示す部分
的縦断面図である。

【図３】図２の切削ユニットに用いられるデバイスの底
面図である。

【図４】縮径状態にある図２の切削ユニットの底面図で
ある。

【図５】拡径状態にある図２の切削ユニットの底面図で
ある。

【図６】本発明による掘削工法を適用した杭施工過程を
示す図である。

【符号の説明】

１…円筒ケーシング ２…切削ユニット ３…オーガスクリュロッド ４…中空スクリュシャフト ５…スクリュ ６…駆動モータ ７…コンプレッサ ８…ポンプ ９…ジョイント １０…デバイス １１…切削ビット １２…ケーシングトップ １４…軸 １５…軸孔 １６…カラー １７…孔 １８…流動路 １９…分岐路 ２０…鋼管杭 ２１…空隙部 Ｇ…地面 Ｈ…掘削孔 Ｋ…掘削クレーン Ｎ…間隙部

フロントページの続き (72)発明者 松岡 道男 茨城県土浦市東中貫町２−７ 株式会社テ トラ応用水理研究所内 (72)発明者 岡野 直次 静岡県静岡市御幸町８ 株式会社テトラ静 岡営業所内 (72)発明者 竹内 聖一 茨城県土浦市東中貫町２−７ 株式会社テ トラ応用水理研究所内 (72)発明者 櫻田 稔 神奈川県厚木市鳶尾５丁目８番12号 (72)発明者 林 猛 岐阜県安八郡神戸町横井 三菱マテリアル 株式会社岐阜製作所内 (72)発明者 佐分利 明弘 岐阜県安八郡神戸町横井 三菱マテリアル 株式会社岐阜製作所内 (72)発明者 藤墳 和夫 岐阜県安八郡神戸町横井 三菱マテリアル 株式会社岐阜製作所内

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 切削半径が可変な拡縮径機能を有する切
   削ビットを使用する掘削工法であって、上記切削ビット
   を拡径した状態で、円筒ケーシング又は鋼管杭を連行し
   ながら地盤を掘削し、掘削後においては、上記切削ビッ
   トを縮径して、上記円筒ケーシング又は鋼管杭の内側よ
   り切削ビットのみを引き上げ、円筒ケーシング又は鋼管
   杭を地盤内に残留させることを特徴とする掘削工法。
2. 【請求項２】 前記切削ビットは、駆動手段によって回
   転するロッドに着脱自在に取り付けられ、切削ビットに
   よって掘削された土砂は、上記ロッドと円筒ケーシング
   又は鋼管杭との間隙部を介して地上部へと搬出されるこ
   とを特徴とする、請求項１に記載の掘削工法。
3. 【請求項３】 前記ロッドの軸部分は中空化され、前記
   ロッド内部を介して掘削補助流体が切削部へと供給され
   ることを特徴とする、請求項２に記載の掘削工法。
4. 【請求項４】 前記掘削補助流体は、水または空気であ
   ることを特徴とする、請求項３または４に記載の掘削工
   法。
5. 【請求項５】 前記ロッドは、掘削された土砂を地上部
   へと搬出するためのスクリュを有するオーガスクリュロ
   ッドであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに
   記載の掘削工法。
6. 【請求項６】 ロッドと、前記ロッドの先端に固定され
   たデバイスと、前記デバイスの底面に取り付けられその
   切削径を可変とする切削ビットと、前記ロッドを回転す
   る駆動手段とを有する掘削装置。
7. 【請求項７】 さらに、前記ロッドを包む円筒ケーシン
   グ又は鋼管杭を有し、前記円筒ケーシング又は鋼管杭
   は、前記切削ビットの最大切削径よりも小さい外径を有
   すると共に、切削ビットの最少切削径よりも大きな内径
   を有することを特徴とする請求項６に記載の掘削装置。
8. 【請求項８】 前記切削ビットは複数からなり、隣接す
   る切削ビットに対し面接触して、前記デバイスに対し夫
   々回転可能に周状配置されることを特徴とする請求項６
   または７に記載の掘削装置。
9. 【請求項９】 前記ロッド及び前記デバイスの各内部に
   は、外部から切削部へ掘削補助流体を供給するべく流動
   路が形成されることを特徴とする請求項８に記載の掘削
   装置。
10. 【請求項１０】 前記ロッドは、掘削された土砂を地上
    部へと搬出するためのスクリュを有するオーガスクリュ
    ロッドであることを特徴とする請求項６〜９のいずれか
    に記載の掘削装置。