JPH10298988A - 杭打機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】杭打機の騒音を極小化する。 【構成】杭２の下端部を先導体４で案内し、ハンマーで
先導体４を打ち込む。杭は、振動的加速度を与える加速
機１１の遠心又は直線加速の反作用により下向きの押し
込み力を受ける。偏心回転体を用いる場合には、この遠
心反作用と杭等の質量と地盤からの抵抗から、加速機１
１の偏心回転体２４の回転角速度ωが計算され、その回
転角速度ωより僅かに大きい値になるように制御するこ
とにより、加速機１１の振動騒音を極小化することがで
きる。直線又は線形加速体を用いる場合には、油圧差の
可変及び切換周波数の変化により、より適切な加速度に
制御する。加速体と杭との相互作用は、衝撃音を発生さ
せない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、ダブルハンマー杭
打機の改良に関する。更に詳しくは、ハンマーが落下式
であり加速機が振動式であり騒音の発生を防止する杭打
機に関する。

【０００２】

【従来の技術】杭打ち基礎は、杭を地盤に打ち込み、上
部の荷重を支持するものである。この杭打ち基礎の中で
既製杭を使う施工法には、杭打ちの前に、アースオーガ
ーなどにより孔が形成されるものがある。その孔に杭を
打ち込むための杭打機は、自由落下ハンマーが用いられ
ている。落下するハンマーと既製杭の上端との間で発生
する衝撃音は、市街地で特に嫌われている。このため騒
音の発生を防止した杭打機が知られ、市街地の地盤改良
工事で威力を発揮している。騒音発生を抑制するこのよ
うな杭打機は、ダブルハンマー式杭打機として知られて
いる。

【０００３】このダブルハンマー式杭打機の原理は、特
開昭６１−１０６２４号公報、実公平６−２１９５７号
公報等で説明されている。この杭打機では、円筒体の既
製杭の下端が支持体又は先導体で支持され、その円筒体
の中で主ハンマーが落下してその支持体を孔中で打ち込
むと同時に、従ハンマーが落下してその上端を叩いて既
製杭を打ち込む。

【０００４】ハンマーが地中深い位置で支持体を叩くの
でこのような杭打機では、騒音が既製杭である円筒体の
中で発生し既製杭の中及び地盤中でその殆どが消去され
る。支持体が先行すればほとんどの場合自重で沈降する
既製杭そのものの打ち込みに必要な力は弱くてよいの
で、全体としても騒音は少なく、このような杭打機は市
街地で使用されるものとして好適である。

【０００５】一方、シリンダ側を反力として小重量のピ
ストンを油圧により高周波振動させて杭を打ち込む超高
周波杭打機が知られている。このものでは、騒音は小さ
いがその振動体が杭に与える打ち込みエネルギーが小さ
い。このため、打込完了までの工期が長くなったり、地
盤の硬さ次第では打ち込み完了までの時間が不定になっ
て工事日程に狂いが生じる恐れがある。

【０００６】打ち込みエネルギーが大きくしかも確実に
杭打ちを遂行でき、騒音を極小化することができる杭打
機が要請されている。即ち、騒音を極小化しながら工期
の短縮を図ることができる杭打機が求められている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明はこのような技
術的背景に基づいてなされたものであり、下記のような
目的を達成する。

【０００８】本発明の目的は、打込力が大きく且つ騒音
が小さい杭打機を提供することにある。

【０００９】本発明の他の目的は、打込力が大きく且つ
騒音が小さく打込力と騒音とを同時に制御することがで
きる杭打機を提供することにある。

【００１０】本発明の更に他の目的は、打込力が大きく
且つ騒音が小さく打込力と騒音とを同時に制御し特に騒
音を極小化することができる杭打機を提供することにあ
る。

【００１１】本発明の更に他の目的は、打込力が大きく
且つ騒音が小さく装置がシンプルで低廉な杭打機を提供
することにある。

【００１２】本発明の更に他の目的は、前記制御を簡単
にすることにより装置を低廉化することができる杭打機
を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に次のような手段を採る。本発明による杭打機は、掘削
済みの杭打込孔に打ち込まれ中空穴が形成された杭の下
端をその杭打込孔内で先導してその杭を案内する先導体
がハンマーにより打ち込まれる。この先導体は、杭を支
持する必要はない。杭は地盤によっても側方から摩擦力
で支持されるから、杭の下端と先導体との間には、隙間
が生じている。先導体が杭を支持することもできる。

【００１４】杭の上端は、加速機により下向きに加速さ
れる。加速機は、杭の上端に作用する。加速機は、加速
機本体に対して加速度を与えられる加速体を備えてい
る。加速体は、杭に衝撃を与えるものではない。即ち、
加速体は、杭に連続的な加速度を与える。加速体は、遠
心力を発生する偏心回転体又は線形運動体である。その
回転体は、加速機本体に支持され偏心して回転し遠心力
を生起する。この遠心力は、反作用として杭に作用す
る。線形運動体は、ピストン又はこのピストンに同体の
振動体である。ピストンは、ピストンが挿入されたシリ
ンダの両側の流体圧差の周期的変動により振動的に加速
される高周波杭打機等である。

【００１５】回転体としては、小型の回転体が複数体用
いられ、装置本体の強化構造を簡略化している。互いに
独立に回転する複数体は、その遠心エネルギーが杭に吸
収される度に、共振化して同一位相化する。この場合、
両複数体を機械連結しないですむから、装置系がシンプ
ルであり低廉に提供することができる。同軸結合などに
より関連させて複数体を同一位相で回転させるようにす
ることもできる。例えば、２体の回転体を同軸連結した
１組を単位として２単位を用い、２単位間は独立させ、
この２単位を自然励起により共鳴化させることは、共鳴
化までの時間を短縮するとともに装置費用を比較的に低
廉にすることができる。

【００１６】加速体は、杭に衝撃的にエネルギーを与え
ないから、即ち、加速体と杭とは実質的に常時同体化さ
れているから、衝突時の衝撃的騒音が発生しない。

【００１７】ハンマーはワイヤにより加速機に対して吊
り下げられ、ワイヤの部分は滑車により下方に引っ張ら
れ、滑車は油圧シリンダにより下方に駆動される。これ
により、ハンマーの自由落下により得られる大きいエネ
ルギーを一瞬に先導体に衝撃的に伝達して、そのパワー
をフルに打込のために使用するが、衝撃音は杭の中で発
生し、大きい衝撃音が発生するときはその衝撃音は地中
深くで発生し地盤中で吸収され、外界には騒音は極めて
小さくなって漏れるだけである。

【００１８】一方、偏心回転式加速機と杭との間は原則
的に離れることがないから、その間から衝撃音は発生し
ない。すでに先導体の打ち込みにより拡大され整備され
ているている杭打穴の中の杭は比較的に弱い力で打ち込
まれるから、振動音すら発生しない。

【００１９】回転体の平均回転角速度ωは、

【００２０】

【数２】 となるように制御される。この式を満たす角速度のうち
で最低値又はそれより僅かに大きい値に制御することに
より、仮に振動音が発生しても、その振動音を極小化す
ることができる。この制御は、電動機に供給する電力制
御又は油圧モータに供給する油圧制御で行うことができ
るから、制御が容易であり装置の費用を低廉化すること
ができる。

【００２１】加速体は、これが直線運動体であろうと偏
心回転体であろうと、その加速度の制御が容易である。
ピストンの両側の流体圧差は慣用技術として知られてい
るように容易に可変であり、またこれも慣用技術として
知られているように遠心力は回転角速度の変更により容
易に可変である。

【００２２】

【発明の効果】本発明による杭打機は、騒音が極小化さ
れている。加速体の加速度の変更が容易であるから、そ
の極小化と杭打能力の低下とは、無関係である。加速体
の加速度の変更は、騒音の発生に全く影響を与えない。

【００２３】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て説明する。図１は、本発明の杭打機の実施形態１の原
理的な構造を示している。杭打対象地盤には、既に、杭
打穴１が図示しない掘削機により形成されている。杭打
穴１は、杭２の打ち込みを誘導する。杭２はパイプであ
り、軸方向に中空穴３が杭２を貫通している。杭２は、
先導体４により支持されることが可能である。

【００２４】先導体４は、杭打穴４に誘導されて段々と
下方に打ち込まれていく。先導体４の外径は設計上は杭
内穴１より僅かに小さく形成されているが、先導体４の
外径と杭内穴１の内径の大小関係は、大した問題ではな
い。なぜなら、杭内穴１は金属の穴加工に見られる穴で
はなく、アースーオーガーにより荒削りされ又穴の壁面
の崩れがあって、穴の内径は厳密には定義できない。

【００２５】先導体４は底５を有し、底５が杭２を支持
する。先導体４は、円筒部６を有し、円筒部６の外側円
筒面が、先導体４の外径を形成している。先導体４の打
ち込みにより拡径された穴に杭２が打ち込まれるが、杭
２と杭内穴１の上方部の穴７との間には、完全な隙間は
生じない。

【００２６】地盤中のため穴７の内面部付近の膨張する
地盤は、杭２に圧着していると考える方が適切である。
地盤は、杭２にこのような圧力Ｐ，Ｐ’を及ぼしてい
る。圧力Ｐ’は、圧力Ｐが作用する作用点よりもより下
方の位置の作用点に及ぼす圧力である。

【００２７】杭打時、ハンマー８は杭２の中で鉛直方向
成分をもって往復運動する。図１は、ハンマー８が鉛直
方向に自由落下する場合を示している。杭２の上端に加
速機本体９の重力が作用している。加速機１１は、加速
機本体９と振動モータ２１とから構成されている。加速
機本体９には、ウインチ１３が固定され設けられてい
る。

【００２８】ウインチ１３は、加速機本体９に直接に固
定されず相対的に加速機本体９に同体になるように設け
ることができる。ウインチ１３に一端が固着されたワイ
ヤ１４は、滑車群を介して他端がハンマー８に固着され
ている。滑車群は、ウインチ１３の概鉛直下方で本体ケ
ーシング２に対して鉛直方向に運動可能な動滑車１５を
備えている。

【００２９】動滑車１５は、油圧シリンダ装置１６のピ
ストンロッド１７の上端部に回転自在に支持されてい
る。動滑車１５は、下方に駆動される。ワイヤ１４の一
部分は、動滑車１５により下方に引かれる。動滑車１５
は、油圧シリンダ装置１６により下向きの駆動力を受け
ワイヤ１４の一部分の上向きの張力により引き上げられ
る。

【００３０】加速機本体９には、固定滑車１８が固定さ
れ設けられている。ハンマー８は、動滑車１５、固定滑
車１８を介してワイヤ１４によりウインチ１３から吊る
されている。加速機本体９には、ワイヤ１４が通過する
通過穴１９が開けられている。杭２に載置されている加
速機本体９と杭２との間には、杭２を挟持するチャック
機構（図示せず）は原理的には必要ないが安全のために
はチャック機構を設けることが望ましい。

【００３１】加速機本体９は、図示しない吊り下げワイ
ヤで吊り下げられることができ、又、自走車により支持
されるリーダ（図示されず）に案内され自然に降下する
ように支持されるが、杭打作業時の加速機本体９は自然
落下可能状態に置かれる。

【００３２】加速機１１は、加速機本体９の上端に固定
され設けられている。加速機１１としては、周知慣用の
振動モータ２１が用いられている。振動モータ２１の１
組は、図２に示すように、電動機２２とその電動機の出
力軸２３に取りつけられる偏心回転体２４とを備えてい
る。

【００３３】１組の振動モータ２１は、１台の電動機２
２とその電動機２２を中心位置として対称に同軸に配置
される２体の偏心回転体２４とから構成されている。こ
の２体の偏心回転体２４は、同一位相で回転する。もう
１組の振動モータ２１も他の組と構造、サイズの点で同
一である。

【００３４】２組の振動モータ２１は、ハンマー８を吊
るす杭２の中のワイヤ１４の部分を含む鉛直面Ｓ（図
１）に対して対称な位置に配置されている。２組の振動
モータ２１のそれぞれの偏心回転体は、同一位相に拘束
される必要はない。言い換えると、２組の振動モータ２
１の２つの電動機の同期性は、必要ではない。

【００３５】打込工事開始時には、加速機本体９は杭２
に載置されている。杭２と加速機本体９を固定する必要
はない。油圧シリンダ装置１６を動作させて動滑車１５
を下方に駆動する。ワイヤ１４の引出長さは、ウインチ
１３を回転させて調節する。油圧シリンダ装置１６を駆
動する油圧回路（図示せず）であり油圧シリンダ装置１
６を含む循環回路を自由にする。

【００３６】即ち、その循環回路中の弁を動作させてそ
の循環回路を油圧源から自由にする。その油圧回路の抵
抗は、実質的に零に近いのでこれを無視する。この動作
により、ハンマー８が自由落下する。その自由落下距離
は、動滑車１５が駆動され降下した距離の２倍である。
ハンマー８は、衝撃的に先導体４を打撃する。予め杭内
穴１内に挿入されている先導体４は、この打撃により杭
内穴１の内面を多少とも崩しながら不定の距離だけ杭内
穴１内で下方に打ち込まれる。

【００３７】この打撃の繰り返しにより、先導体４は段
々に地盤に進入する。その衝撃音は、消音器の役目をす
る杭２内で消音され空中に分散する量は少ないが、それ
でも進入度が少ない杭２を介して空中に伝播するので、
初めのうちはハンマー８の落下距離を少なくする。

【００３８】一方で、２組の振動モータ２１の電動機２
２が独立に駆動される。１体の電動機２２により回転駆
動される２体の偏心回転体２４は、同一位相で回転す
る。他体の電動機２２により回転駆動される２体の偏心
回転体２４も、同一位相で回転する。

【００３９】２組の振動モータ２１のそれぞれの偏心回
転体２４は、初めは同一位相でなくても、偏心回転エネ
ルギーを喪失するたびに段々に共鳴していき、やがて同
一位相で回転するようになる。加速機１１が発生する遠
心力は、その反作用が加速機本体９を介して杭２の上端
に伝達される。遠心力は、２組の振動モータ２１の共鳴
状態では、次式で表される。

【００４０】

【数３】 ここで、右辺は添字ｎについて足し食わえた全遠心力の
最大値である。この実施形態では、それぞれの１体の偏
心回転体の質量ｍ、有効回転半径ｒ、回転角速度ωは、
添え字ｎの値に関係せずに、等しい。実質的に現れる全
体の遠心力即ち左辺は、左辺で表現され、平均有効遠心
力のｎ倍である。

【００４１】この遠心力が、杭２に下向きに作用する。
杭２には、加速機１１、加速機本体９、油圧シリンダ装
置１６等杭２に載置されている全物体の質量Ｍ１の重力
Ｍ１ｇと、杭２の質量Ｍ２の重力Ｍ２ｇが下向きに作用
する。ｇは、重力加速度である。杭２の円筒外側面に
は、地盤中の応力が圧力として水平方向に作用する。

【００４２】その圧力は、地面からの深度の複雑な関数
であるが、積分値を進入した杭２の長さで割った単位長
さあたり（円周長さをかけた場合は単位面積あたり）の
圧力をＰで表す。杭２の表面と地盤構成物質との間の摩
擦係数をμで表すと、杭２には、μ・Ｌ・Ｐで表される
抵抗が上向きに作用する。Ｌは、杭２の進入長さを示
す。杭２が先導体４から浮いている状態であり、杭２が
沈降しない状態では、力の釣り合いは次式で表される。

【００４３】

【数４】 これからωを求めると、

【００４４】

【数５】 このように求められる回転角速度より少し大きい値とな
るように、加速機１１を制御する。杭２を最小エネルギ
ーでスムーズに下向きに杭２を沈降させることができる
遠心加速度を加速機１１のその制御により発生させるこ
とができる。このように、杭２は先導体４の沈降に追随
して沈降する。

【００４５】他の杭２は、より下方の杭２の上端に順々
に連結される。地盤の硬さは、深度により変化する。そ
の硬さに対応して、加速機１１の偏心回転体の角速度ω
の増減を制御する。この制御は、沈降に必要な最小エネ
ルギーを適切に定める。振動音の発生を最小限に押さえ
て極小化することができる。杭２と加速機本体９とは原
則的に同体であるから、杭２と加速機本体９との間に衝
撃音は発生しない。

【００４６】加速機としては、線形往復動体を用いるこ
とができる。この線形往復動体は、本出願人の前記特許
第２５２７６７４号に詳しく示されているから、この明
細書では詳しく説明を繰り返すことはしないが、簡単に
要約すれば、加速機本体に対して鉛直方向に線形加速さ
れる往復運動体即ち振動体は、いわゆるピストンであ
り、両側の流体圧差例えば油圧差の周期的変動により振
動的に加速される。

【００４７】このような加速は連続であるから、衝撃的
エネルギーを杭に与えない。油圧差の脈動は、周知慣用
の技術により容易に発生させることができる。即ち、油
圧分配はピストンの両側のシリンダ室にそれぞれに通じ
る供給側油路と戻り側油路とを交互に切り換え接続する
ことにより容易に可能である。その切換の周波数は、回
転体である弁体の回転角速度の可変により容易に可変で
ある。その回転体の回転数制御は、サーボモータを用い
ることにより容易に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明による杭打機の実施形態１の原
理構成をしめす正面断面図である。

【図２】図２は、加速機を示す側面図である。

【符号の説明】

１…杭打穴 ２…杭 ３…中空穴 ４…先導体 ５…底 ８…ハンマー ９…加速機本体 １１…加速機 １５…動滑車 １６…油圧シリンダ ２１…振動モータ ２２…電動機 ２４…偏心回転体

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】掘削済みの杭打込孔に打ち込まれ中空穴が
   形成された杭の下端に先行して前記杭を先導し前記杭打
   込孔内で打ち込まれる先導体を打撃し鉛直方向成分を持
   って往復運動するハンマーと、 鉛直下方向成分を持って前記杭の上端に作用する加速機
   とからなり、 前記加速機は、 加速機本体と、 前記加速機本体に対して鉛直方向成分をもって往復運動
   するための加速度を与えられる加速体とからなる杭打
   機。
2. 【請求項２】請求項１において、 前記ハンマーはワイヤにより前記加速機に対して吊り下
   げられ、前記ワイヤの部分は滑車により下方に引っ張ら
   れ、 前記滑車は油圧シリンダにより下方に駆動されることを
   特徴とする杭打機。
3. 【請求項３】請求項１において、 前記加速体は鉛直方向に線形に加速される振動体である
   ことを特徴とする杭打機。
4. 【請求項４】請求項１において、 前記加速体は前記加速機本体に対して遠心力を発生する
   回転体であることを特徴とする杭打機。
5. 【請求項５】請求項４において、 前記回転体としては複数体が設けられていることを特徴
   とする杭打機。
6. 【請求項６】請求項５において、 前記複数体のうちの少なくとも２体を駆動する駆動源は
   互いに独立していることを特徴とする杭打機。
7. 【請求項７】請求項６において、 前記複数体のうちの少なくとも他の２体を駆動する駆動
   源は単一であることを特徴とする杭打機。
8. 【請求項８】請求項４において、 前記回転体の平均回転角速度ωは、下記式； 【数１】 を満足することを特徴とする杭打機。
9. 【請求項９】請求項８において、 前記平均回転角速度ωは、前記式を満足する最低値又は
   その最低値に近い値になるように制御されることを特徴
   とする杭打機。
10. 【請求項１０】請求項３において、 前記振動体はその両側の流体圧力の交互の切換により運
    動することを特徴とする杭打機。