JPS5886285A - 堅孔拡底部の掘削方法とその装置 - 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】 本発明は、アースドリルやリバースサーキュレーション
ドリル等のように、パケットやビットのような掘削具に
回転力を与えて整孔用例を行う御削機を用いて拡底杭を
施工する場合の整孔拡底部の掘削方法およびその袋口に
関する。

拡底杭を施工するに当って、整孔掘削の最終段階として
、拡大された孔底部（拡底孔）を掘削することが行われ
るが、その従来の拡ノ底孔掘削方法は大別して下記の３
種に分けられる。即ち、（１）油圧シリンダ等のアクチ
ュエータを用いて掘削刃の付いた真を開かせて拡底部の
傾斜部分を掘削する方法と、（２）掘削具（パケットま
たはビット）が掘削孔底部に着いた段階で上方から垂直
力を与え、掘削具に対して掘削刃のついた翼の支持部を
上下方向にスライドさせ、該支持部のスライドによって
翼を開かせる機構を設けて孔底部の傾斜部分を掘削する
方法と、（３）掘削具が掘削孔底部に着いた段階で掘削
具に回転力を与え、この回転力によって掘削具に対して
掘削刃の付いた翼の支持部を上下方向にスライドさせる
ことにより翼を開かせる機構を用いて拡底部の傾斜部分
を掘削する方法とがある。

しかし前記（１）の方法はアクチュエータの制御が必要
であり、装置が複雑、高価になるという欠点がある。ま
た、（２）の方法は、掘削具に回転力を与えながらこの
回転力に対応して翼の開き具合、即ち垂直力を調整する
という２つの操作を必要とし、運転上の困難を伴うとい
う欠点があった。また、（３）の方法は、掘削具の回転
力を−たん翼支持部の直線運動に変換した後、揺動運動
に置き換えるので、エネルギ損失が犬であるという欠点
を有していた。

本発明は、上記欠点に鑑み、簡単な操作でかつ高価な装
置を要することなく拡底部の掘削が可能であシ、エネル
ギ損失も小となる整孔拡底部の掘削方法およびその装置
を提供することを目的とすこの目的を達成するため、本
発明の整孔拡底部の掘削方法は、掘削具に与える回転力
をリンク機構により掘削刃の付いた翼を開かせる力に変
換して拡底部の傾斜部分の掘削を行うことを特徴とする
Ｏ また、本発明の方法を実施する装置は、掘削具の軸に一
体的にブラケットを設け、掘削具の部体にヒンジにより
水平方向に揺動可能に掘削刃を廟する翼を取付け、該翼
と前記ブラケットとをリンクおよびビンにより相対的に
回動可能に連結し、かつ翼のすべての揺動範囲において
、 （ただし、ｌｌａ　　：前記軸から前記リンクへの作用
の作用する仮想の掘削刃に与えられる作用力への作用距
離、ｒ：前記仮想の掘削刃の前記軸を中心とする回転半
径） が成立するように構成したことを特徴とする。

以下本発明の詳細を、アースドリルに適用した場合に例
をとシ、図面により説明する。第１図は本発明を実施す
る装置の一例の全体構成を示しており、１はアースドリ
ルのパケットを支持する伸縮式のケリーバ、３はスタビ
ライザ、４は拡底用パケット装置である。スタビライザ
３は、第２図に示すように、断面角形をなすケリーバ１
に角筒形の軸４０を嵌合して２本のビン２で連結するこ
とによりケリーバ１の下端に取付けられ、軸４０から４
方に突出させた角筒形アーム４１に、孔壁に接触する可
動体７の軸４２が挿嵌され、アーム４１に設けだ長穴４
３にボルト４４を挿通して軸４２を任意位置で固定する
ことにより、掘削孔の大きさに対応した案内径が可動体
７によって形成されるようになっている。なお、スタビ
ライザの軸４０をケリーバ１に対して２本のビン２で連
結することにより、ガタつきを押えることができるよう
にしており、かつ通常のアースドリルパケットを取付け
る場合は、２本のビン２のうち下端のビンでパケットが
取付けられるようになっている。

パケット装置４け、第１、第３図、第４図および第５図
に示すように、軸８がスタビライザの軸４０にフランジ
部５でボルト４５により連結されており、軸８に対して
土砂を収納するパケット部体９が下記の機構により、後
述のリンク機構による制約の範囲内で回動可能に取付け
られている。

即ち、軸８には該軸の他の部分よシ太径の部体取付部８
ａが設けてあり、該部体取付部８ａの下部には、パケッ
ト部体９の上面中心に一体的に設けられた短筒状支持部
９ａが回動可能に嵌合され、該支持部９ａは、部体取付
部８ａに形成された環状四部８ｂ　に回動可能に嵌合さ
れる２分割の支持用リング１０にボルト４６によって連
結されている。なお、リング１０の上面の内周側には凸
部１０ｖを形成することにより、リング１０及び支持部
９ａ　　と部体取付部８ａ　との間の摺動部へ土砂が入
りにくい構造としである。また、環状四部８ｂとリング
１０との間に土砂が入ったとしても下方へ排出されて摺
動面を荒らさないように、リング１０は環状四部８ｂ　
に対して上下方向と水平方向に若干のクリアランスを有
しており、かつ部体取付部８ａの支持部９ａ　との摺動
面のいずれか一方には（図示例では部体取付部８ａ）、
縦方向に土砂降下用スリン）８ｃ　が設けである。

軸８の下部には円形中実軸１１が一体に取付けられてお
り、該円形中実軸１１の下端は第３図に示すように円錐
形の凹み１１ａが設けられ、底蓋１２に設けられた凸起
１２ａ　の上端の凸状円錐部が該凹みｌｌａ　に同心で
接触している。このような構造としている理由は、後述
のように底蓋中心に対して軸１１が相対的に回転摺動す
るために回転中心点を設定することと、回転摺動部に対
する土砂の浸入防止と、後述のように底蓋１２を閉じる
際の底蓋のラッチとの噛み合わせが確実に行えるように
するためである。

前記パケット部体９には、第１図、第４図および第６図
に示すように、掘削刃１３の付いた拡大具１４がヒンジ
１５により水平方向に揺動可能に連結されている。

本実施例においては、３枚の拡大具１４を周方向に等間
隔に配設した例を示す。ヒンジ１５は、笛８図に示すよ
うに、パケット部体９と一体のボス９ｂ　　と、拡大具
１４と一体のボス１４ｅ、１４ｆと、これらを貫通して
数句けられたピン２７とからなる。なお、ピン２７のフ
ランジ２７ａ　の下面には円錐状の凹みが設けられてい
ると共に、ボス１４ｅ　の上部がこれに合致する凸円針
状になっているため、拡大具１４の揺動に際しても土砂
が浸入しにくい。なお、１枚の拡大具の最上部のヒンジ
１５′には、第９図に示すように、拡大具１４の揺動角
を検出する検出器２８の可動部２８ａ　が、前記ピン２
７にカップリング３０を介して連結され、ピン２７はボ
ス１４ｅ、１４ｆに対してキー３１により一体に嵌着さ
れ、検出器２８はパケット部体９に取付具４８により固
定されている。

各拡大具■４と軸８と（性、第７図に示すように、を連
結するリンク２５およびピン２４，２６とから寿る。リ
ンク２５は拡大具１４に設けられ大穴４９およびパケッ
ト部体９の側板部に設けた穴５０に挿通されている。

各拡大具１４は、これを開いてシ１１１削を行った」勿
合には、自動的に拡底孔の傾斜角θ（第１図参照）が形
成することができるように、第６図に示すように、掘削
刃１３は直線状に数句けられている。

拡大ｖ１４の下部には、第１図、第６図、第１１図に示
すように、平面状の掘削刃１６が、拡大被１４を開いた
状態において底蓋１２の中心から外周側に至る勾配に合
致する知きを有して取付りられている。該掘削刃１６は
、拡大具１４を開いた時にこの勾配部の形成と土砂の掻
き寄せ作用をなすものである。

第１図、第６図、第１０図、第１１図に示すように、パ
ケット部体９の側板部の下部には土砂導入装置設置用の
４角形の穴５２が設けてあシ、紋穴５２には土砂導入用
箱体１７が摺動可能に嵌合されている。該箱体はヒンジ
１５を中心とする弧状をなすダクト状のものであり、内
端部側辺と外端部側辺にはそれぞれ外れ止めストッパ１
７ａ。

１７ｂが設けてあり、底板１７ｃ　はヒンジ２１を中心
として上下方向に揺動可能に取付けられている。９ｂ　
はパケット部体９の下部に固設されたビームであり、底
蓋１２は該ビーム９ｂ　にヒンジ２２を中心として開閉
可能に取付けられており、底蓋１２のヒンジ２２の反対
側はハンドル５１（＠１図、第６図参照）により回動さ
れるラッチ３４に係止され、ハンドル操作により係止が
解かれて自重により底蓋１２が開くように構成されてい
る。

底蓋１２を閉じる場合はクレーンによりパケットを地上
に降ろし、旋回体を旋回させなから底蓋を地面に押し伺
けてラッチ３４と係合させるが、この場合、前記軸１１
の凹み１１ａ　に凸起１２ａ　がガイドされて位置決め
されるので、ラッチ３４と底蓋１２との係合が確実に行
える。

前記底板１７ｃ　は、底蓋１２を閉じた状態においては
底蓋１２に設りた突起１２ｂ　に支持されて火線で示す
ように略水平を保ち、底蓋１２を開いた状態においては
前記ビーム９ｂ　にヒンジ２１部が当接して１７０′に
示すような傾斜状態を保つようになっている。

一方拡大翼１４には、該箱体内に摺動可能となるように
土砂導入用箱体１８が取付けられている。

該箱体１８は底板１８ａがヒンジ２０によシ上下方向に
揺動可能に取付けられ、かつ該底板１８ａは前記底板１
７ｃ　　に支持されており、天板１８ｂの内側には、ヒ
ンジ１９によシ上下方向に揺動可能に弁作用をなす弁板
１８ｃ　が取付けられ、該弁板１８ｃ　の下端の両側は
、側板１８ｆの内端のストッパ１８ｄ　に形成した突起
１８ｅ　に載せられている。ストッパ１８ｄは、拡大具
１４を開くときに前記箱体１７の先端の内面に設けられ
た突起１７ｄに第１３図のように当接して箱体１７を箱
体１８と共に引き出すと共に箱体１８が抜は出すことを
防ぐものである。また、箱体１８の側板１８ｆの下端に
は、箱体１７の側板１７ｅの下端の曲成部１７ｆの内面
に接しかつ前記突起１７ｄの下端の切り欠き部１７ｇに
摺動可能に嵌め込まれるガイドレール１８ｇが設けであ
る。

第１図、第６図、第１４図に示すように、底蓋１２の下
面には爪３２がヒンジ３３によシ取付けられている。該
爪３２は、パケットが掘削方向（第１４図の矢印方向）
に回動される時には底蓋底面から上方へ凹ませて形成し
た格納室１２ｄ　に納まり、逆方向に回動させた時は爪
３２の自重により３２′に示すように下方に突出し、か
つ基端面３２ａが底蓋１２に設けられたストッパ１２ｃ
　に当接して図示の姿勢を保つことにより、掘削孔底面
の土砂に食い込んで抑止機能を発揮するものである。な
お、格納室１２ｄが形成されていることにより、爪３２
が土砂に食い込んだ際に爪３２によって導かれた土砂が
該格納室１２ｄにとじ込められ、さらに抑止効果を高め
ることができる。

また、格納室１２ｄとして爪３２の容積以上のスペース
を備えることにより、再び掘削を行う際において、爪３
２が実線の位置に戻る場合の格納室１２ｃｌからの土砂
の排出がスムーズとなシ、爪の動作がスムーズとなるよ
うにしている。

次に本装置を用いて整孔の掘削を行う場合の掘削方法を
説明する。まず、通常、単−杭を施工する場合のアース
ドリルパケット（図示せず）により、拡底部分を除いた
整孔を掘削する。その後本発明による拡底孔掘削装置を
整孔に挿入して掘削を行う。この場合、底蓋１２はパケ
ット装置の自重により孔の底面に押しつけられ、ケリー
バ１によって軸８を回転させた時に回転摩擦力が発生す
る。従って第７図及び第１５図で示すように軸８を回転
させるとブラケット２３によってリンク２５を押す。こ
れによシヒンジ１５を中心として拡大具１４が外周方向
に開かれる。これを作用力で説明すると次のようになる
。すなわち、ケリーバ１によって与えられた掘削トルク
の１つのリンク機構４７に与えられる回転トルクをＴと
し、ブラケット２３の回転半径をｒｌとすると、ブラケ
ット２３の回転力Ｐ１はＰ１＝ｚで与えられる。またリ
ン１ り２５の作用力Ｐ２は軸８からの作用距離を１１とする
とＰ２＝士となる。従って拡大具１４の揺動トルク１１
□はヒンジ１５からのリンク２５の作用距離を１２とす
れば、’ｒ、　＝　ｐ、　１２で与えられる。このだめ
、拡大具１４の地山に最初に食い込む掘削刃１３′に与
えられる食い込み力Ｐ、は、拡大具１４の回転半径をｒ
２とすればｐ、：１＝ｌ＝Ｐで与えられる。

ｒ２　　　　　ｒ２ また、掘削刃１３′が地山に食い込んだ状態で掘削装置
全体にも回転トルクが与えられる。従って掘削装置全体
を回転させた際の１つの拡大具１４に取付けられた掘削
刃１３′には前述の回転トルクＴと同じ大きさの回転ト
ルクＴ２（＝Ｔ）が与えられる。よって掘削刃１３′に
作用する作用力Ｐ４は、軸８を中心とする回転半径をｒ
、とすれば、ｐ、＝−１＝Ｔで与えられる。このＰ４は
見方をかえれｒｌ　　　　ｒＢ ば地山がらの掘削抵抗力である。従って掘削刃１３′が
地山に食い込むためにはヒンジ１５を中心とする拡大具
１４の揺動トルクＴ１が、作用力Ｐ４に対するヒンジ１
５からの作用距離１３によって発生する拡大具揺動抵抗
トルクＴ、に打ち勝つ必要がある。

故に、士〉士　　−＝−（１’） の関係を成立させることが必要となる。

同様に第１６図で拡大具１４が最大に拡大された状態で
考えてみる。

１つのリンク機構４７に与えられる回転トルクＴによう
リンク２５の作用力Ｐ、け、軸８からの作用距離を７？
４とすると、Ｐ、＝十となる。従って拡大具１４の揺動
トルクＴ４は、ヒンジ１５からのリンク２５０作用距離
ｌ、よりＴ４＝Ｐ５１．で与えられる。

このため、拡大具１４の地山に食い込んでいるすべての
掘削刃１３のヒンジ１５を中心とする揺動モーメントの
合成モーメントの作用する掘削刃１３″を仮想すれば、
該仮想の掘削刃１３″に与えられる食い込み力Ｐ６は、
掘削刃１３′のヒンジ１５を中心とするｐ、　＝＝　Ｘ
Ｌ＝　ＸＬＬＩ　＝　？で与えられる。また該掘削刃１
３′が地山に食い込んだ状態で掘削装置全体にも回転ト
ルクが与えられる。従って掘削装置全体を回転させた際
の１つの拡大具１４に取付けられた掘削刃１３′には前
述の回転トルクＴと同じ大きさの回転トルクＴ２（＝Ｔ
）が与えられる。

よって掘削刃１３′に作用する作用力Ｐ、は回転半径ｒ
、よりｐ７＝−り一工で与えられる。このＰ７は見方を
ｒｓ　　　　ｒ５ 想の掘削刃１３′が地山に食い込むためには、ヒンジ１
５を中心とする拡大ｇ１４の揺動トルクＴ４が、作用力
Ｐ７に対するヒンジ１５からの作用距離ｒ６によって発
生する拡大具揺動抵抗トルクＴ、に打ち胚つ必要がある
。

故に、　会ン去　　−−−−−−−−（２）の関係を成
立させる必要がある。

（１）＋　　（２）から、拡大具の揺動トルクが揺動抵
抗トルクに打勝ち、拡底孔の掘削を可能とするだめの条
件は、（３）式が拡大具のすべての揺動角範囲で成立す
ることである。

Ｅ？Ｅ＞　’ｒ”　　’−−−−−−−−−−−−−−
　　（３）但し、ｌα　：軸８からリンク２５への作用
距離ｌｂ：ヒンジ１５からリンク２５への作用距離 □ ７？ｃ：ヒンジ１５から合成揺動モーメントの作用する
仮想の掘削刃に与えられ る作用力への作用距離 ｒ：前記仮想の掘削刃の軸８を中心とする回転半径 掘削時において、他山の土質に応じた適正な荷重を卸１
削刃１３に与えてやることができれば、掘削刃１３の食
い込み量が適正となる。従ってピン２６もしくはピン２
４の取付は位置が自由に変更でｂ きれば、土質に応じて前記　　　の値を変化させ一τ１
− ることかでき理想的となる。しかし一般に拡底杭を施工
しようとする地山の土質の硬さはＮ値５０前後であるか
ら、特にピン位置を調整可能にしなくとも詩に大きな支
障は来たさない。

まだ、このリンク機構の特徴は土質の硬さに応じて回転
トルクＴが決まり、これに対応して拡大具の揺動トルク
が決まることにあり、土質からの掘削抵抗に応じて拡大
具が揺動することにある。これはすなわち前記（３）式
に回転トルクＴが関与していないことからも掘削刃１３
の地山への食い込み性はリンクの取付は比にあることが
わかる。

なお、前記拡底孔の掘削において、軸８に加えられる回
転トルクによって拡大具１４が第１２図の状態から第１
３図の状態へと開く場合、拡大具１４の揺動及び回動に
伴ない、掘削刃１３および平面刃１６により掘削される
土砂１１箱体１８を介してパケット部体９内に入る。こ
の時、弁板１８ｃ　は第１１図の仮想線で示すように開
く。拡大具１４がさらに外周側へ揺動することにより、
箱体１８のストッパ１８ｄが箱体１７の突起１１ｄに当
接して該Ｉ５体１７を伴につてパケット部体９の穴５２
から引き出し々がら揺動することになる。

拡大具１４が最大揺動角まで開き、拡底孔の掘削が終了
した後は軸８を掘削時と逆方向に回転させる。この逆回
転により、爪３２が孔底面に食い込み、回転に対する抵
抗力が発生するため、リンク機構により拡大！８１４が
閉じ方向に動き、箱体１８が箱体１７内に入り、続いて
拡大具１４に箱体１７が押されてパケット部体９内に押
し込まれる。なお、この場合、弁板１８ｃ　は第１１図
の実線の状態となってバケット部体９内の土砂が排出す
ることが防止される。

土砂を排出する場合は、ハンドル５１の操作により底蓋
１２のラッチ３４による係止を解き、底蓋１２を第１１
図の仮想線に示すように開放する。

この底蓋開放に伴ない、突起１２ｂに支えられていた箱
体１７の底板１７ｃは１７ｃ′で示すようにヒンジ２１
を中心として下方へ揺動すると共に、底板１７ｃに支え
られていた箱体１８の底板１８ａもヒンジ２０を中心と
して下方へ揺動するので、箱体１８内に残留していた土
砂も有効に排出され１ ることになる。なお、この場合、底板１７ｃ′で示へ すようにビーム９ｂにより傾斜した位置にあるので、底
蓋１２を閉じる場合底板１７ｃが障害とならず、また前
記のような凹みｌｌａと突起１２ａとの合致により、底
蓋はスムーズに閉じられる。

なお、従来装置として、パケット回転力を−だん上下運
動に変換し、上下運動を掘削刃の付いた翼の開閉運動に
変換する構成を有すると共に、掘削刃の付いた翼が土砂
の案内路を兼ね、かつ翼がパケットの回転によって掘削
された土砂を迎い入れる方向に（即ち掘削抵抗によって
翼が開く方向に）取付けられたものがあるが、しかしこ
の従来装置によると、地山に掘削刃を当ててパケットを
回転させた場合に、回転力によって掘削刃が他山に食い
込み、−たん地山に食い込むと、回転力が掘削力として
作用する外に、翼をさらに開かせるようにも作用するこ
とにもなるので、翼がさらに他山に食い込もうとするこ
とになる。そして翼は複数個設けられてそれらはリンク
で連結されていることから、一つの翼が地山に食い込む
ことにより他の翼も地山に食い込むこととなり、従って
パケットは翼同志でつつはシ合い、ブレーキがかかった
状態で回転し、最後には完全に停止する。そこで翼が食
い込みすぎた時にはパケットを掘削する方向とは逆の方
向に回転させなければならず、少し掘削しては食い込み
すぎた翼を取出すというように、掘削不能に近い状態を
呈するという重大な欠点を有している。しかし本実施例
の装置は、掘削抵抗に対抗する方向に翼を開かせる構成
を有しているので、掘削がスムーズに進行する。

なお、実施例は、アースドリルに例を取って説明したが
、ビットによシ掘削される土砂を水と共に吸い上げるリ
バースサーキュレーションドリルにも本発明を適用し得
る。

以上述べたように、本発明の方法は、パケット等の掘削
具に対する回転力をリンク機構により直接的に翼を開か
せる力に変換しつつ波底孔を掘削する方法であるから、
パケットを回転させるだけで掘削が可能となシ、操作が
簡単になると共に、エネルギー損失も小になる。また本
発明による装置は、リンク機構が従来装置の拡大具開閉
駆動機構に比べて簡単に構成されるので、装置全体をよ
シ安価に提供しうる〇

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を実施する装置の一例を示す全体正面図
、第２図は第１図のＡ−Ａ断面図、第３図は第１図のＢ
−Ｂ断面図、第４図は第３図のＣ−Ｃ断面図、第５図は
第３図のＤ−Ｄ断面図、第６図は第４図のＥ−Ｅ失視図
、第７図は第１図のＨ−Ｈ断面図、第８図は第１図のＩ
−Ｉ断面図、第９図は第４図のに−に断面図、第１０図
は該実施例装置の土砂導入部を示す斜視図、第１１図（
ａ）は第１０図のＧ−Ｃ断面図、同（ｂ）は（ａ）のＬ
−Ｌ断面図、第１２図は第１図のＦ−Ｆ断面図、第１３
図は第１２図の拡大具が開いた状態を示す断面図、第１
４図は第６図のＪ−Ｊ断面図、第１５図は該実施例装置
のリンク機構の作用力を拡大具の開き始めの状態にて示
す説明図、第１６図は同じく拡大具の開き終わりの状態
で示す説明図である。 ４・・・パケット装置、８・・・軸、９・・・パケット
部体、１３・・・掘削刃、１４・・・翼、１５・・・ヒ
ンジ、２３・・・ブラケット、２４．２６・・・ピン、
２５・・・リンク特許出願人　　日立建機株式会社 代理人　弁理士　秋本正実 代理人　弁理士　若田勝− 第１　凶 ゛見２図 第３　Ｅ 第４ビ 第６　図 第９図 第１４図 り 豪１０図 １５（＝’ 第１１図 （ａ） ７　１ １４５２″−］ ＋８’ ′″ｄ　：：、、、、□、　１８ｃ”’＋ａｂ　　：： ２０　：１　・、　　　；：） １７ｇ−■　−−１８ｅ　１ ２２　　＝２　　　　　　　＼　　　　　］１、曵　　
Ｌ１７゜ １ｉｄ １、゛・　１７ε　　　　　２ｄ 暑 ９ｂ１２ｂ（ｂ） １２ニア１１７ ｉ／１８ｆ 第１２図 第１３　図 ６ 第１５図 第１６図 ４２７−

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　掘削具に与える回転力をリンク機構により掘削刃
   の付いた翼を開かせる力に変換して整孔の拡底部の傾斜
   部分の掘削を行うことを特徴とする整孔拡底部の掘削方
   法。 ２、掘削具の軸に一体的にブラケットを設け、掘削具の
   部体にヒンジによシ水平方向に揺動可能に掘削刃を有す
   る翼を取付け、該翼と前記ブラケットとをリンクおよび
   ピンにより相対的に回動可能に連結し、かつ翼のすべて
   の揺動範囲において１、（ただし、ｌα　：前記軸から
   前記リンクへの作用距離、ｌｂ　　：前記ヒンジから前
   記リンクへの作用距離、４１！ｃ：前記ヒンジから合成
   揺動モーメントの作用する仮想の掘削刃に与えられる作
   用力への作用距離、ｒ：前記仮想の掘削刃の前記軸を中
   心とする回転半径） が成立するように構成したことを特徴とする整孔拡底部
   の掘削装置。