JPS60126491A - 地中掘削方法 - 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】 　１− （産業上の利用分野） この発明は、土木建築地下構築工事における立孔などを
掘削する方法に関し、特に場所打コンクリート杭構築の
ための削孔方法に関するものである。

（従来例の構成と問題点） 土木建築における地下構築工事においては、大深度の立
孔を地中に掘削しなければならぬことが多い。特に、場
所打コンクリート杭を構築する場合等は大径、大深度の
立孔をコンクリート打設に先立って削孔しなければなら
ない。この場合、通常所要径を有する切削刃物（オーガ
、ドリル等）を地中に押入して回転させ、地下へと掘削
する工法が採られるが、掘削後の孔壁の崩壊を防止する
とともに土砂の切削、排出を円滑ならしめるため、孔内
にベントティ１１水を注入している。ところが、この方
法によるときは掘削土砂とともにりｒ出されるベントナ
イト泥水が河川、池沼等に流入し、公害問題を惹起する
。

そこで、ベントナイト泥水を用いないで金属製円筒状の
ケーシングを土中に挿入して孔壁土砂の崩壊を防１トし
ながら該ケーシング内で切削刃物を回転させて掘削を行
う方法が用いられている。しかしながら、この場合は」
−記ケーシングを」二部に押入するのに多大の力を要す
る上、ケーシングの引抜きに際しても地下水等により泥
状化した土砂がケーシング外壁に粘着するため大きな引
抜力が必要であり、これらのための装置が大損りなもの
となり、大孔径、大深度の削孔においてはかなり困難を
伴うのが実状である。さらに、これらいずれの従来工法
の場合も、」−抄部に混って削り取られる大粒の玉石、
岩塊等の排出が困難であり、このために特殊な手段を必
要とする。

（発明の目的） この発明は、上記のような従来工法における問題点を解
消し、孔壁の崩壊や泥水の流出等のトラブルを生ずるこ
となく、高能率で削孔作業を進めることのできる掘削方
法を提供することを目的としてなされたものである。

（発明の構成） この発明の工法は、地中に挿入された筒管製のケーシン
グ内には、上部に排出口を有し底部が開閉可能な削孔バ
ケットを装入し、底部開放状態とした該削孔パケットを
その抽出口に連結された中空の回転ロッドにより回転さ
せて、かつ、該削孔パケットの下端外周に沿って設けら
れた切削刃を前記ケーシング下端縁より突出させて地中
を掘削するとともに、前記ケーシング１内、削孔バケッ
ト内部、排出口、回転ロッド内部にわたる流体の循環系
により掘削土砂を掘削孔外へ排出し、削孔ノ・ケラト内
に大粒の石、削岩等が溜ったときは上記運転を停止し、
削孔パケットの底部を閉じた状態にて当該バケットをケ
ーシング外へ取り出ずとともにその／・ゲット内容物を
掘削孔外へ排出することを特徴としている。

（実施例の説明） 以下、本発明の構成の詳細を図面に示した実施例に基づ
いて説明する。

第１図は本発明の工法の実施に使用される掘削装置の１
実施例を示した部分断面説明図である。

図中、１は円筒状薄肉金属短管により構成されたＭＷ構
造のケーシングで、その両端に水密性継手１ａを有し、
該継手により複数個のケーシングを容易に継ぎ足し延長
し、また取り外し短縮することができる。このケーシン
グ１は外周部ができるだけ平滑な金属管を用いるのが好
ましく、埋設時に外周よりの土圧に抗し得る充分の強度
を有せしめる。

２は前記ケーシング１内に装入される金属製の削孔パケ
ットで、この削孔パケット２は」二部に排出口２ａを有
し、底部に開閉自在な取入口２ｂが設けられたドラム型
となっている。削孔パケット２の」二部にはその排出口
２ａと連通して後述の回転口７ド３が連結され、該バケ
ット２は回転ロッド３と一体に回転し得る。複数個の切
削刃（ビット）４は削孔パケット２の下端外周に　５− 沿って装着されており、これらも削孔パケット２ととも
に回転する。この切削刃４は硬質でかつ強靭な旧材で形
成されたもので、その刃先例えば超鋼金属製が切削方向
に回転する時は土砂による反力等により拡径突出し、逆
方向に回転する時は縮径して刃先が引込む如く構成され
ている。（ただし、刃先の拡縮は他の手段によって差支
えない１．） 回転ｑラド３は削孔パケット２より小径の中空金属管で
形成され、その下端部が前記の如く削孔パケット２の上
部と固結され、排出口２ａを介して削孔バケット内部と
連通している。この回転ロッド３も水密性の継手３ａに
より複数本を継ぎ足して延長し、また取り外し短縮し得
る如く構成されており、回転力および推力を伝達するに
充分な強度を有し、その回転により前記バケット２を回
転させるとともに、その内部を通じて土砂の排出を行な
うものである。

５は地盤上に置かれるベース６　ａ　！−５Ｊ：びその
上に立設されるフレーム６ｂからなる削孔やぐ　６− らで、フレーム５１）内に回転ロット３を堅固に支持し
て掘削のための回転力と下向きの軸力を与え、またケー
シング１を堅固に支持して回転力および沈下、引抜のた
めの軸力を与える回転装＃６が設けられている。６ａは
回ｋ　装Ｍのギヤーを駆動するモータである。７は回転
装置６を列降させる４降装置で、７ａは昇降装置駆動用
モータ、７ｂはチェーンである。

また、フレーム５ａの頂部には削孔パケット２および回
転ロッド３をケーシング１内に吊込むために使用される
走行ホイスト８が架設されている。

回転ロット３の頂部は回転継手（スイベル）９を介して
サク／ヨンホース１ｏに連結され、ザクジョンポンプ１
１により回転ロット３、サクンヨンホース１０を通じて
土砂まじり水が吸い」−げられ排出される。サクション
ポンプ１１より排出された水は砂利１１’７り槽１２で
砂利を取除かれて沈澱槽１３に入り、土砂を沈澱させた
」二澄セ清澄水が送水ポンプ１４によりケーシング１内
に送給される。これらのポンプ、槽ならびにこれらを接
結するホースにより循環水設備が構成されている。

なお、削孔パケット２の１氏部すなわち取込口２ｂを開
閉する手段としては、例えば第２図のごとく該パケット
底面からバケット内側面にわたって進退自在な／ヤシタ
ー１５を備え、これを油空圧式シリンダー等の開閉装置
１６により開閉操作可能にすればよい。

この際のンヤンター１６は溝形レールにより所定方向へ
案内させる。

また、他の手段としては」−記取込口２１）を半円形と
し、該半円形取込口２ｂを、これに対応した半円形のシ
ャッター（水平方向に回転自在）で開閉するようにして
もよい。

この場合、半円形ンヤソターの下面に喰いこみ片を突設
してこれを掘削面へ喰いこませるようにすればよく、当
該喰いこみ状態で削孔パケット２を正回転させると半円
形シャッターは開動し、その逆回転により閉動する。

次に、上記の掘削装置を用いて掘削作業を行う］ニ法に
ついて述べる。

はじめ、所要の削孔位置に削孔やぐら５を設置し、回転
装置６に１木目のケーシング１（長さ約１．５〜２０ｍ
）を装着し、人力によってケーシング内部の土砂を掘削
しながら昇降装置７を駆動してケーシングを挿入して行
く。２木目のケーシング１を継ぎ足し、削孔パケット２
およびその上部に連結された回転ロッド３をケーシング
１内に吊り降ろし、切削刃４の刃先がケーシング１の下
端より下になる位置に回転ロッド３をセットし、刃先を
拡径してこれの回転軌跡がケーシング１の外径よりも僅
かに大きくなるようにした後、ケーシング１内および循
環水槽に清澄水を充満させる。

つぎに、自重または昇降装置了により下方への圧力を加
えながら、回転装置６によって回転ロット３および削孔
パケット２を介して切削刃４を回転させ刃先によって地
盤を切り崩して行く。サクションポンプ１１を始動させ
て、ケー　９− ラング１内に上端部より供給される清澄水が同転ロッド
３上端からのポンプによる吸い」二げにより、ケーシン
グ１内を流下して孔底より削孔パケット２および回転ロ
ッド３内を上昇する循環水流を作る。（この場合、削孔
パケット２の取入口２ｂが開かれていることは勿論であ
る。）この水流はケーシング１内面と削孔パケット２外
面との狭いすき間（約１０〜２０　ｍｍ　）から孔底周
囲の切削刃４近傍の地盤に向けて噴射されて刃先による
切り崩しを容易にし、こうして掘削された土砂類のうち
、小粒の土砂はほぐされて水流とともに取入口２ｂから
削孔バケット２内に吸い込まれ、大粒の玉石等は、これ
らのすき間を埋めていた小粒土砂の離脱により抵抗を除
かれ、水流により浮き上がって削孔パケット２内に吸い
込まれる。部分的に団結した地盤および岩塊は切削刃４
によって切削、分断されてこれも削孔パケット２に取り
込まれる。

削孔パケット２内に取り込まれた土砂のうち小粒のもの
（約５０ｗｎ以下）は、水流とともに１０− 排出口２ａから回転ロッド３内を上昇し、その］一端か
らザクジョンホース１０、ザクジョンポンプ１１を経て
掘削孔外へυＶ出される。排出された土砂混じり水は砂
利取り槽１２、沈澱槽１３で固型分を取り除いて送水ポ
ンプ１４によりケーシング１内に再供給し、循環使用す
るが、ケーンフグ１外面と掘削孔内壁面とのすき間に粘
着性の土粒子を残存さぜないために、充分な清澄水どな
るまで沈澱等の処理を行なう。

大粒の玉石や岩塊は掘削バケッｌ−２内においてその下
部より遂次堆積状態となるが、これら玉石、岩塊等によ
り削孔パケット２内が充満したならばパケット回転を止
めて前記取入口２ａを閉鎖し、循環水流を停止させ、切
削刃４の刃先外端がケーシング１の内径よりも小さくな
るように縮径させた後、昇降装置７により削孔パケット
２を引き」−げるとともにホイスト８により掘削孔外に
吊り出してそのパケット内の玉石等を抽出する。空とな
った削孔パケット２は再びケーシング１内へ吊り降ろし
、刃先を拡径して前記同様に掘削を再開する。第２図は
」二記バケット引き一トは時の状況を示す。

上記掘削作業中、ケーシング１外径端は常に切削刃４の
下降に引き続いて同時に下降するが、削孔深度の増大に
伴いケーシング１を」一方に継ぎ足し、常に掘削孔壁全
面をケーンツク１外面に接面させてその孔壁の崩壊を防
止するようにする。切削刃４による掘削の径はケーシン
グ１外径より僅かに太きいから、掘削孔壁とケーシング
１との摩擦力は小さく、ケーシング１は殆ど自重で沈下
するが、必要によって昇降装置７による下方への押込力
を併用する。

これら一連の作業（掘削→土砂排出→ケーシング継ぎ足
し）を所要深度に達するまで繰り返し行う。なお、上記
説明においてはケーシング１およびパケット２内に清澄
水を循環させるものについて述べているが、切削刃４の
土砂切り崩しを助けるとともに土砂排出のためのキャリ
ヤとして作用する流体は、特に水のみに限定されるもの
ではなく、他の種類の流体、例えば加圧空気を用いるこ
ともできる。他種の流体を用いる場合は、循環装置はそ
の流体種類に対応したものを用いるべきことはいうまで
もない。

上記の如く作業を繰り返して削孔深度が目的深さに達し
たならば、前記と同様に切削刃４外端を縮径して削孔パ
ケット２を引き上げると、残ったケーシング１内体が円
筒形の地中信造物となる。さらに場所打コンクリート杭
を構築する場合は、あらかじめ組み立てておいた鉄筋篭
をケーシング１内に吊り降ろし、トレミー工法によって
目的の高さまで水中コンクリートを打ち込みながらケー
シング１を引き抜いて行く。

この際、コンクリート表面の上昇にあわせてケーシング
１の下端がコンクリート表面から抜は出さないように注
意しつつ、必要によってはケーシングに揺動を与えなが
ら昇降装＃７によって徐々に引き上げる。ケーシング継
手３ａの部分が地表に現われるごとに切離しを行い、ケ
ーシング１を撤去し終ると場所打コンクリート杭の構築
が完了する。

１３一 本発明の掘削方法は、上記のような場所打コンクリート
杭の構築のための立孔開削を主として意図したものであ
るが、本発明工法の用途はこれに限定されるものではな
く、他の目的の立坑等の地中構造物設置にも広く応用し
得るものであることは、上記説明から理解されよう。ま
た、上記説明のような垂直孔の開削に止まらず、所要に
より斜孔掘削を行なう場合にも適用し得るものである。

（発明の効果） 以上の説明より明らかなとおり、本発明の掘削方法は削
孔パケット底部に装備した切削刃の回転により地中を掘
削してケーシングが深入できる掘削孔を形成し、当該ケ
ーシングより掘削孔壁の崩壊を防止しつつケーシング内
外に流体を循環させ、この流体により土砂の切り崩しを
助けるとともに土砂の排出および玉石等のパケットへの
取り込みを行ないつつ所要の深さまで掘削を進めて行く
ものである。従って、下記の如く種々の利点を有し、従
来の工法の欠点を解消することができたきわめて効果の
大きい工法である。

１ケーシングを挿入して掘削孔壁の崩壊を防ＩＩ−する
のでその孔内にベントナイト泥水を充満させる必要がな
く、シたがって泥水による河川等の汚染公害がなく、泥
水処理の必要もない。

２切削刃の回転による切り崩しに流体の噴流によるほぐ
しを併用して掘削を行なうので、硬質の大粒玉石や岩塊
をも切り取ることが可能であり、また切削刃の下降とと
もにケーシングをＷＥＴさぜることかできるので、掘削
孔範囲外にある土砂、岩石が崩壊してケーシング外側に
空Ａ司ができるようなことがない。

３ケーシングを挿入するから被圧地下水のある地層ある
いは地下水流のある地層においても掘削孔壁の崩壊を生
じることがなく、さらに斜め方向の削孔も可能であり、
従来の泥水による孔壁崩壊防止手段よりも防止効果か確
実である。

４削孔時の切削刃の位置はケーシング下端よりも下にあ
り、該切削刃の外端の回転軌跡をケーシング外径よりも
作かに大きくすることができるから、ケーシングの挿入
および引き抜き時におけるケーシング外面と掘削孔壁と
の摩擦抵抗が小さくできる。さらに循環流体はその循環
系において浄化することが簡易に行なえ、かつ、その流
体が土砂の微粒分を洗い流すのでケーシングと掘削孔壁
とのすき間に粘着成分が残留せず、したがってケーシン
グ引き抜き時の粘着抵抗が小さい。その結果、従来のケ
ーシングを使用する工法に比較してケーシングの挿入、
引抜が容易となり、大孔径、大深度の削孔も可能であり
、しかも小型、小馬力の装置で施工を行なうことができ
る。

６従来の工法では、大粒玉石および岩塊は個々に機械的
に取出さねばならなかったが、本発明工法では循環する
流体を利用して掘削パケット内に連続的に取り込み、掘
削パケットか充満する度に間欠的に排出を行なうから、
きわめて効率良く作業を進めることができる。

【図面の簡単な説明】

１５− 第１図は本発明の掘削方法の実施に使用される掘削装置
の１実施例を示した説明図、第２図はパケット引き上げ
時の状況を示す図である。 １ｅ・１・ケーシング ２・・・・・削孔パケット ３・・・・・回転ロッド ４・・・・・切削刃 ５・・・・・削孔やぐら ６・・・・・回転装置 ７・・・・・昇降装置 １１１１・１１拳ψサクションポンプ １６−

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 地中に挿入された筒管構造のケーシング内には、上部に
   排出口を有い底部が開閉可能な削孔パケットを装入し、
   底部開放状態とした該削孔バケットをその排出口に連結
   された中空の回転ロッドより回転させて、かつ、該削孔
   パケットの下端外周に沿って設けられた切削刃を前記ケ
   ーシング下端縁より突出させて地中を掘削するとともに
   、前記ケージング内部、削孔パケット内部、排出口、回
   転ｐラド内部にわたる流体の循環系により掘削土砂を掘
   削孔外へ排出し、削孔パケット内に大粒の石、岩塊等が
   溜ったときは上記運転を停止し、削孔パケットの底部を
   閉じた状態にて当該バヶッ］・をケーシング外へ取り出
   すとともにそのパケット内容物を掘削孔外へ排出するこ
   とを特徴とする地中掘削方法。