JP2010121375A - 掘削装置及び掘削方法 - Google Patents
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Abstract
掘削装置のオーガヘッドに取り付けた拡大ヘッドの掘削径及掘削孔壁の連続性を、簡易な構造により地上で確認できるようにする。
【解決手段】
オーガヘッド7を回転駆動する掘削ロッド4に沿って、その両側に配置された外ロッド8を、油圧ジャッキ20aで掘削ロッド3に対して相対的に上下動できるようにする。その上下動により、外ロッド8の下端部及び掘削ロッド3に取り付けられたパンタグラフを構成する拡大ヘッド73の拡大翼73aを拡縮する。オペレータは、外ロッド8の掘削ロッド3に対する相対変位量に基づき、拡大ヘッド73(一対の拡大翼73a)の拡大量、即ち、その掘削径を確認することができる。
【選択図】 図1
Description
この杭基礎造成においては、掘削した掘削孔(杭孔)内に鉄筋かごを配置してコンクリートを充填する現場造成杭工法や、掘削孔内に既成杭を建て込むプレボーリング工法、杭孔を掘削しながら既成杭を杭孔内に徐々に下降させて建て込む中掘工法等が採用されている。
この小径の杭孔部と大径の杭孔部を掘削するために、掘削機の掘削ロッド先端の拡大ヘッドを拡大させて拡大根固め部を築造する拡大根固め工法が知られている(特許文献1参照)。
この拡大根固め工法では、駆動装置の掘削ロッドを回転させる電動機の電流値または積分電流値を計測し、拡大工程前の掘削時の電流値・積分電流値と翼拡大後の拡大掘削工程における電流値・積分電流値を比較し、拡大掘削時の電流値・積分電流値の増加比率が設定値よりも大きくなった時に拡大ヘッドが拡大したと判断する場合があり、また、拡大ヘッドを上下に反復して動かし、その上下動反復工程における電流値・積分電流値が低下して、拡大工程前の掘削時の電流値・積分電流値に近づき安定した時に拡大工程が完了したと判断する手法又は方法が採られている。
しかしながら、この位置確認方法では、掘削腕の揺動角度を検出するためのセンサ及びセンサで得られたデータから、掘削腕の揺動角度及び上記オーガヘッドの掘削径の大きさを把握するためのデータ処理装置が必要である。また、この杭孔掘削ヘッドの位置確認方法では、角度を径に変換しているため誤差が大きいだけではなく、コストが掛かるという問題もある。
この孔壁形状測定装置で杭孔の径を計測すれば、オペレータは、その計測結果に基づいて掘削が不足している部分を確認することができ、孔壁の表面の凹凸を解消することができる。
本願の他の発明は、予め形成された掘削孔と同心にそれよりも大径の掘削孔を掘削する方法であって、拡大ヘッドと、前記拡大ヘッドを回転する掘削ロッドと、前記拡大ヘッドの掘削径を拡縮する拡縮機構と、前記掘削ロッドと一体に回転すると共に軸方向の変位で前記拡大ヘッドを拡縮する前記拡縮機構を作動する外ロッドと、を備えた掘削装置により、予め形成された掘削孔と同心にそれよりも大径の掘削孔を掘削する方法であって、掘削径を拡大可能な拡大ヘッドを縮閉した状態で前記掘削孔の底に配置する工程と、前記拡大ヘッドを回転させつつ、前記外ロッドを軸方向に所定量変位させて前記拡大ヘッドを拡開する工程と、拡大ヘッドを拡開位置に固定した状態で回転させながら引き上げる工程と、を有することを特徴とする。
本願の他の発明は、掘削孔の径を連続的に検査して再掘削する方法であって、拡大ヘッドと、前記拡大ヘッドを回転する掘削ロッドと、前記拡大ヘッドの掘削径を拡縮する拡縮機構と、前記掘削ロッドと一体に回転すると共に軸方向の変位で前記拡大ヘッドを拡縮する前記拡縮機構を作動する外ロッドとを備えた掘削装置により、掘削孔の径を連続的に検査して再掘削する方法であって、前記拡大ヘッドを前記拡縮機構で拡開位置に駆動しつつ前記掘削孔内を回転させて前記掘削孔の方向に移動させる工程と、前記拡開ヘッドの移動中において、前記掘削ロッドの回転駆動手段に作用する負荷を測定する工程と、測定された負荷に基づき前記掘削孔の掘削不良を検知する工程と、掘削不良が検知されたとき前記拡大ヘッドで再掘削を行う工程とを有することを特徴とする。
本願の他の発明は掘削孔の径を連続的に検査して再掘削する方法であって、拡大ヘッドと、前記拡大ヘッドを回転する掘削ロッドと、前記拡大ヘッドの掘削径を拡縮する拡縮機構と、前記掘削ロッドと一体に回転すると共に軸方向の変位で前記拡大ヘッドを拡縮する前記拡縮機構を作動する外ロッドとを備えた掘削装置により、掘削孔の径を連続的に検査して再掘削する方法であって、前記拡大ヘッドを拡開位置に非固定で設定した状態で前記掘削孔内を回転させつつ前記掘削孔の方向に移動させる工程と、前記工程において移動中の前記第拡開ヘッドの縮閉に伴う外ロッドの変位により前記掘削孔の掘削不良を検知する工程と、掘削不良が検知されたとき掘削孔の再掘削を行う工程とを有することを特徴とする。
本願の他の発明は掘削方法であって、拡大ヘッドと、前記拡大ヘッドを回転する掘削ロッドと、前記拡大ヘッドの掘削径を拡縮する拡縮機構と、前記掘削ロッドと一体に回転すると共に軸方向の変位で前記拡大ヘッドを拡縮する前記拡縮機構を作動する外ロッドと、前記拡大ヘッドを構成する一対の拡大翼の先端に着脱自在に鏝部材を備えた掘削装置により、掘削孔の孔壁を平滑かする掘削方法であって、前記一対の拡大翼を回転させつつ前記掘削孔内で孔の方向に移動させ、前記鏝部材で前記掘削孔の孔壁を平滑化することを特徴とする。
図1は、本実施形態に係る掘削装置Mの一例を示した概略側面図である。
本掘削装置Mは、図示のように、杭打ち機(ベースマシン)1と、地盤を掘削するためのオーガヘッド7と、オーガヘッド7の位置決め及び掘削装置を上下させるための杭打ち機リーダー2と、オーガヘッド7に回転力を与えるための例えば電動モータなどの駆動部3と、駆動部3の回転力をオーガヘッド7に伝達するとともに推進力を与える掘削ロッド4と、掘削ロッド4の水平方向への振れを防止する振れ止め5と、オーガヘッド7の後述する拡大ヘッド73(図2参照)を拡縮するため、掘削ロッド4の外周に沿って互いに対称に配置された一対の外ロッド8とを備えている。
駆動部3は、杭打ち機1内に設置されているウィンチ11からのワイヤロープ11aが上部に接続されており、ウィンチ11がワイヤロープ11aを巻き上げまたは巻き戻しすることで、杭打ち機リーダー2の上記ガイドレール2aに案内されて昇降する。
また、駆動部3は、その下端部に掘削ロッド4に回転力を伝達するための出力軸3aを備え、この出力軸3aには前記一対の外ロッド8を軸方向に移動させる油圧ジャッキ20aの油圧スイベル20が一体に取り付けられている。したがって、油圧スイベル20、油圧ジャッキ20a、一対の外ロッド8は、出力軸3aの回転に伴い掘削ロッド4と共に、つまり一体になって回転する。
外ロッド8は、掘削ロッド4を挟んでその両側対称位置に(図中では前後方向)に、螺旋翼6を貫通して掘削ロッド4に沿って配設されている。また、外ロッド8の上端部は油圧ジャッキ20aに連結されている。油圧スイベル20から供給される油圧により油圧ジャッキ20aを作動させると、外ロッド8は下降又は上昇する。
オーガヘッド7は、図2Aに示すように、上端が図1に示した掘削ロッド4に挿入可能であり、且つ回り止めキー等で掘削ロッド4と一体に形成されたシャフト71と、シャフト71に外嵌しそれに沿って上下動する円筒状のスライダ74と、それぞれスライダ74の円筒に一端が回転自在に軸支され、他端側外面に複数の掘削刃73bを備えた拡大ヘッド73を構成する一対の拡大翼73aと、シャフト71の下端部に一体に取り付けられ、下端面に複数の掘削刃72aを有する螺旋状の掘削体72と、から成っている。
オーガヘッド7は、駆動部3によるシャフト71の回転に伴って回転し、掘削刃72aで地盤を掘削しつつ螺旋翼6で地盤方向に推進され、掘削した土砂を上方へ排出する。また、上記一対の拡大翼73aは、それぞれ上下方向に(即ち垂直面内で)回動して拡大ヘッド73の掘削径を拡縮することができる。
シャフト71の下端側には、上記軸75から間隔を置いて一対の支持アーム77の一端が軸76によりシャフト71に回動自在に取り付けられている。支持アーム77の他端は、上記拡大ヘッド73を構成する拡大翼73aの中間位置(中央部)に軸78に回動自在に取り付けられている。これによって、一対の拡大翼73aと一対の支持アーム77はパンタグラフを構成する。
スライダ74の上昇により、スライダ74に軸75で取り付けられた拡大翼73aの一端部が上方向に引き上げられ、これにより拡大翼73aの中間部は軸78の回りで回動しながら上昇し、それに伴って一対の支持アーム77は軸76を中心に互いに内側に回動する。その結果、一対の拡大翼73a、したがって、拡大ヘッド73の掘削径がオーガヘッド7の掘削体72の径内に収まるように縮小する(図2A参照)。
この場合は、外ロッド8を油圧ジャッキ20a(図1参照)で上昇させると、支持アーム77の軸76の軸端側が上昇し、これに伴って拡大翼73aの中間部が上方に押し上げられる結果、拡大翼73aは軸75を中心に上方に向かって回動し、その掘削径が拡大する。逆に、外ロッド8を下降させると、スライダ74がシャフト71に沿って下降し、一対の拡大翼73aが縮閉してその掘削径が縮小する。
底部(大径部)の径が2100mmの根固め杭孔Hbを掘削するときは、所定の深度までは拡大ヘッド73を縮閉した状態で杭孔Haを掘削し、所定の深度に達したとき、油圧ジャッキ20aを作動して拡大翼73aを既に説明した手順で拡開させる。
即ち、油圧ジャッキ20aを作動させて、外ロッド8を下降させて拡大翼73aをシャフト71の回りで回転させつつ外側に拡開する。この場合、拡大翼73aの上側には未掘削の地盤があるので、拡大翼73aは、この地盤を拡大翼73aの端部上面に設けた複数の掘削刃73bで掘削しながら、徐々にその掘削径を拡大していく。
このときの外ロッド8の変位量は、例えば、外ロッド8を最も引き上げたときの、油圧ジャッキ20aが最も退却した位置を基準として、その基準位置からの変位量を、外ロッドの所定位置に設けた位置を検知するための位置表示手段となる被検知体、例えばマーキング等を目視で確認することができる。
勿論、変位量を検知する検知手段である変位計等の測定器を用いてもよい。
本掘削装置Mは、外ロッド8の変位量を確認するために、図3Aに示すように、外ロッド8の外周、例えば油圧ジャッキ20aの下端部に対応する位置にマーキング21が付されている。
図2に示した拡大ヘッド73の一対の拡大翼73aを拡開させるために、油圧ジャッキ20aにより外ロッド8を下方に押し出すと、図3Bに示すように、その外周に付されたマーキング21も下方に移動する。
この場合、制御装置を設けて、上記ストローク計で検知した変位量に基づいて、拡大ヘッド73を拡開する油圧ジャッキ20aの制御を行ってもよい。例えば、ストローク計で、外ロッド8が所定の変位量まで変位したことを検知したときに、上記制御装置が自動的に油圧ジャッキ20aの動作を停止して外ロッド8の変位を停止したり、ブザーやランプ点灯によってオペレータに報知したりすることができる。
また、既に述べたように、外ロッド8の引き上げによって拡大ヘッド73の拡大翼73aが拡開する構成を採ったときは、外ロッド8の周面に付したマーキング21が油圧ジャッキ20aの下端位置に達したときに、上記拡大ヘッド73が所望の掘削径になるように、マーキング21を上記油圧ジャッキ20aの下端から所定距離だけ離れた位置に付すようにしてもよい。
マーキング21は、拡大ヘッド73の種々の掘削径に対応してその取り付け位置を変更できるよう、取り外し自在、或いは位置変更自在であることが望ましい。
まず、掘削装置Mにおける掘削に際して、上記外ロッド8(したがってスライダ74)の変位量と拡大ヘッド73の拡大翼73aの拡大量、したがって掘削径の拡大量との関係データを予め取得しておくことは既に述べたとおりである。
図4Aは、まず、掘削すべき場所に配置された掘削装置Mを示す。図Aの状態では、掘削装置Mの拡大ヘッド73の拡大翼73aは閉じており、その状態でオーガヘッド7の下端に取り付けた掘削体72の掘削刃72aにより杭孔Haの掘削を行う。
図4Bは、オーガヘッド7の掘削体72を回転駆動することにより、杭孔Haを所定の深さまで掘削したところで掘削体72による掘削を停止した状態を示す。
ここでは、既に述べたように、外ロッド8を下降させて拡大ヘッド73(一対の拡大翼73a)を拡開しつつ回転させて、杭孔Haの回りの地盤を拡大翼73aで掘削していく。オペレータは、外ロッド8の下降位置を監視しつつ、拡大ヘッド73を回転させながら必要な孔径に対応する掘削径が得られるまで、その拡大翼73aを徐々に拡径しながら上部にある地盤を掘削する。その拡径までの手順は既に説明したとおりである。
図4Dは、拡大ヘッド73を回転しつつ所定の位置まで引き上げた状態、つまり所定の長さを有する大径の根固め孔Hbを杭孔Haの回りに形成した状態を示す。これによって最初に掘削した杭孔の底側にこれに連続した所望の径の大径の根固め孔Hbが形成できる。
地上では、外ロッド8が所定量変位したことを測定又は確認することで、拡大ヘッド73が所定の掘削径で掘削を行ったことが確認できる。
そこで、本発明は、この掘削装置を用いて掘削された孔が所定の径に達しない未掘削領域があるか、或いは掘削孔の孔壁の連続性が維持されているか否かについての検査も同時に行うようにしている。
つまり、拡大ヘッド73(一対の拡大翼73a)の上下動の際に掘削した大径の根固め孔Hbに所定の径未満の部分つまり掘削不良箇所があるかどうかを検査する。
(1)拡大翼73aを拡開位置に油圧で固定(ロック)した状態、つまり油圧ジャッキ20aで外ロッド8を押し下げ、拡大翼73aを拡開位置にロックした状態で、拡大ヘッド73(拡大翼73a)を駆動部3のモータで回転させながら引き上げていく。その際、拡大翼73aの先端が大径の根固め孔Hbの孔壁の径小部に当たると、その抵抗によりモータに負荷が掛かる。例えばモータが電動モータである場合は、その駆動電流が増加するため、その駆動電流値又はその積分電流値を監視し、その駆動電流が一定の閾値を超えたこと確認することにより、孔壁のどの部分に掘削不良部分が存在するかが分かる。また、油圧モータを用いる場合は、拡大翼73aの先端が大径の根固め孔Hbの孔壁の径小部に当たるときに発生する負荷圧力の圧力増大として同様に検知することができる。
オペレータは、駆動電流又は圧力が一定の閾値を超えて増加した部分を中心に拡大ヘッド73を回転させつつ上下動させて、駆動電流が変化しなくなるのを確認して、更に拡大ヘッド73を引き上げ或いは引き下げながら監視を行う。
このようにすることで、大径の根固め孔Hbの掘削不良を解消することができる。
そこで、その部分を既に説明した手順で再掘削して必要な孔径を確保することができる。
図5Aの状態は、オーガヘッド7を形成された杭孔Haおよび大径の根固め孔Hb内に掘削装置Mを降ろすところを示している。
図5Bは、杭孔Haの底に降ろして配置した掘削装置Mの拡大翼73aを回転させながら、大径の根固め孔Hb内をその孔の方向に、ここでは上及び/又は下方向に移動させながら、掘削ロッド4の駆動手段である駆動部3の電動モータの負荷、例えば駆動電流の電流値、又は油圧モータの油圧を測定して、その測定値が増大するか否かを確認する。駆動電流や油圧が所定値(閾値)を超えて増大した場合は、その部分で拡大翼73aの回転が拡大孔の孔壁の抵抗を受けていることを示すから、その位置を中心に拡大翼73aを回転させつつ上・下動させて、上記駆動電流又は油圧が所定値以下になるまで孔壁の掘削を行う。
図5Cは最後に、拡大翼73aを上下動させて孔壁の掘削不良(又は孔壁の不連続性)の状態を確認し、掘削不良が検出できないとき(又は孔壁の連続性が確認されたとき)を示す。この状態で孔内にセメントミルクを注入し、又は拡大掘削を行いながらセメントミルクを注入して混合攪拌を行い、オーガヘッド7を引き上げる。
大径の根固め孔Hbは、拡開した拡大翼73aを回転しつつ引き上げつつ掘削して形成するため、その内周面には螺旋状の凸条が残ったり、或いは孔壁が崩壊する場合がある。そこで、この内周面の螺旋状の凸条を均して孔壁保護のための表面仕上げを行うことがある。
図6は、この大径の根固め孔Hbの孔壁の仕上げ手順を示す図である。図6Aは、図5Aと同様の図である。但し、ここでは、拡大翼73aの先端部には壁面ならし用の鏝79が装着されている。
図6Bは、鏝79を装着した掘削装置Mを形成された大径の掘削孔の底に降ろして、そこから引き上げながら大径の根固め孔Hbの内周面の凸条つまりギザギザを平滑にする作業開始直前の状態を示す。
このようにして仕上げた孔内にセメントミルクを充填して作業を終了する。
この孔壁面に鏝を当てて孔壁面を平滑化する工程は、大径孔の掘削不良個所の再掘削に続いて行っても、或いは、既に別の掘削ヘッドで掘削された大径の根固め孔の壁保護のため上記再掘削を行う代わりに行ってもよい。
また、本実施形態に係るオーガヘッド7は、特別な器具(従来の非接触センサー等)を用いなくとも、確認或いは簡易的なメジャーやストローク計等の測定器具を用いて拡大ヘッド7の拡開を確認することができるため、コストの増加を抑制することができる。
なお、以上の説明では、既に掘削した掘削孔と同心にそれよりも大径の掘削孔について、その孔壁を鏝を用いて仕上げたり、或いは掘削不良個所の再掘削を行うとしているが、孔壁の仕上げや掘削不良個所の再掘削は上記大径の掘削孔のみに限定されず、任意の掘削孔に適用可能である。
Claims (10)
- 掘削径を拡縮可能な拡大ヘッドを備えたオーガヘッドと、
前記オーガヘッドと連結する掘削ロッドと、
前記掘削ロッドを軸回りに回転させる掘削ロッドの駆動手段と、
前記拡大ヘッドの掘削径を拡縮する拡縮機構と、
前記掘削ロッドと一体に回転すると共に、軸方向の変位で前記拡大ヘッドを拡縮する前記拡縮機構を作動する外ロッドと、
前記外ロッドを軸方向に変位させる外ロッドの駆動手段と、を備え、
前記拡大ヘッドを前記外ロッドを介して前記外ロッドの駆動手段で拡開位置に駆動しつつ、予め形成された掘削孔と同心にそれよりも大径の掘削孔を掘削することを特徴とする掘削装置。 - 請求項1に記載された掘削装置において、
前記拡大ヘッドは一対の拡大翼と、
前記外ロッドに連結されて、その上下動に従って前記掘削ロッドに沿って上下動するガイド部材と、を備え、
前記拡縮機構は、前記ガイド部材の上下動に従って前記拡大翼を拡縮することを特徴とする掘削装置。 - 請求項1又は2に記載された掘削装置において、
前記外ロッドは所定位置に、その変位を検知するための位置表示手段となる被検知体を有することを特徴とする掘削装置。 - 請求項1ないし3のいずれかに記載された掘削装置において、
前記外ロッドの変位量を検知する検知手段を備えたことを特徴とする掘削装置。 - 請求項1ないし4のいずれかに記載された掘削装置において、
掘削された掘削孔内で、拡大した拡大翼を回転するときに前記掘削ロッドの駆動手段に作用する負荷を測定する手段を備え、測定された負荷により掘削不良を検知することを特徴とする掘削装置。 - 請求項2ないし5のいずれかに記載された掘削装置において、
前記拡大翼の先端に着脱自在に鏝部材を備えたことを特徴とする掘削装置。 - 拡大ヘッドと、前記拡大ヘッドを回転する掘削ロッドと、前記拡大ヘッドの掘削径を拡縮する拡縮機構と、前記掘削ロッドと一体に回転すると共に軸方向の変位で前記拡大ヘッドを拡縮する前記拡縮機構を作動する外ロッドと、を備えた掘削装置により、予め形成された掘削孔と同心にそれよりも大径の掘削孔を掘削する方法であって、
掘削径を拡大可能な拡大ヘッドを縮閉した状態で前記掘削孔の底に配置する工程と、
前記拡大ヘッドを回転させつつ、前記外ロッドを軸方向に所定量変位させて前記拡大ヘッドを拡開する工程と、
拡大ヘッドを拡開位置に固定した状態で回転させながら引き上げる工程と、
を有することを特徴とする予め形成された掘削孔と同心にそれよりも大径の掘削孔を掘削する方法。 - 拡大ヘッドと、前記拡大ヘッドを回転する掘削ロッドと、前記拡大ヘッドの掘削径を拡縮する拡縮機構と、前記掘削ロッドと一体に回転すると共に軸方向の変位で前記拡大ヘッドを拡縮する前記拡縮機構を作動する外ロッドとを備えた掘削装置により、掘削孔の径を連続的に検査して再掘削する方法であって、
前記拡大ヘッドを前記拡縮機構で拡開位置に駆動しつつ前記掘削孔内を回転させて前記掘削孔の方向に移動させる工程と、
前記拡開ヘッドの移動中において、前記掘削ロッドの回転駆動手段に作用する負荷を測定する工程と、
測定された負荷に基づき前記掘削孔の掘削不良を検知する工程と、
掘削不良が検知されたとき前記拡大ヘッドで再掘削を行う工程と
を有することを特徴とする掘削孔の径を連続的に検査して再掘削する方法。 - 拡大ヘッドと、前記拡大ヘッドを回転する掘削ロッドと、前記拡大ヘッドの掘削径を拡縮する拡縮機構と、前記掘削ロッドと一体に回転すると共に軸方向の変位で前記拡大ヘッドを拡縮する前記拡縮機構を作動する外ロッドとを備えた掘削装置により、掘削孔の径を連続的に検査して再掘削する方法であって、
前記拡大ヘッドを拡開位置に非固定で設定した状態で前記掘削孔内を回転させつつ前記掘削孔の方向に移動させる工程と、
前記工程において移動中の前記第拡開ヘッドの縮閉に伴う外ロッドの変位により前記掘削孔の掘削不良を検知する工程と、
掘削不良が検知されたとき掘削孔の再掘削を行う工程と
を有することを特徴とする掘削孔の径を連続的に検査して再掘削する方法。 - 拡大ヘッドと、前記拡大ヘッドを回転する掘削ロッドと、前記拡大ヘッドの掘削径を拡縮する拡縮機構と、前記掘削ロッドと一体に回転すると共に軸方向の変位で前記拡大ヘッドを拡縮する前記拡縮機構を作動する外ロッドと、前記拡大ヘッドを構成する一対の拡大翼の先端に着脱自在に鏝部材を備えた掘削装置により、掘削孔の孔壁を平滑かする掘削方法であって、
前記一対の拡大翼を回転させつつ前記掘削孔内で孔の方向に移動させ、前記鏝部材で前記掘削孔の孔壁を平滑化することを特徴とする掘削方法。
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