JP7793582B2 - Expanding Drilling Rig - Google Patents
Expanding Drilling RigInfo
- Publication number
- JP7793582B2 JP7793582B2 JP2023189415A JP2023189415A JP7793582B2 JP 7793582 B2 JP7793582 B2 JP 7793582B2 JP 2023189415 A JP2023189415 A JP 2023189415A JP 2023189415 A JP2023189415 A JP 2023189415A JP 7793582 B2 JP7793582 B2 JP 7793582B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- drilling
- expansion
- shaft
- wing
- hole wall
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Landscapes
- Earth Drilling (AREA)
Description
本発明は、地中に形成された杭穴先端部を拡大掘削して根固め球根部を築造するための拡大掘削装置に関する。 The present invention relates to an excavation enlargement device for excavating the tip of a pile hole formed in the ground to construct a root protection bulb.
地中に形成された杭穴先端部を拡大掘削して根固め球根部を形成する拡大掘削装置として、例えば特許文献1に記載された拡大掘削装置がある。この拡大掘削装置は、掘削ロッドの先端に掘削ロッドと一体に連結可能な掘削シャフトと、掘削シャフトの外周に掘削シャフトの軸心と平行をなし、かつ、掘削シャフトの周方向に沿って等間隔に配置された複数の支軸と、各支軸に回動可能に取り付けられた拡大翼とを備え、掘削ロッドが正回転する杭穴掘削作業時は、土圧を受けた拡大翼が縮径状態を保持し、掘削ロッドが逆回転する拡大掘削作業時は、土圧を受けた拡大翼が支軸回りに回動して拡径状態となり、その状態のままで掘削シャフトとともに複数の拡大翼が回転することにより周囲の地盤を拡大削孔するものである。 One example of an enlargement drilling device used to enlarge the tip of a pile hole formed underground and form a root-hardening bulb is the enlargement drilling device described in Patent Document 1. This enlargement drilling device comprises a drilling shaft that can be connected integrally to the tip of the drilling rod, multiple support shafts that are parallel to the axis of the drilling shaft on the outer periphery of the drilling shaft and are equally spaced circumferentially around the drilling shaft, and enlargement blades rotatably attached to each support shaft. During pile hole excavation work in which the drilling rod rotates forward, the enlargement blades remain in a contracted state due to the application of earth pressure. During enlargement drilling work in which the drilling rod rotates backward, the enlargement blades rotate around the support shaft and become expanded due to the application of earth pressure. In this state, the multiple enlargement blades rotate together with the drilling shaft, enlarging and drilling the surrounding ground.
ところで、上記従来の拡大掘削装置では、拡大掘削作業を行う際には正回転している掘削ロッドを逆回転させることにより、拡大翼が土圧を受けて開くようにしたものである。しかしながら、掘削ロッドが逆回転を開始する際には拡大翼は閉じた状態であるため、孔壁面と接触しても摩擦力が小さく、孔壁面上を滑る傾向にある。そのため、逆回転を開始してから拡大翼が開き始めるまでに時間のロスが発生する。 In the above-mentioned conventional expansion drilling device, when performing expansion drilling work, the drilling rod, which is rotating forward, is rotated in the reverse direction so that the expansion blades open under soil pressure. However, because the expansion blades are closed when the drilling rod begins to rotate in the reverse direction, even when they come into contact with the hole wall, friction is small and they tend to slide along the hole wall. As a result, there is a time loss between the start of reverse rotation and the expansion blades beginning to open.
そこで、本発明においては、掘削ロッドが逆回転を開始した際に拡大翼を素早く開いて拡大削孔を行うことが可能な拡大掘削装置を提供することを目的とする。 The present invention therefore aims to provide an expansion drilling device that can quickly open the expansion wings to perform expansion drilling when the drilling rod begins to rotate in reverse.
本発明の拡大掘削装置は、掘削ロッドに対して一体に回転するように連結可能な掘削シャフトと、掘削シャフトの外周に掘削シャフトの軸心と平行をなし、かつ、掘削シャフトの周方向に沿って等間隔に配置された複数の支軸と、複数の支軸にそれぞれ回動可能に取り付けられた拡大翼とを備え、掘削ロッドが正回転する杭穴掘削作業時には、土圧を受けた拡大翼が縮径状態を保持し、掘削ロッドが逆回転する拡大掘削作業時には、土圧を受けた拡大翼が支軸回りに回動して拡大翼の一部が掘削シャフトの外周に当接するまで広がって拡径状態を保持する拡大掘削装置であって、拡大翼の先端部外側面に、掘削ロッドの逆回転開始時に孔壁に最初に接触する位置に第1の掘削ビットを備えたものである。 The expansion drilling device of the present invention comprises a drilling shaft that can be connected to the drilling rod so as to rotate integrally with it; multiple support shafts that are parallel to the axis of the drilling shaft on the outer periphery of the drilling shaft and are equally spaced circumferentially of the drilling shaft; and expansion blades that are rotatably attached to each of the multiple support shafts. During pile hole drilling operations in which the drilling rod rotates forward, the expansion blades receive earth pressure and maintain a reduced diameter state. During expansion drilling operations in which the drilling rod rotates reversely, the expansion blades receive earth pressure and rotate around the support shafts, expanding until a portion of the expansion blade abuts the outer periphery of the drilling shaft and maintaining an expanded diameter state. A first drill bit is provided on the outer surface of the tip of the expansion blade in a position that first contacts the hole wall when the drilling rod begins reverse rotation.
本発明の拡大掘削装置によれば、掘削ロッドが正回転して杭穴掘削作業を行い、掘削ロッドを逆回転して拡大掘削作業を行う際、拡大翼の先端部外側面に備えられた第1の掘削ビットが孔壁に最初に接触することによって早期に摩擦を生じ、拡大翼を素早く開くことが可能となる。 With the expansion drilling device of the present invention, when the drilling rod rotates forward to perform pile hole drilling operations and then rotates backward to perform expansion drilling operations, the first drilling bit attached to the outer surface of the tip of the expansion wing comes into contact with the hole wall first, generating friction early on and allowing the expansion wing to open quickly.
本発明の拡大掘削装置は、拡大翼の先端部に、拡径状態において孔壁に接触する第2の掘削ビットを備えることが望ましい。これにより、拡大翼の拡径状態において孔壁に第2の掘削ビットが接触し、孔壁を的確に切削することが可能となる。 The expansion drilling device of the present invention desirably has a second drilling bit at the tip of the expansion wing that contacts the hole wall when in the expanded diameter state. This allows the second drilling bit to contact the hole wall when the expansion wing is in the expanded diameter state, making it possible to accurately cut the hole wall.
ここで、第2の掘削ビットの向きは、掘削ロッドの逆回転方向に対する角度が0°~25°、より好ましくは0.2°~12°の方向であることが望ましい。これにより、掘削ロッドを逆回転させながら引き上げまたは押し下げして孔壁を拡大掘削する際、孔壁から加わる機械的応力を第2の掘削ビットに効率的に受けて孔壁を切削することができる。 Here, it is desirable that the orientation of the second drilling bit be such that its angle with respect to the reverse rotation direction of the drilling rod is between 0° and 25°, more preferably between 0.2° and 12°. This allows the second drilling bit to efficiently receive the mechanical stress applied by the hole wall and cut the hole wall when the drilling rod is pulled up or down while rotating in the reverse direction to enlarge and drill the hole wall.
また、拡大翼は、掘削ロッドの逆回転方向に対する角度が0°~25°、より好ましくは0.2°~12°の方向に回動するものであることが望ましい。これにより、掘削ロッドを逆回転させながら引き上げまたは押し下げして孔壁を拡大掘削する際、孔壁から加わる機械的応力を拡大翼に効率的に受けて拡大翼を素早く開くことが可能となる。特に、掘削ロッドを逆回転させながら引き上げて孔壁を拡大掘削する場合には、拡大翼が傾斜していることで重力も作用するため拡大翼がさらに開きやすくなり、また、孔壁を切削する際には下向きに加わる応力が分散する。 It is also desirable that the expansion blades rotate at an angle of 0° to 25°, more preferably 0.2° to 12°, relative to the direction of reverse rotation of the drilling rod. This allows the expansion blades to efficiently absorb the mechanical stress applied by the hole wall and open quickly when the drilling rod is pulled up or down while rotating in the reverse direction to enlarge and drill the hole wall. In particular, when the drilling rod is pulled up while rotating in the reverse direction to enlarge and drill the hole wall, the inclined expansion blades also act as gravity, making them easier to open, and also dispersing the downward stress applied when cutting the hole wall.
(1)拡大翼の先端部外側面に、掘削ロッドの逆回転開始時に孔壁に最初に接触する位置に第1の掘削ビットを備えた構成により、拡大翼を素早く開いて拡大削孔を行うことが可能となる。 (1) By providing a first drilling bit on the outer surface of the tip of the expansion wing at a position that first contacts the hole wall when the drilling rod begins to reverse rotate, it is possible to quickly open the expansion wing and perform enlarged hole drilling.
(2)拡大翼の先端部に、拡径状態において孔壁に接触する第2の掘削ビットを備えることにより、拡大翼の拡径状態において第2の掘削ビットにより孔壁を的確に切削して拡大削孔を行うことが可能となる。 (2) By providing a second drilling bit at the tip of the expansion wing that contacts the hole wall when in the expanded diameter state, it is possible to accurately cut the hole wall with the second drilling bit when the expansion wing is in the expanded diameter state, thereby performing enlarged hole drilling.
(3)第2の掘削ビットの向きが、掘削ロッドの逆回転方向に対する角度が0°~25°、より好ましくは0.2°~12°の方向であることにより、掘削ロッドを逆回転させながら引き上げまたは押し下げして孔壁を拡大掘削する際、孔壁から加わる機械的応力を第2の掘削ビットに効率的に受けて孔壁を切削することで孔壁掘削効率が向上する。また、第2の掘削ビットの機械的強度保全が向上する。 (3) By orienting the second drilling bit at an angle of 0° to 25°, more preferably 0.2° to 12°, relative to the reverse rotation direction of the drilling rod, when the drilling rod is pulled up or down while rotating in the reverse direction to drill the hole wall, the mechanical stress applied from the hole wall is efficiently received by the second drilling bit, cutting the hole wall and improving hole wall drilling efficiency. This also improves the mechanical strength of the second drilling bit.
(4)拡大翼が、掘削ロッドの逆回転方向に対する角度が0°~25°の方向に回動するものであることにより、掘削ロッドを逆回転させながら引き上げまたは押し下げして孔壁を拡大掘削する際、孔壁から加わる機械的応力を拡大翼に効率的に受けて拡大翼を素早く開いて拡大掘削を行うことが可能となる。特に、掘削ロッドを逆回転させながら引き上げて孔壁を拡大掘削する場合には、拡大翼が傾斜していることで重力も作用するため拡大翼がさらに開きやすくなり、また、孔壁を切削する際には下向きに加わる応力が分散するので、拡大翼の耐荷重も向上する。 (4) Because the expansion wing rotates at an angle between 0° and 25° relative to the direction of reverse rotation of the drilling rod, when the drilling rod is pulled up or down while rotating in the reverse direction to enlarge the hole wall, the expansion wing efficiently absorbs the mechanical stress applied from the hole wall, allowing the expansion wing to quickly open and perform enlargement drilling. In particular, when the drilling rod is pulled up while rotating in the reverse direction to enlarge the hole wall, the inclined expansion wing also acts as a force of gravity, making it easier for the expansion wing to open. In addition, the downward stress applied when cutting the hole wall is dispersed, improving the load-bearing capacity of the expansion wing.
図8に示すように、本発明の実施の形態における拡大掘削装置100は、地中に形成された杭穴Hの先端部を拡大掘削して根固め球根部(図示せず。)を築造するためのものである。拡大掘削装置100は、掘削ロッド1の先端に設けられる。掘削ロッド1は、オーガーマシン等の駆動手段(図示せず。)により正逆方向に回転駆動される駆動軸2と、駆動軸2の外周に設けられた螺旋状の掘削羽根3とを備える。 As shown in Figure 8, the enlarged drilling device 100 in this embodiment of the present invention is used to enlarge and excavate the tip of a pile hole H formed in the ground to create a root protection bulb (not shown). The enlarged drilling device 100 is attached to the tip of a drilling rod 1. The drilling rod 1 includes a drive shaft 2 that is driven to rotate in forward and reverse directions by a drive means (not shown) such as an auger machine, and a spiral drilling blade 3 attached to the outer periphery of the drive shaft 2.
図1~図4に示すように、拡大掘削装置100は、掘削ロッド1(図8参照。)に対して一体に回転するように連結可能な掘削シャフト10と、掘削シャフト10の外周に設けられた2つの支軸13と、各支軸13に回動可能に取り付けられた2つの拡大翼11とを備える。掘削シャフト10の下端側には、図5および図6に示すように掘削ヘッド20が連結される。 As shown in Figures 1 to 4, the expansion drilling device 100 comprises a drilling shaft 10 that can be connected to the drilling rod 1 (see Figure 8) so as to rotate integrally therewith, two support shafts 13 provided on the outer periphery of the drilling shaft 10, and two expansion wings 11 rotatably attached to each support shaft 13. A drilling head 20 is connected to the lower end of the drilling shaft 10, as shown in Figures 5 and 6.
掘削シャフト10は、軸心10cを中心とする円柱の側面の一部を、2つの平面12a,12aで切り落とした形状の軸部12を有する。2つの平面12a,12aは、各支軸13が配置された部分を避ける位置に、軸心10cを挟んで2つの拡大翼11のそれぞれに向けて軸心10cに平行に形成されている。掘削シャフト10は、掘削ロッド1の駆動軸2の先端に掘削ロッド1と一体に回転するように連結される。掘削シャフト10の軸部12の上端側には、掘削ロッド1の駆動軸2の下端部分に連結するための六角柱状のコネクタ14aが突設されている。掘削シャフト10の軸部12の下端側には、掘削ヘッド20の駆動軸21の上端側に突設されたコネクタ22(図6参照。)が嵌入可能なコネクタ穴14bが軸心10c方向に穿設されている。 The drilling shaft 10 has a shaft portion 12 shaped like a cylinder with its side surface centered on the axis 10c cut off by two flat surfaces 12a, 12a. The two flat surfaces 12a, 12a are formed parallel to the axis 10c, facing each of the two expansion wings 11, and are positioned to avoid the areas where the support shafts 13 are located. The drilling shaft 10 is connected to the tip of the drive shaft 2 of the drilling rod 1 so as to rotate integrally with the drilling rod 1. A hexagonal prism-shaped connector 14a protrudes from the upper end of the shaft portion 12 of the drilling shaft 10 for connecting to the lower end of the drive shaft 2 of the drilling rod 1. A connector hole 14b is drilled in the direction of the axis 10c from the lower end of the shaft portion 12 of the drilling shaft 10, into which a connector 22 (see Figure 6) protruding from the upper end of the drive shaft 21 of the drilling head 20 can be fitted.
2つの支軸13は、掘削シャフト10の軸部12の外周の円弧面12b,12bに、掘削シャフト10の軸心10cと角度θ(図5参照。)をなし、かつ、掘削シャフト10の周方向に沿って等間隔(180°間隔)に配置されている。各支軸13は、図1,2に示すように軸心10cと平行な方向に離れ、かつ図5に示すように水平方向に対して角度θに傾斜させて設けられた一対のブラケット16,16を介して掘削シャフト10の軸部12の外周の円弧面12b,12bから離れた位置に固定されている。 The two support shafts 13 are arranged on the arcuate surfaces 12b, 12b on the outer periphery of the shaft portion 12 of the drilling shaft 10, forming an angle θ (see Figure 5) with the axis 10c of the drilling shaft 10, and are equally spaced (180° apart) around the circumference of the drilling shaft 10. Each support shaft 13 is fixed at a position away from the arcuate surfaces 12b, 12b on the outer periphery of the shaft portion 12 of the drilling shaft 10 via a pair of brackets 16, 16 that are spaced apart in a direction parallel to the axis 10c as shown in Figures 1 and 2, and inclined at an angle θ with respect to the horizontal as shown in Figure 5.
拡大翼11は、掘削ロッド1が矢線R方向に正回転する杭穴掘削作業時には土圧を受けて図1および図2に示すように支軸13回りに回動し、掘削羽根3の回転軌跡内に収容された縮径状態となる。一方、掘削ロッド1が矢線L方向に逆回転する拡大掘削作業時には、拡大翼11は土圧を受けて支軸13回りに回動し、図3および図4に示すように掘削羽根3の回転軌跡より半径方向外方に突出した拡径状態となる。 During pile hole excavation work in which the drilling rod 1 rotates forward in the direction of arrow R, the expansion blade 11 is subjected to earth pressure and rotates around the support shaft 13 as shown in Figures 1 and 2, becoming housed within the rotational trajectory of the drilling blade 3. On the other hand, during enlarged excavation work in which the drilling rod 1 rotates backward in the direction of arrow L, the expansion blade 11 is subjected to earth pressure and rotates around the support shaft 13, becoming enlarged and protruding radially outward from the rotational trajectory of the drilling blade 3 as shown in Figures 3 and 4.
図1および図2に示す縮径状態における拡大翼11の先端部11aの外側面11bには、掘削ロッド1の逆回転開始時に孔壁に最初に接触する位置に第1の掘削ビット15aを備える。また、拡大翼11の先端部11aには、図3および図4に示す拡径状態において孔壁に接触する第2の掘削ビット15bを備える。拡大翼11の先端部の上下面には、拡大翼11の拡径状態で拡大翼11が入り込んだ孔壁の上部面および下部面を切削する第3の掘削ビット15cを備えている。 In the contracted state shown in Figures 1 and 2, the outer surface 11b of the tip 11a of the expansion wing 11 is provided with a first drilling bit 15a at a position that first contacts the hole wall when the drilling rod 1 begins reverse rotation. The tip 11a of the expansion wing 11 is also provided with a second drilling bit 15b that contacts the hole wall in the expanded state shown in Figures 3 and 4. The upper and lower surfaces of the tip of the expansion wing 11 are provided with third drilling bits 15c that cut the upper and lower surfaces of the hole wall into which the expansion wing 11 has entered when the expansion wing 11 is in the expanded state.
拡大翼11は、矢線L方向の前方側の面、すなわち拡大掘削作業時に土圧を受ける面が、支軸13から離れるにつれて矢線L方向の後方側へ湾曲した凸面11cと、この凸面11cに連続して反対側、すなわち矢線L方向の前方側へ湾曲した凹面11dとを有する。また、拡大翼11の基端側には、先端部から離れる方向に突出した突起部11eが設けられている。なお、本実施形態においては、拡大翼11は掘削シャフト10の外周に180°間隔で2箇所に配置されているが、拡大翼11の形状、個数や配置間隔などは本実施形態に限定されない。 The expansion wing 11 has a front surface in the direction of arrow L, i.e., the surface that receives earth pressure during expansion excavation work, which has a convex surface 11c that curves rearward in the direction of arrow L as it moves away from the support shaft 13, and a concave surface 11d that is continuous with this convex surface 11c and curves forward on the opposite side, i.e., in the direction of arrow L. Furthermore, a protrusion 11e that protrudes away from the tip end is provided on the base end of the expansion wing 11. In this embodiment, the expansion wings 11 are arranged at two locations 180° apart around the outer periphery of the drilling shaft 10, but the shape, number, and spacing of the expansion wings 11 are not limited to this embodiment.
図6および図7に示すように、掘削ヘッド20は、円筒状の駆動軸21と、駆動軸21の上端側に突設された六角柱状のコネクタ22と、駆動軸21の外周に設けられた螺旋状の掘削羽根23とを備えている。各掘削羽根23の先端には掘削ビット24が設けられている。拡大掘削装置100の掘削シャフト10の下端側のコネクタ穴14bに、掘削ヘッド20の上端側のコネクタ22を嵌入し、所定の固定手段で固定することにより、拡大掘削装置100と掘削ヘッド20とが一体的に連結される。 As shown in Figures 6 and 7, the drilling head 20 comprises a cylindrical drive shaft 21, a hexagonal connector 22 protruding from the upper end of the drive shaft 21, and spiral drilling blades 23 attached to the outer periphery of the drive shaft 21. A drilling bit 24 is attached to the tip of each drilling blade 23. The connector 22 on the upper end of the drilling head 20 is inserted into the connector hole 14b on the lower end of the drilling shaft 10 of the enlarged drilling device 100 and fixed using a predetermined fixing means, thereby integrally connecting the enlarged drilling device 100 and the drilling head 20.
次に、掘削ヘッド20と一体化された拡大掘削装置100を、掘削ロッド1の駆動軸2の先端に掘削ロッド1と一体に回転するように連結する。具体的には、駆動軸2の先端に穿設されたコネクタ穴4(図8参照。)に、拡大掘削装置100の掘削シャフト10の上端側のコネクタ14aを嵌入し、所定の固定手段で固定することにより、掘削ロッド1と、拡大掘削装置100および掘削ヘッド20とが一体的に連結される。これにより、拡大掘削装置100および掘削ヘッド20は、掘削ロッド1と一体的に回転するように連結される。 Next, the enlarged drilling device 100 integrated with the drilling head 20 is connected to the tip of the drive shaft 2 of the drilling rod 1 so that it rotates integrally with the drilling rod 1. Specifically, the connector 14a on the upper end of the drilling shaft 10 of the enlarged drilling device 100 is inserted into the connector hole 4 (see Figure 8) drilled at the tip of the drive shaft 2 and fixed with a predetermined fixing means, thereby integrally connecting the drilling rod 1 to the enlarged drilling device 100 and drilling head 20. As a result, the enlarged drilling device 100 and drilling head 20 are connected to rotate integrally with the drilling rod 1.
次に、上記構成の拡大掘削装置100の動作について説明する。
図8に示すように、杭穴掘削作業時は掘削ロッド1を矢線R方向に正回転させる。このとき、図1および図2に示すように、土圧を受けた拡大翼11の先端部11aが掘削シャフト10に接近した状態を保持するので拡大翼11は縮径状態に保たれる。したがって、掘削ロッド1を矢線R方向に正回転させることにより、杭穴掘削作業を円滑に行うことができる。
Next, the operation of the expansion drilling device 100 having the above-described configuration will be described.
As shown in Figure 8, during pile hole excavation work, the drilling rod 1 is rotated forward in the direction of the arrow R. At this time, as shown in Figures 1 and 2, the tip end 11a of the expansion blade 11, which is subjected to earth pressure, is kept close to the drilling shaft 10, so the expansion blade 11 is kept in a reduced diameter state. Therefore, by rotating the drilling rod 1 forward in the direction of the arrow R, pile hole excavation work can be carried out smoothly.
一方、拡大掘削作業時は掘削ロッド1を矢線L方向に逆回転させながら引き上げる。このとき、図3および図4に示すように、土圧を受けた複数の拡大翼11がそれぞれ支軸13回りに回動して拡大翼11が拡がっていく。このとき、拡大翼11の先端部11aの外側面11bに備えられた第1の掘削ビット15aが孔壁に最初に接触することによって早期に摩擦を生じ、拡大翼11を素早く開くことができる。 On the other hand, during expansion drilling, the drill rod 1 is pulled up while rotating in the reverse direction of arrow L. At this time, as shown in Figures 3 and 4, the multiple expansion wings 11, subjected to earth pressure, rotate around the support shafts 13, causing the expansion wings 11 to expand. At this time, the first drilling bit 15a attached to the outer surface 11b of the tip 11a of the expansion wings 11 comes into contact with the hole wall first, generating friction early on and allowing the expansion wings 11 to open quickly.
また、掘削シャフト10の軸部12は、軸心10cを中心とする円柱の側面の一部を、2つの拡大翼11に向けて軸心10cを挟んで軸心10cに平行な2つの平面12a,12aで切り落とした形状となっているため、この切り落とした空間に掘削土砂が存在し、掘削ロッド1が逆回転した際にこの空間の掘削土砂が拡大翼11へ向かって流れ、拡大翼11が受ける土圧を増やすことができる。なお、軸部12は、図2に破線17で示すように拡大翼11に向けて斜め方向に、かつ軸心に平行に切り落とした形状とすることも可能である。この場合も同様に、掘削ロッド1が逆回転した際にこの空間の掘削土砂が拡大翼11へ向かって流れ、拡大翼11が受ける土圧を増やすことができる。 The shaft portion 12 of the drilling shaft 10 has a cylindrical shape with a portion of its side surface centered on the axis 10c cut away by two flat surfaces 12a, 12a parallel to the axis 10c, sandwiching the axis 10c, toward the two expansion wings 11. This allows excavated soil to be present in the cut-off space, and when the drilling rod 1 rotates in the reverse direction, the excavated soil in this space flows toward the expansion wings 11, increasing the earth pressure that the expansion wings 11 receive. The shaft portion 12 can also be cut away diagonally toward the expansion wings 11 and parallel to the axis, as shown by the dashed line 17 in Figure 2. In this case, too, when the drilling rod 1 rotates in the reverse direction, the excavated soil in this space flows toward the expansion wings 11, increasing the earth pressure that the expansion wings 11 receive.
また、拡大翼11にはその凸面11cおよび凹面11dにより掘削土砂を受けやすい空間が形成されているため、掘削土砂は凸面11cおよび凹面11dに沿って外周後方部へとスムーズに流れるようになり、拡大翼を素早く開くことができる。 In addition, the expansion wing 11 has a space formed by its convex surface 11c and concave surface 11d that is easily able to receive excavated soil, allowing the excavated soil to flow smoothly along the convex surface 11c and concave surface 11d to the rear of the outer periphery, allowing the expansion wing to open quickly.
こうして、拡大翼11は突起部11eが掘削シャフト10の外周に当接するまで拡がっていき、図3および図4に示す拡径状態に保たれる。そして、掘削羽根23(図8参照。)より大きな回転半径を描いて矢線L方向に逆回転しながら引き上げられる複数の拡大翼11の第2の掘削ビット15bおよび第3の掘削ビット15cにより、図8に示す地盤中に形成された杭穴Hの拡大翼11の周囲の地盤が拡大掘削され、杭穴Hより内径の大きな根固め球根部(図示せず。)が形成される。 In this way, the expansion wings 11 expand until the protrusions 11e abut the outer periphery of the drilling shaft 10, and are maintained in the expanded diameter state shown in Figures 3 and 4. The second drilling bit 15b and the third drilling bit 15c of the multiple expansion wings 11 are then pulled up while rotating in the reverse direction of arrow L with a larger rotation radius than the drilling blade 23 (see Figure 8), thereby excavating and expanding the ground around the expansion wings 11 in the pile hole H formed in the ground as shown in Figure 8, and forming a root compaction bulb (not shown) with an inner diameter larger than that of the pile hole H.
拡大掘削装置100の拡大翼11は大きな回転半径を描いて矢線L方向に回転して杭穴H(図8参照。)の周囲の地盤を拡大掘削するので、従来の拡大掘削装置より拡大掘削率を高めることができる。また、拡大翼11の拡径状態においては、孔壁に第2の掘削ビット15bが接触するとともに、孔壁に拡大翼11が入り込んで引き上げられることにより孔壁の上部面に第3の掘削ビット15cが接触するので、孔壁を的確に切削して拡大削孔を行うことができる。 The expansion wing 11 of the expansion drilling device 100 rotates in the direction of arrow L with a large radius of rotation to expand and excavate the ground around the pile hole H (see Figure 8), thereby achieving a higher expansion excavation rate than conventional expansion drilling devices. Furthermore, when the expansion wing 11 is in the expanded diameter state, the second drilling bit 15b contacts the hole wall, and as the expansion wing 11 penetrates the hole wall and is pulled up, the third drilling bit 15c contacts the upper surface of the hole wall, allowing the hole wall to be precisely cut and the hole to be expanded.
なお、拡大翼11が矢線L方向に回転して地盤を掘削するときに突起部11eに生じる土圧の反力は、掘削シャフト10の外周(突起部11eが当接している部分)で支えるので、損傷しにくく、簡素な構造でありながら高強度を発揮する。また、支軸13は掘削シャフト10の外周から離れた位置に配置されているので、支軸13と反力点(突起部11e)との間に溜まった土砂が、拡大翼11が拡径するときに噛むことがなく、スムーズな拡径動作を確保することができる。 When the expansion blade 11 rotates in the direction of arrow L to excavate the ground, the reaction force of the earth pressure generated at the protrusion 11e is supported by the outer periphery of the drilling shaft 10 (the part where the protrusion 11e abuts), making it less susceptible to damage and providing high strength despite its simple structure. In addition, because the support shaft 13 is positioned away from the outer periphery of the drilling shaft 10, soil accumulated between the support shaft 13 and the reaction point (protrusion 11e) does not get caught when the expansion blade 11 expands, ensuring smooth expansion operation.
拡大掘削作業が終了後、掘削ロッド1(図8参照。)を矢線R方向に正回転させると、土圧を受けた複数の拡大翼11はそれぞれ図1および図2に示す縮径状態に戻るので、拡大掘削装置100および掘削ヘッド20は掘削ロッド1とともに容易に地上に引き上げることができる。 After the expansion drilling operation is completed, the drilling rod 1 (see Figure 8) is rotated forward in the direction of arrow R, causing the multiple expansion wings 11, which have received earth pressure, to return to the reduced diameter state shown in Figures 1 and 2, allowing the expansion drilling device 100 and drilling head 20, together with the drilling rod 1, to be easily raised to the ground.
拡大掘削装置100を構成する拡大翼11は、掘削ロッド1を介して掘削シャフト10を逆回転させたり、正回転させたりするだけで、拡径したり、縮径したりするので、油圧系や電気系の動作システムが不要である。このため、拡大掘削装置100は機械的要素のみで構成することができ、構造も簡素である。 The expansion wing 11 that makes up the expansion drilling device 100 expands or contracts in diameter simply by rotating the drilling shaft 10 in the forward or reverse direction via the drilling rod 1, so no hydraulic or electrical operating systems are required. Therefore, the expansion drilling device 100 can be constructed solely from mechanical elements, and its structure is simple.
次に、拡大翼11の回動角度について、図9および図10を参照して説明する。
まず、基本条件として、掘削ロッド1の回転数は、5rpm~25rpmの範囲が多く適用される。そのため、例えば、拡大掘削径がφ1000mmの場合、拡大翼11の先端部11aの摺動距離(φ1000mm×3.14×回転数÷60)は、約261.8mm/s~1309mm/sとなる。また、拡大掘削作業時の掘削ロッド1の引き上げ速度は0.5m/min(8.3mm/s)~2.0m/min(33.3mm/s)の範囲が多く適用される。
Next, the rotation angle of the expansion wing 11 will be described with reference to FIGS. 9 and 10. FIG.
First, as a basic condition, the rotation speed of the drilling rod 1 is often in the range of 5 rpm to 25 rpm. Therefore, for example, when the expansion drilling diameter is φ1000 mm, the sliding distance of the tip 11a of the expansion wing 11 (φ1000 mm × 3.14 × rotation speed ÷ 60) is approximately 261.8 mm/s to 1309 mm/s. Furthermore, the lifting speed of the drilling rod 1 during expansion drilling work is often in the range of 0.5 m/min (8.3 mm/s) to 2.0 m/min (33.3 mm/s).
上記適用範囲において、逆回転による機械的な手段で拡大掘削する場合、拡大翼11の先端部11aに設けられた第2の掘削ビット15bは、孔壁から加わる機械的応力を効率的に受けられる向きに配置して孔壁を切削することが有効である。掘削ロッド1の回転により第2の掘削ビット15bは図9に示す二等辺三角形の辺abを移動する。また、掘削ロッド1の引き上げにより第2の掘削ビット15bは辺bcを移動する。その結果、第2の掘削ビット15bはこれらの合成ベクトルである辺acの軌跡を辿る。 When performing expansion drilling using mechanical means with reverse rotation within the above application range, it is effective to position the second drilling bit 15b attached to the tip 11a of the expansion wing 11 in an orientation that allows it to efficiently receive the mechanical stress applied from the hole wall when cutting the hole wall. As the drilling rod 1 rotates, the second drilling bit 15b moves along side ab of the isosceles triangle shown in Figure 9. Furthermore, as the drilling rod 1 is pulled up, the second drilling bit 15b moves along side bc. As a result, the second drilling bit 15b follows the trajectory of side ac, which is the resultant vector of these.
ここで、拡大掘削径がφ1000mmのモデルケースでは、回転数が遅く(261.8mm/s)、引き上げ速度が速い(33.3mm/s)場合、θ1=tan-1(b/a)≒7.3°となる。一方、回転数が速く(1309mm/s)、引き上げ速度が遅い(33.3mm/s)場合、θ2≒0.4°となる。一般的な拡大掘削径はφ600mm~φ2000mmであることから、θは概ね0.2°~12°となる。但し、機械的公差によるガタを考慮すると、θは0°~25°に設定するのが良い。 Here, in the model case where the enlarged excavation diameter is φ1000 mm, if the rotation speed is slow (261.8 mm/s) and the lifting speed is fast (33.3 mm/s), θ 1 = tan -1 (b/a) ≒ 7.3°. On the other hand, if the rotation speed is fast (1309 mm/s) and the lifting speed is slow (33.3 mm/s), θ 2 ≒ 0.4°. Since typical enlarged excavation diameters are φ600 mm to φ2000 mm, θ is generally 0.2° to 12°. However, considering play due to mechanical tolerances, it is best to set θ between 0° and 25°.
なお、本実施形態においては、掘削ロッド1を逆回転させながら引き上げて孔壁を拡大掘削する例について説明したが、逆に、掘削ロッド1を逆回転させながら押し下げて孔壁を拡大掘削する構成とすることも可能である。この場合、角度θは逆(-)となる。 In this embodiment, an example has been described in which the drilling rod 1 is pulled up while rotating in the reverse direction to enlarge the hole wall, but it is also possible to configure the drilling rod 1 to be pushed down while rotating in the reverse direction to enlarge the hole wall. In this case, the angle θ is reversed (-).
本実施形態における拡大掘削装置100では、拡大翼11を回動可能に支持する2つの支軸13を、掘削シャフト10の軸心10cと角度θをなすように配置することで、拡大翼11を角度θの方向に回動するものとしている。これにより、掘削ロッド1を逆回転させながら引き上げまたは押し下げして孔壁を拡大掘削する際、孔壁から加わる機械的応力を拡大翼11に効率的に受けて拡大翼11を素早く開くことが可能となる。 In the expansion drilling device 100 of this embodiment, the two support shafts 13 that rotatably support the expansion blades 11 are positioned at an angle θ with the axis 10c of the drilling shaft 10, allowing the expansion blades 11 to rotate in the direction of angle θ. This allows the expansion blades 11 to efficiently receive the mechanical stress applied by the hole wall and quickly open when the drilling rod 1 is pulled up or down while rotating in the reverse direction to perform expansion drilling of the hole wall.
特に、掘削ロッド1を逆回転させながら引き上げて孔壁を拡大掘削する場合には、拡大翼11が角度θで傾斜していることで重力も作用するため拡大翼11がさらに開きやすくなり、また、孔壁を切削する際には下向きに加わる応力が分散するので、拡大翼11の耐荷重も向上する。 In particular, when the drilling rod 1 is rotated in the reverse direction and pulled up to enlarge and drill the hole wall, the expansion blades 11 are tilted at angle θ, and gravity also acts, making it easier for the expansion blades 11 to open. Furthermore, the downward stress applied when cutting the hole wall is dispersed, improving the load-bearing capacity of the expansion blades 11.
また、図10に示すように、第2の掘削ビット15bの向きを掘削ロッド1の逆回転方向に対する角度をθだけ傾けることにより、第2の掘削ビット15bは孔壁面に対して直角に圧接して移動することが可能となる。これにより、掘削ロッド1を逆回転させながら引き上げまたは押し下げして孔壁を拡大掘削する際、孔壁から加わる機械的応力を第2の掘削ビット15bに効率的に受けて孔壁を切削することで孔壁掘削効率が向上する。また、第2の掘削ビット15bの機械的強度保全が向上する。 Furthermore, as shown in Figure 10, by tilting the orientation of the second drilling bit 15b by an angle θ relative to the reverse rotation direction of the drilling rod 1, the second drilling bit 15b can move while pressing perpendicularly against the hole wall surface. As a result, when the drilling rod 1 is pulled up or down while rotating in the reverse direction to drill an enlarged hole wall, the mechanical stress applied from the hole wall is efficiently received by the second drilling bit 15b, cutting the hole wall and improving hole wall drilling efficiency. This also improves the mechanical strength of the second drilling bit 15b.
本発明に係る拡大掘削装置は、地中に形成された杭穴先端部を拡大掘削して根固め球根部を形成する工事を施工する装置として、土木建築業などの分野において広く利用することができる。 The excavation device according to the present invention can be widely used in fields such as civil engineering and construction as a device for excavating and enlarging the tip of a pile hole formed in the ground to form a root-hardening bulb.
1 掘削ロッド
2 駆動軸
3 掘削羽根
4 コネクタ穴
10 掘削シャフト
10c 軸心
11 拡大翼
11a 先端部
11b 外側面
11c 凸面
11d 凹面
11e 突起部
12 軸部
12a 平面
12b 円弧面
13 支軸
14a コネクタ
14b コネクタ穴
15a,15b,15c 掘削ビット
16 ブラケット
20 掘削ヘッド
21 駆動軸
22 コネクタ
23 掘削羽根
24 掘削ビット
100 拡大掘削装置
REFERENCE SIGNS LIST 1 Drilling rod 2 Drive shaft 3 Drilling blade 4 Connector hole 10 Drilling shaft 10c Axial center 11 Expanding blade 11a Tip 11b Outer surface 11c Convex surface 11d Concave surface 11e Projection 12 Shaft 12a Flat surface 12b Arc surface 13 Support shaft 14a Connector 14b Connector hole 15a, 15b, 15c Drilling bit 16 Bracket 20 Drilling head 21 Drive shaft 22 Connector 23 Drilling blade 24 Drilling bit 100 Expanding drilling device
Claims (4)
前記掘削シャフトの外周に前記掘削シャフトの軸心と平行をなし、かつ、前記掘削シャフトの周方向に沿って等間隔に配置された複数の支軸と、
前記複数の支軸にそれぞれ回動可能に取り付けられた拡大翼とを備え、
前記掘削ロッドが正回転する杭穴掘削作業時には、土圧を受けた前記拡大翼が縮径状態を保持し、
前記掘削ロッドが逆回転する拡大掘削作業時には、土圧を受けた前記拡大翼が前記支軸回りに回動して前記拡大翼の一部が前記掘削シャフトの外周に当接するまで広がって拡径状態を保持する拡大掘削装置であって、
前記拡大翼の先端部外側面に、前記掘削ロッドの逆回転開始時の前記拡大翼が縮径状態において孔壁に接触し摩擦を発生させる位置に第1の掘削ビットを備えた拡大掘削装置。 a drilling shaft connectable to the drilling rod so as to rotate together therewith;
A plurality of support shafts are arranged on the outer periphery of the drilling shaft, parallel to the axis of the drilling shaft, and equally spaced along the circumferential direction of the drilling shaft;
expansion wings rotatably attached to the plurality of support shafts,
During pile hole excavation work in which the drilling rod rotates forward, the expansion wings, which are subjected to earth pressure, maintain a contracted diameter state,
During the enlarged excavation work in which the drilling rod rotates in the reverse direction, the expansion wing, which receives earth pressure, rotates around the support shaft, and a part of the expansion wing spreads until it abuts against the outer periphery of the drilling shaft, and maintains the expanded diameter state.
An expansion drilling device having a first drilling bit on the outer surface of the tip of the expansion wing at a position where the expansion wing comes into contact with the hole wall and generates friction when the expansion wing is in a reduced diameter state when the drilling rod starts to reverse rotate.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2023189415A JP7793582B2 (en) | 2023-11-06 | 2023-11-06 | Expanding Drilling Rig |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2023189415A JP7793582B2 (en) | 2023-11-06 | 2023-11-06 | Expanding Drilling Rig |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2025077323A JP2025077323A (en) | 2025-05-19 |
| JP7793582B2 true JP7793582B2 (en) | 2026-01-05 |
Family
ID=95740642
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2023189415A Active JP7793582B2 (en) | 2023-11-06 | 2023-11-06 | Expanding Drilling Rig |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP7793582B2 (en) |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0423988Y2 (en) * | 1986-10-23 | 1992-06-04 | ||
| JPH0354882U (en) * | 1990-08-22 | 1991-05-27 | ||
| JP2724548B2 (en) * | 1995-07-10 | 1998-03-09 | 関西電力株式会社 | 2-stage enlarged head |
| JPH112085A (en) * | 1997-04-18 | 1999-01-06 | Nippon Concrete Ind Co Ltd | Drilling rig |
-
2023
- 2023-11-06 JP JP2023189415A patent/JP7793582B2/en active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2025077323A (en) | 2025-05-19 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR20120108707A (en) | Drill assembly and drilling machine with the same | |
| JP2018111984A (en) | Pile extraction device | |
| KR102132070B1 (en) | Expansion excavating device for circular pile | |
| KR101342134B1 (en) | Excavating equipment for Front edge expanded bulb having internal excavation method used high strength steel pile | |
| KR101881406B1 (en) | Partially expanding type land drill apparatus and slope drilling method using the same | |
| JP7793582B2 (en) | Expanding Drilling Rig | |
| JP7834700B2 (en) | Enlarged drilling device | |
| JP7743326B2 (en) | Expanding Drilling Rig | |
| JP2003035083A (en) | Drilling jig for foundation pile construction | |
| JP2025114453A (en) | Expanding Drilling Rig | |
| JP6397147B1 (en) | Ground improvement method and ground improvement equipment using mechanical stirring deep mixing method | |
| JP5883192B1 (en) | Drilling bit | |
| JP2971048B2 (en) | Drilling rig | |
| CN114439374A (en) | Follow-up reaming bit and rotary drilling machine | |
| JPWO2019111304A1 (en) | Rock splitting device that enables various work forms | |
| JP4310331B2 (en) | Diameter drilling equipment | |
| JP2004324381A (en) | Erection method with enlarged diameter part of precast pile, and enlarging excavating rod used for the same | |
| JP5769862B1 (en) | Drilling rig | |
| JP3853771B2 (en) | Pile hole drilling device and pile hole drilling method | |
| JP2000282773A (en) | Enlarged head for drilling method | |
| JP6526469B2 (en) | Drilling equipment | |
| JP2005098048A (en) | Bedrock drilling unit | |
| JP7709727B2 (en) | Drilling bit installation body and widened bottom earth drill bucket | |
| JP2020125646A (en) | Drilling tool | |
| KR102334554B1 (en) | Circular pile expansion excavating apparatus |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20240820 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20250729 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20250909 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20251209 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20251217 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7793582 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |