JPS58528B2 - 杭沈設固結装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は円筒形のコンクリート杭を土中に強固に設置
する装置に係るものである。

従来先端が開放された円筒形の杭は、ジーゼルハンマー
や、振動式、若くは共振式ハンマーによって打込時に発
する衝撃音及び振動が公害となるために、近年において
は予め杭外径に相当する孔をスクリューオーガーなどを
用いて掘削後、杭を建込むか、或は杭を建込みながら中
掘をして、順次杭を沈設する方法が用いられるようにな
ったが、打込杭と異なり、杭外周面と地盤との摩擦力及
び支持層までの打込みによる支持力は殆んど期待できな
い為に、スクリューオーガーなどで穴を予め掘削した場
合に杭を建込む前に穴の底部にセメントミルクを充填し
、スクリューオーガーによって穴の底部の土砂と攪拌後
セメントミルクが硬化するまでに杭を挿入して、杭の下
端をセメントミルク中に貫入し、セメントの固化によっ
て杭先端をセメントミルク混入地盤と結合して、支持力
の増強をしているがセメントミルクと土砂の混合は不均
一を生じ未だ打込杭程の支持力を上げることが出来ず、
特に初期沈下量が著しく、杭の本数を数多く必要とし、
不経済である。

また施工法自体が穴掘り、セメントミルクの注入、杭の
建込みと甲申面倒である。

また最近においては、所定深さまで建込まれた円筒形杭
の中にグラウトロッドを挿入し、グラウトロッドを円筒
形杭よりも更に下位地盤まで貫入して、円筒形杭の先端
部附近の地盤中にグラウト材を水平方向に高圧噴射して
杭外径よりも大きな範囲でクラウド材と土砂とを混合し
て後固化させて、杭とグラウト材と土砂の混合部とを一
体結合する方法が発表されているが、杭を建込む為の穴
の掘削又は打込みと、グラウト材注入とは全く別の装置
による別工程で行うため、手数を要し、能率も悪く、不
経済である。

本件発明は、杭穴の掘削及び杭の建込み及びグラウト材
の注入までの一連の作業を、一台の装置で、オーガーを
抜くことなく行なえるようにした杭沈設固結装置を提供
することを第１の目的とする。

第２の目的は、中空軸を利用して、これより掘削流体を
中低圧で圧送し、それぞれの掘削流体噴射ノツズルより
掘削流体を噴射し、そのうちの下向の噴射ノツズルより
の掘削流体により、先ず径の比較的小さい先導孔を穿設
し、次いで水平方向の噴射ノツズルよりの噴射する掘削
流体によって該円筒形杭下端部下の土砂をこの杭の外径
寸法程度にまで掘削し、オーガーヘッドによって掘削攪
拌して、土砂を掘削流体と共に流体化し、これを円筒形
杭中で回転する中空軸の外周面に取付けた排土翼によっ
て、該杭上端より排土しながら、該杭に鉛直方向の荷重
を加えて、順次沈設して所定深さまで沈設したならば、
掘削流体の噴射を止め次に該中空軸を利用して、先端の
グラウト材噴射ノツズルよりセメントミルクよりなるグ
ラウト材を水平方向に高圧で噴射して、先導孔の周りの
土砂とグラウト材を強制的に混合し、中空軸を旋回させ
ながら徐々に引き上げ、円筒形杭の下端に達するまで継
続し後オーガーを杭から抜き円筒形杭下端部の土中に該
杭径よりも大径の円柱体を固結形成するのに使用し得る
杭沈設固結装置を提供することである。

本件発明は、中空軸先端に、ビット及び下向きの掘削流
体噴射ノツズルと、水平方向のグラウト材噴射ノッズル
が設けてあり、下向きの掘削流体噴射ノツズルと水平方
向のグラウト材噴射ノツズル間には、所定圧のグラウト
材噴射時に下向きの掘削流体噴射ノソズルを閉鎖する弁
体が介装してあり、これらノツズルより多少上位置の中
空軸周囲には、オーガーヘッドが固着してあり、オーガ
ーヘッドより上位置の中空軸に挿入した中空内管と中空
軸の間隙に通ずる水平方向の掘削流体噴射ノツズルが、
オーガーヘッドに接近した位置に設けてあり、これらよ
りも上位の中空軸にはリード角をもつ排土翼（スクリュ
ーを含む）が装備してあり、中空軸の上端部は機枠に対
して可動機枠に装備した駆動モータにより回転可能に装
備され、中空軸上端には、中空軸と中空内管の間隙に連
通ずる掘削流体充填口が、中空管上端には、中空軸先端
の下向き掘削流体噴射ノッズルと水平方向のグラウト材
噴射ノツズルに連通ずる掘削流体及びグラウト材充填口
が各々設けられていることを特徴とする杭沈設固結装置
である。

次に、本件発明を図に示す代表的な実施態様に基づき説
明する。

第１実施態様（第１図乃至第７図参照） １０は中空軸であって、下端面には掘削流体噴射ノツズ
ル１１が設けてあり、この周りには掘削用のビット１２
が着脱自在に装備しである。

該掘削流体噴射ノツズル１１は真下を向いていても、多
少傾斜しているものが２個又は３個設けてあってもよい
。

前記掘削流体噴射ノツズル１１の内側は弁座１３になっ
ており、これに弁体１４が内部の流体圧が所定圧力以上
になったときには、ばね１５力に抗して閉塞し、平常時
にはばね１５の反撥力によって開放するようにしである
。

１６は中空軸１０の下端よりも若干上位の周壁に貫通し
て設けたグラウト材噴射ノズルであり、はＸ′水平方向
に開口してあり、数個設けるときは、対称的に設けかつ
、若干高さを変えて設ける。

中空軸１０の若干上位位置の外周には、オーガーヘッド
１７が固着してあり、半径方向に張出した腕１８にはそ
れぞれ掘削用のビット１９が数個づＸ固着しである。

オーガーヘッドより上部の中空軸１０の外周には、リー
ド角をもつ排土翼２０が設けてあり、第１図においては
スクリュー２０ａであり、第２図においては中空軸１０
の半径方向に突出する攪拌及び排土の役目をなる不連続
翼片２０ｂである。

これらの半径方向の寸法はオーガーヘッド１７の半径寸
法とはゾ符号させである。

該オーガーヘッドより上位置の中空軸１０には若干の間
隙を設けて中空内管２１が挿入してあり、この内側は前
記掘削流体噴射ノッズル１１及びグラウト材噴射ノッズ
ル１６と連通しており、このオーガーヘッドより上位の
中空軸１０ａと中空内管２１の間隙３３は該噴射ノツズ
ル１１及び１６と連通せず、オーガーヘッド１７に接近
した位置に設けた半径方向（水平方向）の掘削流体噴射
ノツズル２２に連通している。

中空軸１０の上部はリーダー２３に上下動自在に装備し
である可動機枠２４に回転自在に支承してありこの可動
機枠２４に装備したモータ３１によって回転するように
装備しである。

中空軸１０の上端に突出する中空軸１０ａ及び中空内管
２１には、それぞれ回転自在のキャップ２５が装備して
あり、中空軸と中空内管２１の間隙３３に通じる掘削流
体充填口と中空内管２１内部に通ずる掘削流体及びグラ
ウト材充填口が設けてあり、これら充填口にはホース２
６．２７が接続してあって、中空軸１０ａと中空内管２
１との間隙３３と通じるホース２７には掘削流体送込機
２８が接続してあり、中空円管２１の内部３２と通じる
ホース２６には掘削流体送込機２８とグラウト材送込機
２９が、切換弁３０を介して接続しである。

第２実施態様（第８図、第９図参照） 第１実施態様と同一符号のところは同一の構成部分を示
すものである。

異なるところは、中空軸１０は、グラウト材噴射ノツズ
ル１６部分まで、上端より中空内管２１が挿入されてお
り、従ってグラウト材噴射ノツズル１６は、中空軸１０
と中空内管２１との間隙３３を半径方向に貫通して設け
てあり、このノツズル１６の近傍の中空軸１０には該間
隙３３と連通ずる空気噴射ノツズル３４が設けである。

該空気噴射ノツズル３４と、オーガーヘッドの近傍に開
孔している掘削流体噴射ノツズル２２の内面には、共通
の上下スライド弁３５が設けられその下端には、間隙３
３に相当する面積の鍔３６が設けてあり、約１００ｋｇ
／ｃｍ２以下の圧力によっては可動せず、上部の掘削流
体噴射ノツズル２２のみが開き空気噴射ノツズル３４は
閉じており、内部の圧力が約１００ｋｇ／ｃｍ２を越え
ると、その圧力によって該鍔３６を下方に押圧して、上
部のノツズル２２が閉塞し、空気噴射ノツズル３４が開
放されるように装備されている。

また、弁体１４の上端にはグラウト材噴射ノツズル１６
の内側端を開閉するスライド弁１４ａが一体に取付けて
あり、弁体１４が上位位置にあるときは、グラウト材噴
射ノツズル１６を閉塞し、下位位置にあるときは開放さ
れるように弁体１４ａが装備されている。

以上のように構成しているこの発明の作用をその杭沈設
固結工法と併せて以下説明する。

先ず、地表に建込むべき円筒杭Ｐを立て、而してこの上
端より前記オーガーを挿入し、中空軸１０の下端のビッ
ト１２が地面に付いた状態において、掘削流体（通常は
水）を５ｋｇ／ｃｍ２乃至１００ｋｇ／ｃｍ２程度の圧
力でホース２６，２７の双方より送入すると、中空内管
２１に送り込まれた掘削流体はオーガーヘッド１７より
も下端の中空軸１０まで達し、弁座１３部分を通過して
掘削流体ノツズル１１より下向のジェットとして噴出さ
せ中空軸１０を回転させて、順次先導孔を穿設して、オ
ーガー全体を下降させる。

次にオーガーヘッド１７が地表に達するとオーガーヘッ
ド１７のビット１９によって、既に湿潤状態となってい
る先導孔の肩部をオーガーヘッド１７の外径まで拡大し
、掘削流体と混合して軟泥状態とする。

掘削の進行と共にホース２７から注入された掘削流体は
オーガーヘッド１７の近傍に設けた掘削流体噴射ノズル
２２より噴射し、杭Ｐの下端部の土砂を崩し、掘削孔径
を更に杭Ｐの外径相当の大きさにまで拡大し、杭Ｐは自
重及び附加した荷重によって沈降する。

軽泥状態となった土壌はオーガーヘッド１７で攪拌され
、これよりも上方の排土翼２０によって杭Ｐの中を通っ
て杭Ｐの上端より外部に排出される。

このようにして、順次掘削して、杭Ｐを順次沈設し、中
空軸１０の下端のビット１１及び杭が支持層中に充分貫
入するまで行い、その後掘削流体の注入を停止し、杭Ｐ
に充分な荷重を加え、次にホース２６によって、セメン
トミルクなどのグラウト材を中空内管２１を通して、中
空軸１０の下端部へ１００ｋｇ／ｃｍ２乃至５００ｋｇ
／ｃｍ２の圧力で圧入すると、この圧力により弁体１４
は弁座１３に圧接され、グラウト材の全量はグラウト材
噴射ノツズル１６よりはゞ水平方向に噴射し、支持層中
の土砂とグラウト材は混合し、本発明の装置全体を徐々
に引き上げ、かつ中空軸１０の周りに旋回させることに
よって土砂とグラウト材混合体は杭Ｐの外径よりもかな
り大径の円柱体が形成され、杭Ｐの下端位置まで該ノツ
ズル１６の位置が達したならば、グラウト材の圧力を５
ｋｇ／ｃｕｔ乃至５０に＆／ｃｎｉに低下させ再び弁体
１４は弁座１３から離反し、グラウト材はノツズル１１
より下向にも噴射し、更に若干中空軸１０を引き上げる
ことによって杭Ｐの下端内部にまでグラウト材を充填し
た状態でグラウト材の注入を停止し、中空軸１０を掘削
とは逆方向に回転させながら杭Ｐより抜き取る。

第２実施態様の装置においては、中空円管２１中に高圧
でグラウト材を送入するとその圧力で弁体１４は下降し
て、弁座１３と密着して閉塞すると同時にグラウト材噴
射ノツズル１６を閉塞していたスライド弁１４ａが開き
グラウト材は、このノツズル１６より噴射する。

このとき間隙３３の上端より空気を中高圧で圧入すると
空気噴射ノツズル３４は開き、グラウト材と空気は共に
同一方向に噴射し、これらの噴射流によって先導孔の周
りの土砂をグラウト材と共に攪拌し、前記同様に、杭の
沈設固結を行う。

前記のように構成し作用する本件発明に係る杭沈設固結
装置は次の効果を奏する。

本件発明においては、中空軸１０の下端にビット１２と
下向きの掘削流体噴射ノツズル１１と、水平方向グラウ
ト材噴射ノツズル１６を設け、かつこれらノツズル１１
，１６より多少上位置の中空軸周囲にオーガーヘッド１
７を固着すると共に、オーガーヘッド１７より上位置の
中空軸１０に挿入した中空内管２１と中空軸１０ａの間
隙に通ずる水平方向の掘削流体噴射ノツズル２２が、オ
ーガーヘッド１７に接近して設けてあり、これらより上
位の中空軸１０ａにリード角をもつ排土翼（スクリュー
を含む）２０を装備しであるので、杭沈設作業における
中掘工程において、先ず、比較的径の小さい先導孔を下
向きの掘削流体噴射ノツズル１１からの掘削流体の噴射
とビット１２によって穿孔し、次にオーガーヘッド１７
によって更に孔径を拡げかつ水平方向の掘削流体噴射ノ
ツズル２２からの掘削流体の噴射によって杭Ｐの外径相
当部分まで孔径を拡げて、掘削流体と共に軟泥状とする
ことができ、排土翼２０による杭Ｐ内部を通じての排土
が容易となり、従来のように杭Ｐ内に圧密されて杭Ｐが
内圧の為に破壊されるおそれがなくなり、水平方向の掘
削流体噴射ノツズル２２から水平に噴射する掘削流体の
圧力により杭Ｐの外径相当部分まで孔径を拡げることが
でき杭Ｐの沈降はこの部分まで容易かつ静粛に行える効
果を有する。

而して、掘削の為のオーガーの中空軸１０（この中に設
けた中空内管を含む）を利用して、セメントミルクのグ
ラウト材をビット１２近傍のグラウト材噴射ノツズル１
６から孔内に注入し、中掘りとグラウト材注入とを単に
注入流体を変更するだけで、オーガーをそのま５使用し
て、中掘作業に続いて、グラウト材の注入をきわめて能
率良く行なえる。

更に、中掘の場合の杭Ｐの下端面の掘削が掘削流体の圧
力とオーガの共働作用により容易に行なえ、従来の中掘
機のように掘削時に切刃が広がるような複雑な構造のも
のを用いる必要もなく、その構造を簡略にでき、かつ従
来と同程度の杭支持力を発揮して低騒音で杭沈設を行な
える。

上記騒音効果の実験例を、第１０図に従来例と比較して
示す。

この図より、音源から３０ｍ離れた所で騒音を測定した
場合、本件装置を用いた場合には、約７０ホーン、従来
のジーゼルハンマー打撃装置の場合には約１００ホーン
となり、本件装置は８５ホーンを規制値とする騒音規制
法及び７５ホーンを規制値とする東京都条例に合致する
。

尚、グラウト材の注入噴射を、はゞ水平方向に１００ｋ
ｇ／ｃｍ２乃至５００ｋｇ／ｃｍ２の高圧で行う場合に
は、支持層中の土砂とはゾ均一に混合し、しかも杭Ｐの
外径よりも相当に大径の円柱体が杭Ｐの下端部に強固に
結合される効果を有する。

殊にグラウト材注入部分の地盤はオーガーヘッド１７よ
り下側の中空軸１０が挿入できる程度の径の小さな先導
孔が明けられただけで、その周りの地盤はオーガーヘッ
ド１７によって全く攪乱されていない密度の高い地盤で
あるから、更にグラウト材の圧密により、高密度となり
、一旦この部分の土砂とグラウト材が混合後においては
グラウト材の硬化までの間にも両者は比重差によっても
殆んど分離することなく強固な改良地盤を形成するか又
は支持層との一体化を強固なものとし、グラウト材硬化
後における杭Ｐの初期沈下及び経年沈下のきわめて少な
い杭を本件装置を用いることにより施工できるものであ
る。

更に掘削流体の噴射圧力が５ｋｇ／ｃｍ２乃至１００ｋ
ｇ／ｃｍ２である時には、粘土層や砂層での掘削には特
に優れた効果を発揮し、砂利混入層であっても先導孔や
杭Ｐの下端面下の掘削が能率よくできる。

又グラウト材の噴射圧力は１００ｋｇ／ｃｍ２乃至５０
０ｋｇ／ｃｍ２と高圧であるから全くオーガーヘッド１
７で攪拌されてない地盤であっても、充分これらの地盤
の土砂とグラウト材を混合することができ、しかも杭Ｐ
の径より相当に太い範囲までグラウト材を到達混合させ
ることができ、杭の外径よりも太い円柱形の改良地盤を
形成する効果を有する。

グラウト材の噴射圧力は、技術的には１０００ｋｇ／ｃ
ｍ３程度まで高めることができる。

この場合はグラウト材混合範囲の直径は３乃至５ｍ程度
となる。

また、掘削流体を水とすれば、安価であり、一度使用し
たものでも泥を沈殿させ、再使用することができ、掘削
流体のうち、オーガーヘッド１７部の水平方向の噴射ノ
ツズル２２より噴射する掘削流体が空気である場合は、
掘削時において過水分を与えず排土泥水による近隣の汚
染を成る程度防止できると共に泥水中を気泡となって浮
上するときに、土砂の排土を助ける効果を有する。

第２実施態様の装置のように、前記ノツズル１６よりグ
ラウト材を噴射するときに同時にこの近傍において設け
た空気噴射ノツズル３４がら空気を同一方向に中高圧で
噴射すれば、土砂の攪拌効果とグラウト材の到達距離を
著しく向上でき、空気の噴射をグラウト材の噴射と併用
しない場合の約１．５倍乃至３倍の径にグラウト材混入
地盤を形成することができ、更にグラウト材の圧力また
は掘削流体圧又は空気圧によって作動する弁１４１４ａ
及びスライド弁３５が設けであるから、内部圧力を加減
することによって噴射する流体の場所を選択することが
でき、必要なところに有効に噴射できる。

【図面の簡単な説明】

図は、本件発明に係るもので、第１図乃至第７図は代表
的な一実施態様の装置に関するもので、第１図は、この
発明の装置をリーダに取付けた状態の概略側面図、第２
図は他の形状のオーガーの概略側面図、第３図は、オー
ガー下部一部欠截拡犬縦断側面図、第４図はこの装置を
用いて中掘杭を圧入中の縦断側面図、第５図は杭沈設終
了時の縦断側面図、第６図はグラウト材圧入中の縦断側
面図、第８図は、第２実施態様の装置におけるオーガー
の一部であって、掘削時の一部縦断側面図、第９図は第
８図のオーガーのグラウト材注入時の一部縦断側面図、
第１０図は、騒音実験結果を示すグラフである。 図中符号、１０……中空軸、１１……掘削流体噴射ノツ
ズル、１２……ビツト、１３……弁座、１４……弁体、
１５……ばね、１６……グラウト材噴射ノツズル、１７
……オーガーヘツド、１８……腕、１９……切刃、２０
……排土翼、２１……中空内管、２２……掘削流体噴射
ノツズル、２４……可動機枠、３１……モータ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １中空軸先端に、ビット及び下向きの掘削流体噴射ノツ
   ズルと、水平方向のグラウト材噴射ノツズルが設けてあ
   り、下向きの掘削流体噴射ノッズルと水平方向のグラウ
   ト材噴射ノツズル間には、所定圧のグラウト材噴射時に
   下向きの掘削流体噴射ノツズルを閉鎖する弁体が介装し
   てあり、これらノツズルより多少上位置の中空軸周囲に
   は、オーガーヘッドが固着してあり、オーガーヘッドよ
   り上位置の中空軸に挿入した中空内管と中空軸の間隙に
   通ずる水平方向の掘削流体噴射ノツズルがオーガーヘッ
   ドに接近した位置に設けてあり、これらよりも上位の中
   空軸にはリード角をもつ排土具（スクリューを含む）が
   装備してあり、中空軸の上端部は機枠に対して可動機枠
   に装備した駆動モータにより回転可能に装備され、中空
   軸上端には、中空軸と中空内管の間隙に連通ずる掘削流
   体充填口が、中空管上端には、中空軸先端の下向き掘削
   流体噴射ノツズルと水平方向のグラウト材噴射ノツズル
   に連通ずる掘削流体及びグラウト材充填口が各々設けら
   れていることを特徴とする杭沈設固結装置。