6311951 孔の壁面の掘削装置及び掘削方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】6311951

(24)【登録日】2018年3月30日

(45)【発行日】2018年4月18日

(54)【発明の名称】孔の壁面の掘削装置及び掘削方法

(51)【国際特許分類】

   E21B 11/00 20060101AFI20180409BHJP

【ＦＩ】

   E21B11/00 Z

【請求項の数】2

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2017-121802(P2017-121802)

(22)【出願日】2017年6月22日

【審査請求日】2017年6月22日

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】515277300

【氏名又は名称】ジャパンパイル株式会社

(72)【発明者】

【氏名】北平 彰彦

【審査官】 亀谷 英樹

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１４−２３８３０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０９−１１２１７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−１５５９６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−０３２２５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０９−００４３５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−２３４４８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０７−００４１７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 欧州特許出願公開第０１３５９２５８（ＥＰ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｅ０２Ｄ ７／００−１３／１０

Ｅ２１Ｂ １／００−１９／２４

Ｅ２１Ｂ ４４／００−４４／１０

Ｅ０２Ｆ ５／０２、５／０８

Ｅ０２Ｄ ５／３４、５／４４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

掘削機のケリーバーに取り付けられ、地盤に形成された孔内における壁面を掘削する掘削装置であって、
前記ケリーバーの下端部を内包し、中心軸が前記孔内における壁面に向かって偏心可能で前記孔の掘削径よりも小径である中空円筒状の鋼管と、
前記鋼管の外周面に設けられ、前記壁面を掘削する掘削用ビットと、
前記ケリーバーの下端部に脱着可能であり、少なくとも一端部が前記鋼管の内周面に固定され、前記ケリーバーの鉛直軸と前記鋼管の鉛直軸を一致させる棒状の取付脚とを備え、
前記ケリーバーの下端部と前記取付脚の接続位置は前記鋼管の中心軸方向の長さの略中心位置に設けられ、
前記鋼管は、外周面に開口部を有するとともに、前記ケリーバーを中心として回転可能に設けられており、前記ビットは、前記開口部の前記鋼管の回転方向と反対側の位置に前記開口部に端部が突出するように設けられることを特徴とする壁面の掘削装置。

【請求項2】

地盤に形成された孔内における壁面を掘削する掘削方法であって、
掘削機のケリーバーに取り付けられ、前記ケリーバーの下端部を内包し、掘削径よりも小径である中空円筒状の鋼管と、前記鋼管の外周面に設けられ、前記壁面を掘削する掘削用ビットと、前記ケリーバーの下端部と脱着可能であり、少なくとも一端部が前記鋼管の内周面に固定され、前記ケリーバーの鉛直軸と前記鋼管の鉛直軸を一致させる棒状の取付脚とを備え、前記ケリーバーの下端部と前記取付脚の接続位置は前記鋼管の中心軸方向の長さの略中心位置に設けられ、前記鋼管は、外周面に開口部を有するとともに、前記ケリーバーを中心として回転可能に設けられており、前記ビットは、前記開口部の前記鋼管の回転方向と反対側の位置に前記開口部に端部が突出するように設けられる掘削装置を前記掘削機の操作により前記ケリーバーの鉛直性を保持しながら鉛直に前記孔内へ壁面に向かって偏心させて挿入する挿入工程と、
前記ケリーバーに前記取付脚を介して固定された前記掘削装置の前記鋼管の鉛直性を保持しながら前記掘削装置を回転させて前記壁面を平らな形状に掘削することで前記壁面の鉛直度を修正する掘削工程と、
を備えることを特徴とする掘削方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、地盤に形成された孔内における壁面を掘削する掘削装置及び掘削方法に関する。

【背景技術】

【0002】

既製杭の建込や場所打ち杭の打設工事の掘削作業において孔を鉛直に形成することは打設した基礎が予め設計等により定められた所定の強度を発現するために重要である。孔を鉛直に形成するために、トランシットや下げ振りなどを用いて掘削作業中に掘削装置の鉛直度の確認をすることが行われている。

【0003】

特許文献1では、孔の鉛直度を確保するために掘削バケットの上部外周に鋼管パイプを外嵌した掘削装置が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】実開平０６−０７９８９２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１が開示するような掘削装置では、掘削用の刃が掘削装置の底部のみに設けられているため地中障害等により孔の鉛直度にずれが生じた場合、孔の鉛直度を修正する掘削機能を有していないので孔が曲がってしまう問題がある。

【0006】

上述の事情に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態の目的は、地盤に形成された孔内における壁面を掘削して、孔の鉛直度を修正する掘削装置及び掘削方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

（１）本発明の少なくとも一実施形態に係る孔の壁面の掘削装置は、
掘削機のケリーバーに取り付けられ、地盤に形成された孔内における壁面を掘削する掘削装置であって、
前記ケリーバーの下端部を内包し、中心軸が前記孔内における壁面に向かって偏心可能で前記孔の掘削径よりも小径である中空円筒状の鋼管と、
前記鋼管の外周面に設けられ、前記壁面を掘削する掘削用ビットと、
前記ケリーバーの下端部に脱着可能であり、少なくとも一端部が前記鋼管の内周面に固定され、前記ケリーバーの鉛直軸と前記鋼管の鉛直軸を一致させる棒状の取付脚とを備え、
前記ケリーバーの下端部と前記取付脚の接続位置は前記鋼管の中心軸方向の長さの略中心位置に設けられ、
前記鋼管は、外周面に開口部を有するとともに、前記ケリーバーを中心として回転可能に設けられており、前記ビットは、前記開口部の前記鋼管の回転方向と反対側の位置に前記開口部に端部が突出するように設けられる。

【0008】

上記（１）の構成によれば、円筒状の鋼管は、鉛直性を保持しながら孔内に挿入されるケリーバーに取付脚を介して固定されているため、鉛直に鋼管を孔内に挿入することができる。また、鋼管を用いて孔の壁面を掘削する際は、鋼管の外周面を孔の壁面に接触させながら掘削する。その際に鋼管は変形しないので壁面を平らな形状に掘削することができる。これにより、鋼管を回転させて掘削用ビットを壁面に衝突させることで孔の鉛直度を修正することができる。また、ケリーバーの下端部と取付脚の接続位置が鋼管の軸方向の長さの略中心位置に設けられているので、ケリーバーの下端部と取付脚の接続位置を鋼管の上部に設けた場合と比較すると、壁面を掘削する際に、当該壁面から鋼管へ作用する抗力を分散できるため、ケリーバーと取付脚との接続箇所において変形が小さくなり、掘削装置の水平方向への振れを抑制することができる。これにより、ケリーバーの回転力及び押付力を掘削装置に効率よく伝達することができる。ビットの端部は開口部に突出するように設けられているため、掘削された土が開口部を通過して中空の鋼管内に排出される。これにより、ビットが目詰まりを起こすことなく連続して掘削することができる。

【0013】

（２）本発明の少なくとも一実施形態に係る孔の壁面の掘削方法は、
地盤に形成された孔内における壁面を掘削する掘削方法であって、
掘削機のケリーバーに取り付けられ、前記ケリーバーの下端部を内包し、掘削径よりも小径である中空円筒状の鋼管と、前記鋼管の外周面に設けられ、前記壁面を掘削する掘削用ビットと、前記ケリーバーの下端部と脱着可能であり、少なくとも一端部が前記鋼管の内周面に固定され、前記ケリーバーの鉛直軸と前記鋼管の鉛直軸を一致させる棒状の取付脚とを備え、前記ケリーバーの下端部と前記取付脚の接続位置は前記鋼管の中心軸方向の長さの略中心位置に設けられ、前記鋼管は、外周面に開口部を有するとともに、前記ケリーバーを中心として回転可能に設けられており、前記ビットは、前記開口部の前記鋼管の回転方向と反対側の位置に前記開口部に端部が突出するように設けられる掘削装置を前記掘削機の操作により前記ケリーバーの鉛直性を保持しながら鉛直に前記孔内へ壁面に向かって偏心させて挿入する挿入工程と、
前記ケリーバーに前記取付脚を介して固定された前記掘削装置の前記鋼管の鉛直性を保持しながら前記掘削装置を回転させて前記壁面を平らな形状に掘削することで前記壁面の鉛直度を修正する掘削工程と、
を備えることを特徴とする。

【0014】

上記（２）の方法によれば、鋼管は取付脚を介してケリーバーに固定されているため、挿入工程において、鋼管は鉛直性を保持しながら孔内に挿入される。これにより掘削工程において、孔内の壁面を鉛直に掘削することができる。さらに、孔曲がりが生じている壁面の鉛直度を修正することができる。これにより、孔を鉛直に形成することができて既製杭の建込や場所打ち杭の打設において予め設定された強度を発現することができる。

【発明の効果】

【0016】

本発明の少なくとも一実施形態の目的は、地盤に形成された孔内における壁面を掘削して、壁面の鉛直度を修正できる掘削装置及び掘削方法を提供される。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】本発明の第一実施形態に係る掘削装置を示す側面図である。

【図2】本発明の第一実施形態に係る掘削装置を示す縦断面図である。

【図3】図１におけるＡ−Ａ線矢視断面図である。

【図4】図１におけるＢ−Ｂ線矢視断面図である。

【図5】本発明の掘削方法を示すフローチャートである。

【図6】本発明の第一実施形態に係る掘削装置を用いて地盤に形成された孔内における壁面を掘削している状態を示す図であり、（ａ）は、掘削機のケリーバーに取り付けられた管理装置を地盤に形成された孔内に挿入している状態を示しており、（ｂ）は、掘削装置により壁面を平らな形状に掘削した状態を示している。

【図7】本発明の第二実施形態に係る掘削装置を示す側面図である。

【図8】本発明の第三実施形態に係る掘削装置の図４に相当する断面図である。

【図9】本発明の第四実施形態に係る掘削装置を示す縦断面図である。

【図10】本発明の第四実施形態に係る掘削装置の図３に相当する断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態につて説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。

【0019】

本発明の第一実施形態に係る掘削装置は、地盤に形成された孔内における壁面を掘削するためのものである。地盤に形成される孔は、例えば、場所打ちコンクリート杭築造のための杭孔である。

【0020】

図１は本発明の第一実施形態に係る掘削装置１を示す側面図である。図２は本発明の第一実施形態に係る掘削装置１の断面図である。図３は図１におけるＡ−Ａ線矢視断面図である。図４は図１におけるＢ−Ｂ線矢視断面図である。図１に示したように、掘削装置１は、鋼管５と掘削用ビット７とソケット９と取付脚１１とを有する。

【0021】

鋼管５は中空円筒状であり、上部開口１０と下部開口１２とを有している。また、鋼管５は外周面に複数の側面開口１３を有している。ここで、鋼管５は地盤に形成された孔１９の掘削径よりも小径である。好ましくは、鋼管５の中心軸ＣＬ方向の長さが１０００ｍｍ程度であり、直径は１０００ｍｍ程度である。

【0022】

掘削用ビット７は側面開口１３の鋼管５の回転方向と反対側の位置に、側面開口１３に端部が突出するように設けられている。ここで、掘削用ビット７は鋼管５にボルト孔を設けてボルト等で取り付けてもよいし、溶接で鋼管５に取り付けてもよい。さらに、取り付けられる掘削用ビット７の数は図示する数に限られるものではなく、掘削用ビット７が一個であってもよいし、図示する個数よりも多くてもよい。なお、掘削用ビット７は地盤に形成された孔１９内の壁面を掘削可能な強度を有しているビットであり、例えば、ケーシングビットやアースドリルバケットビットなどである。

【0023】

図２及び図３に示したように、取付脚１１は略十字形状であり、Ｈ型鋼により構成されている。さらに、取付脚１１の端部は鋼管５の内周面に固定されており、図６に示したケリーバー３と脱着可能である。これにより、図６に示したように、ケリーバー３を伸長させることで掘削装置１を孔１９内に挿入することができる。

【0024】

ソケット９は、角柱状のケリーバー３と嵌合可能な角筒状であり、取付脚１１の長手方向のほぼ中心位置に設けられている。ケリーバー３と取付脚１１は、ソケット９を介して脱着可能である。ここで、ケリーバー３の下端部とソケット９の接続位置は鋼管５の中心軸ＣＬ方向の長さ及び直径のほぼ中心位置に設けられる。なお、ケリーバー３とソケット９の脱着にはケリーピン１４やボルト等が用いられる。また、ソケット９は、角筒状に限定されるものではなく、ケリーバー３の代わりに円柱状のロッド等を用いる場合には円筒状にする。

【0025】

側面開口１３は、掘削用ビット７をもちいて掘削された土を鋼管５内に排出することができる。ここで、側面開口１３の中心軸ＣＬ方向の幅は、中心軸ＣＬ方向の長さが１０００ｍｍの鋼管５において６００ｍｍ程度である。

【0026】

図５は、本発明の第一実施形態に係る掘削方法を示すフローチャートである。図に示したように、掘削方法は、挿入工程Ｓ１と掘削工程Ｓ２とを有している。

【0027】

挿入工程Ｓ１では、ケリーバー３を伸長して掘削装置１を孔９内の孔曲がりが生じている位置まで挿入する。掘削工程Ｓ２では、挿入工程Ｓ1の後、掘削装置１を回転させて壁面を平らな形状に掘削することで孔１９の鉛直度を修正する。

【0028】

図６は、本発明の第一実施形態に係る掘削装置１を用いて地盤に形成された孔１９内における壁面を掘削している状態を示す図である。図６（ａ）に示すように、掘削機（図示しない）のケリーバー３に取り付けられた管理装置１を地盤に形成された孔１９内に挿入する。ここで、ケリーバー３は、掘削機の操作により精度よく鉛直性を保持することができる。そして、掘削装置１の鋼管５は、鉛直性を保持しながら孔内に挿入されるケリーバー３に取付脚１１を介して固定されているため、鉛直に孔１９内に挿入される。また、孔１９の壁面を掘削する際は、鋼管５の外周面を孔１９の壁面に接触させながら掘削する。その際に、鋼管５は変形しないので、図６（ｂ）に示すように壁面を平らな形状に掘削することができる。

【0029】

場所打ちコンクリート杭を築造する場合、ドリリングバケット等を用いて地盤を掘削して、杭孔を形成する。さらに孔壁測定機（図示しない）を用いて孔１９内の壁面の鉛直度を測定する。この際、孔１９の鉛直度が管理基準値を超えている場合、再度ドリリングバケット等を用いて修正を行うことが一般的である。上記構成によれば、鋼管５の直径を掘削径よりも小径にすることで掘削装置１を孔曲がりが生じている壁面に向かって偏心させて挿入することができるため、修正の必要がない壁面に接触しない。これにより、修正が必要な壁面の掘削のみを行うことができるため、壁面を修正する際に生じる掘削土量を抑えることができる。
上述した孔１９の鉛直度の修正方法において、掘削装置１が取り付けられる掘削機は、地盤を掘削したドリリングバケットが取り付けられる掘削機と同一のものであってもよいし、掘削機と異なる重機であってもよい。

【0030】

上記構成によれば掘削用ビット７をボルトによって脱着可能な構成とした場合、刃の摩耗や欠損により掘削が不可能になった際に、現場内でビットの付け替えを行うことで作業工程の遅延を防ぐことができる。

【0031】

上記構成によれば、側面開口１３を有しているため、掘削装置１は同径のドリリングバケットと比較すると、装置の重量が軽量となり、現場への運搬を容易に行うことができる。

【0032】

本実施形態において、地盤に形成された孔１９として、場所打ちコンクリート杭築造のために形成される孔９を例示したが、これに限定されることなく既製杭や鋼管杭建込のためのに形成される杭孔や地盤改良を行う際に形成される孔等の掘削縦孔に対しても同様の効果が得られる。

【0033】

本発明の第二実施形態に係る掘削装置１は、図７に示したように、鋼管５の外周面の上部と下部に上側掘削用ビット２１と下側掘削用ビット２３が脱着可能に取り付けられている。

【0034】

上記構成によれば、鋼管５の外周面の上部と下部に上側掘削用ビット２１と下側掘削用ビット２３が脱着可能に取り付けられているため、壁面を掘削する際に、鋼管５の外周面に加えて外周面の上部及び下部においても掘削することができる。これにより鋼管５の外周面のみに掘削用ビット７を取り付けた場合と比較して、掘削箇所が増えるため壁面の掘削を効率よく行うことができる。ここで、壁面を掘削する際は、上側掘削用ビット２１及び下側掘削用ビット２３が取り付けられた箇所を孔１９の壁面に接触させながら鋼管５を上下に摺動させて壁面を掘削する。これにより、鋼管５を回転させながら上下に摺動させて、鋼管５の外周面に取り付けられた掘削用ビット７と鋼管５の外周面の上部と下部に取り付けられた上側掘削用ビット２１及び下側掘削用ビット２３を壁面に衝突させることで孔１９の鉛直度を修正することができる。

【0035】

本発明の第三実施形態に係る鋼管５は、図８に示したように、鋼管５の下端面に開閉自在な底板１５を下部に有していてもよい。また、第三実施形態に係る側面開口１３は、第一・二実施形態に係る側面開口１３よりも小さい仕様である。

【0036】

上記構成によれば、鋼管５は下端面に開閉自在な底板１５を有しているため掘削された土を鋼管５内に取込んで貯留することができる。これにより、鋼管５を地上に引き上げることで掘削された土を孔１９内に沈殿させることなく地上に引き上げて排土することができる。さらに、第三実施形態に係る側面開口１３は第一・二実施形態に係る側面開口１３よりも小さい仕様であるため、鋼管５内の掘削土の貯留量を多くすることができる。

【0037】

本発明の第四実施形態に係る取付脚１１は、図９及び図１０に示したように、取付脚１１の一端部のみが鋼管５の内周面に固定される構成としてもよい。

【0038】

上記構成によれば、鋼管５と取付脚１１の固定箇所が一か所であるため、溶接等で固定する際の手間を省くことができる。これにより、掘削装置１を容易に製造することができる。

【符号の説明】

【0039】

１ 掘削装置
３ ケリーバー
５ 鋼管
７ 掘削用ビット
９ ソケット
１０ 上部開口
１１ 取付脚
１２ 下部開口
１３ 側面開口
１４ ケリーピン
１５ 底板
１９ 孔
２１ 上側掘削用ビット
２３ 下側掘削用ビット
ＣＬ 中心線
Ｓ１ 挿入工程
Ｓ２ 掘削工程

【要約】

【課題】地盤に形成された孔内における壁面を掘削して、孔の鉛直度を修正する掘削装置及び掘削方法を提供する。
【解決手段】孔の鉛直度を修正する掘削装置は、掘削機のケリーバーに取り付けられ、地盤に形成された孔内における壁面を掘削する掘削装置であって、前記ケリーバーの下端部を内包する中空円筒状の鋼管と、前記鋼管の外周面に設けられ、前記壁面を掘削する掘削用ビットと、前記ケリーバーの下端部に脱着可能であり、少なくとも一端部が前記鋼管の内周面に固定され、前記ケリーバーの鉛直軸と前記鋼管の鉛直軸を一致させる棒状の取付脚と、を備える。
【選択図】図１

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】