特開 2024-100012 掘削バケット

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024100012

(43)【公開日】2024-07-26

(54)【発明の名称】掘削バケット

(51)【国際特許分類】

   E21B 11/00 20060101AFI20240719BHJP

【ＦＩ】

E21B11/00 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023003701

(22)【出願日】2023-01-13

(71)【出願人】

【識別番号】000150615

【氏名又は名称】株式会社長谷工コーポレーション

(71)【出願人】

【識別番号】390027856

【氏名又は名称】大亜ソイル株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】000236610

【氏名又は名称】株式会社不動テトラ

(74)【代理人】

【識別番号】100110319

【弁理士】

【氏名又は名称】根本 恵司

(74)【代理人】

【識別番号】100150773

【弁理士】

【氏名又は名称】加治 信貴

(72)【発明者】

【氏名】中村 光男

(72)【発明者】

【氏名】沼本 大輝

(72)【発明者】

【氏名】石川 信義

(72)【発明者】

【氏名】小竹 宏幸

(72)【発明者】

【氏名】▲高▼田 英典

【テーマコード（参考）】

2D129

【Ｆターム（参考）】

2D129AB16

2D129BA01

2D129BA03

2D129BB05

2D129DA17

2D129DC05

2D129DC16

2D129EB13

2D129GA01

(57)【要約】

【課題】掘削バケットを用いて杭孔を形成するとき、地盤中に埋戻し部があっても、埋戻し部を掘削バケットで確実に掘削して、地盤中に曲がることなく鉛直方向に向かう杭孔を形成できるようにする。
【解決手段】掘削装置１により地盤中に回転しながら貫入して地盤を掘削する掘削バケット１０であって、掘削装置１の回転軸７に揺動自在に取り付ける円筒状のバケット胴部１１と、バケット胴部１１の下端に取り付け、掘削ビット２２を備える底盤部１２と、バケット胴部１１の上部外周に取り外し可能に取り付けるサイドカッター１３とを備える。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

掘削装置により地盤中に回転しながら貫入して地盤を掘削する掘削バケットであって、
掘削装置の回転軸に揺動自在に取り付ける円筒状のバケット胴部と、
バケット胴部の下端に取り付け、掘削ビットを備える底盤部と、
バケット胴部の上部外周に取り外し可能に取り付けるサイドカッターと、
を備えることを特徴とする掘削バケット。

【請求項2】

請求項１に記載された掘削バケットにおいて、
サイドカッターは、バケット胴部の外周に２個から８個を等間隔に取り付けることを特徴とする掘削バケット。

【請求項3】

請求項１又は２に記載された掘削バケットにおいて、
サイドカッターは、バケット胴部の上下寸法の上側５分の１の範囲内に取り付けることを特徴とする掘削バケット。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、場所打ち杭工法において用いる地盤中に回転しながら貫入して地盤を掘削する掘削バケットに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、掘削装置により掘削バケットを地盤中に回転しながら貫入し、掘削バケットで地盤を掘削して杭孔を形成し、ここに場所打ち杭を造成する杭基礎工法の一つである場所打ち杭工法が知られている。

【0003】

場所打ち杭工法で用いる掘削バケットは、掘削装置の回転軸に取り付ける円筒状のバケット胴部を備えるとともに、バケット胴部の下端に底盤部を取り付けている。底盤部には掘削ビットを備えるとともに、掘削ビッドで掘削した土砂をバケット胴部の内部に取り込む取込口を設けている。

【0004】

掘削バケットによる掘削作業（杭孔の形成）は、掘削装置により掘削バケットを地盤中に回転しながら貫入して、底盤部の掘削ビットで地盤を掘削する。これとともに、掘削した土砂を底盤部の取込口よりバケット胴部の内部に取り込む。続いて、バケット胴部の内部に取り込んだ土砂が所定の量になると、掘削バケットを引き上げて、地上においてバケット胴部の内部の土砂を排出する。土砂を排出した後、掘削装置により再び掘削バケットを地盤中に回転しながら貫入して、地盤を掘削する。これを繰り返し行うことで、地盤中に杭孔を形成している。

【0005】

ところで、場所打ち杭工法を行う工事現場では、既存の杭を撤去し、その後を埋め戻した埋戻し部が地盤中に存在することがある。この埋戻し部は流動化処理土やソイルセメントなどにより埋め戻しているため、その周囲の地盤よりも硬くなっている。

【0006】

このような埋戻し部が存在する工事現場では、場所打ち杭工法で杭を造成するとき、埋戻し部と隣接する位置に新たに杭孔を形成しようとすると、地盤を掘削する掘削バケットが埋戻し部に当たって、埋戻し部側から地盤側に逃げて、掘削バケットの進行する方向が斜めになり曲がりだす。これにより、地盤中に形成する杭孔では、孔が曲がる孔曲がりが発生する。このように杭孔において孔曲がりが発生したときは、埋戻し部を含めて地盤を掘削して孔が曲がることなく鉛直方向に向かうようにする修正掘りなどの追加の作業を行う必要がある。

【0007】

修正掘りでは、周囲の地盤よりも硬くなる埋戻し部も掘削する必要があるため、掘削バケットによる掘削速度（下方に向って掘削する速度）を通常の掘削速度よりも大幅に遅くし、埋戻し部を確実に掘削するようにしている。
また、別の手段として、埋戻し部を掘削するための専用の掘削機や掘削バケットを使用することもある。専用の掘削機や掘削バケットを使用するときは、掘削バケットを一旦取り外し、専用の掘削機や掘削バケットに付け替えて、この専用の掘削機や掘削バケットにより埋戻し部を確実に掘削するようにしている。

【0008】

しかしながら、修正掘りは、掘削バケットによる掘削速度を通常の掘削速度よりも大幅に遅くして作業を行うため、通常の掘削に比べて作業に時間がかかる。そのため、工期が長くなるという問題がおこる。
また、専用の掘削機や掘削バケットにより修正掘りを行う場合、掘削バケットとは別に専用の掘削機や掘削バケットが必要になり、費用がかかるため、工費が高騰するという問題がある。これとともに、掘削バケットを取り外して専用の掘削機や掘削バケットに付け替えるため、手間がかかる。すなわち、修正掘りの作業に時間がかかり、これによっても工期が長くなるという問題がおこる。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、掘削バケットを用いて杭孔を形成するとき、地盤中に埋戻し部があっても、埋戻し部を掘削バケットで確実に掘削して、地盤中に曲がることなく鉛直方向に向かう杭孔を形成できるようにし、修正掘りなどの追加の作業をなくすことである。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明は、掘削装置により地盤中に回転しながら貫入して地盤を掘削する掘削バケットであって、掘削装置の回転軸に揺動自在に取り付ける円筒状のバケット胴部と、バケット胴部の下端に取り付け、掘削ビットを備える底盤部と、バケット胴部の上部外周に取り外し可能に取り付けるサイドカッターとを備える掘削バケットである。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、掘削バケットを用いて杭孔を形成するとき、地盤中に埋戻し部があっても、地盤中に形成する杭孔を、曲がることなく鉛直方向に向かうようにすることができ、修正掘りなどの追加の作業をなくして、工期の短縮及び工費の低減を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】場所打ち杭工法に用いる掘削装置及び掘削バケットを示す側面図である。

【図2】掘削バケットの側面図である。

【図3】掘削バケットの平面図である。

【図4】掘削バケットの底面図である。

【図5】サイドカッターの図であって、図５Ａは、サイドカッターの側面図、図５Ｂは、サイドカッターの平面図である。

【図6】別のサイドカッターの側面図である。

【図7】別のサイドカッターの側面図である。

【図8】作業工程を示す図であって、図８Ａは、掘削バケットを貫入して掘削するときの図、図８Ｂは、サイドカッターで埋戻し部を掘削するときの図、図８Ｃは、掘削を所定深度まで行うときの図である。

【図9】図８ＢにおけるＰの部分の拡大図である。

【図10】掘削バケットによる掘削の実験結果を示す図表である。

【図11】比較例の掘削バケットによる掘削の実験結果を示す図表である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

本発明の掘削バケットの一実施形態について、図面を参照して説明する。
本実施形態に係る掘削バケットは、場所打ち杭工法において用いるもので、掘削装置により地盤中に回転しながら貫入して地盤を掘削して、地盤中に杭孔を形成するものである。

【0014】

図１は、場所打ち杭工法に用いる掘削装置及び掘削バケットを示す側面図であり、図２は、掘削バケットの側面図であり、図３は、掘削バケットの平面図であり、図４は、掘削バケットの底面図である。
掘削装置１は、図１に示すように、自走可能な車体２を備え、車体２の前部にブーム３を立設する。車体２には運転室４を備えるとともに、その下部に走行体５を備え、エンジン（図示していない）を搭載し、自走可能である。なお、掘削装置１は、運転室４や走行体５を備えた自走可能なものであるが、これに限定されず、固定式のものでもよい。

【0015】

ブーム３は、上下に伸びた柱状で、ワイヤーロープ６を取り付けている。ワイヤーロープ６は、一方の端部を車体２側に備えるウインチ（図示していない）に接続し、ブーム３の上端を経由して垂下する。ワイヤーロープ６のもう一方の端部には、上下に向かう回転軸（ケリーバーともいう）７を取り付ける。これにより、ワイヤーロープ６の出し入れによって回転軸７を上下に動かすようにしている。ブーム３の下部には回転駆動部８を備え、この回転駆動部８で回転軸７を回転させる。なお、回転駆動部８では回転軸７を上下に摺動自在にしている。
また、回転軸７は、その下端に掘削バケット１０を取り付ける。

【0016】

掘削バケット１０は、図２、３、４に示すように、円筒状のバケット胴部１１と、バケット胴部１１の下端に取り付ける底盤部１２と、バケット胴部１１の上部外周に取り付けるサイドカッター１３を備え、上面が大きく開口した構造である。

【0017】

バケット胴部１１は、その直径が１ｍ～２．５ｍであり、上下寸法が１．２ｍ～１．８である。ただし、これらの寸法に限定されるものではない。バケット胴部１１の上部には、十字形のフレーム１４を取り付け、フレーム１４に取付用ブラケット１５を固着する。取付用ブラケット１５は、回転軸７の下端に一本のピン１６を介して揺動自在に取り付ける。すなわち、バケット胴部１１は、フレーム１４及び取付用ブラケット１５を介して回転軸７の下端に揺動自在に取り付けて、回転軸７の回転とともに回転する。

【0018】

底盤部１２は、下向きの円錐状で、その中心に対し点対称の位置に取込口２１をそれぞれ設ける。取込口２１には、その縁に複数の掘削ビット２２を備えて、掘削ビット２２で土砂を掘削し、土砂を取込口２１よりバケット胴部１１の内部に取り込む。
ここでは、底盤部１２は、円錐状であるが、これに限定されるものではなく、円盤状（円形の板状）などでもよい。また、取込口２１も２ヶ所に設けているが、１ヶ所あるいは３ヶ所以上に設けてもよい。

【0019】

また、底盤部１２は、バケット胴部１１の下端にヒンジ２３を介して開閉可能に取り付ける。この底盤部１２のヒンジ２３を設けた側の反対側には、ロック用金具２４を設け、ロック用金具２４でバケット胴部１１に底盤部１２を閉めた状態で保持できるようにしている。また、ロック用金具２４を操作し、底盤部１２の閉めた状態での保持を解除することで、底盤部１２を開けることができる。これにより、地盤中で土砂を掘削するときは、底盤部１２を閉めた状態にして作業を行う。一方、バケット胴部１１の内部に掘削した土砂が溜まったときは、掘削バケット１０を地上に引き上げて、底盤部１２を開けることで、内部の土砂を地上に排出することができる。

【0020】

サイドカッター１３は、バケット胴部１１の上部外周に、その周方向に等間隔になる４ヶ所にそれぞれ取り付ける。すなわち、４個のサイドカッター１３を取り付ける。サイドカッター１３は、バケット胴部１１にボルト３０で取り外し可能に取り付ける。
また、このサイドカッター１３のバケット胴部１１への取り付け位置は、バケット胴部１１の上下寸法の上部、とくに上側５分の１の範囲内（図２中にＬで示す）であることが好ましい。

【0021】

図５は、サイドカッター１３の図であって、図５Ａは、サイドカッター１３の側面図、図５Ｂは、サイドカッター１３の平面図であり、図６は、別のサイドカッター１３の側面図であり、図７は、さらに別のサイドカッター１３の側面図である。
サイドカッター１３は、図５Ａ、Ｂに示すように、内側面３１と外側面３２の２つの側面によって厚みを有する板状で、２つの取付用孔３３１を備える取付部３３と、先端に向って厚みが薄くなって尖った形状のブレード部３４とからなる。サイドカッター１３は、取付部３３の２つの取付用孔３３１を介してボルト３０でバケット胴部１１に取り付けられる。バケット胴部１１に取り付けたとき、サイドカッター１３の内側面３１がバケット胴部１１の外周面に当接する。これにより、サイドカッター１３のブレード部３４の先端が地盤及び地盤中に存在する埋戻し部を掘削するようになる。

【0022】

サイドカッター１３の形状は、前述したものに限定されるものではない。例えば、図６に示すように、ブレード部３４の上下方向の長さが先端に向って徐々に大きくなるものでもよく、また、図７に示すように、ブレード部３４の先端が上下方向に対して傾斜したものでもよい。

【0023】

また、サイドカッター１３は、バケット胴部１１の上部外周に４個取り付けているが、これに限定されるものではない。サイドカッター１３は、２個から８個をバケット胴部１１の上部外周に等間隔に取り付けるようにすればよく、それぞれの現場の状況（地盤中に存在する埋戻し部の大きさや硬さなど）に応じて最適な個数にすればよい。なお、サイドカッター１３の個数については、１個であると、地盤中に存在する埋戻し部を良好に掘削することができなくなるおそれがあるため、２個以上にするのがよい。また、９個以上であると、サイドカッター１３による地盤の掘削量が増えて、地盤中に形成する杭孔の径が目標の杭孔の径（設計上の杭孔の径）よりも大きくなるため、８個以下にするのがよい。

【0024】

次に、地盤中に埋戻し部が存在する場所での掘削バケット１０で掘削して杭孔を形成する作業について説明する。
図８は、作業工程を示す図であって、図８Ａは、掘削バケットを貫入して掘削するときの図、図８Ｂは、サイドカッターで埋戻し部を掘削するときの図、図８Ｃは、掘削を所定深度まで行うときの図である。図９は、図８ＢにおけるＰの部分の拡大図である。
図８Ａに示すように、掘削装置１により掘削バケット１０を地盤中に回転しながら貫入して、底盤部１２の掘削ビット２２で地盤Ｓを掘削し、掘削した土砂を掘削バケット１０の内部に取り込む。
なお、掘削バケット１０の内部に取り込んだ土砂が所定の量になると、掘削バケット１０を引き上げて、地上において土砂を排出し、排出後、再び掘削バケット１０を貫入して地盤Ｓの掘削を行う。

【0025】

地盤Ｓを掘削しながら掘削バケット１０を貫入し、地盤中の埋戻し部Ｋに掘削バケット１０が当たると、図８Ｂに示すように、バケット胴部１１の上部外周に取り付けたサイドカッター１３で埋戻し部Ｋを掘削する。具体的には、図９に示すように、掘削バケット１０が少し傾くものの、バケット胴部１１の上部外周に取り付けたサイドカッター１３が埋戻し部Ｋに当たり、このサイドカッター１３で埋戻し部Ｋを掘削する。これにより、掘削バケット１０が埋戻し部Ｋ側から地盤Ｓ側に逃げることなく、真直ぐ下に向かう。
このようにして、図８Ｃに示すように、掘削バケット１０で地盤Ｓを掘削し、この掘削を所定深度まで行う。これにより、地盤中に形成する杭孔Ｔは、孔が曲がることなく鉛直方向に向かうようになる。

【0026】

次に、本実施形態の掘削バケット１０で掘削して杭孔Ｔを形成する実験を行ったので、これについて説明する。
実験は、地盤中に埋戻し部Ｋが存在する場所において、本実施形態の掘削バケット１０を用いて掘削し、地盤中に形成された杭孔Ｔを調べた。具体的には、地盤中に形成された杭孔Ｔにおいて、杭孔の目標ライン（杭孔の直径）に対してのずれ量を調べた。また、比較例として、地盤中に存在する埋戻し部Ｋも同じにして、同じ条件のもと、従来の掘削バケット、つまりサイドカッター１３を取り付けていない掘削バケットを用いて掘削し、地盤中に形成された杭孔Ｔも調べた。
なお、この実験において使用する掘削バケット１０は、そのバケット胴部１１の直径が１．６ｍのものである。

【0027】

実験結果については、図１０、図１１に示す。
図１０は、掘削バケットによる掘削の実験結果を示す図表であり、図１１は、比較例の掘削バケットによる掘削の実験結果を示す図表である。これらの図表では、横軸が地盤中に形成する杭孔Ｔの中心からの距離、縦軸が深度であり、また、杭孔の目標ラインを点線で示し、実際に地盤中に形成された杭孔Ｔを実線で示している。

【0028】

本実施形態の掘削バケット１０を用いて掘削した場合、図１０に示すように、地盤中に形成された杭孔Ｔは、杭孔の目標ラインとほぼ同じで、曲がることなく鉛直方向に向かって形成された。

【0029】

これに対し、サイドカッター１３を取り付けていない掘削バケットを用いて掘削した場合、図１１に示すように、地盤中に形成された杭孔Ｔは、杭孔の目標ラインに対して埋戻し部Ｋがある場所より少しずつずれだし、斜めに曲がっていった。すなわち、地盤中に形成された杭孔Ｔにおいて、孔曲がりが発生した。

【0030】

この実験結果から、本実施形態の掘削バケット１０では、地盤中に形成する杭孔Ｔにおいて、孔曲がりが発生することなく、鉛直方向に向かって杭孔Ｔが形成されることが確認できた。

【0031】

以上説明したように、本実施形態によれば、地盤中に埋戻し部Ｋが存在する工事現場において、掘削バケット１０を用いて杭孔Ｔを形成するとき、地盤中に埋戻し部Ｋがあっても、掘削バケット１０のバケット胴部１１の上部外周に取り付けたサイドカッター１３で、埋戻し部Ｋを確実に掘削することができ、これにより、地盤中に曲がることなく鉛直方向に向かう杭孔Ｔを形成することができる。よって、修正掘りなどの追加の作業をなくすことができ、工期の短縮及び工費の低減を図ることができる。

【0032】

また、サイドカッター１３の取り付け位置については、掘削バケット１０のバケット胴部１１の上下寸法の上側５分の１の範囲内Ｌにする。
その理由としては、バケット胴部１１の上下寸法の上側５分の１の範囲内Ｌにすると、掘削バケット１０における回転軸７への取り付け位置（ピン１６の位置）と、サイドカッター１３の取り付け位置とにおいて、その上下方向の距離を短くすることができ、サイドカッター１３で埋戻し部Ｋを掘削するとき、掘削バケット１０及びバケット胴部１１が大きく傾くのを抑えることができ、掘削バケット１０の進行する方向を真直ぐ下に向かわせることができる。これに対して、サイドカッター１３の取り付け位置をバケット胴部１１の上下寸法の上側５分の１の範囲より下側にすると、掘削バケット１０における回転軸７への取り付け位置と、サイドカッター１３の取り付け位置との上下方向の距離が長くなり、これによって、サイドカッター１３で埋戻し部Ｋを掘削するとき、掘削バケット１０及びバケット胴部１１が大きく傾いて、掘削バケット１０の進行する方向が斜めになり曲がりだすおそれがあるためである。

【0033】

また、サイドカッター１３をバケット胴部１１に取り外し可能に取り付けることで、地盤中に埋戻し部Ｋが存在しない工事現場では、バケット胴部１１にサイドカッター１３を取り付けることなく、通常の掘削バケット１０として使用することができる。すなわち、掘削バケット１０にあっては、サイドカッター１３を取り付けたり外したりすることで、それぞれの現場に応じて最適な状態で使用することができる。また、このサイドカッター１３の取り付けは、ボルト３０による取り付けであるので、その作業を簡単に行うことができ、手間がかかるようなことはない。

【符号の説明】

【0034】

１…掘削装置、２…車体、３…ブーム、４…運転室、５…走行体、６…ワイヤーロープ、７…回転軸、８…回転駆動部、１０…掘削バケット、１１…バケット胴部、１２…底盤部、１３…サイドカッター、１４…フレーム、１５…取付用ブラケット、１６…ピン、２１…取込口、２２…掘削ビット、２３…ヒンジ、２４…ロック用金具、３０…ボルト、３１…内側面、３２…外側面、３３…取付部、３３１…取付用孔、３４…ブレード部。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】