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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-11-28
(45)【発行日】2022-12-06
(54)【発明の名称】杭孔形成装置
(51)【国際特許分類】
E21B 7/00 20060101AFI20221129BHJP
E21B 10/32 20060101ALI20221129BHJP
E02D 1/02 20060101ALI20221129BHJP
E02D 3/12 20060101ALI20221129BHJP
【ＦＩ】
E21B7/00 A
E21B10/32
E02D1/02
E02D3/12 101
【請求項の数】
4
(21)【出願番号】P 2018187415
(22)【出願日】2018-10-02
(65)【公開番号】P2020056216
(43)【公開日】2020-04-09
【審査請求日】2021-09-07
(73)【特許権者】
【識別番号】000140292
【氏名又は名称】株式会社奥村組
(73)【特許権者】
【識別番号】000228660
【氏名又は名称】日本コンクリート工業株式会社
(73)【特許権者】
【識別番号】398021607
【氏名又は名称】株式会社地盤試験所
(73)【特許権者】
【識別番号】592005825
【氏名又は名称】佐藤鉄工株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110000800
【氏名又は名称】特許業務法人創成国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】清水 智明
(72)【発明者】
【氏名】石井 敏之
(72)【発明者】
【氏名】三澤 孝史
(72)【発明者】
【氏名】塚本 耕治
(72)【発明者】
【氏名】白石 祐彰
(72)【発明者】
【氏名】小寺 満
(72)【発明者】
【氏名】岡 信太郎
(72)【発明者】
【氏名】後藤 祐一
【審査官】石川 信也
(56)【参考文献】
【文献】特開２０００－０５４７７８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平１０－１８３５９１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１７－１６０７１４（ＪＰ，Ａ）
【文献】実開昭４９－０６９２０６（ＪＰ，Ｕ）
【文献】実公昭５５－０１６９９０（ＪＰ，Ｙ２）
【文献】欧州特許出願公開第０２３８５１７５（ＥＰ，Ａ２）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｅ２１Ｂ １／００－１９／２４
Ｅ２１Ｂ ４４／００－４４／１０
Ｅ０２Ｄ １／００－ ３／１１５
Ｅ０２Ｄ ３／１２
Ｅ０２Ｄ ７／００－１３／１０
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
上下方向に複数のオーガロッドが接続され、先端の前記オーガロッドの先端部にオーガヘッドを有し、前記複数のオーガロッドを回転駆動することにより、前記オーガヘッドによって地盤を掘削して杭孔を形成する杭孔形成装置であって、前記先端のオーガロッドの中空部内を上下方向に延びる管と、
前記管内に上下移動可能に設けられたロッドと、
前記ロッドの下端部に接続された測定コーンと、
前記先端のオーガロッド内に設けられ、前記ロッドを下方に移動させ、前記測定コーンを前記オーガヘッドの外部に押し出して前記地盤内に貫入させる貫入手段と、
前記ロッドと前記測定コーンとの間に位置し、前記測定コーンを前記地盤内に貫入させる際の抵抗力を測定する抵抗力測定手段とを備え、
前記先端のオーガロッドは、前記貫入手段が内部に設けられる第１の筒状体と、前記ロッドの上下方向の変位を計測する変位計測手段が内部に設けられる第２の筒状体とに少なくとも分離可能であることを特徴とする杭孔形成装置。
【請求項2】
前記管は、固化材を圧送する第１の固化材圧送管であることを特徴とする請求項１に記載の杭孔形成装置。
【請求項3】
前記貫入手段は、前記ロッドがピストンに固定された流体シリンダであり、前記流体シリンダに流体を供給する第１の流体配管が前記先端のオーガロッド内に設けられ、
前記先端のオーガロッド以外のオーガロッド内に、前記第１の固化材圧送管に接続される第２の固化材圧送管、及び前記第１の流体配管に接続される第２の流体配管が設けられていることを特徴とする請求項２に記載の杭孔形成装置。
【請求項4】
前記先端のオーガロッドは、分離可能な複数の筒状体が連結されてなり、隣接する前記筒状体は端部に備わるフランジ同士が接続されることにより連結され、各筒状体に備わる前記フランジ間に当該筒状体の外表面に設けられた螺旋状体が連続して存在していることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の杭孔形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、杭孔形成装置に関する。
【背景技術】
【0002】
杭などの施工において、掘削孔（杭孔）は、杭打設機等の掘削機に備えたアースオーガを回転駆動し、地中に貫入させることによって形成される。
【0003】
既製コンクリート杭を埋め込む際には、所定以上の支持力を有する支持層まで杭の先端を挿入する必要がある。一般的に、アースオーガを用いて掘削する際にスパイラルオーガを駆動する装置における積分電流値（掘削に要した時間を加味した電流値と掘削時間の積）を検出することによって、支持層にアースオーガの先端が達しているかを確認している。
【0004】
しかし、掘削により取り込んだ礫が杭の内面とスパイラルオーガの羽根との間に噛み込んだり、土砂が杭の内部で滞留したりして周面摩擦が増加することなどが原因となって、誤判定が生じるおそれがあった。そこで、上記の判定に加えて、アースオーガの先端が支持層に達しているかを確認することが好ましい。
【0005】
そこで、例えば、特許文献１には、先端が円錐状に形成された下部ロッドをオーガスクリューの下端部に設け、この下部ロッドを流体圧シリンダによって地盤に挿入する際の挿入抵抗を測定することによって、地盤の強度を測定することが開示されている。
【0006】
また、特許文献２には、押圧ロッドの先端に連設された測定コーンをスパイラルオーガのオーガヘッド内に設け、この測定コーンを地盤に押圧して押圧力及び圧入量を測定することによって、地盤の強度を測定することが開示されている。オーガロッドの上端に設けられたギヤボックス内に押圧ロッドの上端に連結された油圧シリンダが配置されており、油圧シリンダの上端にロードセルが設けられている。押圧ロッドは管状に形成されており、その内部はセメントミルク等の固化剤の通路として利用される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【文献】実公昭５５－１６９９０号公報
【文献】特許第３０６２４７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
しかしながら、上記特許文献１に開示された技術においては、下部ロッドを地盤に挿入する際の抵抗力は、流体圧シリンダのピストンに作用する油圧から求めているので、下部ロッドの自重及び下部ロッドに作用する摩擦力などによって測定値に誤差が生じ得る。
【0009】
上記特許文献２に開示された技術においては、測定コーンが押圧ロッド等を介して地盤に押圧しているので、押圧ロッドの自重及び押圧ロッドに作用する摩擦力などによって測定値に誤差が生じ得る。
【0010】
本発明は、以上の点に鑑み、地盤強度の測定値の精度向上を図ることが可能な杭孔形成装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0011】
本発明の杭孔形成装置は、上下方向に複数のオーガロッドが接続され、先端の前記オーガロッドの先端部にオーガヘッドを有し、前記複数のオーガロッドを回転駆動することにより、前記オーガヘッドによって地盤を掘削して杭孔を形成する杭孔形成装置であって、前記先端のオーガロッドの中空部内を上下方向に延びる管と、前記先端のオーガロッド内に上下移動可能に設けられたロッドと、前記ロッドの下端部に接続された測定コーンと、前記先端のオーガロッド内に設けられ、前記ロッドを下方に移動させ、前記測定コーンを前記オーガヘッドの外部に押し出して前記地盤内に貫入させる貫入手段と、前記ロッドと前記測定コーンとの間に位置し、前記測定コーンを前記地盤内に貫入させる際の抵抗力を測定する抵抗力測定手段とを備えることを特徴とする。
【0012】
本発明の杭孔形成装置によれば、先端のオーガロッド部内の下端部に設けられた測定コーンを地盤に貫入手段によって貫入させ、その際の抵抗力を抵抗力測定手段によって測定することが可能である。これより、通常の静的コーン貫入試験又はこれに準じた試験によって、地盤の支持力を確認することができる。さらに、抵抗力測定手段がロッドと測定コーンとの間に位置しているので、ロッドの自重及びロッドに作用する摩擦力などに影響を受けずに抵抗力を測定することができる。これらにより、地盤強度の測定値の精度向上を図ることが可能となる。
【0013】
本発明の杭孔形成装置において、前記先端のオーガロッド内に設けられ、前記ロッドの上下方向の変位を計測する変位計測手段を備える。
【0014】
これにより、ロッドの上下方向の変位を計測する変位計測手段が先端のオーガロッド内に設けられているので、オーガロッドの外部又は２本目以降のオーガロッド内に設けた計測手段によってロッドの変位を間接的に計測する場合に比べて、ロッドの変位を精度良く計測でき、地盤強度の測定値の精度向上をさらに図ることが可能となる。
【0015】
また、本発明の杭孔形成装置において、前記管は、固化材を圧送する第１の固化材圧送管であることが好ましい。
【0016】
この場合、固化材を圧送する固化材圧送管とロッドが上下移動可能な管とが共通化されるので、構成の簡略化を図ることが可能となる。ただし、本発明の杭孔形成装置は、固化材を用いない工法にも用いることができ、この場合は、そもそも固化材圧送管は存在しない。
【0017】
また、本発明の杭孔形成装置において、前記先端のオーガロッドは、前記貫入手段が内部に設けられる第１の筒状体と、前記変位計測手段が内部に設けられる第２の筒状体とに少なくとも分離可能である。
【0018】
これにより、先端のオーガロッドは分離可能な少なくとも２個の筒状体が接続されて構成されているので、これら筒状体に収容される貫入手段や変位計測手段のメンテナンスや交換などの作業をする際に、作業化の簡易化を図ることが可能となる。
【0019】
また、本発明の杭孔形成装置において、前記貫入手段は、前記ロッドがピストンに固定された流体シリンダであり、前記流体シリンダに流体を供給する第１の流体配管が前記先端のオーガロッド内に設けられ、前記先端のオーガロッド以外のオーガロッド内に、前記第１の固化材圧送管に接続される第２の固化材圧送管、及び前記第１の流体配管に接続される第２の流体配管が設けられていることが好ましい。
【0020】
この場合、第２の固化材圧送管及び第２の流体配管がオーガロッド内に設けられているので、これらがオーガロッドの外部に露出している場合と比較して、オーガロッドの回転による掘削の際に邪魔にならない。
【0021】
また、本発明の杭孔形成装置において、前記先端のオーガロッドは、分離可能な複数の筒状体が連結されてなり、隣接する前記筒状体は端部に備わるフランジ同士が接続されることにより連結され、各筒状体に備わる前記フランジ間に当該筒状体の外表面に設けられた螺旋状体が連続して存在していることが好ましい。
【0022】
この場合、フランジ間を除いて螺旋状体が連続して筒状体の外表面に存在しているので、オーガロッドの回転による掘削効率の向上を図ることが可能となる。なお、螺旋状体はフランジ部分にも設けられていることが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【0023】
【図1】本発明の実施形態に係る杭孔形成装置の概略側面図。
【図2】オーガロッドの一部を示す概略側面図。
【図3】１段目の円筒状体の一部を示す概略断面図。
【図4】１本目のオーガロッドの一部を示す概略断面図。
【図6】１本目のオーガロッドの後端部の雄ジョイントを示す上面図。
【図7】２本目以降のオーガロッドの後端部の雄ジョイントを示す上面図。
【図8】通信線の接続部付近を示す概略側面図。
【図9】螺旋翼の貫通孔に保護管が挿通されている状態を示す図。
【図10】オーガロッドに保護管が固定されている状態を示す図。
【図11】杭孔形成装置を用いて支持力を確認する方法のフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【0024】
本発明の実施形態に係る杭孔形成装置１００について図面を参照して説明する。
【0025】
杭孔形成装置１００は、図１に示すように、アースオーガ１１０を用いて既製杭の杭孔を掘削する際において、アースオーガ１１０の先端部が支持層に到達していることを確認することが可能な地盤強度確認機構を備えている。
【0026】
ここでは、アースオーガ１１０を使用する既製杭の埋め込み杭工法のうち、オーガヘッド３０からセメントミルクなどの固化材を根固め液として注入する工法に、杭孔形成装置１００を適用する場合について説明する。具体的には、セメントミルク工法などのプレボーリング法、中掘り根固め工法等の中掘り工法、回転根固め工法等の回転工法などの工法である。
【0027】
杭孔形成装置１００は、主に、杭などを打設する掘削孔を形成するアースオーガ１１０と、現場に設置され、アースオーガ１１０を回転駆動して地盤Ａに貫入させるアースオーガ駆動装置１２０とから構成されている。また、図示しないが、セメントミルクなどの固化材を蓄える固化材タンクも配置されている。
【0028】
アースオーガ１１０は、アースオーガ駆動装置１２０の支柱１２１に設けられた振れ止め１２２に、上下方向へ移動自在に保持されながら、支柱１２１にガイドされて下降移動されるオーガヘッド３０により回転駆動されて、地盤Ａに圧入される。
【0029】
これにより、アースオーガ１１０は、地盤Ａに貫入され、掘削孔が鉛直下向きに形成される。そして、支柱１２１の下部に達したオーガヘッド３０の支柱１２１の上部への盛り替えと、地盤Ａへ貫入されたアースオーガ１１０に対して、オーガロッド２０の継ぎ足しを繰り返すことにより、設計上の所定深さの掘削孔が形成される。
【0030】
アースオーガ１１０は、複数本のオーガロッド１０，２０が上下方向に接続されてなり、最先端（最下端）のオーガロッド１０の先端部（下端部）にオーガヘッド３０が設けられている。
【0031】
オーガロッド１０，２０は、図２に示すように、掘削する杭孔の深さに応じて、接続される本数及びその長さが定まる。１本目（最先端）のオーガロッド１０以外のオーガロッド２０、すなわち２本目以降のオーガロッド２０は、同じ構造である。これらのオーガロッド２０は、円筒状体であって、掘削した土砂を上部に送るために、螺旋翼（スクリュー）２０ａが外周面に固定されている。
【0032】
１本目のオーガロッド１０は、複数、ここでは５つの円筒状体１１～１５が接続された構造となっている。これら円筒状体１１～１５は、隣接して接続される円筒状体１１～１５に対して、それぞれ分離可能に構成されている。各円筒状体１１～１５には、隣接する円筒状体１１～１５との接続のために、これら円筒状体との接続面側に端部にそれぞれフランジ１１ｂ～１５ｂが形成されている。
【0033】
そして、詳細には図示しないが、各フランジ１１ｂ～１５ｂには貫通孔が形成されており、対応する貫通孔にボルトを挿通させた状態で、ナットの雌ねじ部をボルトの雄ねじ部と螺合することによって、隣接する円筒状体１１～１５が固定される。また、各オーガロッド１０，２０の後端部には雄ジョイント１０ｂ、２０ｂが、２本目以降のオーガロッド２０の先端部には雌ジョイント２０ｃがそれぞれ設けられている。そして、雄ジョイント１０ｂ、２０ｂと雌ジョイント２０ｃとを接続することにより、隣接するオーガロッド１０，２０同士が固定される。
【0034】
各円筒状体１１～１５の外周面にも前記オーガロッド２０と同様に、螺旋翼１１ａ～１５ａが固定されている。螺旋翼１１ａ～１５ａは、なるべく連続するように形成されている。ここでは、螺旋翼１１ａ～１５ａはフランジ１１ｂ～１５ｂの側面まで形成されており、これにより螺旋翼１１ａ～１５ａは連続している。これにより、オーガロッド１０の回転による掘削効率の向上を図ることが可能となる。
【0035】
そして、１段目（最先端）の円筒状体１１の先端部（下端部）にはオーガヘッド３０が設けられている。具体的には、円筒状体１１の外周面に固定された螺旋翼１１ａの先端部に、複数個の掘削ビット４１が取り付けられている。
【0036】
さらに、図３に示すうように、ここでは、円筒状体１１には、拡閉可能な拡大ヘッド４２が設けられている。この拡大ヘッド４２は、複数本、ここでは２本の拡大翼４２ａから構成されている。各拡大翼４２ａは、中間部が円筒状体１１の外部に設けられた軸１１ｃに回転自在に支持されており、先端部には複数個の掘削ビット４２ｂが取り付けられている。拡大ヘッド４２の拡大翼４２ａは、円筒状体１１に内蔵された油圧シリンダ４３によって拡閉される。
【0037】
そして、各拡大翼４２ａの他端部は、油圧シリンダ４３のロッド４３ａの外周部に設けられた窪み４３ｂに嵌合されている。なお、油圧シリンダ４３は、その中央部に上下方向に貫通する孔が形成されており、全体として細長いドーナツ形状となっている。
【0038】
さらに、ロッド４３ａより上方の油室Ｓ１内に油などの流体を流入又は当該油室Ｓ１内の流体を排出するための第１の流体配管４４、及び、ロッド４３ａより下方の油室Ｓ２内に流体を流入又は当該油室Ｓ２内の油などの流体を排出するための第２の流体配管４５（不図示）が円筒状体１１内に設けられている。各流体配管４４，４５の端部は、それぞれ円筒状体１１の上端部に設けられた接続部（コネクタ）４６ａに接続されている。
【0039】
拡大ヘッド４２は、上記のように構成されることによって、図３に実線で示すように、第１の流体配管４４を介して流体が流入し、油室Ｓ１が拡大することにより、ロッド４３ａが下方に移動して、各拡大翼４２ａが外側に向って開き、拡大ヘッド４２が拡大する。一方、図３に２点鎖線で示すように、第２の流体配管４５を介して流体が流入し、油室Ｓ２が拡大することにより、ロッド４３ａが上方に移動して各拡大翼４２ａが内側に向って閉じ、拡大ヘッド４２が閉じる。
【0040】
さらに、オーガヘッド３０、ひいては円筒状体１１の先端部に形成された開口１１ｄ内に、コーン貫入試験で使用される測定コーン５１が設けられている。測定コーン５１は、支持層に貫入可能なように先端が鋭角な円錐形状であり、後端部（上端部）に接続された貫入用ロッド５２によって地盤Ａ（図１参照）内に貫入される。
【0041】
貫入用ロッド５２は、円筒状体１１に固定された管５３内に摺動可能に設けられている。ここでは、貫入用ロッド５２は、オーガヘッド３０の中央部に設けられたセメントミルクなどの固化材を圧送する固化材圧送管５３内に設けられている。固化材圧送管５３は、オーガヘッド３０の中央部に上下方向に延在して、油圧シリンダ４３の中央部に形成された貫通孔を挿通するように設けられている。
【0042】
固化材圧送管５３は必ずしも油圧シリンダ４３の中央部に設ける必要はないが、中央部以外に設けた場合、固化材圧送管５３が設置された部分に油圧が作用し難く、油圧シリンダ４３を押圧する力に偏りが生じるおそれがあるので、好ましくない。なお、１段目の円筒状体１１中の固化材圧送管５３の断面積は、後述する２段目の円筒体状１２内以降の固化材圧送管５６に比べて、貫入用ロッド５２の断面積分だけ大きいことが好ましい。
【0043】
固化材圧送管５３の先端は連通孔１１ｅを介して開口１１ｄまで達しており、固化材圧送管５３の先端から飛び出した貫入用ロッド５２の先端部に測定コーン５１が、３成分センサ５４を介して接続されている。３成分センサ５４は、測定コーン５１の先端抵抗（ｑｃ）、周面摩擦（ｆｓ）、間隙水圧（ｕｄ）の３成分を測定する。
【0044】
そして、固化材圧送管５３は、その先端より上方において水平方向に分岐しており、これら分岐した水平部の先端に噴射孔５３ａが複数個設けられている。このように、固化材圧送管５３の噴出孔５３ａは、オーガヘッド３０の先端部より上方の周囲部に設けられており、固化材は水平方向に噴出される。
【0045】
また、固化材圧送管５３内に外部から土砂などが流入しないように、固化材圧送管５３の分岐部より下方のなるべく先端の部分に、封止手段５５を設けることが好ましい。封止手段５５は、連通孔１１ｅ内に外部から土砂が流入することを防止する土砂流入防止手段である。
【0046】
封止手段５５は、例えば、ゴムなどの弾性材料からなり、測定コーン５１の突出によって内側から押し開けられて、測定コーン５１が元の位置に戻った後とは板ばねなどで閉じる構造を有する逆流防止弁（逆止弁）である。また、封止手段５５とは別に、貫入用ロッド５２の外周面と固化材圧送管５３の内周面とを隙間なく密着させるために、貫入用ロッド５２の先端部付近と固化材圧送管５３との間に摺動パッキン５５ａが装着されている。
【0047】
このような摺動パッキン５５ａが存在していても、３成分センサ５４は、摺動パッキン５５ａの下方に位置している。これにより、３成分センサ５４によって、貫入用ロッド５２の自重及び摺動パッキン５５ａの摩擦抵抗に影響を受けずに、測定コーン５１の先端部からの反力を直接的に測定することが可能となる。
【0048】
なお、セメントミルク工法等のように固化材を下方に噴出させる必要がある場合には、圧送される固化材の圧力によって開くほどの弱い封止力を有する封止手段５５を用いればよい。
【0049】
また、オーガヘッド３０内の固化材圧送管５３は、貫入用ロッド５２が内蔵されるので、固化材の通過可能な領域が制限される。そこで、固化材の圧送量を確保するために、通常のものと比較して内径を大きくすることが好ましい。
【0050】
また、２段目の円筒状体１２は、その中央部を上下方向に貫入用ロッド５２が挿通している。さらに、２段目の円筒状体１２には、第１及び第２の流体配管４４，４５に接続された接続部４６ａにそれぞれ、第１及び第２の流体配管４７，４８（第２の流体配管４８は図３には不図示）が接続部４６ｂを介して接続されて、内部に配置されている。
【0051】
そして、２段目の円筒状体１２には、固化材圧送管５３に接続される固化材圧送管５６も内部に配置されている。固化材圧送管５３は、１段目の円筒状体１１の上部において、水平方向に分岐して延びる部分を有しており、円筒状体１１の上端部の中央部から径方向外側にずれた一部に、固化材圧送管５６の端部に存在する接続部５７ｂに接続される接続部５７ａを有している。これにより、２段目の円筒状体１２内においては、中央部から離れた部分において固化材圧送管５６が上下方向に延在している。
【0052】
なお、固化材圧送管５３の分岐位置を貫入用ロッド５２が上下動するので、これによって固化材が漏れ出ないように、固化材圧送管５３の水平方向に伸びる部分の上方に存在する先端部には、上部摺動パッキン５８が設けられている。そして、この上部摺動パッキン５８を挿通して貫入用ロッド５２が伸びている。
【0053】
図４に示すように、３段目の円筒状体１３には、貫入用ロッド５２を下方向に向けて押し出す油圧シリンダ（ジャッキ）７１が設けられている。そして、油圧シリンダ７１のロッド７１ａの先端（下端）に貫入用ロッド５２の後端（上端）が固定されている。そして、油圧シリンダ７１に接続された２本の流体配管７２，７３も、３段目の円筒状体１３に内蔵されている。
【0054】
油圧シリンダ７１は貫入用ロッド５２に荷重をかけるため、その軸中心は、貫入用ロッド５２と同じく、３段目の円筒状体１３の軸中心と一致することが好まししい。この場合、３段目の円筒状体１３内では、固化材圧送管５６は軸中心から径方向にずれて配置される。
【0055】
油圧シリンダ７１のロッド７１ａが伸長することにより、貫入用ロッド５２が下方向に移動して、貫入用ロッド５２の先端部に固定されている測定コーン５１（図３参照）が、オーガヘッド３０の先端部より下方の外部に突出する。油圧シリンダ７１のロッド７１ａの伸長量、伸長速度などの伸長の態様は、すなわち測定コーン５１の突出の態様は、通常の静的コーン貫入試験で貫入試験を行う場合と同じ態様とすることが好ましい。これにより、通常の静的コーン貫入試験における測定コーン５１の貫入量と支持力との関係をそのまま用いることができる。
【0056】
ただし、通常の静的コーン貫入試験で貫入試験を行う場合と異なる態様でもよく、この場合は、予め、測定コーン５１の貫入量と支持力との関係を予め実験などによって求めておく必要がある。
【0057】
２段目の円筒状体１２には、貫入用ロッド５２の振れ、回転、変形などを防止するための振れ止め７４を内蔵させることが好ましい。振れ止め７４は、ここでは、貫入用ロッド５２の上端部と油圧シリンダ７１のロッド７１ａの先端部との間に固定されている。ただし、振れ止め７４は、貫入用ロッド５２の他の部分に固定されていてもよい。
【0058】
振れ止め７４は、図５に示すように、その外形が円筒状体１２の内面の形状に倣った形状であり、ここでは、大略円板状に形成されている。貫入試験においては、測定コーン５１をオーガヘッド３０の先端から１ｍ程度押し出す必要があるが、これによって、円筒状体１２の内面に沿って貫入用ロッド５２が摺動するので、貫入用ロッド５２及び油圧シリンダ７１のロッド７１ａが、回転、捻れ、座屈などが生じずに良好に上下方向に摺動可能となる。
【0059】
なお、振れ止め７４は、その外形が円筒状体１３の内面の形状に倣った形状が少なくとも一部存在していればよく、また、その外面と円筒状体１３の内面との間に多少の隙間があってもよい。また、振れ止め７４を上下方向に間隔を開けて複数設けることも好ましい。
【0060】
なお、貫入用ロッド５２は、ここでは、３成分センサ５４（図３参照）に接続された通信線５４ａが内部を通っており、細長い円筒状に構成されている。静的コーン貫入試験は測定コーン５１を支持地盤に所定深さまで貫入させる際の反力を測定する試験であり、貫入用ロッド５２には貫入時に地盤の支持力に相当する大きな反力が作用する。また、貫入用ロッド５２は、静的コーン貫入試験に必要な長さ、具体的には、オーガヘッド３０の先端から杭孔の底面までの距離に杭孔底のスライムの厚さ及び貫入試験時の押し込み量を加えた長さであって１ｍ程度の長さが必要であり、長尺である。これらのため、貫入ロッド５２は、予測される反力が作用しても座屈しない剛強な構造とする必要がある。
【0061】
また、貫入用ロッド５２は、複数本、例えば２本から４本に分解可能に構成することが好ましい。これにより、円筒状体１１，１２内に設置する場合や、後述するＳＴＥＰ７において清掃するために分解する場合などに、貫入用ロッド５２の取り扱いが容易となる。貫入用ロッド５２は、特に、固化材圧入管５３内に収納される、又は収納され得る清掃が必要な部分と他の清掃が不必要な部分とを分離可能に構成することが好ましい。
【0062】
貫入用ロッド５２の上端部付近には、貫通孔又は切り欠きからなる開口５２ａが形成されており、この開口５２ａを介して通信線５４ａが貫入用ロッド５２の外部に露出し、振れ止め７４に形成された貫通孔又は切り欠きからなる開口７４ａを介して、第３の円筒状体１３内を上下方向に延びている。なお、貫入用ロッド５２の開口７４ａより上方に位置する部分は中空である必要はない。
【0063】
貫入用ロッド５２に形成された開口５２ａは、油圧シリンダ７１のロッド７１ａが最大限伸長した際にも、固化材圧送管５３の内部に入らない位置に形成されている。これにより、開口５２ａを介して、貫入用ロッド５２やその先端に位置する３成分センサ５４の内部に固化材が流入するおそれ、及び固化材圧送管５３から固化材が外部に漏れ出るおそれの低減が図られる。
【0064】
ただし、貫入用ロッド５２の開口５２ａが振れ止め７４より上側に設けられる場合、開口７４ａは必要ない。この場合、振れ止め７４は油圧シリンダ７１のロッド７１ａが最大限伸長した際にも、固化材圧送管５３の内部に入らない位置に形成される。また、振れ止め７４を上下方向に間隔を開けて複数設ける場合、最下段の振れ止め７４は油圧シリンダ７１のロッド７１ａが最大限伸長した際にも、固化材圧送管５３の内部に入らない位置に形成される。
【0065】
なお、貫入用ロッド５２及び油圧シリンダ７１のロッド７１ａが、座屈などが生じずに良好に上下方向に摺動可能とするために、振れ止め７４の外径は円筒状体１２の内面の径とほぼ等しくすることが好ましい。
【0066】
さらに、通信線５４ａは、油圧シリンダ７１のロッド７１ａの伸縮に従って伸縮可能であることが好ましい。そこで、例えば、図示しないが、通信線５４ａの何れかの位置に巻き取り機能を有するリールを介在させて配置して、リールによる巻き取り、巻き出しによって通信線５４ａをロッド７１ａの伸縮に合わせて伸縮可能とすることが好ましい。
【0067】
振れ止め７４には、また、貫通孔又は切り欠きからなる、固化材圧送管５６が挿通する開口７４ｂ及び２本の流体配管４７，４８が挿通する開口７４ｃ，７４ｄも形成されている。
【0068】
なお、図４においては、振れ止め７４は開口５２ａより先端側に設けられている。しかし、振れ止め７４は開口５２ａより上端側に設けられてもよい。ただし、この場合、振れ止め７４は、油圧シリンダ７１のロッド７１ａが最大限伸長した際にも、固化材圧送管５３の上端部より上側の位置に設ける必要があり、当然に開口５２ａは固化材圧入管５３の内部には入らない。
【0069】
４段目の円筒状体１４には、図４を参照して、油圧シリンダ７１のロッド７１ａの移動量、ひいては測定コーン５１の移動量を計測する変位計８１が内蔵されている。変位計８１は、ロッド７１ａの上端部に端部を固定されたワイヤの引き出しによって回転するリール（スプール）の軸の回転数によって変位を計測するワイヤ式であることが好ましい。これは、オーガロッド１０内は湿度が高く、レーザ変位計は適さないからである。
【0070】
なお、変位計８１がワイヤ式である場合には、ワイヤの先端は振れ止め７４に固定されていることが好ましい。また、変位計８１がレーザ式である場合には、レーザのターゲットは振れ止め７４に固定されていることが好ましい。
【0071】
４段目の円筒状体１４には、また、図示しないが、３成分センサ５４及び変位計８１の測定データをデジタル化するＡ／Ｄ変換器などの計測関連機器８２が内部に収容されている。なお、４段目の円筒状体１４の中央部に設置する機器など存在しない場合は、固化材圧送管５６を径方向に折り曲げて中央部に設けてもよい。
【0072】
さらに、４段目の円筒状体１４には、固化材圧送管５６、４本の流体配管４７，４８，７２，７３（流体配管４７，４８は図４には不図示）及び通信線５４ａが内部を上下方向に挿通している。
【0073】
５段目、すなわち先端のオーガロッド１０を構成する最後端の円筒状体１５には、その上端側に接続されるオーガロッド２０の後端部の雌ジョイント２０ｃと接続される雄ジョイント１０ｂが備えられている。この雄ジョイント１０ｂには、図６も参照して、４本の流体配管４７，４８，７２，７３の端部の接続部にそれぞれ接続される接続部９１ａ～９１ｄ、固化材圧送管５６の端部の接続部に接続される接続部９１ｅが備わっており、雌ジョイント２０ｃと接続されることにより、これらは自動的に接続される。これにより、流体配管４７，４８は流体配管（不図示）に、流体配管７２，７３は２本目以降のオーガロッド２０内の流体配管９５，９６にそれぞれ接続される。
【0074】
５段目の円筒状体１５の後端部は、１本目のオーガロッド１０の後端部であるので、上述したように、２本目のオーガロッド２０の雌ジョイント２０ｃと接続される雄ジョイント１０ｂが設けられている。
【0075】
そして、２本目以降のオーガロッド２０の下端部には、接続部９１ａ～９１ｅにそれぞれ接続される接続部９２ａ～９２ｅ（９２ｂ～９２ｄは不図示）が設けられている。ここでは、接続部９２ａ～９２ｅは、例えば、それぞれ雌コネクタであり、雄ジョイント１０ｂ、２０ｂと雌ジョイント２０ｃが接続されることにより、雄コネクタからなる接続部９１ａ～９１ｅと自動的に接続される。これにより、流体配管４７，４８に接続されているは流体配管（不図示）及び２本目以降のオーガロッド２０内の流体配管９５，９６はそれぞれ対応する流体配管に接続される。
【0076】
そして、接続部９２ａ～９２ｄにはそれぞれ流体配管が接続されており、これら流体配管はオーガロッド２０の内部に配置されている。そして、これら流体配管の上端には、図７も参照して、オーガロッド２０の上端部に設けられた接続部９１ａ～９１ｄが接続されている。また、接続部９２ｅには固化材圧送管９３が接続され、固化材圧送管９３はオーガロッド２０の内部に配置されている。そして、この固化材圧送管９３の上端には、オーガロッド２０の上端部に設けられた接続部９１ｅが接続されている。
【0077】
先端のオーガロッド１０の雄ジョイント１０ｂと２本目のオーガロッド２０の雌ジョイント２０ｃ及び２本目以降のオーガロッド２０の雄ジョイント２０ｂ及び雌ジョイント２ｃの端面には、中心に固化材圧送管９３を繋ぐ接続部９１ｅが配置されており、その外周から径方向離れた同心円上に他の各流体配管４７，４８，７２，７３の接続部９１ａ～９１ｄが配置されている。
【0078】
さらに、５段目の円筒状体１５の上部の周壁には貫通孔１５ｃが形成されており、この貫通孔１５ｃを介して、計測関連機器８２に接続された通信線９４が円筒状体１５の外部に露出している。
【0079】
２本目以降の各オーガロッド２０には、図８及び図９に示すように、それぞれ、螺旋翼２０ａの基端部に貫通孔２０ｄが一直線上に形成されており、この貫通孔２０ｄを挿通するように保護管２１が固定されている。そして、各オーガロッド２０には、それぞれ、保護管２１内を通信線２２が挿通されており、その上下方向の両端部にはコネクタ２２ａが設けられている。これにより、隣接するオーガロッド２０を接続する際、コネクタ２２ａ同士を接続することにより、簡易に通信線２２同士を簡易に接続することができる。
【0080】
さらに、図示しないが、先端のオーガロッド１０と２本目のオーガロッド２０とを接続する際も、コネクタ９４ａとコネクタ２２ａとを接続することにより、簡易に通信線９４と通信線２２を簡易に接続することができる。また、コネクタ２２ａ，９４ａで接続された部分は、保護カバー２３によって覆うことが好ましい。
【0081】
保護管２１とオーガロッド２０の外周とは、図１０に示すように、溶接などによって強固に固定されることが好ましい。通信線２２、通信線９４、コネクタ２２ａ及びコネクタ９４ａは防水機能を有することが好ましい。これにより、保護カバー内及び保護管２１内に泥水などが入り込んでも、通信が途絶するおそれを低減することが可能となる。
【0082】
また、保護カバー２３は、保護管２１から露出する通信線２２及び通信線９４並びにコネクタ２２ａ及びコネクタ９４ａを完全に覆うことができる形状とし、保護カバー２３の通信線２２と通信線９４、コネクタ２２ａとコネクタ９４ａに接する側の面には、スポンジ等の緩衝材を設けることが好まししい。これにより、掘削によって保護カバー２３に礫などが衝突などしても、衝撃によって通信線２２、通信線９４、コネクタ２２ａ及びコネクタ９４ａが損傷を受けるおそれを低減することが可能となる。
【0083】
なお、通信線９４は貫通孔１５ｃから外部に露出してからコネクタ９４ａまで、通信線２２と同様の保護管２１によって保護することが好ましい。また、コネクタ９４ａとコネクタ２２ａの保護管２１から露出する部分は、オーガロッド１０とオーガロッド２０又はオーガロッド２０同士を接続するまでは、図示しないが保護部材によって保護することが好ましい。
【0084】
３成分センサ５４によって測定した各種データ及び変位計８１によって測定した変位量のデータは、通信線２２，９４を介して、アースオーガ駆動装置１２０などに備わる外部のコンピュータなどの記憶手段に送信される。そして、記憶手段に記憶されたデータに基づいて、コンピュータなどによって荷重変位曲線を作成し、これをモニタなどにリアルタイムに映し出すことが好ましい。この際、アースオーガ駆動装置１２０に搭乗した作業者などは、各種データからＮ値を推定し、このＮ値が所定値以上であれば支持力があると判断する。
【0085】
以上のように、先端のオーガロッド１０は、分離可能な５つの円筒状体１１～１５が接続された構造であるので、これら円筒状体１１～１５の何れかに収容される機器のメンテナンスや交換などの作業を行う際において、作業化の簡易化を図ることが可能である。例えば、振れ止め７４に変位計８１のリールを設置する場合、貫入用ロッド５２に曲がりや座屈などが生じたために交換する場合などに、作業を必要とする円筒状体１１～１５を他の円筒状体１１～１５から分離して作業を行うことができ、さらに、円筒状体１１～１５ごとの交換も可能である。
【0086】
なお、オーガロッド１０は、必ずしも５つの円筒状体１１～１５からなる必要はなく、１乃至４又は６以上の円筒状体からなるものでよってもよい。また、各円筒状体１１～１５に内蔵される機器は上述したものに限定されない。
【0087】
以下、プレボーリング（セメントミルク）拡大根固め工法において、上述した杭孔形成装置１００を用いて支持力を確認する方法について図１１を参照して説明する。
【0088】
まず、拡大ヘッド４２を閉じた状態で、支持層に達するに満たない深さまで、従来と同様に掘削孔を掘削する（ＳＴＥＰ１）。
【0089】
掘削孔の深さが深くなるに応じて、１本目のオーガロッド１０に対して２本目のオーガロッド２０を接続する。この接続は、１本目のオーガロッド１０の後端部の雄ジョイント１５ｃと２本目のオーガロッド２０の先端部の雌ジョイント２０ｃとを接続することにより行う。
【0090】
これにより、５段目の円筒状体１５の上端部に設けられている接続部９２ａ～９２ｄに２本目のオーガロッド２０の内部に備わる流体配管の下端に備わる接続部９３ａ～９３ｄがそれぞれ接続される。さらに、５段目の円筒状体１５の上部から露出した通信線２２の先端部のコネクタ２２ａと２本目のオーガロッド２０に備わる通信線２２の下端部に備わるコネクタ２２ａを覆う保護部材を取り外した後に、両者を接続し、これらの接続箇所を保護カバー２３によって覆う。また、５段目の円筒状体１５の上端の接続部９２ｅに、２本目のオーガロッド２０の内部に備わる固化材圧送管９３の下端部の接続部９１ｅを接続する。
【0091】
さらに、掘削孔の深さが深くなるに応じて、２本目のオーガロッド２０に対して３本目以降のオーガロッド２０を接続する。この接続は、２本目のオーガロッド２０の後端部の雄ジョイント２０ｂと３本目のオーガロッド２０の先端部の雌ジョイント２０ｃとを接続することにより行う。これにより、２本目と３本目のオーガロッド２０に備わる流体配管の端部にそれぞれ備わる接続部９１ａ～９１ｄ，９２ａ～９２ｄ同士がそれぞれ接続される。
【0092】
また、２本目のオーガロッド２０に備わる固化材圧送管９３ｅの上端部の備わるコネクタに、３本目のオーガロッド２０に備わる固化材圧送管９３ｅの下端部の接続部９１ｅを接続する。さらに、２本目と３本目のオーガロッド２０に備わる通信線２２の端部に備わるコネクタ２２ａを覆う保護部材を取り外した後にそれぞれ接続し、これらの接続箇所を保護カバー２３によって覆う。４本目以降のオーガロッド２０の接続も同様にして行う。
【0093】
なお、最終本目のオーガロッド２０に備わる流体配管の上端の接続部９１ａ～９１ｄに、オーガ駆動装置１２０に備わる図示しない油圧装置に接続された管の端部の接続部に接続する。さらに、最終本目のオーガロッド２０に備わる固化材圧送管９３の上端の接続部９１ｅに、オーガ駆動装置１２０に備わる図示しない固化材タンクに接続された管の端部の接続部に接続する。
【0094】
次に、拡大ヘッド４２を拡げた状態で、掘削孔が支持層に達すると想定される深さまで拡径孔を形成する（ＳＴＥＰ２）。ただし、オーガヘッド３０を回転駆動している際、所定の回転駆動力となる抵抗値を推定し、この抵抗値の推定値が所定の基準値を超えたことを確認してもよい。なお、拡大ヘッド４２を拡げる際、油圧装置を駆動させることにより、第１の流体配管４４を介して油室Ｓ１に流体を流入させる。
【0095】
拡径孔を掘削しながら、セメントミルクなどの固化材を固化材圧送管５３，９３を介して圧送し、噴射孔５３ａを介して噴出させて、周囲の地盤Ａの根固めを行う（ＳＴＥＰ３）。
【0096】
そして、先端が支持層内に位置すると想定される所定の深さまで掘削孔を掘削したら、掘削孔の掘削を終了する。そして、この時点からアースオーガ１１０を引き上げるまでの間に拡大ヘッド４２を閉じる。
【0097】
その後、オーガヘッド３０の先端が掘削孔の先端から少し離間するように、アースオーガ１１０を吊り上げる。そして、この吊り上げた状態において、貫入用ロッド５２を下方に所定の距離だけ移動させることにより、測定コーン５１を地盤Ａに貫入させて静的コーン貫入試験を行い、地盤Ａの強度を確認する（ＳＴＥＰ４）。なお、貫入用ロッド５２を下方に移動させる際、油圧シリンダ７１を駆動させることにより、油圧シリンダ７１のロッド７１ａを伸長させる。
【0098】
試験結果である、測定コーン５１の貫入量、測定コーン５１の先端部からの反力は通信線を介して、外部のコンピュータなどに送信される。
【0099】
そして、掘削孔の先端が支持層に達していることを確認した後、貫入用ロッド５２を引き上げ、測定コーン５１をオーガヘッド３０内に回収する（ＳＴＥＰ５）。なお、このＳＴＥＰ５は、アースオーガ１１０を全て引き上げた後に行ってもよい。
【0100】
その後、アースオーガ１１０を引き上げて、オーガロッド１０，２０の接続を順次解除する（ＳＴＥＰ６）。オーガロッド１０，２０の接続の解除は、上述した接続する場合と逆の手順で行えばよい。
【0101】
最後に、先端のオーガロッド１０を５本の円筒状体１１～１５に分解し、測定コーン５１、固化材圧送管５３，９３などを清掃する（ＳＴＥＰ７）。このように、先端のオーガロッド１０は分解可能であるので、測定コーン５１、固化材圧送管５３などの内部機器を簡易に清掃することが可能である。
【0102】
なお、本発明は、上述した実施例に具体的に記載した杭孔形成装置１００及びこの杭孔形成装置１００を用いた方法に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内であれば適宜変更することができる。
【0103】
例えば、拡大ヘッド４２の拡閉を行うための油圧シリンダ４３に油圧を供給するための流体配管４７，４８などの油圧経路と、貫入用ロッド５２の伸縮を行うための油圧シリンダ７１に油圧を供給するための流体配管７２，７３などの油圧経路とは、別個の独立に別個の上記油圧装置に接続される場合について説明した。
【0104】
しかし、これには限定されず、これらの油圧経路を同じ油圧装置に接続してもよい。この場合、拡大ヘッド４２を拡げるために必要な油圧と比較して、貫入用ロッド５２を下方に移動させるために必要な油圧を大きくすることにより、拡大ヘッド４２を拡げた（ＳＴＥＰ２）後に、貫入用ロッド５２を下方に移動させることが可能となる（ＳＴＥＰ４）。そして、その後、油圧の低下に伴い、貫入用ロッド５２は上方に戻った（ＳＴＥＰ５）後、拡大ヘッド４２が閉じる。
【0105】
また、プレボーリングに適用する場合について説明した。しかし、これに限定されず、例えば、中掘り根固め工法や中堀り拡底根固め工法などの中掘り工法に適用してもよい。また、拡底根固めを行わないプレボーリング根固め工法や中堀り拡底根固め工法に適用する場合、拡径孔を形成する必要がないので、杭孔形成装置１００は、拡大ヘッド４２及びこれに油圧を供給するための流体配管４７，４８などの油圧経路を備えていなくともよい。
【0106】
なお、固化材圧送管５３の先端を水平方向に分岐させ、これら分岐した水平部の先端に噴射孔５３ａを設ける場合について説明した。しかし、これに限定されず、セメントミルク工法などに用いる場合には、固化材をオーガヘッド３０の先端部から噴出させるために、固化材圧送管５３はオーガヘッド３０の先端まで貫通させ、この先端から固化材を噴出させてもよい。なお、この場合、摺動パッキン５５ａは不要となる。
【符号の説明】
【0107】
１０…１本目のオーガロッド、 １０ｂ…雄ジョイント、 １１…１段目の円筒状体（筒状体）、 １１ａ～１５ａ…螺旋翼、 １１ｂ～１５ｂ…フランジ、 １１ｃ…軸、１１ｄ…開口、 １１ｅ…連通孔、 １２…２段目の円筒状体（筒状体）、 １３…３段目の円筒状体（第１の筒状体、筒状体）、 １４…４段目の円筒状体（第２の筒状体、筒状体）、 １５…５段目の円筒状体（筒状体）、 １５ｃ…貫通孔、 ２０…２本目以降のオーガロッド、 ２０ａ…螺旋翼（螺旋状体）、 ２０ｂ…雄ジョイント、 ２０ｃ…雌ジョイント、 ２０ｄ…貫通孔、 ２１…保護管、 ２２…通信線、 ２２ａ…コネクタ、 ２３…保護カバー、 ３０…オーガヘッド、 ４１…掘削ビット、 ４２…拡大ヘッド、 ４２ａ…拡大翼、 ４２ｂ…掘削ビット、 ４３…油圧シリンダ、 ４３ａ…ロッド、 ４３ｂ…窪み、 ４４…第１の流体配管（第１の流体配管）、 ４５…第２の流体配管（第１の流体配管）、 ４６ａ，４６ｂ…接続部、 ４７…第１の流体配管（第１の流体配管）、 ４８…第２の流体配管（第１の流体配管）、 ５１…測定コーン、 ５２…貫入用ロッド（ロッド）、 ５２ａ…開口、 ５３…固化材圧送管（管）、 ５３ａ…噴射孔、 ５４…３成分センサ（抵抗力測定手段）、 ５４ａ…通信線、 ５５…封止手段（土砂流入防止手段）、 ５５ａ…摺動パッキン、 ５６…固化材圧送管、 ５７ａ…接続部、 ５８…上部摺動パッキン（固化材流入防止手段）、 ７１…油圧シリンダ（貫入手段、流体手段）、 ７１ａ…ロッド、 ７２，７３…流体配管、 ７４…振れ止め、 ７４ａ～７４ｄ…開口、 ８１…変位計（変位測定手段）、 ８２…計測関連機器、 ９１…接続部、 ９１ａ～９１ｅ…接続部、 ９２ａ～９２ｅ…接続部、 ９３…固化材圧送管、 ９４…通信線、 ９４ａ…コネクタ、 ９４ｂ…保護カバー、 ９５，９６…流体配管、 １００…杭孔形成装置、 １１０…アースオーガ、 １２０…アースオーガ駆動装置、 １２１…支柱、 １２２…振れ止め、 Ａ…地盤、 Ｓ１…上方の油室、 Ｓ２…下方の油室。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
