特表 2022-527678 セルフドリル式管柱サポート装置及びその方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2022-06-02

(54)【発明の名称】セルフドリル式管柱サポート装置及びその方法

(51)【国際特許分類】

   E02D 7/20 20060101AFI20220526BHJP

【ＦＩ】

E02D7/20

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2021573723

(86)(22)【出願日】2020-07-08

(85)【翻訳文提出日】2021-12-10

(86)【国際出願番号】 CN2020100738

(87)【国際公開番号】W WO2021208270

(87)【国際公開日】2021-10-21

(31)【優先権主張番号】202010303962.X

(32)【優先日】2020-04-17

(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】518229179

【氏名又は名称】青▲島▼理工大学

【氏名又は名称原語表記】ＱＩＮＧＤＡＯ ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ ＯＦ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ

(71)【出願人】

【識別番号】521541619

【氏名又は名称】青▲島▼市地▲鉄▼六号▲線▼有限公司

【氏名又は名称原語表記】ＱＩＮＧＤＡＯ ＭＥＴＲＯ ＬＩＮＥ ６ ＣＯ．，ＬＴＤ

(71)【出願人】

【識別番号】521541620

【氏名又は名称】青▲島▼市地▲鉄▼一号▲線▼有限公司

【氏名又は名称原語表記】ＱＩＮＧＤＡＯ ＭＥＴＲＯ ＬＩＮＥ １ ＣＯ．，ＬＴＤ

(74)【代理人】

【識別番号】110000659

【氏名又は名称】特許業務法人広江アソシエイツ特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】▲楊▼忠年

(72)【発明者】

【氏名】▲劉▼泉▲維▼

(72)【発明者】

【氏名】黄成

(72)【発明者】

【氏名】李克先

(72)【発明者】

【氏名】▲劉▼林▲勝▼

(72)【発明者】

【氏名】▲時▼▲偉▼

(72)【発明者】

【氏名】凌▲賢▼▲長▼

【テーマコード（参考）】

2D050

【Ｆターム（参考）】

2D050AA06

2D050CA02

2D050CB06

2D050CB22

(57)【要約】

セルフドリル式管柱サポート装置及びその方法を提供することを課題とする。本発明のセルフドリル式管柱サポート装置及びその方法は、組み立てと取り外しやすいサポートシステムのパイプパイル掘進及びグラウトサポート作業装置であるため、大径、高効率及び様々な土壌体条件に適した岩盤工事の施工システム、機械の設計及び作業の使用方法を実現できる。セルフドリル式管柱サポート装置は、ドリルスタンドに据え付けられた動力掘削機を備え、ポンプ圧送用エルボ及びパイプパイル連結器が動力掘削機に各々連通され、パイプパイル連結器は中空の管状構造を有し、垂直方向の両端が動力掘削機及びパイプパイルに各々連結され、引き上げ棒が垂直方向に沿って動力掘削機、パイプパイル連結器及びパイプパイルを順次挿通して連結し、引き上げ棒の垂直方向の底端に引き上げ式ドリルが連結され、引き上げ式ドリルは引き上げ棒が挿通して連結することを許し、軸方向中心にある胴軸を備え、胴軸の外周側に歯形ドリルビット付きドリルビット支持体が枢結され、前記ドリルビット支持体が胴軸の外周側の枢結点に沿って円周上の運動の傾向があり、引き上げ棒が垂直方向に沿って上向きに移動する時、ドリルビット支持体がパイプパイルの底端に水平に押し込まれて収納される。
【選択図】 図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

セルフドリル式管柱サポート装置であって、ドリルスタンドに据え付けられた動力掘削機を備え、ポンプ圧送用エルボ及びパイプパイル連結器が動力掘削機に各々連通され、
パイプパイル連結器は、中空の管状構造を有し、垂直方向の両端が動力掘削機及びパイプパイルに各々連結され、
引き上げ棒が垂直方向に沿って動力掘削機、パイプパイル連結器及びパイプパイルを順次挿通して連結し、引き上げ棒の垂直方向の底端に引き上げ式ドリルが連結され、
引き上げ式ドリルは引き上げ棒が挿通して連結することを許し、軸方向中心にある胴軸を備え、胴軸の外周側に歯形ドリルビット付きドリルビット支持体が枢結され、
前記ドリルビット支持体が胴軸の外周側の枢結点に沿って円周上の運動の傾向があり、
引き上げ棒が垂直方向に沿って上向きに移動する時、ドリルビット支持体がパイプパイルの底端に水平に押し込まれて収納される、
ことを特徴とする、セルフドリル式管柱サポート装置。

【請求項2】

前記パイプパイル連結器の頂端は、ネジ部を介して動力掘削機に固結され、底端にパイプパイルの頂端を覆うためのパイプパイル連結器用底蓋が設けられることを特徴とする、請求項１に記載のセルフドリル式管柱サポート装置。

【請求項3】

前記パイプパイルの底端に内環状底溝が設けられ、ドリルビット支持体が上に引っ張られる時、ドリルビット支持体は胴軸と底溝との間に水平に位置付けられ、引き上げ式ドリルがパイプパイルの底端に一体的に固結されることを特徴とする、請求項１に記載のセルフドリル式管柱サポート装置。

【請求項4】

前記引き上げ式ドリルの胴軸の外周にクランプ突起が形成され、
ドリルビット支持体の水平内端にクランプ凹溝が形成され、クランプ突起とクランプ凹溝は互いに係合する嵌合構造を形成し、ドリルビット支持体の水平外端に支持突起が形成され、支持突起と底溝が互いに係合する嵌合構造を形成し、
ドリルビット支持体の水平内端が回転軸を介して胴軸に枢結される、
ことを特徴とする、請求項１から３のいずれか１項に記載のセルフドリル式管柱サポート装置。

【請求項5】

前記引き上げ棒には、胴軸の上下の両端部に、引き上げ棒端部上端と引き上げ棒端部下端とが覆って設置されていることを特徴とする、請求項４に記載のセルフドリル式管柱サポート装置。

【請求項6】

以下のステップを含むことを特徴とする、請求項１から５のいずれか１項に記載のセルフドリル式管柱サポート装置の使用方法であって、
１）機械の据付であって、
ドリルスタンドで動力掘削機を固定して据え付け、ポンプ圧送用エルボを動力掘削機に設け、ポンプ圧送用エルボの内部空洞がパイプパイル連結器、パイプパイルの内部空洞と連通することで、環状パイプパイル内への連続的なグラウトを実現し、パイプパイル連結器と動力掘削機をネジ部で固結し、動力掘削機をパイプパイル連結器でパイプパイルと接続するステップと、
２）掘進作業であって、
動力掘削機の電源をオンにし、動力掘削機はパイプパイル連結器を介してパイプパイルの回転を駆動させ、パイプパイル底部の引き上げ式ドリルが一体的に同期しながら回転し、歯形ドリルビットが継続的に岩盤を切削し、パイプパイルが継続的に垂直方向に沿って地中に入るステップと、
３）パイプパイルの分離であって、
掘進終了後、引き上げ棒を上向きに持ち上げ、引き上げ棒端部の下端で胴軸を引き上げ、支持突起を反時計回りに回転させ、引き上げ棒を引き続き、支持突起及び回転軸を支点とし、梃子原理に基づきドリルビット支持体も反時計回りに回転するようにガイドすることで、クランプ突起とクランプ凹溝が回転軸の回転に伴って分離するようになり、ドリルビット支持体全体を内側に折り畳み、
支持突起と底溝が分離し、引き上げ式ドリルが引き上げ棒に連動してパイプパイルの内部空洞から上に移動するステップと、
４）作業の繰り返しであって、
パイプパイルを分離した後、掘削機全体が次の位置に自走し、次にセメントスラリーをパイプパイルの内部空洞に満充填になるまで注入すると、このパイプパイルの設置が完了し、
新しい据付位置に改めてパイプパイル連結器、引き上げ式ドリル及び引き上げ棒を新しいパイプパイルに接続して取り付け、指定された深さに掘削されるまで、上記作業手順を繰り返すステップと、
を備える、セルフドリル式管柱サポート装置の使用方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、建築施工分野に属し、特に、土壌体へのパイプパイル施工（管状杭の施工）に用いられるセルフドリル式サポートシステム及び工法に関する。

【背景技術】

【0002】

我が国の経済の急速な発展に伴い、様々な建物の建設が盛んに発展している。既製パイプパイルは、様々な杭基礎及び基礎処理工事に幅広く活用されている。特に近年、海洋小島工事の展開により、大径パイプパイルは小島の基礎に明らかな補強効果を与える。杭タイプ及び施工環境の多様化に伴い、国内業界内の既製パイプパイルの杭タイプへの改良及び工法には絶え間ない革新がある。現在、実際の工事における主要な杭基礎施工には、次の方法が含まれている。

【0003】

打撃工法：杭基礎施工で最も広く採用されている杭沈設方法である。ハンマーの打撃エネルギーで杭に対する地盤の抵抗力を克服し、杭を所定の深さまで沈設させる。一般的に、硬質、軟弱粘土に適している。砂質土又は礫質土での使用が困難な場合、穿孔法及びウォータージェット法を補助できる。一般的に使用されている杭ハンマーとしては、スチームハンマー、ディーゼルハンマーが挙げられる。

【0004】

振動工法：振動工法による杭沈設は、高出力の電動式バイブロハンマで頻度７００～９００回／分の振動を発生させることで、杭に対する地盤の抵抗力を克服し、杭を地中に沈設させる。一般的に砂質土内に鋼矢板を沈設するのに適し、既製鉄筋コンクリートパイプパイルを沈設するのにはウォータージェット法で補助できる。振動による杭沈設に使用されるバイブロハンマの一般的な仕様は、２０トン及び４０トンである。現在、高頻度１０,０００回／分の杭沈設の掘削ヘッドを使用することで、振動と騒音が小さく、杭沈設速
度も速い。

【0005】

圧入工法：圧入工法による杭沈設は、無騒音、無振動、低コスト等の利点を有し、一般的に使用されている杭圧入機が８０トン及び１２０トンある。杭の圧入は、機械の自重及びカウンターウェイトを反力として伝動機構の加圧により杭を地中に押し込むため、軟弱地盤の基礎にのみ使用される。

【0006】

水噴射工法：打撃工法、振動工法の２つの杭沈設工法の補助工法である。施工時、高圧ウォーターポンプで高速ジェットを生じさせることで、地盤の抵抗力を破壊又は減少させ、打撃又は振動でより容易に杭を地中に沈設させる。水噴射工法の多くは、砂質土或いは礫質土に適し、使用時にウォータージェットの深さを制御する必要がある。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

工事のニーズに伴い、大径パイプパイルは、実際の工事ニーズに益々適するようになったが、現在各種大径パイプパイルの施工も多くの技術的難題が存在している。すなわち、（１）従来のパイプパイル施工工法は、大径パイプパイルの高効率施工を実現できない。直径６００ｍｍ以下の既製杭施工では、静的圧入、打撃等の施工工法がより一般的で、機械の体積、杭体の強度、施工の難易度等の原因により、在来の既製杭施工工法は直径８００ｍｍ以上の既製杭施工を効果的に完了させることができなかった。（２）粘土、密実な砂質土層等の硬い地層での施工難易度が比較的高い。静的圧入、打撃等の在来施工工法では、土壌圧縮の施工工法を採用し、粘土、密実な砂質土層等の硬い地層での施工難易度が比較的高い。（３）ケーシング掘削、高圧噴射撹拌補強杭等の既製杭埋め込み工法の技術
が複雑で、効率も低い。従来の既製杭埋め込み工法の多くは、日本の技術が導入され、機械の体積または技術の複雑さを問わず、いずれも国内での施工に適していない。

【0008】

このため、現行の工事上のギャップを埋めるため、現在国内では新型の大径パイプパイル施工技術が急務となっている。上記事情に鑑み、この特許を出願する。

【0009】

発明内容
本発明のセルフドリル式管柱サポート装置及びその方法は、上記従来技術に存在する問題点を解決するため、組み立てと取り外しやすいサポートシステムのパイプパイル掘進及びグラウトサポート作業装置を提供することから、大径、高効率及び様々な土壌体条件に適した岩盤工事の施工システム、機械の設計及び作業の使用方法を実現できることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

上記の設計目的を達成するため、本出願のセルフドリル式管柱サポート装置は、ドリルスタンドに据え付けられた動力掘削機を備え、ポンプ圧送用エルボ（湾曲管）及びパイプパイル連結器が動力掘削機に各々連通され、
パイプパイル連結器は、中空の管状構造を有し、垂直方向の両端が動力掘削機及びパイプパイルに各々連結され、引き上げ棒（拉棒、引張棒）が垂直方向に沿って動力掘削機、パイプパイル連結器及びパイプパイルを順次挿通して連結し、引き上げ棒の垂直方向の底端に引き上げ式ドリルが連結され、引き上げ式ドリルは引き上げ棒が挿通して連結することを許し、軸方向中心にある胴軸を備え、胴軸の外周側に歯形（鋸歯状の）ドリルビット付きのドリルビット支持体が枢結（回動可能に接続）され、前記ドリルビット支持体が胴軸の外周側の枢結点に沿って円周上の運動の傾向があり、引き上げ棒が垂直方向に沿って上向きに移動する時、ドリルビット支持体がパイプパイルの底端に水平に押し込まれて収納される。

【0011】

さらに、前記パイプパイル連結器の頂端は、ネジ部を介して動力掘削機に固結（固定）され、底端にパイプパイルの頂端を覆うためのパイプパイル連結器用底蓋が設けられる。

【0012】

さらに、前記パイプパイルの底端に内環状底溝が設けられ、ドリルビット支持体が上に引っ張られる時、ドリルビット支持体は胴軸と底溝との間に水平に位置付けられ、引き上げ式ドリルがパイプパイルの底端に一体的に固結される。

【0013】

さらに、前記引き上げ式ドリルの胴軸の外周にクランプ突起が形成され、ドリルビット支持体の水平内端にクランプ凹溝が形成され、クランプ突起とクランプ凹溝は互いに係合する嵌合構造を形成し、ドリルビット支持体の水平外端に支持突起が形成され、支持突起と底溝が互いに係合する嵌合構造を形成し、ドリルビット支持体の水平内端が回転軸を介して胴軸に枢結される。

【0014】

さらに、前記引き上げ棒には、胴軸の上下の両端部に、引き上げ棒端部上端と引き上げ棒端部下端とが覆って（覆うように）設置されている。

【0015】

上記セルフドリル式管柱サポート装置を応用した使用方法は、以下のステップ１）～４）を含む。
１）機械の据付
ドリルスタンドで動力掘削機を固定して据え付け、ポンプ圧送用エルボを動力掘削機に設け、ポンプ圧送用エルボの内部空洞がパイプパイル連結器、パイプパイルの内部空洞と連通することで、環状パイプパイル内への連続的なグラウトを実現し、パイプパイル連結器と動力掘削機をネジ部で固結し、動力掘削機をパイプパイル連結器でパイプパイルと接
続するステップ、
２）掘進作業
動力掘削機の電源をオンにし、動力掘削機はパイプパイル連結器を介してパイプパイルの回転を駆動させ、パイプパイル底部の引き上げ式ドリルが一体的に同期しながら回転し、歯形ドリルビットが継続的に岩盤を切削し、パイプパイルが継続的に垂直方向に沿って地中に入るステップ、
３）パイプパイルの分離
掘進終了後、引き上げ棒を上向きに持ち上げ、引き上げ棒端部の下端で胴軸を引き上げ、支持突起を反時計回りに回転させ、引き上げ棒を引き続き、支持突起及び回転軸を支点とし、梃子原理に基づきドリルビット支持体も反時計回りに回転するようにガイドすることで、クランプ突起とクランプ凹溝が回転軸の回転に伴って分離するようになり、ドリルビット支持体全体を内側に折り畳む。
支持突起と底溝が分離し、引き上げ式ドリルが引き上げ棒に連動してパイプパイルの内部空洞から上に移動する。
４）作業の繰り返し
パイプパイルを分離した後、掘削機全体は、次の位置に自走し、次にセメントスラリーをパイプパイルの内部空洞に満充填になるまで注入すると、このパイプパイルの設置が完了する。
新しい据付位置に改めてパイプパイル連結器、引き上げ式ドリル及び引き上げ棒を新しいパイプパイルに接続して取り付け、指定された深さに掘削されるまで、上記作業手順を繰り返す。

【発明の効果】

【0016】

上記のように、本出願のセルフドリル式管柱サポート装置及びその方法は、次の利点を有する。全体的な構造が単純で実施しやすく、取り外し及び再組立が容易であり、様々な基礎の土壌体条件下の大径、より深い深さのパイプパイル掘進及びグラウト作業施工に適することから、施工サイクルを短縮し、現場作業の難易度及び施工コストを削減できる。

【0017】

以下に図面を参照しつつ本出願を説明する。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】セルフドリル式管柱サポート装置の全体構造概略図である。

【図2】パイプパイル連結器の前面と上面から見た対照概略図である。

【図3】パイプパイルの頂端に連結されたパイプパイル連結器の使用状態を示す図である。

【図4】パイプパイルの構造概略図である。

【図5】引き上げ式ドリルと引き上げ棒の使用状態における連結概略図である。

【図6】引き上げ式ドリルの上面図である。

【図7】引き上げ棒が上向きに引き上げられた時の引き上げ式ドリルとの連結概略図である。

【図8】セルフドリル式管柱サポートシステムが完工した後の様子を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

（実施例１）
本出願は、発明の意図された目的を達成するために講じた技術的手段をさらに説明するため、以下に図面を参照しつつより好ましい実施形態を提案する。

【0020】

本出願のセルフドリル式管柱サポート装置は、従来の大径パイプパイル専用掘削機及び専用環状パイプパイルを組み合わせた新型管柱サポートシステムを提供し、主にドリルスタンド６に据え付けられた動力掘削機１を備え、ポンプ圧送用エルボ２及びパイプパイル
連結器３が動力掘削機１に各々連通される。

【0021】

ここで、パイプパイル連結器３は、中空の管状構造を有し、垂直方向の両端が動力掘削機１及びパイプパイル4に各々連結されており、
引き上げ棒７が垂直方向に沿って動力掘削機１、パイプパイル連結器３及びパイプパイル４を順次挿通して連結し、引き上げ棒７の垂直方向の底端に引き上げ式ドリル５が連結されており、
引き上げ式ドリル５は引き上げ棒７が挿通して連結することを許し、軸方向中心にある胴軸５－７を備え、胴軸５－７の外周側に歯形ドリルビット５－１付きドリルビット支持体５－２が枢結されており、
前記ドリルビット支持体５－２は、胴軸５－７の外周側の枢結点に沿って円周上の運動の傾向があり、
引き上げ棒７が垂直方向に沿って上向きに移動する時、ドリルビット支持体５－２がパイプパイル４の底端に水平に押し込まれて収納される。

【0022】

前記パイプパイル連結器３の頂端は、ネジ部を介して動力掘削機１に固結されており、底端にパイプパイル４の頂端を覆うためのパイプパイル連結器用底蓋３－１が設けられている。

【0023】

前記パイプパイル４の底端には内環状底溝４－１が設けられており、ドリルビット支持体５－２が上に引っ張られた時、ドリルビット支持体５－２は胴軸５－７と底溝４－１との間に水平に位置付けられることで、引き上げ式ドリル５をパイプパイル４の底端に一体的に固結される。

【0024】

前記引き上げ式ドリル５の胴軸５－７の外周にクランプ突起５－３が形成されており、ドリルビット支持体５－２の水平内端にクランプ凹溝５－４が形成されており、クランプ突起５－３とクランプ凹溝５－４は互いに係合する嵌合構造を形成しており、ドリルビット支持体５－２の水平外端に支持突起５－６が形成されており、支持突起５－６と底溝４－１が互いに係合する嵌合構造を形成しており、
ドリルビット支持体５－２の水平内端は、回転軸５－５を介して胴軸５－７に枢結されている。

【0025】

前記引き上げ棒７には、胴軸５－７の上下の両端部に、引き上げ棒端部上端７－１と引き上げ棒端部下端７－２とが、覆って設置されている。

【0026】

上記構造設計の技術的手段を応用するセルフドリル式管柱サポート装置の使用方法は、杭打ち位置を確定した後、まず専用の大径環状パイプパイル４を接続すると共に掘削機１に取り付けられ、動力掘削機１が位置決められた後、掘削機によって環形パイプパイル４を一体的に同期して回転させる。引き上げ式ドリル５は、パイプパイル４の底端にぴったり合い、パイプパイル４が回転すると共にドリルを一緒に回転させ、環状パイプパイル４の連続的な掘進、回転過程で、歯形ドリルビット５－１が管壁内外の土壌体又は岩盤を破砕する。したがって、様々基礎の土壌体条件の例えば砂利、粘土、砕石等での岩盤工事の施工を実現する。

【0027】

具体的にセルフドリル式管柱サポート装置の使用方法は、次のステップを含む。

【0028】

１）機械の据付
ドリルスタンド６で動力掘削機１を固定して据え付け、ポンプ圧送用エルボ２を動力掘削機１に設け、ポンプ圧送用エルボ２の内部空洞がパイプパイル連結器３、パイプパイル４の内部空洞と連通することで、環状パイプパイル４内への連続的なグラウト機能を実現
し、パイプパイル連結器３と動力掘削機１をネジ部で固結し、動力掘削機１をパイプパイル連結器３でパイプパイル４と接続することからパイプパイル４を一体的に同期しながら回転させる。

【0029】

図２乃至図４に示すように、パイプパイル連結器３は、パイプパイル連結器用底蓋３－１を介してパイプパイル４と連結し、パイプパイル連結器用底蓋３－１がパイプパイル４端部に一体的に係止され、面と面の密着により両者が一緒に固定されることを保証する。

【0030】

図４乃至図６に示すように、パイプパイル４の底溝４－１は、引き上げ式ドリル５の支持突起５－６にぴったり合うため、引き上げ式ドリル５を固定すると共に引き上げ式ドリル５を一体的に同期して回転させ、ドリルビット支持体５－２上の歯形ドリルビット５－１を駆動して岩盤の切削作業をするために用いられる。

【0031】

胴軸５－７に取り付けられたクランプ突起５－３とクランプ凹溝５－４は、回転軸５－５を介して接続され、両者が面と面の間の緊合を介して、ドリルビット支持体５－２の水平張り出しを確保する。

【0032】

図１及び図７に示すように、引き上げ棒７は、装置全体を貫通すると共に引き上げ式ドリル５と一体的に固定され、引き上げ棒端部上端７－１がドリルビット支持体５－２の水平位置決めを確保する。

【0033】

２）掘進作業
動力掘削機１の電源をオンにし、動力掘削機１はパイプパイル連結器３を介してパイプパイル４の回転を駆動させ、パイプパイル４底部の引き上げ式ドリル５が同時に回転し、歯形ドリルビット５－１が継続的に岩盤を切削し、パイプパイル４が継続的に垂直方向に沿って地中に入る。

【0034】

３）パイプパイルの分離
掘進終了後、引き上げ棒７を上向きに持ち上げ、引き上げ棒端部下端７－２で胴軸５－７を引き上げ、支持突起５－６を反時計回りに回転させ、引き上げ棒７を引き続き、支持突起５－６及び回転軸５－５を支点とし、梃子原理に基づきドリルビット支持体５－２も反時計回りに回転するようにガイドすることで、クランプ突起５－３とクランプ凹溝５－４が回転軸５－５の回転に伴って分離するようになり、ドリルビット支持体５－２全体を内側に折り畳む。

【0035】

図７に示すように、支持突起５－６と底溝４－１が分離し、引き上げ式ドリル５が引き上げ棒７に連動してパイプパイル４の内部空洞から上に移動する。パイプパイル連結器３とパイプパイル４の分離は、引き上げ棒端部上端７－１によってパイプパイル連結器用底蓋３－１を上向きに移動させてパイプパイル４の内部空洞から離脱させる。

【0036】

４）作業の繰り返し
図８に示すように、パイプパイル４を分離した後、掘削機全体は、次の位置に自走し、次にセメントスラリーをパイプパイル４の内部空洞に満充填になるまで注入すると、このパイプパイル４の設置が完了する。

【0037】

新しい据付位置に、改めてパイプパイル連結器３、引き上げ式ドリル５及び引き上げ棒７を新しいパイプパイル４に接続して取り付け、指定された深さに掘削されるまで、上記作業手順を繰り返す。

【0038】

上記のように、図面及び説明で与えられた解決手段内容を組み合わせると、類似の技術
的手段を導き出すことができる。ただし、本発明の構造の解決手段内容から逸脱することなく、均しく本出願の技術的手段の権利範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0039】

１ 動力掘削機
２ ポンプ圧送用エルボ
３ パイプパイル連結器
３－１ パイプパイル連結器用底蓋
４ パイプパイル
４－１ 底溝
５ 引き上げ式ドリル
５－１ 歯形ドリルビット
５－２ ドリルビット支持体
５－３ クランプ突起
５－４ クランプ凹溝
５－５ 回転軸
５－６ 支持突起
５－７ 胴軸
６ ドリルスタンド
７ 引き上げ棒
７－１ 引き上げ棒端部上端
７－２ 引き上げ棒端部下端

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【手続補正書】

【提出日】2021-12-10

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

セルフドリル式管柱サポート装置であって、ドリルスタンドに据え付けられた動力掘削機を備え、ポンプ圧送用エルボ及びパイプパイル連結器が動力掘削機に各々連通され、
パイプパイル連結器は、中空の管状構造を有し、垂直方向の両端が動力掘削機及びパイプパイルに各々連結され、
引き上げ棒が垂直方向に沿って動力掘削機、パイプパイル連結器及びパイプパイルを順次挿通して連結し、引き上げ棒の垂直方向の底端に引き上げ式ドリルが連結され、
引き上げ式ドリルは引き上げ棒が挿通して連結することを許し、軸方向中心にある胴軸を備え、胴軸の外周側に歯形ドリルビット付きドリルビット支持体が枢結され、
前記ドリルビット支持体が胴軸の外周側の枢結点に沿って円周上の運動の傾向があり、
引き上げ棒が垂直方向に沿って上向きに移動する時、ドリルビット支持体がパイプパイルの底端に水平に押し込まれて収納され、
前記パイプパイル連結器の頂端は、ネジ部を介して動力掘削機に固結され、底端にパイプパイルの頂端を覆うためのパイプパイル連結器用底蓋が設けられており、
前記パイプパイルの底端に内環状底溝が設けられ、ドリルビット支持体が上に引っ張られる時、ドリルビット支持体は胴軸と底溝との間に水平に位置付けられ、引き上げ式ドリルがパイプパイルの底端に一体的に固結されており、
前記引き上げ式ドリルの胴軸の外周にクランプ突起が形成され、
ドリルビット支持体の水平内端にクランプ凹溝が形成され、クランプ突起とクランプ凹溝は互いに係合する嵌合構造を形成し、ドリルビット支持体の水平外端に支持突起が形成され、支持突起と底溝が互いに係合する嵌合構造を形成し、
ドリルビット支持体の水平内端が回転軸を介して胴軸に枢結される、
ことを特徴とする、セルフドリル式管柱サポート装置。

【請求項2】

前記引き上げ棒を引き上げ棒端部上端と引き上げ棒端部下端とが覆って設置されており、前記引き上げ棒端部上端は前記胴軸の上側端部に設置されており、前記引き上げ棒端部下端は前記同軸の下側端部に設置されていることを特徴とする、請求項１に記載のセルフドリル式管柱サポート装置。

【請求項3】

以下のステップを含むことを特徴とする、請求項１または２に記載のセルフドリル式管柱サポート装置の使用方法であって、
１）機械の据付であって、
ドリルスタンドで動力掘削機を固定して据え付け、ポンプ圧送用エルボを動力掘削機に設け、ポンプ圧送用エルボの内部空洞がパイプパイル連結器、パイプパイルの内部空洞と連通することで、環状パイプパイル内への連続的なグラウトを実現し、パイプパイル連結器と動力掘削機をネジ部で固結し、動力掘削機をパイプパイル連結器でパイプパイルと接続するステップと、
２）掘進作業であって、
動力掘削機の電源をオンにし、動力掘削機はパイプパイル連結器を介してパイプパイルの回転を駆動させ、パイプパイル底部の引き上げ式ドリルが一体的に同期しながら回転し、歯形ドリルビットが継続的に岩盤を切削し、パイプパイルが継続的に垂直方向に沿って地中に入るステップと、
３）パイプパイルの分離であって、
掘進終了後、引き上げ棒を上向きに持ち上げ、引き上げ棒端部の下端で胴軸を引き上げ、支持突起を下向きに回転させ、引き上げ棒を引き続き、支持突起及び回転軸を支点とし、梃子原理に基づきドリルビット支持体も下向きに回転するようにガイドすることで、クランプ突起とクランプ凹溝が回転軸の回転に伴って分離するようになり、ドリルビット支持体全体を内側に折り畳み、
支持突起と底溝が分離し、引き上げ式ドリルが引き上げ棒に連動してパイプパイルの内部空洞から上に移動するステップと、
４）作業の繰り返しであって、
パイプパイルを分離した後、掘削機全体が次の位置に自走し、次にセメントスラリーをパイプパイルの内部空洞に満充填になるまで注入すると、このパイプパイルの設置が完了し、
新しい据付位置に改めてパイプパイル連結器、引き上げ式ドリル及び引き上げ棒を新しいパイプパイルに接続して取り付け、指定された深さに掘削されるまで、１）から３）の作業手順を繰り返すステップと、
を備える、セルフドリル式管柱サポート装置の使用方法。

【手続補正2】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、建築施工分野に属し、特に、土壌体へのパイプパイル施工（管状杭の施工）に用いられるセルフドリル式サポートシステム及び工法に関する。

【背景技術】

【0002】

我が国の経済の急速な発展に伴い、様々な建物の建設が盛んに発展している。既製パイプパイルは、様々な杭基礎及び基礎処理工事に幅広く活用されている。特に近年、海洋小島工事の展開により、大径パイプパイルは小島の基礎に明らかな補強効果を与える。杭タイプ及び施工環境の多様化に伴い、国内業界内の既製パイプパイルの杭タイプへの改良及び工法には絶え間ない革新がある。現在、実際の工事における主要な杭基礎施工には、次の方法が含まれている。

【0003】

打撃工法：杭基礎施工で最も広く採用されている杭沈設方法である。ハンマーの打撃エネルギーで杭に対する地盤の抵抗力を克服し、杭を所定の深さまで沈設させる。一般的に、硬質、軟弱粘土に適している。砂質土又は礫質土での使用が困難な場合、穿孔法及びウォータージェット法を補助できる。一般的に使用されている杭ハンマーとしては、スチームハンマー、ディーゼルハンマーが挙げられる。

【0004】

振動工法：振動工法による杭沈設は、高出力の電動式バイブロハンマで頻度７００～９００回／分の振動を発生させることで、杭に対する地盤の抵抗力を克服し、杭を地中に沈設させる。一般的に砂質土内に鋼矢板を沈設するのに適し、既製鉄筋コンクリートパイプパイルを沈設するのにはウォータージェット法で補助できる。振動による杭沈設に使用されるバイブロハンマの一般的な仕様は、２０トン及び４０トンである。現在、高頻度１０,０００回／分の杭沈設の掘削ヘッドを使用することで、振動と騒音が小さく、杭沈設速
度も速い。

【0005】

圧入工法：圧入工法による杭沈設は、無騒音、無振動、低コスト等の利点を有し、一般的に使用されている杭圧入機が８０トン及び１２０トンある。杭の圧入は、機械の自重及びカウンターウェイトを反力として伝動機構の加圧により杭を地中に押し込むため、軟弱地盤の基礎にのみ使用される。

【0006】

水噴射工法：打撃工法、振動工法の２つの杭沈設工法の補助工法である。施工時、高圧ウォーターポンプで高速ジェットを生じさせることで、地盤の抵抗力を破壊又は減少させ、打撃又は振動でより容易に杭を地中に沈設させる。水噴射工法の多くは、砂質土或いは礫質土に適し、使用時にウォータージェットの深さを制御する必要がある。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

工事のニーズに伴い、大径パイプパイルは、実際の工事ニーズに益々適するようになったが、現在各種大径パイプパイルの施工も多くの技術的難題が存在している。すなわち、（１）従来のパイプパイル施工工法は、大径パイプパイルの高効率施工を実現できない。直径６００ｍｍ以下の既製杭施工では、静的圧入、打撃等の施工工法がより一般的で、機械の体積、杭体の強度、施工の難易度等の原因により、在来の既製杭施工工法は直径８００ｍｍ以上の既製杭施工を効果的に完了させることができなかった。（２）粘土、密実な砂質土層等の硬い地層での施工難易度が比較的高い。静的圧入、打撃等の在来施工工法では、土壌圧縮の施工工法を採用し、粘土、密実な砂質土層等の硬い地層での施工難易度が比較的高い。（３）ケーシング掘削、高圧噴射撹拌補強杭等の既製杭埋め込み工法の技術が複雑で、効率も低い。従来の既製杭埋め込み工法の多くは、日本の技術が導入され、機械の体積または技術の複雑さを問わず、いずれも国内での施工に適していない。

【0008】

このため、現行の工事上のギャップを埋めるため、現在国内では新型の大径パイプパイル施工技術が急務となっている。上記事情に鑑み、この特許を出願する。

【0009】

発明内容
本発明のセルフドリル式管柱サポート装置及びその方法は、上記従来技術に存在する問題点を解決するため、組み立てと取り外しやすいサポートシステムのパイプパイル掘進及びグラウトサポート作業装置を提供することから、大径、高効率及び様々な土壌体条件に適した岩盤工事の施工システム、機械の設計及び作業の使用方法を実現できることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

上記の設計目的を達成するため、本出願のセルフドリル式管柱サポート装置は、ドリルスタンドに据え付けられた動力掘削機を備え、ポンプ圧送用エルボ（湾曲管）及びパイプパイル連結器が動力掘削機に各々連通され、
パイプパイル連結器は、中空の管状構造を有し、垂直方向の両端が動力掘削機及びパイプパイルに各々連結され、引き上げ棒（拉棒、引張棒）が垂直方向に沿って動力掘削機、パイプパイル連結器及びパイプパイルを順次挿通して連結し、引き上げ棒の垂直方向の底端に引き上げ式ドリルが連結され、引き上げ式ドリルは引き上げ棒が挿通して連結することを許し、軸方向中心にある胴軸を備え、胴軸の外周側に歯形（鋸歯状の）ドリルビット付きのドリルビット支持体が枢結（回動可能に接続）され、前記ドリルビット支持体が胴軸の外周側の枢結点に沿って円周上の運動の傾向があり、引き上げ棒が垂直方向に沿って上向きに移動する時、ドリルビット支持体がパイプパイルの底端に水平に押し込まれて収納される。

【0011】

さらに、前記パイプパイル連結器の頂端は、ネジ部を介して動力掘削機に固結（固定）され、底端にパイプパイルの頂端を覆うためのパイプパイル連結器用底蓋が設けられる。

【0012】

さらに、前記パイプパイルの底端に内環状底溝が設けられ、ドリルビット支持体が上に引っ張られる時、ドリルビット支持体は胴軸と底溝との間に水平に位置付けられ、引き上げ式ドリルがパイプパイルの底端に一体的に固結される。

【0013】

さらに、前記引き上げ式ドリルの胴軸の外周にクランプ突起が形成され、ドリルビット支持体の水平内端にクランプ凹溝が形成され、クランプ突起とクランプ凹溝は互いに係合する嵌合構造を形成し、ドリルビット支持体の水平外端に支持突起が形成され、支持突起と底溝が互いに係合する嵌合構造を形成し、ドリルビット支持体の水平内端が回転軸を介して胴軸に枢結される。

【0014】

さらに、前記引き上げ棒には、胴軸の上下の両端部に、引き上げ棒端部上端と引き上げ棒端部下端とが覆って（覆うように）設置されている。

【0015】

上記セルフドリル式管柱サポート装置を応用した使用方法は、以下のステップ１）～４）を含む。
１）機械の据付
ドリルスタンドで動力掘削機を固定して据え付け、ポンプ圧送用エルボを動力掘削機に設け、ポンプ圧送用エルボの内部空洞がパイプパイル連結器、パイプパイルの内部空洞と連通することで、環状パイプパイル内への連続的なグラウトを実現し、パイプパイル連結器と動力掘削機をネジ部で固結し、動力掘削機をパイプパイル連結器でパイプパイルと接続するステップ、
２）掘進作業
動力掘削機の電源をオンにし、動力掘削機はパイプパイル連結器を介してパイプパイルの回転を駆動させ、パイプパイル底部の引き上げ式ドリルが一体的に同期しながら回転し、歯形ドリルビットが継続的に岩盤を切削し、パイプパイルが継続的に垂直方向に沿って地中に入るステップ、
３）パイプパイルの分離
掘進終了後、引き上げ棒を上向きに持ち上げ、引き上げ棒端部の下端で胴軸を引き上げ、支持突起を反時計回りに回転させ、引き上げ棒を引き続き、支持突起及び回転軸を支点とし、梃子原理に基づきドリルビット支持体も反時計回りに回転するようにガイドすることで、クランプ突起とクランプ凹溝が回転軸の回転に伴って分離するようになり、ドリルビット支持体全体を内側に折り畳む。
支持突起と底溝が分離し、引き上げ式ドリルが引き上げ棒に連動してパイプパイルの内部空洞から上に移動する。
４）作業の繰り返し
パイプパイルを分離した後、掘削機全体は、次の位置に自走し、次にセメントスラリーをパイプパイルの内部空洞に満充填になるまで注入すると、このパイプパイルの設置が完了する。
新しい据付位置に改めてパイプパイル連結器、引き上げ式ドリル及び引き上げ棒を新しいパイプパイルに接続して取り付け、指定された深さに掘削されるまで、上記作業手順を繰り返す。

【発明の効果】

【0016】

上記のように、本出願のセルフドリル式管柱サポート装置及びその方法は、次の利点を有する。全体的な構造が単純で実施しやすく、取り外し及び再組立が容易であり、様々な基礎の土壌体条件下の大径、より深い深さのパイプパイル掘進及びグラウト作業施工に適することから、施工サイクルを短縮し、現場作業の難易度及び施工コストを削減できる。

【0017】

以下に図面を参照しつつ本出願を説明する。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】セルフドリル式管柱サポート装置の全体構造概略図である。

【図2】パイプパイル連結器の前面と上面から見た対照概略図である。

【図3】パイプパイルの頂端に連結されたパイプパイル連結器の使用状態を示す図である。

【図4】パイプパイルの構造概略図である。

【図5】引き上げ式ドリルと引き上げ棒の使用状態における連結概略図である。

【図6】引き上げ式ドリルの上面図である。

【図7】引き上げ棒が上向きに引き上げられた時の引き上げ式ドリルとの連結概略図である。

【図8】セルフドリル式管柱サポートシステムが完工した後の様子を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

（実施例１）
本出願は、発明の意図された目的を達成するために講じた技術的手段をさらに説明するため、以下に図面を参照しつつより好ましい実施形態を提案する。

【0020】

本出願のセルフドリル式管柱サポート装置は、従来の大径パイプパイル専用掘削機及び専用環状パイプパイルを組み合わせた新型管柱サポートシステムを提供し、主にドリルスタンド６に据え付けられた動力掘削機１を備え、ポンプ圧送用エルボ２及びパイプパイル連結器３が動力掘削機１に各々連通される。

【0021】

ここで、パイプパイル連結器３は、中空の管状構造を有し、垂直方向の両端が動力掘削機１及びパイプパイル4に各々連結されており、
引き上げ棒７が垂直方向に沿って動力掘削機１、パイプパイル連結器３及びパイプパイル４を順次挿通して連結し、引き上げ棒７の垂直方向の底端に引き上げ式ドリル５が連結されており、
引き上げ式ドリル５は引き上げ棒７が挿通して連結することを許し、軸方向中心にある胴軸５－７を備え、胴軸５－７の外周側に歯形ドリルビット５－１付きドリルビット支持体５－２が枢結されており、
前記ドリルビット支持体５－２は、胴軸５－７の外周側の枢結点に沿って円周上の運動の傾向があり、
引き上げ棒７が垂直方向に沿って上向きに移動する時、ドリルビット支持体５－２がパイプパイル４の底端に水平に押し込まれて収納される。

【0022】

前記パイプパイル連結器３の頂端は、ネジ部を介して動力掘削機１に固結されており、底端にパイプパイル４の頂端を覆うためのパイプパイル連結器用底蓋３－１が設けられている。

【0023】

前記パイプパイル４の底端には内環状底溝４－１が設けられており、ドリルビット支持体５－２が上に引っ張られた時、ドリルビット支持体５－２は胴軸５－７と底溝４－１との間に水平に位置付けられることで、引き上げ式ドリル５をパイプパイル４の底端に一体的に固結される。

【0024】

前記引き上げ式ドリル５の胴軸５－７の外周にクランプ突起５－３が形成されており、ドリルビット支持体５－２の水平内端にクランプ凹溝５－４が形成されており、クランプ突起５－３とクランプ凹溝５－４は互いに係合する嵌合構造を形成しており、ドリルビット支持体５－２の水平外端に支持突起５－６が形成されており、支持突起５－６と底溝４－１が互いに係合する嵌合構造を形成しており、
ドリルビット支持体５－２の水平内端は、回転軸５－５を介して胴軸５－７に枢結されている。

【0025】

前記引き上げ棒７には、胴軸５－７の上下の両端部に、引き上げ棒端部上端７－２と引き上げ棒端部下端７－１とが、覆って設置されている。

【0026】

上記構造設計の技術的手段を応用するセルフドリル式管柱サポート装置の使用方法は、杭打ち位置を確定した後、まず専用の大径環状パイプパイル４を接続すると共に掘削機１に取り付けられ、動力掘削機１が位置決められた後、掘削機によって環形パイプパイル４を一体的に同期して回転させる。引き上げ式ドリル５は、パイプパイル４の底端にぴったり合い、パイプパイル４が回転すると共にドリルを一緒に回転させ、環状パイプパイル４の連続的な掘進、回転過程で、歯形ドリルビット５－１が管壁内外の土壌体又は岩盤を破砕する。したがって、様々基礎の土壌体条件の例えば砂利、粘土、砕石等での岩盤工事の施工を実現する。

【0027】

具体的にセルフドリル式管柱サポート装置の使用方法は、次のステップを含む。

【0028】

１）機械の据付
ドリルスタンド６で動力掘削機１を固定して据え付け、ポンプ圧送用エルボ２を動力掘削機１に設け、ポンプ圧送用エルボ２の内部空洞がパイプパイル連結器３、パイプパイル４の内部空洞と連通することで、環状パイプパイル４内への連続的なグラウト機能を実現し、パイプパイル連結器３と動力掘削機１をネジ部で固結し、動力掘削機１をパイプパイル連結器３でパイプパイル４と接続することからパイプパイル４を一体的に同期しながら回転させる。

【0029】

図２乃至図４に示すように、パイプパイル連結器３は、パイプパイル連結器用底蓋３－１を介してパイプパイル４と連結し、パイプパイル連結器用底蓋３－１がパイプパイル４端部に一体的に係止され、面と面の密着により両者が一緒に固定されることを保証する。

【0030】

図４乃至図６に示すように、パイプパイル４の底溝４－１は、引き上げ式ドリル５の支持突起５－６にぴったり合うため、引き上げ式ドリル５を固定すると共に引き上げ式ドリル５を一体的に同期して回転させ、ドリルビット支持体５－２上の歯形ドリルビット５－１を駆動して岩盤の切削作業をするために用いられる。

【0031】

胴軸５－７に取り付けられたクランプ突起５－３とクランプ凹溝５－４は、回転軸５－５を介して接続され、両者が面と面の間の緊合を介して、ドリルビット支持体５－２の水平張り出しを確保する。

【0032】

図１及び図７に示すように、引き上げ棒７は、装置全体を貫通すると共に引き上げ式ドリル５と一体的に固定され、引き上げ棒端部上端７－２がドリルビット支持体５－２の水平位置決めを確保する。

【0033】

２）掘進作業
動力掘削機１の電源をオンにし、動力掘削機１はパイプパイル連結器３を介してパイプパイル４の回転を駆動させ、パイプパイル４底部の引き上げ式ドリル５が同時に回転し、歯形ドリルビット５－１が継続的に岩盤を切削し、パイプパイル４が継続的に垂直方向に沿って地中に入る。

【0034】

３）パイプパイルの分離
掘進終了後、引き上げ棒７を上向きに持ち上げ、引き上げ棒端部下端７－１で胴軸５－７を引き上げ、支持突起５－６を反時計回りに回転させ、引き上げ棒７を引き続き、支持突起５－６及び回転軸５－５を支点とし、梃子原理に基づきドリルビット支持体５－２も反時計回りに回転するようにガイドすることで、クランプ突起５－３とクランプ凹溝５－４が回転軸５－５の回転に伴って分離するようになり、ドリルビット支持体５－２全体を内側に折り畳む。

【0035】

図７に示すように、支持突起５－６と底溝４－１が分離し、引き上げ式ドリル５が引き上げ棒７に連動してパイプパイル４の内部空洞から上に移動する。パイプパイル連結器３とパイプパイル４の分離は、引き上げ棒端部上端７－２によってパイプパイル連結器用底蓋３－１を上向きに移動させてパイプパイル４の内部空洞から離脱させる。

【0036】

４）作業の繰り返し
図８に示すように、パイプパイル４を分離した後、掘削機全体は、次の位置に自走し、次にセメントスラリーをパイプパイル４の内部空洞に満充填になるまで注入すると、このパイプパイル４の設置が完了する。

【0037】

新しい据付位置に、改めてパイプパイル連結器３、引き上げ式ドリル５及び引き上げ棒７を新しいパイプパイル４に接続して取り付け、指定された深さに掘削されるまで、上記作業手順を繰り返す。

【0038】

上記のように、図面及び説明で与えられた解決手段内容を組み合わせると、類似の技術的手段を導き出すことができる。ただし、本発明の構造の解決手段内容から逸脱することなく、均しく本出願の技術的手段の権利範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0039】

１ 動力掘削機
２ ポンプ圧送用エルボ
３ パイプパイル連結器
３－１ パイプパイル連結器用底蓋
４ パイプパイル
４－１ 底溝
５ 引き上げ式ドリル
５－１ 歯形ドリルビット
５－２ ドリルビット支持体
５－３ クランプ突起
５－４ クランプ凹溝
５－５ 回転軸
５－６ 支持突起
５－７ 胴軸
６ ドリルスタンド
７ 引き上げ棒
７－１ 引き上げ棒端部下端
７－２ 引き上げ棒端部上端

【国際調査報告】