桩洞挖掘头及桩洞挖掘方法

摘要

本发明提供一种挖掘头，该挖掘头即使在出现小石块等的异物时小石块等也不会夹在挖掘头中，不会中断挖掘作业。该桩洞挖掘头在头本体的水平轴上自由摆动地安装有挖掘臂。在头本体的下表面空开间隔W

说明书

技术领域

本发明涉及在建筑、土木等的领域进行作为桩基础工程的桩洞挖 掘的挖掘杆的挖掘头及使用其的桩洞挖掘方法。

背景技术

在与挖掘杆连结的头本体上形成有螺旋叶片、在螺旋叶片的下端 固定有挖掘刃的挖掘头中，其挖掘刃一般刀尖的角度(挖掘角度)较 浅且为平板形状，并且所有的挖掘刃的刀尖相对于地基配制成相同深 度(大体水平位置)(专利文献1)。转动该挖掘头，并且使挖掘刃 全部的前端(刀尖)大体同时与地接触，挖掘桩洞的底部。此时，从 头本体下端到挖掘刃前端的距离、即挖掘刃的长度，在挖掘直径为 50～80cm程度时，通常设定为10cm左右。另外，在该挖掘头的情况 下，为了扩大直径而挖掘，安装可动且向外方突出的扩底挖掘刃。

另外，还有根据土质不同使用不同的挖掘刃，改进地基的挖掘性、 提高挖掘效率的方案(非专利文献1)。

另外，提出了在挖掘头本体上可自由摆动地安装挖掘臂的挖掘头 的方案(专利文献2)。在该挖掘头中在有小石块时将固定挖掘刃和 辅助挖掘刃设定为小石块的最大尺寸的2倍长度。

先前技术文献

专利文献

专利文献1：日本实公平7-50468

专利文献2：日本特开2005-307496

非专利文献1：社团法人混凝土桩建设技术协会，「已制混凝土 桩的施工管理」，第5版，社团法人混凝土桩建设技术协会，2008年 6月，274页

发明内容

发明要解决的课题

在混有卵石等的粒径大的石块的地基的桩洞挖掘中，在现有的挖 掘头中的有螺旋叶片的挖掘头的情况下(专利文献1、非专利文献1)， 通常，若具有卵石等粒径大的石块，则卵石等将夹在固定挖掘刃中， 使固定挖掘刃不与地接触，有时导致不能进行挖掘。

另外，在现有的挖掘头中的具有挖掘臂的挖掘头的情况下(专利 文献2)，通常，在有小石块等时通过挖掘臂使小石块等靠近桩洞中 央部，使其位于头本体与挖掘臂之间，在桩洞底部的中央(头本体的 中心周围)转动，同时通过挖掘臂的辅助挖掘刃和固定挖掘刃可以进 行桩洞的挖掘。但是，若小石块或卵石等的最大粒径为挖掘刃间隔以 上时，小石块或卵石等将夹在挖掘刃之间或堵在挖掘刃之间，有时挖 掘刃的前端不能位于桩洞底部(挖掘面)，不能进行挖掘。

因此，在挖掘刃之间夹着异物、挖掘速度降低时，有时因该状况 而以原样继续进行挖掘，或暂时拉起挖掘头等、除去该异物而再开始 挖掘。总之要额外用掉很多桩洞挖掘时间，也有时使所需要的工序大 幅度延迟。

用于解决课题的手段

因此，在本发明中，由于相对于在预先地基勘察中判明的最大粒 径D₀，确定挖掘头的固定挖掘刃的高度H₁及间隔W₁、臂挖掘刃的高 度H₁及间隔W₂、臂挖掘刃前端及固定挖掘刃前端的水平距离L₁、垂 直距离h₁，所以解决了上述问题。

即，本发明是一种桩洞挖掘头，该挖掘头的头本体具有连结于挖 掘杆的下端的连结部，在设置于该头本体的水平轴上摆动自如地安装 有挖掘臂，其特征在于，具有如下的结构，

(a)在所述头本体的下表面，以朝向下方空开规定间隔W₁的方 式固定有多个长度为H₁的固定挖掘刃，

(b)在所述挖掘臂的下端，以朝向下方空开规定间隔W₂的方式 固定有多个长度为H₂的臂挖掘刃，

(c)所述臂挖掘刃以前端相对于铅直方向朝向外方的方式倾斜配 置，设所述臂挖掘刃的前端与所述固定挖掘刃的前端的距离、即所述 水平轴方向的距离为L₁，

(d)设从所述固定挖掘刃的下端到所述臂挖掘刃的前端的距离 为h₁，

(e)相对于由预定挖掘的地基的土质勘察判明的最大粒径D₀， 在所述挖掘杆不旋转的状态下，满足以下的「a.条件」和/或「b.条件」，

a.固定挖掘刃的高度H₁及间隔W₁＞最大粒径D₀

b.臂挖掘刃的高度H₂及间隔W₂＞最大粒径D₀。

另外，在上述桩洞挖掘头中，相对于由预定挖掘的地基的土质勘 察判明的最大直径D₀，在所述挖掘杆不旋转的状态下，满足上述「a. 条件」和「b.条件」，且满足以下的条件，

c.臂挖掘刃前端与固定挖掘刃前端的水平方向的距离L₁＞最大 粒径D₀

d.臂挖掘刃前端与固定挖掘刃前端的铅直方向的距离h₁＞最大 粒径D₀。

另外，本发明是一种桩洞挖掘方法，其特征在于，用以下(1)～ (5)的顺序挖掘桩洞，

(1)准备桩洞挖掘头，该挖掘头的头本体具有连结于挖掘杆的下 端的连结部，在设置于该头本体的水平轴上摆动自如地安装有挖掘臂， 该桩洞挖掘头的特征在于具有如下的结构，

(a)在所述头本体的下表面，以朝向下方空开规定间隔W₁的 方式固定有多个长度为H₁的固定挖掘刃，

(b)在所述挖掘臂的下端，以朝向下方空开规定间隔W₂的方 式固定有多个长度为H₂的臂挖掘刃，

(c)所述臂挖掘刃以前端相对于铅直方向朝向外方的方式倾斜 配置，设所述臂挖掘刃的前端与所述固定挖掘刃的前端的距离、即所 述水平轴方向的距离为L₁，

(d)设从所述固定挖掘刃的下端到所述臂挖掘刃的前端的距 离为h₁；

(2)通过预定挖掘的地基的土质勘察预先确定最大粒径D₀；

(3)相对于所述最大粒径D₀，在所述挖掘杆不旋转的状态下， 以满足以下的「a.条件」和/或「b.条件」的方式构成所述挖掘头，

a.固定挖掘刃的长度及间隔W₁＞最大粒径D₀

b.臂挖掘刃的长度及间隔W₂＞最大粒径D₀；

(4)从地面上使上述选择的挖掘头旋转、同时挖掘地基；

(5)在挖掘途中，在出现外径为D₀的小石块类时，使该小石块 类在桩洞底部旋转，同时用上述挖掘头进行挖掘。

此外，本发明是一种桩洞挖掘方法，其特征在于，用以下(1)～ (5)的顺序挖掘桩洞，

(1)准备桩洞挖掘头，该挖掘头的头本体具有连结于挖掘杆的下 端的连结部，在设置于该头本体的水平轴上摆动自如地安装有挖掘臂， 该桩洞挖掘头的特征在于具有如下的结构，

(a)在所述头本体的下表面，以朝向下方空开规定间隔W₁的 方式固定有多个长度为H₁的固定挖掘刃，

(b)在所述挖掘臂的下端，以朝向下方空开规定间隔W₂的方 式固定有多个长度为H₂的臂挖掘刃，

(c)所述臂挖掘刃以前端相对于铅直方向朝向外方的方式倾斜 配置，设所述臂挖掘刃的前端与所述固定挖掘刃的前端的距离、即所 述水平轴方向的距离为L₁，

(d)设从所述固定挖掘刃的下端到所述臂挖掘刃的前端的距 离为h₁；

(2)通过预定挖掘的地基的土质勘察预先确定最大粒径D₀；

(3)相对于所述最大外径D₀，在所述挖掘杆不旋转的状态下， 以满足以下的「a.条件」至「d.条件」的方式构成所述挖掘头，

a.固定挖掘刃的长度及间隔W₁＞最大粒径D₀

b.臂挖掘刃的长度及间隔W₂＞最大粒径D₀

c.臂挖掘刃前端与固定挖掘刃前端的水平方向的距离L₁＞最大 粒径D₀

d.臂挖掘刃前端与固定挖掘刃前端的铅直方向的距离h₁＞最大 粒径D₀；

(4)从地面上使上述选择的挖掘头旋转、同时挖掘地基；

(5)在挖掘途中，在出现外径为D₀的小石块类时，使该小石块 类在桩洞底部旋转，同时用上述挖掘头进行挖掘。

发明的效果

本发明由于通过预先事前的地基(土质)勘察，根据进行挖掘的 地基中的小石块等异物的最大直径D₀确定挖掘头的固定挖掘刃的高 度H₁及间隔W₁、臂挖掘刃的高度H₁及间隔W₂、臂挖掘刃前端与固 定挖掘刃前端的水平距离L₁、铅直距离h₁，所以即使在出现小石块等 的异物时，异物也不会夹在挖掘头中，因此不用中断挖掘作业，可按 计划进行挖掘作业。

另外，通过使固定挖掘刃的间隔W₁和臂挖掘刃的间隔W₂为挖掘 地基内的最大粒径D₀以上，即使遇到最大粒径D₀的异物，异物也不 会夹在两挖掘刃之间，可以穿过挖掘刃之间。因此，挖掘刃前端可到 达桩洞底面(挖掘面)，不降低挖掘效率地继续进行挖掘，具有可构 筑桩洞的效果。

因此，不会延迟桩洞挖掘，可切实保证桩基础的构筑工期，实现 稳定化。

附图说明

图1是本发明实施例的挖掘头的非转动状态，(a)是主视图，(b) 是仰视图。

图2是图1的挖掘头的右侧视图。

图3是本发明实施例的挖掘头的小直径挖掘状态，(a)是主视图， (b)是仰视图。

图4是图3的挖掘头的右侧视图。

图5是本发明实施例的挖掘头的大直径挖掘状态，(a)是主视图， (b)是仰视图。

图6是图5的挖掘头的右侧视图。

具体实施方式

桩洞挖掘头30连结于挖掘杆40的下端，用于挖掘桩洞(图1， 图2)。桩洞挖掘头30是将挖掘臂15，15自由摆动地安装在水平轴 12、12上的结构，所述水平轴12、12设置于具有连结于挖掘杆40的 连结部轴5的头本体1。进而，以以下(a)～(e)的方式构成。

(a)在头本体1的下表面6a，以朝向下方空开规定间隔W₁的方 式固定多个高度H₁的固定挖掘刃10、10。

(b)在挖掘臂15的下端10a，以朝向下方空开规定间隔W₂的方 式固定多个高度H₂的臂挖掘刃24、24。

(c)臂挖掘刃24以前端25相对于铅直方向朝向外方的方式倾斜 配置。此时，设臂挖掘刃24的前端25与固定挖掘刃10的前端11的 距离、即水平轴12方向的距离为L₁。

(d)设从固定挖掘刃10的下端11到臂挖掘刃24的前端25的铅 直方向的距离为h₁。

(e)进行预先地基勘察，勘察在地层内是否存在最大直径为D₀的小石块等的异物(通常，D₀为2cm～10cm左右)。此时，按照最 大直径D₀，如以下那样调节高度H₁及间隔W₁、高度H₂及间隔W₂、 水平距离L₁、铅直距离h₁的各尺寸与D₀的关系。

a.固定挖掘刃11的高度H₁及间隔W₁＞D₀

b.臂挖掘刃24的高度H₂及间隔W₂＞D₀

c.臂挖掘刃24的前端25与固定挖掘刃10的前端11的水平方向 的距离L₁＞D₀

d.臂挖掘刃24的前端25与固定挖掘刃10的前端11的铅直方向 的距离h₁＞D₀

在此，必须满足条件a和条件b中的一个或两个条件，而满足条 件c、d是理想的。

实施例

基于附图对本发明的实施例进行说明。

1.挖掘头30的实施例

(1)头本体1在四棱柱状的基部2的上端2a，以与基部2的轴 一致的方式连设有用于与挖掘杆连结的连结轴部5，与基部2的下端 连续地形成有扁平的突出部6。

把基部2的4个侧面设为相互平行的第1侧面3、3a和相互平行 的第2侧面4、4a。在突出部6，将与基部2的第1侧面3、3a连续的 面作为第1侧面7、7a，将与基部2的第2侧面4、4a连续、且与第1 侧面7、7a邻接的(相反侧的)面作为第2侧面8、8a。即，第2侧 面8、8a位于突出部6的突出方向。因此，突出部6的第1侧面7、7 成为扁平面，突出部6向水平方向突出，以扁平面的宽度变大的方式 形成。另外，突出部6的下表面6a的中央部形成为直线状，两端部 6b、6b以向上方倾斜的方式形成。在突出部6的下表面6a的中央部 设置有用于从地上向桩洞内排出水泥浆等的排出口13，在突出部6的 下表面6a在排出口13的两侧，以使前端11、11朝向下方、且空开间 隔W₁的方式安装长度L₁的固定挖掘刃10、10。

固定挖掘刃10、10的前端11、11在大体一条直线上对齐。另外， 在固定挖掘刃10、10中，位于比排出口13更靠第2侧面8侧的固定 挖掘刃10、10，以使前端11朝向第1侧面7a侧倾斜的方式形成。另 外，位于比排出口13更靠第2侧面8a侧的固定挖掘刃10、10，以使 前端11朝向第1侧面7侧倾斜的方式形成。

另外，基部2及突出部6设定为第1侧面3、3a和第1侧面7， 7a朝向下方相互接近的(第2侧面4、4a和第2侧面8、8a的宽度收 缩那样的)尺寸。

(2)在头本体1的基部2的第1侧面3、3a形成水平轴12、12。 水平轴12只要在第1侧面3、3a一致，可以是一体的轴，也可以是分 割的轴。

在水平轴12，12上可分别自由摆动地安装着挖掘臂15的基端部 20。另外，由于水平轴12只要形成能够使挖掘臂15转动的轴即可， 所以也可以在挖掘臂15上设置水平轴12，在头本体1上设置轴承(未 图示)。

(3)挖掘臂15将头本体1侧的面作为内面16a，将内面16a的 相反侧作为外面16。

在挖掘臂15的基端部20，将水平轴12的周围部分形成为大直径， 在中间部21宽度变小，并将前端部22形成为宽幅。另外，两挖掘臂 15、15的基端部20、20的内面16a、16a平行地形成，中间部21、21 的内面16a、内面16a以朝向下方相互接近的方式形成，并且外面16、 外面16以接近的方式弯曲形成。因此，形成为使中间部21的下端最 接近的形状，前端部22、22形成为内面16a、内面16a朝向下方相反 地远离，且外面16、外面16也远离。

因此，挖掘臂15、15的前端部22、22形成为向外侧打开，在挖 掘臂15、15的下端部以在打开方向连续的方式，朝向外侧突出设置挖 掘刃24、24。

臂挖掘刃24的前端25朝向外侧，臂挖掘刃的外表面相对于铅直 方向以角度θ1倾斜安装(图2)。另外，设从挖掘臂15的下端15a 到臂挖掘刃24的前端25的长度为L₂，设臂挖掘刃24、24的间隔为 W₂(图1(a))。

另外，设固定挖掘刃10的前端11与臂挖掘刃24的前端25的铅 直方向的距离为h₁(图2)。此时，由于臂挖掘刃24的刀尖25、25 以正面看时倾斜对齐的方式配置，所以是指位于最上方的臂挖掘刃24 的前端25与固定挖掘刃10的距离。

另外，设固定挖掘刃10的前端11与臂挖掘刃24的前端25的水 平方向的距离(水平轴12方向的距离)为L₁(图2)。此时，由于臂 挖掘刃24的刀尖25，25以仰视时倾斜对齐的方式配置，所以是指接 近排出口13的位置的固定挖掘刃10与最接近该固定挖掘刃10的臂挖 掘刃24的水平距离。

另外，将与挖掘臂15、15的内面16a及外面16邻接的面(位于 与基部2的第2侧面4相同方向的面)作为一侧面17，将另一侧(位 于与基部2的第1侧面4a相同方向的面)作为另一侧面18。一侧面 17是以正旋转摆动时朝向前面侧的侧面，另一侧面18是以正旋转摆 动时朝向后面侧的侧面。

(4)另外，在挖掘杆基部20的上端形成有向上方突出的操作突 出部26。在头本体1的基部2的第1侧面3、3a分别突出设置挡块32， 该挡块32在挖掘臂15、15正向转动摆动、进行大直径挖掘时，与操 作突出部26接触、限制最大摆动。另外，此时，在突出部6突出设置 有挖掘臂15、15的中间部的另一侧面18所接触的挡块33、33。

另外，在头本体1的基部2的第2面4、4a(不设置水平轴12、 12的面)倾斜地突出设置有板状的搅拌板34、34。

如上所述地构成本发明的挖掘头30(图1、图2)。在该挖掘头 30中，以下的值设定成比在事前进行地基勘察时判明的最大粒径的小 石块类的直径D₀大。

a.固定挖掘刃10的高度H₁及间隔W₁

b.臂挖掘刃24的高度H₂及间隔W₂

c.臂挖掘刃24的前端25与固定挖掘刃10的前端11的水平方向 的距离L₁

d.臂挖掘刃24的前端25与固定挖掘刃10的前端11的铅直方向 的距离h₁

2.桩洞施工方法

(1)在施工现场内或施工现场周边预先进行地基勘察。此时，除 通常的钻探勘察以外，还要勘察是否存在小石块等的异物，在存在的 情况下要勘察该异物的直径。另外，将判明的异物的最大直径设定为 D₀。此时，虽然在整个地层勘察是否存在异物是理想的，但至少在「层 厚的地层(例如，比2m程度厚的层)」及/或「认为挖掘困难的地层 (N值比较大的层，特别是N值≥20)」进行勘察。

(2)准备在上述结构的挖掘头30中，以形成

a.固定挖掘刃11的高度H₁及间隔W₁＞D₀

b.臂挖掘刃24的高度H₂及间隔W₂＞D₀

c.臂挖掘刃24的前端25与固定挖掘刃10的前端11的水平方向 的距离L₁＞D₀

d.臂挖掘刃24的前端25与固定挖掘刃10的前端11的铅直方向 的距离h₁＞D₀的方式，调节了高度H₁及间隔W₁、高度H₂及间隔W₂、 水平距离h₁、铅直距离h₁各尺寸的挖掘头30。

例如，在D₀＝10cm时，使用设定成：

a.固定挖掘刃11的高度H₁＝15cm、间隔W₁＝15cm

b.臂挖掘刃24的高度H₂＝15cm、间隔W₂＝15cm

c.臂挖掘刃24的前端25与固定挖掘刃10的前端11的水平方向 的距离L₁＝15cm

d.臂挖掘刃24的前端25与固定挖掘刃10前端11的铅直方向的 距离h₁＝15cm的挖掘头30。

(3)接着，与通常的桩洞挖掘同样，在挖掘杆40的下端部插入 挖掘杆30的连结轴部5而进行连接，使挖掘杆40进行正向转动。挖 掘臂15的臂挖掘刃10的前端与地面接触(图1(a)、图2)，随着 开始挖掘，挖掘臂15因土压而打开，以规定直径DD₁挖掘桩洞轴部 (图3(a)、图4)。此时，臂挖掘刃24挖削桩洞底部的周围和侧壁， 固定挖掘刃10挖削桩洞底部的中心附近。因此，即使在地层中存在直 径为D₀左右的异物(小石块等)时，也不会夹在固定挖掘刃10、10 之间、臂挖掘刃24、24之间、或固定挖掘刃10与臂挖掘刃24之间， 可以进行高效的桩洞挖掘。

另外，该状态的挖掘臂15、15的摆动角度由设于头本体1或挖掘 臂15上的挡块(未图示)维持。

(4)然后，与桩洞轴部的挖掘相连续，同样地正向旋转，进而使 挖掘臂15摆动，直至挖掘臂15及操作突出部26与挡块32、33接触。 在该状态下，以规定直径DD₂挖掘桩洞扩底(图5(a)(b)，图6)。 此时，同样臂挖掘刃24挖削桩洞底部的周围和侧壁，固定挖掘刃10 挖削桩洞底部的中心附近。因此，即使在地层中存在直径为D₀左右的 异物时，也不会夹在固定挖掘刃10、10之间、臂挖掘刃24、24之间 或固定挖掘刃10与臂挖掘刃24之间，可以高效率地挖掘桩洞。

(5)另外，在把挖掘泥土等的桩洞填充物置换成注入的水泥浆时， 异物与其它的桩洞填充物一起经由挖掘臂15，15的前端部22和搅拌 板34、34被推向上方、排到地上。残留的异物与注入的水泥浆混合成 为水泥与土混合料。

(6)另外，虽然挖掘杆40正向转动，进行小直径挖掘及大直径 挖掘，但也可进行反向旋转，使挖掘臂15、15向另一侧摆动而进行挖 掘(未图示)。

3.其它的实施例

在上述实施例中，虽然设定为

a.固定挖掘刃11的高度H₁及间隔W₁＞D₀

b.臂挖掘刃24的高度H₂及间隔W₂＞D₀

c.臂挖掘刃24的前端25与固定挖掘刃10的前端11的水平方向 的距离L₁＞D₀

d.臂挖掘刃24的前端25与固定挖掘刃10的前端11的铅直方向 的距离h₁＞D₀是理想的，但需要至少满足a或b中的至少一个。

a.固定挖掘刃11的高度H₁及间隔W₁＞D₀

b.臂挖掘刃24的高度H₂及间隔W₂＞D₀

c.臂挖掘刃24的前端25与固定挖掘刃10的前端11的水平方向 的距离L₁＞D₀

d.臂挖掘刃24的前端25与固定挖掘刃10的前端11的铅直方向 的距离h₁＞D₀的条件是挖掘刚开始后的重要条件，但在进一步挖掘时， 由于挖掘臂24摆动，「臂挖掘刃24的前端25与固定挖掘刃10的前 端11」相对离开，所以上述条件成为必须满足的状态。

符号说明

1：头本体，2：头本体的基部，2a：基部的上端，3、3a：基部的 第1侧面，4、4a：基部的第2侧面，5：连结轴部，6：头本体的突出 部，6a：突出部的下表面，6b：突出部下表面的两端部，7、7a：突出 部的第1侧面，8、8a：突出部的第2侧面，10：固定挖掘刃，11：固 定挖掘刃的前端，12：水平轴，13：排出口，15：挖掘臂，15a：挖掘 臂的下端，16：挖掘臂的外面，16a：挖掘臂的内面，17：挖掘臂的一 侧面，18：挖掘臂的另一侧面，20：挖掘臂的基部，21：挖掘臂的中 间部，22：挖掘臂的前端部，24：臂挖掘刃，25：臂挖掘刃的前端， 30：挖掘头，32、33：挡块，34：搅拌板，40：挖掘杆。