Boring device using the embedded pile

本発明は、管状埋め込み杭を用いるボーリング装置であって、掘進中にチューブと内側オーガが回転ボーリング方式で同時に地中に導入される装置に関する。

埋め込み杭（bored piles）を埋設するための掘削孔の構築方法は多数存在する。

土壌が柔らかいと、埋め込み杭のずれが発生する。 土壌がゆるく、地下水が表面近くに存在する場合は、通常、管状掘削孔を利用する。 このために、チューブを地中にねじ込み、チューブ内に詰まった土を別のボーリングツールで除去する。 地下水がない場合、チューブ内の土を取り除く間に土砂の水硬化作用(hydraulic soil movement)を防止するために、チューブ内に水を満たさなければならない。 この方法は、常に水を補充し続ける必要があるため、時間がかかる。

生産性を改善するためには、地下水を含む砂利や砂の多い土壌の場合に、オーガの長さが少なくとも掘削孔の深さと同じ連続式土壌オーガを使って掘削を行う。 オーガは地中にねじ込まれ、オーガの螺旋翼(へリックス:helix)とこれに付着した土が掘削孔の壁を支える。 これは、チューブによる穴の構築に匹敵する効果を有する。 最終的な深さに到達したところで、オーガはほとんど回転されずに引き抜かれ、同時にオーガのコアチューブを通じて形成された穴の中にコンクリートが加圧注入される。

埋め込み杭を硬質の地層に建て込まなければならない、あるいは粘土質またはより固い地層に掘進する必要がある土壌の場合、連続オーガを使用した、チューブ式以外の埋め込み杭を用いる方法はあまり適当でない。 なぜなら、硬質地盤の掘進または建て込み中に、必要以上の物質（例えば、土）をゆるい地層から搬出しなければならないからである。

そこで、場合によっては、連続オーガとケーシング(encasing)チューブを同時に地中に導入する掘削方式を使用することができる。 オーガとケーシングチューブはどちらも、構築する掘削孔の深さと少なくとも同じでなければならない。 特許文献１には、これに適した装置を開示している。

このような方法は、ダブルまたはツインヘッドボーリングと呼ばれる。 ２つのドライブユニットがあり、内側の連続オーガと外側のチューブを同時に駆動する。 この方法では、オーガとチューブが同方向または逆方向に回転される。 また、少なくとも小さな面積について、内側のオーガを外側のチューブに対して軸方向に移動させることも好適である。

ダブルヘッドボーリングの場合のコンクリート注入手順は、連続土壌オーガの場合と同様である。 内側オーガを含めたチューブを抜く際、一般に、コンクリートがコアチューブを通じて穴の中に注入される。

独国特許出願公開 ＤＥ １９７ ３８ １７１ Ａ１明細書

しかしながら、チューブの掘進中に内側の連続オーガを通じて土を送ることが、いつでも問題なく可能であるというわけではない。 ゆるい土壌の中で粘土質層に遭遇した場合、送りまたは搬出手順に問題が生じる可能性がある。 粘土質の土はオーガに付着し、栓の役割を果たして、チューブ内の物質（例えば、土）が流れなくなる恐れがある。 オーガは、物質を上方に搬出せずに、その場所で回転する。

オーガが詰まることにより、最悪の場合、穴が崩れ、オーガを含めたチューブ全体を引き抜いて清掃しなければならなくなる。 このようにしてできた杭用の穴は、周辺の土壌が過剰にゆるくなっているため、杭を支持する力の点で不利である。

粒子の粗い土壌にボーリングを行う場合、別の問題も生じる。 この場合、送られるべき物質がオーガとチューブの内壁との間に詰まり、相当大きな力を加えなければ、オーガをチューブの内側で回転させられず、しかも搬出される土の量は少量である。 その結果、ボーリングツールの掘進速度はきわめて遅くなる。

従来の技術によれば、オーガの螺旋翼が厚さ数センチの圧延板で構成される連続または一体オーガが使用される。 このような圧延板の表面粗さは、基本的に平滑と呼ばれる程度である。

表面粗さは、基本的に、表面の高さの差の大きさで定義される。 従来の圧延板の場合、表面の高さの差は最大約５０μｍであり、基本的に、表面上にどれだけスケール(scale)があるかによって異なる。

経験から、特に、従来の圧延板で構成された平滑な螺旋翼表面の場合、上記の問題が発生する。 チューブ内部でのオーガの回転は非常に困難で、粘土質の地層に到達した場合、オーガの詰まりが生じることがわかっている。

その粘着力により、粘土質の土は多かれ少なかれオーガの螺旋翼表面に付着する。 しかしながら、ケーシングチューブを有するオーガによって土を垂直に送るために、土壌とオーガの螺旋翼のスチール表面との摩擦を、チューブジャケット上の摩擦より小さくする必要がある。

経験的に、ゆるい土壌の場合も、オーガの螺旋翼の表面が平滑であると、土を垂直方向に搬出する際に問題が生じる。 また、ケーシングチューブに関してオーガを回転させるのも非常に困難である。

本発明による装置の目的は、特にダブルヘッド方式を用いた場合、オーガの内部の閉塞を確実に防止すること、また、小さな力で、従って、より速く、より良好な方法で土を搬出できるようにすることである。

この目的は、特許請求項１の特長によって達成される。

本発明の原理は、オーガの螺旋翼の表面粗さが圧延板の粗さより大きく、土を搬出するのに必要なオーガ全体の長さにわたって、このように表面粗さを高めるという事実を基本としている。 表面粗さを増すことには、別の効果もある。

螺旋翼表面の粗さを高めると、粘土質の土の場合、土と螺旋翼との接触面が小さくなる。 接触は、点において、あるいは少なくとも小さな面積において起こる。 したがって、土と螺旋翼表面との接着力は、平滑な螺旋翼表面の場合よりはるかに低くなる。 その結果、螺旋翼表面への土の付着または接着が弱くなり、これがオーガの詰まりを防止し、連続的な送りまたは搬出が可能となる。

また、ゆるい土壌の場合も、表面特性を変えた結果、搬出挙動の明確な改善が見られる。 オーガはチューブ内でずっと回転しやすくなり、搬出すべき土はより高速かつ容易に上方に運ばれる。 この効果は多くの試験で証明された。

本発明による装置の実施形態を図１から図４に示す。

図１は、ダブルヘッドボーリング装置のボーリングツールの断面図である。 回転ケーシングチューブ３（encasing tube）の中には、コアチューブ４、螺旋翼１を有する連続土壌オーガが含まれ、螺旋翼表面２は、搬出方向である上方に向かう。 突出部と陥没部が、供給方向に向いた螺旋翼表面に設けられている。

図２は、ひとつの実施形態による螺旋翼１の正面図であり、右側はオーガ螺旋翼の断面図である。 これは、点状の突出部５と陥没部５'がオーガ螺旋翼表面２のオーガ供給方向側に配置されている実施形態である。

図３は、本発明の装置の別の実施形態によるオーガ螺旋翼の正面図と断面図である。 この実施形態では、突出部６，７および陥没部６'は線状、つまり、連続線および破線状であり、これらの線はほぼ直線である。

図４は、突出部と陥没部８，９が曲線で連続的および間欠的に配置されている実施形態を示す。

オーガ本体は一般に、コアチューブ４と圧延板で構成されるオーガ螺旋板１でなる。 表面粗さは、所望の搬出または送り方向を向く側のオーガ螺旋翼表面２でのみ増大される。

表面粗さは、その後もオーガ螺旋翼表面上で増大させることが好ましい。 なぜなら、経験上、磨耗のために繰り返し設けることが必要であることが知られているからである。

粗さは、たとえば、点状の突出部５を多くすることによって増大でき、点状突出部は、たとえば、溶接表面加工によって形成できる。 溶接点の配置は、オーガ表面２の上で異なる分布とすることが可能である。 このために、全面に分布させても、部分的領域について分布させてもよい。 突出部同士の間隔は、均一でも不規則的でもよい。 個々の突出部の間隔は、土壌の粒子の大きさと土壌に関する要件によって異なり、好ましくは、１／１０ｍｍから１０ｃｍの範囲である。 突出部５の大きさは好ましくは、１／１０ｍｍから５ｃｍの範囲である。

粗さの違いは、螺旋翼表面２の上に、突出部の代わりに陥没部５'を設けることによっても実現できる。

このような陥没部５'の配置と大きさについては、突出部５と同じ可能性が存在する。 陥没部５'は好ましくは、プレスまたは圧延、表面の穿孔、スタンプ、ドリルまたはバーニング加工（burning off）によって設ける。

突出部５の別のバリエーションは、適当な装置を使用し、螺旋翼表面上において、高速で、スチール粒子を燃焼させることによっても非積極的に設けられる。 この手順は、燃焼ドエルに関する従来技術から周知である。

点状の突出部とは別に、突出部または陥没部を線状６に配置することもまた適当である。 さらに、材料を節約するために、破線状７にすることも適当である。 粗さは、このような線状の突出部の間隔によっても決定される。 これらの間隔は、数ミリメートルから数センチメートルの範囲である。 線状の配置は、好ましくは、溶接ビーズを使用した溶接表面加工によって実現される。 このために、耐耗性の高い溶接電極または溶接ロッドを使用することができる。

線状の突出部のほかに、バーニング加工法、圧延法または機械加工によって線状の陥没部６'を設けてもよい。

別のバリエーションでは、線状の表面粗さを８，９のように、直線ではなく、曲線にする。 螺旋翼上の線が、オーガの送り方向に対してほぼ直角になる、つまり、コアチューブから螺旋翼の縁部またはケーシングチューブ３の内側に向かって走るようにすることが重要である。

表面粗さを増大させるその他の方法によれば、螺旋翼表面２の点状の突出部は、耐耗性のある材料のほぼ円形または角状粒子が接着マトリクスによって表面に（非積極的に）接続されるようにして形成される。 これは、従来のスプレー方式または火炎溶射方式で実現できる。

表面コーティングの場合、粒子のサイズは１／１０ｍｍから数ミリメートル（１０ｍｍ未満）の範囲であることが好ましい。 個々の粒子の間隔は、研磨紙のように、非常に小さくすることができるか、あるいはもっと間隔を離すことも可能であり、これは、送るべき土の粒の大きさによって異なる。 粒子または粒の間隔は、１／１０ｍｍから数ミリメートル（１０ｍｍ未満）の範囲であることが好ましい。 接着マトリクスには、標準的なプラスチックまたは液化金属を使用できる。

粒には、たとえば、金属、金属化合物、コランダム、炭化物、炭素化合物、鉱物砕岩等を使用できる。 これらの材料は、研磨剤および研磨紙の分野で周知である。 好ましくは、これらの粒は、高い耐耗性を特徴とする、いわゆる硬性材料から入手する。 極めて質の高い構築は、工業用ダイヤモンドでコーティングすることによって得られる。

平滑なプレート表面は、搬出または送り方向に向いたプレート表面２をサンドブラストまたはこれと同等の方法で加工することによって粗くすることもできる。 螺旋翼表面２の高さの差は、０．１ｍｍから５ｍｍ未満とすることが好ましい。

本発明の実施形態に係るダブルヘッドボーリング装置のボーリングツールの断面図である。

本発明の実施形態に係るオーガ螺旋翼の正面図である。

本発明の実施形態に係る別の例のオーガ螺旋翼の正面図と断面図である。

本発明の実施形態に係る別の例のオーガ螺旋翼の図であって、オーガ螺旋翼上の突出部と陥没部が曲線で連続的および間欠的に配置されている例を示す正面図である。

符号の説明

１ 螺旋翼、２ 螺旋翼表面、３ エンケーシングチューブ、４ コアチューブ、５，６，７ 突出部、５'，６' 陥没部、８ 突出部、９ 陥没部。