JP2004339754A - ケーシングパイプ式土質試料サンプラー - Google Patents
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Abstract
【課題】土質試料のサンプリング作業の能率を向上させること及び複数回に渡って採取した土質試料の連続性を得ること。
【解決手段】先端に掘削刃１３を有するケーシングパイプ１１に随伴してサンプラー本体２１を推進させることでサンプラー本体２１の内部に土質試料を充填し、当該サンプラー本体２１を、空の状態でケーシングパイプ１１内を降下した着脱装置４１によって把持して着脱装置４１と共に引上げ、空のサンプラー本体２１を、着脱装置４１に把持させた状態でケーシングパイプ１１内に導入してケーシングパイプ１１の下端部に装着する。
【選択図】 図１
【解決手段】先端に掘削刃１３を有するケーシングパイプ１１に随伴してサンプラー本体２１を推進させることでサンプラー本体２１の内部に土質試料を充填し、当該サンプラー本体２１を、空の状態でケーシングパイプ１１内を降下した着脱装置４１によって把持して着脱装置４１と共に引上げ、空のサンプラー本体２１を、着脱装置４１に把持させた状態でケーシングパイプ１１内に導入してケーシングパイプ１１の下端部に装着する。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、地質調査を目的として行なう土質試料のサンプリングに使用する土質試料サンプラーに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
地質調査を目的とする土質試験の１つに、調査現場で採取した土質試料を試験設備の整った施設に持ち帰って試験・解析する室内土質試験がある。室内土質試験では、調査現場における自然状態の地質に対する試験結果と略同一の試験結果が得られるように、自然状態の土質試料、所謂、不撹乱試料を調査現場で採取することが要求される。
【０００３】
従来、不撹乱試料の採取は、図１５の如く、図示外のコアチューブによってサンプリング深度まで掘削したボーリング孔５１に、ボーリング機械５２によって回転推進する中空状のボーリングロッド５３の下端にサンプラー本体５４を設けた土質試料サンプラーを挿入して行なっていた。
【０００４】
サンプラー本体５４は、図１６の如く、ボーリングロッド５３の下端にサンプラーヘッド５５を介して接続すると共に掘削刃５６ａ，５６ａ，…を有するメタルクラウン５６を先端部に装着した円筒状の外管５７と、サンプラーヘッド５５の下部から突出した接続部５８にボールベアリング装置５９を介して接続すると共にメタルクラウン５６の内周側に形成した段差部６０に下端部を嵌装する試料採取管６１と、試料採取管６１の内部に密嵌したピストン６２と、図１５に示すボーリング櫓６３に上端部を回転不能に固定し、かつ、ボーリングロッド５３に挿通した横断面六角形状のピストンロッド６４に接続した支持ロッド６５（図１５参照）と、ボールベアリング装置５９の下部に試料採取管６１と一体になる如く設けられ、ピストンロッド６４の横断面形状に対応した形状の係合孔６６を有するロッドケース６７とを備えたものがある（例えば特許文献１参照）。
【０００５】
この土質試料サンプラーは、以下の要領で、土質試料Ｍを採取する。まず、ボーリング機械５２からボーリングロッド５３を介して外管５７に回転推進力を伝達し、地層を円柱状に削り取りながら外管５７を回転推進させる。試料採取管６１は、外管５７に随伴して推進するが、支持ロッド６５に接続して回転不能になっているピストンロッド６４をロッドケース６７に係合してあるから、外管５７と共回りをせずに非回転で推進する。ピストン６２は、ピストンロッド６４及び支持ロッド６５によって所定深度に停留したままで推進しない。これにより試料採取管６１が推進すると、試料採取管６１の内部に、円柱状に切り取られた不撹乱状態の地層が土質試料Ｍとして圧入していく。そして、外管５７及び試料採取管６１を所定距離（概ね試料採取管６１の長さと同じ距離）推進させた段階で土質試料サンプラーを地上に引上げて土質試料Ｍを回収する。
【０００６】
【特許文献１】
特公昭６３−２６２４０号
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
室内土質試験においては、土質試料Ｍを不撹乱状態で採取するだけではなく、連続的に採取することも要求される。土質試料サンプラーは、試料採取管６１が土質試料Ｍで満杯になる度に、地上に引上げる必要がある。通常、サンプリング作業中は、ボーリング孔５１にケーシングパイプ６８（図１５参照）を挿入してボーリング孔５１の内壁が崩落することを防止しているが、土質試料サンプラーを引上げると、ボーリング孔５１の土質試料Ｍを採取した部分が裸孔になり、ケーシングパイプ６８によって保護されていない。このため、土質試料サンプラーを引上げている間に、ボーリング孔５１の裸孔部分が崩落して、ボーリング孔５１の底部に砂礫が堆積することがある。当該砂礫は、土質試料Ｍとしての価値がないから、土質試料サンプラーを引上げて土質試料Ｍを回収したのち、さらに土質試料Ｍを採取する場合には、土質試料サンプラーをボーリング孔５１内に戻す前に、前記コアチューブでボーリング孔５１の底部を掘削して前記砂礫を取り除くと同時にケーシングパイプ６８を継足して当該ボーリング孔５１の底部まで挿入する。このとき、採取済みの土質試料Ｍと連続していた地層が前記砂礫と共に削られるために、従来の土質試料サンプラーで複数回に渡って採取した土質試料Ｍ同士に連続性がなかった。
【０００８】
従来の土質試料サンプラーで土質試料Ｍを採取する際には、図１５の如く、ボーリングロッド５３と支持ロッド６５の間の環状隙間６９にポンプ７０によって掘削泥水を流し込み、図１６に示すメタルクラウン５６の外周部に設けた吐水口７１，７１，…から掘削泥水を吐出しながら地層を削り取っている。従来は、この掘削泥水の吐出量、比重、濃度を地層の構成要素に合わせて適宜調整することにより、ボーリング孔５１の裸孔部分の崩落を抑制していたが、掘削泥水の崩落を完璧に防止できるものではなかった。しかも掘削泥水の調整には熟練した技量が必要で、熟練技術者の養成に長期間を要するという問題もある。
【０００９】
ボーリングロッド５３や支持ロッド６５は、所定長のロッドを継足して構成され、土質試料サンプラーを昇降させる際には順次継足し又は順次切離す必要がある。このため、従来の土質試料サンプラーは、サンプラー本体５４をボーリング孔５１内で昇降させるのにボーリングロッド５３や支持ロッド６５の継足し又は切離しが必要で、多大な時間を要している。また、土質試料を充填したサンプラー本体５４を引上げるに際しては、ボーリングロッド５３や支持ロッド６５の切離し作業で発生した振動が試料採取管６１に伝達して試料採取管６１から土質試料Ｍが脱落するおそれもある。このため、土質試料サンプラーには、土質試料Ｍが脱落しないように迅速に引上げることが求められる。
【００１０】
一方、土質試料サンプラーのみならず、前記コアチューブもボーリングロッドを順次継足し又は順次切離しつつ昇降させる。このため、土質試料Ｍのサンプリング作業の合間に、前記コアチューブでボーリング孔５１を掘削すると、その分だけ作業工数が増加してサンプリング作業の能率が低下するという問題もある。
【００１１】
本発明はかかる課題に鑑み創案するに至ったものであって、その目的は、土質試料を連続的に採取できる上、土質試料を試料採取管に収納した状態で迅速に引上げることができ、しかもサンプリング作業の能率を向上できる土質試料サンプラーを提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るケーシングパイプ式土質試料サンプラーは、地上のボーリング機械によって回転推進可能に支持され、先端部に地層を円筒状に削り取る掘削刃を有し、かつ、順次継足し可能に構成したケーシングパイプと、前記ケーシングパイプの下端内周部に形成した段差部に載置すると共にケーシングパイプに随伴して推進することで円筒状に削り取った地層を土質試料として収納する試料採取管を有し、かつ、前記試料採取管の内部にピストンを密嵌したサンプラー本体と、前記サンプラー本体のピストンのピストンロッドに脱着可能に接続すると共に上端部を地上のボーリング櫓に固定支持され、順次継足し可能に構成した支持ロッドと、前記サンプラー本体の上部に着脱自在に構成すると共に索状部材を介して巻上機に接続され、空のサンプラー本体を把持した状態でケーシングパイプ内を降下してケーシングパイプの段差部に着座させたのち切離して空の状態で引上げ、かつ、空の状態でケーシングパイプ内を降下して土質試料を充填したサンプラー本体を把持し、土質試料を充填したサンプラー本体を引上げるサンプラー本体の着脱装置とを備えたものである。
【００１３】
本発明のケーシングパイプ式土質試料サンプラーは、上記の如く構成され、ケーシングパイプと共にサンプラー本体を推進させて、円筒状に切取った地層を土質試料としてサンプラー本体の試料採取管に圧入したのち、着脱装置をケーシングパイプ内に降下させてサンプラー本体に連結し、ケーシングパイプをボーリング孔に残したままで、着脱装置と共にサンプラー本体を引上げる。これによりサンプラー本体を引上げても、ボーリング孔の土質試料を採取した部分が裸孔になることがないから、ボーリング孔の内壁が崩落してボーリング孔の底部に砂礫が堆積することがない。したがって、土質試料のサンプリング作業の合間に前記コアチューブをボーリング孔に挿入してボーリング孔の底部に堆積した砂礫を取り除く手間を省くことができ、サンプリング作業の能率を向上させることができる。
【００１４】
また、サンプラー本体から土質試料を回収したのち、着脱装置を空のサンプラー本体に連結した状態でケーシングパイプ内を降下させて空のサンプラー本体をケーシングパイプの段差部に着座させ、空のサンプラー本体から着脱装置を切離して引上げてから土質試料のサンプリングを続行する。サンプラー本体を引上げてからケーシングパイプの下端段差部に戻すまでの間、ボーリング孔の底部がケーシングパイプによってサンプラー本体を引上げる前の状態、即ち前回のサンプリング作業を終了したときの状態で維持されているから、前回のサンプリング作業で採取した土質試料と連続した土質試料を採取することができる。
【００１５】
前記サンプラー本体は、前記試料採取管の上部をサンプラーヘッドに装着すると共に、前記サンプラーヘッドの上部に前記ケーシングパイプの内壁面に穿設した嵌合溝に嵌入させる係止部材を出し入れ可能に構成した装着部を装着し、前記サンプラー本体の試料採取管をケーシングパイプの段差部に載置させた際に前記装着部の窓孔から突出した係止部材をケーシングパイプの嵌合溝に嵌入させることでケーシングパイプの推進動に随伴して推進し、かつ、前記サンプラー本体の装着部に上方への引張力を負荷することにより前記係止部材をケーシングパイプの嵌合溝から引込めてケーシングパイプとの結合を解除するようにしたものである。このサンプラー本体は、試料採取管をケーシングパイプの段差部に載置させた際に装着部の係止部材を窓孔から突出させてケーシングパイプの嵌合溝に嵌入させることで、サンプラー本体とケーシングパイプが一体となる。ケーシングパイプと共にサンプラー本体を推進させた際に、地層の抗力（下方からの押圧力）がサンプラー本体の試料採取管に作用しても、装着部の係止部材がケーシングパイプの嵌合溝に嵌入したままであるから、サンプラー本体がケーシングパイプから脱着しない。一方、サンプラー本体の装着部に上方への引張力を負荷して装着部の係止部材をケーシングパイプの嵌合溝から引込めることでケーシングパイプからサンプラー本体を容易に脱着できる。
【００１６】
前記サンプラー本体の装着部の具体的な構成としては、前記サンプラーヘッドの上部に設けた摺動子の上テーパー状部を含む先端部分を格納すると共に前記係止部材を窓孔に嵌装し、かつ、前記装着部の下端開口縁と摺動子の上テーパー状部との間に弾性部材を介装してなるものを挙げることができる。この装着部は、サンプラー本体の試料採取管がケーシングパイプの段差部に着座した状態から、装着部の自重及び弾性部材の弾性斥力によりさらに降下する。摺動子の上テーパー状部は、装着部の降下に伴って装着部の内部で相対的に上昇する。これにより装着部の窓孔に嵌装した係止部材は、摺動子の上テーパー状部の傾斜面によって押圧されて装着部の窓孔から外部へ突出し、ケーシングパイプ内の嵌合溝に嵌入する。一方、装着部に引張力を負荷して上方へ引上げると、装着部の内部では、摺動子の上テーパー状部が相対的に降下して、摺動子の上テーパー状部の傾斜面が係止部材から離間する。摺動子の上テーパー状部の傾斜面から受けていた押圧力がなくなって係止部材が装着部の窓孔内に引込むと、サンプラー本体とケーシングパイプの結合が解除される。
【００１７】
前記サンプラー本体は、前記サンプラーヘッドを前記試料採取管の上部にベアリング装置を介して回転自在に装着し、かつ、前記ピストンロッドの横断面形状を非円形状に形成すると共にピストンロッドの横断面形状に対応した形状の係合孔を有するロッドケースを前記試料採取管と一体になる如く固着し、前記ピストンロッドを前記ボーリング櫓に回転不能に固定した支持ロッドに接続したものである。このサンプラー本体のサンプラーヘッドから上方の部分は、装着部によってケーシングパイプと一体になっているからケーシングパイプと共回りする。一方、サンプラーヘッドより下方の試料採取管は、内部に固着したロッドケースを、支持ロッドに接続して回転不能になっているピストンロッドに係合させると共に、サンプラーヘッドを回転自在に装着してあるから、ケーシングパイプと共回りしない。このようにサンプラー本体の試料採取管の共回りを防止することで、自然状態のままの地層を、いわゆる不撹乱試料として採取することができる。
【００１８】
前記支持ロッドは、空のサンプラー本体をケーシングパイプの段差部に嵌装してからピストンロッドに接続され、かつ、土質試料を充填したサンプラー本体をケーシングパイプから回収する前にピストンロッドから切離して引上げられる。支持ロッドは、ネジ継手により継足し可能に構成したものが一般的で、ボーリング孔に挿入するときには順次継足し、ボーリング孔から引上げるときには順次切離していくから、その昇降には継足し作業又は切離し作業の分だけ時間を要する。支持ロッドをピストンロッドから切離してサンプラー本体とは別に昇降させると、サンプラー本体の負荷が支持ロッドにかからず軽量のまま支持ロッドを昇降できるから、従来の土質試料サンプラーと比較して支持ロッドの昇降速度が速くなる。また、支持ロッドの昇降中にサンプラー本体の負荷がかかって支持ロッドのネジ継手が固く締まることもないから、支持ロッドの切離し作業を容易に行なうこともできる。一方、サンプラー本体は、支持ロッドとは別に、巻上機による索状部材の巻取り又は繰出しによってケーシングパイプ内を一気に昇降できるから、昇降速度が支持ロッドと比較して著しく速くなり、従来の土質試料サンプラーと比較して土質試料を充填したサンプラー本体を地上まで引上げるのに要する時間を短縮できる。しかも、土質試料を充填したサンプラー本体を引上げるに際し、支持ロッドの切離し作業で発生した振動がサンプラー本体の試料採取管に伝達することはなく、試料採取管から土質試料が脱落し難くなる。仮に何らかの振動が試料採取管に伝達されてもサンプラー本体の上昇速度が速い分だけ土質試料の脱落を抑制できる。
【００１９】
前記支持ロッドと前記ピストンロッドをベアリング継手によって接続する。ベアリング継手は、ネジ孔の内壁に複数個の鋼球を所定間隔を隔てて螺旋配列で回転自在に埋設し、各鋼球の一部をネジ孔の内壁面から突出させてネジ山を構成した雌側ベアリング継手と、外周面に前記雌側ベアリング継手の鋼球が嵌入する螺旋状の溝を形成した雄側ベアリング継手とで構成したものである。このベアリング継手によって支持ロッドとピストンロッドを接続すると、雌側ベアリング継手及び雄側ベアリング継手の接触面積が小さいから、ケーシングパイプの回転に抗して試料採取管を非回転状態で維持することなどによって、ベアリング継手が固く締め付けられても支持ロッドとピストンロッドを人力で容易に切離すことができる。
【００２０】
前記着脱装置は、前記サンプラー本体の上部に突設した突起柱に嵌装可能に構成した装置本体と、前記装置本体の内部に格納され、前記装置本体の下端開口部から挿入したサンプラー本体の突起柱を把持して着脱装置及びサンプラー本体を連結する連結子と、前記連結子による着脱装置及びサンプラー本体の連結を解除する解放子と、前記連結子でもってサンプラー本体の突起柱を把持した状態からサンプラー本体の突起柱を解放可能な状態に切替える把持解放切替え機構とを備えたものである。着脱装置を上記の如く構成すると、空のサンプラー本体を把持した状態でケーシングパイプ内を降下してケーシングパイプの段差部に着座させると同時に空のサンプラー本体から着脱装置を切離すことができ、また、着脱装置を空の状態でケーシングパイプ内に導入して、土質試料を充填したサンプラー本体に連結して当該サンプラー本体を引上げることができる。
【００２１】
前記連結子の具体例としては、前記装置本体の内径に下方へ向かってテーパー状に縮径させた第１縮径部に対応した形状の第１下テーパー状部を有し、前記第１下テーパー状部の窓孔に嵌め込んだ第１把持部材を装置本体の第１縮径部によって第１下テーパー状部の内周側へ押し込むことで第１下テーパー状部の下側から挿入したサンプラー本体の突起柱を把持し、かつ、前記第１下テーパー状部を装置本体の第１縮径部から離間させることでサンプラー本体の突起柱を開放するものを挙げることができる。
【００２２】
前記解放子の具体例としては、前記装置本体の内部に、前記第１縮径部の上方に所定間隔を隔てて形成した第２縮径部に弾性部材によって押し付けられた状態で格納され、前記第２縮径部に対応した形状の第２下テーパー状部の窓孔に嵌め込んだ第２把持部材を第２縮径部によって第２下テーパー状部の内周側へ押し込むことで第２下テーパー状部の下側から挿入した連結子を把持して装置本体の第１縮径部から離間させた状態を維持するものを挙げることができる。
【００２３】
前記把持解放切替え機構の具体例としては、前記装置本体の下端開口部に螺装した切替えネジからなり、前記切替えネジの突出長さを変更することによって前記装置本体に挿入可能なサンプラー本体の突起柱の長さを調節し、前記解放子で連結子を把持する状態と、把持できない状態とを切替えるものを挙げることができる。
【００２４】
着脱装置の連結子、解放子及び把持解放切替え機構を上記の如く構成すると、切替えネジを緩めて装置本体の下方へ突出させた状態では、サンプラー本体の突起柱を着脱装置の装置本体に挿入しても、連結子が解放子に把持されない。この状態で着脱装置の装置本体を吊上げると、着脱装置の装置本体の内部で連結子をサンプラー本体の突起柱に担持させたまま装置本体が上昇するから、連結子の第１下テーパー状部に嵌め込んだ第１把持部材が装置本体の第１縮径部によって内周側へ押し込まれてサンプラー本体の突起柱を把持し、着脱装置及びサンプラー本体が結合する。他方、切替えネジを締め付けて装置本体の内部に格納すると、サンプラー本体の突起柱に連結子を担持させたまま着脱装置の装置本体が降下し、連結子が装置本体の第１縮径部から離間すると共に解放子によって把持される。この状態で着脱装置の装置本体を吊上げると、連結子は解放子によって装置本体の第１縮径部から離間した状態を維持されたまま装置本体と共に上昇し、サンプラー本体の突起柱が連結子から解放されて着脱装置及びサンプラー本体が分離する。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ本発明に係るケーシングパイプ式土質試料サンプラー（以下、単に土質試料サンプラーＳという。）の実施形態について説明する。
【００２６】
図１は、本発明に係る土質試料サンプラーＳを例示する縦断面図で、同図において、１１はケーシングパイプ、２１はサンプラー本体、３１は支持ロッド、４１は着脱装置である。
【００２７】
ケーシングパイプ１１は、同径の複数のパイプ材を切離し可能に継足したもので、地上に突出したパイプ材をボーリング機械５２（図１５参照）によって回転推進可能に支持すると共に、図１の如く最下部のパイプ材に地層を円筒状に削り取るメタルクラウン１２を装着してある。メタルクラウン１２は、下端周縁に掘削刃１３を固着すると共に内周側にサンプラー本体２１を着座させるための段差部１４を形成してある。メタルクラウン１２の段差部１４には、サンプラー本体２１の下端外周面との間の隙間をシールする環状のパッキング１５，１５を装着し、段差部１４の上方には、メタルクラウン１２の周方向に掘削泥水の吐水口１６，１６，…を複数個穿設してある。
【００２８】
サンプラー本体２１は、ケーシングパイプ１１に随伴して推進することで円柱状に削り取った地層を土質試料Ｍ（図２参照）として収納するものであって、図１及び図２の如く、サンプラーヘッド２２の上部に突設した摺動子２３に装着部２４を連結すると共に、サンプラーヘッド２２の下部にベアリング装置２５を介して試料採取管２６を取付けたものである。
【００２９】
サンプラーヘッド２２の上部に設けた摺動子２３は、先端に向かって徐々に縮径した上テーパー状部２３ａを有し、上テーパー状部２３ａを含む先端部分を装着部２４の内部に格納してある。
【００３０】
装着部２４は、ケーシングパイプ１１及びサンプラー本体２１の結合分離を担うと共に、その上部に着脱装置４１を連結させるためのものである。装着部２４の外周面には、複数個の窓孔２４ａ，２４ａ，…を周方向に所定間隔で形成してある。各窓孔２４ａ，２４ａ，…には、ケーシングパイプ１１の内壁面に穿設した環状の嵌合溝１７に係入させる係止部材としての鋼球２４ｂ，２４ｂ，…を嵌装してある。各鋼球２４ｂ，２４ｂ，…は、装着部２４の内部に格納した摺動子２３の上テーパー状部２３ａによって装着部２４の内外に出し入れされる。装着部２４の内部に格納した摺動子２３の上テーパー状部２３ａと装着部２４の下端開口縁との間には、緩衝作用を奏する弾性部材としてのコイルスプリング２４ｃを介装してある。装着部２４の上部には、着脱装置４１を連結させる突起柱２４ｄを突設してある。
【００３１】
試料採取管２６は、ケーシングパイプ１１の推進動に随伴して非回転で推進し、ケーシングパイプ１１によって円柱状に削り取った地層を土質試料Ｍとして内部に収納する部材である。試料採取管２６の内部には、ピストン２７を密嵌してある。
【００３２】
ピストン２７のピストンロッド２７ａは、横断面形状を非円形状（例えば六角形状など）に形成してあり、ベアリング装置２５の下部に螺装して試料採取管２６と一体になっているロッドケース２８に係合している。ロッドケース２８は、ピストンロッド２７ａの横断面形状に対応した非円形状（例えば六角形状など）の係合孔２８ａを有する部材である。また、サンプラーヘッド２２、摺動子２３及び装着部２４には、ピストンロッド２７ａよりも大径の貫通孔２２ａ，２３ｂ，２４ｅを形成してあり、これらの貫通孔２２ａ，２３ｂ，２４ｅにピストンロッド２７ａを挿通してある。ピストンロッド２７ａの上端部には、支持ロッド３１を接続するためのベアリング継手２７ｂを設けている。
【００３３】
支持ロッド３１は、複数本のロッドを切離し可能に継足して構成したものであって、最上端のロッドが地上のボーリング櫓６３（図１５参照）に回転不能に固定支持され、図１及び図３の如く、ベアリング継手２７ｂ，３１ａによってサンプラー本体２１のピストンロッド２７ａと脱着可能に接続してある。これによりピストンロッド２７ａが回転不能になるから、ピストンロッド２７ａにロッドケース２８を介して係合した試料採取管２６は、ケーシングパイプ１１と共回りせずに推進する。
【００３４】
ベアリング継手２７ｂ，３１ａは、ピストンロッド２７ａの上端部に設けた雌側ベアリング継手２７ｂと、支持ロッド３１の下端部に設けた雄側ベアリング継手３１ａとで構成してある。雌側ベアリング継手２７ｂは、ネジ孔２７ｃの内壁に複数個の鋼球２７ｄ，２７ｄ，…を所定間隔を隔てて螺旋配列で回転自在に埋設し、各鋼球２７ｄ，２７ｄ，…の一部をネジ孔２７ｃの内壁面から突出させてネジ山を構成してある。雄側ベアリング継手３１ａは、雌側ベアリング継手２７ｂのネジ孔２７ｃに嵌挿可能で、かつ、外周面に雌側ベアリング継手２７ｂの鋼球２７ｄ，２７ｄ，…が係入可能なＵ溝３１ｂを螺旋状に形成してある。ベアリング継手２７ｂ，３１ａは、鋼球２７ｄ，２７ｄ，…及びＵ溝３１ｂの接触面積が小さいから、支持ロッド３１及びピストンロッド２７ａ間でトルクを伝達させて締め付けられても、容易に切離すことができる。
【００３５】
着脱装置４１は、サンプラー本体２１の突起柱２４ｄを把持・解放するように構成し、図１及び図４（ａ）（ｂ）の如く、索状部材としてのウィンチワイヤロープ４２を介して地上に据付けた図示外の巻上機に接続し、空の状態又はサンプラー本体２１を把持した状態でケーシングパイプ１１内を昇降して、ケーシングパイプ１１内でサンプラー本体２１を把持又は解放するものである。ウィンチワイヤロープ４２は、円筒状に形成した装置本体４３の上部に接続してある。装置本体４３の内面には、下方に向けてテーパー状に縮径させた第１縮径部４３ａ及び第２縮径部４３ｂを所定間隔を隔てて縦列に形成してある。装置本体４３の内部には、第１縮径部４３ａ及び第２縮径部４３ｂの間に連結子４４を摺動自在に格納すると共に第２縮径部４３ｂに弾性部材としてのコイルスプリング４５によって解放子４６を押し付けた状態で格納してある。装置本体４３の下部には、連結子４４でもってサンプラー本体２１の突起柱２４ｄを把持した状態からサンプラー本体２１の突起柱２４ｄを解放可能な状態に切替える把持解放切替え機構としての切替えネジ４７を螺装してある。
【００３６】
連結子４４は、装置本体４３の下端開口部から挿入したサンプラー本体２１の突起柱２４ｄを把持して着脱装置４１及びサンプラー本体２１を連結する部材で、装置本体４３の第１縮径部４３ａに対応した形状の第１下テーパー状部４４ａを有し、第１下テーパー状部４４ａに形成した複数個の窓孔４４ｂ，４４ｂ，…にそれぞれ鋼球からなる第１把持部材４４ｃ，４４ｃ，…を嵌め込んである。連結子４４の内径には、ピストンロッド２７ａ及び支持ロッド３１を挿通可能な小径孔４４ｄと、サンプラー本体２１の突起柱２４ｄを挿入可能な大径孔４４ｅとの境界に、サンプラー本体２１の突起柱２４ｄの上端部に係止する段差部４４ｆを形成してある。連結子４４の上部（小径孔４４ｄに対応する部分）は、解放子４６に挿入する挿入部４４ｇになっている。図４（ａ）は、連結子４４でもってサンプラー本体２１の突起柱２４ｄを把持する状態で、連結子４４の第１下テーパー状部４４ａの下側からサンプラー本体２１の突起柱２４ｄを挿入すると共に、装置本体４３を吊上げて第１縮径部４３ａを連結子４４の第１下テーパー状部４４ａに押し付けることで、連結子４４の第１下テーパー状部４４ａの内周側へ第１把持部材４４ｃ，４４ｃ，…を押し込んである。他方、図４（ｂ）は、連結子４４からサンプラー本体２１の突起柱２４ｄを解放する状態で、装置本体４３の内部で連結子４４を相対的に上昇させて、連結子４４の第１下テーパー状部４４ａを装置本体４３の第１縮径部４３ａから離間させてある。この状態では連結子４４の第１把持部材４４ｃ，４４ｃ，…が第１下テーパー状部４４ａの窓孔４４ｂ，４４ｂ，…から外方へ逃げてサンプラー本体２１の突起柱２４ｄを解放する。
【００３７】
解放子４６は、連結子４４による着脱装置４１とサンプラー本体２１との結合を解除する部材で、装置本体４３の第２縮径部４３ｂに対応した形状の第２下テーパー状部４６ａを有し、第２下テーパー状部４６ａに形成した複数個の窓孔４６ｂ，４６ｂ，…に鋼球からなる第２把持部材４６ｃ，４６ｃ，…を嵌め込んである。図４（ａ）は、コイルスプリング４５によって解放子４６の第２下テーパー状部４６ａを装置本体４３の第２縮径部４３ｂに押し付けた状態で、第２下テーパー状部４６ａの窓孔４６ｂ，４６ｂ，…に嵌め込んだ第２把持部材４６ｃ，４６ｃ，…を第２下テーパー状部４６ａの内周側へ突出させてある。この状態から、解放子４６の第２下テーパー状部４６ａに連結子４４の挿入部４４ｇを挿入すると、解放子４６は、第２把持部材４６ｃ，４６ｃ，…を連結子４４の挿入部４４ｇの先端に係止させ、コイルスプリング４５の弾力に抗して一旦上方へ持ち上げられる。解放子４６の第２下テーパー状部４６ａが装置本体４３の第２縮径部４３ｂから離間すると、解放子４６の第２把持部材４６ｃ，４６ｃ，…が第２下テーパー状部４６ａの窓孔４６ｂ，４６ｂ，…から外方へ逃げて、図４（ｂ）の如く、解放子４６がコイルスプリング４５の弾力によって装置本体４３の第２縮径部４３ｂに押し付けられると同時に解放子４６の奥まで連結子４４の挿入部４４ｇが入り込む。図４（ｂ）は、連結子４４による着脱装置４１とサンプラー本体２１との結合を解除した状態で、解放子４６でもって連結子４４の挿入部４４ｇを把持して連結子４４の第１下テーパー状部４４ａを装置本体４３の第１縮径部４３ａから離間させた状態を維持してある。
【００３８】
把持解放切替え機構である切替えネジ４７は、サンプラー本体２１の突起柱２４ｄが挿通可能な円筒状の雄ネジ部材で、装置本体４３の下部に螺装してある。図４（ａ）は、切替えネジ４７を緩めて装置本体４３から下方へ最大長さ突出させた状態で、サンプラー本体２１の突起柱２４ｄの装置本体４３への挿入長さが短くなっている。この状態では、サンプラー本体２１の突起柱２４ｄを装置本体４３に挿入しても、連結子４４はサンプラー本体２１の突起柱２４ｄの挿入前の位置にある。他方、図４（ｂ）は、切替えネジ４７を締め付けて装置本体４３の内部に格納した状態で、切替えネジ４７の突出長が短くなっている分だけ、サンプラー本体２１の突起柱２４ｄの装置本体４３への挿入長さが長くなっている。この状態では、サンプラー本体２１の突起柱２４ｄが連結子４４を装置本体４３の第１縮径部４３ａから第２縮径部４３ｂへ押し上げて、連結子４４の挿入部４４ｇが解放子４６によって把持される。着脱装置４１は、切替えネジ４７の突出長さにより装置本体４３に挿入可能なサンプラー本体２１の突起柱２４ｄの長さを変更して、解放子４６に連結子４４を把持させずにサンプラー本体２１及び着脱装置４１を連結する状態と、解放子４６で連結子４４を把持してサンプラー本体２１及び着脱装置４１が分離可能な状態とを切替えるようになっている。
【００３９】
次に、図５乃至図１２を参照しつつ本発明の土質試料サンプラーＳによる土質試料Ｍのサンプリング工程について説明する。
【００４０】
図５は、サンプラー本体２１をケーシングパイプ１１に嵌装するために、地上でサンプラー本体２１と着脱装置４１を連結する工程を示している。図５の如く、着脱装置４１の切替えネジ４７を緩めて装置本体４３から下方へ突出させた状態で、着脱装置４１を地上に載置したサンプラー本体２１の上方から降下させ、サンプラー本体２１の突起柱２４ｄを装置本体４３内に格納した連結子４４の大径孔４４ｅに挿入させる。図５の状態から前記巻上機によって着脱装置４１を上方へ吊上げると、着脱装置４１の連結子４４でサンプラー本体２１の突起柱２４ｄを把持して着脱装置４１と共にサンプラー本体２１が上昇する。即ち、サンプラー本体２１の突起柱２４ｄは、装置本体４３の第１縮径部４３ａによって連結子４４の内周側へ押し込まれた連結子４４の第１把持部材４４ｃ，４４ｃ，…で把持される。これによりサンプラー本体２１と着脱装置４１は連結される。
【００４１】
図６は、サンプラー本体２１に着脱装置４１を連結して吊上げると共に着脱装置４１からサンプラー本体２１を解放可能な状態にする工程を示している。着脱装置４１にサンプラー本体２１を連結した状態で、図６の如く、サンプラー本体２１を吊上げ、着脱装置４１の切替えネジ４７を締め付けて装置本体４３内に格納して切替えネジ４７の突出長さを短くする。これにより、サンプラー本体２１の突起柱２４ｄを着脱装置４１の装置本体４３の内部に挿入できる長さが長くなり、着脱装置４１からサンプラー本体２１を解放可能な状態になる。
【００４２】
図７は、サンプラー本体２１をケーシングパイプ１１の段差部１４に着座させる工程を示している。着脱装置４１でサンプラー本体２１を吊り下げた状態（図６参照）でケーシングパイプ１１内へ導入し、サンプラー本体２１の試料採取管２６をケーシングパイプ１１の段差部１４に着座させたのち、さらに前記巻上機からウィンチワイヤロープ４２を繰出すと、図７の如く、サンプラー本体２１の装着部２４及び着脱装置４１が降下する。サンプラー本体２１の装着部２４が降下すると、装着部２４の内部で相対的に上昇した摺動子２３の上テーパー状部２３ａによって、装着部２４の窓孔２４ａ，２４ａ，…から押し出された鋼球２４ｂ，２４ｂ，…がケーシングパイプ１１の嵌合溝１７に係入する。これによりサンプラー本体２１がケーシングパイプ１１に随伴して推進可能になる。
【００４３】
図８は、ケーシングパイプ１１に着座させたサンプラー本体２１から着脱装置４１を切離す工程を示している。サンプラー本体２１の装着部２４の降下が止まったのち、さらに前記巻上機からウィンチワイヤロープ４２を繰出すと、着脱装置４１は、図８の如く、連結子４４をサンプラー本体２１の突起柱２４ｄの上端部に担持させたままで、切替えネジ４７の下端部がサンプラー本体２１の装着部２４に着座するまで降下する。このとき、連結子４４の第１下テーパー状部４４ａが装置本体４３の第１縮径部４３ａから離間して、サンプラー本体２１の突起柱２４ｄを把持していた第１把持部材４４ｃ，４４ｃ，…が窓孔４４ｂ，４４ｂ，…から第１下テーパー状部４４ａの外方へ逃げるから、着脱装置４１とサンプラー本体２１の結合が解除される。一方、連結子４４の挿入部４４ｇは、装置本体４３に随伴して降下してきた解放子４６の内径に嵌入する。解放子４６は、内周側へ突出した第２把持部材４６ｃ，４６ｃ，…が連結子４４の挿入部４４ｇによって係止され、一旦降下を妨げられる。この間に装置本体４３が降下すると、解放子４６の第２下テーパー状部４６ａが装置本体４３の第２縮径部４３ｂから離間して、解放子４６の第２把持部材４６ｃ，４６ｃ，…が外方へ逃げる。これにより解放子４６は、連結子４４の挿入部４４ｇに係止されなくなってコイルスプリング４５によって装置本体４３の第２縮径部４３ｂに押し付けられ、第２把持部材４６ｃ，４６ｃ，…が再び内周側へ押し込まれて連結子４４の挿入部４４ｇを把持する。このように連結子４４が解放子４６に把持された状態で、前記巻上機によって着脱装置４１を引上げると、サンプラー本体２１の突起柱２４ｄが連結子４４によって把持されていないから、着脱装置４１がサンプラー本体２１から切離される。着脱装置４１は、サンプラー本体２１をケーシングパイプ１１の段差部１４に載置したまま地上に引上げられる。
【００４４】
図９及び図１０は、土質試料Ｍを採取する工程を示している。ケーシングパイプ１１内にサンプラー本体２１を残したまま着脱装置４１を空の状態で地上まで引上げたのち、図９の如く、支持ロッド３１を順次継足しながらケーシングパイプ１１内へ挿入して、その下端部に設けた雄側ベアリング継手３１ａをサンプラー本体２１のピストンロッド２７ａの上端部に設けた雌側ベアリング継手２７ｂに螺合すると共に、支持ロッド３１の上端部を地上のボーリング櫓６３（図１５参照）に回転不能に固定する。この状態で、ケーシングパイプ１１と支持ロッド３１との間の環状隙間１８に掘削泥水を流し込みつつケーシングパイプ１１を回転推進させる。掘削泥水は、ケーシングパイプ１１の下端部に設けたメタルクラウン１２の吐水口１６，１６，…から吐出される。サンプラー本体２１は、ピストン２７をピストンロッド２７ａ及び支持ロッド３１によって所定深度に停留させたままケーシングパイプ１１に随伴して推進し、図１０の如く、ケーシングパイプ１１によって円柱状に削り取られた地層が土質試料Ｍとして試料採取管２６の内部に圧入していく。このとき、サンプラー本体２１の装着部２４は、ケーシングパイプ１１の嵌合溝１７に鋼球２４ｂ，２４ｂ，…を係入させているので、ケーシングパイプ１１と共に回転推進するが、サンプラー本体２１の試料採取管２６は、ロッドケース２８にピストンロッド２７ａを係合してあるから、ケーシングパイプ１１と共回りせずに非回転で推進する。これにより土質試料Ｍは、不撹乱状態でサンプラー本体２１の試料採取管２６内に収納される。
【００４５】
図１１は、土質試料Ｍを充填したサンプラー本体２１を回収するために、ケーシングパイプ１１内でサンプラー本体２１及び着脱装置４１を結合させる工程を示している。地上で着脱装置４１の切替えネジ４７を緩めて装置本体４３の下方へ最大長さ突出させたのち、着脱装置４１を空の状態でケーシングパイプ１１内へ導入し、図１１の如く、着脱装置４１の装置本体４３にサンプラー本体２１の突起柱２４ｄを挿入させる。着脱装置４１の切替えネジ４７が突出している分だけ、着脱装置４１の装置本体４３へのサンプラー本体２１の突起柱２４ｄの挿入可能な長さが短くなっているから、サンプラー本体２１の突起柱２４ｄを限界まで装置本体４３に挿入しても、サンプラー本体２１の突起柱２４ｄで担持された連結子４４が解放子４６に把持されることはない。この状態から前記巻上機によって着脱装置４１を引上げると、連結子４４をサンプラー本体２１の突起柱２４ｄに担持させたままで装置本体４３が上昇するから、装置本体４３の第１縮径部４３ａによって連結子４４の内周側へ第１把持部材４４ｃ，４４ｃ，…が押し込まれ、連結子４４によってサンプラー本体２１の突起柱２４ｄが把持される。これによりサンプラー本体２１及び着脱装置４１が結合する。
【００４６】
図１２は、土質試料Ｍを充填したサンプラー本体２１を地上に引上げるために、ケーシングパイプ１１及びサンプラー本体２１の結合を解除する工程を示している。着脱装置４１の連結子４４に把持された突起柱２４ｄを介してサンプラー本体２１の装着部２４を上方へ引き上げると、装着部２４の内部では、摺動子２３の上テーパー状部２３ａが相対的に下方へ下がるから、ケーシングパイプ１１の嵌合溝１７に係入していた鋼球２４ｂ，２４ｂ，…が装着部２４の窓孔２４ａ，２４ａ，…内へ引込み、ケーシングパイプ１１及びサンプラー本体２１の結合が解除される。土質試料Ｍを収納したサンプラー本体２１を着脱装置４１と共にケーシングパイプ１１から引上げて土質試料Ｍを回収する。
【００４７】
サンプラー本体２１を地上まで引上げて土質試料Ｍを回収したのち、さらに土質試料Ｍのサンプリング作業を続行する場合は、図５乃至図１２に示した工程を繰り返す。サンプラー本体２１をケーシングパイプ１１から脱着してから再度サンプラー本体２１をケーシングパイプ１１に着座するまでの間、ボーリング孔５１（図１５参照）の土質試料Ｍを採取した部分は、ケーシングパイプ１１によって保護されている。この間に、ボーリング孔５１の内壁が崩落してボーリング孔５１の底部に砂礫が堆積することはないから、複数回に渡ってサンプリング作業を行なっても各サンプリング作業で採取した土質試料Ｍで連続的な地層を構成することができる。
【００４８】
以上、本発明の一実施形態につき説明したが、本発明は前記実施形態に限定されることなく種々の変形が可能であって、例えば、本発明の土質試料サンプラーＳは、不撹乱試料の採取のみならず、ボーリング孔５１の掘削や撹乱試料の採取にも使用可能である。ボーリング孔５１の掘削又は撹乱試料の採取のみを目的とする場合には、サンプラー本体２１の試料採取管２６をケーシングパイプ１１と共回りさせるようにしても構わない。具体的には、試料採取管２６の共回りを防止するための構成要素、即ちベアリング装置２５やピストンロッド２７ａとロッドケース２８との係合構造がなくても、ボーリング孔５１の掘削や撹乱試料の採取に使用できる。
【００４９】
また、上記実施形態では、装着部２４の鋼球２４ｂ，２４ｂ，…をケーシングパイプ１１の嵌合溝１７に係入させてケーシングパイプ１１及びサンプラー本体２１を結合させたが、これをサンプラー本体２１の突起柱２４ｄ及び着脱装置４１の連結子４４の結合や、着脱装置４１の連結子４４及び解放子４６の結合に適用しても構わない。具体的には、図１３及び図１４の如く、サンプラー本体２１の突起柱２４ｄや連結子４４の挿入部４４ｇの外周面に嵌合溝２４ｆ，４４ｈを形成し、この嵌合溝２４ｆ，４４ｈに連結子４４の第１把持部材４４ｃ，４４ｃ，…や解放子４６の第２把持部材４６ｃ，４６ｃ，…を係入させてサンプラー本体２１の突起柱２４ｄ及び着脱装置４１の連結子４４や、着脱装置４１の連結子４４及び解放子４６を結合させる。
【００５０】
【発明の効果】
本発明は前述の如く、ケーシングパイプと共にサンプラー本体を推進させて、円筒状に切取った地層を土質試料としてサンプラー本体の試料採取管に圧入したのち、着脱装置をケーシングパイプ内に降下させてサンプラー本体に連結し、ケーシングパイプをボーリング孔に残したままで、着脱装置と共にサンプラー本体を引上げるように構成したから、サンプラー本体を引上げている間に、ボーリング孔の土質試料を採取した部分が裸孔になることがなく、ボーリング孔の内壁が崩落してボーリング孔の底部に砂礫が堆積することを防止できる。したがって、土質試料のサンプリング作業の合間に前記コアチューブをボーリング孔に挿入してボーリング孔の底部に堆積した砂礫を取り除く手間を省くことができ、サンプリング作業の能率を向上させることができる。
【００５１】
また、採取した土質試料を回収するためにサンプラー本体を引上げてから次回のサンプリング作業を行なうためにケーシングパイプの下端段差部にサンプラー本体を戻すまでの間、ボーリング孔の底部がケーシングパイプによってサンプラー本体を引上げる前の状態、即ち前回のサンプリング作業を終了したときの状態で維持されているから、前回のサンプリング作業で採取した土質試料と連続した土質試料を採取することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る土質試料サンプラーの縦断面図である。
【図２】サンプラー本体の縦断面図である。
【図３】支持ロッドとピストンロッドの接続構造を示す縦断面図である。
【図４】着脱装置の縦断面図である。
【図５】サンプラー本体をケーシングパイプに嵌装する際に、サンプラー本体と着脱装置を連結する工程を示す縦断面図である。
【図６】サンプラー本体をケーシングパイプに嵌装する際に、サンプラー本体と着脱装置を連結した状態を示す縦断面図である。
【図７】サンプラー本体をケーシングパイプに嵌装した状態を示す縦断面図である。
【図８】ケーシングパイプに嵌装したサンプラー本体から着脱装置を切離し可能にした状態を示す縦断面図である。
【図９】ケーシングパイプに嵌装したサンプラー本体から着脱装置を切離し、かつ、サンプラー本体のピストンロッドに支持ロッドを接続した状態を示す縦断面図である。
【図１０】ケーシングパイプに随伴してサンプラー本体を推進させ、サンプラー本体の試料採取管の内部に土質試料を圧入した状態を示す縦断面図である。
【図１１】土質試料を試料採取管に収納したサンプラー本体に着脱装置を連結した状態を示す縦断面図である。
【図１２】サンプラー本体をケーシングパイプから脱着した状態を示す縦断面図である。
【図１３】本発明の土質試料サンプラーの変形例を示す縦断面図で、サンプラー本体の突起柱に連結子の第１把持部材の嵌合溝を設けたものである。
【図１４】本発明の土質試料サンプラーの変形例を示す縦断面図で、連結子に解放子の第２把持部材の嵌合溝を設けたものである。
【図１５】従来の土質試料サンプラーによる土質試料のサンプリング作業を示す模式図である。
【図１６】従来の土質試料サンプラーのサンプラー本体を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１１ ケーシングパイプ
１３ 掘削刃
１４ 段差部
１７ 嵌合溝
２１ サンプラー本体
２２ サンプラーヘッド
２３ 摺動子
２３ａ 上テーパー状部
２４ 装着部
２４ａ，２４ａ，… 窓孔
２４ｂ，２４ｂ，… 鋼球
２４ｃ コイルスプリング
２４ｄ 突起柱
２５ ベアリング装置
２６ 試料採取管
２７ ピストン
２７ａ ピストンロッド
２７ｂ ベアリング継手
２８ ロッドケース
２８ａ 係合孔
３１ 支持ロッド
３１ａ ベアリング継手
４１ 着脱装置
４２ ウィンチワイヤロープ
４３ 装置本体
４３ａ 第１縮径部
４３ｂ 第２縮径部
４４ 連結子
４４ａ 第１下テーパー状部
４４ｂ，４４ｂ，… 窓孔
４４ｃ，４４ｃ，… 第１把持部材
４４ｈ 嵌合溝
４５ 弾性部材
４６ 解放子
４６ａ 第２下テーパー状部
４６ｂ，４６ｂ，… 窓孔
４６ｃ，４６ｃ，… 第２把持部材
４７ 切替えネジ
Ｍ 土質試料
Ｓ 土質試料サンプラー
【発明の属する技術分野】
本発明は、地質調査を目的として行なう土質試料のサンプリングに使用する土質試料サンプラーに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
地質調査を目的とする土質試験の１つに、調査現場で採取した土質試料を試験設備の整った施設に持ち帰って試験・解析する室内土質試験がある。室内土質試験では、調査現場における自然状態の地質に対する試験結果と略同一の試験結果が得られるように、自然状態の土質試料、所謂、不撹乱試料を調査現場で採取することが要求される。
【０００３】
従来、不撹乱試料の採取は、図１５の如く、図示外のコアチューブによってサンプリング深度まで掘削したボーリング孔５１に、ボーリング機械５２によって回転推進する中空状のボーリングロッド５３の下端にサンプラー本体５４を設けた土質試料サンプラーを挿入して行なっていた。
【０００４】
サンプラー本体５４は、図１６の如く、ボーリングロッド５３の下端にサンプラーヘッド５５を介して接続すると共に掘削刃５６ａ，５６ａ，…を有するメタルクラウン５６を先端部に装着した円筒状の外管５７と、サンプラーヘッド５５の下部から突出した接続部５８にボールベアリング装置５９を介して接続すると共にメタルクラウン５６の内周側に形成した段差部６０に下端部を嵌装する試料採取管６１と、試料採取管６１の内部に密嵌したピストン６２と、図１５に示すボーリング櫓６３に上端部を回転不能に固定し、かつ、ボーリングロッド５３に挿通した横断面六角形状のピストンロッド６４に接続した支持ロッド６５（図１５参照）と、ボールベアリング装置５９の下部に試料採取管６１と一体になる如く設けられ、ピストンロッド６４の横断面形状に対応した形状の係合孔６６を有するロッドケース６７とを備えたものがある（例えば特許文献１参照）。
【０００５】
この土質試料サンプラーは、以下の要領で、土質試料Ｍを採取する。まず、ボーリング機械５２からボーリングロッド５３を介して外管５７に回転推進力を伝達し、地層を円柱状に削り取りながら外管５７を回転推進させる。試料採取管６１は、外管５７に随伴して推進するが、支持ロッド６５に接続して回転不能になっているピストンロッド６４をロッドケース６７に係合してあるから、外管５７と共回りをせずに非回転で推進する。ピストン６２は、ピストンロッド６４及び支持ロッド６５によって所定深度に停留したままで推進しない。これにより試料採取管６１が推進すると、試料採取管６１の内部に、円柱状に切り取られた不撹乱状態の地層が土質試料Ｍとして圧入していく。そして、外管５７及び試料採取管６１を所定距離（概ね試料採取管６１の長さと同じ距離）推進させた段階で土質試料サンプラーを地上に引上げて土質試料Ｍを回収する。
【０００６】
【特許文献１】
特公昭６３−２６２４０号
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
室内土質試験においては、土質試料Ｍを不撹乱状態で採取するだけではなく、連続的に採取することも要求される。土質試料サンプラーは、試料採取管６１が土質試料Ｍで満杯になる度に、地上に引上げる必要がある。通常、サンプリング作業中は、ボーリング孔５１にケーシングパイプ６８（図１５参照）を挿入してボーリング孔５１の内壁が崩落することを防止しているが、土質試料サンプラーを引上げると、ボーリング孔５１の土質試料Ｍを採取した部分が裸孔になり、ケーシングパイプ６８によって保護されていない。このため、土質試料サンプラーを引上げている間に、ボーリング孔５１の裸孔部分が崩落して、ボーリング孔５１の底部に砂礫が堆積することがある。当該砂礫は、土質試料Ｍとしての価値がないから、土質試料サンプラーを引上げて土質試料Ｍを回収したのち、さらに土質試料Ｍを採取する場合には、土質試料サンプラーをボーリング孔５１内に戻す前に、前記コアチューブでボーリング孔５１の底部を掘削して前記砂礫を取り除くと同時にケーシングパイプ６８を継足して当該ボーリング孔５１の底部まで挿入する。このとき、採取済みの土質試料Ｍと連続していた地層が前記砂礫と共に削られるために、従来の土質試料サンプラーで複数回に渡って採取した土質試料Ｍ同士に連続性がなかった。
【０００８】
従来の土質試料サンプラーで土質試料Ｍを採取する際には、図１５の如く、ボーリングロッド５３と支持ロッド６５の間の環状隙間６９にポンプ７０によって掘削泥水を流し込み、図１６に示すメタルクラウン５６の外周部に設けた吐水口７１，７１，…から掘削泥水を吐出しながら地層を削り取っている。従来は、この掘削泥水の吐出量、比重、濃度を地層の構成要素に合わせて適宜調整することにより、ボーリング孔５１の裸孔部分の崩落を抑制していたが、掘削泥水の崩落を完璧に防止できるものではなかった。しかも掘削泥水の調整には熟練した技量が必要で、熟練技術者の養成に長期間を要するという問題もある。
【０００９】
ボーリングロッド５３や支持ロッド６５は、所定長のロッドを継足して構成され、土質試料サンプラーを昇降させる際には順次継足し又は順次切離す必要がある。このため、従来の土質試料サンプラーは、サンプラー本体５４をボーリング孔５１内で昇降させるのにボーリングロッド５３や支持ロッド６５の継足し又は切離しが必要で、多大な時間を要している。また、土質試料を充填したサンプラー本体５４を引上げるに際しては、ボーリングロッド５３や支持ロッド６５の切離し作業で発生した振動が試料採取管６１に伝達して試料採取管６１から土質試料Ｍが脱落するおそれもある。このため、土質試料サンプラーには、土質試料Ｍが脱落しないように迅速に引上げることが求められる。
【００１０】
一方、土質試料サンプラーのみならず、前記コアチューブもボーリングロッドを順次継足し又は順次切離しつつ昇降させる。このため、土質試料Ｍのサンプリング作業の合間に、前記コアチューブでボーリング孔５１を掘削すると、その分だけ作業工数が増加してサンプリング作業の能率が低下するという問題もある。
【００１１】
本発明はかかる課題に鑑み創案するに至ったものであって、その目的は、土質試料を連続的に採取できる上、土質試料を試料採取管に収納した状態で迅速に引上げることができ、しかもサンプリング作業の能率を向上できる土質試料サンプラーを提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るケーシングパイプ式土質試料サンプラーは、地上のボーリング機械によって回転推進可能に支持され、先端部に地層を円筒状に削り取る掘削刃を有し、かつ、順次継足し可能に構成したケーシングパイプと、前記ケーシングパイプの下端内周部に形成した段差部に載置すると共にケーシングパイプに随伴して推進することで円筒状に削り取った地層を土質試料として収納する試料採取管を有し、かつ、前記試料採取管の内部にピストンを密嵌したサンプラー本体と、前記サンプラー本体のピストンのピストンロッドに脱着可能に接続すると共に上端部を地上のボーリング櫓に固定支持され、順次継足し可能に構成した支持ロッドと、前記サンプラー本体の上部に着脱自在に構成すると共に索状部材を介して巻上機に接続され、空のサンプラー本体を把持した状態でケーシングパイプ内を降下してケーシングパイプの段差部に着座させたのち切離して空の状態で引上げ、かつ、空の状態でケーシングパイプ内を降下して土質試料を充填したサンプラー本体を把持し、土質試料を充填したサンプラー本体を引上げるサンプラー本体の着脱装置とを備えたものである。
【００１３】
本発明のケーシングパイプ式土質試料サンプラーは、上記の如く構成され、ケーシングパイプと共にサンプラー本体を推進させて、円筒状に切取った地層を土質試料としてサンプラー本体の試料採取管に圧入したのち、着脱装置をケーシングパイプ内に降下させてサンプラー本体に連結し、ケーシングパイプをボーリング孔に残したままで、着脱装置と共にサンプラー本体を引上げる。これによりサンプラー本体を引上げても、ボーリング孔の土質試料を採取した部分が裸孔になることがないから、ボーリング孔の内壁が崩落してボーリング孔の底部に砂礫が堆積することがない。したがって、土質試料のサンプリング作業の合間に前記コアチューブをボーリング孔に挿入してボーリング孔の底部に堆積した砂礫を取り除く手間を省くことができ、サンプリング作業の能率を向上させることができる。
【００１４】
また、サンプラー本体から土質試料を回収したのち、着脱装置を空のサンプラー本体に連結した状態でケーシングパイプ内を降下させて空のサンプラー本体をケーシングパイプの段差部に着座させ、空のサンプラー本体から着脱装置を切離して引上げてから土質試料のサンプリングを続行する。サンプラー本体を引上げてからケーシングパイプの下端段差部に戻すまでの間、ボーリング孔の底部がケーシングパイプによってサンプラー本体を引上げる前の状態、即ち前回のサンプリング作業を終了したときの状態で維持されているから、前回のサンプリング作業で採取した土質試料と連続した土質試料を採取することができる。
【００１５】
前記サンプラー本体は、前記試料採取管の上部をサンプラーヘッドに装着すると共に、前記サンプラーヘッドの上部に前記ケーシングパイプの内壁面に穿設した嵌合溝に嵌入させる係止部材を出し入れ可能に構成した装着部を装着し、前記サンプラー本体の試料採取管をケーシングパイプの段差部に載置させた際に前記装着部の窓孔から突出した係止部材をケーシングパイプの嵌合溝に嵌入させることでケーシングパイプの推進動に随伴して推進し、かつ、前記サンプラー本体の装着部に上方への引張力を負荷することにより前記係止部材をケーシングパイプの嵌合溝から引込めてケーシングパイプとの結合を解除するようにしたものである。このサンプラー本体は、試料採取管をケーシングパイプの段差部に載置させた際に装着部の係止部材を窓孔から突出させてケーシングパイプの嵌合溝に嵌入させることで、サンプラー本体とケーシングパイプが一体となる。ケーシングパイプと共にサンプラー本体を推進させた際に、地層の抗力（下方からの押圧力）がサンプラー本体の試料採取管に作用しても、装着部の係止部材がケーシングパイプの嵌合溝に嵌入したままであるから、サンプラー本体がケーシングパイプから脱着しない。一方、サンプラー本体の装着部に上方への引張力を負荷して装着部の係止部材をケーシングパイプの嵌合溝から引込めることでケーシングパイプからサンプラー本体を容易に脱着できる。
【００１６】
前記サンプラー本体の装着部の具体的な構成としては、前記サンプラーヘッドの上部に設けた摺動子の上テーパー状部を含む先端部分を格納すると共に前記係止部材を窓孔に嵌装し、かつ、前記装着部の下端開口縁と摺動子の上テーパー状部との間に弾性部材を介装してなるものを挙げることができる。この装着部は、サンプラー本体の試料採取管がケーシングパイプの段差部に着座した状態から、装着部の自重及び弾性部材の弾性斥力によりさらに降下する。摺動子の上テーパー状部は、装着部の降下に伴って装着部の内部で相対的に上昇する。これにより装着部の窓孔に嵌装した係止部材は、摺動子の上テーパー状部の傾斜面によって押圧されて装着部の窓孔から外部へ突出し、ケーシングパイプ内の嵌合溝に嵌入する。一方、装着部に引張力を負荷して上方へ引上げると、装着部の内部では、摺動子の上テーパー状部が相対的に降下して、摺動子の上テーパー状部の傾斜面が係止部材から離間する。摺動子の上テーパー状部の傾斜面から受けていた押圧力がなくなって係止部材が装着部の窓孔内に引込むと、サンプラー本体とケーシングパイプの結合が解除される。
【００１７】
前記サンプラー本体は、前記サンプラーヘッドを前記試料採取管の上部にベアリング装置を介して回転自在に装着し、かつ、前記ピストンロッドの横断面形状を非円形状に形成すると共にピストンロッドの横断面形状に対応した形状の係合孔を有するロッドケースを前記試料採取管と一体になる如く固着し、前記ピストンロッドを前記ボーリング櫓に回転不能に固定した支持ロッドに接続したものである。このサンプラー本体のサンプラーヘッドから上方の部分は、装着部によってケーシングパイプと一体になっているからケーシングパイプと共回りする。一方、サンプラーヘッドより下方の試料採取管は、内部に固着したロッドケースを、支持ロッドに接続して回転不能になっているピストンロッドに係合させると共に、サンプラーヘッドを回転自在に装着してあるから、ケーシングパイプと共回りしない。このようにサンプラー本体の試料採取管の共回りを防止することで、自然状態のままの地層を、いわゆる不撹乱試料として採取することができる。
【００１８】
前記支持ロッドは、空のサンプラー本体をケーシングパイプの段差部に嵌装してからピストンロッドに接続され、かつ、土質試料を充填したサンプラー本体をケーシングパイプから回収する前にピストンロッドから切離して引上げられる。支持ロッドは、ネジ継手により継足し可能に構成したものが一般的で、ボーリング孔に挿入するときには順次継足し、ボーリング孔から引上げるときには順次切離していくから、その昇降には継足し作業又は切離し作業の分だけ時間を要する。支持ロッドをピストンロッドから切離してサンプラー本体とは別に昇降させると、サンプラー本体の負荷が支持ロッドにかからず軽量のまま支持ロッドを昇降できるから、従来の土質試料サンプラーと比較して支持ロッドの昇降速度が速くなる。また、支持ロッドの昇降中にサンプラー本体の負荷がかかって支持ロッドのネジ継手が固く締まることもないから、支持ロッドの切離し作業を容易に行なうこともできる。一方、サンプラー本体は、支持ロッドとは別に、巻上機による索状部材の巻取り又は繰出しによってケーシングパイプ内を一気に昇降できるから、昇降速度が支持ロッドと比較して著しく速くなり、従来の土質試料サンプラーと比較して土質試料を充填したサンプラー本体を地上まで引上げるのに要する時間を短縮できる。しかも、土質試料を充填したサンプラー本体を引上げるに際し、支持ロッドの切離し作業で発生した振動がサンプラー本体の試料採取管に伝達することはなく、試料採取管から土質試料が脱落し難くなる。仮に何らかの振動が試料採取管に伝達されてもサンプラー本体の上昇速度が速い分だけ土質試料の脱落を抑制できる。
【００１９】
前記支持ロッドと前記ピストンロッドをベアリング継手によって接続する。ベアリング継手は、ネジ孔の内壁に複数個の鋼球を所定間隔を隔てて螺旋配列で回転自在に埋設し、各鋼球の一部をネジ孔の内壁面から突出させてネジ山を構成した雌側ベアリング継手と、外周面に前記雌側ベアリング継手の鋼球が嵌入する螺旋状の溝を形成した雄側ベアリング継手とで構成したものである。このベアリング継手によって支持ロッドとピストンロッドを接続すると、雌側ベアリング継手及び雄側ベアリング継手の接触面積が小さいから、ケーシングパイプの回転に抗して試料採取管を非回転状態で維持することなどによって、ベアリング継手が固く締め付けられても支持ロッドとピストンロッドを人力で容易に切離すことができる。
【００２０】
前記着脱装置は、前記サンプラー本体の上部に突設した突起柱に嵌装可能に構成した装置本体と、前記装置本体の内部に格納され、前記装置本体の下端開口部から挿入したサンプラー本体の突起柱を把持して着脱装置及びサンプラー本体を連結する連結子と、前記連結子による着脱装置及びサンプラー本体の連結を解除する解放子と、前記連結子でもってサンプラー本体の突起柱を把持した状態からサンプラー本体の突起柱を解放可能な状態に切替える把持解放切替え機構とを備えたものである。着脱装置を上記の如く構成すると、空のサンプラー本体を把持した状態でケーシングパイプ内を降下してケーシングパイプの段差部に着座させると同時に空のサンプラー本体から着脱装置を切離すことができ、また、着脱装置を空の状態でケーシングパイプ内に導入して、土質試料を充填したサンプラー本体に連結して当該サンプラー本体を引上げることができる。
【００２１】
前記連結子の具体例としては、前記装置本体の内径に下方へ向かってテーパー状に縮径させた第１縮径部に対応した形状の第１下テーパー状部を有し、前記第１下テーパー状部の窓孔に嵌め込んだ第１把持部材を装置本体の第１縮径部によって第１下テーパー状部の内周側へ押し込むことで第１下テーパー状部の下側から挿入したサンプラー本体の突起柱を把持し、かつ、前記第１下テーパー状部を装置本体の第１縮径部から離間させることでサンプラー本体の突起柱を開放するものを挙げることができる。
【００２２】
前記解放子の具体例としては、前記装置本体の内部に、前記第１縮径部の上方に所定間隔を隔てて形成した第２縮径部に弾性部材によって押し付けられた状態で格納され、前記第２縮径部に対応した形状の第２下テーパー状部の窓孔に嵌め込んだ第２把持部材を第２縮径部によって第２下テーパー状部の内周側へ押し込むことで第２下テーパー状部の下側から挿入した連結子を把持して装置本体の第１縮径部から離間させた状態を維持するものを挙げることができる。
【００２３】
前記把持解放切替え機構の具体例としては、前記装置本体の下端開口部に螺装した切替えネジからなり、前記切替えネジの突出長さを変更することによって前記装置本体に挿入可能なサンプラー本体の突起柱の長さを調節し、前記解放子で連結子を把持する状態と、把持できない状態とを切替えるものを挙げることができる。
【００２４】
着脱装置の連結子、解放子及び把持解放切替え機構を上記の如く構成すると、切替えネジを緩めて装置本体の下方へ突出させた状態では、サンプラー本体の突起柱を着脱装置の装置本体に挿入しても、連結子が解放子に把持されない。この状態で着脱装置の装置本体を吊上げると、着脱装置の装置本体の内部で連結子をサンプラー本体の突起柱に担持させたまま装置本体が上昇するから、連結子の第１下テーパー状部に嵌め込んだ第１把持部材が装置本体の第１縮径部によって内周側へ押し込まれてサンプラー本体の突起柱を把持し、着脱装置及びサンプラー本体が結合する。他方、切替えネジを締め付けて装置本体の内部に格納すると、サンプラー本体の突起柱に連結子を担持させたまま着脱装置の装置本体が降下し、連結子が装置本体の第１縮径部から離間すると共に解放子によって把持される。この状態で着脱装置の装置本体を吊上げると、連結子は解放子によって装置本体の第１縮径部から離間した状態を維持されたまま装置本体と共に上昇し、サンプラー本体の突起柱が連結子から解放されて着脱装置及びサンプラー本体が分離する。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ本発明に係るケーシングパイプ式土質試料サンプラー（以下、単に土質試料サンプラーＳという。）の実施形態について説明する。
【００２６】
図１は、本発明に係る土質試料サンプラーＳを例示する縦断面図で、同図において、１１はケーシングパイプ、２１はサンプラー本体、３１は支持ロッド、４１は着脱装置である。
【００２７】
ケーシングパイプ１１は、同径の複数のパイプ材を切離し可能に継足したもので、地上に突出したパイプ材をボーリング機械５２（図１５参照）によって回転推進可能に支持すると共に、図１の如く最下部のパイプ材に地層を円筒状に削り取るメタルクラウン１２を装着してある。メタルクラウン１２は、下端周縁に掘削刃１３を固着すると共に内周側にサンプラー本体２１を着座させるための段差部１４を形成してある。メタルクラウン１２の段差部１４には、サンプラー本体２１の下端外周面との間の隙間をシールする環状のパッキング１５，１５を装着し、段差部１４の上方には、メタルクラウン１２の周方向に掘削泥水の吐水口１６，１６，…を複数個穿設してある。
【００２８】
サンプラー本体２１は、ケーシングパイプ１１に随伴して推進することで円柱状に削り取った地層を土質試料Ｍ（図２参照）として収納するものであって、図１及び図２の如く、サンプラーヘッド２２の上部に突設した摺動子２３に装着部２４を連結すると共に、サンプラーヘッド２２の下部にベアリング装置２５を介して試料採取管２６を取付けたものである。
【００２９】
サンプラーヘッド２２の上部に設けた摺動子２３は、先端に向かって徐々に縮径した上テーパー状部２３ａを有し、上テーパー状部２３ａを含む先端部分を装着部２４の内部に格納してある。
【００３０】
装着部２４は、ケーシングパイプ１１及びサンプラー本体２１の結合分離を担うと共に、その上部に着脱装置４１を連結させるためのものである。装着部２４の外周面には、複数個の窓孔２４ａ，２４ａ，…を周方向に所定間隔で形成してある。各窓孔２４ａ，２４ａ，…には、ケーシングパイプ１１の内壁面に穿設した環状の嵌合溝１７に係入させる係止部材としての鋼球２４ｂ，２４ｂ，…を嵌装してある。各鋼球２４ｂ，２４ｂ，…は、装着部２４の内部に格納した摺動子２３の上テーパー状部２３ａによって装着部２４の内外に出し入れされる。装着部２４の内部に格納した摺動子２３の上テーパー状部２３ａと装着部２４の下端開口縁との間には、緩衝作用を奏する弾性部材としてのコイルスプリング２４ｃを介装してある。装着部２４の上部には、着脱装置４１を連結させる突起柱２４ｄを突設してある。
【００３１】
試料採取管２６は、ケーシングパイプ１１の推進動に随伴して非回転で推進し、ケーシングパイプ１１によって円柱状に削り取った地層を土質試料Ｍとして内部に収納する部材である。試料採取管２６の内部には、ピストン２７を密嵌してある。
【００３２】
ピストン２７のピストンロッド２７ａは、横断面形状を非円形状（例えば六角形状など）に形成してあり、ベアリング装置２５の下部に螺装して試料採取管２６と一体になっているロッドケース２８に係合している。ロッドケース２８は、ピストンロッド２７ａの横断面形状に対応した非円形状（例えば六角形状など）の係合孔２８ａを有する部材である。また、サンプラーヘッド２２、摺動子２３及び装着部２４には、ピストンロッド２７ａよりも大径の貫通孔２２ａ，２３ｂ，２４ｅを形成してあり、これらの貫通孔２２ａ，２３ｂ，２４ｅにピストンロッド２７ａを挿通してある。ピストンロッド２７ａの上端部には、支持ロッド３１を接続するためのベアリング継手２７ｂを設けている。
【００３３】
支持ロッド３１は、複数本のロッドを切離し可能に継足して構成したものであって、最上端のロッドが地上のボーリング櫓６３（図１５参照）に回転不能に固定支持され、図１及び図３の如く、ベアリング継手２７ｂ，３１ａによってサンプラー本体２１のピストンロッド２７ａと脱着可能に接続してある。これによりピストンロッド２７ａが回転不能になるから、ピストンロッド２７ａにロッドケース２８を介して係合した試料採取管２６は、ケーシングパイプ１１と共回りせずに推進する。
【００３４】
ベアリング継手２７ｂ，３１ａは、ピストンロッド２７ａの上端部に設けた雌側ベアリング継手２７ｂと、支持ロッド３１の下端部に設けた雄側ベアリング継手３１ａとで構成してある。雌側ベアリング継手２７ｂは、ネジ孔２７ｃの内壁に複数個の鋼球２７ｄ，２７ｄ，…を所定間隔を隔てて螺旋配列で回転自在に埋設し、各鋼球２７ｄ，２７ｄ，…の一部をネジ孔２７ｃの内壁面から突出させてネジ山を構成してある。雄側ベアリング継手３１ａは、雌側ベアリング継手２７ｂのネジ孔２７ｃに嵌挿可能で、かつ、外周面に雌側ベアリング継手２７ｂの鋼球２７ｄ，２７ｄ，…が係入可能なＵ溝３１ｂを螺旋状に形成してある。ベアリング継手２７ｂ，３１ａは、鋼球２７ｄ，２７ｄ，…及びＵ溝３１ｂの接触面積が小さいから、支持ロッド３１及びピストンロッド２７ａ間でトルクを伝達させて締め付けられても、容易に切離すことができる。
【００３５】
着脱装置４１は、サンプラー本体２１の突起柱２４ｄを把持・解放するように構成し、図１及び図４（ａ）（ｂ）の如く、索状部材としてのウィンチワイヤロープ４２を介して地上に据付けた図示外の巻上機に接続し、空の状態又はサンプラー本体２１を把持した状態でケーシングパイプ１１内を昇降して、ケーシングパイプ１１内でサンプラー本体２１を把持又は解放するものである。ウィンチワイヤロープ４２は、円筒状に形成した装置本体４３の上部に接続してある。装置本体４３の内面には、下方に向けてテーパー状に縮径させた第１縮径部４３ａ及び第２縮径部４３ｂを所定間隔を隔てて縦列に形成してある。装置本体４３の内部には、第１縮径部４３ａ及び第２縮径部４３ｂの間に連結子４４を摺動自在に格納すると共に第２縮径部４３ｂに弾性部材としてのコイルスプリング４５によって解放子４６を押し付けた状態で格納してある。装置本体４３の下部には、連結子４４でもってサンプラー本体２１の突起柱２４ｄを把持した状態からサンプラー本体２１の突起柱２４ｄを解放可能な状態に切替える把持解放切替え機構としての切替えネジ４７を螺装してある。
【００３６】
連結子４４は、装置本体４３の下端開口部から挿入したサンプラー本体２１の突起柱２４ｄを把持して着脱装置４１及びサンプラー本体２１を連結する部材で、装置本体４３の第１縮径部４３ａに対応した形状の第１下テーパー状部４４ａを有し、第１下テーパー状部４４ａに形成した複数個の窓孔４４ｂ，４４ｂ，…にそれぞれ鋼球からなる第１把持部材４４ｃ，４４ｃ，…を嵌め込んである。連結子４４の内径には、ピストンロッド２７ａ及び支持ロッド３１を挿通可能な小径孔４４ｄと、サンプラー本体２１の突起柱２４ｄを挿入可能な大径孔４４ｅとの境界に、サンプラー本体２１の突起柱２４ｄの上端部に係止する段差部４４ｆを形成してある。連結子４４の上部（小径孔４４ｄに対応する部分）は、解放子４６に挿入する挿入部４４ｇになっている。図４（ａ）は、連結子４４でもってサンプラー本体２１の突起柱２４ｄを把持する状態で、連結子４４の第１下テーパー状部４４ａの下側からサンプラー本体２１の突起柱２４ｄを挿入すると共に、装置本体４３を吊上げて第１縮径部４３ａを連結子４４の第１下テーパー状部４４ａに押し付けることで、連結子４４の第１下テーパー状部４４ａの内周側へ第１把持部材４４ｃ，４４ｃ，…を押し込んである。他方、図４（ｂ）は、連結子４４からサンプラー本体２１の突起柱２４ｄを解放する状態で、装置本体４３の内部で連結子４４を相対的に上昇させて、連結子４４の第１下テーパー状部４４ａを装置本体４３の第１縮径部４３ａから離間させてある。この状態では連結子４４の第１把持部材４４ｃ，４４ｃ，…が第１下テーパー状部４４ａの窓孔４４ｂ，４４ｂ，…から外方へ逃げてサンプラー本体２１の突起柱２４ｄを解放する。
【００３７】
解放子４６は、連結子４４による着脱装置４１とサンプラー本体２１との結合を解除する部材で、装置本体４３の第２縮径部４３ｂに対応した形状の第２下テーパー状部４６ａを有し、第２下テーパー状部４６ａに形成した複数個の窓孔４６ｂ，４６ｂ，…に鋼球からなる第２把持部材４６ｃ，４６ｃ，…を嵌め込んである。図４（ａ）は、コイルスプリング４５によって解放子４６の第２下テーパー状部４６ａを装置本体４３の第２縮径部４３ｂに押し付けた状態で、第２下テーパー状部４６ａの窓孔４６ｂ，４６ｂ，…に嵌め込んだ第２把持部材４６ｃ，４６ｃ，…を第２下テーパー状部４６ａの内周側へ突出させてある。この状態から、解放子４６の第２下テーパー状部４６ａに連結子４４の挿入部４４ｇを挿入すると、解放子４６は、第２把持部材４６ｃ，４６ｃ，…を連結子４４の挿入部４４ｇの先端に係止させ、コイルスプリング４５の弾力に抗して一旦上方へ持ち上げられる。解放子４６の第２下テーパー状部４６ａが装置本体４３の第２縮径部４３ｂから離間すると、解放子４６の第２把持部材４６ｃ，４６ｃ，…が第２下テーパー状部４６ａの窓孔４６ｂ，４６ｂ，…から外方へ逃げて、図４（ｂ）の如く、解放子４６がコイルスプリング４５の弾力によって装置本体４３の第２縮径部４３ｂに押し付けられると同時に解放子４６の奥まで連結子４４の挿入部４４ｇが入り込む。図４（ｂ）は、連結子４４による着脱装置４１とサンプラー本体２１との結合を解除した状態で、解放子４６でもって連結子４４の挿入部４４ｇを把持して連結子４４の第１下テーパー状部４４ａを装置本体４３の第１縮径部４３ａから離間させた状態を維持してある。
【００３８】
把持解放切替え機構である切替えネジ４７は、サンプラー本体２１の突起柱２４ｄが挿通可能な円筒状の雄ネジ部材で、装置本体４３の下部に螺装してある。図４（ａ）は、切替えネジ４７を緩めて装置本体４３から下方へ最大長さ突出させた状態で、サンプラー本体２１の突起柱２４ｄの装置本体４３への挿入長さが短くなっている。この状態では、サンプラー本体２１の突起柱２４ｄを装置本体４３に挿入しても、連結子４４はサンプラー本体２１の突起柱２４ｄの挿入前の位置にある。他方、図４（ｂ）は、切替えネジ４７を締め付けて装置本体４３の内部に格納した状態で、切替えネジ４７の突出長が短くなっている分だけ、サンプラー本体２１の突起柱２４ｄの装置本体４３への挿入長さが長くなっている。この状態では、サンプラー本体２１の突起柱２４ｄが連結子４４を装置本体４３の第１縮径部４３ａから第２縮径部４３ｂへ押し上げて、連結子４４の挿入部４４ｇが解放子４６によって把持される。着脱装置４１は、切替えネジ４７の突出長さにより装置本体４３に挿入可能なサンプラー本体２１の突起柱２４ｄの長さを変更して、解放子４６に連結子４４を把持させずにサンプラー本体２１及び着脱装置４１を連結する状態と、解放子４６で連結子４４を把持してサンプラー本体２１及び着脱装置４１が分離可能な状態とを切替えるようになっている。
【００３９】
次に、図５乃至図１２を参照しつつ本発明の土質試料サンプラーＳによる土質試料Ｍのサンプリング工程について説明する。
【００４０】
図５は、サンプラー本体２１をケーシングパイプ１１に嵌装するために、地上でサンプラー本体２１と着脱装置４１を連結する工程を示している。図５の如く、着脱装置４１の切替えネジ４７を緩めて装置本体４３から下方へ突出させた状態で、着脱装置４１を地上に載置したサンプラー本体２１の上方から降下させ、サンプラー本体２１の突起柱２４ｄを装置本体４３内に格納した連結子４４の大径孔４４ｅに挿入させる。図５の状態から前記巻上機によって着脱装置４１を上方へ吊上げると、着脱装置４１の連結子４４でサンプラー本体２１の突起柱２４ｄを把持して着脱装置４１と共にサンプラー本体２１が上昇する。即ち、サンプラー本体２１の突起柱２４ｄは、装置本体４３の第１縮径部４３ａによって連結子４４の内周側へ押し込まれた連結子４４の第１把持部材４４ｃ，４４ｃ，…で把持される。これによりサンプラー本体２１と着脱装置４１は連結される。
【００４１】
図６は、サンプラー本体２１に着脱装置４１を連結して吊上げると共に着脱装置４１からサンプラー本体２１を解放可能な状態にする工程を示している。着脱装置４１にサンプラー本体２１を連結した状態で、図６の如く、サンプラー本体２１を吊上げ、着脱装置４１の切替えネジ４７を締め付けて装置本体４３内に格納して切替えネジ４７の突出長さを短くする。これにより、サンプラー本体２１の突起柱２４ｄを着脱装置４１の装置本体４３の内部に挿入できる長さが長くなり、着脱装置４１からサンプラー本体２１を解放可能な状態になる。
【００４２】
図７は、サンプラー本体２１をケーシングパイプ１１の段差部１４に着座させる工程を示している。着脱装置４１でサンプラー本体２１を吊り下げた状態（図６参照）でケーシングパイプ１１内へ導入し、サンプラー本体２１の試料採取管２６をケーシングパイプ１１の段差部１４に着座させたのち、さらに前記巻上機からウィンチワイヤロープ４２を繰出すと、図７の如く、サンプラー本体２１の装着部２４及び着脱装置４１が降下する。サンプラー本体２１の装着部２４が降下すると、装着部２４の内部で相対的に上昇した摺動子２３の上テーパー状部２３ａによって、装着部２４の窓孔２４ａ，２４ａ，…から押し出された鋼球２４ｂ，２４ｂ，…がケーシングパイプ１１の嵌合溝１７に係入する。これによりサンプラー本体２１がケーシングパイプ１１に随伴して推進可能になる。
【００４３】
図８は、ケーシングパイプ１１に着座させたサンプラー本体２１から着脱装置４１を切離す工程を示している。サンプラー本体２１の装着部２４の降下が止まったのち、さらに前記巻上機からウィンチワイヤロープ４２を繰出すと、着脱装置４１は、図８の如く、連結子４４をサンプラー本体２１の突起柱２４ｄの上端部に担持させたままで、切替えネジ４７の下端部がサンプラー本体２１の装着部２４に着座するまで降下する。このとき、連結子４４の第１下テーパー状部４４ａが装置本体４３の第１縮径部４３ａから離間して、サンプラー本体２１の突起柱２４ｄを把持していた第１把持部材４４ｃ，４４ｃ，…が窓孔４４ｂ，４４ｂ，…から第１下テーパー状部４４ａの外方へ逃げるから、着脱装置４１とサンプラー本体２１の結合が解除される。一方、連結子４４の挿入部４４ｇは、装置本体４３に随伴して降下してきた解放子４６の内径に嵌入する。解放子４６は、内周側へ突出した第２把持部材４６ｃ，４６ｃ，…が連結子４４の挿入部４４ｇによって係止され、一旦降下を妨げられる。この間に装置本体４３が降下すると、解放子４６の第２下テーパー状部４６ａが装置本体４３の第２縮径部４３ｂから離間して、解放子４６の第２把持部材４６ｃ，４６ｃ，…が外方へ逃げる。これにより解放子４６は、連結子４４の挿入部４４ｇに係止されなくなってコイルスプリング４５によって装置本体４３の第２縮径部４３ｂに押し付けられ、第２把持部材４６ｃ，４６ｃ，…が再び内周側へ押し込まれて連結子４４の挿入部４４ｇを把持する。このように連結子４４が解放子４６に把持された状態で、前記巻上機によって着脱装置４１を引上げると、サンプラー本体２１の突起柱２４ｄが連結子４４によって把持されていないから、着脱装置４１がサンプラー本体２１から切離される。着脱装置４１は、サンプラー本体２１をケーシングパイプ１１の段差部１４に載置したまま地上に引上げられる。
【００４４】
図９及び図１０は、土質試料Ｍを採取する工程を示している。ケーシングパイプ１１内にサンプラー本体２１を残したまま着脱装置４１を空の状態で地上まで引上げたのち、図９の如く、支持ロッド３１を順次継足しながらケーシングパイプ１１内へ挿入して、その下端部に設けた雄側ベアリング継手３１ａをサンプラー本体２１のピストンロッド２７ａの上端部に設けた雌側ベアリング継手２７ｂに螺合すると共に、支持ロッド３１の上端部を地上のボーリング櫓６３（図１５参照）に回転不能に固定する。この状態で、ケーシングパイプ１１と支持ロッド３１との間の環状隙間１８に掘削泥水を流し込みつつケーシングパイプ１１を回転推進させる。掘削泥水は、ケーシングパイプ１１の下端部に設けたメタルクラウン１２の吐水口１６，１６，…から吐出される。サンプラー本体２１は、ピストン２７をピストンロッド２７ａ及び支持ロッド３１によって所定深度に停留させたままケーシングパイプ１１に随伴して推進し、図１０の如く、ケーシングパイプ１１によって円柱状に削り取られた地層が土質試料Ｍとして試料採取管２６の内部に圧入していく。このとき、サンプラー本体２１の装着部２４は、ケーシングパイプ１１の嵌合溝１７に鋼球２４ｂ，２４ｂ，…を係入させているので、ケーシングパイプ１１と共に回転推進するが、サンプラー本体２１の試料採取管２６は、ロッドケース２８にピストンロッド２７ａを係合してあるから、ケーシングパイプ１１と共回りせずに非回転で推進する。これにより土質試料Ｍは、不撹乱状態でサンプラー本体２１の試料採取管２６内に収納される。
【００４５】
図１１は、土質試料Ｍを充填したサンプラー本体２１を回収するために、ケーシングパイプ１１内でサンプラー本体２１及び着脱装置４１を結合させる工程を示している。地上で着脱装置４１の切替えネジ４７を緩めて装置本体４３の下方へ最大長さ突出させたのち、着脱装置４１を空の状態でケーシングパイプ１１内へ導入し、図１１の如く、着脱装置４１の装置本体４３にサンプラー本体２１の突起柱２４ｄを挿入させる。着脱装置４１の切替えネジ４７が突出している分だけ、着脱装置４１の装置本体４３へのサンプラー本体２１の突起柱２４ｄの挿入可能な長さが短くなっているから、サンプラー本体２１の突起柱２４ｄを限界まで装置本体４３に挿入しても、サンプラー本体２１の突起柱２４ｄで担持された連結子４４が解放子４６に把持されることはない。この状態から前記巻上機によって着脱装置４１を引上げると、連結子４４をサンプラー本体２１の突起柱２４ｄに担持させたままで装置本体４３が上昇するから、装置本体４３の第１縮径部４３ａによって連結子４４の内周側へ第１把持部材４４ｃ，４４ｃ，…が押し込まれ、連結子４４によってサンプラー本体２１の突起柱２４ｄが把持される。これによりサンプラー本体２１及び着脱装置４１が結合する。
【００４６】
図１２は、土質試料Ｍを充填したサンプラー本体２１を地上に引上げるために、ケーシングパイプ１１及びサンプラー本体２１の結合を解除する工程を示している。着脱装置４１の連結子４４に把持された突起柱２４ｄを介してサンプラー本体２１の装着部２４を上方へ引き上げると、装着部２４の内部では、摺動子２３の上テーパー状部２３ａが相対的に下方へ下がるから、ケーシングパイプ１１の嵌合溝１７に係入していた鋼球２４ｂ，２４ｂ，…が装着部２４の窓孔２４ａ，２４ａ，…内へ引込み、ケーシングパイプ１１及びサンプラー本体２１の結合が解除される。土質試料Ｍを収納したサンプラー本体２１を着脱装置４１と共にケーシングパイプ１１から引上げて土質試料Ｍを回収する。
【００４７】
サンプラー本体２１を地上まで引上げて土質試料Ｍを回収したのち、さらに土質試料Ｍのサンプリング作業を続行する場合は、図５乃至図１２に示した工程を繰り返す。サンプラー本体２１をケーシングパイプ１１から脱着してから再度サンプラー本体２１をケーシングパイプ１１に着座するまでの間、ボーリング孔５１（図１５参照）の土質試料Ｍを採取した部分は、ケーシングパイプ１１によって保護されている。この間に、ボーリング孔５１の内壁が崩落してボーリング孔５１の底部に砂礫が堆積することはないから、複数回に渡ってサンプリング作業を行なっても各サンプリング作業で採取した土質試料Ｍで連続的な地層を構成することができる。
【００４８】
以上、本発明の一実施形態につき説明したが、本発明は前記実施形態に限定されることなく種々の変形が可能であって、例えば、本発明の土質試料サンプラーＳは、不撹乱試料の採取のみならず、ボーリング孔５１の掘削や撹乱試料の採取にも使用可能である。ボーリング孔５１の掘削又は撹乱試料の採取のみを目的とする場合には、サンプラー本体２１の試料採取管２６をケーシングパイプ１１と共回りさせるようにしても構わない。具体的には、試料採取管２６の共回りを防止するための構成要素、即ちベアリング装置２５やピストンロッド２７ａとロッドケース２８との係合構造がなくても、ボーリング孔５１の掘削や撹乱試料の採取に使用できる。
【００４９】
また、上記実施形態では、装着部２４の鋼球２４ｂ，２４ｂ，…をケーシングパイプ１１の嵌合溝１７に係入させてケーシングパイプ１１及びサンプラー本体２１を結合させたが、これをサンプラー本体２１の突起柱２４ｄ及び着脱装置４１の連結子４４の結合や、着脱装置４１の連結子４４及び解放子４６の結合に適用しても構わない。具体的には、図１３及び図１４の如く、サンプラー本体２１の突起柱２４ｄや連結子４４の挿入部４４ｇの外周面に嵌合溝２４ｆ，４４ｈを形成し、この嵌合溝２４ｆ，４４ｈに連結子４４の第１把持部材４４ｃ，４４ｃ，…や解放子４６の第２把持部材４６ｃ，４６ｃ，…を係入させてサンプラー本体２１の突起柱２４ｄ及び着脱装置４１の連結子４４や、着脱装置４１の連結子４４及び解放子４６を結合させる。
【００５０】
【発明の効果】
本発明は前述の如く、ケーシングパイプと共にサンプラー本体を推進させて、円筒状に切取った地層を土質試料としてサンプラー本体の試料採取管に圧入したのち、着脱装置をケーシングパイプ内に降下させてサンプラー本体に連結し、ケーシングパイプをボーリング孔に残したままで、着脱装置と共にサンプラー本体を引上げるように構成したから、サンプラー本体を引上げている間に、ボーリング孔の土質試料を採取した部分が裸孔になることがなく、ボーリング孔の内壁が崩落してボーリング孔の底部に砂礫が堆積することを防止できる。したがって、土質試料のサンプリング作業の合間に前記コアチューブをボーリング孔に挿入してボーリング孔の底部に堆積した砂礫を取り除く手間を省くことができ、サンプリング作業の能率を向上させることができる。
【００５１】
また、採取した土質試料を回収するためにサンプラー本体を引上げてから次回のサンプリング作業を行なうためにケーシングパイプの下端段差部にサンプラー本体を戻すまでの間、ボーリング孔の底部がケーシングパイプによってサンプラー本体を引上げる前の状態、即ち前回のサンプリング作業を終了したときの状態で維持されているから、前回のサンプリング作業で採取した土質試料と連続した土質試料を採取することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る土質試料サンプラーの縦断面図である。
【図２】サンプラー本体の縦断面図である。
【図３】支持ロッドとピストンロッドの接続構造を示す縦断面図である。
【図４】着脱装置の縦断面図である。
【図５】サンプラー本体をケーシングパイプに嵌装する際に、サンプラー本体と着脱装置を連結する工程を示す縦断面図である。
【図６】サンプラー本体をケーシングパイプに嵌装する際に、サンプラー本体と着脱装置を連結した状態を示す縦断面図である。
【図７】サンプラー本体をケーシングパイプに嵌装した状態を示す縦断面図である。
【図８】ケーシングパイプに嵌装したサンプラー本体から着脱装置を切離し可能にした状態を示す縦断面図である。
【図９】ケーシングパイプに嵌装したサンプラー本体から着脱装置を切離し、かつ、サンプラー本体のピストンロッドに支持ロッドを接続した状態を示す縦断面図である。
【図１０】ケーシングパイプに随伴してサンプラー本体を推進させ、サンプラー本体の試料採取管の内部に土質試料を圧入した状態を示す縦断面図である。
【図１１】土質試料を試料採取管に収納したサンプラー本体に着脱装置を連結した状態を示す縦断面図である。
【図１２】サンプラー本体をケーシングパイプから脱着した状態を示す縦断面図である。
【図１３】本発明の土質試料サンプラーの変形例を示す縦断面図で、サンプラー本体の突起柱に連結子の第１把持部材の嵌合溝を設けたものである。
【図１４】本発明の土質試料サンプラーの変形例を示す縦断面図で、連結子に解放子の第２把持部材の嵌合溝を設けたものである。
【図１５】従来の土質試料サンプラーによる土質試料のサンプリング作業を示す模式図である。
【図１６】従来の土質試料サンプラーのサンプラー本体を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１１ ケーシングパイプ
１３ 掘削刃
１４ 段差部
１７ 嵌合溝
２１ サンプラー本体
２２ サンプラーヘッド
２３ 摺動子
２３ａ 上テーパー状部
２４ 装着部
２４ａ，２４ａ，… 窓孔
２４ｂ，２４ｂ，… 鋼球
２４ｃ コイルスプリング
２４ｄ 突起柱
２５ ベアリング装置
２６ 試料採取管
２７ ピストン
２７ａ ピストンロッド
２７ｂ ベアリング継手
２８ ロッドケース
２８ａ 係合孔
３１ 支持ロッド
３１ａ ベアリング継手
４１ 着脱装置
４２ ウィンチワイヤロープ
４３ 装置本体
４３ａ 第１縮径部
４３ｂ 第２縮径部
４４ 連結子
４４ａ 第１下テーパー状部
４４ｂ，４４ｂ，… 窓孔
４４ｃ，４４ｃ，… 第１把持部材
４４ｈ 嵌合溝
４５ 弾性部材
４６ 解放子
４６ａ 第２下テーパー状部
４６ｂ，４６ｂ，… 窓孔
４６ｃ，４６ｃ，… 第２把持部材
４７ 切替えネジ
Ｍ 土質試料
Ｓ 土質試料サンプラー
Claims (10)
- 地上のボーリング機械によって回転推進可能に支持され、先端部に地層を円筒状に削り取る掘削刃を有し、かつ、順次継足し可能に構成したケーシングパイプと、前記ケーシングパイプの下端内周部に形成した段差部に載置すると共にケーシングパイプに随伴して推進することで円筒状に削り取った地層を土質試料として収納する試料採取管を有し、かつ、前記試料採取管の内部にピストンを密嵌したサンプラー本体と、前記サンプラー本体のピストンのピストンロッドに脱着可能に接続すると共に上端部を地上のボーリング櫓に固定支持され、順次継足し可能に構成した支持ロッドと、前記サンプラー本体の上部に着脱自在に構成すると共に索状部材を介して巻上機に接続され、空のサンプラー本体を把持した状態でケーシングパイプ内を降下してケーシングパイプの段差部に着座させたのち切離して空の状態で引上げ、かつ、空の状態でケーシングパイプ内を降下して土質試料を充填したサンプラー本体を把持し、土質試料を充填したサンプラー本体を引上げるサンプラー本体の着脱装置とを備えたことを特徴とするケーシングパイプ式土質試料サンプラー。
- 前記サンプラー本体は、前記試料採取管の上部をサンプラーヘッドに装着すると共に、前記サンプラーヘッドの上部に前記ケーシングパイプの内壁面に穿設した嵌合溝に嵌入させる係止部材を出し入れ可能に構成した装着部を装着し、前記サンプラー本体の試料採取管をケーシングパイプの段差部に載置させた際に前記装着部の窓孔から突出した係止部材をケーシングパイプの嵌合溝に嵌入させることでケーシングパイプの推進動に随伴して推進し、かつ、前記サンプラー本体の装着部に上方への引張力を負荷することにより前記係止部材をケーシングパイプの嵌合溝から引込めてサンプラー本体とケーシングパイプとの結合を解除するようにしたことを特徴とする請求項１に記載のケーシングパイプ式土質試料サンプラー。
- 前記サンプラー本体の装着部が、前記サンプラーヘッドの上部に設けた摺動子の上テーパー状部を含む先端部分を格納すると共に前記係止部材を窓孔に嵌装し、かつ、前記装着部の下端開口縁と摺動子の上テーパー状部との間に弾性部材を介装してなることを特徴とする請求項２に記載のケーシングパイプ式土質試料サンプラー。
- 前記サンプラー本体は、前記サンプラーヘッドを前記試料採取管の上部にベアリング装置を介して回転自在に装着し、かつ、前記ピストンロッドの横断面形状を非円形状に形成すると共にピストンロッドの横断面形状に対応した形状の係合孔を有するロッドケースを前記試料採取管と一体になる如く固着し、前記ピストンロッドを前記ボーリング櫓に回転不能に固定した支持ロッドに接続したことを特徴とする請求項２又は３に記載のケーシングパイプ式土質試料サンプラー。
- 前記支持ロッドは、空のサンプラー本体をケーシングパイプの段差部に嵌装してからピストンロッドに接続され、かつ、土質試料を充填したサンプラー本体をケーシングパイプから回収する前にピストンロッドから切離して引上げられることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のケーシングパイプ式土質試料サンプラー。
- 前記支持ロッドと前記ピストンロッドをベアリング継手によって接続したことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のケーシングパイプ式土質試料サンプラー。
- 前記着脱装置が、前記サンプラー本体の上部に突設した突起柱に嵌装可能に構成した装置本体と、前記装置本体の内部に格納され、前記装置本体の下端開口部から挿入したサンプラー本体の突起柱を把持して着脱装置及びサンプラー本体を連結する連結子と、前記連結子による着脱装置及びサンプラー本体の連結を解除する解放子と、前記連結子でもってサンプラー本体の突起柱を把持した状態からサンプラー本体の突起柱を解放可能な状態に切替える把持解放切替え機構とを備えたことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のケーシングパイプ式土質試料サンプラー。
- 前記連結子は、前記装置本体の内径に下方へ向かってテーパー状に縮径させた第１縮径部に対応した形状の第１下テーパー状部を有し、前記第１下テーパー状部の窓孔に嵌め込んだ第１把持部材を装置本体の第１縮径部によって第１下テーパー状部の内周側へ押し込むことで第１下テーパー状部の下側から挿入したサンプラー本体の突起柱を把持し、かつ、前記第１下テーパー状部を装置本体の第１縮径部から離間させることでサンプラー本体の突起柱を開放することを特徴とする請求項７に記載のケーシングパイプ式土質試料サンプラー。
- 前記解放子は、前記装置本体の内部に、前記第１縮径部の上方に所定間隔を隔てて形成した第２縮径部に弾性部材によって押し付けられた状態で格納され、前記第２縮径部に対応した形状の第２下テーパー状部の窓孔に嵌め込んだ第２把持部材を第２縮径部によって第２下テーパー状部の内周側へ押し込むことで第２下テーパー状部の下側から挿入した連結子を把持して装置本体の第１縮径部から離間させた状態を維持することを特徴とする請求項８に記載のケーシングパイプ式土質試料サンプラー。
- 前記把持解放切替え機構は、前記装置本体の下端開口部に螺装した切替えネジからなり、前記切替えネジの突出長さを変更することによって前記装置本体に挿入可能なサンプラー本体の突起柱の長さを調節し、前記解放子で連結子を把持する状態と、把持できない状態とを切替えることを特徴とする請求項９に記載のケーシングパイプ式土質試料サンプラー。
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