JP2008231730A - ケーシングボーリング装置及びケーシングボーリング工法 - Google Patents

Abstract

【課題】地盤に貫入したケーシングを容易に揚収することができるケーシングボーリング装置を提供する。
【解決手段】下端が尖った筒状のケーシング１と、ケーシング１に荷重を下方に付与する荷重付与手段２と、ケーシング１の下端付近の地盤Ｇを排除する除荷手段３と、地盤Ｇに貫入したケーシング１を上方へ引き抜く揚収手段４を備えたケーシングボーリング装置において、ケーシング１の外径側に潤滑剤１８を介して可撓性の外筒体１２を配設した。
【選択図】図２

Description

本発明は、地盤の調査・観察のために行うケーシングボーリング装置、及びケーシングボーリング工法に関する。

一般に、地質ボーリング調査は、海浜付近や山間地等の交通に不便な箇所が多く、ロータリーボーリング装置等の重量機器を使用する場合は、その装置の運搬に多大な労力とコストを要している。

このため、下記の特許文献１に示すような軽量であって運搬し易いケーシングボーリング装置が提案されている。図１は本発明の実施形態を示すものであるが、同図を便宜的に援用して特許文献１のボーリング装置について説明する。このボーリング装置は、図１に示すように、筒状のケーシング１と、ケーシング１に対し下方に静的な荷重を付与してケーシング１を地盤Ｇに貫入させる荷重付与手段２と、地盤Ｇに貫入したケーシング１の下端付近の土砂を吸引する吸引管３０を主要な構成要素としている。

図８はケーシング１の下端部の拡大図であり、同図に示すように、ケーシング１の下端は尖っており、詳しくは、ケーシング１の下端内周面１ａが先端に向かうにつれて外径側に傾斜している。荷重付与手段２にてケーシング１に下方へ貫入力Ｐｖ（等分布荷重）を付与すると、ケーシング１の下端内側の地盤に作用する直力Ｐｉと、ケーシング１の下端外側の地盤に作用する直力Ｐｏ、及び剪断力Ｆｖに分力する。ケーシング１の外側地盤には、直力Ｐｏと剪断力Ｆｖが作用し、この直力Ｐｏに対してはケーシング１の剛性で安定する。ケーシング１の内側地盤には、直力Ｐｉと剪断力Ｆｖが作用し、地盤にはそれに抵抗する円形状すべり面が生じて、ある貫入力の時に安定する。

図８のようにケーシング１が初期貫入で安定している状態において、内側地盤の反力となっている土砂の上部を吸引管３０で吸引排除（除荷）することにより、その取り除いた土砂重量相当分と貫入量減少による剪断力減少分だけケーシング１が再貫入する。図９は再貫入の様子を示し、ケーシング１は深さＨｘだけ再貫入して安定する。このケーシングボーリング装置は、この作用を利用してケーシング１の下端の内側の土砂を吸引除去することを繰り返して、地盤内にケーシング１を徐々に貫入させていくものである。
特開２００６−２５７６５７号公報

上述のようにケーシングを地盤中に貫入させ、地盤調査を行った後、ケーシングを揚収しなければならないが、一旦貫入したケーシングは容易に引き上げることはできない。特に、地山崩壊が起こってケーシングに剪断力が作用した場合は、ケーシングを引き上げるのに多大な力とそのための補助工具が必要となる。

そこで、本発明は斯かる実情に鑑み、地盤に貫入したケーシングを容易に揚収することができるケーシングボーリング装置及びケーシングボーリング工法を提供しようとするものである。

請求項１の発明は、下端が尖った筒状のケーシングと、当該ケーシングに対して荷重を下方に付与する荷重付与手段と、前記ケーシングの下端付近の地盤を排除する除荷手段と、地盤に貫入した前記ケーシングを上方へ引き抜く揚収手段を備えたケーシングボーリング装置において、前記ケーシングの外径側に潤滑剤を介して可撓性の外筒体を配設したケーシングボーリング装置である。

地盤に貫入したケーシングと外筒体の揚収作業を行う場合、ケーシングに対し引抜き力を上方に付与すると、ケーシングと外筒体の間に潤滑剤を介在してあることにより、ケーシングは外筒体の内面をスムーズに摺動して、地上へと引き上げられる。一方、ケーシングの引上げの際、外筒体は地盤との摩擦が大きく、掘削孔内に残る。しかし、ケーシングを抜き出した後の外筒体は、内径側に変形可能となるので、地盤との摩擦の影響を受けることなく簡単に掘削孔から引き上げて回収することができる。

請求項２の発明は、請求項１に記載のケーシングボーリング装置において、前記外筒体を、軟質樹脂製の筒状薄膜と、当該筒状薄膜の内周面に周方向等間隔に複数配設した硬質樹脂製の薄板部材から構成したものである。

複数の薄板部材を等間隔に配設したことにより、外筒体の強度を向上させることができると共に、優れた可撓性を維持することができる。薄板部材をケーシングの外周面に接触させることにより、外筒体はケーシングの外周面全面に接触しない。すなわち、外筒体とケーシングの外周面との接触面積を少なくして、外筒体からケーシングを引き抜くときの摩擦を低減することができる。

請求項３の発明は、請求項１又は２に記載のケーシングボーリング装置において、前記外筒体の下端を内径側に折り曲げて前記ケーシングの下端に係合したものである。

外筒体の下端を内径側に折り曲げた部分が、ケーシングの下端に係合しているので、掘進（貫入）時に、外筒体はケーシングに対し上方への移動が規制され、ケーシングと一緒に地盤に貫入される。また、このような構造にすることで、掘進時にケーシングと外筒体の間に砂等が侵入しにくくなる。これにより、潤滑剤の減摩効果を良好に維持することができ、ケーシングを外筒体から容易に引き抜くことができる。

請求項４の発明は、請求項１から３のいずれか１項に記載のケーシングボーリング装置において、前記ケーシングの外周面と前記外筒体の内周面のうち少なくとも一方に、前記潤滑剤を潤滑剤内部に気泡が生じないように塗布したものである。

潤滑剤の中に多数の気泡が存在すると、ケーシングを外筒体から引き抜くときに、気泡が引き延ばされ変形することによるバキューム作用が起こると考えられる。このバキューム作用が強い抵抗となり、スムーズに引き抜くことができない。そのため、潤滑剤の内部に気泡が生じないようにすることで、潤滑剤による減摩効果を充分発揮させることができる。

請求項５の発明は、請求項３に記載のケーシングボーリング装置において、前記外筒体の下端を内径側に折り曲げた部分に、キャップ部材を被せたものである。

このキャップ部材があることで、掘進の際に外筒体の下端の折り曲げた部分が地盤に直接接触するのを避けることができる。これにより、外筒体の折曲げ部の損耗を抑制することができる。

請求項６の発明は、請求項１に記載のケーシングボーリング装置において、前記外筒体を前記ケーシングの外径側に複数重ねて配設し、ケーシングと外筒体の間、及び外筒体相互間にそれぞれ潤滑剤を介在させたものである。

潤滑剤による減摩効果を向上することができ、ケーシングを外筒体から一層スムーズに引き抜くことができる。

請求項７の発明は、下端が尖った筒状のケーシングの外周面と、可撓性の外筒体の内周面のうち少なくとも一方に、潤滑剤を塗布すると共に、前記外筒体内にケーシングを挿入する工程と、前記ケーシングに対して荷重を下方に付与すると共に、ケーシングの下端付近の地盤を排除して、ケーシングと外筒体を一緒に地盤に貫入させる工程と、地盤に貫入した前記ケーシングに対して引抜き力を上方に付与して、ケーシングを前記外筒体に対し摺動させて引き抜く工程と、前記外筒体を掘削孔内から回収する工程を有するケーシングボーリング工法である。

ケーシングと外筒体の間に潤滑剤を介在してあることにより、ケーシングを外筒体からスムーズに引き抜くことができる。また、ケーシングを抜き出した後の外筒体は、内径側に変形可能となるので、地盤との摩擦を受けることなく簡単に掘削孔から引き上げて回収することができる。

本発明のケーシングボーリング装置及びケーシングボーリング工法によれば、地盤へ貫入したケーシングを、従来よりも小さな力で容易に引き上げて回収することができる。従って、大掛かりなケーシング揚収装置をボーリングの現場に持ち込む必要がなく、作業コストの削減と作業安全性の向上を図れる。

以下、本発明の実施の形態を添付の図面を参照して説明する。
本発明に係るケーシングボーリング装置は、砂質地盤や軟弱粘土性地盤などの自立性の弱い地盤の比較的浅い（深さ１０ｍ程度まで）ボーリング調査・観察に適用されるものである。図１に示すように、ケーシングボーリング装置Ａは、円筒状ケーシング１と、ケーシング１を地盤Ｇに静的貫入させるための荷重付与手段２と除荷手段３、ケーシング１を引き上げるための揚収手段４備える。ケーシング１の素材としては、例えば透明アクリル樹脂等である。

ケーシング１の上端には、延伸枠５が連結されており、延伸枠５は地盤Ｇへのボーリングの深さに応じて必要本数がケーシング１上に同軸に連結される。最上段の延伸枠５の上端には、荷重伝達枠２０が連結され、この荷重伝達枠２０の上に、荷重付与手段２として、例えば錘板からなるウェイト２１が載置してある。

地盤Ｇ上に脚立式の支持枠６が設置され、支持枠６の上端部に設けた滑車７に懸架したワイヤ８の一端に、吊り輪９を介して吊りロッド１０が連結されている。支持枠６の上下中間位置に横架した軸保持枠１１を吊りロッド１０が貫通することで、吊りロッド１０の振れが防止される。この吊りロッド１０の下端部に荷重伝達枠２０を連結して、延伸枠５とケーシング１を鉛直に吊下支持する。また、ワイヤ８の他端には、吊り輪４１を介して、揚収手段４としてのウェイト４０（錘板）が連結されている。

図１に示す除荷手段３は、地盤Ｇ上に設置した吸引力制御装置兼土水貯留装置３１から延びる吸引管３０を備える。吸引制御装置兼土水貯留装置３１は、外部の真空吸引手段３２に連接された土水貯留タンク構造で、吸引管３０から吸引された土砂、地下水を貯留する。なお、除荷手段３は、吸引管３０を用いた吸引掘削以外に、オーガー掘削又はバケット掘削などの他の手段であってもよい。

図２は図１の要部を模式的に表した図であり、図２に示すように、ケーシング１の下端内周面１ａは先端に向かうにつれて外径側に傾斜して、先端が周方向に連続して尖っている。ケーシング１の外径側には、可撓性の外筒体１２が配設され、この外筒体１２は、外径側の筒状薄膜１３と内径側の薄板部材１４から構成されている。

筒状薄膜１３は、塩化ビニルや軟質アクリル等の軟質樹脂製の薄い膜を筒状に形成した部材であり、薄板部材１４は、アクリル等の硬質樹脂製の帯板状の部材である。図３に示すように、この筒状薄膜１３の内周面に、軸方向に延びる薄板部材１４が周方向に複数配設され、筒状薄膜１３と薄板部材１４は接着され一体となっている。

図４（ａ）（ｂ）の横断面図に示すように、各薄板部材１４は筒状薄膜１３の周方向に等間隔に配置され、各薄板部材１４相互間に隙間Ｓがあることにより、外筒体１２は変形し易く優れた可撓性を有する。また、薄板部材１４が平板状であるため、薄板部材１４の内面１４ａとケーシング１の外周面１ｂとの接触は、線接触ないし細長い面接触となり、接触面積は少なくなっている。

また、ケーシング１に対して外筒体１２が上方へ移動するのを規制する係止部１５を設けている。具体的には、外筒体１２の下端を内径側に折り曲げて係止部１５を形成する。この実施形態では、外筒体１２の下端の折曲げ部１６の先端から上方に延伸した内筒部１７を形成して（図２又は図４参照）、係止力を向上させている。

図２に示すように、ケーシング１の外周面１ｂと、外筒体１２の薄板部材１４の内面１４ａとの間には、潤滑剤１８を介在させている。潤滑剤１８としては、例えばグリースやワセリン等を適用することができるが、これ以外のものであってもよい。ケーシング１と外筒体１２の間に介在する潤滑剤１８は、その内部に気泡が混入しないように非常に薄く延ばされている。なお、図４（ａ）（ｂ）では、潤滑剤１８は図示省略している。

以下、このケーシングボーリング装置を使用したボーリング工法について説明する。
まず、ケーシング１の外周面１ｂと外筒体１２の内周面（薄板部材１４の内面１４ａ）のうち、少なくとも一方に潤滑剤１８を塗布する。このとき、潤滑剤１８の内部に気泡が入らないように注意深く塗布する。例えば、潤滑剤１８を布等にしみこませて、ケーシング１の外周面１ｂに薄く延ばしながら塗布するとよい。そして、ケーシング１を外筒体１２内に挿入し、ケーシング１の下端を係止部１５に当接させて組み合わせる。

外筒体１２と組み合わされたケーシング１を、地盤Ｇ上に立設し、荷重付与手段２にてケーシング１に対し下方へ荷重を付与する。次いで、ケーシング１の下端付近の地盤Ｇ（土砂）を吸引管３０にて吸引除去すると、図８及び図９で説明した作用により、ケーシング１は地盤Ｇ内へ徐々に貫入していく。このとき、外筒体１２は係止部１５にてケーシング１に対し上方への移動を規制されているので、ケーシング１と一緒に地盤Ｇ内へ貫入される。

所定の深さまでケーシング１と外筒体１２を貫入し、地盤調査・観察を終えると、地盤Ｇからケーシング１と外筒体１２を引き上げる揚収作業を行う。揚収手段４としてのウェイト４０の重量を増やすなどして、ケーシング１に対し引抜き力を上方に付与する。ケーシング１と外筒体１２の間に潤滑剤１８を介在してあることにより、図５に示すようにケーシング１は外筒体１２の内面をスムーズに摺動して、地上へと引き上げられる。一方、ケーシング１の引上げの際、外筒体１２は地盤Ｇとの摩擦が大きく、掘削孔内に残る。しかし、ケーシング１を抜き出した後の外筒体１２は、内径側に変形可能となるので、地盤Ｇとの摩擦の影響を受けることなく簡単に掘削孔から引き上げて回収することができる。なお、外筒体１２の引上げ作業は、作業者の手で行うか、あるいは工具を使って行ってもよい。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の変更を加え得ることは勿論である。例えば、図６に示すように、外筒体１２の折曲げ部１６（係止部１５）に、金属製の環状キャップ部材１９を被せてもよい。このキャップ部材１９があることで、掘進の際に外筒体１２の折曲げ部１６が地盤Ｇに直接接触するのを避けることができる。これにより、折曲げ部１６の損耗を抑制することができる。

また、図７に示すように、ケーシング１の外径側に外筒体１２を二重に配設してもよい。この場合、ケーシング１と外筒体１２の間、及び外筒体１２相互間に、潤滑剤１８を介在する。例えば、図２に示すように外筒体１２を一重配設した場合の潤滑剤１８の減摩効果が１／α（潤滑剤を介在しない場合のケーシングの引き抜きに要する力、に対する潤滑剤を介在した場合のケーシングの引き抜きに要する力）である場合、図７に示す二重の外筒体１２の減摩効果は１／α×１／α＝１／α²となる。なお、ケーシング１の外径側に外筒体１２を三重以上配設してもよく、このように外筒体１２を複数重ねて設けることにより、減摩効果を累進的に向上させることが可能となる。

また、図２において、内筒部１７の上端を、掘削孔内の地下水面Ｂよりも上方あるようにしておけば、掘進時に砂や泥水等がケーシング１と外筒体１２との間や潤滑剤１８内に入り込むことを防止することができ、潤滑剤１８の減摩効果を良好に維持することができる。

また、外筒体１２をケーシング１に対して上方に移動するのを規制する係止部１５を、ケーシング１の上端に形成した外鍔部１ｃとし（図２参照）、外筒体１２の上端がその外鍔部１ｃに当接することで外筒体１２の上方への移動を規制してもよい。

外筒体１２を構成する筒状薄膜１３の素材や厚さ、薄板部材１４の素材・厚さ・幅寸法、あるいは薄板部材１４の配設数や薄板部材１４相互の間隔寸法などを、適宜変更することで、外筒体１２の可撓性や強度、ケーシング１の引き抜きに要する力を調整することが可能である。

本発明に係るケーシングボーリング装置の実施の一形態を示す全体構成図である。 図１の装置における地盤ボーリング時の要部を模式的に示した要部縦断面図である。 外筒体の縦断面図である。 （ａ）は図１の装置の要部横断面図であって、（ｂ）は（ａ）の拡大図である。 図１の装置における揚収時の要部を模式的に示した要部縦断面図である。 本発明の他の実施形態を示す要部縦断面図である。 本発明の別の実施形態を示す要部縦断面図である。 図１の装置におけるケーシングの初期貫入安定時の力学図である。 図１の装置におけるケーシングの貫入進行（掘進）時の力学図である。

符号の説明

１ ケーシング
２ 荷重付与手段
３ 除荷手段
４ 揚収手段
１２ 外筒体
１３ 筒状薄膜
１４ 薄板部材
１５ 係止部
１８ 潤滑剤
１９ キャップ部材
Ａ ケーシングボーリング装置
Ｇ 地盤

Claims (7)

1. 下端が尖った筒状のケーシングと、当該ケーシングに対して荷重を下方に付与する荷重付与手段と、前記ケーシングの下端付近の地盤を排除する除荷手段と、地盤に貫入した前記ケーシングを上方へ引き抜く揚収手段を備えたケーシングボーリング装置において、
   前記ケーシングの外径側に潤滑剤を介して可撓性の外筒体を配設したことを特徴とするケーシングボーリング装置。
2. 前記外筒体を、軟質樹脂製の筒状薄膜と、当該筒状薄膜の内周面に周方向等間隔に複数配設した硬質樹脂製の薄板部材から構成したことを特徴とする請求項１に記載のケーシングボーリング装置。
3. 前記外筒体の下端を内径側に折り曲げて前記ケーシングの下端に係合したことを特徴とする請求項１又は２に記載のケーシングボーリング装置。
4. 前記ケーシングの外周面と前記外筒体の内周面のうち少なくとも一方に、前記潤滑剤を潤滑剤内部に気泡が生じないように塗布したことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のケーシングボーリング装置。
5. 前記外筒体の下端を内径側に折り曲げた部分に、キャップ部材を被せたことを特徴とする請求項３に記載のケーシングボーリング装置。
6. 前記外筒体を前記ケーシングの外径側に複数重ねて配設し、ケーシングと外筒体の間、及び外筒体相互間にそれぞれ潤滑剤を介在させたことを特徴とする請求項１に記載のケーシングボーリング装置。
7. 下端が尖った筒状のケーシングの外周面と、可撓性の外筒体の内周面のうち少なくとも一方に、潤滑剤を塗布すると共に、前記外筒体内にケーシングを挿入する工程と、
   前記ケーシングに対して荷重を下方に付与すると共に、ケーシングの下端付近の地盤を排除して、ケーシングと外筒体を一緒に地盤に貫入させる工程と、
   地盤に貫入した前記ケーシングに対して引抜き力を上方に付与して、ケーシングを前記外筒体に対し摺動させて引き抜く工程と、
   前記外筒体を掘削孔内から回収する工程を有することを特徴とするケーシングボーリング工法。

Images