JP2015081424A

JP2015081424A - 未固結試料の採取装置及び方法

Info

Publication number: JP2015081424A
Application number: JP2013218850A
Authority: JP
Inventors: 和知　康晴; Yasuharu Wachi; 康晴和知; 敏己須藤; Toshimi Sudo
Original assignee: Obayashi Corp
Current assignee: Obayashi Corp
Priority date: 2013-10-22
Filing date: 2013-10-22
Publication date: 2015-04-27
Anticipated expiration: 2033-10-22
Also published as: JP6318539B2

Abstract

【課題】施工中の地盤改良体から未固結試料を採取する作業を容易化すると共に、採取装置の構成を単純化する。【解決手段】回転ロッドに接続され、底部に未固結試料を取り込む開口１２４Ｂが設けられたケーシング１１２と、ケーシング１１２の底部に回転ロッドの軸線の周りに回転可能に設けられ、開口１２４Ｂを開閉する中蓋１２６と、中蓋１２６に対して一体で回転可能に接続され、地盤改良体内で回転ロッドによるケーシング１１２の回転に対して抵抗となる羽根１２８と、中蓋１２６のケーシング１１２に対する一方向への相対回転を、中蓋１２６が開口１２４Ｂが開放される位置で止め、回転ロッドによりケーシング１１２が中蓋１２６に対して他の回転方向に相対回転された場合に中蓋１２６を開口１２４Ｂが閉塞される位置で止めるストッパー１２４Ｃとを備える。【選択図】図９

Description

本発明は、施工中の地盤改良体から未固結試料を採取する採取装置及び方法に関する。

施工中の杭から未固結試料を採取してその発現強度を強度試験により確認すること、及び、施工中の杭に挿入されて未固結試料を採取する装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載の未固結試料の採取装置では、円筒形状のケーシングの側部に未固結試料を取り込む取込口が設けられ、ケーシング内に上下２室に隔てる連通孔の仕切板が設けられており、この仕切板の上下に連通孔を開閉する栓が昇降可能に設けられている。ここで、上下の栓は操作ロッドに接続されており、操作ロッドによる微調整により、下側の室、即ち採取タンクがケーシング外に対して開放されたり閉塞されたりする。

特開２０１２−２３７１９２号公報

特許文献１に記載の採取装置では、採取タンクをケーシング外に対して開放したり閉塞したりするために操作ロッドによる微調整が必要となり、操作が煩雑となったり、複雑な調整機構が必要になったりする。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、施工中の地盤改良体から未固結試料を採取する作業を容易化すると共に、採取装置の構成を単純化することを課題とするものである。

上記課題を解決するために、本発明に係る未固結試料の採取装置は、施工中の地盤改良体から未固結試料を採取するための装置であって、回転ロッドに接続され、底部に未固結試料を取り込む取込口が設けられたケーシングと、前記ケーシングの底部に前記回転ロッドの軸線の周りに回転可能に設けられ、前記取込口を開閉する開閉部材と、前記開閉部材に対して一体で回転可能に接続され、地盤改良体内で前記回転ロッドによる前記ケーシングの回転に対して抵抗となる回転抵抗体と、前記開閉部材の前記ケーシングに対する一方向への相対回転を、前記取込口が開放される位置で止め、前記開閉部材の前記ケーシングに対する他方向への相対回転を、前記取込口が閉塞される位置で止めるストッパーとを備える。

前記未固結試料の採取装置において、前記開閉部材は、前記取込口が開放される位置で前記取込口と重なる開口が設けられた回転板であって、前記回転抵抗体は、前記ケーシングの底面に面して配され、前記回転板の回転中心の周りに前記回転板と一体で回転する羽根であって、前記ストッパーは、前記ケーシングの底部に前記開口内に位置するように設けられた突起であってもよい。

また、本発明に係る未固結試料の採取方法は、前記未固結試料の採取装置を用いて施工中の地盤改良体から未固結試料を採取する方法であって、前記回転ロッドを、前記開閉部材が前記取込口を開放する方向に回転させながら前記採取装置を施工中の地盤改良体に押込み、前記回転ロッドを前記開閉部材が前記取込口を閉塞する方向に回転させながら前記採取装置を施工中の地盤改良体から引き抜くことを特徴とする。

本発明によれば、施工中の地盤改良体から未固結試料を採取する作業を容易化すると共に、採取装置の構成を単純化することができる。

一実施形態に係るソイルセメント改良体を示す斜視図である。ソイルセメント改良体の施工手順を示す平面図である。ソイルセメント改良体の施工手順を示す平面図である。ソイルセメントの配合管理の手順を示すフローチャートである。ソイルセメントの試験練りの配合をまとめた表である。単位セメント量（ｋｇ／ｍ^３）と水セメント比Ｗ／Ｃ（％）と強度σ^２８（Ｎ／ｍｍ^２），σ^７（Ｎ／ｍｍ^２）との関係をまとめたマトリックスを示す図である。セメントスラリーの注入量及び単位セメント量を調整する際の規準を示す表である。原位置の未固結試料を採取する際に用いる採取装置を示す斜視図である。採取装置を示す立断面図である。採取装置を示す底面図（図９の１０−１０矢視図）である。採取装置を示す平断面図（図９の１１−１１断面図）である。採取装置を示す平断面図である。原位置の未固結試料を採取する手順を示す立面図である。原位置の未固結試料を採取する手順を示す立面図である。原位置の未固結試料を採取する手順を示す立面図である。原位置の未固結試料を採取する手順を説明するためのフローチャートである。

以下、本発明の一実施形態を、図面を参照しながら説明する。図１は、一実施形態に係るソイルセメント改良体１０を示す斜視図である。この図に示すように、ソイルセメント改良体１０は、場所打ち杭１を造成する際に掘削する杭孔を囲うように円環状に、地上から地下水位以深で掘削孔の下端に達しない深さまで構築されている。

ここで、本実施形態では、場所打ち杭１を、鉄道等の既設構造物が近隣に存在する狭隘な敷地で施工するため、孔壁が崩壊して近隣の既設構造物に影響が及ぶことを防止する必要がある。そこで、ソイルセメント改良体１０を孔壁防護体として構築することにより孔壁を防護している。

ソイルセメント改良体１０は、複数の円柱状のソイルセメント柱１２が円環状に配されて連結されたソイルセメント柱列壁である。ここで、隣合ったソイルセメント柱１２の中心間距離は、これらの直径よりも短くなっており、隣合ったソイルセメント柱１２は、互いに側部同士が重なり合った状態で接合されている。

図２及び図３は、ソイルセメント改良体１０の施工手順を示す平面図である。これらの図に示すように、ソイルセメント柱１２を１本おきに構築して、構築済みのソイルセメント柱１２の間に後行のソイルセメント柱１２を構築する。施工機械は、狭隘かつ空頭制限のある敷地での施工に対応可能であるコンパクトな機械攪拌式地盤改良機、例えば、ボーリングマシーン２（図１３〜図１５参照）のロッド３の先端にビットのある削孔攪拌翼と、セメントミルクの吐出口とを設けたもの等を使用する。

ここで、構築済みのソイルセメント柱１２の間に後行のソイルセメント柱１２を構築するために地盤を削孔する際には、上記例の削孔攪拌翼等により構築済みのソイルセメント柱１２の側部を切削する。そして、掘削孔内においてセメントミルクと掘削土とを攪拌混合することで、後行のソイルセメント柱１２を構築すると共に、該後行のソイルセメント柱１２とその両側のソイルセメント柱１２とを連結する。

図４は、ソイルセメントの配合管理の手順を示すフローチャートである。このフローチャートに示すように、まず、ソイルセメント改良体１０の施工前に、原位置での土質試験（ボーリング調査、原位置土のサンプリング等）を実施する（ステップ１）。本工程では、原位置土の間隙比や飽和度等を確認する。

次に、室内配合試験を実施する（ステップ２）。本工程では、図５の表に示す１０種類の配合でソイルセメントの試験練りを実施し、７日間又は２８日間養生して一軸圧縮強度試験を実施する。次に、一軸圧縮試験の結果に基づいて、単位セメント量（ｋｇ／ｍ^３）と水セメント比Ｗ／Ｃ（％）と強度σ^２８（Ｎ／ｍｍ^２），σ^７（Ｎ／ｍｍ^２）との関係を示すマトリックスを作成する（ステップ３）。

図６は、上記マトリックスを示す図である。この図に実線で示すのは、材齢２８日での強度σ^２８（Ｎ／ｍｍ^２）の想定曲線であり、０．５、１．０、１．５、２．０、２．５の場合を示している。また、この図に鎖線で示すのは、材齢７日での強度σ^７（Ｎ／ｍｍ^２）の想定曲線であり、０．５、１．０、１．５の場合を示している。

次に、施工時のソイルセメントの配合の適用範囲を検討・決定する（ステップ４）。本工程では、ステップ１の土質試験での結果から原位置土の含水状態を想定し、その原位置土の含水状態を考慮して、強度（Ｎ／ｍｍ^２）の適正範囲を設定すると共に、排泥量（Ｌ／ｍ^３）の適正範囲を推定し、これらを満足するセメントスラリーの注入量（Ｌ／ｍ^３）と単位セメント量（ｋｇ／ｍ^３）との関係を設定する。

次に、ソイルセメントの配合を決定してソイルセメント改良体１０の施工を開始する（ステップ５）。本工程では、強度に対する安全率と攪拌効率（削孔攪拌の施工性）とを考慮して、安全側の配合、即ち、強度が適正範囲の上限側となるような配合に設定する。

次に、セメントスラリーの初期設定の注入量で削孔攪拌している状態での削孔攪拌の施工性、及びこの状態での排泥量を確認する（ステップ６）。そして、図１３〜図１５に示すように、原位置の未固結試料を採取し（ステップ７）、所定の材齢で一軸圧縮強度試験を実施する（ステップ８）。なお、原位置の未固結試料を採取する方法については後述する。

そして、ステップ６で確認した削孔攪拌の施工性と排泥量、及びステップ８での試験結果に応じて、ソイルセメントの配合を変更する（ステップ９）。本工程では、例えば、図７の表に示す規準に従って、セメントスラリーの注入量及び単位セメント量を調整する。

ここで、安全側の配合で施工が開始されていることから、ステップ８での一軸圧縮強度試験で確認される強度は、設計基準強度Ｆｃを上回ること、即ち、ソイルセメントの強度を下げる余地があることが想定される。そこで、原位置の未固結試料を採取して確認した強度と設計基準強度Ｆｃとの比、施工時に確認した削孔攪拌の施工性および排泥量に基づいて、ソイルセメントの強度を下げる余地があるか否かを確認し、下げる余地がある場合に、セメントスラリーの注入量の減少と単位セメント量の減少との少なくとも一方の作業を実施する。

例えば、原位置の未固結試料の強度が設計基準強度Ｆｃの１倍以上所定倍未満（例えば、１〜１．５倍）であって、削孔攪拌の施工性が良好であり、排泥量が所定量以上（例えば、１０％以上）である場合には（表のＮｏ．１）、セメントスラリーの注入量を初期設定量から所定の割合（例えば、−１０％）で減少させる。また、原位置の未固結試料の強度が所定範囲（例えば、設計基準強度Ｆｃの１．５〜２．５倍）であって、削孔攪拌の施工性が良好であり、排泥量が所定量以上（例えば、１０％以上）である場合には（表のＮｏ．５）、セメントスラリーの注入量を初期設定量から所定の割合（例えば、−１０％）で減少させる。さらに、原位置の未固結試料の強度が所定範囲（例えば、設計基準強度Ｆｃの２．５倍以上）であって、削孔攪拌の施工性が良好であり、排泥量が所定量以上（例えば、１０％以上）である場合には（表のＮｏ．９）、セメントスラリーの注入量を初期設定量から所定の割合（例えば、−１０％）で減少させると共に、単位セメント量を所定設定量から所定の割合（例えば、−１０％）で減少させる。

次に、変更後の配合でソイルセメント改良体１０の施工を再開する（ステップ１０）。そして、上述のステップ６〜９の工程を繰り返す。即ち、セメントスラリーの変更後の注入量で削孔攪拌している状態での削孔攪拌の施工性、及びこの状態での排泥量を確認する（ステップ６）。そして、原位置の未固結試料を採取し（ステップ７）、所定の材齢で一軸圧縮強度試験を実施する（ステップ８）。そして、ステップ６で確認した削孔攪拌の施工性と排泥量、及びステップ８での試験結果に応じて、ソイルセメントの配合を変更する（ステップ９）。

図８は、原位置の未固結試料を採取する際に用いる採取装置１００を示す斜視図であり、図９は、採取装置１００を示す立断面図である。また、図１０は、採取装置１００を示す底面図（図９の１０−１０矢視図）であり、図１１は、採取装置１００を示す平断面図（図９の１１−１１断面図）である。図８に示すように、採取装置１００は、ボーリングマシーン２（図１３〜図１５参照）のロッド３の先端に装着される。

図８及び図９に示すように、採取装置１００は、未固結試料を採取する採取部１１０と、採取部１１０とロッド３とを接続するロッド１０２とを備えている。ロッド１０２は、ロッド３と同軸に配された円筒状の部材であり、ロッド１０２の一端とロッド３の先端とが螺合している。また、ロッド１０２の他端には外径側に張り出した円環状のフランジ１０４が設けられている。

採取部１１０は、円筒状のケーシング１１２と、採取部１１０の底部を開閉するシャッター部１２０とを備えている。ケーシング１１２の上部には円環状のフランジ１１４が設けられている。このフランジ１１４は、ロッド１０２のフランジ１０４と形状、外径及び内径が同一であり、フランジ１１４とフランジ１０４とはボルトで締結されている。これにより、ロッド１０２とケーシング１１２とが筒内が連通された状態で接合されている。

シャッター部１２０は、円筒状のケーシング１２２と、ケーシング１２２の一端に設けられた底蓋１２４と、ケーシング１２２内に底蓋１２４と重ねて設けられた中蓋１２６と、ケーシング１２２の軸心周りに回転可能に設けられた羽根１２８とを備えている。ケーシング１２２は、ケーシング１１２よりも僅かに大径であり、ケーシング１１２の一端がケーシング１２２内に挿入され、両者は互いにボルトにより締結されている。

底蓋１２４は、ケーシング１２２よりも大径の円板であり、底蓋１２４の外周部がケーシング１２２の一端に溶接されている。この底蓋１２４の中心には、羽根１２８の回転軸１２８Ａが挿通される孔１２４Ａが形成されている。また、円形である底蓋１２４の直径を境に２分した一方の半円部に、Ｄ字状の外枠が残るように半円形状の開口１２４Ｂが形成されている。さらに、底蓋１２４の上面には、ストッパー１２４Ｃが形成されている。このストッパー１２４Ｃは、平面視で矩形状の突起であり、底蓋１２４における開口１２４Ｂが形成されている半円部と他方の半円部との境界線となる直径上であって、開口１２４Ｂの外径側端部の近傍に形成されている。

中蓋１２６は、底蓋１２４及びケーシング１２２よりも小径の円板であり、その中心１２６Ａには、羽根１２８の回転軸１２８Ａが溶接されている。また、中蓋１２６の周縁部は、ケーシング１１２の下端と底蓋１２４との隙間に配されており、これらにより中蓋１２６の厚み方向の位置が決められている。また、円形である中蓋１２６の一方の半円部に、Ｃ字状の外枠が残るように半円形状の開口１２６Ｂが形成されている。ここで、開口１２６Ｂの周方向両端部は、上記一方の半円部と他方の半円部との境界線となる直径に跨っており、底蓋１２４のストッパー１２４Ｃが開口１２６Ｂ内に配されている。

即ち、図１１に示すように、中蓋１２６が底蓋１２４に対して相対的に平面視での時計周り方向に最大限回転されると、ストッパー１２４Ｃが開口１２６Ｂの周方向一端部に当接して、中蓋１２６の周り止めがなされる。この状態で、中蓋１２６の開口１２６Ｂが形成されていない側の半円部と、底蓋１２４の開口１２４Ｂが形成されている側の半円部とが重なり合い、底蓋１２４の開口１２４Ｂが中蓋１２６により閉塞される。

一方、図１２に示すように、中蓋１２６が底蓋１２４に対して相対的に平面視での反時計周り方向に最大限回転されると、ストッパー１２４Ｃが開口１２６Ｂの周方向他端部に当接して、中蓋１２６の周り止めがなされる。この状態で、中蓋１２６の開口１２６Ｂと底蓋１２４の開口１２４Ｂとが重なり合い、底蓋１２４の開口１２４Ｂが開放される。

羽根１２８は、底面視で十字状に形成されており、その中心に回転軸１２８Ａが溶接されている。ここで、回転軸１２８Ａは、底蓋１２４の中心の孔１２４Ａに挿通されて中蓋１２６の中心１２６Ａに溶接されているため、羽根１２８が底蓋１２４に対して相対的に回転軸１２８Ａの周りに回転されると、中蓋１２６が底蓋１２４に対して相対的に回転軸１２８Ａの周りに回転し、これにより、底蓋１２４の開口１２４Ｂが中蓋１２６により開閉される。

図１３〜図１５は、原位置の未固結試料を採取する手順を示す立面図であり、図１６は、その手順を説明するためのフローチャートである。まず、図１３に示すように、ボーリングマシーン２のロッド３の先端に採取装置１００を装着し、ボーリングマシーン２の垂直精度を確認すると共に、採取装置１００をＧＬ±０に設定する（ステップ１１）。次に、採取装置１００を、未固結試料を採取する深度（例えば、ＧＬ−５．０ｍ）まで挿入して、深度計により採取装置１００の深度を確認する（ステップ１２）。

次に、図１４に示すように、採取装置１００を、平面視での反時計周り方向に回転させながら所定距離（例えば、１．０ｍ）深方へ挿入する（ステップ１３）。ここで、採取装置１００をロッド３により平面視での反時計周り方向に回転させると、羽根１２８の回転には未固結のソイルセメントが抵抗することから、羽根１２８及び中蓋１２６に対して底蓋１２４が相対的に平面視での反時計周り方向に回転し、底蓋１２４の開口１２４Ｂが開放される。この状態で、採取装置１００が所定距離深方へ挿入されることにより、開口１２４Ｂ、１２６Ｂからケーシング１１２内に未固結のソイルセメントが入り込む。

次に、深度計により採取装置１００の深度（例えば、ＧＬ−６．０ｍ）を確認する（ステップ１４）。その後、図１５に示すように、採取装置１００を、平面視での時計周り方向に回転させながら所定深度（例えば、ＧＬ−５．０ｍ）まで引き上げる（ステップ１５）。ここで、採取装置１００をロッド３により平面視での時計周り方向に回転させると、羽根１２８の回転には未固結のソイルセメンが抵抗することから、羽根１２８及び中蓋１２６に対して底蓋１２４が相対的に平面視での時計周り方向に回転し、底蓋１２４の開口１２４Ｂが中蓋１２６により閉塞される。

採取装置１００のケーシング１１２内に十分な量の未固結試料が採取されるまで、ステップ１３〜１５の手順を繰り返す。ここで、採取装置１００内に十分な量の未固結試料が入り込むと、ロッド１０２及びロッド３内が加圧状態になり、ロッド３に接続されたホース内に残っていたセメントミルクが、逆流して排出される。そこで、セメントミルクが逆流してホースから排出されたことを確認することにより、採取装置１００のケーシング１１２内に十分な量の未固結試料が採取されたことを確認する。即ち、セメントミルクが逆流してホースから排出されるまで、ステップ１３〜１５の手順を繰り返す。

以上説明したように、本実施形態に係る採取装置１００は、上部がロッド１０２の先端に接続され、底部に未固結試料を取り込む取込口たる開口１２４Ｂが設けられたケーシング１２２と、ケーシング１２２の底部にロッド１０２の軸線の周りに回転可能に設けられ、開口１２４Ｂを開閉する開閉部材たる中蓋１２６と、この中蓋１２６に対して一体で回転可能に接続され、ソイルセメント改良体１０内でロッド１０２によるケーシング１２２の回転に対して抵抗となる回転抵抗体たる羽根１２８と、中蓋１２６のケーシング１２２に対する反時計周り方向の相対回転を、開口１２４Ｂが開放される位置で止め、中蓋１２６のケーシング１２２に対する時計周り方向の相対回転を、開口１２４Ｂが閉塞される位置で止めるストッパー１２４Ｃとを備える。

これによって、ロッド１０２を時計周り方向に回転させると、羽根１２８の回転抵抗により、ケーシング１２２が中蓋１２６に対して時計周り方向に相対回転、即ち中蓋１２６がケーシング１２２に対して反時計周り方向に相対回転し、ストッパー１２４Ｃにより、中蓋１２６が開口１２４Ｂを開放する位置で止められる。従って、ロッド１０２を時計周り方向に回転させながら採取装置１００を地盤改良体の深方へ押し込むことにより、開口１２４Ｂからケーシング１２２内に未固結試料を取り込むことができる。

一方、ロッド１０２を反時計周り方向に回転させると、羽根１２８の回転抵抗により、ケーシング１２２が中蓋１２６に対して反時計周り方向に相対回転、即ち中蓋１２６がケーシング１２２に対して時計周り方向に相対回転し、ストッパー１２４Ｃにより、中蓋１２６が開口１２４Ｂを閉塞する位置で止められる。従って、ロッド１０２を反時計周り方向に回転させながら採取装置１００を地盤改良体から引き抜くことにより、採取した未固結試料を開口１２４Ｂから落とすことなく地上まで引き上げることができる。

なお、上述の実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明はその趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に本発明にはその等価物が含まれることは勿論である。例えば、上述の実施形態では、場所打ち杭１の孔壁防護体の構築方法を例に挙げて本発明を説明したが、杭や山留壁等の他の地盤改良体を構築するのにも本発明を適用できる。

１場所打ち杭、２ボーリングマシーン、３ロッド、１０ソイルセメント改良体、１２ソイルセメント柱、１００採取装置、１０２ロッド、１０４フランジ、１１０採取部、１１２ケーシング、１１４フランジ、１２０シャッター部、１２２ケーシング、１２４底蓋、１２４Ａ孔、１２４Ｂ開口、１２４Ｃストッパー、１２６中蓋、１２６Ａ中心、１２６Ｂ開口、１２８羽根、１２８Ａ回転軸

Claims

施工中の地盤改良体から未固結試料を採取するための装置であって、
回転ロッドに接続され、底部に未固結試料を取り込む取込口が設けられたケーシングと、
前記ケーシングの底部に前記回転ロッドの軸線の周りに回転可能に設けられ、前記取込口を開閉する開閉部材と、
前記開閉部材に対して一体で回転可能に接続され、地盤改良体内で前記回転ロッドによる前記ケーシングの回転に対して抵抗となる回転抵抗体と、
前記開閉部材の前記ケーシングに対する一方向への相対回転を、前記取込口が開放される位置で止め、前記開閉部材の前記ケーシングに対する他方向への相対回転を、前記取込口が閉塞される位置で止めるストッパーと
を備える未固結試料の採取装置。
前記開閉部材は、前記取込口が開放される位置で前記取込口と重なる開口が設けられた回転板であり、
前記回転抵抗体は、前記ケーシングの底面に面して配され、前記回転板の回転中心の周りに前記回転板と一体で回転する羽根であり、
前記ストッパーは、前記ケーシングの底部に前記開口内に位置するように設けられた突起である
請求項１に記載の未固結試料の採取装置。
請求項１又は請求項２に記載の未固結試料の採取装置を用いて施工中の地盤改良体から未固結試料を採取する方法であって、
前記回転ロッドを、前記開閉部材が前記取込口を開放する方向に回転させながら前記採取装置を施工中の地盤改良体に押込み、前記回転ロッドを前記開閉部材が前記取込口を閉塞する方向に回転させながら前記採取装置を施工中の地盤改良体から引き抜く未固結試料の採取方法。