JP2015190187A - 地盤試料採取装置 - Google Patents

Abstract

【課題】掘削作業時の作動流体の供給経路とサンプリングチューブを推進させるための作動流体の供給経路の切り替え作業を、作動流体の供給経路の取り替え不要で、短時間で行なうことができる地盤試料採取装置を提供する。【解決手段】ボーリング装置によって回転と推進作用が付与され、作動流体が供給装置で供給される筒状のロッド５と、ロッドの先端部に、スライド移動する切り替え弁２０を介して取付けられたサンプルチューブ３と、掘削時に先端部に位置するピストン１６と、その先端部に取付けられた掘削治具１５と、切り替え弁を切り替える円環キイウエイト２４と、ロッドと、掘削時には作動流体を吐出して掘削し、所定の深度まで削孔すると、ロッドに円環キイウエイトを取付けて落下させて、切り替え弁２０を切り替えてサンプルチューブ内の流体を外部へ排出できるように形成した作動流体切り替え通路２２とで地盤試料採取装置を構成する。【選択図】図５

Description

本発明は粘土や砂、小礫混じり土等の、主として室内力学試験等に供する供試体を得るため、地中からできるだけ原地盤に近い状態で、作業の合理的な効率化と品質の安定的高品質化で試料採取を行なうことができる地盤試料採取装置に関する。

従来、地盤から試料を採取する場合、試料を採取する地盤の上部位置まで、ロッドの先端部に地盤を掘削するビットが装着されたコアチューブを用いたボーリング装置でボーリング孔を形成し、この形成されたボーリング孔よりコアチューブを引き抜き、ロッドの先端部にサンプルチューブが備えられた試料採取装置を前記ボーリング孔内へ挿入し、該ボーリング孔の底面に位置させたところでサンプルチューブを試料採取地盤へ挿入して試料の採取を行なっている。

このような方法ではボーリング孔を形成した後、ボーリング孔よりコアチューブの引き抜きと、ボーリング孔内に試料採取装置を挿入する作業が必要で、その作業が大変で、該作業中にボーリング孔の底面に固形物が沈殿したりして、採取したサンプルの上部に試料として不適な層が形成されたりするという不具合があった。

この不具合を解消するため、ボーリング装置により回転と推進作用を付与される外筒シリンダとロッドと、前記外筒シリンダとロッドの先端部に取付けられ、下端部に掘削用のクラウンとビットを備えたヘッド装置と、前記ヘッド装置に対して泥水を供給する泥水供給装置とを備えてなる装置において、前記ヘッド装置は掘削用の外筒シリンダのクラウンとビット部材およびサンプリングチューブとを複合した複合クラウン・ビット装置として構成され、前記複合クラウン・ビット装置に泥水を供給する経路には、掘削作業時の泥水供給経路と、サンプリングチューブを推進させるための泥水の供給経路とを弁棒部材を用いて切り替える手段を設け、前記掘削用のクラウン・ビット部材による掘削と、サンプリングチューブを用いた試料の採取とを、泥水の供給経路を変更することにより行なうことを特徴とする試料採取装置が考えられているが、この試料採取装置は掘削作業時の泥水供給経路と、サンプリングチューブを推進させるための泥水の供給経路の切り替えを、弁棒部材を用いて行なっているため、経路の切り替え時にはスイベルヘッドと頂部ロッドを取り外した後、頂部ロッドより弁棒部材をロッド内へ位置させ、落下させることにより泥水の供給経路が切り替えできるため、泥水の供給経路の切り替えを行なうごとにスイベルヘッドと頂部ロッドの取り外し、接続が必要で、その作業が、作業台や足場が必要な高い所での作業で、かつ泥水の供給経路の取り外し、接続作業であるため、時間がかかり、大変で、熟練者でしかできないという欠点があるとともに、泥水の供給経路に弁棒部材を落下させるため、泥水の供給経路の固形物や弁棒部材に付着している固形物によって、弁棒部材によって確実に泥水の供給経路を切り替えることができないという欠点があった。

特開平１０−２０５２６５号公報

本発明は以上のような従来の欠点に鑑み、掘削作業時の作動流体の供給経路とサンプリングチューブを推進させるための作動流体の供給経路の切り替え作業を、作動流体の供給経路の取り外し、接続作業が不要で、誰でもが短時間で、容易な作業で、確実に行なうことができる地盤試料採取装置を提供することを目的としている。

本発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴は次の説明を添付図面と照らし合わせて読むと、より完全に明らかになるであろう。
ただし、図面はもっぱら解説のためのものであって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

上記目的を達成するために、本発明はボーリング装置によって回転と推進作用が付与され、作動流体が供給装置で供給される筒状のロッドと、この筒状のロッドの先端部に、該筒状のロッドの軸心方向にスライド移動する切り替え弁を介して取付けられ、あるいは切り替え弁および回転切削用外管を介して取付けられたサンプルチューブと、このサンプルチューブ内をスライド移動する、掘削時には該サンプルチューブの先端部に位置するピストンと、このピストンの先端部に取付けられた掘削治具と、前記筒状のロッドの外周部を覆うように取付けて落下させることにより前記切り替え弁を切り替えることができる円環キイウエイトと、一端部が前記ピストンに取付けられ、他端部が前記筒状のロッド内に位置し、該筒状のロッドと連通し、かつ下方へのスライドを阻止する前記サンプルチューブに取付けられたロッキングクランプを介して取付けられた筒状のピストンロッドと、掘削時には前記筒状のロッド、前記筒状のピストンロッドを介して前記掘削治具あるいは前記回転切削用外管とサンプルチューブ間より作動流体を吐出して掘削し、所定の深度まで削孔すると、該筒状のロッドに円環キイウエイトを取付けて落下させて、前記切り替え弁を切り替えて前記サンプルチューブ内の流体を外部へ排出できる筒状のロッドあるいはピストンロッドと切り替え弁に形成した作動流体切り替え通路とで地盤試料採取装置を構成している。

以上の説明から明らかなように、本発明にあっては次に列挙する効果が得られる。
（１）請求項１により、筒状のロッドの外周部を覆うように取付けた円環キイウエイトを落下させることにより、切り替え弁を切り替えることができる。
したがって、従来のように作動流体の供給経路の取り外し、接続作業が不要で、短時間に誰でもが容易に行なうことができる。
（２）前記（１）により、筒状のロッドの外周部に円環キイウエイトを取付ける作業は、従来のように作業台を用いなくてもよい地面上からで行なうことができるため、楽に、短時間で、安全に行なうことができる。
（３）前記（１）により、円環キイウエイトは筒状ロッドの外周部を覆うように取付けられ、筒状のロッドをガイドして落下するので、円環キイウエイトを切り替え弁に押し当てることができ、確実に切り替え弁を切り替えることができる。
（４）前記（１）により、ボーリング孔を形成した後、一連の作業でサンプルチューブを、該ボーリング孔の底部より地盤中へ押し込んで試料を採取することができ、効率よく安定的な高品質で地盤の試料を採取することができる。
（５）請求項２も前記（１）〜（４）と同様な効果が得られるとともに、円環キイウエイトの筒状のロッドへの取付け、取り外しを容易に行なうことができる。
（６）請求項３も前記（１）〜（４）と同様な効果が得られるとともに、回転切削用外管の先端部の弧状のビットによって、ボーリング孔を効率よく形成することができる。

本発明を実施するための第１の形態のボーリング孔を形成している状態の説明図。 本発明を実施するための第１の形態の切り替え弁の切り替え作業の説明図。 本発明を実施するための第１の形態の試料の採取状態の説明図。 本発明を実施するための第１の形態の要部拡大説明図。 本発明を実施するための第１の形態の切り替え弁の切り替え状態の要部拡大説明図。 本発明を実施するための第１の形態の切り替え弁の説明図。 本発明を実施するための第１の形態のサンプルチューブを突出させる状態の要部拡大説明図。 本発明を実施するための第１の形態の円環キイウエイトの説明図。 本発明を実施するための第１の形態の円環キイウエイトの取付け状態の説明図。 本発明を実施するための第２の形態のボーリング孔を形成している状態の説明図。 本発明を実施するための第２の形態の切り替え弁の切り替え作業の説明図。 本発明を実施するための第２の形態の円環キイウエイトの説明図。 本発明を実施するための第３の形態のボーリング孔を形成している状態の説明図。 本発明を実施するための第３の形態の掘削治具の底面図。 本発明を実施するための第３の形態の要部拡大説明図。 本発明を実施するための第４の形態のボーリング孔を形成している状態の説明図。 本発明を実施するための第４の形態の切削治具の底面図。 本発明を実施するための第４の形態の要部拡大説明図。 本発明を実施するための第５の形態のボーリング孔を形成している状態の説明図。 本発明を実施するための第５の形態の要部拡大説明図。 本発明を実施するための第５の形態の切り替え弁の切り替え状態の要部拡大説明図。 本発明を実施するための第５の形態のサンプルチューブを突出させる状態の要部拡大説明図。

以下、図面に示す本発明を実施するための形態により、本発明を詳細に説明する。

図１ないし図９に示す本発明を実施するための第１の形態において、１は地盤試料採取現場でボーリング孔２を所定の深度まで削孔し、その状態で切り替え弁２０を切り替えてサンプルチューブ３を試料採取地盤４へ押し込んで、試料を採取する本発明の地盤試料採取装置で、この地盤試料採取装置１は掘削用の筒状のロッド５を回転させるためのスピンドルヘッド６、該掘削用の筒状のロッド５を固定位置に保持するためのチャック部材７、このチャック部材７と前記スピンドルヘッド６とを上下動させるための油圧シリンダ装置等の昇降装置８を備えた支持台９に設置されたボーリング装置１０と、前記掘削用の筒状のロッド５の上端部とスイベルヘッド１１を介して接続された、該掘削用の筒状のロッド５内へ泥水、ポリマー液、ミスト等の作動流体を供給する作動流体供給装置１２と、前記掘削用の筒状のロッド５の先端部に取付けられた試料採取装置本体１３とで構成されている。

前記試料採取装置本体１３は先端部にシュー１４が形成されたサンプルチューブ３と、このサンプルチューブ３のシュー１４位置に挿入される、該サンプルチューブ３内を摺動できる先端部に掘削ビット、ビット付コーン、翼付コーン等の掘削治具１５が取付けられたピストン１６と、このピストン１６の掘削治具１５へ作動流体を供給する、該ピストン１６の中央部に一端部が取付けられ、他端部が前記掘削用の筒状のロッド５の下端部の非円形部５ａとスライド移動だけ可能な非円形ピストンロッド１７と、前記サンプルチューブ３の上部に一体あるいは固定状態で取り付けられた内部に切り替え弁挿入孔１８ａ、１８ａが形成された切り替え弁支持台１８ｂが固定された筒状のサンプラーヘッド１８と、このサンプラーヘッド１８に先端部が上方へ突出した状態で、下方へスライド移動でき、かつ前記掘削用の筒状のロッド５が中央部を通過するロッド挿入孔１９が形成された切り替え弁頭部２０ａおよび前記サンプラーヘッド１８の切り替え弁支持台１８ｂの切り替え弁挿入孔１８ａ、１８ａに挿入される切り替え弁部材２０ｂ、２０ｂとからなる図６に示すような切り替え弁２０と、この切り替え弁２０の切り替え弁部材２０ｂに形成された通路２０ｃおよび前記筒状のロッド５あるいはピストンロッド１７、前記切り替え弁支持台１８ｂに形成された、該切り替え弁２０が前記サンプラーヘッド１８より上部が上方へ突出しているボーリング孔掘削作業時に前記掘削用の筒状のロッド５と前記ピストンロッド１７とを作動流体阻止片２１を迂回して連通する作動流体供給通路２２と、前記切り替え弁２０および前記サンプラーヘッド１８に形成された、該切り替え弁２０が押し下げられた場合、前記作動流体供給通路２２を作動流体阻止片２１で阻止し、前記サンプルチューブ３内の流体を切り替え弁支持台１８ｂの切り替え弁挿入孔１８ａ、前記切り替え弁２０の切り替え弁部材２０ｂの排出通路２０ｄ、切り替え弁支持台１８ｂの排出通路２０ｅよりボーリング孔２内へ排出する作動流体排出通路２３と、前記切り替え弁２０を切り替える場合に使用する、前記掘削用の筒状のロッド５の外周部に取付けて落下させる円環キイウエイト２４とで構成されている。

なお、掘削用の筒状のロッド５とサンプラーヘッド１８の切り替え弁支持台１８ｂは螺合固定されている。

また、掘削時には掘削用の筒状のロッド５の下端部の非円形部５ａと係合している非円形ピストンロッド１７は一体的に回転および軸心方向に移動でき、切り替え弁２０を切り替える動作で、掘削用の筒状のロッド５内に非円形ピストンロッド１７が侵入できるようにするロッキングクランプ(図示せず)が設けられている。

前記円環キイウエイト２４は前記作動流体供給装置１２を分離することなく、掘削用の筒状のロッド５に取付けられるように、図８に示すように、該掘削用の筒状のロッド５を内部へ挿入することができる側面に切り欠き部２５が形成されたＣ字状の円環キイウエイト本体２６と、この円環キイウエイト本体２６の切り欠き部２５の全体を覆う係止具２７と、この係止具２７の両端部に取付けられたヒンジ部材状の係止金具２８、２８、この係止金具２８、２８に着脱可能に係止される、前記円環キイウエイト本体２６の前記係止具２７側に位置する部位に取付けられた係止片２９、２９とからなる取付け手段３０とで構成されている。

上記構成の地盤試料採取装置１はボーリング装置１０の掘削用の筒状のロッド５に試料採取装置本体１３と作動流体供給装置１２とを接続し、試料採取地盤上に位置させ、試料採取装置本体１３に作動流体供給装置１２で作動流体を供給しながら、図１に示すようにボーリング孔２を形成する。

この時、作動流体供給装置１２で供給される作動流体は掘削用の筒状のロッド５、切り替え弁２０の作動流体供給通路２２、ピストンロッド１７および掘削治具１５より掘削部ヘ吐出され、吐出された作動流体と掘削物はボーリング孔２より排出される。

ボーリング孔２が所定の深度まで削孔すると、図２に示すようにボーリング装置１０のチャック部材７の下部位置の掘削用の筒状のロッド５に円環キイウエイト本体２６を押し込み、切り欠き部２５を係止具２７で覆い、取付け手段３０で円環キイウエイト本体２６と係止具２７とを一体にし、落下させることにより円環キイウエイト２４は掘削用の筒状のロッド５に沿って落下し、切り替え弁２０の上端部に当り、該切り替え弁２０を下方に移動させ、図２に示すように作動流体供給通路２２を作動流体阻止片２１によって閉じるとともに、作動流体排出通路２３を開放する。

この状態で掘削用の筒状のロッド５を押し込むと、サンプルチューブ３が採取する地盤へ押し込まれるとともに、ピストン１６がサンプルチューブ３内へ図３に示すようにスライド移動する。

この時、サンプルチューブ３内の作動流体は作動流体排出通路２３よりボーリング孔２内へ排出され、スムーズに採取地盤３１を採取することができる。

サンプルチューブ３内に採取地盤３１が入り込むと、ボーリング孔２より試料採取装置本体１３を抜き取り、サンプルチューブ３内の採取地盤３１を取り出すことにより、地盤試料の採取ができる。

[発明を実施するための異なる形態]
次に、図１０ないし図２２に示す本発明を実施するための異なる形態につき説明する。なお、これらの本発明を実施するための異なる形態の説明に当って、前記本発明を実施するための第１の形態と同一構成部分には同一符号を付して重複する説明を省略する。

図１０ないし図１２に示す本発明を実施するための第２の形態において、前記本発明を実施するための第１の形態と主に異なる点は円環キイウエイト２４Ａで、この円環キイウエイト２４Ａは円環キイウエイト本体２６の切り欠き部２５の上部をヒンジ部材３２で取付けられた係止具２７Ａで開閉できるようにした点で、このような円環キイウエイト２４Ａを用いた地盤試料採取装置１Ａにしても、前記本発明を実施するための第１の形態と同様な作用効果が得られるとともに、円環キイウエイト２４Ａの取付け作業を容易に行なうことができる。

図１３ないし図１５に示す本発明を実施するための第３の形態において、前記本発明を実施するための第１の形態と主に異なる点は、作動流体を三等分の位置より外方へ吐出できるように斜交射出削孔３３が形成されたサンプルチューブ３の外径寸法よりも大きなボーリング孔２Ａが斜交射出削孔３３より吐出される作動流体で形成できる掘削治具１５Ａを用いた点で、このような掘削治具１５Ａを用いて構成した地盤試料採取装置１Ｂにしても、前記本発明を実施するための第１の形態と同様な作用効果が得られる。

図１６ないし図１８に示す本発明を実施するための第４の形態において、前記本発明を実施するための第１の形態と主に異なる点は、先端部に時計回りの回転時には先端部が外周部より外方へ突出し、反時計回りの回転時には外周部と同一あるいは内側に収納される枢支ピン３４で取付けられた複数個、本発明の実施の形態では４個のビットプレート３５、３５、３５、３５が取付けられた掘削治具１５Ｂを用いた点で、このような掘削治具１５Ｂを用いて構成した地盤試料採取装置１Ｃにしても、前記本発明を実施するための第１の形態と同様な作用効果が得られるとともに、掘削用の筒状のロッド５を時計回りに回転させることにより、サンプルチューブ３の外径寸法よりも大きなボーリング孔２Ａを形成することができる。

図１９ないし図２２に示す本発明を実施するための第５の形態において、前記本発明を実施するための第１の形態と主に異なる点は、サンプルチューブ３をサンプラーヘッド１８および切り替え弁２０を備える先端部に弧状のビット３６が設けられた回転切削用外管３７で覆うとともに、切り替え弁２０を切り替えると掘削用の筒状のロッド５からの作動流体をサンプルチューブ３と前記回転切削用外管３７内との間に導く作動流体排出通路２３Ａを形成した点で、このように構成された地盤試料採取装置１Ｄにしても、掘削用の筒状のロッド５から供給される作動流体を作動流体供給通路２２で掘削治具１５へ供給し、切り替え弁２０を切り替えることにより、作動流体排出通路２３Ａでサンプルチューブ３を採取地盤へ押し込んで試料を採取することができ、前記本発明を実施するための第１の形態と同様な作用効果が得られる。

なお、本発明の実施の形態ではボーリング孔２Ａの掘削時とサンプルチューブ３の押し出し時には掘削用の筒状のロッド５に作動流体を供給しながら行なう。

本発明は地盤の試料を採取する場合に使用される地盤試料採取装置を製造する産業で利用される。

１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ：地盤試料採取装置、
２、２Ａ：ボーリング孔、 ３：サンプルチューブ、
４：試料採取地盤、 ５：掘削用の筒状のロッド、
６：スピンドルヘッド、 ７：チャック部材、
８：昇降装置、 ９：支持台、
１０：ボーリング装置、 １１：スイベルヘッド、
１２：作動流体供給装置、 １３：試料採取装置本体、
１４：シュー、 １５、１５Ａ、１５Ｂ：掘削治具、
１６：ピストン、 １７：ピストンロッド、
１８：サンプラーヘッド、 １９：ロッド挿入孔、
２０：切り替え弁、 ２１：作動流体阻止片、
２２：作動流体供給通路、 ２３、２３Ａ：作動流体排出通路、
２４、２４Ａ： 円環キイウエイト、
２５：切り欠き部、 ２６：円環キイウエイト本体、
２７、２７Ａ：係止具、 ２８：係止金具、
２９：係止片、 ３０：取付け手段、
３１：採取地盤、 ３２：ヒンジ部材、
３３：斜交射出削孔、 ３４：枢支ピン、
３５：ビットプレート、 ３６：弧状のビット、
３７：回転切削用外管。

Claims (3)

1. ボーリング装置によって回転と推進作用が付与され、作動流体が供給装置で供給される筒状のロッドと、この筒状のロッドの先端部に、該筒状のロッドの軸心方向にスライド移動する切り替え弁を介して取付けられ、あるいは切り替え弁および回転切削用外管を介して取付けられたサンプルチューブと、このサンプルチューブ内をスライド移動する、掘削時には該サンプルチューブの先端部に位置するピストンと、このピストンの先端部に取付けられた掘削治具と、前記筒状のロッドの外周部を覆うように取付けて落下させることにより前記切り替え弁を切り替えることができる円環キイウエイトと、一端部が前記ピストンに取付けられ、他端部が前記筒状のロッド内に位置し、該筒状のロッドと連通し、かつ下方へのスライドを阻止する前記サンプルチューブに取付けられたロッキングクランプを介して取付けられた筒状のピストンロッドと、掘削時には前記筒状のロッド、前記筒状のピストンロッドを介して前記掘削治具あるいは前記回転切削用外管とサンプルチューブ間より作動流体を吐出して掘削し、所定の深度まで削孔すると、該筒状のロッドに円環キイウエイトを取付けて落下させて、前記切り替え弁を切り替えて前記サンプルチューブ内の流体を外部へ排出できる筒状のロッドあるいはピストンロッドと切り替え弁に形成した作動流体切り替え通路とからなることを特徴とする地盤試料採取装置。
2. 円環キイウエイトは側面に筒状のロッドが入り込む切り欠き部が形成されたＣ字状の円環キイウエイト本体と、この円環キイウエイト本体の切り欠き部の全体あるいは上部を覆う係止具と、この係止具を前記円環キイウエイト本体に着脱可能あるいは開閉可能に取付ける取付け手段とからなることを特徴とする請求項１記載の地盤試料採取装置。
3. 回転切削用外管の先端部はサンプルチューブの先端部のシュー部分の外周部を覆う弧状のビットが設けられていることを特徴とする請求項１記載の地盤試料採取装置。

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