JP2016216992A - 土壌サンプラ及び地盤調査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】住宅地のような小規模の地盤調査に適した土壌試料採取具及び地盤調査装置を提供する。【解決手段】土壌サンプラは、採土側シリンダ５３Ｃと、採土側シリンダ５３Ｃの内部空間において相対的に進退自在なピストン６０と、採土側シリンダ５３Ｃ及びピストン６０の隙間を気密状態にする気密機構と、を備える。気密機構は、ピストン本体６１に形成された収容空間ＰＸと、収容空間ＰＸに配された付勢部材６２と、を有する。付勢部材６２は、収容空間ＰＸの壁を介して、ピストン本体６１の外面を採土側シリンダ５３Ｃの内面へ押し当てる押当状態と、押当状態から退避した退避状態と、の間で遷移自在である。【選択図】図５

Description

本発明は、土壌サンプラ及び地盤調査装置に関する。

地盤調査のための試験方法として、ボーリング調査（標準貫入試験）、スウェーデン式サウンディング試験やラムサウンディング試験が知られている。

ボーリング調査では、ロッドの先端に取り付けられたドリリングビットの回転と給圧により、土や岩を切り削り、粉砕しながら穴を掘り進む。次に、試験深度まで掘削した後、試験用サンプラをロッド先端に接続し、孔底に降ろす。そして、75cmの高さからハンマー(63.5kg±0.5kg)の自由落下による打撃を行い、サンプラが30cm貫入するのに要した打撃回数（N値）に基づいて、地盤の状態を判断する（例えば、特許文献１）。

スウェーデン式サウンディング試験では、先端がキリ状になっているスクリューポイントを取り付けたロットに荷重をかけて、地面にねじ込み、２５センチねじ込むのに何回転させたかを測定する。測定された回転数に基づいて、地盤の状態を判断する（以下、ＳＳ調査と称する）。

一方、ラムサウンディング試験では、50cmの高さからハンマー(63.5kg±0.5kg)の自由落下による打撃を行い、貫入ロッドに取り付けた先端コーンを打ち込み、 20cm貫入に要する打撃回数を求める。求められた打撃回数に基づいて、地盤の状態を判断する。

特公昭６２−６２２０３号公報

ところで、東日本大震災をきっかけに、土壌汚染や液状化の問題が注目されるようになった。中でも、住宅地のような小規模の地盤調査のニーズが高い。

ボーリング試験は、調査ポイントの土壌採取とともに、地盤の硬度測定を求めることができるため、土壌汚染や液状化に関する地盤調査に適している。しかしながら、ボーリング装置が大きく、また、掘削時や打撃時の騒音も大きい。このため、住宅地のような小規模の地盤調査には向かない。

住宅地のような小規模の地盤調査においては、スウェーデン式サウンディング試験が採用されている。ところが、スウェーデン式サウンディング試験の場合には、地表側の硬い層に到達すると、それ以上、深部への貫入が難しくなる。このため、地表側の硬い層よりも深部側の地盤を行うことができない。したがって、地表側の硬い層よりも深部側において、柔らかい層の存在を検知することができない。

かかる問題を解決すべく、スウェーデン式サウンディング試験と、ラムサウンディング試験との併用が検討されている。しかしながら、２つの試験の併用する場合には、個別の装置の搬入や試験時間などが長くなる結果、試験コストが高くなってしまう。このため、住宅地のような小規模の地盤調査がなかなか進んでいないのが現状である。

本発明は、斯かる実情に鑑み、住宅地のような小規模の地盤調査に適した土壌サンプラ及び地盤調査装置を提供しようとするものである。

本発明は、外力を直接または間接的に受ける受け部と、土壌試料を採取可能な土壌サンプラ及び地盤の硬度を測定する貫入試験具が着脱自在な作用部側装着部と、前記受け部が受けた外力を前記作用部側装着部へ伝達する伝達機構と、を備え、前記伝達機構は、シリンダと、前記シリンダの内部空間を移動自在に配されたロッドと、前記シリンダ及び前記ロッドの相対的移動の規制を行う規制状態と、規制を解除した解除状態との間で切り替え可能な切替構造を有し、前記土壌サンプラは、前記シリンダに着脱自在な採土シリンダと前記ロッドに着脱自在な採土ロッドとの相対的移動によって、土壌試料を採取可能なものであり、前記貫入試験具は、前記シリンダに着脱自在な貫入試験シリンダと前記ロッドに着脱自在な貫入試験ロッドとの相対的移動が規制された状態で貫入試験を行うものであることを特徴とする。

前記貫入試験具は、前記貫入試験シリンダの先端側に配されたコーンを備え、前記貫入試験シリンダは、前記コーンに対して、前記貫入試験シリンダの軸周りに回動可能な状態であることが好ましい。前記貫入試験具は、前記貫入試験ロッドの先端側に配された係合部材を備え、基端側への向きの力が前記ロッドに加わったときに、前記係合部材が前記コーンと係合することが好ましい。

本発明の土壌サンプラは、採土シリンダと、前記採土シリンダの内部空間において相対的に進退自在なピストンと、前記採土シリンダ及び前記ピストンの隙間を気密状態にする気密機構と、を備え、前記気密機構は、前記ピストンに形成された収容空間と、前記収容空間に配された付勢部材と、前記付勢部材と係合可能な係合部材と、を有し、前記付勢部材は、前記係合部材との係合によって、前記収容空間の壁を介して前記ピストンの外面を前記採土シリンダの内面へ押し当てる押当状態と、前記係合の解除によって前記押当状態から退避した退避状態と、の間で遷移自在であることを特徴とする。

前記付勢部材を前記ピストンに連結する連結具を備え、前記採土シリンダの長手方向における前記連結具の移動によって、前記付勢部材が、前記押当状態及び前記退避状態との間で遷移することが好ましい。

本発明の地盤調査装置は、上記の伝達装置、または、上記の土壌サンプラを備えることを特徴とする。

本発明の地盤調査装置は、地中に貫入されたロッドを引き抜く引抜機構と、前記ロッドを軸周りに回転する回転機構と、前記引抜機構及び回転機構を制御する制御機構とを備え、前記制御機構は、前記引抜機構を駆動する前に前記回転機構を駆動する、または、前記引抜機構と前記回転機構とを同時に駆動することを特徴とする。

本発明によれば、住宅地のような小規模の地盤調査に適した土壌サンプラ及び地盤調査装置を提供することができる。

地盤調査装置の概要を示す斜視図である。 スタンド機構の概要を示す斜視図である。 回転機構の概要を示す斜視図である。 （Ａ）は、ラムサウンディング試験の様子を示す説明図である。（Ｂ）は、引き抜き作業の様子を示す説明図である。（Ｃ）は、土壌サンプラを用いて土壌試料を採取する様子を示す説明図である。 （Ａ）〜（Ｂ）は、土壌サンプラを用いて土壌試料を採取する様子を示す説明図である。 （Ａ）は、下方向への打撃側筒５１Ｌの移動を許容する状態のロック構造の説明図である。（Ｂ）は、下方向への打撃側筒５１Ｌの移動を規制する状態のロック構造の説明図である。 （Ａ）は、ピストンの概要を示す分解断面図である。（Ｂ）は、付勢部材の平面図である。（Ｃ）は、弾性変形していない状態の付勢部材の概要を示すピストンの断面図である。（Ｄ）は、弾性変形している状態の付勢部材の概要を示すピストンの断面図である。 （Ａ）は、貫入ロッドの概要を示す部分断面図である。（Ｂ）は、貫入ロッドの概要を示す分解図である。

図１Ａに示すように、地盤調査装置２は、調査ユニット４と、車台ユニット６と、調査ユニット４及び車台ユニット６を連結する連結ユニット８と、を備える。連結ユニット８により、調査ユニット４は、地面から起立した起立状態と、地面から離隔した離隔状態（図示省略）と、の間で遷移可能である。調査ユニット４が起立状態の場合には、所定の位置において地盤調査を行うことができる。また、調査ユニット４が離隔状態の場合には、車台ユニット６による移動が可能となる。

車台ユニット６は、台座６Ｄと、台座６Ｄに取り付けられたクローラ（無限軌道）６Ｃと、アウトリガー６Ｕと、水準器６Ｌと、バッテリー６Ｂと、操作部６Ｆを有する。アウトリガー６Ｕは、台座６Ｄを支持するとともに、油圧シリンダの駆動によって、台座６Ｄの高さを調整するものである。アウトリガー６Ｕは、台座６Ｄの前方であって左右両側に設けられる。なお、アウトリガー６Ｕは、台座６Ｄの前方のみならず、後方の左右両側にも設けられていてもよい。水準器６Ｌは、台座６Ｄに設けられる。バッテリー６Ｂは、地盤調査装置２の各部へ電源を供給する。操作部６Ｆは、クローラ６Ｃ、連結ユニット８や調査ユニット４の各部の操作を行うことができる。このような地盤調査装置２は、連結ユニット８及び車台ユニット６の制御によって、所望の位置へ調査ユニット４を搬送し、所定の調査を行うことができる。さらに、水準器６Ｌを読み取りながら、左右のアウトリガー６Ｕを駆動して、車台６Ｄのレベル合わせを行う。これにより、貫入ロッド等（詳細は後述する）を土壌に対して垂直に貫入させることができる。

次に、調査ユニット４の詳細について説明する。

調査ユニット４は、調査位置Ｘにおける地盤調査を行うためものであり、調査位置Ｘの近傍に配されるスタンド機構２１と、スタンド機構２１から垂直方向へ起立するレール２２と、レール２２上を垂直方向にスライド自在なスライド台２３と、スライド台２３に取りつけられたハンマー２４と、スタンド機構２１の上に取り付けられた回転機構２５と、各部を制御する制御部（図示しない）と、を備える。

図１Ｂに示すように、スタンド機構２１は、調査位置Ｘを挟むように地面に配される２枚のベース板２１Ｂと、２枚のベース板２１Ｂから、それぞれ垂直方向に延びた脚ユニット２１Ｌと、２本の脚ユニット２１Ｌを連結する台座２１Ｄとを備える。

ベース板２１Ｂは、矩形状に形成されており、４隅にアンカー（図示しない）が挿入可能な孔２１ＢＸが設けられる。また、ベース板２１Ｂの裏面は平坦に形成されている。孔２１ＢＸを介してアンカーを地面に刺すことで、ベース板２１Ｂの位置が固定される。

脚ユニット２１Ｌは、ベース板２１Ｂから垂直方向に延びた油圧シリンダ２１ＬＣと、ベース板２１Ｂから垂直方向に延びたガイドシャフト２１ＬＧと、を備える。油圧シリンダ２１ＬＣの上端は、台座２１Ｄの下面を支持する。また、ガイドシャフト２１ＬＧは、台座２１Ｄに設けられた孔を貫通するように設けられる。１対の油圧シリンダ２１ＬＣの駆動により、台座２１Ｄは、ガイドシャフト２１ＬＧに沿って上下方向に移動する。

台座２１Ｄのうち、調査位置Ｘの真上に位置する部分には、垂直方向に延びる貫通孔２１ＤＸが設けられる。貫通孔２１ＤＸは、図２に示す貫入ロッド４０や土壌サンプラ５０（以下、貫入ロッド４０等と称する）が貫通可能な大きさとなっている。

図１Ｃに示すように、回転機構２５は、貫通孔２１ＤＸの上方に配され、貫入ロッド４０等を保持可能なクランプユニット２５Ｃと、貫通孔２１ＤＸ及びクランプユニット２５Ｃの間に配された第１プーリ２５Ｐと、貫入ロッド４０等とほぼ平行となるように垂直方向に延びるシャフト２５Ｓと、シャフト２５Ｓに対して回転自在に取り付けられた第２プーリ２５Ｑと、第１プーリ２５Ｐ及び第２プーリ２５Ｑに巻きかけられたベルト２５Ｂと、シャフト２５Ｓの軸周りのトルクを計測するトルクセンサ２５Ｔと、シャフト２５Ｓを駆動するブラシレスモータ２５Ｍと、各部を収容する筐体２５Ｋを収容する。

シャフト２５Ｓやクランプユニット２５Ｃは、保持機構（図示しない）によって、筐体２５Ｋ内で保持される。このため、筐体２５Ｋを除く回転機構２５は、台座２１Ｄから浮いた状態で保持される。

クランプユニット２５Ｃは、貫入ロッド４０等の軸ＡＸ周りの回転方向に対して係止可能な回転方向係止機構２５ＣＲと、貫入ロッド４０等に対する相対的移動を規制する移動規制機構２５ＣＵと、移動規制機構２５ＣＵに対して着脱自在な引抜具２５ＣＨと、を備える。

回転方向係止機構２５ＣＲは、貫入ロッド４０等の軸ＡＸ周りの回転方向に対して係止する係止状態と、係止が解除された状態の間で遷移自在である。

移動規制機構２５ＣＵは、いわゆるワンウェイクランプであって、自身に上向きの力がかかると、貫入ロッド４０等に対する相対的移動を規制する状態（移動規制状態）となる一方、自身に下向きの力がかかると、貫入ロッド４０等に対する相対的移動の規制が解除された状態（移動規制解除状態）となる。このため、上方向係止機構２５Ｃに上方向の力がかかると、上方向係止機構２５Ｃとともに、貫入ロッド４０等が上方向へ移動する。反対に、上方向係止機構２５Ｃに下方向の力がかかると、上方向係止機構２５Ｃのみが下方向へ移動する。

引抜具２５ＣＨは、移動規制機構２５ＣＵに対して着脱自在となっている。また、移動規制機構２５ＣＵは、筐体２５Ｋの上面に形成された穴２５Ｘから露出する（図１Ａ）。このため、引抜具２５ＣＨの着脱操作を筐体２５Ｋの外から行うことができる。引抜具２５ＣＨを移動規制機構２５ＣＵに装着すると、移動規制機構２５ＣＵに上向きの力がかかった際、貫入ロッド４０等に対する相対的移動が規制される。一方、引抜具２５ＣＨを移動規制機構２５ＣＵから外すと、移動規制機構２５ＣＵに上向きの力がかかった際であっても、貫入ロッド４０等に対する相対的移動が許容される。

第１プーリ２５Ｐは、回転方向係止機構２５ＣＲと連結している。このため、貫入ロッド４０等の軸ＡＸ周りの回転運動は、回転方向係止機構２５ＣＲ、第１プーリ２５Ｐ、ベルト２５Ｂ、及び第２プーリ２５Ｑを介してシャフト２５Ｓの回転運動となる。また、制御部の制御の下、ブラシレスモータ２５Ｍが駆動すると、ブラシレスモータ２５Ｍの駆動力は、第２プーリ２５Ｑ、ベルト２５Ｂ、第１プーリ２５Ｐ及び回転方向係止機構２５ＣＲを介して、貫入ロッド４０等に伝わる。この結果、貫入ロッド４０等は軸ＡＸ周りに回転する。

制御部は、トルクセンサ２５Ｔから読み取ったシャフト２５Ｓのトルクの計測値に基づいて、シャフト２５Ｓのトルクを算出することができる。

図３（Ａ）に示すように、土壌サンプラ５０は、ハンマー２４（図１）によって打撃される被打撃具５１と、土壌を採集する採土具５３と、を備える。被打撃具５１は、採土具５３に対して着脱自在となっている。

採土具５３は、採土側シリンダ５３Ｃと、採土側シリンダ５３Ｃの内部空間を移動自在なピストン６０と、ピストン６０に連結したピストンロッド５３Ｌと、採土側シリンダ５３Ｃの内部空間においてピストン６０よりも上方に配されたストッパ５３Ｔと、を備える。ピストン６０が採土側シリンダ５３Ｃの内部へ退く（図３（Ｂ））ことにより、採土側シリンダ５３Ｃの内部空間に土壌を収容する空間（土壌収容空間）ＫＸが形成される。

被打撃具５１は、地表に対してピストン６０を固定した状態で、ハンマー２４（図２（Ｃ））からの打撃力を採土具５３の採土側シリンダ５３Ｃへ伝えるためのものであり、打撃側シリンダ５１Ｃと、打撃側シリンダ５１Ｃの内部空間にて打撃側シリンダ５１Ｃの長手方向に移動自在となっている打撃側ロッド５１Ｌと、打撃側ロッド５１Ｌの移動を規制するロック構造５１Ｋと、を備える。

打撃側シリンダ５１Ｃの下端と採土側シリンダ５３Ｃの上端とは、螺合によって連結する。また、打撃側ロッド５１Ｌの下端と、ピストンロッド５３Ｌの上端とは、マイクロカプラによって着脱自在に連結する。

なお、採土具５３及び被打撃具５１の間に、必要な数の継柄７０を連結させてもよい（図３）。継柄７０は、継柄用シリンダ７０Ｃと、継柄用シリンダ７０Ｃの内部空間に配された継柄用ロッド７０Ｌと、を備える。継柄用シリンダ７０Ｃの上端と打撃側シリンダ５１Ｃの下端とは螺合によって連結する。同様に、継柄用シリンダ７０Ｃの下端と採土側シリンダ５３Ｃの上端とも螺合によって連結する。また、継柄用ロッド７０Ｌの上端と打撃側ロッド５１Ｌの下端と、そして、継柄用ロッド７０Ｌの下端とピストンロッド５３Ｌの上端とは、それぞれマイクロカプラによって連結する。

図４（Ａ）に示すように、ロック構造５１Ｋは、地表、すなわちスタンド機構２１に対する打撃側ロッド５１Ｌの相対的移動を規制するためのものであり、打撃側ロッド５１Ｌの周面に設けられた凹部５１ＫＨと、打撃側シリンダ５１Ｃの外周面に設けられ凹部５１ＫＨが露出可能な長穴５１ＫＸと、長穴５１ＫＸを介して凹部５１ＫＨに嵌合する嵌合棒５１ＫＢと、引抜具２５ＣＨに設けられ嵌合棒５１ＫＢを下方から支持可能な係合溝５１ＫＭと、を備える。

長穴５１ＫＸは、打撃側シリンダ５１Ｃの長手方向に延びている。このため、凹部５１ＫＨに嵌合した状態の嵌合棒５１ＫＢは長穴５１ＫＸに沿って移動可能となっている。

地盤調査装置２に土壌サンプラ５０を装着する際には、貫通孔２１ＤＸに土壌サンプラ５０を挿入する。このとき、凹部５１ＫＨに嵌合する嵌合棒５１ＫＢは係合溝５１ＫＭの底に対して係合した状態となる。これにより、移動規制機構２５ＣＵに対する打撃側ロッド５１Ｌの相対的移動、すなわち地表に対する打撃側ロッド５１Ｌの相対的移動は、上方向へは可能であるが、下方向へは規制される（図４（Ｂ）〜（Ｃ））。

嵌合棒５１ＫＢが長穴５１ＫＸの縁と係合しない場合（図４（Ｂ））において、打撃側シリンダ５１Ｃの上端に向けてハンマー２４を落下させる（図２（Ｃ））と、打撃側ロッド５１Ｌのみが引抜具２５ＣＨに係止されているため、地表に対する打撃側ロッド５１Ｌの相対的移動は行われないが、打撃側シリンダ５１Ｃは地表に対して下向きへ移動する。

嵌合棒５１ＫＢが長穴５１ＫＸの上端と係合する場合（図４（Ｃ））には、
打撃側シリンダ５１Ｃは、地表に対する下向きの相対的移動が規制される。嵌合棒５１ＫＢが長穴５１ＫＸの上端と係合した場合において、打撃側ロッド５１Ｌの上端は、打撃側シリンダ５１Ｃの内部空間に退いていることが好ましい。

図５（Ａ）に示すように、ピストン６０は、ピストン本体６１と、ピストン本体６１との係合によって弾性変形する付勢部材６２と、ナット６３と、ナット６３に対し螺合可能なボルト６４と、を備える。

ピストン本体６１は、円筒状に形成されるものであり、その中空部分が、付勢部材６２、ナット６３、及びボルト６４の部材収容空間ＰＸとなる。なお、ピストン本体６１の外周面には、シール突起６１Ｔが複数形成されていることが好ましい。ピストン本体６１やシール突起６１Ｔの形成材料としては、例えば、ゴムを用いることができる。

図５（Ｂ）に示すように、付勢部材６２は、円板部６２Ｂと、円板部６２Ｂから放射状に延びた複数の片６２Ｃを有する。片６２Ｃは、円板部６２Ｂに対して弾性的に変形できるようになっている。円板部６２Ｂの中央には、ボルト６４の先端６４Ｓが挿入可能な挿入孔６２ＢＸが形成される。付勢部材６２の形成材料としては、例えば、金属やゴムといった弾性材料を用いることができる。

ナット６３は、付勢部材６２よりも上側（採土側シリンダ５３Ｃの基端側）の部材収容空間ＰＸに配され、ボルト６４は、付勢部材６２よりも下側（採土側シリンダ５３Ｃの先端側）の部材収容空間ＰＸに配される。

円板部６２Ｂの半径ＲＥ（図５（Ｂ））は、部材収容空間ＰＸの内径ＲＳ（図５（Ａ））よりも小さい。また、片６２Ｃの外径ＲＨ（図５（Ｂ））は、部材収容空間ＰＸの内径ＲＳ（図５（Ａ））よりも大きい。なお、片６２Ｃの外径ＲＨは、採土側シリンダ５３Ｃの内径よりも小さいことが好ましい。

図５（Ａ）において、ボルト６４の先端６４Ｓを挿入孔６２ＢＸに通した状態でボルト６４をナット６２に螺合させる（図５（Ｃ））。更に、ボルト６４を締めると、円板部６２Ｂは部材収容空間ＰＸに収容されるものの、片６２Ｃは部材収容空間ＰＸの壁に接触する。このため、片６２Ｃは円板部６２Ｂに対して弾性変形する（図５（Ｄ））。この復元力は、部材収容空間ＰＸの壁を介して、径方向外側、すなわち採土側シリンダ５３Ｃの内面へ押し出す力を有する。ボルト６４をさらに締めると、片６２Ｃは弾性域での変形量が大きくなるため、より大きな復元力が生まれる。この復元力により、採土側シリンダ５３Ｃ及びピストン６０の隙間が気密状態となる。このようにして、ピストン本体６１と、付勢部材６２と、ナット６３と、ボルト６４とが気密機構として機能する。

なお、ピストン本体６１の下側（採土側シリンダ５３Ｃの先端側）の開口は、下に向かって内径ＲＳが漸増する形状となっていることが好ましい。これにより、ボルト６４の締めつけ作業によって、採土側シリンダ５３Ｃの内面部材を押すための復元力を得やすくなる。

図６に示すように、貫入ロッド４０は、地盤の硬度を測定するためのものであり、被打撃具５１に着脱自在なキャップ４２と、キャップ４２を介して打撃される被打撃具５１と、貫入試験を行うための貫入試験具４３と、を備える。被打撃具５１は、貫入試験具４３に対して着脱自在となっている。したがって、被打撃具５１は、貫入試験具４３と採土具５３とのうち一方が装着される。

キャップ４２は、打撃側シリンダ５１Ｃの基端側開口に装着される。さらに、キャップ４２は、打撃側ロッド５１Ｌの基端側を保持する。すなわち、キャップ４２によって、打撃側シリンダ５１Ｃと打撃側ロッド５１Ｌとが連結される。このため、キャップ４２に向けて、ハンマー２４を落下させると、ハンマー２４の落下エネルギーは、キャップ４２を介して、打撃側シリンダ５１Ｃと打撃側ロッド５１Ｌとの双方に伝達される。

貫入試験具４３は、試験側シリンダ４３Ｃと、試験側シリンダ４３Ｃの先端に配された栓部材４３Ａと、試験側シリンダ４３Ｃの内部空間に配され、先端側が栓部材４３Ａと連結する試験側ロッド４３Ｌと、栓部材４３Ａ及び試験側シリンダ４３Ｃの外周を覆うように設けられた外筒４３Ｔと、外筒４３Ｔに対して連結されたコーン４３Ｋと、を備える。

試験側シリンダ４３Ｃは、打撃側シリンダ５１Ｃや継柄用シリンダ７０Ｃに対して着脱自在となっている。試験側ロッド４３Ｌは、打撃側ロッド５１Ｌや継柄用ロッド７０Ｌに対して着脱自在となっている。

栓部材４３Ａは、略円盤状に形成される。また、栓部材４３Ａは、試験側シリンダ４３Ｃの径方向において、試験側シリンダ４３Ｃよりも突出するように配される。したがって、栓部材４３Ａは、試験側シリンダ４３Ｃに対して基端側に向かって係止される。なお、栓部材４３Ａの外径は、試験側シリンダ４３Ｃの外径よりも大きいことが好ましい。

試験側ロッド４３Ｌは、栓部材４３Ａの先端側と連結している。

外筒４３Ｔは、栓部材４３Ａが収容可能な栓収容部４３ＴＳと、栓収容部４３ＴＳに設けられ、栓収容部４３ＴＳに収容された栓部材４３Ａと係合する係合突起４３ＴＴと、外筒４３Ｔの内径のうち係合突起４３ＴＴよりも先端側に設けられたネジ４３ＴＮと、を備える。

コーン４３Ｋは、基端側に位置する円柱部４３ＫＥと、円柱部４３ＫＥの先端側から延びる先鋭部４３ＫＣと、円柱部４３ＫＥの外周に設けられたネジ４３ＫＮと、先鋭部４３ＫＣの周面に設けられた周溝４３ＫＭと、を備える。

ネジ４３ＫＮは、ネジ４３ＴＮと螺合可能である。周溝４３ＫＭは、外筒４３Ｔに対するコーン４３Ｋの脱着操作の際、コーン４３Ｋを係止するために用いられる。栓部材４３Ａと係合突起４３ＴＴとが係合したままでネジ４３ＫＮをネジ４３ＴＮに螺合させた状態では、栓部材４３Ａは、係合突起４３ＴＴによって、貫入ロッド４０の基端側への移動が規制されるものの、軸周りには回転可能となっている（図６（Ａ））。したがって、栓部材４３Ａに連結する試験側シリンダ４３Ｃも、貫入ロッド４０の基端側への移動が規制されるものの、軸周りに回転可能となっている。

次に、地盤調査装置２の使用方法について説明する。

図１に示すように、調査位置Ｘの真上に貫通孔２１ＤＸが位置するようにスタンド機構２１を設置する。

次に、図２（Ａ）に示すように、貫入ロッド４０を貫通孔２１ＤＸ（図１Ｂ）に挿入する。その後、スライド台２３は、所定の重さのハンマー２４を所定の高さまで上げた後、自由落下させる。自由落下した錘は、貫入ロッド４０の上端４０Ｔを打撃する。この打撃によって、貫入ロッド４０は地面に貫入する。貫入ロッド４０が所定の深さに到達するのに要した打撃数を、制御部は、貫入試験のＮｄ値として内蔵メモリに記憶する。

次に、回転方向係止機構２５ＣＲは、貫入ロッド４０等の軸ＡＸ周りの回転方向に対して係止する係止状態へ遷移させる。その後、ブラシレスモータ２５Ｍが駆動すると、貫入ロッド４０等は軸ＡＸ周りに回転する。制御部は、トルクセンサ２５Ｔから読み取ったシャフト２５Ｓのトルクの計測値から所定の設定値を減じて、シャフト２５Ｓのトルクを算出することができる。この設定値としては、貫入ロッド４０を保持しない状態で、ブラシレスモータ２５Ｍを駆動させたときのシャフト２５Ｓのトルクの計測値としてもよい。こうして得られたシャフト２５Ｓのトルクの算出値を、せん断抵抗値硬度として内蔵メモリに記憶する。

その後、引抜具２５ＣＨを移動規制機構２５ＣＵに装着する。これにより、移動規制機構２５ＣＵは移動規制状態となる。移動規制機構２５ＣＵが移動規制状態の場合に、油圧シリンダ２１ＬＣを駆動すると、移動規制機構２５ＣＵは、台座２１Ｄとともに上へ移動する。結果、移動規制機構２５ＣＵは、貫入ロッド４０等を地中から引き抜くことができる（図２（Ｂ））。

ここで、地中に貫入させたままの貫入ロッド４０等をそのまま引き抜こうとすると、貫入ロッド４０の周面と土壌との摩擦力によって、引き抜きに要する力が大きくなってしまう。そこで、この摩擦力による影響を低減するために、引き抜きに先だって貫入ロッド４０等を回転させる、または、引き抜きと同時に貫入ロッド４０等を回転させることが好ましい（図２（Ｂ））。これによって、貫入ロッド４０等の引き抜きに要する力を小さくすることができるため、地盤調査装置２の重量の軽量化、小型化を行うことができる。なお、貫入ロッド４０等の引き抜き作業と、ブラシレスモータ２５Ｍによる貫入ロッド４０等の回転を交互に行ってもよい。

次に、ピストン６０が採土側シリンダ５３Ｃの開口近傍に位置する状態（図３（Ａ））の採土具５３を、貫通孔２１ＤＸを介して地表にできた貫入跡（穴）へ挿入する。そして、採土具５３の上端に、被打撃具５１を連結して、採土具５３をさらに穴の奥へ挿入する。

なお、貫入孔の深さが、土壌サンプラ５０の長さよりも深い場合には、土壌サンプラ５０及び被打撃具５１の間を継柄７０でつないでもよい。その後、採土具５３の下端が孔の底に到達したとき、被打撃具５１の上部が貫通孔２１Ｃから露出し、嵌合棒５１ＫＢが係合溝５１ＫＭと係合した状態となっている（図４（Ｂ））。

採土側シリンダ５３Ｃの先端部分が穴の底に貫入すると、穴の底にある土壌が採土側シリンダ５３Ｃの先端部分に充填される。このようにして、土壌がピストン６０に対して密着した状態にする（図３（Ａ））。

ここで、採土側シリンダ５３Ｃの下側の開口が穴の底に貫入された状態で、ハンマー２４を用いて打撃側シリンダ５１Ｃの上端を所定の力で打撃する（図２（Ｃ））。このとき、嵌合棒５１ＫＢが係合溝５１ＫＭと係合した状態であるため、ピストン６０は地表に対して上下方向に移動しないが、採土側シリンダ５３Ｃは、地表に対して地中方向へ貫入する。すなわち、ピストン６０は、採土側シリンダ５３Ｃの内部空間に退くように、採土側シリンダ５３Ｃに対して相対的に移動する。採土側シリンダ５３Ｃは、地表に対して地中方向へ貫入するため、土壌収容空間ＫＸに、土壌試料が収容される（図３（Ｂ））。

土壌試料を収容した後は、貫入ロッド４０の場合と同様に、土壌サンプラ５０を引き抜く、すなわち、引き抜きに先だって貫入ロッド４０等を回転させる、または、引き抜きと同時に貫入ロッド４０等を回転させることが好ましい。ここで、栓部材４３Ａは、試験側シリンダ４３Ｃの径方向において、試験側シリンダ４３Ｃよりも突出し、突出した部分が係合突起４３ＴＴと係合する。このため、土壌サンプラ５０の引き抜き時に、外筒４３Ｔやコーン４３Ｋが、試験側シリンダ４３Ｃや試験側ロッド４３Ｌから脱落せずに済む。このため、地盤調査の際、調査位置にコーン４３Ｋを残さずに済むため、環境にも良い。

このように、被打撃具５１は、貫入試験具４３及び採土具５３の双方に装着可能であるため、１つの装置を用いて、地盤の硬度測定と土壌採取を所望の深さごとに短時間に行うことができる。特に、打撃側シリンダ５１Ｃと打撃側シリンダ５１Ｃとの相対的移動の規制や、規制の解除が、ロック構造５１Ｋやキャップ４２によって、切替可能であるため、地盤の硬度測定と土壌採取といった作業をスムーズに行うことができる。このように、本発明の地盤調査装置２によれば、調査位置Ｘの地盤の硬度測定を求めるとともに、調査位置Ｘの土壌採取を行うことが可能となるため、土壌汚染や液状化に関する地盤調査に適している。

また、ピストン本体６１と、付勢部材６２と、ナット６３と、ボルト６４とが気密機構として機能するため、土壌収容空間ＫＸの負圧が維持される。このため、土壌収容空間ＫＸに収容された土壌を脱落させることなく、地表まで搬送することができる。

さらに、貫入ロッド４０等の引き抜きに先だって貫入ロッド４０等を回転させる、または、引き抜きと同時に貫入ロッド４０等を回転させることができる。これによって、貫入ロッド４０等の引き抜きに要する力を小さくすることができるため、結果として、地盤調査装置２の重量の軽量化、小型化を行うことができる。

加えて、ボルト６４の締める量を増すことによって、円板部６２Ｂに対する片６２Ｃは弾性域での変形量を調節することができる。したがって、付勢部材６１の弾性係数が変化した場合や、弾性係数の異なる付勢部材６１へ交換した場合であっても、ボルト６４により、付勢部材６１に応じた所望の復元力を得ることができる。さらに、復元力の調節は、ピストン６０が採土側シリンダ５３Ｃの開口近傍に位置する状態（図５（Ｄ））で行うことも可能になる。結果、復元力の調節作業を容易に行うことができる。

なお、水位よりも深い位置まで土壌サンプラ５０を地中へ入れる場合には、被打撃具５１、採土具５３や継柄７０の継ぎ目から内部へ水が浸入することがある。この状態のまま、土壌サンプラ５０を地中から引き上げると、調査位置Ｘの近傍が水浸しになり作業性が低下する。そこで、採土側シリンダ５３Ｃに、水が通過可能な側孔５３ＣＸを形成してもよい（図３）。側孔５３ＣＸは、ストッパ５３Ｔよりも上側（基端側）に位置することが好ましい。これにより、土壌サンプラ５０を地中に位置する間に、採土側シリンダ５３Ｃの内部空間に浸入した水を外部へ排出することができる。なお、水が通過可能な側孔５３ＣＸと同様の側孔を継柄用シリンダ７０Ｃに設けてもよい。

尚、本発明は、上記した実施の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内において種々変更を加え得ることは勿論である。

２ 地盤調査装置
４ 調査ユニット
６ 車台ユニット
８ 連結ユニット
２１ スタンド機構
２２ レール
２３ スライド台
２４ 回転機構
２５ チャック機構
３０ ハンマ
４０ 貫入ロッド
５０ 土壌サンプラ
５１ 打撃部
５３ 採土部

Claims (7)

1. 外力を直接または間接的に受ける受け部と、
   土壌試料を採取可能な土壌サンプラ及び地盤の硬度を測定する貫入試験具が着脱自在な作用部側装着部と、
   前記受け部が受けた外力を前記作用部側装着部へ伝達する伝達機構と、を備え、
   前記伝達機構は、
   シリンダと、
   前記シリンダの内部空間を移動自在に配されたロッドと、
   前記シリンダ及び前記ロッドの相対的移動の規制を行う規制状態と、規制を解除した解除状態との間で切り替え可能な切替構造を有し、
   前記土壌サンプラは、前記シリンダに着脱自在な採土シリンダと前記ロッドに着脱自在な採土ロッドとの相対的移動によって、土壌試料を採取可能なものであり、
   前記貫入試験具は、前記シリンダに着脱自在な貫入試験シリンダと前記ロッドに着脱自在な貫入試験ロッドとの相対的移動が規制された状態で貫入試験を行うものであることを特徴とする地盤調査装置。
2. 前記貫入試験具は、
   前記貫入試験シリンダの先端側に配されたコーンを備え、
   前記貫入試験シリンダは、前記コーンに対して、前記貫入試験シリンダの軸周りに回動可能な状態であることを特徴とする請求項１記載の地盤調査装置。
3. 前記貫入試験具は、
   前記貫入試験ロッドの先端側に配された係合部材を備え、
   基端側への向きの力が前記ロッドに加わったときに、前記係合部材が前記コーンと係合することを特徴とする請求項１または２記載の地盤調査装置。
4. 採土シリンダと、
   前記採土シリンダの内部空間において相対的に進退自在なピストンと、
   前記採土シリンダ及び前記ピストンの隙間を気密状態にする気密機構と、を備え、
   前記気密機構は、
   前記ピストンに形成された収容空間と、
   前記収容空間に配された付勢部材と、
   前記付勢部材と係合可能な係合部材と、を有し、
   前記付勢部材は、
   前記係合部材との係合によって、前記収容空間の壁を介して前記ピストンの外面を前記採土シリンダの内面へ押し当てる押当状態と、前記係合の解除によって前記押当状態から退避した退避状態と、の間で遷移自在であることを特徴とする土壌サンプラ。
5. 前記付勢部材を前記ピストンに連結する連結具を備え、
   前記採土シリンダの長手方向における前記連結具の移動によって、前記付勢部材が、前記押当状態及び前記退避状態との間で遷移することを特徴とする請求項４記載の土壌サンプラ。
6. 請求項４または５記載の土壌サンプラを備えることを特徴とする地盤調査装置。
7. 地中に貫入されたロッドを引き抜く引抜機構と、
   前記ロッドを軸周りに回転する回転機構と、
   前記引抜機構及び回転機構を制御する制御機構とを備え、
   前記制御機構は、前記引抜機構を駆動する前に前記回転機構を駆動する、または、前記引抜機構と前記回転機構とを同時に駆動することを特徴とする地盤調査装置。
   
   
   
   

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