JP4749194B2 - オーガー削孔装置における土質試料採取具 - Google Patents

Description

この発明は、オーガー削孔装置における土質試料採取具に関し、さらに詳細には、例えば、埋込み杭工法による既製杭施工に際して、杭孔の掘削施工に伴って土質試料を採取する技術に関する。

例えば、埋込み杭工法による既製杭施工を実施する場合、事前に原位置でのボーリング調査が行われ、土質柱状図が作成される。この土質柱状図をもとに支持層を確認し、既製杭の根入れ長を決定している。しかし、土質柱状図は、多数本打設される杭の全ての施工位置の土質状態を反映しているものではなく、このため杭施工位置によっては土質状態がが土質柱状図と異なっていることがある。

このようなことから、従来、杭孔の掘削施工時に土質試料を採取することが行われている。そして、採取した実際の杭施工位置での土質試料がボーリングによる調査結果と一致しているかどうかを確認し、杭の施工品質を高めるようにしている。

杭孔は、通常オーガー削孔装置によって掘削され、その引き上げ後、スパイラル翼に付着している土砂を土質試料として採取している。しかし、掘削時には孔内に掘削水を供給するのが一般的であり、このため掘削孔内は土砂が流動状態となり、削孔装置の引き上げの際に試料として採取すべき土砂が流出し、試料の採取が不可能になることがある。

このような問題を解消するために、土質試料を採取するための装置を取り付けた削孔装置が、従来、種々提案されている（例えば特許文献１，２参照）。これら従来技術は、いずれも掘削孔底部の土砂を採取する場合も含めて、掘削孔内に存在する土砂を試料として採取するものである。しかし、掘削時には孔壁の崩壊等が生じることから、掘削孔内に存在する土砂は、必ずしもその深度の土砂であるとはいえない。すなわち、採取した土質試料が実際の深度とは異なる深度のものであったり、あるいは、異なる深度の土砂が混在したものだったりするということが起こりうる。このような土質試料の採取手法は、土質柱状図との照合を無意味にするだけでなく、土質判断の信頼性を損ね、さらには支持層の根入れ長の決定に混乱を生じさせる等して適正な施工方法の判断にも影響を及ぼす。
特開平６−１２８９３１号公報 特開平９−１４４４６５号公報

この発明は上記のような技術的背景に基づいてなされたものであって、次の目的を達成するものである。
この発明の目的は、掘削に伴って土質試料を採取するに際し、実際の深度の土質試料を確実に採取することができるオーガー削孔装置における土質試料採取具を提供することにある。

この発明は上記課題を達成するために、次のような手段を採用している。
すなわち、この発明は、回転軸部の外周にスパイラル翼を有するオーガー削孔装置に設置される土質試料採取具であって、
前記土質試料採取具は、前記回転軸部の外周かつ前記スパイラル翼の外径範囲内に設置され、
前記回転軸部の半径方向外方を向くように開口した土質試料の取り込み口を有する採取ケースと、
縦向きの回転軸線の回りを回動して前記取り込み口を開閉するとともに、開放時に先端部が前記スパイラル翼の外径範囲外に突出する切削ブレードとからなり、
前記切削ブレードは、前記回転軸部の掘削方向回転時に前記取り込み口を閉鎖し、前記回転軸部の掘削方向とは逆方向の回転時に開放して掘削孔壁の土砂を切削し、切削土砂を前記取り込み口を経て採取ケース内に取り込むようになっていることを特徴とするオーガー削孔装置における土質試料採取具にある。

前記採取ケースは、種々の形状を採りうるが、スパイラル状のものとするとよい。この場合、前記採取ケースは、前記回転軸部の外周面に巻き付くように取り付けられている構成を採ることができる。前記取り込み口は、前記採取ケースの上端部に設けられている。前記採取ケースは、その下端部に土質試料の取り出し口を有し、この取り出し口には着脱自在な開閉蓋が設けられている。

前記切削ブレードの内面に切削土砂を案内するためのガイド板が設けられている構成とを採ることができる。また、前記採取ケースは、その周壁に多数の水抜き孔が設けられている構成を採ることができる。

前記土質試料採取具は、例えば、オーガーヘッドの回転軸部の外周に設けられる。前記土質試料採取具は、前記回転軸部の長さ方向に亘って多段に設けられている構成を採ることもできる。

この発明によれば、切削ブレードにより掘削孔壁の土砂を切削して、切削土砂を土質試料として採取ケース内に取り込むので、実際の深度の土質試料を確実に採取することができる。この結果、信頼性の高い土質判断をすることができ、ひいては適正な施工方法の判断をすることができる。

この発明の実施形態を図面を参照しながら以下に説明する。図１は、この発明による土質試料採取具の斜視図、図２は断面図である。土質試料採取具１は、採取ケース２と切削ブレード３とからなる。これらの部材２，３はいずれも鋼材で作られるが、所要の強度を有するプラスチック材料で作ることもできる。採取ケース２は、この実施形態では断面四角形で一方向に長くなっている形状のもので、しかもその長手方向に関してスパイラル状となっている。この結果、採取ケース２は前後間で高低差が生じ、その上端部外周壁には土質試料の取り込み口４をなす開口が形成されている。取り込み口４の一側縁にはピン取付け部５が設けられている。

切削ブレード３は、図３に示すように、先端部が鋭角的にされたプレート状のもので、後端部にはピン取付け部６が設けられている。また、切削ブレード３の下端部内面には切削した土質試料を採取ケース２に取り込みやすくするためのガイド板７が、切削ブレード３に対しほぼ直角に設けられている。

切削ブレード３は、そのピン取付け部６及び採取ケース２のピン取付け部５に取り付けられる縦向きのピン８を介して、採取ケース２に支持されている。これにより、切削ブレード３は、取り込み口４を閉鎖する位置と開放する位置との間を回動自在となっている。すなわち、切削ブレード３は取り込み口４の開閉蓋の機能を兼ねている。なお、切削ブレード３は、図示しないストッパにより採取ケース２に対する開き角度が９０度以下、この実施形態では鋭角（図６参照）となるように制限されている。

採取ケース２の下端部には土質試料の取り出し口９をなす開口が形成されている。この取り出し口９には開閉蓋１０が着脱自在に取り付けられている。開閉蓋１０は、図４に示すように、内面に１対の取付け板１１を有し、これらの取付け板にはねじ孔１２が形成されている。開閉蓋１０は取付け板１１が採取ケース２内に挿入され、採取ケース２の外面からねじ孔１２に螺着されるボルト１４により採取ケース２に固定される（図１参照）。

採取ケース２の周壁には多数の水抜き孔１３が形成されている。掘削時には、通常、削孔内に水が供給されるので、採取ケース２には掘削孔内の水も取り込まれてしまう。水抜き孔１３は、この水を排出するためのものである。

図５は、上記土質試料採取具１をオーガー削孔装置のオーガーヘッド２０に設置した状態を示している（図６の作用説明図も併せて参照）。オーガーヘッドは種々の構造のものがある。図５に示すオーガーヘッド２０はその一例であり、回転軸部２１の外周に２条のスパイラル翼２２を有し、各スパイラル翼２２の先端にはビット２３が設けられている。

土質試料採取具１は、回転軸部２１の外周かつスパイラル翼２２の外径範囲内に設置される。具体的には、採取ケース２がその上面がスパイラル翼２２の下面に接した状態で、回転軸部２１の外周面にスパイラル状に巻き付くように溶接により固定されている。ただし、スパイラル状に巻き付くとはいっても１巻きに満たない範囲であり、この実施形態ではほぼ１／４巻き（角度範囲でほぼ４５度）である。この結果、取り込み口４は回転軸部２１の半径方向外方を向くことになる。なお、採取ケース２は、溶接に限らずブラケットを設けてボルトによる固定とすることもできる。

この設置状態で、切削ブレード３の外周端縁がスパイラル翼２２の外周端縁とほぼ一致している。言い換えれば、土質試料採取具１は上述のような設置状態となる大きさ、形状に作られている。スパイラル翼２２の外周部には、切削ブレード３の開閉の際に摩擦が生じないように、コ字形の切欠き２４が形成されている。

図６は、上記土質試料採取具１の作用を説明するための断面図である。オーガー削孔装置による掘削時には、図６（ａ）に示すように、回転軸部２１は矢印方向に回転している。以下、この回転方向を正転とする。回転軸部２１が正転しているときは、切削ブレード３は開かず、取り込み口４を閉鎖したままである。掘削土砂は、通常の掘削の場合と同様に、スパイラル翼２２の回転に伴って地上に向けて排土される。

掘削深度が所定深度に達したら、図６（ｂ）に示すように、回転軸部２１を逆転させる。回転軸部２１が逆転すると、切削ブレード３はその先端部に作用する抵抗により開き、スパイラル翼２２の外径範囲外に突出して掘削孔２５の孔壁２６に食い込む。この結果、回転軸部２１の逆転に伴って孔壁２６の土砂が切削され、切削土砂すなわち土質試料は取り込み口４を通って採取ケース２内に取り込まれる。その際、切削土砂はガイド板７によってガイドされるので、取りこぼすことなく確実に採取ケース２に取り込まれる。また、採取ケース２はスパイラル状のものであって、前後に高低差があるので、一度取り込まれた土質試料が掘削孔内の水等の影響により流出することがない。土質試料とともに取り込み口４を通って採取ケース２に流入した掘削孔２５内の水は、水抜き孔１３を通して排出される。

土質試料の採取後、回転軸部２１を再び正転させると、切削ブレード３は図６（ａ）のように取り込み口４を閉鎖する。この状態でオーガー削孔装置を地上に引き上げる。採取した土質試料は、開閉蓋１０を取り外して、取り出し口９から取り出される。その際、採取ケース２は上述のように前後に高低差があるので、土質試料に働く自重を利用してスムーズに取り出すことができる。必要に応じて、取り込み口４から水を注入して土質試料を流し出すようにしてもよい。水を流し込むことにより、同時に採取ケース２内を清掃することができる。

想定される土質試料が砂・砂礫等である場合は、上記実施形態のように、採取ケース２の上端部に取り込み口４を下端部に取り出し口９を設けることで、土質試料を流出させることなく確実に保持することができる。他方、想定される土質試料が粘性土の場合は、取り込み口４を採取ケース２の下端部に設けるようにしてもよい。粘性土の場合は、採取ケース２内で取り込んだ土質試料の押し上げ効果が期待できるからである。この場合、土質試料の取り出し口９は採取ケース２の上端部及び下端部のいずれに設けるようにしてもよい。

上記のように土質試料採取具１をオーガーヘッド１に取り付けた場合は、支持層の土質試料を採取することができる。土質試料採取具１は、オーガーヘッド１以外の別の部位に取り付けるようにしてもよく、それによって取付け部位に対応した所望深度の土質試料を採取することができる。さらには、回転軸部２１の長さ方向に亘って多段に取り付けるようにしてもよく、それによって異なった深度の複数の土質試料を同時に採取することができる。また、例えばオーガヘッド２０の先端付近と、さらに、それよりも適宜距離上方（例えば２ｍ程度）のスパイラルロッド３０（図７参照）に土質試料採取具１をそれぞれ取り付けて、それら採取具によって採取された土質試料が同じものであれば、杭の支持層への根入れ長さが確保されていることを確認することができる。

図７は、上記オーガヘッド２０が先端に接続されることとなるスパイラルロッド３０に、土質試料採取具１を取り付けた例を示している。取付け態様は、オーガーヘッド２０の場合と全く同様である。スパイラルロッド３０には中間部に撹拌ロッドが設けられる場合がある。図８は、この撹拌ロッド４０に土質試料採取具１を取り付けた例を示している。土質試料採取具１は上下の撹拌翼４１間の回転軸部２１の外周面に取り付けられる。

上記実施形態は例示にすぎず、この発明は以下に記すような種々の態様を採りうる。
(1) 上記実施形態では土質試料採取具１を回転軸部２１の外周面に取り付けたが、スパイラル翼２２の上面又は下面に取り付けることもできる。すなわち、この発明でいう土質試料採取具が「回転軸部の外周かつスパイラル翼の外径範囲内に設置される」とは、回転軸部の外周面に取り付ける態様のみならず、スパイラル翼の上面又は下面に取り付ける態様も含む概念である。また、撹拌ロッド４０に取り付ける場合も、上記範囲内である限りにおいて、土質試料採取具１を撹拌翼４１に取り付ける態様も包含される。
(2) 上記実施形態では切削ブレード３を採取ケース２に取り付けたが、これに限らず切削ブレードはスパイラル翼２２に取り付けることもできる。

(3) 切削ブレード３にはガイド板７を必ずしも設けなくともよい。しかし、ガイド板７を設けることによって、採取ケース２に土質試料を取り込み易くなるだけでなく、回転軸部２１の逆転時にはガイド板７にも抵抗が作用するので、切削ブレード３が開き易くなる。
(4) 採取ケース２の断面形状は、四角形に限らず多角形、半円形、扇形等種々の形状とすることができる。
(5) 土質試料の取り出し口に設ける開閉蓋は、上記実施形態のものに限らず、採取ケースの外側に被着する形式のものであってもよい。

この発明による土質試料採取具の実施形態を示す斜視図である。 同実施形態のものの断面図である。 切削ブレードを示す斜視図である。 開閉蓋を示す斜視図である。 土質試料採取具をオーガーヘッドに取り付けた状態を示す図である。 土質試料採取具の作用説明図である。 土質試料採取具をスパイラルロッドに取り付けた状態を示す図である。 土質試料採取具を撹拌ロッドに取り付けた状態を示す図である。

符号の説明

１：土質試料採取具
２：切削ブレード
３：採取ケース
４：取り込み口
７：ガイド板
８：ピン
９：取り出し口
１０：開閉蓋
１３：水抜き孔
２０：オーガーヘッド
２１：回転軸部
２２：スパイラル翼
２４：切欠き
２５：掘削孔
２６：孔壁
３０：スパイラルロッド
４０：撹拌ロッド
４１：撹拌翼

Claims (8)

1. 回転軸部の外周にスパイラル翼を有するオーガー削孔装置に設置される土質試料採取具であって、
   前記土質試料採取具は、前記回転軸部の外周かつ前記スパイラル翼の外径範囲内に設置され、
   前記回転軸部の半径方向外方を向くように開口した土質試料の取り込み口を有する、スパイラル状の採取ケースと、
   縦向きの回転軸線の回りを回動して前記取り込み口を開閉するとともに、開放時に先端部が前記スパイラル翼の外径範囲外に突出する切削ブレードとからなり、
   前記切削ブレードは、前記回転軸部の掘削方向回転時に前記取り込み口を閉鎖し、前記回転軸部の掘削方向とは逆方向の回転時に開放して掘削孔壁の土砂を切削し、切削土砂を前記取り込み口を経て採取ケース内に取り込むようになっていることを特徴とするオーガー削孔装置における土質試料採取具。
2. 前記採取ケースは、前記回転軸部の外周面に巻き付くように取り付けられていることを特徴とする請求項１記載のオーガー削孔装置における土質試料採取具。
3. 前記取り込み口は、前記採取ケースの上端部に設けられていることを特徴とする請求項１又は２記載のオーガー削孔装置における土質試料採取具。
4. 前記採取ケースは、その下端部に土質試料の取り出し口を有し、この取り出し口には着脱自在な開閉蓋が設けられていることを特徴とする請求項１，２又は３記載のオーガー削孔装置における土質試料採取具。
5. 前記切削ブレードの内面に切削土砂を案内するためのガイド板が設けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１記載のオーガー削孔装置における土質試料採取具。
6. 前記採取ケースは、その周壁に多数の水抜き孔が設けられていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１記載のオーガー削孔装置における土質試料採取具。
7. 前記土質試料採取具は、オーガーヘッドに設けられていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１記載のオーガー削孔装置における土質試料採取具。
8. 前記土質試料採取具は、前記回転軸部の長さ方向に亘って多段に設けられていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１記載のオーガー削孔装置における土質試料採取具。

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