JP5159694B2 - 採取装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば、掘削孔内に投入した充填材、例えばセメントミルクと土とが混合してできるソイルセメントが固化する前に、そのサンプルを採取するための採取装置に関する。

建物の建設にあたり、例えば既製コンクリート杭におけるセメントミルクを使用する方法、或いは地盤を掘削して既製管を埋設するソイルセメント合成鋼管杭の作成において、打設したセメントミルクと土とで形成したソイルセメントの強度を測定するため、ソイルセメントが固化する前に採取することが知られている。

例えば、地盤に設けた掘削孔にセメント系固化材スラリーを注入して形成したセメントを採取するため、Ｈ型鋼からなる挿入部材に採取部材を取り付け、挿入部材をクレーンなどで掘削孔に降ろして、ソイルセメントのサンプルを採取する採取装置が知られている（特許文献１参照）。
この採取装置は、図４に示すように、上下に開口１ａ、１ｂを有する筒形容器１からなり、その下側開口部１aには揺動自在に蓋体２が取り付けられており、筒形容器１の下降時にはソイルセメントが上記蓋体２を開き、上昇時にはセメントソイルの荷重で上記蓋体２を閉鎖することで、ソイルセメントサンプルを採取するようになっている。

また、地盤にソイルセメント柱を構築する地盤改良用の攪拌装置において、その攪拌翼に有底筒状に形成されたソイルセメントサンプル採取用の採取器を揺動自在に取り付け、掘削軸の回転方向にしたがって採取器の開閉を行い、所定の深度でサンプルを採取するようにしたものも知られている（特許文献２参照）。

さらに、地盤を掘削して形成した掘削孔に既製杭を埋設し、その掘削孔内にセメントミルクを注入して形成したソイルセメントのサンプルを採取する装置として、図５に示す装置も知られている（特許文献３参照）。
この装置は、採取物を収容するホッパー５に開口内窓６を形成し、このホッパー５に外窓７を備えた外枠８を嵌装し、外枠８が掘削孔の底に着底後、ホッパー５をスプリング９に抗して下降させることで、内外窓６，７を位置整合させてソイルセメントを取り込み、ホッパー５を引き上げる際にスプリング９の力で内外窓６，７の位置をずらしてソイルセメントサンプルをホッパー５内に封じ込めて取り出すようにしている。

しかし、特許文献１に記載された採取装置は、蓋の開閉が全てソイルセメントによっているため、蓋の開閉、とくに内部にソイルセメントを収容した状態で蓋が確実に閉じるという保証はない。或いは閉じるまでに時間を要すれば、中に収容されたソイルセメントはより地上に近いものに入れ替わってしまう。
特許文献２に記載された攪拌装置は、攪拌翼に取り付けることを前提として構成されているため、攪拌翼を持たないものに対しての汎用性がないため、使い勝手が良いとは言えない。
特許文献３に記載された装置は、構造が複雑である上、この構成では、外枠が掘削孔に着底した状態でしかソイルセメントの採取ができず、採取位置（深度）を自由に設定したい場合には使用し難いという問題がある。

特開２００５−７６２００号公報 特開２００８−２５２４７号公報 特開２００１−７３３６０号公報

本発明は、採取装置の上記従来の問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、簡易な構造でしかも充填材を所定の深度で確実に採取できる採取装置を提供することである。

請求項１の発明は、地中から充填物のサンプルを採取する採取装置であって、有底の筒状体と、当該筒状体を上下動させるための作動軸とから成り、前記筒状体は、上面中央部に貫通する前記作動軸よりも大きな開口を設けた上面フランジを有し、前記作動軸は、所定距離離して設けた上部フランジと貫通孔を有する摺動フランジとを有し、上部フランジは、作動軸の下降位置においてその下面が上面フランジに当接し、かつ、摺動フランジは筒状体の内壁に沿って摺動自在であって、作動軸の上昇位置において前記上面フランジの下面に当接することを特徴とする採取装置である。
請求項２の発明は、請求項１に記載された採取装置において、前記摺動フランジは、作動軸の下降位置において、筒状体の底面に当接することを特徴とする採取装置である。
請求項３の発明は、地中から充填物のサンプルを採取する採取装置であって、有底の筒状体と、上下動自在な作動軸とからなり、前記筒状体は底孔を備えた底部を有し、前記作動軸は前記筒状体を縦に貫通しその下端部に設けた下部フランジと、筒状体の内周面に沿って上下摺動自在な摺動フランジとを有し、前記摺動フランジは筒状体が相対上昇したとき前記底孔を閉鎖し、かつ、下部フランジは筒状体が相対下降したとき前記底孔を閉鎖し、相対上昇したとき前記底孔を開放することを特徴とする採取装置である。
請求項４の発明は、請求項３に記載された採取装置において、前記作動軸に対して前記筒状体を相対移動自在に駆動する駆動手段をさらに有することを特徴とする採取装置である。
請求項５の発明は、請求項３又は４に記載された採取装置において、前記作動軸は、前記筒状体より上部の位置に上部フランジを有し、前記上部フランジと前記筒状体の開放側部分との間に伸縮自在な封鎖部材を設けたことを特徴とする採取装置である。

本発明によれば、簡易な構成により所望の深度で確実にソイルセメントサンプルを採取することができる。

本発明の第１実施形態に係る採取装置の断面図であり、図１Ａはソイルセメント中を下降中、図１Ｂは同上昇中の採取装置を示す。 本発明の第２実施形態に係る採取装置の断面図であり、図２Ａはソイルセメント中を下降中、図２Ｂは同サンプルソイルセメント採取中、図２Ｃはソイルセメント中を上昇中の採取装置を示し、図２Ｄ及び２Ｅはそれぞれ筒状体の上面フランジの変形例を示す。 本発明の第３実施形態に係る採取装置の断面図であり、図３Ａはソイルセメント中を下降中、図３Ｂは同サンプルソイルセメント採取中の採取装置を示す。 従来の採取装置の斜視図である。 従来の他の採取装置を示す正面図である。

本発明の実施形態に係るソイルセメントの採取装置を添付図面を参照して説明する。
本実施形態に係る採取装置は、いずれも例えば掘削した掘削孔内に既製管を埋設し、その掘削孔内にセメントミルクを注入して形成したソイルセメントの支持力を判定するためサンプルを採取するのに使用するものであって、クレーン或いは掘削機の掘削軸に取り付けた作動軸２０の下端に取り付けられて、作動軸２０の上下動により、所定の深度におけるソイルセメントのサンプルを採取するものである。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係るソイルセメントの採取装置の断面図で、図１Ａは採取装置がソイルセメント中を下降中の状態を、また、図１Ｂは上昇中の状態を示す。
本採取装置は、図示のように有底の筒状体１０と、この筒状体１０を上下動させる作動軸２０とから成っている。

筒状体１０の形状は円筒形、角筒形その他任意であり、その上面には幅広の上面フランジ１２が形成され、その中央部には開口１２ａが形成されている。上記開口１２ａには作動軸２０が貫通し、その周りにソイルセメントが流動するに十分な隙間が設けられている。

作動軸２０は、上部フランジ２２とこの上部フランジ２２から下方に所定間隔を隔てて設けた摺動フランジ２４を有している。摺動フランジ２４は一つ又は複数の貫通孔２４ａを有し上記筒状体１０内でその外周面が筒状体１０の内周壁に沿って、いわばピストンとシリンダの関係で筒状体１０を二分するように摺動自在に配置されている。
したがって、下部フランジ２４の外周形状は上記筒状体１０の内周形状と同じに形成されている。

作動軸２０の上部フランジ２２は、作動軸２０が筒状体１０内で下降して上部フランジ２２が筒状体１０の上面フランジ１２に当接したとき、その中央部の開口１２ａを閉鎖できる大きさ又は形状に形成されている。また、上記上部フランジ２２と摺動フランジ２４の間隔は、上部フランジ２２が上記上面フランジ１２に当接して上記中央部の開口１２ａを閉鎖したとき、摺動フランジ２４が筒状体１０の底部１４に当接できるように位置決めされていることが望ましいが、少なくとも、上部フランジ２２で上記開口１２ａを閉鎖する前に摺動フランジ２４が筒状体１０の底部１４に当接しないように、その間隔を調整しておくことが必要である。

次に、本採取装置の作用を説明する。
本採取装置の作動軸２０を、例えばクレーン又は掘削機の掘削軸に取り付け、作動軸２０を下降させると、作動軸２０の上部フランジ２２は筒状体１０の上面フランジ１２に当接してその中央部の開口１２ａを閉鎖する。その際上述のように、摺動フランジ２４は筒状体１０の底部１４に当接するか或いはほぼ当接する位置にある。
図１Ａはこの状態を示している。この状態で作動軸２０を下降し、したがって採取装置は掘削孔内に形成されたソイルセメント中を下降する。

筒状体１０が下降して所定の深度に達したとき、作動軸２０の下降を停止し、続いて作動軸２０を上昇させる。作動軸２０が上昇を開始すると、その上部フランジ２２は上記上面フランジ１２から離れ、ほぼ同時に摺動フランジ２４も筒状体１０の底部１４から離れる。続く作動軸２０の上昇に伴い、周りのソイルセメントは上部フランジ２２と上記上面フランジ１２との間に生じた隙間から上記開口１２ａを通して筒状体１０内に一気に流入する。流入したソイルセメントは筒状体中を上昇中の摺動フランジ２４の貫通孔２４ａを通して摺動フランジ２４と上記底部１４との間に形成されたキャビティ（空間）に流入する。この貫通孔２４ａを介した上記空間へのソイルセメントの流入は、摺動フランジ２４が上面フランジ１２の下面に当接して、摺動フランジ２４が上記開口１２ａを閉鎖するまで続く。摺動フランジ２４が上面フランジ１２の下面に当接した後は、作動軸２０の上昇に伴って筒状体１０も一緒に上昇する。

このようにして、筒状体１０内には所定深度におけるソイルセメントが充填され、筒状体１０は、作動軸２０の上昇に伴い地上に引き上げられる。所定深度で採取されたソイルセメントサンプルを収容した筒状体１０は、引き上げ時は密封状態となるから、筒状体１０の上部のソイルセメントサンプルが引き上げ時に掘削孔のより上方のソイルセメントに置き換わる虞は全くなく、完全な状態で回収することができる。
この実施形態では、極めて簡易な構造を有しつつ、所定深度におけるソイルセメントを確実に採取することができる。

（第２の実施形態）
図２は、本発明の第２の実施形態に係るソイルセメントの採取装置の断面図で、図２Ａは採取装置がソイルセメント中を下降中の状態を、また、図２Ｂはソイルセメントを採取中の状態、図２Ｃはソイルセメントサンプルを採取完了した状態を示す。また、図２Ｄ及び２Ｅはそれぞれ筒状体の上面フランジの変形例を示す。

本実施形態の採取装置は、第１の実施形態と同様に、図示のように有底の筒状体１０と、この筒状体１０の作動軸２０及び筒状体１０を作動軸２０に対して相対的に摺動（相対摺動）させるため、例えば、作動軸２０に固定された図示しない油圧駆動装置などの周知の駆動装置で駆動される駆動ロッド３０とから成っている。
筒状体１０の開放した上面には幅広の上面フランジ１２が形成されているが、第１の実施形態とは相異して、上面フランジ１２は、筒状体１０の開放端面外方のみに延在し、かつ、底部１４には、所定の採取位置におけるソイルセメントを筒状体１０内に取り入れるための底孔１４ａが設けられている。

作動軸２０は筒状体１０を貫通し、その下端に下部フランジ２６と、それよりも上部位置に、筒状体１０と作動軸２０とが相対移動するときに、筒状体１０の内壁に沿って摺動する摺動フランジ２４とを有している。
ここで、下部フランジ２６は、筒状体１０を作動軸２０に対して下降させるときに筒状体１０の底部１４裏面に当接して、底孔１４ａを閉鎖できる幅を有していればその形状等は任意である。

摺動フランジ２４は、上記筒状体１０を二分するように、上記筒状体１０内でその外周面が筒状体１０の内周壁に沿って、いわばピストンとシリンダの関係で摺動自在に配置されている。つまり、この摺動フランジ２４は、第１の実施形態の摺動フランジ２４と同様の構成であるが、上記摺動フランジ２４と相異して、貫通孔を有しておらずかつ筒状体１０の底部１４にその上面側から当接する。
摺動フランジ２４と下部フランジ２６間の距離は筒状体１０の深さに等しいかそれよりも短く構成されている。したがって、筒状体１０を駆動ロッド３０に対して下降させ、下部フランジ２６が筒状体１０の底部１４の裏面に当接したとき、摺動フランジ２４が筒状体１０から外れることはない。

なお、上記実施形態において、上面フランジ１２を図２Ｄのように筒状体１０の開放端面内方にも延在するように形成するか、または図２Ｅのように上面フランジ１２をその上面に筒状体１０の開放端内方に延在するフランジ１２ａを、例えば溶接などで一体的に取り付けた構成とすることができる。
上面フランジをこのような構成にすると、後述のように、筒状体１０が作動軸２０に対して相対的に下降したとき、摺動フランジ２４の上面が筒状体１０の上記開放端面内方に延在するフランジの下面に当接し、それによってソイルセメントサンプルを収容した状態における筒状体１０を密封することができる。その場合、上記開放端面内方に延在するフランジと摺動フランジ２４との当接面のいずれかにパッキング材を配置することで密封性を一層向上させることができる。

次に、本採取装置の作用を説明する。
本採取装置の作動軸２０を、例えばクレーン又は掘削機の掘削軸に取り付け、かつ、駆動ロッド３０により筒状体１０を作動軸２０に対して引き上げ、図２Ａに示すように、その摺動フランジ２４が筒状体１０の底部１４と当接して底孔１４ａを閉鎖した状態で、掘削孔内に設けられたソイルセメント内を下降させる。この状態では筒状体１０の底孔１４ａは摺動フランジ２４により閉鎖されているため、下降中にソイルセメントが底孔１４ａから筒状体１０内に流入することはない。他方、筒状体１０内にはソイルセメントが上部開放端から流入し、その状態で採取装置を所定の深度まで下降させる。

採取装置が所定の深度に達したとき、採取装置の下降を停止する。次に、作動軸２０に固定した図示しない駆動装置の駆動ロッド３０を作動して筒状体１０を下降させると、作動軸２０（したがって摺動フランジ２４）と筒状体１０とが相対移動して、図２Ｂに示すように、摺動フランジ２０は底部１４の上面から離れる。
摺動フランジ２０が底部１４の上面から離れると筒状体１０の底面１４と摺動フランジ２０との間に空間（キャビティ）が生じ、かつ底面１４の底孔１４ａが開放するため、底孔１４ａからソイルセメントが矢印Ｓで示すように流入する。このソイルセメントの流入は、筒状体１０が下降してその底面１４が下部フランジ２６に当接して上記底孔１４ａが閉鎖されるまで続く。
このようにして、掘削孔内の所定位置におけるソイルセメントサンプルが採取される。

筒状体１０が下降してその底面１４が下部フランジ２６に当接すると、駆動ロッド３０の駆動を停止する。その状態では、図２Ｃに示すようにソイルセメントサンプルは筒状体１０内に収容され、筒状体１０の上面は摺動フランジ２４で閉鎖された状態となり外部との接触が断たれる。そのため、筒状体１０をそのままの状態に維持してソイルセメントサンプル回収位置まで上昇させる。
筒状体１０がソイルセメントサンプル回収位置に到達したときは、駆動ロッド３０を図示しない駆動機構により作動させて筒状体１０を上昇させ、それによりソイルセメントサンプルは筒状体１０の底部１４の底孔１４ａからサンプル回収容器内に押し出される。筒状体１０などは必要に応じて次の作業に備えて水による洗浄等を行う。

以上の説明では、筒状体１０を作動軸２０に対して相対的に摺動（相対摺動）させるための機構として、油圧駆動装置などの周知の駆動装置で駆動される駆動ロッド３０を用いているが、この機構は必ずも必要ではない。
即ち、円筒体１０をソイルセメント中で降下させるときは、円筒体１０は、下降する作動軸２０の摺動フランジ２４が円筒体１０の底部１４に当接してそれを押し下げる力で作動軸２０に対して相対的に引き上げられる。
次に、円筒体１０を所定深度まで降下させて作動軸２０の下降を停止させ、続いて作動軸２０を引き上げると、円筒体１０は、自重及びその上面フランジ１２に作用するソイルセメントの反力（ソイルセメントの流動性はあまりないため、ソイルセメント自体が円筒体１０の上面フランジ１２に対して下向きの力を与える。この力を反力という）に加え作動軸２０の引き上げによって作動軸２０に対して相対的に下降して、底部１４の底孔１４ａから円筒体１０と摺動フランジ２４で囲まれた円筒体１０内にサンプル用のソイルセメントを取り込む。

筒状体１０がソイルセメントサンプルの回収位置に到達したときは、作動軸２０を筒状体１０に対して相対下降させることにより、ソイルセメントサンプルは筒状体１０の底部１４の底孔１４ａからサンプル回収容器内に押し出される。

（第３の実施形態）
図３Ａは、本発明の第３の実施形態に係るソイルセメントの採取装置の断面図で、図３Ａは採取装置がソイルセメント中を下降中の状態を、また、図３Ｂはソイルセメントを採取中の状態を示す。
第３の実施形態は、基本的には第２の実施形態と同様の構造であるが、作動軸２０にさらに上部フランジ２２を設け、上部フランジ２２の下面と筒状体１０の上面フランジ１２の上面（必ずしも上面フランジの上面でなくとも筒状体の上端側部分であればよい）間にベローズ３２を配置した点で相異している。

即ち、図３Ａの状態は、ソイルセメント中を所定の採取位置に向かって下降中の状態であって、摺動フランジ２４の下面が筒状体１０の底部１４の上面に当接して底孔１４ａを閉鎖して、筒状体１０内へのソイルセメントの流入を阻止する一方、上部フランジ２２下面と上面フランジ１２上面間に取り付けたベローズ３２が筒状体１０の上面を封鎖して、筒状体１０内に上方からソイルセメントが流入するのを防止している。

本実施形態においても、採取装置が所定の深度に達したとき、採取装置の下降を停止する。次に、駆動ロッド３０を作動して筒状体１０を下降させ、摺動フランジ２４が底部１４の上面から離れると、底孔１４ａからソイルセメントが流入する。同時に上部フランジ２２が上昇することによりベローズは拡張し、筒状体１０内の空気は拡張したベローズ内に移動する。その他の動作等は第２実施形態と同様である。

以上、第２、第３実施形態においては、筒状体１０を作動軸２０に対して相対移動可能に取り付けたものとして説明したが、筒状体１０をクレーン又は掘削機の掘削軸に取り付け、作動軸２０を駆動機構により筒状体１０に相対移動可能に取り付けてもよい。

１０・・・筒状体、１２・・・（筒状体の）上面フランジ、１４・・・（筒状体の）底部、１４ａ・・・底孔、２０・・・作動軸、２２・・・上部フランジ、２４・・・摺動フランジ、２４ａ・・・貫通孔、２６・・・下部フランジ、３０・・・駆動ロッド、３２・・・ベローズ。

Claims (5)

1. 地中から充填物のサンプルを採取する採取装置であって、有底の筒状体と、当該筒状体を上下動させるための作動軸とから成り、前記筒状体は、上面中央部に貫通する前記作動軸よりも大きな開口を設けた上面フランジを有し、前記作動軸は、所定距離離して設けた上部フランジと貫通孔を有する摺動フランジとを有し、
   上部フランジは、作動軸の下降位置においてその下面が上面フランジに当接し、かつ、摺動フランジは筒状体の内壁に沿って摺動自在であって、作動軸の上昇位置において前記上面フランジの下面に当接することを特徴とする採取装置。
2. 請求項１に記載された採取装置において、
   前記摺動フランジは、作動軸の下降位置において、筒状体の底面に当接することを特徴とする採取装置。
3. 地中から充填物のサンプルを採取する採取装置であって、
   有底の筒状体と、上下動自在な作動軸とからなり、前記筒状体は底孔を備えた底部を有し、前記作動軸は前記筒状体を縦に貫通しその下端部に設けた下部フランジと、筒状体の内周面に沿って上下摺動自在な摺動フランジとを有し、前記摺動フランジは筒状体が相対上昇したとき前記底孔を閉鎖し、かつ、下部フランジは筒状体が相対下降したとき前記底孔を閉鎖し、相対上昇したとき前記底孔を開放することを特徴とする採取装置。
4. 請求項３に記載された採取装置において、
   前記作動軸に対して前記筒状体を相対移動自在に駆動する駆動手段をさらに有することを特徴とする採取装置。
5. 請求項３又は４に記載された採取装置において、
   前記作動軸は、前記筒状体より上部の位置に上部フランジを有し、前記上部フランジと前記筒状体の開放側部分との間に伸縮自在な封鎖部材を設けたことを特徴とする採取装置。
   

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