JP5266151B2 - 掘削孔内充填物採取装置 - Google Patents

Description

本発明は、掘削孔内充填物採取装置に関する。さらに詳述すると、本発明は、掘削孔内へ充填された充填物のサンプリング技術の改良に関する。

掘削孔内に既製杭を埋設するプレボーリング工法としては、予め支持層に達する深さの縦孔を掘削し、その縦孔の下端部に根固め用のセメントミルクを注入し、そのセメントミルクが固化する前に杭を挿入するというものがある。

このような工法においては、掘削後に注入されるセメントミルクの圧縮強度といった性能を検査するため、当該セメントミルク等を資料として採取するサンプリングが実施されている。従来、一般的なサンプリング手法の一つに、プラント等で採取したセメントミルクを検査用の資料として採用するというものがあるが、そもそも、地中内に充填されたセメントミルクは地中内の掘削土や泥水等と混ざり合って泥状ないしはスラリー状となっていることから、プラントから採取したものとは質的にも強度的にも相違しているものであり、正確な検査ないし管理が難しい。このような問題を解決するための技術としては、例えば、バネや孔底部の反力を利用して容器の一部をスライドさせて開閉を行う採取装置を利用し、実際の掘削孔からセメントミルク等を採取するという手法が提案されている（例えば特許文献１参照）。

特開２００１−７３３６０号公報

しかしながら、上述のごとき採取装置はバネによるスライド機構を利用していることから、掘削孔の途中に障害物等があると容器が簡単に開口してしまい、掘削孔内から所望のセメントミルク等を採取することが難しいという点で問題である。また、深さ数十ｍの掘削孔内では相当の圧力が作用することから、シール部材やバネの選定が簡単ではないといったように設計が難しくなりやすいという問題もある。

そこで、本発明は、従来技術における種々の課題を踏まえつつ、取扱いやすさを簡素化しながらも掘削孔内におけるセメントミルク等を精度よく採取することができる掘削孔内充填物採取装置を提供することを目的とする。

かかる課題を解決するべく本発明者は種々の検討を行った。例えば上述のごとくバネや孔底部の反力を利用して容器の一部をスライドさせる採取装置にあっては、障害物等の影響により所定外の位置で容器が自動的に開口してしまったとしてもそのような事態を即座に把握することが難しく、仮に把握できたとしても地上で操作して調整するということができない。また、地盤の性状は様々であり、地盤ごとにバネ反力等を微調整することは手間を要することであり難しい。これらの点をふまえつつ、所望の地点におけるセメントミルク等を精度よく採取することについて検討を重ねた本発明者は、かかる課題の解決に結び付く新たな知見を得るに至った。

本発明はかかる知見に基づくものであり、地盤に形成された掘削孔の内部に充填された充填物を採取するための採取装置において、充填物を一時的に収納する収納タンクと、該収納タンクに形成された充填物の採取口と、該採取口を開閉する採取蓋と、該採取蓋を移動させるアクチュエータと、を備え、アクチュエータは地盤上からの操作が可能な油圧アクチュエータであり、採取口は当該採取装置の外周よりも内側に形成されている、というものである。

この掘削孔内充填物採取装置においては、油圧アクチュエータを用いて採取蓋を移動させ、収納タンクの採取口を開閉させることができる。このため、掘削孔内の所望の地点におけるセメントミルク等を精度よく採取し、より精度の高いサンプリングを実現することに寄与することができる。しかも、このような採取装置によればバネ反力を微調整するといった手間がないため取扱いやすさという面がより向上したものとなる。加えて、油圧で作動するアクチュエータを採用すれば高圧で使用できるため小型化しやすく、しかも潤滑性能や防錆性能に優れるという利点もある。

また、従来の採取装置のように容器の一部をスライドさせて開閉を行ういわばシャッター構造の場合（特に容器の外周において一部をスライドさせる場合）、パッキンが摩耗しやすい点も問題となりうる。これに対し、本発明にかかる掘削孔内充填物採取装置においては、採取口が当該採取装置の外周よりも内側に形成されていることから、パッキンが摩耗しやすいシャッター構造以外の開閉構造を採用する場合に好適である。本発明にかかる掘削孔内充填物採取装置においては、採取蓋が例えば鉛直方向に沿って、圧力方向または圧力方向とは逆の方向へ移動するように形成されている。

さらに、かかる掘削孔内充填物採取装置は、掘削ロッドの下端に着脱するための接続ジョイントを備えていることが好ましい。この場合、掘削ロッドの下端に接続されている掘削ビットをこの掘削孔内充填物採取装置に付け替え、当該掘削ロッドを利用してのサンプリングを実施することができる。

また、収納タンクの底部に、当該収納タンクに一時的に収納された充填物を取り出すための取出し口および該取出し口を開閉する取出し蓋が設けられていることも好ましい。さらにこの場合において、収納タンクの底部に、取出し蓋の着脱空間を確保する脚部が設けられていることも好ましい。

また、本発明にかかる掘削孔内充填物採取装置において、充填物の採取時に収納タンク内の空気を抜くための空気抜きが設けられていることが好ましい。

さらに、掘削孔内充填物採取装置が、充填物の採取時、当該充填物が収納タンクに流れ込みやすくする微動装置を備えていることも好ましい。充填物の採取時、収納タンクに例えば上下動、旋回ないし回動、あるいは振動といった微細な動きをさせることにより、地中内の掘削土や泥水等と混ざり合って泥状ないしはスラリー状となっているセメントミルク等が収納タンクに流れ込みやすくなる。

また、当該採取装置が地盤に入り込むのを容易にするスパイラルが当該採取装置の外周に形成されていることも好ましい。スパイラル付きの採取装置は、地盤が固い場合にも入り込むことができる。

さらには、収納タンクの内部に、空気溜まりをなくすための仕切り板が設けられていることも好ましい。深さ数十ｍの掘削孔内では相当の圧力が作用するが、空気溜まりをなくす構造とすれば、取出し蓋を開けた際に、圧縮された空気が急激に開放されることによるトラブル（たとえば内部液体の噴出等）を回避することができる。

本発明によれば、取扱いやすさを簡素化しながら掘削孔内におけるセメントミルク等を精度よく採取することが可能となる。

地盤に掘削孔を形成する各工程のうち、掘削ロッドを回転させ、その先端の掘削ビットで地盤を掘削する様子を示す図である。 掘削ロッドを逆回転させて掘削ビットを拡大する様子を示す図である。 掘削ロッドの先端からセメントミルクを吐出しながら上下に反復させて拡大球根部を形成する様子を示す図である。 掘削ロッドを引き上げながら抗周固定液を吐出する様子を示す図である。 掘削ロッドをさらに引き上げる様子を示す図である。 掘削孔へ既製杭を吊り込み、自重で沈設させる様子を示す図である。 杭保持装置によって下杭を支持して下杭と上杭の端部金物どうしを溶接する様子を示す図である。 既製杭を沈設させる様子を示す図である。 既製杭をさらに沈設させる様子を示す図である。 本発明にかかる掘削孔内充填物採取装置の構造例を示す図である。 掘削孔内おける採取装置とその外周仮想面を示す斜視図である。 掘削孔内充填物採取装置の他の構造例を示す図である。

以下、本発明の構成を図面に示す実施の形態の一例に基づいて詳細に説明する。

図１〜図１２に本発明にかかる掘削孔内充填物採取装置の実施形態を示す。以下では、まず、掘削ロッド２１や掘削ビット２２を用いて地盤に掘削孔２０や根固め部を形成する一般的な工程について説明し（図１〜図９参照）、その後、掘削孔内充填物採取装置１を用いたサンプリング工程について説明する（図１０〜図１２参照）。

地盤に掘削孔２０を形成するにあたっては、まず掘削ロッド２１をその先端から水を吐出しながら回転させ、先端部の掘削ビット２２で地盤を掘削する（図１参照）。このとき、撹拌アーム２３が掘削土を水と撹拌してスラリー化した泥水２５とする。また、均しローラ２４が掘削孔２０の孔壁の表面を均しながら固める。

掘削ロッド２１が所定深さまで達したら、当該掘削ロッド２１を逆回転させて掘削ビット２２を拡大し、先端から根固め液としてのセメントミルクを吐出しながら上下に反復させて拡大球根部２７を形成する（図２、図３参照）。

次に、掘削ロッド２１を引き上げながら、掘削した体積の例えば１割程度のセメントミルクを杭周固定液２８として吐出する（図４、図５参照）。このとき掘削ロッド２１は正転状態であり、泥水２５と杭周固定液２８とが混合される。また、所定量の杭周固定液２８の注入後は、後の既製杭の沈設が容易となるように必要に応じて水を吐出しながらこの掘削ロッド２１を引き上げる。なお、掘削孔内充填物採取装置１を用いたサンプリング工程を実施する場合は、通常、このように掘削抗２０から掘削ロッド２１を引き上げた後となる。

その後、既製杭２９の頭部を回転キャップ３０で係止し、掘削孔２０内へ吊り込み、自重で沈設させる（図６参照）。杭２９の接続は、例えば杭保持装置３１によって下杭を支持し、下杭と上杭の端部金物どうしを溶接することによって行う（図７参照）。その後、既製杭２９をさらに沈設し、当該既製杭２９の先端を拡大球根部２７中まで埋め込む（図８、図９参照）。なお、既製杭２９をその自重だけで沈設できない場合は、あらかじめ既製杭２９の先端に押し込み金物３２を取り付けておき、既製杭２９を回転させて杭先端を孔底より例えば１ｍ程度浮かした位置まで押し込むようにすることが好ましい。

続いて、掘削孔内充填物採取装置１および当該採取装置１を用いたサンプリング工程について説明する。

掘削孔内充填物採取装置１は、地盤に形成された掘削孔２０の内部に充填された充填物（例えば、根固め液２６あるいは杭周固定液２８として吐出され泥水２５と混合されたセメントミルク）を採取するための装置である（図１０参照）。本実施形態の掘削孔内充填物採取装置１は、収納タンク２、充填物の採取口３、採取蓋４、アクチュエータ等を備えた装置として構成されている。

収納タンク２は、掘削孔２０内の充填物を一時的に収納するための容器である。例えば本実施形態では、当該掘削孔内充填物採取装置１の本体部を円筒形状とし、下側のおよそ半分程度の領域に収納タンク２を構成している。この収納タンク２の上部には充填物の採取口３、下部には取出し口６がそれぞれ設けられている（図１０参照）。

充填物の採取口３の形状、位置、向きなどは種々の態様とすることができるが、本実施形態では、採取装置１の一部であって収納タンク２の上方となる部分に凹部１２を設け、該凹部１２に、当該採取装置１の外周（採取装置１の最外周が通過する仮想面であり、符号Ｐで表す）よりも内側に位置した採取口３を形成している（図１０、図１１参照）。さらに本実施形態では、この採取口３を鉛直方向上向きに開いた形状とし、鉛直方向に移動する採取蓋４によってこの採取口３を開閉するようにしている（図１０参照）。例えば容器の外周において蓋を圧力方向にスライドさせて採取口を開閉するシャッター構造の場合、パッキンが摩耗しやすく、摩耗の度合い、さらには孔内における泥水２５等の抵抗力の度合い等によっては円滑な開閉動作が妨げられることが起こり得る。この点、本実施形態では、上述のように鉛直方向上向きに開口した採取口３に対して採取蓋４を上下動させて開閉させる構造としていることから、このような問題が少なく、採取蓋４による開閉動作を円滑に行うことが可能となっている。

採取蓋４は、採取口３を開閉する部材であり、上述したように本実施形態では鉛直方向に沿って圧力方向または圧力方向とは逆の方向（上下方向）にストロークする蓋部材を採用している。採取蓋４の底部には、採取口３に接してシールするためのパッキン４ａが設けられている（図１０参照）。また採取蓋４の上部には、油圧シリンダ５によってストロークするピストンロッド４ｂが接続されている。

油圧シリンダ５は、採取蓋４をストロークさせるためのアクチュエータとして掘削孔内充填物採取装置１に設けられている。本実施形態の油圧シリンダ５は採取口３の上方に配置され、ピストンロッド４ｂを介して採取蓋４を鉛直方向に沿って、圧力方向または圧力方向と逆の方向へとストロークさせる。この油圧シリンダ５は油の供給ポートおよび排出ポート（図１０ではこれらを符号５ａで示す）を備えている。各ポート５ａには油圧ホース５ｂが接続されている。油圧ホース５ｂは、地上の油圧ポンプなどの油圧源に接続されている。この油圧源を操作することにより、所望の位置ないしタイミングで採取蓋４をストロークさせ採取口３を開閉することが可能となっている。

本実施形態では、この油圧シリンダ５の周囲に略半周の円弧形状の薄肉のプレート１３を取り付け、当該油圧シリンダ５を覆うようにしている（図１０参照）。また、特に図示していないが、油圧ホース５ｂが入り込む形状の切り込みが設けられたスポンジシートを、当該油圧ホース５ｂを保持する部材として、このプレート１３で挟み込むようにして設けてもよい。

取出し口６は、収納タンク２内に一時的に収納された充填物を取出すための開口部である。本実施形態では、収納タンク２の底部に例えば略矩形の底開き式の取出し口６を設けるとともに、この取出し口６にボルト等で着脱可能な取出し蓋７を取り付けている（図１０参照）。この取出し蓋７ａには、当該取出し蓋７ａの着脱作業を行いやすくする把手７ａが設けられている。また、本実施形態におけるように、収納タンク２の底面の一部（または全面）を傾斜させ、当該傾斜面に取出し口６および取出し蓋７を設けることも好ましい。こうした場合、取出し蓋７を斜め方向に取り外すことができることから、特に掘削孔内充填物採取装置１を地上近くに保持した状態で収納タンク２から充填物を取り出そうとする場合に作業がしやすい。

脚部８は、必要に応じて収納タンク２の底部に設けられる部材である（図１０参照）。例えば掘削孔内充填物採取装置１を地上に載置した場合、この脚部８が台座のように機能し、取出し蓋７を着脱するための空間を確保する。

仕切り板９は、収納タンク２の内部において空気溜まりが生じるのを回避するために設けられている（図１０参照）。この仕切り板９より上の内部空間は、採取口３よりも上側に形成されていることから、充填物が入り込むことができずに空気溜まりとなる可能性のある空間である。掘削孔内充填物採取装置１は掘削孔２０内の地下数十ｍにまで下降し、高圧力の状況下でセメントミルク等を採取する装置であるため、空気溜まり中にて圧縮されている空気が地上にて取出し蓋７を開けた際に急激に解放されることが起こり得る。本実施形態では、空気溜まりが生じうる空間を仕切り板９で密閉しておくことにより、取出し蓋７を開けた際に圧縮された空気が急激に解放されることが起こらないようにしている。

接続ジョイント１０は、掘削ロッド２１の下端に着脱するための部材であり、当該掘削孔内充填物採取装置１の上部に設けられている（図１０参照）。本実施形態では、掘削抗２０から掘削ロッド２１を引き上げた後、掘削ロッド２１の下端に接続されている掘削ビット２２をこの掘削孔内充填物採取装置１に付け替え、当該掘削ロッド２１を利用してのサンプリングを実施する。この場合、掘削作業後に短時間で掘削ビット２２を掘削孔内充填物採取装置１へと交換して迅速に採取作業を行うことが可能である。

以上説明した掘削孔内充填物採取装置１においては、油圧シリンダ（油圧アクチュエータ）５を用いて採取蓋４を移動させ、収納タンク２の採取口３を開閉させることができるため、掘削孔２０内の所望の地点におけるセメントミルク等を精度よく採取し、より精度の高いサンプリングを実現することができる。また、この掘削孔内充填物採取装置１によれば、掘削孔２０内へ沈降する際、油圧シリンダ５による押し付け力と採取蓋４に取り付けられたパッキン４ａにより確実にシールすることが可能であるため、沈降途中で外部から泥水２５等が浸入するのを防ぐことができる。しかも、所定の深度でセメントミルク等を採取した後は再び油圧シリンダ５を駆動させ密閉することにより、引き上げ中に別の泥水２５等が混入するのを同様に防ぐことができる。加えて、このような掘削孔内充填物採取装置１によれば、バネ反力を微調整するといった手間がないため取扱いという面でより簡素であり好適である。

なお、上述の実施形態は本発明の好適な実施の一例ではあるがこれ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において種々変形実施可能である。例えば上述した実施形態では、油圧アクチュエータとして油圧シリンダを用いたがこれは好適例にすぎず、この他、ラジアルピストン型、揺動型といった各種油圧モータ等を用いることも可能である。要は、地上からの操作に基づいた所定の動作をし、採取蓋４を開閉させることができれば種類は特に限定されない。

また、採取口３、採取蓋４の形状や形態についても特に限定されることはない。上述の実施形態で採取口３の上から蓋をする形態の採取蓋４を例示したが、これとは逆に、採取口３の下側に宛がわれるようにして蓋をする形態の採取蓋４としてもよい（図１０中の想像線参照）。あるいは、鉛直方向上向きに開いた形状の採取口３ばかりでなく、水平方向（横向き）に開いた形状の採取口３としてもよい（図１０中の想像線参照）。

また、上述した実施形態では、収納タンク２の内部において空気溜まりが生じるのを回避するため仕切り板９を設けたが、この他、空気溜まりが生じるのを回避するための手段としては、収納タンク２の内部と外部とを連通させた空気抜き（図示省略）を利用することも可能である。

あるいは、掘削孔内充填物採取装置１に、充填物の採取時に当該充填物が収納タンク２に流れ込みやすくするための微動装置を併設することも好ましい。充填物の採取時、収納タンク２に上下動、旋回ないし回動、あるいは振動といった微細な動きをさせることにより、地中内の掘削土や泥水等と混ざり合って泥状ないしはスラリー状となっているセメントミルク等をより収納タンク２に流れ込みやすくさせることが可能である。このような微動は、掘削ロッド２１や掘削ビット２２を回転させるための機構や、上下に移動させるための機構を利用して実現することが可能である。あるいは、掘削孔内充填物採取装置１を細かく振動させるための振動モータやバイブレータなどを利用してもよい。

また、当該掘削孔内充填物採取装置１が地盤に入り込むのを容易にするスパイラル１１を形成することも好ましい。このようなスパイラル１１を有した掘削孔内充填物採取装置１は、地盤が固い場合にも回転することによってより容易に入り込むことが可能である（図１２参照）。

本発明は、地盤に形成された掘削孔の内部に充填されたセメントミルク等の充填物をサンプリングするための装置に適用して好適なものである。

１…掘削孔内充填物採取装置、２…収納タンク、３…採取口、４…採取蓋、５…油圧シリンダ（油圧アクチュエータ）、６…取出し口、７…取出し蓋、８…脚部、９…仕切り板、１０…接続ジョイント、１１…スパイラル、２０…掘削孔、２１…掘削ロッド、２２…掘削ビット、２６…セメントミルク（充填物）

Claims (9)

1. 地盤に形成された掘削孔の内部に充填された充填物を採取するための採取装置において、
   前記充填物を一時的に収納する収納タンクと、
   該収納タンクに形成された前記充填物の採取口と、
   該採取口を開閉する採取蓋と、
   該採取蓋を移動させるアクチュエータと、
   を備え、
   前記アクチュエータは前記地盤上からの操作が可能な油圧アクチュエータであり、前記採取口は当該採取装置外周よりも内側に形成されている、掘削孔内充填物採取装置。
2. 掘削ロッドの下端に着脱するための接続ジョイントを備えている、請求項１に記載の掘削孔内充填物採取装置。
3. 前記採取蓋が圧力方向または圧力方向と逆方向へ移動するように形成されている、請求項１または２に記載の掘削孔内充填物採取装置。
4. 前記収納タンクの底部に、当該収納タンクに一時的に収納された前記充填物を取り出すための取出し口および該取出し口を開閉する取出し蓋が設けられている、請求項１から３のいずれか一項に記載の掘削孔内充填物採取装置。
5. 前記収納タンクの底部に、前記取出し蓋の着脱空間を確保する脚部が設けられている、請求項４に記載の掘削孔内充填物採取装置。
6. 前記充填物の採取時に前記収納タンク内の空気を抜くための空気抜きが設けられている、請求項１から５のいずれか一項に記載の掘削孔内充填物採取装置。
7. 前記充填物の採取時、当該充填物が前記収納タンクに流れ込みやすくする微動装置を備えている、請求項１から６のいずれか一項に記載の掘削孔内充填物採取装置。
8. 当該採取装置が前記地盤に入り込むのを容易にするスパイラルが当該採取装置の外周に形成されている、請求項１から７のいずれか一項に記載の掘削孔内充填物採取装置。
9. 前記収納タンクの内部に、空気溜まりをなくすための仕切り板が設けられている、請求項１から８のいずれか一項に記載の掘削孔内充填物採取装置。

Images