JP5554294B2 - 地盤試料採取装置 - Google Patents
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Description
我が国で一般に用いられている規格化された試料収納管(シンウォールチューブTwt)等に砂を詰めて押出し摩擦実験を行った結果、砂の密度によって異なるがTwt+潤滑剤(ポリマー)塗布を1とすると、塩ビパイプは3、アクリルパイプは途中で圧壊、Twtは50〜100倍と非常に大きいこと(潤滑剤を塗布すると摩擦が激減すること)が判明した。これから消耗品である試料収納管は安価で滑り特性と加工性に優れている塩ビ管が材質では最良であることがわかった。これに潤滑剤を塗布して使用するのが実務上ベストであると判断した。
A:試料収納管内面と採取試料との摩擦による品質低下の防止:試料の押し出し時も含む
B:負圧の発生による試料落下と品質低下:
C:貫入抵抗を小さくすること:外周面の切削による、潤滑剤の活用ほか
D:その他:作業性、振動、ねじれ、刃先角度・・・
試料収納管の素材は従来は加工し易さから黄銅製品であったが、現在は強度的に優れたステンレス鋼が主流で、内径75mm管、肉厚1.5〜2.0mmnのものが一般的である。しかし、このパイプは内面がかなり租なため試料との摩擦抵抗は非常に大きい。しかし、これに潤滑剤を一様に塗布すると前述のように滑り性素材の塩ビ管より滑り易くなる。そのため、前記の特開2001―98539 特開2008―002065のように試料収納管と試料との間にクリアランスを設け、ここに潤滑剤を圧入する方法では摩擦は非常に小さくなるが、地盤によってはクリアランスによる地中応力の解放や潤滑剤の試料への浸透などによる品質低下が懸念される。この両方の問題を解決するためには、ポリマー溶液等の潤滑剤の圧力上昇を防ぐ吐出圧調節バルブをサンプラーヘッドに装着して、従来のように全ての潤滑剤を利用する方式から必要な分だけ利用すること、試料収納管内面全体に潤滑剤を適切な厚さで塗布するため、潤滑剤貯蔵スペースの底蓋に相当する自由ピストンに試料収納管内壁との間隙を調整するための間隙調整ユニットを装着、さらに試料収納管を貫入管の中に入れ、この二重管の環状間隙内を試料下端のシュー上部まで潤滑剤を流下させて試料の下部で斜スリットからなる潤滑剤塗布管を用いて試料周面に潤滑剤を塗布できるようにすることで解決可能である。現状では、試料収納管の材質や表面処理、地中応力保持等の問題はあるが、貫入管との併用を基本とし、現場の状況に応じて経験則に沿った微細な調整、ポリマーなどの潤滑剤の濃度、潤滑剤吐出圧、試料外径と試料収納管とのクリアランス、試料上部の自由ピストン部での潤滑剤塗布厚等の調整が試料採取直前でも自由に設定できるようなものとすることで品質の向上と安定化を図る。
貫入型で採取したサンプラーを地盤から引き抜くと、先端部で真空圧が発生し試料の品質を低下させ、最悪の場合、試料は落下することになる。これを防ぐためには貫入管の外側を掘削し、孔内水圧がシュー位置に直ちに供給されるようにする必要がある。さらには、負圧が発生しないでも試料収納管の内面摩擦の低下により試料は落下し易くなるので、孔内水圧でサンプラー下面の試料に上向きの水圧を作用させる他、メカニカルな試料の落下防止工法の併用をできるようにする。(例えば、キャッチャ作動機構 特開2008―002065などによる)。
前述のように、採取試料の上下位置で全面に潤滑剤を塗布することで試料と試料収納管との摩擦抵抗を減少させ、適性クリアランス(拘束圧の適正化)の確保等による貫入時の摩擦抵抗の減少、さらに貫入管の外側を掘削することで摩擦を少なくすることにする。
現場作業中、直前での採取結果を分析し、直ちにその場で、潤滑剤の濃度、潤滑剤吐出圧の設定、ピストン部の間隙調整ユニットの調整で潤滑剤の塗布厚を調節などが容易にできるようにすることで品質の安定化と向上を図ることにした。
また、貫入抵抗が大きくなり貫入が困難になりそうな時は、サンプラーヘッド2より大きい径で、長さがサンプラー総長より長いコアチューブを、サンプラーヘッド2に装着したロッド1より径の大きい掘管の先端部に接続し、上端部には回転自在で上下動が出来るスイベルにホースを接続し、これらをロッド1とサンプラーにかぶせてホースから泥水を圧送しながらロッド1を回転させずに掘管のみを回転或いは揺動して貫入管3の周辺地盤を掘削して摩擦抵抗を少なくして貫入させ、かつサンプラー引揚時の負圧の発生をなくす。
請求項4に関する実施例で図25ないし図27に示すように、通常のトリプルチューブサンプラーと基本的な相違点は、ピストン14が装着され潤滑剤が封入されていること試料収納管4と貫入管3の間に環状流路5があり、試料収納管4上部の連通孔8を通して潤滑剤が流下でき、試料下部の潤滑剤塗布管7で潤滑剤が試料の側面に塗布され摩擦が低減されること等が主な相違点である。
緩〜中位の砂地盤から試料を採取する場合、試料にトルクが働かないように回転切削ビット37は、従来型の全周面に装着するのではなく、3〜5点のみに装着した鋭利な刃先を用いる送泥式回転切削とする。
3:貫入管、 4:試料収納菅、
5:環状流路、 6:シユー、
7:潤滑剤塗布管、 8:連通孔、
8:連通孔、 10:吐出圧調節バルブ、
12:注入バルブ、 13:ピストン固定ワイヤー、
14:ピストン、 15:クッション、
16:圧縮プレート、 17:圧縮ボルトナット、
18:潤滑剤貯蔵スペース、 19:潤滑剤通路、
21:縦スリット、 22:傾斜スリット、
23:弾性ビーム、 24:弾性チューブ、
25:外管、 26:キャッチャ兼潤滑剤塗布管、
27:外菅取付部材、 28:固定ロッド、
29:泥水導管、 30:貫入用ピストン、
31:高水圧作動バルブ、 32:貫入用ストッパー、
33:ストッパー孔、 34:キャッチャー作動用ピストン、
35:回転切削菅取付部材、 36:切削管、
37:回転切削ビット、 38:連結ロッド支持部材、
39、39A:切削装置、 40:連結ロッド兼潤滑剤導管、
41:固定ロッド、 42:掘管、
43:コアチューブヘッド、 44:コアチューブ、
45:スイベル、 46:泥水ホース、
47:ハンドル、 48:切削管ヘッド、
49:作動管ヘッド、 50:堀菅下降装置、
51:ピン抜きフック、 52:有孔円錐台、
53:スペーサー、 54:キャッチャ作動管、
55:鋸刃状キャッチャー、 56:傾斜リング面、
70:試料キャッチ装置、
X、X1〜X7:地盤試料採取装置。
Claims (6)
- 地盤に穿設したボーリング孔底に試料収納管をその軸方向に降下させて該試料収納管内に地盤試料を採取する地盤試料採取装置において、該地盤試料採取装置をロッドの先端部に取付けられたサンプラーヘッドと、このサンプラーヘッドに上端部が固定あるいはスライド移動可能に取付けられた貫入菅と、この貫入菅の内壁面との間に潤滑剤流路が形成されるように該貫入菅内に挿入された摩擦抵抗の小さい素材あるいは摩擦抵抗の小さいシートを内壁面に貼着あるいはコーティングした採取試料を保護する試料収納菅と、この試料収納菅の下端部に該試料収納菅と同一内径寸法の短菅に短冊上の傾斜潤滑剤流路が形成された潤滑剤塗布菅と、前記貫入菅の下端部に取付けられた前記試料収納菅と同径かあるいはわずかに小さい内径の外テーパを有する該試料収納菅の上部が前記サンプラーヘッドの底面に接触した状態で該試料収納菅と前記潤滑剤塗布菅を固定するシューと、前記試料収納菅内にスライド移動可能に取付けられたピストンと、このピストンと前記サンプラーヘッドとの間の試料収納菅の潤滑剤貯蔵スペースに潤滑剤を供給するとともに、供給された潤滑剤に所定の圧力が加わると外方へ排出する潤滑剤通路と、前記試料収納菅の上部に形成された前記潤滑剤貯蔵スペースの潤滑剤を前記潤滑剤流路へ供給する連通孔とで構成したことを特徴とする地盤試料採取装置。
- 試料収納菅は該試料収納菅の軸方向の全長あるいは下端部を除く部位に少なくとも1個以上の縦スリットを形成し、その外周を複数個の弾性ビームで支持したり、縦スリットをテーピングしたり、複数個の弾性チューブで支持したものを使用し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。
- ピストンはサンプラーヘッドの中央部をスライド移動するピストン固定ロッドに固定されるとともに、該ピストン固定ロッドの上端部は底面に取付けられ、かつ上面にロッドの先端部が取付けられた外菅取付部材、この外菅取付部材に上端部が固定され、先端部を除く貫入菅を内部に収納する外菅、前記外菅取付部材とサンプラーヘッドとの間の外菅内に設けられた貫入用ピストン、この貫入用ピストンと前記外菅取付部材との間の加圧水室に加圧水を供給する加圧水供給路、前記外菅の下部寄りの部位に形成したストッパー孔と係合する前記貫入用ピストンに設けられた貫入用ストッパー、この貫入用ストッパーが前記ストッパー孔に係合すると前記貫入用ピストンと前記サンプラーヘッドとの間の下部加圧水室に加圧水を流入させ、該サンプラーヘッドを下方へ移動させて潤滑剤塗布菅の先端部をシューによって内側へ湾曲させる該貫入用ピストンに設けられた高水圧作動バルブとからなる試料収納菅の試料キャッチ装置とを設けたことを特徴とする請求項1記載の地盤試料採取装置。
- サンプラーヘッドの中央部を貫通する連結ロッドに固定されるとともに、該連結ロッドの上部にスライド移動可能に取付けられた固定ロッドを有し、かつロッドの先端部が取付けられる回転切削菅取付部材、この回転切削菅取付部材に上端部が固定され、先端部のビット部がシューの外周部に位置する貫入菅との間に隙間を有する回転切削菅、前記ロッドから供給される加圧水を前記隙間に供給する加圧水供給孔、前記回転切削菅取付部材の底面に取付けられた前記連結ロッドの上下移動が可能で、該回転切削菅取付部材の回転が伝わるのを阻止する連結ロッド支持部材とからなる貫入菅の外周部の切削装置を設けたことを特徴とする請求項1記載の地盤試料採取装置。
- サンプラーヘッド側のロッドの外周部お加圧水が供給される堀菅で覆うとともに、該堀菅の下端部にコアチューブヘッドを固定し、該コアチューブヘッドに上端部が固定され、ビットを備えた下端部がシューの外周部に位置し、貫入菅との間に隙間を有するコアチューブとからなる貫入菅の外周部の切削装置を設けたことを特徴とする請求項1記載の地盤試料採取装置。
- サンプラーヘッド側のロッドの外周部を覆う加圧水が供給され、かつ上下移動可能な堀菅、この堀菅の下端部に固定された作動杆ヘッド、この作動杆ヘッドに上端部が固定され、下端部がシューの外周部に位置する、貫入菅との間に隙間を有する試料収納菅で収納した試料をキャッチすることができるキャッチャ−作動菅、前記作動杆ヘッドの上部位置の堀菅に固定された切削菅ヘッド、この切削菅ヘッドに上端部が固定され、内側面が傾斜面のビットを備えた下端部がシューの外周部に位置する切削菅、前記堀菅を下方に移動させて作動杆ヘッドおよびキャッチャ−作動菅を下方に移動させ、該キャッチャ−作動菅の先端部のビットの内側面に沿って内側に湾曲させる堀菅下降装置を設けた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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