JP5943281B2 - 削孔内充填物サンプル採取装置 - Google Patents

Description

本発明は、主としてプレボーリング工法や中堀工法によるプレキャストコンクリート杭の地中埋設に際し、プレキャストコンクリート杭建て込み用の削孔内に充填されたソイルセメント等の充填物のサンプルを採取するための削孔内充填物サンプル採取装置に関する。

一般に、プレキャストコンクリート杭の地中埋設方法としてプレボーリング工法がある。これは、地中にプレキャストコンクリート杭建て込み用の縦穴を削孔し、その中に、ソイルセメントからなる充填物を充填した状態でプレキャストコンクリート杭を挿入し、建て込むものである。

また、プレキャストコンクリート杭埋設方法として、中堀工法があり、これは、中空筒状のプレキャストコンクリート杭の先端側を、該プレキャストコンクリート杭内を通して先行させる杭挿入穴形成用の掘削ヘッドにより削孔しつつプレキャストコンクリート杭地中に挿入するものである。

近年、これらの工法のいずれにおいても、プレキャストコンクリート杭の支持力を高めるために、プレキャストコンクリート杭下端に該プレキャストコンクリート杭より径の大きい拡大球根をソイルセメントにより形成し、その中にプレキャストコンクリート杭の下端を埋設する拡大根固め球根杭が開発されている。

上記の何れの工法においても、孔内に水を注入しつつ削孔し、その水と削孔内に残した土砂にセメントミルクを注入して撹拌したソイルセメントを充填し、その中にプレキャストコンクリート杭を挿入して地盤と一体化させるようにしている。

この時のソイルセメントの品質の程度によって、施工後の杭の支持力が大きく左右されるものであり、特にセメントミルクの注入による場所打ち根固め拡大球根を用いた杭においては、大荷重に耐え得るように施工するものであるため、ソイルセメントの品質を一定以上に保つことが重要であり、また、施工後の状況を記録しておくためにも、ソイルセメントのサンプルを採取し、品質の確認、記録が必要となっている。

この種の削孔内充填物のサンプルを採取する装置として、従来、スクリュー羽付の掘削ヘッドの周囲に、回転方向側に向けて内管と外管とからなる採取容器を取り付け、内管を油圧シリンダーで移動させることによって内管に設けた開口が開閉されるようにした装置（例えば特許文献１）や、有底筒状の容器と、その開口部を閉鎖するフランジを容器内外に位置させて固定した作動軸を備え、軸のソイルセメント内への押し込み操作又は引き抜き操作によって、開口部が前記フランジによって開閉されることによりサンプルを採取するようにした装置（例えば特許文献２）、更には、試料採取ロッドに上下に間隔を隔てた開口部を備え、試料採取ロッドを回転させつつスライド板を移動させて開口部を開くことにより試料を採取するようにした装置（例えば特許文献３）が知られている。

特開２０１１−１２５３４号公報 特開２０１０−２６１１７５号公報 特開平７−１８０１３１号公報

このような従来の削孔内充填物サンプル採取装置においては、例えば、中堀工法におけるプレキャストコンクリート杭の建て込みのように、下端下の根固め部分には高品質のソイルセメントが充填され、上部のプレキャストコンクリート杭の空洞内の充填物とは品質が異なるような場合において、サンプルを採取するための開口部、即ち採取容器のサンプル流入部外に、予定したサンプル採取位置以外の位置の土砂が付着していると、これが必要採取位置のサンプルに混入して採取されるという問題があった。

また、従来の削孔内充填物サンプル採取装置は、採取容器の開閉構造が複雑であり、特許文献１に示されているように掘削ヘッドの外周に突設する構造のものは、掘削のための機能が損なわれ、掘削抵抗が大きくなるという問題がある。

本発明はこのような従来の問題に鑑み、予定したサンプル採取位置のみの充填物が採取されるとともに、地上での取り出し時に他の土砂等の混入の可能性をなくし、更に、サンプル採取装置単独としてもその構造が従来の装置に比べて、シンプルであり、更に、杭挿入穴形成用の掘削ヘッドに装備することが容易であり、その場合の掘削抵抗も大きくなることがなく、且つ採取サンプルの導入が装置の少ない移動量によって確実になされる削孔内充填物サンプル採取装置の提供を目的としてなされたものである。

本発明の請求項１に記載の削孔内充填物サンプル採取装置の特徴は、上端に作業用ロッドが着脱自在なジョイントを有する円筒状の外筒と、該外筒内に備えたアクチュエータと、該アクチュエータによって、該外筒の下端部内外にかけて上下移動可能なサンプリングブロックとを備え、
前記サンプリングブロックは、その上下両端部外周に、前記外筒の内周面との間を気密にシールする弾性シール材が備えられているとともに、軸方向の中間部位置に、中心側に窪ませた形状のサンプル収容部を有し、
該サンプリングブロックは、前記アクチュエータにより、前記サンプル収容部が全長に亘って前記外筒内に引き込まれて該サンプル収容部の外周が気密状態に閉鎖される位置と、前記サンプル収容部の下端部が前記外筒下端下に到ることによりサンプル導入部が開口される位置との間をスライド動作されるようにし、
且つ、前記外筒には、前記サンプル導入部が開放された位置にあるときに前記サンプル収容部の上端に連通される排気窓を備え、
前記サンプリングブロックには、該サンプリングブロックが外筒内に引き込まれてサンプル導入部が閉じられた状態の時に前記排気窓を閉鎖し、同サンプリングブロックの下端が前記外筒下端より押し出されて前記サンプル導入部が開かれたときに前記排気窓を開く排気窓開閉部を備えたことにある。

請求項２に記載の発明の特徴は、請求項１の構成に加え、前記外筒下端部周壁には、前記サンプリングブロックが該外筒内に最も引き込まれた位置での前記サンプル収容部下端部に連通するサンプル排出口を開閉蓋により開閉可能に備えたことにある。

請求項３に記載の発明の特徴は、請求項１又は２の構成に加え、前記サンプリングプロックは、円柱状の上端閉鎖部と、同じく円柱状の下端閉鎖部と、該両閉鎖部の中心部間に介在させた軸部とをもって構成され、該軸部の周囲をサンプル収容部としたことにある。

請求項４に記載の発明の特徴は、請求項１〜３の何れか１の構成に加え、前記外筒は、杭挿入穴形成用の掘削ヘッドの中心軸を構成していることにある。

本発明の削孔内充填物サンプル採取装置は、請求項１に記載のように、円筒状の外筒と、該外筒内に備えたアクチュエータと、該アクチュエータによって、該外筒の下端部内外にかけて上下移動可能なサンプリングブロックとを備え、前記サンプリングブロックは、その上下両端部外周に、前記外筒の内周面との間を気密にシールする弾性シール材が備えられているとともに、軸方向の中間部位置に、中心側に窪ませた形状のサンプル収容部を有し、該サンプリングブロックは、前記アクチュエータにより、前記サンプル収容部が全長に亘って前記外筒内に引き込まれて該サンプル収容部の外周が気密状態に閉鎖される位置と、前記サンプル収容部の下端部が前記外筒下端下に到ることによりサンプル導入部が開口される位置との間をスライド動作されるようにしたことにより、外径が油圧シリンダー等のアクチュエータ及び円柱状をしたサンプリングブロックが収容できる太さがあれば良く、しかもサンプリングブロックの出入動作を行わせるのみで、所望の位置の充填材サンプルの採取が、異物を含むことなく、的確になされる。
また、前記外筒には、前記サンプル導入部が開放された位置にあるときに前記サンプル収容部の上端に連通される排気窓を備え、前記サンプリングブロックには、該サンプリングブロックが外筒内に引き込まれてサンプル導入部が閉じられた状態の時に前記排気窓を閉鎖し、同サンプリングブロックの下端が前記外筒下端より押し出されて前記サンプル導入部が開かれたときに前記排気窓を開く排気窓開閉部を備えた構造としていることにより、サンプル収容部内には空気が充填された状態で所望のサンプル採取深さまで挿入され、その位置でサンプリングブロックを外筒下側に動作させることによってサンプル導入部と排気窓が同時に開き、サンプル収容部内の空気が浮力によって上昇する際にサンプル導入部にサンプル吸引力が作用されることとなり、サンプル収容部内へのサンプルの導入が強制的になされることとなり、確実なサンプル採取がなされる。
更に、サンプル収容部の上下に位置するサンプル導入部と排気窓が同時に開くようにしていることにより、サンプリングブロックの移動量が少なくて済み、使用するアクチュエータもストロークの小さい小型のものを使用でき、小型化とコストの削減化が達成される。

更に、全体の外径が単なる円柱状となるため、これを掘削ヘッドの中心軸に置き換えて設計することにより、掘削ヘッドの形状を従来と略同じ大きさとし、しかもサンプル採取機能を持たせることができることとなり、掘削ヘッドへの装備が容易となる。

本発明においては、請求項２に記載のように、前記外筒下端部周壁には、前記サンプリングブロックが該外筒内に最も引き込まれた位置での前記サンプル収容部下端部に連通するサンプル排出口を開閉蓋により開閉可能に備えたことにより、地上でのサンプルの取り出しが容易となる。

本発明においては、請求項３に記載のように、前記サンプリングプロックは、円柱状の上端閉鎖部と、同じく円柱状の下端閉鎖部と、該両閉鎖部の中心部間に介在させた軸部とをもって構成され、該軸部の周囲をサンプル収容部としたことにより、サンプリングブロックの形状がシンプルであり加工が容易となり、コストを低減できる。

本発明においては、請求項４に記載のように、前記外筒は、杭挿入穴形成用の掘削ヘッドの中心軸を構成させることにより、掘削ヘッドへの装備が容易となり、この装備によって掘削ヘッドの掘削抵抗の増大を来たさない。

本発明に係る削孔内充填物サンプル採取装置の一例の要部を示す縦断面図である。 同上のサンプル採取動作を示す縦断面図である。 図１中のＡ−Ａ線断面図である。 図１〜図３に示した削孔内充填物サンプル採取装置を装備した掘削ヘッドの一例の正面図である。 同側面図である。 同底面図である。 図３に示す掘削ヘッドの使用状態を示す縦断面図である。 図７に示す使用状態におけるサンプル導入状態を示す部分拡大断面図である。

次に本発明の実施の態様を図面に示した実施例に基づいて説明する。

図に示す実施例は、本発明に係る削孔内充填物サンプル採取装置を、プレキャストコンクリート杭挿入穴形成用の掘削ヘッドＡ内に設置した場合を示している。

図において１は、掘削ヘッドＡの中心軸部を構成する円筒状の外筒であり、この外筒１の外周には、図４〜図６に示すように、リボン型のスクリュー翼４０が固着されており、その下端には複数の掘削ビット４１が突設されている。外筒１の上端には、後述する作業用ロッド４２の下端に備えたジョンイント４３に対して着脱自在掘削操作軸に連結するためのジョイント３を一体に備えている。

このジョイント３には、図１、図２に示すように、後述するアクチュエータを構成している油圧シリンダー４にオイルを供給するための油圧流路５及び掘削の際の給水及び掘削後のセメントミルク注入のための給液流路６が開口されており、両ジョイント３，４３を互いに連結することによって、これらの各流路５，６が作業用ロッド４２のジョイント４３の下端に形成したそれぞれに対応する流路（図示せず）に連通されるようになっている。

油圧シリンダー４は、シリンダー部１０にその内部を上下に仕切る配置にピストン１１が軸方向に摺動自在に挿入され、該ピストン１１は中空筒状の動作軸１２の下端に固定されている。動作軸１２は、シリンダー部１０の上端側を貫通し、ジョイント３下の外筒１上端内に固定されている。ピストン１１によって上下に仕切られている油圧室１３ａ，１３ｂの何れかに油圧を導入することにより、シリンダー部１０が、上又は下に移動されるようになっている。

シリンダー部１０の下端にはサンプリングブロック２０の上端が固定されており、シリンダー部１０の上下動作により、外筒１に対して相対的に上下動作されるようになっている。

サンプリングブロック２０は、その上下両端部外周に、前記外筒の内周面との間を気密にシールする弾性シール材２１，２１が備えられているとともに、軸方向の中間部位置に、中心側に窪ませた形状のサンプル収容部２２を有している。

更に具体的には、この例のサンプリングプロック２０は、円柱状の上端閉鎖部２３と、同じく円柱状の下端閉鎖部２４と、該両閉鎖部の中心部間に介在させた軸部２５とをもって構成され、軸部２５の周囲をサンプル収容部２２としている。

サンプリングブロック２０は、油圧シリンダー４により、図１に示すようにサンプル収容部２２が全長に亘って外筒１内に引き込まれ、サンプル収容部２２の外周が気密状態に閉鎖される位置と、図２に示すように、サンプル収容部２２の下端部が外筒１の下端下に到ることによりサンプル導入部２２ａが開口される位置との間をスライド動作されるようになっている。
また、外筒１には、サンプル導入部２２ａが開放された位置にあるときにサンプル収容部の上端に連通される排気窓２２ｂを備えているとともに、サンプリングブロック２０には、外筒内に引き込まれてサンプル導入部２２ａが閉じられた状態の時に排気窓を閉鎖し、同サンプリングブロック２０の下端が外筒１の下端より押し出されてサンプル導入部２２ａが開かれたときに排気窓２２ｂを開く排気窓開閉部２８を備えている。
排気窓開閉部２８は、外筒１の内周面に摺動する円筒状に形成されており、図３に示すように、軸部２５に対し、放射状の対軸部間連結部２８ａによって連結されている。これによってサンプル収容部２２は、排気窓開閉部２８内を通じて上下が連通した構造となっている。
排気窓開閉部２８には、その上下の外周面に外筒１との間を気密にシールするパッキン２９，２９が装着され、これによって、排気窓開閉部２８が、排気窓２２ｂを閉鎖する位置にあるとき、排気窓２２ｂとサンプル収容部２２内とは気密にシールされるようになっている。

外筒１の下端部周壁には、サンプリングブロック２０が外筒１内に最も引き込まれた位置でのサンプル収容部２２の下端部内に連通するサンプル排出口２６が備えられ、ねじ込み式の開閉蓋２７により開閉可能としている。

サンプリングブロック２０の中心には軸輪方向に向けた貫通孔３０が形成されており、この貫通孔３０内に、液材供給管３１が挿入されている。この液材供給管３１は、上端が油圧シリンダー部１０の動作軸１２と同軸配置となるようにピストン１１に固定されており、シリンダー部１０の下端側閉鎖部１０ｂを貫通してサンプリングブロック２０の貫通孔３０内に挿通されており、サンプリングブロック２０が、図１に示すように外筒１内に引き込まれた状態で、液材供給管３１の下端が、下端閉鎖部２４の下面中央に露出して開口されるようになっている。

この液材供給管３１は、杭挿入穴掘削のための掘削水や掘削作業後におけるセメントミルク等の液状材を吐出させるためのものである。

外筒１の下端外周と、サンプリングブロック２０の下端外周には、それら相互の円周方向側の角度を規制するガイド３５が備えられている。このガイド３５は、外筒１の下端外周面に固定した一対のガイド溝構成片３６ａ，３６ａと、サンプリングブロック２０の下端外周に上向きに突設したガイド突起構成片３７とからなり、図１に示すようにサンプリングブロック２０が外筒１内に最も引き込まれた状態の時に、ガイド突起構成片３７が、外筒１のガイド溝構成片３６ａ，３６ａ間のガイド溝３６内に挿入されるようになっている。

次に、このように構成される削孔内充填物サンプル採取装置の使用について説明する。例えばプレボーリング工法において使用する場合には、図６に示すように、一般に使用されている縦穴掘削用の削孔機の作業用ロッド４２の下端に掘削ヘッドＡを連結し、サンプリングブロック２０を外筒１の下端内に引き込んだ状態で穿孔作業用を行い、形成されたプレキャストコンクリート杭建て込み用の縦穴Ｃ内に、掘削ヘッド下端の液材供給管を通してセメントミルク注入し、縦穴Ｃ内の泥土にセメントミルクを混合させてソイルセメントからなる充填物Ｂとする。

この充填物Ｂの充填作業が完了した後、必要高さ位置の充填物Ｂのサンプルを掘削ヘッドＡに備えたサンプル採取装置により採取する。採取に際しては、掘削ヘッドＡの下端を所望のサンプル採取高さに位置させ、油圧シリンダー４に外筒１の下端からサンプリングブロック２０を、図２に示すようにサンプル収容部２２の下端が露出してサンプル導入部２２ａが開かれる位置まで押し出す。

これと同時に排気窓２２ｂが開かれ、図８に示すように、サンプル収容部２２内に存在していた空気ａが浮力によって該排気窓２２ｂから上方に上昇する。このサンプル収容部２２内の排気によってサンプル収容部２２内が減圧され、その際の負圧によりサンプル導入部２２ａから充填物Ｂが吸引され、サンプル収容部２２内は充填物Ｂのサンプルｂで満たされる。然る後、図１に示すように、油圧シリンダー４をサンプリングブロック２０を外筒内に引き込む側に作動させることにより、サンプル収容部２２内に充填物Ｂのサンプルｂを収容した状態で、サンプル導入部２２ａ及び排気窓２２ｂが閉じられ、サンプル収容部２２内が密閉される。

この状態で掘削ヘッドＡを地上まで引き上げ、地上においてサンプル排出口２６下に容器を置いてサンプル排出口２６を開き、内部のサンプルを流下させて容器内に取り出し、サンプルの性状検査、テストピースの作成などの各種の検査に供する。

尚、上述した実施例では、外周にスクリュー翼を固定し、その下端に掘削ビットを固定した掘削ヘッドの中心軸に本発明の削孔内充填物サンプル採取装置を装備した場合を示しているが、この掘削ヘッドは、外周の回転半径を可変にした拡大掘削刃を有する拡大球根付杭の掘削ヘッドの中心軸に装備してもよく、更に、外筒の外周に撹拌翼のみを突設し、セメントミルクを注入して撹拌するソイルセメント充填装置の中心軸に装備したものであってもよい。

更に上述の他、外筒の外周には何も付属させない状態の削孔内充填物サンプル採取装置の機能のみを持たせたものであってもよい。

Ａ 掘削ヘッド
Ｂ 充填物
ａ 空気
ｂ サンプル
Ｃ プレキャストコンクリート杭建て込み用の縦穴
１ 外筒
３ ジョイント
４ 油圧シリンダー
５ 油圧流路
６ 給液流路
１０ シリンダー部
１０ｂ 下端側閉鎖部
１１ ピストン
１２ 動作軸
１３ａ，１３ｂ 油圧室
２０ サンプリングブロック
２１ 弾性シール材
２２ サンプル収容部
２２ａ サンプル導入部
２２ｂ 排気窓
２３ 上端閉鎖部
２４ 下端閉鎖部
２５ 軸部
２６ サンプル排出口
２７ 開閉蓋
２８ 排気窓開閉部
２８ａ 対軸部間連結部
２９ パッキン
３０ 貫通孔
３１ 液材供給管
３５ ガイド
３６ ガイド溝
３６ａ ガイド溝構成片
３７ ガイド突起構成片
４０ スクリュー翼
４１ 掘削ビット
４２ 作業用ロッド
４３ ジョンイント

Claims (4)

1. 上端に作業用ロッドが着脱自在なジョイントを有する円筒状の外筒と、該外筒内に備えたアクチュエータと、該アクチュエータによって、該外筒の下端部内外にかけて上下移動可能なサンプリングブロックとを備え、
   前記サンプリングブロックは、その上下両端部外周に、前記外筒の内周面との間を気密にシールする弾性シール材が備えられているとともに、軸方向の中間部位置に、中心側に窪ませた形状のサンプル収容部を有し、
   該サンプリングブロックは、前記アクチュエータにより、前記サンプル収容部が全長に亘って前記外筒内に引き込まれて該サンプル収容部の外周が気密状態に閉鎖される位置と、前記サンプル収容部の下端部が前記外筒下端下に到ることによりサンプル導入部が開口される位置との間をスライド動作されるようにし、
   且つ、前記外筒には、前記サンプル導入部が開放された位置にあるときに前記サンプル収容部の上端に連通される排気窓を備え、
   前記サンプリングブロックには、該サンプリングブロックが外筒内に引き込まれてサンプル導入部が閉じられた状態の時に前記排気窓を閉鎖し、同サンプリングブロックの下端が前記外筒下端より押し出されて前記サンプル導入部が開かれたときに前記排気窓を開く排気窓開閉部を備えてなる削孔内充填物サンプル採取装置。
2. 前記外筒下端部周壁には、前記サンプリングブロックが該外筒内に最も引き込まれた位置での前記サンプル収容部下端部に連通するサンプル排出口を開閉蓋により開閉可能に備えてなる請求項１に記載の削孔内充填物サンプル採取装置。
3. 前記サンプリングプロックは、円柱状の上端閉鎖部と、同じく円柱状の下端閉鎖部と、該両閉鎖部の中心部間に介在させた軸部とをもって構成され、該軸部の周囲をサンプル収容部としてなる請求項１又は２に記載の削孔内充填物サンプル採取装置。
4. 前記外筒は、杭挿入穴形成用の掘削ヘッドの中心軸を構成している請求項１〜３の何れか1に記載の削孔内充填物サンプル採取装置。

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