JP5967648B2 - 軟弱地盤における二重管式地質試料採取装置及び地質試料採取装置セット - Google Patents

Description

本発明は、土壌など軟弱な表層地盤を構成する地質試料を採取する軟弱地盤における二重管式地質試料採取装置及び地質試料採取装置セットに関する。

汚染物質が地表からどの程度の深部まで到達しているかや、津波や洪水堆積物、液状化した粒子などが、どのくらいの間隔で繰り返して積み重なっているかを知ることは、土壌汚染や繰り返される地質現象の解明に役立つ。表層付近の地盤の形成過程を解明するためには、表層から連続した地質試料を採取することが必須となる。

このような試料の採取には各種の装置が用いられている。例えば、円筒管を地中に回転させながら挿入することで地盤を円筒管内に取り込むものや、箱型の採取容器を地中に突き刺すことで軟弱地盤を採取容器内に取り込むものがある（例えば、特許文献１参照）。

回転体や掘削水を有する試料管を回転させ、水を循環させながら地盤を採取する方法では、採取した地盤は軟弱なために乱されている場合が多い。また箱型の容器での試料採取では、容器を地盤に挿入するために長大な試料採取管を用意し、重機により土壌採取装置を挿入するなどが必要となるうえ、容器を繰り返して地盤へ挿入することができないため、あらかじめ決めた深さまでの試料しか採取できない（例えば、特許文献２参照）。仮に、はじめに土などを採取容器にて採取したのち、さらに深部の土を採取するために、再び採取容器を地盤へ挿入した場合、掘削孔の孔壁や孔口から表土が崩落し、深部の試料に表土が混ざる。深部の試料を採取するために採取装置を繰り返し掘削孔に入れると、意図しない深度の試料が混入し、表層付近の地盤形成過程の解釈に混乱をきたす。この場合、分析値などの削除や補正などのために理由付けが必要となってしまう。

表土の混入を避け、重機などが入れない道路から離れた斜面や沢の奥地では連続した試料の採取をおこなうためには、電気、重機の使用を控えた地質試料採取装置の開発が必要となっている。

特開２００４−１３７８２０号公報 特開平９−３３４０３号公報

本発明は、孔壁や表層からの土の崩落を防ぎ、特別な動力を必要とすることなく所定の深度まで繰り返し地質試料を採取することができる軟弱地盤における二重管式地質試料採取装置及び地質試料採取装置セットを提供することを目的とする。

上記目的を達成するための第１の態様は、内部にピストンが設けられ、先端側が開口した筒状の試料採取管と、前記試料採取管が内部に収容される筒状の外管とを備え、前記試料採取管は、前記ピストンが地盤に接触した状態で前記先端側から地盤内に進入し、前記外管は、地盤に進入した前記試料採取管を内部に収容しながら地盤に進入し、前記試料採取管は、地盤に進入した前記外管の先端よりも深く突出して地盤に進入し、前記試料採取管は、先端側とは反対側に挿通孔が設けられ、前記ピストンは、前記試料採取管の内部に接触しながら移動可能な円盤体と、前記円盤体に接続され、かつ前記挿通孔に気密に挿通した軸部とを備え、前記軸部に着脱可能に連結される円筒状の延長ロッドを備えることを特徴とする軟弱地盤における二重管式地質試料採取装置にある。

かかる第１の態様は、試料採取管を押し込むことで地盤に挿入させる。これにより試料採取管に土壌などの軟弱な地質試料が収納される。挿入は水圧での押し込みや採取管を回転させることが無く、水を使用しない。これにより土壌のような軟弱な地質試料を乱すことなく採取できる。また、外管を地盤に挿入することで、試料採取管が地盤を採取したことにより形成された掘削孔の内壁面を保護することができ、地圧により押し出てくる軟質な地盤による孔壁の崩落、孔の閉塞が防止できる。これにより意図しない異なる深度の試料の混入を最小限に防止することができ、採取しようとする深度の性状、物質のみで構成される試料が採取できる。つまり、得られた試料は、その深度の土をそのまま反映したものとなり、これを解析することで、汚染物質がどの程度の深部に達しているかを正確に求めることができる。また、試料に含まれる物質を明らかにすることで積層した土の形成過程を正確に解明することができる。

さらに、外管をガイドとして利用するため、試料採取管を試料の採取深度まで正確、かつ容易に挿入でき、地盤内に繰り返し試料採取管を進入させることで連続した試料の採取ができる。また、試料採取管を、より深い深度の地盤まで挿入させることができる。試料採取管に地質試料を取り込んだ後は、延長ロッドを引き上げることで試料採取管を引き抜くことができる。

本発明の第２の態様は、第１の態様に記載する軟弱地盤における二重管式地質試料採取装置において、筒状の打ち込みロッドと、前記打ち込みロッドの前記試料採取管とは反対側の開口に装着される蓋状の第１打ち込みアダプタとを備え、前記打ち込みロッドがその内側に前記延長ロッドを収容し、かつ前記試料採取管の先端側とは反対側に載置した状態で、前記第１打ち込みアダプタが押圧されることにより、前記試料採取管が地盤に進入することを特徴とする軟弱地盤における二重管式地質試料採取装置にある。

かかる第２の態様では、試料採取管から露出したピストンの一部が打ち込みロッドの内部に収納された状態で、打ち込みロッドは試料採取管の先端側とは反対側の肩に載置される。そして、その打ち込みロッドを打ち込むことで地盤に試料採取管を挿入することができる。打ち込みロッドは、試料採取管に固定されないため、打ち込み後は容易に地盤から引き上げることができる。

本発明の第３の態様は、第２の態様に記載する軟弱地盤における二重管式地質試料採取装置において、前記打ち込みロッドは、その長さを延長可能に構成されていることを特徴とする軟弱地盤における二重管式地質試料採取装置にある。

かかる第３の態様では、打ち込みロッドは長さが延長可能であるので、試料採取管を地盤の奥深くまでに打ち込むことが可能である。

本発明の第４の態様は、第１〜第３の何れか一つの態様に記載する軟弱地盤における二重管式地質試料採取装置において、前記外管は、その長さを延長可能に構成されていることを特徴とする軟弱地盤における二重管式地質試料採取装置にある。

かかる第４の態様では、外管は長さが延長可能であるので、外管を地盤の奥深くまでに打ち込むことが可能である。

本発明の第５の態様は、第２〜第４の何れか一つの態様に記載する軟弱地盤における二重管式地質試料採取装置において、前記外管の先端側とは反対側の開口に装着される蓋状の第２打ち込みアダプタを備え、前記第２打ち込みアダプタには、前記外管の内部に連通する空気孔が設けられ、前記打ち込みロッドが前記試料採取管から取り外され、かつ、前記外管がその内側に前記延長ロッドを収容した状態で、前記第２打ち込みアダプタが押圧されることにより、前記外管が先端側から地盤に進入することを特徴とする軟弱地盤における二重管式地質試料採取装置にある。

かかる第５の態様では、外管を打ち込むために、外管には第２打ち込みアダプタが取り付けられている。第２打ち込みアダプタは、打ち込みにより外管の接合部のネジ山などが変形することを防止することができる。また、外管の打ち込み時に、掘削孔内部の空気は外管内部及び連通路を介して外部に排気されるようになっている。

本発明の第６の態様は、第１〜第５の何れか一つの態様に記載する軟弱地盤における二重管式地質試料採取装置において、前記軸部には、前記試料採取管の内部空間のうち前記円盤体よりも前記軸部側の空間部に連通する連通路が設けられ、前記軸部に着脱自在に接続されると共に、前記軸部の連通路を介して前記空間部に流体を供給する流体流路を有するアタッチメントを備え、前記アタッチメントには、前記連通路から前記流体流路への逆流を防止する逆止弁が設けられていることを特徴とする軟弱地盤における二重管式地質試料採取装置にある。

かかる第６の態様では、試料採取管を引き抜き時には、より確実に地質試料の脱落を防止することができる。また、アタッチメントを介して流体を注入してピストンを押し出すことで容易に試料採取管に取り込まれた地質試料を取り出すことができる。

本発明の第７の態様は、第６の態様に記載する軟弱地盤における二重管式地質試料採取装置において、前記円盤体の地盤側表面には、凹部が設けられ、前記凹部に嵌合するセパレータ部材が設けられていることを特徴とする軟弱地盤における二重管式地質試料採取装置にある。

かかる第７の態様では、予めセパレータを掘削孔の底部に配置しておき、さらに深部の地質試料を採取するために、掘削孔内に挿入された外管内に試料採取管を挿入する。このとき、外管の内面に地質試料が付着しており、試料採取管がその地質試料をこそぎ落としたとしても、当該地質試料はセパレータ上に堆積する。そして堆積した地質試料はセパレータと円盤体の凹部との間に保持される。すなわち、浅い深度にあった地質試料は、セパレータと凹部との間に収容され、試料採取管に保持される地質試料と隔てることができる。このようにセパレータを用いることで、試料採取管に保持された深い深度の地質試料に、それよりも浅い深度の地質試料が混ざることをより確実に防止することができる。

本発明の第８の態様は、第１〜第７の何れか一つの態様に記載する軟弱地盤における二重管式地質試料採取装置と、地盤表面に載置される基台と、前記基台に立設された柱状部材と、前記柱状部材に設けられ、前記二重管式地質試料採取装置の上方に配置された環状部材と、前記基台に設置された引張手段とを備え、前記引張手段は、前記環状部材に挿通されると共に、前記試料採取管又は前記外管に取り付けられたワイヤーを引っ張ることで前記試料採取管又は前記外管を地盤から引き上げることを特徴とする軟弱地盤における二重管式地質試料採取装置セットにある。

かかる第８の態様では、地盤に進入させた二重管式地質試料採取装置を地上に引き上げることができる。

本発明によれば、孔壁の崩落を防ぎ、特別な動力を要することなく大深度まで軟弱な地質試料の採取ができる軟弱地盤における二重管式地質試料採取装置及び地質試料採取装置セットが提供される。

本実施形態に係る軟弱地盤における二重管式地質試料採取装置の断面図である。 試料採取管の分解斜視図である。 試料採取管の断面図である。 外管の分解斜視図である。 外管の断面図である。 土壌採取装置セットの概略構成図である。 土壌採取装置セットの動作を説明する断面図である。 土壌採取装置セットの動作を説明する断面図である。 土壌採取装置セットの動作を説明する断面図である。 土壌採取装置セットの動作を説明する断面図である。 土壌採取装置セットの動作を説明する断面図である。 試料採取管から試料を取り出す動作を説明する断面図である。 土壌採取装置セットの動作を説明する断面図である。 土壌採取装置セットの動作を説明する断面図である。 土壌採取装置セットの動作を説明する断面図である。 土壌採取装置セットの動作を説明する断面図である。 土壌採取装置セットの動作を説明する断面図である。

〈実施形態１〉
図１は、本実施形態に係る軟弱地盤における二重管式地質試料採取装置（以下、「地質試料採取装置」と称する。）の断面図である。図示するように、地質試料採取装置１０は、内部に地質試料（以下、単に「試料」ともいう）を採取することができる試料採取管２０と、試料採取管２０を内部に収容する外管４０とを備えている。ここでいう、地質試料とは、例えば、軟弱な地盤における土壌、腐植土、泥などである。

また、地質試料採取装置１０は、試料採取管２０を地盤に進入させる際に用いられる打ち込みロッド５０と、打ち込みロッド５０に取り付けられる第１打ち込みアダプタ６１と、外管４０を地盤に進入させる際に用いられる第２打ち込みアダプタ６２とを有している。これらについての詳細は後述する。

図２及び図３を用いて、試料採取管２０について説明する。図２は、試料採取管及び打ち込みロッドの分解斜視図であり、図３は、試料採取管及び打ち込みロッドの断面図である。

試料採取管２０は、先端側（図の下側）に開口部２１を有する円筒状に形成されたものである。また、試料採取管２０には、その内部にピストン３０が設けられている。

ピストン３０は、軸部３２と、試料採取管２０の内周面２２に接触する円盤体３１とを有する。

軸部３２は、試料採取管２０の開口部２１とは反対側（以降、基端側とする）に設けられ挿通孔２３内に挿通されている。軸部３２の一端側には、円盤体３１が取り付けられている。

円盤体３１は、試料採取管２０の内周面２２に環状のシール部材３３を介して接触する。軸部３２及び円盤体３１は、軸部３２の軸方向（図中の上下方向）に沿って移動可能になっている。また、円盤体３１には、その底面３１ａに円錐状の凹部３８が形成され、この凹部３８には、セパレータ８０がはめ込まれるようになっている。セパレータ８０の用途については後述する。セパレータ８０は、上述した凹部３８とほぼ同形状の円錐状に形成された部材であり、セパレータ８０の頂部には、半円状のリング８１が設けられている。特に図示しないが、凹部３８にはリング８１が収納される程度の溝が形成されており、当該溝にリング８１が収納された状態で凹部３８にセパレータ８０全体をはめ込むことが可能となっている。

円盤体３１の環状のシール部材３３により試料採取管２０の内部空間が２つに仕切られている。その内部空間のうち開口部２１側を採取空間Ａ、基端側を空間部Ｂとする。

採取空間Ａは、採取した試料が収納される空間である。空間部Ｂは、試料採取管２０、円盤体３１、環状のシール部材３３により区画された空間である。なお、軸部３２と挿通孔２３との間にはシール部材３４が設けられており、軸部３２が移動しても空間部Ｂに空気が出入りすることはない。

また、円盤体３１及び軸部３２には、空間部Ｂに連通する連通路３５が設けられている。連通路３５は、軸部３２の端部と、円盤体３１の空間部Ｂに面した表面のそれぞれに開口しており、空間部Ｂは連通路３５を介して大気開放されている。

打ち込みロッド５０は、１つの円筒状部材５１、又は２以上の円筒状部材５１が着脱自在に連結されたものである。円筒状部材５１を連結することで、全体の長さが自由に調整可能な１本の打ち込みロッド５０が構成される。

打ち込みロッド５０は、その内側に試料採取管２０の軸部３２を収容した状態で、一端が試料採取管２０の基端側に当接される。

また、打ち込みロッド５０の他端側の開口５３には、第１打ち込みアダプタ６１が装着される。第１打ち込みアダプタ６１は、開口５３を塞ぐ蓋状部材である。詳細は後述するが、第１打ち込みアダプタ６１は、電動ハンマー等で押圧される部位であり、第１打ち込みアダプタ６１に加えられた力が試料採取管２０に作用し、試料採取管２０が地盤に進入する。

なお、打ち込みロッド５０と、試料採取管２０から露出した軸部３２との間には隙間が設けられている。これにより試料採取管２０を地盤に打ち込むときには、軸部３２が打ち込みロッド５０と一緒に打ち込まれることを防止している。すなわち、打ち込み時は、試料採取管２０のみが打ち込みロッド５０により地盤に打ち込まれ、軸部３２の位置は変わらない構造となる。

また、試料採取管２０の先端側の外表面には、先端側に向かって径が狭くなるようにテーパー２８が形成されている。このようにテーパー２８が形成されることで、先端側が地盤に進入しやすくなっている。

さらに、試料採取管２０の軸部３２には、円筒状の延長ロッド３６が装着可能になっている。延長ロッド３６が軸部３２に連結された状態では、延長ロッド３６内部の空間部３７と、軸部３２の連通路３５とが連通する。このように、軸部３２に延長ロッド３６を装着することで、軸部３２（試料採取管２０全体）の長さを調整することが可能となっている。

図４及び図５を用いて、外管４０について説明する。図４は、外管の分解斜視図であり、図５は、外管の断面図である。

図４（ａ）及び図５（ａ）に示すように、外管４０は、試料採取管２０の直径よりも若干大きな直径を有する円筒状の部材である。このような形状により、外管４０は、その内部に試料採取管２０を収容することが可能となっている。また、外管４０の先端側（図の下側）には開口部４１が設けられ、先端側とは反対側（以下、基端側とする）には開口部４２が設けられている。

詳細は後述するが、外管４０は、試料採取管２０が地盤から試料を採取することで形成された掘削孔に挿入され、その掘削孔の崩落を防ぐものである。

図４（ｂ）及び図５（ｂ）に示すように、外管４０には、延長管４７を連結することが可能となっている。具体的には、外管４０の基端側には開口部４２の周縁に突部４４が設けられ、突部４４にネジ山４４ａが設けられている。一方、円筒状の延長管４７は、このネジ山４７ａに螺合することが可能に形成されている。このように外管４０に延長管４７がネジ山４７ａを介して連結されることで、外管４０が延長される。

なお、延長管４７の開口部には、ネジ山４７ａが設けられており、このネジ山４７ａを介して別の延長管４７を連結することが可能となっている。図５（ｂ）には１つの延長管４７を連結したものを示してあるが、個数に特に制限はない。このように複数の延長管４７を連結することによって、外管４０の長さを自由に設定することができる。

また、外管４０及び延長管４７は、第２打ち込みアダプタ６２が装着可能となっている。すなわち、図４（ａ）及び図５（ａ）に示すように、外管４０の基端側には地盤に外管４０を打ち込むための第２打ち込みアダプタ６２が装着される。また、図４（ｂ）及び図５（ｂ）に示すように、延長管４７の基端側には地盤に外管４０を打ち込むための第２打ち込みアダプタ６２が装着される。

第２打ち込みアダプタ６２は、外管４０のネジ山４４ａ又は延長管４７のネジ山４７ａに螺合し、それらの開口を塞ぐように装着される蓋状の部材である。詳細は後述するが、第２打ち込みアダプタ６２は、電動ハンマー等で押圧される部位であり、第２打ち込みアダプタ６２に加えられた力が外管４０及び延長管４７に作用して外管４０が地盤に進入する。

外管４０及び延長管４７は肉薄なために深部までの打ち込み時に最浅（地表側）の延長管４７の継ぎ目などが変形する虞がある。このような変形を防止するために、基端部に第２打ち込みアダプタ６２を装着することで、延長管４７の変形を防止する。

第２打ち込みアダプタ６２は、打ち込み時の力に耐えうる形状、材料であればよい。また、第２打ち込みアダプタ６２には、空気孔６３が設けられている。この空気孔６３により、外管４０の内部の空気が排出されるようになっている。

外管４０の開口部４１側の外表面には、先端側に向かって径が狭くなるようにテーパー４３が形成されている。このようにテーパー４３が形成されることで、先端側が地盤に進入しやすくなっている。

図４（ｃ）及び図５（ｃ）に示すように、外管４０の基端側には、ネジ山４４ａを介して外管アタッチメント４５が取り付けられる。外管アタッチメント４５は、外管４０に着脱自在な環状部材である。外管アタッチメント４５は、特に図示しないが、延長管４７のネジ山４７ａを介して延長管４７にも着脱自在になっている。

外管アタッチメント４５には、ワイヤーなどが取り付けられる開口であるワイヤー取付部４６が設けられている。ワイヤーは試料採取管２０を打ち込むときに、外管４０が一緒に地盤に挿入することを防止するほか、ワイヤー取付部４６に取り付けられたワイヤーを上方に引っ張ることで、外管４０を外管アタッチメント４５と共に上方に引き上げることができる。

図６は、本実施形態に係る地質試料採取装置を備える採取装置セットの概略構成図である。図示するように、採取装置セット１は、地盤表面に載置される基台２と、基台２上に立設された枠体３（柱状部材）と、基台２上に設置された手動ジャッキ４（引張手段）とを備えている。

これらの基台２、枠体３、手動ジャッキ４は、土壌を採取する現場に配置されるものである。基台２には、厚さ方向に貫通して地盤表面が露出する開口部５が設けられている。試料を採取する際には、この開口部５から地質試料採取装置１０を深部に向かって進入させる。なお、地質試料採取装置１０を進入させる方法は特に限定されないが、例えば、手動、又は電動ハンマー等を用いて地質試料採取装置１０を地盤内に進入させる。

枠体３は、基台２に取り付けられた２本の支柱３ａと、支柱３ａの上部同士を連結する上辺部３ｂとから構成されている。上辺部３ｂは、支柱３ａに着脱自在である。上辺部３ｂは、開口部５に進入する地質試料採取装置１０の上方に位置しており、リング６（環状部材）が設けられている。また、手動ジャッキ４は、レバー９を操作することで、手動ジャッキ本体７がガイドレール８に沿って上下動可能になっている。

手動ジャッキ本体７には、ワイヤー１００が取り付けられている。さらにワイヤー１００は、基台２に設けられたリング６及び、枠体３の上辺部３ｂに設けられたリング６を挿通して、外管アタッチメント４５のワイヤー取付部４６に取り付けられている。

このような構成の採取装置セットでは、手動ジャッキ４のレバー９を操作して手動ジャッキ本体７を上方に移動させれば、ワイヤー１００が試料採取管２０や外管４０を上方に引き上げることができる。

また、後述するように、試料採取管２０や外管４０は、上方から電動ハンマーを用いて地盤に打ち付けられる。その際に、上辺部３ｂは支柱３ａから取り外すことが可能であるので、試料採取管２０や外管４０の上方に電動ハンマーを用いた作業のための空間を確保することができる。

図７〜図１１を用いて、地質試料採取装置１０を備える採取装置セット１により土壌を採取する動作を説明する。

まず、図７に示すように、円盤体３１を試料採取管２０の開口部２１まで移動させる。このような状態で開口部２１及び円盤体３１を開口部５内に露出した地盤に接触させ、試料採取管２０を立てた状態にする。

そして、２つの円筒状部材５１を連結して打ち込みロッド５０を構成する。その打ち込みロッド５０の内部にピストン３０の軸部３２を収納し、試料採取管２０の基端側に載置する。また、打ち込みロッド５０の開口５３には、第１打ち込みアダプタ６１を装着する。

図８に示すように、そのような状態で、例えば、電動ハンマーで第１打ち込みアダプタ６１を打ち込むことで、試料採取管２０を地盤内に進入させる。試料採取管２０の先端側の外表面には、テーパー２８が設けられているので、地盤を外側に押しのけながら試料採取管２０内側の採取空間Ａには地盤（地質試料）が収納される。

このように試料採取管２０を軟弱な地盤に進入させる際、円盤体３１の底面３１ａは、地盤表面に接触した状態のままである。つまり、円盤体３１の底面３１ａの地盤表面に対する相対位置は変化せず（図７と同じ状態）、試料採取管２０の管だけが地盤内に進行する状態となる。

一方、円盤体３１の試料採取管２０に対する相対位置は変化する。すなわち、円盤体３１は、試料採取管２０の開口部２１側から基端側に移動する。このように図７の状態において存在していた空間部Ｂは、円盤体３１の移動にともない縮小し、採取空間Ａ内に地盤が進入する。なお、空間部Ｂの縮小に伴い、その内部の空気は連通路３５を介して外部に放出されている。

次に、図９に示すように、打ち込みロッド５０及び第１打ち込みアダプタ６１を取り外す。そして、延長管４７及び第２打ち込みアダプタ６２が連結された外管４０を開口部５内に露出した地盤の上に設置する。このとき、試料採取管２０をその内部に収容させる。

そして、図１０に示すように、電動ハンマーで第２打ち込みアダプタ６２を打ち込むことで、外管４０を地盤内に進入させる。外管４０は、外管４０の先端が少なくとも試料採取管２０の先端側の開口部２１に達するまで地盤中に進入させる。

次に、図１１に示すように、試料採取管２０を引き上げる。引き上げに際しては、外管４０及び延長管４７の開口を蓋している第２打ち込みアダプタ６２を取り外し、軸部３２の基端側に開口した連通路３５を塞ぐキャップ６０を軸部３２に取り付ける。これにより、空間部Ｂは閉空間となる。このキャップ６０には、ワイヤー１００を取り付ける開口６０ａが設けられている。このキャップ６０の開口６０ａにワイヤー１００を取り付け、そのワイヤー１００をリング６に挿通する。そして、ワイヤー１００を手動ジャッキ本体７（図６参照）に取り付け、手動ジャッキ本体７をガイドレール８に沿って上方に移動させる。

手動ジャッキ本体７の移動により、ワイヤー１００が試料採取管２０の軸部３２を上方に引っ張るので、試料採取管２０を地盤中から引き上げることができる。

ここで、試料採取管２０を上方に引き上げる際、試料採取管２０が円盤体３１から離間しようとするので、空間部Ｂは負圧になる。したがって、当該負圧により円盤体３１は試料採取管２０内の基端側に固定された状態となる。

これにより、試料採取管２０は内部の採取空間Ａ内に試料が保持されたままで引き上げられることになる。つまり、円盤体３１が試料採取管２０の先端側に移動してしまい、採取空間Ａ内の試料が排出されることはない。

なお、外管４０を引き上げる際には、外管４０に外管アタッチメント４５（図４及び図５参照）を装着し、ワイヤー取付部４６にワイヤー１００を装着する。そして、手動ジャッキ本体７を移動させることでワイヤー１００を引っ張り、外管４０及び外管アタッチメント４５を上方に引き上げる。

図１２を用いて、引き上げた試料採取管２０から採取した試料（土壌）の取り出しについて説明する。

図示するように、試料採取管２０には、採取空間Ａに試料が保持されている。試料はピストン３０を開口部２１側に押し出すことで外部に排出させる。具体的には、軸部３２に取り付けてあったキャップ６０（図１１参照）を取り外し、代わりに、アタッチメント７０を取り付ける。

アタッチメント７０は、軸部３２の基端側に形成されたネジ山に螺合することで着脱自在な部材であり、内部に流体流路７１が設けられている。流体流路７１は、水（流体）の流路となる。流体流路７１は、軸部３２に設けられた連通路３５に連通している。

また、流体流路７１には、逆止弁７２が設けられている。逆止弁７２は、連通路３５から流体流路７１側に水が逆流することを防止するように設けられている。

このようなアタッチメント７０の流体流路７１に手動ポンプで、連通路３５を介して空間部Ｂに水を圧送する。空間部Ｂに水が圧送されることで、その水の圧力により円盤体３１が開口部２１側に移動する。これにより、採取空間Ａ内に保持されていた試料が外部に放出される。アタッチメント７０と試料採取管２０の間の軸部３２にはリング（図示せず）が設けられており、圧送により試料が飛び出すことを防止している。

取り出された試料は、円筒状になっており、地層表面からの深さが反映したものとなっている。この試料を分析することで、汚染物質などが地盤表面から深部までどの程度侵入しているかが解明することができる。また、土壌に含まれる物質を明らかにすることで土壌形成過程などの解明に資することができる。

図１３に、試料採取管２０を引き上げたあとの外管４０を示す。図示するように、土壌には、外管４０が挿入された状態となっており、外管４０の内側は、試料採取管２０によって土壌が抜き取られた状態となっている。つまり、試料採取管２０によって土壌が抜き取られて掘削孔９０が形成され、外管４０は、その掘削孔９０の内面を保護している。

このように外管４０が掘削孔９０の内面を保護するので、掘削孔９０の一部が崩落して土壌の一部が掘削孔９０の底部に溜まることを防止することができる。

仮に、外管４０による保護がないと掘削孔９０の一部が崩落する場合がある。例えば、土壌の表面近くの一部が掘削孔９０の底部に崩落して溜まる。この場合、掘削孔９０の底部からさらに深く試料採取管２０で土壌を採取すると、表面近くの土壌と、掘削孔９０の底部の土壌とが混在してしまう。

なお、図１０等に示したように、試料採取管２０と外管４０との間には若干の隙間があるので、試料採取管２０を引き抜いた後にも、外管４０の内面には、若干の土壌９１が付着している。さらに掘削孔９０から地質試料を採取する際に、この土壌９１が混ざらないように、掘削孔９０の底部にセパレータ８０を配置する。具体的には、フック（図示せず）をリング８１に取り付け、地表から掘削孔９０の底部にセパレータ８０を配置する。そして、リング８１からフックを取り外して、掘削孔９０からフックを引き上げる。

次に、図１４〜図１７を用いて、掘削孔９０からさらに深くの地質試料を採取する動作を説明する。

図１４に示すように、円盤体３１を試料採取管２０の開口部２１まで移動させる。その状態で、外管４０の内部に試料採取管２０を挿入し、開口部２１及び円盤体３１を掘削孔９０の底部に接触させる。

このとき、試料採取管２０が外管４０の内面に付着した土壌９１を掘削孔９０の底部にこそぎ落とす場合がある。しかしながら、その土壌９１は、セパレータ８０の上面に堆積する。そして、セパレータ８０は、掘削孔９０の底部に移動してきた円盤体３１の凹部３８にはめ込まれる。すなわち、土壌９１は、外管４０の内面からこそぎ落とされたとしても、セパレータ８０と凹部３８との間に挟み込まれた状態となる。

ここで、セパレータ８０は円錐状としたため、仮に凹部３８と中心がずれていたとしても、セパレータ８０は凹部３８の中心に合うように移動するので、凹部３８とセパレータ８０とを確実にはめ込むことができる。

次に、掘削孔９０の深さに応じて長さを調整した打ち込みロッド５０を構成する。ここでは、３つの円筒状部材５１を連結して一本の打ち込みロッド５０としてある。その打ち込みロッド５０の内部にピストン３０の軸部３２を収納し、試料採取管２０の基端側に載置する。また、打ち込みロッド５０の開口５３には、第１打ち込みアダプタ６１を装着する。

なお、試料採取管２０の軸部３２には、掘削孔９０の深さに応じて延長ロッド３６を装着する。すなわち、掘削孔９０の深さに応じて軸部３２を延長しておく。これにより、試料採取管２０が地盤深く進入している場合であっても、延長ロッド３６を地表近くに位置させることができる。これにより、延長ロッド３６にキャップ６０（図１１参照）を装着することが可能となる。以後は、キャップ６０にワイヤー１００を装着し、ワイヤー１００を手動ジャッキ本体７の移動により引っ張ることで、試料採取管２０を地盤から引き抜くことができる。

次に、図１５に示すように、例えば、電動ハンマーで第１打ち込みアダプタ６１を打ち込むことで、試料採取管２０を地盤内に進入させる。最初に試料採取管２０を地盤に進入させたときと同様に（図７，８参照）、試料採取管２０のピストン３０はそのままの位置（図１４に示した位置）に留まったまま、試料採取管２０だけが地盤内に進入する（図１５参照）。

打ち込みロッド５０は、その長さが延長可能であるので、試料採取管２０をより深度の深い地盤まで打ち込み、進入させることができる。なお、打ち込みロッド５０を打ち込んで試料採取管２０をある程度地盤に進入させた後、さらにその長さを延長し、試料採取管２０をより深く地盤に進入させてもよい。地上で十分な長さの円筒状部材５１を一度に組み立てられない場合などに有効である。

このようにして、掘削孔９０の底部からさらに深く地盤内に進入させた試料採取管２０には、図８で説明した場合と同様に、採取空間Ａ内に地盤が進入し、これを試料として保持することができる。上述したように、外管４０の内面に付着していた土壌９１（図１３参照）、すなわち、今採取する深度よりも浅い深度にあった土壌９１は、セパレータ８０と凹部３８との間に収容され、採取空間Ａに保持された地質試料とは隔てられている。このようにセパレータ８０を用いたことで、採取空間Ａに保持された深い深度の地質試料に、それよりも浅い深度の土壌９１が混ざることをより確実に防止することができる。

次に、図１６に示すように、打ち込みロッド５０及び第１打ち込みアダプタ６１を取り外す。そして、外管４０に延長管４７及び第２打ち込みアダプタ６２を取り付ける。外管４０の長さは、掘削孔９０の深さに応じて適宜調整する。

そして、図１７に示すように、電動ハンマー等で第２打ち込みアダプタ６２を打ち込むことで、外管４０を地盤内に進入させる。外管４０は、外管４０の先端が少なくとも試料採取管２０の先端側の開口部２１に達するまで地盤中に進入させる。

上述したように、外管４０は、延長管４７により長さが延長されているので、より深い深度にまで外管４０を到達させることができる。すなわち、試料採取管２０による土壌の採取により深くなった掘削孔９０についても、その内面を外管４０により保護することができる。

以後、特に図示はしないが、図１１で説明したように、試料採取管２０をワイヤー１００により引き上げ、図１２で説明したように、その採取空間Ａ内に保持された試料を外部に取り出すことで、最初に得た試料よりも深い深度の試料を得ることができる。

また、さらに深い深度の試料を得る場合には、図１４〜図１７で説明したことを繰り返す。すなわち、（１）掘削孔９０の深さに合わせて適宜打ち込みロッド５０の長さを調整する。（２）試料採取管２０を掘削孔９０内に配置し、打ち込みロッド５０に装着された第１打ち込みアダプタ６１を打ち込むことにより、試料採取管２０をさらに地盤中に進入させる。（３）掘削孔９０の深さに合わせて適宜延長管４７を外管４０に取り付け、試料採取管２０の先端まで地盤中に進入させる。

以上に説明した地質試料採取装置１０を備える採取装置セット１によれば、任意の深さまで、連続的に試料を採取することができる。また、試料採取管２０による試料の採取の際には、掘削孔９０の内面が外管４０により保護されているので、掘削孔９０の一部が崩落して底部に溜まることを防止することができる。これにより、得られた試料に、深度が異なる他の部分の土壌が含まれることを防止することができる。

したがって、得られた試料は、その深度の土壌をそのまま反映したものとなり、これを解析することで、汚染物質が地盤表面から深部までどの程度侵入しているかを正確に得ることができる。また、試料（土壌や腐植土）に含まれる物質を分析することで土壌や腐植土の形成メカニズムを解明することができる。

なお、試料採取管２０及び外管４０を地盤中に進入させる手段として手動や電動ハンマーにより行うとしたが、このような態様に限定されない。

また、セパレータ８０は、円錐状の部材としたが、このような態様に限定されない。セパレータ８０は、掘削孔９０の底部に配置することが可能であり、円盤体３１の底面に嵌合できる形状のものであればよい。また、セパレータ８０は、水による溶解のおそれがなければ紙などの薄膜状のものを用いてもよい。このような薄膜状のセパレータ８０を掘削孔９０の底部に配置して用いることで、外管４０の内面に付着した土壌を当該セパレータ８０上に落着させることができる。これにより、当該土壌がそれよりも深度の深い位置にある土壌と混合してしまうことを防止することができる。

本発明は、土壌を採取し、得られた土壌試料を解析する産業分野で利用することができる。

１ 採取装置セット
２ 基台
３ 枠体
４ 手動ジャッキ
１０ 地質試料採取装置
３０ ピストン
３１ 円盤体
３５ 連通路
３６ 延長ロッド
４０ 外管
４５ 外管アタッチメント
４７ 延長管
５０ 打ち込みロッド
６１ 第１打ち込みアダプタ
６２ 第２打ち込みアダプタ
７０ アタッチメント
８０ セパレータ
９０ 掘削孔

Claims (8)

1. 内部にピストンが設けられ、先端側が開口した筒状の試料採取管と、
   前記試料採取管が内部に収容される筒状の外管とを備え、
   前記試料採取管は、前記ピストンが地盤に接触した状態で前記先端側から地盤内に進入し、
   前記外管は、地盤に進入した前記試料採取管を内部に収容しながら地盤に進入し、
   前記試料採取管は、地盤に進入した前記外管の先端よりも深く突出して地盤に進入し、
   前記試料採取管は、先端側とは反対側に挿通孔が設けられ、
   前記ピストンは、前記試料採取管の内部に接触しながら移動可能な円盤体と、前記円盤体に接続され、かつ前記挿通孔に気密に挿通した軸部とを備え、
   前記軸部に着脱可能に連結される円筒状の延長ロッドを備える
   ことを特徴とする軟弱地盤における二重管式地質試料採取装置。
2. 請求項１に記載する軟弱地盤における二重管式地質試料採取装置において、
   筒状の打ち込みロッドと、
   前記打ち込みロッドの前記試料採取管とは反対側の開口に装着される蓋状の第１打ち込みアダプタとを備え、
   前記打ち込みロッドがその内側に前記延長ロッドを収容し、かつ前記試料採取管の先端側とは反対側に載置した状態で、前記第１打ち込みアダプタが押圧されることにより、前記試料採取管が地盤に進入する
   ことを特徴とする軟弱地盤における二重管式地質試料採取装置。
3. 請求項２に記載する軟弱地盤における二重管式地質試料採取装置において、
   前記打ち込みロッドは、その長さを延長可能に構成されている
   ことを特徴とする軟弱地盤における二重管式地質試料採取装置。
4. 請求項１〜請求項３の何れか一項に記載する軟弱地盤における二重管式地質試料採取装置において、
   前記外管は、その長さを延長可能に構成されている
   ことを特徴とする軟弱地盤における二重管式地質試料採取装置。
5. 請求項２〜請求項４の何れか一項に記載する軟弱地盤における二重管式地質試料採取装置において、
   前記外管の先端側とは反対側の開口に装着される蓋状の第２打ち込みアダプタを備え、
   前記第２打ち込みアダプタには、前記外管の内部に連通する空気孔が設けられ、
   前記打ち込みロッドが前記試料採取管から取り外され、かつ、前記外管がその内側に前記延長ロッドを収容した状態で、前記第２打ち込みアダプタが押圧されることにより、前記外管が先端側から地盤に進入する
   ことを特徴とする軟弱地盤における二重管式地質試料採取装置。
6. 請求項１〜請求項５の何れか一項に記載する軟弱地盤における二重管式地質試料採取装置において、
   前記軸部には、前記試料採取管の内部空間のうち前記円盤体よりも前記軸部側の空間部に連通する連通路が設けられ、
   前記軸部に着脱自在に接続されると共に、前記軸部の連通路を介して前記空間部に流体を供給する流体流路を有するアタッチメントを備え、
   前記アタッチメントには、前記連通路から前記流体流路への逆流を防止する逆止弁が設けられている
   ことを特徴とする軟弱地盤における二重管式地質試料採取装置。
7. 請求項６に記載する軟弱地盤における二重管式地質試料採取装置において、
   前記円盤体の地盤側表面には、凹部が設けられ、
   前記凹部に嵌合するセパレータが設けられている
   ことを特徴とする軟弱地盤における二重管式地質試料採取装置。
8. 請求項１〜請求項７の何れか一項に記載する軟弱地盤における二重管式地質試料採取装置と、
   地盤表面に載置される基台と、
   前記基台に立設された柱状部材と、
   前記柱状部材に設けられ、前記二重管式地質試料採取装置の上方に配置された環状部材と、
   前記基台に設置された引張手段とを備え、
   前記引張手段は、前記環状部材に挿通されると共に、前記試料採取管又は前記外管に取り付けられたワイヤーを引っ張ることで前記試料採取管又は前記外管を地盤から引き上げる
   ことを特徴とする軟弱地盤における二重管式地質試料採取装置セット。

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