JP6328459B2 - 地盤コアサンプルの採取器具と採取方法 - Google Patents

Description

本発明は、地盤コアサンプルを採取する採取具および採取方法に関し、詳しくは簡素な構成でありながら、多大な労力を要することなく人力で地盤コアサンプルを引き抜いて採取できる地盤コアサンプルの採取具および採取方法に関するものである。

サンプリング容器を地盤に挿入しその後引き抜き、回収した地盤コアサンプルを利用して地盤の強度等の測定が行われている（例えば特許文献１参照）。特許文献１では、地盤が掘削土砂等と固化剤とを混和させてこれを固化させる固化処理土であり、サンプリング容器の外周面と固化処理土との間に分離膜を介在させて、サンプリング容器に固化処理土が固着することを防止してサンプリング容器の引き抜きを容易にする方法が提案されている。

この方法では、固化する前の流動性を有する固化処理土から水平方向を主成分とする外力（以下、土圧という）がサンプリング容器に生じるので、サンプリング容器はこの固化処理土により側方から挟み込まれた状態となる。固化処理土はサンプリング容器に土圧を生じさせた状態で固化するので、サンプリング容器は固化処理土が固化した後も土圧を受けた状態になる。そのため固化処理土とサンプリング容器の間に分離膜を介在させたとしても、この土圧によりサンプリング容器に押し付けられた分離膜とサンプリング容器との間の摩擦抵抗は大きくなるので、固化処理土からサンプリング容器を引き抜くためには相当の力が必要となる。

地盤が固化処理土でない場合であっても、サンプリング容器を打ち込む際に押し退けられた地盤は元の位置に戻ろうとするので、分離膜とサンプリング容器は地盤からある程度の外力を受ける。そのため地盤に挟まれた状態となったサンプリング容器を人力で引き抜くことは困難である。

したがって、サンプリング容器の引き抜きには重機等の手配や移動が必要となるので、そのための費用や時間を要し、特にサンプリングを行う地点が多数箇所となる場合にはこれらが過大な負担になる。

特開平３−２８１８１４号公報

本発明は上記の問題を鑑みてなされたものであり、その目的は多大な労力を要することなく人力で地盤コアサンプルを引き抜いて採取でき、サンプリング作業のコストを抑制することのできる地盤コアサンプルの採取具および採取方法を提供することである。

上記の目的を達成するための本発明の地盤コアサンプルの採取具は、少なくとも下端部を開口した採取筒体と、この採取筒体が内挿されて採取筒体とともに地盤に押込んで挿入される上下端部を開口した外筒体とを備え、前記外筒体が水分により軟化する材料によって形成されていることを特徴とする。

本発明の地盤コアサンプルの採取方法は、上下端部を開口し水分により軟化する材料によって形成された外筒体に、少なくとも下端部を開口した採取筒体を内挿して、この採取筒体とともに前記外筒体を地盤に挿入することにより、前記採取筒体の内部に地盤を入り込ませて充填させ、前記外筒体が水分により少なくとも一部が軟化した後に、前記採取筒を充填させた地盤とともに外筒から抜き出すことを特徴とする。

本発明によれば地盤に挿入された外筒体が水分によって徐々に軟化することにより、この外筒体に内挿されている採取筒体の外周面と外筒体の内周面との間に隙間を確保し易くなる。これにより、採取筒体を地盤から引き抜く際には、両者の間の摩擦抵抗が大幅に低減するので、簡素な構成の採取具を用いながらも、人力で採取筒体とともに地盤コアサンプルを地盤から引き抜くことが可能になる。地盤コアサンプルの引き抜きに重機等を用いる必要がなくなるので、作業コスト抑制に大きく寄与し、サンプリング地点が多いほど、その抑制効果は顕著になる。

採取筒体が内挿された外筒体の内周面とこの採取筒体の外周面との間に潤滑剤を介在させることもできる。この場合、潤滑剤が両者の間の摩擦抵抗を一段と低減させるので、より少ない労力で採取筒体とともに地盤コアサンプルを地盤から引き抜くことができる。

採取筒体が内挿された外筒体の下端部に、この採取筒体の外周面と外筒体の内周面との環状の隙間を塞ぐ閉塞部材を設けることもできる。この閉塞部材により、採取筒体および外筒体を地盤に挿入する際に、環状の隙間に地盤の土砂が入り込むことを確実に防止できる。それ故、外筒体が水分によって軟化した場合に、外筒体の内周面と採取筒体の外周面との隙間がより確実に確保されて採取筒体とともに地盤コアサンプルを地盤から一段と引き抜き易くなる。

採取筒体の上端部に、採取筒体から突出する把持部を設けることもできる。この把持部を利用することで採取筒体を地盤から引き抜き易くなるので、引き抜きを行う作業員の労力は一段と軽減される。

本発明は、例えば水底地盤に適用する。水底地盤の地盤コアサンプルを採取する場合、潜水士が採取筒体を地盤から引き抜こうとすると反力を得られない。ところが、本発明では採取筒体の外周面と外筒体の内周面との間の摩擦抵抗が大幅に低減するので、反力を得られない水中であっても潜水士は少ない労力で採取筒体を地盤から引き抜くことができる。

本発明は、地盤が固化処理土で形成されている場合にも適用できる。この場合は、固化処理土が固化する前に採取筒体とともに外筒体を地盤に挿入し、この固化処理土が固化した後に、採取筒体を充填させた固化処理土とともに外筒体から抜き出す。

本発明の地盤コアサンプルの採取具の概略を例示する斜視図である。 図１の地盤コアサンプルの採取具の縦断面を示す説明図である。 図１の地盤コアサンプルの採取具の底面を示す説明図である。 採取具の別の実施形態の縦断面を例示する説明図である。 本発明の地盤コアサンプルの採取具を地盤に挿入した状態を縦断面で例示する説明図である。 地盤コアサンプルの下端部を地盤から切り離した状態を縦断面で例示する説明図である。 採取筒体を地盤から引き抜いている状態を縦断面で例示する説明図である。 採取筒体の変形例の縦断面を例示する説明図である。

以下、本発明の地盤コアサンプルの採取具と採取方法を図に示した実施形態に基づいて説明する。

図１〜３に例示するように本発明の地盤コアサンプルの採取具１は、少なくとも下端部を開口した採取筒体２と、この採取筒体２が内挿されて採取筒体２とともに地盤に挿入される上下端部を開口した外筒体３とを備えている。この実施形態では、採取筒体２は円筒形状であり、上端部と下端部の両方を開口している。採取筒体２は角筒形状などの形状を採用することもできる。また採取筒体２の上部には、作業者が採取筒体２を外筒体３から引き抜く際に把持する把持部６が設置されている。この把持部６は、作業者が把持して採取筒体２を外筒体３から引き抜くことができる形状を有していればよく、例えばワイヤーやロープや金属等で環状に形成した枠体または金属等で形成した棒状体で構成することができる。

この採取筒体２は、地盤に押込んで挿入できる程度の強度があればよく、例えば塩ビ管やその他の樹脂管、金属管を採用することができる。この採取筒体２は、上端部を閉止した筒形状としてもよい。この場合は採取筒体内部の圧力を逃がすための脱気孔を、採取筒体２の閉止された上端部または側面上方に形成することが望ましい。この採取筒体２の上端部を閉止するために取り外し自在に構成された蓋体等を設置する構成としてもよい。

採取筒体２の軸方向の長さは例えば５００ｍｍ〜１５００ｍｍ、内径は５０ｍｍ〜１２５ｍｍ、周壁の厚さは４ｍｍ〜７ｍｍである。

外筒体３は、地盤に押込んで挿入できる程度の強度を有しているが、水分により軟化する材料によって形成される。この実施形態では含水により軟化する紙を材料として外筒体３が形成されている。この外筒体３として、市販品のボイド管と呼ばれるボール紙製のパイプを利用すれば採取具１を安価に作成できる。また水溶性の紛体を材料として、この紛体を押し固めて外筒体３を形成することもできる。外筒体３は円筒形状であるが、角筒形状などの形状を採用することもできる。

外筒体３の軸方向の長さは例えば５００ｍｍ〜１５００ｍｍであり、採取筒体２と概ね同じにする。外筒体３の内径は例えば７５ｍｍ〜１５０ｍｍ、周壁の厚さは例えば２．５ｍｍ〜３．５ｍｍである。

この実施形態では、採取筒体２の外周面と外筒体３の内周面の間に隙間４を形成するように、採取筒体２と外筒体３の直径を決定している。この隙間４に潤滑剤Ｌを介在させる場合は、半径方向における隙間４の大きさを０．５ｍｍ〜８．０ｍｍに設定し、潤滑剤Ｌを隙間４に充填または塗布する。この潤滑剤Ｌは隙間４から流れ出さない程度の粘性を有するものが選択される。隙間４が例えば３．０ｍｍより広い場合は潤滑剤Ｌとしてゲル状のグリス等を利用し、３．０ｍｍ以下の場合は液体状の潤滑油等を利用する。

この隙間４に潤滑剤Ｌを介在させないこともできる。また隙間４を設けずに採取筒体２の外周面と外筒体３の内周面とを密接させて、採取筒体２を外筒体３に嵌め込んだ状態にすることもできる。

図３に例示するように平面視で環状となるこの隙間４の下端部は、少なくとも一部が閉塞部材５で覆われる。図３では説明のため一部の閉塞部材５を破線で示している。この実施形態では外筒体３の下端部において、外筒体３から採取筒体２にかけて隙間４の下端部
を覆うように貼りつけた複数の粘着テープにより閉塞部材５が構成されている。この閉塞部材５は粘着テープの代わりにプラスチック板等の板状部材で構成することもでき、隙間４の環状の下端部を覆う環状の鉄板やプラスチック板や板紙で構成することもできる。閉塞部材５は、隙間４の環状の下端部の少なくとも一部を覆う構成であればよいが、望ましくは隙間４を完全に覆う構成とする。また閉塞部材５は、外筒体３と分離可能な別体だけでなく外筒体３と一体化したものでもよい。

採取具１を地盤に挿入する前に外筒体３から採取筒体２が抜け落ちないように、採取筒体２を閉塞部材５で外筒体３に固定することもできる。この実施形態では粘着テープで構成した閉塞部材５によって、外筒体３の下端部と採取筒体２の下端部を固定するので採取筒体２は外筒体３から抜け落ちないように固定される。

閉塞部材５を設置せずに、図４に例示するように別途採取筒体２を外筒体３の内部に固定するための固定部材７を設置してもよい。この固定部材７は、採取筒体２の外周面の上部から外筒体３に向かって延設され、外筒体３の上端部と接触して採取筒体２が下方に落下しないように支持する構成を有する。固定部材７は、例えば採取筒体２の外周面に向かって略水平にねじ込んだボルト等で構成することができ、採取筒体２にねじ込んだ側と反対側となるボルト等の外側端部は、地盤等への接触を避けるために外筒体３の外周面の内側に位置するように構成することが望ましい。

このボルト等にワイヤー等で構成した把持部６を連結することで把持部６を採取筒体２に固定してもよい。隙間４が小さいまたはほとんどなく、採取筒体２と外筒体３の間に生じる摩擦により採取筒体２を外筒体３の内部に固定することができる場合は、固定部材７を設置しなくてもよい

次に、本発明の地盤コアサンプルの採取方法を、固化処理土を用いて地盤改良された水底地盤から地盤コアサンプルを回収する場合を例にして説明する。図５に例示する水底地盤９は、地盤改良のために掘削土砂等と固化剤が混和された固化処理土により形成されている。この固化処理土で形成された水底地盤９が固化する前に、地盤コアサンプルの採取具１を水底地盤９に挿入する。固化する前の固化処理土の流動性が高く柔らかい場合は、潜水士が人力で採取具１を水底地盤９に挿入する。

これにより、採取筒体２の下端開口から固化する前の固化処理土が入り込んで、地盤コアサンプル８として採取筒体２内に充填され保持される。外筒体３は、固化処理土を側方に押し退けながら水底地盤９に挿入される。

このとき閉塞部材５は、固化する前の固化処理土の一部が隙間４に入り込むことを防止する。これにより、隙間４に入り込んだ固化処理土に起因して、採取筒体２が外筒体３に固着して外筒体３から抜けなくなる事態を確実に防止できる。

挿入された外筒体３により押し退けられた固化処理土は、外筒体３に対して多大な土圧を生じさせるが、この土圧は外筒体３により支持されるので採取筒体２には土圧がほとんど作用しない。

固化処理土の養生期間中に外筒体３は、周囲の水を吸収して徐々に軟化する。このとき外筒体３に作用していた土圧は、軟化した外筒体３をその中心軸に向かって押す力として作用する。しかし固化した固化処理土は流動性をほとんど有さないので、土圧が採取筒体２に生じることはない。

外筒体３が軟化した後、図６に例示するように把持部６を掴んだ潜水士が採取筒体２を
、その下端部を中心に上端部が外筒体３に接近離間するように水平方向に揺動する。外筒体３が軟化しているので、採取筒体２の外周面を外筒体３の外周面近傍（或いは軟化する前の外周面近傍）まで振ることができる。この揺動により、採取筒体２内に保持された地盤コアサンプル８の下端部に応力が集中して破壊が生じ、地盤コアサンプル８が水底地盤９から切り離される。外筒体３の全体が軟化していなくても、採取筒体２を揺動できるのであれば一部軟化している状態でこの作業を行うことができる。

例えば採取筒体２の外周面から外筒体３の外周面までの距離が約２０ｍｍであり採取筒体２の軸方向の長さが約１０００ｍｍの場合、この採取筒体２はその中心軸Ｃが垂線Ｈに対して左右に±１°程度振られることになる。この振りの角度は、採取筒体２の外周面から外筒体３の外周面までの長さと採取筒体２の長さにより規定される。

採取筒体２と外筒体３の大きさは、この振りの角度が０．５°〜２．５°の範囲となるように決定することが望ましい。好ましくは０．８°〜１．５°の範囲となるように決定する。この振りの角度が大きくなるほど地盤コアサンプル８の下端部を水底地盤９から切り離し易くなり、小さくなるほど採取する地盤コアサンプル８に対して水底地盤９に挿入すべき採取具１が小さくなり採取具１の挿入に必要な力が小さくなる。なお、採取筒体２を揺動する方向や揺動長さ（振り幅）は、水底地盤９の状態に応じて適宜決定する。

図７に例示するように、下端部を切り離された地盤コアサンプル８は、採取筒体２とともに外筒体３から人力により抜き出される。このとき水底地盤９と採取筒体２の外周面との間には、軟化した外筒体３の厚さに応じた間隔が十分に確保されているので、採取筒体２は水底地盤９により生じる土圧の影響をほとんど受けない。これにより採取筒体２の外周面と外筒体３の内周面との間の摩擦抵抗が大幅に低減するので、潜水士は反力の取れない水中であっても、採取筒体２とともに地盤コアサンプル８を少ない労力で水底地盤９から抜き出すことができる。採取筒体２と外筒体３との間に隙間４が形成されている場合は、水底地盤９と採取筒体２の外周面との間の間隔がより大きくなり、採取筒体２に生じる土圧はさらに小さいものとなるので、採取筒体２と外筒体３との間の摩擦抵抗をさらに低減することができる。

そのため採取筒体２を引き抜くための重機等は不要となり、サンプリング作業に必要となる費用や時間を大幅に低減させることができる。閉塞部材５は、採取筒体２を外筒体３から引き抜く際に、採取筒体２から切り離され外筒体３側に残るように構成すると、閉塞部材５が採取筒体２とともに移動しながら外筒体３や水底地盤９と接触して、採取筒体２を引き抜く際の抵抗を増大させる不具合が生じることを防止できる。

たとえば２０ｍ×４０ｍの範囲で５カ所から３本ずつ地盤コアサンプル８を採取する場合、従来は洋上クレーン等の重機を移動させ、洋上クレーンから吊り下げられた冶具と水底地盤９に打ち込まれたサンプリング容器を潜水士が連結し、潜水士の合図を待って洋上クレーンによりサンプリング容器を引き抜く必要があったので、サンプリング作業に必要となる時間も費用も多大なものになっていた。しかし本発明の採取具１を利用すれば、重機を使用することなく潜水士が採取筒体２を外筒体３から順次引き抜いて回収していけばよいため、サンプリング作業は短時間でかつ従来よりも少ない費用で行うことができる。

図８に例示するように、採取筒体２は上端部を覆う上蓋１０と下端部を覆う下蓋１１を有する構成としてもよい。採取具１が海底地盤９に挿入された後に、潜水士は採取筒体２の上面に上蓋１０を被せる。地盤コアサンプル８とともに採取筒体２を外筒体３から引き抜いた後に、潜水士は採取筒体２の下端部に下蓋１１を設置する。採取筒体２内に保持された地盤コアサンプル８は、上蓋１０と下蓋１１により保護された状態で潜水士により水上まで運搬される。そのため運搬中に地盤コアサンプル８が採取筒体２から不用意に抜け
落ちるトラブルを回避できる。また採取筒体２に保持された地盤コアサンプル８を、水上から強度試験等を行う試験場まで運搬する際に、上蓋１０と下蓋１１を有する採取筒体２を運搬容器としてそのまま利用することもできる。

水底地盤９が固化処理土ではない場合は、例えば洋上クレーン等の重機を用いて採取具１を水底地盤９に挿入する。水底地盤９を構成する土砂等を側方に押し退けながら挿入された外筒体３は、周囲の水を吸収して徐々に軟化する。このとき外筒体３の作用していた土圧は、軟化した外筒体３をその中心軸に向かって押し戻す力として作用するが、水底地盤９の流動性は高くないので採取筒体２に大きな外力を生じさせることはない。その後採取筒体２は、前述と同様に外筒体３から潜水士により引き抜かれて回収される。

本発明は、水底地盤９に限らず陸上の地盤に対しても、固化処理土であるかないかによらず前述と同様に適用することができる。このとき外筒体２は地盤中の水分を吸収して軟化するが、地盤中の水分量が十分でないときには外筒体３に直接水を供給して軟化させてもよい。

１ 採取具
２ 採取筒体
３ 外筒体
４ 隙間
５ 閉塞部材
６ 把持部
７ 固定部材
８ 地盤コアサンプル
９ 水底地盤（地盤）

Claims (9)

1. 少なくとも下端部を開口した採取筒体と、この採取筒体が内挿されて採取筒体とともに地盤に押込んで挿入される上下端部を開口した外筒体とを備え、前記外筒体が水分により軟化する材料によって形成されていることを特徴とする地盤コアサンプルの採取具。
2. 前記採取筒体が内挿された外筒体の内周面とこの採取筒体の外周面との間に潤滑剤が介在する請求項１に記載の地盤コアサンプルの採取具。
3. 前記採取筒体が内挿された外筒体の下端部に、この採取筒体の外周面と外筒体の内周面との間の環状の隙間を塞ぐ閉塞部材が設けられた請求項１または２に記載の地盤コアサンプルの採取具。
4. 前記採取筒体の上端部に、採取筒体から突出する把持部が設けられた請求項１〜３のいずれかに記載の地盤コアサンプルの採取具。
5. 上下端部を開口し水分により軟化する材料によって形成された外筒体に、少なくとも下端部を開口した採取筒体を内挿して、この採取筒体とともに前記外筒体を地盤に挿入することにより、前記採取筒体の内部に地盤を入り込ませて充填させ、前記外筒体が水分により少なくとも一部が軟化した後に、前記採取筒体を充填させた地盤とともに外筒体から抜き出すことを特徴とする地盤コアサンプルの採取方法。
6. 前記採取筒体が内挿された外筒体の内周面とこの採取筒体の外周面との間に潤滑剤を介在させる請求項５に記載の地盤コアサンプルの採取方法。
7. 前記採取筒体が内挿された外筒体の下端部に、この採取筒体の外周面と外筒体の内周面との間の環状の隙間を塞ぐ閉塞部材を取り付けた後で、前記採取筒体とともに前記外筒体を地盤に挿入する請求項５または６に記載の地盤コアサンプルの採取方法。
8. 前記地盤が水底地盤である請求項５〜７のいずれかに記載の地盤コアサンプルの採取方法。
9. 前記地盤が固化処理土で形成されていて、この固化処理土が固化する前に前記採取筒体とともに前記外筒体を地盤に挿入し、この固化処理土が固化した後に、前記採取筒体を充填させた固化処理土とともに外筒体から抜き出す請求項５〜８のいずれかに記載の地盤コアサンプルの採取方法。

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