JP6526875B2 - 試料採取装置 - Google Patents

Description

本発明は、施工直後であり未硬化の地盤改良体（ソイルセメント体）が所望の特性を有するかどうか確認するために、改良体から試料を採取する試料採取装置に関するものである。

地盤改良体が未硬化の段階で試料を採取するために、特許文献１（実開平３−５４８９１号公報）、特許文献２（特開２０００−３１４１２７号公報）、特許文献３（特開平８−４９４９０号公報）のような技術が開示されている。

図７（ａ）は、従来の改良体施工工程図、図７（ｂ）及び図８は、従来の試料採取工程図である。試料を採取するには、次のような工程が行われる。

第１には、図７（ａ）に示すように、図示しないオーガモータに駆動されて鉛直下向きに支持されると共に、地中で回転する回転軸１の下端部に、撹拌ヘッド２が取り付けられ、地中において所定深度までセメントミルクを吐出しながら掘削・撹拌を行うことにより、改良体３が形成される。

次に、撹拌ヘッド２を上昇させ、撹拌ヘッド２の代わりに、開口部４ａを有する採取ヘッド４を回転軸２の下端部に取り付ける。そして、回転軸を正転或いは逆転させて採取ヘッド４を所定の深さまで下げ、開口部４を介して採取ヘッド４の内部へ試料を充填させる。

第２には、図８に示すように、ボーリングマシン５を地面Ｇ付近に設置し、ボーリングマシン５に取り付けた採取管６を下方へ延ばし、改良体３の内部で所定の深さまで至らしめ、採取管６を引き上げて採取管６内の試料を取り出す。

第１の手法では、図９（ａ）に示す採取ヘッド４内の試料７を適宜複数のモールド８に入れ、図９（ｂ）に示すように突き棒９等を用いてモールド一杯に詰め込む。そして、数日乃至数十日養生を行った後、図９（ｃ）に示すようにモールド８内で硬化した試料（即ち、供試体１０）を取り出し、端部をカットして成型する。

第２の手法では、図１０（ａ）の採取コアを構成するボーリングコア１１を図１０（ｂ）に示すように適宜カットしてカットコアとなし、さらに成型して供試体１３とする。

いずれにしても、この後、供試体１０、１３を試験し、例えば所望の強度が得られているかどうか確認される。

第１の手法では、採取した試料を人手を用いてモールド８に詰める作業が必要となる。この作業において、作業員の個人差等により詰める密度がばらついて異なったり、空気の混入の度合いが変わりうるなど、不確定要素が多く、試験の信頼性に疑問が残る。

第２の手法では、ベースマシンの他にボーリングマシンを用意する必要があるだけでなく、ソイルセメントが硬化した後でないと採取が行えないという問題点がある。

ソイルセメントが硬化した後に採取を行い、もし所望の特性が得られていないことが判明した場合、既に設置され硬化した改良体を撤去する等大がかりなリカバリー作業が発生する。

さらには、第１、第２の手法及び特許文献１〜３等に共通する問題として、採取ヘッドや採取管が至る近傍の試料しか採取できないという問題点がある。

また、従来技術では、試料の出入り制御が難しく、採取量が不足しがちであるという問題点もある。
実開平３−５４８９１号公報 特開２０００−３１４１２７号公報 特開平８−４９４９０号公報

そこで本発明は、回転軸に対して半径方向に異なる複数の位置にある試料を一度に採取できる試料採取装置を提供することを目的とする。

第１の発明に係る試料採取装置は、未硬化の改良体に挿入されて回転する回転軸と、基端部が、回転軸の下端部に一体的に固定され、長手方向が外周側に突出するホルダと、筒状をなし、軸方向がホルダの長手方向に直交するようにホルダに保持される複数のモールドと、ホルダに対し水平面内において所定角度をなすように回転軸に突設されるストッパと、回転軸に対し回転自在に遊嵌されるボス部と、基端部が、ボス部に固着される蓋板であって、複数のモールドの端面に接して複数のモールドの端面を閉鎖する閉鎖位置と、ストッパに接して複数のモールドの端面を開放する開放位置とをとり得る蓋板とを備える。

この構成において、複数のモールドは、回転軸を中心とする水平面内において半径方向に異なる位置にあるから、それぞれの位置における試料が採取でき、上記要請に対応できる。

また、蓋板が閉鎖位置にあると、モールドの端面が閉鎖され、モールド内外で土が優位に流動できない状態にある。この状態では、モールドが蓋で閉じられており、試料の採取は事実上行われない。

一方、蓋板が開放位置にあると、モールドの端面は開放され、モールド内外で土が自由に流動できる状態となる。もしこの前に、若干の土等がモールド内に残存していたとしても、自由に流動できる新たな土により残存していた土がモールド外へ排出されることになる。

以上の性質を利用し、試料採取装置が改良土内で所定の深さまで至らない間、及び所定の深さから地上へ至る間において、回転軸の回転方向を選んで、蓋板を閉鎖位置とし、モールド内外での土の流動を抑制する。

これにより、所定の深さでない位置において土がモールドに混入しないように制御できる。

一方、試料採取装置が改良土内で所定の深さにある間において、回転軸の回転方向を選んで、蓋板を開放位置とし、モールド内外で土が自由に流動できる状態とする。

これにより、所定の深さにおいて、しかも半径方向において異なる位置で、モールド内へ試料を採取できる。

以上のように、モールド内への土の流動を制御しつつ、しかも、回転軸を中心とした半径方向において異なる位置で、試料を採取できる。

第２の発明に係る試料採取装置は、第１の発明に加え、所定角度は、４５度乃至９０度である。

この構成により、モールドの端部と蓋板とを離れ過ぎず、近づき過ぎずの適切な位置関係とすることができる。

本発明によれば、モールド内への土の流動を制御しつつ、しかも、回転軸を中心とした半径方向において異なる位置で、試料を採取できる。その結果、試料から得られた供試体に基づく試験の信頼性を大幅に向上することができる。

以下図面を参照しながら、本発明の実施の形態を説明する。図１は、本発明の一実施の形態におけるベースマシンの立面図である。

図１に示すように、現場の地面Ｇ上において、ベースマシン２０を走行させ、適切な位置に停止させる。ベースマシン２０のリーダマスト２１を垂直に起立させ、リーダマスト２１の上端部に設けられるオーガモータ２２を作動させ、回転軸２３を上昇させ、その下端部に撹拌ヘッド２４を装着する。

これより、地中に改良体を形成するのであるが、試料を採取するのは、改良体の形成が完了した直後で、改良体が未硬化の状態で行われる。改良体の一部、即ち試料は、ペーストあるいはそれに近い性状を持つ土を主体とするものであり、モールドを通過しモールドに保持されうるものであれば、粉体、スラリーあるいはそれらの混合体のいずれであっても、任意に選択できる。改良体を形成する機械は任意であり、バックホウにロータを組み合わせたもの、トレンチャー、ベースマシンにオーガモータを組み合わせたものなどが考えられる。所謂、浅層混合工法あるいは深層混合工法のいずれであってもよい。

試料の適用範囲は、以上のように広範であるが、本形態では、図１に示した撹拌ヘッド２４の代わりに、図２（ａ）、図２（ｂ）に示す採取ヘッド２５を取り付けた状態とする。ここで、図２（ａ）は、閉鎖位置にある試料採取装置の斜視図、図２（ｂ）は、開放位置にある同試料採取装置の斜視図である。

なお、本明細書では、回転軸２３に採取ヘッド２５を取り付けてなる装置を、試料採取装置という。図１では、試料採取装置の駆動装置は、ベースマシン２０であるが、この種の駆動装置として、バックホー、ボーリングマシン等周知の機械を使用しても良い。

回転軸２３は、採取ヘッド２５が取り付けられた状態において、改良体に挿入されて回転する。ここで、本形態では、図２（ａ）における矢印Ｎ１方向を正転方向とし、図２（ｂ）における矢印Ｎ２方向を逆転方向とする。勿論、これは表現例に過ぎず、正逆を入れ替えても差し支えない。

回転軸２３の軸心を対称点として、点対称に、第１ホルダ２９と第２ホルダ３０の基端部が、それぞれ回転軸２３の下端部に一体的に固定される。第１、第２ホルダ２９、３０は、それぞれ長手方向が外周側に突出する位置をとる。

本形態では、第１、第２ホルダ２９、３０は、それぞれ上下一対の板体を備え、これらの板体の間に、３本の筒状のモールド３１が保持される。モールド３１としては両端が開口する底なしのタイプの塩ビ管等が好ましい。但し、ホルダは複数のモールドを適切に支持できれば十分であり、その形状等は種々変更できる。

モールド３１の軸方向は、第１、第２ホルダ２９、３０の長手方向に直交しており、これらの板体の長縁部から外向きに各モールド３１の開口部が露出する。即ち、これらのモールド３１は、それぞれ回転軸２３の軸心を中心とする水平面において半径方向に異なる位置（最内周位置、最外周位置およびこれらの中間位置）となる。

ここで、各ホルダに保持されるモールドの本数は、図示した３本程度が妥当であるが、２本或いは４本以上とするなど、適宜変更することができる。

第１、第２ホルダ２９、３０よりもやや上方には、下フランジ２７が回転軸２３と一体に設けられ、下フランジ２７と平行な上フランジ２６が下フランジ２７よりも小距離上方に設けられる。

下フランジ２７からさらに外周側に向けて、しかも、第１ホルダ２９に対して、所定角θをなす位置にストッパ２８が突設される。所定角θとしては、９０度前後が望ましいが、４５度乃至９０度程度としてもよい。

上フランジ２６と下フランジ２７の間には、ボス部３２が回転軸２３に対し回転自在に遊嵌される。

ボス部３２の側面には、第１蓋板３３、第２蓋板３４のそれぞれの基端部が固着される。第１、第２蓋板３３、３４は、略Ｌ字状をなす。

そして、図２（ａ）に示すように、第１、第２蓋板３３、３４は、モールド３１の端面に接してモールド３１の端面を閉鎖する閉鎖位置（θ＝６０度）と、図２（ｂ）に示すように、ストッパに接して複数のモールドの端面を開放する開放位置（θ＝０度）とをとり得る。

ここで、回転軸２３、ストッパ２８、第１、第２ホルダ２９、３０は、回転方向の如何を問わず、常に一体的に回転する。一方、ボス部３２が回転軸２３に遊嵌されているから、第１、第２蓋板３３、３４は、基本的に回転軸２３とは一体的に回転しない。

しかしながら、第１、第２蓋板３３、３４が図２（ａ）に示す閉鎖位置にあり、回転軸２３が正転（矢印Ｎ１）しているときは、第１、第２蓋板３３、３４は、第１、第２ホルダ２９、３０に押されて回転軸２３と一体的に正転する。

一方、第１、第２蓋板３３、３４が図２（ｂ）に示す開放位置にあり、回転軸２３が逆転（矢印Ｎ２）しているときは、第１、第２蓋板３３、３４は、ストッパ２８に押されて回転軸２３と一体的に逆転する。

さらに、図２（ａ）の閉鎖位置から回転軸２３が逆転（矢印Ｎ２）するか、図２（ｂ）の開放位置から回転軸２３が正転（矢印Ｎ１）するとき、第１、第２蓋板３３、３４は、次にストッパ２８又は第１、第２ホルダ２９、３０に接するまで静止したままとなる。

次に、図３を用いて、回転軸が正転し次に逆転する際の動作を説明する。図３（ａ）〜図３（ｄ）は、閉鎖位置にある試料採取装置の動作説明図、図３（ｅ）〜図３（ｈ）は、開放位置にある同試料採取装置の動作説明図である。

まず、図３（ａ）、図３（ｂ）に示すように、第１、第２蓋板３３、３４が閉鎖位置にあり、回転軸２３が正転しているとすると、その後、図３（ｃ）、図３（ｄ）に示すように、角θ＝６０度のまま全ての要素が回転軸２３と共に、矢印Ｎ１方向に正転する。

ここで、図３（ｄ）の状態で、回転軸２３が逆転（矢印Ｎ２）を始めたとすると、第１、第２蓋板３３、３４のみが静止し、他の要素は逆転を始める。従って、図３（ｄ）の状態では角θ＝６０度であったものが、図３（ｆ）の状態では角θ＜６０度となり、ついには、図３（ｇ）において、角θ＝０度となって、第１蓋板３３にストッパ２８が当接しストッパ２８が矢印Ｎ２方向に第１蓋板３３を押し始める。

こうなると、閉鎖位置から開放位置への遷移が完了し、その後、図３（ｈ）に示すように、回転軸２３が逆転し続けると、開放位置が維持される。

以上からも明らかなように、閉鎖位置（図３（ｂ）等）では、第１、第２蓋板３３、３４に邪魔されて、モールド３１への土流入はほとんどない。

一方、開放位置（図３（ｈ）等）では、第１、第２蓋板３３、３４は第１、第２ホルダ２９、３０から離れており、モールド３１へ土は自由に出入りできる。

一旦、モールド３１へ土が流入できる状態となると、もし、その前に土等（勿論、空気も含め）がモールド３１内に存在していたとしても、流入してきた土に押し出されてしまい、流入してきた土と入れ替わってしまう。

以上の構成により、モールドへの土の出入りを制御しながら、半径方向で異なる位置において試料を採取できる点が理解されよう。

図４（ａ）〜図４（ｂ）は、本発明の一実施の形態における改良体の施工工程図、図４（ｃ）〜図４（ｋ）は、本発明の一実施の形態における試料採取工程図である。

まず、図４（ａ）に示すように、撹拌ヘッド２４を回転軸２３の下端部に取り付けて地中を掘削し、ミルクを吐出させることにより、図４（ｂ）に示すように、所定の深さまで改良体Ｂを施工する。但し、その直後では、改良体Ｂをなすソイルセメントは未硬化である。

次に、図４（ｃ）に示すように、地上において回転軸２３の下端部に、本形態の採取ヘッド２５を取付ける。勿論、この状態では、既に第１、第２ホルダ２９、３０には、モールド３１を取り付けておく。

次に、図４（ｄ）に示すように、回転軸２３の回転方向を正転（矢印Ｎ１）とし、図４（ｅ）に拡大して示すように、第１、第２蓋板３３、３４を閉鎖位置として、採取ヘッド２５を改良体Ｂ内で下降させる。

図４（ｆ）に示すように、採取ヘッド２５が所定深さまで至ったら、図４（ｇ）に示すように、回転軸２３の回転方向を逆転（矢印Ｎ２）とし、図４（ｈ）に拡大して示すように第１、第２蓋板３３、３４を開放位置とする。

このまま、この深さで回転軸２３を逆転させると、次々にモールド３１内へその深さで、しかも半径方向位置が異なる試料が流入する。

十分逆転させたら、図４（ｉ）に示すように、再び回転軸２３の回転方向を正転（矢印Ｎ１）とし、第１、第２蓋板３３、３４を閉鎖位置とし、モールド３１に蓋をする。

そして、図４（ｊ）に示すように、正転を維持したまま採取ヘッド２５を上昇させると、図４（ｋ）に示すように、地上でモールド３１を取り外し、試料を採取できる。

既に明らかなように、本形態によれば、試料をモールドに詰めるような不確定な作業は不要である。しかも、モールドの半径方向位置は、目視で明らかである。よって、従来技術よりも、試料から得られる供試体による試験の信頼性を大幅に向上できる。

図５（ａ）は、第１例におけるモールドの斜視図、図５（ｂ）は、第２例におけるモールドの斜視図、図５（ｃ）は、第３例におけるモールドの斜視図である。

以上の説明から明らかなように、一般的な試料採取法とは異なり、本形態では、地中において人手を加えず、モールド３１の内部に試料を直接詰め込むもので、土粒子と水とセメントの混合状態（強度に強い相関性を有する）が短時間（半日程度）で目視できることから、改良に係る事後対応が容易になる。

したがって、モールド３１としては、図５（ａ）に示すように、両端が開口する塩ビ管を利用したものが好ましく用いられる。直径は５０〜１００ミリメートル程度が望ましい。

あるいは、図５（ｂ）に示すように、鉄等の材料を使用して、複数本のモールドを組み合わせた形態としてもよく、さらには、図５（ｃ）に示すように、断面矩形のモールドを使用しても良い。

図６（ａ）は、第４例におけるモールドの斜視図、図６（ｂ）、図６（ｃ）及び図６（ｄ）は、それぞれ第４例におけるソケットの平面図、側面図及び正面図である。

さらには、モールドを中央部の本管３５と、その両端の端管３６、３７とに分離して構成し、試料の端部除去（図９（ｃ）参照。）を端管３６、３７の取り外しにより実施するようにしても良い。

また、複数本（図６では４本）のモールド３１をソケット３８に組み込み易く構成するのも好適である。

以上のように、本形態の試料採取装置を用いれば、回転軸を中心とする水平面内において半径方向に異なる位置に筒状をなす複数のモールドを配置し、未硬化の改良体内において、回転軸と複数のモールドとを回転させ、複数のモールド内へ試料を充填する試料採取方法を容易に実施できる。

本発明に係る試料採取装置は、例えば、地盤改良等を行う分野において好適に利用できる。

本発明の一実施の形態におけるベースマシンの立面図 （ａ）本発明の一実施の形態における試料採取装置の斜視図（閉鎖位置） （ｂ）本発明の一実施の形態における試料採取装置の斜視図（開放位置） （ａ）〜（ｄ）本発明の一実施の形態における試料採取装置の動作説明図（閉鎖位置） （ｅ）〜（ｈ）本発明の一実施の形態における試料採取装置の動作説明図（開放位置） （ａ）〜（ｂ）本発明の一実施の形態における改良体の施工工程図 （ｃ）〜（ｋ）本発明の一実施の形態における試料採取工程図 （ａ）本発明の一実施の形態の第１例におけるモールドの斜視図 （ｂ）本発明の一実施の形態の第２例におけるモールドの斜視図 （ｃ）本発明の一実施の形態の第３例におけるモールドの斜視図 （ａ）本発明の一実施の形態の第４例におけるモールドの斜視図 （ｂ）本発明の一実施の形態の第４例におけるソケットの平面図 （ｃ）本発明の一実施の形態の第４例におけるソケットの側面図 （ｄ）本発明の一実施の形態の第４例におけるソケットの正面図 （ａ）従来の改良体施工工程図 （ｂ）従来の試料採取工程図 従来の試料採取工程図 （ａ）〜（ｃ）従来の供試体調整工程図 （ａ）〜（ｃ）従来の供試体調整工程図

１、２３ 回転軸
２、２４ 撹拌ヘッド
３、３５ 改良体
４、２５ 採取ヘッド
４ａ 開口部
５ ボーリングマシン
６ 採取管
７ 試料
８、３１ モールド
９ 突き棒
１０、１３ 供試体
１１ ボーリングコア
１２ カットコア
２０ ベースマシン
２１ リーダマスト
２２ オーガモータ
２６ 上フランジ
２７ 下フランジ
２８ ストッパ
２９ 第１ホルダ
３０ 第２ホルダ
３２ ボス部
３３ 第１蓋板
３４ 第２蓋板
３５ 本管
３６、３７ 端管
３８ ソケット
Ｂ 改良体
Ｇ 地面

Claims (2)

1. 未硬化の改良体に挿入されて回転する回転軸と、
   基端部が、前記回転軸に一体的に固定され、長手方向が外周側に突出するホルダと、
   筒状をなし、軸方向が前記ホルダの長手方向に直交するように前記ホルダに保持されるモールドと、
   前記ホルダに対し水平面内において所定角度をなすように前記回転軸に突設されるストッパと、
   前記回転軸に対し回転自在に遊嵌されるボス部とを備える試料採取装置。
2. 基端部が、前記ボス部に固着される蓋板であって、前記モールドの端面に接して前記モールドの端面を閉鎖する閉鎖位置と、
   前記ストッパに接して前記モールドの端面を開放する開放位置とをとり得る蓋板を更に備える請求項１記載の試料採取装置。

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