JP6712105B2 - 土質サンプラー - Google Patents

Description

この発明は、スウェーデン式サウンディング（ＳＷＳ）試験機に代表されるような、ロッドで土中に貫入する地盤試験機において、地盤の土質を調査するための土質サンプリングを行う土質サンプラー及び土質サンプリング方法に係るものである。

図８は従来の土質サンプラーの使用状態を順に示す図である。この従来の土質サンプラーは特許文献１に開示されている。

図８において、１０２はスウェーデン式サウンディング試験機のロッド、１０６は従来の土質サンプラー、１０７は軸体、１０７Ａはヘッド、１０７Ｂ及び１０７Ｃはそれぞれ係止手段、１０７Ｄは鍔、１０８はパイプ、１０８Ａは溝、１１０は採取土、Ａは採取空間である。

次に動作について説明する。
スウェーデン式サウンディング試験により採取予定深度まで掘削後、ロッド１０２を貫入孔から引き抜いてその下端からスクリューポイントを取り外し、代わりに土質サンプラー１０６を接続する。この土質サンプラー１０６は、ヘッド１０７Ａが下端に設けられた軸体１０７を有しており、軸体１０７の外側に採取空間Ａを有してパイプ１０８が上下動可能に設けられている。

まず図８（ａ）に示すように、パイプ１０８を下降させて採取空間Ａを閉じた状態とした土質サンプラー１０６を貫入孔の中へ挿入し、ロッド１０２を押し込んでヘッド１０７Ａを土中へ侵入させる。次に図８（ｂ）に示すように、ロッド１０２を少し引き上げてヘッド１０７Ａをパイプ１０８内に収めると、係止手段１０７Ｃが溝１０８Ａに係止される。

続いて図８（ｃ）に示すように、ロッド１０２を押し込んでパイプ１０８内の採取空間Ａに土を採取する。そして、最後に図８（ｄ）に示すように、土質サンプラー１０６を地上に引き上げて採取空間Ａから採取土１１０を取り出す。

実開平５−３３９４号公報

従来の土質サンプラーは以上のように構成されているので、パイプの下端から採取空間に単に土を押し込んでいるだけであり、土質サンプラーを地上に引き上げるまでの間にパイプの下端から採取土をしばしば落としてしまい、作業効率が悪いという課題があった。

この発明は上記の課題を解決するためになされたもので、土質サンプラーを地上に引き上げるまでの間に採取土を落としてしまうことがほとんどなく、作業効率を改善することが可能な土質サンプラー及び土質サンプリング方法を提供することを目的とする。

この発明に係る土質サンプラーは、ロッドで土中に貫入する地盤試験機のロッドの下端に接続され、地上からのロッドを通じた操作によって、地盤に掘削した貫入孔へ挿入されて採取予定深度の土質サンプリングを行う土質サンプラーにおいて、その上端がロッドの下端に接続される棒状部材であって、採取予定深度の土を掘削するドリル手段と、地上から採取予定深度の手前までの間の貫入孔においてドリル手段をその内部に収納しロックする筒状部材であって、内部に収納したドリル手段をロック解除して採取予定深度の手前から採取予定深度へ送り出すとともに、採取予定深度の土を掘削したドリル手段を内部へ収納してロックするパイプ手段とを備えるようにしたものである。

この発明によれば、土質サンプラーを地上に引き上げるまでの間に採取土を落としてしまうことがほとんどなく、作業効率を改善できるという効果が得られる。

この発明の実施の形態１による土質サンプラーを接続したスウェーデン式サウンディング試験機の構成を示す図である。 この発明の実施の形態１による土質サンプラーの構成を示す図である。 ドリルの構成を示す図である。 パイプの構成を示す図である。 この発明の実施の形態１による土質サンプラーのロック手順を説明するための図である。 この発明の実施の形態１による土質サンプリング方法の手順を示す図である。 この発明の実施の形態１による土質サンプラーの使用状態を模式的に順に示す図である（その１）。 この発明の実施の形態１による土質サンプラーの使用状態を模式的に順に示す図である（その２）。 従来の土質サンプラーの使用状態を順に示す図である。

以下、この発明の実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、各図面において、同一の又は相当する構成要素については同一の又は相当する符号を付してある。

実施の形態１．
＜試験機との関係＞
図１はこの発明の実施の形態１による土質サンプラーを接続したスウェーデン式サウンディング試験機の構成を示す図である。ここでは手動式のスウェーデン式サウンディング試験機の正面図を示しており、底板や地盤の部分については透視図で描いてある。

図１において、１０はロッド、２０はハンドル、３０は錘、４０は載荷用クランプ、５０は底板、６０はこの実施の形態１の土質サンプラー、Ｇは試験対象の地盤、Ｈはスウェーデン式サウンディング試験機によって地盤Ｇに掘削した貫入孔である。この図１に示す通り、土質サンプラー６０は、スウェーデン式サウンディング試験機においてスクリューポイントの代わりにロッド１０の下端に接続され、地上からのロッド１０を通じた操作により、貫入孔Ｈへ挿入されて採取予定深度の土質サンプリングを行うものである。

なお、図１はあくまで構成の一例であって、土質サンプラー６０は、手動式のスウェーデン式サウンディング試験機にその使用が限定されるものではない。例えば、ロッドの回転力などを機械化した半自動式や、ロッドの継ぎ足し以外を全て自動化した全自動式のスウェーデン式サウンディング試験機であっても、図１と同様にスクリューポイントの代わりに、ロッドの下端に土質サンプラー６０を接続することで使用できる。さらに言えば、土質サンプラー６０は、手動式・半自動式・全自動式のスウェーデン式サウンディング試験機にその使用が限定されるものではない。ハンドオーガー・標準貫入試験機・円錐貫入試験機・ベーン試験機などのような、ロッドで土中に貫入する地盤試験機であれば、土質サンプラー６０をロッド下端に接続することで同様に使用可能である。

＜構成＞
次に土質サンプラー６０の構成について説明する。
図２はこの発明の実施の形態１による土質サンプラーの構成を示す図である。図２（ａ）は土質サンプラーの外観を正面から見た図、図２（ｂ）は土質サンプラーをドリル及びパイプに分離した図、図２（ｃ）はドリル及びパイプの各上端部分を拡大した図である。

また、図３及び図４はそれぞれドリル及びパイプの構成を示す図である。図３（ａ），図３（ｂ），図３（ｃ）及び図３（ｄ）はそれぞれドリルの正面図、上面図、部分側面図及びＡ−Ａ線断面図、図４（ａ）及び図４（ｂ）はそれぞれパイプの正面図及び上面図である。

さらに、図５はこの発明の実施の形態１による土質サンプラーのロック手順を説明するための図である。図５（ａ）から図５（ｄ）へ、ドリル及びパイプをロックする手順を図示している。

図２，図３及び図５において、７０は棒状部材のドリル（ドリル手段）、７１はドリル７０下端側の掘削部、７２はドリル７０上端側の接続部、７２Ａは接続部７２のネジ部、７２Ｂは接続部７２の円柱部、７２Ｃは接続部７２のＬ字溝、７２Ｃ−１はＬ字溝７２Ｃの軸方向溝、７２Ｃ−２はＬ字溝７２Ｃの周方向溝、Ｚはドリル７０の中心軸である。

また、図２，図４及び図５において、８０は上端及び下端がそれぞれ開口した中空円筒状部材のパイプ（パイプ手段）であり、８１はパイプ８０の上端側の内周にそれぞれ形成された２個の突起部、Ｚはパイプ８０の中心軸である。

図２（ｃ）や図３（ａ）を見ると分かるように、円柱部７２Ｂの下端側には、螺旋状の刃（又は溝）が外周に形成された掘削部７１が設けられている。一方、円柱部７２Ｂの上端側には、スウェーデン式サウンディング試験機のロッド１０と螺合して接続するネジ部７２Ａが設けられている。

図３や図５を見ると分かるように、円柱部７２Ｂの外周には、軸方向溝７２Ｃ−１と周方向溝７２Ｃ−２とから構成されるＬ字溝７２Ｃが２個、中心軸Ｚについて２回の回転対称（※１）となるように形成されている。

（※１）「中心軸Ｚについて２回の回転対称」……中心軸Ｚ周りに１８０°（＝３６０°÷２）回転させると、回転前の元の状態と重なる性質。

図３（ａ），図３（ｂ）により、Ｌ字溝７２Ｃでは、軸方向溝７２Ｃ−１が円柱部７２Ｂの上端から始まって円柱部７２Ｂの中ほどまで中心軸Ｚと平行な方向へ形成され、続いて周方向溝７２Ｃ−２が軸方向溝７２Ｃ−１の下端に連なって円柱部７２Ｂの周方向へ形成されていることが分かる。図３（ｄ）のＡ−Ａ線断面図に示したように、周方向溝７２Ｃ−２は中心角θが９０°を超えるような範囲にわたって形成されている。

一方、図４を見ると、パイプ８０の上端側の内周には、２個のＬ字溝７２Ｃにそれぞれ対応するように、２個の突起部８１が中心軸Ｚについて２回の回転対称となるように形成されていることが分かる。２個のＬ字溝７２Ｃや２個の突起部８１を中心軸Ｚについて回転対称とすることにより、Ｌ字溝７２Ｃ及び突起部８１の配置バランスがとれ、操作性を向上させることができる。

＜ロック＞
このようなＬ字溝７２Ｃを有するドリル７０と、突起部８１を有するパイプ８０とを図５（ａ）〜（ｄ）のようにしてロックすることで土質サンプラー６０が構成される。

つまり、まず図５（ａ）のように、パイプ８０の下端に対し、ドリル７０を接続部７２側から中心軸Ｚの方向へ挿入していく。パイプ８０の内径は、ドリル７０やロッド１０が挿入できるように、ドリル７０の外径やロッド１０の外径よりも大きくなっている。そしてドリル７０がパイプ８０に収納されてパイプ８０の上端からネジ部７２Ａが現れたら、図５（ｂ）に示すように、パイプ８０の２個の突起部８１を２個のＬ字溝７２Ｃの軸方向溝７２Ｃ−１へそれぞれ係合させる。

そして、軸方向溝７２Ｃ−１に突起部８１を突き当たりまで係合させたところで、今度は図５（ｃ）のように、ドリル７０を中心軸Ｚ周りに回転させて、周方向溝７２Ｃ−２に突起部８１を突き当たりまで係合させると土質サンプラー６０のロックが完了する。このときの状態が図５（ｄ）である。

なお、逆に土質サンプラー６０のロックを解除してドリル７０とパイプ８０とを分離する場合には、図５（ｄ）から図５（ａ）へと逆の手順を踏むようにする。以上のように、ドリル７０とパイプ８０とは、中心軸Ｚ方向への並進操作と中心軸Ｚ周りの回転操作とだけでＬ字溝７２Ｃと突起部８１とが係合しロック／ロック解除されるようになっている。

なお、土質サンプラー６０では、突起部８１の大きさと比べてＬ字溝７２Ｃにある程度遊びを持たせて幅広に形成してある。Ｌ字溝７２Ｃを幅広とすることで、標的が大きいほどそこにボールを当てることが容易になるのと同じように、突起部８１をＬ字溝７２Ｃに係合させやすくなる。

加えて、仮にＬ字溝７２Ｃが地盤Ｇの土で目詰まりしても、Ｌ字溝７２Ｃは幅広で突起部８１を容易に係合させられるので、係合した突起部８１によりＬ字溝７２Ｃから土を簡単に掻き出すことができる。この長所は、土質サンプラー６０を貫入孔Ｈに挿入した状態で操作しなければならないことを考えると大切なことである。さらに加えて、土質サンプラー６０は、ドリル７０及びパイプ８０という、シンプルかつ少ないパーツによる機構を採用して構成されているので、壊れにくく耐久性に優れている。

＜使用＞
以上の説明を踏まえ、土質サンプラー６０の具体的な使用方法について次に説明する。
図６はこの発明の実施の形態１による土質サンプリング方法の手順を示す図であり、図７−１〜２はこの発明の実施の形態１による土質サンプラーの使用状態を模式的に順に示す図である。

まず図６のステップＳＴ１において、図７−１（ａ）に示すように、スウェーデン式サウンディング試験機のロッド１０の下端に接続したスクリューポイント９０により採取予定深度の手前まで地盤Ｇに貫入孔Ｈを掘削する。このスクリューポイント９０はスウェーデン式サウンディング試験機に一般に用いられるスクリューポイントであって、土質サンプラーのドリル７０とは別のものである。

次にステップＳＴ２において、図７−１（ｂ）に示すように、貫入孔Ｈからスクリューポイント９０を引き抜くと、ステップＳＴ３において、ロッド１０の下端からスクリューポイント９０を取り外し、図５の通りにパイプ８０にドリル７０を収納してロックした土質サンプラー６０を、図７−１（ｃ）に示すように、ロッド１０の下端にネジ部７２Ａを螺合して接続する。

さらに、ステップＳＴ４へ進み、図７−１（ｄ）に示すように、貫入孔Ｈに対し、土質サンプラー６０を無回転でゆっくりと採取予定深度の手前まで挿入する。パイプ８０の中にドリル７０を収納しているので、採取予定深度に達するまでの間に目的外の不要な土がパイプ８０の中に混入してしまうような事態を防止できる。

そして、図７−１（ｅ）に示すように、土質サンプラー６０が採取予定深度の手前に到達したらステップＳＴ５へ移行し、図５と逆の手順で土質サンプラー６０のロックを解除しドリル７０とパイプ８０とを分離する。前述したように、Ｌ字溝７２Ｃは軸方向溝７２Ｃ−１と周方向溝７２Ｃ−２とから構成されているので、地上でのロッド１０の回転操作及び並進操作だけで土質サンプラー６０を容易にロック解除することができる。

ロックを解除したら、ステップＳＴ６において、図７−２（ｆ）に示すように、ロッド１０の上端をハンマーなどで叩き込み、ロッド１０下端のドリル７０を無回転で数ｃｍ下げて掘削部７１の刃をパイプ８０の下端から少し出す。続いて、ステップＳＴ７において、図７−２（ｇ）に示すように、ロッド１０に回転を加えドリル７０をパイプ８０からゆっくりと送り出し、数十ｃｍ下げる。このとき掘削部７１の螺旋状の刃の間の溝には採取予定深度の土が削り取られている。従来では、地盤が固いなどの地盤条件によって土質サンプラーが貫入できないケースがあったが、この実施の形態１では、ドリル７０により採取予定深度の土を削り取って採取するので、地盤が固いなどの地盤条件であっても土質をサンプリングすることが可能であり、砂質土・粘性土を問わず効率的な掘削・土質採取を行うことができる。

こうして採取予定深度の土を採取したらステップＳＴ８に移って、ロッド１０の回転を停止し、図７−２（ｈ）に示すように、ドリル７０をゆっくりと引き上げてパイプ８０内に収納し、図５の手順にしたがいパイプ８０とドリル７０とをロックする。

ここで、ステップＳＴ５の場合と同様に、Ｌ字溝７２Ｃは軸方向溝７２Ｃ−１と周方向溝７２Ｃ−２とから構成されているので、地上でのロッド１０の回転操作及び並進操作だけで土質サンプラー６０を容易にロックすることができる。

また、２個のＬ字溝７２Ｃや２個の突起部８１を中心軸Ｚについて回転対称としているので、Ｌ字溝７２Ｃ及び突起部８１の配置バランスがとれ、一方の組のＬ字溝７２Ｃ及び突起部８１を係合させると、同時に他方の組のＬ字溝７２Ｃ及び突起部８１も係合するので、回転対称としていない場合と比べてロックの操作が容易になり、操作性を向上させることができる。

図６の説明に戻り、ステップＳＴ９において、図７−２（ｉ）に示すように、貫入孔Ｈから土質サンプラー６０を引き抜く。ステップＳＴ４の場合と同様に、パイプ８０の中にドリル７０を収納しているので、地上に達するまでの間に目的外の不要な土がパイプ８０の中に混入してしまうような事態を防止できる。

そして、土質サンプラー６０は、パイプ８０にドリル７０を収納する構造なので、パイプ８０内において、掘削部７１に螺旋状に形成された刃（又は溝）が採取土の落下を防止するように働く。したがって、土質サンプラー６０を地上に引き上げるまでの間にパイプ８０から採取土を落としてしまうことがほとんどなく、従来の土質サンプラーと比較して土質サンプリングの作業効率を改善することができる。ひいては、確実な土質採取に基づいた、精度の高い液状化判定を行うことが可能となる。

さてステップＳＴ９で貫入孔Ｈから土質サンプラー６０を引き抜いたら、最後にステップＳＴ１０において、図７−２（ｊ）に示すように、ロッド１０の下端から土質サンプラー６０を取り外し、ロック解除してパイプ８０を取り去ったドリル７０から採取土を取り出す。

＜まとめ＞
以上のように、この実施の形態１によれば、スウェーデン式サウンディング試験機のロッド１０の下端にスクリューポイント９０に代えて接続され、地上からのロッド１０を通じた操作によって、地盤Ｇに掘削した貫入孔Ｈへ挿入されて採取予定深度の土質サンプリングを行う土質サンプラー６０において、その上端の接続部７２がロッド１０の下端に接続される棒状部材であって、掘削部７１により採取予定深度の土を掘削するドリル７０と、地上から採取予定深度の手前までの間の貫入孔Ｈにおいてドリル７０をその内部に収納しロックする筒状部材であって、内部に収納したドリル７０をロック解除して採取予定深度の手前から採取予定深度へ送り出すとともに、採取予定深度の土を掘削したドリル７０を内部へ収納してロックするパイプ８０とを備えるようにしたので、土質サンプラー６０を地上に引き上げるまでの間に採取土を落としてしまうことがほとんどなく、作業効率を改善できるという効果が得られる。

また、この実施の形態１によれば、スウェーデン式サウンディング試験機のロッド１０の下端にスクリューポイント９０に代えて接続した土質サンプラー６０を、地上からのロッド１０を通じた操作によって、地盤Ｇに掘削した貫入孔Ｈへ挿入して採取予定深度の土質サンプリングを行う土質サンプリング方法において、棒状部材のドリル７０を筒状部材のパイプ８０の内部に収納してロックするとともに、ドリル７０の上端のネジ部７２Ａをロッド１０の下端に接続するステップＳＴ３と、ドリル７０及びパイプ８０を地上から貫入孔Ｈの採取予定深度の手前まで挿入するステップＳＴ４と、パイプ８０の内部に収納したドリル７０をロック解除して採取予定深度の手前から採取予定深度へ送り出し掘削部７１により土を掘削させるステップＳＴ５〜ＳＴ７と、採取予定深度の土を掘削したドリル７０をパイプ８０の内部へ収納してロックするとともに、貫入孔Ｈから地上まで引き抜くステップＳＴ８，ＳＴ９とを備えるようにしたので、土質サンプラー６０を地上に引き上げるまでの間に採取土を落としてしまうことがほとんどなく、作業効率を改善できるという効果が得られる。

さらに、この実施の形態１によれば、ドリル７０は、その上端側にある円柱部７２Ｂの外周に、中心軸Ｚ方向と平行に形成された軸方向溝７２Ｃ−１と、この軸方向溝７２Ｃ−１に連なり周方向に形成された周方向溝７２Ｃ−２とから構成されるＬ字溝７２Ｃを２個備え、パイプ８０は、その上端側の内周に、Ｌ字溝７２Ｃに係合し得る突起部８１を２個備え、ドリル７０及びパイプ８０は、Ｌ字溝７２Ｃと突起部８１との係合によりロックされるようにしたので、地上でのロッド１０の回転操作及び並進操作だけで土質サンプラー６０を容易にロック／ロック解除することができ、操作性を向上できるという効果が得られる。

さらに、この実施の形態１によれば、ドリル７０は、その中心軸Ｚについて２回の回転対称となるようにＬ字溝７２Ｃを２個備え、パイプ８０は、その中心軸Ｚについて２回の回転対称となるように突起部８１を２個備えるようにしたので、Ｌ字溝７２Ｃ及び突起部８１の配置バランスがとれるようになり、操作性を向上できるという効果が得られる。

＜変形例＞
なお、以上の説明では、ドリル７０の外周にＬ字溝７２Ｃを形成し、かつ、パイプ８０の内周に突起部８１を形成するようにしていたが、この実施の形態１はこれに限定されるものではない。つまりこれらの関係を入れ替えて、ドリル７０の外周に突起部を形成し、これに対応するように、パイプ８０の内周にＬ字溝を形成するようにしても良い。

また、以上の説明では、配置バランスや操作性などを考慮して、ドリル７０にＬ字溝７２Ｃを２個形成し、かつ、パイプ８０に突起部８１を２個形成し、Ｌ字溝７２Ｃと突起部８１とを２組用いるようにしていたが、この実施の形態１はこれに限定されるものではない。Ｌ字溝７２Ｃと突起部８１との組数は少なくとも１組あれば実施可能である。

さらに、Ｎを２以上の自然数としたときに、ドリル７０及びパイプ８０に設けたＬ字溝７２Ｃ及び突起部８１の数がそれぞれＮ個の場合でも、Ｌ字溝７２Ｃ及び突起部８１をそれぞれ中心軸ＺについてＮ回の回転対称となるように設けることで、Ｌ字溝７２Ｃ及び突起部８１の配置バランスがとれるようになり、操作性を向上させることができる。

１０ ロッド、２０ ハンドル、３０ 錘、４０ 載荷用クランプ、５０ 底板、６０ 土質サンプラー、７０ ドリル（ドリル手段）、７１ 掘削部、７２ 接続部、７２Ａ ネジ部、７２Ｂ 円柱部、７２Ｃ Ｌ字溝、７２Ｃ−１ 軸方向溝、７２Ｃ−２ 周方向溝、８０ パイプ（パイプ手段）、８１ 突起部、９０ スクリューポイント、Ｇ 地盤、Ｈ 貫入孔、Ｚ 中心軸。

Claims (1)

1. ロッドで土中に貫入する地盤試験機の上記ロッドの下端に接続され、地上からの上記ロッドを通じた操作によって、地盤に掘削した貫入孔へ挿入されて採取予定深度の土質サンプリングを行う土質サンプラーにおいて、
   その上端が上記ロッドの下端に接続される棒状部材であって、上記採取予定深度の土を掘削するドリル手段と、
   地上から上記採取予定深度の手前までの間の上記貫入孔において上記ドリル手段をその内部に収納しロックする筒状部材であって、内部に収納した上記ドリル手段をロック解除して上記採取予定深度の手前から上記採取予定深度へ送り出すとともに、上記採取予定深度の土を掘削した上記ドリル手段を内部へ収納してロックするパイプ手段とを備え、
   ドリル手段は、その上端側の外周に、中心軸方向と平行に形成された軸方向溝と、この軸方向溝に連なり周方向に形成された周方向溝とから構成されるＬ字溝と、上記Ｌ字溝に係合し得る突起部とのうちの一方を少なくとも１個備え、
   パイプ手段は、その上端側の内周に、上記Ｌ字溝と上記突起部とのうちの他方を少なくとも１個備え、
   上記ドリル手段及び上記パイプ手段は、上記Ｌ字溝と上記突起部との係合によりロックされ、
   上記Ｌ字溝と上記突起部が係合する際に、上記Ｌ字溝が土で目詰まりしている場合に上記突起部によって土を掻き出すことができるよう、上記突起部の大きさと比べて上記Ｌ字溝が幅広に形成されていることを特徴とする土質サンプラー。

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