JP6867251B2 - 土試料採取装置及び土試料採取方法 - Google Patents

Description

本発明は、乱れの少ない土試料を採取するための土試料採取装置及び土試料採取方法に関する。

従来、乱れの少ない土試料（不撹乱試料／乱れの少ない土試料）を採取することによって、土質判別や、各種室内試験に供して設計定数等を求めることが行われている。

一般に、乱れの少ない土試料を採取する際には、ボーリングマシンによって地盤にボーリング孔を穿孔し、ボーリング孔内に挿入設置したサンプリングチューブをボーリング孔の孔底から地盤中に押し込んで土試料を採取するシンウォールサンプラー（ピストン式シンウォールサンプラー）や、先端にビットの付いた外管で地盤を回転切削し、回転しない内管を地盤に押し込んで土試料を採取するロータリー式二重管サンプラー、ロータリー式三重管サンプラーなどが用いられている。

一方、住宅などの小規模建築物を築造する場合の地盤調査にボーリングマシンを用いると、大掛かりで高コストになる。このため、小規模建築物の地盤調査では、ロッド、スクリューポイント、錘などからなる装置を用い、静的貫入抵抗（土の硬軟、締まり具合）を求めるスウェーデン式サウンディング試験が多用されている。

そして、スウェーデン式サウンディング試験装置を用いて試験を行い、さらに土試料を採取する手法が提案、実用化されている。

例えば、特許文献１や特許文献２には、スウェーデン式サウンディング試験装置のロッドの先端に側面や、先端に土試料採取用開口を備えたサンプラーを取り付け、スウェーデン式サウンディング試験によって穿孔された孔内にサンプラーを挿入し、打撃貫入や回転貫入などで地中にサンプラーを圧入して土試料採取用開口から土試料を採取する手法が開示されている。

特開２０１４−１７３３９８号公報 特開２０１４−１５６７０６号公報

しかしながら、上記の特許文献１、特許文献２に開示された土試料採取装置は、スウェーデン式サウンディング試験装置を併用し、打撃貫入や回転貫入などによる地中にサンプラーを押し込むとともに小口径の土試料採取用開口から土試料を採取するように構成されているため、乱れの少ない土試料を採取することができない。

本発明は、上記事情に鑑み、スウェーデン式サウンディング試験装置を利用するなどして乱れの少ない土試料を採取することを可能にする土試料採取装置及び土試料採取方法を提供することを目的とする。

上記の目的を達するために、この発明は以下の手段を提供している。

本発明の土試料採取装置は、外管と、前記外管の内部に、互いの軸線を同軸上に配し前記外管に対して軸線方向に進退自在に設けられるサンプリングチューブの内管と、前記内管の内部に互いの軸線を同軸上に配して設けられるねじ軸と、前記外管の後端側に一体に設けられ、前記ねじ軸を軸線周りに回転可能に軸支する軸受と、前記内管の後端側に一体に設けられ、前記ねじ軸を軸線周りに正逆回転させるとともに前記軸線方向に進退する押し込み台と、前記ねじ軸の先端に接続して設けられるとともに、前記内管を軸線方向後方側に退避させた状態で前記内管の先端側の開口を閉塞させるように配設されるピストンと、前記外管の外面から外側に突設され、地盤に食い込んで前記外管の供回りを防止するリブと、前記押し込み台及び前記内管を軸線方向に案内して進退させるガイドとを備えて構成されていることを特徴とする。

本発明の土試料採取方法は、外管と、該外管の内部にねじ軸の回転によって軸線方向に進退自在に設けられるサンプリングチューブの内管とを備えてなる土試料採取装置を地盤に穿設した孔に挿入しつつ、前記外管に一体に設けられたリブを孔壁から地盤に食い込ませて前記土試料採取装置を設置し、前記ねじ軸を軸線周りに正回転させるとともに前記内管を前方に進出させて孔底から地盤に貫入させつつ前記内管の内部に土試料を導入し、前記ねじ軸を軸線周りに逆回転させるとともに前記内管を後方に退避させて前記内管とともに前記土試料を採取することを特徴とする。

これらの発明においては、ねじ軸を軸線周りに正回転させると、ガイドに案内されて押し込み台とともにサンプリングチューブの内管を軸線方向前方に進出させることができ、ねじ軸を軸線周りに逆回転させると、押し込み台とともに内管を軸線方向後方に退避させることができる。言い換えれば、押し込み台がガイドによって軸線周りに回転不能で、軸線方向に進退可能に保持されるため、ねじ軸を軸線周りに正逆回転させると、無回転で内管を軸線方向に進退させることができる。

そして、ねじ軸の後端側を棒状のロッドに接続し、内管の先端側の開口をピストンで閉塞するように内管を退避させた状態で、地盤に穿孔した孔にロッドとともに土試料採取装置を挿入配置し、ロッドを回転させてねじ軸を正回転させる。

このとき、土試料採取装置を地盤の孔に挿入するとともに、外管に一体に設けられたリブを地盤の孔壁に食い込ませ、外管を地盤の孔内で固定することができる。すなわち、ねじ軸を正逆回転させたときに外管が供回りすることを防止できる。

これにより、無回転で内管を前方に進出させ、その先端から地盤に圧入することができ、地盤の孔からロッドとともに土試料採取装置を引き上げることによって、地盤に無回転で圧入して内管の内部に入った乱れの少ない土試料を採取することが可能になる。

また、本発明の土試料採取装置において、前記外管は、先端部に、着脱可能に設けられ、地盤に貫入する貫入部を備え、前記貫入部は、その外面に軸線方向後端側から先端に向かうに従い漸次内面側に傾斜するテーパー部を備えて形成されていることが望ましい。

この発明においては、外管の先端部にテーパー状の貫入部を備えていることにより、地盤の孔に土試料採取装置を挿入するとともに、貫入部を地盤の孔の底部から地盤に容易に貫入させ、土試料採取装置を地盤の孔内で好適に保持することができる。

さらに、本発明の土試料採取装置においては、スウェーデン式サウンディング試験装置のロッドを前記ロッドとして用いてもよい。

この発明においては、土試料採取装置においては、スウェーデン式サウンディング試験によって穿設された孔を利用し、スウェーデン式サウンディング試験装置のロッドを利用して乱れの少ない土試料を採取することができる。

本発明の土試料採取装置及び土試料採取方法においては、ねじ軸の後端側を棒状のロッドに接続し、地盤に穿孔した孔にロッドとともに土試料採取装置を挿入配置し、ロッドを回転させてねじ軸を正回転させることによって、無回転でサンプリングチューブの内管を前方に進出させ、その先端から地盤に圧入することができる。これにより、孔からロッドとともに土試料採取装置を引き上げることによって、地盤に無回転で圧入して内管の内部に入った乱れの少ない土試料を採取することが可能になる。

そして、このように土試料を採取できるため、例えばスウェーデン式サウンディング試験によって穿設された孔を利用したり、スウェーデン式サウンディング試験装置のロッドを利用するなどし、安価で簡便に乱れの少ない土試料を採取することが可能になる。

本発明の一実施形態に係る土試料採取装置を示す断面図である。 本発明の一実施形態に係る土試料採取装置を用いて乱れの少ない土試料を採取する方法（本発明の一実施形態に係る土試料採取方法）を示す図であり、サンプリングチューブの内管を退避させた状態で地盤に設けた孔内に設置した状態を示す図である。 本発明の一実施形態に係る土試料採取装置を用いて乱れの少ない土試料を採取する方法（本発明の一実施形態に係る土試料採取方法）を示す図であり、サンプリングチューブの内管を進出させて地盤に貫入した状態を示す図である。 本発明の一実施形態に係る土試料採取装置を用いて乱れの少ない土試料を採取する方法（本発明の一実施形態に係る土試料採取方法）を示す図であり、サンプリングチューブの内管に土試料が充填された状態の筒試料採取装置を地盤の孔から引き抜く状態を示す図である。

以下、図１から図４を参照し、本発明の一実施形態に係る土試料採取装置及び土試料採取方法について説明する。

ここで、本実施形態は、スウェーデン式サウンディング試験などによって地盤に穿孔した小口径の孔を利用して乱れの少ない土試料を採取することが可能な土試料採取装置に関するものである。

具体的に、本実施形態の土試料採取装置Ａは、図１及び図２に示すように、円筒状の外管１と、円筒状に形成され、互いの軸線Ｏ１を同軸上に配し外管１に対して軸線Ｏ１方向に進退自在に設けられるサンプリングチューブの内管２と、例えばスウェーデン式サウンディング試験装置のロッド３の先端に、互いの軸線Ｏ１を同軸上に配して着脱可能に後端を接続して内管２の内部に設けられるねじ軸４とを備えている。

土試料採取装置Ａは、外管１の後端側の内部に一体に設けられ、ねじ軸４を軸線Ｏ１周りに回転可能に軸支する軸受５と、ねじ軸４に螺着して軸受５よりも外管１の先端側の内部に設けられるとともに内管２の後端側に一体に設けられ、ねじ軸４を軸線Ｏ１周りに正逆回転させるとともに軸線Ｏ１方向に進退し、内管２を軸線Ｏ１方向に進退させる押し込み台６と、ねじ軸４の先端に接続して設けられるとともに、内管２を軸線Ｏ１方向後方側に退避させた状態で内管２の内面に密着し、内管２の先端側の開口を閉塞させるように配設されるピストン７とを備えている。

土試料採取装置Ａは、外管１の外面から外側に突設されるとともに軸線Ｏ１方向に延設され、地盤Ｇに食い込んで外管１の供回りを防止する複数のリブ（ライナーブレード）８と、押し込み台６と外管１に設けられ、ねじ軸４を軸線Ｏ１周りに正逆回転させるとともに押し込み台６及び内管２を軸線Ｏ１方向に案内して進退させるガイド９とを備えている。

本実施形態のガイド９は、外管１の内面から径方向内側に突出し軸線Ｏ１方向に延設された係合凸部９ａと、押し込み台６の外面から内側に凹み、軸線Ｏ１方向（上下方向）に延びて上端側と下端側に開口する溝状の係合凹部９ｂとからなり、これら係合凸部９ａと係合凹部９ｂが係合することにより、ねじ軸４を正逆回転させるとともに押し込み台６及び内管２を案内して進退させるように構成されている。

さらに、本実施形態の土試料採取装置Ａにおいては、外管１が、その先端部に、着脱可能に設けられて地盤Ｇに貫入する貫入部１０を備えている。この貫入部１０は、例えば、後端側の外面に雄ネジの螺刻が施され、外管１の先端側の内面の雌ネジに螺合して着脱可能に設けられている。さらに、貫入部１０は、雄ネジ部よりも先端側の外面に軸線Ｏ１方向後端側から先端に向かうに従い漸次内面側に傾斜するテーパー部１０ａを備えて形成されている。貫入部１０は、その内径を内管２の外径と略同等（僅かに大きな径寸法）にして形成されている。

ピストン７は、例えばゴム製であり、ねじ軸４の先端にユニバーサルジョイントを用いて相対的に回動自在に接続されている。このピストン７は、その外面にＯリング等の封止部材１１が一体に取り付けられており、押し込み台６とともに内管２を軸線Ｏ１方向後方側に退避させた状態で内管２の内面に封止部材１１（ピストン７自体）が密着し先端側の開口を閉塞させるように設けられている。

なお、サンプリングチューブの内管２は極力その肉厚が小さい方が好ましいが、土質などに対応した厚みの内管２を選択的に用いればよい。

上記構成からなる本実施形態の土試料採取装置Ａを用いて土試料を採取する際には（本実施形態の土試料採取方法においては）、図２に示すように、例えば、スウェーデン式サウンディング試験装置のロッド３の先端からスクリューポイントを取り外し、このロッド３の先端にねじ軸４の後端側を接続して土試料採取装置Ａを取り付ける。

このとき、土試料採取装置Ａは、押し込み台６とともに内管２をねじ軸４の後方側に退避させ、内管２及び外管１の貫入部１０の先端側の開口をピストン７で閉塞し先端にピストン７を露出させた状態にしておく。

そして、スウェーデン式サウンディング試験を行って地盤Ｇに穿設された孔Ｈに土試料採取装置Ａをロッド３とともに挿入し、外管１の先端の貫入部１０を孔底Ｈ１から地盤Ｇに貫入させて土試料採取装置Ａを所定位置に設置する。本実施形態においては、貫入部１０の先端側がテーパー状に形成されているため、容易に貫入部１０を地盤Ｇに貫入させることができ、土試料採取装置Ａが孔Ｈ内に好適に保持される。

また、本実施形態の土試料採取装置Ａでは、外管１の外周面に径方向外側に突出してリブ（供回り防止部）８が設けられているため、孔Ｈに土試料採取装置Ａを挿入するとともに、孔壁にリブ８が食い込み、外管１を回転しないように保持した状態で土試料採取装置Ａが孔Ｈ内の所定位置に配設される。

このように土試料採取装置Ａを孔Ｈ内の所定位置に配設した段階で、図３に示すように、スウェーデン式サウンディング試験と同様にして、ロッド３を軸線Ｏ１周りに正回転させる。このとき、リブ８によって孔Ｈ内で外管１が回転しないように保持されているため、ガイド９によって案内される押し込み台６が外管１の内部で無回転でねじ軸４の先端側に移動してゆく。

これとともに内管２が進出してゆき、内管２が外管１の先端から地盤Ｇに無回転で圧入（貫入）される。これにより、順次ねじ軸４を正回転させることでサンプリングチューブの内管２が無回転状態でさらに圧入され、内管２の内部に土試料Ｓが乱れの少ない状態で入ってゆく。

また、ねじ軸４の先端にユニバーサルジョイントを介して回転自在に設けられたピストン７が、無回転で内管２の内面に密着しつつ相対的に内管２の後方側にスライド移動してゆく。このピストン７の移動によって内管２のピストン７よりも先端側の内部が負圧状態になり、土試料Ｓが円滑に内管２の内部に入り込み、また、内管２の内部に入って採取された土試料Ｓが崩落したり、抜け出ることが防止される。

内管２を所定量地盤に圧入し土試料Ｓを採取した段階で、図４に示すように、孔Ｈ内からロッド３及び土試料採取装置Ａを地上に引き上げる。そして、ロッド３の先端からねじ軸４を外し、ピストン７をねじ軸４から外し、内管２を取り外す。

これにより、サンプリングチューブの内管２の後端側がピストン７で閉塞され、先端を別途キャップを取り付けるなどして閉塞することによって、内管２の内部に採取した土試料Ｓを密閉し、乾燥・崩壊などを防ぎつつ、保管することができる。

したがって、本実施形態の土試料採取装置Ａ及び土試料採取方法においては、ねじ軸４を軸線Ｏ１周りに正回転させると、ガイド９に案内されて押し込み台６とともにサンプリングチューブの内管２を軸線Ｏ１方向前方に進出させることができ、ねじ軸４を逆回転させると、押し込み台６とともに内管２を軸線Ｏ１方向後方に退避させることができる。すなわち、押し込み台６がガイド９によって軸線Ｏ１周りに回転不能で、軸線Ｏ１方向に進退可能に保持されるため、ねじ軸４を軸線Ｏ１周りに正逆回転させると、無回転で内管２を軸線Ｏ１方向に進退させることができる。

そして、ねじ軸４の後端側を棒状のロッド３に接続し、内管２の先端側の開口をピストン７で閉塞するように内管２を退避させた状態で、地盤Ｇに穿孔した孔Ｈにロッド３とともに土試料採取装置Ａを挿入配置し、ロッド３を回転させてねじ軸４を正回転させる。

このとき、土試料採取装置Ａを地盤Ｇの孔Ｈに挿入するとともに、外管１に一体に設けられたリブ８を地盤Ｇの孔壁に食い込ませ、外管１を地盤Ｇの孔Ｈ内で固定することができる。すなわち、ねじ軸４を正逆回転させたときに外管１が供回りすることを防止できる。

これにより、無回転で内管２を前方に進出させ、その先端から地盤Ｇに圧入することができ、地盤Ｇの孔Ｈからロッド３とともに土試料採取装置Ａを引き上げることにより、地盤Ｇに無回転で圧入して内管２の内部に入った乱れの少ない土試料Ｓを採取することが可能になる。

よって、本実施形態の土試料採取装置Ａ及び土試料採取方法によれば、上記のように土試料Ｓを採取できるため、例えばスウェーデン式サウンディング試験によって穿設された孔Ｈを利用したり、スウェーデン式サウンディング試験装置のロッド３を利用するなどし、安価で簡便に乱れの少ない土試料Ｓを採取することが可能になる。

また、本実施形態の土試料採取装置Ａにおいては、外管１の先端部にテーパー状の貫入部１０を備えていることにより、地盤Ｇの孔Ｈに土試料採取装置Ａを挿入するとともに、貫入部１０を地盤Ｇの孔Ｈの底部から地盤Ｇに容易に貫入させ、土試料採取装置Ａを地盤Ｇの孔Ｈ内で好適に保持することができる。

また、ねじ軸４の先端にピストン７が設けられているため、土試料Ｓとピストン７が密着し、内管２の圧入時に土試料Ｓの乱れを防止できる。

さらに、内管２を前方に進出させて地盤Ｇに圧入するとともにピストン７が相対的に後方に配され、このピストン７の相対移動によって内管２の内部に負圧を生じさせることができ、乱れの少ない土試料Ｓを好適に内部に採り込むことができる。また、ピストン７によって（ピストン７で生じる負圧によって）、内管２の内部から土試料Ｓが落下しないように保持することが可能になる。

さらに、内管２が押し込み台６に着脱可能に接続されているため、内管２を取り外し、内管２をそのまま保護管として利用し、乱れの少ない土試料Ｓを保管できる。また、内管２を容易に交換でき、土質などに対応した厚みの内管２を適宜選択的に用いることができる。

さらに、地盤Ｇに穿孔した孔Ｈに土試料採取装置Ａを挿入して孔底Ｈ１に接触するピストン７がねじ軸４に相対回転自在に接続されていることにより、ねじ軸４を軸線Ｏ１周りに正回転させて押し込み台６、ひいては内管２を地盤Ｇに圧入する際にピストン７が回転することを防止できる。これにより、ピストン７が接触する土試料Ｓが乱れることがなく、より確実且つ好適に乱れの少ない土試料Ｓを採取することが可能になる。

また、ピストン７がねじ軸４の先端に着脱可能に接続して設けられているため、内管２を取り外し、さらにねじ軸４からピストン７を外し、内管２の開口を塞ぐようにし、ピストン７をキャップとして利用することができる。これにより、内管２を利用し、さらにピストン７を利用して、乱れの少ない土試料Ｓを例えば乾燥が生じないように好適に保管することができる。

以上、本発明に係る土試料採取装置及び土試料採取方法の一実施形態について説明したが、本発明は上記の一実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

１ 外管
２ 内管（サンプリングチューブ）
３ ロッド
４ ねじ軸
５ 軸受
６ 押し込み台
７ ピストン
８ リブ（ライナーブレード／供回り防止部）
９ ガイド
９ａ 係合凸部
９ｂ 係合凹部
１０ 貫入部
１１ 封止部材
Ａ 土試料採取装置
Ｇ 地盤
Ｈ 孔
Ｈ１ 孔底
Ｏ１ 軸線
Ｓ 土試料

Claims (4)

1. 外管と、
   前記外管の内部に、互いの軸線を同軸上に配し前記外管に対して軸線方向に進退自在に設けられるサンプリングチューブの内管と、
   前記内管の内部に互いの軸線を同軸上に配して設けられるねじ軸と、
   前記外管の後端側に一体に設けられ、前記ねじ軸を軸線周りに回転可能に軸支する軸受と、
   前記内管の後端側に一体に設けられ、前記ねじ軸を軸線周りに正逆回転させるとともに前記軸線方向に進退する押し込み台と、
   前記ねじ軸の先端に接続して設けられるとともに、前記内管を軸線方向後方側に退避させた状態で前記内管の先端側の開口を閉塞させるように配設されるピストンと、
   前記外管の外面から外側に突設され、地盤に食い込んで前記外管の供回りを防止するリブと、
   前記押し込み台及び前記内管を軸線方向に案内して進退させるガイドとを備えて構成されていることを特徴とする土試料採取装置。
2. 請求項１記載の土試料採取装置において、
   前記外管は、先端部に、着脱可能に設けられ、地盤に貫入する貫入部を備え、
   前記貫入部は、その外面に軸線方向後端側から先端に向かうに従い漸次内面側に傾斜するテーパー部を備えて形成されている土試料採取装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の土試料採取装置において、
   スウェーデン式サウンディング試験装置のロッドを前記ロッドとして用いる土試料採取装置。
4. 外管と、該外管の内部にねじ軸の回転によって軸線方向に進退自在に設けられるサンプリングチューブの内管とを備えてなる土試料採取装置を地盤に穿設した孔に挿入しつつ、前記外管に一体に設けられたリブを孔壁から地盤に食い込ませて前記土試料採取装置を設置し、
   前記ねじ軸を軸線周りに正回転させるとともに前記内管を前方に進出させて孔底から地盤に貫入させつつ前記内管の内部に土試料を導入し、
   前記ねじ軸を軸線周りに逆回転させるとともに前記内管を後方に退避させて前記内管とともに前記土試料を採取することを特徴とする土試料採取方法。

Images