地盤試料採取装置
【課題】 高品質試料を地盤から採取して試験に供する過程で、試料収納管と試料との摩擦による品質の低下が問題である。摩擦の低下による試料の落下防止も同時に望まれている。
【解決手段】 試料収納管の材質、特に内面の摩擦抵抗の小さいものにすること、潤滑剤を効率的に塗布すること、さらに試料と試料収納管との接触圧を適性に保つこと、メカニカルキャッチャーで試料の脱落を確実に防ぐことなどの新工法の採用を数ステップに分けて実現できるようにした。
【解決手段】 試料収納管の材質、特に内面の摩擦抵抗の小さいものにすること、潤滑剤を効率的に塗布すること、さらに試料と試料収納管との接触圧を適性に保つこと、メカニカルキャッチャーで試料の脱落を確実に防ぐことなどの新工法の採用を数ステップに分けて実現できるようにした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はボーリング孔底あるいはピット内で、地盤の強度や変形特性等の高度な室内試験を行うための供試体を採取する場合に使用する地盤試料採取装置に関し、特に試料収納管内に試料を取り込む時や試料を収納管から押出す時に試料周面に作用する摩擦力やサンプラーを引き抜く時の真空圧、各種の振動や揺動等による品質の低下と試料の落下防止等を図る地盤試料採取装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
地上あるいは地中に建造される構造物の設計・施工、液状化や土砂災害などの予測・復旧などに欠かすことができない地盤の力学的情報は、試験に供する供試体の品質により大きく異なる。ここでは、供試体の品質低下要因全般に配慮しつつ、品質低下の主因でありながら従来から開発が遅れていた地盤試料と試料収納管との摩擦、真空圧等による地圧と間隙圧の変化に着目した。
【０００３】
この分野での研究開発は、今回の主目的と同様、高品質化と言っても如何に確実に試料を採取できるかが第一で、採取者にとっては都合のよい方向に、試料にとっては過酷な応力条件下での採取法が主流であった。特に、内面がザラザラなチューブを圧入する結果（粗度の規定がある規格がない）、試料は圧縮されることになるが、これに対処するための固定ピストン式サンプラーが一般に用いられている（ざらざらチューブでは摩擦が大きく試料は落下し難いが、試料が圧縮されるとピストンと試料上面間に負圧が発生し試料を伸長する）サンプリング後、サンプラーを地中から引き揚げようとすると真空圧が発生し採取試料は下方に引っ張られるが、チューブとの摩擦が大きいと試料は落下し難いことになり、採取者にとっては好都合である。品質低下の原因をそのままにして対処療法的な開発が多かった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６０―２００１４３号公報
【特許文献２】特開昭６０―２００１４４号公報
【特許文献３】特開平０１―１２５４９０号公報
【特許文献４】特開平０９―７２１８４号公報
【特許文献５】特開２００１―９８５３９号公報
【特許文献６】特開２００８―００２０６８号公報
【特許文献７】特開平０８―１３６４１８号公報 前記特許文献１、２は（出願 １９８４．０３）：地圧バランス式地盤サンプラー／同試料採取方法。主としてサンプラーを静的に貫入できる緩〜中位の粘性土、砂質地盤等への適用を前提としている。試料収納管より径の小さいシューで切り取られた試料は、試料収納管内の地圧相当圧に加圧されて硬化性流体内に取り込まれ、応力解放や摩擦による品質の低下防止を主目的とした試料採取装置と方法である。前記特許文献３は（出願 １９８７．１１）：加圧式地盤試料採取方法及び装置。主としてサンプラーを静的に貫入できる緩〜中位の粘性土、砂質地盤等への適用を前提としている。（径が伸縮するピストンで収納管内面との摩擦力で）試料収納管内の試料に軸方向圧を作用させ、かつ横方向（径方向）に伸縮自在の試料収納管に（上下端部分を除く範囲に複数の縦スリットを入れ、外側に複数のゴムバンドを装着し）横方向から加圧した状態で試料を採取する方法と装置である。
【０００５】
前記特許文献４は（出願 １９９５．０９）：地盤試料用サンプラー。請求項4：透明樹脂製の内管（収納管）に１８０°対象位置にＶ型の易破断性の溝加工をすることで、簡単に２つ割に出来、試料を乱さないで取り出すことができる）。
【０００６】
前記特許文献５は（出願 １９９９．０９）：粒状体地盤コアバーレル。砂礫などの土粒子を回転切削しながら試料を採取することを前提としている。請求項１：回転切削ビット径より小さい径のコアチューブの中に機能性キャップを装着したピストンを入れて底蓋状にし、その中に高粘性流体を封入し、回転切削によるコアがサンプラーに入って来ると、封入されている高粘性流体が高圧になり機能性キャップを介してチューブとコアで形成された環状間隙に注入され、コアを保護しながら流下してビット部から排出される。
【０００７】
請求項２：原理的にはダブルコアチューブ式で、内管は非回転で外管による回転で切削し、コアが中に入ると。高粘性流体は前記ピストンの作用で内管とコアの間を流下してビットへ、他に内管のヘッドにあるバルブを通って内外管の間を流下してビット面から排出される。
【０００８】
前記特許文献６は（出願２００６．０６）：貫入式地盤試料採取装置。主としてサンプラーを静的に貫入できる緩〜中位の粘性土、砂質地盤等への適用を前提としている。一般に用いられている試料収納管を水圧ピストンで圧入するサンプラーの原理を用い、孔底面に接し、試料収納管先端部に位置する固定ピストンと試料収納管からなる空間に潤滑剤からなる高濃度溶液を密封し、送水して水圧ジャッキで試料収納管（貫入し易さと強度から通常金属製の薄肉パイプ、が用いられている）を圧入すると高圧になった潤滑剤はピストンと試料収納管の隙間を流下しながら試料を養生し、最後は採取した試料の体積分だけピストン周面から流下してシュー上部の排出口から孔内に排出される。所定長圧入されると、シュー上部に格納してあるキャッチャーが水圧ジャッキで押し出されシュー上部で閉塞され、試料の落下を防止する。
【０００９】
前記特許文献7は（出願２１９９４．１１）：プラネットギアによりサンプラー頭部で内管の回転力を外管ロッドを介して内管に伝達されないようにする装置。内管の回転を阻止することで、採取試料の品質の低下をふぐことを目的としている。
【非特許文献】
【００１０】
前述の特許に関連した論文等の数は多いが、それ以外のものを以下に示す。
【００１１】
高品質供試体の提供と摩擦問題に関する実験的考察（湯川 酒井 第４６回地盤工学研究発表会 ２００１．０７９）
我が国で一般に用いられている規格化された試料収納管（シンウォールチューブＴｗｔ）等に砂を詰めて押出し摩擦実験を行った結果、砂の密度によって異なるがＴｗｔ＋潤滑剤（ポリマー）塗布を１とすると、塩ビパイプは３、アクリルパイプは途中で圧壊、Ｔｗｔは５０〜１００倍と非常に大きいこと（潤滑剤を塗布すると摩擦が激減すること）が判明した。これから消耗品である試料収納管は安価で滑り特性と加工性に優れている塩ビ管が材質では最良であることがわかった。これに潤滑剤を塗布して使用するのが実務上ベストであると判断した。
【００１２】
サンプリングの基礎的要素技術に関する一考察（酒井他 学会誌 土と基礎Ｖｏｌ．４６ Ｎｏ．５ １９９８）。透水性の良い地盤でも孔内のコアバーレルを急速に引き上げると、液状化現象より激しいボイリングが発生することをビジュアルにした。これより、地中に貫入したサンプラーを引き上げれば大きな負圧が発生し、孔底地盤は激しく乱され、採取試料も品質が低下するので、負圧の発生を止める原理的な措置を施す必要がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
高品質試料採取を検討する場合、対象地盤によって品質低下要因は大きく異なる。そこで、当該サンプラーの適用範囲は、緩い〜密な砂・砂質土層、小礫混じり砂層に代表されるものとした場合の課題を以下に列記する。
【００１４】
主要課題は下記のＡ，Ｂ，Ｃの３課題とする（他に当然のこととして、安全性、無公害性、経済性、取扱や耐久性などをベースにして手段を選定する）。
Ａ：試料収納管内面と採取試料との摩擦による品質低下の防止：試料の押し出し時も含む
Ｂ：負圧の発生による試料落下と品質低下：
Ｃ：貫入抵抗を小さくすること：外周面の切削による、潤滑剤の活用ほか
Ｄ：その他：作業性、振動、ねじれ、刃先角度・・・
【課題を解決するための手段】
【００１５】
課題Ａ：試料収納管内面と採取試料との摩擦を低減する手段：
試料収納管の素材は従来は加工し易さから黄銅製品であったが、現在は強度的に優れたステンレス鋼が主流で、内径７５ｍｍ管、肉厚１．５〜２．０ｍｍｎのものが一般的である。しかし、このパイプは内面がかなり租なため試料との摩擦抵抗は非常に大きい。しかし、これに潤滑剤を一様に塗布すると前述のように滑り性素材の塩ビ管より滑り易くなる。そのため、前記の特開２００１―９８５３９ 特開２００８―００２０６５のように試料収納管と試料との間にクリアランスを設け、ここに潤滑剤を圧入する方法では摩擦は非常に小さくなるが、地盤によってはクリアランスによる地中応力の解放や潤滑剤の試料への浸透などによる品質低下が懸念される。この両方の問題を解決するためには、ポリマー溶液等の潤滑剤の圧力上昇を防ぐ吐出圧調節バルブをサンプラーヘッドに装着して、従来のように全ての潤滑剤を利用する方式から必要な分だけ利用すること、試料収納管内面全体に潤滑剤を適切な厚さで塗布するため、潤滑剤貯蔵スペースの底蓋に相当する自由ピストンに試料収納管内壁との間隙を調整するための間隙調整ユニットを装着、さらに試料収納管を貫入管の中に入れ、この二重管の環状間隙内を試料下端のシュー上部まで潤滑剤を流下させて試料の下部で斜スリットからなる潤滑剤塗布管を用いて試料周面に潤滑剤を塗布できるようにすることで解決可能である。現状では、試料収納管の材質や表面処理、地中応力保持等の問題はあるが、貫入管との併用を基本とし、現場の状況に応じて経験則に沿った微細な調整、ポリマーなどの潤滑剤の濃度、潤滑剤吐出圧、試料外径と試料収納管とのクリアランス、試料上部の自由ピストン部での潤滑剤塗布厚等の調整が試料採取直前でも自由に設定できるようなものとすることで品質の向上と安定化を図る。
【００１６】
試料収納管については、前述の様に材質や表面加工の他に、摩擦力と比例関係で影響する地圧による試料収納管内面に作用する圧力で摩擦抵抗は変化する。摩擦面の条件が同一ならば、応力解放が無く地圧相当圧が保持されれば静止状態では乱れが生じないが、相対変異により摩擦力は最高値に達し試料を乱すことになる。クリアランスの調整で試料収納管の径方向に作用する圧力が決まり、その結果として周面摩擦力が発生するので、クリアランスの最適化が重要課題となるが、これは地盤や深度によっても異なることになる（大きなクリアランスでも自立する地盤であれば試料収納管内面に接しない摩擦ゼロ状態を再現できるが、地盤によっては応力解放で乱れるとか崩壊するなどの現象が発生する）。そこで、経験的に最適状態に導くため、周方向に伸縮可能な試料収納管（スリット管）の外周を弾性材で支持させる方法が実績もあり有効である。例えば、特開Ｈ０１―１２５４９０（特開Ｓ６０―２００１４３／２００１４４）等が参考になる。ただし、当該発明は採取試料への拘束圧とピストンによる軸圧を作用せせることが主目的ではなく、潤滑剤との組合せで、応力解放による試料の乱れと試料収納管に作用する地圧の低下で摩擦抵抗が低下することによる乱れの関係に着目し、縦スリット試料収納管の周圧調整と潤滑剤の吐出圧調整による試料の乱れを最小化することが主眼である。スリットチューブの利用は、上記の他に収納管から試料を押出す時に摩擦による品質低下を防ぐ最も効果的な方法である（試料の押出し時は試験の都合で、通常、採取時から日数がかなり経てから行われることがあるので、潤滑剤の硬化などで試料周面と収納管が貼り付き抜けなくなるが、スリットが入っていると貼りつきを簡単に剥して取り出すことができる。
【００１７】
課題Ｂ：負圧の発生による試料落下と品質低下を防ぐ手段：
貫入型で採取したサンプラーを地盤から引き抜くと、先端部で真空圧が発生し試料の品質を低下させ、最悪の場合、試料は落下することになる。これを防ぐためには貫入管の外側を掘削し、孔内水圧がシュー位置に直ちに供給されるようにする必要がある。さらには、負圧が発生しないでも試料収納管の内面摩擦の低下により試料は落下し易くなるので、孔内水圧でサンプラー下面の試料に上向きの水圧を作用させる他、メカニカルな試料の落下防止工法の併用をできるようにする。（例えば、キャッチャ作動機構 特開２００８―００２０６５などによる）。
【００１８】
回転切削型のサンプラーでは、外側が切削されるので負圧は発生し難いようになっている。その典型はトリプルチューブサンプラーで（地盤工学会基準ＪＧＳ １２２３―２００３）、試料収納管は通常塩ビ管を用いている。しかし、採取試料の学会レベルでの評価は必ずしも良くない。その理由は緩い砂地盤では試料が落下する（キャッチャがついていない）、密なあるいは硬い地盤ではクリアランスを大きくとって採取されるため乱れやすい。特に共通して乱れの原因になるのは、回転時の振動や加圧力が大きい場合はローリングするためとされている。そこで、試料収納管の内面に試料の上下面で潤滑剤を塗布して摩擦抵抗を小さくし、ビットを土粒子切削用ではなく、土粒子を剥しながらサクサク切削できる鋭利な刃型とし、かつビット全周で切削するのではなく３点程度に付けた刃先で切削することで切削トルクを非常に小さくし、さらに回転数を従来の最低回転速度の数分の一以下にすることで振動やローリングを低減する頃が出来る。
【００１９】
課題Ｃ：貫入抵抗を小さくする手段：
前述のように、採取試料の上下位置で全面に潤滑剤を塗布することで試料と試料収納管との摩擦抵抗を減少させ、適性クリアランス（拘束圧の適正化）の確保等による貫入時の摩擦抵抗の減少、さらに貫入管の外側を掘削することで摩擦を少なくすることにする。
【００２０】
課題Ｄ：その他：
現場作業中、直前での採取結果を分析し、直ちにその場で、潤滑剤の濃度、潤滑剤吐出圧の設定、ピストン部の間隙調整ユニットの調整で潤滑剤の塗布厚を調節などが容易にできるようにすることで品質の安定化と向上を図ることにした。
【発明の効果】
【００２１】
（礫混じり）砂質系地盤の高品質試料採取装置で、試料の試料収納管などと試料との摩擦を低減することで採取時は元より試料を押し出す時の乱れも激減できる。また、潤滑剤の吐出圧の調整と斜スリットからの試料下部での潤滑剤の塗布等により摩擦の低減と採取試料への潤滑剤の浸透問題はクリアできた。現場での実績の積み重ねが次の現場での高品質化に役立つシステムの構築が出来た。
【００２２】
地圧バランスによる摩擦低減と応力解放による品質低下防止、更に、回転切削時の試料に作用するトルクのカットや切削振動等による品質低下の防止などが可能になり、現場での実績の積み重ねが次の現場での高品質化に役立つシステムの構築ができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の第１の実施の形態の使用状態の説明図。
【図２】本発明の第１の実施の形態の縦断面図。
【図３】本発明の第１の実施の形態の試料収納菅と潤滑剤塗布菅を接続した状態の正面図。
【図４】本発明の第１の実施の形態の試料収納菅と貫入菅との関係を示す断面図。
【図５】本発明の第１の実施の形態の潤滑剤貯蔵スペースに潤滑剤を収納する時の説明図。
【図６】本発明の第１の実施の形態の潤滑剤貯蔵スペースに潤滑剤が収納された状態の説明図。
【図７】本発明の第１の実施の形態の試料収納菅内に試料が入る場合の説明図。
【図８】本発明の第１の実施の形態の試料収納菅内に試料が入った状態で取り出した状態の説明図。
【図９】本発明の第２の実施の形態の使用状態の説明図。
【図１０】本発明の第２の実施の形態の縦断面図。
【図１１】本発明の第２の実施の形態の試料収納菅と潤滑剤塗布菅を接続した状態の正面図。
【図１２】本発明の第２の実施の形態の試料収納菅と貫入菅との関係を示す断面図。
【図１３】本発明の第３の実施の形態の使用状態の説明図。
【図１４】本発明の第３の実施の形態の縦断面図。
【図１５】本発明の第３の実施の形態の試料収納菅と潤滑剤塗布菅を接続した状態の正面図。
【図１６】本発明の第３の実施の形態の試料収納菅と貫入菅との関係を示す断面図。
【図１７】本発明の第４の実施の形態の使用状態の説明図。
【図１８】本発明の第４の実施の形態の縦断面図。
【図１９】本発明の第４の実施の形態の試料収納菅と潤滑剤塗布菅を接続した状態の正面図。
【図２０】本発明の第４の実施の形態の試料収納菅と貫入菅との関係を示す断面図。
【図２１】本発明の第５の実施の形態の使用状態の説明図。
【図２２】本発明の第５の実施の形態の縦断面図。
【図２３】本発明の第５の実施の形態の試料収納菅内に試料が入った状態の説明図。
【図２４】本発明の第５の実施の形態の試料キャッチ装置が作動した状態の説明図。
【図２５】本発明の第６の実施の形態の使用状態の説明図。
【図２６】本発明の第６実施の形態の縦断面図。
【図２７】本発明の第６実施の形態の試料収納菅内に試料が入った状態の説明図。
【図２８】本発明の第７の実施の形態の縦断面図。
【図２９】本発明の第８の実施の形態の縦断面図。
【図３０】本発明の第８の実施の形態の堀菅下降装置を作動させた状態の説明図。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
本発明は、現場での試料採取から採取試料を試料収納管から抜き取るまでの品質向上と安定化を目指すもので、主として、砂質土から小礫混じり砂、小礫質土等の、緩い〜密なものまでをカバーし、反対に土粒子や岩砕を切削してコアを採取することは主たる対象地盤とはしていない。
【実施例１】
【００２５】
以下に本発明の実施例について説明する。
【００２６】
当該高品質地盤試料採取装置の基本型で、請求項１に対応する実施例を図１ないし図８に示す。この高品質地盤試料採取装は、容易に静的に貫入できる緩い砂質系地盤を採取対象とするものである。
【００２７】
図１ないし図８の実施例1において、地盤に穿設したボーリング孔Ｂ底に試料収納管４をその軸方向に降下させて該試料収納管４内に地盤試料を採取する地盤試料採取装置Ｘにおいて、該地盤試料採取装置Ｘはロッド１の先端部に取付けられたサンプラーヘッド2と、このサンプラーヘッド２に上端部が螺合固定あるいはスライド移動可能に取付けられた貫入菅３と、この貫入菅３の内壁面との間に潤滑剤流路５が形成されるように該貫入菅３内に挿入された摩擦抵抗の小さい素材あるいは摩擦抵抗の小さいシートを内壁面に貼着あるいはコーティングした採取試料を保護する試料収納菅4と、この試料収納菅４の下端部に該試料収納菅４と同一内径寸法の短菅に短冊上の傾斜潤滑剤流路２２が形成された潤滑剤塗布菅7と、前記貫入菅３の下端部に取付けられた前記試料収納菅４と同径かあるいはわずかに小さい内径の外テーパを有する該試料収納菅4の上部が前記サンプラーヘッド２の底面に接触した状態で該試料収納菅４と前記潤滑剤塗布菅7を固定するシュー6と、前記試料収納菅４内にスライド移動可能に取付けられたピストン14と、このピストン14と前記サンプラーヘッド２との間の試料収納菅4の潤滑剤貯蔵スペース１８に潤滑剤を供給するとともに、供給された潤滑剤に所定の圧力が加わると外方へ排出する潤滑剤通路１９と、前記試料収納菅４の上部に形成された前記潤滑剤貯蔵スペース１８の潤滑剤を前記潤滑剤流路１９へ供給する連通孔８とで構成されている。
【００２８】
詳しくは、試料を収納する試料収納管４は塩ビ管で（他にテフロン等の土との摩擦抵抗の小さな素材からなる管やこれらの薄肉シートを内面に貼付或いはコーティングした物も対象となるが。安価で多様なものがあるので塩ビパイプを使用した）、その外径より僅かに大きい内径の貫入管３被せ、さらに試料収納管４と同一内径の短管に試料全面にスリットから潤滑剤が塗布できるように短冊状の傾斜潤滑剤流路２２としての傾斜スリットの潤滑剤供給溝がシュー６と接する部分に設けた潤滑剤塗布管７を貫入管３の下側に入れてある。傾斜スリット２２から浸み出た潤滑剤が試料周面全体に塗布されるように傾斜スリットの角度と長さを決めている。
【００２９】
試料収納管４の頂部はサンプラーヘッド２下面に接触した状態で貫入管３をサンプラーヘッド２に着脱可能にネジ接合されている。貫入管３の下端には試料収納管４と同径か僅かに小さい内径の外テーパーのシュー6を着脱可能にネジ接合して、試料収納管４と潤滑剤塗布管７を固定する。試料収納管４の内径より僅かに小さい径のピストン１４を試料収納管４内の底部近くにセットする。シュー６の先端部の内径が試料収納管４より小さくしてクリアランスを取っている場合はピストン１４がその段差で抜け落ちないようになっているが、段差なしの場合は図示のようにサンプラーヘッド２の下面との間にピストン固定ワイヤー１３で抜け落ちないようにしている。ピストン１４で底が出来た試料収納管４を側壁とする潤滑剤貯蔵スペース１８に通常１〜５％の濃厚ポリマー溶液などの潤滑剤をサンプラーヘッド２部の注入孔１１から注入して満たし、かつ試料収納管４の上部の連通孔８を通って試料収納管４と貫入管３からなる環状流路５を流下して下部の潤滑剤塗布管７の下端まで満たし、潤滑剤塗布管７の傾斜スリット２２からエアを排出しながら高品質地盤試料採取装内に潤滑剤を充填する（高品質地盤試料採取装を孔内に下降させるとき、潤滑剤の粘性が大きいのでピストン１４の隙間から流出することはない）。
【００３０】
潤滑剤が一様に、そして試料全面に塗布され、かつ試料の深部まで潤滑剤が浸透しないように、採取地盤の状態によりサンプラーヘッド２にある潤滑剤の吐出圧調節バルブ１０を弾性薄肉テープをヘッドに巻く張力と巻き数により潤滑剤吐出孔９からでる潤滑剤の量を調節する。同様にピストン１４と試料収納管４内面の隙間から潤滑剤が流下して試料に浸透しないように、かつ通常用いられているＯリング等によるピストンシールを使うと潤滑剤が拭き取られ摩擦低減効果が低下するので、潤滑剤の濃度（粘性）を考慮して間隙を決める必要がある。そのため、ピストン１４上にスポンジなどのクッション１５をセットし圧縮プレート１６を介して圧縮ボルトナット１７で調節する。
【００３１】
サンプラーヘッド２にロッド１を介して地上から押し圧を作用させて貫入管３と試料収納管４を同時に貫入させると、試料が試料収納管４内に入り、同時にピストン１４が相対的に上昇して（固定ピストン式なのでピストン１４の深度は一定で高品質地盤試料採取装のみが貫入する）潤滑剤は加圧され、加圧された潤滑剤は連通孔８を通って、環状流路５を流下し潤滑剤塗布管７で傾斜スリット２２から試料側面に潤滑剤が塗布され、余った潤滑剤はサンプラーヘッド２部の吐出圧調節バルブ１０から排出されるようになっている。このように試料採取前に採取地盤の状態により各種の調節ができることが特徴である。
【実施例２】
【００３２】
図９ないし図１２の実施例２において、前記実施例１と主に異なる点は、試料収納菅４Aの軸方向の全長あるいは下端部を除く部位に１個の縦スリット２１を形成し、その外周を３個の弾性ビーム２３、２３、２３で支持したものを用いた点で、このような試料収納菅４Aを用いて構成した地盤試料採取装置Ｘ１にしても前記実施例１と同様な作用効果が得られる。
【００３３】
なお、試料収納管４Ａを単に剛性の大きな管ではく、試料が地圧で膨張することによる摩擦の増加を軽減するため、試料収納管４Ａが直径方向に伸縮できるものとし、採取後、試料収納管４Ａから試料を押出す時の摩擦をなくすため、縦スリット２１を広げて摩擦が働かない状態で試料を押出せる。
【実施例３】
【００３４】
図１３ないし図１６の実施例３において、前記実施例１と主に異なる点は、試料収納菅４Ｂの軸方向の全長あるいは下端部を除く部位に３個の縦スリット２１、２１、２１を形成し、その外周部分を３個の弾性ビーム２３、２３、２３で支持したものを用いた点で、このような試料収納菅４Ｂを用いて構成した地盤試料採取装置Ｘ２にしても前記実施例１と同様な作用効果が得られる。
【実施例４】
【００３５】
図１７ないし図２０の実施例４において、前記実施例１と主に異なる点は、試料収納菅４Ｃの軸方向の全長あるいは下端部を除く部位に３個の縦スリット２１、２１、２１を形成し、その外周部分をテープ２４でテーピングしたり、あるいは複数個の弾性チューブで支持したものを使用した点で、このような試料収納菅４Ｃを用いて構成した地盤試料採取装置Ｘ３にしても前記実施例１と同様な作用効果が得られる。
【００３６】
なお、弾性チューブ径、厚さや枚数、弾性ビーム２３、２３，２３の幅や厚さ、硬さを選択することでスリット収納管４ｃに作用する拘束圧を事前に調節することができる。
【実施例５】
【００３７】
図２１ないし図２４の実施例５において、前記実施例１と主に異なる点は、ピストン１４はサンプラーヘッド2の中央部をスライド移動するピストン固定ロッド２８に固定されるとともに、該ピストン固定ロッド２８の上端部は底面に取付けられ、かつ上面にロッド１の先端部が取付けられた外菅取付部材２７、この外菅取付部材２７に上端部が固定され、先端部を除く貫入菅３を内部に収納する外菅２５、前記外菅取付部材２７とサンプラーヘッド２との間の外菅２５内に設けられた貫入用ピストン３０、この貫入用ピストン３０と前記外菅取付部材２７との間の加圧水室３１ａに加圧水を供給する加圧水供給路３１ｂ、前記外菅２５の下部寄りの部位に形成したストッパー孔３３と係合する前記貫入用ピストン３０に設けられた貫入用ストッパー３２、この貫入用ストッパー３２が前記ストッパー孔３３に係合すると前記貫入用ピストン３０と前記サンプラーヘッド２との間の下部加圧水室３１ｃに加圧水を流入させ、該サンプラーヘッド２を下方へ移動させて潤滑剤塗布菅7の先端部をシュー６によって内側へ湾曲させる該貫入用ピストン３０に設けられた高水圧作動バルブ３１とからなる試料収納菅の試料キャッチ装置７０とを設けて地盤試料採取装置Ｘ４を構成している。
【００３８】
このように構成された地盤試料採取装置Ｘ４は強制圧入のキャッチャーが付いているので試料の落下の心配がない半面、水圧シリンダーがある分、サンプリング孔径が大きくなる。
【００３９】
ボーリングロッド1の先端にサンプラーヘッド２を取り付け、これに接続する外管２５に水密で摺動する貫入用ピストン３０を嵌め込み、このピストンには外管２５内径より小さい外径の貫入管３が接続され、この中に環状流路５を形成して径の小さい試料収納管４が挿入された二重管からなり、試料収納管４頂部には潤滑剤の連通孔８が設けられ、貫入管３先端部には外テーパーで試料収納管４内径より僅かに小さいか同径のシュー６が接続され、シュー６の上面と試料収納管４との間には試料収納管４の内径と同径の傾斜スリット加工された短冊状のキャッチャ兼潤滑剤塗布管２６が嵌め込まれている。短管の円周上にスリットで試料全周面を覆うように上端部を除き斜めに多数のスリットを入れることで潤滑剤が試料全表面に塗布され、かつキャッチャーの役目も果たすように、下部先端は外テーパーを付け、円周上に数段の溝加工をすることで押込まれるとシュー６の上面の傾斜したリングに刃先が当たり内側に折れ曲がり、シュー６の上面付近の試料に突き刺さり試料の落下を防ぐようになっている。
【００４０】
試料収納管４の上端部は貫入管３をシリンダーとするキャッチャ作動用ピストン３４に接合され、このピストン１４は貫入用ピストン３０の下面に接し、シュー６位置にはシュー６内径と同じか僅かに小さい径の固定ピストン１４がセットされることで出来た潤滑剤貯蔵スペース１８に潤滑剤が封入され、固定ピストン１４は、中心にピストン固定ロッド２８を有し、このロッドは潤滑剤封入用の導管も兼用し、キャッチャ作動用ピストン３４と貫入用ピストン３０の中心を水密で摺動可能な状態で貫通してサンプラーヘッド２に結合され、導管はサンプラーヘッド２内を通り端部で注入孔１１と吐出孔９に枝分かれし注入バルブ１２と吐出圧調整バルブ１０に連結しているサンプラーを試料採取深度に降ろし、ロッド１の上下動が無いように地上で固定し、ロッド１に加圧水を注入し外菅取付部材２７の泥水導管２９を通って貫入用ピストン３０とキャッチャ作動用ピストン３４が下方に同時に押出されると、試料が試料収納管４内に入り、同時にピストン１４が上昇して潤滑剤は加圧される。
【００４１】
加圧された潤滑剤がピストント１４と試料収納管４の隙間から下方に流出して試料に浸透しないように、かつ潤滑剤が試料収納管４の内壁からすべて除去されることなく薄く皮膜が残る程度にピストン１４に装着した間隙調整ユニット１５を事前に調節しておく。加圧された潤滑剤は連通孔８を通って、環状流路５内を流下して潤滑剤塗布管7の斜めスリットから試料側面に潤滑剤が塗布され、余った潤滑剤はサンプラーヘッド２部の吐出圧調節バルブ１０から排出される。
【００４２】
所定長貫入すると、貫入用ピストン３０の側面から貫入ストッパー３２が外管２５下端部に設けられたストッパー孔３３に嵌まり、貫入用ピストン３０が停止することをトリガーとして、貫入用ピストン３０は上下動を停止した状態のままで、その下方にセットしてあるキャッチャー作動用ピストン３４が加圧水の注入により下降して、シュー６の上面とキャッチャ兼潤滑剤塗布管２６の先端部の接触圧で先端部が内側に曲がり隣接する短冊と重なり合いながら試料端部に突き刺ささり、試料を落下させずに採取できる。
また、貫入抵抗が大きくなり貫入が困難になりそうな時は、サンプラーヘッド２より大きい径で、長さがサンプラー総長より長いコアチューブを、サンプラーヘッド２に装着したロッド１より径の大きい掘管の先端部に接続し、上端部には回転自在で上下動が出来るスイベルにホースを接続し、これらをロッド１とサンプラーにかぶせてホースから泥水を圧送しながらロッド１を回転させずに掘管のみを回転或いは揺動して貫入管３の周辺地盤を掘削して摩擦抵抗を少なくして貫入させ、かつサンプラー引揚時の負圧の発生をなくす。
【実施例６】
【００４３】
図２５ないし図２７の実施例６において、前記実施例１と主に異なる点は、サンプラーヘッド２の中央部を貫通する連結ロッド４０に固定されるとともに、該連結ロッド４０の上部にスライド移動可能に取付けられた固定ロッド４１ を有し、かつロッド１の先端部が取付けられる回転切削菅取付部材３５、この回転切削菅取付部材３５に上端部が固定され、先端部のビット部３７がシュー６の外周部に位置する貫入菅３との間に環状流路５としての隙間を有する回転切削菅３６、前記ロッド１から供給される加圧水を前記環状流路５としての隙間に供給する加圧水供給孔２９、前記回転切削菅取付部材３５の底面に取付けられた前記連結ロッド４０の上下移動が可能で、該回転切削菅取付部材３５の回転が伝わるのを阻止する連結ロッド支持部材３８とからなる貫入菅３の外周部の切削装置３９を設けて地盤試料採取装置Ｘ５を構成している。
【００４４】
このように構成された地盤試料採取装置Ｘ５は実施例１，２の静的圧入型に対し，中〜密な砂地盤や小礫混じり地盤を対象とするもので、サンプラー側面を掘削しながら圧入するもので、一般によく用いられているサンプラーを改良したものである。
請求項４に関する実施例で図２５ないし図２７に示すように、通常のトリプルチューブサンプラーと基本的な相違点は、ピストン１４が装着され潤滑剤が封入されていること試料収納管４と貫入管３の間に環状流路５があり、試料収納管４上部の連通孔８を通して潤滑剤が流下でき、試料下部の潤滑剤塗布管７で潤滑剤が試料の側面に塗布され摩擦が低減されること等が主な相違点である。
【００４５】
請求項１または２記載の特定サンプラーヘッド２上に回転自在のスラストベアリング３８ａを設け、その上に軸方向に伸縮するスプリング３８ｂを介して回転切削菅取付部材３５を装着し、先端部に回転切削ビット３７を有する回転切削菅３６を回転切削ビット３７に接続し、回転切削ビット３７上面中心にはロッド１が接続され、押し圧とトルクを回転切削ビット３７に伝達し、かつロッド１を介して圧送される泥水は回転切削ビット３７で泥水導管２９を通り、回転切削菅３６の内面と特定サンプラーの貫入管３との環状隙間に導かれ回転切削ビット部３７で噴射され、掘削しながらサンプリングが出来るようになっている。
【００４６】
ポリマー濃厚溶液等の潤滑剤はサンプラーヘッド２とスラストベアリング３８ａやスプリング３８ｂの中心線上を貫通する連結ロッド兼潤滑剤導管４０を通り回転切削菅３６の注入バルブ１２、吐出圧調整バルブ１０へ導かれる。
緩〜中位の砂地盤から試料を採取する場合、試料にトルクが働かないように回転切削ビット３７は、従来型の全周面に装着するのではなく、３〜５点のみに装着した鋭利な刃先を用いる送泥式回転切削とする。
【実施例７】
【００４７】
図２８の実施例７において、前記実施例６と主に異なる点は、サンプラーヘッド２側のロッド１の外周部お加圧水が供給される堀菅４２で覆うとともに、該堀菅４２の下端部にコアチューブヘッド４３を固定し、該コアチューブヘッド４３に上端部が固定され、ビット３７を備えた下端部がシュー６の外周部に位置し、貫入菅３との間に隙間を有するコアチューブ４４とからなる貫入菅３の外周部の切削装置切削装置３９Ａを設けて地盤試料採取装置Ｘ６を構成している。
【００４８】
このように構成された地盤試料採取装置Ｘ６をさらに詳しく説明すると、ロッド１とサンプラー全体に原則非接触で被せるコアチューブ４４である。ロッド１の外側には掘管４２を被せ、掘管の下端部にはコアチューブヘッド４３を接続し、下端にビット３７を装着したコアチューブ４４を接続する。ロッド１の上端部は図示していないボーリングマシンに接続され上下動が出来るようになっている。ロッド１にはスイベル４５と回転用のハンドル４７が装着され、スイベル４５によってロッド１は上下動のみ伝達され回転は阻止されている。スイベル４５の上面には泥水ホース４６が接続され、掘管４２の上下動のみの泥水掘削あるいは回転・揺動・上下動を併用した泥水掘削を行いサンプラーの貫入抵抗を小さくし、かつサンプラー引抜時に真空圧が発生して地盤を乱すことがないようにしている。
【実施例８】
【００４９】
図２９および図３０の実施例８において、前記実施例７と主に異なる点は、サンプラーヘッド２側のロッド１の外周部を覆う加圧水が供給され、かつ上下移動可能な堀菅４２、この堀菅４２の下端部に固定された作動杆ヘッド４９、この作動杆ヘッド４９に上端部が固定され、下端部がシュー６の外周部に位置する、貫入菅３との間に隙間を有する試料収納菅４で収納した試料をキャッチすることができるキャッチャ−作動菅５４、前記作動杆ヘッド４９の上部位置の堀菅４２に固定された切削菅ヘッド４８、この切削菅ヘッド４８に上端部が固定され、内側面が傾斜面のビットを備えた下端部がシュー６の外周部に位置する切削菅３６、前記堀菅４２を下方に移動させて作動杆ヘッド４９およびキャッチャ−作動菅５４を下方に移動させ、該キャッチャ−作動菅５４の先端部のビット３７の内側面に沿って内側に湾曲させる堀菅下降装置５０を設けて地盤試料採取装置Ｘ７を構成している。
【００５０】
このように構成された地盤試料採取装置Ｘ７をさらに詳しく説明すると、特定サンプラーの外周を掘削して貫入抵抗を小さくすることと、強制圧入キャッチャーも装備しているのが特徴である。かつ試料・試料収納管４・貫入管３にトルクが働かないように地上に於いてロッド１で回転を固定しているので品質の低下要因がカットされている。
【００５１】
特定サンプラーーヘッド２上の中心にロッド１が接合され、サンプラーヘッド２より径の大きいキャッチャ作動管５４は作動管ヘッド４９に接合され、その外側を摺動する切削管３６、その先端部にはビット３７を装着し、キャッチャ作動管５４とビットの間には鋸刃状キャッチャー５５が下向きにセットされ、ビット３７上面の内側下がりの傾斜リング面５６に接した状態で切削管が切削管ヘッド４８に接合されると作動管ヘッド４９上面は切削管ヘッド４８の下面に接するようになっている。
【００５２】
サンプラーヘッド２上面にはロッド１径に対して切削管３６より厚い肉厚で長さがキャッチャー閉塞に必要なストロークで、その先は有孔円錐台状になり先端部はロッド径と同じ径のキャッチャー作動用の有孔円錐台５２がサンプラーヘッド２と作動管ヘッド４９間のロッド１に装着され、その上端部にはキャッチャー作動管５４と切削管３６の回転と上下動を固定するピンホールに差し込んだピンを抜き取るためのピン抜きフック５１が装着されている。
【００５３】
キャッチャー作動管５４と切削管３６を固定するピンホールにピンを差し込み一体化してピン抜きフックをセットし、貫入管３先端のシューと回転切削ビット３７との離間距離を適性に保ちながら、掘管４２のみを図示していないボーリングマシンで回転させて泥水掘削し、ロッド１は地上で回転を阻止した状態で同時に地中に圧入する。
【００５４】
所定長のサンプリングが出来た時点でロッドの上下動も地上で固定し掘管４２のみに押し圧と回転力を作用させて泥水掘削を行うと接合ピンフックは、有孔円錐台の斜面を降下し、ビット３７上部の傾斜円錐リングがシュー６と同レベルに達した時点で、固定ピンが引き抜かれ、同時に、作動杆ヘッド４９が貫入しないように作動杆ヘッド４９に装着した鋼棒からなるスペーサー５３が作動管ヘッド４９を貫通してサンプラーヘッド２上面に当たると同時に、掘管４２の回転を止め、圧入力のみを作用させると貫入管３はロッド１で上下動が固定されているのでシュー６は上下動ができなく、掘管４２の押し圧により作動管は下降するので鋸刃キャッチャ５５ーは先端部で内側に折り曲げられながらシュー６下方の地盤に貫入して閉塞し、試料の落下を防止することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
近年、地盤と基礎の解析が益々高度化してきている半面、液状化や土砂災害など自然リスクがゲリラ豪雨や地震の度に巨大化してきている。このような社会的強い要求に対し旧来の地盤調査法では十分対処できなくなってきた。一方、室内での要素試験技術は長足の進歩を遂げてきたが、それに耐え得る高品質試料の提供が出来ていない。そこで、当該新手法の確実な普及化が望まれる。
【００５６】
本発明は地盤試料採取装置を製造する産業およびこれを使用する産業で利用される。
【符号の説明】
【００５７】
１：ロッド、 ２：サンプラーヘッド、
３：貫入管、 ４：試料収納菅、
５：環状流路、 ６：シユー、
７：潤滑剤塗布管、 ８：連通孔、
８：連通孔、 １０：吐出圧調節バルブ、
１２：注入バルブ、 １３：ピストン固定ワイヤー、
１４：ピストン、 １５：クッション、
１６：圧縮プレート、 １７：圧縮ボルトナット、
１８：潤滑剤貯蔵スペース、 １９：潤滑剤通路、
２１：縦スリット、 ２２：傾斜スリット、
２３：弾性ビーム、 ２４：弾性チューブ、
２５：外管、 ２６：キャッチャ兼潤滑剤塗布管、
２７：外菅取付部材、 ２８：固定ロッド、
２９：泥水導管、 ３０：貫入用ピストン、
３１：高水圧作動バルブ、 ３２：貫入用ストッパー、
３３：ストッパー孔、 ３４：キャッチャー作動用ピストン、
３５：回転切削菅取付部材、 ３６：切削管、
３７：回転切削ビット、 ３８：連結ロッド支持部材、
３９、３９Ａ：切削装置、 ４０：連結ロッド兼潤滑剤導管、
４１：固定ロッド、 ４２：掘管、
４３：コアチューブヘッド、 ４４：コアチューブ、
４５：スイベル、 ４６：泥水ホース、
４７：ハンドル、 ４８：切削管ヘッド、
４９：作動管ヘッド、 ５０：堀菅下降装置、
５1：ピン抜きフック、 ５２：有孔円錐台、
５３：スペーサー、 ５４：キャッチャ作動管、
５５：鋸刃状キャッチャー、 ５６：傾斜リング面、
７０：試料キャッチ装置、
Ｘ、Ｘ１〜Ｘ７：地盤試料採取装置。
【技術分野】
【０００１】
本発明はボーリング孔底あるいはピット内で、地盤の強度や変形特性等の高度な室内試験を行うための供試体を採取する場合に使用する地盤試料採取装置に関し、特に試料収納管内に試料を取り込む時や試料を収納管から押出す時に試料周面に作用する摩擦力やサンプラーを引き抜く時の真空圧、各種の振動や揺動等による品質の低下と試料の落下防止等を図る地盤試料採取装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
地上あるいは地中に建造される構造物の設計・施工、液状化や土砂災害などの予測・復旧などに欠かすことができない地盤の力学的情報は、試験に供する供試体の品質により大きく異なる。ここでは、供試体の品質低下要因全般に配慮しつつ、品質低下の主因でありながら従来から開発が遅れていた地盤試料と試料収納管との摩擦、真空圧等による地圧と間隙圧の変化に着目した。
【０００３】
この分野での研究開発は、今回の主目的と同様、高品質化と言っても如何に確実に試料を採取できるかが第一で、採取者にとっては都合のよい方向に、試料にとっては過酷な応力条件下での採取法が主流であった。特に、内面がザラザラなチューブを圧入する結果（粗度の規定がある規格がない）、試料は圧縮されることになるが、これに対処するための固定ピストン式サンプラーが一般に用いられている（ざらざらチューブでは摩擦が大きく試料は落下し難いが、試料が圧縮されるとピストンと試料上面間に負圧が発生し試料を伸長する）サンプリング後、サンプラーを地中から引き揚げようとすると真空圧が発生し採取試料は下方に引っ張られるが、チューブとの摩擦が大きいと試料は落下し難いことになり、採取者にとっては好都合である。品質低下の原因をそのままにして対処療法的な開発が多かった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６０―２００１４３号公報
【特許文献２】特開昭６０―２００１４４号公報
【特許文献３】特開平０１―１２５４９０号公報
【特許文献４】特開平０９―７２１８４号公報
【特許文献５】特開２００１―９８５３９号公報
【特許文献６】特開２００８―００２０６８号公報
【特許文献７】特開平０８―１３６４１８号公報 前記特許文献１、２は（出願 １９８４．０３）：地圧バランス式地盤サンプラー／同試料採取方法。主としてサンプラーを静的に貫入できる緩〜中位の粘性土、砂質地盤等への適用を前提としている。試料収納管より径の小さいシューで切り取られた試料は、試料収納管内の地圧相当圧に加圧されて硬化性流体内に取り込まれ、応力解放や摩擦による品質の低下防止を主目的とした試料採取装置と方法である。前記特許文献３は（出願 １９８７．１１）：加圧式地盤試料採取方法及び装置。主としてサンプラーを静的に貫入できる緩〜中位の粘性土、砂質地盤等への適用を前提としている。（径が伸縮するピストンで収納管内面との摩擦力で）試料収納管内の試料に軸方向圧を作用させ、かつ横方向（径方向）に伸縮自在の試料収納管に（上下端部分を除く範囲に複数の縦スリットを入れ、外側に複数のゴムバンドを装着し）横方向から加圧した状態で試料を採取する方法と装置である。
【０００５】
前記特許文献４は（出願 １９９５．０９）：地盤試料用サンプラー。請求項4：透明樹脂製の内管（収納管）に１８０°対象位置にＶ型の易破断性の溝加工をすることで、簡単に２つ割に出来、試料を乱さないで取り出すことができる）。
【０００６】
前記特許文献５は（出願 １９９９．０９）：粒状体地盤コアバーレル。砂礫などの土粒子を回転切削しながら試料を採取することを前提としている。請求項１：回転切削ビット径より小さい径のコアチューブの中に機能性キャップを装着したピストンを入れて底蓋状にし、その中に高粘性流体を封入し、回転切削によるコアがサンプラーに入って来ると、封入されている高粘性流体が高圧になり機能性キャップを介してチューブとコアで形成された環状間隙に注入され、コアを保護しながら流下してビット部から排出される。
【０００７】
請求項２：原理的にはダブルコアチューブ式で、内管は非回転で外管による回転で切削し、コアが中に入ると。高粘性流体は前記ピストンの作用で内管とコアの間を流下してビットへ、他に内管のヘッドにあるバルブを通って内外管の間を流下してビット面から排出される。
【０００８】
前記特許文献６は（出願２００６．０６）：貫入式地盤試料採取装置。主としてサンプラーを静的に貫入できる緩〜中位の粘性土、砂質地盤等への適用を前提としている。一般に用いられている試料収納管を水圧ピストンで圧入するサンプラーの原理を用い、孔底面に接し、試料収納管先端部に位置する固定ピストンと試料収納管からなる空間に潤滑剤からなる高濃度溶液を密封し、送水して水圧ジャッキで試料収納管（貫入し易さと強度から通常金属製の薄肉パイプ、が用いられている）を圧入すると高圧になった潤滑剤はピストンと試料収納管の隙間を流下しながら試料を養生し、最後は採取した試料の体積分だけピストン周面から流下してシュー上部の排出口から孔内に排出される。所定長圧入されると、シュー上部に格納してあるキャッチャーが水圧ジャッキで押し出されシュー上部で閉塞され、試料の落下を防止する。
【０００９】
前記特許文献7は（出願２１９９４．１１）：プラネットギアによりサンプラー頭部で内管の回転力を外管ロッドを介して内管に伝達されないようにする装置。内管の回転を阻止することで、採取試料の品質の低下をふぐことを目的としている。
【非特許文献】
【００１０】
前述の特許に関連した論文等の数は多いが、それ以外のものを以下に示す。
【００１１】
高品質供試体の提供と摩擦問題に関する実験的考察（湯川 酒井 第４６回地盤工学研究発表会 ２００１．０７９）
我が国で一般に用いられている規格化された試料収納管（シンウォールチューブＴｗｔ）等に砂を詰めて押出し摩擦実験を行った結果、砂の密度によって異なるがＴｗｔ＋潤滑剤（ポリマー）塗布を１とすると、塩ビパイプは３、アクリルパイプは途中で圧壊、Ｔｗｔは５０〜１００倍と非常に大きいこと（潤滑剤を塗布すると摩擦が激減すること）が判明した。これから消耗品である試料収納管は安価で滑り特性と加工性に優れている塩ビ管が材質では最良であることがわかった。これに潤滑剤を塗布して使用するのが実務上ベストであると判断した。
【００１２】
サンプリングの基礎的要素技術に関する一考察（酒井他 学会誌 土と基礎Ｖｏｌ．４６ Ｎｏ．５ １９９８）。透水性の良い地盤でも孔内のコアバーレルを急速に引き上げると、液状化現象より激しいボイリングが発生することをビジュアルにした。これより、地中に貫入したサンプラーを引き上げれば大きな負圧が発生し、孔底地盤は激しく乱され、採取試料も品質が低下するので、負圧の発生を止める原理的な措置を施す必要がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
高品質試料採取を検討する場合、対象地盤によって品質低下要因は大きく異なる。そこで、当該サンプラーの適用範囲は、緩い〜密な砂・砂質土層、小礫混じり砂層に代表されるものとした場合の課題を以下に列記する。
【００１４】
主要課題は下記のＡ，Ｂ，Ｃの３課題とする（他に当然のこととして、安全性、無公害性、経済性、取扱や耐久性などをベースにして手段を選定する）。
Ａ：試料収納管内面と採取試料との摩擦による品質低下の防止：試料の押し出し時も含む
Ｂ：負圧の発生による試料落下と品質低下：
Ｃ：貫入抵抗を小さくすること：外周面の切削による、潤滑剤の活用ほか
Ｄ：その他：作業性、振動、ねじれ、刃先角度・・・
【課題を解決するための手段】
【００１５】
課題Ａ：試料収納管内面と採取試料との摩擦を低減する手段：
試料収納管の素材は従来は加工し易さから黄銅製品であったが、現在は強度的に優れたステンレス鋼が主流で、内径７５ｍｍ管、肉厚１．５〜２．０ｍｍｎのものが一般的である。しかし、このパイプは内面がかなり租なため試料との摩擦抵抗は非常に大きい。しかし、これに潤滑剤を一様に塗布すると前述のように滑り性素材の塩ビ管より滑り易くなる。そのため、前記の特開２００１―９８５３９ 特開２００８―００２０６５のように試料収納管と試料との間にクリアランスを設け、ここに潤滑剤を圧入する方法では摩擦は非常に小さくなるが、地盤によってはクリアランスによる地中応力の解放や潤滑剤の試料への浸透などによる品質低下が懸念される。この両方の問題を解決するためには、ポリマー溶液等の潤滑剤の圧力上昇を防ぐ吐出圧調節バルブをサンプラーヘッドに装着して、従来のように全ての潤滑剤を利用する方式から必要な分だけ利用すること、試料収納管内面全体に潤滑剤を適切な厚さで塗布するため、潤滑剤貯蔵スペースの底蓋に相当する自由ピストンに試料収納管内壁との間隙を調整するための間隙調整ユニットを装着、さらに試料収納管を貫入管の中に入れ、この二重管の環状間隙内を試料下端のシュー上部まで潤滑剤を流下させて試料の下部で斜スリットからなる潤滑剤塗布管を用いて試料周面に潤滑剤を塗布できるようにすることで解決可能である。現状では、試料収納管の材質や表面処理、地中応力保持等の問題はあるが、貫入管との併用を基本とし、現場の状況に応じて経験則に沿った微細な調整、ポリマーなどの潤滑剤の濃度、潤滑剤吐出圧、試料外径と試料収納管とのクリアランス、試料上部の自由ピストン部での潤滑剤塗布厚等の調整が試料採取直前でも自由に設定できるようなものとすることで品質の向上と安定化を図る。
【００１６】
試料収納管については、前述の様に材質や表面加工の他に、摩擦力と比例関係で影響する地圧による試料収納管内面に作用する圧力で摩擦抵抗は変化する。摩擦面の条件が同一ならば、応力解放が無く地圧相当圧が保持されれば静止状態では乱れが生じないが、相対変異により摩擦力は最高値に達し試料を乱すことになる。クリアランスの調整で試料収納管の径方向に作用する圧力が決まり、その結果として周面摩擦力が発生するので、クリアランスの最適化が重要課題となるが、これは地盤や深度によっても異なることになる（大きなクリアランスでも自立する地盤であれば試料収納管内面に接しない摩擦ゼロ状態を再現できるが、地盤によっては応力解放で乱れるとか崩壊するなどの現象が発生する）。そこで、経験的に最適状態に導くため、周方向に伸縮可能な試料収納管（スリット管）の外周を弾性材で支持させる方法が実績もあり有効である。例えば、特開Ｈ０１―１２５４９０（特開Ｓ６０―２００１４３／２００１４４）等が参考になる。ただし、当該発明は採取試料への拘束圧とピストンによる軸圧を作用せせることが主目的ではなく、潤滑剤との組合せで、応力解放による試料の乱れと試料収納管に作用する地圧の低下で摩擦抵抗が低下することによる乱れの関係に着目し、縦スリット試料収納管の周圧調整と潤滑剤の吐出圧調整による試料の乱れを最小化することが主眼である。スリットチューブの利用は、上記の他に収納管から試料を押出す時に摩擦による品質低下を防ぐ最も効果的な方法である（試料の押出し時は試験の都合で、通常、採取時から日数がかなり経てから行われることがあるので、潤滑剤の硬化などで試料周面と収納管が貼り付き抜けなくなるが、スリットが入っていると貼りつきを簡単に剥して取り出すことができる。
【００１７】
課題Ｂ：負圧の発生による試料落下と品質低下を防ぐ手段：
貫入型で採取したサンプラーを地盤から引き抜くと、先端部で真空圧が発生し試料の品質を低下させ、最悪の場合、試料は落下することになる。これを防ぐためには貫入管の外側を掘削し、孔内水圧がシュー位置に直ちに供給されるようにする必要がある。さらには、負圧が発生しないでも試料収納管の内面摩擦の低下により試料は落下し易くなるので、孔内水圧でサンプラー下面の試料に上向きの水圧を作用させる他、メカニカルな試料の落下防止工法の併用をできるようにする。（例えば、キャッチャ作動機構 特開２００８―００２０６５などによる）。
【００１８】
回転切削型のサンプラーでは、外側が切削されるので負圧は発生し難いようになっている。その典型はトリプルチューブサンプラーで（地盤工学会基準ＪＧＳ １２２３―２００３）、試料収納管は通常塩ビ管を用いている。しかし、採取試料の学会レベルでの評価は必ずしも良くない。その理由は緩い砂地盤では試料が落下する（キャッチャがついていない）、密なあるいは硬い地盤ではクリアランスを大きくとって採取されるため乱れやすい。特に共通して乱れの原因になるのは、回転時の振動や加圧力が大きい場合はローリングするためとされている。そこで、試料収納管の内面に試料の上下面で潤滑剤を塗布して摩擦抵抗を小さくし、ビットを土粒子切削用ではなく、土粒子を剥しながらサクサク切削できる鋭利な刃型とし、かつビット全周で切削するのではなく３点程度に付けた刃先で切削することで切削トルクを非常に小さくし、さらに回転数を従来の最低回転速度の数分の一以下にすることで振動やローリングを低減する頃が出来る。
【００１９】
課題Ｃ：貫入抵抗を小さくする手段：
前述のように、採取試料の上下位置で全面に潤滑剤を塗布することで試料と試料収納管との摩擦抵抗を減少させ、適性クリアランス（拘束圧の適正化）の確保等による貫入時の摩擦抵抗の減少、さらに貫入管の外側を掘削することで摩擦を少なくすることにする。
【００２０】
課題Ｄ：その他：
現場作業中、直前での採取結果を分析し、直ちにその場で、潤滑剤の濃度、潤滑剤吐出圧の設定、ピストン部の間隙調整ユニットの調整で潤滑剤の塗布厚を調節などが容易にできるようにすることで品質の安定化と向上を図ることにした。
【発明の効果】
【００２１】
（礫混じり）砂質系地盤の高品質試料採取装置で、試料の試料収納管などと試料との摩擦を低減することで採取時は元より試料を押し出す時の乱れも激減できる。また、潤滑剤の吐出圧の調整と斜スリットからの試料下部での潤滑剤の塗布等により摩擦の低減と採取試料への潤滑剤の浸透問題はクリアできた。現場での実績の積み重ねが次の現場での高品質化に役立つシステムの構築が出来た。
【００２２】
地圧バランスによる摩擦低減と応力解放による品質低下防止、更に、回転切削時の試料に作用するトルクのカットや切削振動等による品質低下の防止などが可能になり、現場での実績の積み重ねが次の現場での高品質化に役立つシステムの構築ができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の第１の実施の形態の使用状態の説明図。
【図２】本発明の第１の実施の形態の縦断面図。
【図３】本発明の第１の実施の形態の試料収納菅と潤滑剤塗布菅を接続した状態の正面図。
【図４】本発明の第１の実施の形態の試料収納菅と貫入菅との関係を示す断面図。
【図５】本発明の第１の実施の形態の潤滑剤貯蔵スペースに潤滑剤を収納する時の説明図。
【図６】本発明の第１の実施の形態の潤滑剤貯蔵スペースに潤滑剤が収納された状態の説明図。
【図７】本発明の第１の実施の形態の試料収納菅内に試料が入る場合の説明図。
【図８】本発明の第１の実施の形態の試料収納菅内に試料が入った状態で取り出した状態の説明図。
【図９】本発明の第２の実施の形態の使用状態の説明図。
【図１０】本発明の第２の実施の形態の縦断面図。
【図１１】本発明の第２の実施の形態の試料収納菅と潤滑剤塗布菅を接続した状態の正面図。
【図１２】本発明の第２の実施の形態の試料収納菅と貫入菅との関係を示す断面図。
【図１３】本発明の第３の実施の形態の使用状態の説明図。
【図１４】本発明の第３の実施の形態の縦断面図。
【図１５】本発明の第３の実施の形態の試料収納菅と潤滑剤塗布菅を接続した状態の正面図。
【図１６】本発明の第３の実施の形態の試料収納菅と貫入菅との関係を示す断面図。
【図１７】本発明の第４の実施の形態の使用状態の説明図。
【図１８】本発明の第４の実施の形態の縦断面図。
【図１９】本発明の第４の実施の形態の試料収納菅と潤滑剤塗布菅を接続した状態の正面図。
【図２０】本発明の第４の実施の形態の試料収納菅と貫入菅との関係を示す断面図。
【図２１】本発明の第５の実施の形態の使用状態の説明図。
【図２２】本発明の第５の実施の形態の縦断面図。
【図２３】本発明の第５の実施の形態の試料収納菅内に試料が入った状態の説明図。
【図２４】本発明の第５の実施の形態の試料キャッチ装置が作動した状態の説明図。
【図２５】本発明の第６の実施の形態の使用状態の説明図。
【図２６】本発明の第６実施の形態の縦断面図。
【図２７】本発明の第６実施の形態の試料収納菅内に試料が入った状態の説明図。
【図２８】本発明の第７の実施の形態の縦断面図。
【図２９】本発明の第８の実施の形態の縦断面図。
【図３０】本発明の第８の実施の形態の堀菅下降装置を作動させた状態の説明図。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
本発明は、現場での試料採取から採取試料を試料収納管から抜き取るまでの品質向上と安定化を目指すもので、主として、砂質土から小礫混じり砂、小礫質土等の、緩い〜密なものまでをカバーし、反対に土粒子や岩砕を切削してコアを採取することは主たる対象地盤とはしていない。
【実施例１】
【００２５】
以下に本発明の実施例について説明する。
【００２６】
当該高品質地盤試料採取装置の基本型で、請求項１に対応する実施例を図１ないし図８に示す。この高品質地盤試料採取装は、容易に静的に貫入できる緩い砂質系地盤を採取対象とするものである。
【００２７】
図１ないし図８の実施例1において、地盤に穿設したボーリング孔Ｂ底に試料収納管４をその軸方向に降下させて該試料収納管４内に地盤試料を採取する地盤試料採取装置Ｘにおいて、該地盤試料採取装置Ｘはロッド１の先端部に取付けられたサンプラーヘッド2と、このサンプラーヘッド２に上端部が螺合固定あるいはスライド移動可能に取付けられた貫入菅３と、この貫入菅３の内壁面との間に潤滑剤流路５が形成されるように該貫入菅３内に挿入された摩擦抵抗の小さい素材あるいは摩擦抵抗の小さいシートを内壁面に貼着あるいはコーティングした採取試料を保護する試料収納菅4と、この試料収納菅４の下端部に該試料収納菅４と同一内径寸法の短菅に短冊上の傾斜潤滑剤流路２２が形成された潤滑剤塗布菅7と、前記貫入菅３の下端部に取付けられた前記試料収納菅４と同径かあるいはわずかに小さい内径の外テーパを有する該試料収納菅4の上部が前記サンプラーヘッド２の底面に接触した状態で該試料収納菅４と前記潤滑剤塗布菅7を固定するシュー6と、前記試料収納菅４内にスライド移動可能に取付けられたピストン14と、このピストン14と前記サンプラーヘッド２との間の試料収納菅4の潤滑剤貯蔵スペース１８に潤滑剤を供給するとともに、供給された潤滑剤に所定の圧力が加わると外方へ排出する潤滑剤通路１９と、前記試料収納菅４の上部に形成された前記潤滑剤貯蔵スペース１８の潤滑剤を前記潤滑剤流路１９へ供給する連通孔８とで構成されている。
【００２８】
詳しくは、試料を収納する試料収納管４は塩ビ管で（他にテフロン等の土との摩擦抵抗の小さな素材からなる管やこれらの薄肉シートを内面に貼付或いはコーティングした物も対象となるが。安価で多様なものがあるので塩ビパイプを使用した）、その外径より僅かに大きい内径の貫入管３被せ、さらに試料収納管４と同一内径の短管に試料全面にスリットから潤滑剤が塗布できるように短冊状の傾斜潤滑剤流路２２としての傾斜スリットの潤滑剤供給溝がシュー６と接する部分に設けた潤滑剤塗布管７を貫入管３の下側に入れてある。傾斜スリット２２から浸み出た潤滑剤が試料周面全体に塗布されるように傾斜スリットの角度と長さを決めている。
【００２９】
試料収納管４の頂部はサンプラーヘッド２下面に接触した状態で貫入管３をサンプラーヘッド２に着脱可能にネジ接合されている。貫入管３の下端には試料収納管４と同径か僅かに小さい内径の外テーパーのシュー6を着脱可能にネジ接合して、試料収納管４と潤滑剤塗布管７を固定する。試料収納管４の内径より僅かに小さい径のピストン１４を試料収納管４内の底部近くにセットする。シュー６の先端部の内径が試料収納管４より小さくしてクリアランスを取っている場合はピストン１４がその段差で抜け落ちないようになっているが、段差なしの場合は図示のようにサンプラーヘッド２の下面との間にピストン固定ワイヤー１３で抜け落ちないようにしている。ピストン１４で底が出来た試料収納管４を側壁とする潤滑剤貯蔵スペース１８に通常１〜５％の濃厚ポリマー溶液などの潤滑剤をサンプラーヘッド２部の注入孔１１から注入して満たし、かつ試料収納管４の上部の連通孔８を通って試料収納管４と貫入管３からなる環状流路５を流下して下部の潤滑剤塗布管７の下端まで満たし、潤滑剤塗布管７の傾斜スリット２２からエアを排出しながら高品質地盤試料採取装内に潤滑剤を充填する（高品質地盤試料採取装を孔内に下降させるとき、潤滑剤の粘性が大きいのでピストン１４の隙間から流出することはない）。
【００３０】
潤滑剤が一様に、そして試料全面に塗布され、かつ試料の深部まで潤滑剤が浸透しないように、採取地盤の状態によりサンプラーヘッド２にある潤滑剤の吐出圧調節バルブ１０を弾性薄肉テープをヘッドに巻く張力と巻き数により潤滑剤吐出孔９からでる潤滑剤の量を調節する。同様にピストン１４と試料収納管４内面の隙間から潤滑剤が流下して試料に浸透しないように、かつ通常用いられているＯリング等によるピストンシールを使うと潤滑剤が拭き取られ摩擦低減効果が低下するので、潤滑剤の濃度（粘性）を考慮して間隙を決める必要がある。そのため、ピストン１４上にスポンジなどのクッション１５をセットし圧縮プレート１６を介して圧縮ボルトナット１７で調節する。
【００３１】
サンプラーヘッド２にロッド１を介して地上から押し圧を作用させて貫入管３と試料収納管４を同時に貫入させると、試料が試料収納管４内に入り、同時にピストン１４が相対的に上昇して（固定ピストン式なのでピストン１４の深度は一定で高品質地盤試料採取装のみが貫入する）潤滑剤は加圧され、加圧された潤滑剤は連通孔８を通って、環状流路５を流下し潤滑剤塗布管７で傾斜スリット２２から試料側面に潤滑剤が塗布され、余った潤滑剤はサンプラーヘッド２部の吐出圧調節バルブ１０から排出されるようになっている。このように試料採取前に採取地盤の状態により各種の調節ができることが特徴である。
【実施例２】
【００３２】
図９ないし図１２の実施例２において、前記実施例１と主に異なる点は、試料収納菅４Aの軸方向の全長あるいは下端部を除く部位に１個の縦スリット２１を形成し、その外周を３個の弾性ビーム２３、２３、２３で支持したものを用いた点で、このような試料収納菅４Aを用いて構成した地盤試料採取装置Ｘ１にしても前記実施例１と同様な作用効果が得られる。
【００３３】
なお、試料収納管４Ａを単に剛性の大きな管ではく、試料が地圧で膨張することによる摩擦の増加を軽減するため、試料収納管４Ａが直径方向に伸縮できるものとし、採取後、試料収納管４Ａから試料を押出す時の摩擦をなくすため、縦スリット２１を広げて摩擦が働かない状態で試料を押出せる。
【実施例３】
【００３４】
図１３ないし図１６の実施例３において、前記実施例１と主に異なる点は、試料収納菅４Ｂの軸方向の全長あるいは下端部を除く部位に３個の縦スリット２１、２１、２１を形成し、その外周部分を３個の弾性ビーム２３、２３、２３で支持したものを用いた点で、このような試料収納菅４Ｂを用いて構成した地盤試料採取装置Ｘ２にしても前記実施例１と同様な作用効果が得られる。
【実施例４】
【００３５】
図１７ないし図２０の実施例４において、前記実施例１と主に異なる点は、試料収納菅４Ｃの軸方向の全長あるいは下端部を除く部位に３個の縦スリット２１、２１、２１を形成し、その外周部分をテープ２４でテーピングしたり、あるいは複数個の弾性チューブで支持したものを使用した点で、このような試料収納菅４Ｃを用いて構成した地盤試料採取装置Ｘ３にしても前記実施例１と同様な作用効果が得られる。
【００３６】
なお、弾性チューブ径、厚さや枚数、弾性ビーム２３、２３，２３の幅や厚さ、硬さを選択することでスリット収納管４ｃに作用する拘束圧を事前に調節することができる。
【実施例５】
【００３７】
図２１ないし図２４の実施例５において、前記実施例１と主に異なる点は、ピストン１４はサンプラーヘッド2の中央部をスライド移動するピストン固定ロッド２８に固定されるとともに、該ピストン固定ロッド２８の上端部は底面に取付けられ、かつ上面にロッド１の先端部が取付けられた外菅取付部材２７、この外菅取付部材２７に上端部が固定され、先端部を除く貫入菅３を内部に収納する外菅２５、前記外菅取付部材２７とサンプラーヘッド２との間の外菅２５内に設けられた貫入用ピストン３０、この貫入用ピストン３０と前記外菅取付部材２７との間の加圧水室３１ａに加圧水を供給する加圧水供給路３１ｂ、前記外菅２５の下部寄りの部位に形成したストッパー孔３３と係合する前記貫入用ピストン３０に設けられた貫入用ストッパー３２、この貫入用ストッパー３２が前記ストッパー孔３３に係合すると前記貫入用ピストン３０と前記サンプラーヘッド２との間の下部加圧水室３１ｃに加圧水を流入させ、該サンプラーヘッド２を下方へ移動させて潤滑剤塗布菅7の先端部をシュー６によって内側へ湾曲させる該貫入用ピストン３０に設けられた高水圧作動バルブ３１とからなる試料収納菅の試料キャッチ装置７０とを設けて地盤試料採取装置Ｘ４を構成している。
【００３８】
このように構成された地盤試料採取装置Ｘ４は強制圧入のキャッチャーが付いているので試料の落下の心配がない半面、水圧シリンダーがある分、サンプリング孔径が大きくなる。
【００３９】
ボーリングロッド1の先端にサンプラーヘッド２を取り付け、これに接続する外管２５に水密で摺動する貫入用ピストン３０を嵌め込み、このピストンには外管２５内径より小さい外径の貫入管３が接続され、この中に環状流路５を形成して径の小さい試料収納管４が挿入された二重管からなり、試料収納管４頂部には潤滑剤の連通孔８が設けられ、貫入管３先端部には外テーパーで試料収納管４内径より僅かに小さいか同径のシュー６が接続され、シュー６の上面と試料収納管４との間には試料収納管４の内径と同径の傾斜スリット加工された短冊状のキャッチャ兼潤滑剤塗布管２６が嵌め込まれている。短管の円周上にスリットで試料全周面を覆うように上端部を除き斜めに多数のスリットを入れることで潤滑剤が試料全表面に塗布され、かつキャッチャーの役目も果たすように、下部先端は外テーパーを付け、円周上に数段の溝加工をすることで押込まれるとシュー６の上面の傾斜したリングに刃先が当たり内側に折れ曲がり、シュー６の上面付近の試料に突き刺さり試料の落下を防ぐようになっている。
【００４０】
試料収納管４の上端部は貫入管３をシリンダーとするキャッチャ作動用ピストン３４に接合され、このピストン１４は貫入用ピストン３０の下面に接し、シュー６位置にはシュー６内径と同じか僅かに小さい径の固定ピストン１４がセットされることで出来た潤滑剤貯蔵スペース１８に潤滑剤が封入され、固定ピストン１４は、中心にピストン固定ロッド２８を有し、このロッドは潤滑剤封入用の導管も兼用し、キャッチャ作動用ピストン３４と貫入用ピストン３０の中心を水密で摺動可能な状態で貫通してサンプラーヘッド２に結合され、導管はサンプラーヘッド２内を通り端部で注入孔１１と吐出孔９に枝分かれし注入バルブ１２と吐出圧調整バルブ１０に連結しているサンプラーを試料採取深度に降ろし、ロッド１の上下動が無いように地上で固定し、ロッド１に加圧水を注入し外菅取付部材２７の泥水導管２９を通って貫入用ピストン３０とキャッチャ作動用ピストン３４が下方に同時に押出されると、試料が試料収納管４内に入り、同時にピストン１４が上昇して潤滑剤は加圧される。
【００４１】
加圧された潤滑剤がピストント１４と試料収納管４の隙間から下方に流出して試料に浸透しないように、かつ潤滑剤が試料収納管４の内壁からすべて除去されることなく薄く皮膜が残る程度にピストン１４に装着した間隙調整ユニット１５を事前に調節しておく。加圧された潤滑剤は連通孔８を通って、環状流路５内を流下して潤滑剤塗布管7の斜めスリットから試料側面に潤滑剤が塗布され、余った潤滑剤はサンプラーヘッド２部の吐出圧調節バルブ１０から排出される。
【００４２】
所定長貫入すると、貫入用ピストン３０の側面から貫入ストッパー３２が外管２５下端部に設けられたストッパー孔３３に嵌まり、貫入用ピストン３０が停止することをトリガーとして、貫入用ピストン３０は上下動を停止した状態のままで、その下方にセットしてあるキャッチャー作動用ピストン３４が加圧水の注入により下降して、シュー６の上面とキャッチャ兼潤滑剤塗布管２６の先端部の接触圧で先端部が内側に曲がり隣接する短冊と重なり合いながら試料端部に突き刺ささり、試料を落下させずに採取できる。
また、貫入抵抗が大きくなり貫入が困難になりそうな時は、サンプラーヘッド２より大きい径で、長さがサンプラー総長より長いコアチューブを、サンプラーヘッド２に装着したロッド１より径の大きい掘管の先端部に接続し、上端部には回転自在で上下動が出来るスイベルにホースを接続し、これらをロッド１とサンプラーにかぶせてホースから泥水を圧送しながらロッド１を回転させずに掘管のみを回転或いは揺動して貫入管３の周辺地盤を掘削して摩擦抵抗を少なくして貫入させ、かつサンプラー引揚時の負圧の発生をなくす。
【実施例６】
【００４３】
図２５ないし図２７の実施例６において、前記実施例１と主に異なる点は、サンプラーヘッド２の中央部を貫通する連結ロッド４０に固定されるとともに、該連結ロッド４０の上部にスライド移動可能に取付けられた固定ロッド４１ を有し、かつロッド１の先端部が取付けられる回転切削菅取付部材３５、この回転切削菅取付部材３５に上端部が固定され、先端部のビット部３７がシュー６の外周部に位置する貫入菅３との間に環状流路５としての隙間を有する回転切削菅３６、前記ロッド１から供給される加圧水を前記環状流路５としての隙間に供給する加圧水供給孔２９、前記回転切削菅取付部材３５の底面に取付けられた前記連結ロッド４０の上下移動が可能で、該回転切削菅取付部材３５の回転が伝わるのを阻止する連結ロッド支持部材３８とからなる貫入菅３の外周部の切削装置３９を設けて地盤試料採取装置Ｘ５を構成している。
【００４４】
このように構成された地盤試料採取装置Ｘ５は実施例１，２の静的圧入型に対し，中〜密な砂地盤や小礫混じり地盤を対象とするもので、サンプラー側面を掘削しながら圧入するもので、一般によく用いられているサンプラーを改良したものである。
請求項４に関する実施例で図２５ないし図２７に示すように、通常のトリプルチューブサンプラーと基本的な相違点は、ピストン１４が装着され潤滑剤が封入されていること試料収納管４と貫入管３の間に環状流路５があり、試料収納管４上部の連通孔８を通して潤滑剤が流下でき、試料下部の潤滑剤塗布管７で潤滑剤が試料の側面に塗布され摩擦が低減されること等が主な相違点である。
【００４５】
請求項１または２記載の特定サンプラーヘッド２上に回転自在のスラストベアリング３８ａを設け、その上に軸方向に伸縮するスプリング３８ｂを介して回転切削菅取付部材３５を装着し、先端部に回転切削ビット３７を有する回転切削菅３６を回転切削ビット３７に接続し、回転切削ビット３７上面中心にはロッド１が接続され、押し圧とトルクを回転切削ビット３７に伝達し、かつロッド１を介して圧送される泥水は回転切削ビット３７で泥水導管２９を通り、回転切削菅３６の内面と特定サンプラーの貫入管３との環状隙間に導かれ回転切削ビット部３７で噴射され、掘削しながらサンプリングが出来るようになっている。
【００４６】
ポリマー濃厚溶液等の潤滑剤はサンプラーヘッド２とスラストベアリング３８ａやスプリング３８ｂの中心線上を貫通する連結ロッド兼潤滑剤導管４０を通り回転切削菅３６の注入バルブ１２、吐出圧調整バルブ１０へ導かれる。
緩〜中位の砂地盤から試料を採取する場合、試料にトルクが働かないように回転切削ビット３７は、従来型の全周面に装着するのではなく、３〜５点のみに装着した鋭利な刃先を用いる送泥式回転切削とする。
【実施例７】
【００４７】
図２８の実施例７において、前記実施例６と主に異なる点は、サンプラーヘッド２側のロッド１の外周部お加圧水が供給される堀菅４２で覆うとともに、該堀菅４２の下端部にコアチューブヘッド４３を固定し、該コアチューブヘッド４３に上端部が固定され、ビット３７を備えた下端部がシュー６の外周部に位置し、貫入菅３との間に隙間を有するコアチューブ４４とからなる貫入菅３の外周部の切削装置切削装置３９Ａを設けて地盤試料採取装置Ｘ６を構成している。
【００４８】
このように構成された地盤試料採取装置Ｘ６をさらに詳しく説明すると、ロッド１とサンプラー全体に原則非接触で被せるコアチューブ４４である。ロッド１の外側には掘管４２を被せ、掘管の下端部にはコアチューブヘッド４３を接続し、下端にビット３７を装着したコアチューブ４４を接続する。ロッド１の上端部は図示していないボーリングマシンに接続され上下動が出来るようになっている。ロッド１にはスイベル４５と回転用のハンドル４７が装着され、スイベル４５によってロッド１は上下動のみ伝達され回転は阻止されている。スイベル４５の上面には泥水ホース４６が接続され、掘管４２の上下動のみの泥水掘削あるいは回転・揺動・上下動を併用した泥水掘削を行いサンプラーの貫入抵抗を小さくし、かつサンプラー引抜時に真空圧が発生して地盤を乱すことがないようにしている。
【実施例８】
【００４９】
図２９および図３０の実施例８において、前記実施例７と主に異なる点は、サンプラーヘッド２側のロッド１の外周部を覆う加圧水が供給され、かつ上下移動可能な堀菅４２、この堀菅４２の下端部に固定された作動杆ヘッド４９、この作動杆ヘッド４９に上端部が固定され、下端部がシュー６の外周部に位置する、貫入菅３との間に隙間を有する試料収納菅４で収納した試料をキャッチすることができるキャッチャ−作動菅５４、前記作動杆ヘッド４９の上部位置の堀菅４２に固定された切削菅ヘッド４８、この切削菅ヘッド４８に上端部が固定され、内側面が傾斜面のビットを備えた下端部がシュー６の外周部に位置する切削菅３６、前記堀菅４２を下方に移動させて作動杆ヘッド４９およびキャッチャ−作動菅５４を下方に移動させ、該キャッチャ−作動菅５４の先端部のビット３７の内側面に沿って内側に湾曲させる堀菅下降装置５０を設けて地盤試料採取装置Ｘ７を構成している。
【００５０】
このように構成された地盤試料採取装置Ｘ７をさらに詳しく説明すると、特定サンプラーの外周を掘削して貫入抵抗を小さくすることと、強制圧入キャッチャーも装備しているのが特徴である。かつ試料・試料収納管４・貫入管３にトルクが働かないように地上に於いてロッド１で回転を固定しているので品質の低下要因がカットされている。
【００５１】
特定サンプラーーヘッド２上の中心にロッド１が接合され、サンプラーヘッド２より径の大きいキャッチャ作動管５４は作動管ヘッド４９に接合され、その外側を摺動する切削管３６、その先端部にはビット３７を装着し、キャッチャ作動管５４とビットの間には鋸刃状キャッチャー５５が下向きにセットされ、ビット３７上面の内側下がりの傾斜リング面５６に接した状態で切削管が切削管ヘッド４８に接合されると作動管ヘッド４９上面は切削管ヘッド４８の下面に接するようになっている。
【００５２】
サンプラーヘッド２上面にはロッド１径に対して切削管３６より厚い肉厚で長さがキャッチャー閉塞に必要なストロークで、その先は有孔円錐台状になり先端部はロッド径と同じ径のキャッチャー作動用の有孔円錐台５２がサンプラーヘッド２と作動管ヘッド４９間のロッド１に装着され、その上端部にはキャッチャー作動管５４と切削管３６の回転と上下動を固定するピンホールに差し込んだピンを抜き取るためのピン抜きフック５１が装着されている。
【００５３】
キャッチャー作動管５４と切削管３６を固定するピンホールにピンを差し込み一体化してピン抜きフックをセットし、貫入管３先端のシューと回転切削ビット３７との離間距離を適性に保ちながら、掘管４２のみを図示していないボーリングマシンで回転させて泥水掘削し、ロッド１は地上で回転を阻止した状態で同時に地中に圧入する。
【００５４】
所定長のサンプリングが出来た時点でロッドの上下動も地上で固定し掘管４２のみに押し圧と回転力を作用させて泥水掘削を行うと接合ピンフックは、有孔円錐台の斜面を降下し、ビット３７上部の傾斜円錐リングがシュー６と同レベルに達した時点で、固定ピンが引き抜かれ、同時に、作動杆ヘッド４９が貫入しないように作動杆ヘッド４９に装着した鋼棒からなるスペーサー５３が作動管ヘッド４９を貫通してサンプラーヘッド２上面に当たると同時に、掘管４２の回転を止め、圧入力のみを作用させると貫入管３はロッド１で上下動が固定されているのでシュー６は上下動ができなく、掘管４２の押し圧により作動管は下降するので鋸刃キャッチャ５５ーは先端部で内側に折り曲げられながらシュー６下方の地盤に貫入して閉塞し、試料の落下を防止することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
近年、地盤と基礎の解析が益々高度化してきている半面、液状化や土砂災害など自然リスクがゲリラ豪雨や地震の度に巨大化してきている。このような社会的強い要求に対し旧来の地盤調査法では十分対処できなくなってきた。一方、室内での要素試験技術は長足の進歩を遂げてきたが、それに耐え得る高品質試料の提供が出来ていない。そこで、当該新手法の確実な普及化が望まれる。
【００５６】
本発明は地盤試料採取装置を製造する産業およびこれを使用する産業で利用される。
【符号の説明】
【００５７】
１：ロッド、 ２：サンプラーヘッド、
３：貫入管、 ４：試料収納菅、
５：環状流路、 ６：シユー、
７：潤滑剤塗布管、 ８：連通孔、
８：連通孔、 １０：吐出圧調節バルブ、
１２：注入バルブ、 １３：ピストン固定ワイヤー、
１４：ピストン、 １５：クッション、
１６：圧縮プレート、 １７：圧縮ボルトナット、
１８：潤滑剤貯蔵スペース、 １９：潤滑剤通路、
２１：縦スリット、 ２２：傾斜スリット、
２３：弾性ビーム、 ２４：弾性チューブ、
２５：外管、 ２６：キャッチャ兼潤滑剤塗布管、
２７：外菅取付部材、 ２８：固定ロッド、
２９：泥水導管、 ３０：貫入用ピストン、
３１：高水圧作動バルブ、 ３２：貫入用ストッパー、
３３：ストッパー孔、 ３４：キャッチャー作動用ピストン、
３５：回転切削菅取付部材、 ３６：切削管、
３７：回転切削ビット、 ３８：連結ロッド支持部材、
３９、３９Ａ：切削装置、 ４０：連結ロッド兼潤滑剤導管、
４１：固定ロッド、 ４２：掘管、
４３：コアチューブヘッド、 ４４：コアチューブ、
４５：スイベル、 ４６：泥水ホース、
４７：ハンドル、 ４８：切削管ヘッド、
４９：作動管ヘッド、 ５０：堀菅下降装置、
５1：ピン抜きフック、 ５２：有孔円錐台、
５３：スペーサー、 ５４：キャッチャ作動管、
５５：鋸刃状キャッチャー、 ５６：傾斜リング面、
７０：試料キャッチ装置、
Ｘ、Ｘ１〜Ｘ７：地盤試料採取装置。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
地盤に穿設したボーリング孔底に試料収納管をその軸方向に降下させて該試料収納管内に地盤試料を採取する地盤試料採取装置において、該地盤試料採取装置をロッドの先端部に取付けられたサンプラーヘッドと、このサンプラーヘッドに上端部が固定あるいはスライド移動可能に取付けられた貫入菅と、この貫入菅の内壁面との間に潤滑剤流路が形成されるように該貫入菅内に挿入された摩擦抵抗の小さい素材あるいは摩擦抵抗の小さいシートを内壁面に貼着あるいはコーティングした採取試料を保護する試料収納菅と、この試料収納菅の下端部に該試料収納菅と同一内径寸法の短菅に短冊上の傾斜潤滑剤流路が形成された潤滑剤塗布菅と、前記貫入菅の下端部に取付けられた前記試料収納菅と同径かあるいはわずかに小さい内径の外テーパを有する該試料収納菅の上部が前記サンプラーヘッドの底面に接触した状態で該試料収納菅と前記潤滑剤塗布菅を固定するシューと、前記試料収納菅内にスライド移動可能に取付けられたピストンと、このピストンと前記サンプラーヘッドとの間の試料収納菅の潤滑剤貯蔵スペースに潤滑剤を供給するとともに、供給された潤滑剤に所定の圧力が加わると外方へ排出する潤滑剤通路と、前記試料収納菅の上部に形成された前記潤滑剤貯蔵スペースの潤滑剤を前記潤滑剤流路へ供給する連通孔とで構成したことを特徴とする地盤試料採取装置。
【請求項２】
試料収納菅は該試料収納菅の軸方向の全長あるいは下端部を除く部位に少なくとも１個以上の縦スリットを形成し、その外周を複数個の弾性ビームで支持したり、縦スリットをテーピングしたり、複数個の弾性チューブで支持したものを使用していることを特徴とする請求項１記載の地盤試料採取装置。
【請求項３】
ピストンはサンプラーヘッドの中央部をスライド移動するピストン固定ロッドに固定されるとともに、該ピストン固定ロッドの上端部は底面に取付けられ、かつ上面にロッドの先端部が取付けられた外菅取付部材、この外菅取付部材に上端部が固定され、先端部を除く貫入菅を内部に収納する外菅、前記外菅取付部材とサンプラーヘッドとの間の外菅内に設けられた貫入用ピストン、この貫入用ピストンと前記外菅取付部材との間の加圧水室に加圧水を供給する加圧水供給路、前記外菅の下部寄りの部位に形成したストッパー孔と係合する前記貫入用ピストンに設けられた貫入用ストッパー、この貫入用ストッパーが前記ストッパー孔に係合すると前記貫入用ピストンと前記サンプラーヘッドとの間の下部加圧水室に加圧水を流入させ、該サンプラーヘッドを下方へ移動させて潤滑剤塗布菅の先端部をシューによって内側へ湾曲させる該貫入用ピストンに設けられた高水圧作動バルブとからなる試料収納菅の試料キャッチ装置とを設けたことを特徴とする請求項１記載の地盤試料採取装置。
【請求項４】
サンプラーヘッドの中央部を貫通する連結ロッドに固定されるとともに、該連結ロッドの上部にスライド移動可能に取付けられた固定ロッドを有し、かつロッドの先端部が取付けられる回転切削菅取付部材、この回転切削菅取付部材に上端部が固定され、先端部のビット部がシューの外周部に位置する貫入菅との間に隙間を有する回転切削菅、前記ロッドから供給される加圧水を前記隙間に供給する加圧水供給孔、前記回転切削菅取付部材の底面に取付けられた前記連結ロッドの上下移動が可能で、該回転切削菅取付部材の回転が伝わるのを阻止する連結ロッド支持部材とからなる貫入菅の外周部の切削装置を設けたことを特徴とする請求項１記載の地盤試料採取装置。
【請求項５】
サンプラーヘッド側のロッドの外周部お加圧水が供給される堀菅で覆うとともに、該堀菅の下端部にコアチューブヘッドを固定し、該コアチューブヘッドに上端部が固定され、ビットを備えた下端部がシューの外周部に位置し、貫入菅との間に隙間を有するコアチューブとからなる貫入菅の外周部の切削装置を設けたことを特徴とする請求項１記載の地盤試料採取装置。
【請求項６】
サンプラーヘッド側のロッドの外周部を覆う加圧水が供給され、かつ上下移動可能な堀菅、この堀菅の下端部に固定された作動杆ヘッド、この作動杆ヘッドに上端部が固定され、下端部がシューの外周部に位置する、貫入菅との間に隙間を有する試料収納菅で収納した試料をキャッチすることができるキャッチャ−作動菅、前記作動杆ヘッドの上部位置の堀菅に固定された切削菅ヘッド、この切削菅ヘッドに上端部が固定され、内側面が傾斜面のビットを備えた下端部がシューの外周部に位置する切削菅、前記堀菅を下方に移動させて作動杆ヘッドおよびキャッチャ−作動菅を下方に移動させ、該キャッチャ−作動菅の先端部のビットの内側面に沿って内側に湾曲させる堀菅下降装置を設けたことを特徴とする請求項１記載の地盤試料採取装置。
【請求項１】
地盤に穿設したボーリング孔底に試料収納管をその軸方向に降下させて該試料収納管内に地盤試料を採取する地盤試料採取装置において、該地盤試料採取装置をロッドの先端部に取付けられたサンプラーヘッドと、このサンプラーヘッドに上端部が固定あるいはスライド移動可能に取付けられた貫入菅と、この貫入菅の内壁面との間に潤滑剤流路が形成されるように該貫入菅内に挿入された摩擦抵抗の小さい素材あるいは摩擦抵抗の小さいシートを内壁面に貼着あるいはコーティングした採取試料を保護する試料収納菅と、この試料収納菅の下端部に該試料収納菅と同一内径寸法の短菅に短冊上の傾斜潤滑剤流路が形成された潤滑剤塗布菅と、前記貫入菅の下端部に取付けられた前記試料収納菅と同径かあるいはわずかに小さい内径の外テーパを有する該試料収納菅の上部が前記サンプラーヘッドの底面に接触した状態で該試料収納菅と前記潤滑剤塗布菅を固定するシューと、前記試料収納菅内にスライド移動可能に取付けられたピストンと、このピストンと前記サンプラーヘッドとの間の試料収納菅の潤滑剤貯蔵スペースに潤滑剤を供給するとともに、供給された潤滑剤に所定の圧力が加わると外方へ排出する潤滑剤通路と、前記試料収納菅の上部に形成された前記潤滑剤貯蔵スペースの潤滑剤を前記潤滑剤流路へ供給する連通孔とで構成したことを特徴とする地盤試料採取装置。
【請求項２】
試料収納菅は該試料収納菅の軸方向の全長あるいは下端部を除く部位に少なくとも１個以上の縦スリットを形成し、その外周を複数個の弾性ビームで支持したり、縦スリットをテーピングしたり、複数個の弾性チューブで支持したものを使用していることを特徴とする請求項１記載の地盤試料採取装置。
【請求項３】
ピストンはサンプラーヘッドの中央部をスライド移動するピストン固定ロッドに固定されるとともに、該ピストン固定ロッドの上端部は底面に取付けられ、かつ上面にロッドの先端部が取付けられた外菅取付部材、この外菅取付部材に上端部が固定され、先端部を除く貫入菅を内部に収納する外菅、前記外菅取付部材とサンプラーヘッドとの間の外菅内に設けられた貫入用ピストン、この貫入用ピストンと前記外菅取付部材との間の加圧水室に加圧水を供給する加圧水供給路、前記外菅の下部寄りの部位に形成したストッパー孔と係合する前記貫入用ピストンに設けられた貫入用ストッパー、この貫入用ストッパーが前記ストッパー孔に係合すると前記貫入用ピストンと前記サンプラーヘッドとの間の下部加圧水室に加圧水を流入させ、該サンプラーヘッドを下方へ移動させて潤滑剤塗布菅の先端部をシューによって内側へ湾曲させる該貫入用ピストンに設けられた高水圧作動バルブとからなる試料収納菅の試料キャッチ装置とを設けたことを特徴とする請求項１記載の地盤試料採取装置。
【請求項４】
サンプラーヘッドの中央部を貫通する連結ロッドに固定されるとともに、該連結ロッドの上部にスライド移動可能に取付けられた固定ロッドを有し、かつロッドの先端部が取付けられる回転切削菅取付部材、この回転切削菅取付部材に上端部が固定され、先端部のビット部がシューの外周部に位置する貫入菅との間に隙間を有する回転切削菅、前記ロッドから供給される加圧水を前記隙間に供給する加圧水供給孔、前記回転切削菅取付部材の底面に取付けられた前記連結ロッドの上下移動が可能で、該回転切削菅取付部材の回転が伝わるのを阻止する連結ロッド支持部材とからなる貫入菅の外周部の切削装置を設けたことを特徴とする請求項１記載の地盤試料採取装置。
【請求項５】
サンプラーヘッド側のロッドの外周部お加圧水が供給される堀菅で覆うとともに、該堀菅の下端部にコアチューブヘッドを固定し、該コアチューブヘッドに上端部が固定され、ビットを備えた下端部がシューの外周部に位置し、貫入菅との間に隙間を有するコアチューブとからなる貫入菅の外周部の切削装置を設けたことを特徴とする請求項１記載の地盤試料採取装置。
【請求項６】
サンプラーヘッド側のロッドの外周部を覆う加圧水が供給され、かつ上下移動可能な堀菅、この堀菅の下端部に固定された作動杆ヘッド、この作動杆ヘッドに上端部が固定され、下端部がシューの外周部に位置する、貫入菅との間に隙間を有する試料収納菅で収納した試料をキャッチすることができるキャッチャ−作動菅、前記作動杆ヘッドの上部位置の堀菅に固定された切削菅ヘッド、この切削菅ヘッドに上端部が固定され、内側面が傾斜面のビットを備えた下端部がシューの外周部に位置する切削菅、前記堀菅を下方に移動させて作動杆ヘッドおよびキャッチャ−作動菅を下方に移動させ、該キャッチャ−作動菅の先端部のビットの内側面に沿って内側に湾曲させる堀菅下降装置を設けたことを特徴とする請求項１記載の地盤試料採取装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【公開番号】特開２０１３−１４９６０（Ｐ２０１３−１４９６０Ａ）
【公開日】平成２５年１月２４日（２０１３．１．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１４９０８６（Ｐ２０１１−１４９０８６）
【出願日】平成２３年７月５日（２０１１．７．５）
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．テフロン
【出願人】（５０６３３２６０５）基礎地盤コンサルタンツ株式会社 (12)
【出願人】（５９８０８５９０６）株式会社立川機械製作所 (2)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月２４日（２０１３．１．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月５日（２０１１．７．５）
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．テフロン
【出願人】（５０６３３２６０５）基礎地盤コンサルタンツ株式会社 (12)
【出願人】（５９８０８５９０６）株式会社立川機械製作所 (2)
【Ｆターム（参考）】
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