(57)【要約】【課題】意図した深度から容易かつ確実に試料を採取可能な装置および方法を提供すること。【解決手段】上側開口部１０および下側開口部２０を有するケーシングＡと、ケーシングＡ内を上下に移動可能なピストンＢと、を少なくとも具備する。ピストンＢが最も縮長した状態では、上側開口部１０と出入口４０との間を蓋部６０によって遮蔽しつつ、受圧部７０とケーシングＡとの間に流入空間Ｃを経由して出入口４０まで連通する流入口８０が確保することで、差し込み作業時にケーシングＡ内部へのスラリーの流出入を行う。ピストンＢが最も伸張した状態では、上側開口部１０と出入口４０との間を連通した状態としつつ、下側開口部２０を蓋部６０によって遮蔽することで、蓋部６０の上部にある採取予定箇所ＦのスラリーをケーシングＡ内に確実に採取する。【選択図】図２
2020148026.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
地中内のスラリー状の試料を採取可能な試料採取装置であって、
筒状を呈し、上側開口部および下側開口部を有する、ケーシングと、
前記ケーシング内を上下に移動可能な、ピストンと、を少なくとも具備し、
前記ケーシングは、
牽引具を取り付け可能な、取付部と、
該ケーシングの上部の側周壁を貫通してなる、出入口を有し、
前記ピストンは、
前記ケーシングの内径よりも細く構成することで、前記ケーシングとの間に流入空間を形成する、中間部と、
前記中間部の上部に設け、前記ピストンの移動によって前記上側開口部付近および下側開口部付近の何れかを閉塞可能な、蓋部と、
前記中間部の下部に設け、前記ケーシングから露出した状態を呈する、受圧部と、を有し、
前記ピストンは、
最も縮長した状態で、前記上側開口部と前記出入口との間を前記蓋部によって遮蔽しつつ、前記受圧部と前記ケーシングとの間に、前記流入空間を経由して前記出入口まで連通する、流入口が確保されており、かつ、
最も伸張した状態で、前記上側開口部と前記出入口との間を連通した状態としつつ、前記下側開口部を、前記蓋部によって遮蔽することを特徴とする、
試料採取装置。
【請求項２】
請求項１に記載の試料採取装置を用いた、地中内のスラリー状の試料の採取方法であって、
前記ケーシングに牽引具を取り付けた状態で、前記ピストンが最も縮長した状態で前記試料採取装置を地中に挿入し、
その後、前記牽引具でもって前記ケーシングを引き上げて、前記ピストンが最も伸長した状態へと遷移させて、前記上側開口部および前記出入口のうち少なくとも何れか一方から、前記ケーシング内に試料を流入させて採取することを特徴とする、
試料採取方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地中内のスラリー状の試料を採取するための試料採取装置および試料採取方法に関し、より詳しくは、地中への挿入作業と引き上げ作業によって所定深度の試料を確実に採取することが可能な試料採取装置および試料採取方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
原位置地盤改良工事では、セメント撹拌改良が多用され。大別して、セメントミルクを地盤撹拌装置により混合する「機械撹拌」方式と、高圧で噴出したセメントミルクが地盤を切削・混合する「高圧噴射」方式がある。
両方式は、一般に鉛直方向に施工が行われ、長さは数１０ｍにおよぶこともある。セメントミルクと混合された部分は、地中での養生を経て、杭状の固化改良体を形成し、必要な支持力・抵抗力を確保する。
この改良体の品質管理、あるいは研究データ収集の目的で、数日〜数週間を経たのち固化した改良部からコア試料を採取し、室内で強度試験を行う方法がある。
しかし、工程や施工条件により、施工箇所からコア採取が行えない場合がある。その場合、代替策として、施工時に未固結状態の試料を原位置から採取し、これを室内で養生した上で強度試験を行う方法がある。
【０００３】
未固結状態の試料を採取する最も原始的な方法としては、直接、スコップや柄杓で採取する方法が挙げられる。容易かつ確実に採取できる反面、採取は地盤改良領域の表層域に限定される。実際には中心深度や、ある程度の深い箇所が代表サンプル位置としては適していることから、試料内に採取装置を挿入する方法が数多く提案されている。
代表例を以下に挙げることができるが、それぞれ付記するような問題点を有する。
【０００４】
特許文献１（特開２０１７−４８５０８号）は、採取装置を採取対象試料中に挿入した後、ピストンを下方から上方にアクチュエータで引き上げることにより、採取孔を通して試料をシリンダ内に収納させている。このアクチュエータによる積極的な吸引操作があることから、比較的高い粘性を有する試料であっても確実な採取を実現している。
しかし、構造上、シリンダに対して採取孔が小さなものとなり、採取対象内の礫や固形物が、シリンダより小さな粒形でも採取孔より大きな場合には、シリンダ内に回収できない欠点がある。
また、これらが採取孔を閉塞し、シリンダ内への試料流入の障害にもなり得る欠点がなりうる。
【０００５】
特許文献２（特許第５４６３３８１号）は、採取器を、意図した深度に重機で押し下げた後、回転力を加えることにより取り込み口を開放して、内部に試料を取り込む構成を採用するにあたり、回転軸と取り込み部を偏心させることにより、取り込み部がたどる円弧長さを大きくさせて、少ない回転操作で効率的に試料を確保することを実現している。
しかし、本構成では、回転力の付与が不可欠であり、回転操作を含む重装な装置との併用を要するため、手作業を含む簡易的な形式では採用できない欠点がある。
【０００６】
特許文献３（特許第５２０１６８５号）は、試料採取機として円筒容器を用いており、当該円筒容器を、鉛直下向きに押し下げる際には、下端の内開き式の開閉蓋が開いた状態を確保して容器内部に試料を取り込み、引き上げの際にはこれが閉じ、必要試料を円筒容器内に確保できるとしている。
しかし、円筒容器の押し下げ貫入時には、開閉蓋が開いて押し下げ当初から試料が流入するが、開閉蓋部は円筒容器壁面にあたることから完全には開かない問題や、内部の壁面摩擦が作用し流入の抵抗になる問題、さらには上部の固定用薄板フレームが排出を阻害する問題などが懸念される。
そのため、引き上げ時点で、当初に流入した試料、あるいはその後の途中段階で流入した試料が内部に滞留することとなり、採取した試料がどの深度に存在していたのかを明確に特定することが難しくなるという欠点がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１７−４８５０８号公報
【特許文献２】特許第５４６３３８１号公報
【特許文献３】特許第５２０１６８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、意図した深度から容易かつ確実に試料の採取が可能な手段の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決すべくなされた本願の第１発明は、地中内のスラリー状の試料を採取可能な試料採取装置であって、筒状を呈し、上側開口部および下側開口部を有する、ケーシングと、前記ケーシング内を上下に移動可能な、ピストンと、を少なくとも具備し、前記ケーシングは、牽引具を取り付け可能な、取付部と、該ケーシングの上部の側周壁を貫通してなる、出入口を有し、前記ピストンは、前記ケーシングの内径よりも細く構成することで、前記ケーシングとの間に流入空間を形成する、中間部と、前記中間部の上部に設け、前記ピストンの移動によって前記上側開口部付近および下側開口部付近の何れかを閉塞可能な、蓋部と、前記中間部の下部に設け、前記ケーシングから露出した状態を呈する、受圧部と、を有し、前記ピストンは、最も縮長した状態で、前記上側開口部と前記出入口との間を前記蓋部によって遮蔽しつつ、前記受圧部と前記ケーシングとの間に、前記流入空間を経由して前記出入口まで連通する、流入口が確保されており、かつ、最も伸張した状態で、前記上側開口部と前記出入口との間を連通した状態としつつ、前記下側開口部を、前記蓋部によって遮蔽することを特徴とするものである。
また、本願の第２発明は、前記第１発明に記載の試料採取装置を用いた、地中内のスラリー状の試料の採取方法であって、前記ケーシングに牽引具を取り付けた状態で、前記ピストンが最も縮長した状態で前記試料採取装置を地中に挿入し、その後、前記牽引具でもって前記ケーシングを引き上げて、前記ピストンが最も伸長した状態へと遷移させて、前記上側開口部および前記出入口のうち少なくとも何れか一方から、前記ケーシング内に試料を流入させて採取することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、以下に記載する効果を奏する。
（１）意図しない深度でのスラリーの流入を排除できるため、意図した深度での試料採取を容易かつ確実に行うことができる。
（２）試料の採取に回転動作を伴わず、押し下げおよび引き上げ動作のみで試料採取が可能であるため、装置全体の構造が複雑にならない。
（３）試料を採取するための開口部を大きく確保することができるため、比較的高い粘性を有する試料の採取にも支障が無い。よって、アクチュエータなどによる吸引機構などを別途設ける必要も無い。
（４）試料を採取するための開口部を大きく確保することができるため、礫の詰まりなどによる試料の採取漏れの恐れが少ない。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施例１に係る試料採取装置の概略図。
【図２】試料採取装置の動作イメージを示す概略図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施例について説明する。
【実施例】
【００１３】
＜１＞全体構成
図１に、本実施例に係る試料採取装置の概略図を示す。
本実施例に係る試料採取装置は、大別して、試料採取装置の外殻を構成するケーシングＡと、前記ケーシングＡ内を上下に移動可能なピストンＢと、を少なくとも具備する。
この試料採取装置を、未固結状態の地中内に差し込んだ後、引き上げ作業を行うことで、地中内の試料を採取する。
以下、各構成部材の詳細について説明する。
【００１４】
＜２＞ケーシング
ケーシングＡは、試料採取装置の外殻を構成する部材である。
ケーシングＡは、差し込み方向を長手方向とし、当該長手方向の両端にそれぞれ開口部（上側開口部１０および下側開口部２０）を設けた筒状部材Ａ１で構成している。
この筒状部材Ａ１には、塩ビ管やトレミー管などを用いることができる。
また、筒状部材Ａ１の下端には、筒状部材Ａ１との差し込み口を有するＴＳフランジＡ２を嵌め込んであり、さらに、中央に穴開け加工を施したリング状の板フランジＡ３を、ＴＳフランジＡ２にボルト結合している。
このケーシングＡには、試料採取装置を引き上げるための取付部３０と、ケーシングＡの内外においてスラリーの流入および排出を行う為の出入口４０とが形成されている。
以下、各部の詳細について説明する。
【００１５】
＜２．１＞取付部
取付部３０は、試料採取装置の引き上げ作業の際に使用する牽引具Ｄを取り付けるための部位である。
ケーシングＡにおける取付部３０の位置は特段限定しないが、取付部３０をケーシングＡの下端側に設けておけば、ケーシングＡの引き上げ動作時にケーシングＡの外周方向への揺れを押さえる作用が期待できる。
そこで、本実施例では、前記したＴＳフランジＡ２の鍔部分に、牽引具Ｄの係留箇所からなる取付部３０を設けている。
【００１６】
＜２．２＞出入口
出入口４０は、ケーシングＡの内外においてスラリーの流入および流出を行うための部位である。
出入口４０はケーシングＡの上部側の側周壁を貫通して形成されており、試料採取装置の差し込み時と、ケーシングＡの引き上げ時とで、後述するピストンＢの蓋部６０に対する相対位置が可変となる態様を呈している。
【００１７】
＜３＞ピストン
ピストンＢは、ケーシングＡに対して上下に移動することで、ケーシングＡ内でのスラリーの出入や滞留を制御する部材である。
ピストンＢは、当該ピストンＢの長手方向に伸びる中間部５０と、中間部５０の長手方向の両端に設ける、蓋部６０および受圧部７０とが形成されている。
【００１８】
＜３．１＞中間部
中間部５０は、ケーシングＡとピストンＢとの間に流入空間Ｃを形成するための部材である。
中間部５０は、ケーシングＡの内径よりも細い径または幅長を有する長尺部材で構成することで、中間部５０の外面と、ケーシングＡの内壁との間に形成される隙間からなる流入空間ＣをケーシングＡ内に確保する。
【００１９】
＜３．２＞蓋部
蓋部６０は、ピストンＢの移動によって、ケーシングＡに設けている上側開口部１０および下側開口部２０の何れかを閉塞する部材である。
蓋部６０は、中間部５０の上端に設けており、ケーシングＡの内径と略同径の直径を呈している。
なお、蓋部６０の側周にシールを配置することでケーシングＡと蓋部６０との間の隙間を閉塞することで、不要な改良体を当該隙間からケーシングＡ内に入れないようにすることもできるが、シールをすることで蓋部６０の摺動時の抵抗は大きくなる点に留意する必要がある。
【００２０】
蓋部６０の位置変更に伴う作用について、以下に説明する。
まず、ケーシングＡに対してピストンＢを縮めている際には、蓋部６０は、上側開口部１０付近を遮蔽して、上側開口部１０からケーシングＡ内部へのスラリーの流入を抑制する。
一方、ケーシングＡに対してピストンＢを伸ばしている際には、蓋部６０は、下側開口部２０付近を遮蔽して、ケーシングＡの内部に試料として採取したスラリーが、下側開口部２０から流出することを遮断する。
【００２１】
＜３．３＞受圧部
受圧部７０は、採取装置の差し込み動作の際に、先端部としてスラリーの抵抗を受ける部材である。
受圧部７０は、ケーシングＡに対してピストンＢを最も縮めている状態において、下側開口部２０と、受圧部７０との間に隙間が形成されている状態となるように中間部５０の長さが設定された状態で、該中間部５０の下端に設けている。
本実施例では、ケーシングＡの下端に設けた板フランジＡ３と同径の板フランジＡ３を用いて受圧部７０を形成している。
【００２２】
＜４＞その他
その他、試料採取装置にはケーシングＡに対するピストンＢの移動幅を規制するための手段（規制手段）を設ける。
規制手段の一例を以下に示す。
【００２３】
＜４．１＞ストッパ
ケーシングＡの下端からピストンＢが抜け落ちることが無いよう、ケーシングＡまたはピストンＢの何れか一方に対し、他方と干渉するストッパ８０を設けておく。
本実施例では、ケーシングＡの下端近傍の内壁に、蓋部６０と干渉するストッパ８０を突設している。
【００２４】
＜４．２＞隙間確保材
ケーシングＡに対してピストンＢを最も押し縮めた状態で下側開口部２０と受圧部７０との間に隙間を確保できる部材を、ケーシングＡまたはピストンＢの何れか一方に設けておく。この隙間は差し込み作業時にスラリーがケーシングＡ内部に流入するための流入口Ｅとなる。
隙間確保材は、ケーシングＡの上端近傍の内壁から突出するように設けた部材や、板フランジＡ３から下方に露出させて受圧部７０と干渉するようにしたボルトなどを用いることができる。
本実施例では、ケーシングＡの上端近傍の内壁に、蓋部６０と干渉する隙間確保材９０を突設している。
【００２５】
＜５＞動作イメージ
図２を参照しながら、試料採取装置の使用時の動作イメージについて説明する。
【００２６】
＜５．１＞差し込み（押し下げ）作業
まず試料採取装置を、目標深度の採取位置まで差し込んでいく状態を図２に示す。
ピストンＢはケーシングＡに対して最も縮めた状態として作業を行う。
差し込み作業は、粘性の高い改良体内に対して行うため、棒体で試料採取装置を押し込んでもよいし、自重で沈降させてもよい。
目標深度に到達したか否かを確認するには、差し込み時の棒体に目盛りがついたものを使用しても良いし、後述する引き上げ作業のために設けた牽引具に目盛りをつけても良い。
【００２７】
試料採取装置の差し込み時には、受圧部７０の下面は、差し込み方向の先端部分となり、地中のスラリーと接触して抵抗を受けるため、ケーシングＡに対してピストンＢが最も縮まった状態のまま差し込み作業が進むこととなる。
ケーシングＡに対してピストンＢが最も縮まった状態では、受圧部７０と下側開口部２０との間に形成された隙間からなる流入口Ｅを介してスラリーがケーシングＡ内部に入り込む。
ケーシングＡ内部にスラリーが流入することによって、ケーシングＡの内部の空気が外部に追い出され、試料採取装置の浮力が減少するため、試料採取装置の差し込み作業がより容易となる。
【００２８】
また、ケーシングＡの内部のスラリーは、蓋部６０とケーシングＡとの間の隙間に達する前に、ほぼ出入口４０から流出するため、差し込み作業時にケーシングＡ内部に取り込んだスラリーが蓋部６０の上方の領域に流入することもない。
なお、本実施例の場合、隙間確保材９０が、蓋部６０とケーシングＡとの隙間を埋めるようにも作用するため、ケーシングＡの内部のスラリーは、蓋部６０とケーシングＡとの間の隙間に流出せずに、出入口４０から流出する点でも有益である。
【００２９】
以上説明したとおり、差し込み作業を進めている間、ケーシングＡ内部の流入空間Ｃは、試料採取装置の現深度にあるスラリーが適宜流入・流出をしている状態となる。
この差し込み作業を、試料の採取を行う箇所（採取予定箇所Ｆ）がケーシングＡの上端側に位置する程度の深さ（目標深度）まで進める。
【００３０】
＜５．２＞引き上げ作業
採取引き上げ作業を図２ｂに示す目標深度まで試料採取装置を差し込んだ段階から牽引具ＤでもってケーシングＡの引き上げ動作を行うと、蓋部６０が抵抗を受けるとともに、受圧部７０の上面はスラリーによる抵抗を受けるため、ピストンＢが原位置に留まろうとし、ケーシングＡのみが引き上げられる。
ケーシングＡのみが引き上げられることで、ピストンＢの蓋部６０による上側開口部１０付近の閉塞は解かれるため、上側開口部１０や出入口４０からケーシングＡ内部への試料の取り込みが始まる。
【００３１】
ケーシングＡの引き上げが進むと、やがて蓋部６０はストッパ８０と干渉し、下側開口部２０付近を閉塞する状態となる。この状態からピストンＢはケーシングＡとともに持ち上げられる格好となって、試料採取装置全体が引き上げられることとなる。
この段階に至るまでに、上側開口部１０や出入口４０を介して採取予定箇所Ｆにある試料は、ケーシングＡ内に取り込まれた状態となる。また、蓋部６０によって下側開口部２０付近は閉塞されているため、流入したケーシングＡ内部の試料は下側開口部２０から流出することはなくケーシングＡの内部に残り続けることとなる。
【００３２】
その後、さらに試料採取装置全体を引き上げていったとしても、採取予定箇所Ｆの上方にあるスラリーは、既にケーシングＡの内部に留まっている採取済みの試料によって流入を遮られることとなる。
したがって、試料採取装置の引き上げ動作によって、目標深度周辺の採取予定箇所Ｆにあった試料以外のスラリーがケーシングＡの内部に混入することはない。
また、引き上げ途中の段階で地中に礫などが存在しても、上側開口部１０の開口径を越えるほどの大きなものでなければ、ケーシングＡ内部での試料の採取に支障も生じない。
【符号の説明】
【００３３】
Ａ    ケーシング
Ａ１  筒状部材
Ａ２  ＴＳフランジ
Ａ３  板フランジ
１０  上側開口部
２０  下側開口部
３０  取付部
４０  出入口
５０  中間部
６０  蓋部
７０  受圧部
８０  ストッパ
９０  隙間確保材
Ｂ    ピストン
Ｃ    流入空間
Ｄ    牽引具
Ｅ    流入口
Ｆ    採取予定箇所
【図１】
2020148026.tif 000003
【図２】
2020148026.tif 000004