(57)【要約】【課題】根固め改良土（未固結土）を採取する土質試料採取装置および土質試料採取方法を提供する。【解決手段】土質試料の採取装置２は、土質試料採取用容器であるシリンダケース５と、土質試料採取用シリンダケース５の下端部に取り付けた下部昇降ガイドレール部材４と、同試料採取用シリンダケース５内を昇降する上部ピストン６及び下部ピストン７と、直動形アクチュエータ８と、下部ピストン７の下方へ突き出された出力ロッド８ｂへ設けられたロック解除入力部材９と、下降したロック解除入力部材９と連係する配置に設けられたロック解除指示部材１５と、上部ピストン６の上面部へ設置された上部フレーム１２と、上部フレーム１２の内側に設置された駆動エネルギ源部１６と、下部ピストン７の下面に設置されたロック部材１４とで構成され、プレボーリングされた杭孔３の中へ下ろして試料採取に使用される。【選択図】図１
2011047749.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
土質試料採取用の容器である垂直なシリンダケースと、
前記土質試料採取用シリンダケースの下端部に取り付けた、杭孔の孔底へ着底させる下部昇降ガイドレール部材と、
前記試料採取用シリンダケースの上端開口部と下端開口部を水密的に閉鎖し、且つ同試料採取用シリンダケース内を昇降する上部ピストンおよび下部ピストンと、
前記上部ピストンおよび下部ピストンが外管へ前記の位置関係で結合された直動形アクチュエータと、
前記直動形アクチュエータの出力ロッドは前記下部ピストンの下方へ突き出され、同出力ロッドの下端部へ設けられたロック解除入力部材と、
前記下部昇降ガイドレール部材の下部に、下降した前記ロック解除入力部材と連係する配置に設けられたロック解除指示部材と、
前記上部ピストンの上面部へ固定して垂直上方へ立ち上がる形に設置され、上端にジョイント部を設けた上部フレームと、
前記上部フレームの内側に設置されて前記直動形アクチュエータと接続された駆動エネルギ源部と、
および前記下部ピストンの下面に設置され、前記ロック解除入力部材を拘束して前記直動形アクチュエータの始動をロックするロック部材とで構成されており、
前記上部フレームの上端のジョイント部が地上の作業機で吊り支持され、プレボーリングされた杭孔の中へ下ろして前記下部昇降ガイドレール部材の下端を孔底へ到達させ、下部ピストンが試料採取用シリンダケースの下端開口より下方へ露出するように下降させて同下部ピストンと上部ピストンとの間へ未固結状態の改良土が進入することを促し、更に上記直動形アクチュエータの出力ロッド下端のロック解除入力部材を下部昇降ガイドレール部材のロック解除指示部材と連係させてロック解除入力を生じさせ、同解除入力により直動形アクチュエータを始動させて上部ピストンと下部ピストンをその間へ進入した改良土と共に上昇させ、試料採取用シリンダケース内へ復帰させて土質試料を取り込み、同シリンダケースを密閉状態に保持して地上へ引き揚げ回収されることを特徴とする、土質試料の採取装置。
【請求項２】
直動形アクチュエータのロック解除入力を受ける出力ロッドは下部ピストンの下面よりも下方へ突き出され、その下端部に、ロック解除入力部材として、出力ロッドの軸線と垂直方向の両側へ突き出る一対のカムフォロア軸が設けられており、
前記カムフォロア軸を一方向へ回転可能に受け止めるロック部材が下部ピストンの下面に固定して設けられ、前記ロック部材は、下部昇降ガイドレール部材を伝って下部ピストンおよび上部ピストンを非回転状態で昇降させる構成であり、
一方、下部昇降ガイドレール部材の下部に設けられたロック解除指示部材は、前記一対のカムフォロア軸が個別に接触する一対の直動カムプレートで構成され、前記一対の直動カムプレートは、前記出力ロッドが上下方向に進退可能な間隔を開けた配置で下部昇降ガイドレール部材の下部に垂直に設置され、該一対の直動カムプレートの上端部には、前記一対のカムフォロア軸が接触するカム曲線部が、前記出力ロッドへ一定の回転角に及ぶ回転を生じさせるべく相互に正反対の向きに形成されており、
前記一対の直動カムプレートのカム曲線部へ、下降した前記出力ロッドのロック解除入力部材を構成する一対のカムフォロア軸が接しつつ一定ストローク下降動作することにより、前記出力ロッドへ生じた一定回転角の回転によりカムフォロア軸がロック部材から外れてロック解除となり、直動形アクチュエータが始動して上部ピストンおよび下部ピストンをその間へ進入した改良土と共に土質試料採取要シリンダケース５内へ復帰させる構成であることを特徴とする、請求項１に記載した土質試料の採取装置。
【請求項３】
直動形アクチュエータは、上部ピストンおよび下部ピストンが固定された外管をシリンダとし、その内部に出力ロッドおよび油圧ピストンが設置された油圧シリンダとして構成されており、
上部ピストンの上面部に固定した上部フレームの枠内に設置された駆動エネルギ源部は、前記油圧シリンダを駆動させる油圧を内蔵したアキュームレータとして構成され、
前記アキュームレータと前記油圧シリンダのピ油圧ストンの上側室とが連通状態に接続されており、
油圧シリンダの出力ロッドの下端のロック解除入力部材が下部昇降ガイドレール部材のロック解除指示部材へ接して出力ロッドが回転され、カムフォロア軸がロック部材から外れてロック解除されることにより、出力ロッドがロック解除指示部材へ接して得た反力を基に、前記油圧シリンダの外管が油圧作用により上部ピストンおよび下部ピストンを上昇させて試料採取用シリンダケース内へ復帰させ、同上部ピストンと下部ピストンの間に進入した改良土を土質試料として試料採取用シリンダケース内へ取り込み密閉する構成であることを特徴とする、請求項１又は２に記載した土質試料の採取装置。
【請求項４】
試料採取用シリンダケースの上端部に、上部ピストンの上昇限度位置を規定する上限位置ストッパが設置されており、
下部ピストンの下面にはブレーキピースが突き出されており、一方、試料採取用シリンダケースの下部フランジａの下方部には、前記ブレーキピースが接触するブレーキローラがローラ支持アームにより下部ピストンの直径線方向の内外へ出入りが自在に設置されており、
前記ブレーキピースの下端部を前記ブレーキローラで一定強さの圧力で支持させる弾性支持機構により前記ローラ支持アームの一端部が支持されており、
下部昇降ガイドレール部材が孔底へ着底した段階で、下部ピストンは、前記ブレーキピースがブレーキローラを押し退けて通る押し込み力を受けることによって下降動作を進められ、
逆に上部ピストンは直動形アクチュエータの駆動力で上昇され試料採取シリンダケース内の上端へ到達し前記上限位置ストッパへ突き当たって止められ、且つ前記下部ピストンのブレーキピースは前記ブレーキローラを押し退けて上昇しその上に乗って止まる構成であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一に記載した土質試料の採取装置。
【請求項５】
上記請求項１〜４に記載した土質試料採取装置を使用して杭孔の孔底近傍の未固結状態の改良土を土質試料として採取する方法であって、
上部ピストンの上面部へ固定して垂直上方へ立ち上がらせた上部フレームの上端のジョイント部と地上の作業機の駆動軸とを接続し吊り支持させて杭孔の中へ下ろし、
下部昇降ガイドレール部材の下端が杭孔の孔底へ着底した段階で、前記駆動軸へ下向きの押し込み力を付与し、上部フレームを通じて上部ピストンおよび下部ピストンを下降させ、下部ピストンが試料採取用シリンダケースの下端開口部よりも下方へ露出するように押し出させて上部ピストンと下部ピストンの間へ未固結状態の改良土が進入することを促す段階と、
前記下部ピストンの下方へ突き出した出力ロッドの下端部のロック解除入力部材を、下部昇降ガイドレール部材のロック解除指示部材と接触させてロック解除入力を生じさせ、
前記ロック解除入力により直動形アクチュエータを始動させ、同直動形アクチュエータにより、上部ピストンと下部ピストンをその間へ進入した改良土と共に上昇させて試料採取用シリンダケース内へ復帰させ取り込む段階と、
更に、地上の作業機の駆動軸１を引き揚げて土質試料採取装置２を地上へ回収する段階とから成ることを特徴とする、孔底の未固結状態の改良土を土質試料として採取する方法。
【請求項６】
上記請求項１〜４に記載した土質試料採取装置を使用して杭孔の孔底の未固結状態の改良土を土質試料として採取する方法であって、
上部ピストンの上面部へ固定して上方へ立ち上がらせた上部フレームの上端のジョイント部を地上の作業機であるクレーンのワイヤーで吊り支持させて杭孔の中へ下ろし、
下部昇降ガイドレール部材の下端が杭孔の孔底へ着底した段階で、上部ピストンへ負荷する上部フレーム等の重量を作用させて上部ピストンおよび下部ピストンを下降させ、試料採取用シリンダケースの下部開口より下方へ下部ピストンが露出するように押し出させ、上部ピストンと下部ピストンの間へ未固結状態の改良土が進入することを促す段階と、
前記下部ピストンの下方へ突き出した出力ロッドの下部へ取り付けたロック解除入力部材を、下部昇降ガイドレール部材のロック解除指示部材と接触させてロック解除入力を生じさせ、
前記ロック解除入力により直動形アクチュエータを始動させ、同直動形アクチュエータにより上部ピストンと下部ピストンをその間へ進入した根固め改良土と共に上昇させて試料採取用シリンダケース内へ復帰させ取り込む段階と、
更に、クレーンのワイヤーを巻き上げて土質試料採取装置を地上へ回収する段階とから成ることを特徴とする、孔底の未固結状態の改良土を土質試料として採取する方法。
【請求項７】
下部昇降ガイドレール部材の下に、一定高さの高さ調整枠を取り付けて、杭孔の孔底から一定高さ上方に存在する改良土を取取り込み採取することを特徴とする、請求項５又は６に記載した土質試料の採取方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、土質試料の採取技術の分野、特に言えばプレボーリングされた杭孔の下端部近傍に存在する未固結状態の改良土を、既成杭の埋め込みに先行して採取する土質試料の採取装置、および同採取装置による土質試料採取方法の技術分野に属する。
更に重ねていえば、プレボーリング方式の拡大根固め杭工法の実施に際して必要な根固め改良土（未固結土）を採取する土質試料の採取装置および同採取装置を使用した土質試料採取方法の技術分野に属する。
【背景技術】
【０００２】
既成コンクリート杭又は鋼管杭の埋め込み工法、とりわけプレボーリング工法による拡大根固め杭工事（高支持力既成杭工事）の実施においては、設計支持力の設定に余裕がないので、施工時の細かな手順のバラツキにより、品質、性能に大きな影響を与えることが広く認識され、施工時のプロセス管理を徹底することの重要性が知られている。
そのため施工計画時から細かな手順を検討し、実際の施工においてプロセス管理を入念に行う必要がある。例えば土とセメントミルクが適切に攪拌混合されて均質なソイルセメントが造成されているか否か、品質、性能に有害な粘性土塊などが含まれていないか等々、根固め部の施工品質や強度を事前に（いわゆる川上段階で）調査して把握・確認して、施工方法やセメントミルクの配合を決定するプロセス管理を現場の実施工に活かすことが要望されている。
よって、設計支持力の発現に重要な根固め部の実施工品質を事前に調査し把握・確認する手段として、根固め部の未固結状態の土質試料をそのままの状態で採取し、室内試験等で迅速に確認して実施工に反映させることが必要である。
【０００３】
そのため根固め部の未固結土をそのままの状態で採取でき、根固め強度や品質の把握および土塊の混入状況を実態に即した試料とし採取し調査、確認できる土質試料採取装置の開発が必要とされている。
因みに、そうした土質試料採取装置の開発に望まれる重要なポイントをまとめると、次の通りである。
（イ）根固め部が存在する地下の杭孔先端部まで採取装置を下ろして土質試料を採取する作業を、土質試料が未だ固結しない時間内（好ましくは１時間内）に迅速に効率よく採取できること。
（ロ）採取装置を杭孔先端の根固め部まで下ろす間に、泥水や改良土等を採取装置内に浸入させない水密的構造（又は防水構造）とし、もって採取装置内に不要な泥膜を付着させず、或いは杭孔の上部で浸入した泥水を試料採取ポイントの根固め部へ持ち込んで根固め部の品質を悪化させる原因を作らない構造であること。
（ハ）根固め部の品質確認項目としては、セメントミルクが混合攪拌された改良土の圧縮強度のほか、杭孔の掘削時に発生した土塊が改良土に混入した状況の確認がある。土塊の混入状況を確認するためには、改良土に混入した土塊をそのままの状態で取り込んで採取可能であること。
（ニ）掘削機のオーガーロッドや杭打ち機の駆動軸などを使用しないで、クレーンワイヤーによる吊り下げ方式によっても根固め部の未固結土（土質試料）を採取できる構造であること。  
【０００４】
従来、根固め部が存在する杭孔先端部まで採取装置を下ろして土質試料を採取する作業を実施する先行技術としては、例えば下記の特許文献１に開示された発明に係る「土質サンプル採取装置」が公知である。これは掘削機の回転シャフトへ着脱可能に取り付けて使用するサンプル採集ケースの構成であり、主に中堀り工法に使用される。掘削機の回転シャフトが正転して掘削する間は、サンプル採集ケースの取り込み口の扉は閉まった状態を保ち土砂はケース内へ侵入しない。しかし、掘削を終了して掘削機の回転シャフトが逆回転するときは、前記扉が土砂の圧力で開き、周囲の土砂が取り込み口からサンプル採集ケース内へ取り込まれる構成である。
即ち、公知の「土質サンプル採取装置」は、採集ケースの上面壁にサンプル取り込み口を設け、円周方向にスライド可能な扉で閉じている。掘削機の回転シャフトが正転している間は、同扉に形成した駆動板が土砂の抵抗作用を受けて閉じた状態を保つ。しかし、同回転シャフトを引き揚げるため逆回転すると、土砂の抵抗作用を逆向きに受けた前記扉はサンプル取り込み口を開き、周囲の土砂をケース内へ取り込んで採取できる構成である。
【０００５】
しかし、上記特許文献１に開示された発明に係る「土質サンプル採取装置」には、次のような問題点、欠点が認められる。
（ｉ）回転シャフトが逆転すると、土砂の抵抗作用を受けて扉がスライドしてサンプル取り込み口が開かれ、周囲の土砂を取り込んで採取できるが、どの段階で又はどの位置でサンプル取り込み口が開かれたか、或いはどれほどの開度まで開かれて土質試料を採取したかは、地上からは不明である。そして、回転シャフトが逆回転しつつ、周囲の土砂を流動状態で取り込んで採取することになるから、どの位置のどのような状態の土砂を取り込み採取したかも不明である。上記（ハ）で説明したように、根固め部の土質試料の品質確認項目で重要なことは、セメントミルクが混合攪拌された改良土の圧縮強度を推定するほか、土塊の混入状況を確認することである。しかるに土塊の混入状況の確認は、原位置の改良土と土塊をそのままの状態で採取してはじめて知り得ることである。その点、上記特許文献１に開示された発明に係る「土質サンプル採取装置」は、構造上サンプル取り込み口が小さいとか、サンプル取り込み口の扉の開度が全開でなかった場合には、取り込める土塊でも取り込んでない事態が考えられ、結果的に土塊の混入状況の確認項目が不十分となりがちである。また、回転シャフトの回転状態（速度）の如何によっては土塊を弾き飛ばして取り込めない場合もあるなど、採取した土質試料をそのまま根固め部の改良土の実体としては把握し難いケースが考えられる。
（ii）次に、特許文献１に開示された発明に係る「土質サンプル採取装置」におけるサンプル採集ケースのサンプル取り込み口は、回転シャフトの回転方向へスライド可能な扉で閉じた程度にすぎない。しかも回転シャフトの正転時の土砂の抵抗作用を受けて閉鎖状態が保たれ、逆に、回転シャフトの逆転時の土砂の抵抗作用で扉が開かれる程度の構造なので、とうてい高い水密性、防水性は望み得ず、サンプル採集ケースを根固め部へ下降させる途中段階で泥水や改良土がケース内へ浸入する懸念が多分にある。泥水が侵入すると、侵入した泥水がサンプル採集ケースの内部に無用な泥膜を付着させることになるほか、杭孔の上部で浸入した泥水を根固め部にまで持ち込むことにつながり、重要な土質試料の品質を悪化、変質させる原因となることが考えられる。また、結果的に採取した土質試料がどの位置の改良土を採取したものであるかを判別できない場合が想定される。
(iii)上記特許文献１記載の「土質サンプル採取装置」の実施例は、掘削機の回転シャフトへ着脱可能に取り付けて使用する構成であり、中堀り工法に使用されている。しかし、プレボーリング工法により杭孔を掘削し、掘削した土砂とセメントミルクを攪拌混合した後に、杭孔下端部の未固結状態の改良土を、既成杭の埋め込みに先行して採取する場合に許容される作業時間は、改良土の固結の進行との競争となり、好ましくは約１時間程度の採取作業時間と考えられる。一方、プレボーリングされた杭孔の深さは、浅い孔でも２０ｍ程度であり、深い杭孔は５０ｍ〜７０ｍにも達するから、掘削機の回転シャフトのように途中で中継ぎ（ジョイント）が必要な構造では、そのジョイント作業に時間が掛かって、根固め部の固結が始まる以前の試料採取に間に合わない事態も考えられる。
【０００６】
次に、下記の特許文献２に発明に係る「土サンプリング装置」は、本来地盤調査に使用される構成であり、そもそも上記（イ）〜（ニ）に説明した機能、構造を備える装置ではない。
即ち、地上から下ろすロッドの先端に取り付けたサンプラーを、孔底へ打ち込んで土質試料を採取することを原理とする装置である。この特許文献２に発明に係る「土サンプリング装置」の構成は、ロッドの先端に取り付けた芯体の外周面の長手方向に長い溝を、周方向に複数本形成し、この芯材を外筒体の中へ挿入して土収納部を形成する。更に前記外筒体の先端に取り付けた円錐形状の先端部品には、前記いずれか一の土収納部とのみ連通する開口部を設けてあり、前記芯体を回転させて前記開口部と連通する土収納部の位置を変えてゆき、もって複数の土質試料を採取できる構成と説明されている。
つまり、特許文献２に発明に係る「土サンプリング装置」は、本来の目的が地盤調査の土質試料をサンプリングする構成であり、そもそも本発明が目的とする根固め部の改良土（土質試料）を採取する機能や構造を備えていない。もとより改良土中の土塊をそのまま取り込んで採取する構成にもなっていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】実公平６ー２１９４５号公報
【特許文献２】特開２００７−１２０１６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の主たる目的は、杭孔先端部の根固め部に造成された未固結状態の改良土を、既成杭の埋め込みに先行して採取する土質試料採取装置であって、上記した（イ）〜（ニ）の性能、機能を必要、十分に発揮する採取装置を提供することである。
更に具体的に言うと、本発明の目的は、根固め部が存在する杭孔先端部まで採取装置を下ろして土質試料を採取する作業を、改良土が未だ固結しない時間内（好ましくは１時間以内）に、迅速に効率よく採取できる土質試料採取装置および採取方法を提供することである。
本発明の次の目的は、採取装置を杭孔先端の根固め部まで下ろす間に、泥水や改良土等を採取装置内に浸入させない水密的構造（又は防水構造）であり、もって採取装置内に不要な泥膜を付着させず、或いは杭孔の上部で浸入した泥水を試料採取ポイントの根固め部へ持ち込んで、根固め部改良土の品質を悪化させる原因を作らない土質試料採取装置および採取方法を提供することである。
本発明の更なる目的は、根固め部の品質確認項目として重要な、セメントミルクが混合攪拌された改良土の圧縮強度のほか、杭孔の掘削時に発生した土塊が改良土に混入した状況を確認できるように、改良土に混入した土塊をそのままの状態で取り込んで採取可能な構成の土質試料採取装置および採取方法を提供することである。
本発明の目的は、掘削機のオーガーロッドによらず、クレーンワイヤーによる吊り下げ方式によって杭孔先端（根固め部）の未固結状態の改良土（土質試料）を容易に確実に採取できる土質試料採取装置および採取方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するための手段として、請求項１に記載した発明に係る土質試料の採取装置２は、
土質試料採取用の容器である垂直なシリンダケース５と、
前記土質試料採取用シリンダケース５の下端部に取り付けた、杭孔３の孔底３ａへ着底させる下部昇降ガイドレール部材４と、
前記試料採取用シリンダケース５の上端開口部と下端開口部を水密的に閉鎖し、且つ同試料採取用シリンダケース５内を昇降する上部ピストン６および下部ピストン７と、
前記上部ピストン６および下部ピストン７が外管８ａへ前記の位置関係で結合された直動形アクチュエータ８と、
前記直動形アクチュエータ８の出力ロッド８ｂは前記下部ピストン７の下方へ突き出され、同出力ロッド８ｂの下端部へ設けられたロック解除入力部材９と、
前記下部昇降ガイドレール部材４の下部に、下降した前記ロック解除入力部材９と連係する配置に設けられたロック解除指示部材１５と、
前記上部ピストン６の上面部へ固定して垂直上方へ立ち上がる形に設置され、上端にジョイント部１２ａを設けた上部フレーム１２と、
前記上部フレーム１２の内側に設置されて前記直動形アクチュエータ８と接続された駆動エネルギ源部１６と、
および前記下部ピストン７の下面に設置され、前記ロック解除入力部材９を拘束して前記直動形アクチュエータ８の始動をロックするロック部材１４とで構成されており、
前記上部フレーム１２の上端のジョイント部１２ａが地上の作業機で吊り支持され、プレボーリングされた杭孔３の中へ下ろして前記下部昇降ガイドレール部材４の下端を孔底３ａへ到達させ、下部ピストン７が試料採取用シリンダケース５の下端開口より下方へ露出するように下降させて同下部ピストン７と上部ピストン６との間へ未固結状態の改良土３０が進入することを促し、更に上記直動形アクチュエータ８の出力ロッド８ｂ下端のロック解除入力部材９を下部昇降ガイドレール部材４のロック解除指示部材１５と連係させてロック解除入力を生じさせ、同解除入力により直動形アクチュエータ８を始動させて上部ピストン６と下部ピストン７及びその間へ進入した改良土３０を共に上昇させ、試料採取用シリンダケース５内へ復帰させて土質試料を取り込み、同シリンダケース５を密閉状態に保持して地上へ引き揚げ回収されることを特徴とする。
【００１０】
請求項２に記載した発明は、請求項１に記載した土質試料の採取装置２において、
直動形アクチュエータ８のロック解除入力を受ける出力ロッド８ｂは下部ピストン７の下面よりも下方へ突き出され、その下端部に、ロック解除入力部材９として出力ロッド８ｂの軸線と垂直方向の両側へ突き出る一対のカムフォロア軸９ａ、９ａが設けられており、
前記カムフォロア軸９ａを一方向へ回転可能に受け止めるロック部材１４が下部ピストン７の下面に固定して設けられ、前記ロック部材１４は、下部昇降ガイドレール部材４を伝って下部ピストン７および上部ピストン６を非回転状態で昇降させる構成であり、
一方、下部昇降ガイドレール部材４の下部に設けられたロック解除指示部材１５は、前記一対のカムフォロア軸９ａ、９ａが個別に接触する一対の直動カムプレート１５、１５で構成され、前記一対の直動カムプレート１５、１５は、前記出力ロッド８ｂが上下方向に進退可能な間隔を開けた配置で下部昇降ガイドレール部材４、４の下部に垂直に設置され、該一対の直動カムプレート１５、１５の上端部には、前記一対のカムフォロア軸９ａ、９ａが接触するカム曲線部１５ａが、前記出力ロッド８ｂへ一定の回転角に及ぶ回転を生じさせるべく相互に正反対の向きに形成されており、
前記一対の直動カムプレート１５、１５のカム曲線部１５ａへ、下降した前記出力ロッド８ｂのロック解除入力部材９を構成する一対のカムフォロア軸９ａ、９ａが接触しつつ一定ストローク下降動作することにより、前記出力ロッド８ｂへ生じた一定回転角の回転によりカムフォロア軸９ａがロック部材１４から外れてロック解除となり、直動形アクチュエータ８が始動して上部ピストン６および下部ピストン７をその間へ進入した改良土と共に土質試料採取要シリンダケース５内へ復帰させる構成であることを特徴とする。
【００１１】
請求項３に記載した発明は、請求項１又は２に記載した土質試料の採取装置２において、
直動形アクチュエータ８は、上部ピストン６および下部ピストン７が固定された外管８ｂをシリンダとし、その内部に出力ロッド８ｂおよび油圧ピストン８ｃが設置された油圧シリンダとして構成されており、
上部ピストン６の上面部に固定した上部フレーム１２の枠内に設置された駆動エネルギ源部１６は、前記油圧シリンダ８を駆動させる油圧を内蔵したアキュームレータとして構成され、
前記アキュームレータ１６と前記油圧シリンダ８の油圧ピストン８ｃの上側室とが連通状態に接続されており、
油圧シリンダ８の出力ロッド８ｂの下端のロック解除入力部材９が下部昇降ガイドレール部材４のロック解除指示部材１５へ接して出力ロッド８ｂが回転され、カムフォロア軸９ａがロック部材１４から外れてロック解除されることにより、出力ロッド８ｂがロック解除指示部材１５へ接して得た反力を基に、前記油圧シリンダ８の外管８ａが油圧作用により上部ピストン６および下部ピストン７を上昇させて試料採取用シリンダケース５内へ復帰させ、同上部ピストン６と下部ピストン７の間へ進入した改良土を土質試料として試料採取用シリンダケース５内へ取り込み密閉する構成であることを特徴とする。
【００１２】
請求項４に記載した発明は、請求項１〜３のいずれか一に記載した土質試料の採取装置において、
試料採取用シリンダケース５の上端部に、上部ピストン６の上昇限度位置を規定する上限位置ストッパ２０が設置されており、
下部ピストン７の下面にはブレーキピース２１が突き出されており、一方、試料採取用シリンダケース５の下部フランジ５ａの下方部分には、前記ブレーキピース２１が接触するブレーキローラ２２がローラ支持アーム２３により下部ピストン７の直径線方向の内外へ出入りが自在に設置されており、
前記ブレーキピース２１の下端部を前記ブレーキローラ２２で一定強さの圧力で支持させる弾性支持機構２４により前記ローラ支持アーム２３の一端部が支持されており、
下部昇降ガイドレール部材４が孔底３ａへ着底した段階で、下部ピストン７は、前記ブレーキピース２１がブレーキローラ２２を押し退けて通る押し込み力を受けて下降動作を進められ、
逆に上部ピストン６は直動形アクチュエータ８の駆動力で上昇され、試料採取シリンダケース５内の上端へ到達し前記上限位置ストッパへ突き当たって止められ、且つ前記下部ピストンのブレーキピース２１は前記ブレーキローラ２２を押し退けて上昇しその上に乗って止まる構成であることを特徴とする。
【００１３】
請求項５に記載した発明は、請求項１〜４に記載した土質試料採取装置２を使用して杭孔３の孔底近傍の未固結状態の改良土３０を土質試料として採取する方法であって、
上部ピストン６の上面部へ固定して垂直上方へ立ち上がらせた上部フレーム１２の上端のジョイント部１２ａと地上の作業機の駆動軸１とを接続し吊り支持させて杭孔３の中へ下ろし、
下部昇降ガイドレール部材４の下端が杭孔の孔底３ａへ着底した段階で、前記駆動軸１へ下向きの押し込み力を付与し、上部フレーム１２を通じて上部ピストン６および下部ピストン７を下降させ、下部ピストン７が試料採取用シリンダケース５の下端開口部よりも下方へ露出するように押し出させて上部ピストン６と下部ピストン７の間へ未固結状態の改良土３０が進入することを促す段階と、
前記下部ピストン７の下方へ突き出した出力ロッド８ｂの下端部のロック解除入力部材９を、下部昇降ガイドレール部材４のロック解除指示部材１５と接触させてロック解除入力を生じさせ、
前記ロック解除入力により直動形アクチュエータ８を始動させ、同直動形アクチュエータ８により、上部ピストン６と下部ピストン７をその間へ進入した改良土３０と共に上昇させて試料採取用シリンダケース５内へ復帰させ取り込む段階と、
更に、地上の作業機の駆動軸１を引き揚げて土質試料採取装置２を地上へ回収する段階とから成ることを特徴とする。
【００１４】
請求項６に記載した発明は、請求項１〜４に記載した土質試料採取装置２を使用して杭孔３の孔底近傍の未固結状態の改良土３０を土質試料として採取する方法であって、
上部ピストン６の上面部へ固定して上方へ立ち上がらせた上部フレーム１２の上端のジョイント部１２ａを地上の作業機であるクレーン５０のワイヤー５１で吊り支持させて杭孔３の中へ下ろし、
下部昇降ガイドレール部材４の下端が杭孔３の孔底３ａへ着底した段階で、上部ピストン６へ負荷する上部フレーム１２等の重量を作用させて上部ピストン６および下部ピストン７を下降させ、試料採取用シリンダケース５の下部開口より下方へ下部ピストン７が露出するように押し出させ、上部ピストン６と下部ピストン７の間へ未固結状態の改良土３０が進入することを促す段階と、
前記下部ピストン７の下方へ突き出した出力ロッド８ｂの下部へ取り付けたロック解除入力部材９を、下部昇降ガイドレール部材４のロック解除指示部材１５と接触させてロック解除入力を生じさせ、
前記ロック解除入力により直動形アクチュエータ８を始動させ、同直動形アクチュエータ８により上部ピストン６と下部ピストン７をその間へ進入した改良土３０と共に上昇させて試料採取用シリンダケース５内へ復帰させ取り込む段階と、
更に、クレーン５０のワイヤー５１を巻き上げて土質試料採取装置２を地上へ回収する段階とから成ることを特徴とする。
【００１５】
請求項７に記載した発明は、請求項５又は６に記載した土質試料の採取方法において、
下部昇降ガイドレール部材４の下に一定高さの高さ調整枠６０を取り付けて、杭孔３の孔底３ａから一定高さ上方に存在する改良土３０を取り込み採取することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１〜４に記載した発明に係る土質試料の採取装置２は、試料採取用シリンダケース５が、その上下の開口部を上部ピストン６と下部ピストン７で水密的に閉鎖されているので、この採取装置２は、杭孔先端の孔底３ａ（根固め部）まで下ろす間に泥水や改良土等がシリンダケース５内に浸入する懸念は皆無の防水構造である。よって、採取装置２の試料採取用シリンダケース５内に不要な泥膜が付着すること、或いは杭孔３の上部で浸入した泥水を試料採取ポイントの根固め部へ持ち込んで、根固め部の改良土３０の品質を悪化、変質させる原因を作ることは決してない。
本発明に係る土質試料の採取装置２は、試料採取用容器として必要十分に大きなシリンダケース５を使用し、その上下の開口部を上部ピストン６と下部ピストン７で閉鎖すると共に、土質試料の採取に際してのみ当該シリンダケース５の下端開口よりも下方へ下部ピストン７が露出するように下降させて、上部ピストン６と下部ピストン７の間へ未固結状態の改良土３０が進入することを促す構成である。よって、仮に未固結状態の改良土３０中に粒径の大きな土塊が混じっていた場合でも、その土塊が上部ピストン６と下部ピストン７の間へ進入することに障害のない構成であるから、土塊が混じった改良土３０をそのままの状態で進入させ、上部ピストン６と下部ピストン７と共に試料採取用シリンダケース５内へ引き揚げて、同シリンダケース５内へそっくり取り込むことができる。そして、シリンダケース５内へ取り込んだ土質試料は、直ちに上部ピストン６と下部ピストン７が試料採取用シリンダケース５の上下の開口部を水密的に密閉する。したがって、根固め部の品質確認項目として重要な、セメントミルクが混合攪拌された改良土の圧縮強度の確認、および杭孔３の掘削時に発生した土塊が改良土３０に混入しているか否かを実体に即して正確に把握、確認できる。
【００１７】
本発明に係る土質試料の採取装置２は、例えば掘削機のオーがーロッドや杭打ち機の駆動軸１の下端へ取り付けて杭孔３中へ下ろし、孔底３ａへ到達させて、その付近の改良土３０を土質試料として採取する方法（請求項５に係る発明）を実施できるほか、前記駆動軸１などの利用に頼らず、クレーン５０のワイヤー５１に吊り下げる方式によって杭孔先端（根固め部）の未固結状態の改良土（土質試料）３０を採取する方法（請求項６に係る発明）を実施可能である。
後者の方法によれば、駆動軸１などの継ぎ足し作業等は無用であり、プレボーリングした杭孔３が地下５０ｍないし７０ｍと深くても、その杭孔先端部まで採取装置２を一気に短時間に下ろして土質試料の採取作業を進めることができる。また、土質試料の採取作業を終了した採取装置２は、やはり一気に地上まで引き揚げて迅速に回収することができる。よって、改良土３０が未だ固結しない時間内（好ましくは１時間内）に迅速に効率よく土質試料を採取でき、プレボーリング方式の拡大根固め杭工法の実施における入念なプロセス管理の実施にすこぶる好都合である。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に係る土質試料の採取装置の使用状態を示す立面図である。
【図２】Ａ〜Ｃ図は、本発明に係る土質試料の採取装置による土質試料採取の工程を順に概念的に示した立面図である。
【図３】本発明に係る土質試料の採取装置の構造詳細を一部分を破断して示した立面図である。
【図４】Ａ図は図３のａ−ａ矢視図、Ｂは図３のｂ−ｂ矢視図であってロック状態を示し、Ｃ図は同じ視点でロック解除状態を示す。
【図５】図３のａ矢視以下の部分の左側面図である。
【図６】Ａは図３のｃ−ｃ矢視図、Ｂ図は同部分の斜視図である。
【図７】Ａ図は図３のａ−ｂ部分の拡大した断面図、Ｂ図は前記Ａ図の９０度向きを変えて見た正面図である。
【図８】Ａ図は図７Ｂ中に円弧ｄで囲んだ部分の拡大した断面図、Ｂ図は図８Ａに指示したｅ、ｅ線矢視図である。
【図９】図２Ａとは異なった土質試料採取方法の実施例を示す立面図である。
【図１０】Ａ図は上記実施例の土質試料採取装置を使用に備えて待機する際、又は地下から引き揚げて回収した場合の管理保管状態を示した正面図、Ｂ図はその側面図である。
【図１１】図１の駆動軸に代わりクレーンを使用する採取装置の使用状態を示す立面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明に係る土質試料の採取装置２は、土質試料の採取用の容器である垂直なシリンダケース５と、
前記試料採取用シリンダケース５の下端部へ取り付けた、杭孔３の孔底３ａへ着底させる下部昇降ガイドレール部材４と、
前記試料採取用シリンダケース５の上端開口部と下端開口部を水密的に閉鎖し、且つ同試料採取用シリンダケース５内を昇降する上部ピストン６および下部ピストン７と、
前記上部ピストン６および下部ピストン７が外管８ａへ一定の位置関係で結合された直動形アクチュエータ８と、
前記直動形アクチュエータ８の出力ロッド８ｂが前記下部ピストン７の下方へ突き出され、同出力ロッド８ｂの下端部へ設けられたロック解除入力部材９と、
前記下部昇降ガイドレール部材４の下部に、下降した前記ロック解除入力部材９と連係する配置に設けられたロック解除指示部材１５と、
前記上部ピストン６の上面部へ固定して垂直上方へ立ち上がる形に設置され、上端にジョイント部１２ａを設けた上部フレーム１２と、
前記上部フレーム１２の内側に設置された、前記直動形アクチュエータ８の駆動エネルギ源部１６とで構成されている。
この土質試料採取装置２は、上部フレーム１２の上端のジョイント部１２ａを地上の作業機で吊り支持させ、プレボーリングされた杭孔３へ下ろして孔底３ａへ前記下部昇降ガイドレール部材４の下端を到達させる。その上で、下部ピストン７が試料採取用シリンダケース５の下方へ露出するように下降させ、上部ピストン６と下部ピストン７の間へ未固結状態の改良土３０が進入することを促がす。更に上記直動形アクチュエータ８の出力ロッド８ｂの下端のロック解除入力部材９を、下部昇降ガイドレール部材４の下部のロック解除指示部材１５と連係させてロック解除入力を生じさせ、直動形アクチュエータ８を始動させて、上部ピストン６と下部ピストン７及びその間へ進入した改良土３０を共に上昇させ、試料採取用シリンダケース５内へ復帰させて土質試料を取り込み、同シリンダケース５は密閉状態を保持して地上へ引き揚げ回収する。
【００２０】
上記の土質試料採取装置２を使用して杭孔３の孔底３ａ近傍に存在する未固結状態の改良土３０を土質試料として採取する方法は、上部ピストン６の上面部へ固定して垂直上方へ立ち上がらせた上部フレーム１２の上端のジョイント部１２ａと地上の作業機である、例えば杭打ち機の駆動軸１とを接続して吊り支持させ杭孔３の中へ下ろす。
そして、下部昇降ガイドレール部材４の下底が杭孔２の孔底３ａへ着底した段階で、前記駆動軸１へ下向きの押し込み力を付与し、上部フレーム１２を通じて上部ピストン６および下部ピストン７を下降させ、下部ピストン７が試料採取用シリンダケース５の下部開口より下方へ露出するように押し出させて、上部ピストン６と下部ピストン７の間へ未固結状態の改良土３０が進入することを促す。
更に、前記下部ピストン７の下方へ突き出した出力ロッド８ｂの下端部のロック解除入力部材９を、下部昇降ガイドレール部材４のロック解除指示部材５と連係させてロック解除入力を生じさせる。
前記ロック解除入力により直動形アクチュエータ８を始動させ、同直動形アクチュエータ８により、上部ピストン６と下部ピストン７及びその間へ進入した改良土３０を共に上昇させ、試料採取用シリンダケース５内へ復帰させて取り込む。
しかる後に、地上の作業機である、杭打ち機の駆動軸１を引き揚げて土質試料採取装置２を地上へ回収する。
【００２１】
異なる土質試料採取方法としては、上部ピストン６の上面部へ固定して垂直上方へ立ち上がらせた上部フレーム１２の上端のジョイント部１２ａをクレーン５０のワイヤー５１で吊り支持させて杭孔３の中へ挿入する。
そして、下部昇降ガイドレール部材４の下底が杭孔３の孔底３ａへ着底した段階で、上部ピストン６へ負荷する上部フレーム１２等の重量を作用させて上部ピストン６および下部ピストン７を下降させ、下部ピストン７が試料採取用シリンダケース５の下部開口よりも下方へ露出するように押し出させて上部ピストン６と下部ピストン７の間へ未固結状態の改良土３０が進入することを促す。
更に、前記下部ピストン７の下方へ突き出した出力ロッド８ｂの下部のロック解除入力部材９を、下部昇降ガイドレール部材４のロック解除指示部材１５と接触させてロック解除入力を生じさせ、このロック解除入力により直動形アクチュエータ８を始動させ、同直動形アクチュエータ８により上部ピストン６と下部ピストン７及びその間へ進入した改良土３０を共に上昇させて試料採取用シリンダケース５内へ復帰させ取り込む。
しかる後に、クレーン５０のワイヤー５１を巻き上げて土質試料採取装置２を地上へ回収する。
【実施例１】
【００２２】
以下に、本発明を、図示した実施例に基づいて説明する。
先ず図１は、一例として採用した杭打ち機（図示は省略）の駆動軸１の下端部へ、本発明の土質試料採取装置２を取り付けて杭孔３の中へ下ろし、孔底３ａの付近に未固結状態で存在する改良土３０を土質試料として採取する方法の実施例を示す。図２Ａ〜Ｃは、本発明の土質試料採取装置２による土質試料採取の工程と手法を順に概念的に示している。そして、図３以下は、本発明による土質試料採取装置２の実施例の構成を具体的に示している。
【００２３】
図３に示した土質試料採取装置２は、土質試料の採取容器であるシリンダケース５を垂直な向きとし、これを主要部として構成している。即ち、前記シリンダケース５の下端部に、プレボーリングされた杭孔３へ挿入した際に孔底３ａへ着底させる下部昇降ガイドレール部材４を取り付けている。
前記試料採取用シリンダケース５内の上端開口部と下端開口部には、これらをそれぞれ水密的に閉鎖して、同試料採取用シリンダケース５内を昇降する上部ピストン６および下部ピストン７が設置されている。
前記下部ピストン７および上部ピストン６は、直動形アクチュエータ（一例として油圧シリンダ）８のシリンダを形成する外管８ａへ、上記したように上端開口部と下端開口部を丁度閉鎖する位置関係で結合されている。
前記直動形アクチュエータ８の出力ロッド８ｂの下部は前記下部ピストン７の下方へ突き出されており、同出力ロッド８ｂの下端部にロック解除入力部材９が設けられている。
前記下部昇降ガイドレール部材４の下部に、下降した前記ロック解除入力部材９と連係する配置でロック解除指示部材１０が設けられている。
前記上部ピストン６の上面部へ固定して垂直上方へ立ち上がる形に上部フレーム１２が設置され、その上端にジョイント部材１２ａが設けられている。
前記上部フレーム１２の内側部分に、前記直動形アクチュエータ８の駆動エネルギ源部（一例としてアキュームレータ）１６が設置され、この駆動エネルギ源部１６の下部の供給ノズル１６ａと、上記直動形アクチュエータ８の上端部の給油口とが直結された構成とされている。
【００２４】
上記土質試料採取装置２の各構成を更に具体的に説明する。
土質試料採取用の容器であるシリンダケース５は、一例として内径が３００ｍｍ、高さが３５０ｍｍ程度の鋼製円筒体で形成されている。この試料採取用シリンダケース５の下部外周のフランジ部５ａの下に、図３と図５および図６Ａ、Ｂに示したとおり、垂直下方へ平行に延びる２本の角材で成るレールとして構成した下部昇降ガイドレール部材４、４の上端が、前記フランジ部５ａへボルト接合５ｂ（図７Ａ）により剛に取り付けられている。前記２本の下部昇降ガイドレール部材４、４の下端は、底盤４ａおよび補強リブ４ｂと一体的に剛接合して、全体を剛構造の枠体として構成されている。
【００２５】
前記試料採取用シリンダケース５の内筒部に、上部ピストン６及び下部ピストン７が、図３に示した通り、丁度シリンダケース５の上端開口部と下端開口部をそれぞれ水密的に閉鎖する配置で、各々は直動形アクチュエータ８の外管８ａと結合して、一体的関係を保つ構成とし、もって両ピストン６、７は試料採取用シリンダケース５内を合一に昇降可能に設置されている。上部ピストン６および下部ピストン７の外周面部には、シリンダケース５の内筒面へ密接するパッキン６ａと７ａが設置され、水密的状態を保持して滑動する構成とされている。前記直動形アクチュエータ８の外管８ａは、上部ピストン６および下部ピストン７のほぼ中心部を上下方向へ垂直に貫通する配置とされている。
【００２６】
上記したように上部ピストン６および下部ピストン７のほぼ中心部を上下方向に貫通する配置とした直動形アクチュエータ８は、本実施例の場合は、前記外管８ａをシリンダとし、その内部に出力ロッド８ｂおよび油圧ピストン８ｃ（図３）を内蔵させた油圧シリンダとして構成されている。外管８ａの下端位置は、下部ピストン７の内面と接合フランジ１３によりボルト接合されている。同外管８ａの上端部は上部ピストン６を貫通してその上方へ若干の長さ突き出されている。そして、同外管８ａの途中位置が、接合フランジ１３により上部ピストン６の内面とボルト接合されている（図３）。この直動形アクチュエータ８の上端の給油ノズル口が、その直上に位置する駆動エネルギ源部（アキュームレータ）１６の下部の圧油供給ノズル１６ａと連通状態に接続され、油圧シリンダである直動形アクチュエータ８へ圧油を供給する構成とされている。
一方、直動形アクチュエータ８の前記出力ロッド８ｂの下端は、下部ピストン７から下方へ若干の長さ突き出され、その下端部にロック解除入力部材９が取り付けられている。
【００２７】
図示したロック解除入力部材９は、図３と図４Ｂ、Ｃ及び図６Ｂが分かりやすいように、出力ロッド８ｂの軸線に対し垂直方向（直交方向）の両側へ突き出る一対のカムフォロア軸９ａ、９ａで構成されている。一方、この一対のカムフォロア軸９ａ、９ａが一方向へのみ回転することを許容する構成の一対のロック部材１４、１４が、下部ピストン７の下面へ固定して設けられている。このロック部材１４、１４は、その内側部位に形成した鉤型溝部１４ａへ、前記一対のカムフォロア軸９ａ、９ａの先端が突き当たるまで進入させて、出力ロッド８ｂが下向きに突き出すことを止めたロック状態とされている。
因みに、油圧シリンダとして構成された直動形アクチュエータ８は、図３に概略構成を図示したように、出力ロッド８ｂの上端部に油圧ピストン８ｃを備え、この油圧ピストン８ｃは常時駆動エネルギ源部（アキュームレータ）１６から供給される圧油の作用を受けているが、それを上記したように、ロック部材１４、１４の内側部位に形成した鉤型溝部１４ａへ、前記一対のカムフォロア軸９ａ、９ａの先端が突き当たるまで進入させて下部ピストン７を反力として拘束し、出力ロッド８ｂが下向きに突き出すことを止めたロック状態とされている。
なお、図４Ｂ、Ｃで明解な、ロック解除入力部材９に付属する一対のハンドル９ｂ、９ｂは、前記出力ロッド８ｂおよび一対のカムフォロア軸９ａ、９ａを、ロック部材１４、１４の鉤型段部１４ａへ復帰させてロック状態に復帰させる回転操作のためのハンドルである。
【００２８】
次に、前記ロック部材１４の外側部位には、図４Ｂ、Ｃに見るとおり、上記した２本の下部昇降ガイドレール部材４、４の両側面を挟んで滑る滑りガイド１４ｂが形成されており、この滑りガイド１４ｂが下部昇降ガイドレール部材４、４を伝いつつ下降することにより、下部ピストン７および上部ピストン６の昇降動作の安定性が確保され、且つ非回転状態での昇降を実現する構成とされている。
【００２９】
一方、下部昇降ガイドレール部材４、４の下部に剛接合された底盤４ａおよび補強リブ４ｂには、図６Ａ、Ｂに示したように、上記ロック解除入力部材９の下降を待ち受ける配置で、ロック解除指示部材１５が設置されている（図３、図６Ｂ）。このロック解除指示部材１５は、図６Ｂが分かり易いように、前記一対のカムフォロア軸９ａ、９ａが個別に接触する一対の平板による直動カムプレートであり、底盤４ａ上に約１５０ｍｍ程度のせいの高さで構成されている。前記一対の直動カムプレート１５、１５は、両者の間に、前記出力ロッド８ｂが上下方向へ昇降可能（進入可能）な間隔を開けた配置で、下部昇降ガイドレール部材４の底盤４ａ上にほぼ垂直に立ち上がる構成で設置されている。該一対の直動カムプレート１５、１５の上端部には、前記一対のカムフォロア軸９ａ、９ａが対称的関係で接触するカム曲線部１５ａが、前記出力ロッド８ｂに一定の回転角（約２５度）に及ぶ回転（図４Ｂ中時計回り方向の回転）を生じさせるべく、相互に正反対向きに垂直方向の高さにして約５０ｍｍの範囲に形成されている。そして、前記カム曲線部１５ａの下端部には、前記一対のカムフォロア軸９ａ、９ａの下降を止めて、所要大きさの支持反力を与える水平受け部１５ｂが形成されている。
【００３０】
したがって、上記出力ロッド８ｂのロック解除入力部材９を構成する一対のカムフォロア軸９ａ、９ａが、下部ピストン７と共に下降して、前記一対の直動カムプレート１５、１５のカム曲線部１５ａへ等しく接触しつつ前記約５０ｍｍのストローク分を下降動作する間に、カム曲線部１５ａの案内作用により、前記出力ロッド８ｂへ回転角にして約２５度程度の回転を生じさせる。その結果、図４Ｂと図４Ｃの対比で明かなとおり、出力ロッド８ｂ及び一対のカムフォロア軸９ａ、９ａの前記回転によって、一対のカムフォロア軸９ａ、９ａは下部ピストン７のロック部材１４の鉤型溝部１４ａから抜け外れるに至る（図４Ｃ）。その結果、下部ピストン７および外管８ａを基礎とする出力ロッド８ｂの拘束力が解除されるため、既に駆動エネルギ源部（アキュームレータ）１６から供給された圧油の作用を受けている油圧シリンダ８（直動形アクチュエータ）の油圧ピストン８ｃと出力ロッド８ｂは下向きへの前進動作を開始することになる。
一方、前記油圧ピストン８ｃの下室の下方部位には排気管１７が接続され、この排気管１７は垂直上方へ上部ピストン６を貫通させてその上方に導き出され、同排気管１７の上端には排気開放用のニードルバルブ１７ａが設置されている。つまり、油圧ピストン８ｃと出力ロッド８ｂが上記した下向きの前進動作を開始すると、それに伴い、油圧ピストン８ｃの下室に溜まった空気が順次排出してゆき、油圧ピストン８ｃの下降動作に抵抗を生じさせない構成とされている。
【００３１】
ところがこのとき、出力ロッド８ｂの一対のカムフォロア軸９ａ、９ａは、上記したとおり、直動カムプレート１５、１５のカム曲線部１５ａの下端の水平受け部１５ｂへ到達して必要十分な大きさの支持反力を受けて動けない。そのため逆に、自由な外管８ｂの方が反作用として上部ピストン６と下部ピストン７及び両者の間へ進入した改良土３０と共に押し上げられることになる。こうして上部ピストン６と下部ピストン７は再び試料採取用シリンダケース５内へ復帰して行き、再び図３に示すように、上部ピストン６と下部ピストン７は改良土３０を試料採取用シリンダケース５内へ取り込んで上下の開口部を閉鎖した状態に復元するに至る。
【００３２】
ところで、上記した上部ピストン６の上面には、図示した実施例の場合、鋼製円筒を縦にほぼ二つ割りにしたに等しい湾曲形状の一対の上部フレーム１２、１２が向かい合わせて、上部ピストン６の外径よりは小さい（細い）配置とし、その下端のフランジ１２ａをボルト止め１２ｂにより固定して垂直姿勢に設置されている。これら二つの上部フレーム１２、１２の内側部位に、上記油圧シリンダ８の駆動エネルギ源である油圧を貯めたアキュームレータ１６が、上部フレーム１２、１２で抱持された形に収納して設置されている。二つの上部フレーム１２、１２の上端部は、フランジ継手のボルト接合１８により六角ジョイント部１２ａと剛に接合されている。
【００３３】
次に、上部ピストン６が試料採取用シリンダケース５の上端開口部へ復帰した際に、同上部ピストン６の上限位置を決めて止める上限位置ストッパ２０が、図４Ａに示したとおり、上記二つの上部フレーム１２、１２とは約９０度異なる位置に、試料採取用シリンダケース５の上部フランジ５ｂへボルト接合１９により固定して設置されている。
一方、下部ピストン７が、試料採取用シリンダケース５の下端開口部を丁度閉じた位置を確定してその位置へ止め安定に保持する位置決め手段として、図７Ｂと図８Ａ、Ｂに示したとおり、下部ピストン７の下面へボルト２１ａで固定したブレーキピース２１が下向きに６０ｍｍ位の長さ突き出されている。
これに対し、試料採取用シリンダケース５の下部フランジ５ａにおいて、昇降ガイドレール部材４の位置とは円周方向に約９０度異ならせた位置にボルト２５で支持枠２６が取り付けられている。この支持枠２６を利用して、前記ブレーキピース２１が下向きに接触する（突き当たる）ブレーキローラ２２が、ローラ支持アームに２３より下部ピストン７の直径線方向への内外へ出入りが自在に設置されている。即ち、ローラ支持アームに２３は、その中間部の内側寄り位置をピン軸２７により内外方向への回動が可能に支持されている。そして、同ローラ支持アームに２３において、前記ピン軸２７の位置よりも上方部位に、前記ブレーキローラ２２が軸２２ａで回転自在に支持され、ピン軸２７の位置から水平な外方位置に、ローラ支持アーム２３の外寄り部位を弾力的に一定強さの作用力で支持する弾性支持機構２４が垂直な向きに設置されている。
弾性支持機構２４は、前記支持枠２６の下辺部２６ａを滑動可能に貫通させたバネ軸２４ａの外周に圧縮用のコイルバネ２４ｂを設置して、同バネ軸２４ａの上端を、前記ローラ支持アーム２３の外寄り部位をピン２４ｃで連結した構成である。よってブレーキローラ２２は、平常状態として、図８Ａに示すように、試料採取用シリンダケース５の内方側寄りに突き出て位置するように弾性支持機構２４で弾性的に支持されている。
【００３４】
したがって、下部ピストン７の下降動作は、下部ピストン７の下面側に位置するブレーキピース２１の下端部が、上記ブレーキローラ２２の上に突き当たった状態で阻止される。このとき下部ピストン７は、試料採取用シリンダケース５の下端開口部を密閉した位置に止められている。
しかし、同下部ピストン７のブレーキピース２１へ、前記ブレーキローラ２２が下部ピストン７を止める作用力を超えた強さの押し込み力が加えられ、ブレーキピース２１がブレーキローラ２２を外方へ押し退けると、下方て進むことが可能となり、下部ピストン７および上部ピストン６の下降動作が開始される。前記の押し込み力は、地上の作業機である杭打ち機の駆動軸１を操作して付与される。
一方、土質試料の採取後に、上部ピストン６および下部ピストン７が上記油圧シリンダ８の働きで上昇された場合にも、下部ピストン７およびブレーキピース２１の上昇は、ブレーキローラ２２の抵抗を受ける。しかし、油圧シリンダ８の押し上げ力が勝ることでブレーキローラ２２を押し退けて進み、下部ピストン７が試料採取シリンダケース５の下端開口部を丁度閉鎖した位置、言い換えると上部ピストン６が試料採取シリンダケース５の上端に位置する上記上限位置ストッパ２０へ下方から突き当たって止められた位置において、丁度下部ピストン７の下面側に位置するブレーキピース２１がブレーキローラ２２の上に乗って下降を阻止される状態となる。こうして上部ピストン６と下部ピストン７は、その間へ進入した孔底部位の改良土を試料採取シリンダケース５の中へ持ち込み取り込んで密閉状態に保持するから、そのまま地上への回収が可能となる。
【実施例２】
【００３５】
そこで次には、上記構成の土質試料採取装置２を使用して、プレボーリングした杭孔３の杭底３ａ近傍に存在する改良土３０を土質試料として採取する方法について説明する。
再び図１と図２に戻る。これらの図はプレボーリング方式の拡大根固め杭工法の実施において、杭孔３の杭底３ａ近傍に拡径して形成した根固め部３ｂに存在する未固結状態の改良土３０を採取する方法の実施例を示している。
【００３６】
図１は、地上の作業機の一例として、図示を省略した杭打ち機を使用し、その駆動軸１（ただし、地上の作業機は杭打ち機の限りではなく、駆動軸１と同様な軸で地上から杭孔３へ採取装置２を下ろして杭底３ａへ到達させ、土質試料の採取を可能にするなら、掘削機のオーガーロッドなど、その機種、軸の構造、用途を問わない。）の下端に、土質試料採取装置２の上部ピストン６の上面部へ固定した上部フレーム１２の上端のジョイント部１２ａを接続して吊り支持させ、採取装置２を杭孔３の中へ下ろして、杭底３ａ近傍に拡径して形成した根固め部３ｂへ到達させ、下部昇降ガイドレール部材４の下端を杭底３ａへ着底させた土質試料採取作業の稼働状態図を示している。
図２Ａは、根固め部３ｂへ到達させた採取装置２および下部昇降ガイドレール部材４の部分を拡大して示している。このとき上部ピストン６および下部ピストン７は当然試料採取用シリンダケース５の上端開口部と可鍛開口部に位置させ、下部昇降ガイドレール部材４の下端が孔底３ａに着底している。
【００３７】
次に図２Ｂは、下部昇降ガイドレール部材４の下端が杭孔３の孔底３ａへ着底した段階で、前記駆動軸１を通じて地上から下向きの押し込み力を付与し、上部フレーム１２を通じて上部ピストン６および下部ピストン７を下降動作させ、上部ピストン６は試料採取用シリンダケース５の下端開口部近辺に位置し、下部ピストン７は約３００ｍｍ程度のストロークで下方へ露出するまで押し下げられている。つまり、試料採取用シリンダケース５は、下部昇降ガイドレール部材４の下端が杭孔３の孔底３ａへ着底して支持反力を受けているため、相対的に上部ピストン６および下部ピストン７が下降動作する。このような使用を前提として、当然のことながら、上部フレーム１２は、駆動軸１による下向きの押し込み力を上部ピストン６および下部ピストン７へ伝えて下降動作させる圧縮強度と剛性を備え、更に試料採取用シリンダ５の中へ進入可能な形状、構造とされている。
本実施例の場合、下部ピストン７が一定ストローク露出するまで下方へ押し出させるストロークの下降限度、言い換えると上部ピストン６が試料採取用シリンダケース５の下端開口部から抜け外れることのない位置へ止める手段は、地上の作業機による駆動軸１の下降ストロークを計測しつつ実施することで対応可能である。しかし、より機械的で確実な手段としては、例えば図３に示した上部フレーム１２の中間部位から横方向の両側へ水平に突き出すように取り付けた支持腕４０、４０が、試料採取用シリンダケース５の上端縁へ突き当たる位置として下部ピストン７が一定ストローク露出するまで下方へ押し出させるストロークの下降限度を設定して実施することができる。
こうして図２Ｂのように上部ピストン６が試料採取用シリンダケース５の下端開口部に位置し、下部ピストン７は更に下方へ大きく押し下げられた状態になると、周囲の未固結状態の改良土３０は、必然的に上部ピストン６と下部ピストン７が試料採取用シリンダケース５の中に持ち込んだ空気を押し退けて両ピストンの間へなだれ込むように進入する。一方、前記のように排除された空気は、未固結状態の改良土３０を押し退けつつ上昇して地上へ出るから、同空気が地上へ出て風船が割れる様な破裂音を生じるのを聞いて、作業者は上部ピストン６および下部ピストン７の下降動作を耳で確認することが出来る。
また、本発明の採取装置２は、上述したように上部ピストン６が試料採取用シリンダケース５の下端開口部近辺にまで下がり、下部ピストン７はシリンダケース５の下端開口部から更に下方へ大きく露出するまで押し下げられた状態では、周辺の未固結状態の改良土３０が両ピストン６、７間へなだれ込むように進入することを妨げる障害物はない構成である。つまり、両側に角材から成る下部昇降ガイドレール部材４、４が２本立っているだけの構成であるから、仮に改良土３０中に掘削に伴う土塊が混じっている場合、その土塊はそのまま改良土３０と一緒に両ピストン６、７間へなだれ込むように進入する。よって、杭孔３の杭底３ａ近傍に拡径して形成した根固め部３ｂに存在する未固結状態の改良土３０は、在りの儘の状態の土質試料として採取可能である。そのため改良土３０の実情（実体）に即した調査と把握、確認が出来るのである。
【００３８】
次に図２Ｃは、上記図２Ｂのように上部ピストン６と下部ピストン７が駆動軸１で採取装置２へ付与された押し下げ力によって、下部ピストン７の下方へ突き出た出力ロッド８ｂの下端部に取り付けたロック解除入力部材９の各フォロア軸９ａ、９ａが、下部昇降ガイドレール部材４の下部に位置するロック解除指示部材たる直動カムプレート１５と接触しつつ下降した結果、直動形アクチュエータ８のロック状態が解除され、始動した直動形アクチュエータ８の働きにより、上部ピストン６と下部ピストン７がその間へ進入した改良土３０と共に上昇され、試料採取用シリンダケース５内へ復帰させて、土質試料を試料採取用シリンダケース５内へ取り込んだ状態を示している。
つまり、直動カムプレート１５、１５と接触しつつ下降した一対のフォロア軸９ａ、９ａは、直動カムプレート１５のカム作用により、一定の回転角回転してロック解除入力を生じる。即ち、各フォロア軸９ａ、９ａは、前記の回転に伴い、下部ピストン７の下面に固定したロック部材１４、１４の鉤型溝部１４ｂから引き外されてロック解除の状態となる。その結果、上述したように直動形アクチュエータである油圧シリンダ８は既に駆動エネルギ源部たるアキュームレータ１６から圧油の供給を受けて、油圧ピストン８ｃは発進可能状態となっているので、各フォロア軸９ａ、９ａがロック部材１４、１４から引き外された途端に、始動する。
【００３９】
油圧シリンダ８の始動は、油圧ピストン８ｃの上側室へ供給された油圧の作用により、出力ロッド８ｂが前進動作するべきところ、ロック解除入力部材９の各フォロア軸９ａ、９ａが、下部昇降ガイドレール部材４の下部に位置するロック解除指示部材たる直動カムプレート１５と接触して大きな支持反力を受けて動けない関係上、その反作用として、逆に自由な外管８ａが、上部ピストン６および下部ピストン７と共に上昇動作する。こうして上部ピストン６と下部ピストン７が、その間に進入した改良土３０と共に試料採取用シリンダケース５内へ復帰して、その改良土３０を試料採取用シリンダケース５内へ土質試料として取り込み、且つ上下のピストン６、７がシリンダケース５の上下の開口部を密閉して土質試料を保持することになる。
上記土質試料の密閉状態は、上部ピストン６が、その上限位置を規定する上限位置ストッパ２０（図４Ａ参照）へ突き当たった位置を止められ、また、下部ピストン７は図８Ａ、Ｂに示すように下部ピストン７のブレーキピース２１の下端が、ブレーキローラ２２の上に乗って押し止められる作用によってきっちり確定され、安定な採取状態を実現する。
その後に杭打ち機の駆動軸１を引き揚げることにより、土質試料採取装置２を地上へ回収すると、土質試料採取の目的が達成されるのである。
【００４０】
上記したように地下から引き揚げて地上へ回収した土質試料採取装置２を一時的に支持させて管理、保管の用に供する設備として、又は逆に土質試料採取の準備を整えて作業可能な状態に用意した土質試料採取装置２を、一時的に支持させて管理、保管する設備として、図１０に示した保管枠７０が好適に使用される。
この保管枠７０は一種の立て掛けスタンドであり、土質試料採取装置２の上部フレーム１２の中間部位から横方向の両側へ水平に突き出すように取り付けた支持腕４０、４０を受け止めるＶ溝構造の支持部７１、７１が、架台７３から立ち上がる支柱７２、７２の上部内側に、左右に対称的な配置に設けられている。前記の支持腕４０、４０を、前記支持部７１、７１の上へ載せ架けて、一種の吊り支持状態で倒れないように支持する構成とされている。図１０中の符号７４は、支柱７２、７２の上端部を、土質試料採取装置２の吊り支持に支障ない形態で繋いだ繋ぎ梁である。
この保管枠７０を使用すると、土質試料採取装置２は、土質試料採取の作業に使用する前、又は土質試料の採取に使用した後にも、試料採取用シリンダケース５とその内部の上部ピストン６と下部ピストン７、並びに採取した土質試料を、無理のない負荷状態で安定に支持して保管できる。
【実施例３】
【００４１】
図９に示す実施例３は、上記図１又は図２に示した実施例の構成を前提に、下部昇降ガイドレール部材４の底盤４ａの下に、一定高さＨの高さ調整枠６を取り付けて、杭孔３の孔底３ａから高さ調整枠６の高さ寸法Ｈだけ上方に存在する改良土３０を取り込み採取する方法の実施例を示している。
この高さ調整枠６の高さ寸法Ｈが種々異なるものを数例用意して使い分けることにより、杭孔３の孔底３ａから種々な高さ位置の改良土３０を採取して、根固め部の土質調査の目的を一層広範に実施できる。
【実施例４】
【００４２】
図１１は、上記土質試料採取装置２を使用して土質試料を採取する方法の異なる実施例として、地上の作業機としてクレーン５０を用いた実施例を示している。クレーン５０のワイヤー５１を、土質試料採取装置２における、上部フレーム１２の上端のジョイント部１２ａと接合して吊り支持させ、プレボーリングされた杭孔３の中へ採取装置２を下ろした実施例４を示している。
なお、本実施例の場合は、土質試料採取装置２の下部昇降ガイドレール部材４の下端を杭孔３の孔底３ａへ着底させた段階で、上部ピストン６及び下部ピストン７へ押し込み力を負荷させることはできない。そこで土質試料採取装置２の設計段階で予めクレーン５０を使用する方法の実施例を前提として、上部フレーム１２と上部ピストン６及び下部ピストン７並びに直動形アクチュエータ８（例えば油圧シリンダ）等々の重量を必要十分に大きく製作しておくことが好ましい。
その上で、図１１に示したように、土質試料採取装置２における下部昇降ガイドレール部材４の下端がプレボーリングされた杭孔３の孔底３ａ着底した段階で、地上のクレーン５０の操作によりクレーンワイヤ５１による土質試料採取装置２の吊り支持力（張力）を漸次適度に緩めてゆく。そうすると、クレーンワイヤ５１による土質試料採取装置２の吊り支持力が減少することに反比例して、上部フレーム１２と上部ピストン６及び下部ピストン７並びに直動形アクチュエータ８等々の重量による上部ピストン６及び下部ピストン７の押し下げ作用力が増大してゆく。そして、前記重量による押し下げ作用力が一定値以上に増大した段階で、上記図８に示した下部ピストン７のブレーキピース２１の下端をブレーキローラ２２が押し止める作用力に打ち勝つに至る。更に重量による押し下げ作用力を増大させると、上部ピストン６および下部ピストン７を下降動作させることができる。  本実施例の場合、上部ピストン６および下部ピストン７の下降動作を、下部ピストン７が一定ストローク露出するまで下方へ押し出すストロークの下降限度、言い換えると上部ピストン６が試料採取用シリンダケース５の下端開口部から抜け外れることのない位置で止める手段として、例えば図３に示した上部フレーム１２の中間部位から横方向の両側へ水平に突き出すように取り付けた支持腕４０、４０が、試料採取用シリンダケース５の上端縁へ突き当たる構成で機械的に確実に実施することができる。
【００４３】
上記のようにして、試料採取用シリンダケース５の下方へ下部ピストン７が一定ストローク露出するまで押し出されると、試料採取用シリンダケース５内に持ち込んできた空気を押し出しつつ、これら上部ピストン６と下部ピストン７の間へ未固結状態の改良土３０が進入することは、上記駆動軸１による方法の実施例と何ら変わりがない。前記空気が地上へ抜け出し、その際に発する破裂音で試料採取用シリンダケース５の下方へ下部ピストン７が一定ストローク露出するまで押し出されたことを確認することが出来る。
更に、上記の重力作用で引き続き上部ピストン６および下部ピストン７を下降動作させることにより、下部ピストン７の下方へ突き出した出力ロッド８ｂのロック解除入力部材９のカムフォロア軸９ａ、９ａが、下部昇降ガイドレール部材４に設置したロック解除指示部材である直動カムプレート１５と接触して、カムフォロア軸９ａ、９ａが一定の回転角だけ回転されてロック解除入力を生じ、各フォロア軸９ａ、９ａが下部ピストン７のロック部材１４、１４から引き外されてロック解除となること、及び前記のロック解除により油圧シリンダ８を始動させ、同油圧シリンダ８により上部ピストン６と下部ピストン７並びにその間へ進入した改良土３０を共に上昇させ、試料採取用シリンダケース５内へ復帰させて取り込むこと、そして、クレーン５０のワイヤー５１を巻き上げて土質試料採取装置２を地上へ回収することは、上記の実施例２と同様である。
【００４４】
本実施例４で特記するべきことは、クレーン５０のワイヤー５１は、ウインチの運転操作により、仮に杭孔３が地下５０ｍないし７０ｍのように深い場合でも、土質試料採取装置２は一気に孔底３ａへ着底するまで下ろすことが出来る。また逆に、土質試料の採取作業を終了した採取装置２は一気に地上まで引き揚げて回収できるという利点である。したがって、上述したようにプレボーリングされた杭孔３の孔底３ａにセメントミルクと掘削土を攪拌混合して造成された改良土３０が未固結状態を保つ限られた時間内（好ましくは１時間以内、長くてもせいぜい３時間以内）に土質試料採取の作業を完結することに極めて有効的な方法といえる。
【００４５】
以上に本発明を図示した実施例に基づいて説明したが、もとより本発明は図示した実施例に限定されるものではない。所謂当業者が必要に応じて行う設計変更その他の変形・応用の範囲などを含むもの発明であることを念のため言及する次第である。
【符号の説明】
【００４６】
１            地上の作業機の駆動軸
２            土質試料の採取装置
５            試料採取用シリンダケース
３            杭孔
３ａ          孔底
４            下部昇降ガイドレール部材
６            上部ピストン
７            下部ピストン
８            直動形アクチュエータ（油圧シリンダ）
８ａ          外管
８ｂ          出力ロッド
９            ロック解除入力部材
９ａ          カムフォロア軸
１５          ロック解除指示部材（直動カムプレート）
１２          上部フレーム
１２ａ        ジョイント部
１６          駆動エネルギ源部（アキュームレータ）
１４          ロック部材
３０          改良土
１５ａ        カム曲線部
８ｃ          油圧ピストン
２０          上限位置ストッパ
２１          ブレーキピース
５ａ          下部フランジ
２２          ブレーキローラ
２３          ローラ支持アーム
２４          弾性支持機構
５０          クレーン
５１          ワイヤー
６０          高さ調整枠
【図１】
2011047749.tif 000003
【図２】
2011047749.tif 000004
【図３】
2011047749.tif 000005
【図４】
2011047749.tif 000006
【図５】
2011047749.tif 000007
【図６】
2011047749.tif 000008
【図７】
2011047749.tif 000009
【図８】
2011047749.tif 000010
【図９】
2011047749.tif 000011
【図１０】
2011047749.tif 000012
【図１１】
2011047749.tif 000013