(57)【要約】【課題】高さ制限の厳しい現場であっても施工可能であり、撹拌翼を備えた処理機を地盤中で安定して上下移動させることがきる地盤改良装置および方法を提供する。【解決手段】撹拌翼５が取り付けられて回転駆動する回転軸４が下方に突設された処理機２をウインチ１０のドラム１０ａに巻き取られた吊ワイヤ１０ｃに連結し、ウインチ１０を作動させて吊ワイヤ１０ｃを繰り出するとともに、処理機２に取付けられたスタビライザ６により処理機２の姿勢を制御して処理機２を下方移動させて地盤Ｂを所定深度まで掘削した後、その地盤Ｂ中に供給ライン８を通じて地盤改良薬液Ｓを供給しつ撹拌翼５を回転駆動しながら、ウインチ１０を作動させて吊ワイヤ１０ｃを巻き取るとともに、スタビライザ６により処理機２の姿勢を制御して処理機２を上方移動させて、地盤Ｂ中に地盤改良薬液Ｓを撹拌および混合させて地盤改良を行なう。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
地盤中を上下移動する撹拌翼を有する処理機と、地盤中に地盤改良薬液を供給する供給ラインとを備えた地盤改良装置において、前記撹拌翼が取り付けられて回転駆動する回転軸が前記処理機から下方に突設され、この処理機を吊ワイヤを介して上下移動させるウインチと、前記処理機に取付けられて処理機の姿勢を制御するスタビライザとを備えたことを特徴とする地盤改良装置。
【請求項２】
前記処理機に、地盤中において処理機に作用する土圧を軽減させる回転翼が設けられている請求項１に記載の地盤改良装置。
【請求項３】
前記ウインチは船に設置され、前記処理機は水底地盤中を上下移動する請求項１または２に記載の地盤改良装置。
【請求項４】
前記撹拌翼が前記回転軸の周方向の異なる位置から水平方向に複数延設され、それぞれの撹拌翼の位置に、前記地盤改良薬液の吐出口が設けられ、前記回転軸からの水平方向距離が異なる吐出口が存在している請求項１〜３のいずれかに記載の地盤改良装置。
【請求項５】
地盤中で撹拌翼を回転させつつ下方移動させて地盤を所定深度まで掘削し、その掘削中または掘削後に、その地盤中に地盤改良薬液を供給し、前記撹拌翼を回転させつつ上方移動させて、この地盤中に前記地盤改良薬液を撹拌および混合させて地盤改良を行なう地盤改良方法において、
前記撹拌翼が取り付けられて回転駆動する回転軸が下方に突設された処理機を設け、この処理機をウインチに巻き取られた吊ワイヤに連結し、地盤中で撹拌翼を回転させつつ下方移動させて地盤を所定深度まで掘削する際には、前記ウインチを作動させて吊ワイヤを繰り出するとともに、前記処理機に取付けられたスタビライザにより処理機の姿勢を制御して処理機を下方移動させ、前記撹拌翼を回転させつつ上方移動させて、この地盤中に前記地盤改良薬液を撹拌および混合させる際には、前記ウインチを作動させて吊ワイヤを巻き取るとともに、前記スタビライザにより前記処理機の姿勢を制御して処理機を上方移動させることを特徴とする地盤改良方法。
【請求項６】
前記処理機に回転翼を設けて、前記処理機を地盤中で上方移動させる際に、前記回転翼を回転させて処理機に作用する土圧を軽減する請求項５に記載の地盤改良方法。
【請求項７】
前記ウインチを船に設置し、前記処理機を水底地盤中で上下移動させて、水底地盤の地盤改良を行なう請求項５または６に記載の地盤改良方法。
【請求項８】
前記撹拌翼が前記回転軸の周方向の異なる位置から水平方向に複数延設され、前記地盤改良薬液を前記複数の撹拌翼の前記回転軸からの水平方向距離が異なる複数の位置から地盤中に吐出する請求項５〜７のいずれかに記載の地盤改良装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地盤改良装置および方法に関し、さらに詳しくは、高さ制限の厳しい現場であっても施工可能であり、撹拌翼を備えた処理機を地盤中で安定して上下移動させることがきる地盤改良装置および方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
軟弱土と改良材とを攪拌混合して固化させることにより、軟弱地盤を堅固な地盤に改良するＣＤＭ（ＣｅｍｅｎｔＤｅｅｐＭｉｘｉｎｇ）工法が知られている。ＣＤＭ工法では、回転駆動される攪拌翼を備えた地盤改良装置が使用される（例えば、特許文献１参照）。この攪拌翼は、長いロッドに取り付けられて地盤中を上下移動する。施工工程としては、まず、撹拌翼を回転させつつ地盤中を下方移動させることにより、地盤を所定深さまで掘削する。その後、地盤改良薬液を地盤中に供給しながら、撹拌翼を回転させつつ上方移動させる。これにより、地盤改良薬液が地盤中に拡散、混合されて地盤が改良される。
【０００３】
ここで、撹拌翼は長いロッドに取り付けられているので、ＣＤＭ工法を行なう従来の地盤改良装置には、長いロッドを支える櫓が設けられていた。そのため、空港の近辺などの高さ制限が厳しい施工現場では、作業時間が限定される等の問題があった。一方で、撹拌翼はロッドに取り付けられているので、地盤中を大きくぶれることなく安定して上下移動することができる。それ故、ロッドと櫓が無くなると、撹拌翼を地盤中で安定して上下移動させることが困難になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２２４６４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、高さ制限の厳しい現場であっても施工可能であり、撹拌翼を備えた処理機を地盤中で安定して上下移動させることがきる地盤改良装置および方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため本発明の地盤改良装置は、地盤中を上下移動する撹拌翼を有する処理機と、地盤中に地盤改良薬液を供給する供給ラインとを備えた地盤改良装置において、前記撹拌翼が取り付けられて回転駆動する回転軸が前記処理機から下方に突設され、この処理機を吊ワイヤを介して上下移動させるウインチと、前記処理機に取付けられて処理機の姿勢を制御するスタビライザとを備えたことを特徴とする。
【０００７】
本発明の地盤改良方法は、地盤中で撹拌翼を回転させつつ下方移動させて地盤を所定深度まで掘削し、その掘削中または掘削後に、その地盤中に地盤改良薬液を供給し、前記撹拌翼を回転させつつ上方移動させて、この地盤中に前記地盤改良薬液を撹拌および混合させて地盤改良を行なう地盤改良方法において、前記撹拌翼が取り付けられて回転駆動する回転軸が下方に突設された処理機を設け、この処理機をウインチに巻き取られた吊ワイヤに連結し、地盤中で撹拌翼を回転させつつ下方移動させて地盤を所定深度まで掘削する際には、前記ウインチを作動させて吊ワイヤを繰り出するとともに、前記処理機に取付けられたスタビライザにより処理機の姿勢を制御して処理機を下方移動させ、前記撹拌翼を回転させつつ上方移動させて、この地盤中に前記地盤改良薬液を撹拌および混合させる際には、前記ウインチを作動させて吊ワイヤを巻き取るとともに、前記スタビライザにより前記処理機の姿勢を制御して処理機を上方移動させることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、撹拌翼が取り付けられて回転駆動する回転軸が下方に突設された処理機を使用する。そして、この処理機をウインチに巻き取られた吊ワイヤに連結し、処理機を地盤中で下方移動させる際には吊ワイヤをウインチから繰り出し、上方移動させる際には吊ワイヤをウインチに巻き取る。したがって、従来のように、撹拌翼を長いロッドに取り付ける必要がなく、これに伴って櫓も不要になる。それ故、高さ制限の厳しい現場であっても施工することが可能になる。
【０００９】
また、処理機にはスタビライザが取り付けられているので、処理機が地盤中で上下移動する場合に、スタビライザによって処理機を適正な姿勢に制御できる。これにより、処理機を地盤中で安定して上下移動させることがきる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の地盤改良装置の実施形態の全体概要を例示する説明図である。
【図２】図１の一部拡大図である。
【図３】図２の処理機がスタビライザを閉じている状態を例示する説明図である。
【図４】図３のＡ矢視図である。
【図５】図３のＢ矢視図である。
【図６】回転翼を拡大して例示する平面図である。
【図７】図２の処理機がスタビライザを開いている状態を例示する説明図である。
【図８】図７のＣ矢視図である。
【図９】処理機を地盤上にセッティングした状態を例示する説明図である。
【図１０】処理機を地盤中で地盤改良対象範囲の下端部領域の近傍まで下方移動させる工程を例示する説明図である。
【図１１】処理機を地盤改良対象範囲の下端部領域で下方移動させる工程を例示する説明図である。
【図１２】処理機を地盤改良対象範囲の下端部領域で上方移動させる工程を例示する説明図である。
【図１３】処理機を地盤改良対象範囲の下端部領域で再度下方移動させる工程を例示する説明図である。
【図１４】処理機を地盤改良対象範囲で再度上方移動させる工程を例示する説明図である。
【図１５】処理機を地盤から引き上げて地盤が改良された状態を例示する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の地盤改良装置および方法を、水底地盤を改良する場合の実施形態に基づいて説明する。
【００１２】
図１〜図５に例示する本発明の地盤改良装置１は、深層混合工法により地盤を改良する装置であり、作業船１３に設置されている。地盤改良装置１は、撹拌翼５を有する処理機２と、この処理機２を吊ワイヤ１０ｃを介して上下移動させるウインチ１０と、処理機２に取付けられたスタビライザ６と、地盤中に地盤改良薬液Ｓを供給する供給ライン８とを備えている。
【００１３】
撹拌翼５は、処理機２から下方に突設されたそれぞれの回転軸４に上下二段に取り付けられている。撹拌翼５の段数は一段、三段等にすることもできる。回転軸４の数は４本に限らず、適宜の本数に設定できるが複数が好ましい。
【００１４】
また、１本の回転軸４の各段で水平方向に延設される撹拌翼５の数は、この実施形態では２本であるが、１本、３本等にすることもできる。１本の回転軸４の各段で複数本の撹拌翼５を設ける場合は、周方向に等間隔で配置するとよい。この実施形態では、各段で２本の撹拌翼５が対向する位置（周方向に１８０°離れた位置）に配置されている。
【００１５】
回転軸４（撹拌翼５）は処理機２に内設された駆動モータ３により回転駆動される。駆動モータ３は発電機１４ａが発生させた電力により作動する油圧モータである。
【００１６】
ウインチ１０は、吊ワイヤ１０ｃを巻き取るドラム１０ａと、吊ワイヤ１０ｃの張り出し位置（前後方向位置）を調整するブーム１０ｂとを備えている。この実施形態では、並列された多数本の吊ワイヤ１０ｃにより処理機２が吊り下げられる構成になっている。ブーム１０ｂは油圧シリンダ等によって下端部を中心にして回動し、ブーム１０ｂの先端部の位置を変動させることにより、吊ワイヤ１０ｃの張り出し位置を調整する。尚、本発明は、高さ制限の厳しい現場であっても施工を可能とするものなので、ブーム１０ｂの長さは最大でも１０ｍ程度、更に好ましくは５ｍ程度である。即ち、ウインチ１０の高さは最大でも１０ｍ程度であり５ｍ以下にするのが好ましい。
【００１７】
ウインチ１０は、別の発電機１４ｂが発生させた電力により作動する。作業船１３の上には、その他の機器に電力を供給する発電機１４ｃも設置されている。
【００１８】
供給ライン８の一方端部は地盤改良薬液Ｓの供給源に接続されている。供給ライン８は、処理機２の内部を上下に貫通して撹拌翼５に沿って延びている。
【００１９】
それぞれの撹拌翼５の位置には吐出口９が設けられている。具体的には、図６に例示するように、撹拌翼５の翼長さ方向中途の位置に吐出口９が設けられている。吐出口９は、撹拌翼５の翼先端の位置に設けることもできる。好ましくは、図６に例示するように、互いの吐出口９の回転軸４からの水平方向距離を異ならせる。即ち、それぞれの撹拌翼５の位置に設けられた吐出口９には、回転軸４からの水平方向距離が異なる吐出口９が存在している状態にすることが好ましい。
【００２０】
この実施形態では、供給パイプ８ａが回転軸４から撹拌翼５に沿ってその長さ方向に延び、その延びた供給パイプ８ａの先端が吐出口９になっている。撹拌翼５の内部を空洞にして供給ライン８を撹拌翼５の長手方向に延ばして、撹拌翼５に吐出口９を開口させることもできる。
【００２１】
供給ライン８は、例えば、上段の撹拌翼５に延びる系統と、下段の撹拌翼５に延びる系統にする。上段の撹拌翼５の位置にある吐出口９と下段の撹拌翼５の位置にある吐出口９とへの地盤改良薬液Ｓや水Ｗの供給管理は、例えば、作業船１３の上で行なう。
【００２２】
それぞれの吐出口９を開閉する開閉弁を設置することもできる。この開閉弁を設置した場合、例えば、上段の撹拌翼５と下段の撹拌翼５とで、開閉弁の開閉制御することにより、吐出口９の開閉の切り替えを行なえる構成にする。地盤改良薬液Ｓとして、例えば、セメント系スラリを使用する。
【００２３】
スタビライザ６は、処理機２の側面に取り付けられていて、シリンダ等により開閉して張り出す構造になっている。図３〜図５はスラビライザ６が閉じた状態、図７、図８はスタビライザ６が開いた（張り出した）状態を示している。
【００２４】
処理機２には３軸方向（Ｘ、Ｙ、Ｚ軸方向）の加速度を検知するセンサが設けられていて、このセンサによる検知データは制御装置１１に入力される。それぞれのスタビライザ６の開閉は制御装置１１により独立別個に制御される。制御装置１１は、入力された検知データに基づいて、処理機２が予め設定された方向に移動できるように、それぞれのスタビライザ６の開閉具合を制御して、処理機２を適切な姿勢に制御する。
【００２５】
この実施形態では、処理機２の周方向に等間隔で４基のスタビライザ６が取り付けられているが、４基に限らず、３基以上であればよい。また、スタビライザ６は処理機２の周方向に等間隔で配置するのが好ましい。
【００２６】
この処理機２には、さらに、上端部に上部回転翼７が取り付けられている。この上部回転翼７を設けるのは任意である。上部回転翼７を回転駆動させることにより、地盤Ｂ中において処理機２に作用する土圧を軽減させる。具体的には、処理機２の上方に存在している土砂を回転翼７によってかき分けて、処理機２の側方のすき間を通じて土砂を下方移動させることにより、処理機２に作用する土圧を軽減させる。上部回転翼７と撹拌翼５とはそれぞれ独立別個に回転駆動される。
【００２７】
この実施形態の処理機２の両側面には、ロッド状のサブリーダ１２が着脱自在に取り付けられている。処理機２はサブリーダ１２に沿って上下移動可能に構成されている。サブリーダ１２は、ＧＰＳで測量した所定位置に処理機２を正確に設置するために用いられる。このサブリーダ１２は、下方移動する処理機２を地盤Ｂの予め設定された所定位置に正確に設置させるように地盤Ｂの適切な位置に立設される。このように処理機２の位置決め手段として機能するサブリーダ１２は、水深程度の長さがあれば十分である。
【００２８】
次に、この地盤改良装置１を用いて地盤Ｂを改良する方法を説明する。
【００２９】
まず、図９に例示するように、ウインチ１０のドラム１０ａから吊ワイヤ１０ｃを繰り出して、作業船１３から吊り下げた処理機２を、垂直に立設させたサブリーダ１２にガイドさせて水中で下方移動させる。そして、回転軸４の先端を改良対象の地盤Ｂの所定位置に着床させて、処理機２を地盤Ｂ上にセットする。サブリーダ１２を用いることによって、処理機２は地盤Ｂの予め設定された所定位置に精度よくセットされる。
【００３０】
尚、図９〜図１５の符号Ｂ２は地盤改良対象範囲の上端位置を示し、符号Ｂ３は地盤改良対象範囲の下端部領域の上端位置を示している。したがって、この下端部領域の上端位置Ｂ３から支持地盤Ｂ１までの範囲（Ｂ３〜Ｂ１領域）が、地盤改良対象範囲の下端部領域となる。この下端部領域の深さ（上下方向長さ）は、適宜、設計によって決定され、例えば、２ｍ〜３ｍ程度である。
【００３１】
次いで、図１０に例示するように、回転軸４を回転駆動させて、回転軸４から水平方向に延びる撹拌翼５を回転駆動させながら処理機２（回転軸４の下端）を地盤改良対象範囲の下端部領域の上端位置Ｂ３の約０．５ｍ上方位置まで下降させる。処理機２を下降させる際には、ドラム１０ａから吊ワイヤ１０ｃを繰り出す。この下降の際に、下段の撹拌翼５の位置に配置された吐出口９からは、供給ライン８を通じて供給された水Ｗを吐出する。尚、施工条件によって水Ｗを吐出しない場合もある。
【００３２】
続けて、図１１に例示するように、撹拌翼５を正回転駆動させながら処理機２を下降させつつ、供給ライン８を通じて供給された地盤改良薬液Ｓを、下段の撹拌翼５の位置に配置された吐出口９から吐出する。即ち、処理機２のこの下方移動工程では、地盤改良薬液Ｓと地盤Ｂの土とを攪拌混合する。
【００３３】
処理機２は、吊ワイヤ１０ｃを介して吊り下げられているので、姿勢が不安定になり易い。そこで、本発明では、処理機２が地盤Ｂ中で下方移動している際にスタビライザ６を開閉させて、処理機２を適正な姿勢に制御する。
【００３４】
地盤Ｂを掘削して撹拌翼５（回転軸４の下端）が支持地盤Ｂ１に達した後は、図１２に例示するように、撹拌翼５を逆回転駆動させながらウインチ１０を作動させて吊ワイヤ１０ｃをドラム１０ａに巻き取って処理機２を上方移動させる。この上方移動の際には、吐出口９から地盤改良薬液Ｓを吐出しない。即ち、処理機２のこの上方移動工程では、地盤改良薬液Ｓを新たに加えずに、地盤改良薬液Ｓと地盤Ｂの土とを攪拌混合するだけである。
【００３５】
地盤Ｂ中を上方移動している際も、処理機２は姿勢が不安定になり易い。そこで、本発明では、処理機２が地盤Ｂ中で上方移動している際にも必要に応じて、それぞれのスタビライザ６を開閉させて、処理機２を適正な姿勢に制御する。
【００３６】
下段の撹拌翼５が地盤改良対象範囲の下端部領域の上端位置Ｂ３の近傍になるまで処理機２を上方移動させた後は、図１３に例示するように、撹拌翼５を正回転駆動させながら処理機２を下降させる。この下降の際には、吐出口９から地盤改良薬液Ｓを吐出しない。即ち、処理機２のこの下方移動工程では、地盤改良薬液Ｓを新たに加えずに、地盤改良薬液Ｓと地盤Ｂの土とを攪拌混合するだけである。
【００３７】
撹拌翼５（回転軸４の下端）が支持地盤Ｂ１に達した後は、図１４に例示するように、撹拌翼５を逆回転駆動させながらウインチ１０を作動させて吊ワイヤ１０ｃをドラム１０ａに巻き取って処理機２を上方移動させる。この上方移動の際には、上段の撹拌翼５の位置に配置された吐出口９から地盤改良薬液Ｓを吐出する。即ち、処理機２のこの上方移動工程では、地盤改良薬液Ｓを新たに加えつつ地盤改良薬液Ｓと地盤Ｂの土とを攪拌混合する。
【００３８】
上段の撹拌翼５が地盤改良対象範囲の上端位置Ｂ２の近傍に到達した後は、吐出口９からの地盤改良薬液Ｓの吐出を止めて、図１５に例示するように、処理機２（撹拌翼５）を地盤Ｂ上に引き揚げる。同じ工程を施工範囲の別の位置でも行なうことにより、施工が完了する。この一連の工程によって施工対象の地盤Ｂが地盤改良薬液Ｓにより堅固に改良される。
【００３９】
図１２および図１３で例示した工程により、地盤改良対象範囲の下端部領域（Ｂ３〜Ｂ１領域）には撹拌翼５が上下に２往復する。この撹拌翼５の往復数は、地盤Ｂの性状等によって適宜変更することができる。また、図１０〜図１５で例示した工程における撹拌翼５の回転や地盤改良薬液Ｓの吐出のやり方は、適宜、アレンジして行なうことができる。例えば、処理機２を上端位置Ｂ３の約０．５ｍ上方位置まで下降させる際に地盤改良薬液Ｓを吐出することもできる。
【００４０】
上述したように、本発明では、従来のように、撹拌翼５を長いロッドに取り付ける必要がなく、これに伴って櫓も不要になる。それ故、高さ制限の厳しい現場であっても施工することが可能になる。
【００４１】
また、処理機２にはスタビライザ６が取り付けられているので、従来のように長いロッドに撹拌翼５を取り付けなくても、地盤Ｂ中で上下移動する処理機２をスタビライザ６によって適正な姿勢に制御できる。これにより、処理機２を地盤Ｂ中で安定して上下移動させることがきる。それ故、精度よく設計どおりの地盤改良を行なうことができる。
【００４２】
この実施形態では、処理機２を地盤Ｂ中で上方移動させる際に、上部回転翼７を回転駆動させることにより、処理機２が上方へ推進させることができる。これにより、処理機２をより円滑に上方移動させることができる。
【００４３】
この実施形態のように、ウインチ１０が作業船１３に設置され、処理機２が水底の地盤Ｂ中を上下移動する施工では、波動によって作業船１３が揺れても、その搖動は、吊ワイヤ１０ｃを介して処理機２に伝わる。従来のように長いロッドに撹拌翼５を取り付けていた場合は、作業船１３の搖動が直接的にロッドを通じて処理機２に伝わるので、処理機２の揺れを防止するには不利であった。ところが、本発明では、作業船１３の搖動が処理機２に伝わり難く、精度よく安全に施工するには有利である。尚、本発明は、水底地盤を改良するだけでなく、陸上地盤を改良する場合にも適用することができる。
【００４４】
図６に例示したように、回転軸４からの水平方向距離が異なる吐出口９を存在（混在）させると、地盤改良薬液Ｓを地盤Ｂ中に均等に混合させ易くなる。
【符号の説明】
【００４５】
１  地盤改良装置
２  処理機
３  駆動モータ
４  回転軸
５  撹拌翼
６  スタビライザ
７  上部回転翼
８  供給ライン
８ａ  供給パイプ
９  吐出口
１０  ウインチ
１０ａ  ドラム
１０ｂ  ブーム
１０ｃ  吊ワイヤ
１１  制御装置
１２  サブリーダ
１３  作業船
１４ａ、１４ｂ、１４ｃ  発電機
Ｂ  地盤
Ｂ１  支持地盤
Ｓ  地盤改良薬液
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
2015001121.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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