(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼管杭を回転させながら地盤に圧入することにより打設する方法であって、
前記鋼管杭は、本体部材と、継手部材と、前記本体部材の先端側に前記継手部材を介して連結される先端部材とを備え、前記継手部材を前記先端部材の上端部に外嵌し、本体部材の下端部を前記継手部材に上方から嵌挿するようにして前記継手部材の上端縁を前記本体部材に溶接するとともに、前記継手部材の下端縁を前記先端部材に溶接して連結するものであり、
前記鋼管杭の上端部から内部に液状の硬化剤を導入して前記先端部材の先端部に設けられた孔から前記硬化剤を地盤に注入しながら前記鋼管杭を圧入することを特徴とする杭の打設方法。
【請求項２】
前記孔を前記先端部材の先端面に設けておくことを特徴とする請求項１に記載の杭の打設方法。
【請求項３】
前記鋼管杭の周面において、前記先端部材には突起物を設けておくとともに、前記本体部材には爪部を突設しておくことを特徴とする請求項１又は２記載の杭の打設方法。
【請求項４】
前記先端部材の先端面にブレードを突設しておくことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の杭の打設方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、杭の打設方法に関し、詳しくは杭を回転させながら地盤に圧入することにより打設する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術・発明が解決しようとする課題】
例えば小径の鋼管よりなる杭を打設する方法として、モンケン打ちと呼ばれる工法がある。このモンケン打ち工法は、１ｔ程度のおもりを杭の頭部に落下させることにより該杭を打設するものである。
【０００３】
上記モンケン打ち工法においては、おもりを杭の頭部に落下させて打ちつけるため、相当の騒音および振動を生じるという問題がある。また、大型の機械を必要とするため、狭小地では実施が困難である。
【０００４】
一方、回転圧入工法と呼ばれる工法も実施されている。この回転圧入工法は、例えば図１７に模式的に示すように、杭１２を回転させながら地盤Ｇに圧入することにより打設するものである。
【０００５】
上記回転圧入工法によれば、前記モンケン打ち工法の場合に比して、騒音や振動を大きく軽減することができるが、その反面、杭１２の支持力が不十分となる場合がある。
【０００６】
杭の支持力は、周面の摩擦力と先端の支持力との和として得られる。ここで、上記回転圧入工法の場合、図１７に示すように杭１２の先端にある土をほぐしながら該杭１２を圧入していくものであるため、該杭１２の周面が空隙率の高い軟弱な土Ｓ２で覆われ、その結果周面の摩擦力がほぼ０に近い状態となりやすい。また、最終の打ち止めの時点であっても、該杭１２の先端にある土が軟弱となっている可能性は大であり、したがって先端の支持力も確保し難いといえる。以上のことから、回転圧入工法によっては十分な支持力を確保し得るとは言い難い。
【０００７】
また、杭１２を地盤Ｇに圧入するのに大きな反力を必要とするため大型の機械が必要であり、したがってこの回転圧入工法の場合にも狭小地には適用し難いという問題がある。
【０００８】
この発明は、上記の点に鑑み、騒音や振動が少なく、かつ十分な支持力を確保することができるとともに、狭小地においても容易に実施することができる杭の打設方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するためになされたこの発明の請求項１に記載の杭の打設方法は、鋼管杭を回転させながら地盤に圧入することにより打設する方法であって、前記鋼管杭は、本体部材と、継手部材と、前記本体部材の先端側に前記継手部材を介して連結される先端部材とを備え、前記継手部材を前記先端部材の上端部に外嵌し、本体部材の下端部を前記継手部材に上方から嵌挿するようにして前記継手部材の上端縁を前記本体部材に溶接するとともに、前記継手部材の下端縁を前記先端部材に溶接して連結するものであり、前記鋼管杭の上端部から内部に液状の硬化剤を導入して前記先端部材の先端部に設けられた孔から前記硬化剤を地盤に注入しながら前記鋼管杭を圧入することを特徴とするものである。
【００１０】
また、この発明の請求項２に記載の杭の打設方法は、前記請求項１に記載の杭の打設方法において、前記孔を前記先端部材の先端面に設けておくことを特徴とするものである。
【００１１】
また、この発明の請求項３に記載の杭の打設方法は、前記請求項２に記載の杭の打設方法において、前記鋼管杭の周面において、前記先端部材には突起物を設けておくとともに、前記本体部材には爪部を突設しておくことを特徴とするものである。
【００１２】
また、この発明の請求項４に記載の杭の打設方法は、前記請求項１乃至３のいずれかに記載の杭の打設方法において、前記先端部材の先端面にブレードを突設しておくことを特徴とするものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づき具体的に説明する。図１には、本発明の杭の打設方法により杭の打設を行っている状況の一例が模式的に示されている。同図においては、杭１を回転させながら地盤Ｇに圧入するようにしている。
【００１６】
杭１は、小径の鋼管杭であり、図２に示すように、本体部材１１の先端側に継手部材１２を介して先端部材１３を固着した構成となっている。
【００１７】
継手部材１２は、本体部材１１と先端部材１３とを連結するためのものであり、本体部材１１を構成する鋼管の外径にほぼ等しい内径を有する短尺の鋼管よりなる。
【００１８】
継手部材１２の外周面において、該継手部材１２の径方向に沿って互いに反対側に位置する２箇所には、攪拌用突出片１４、１４がそれぞれ配設されている。この攪拌用突出片１４、１４は、杭１を地盤Ｇに貫入する際、該杭１とともに回転して土をほぐすように動作するものであり、図３に示すように、方形状の鋼製プレートを、図中の矢印Ａに示す継手部材１２の回転方向に対し下傾する態勢で、継手部材１２の外周面に突設した構成となっている。
【００１９】
また、継手部材１２の下端縁において、該継手部材１２の径方向に沿って互いに反対側に位置する２箇所には、半円形の凹部１５がそれぞれ配設されている（図では一方の凹部１５のみを示す）。
【００２０】
先端部材１３は、図２に示すように、本体部材１１を構成する鋼管と同径で、やや短尺（ただし継手部材１２より長尺）の鋼管よりなる。先端部材１３の外周面の上端近傍において、該先端部材１３の径方向に沿って互いに反対側に位置する２箇所には、係合用突起１６がそれぞれ配設されている（図では一方の係合用突起１６のみを示す）。この係合用突起１６は、前記継手部材１２の凹部１５に係合して該継手部材１２を所定位置に保持する部位であり、該凹部１５に対応する円柱状の小突起となっている。
【００２１】
先端部材１３の中間部よりやや下方には、ウイング２が設けられている。このウイング２は、前記継手部材１２の攪拌用突出片１４、１４と同様に、杭１とともに回転して土をほぐすように動作する部位であり、先端部材１３の周面に沿って１ピッチのスパイラル状に延びる鍔状の突起物となっている。ここに示すウイング２は、上記のようにスパイラル状に延びる鍔状突起物であるので、大きな反力を要することなく容易に土中に貫入させることができるとともに、十分に土をほぐすことができる。
【００２２】
ウイング２のピッチは、例えば土質に応じて適宜設定するようにすることができる。例えば、砂質土の場合には大ピッチとし、粘性土の場合には小ピッチとすればよい。
【００２３】
先端部材１３の先端面は閉塞されるとともに、先端近傍の周壁には１つの孔３が穿設されている。この孔３は、後記するように硬化剤の吐出口として機能するものである。なお後記するように、この孔３は先端部材１３の先端面に穿設するようにしてもよい。先端部材１３の外周面の先端近傍において、上記孔３の側方には、土圧抑制用突起１７が配設されている。この土圧抑制用突起１７は、杭１を回転圧入する際に孔３が土圧をうけて閉塞されることを抑制するためのものであり、円柱状の小突起として形成されている。
【００２４】
先端部材１３の外周面の先端部において、該先端部材１３の径方向に沿って互いに反対側に位置する２箇所には、攪拌用爪１８、１８がそれぞれ配設されている。この攪拌用爪１８、１８は、前記攪拌用突出片１４、１４ならびにウイング２と同様に、杭１とともに回転して土をほぐすように動作する部位である。該攪拌用爪１８、１８は、短尺の丸鋼の一方端部の外周面を、先端部材１３の外周面の先端部に固着することにより設けられ、これにより該攪拌用爪１８の大部分が先端部材１３の下端から下方へ突出するようになっている。
【００２５】
上記本体部材１１と先端部材１３とは、図４に示すように、継手部材１２の凹部１５を先端部材１３の係合用突起１６に係合するようにして、該継手部材１２を先端部材１３の上端部に外嵌し、本体部材１１の下端部を継手部材１２に上方から嵌挿するようにして、この状態で継手部材１２の上端縁および下端縁を溶接することにより連結することができる。
【００２６】
上記のように、ウイング２等の突起物を設けた先端部材１３を本体部材１１とは別体として構成し、これらの部材を連結する構成とすることにより、先端部材１３を、使用時以外には本体部材１１と分離しておくことができ、したがって保管および運搬に有利である。また、従来使用されていた鋼管杭の先端に上記先端部材１３を連結して使用することもでき、この場合には、先端部材１３（および継手部材１２）のみを作製すればよい。さらにまた、例えばウイング２のピッチが異なる複数の先端部材１３を用意しておき、現場で土質に応じてこれら先端部材１３を使い分けるといったことも可能である。
【００２７】
杭１の本体部材１１の周面には、図２に示すように、爪部４が突設されている。この爪部４は、杭１を地盤Ｇに貫入する際、周面の土との摩擦力を低減して施工をしやすくするとともに、周面の土をほぐして、後述するＣＢ液８の注入を容易とするためのものである。該爪部４は側面視くの字形状の棒材となっており、両端をそれぞれ上下に向けて本体部材１１の周面に固着するようにして突設されている。また該爪部４は、本体部材１１の周面に沿ってスパイラル状に点在する複数箇所に突設されている。ここに示す爪部４は、上記のように両端が本体部材１１の周面に固着されているため強度に優れるものとなっている。
【００２８】
杭１は、図１に示すように、圧入装置５により、回転しながら地盤Ｇに圧入されるようになっている。ここで、杭１の上端部は、ホース６を介して硬化剤槽７に接続されている。硬化剤槽７には、硬化剤としてセメントベントナイト液（本明細書においては、ＣＢ液とも称す）８が貯留されており、ポンプによりホース６を経て杭１の内部に導入される。杭１内に導入されたＣＢ液８は、前記先端部材１３の先端部の孔３から放出され、これにより、ＣＢ液８が地盤Ｇに注入される。このように、杭１の先端部に孔３を設けておき、ＣＢ液８を杭１の上端部から内部に導入して先端部の孔３から放出することにより、該ＣＢ液８を杭１の先端にある土に効率よく注入することができるとともに、鋼管杭である杭１の内腔を有効に利用することができ、簡単な構成でＣＢ液８を地盤Ｇに注入することができる。
【００２９】
上記工程においては、前記したように杭１が回転しながら地盤Ｇに圧入されるため、前記ウイング２等によりＣＢ液８と土とが攪拌される。
【００３０】
上記のようにＣＢ液８を地盤Ｇに注入しつつ、杭１を回転させながら地盤Ｇに圧入することにより、杭１の先端にある土がＣＢ液８と攪拌混合され、十分に軟化する。このため、杭１を地盤Ｇに圧入するのに大きな反力は不要であり、したがって小型の圧入装置５により杭１の圧入を行うことができる。
【００３１】
また、杭１の圧入工程の間に地盤Ｇにおいてほぐされた部分は、空気や水が侵入して空隙率が高い状態となるが、その空隙にはＣＢ液８が充填される。ここで、ＣＢ液８は水よりも比重が大であるため、例えば地盤Ｇ内のほぐされた部分に水が集中して滞留しても、ＣＢ液８が充填されることにより水は排出される。
【００３２】
上記のようにして杭１の圧入を完了した時点では、杭１は前記したようにＣＢ液８と攪拌混合されて軟化した土で覆われているが、このＣＢ液８と土との混合物（以下、改良土とも称す）は、施工後２〜３日程度で硬化する。その結果、図５に示すように、杭１の周面および先端は、固化した改良土の層Ｓ１で被覆された状態となる。この固化した改良土層Ｓ１は、結合力が元の地盤Ｇと同等かあるいは該地盤Ｇよりも強くなり、このため、杭１の周面の摩擦力も先端の支持力もともに向上する。したがって、杭１の支持力が増大する。
【００３３】
また、杭１の先端部には突起物としてウイング２が設けられているので、このウイング２が前記固化した改良土層Ｓ１と一体化し、これにより杭１先端の拡底効果が得られる。
【００３４】
また、少なくとも元の地盤Ｇの硬さを有する改良土層Ｓ１が杭１の周囲に固着一体化することから、該改良土層Ｓ１も杭の一部のように機能することができる。即ち、図５に示すように、杭１の径ｄ１が、改良土層Ｓ１の厚さの分増大した径ｄ２となる。なお、上記増大した径ｄ２は、突起物、爪部等の、杭１に突設された部位のうち最も大きく突出する部位の径に等しくなるが、若干量のＣＢ液８がさらに外方へ浸透する場合もあり、この場合には上記径ｄ２もさらに大となる（図では径ｄ２は実際よりもやや大きくして示している）。
【００３５】
図６乃至図８には、爪部の他の例が示されている。図６に示す爪部４は、側面視鉤形状の棒材であり、一方片を垂下させた状態で、他方片の端部を杭１の本体部材１１の周面に固着するようにして突設されている。該図６に示す爪部４の突設箇所は前記図２に示す爪部４の場合と同様である。この図６に示す爪部４は、一端のみを本体部材１１の周面に固着しているため、前記図２に示す爪部４に比して、容易に設けることができるという利点があり、また、垂下させた部分により、土中に貫入させやすいものとなっている。図７に示す爪部４は、短尺の鉄筋を本体部材１１の周面に水平に突設したものであり、この場合もその突設箇所は前記と同様である。この図７に示す爪部４は、本体部材１１の周面から水平に突出する部分のみよりなるため、前記図２または図６に示す爪部４に比して、構成がより簡単であり、一層容易に設けることができる。図８に示す爪部４は、前記継手部材１２の攪拌用突出片１４と同様に、方形状の鋼製プレートを本体部材１１の回転方向に対し下傾する態勢で、本体部材１１の外周面に突設した構成となっており、杭１とともに回転して土をほぐすように機能する。この図８に示す爪部４の突設箇所も前記図２に示す爪部４の場合と同様である。特にこの図８に示す爪部４は、周面の土をほぐすだけでなく、ＣＢ液と土とを十分に攪拌混合することができ、周面の土の固化度を向上させることができる。
【００３６】
また、先端部材１３および継手部材１２に設ける突起物としては、回転することにより土をほぐすことができるとともに、ＣＢ液８と土とを攪拌し得るものであれば、前記ウイング２や攪拌用突出片１４、１４以外にも任意のものを設けることができ、例えばヒレ状の突起物や、あるいは図９に示すように、先端部材１３の先端部の周面上の複数箇所から側方へそれぞれ突出する耳状の突起物２を設けるようにしてもよい。図９に示す耳状の突起物２は、前記図２に示すウイング状の突起物２に比して、構成が簡単で容易に設けることができるという利点がある。また、該耳状の突起物２は、先端部材１３の先端部の孔３の側方に設けられているため、前記図２に示す土圧抑制用突起１７の機能も兼ねることができる。さらに、上記耳状の突起物２は、図１０に示すように、先端部材１３の回転方向に対し下傾する態勢となるように設けるようにしてもよく、これにより土をより効率よくほぐすことができる。
【００３７】
また、本体部材１１と先端部材１３とを一体として設けるようにしてもよい。
【００３８】
図１１には、先端部材の他の例が示されている。同図に示す先端部材１３は、周壁ではなく先端面の中央部に孔３が穿設されている。孔３を杭１の先端面に穿設することにより、杭１の先端の土にＣＢ液をより確実かつ効率的に注入することができる。また、先端部材１３の先端面には、下方に延びるブレード１９が突設されている。このブレード１９は、杭１とともに回転して土をほぐすように動作する部位であるが、杭１の先端面に突設されているので、土を効率よくほぐすことができるとともに、該土をＣＢ液と十分に攪拌混合することができる。該ブレード１９は、下端縁の中央部が下方に突出する５角形状（即ち概略ホームベース状）の鋼製プレートの上端縁を、先端部材１３の先端面に径方向に沿って接合することにより設けられており、その両端はそれぞれ先端部材１３の側面よりもやや外側に突出している。
【００３９】
上記ブレード１９は、図１２乃至図１３に示すようなものとすることもできる。図１２に示すブレード１９は、先端部材１３の先端面に径方向に沿って２枚の鋼製プレートを並置するようにして突設し、各プレートを先端部材１３の回転方向にむけてそれぞれ傾斜させた構成となっている。図１３に示すブレード１９は、鋼製プレートの上端縁を、先端部材１３の先端面に径方向に沿って接合し、該プレート下端縁の両側を、先端部材１３の回転方向にむけてそれぞれ湾曲させた構成となっている。上記図１２および図１３に示すブレード１９のように、該ブレード１９の一部または全部を、先端部材１３の回転方向にむけて傾斜、湾曲（あるいは折曲等）することにより、杭１先端の土をより効率よくほぐすことができる。
【００４０】
上記図１１乃至図１３に示すようなブレード１９には、例えば図１４に示すように、該ブレード１９を厚さ方向に貫通する１または複数の孔２０を穿設し、これにより先端部の土をより効果的に攪拌し得る構成としてもよい。図１４に示すブレード１９においては、該ブレード１９の幅方向に沿って４個の孔２０が穿設されており、各孔２０は、杭１の回転時に同一の軌跡を描くことがないよう、杭１の軸心からの距離が互いに異なるとともに、高さ位置も互いに異なる位置にそれぞれ配設されている。
【００４１】
さらに、上記図１１乃至図１３に示すような先端部材１３には、例えば図１５に示すように、先端面の孔３が土圧をうけて閉塞されることを抑制するためのプレート２１を設けるようにしてもよい。図１５に示す先端部材１３においては、ブレード１９の上端縁の中心部、即ち孔３と交差する部位に、該孔３の径より幅広の方形状の切欠溝２２が設けられ、該切欠溝２２の底部に、該孔３より大径の円板状の土圧抑制用プレート２１が、先端部材１３の先端面に対し平行となる状態で固着されている。
【００４２】
図１６には、杭のさらに別の例が示されている。同図に示す杭１においては、鋼管の先端部に、前記図２に示す先端部材１３の場合と同様のウイング２と、前記図１３に示す先端部材１３の場合と同様の孔（図示せず）およびブレード１９とが設けられ、さらに、該鋼管の周面に、前記図８に示す爪部４と同様に、方形状の鋼製プレートよりなる爪部４が、杭１の回転方向に対し下傾する態勢となるように突設されている。ただしこの図１６に示す爪部４は、杭１の周面において、該杭１の径方向に沿って互いに反対側に位置する２箇所に突設された２個の爪部４、４を１組として、複数組が上下に間隔をおいて配設され、上下に隣接する組は互いに直角をなすような態勢となるように配設された構成となっている。
【００４３】
以上に例示した突起物、孔等の各種の部位は、適宜組み合わせを変更して設けることも可能である。例えば、図２に示す先端部材１３において、攪拌用爪１８、１８にかえて、図１２に示すブレード１９を設けること等が挙げられる。
【００４４】
また、各部位のサイズ、配設位置等も適宜変更することができる。例えば、図３に示す攪拌用突出片１４、図８に示す爪部４、図１０に示す耳状の突起物２、図１６に示す爪部４等の傾斜角度は、土質に応じた適宜角度（例えば４５°等）に設定することができる。
【００４５】
【発明の効果】
以上のように、この発明の請求項１に記載の杭の打設方法によれば、鋼管杭として、継手部材を先端部材の上端部に外嵌し、本体部材の下端部を前記継手部材に上方から嵌挿するようにして前記継手部材の上端縁を前記本体部材に溶接するとともに、前記継手部材の下端縁を前記先端部材に溶接して連結するものを用いるので、使用時以外には先端部材を本体部材と分離しておくことができ、したがって保管および運搬の上で有利である。また、従来使用されていた鋼管杭の先端に上記先端部材を連結して使用することもできる。さらにまた、例えば突起物の構成が異なる複数の先端部材を用意しておき、現場で土質に応じてこれら先端部材を使い分けるといったことも可能である。また、液状の硬化剤を地盤に注入しながら、回転圧入により鋼管杭を地盤に貫入するので、鋼管杭の先端にある土が硬化剤と攪拌混合されて十分に軟化し、このため鋼管杭を地盤に圧入するのに大きな反力は不要である。したがって小型の圧入装置により鋼管杭の圧入を行うことができるので、狭小地でも容易に鋼管杭の打設を行うことができる。
【００４６】
また、回転圧入により鋼管杭を地盤に貫入するので、モンケン打ち工法の場合のような騒音や振動は生じない。
【００４７】
また、施工後に鋼管杭の周面および先端にある土が硬化剤により固化して、元の地盤と同等かあるいは該地盤よりも大きい結合力を有するようになるため、鋼管杭の周面の摩擦力も先端の支持力もともに向上する。したがって、従来の回転圧入工法の欠点であった支持力性能が改善され、モンケン打ち工法の場合と同等あるいはそれ以上の支持力性能が得られる。
【００４８】
さらにまた、上記のように鋼管杭の支持力性能が従来よりも向上することから、鋼管杭の本数を削減することもでき、これにより工期の短縮、コストの低減等も可能となる。
【００４９】
さらに加えて、鋼管杭の先端部材の先端部に孔を設けておき、硬化剤を該鋼管杭の上端部から内部に導入して上記孔から放出するようにするので、該硬化剤を鋼管杭の先端にある土に効率よく注入することができるとともに、鋼管杭の内腔を有効に利用することができ、簡単な構成で硬化剤を地盤に注入することができる。
【００５０】
さらに加えて、この発明の請求項２に記載の杭の打設方法によれば、前記孔を先端部材の先端面に設けておくようにするので、鋼管杭の先端の土に硬化剤をより確実かつ効率的に注入することができる。
【００５１】
さらに加えて、この発明の請求項３に記載の杭の打設方法によれば、鋼管杭の周面において、先端部材に突起物を設けておくようにするので、該鋼管杭を地盤に貫入する際、該突起物が鋼管杭とともに回転して土をほぐすように作用することにより、鋼管杭の貫入を容易とすることができるとともに、鋼管杭の先端にある土を硬化剤と十分に攪拌混合することができる。さらに、施工後に硬化剤により固化した土が該突起物と一体化し、これにより鋼管杭先端の拡底効果を得ることができる。
【００５２】
また、鋼管杭の周面において、本体部材に爪部を突設しておくようにするので、鋼管杭を地盤に貫入する際、周面の土との摩擦力を低減して施工をしやすくすることができるとともに、周面の土をほぐして、硬化剤の注入を容易とすることができる。
【００５３】
さらに加えて、この発明の請求項４に記載の杭の打設方法によれば、前記先端部材の先端面にブレードを突設しておくようにするので、鋼管杭の先端にある土を効率よくほぐすことができるとともに、該土を硬化剤と十分に攪拌混合することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態に係る杭の打設方法の実施状況を示す模式図。
【図２】図１の杭を示す部分分解側面図。
【図３】継手部材を示す斜視図。
【図４】本体部材と先端部材とを連結した状態を示す部分側面図。
【図５】杭の打設完了後の状況を示す模式図。
【図６】爪部の別の例を示す側面図。
【図７】爪部の別の例を示す側面図。
【図８】爪部の別の例を示す側面図。
【図９】突起物の別の例を示す側面図。
【図１０】突起物の別の例を示す側面図。
【図１１】先端部材の別の例を示す部分斜視図。
【図１２】先端部材の別の例を示す部分斜視図。
【図１３】先端部材の別の例を示す部分斜視図。
【図１４】ブレードの別の例を示す正面図。
【図１５】先端部材の別の例を示す部分斜視図。
【図１６】杭の別の例を示す部分側面図。
【図１７】従来の杭の打設方法の一例を示す模式図。
【符号の説明】
１  杭
８  セメントベントナイト液（液状の硬化剤）
Ｇ  地盤
【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】
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【図１２】
0003737271.tif 000013
【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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