(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
開端鋼管杭からなる杭１の先端部１１に厚肉硬金属からなる先端シュー１２を一体的に設け、かつ長手方向に沿って杭先端部１１にエアまたはグラウト材を送る注入管３を固定した杭１を岩盤２上に建て込み、この杭１の内部に注水して杭内の水位９を杭外の水位１０より高くした状態を維持しつつ、同時に前記注入管３をエア供給装置８に接続して杭先端部１１にエアを送りながらバイブロハンマー６をセットした杭により粉砕した岩粉（ズリ）１６を排出しながら前記鋼管杭１を岩盤２中に打込み、杭１を所定深さに貫入した後、杭１と岩盤２の隙間にグラウト材１９を注入充填し、
前記エアを送る工程においては、エア供給装置８から杭先端部１１に送るエアを杭外間隙１５へ排出させることにより、水位９と水位１０との水頭差ΔＨにより杭内から杭外へ向かう水流の勢いを助長させ、前記粉砕した岩粉（ズリ）１６を排出すること
を特徴とする岩盤への鋼管杭の打込み工法。
【請求項２】
少なくとも前記水頭差ΔＨがより小さくなって水流の勢いが減じた場合に、前記エアリフトによるエアの排出を実行すること
を特徴とする請求項１記載の岩盤への鋼管杭の打込み工法。
【請求項３】
開端鋼管杭からなる杭１の先端部１１に、周方向複数箇所に上下方向に溝１８を形成した厚肉硬金属からなる先端シュー１２を一体的に設けた杭１を岩盤２上に建て込み、この杭１の内部に注水して杭内の水位９を杭外の水位１０より高くした状態を維持しつつ、バイブロハンマー６をセットした杭により粉砕した岩粉（ズリ）１６を排出しながら前記鋼管杭１を岩盤２中に打込み、杭１を所定深さに貫入した後、杭１と岩盤２の隙間にグラウト材１９を注入充填し、先端シュー１２の周方向複数箇所に上下方向に形成した溝１８は、隣り合う溝の傾斜の向きが反対方向になるように傾斜させたことを特徴とする岩盤への鋼管杭の打込み工法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、岩盤への杭の打込み工法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の岩盤への杭の打込み工法は、回転ビットにより岩盤を切削して杭径より大きい径の孔を先行掘削し、この孔に杭を差し込んでグラウト材で固定する工法や、既製杭をジェット水やバイブロハンマーにより直接岩盤に打ち込む工法がある。
【０００３】
後者の工法、つまり既製杭を直接岩盤に打ち込む工法は、工程が少ないため前者の工法よりも有利である。この工法には、例えば、特開平８−１００４２５号に開示のものがある。しかし、この特開平８−１００４２５号の工法では、岩盤のさく孔のために用いられるジェット水の圧力が約１００ＭPa以上の超高圧ジェット水を使用し、また杭先端には多数の超高圧ジェットノズルを設置しなければならないため特殊な設備構成となり、かつ高額な設備費を要する。
【０００４】
一方、バイブロハンマーを用いて既設杭を直接岩盤に打ち込む工法がある。この工法はバイブロハンマーの振動打撃力で岩盤を粉砕しながら杭の打設を行なうものであるため、効率よく杭を打ち込むには、粉砕した岩粉（ズリ）を排除しながら行なう必要がある。
【０００５】
すなわち、バイブロハンマーによる振動打撃力で岩盤を粉砕しながら杭の打設を行なう場合、粉砕した岩盤をそのままにしておくと、粉状の岩盤がクッション材となってハンマーの打撃エネルギーを吸収してしまい、岩盤への打撃エネルギーの伝達効率が著るしく低下してしまうため、粉砕した岩盤は速やかに排除しなければならない。
【０００６】
出願人は先に粉砕した岩盤を速やかに排除する手段を採り入れた岩盤への杭の打込み工法を特開平１１―７１７５８号で開示している。
この工法の要旨は、図１２に示すように、岩盤２へ打込む杭１の杭内の水位９を杭外水位１０より高くして、この水頭差ΔＨによる圧力差により打込み中の杭内水９ａを杭内周間隙１４から杭先端を通して杭外周隙間１５に水流を生じさせ、粉砕された粉状のズリ１６を水流に混入して排除し、常にバイブロハンマー６の打撃力を直接新鮮な岩盤に伝達するようにしたことを特徴とするものである。
【０００７】
また、杭１の先端部１２は打込み対象岩盤２より硬い金属で且つ杭１の板厚と同じかまたは杭の板厚以上の板厚とした先端シュー１２を設け杭先端が磨耗して岩盤２の粉砕能力が低下することがないようにしている。なお、岩盤中に杭を打ち込んだ後は岩盤２と杭１の内外周の隙間１４，１５にグラウト材１９を充填して杭１を岩盤２に定着させている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
前記従来技術に述べた特開平１１―７１７５８号による岩盤への杭の打込み工法は、粉砕した岩盤２のズリ１６を速やかに排除する手段として、杭内に注水した水９ａの水頭差ΔＨによる水流を利用したものであり、特別の装置を用いることなく自然エネルギーを利用した極めて簡単な構成で目的を達成できるものである。
【０００９】
この工法は杭１内に注水した杭内水位９と杭外水位１０に十分な差が得られる条件では、水頭差ΔＨによって杭先端部１１に杭内周間隙１４から杭外周隙間１５に向って適当な水流が得られ、バイブロハンマー６で粉砕した杭先端部のズリ１６を水流に混入して排出でき、岩盤２へのバイブロハンマー６の打撃エネルギーを効率よく伝達して杭１の打込みを円滑にする効果を発揮できるが、杭１の貫入が進み十分な水頭差ΔＨが得られなくなると水流が弱くなってズリ１６の排出が困難になる課題があった。
また、杭先端部の先端シュー１２の内外周面と岩盤の掘削壁面との隙間１４，１５が狭い場合、流路が不足して円滑な水流を妨げる場合があった。
【００１０】
本発明は上記特開平１１―７１７５８号に係る岩盤への杭の打込み工法を改良したもので、前記課題を解消し、粉砕した杭先端部のズリを確実に排出して岩盤へのバイブロハンマーの打撃エネルギーを効率よく伝達して、杭の打込みをさらに円滑にすることを目的としたものである
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明では以下の構成を要旨とする。請求項１記載の発明では、開端鋼管杭からなる杭１の先端部１１に厚肉硬金属からなる先端シュー１２を一体的に設け、かつ長手方向に沿って杭先端部１１にエアまたはグラウト材を送る注入管３を固定した杭１を岩盤２上に建て込み、この杭１の内部に注水して杭内の水位９を杭外の水位１０より高くした状態を維持しつつ、同時に前記注入管３をエア供給装置８に接続して杭先端部１１にエアを送りながらバイブロハンマー６をセットした杭により粉砕した岩粉（ズリ）１６を排出しながら前記鋼管杭１を岩盤２中に打込み、杭１を所定深さに貫入した後、杭１と岩盤２の隙間にグラウト材１９を注入充填し、前記エアを送る工程においては、エア供給装置８から杭先端部１１に送るエアを杭外間隙１５へ排出させることにより、水位９と水位１０との水頭差ΔＨにより杭内から杭外へ向かう水流の勢いを助長させ、前記粉砕した岩粉（ズリ）１６を排出する。
【００１２】
また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、少なくとも前記水頭差ΔＨがより小さくなって水流の勢いが減じた場合に、前記エアリフトによるエアの排出を実行する。
【００１３】
また、請求項３記載の発明は、開端鋼管杭からなる杭１の先端部１１に、周方向複数箇所に上下方向に溝１８を形成した厚肉硬金属からなる先端シュー１２を一体的に設けた杭１を岩盤２上に建て込み、この杭１の内部に注水して杭内の水位９を杭外の水位１０より高くした状態を維持しつつ、バイブロハンマー６をセットした杭により粉砕した岩粉（ズリ）１６を排出しながら前記鋼管杭１を岩盤２中に打込み、杭１を所定深さに貫入した後、杭１と岩盤２の隙間にグラウト材１９を注入充填し、先端シュー１２の周方向複数箇所に上下方向に形成した溝１８は、隣り合う溝の傾斜の向きが反対方向になるように傾斜させたことを特徴とする。
【００１４】
（作用）
すなわち、本発明の要点は、杭１の長手方向に沿って杭先端部１１にエアを送る注入管３を固定しておき、バイブロハンマー６により杭先端の岩盤２に振動を与えて掘削する際、エア供給装置８から注入管３にエアを送り杭先端部１１から放散させて気泡１７を生じさせることによって、エアリフトの作用で杭１と掘削孔の隙間からズリ１６を浮上排出させるものである。
【００１５】
このエアリフト作用の追加により、杭内の水位９と杭外の水位１０の水頭差ΔＨが小さく杭先端部１１の杭内から杭外に流れる水流が弱くてもズリ１６を円滑に排出させることができる。
【００１６】
なお、エアを送る注入管３は杭の貫入完了後にグラウト材１９を充填する際の注入管を兼用することができる。
【００１７】
また、杭先端の硬金属で製作した先端シュー１２を鋼管杭の板厚より厚くし、先端シュー１２の周方向複数箇所に上下方向に溝１８を形成すると、杭先端部の先端シュー１２の内外周面と岩盤の掘削壁面の隙間が狭くて流水を妨げる場合においても溝１８が流路となって円滑な水流を確保でき、ズリ１６の排出を確実にできる。
【００１８】
なお、溝１８は上下方向に垂直にしてもよいが、これを傾斜させると図８（ｃ）に示すように溝１８から排出されたズリ１６が溝１８内に落下して塞ぐことがない。
【００１９】
また、溝１８を傾斜させる場合は、隣り合う溝の傾斜の向きが反対方向になるようにすると、バイブロハンマー６で杭１の打込み中に杭１が回転することを防ぐことができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図を参照して説明する。
図１は請求項１に係る発明の実施形態を示したものであって、岩盤２の水底地盤に鋼管杭（以下杭という）１を打込み施工している状況の例を示す。この例は水中に打込まれる杭を対象としているが、陸上に設置されるものでもほぼ同様に適用できる。
【００２１】
本発明に用いる杭１は、先端を開放した開端杭としたもので、杭先端部１１は、図２に示すようにマンガン鋼や耐摩耗鋼等の硬金属を使用し、杭１の板厚より厚肉とした先端シュー１２を溶接によって一体的に設け、杭１の打込み時の岩盤粉砕時の衝撃荷重に対する耐久性を備えるようにしている。
【００２２】
また、本発明の杭１には、先端部１１の杭外周間隙１５にズリを浮上排出させるエアリフトの作用を生じさせるための気泡１７を供給する注入管３が杭内の長手方向に沿って配設してあり、注入管３の先端部は杭の外面に貫通する注入孔４に接続しており、上端は杭の外に設置されるコンプレッサーやエアポンプ等のエア供給装置８とエアホース８ａで接続している。エアを送る注入管３は、杭１の打込み完了後に、杭１と掘削孔との内周間隙１４、外周間隙１５にグラウト材１９を充填するための注入管と兼用することができる。図３は杭内の注入管３の配置を示したもので、杭内周間隙１４にグラウト注入管３ｂが２本、杭外周間隙１５にグラウトする注入管３ｂが２本配置されており、エア注入管３ａは杭外周間隙用グラウト注入管３ｂの２本を兼用して用いる。
なお、この注入管３は本数を増減したり、また杭の外周に沿わせて配設してもよい。
【００２３】
以上の如き構造とした杭１を岩盤上に建て込んだ後、杭１の上端にバイブロハンマー６をセットし、揚水ポンプ７で揚水した水をホース７ａで杭内に注水して杭内の水位９を杭外の水位１０より高くして水頭差ΔＨを維持しながらエア供給装置８よりエア注入管３ａに空気を送り注入孔４から杭外周間隙１５に気泡１７を放散させつつバイブロハンマー６を駆動して杭先端部１１の岩盤２に縦振動等の振動を加える。
【００２４】
その結果、杭１は先端シュー１２で岩盤２を粉砕しながら貫入し、杭先端部１１に発生する岩粉（ズリ）１６は杭内水位９と杭外水位１０の水頭差ΔＨによって内から外に向かう水流（矢印）によって杭外周間隙１５を通って排出される。この際、杭外周間隙１５にエアー注入管３ａから気泡１７を放散させることにより、エアリフトの作用でズリ１６の浮上排出を助勢する。このエアリフトは杭の貫入が進み杭内と杭外の水頭差ΔＨが小さくなって水流の勢いが減じた場合においても作用する。
【００２５】
なお、杭の貫入が終わったらエア注入管３ａのエア供給装置８を切離し、エア注入管３ａ、グラウト注入管３ｂをグラウトポンプ（図示省略）に接続して杭内周間隙１４と杭外周間隙１５にセメントミルクやモルタル等のグラウト材１９を注入・充填して硬化させ、杭１と岩盤２を定着させる。図９は杭１と岩盤２を定着した完成断面である。
【００２６】
本発明における杭の先端部の細部についてさらに説明を加える。図４および図５〜図８は杭先端部１１の内面における注入管３と先端シュー１２の配置および各部の詳細を示したものである。
前記注入管３は打込み中の損傷防止のためにプロテクター５で保護する。このプロテクター５は打込み抵抗とならないようにできるだけコンパクトなものとする必要があるため、図５に示すような山型鋼または溝型鋼を用いる。プロテクター５は、図４に示すように、千鳥状の断続溶接５ｂで杭１に固定し、プロテクターの先端５ａは、図４Ｃに示すように、斜め状にするとともに若干張り出させプロテクター外面が掘削面と接触しないようにして摩擦カットする。
【００２７】
また、プロテクター先端５ａは、図７のように注入管３の配設側（管内）に出口を設けたグラウト注入管３ｂでは、出口から間隔をおいて硬金属の板５ｃをテーパー状に積み重ね、隅肉溶接して注入管出口部を保護するようにしてもよい。この場合もプロテクター先端５ａは張り出させる。
【００２８】
図４および図８は請求項２に係る杭先端シューの実施形態を示したものである。
杭先端シュー１２は、杭１の板厚より厚肉の硬金属を用いるが、図４、図８に示すように周方向の複数箇所に上下方向に溝１８を形成する。この溝１８は、杭内から杭外への水の流れを円滑にし、ズリ１６の排出を促進するために設けるものである。すなわち、杭１の先端シュー１２は、岩盤２を粉砕して岩盤中に貫入していくが初期状態では岩盤２の掘削壁との間隙が狭く水流が妨げられやすい。このため先端シュー１２の周面に流路を設けて水流が滞ることがないようにしたものである。なお、この溝１８は先端シュー１２の内外の両面に杭１の板厚より厚い部分に施せばよい。また、溝１８は先端シュー１２の上下に渡って形成すればよいが垂直にすると（ａ）に示すように溝内にズリ１６が入り込んで閉塞することがあるため（ｂ）のように傾斜させて形成した方が望ましい。
【００２９】
傾斜させる場合、溝の向きを同方向に揃えると杭１が打込み中に回転しやすくなるため、隣り合う溝１８、１８の傾斜の向きが反対方向になるように、すなわち隣り合う溝１８，１８の上下方向の一端側が互いに離反すると共に他端側が互いに接近する方向または一端側が互いに接近すると共に他端側が互いに離反する方向に配置された一対の溝１８，１８を周方向に等角度間隔を置いて設けるようにするとよい。
【００３０】
本発明を実施する場合、請求項１記載の発明と請求項２の発明をそれぞれ単独または組合わせて行うことができる。即ち、（１）杭の先端シュー１２に溝１８を形成せずに杭内水位９と杭外水位１０の水頭差ΔＨによる水流によって杭外周間隙１５からズリ１６を排出する際、注入管３による気泡を放散してエアリフト作用を生じさせてズリ排出を助勢する実施形態。（２）先端シュー１２に溝１８を形成した杭１を用い、注入管３によるエア供給（エアリフト作用）を用いないでズリ１６を排出する実施形態。（３）先端シュー１２に溝１８を形成した杭１を用い、かつ、注入管３による気泡を放散してエアリフト作用を生じさせてズリ排出を助勢する実施形態とすることができる。
【００３１】
（実施例）
本発明によって外径800mm、32ｍ長の鋼管杭１を一軸圧縮強度６４Ｎ／mm（６４ＭPa）の安山岩からなる水深20ｍ海底岩盤２に8ｍ打込む場合の杭１の諸元および施工装置の一例を示すと以下のとおりである。
（１）打設する鋼管杭１は直径800mm、肉厚19mm、長さ32ｍのＳＫＫ４００の鋼管杭で先端部１１に肉厚40mm幅100mmのマンガン鋼の先端シュー１２を溶接し、先端シュー１２の内面と外面の周方向には間隔をおいて、30°傾斜で 幅15mm、深さ10mmの溝１８を複数形成した。
【００３２】
杭内面に添わせて配設した注入管３は25A鋼管4本で、杭内周間隙１４と外周間隙１５のグラウト注入管３ｂとしてそれぞれ２本ずつ使用する。この内、杭外周間隙グラウト注入用の２本をエア注入管３ａに兼用使用した。プロテクター５はＬ90×90mmの山型鋼を使用し、プロテクター先端５ａは斜め状およびテーパー状に形成した。
【００３３】
（２）杭の打ち込みに使用したバイブロハンマー６は偏心モーメント４９kN・ｍ、振動数１，１００ｃｐｍ、起振力約６９０kNを使用した。また、揚水能力1.3立方米/分の揚水ポンプ７とエア供給装置（コンプレッサー）を使用した。
（３）施工方法
杭１を建て込み、揚水ポンプ７を始動させ杭頂部から溢れ出る程度に杭内に給水した後、バイブロハンマー６を杭頭部に装着し始動させ、杭内水位９と杭外水位１０の水頭差ΔH＝12ｍで打込み開始した。
当初、水頭差ΔＨが十分あるため杭先端部の破砕した粉状の岩盤（ズリ）１６は杭内からの流水のみで排出されていたが杭の貫入が進み、水頭差ΔH＝6ｍ頃になると水流が弱まり、ズリ１６の排出が滞り杭の貫入が円滑にいかなくなった。そこで、コンプレッサー８を運転開始し、エア注入管３ａに空気を送り杭先端部の外周間隙１５から気泡１７を放散させてエアリフトを併用した結果、杭１を岩盤２の所定の貫入深さである8ｍまで円滑に打ち込む事ができた。なお、この例における最終の水頭差ΔＨは4ｍであった。
その後、杭の内外周と掘削岩盤の間隙１４、１５にモルタルのグラウト材１９を注入・充填して完了した。
【００３４】
（適用例）
図１０は本発明を水中に設置されるジャケット２０の杭１に適用する場合の例を示したものである。この場合の施工方法は水底の岩盤２上に設置したジャケット２０のレグ２１内に前記構造の杭１を差込んで岩盤２上に建て込み、杭１内に揚水ポンプ７で水を注入し、注入管３にエア供給装置８を接続してクレーン船２２で吊下げたバイブロハンマー６を杭頭部に装着して打込みを開始する。打込み時は杭内の水位９を杭外の水位１０より高くした状態を維持し、杭先端部１１から気泡１７を放散させながらバイブロハンマー６を駆動して水流とエアリフトによるズリ１６の排出を行いながら杭を貫入する。
【００３５】
図１１は岩盤２の上方に軟弱土砂の堆積層２３がある陸上杭打ちの場合に本発明を適用する例を示したものである。このような場合は堆積層２３の部分にズリ１６の排出路を確保する必要があるため間隙２５を設ける。この間隙２５は事前に堆積層２３の区間に杭の外径より大きいケーシング管２４を設置し、内部の土砂を掘り上げて形成する。また、陸上施工の場合は杭内に注水するための注水用ピット２６および排出するズリと水を受け入れる排出用ピット２６を設ける。
その他の施工手段は前述と同様とすればよい。なお、本発明に係る鋼管杭は鉛直杭の他、斜杭も対象とする。
【００３６】
なお、前記各実施形態のように、エアを送る注入管３は、杭の貫入完了後にグラウト材１９を充填する際の注入管を兼用とすると経済的である。
【００３７】
【発明の効果】
本発明の岩盤への杭の打込み工法によると次の効果がある。
杭１の長手方向に沿って杭先端部１１にエアを送る注入管３を固定しておき、バイブロハンマー６により杭先端の岩盤２に振動を与えて掘削する際、エア供給装置８から注入管３にエアを送り杭先端部１１から放散させて気泡１７を生じさせることによってエアリフトの作用で杭１と掘削孔の隙間からズリ１６を浮上排出させることができ、杭内水位９と杭外水位１０の水頭差ΔＨが小さく杭先端部１１の杭内から杭外に流れる水流が弱くてもズリ１６の浮上排出を助勢することができる。
また、杭先端の硬金属で製作した先端シュー１２を鋼管杭の板厚より厚くし、先端シュー１２の周方向複数箇所に上下方向に溝１８を形成することにより、杭先端部の先端シュー１２の内外周面と岩盤の掘削壁面の隙間が狭くて流水を妨げる場合においても、溝１８が流路となって円滑な水流を確保でき、ズリ１６の排出を確実にできる。
なお、溝は上下方向に傾斜させるようにすると、ズリが溝内に入り難く流路を塞ぐことがない。また、溝を傾斜させる場合は、隣り合う溝の傾斜の向きが反対方向になるようにすると、バイブロハンマーで杭の打込み中に杭１が回転することを防ぐことができる。
このように岩盤を掘削する際発生するズリを速やかに排出できるため、バイブロハンマーの打撃エネルギーを岩盤に効率良く伝達でき、そのため円滑に岩盤中に杭を打込むことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る第１実施形態の説明図で岩盤への杭の打込み中の概略縦断面図である（プロテクタを省略した）。
【図２】図１のイ部詳細であり、杭先端部を拡大した縦断面図である。
【図３】図１のＡ−Ａ断面図であり、杭先端部の横断面面図である。
【図４】杭先端部の内側を示す縦断斜視図である。
【図５】図４のＢ−Ｂ断面図であり、注入管とプロテクターとの関係を示す図である。
【図６】図４のＣ−Ｃ断面図であり、注入管プロテクター先端部を示す図である。
【図７】図４のＤ−Ｄ断面である。
【図８】（ａ）は図４のＥ−Ｅ断面図で、杭先端シュー溝を示した図であり、（ｂ）およびは（ｃ）は杭先端部内側の傾斜溝の配列状態とズリの排出作用の説明図である。
【図９】本発明により岩盤中に固定された杭の横断面図である。
【図１０】本発明を適用して岩盤上にジャケットを固定する杭を打込み中の形態を示す一部縦断側面図である。
【図１１】岩盤の上に堆積層がある場合の施工形態を示す縦断面図である。
【図１２】従来の工法形態を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１  杭（鋼管杭）
２  岩盤
３  注入管
３ａ  エア注入管
３ｂ  グラウト注入管
４  注入孔
５  プロテクター
５ａ  プロテクター先端
５ｂ  断続溶接
５ｃ  硬金属
６  バイブロハンマー
７  揚水ポンプ
７ａ  ホース
８  エア供給装置（コンプレッサー）
８ａ  エアホース
８ｂ  圧縮空気
９  杭内水位
９ａ  杭内水
１０  杭外水位
ΔＨ   水頭差
１１  杭先端部
１２  杭の先端シュー（高硬度鋼材）
１３  溶接部
１４  杭内周間隙
１５  杭外周間隙
１６  粉状の岩粉（ズリ）
１７  気泡
１８  溝
１９  グラウト材
２０  ジャケット
２１  レグ
２２  クレーン船
２３  堆積土砂
２４  ケーシング管
２５  間隙
２６  ピット
【図１】
0003735225.tif 000002
【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】
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