特許 7572752 土採取装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-10-16

(45)【発行日】2024-10-24

(54)【発明の名称】土採取装置

(51)【国際特許分類】

   E02D 1/04 20060101AFI20241017BHJP

【ＦＩ】

E02D1/04

【請求項の数】 1

(21)【出願番号】P 2023208925

(22)【出願日】2023-12-12

【審査請求日】2023-12-26

(73)【特許権者】

【識別番号】723017336

【氏名又は名称】株式会社ｆｏｒｃｈ

(72)【発明者】

【氏名】木戸 崇之

(72)【発明者】

【氏名】飯田 貢

【審査官】柿原 巧弥

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１７－１６６１４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１８００７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－１２１３９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－１７３３９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－１６９０２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－１２０１６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－０６１１６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０２２／１６２０１１（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｅ０２Ｄ １／０４

Ｅ０２Ｄ ３／１２

Ｇ０１Ｎ １／０８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

地盤調査機によって複数の連結可能なロッドと連結されて地中に貫入され、所望の深度の土を採取可能な土採取装置であって、
一方向の先端が開口部分と非開口部分からなり側面に貫通孔を設けた中空の外管と、
一方向の先端が開口部分と非開口部分からなり、前記外管に相対回転可能に挿入され、該方向と逆側の端部に回転軸部品が嵌合する形状を設けた中空の内管と、
前記ロッドと螺合可能な連結部と前記内管に嵌合する形状を有することによってロッドの軸周りの回転を内管に伝達可能な回転軸部品であって、その軸周りに形成された段違い形状を有する回転軸部品と、
前記回転軸部品と相対回転可能かつ軸方向の相対位置を固定するように軸周囲に挟んで取付けられる二つ組からなる固定キャップ部品であって、各二つ組部品の側面に設けられたねじ穴を有し、二つ組部品の一方の端部に段違い形状を有する固定キャップ部品と、からなり
回転軸部品に内管を嵌合し固定キャップ部品を取付けた一式を外管に挿入した状態で、ねじを外管の貫通孔を通して固定キャップ部品に設けたねじ穴に締結することによって採取装置一体として係合され、
回転軸部品に設けた段違い形状と固定キャップ部品に設けた段違い形状が前記相対回転の両方向に対して一定角度に達すると互いに干渉することによって、
相対回転のある方向においては、相対回転のある角度において前記外管の開口部分と前記内管の開口部分とが少なくとも一部重なり合い、かつ該角度までに相対回転が制限され、
前記方向と逆方向の相対回転においては、相対回転のある角度において前記外管の非開口部分と前記内管の非開口部分とが連続した非開口面を形成し、かつ該角度までに相対回転が制限され、
外管と内管とによって形成される前記の非開口面が、円筒を斜め切りにした形状の軸方向に対して傾斜した面であることを特徴とする、土採取装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、地盤調査のために用いられる装置を利用して地中に貫入され所望の深度の土を採取するための土採取装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

建築物、構造物が築造される地盤の支持力特性、沈下特性、液状化に対する安定性などを調査する目的で種々の地盤調査が行われる。例えばスクリューウエイト貫入試験方法（JIS A １２２１：２０２０）は、その簡便性から戸建住宅などの小規模構造物の支持力特性を調査する方法として広く利用されている。この方法はロッドを継ぎ足しながら先端のスクリューポイントを地盤に回転貫入させ、地盤の硬軟、締まり具合及び土層構成を評価するための静的貫入抵抗を求める試験方法である。このような、ロッドに取付けた抵抗体を地盤に貫入してその性状を調査する方法は、一般にサウンディング試験と呼ばれる。サウンディング試験には、地中の土の採取を伴う方法もあるが、上記のスクリューウエイト貫入試験方法などのように土の採取を伴わない方法もある。地盤を構成する各土層の土質は、建築物等を支持する地盤としての安全性を検討する上で重要な要素であるが、土の採取を伴わず、他に土質の判定を行うための機能を備えない地盤調査方法では、土質判定を正確に行うことができないという欠点がある。しかし、土質を判定するために別途土を採取するための装置を搬入することは、試験の簡便性を損ない経済的ではない。そこで、サウンディング試験用の地盤調査装置を利用して、土の採取を行うことが考えられる。サウンディング試験用の地盤調査装置は、先端部を地中に貫入させるための機構を備えていることから、地盤調査装置に接続して地中に貫入させて土の採取を行う土採取装置が有効である。これにより簡便性を大きく損なうことなく土の採取が可能になり、高有機質土などの圧縮性の極めて高い土質や、地震時の液状化に対する危険性が高い土質を正確に判定することが可能になる。

【0003】

また、特定の深度の土質を正しく判定するためには、単に土を採取するのみならず、目的とする深度の土以外の土を混入させることなく、かつ目的とする深度の土を確実に採取しなければならない。そのためには何らかの機構を採取装置に備えておき、採取装置を地中に挿入した状態でその機構を操作することにより、特定の深度の土のみが採取されるようにする必要がある。この操作の方法には、機械的伝達手段により操作する方法、流体圧力により操作する方法、電気的信号により操作する方法等が考えられるが、より簡便かつ経済的に土の採取を行うためには、地上から操作手がロッドに対して行える物理的操作手段、即ちロッドの上昇・下降・回転のみによって操作できる機構が望ましい。このような土採取装置が従前より提案されており、例えば特許文献１乃至２に提案される物がある。

【0004】

特許文献１では、相対回転可能な二重筒状の内筒体と外筒体の軸方向にそれぞれ設けられた採取口と、内採取口の長手方向一側において外方へ突出して形成された採取刃を有する土質採取装置を提案している。これは、地盤調査の結果生じた調査孔に挿入し、ロッドを介して正逆方向の回転力を与えることで採取口が開閉され、同時に採取刃によって周辺土砂を取り込むことが可能であり、調査孔を利用することによって簡便に土を採取できるという利点がある。

【0005】

特許文献２では、コアチューブとそのチューブ内を上下摺動可能な栓体を備え、栓体がコアチューブの開放下端を閉塞した状態で結合されて採取を行う孔底部へ挿入された後、栓体をコアチューブ内の上限位置まで上昇させて結合することで、開放されたコアチューブ下端からコアチューブ内に形成された土砂受容空間に孔底部の土を押し込んで採取する採取装置を提案している。これは、貫入方向先端を開放して採取深度に押し込むため、スクリューポイント、その他の貫入具、及び採取装置自身等、何物によっても未だ攪乱されていない土を採取できるという利点がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】特開２００４－３３２３９２号公報

【文献】特開２０１４－１５６７０６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

しかしながら上記のような土採取装置には課題があった。特許文献１の装置に関しては、調査孔を利用して軸方向に設けた採取口から採取刃によってかきとられた土を採取するため、調査孔側壁が乱れて他深度の土が付着していた場合や挿入時に採取装置に他深度の土が付着した場合、所望の深度以外の深度の土が混入する可能性がある。

【0008】

特許文献２の装置に関しては、下端を閉塞した状態で孔底部へ挿入された後、下端を開放して貫入方向先端から孔底部の土を採取することによって、スクリューポイント、その他の貫入具、及び採取装置自身等の何物によっても未だ攪乱されていない土を採取するため、所望の深度以外の深度の土が混入する可能性を排している。しかし、土の採取後も下端が開放されているため、特に採取対象層が緩い土の場合には採取した土を地上に引き上げるまでに開放下端から土が落下する可能性があり、採取の確実性に課題がある。

【0009】

本発明は以上課題の解決のためになされたものであり、地盤調査に用いられる装置を利用して地中の所望の深度の土のみを他深度の土を混入することなく確実に、かつ簡便に採取できる土採取装置を提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0010】

上記課題を解決するために、請求項１の発明は、地盤調査機によって複数の連結可能なロッドと連結されて地中に貫入され、所望の深度の土を採取可能な土採取装置であって、
一方向の先端が開口部分と非開口部分からなり側面に貫通孔を設けた中空の外管と、
一方向の先端が開口部分と非開口部分からなり、前記外管に相対回転可能に挿入され、該方向と逆側の端部に回転軸部品が嵌合する形状を設けた中空の内管と、
前記ロッドと螺合可能な連結部と前記内管に嵌合する形状を有することによってロッドの軸周りの回転を内管に伝達可能な回転軸部品であって、その軸周りに形成された段違い形状を有する回転軸部品と、
前記回転軸部品と相対回転可能かつ軸方向の相対位置を固定するように軸周囲に挟んで取付けられる二つ組からなる固定キャップ部品であって、各二つ組部品の側面に設けられたねじ穴を有し、二つ組部品の一方の端部に段違い形状を有する固定キャップ部品と、からなり
回転軸部品に内管を嵌合し固定キャップ部品を取付けた一式を外管に挿入した状態で、ねじを外管の貫通孔を通して固定キャップ部品に設けたねじ穴に締結することによって採取装置一体として係合され、
回転軸部品に設けた段違い形状と固定キャップ部品に設けた段違い形状が前記相対回転の両方向に対して一定角度に達すると互いに干渉することによって、
相対回転のある方向においては、相対回転のある角度において前記外管の開口部分と前記内管の開口部分とが少なくとも一部重なり合い、かつ該角度までに相対回転が制限され、
前記方向と逆方向の相対回転においては、相対回転のある角度において前記外管の非開口部分と前記内管の非開口部分とが連続した非開口面を形成し、かつ該角度までに相対回転が制限され、
外管と内管とによって形成される前記の非開口面が、円筒を斜め切りにした形状の軸方向に対して傾斜した面であることを特徴とする、土採取装置である。

【0011】

このような土採取装置は、ロッドに接続されて地中に貫入される際、外管の回転は周囲の土により抵抗を受けるから、ロッドに回転を加えると、それに伴って内管に生じる回転によって内管と外管との間に相対回転が生じる。該相対回転の方向によって土採取装置の先端は非開口状態または一部開口した状態となる。非開口状態は即ち先端から内管内への土の侵入も内管内の土の先端からの流出も抑止された状態であり、一部開口した状態は即ち先端から開口部分を通して内管内への土の採取が可能な状態である。さらに相対回転の角度が該角度までに制限されることから、それ以上ロッドを同方向に回転させても、内管と外管が共に回転するようになり、先端の非開口または開口の状態は維持される。

【0012】

したがって、このような採取装置は、地中への貫入時に先端が閉口する方向の回転（以下、正転という）を加えながら貫入することにより、所望の深度以外の深度の土の混入を防ぐことができ、所望の深度で先端が開口する方向の回転（以下、逆転という）を加えることにより開口した面から土の採取が可能となり、土の採取後に正転を加えて先端を閉口することにより採取した土が落下することを防ぐことができるので、所望の深度の土のみを確実に採取することが可能である。

【0013】

前記非開口面が軸方向に対して傾斜した面であって、外管と内管との相対回転により開口部分が重なり合う状態を形成する構成は、例えば外管の先端を斜め切りした形状として先端側投影面において半円状に開口を設けておき、内管の先端の一部を外管との係合時にある回転角度で前記外管の開口を塞ぐことで連続した非開口面を形成する形状とし、かつ先端のそれ以外の部分を開口させておくことで実施できる。

【発明の効果】

【0014】

以上説明したように、請求項１に係る土採取装置であれば、地中への貫入時には正転を伴って貫入することにより、他の深度の土が混入することを防止することができ、目的の深度に達した後にロッドに逆転を与えることにより先端が開口し、開口状態で貫入を行うことで目的の深度の土の採取が可能で、さらに土の採取後に正転をロッドに与えて土採取装置の先端を閉口状態とすることによって、採取した土を落下させることなく地上まで引き上げて取得することが可能となる。また、先端部を斜め切りにした形状として軸方向に対し傾斜した傾斜面を設けることで、単に軸方向に垂直に切断したものよりも、回転を伴いながら地中を掘進する際に外管の傾斜面先端が土を削り、削り取った土を傾斜面に逃がしながら掘進することで掘進性能が向上し、また、内管の閉口面にかかる力が減少することで内管に生じる摩耗や変形を抑制し可用期間を長くすることができる。さらに当の部品構成とすることで、ねじ操作により簡単に分解・組立することが可能であり、よって土採取後に部品の洗浄、再組立を行い再度使用することが簡便に行える。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】図１は第1実施形態の土採取装置の開口面側の正面図である。

【図2】図２は第1実施形態の土採取装置の側面図である。

【図3】図３は第1実施形態の土採取装置の組立図であり、外管にその他の部品一式が組み合わされて挿入されることを示す。

【図4】図４は第1実施形態の土採取装置の組立図であり、外管にその他の部品一式が組み合わされて挿入された上で、外管の貫通孔を通して固定キャップ部品にねじが締結されることによりこれらが係合されることを示す。

【図5】図５は第1実施形態の土採取装置を使用した土採取方法の工程図である。

【発明を実施するための形態】

【実施例1】

【0016】

以下に、請求項１に対応する第１実施形態の土採取装置について、図１～４を参照して説明する。図１は、土採取装置の開口面側から見た正面図である。１aは開口部であり、この部分が正転または逆転により、閉口または開口となることにより、開口部からの土の出入りが制御される。１bはロッドとの接続部であり、この部分がロッドと螺合されて接続され、ロッドを回転駆動及び昇降駆動し得る機構を備えた地盤調査機を利用して地中に貫入される。図２は、土採取装置の側面図である。図３は、各部品の組立図である。採取装置は外管２、内管３、回転軸部品４、および固定キャップ部品５,６で構成される。内管３は外管２に相対回転可能に挿入される。外管開口部２a及び内管開口部３aが重なり合う角度で開口状態となって土の採取が可能になり、外管開口部２aが内管の開口部以外の非開口部と重なり合う角度で閉口状態となって土の浸入及び脱落が防止される。回転軸部品４は、回転軸部品の内管との嵌合部４bと内管の回転軸部品との嵌合部３bとが嵌合された状態で外管に挿入される。回転軸部品のもう一方の端部は図１におけるロッドとの接続部１bにあたり、回転軸部品を介してロッドの回転運動が内管に伝達される。固定キャップ部品(1)５と固定キャップ部品(2)６は、回転軸部品を挟むように嵌め合わされた上で外管に挿入される。固定キャップ部品と回転軸部品は相対回転可能であるが、相対回転が一定角度に達すると、回転角度制御のための段違い形状部４aと回転角度制御のための段違い形状部５bが干渉することにより、各回転方向の相対回転は180度までに制限される。この機構によって、ロッドに正転を加える時には土採取装置が閉口しかつ閉口した状態が保持され、ロッドに逆転を加える時には土採取装置が開口しかつ開口した状態が保持されることにより、地上から地盤調査機の回転駆動機構を利用して土採取装置の開閉状態を操作することができる。外管の貫通孔２bは、ねじを通すために設けられた孔であり、これを通してねじが固定キャップ部品のねじ穴５a及びねじ穴６aに締結されることにより、各固定キャップ部品と外管が係合されるとともに、該係合を介して外管に挿入された前記内管と前記回転軸部品も間接的に外管に係合されることになり、土採取装置として組み立てられる。図４は、外管２に内管３、回転軸部品４、および固定キャップ部品５,６が組み合わされた上で挿入され、外管と固定キャップとの締結ねじ７が外管の貫通孔を通して各固定キャップ部品のねじ穴に締結されて土採取装置一式として係合されることを表す組立図である。

【0017】

第１実施形態の土採取装置を用いた土採取方法を、図５を参照して説明する。本実施形態の土採取は、以下に記す（A）～（F）の工程を順次実行することで行われる。
（A）土採取装置をロッドに接続し、ロッドに正転を加えながら降下させる。
（B）土採取装置の先端が採取対象層の上端に達したところで降下を停止する。
（C）ロッドに逆転を加え土採取装置の先端を開口させる。
（D）土採取装置の先端が開口した状態で降下させることにより、土採取装置の内管内に採取対象層の土が採取される。
（E）採取対象層の下端まで達したところでロッドに正転を加え、採取装置先端を閉口させる。
（F）採取装置先端が閉口した状態でロッドを上昇させ、採取装置を地上まで引き上げる。
本土採取方法によれば、貫入時には先端閉口状態であるため他深度の土の浸入を防止することにより高精度の土質判定を行うことができて、かつ土採取後に再度先端を閉口状態として引き上げる工程により採取した土を脱落させることなく確実に土の採取を行うことができる。

【符号の説明】

【0018】

１ 土採取装置
１a 開口部
１b ロッドとの接続部
２ 外管
２a 外管開口部
２b 貫通孔
３ 内管
３a 内管開口部
３b 回転軸部品との嵌合部
４ 回転軸部品
４a 回転角度制御のための段違い形状部
４b 内管との嵌合部
５ 固定キャップ部品(1)
５a ねじ穴
５b 回転角度制御のための段違い形状部
６ 固定キャップ部品(2)
６a ねじ穴
７ 外管と固定キャップとの締結ねじ

【要約】

【課題】地盤調査機に接続して使用可能であることにより試験の簡便性を損なわず、所望の深度の土以外の土を混入させず、かつ所望の深度の土を確実に採取可能な土採取装置を提供する。
【解決手段】先端が一部開口した内管３と、ロッドに接続されて内管に回転を伝達可能に嵌合される回転軸部品４と、回転軸部品と相対回転可能かつ回転を一定角度までに制限するように段違い形状を設けた固定キャップ部品５,６と、以上一式を組合せて挿入した上で固定キャップと係合可能であり先端が一部開口した外管２とを備え、ロッドに一方向の回転を加えると内管と外管の非開口部分が連続して軸方向に対して傾斜した非開口面をなしてかつその状態を保持することにより土の侵入と脱落を防止し、前記回転と逆方向の回転を加えると内管と外管の開口部分が重なり合ってかつその状態を保持することにより土の採取が可能となる。
【選択図】図３

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】