JPH0781478B2

JPH0781478B2 - 空気掘さく方法

Info

Publication number: JPH0781478B2
Application number: JP3314990A
Authority: JP
Inventors: 基治塚田
Original assignee: 有限会社日本基礎技術
Priority date: 1991-11-28
Filing date: 1991-11-28
Publication date: 1995-08-30
Anticipated expiration: 2010-08-30
Also published as: JPH05149078A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、空気掘さく方法の改良
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から、掘さく作業時には、地中に挿
入されたサンプラーチューブ先端の冷却と岩粉を円滑に
孔外に搬出するために、孔内に空気と共に泡を送込む空
気掘さく方式が知られている。この様な泡を利用した空
気掘さく方法として、発明者は特願平０３−１０１０５
２号の気泡発生装置およびその方法（以下ＪＦＢＩ法と
する）を提案している。このＪＦＢＩ法では、発泡剤を
ラバル管の吸引力によってタンクから圧縮空気中にエア
ロゾル状態で高速噴出させる。このエアロゾルを、高速
気流の圧縮空気に混合させて、サンプラーチューブ先端
まで供給される。ここで、サンプラーチューブは外管と
内管により構成され、その２種の管の間をエアロゾルが
層流状態で通過している。内管には、掘さくされた地盤
が試料として採取される。層流状態で通過したエアロゾ
ルは、サンプラーチューブ先端のビット口から高速噴射
させると、細かい均一な泡として発泡する。この気泡に
よって、掘さく時の岩粉を円滑に孔外に搬出するもので
ある。この様なＪＦＢＩ法では、圧縮空気の気流速度等
を変えることにより、各種の地盤に応じた掘さくが可能
である。

【０００３】この様なＪＦＢＩ法で使用される発泡剤
は、経済的に有利で、且つ岩粉排出に必要な高い発泡性
を有するものを追及している。特に、岩粉排出時には、
掘さく地盤に含まれている鉱物や有機物等の化学的刺激
や急激な圧力変化等の物理的刺激に対して、鋭敏に反応
することが無く、気泡が破壊されにくい必要がある。こ
の様な条件を満たす発泡剤として、従来は、スルホン酸
塩類の陰イオン界面活性剤が使用され、その中でもアル
キルベンゼンスルホン酸塩の使用率が極めて高くなって
いる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
空気掘さく方法には幾つかの問題がある。

【０００５】その一つとしては、排出された発泡剤が分
解されにくいことがある。これは、スルホン酸塩類の界
面活性剤が分解されにくいためである。アルキルベンゼ
ンスルホン酸塩の場合には、アルキル末端から酸化を受
けるが、この酸化の速度は極めて遅い。しかも通常に
は、アルキル鎖中に分枝があり、この分岐があると微生
物による正常な分解作用が疎外される。したがって、こ
の様な分解されにくく、しかも多量の発泡剤が自然環境
中に放出されることにより、衛生環境面での問題が引き
起こされている。地表に排出された発泡剤は徐々に地中
に浸透し、地下水や河川に混入することになる。この混
入量が自然の浄化作用以上の負荷量に達すると、水質汚
染を惹起してくる。特に、近年では、生活排水等により
河川の汚濁負荷量が増加する傾向にあり、水質汚染に対
して関心が高まっている。

【０００６】しかも、この発泡剤が気泡発生装置で使用
される時には、掘さく時に約３〜１０％の濃度で使用さ
れ、１Ｋｇｆ／ｃｍ²の噴出圧力で、１時間当たり１．
０〜１０．０リットルが噴出されている。すなわち、界
面活性剤として１時間に３０ｇ〜１０００ｇの膨大な量
が排出されている。水道法における水道水の水質基準で
は、陰イオン界面活性剤は０．５ｍｇ／リットル以下と
規定されている。

【０００７】このため、ＪＦＢＩ法でも、環境衛生への
影響を考慮する必要がある。水質汚染を防止するために
は、まず、排出された発泡剤を活性汚泥法等の処理施設
により処理することが考えられる。しかし、現在の処理
施設は、容易に移動可能となるものは無く、施設として
大掛かりなものであり、掘さくの都度その現場に設置す
ることは困難なことである。

【０００８】さらに、発泡剤を気泡状態にすると、その
容量は数倍から数十倍にまでなる。従来の発泡剤では、
気泡が破壊されにくいことを特徴とするため、地上に排
出された後も気泡の消滅に長い時間が必要とされる。こ
のため、多量の気泡を素早く消泡するために、シリコン
等の油分の含まれる消泡剤が使用されることが多くなっ
ている。この様な消泡剤は、化学的に分解が困難なもの
が多い。

【０００９】ここで、発泡剤溶液は、界面活性剤を希釈
水により希釈して使用されている。従来、この希釈水の
水質については注意が払われていなかった。しかし、硬
度（カルシウム，マグネシウムの含有量）の高い水質等
によっては、発泡性に大きく影響を及ぼすことになり、
場合によっては必要量の気泡を得るために、発泡剤を通
常よりも多量に使用することになる。これでは、環境衛
生を大きく汚染することになる。このため、近年は、硬
度を一定の値以下の軟水となる水質で、且つ発泡性を低
下させる要因となる物質や汚染物質および有毒物質が含
有されない安全性の高い水質として、水道法の水質基準
に則した水を使用している。

【００１０】しかし、空気掘さくを行う場所によって
は、この様な条件の水質のものを使用することが困難な
場合もある。例えば、地下水を使用する場所或いは海岸
や火山に近い立地条件では、高い硬度となる水質や、ア
ルカリ金属やケイ酸塩等の発泡性の低下させる物質を多
量に含有する等の水質もある。これらの水質は発泡剤に
影響を及ぼし、発泡性を低下させることになっている。

【００１１】また、発泡剤溶液は、希釈水中でｏ／ｗ型
の親水性コロイドとなっている。このコロイド粒子の周
囲はミセル状態となり、電荷で覆われている。しかし、
希釈水中にその電荷を中和する物質が存在する場合に
は、コロイド粒子の表面は、表面の電荷にその物質が結
合して覆われた状態となり、界面活性剤としての作用が
低下することになる。

【００１２】以上の様に、希釈水の幾つかの要因によ
り、発泡剤を通常よりも多量に使用することになり、環
境衛生の汚染が発生している。

【００１３】ところで、掘さくによる地盤試料の採取
は、従来は地盤性状に関係なく同一形状のサンプラーチ
ューブにより行われている。しかし、サンプラーチュー
ブ先端のビットから圧縮空気を噴出させて掘さくを行う
ＪＦＢＩ法では、圧縮空気は高速気流で、且つ層流状態
を保つことが要求される。しかし、ビットとサンプラー
チューブの直径は同径のものが使用されているため、サ
ンプラーチューブと掘さく孔の壁面に間隙が無くなり、
壁面の乱れの非常に少ない掘さく孔となるが、圧縮空気
や気泡の排出路が無い状態となる。このため、噴出され
た圧縮空気がサンプラーチューブ周囲に排出路を形成す
ることになる。これにより、圧縮空気による掘さく効率
が低下し、掘さくされた試料に発泡剤が混入する等が起
こり、試料としての信頼性が低下することになる。

【００１４】本発明は、上記のような従来技術の欠点を
解決するために提案されたもので、その目的は、人体に
対して安全性が高く、自然の浄化作用により容易に分解
され、且つ起泡性の高い発泡剤を使用し、さらに水質の
条件に対応して高い発泡性を維持し、良好な気泡を得る
ことにより、優れた掘さく能力と共に環境衛生への影響
が考慮された空気掘さく法を提供することである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明は、ラウリン酸を
原料とした硫酸エステルの塩により構成される界面活性
剤を発泡剤溶液の主成分として使用し、この発泡剤溶液
に高い発泡性を安定して得るための電解質を添加し、こ
の発泡剤溶液をミセル濃度に希釈した状態で圧縮空気中
に噴出させて発泡させ、この泡を圧縮空気とともに掘さ
く用エアホースに取付けられたサンプラーチューブ先端
まで供給して、この泡によって地中に挿入されたサンプ
ラーチューブ先端から岩粉を孔外に搬出することを特徴
とする。

【００１６】

【作用】上記のような構成を有する本発明によれば、ミ
セル濃度に希釈された発泡剤が圧縮空気中に高速噴出さ
れ、高速気流の圧縮空気と混合されて、直ちに発泡して
サンプラーチューブ先端まで供給されるので、高粘度の
発泡剤でも充分に発泡して、サンプラーチューブ先端か
ら岩粉を円滑に孔外に搬出することができる。特に、発
泡剤がヤシ油等の成分として天然に存在するラウリン酸
の硫酸エステル塩であるため、生物化学的に容易に分解
され、衛生環境への影響が皆無となる。そのため、人体
に対して安全性が高く、自然の浄化作用により容易に分
解される硫酸エステル類の界面活性剤を使用しているた
め、排出後の発泡剤は生物化学的に容易に分解され、衛
生環境への影響が従来に比べて激減する。

【００１７】また、発泡剤溶液に電解質を添加すること
により、高濃度の発泡剤溶液でも安定して高い発泡性を
得ることができる。さらに、発泡剤をミセル濃度に希釈
したため、発泡が円滑に行われ、サンプラーチューブ先
端まで良好な泡を供給できる。

【００１８】

【実施例】以下本発明の空気掘さく方法の一実施例を、
図面にもとづき説明する。

【００１９】（１）代表的な実施例即ち、図１は本実施例の空気掘さく方法に使用する空気
掘さく装置の一例で、１は掘さく用のボーリングマシ
ン、２はそのロッド、３は２の先端に取付けられた試錐
用のサンプラーチューブである。サンプラーチューブの
先端には、ビット口が開口している。ロッド２の上端に
は、コンプレッサ４から延びる掘さく用エアホース５が
接続され、このエアホース５によってサンプラーチュー
ブ３の先端に圧縮空気が供給される様になっている。こ
の掘さく用エアホース５の途中には、一部に掘さく用エ
アホース５と同径のメインパイプ６が連結される。この
メインパイプ６の途中には、圧縮空気と共に泡をサンプ
ラーチューブ３の先端に供給するための気泡発生装置１
０が設けられている。この気泡発生装置１０には、発泡
剤のタンク１１が備えられている。一方、サンプラーチ
ューブ３には、外管１２と内管１３により構成され、そ
の２種の管の間をエアロゾルが通過可能に、内管１３内
に掘さくされた地盤が採取される様に設けられている。

【００２０】一方、空気掘さく方法で使用する発泡剤
は、主成分である界面活性剤として、ポリオキシエチレ
ンラウリルエーテル硫酸ナトリウム塩［Ｃ₁₂Ｈ₂₅Ｏ（Ｃ
₂Ｈ₄Ｏ）_nＳＯ₃ ^-Ｎａ⁺］が使用されている。これ
は、ヤシ油の主成分であるラウリン酸（Ｃ₁₁Ｈ₂₃ＣＯＯ
Ｈ）から得られる。この界面活性剤は、水道法に即した
水質の希釈水により、その界面活性剤のミセル生成濃度
に希釈して使用される。

【００２１】ここで、上述した発泡剤に関する試験結果
を図２乃至図４に示す。図２に、本実施例に使用される
発泡剤の発泡効率および泡の高さのｐＨによる影響を示
す。試験条件は、自由水面を有する容器中に、４０℃の
希釈水により０．３％溶液とした発泡剤を用意する。こ
の発泡剤中に、容器底面に設けられた孔径５ｍｍのノズ
ルより、圧力１ｋｇｆ／ｃｍ²，流量１００リットル／
ｍｉｎの圧縮空気を噴出させる。この圧縮空気により発
泡した泡の高さを測定する。この泡の高さは、噴出時間
３０秒および６０秒の時の高さの平均値とした。また、
発泡効率は、［発泡量（ｍ³）／溶液量（リットル）］
で求められ、％で示す。この発泡効率は、溶液量を１０
リットルとし、５分間噴出させた時の発泡量により求め
た。この時、ｐＨ７（中性）付近では、９０〜１２０秒
で発泡効率が１００％に達した。この試験結果から、ｐ
Ｈ７付近で安定して十分に発泡することがわかる。

【００２２】図３の消泡試験は、発泡剤の消泡性を示す
試験で、従来の発泡剤との比較および温度による影響が
示されている。試験条件は、０．３％溶液の発泡剤１リ
ットルを図２の発泡効率のｐＨ７の条件で発泡させ、こ
の時得られた気泡の経時変化による消泡性を示すもので
ある。その結果、同一の温度条件では、従来の発泡剤に
対して消泡時間が大幅に短縮される。また、従来から既
知の様に、温度が高くなるほど消泡性が良くなる。

【００２３】図４の発泡剤分解試験は、本実施例で使用
される発泡剤を生物化学的に分解させた時の分解時間を
示す。この試験結果から、本実施例に使用される発泡剤
は、実際の掘さく時には、極めて速やかに且つ確実に分
解されることがわかる。

【００２４】以上の試験結果より、本実施例で使用され
る発泡剤は、中性付近で十分な発泡性を有し、排出後の
消泡性は従来に比べて極めて短時間で確実に消泡するこ
とができ、迅速且つ確実に分解されることが判明した。

【００２５】以上のような本実施例では、図１の様にコ
ンプレッサ４の作用により圧縮空気が掘さく用エアホー
ス５を通ってサンプラーチューブ３に送られる。この
時、掘さく用エアホース５の途中に連結されるメインパ
イプ６から、発泡剤タンク１１を備える気泡発生装置１
０に圧縮空気が送られ、この圧力により発泡剤溶液を圧
縮空気中にエアロゾル状態で噴出させる。このエアロゾ
ルを、掘さく用エアホース５内部の高速で流れる圧縮空
気に混合させて、サンプラーチューブ３先端まで供給
し、先端のビット口から高速噴射されると、細かい均一
な泡として発泡する。この気泡により、掘さく孔内から
岩粉の排出を行う。この時、排出された発泡剤は、空気
中および地中に存在する微生物等により生物化学的に速
やかに分解され、最終的には無機化される。

【００２６】特に、本発明では、希釈水中にコロイド粒
子の電荷を中和して、界面活性作用を低下させる物質が
存在する場合には、塩素イオンを含む添加剤等の電解質
を添加する。この電解質は、通常約０．５〜１．５ｐｐ
ｍ添加することにより効果が得られるが、界面活性作用
を低下させる物質や季節等の条件により増減される。こ
の様な電解質の添加により、コロイド粒子表面は無電荷
状態となり、電荷を中和する物質が存在しても表面に結
合することがなくなる。図５に、この時のミセル生成領
域の変化を示す。この結果から、電解質を添加すること
によりミセル生成領域を広げることができ、親水性を損
なわずにコロイド粒子を安定した状態とすることができ
る。したがって、気泡性状が良好で、高い発泡性の維持
される空気掘さく方法とすることができる。

【００２７】以上の様な本実施例の効果は、以下の様に
なる。

【００２８】即ち、本実施例の空気掘さく方法では、発
泡性が高く、短時間で消泡するポリオキシエチレンラウ
リルエーテル硫酸ナトリウム塩が発泡剤として使用さ
れ、気泡発生装置により細かい均一な気泡を、掘さくに
必要な量を一定してサンプラーチューブ先端に供給する
ことができるので、岩粉の排出を効率よく円滑に行うこ
とができる。また、この発泡剤による気泡は容易に消泡
されるため、通常には消泡剤を使用する必要が無く、消
泡時間が長くなる条件でも従来に比べて大幅に使用量を
減らすことができる。しかも、この発泡剤は、天然に産
する脂肪酸を使用しているため、人体に対する安全性が
確認されており、さらに、炭化水素鎖に分岐が無いため
生物化学的に容易に分解される。したがって、環境衛生
への影響が大幅に低減された空気掘さく方法とすること
ができる。

【００２９】さらに、本実施例の空気掘さく方法で使用
される発泡剤は、ミセル濃度に希釈されているため、十
分な界面張力を有するエアロゾル状態で圧縮空気中に噴
出されるので、掘さく用エアホース５やロッド２等およ
び複雑な形状のサンプラーチューブ３内を通過するとき
には、まず、その壁面に付着することになる。この時、
壁面の微妙な凹凸部にも付着するため、凹凸部を補正し
均一な壁面になる。これは、サンプラーチューブ３内の
断面補正を自動的に行ったことになり、高速気流におい
て乱流状態になる主要因が解決され、高速気流で且つ層
流状態を保つことができる。したがって、常時均一な気
泡により掘さくを行なうことができ、優れた空気掘さく
方法とすることができる。

【００３０】（２）その他の実施例なお、本発明の空気掘さく方法は上述した実施例に限定
されるものではなく、例えば、空気掘さく装置は、圧縮
空気中に発泡剤を混合して均一な気泡とし、この気泡に
より岩粉を円滑に孔外に搬出する装置であれば限定され
ず、掘さく条件等により、各部材の形状、各々の取付け
位置及び方法等を適宜変更可能である。

【００３１】また、上水道が完備されていず、海岸地方
や火山に近い立地条件の地方等の水道法に即した水質の
希釈水を得ることができない場所では、希釈水に適さな
いものを使用することになる。この様な希釈水により希
釈された発泡剤を使用して空気掘さくを行ったのでは、
発泡性がかなり低下し、作業に支障をきたすことにな
る。これに対応するために、その水質に合わせて、界面
活性剤の組成変更や水質改良剤等の添加が考えられる。

【００３２】例えば、硬度の低い軟水を使用することが
困難で、硬水を希釈水として使用する場所では、発泡剤
を硬度の影響を受けやすいナトリウム塩からアンモニウ
ム塩に変更する。これにより、人体に対する安全性や自
然の浄化作用により容易に分解される等の効果を損なう
こと無く、硬度の影響を受けずに十分な発泡性を得るこ
とができ、円滑な作業を行うことができる。

【００３３】また、アルカリ金属イオンやカルシウムイ
オン、ケイ酸塩等の発泡性に影響を及ぼす成分を含有す
る水質の場合には、前記含有成分を捕捉する作用を有す
る高分子界面活性剤等の水質改良剤を希釈水に添加す
る。これにより、気泡性状が良好で、発泡性を維持する
ことができる。

【００３４】一方、発泡剤の主成分である界面活性剤
は、ポリオキシエチレン鎖のモル数は限定されない。ま
た、ポリオキシエチレン鎖のモル数の異なる界面活性剤
の混合とすることもできる。

【００３５】さらに、発泡剤の濃度は、一定の濃度に限
定されず、その界面活性剤のミセル生成濃度で、さらに
希釈水や温度等の条件により変更が可能である。

【００３６】ところで、サンプラーチューブ先端のビッ
ト１４の形状は、サンプラーチューブ外管１２と同径に
限定されない。図６に示す様に、外管１２の周囲よりも
大きく設けることもできる。すなわち、このビット１４
は、サンプラーチューブ外管１２に比べ大きい外径のオ
ーバーサイズビットとする。これにより、掘さく時に
は、ビット１４外径とサンプラーチューブ外管１２の違
い（オーバーサイズ）だけ、サンプラーチューブ３と掘
さく孔壁Ｈの間に一定の間隙Ｃが生じる。これにより、
ビット１４から排出された圧縮空気および気泡は、円滑
に層流状態を維持して地上に排出することができる。こ
の間隙Ｃは、次の表１に示す様にビット１４のオーバー
サイズにより掘さくする地盤に対応して設けることがで
きる。

【００３７】

【表１】上記の様に、地盤に応じたオーバーサイズのビット１４
が設けられることにより、本実施例の空気掘さく法で
は、各地盤に対応して優れた掘さく能力を発揮すること
ができる。しかも、圧縮空気および発泡剤がサンプラー
チューブから間隙Ｃに円滑に排出されるため、これから
掘さくする地盤に発泡剤等が混入されず、構成される地
盤状態が破壊することが無い。また、サンプラーチュー
ブ内管１２内部の掘さくされた試料に発泡剤等が混入す
ることも無い。したがって、掘さくされた試料の測定値
は、従来に比べ大幅に改善されて信頼性および精度とも
高い値となる。

【００３８】以上から、地盤や希釈水等の条件に応じた
空気掘さく方法とすることとができるので、掘さくの技
術を基準化することが可能となる。このことから、作業
の自動化された空気掘さく方法とすることも可能とな
る。

【００３９】

【発明の効果】以上のように、本発明では、人体に対し
て安全性が高く、自然の浄化作用により容易に分解さ
れ、且つ起泡性の高い発泡剤を使用し、さらに水質の条
件に対応して高い発泡性を維持し、良好な気泡を得るこ
とができる。しかも、圧縮空気および気泡を、層流状態
として円滑に維持することができるので、優れた掘さく
性を得ることがてきる。したがって、優れた掘さく性と
共に環境衛生への影響が考慮された空気掘さく法を提供
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の空気掘さく方法に使用する気泡発生装
置の概要を示す説明図である。

【図２】本発明の空気掘さく方法に使用する発泡剤の発
泡効率に関する試験結果を示す図である。

【図３】本発明の空気掘さく方法に使用する発泡剤の消
泡性に関する試験結果を示す図である。

【図４】本発明の空気掘さく方法に使用する発泡剤の生
物化学的分解速度に関する試験結果を示す図である。

【図５】本発明の空気掘さく方法に使用する発泡剤およ
び電解質を添加した場合のミセル生成領域を示す図であ
る。

【図６】本発明の空気掘さく方法に使用するサンプラー
チューブおよびその先端に設けられるビットを示す要部
断面図である。

【符号の説明】

１掘さく用のボーリングマシン２ロッド３試錐用のサンプラーチューブ４メインコンプレッサ５掘さく用エアホース６メインパイプ７気泡発生パイプ１０気泡発生装置１１発泡剤タンク１２サンプラーチューブの外管１３サンプラーチューブの内管１４ビット

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ラウリン酸を原料とした硫酸エステルの
塩により構成される界面活性剤を発泡剤溶液の主成分と
して使用し、この発泡剤溶液に高い発泡性を安定して得
るための電解質を添加し、この発泡剤溶液をミセル濃度
に希釈した状態で圧縮空気中に噴出させて発泡させ、こ
の泡を圧縮空気とともに掘さく用エアホースに取付けら
れたサンプラーチューブ先端まで供給し、この泡によっ
て地中に挿入されたサンプラーチューブ先端から岩粉を
孔外に搬出することを特徴とする空気掘さく方法。