JP2005048469A - アンカー支持体 - Google Patents

Abstract

【課題】 アンカー体のアンカー孔に対する定着を確実に行わせるグラウンドアンカー工法におけるアンカー支持体を提供することを課題としている。
【解決手段】 定着対象地盤に定着される不安定地盤から定着対象地盤まで形成されるアンカー孔２内に注入されるグラウト材から形成されるアンカー体３とアンカー孔２の入口側の地盤表面とを繋ぐアンカー支持体１を、アンカー体３内に位置する定着体７と、該定着体７をアンカー孔２の入口側に牽引移動させる連結体４とから構成し、定着体７を地表側に向かう楔状の拡径体１３を軸心方向に複数重ねて設けて構成し、アンカー体３の形成後、アンカー孔２の入口側に移動することによって、アンカー体３をアンカー孔２に押圧させるように割り広げ、アンカー体３をアンカー孔２に定着させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、グラウンドアンカー工法におけるアンカー体を支持するアンカー支持体に関する。

従来地盤中に設置したアンカー体と構造物に取り付けたアンカー頭部をテンドンと呼ばれる引張材で連結し、アンカー体の引き抜き抵抗によって地滑り土塊の滑動を引き止め、構造物の安定を図るグラウンドアンカー工法が公知となっている（例えば非特許文献１参照）。

そして上記グラウンドアンカー工法は、テンドンにプレストレスをかけることによって、テンドンの伸びの少ない段階、すなわち地すべり等による変形量が少ない段階での滑動抑止効果を向上させることができるという特徴を持ち、斜面安定，構造物の転倒・浮き上り防止，仮設山留め・土留め等土木建築分野において広く利用されている。

上記グラウンドアンカー工法を、上記ウェブサイトのグラウンドアンカー施工手順に従って簡単に説明すると、
１．図１１（ａ）に示されるように、不安定地盤表面に形成された構造物（擁壁）Ａ から定着対象地盤（基盤）Ｂまで削孔機等によって掘削した削孔Ｃに、ケーシン グパイプＤを挿入する
２．図１１（ｂ）に示されるように、ケーシングパイプＤ内にセメントミルク又はモ ルタル等からなるグラウト材Ｇを充填し、さらにテンドンＦを挿通する
３．図１１（ｃ）に示されるように、ケーシングパイプＤを一部引き抜き、グラウト 材Ｇを加圧注入し、基盤Ｂにアンカー体Ｇ’を形成せしめ、ケーシングを引き抜 く
４．図１１（ｄ）に示されるように、アンカー体Ｇ’と構造物Ａとの間で、テンドン Ｆにプレストレスをかけ、アンカー体Ｇ’を介して基盤Ｂと構造物Ａとによって 不安定地盤層を圧縮する
というものである。
"施工手順"、［online］、社団法人 日本アンカー協会、［平成１５年７月２９日検索］、インターネット＜URL： http://www.japan-anchor.or.jp/002koho/index_tejyun.htm＞

上記グラウンドアンカー工法においては、アンカー体を定着対象地盤に定着させることが重要な用件となる。そして一般的には上記図１１に示されるような、摩擦型グラウンドアンカータイプと呼ばれ、アンカー体Ｇ’を削孔（アンカー孔）Ｃの周面に押接させ、アンカー孔Ｃに対して軸心に垂直な方向の力をかけてアンカー体をアンカー孔Ｃに定着させる工法が採用されている。この摩擦型グラウンドアンカーは、アンカー体Ｇ’の形成を容易に行うことができ、定着対象地盤が安定した地盤の場合、十分な効果を得ることができるという利点があり、幅広く採用されている。

しかし上記摩擦型グラウンドアンカーは、アンカー体Ｇ’の定着が定着対象地盤のせん断強度に依存し、亀裂が発達した不均一な定着対象地盤の場合、定着力が安定しない。特にテンドンＦによってプレストレスをかける場合、アンカー体Ｇ’において均一な荷重分散が困難であるため、図１２に示されるように、引張り荷重の集中するアンカー体Ｇ’のアンカー孔Ｃの入口に近い部分からアンカー孔Ｃの底側に向かって順次アンカー孔Ｃ（定着対象地盤）が破壊されやすいという欠点がある。

またアンカー孔Ｃの掘削時にアンカー孔Ｃの内周壁が粘土化するような定着対象地盤の場合は、アンカー体Ｇ’のアンカー孔Ｃへの付着切れが容易に発生し、さらにアンカー孔Ｃが帯水層区間にあたった場合、地下水によってグラウト材が劣化し、アンカー体Ｇ’の引き抜けが容易に発生するという問題点もあった。

上記課題を解決するための本発明のアンカー支持体は、定着対象地盤に定着される不安定地盤から定着対象地盤まで形成されるアンカー孔２内に注入されるグラウト材から形成されるアンカー体３と、アンカー体３と一体的に設けられ、アンカー体３とアンカー孔２の入口側の地盤表面とを繋ぐアンカー支持体１とからなるグラウンドアンカー工法用のアンカーにおいて、アンカー支持体１を、アンカー体３内に位置する定着体７と、該定着体７をアンカー孔２の入口側に牽引移動させる連結体４とから構成し、上記定着体７を、アンカー体３の形成後の上記移動によって、アンカー体３をアンカー孔２の内周面に押圧させるように割り広げて定着させる楔状の拡径体１３を軸心方向に複数段重ねることによって構成したことを特徴とする。

第２に拡径体１３の外周面に、径方向に突出して長さ方向に延出するガイド突起１７を設けたことを特徴とする。

第３に定着体７の先端側に、最先端に位置する拡径体１３のアンカー体３内の移動を案内するガイド部１９を設けたことを特徴とする。

第４に定着体７の周面とアンカー体３との間に位置し、アンカー体３に対する定着体７の移動を助長するように、定着体７の周面を覆う滑動層１８を設けたことを特徴とする。

第５にアンカー支持体におけるアンカー形成部分を覆う袋体２１をアンカー支持体に一体的に設け、グラウト材が袋体内に注入されてアンカー体３を形成する構成としたことを特徴とする。

以上のように構成される本発明の構造によると、定着体をアンカー体内においてアンカー孔の入口側に向かって軸心方向に移動せしめることによって、楔状の各拡径体の外周面が、該外周面に対して垂直な力によってアンカー体を割り広げ、割り広げられたアンカー体がアンカー孔の内周面に押し付けられ、アンカー体がアンカー孔に定着せしめられる。

このときアンカー体は、上記拡径体が軸心方向に複数段重ねて構成されていることによって、拡径体が位置する部分がアンカー孔への有効な加圧範囲となり、各拡径体によって加圧範囲内において定着荷重が概ね均一に分散され、安定した定着力を得ることができる。これにより亀裂が発達した不均一な定着対象地盤や、アンカー孔の内周壁が粘土化するような定着対象地盤、アンカー孔が帯水層区間にあたった場合等においても、アンカー体は安定してアンカー孔に定着され、グラウンドアンカー工法を有効に行うことができる。

なお拡径体の外周面に、径方向に突出して長さ方向に延出するガイド突起を設けることによって、定着体の移動時にアンカー体を容易に割ることができ、アンカー体の割りひろげを円滑に行うことができるという利点がある。

また定着体の先端側に、最先端に位置する拡径体の移動を案内するガイド部を設けることによって、最先端の楔体の端面が、アンカー体を形成せしめるべく固まったグラウト材と当接して移動開始が円滑に行われないという不都合を、ガイド部が防止し、定着体の移動開始を円滑に行うことができる。特に定着体の周面に滑動層を設けることによって、定着体は滑動層を介してグラウト材（アンカー体）に対して移動するので、定着体の移動が円滑に行われる。

一方アンカー体が袋体に覆われるように構成することによって、アンカー体が全体でアンカー孔に押接されることになり、亀裂の多い定着対象地盤において、安定した定着力を得ることができる。なおアンカー体を袋体内に充填されるグラウト材から形成させることによって、亀裂の多い定着対象地盤においても、グラウト材の注入時に、グラウト材が定着対象地盤内に吸収されるという不都合が防止され、アンカー体を安定して形成させることができるという利点もある。

図１は、本発明のアンカー支持体１をアンカー孔２内に挿入してアンカー体３を形成せしめた状態を示す断面図である。なおアンカー孔２は従来同様グラウンドアンカー工法によって定着対象地盤に定着される不安定地盤から定着対象地盤まで削孔によって形成されるものであり詳細については割愛する。

アンカー支持体１は、PC鋼より線等からなる引張材（テンドン）４と、アンカー孔２内にグラウト材を注入するグラウトパイプ６と、グラウト材からなるアンカー体３を定着対象地盤に定着させる定着体７とからなる。なお上記グラウトパイプ６は、テンドン４が内部に挿通される中空パイプ状をなし、内部にグラウト材を注入することによって後述するようにアンカー孔２内にグラウト材を注入することができる。

上記定着体７は、アンカー体３をアンカー孔２の内周面側に押し付けるスライダ８，スライダ８とテンドン４とを連結せしめる連結パイプ９，定着体７の先端に設けられる先端ガイドバー１１，該先端ガイドバー１１とスライダ８とを連結せしめる固定具１２とから構成されている。なお本明細書においては、アンカー孔２の入口側を基端側，アンカー孔２の底側を先端側と表現する。

上記スライダ８は、図２に示されるスライダユニット１４が２つ組み合わされた構造となっており、シースカバー１８によって外周が覆われ、該シースカバー１８を介してアンカー体３（グラウト材）に接する。上記スライダユニット１４は、基端側が小径且つ先端側が大径となるように地表側に向かう中空円錐台形状の楔（クサビ）状をなす拡径体１３を軸心方向に複数段連結した構造となっている。なお上記拡径体１３は、内周面も円錐形（楔状）をなし、軸心方向の長さは約１００ｍｍである。

そしてスライダユニット１４は、拡径体１３が５つ連結されてなり、拡径体ユニット１４を２つ軸心方向に連結してスライダ８が構成されている。このためスライダ８は、上記拡径体１３が１０個連結されることになり、長さが概ね１０００ｍｍ程度となる。なお拡径ユニット１４の両端はネジ加工されたネジ部１６をなしており、２つの拡径ユニット１４の連結と、上記連結パイプ９及び固定具１２の取付けに使用される。

そして１つのスライダユニット１４や１つの定着体７に設ける拡径体１３の数は、グラウンドアンカーを行う地盤等に対応して適宜調節される。また図３に示されるように、各拡径体１３の外周面には、径方向に突出して長さ方向に延出するガイド突起１７が、周方向に９０°間隔で、複数（４つ）設けられている。

上記スライダ８の内部には、テンドン４が挿通され、スライダ８の内部にエポキシ系の接着剤を充填することによって、テンドン４とスライダ８とが一体化される。なお上記接着剤はスライダ８の内部に楔状に充填されるため、接着剤とスライダ８との離反が防止され、テンドン４とスライダ８との固定が確実に行われる。そしてテンドン４の先端は固定具１２に至る。

上記連結パイプ９は、図４に示されるように、基端側に、グラウトパイプ６が接着によって固定されており、先端側がスライダ８の先端にスライダ８のネジ部１６を介して螺合して取り付けられている。グラウトパイプ６の概ね連結パイプ９に取り付けられている先端部分には、シースパイプ１９が外嵌されており、該シースパイプ１９は、グラウトパイプ６の先端から突出している。

上記固定具１２は、図５に示されるように、基端側がスライダ８の先端側にネジ部１６を介して螺合して取り付けられ、先端に、先端ガイドバー１１が接着によって固定されている。グラウトパイプ６から連結パイプ９とスライダ８の内部を通過して固定具１２の内部に至るテンドン４の先端は、固定具１２内に接着剤を充填することによって固定具１２に固定される。

上記先端ガイドバー１１は、定着体７の先端に上記のように突出して設けられる棒体であり、先端ガイドバー１１の先端が、アンカー孔２の底に接することによって、スライダ８がアンカー孔２の底に沈殿するスライムに埋没することを防止する。

アンカー支持体１は、上記のように各パーツによって構成され、図１に示されるように、グラウトパイプ６の連結パイプ９側の一部から先端ガイドバー１１にかけて、袋状をなす布製の袋体（パッカ）２１によって覆われている。そしてグラウトパイプ６における、パッカー２１の取付位置から先端にかけて、グラウト材をグラウトパイプ６内から外部に吐出させるグラウト孔２２が穿設されている。該グラウト孔２２は、約１０ｃｍピッチで螺旋状に配置されている。

なお上記グラウトパイプ６は、直径５cm程度のパイプであり、グラウト孔２２は、パイプの強度を低下させない程度のサイズ（Φ１５ｍｍ程度）となっている。またグラウトパイプ６は、それ自体がシースパイプとなっている。

アンカー支持体１は、以上のような構造をなし、図６（ａ）に示されるように、アンカー支持体１を孔内洗浄後のアンカー孔２内に挿入し、アンカー孔２の外部からグラウトパイプ６内にグラウト材Ｇを注入すると、図６（ｂ）に示されるように、グラウト孔２２からグラウト材Ｇがパッカ２１内に吐出され、パッカ２１内にグラウト材Ｇが充填される。

これによりグラウトパイプ６の先端側と定着体７の外側にパッカ２１に覆われた状態でグラウト材Ｇが充填されて、パッカ２１に包まれたアンカー体３が形成される。つまりアンカー体３は、パッカ２１を介してアンカー孔２の内周面に接する。

そしてこの状態から図６（ｃ）に示されるように、テンドン４をアンカー孔２の外側に向かって引き、プレストレス（引張り荷重）をかけると、テンドン４に牽引され、テンドン４と一体的に定着体７がアンカー体３内において基端側（アンカー孔２の入口側）に向かって軸心方向に移動せしめられる。これによりスライダ８を構成する各拡径体１３のテーパ状の外周面が、該外周面に対して垂直な力によってアンカー体３を割り広げ、アンカー体３をアンカー孔２の内周面に押圧し、アンカー孔２内に定着せしめる。なお図７は、１つの拡径体１３によるアンカー体３の割り広げ状態を示す写真図である。

このとき各拡径体１３がアンカー体３をアンカー孔２の内周面に押圧させるため、アンカー体３においては、拡径体１３が位置する部分（概ね５００ｍｍ程度）がアンカー孔２への有効な加圧範囲となり、アンカー体３をアンカー孔２に定着させる定着荷重は、加圧範囲内において各拡径体１３によって軸心方向に概ね均一に分散される。これによりアンカー体３のアンカー孔２に対する安定した定着力を得ることができ、アンカー孔２の内周壁が粘土化するような定着対象地盤、アンカー孔２が帯水層区間にあたった場合等においても、アンカー体３は安定してアンカー孔２に定着され、グラウンドアンカー工法を有効に行うことができる。

なお各拡径体１３には、前述のようにガイド突起１７が設けられているため、定着体７の移動時にガイド突起１７がアンカー体３に食い込み、これによってアンカー体３の割り広げ（拡径）が容易に行われ、拡径体１３による定着力をアンカー孔２に確実に伝達させることができる。

また前述のようにパッカ２１が設けられているため、グラウト材Ｇはパッカー２１内に充填され、アンカー体３はパッカー２１を介してアンカー孔２に押圧される。このため定着対象地盤が亀裂の多い地盤等である場合も、グラウト材Ｇが定着地盤に吸収されるという不都合が防止され、またアンカー体３がパッカー２１によって全体でアンカー孔２を押すことになるため、上記のような地盤にも安定して定着する。

なお上記のようにテンドン４を引く（引張り荷重をかける）ことによって、アンカー体３内において定着体７を移動させる場合、グラウトパイプ６と定着体７とを一体的に周囲に位置するグラウト材Ｇに対して移動させる必要がある。このためグラウト材Ｇに対するグラウトパイプ６と定着体７の摩擦力を、テンドン４に引張り荷重をかける前のアンカー体３とアンカー孔２との間の摩擦力より小さくする必要がある。

これに対して本実施形態においては、前述のようにグラウトパイプ６をシースパイプとし、定着体７におけるスライダ８の外周を滑動層となるシースカバー１８によって覆い、グラウトパイプ６の先端側にシースパイプ１９を設けている。これによってスライダ８と周囲のグラウト材とはシースカバー１８を介して接するため、シースカバー１８がグラウト材側となり、スライダ８はシースカバー１８に対して低μで円滑にスライドする。またグラウトパイプ６は、自身がシースパイプであるため、グラウト材に対して低μで円滑にスライドし、これにより定着体７とグラウト材との摩擦力を小さくし、定着体７が円滑に移動するように構成されている。

特にグラウトパイプ６と連結パイプ９との連結部分は、連結パイプ９の外周側にシースパイプ１９が設けられており、シースパイプ１９の外側にグラウト材Ｇが位置するため、シースパイプ１９がグラウト材側となり、定着体７の移動時に連結パイプ９及びグラウトパイプ６の先端部分は、シースパイプ１９に対してスライド移動する。

これによって最基端の拡径体１３の端面が、アンカー体３を形成せしめるべく固まったグラウト材Ｇと当接して移動開始が円滑に行われないという不都合が防止され、定着体７の移動開始が円滑に行われる。

次に本アンカー支持体によって形成されるアンカー体３のアンカー孔２に対する定着力について説明する。

図８は１つの楔形をなす拡径体１３によってアンカー体３をアンカー孔２の内周面に押圧した状態での力関係を示すモデル図であり、拡径体１３の引っ張り力Ｐは、アンカー孔２に楔力Ｗあるいは楔水平力Ｗ_Ｈとして作用し、アンカー孔２の地盤圧縮強度範囲内での、アンカー体３とアンカー孔２との摩擦抵抗Ｒによって、アンカー体３がアンカー孔２に支持される。

引っ張り力Ｐと楔力Ｗ、楔水平力Ｗ_Ｈの関係は、
楔力 W＝P/(2sin(θ＋δ)) ---------------------------------(1)
楔水平力 W_H＝Wcos(θ+δ)＝(P/2)・cot(θ+δ)-------------------(2)
ただしδ:壁面摩擦角、δ＝2/3φ(φ:定着地盤の基本摩擦角)
であり、
(2)式より図８に示す楔頭頂角θが小さいほど、楔力Ｗは楔水平力Ｗ_Ｈに近づく。
また、一般に岩石の基本摩擦角φは25〜40°であり、例えばφ＝30°、θ＝３°と仮定すると、
(1)式より
W＝P/(2sin(2＋30))＝P/1.09
(2)式より
W_H＝P/1.09×cos(3+30)=P/1.09×0.84=0.77P
となり、引っ張り荷重Pの80％程度が楔水平力としてアンカー孔２の内周面（内周壁）に作用する。

一方、アンカー体３におけるアンカー孔２の内周面に対する摩擦抵抗Ｒは、
R=f・W_H
ｆ:摩擦係数,ｆ=tanφ
上記のようにφ=30°と仮定すると、
R＝tan30・0.77P＝0.44P
となり、引っ張り力の40％程度がアンカー孔２の内周面にせん断力として作用する。

上記によりアンカー体３が引き抜けないための条件は、
P≦2・R＝2・f・W_H＝P・tanφ・cot(θ+δ)--------------------(3)
tan（θ＋δ）≦tanφ
∴θ＋δ≦φ
ここでδ=2/3φとすれば
θ+2/3φ≦φ
θ≦1/3φ-------------------------------------------------(4)
定着地盤の一般的な基本摩擦角φは30〜40°程度であり、従って楔の頭頂角を概ね10°程度以下にしておけば安全であるといえる。本発明ではθ=2.86°と十分小さく設定しており、従って本発明のアンカー支持体１を使用して形成されるアンカー体３は設計荷重対応の楔水平力に対して、定着地盤の圧縮強度が満たされれば安全に支持される。

本アンカー体３の定着長lは次式で示される。
l=f・W_H/（d・π・σ）------------------------------------------(5)
l:定着長 f：安全率 W_H：楔水平力（=(P/2)・cot(θ+δ))
d:グランドアンカー孔径 σs：拘束された定着地盤の一軸圧縮強度（一般にテス
トピースで得られる値よりはるかに大きい値）
一方摩擦型グランドアンカーの定着長lは次式で示される。
l=f・P/（d・π・τ）------------------------------------------(6)
l:定着長 f:安全率 P:設計荷重 d:アンカー孔径 τ:グラウト材と定着地盤の
付着強度。
(6)式において、付着強度τは一般に岩盤の一軸圧縮強度σに対してτ=σ/10の関係（σ＜σs）にあり、また前述のようにW_H≒0.8・Pといった関係にあることによって、本発明のアンカー支持体１を使用して形成されるアンカー体３の定着長は摩擦型の概ね１／１０程度に抑えることができる。

アンカー孔２の内周壁が安定している場合は、特にパッカー２１を使用する必要は無く、図９，図１０に示されるように、パッカー２１を取り付けることなくアンカー支持体１を構成し、グラウト材Ｇを直接アンカー孔２内に充填するようにしても良い。この場合も前述と同様の効果を得ることができ、アンカー体３はアンカー孔２に安定して支持される。なお図９，図１０において、図１〜図６と同一符号は同一構造であり、同一機能については説明を割愛する。

本アンカー支持体のアンカー孔内への挿入状態を示す断面図である。 スライダユニットの断面図である。 スライダユニットのＡ−Ａ断面図である。 連結パイプ部分の断面図である。 固定具部分の断面図である。 （ａ）〜（ｃ）は、本アンカー支持体を使用したアンカー体の形成状態を順次説明した断面図である。 １つの拡径体によるアンカー体の割り広げ状態をモデル的に示す平面写真図である。 １つの拡径体によってアンカー体をアンカー孔に押圧した状態での力関係を示すモデル図である。 他の実施形態のアンカー支持体のアンカー孔内への挿入状態を示す断面図である。 （ａ）〜（ｃ）は、他の実施形態のアンカー支持体を使用したアンカー体の形成状態を順次説明した断面図である。 （ａ）〜（ｄ）は、従来のグラウンドアンカー工法を順次示した概要図である。 摩擦型グラウンドアンカーによるアンカー体のアンカー孔に対する力関係を示すモデル図である。

符号の説明

１ アンカー支持体
２ アンカー孔
３ アンカー体
４ テンドン（連結体）
７ 定着体
１３ 拡径体
１７ ガイド突起
１８ シースカバー（滑動）
１９ シースパイプ（ガイド部）
２１ パッカ（袋体）

Claims (5)

1. 定着対象地盤に定着される不安定地盤から定着対象地盤まで形成されるアンカー孔（２）内に注入されるグラウト材から形成されるアンカー体（３）と、アンカー体（３）と一体的に設けられ、アンカー体（３）とアンカー孔（２）の入口側の地盤表面とを繋ぐアンカー支持体（１）とからなるグラウンドアンカー工法用のアンカーにおいて、アンカー支持体（１）を、アンカー体（３）内に位置する定着体（７）と、該定着体（７）をアンカー孔（２）の入口側に牽引移動させる連結体（４）とから構成し、上記定着体（７）を、アンカー体（３）の形成後の上記移動によって、アンカー体（３）をアンカー孔（２）の内周面に押圧させるように割り広げて定着させる楔状の拡径体（１３）を軸心方向に複数段重ねることによって構成したアンカー支持体。
2. 拡径体（１３）の外周面に、径方向に突出して長さ方向に延出するガイド突起（１７）を設けた請求項１のアンカー支持体。
3. 定着体（７）の先端側に、最先端に位置する拡径体（１３）のアンカー体（３）内の移動を案内するガイド部（１９）を設けた請求項１又は２のアンカー支持体。
4. 定着体（７）の周面とアンカー体（３）との間に位置し、アンカー体（３）に対する定着体（７）の移動を助長するように、定着体（７）の周面を覆う滑動層（１８）を設けた請求項１又は２又は３のアンカー支持体。
5. アンカー支持体におけるアンカー形成部分を覆う袋体（２１）をアンカー支持体に一体的に設け、グラウト材が袋体内に注入されてアンカー体（３）を形成する構成とした請求項１又は２又は３のアンカー支持体。