JP2011246948A - 複合鉄筋を用いる鉄筋挿入工の施工構造 - Google Patents

Abstract

【課題】鉄筋挿入工において、施工本数を減じることが可能であると共に、地山の変形を抑制する効果が高い複合鉄筋を用いる鉄筋挿入工の施工構造を提供する。
【解決手段】グラウトを充填する削孔１内に鉄筋２を挿入することにより地山を安定させる鉄筋挿入工の施工構造において、鉄筋２を鉄筋２よりも短い長さに形成された中空管状体（鋼管等）４内に挿入し、貫通させて複合鉄筋５を形成し、複合鉄筋５を削孔１内に挿入する、複合鉄筋を用いる鉄筋挿入工の施工構造を提供する。そして、鉄筋２よりも短い長さに形成された棒状体６が、中空管状体４内に挿入される。中空管状体４は、施工地盤の表層すべり土塊７の表層からすべり面よりも深部までの長さに形成され、複合鉄筋５が、削孔１内に挿入された時、中空管状体４は、表層すべり土塊７の表層からすべり面よりも深部まで配設され、表層すべり土塊７の移動や亀裂発生などの変形を抑制するように構成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、鉄筋挿入工において、施工本数を減じることが可能であると共に、地山の変形を抑制する効果が高い複合鉄筋を用いる鉄筋挿入工の施工構造に関する。

一般に鉄筋挿入工はロックボルト工といわれる工法であるが、岩盤以外にも適用可能なことから鉄筋挿入工と称される。鉄筋挿入工はグラウンドアンカー工のように緊張力を与えることができない。すなわち地山が動いて初めて鉄筋に引張り力が発生しアンカーと向様な地山に対する抑止効果が発現するという地山の動きを前提とした工法である。

図７は、鉄筋挿入工の地盤別概念図を示している。
図７（ａ）に示す如く、岩盤では、主に移動岩塊３１のすべり面３２にせん断力が作用し、挿入した鉄筋３３によって十分な抵抗力が得られる。しかし、図７（ｂ）に示す如く、集中的なせん断力ではなく、移動土塊３４からの分布荷重が作用する軟弱な地層での表層すべりにおいては、せん断応力だけでなく曲げ応力も発生する。
鉄筋挿入工の抵抗メカニズムは、最初に曲げ抵抗が発生し、その後、引張り抵抗に移行するのであるが、岩盤ではこの曲げ抵抗は小さいため一般に無視されている。
一方、軟弱な地層では、移動土塊３４の引き抜き抵抗が小さいため、鉄筋挿入工の効果は移動土塊３４内の抵抗力で決定される。よって、より多数の施工が必要となり不経済となっている。
図７（ｃ）は、軟弱な地層において、地すべりで採用されている頭部固定くいと同様な条件を付加した鉄筋挿入工３５を用いる方法である。

図８に示した軟質な地盤の表層すべりに適用されるノンフレーム工法では、鉄筋４１の頭部を支圧板４２と共に固定することで、図７（ｃ）に示す地すべりで採用されている頭部固定くい{図７（ｃ）において３５}と同様な効果が得られると考えて設計される。具体的には鉄筋挿入工の初期に発生する曲げ抵抗を補強効果係数として評価する設計体系を採用している。

ノンフレーム工法の詳細は特許文献１に示されている。特許文献１には、地盤にアンカーピンを打ち込んで、アンカーピンの地上突出端に支圧板の中心透孔を嵌装し、次いでアンカーピンの突出端からナットをねじ込みながら、ワイヤロープの交差部分を支圧板により押さえ込むことが記載されている。

特開２００４−３１６３７４号公報

前記ノンフレーム工法の問題点は、頭部固定の条件を満足するためには、かなり硬質な層まで支圧板を埋め込まなければならない事である。しかし、現実には困難であり、ほとんど実施されていない。これは、通常の場合、腐食土層等の表土が分布していることが多く、植物および表土を除去すると新たな植生工が必要となるからである。よって、ほとんどの場合、表土に設置されている。このため頭部固定条件が満足されているか疑問である。

そこで前述の無視されている曲げ抵抗を抵抗力として見込むと補強鉄筋の抵抗力が小さいだけにその効果は大きく、施工数量を減ずることができる。
以上のことから、軟質な地盤における鉄筋挿入工においては曲げ剛性の大きな抵抗体を採用するとより効果が高い対策工になることがわかる。この発明は、この点に着目したものである。

以上の現状に鑑み、本発明は、鉄筋挿入工において、施工本数を減じることが可能であると共に、地山の変形を抑制する効果が高い複合鉄筋を用いる鉄筋挿入工の施工構造を提供することを目的とする。

上記の課題を解決すべく、本発明は以下の構成を提供する。
請求項１に係る発明は、グラウトを充填する削孔内に鉄筋を挿入することにより地山を安定させる鉄筋挿入工の施工構造において、前記鉄筋を前記鉄筋よりも短い長さに形成された中空管状体内に挿入し、貫通させて複合鉄筋を形成し、前記複合鉄筋を前記削孔内に挿入することを特徴とする複合鉄筋を用いる鉄筋挿入工の施工構造を提供するものである。

請求項２に係る発明は、前記鉄筋よりも短い長さに形成された棒状体が、前記中空管状体内に挿入されることを特徴とする請求項１記載の複合鉄筋を用いる鉄筋挿入工の施工構造を提供するものである。

請求項３に係る発明は、前記中空管状体は、軟質な施工地盤の表層すべり土塊の表層からすべり面よりも深部までの長さに形成され、前記複合鉄筋が、前記削孔内に挿入された時、前記中空管状体は、前記表層すべり土塊の表層からすべり面よりも深部まで配設され、前記表層すべり土塊の表層すべりを抑制するように構成されたことを特徴とする請求項１又は２記載の複合鉄筋を用いる鉄筋挿入工の施工構造を提供するものである。

請求項４に係る発明は、老朽化モルタル吹付補修工事において、前記中空管状体は、施工地盤の老朽化モルタル吹付表層から地山風化ゾーン底部を越える長さに形成され、前記複合鉄筋が、前記削孔内に挿入された時、前記中空管状体は、前記老朽化モルタル吹付表層から前記地山風化ゾーン底部を越える範囲に配設され、老朽化モルタル吹付工の施工中の落下防止や補修・補強を行うように構成されたことを特徴とする請求項１又は２記載の複合鉄筋を用いる鉄筋挿入工の施工構造を提供するものである。

本発明の請求項１記載の発明によれば、鉄筋挿入工において、施工本数を減じることが可能であると共に、地山の変形を抑制する効果が高い複合鉄筋を用いる鉄筋挿入工の施工構造を提供することができる。

請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の発明の効果に加え、棒状体が中空管状体内に挿入され、鉄筋を中空管状体に密着させることにより、中空管状体が鉄筋に安定的に保持され、かつ、せん断抵抗および曲げ剛性が付加される。

請求項３記載の発明によれば、請求項１又は２記載の発明の効果に加え、中空管状体は、軟質な施工地盤の表層すべり土塊の表層からすべり面よりも深部まで配設されるので、中空管状体によって、表層すべり土塊による曲げ抵抗やせん断抵抗が大きくなり、軟質な施工地盤の表層すべり土塊の移動や亀裂発生などの変形を抑制することができる。

請求項４記載の発明によれば、請求項１又は２記載の発明の効果に加え、老朽化モルタル吹付補修工事において、中空管状体が、老朽化モルタル吹付表層から地山風化ゾーン底部を越える範囲に配設されるので、老朽化モルタル吹付表層及び地山風化ゾーンの変形の発生を効果的に防止することができ、老朽化モルタル吹付工の施工中の落下防止や補修・補強を行うことができる。また、施工本数を減じることが可能である。
さらに、補強した老朽化モルタル吹付工の部分にモルタルの吹付を行い一体化することで、より効果的な老朽化モルタル吹付補修工を行うことができる。

本発明の複合鉄筋を用いる鉄筋挿入工の施工構造の側面断面図である。 本発明の複合鉄筋の側面図である。 本発明の複合鉄筋の正面断面図である。 本発明の複合鉄筋を用いる鉄筋挿入工の施工構造において発生する曲げ及びせん断抵抗力の説明図である。 本発明の複合鉄筋を用いる鉄筋挿入工の施工構造の老朽化モルタル吹付延命化工への適用例を示す図である。 本発明の複合鉄筋を用いる鉄筋挿入工の施工構造の老朽化モルタル吹付補強工への適用例を示す図である。 （ａ）従来の鉄筋挿入工を移動岩塊に適用した場合において発生するせん断抵抗力の説明図である。（ｂ）従来の鉄筋挿入工を軟弱移動土塊に適用した場合において発生する曲げ及びせん断抵抗力の説明図である。（ｃ）従来の鉄筋挿入工に頭部固定条件を付加した場合において発生する曲げ及びせん断抵抗力の説明図である。 ノンフレーム工法（類似工法）を示す側面断面図である。

以下、実施例を示した図面を参照しつつ本発明の実施の形態を説明する。
図１及び図２は、本発明の複合鉄筋を用いる鉄筋挿入工の施工構造を示し、本発明の複合鉄筋を用いる鉄筋挿入工の施工構造は、φ４０ｍｍ〜φ９０ｍｍ程度の削孔径に形成され、セメントペーストなどのグラウトを充填する削孔１内に、鉄筋２を挿入することにより地山３を安定させる鉄筋挿入工の施工構造において、鉄筋２を鉄筋２よりも短い長さに形成された中空管状体（鋼管等）４内に挿入し、貫通させて複合鉄筋５を形成し、複合鉄筋５を削孔１内に挿入する鉄筋挿入工の施工構造である。

そして、前記鉄筋２よりも短い長さに形成された図３に示す棒状体（鉄筋等）６が、中空管状体４内に挿入される。棒状体６は、図３に示すように、中空管状体４内に２本挿入されてもよい。また、棒状体（鉄筋等）６は、例えば、中空管状体４と略同じ長さに形成される。棒状体６が中空管状体４内に挿入され、鉄筋２を中空管状体４に密着させることにより、中空管状体４が鉄筋２に安定的に保持され、かつ、せん断抵抗および曲げ剛性が付加される。

前記中空管状体４は、防食処理を施されると共に、施工地盤の表層すべり土塊７の表層からすべり面８よりも深部までの長さに形成され、複合鉄筋５が、削孔１内に挿入された時、中空管状体４は、表層すべり土塊７の表層からすべり面８よりも深部まで配設される。そして、中空管状体４は、削孔１内のグラウトにより鉄筋２や、棒状体６と一体化され、表層すべり土塊７の表層すべりを抑制するように構成されている。

従来の地すべりで用いられている複合くいは、全長にわたって鋼管とＨ鋼が組み合わされたものであるが、本発明の複合鉄筋を用いる鉄筋挿入工の施工構造は、すべり面８付近までの上位（上方位置）に中空管状体４や棒状体６が設置されていることが異なる。即ち、中空管状体４及び棒状体６は、鉄筋２よりも短い長さに形成され、且つ、中空管状体４は、施工地盤の表層すべり土塊７の表層からすべり面８よりも深部までの長さに形成され、棒状体６は、中空管状体４内に挿入される。
これによって、くいとアンカーの両方の機能が発揮される複合構造となるのである。

本発明の複合鉄筋を用いる鉄筋挿入工の施工構造の施工順序は、次のとおりである。
施工地盤への削孔１作業終了後、注入パイプを削孔１の孔底まで挿入し、先端よりセメントペースト等のグラウトを注入して削孔１の孔口まで充填した後、削孔１内に前記複合鉄筋５を挿入する。これにより、中空管状体４内部にもグラウトが充填される。この時、削孔１及び中空管状体４から溢れたグラウトは落下する。
グラウトが所定の強度を発現したことを確認したら、グラウトが固まることによってできた窪みをモルタルで埋めてプレート９を設置し、ナット１０を用いて緩みがないようにプレート９を締め付けることで施工が終了する。

図３に示した事例の場合に、付加された剛性を計算すると表１のようになる。
この場合の構成材料は次のとおりである。
鉄筋：主鉄筋Ｄ−１９、補助鉄筋Ｄ−１３
鋼管：ＳＧＰ−３２（外径φ４２．７内径φ３５．７)

本発明の複合鉄筋を用いる鉄筋挿入工の施工構造は、図８に示した軟質な地盤の表層すべりに適用される従来のノンフレーム工法に於ける支圧板（図８において４２）を不要としながら同様な効果を得ることを目的としたもので、図４に示す如く、表層すべり土塊７の移動土塊部分の鉄筋２の曲げ剛性を大きくする構造とすることで、曲げ変形の発生を防止して、くい頭固定条件と同じ効果を得ようとするものである。
即ち、前記中空管状体４など、鋼管などの剛性付加材料を組み合わせた複合鉄筋５とすることにより、表層すべり土塊７等の表面付近の軟質部の剛性を高めることで変形の発生を抑制し、曲げあるいはせん断抵抗力を大きくして鉄筋挿入工の効果を高めるものである。つまり、鉄筋挿入工の効果を硬質地盤と類似させることで抵抗力を増加させるものである。

この発明は、簡易な削孔装置で施工され、前述したように、表層すべりを抑制して地山を安定させる複合鉄筋５を用いる鉄筋挿入工の施工構造であり、通常の鉄筋挿入工と同じ削孔径で削孔し、その孔内にグラウトを充填した後、部分的に剛性を高めた部材（複合鉄筋５）を挿入するものである。部分的に剛性を高めることで特に下記の効果が得られる。

（効果１)少ない投資でより大きな抑止効果を得ることができる。
表層すべりに対して、地すべり対策で用いられる抑止くいやアンカーを適用すると不経済な設計となる。このため最近は、鉄筋挿入工が多く採用されている。然しながら、軟弱な地層の表層すべりでは、設計上多数の鉄筋挿入工が必要となるのが欠点である。
鉄筋挿入工の工費のほとんどは削孔費が占めており、施工本数を減らすことが、より経済的となる。施工本数を減ずるためには、移動土塊（表層すべり土塊７）と鉄筋２との付着抵抗を増加する必要があるが削孔径を大きくすると不経済である。そこで、鉄筋挿入工の設計体系では小さいため無視されている曲げ抵抗を評価可能な大きさに増大させ、抑止杭的な効果を実現させるために部分的に曲げ剛性を高めた複合鉄筋５を発明したのである。部分的な複合構造としたのは、鉄筋挿入工のアンカー的な抑止効果を残すことにある。
複合鉄筋５を採用することで移動土塊における曲げ抵抗やせん断抵抗が大きくなる。その効果を通常の鉄筋挿入工の設計に付加させることにより施工本数を減じることが可能となった。

表２は、地すべり対策に用いられる抑止杭設計に用いる構造解析を用いて、鉄筋挿入工の鉄筋と表１の複合鉄筋５について、施工間隔と頭部変位を比較したものである。想定した抑止力に対して、それぞれ許容値限界に達する施工間隔を求めることで抵抗力の大きさを便宜的に評価している。
各条件等は次のとおりである。
必要抑止力Pｒ＝１００N／ｍとする場合の検討例
すべり層厚Ｉｔ＝２ｍ：計算条件→曲げ抑え杭
地盤条件：N値５０の不動地山に定着

表２より、複合鉄筋に変更することで曲げ抵抗の効果が、４倍増大することがわかる。従って、単純計算では施工本数を約１／４とすることができる。鉄筋挿入工においては初期に発生する曲げ抵抗とその後に発生する引き抜き抵抗の組み合わせとなるため、単純に１／４になるわけではないが、これまで小さく無視してきた曲げ抵抗が評価可能なレベルまで増大している。よって、この増加した曲げ抵抗を鉄筋挿入工の設計体系に組み込むことでより合理的で経済的な対策工が実施できることになる。

（効果２）変形抑制効果
表２の鉄筋挿入工の頭部変位量と比較してみる。Ｄ−１９単体と同じ配置とした場合には、結果的に荷重が１／４になることから、頭部変形が１／３なので１／１２の変形量に低減できることになる。このことから地山の変形を抑制する効果が顕著であることがわかる。
これは、地山のゆるみが少ない状態で抑止効果が発揮される構造になったことを示している。地山変形を抑制することで施工後に起こるであろう地山亀裂の発生による風化の進行が防止できるため、将来的に不安定化する要素が軽減され、法面全体のトータルライフサイクルコストを減ずることができる工法であるということができる。

（効果３)防食機能の付加
鉄筋の腐食に悪影響を与える可能性が大きい移動土塊内部に、防食処理をした中空管状体（鋼管等）を挿入することで、もっとも腐食が懸念される部位の鉄筋に二重防食機能を付加したことになる。これにより、耐久性能が向上する。

前述した本発明の複合鉄筋を用いる鉄筋挿入工の施工構造は、新設道路によって出現する法面等の表層すべりを防止する場合や、急傾斜崩壊防止工事において立木を残して対策を実施したい場合に採用することができる。

本発明の複合鉄筋を用いる鉄筋挿入工の施工構造は、更に、図５に示すような更新時期を迎える老朽化モルタル吹付工の延命化対策の施工中の落下防止対策に用いられる。
この場合、中空管状体４は、施工地盤の老朽化モルタル吹付表層２１から地山風化ゾーン２２底部を越える長さに形成され、複合鉄筋５が、削孔１内に挿入された時、中空管状体４は、老朽化モルタル吹付表層２１から地山風化ゾーン２２底部を越える範囲に配設される。変形防止機能が高いため、施工中の安全が確保される。下部のモルタル除去部には透水コンクリート吹付工２４が施工され、モルタルの延命化対策が終了する。

また、図６に示すような老朽化モルタル吹付対策として採用可能である。
この場合、中空管状体４は、老朽化モルタル吹付表層２１から地山風化ゾーン２２底部を越える長さに形成され、複合鉄筋５が、削孔１内に挿入された時、中空管状体４は、老朽化モルタル吹付表層２１から地山風化ゾーン２２底部を越える範囲に配設され、老朽化モルタル吹付工の補強を行う。
老朽化モルタルと風化地盤を未風化地盤と一体化することで安定化させるものであるが、通常の鉄筋挿入工よりもせん断抵抗を大きくでき、かつ変形も防止できる構造となる。
従来、老朽化モルタルの変形を防止するため、吹付法枠工＋鉄筋挿入工が採用されるが、本発明の複合鉄筋を用いる鉄筋挿入工の施工構造に於ける複合鉄筋を挿入することで老朽化モルタルの変形の発生を防止できることから吹付法枠工を併用しなくても良く、経済的な対策工となる。

１ 削孔
２ 鉄筋
３ 地山
４ 中空管状体
５ 複合鉄筋
６ 棒状体
７ 表層すべり土塊
８ すべり面
２１ 老朽化モルタル吹付表層
２２ 地山風化ゾーン
２４ 透水コンクリート吹付工

Claims (4)

1. グラウトを充填する削孔内に鉄筋を挿入することにより地山を安定させる鉄筋挿入工の施工構造において、前記鉄筋を前記鉄筋よりも短い長さに形成された中空管状体内に挿入し、貫通させて複合鉄筋を形成し、前記複合鉄筋を前記削孔内に挿入することを特徴とする複合鉄筋を用いる鉄筋挿入工の施工構造。
2. 前記鉄筋よりも短い長さに形成された棒状体が、前記中空管状体内に挿入されることを特徴とする請求項１記載の複合鉄筋を用いる鉄筋挿入工の施工構造。
3. 前記中空管状体は、軟質な施工地盤の表層すべり土塊の表層からすべり面よりも深部までの長さに形成され、前記複合鉄筋が、前記削孔内に挿入された時、前記中空管状体は、前記表層すべり土塊の表層からすべり面よりも深部まで配設され、前記表層すべり土塊の表層すべりを抑制するように構成されたことを特徴とする請求項１又は２記載の複合鉄筋を用いる鉄筋挿入工の施工構造。
4. 老朽化モルタル吹付補修工事において、前記中空管状体は、施工地盤の老朽化モルタル吹付表層から地山風化ゾーン底部を越える長さに形成され、前記複合鉄筋が、前記削孔内に挿入された時、前記中空管状体は、前記老朽化モルタル吹付表層から前記地山風化ゾーン底部を越える範囲に配設され、老朽化モルタル吹付工の施工中の落下防止や補修・補強を行うように構成されたことを特徴とする請求項１又は２記載の複合鉄筋を用いる鉄筋挿入工の施工構造。

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