JP2018109337A - 既存の組積造に設けるアンカーの施工方法及びあと施工アンカー - Google Patents

Abstract

【課題】煉瓦などにより構成される組積造建築物の目地など空隙部を有する構造躯体に、安定した性能を発揮できるアンカーの施工方法を開発する。【解決手段】組積造建築物にアンカー筋挿入用の孔を穿孔する一次穿孔工程、穿孔した孔の内面に存在する空隙に充填剤を充填する定着剤流出防止処理工程、孔に定着剤を注入する工程、アンカー筋を挿入して固定する工程、を備えたあと施工アンカーの施工方法。【選択図】図１

Description

本発明は、煉瓦などにより構成される組積造の目地など空隙部を有する構造躯体に、新しく構造体を付加する場合に設けるあと施工アンカーに関する。本明細書では、煉瓦造は、構造材として用いられているものであって、現在の表面化粧材として利用されているものではない。煉瓦造（組積造）は、日本では明治から大正にかけて構築された建造物であって、初期には木造軸組との合成であり、目地に漆喰が使われている。その後目地にモルタルなどを使い、煉瓦寸法を基準としたフランス積みやイギリス積みなど、様式的な組積工法が採用されている。

木骨煉瓦造の「富岡製糸場」が世界遺産として登録され、その後、「長崎の教会群とキリスト教関連遺産」が世界遺産へ推薦されるなど、煉瓦造建築物の保存が見直されつつある。そのような社会背景のもと、近年では、明治大正後期の近代化遺産が注目され、近代建築の代表的な建築方法による煉瓦造建物の保存が増加している。
煉瓦造建築物は、ＲＣ造とは異なり、煉瓦と目地から成る組積体であること、また補強の対象となる建築物の多くが１００年以上前に建築された古い建物であって、目地の強度、充填性が不安定である。
既存煉瓦造建築物に対して耐震補強工事を行う際には、鉄筋コンクリートによる壁の増打ち補強や鉄骨フレーム補強が用いられることが多く、既存の煉瓦壁と接合するためにアンカー筋を使用することとなる。
補強手段として既存躯体にアンカーボルトを設けることは特許文献１（特許第４０３５０７５号公報）等に開示されるように公知であるが、煉瓦造建築物の補強例は少なく、個々の建物の毎に対応しているのが実状である。煉瓦造建築物では、不安定な目地構造を備えていることもあって、個別のアンカー毎に、施工条件が異なり、品質が一定した施工が難しいという状況である。あと施工アンカーの施工技術として、穿孔したアンカーボルト挿入用の穴に接着剤などを充填してアンカー筋をしっかり固着する技術が特許文献２（特開２０１０−１３９０２号公報）等に開示されているが、単純には適用できない状況である。
新規の煉瓦造建築物がない一方、歴史的建造物である煉瓦造建築物の改修、補強技術が必要となっており、その技術開発が求められている。

特許第４０３５０７５号公報 特許２０１０−１３９０２号公報

本発明は、煉瓦などにより構成される組積造建築物の目地など空隙部を有する構造躯体に、安定した性能を発揮できるアンカーの施工方法を開発することを目的とする。

１．既存の組積造建築物に新設躯体を増設する際に組積造建築物に設けるあと施工アンカー施工方法であって、組積造建築物にアンカー筋挿入用の孔を穿孔する一次穿孔工程、穿孔した孔の内面に存在する空隙に充填剤を充填する定着剤流出防止処理工程、孔に定着剤を注入する工程、アンカー筋を挿入して固定する工程、を備えたことを特徴とするあと施工アンカーの施工方法。
２．定着剤流出防止処理工程において、充填剤を充填した後に、必要に応じて孔を再調整するクリーニング穿孔を施す工程を付加し、
定着剤を注入する工程において、定着剤は、アンカー筋が挿入後に開口からあふれる以上に注入し、
アンカー筋を挿入して固定する工程において、アンカー筋挿入後に定着剤が開口からあふれ出ない場合は、定着剤流出防止処理工程から繰り返すことを特徴とする１．記載のあと施工アンカーの施工方法。
３．定着剤流出防止処理工程において、付着用棒状材を孔内に挿入して内面に充填剤を付着させた後、付着用棒状材を抜出し、孔内に存在する空隙および孔内面に充填剤を硬化させて充填剤の皮膜を形成し、その後孔を再穿孔して孔を調整することを特徴とする１．又は２．記載のあと施工アンカーの施工方法。
４．一次穿孔工程において、アンカー筋の径よりも大きい径の孔を穿孔し、
定着剤流出防止処理工程において、充填剤がモルタルであって、孔内に存在する空隙および孔内面にモルタル皮膜を形成し、
定着材注入およびアンカー筋を挿入して固定する工程において、アンカー筋仮保持用の型枠治具を煉瓦表面に設け、アンカー筋を孔に挿入して型枠治具に固定し、グラウト材を孔内に注入、硬化させてアンカー筋を固定することを特徴とする１．又は２．記載のあと施工アンカーの施工方法。
５．既存の組積造建築物に形成されたあと施工アンカーであって、既存の組積造建築物躯体に設けられた孔内面に定着用接着剤流出防止層、定着剤層、アンカー用の孔に配置されたアンカー筋、該アンカー筋と孔内面との間に定着用接着剤を孔開口面まで充填硬化させて、固定された状態のあと施工アンカー。

１．本発明は、煉瓦などにより構成される組積造建築物の目地など空隙部を有する構造躯体に、安定した性能を発揮するアンカーの施工方法を開発した。古い保存記念建築物のような煉瓦造の建築物に新設躯体を構築することによって、耐震補強などの補修工事に適用することができる。
既存の組積造建築物に穿孔した孔にある目地の充填不良やひびなどによって発生している空隙に充填剤を充填するので、アンカー固定用の定着剤が空隙から流出せずに、しっかりと付着性能を発揮する。
したがって、既存組積造と追加される構造部材・重量機器等の間で応力伝達が確保され、耐震補強・設備追加が容易にかつ経済的に可能となる。
２．アンカー筋を挿入する孔内の空間を確実に確保するために、孔のクリーニング穿孔を行う。はじめに小さめの孔を穿孔し、充填剤を孔内の空隙などに充填し、再穿孔してアンカー用孔を調整することができる。
３．アンカー筋の固定は、定着用接着剤が開口からあふれ出たことを確認することにより、確実に充填する。
４．アンカー筋仮固定用の固定治具を用いて、定着用グラウトが硬化するまでアンカー筋を保持することができる。
５．既存組積造建築物に安定して強固に接続したあと施工アンカーを実現した。本発明は、目地部などの躯体内の空隙を大規模に改修する必要がないため、躯体の健全性を保つと共に、容易かつ経済的に性能の確保が可能なあと施工アンカーの構造である。

実施例１の工程を示す図 実施例２の工程を示す図

本発明は、組積造など空隙がある既存構造躯体に接着系あと施工アンカーを用いて、新設部材等を接合する場合に確実に応力伝達がされるあと施工アンカーの構造を提供するものである。
穿孔した孔壁内に存在する空隙部へ接着剤からなる充填剤を充填して、空隙からアンカー筋を定着する接着剤などの定着剤が流出することを防止して、接着系あと施工アンカーが固定されるように工夫したものである。
定着剤の流出防止は、接着剤、モルタル、固練りしたグラウト材などで形成し、穿孔内に充填した後、棒状体により孔壁および空隙部に付着・固定して、形成される。これを、定着剤流出防止処理工程にて行う。
本発明は、目地部などの躯体内の空隙を大規模に改修する必要がないため、躯体の健全性を保つと共に、容易かつ経済的に性能の確保が可能なあと施工アンカーの構造である。

本発明は、既存の組積造（煉瓦造）の建造物を補強するあと施工アンカーを設ける技術であって、穿孔工程、定着剤流出防止処理工程、定着剤注入工程、アンカー筋固定工程を備えている。
本発明の基本工程は、さらに、穿孔位置を特定する前処理工程を備えている。
前処理工程：穿孔位置のマーキング
第１工程：穿孔、清掃
第２工程：（充填剤充填、成形）定着剤流出防止処理
第３工程：（接着剤注入）定着剤注入
第４工程：アンカー筋の固定

穿孔位置のマーキングは、設計図に従い所定のアンカー位置をマーカーでマーキングする。アンカーを設ける位置は、煉瓦部分とする。

穿孔は、所定の径のドリルビットを装着したハンマードリル無水コアドリルで穿孔する。穿孔径及び穿孔深さは設計図にしたがって決定する。煉瓦に割れが生ずる場合は、所定の孔径よりも小さいドリルで穿孔し、その後、穿孔径をサイズアップして、所定の径の孔を形成する。
穿孔後、穿孔作業により生じた孔内の粉塵をナイロンブラシなどで清掃し、目地位置と目地の空隙位置を確認する。

充填剤を穿孔した孔内に充填し、鉄筋等の棒状材を挿入して、充填材を孔内の内壁面に押圧する。内壁面には充填剤の皮膜が形成され、内壁面に割れや穴などの欠け部があった場合には、充填材が封鎖することになる。
充填材が、穴奥などに余分に残った場合は、掻き出して、アンカー筋の挿入の障害にならないように穴形状を整える。必要があれば、ドリルでクリーニング再穿孔を行う。
充填材としては、充填剤が封鎖されるように、揺変性に優れた材料が適切である。
充填剤として、合成樹脂接着剤やモルタルなどを使用する。充填剤としては、ポリマーセメントモルタルマグネラインを例示することができる。

充填剤の皮膜が形成された孔に、アンカー筋固定用の接着剤を挿入する。

定着用の接着剤が充満した孔にアンカー筋を挿入し、接着剤の溢れ出しを確認して、アンカー筋の周囲に十分に接着剤が付着していることを確認し、アンカー筋を固定して、接着剤を硬化させて、あと施工アンカーを構築する。
アンカー筋を挿入しても、接着剤があふれ出ない場合は、孔内に封鎖されていない空隙が存在することになるので、充填剤の充填作業からやり直して、空隙が十分に封鎖されるように措置する。
十分に接着剤が硬化するまでの２４時間程度は、過度な振動、衝撃や水分を与えないように養生することが肝要である。
接着材としては、孔内に密実に充填されること、また、アンカー筋の挿入が容易である柔らかさと作業性を有する揺変性に優れた材料が適切である。
接着剤としては、有機系接着剤：ヒルティＲＥ−５００、セメントフォースアンカーなどを例示することができる。

＜あと施工アンカーの設計＞
あと施工アンカーの設計は、引張力を受ける場合と、剪断力を受ける場合に分けて検討する。

＜引張力を受ける場合のあと施工アンカーの設計＞
既存煉瓦造建築物に使用するあと施工アンカーは、煉瓦体に先行した孔とアンカーボルトの隙間に接着剤を充填し、硬化させてアンカーボルトを固着する。
この場合の引張耐力を支配する破壊モードは、（ａ）アンカーボルトの降伏及び破断、（ｂ）煉瓦体のコーン状破壊、（ｃ）煉瓦体と硬化した樹脂との間の付着破壊、（ｄ）アンカーと硬化した樹脂との間の付着破壊の４つである。実験から得られた破壊状態は、この４つの内野コーン状破壊を伴う付着破壊である。煉瓦体への埋め込み長さが長めの１０ｄａ〜１６ｄａであることが理由と考えられる。
あと施工アンカーの引張耐力は次の（１）〜（３）式のうち、最小値とする。
（１）アンカーボルトで決まる場合
Ｔａ１＝σｙ×ａ_０ ・・・・式（１）
σｙ：アンカーボルトの降伏点
ａ_０：アンカーボルトの断面積
（２）コーン状破壊で決まる場合
Ｔａ２＝０．２３×√σＢ×Ａｃ＝０．２３×√σＢ×π×ｌｅ×（ｄａ＋ｌｅ） ・・・・式（２）
σＢ：煉瓦又はグラウト材の圧縮強度の小さい方
ｌｅ：アンカーボルトの有効埋込み長さ
ｄａ：アンカーボルトの径

（３）付着で決まる場合
Ｔａ３＝５×√σＢ／２１×π×ｄａ×ｌｅ ・・・・式（３）
σＢ：煉瓦又はグラウト材の圧縮強度の小さい方
ｄａ：アンカーボルトの径
ｌｅ：アンカーボルトの有効埋込み長さ
なお、「各種合成構造設計指針 第四編」では、接着剤による付着強度を接着剤の種類により「５×√σＢ／２１」、「７×√σＢ／２１」、「１０×√σＢ／２１」と変えている。
１０×√σＢ／２１：有機系・カプセルタイプ
７×√σＢ／２１：有機系・注入式
５×√σＢ／２１：無機系
本式では、実験結果より、無機系の場合の「５×√σＢ／２１」とすると安全側の評価となるので、これを採用する。

＜せん断力を受ける場合＞
せん断力を支配する破壊モードは、（ａ）アンカーボルトのせん断破壊、（ｂ）支圧破壊、（ｃ）へりあき・はしあきの煉瓦体のコーン状破壊がある。実験から得られた破壊状態は、このうちの支圧破壊である。
あと施工アンカーのせん断耐力は、十分なへりあき・はしあき距離が確保されている前提のため、次の（４）〜（５）式のうち最小値とする。
（４）アンカーボルトで決まる場合
Ｑａ１＝０．７σｙ×ａ_０ ・・・・式（４）
σｙ：アンカーボルトの降伏点
ａ_０：アンカーボルトの断面積
（５）支圧強度で決まる場合
Ｑａ２＝０．３×√（σＢ×Ｅｃ）×ａ_０ ・・・・式（５）
σＢ：煉瓦又はグラウト材の圧縮強度の小さい方
Ｅｃ：ヤング係数
ａ_０：アンカーボルトの断面積

実施例１の概略を図１に示す。
対象は煉瓦２で組積みされた煉瓦造壁１である。煉瓦造壁１は、個別の煉瓦を縦横に配置（所謂、「レンガ積み」）して、それぞれの煉瓦の間に接着機能を果たす目地３を設けている。建築当時の目地材は、漆喰やモルタルなどであるが、種類も材料も現在と異なるとともに劣化しており、目地３の強度や構造が不安定である。
一方、煉瓦２は、焼き固められた高強度の材料であり、ひび割れがない限り、材料強度は安定している。あと施工アンカーは、煉瓦部分に設けることとする。
アンカー筋挿入用の孔４を穿孔すると、表側の煉瓦２１と奥側の煉瓦２２との間に孔部目地３１が存在することとなるので、この目地部分を中心とする隙間などの空隙が隠れている場合があり、その状態でアンカー筋７を挿入し接着剤８で固定しても、十分な強度を発揮できず施工不良のリスクがある。
本実施例では、穿孔した孔の内壁面に充填用接着剤５の接着剤膜５１を形成して、隠れ空隙を目地充填接着剤５２で封鎖するものである。工程にしたがって説明する。

第１工程：第１回穿孔（図１（ａ））
設計にしたがってマークした表側煉瓦２１に奥側煉瓦２２に向けて振動ドリル（回転のみ）で基礎孔４１を設ける第１回目の穿孔９１を行い、孔壁面を清掃する（１回目穿孔）。
第２工程：充填剤注入工程（図１（ｂ））
穿孔したアンカー用孔４の基礎孔４１の内面の目地３１などに存在する空隙に充填剤を充填するために充填用接着剤５を充填剤として基礎孔４１内に注入する。
第３工程：充填剤付着（図１（ｃ））
棒状体（鉄筋等）６を充填用接着剤５が充填されたアンカー用孔４の基礎孔４１に挿入して孔壁および孔壁に存在する孔部目地３１等の空隙に接着剤を押圧して付着させる。
第４工程：充填剤硬化養生（図１（ｄ））
鉄筋６１等の棒状体６を抜出し、充填用接着剤が硬化するまで養生する。硬化後に接着剤膜５１が基礎孔４１の内壁面に形成される。この皮膜は、孔部目地３１等に空隙があった場合には、その空隙を封鎖するように形成される。
なお、この封鎖処理が不十分で、アンカー筋の付着強度が十分に得られないような場合には、この第４工程を含む充填用接着剤の注入を再処理する。
第５工程：整形工程（図１（ｅ））
硬化した接着剤膜５１によって基礎孔４１が縮径していることがあるので、第２回目の穿孔９２を行って、アンカー筋差込用の整形孔４２を形成する。この第２回目の穿孔がクリーニング穿孔である。接着剤膜５１はアンカー用孔４が凸凹していると、アンカー筋を固定する接着剤が十分にアンカー筋に付着しない恐れがある。
この整形用の２回目の穿孔は、アンカー筋が挿入できる径を確保する径とする。１回目と同径あるいはそれ以上の穴径で穿孔する場合もあり、穿孔した孔壁面を清掃することは第１工程と同様であり、この整形孔４２がアンカー筋７を挿入するアンカー用孔４となる（２回目穿孔）。
第６工程：アンカー筋固定工程（図１（ｆ））
定着用の接着剤８を整形孔４２に注入し、アンカー筋７を挿入して接着剤８の溢れ出しを確認する。
溢れ出しを確認後、アンカー筋７を固定し（養生）作業終了とする。

第２工程で用いる充填用の接着材は、有機系接着剤、または、無機系接着剤である注入式のあと施工アンカー用の製品が好適である。
充填用の接着剤は、棒状体により空隙部に固着させるため、揺変性の高い材料が好適である。ここでの揺変性とは、物体に力が加わらない時は形状が変化せず、棒状体が挿入され力が加わる際に形状変化する材をいう。
なお、充填用の接着剤とアンカー筋を固定する接着剤は、同一種類の接着剤、あるいは異なる接着剤でもよい。

実施例２の概略を図２に示す。
対象は、実施例１と同様の煉瓦２で組積みされた煉瓦造壁１であり、この煉瓦造壁１に穿孔してアンカー筋７を取り付けるに当たり、穿孔した孔内に最初にモルタルを用い、アンカー筋の固定用にグラウト材を用いる例である。工程にしたがって説明する。

第１工程：穿孔（図２（ａ））
設計にしたがってマークした表側煉瓦２１に奥側煉瓦２２に向けてドリルで穿孔９１し、孔壁面を清掃して、アンカー用孔４の祖孔４３を形成する（１回目穿孔）。祖孔４３の大きさは、アンカー筋７の径よりも大きい径に形成する。例えば、アンカー筋の径の１．５〜２倍ほどの径とする。
第２工程：モルタル押し込み工程（図２（ｂ））
穿孔したアンカー用孔４の祖孔４３の内面の目地３１などに存在する空隙を封鎖するためのモルタル５３を孔の奥のほうに押し込む。
第３工程：モルタル付着（図２（ｃ））
すりこぎ６２などの棒状体をモルタル５３が注入されたアンカー用孔４の祖孔４３に挿入して、モルタルに圧力をかけ、孔壁および孔壁に存在する孔目地３１等の空隙を塞ぐ。空隙が存在する目地３１にはモルタルが充填されて、目地充填モルタル５６が形成されている。
第４工程：アンカー筋挿入、固定工程（図２（ｄ））
モルタルを硬化させて、モルタル皮膜５４が形成し、アンカー用孔４が形成される。モルタル硬化後アンカー用孔４の孔入り口を塞ぎ、アンカー筋を安定化させる型枠治具６３を、アンカー用孔４が形成された煉瓦表面に設ける。その後、アンカー筋７を挿入して型枠治具６３に固定する。型枠治具６３には、グラウト注入管６４と空気抜き用管６５が上下に分かれて設けられている。また、モルタル皮膜にてアンカー用孔が形成された段階で、モルタル皮膜と後工程で注入するグラウト材との間の付着を良好に確保するために、必要に応じて孔を再調整するクリーニング穿孔を施しても良い。
第５工程：グラウト注入工程（図２（ｅ））
アンカー筋７の下方側からグラウト注入管６４を用いてグラウト材５５をアンカー用孔４に注入しつつ、アンカー筋７の上方側の空気抜き用管６５からエアを排出させて、差し込まれたアンカー筋７の周囲に十分にグラウト材５５を付着させる。
第６工程：固定治具外し工程（図２（ｆ））
養生してグラウト材５５が硬化した後、型枠治具６３を取り外して、アンカー筋７の取り付け施工を完了する。

実施例２の穿孔は、再穿孔をともなわないため、実施例１の穿孔よりも大きい径を最初に形成し、モルタル付着およびグラウト材の付着性能の確保によく、鉄筋径の１．５〜２倍程度の穿孔径が好適である。
実施例２において、アンカー用孔内の目地空隙などから流出を防止する充填剤は、形状保持が容易なモルタルを用いた。このモルタルは、水量を少なくして固練りをしたグラウト材が適している。さらに、樹脂材が含まれるポリマーセメントモルタルが接着力も優れていて、好適である。
実施例２のアンカー筋を固定するための接着剤は、液状で充填性に優れた材である必要がありグラウト材が好適である。

なお、本発明の実施例１によるアンカー筋固定工程では、実施例２で使用したアンカー筋を安定化させる型枠治具６３を使用して、アンカー筋をアンカー用孔に固定してもよい。

１・・・煉瓦造壁
２・・・煉瓦
２１・・表側煉瓦
２２・・奥側煉瓦
３・・・目地
３１・・孔部目地
４・・・アンカー用孔
４１・・基礎孔
４２・・整形孔
４３・・祖孔
５・・・充填用接着剤
５１・・接着剤膜
５２・・目地充填接着剤
５３・・モルタル
５４・・モルタル皮膜
５５・・グラウト材
５６・・目地充填モルタル
６・・・棒状材
６１・・鉄筋
６２・・すりこぎ
６３・・型枠治具
６４・・グラウト注入管
６５・・空気抜き用管
７・・・アンカー筋
８・・・接着剤
９・・・棒状材
９１・・穿孔
９２・・穿孔

Claims (5)

1. 既存の組積造建築物に新設躯体を増設する際に組積造建築物に設けるあと施工アンカー施工方法であって、
   組積造建築物にアンカー筋挿入用の孔を穿孔する一次穿孔工程、
   穿孔した孔の内面に存在する空隙に充填剤を充填する定着剤流出防止処理工程、
   孔に定着剤を注入する工程、
   アンカー筋を挿入して固定する工程、
   を備えたことを特徴とするあと施工アンカーの施工方法。
2. 定着剤流出防止処理工程において、充填剤を充填した後に、必要に応じて孔を再調整するクリーニング穿孔を施す工程を付加し、
   定着剤を注入する工程において、定着剤は、アンカー筋が挿入後に開口からあふれる以上に注入し、
   アンカー筋を挿入して固定する工程において、アンカー筋挿入後に定着剤が開口からあふれ出ない場合は、定着剤流出防止処理工程から繰り返すことを特徴とする請求項１記載のあと施工アンカーの施工方法。
3. 定着剤流出防止処理工程において、付着用棒状材を孔内に挿入して内面に充填剤を付着させた後、付着用棒状材を抜出し、孔内に存在する空隙および孔内面に充填剤を硬化させて充填剤の皮膜を形成し、その後孔を再穿孔して孔を調整することを特徴とする請求項１又は２記載のあと施工アンカーの施工方法。
4. 一次穿孔工程において、アンカー筋の径よりも大きい径の孔を穿孔し、
   定着剤流出防止処理工程において、充填剤がモルタルであって、孔内に存在する空隙および孔内面にモルタル皮膜を形成し、
   定着材注入およびアンカー筋を挿入して固定する工程において、アンカー筋仮保持用の型枠治具を煉瓦表面に設け、アンカー筋を孔に挿入して型枠治具に固定し、グラウト材を孔内に注入、硬化させてアンカー筋を固定することを特徴とする請求項１又は２記載のあと施工アンカーの施工方法。
5. 既存の組積造建築物に形成されたあと施工アンカーであって、
   既存の組積造建築物躯体に設けられた孔内面に定着用接着剤流出防止層、定着剤層、アンカー用の孔に配置されたアンカー筋、該アンカー筋と孔内面との間に定着用接着剤を孔開口面まで充填硬化させて、固定された状態のあと施工アンカー。

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