JP3243067B2 - パッカー及びそれを用いるアンカー打設方法 - Google Patents

パッカー及びそれを用いるアンカー打設方法

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  • Piles And Underground Anchors (AREA)
  • Consolidation Of Soil By Introduction Of Solidifying Substances Into Soil (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、周面がテーパ面となっ
ている硬質ゴムの間に、急速吸水膨張性素材を緩く配置
したパッカー、及びそれを用いるアンカー打設方法に関
するものである。この技術は、定着剤としてレジンやモ
ルタル等を注入するアンカーロックボルトやアースアン
カーのパッカー、グラウト注入用のパッカー、ボーリン
グ孔での止水用パッカーなどに使用できる。
【0002】
【従来の技術】従来、各種アンカーの打設に用いるパッ
カーは、孔壁とアンカーの鋼材との間隙に設置した気密
性又は液密性の袋状体である。その袋状体の中に気体や
液体を圧送し充満させて該袋状体を膨張させることで、
ボーリング孔内に充填した定着剤のレジンやモルタル及
び注入剤などの漏れを防止していた。しかし、このため
には、パッカーの他に、圧力を発生させる機材が必要と
なり、装置が大掛かりになる欠点があった。
【0003】そこで近年、袋状体に代わるものとして吸
水膨張性の素材を利用したパッカーが用いられている。
このようなパッカーは、全て単一材質の吸水膨張性素材
からなる成形体であり、例えば速やかに膨張することが
要求される場合は吸水膨張性を付与したスポンジ状のポ
リウレタン樹脂が多用されている。またボーリング孔で
のパッカーのように、特に大きな膨張圧及び膨張時の強
度が必要な場合は、合成ゴムや天然ゴムをベースとして
それに吸水膨張性を付与した素材が用いられている。
【0004】アンカーロックボルト等の施工では、注入
材料が孔口から溢れ出てきた時に素早く膨張する必要が
ある。その点では、スポンジ状のポリウレタン樹脂をベ
ースとして吸水膨張性を付与した素材は、膨張速度が極
めて速い(通常、数分以内で膨張する)ため好ましい。
しかし、この素材は非常に軟質であり強度が小さく、膨
張とともに長さ方向(孔軸方向)にも不均等に変形し、
流動状を呈することもあり、パッキングの機能が失われ
がちである。またセメントミルクやグラウト材などの注
入方向が上向きの場合は、それら注入材料の重量を支え
ることができない。
【0005】それに対して合成ゴムや天然ゴム等をベー
スとして吸水膨張性を付与した素材は、膨張時に充分大
きな強度と膨張圧を呈するため、注入材料の重量を支え
ることができる。しかし、この種の素材は膨張速度が遅
く(通常、膨張には数時間〜数十時間かかる)、注入材
料が孔口から溢れ出てきた時に直ちに充分なパッキング
効果を発揮させることができない。また予め別に注水す
るなどして吸水膨張させるにしても長時間を要するた
め、注入作業を開始するまでに時間がかかり、作業能率
が低くなる欠点がある。
【0006】このような欠点を解消できるものとして本
発明者等は、先に、軟質で膨張速度が速い吸水膨張性素
材(例えば数分で膨張する吸水性を付与したスポンジ状
のポリウレタン樹脂)からなる成形体を挾むように、そ
の両側に硬質で膨張速度が遅い吸水膨張性素材(例えば
数時間〜数十時間で膨張する吸水性を付与した合成ゴ
ム)からなる成形体をそれぞれ配置した吸水膨張性止水
材、及びそれを用いる止水工法を提案した(特開平4−
363499号参照)
【0007】
【発明が解決しようとする課題】この吸水膨張性止水材
は、中間の膨張速度の速い軟質の吸水膨張性素材で素早
くパッキングし、両側の膨張速度の遅い硬質の吸水膨張
性素材で注入材料等の荷重を支えることができる。通常
の用途では、このような構造で充分である。しかし、特
に注入材料等による荷重や圧力が大きい場合、完全にパ
ッキングするためには、両側の吸水膨張性素材の膨張が
完了して、その荷重や圧力に耐える強度と膨張圧を呈す
るようになる必要があり、やはり時間がかかる。短時間
では周囲の孔壁との密着強度に問題が生じ、周囲のパッ
キングが不十分となることもある。そこで、両側の硬質
の吸水膨張性素材の形状を出来るだけ孔形状に合わせる
ことが考えられるが、ボーリング孔などは必ずしも形状
が一定していないし、また隙間が小さくなるほど挿入し
難くなる。更に、両側の硬質の吸水膨張性素材も、吸水
膨張した結果、多少軟化することは避けられず、その点
で荷重や圧力を支える能力は低下する。
【0008】本発明の目的は、閉塞すべき孔への挿入作
業が容易で、短時間のうちに周辺部分も確実にパッキン
グでき、しかも大きな荷重や圧力に耐えることのできる
パッカーを提供することである。また本発明の目的は、
定着剤あるいは注入材料の充填後の漏れを確実に防ぎ、
短時間で作業効率よくアンカーの打設を完了できる方法
を提供することである。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明は、周面がテーパ
面となっている板状の硬質ゴムを、塞ぐべき孔への挿入
方向の前方側が小径となる向きで前後に配置し、それら
の間に前記硬質ゴムの小径部とほぼ同じ外径で且つ1枚
以上の急速吸水膨張性素材を、緩い状態で挾んだ構造の
パッカーである。ここで硬質ゴムは、吸水変形を生じな
い通常の合成ゴムなどでよい。急速吸水膨張性素材とし
ては、例えば数分以内で膨張する吸水性を付与したスポ
ンジ状のポリウレタン樹脂などが好適である。
【0010】また本発明は、上記のパッカーを用い、そ
の中央をアンカー先端部が貫通し、該アンカー先端部の
側方を注入管とエアー抜き管が貫通するように組み立て
て孔内に設置し、注入管から注水して吸水膨張性素材を
膨張させ、孔壁との隙間を塞いだ後、注入した水を排出
し、次いで注入管からレジンを注入して前記アンカー先
端部を定着させるアンカー打設方法である。
【0011】
【作用】硬質ゴムは、孔に対して先端側が小径となる向
きで配置しているため、容易に挿入できる。挿入の際、
軟質でやや小径の急速吸水膨張性素材は両側の硬質ゴム
でガードされ、孔壁で損傷を受けることはない。硬質ゴ
ムの間に位置する急速吸水膨張性素材は、緩くセットさ
れているため、その表面に水が回り易く、周囲の水を吸
収して数分を経ずして素早く膨張する。硬質ゴムの間で
吸水膨張した軟質の素材は、表面の粗い孔壁面でもその
凹凸になじんで密着し、また孔内部の圧力によって、隙
間の広い部分から狭い部分に押し込められる。
【0012】硬質ゴムは水と接触しても変形しない材質
であるから強度が低下せず、荷重の支持力は大きい。吸
水膨張性であれば、吸水によって多少とも軟化し、支持
力が多少低下することは避けられないからである。また
吸水変形しないため、周面がテーパ面であることが重要
な機能を果たす。もし吸水膨張性であれば、変形するた
めテーパ面であることは全く意味をなさない。変形しな
いためテーパ面を維持し、そのテーパ面と孔壁との間で
生じる楔状の間隙に急速吸水膨張性素材が押し込められ
て、上方からの荷重や圧力とその楔効果によって圧密さ
れ、強固なパッキング構造が容易に実現するのである。
また硬質ゴムのテーパ面を上記の向きとしたことで、引
抜きに対する抵抗力が増大する。これによって、孔内部
の注入材料等の圧力に耐え、漏れを防ぎパッカーとして
機能することになる。
【0013】
【実施例】図1は本発明に係るアンカー用パッカーの一
実施例を示す組み立て図であり、図2はその縦断面図で
ある。このパッカー10は、ほぼ円板状の2枚の硬質ゴ
ム12の間に、ほぼ円板状の1枚以上(この実施例では
2枚)の急速吸水膨張性ポリウレタン14を配置して、
緩い状態で挾んだ構造である。ここで硬質ゴム12は、
吸水変形しない通常の合成ゴムからなり、その周面はテ
ーパ面12aとなっている。この硬質ゴム12を、塞ぐ
べき孔への挿入方向(白抜き矢印で表す)の前方側が小
径となる向きで前後に配置する。それらの間で挾まれる
急速吸水膨張性ポリウレタン14は、数分以内で膨張す
る吸水性を付与したスポンジ状のポリウレタン樹脂から
なり、前記硬質ゴム12の小径部とほぼ同じ外径であ
る。
【0014】このパッカー10はアンカー打設用である
ので、硬質ゴム12及び急速吸水膨張性ポリウレタン1
4には、中央にアンカー先端部が貫通する大穴を設け、
その両側に注入管とエアー抜き管を挿通する小穴を設け
てある。これら大穴及び小穴は、硬質ゴム12と急速吸
水膨張性ポリウレタン14とで同じ寸法形状でよく、同
じ位置に設ける。
【0015】パッカー10の装着状態を図3に示す。中
央の大穴にアンカー先端部22を挿通し、一方の小穴に
注入管24を入れ、他方の小穴にエアー抜き管26を挿
入する。アンカー先端部22は、必要な長さ(通常、パ
ッカー設置位置からボーリング孔20の奥に達するまで
の長さ)挿通する。注入管24は、その先端がパッカー
10の前面に達するまで、またエアー抜き管26はボー
リング孔20の奥まで達するように深く挿入する。そし
て、このように組み込んだ状態で、図3のように、全体
をボーリング孔20に挿入する。この時、注意すべき
は、硬質ゴム12の向き、及び硬質ゴム12と急速吸水
膨張性ポリウレタン14との間隔である。硬質ゴム12
は、前述したように、挿入方向の前方側が小径部となる
向きで前後に配置する。また硬質ゴム12と急速吸水膨
張性ポリウレタン14とは、互いに密着(圧着)させず
に緩い状態で組み合わせる。
【0016】このパッカー10が吸水膨張する前の状態
と後の状態を拡大して図4のAとBに示す。図4のAに
おいて、周囲に水が回ってくると、緩く配列されている
急速吸水膨張性ポリウレタン14は素早く吸水膨張す
る。急速吸水膨張性ポリウレタン14を比較的薄くして
複数積層することで、吸水膨張を速めることができる。
変形しない硬質ゴム12の間で急速吸水膨張性ポリウレ
タン14が吸水膨張すると、急速吸水膨張性ポリウレタ
ン14は硬質ゴム12のテーパ面12aに沿って広い部
分から狭い部分に入り込み、楔状部分14aが生じる。
これに上方からの荷重や圧力が加わると、急速吸水膨張
性ポリウレタン14は、更にこの楔状部分14aに押し
込められることになるため、孔壁との密着度合いが増し
て止まり、しっかりと上方の荷重や圧力を支えると共
に、上方の注入材料の漏れを確実に防止する。
【0017】このパッカー10を用いたアンカー打設方
法の工程を、図5のA〜Eに順に示す。これは、定着剤
としてレジンを用い、ケーブルアンカーを上向きに設置
する例である。図5のAの状態は図3と同じであり、ボ
ーリング孔20内にパッカー10等を設置した状態を示
している。ボーリング孔20は、例えば孔径162mmφ
の大きさで岩盤を削孔したものである。アンカー先端部
(定着部)22は直径78mmφ、長さ1.3mのスリー
ブであり、そのアンカー先端部22に、鋼線を撚ったス
トランド23が接続されている。パッカー10には、そ
れぞれ直径27mmφの注入管24とエアー抜き管26を
挿通する。このように組み合わせた状態でボーリング孔
20の奥に設置する。これで準備が完了する。
【0018】次に図5のBに示すように、注入管24か
ら注水して、急速吸水膨張性ポリウレタン14を吸水膨
張させる。急速吸水膨張性ポリウレタン14は、水に触
れてから約30秒程度で膨張し、ボーリング孔20の壁
面とアンカー先端部22との間隙を塞ぐ。更に注水を続
けると、図5のCに示すように、注入水30の水位が上
昇し、やがてエアー抜き管26から排水されるようにな
る。この時点でパッカー10の吸水膨張は充分であると
判断できる。そこで図5のDに示すように、逆に注入管
24から排水する。その後、注入管24からゲルタイム
を調整したレジン32を注入し、ボーリング孔20の内
部をレジン32で満たす。余分のレジンがエアー抜き管
26から排出されるようになった時点で、注入を中止
し、注入管24及びエアー抜き管26のコックを閉めて
おくと、レジン32を注入した部分が気密性になり、孔
壁やアンカー先端部と強固に接着される。
【0019】以上、本発明の好ましい一実施例について
詳述したが、本発明はアンカー打設の他、地中孔内や各
種管内での止水などにも使用できる。レジン充填の他、
モルタル等の隙間充填材料で満たす場合にも使用できる
ことは言うまでもない。また上記の実施例では、パッカ
ーを中央の大穴と両側の2個の小穴を有する構造とした
が、使用目的などに応じて、その形状、個数などは適宜
変更してよい。間に設ける急速吸水膨張性素材は、任意
の枚数であってよいが、比較的薄いものを互いに緩く介
装した方が、吸水膨張速度が速くなり好ましい。
【0020】
【発明の効果】本発明は上記のように、硬質ゴムを、塞
ぐべき孔に対して先端側が小径となる向きで配置してお
り、やや小径の急速吸水膨張性素材は両側の硬質ゴムで
ガードされるため、容易に挿入でき、且つ軟質の急速吸
水膨張性素材が孔壁で損傷を受ける虞れはない。硬質ゴ
ムの間に位置する急速吸水膨張性素材は、緩くセットさ
れているため、その表面に水が回り易く、周囲の水を吸
収して素早く膨張する。硬質ゴムの間で吸水膨張した軟
質の素材は、表面の粗い孔壁面でもその凹凸になじんで
密着する。急速吸水膨張性素材は、硬質ゴムのテーパ面
に沿って膨張し、隙間の広い部分から狭い部分に押し込
められ、注入材料等の荷重や圧力を受けて圧密される。
この楔効果よって、周囲の孔壁に対して強固に密着し
て、注入材料の漏れを防ぎ、また孔内部の注入材料等に
よる荷重や圧力にも充分耐えうるものとなる。
【0021】本発明のアンカー打設方法は、パッカーを
膨張させるのに、単に注入管を利用して注水するだけで
よいので、作業の単純化が図れる。またパッカーは吸水
してからパッキング効果を呈するまでに数十秒程度の短
時間でよいことから、作業能率を高めることができる。
また注入材料が漏れず、大きな荷重や圧力でも確実に支
えることができるため、トンネル上面などにアンカー打
設を行う場合でも、安全に作業を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るパッカーの一実施例を示す組み立
て斜視図。
【図2】その縦断面図。
【図3】本発明に係るパッカーの使用状態の説明図。
【図4】その膨張前と膨張後の拡大説明図。
【図5】本発明に係るパッカーを用いたアンカー打設方
法の説明図。
【符号の説明】
10 パッカー 12 硬質ゴム 12a テーパ面 14 急速吸水膨張性ポリウレタン
フロントページの続き (72)発明者 串田 克巳 東京都千代田区九段北4丁目2番6号 応用地質株式会社内 (72)発明者 東岡 耕嗣 東京都千代田区九段北4丁目2番6号 応用地質株式会社内 (56)参考文献 特開 平4−363499(JP,A) 特開 平1−278700(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) E21D 20/00 E21B 33/12 E02D 5/80

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 水と接触しても変形しない材質であって
    周面がテーパ面となっている板状の硬質ゴムを、塞ぐべ
    き孔への挿入方向の前方側が小径となる向きで前後に配
    置し、それらの間に前記硬質ゴムの小径部とほぼ同じ外
    径で且つ1枚以上の急速吸水膨張性素材を、緩い状態で
    挾んだ構造のパッカー。
  2. 【請求項2】 請求項1記載のパッカーを用い、その中
    央をアンカー先端部が貫通し、該アンカー先端部の側方
    を注入管とエアー抜き管が貫通するように組み立てて孔
    内に設置し、注入管から注水して吸水膨張性素材を膨張
    させ、孔壁との隙間を塞いだ後、注入した水を排出し、
    次いで注入管からレジンを注入して前記アンカー先端部
    を定着させるアンカー打設方法。
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KR100402890B1 (ko) * 2001-04-02 2003-10-22 심석래 락볼트 설치장치 및 설치방법
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