JP3921657B2 - 地山補強用大径ロックボルトアンカーの施工方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は土木工事の掘削土留め工、掘削時の仮土留め工、斜面の雨水や地震に対する強化および構造物補強のための大径ロックボルトを用いた補強土工法において、従来よりも高品質で能率的、かつ、経済的な大径ロックボルトアンカー施工方法を提供するものである。
【０００２】
【従来の技術】
穿孔した地盤内にアンカーボルトを挿入し、それにセメントミルクなどのグラウト材を注入し、グラウト材の硬化によりアンカーボルトを地盤中に定着させる従来の補強土工法として以下のものがある。
【０００３】
（１）空気式ドリフターによる６０mm以下の小口径単管削孔方式で、２５mm以下の芯材を用いて通常５ｍ以下の単尺細径アンカー体を築造する単管ロックボルト方式の工法が知られている。
このアンカー体の築造は、削孔→ロッド引抜き→注入ホース挿入→グラウト材注入→芯材挿入の５段階の手順で行い、注入管路は注入ホースを削孔後に挿入するとともに芯材もグラウト材の注入後に挿入する方式である。
【０００４】
（２）また、油圧式ロータリーパーカッションドリルによる９０mmの中口径二重管削孔方式で、２５mm以下の芯材を用いて通常７ｍ以下の短尺中径アンカー体を築造する二重管ロックボルト方式の工法がある。
このアンカー体の築造は、削孔→ケーシングロッド引抜き→注入ホース挿入→グラウト材注入→芯材挿入→インナーロッド引抜きの６段階の手順で行い、注入管路は注入ホースを削孔後に挿入するとともに芯材も、グラウト材の注入後に挿入する方式である。
【０００５】
（３）また、油圧式または空圧式ロータリーパーカッションドリルによる５０〜６５mmの中口径単管方式で、２５〜３３mmの削孔用ロッドを芯材として削孔内に残置し、通常６ｍ以下の短尺中径アンカー体を築造する自穿孔ロッドボルト方式の工法がある。
このアンカー体の築造は、削孔→グラウト材注入の２段階の手順で行い、注入管路は削孔用ロッドを利用する方式で、この工法は崩壊性の地山にロックボルトを施工するために開発されたものであり、削孔後にロッドとビットを引抜かず、そのまま残置する工法である。
【０００６】
（４）さらに、油圧式ロータリーパーカッションドリルによる９０〜１３５mmの大口径二重管削孔方式で、１９〜５１mmの芯材を用いて、通常９ｍ以下の短尺大径アンカー体を築造する方式の工法である。
このアンカー体の構築は、削孔→インナーロッド引抜き→注入ホース挿入→グラウト材注入→芯材挿入→ケーシングロッド引抜きの６段階の手順で行い注入管路は注入ホースを削孔後に挿入するとともに、芯材設置もグラウト材の注入後に挿入する方式等がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
地山補強土工法の具備すべき条件として次の事項が挙げられる。
（１）広範囲な地質に適用できることであり、例えば、対象となる地質は軟弱な地盤、硬質な地盤、崩壊性地山およびこれらが複合する地盤、これらの全てに対応することが必要である。
また、単一の工法を多種の地盤に対して適用することによって、工事種類を集約、単純化し工事の効率化、経済性を促進することができることである。
【０００８】
（２）アンカー体の耐力が大きいことである。アンカーの耐力が大きい場合、地山補強に必要なアンカー本数を削減することができることで、工事期間の短縮や工事費用の縮減を図ることができる。
このアンカー体の定着力の決定要素は、アンカー体と地山の周面摩擦力・アンカー体と芯材の付着力・芯材の引張耐力であり、アンカー体の耐力を増加させるためには、アンカー体の築造径を大径化、長尺化するとともにアンカー体の強度と芯材は、これと見合うもので構成することが必要がある。
【０００９】
（３）アンカー体の品質が確保されること。アンカー体の品質の決定要素は、アンカー体の形状・アンカー体と芯材との位置関係・アンカー体の強度であり、所定の形状を確保するとともに、芯材をアンカー体断面中央位置付近に配置することが必要であり、また、所定の配合のセメントミルクが確実に充填されることが必要である。
【００１０】
（４）能率的な施工が可能であること。アンカー体を築造する手順を簡単かつ迅速に実施できる方法をとることによって、能率的な施工が可能となり、工事期間の短縮や工事費用の縮減を図ることができる。
【００１１】
これらの条件に照らして従来技術を分析すると、従来技術の（１）記載の単管ロックボルト方式は、小口径で掘削孔が小さく、アンカー体耐力が小さい上に、緩い砂層や砂礫層及び玉石混じり土層などの崩壊性の地山を削孔する場合に、単管削孔であるため、ロッド引抜き後の孔壁崩壊を防止する対策はなく、崩壊性地山においては、孔断面の確保ができないことから、目的とするアンカー体を築造することが難しい問題がある。
【００１２】
また、前記（２）記載の二重管ロックボルト方式は、削孔機出力の関係で通常は、硬岩に適用しない。また、小口径で削孔長が小さくアンカー体耐力が小さい。さらに、削孔径と芯材径との差が大きくまた、芯材を削孔後に挿入するため芯材をアンカー体断面中央位置に配置するには、何等かの手段が必要である。
【００１３】
前記（３）記載の自穿孔ロックボルト方式は、削孔機出力と経済性の関係で通常は硬岩に使用しないし、小口径・削孔長が小さくアンカー体耐力が小さく、さらに、削孔後に削孔ロッドを残置したままグラウト材を注入するため、スライム処理が不安定になる可能性がある。
【００１４】
さらに、前記（４）に記載の大径ロックボルト方式は、削孔径と芯材径の差が大きく芯材を削孔後に挿入するため、芯材をアンカー体断面中央位置に配置するためには、何らかの手段を必要とする問題がある。
また、６段階の施工手順を経てアンカー体を築造するため、能率的な施工に問題がある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
この発明は上述の課題を解決し、軟弱な地盤、硬質な地盤、崩壊性地山およびこれらが複合する地盤など、これら全ての地盤に対応ができる地山補強用大径ロックボルトアンカーを提供するものである。
【００１６】
この発明はケーシングロッドの先端部をケーシングロッド自体に取付けた削孔用アウタービットと、ケーシングロッド内部空間に予め装着した芯材の先端に取付けた削孔用インナービットとの二重ビットに形成する。
なお、削孔用インナービットはケーシングロッドの先端面より若干前方に突出して設けてある。
【００１７】
この削孔用インナービットは、ケーシングロッド引抜き時に、該ケーシングロッドのアウトビットとの連結機構の解除操作により連結を解除され、芯材とともに削孔内に残置されるものである。
また、前記ケーシングロッド内に予め装着した芯材に、グラウト材の注入ホースを予め付設するのが好ましいが、必要に応じて芯材に注入ホースを付設せず、孔口部から注入ホースを挿入する方式としてもよい。
前記芯材が貫入時にはケーシングロッドの、また、ケーシングロッド引抜き後は築造されたアンカー体の断面中央位置付近に位置するように、孔先端部には残置する削孔用インナービットを、孔中間部は芯材の任意箇所に位置決め装置のスペーサーを取付ける。
【００１８】
そして、地山中に油圧式パーカッションドリルハンマーを用いて、ケーシングロッド及び芯材の先端部の二重ビットで、土層もしくは岩盤の所定深度まで貫入削孔した後、芯材に設けた若しくは、孔口部から挿入した注入ホースからグラウト材を注入し、孔先端部から孔口部に向けスライムを押出ながら削孔内にグラウト材を充填するとともに、ケーシングロッドの引抜き時に、該ケーシングロッドの先端部の削孔用アウタービットと削孔用インナービットとの連結を解除し、削孔用インナービットと芯材とを削孔内に残した状態でケーシングロッドを引抜き、グラウト材と芯材とから成る大径ロックボルトアンカー体を地盤中に造成する。
【００１９】
なお、この発明に用いるケーシングロッドは、外径が９０mm〜２１６mmのものを用い、また、ケーシングロッドの内部空間に挿入される芯材は、異形若しくは全ネジ鋼棒などの鋼棒の、呼び径が１９〜５１mmのものを用い、また、ケーシングロッド及び芯材の貫入手段の打撃装置のロータリーパーカッションドリルハンマーのエクステンションロッドに、緩衝装置を設けたことである。
【００２０】
この発明は上述のとおりの構成にしたので、以下の作用効果を奏し得る。
１）削孔機として従来の地山補強工法では使用しなかった高出力（最大１００kw）の油圧式ロータリーパーカッションドリル若しくは、ロータリードリルを使用するので、硬岩や玉石混じり土層に対応することができる。
【００２１】
２）芯材の大口径の削孔ビットおよびケーシングロッドの削孔用ビットの二重ビットを使用するので削孔速度が速く、また、高出力の油圧式ロータリーパーカッションドリル、若しくはロータリードリルを使用するので、従来のロックボルトにはなかった築造径（最大２２５mm）、築造長（１０m）以上のアンカー体をが築造でき、アンカー体の耐力を増加できる。
【００２２】
３）ケーシングロッドの貫入により、削孔時およびグラウト材の注入時の孔壁の崩壊を防止でき、アンカー体を所定の形状に保持することができる。
さらに、削孔後に孔内のスライムを排除しつつセメントミルクのグラウト材を注入するので、セメントミルク内へのスライムの混入を防止できる。
また、芯材はケーシングロッドの先端面より突出して設けた削孔用インナービットの先端面を、岩盤内に貫入支持させた状態で残置されるとともに、芯材の位置決め装置のスペーサーにより支持されるので、確実にアンカー体断面の中央位置付近に位置されるため、高品質のアンカー体が得られる。
【００２３】
４）油圧式ロータリーパーカッションドリルを用いる場合に、ドリルハンマーのエクステンションロッド部に緩衝装置を装着したので、予めケーシングロッド内に配置している芯材へ、削孔時の打撃エネルギーが伝達することによる芯材の疲労を抑制することができる。
【００２４】
アンカー体の築造にあたり、ケーシングロッド内部空間に挿入する芯材に、注入ホースを予め配置して削孔し、削孔完了後ケーシングロッド内にグラウト材を注入し、若しくは芯材のみを予め配置し、削孔した後に注入ホースを孔口部から挿入してケーシングロッド内にグラウト材を注入し、芯材とケーシングロッドの掘削用アウタビットから離脱したビット掘削用インナービットを削孔内に残置したまま引抜く方式としたので、アンカー体の築造手順を省力化でき、能率的な施工を行うことができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
この発明の実施の形態を実施例に基づき図面を参照して説明する。
図１はこの発明の大径ロックボルトアンカーの施工法の手順を示す図であり、図２はこの工法に用いる芯材を示す図である。
図２において、１は外径９０mm〜２１６mmのケーシングロッドであり、先端に削孔用アウタービット３とケーシングロッド１内の断面中心位置に予め装着した芯材２の先端に設けた削孔用インナービット４とで二重ビット５を形成する。（図２（ａ））
【００２６】
なお、芯材２は呼び径１９〜５１mmの異形鋼棒もしくは全ネジ鋼棒などの鋼棒を用いるが、実施例では全ネジ鋼棒を用いる。また、この芯材２に予めグラウト材Ｃを注出する注入ホース６を取付けておくのが好ましい。（図２（ｂ））
前記二重ビット５は後述する連結解除装置８によりケーシングロッド１と分離可能に取り付けられており、この様に構成したケーシングロッドをロータリーパーカッションドリル３０により、土層または岩盤Ｇ中に打ち込み掘削する。（図１（ａ））
【００２７】
途中必要に応じて、図１（ｂ）に示すとおりケーシングロッド１に芯材２と注入ホース６を継ぎ足し、若しくは、図示していないがケーシングロッド１と芯材２を継ぎ足し、所定深度に直径１００〜２２５mmの孔の削孔を完了したらグラウト材、例えば、セメントミルクＣを芯材２に装着した、若しくは孔口部から挿入した注入ホース６を通じて注入ホースの先端孔部から削孔内に充填する。（図１（ｃ））
【００２８】
孔口部での操作により、二重ビット５を構成する芯材の削孔用インナービット４とケーシングロッド１の削孔用アウタービットと３の連結を解除し、ケーシングロッド１を引上げる。（図１（ｄ））ケーシングロッド引抜きの際、削孔用インナービット４と芯材２は削孔Ｈ内に残置しアンカー体Ａの芯材となる。（図１（ｅ））
【００２９】
図３（ａ）及び（ｂ）は芯材の構造を示す斜視図で、該芯材２は図３（ａ）に示すとおり、先端に二重ビットの連結および解除部材の一つの先端ナット９を有していて、必要に応じて図３（ｂ）に示すとおり、芯材２軸身に予めグラウト材の注入ホース６をホース固定バンド７で取り付けておいても良い。
また、芯材２の軸身に芯材をケーシングロッド内の断面中心位置に位置決めするための位置決め装置のバネ付きスペーサー１７を設けてある。なお、図中１１は継手カプラー、２１はナットである。
そして、この様に構成した芯材２をケーシングロッド１内に予め装着して置き地中への貫入をケーシングロッドと同時におこなう。
【００３０】
この発明の二重ビットの連結解除装置を図４〜図７により説明する。
図４〜図６において、先端部に削孔用アウタービット３を螺着したケーシングロッド１内に装着する芯材２の先端部に先端ナット９を設ける。また、ケーシングロッド１の先端内部からケーシングロッドの先端面より外方に削孔用インナービット４を若干突出させ、該削孔用インナービット４と削孔用アウタービット３とをビット連結ピン１２およびスプリング１３で連結し、該ビット連結ピンの先端部を芯材２の先端ナット９で当接支持する。
【００３１】
また、先端ナット９は削孔用インナービット４の内壁４ｂに当接し、削孔用インナービット４を刃部４ａ方向へ押圧支持する。削孔用インナービット４の後背部４ｃには、先端ナット９一個分のスペース１４を設け、さらに、削孔用インナービット４の後端縁４ｄに、先端ナット９が削孔用インナービット４から抜け落ちのを防止する抜け落ちキャップ１５を取付けてある。
【００３２】
図７により二重ビット５の連結解除操作について説明すると、図７（ａ）の様に油圧式ロータリーパーカッションドリルハンマー３０を用いて地盤の所定深度までケーシングロッドを貫入掘削後、孔口部から挿入した注入ロッド、若しくは芯材２に予め取付けた注入ホース６からグラウト材Ｃを削孔Ｈ内に充填しケーシングロッドを引上げる時に、孔口部での操作で芯材２を先端ナット９の移動スペース１４分だけ引き抜くと、図７（ｂ）に示す様に削孔用インナービット４の内壁４ｂから先端ナット９が離れ、先端ナット９により当接支持されていたビット連結ピン１２およびスプリング１３が抜け落ち削孔用アウタービットとの結合が解かれる。
そして図７（ｃ）に示す様に、削孔用インナービット４と芯材を削孔Ｈ内に残置したままケーシングロッド１は引き抜かれる。
【００３３】
図８および図９は芯材２に注入ホースを装着した場合芯材位置決め装置のスペーサーの構造図およびその作動状態図を示す図である。
図８において、ケーシングロッド１に予め装着される芯材２の軸身２ａに、継手カップラー１１の一端を、注入ホース６の固定バンド７を介して注入ホース６とともに固定し、他端にスペーサー可動子１７を起倒可能に軸支したスペーサ固定子１６と、スペーサ可動子１７を水平方向に付勢するコイルバネ１８と押し板１９および座金２０をナット２１で支持したスペーサを取り付けたものである。
【００３４】
上記の様に構成したスペーサ１０を取付けた芯材２を、ケーシングロッド１内に挿入すると、図９（ａ）の様にスペーサ１０のスペーサ可動子１７の先端はケーシングロッドの内壁に圧接し芯材２はケーシングロッド１の中心位置に維持される。その状態で掘削・グラウト材の注入が完了し、ケーシングロッド１を図９（ｂ）の様に引き上げるが、スペーサ可動子１７はケーシング内壁に接触摺動する。
図９（ｃ）および（ｄ）図の様に、スペーサ可動子１７はケーシングロッドの内壁から抜け出るとコイルバネ１８の作用により水平方向に回動し、掘削孔Ｈの壁面に当接し芯材を築造されたアンカー体Ａの断面中央位置付近に配置させることができる。
【００３５】
図１０は請求項３の緩衝装置の構造図であり、芯材２の孔口側軸部を挿通支持するエキステンションロッド２３内にスプリング２４および座金２５を配置し、芯材２の端部を支持する構成からなる。
この様に構成することにより芯材２に与える削孔時の打撃エネルギーを抑制でき、また、芯材の疲労を抑制し、高品質のアンカー体を築造することができる。
【００３６】
【発明の効果】
この発明の工法は、従来のロックボルトに比べ大きな定着力をもつ、大径アンカー体を築造することができるほか、二重管削孔方式に比べ迅速な施工が可能になるとともに、撹拌混合方式の大径を構築することが困難な硬質土層や玉石混じりの等の崩壊性土層および岩盤に大径アンカー体を築造することができる。
また、従来技術に比べて構造物の品質、作業能率および経済性が向上する。
【００３７】
さらに、この発明によって、地山補強土工法の適用地質を硬質地盤や硬岩にまで拡大することによって、地山補強土工法の適用範囲が拡大できる。
従来の地山補強土工法に比較して能率的かつ経済的であり、また、高耐力かつ高品質のアンカー体を築造することができることから、従来の設計を経済化することが可能になり、これまで他の工法が適用されていたものについても地山補強土工法の適用範囲が拡大される。
【００３８】
この発明によって高耐力、高品質、能率的かつ経済的なアンカー体が得られることから、従来トンネルの支保に用いられるロックボルトの本数を削減し省力化する代替工法として適用が図られる。
【００３９】
この発明によって、高耐力のアンカー体が得られるため、橋台や橋脚などの転倒や滑動に対する抵抗力および支持力を増加することができることから、従来の杭基礎の代替工法として構造物への適用が図れる作用効果が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の大径ロックボルトアンカーの地山への補強構築工法の手順を示す図である。
【図２】この発明のに用いる２種類のアンカー構築部材の構造図であり、図２（ａ）は、芯材に注入ホースを付設しない場合のアンカー構築部材の構造図、図２（ｂ）は芯材に予め付設した状態の構造図である。
【図３】芯材の構造図であり、図３（ａ）は芯材に注入ホースを付設しない場合を示し、図３（ｂ）は芯材に注入ホースを予め付設した状態を示す図である。
【図４】この発明の工法に用いる二重ビットの構造図である
【図５】同上の二重ビットの正面図である。
【図６】同上の要部を示す図である。
【図７】同上の二重ビットの結合解除操作手順を示す図である。
【図８】同上のスペーサーの構造図である。
【図９】同上のスペーサーの作動状態を示す図である。
【図１０】同上の緩衝装置の構造図である。
【符号の説明】
１ ケーシングロッド
２ 芯材
３ 削孔用アウタービット
４ 削孔用インナービット
５ 二重ビット
６ 注入ホース
８ 連結解除装置
９ 先端ナット
１０ スペーサー（位置決め装置）
３０ パーカッションドリルハンマー
Ａ アンカー体
Ｇ 岩盤
Ｈ 削孔
Ｃ グラウト材

Claims (3)

1. 掘削用アウタービットを先端部に備えたケーシングロッド、該ケーシングロッドの内部空間に、先端部に削孔用インナービットを設けた芯材を予め挿入し、該芯材の削孔用インナービットの先端面を、前記ケーシングロッドの先端面より若干前方に突出して設けるとともに、該削孔用インナービットと前記削孔用アウタービットとを連結して二重ビットに形成し、また、該削孔用インナービットと削孔用アウタービットとを、ビット連結ピンで連結し、該ビット連結ピンの先端部を芯材の先端ナットで当接支持させ、先端ナットは削孔用インナービットの内壁に当接し削孔用インナービットを刃部方向へ押圧支持し、先端ナットが削孔用インナービットから抜け落ちるのを防止する、抜け落ちキャップを取り付けている連結と連結解除装置、及び芯材位置決め装置をそれぞれ所定位置に配設し、該ケーシングロッド及び芯材を、貫入装置により同時に地山の所定深度まで貫入・削孔した後、孔口部から挿入した、若しくは予め芯材に取付けた注入ホースの先端孔部から孔口部に向けてスライムを押出しながらグラウト材を削孔内に充填し、ケーシングロッドの引抜きと同時に孔口部での操作で芯材を引き抜くことにより、二重ビットの連結を解除し、削孔用アウタービットから離脱した削孔用インナービットと芯材とを削孔内に残置して、グラウト材と芯材とから成るアンカー本体を地盤中に造成してなることを特徴とする地山補強用大径ロックボルトアンカー施工方法。
2. 請求項１記載のケーシングロッドの外径が90mm〜216mmからなり、該ケーシングロッドの内部空間に予め挿入される芯材が、呼び径19〜51mmの異形もしくは全ネジ鋼棒などの鋼棒であることを特徴とする地山補強用大径ロックボルトアンカー施工方法。
3. 請求項１記載のケーシングロッド及び芯材の貫入手段が、油圧式ロータリーパーカッションドリルハンマーなどの打撃装置、もしくはロータリードリルからなり、前記油圧式ロータリーパーカッションドリルハンマーのエクステンションロッドに緩衝装置を設けたことを特徴とする地山補強用大径ロックボルトアンカー施工方法。

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