JP3929114B2 - 地盤の安定化施工方法及びその方法に使用する全ねじロックボルト - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トンネルや法面の地盤を安定化して崩落等を防止するための地盤の安定化技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の地盤の安定化技術としては、地盤に形成した削孔に予めグラウト材としてモルタルを充填しておき、そのモルタル中に先端を円錐状に形成した異形鉄筋やツイストバーからなるロックボルトを打撃力を加えて叩込むことにより地盤の安定化を図るという技術手段が知られている。
【０００３】
しかしながら、この従来のロックボルトをモルタル中に叩込むという作業はそう簡単ではなく、かなりの困難が伴った。特に４ｍ以上の長いロックボルトを使用する場合にはこの傾向が顕著であり、最悪の場合には鉄筋が曲って挿入できないということもあった。このため、モルタルの硬さを軟らかくして挿入しやすくしようとする傾向もあった。しかしながら、モルタルの硬さを軟らかくすると、モルタルが削孔から漏出して巣ができたり、鉄筋の横ふし部分などに空気が巻込まれやすいといった強度上の問題があった。さらに、従来のロックボルトは異形鉄筋やツイストバーから構成されていたため、その露出側端部に締付ナット螺合用の雄ねじを別に加工しなければならず、その加工の手間に加えて断面欠損を生じるといった欠点があった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、以上のような従来技術の技術的事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、強度上望ましい、フロー値、すなわちフロー試験においてモルタルの広がった部分の外径をｍｍ単位で表した数値が２００以下の硬練りのモルタルを用いた場合にも、ロックボルトの挿入作業が比較的容易であり、しかもモルタルの固化後に強力な安定化作用を得ることのできる技術手段を提供する点にある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため、幾多の実験を繰返しながら研究を進めたところ、従来の先端を円錐状に形成したロックボルトを用いた場合には、モルタルの硬さが軟らかい場合はともかく、フロー値が２００以下の硬練りのモルタルを用いた場合には、ロックボルトの挿入に際して、その先端部に形成された円錐状チップの前方のモルタルが叩込みによる影響から更に硬化して挿入作業をより困難なものにしていることが判明した。これは、叩込み時のロックボルトの間欠的な前進運動に基づいて前記円錐状チップの前方部の圧力が間欠的に昇圧し、その部分のモルタル中の水分が外方へ放散して水分の割合が減少する結果、前記前方部分のモルタルが更に硬化して流動性を低下するため挿入作業をより困難なものにしているものと推測される。
【０００６】
そこで、本発明においては、従来の円錐状のチップに替えて角錐状の誘導チップを用い、かつロックボルトの挿入時に押込み力に加えて回転運動を付与することにより、その誘導チップの形状からくる誘導作用と、該誘導チップに加えられる押込み力による前進運動と前記回転運動との協働作用を介してチップの前方のモルタルを掻き分けながら後方へ誘導することによって、従来の場合のようにチップの前方が昇圧して水分を放散してしまう現象を回避するという技術手段を採用した。すなわち、地盤に形成した削孔にフロー値が２００以下の硬練りのモルタルを充填し、そのモルタルの固化前に、外形が全長にわたって外径の1／4〜1／1.5の範囲内のピッチからなるねじ状に形成され、先端部に回転運動に伴って前方のモルタルを掻き分けながら後方へ誘導する角錐状の誘導チップを備えた全ねじロックボルトを、回転運動を付与しながら打撃等による押込み力を加えることによって前記モルタル中に挿入し、そのモルタルの固化後に前記全ねじロックボルトの露出側端部に締付ナットを螺合して締付け固定するという技術手段を採用した。
【０００７】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態に関して説明する。図１及び図２は本発明におけるトンネルや法面の地盤に対する安定化施工方法に関する概略を示したものである。図１は本発明に係る全ねじロックボルトの例としてねじ鉄筋を使用した場合における挿入作業の途中の状態を示したものであり、また図２はその挿入作業が終了し、さらに締付作業を行った後の作業完了の状態を示したものである。図中、１はねじ鉄筋などから構成される全ねじロックボルトで、先端部には四角錐からなる誘導チップ２が形成されている。この全ねじロックボルト１は、外形が全長にわたって外径の1／4〜1／1.5の範囲内のピッチからなる雄ねじ状に形成されており、挿入作業時の回転運動に伴う前記雄ねじのねじ面によるモルタルに対する推進作用により前進方向の付勢力が生じるとともに、モルタルの固化後の定着効果が大きい。特に、前述のように、モルタルとしてフロー値が２００以下の硬練りのモルタルを用いたことと相俟って、より確実なねじ面による推進作用が得られるとともに、強力な定着効果が得られる。さらに、ナットの締付作業時には、露出側端部にそのまま締付ナットを螺合して締付けることが可能なことから作業性がきわめてよく、断面欠損も問題にならない。なお、従来のツイストバーを用いたロックボルトはピッチがきわめて大きいため、回転運動による推進力を付与するには馴染まないばかりでなく、固化後の定着効果もそれほど大きくなく、さらに締付ナット用の雄ねじを別に加工しなければならず、その加工の手間に加えて断面欠損が生じるといった問題があった。
【０００８】
前記誘導チップ２は、従来の円錐状のチップと異なり、挿入作業時にその回転運動に基づいて前方のモルタルを掻き分けながら前進し得る機能、すなわち前方のモルタルを後方へ誘導する機能を有するものであればよい。ところで、従来の円錐状のチップは断面形状が円形であることから回転しても周囲のモルタルとの関係に何の変化も生じないため、前方のモルタルに対する後方への誘導機能は全く存在せず前方に対して閉塞した状態にあった。これに対して、本発明の場合には、前記誘導チップ２として角錐状のものを採用しているため、それぞれの具体的形状からくる効率の差はともかく、回転運動によって周囲のモルタルとの関係に変化が生じることから、前方のモルタルを掻き分けて後方へ誘導する機能を奏することになる。なお、誘導チップ２は前記全ねじロックボルト１の先端部に一体形成したものでも、別体に形成したものを付設したものでもよい。
【０００９】
本施工に当っては、先ずトンネルや法面等の安定化工事の対象とする地盤３に必要本数の削孔４を形成し、その削孔４にグラウト材としてフロー値が２００以下の硬練りのモルタル５を注入する。そのモルタル５の注入は、従来行われているように、注入ホースなどを用いて削孔４の奥の方から順次、手前へ注入するようにすればよい。しかる後、モルタル５が固化しないうちに、前記全ねじロックボルト１をそのモルタル中に挿入することになる。この場合には、図面にも示したように、全ねじロックボルト１の露出側端部に一端面が閉塞した袋ナット６などを螺合し、その袋ナット６に嵌合し得る連結手段７を介して打撃等による押込み力Ｆと回転力Ｍを付加する。これにより、全ねじロックボルト１は回転運動しながら押込み力Ｆによって挿入されることになる。その場合、全ねじロックボルト１の外形を全長にわたって外径の1／4〜1／1.5の範囲内のピッチからなるねじ状に形成した点とモルタル５としてフロー値が２００以下の硬練りのものを使用した点とが相俟って、そのねじ面による良好な推進作用が得られることは前述のとおりである。また、その際、前述の回転運動に伴う誘導チップ２の誘導作用により、従来のような前方のモルタル５の流動性の低下は回避されるので、スムーズな挿入が可能である。なお、前記回転力Ｍの回転方向は、ねじ面の作用によって全ねじロックボルト１が前進する方向で、通常は右回転である。
【００１０】
以上のようにして、全ねじロックボルト１が削孔４に注入された硬練りのモルタル５中に挿入された場合には、そのモルタル５の固化を待って次の作業に移行する。この作業においては、図１に示した挿入作業用の袋ナット６を外し、しかる後、図２に示すように前記全ねじロックボルト１の露出側端部に座金８を挿通し、さらに締付ナット９を螺合して締付固定する。この場合、必要に応じてダブルナット等の弛み止や錆止めの処置などを施す。なお、本発明においては、前述のように、全ねじロックボルト１の外周に形成した雄ねじのピッチをその外径の1／4〜1／1.5の範囲内とし、モルタル５のフロー値を２００以下の硬練りとしたので、それらが相俟って、挿入作業においては前記雄ねじのねじ面による適度の推進作用が得られるとともに、モルタル５の固化後には強固な固化状態と前記ねじ面による定着効果により強力な安定化作用が得られる。
【００１１】
【実施例】
図３〜図６は前記全ねじロックボルト１に関する実施例を示したものである。図３は全ねじロックボルト１として前述のねじ鉄筋を用いた場合、図４は同じく全ねじボルト１としてねじ状ロックボルトを用いた場合を示したもので、それらの全体を途中の一部を省略して示したものである。また、図５及び図６はその先端に備えられた誘導チップ２の部分を図３のねじ鉄筋を用いた場合を例にして示したもので、それぞれ（イ）は誘導チップ２部分の部分拡大図、（ロ）はその誘導チップ２を先端からみた部分拡大図である。図３及び図４に示したように、全ねじロックボルト１としては、ねじ鉄筋やねじ状ロックボルトなど、前述の所定の範囲内のピッチに該当する雄ねじが全長にわたって形成されているものであれば、そのねじの形成の仕方に限定されるものではない。また、誘導チップ２は角錐状からなり、回転運動が加わることによって周囲のモルタル５との接触状態が変化することから、更にこれに前進運動が加われば、その誘導チップ２の前方のモルタル５を掻き分けながら前進することが可能である。すなわち、モルタル５側からみればその誘導チップ２によって後方へ誘導されることになる。したがって、従来の円錐状チップのようにその前方が閉塞状態となり、その前進運動に伴って前方部分が昇圧し、モルタル５中の水分が放散して流動性を低下させるといった支障は回避される。
【００１２】
前記誘導チップ２の具体例としては、図５に示した前述の実施例である四角錐状のチップのほか、図６に示した三角錐状のチップでもよい。要は角錐状のチップであればよい。なお、以上のチップを構成する各平面を曲面に変形してもよい。
【００１３】
図７〜図１５は誘導チップを別体に構成した他の実施例を示したものである。図７及び図８は誘導チップを例示したもので、それぞれ（イ）は誘導チップ１０，１１自体の拡大部品図、（ロ）は先端からみた拡大図である。各誘導チップ１０，１１は、それぞれ樹脂や金属などから前記全ねじロックボルト１とは別体に構成され、図示のように、その先端部は、前述の図５及び図６の場合と同様に、四角錐状や三角錐状の角錐状に形成されている。これらの誘導チップ１０，１１は、前記全ねじロックボルト１の先端部に装着することにより、前方のモルタル５に対して前述と同様の誘導作用を奏するものである。また、各誘導チップ１０，１１は、前記全ねじロックボルト１の軸部の先端部に装着するための凹状装着部１２を備えたキャップ状に形成されている。この場合、前記凹状装着部１２の具体的構成は、誘導チップ１０，１１の先端形状如何には関係なく、前記全ねじロックボルト１の軸部として、図３のようにねじ鉄筋を用いたか、あるいは図４のようにねじ状ロックボルトを用いたか、さらにそれらの全ねじロックボルト１に対する装着方法として、その先端部に嵌合して装着する嵌着方式を採用したか、あるいはねじ結合により装着する螺着方式を採用したかなどによって決ることになる。
【００１４】
図９は前記凹状装着部１２を示した底面図で、各誘導チップ１０，１１に共通に適用し得るものである。図中、（イ）及び（ロ）は前記全ねじロックボルト１として図３のようにねじ鉄筋を用いた場合に対応したものであり、（ハ）は図４のようにねじ状ロックボルトを用いた場合に対応したものである。すなわち、（イ）は誘導チップ１０，１１をねじ鉄筋の先端部に嵌合して装着する場合に適した凹状装着部１２の形状を示したもので、ねじ鉄筋の断面形状に合致する平坦部１３を有する偏平形状に形成されている。この場合、凹状装着部１２を奥へ向けて少し狭くなるテーパ状に形成すれば、全ねじロックボルト１の先端部へ強く圧入することにより強固な嵌着状態が得られる。（ロ）は誘導チップ１０，１１をねじ鉄筋の先端部に螺着する場合に適した凹状装着部１２を示したもので、その内周面にはねじ鉄筋に螺合し得る雌ねじ１４が形成されている。（ハ）は誘導チップ１０，１１をねじ状ロックボルトの先端部に螺着する場合に適した凹状装着部１２を示したもので、その内周面にはロックボルトの雄ねじに螺合し得る雌ねじ１５が形成されている。
【００１５】
図１０〜図１５は、四角錐状の先端外形を有する前記誘導チップ１０の場合を例にして、前述の各場合における誘導チップの装着状態を示したものである。すなわち、図１０及び図１１は、前記凹状装着部１２として図９の（イ）の嵌着方式を採用した誘導チップ１０を全ねじロックボルト１を構成するねじ鉄筋の先端部に装着した状態を例示したものである。本例においては、誘導チップ１０の凹状装着部１２を全ねじロックボルト１の軸部の先端部に合わせた状態でハンマー等により打込むことにより簡便かつ強固に装着することができる。この場合、凹状装着部１２に形成した前記平坦部１３がねじ鉄筋の平坦部１６に係合して回り止の機能を奏する。また、前述のように凹状装着部１２を奥へ向けて狭くなるテーパ状に形成すればより強固な嵌着状態が得られる。同様に、図１２及び図１３は、前記凹状装着部１２として図９の（ロ）の螺着方式を採用した誘導チップ１０を全ねじロックボルト１を構成するねじ鉄筋の先端部に装着した状態を例示したものである。本例においては、誘導チップ１０の雌ねじ１４を前記ねじ鉄筋の雄ねじ１７部分に螺合させることにより、簡便に締付け固定することができる。さらに、図１４及び図１５は、前記凹状装着部１２として図９の（ハ）の螺着方式を採用した誘導チップ１０を全ねじロックボルト１を構成するねじ状ロックボルトの先端部に装着した状態を例示したものである。本例においては、誘導チップ１０の雌ねじ１５を前記ねじ状ロックボルトの雄ねじ１８部分に螺合させることにより、簡便に締付け固定することができる。なお、以上では、誘導チップ１０の場合を例にして説明したが、先端形状の異なる誘導チップ１１を採用した場合にも同様である。
【００１６】
【発明の効果】
本発明によれば、次の効果を得ることができる。
（１）先端部に角錐状の誘導チップを備えた全ねじロックボルトを用いて回転運動を付与しながら押込み力を加えて挿入するようにしたので、前方のモルタルが回転運動と前進運動に伴う前記誘導チップの誘導作用により後方へ誘導されるため、従来のようにロックボルトの前方部が昇圧して水分が放散し、前方のモルタルの流動性が低下して挿入作業に支障がでるといった不具合は大幅に軽減される。
（２）全ねじロックボルト１の外周に形成した雄ねじのピッチをその外径の1／4〜1／1.5の範囲内とするとともに、モルタルのフロー値を２００以下の硬練りのものとしたので、それらが相俟って、挿入作業においては前記雄ねじのねじ面により適度の推進作用が得られるとともに、モルタルの固化後にはその強固な固化状態と前記ねじ面による定着作用により強力な安定化効果が得られる。
（３）フロー値が２００以下の硬練りのモルタルを使用したので、上向きの削孔からのモルタルの流出などが防止され、トンネル工事等における作業性が向上される。
（４）挿入作業が比較的容易であるので、４ｍ以上の長尺のものも支障なく使用することができる。
（５）モルタルの固化後のナットの締付作業においては、全ねじロックボルトの露出側端部に締付ナット用の雄ねじを新たに加工することなく、そのまま締付ナットを螺合して座金を介して締付けることができると同時に、従来のように断面欠損を生じないで済む。
（６）誘導チップを別体に構成して後から装着するようにすれば、全ねじロックボルトの加工性がよいばかりでなく、適当な先端形状の誘導チップを選択的に装着し得るので汎用性が増す。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明における挿入作業の状態を示した作業状態図である。
【図２】 本発明における作業完了後の状態を示した作業状態図である。
【図３】 本発明に係る全ねじロックボルトとしてねじ鉄筋を用いた実施例を示した全体図である。
【図４】 本発明に係る全ねじロックボルトとしてねじ状ロックボルトを用いた実施例を示した全体図である。
【図５】 図３の誘導チップ部分を拡大して示した部分拡大図である。
【図６】 誘導チップに関する他の実施例を示した部分拡大図である。
【図７】 誘導チップを別体に構成した場合を示した拡大部品図である。
【図８】 誘導チップに関する他の実施例を示した拡大部品図である。
【図９】 誘導チップの底面を例示した拡大底面図である。
【図１０】 誘導チップの装着状態図である。
【図１１】 同誘導チップの装着断面図である。
【図１２】 誘導チップの装着状態図である。
【図１３】 同誘導チップの装着断面図である。
【図１４】 誘導チップの装着状態図である。
【図１５】 同誘導チップの装着断面図である。
【符号の説明】
１…全ねじロックボルト、２…誘導チップ、３…地盤、４…削孔、５…モルタル、６…袋ナット、７…連結手段、８…座金、９…締付ナット、１０，１１…誘導チップ、１２…凹状装着部、１３…平坦部、１４，１５…雌ねじ、１６…平坦部、１７，１８…雄ねじ、Ｆ…押込み力、Ｍ…回転力

Claims (4)

1. 地盤に形成した削孔にフロー値が２００以下の硬練りのモルタルを充填し、そのモルタルの固化前に、外形が全長にわたって外径の1／4〜1／1.5の範囲内のピッチからなるねじ状に形成され、先端部に回転運動に伴って前方のモルタルを掻き分けながら後方へ誘導する角錐状の誘導チップを備えた全ねじロックボルトを、回転運動を付与しながら打撃等による押込み力を加えることによって前記モルタル中に挿入し、そのモルタルの固化後に前記全ねじロックボルトの露出側端部に締付ナットを螺合して締付け固定することを特徴とする地盤の安定化施工方法。
2. 外形が全長にわたって外径の1／4〜1／1.5の範囲内のピッチからなるねじ状に形成され、先端部に挿入時の回転運動に伴って前方のモルタルを掻き分けながら後方へ誘導する角錐状の誘導チップを備え、フロー値が２００以下の硬練りのモルタルに適応できるように構成したことを特徴とする全ねじロックボルト。
3. 軸部の素材としてねじ鉄筋を用いたことを特徴とする請求項２記載の全ねじロックボルト。
4. 前記誘導チップを別体に構成して先端部に装着したことを特徴とする請求項２又は３記載の全ねじロックボルト。

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