JP4398412B2 - アンカーおよび緊張荷重変化計測方法 - Google Patents

Description

本発明は、プレストレスト材の緊張荷重変化を簡便かつ高精度で計測することができるアンカーおよび緊張荷重変化計測方法に関する。

また、図４に示すように、たとえば地すべり抑止のために、地盤７１にアンカー７２が施工されることがある。通常、すべり面（地すべりが生じたときに移動すると推定される層）よりも深い深度まで、地表表面のコンクリート構造物７３から地盤７１に向けて柱状の孔７２１を形成する。そして、孔７２１にプレストレスト材（ケーブル等）７２２を挿入した状態で、孔７２１の先端側にグラウト７２３を注入する。このグラウト７２３がプレストレスト材７２２と一体硬化した後にプレストレスト材７２２を所定の荷重まで緊張し、コンクリート構造物を地盤表面（法面）に定着させる。

図４では、シース７２４によりプレストレスト材７２２は、下方の領域（アンカー体長部：ＣＲ）ではグラウト７２３と一体化しているが、上方の領域（自由長部：ＮＲ）ではグラウト７２３と一体化していない。また、図４ではプレストレスト材７２２を孔７２１内に所定配置するためにスペーサー７２６が取り付けられ、測定用緊張材ＤＰＣが孔７２１の中心軸上に配置されている。

ところが、地盤のすべり面に予想以上の力が働いたときなどは、当初の定着荷重では対処することができず、すべりが起きることがある。すべりが起きると、地盤にはらみだし等が発生し、これによりプレストレスト材７２２の荷重が増大することがある。なお、アンカー７２によっては、「はらみだし」が生じた場合には、プレストレスト材７２２に所望の荷重がかかり、「はらみだし」が収束されるように設計されたものもある。

さらには、既設の構造物においてひび割れ等が生じたりして初期の耐力からの低下が生じるような場合には、耐力の増強のためにアンカーを設置し、構造物にプレストレスト作用を付与することがある。たとえば、図５に示すようなダムの場合には、ダム構造物８１から地盤８２に垂直にアンカー８３を施工することがある。

このアンカー８３の施工に際しては、まず柱状の孔８３１をダム構造物８１から地盤８２に向けて形成し、この孔８３１にプレストレスト材（ケーブル等）８３２を挿入した状態で、孔８３１の先端側にグラウト８３３を注入する。このグラウト８３３がプレストレスト材８３２と一体硬化した後にプレストレスト材８３２を所定の荷重まで緊張し、ダム構造物８１の躯体に緊張力を与える。たとえば、大地震により、ダム構造物８１の躯体に転倒するような力が働いた場合には、プレストレスト材８３２の緊張力によりダム構造物８１の転倒や倒壊が防止される。

このため、図４では、アンカープレート（支持板）７４１を設け、この上にアンカーヘッド７４２が設けられる。アンカーヘッド７４２には、プレストレスト材７２２を挿通するための定着用孔が形成されており、プレストレスト材７２２は、定着用孔に楔７４３で定着される。アンカーヘッド７４２は防食キャップ７４４により保護される。

同様に、図５では、アンカープレート８４１を設け、この上にアンカーヘッド８４２が設けられ、プレストレスト材８３２は、アンカーヘッド８４２に形成した定着用孔に楔８４３で定着される。アンカーヘッド８４２は防食キャップ８４４により封止される。

以下、図６を参照して説明する。
プレストレスト材９１の長期の荷重変化を計測するために、図６に示すように、アンカーヘッド９２が載置されるアンカープレート９３１の下にはロードセルなどの荷重計９４が配置されることがある。荷重センサ９４では、プレストレスト材９１の緊張力が均等にかからないと正確な荷重が計測ができない。このため、荷重計９４の上下面側に平滑な面を持つプレート９５１，９５２を配置して、さらにその上下にアンカープレート９３１，９３２を配置するのが通常である。図６では、楔９５、シース９６、コンクリート構造物９７、地盤９８、防食キャップ９９が示してあるが説明は省略する。

以上のようにして荷重計９４により、プレストレスト材９１の荷重を計測することができるが、プレストレスト材９１の容量が大きくなると、緊張荷重も大きくなるので、それにあわせて荷重計９４も大きくしなければならない。
特開２００４−３１６０９３号公報

アンカー等に使用するプレストレスト材に与えられている荷重（緊張力）が変動することがあるため、プレストレスト材による緊張力を適時に（通常は数十年の長期間にわたることもある）計測する必要がある。

本発明の目的は、大容量のプレストレスト材であっても、緊張荷重変化を小型の荷重計により簡便かつ高精度で計測することができるプレストレスト構造、アンカーおよび緊張荷重変化計測方法を提供することである。

本発明のアンカーは、以下を要旨とする。
（１）「柱状のアンカー本体と、
前記アンカー本体の地表面に位置する側に設けられた端部保持部と、
前記端部保持部からアンカー先端に至る長さを有し、始端部が前記端部保持部に固定され、先端側の所定領域が前記アンカー本体の構成材に付着され、
前記始端部と前記先端側領域との間に位置する自由長部は前記アンカー本体の構成材と付着されておらず、
前記アンカー本体を緊張する複数本のプレストレスト材と、
を備えたアンカーにおいて、
前記複数本のプレストレスト材の少なくとも１本が、前記端部保持部において他のプレストレスト材よりも突出し、当該突出したプレストレスト材の前記端部保持部に保持された端部に荷重センサが設けられたことを特徴とするアンカー。」

（２）前記荷重センサが設けられたプレストレスト材の直径は、前記荷重センサが設けられていない プレストレスト材と異なる径であることを特徴とする請求項１に記載のアンカー。

（３）「前記複数本のプレストレスト材うち、前記荷重センサが設けられたプレストレスト材に加わる設定緊張荷重と、前記荷重センサが設けられていれないプレストレスト材に加わる設定緊張荷重とが異なることを特徴とする（１）または（２）の何れかに記載のアンカー。」

本発明の緊張荷重変化計測方法は、（４）および（５）を要旨とする。
（４）「（１）から（３）に記載のアンカー構造に使用されるプレストレスト材の緊張荷重変化を計測する方法であって、
前記荷重センサの計測値を時間をおいて複数取得し、当該計測値から、前記複数本のプレストレスト材うち前記荷重センサが設けられていないプレストレスト材の緊張荷重変化を求めることを特徴とする緊張荷重変化計測方法。」

本発明によれば、アンカー等において使用される大容量のプレストレスト材の緊張荷重変化を、小型の荷重計により簡便に計測することができる。
したがって、低価格の荷重計が使用できるし、小型の荷重計を使用できることから、荷重計に垂直に均等な荷重が伝わり、精度の高い計測が可能となる。

本発明は、ビル等の一般建築物をはじめ、ダムや防波堤、防潮堤、橋梁、ＬＮＧタンク用のハイダイクに適用できる。なお、本発明は、補強用の永久アンカーや仮設アンカーに適用できる。

本発明のアンカーの第１実施形態を図１および図２（図２の端部保持部の要部拡大図）により説明する。
図２において、アンカー２は、地盤５１にコンクリート構造物５２等を用いて地盤５１のすべりを防止するために使用される。

図２において、アンカー２は、アンカー本体２１と、地表面側に位置する端部保持部Ｈ（アンカーヘッド２２と荷重制御を行うプレストレスト材を定着するアンカーヘッド２５１とにより構成される）と、５本のプレストレスト材２３と、荷重センサ２４とを備えている。
アンカー本体２１は柱状をなしている。アンカー本体２１は、地盤５１に孔を開けた後、後述するように、この孔にプレストレスト材２３を挿入し、グラウト２８を注入して硬化させることにより形成される。
アンカーヘッド２２は、アンカー本体２１の地表面に位置する側に設けられるもので、アンカープレート２６１の上にジョイント管２６２を介して設けられる。

プレストレスト材２３は、端部保持部Ｈ（アンカーヘッド２２または定着治具２５１）からアンカー２の先端に至る長さを有し、始端部が端部保持部Ｈに固定され、先端側の所定領域がアンカー本体の構成材に定着され（この領域を「アンカー体長部ＣＲ」と言う）、始端部とアンカー体長部ＣＲ（先端側領域）との間に位置する自由長部がアンカー本体２１の構成材（グラウト２８）と付着されず（この領域を「自由長部ＮＲ」と言う）、緊張されている。

５本のプレストレスト材２３の１本が、端部保持部Ｈにおいて他の４本よりも突出している。この突出したプレストレスト材２３が荷重計測用プレストレスト材ＤＰＣであり、他の４本のプレストレスト材２３が主プレストレスト材ＭＰＣである。

荷重計測用プレストレスト材ＤＰＣは、アンカーヘッド２２および荷重センサ２４に挿通され、緊張荷重をかけた状態で定着治具２５１により定着する。主プレストレスト材ＭＰＣは、アンカーヘッド２２に挿通され緊張荷重をかけた状態で楔２５２により当該アンカーヘッド２２に定着する。
定着治具２５１は、アンカーヘッド２２の上方であれば、本実施形態のようにアンカーヘッド２２の中心軸上に設けてもよいし、中心軸から外れた位置に設けてもよい。

主プレストレスト材ＭＰＣおよび荷重計測用プレストレスト材ＤＰＣの材料としては、ＰＣ鋼より線やＰＣ鋼棒、ＦＲＰ（繊維強化プラスチック）棒等が使用でき、主プレストレスト材ＭＰＣと荷重計測用プレストレスト材ＤＰＣの材料は、同一でもよいし異なっていてもよい。

主プレストレスト材ＭＰＣおよび荷重計測用プレストレスト材ＤＰＣとして、ＰＣ鋼より線を使用する場合には、エポキシ樹脂等で被覆したＰＣ鋼より線を使用することにより、各プレストレスト材ＭＰＣ，ＤＰＣにおける錆の発生を抑制することができる。またエポキシ樹脂による被覆の表面に、固形粒子を埋設することによって、各プレストレスト材ＭＰＣ，ＤＰＣとグラウト２８との一体化を強固にできる。

図２ではプレストレスト材ＭＰＣ，ＤＰＣは、自由長部ＮＲがシース２９により被覆されている。この場合、シース２９の先端部分（プレストレスト材ＭＰＣ，ＤＰＣのシース２９に覆われた部分とシースに覆われていない部分との境界）を収縮フィルム等により覆うことができる。これによって、プレストレスト材ＭＰＣ，ＤＰＣとシース２９との間からの水分等の侵入を防止でき、シース２９に被覆された部分のプレストレスト材ＭＰＣ，ＤＰＣの腐食を抑制することができる。

荷重センサ２４は、突出したプレストレスト材２３（すなわち、荷重計測用プレストレスト材ＤＰＣ）の定着治具２５１に保持された端部に設けられている。荷重センサ２４の両面には、図１に示すように、プレート２４１，２４２が設けられており、荷重センサ２４は、定着治具２５１において圧縮を受けることで荷重を検出することができる。

荷重センサ２４は、中心に孔を有する円筒形状、円盤形状、矩形状のものが使用される。具体的には、荷重センサ２４として、磁束式張力計測装置（三菱重工業社製「Ｍリングセンサ」）、ディスクセンサ（弘和産業社製）、パルス磁歪計測器（計測リサーチコンサルタント社製「ＥＭセンサ」）、差動トランス式センターホールロードセル（自動制御技術研究所社製）、歪みゲージ式センターホールロードセル（共和電業社製）などが挙げられる。

主プレストレスト材ＭＰＣと荷重計測用プレストレスト材ＤＰＣにかける緊張荷重は、同じであってもよいし、異なっていてもよい。荷重計測用プレストレスト材ＤＰＣにかける緊張荷重を主プレストレスト材ＭＰＣよりも小さくすることにより、荷重計測用プレストレスト材ＤＰＣについての緊張作業が行いやすく、荷重センサ２４として容量の小さいものが使用できる。

プレストレスト材全体の荷重変動はプレストレスト材の伸びの変化に対応するため、荷重が小さくとも弾性範囲内にある場合は、荷重計測用プレストレスト材ＤＰＣの伸びは主プレストレスト材ＭＰＣの伸びに対応することになる。従って、
荷重計測用プレストレスト材ＤＰＣにかける緊張荷重を主プレストレスト材ＭＰＣにかける緊張荷重よりも小さくした場合であっても、主プレストレスト材ＭＰＣの緊張荷重の変化は荷重計測用プレストレスト材ＤＰＣに付した荷重センサ２４により主プレストレスト材ＭＰＣの緊張荷重の変化を計測できる。

本実施形態では、前述したように、荷重計測用プレストレスト材ＤＰＣは、主プレストレスト材ＭＰＣよりも突出して定着治具２５１に定着している。これによって、主プレストレスト材ＭＰＣの端部が、荷重センサ２４による計測を邪魔する（計測ができない）といった不都合は生じない。すなわち、荷重計測用プレストレスト材ＤＰＣのみの緊張荷重変化を計測でき、緊張荷重変化の高精度の計測が可能となる。
また、前記荷重センサが設けられたプレストレスト材の直径は、前記荷重センサが設けられていないプレストレスト材と異なる径であってもよい。荷重センサが設けられたプレストレスト材は、荷重センサが設けられているプレストレスト材よりも細径であることが好ましい。この径は太くても細くてもよいが、小さな孔に挿入するケーブルの外形をできるだけ小さくしたほうが孔への挿入性がよいので細い径のものを使うほうが好ましい。

荷重センサ２４は、アンカーヘッド２２の上側であればどのような設置方法を用いてもよい。たとえばアンカーヘッド２２の上面に直接設置してもよいし、本実施形態のように（図１に示すように）、リング状プレート２４１を介して設置してもよい。

アンカーヘッド２２，荷重センサ２４、定着治具２５１、楔２５２が構成された領域は、防食キャップ２７３により保護される。防食キャップ２７３内には、防食剤等を充填することができる。

本発明のアンカーの第２実施形態を図２により説明する。
第１実施形態では、主プレストレスト材ＭＰＣと荷重計測用プレストレスト材ＤＰＣを同径としたが第２実施形態では、荷重計測用プレストレスト材ＤＰＣは、主プレストレスト材ＭＰＣよりも径細としてある。

本実施形態では、荷重計測用プレストレスト材ＤＰＣを、主プレストレスト材ＭＰＣより径細とすることによって、荷重計測用プレストレスト材ＤＰＣが取り扱い易くなり、荷重計測用プレストレスト材ＤＰＣに緊張荷重をかける際、小さいジャッキを用いることができるので、緊張作業が行いやすくなる。

また、本実施形態では、主プレストレスト材ＭＰＣにかかる荷重と、荷重計測用プレストレスト材ＤＰＣにかかる荷重を同一としてもよいし、荷重計測用プレストレスト材ＤＰＣにかかる荷重を、主プレストレスト材ＭＰＣにかかる荷重よりも小さくしてもよい。これにより、荷重計測用プレストレスト材ＤＰＣについての緊張作業が行いやすく、荷重センサ２４として容量の小さいものが使用できる。

第１実施形態のアンカー２および第２実施形態のアンカー２におけるプレストレスト材２３の緊張荷重変化計測方法の実施に際しては、荷重センサ２４の計測値が時間をおいて複数取得される。たとえば、施工完了時に設定計測値を取得しておき、所定年数が経過したときに２回目の計測が行われる。
１回目と２回目の計測値から、荷重計測用プレストレスト材ＤＰＣの荷重変化を求め、この計測値から、主プレストレスト材ＭＰＣの緊張荷重変化を求めることができる。

図３に、第１実施形態のアンカー２または第２実施形態のアンカー２をダム構造物８１に適用した例を示す。図３では、ダム構造物８１から地盤８２に垂直にアンカー２を施工する。このアンカー２の施工に際して、まず柱状の孔８３をダム構造物８１から地盤８２に向けて形成し、この孔８３にプレストレスト材２３（すなわち荷重計測用プレストレスト材ＤＰＣおよび主プレストレスト材ＭＰＣ）を挿入した状態で、孔８３の先端側にグラウト２８を注入する。このグラウト２８がプレストレスト材２３と一体硬化した後にプレストレスト材２３を所定の荷重まで緊張し、ダム構造物８１の躯体に緊張力を与える。

なお、上記実施形態では、主プレストレスト材ＭＰＣと、荷重計測用プレストレスト材ＤＰＣとの長さが同じ場合を説明したが異なる長さとすることができるし、アンカー体長部ＣＮと各自由長部ＮＲとの長さを変えることができる。

本発明のアンカーの第１実施形態に対応する第１施工例（図２）を説明する。ただし、第１実施態様ではプレストレスト材２３は５本であったが、本施工例では７本である
地盤５１にロータリパカションで直径１３５ｍｍ、深さ２０ｍのアンカー用の孔を形成した。

このアンカー用の孔に、断面の直径が１５.２ｍｍのＰＣ鋼より線７本からなるプレストレスト材２３を挿入した。プレストレスト材２３は、静電粉体塗装によりエポキシ樹脂で被覆されており、エポキシ樹脂による被覆の表面には、固形粒子を埋設したものを使用した。

ＰＣ鋼より線は、長さ５ｍのアンカー体長部ＣＲと、長さ１５ｍのポリエチレン製のシース２９で被覆された自由長部ＮＲとを有しており、自由長部ＮＲにおいてＰＣ鋼より線とシース２９のクリアランスは、１．５ｍｍである。
また、シースシース２９の先端部分をポリエチレン製熱収縮チューブにより止水処理を施した。

アンカープレート２６１（一辺４００ｍｍ、厚さ４５ｍｍ）と、アンカーヘッド２２の周辺からの水分等の侵入を防止するためのジョイント管２７１を設置、ジョイント管２７１の中に止水樹脂を充填して、止水ゴム２７２で止水した。
アンカーヘッド２２は、直径１５５ｍｍ、厚さ１１３ｍｍであり、プレストレスト材を挿通するための孔を中央に１つ、その周囲に６つ形成してある。中央の孔と周囲の孔との距離は５４ｍｍとしてある。

このアンカーヘッド２２に、プレストレスト材２３（ＰＣ鋼より線）を挿通し、アンカー用の孔にグラウト２８を充填して、６本のＰＣ鋼より線を主プレストレスト材ＭＰＣとして緊張荷重をかけ、アンカーヘッド２２に定着させた。主プレストレスト材ＭＰＣには、合計で、ＰＣ鋼より線６本分の破断荷重（２６１ｋＮ×６本＝１５６６ｋＮ）の６０％の荷重（９３９ｋＮ）をかけた。

残り１本のＰＣ鋼より線は、荷重計測用プレストレスト材ＤＰＣであるが、もちろん、プレストレスト作用を発揮する。この荷重計測用プレストレスト材ＤＰＣを、アンカーヘッド２２の中央の孔に挿通した。そして、荷重計測用プレストレスト材ＤＰＣに、上下面にリング状プレート２４１，２４２（外径５０ｍｍ、厚さ１０ｍｍ）が配置された荷重センサ２４（１本用の荷重計測用ロードセル）と、定着治具２５１（外径４８ｍｍ）を設置した。
荷重計測用プレストレスト材ＤＰＣにも、破断荷重（２６１ｋＮ）の６０％の荷重（１５６ｋＮ）をかけ定着治具２５１に定着させた。

この後、防食キャップ２７３により、アンカーヘッド２２，荷重センサ２４、定着治具２５１、楔２５２が構成された部分を保護した。このとき、防食キャップ２７３内に防食剤としてペトロラクタム系のグリースを充填した。

本発明のアンカーの第１実施形態に対応する第２施工例（図２）について説明する。
本施工例では、７本のプレストレスト材２３を使用し、１本の荷重計測用プレストレスト材ＤＰＣ、６本の主プレストレスト材ＭＰＣ共に、断面直径９．３ｍｍのＰＣ鋼より線を使用した。合計６本の主プレストレスト材ＭＰＣ（ＰＣ鋼より線）には、合計でＰＣ鋼より線６本分の破断荷重（２６１ｋＮ×６本＝１５６６ｋＮ）の６０％の荷重（９３９ｋＮ）をかけた。

第１施工例では、荷重計測用プレストレスト材ＤＰＣには１５６ｋＮの荷重をかけたが、本施工例では、４４．４ｋＮの荷重をかけた。
アンカーヘッドは、市販の１５．２ｍｍ（プレストレスト材２３の断面直径）×７本用のアンカーヘッド（プレストレスト材２３を挿通するための孔を中央に１つとその周囲に６つ有し、中央の孔と周囲の孔との距離は４０．５ｍｍ）を使用した。

定着治具２５１は外径が３５ｍｍのものを使用した。また、荷重センサ２４（１本用の荷重計測用ロードセル）の上下面に設けるリング状プレート２４１，２４２は、外径３８ｍｍ、厚さ１０ｍｍのものを使用した。上記以外は、第１施工例と同様にしてアンカー構造体を設置した。

図２の端部保持部の要部拡大図である。 本発明のアンカーの第１、２の実施形態の説明図である。 第１実施形態または第２実施形態のアンカーをダム構造物に適用した例を示す図である。 たとえば地すべり抑止のために使用される従来のアンカーの説明図である。 従来のアンカーをダム構造物に適用する場合の説明図である。 従来のアンカーに使用される荷重計の説明図であり、荷重計がアンカープレート間に設けられた例を示す。

符号の説明

２ アンカー
２１ アンカー本体
２２，７４２，８４２，９２ アンカーヘッド
２３，７２２，８３２，９１ プレストレスト材
２４，９４ 荷重センサ
２４１，２４２，９５１，９５２ プレート
２５１ 定着治具
２５２，７４３，８４３，９５ 楔
２６１，７４１，８４１，９３１，９３２ アンカープレート
２６２ スペーサー
２７１ ジョイント管
２７２ 止水ゴム
２７３，７４４，８４４，９９ 防食キャップ
２８，７２３，８３３ グラウト
２９，７２４，８３４，９６ シース
５１，７１，８２，９８ 地盤
５２，７３，９７ コンクリート構造物
７２ アンカー
７２１，８３１ 孔
７２６ スペーサー
８１ ダム構造物
８３ 孔
ＣＲ アンカー体長部
ＤＰＣ 荷重計測用プレストレスト材
Ｈ 端部保持部
ＭＰＣ 主プレストレスト材
ＮＲ 自由長部

Claims (4)

1. 柱状のアンカー本体と、
   前記アンカー本体の地表面に位置する側に設けられた端部保持部と、
   前記端部保持部からアンカー先端に至る長さを有し、始端部が前記端部保持部に固定され、先端側の所定領域が前記アンカー本体の構成材に付着され、
   前記始端部と前記先端側領域との間に位置する自由長部は前記アンカー本体の構成材と付着されておらず
   前記アンカー本体を緊張する複数本のプレストレスト材と、
   を備えたアンカーにおいて、
   前記複数本のプレストレスト材の少なくとも１本が、前記端部保持部において他のプレストレスト材よりも突出し、当該突出したプレストレスト材の前記端部保持部に保持された端部に荷重センサが設けられたことを特徴とするアンカー。
2. 前記荷重センサが設けられたプレストレスト材の直径は、前記荷重センサが設けられていないプレストレスト材と異なる径であることを特徴とする請求項１に記載のアンカー。
3. 前記複数本のプレストレスト材うち、前記荷重センサが設けられた１本のプレストレスト材に加わる設定緊張荷重と、前記荷重センサが設けられていれない１本のプレストレスト材に加わる設定緊張荷重とが異なることを特徴とする請求項１また２に記載のアンカー。
4. 請求項１から３の何れかに記載のアンカーに使用されるプレストレスト材の緊張荷重変化を計測する方法であって、
   前記荷重センサの計測値を時間をおいて複数取得し、当該計測値から、前記複数本のプレストレスト材うち前記荷重センサが設けられていないプレストレスト材の緊張荷重変化を求めることを特徴とする緊張荷重変化計測方法。