JP4689448B2 - アンカー構造体及びアンカー工法 - Google Patents

Description

本発明は、斜面安定対策や地すべり対策、又はトンネルの支保などに用いるアンカー構造体及びアンカー工法に関する。

従来、アンカー構造体としては、グラウンドアンカー、ロックボルトなどがある。
グラウンドアンカーは、図４に示すように、地盤を削孔したアンカー孔内に引張材２が挿入され、この引張材２の一方の先端部２ａに設けられた定着部３が地盤に定着され、他方の地表側の頭部２ｃが受圧板５を介して地表面に対して固定され、引張材２にその自由長部４４を地盤に定着しない状態で緊張力が与えられるアンカー構造体４１である。定着部３と受圧板５との間の緊張力を地盤に伝達し、地盤にプレストレスを導入することにより、自由長部４４の位置する地盤の移動、変形を抑止する効果を得ようとするものである。

また、従来のロックボルトは、地盤を削孔した孔に挿入され、全長にわたってグラウト材が充填又は注入されて地盤に定着されるアンカー構造体である。そして、ロックボルトにおいても同様に、ロックボルトの頭部に受圧板を設置して緊張し、地盤にプレストレスを導入することが行われている（例えば、非特許文献１参照。）。
「変状トンネル対策工設計マニュアル」、財団法人鉄道総合技術研究所、平成１０年２月、ｐ．９４

しかしながら、従来のアンカー構造体には、以下のような問題点があった。
すなわち、斜面安定対策や地すべり対策に用いた場合に、地盤が軟弱であるときには、受圧板５が地盤にめり込んで引張材２の緊張力が小さくなり、地盤へのプレストレスが低下するおそれがあった。このプレストレスの低下は、地盤に対する引止め効果と締付け効果の低下につながることになる。また、プレストレスにより導入される地盤内の応力は、受圧板５が接する地表部や先端側に設けられる定着部の周囲の地盤では大きいが、移動土塊の中間部では緊張力が十分伝達されず小さい。このため、移動土塊の中間部にもすべり面が存在する場合には、締付け効果が十分期待できなかった。特に、すべり面が深い場合やすべり土塊が硬い場合には、この問題が顕在化すると考えられる。

一方、地下発電所などの大規模地下空洞や膨張性地山におけるトンネルの支保部材として用いた場合にも、トンネルの壁面から受圧板５により反力（支保内圧）を地山へ導入しているため、トンネルの壁面のごく近傍の地山では内圧が高いが、これよりも深い地山では内圧が大幅に減少してしまうという欠点があった。このため、トンネル標準示方書［山岳工法編］・同解説（土木学会、平成８年７月）に記載されているような、地山に対する内圧効果、アーチ形成効果、地山改良効果などが十分期待できなかった。

本発明の課題は、地盤に設けられるアンカー構造体において、地盤の移動、変形の抑止、地山損傷の防止効果を飛躍的に向上させることである。

以上の課題を解決するため、本発明係る発明のアンカー構造体は、例えば図１に示すように、地盤に地表面から所定深さまで埋設される引張材２と、この引張材２の先端部２ａをその周囲の地盤に定着させる先端定着部３と、前記引張材２の先端部２ａよりも地表面側の中間部２ｂを地盤に定着させる中間定着部４とを備え、この中間定着部４には前記引張材２によってプレストレスが導入され、前記中間定着部には複数の拡径部が形成され、前記拡径部は、前記中間定着部の軸方向にその径を先端部側に向かって段階的に小さくしたものであることを特徴とする。

このように、中間定着部４によって引張材２の中間部２ｂを地盤に定着し、この中間定着部４にプレストレスを引張材２によって導入していることにより、地盤に定着された中間定着部４とその周囲の地盤との付着力によって、中間定着部４の周囲の地盤に先端部２ａ側に向かう方向にプレストレスが導入される。したがって、従来のように地表面や先端定着部３の付近の地盤だけではなく、それらの間の地盤にもプレストレスを導入することができ、地盤の移動、変形の抑止、地山損傷の防止効果の飛躍的な向上を図ることができる。

ここで、地盤とは、斜面安定対策などにおける盛土、切土、自然の地盤など、トンネルなどにおける周囲の地山などをいう。また、地表面とは、斜面、法面、トンネルにおけるネルの内壁面などをいう。

本発明は、例えば図２，３に示すように、請求項１に記載のアンカー構造体において、前記中間定着部２４、３４には拡径部２４ａ、３４ａ、３４ｂが形成されていることを特徴とする。

このように、拡径部２４ａ、３４ａ、３４ｂを中間定着部２４、３４に形成していることにより、地盤が拡径部２４ａ、３４ａ、３４ｂによって支圧され、地盤に対するプレストレスの導入をより確実に行うことができる。

一方、本発明は、上記のアンカー構造体を施工するアンカー工法であって、例えば図１に示すように、地盤に地表面から所定深さまでアンカー孔を削孔する削孔工程と、前記アンカー孔内に引張材２を挿入してその先端部２ａを地盤に定着する先端部定着工程と、地盤に定着された引張材２を緊張する緊張工程と、引張材２を緊張させた状態でアンカー孔内にグラウト材を注入し硬化させて引張材２の先端部２ａよりも地表面側の中間部２ｂを地盤に定着する中間部定着工程と、注入されたグラウト材が硬化した後に引張材２の緊張を解放する緊張解放工程と、を備え、前記削孔工程では、前記拡径部に対応するように、孔の軸方向に先端部側に向かって段階的に削孔径を小さくする工程を行う、ことを特徴とする。

このように、引張材２を緊張させた状態でアンカー孔内にグラウト材が注入され硬化し、引張材２の先端部２ａよりも地表側の中間部２ｂが地盤に定着し、引張材２の頭部２ｃの緊張を解放することにより、この中間部２ｂの周囲の地盤にグラウト材を介して先端部２ａ側に向かう方向にプレストレスが導入される。したがって、従来のように地表面や引張材２の先端部２ａの付近の地盤だけではなく、それらの間の地盤にもプレストレスを導入することができ、地盤の移動、変形の抑止、地山損傷の防止効果の飛躍的な向上が可能となる。

本発明のアンカー工法は、例えば図２、３に示すように、請求項２に記載のアンカー工法において、前記削孔工程において所定深さ付近の地盤を拡径して削孔し、前記中間部定着工程において拡径された部分にもグラウト材を注入することを特徴とする。

このように、地盤が所定深さ付近で拡径して削孔され、その拡径された部分にもグラウト材が注入され、グラウト材が硬化することにより、引張材２の中間部２ｂを定着させる定着部には拡径部２４ａ、３４ａ、３４ｂが形成され、この拡径部２４ａ、３４ａ、３４ｂによって地盤が支圧され、地盤に対するプレストレスの導入をより確実に行うことができる。

本発明によれば、引張材の先端部よりも地表面側の中間部を地盤に定着させる中間定着部を備え、この中間定着部には引張材によってプレストレスが導入されているので、従来のように地表面や先端に設けられる定着部の付近の地盤だけではなく、それらの間の地盤にもプレストレスを導入することができ、地盤の移動、変形の抑止、地山損傷の防止効果を飛躍的に向上させることができる。さらに、拡径部を中間定着部に形成すれば、地盤が拡径部によって支圧され、地盤に対するプレストレスの導入をより確実に行うことができる。

以下、図を参照して本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。
本実施の形態のアンカー構造体及びアンカー工法は、斜面安定対策や地すべり対策、又はトンネルの支保などに採用することができる。

まず、図１における本実施の形態のアンカー構造体について説明する。
図１（ｂ）に示すように、このアンカー構造体１は、地盤に地表面から所定深さまで埋設される引張材２と、この引張材２の先端部２ａを地盤に定着させる先端定着部３と、この引張材２の先端部２ａよりも地表面側の中間部２ｂを地盤に定着させる中間定着部４とを備えて構成されている。

引張材２は、地盤に定着される先端定着部３と中間定着部４との間の引張力を伝達させるものである。引張材２としては、例えば周知のＰＣ鋼材、ロックボルトなどを用いることができる。

先端定着部３は、グラウト材を引張材２の先端部２ａの周囲に充填して形成されている。この先端定着部３が、引張材２の地表側への引張力Ｔを地盤に伝達させ、その引抜きに対して抵抗する。グラウト材としては、例えば周知のセメント系、合成樹脂系などのグラウト材を用いることができる。

中間定着部４は、グラウト材を引張材２の中間部２ｂの周囲に充填して形成されている。本実施の形態では中間定着部４を形成する範囲は、先端定着部３の端部に設けられた止水部（パッカー）６から地表面までである。この中間定着部４が、引張材２の先端部２ａ側への引張力Ｐ_１を地盤に伝達させ、その押込みに対して抵抗するとともに、地盤の変形などによる外力に対しても抵抗するものである。

そして、この中間定着部４には引張材２によってその先端部２ａ側を固定端としてプレストレスが導入されている。中間定着部４にプレストレスが導入されることにより、地盤に定着された中間定着部４とその周囲の地盤とのグラウト材を介する付着力によって、中間定着部４の周囲の地盤に先端部２ａ側に向かう方向にプレストレスが導入される。

次に、上記アンカー構造体１を造成するためのアンカー工法について説明する。
このアンカー工法は、地盤に地表面から所定深さまでアンカー孔を削孔する削孔工程と、このアンカー孔内に引張材２を挿入してその先端部２ａを地盤に定着する先端部定着工程と、地盤に定着された引張材２を緊張する緊張工程と、引張材２を緊張させた状態でアンカー孔内にグラウト材を注入し硬化させて引張材２の先端部２ａよりも地表面側の中間部２ｂを地盤に定着する中間部定着工程と、注入されたグラウト材が硬化した後に引張材２の緊張を解放する緊張解放工程とを備えて構成される。

まず、削孔工程では、地表面から所定の深さまで削孔し、地盤にアンカー孔を形成する。削孔は、地盤条件、削孔長、削孔径などに応じて周知のボーリング機械や汎用ドリルジャンボなどを用いて行うことができる。

その後、先端部定着工程では、削孔されたアンカー孔の底部まで引張材２を挿入し、引張材２の先端部２ａを地盤に定着する。先端部２ａの定着は、従来と同様に、その周囲のアンカー孔内に注入パイプなどを通じてグラウト材を加圧注入し硬化させて行う。グラウト材の加圧注入は、従来と同様に、ケーシング管やパッカーを用いて行うことができる。グラウト材の注入完了後は、引張材２が動かないように養生する。グラウト材が硬化すると、引張材２の先端部２ａがグラウト材に密着して固定されるとともに、先端定着部３がその周囲の地盤にその周面の摩擦抵抗力によって支持される。

次に、緊張工程では、注入したグラウト材が所定の強度に達した後に、地盤に定着された引張材２の頭部２ｃを周知の緊張用ジャッキなどの緊張手段を用いて引っ張り、引張材２に対して所定の緊張力を加える。

そして、中間部定着工程では、引張材２に緊張力を保持したままの状態で、アンカー孔内に先端定着部３の上端に設けられた止水部６からから地表面までの間にグラウト材を加圧注入し硬化させてその周囲の地盤に定着する。グラウト材の加圧注入、養生は、先端部定着工程と同様の方法により行うことができる。グラウト材が硬化すると、引張材２の中間部２ｂが中間定着部４がグラウト材に密着して固定されるとともに、中間定着部４がその周囲の地盤にその周面の摩擦抵抗力によって支持される。

その後、緊張解放工程では、グラウト材が所定の強度に達した後に、引張材２の頭部２ｃの拘束を解放し、引張材２に加えられた緊張力を解放する。

ここで、アンカー構造体１は、従来と同様に、引張材２の頭部２ｃを地盤に定着する受圧板５を備えていてもよい。また、アンカー工法は、最後に引張材２の頭部２ｃを受圧板５を介して地盤に定着する頭部定着工程を備えていてもよい。地盤（移動土塊）が軟弱である場合や特に厳しく変形を防止する必要がある場合などにおいては受圧板５を設置することが望ましい。

以上の実施の形態によれば、アンカー構造体１の中間定着部４にプレストレスが導入されているため、中間定着部４とその周囲の地盤との摩擦抵抗力によって、中間定着部４の周囲の地盤に先端部２ａ側に向かう方向にプレストレスが導入される。このとき、地盤内の応力は、図１（ａ）に示すように、中間定着部４の全長にわたって生じる。図中、実線は受圧板５を設置した場合、点線は受圧板５を設置しない場合の地中の応力状態を示したものである。つまり、従来のような地表面や先端定着部２の付近の地盤だけではなく、それらの間の地盤にもプレストレスが導入されることになる。そして、地盤の移動、変形の抑止、地山損傷の防止効果を飛躍的に向上させることができる。

そして、以上のような手段によって、例えば、斜面安定対策や地すべり対策に用いる場合には、移動土塊全体に定着させているため、従来のように受圧板５が土塊にめり込んでプレストレスが低下することがない。また、移動土塊の中間部２ｂにもプレストレスが導入されるため、移動土塊の中間に複数のすべり面が存在する場合においても、それぞれのすべり面に対して締付け効果が期待できる。

一方、トンネルなどの支保部材として用いる場合には、トンネル壁面よりも深い地山にもプレストレスを導入することができるため、地山をその深部から変位を抑えることができ、変形抑止効果を高めることができる。また、地山に生じる応力を三軸状態にできるため、地山の塑性化の抑制、アーチ効果の促進などが期待できる。

また、アンカー構造体１の頭部２ｃの処理が必要ないため、地表面またはトンネル表面に受圧板５やアンカーヘッドなどの異物を無くすことができる。

図２、３に示す他の実施の形態では、アンカー構造体は中間定着部に拡径部が形成されているものである。このアンカー構造体の造成は、削孔工程において所定深さ付近の地盤を拡径して削孔し、中間部定着工程において拡径して削孔された部分にもグラウト材を注入することにより行う。なお、中間定着部の拡径部以外の構成については、図１に示す実施の形態と同様である。

図２（ｂ）における拡径部２４ａは、中間定着部２４の軸方向の複数箇所において所定の長さで他の部分よりも径を大きくしたものである。この拡径部２４ａの形成は、例えば削孔工程おいて軸方向の複数位置において他の部分よりも削孔径を大きくして行えばよい。図３（ｂ）における拡径部３４ａ、３４ｂは、中間定着部３４の軸方向にその径を先端部２ａ側に向かって段階的に小さくしたものである。この拡径部３４ａ、３４ｂの形成は、例えば削孔工程おいて軸方向に先端部２ａ側に向かって段階的に削孔径を小さくして行えばよい。

このように拡径部を中間定着部に形成すれば、図２（ｂ）、図３（ｂ）に示すように、引張材２の先端部２ａ側への引張力Ｐ_２、Ｐ_３を地盤に伝達させるとともに、地盤が拡径部の先端部側の端部によって支圧され（図中、一点鎖線で示す。）、地盤に対するプレストレスの導入をより確実に行うことができる。このとき、地盤内の応力は、図２（ａ）、図３（ａ）に示すように、中間定着部４の途中においても大きくなる。これにより、地盤の移動、変形を抑止する効果がより顕著となる。図中、実線は受圧板５を設置した場合、点線は受圧板５を設置しない場合の地中の応力状態を示したものである。

なお、以上の実施の形態においては、アンカー構造体の中間定着部を地表面から先端定着部までの全長としたが、本発明はこれに限定されるものではなく、地表面から先端定着部までの間で間隔をあけて複数箇所に分割して設けても良い。また、中間定着部のグラウト材の定着工程と、緊張工程を複数回に分割して行っても良い。このようにすれば、より効果的に地盤に対するプレストレスの導入が可能となる。また、中間定着部の径やプレストレス量などは、すべり面の深さ、移動土塊の地質状況などに応じて適切に調整されるものであり、引張材、先端定着部の形状等も任意であり、その他具体的な細部構造等についても適宜に変更可能であることは勿論である。

本発明を適用した一実施の形態に係るアンカー構造体の構成及び地中応力状態を模式的に示す断面図である。 本発明を適用した他の一実施の形態に係るアンカー構造体の構成及び地中応力状態を模式的に示す断面図である。 本発明を適用した他の一実施の形態に係るアンカー構造体の構成及び地中応力状態を模式的に示す断面図である。 従来のアンカー構造体の構成及び地中応力状態を模式的に示す断面図である。

符号の説明

１、２１、３１、４１ アンカー構造体
２ 引張材
２ａ 先端部
２ｂ 中間部
２ｃ 頭部
３ 先端定着部
４、２４、３４ 中間定着部
２４ａ、３４ａ、３４ｂ 拡径部
５ 受圧板
６ 止水部
Ｐ_１、Ｐ_２、Ｐ_３、先端側への引張力

Claims (2)

1. 地盤に地表面から所定深さまで埋設される引張材と、この引張材の先端部をその周囲の地盤に定着させる先端定着部と、前記引張材の先端部よりも地表面側の中間部を地盤に定着させる中間定着部とを備え、
   この中間定着部には前記引張材によってプレストレスが導入され、
   前記中間定着部には複数の拡径部が形成され、
   前記拡径部は、前記中間定着部の軸方向にその径を先端部側に向かって段階的に小さくしたものであることを特徴とするアンカー構造体。
2. 請求項１記載のアンカー構造体を施工するアンカー工法であって、
   地盤に地表面から所定深さまでアンカー孔を削孔する削孔工程と、
   前記アンカー孔内に引張材を挿入してその先端部を地盤に定着する先端部定着工程と、
   地盤に定着された引張材を緊張する緊張工程と、
   引張材を緊張させた状態でアンカー孔内にグラウト材を注入し硬化させて引張材の先端部よりも地表面側の中間部を地盤に定着する中間部定着工程と、
   注入されたグラウト材が硬化した後に引張材の緊張を解放する緊張解放工程と、を備え、
   前記削孔工程では、前記拡径部に対応するように、孔の軸方向に先端部側に向かって段階的に削孔径を小さくする工程を行う、ことを特徴とするアンカー工法。

Images