JP4738230B2 - 斜面安定化工法用の張力計 - Google Patents

Description

この発明は、多数のアンカーとアンカー頭部に取り付ける支圧板とアンカー頭部間を連結するワイヤロープとで斜面の安定化を図る斜面安定化工法を施工するに際して、前記ワイヤロープの張力を計測する斜面安定化工法用の張力計に関する。

斜面に多数のアンカーを設置するとともに、各アンカーの頭部に支圧板を取り付けこれを締着して地盤に対する支圧力を与える斜面安定化工法は、斜面変位に対する抵抗力となるアンカーによる補強効果や、支圧板が地盤を圧縮する支圧作用による土塊の押さえ込み効果等により、斜面安定化を図ることができる。

この斜面安定化工法において、各アンカー頭部間をワイヤロープで連結することで、斜面安定の効果が一層増すことが知られている（特許文献１その他）。すなわち、前記のアンカーによる補強効果や支圧板による土塊の押さえ込み効果等とともに、斜面移動時にアンカーが変形する際には、前記のワイヤロープがアンカーを引留める引き留め効果や、局所的なアンカーに作用する荷重を分散させる荷重分散効果等を奏するので、斜面の崩壊を抑止ないし軽減するために有効である。

また、斜面にアンカーを設置する場合、アンカー配列を格子状配列（縦横に並ぶような配列）とする場合、及び、三角形配列（各アンカーの相互位置関係がいずれも三角形の頂点に位置するような配列）とがあるが、三角形配列とする場合に図１に示すように、一辺が斜面傾斜方向をなす三角形の頂点に位置するような三角形配列でアンカー１を設置するとともに、各アンカー１間を、少なくとも斜面上下方向のアンカー間連結がなされるように、ワイヤロープ２で連結することも行われている（特許文献２、３等）。図１において、３は支圧板である。
特開平９−１１１７６１の段落番号[０００５]、図２ 特開２００２−０８８７６９の段落番号[０００２]、図２等 特開２００２−１７３９３９の段落番号[０００２]、図１等

上記の通り、アンカー頭部間をワイヤロープで連結することが斜面安定の効果の向上に有効であることが知られていたが、従来は、アンカー頭部間を連結するワイヤロープの張力（緊張力）の大きさについては特に明確な認識をされておらず、緩みのないように張り渡せばよいであろうという認識であった。したがって、例えば、アンカー間に張り渡したワイヤロープの中央部をその下面側に挿入した指で押し上げてみて、あまり押し上げることができなければ緩みがないと判断する、等の施工をしていた。

本発明者らは、ワイヤロープの張力の大きさが斜面安定効果に与える影響を実験的に調査するなかで、特に上記のように、アンカー１の配列を三角形配列とし、かつ、少なくとも斜面上下方向のアンカー間連結がなされるように各アンカー間をワイヤロープ２で連結した場合について、ワイヤロープによる斜面安定効果が有効に機能するためには、従来のようにワイヤロープを指で押し上げて緩みがないことを確認する程度では不十分であり、その施工現場、施工条件に対して適切な初期張力を管理することが重要であることが分った。
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、アンカー配列及びワイヤロープ連結を図１のようなアンカー三角形配列及び斜面上下方向アンカー間ワイヤロープ連結とした場合について、アンカー間を連結するワイヤロープを斜面安定化に有効に寄与するような適切な張力とする際に、ワイヤロープの張力を容易に計測可能な斜面安定化工法用の張力計を提供することを目的とする。

上記課題を解決する本発明は、
自然斜面に多数のアンカーを、一辺が斜面傾斜方向をなす三角形の頂点に位置するような三角形配列で設置するとともに、各アンカーに支圧板を取り付け、これを締着して地盤に対する支圧力を与え、かつ前記各アンカー間を、少なくとも斜面上下方向のアンカー間連結がなされるように、ワイヤロープで連結する斜面安定化工法を施工するに際して、前記ワイヤロープの張力を計測する斜面安定化工法用の張力計であって、
アンカー間に連結された前記ワイヤロープの下の斜面に置かれる平板状のベース部材と、前記ベース部材上に間隔をあけて配置された、上方に突出する片持ち縦型の２つのガイドロールと、前記ガイドロール間の中央において両ガイドロールの並び方向に対して直交する方向に出没可能な押し込み部材と、前記押し込み部材に作用する出没方向の荷重を検出することでワイヤロープの緊張力を自動的に検出する張力検出部とを備えた構造であり、前記平板状のベース部材をワイヤロープの下に差し込んで前記２つのガイドロールの同じ側の面にワイヤロープを添わせ、そのワイヤロープの中央部を前記押し込み部材で一定長さだけ押し込み、ワイヤロープからの反力として当該押し込み部材に作用する荷重に基づいて前記張力検出部で緊張力を測定するものであることを特徴とする。
ここで、各アンカー頭部間をワイヤロープで連結するとは、ワイヤロープをアンカーに直接係合させる場合に限らず、直接には支圧板に係合させることで、当該支圧板を介して連結する場合も含む。

本発明の張力計を用いて斜面安定化工法を施工する際、単にワイヤロープを指で押し上げて緩みがないことを確認するものでなく、ワイヤロープに取り外し可能な張力計を用いて当該ワイヤロープの緊張力を計測して初期張力を修正するので、その施工現場、施工条件に対して適切な初期張力を設定することができ、ワイヤロープによる斜面安定効果を有効に機能させることができる。

そして、本発明の張力計によれば、２つのガイドロールにワイヤロープを添わせた状態でワイヤロープの中央部を押し込み部材で一定長さだけ押し込むだけで、緊張力を自動的に測定できるので、計測者の経験や力加減や図り方に関係なく、ばらつきの少ない値を得ることができる。また、張力の測定作業が極めて簡単であり、作業性がよい。
また、斜面安定化工法は施工場所が自然斜面であり、通常は凹凸があり樹木もある斜面での作業となるので、測定作業が容易である必要があるが、本発明の張力計によれば、平板状のベース部材をワイヤロープの下に差し込むことで測定可能な状態となるので、作業性が良好である。

以下、本発明の斜面安定化工法用の張力計の実施例を、図１〜図８参照して説明する。

本発明の張力計が適用される斜面安定化工法は、図１、図２に示すように、自然斜面に多数のアンカー１を、一辺が斜面傾斜方向（図１では上下方向）をなす三角形の頂点に位置するような三角形配列で設置するとともに、各アンカー１の頭部に支圧板３を取り付けこれを締着して地盤に対する支圧力を与え、かつ各アンカー１の頭部間を、少なくとも斜面上下方向のアンカー間連結がなされるように、ワイヤロープ２で連結する工法である。なお、各アンカー頭部間をワイヤロープで連結するとは、ワイヤロープ２をアンカー１に直接係合させる場合に限らず、直接には支圧板３に係合させることで、当該支圧板３を介して連結する場合も含む。アンカー１は、滑り発生の恐れのある移動層５を突き抜けて、滑りを起こさないと考えられる不動層（基礎岩盤）６の一定深さまで挿入する。
図示例のアンカー配列は正三角形配列である。また、図示例の支圧板３は、概ね三角形状の底板３ａの中央部に円筒３ｂを垂直に固定し、底板３ａの三方にリブ３ｃを固定した構造である。支圧板３の円筒３ｂをアンカー１の頭部に被せ、座金を置いてナット６をアンカー１の頭部のネジ部に螺合させ締め付けて、地盤に対する支圧力を与える。

図示例で各アンカー１間をワイヤロープ２で連結する態様は、1本のワイヤロープ２を、一辺が斜面傾斜方向をなす正三角形を形成する３本のアンカー１間に引き回しターンバックル７で連結するものであり、このようなワイヤロープ連結を３本のアンカー毎に行うものである。ただし、必ずしも３本のアンカー毎に1本のワイヤロープ２で連結する場合に限らず、さらに多数本のアンカー間を連結するワイヤロープ連結態様としてもよい。要するに、少なくとも斜面上下方向のアンカー間連結がなされるように連結するもの（水平なワイヤロープ連結は行わない）であればよい。

そして、上記のようにワイヤロープ２をアンカー１間に連結した後、例えば図７、８に示す本発明の一実施例の張力計１１でワイヤロープ２の張力を測定しながらターバックル７を操作して張力を修正し、ワイヤロープ２の張力を、その施工現場、施工条件に対して適切な初期張力を設定する。なお、ワイヤロープの緊張力を測定した結果、緊張力に過不足がない場合は、当然、修正の必要はない。

上記のように、ワイヤロープ２の初期張力をその施工現場、施工条件に対して適切な初期張力を設定することで、ワイヤロープ２による斜面安定効果を有効に機能させることができる。
最適の初期張力の値は、個々の施工現場、施工条件により種々なので、例えば以下に述べるような模型実験から得られた適切な初期張力値を、個別の施工現場、施工条件に対応するよう換算して、個別の施工現場、施工条件に最も適切な初期張力値を求めるとよい。
最適な初期張力値を求めるための基礎となる模型実験の一例について、以下に述べる。
（１）実験装置
図３、図４に示すように、地盤模型である土槽（実験装置）２０は、下部土槽２１と上部土槽２２との上下２段に分かれた構成であり、下部土槽２１は２ｍ×０．５ｍ×０．４ｍで、その上部に０．８ｍ×０．５ｍ×０．４ｍの上部土槽２２が設置されており、この上部土槽２２に土砂２３を中詰めし、下部土槽２１を徐々に持ち上げると、上部土槽２２が移動する構造である。
下部土槽２１の天端に斜面崩壊時のすべり面に相当する鋼板２１ａを固定しており、この鋼板２１ａの所定位置にアンカー１を垂直に固定（鋼板２１aの表裏両側でアンカー下端のネジ部に螺合させたナットを締め付けて固定）している。前記鋼板２１ａは底なし箱形の上部土槽２２に詰める土砂を受ける受け板となっている。下部土槽２１は図２における不動層６に対応し、上部土槽２２の内部土砂は同移動層５に対応する。なお上下土槽２１、２２同士が接する縁表面は、上部土槽２２の移動時に摩擦の影響が小さくなるように、ベアリングを施している。
なお、土砂中詰め時の締め固めは、厚さ１０ｃｍ投入して、所定の湿潤単位体積重量(含水比４〜５％)を目標にして行った。また、支圧板３は、アンカー下端のナットを締め付けることにより、沈下量１ｍｍになるまで締め付けた。
上記の通りこの実験は、直線的なすべり面を想定しかつそのすべり面が固定された自重崩壊実験によって斜面安定効果を評価するものである。
この地盤模型（土槽２０）は概ね実仕様の１／１０模型である。すなわち、アンカー１間の距離（正三角形の一辺の長さ）は実際の２ｍに対して０．２ｍｍである。また、アンカー１、支圧板３、ワイヤロープ２の各部材のサイズは、表１に示した部材仕様の通り、実際の各部材のサイズの１／１０のものである。アンカーの外周に接着剤で砂を付着させて、実仕様のアンカーに擬した。

（２）実験条件
実験条件は次の４通りである。
（イ）無補強の場合（アンカーなし）
（ロ）ワイヤ連結なしの場合（アンカー＋支圧板のみ）
（ハ）ワイヤ緩緊張連結（張力１Ｎ）の場合（アンカー＋支圧板＋ワイヤロープ）
（ニ）ワイヤ緊張連結（張力３Ｎ）の場合（アンカー＋支圧板＋ワイヤロープ）
（３）実験
土槽２０の片側をチェーンブロックで次第に持ち上げながら、斜面勾配（土槽２０の勾配）θが１°増す毎に上部土槽２２の移動量を測定した。なお、実験では同時にアンカー及びワイヤロープのひずみを測定し、また、主な移動量における斜面表面の変状を観察したが、それらについては省略する。そして、上部土槽の移動量１００ｍｍに達した時点で実験を終了した。
（４）実験結果
実験経過としては、土槽２０の片側をチェーンブロックで次第に持ち上げていくと、上部土槽２２は斜面勾配θがある角度になると下方に移動し始める。実際の地盤における不動層に相当する下部土槽２１の鋼板２１ａに下部を固定されたアンカー１は、その移動に対して抵抗（補強効果）しながら、図５に示すように曲がっていく。また、支圧板３は土塊（上部土槽２２の土砂）を押さえる押さえ込み効果を奏する。そして、図５のように斜面移動によりアンカー１が変形する際には、ワイヤロープ２がアンカー１を引留める引き留め効果や、局所的なアンカーに作用する荷重を分散させる荷重分散効果等を奏することになる。これらの総合的な作用が上部土槽２２の移動量に影響すると考えられる。
図６は実験結果を示すグラフであり、土槽持ち上げ角度（斜面勾配θ）と上部土槽移動量との関係を示す。
このグラフに示す通り、ワイヤの緊張力を１Ｎにした場合、アンカー間をワイヤロープで連結しない場合と比較して、移動量が１０ｍｍ(斜面ひずみ３％)より大きくなるとワイヤロープによる抑制効果が明確に現れてくる。ただし、移動量３５ｍｍを超えてからは抑止効果が小さくなり、移動量６０ｍｍ以上では支圧板だけの場合と同じ傾向になる。
一方、ワイヤロープの緊張力を３Ｎにした場合は、上部土槽の移動量が１００ｍｍに到るまで（試験終了時まで）支圧板だけの場合より高い抑止効果を維持することができる。

なお、ワイヤロープ２に与えるべき最も適切な張力は、アンカー配列パターン及びアンカー間ワイヤロープ連結態様により異なるので、本発明におけるワイヤロープ２の張力１Ｎ〜３Ｎという数値は、図１のような態様のアンカー配列パターン及びアンカー間ワイヤロープ連結態様の場合のもの、すなわち、多数のアンカーを、一辺が斜面傾斜方向をなす三角形の頂点に位置するような三角形配列で設置するとともに、各アンカー間を、少なくとも斜面上下方向のアンカー間連結がなされるようにワイヤロープで連結する場合のものである。

本発明の一実施例の張力計１１について説明すると、この張力計１１は、平板状のベース部材３０上に間隔をあけて配置された２つのガイドロール３１、３２と、前記ガイドロール３１、３２間の中央において両ガイドロール３１、３２の並び方向に対して直交する方向（図７で上下方向）に出没可能な棒状の押し込み部材３３と、前記押し込み部材３３に作用する出没方向の荷重を検出することでワイヤロープ２の緊張力を自動的に検出して表示画面３４ａにデジタル表示する張力検出部３４とを備えた構造であり、そして、図７に２点鎖線で示すように、前記２つのガイドロール３１、３２の同じ側の面にワイヤロープ２を添わせ、そのワイヤロープ２の中央部を前記押し込み部材３３で一定長さだけ押し込み、ワイヤロープ２からの反力として当該押し込み部材３３に作用する荷重に基づいて前記張力検出部３４で緊張力を測定するものである。
押し込み部材３３をワイヤロープ２に対して押し込む押し込み力は、詳細は省略するが例えば、着脱可能なハンドル３５を図７、図８で矢印のように回すことで押し込み部材３３をワイヤロープ２側に前進駆動させる機構により、得ることができる。ハンドル３５の回転を押し込み部材３３の前進に変換する変換機構３６は、歯車機構、テコ機構、油圧機構その他適宜の機構を採用することができる。
この張力計１１は全体として概ね平たい外形をなし、かつ出っ張るハンドル３５は取り外しことができる構造としたハンディタイプである。

押し込み部材３３に作用する出没方向の荷重を検出する手段としては、押し込み部材３３にひずみゲージ３７を貼り付け、ワイヤロープ２からの反力を受けた押し込み部材３３のひずみを張力検出部３４において検出する方式を採用することができる。そして、ワイヤロープ２の張力は、予め、押し込み部材３３の押し込み量とワイヤロープ２の張力との関係のデータを入力しておくことで測定することができる。
すなわち、押し込み量から押し込み部材３３に作用する荷重を検出することができ、この荷重からワイヤロープ２の張力を検出することができる。なお、押し込み量と張力との関係は、ワイヤロープ２の剛性により異なるので、使用するワイヤロープ２毎に両者の関係のデータを求めておく。また両者の関係は、２つのガイドロール３１、３２間の距離によっても当然異なるので、ガイドロール間距離が特定の場合のものとして、両者の関係のデータを求めておく。

上記の斜面安定化工法を施工する際に、ワイヤロープ２の張力の測定は、計測者によるバラツキの少ないものである必要があるが、上記のように押し込み部材３３の押し込み量をひずみゲージ３７により検出して自動的に張力を検出し表示画面にデジタル表示する張力計１１によれば、容易にかつ計測者によるバラツキの少ない測定を行うことができる。
また、施工場所が自然斜面であり、通常は凹凸があり樹木もある斜面での作業となるので、測定作業が容易である必要があるが、上記の張力計によれば、平板状のベース部材をワイヤロープ２の下に差し込むことで測定可能な状態となるので、作業性が良好である。
なお、上記張力計１１を使用してワイヤロープ２の張力を測定する際に、所定の張力が得られていない場合は、ターンバックル７で再緊張を図ることができる。
また、ワイヤ張力が所定の緊張力より大きい場合は、その付近に斜面変状が発生している可能性があると判定することも可能である。

本発明の張力計が適用される斜面安定化工法を施工した斜面の平面図である。 図１の施工斜面の一部の縦断面図である。 ワイヤロープに適切な張力を与えた場合の効果を確認した実験について説明するもので、実験装置としての地盤模型である土槽の平面図である。 図３の土槽の縦断面図である。 図４の土槽を用いた模型地盤崩壊実験をしている状況を説明するもので、土槽を傾斜させた状態の図である。 上記の模型地盤崩壊実験の結果を示すグラフである。 斜面安定化工法の施工の際にワイヤロープの張力測定に用いる本発明の一実施例の張力計の平面図である。 図７の張力計の正面図である。

符号の説明

１ アンカー
２ ワイヤロープ
３ 支圧板
５ 移動層
６ 不動層
７ ターンバックル
８ ナット
２０ 土槽（地盤模型（実験装置））
２１ 下部土槽
２１ａ （すべり面となる）鋼板
２２ 上部土槽
３０ ベース部材
３１、３２ ガイドロール
３３ 押し込み部材
３４ 張力検出部
３４ａ 表示画面
３５ ハンドル
３６ 変換機構
３７ ひずみゲージ

Claims (1)

1. 自然斜面に多数のアンカーを、一辺が斜面傾斜方向をなす三角形の頂点に位置するような三角形配列で設置するとともに、各アンカーに支圧板を取り付け、これを締着して地盤に対する支圧力を与え、かつ前記各アンカー間を、少なくとも斜面上下方向のアンカー間連結がなされるように、ワイヤロープで連結する斜面安定化工法を施工するに際して、前記ワイヤロープの張力を計測する斜面安定化工法用の張力計であって、
   アンカー間に連結された前記ワイヤロープの下の斜面に置かれる平板状のベース部材と、前記ベース部材上に間隔をあけて配置された、上方に突出する片持ち縦型の２つのガイドロールと、前記ガイドロール間の中央において両ガイドロールの並び方向に対して直交する方向に出没可能な押し込み部材と、前記押し込み部材に作用する出没方向の荷重を検出することでワイヤロープの緊張力を自動的に検出する張力検出部とを備えた構造であり、前記平板状のベース部材をワイヤロープの下に差し込んで前記２つのガイドロールの同じ側の面にワイヤロープを添わせ、そのワイヤロープの中央部を前記押し込み部材で一定長さだけ押し込み、ワイヤロープからの反力として当該押し込み部材に作用する荷重に基づいて前記張力検出部で緊張力を測定するものであることを特徴とする斜面安定化工法用の張力計。

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