JP4921874B2 - ロックボルト工法 - Google Patents

Description

この発明は、ロックボルト工法に関し、特に、生石灰を用いる膨張型のロックボルト工法に関するものである。

法面や崖の崩落を防止するため、法面や崖面に長孔を削孔し、その内部に鉄筋棒などのロックボルト材を挿入し、ロックボルト材を何らかの手段で固定して、法面や崖を補強するのがロックボルト工法である。このような工法では、或る間隔で削孔を形成して、施工するロックボルトの本数を増すことにより、地山や岩盤の変位を拘束し、法面や崖の崩落を防止している。

ロックボルト工法には、以下の種類がある。ロックボルト材の先端を楔状に加工し、ロックボルト材を地山に打ち込むことにより、楔が開いて地山に固定する方法、ロックボルト材を挿入した削孔内に、セメントミルクを注入して、セメントを固化させることにより、ロックボルト材を固定する方法、あるいは、セメントミルクに代えて、化学反応で固化ないしは硬化するレジンを注入する方法である。

楔状ロックボルト材を打ち込む方法は、楔型にするために材料費と加工費が割高になり、打ち込んだ際に楔が完全に開かないこともあって、補強効果の信頼性に欠ける。セメントミルクを使用する方法は、セメントが固化する時に、収縮する性質があるため、削孔の内壁との間に隙間を生じ、ロックボルトの引抜強度が低下する欠点がある。化学反応で固化させるレジン方式は、材料費が高価なため、施工に費用をかけられない法面の崩落防止には、殆ど採用されていない。

このような問題があったロックボルト工法において、特許文献１には、注水することにより膨張する膨張性材料を使用することにより、上記問題を解決することができる工法が提案されている。

この特許文献１２提案されている方法は、地山に削孔を形成し、幅方向の両端を重ね合わせた内部が中空の鋼板殻なる筒体を削孔内に設置する。筒体内には、予め水和反応により膨張する性質の生石灰などの膨張性材料が充填されている。筒体の先端側は、円錐部で閉塞され、基端側は、非膨張性材料で閉塞されている。筒体の削孔内への設置が終了すると、膨張性材料に注水する。膨張性材料は、注水により水和反応を起し、膨張するが、この際に筒体の重ね合わされた部分が開き、その結果、筒体の外径が広がるので、鋼板製の筒体が削孔内に固定され、安価で、かつ、固定作業も容易になると説明されている。

しかしながら、特許文献１に提案されているロックボルト工法には、以下に説明する技術的な課題があった。
特開２０００−２３０３９８号公報

すなわち、特許文献１に提案されているロックボルト工法では、鋼板製の筒体を用い、筒体の外径を広げることで、地山に固定させることになるが、このような構成では、膨張性材料の膨張力が筒体の外径の拡大に費やされて、十分に活用されず、また、特許文献１の構成では、地山削孔の内壁と鋼板製筒体の外面とが接触することになるが、このような形態では、両者間の摩擦抵抗か小さいので、十分な引抜強度が得られないという問題があった。

また、補強対象となる地山が滞水している場合には、生石灰が水と接触すると、水和反応が瞬時に発生し、熱蒸気を発しながら膨張するので、筒体内に膨張性材料を充填することが難しくなる。

このような問題の解決には、生石灰の水和反応の遅延材、例えば、アルコール，ケイ酸ソーダ，グリセリン，エチレングリコール，糖類，ポリアミノカルボン酸などを混入することが考えられる。

しかし、このような遅延材を、単独ないしは複数混合して使用した場合でも、遅延時間が１〜２分程度ときわめて短いので、充填作業中に水和反応を惹起して、蒸気が噴出して、施工の安全性を確保することができなかった。

本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、施工の安全性を確保しつつ、膨張性材料の膨張力を有効に活用することで、十分な引抜強度が得られるロックボルト工法を提供することにある。

また、本発明の他の目的は、施工の安全性を確保することにもある。

上記目的を達成するために、本発明は、法面や崖面などの補強対象地山に、削孔を形成し、前記削孔内にロックボルト材を挿入するとともに、生石灰を含む膨張性固定材を前記削孔内に充填した後に、前記削孔の開口を閉塞した状態で、前記生石灰を水和反応させて、前記膨張性固化材を前記ロックボルト材の外周側で膨張させて、当該ロックボルト材を前記補強対象地山に固定するロックボルト工法において、前記生石灰は、前記削孔に充填する前に、その外表面に、水との接触を阻止する不飽和脂肪酸の油膜を形成するロックボルト工法であって、前記ロックボルト材の先端には、前記削孔を閉塞するようにして固着される膨張規制板を有するようにした。

このように構成したロックボルト工法によれば、生石灰は、削孔に充填する前に、その外表面に、水との接触を阻止する不飽和脂肪酸の油膜を形成するので、後述する実験例からも明らかなように、水を注水しても、水和反応がゆっくり進行して、約３０分から１時間程度遅延して、施工の安全性が確保される。

また、この場合、膨張性固化材は、生石灰を水和反応させて、ロックボルト材の外周側で膨張させるので、地山削孔の内面と膨張性固化材とが直接接触することになり、膨張性固化材の膨張力を有効に活用して、十分な引抜強度が得られる。

前記膨張性固化材は、前記生石灰、前記不飽和脂肪酸油、セメント、水を混合してスラリー状にする際に、前記生石灰と前記不飽和脂肪酸油とを混合し、この後に、前記セメントと水とを混合することができる。

前記不飽和脂肪酸油は、オリーブ油，アマニ油，ヤシ油などのオレイン酸油、アマニ油，大麻油，ケシ油などのリノール酸油、アマニ油，綿実油，ケシ油などのリノレン酸油、ケシ油，ナタネ油などのエルカ酸油から選択することができる。

本発明にかかるロックボルト工法によれば、膨張性材料の膨張力を有効に活用することで、十分な引抜強度が得られ、かつ、施工の安全性を確保することもできる。

以下、本発明の好適な実施の形態について、添付図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明にかかるロックボルト工法の一実施例を示している。同図に示したロックボルト工法は、法面や崖面などの補強対象地山１０に、削孔１２を形成し、削孔１２内にロックボルト材１４を挿入するとともに、生石灰を含む膨張性固定材１６を削孔１２内に充填した後に、削孔の開口を閉塞板１８で閉塞した状態で、膨張性固定材１６の生石灰を水和反応させて、膨張性固化材１６をロックボルト材１４の外周側で膨張させて、当該ロックボルト材１４を補強対象地山１０に固定する。

削孔１２は、地山が岩盤の場合には、例えば、削岩機を使用して掘削形成する。削孔長は、地形，岩質などを事前調査して決定され、通常は、１．５〜５ｍ程度である。削孔１２の直径は、概ね６０ｍｍ程度である。

ロックボルト材１４は、通常、鉄筋棒などの鋼材で製作され、削孔１２内には、手作業により挿入する。膨張性固定材１６に含まれている生石灰およびセメントの水和反応によって起こる膨張固化が、削孔１２の内周方向の地山変位を拘束することになるが、この拘束効果は、ロックボルト材１４が中心に位置することで倍加する。

ロックボルト材１４の後端側には、ネジ部１４ａが設けられており、削孔１２の開口内の所定位置まで閉塞板１８を挿通して、ナット１４ｂを螺着することにより、削孔１２内に充填されている膨張性固化材１６の後端に当接するようにして閉塞板１８が固定される。

なお、この閉塞板１８は、膨張性固化材１６内に含まれている生石灰の水和反応が開始された際に、その軸方向、すなわち、ロックボルト材１４の軸方向に沿った膨張を規制するものであるが、水和反応に伴って発生する熱蒸気を外部に逃すためには、例えば、閉塞板１８に貫通孔を設けたり、あるいは、外周縁に切欠部などを設けることが望ましい。

また、さらに、膨張性固化材１６の膨張が終了した段階では、ロックボルト１４が、削孔１２から外部に突出した部分に、図１に仮想線で示すような定着板を地山１０の表面に当接するように設置して、これをナット締めにより固定することもできる。

一方、ロックボルト材１４の先端には、円板状の膨張規制板１４ｃが固設されていて、膨張性固化材１６のロックボルト材１４の軸方向先端側に対する膨張が制限されるようになっている。なお、この膨張規制板１４ｃは、削孔１２の直径よりも若干小径になっていて、削孔１２内に挿通可能に構成されている。

膨張性固化材１６は、生石灰とセメントおよび水の混合スラリーから構成される。前記生石灰は、削孔１２に充填する前に、その外表面に、水との接触を阻止する不飽和脂肪酸の油膜を形成する。

この不飽和脂肪酸油は、オリーブ油，アマニ油，ヤシ油などのオレイン酸油、アマニ油，大麻油，ケシ油などのリノール酸油、アマニ油，綿実油，ケシ油などのリノレン酸油、ケシ油，ナタネ油などのエルカ酸油から選択することができる。この中で、特に、安価で、最も使用目的に適合した不飽和脂肪酸油は、ナタネ油である。ナタネ油などの家庭や業務用ニ用いられる油は、使用後の廃油であっても良い。

不飽和脂肪酸油で生石灰に油膜を形成すると、以下の作用効果が得られる。すなわち、前述したように、従来から用いられている生石灰の水和反応遅延材は、１〜２分程度の遅延効果しかないが、このような遅延時間では、通常１０分程度はかかる固化材の充填作業に支障を来たす。

ところが、本実施例では、不飽和不飽和脂肪酸の油膜を生石灰の表面に形成するので、後述する実験例からも明らかなように、水を注水・混合しても、水和反応が約３０分から１時間程度遅延するので、施工の安全性が確保される。

生石灰量に対する不飽和脂肪酸油の添加量は、多い方が遅延時間の延長には有利であるが、経済的に見て、生石灰に対し、重量比で５〜１０％の量が望ましい。この場合の遅延時間は、３０分から２時間以上となる。反応終了後の生石灰は、消石灰（水酸化カルシウム）に変化して硬化するが、セメントだけの固化に比べてアルカリ性が高いので、埋設されているロックボルト材１４の錆発生が抑制される。

このような遅延効果が得られるようにするためには、膨張性固化材１６の構成材料、すなわち、生石灰，セメント，水の混ぜ合わせる順序が重要になる。例えば、生石灰とセメントを混合した状態で、不飽和脂肪酸油を加えて混合すると、生石灰粒子の表面に既にセメント粒子が附着しているため、加えた不飽和脂肪酸油は、その殆どがセメントに吸収されて、生石灰の表面に油膜を作ることができない。このような状態で加水すると、瞬時に水和反応が開始されて、不飽和脂肪酸油の遅延効果が全く得られない。

また、不飽和脂肪酸油を水中に滴下し、エマルジョン状態にしてから、生石灰とセメントの混合物に加える場合には、反応遅延時間が１〜２分程度認められるものの、目的とする遅延時間には、ほど遠いい。

そこで、本実施例では、まず、生石灰に不飽和脂肪酸油を加えて混合機で混合して、生石灰粒子の表面に油膜を形成する。この後に、セメントを加えて混合し、さらに、水を加えて混合してミルク状（スラリー状）にする。得られたスラリーは、圧縮ポンプなどを介して、ホースを通して、削孔１２内に充填する。

以下に、より具体的な施工手順について説明する。削孔１２の掘削形成が終了すると、次に、削孔１２内にロックボルト材１４を挿入設置する。ロックボルト材１４の設置が終了すると、次に、図２に示すように、注入ホース３０を介して、削孔１２内に膨張性固化材１６を圧力ポンブにより注入する。

膨張性固化材１６は、蓋付き密閉攪拌機に所定量の生石灰を投入し、これに所定の量の不飽和脂肪酸油（ナタネ油）を滴下し、攪拌混合し、次に、所定量のセメントを投入して攪拌混合後、所定量の水を加えて攪拌してミルク状とする。攪拌機の側面には、空気圧縮機から連結するホースの連結治具と、ミルク状の膨張性固化材１６を削孔１２内に送り込むホース３０の連結治具とが備えられている。

膨張性固化材１６の混合攪拌が終了すると、ホース３０を削孔１２の先端側まで挿入し、空気圧縮機を作動させて、ホース３０を引き抜きながらミルク状の膨張性固化材１６を削孔１２内に充填し、充填が口元近傍まで行われると、注入を止める。注入充填が終了すると、ロックボルト材１４の閉塞板１８を挿通して、ナット１４ｂの装着により、閉塞板１８が膨張性固化材１６の後端に当接するようにして固定させる。

以上の作業が終了して、数１０分が経過すると、膨張性固化材１６中の生石灰がゆっくりと水和反応による膨張を開始する。この際に、ロックボルト材１４の先端には、膨張規制板１４ｃが固設され、かつ、後端側に閉塞板１８が設けられているので、ロックボルト材１４の長手方向（軸方向）への膨張圧力の広がりが制限され、膨張圧力は、削孔１２内の周方向に押し広げられ、セメントの固化により、削孔１２の内面壁に密着した形態で固定され、これにより、地山１０の変位が拘束され、法面や崖面の崩落が防止されることになる。

この場合、反応遅延剤を使用しないセンメント混合の生石灰や、既知の遅延剤で処理したセメント混合の生石灰に水を加えると、瞬間的に水和反応が開始されるか、あるいは、薬剤の充填中に反応して、削孔口から大半の薬剤が噴出されることになる。

ところが、本実施例のように不飽和脂肪酸油で処理して、油膜が付着した生石灰とセメントからなるスラリーは、水和反応が徐々に進行する。従って、熱蒸気の発生も少しづつ行われて、急激な熱蒸気の蓄積には至らない。それ故に削孔口から薬剤や岩石を噴出す鉄砲現象は起こらない。

ロックボルト材１４の前後に配置された膨張規制板１４ｃと閉塞板１８は、生石灰の水和反応に伴う膨張圧を軸方向に拘束して、削孔１２内での密度を大きくさせ、削孔１２の内周周辺への圧力を向上させる機能を有する。

図３は、本発明で使用することができるロックボルトの他の例を示している。同図に示したロックボルト１４０は、先端側に膨張規制板１４０ｃ固設されている。本実施例の場合、閉塞板１８ａは、補強材１４の後端側の外周面に突設されている複数の突起１４０ｄに閉塞板１８ａを挿通させた後に、４５°回転させることにより、閉塞板１８ａが装着さ
れるようになっている。

次に、本発明のより具体的な例について説明する。

具体例１
生石灰９ｋｇを開平可能な蓋付き密閉攪拌機に入れ、ナタネ油１．２ｋｇを加え攪拌機で混合し、これに２１ｋｇのセメントを加え攪拌し、さらに、７．２ｋｇの水を加えてスラリー状（ミルク状）に練り上げ、一方、ドリル径６０ｍｍで削孔した孔長２．２ｍの孔内に、先端部に円板を固着したロックボルト２．３ｍを挿入し、スラリーを圧縮空気で注入充填し、口先まで一杯になったところで、閉塞用の円板の孔をロックボルトに通して、ナット締めを行った。以上のロックボルトの設置は、１ｍ間隔の格子状の各交点に打設施工した。

打設したロックボルトの引抜強度試験を以下の条件で行った、その際の試験結果を以下の表に示す。引抜試験は、地盤工学会岩の調査と試験編集委員会、平成元年９月１５日、第１刷発行の第３５５頁〜第３６２頁の「ロックボルト引抜き試験」に従って行った。

上記表において、Ａタイプは、図１示したロックボルト材１４を使用した例であり、Ｂタイプは、図３に示したロックボルト材１４０を使用した例である。引張り試験の結果には、Ａ，Ｂタイプで殆ど差がなかった。なお、一般的なロックボルト工法で得られる引抜強度は、３〜５ｔ程度である。

以上、詳細に説明したように、本発明にかかるロックボルト工法によれば、膨張性材料の膨張力を有効に活用することで、十分な引抜強度が得られるので、法面や崖の補強に有効に活用することができる。

本発明にかかるロックボルト工法の一実施例を示す施工完了時の断面図である。 図１に示したロックボルト工法の施工時の断面説明図である。 図１に示したロックボルト工法で使用することができる補強材の他の例を示す説明図である。

符号の説明

１０ 地山
１２ 削孔
１４ 補強材
１６ 膨張性固化材
１８ 閉塞板

Claims (3)

1. 法面や崖面などの補強対象地山に、削孔を形成し、前記削孔内にロックボルト材を挿入するとともに、生石灰を含む膨張性固定材を前記削孔内に充填した後に、前記削孔の開口を閉塞した状態で、前記生石灰を水和反応させて、前記膨張性固化材を前記ロックボルト材の外周側で膨張させて、当該ロックボルト材を前記補強対象地山に固定するロックボルト工法において、
   前記生石灰は、前記削孔に充填する前に、その外表面に、水との接触を阻止する不飽和脂肪酸の油膜を形成するロックボルト工法であって、
   前記ロックボルト材の先端には、前記削孔を閉塞するようにして固着される膨張規制板を有することを特徴とするロックボルト工法。
2. 前記膨張性固化材は、前記生石灰、前記不飽和脂肪酸油、セメント、水を混合してスラリー状にする際に、前記生石灰と前記不飽和脂肪酸油とを混合し、この後に、前記セメントと水とを混合することを特徴とする請求項１記載のロックボルト工法。
3. 前記不飽和脂肪酸油は、オリーブ油，アマニ油，ヤシ油などのオレイン酸油、アマニ油，大麻油，ケシ油などのリノール酸油、アマニ油，綿実油，ケシ油などのリノレン酸油、ケシ油，ナタネ油などのエルカ酸油から選択されることを特徴とする請求項１または２記載のロックボルト工法。

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