JP5542405B2 - 落石防護工におけるワイヤロープの張力保持装置 - Google Patents

Description

本発明は落石防護工におけるワイヤロープの張力保持装置に係り、詳しくは、傾斜地直下の路側近くまで垂らしたネットによって衝撃を吸収しながら落石を捕捉し、ネットで形成されるポケットに貯留しておくポケット式落石防護工や、地表に散在する浮き石や岩石の崩落を防止するため、ワイヤロープを縦横に敷設して地山を押さえるワイヤネット式落石防護工に適用される。それらのワイヤロープに過大な張力が生じないようにしておき、または所望する大きさの張力を与えておくことができるようにするためのワイヤロープ張力保持装置に関するものである。

山間地の道路では路側に急な斜面が迫っていることが多く、落石により通行が妨げられたり、危険を及ぼしたりすることがある。その虞のある斜面を補強もしくは防護するために幾つもの工法が従来から提案され、また実用化されてきている。法面工事は地形に大きく左右されるが、落石を防護する例として、ポケット式落石防護工やワイヤネット式落石防護工がある。

ワイヤネット式落石防護工は浮き石や岩石の崩落を防止するために地山を強固に押さえるものであり、ポケット式落石防護工はたとえ落石があっても道路に及ばないように捕捉しておくものである。前者ではワイヤロープが岩肌や土肌を被覆するように縦横に敷設され、ロープ交差部を緩み防止機能のあるクロスアンカークリップにより頑強に固縛してロープずれが可及的に生じないようにしている。後者では左右に設置した支柱の上端部間に渡したワイヤロープから金網をカーテンのように垂らし、路側に至る金網と斜面との間に形成されたポケットに落石が進入しても、金網に編み込んで縦横に架設された補強ロープにより金網を補強するとともに局部的な変形の拡大が抑えられるようにしている。

いずれの落石防護工においても三・四十メートルにも及ぶワイヤロープが多数使用される。ポケット式落石防護工の場合、ワイヤロープが緊張するように架設されるとはいえ、あくまでもネットならびに捕捉した落石を支えることを目的とするから、ロープに過大な張力が作用しないかぎり、その大きさが幾らでなければならないというものではない。一方、ワイヤネット式落石防護工の場合、地肌に這わせたワイヤロープで地山を押さえることから、季節を問わずまた風化等による経時的変化の有無を問わず、或る一定以上の張力の保たれることが望まれる。もちろん、ロープが切断に至らないまでも、ワイヤロープの両端を支持および固定しているアンカーの姿勢変化や抜けを生じさせることになっては防護工としての機能が果たせなくなるから、過大な張力の発生は避けねばならないことは言うまでもない。

上記から分かるように、ワイヤロープに付与する張力に或る程度の正確さが要求されるはワイヤネット式落石防護工であるので、それについてもう少し詳しく述べる。ワイヤロープの張力は、地山に這わせ両端がすでにアンカーで固定されたロープの交差部にクロスアンカークリップを打つことにより発生させている。地表の凹凸を利用したロープの緊張は浮き石や巨岩の頭を押さえる意図であるが、この際に、アンカーを伴わないクロスクリップはともかく、アンカーを打つクロスアンカークリップにおけるロープずれを阻止するようにしているのは、ロープ途中で緩みが発生しても、次の交差部への波及を防いでおくためである。したがって、クロスアンカークリップによりロープ交差部でのずれがないようにすることは近時の技術的課題とされ、その対策をとる例が多くなってきている。

ワイヤロープに張力を単に付与することは如何なる方法によるも、今日では難しいことでない。しかし、押さえられていた岩石が風化して僅かといえども沈んだりずれたりすれば、それが原因でロープは緩む。これを防止しもしくは拡大しないようにするためのロープ交差部緩み抑制用クロスアンカークリップが、例えば特開２００３−２０６５３５に提案されている。現在ではこの締結思想が各種形状のクロスアンカークリップに浸透しつつあって、滑りやずれの発生するおそれのある交差ロープ接触式の旧来のクロスアンカークリップは排斥される傾向にある。

一方、ポケット式落石防護工でワイヤロープが所定以上の張力を保持しているかが問題となるのは、ネットに左右の張りを持たせる横ロープである。落石を抱え込んだ際に金網の膨らみを抑えることが不十分であれば、捕捉された岩石の多くがネット下端まで転げ落ち、道路に危険を及ぼすからである。張力を保持するという点ではないが、このポケット式落石防護工の場合、巨岩の落下があると極めて大きい動的荷重がネットに作用する。ネットを吊っている支柱を若干傾倒可能としつつも保持する懸垂ロープは、衝撃吸収時に急激な張力増加をきたす。なお、この懸垂ロープの負担を和らげる構造の一例が、特開平７−４２１１７号公報に記載されている。

特開２００３−２０６５３５ 特開平７−４２１１７号公報

特許文献１のクロスアンカークリップによれば交差部でのワイヤロープの緩みは減り、またロープ同士の磨耗も従前よりは或る程度低減できる利点がある。しかし、ロープの消耗は依然として避けられない。また、一工事で何百・何千個と使用されることになるクロスアンカークリップにおける個々のボルトの高トルク締結やその検査には、交差を維持しておくだけの締結力を発揮しさえすればよい旧型のクロスアンカークリップに比べれば、格段の重労働が強いられる。

ところで、ワイヤネット式落石防護工の場合、ワイヤロープに掛けられた張力は熱膨張の影響を無視すれば、ロープに張りを与えたときが最高である。とすれば、上記したごとく風化等により地山の様子に変化があると張力が減る事態は避けられない。クロスアンカークリップによる交差部のロープずれがなければワイヤロープの緩みは少なくなるが、失ったり減少した張力を回復させるといったことは、ワイヤロープそのままでは到底できるものでない。

加えて、日本の一般的な風土では四季があり、年間の寒暖差は激しい。仮に温度差が約４０℃であるとすると、例えば３０メートルのワイヤロープの場合、約１５ミリメートルの長さ変動が生じる。張設時に所望の大きさの張力を付与したとしても、夏場にワイヤロープが上記のごとく１５ミリメートルも伸びて緊張が解ければ、地山を押さえて落石を防止するなどとの効果は激減する。一方、夏場に強く付与して得た張りは冬場の収縮で張力過多となり、甚だしくはロープ端固定用のアンカーやロープ交差部のクロスアンカークリップのアンカーの地山定着性を著しく減退させる。

ポケット式落石防護工における横ロープも、ワイヤネット式落石防護工のワイヤロープと同様であると言える。上記したごとくの原因で張力が落ち、それが所定以下となってしまえば、岩石の落下があったときのネットの衝撃吸収力は低下し、またネットの損傷も激しくなる。一方、ネット編み込みの縦ロープや支柱保持用の懸垂ロープは、落下エネルギ吸収のために落石の静荷重を遙に越える動的荷重を受ける。このときの張力急変はロープ径を増やすなど工事材料の高強度化で対応せざる得ず、それゆえ設備費が高騰したり品質の過剰化が要求される結果となる。

本発明は上記の問題に鑑みなされたもので、その目的は、寒暖の影響を受けてワイヤロープの張力が変動しても、年間を通じて一定以上の張力を発生させておくことができること、また経時的変化によりワイヤロープの張力が低下しても、所望する張力に近づけるべく自然回復できること、衝撃荷重を受けてもフェールセーフの思想を導入して過大なロープ張力の発生を回避できること、を実現した落石防護工におけるワイヤロープの張力保持装置を提供することである。

本発明は、浮き石や岩石の崩落を防止するためワイヤロープを敷設して地山を押さえるワイヤネット式落石防護工、ならびに吊設したワイヤロープにネットを張架させて落石を捕捉するポケット式落石防護工におけるロープ緩み抑制用の張力保持装置に適用される。その特徴とするところは、図１および図９を参照して、張力保持装置は、弦長もしくは波長を常時縮小する方向に弾発力を発生する弓形もしくは波形に曲げられた弓形鋼棒１３もしくは波形鋼棒１３Ａであり、その両端部には、鋼棒に蔓巻きして沿わせたワイヤロープ８，２１を鋼棒から離反するのを阻止するため、端部を曲げたフック１４が形成されていることである。

この張力保持装置は、図１０に示すように、波長を常時縮小する方向に弾発力を発生する波形に曲げられた平鋼板１５の本体と、この本体に沿わせたワイヤロープ２１が平鋼板から離反するのを阻止する係止具２９とを具備するものとしてもよい。

図１３の（ｄ）に示すように、上記の本体は、ワイヤロープの下面と上面を交互に沿わせるべく、逆姿勢で並ぶ弓形に曲げられた複数の平鋼板１５Ａよりなり、平鋼板同士は各端部でワイヤロープ２１を挟み、その部位が係止具２９Ａにより接続されたものとすることもできる。

本発明によれば、波長を常時縮小する方向に弾発力を発揮する鋼棒がワイヤロープの途中に沿わされるから、ワイヤロープの熱膨張・収縮による鋼棒の曲がりの変化によってロープ全長を一定に保った状態で所望する張力が保たれるよう自動的に調節される。ワイヤネット式落石防護工におけるクロスアンカークリップにおけるロープずれは大した問題とならず、クロスクリップ締結操作の大幅な労力軽減が図られる。

鋼棒は弓形もしくは波形に曲げられているので、ワイヤロープを蔓巻きさせかつ弦もしくは波の両端で端部を曲げて形成したフックに係止するだけで、ロープを完全に鋼棒に沿わせることができる。ワイヤロープの少なくとも一端がアンカーに固定されていない段階で操作するが、ロープは強靱であるとはいえ、巻き付けるだけでロープを鋼棒に沿わせられるから、意外と負担は少ない。この鋼棒へのロープ沿わせ作業の負担はクロスアンカークリップの多数の箇所での高トルク締結作業の負担量に比べれば著しく小さく、過酷な作業の軽減または回避は、施工上の利便性や作業能率の向上さらには資材の高品質化抑制等をもたらす。

ワイヤロープを敷設するとき、夏場では波長が全長可変鋼材の自由状態長さよりは大きくなる張力を掛け、冬場では波長を夏場のワイヤロープ敷設時のそれよりも長くなる張力を掛ける。したがって、冬場にある大きさ以上の張力を作用させておくかぎり、夏冬とおして所定以上の張力をワイヤロープに掛けておくことができる。そして、その張力の差が全長可変鋼材を採用しないときに比べれば小さくなるから、年間を通じてアンカーに作用する荷重が極端に違ってくるということはなくなる。アンカー打設孔壁に及ぶ荷重の交番が少なくまた弱まる結果アンカーと地盤との密着が保たれ、その立設状態も長期にわたり安定させやすくなる。

全長可変鋼材を平鋼板としておけば、鋼板面へのロープ沿わせと係止具による離反阻止とが簡単かつ負担の少ない操作でもって達成される。ワイヤロープの鋼板への束縛が容易となれば、作業環境の厳しい傾斜地での力仕事を大いに軽減する。ワイヤロープと全長可変鋼材との長手方向の相対的ずれの発生は張力調節に実質的に何ら影響も与えないから、ロープを全長可変鋼材に沿わせる操作は負担の少ないものとなる。クロスアンカークリップのボルト締結操作の簡易化とあいまって、足場の悪い過酷な作業環境における重労働の軽減や回避は、落石防護工の設置工数低減にも寄与し、コストダウンも推進される。ちなみに、平鋼板を本体とするので、すでに完成した落石防護工で緩みを発見したとき、爾後的にワイヤロープへ介装することもできる。老朽化した落石防護工でも簡単な操作により再生を図ることができる。

ワイヤロープの下面と上面に交互に沿わせるべく、逆姿勢で並ぶ弓形に曲げられた複数の平鋼板よりなり、平鋼板同士は各端部でワイヤロープを挟んだ状態で、その端部において係止具により接続するようにしておけば、本体は実質的に波形を形成することになる。平鋼板の数によってロープの伸縮吸収度を変えることが容易となり、融通の利く全長可変鋼材となる。

本発明に係るワイヤロープの張力保持装置である弓形鋼棒にワイヤロープを蔓巻きさせた状態と、それに張力を掛けたときの形の変化を示す説明図。 本発明に係る張力保持装置が適用されるポケット式落石防護工の一例の側面図。 ポケット式落石防護工の正面図。 弓形鋼棒の４面図。 本発明に係る張力保持装置が適用されるワイヤネット式落石防護工の一例の平面図。 （ａ）は地山に固定されたアンカーにワイヤロープを張設している状態の部分図、（ｂ）はアンカーにワイヤロープを固縛している様子と、それに用いられる巻付グリップの使用態様を示す説明図。 弓形鋼棒とそれに沿わされたワイヤロープの伸びの変化の説明図。 弓形鋼棒における端部引張荷重が作用したときの弾発力発生メカニズムの説明図。 波形鋼棒による場合の各種態様図。 （ａ），（ｂ）は波形の平鋼板の平面図および正面図、（ｃ），（ｄ）はワイヤロープを沿わせた状態の平面図および正面図。 波形平鋼板の反転使用例と両面沿わせ例の説明図。 Ｕボルトの係止具と異なる例の係止具の説明図。 弓形平鋼板の一例の３面図および３つの平鋼板で本体を形成させた状態の波形平鋼板の構成例。 弓形平鋼板とそれに沿わされたワイヤロープの伸びの変化の説明図。

以下に、本発明に係る落石防護工におけるワイヤロープの張力保持装置を、その実施の形態を表した図面に基づいて詳細に説明する。図２および図３は、傾斜地１に立てた幾つかの支柱２にかけ渡されるワイヤロープ３にネット４を張架させ、落石５を捕捉するようにしているポケット式落石防護工６の一例を示す。この落石防護工では、金網７および交差する補強ロープ８でネット４が形成され、落石の勢いを止めて捕捉し、ポケット９に貯留して道路１０への転落のないようにするため、何本かの横ロープ８Ｙの両端が山腹にアンカー１１などで固定されている。

上記した支柱２の上端部には、ネット４の重量や、貯留した岩石の重量を支える縦ロープ８Ｔを懸垂するための渡しロープ３が固定されているが、落石があってネット４が衝撃を吸収しようとするときロープは緊張しかつ落石によって引っ張られる。そのため、支柱２はヒンジ２ａを介して立設され、それ自体へは一時的に急増する荷重を軽減するように配慮されている。支柱が損傷すれば防護工自体の機能が失われてしまうからであるが、その支柱２の若干の回動を許容しつつも姿勢を保持するために、山腹の上部および斜め上方や横部から牽引するロープ１２（以下懸垂ロープという。）が幾つも連結される。

ここで、ロープ緩みを抑制する張力保持装置の構成を述べる。これは、図４に示すように弦長を常時縮小する方向に弾発力を発生する弓形に曲げられた鋼棒１３である。これは丸棒や角棒で十分であるが（図示は丸棒）、その両端部には、図１に示すように、鋼棒１３に蔓巻きして沿わせたワイヤロープ８を鋼棒から離反するのを阻止するフック１４が、端部を曲げて形成される。

ワイヤロープ８の鋼棒１３への沿わせ操作は弓形に曲げられた部分に蔓巻きさせることであり、ワイヤロープの束縛はフック１４に係止させるだけである。このような作業は、ワイヤロープの少なくとも一端がアンカーに固定されていない段階で行うが、ロープは強靱であるものの、足でロープを押さえて鋼棒に１回か１回半程度巻き付けるだけでロープを鋼棒に沿わせられるから、意外と負担は少ない。この鋼棒へのロープ沿わせ作業の負担はクロスアンカークリップの多数の箇所での高トルク締結作業の負担量に比べれば著しく小さく、過酷な作業の軽減または回避は、施工上の利便性や作業能率の向上さらには資材の高品質化抑制等をもたらす。

ポケット式落石防護工６に関連づけて概略を述べたが、以後の説明を把握しやすくするため、図５に示すワイヤネット式落石防護工２０で起こる事象に基づいて説明する。この防護工は、図６の（ａ）に示した地表に散在する浮き石２２ａや岩石２２ｂの崩落を防止するため、ワイヤロープ２１を少なくとも縦横に敷設して地山を押さえるものである。図５に戻って、ワイヤロープ２１に張力を意図的に作用させる関係で、両端を保持するアンカー２３，２４には地盤の硬軟に応じて強固となるものが採用される。そして、ワイヤロープ２１の途中には環境等の変動により低下した張力を部分的に回復させたり、張力の過大化を和らげる配慮が施される。なお、ワイヤロープの交差部にはアンカーを伴わないクロスクリップ２１ａやアンカーを伴うクロスアンカークリップ２１ｂが必要に応じて取りつけられ、ワイヤロープの敷設秩序が維持される。ちなみに、この落石防護工２０は、図の右半部が岩盤質の地山、左半部が土砂質の地山であるとして描かれているが、そのために使用される上記のアンカー２３，２４についての説明は省く。

例えば、落石防護工は地山の風化により、押さえられていた岩石が沈降したり位置ずれする。それのみならず、夏場はロープが熱膨張して長くなり、その結果張力は低下する。冬場はロープが熱収縮して短くなり、緊張を増す。これらが原因して張力が変動すると、とりわけ熱膨張で張力が消失することになると、地山を押さえる目的が果たせなくなる。また、その張力を維持するためのアンカーは、時期や季節によって作用する引き抜き力が異なることになる。このような交番負荷は地山やアンカーを保持する能力を低下させるもとになり、ひいては地山保持防護工の衰弱を招きかねない。

いま対象としている落石防護工として注目すべきは、図１で先に示した全長可変鋼材としての弓形鋼棒１３の導入である。これは、図７の弦長をＬ_P0の自由状態長さとなるように常時縮小する方向に弾発力を発生して、ワイヤロープ２１の途中に沿わされる弓形もしくは波形に曲げられたテンション調節ロッドとでも言うべきものである。

本発明の原理を、以下に述べる。ワイヤロープが熱膨張して張力が減少すると、全長可変鋼材の弾発力がロープの残余張力に応じて弦長を縮小させ、全長可変鋼材に沿っている部分のロープの曲がりを増やすことにより実質的にロープを手繰り寄せる。熱膨張によるロープの伸長量の一部を吸収してロープに張力を残す。一方、ワイヤロープが熱収縮して張力が増加すると、全長可変鋼材の弾発力がロープの増加張力に負けて弦長を拡大させ、全長可変鋼材に沿っている部分のロープの曲がりを減らすことにより実質的にロープを繰り出す。熱収縮によるロープの縮小量の一部を吸収してロープに過大張力の発生を回避できるようにするというものである。

これを図解したものが図８の（ａ）である。（イ）は弓形に曲げられ、弦長を常時縮小する方向に弾発力を発生する鋼棒１３を単純に一本線で表したものである。この鋼棒の左右端に全く力を掛けていない自由状態では、端間距離（＝弦長）はＬ_POである。弾発力が付与されているということは、図８の（ｂ）を参照して、鋼棒を破線、一点鎖線、二点鎖線のように曲率を小さくする（すなわち、曲率半径を大きくする）ように拡げたなら、矢印２６の方向に復元して実線のようになるという意味である。このような鋼棒はばね鋼を使用したり熱処理することによって製作される。

いま、図８の（ａ）の（ロ）のように両端をＦ₁ の力で引っ張ったとき、ΔＬ_M1だけ伸びたとする。（ハ）や（ニ）はそれぞれＦ₂ ，Ｆ₃ の力で引っ張ったとき、ΔＬ_M2，ΔＬ_M3だけ伸びたことを表している。このときの関係をグラフに表したものの一例が（ｃ）である。それぞれで求められるばね定数をｋ₁ ，ｋ₂ ，ｋ₃ として、その値が異なるのが一般的であるが、「力 vs 伸び」において、ｋ₁ ，ｋ₂ ，ｋ₃ ＝ｋ_P であるところを使用することにすれば、図示のごとく実質的にリニアであると扱うことができる。自由状態時の弦長Ｌ_POと曲率、鋼材の縦弾性係数Ｅ_P や断面二次モーメントＩ_P が決まれば、（ｂ）のような変化は再現性のあるものとなる。

以下に具体的数値を用いて、分かりやすく説明する。あくまでも一例であることを断っておく。いま、ワイヤネット式落石防護工２０（図５を参照）の縦ロープ２１Ｔのアンカー間距離Ｌ_W0が３０メートルすなわち３０，０００ミリメートルとする。そして、３０，０００ミリメートルのワイヤロープ（＝Ｌ_W ）は４１．７℃差で１５ミリメートル伸縮する。ワイヤロープの線膨張係数αを１２×１０^-6／℃とし、施工地での夏と冬の最大温度差ΔＴを４１．７℃とした場合、その差によるロープ長さの差ΔＬ_WTは、
ΔＬ_WT＝Ｌ_W ×α×ΔＴ
＝（３０×１０³ ｍｍ）×（１２×１０^-6／℃）×（４１．７℃）
＝３×１．２×１０^-1×４１．７＝１５．０ ｍｍ …（１）
となるからである。

張力の大きさに対してワイヤロープの伸びと弓形鋼棒１３の弦の伸びとの合計は、以下の表１のとおりとする。

というのは、ワイヤロープの縦弾性係数（Ｅ_W ）を２．１×１０⁵ Ｎ／ｍｍ² 、ロープの実質断面積を９５ｍｍ² として、３０メートルのワイヤロープに引張荷重１０，０００Ｎを掛けたときのロープの伸びΔＬ_WM＝Ｆ×Ｌ_W ／（Ｅ_W ×Ａ_W ）は、
ΔＬ_WM＝１０，０００×３０，０００／（２．１×１０⁵ ×９５）
＝３×１０⁸ ／２×１０⁷
＝１５．０ミリメートル …（２）
となるからである（表１中の下から４段目を参照）。そして、他の荷重に対するロープの伸びは比例するから表１の「ロープの伸び」の欄の他の段の表記のとおりである。一方、弦の伸びは表１となるように鋼棒１３のＥ_P ×Ｉ_P （Ｅ_P は鋼棒１３の縦弾性係数、Ｉ_P は同断面二次モーメント）と弦長が選定されているとする。これは、曲がり梁の計算により求めることができる。ちなみに、図８では、弓を拡げる方向に力Ｆ_i で引っ張ったとき（ｉ＝１，２，３）の弦の伸びとその引張力との関係が、リニアである（弦伸長ばね定数ｋ_i ＝一定）としていることは上記した。しかし、ｋ_i ＝一定でなければならないというものでなく、要は、表１の弾性変形のデータを予め取得しておけばよい。材質と寸法が決まれば計算値を検証したり修正するためのデータを得ることは容易である。

ところで、冬場に張力４，２８６Ｎを掛けたとき、アンカー間距離の３０メートルに丁度なっているとする。表１より、
合計長 ＝ 負荷前ロープ長さ ＋ ロープの伸び ＋ 弦の伸び
＝ Ｌ_WFW ＋ ６．４３ ＋ ８．５７＝ ３０，０００
ゆえに、このワイヤロープの冬場の自由状態長さ（負荷前ロープ長さ）Ｌ_WFw は、
３０，０００−（６．４３＋８．５７）＝ ２９，９８５ミリメートル
である。これが夏場には式（１）で計算した１５ミリメートル伸長して３０，０００ミリメートルとなる。ちなみに、ワイヤロープが例えば１００ミリメートル短い２９，９００ミリメートルであるとしても、ロープの熱膨張による伸びは２９９／３００倍となるだけで、ほとんど１５．０ミリメートルであることに変わりがない。したがって、２９，９８５ミリメートルのワイヤロープも夏場に１５ミリメートル伸長すると扱う。この夏場の自由状態長さ（負荷前ロープ長さ）Ｌ_WFS は、すでにアンカー間距離Ｌ_W0の３０メートルになっていることを意味するから、夏場では張力が自然消失することになる。すなわち、夏場は地山を押さえる力が発生しないか極めて小さい。夏場に張力を発生させておこうとするためには、表１に従う資質の工事材料の場合、冬場に４，２８６Ｎを越える張力を掛けなければならないことが分かる。なお、ここでの説明では、以後ワイヤロープは一年を通じて常に２，０００Ｎ以上の張力（以下、最小設定張力という）が必要であるとする。

そこで、図７を参照して、張力として夏場に２，０００Ｎを掛けるとし（表１中の２，０００Ｎの欄を参照）、このとき（ａ）に示すように、アンカー間距離Ｌ_W0の３０メートルに丁度なっているとする。
合計長 ＝ 負荷前ロープ長さ ＋ ロープの伸び ＋ 弦の伸び
＝ Ｌ_WFs ＋２×（１．５０＋２．００） ＝ ３０，０００
ゆえに、張力を解放すると、（ｂ）に示すごとく、Ｌ_WFs ＝２９，９９３ミリメートルとなる。このワイヤロープは、（ｃ）のように、冬場に１５ミリメートル熱収縮してＬ_WFw ＝２９，９７８ミリメートルとなる。これを（ｄ）に示すように、アンカー間距離Ｌ_W0の３０メートルにしようとすると、２２ミリメートル伸ばす必要がある。表１より、２２ミリメートルの伸長を達成する張力は６，２８０Ｎであることが分かる。このときのロープの伸びは９．４０ミリメートル、弦の伸びは１２．６０ミリメートルであり、これが２２ミリメートルの伸びを提供している。ちなみに、春秋はその半分の温度差とすれば１５／２≒８ミリメートルの伸縮量となるから、２９，９７８ミリメートルに８ミリメートルを加えた２９，９８６ミリメートルとなる。これをアンカー間距離の３０メートルにしようとすと、１４ミリメートル伸ばす必要がある。表１より、１４ミリメートルの伸長を達成する張力は４，０００Ｎである。

冬夏の二シーズンを例にして言い換えると、ワイヤロープは夏場に熱膨張して張力を冬場の６，２８０Ｎから２，０００Ｎに減少させる。鋼棒１３の弾発力がロープ張力と釣り合うべく１２．６ミリメートル弦長を伸ばしていたものを、４ミリメートルの伸びに縮小させる。これによって、鋼棒に沿っている部分のロープの曲がり部分の弦長が減らされることになり、実質的にロープは８．６（＝１２．６−４．０）ミリメートル手繰り寄せられる。熱膨張によるロープの伸長量１５．０ミリメートルのうちの半分以上が鋼棒１３により吸収されたことになる。それにもかかわらず、ロープ張力は最小設定張力の上記した２，０００Ｎが確保されている。ちなみに、吸収されなかった伸長量＝１５．０−８．６＝６．４ミリメートルは、３ミリメートル伸びていたロープが９．４ミリメートル伸びたことによって補われている。

一方、夏場に２，０００Ｎの張力を付与したワイヤロープが冬場に熱収縮して６，２８０Ｎに増大すると、鋼棒１３は弦長を４ミリメートル伸ばしていたところから１２．６ミリメートルに増大した伸びを呈する。これによって、鋼棒に沿っている部分のロープの曲がり部分の弦長が増えることになり、実質的にロープを８．６ミリメートル繰り出す。熱収縮による縮小量１５ミリメートルのうちの半分以上を補充する。それにもかかわらず、ロープ張力は最小設定張力の２，０００Ｎより大きい６，２８０Ｎを保った状態にしておくことができる。

ちなみに、鋼棒１３が介在されていないとすると、冬場には熱収縮で短くなった１５．０ミリメートルをワイヤロープの引っ張りで相殺しなければならないことになる。その場合の張力は１０，０００Ｎであるから（前掲の式（２）を参照）、鋼棒はワイヤロープの張力負担を１０，０００−６，２８０＝３，７２０Ｎも減らしている。鋼棒がワイヤロープにおける過大張力の発生を回避していることも分かる。

全長可変鋼材としての鋼棒１３を採用していない例を、もう少し具体的に述べる。夏場に１５ミリメートル熱膨張したワイヤロープに２，０００Ｎの張力を作用させるとする。そのワイヤロープは、３ミリメートルを加えた１８ミリメートルの伸びを呈して、３０，０００ミリメートルにされることになる。すなわち、夏場の自由状態長さは２９，９９７ミリメートルである。冬場には１５ミリメートル収縮するから２９，９８２ミリメートルの自由状態長さであり、これを鋼棒を使用しないで３０，０００ミリメートルにしようとすれば１８ミリメートル伸ばす必要があり、表１の最下段の１２，０００Ｎの張力を作用させることになる。鋼棒１３を使用すれば６，２８０Ｎで済むことは上で述べたとおりであり、それよりも５，７２０Ｎもさらに大きい張力をワイヤロープに掛けることになる。ワイヤロープの負担が大きくなるだけでなく、ワイヤロープに張力を作用させる労力も大変なものになる。鋼棒１３の採用が如何に緊張緩和作用や張力付与労力の軽減効果を発揮しているかが理解される。

ちなみに、冬場に張力を１，０００Ｎずつ増やしたときの春夏秋の張力を、弓形鋼棒１３を使用した前記と同様の要領で求めたものを、表２に記す。

ところで、張力の大きさに対してワイヤロープの伸びと鋼棒の弦の伸びとの合計を先に示した表１のとおりとし、秋に６，０００Ｎを掛けたとき、ワイヤロープはアンカー間距離３０メートルになっているとする。いま、岩石の風化等によって、このワイヤロープの張力が４，７１４Ｎに低下したとして、それが秋であったとする。表２から、冬場は７，０００Ｎの張力を、夏場は２，７１４Ｎの張力が依然として発揮されることになり、このワイヤロープは２，０００Ｎという最小設定張力を失うことがない。

ところが、張力が４，０００Ｎに落ちたのが冬場であったとすると、その張力は上記した４，２９０Ｎを下回っているから、夏場には張力が０となる。そこで、経時的な緩み量の発生を考慮したうえで、敷設時の付与張力を選定することも極めて重要な設計要因であることが分かる。これを考慮すれば、夏場に張力が１，７１４Ｎ低下しても２，０００Ｎの最小設定張力を保持しておくためには、張力を３，７１４Ｎ（≒０．４トン）とする必要がある。このとき冬場の張力は、表２から８，０００Ｎ（≒０．８トン）となる。逆に言えば、冬場の施工では、８，０００Ｎの張力を掛けるべきことを教えている。

上記したワイヤネット式落石防護工での現象をポケット式落石防護工に当てはめると、以下のようになる。いま４，０００Ｎの張力が作用している状態でポケットに落石が幾つか貯留された結果、或るワイヤロープの張力が６，０００Ｎになったとする。６，０００Ｎのときのロープの伸びと弦の伸びの合計は２１．０ミリメートルであるから、４，０００Ｎのときの１４．０ミリメートルよりも７ミリメートル、すなわちロープが９．００−６．００＝３．００ミリメートル伸びるとともに弦が１２．００−８．００＝４．００ミリメートル伸びたわけであり、これがために６，０００Ｎの張力で済んでいるという状態にある。

上記した伸びの合計２１．０ミリメートルを鋼棒を備えない３０メートルのワイヤロープで達成しようとすると、表１からワイヤロープは１０，５００Ｎもの張力に耐えなければならないことになるからである。鋼棒１３を採用すれば、ワイヤロープの負担は大いに軽減されることが、この例でも理解される。これは、図２や図３のポケット式落石防護工６の渡しロープ３、縦横の補強ロープ８Ｔ，８Ｙや懸垂ロープ１２に当てはまる事象である。

ポケット式落石防護工での特有の現象として、落石の落下衝撃をネット４で受けとめる際に発生する急激な荷重変動がある。動的荷重による張力負荷は落石重量の何倍、何十倍にもなる。これをワイヤロープに作用する引張荷重とみなせば、その伸びで吸収するにも限界がある。太いロープを無闇に採用するのはコスト高になる。そこで、鋼棒１３をロープ８に介装しておけば、張力の急激な上昇時には弾発力に抗して弓形鋼棒１３の弦長が拡大される。鋼棒１３の弦長増加が犠牲となってワイヤロープの吊持長さが増えれば、ワイヤロープそれ自体の張力増は少なくなる。

このワイヤロープの伸びと鋼棒の弦長増は落下衝撃を和らげる作用をするから、結局ワイヤロープの荷重負担は減り、作用する張力の急上昇が生じたところでロープの切断に至ることのないように配慮しておくことができる。鋼棒が真っ直ぐになるまでが対応限度であるが、一本のワイヤロープに幾つもの鋼棒を絡めておけば、その累積伸びがワイヤロープの衝撃負担を著しく減らす。鋼棒が真直になって弾発力を失ったとしても、鋼棒のフェールセーフ作用が落石を除去するまで吊持長の増大維持に寄与するから、ネットや懸垂ロープの損傷発生や防護工の崩壊は避けやすくなること言うまでもない。

次に、ワイヤロープを敷設する際の手順について念のため説明しておく。まず、図７の（ｂ）に示すように、ワイヤロープ２１の途中に鋼棒１３を配して、鋼材から離反しないようにロープをフック１４により束縛する。このとき、ワイヤロープ２１と鋼棒１３との長手方向の相対的ずれが生じるようなことがあっても問題とならない。却ってずれの生じることのできる方が好ましいとも言えるが、鋼棒１３とこの鋼棒に沿った部分のワイヤロープ２１とは、鋼棒が如何に曲がろうとも、それに沿わされたワイヤロープの鋼棒上の長さは不変である。仮に、熱膨張率に倍と半分の違いがあるとしても弦長が例えば５０センチメートルの場合、熱膨張量差は前掲した式（１）に則れば、高々０．１３ミリメートルであって、系全体に影響を与えるほどのものでない。

ワイヤロープ２１を鋼棒１３に沿わせた後は、そのワイヤロープの地山未固定端を、アンカー２３，２４に取りつけて地山に這わせる（図示せず）。すなわち、ワイヤロープ２１を鋼棒１３に沿わせる操作は、ワイヤロープの一端を固定、他端を未固定とした状態でするか、両端を未固定にした状態で蔓巻きさせるからである。

そして、ワイヤロープ２１の端部を牽引して張力を付与する際に、夏場の敷設では、弦長を鋼棒１３の自由長さよりは大きくなる張力を掛ける。冬場の敷設では、弦長を夏場のワイヤロープ敷設時の弦長よりも長くなる張力を掛ける。そして、春や秋の中間の季節の敷設では、弦長を夏場のワイヤロープ敷設時の弦長よりも長くかつ冬場のワイヤロープ敷設時の弦長よりも短くなる張力を掛ける。ちなみに、張力を掛けるための牽引やワイヤロープ２１の係留には、図６の（ｂ）に示すごとく、公知の巻付グリップ２７などが使用される。

図９は鋼棒を波形鋼棒１３Ａとしたもので、波の両端にはそこを曲げて形成したフック１４がある。（ｂ）は（ａ）を上下逆にしたものであるが、取付け上何らの問題もない。現実には後述する平鋼板の場合もそうであるが、全長可変鋼材の姿勢は取付操作、ロープのうねりや撚りなどによって如何様ともなるから、取付状態における上下は問題するに及ばない。（ａ）は１ピッチ半の波の形をしており、１ピッチ半の水平投影長さを波長と称することにして、これが（ｃ）の下段に示したＬ_WAの自由状態長さとなるように常時縮小する方向の弾発力を発揮する。強いて言えば、上記した弦を半ピッチとして三つを連ねたようなものである。表１の弦の伸びの欄を３倍にした表を適用すればよい。もちろん、ＥＩを変えて伸びを違えることができるのも言うまでもない。

なお、この図９の（ｃ）と先の図１とは、自由状態にあるそれぞれの鋼棒に張力を作用させて、両端をおのおのΔＬ_K 伸長させた様子を示している。いずれにおいても張力を掛けた状態では鋼棒の弦の深さ、波の高さが減っていることでロープを繰り出し、ΔＬ_K が埋め合わされるように描かれている。

ところで、全長可変鋼材は弓形や波形に曲げられた鋼棒１３，１３Ａに代わるものとして、波形に曲げられた図１０の（ａ），（ｂ）に示す平鋼板１５としてもよい。この鋼板へのワイヤロープ２１の束縛は、図１０の（ｃ），（ｄ）に示すように、波形に曲げられた鋼板の背面にワイヤロープを沿わせ、弦の両端においてＵボルトのごとき係止具２９により鋼板からの離反が阻止された状態とされる。弦長を常時縮小する方向に弾発力を発生する波形に曲げられていることは、すでに何度も触れたことと同じである。このような平鋼板としておけば、鋼板面へのロープ沿わせと係止具による離反阻止とが簡単な操作でもって達成される。ワイヤロープ２１の鋼板への束縛が容易となれば、作業環境の厳しい傾斜地での力仕事が大いに軽減される。

ちなみに、張力を掛けたとき図１１の（ａ）のように一部が沿わない状態になったとしても、以後この形態を持続するかぎり何ら問題ない。常に平鋼板に沿わせたいなら図１０の（ｃ），（ｄ）のように中央にもう一つないし二つの係止具２９を追加すればよい（図示は一つ追加されている）。先に述べた鋼棒１３と違って平鋼板であってワイヤロープを背面などにあてがうだけであるので、すでに完成した落石防護工で緩みを発見したとき、爾後的にワイヤロープへ介装することもできる。老朽した落石防護工も、簡単な操作により再生が可能となる。なお、図１１の（ｂ）に示すように、ワイヤロープ２１を平鋼板の逆の面（例えば下面）に沿わせたり、（ｃ）のごとく両面に沿わせることもできる。後者の場合には荷重の適用範囲を増やすことができるし、逆にロープに細いものを導入することもできる。

その係止具としては、図１２の（ａ）に示したＵボルト２９Ａに代えて、（ｂ）に示したΩ形金具２９Ｂとしてもよい。また、（ｃ）のように平鋼板の一部を切り起こした曲げ突片２９Ｃでフック機能を発揮させるものであってもよい。この場合、（ｄ）のごとくフックの向きを逆にした左右交互掛けにでもしておけば、片側端でのロープ外れは起こりにくくなる。

上でも触れたのと同様に、ワイヤロープと平鋼板との長手方向の相対的ずれの発生は張力調節に何らの影響を与えないから、ロープを平鋼板に沿わせる操作は負担の軽いものとなる。平鋼板の存在により、クロスアンカークリップ２１ｂ（図５を参照）におけるロープずれは大した問題でなくなる。ワイヤロープの緩み阻止の目的で近時行われつつあるクロスアンカークリップにおけるロープずれ完全阻止操作は、常に必要というものでなくなる。このクリップ締結操作の回避もしくは操作数の低減は、足場の悪い過酷な作業環境における重労働を解放もしくは著しく軽減し、落石防護工の設置工数の低減にも寄与し、コストダウンが推進される。

以上は平鋼板として波形に曲げられ、波長を常時縮小する方向に弾発力を発生するものを例にした。しかし、弓形に曲げられ、弦長を常時縮小する方向に弾発力を発生する図１３の（ａ）ないし（ｃ）に示す弓形平鋼板１５Ａを複数使用するようにしてもよい。三つ連ねる場合を例にすると、（ｄ）のようにワイヤロープ２１の下面と上面を交互に沿わせるべく、逆姿勢に並べればよい。このとき、平鋼板同士は両間に位置するワイヤロープを挟んだ状態で、その端部において足の少し長いＵボルト２９Ａにより接続される。このようにしておけば、実質的に波形の平鋼板を形成することができる。平鋼板の数によってロープの伸縮吸収度を変えることが容易となり、融通の利いた全長可変鋼材となる。ちなみに、図１４は図７に相当するもので、平鋼板の場合にも思想として変わりのないことを示している。

以上、多くのことを述べたが、本ワイヤロープ張力保持装置によれば、弦長もしくは波長を常時縮小する方向に弾発力を発揮する全長可変鋼材がワイヤロープの途中に沿わされるから、ワイヤロープの熱膨張・収縮による全長可変鋼材の曲がりの変化によってロープ全長を一定に保った状態で所望する張力を保つよう自動的に調節される。

ワイヤロープを敷設するとき、夏場では弦長もしくは波長が鋼棒や平鋼板の自由状態長さよりは大きくなる張力を掛け、冬場では弦長もしくは波長を夏場のワイヤロープ敷設時のそれらよりも長くなる張力を掛けるようにする。その結果、冬場にある大きさの以上の張力を作用させるかぎり、夏冬とおしてワイヤロープには張力を付与した状態にしておくことができる。そして、その張力の差が全長可変鋼材を採用しないときに比べれば半減するくらいまで小さくなるから、年間を通じてアンカーに作用する荷重が極端に違ってくるということはなくなる。アンカー打設孔壁に及ぶ荷重の交番が少なくまた弱まることでアンカーと地盤との密着が保たれ、その立設状態も長期にわたり安定させやすくなる。

ところで、図５に示した落石防護工２には、縦横敷設のワイヤロープ２１Ｔ，２１Ｙが形成するロープ枠の対角線上にもワイヤロープ２１Ｋが敷設されている。このように斜めロープ２１Ｋを主や補助のワイヤロープとして導入しておけば、面積当たりのロープ張設量は増えるが密になり、大きな岩石のみならず中礫も押さえやすくなる。斜めロープも張力調節が自動的になされると、落石防護工による地山被覆効果を大いに高める。この斜めロープは長さが多様であるから、介装される全長可変鋼材の幾つかは表１に則らないものを使用することもあるが、その場合には、上ですでに説明した波形の数の異なる全長可変鋼材でもって対応させるなどすればよい。

以上の操作を落石防護工にこだわることなく表現すれば、以下のようになる。なお、今までの説明で理解される範囲のものであるので、図解は省く。弦長もしくは波長を全長可変鋼材の自由状態長さよりは大きくなる張力を掛け、例えば岩石の沈降・ずれによってワイヤロープが緩んでも、全長可変鋼材の弾発力がロープの残余張力に応じて弦長もしくは波長を縮小させる。全長可変鋼材に沿っている部分のロープの曲がりを増やすことにより実質的にロープが手繰り寄せられ、ロープの緩みの全部もしくは一部が吸収されてロープ張力を回復させられるのである。

３…ワイヤロープ、６…ポケット式落石防護工、８…補強ロープ、８Ｔ…縦ロープ、８Ｙ…横ロープ、９…ポケット、１２…懸垂ロープ、１３…鋼棒（弓形鋼棒）、１３Ａ…波形鋼棒、１４…フック、１５…波形平鋼板、１５Ａ…弓形平鋼板、２０…ワイヤネット式落石防護工、２１…ワイヤロープ、２１Ｋ…斜めロープ、２１Ｔ…縦ロープ、２９…係止具、２９Ａ…Ｕボルト、２９Ｂ…Ω形金具、２９Ｃ…曲げ突片。

Claims (3)

1. 浮き石や岩石の崩落を防止するためワイヤロープを敷設して地山を押さえるワイヤネット式落石防護工、ならびに吊設したワイヤロープにネットを張架させて落石を捕捉するポケット式落石防護工におけるロープ緩み抑制用の張力保持装置において、
   該張力保持装置は、弦長もしくは波長を常時縮小する方向に弾発力を発生する弓形もしくは波形に曲げられた鋼棒であり、
   その両端部には、鋼棒に蔓巻きして沿わせたワイヤロープを鋼棒から離反するのを阻止するため、端部を曲げたフックが形成されていることを特徴とする落石防護工におけるワイヤロープの張力保持装置。
2. 浮き石や岩石の崩落を防止するためワイヤロープを敷設して地山を押さえるワイヤネット式落石防護工、ならびに吊設したワイヤロープにネットを張架させて落石を捕捉するポケット式落石防護工におけるロープ緩み抑制用の張力保持装置において、
   該張力保持装置は、波長を常時縮小する方向に弾発力を発生する波形に曲げられた平鋼板の本体と、
   該本体に沿わせたワイヤロープが平鋼板から離反するのを阻止する係止具と、
   を具備することを特徴とする落石防護工におけるワイヤロープの張力保持装置。
3. 前記本体は、ワイヤロープを下面と上面に交互に沿わせるべく、逆姿勢で並ぶ弓形に曲げられた複数の平鋼板よりなり、平鋼板同士は両間に位置するワイヤロープを挟んだ状態で、その端部において前記係止具により接続されていることを特徴とする請求項２に記載された落石防護工におけるワイヤロープの張力保持装置。