JP6179126B2

JP6179126B2 - 張力材の繋止構造

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Publication number: JP6179126B2
Application number: JP2013037056A
Authority: JP
Inventors: 知生天満; 秀樹永井; 和久杉山
Original assignee: Obayashi Corp
Current assignee: Obayashi Corp
Priority date: 2013-02-27
Filing date: 2013-02-27
Publication date: 2017-08-16
Anticipated expiration: 2033-02-27
Also published as: JP2014163181A

Description

本発明は、張力材の繋止構造に関し、例えば、張力が作用するロープ等の張力材を地山に繋ぎ止める張力材の繋止構造に関する。

従来から、張力が作用するロープ等の張力材を地山に繋ぎ止めるため、アンカー（グランドアンカー、アースアンカー）が用いられている。例えば、特許文献１には、防護柵の支柱を、地山に定着させたアンカーに連結したロープにより保持・繋止する繋止構造が開示されている。

また、特許文献２には、アンカーの上端にロープ（張力材）の一端を連結し、このアンカーを地中に定着させ、アンカーから鉛直方向に延びるロープが地表に出る位置に、荷重方向変換部材を設置し、地表に出たロープを荷重方向変換部材のロープガイド部分に沿わせて張設する構造のアンカー装置が開示されている。このアンカー装置は、荷重方向変換部材にロープを沿わせ張設することで、地表に出たロープの方向が、地表に対し鉛直な方向から地表に対して平行な方向に変換されている。

特開２００６−９００８８号公報特開２００２−１７３９３４号公報

しかしながら、従来技術で用いられているアンカー（グランドアンカーやアースアンカー等のアンカー）は、その構造上、引抜き荷重以外の荷重（アンカーの長さ方向以外の荷重）に抵抗することができない。
そのため、上述した特許文献１に記載の繋止構造は、地山に定着させたアンカーの長さ方向に対して、水平或いは斜め上方に大きな張力が作用した場合、アンカーの周辺地盤が破壊され、繋止構造として十分な能力を発揮できないことがあるという課題を有している。
また、特許文献２に記載のアンカー装置は、張力材に作用する張力全てをアンカーの引抜き抵抗で対応する構造になっているため（張力材の引張力が全て鉛直方向の荷重となってアンカーにかかるため）、張力材に過大な張力が作用した場合に対応できないことがある。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、張力材の繋止構造において、張力材に過大な張力が作用しても、繋止効果が得られる張力材の繋止構造を提供することにある。

上記課題を解決するための本発明は、張力が作用する張力材が連結され、その張力材を地山に繋ぎ止める張力材の繋止構造であって、地中に鉛直方向に埋設された中空筒状の水平力抵抗部と、前記水平力抵抗部の筒内を挿通させて地中に定着させた略棒状の鉛直力抵抗部と、前記水平力抵抗部と前記鉛直力抵抗部とを結合する結合部と、前記張力材が連結される張力材係留部とを備え、前記鉛直力抵抗部は、地中の支持層に定着させたグランドアンカーであり、前記水平力抵抗部は、鋼管或いはコンクリート管であり、前記結合部は、前記水平力抵抗部筒内の上端側に打設されたコンクリートにより形成され、前記水平力抵抗部の長さ寸法が、前記グランドアンカーの定着力に抵抗できる周辺摩擦力が得られるために必要な長さ寸法と、有効水平抵抗長の算出に用いられる１／βに所定安全率を乗算して得られた長さ寸法とのうち大きい方の長さ寸法になっていることを特徴とする。尚、張力材は、ワイヤー、ワイヤーロープ等で構成されている。

このように、本発明の繋止構造では、地中に鉛直方向に埋設された中空筒状の水平力抵抗部が設けられており、この水平力抵抗部により張力材にかかる張力の水平方向分力に抵抗することができる。また、本発明の繋止構造は、水平力抵抗部の筒内を挿通させた鉛直力抵抗部により、張力材にかかる張力の鉛直方向分力に抵抗することができる。
すなわち、本発明の繋止構造は、張力材に鉛直方向以外の荷重が作用しても、繋止効果が得られる。また、本発明によれば、上述した特許文献２のように、地中に埋設し定着させたアンカーの引抜き抵抗力だけで張力材を繋止する構造ではなく、水平力抵抗部及び鉛直方向抵抗部の両者で張力に抵抗しているため、過大な張力にも対応することができる。
また、本発明では、鉛直方向分力については鉛直力抵抗部が対応するため、水平力抵抗部が、鉛直方向分力に抵抗できる構造になっている必要がない。例えば、水平力抵抗部の引抜き抵抗を大きくするため、掘削径（鋼管径）を大きくしたり、水平力抵抗部の根入れ長を大きくしたりする必要がない。その結果、本発明では、例えば、水平力抵抗部に小口径の鋼管を用いることができ、小型掘削機械による施工が可能となる。

上記構成により、水平力抵抗部の軸方向の長さ寸法を、必要以上に大きくしなくてもよく材料コストが抑制される。また、上記構成によれば、水平力抵抗部を支持層の位置まで到達させる必要がないケースもあり、大きな張力に抵抗することができる繋止構造を低コストで実現することができる。

本発明によれば、張力材に鉛直方向以外の荷重や過大な張力が作用しても、繋止効果が得られる張力材の繋止構造を提供することができる。

本実施形態の張力材の繋止構造の断面を示した模式図である。本実施形態の張力材の繋止構造の平面を示した模式図である。図２のＡ−Ａ断面を示した模式図である。図２のＢ−Ｂ断面を示した模式図である。本実施形態の張力材の繋止構造の施工手順を示した模式図である。本実施形態の張力材の繋止構造の施工手順を示した模式図である。本実施形態の張力材の繋止構造の利用例を示した模式図である。本実施形態の張力材の繋止構造の利用例を示した模式図である。

以下、本発明の実施形態の張力材の繋止構造について図面を用いて説明する。

先ず、本実施形態の張力材の繋止構造の構成について図１〜４に基づいて説明する。
図１、２に示すように、張力材の繋止構造Ｗは、地中に埋設された中空円筒状の水平力抵抗部１０と、水平力抵抗部１０の筒内を挿通し且つ地中の支持層Ｓ２に定着されている略棒状の鉛直力抵抗部２０と、水平力抵抗部１０と鉛直力抵抗部２０とを結合する結合部３０とを備えている。結合部３０は、水平力抵抗部１０の上端側の筒内に設けられ、水平力抵抗部１０の内周面に固定されている。また、結合部３０の中心部には、鉛直力抵抗部２０が貫通している。また、結合部３０の上面には、鉛直力抵抗部２０の上端部分が固定されている。また、結合部３０には、ワイヤーロープ、綱撚り線等の張力材が連結される係留金具（張力材係留部）３１が設けられている。そして、繋止構造Ｗは、係留金具３１に連結された張力材（図示せず）を地山に繋ぎ止めるようになっている。

また、水平力抵抗部１０は、例えば、両端が貫通した中空円筒状の鋼管により構成され、繋止構造Ｗに連結された張力材に作用する張力の水平方向分力に抵抗する役割を担っている。また、図示する例では、水平力抵抗部１０は、その上面が地表面と略面一となるように地中に鉛直方向に打設され、地中の表土層（或いは埋戻層）Ｓ１に埋設されている。
なお、水平力抵抗部１０の筒内のうち、結合部３０よりも下側の領域４０（鋼管の筒内）には、セメンミルク（或いは土）が充填されていてもよいし、或いは、空隙になっていてもよい。

また、鉛直力抵抗部２０は、例えば、グランドアンカーにより構成され、繋止構造Ｗに連結された張力材に作用する張力の鉛直方向分力に抵抗する役割を担っている。なお、以下では、鉛直力抵抗部２０が、ＶＳＬ永久アンカー工法により支持層Ｓ２に定着させたグランドアンカーであるものとして説明する。

また、鉛直力抵抗部２０は、地中に鉛直方向に挿入され、水平力抵抗部１０の筒内を貫通している。尚、鉛直力抵抗部２０は、水平力抵抗部１０の上端側の筒内に設けられた結合部３０を貫通している。また、鉛直力抵抗部２０は、その下端部（先端部）が支持層Ｓ２まで達し、グラウト２５により支持層Ｓ２に定着している。また、鉛直力抵抗部２０は、その上端部が、水平力抵抗部１０の筒内に形成された結合部３０の上面に固定されている。

なお、本実施形態で利用するグランドアンカーは、周知なものが用いられているため、その詳細な説明を省略するが、図中の符号２１（図２〜４参照）が結合部３０の上端面に載置されて固定された支持板であり、符号２２がアンカー頭部を構成するヘッドキャップを示している。また、符号２４がコルゲートシースを示し、このコルゲートシース２４の筒内に、ＰＣ綱より線等で構成されたテンドンと、グラウト注入管が配置されている。また、符号２６は、グラウト注入管の先端に取り付けられたグラウト注入バルブを示している。

また、図２〜４に示すように、結合部３０は、水平力抵抗部１０の筒内に内嵌する略円柱形状に形成されている。この結合部３０は、水平力抵抗部１０上端側の筒内にコンクリートを打設することにより形成され、その外周面が水平力抵抗部１０の内周面に固定されている。尚、結合部３０の上面は、水平力抵抗部１０の上面と略面一になっている。また、結合部３０は、その中心部を鉛直力抵抗部２０（グランドアンカー）が貫通し、その上面が鉛直力抵抗部２０の構成部品である矩形の支持板２１に固定されている。また、結合部３０の上面には、先端がＵ字状の係留金具３１が突出している（４つの係留金具３１が突出している）。尚、本実施形態では、係留金具３１は、結合部３０の上面に固定された支持板２１の各辺の外周部に配置されている。また、結合部３０の内部には、鉛直方向に所定間隔で複数の帯鉄筋３３が埋設されている。

また、本実施形態では、水平力抵抗部１０の軸方向の長さ寸法について特に限定されるものではないが、例えば、水平力抵抗部１０の長さ寸法を、以下の算出基準により、定めるようにするとよい。具体的には、水平力抵抗部１０の軸方向の長さ寸法は、グランドアンカーの定着力に抵抗できる周辺摩擦力が得られるために必要な長さ寸法と、有効水平抵抗長の目安値の算出に用いられる１／βに所定安全率を乗算して得られた長さ寸法とのうち大きい方の長さ寸法になるように、水平力抵抗部１０の軸方向の長さ寸法を定めるようにするとよい。

このように構成することで、水平力抵抗部１０の軸方向の長さ寸法を、必要以上に大きくしなくてもよく、材料コストが抑制される。また、上記構成によれば、図示するように、水平力抵抗部１０を支持層Ｓ２の位置まで到達させる必要がないケースもあり、大きな張力に抵抗することができる繋止構造を低コストで実現することができる。

ここで、上記の算出基準で設計された水平力抵抗部１０の長さ寸法の一例を示す。尚、下記に示す例は、水平力抵抗部１０が円筒状の鋼管であり、鉛直力抵抗部２０がグランドアンカーである場合の値を示している。また、繋止構造Ｗを設置する地盤条件は、下記の表１に示す通りであり、グランドアンカーの定着荷重は、下記の表２に示す通りであり、鋼管の仕様は、下記の表３に示す通りである。

そして、本例では、グランドアンカーのアンカー定着力を「０.２×降伏強度（Ｔｙｓ）」として設定する。具体的には、表２に示すように、「降伏強度（Ｔｙｓ）＝１７１６」であるから、アンカー定着力は、下記の「数１」に示すように、３４３（ＫＮ／本）となる。

また、鋼管の長さ寸法を「Ｌ＝９（ｍ）」に設定すると、鋼管の許容摩擦力が以下に示す「数２」のように算出される。尚、施工はプレボーリング工法とし、許容摩擦力は、「道路橋示方書・同解説IV下部構造編」に基づいて算出している。
具体的には、許容摩擦力が「３７６（ｋＮ／本）」となり、アンカー定着力（３４３（ｋＮ／本））よりも大きくなる。すなわち、「Ｌ＝９（ｍ）」は、グランドアンカーの定着力に抵抗できる周辺摩擦力が得られるために必要な長さ寸法になっている。

また、上述した「有効水平抵抗長の算出に用いられる１／βに所定安全率を乗算して得られる長さ寸法」を算出するため、先ず、下記の「数３」により「水平方向地盤（水平地盤）反力係数（ｋＮ／ｍ^２）」を算出し、算出した「水平方向地盤反力係数（ｋＮ／ｍ^２）」を用いて下記の「数４」により「β値」を算出した。
尚、「水平地盤反力係数（ｋＮ／ｍ^２）」は、「道路橋示方書・同解説IV下部構造編」に基づいて算出している。

具体的には、上記（数３）により、「Ｋ_ｈ＝５８８１５（ｋＮ／ｍ^２）が算出され、上記（数４）により、「β＝０．４０９（ｍ^−１）」が算出される。

そして、安全率を３として、上記の「β値」を用いて鋼管の必要な長さ寸法を算出すると、下記の数５に示すように、「鋼管の必要な長さ寸法＝７.３ｍ」となり、上記設定した「Ｌ＝９（ｍ）」よりも小さい値となる。
このように、鋼管の長さ寸法の「Ｌ＝９ｍ」は、グランドアンカーの定着力に抵抗できる周辺摩擦力が得られるために必要な長さ寸法と、有効水平抵抗長の算出に用いられる１／βに所定安全率を乗算して得られた長さ寸法とのうち大きい方の値になっている。すなわち、上述した条件下において、鋼管の長さ寸法の「Ｌ＝９ｍ」に設定した場合、十分な能力を発揮できる繋止構造Ｗが提供される。尚、上記安全率の値は一例である。

次に、張力材の繋止構造Ｗの施工手順を図５、６に基づいて説明する。尚、図５、６は、本実施形態の張力材の繋止構造の施工手順を示した模式図である。尚、以下で示す繋止構造Ｗは、水平力抵抗部１０に円筒状の鋼管が用いられ、鉛直力抵抗部２０にグランドアンカーが用いられている。

先ず、図５（ａ）に示すように、水平力抵抗部１０（鋼管）を挿入するための孔１を掘削する（掘削機械により鉛直方向に孔１を掘削する）。尚、本実施形態では、水平力抵抗部１０を地中の支持層Ｓ２まで打設する構造ではないため、孔１は、表土層Ｓ１に形成されている。

次に、図５（ｂ）に示すように、掘削した孔１に水平力抵抗部１０（鋼管）を打設する。尚、本工程では、孔１に打設した水平力抵抗部１０（鋼管）の筒内にセメントミルクを注入するが、特にこれに限定されるものはない（鋼管の筒内に、掘削した土を埋め戻してもよいし、筒内に空隙部を形成するようにしてもよい）。

次に、図５（ｃ）に示すように、水平力抵抗部１０（鋼管）の上方部に結合部３０を設置する。具体的には、孔１に打設した水平力抵抗部１０（鋼管）の上方部に、結合部３０の設置スペースを確保する（図５（ｂ）に示す前工程において、鋼管内にセメントミルクを注入した場合は、硬化したセメントミルクを撤去して、設置スペースを確保する）。そして、確保した設置スペースにコンクリートを打設し、水平力抵抗部１０（鋼管）上方側の筒内に結合部３０を形成する。尚、コンクリートを打設する工程では、４個の係留金具（Ｕ字金具）３１と、帯鉄筋３３とを設置する。尚、図示する例では、コンクリートを打設して形成した結合部３０の中心部にボイド管３４が設置されている（中心部をボイド管３４が貫通している）。

そして、上記の打設したコンクリートが硬化すると、図６（ａ）に示すように、グランドアンカーを挿入するためのアンカー孔２を掘削する。具体的には、掘削機械を用いて、地中に打設された水平力抵抗部１０（鋼管）の上部筒内に形成した結合部３０の軸心を貫通すると共に、水平力抵抗部１０（鋼管）の軸心を通り、支持層Ｓ２まで到達するアンカー孔２を掘削する。

次に、図６（ｂ）に示すように、アンカー孔２に、鉛直力抵抗部２０（グランドアンカー）のアンカーテンドンを挿入すると共に、結合部３０の上面に支持板２１を固定し、コルゲートシース２４の内部及び外部にグラウト２５を注入する。

上記の注入したグラウト２５が硬化すると、その後、図６（ｃ）に示すように、ＰＣ綱より線等により構成されるテンドン２３を緊張し、定着させて、ヘッドキャップ２２を取り付ける。これにより、繋止構造Ｗが設置される。

このように構成された繋止構造Ｗは、地中に埋設された中空筒状の水平力抵抗部１０が、係留金具３１に連結された張力材にかかる張力の水平方向分力に抵抗し、水平力抵抗部１０の筒内を挿通させた鉛直力抵抗部２０が、張力材にかかる張力の鉛直方向分力に抵抗する。

また、本実施形態では、鉛直方向分力については鉛直力抵抗部２０が対応するため、水平力抵抗部１０が、鉛直方向分力に抵抗できる構造になっている必要がない。具体的には、水平力抵抗部１０の引抜き抵抗を大きくするため、掘削径（鋼管径）を大きくしたり、鋼管の根入れ長を大きくしたりする必要がない。その結果、本実施形態では、水平力抵抗部１０に小口径の鋼管を用いることができ、小型掘削機械による施工が可能となる。また、水平力抵抗部１０が表土層Ｓ１に埋設する構成であるため（鋼管杭のように支持層Ｓ２まで到達させていないため）、施工費が抑制される。

また、本実施形態では、鉛直力抵抗部（グランドアンカー）２０には、水平方向分力が作用しないため、アンカーの周辺地盤が破壊され、繋止構造として十分な能力を発揮できなくなることがない。

このように、本実施形態によれば、張力材に鉛直方向以外の荷重が作用しても、繋止効果が得られる。また、本実施形態によれば、上述した従来技術のように、地中に埋設し定着させたアンカーの引抜き抵抗力だけで張力材等を繋止する構造ではなく、水平力抵抗部及び鉛直方向抵抗部の両者で張力に対応しているため、過大な張力にも抵抗することができる。

また、本実施形態の張力材の繋止構造Ｗは、例えば、図７、８に示すように用いられる。ここで、図７、８は、本実施形態の張力材の繋止構造の利用例を示した模式図である。

具体的には、図７（ａ）では、本実施形態の繋止構造Ｗが、吊り橋５０のケーブルアンカーとして用いられている例（吊り橋５０のケーブルアンカーとしての機能している例）を示している。なお、図中の符号５１がケーブル（張力材）を示し、このケーブル５１の一端が吊り橋５０の塔に連結され、その他端が繋止構造Ｗの係留金具３１に連結されている。

また、図７（ｂ）では、本実施形態の繋止構造Ｗが、非自立塔状構造物６０のステイアンカーとして用いられている例（非自立塔状構造物６０のステイアンカーとして機能している例）を示している。なお、図中の非自立塔状構造物６０は、大型アンテナ（大型の円管柱アンテナ）を示しており、符号６１がワイヤロープ（張力材）を示している。この張力材６１の一端が非自立塔状構造物６０に連結され、その他端が繋止構造Ｗの係留金具３１に連結されている。

また、図８では、本実施形態の繋止構造Ｗが、大型吊り屋根７０ａの吊り材アンカーとして用いられている例（大型吊り屋根７０ａの吊り材アンカーとして機能している例を示している）。なお、符号７０が吊り屋根７０ａを備えた構造物を示し、符号７１がケーブル（張力材）を示している。この張力材７１の一端が吊り屋根７０ａの吊り材に連結され、その他端が繋止構造Ｗの係留金具３１に連結されている。
なお、図７、８に示したものは一例に過ぎない。例えば、本実施形態の繋止構造Ｗを、港に設置して、船を繋ぎ止める係留具として用いることができる。また、例えば、本実施形態の繋止構造Ｗに、貯蔵タンクに連結されたワイヤー（張力材）の端部と連結して貯蔵タンクの津波における流出防止のアンカーとして用いるようにしてもよい。

尚、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内において種々の変更が可能である。

例えば、上述した実施形態では、水平抵抗部１０が鋼管である例を示しているが、水平抵抗部１０が鋼管ではなく、既製のコンクリート管により構成されていてもよい。

また、上述した実施形態では、結合部３０がコンクリートを打設して形成した円柱形状になされているが、特にこれに限定されるものではない。結合部３０は、繋止構造Ｗに連結された張力材にかかる張力の水平方向分力を水平力抵抗部１０に伝達し、張力材にかかる張力の鉛直方向分力を鉛直力抵抗部２０に伝達することができるものであれば良く、その形状や材質などはどのようなものであってもかまわない。例えば、結合部３０が鋼製の部材により形成されていてもよい。

また、上述した実施形態では、水平力抵抗部１０が表土層Ｓ１に埋設されているが、水平抵抗部１０が支持層Ｓ２まで到達するように打設されていてもよい。

また、本実施形態の繋止構造Ｗは、必ずしも、地中に真鉛直方向設けられる必要はなく、水平力抵抗部１０を挿入するための孔１が掘削可能ならば若干の傾斜（例えば、鉛直方向に対して５°程度）が生じていてもよい。

また、上述した実施形態では、結合部３０に、係留金具（張力材係留部）３１が設けられているが、特にこれに限定されるものではない。係留金具３１が、水平力抵抗部１０（例えば、水平力抵抗部１０の上端側）に設けられていてもよい。

Ｗ…繋止構造
１０…水平力抵抗部
２０…鉛直力抵抗部
２１…支持板
２２…ヘッドキャップ
２３…テンドン
２４…コルゲートシース
２６…グラウト注入バルブ
３０…結合部
３１…係留金具
３３…帯鉄筋
５０…吊り橋
５１…ケーブル（張力材）
６０…非自立塔状構造物
６１…ワイヤロープ（張力材）
７０…構造物
７０ａ…大型吊り屋根
７１…ケーブル（張力材）

Claims

張力が作用する張力材が連結され、その張力材を地山に繋ぎ止める張力材の繋止構造であって、
地中に鉛直方向に埋設された中空筒状の水平力抵抗部と、
前記水平力抵抗部の筒内を挿通させて地中に定着させた略棒状の鉛直力抵抗部と、
前記水平力抵抗部と前記鉛直力抵抗部とを結合する結合部と、
前記張力材が連結される張力材係留部とを備え、
前記鉛直力抵抗部は、地中の支持層に定着させたグランドアンカーであり、
前記水平力抵抗部は、鋼管或いはコンクリート管であり、
前記結合部は、前記水平力抵抗部筒内の上端側に打設されたコンクリートにより形成され、
前記水平力抵抗部の長さ寸法が、前記グランドアンカーの定着力に抵抗できる周辺摩擦力が得られるために必要な長さ寸法と、有効水平抵抗長の算出に用いられる１／βに所定安全率を乗算して得られた長さ寸法とのうち大きい方の長さ寸法になっていることを特徴とする張力材の繋止構造。