JP7197098B1

JP7197098B1 - 付着応力が均等なグラウンドアンカー工法

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Publication number: JP7197098B1
Application number: JP2022132167A
Authority: JP
Inventors: 和朗三田
Original assignee: 長寿補強土株式会社
Priority date: 2022-08-23
Filing date: 2022-08-23
Publication date: 2022-12-27
Anticipated expiration: 2042-08-23
Also published as: WO2024043209A1; JP2024029790A

Abstract

【課題】従来型のグラウンドアンカーの定着部で発生する集中応力発生による逐次破壊進行が起こらず、定着区間全体に略均等な応力が作用し、耐久性の向上を図れるグラウンドアンカー工法を提供する。【解決手段】地表面１から孔径４０～４００ｍｍの孔５を地盤深部の不動層４まで削孔し、削孔後の孔５内にテンドン６を挿入し、不動層４の孔内でテンドン６の先端部６ａの周囲にテンドン固定部７用のセメントを注入してテンドン固定部７を形成し、テンドン固定部７の形成後、地表面１に仮受圧板１８を設置して、仮受圧板１８を反力としてテンドン６を緊張した状態で、地表面１からテンドン６の先端部６ａを除く中間部６ｃの周囲に不動層４から地盤浅部の移動層３にかけて孔５内にテンドン緊張定着部８用の超速硬セメントを注入してテンドン緊張定着部８を形成し、テンドン緊張定着部８の形成後、仮受圧板を撤去する。【選択図】図１

Description

本発明は、地盤に適用するグラウンドアンカー工法において、特に定着区間全体に付着応力を略均等に作用させるようにしたグラウンドアンカー工法に関するものである。

地盤に適用するグラウンドアンカー工は、グラウト材の注入によって地中の定着地盤に造成されるアンカー体と、引張り部となるテンドン（ＰＣ鋼線などの緊張材）と、アンカー頭部から形成される。アンカー頭部は支圧板と定着具で構成されており、支圧板は、地中の定着地盤に固定されたアンカー体からテンドンを引っ張る際の地上側の反力版となり、地表側の地盤を地中側に押さえ付ける役割をする。

ところが、従来のグラウンドアンカー工は、第１にアンカー頭部で防錆剤の充填不足、漏逸あるいはテンドンを引っ張る定着具に固定されているクサビの効果減衰などの要因により長期耐久性に劣る課題があった。第２に支圧板はコンクリート製の場合、重量が重くて施工性が悪く、鋼製であるとコストが高く耐久性に劣るという課題があった。樹木が生える森林斜面では、支圧板を用いることなく樹木を残したまま施工できる工法が必要とされていた。

以上の背景から、従来の受圧板に代えて無受圧板のアンカーを施工する方法（特許文献１）が提案されている。特許文献１の内容は、地表面から地中の定着地盤（不動層）まで削孔し、先端部の定着体と後端部の定着体を緊張材で繋いだアンカーを孔内に挿入し、不動層の孔内にグラウト材を一次注入して不動層に定着部を造成し、地表面に設置した仮受圧板を反力として緊張材を緊張しながら移動層の孔内にグラウト材を二次注入して移動層に定着部を造成し、最後に地表の仮受圧板を撤去するとともに緊張材を切断し、無受圧板のアンカーを施工するものである。

特許第３１５３４９１号公報

しかしながら、上記従来工法は、アンカー体に局部集中応力が発生して、逐次破壊が進行し、アンカーの耐久性が年月とともに年々低下するという課題があった。かかる課題は、従来のグランドアンカー工に本質的なもので、引張型アンカーおよび圧縮型アンカーのいずれの形式でも同様に存在するものであった。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたもので、従来型のグラウンドアンカーの定着部で発生する集中応力発生による逐次破壊進行が起こらず、定着区間全体に略均等な応力が作用し、耐久性の向上を図れるグラウンドアンカー工法を提供すること、また、受圧板を無くし、高い耐久性を図ることのできるグラウンドアンカー工法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明に係るグランドアンカー工法は、
地表面から孔径４０～４００ｍｍの孔を地盤深部の不動層まで削孔し、
削孔後の孔内にテンドンを挿入し、
不動層の孔内でテンドンの先端部の周囲にテンドン固定部用のセメントを注入してテンドン固定部を形成し、
テンドン固定部の形成後、地表面に仮受圧板を設置して、仮受圧板を反力としてテンドンを緊張した状態で、地表面からテンドンの先端部を除く不動層から地盤浅部の移動層にかけて孔内にテンドン緊張定着部用の超速硬セメントを注入してテンドン緊張定着部を形成し、
テンドン緊張定着部の形成後、仮受圧板を撤去することを第１の特徴とする。

テンドン固定部用のセメントは、普通ポルトランドセメントでもよいが、早く強度が発現する早強セメント、超速硬セメントが望ましい。テンドン緊張定着部用のセメントは、超速硬セメントを用いる。超速硬セメントは、材齢３時間で２０～３０Ｎ／ｍｍ^２の一軸圧縮強度を発現するセメントを指す。注入に必要な作業時間１５～３０分間のグラウト材の流動性を確保するため、超速硬セメントに対し凝結遅延剤０．０５～１．５質量％を加え、水セメント比（Ｗ／Ｃ）は１３～２３％とする。

本発明に係るグランドアンカー工法は、
地表面から孔径４０～４００ｍｍの孔を地盤深部の不動層まで削孔し、
削孔後の孔内に、テンドンの先端部の周囲に形成するテンドン固定部用の第１グラウト注入管および袋状の第１パッカー、テンドン固定部の手前で不動層から移動層にかけて形成するテンドン緊張定着部用の第２グラウト注入管および袋状の第２パッカーを装着したテンドンを挿入し、
第１グラウト注入管から第１パッカーの内部にセメントを注入して、不動層にテンドン固定部を形成し、
テンドン固定部の形成後、地表面に仮受圧板を設置して、仮受圧板を反力としてテンドンを緊張した状態で、第２グラウト注入管から第２パッカーの内部に超速硬セメントを注入して、テンドン固定部の手前で不動層から移動層にかけてテンドン緊張定着部を形成し、
テンドン緊張定着部の形成後、仮受圧板を撤去することを第２の特徴とする。

ここで、地盤の移動層は地表面側でトップリング崩壊や地すべりが発生する層を指し、地盤の不動層は深部でトップリングや地すべりが発生しない層の地盤を意味する。

地すべりや崩壊の多くは、地盤の緩みで風化が進み、地盤強度の低下によって発生する。従来の引張型と圧縮型のアンカーは、定着部で応力集中による逐次破壊が発生するが、本発明のグラウンドアンカー工法では、テンドンの定着区間全体に略均等な応力が作用する結果、グラウンドアンカー工の耐久性が大きく向上するという優れた効果を奏する。

本工法によると、テンドンの定着区間全体に孔壁の劣化や緩みが生じず、周面摩擦抵抗を確保し、地盤の不動層および移動層とテンドンの定着区間全体の一体化を図ることができる。

本発明によると、地中の深部にあるすべり面付近およびその上部の移動層全体に良好なプレストレスを与え、移動地盤の劣化の低下を図ることができる。本発明によれば、地すべりが移動しようとする場合、移動層が不動層と緊張されたテンドンで連結されているため、地すべりの活動を抑止する。

また、本発明によると、アンカー工で最も老朽化しやすい頭部の受圧板や定着具が不要となるので、長期耐久性を確保できる。特にテンドンを錆びない素材やエポキシ樹脂で厚く被覆した緊張材とし、あるいはテンドンにシースで防錆された材料を用いると数世紀にわたる長期耐久性の確保が可能となる。

本発明が適用されたグラウンドアンカー工の断面図、本発明のグラウンドアンカー工の施工手順を示すもので、地盤を削孔した状態の断面図、孔内にパッカーとテンドンを挿入した状態の断面図、孔内の第１パッカー内部にグラウト材を充填した状態の断面図、仮受圧板でテンドンを緊張した状態で孔内の第１パッカー内部にグラウト材を充填した状態を示す断面図、仮受圧板とテンドン頭部を撤去する前の断面図である。

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しながら説明する。図１ないし図６は本発明の一実施形態を示すもので、図１は地盤に対し本発明によるグラウンドアンカー工を適用した断面図である。

本実施形態のグラウンドアンカー工は、図１に示すように、地表面１から、地盤２の移動層３から地盤２の深部の不動層４にかけて削孔された孔５の内部にテンドン（緊張材）６が緊張状態（プレストレスｐ）で配置されており、テンドン６の先端部６ａにはテンドン固定部７が造成され、テンドン６の先端部６ａを除く不動層４から移動層３にかけて付着応力が略均等に生じる緊張定着部８が造成された構造となっている。

不動層４の孔５内部には、テンドン６の先端部６ａの周囲にグラウト材９が充填され、地表面１からテンドン６の先端部６ａを除く不動層４から移動層３にかけてグラウト材１０が充填されている。グラウト材９は、超速硬セメントから構成されるが、早強セメントから構成してもよい。グラウト材１０は、超速硬セメントから構成されている。符号１１は移動層３と不動層４の境界に形成されたすべり面である。

テンドン６は、炭素繊維ケーブルなどの劣化し難い軽量素材から構成されるが、エポキシ樹脂やポリエチレン等の合成樹脂で被覆された防食性能の高いＰＣ鋼線などのケーブルあるいは芳香族ポリアミド系樹脂（アラミド樹脂）の棒状体から構成しても良い。本実施形態のテンドン６は、複数本（図示例は３本）のケーブルを使用した例であるが、ケーブルの本数は１本から１０本程度まで適用可能である。

グラウト材９，１０を構成する超早硬セメントは特殊なセメントで、材齢３時間で２０～３０Ｎ／ｍｍ^２（好ましくは２４Ｎ／ｍｍ^２以上）の一軸圧縮強度を発現するセメントである。超早硬セメントはカルシウムアルミネートを含有するセメントで、たとえば、１１ＣａＯ・７Ａｌ_２Ｏ_３・ＣａＸ_２（ただし、Ｘはハロゲン元素を表す）を主成分とするセメント（例：住友大阪セメント株式会社のフィルコンＳスーパー（商品名）など）を用いる。

超早硬セメントはそのＳＯ_３／Ａｌ_２Ｏ_３（モル比）が０．６～１．３であることが好ましく、モル比が前記範囲内であると初期強度発現性、特に混練後３時間後の強度発現性に優れる。なお、グラウト材９は前述のように早強セメントでもよい。早強セメントは普通セメントよりも早期に強度が発現する。

次に、上記構造のグラウンドアンカー工について、施工手順を以下に説明する。

まず、図２に示すように、地表面１から、地盤２中の移動層３から深部の不動層４にかけて、孔５を削孔する。孔５は不動層４の深度や地盤２の固さなどの地盤状況に応じて、孔径３０～４００ｍｍ、深さ１．５～１００ｍの範囲から選択される。図２の例は孔径約９０ｍｍ、深さ約２５ｍである。

次に、図３に示すように、削孔した孔５にテンドン６を挿入する。テンドン６には、第１グラウト注入管１２、袋状の第１パッカー１３、第２グラウト注入管１４、袋状の第２パッカー１５、複数のスペーサ１６、頭部用の定着用ネジ１７の各部品が、結束バンドにより予め組み付けられセットされる。テンドン６は先端部６ａが孔５の先端付近に達し、頭部６ｂが地表面１から外に出る長さとする。

図示の第１グラウト注入管１２および第２グラウト注入管１４は、概略的に記載したもので、それぞれ複数本が用いられ、長さが短い方の管を、注入完了を確認する管として用いる場合がある。

第１パッカー１３は、テンドン６の先端部６ａに結束バンドにより取り付けられ、第２パッカー１５は、テンドン６の先端部６ａを除く残りの部分に結束バンドで取り付けられる。定着用ネジ１７はテンドン６の頭部６ｂに取り付けられる。スペーサ１６はテンドン６を孔５の中心付近に位置決めするもので、テンドン６の先端部６ａから頭部６ｂの間に複数（図示例は４つ）取り付けられる。

第１グラウト注入管１２は、テンドン６に沿って、先端の注入口が第１パッカー１３の内部奥方に達するようにセットされ、第２グラウト注入管１４は、テンドン６に沿って、先端の注入口が第２パッカー１５の内部奥方に達するようにセットされる。

削孔した孔５に組立後のテンドン６が挿入されると、図３に示すように、テンドン６の先端部６ａおよびその周囲の第１パッカー１３が地盤２の深部である不動層４の奥方に位置し、テンドン６の大部分を占める中間部６ｃとその周囲の第２パッカー１５が地盤２の不動層４から地盤２の浅部である移動層３にかけて位置する。

次に、図４に示すように、グラウト材９を第１グラウト注入管１２の先端注入口から第１パッカー１３の内部に注入する。グラウト材９は、超早硬セメント（例：住友大阪セメント株式会社のフィルコンＳスーパー（商品名）など）の使用が優れている。

超早硬セメントは、注入作業時間に必要な１５～３０分間のグラウト材の流動性を確保するため、凝結遅延剤（例：住友大阪セメント株式会社のジェットセッター（商品名）など）および水を配合して混練する。具体的には、超早硬セメントに対し、凝結遅延剤を０．０５～１．５質量％、水を１３～２３質量％とし、配合された凝結遅延剤（ジェットセッター）と水を入れた容器に、超早硬セメント（フィルコンＳスーパー）を徐々に投入し、２分間程度高速攪拌する。その結果、非常に流動性が高いグラウト材が得られる。

ミルク状の上記グラウト材９を第１グラウト注入管１２に注入し、所定の加圧をおこなって第１パッカー１３の内部に圧送すると、第１パッカー１３が膨張し、グラウト材９が充填される。グラウト材９は第１パッカー１３から外部に滲み出て不動層４における孔５の内周面に密着し、テンドン固定部７が形成（造成）される。

袋状の第１パッカー１３を用いると不動層４に亀裂がある場合に亀裂からミルク状のグラウト材が漏逸するのを防ぐことができる。テンドン固定部７は、グラウト材９の注入後２時間半程度で一軸圧縮強度が２４Ｎ／ｍｍに達し、３時間後には十分な強度で周囲の不動層４と結合する。

なお、テンドン固定部７の造成にあたり、グラウト材９は早強セメントを用いることができ、また、第１パッカー１３の使用は必須ではない。本実施形態の場合、テンドン固定部７の形成区間は０．５ｍ～１５ｍの範囲で選択可能である。

次に、テンドン固定部７の形成後、図５に示すように、テンドン６の頭部６ｂに仮受圧板１８と油圧ジャッキ（センターホール型油圧ジャッキ）１９をセットし、油圧ジャッキ１９で定着用ネジ１７およびテンドン６を緊張する（引張荷重ｐ１）。荷重は５～１０００００ＫＮの範囲から選択される。図５の例は５０ＫＮである。

次に、テンドン６を緊張した状態で、図５に示すように、ミルク状のグラウト材１０を、前述の第１パッカー１３への注入作業と同様の方法で、孔５の残りの部分で、第２パッカー１５の内部に注入する。テンドン６の緊張作業中は、仮受圧板１８が地盤側に沈下し、引張荷重が小さくなるので、作業者が緊張荷重を確認し、油圧ジャッキ１９を微調整しながら所定の荷重を３時間程度継続的に掛ける。

第２パッカー１５内部に注入されたグラウト材１０は、第２パッカー１５から外部に滲み出て深部の不動層４における孔５の内周面、浅部の移動層３における孔５の内周面に密着し、緊張定着部８が形成（造成）される。緊張定着部８は、グラウト材１０の注入後２時間半程度で一軸圧縮強度が２４Ｎ／ｍｍに達し、３時間後には十分な強度で深部の不動層３および浅部の移動層４と結合される。

グラウト材１０の注入後３時間経過して油圧ジャッキ１９を緩めると、図６に示すように、テンドン６の弾性変形（縮小）で地盤２の不動層４と移動層３内にプレストレス（符号ｐ）が発生し、移動層３を不動層４側に引っ張るが、緊張定着部８の区間全体（区間全長）に、均等な応力が作用する。局部集中応力が発生することがない。

テンドン６を緊張する３時間程度の時間であれば、緊張によって生じる仮受圧板１８の沈下にともなう緊張荷重の低下を厳密に監視し、油圧ジャッキ１９の操作により緊張荷重を本来の荷重に常時コントロールすることが容易である。同コントロールにより、移動層３および不動層４との付着力が良好な定着部（緊張定着部８）が形成される。

上記の効果は、テンドン６にＰＣ鋼線を適用した場合でも、テンドン６の緊張作業時間中に緊張荷重のコントロールによってＰＣ鋼線の弾性による短縮が起きないため、移動層３および不動層４と定着部（緊張定着部８）との間で同様に良好な付着力を確保することができる。

最後に、油圧ジャッキ１９および仮受圧板１８を撤去し、テンドン６の地表面１から突出する頭部を切断すると、図１に示すグラウンドアンカー工が地盤２に施工される。孔５内の第１グラウド注入管１２および第２グラウド注入管１４は、周囲のグラウト材９，１０により孔５内に埋設され，地表面１から突出する管部分が切断撤去される。

本実施形態によると、不動層４にテンドン固定部７を造成し、不動層４から移動層３にかけて付着応力が略均等に生じる緊張定着部８を造成したので、テンドンの定着区間に従来のアンカー工のような応力集中による逐次破壊が発生せず、テンドンの定着区間全体に孔壁の劣化や緩みが生じず、孔壁と定着部間に十分な周面摩擦抵抗を確保して、長期耐久性に優れた品質の高いアンカー工を施工することができる。

しかも、短時間でアンカー工の施工が完了するので、その点でも、孔５の孔壁劣化や緩みが生じにくく、長期耐久性に優れた品質の高いアンカー工の施工に寄与する。従来のような大きなコンクリート製の受圧板や鋼製の受圧板を廃止して不動層と移動層間に導入したプレストレスを長期に維持でき、また、施工コストの大幅削減を図ることができる。

本実施形態によると、地表面１から突出する定着用ネジ１７の部分の切断により、地表面１にグラウンドアンカー工の構造物がほとんど見えない形態となり、地表面１の景観が向上し、森林斜面に好適である。地表面１が軟弱表面である場合、定着用ネジ１７に地表面の保護網を設置する固定装置を取り付け、また、通常の受圧板よりも小型（１／５～１／１０程度）の受圧板を設置してよい。

緊張定着部８の形成にあたり、パッカー１５の使用は必須ではないが、緊張定着部８の周囲の孔壁に亀裂が発生している場合、注入したグラウト材１０が亀裂から漏逸することを防ぐためパッカー１５の使用が好適である。本実施形態の場合、緊張定着部８の形成区間は４ｍ～１００ｍの範囲で選択可能である。

本実施形態では、グラウト材１０注入後３時間経過後に受圧板１８を撤去したが、地質条件によっては、地表側から４～１０ｍ程度の区間をテンドン６の周囲にシーズを設けて両端を止水し、地表側に小型の受圧板を取り付け、当該区間に自由長部を形成してもよい。また、地表が崩壊しやすいなど移動層の浅部の地質条件によっては、小型でなく通常の大きさの受圧板を取り付ける場合にも効果を発揮する。

テンドンは、芳香族ポリアミド系樹脂（アラミド樹脂）など緊張で伸びやすい素材を採用すると、テンドンが短い場合も十分なプレストレス効果を得ることができる。

かくして、本発明によると、受圧板を必要とせず、地盤中の深部の不動層と浅部の移動層との間に十分なプレストレストを導入することが可能で、また、定着部全体に付着応力が略均等に作用し得て、長期耐久性を確保できるグラウンドアンカー工を実現することができた。

本発明は、グラウンドアンカー工法として利用できる。また、補強土工の施工方法としても利用可能である。

１地表面
２地盤
３移動層
４不動層
５孔
６テンドン
６ａテンドンの先端部
６ｂテンドンの頭部
６ｃテンドンの中間部
７テンドン固定部
８緊張定着部
９，１０グラウト材
１１すべり面
１２第１グラウト注入管
１３第１パッカー
１４第２グラウト注入管
１５第２パッカー
１６スペーサ
１７定着用ネジ
１８仮受圧板
１９油圧ジャッキ
ｐプレストレス
ｐ１引張荷重

Claims

地表面から孔径４０～４００ｍｍの孔を地盤深部の不動層まで削孔し、
削孔後の孔内にテンドンを挿入し、
不動層の孔内でテンドンの先端部の周囲にテンドン固定部用のセメントを注入してテンドン固定部を形成し、
テンドン固定部の形成後、地表面に仮受圧板を設置して、仮受圧板を反力としてテンドンを緊張した状態で、地表面からテンドンの先端部を除く中間部の周囲に不動層から地盤浅部の移動層にかけて孔内にテンドン緊張定着部用の超速硬セメントを注入してテンドン緊張定着部を形成し、
テンドン緊張定着部の形成後、仮受圧板を撤去することを特徴とするグランドアンカー工法。
地表面から孔径４０～４００ｍｍの孔を地盤深部の不動層まで削孔し、
削孔後の孔内に、テンドンの先端部の周囲に形成するテンドン固定部用の第１グラウト注入管および袋状の第１パッカー、テンドン固定部の手前で不動層から移動層にかけて形成するテンドン緊張定着部用の第２グラウト注入管および袋状の第２パッカーを装着したテンドンを挿入し、
第１グラウト注入管から第１パッカーの内部にセメントを注入して、不動層にテンドン固定部を形成し、
テンドン固定部の形成後、地表面に仮受圧板を設置して、仮受圧板を反力としてテンドンを緊張した状態で、第２グラウト注入管から第２パッカーの内部に超速硬セメントを注入して、テンドン固定部の手前で不動層から移動層にかけてテンドン緊張定着部を形成し、
テンドン緊張定着部の形成後、仮受圧板を撤去することを特徴とするグランドアンカー工法。