JP4503940B2

JP4503940B2 - グラウンドアンカー

Info

Publication number: JP4503940B2
Application number: JP2003153295A
Authority: JP
Inventors: 健一牛島
Original assignee: Tokyo Rope Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Tokyo Rope Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2003-05-29
Filing date: 2003-05-29
Publication date: 2010-07-14
Anticipated expiration: 2023-05-29
Also published as: JP2004353343A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は高強度繊維複合材ケーブルをアンカー体とするグラウンドアンカーに関する。
【０００２】
【従来の技術】
斜面の土留めや橋梁の基礎を得るためにグラウンドアンカー工法が用いられている。このグラウンドアンカー工法は、土中に掘られた孔内にアンカー体を挿入し、孔内にグラウトを注入し、定着長部にてグラウトを硬化させ、引張り材に張力をかけて定着する工法である。
アンカー体の引張り材として、従来では、一般にＰＣ鋼線、ＰＣ鋼撚り線が用いられていたが、高耐食、軽量などの特性から高強度繊維複合材ケーブルの採用が増えてきている。
【０００３】
かかる高強度繊維複合材ケーブルからなるアンカー体の頭部は、引張り材と筒状のグリップをセメントあるいは樹脂で固着し、張力のかかる自由長部では、引張材の周囲にシースを被せてグラウトが進入しないよう止水し、シース内部には、通常、充填材が注入される。土中を削孔する際には孔内の壁面が崩れるのを防止するため通常の場合鋼管が埋め込まれ、アンカー体挿入後に引抜かれる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来のアンカー体においては、引張り材として、それぞれが独立した複数本のストランド状の単位引張り材を平行状に引き揃えたものが用いられていたので、次のような問題があった。
１）軸方向の引張にはＰＣ鋼撚り線と同等以上の強度を発揮するが、軸方向への圧縮（挫屈）に弱く、曲げにも弱く型崩れを起しやすい。また、それぞれが独立している単位引張り材を平行状に揃えられているだけなので、捻れに非常に弱く、単位引張り材の撚り方向と逆方向に捻られた場合、素線が開いて破損してしまう。
このため、アンカー体を搬送する際あるいは孔内へ挿入する際に束ねられた引張り材の局部的な曲げや挫屈荷重により引張り材が損傷したり、鋼管の引抜き時に一般に鋼管を周方向へ回しながら引抜くと、捻られて損傷することもあり、円滑で安定した作業を行い難かった。
【０００５】
２）張力が導入される場合、単位引張り材を平行状に揃えられているだけであるため、各単位引張り材の長さが揃っていない場合、張力が均等に伝わらず、荷重が不ぞろいになり、設計張力を達成できない可能性がある。
【０００６】
３）各単位引張り材が平行状に揃えられているだけであり、単位引張り材間に隙間があるので、引張り材の外径が実質的には太くなる。この結果、グリップの外径が太くなり、重いため、アンカー体の輸送や施工時の取り扱いが困難であった。また、孔内鋼管の内径は鋼管を引抜く際にグリップ径より大きい必要があり、グリップが大型であることで削孔径が大きくなり施工費用がかさんでいた。
４）止水部において複数本ある引張材の隙間からのグラウトの進入を防止する処理が困難であった。
【０００７】
本発明は前記のような問題点を解消するためになされたもので、その目的とするところは、引張り材の外径を小さく、頭部グリップをコンパクトにして搬送時および施工時の取り扱い性を向上できるとともに、施工の際の削孔径を小さくして施工費用の削減を図ることができ、また、引張り材の形状が安定した構造で、搬送時や施工時の取り扱いで局部的な曲げによる損傷や挿入時の挫屈による損傷を受け難く、鋼管引抜き時に捻られるのを抑制でき、さらに、現場にてアンカー体を組み立てることが可能で、リールに巻かれた引張材を長尺のまま現場へ搬入でき、削孔径をさらに小さくできるグラウンドアンカーを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため本発明は、土中に掘られた孔内に高強度繊維複合材ケーブルを引張り材に用いたアンカー体を挿入し、孔内にグラウトを注入し、定着長部にてグラウトを硬化させ、引張り材に張力をかけて定着する工法に用いられるアンカーにおいて、引張り材が、高強度繊維複合材を片撚りしたケーブルを心ストランドとして配し、その周りに複数本の片撚りケーブルを側ストランドとして配するとともに、それら心ストランド及び側ストランドを撚り角度２〜１２°で心ストランド及び側ストランドの撚り方向と逆方向に撚り合せて構成されている１体の複撚り構造からなることを特徴としている。
【０００９】
前記ストランド間に介在層を配置していることが好ましい。
また、本発明は、前記引張り材を固着材で固着したグリップを含む頭部と、引張り材を囲み下端が止水材で閉止されたシースを含む自由長部と、引張り材がストランドごとに離間された定着長部とを備え、前記シースがグリップを囲む保護管とつながる蛇腹状の管から構成されていることを特徴としている。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下添付図面を参照して本発明の実施例を説明する。
図１は本発明によるグラウンドアンカーの使用状態を示しており、Ａは施工対象地盤、１は施工対象地盤Ａに開けられ削孔ａに挿入されたアンカー体であり、引張り材２として高強度繊維複合材ケーブルを用い、これを必須の部材として含む頭部１ａと、これから下方の自由長部１ｂおよび定着長部１ｃとを備えている。
【００１１】
前記頭部１ａは、引張り材２を内挿し合成樹脂やセメントなどの固着材１５で固着した筒状のグリップ３を有し、該グリップ３は、施工地盤Ａの表面に配された受圧板４を貫通し、外周の雄ねじをナット５と螺合することで引張り力が付与されるようになっている。
自由長部１ｂでは、引張り材２はグリップ３の下端から軸線方向に延び、その引張り材２の周囲には、シース６が囲繞している。シース６は、本発明では合成樹脂製あるいは金属製の蛇腹管からなっており、該シース６の下端部は引張り材２の外周と密接した止水材７を有している。止水材７はゴム系などの粘土や発泡樹脂などが用いられる。
【００１２】
そして、グリップ３の外周には保護管８が密接しており、保護管８の末端部分は、熱収縮ゴムなどの継手筒９を介して前記シース６と接続されている。シース６内には止水材７を底として充填材１０が入れられる。
定着長部１ｃでは、引張り材２は露出しており、定着力を得るため後述する複数のストランドに分離されるとともにスペーサ１１で間隔が保持されており、先端は固定部材１２により収束されている。自由長部１ｂと定着長部１ｃにはグラウト１３が充填されている。
【００１３】
前記引張り材２は、高強度繊維複合材ケーブルからなっているが、従来のように高強度繊維と樹脂を複合した素線を撚り合わせた複数のストランドを、相互に適度な間隔を保持しながら平行に束ねて構成したケーブル、あるいは高強度繊維と樹脂を複合した素線を複数の層に重ね撚合せた多層構造のケーブルとは異なり、図２ないし図５のように、片撚りケーブルからなるストランド２ａを複数本（図面では７本）を長い撚りピッチ、すなわち２〜１２°の撚り角度αで撚り合わせて１体の複撚りケーブルとしており、撚り方向はストランド２ａの撚り方向と逆方向になっている。
好適には、ストランド同士の間の隙間に介在層１４を配置している。
【００１４】
詳述すると、複撚りケーブルのストランド２ａは高強度低伸度繊維と熱硬化性樹脂を複合した片撚り構造からなる。この例では、中心に１本の片撚りケーブル２ａを心ストランドとして配置し、その周りに６本のストランド２ａを側ストランドとして配置している。
【００１５】
ストランド２ａは、炭素繊維、アラミド繊維、炭化珪素繊維などから選択される高強度低伸度繊維にエポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂などから選択される熱硬化性樹脂を含浸させた多数の複合素線２０からなっている。複合素線２０は、図２(ｂ)のように、高強度低伸度繊維のプリプレグ２００の多数本を収束し、あるいは長い撚りピッチで撚り合わせ、外周に高強度低伸度繊維あるいはポリエステル繊維などの合成繊維糸２０２をラッピングの形態で被覆している。
【００１６】
前記ストランド２ａの撚り方向と引張り材であるケーブル２の撚り方向は逆方向になっている。すなわち、前記ストランド２ａの撚り方向がたとえばＳ方向であれば、引張り材２の撚り方向はＺ方向とされる。これは、自転性を小さくし、捻れにくく型崩れしにくくするためである。
【００１７】
前記ストランド２ａを引張り材２に撚り合わせるときの撚り角度αを限定したのは、後述するように、損傷や型崩れを起させずに目標とする引張り強度を達成させるため、また、既存の撚線機で容易に撚り合わせ工程を実施できるようにし、さらに、熱硬化性樹脂の硬化工程が最終工程に限定されない利点があるからである。より好ましい撚り角度αは、２〜８°である。
【００１８】
撚り角度の下限を２°としたのは、これ未満では、引張り強度は高いものの、平行に近づくため、先に述べた従来のケーブルの欠点、すなわち、リールヘ巻くと型崩れを起し、取り扱いが困難となる点、ケーブルの内側と外側の径の差により曲げ応力が働き、ケーブルが損傷する可能性がある点や、捻れに弱く、特にケーブルの撚り方向とは逆方向に捻られた揚合、素線が開き、破損してしまう点を解消できなくなるからである。
【００１９】
撚り角度の上限を１２°としたのは、引張り強度が低下するからである。すなわち、高強度繊維複合材は、曲げ、せん断、ねじれに弱く、完全脆性材料であるため大きな撚り角度で撚り合わせると、引張り方向と繊維方向の角度差が大きくなり、せん断により強度低下をきたすからである。
なお、通常の場合、ストランド２ａを得る場合の撚りピッチＰ１よりも、引張り材２に撚り合わせるときの撚りピッチＰの方を大きくする。
【００２０】
介在層１４を配するのは、主として２つの理由からであり、第１の理由は、各ストランドが接触すると引張り材に張力がかかった場合や、曲げられた場合に、互いの素線同士の擦れや側圧で素線が損傷し、十分な強度が発揮できなくなるが、介在層１４が存在することにより、ストランド間の接触を緩和でき、また、側ストランド相互間の接触も緩和され、内部摩耗による引張り強度の低下（撚減り）を低減できるからである。
【００２１】
第２の理由は、介在層１４は、引張り材２を図１のようにシース６を貫通させ、シース６内に油や水などの充填材１０を注入した時に、引張り材２の内部（ストランド同士の隙間）から定着長部１ｃへと充填材１０が流出させないようにするとともに、定着長部１ｃに入れたグラウト１３を引張り材２の内部（ストランド同士の隙間）からシース６内に侵入するのを防止するためである。
【００２２】
介在層１４は、ポリエチレンなどの熱可塑性樹脂の溶融樹脂を押し出すなどして、あらかじめ心のストランド２ａの外周に樹脂被覆の形態で施してもよい。これに代え、図２や図４のように線状体１４０をストランド２ａの各外周谷間に配してもよい。この方式は、心のストランドがない場合でも適用でき、また、ストランド２ａを引張り材に撚り合わせるときに実施できる利点がある。
線状体１４０は合成樹脂が通常用いられるが、ステンレス、めっきワイヤなどの金属素線あるいはこれを数本撚り合せたストランドでもよい。こうした金属製の線状体１４０を用いた場合、定着長部１ｃにおいてグラウト１３を充填した時に、該部分の引張り材２の浮き上がりを抑制できる利点もある。
【００２３】
本発明は、図示する例に限定されるものではない。
１）引張材は設計に必要な引張力に応じてストランドを形成する素線の数あるいはストランドの数を変更可能である。
ストランド２ａを構成する素線２０の本数は、３本以上であればよく、図２，３のように７本である場合に限定されない。図６（ｂ）、（ｃ）のように１９本などであってもよい。
２）引張り材２は、心ストランドを有している場合に限定されない。図６（ａ）、（ｂ）のように３本のストランド２ａを用いた構造であってもよい。この例では、３×７構造、３×１９構造を採用している。このような芯ストランドがない場合、介在層１４はストランド２ａ，２ａ間に介在される。心ストランドを有している場合、図６（ｃ）で例示するように、７×１９構造も採用できる。
【００２４】
本発明によるアンカー体１は、工場で全体を製作してもよい。図７はこの例を示しており、引張り材２の端部にグリップ３を被せてセメント、樹脂などの固着材１５を充填して一体化させ、それより下に所要の位置までシース６を外嵌し、シース６の下端内側と引張り材２外周間に止水材７を介在させる。そして、定着力を得るために撚りをほどいてストランド２ａ，２ａを離間させ、内部にスペーサー１１を入れ端部を集束させる一方、グリップ３に保護管８を被せ、これの端部とシース６の口部とを継手９で接続し、アンカー体１を形成する。
【００２５】
このとき、引張り材２は複数のストランド２ａをタイトに撚り合せていることと撚りピッチが長いことによって外径が小さく、しかも、多層撚りでないため図３や図６のように外周の凹凸が大きく、付着表面積が大きいこと、各単位引張り材が平行状に揃えられた引張り材と異なり、ストランド２ａのらせんが引き抜き抵抗となりえるので、グリップ３の径をコンパクトで小さなものにすることができる。
【００２６】
アンカー体１は、定着長部１ｃにグラウトを注入後、鋼管１６を引き抜き、グラウトを養生した後、グリップ３にナット５を螺合して引張り力を導入する。このとき、シース６が蛇腹管からなっており、これを接続している保護管はグリップ３とフリーな関係にある。このため、引張り材２の自由長部１ｂが軸方向へ引張られて移動してもシース６は動かずそのままの位置にある。したがって、外周のグラウト１３と相対的なずれが生じず、シース６の破損や破壊を防止できる。
【００２７】
本発明は、上記のようにアンカー体１を工場であらかじめ加工しておくことで施工時の省力化を図ることができるが、削孔径や鋼管径をさらに小さくする場合や、引張り材２の長さを現場合わせで決める場合など、必要に応じて現揚での組立ても可能である。
【００２８】
なお、本発明の引張り材２は、撚り角度αが２〜１２°好ましくは２〜８°の範囲内にあるので、引張り破断荷重の低下が少なく、また、撚り長さＰ／リール胴径Ｄが０．７３以下であれば、リールに巻いても型崩れが発生せず、重ね巻きによって正常に巻取り可能であることが確認された。
【００２９】
したがって、引張り材２を比較的小さなリールに巻収して現場に搬入でき、アンカー組立ての手順としては、引張り材２を所定の長さに切断し、自由長部１ｂと定着長部１ｃの組立てを行う。この状態で、削孔内へ挿入し、鋼管１６を引抜いた後、グリップ３の取付けを行う。
グリップ３の取付けは、図８のように、グリップ内部に注入する固着材１５が漏れないようにグリップ口元の引張り材２とグリップ３との隙間をエポキシ粘土などのシール材１９で埋め、それから固着材１５を注入すればよく、引張り材２のストランド間に介在層１４を設けて引張材内部の隙間を無くしているので、シール材部位で固着材１５が封止され、引張り材２の内部を通して自由長部１ｂに流出しないので、頭部グリップ加工が現場で簡単、確実に実施可能である。
【００３０】
本発明の具体例を述べると次のとおりである。
炭素繊維にエポキシ樹脂を含浸させた径が７ミクロンの繊維を１２０００本束ねたプリプレグを１５本、撚り方向Ｚ、ピッチ９０ｍｍで撚り合わせ、次いでラッピングを施して外径４．２ｍｍの素線を得た。
この素線を７本撚り方向Ｓ，ピッチ１６０ｍｍで撚り合わせて１×７構造のストランドを得た。該ストランドを熱処理炉で１３０度×９０分加熱して樹脂を硬化させた。
【００３１】
このストランド７本のうち、１本を心ストランドとし、残る６本を側ストランドとし、心ストランドの外周に材質がポリエチレンで径が５ｍｍの線条体をちょうど側ストランド間に位置するように配し、撚り方向Ｚ，撚り角度αを２〜１２°の範囲にとって撚り合わせ、７×７構造からなる複撚りケーブル型の引張り材を得た。ちなみに、撚り角度α：２°の撚りピッチは２２００ｍｍ、撚り角度α：４．１°の撚りピッチは１１００ｍｍ、撚り角度α：５°の撚りピッチは９００ｍｍである。
【００３２】
得られた引張り材について、９水準の引張試験を行った結果を図９に示す。この結果から、撚り角度を２〜１２°の範囲、特に２〜８°にすると、破断荷重の低下はほとんど見られないことがわかる。
比較のため、撚り角度α＝４°とし、心ストランドの周りに線条体を配置せずにα＝４°で前記７×７構造の複撚りケーブルからなる引張り材を製作し、引張り試験を行った。その結果、破断荷重は１１００ｋＮであり、撚り角度α＝４°とした前記引張り材の破断荷重は１２５０ｋＮであったので、線条体を配置したほうが強度の面でもすぐれていた。
また、ストランド状の単位引張り材を７本、適度な隙間を持たせて平行状に束ねた従来の引張り材について破断荷重の比較を行った結果、破断荷重は１０７０ｋＮで、本発明よりも劣っていた。
【００３３】
上記本発明の引張り材を１５ｍの長さで切断し、上部に鋼管製のグリップを外装しセメントで固着一体化させてアンカー体とした。定着長部は約３．５ｍとし，撚り合わせているストランドをばらし、内部にスペーサを入れ、端部を収束して構成した。自由長部は１１ｍとし、外側に外径が５４ｍｍのポリエチレン製蛇腹管を被せ、引張り材外周とシースの隙間をゴム系の粘土で埋めた。
【００３４】
得られたアンカー体を、同じ引張り荷重の従来のアンカー体（ストランド状の単位引張り材を７本適度な隙間を持たせて平行状に束ねたもの）と比較したところ、引張り材そのものの外径を約１５％、グリップの外径を約２０％小さくできることが確認された。
【００３５】
上記アンカー体を法面に施工した。本アンカー体は軽量でコンパクトなため、持ち運びや挿入作業を人力で容易に行うことができた。また、グリップの細径化により従来１１０φ以上の削孔径が必要なところ、９０φで施工可能であった。止水部においては、ストランド間の線条体からなる介在層がストランド相互間の隙間を無くしているため、シース内部へのグラウトの侵入が完全に防止できた。
さらに、引張り材２の剛性が数倍に増しているため、挿入時の曲がりによる引っ掛かりや、図１０のように鋼管１６を回しながら引抜く際の引張り材２の捻れも発生しなかった。あわせて、芯ストランドの外周にポリエチレンで厚さ1．５ｍｍの被覆を施すほか前記仕様にした引張り材も作成したが、同じ結果が得られた。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明した本発明の請求項１によるときには、次のようなすぐれた効果が得られる。
１）引張り材が、高強度繊維複合材を片撚りしたケーブルを心ストランドとして配し、その周りに複数本の片撚りケーブルを側ストランドとして配するとともに、心ストランド及び側ストランドの撚り方向と逆方向に撚り合せて構成されている１体の複撚り構造からなっているため、自転性が小さく、捻れにくく、鋼管の引抜き時に引張材が捻られるのを抑制できる。
２）また、引張り材２は、撚り角度が２〜１２°の範囲内であるため、引張り破断荷重の低下が少なく、また撚り長さＰ／リール胴径Ｄが０．７３以下であれば、リールに巻いても型崩れが発生せず、重ね巻きによって正常に巻取り可能である。
このため、ケーブルが曲げられた場合でも各ストランドにかかる軸力は均等となり、また、形状が安定した構造であるため、ケーブルをリールへ巻く時や展開する時に型崩れが起こりにくく、重ねて巻取ることができる。
したがって、現場にてアンカー体を組み立てることが可能となり、リールに巻かれた引張り材を長尺のまま現場へ搬入でき運搬費用が大輻に削減でき、削孔径をさらに小さくできるため施工費用の大幅な削減も可能である。
３）引張り材が単一であるため、アンカー体製作において、ケーブルの計尺・切断、頭部グリップ加工が容易になり、大幅なコストダウンを図ることができる。
４）複本数の単位引張材を束ねたものと比べ引張り材の外径を小さくすることができ、頭部グリップがコンパクトになる。このため搬送時および施工時の取り扱い性が向上し、さらに施工の際の削孔径を小さくできるため、施工費用の削減を図ることができる。
５）複本数の単位引張り材を束ねたアンカー体と比べて引張り材の形状が安定した構造であるため、アンカー体搬送時や施工時の取り扱いで局部的な曲げによる損傷や挿入時の挫屈による損傷が受け難い。
【００３７】
請求項２によれば、介在層１４により、各ストランド同士の接触を緩和でき、内部磨耗が防止されるので、引張強度の低下を低減できる上に、引張り材の内部隙間がなくなるので、止水部におけるケーブル内部からの充填材の流出や、グラウトの進入が防止されるというすぐれた効果が得られる。
請求項３によれば、シース６がグリップを囲む保護管とつながる蛇腹状の管から構成されているので、つぶれにくく、また容易に曲がるので搬送等が容易であり、かつ、引張り材が引張られた時にシース６が一緒に移動せず、グラウトとの接着が破壊されないというすぐれた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるグラウンドアンカーの使用状態を示す断面図である。
【図２】 (ａ)は本発明における引張り材の部分的斜視図、（ｂ）は引張り材を構成する素線の部分的拡大斜視図である。
【図３】 (ａ)は図１のＸ−Ｘ線に沿う断面図、(ｂ)は図１のＹ−Ｙ線に沿う断面図である。
【図４】引張り材の部分的な側面図である。
【図５】 (ａ)は引張り材の撚り角度を示す説明図、（ｂ）は撚り長さを示す説明図である。
【図６】（ａ）（ｂ）（ｃ）はそれぞれ引張り材の他の例を示す断面図である。
【図７】本発明のアンカー体の縦断側面図である。
【図８】現場施工時にブリップを固着する状態を示す説明図である。
【図９】本発明の引張り材の撚り角度と破断荷重の関係を示す線図である。
【図１０】アンカー施工時の鋼管引き抜き状態を示す断面図である。
【符号の説明】
１アンカー体
１ａ頭部
１ｂ自由長部
１ｃ定着長部
２引張り材
２ａストランド
３グリップ
６シース
７止水材
８保護管
１０充填材
１３グラウト

Claims

土中に掘られた孔内に高強度繊維複合材ケーブルを引張り材に用いたアンカー体を挿入し、孔内にグラウトを注入し、定着長部にてグラウトを硬化させ、引張り材に張力をかけて定着する工法に用いられるアンカーにおいて、引張り材が、高強度繊維複合材を片撚りしたケーブルを心ストランドとして配し、その周りに複数本の片撚りケーブルを側ストランドとして配するとともに、それら心ストランド及び側ストランドを撚り角度２〜１２°で心ストランド及び側ストランドの撚り方向と逆方向に撚り合せて構成されている１体の複撚り構造からなることを特徴とするグラウンドアンカー。
引張り材が、ストランド間に介在層を配置している請求項１に記載のグラウンドアンカー。
前記引張り材を固着材で固着したグリップを含む頭部と、引張り材を囲み下端が止水材で閉止されたシースを含む自由長部と、引張り材がストランドごとに離間された定着長部とを備え、前記シースがグリップを囲む保護管とつながる蛇腹状の管から構成されている請求項１に記載のグラウンドアンカー。