JPH0318555Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 《産業上の利用分野》 本考案は、トンネル掘削後の周辺地山の崩壊や
剥離を防止するロツクアンカー工法や、地中アン
カー工法などに使用する引張補強材に関する。

《考案の背景》 トンネル工事やダム工事などの土木工事におい
て、周辺地山の崩壊や剥離を防止するため、削孔
部に軸方向の引張強度を有する引張補強材を自硬
性材料とともに挿入埋設し、地山の物性を改善す
る工法が採用されている。

これらの工法では、一般的にロツクボルトある
いはアンカーケーブルなどと称する剛性体の引張
補強材、例えば棒鋼、異形棒鋼、繊維強化プラス
チツク製棒状物、鋼線などが使用されている。

しかし、これらの引張補強材は、事後に切断除
去するときに、金属製のものでは切断しにくく、
また掘削機への巻き込みによる機械損傷の危惧が
あるとともに、挿入する削孔長が長く、削孔部が
変位屈曲していたり、小径の先進坑内で、削孔部
に曲げて挿入する必要があるときなどは、剛性体
の引張補強材では挿入施工が困難であつた。

これらの点から、非金属性にして可撓性および
剛性を兼ね備えた引張補強材が希求されていた。

これらの特性を基本的に有する引張補強材とし
て、本出願人は繊維強化熱硬化性樹脂製ロープ状
物（実公昭56−48793）の転用によるロツクボル
トを提供している。

しかし、このロープ状物によるロツクボルト
を、削孔部に自硬性材料を注入充填した後に挿入
施工する、いわゆる前注入方式によるときは、挿
入の進行に伴つて軸方向の圧縮力が作用して、互
いに独立なストランドが外方に撓んで、ロープ状
物の外径が拡径したり、ストランド間の間隙に自
硬性材料が詰まつて拡径するなどして、所望長の
挿入ができないなどの欠点があつた。

また、自硬性材料としてモルタルを注入充填し
た後に、このロープ状物によるロツクボルトを挿
入した場合、ストランド間の間隙が濾過作用を促
進し、セメントミルク分を選択的に分離排除し
て、硬化後の定着力に不安が残るなどの問題があ
つた。

さらに、削孔内にロツクボルトを挿入した後
に、自硬性材料を注入する、いわゆる後注入方式
でも、挿入の進行に伴つて軸方向の圧縮力が作用
するので、拡径によつて挿入が困難になるという
不都合があつた。

一方、地中アンカー工法におけるアンカーケー
ブルとして、易切断性の点からガラス繊維よりな
る繊維ロープを使用する方法が公知であるが、こ
のような圧縮弾性の小さいものでは、削孔への挿
入は、ロープ先端に重錘を取付けて重量による
か、ガイドロツドの介添が必要であり、変位屈曲
した削孔や、長い削孔への挿入は困難であつた。

《考案の目的》 本考案は、上述の問題点に鑑みてなされたもの
であつて、ロツクアンカー工法あるいは地中アン
カー工法において、従来のロツクボルトあるいは
アンカーケーブルに見られる欠点を解決した新規
な引張補強材を提供するものである。

《考案の構成》 上記目的を達成するため、本考案は、地盤削孔
に定着用の自硬性材料とともに挿入される引張補
強材において、引張補強材は未硬化の熱硬化性樹
脂を含浸した補強用繊維束の外周面を、熱可塑性
樹脂で被覆した複合ストランドを撚り合せ、ある
いは編組した後、前記熱硬化性樹脂を硬化し、か
つ隣接する前記複合ストランドの熱可塑性樹脂同
士を、その相互の接触部において長手方向にわた
つて全面的に融着接合されたロープ状構造で構成
した。

さらに詳細に説明するならば、上記繊維強化熱
硬化性樹脂製引張補強材は、未硬化の不飽和ポリ
エステル樹脂、エポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂
を、ガラス繊維、芳香族ポリアミド繊維、炭素繊
維、ポリエステル繊維、ビニロン繊維などの高強
度にして低伸度の強力保持性を有する補強繊維束
に含浸して円状に賦形した芯材に、各種ポリエチ
レン、エチレン−酢酸ビニル共重合体、各種ナイ
ロン、各種ABSなどの熱可塑性樹脂を環状に溶
融押出しして被覆し、しかる後、該被覆部を冷却
して未硬化の複合ストランドとなし、この未硬化
の複合ストランドを複数本、例えば８本編組して
八つ打ちロープ（以下エイトロープと称す）、あ
るいは１本の複合ストランドを軸心としてその外
周に６本撚り合せた１×７タイプロープのごとき
ロープ状構造物を形成し、しかる後加熱して芯材
の熱硬化性樹脂を硬化せしめた繊維強化熱硬化性
樹脂複合材料よりなるロープ状構造を有してい
る。

特に、この引張補強材は、ロープ状構造を構成
する隣接する複合ストランドが、その相互の接触
部において長手方向の全面にわたつて融着接合さ
れていることを特徴としており、引張補強材とし
て削孔への挿入施工性に関連した物性としての圧
縮弾性率および曲げ弾性率を適度な数値範囲にす
るためには、この接合度合いが重要となる。

すなわち、ロツクボルトとしての引張補強材を
例にするならば、削孔径がロツクボルト直径Ｄの
1.5〜2Dであつて自硬性材料として固練りのモル
タルを使用する実用頻度の高い条件において、後
述する測定方法における圧縮弾性率が150Kg／mm²
以上の値で、曲げ弾性率は15〜100Kg／mm²の範囲
の値を有するとき、挿入施工がしやすく、好適で
ある。

圧縮弾性率が、150Kg／mm²以下のときは、挿入
における軸方向の圧縮力に抗せず、複合ストラン
ドが変形するなどして挿入抵抗が過大となる。

一方、曲げ弾性率が15Kg／mm²以下のときは、剛
性が低くて挿入時にロツクボルト先端の自重によ
る撓みが大きく円滑な挿入ができなく、100Kg／
mm²以上では可撓性が損われて削孔の曲がりなどの
変位に対する追随性がなくなつて挿入施工が困難
となる。

また、前記した複合ストランドの熱可塑性樹脂
の接合を長手方向にわたつて部分的とするか、全
面的とするかは、引張補強材として施工される条
件により要求される物性に応じて決定すれば良い
が、部分的接合の場合は、充填材をモルタルとす
るとき前述のセメントミルク分の選択的濾過排出
の問題があるので全面的に接合させるようにし
た。

さらに、接合の方法としては、熱可塑性樹脂同
士を融着接合することが経済性の点から好まし
く、これを実現する方法としては、複合ストラン
ドに使用する熱可塑性樹脂および熱硬化性樹脂、
および加熱硬化時の温度条件を選択して、硬化処
理時の熱硬化性樹脂の硬化発熱によつて、芯材の
外周の熱可塑性樹脂がその融点以上に加熱されて
接触するストランド部同士が溶着接合するごとき
方法が推奨される。

より具体的には、熱硬化性樹脂として硬化発熱
温度が比較的高い樹脂、および硬化触媒を組合わ
せた組成、例えば不飽和ポリエステル樹脂と過酸
化物系触媒を使用し、被覆熱可塑性樹脂には、融
点あるいは軟化点の低い樹脂、例えばエチレン−
酢酸ビニル共重合体などを使用して、複合ストラ
ンドを作製し、該複合ストランドを撚り合せある
いは編組してロープ状となし、しかる後、該未硬
化のロープ状物を例えば熱湯槽中で加熱して硬化
すれば、複合ストランドの熱可塑性樹脂は、その
融点以上に加熱された状態で長手方向に連続して
接触して相互に融着し、一方、外周の熱湯に接し
ている部分の熱可塑性樹脂の温度は、この熱湯に
放熱されて外周の形状が保たれる。

すなわち、隣接する複合ストランドの相互に接
触する部分は、長手方向にほぼ全面的に融着した
ロープ状構造物が得られる。

一方、この加熱硬化条件として、加圧下にて高
温の熱媒を使用すれば、比較的融点の高い熱可塑
性樹脂でも上述の構造のものが得られる。

また、本考案における引張補強材の引張強力
は、施工条件に基づき要求される値により異なる
が、概ね５トン以上の値を有し、この強力を得る
ための複合ストランドの芯材の寸法は、例えばエ
イトロープあるいは１×７タイプのロープで、補
強繊維束をガラスロービング、熱硬化性樹脂を不
飽和ポリエステルとした場合で、その断面を概略
円形と見なして直径約3.5mm程度となり、その外
周に0.5mm程度の熱可塑性樹脂による被覆が施さ
れている。

さらに、ロープ状構造における撚り程（リー
ド）は、引張補強材すなわちアンカーとしての定
着力とも関連するが、本考案においては概ね600
mm以下が好ましい。

《実施例》 以下、本考案の好適な実施例について添附図面
を参照して詳細に説明する。

実施例 １ 複合ストランド１の芯材２に、補強繊維３とし
てガラス繊維、熱硬化性樹脂４として不飽和ポリ
エステル樹脂、被覆熱可塑性樹脂５としてエチレ
ン−酢酸ビニル共重合体を使用し、この複合スト
ランドをエイトロープ状に編組して加熱硬化し、
芯材のガラス繊維の体積含有率が48％、概略円形
断面をなす該芯材の直径が5.4mm、被覆部の外径
が6.5mmであり、８本の複合ストランドの被覆樹
脂は、隣接する各ストランドが長手方向にわたつ
てほぼ相互に融着し、最大径部で24mm、最小径部
で16.3mmの寸法形状の引張補強材を作製した。

この引張補強材を、次の測定方法により、圧縮
弾性率および曲げ弾性率、および可撓性の目安と
しての片持梁による変位量を測定した。

すなわち、圧縮弾性率は300mmの長さの試料を
軸方向に10mm／分の速度で圧縮して、圧縮荷重−
歪曲線図を自動的に記録し、その接線勾配を求め
て圧縮弾性率とした。また、曲げ弾性率は150mm
長の試料を支点間距離100mmにて荷重速度10mm／
分で三点曲げ試験を行ない、前述同様に荷重−歪
曲線の接線勾配より測定した。

さらに可撓性の目安として、第６図に示すごと
く、引張補強材1000mmの梁長で片持支持して、そ
の自由端に５Kgの荷重を加えたときの弦の長さＬ
mmを測定した。なお、このＬの長さが小さいほど
屈撓性に富む傾向がある。

これらの測定方法による本実施例の引張補強材
は、圧縮弾性率570Kg／mm²、曲げ弾性率24Kg／mm²、
弦の長さＬ＝840mmであり、引張強力は13トンで
あつた。

この引張補強材をロツクボルトとして削孔径36
mm、孔長４ｍの削孔に固練りのモルタルを充填し
た後、偏心角度30゜に撓めて送給したが、約65Kg
の挿入抵抗で完全な施工ができた。

比較例 １ 実施例１と比較して、複合ストランドの被覆熱
可塑性樹脂として低密度ポリエチレンを使用し、
この被覆部がその長さ方向にわたつて相互に全く
融着接合していないほかは、実施例１と同一構成
のエイトロープ状構造で、圧縮弾性率35Kg／mm²、
曲げ弾性率11Kg／mm²、弦の長さ720mmの引張補強
材を得た。

この引張補強材をロツクボルトとして、実施例
１の同一条件での挿入施工を試みたところ、1.3
ｍしか挿入できなかつた。

実施例 ２ 実施例１同一構成の複合ストランドで、芯材の
外径6.3mm、被覆外径7.5mm、ガラス繊維の体積含
有率が48％であつて、複合ストランドの熱可塑性
樹脂が、長手方向に亘つてほぼ全面的に融着した
１×７タイプロープ構造としたところ、圧縮弾性
率830Kg／mm²、曲げ弾性率70Kg／mm²、弦の長さＬ
が920mm、引張強力13.8トンの引張補強材を得た。

この補強材を実施例１と同一の条件で、ロツク
ボルトとしての施工を試みたところ、偏心角度
30゜、挿入抵抗65Kgで４ｍの挿入が可能であつた。

比較例 ２ 実施例２に使用した被覆熱可塑性樹脂に代え
て、低密度ポリエチレンを使用したほかは、寸法
形状も全く同一の構成で１×７タイプロープ状構
造にして、複合ストランドの被覆樹脂間が非融着
のものを得た。しかしこのものは、複合ストラン
ドが単に撚り合わされた構造であるため、挿入施
工に使用する送給ローラーによつて、ストランド
がばらけた状態となつて使用に耐えなかつた。

《考案の効果》 以上詳細に説明したように、本考案による引張
補強材を使用すれば、削孔軸心から30゜程度の偏
心角度まで比較的小さな力で完全な挿入施工がで
きる。また、引張補強材としてのアンカー定着力
も、ロープ状構造を構成する複合ストランドの凹
凸による少くともアンカー効果的係止力があり、
さらに削孔部に充填する自硬性材料と、複合スト
ランドの熱可塑性樹脂、該熱可塑性樹脂と熱硬化
性樹脂の組合せを、これらの樹脂が相互に化学的
親和性を有するものや、溶解度因子の近似したも
のを選択するなどすれば、これらの間の接着力に
よる定着が可能となつて引張補強の効率が向上さ
れる。

また、１×７タイプロープのごとき構造で、複
合ストランドが非接着である場合には、比較例２
で述べたごとく、各ストランドがばらけて実用に
耐えないものであるが、融着接合することによつ
て実施例２に記載のごとく、削孔に対する完全な
挿入施工が可能となる。

このことは、比較的簡単な撚り装置により、経
済的に製作できる可能性を有している。

さらに、本考案による引張補強材は、繊維強化
熱硬化性樹脂複合体よりなるため、圧縮弾性およ
び曲げ弾性を併せ持つとともに、鉄と同程度の高
い引張強度を有しており、これらの物性的特徴か
ら、削孔口での偏心挿入が容易であること、削孔
自体の曲がりに対する挿入追随性があること、エ
ンドレスでドラム状に巻いて供給することが可能
で、このため任意長での切断が可能であること、
軽量で取扱が容易であること、耐蝕性があるこ
と、事後の工事に伴う埋設物の切断が容易である
ことなど数々の効果をもたらすことができる。

これらの本考案による数々の効果は、特のトン
ネル掘削において、地山の性状が悪く掘削後の応
力開放が大きくなつて崩落が懸念される場合に、
本坑の掘削に先立つて小さな断面の先進トンネル
を掘り、しかる後比較的長いロツクボルトを打設
して地山を補強し、次の切り拡げ時にこのロツク
ボルトを切断するような場合の引張補強材とし
て、特に効果が顕著となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の引張補強材の複合ストランド
の構成を示す斜視図、第２図は実施例１、第３図
は実施例２に対応する本考案の一例としての引張
補強材を示す側面図、第４図、第５図はそれぞれ
第２図および第３図の断面図、第６図は可撓性の
目安としての物性測定方法の概略図である。 １……複合ストランド、２……芯材、３……補
強繊維、４……熱硬化性樹脂、５……熱可塑性樹
脂。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 地盤中の削孔内に定着用の自硬性材料とともに
   挿入される引張補強材において、前記引張補強材
   な未硬化の熱硬化性樹脂を含浸した補強用繊維束
   の外周面を、熱可塑性樹脂で被覆した複合ストラ
   ンドを、撚り合せ、あるいは編組した後、前記熱
   硬化性樹脂を硬化し、かつ隣接する前記複合スト
   ランドの熱可塑性樹脂同士を、その相互の接触部
   において長手方向にわたつて全面的に融着接合さ
   れたロープ状構造よりなることを特徴とする地盤
   削孔に挿入される引張補強材。