(57)【要約】      （修正有）【課題】斜面崩壊防止等に使用されるグラウンドアンカー頭部の保護キャップ等の斜面に設置された突起物に作用する斜面雪圧による雪荷重を正確に算定できるようにする。【解決手段】斜面の積雪層は、融雪期には積雪層全体が塊となりグラウンドアンカーの保護キャップ（幅ｄ）に対して雪塊が荷重として作用する。斜面における積雪深さをＨとしたとき、幅ｄの保護キャップを中心とする直径２Ｈ＋ｄの半円と、直径Ｈの二つの半円からなるハート型の面積の雪塊の重量が斜面雪圧による雪荷重として作用するものとして算定する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
斜面上の単独突起物に作用する斜面雪圧による雪荷重の算定法であって、突起物の幅がｄであり、斜面における積雪深さをＨとしたとき、突起物を中心とする直径２Ｈ＋ｄの半円と、直径Ｈの二つの半円からなるハート型の面積を影響範囲とする斜面雪圧による雪荷重の算定方法。
【請求項２】
請求項１において、斜面の積雪層の表面に突起物の影響で生成される盛上りＨ４を、下記（ａ）〜（ｃ）に示す条件で積雪深さＨに加算する斜面雪圧による雪荷重の算定方法。
（ａ）積雪深さＨが２ｍ以下の場合：H4=(1/5〜1/10)H
（ｂ）積雪深さが２ｍ超、５ｍ以下の場合：H4=(1/10〜1/20)H
（ｃ）積雪深さが５ｍ超の場合：H4=0
【請求項３】
斜面上に複数の突起物が配置されている場合の各突起物に作用する斜面雪圧による雪荷重の算定方法であって、各突起物について請求項１の方法によってハート型の影響範囲を求め、この影響範囲が重複する場合、重複する部分については隣接する各突起物に等しく分配する斜面雪圧による雪荷重の算定方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかの算定方法によって算定した斜面雪圧による雪荷重を用いて設計したグラウンドアンカーの頭部の保護キャップ。
【請求項５】
請求項１〜３のいずれかの算定方法によって算定した斜面雪圧による雪荷重を用いて設計したグラウンドアンカー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は斜面に設置された突起体、更に詳しくは、斜面に設置されたロックボルトやグラウンドアンカー等の頭部、または、雪崩防止杭に作用する斜面雪圧による雪荷重を正確に算定する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
斜面安定のために設置されている法枠を定着するロックボルトやグラウンドアンカーの頭部には保護キャップが被せてあり、内部には錆止め用グリスが充填してある。頭部は、斜面より突出しており、積雪があると斜面雪圧による雪荷重が作用するが、従来の設計法では、保護キャップには斜面雪圧による雪荷重が作用することを考慮していないことから強度不足となり、斜面雪圧による雪荷重によって倒伏したり、浮き上がったり、更には破損するなどし、保護キャップ内に封入したグリスが漏れて環境汚染を引き起こすなどの問題が発生している。
更に、斜面雪圧による雪荷重は、斜面安定用の法枠全体にも作用することから、法枠を斜面に定着しているグラウンドアンカーに剪断応力が発生して想定外の応力がグラウンドアンカーに作用して安全率が低下し、グラウンドアンカーを含めた法枠の耐用年数の減少にもつながっている。
特許文献１及び特許文献２の雪崩防止のために斜面に設置されるブロックや法枠等の突起物に作用する斜面雪圧による雪荷重は、後述の算定方法を使用しているが、合理的なものとはいえなかった。
【０００３】
斜面の積雪層は、地熱による積雪層底面の融雪や圧密沈下し、重力作用によって常時谷側に移動しており、この移動量は気温や雪質及び斜面の不陸状況によって変動するが、融雪期には一日に１０ｃｍ〜３０ｃｍ程度あり、斜面雪圧による雪荷重の発生要因となっている。
【０００４】
従来の斜面雪圧による雪荷重の算定方法として、以下の方法が提案されている。図５の概念図をもとに説明する。
(ａ)古川の式
斜面積雪層を楕円形状の雪塊の重量Ｗが斜面勾配θ、摩擦係数μとして斜面雪圧による雪荷重Ｐとして作用すると仮定したものであり、式（１）で示される。
Ｐ=Ｗ(sinθ-μcosθ)                                      （１）
(ｂ)中俣の式
斜面積雪層のクリープ速度を重視したものであって、積雪深さＨ、斜面勾配θ、積雪層の密度ρ、クリープ速度を係数Ｆとして加味して斜面雪圧による雪荷重Ｐを求めるものであり、式（２）で示される。
Ｐ=ρＨ2sinθ・cos2θ・Ｆ                                    （２）
しかし、斜面勾配４０度、積雪深さＨが約３ｍの場合で、杭１本に最大１０ｔ程度の斜面雪圧による雪荷重が作用していることが観測されており、式（２）が信頼性の高い斜面雪圧による雪荷重の算定式とはいえない。
(ｃ)スイス方式  
斜面雪圧による雪荷重の算定に国内において広く使用されているもので、サラサラした乾雪（粉雪）、あるいは安息角の小さな砂のような斜面積雪層を想定し、静止圧として算出する方法である。
この方法は砂のようなサラサラした雪質を想定していることから、斜面雪圧を受ける突起物の受圧面積は突起物の幅や高さに限定され、斜面雪圧による雪荷重は実際よりも小さな値が算出される。また、平地に設置されるガードパイプの上端部に作用する沈降力等の算出においても、ガードパイプの受圧面積はパイプ幅だけを考慮するため実際よりもはるかに小さな値となり、現実にガードパイプ上端部を湾曲させる雪荷重を算出するのには適用できない。
【特許文献１】実公昭６３−６２４２号公報
【特許文献２】特公昭５３−３４４０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
斜面上の杭等に作用する斜面雪圧による雪荷重は、積雪深さや雪質、斜面勾配、及び方位等の現場条件により大きく左右されるものであるが、斜面雪圧による雪荷重を求めるには、突起物に作用する斜面積雪層の影響範囲を正確に定めることが必要であり、本発明は、長年にわたる斜面等における積雪の突起物に対する挙動の観察結果に基づき、杭等に作用する斜面積雪層の影響範囲を定めて、斜面雪圧による雪荷重を合理的に算定できるようにするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
斜面の積雪層は、降雪期の密度が小さく柔らかい雪質が、時間の経過とともに締め固められて密度や単位重量が大きくなり、また、融雪期には積雪層全体が塊となり斜面の突起に対して雪塊荷重として作用する。杭等に作用する斜面雪圧による雪荷重の観測値と、斜面積雪層のクリープ現象による積雪表面における挙動の調査に基づき、斜面上の幅ｄの単独突起物等に斜面雪圧による雪荷重として作用する影響範囲を、斜面における積雪深さをＨとしたとき、突起物を中心とする直径２Ｈ＋ｄの半円と、直径Ｈの二つの半円からなるハート型の面積とすることが合理的であるという結論に達し、斜面雪圧による雪荷重を正確に算定するようにしたものである。
【発明の効果】
【０００７】
積雪地方の斜面に設置されている独立している法枠とアンカー頭部の保護キャップに作用する斜面積雪層の影響範囲を解明したことにより、保護キャップに作用する斜面雪圧による雪荷重を合理的に算定して、この力に対応できるように保護キャップ等の設計をすることができるので、斜面雪圧による雪荷重によって浮き上がったり、倒伏したり、更には、破壊されるのを防止でき、ロックボルトやグラウンドアンカーの安全性を高めることができる。
新設のグラウンドアンカーだけでなく、斜面雪圧による雪荷重を想定せずに設計された既存のグラウンドアンカーの保護キャップが斜面雪圧による雪荷重で破損された場合、本発明の算定方法によって算出した斜面雪圧による雪荷重に耐えうる保護キャップに交換することによって、以後の斜面雪圧による雪荷重による破損事故の再発を防止することができる。
また、アンカー頭部に斜面雪圧による雪荷重が発生する場合、グラウンドアンカー本体にも剪断力が作用して、アンカーの緊張材が破断する恐れがある。そのため、アンカーの緊張材に斜面雪圧による剪断力が作用しないよう、また、法枠と斜面の間の摩擦抵抗力が十分発生するようにグラウンドアンカーの緊張力を設計しなければならない。その摩擦抵抗力は、設計アンカー力と摩擦係数によって算出する。従って、上記の斜面雪圧による雪荷重を合理的に算出することにより、必要な摩擦抵抗力と設計アンカー力の算定ができ、グラウンドアンカー全体の安全性を確保することができる。
図６に示すように、本発明による斜面雪圧による雪荷重算定方法によってグラウンドアンカー３の保護キャップ１を設計することによって、斜面積雪層Saの滑りを防止することにつながることから、斜面積雪層Ｓａを斜面に載せた上載荷重（斜面垂直方向の荷重Ｖ）と解釈でき、斜面の滑り面Ｋの上側の滑り土塊に加算することができ、斜面の安全性を確保できることや、雪崩対策にも応用することができるので、雪崩による事故や、道路の通行止めによる経済的損失を排除でき、経済的効果が大きい。  
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
斜面における積雪層の挙動の長年の観測の結果、降雪期と融雪期の雪質や密度、硬さを確認すると、斜面の積雪層の雪質は降雪期の１２月から１月の期間は柔らかく密度や剪断抵抗が小さく、融雪期の２月から３月の期間は密度が大きく硬く締め固められ、剪断抵抗が大きく積雪層全体が雪塊とみなせる。
【０００９】
気温の低い降雪期の雪質が柔らかい時期には、突起物の高さや幅の小さい受圧幅の小さい構造物には大きな斜面雪圧による雪荷重が作用することはないが、融雪期の締め固まった雪質では斜面積雪層が雪塊となり、大きな斜面雪圧による雪荷重が作用する。従って、降雪期及び融雪期を通じて、最大の荷重を突起物に対して作用することになる融雪期の斜面雪圧による雪荷重を算定することが必要である。
融雪期において、斜面における単独構造物としての短杭や保護キャップに作用する斜面雪圧による雪荷重の影響範囲は、斜面に平行な平面おいては、図１のように積雪深さＨを基準とするハート型が合理的である。
断面における積雪状態を観察すると、図２に示すように斜面勾配θの斜面Ｇに設けられた法枠２のグラウンドアンカー３の頭部の保護キャップ１の山側に頂点高さＨ４を有する盛上り現象が観測され、積雪層表面は平坦とはならない。
従って、この盛上りＨ４を下記（ａ）〜（ｃ）に示す条件で積雪深さＨに加算して斜面雪圧による雪荷重を算定するのが好ましい。
（ａ）積雪深さＨが２ｍ以下の場合：H4=(1/5〜1/10)H
（ｂ）積雪深さが２ｍ超、５ｍ以下の場合：H4=(1/10〜1/20)H
（ｃ）積雪深さが５ｍ超の場合：H4=0
更に、図３の積雪構造を現した状況図に示すように、積雪層の下部では、保護キャップ１や法枠２により積雪層のスベリが阻止されたことにより、斜面山側には圧縮による褶曲層Ｓ３の湾曲が発生し、谷側には空洞Ｓｂが発生するが、山側の圧縮による密度の増大があるが、空洞Ｓｂが生成されるのは、積雪層が移動して褶曲層が生成された後であり、移動直前の斜面雪圧による雪荷重が最大となると推定されるので、斜面雪圧による雪荷重の算定の観点からは、空洞部分については無視しても問題は生じない。
【００１０】
このハート型の影響範囲内の体積により発生する斜面雪圧による雪荷重の大きさとして、これまでの杭に作用した実測資料よりＰ＝100KN／本（斜面勾配４０度、積雪深Ｈ＝３ｍ）が推測される。更に、斜面積雪層Saの影響範囲内を検討すると、図３の褶曲層Ｓ３や空洞Ｓｂが観測されており、これまでの斜面雪圧による雪荷重の実測値と照合して図化すると、アンカー３の頭部に作用する斜面雪圧による雪荷重Ｐの作用点と大きさを算定することが可能となった。
また、グラウンドアンカー３の頭部に作用する斜面雪圧による雪荷重Ｐの作用点と大きさを算定することにより、下式によって斜面雪圧による雪荷重に対抗するのに必要な摩擦抵抗力Ｒと設計アンカー力Ｔｄの算定ができ、アンカー全体の安全性を確認することができる。
Ｒ＞Ｐ
Ｒ＝μ・（ＰＣＦｗ・Ｃｏｓθ＋Ｔｄ）
ここで
μ：斜面と法枠の間の摩擦係数、μ＝ｔａｎφ
φ：斜面の土砂の内部摩擦角
θ：斜面勾配
ＰＣＦｗ：法枠の自重
Ｔｄ：設計アンカー力（斜面垂直方向の設計アンカー力）
【００１１】
図４は法枠が斜面に等間隔で設置されている場合の積雪層の影響範囲を説明する図面であり、斜面方向の間隔Ｈｂ、斜面に平行の間隔Ｈｃで突起物となるグラウンドアンカーが配置されている。図４（１）は、グラウンドアンカーが千鳥状に配置されている場合であり、図４（２）は斜面方向及び斜面横方向共に等間隔に配置されている場合である。
保護キャップ１は斜面に等間隔に配置されており、このような場合は、上下左右に法枠が配置されている保護キャップ１の影響範囲は、他の保護キャップの影響範囲と重複するので、重複する領域（斜線部）については、互いに等しく分担するものとして影響範囲の面積を求め、斜面雪圧による雪荷重を算定する。
保護キャップ１１〜１３の位置によってハート型の影響範囲の重複度合いが異なるが、上下左右に他の保護キャップが配置されている保護キャップ１１の場合であって、ＨｃとＨｂの両方が積雪深さＨ以下の場合、簡略的にＨｂ×Ｈｃの矩形の面積を影響範囲として斜面雪圧による雪荷重を算定してもよい。
この簡略方法においては、下側と右側に他の保護キャップが存在しない保護キャップ１２や上側と右側に他の保護キャップが配列されていない保護キャップ１３に対しては、前記の矩形の面積に適宜の割増係数を乗じて斜面雪圧による雪荷重を算定する。
なお、複数のタイプの保護キャップを製造して用意するのが不経済な場合もあるので、その場合は、最大の斜面雪圧による雪荷重に対抗できる強度の保護キャップを使用することや、配置間隔ＨｃとＨｂを狭めるなどの方法によって対応する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】斜面における突起物に対する影響範囲を示す平面図。
【図２】斜面における突起物周囲の積雪層の状態を示す断面図。
【図３】積雪層内の褶曲層の湾曲状態を示す断面図。
【図４】複数の突起が斜面に設けられた場合の影響範囲を示す平面図。
【図５】従来の斜面雪圧による雪荷重算定方式の説明図。
【図６】斜面における斜面雪圧による雪荷重の状態の説明図。
【符号の説明】
【００１３】
ｄ・・・・突起物の幅
Ｈ・・・・積雪深さ
Ｈ４・・・斜面の積雪層表面の盛上り
Ｈｂ・・・保護キャップの斜面方向の間隔
Ｈｃ・・・保護キャップの斜面に平行方向の間隔
Ｇ・・・・法面
Ｋ・・・・スベリ面
Ｐ・・・・斜面雪圧雪荷重
Ｒ・・・・摩擦抵抗力
Ｓ１・・・斜面積雪の表面
Ｓ３・・・斜面積雪の褶曲層
Ｓａ・・・斜面積雪層
Ｓｂ・・・斜面積雪の空洞
Ｔｄ・・・設計アンカー力
θ・・・・斜面勾配
１・・・・保護キャップ
２・・・・現場打ちコンクリート法枠、独立した法枠
３・・・・グラウンドアンカー  
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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