(57)【要約】      （修正有）【課題】亀裂性岩盤において、全長に沿って良好な耐荷重能力および高い耐変形能力を有するロックボルトを提供する。【解決手段】岩盤中のボアホールｂ内に埋め込まれるロックボルトであり、３つ以上のステム部１ｓを備えた長いステム１を備え、各ステム部は後続の一体アンカー２ａ，２ｂ，２ｃを有し、一体アンカーがステム部の長さよりも短い長さであり、一体アンカーがステムに沿って間隔Ｌａを隔てて配され、一体アンカーは、岩盤変形に起因して生じる負荷を受けるために、それらの局所的なボアホール壁部に対して局所的に固定され、ステム部は、ステム部のそれぞれが局所的に固定された先行する一体アンカーと局所的に固定された連続する一体アンカーとの対同士の間でステム部の伸張変形によって局所的な岩盤変形を抑制するように、岩盤に対して滑るようにする。【選択図】図２
2014055502.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
岩盤中のボアホール内に埋め込まれるロックボルトであって、
３つ以上のステム部（１ｓ）を備えた長いステム（１）を備え、各ステム部（１ｓ）は後続の一体アンカー（２ａ，２ｂ，２ｃ）を有し、前記一体アンカー（２ａ，２ｂ，２ｃ）が前記ステム部（１ｓ）の長さよりも短い長さであり、前記一体アンカー（２ａ，２ｂ，２ｃ）が前記ステム（１）に沿って間隔（Ｌａ）を隔てて配され、
前記一体アンカー（２）は、岩盤変形に起因して生じる負荷を受けるために、それらの局所的なボアホール壁部に対して局所的に固定され、
前記ステム部（１ｓ）は、該ステム部（１ｓ）のそれぞれが局所的に固定された先行する一体アンカー（２ａ，２ｂ，．．）と局所的に固定された連続する一体アンカー（２ｂ，２ｃ，．．）との対同士の間で前記ステム部（１ｓ）の伸張変形によって局所的な岩盤変形を抑制するように、岩盤またはボアホールに対して滑るようになっていることを特徴とするロックボルト。
【請求項２】
前記ステム（１）のボアホール表面部にネジ部（３ａ）をさらに備え、前記ネジ部（３ａ）には、１つ以上のナット（３ｂ）と、前記ボアホール内の前記ロックボルトに予張力を付与する１つ以上のワッシャまたはフェースプレート（３ｃ）とが設けられていることを特徴とする、請求項１に記載のロックボルト。
【請求項３】
前記ステム部（１ｓ）の長さと前記一体アンカー（２）の長さとの比率が５：１〜４０：１であることを特徴とする、請求項１または２に記載のロックボルト。
【請求項４】
前記一体アンカー間の間隔が０．５５ｍであり、前記一体アンカー長さが０．０５ｍであることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載のロックボルト。
【請求項５】
前記一体アンカー（２）間の前記間隔（Ｌａ）が等しいことを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載のロックボルト。
【請求項６】
前記一体アンカー（２）を有する前記ステム（１）がスチールで形成されていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載のロックボルト。
【請求項７】
前記ステム部（１ｓ）は、前記一体アンカー（２）と比べて単位長さ当たりの変形能力が高くなっていることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載のロックボルト。
【請求項８】
前記一体アンカー（２）が強固にされていることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項１に記載のロックボルト。
【請求項９】
前記一体アンカー（２）の第１の降伏強さは、前記ステム部（１ｓ）の第２の降伏強さよりも高くなっていることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載のロックボルト。
【請求項１０】
前記ステム部（１ｓ）は、グラウトまたは局所的なボアホール壁周辺に対して滑るための滑らかな表面を有していることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一項に記載のロックボルト。
【請求項１１】
前記ボルトが機械研摩され或いは電解研摩されていることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか一項に記載のロックボルト。
【請求項１２】
前記ステム部（１ｓ）には滑り層（６）が設けられていることを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか一項に記載のロックボルト。
【請求項１３】
前記滑り層（６）が蝋または塗料であることを特徴とする、請求項１〜１２のいずれか一項に記載のロックボルト。
【請求項１４】
前記ステム部（１ｓ）が前記硬化されたグラウトに結合しないように表面処理されていることを特徴とする、請求項１〜１３のいずれか一項に記載のロックボルト。
【請求項１５】
前記ステム部（１ｓ）の前記表面処理は、前記ステム部（１ｓ）上に金属酸化物層を加えることによる化学処理であることを特徴とする、請求項１４に記載のロックボルト。
【請求項１６】
前記一体アンカー（２）は、高負荷時に周囲のグラウトを変位させて変形させることによってエネルギを散逸するように先細っていることを特徴とする、請求項１〜１５のいずれか一項に記載のロックボルト。
【請求項１７】
前記ネジ部は、前記ステム（１）の有効直径に等しい或いは該有効直径よりも大きい有効直径を有していることを特徴とする、請求項２〜１６のいずれか一項に記載のロックボルト。
【請求項１８】
前記ネジ部（３ａ）が強固にされていることを特徴とする、請求項２〜１７のいずれか一項に記載のロックボルト。
【請求項１９】
前記ステム（１）の坑底端部にエンドミキサ（４）が設けられていることを特徴とする、請求項１〜１８のいずれか一項に記載のロックボルト。
【請求項２０】
前記エンドミキサ（４）が一体アンカー（２）によって構成されていることを特徴とする、請求項１９に記載のロックボルト。
【請求項２１】
前記ステム部（１ｓ）の長さと前記一体アンカーの長さとの比率が１０：１であることを特徴とする、請求項１〜２０のいずれか一項に記載のロックボルト。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ゆっくりとした変形または突然の破裂に晒される岩盤の補強のためのボルトに関する。ボルトは、地下掘削における岩盤補強のために最も一般的に使用される手段である。世界中で毎年、何百万ものロックボルトが消費されている。ロックボルトに対する基本的な要求は、それらが高負荷に耐えることができなければならないだけでなく、ボルトの破損前に特定の伸張に耐えることもできなければならないというものである。高応力下の岩盤において、岩は、脆弱な岩では大きな変形の形態で或いは硬質の岩では岩はねの形態で掘削に反応する。これらの状況では、岩盤補強の良好な効果を達成するために、変形に耐えられる（あるいは、エネルギを吸収できる）ボルトが必要とされる。特に、鉱業では、変形に耐えられるボルトのこの必要性は、他の岩盤部門におけるよりもかなり高い。これは、採掘活動が次第に深くなり、また、岩盤変形および岩はねの問題が益々深刻になっているからである。
【背景技術】
【０００２】
ＦｅｒｇｕｓｏｎのＷＯ９９／６１７４９、すなわち、“Ｒｏｃｋ  ｂｏｌｔ  ａｎｄ  ｍｅｔｈｏｄ  ｏｆ  ｆｏｒｍｉｎｇ  ａ  ｒｏｃｋ  ｂｏｌｔ”は、スチールバーの一部を塑性変形することによって形成される圧痕形成パドル領域について記載し、変形がバーに対する機械的な偏心剪断力の印加によって形成され、それにより、本出願の図８に再描画されるようなパドルがもたらされる。Ｆｅｒｇｕｓｏｎのロックボルトの目的は、パドルがミキシングを促進させるようにすることであり、また、パドルの剪断形成がボルトを軸方向に塑性変形させず、かつボルトを側方へ変形させないようにすることである。Ｆｅｒｇｕｓｏｎは、径方向に作用する楔を含んで装着される拡張可能なシェルを提案し、楔は、シェルを拡張させてボルト穴の壁に対してボルトをロックするためにパドルと相互作用するようになっている。Ｆｅｒｇｕｓｏｎは、ボルトの範囲に沿って形成された複数のパドル領域を更に提案している。Ｆｅｒｇｕｓｏｎのパドルの重大な欠点は、偏心剪断力の印加によってボルトの一部を変形させることを伴う製造方法が、最も弱いポイントを構成するようにパドル領域を形成し、そのため、満足な固定効果を与えることができないという点である。
【０００３】
これもまたＦｅｒｇｕｓｏｎの米国特許出願２００５／０１５８１２７Ａ１の“Ｙｉｅｌｄｉｎｇ  ｓｔｒａｔａ  ｂｏｌｔ”は、腱材料の降伏によってではなくアンカーによる滑りによって降伏し、それにより、ボルトが挿入配置される不安定な岩盤の動きを制御することができる腱を有するロックボルトについて記載している。腱それ自体は、一連のワイヤまたは金属バーによって構成されてもよく、グラウト滑り機構として配置される周囲チューブを有している。グラウトアンカーは、腱に対してクランプされる２つの対称なアンカー部品によって構成されている。これについては、本出願の図９を参照されたい。ＵＳ２００５／０１５８１２７の欠点は、引張要素が変形されるだけであり引張要素の直線部分と比べて強化されず、したがって、特に引張要素が中実バーから形成される場合にボルトがアンカーでの破断の影響を受け易いという事実である。ＵＳ２００５／０１５８１２７の他の欠点は、機能するロックボルトを形成するために必要とされる構成要素の単なる数である。
【０００４】
ドイツ特許ＤＥ  ３５  ０４  ５４３は、地下空洞におけるボアホール内へ挿入されてグラウト注入され或いは接着されるためのアンカーロッドを規定している。アンカーは、岩盤と接続するように輪郭付けられた表面を有する領域を伴うアンカーロッドと、ロッド自体と一体の或いはロッド自体に溶接されたナットを伴うシングルエンドネジ部とを有している。アンカーロッドは、該アンカーロッドのボアホール内の部分輪郭形成部と雄ネジ部との間を分離する固定された一体の或いは溶接されたアンカープレートを有し、したがって、このアンカープレートは、ボアホール内でアンカーロッドに予張力をかけるために使用できない。アンカーロッドの表面形状は、円形断面を有する当初滑らかなロッドの長手方向での波成形により形成される。ＤＥ  ３５  ０４  ５４３のロッドは、ボアホール内に位置するための３つの連続する領域を有している。すなわち、アンカーロッドの滑らかな、突出しない中央部を有し、滑らかな中央領域のいずれかの端部はロッドの波形部への移行部を伴い、移行部は、滑らかな中央領域から離れる方向で波形振幅が増大している。滑らかな部分は、岩盤変形が起こった後に生じる長手方向の力を受けるためのものであるが、ボアホール内でロックボルトに予張力をかけることができないという事実に起因して初期の岩盤変形を防止することはできない。
【０００５】
解決されるべき課題
固定機構において、全てのボルト締め装置は、３つのカテゴリー、すなわち、（ａ）機械ボルトと、（ｂ）十分にグラウト注入されるボルトと、（ｃ）摩擦ボルトとに分類される。
（ａ）：従来の機械ボルトは、開放穴内に２点固定されている。これらのボルトは、大きな岩盤変形の場合に信頼できない。
（ｂ）：十分にグラウト注入されるボルトとは、主に、セメントまたはエポキシ樹脂と共に穴内に注入される鉄筋ボルトのことである。鉄筋ボルトは、その円筒面上にリブを有するスチールバーから形成されている。この種のボルトは、強固であり、破損前に僅かな変形にしか耐えられない。鉄筋ボルトが高応力下の岩盤において役に立たないことがしばしば観察されてきた（Ｌｉ，２００６ａ）。
（ｃ）：摩擦ボルトは大きな変形に耐えることができるが、それらの耐荷重能力は非常に低い場合がある。例えば、標準的なスプリットセットボルトは約５０ｋＮの負荷にしか耐えることができない（Ｓｔｉｌｌｂｏｒｇ，１９９４）。
【０００６】
現在利用可能な市販のロックボルトの全ての選択肢のうちで、岩盤変形および岩はねの問題に対処するのに最も適したボルトは、いわゆる南アフリカ円錐ボルトかもしれない（Ｌｉ  ａｎｄ  Ｍａｒｋｌｕｎｄ，２００４）。円錐ボルトは、概して長尺であると同時に、非常に高い負荷に耐え得るようになっている。しかしながら、円錐ボルトは、セメントで満たされた穴内に設置されるように別の滑らかなボルトの内端に逆円錐形を有する２点固定ボルトである。表面アンカーは、ボルトのネジ付きの外端上にナットにより保持されるプレートである場合がある。例えば、壁表面におけるアンカーのうちの１つの破損は、その岩盤補強機能の完全な損失をもたらすことになる。
【０００７】
高応力下の岩盤における岩盤補強に関して、現在利用できるボルトの欠点は以下の通りである。
鉄筋ボルトは、非常に強固であり、破損前に非常に限られた伸張（約１０ｍｍ）にしか耐えられない。
摩擦ボルトは非常に低い耐荷重能力をもたらしている。
円錐ボルトは、それらの２点固定機構のため、十分に信頼できない。
【０００８】
異なる岩盤におけるボルトの荷重パターン
脆弱な岩盤においては、高い現場応力の場合に、地下開口の周囲の大量の岩が破損に晒されている。岩盤変形の大きさは、開口の壁表面で最も大きく、岩盤の内側へ向かって減少する。この種の岩盤変形により、ロックボルトは、壁表面に近い領域で最も激しく荷重を受けることになる（Ｓｕｎ，１９８４；Ｌｉ  ａｎｄ  Ｓｔｉｌｌｂｏｒｇ，１９９９）。そのことは、大きく変形された岩盤において多くの鉄筋ボルトがネジで破損する理由を明らかにしている（Ｌｉ，２００６ａ）。時として、壁表面の背後の数メートルにわたって大きな剪断破壊が生み出される場合さえある（Ｌｉ，２００６ｂ）。この場合には、ボルトが深い場所で負荷および変形に耐えることができる能力も有していなければならないことが求められる。
【０００９】
亀裂性岩盤において、ボルトは、開口されている岩盤接合部とボルトが交わる場所で局所的に荷重を受ける（Ｂｊｏｅｒｎｆｏｔ  ａｎｄ  Ｓｔｅｐｈａｎｓｓｏｎ，１９８４）。ボルトの長さに沿って幾つかの荷重ピークが存在する場合があり、また、最も荷重を受けるボルト領域が岩盤の内側深くに配置される場合がある。この種の岩盤では、ボルトがその全長に沿って良好な耐荷重能力および高い耐変形能力を有することが求められる。
【００１０】
理想的なボルトにとって望ましい特徴
大きく変形される岩盤のための理想的なボルトは、大きな負荷に耐えることができなければならないとともに、長い伸張を受けることができなければならない。また、ボルトの固定機構は信頼できなければならない。
【発明の概要】
【００１１】
上述した課題は、岩盤中のボアホール内に埋め込まれるロックボルトである本発明によって解決することが可能であり、該ロックボルトは、
前記ステムのボアホール表面部にネジ部を有する長尺な円筒状の大規模ステムを備え、前記ネジ部には１つ以上のナットと１つ以上のワッシャとが設けられ、スリーブまたはフェースプレートがボアホール内のロックボルトに予張力を付与し、
前記ステムが３つ以上の長いステム部を備え、各ステム部には一体アンカーが後続して設けられ、前記アンカーが前記ステム部の範囲と比べて短い範囲を成し、前記アンカーが前記ステムの長さに沿って間隔を隔てて配され、
前記アンカーは、岩盤変形に起因して生じる負荷を受けるためにそれらの対応する局所的なボアホール壁部に対して局所的に固定され、
前記ステム部は、該ステム部のそれぞれが局所的に固定された前記アンカーと局所的に固定された連続するアンカーとの対同士の間で前記ステム部の伸張によって局所的な岩盤変形を抑制するように、グラウトまたはボアホールに対して滑るようになっている。
【００１２】
本発明の利点
本発明は、本発明のアンカーがロックボルトの最も弱い要素ではなく最も強い要素を構成し、それにより、それらのアンカーが、負荷の下で変形または破壊の影響を受け難く、したがって、満足な固定効果をもたらすことができるという点で、ＷＯ９９／６１７４９を超える特定の利点を有している。
【００１３】
また、本発明は、ロックボルトステムの直線部分と比べて強化されたアンカーを形成するために引張要素が作り直され、したがって、ボルトがステム部に沿って降伏の影響を受け易く、かつアンカーにおいて降伏の影響を受け難いという事実において、米国特許出願２００５／０１５８１２７Ａ１を超える利点ももたらしている。ＵＳ２００５／０１５８１２７を超える他の利点は、機能するロックボルトを形成するために必要とされる構成要素の著しい減少（少なくとも６個の構成要素）であり、機能するロックボルトは、最も簡単な実施形態では、同じブランクから形成される一体アンカーを有する長尺なスチールステムによって形成されている。
【００１４】
本発明は添付図面によって図示されているが、これは本発明を例示するためであり、本発明を限定すると解釈されるべきではない。本発明は添付の請求項のみによって限定されるべきものである。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】ボアホール内で硬化されるときにセメントまたは樹脂に対して固定されるように均等に配された一体アンカー部を有するステムのみを備える基本的な実施形態で示される、本発明に係るロックボルトの側面図である。
【図２】セメントあるいは樹脂に硬化されたグラウトによって一体アンカー部が固定された状態でボアホールの領域内に配置されて示される、本発明に係るロックボルトの側面図である。簡素化するために、アンカーに隣接するグラウトだけが示されている。ステム部は、岩盤の２つのブロック間で開口された亀裂を跨いで示され、また、ステム部は、隣接するアンカーがそれらの局所的なボアホール周面に対して固定されたままの状態で伸張されている。
【図３】左側にワッシャ及び／又はフェースプレートおよびナットを有するネジ部を伴い、かつ右側に任意のエンドミキサを更に伴って示される本発明の一実施形態に係るロックボルトの側面図である。
【図４】岩盤の表面のワッシャとホールの底部との間に埋め込まれて配置される本発明の一実施形態に係るロックボルトの側面図である。簡素化するために、アンカーの周囲のグラウトの部分だけが示され、また、通常は、ボルトの周囲の環状部全体がグラウトで満たされている。
【図５】ａ，ｂ，ｃ，ｄおよびｅは、本発明に係るアンカーの異なる実施形態を示している。図５ａは、幅広な一体アンカーを形成するためにステムの短い部分が平坦化されたアンカーの一実施形態を示している。平坦化は、隣接するステム部の降伏強さよりも高い降伏強さを当該アンカーにもたらすように僅かな長手方向の同時アップセッティング下で行なわれてもよい。図５ｂは、ステムの短い部分が長手方向のアップセッティングによって短くされたアンカーの他の実施形態を示している。図５ｃは、いずれかの端部へ向かう移行領域で特定の先細りを示す３突出アンカーの例示である。図５ｄは、眼形状開口をもつアンカーを有する本発明に係るロックボルトを示している。図５ｅは、図５ｂのアップセッティングと同様のアップセッティングによって形成されたアンカーの一実施形態を示している。
【図６】本発明のロックボルトの坑底端部に任意に配置されてもよい背景技術のエンドミキサの２つの別の形態を示している。図６ａはＹ分割されたエンドミキサを示し、図６ｂはバーの坑底端部に溶接されたエンドミキサプレートを示している。
【図７】アンカー間のステム部を引き伸ばす際に変形の主要部が吸収されるべきであるのに対し、ある割合の変形も、硬化されたグラウト内でのアンカーの比較的短い長手方向の摺動動作として受けられ得ることを示している。
【図８】スチールバーの一部を変形することによって形成される圧痕形成パドル領域を示すＦｅｒｇｕｓｏｎのＷＯ９９／６１７４９から再描画された斜視図であり、変形は、バーに対する機械的な偏心剪断力の印加によって形成されている。
【図９】２部品クランプアンカーによって変形されるパイプ内の引張要素または引張ワイヤを示す、これもＦｅｒｇｕｓｏｎのＵＳ２００５／０１５８１２７から再描画された長手方向の断面図である。
【図１０】エンドミキサの２つの実施形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明に係るロックボルトは、前述した理想的なボルトの要求品質をもたらすボルトに相当している。当該ロックボルトには、変形可能ボルト、略して“Ｄ−ボルト”という名前が与えられている。本発明に係る変形可能ボルトは、ボアホール内にセメントまたはエポキシ樹脂と共に埋め込まれるようになっている多点アンカーボルトである。図１は、３つ以上の一体アンカー（２ａ，２ｂ，２ｃ，．．．，２ｎ）がその長さに沿って配された好ましくは平滑なスチールロッドステム（１）を備える本発明の基本的な実施形態に係るボルトの側面図を示している。言い換えると、本発明は、ボアホール（ｂ）内でグラウト（ｇ）が注入されるようになっているロックボルトを備え、該ロックボルトは長尺な円筒状の大規模ステム（１）を備え、大規模ステム（１）は、該ステム（１）の長さに沿って距離間隔（Ｌａ）を隔てて配される一体アンカー（２）によって分けられる長さが長いステム部（１ｓ）を備えている。アンカー（２ａ）は、岩盤変形に起因して生じる負荷を受けるために、それらの局所的なボアホール壁部に対して局所的に固定されるようになっている。ステム部（１ｓ）は、該ステム部（１ｓ）のそれぞれが局所的に固定された先行するアンカー（２）と局所的に固定された連続するアンカー（２）との対同士の間で局所的な伸び歪みを受けるべく、グラウトまたはボアホールに対して滑るようになっている。
【００１７】
一体アンカー（２）を有するステム（１）を備える本発明のロックボルトは、全てがスチールで形成されるのが有益である。強固でかつ変形可能な他の金属が使用されてもよい。
【００１８】
本発明に係るロックボルトの第１の適用によれば、ステム部（１ｓ）は、掘削などが脆弱な軟らかい岩盤で行なわれた後に数日間、数ヶ月間、あるいは、数年にわたって起こる場合がある長期の岩盤変形に起因する局所的な伸び歪みを受けるようになっている。
【００１９】
本発明に係るロックボルトの第２の適用によれば、ステム部（１ｓ）は、岩はね或いは破裂に起因する動的負荷などの短期間の動的負荷を受けることが可能となっている。これは、ばらばらの亀裂面を数センチメートル引き離すように開放する図２および図４に“ｃ”で示される突然に起こる亀裂に起因するロックボルトの局所的な伸張が本発明に係るロックボルトを使用する場合にはスチールの約５０センチメートルにわたって分布され得るという事実に起因している。アンカー間のステム部は、硬化したグラウトまたはボアホールの周辺に対してのみ摺動することになる。この作用は、鉄筋ロックボルトを使用しても達成され得ない。鉄筋ロックボルトは、その全ての部分がリブ付きであり、したがって、グラウト中でほぼ全てのステム領域にわたって局所的に固着され、また、数センチメートルにわたってしか局所的な衝撃伸張（ΔＬａ）を受けさせることができず、したがって、破断する場合がある。これは、しばしば背景技術において経験されるものである。このように、破裂などの岩はねに類似する動的負荷でも、ロックボルト破損を伴わずに受けることが可能となる。
【００２０】
本発明の一実施形態において、ボルトは、ヘッド端部に配置され、かつ岩盤表面に抗してワッシャ（３ｃ）またはプレートを保持するためのナット（３ｂ）によってもたらされるネジ部（３ａ）を備えるべきである。一実施形態によれば、ボアホールに対してロックボルトの内端を構成する反対側の端部には、ロックボルトをエポキシ樹脂内へ挿入する際に役立つエンドミキサ（４）が設けられていてもよい。
【００２１】
２つの隣り合うアンカー間の間隔は、ここではＬａと称され、均等であってもよい。したがって、一実施形態では、ボルトの長さが約Ｌ＝ｎＬａである。ここで、ｎは、アンカー間のロッドセグメントの数（または、アンカーの数）である。ステムの一部に沿うアンカーの不均等な分布が使用されてもよい。
【００２２】
本発明のロックボルトにおいて、ステム部（１ｓ）は、アンカー（２）と比べて単位長さ当たりの変形能力が高くなっているのが有益である。また、本発明のロックボルトにおいて、一体アンカー（２）は、硬化されたグラウト中で固定される間に荷重を受けつつ変形されず、かつ硬化されたグラウト中で摺動する場合に摩滅されないように強固にされ得るのが有益である。言い換えると、アンカー（２）の最終的な強度は、ステム部（１，１ｓ）によって構成されるステムの降伏強さよりも高くなければならない。
【００２３】
ステム部（１ｓ）は、該ステム部（１ｓ）のそれぞれが局所的に固定された先行するアンカー（２）と局所的に固定された連続するアンカー（２）との対同士の間で局所的な伸び歪みを受けるように、硬化されたグラウトまたはボアホールに対して滑るようになっている。ボルトのロッドステム（１）は、本発明の一実施形態によれば、平滑な好ましくは円筒状の表面を有している。ステム部は、多かれ少なかれ、化学研摩法や電解研摩法のような技術によって細かく研削され或いは研摩されてもよい。表面は、ロッドの表面が硬化されたグラウトに対して結合しないように、或いは無視できる程度に低い結合を成すように、更に処理されてもよい。この目的を達成するための１つの手段は、蝋、ラッカー、塗料、あるいは、他の非接着媒体または潤滑媒体から成る薄層によってロッド表面をコーティングすることである。２つの隣り合うアンカー間のロッドセグメントは、引張荷重に晒されると、硬化された周囲のグラウトに結合されることなくほぼ自由に伸張するようになっている。
【００２４】
ステム（１）は、歪みを受けて伸張しているとき、いわゆるポアソン効果に起因する直径の減少にて該硬化されたグラウトに対して表面が解放されることにより、その局所的なボアホール周面に対して滑ることが可能となっている。
【００２５】
本発明に係るロックボルトは、ステム部（１ｓ）が当該硬化されたグラウトに対して結合しないように表面処理されていてもよい。これは、化学表面処理によって、例えばステム（１）上に金属酸化物層を加えることによって達成されてもよい。
【００２６】
固定点において、ボルトは岩盤に対して結合されるようになっている。アンカーに対する基本的な要求は、アンカーがロッドよりも強固であるということである。それは、アンカーが機能しなくなる前にロッドが降伏状態に至ることを示唆している。アンカーは異なる形状を有することができる。図１に示されるアンカーの形状は、アンカーの幾つかの有用な形状のうちの１つを示しているにすぎない。図示の実施形態において、アンカーは、１つの直径方向でロッドを平坦化し、かつ直交する方向で直径を拡げるだけで形成されている。隣接するアンカーは、このアンカーの平坦化方向に対して垂直に形成された同じ平坦化形状を有していてもよい。ボアホールが略直線状で、かつ均一な壁を有する場合には、均等に離間されたアンカーにより、スチールロッドは、ボアホールの壁との直接的な接触を回避することが可能となって有益であり、これは、ボルトがグラウトによって完全に覆い隠されるのに役立っている。これにより、ボトムアンカーおよび表面アンカーのみを有する従来のボルトと比べて、改良されたボルトステムの防食を行なうことが可能となる。
【００２７】
背景技術で知られるように、樹脂注入においては、エンドミキサと呼ばれるミキシング機構がボルトの下端に加えられる場合がある。これについては図６を参照されたい。エンドミキサにおける１つの別の手段は、ロッド端を“Ｙ”の形状へ分けることである。これについては図６ａを参照されたい。エンドミキサに関しては、端部に溶接されるブレードなどの他の別の手段も可能である。これについては図６ｂを参照されたい。図１０は、エポキシ樹脂と共にボアホール内で用いるのに有用なエンドミキサの２つの実施形態を示している。
【００２８】
本発明に係るロックボルトは、以下で説明する態様で岩盤を補強することが可能である。すなわち、岩盤変形は、主に、アンカーを介して本発明に係るボルトに負荷を与えることになる。ロッド、すなわち、２つの隣り合うアンカー間のボルトステム部が引っ張られて伸張される。極めて高い負荷を受けて、ロッドが降伏状態に至ることになる。幾つかのケースでは、例えば比較的脆弱なグラウトでは、著しい補強損失を伴うことなく、アンカーがグラウト内で僅かに摺動する可能性さえある。これらの２つの機構により、ボルトは、大きな伸張を許容できると同時に、高い負荷を支持することが可能となる。実際には、本発明に係るこのボルトは、かなりの程度まで、スチール材料の能力をその変形能力および強度の両方で利用している。ボルトの岩盤固定作用は、アンカー間のセグメント範囲内で確保されている。個々のアンカーにおける固定の損失は、ボルトの補強効果に対して局所的にのみ影響を与えている。全体として、ボルトは、１つ以上のアンカーがボアホール内に固定される限り、１つ以上の個々のアンカーの損失を伴っても依然として十分に機能している。例えば、本発明に係るボルトのネジ部が破損し、かつ表面での固定が損なわれると仮定する。背景技術に係る２点アンカーボルトを用いると、そのような表面固定損失は、ボルトの全体的な破損を招くことになる。これに対し、本発明のボルトを用いる表面固定損失の結果は、ネジと表面に最も近い第１のアンカーとの間のボルトセグメントにおける補強損失のみである。ボルトの残りの部分は、ネジの表面セグメント不良によって影響されない。これは、ボルトの残りの部分が残りの影響されないアンカーによって岩盤中に依然として十分に固定されているからである。
【００２９】
ネジは、少なくともスチールロッドと同程度の強度でなければならず、あるいは、それよりもかなり高い強度でなければならない。したがって、ネジの公称直径は、ネジの有効直径がロッドの直径に等しくなるように、或いはロッドの直径よりも大きくなるように、ロッドの直径より大きくなければならない。本発明の他の実施形態は、ネジ部の強度がロッドよりも高くなるようにネジ部に対して特別な冶金処理を行なうことである。ネジの変形能力は特に関係しない。ネジに関する主な問題点は、ネジが強力に形成されるために、ネジと第１のアンカーとの間のスチールロッドが降伏に至る機会があるという点である。そのような場合には、ロッドの破損前の最終的な変形が著しく大きくなる。
【００３０】
本発明に係るロックボルトの一例が以下に与えられて図３に示されている。ボルトのパラメータは以下のように与えられているものとする。
ロッド直径ｄ：２０ｍｍ
アンカー間隔Ｌｓ：   ０．５５ｍ
アンカー長さＬａ：   ０．０５ｍ
ネジ長Ｌｔ：         ０．１０ｍ
アンカーの数ｎ：     ５
ボルト長さＬ：５×０．５５＝２．７５ｍ
ボルト破壊応力：     ２００ｋＮ
ボルト降伏強さ：     １５０ｋＮ
破損箇所の降伏ひずみ：      ２０％
【００３１】
この例のボルトは５個のボルトセグメンを有し、全てのセグメントが（Ｌｓ−Ｌａ）＝０．５ｍの長さである。降伏伸張を考慮に入れると、全てのセグメントは、最大で（０．５ｍ×２０％）＝１０ｃｍまで伸びることが可能である。したがって、各ロッドセグメント（０．５ｍ長）は１０ｃｍの最大伸張を伴う可能性がある。同時に、各ロッドセグメントは、１５０ｋＮ〜２００ｋＮの負荷を支えることになる。ロッドの第１のセグメント（ネジから第１のアンカーまでのセグメント）は、他のセグメントより僅かに短くてもよい。当該実施形態において、ロッドの第１のセグメントは約０．４ｍ（Ｌｓ−Ｌａ−Ｌｔ）である。このセグメントの最終的な伸張は（０．４ｍ×２０％）＝８ｃｍである。鉄筋ボルトの場合、ネジの一部の変形能力だけが動かされる（Ｌｉ，２００６ａ）。ネジの引張された部分からの最終的な伸張は最大で１ｃｍと推定される。更に強力なネジを用いると、壁表面におけるＤ−ボルトの最終的な伸張（８ｃｍ）は、従来のネジ付きの鉄筋ボルトと比べてかなり改善されることになる。そのような変形／荷重能力を用いて、ボルトは、大きく変形された岩盤或いは岩はね傾向がある岩盤において、岩盤補強の満足な効果をもたらすことができる。
【００３２】
本発明に係るボルトは、０．０３ｍ〜０．０２ｍの長さの４つ以上のアンカーを有し、それに対応して長さが岩盤状態およびステムの厚さに応じて約０．３ｍ〜２ｍの長さで変化し得るセグメントによってアンカーの各対が分離されている。アンカーの長さに対するステム部の長さの比率は、５：１〜４０：１の間で変わってもよい。ロックボルトステムの直径は１０ｍｍ〜４０ｍｍ以上であってもよい。
【００３３】
本発明に係るロックボルトは、耐変形性および耐荷重性の両方における高い能力を特徴としている。また、ボルト設置の質は、その多点固定機構により信頼可能である。ボルトは、大きな岩盤変形または岩はねの問題に直面する土木工学および鉱山工学に特に適している。ボルトは、連続する岩盤変形の場合（軟弱な岩盤において）だけでなく、個々の岩盤接合部の局所的な開口の場合（がっしりとした岩盤において）にも良好な補強を行なうことが可能である。単一の岩盤接合部の開口変位は、接合部を乗り越える２つのアンカーによって抑制されている。
【００３４】
アンカーは、幾つかの異なる形状を与えるべく幾つかの方法で形成されてもよい。すなわち、図５ａ、図５ｂ、図５ｃ、図５ｄおよび図５ｅは、本発明に係るアンカーの実施形態を示している。図５ａは、２つの耳たぶ断面を有し、かつステム部への移行部へ向けて先細る幅広な一体アンカーを形成するために、ステムの短い部分が平坦化されたアンカーの一実施形態を示している。平坦化は、隣接するステム部の降伏強さよりも高い降伏強さを当該アンカーにもたらすように、僅かな長手方向の同時アップセッティング下で行なわれてもよい。図５ｂは、ステムの短い部分が長手方向アップセッティングによって短くされたアンカーの一実施形態を示している。図５ｃは、いずれかの端部へ向かう移行領域で特定の先細りを示す３突出アンカーの例示である。図５ｄは、眼形状開口をもつアンカーを有する本発明に係るロックボルトを示している。ロックボルトの軸に対して垂直な、開口を横断するアンカーの材料断面積は、少なくともステムにおけるものと同程度の大きさである。図５ｅは、少なくともロッドステムの厚さを有する首部によって分離される２つの端部が形成されたアンカーの一実施形態を示している。アップセッティングは図５ｂのアップセッティングと同様である。この実施形態では、更に、アンカーが３つの突出部を有して形成されてもよい。
【００３５】
本発明は、それぞれの後ろに短いアンカーが続く複数の直線状のステム部を有するロックボルトを提供するものである。これは、短い比較的硬質なアンカーと、高い変形能力を有する高い割合のステム長とをもたらしている。したがって、ロックボルトは、多数の離間されたボアホール壁位置に対してロッドに沿って強固に取り付けられて、岩盤変形を抑制することになる。プレテンションの特徴は、初期の亀裂形成を防止し或いは遅らせ、岩マントルの早期の抑制を行なうことも可能である。本発明に係るロックボルトは、長期間にわたる変形および岩はねの両方に起因する岩盤変形を抑制するのに有益である。
【００３６】
［参考文献］
【表１】
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【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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