(57)【要約】【課題】大型の揚重機器等を配置しなくとも施工可能で工期・コストも有利で大きな地震力が作用した場合にもアンカー鋼材の切断を回避して地震後の修復が容易な既設土留擁壁の補強構造を提供することを目的としている。【解決手段】背面を地山１に接する表面部材２にひび割れ３が発生した既設土留擁壁４に対し、表面部材２を挿通して地山１に固定する地中アンカー５と支圧部材６からなる補強構造は、表面部材２に間隔をあけて配設する縦端太材７とこれに直交して配設し地中アンカー５の頭部を突出する横端太材８と座金９及びナット１０を有する。座金９は、アンカー鋼材５ａの引張強度より小さな荷重で座屈変形する強度を有し、地震を主体とする破壊力に対し、鋼材の伸びや曲げ等の変形を許容することにより、アンカー本体を破壊から守る。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
石材やコンクリート等の表面部材を配置し背面に地山を備える既設土留擁壁に対し、ひび割れ等が発生した前記表面部材を挿通して地山に形成する削孔に挿入して固定する地中アンカーと、この地中アンカーの頭部をひび割れ等が発生した前記表面部材の外面に係止してこの表面部材を地山に押圧固定する支圧部材を有する既設土留擁壁の補強構造において、前記支圧部材は、前記表面部材に間隔をあけて配設する縦端太材と、この縦端太材に直交して配設し前記地中アンカー頭部を突出する横端太材と、この横端太材に係止する座金と、前記地中アンカー頭部に螺着して前記座金を前記横端太材に締付けるナットを有することを特徴とする既設土留擁壁の補強構造。
【請求項２】
前記座金は、前記アンカー鋼材の引張強度より小さな荷重で座屈変形する強度を有することを特徴とする請求項１記載の既設土留擁壁の補強構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、表面の石材やコンクリート等にひび割れ等が発生した既設土留擁壁に対し、再度表面部材を地山に強固に固定するための既設土留擁壁の補強構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
国土の約７割が傾斜地で占められる我が国で、安定した生活を営むには、傾斜地との共存は避けられない。古くから宅地や農地を設ける為に石垣が用いられ、平地の確保と共に急斜面の安定に用いられ、重要な技術的課題と位置づけられてきた。
【０００３】
その事情は２０世紀以降も変わらず、寧ろ大都市化の形成によって、より大きな需要へ発展した。その結果、石垣が変じて、同じ重量物であるコンクリートに引き継がれたが、その擁壁の多くが、施工されて５０年を超え、耐久性の限度を超える時代を迎えているのである。
【０００４】
コンクリートは元来、材料として引張り耐力に乏しく、又経年劣化によって膨張やひび割れが起きる。そして圧縮力にも不足が生じて（座屈）破壊する事例も増えてきた。コンクリート擁壁が失った斜面安定機能（土留機能）を回復するには、擁壁を取り換える（造り替える）方法の他に、壊れかけたコンクリート等を地山に向けて再度固定する方法がある。
【０００５】
従来、既設土留擁壁の補強構造としては、例えば特許文献１に記載されるような地中アンカーを用いる構造がある。
【特許文献１】特開平９−３２４４３３号公報
【０００６】
特許文献１に記載される既設土留擁壁の補強構造は、補強しようとする傾斜面に土留配置された石やコンクリート等の既設の土留壁の外側にコンクリートプレキャスト板を地山から少し間隔をあけて配置し、このコンクリートプレキャスト板及び既設土留壁を挿通して地山に形成する削孔に地中アンカーを挿入して固定する構成で、プレキャスト板と土留壁等の間隙にモルタルを注入し、地中アンカーの突出端部をプレキャスト板に一体連結してプレキャスト板及び既設土留壁を地山に押圧固定する構造であった。
【０００７】
ここで用いるプレキャスト板は、例えば長さ２ｍ、巾１．５ｍ、厚さが１０ｃｍ〜１５ｃｍの大きさで、その中央部に孔部を設けるコンクリート板であった。これを設置する場合は、先ず既設土留壁の最下段に並列配置して仮止め後地山との間隙にモルタル注入を行い、このモルタルが固結した後アンカーを緊張してプレキャスト板を地山に押圧固定していた。その後、この一段目のプレキャスト板の上端部に二段目のプレキャスト板を同様に並列配置するもので、各段毎に順次上部まで積み上げ固定する構造であった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、プレキャスト板を支圧部材として用いる従来の補強構造は、重量物であるコンクリート板を順次積み重ねながら既設土留壁を覆う構造であったので、大掛かりな土木工事となり、大型の揚重機器の配置、工期の長期化によるコストの上昇等の問題点があった。
【０００９】
又、従来の補強構造は地中アンカー頭部をプレキャスト板に一体連結する構成であったので、アンカー鋼材の引張強度を超える地震力が作用した時には、これを緩衝する部材が存在しないため終にはアンカーが切断してしまい、地震後の修復が全く不可能な構造であった。
【００１０】
この発明は、従来の既設土留擁壁の補強構造が有する上記の問題点を解消すべくなされたものであり、大型の揚重機器等を配置しなくとも施工可能で、工期も短くでき、コストも低減できる既設土留擁壁の補強構造を提供することを目的としている。
【００１１】
又、アンカー鋼材の引張強度を超える地震力が作用した場合にも、これを緩衝しながらアンカー鋼材の切断を回避し、地震後の修復が容易な既設土留擁壁の補強構造を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するため、この発明の既設土留擁壁の補強構造は、石材やコンクリート等の表面部材を配置し背面に地山を備える既設土留擁壁に対し、ひび割れ等が発生した前記表面部材を挿通して地山に形成する削孔に挿入して固定する地中アンカーと、この地中アンカーの頭部をひび割れ等が発生した前記表面部材の外面に係止してこの表面部材を地山に押圧固定する支圧部材を有する既設土留擁壁の補強構造において、前記支圧部材は、前記表面部材に間隔をあけて配設する縦端太材と、この縦端太材に直交して配設し前記地中アンカー頭部を突出する横端太材と、この横端太材に係止する座金と、前記地中アンカー頭部に螺着して前記座金を前記横端太材に締付けるナットを有することを特徴とするものである。
【００１３】
この補強構造は、アンカーを用いて地山からの引張り反力を確保し、それを地表に取り出して地表の支圧部材と結びつける方法であり、既設土留擁壁が失った安定をアンカーで持ち替えれば、地山抑止力を回復させることができるのである。
【００１４】
既存の土留擁壁が老朽化してひび割れ等を起こし、土留機能が低下した場合に、破損した擁壁片の前面からアンカーを突き通し、擁壁片を地山に縫い付けて一体化を図る。クラックによって分離した擁壁片を支圧部材で相互に連結することにより、連続した元の擁壁として復元する機能を発揮する。
【００１５】
支圧部材の縦端太材と横端太材には例えば鋼管パイプを用いる。横端太材に用いる鋼管パイプは２本並列配置し、その間隙に地中アンカー頭部を突出する。座金はこれら２本の鋼管パイプに係止し得る形状で、縦端太材と併せて格子状パイプを形成する。
【００１６】
格子状パイプは、アンカーの頭部間に座金でパイプを渡し、ブリッジ機能を導入する。地中アンカーによる静定支持により連続梁として機能するので、コンクリート擁壁等に亀裂や割れが生じた場合でも、コンクリート片を繋ぎ合わせることにより、擁壁耐久性の長期化が見込める。鋼パイプは断面力を生かして、コンクリート擁壁片を繋ぐので、元の強度を超える靱性を発揮してくれる可能性がある。
【００１７】
請求項２記載の既設土留擁壁の補強構造における座金は、前記アンカー鋼材の引張強度より小さな荷重で座屈変形する強度を有することを特徴とするものである。地震を主体とする破壊力に対し、鋼材の伸びや曲げ等の変形を許容することにより、アンカー本体を破壊から守る構造である。
【００１８】
地震荷重がアンカー鋼材の引張り強度を超えるほど巨大な場合にも、座金の座屈変形で水平荷重の一定部分を吸収し、残った加速度をナットで受けることにより、アンカー鋼材に作用する引張力を許容荷重内で安定を図る構造である。地震は交番荷重であり、周期的に向きを変える。土留擁壁のような重要構造物は、「達磨落とし」の要領でズレを許容して変形でかわせば、破壊を免れることができる。
【００１９】
アンカーとパイプとの連結部に用いる座金を弾性及び塑性変形させることにより、擁壁からパイプを経てアンカーに伝わる荷重が、一定の値を超えた時、座金の座屈によってアンカーの破壊を免れることができる。
【００２０】
座金は、例えば鋼板を折り曲げ加工して側面略Ｔ字形状とした箱型のもので、その正面中央からアンカーの頭部を突出する構成とする。この座金によって２本の水平パイプがヒンジ構造で結合され、アンカー鋼材の引張りと曲げ抵抗によって擁壁片は連続性を保つ。このときアンカー頭部間は短スパン化され、小さくなったモーメントによって力学的安定を高めるメリットが生まれる。
【００２１】
座金はアンカー鋼材に作用する地震荷重等を集中的に負担して、アンカーの引張抵抗を安全に保つ機能を担う。仮に地震力が巨大でアンカーの地山定着力を超えて引張力が作用した場合に、アンカーに付着力の低下が起きる前に座金の座屈変形という大きな変形に導く。地震等による過剰な力が作用する場合、座金に変形を担わせることにより、荷重の減衰を図る機能である。
【００２２】
地震加速度は、弾性と塑性領域で抵抗を受ける間に、衝撃力を減衰させていく。つまり加速度が減れば擁壁から受ける荷重は減っていき、座金の座屈で例えば３トンを減じた後に、最後にナットが受け持つ荷重がボルトの許容荷重例えば、５．５トンで受け持たれ、擁壁片はアンカー軸上でナットに係止される。
【発明の効果】
【００２３】
この発明の既設土留擁壁の補強構造は、地中アンカーの支圧部材として、縦端太材と横端太材からなる格子状部材を用いるので、大型の揚重機器等を配置しなくとも施工可能で、工期も短くでき、コストも低減できる。
【００２４】
アンカーの引張力を格子状部材によって広く分布させ、擁壁への安定抑止力にできる。又、既存の擁壁を撤去することなく、砕けた擁壁片をアンカーの連携により個別の土留受圧板として用い、再利用ができ、高い経済性が得られる。又、コンクリート廃棄物を出さないので、施工が簡便である。
【００２５】
アンカーを擁壁前面から地山へ突き通す作業が主体であり、軽量の機械で手軽にできる。格子状部材もアンカーと繋ぐ座金も軽量であり、作業場が狭い場合でも作業員が通れれば現場作業はできる。
【００２６】
請求項２記載の座金は、アンカー鋼材の引張強度より小さな荷重で座屈変形する強度を有するので、地震力が巨大でアンカーの地山定着力を超えて引張力が作用した場合でも、アンカーに付着力の低下が起きる前に座金の座屈変形という大きな変形に導く。座金は弾性変形によって座屈を起こした後、塑性変形に移るが、座屈によって大きな変形を起こすと地震は急激に減衰する。
【００２７】
地震力で座金や支圧部材である鋼パイプが破壊した場合には、これらを取り外して新規な部材に交換することができ、簡易な作業とわずかなコストで取り換え可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】既設土留擁壁の補強構造を示す正面図である。
【図２】図１のII−II断面の一部を省略した拡大断面図である。
【図３】図２の一部拡大図である。
【図４】座金の斜視図である。
【図５】地中アンカー頭部の拡大断面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
次にこの発明の実施の形態を添付図面に基づき詳細に説明する。図１は既設土留擁壁の補強構造を示す正面図、図２は図１のII−II断面の一部を省略した拡大断面図、図３は図２の一部拡大図である。背面を地山１に接するコンクリートからなる表面部材２にひび割れ３が発生した場合、この既設土留擁壁４に対して設置する補強構造は、表面部材２を挿通して地山１に固定する地中アンカー５と、この地中アンカー５の頭部を表面部材２の外面に係止する支圧部材６からなる。
【００３０】
支圧部材６は、表面部材２に間隔をあけて配設する縦端太材７と、縦端太材７に直交して配設し地中アンカー５の頭部を突出する横端太材８と、横端太材８に係止する座金９と、地中アンカー５の頭部に螺着して座金９を横端太材８に締付けるナット１０を有する。
【００３１】
横端太材８には２本並列配置する鋼管を用い、その間隙に地中アンカー５頭部を突出する。縦端太材７には、異径鋼管を連結加工する変形鋼管を用いる。この変形鋼管は小径鋼管７ａの両端に大径鋼管７ｂを接続するもので、大径鋼管７ｂはその中央部を押し潰して扁平とした「コブラ状パイプ」とし、この扁平部分に横端太材８をクロスさせて、グリッドを形成する。
【００３２】
座金９は、横端太材８である２本の水平パイプをヒンジ構造で結合し、アンカー鋼材の引張りと曲げ抵抗によってひび割れした擁壁表面部材２の連続性を保つ。このときアンカー頭部間は短スパン化され、小さくなったモーメントによって力学的安定を高めるメリットが生まれる。ここで座金９は、図４の斜視図に示すように、鋼板を折り曲げ加工して側面略Ｔ字形状とした箱型のもので、横端太材８の２本の鋼管に係止し得る形状で、その正面中央に孔部９ａを穿設しアンカー５の頭部を突出する構成である。
【００３３】
この補強構造は、地中アンカーを用いて地山からの引張り反力を確保し、それを地表に取り出して地表の支圧部材と結びつける方法であり、既設土留擁壁が失った安定をアンカーで持ち替え、地山抑止力を回復させるものである。図５に地中アンカーの頭部断面図を示す。
【００３４】
地中アンカー５は、地山１に形成する削孔１１にアンカー鋼材５ａを挿入し、削孔１１内にグラウト材１２を圧入してアンカー鋼材５ａを固定し、地表側には座金９の外部にナット１０を設ける。
【００３５】
座金９は、アンカー鋼材５ａの引張強度より小さな荷重で座屈変形する強度を有する。地震を主体とする破壊力に対し、鋼材の伸びや曲げ等の変形を許容することにより、アンカー本体を破壊から守る構造である。
【００３６】
地震荷重がアンカー鋼材５ａの引張り強度を超えるほど巨大な場合にも、座金９の座屈変形で水平荷重の一定部分を吸収し、残った加速度をナット１０で受けることにより、アンカー鋼材５ａに作用する引張力を許容荷重内で安定を図る。
【００３７】
箱３型座金の引張試験結果で、ナットを介して圧縮させ最大荷重を調査したところ、平均的には３４．８ｋＮであった。アンカー鋼材として用いるＡＳボルト（Ｄ１９ｍｍ）は、許容引張強度として５．５トンを持ち、その半分に相当する曲げ強度（抵抗値）を有するので、擁壁と直角方向の引張力とその半分のせん断抵抗を発揮する。つまり、コンクリート擁壁に不足する弾力性と可撓性を、鋼材で持ち替えることによって擁壁を強化し、土留機能を再生するのが狙いである。
【００３８】
箱３型座金はアンカーとパイプを直角に交差させ、それぞれの引張と曲げを最大に発揮させ、自らは座屈によって大事な使命を終える。その後、ナットを外せば取り換えが極めて容易にできるという、簡便な特徴を持つ治具である。
【００３９】
箱３型座金の座屈は、３トンの圧縮力で約１０ｍｍの変形を起こして破壊に至る。それは弾性と塑性の領域を跨ぐだろうが、地震が交番荷重であり周期的に向きを変える加速度であることに留意すれば、アンカーを温存し擁壁崩壊は防がれる。「達磨落とし」のようにズレを許容する仕組みを座金に担わせれば、擁壁から受ける水平荷重を軽減し擁壁を守ることができる。
【００４０】
箱３型座金の座屈変形は、上記のように４トン弱の荷重で破壊することが確認されており、アンカー軸力方向にそれ以上の荷重が作用した場合には、コの字形アングルが大きく座屈して地震力をかわす。アンカーの許容応力５．５トンに対して約７割程度の座屈力で破壊に導けることは、破壊直前に応力をかわす機能が発揮される。
【００４１】
全体の力学的構造に係る荷重を箱３型座金に導きその変形破壊によって、アンカーの機能が保全されることは確実である。過剰な力を及ぼした地震が去った後は、箱３型座金やパイプを取り換えるのは極めて簡易であり、補修費用は極めて少なくて済む。即ち、本工法はアンカーの持つ引張耐力の温存を図り、コンクリート擁壁が老朽化した場合でも取り替え容易なパイプや箱３型座金の交換により、コンクリート擁壁の寿命を長らえる最も経済的な土木技術ということができる。
【００４２】
本補強構造のメリットは、既存のコンクリート擁壁の取り壊しや、（更新）廃棄作業等を極力減らした上で、クラックによって分離した擁壁片に残存するコンクリートの固体機能を生かすことにより、土留機能を再生することにある。アンカー鋼棒や鉄パイプの弾力性、可撓性、箱３型座金の荷重分散性が発揮されることに、老朽化した再生を可能にする。地震力が交番過重であることを意識して、力学的に無用な重量物でなく、変位を活用できる軽量物で強靭さを確保することが肝要である。地震という自然力は、その規模や特性が我々の希望する範囲に納まるとは限らず、交番荷重という地震特性を利用すれば、限度ある人工資材の変形によって目的を全うできる可能性が生まれる。真っ向勝負では敵わない自然力も、工夫次第で克服できる。
【００４３】
このように、アンカーと格子状パイプの組み合わせによるパイプグリッド工法はコンクリートの脆弱性を鋼材の弾力性・靱性で肩代わりすることにより、土留機能を再生し、巨大な地震に見舞われても変位を主体とするエネルギー緩衝力で克服することを目指す。仮に部品が変形破壊した場合でも、簡易な取り換え措置によってその再生が可能である。つまり、コンクリート擁壁のような脆弱な斜面防護工の延命策として位置付けることができる。なお、損傷した擁壁面を、間伐材や竹などで覆うことにより、景観の改善を図ることもできる。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
この発明の既設土留擁壁の補強構造は、巨大地震から都心部や人口密集地を守る画期的防災工法としても適用できる。
【符号の説明】
【００４５】
１  地山
２  表面部材
３  ひび割れ
４  既設土留擁壁
５  地中アンカー
６  支圧部材
７  縦端太材
８  横端太材
９  座金
１０  ナット
【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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