2.4

ダム用 PS アンカーに関する研究

研 究 年 度：令和元年度～
研 究 分 野：ダムの改造・再開発に関する調査研究
調 査 研 究 名：アンカー緊張力に関する設定法と計測管理法に関する研究研

究者：川崎秀明、梅園拓磨【要約】
ダム用 PS アンカーは、貯水位低下や大規模仮設の必要もなく既設のダム構造物を大緊張力でもって岩盤に緊結・固定することで安定性を大きく向上させ得ることから、今後ダム再生や補修・補強に大いに活用が期待される技術である。メカニズム上は、所定の緊張力を長期的に保持することが前提となる。
本研究では、PS アンカー緊張力の導入と緊張力の長期保持の方法について検討し、定着時緊張力が設計アンカー力に長期ロスを加えた値以上で、かつテンドンの許容引張力以下となるように設定することが最も有効な方法であると結論づけて、昨年発刊の「ダム用 PS アンカー設計施工マニュアル」に反映させている。また、ダム用 PS アンカーに多い全長固着のフルボンドアンカー用に開発された緊張力監視装置を千本ダム現地に適用し、計測結果を分析することでその有効性を確認した。加えて、本研究では 3 次元プラムラインの変位計測値と比較して、緊張力が堤体変位と高い相関性を有することを確認した。
【キーワード】PS アンカー、緊張力、定着、軸力計測、フルボンド
ドがダム技術センターによって開発され、川俣ダム【背景・目的】ダム用 PS アンカーとは、ダム堤体、基礎岩盤のと千本ダムの緊張力測定に採用されている（図-1）。

安定性向上のために用いられる構造物固定用と基礎補強用の PS アンカーを指すものであり、供用期間現在まで故障も少なく安定的に計測が継続されているが、本稿では、堤体固定用に採用された千本ダムにおいて所要の緊張力を長期間保持することが前提

堤体 PS アンカーに取り付けられた軸力計測ストラとなる。
ただし、従来の国内アンカーは、斜面用では待ちンドの計測値の分析結果を記す。また、千本ダムで後付け設置している 3 次元プラムラインの計測値と受けが多いため緊張力を抑えて設計アンカー力以下軸力計測値について比較した結果、緊張力が堤体変にすることが多く、建築用では再緊張が前提であるため経済性重視の緊張力を高くして設計アンカー力位と密接な関係にあり、緊張力でもって堤体の挙動管理が容易に行えることがうかがえる。

以上にすることが多い。両者の考え方が異なるが、「ダム用 PS アンカー設計施工マニュアル（2021 年9 月発刊）」の検討委員会においては、最後まで修正を重ねて、従来の緊張力管理方法と整合させながら、設計アンカー力以上の緊張力の保持を長期において担保する方法を少し複雑ながら見出した。
一方、ダム用 PS アンカーは、防食やリスク管理に優れるという理由で全長固着のフルボンドタイプとすることが多いが、この場合、アンカー設置後の緊張力の計測が難しいという問題点がある。
そこで、本設テンドン内にホース入りのPC 鋼より線を通し、アンカー頭部に軸力計を設置する軸力計測ストラン

2-29

図-1 千本ダム PS アンカー（孔径 165mm）における２深度の軸力計測ストランドの設置状況

あればよい。

（１）ダム用 PS アンカーの緊張力の設定法
ダム用 PS アンカー設計施工マニュアル p.57 におなお、斜面安定用のグラウンドアンカーの場合はいては、「定着時緊張力は、有効緊張力が経年的に適切な範囲にあるように設定し、施工時の導入緊張力長期 Tas をテンドン強度に対してより低い緊張力にし、待ち受け的に対応できるようにしている。
一方、の目安とするものとする。
」としている。

建築地盤アンカーのように再緊張によって荷重調整

これは、施工時の導入緊張力で有効緊張力（経年変化後の緊張力）は決まるが、定着時緊張力で緊張できる場合や、堅岩内のフルボンドタイプのように長期ロスが明らかに少ない場合は、長期 Tas を高め力を管理すれば、その後はばらつきの少ない長期ロに設定してもよい。

スだけであるので、設計アンカー力以上の有効緊張力をより確実に保持できることを意味し、図-2 は、この緊張力管理の概念を図示したものである。

定着時緊張力は、以下の手順で設定する。
① 長期引張試験によって定着時緊張力に対する長期ロス率を設定する。

従来の緊張力導入の方法は、初期緊張力で荷重をセットするだけであるので、セットロス（ジャッキ②

長期ロスや将来の荷重増を考慮して PC 鋼より線の長期 Pa を設定する。特に考慮事項がなければ標準の 0.6 Pu に設定する。

除荷直後のウェッジめり込み等のロス）のばらつきのため、定着時緊張力が一定でなく設計アンカー力以上の緊張力を保持できないことも多かった。

③設計アンカー力／荷重状態別Pa によってPC鋼より線の本数を算定する（最大値を採用）。

図中の青線が通常のダム用 PS アンカーの場合で④PC 鋼より線の本数×長期 Pa によって長期⑤Tas を算定する（標準値は 0.6Tus）。
長期 Tas を、（1.00－長期ロス率）で除して定あり、長期 Tas（長期目標荷重）を 0.60 Tus に設定し、緊張力の長期ロス率（Tus：テンドンの強度に相当）を定着時緊張力の 10 %とすると、定着時緊張力は、着時緊張力を決定する。施工時はこの定着0.60 Tus を 0.90（=1.00 - 0.10）で除した 0.667 Tus 以上であり、かつ PS アンカーの強度（0.70 Tus）以下で時緊張力を目安に緊張力を導入する。同時に強度上限値の 0.70 Tus 以下を確認する。

0.85 Tus

セットロス

0.85 Tus＝大地震時の上限値

有効緊張力の0.80 Tus＝初期緊張力の上限値

適切な範囲

0.80 Tus

テンドンにおける緊張力

初期緊張力
初期緊張力

0.75 Tus
0.70 Tus

有効緊張力の変化

0.70 Tus＝定着時緊張力の上限値
定着時緊張力

初期緊張力
0.65 Tus

定着時緊張力設計アンカー力0.60 Tus
有効緊張力の変化

定着時緊張力0.55 Tus
0.50 Tus

有効緊張力の変化

Tus：テンドン

凡例：

設計アンカー力設計アンカー力

Tas＝テンドン許容引張力、Tus＝テンドン極限引張力

例1) 長期 Tas=0.60Tus、長期ロス 10%、定着時緊張力=0.667Tus
例2) 長期 Tas=0.65Tus、長期ロス 5%、定着時緊張力=0.684Tus
例3) 長期 Tas=0.50Tus、長期ロス 15%、定着時緊張力=0.588Tusの極限引張力

定期的に荷重チェック
７日経過

図-2 ダム用 PS アンカーにおける有効緊張力の経年的低下と許容範囲

2-30

▲供用終了

△定着完了

▽定着開始

数分

供用期間（約 100 年）

緊張力計測を行うべき箇所数は、ダム用 PS アン（２）緊張力計測の方法
ダム用 PS アンカー設計施工マニュアル p.126 にカー設計施工マニュアルにおいて、全アンカー数のおいて、「有効緊張力の計測は、代表孔において継続し、PS アンカーの機能と安全性を長期的に監視約 15％を目安にしているが、これは「ダムにおけるアンカー点検マニュアル（2017 年、国総研河川するものとする。
」としている。

研究部）」に依っている。

これは、PS アンカーの機能を長期監視するために、緊張力の長期的な計測が必要であることを示し

アンカー全長をグラウトで固化するフルボンドタイプの場合、アンカー設置後の緊張力計測が困難ている。長期的とはダム一般の供用期間である 100であったが、近年 PC 鋼より線をテンドン断面内に年以上であり、これを満たすためには、長期耐用性に優れており、供用途中で交換が可能な計測機器の採用が必要である。

シースに入れて自由長を確保することで緊張力計測を可能とした軸力計測ストランドが開発された（図-3）。ダム関係の実績として、川俣ダム岩盤 PS 工

計測方法の種類を表-1 に示すが、アンボンドタイプの緊張力計測の実績は多くある。計測機器は、更新工事や千本ダム耐震補強工事がある。
また、テンドン内に光ファイバーを入れたもの

アンカー設置時に設置する必要があり、基本的にアがあるが、最近は PC 鋼より線（ECF ストランド

ンカー頭部に軸力計測部（軸力計、荷重計、ロードセル等と呼ばれる）を搭載したものが主体となる。

内）に光ファイバーを組み込んだタイプが開発され、施工時のセッティングを容易にしている（図-また、リフトオフ試験は、アンカー設置後の維持管4）。ダム関係の実績としては、千本ダム耐震補強工

理段階で緊張力確認のために用いられ、大容量の場合は簡易な試験方法も近年用いられている。

事等がある。

表-1 緊張力の計測方法の種類
ボンドタイプアンボンドタイプ

軸力計測ストラ
ンド搭載の小型計測方法

注意点軸力計：アンカー頭部に設置してテンドン荷重を計測する（最も直接的な方法）

荷重が大きい場合は軸力計も大きくなり空間と費用の面で非現実的となる。

リフトオフ試験：テン
ドンごとジャッキで載荷してアンカー孔ごと大容量の場合は足場が必要となる。テン
ドンを痛めやすいのの有効緊張力を測るで何度も行えない。

ロードセル

簡易リフトオフ試験： 可搬式器材の持込み有効緊張力の計測（PC 可能で、計測する PC鋼より線の数本を 1 本 鋼より線の偏りが無毎に測り平均）い場合に限られる。
軸力計測ストランド：
テンドン内に自由長を持たせた PC 鋼より線（シースに収納）を入
フルボンドタイプ

れて、アンカー頭部に設置の小型軸力計で計測する。

初期較正することで有効緊張力に換算できる。2～3 の深度区間別に緊張力を計測できる（2 深度で計測するタイプが主流）。

長期使用に優る振動弦式を採用

小型ジャッキによるロードセル、支圧版 2 個、ケーブルの状況

図-3 軸力計測ストラ
ンド 150kN の設置状況

図-4 光ファイバー

光ファイバー：テンド

光ファイバーは安価

組込み式 ECF ストラ

ン内に光ファイバーを入れて、アンカー頭部に設置の計測機で計測だが、データロガー等の計測器や情報処理費が高価となる。

ンド

2-31

頭部の緊張作業

③ 軸力計設置と計測の手順
フルボンドアンカーにおける軸力計の設置と計測の手順は以下となる。

（３）フルボンドアンカーの軸力計測上の留意点
フルボンドタイプの PS アンカーの緊張力計測用として開発された軸力計測ストランドだが、使用時は、以下の特徴に留意する必要がある。光ファイバーa. ダム用 PS アンカーに緊張力を与えて安定化した使用の場合もほぼ同様である。

後に軸力計を設置し載荷する。
なお、軸力計載荷は、① 軸力計測における荷重値調整
軸力計測の計測イメージを図-5 に示す。赤線はダ
ム用 PS アンカーの緊張力の経時変化、青線は軸力計の緊張力の経時変化を表わす。軸力計の緊張力開始は若干遅れるため、両者には時間的なずれがある。
このため、両者の荷重値調整（キャリブレーション）が必要となるが、これは両者の定着時緊張力を対比させることで可能である。
なお、ダム用 PS アンカーのテンドン緊張力の計測は、この荷重値調整時まで行うべきである。川俣
ダムと千本ダムで採用されたような緊張力を連続的に自動計測できる緊張力管理制御システムを用いれば、上記の荷重値調整への対応は容易である。
② 軸力計測における上限管理値
ダム用 PS アンカー緊張力の上限値はテンドンの許容引張力となるが、軸力計測ストランドの上限管理値は初期緊張力値としてもよい。理由は、この値を超えたとしても、ダム用 PS アンカーの定着時緊張力以下であることによる。ただし、緊張力が上昇していることを示している場合は、注意体制の目安にするのが妥当である。

ダム用 PS アンカー定着が安定した後（グラウトの硬化する日数で一般に 2 日以上）において行う。
b. 軸力計の緊張力が安定した後に再緊張して計測を開始し、この時の荷重値を初期値としてテンドン荷重との調整を行う。なお、軸力計は、極限引張力に十分な余裕をもった初期緊張力でセットし、セットロス、リラクゼーション等の初期ロスが抜けた後（一般に 2 日以上）において計測開始とする。

④ 軸力計測による早期の異常検知
軸力計は、テンドンの破断や岩盤内の荷重再配分などによる荷重変化を計測できる。このため、軸力計を用いて監視することにより、変位計測よりも早期に地盤や堤体内異常の発生の検知が可能になると考えられる。
また、複数深度で設置された場合、緊張力変化が堤敷より下位の岩盤内か堤体部であるか等の箇所の区別が容易となる等の長所がある。複数深度の場合の軸力値と変位値に変換して緊張力管理を行う方法については、ダム用 PS アンカー設計施工マニュアル（p.174,175）に記している。

テンドンの許容引張力

望ましい有効緊張力の範囲
設計アンカー力
荷重値調整

定着時緊張力軸力計測ストランドにおける計測可能範囲

図-5 ダム用 PS アンカーと軸力計測ストランドの緊張力の経時変化図

2-32

しかし、近傍の間隙水圧計 WP-3 の 7 月 14 日以降（４）千本ダム工事後の軸力計測の結果
千本ダムにおける軸力計測ストランドの設置位のトレンドは以前のトレンドと変わらず、アンカー

置は、図-6 に示すように「A3, 12, .23, 25,30, 34」の６孔で各 2 深度の計 12 台である。6 孔は全アンカーにかかる荷重が増加したことで、堤体の安定性に影響を与えるほどの岩盤と堤体間に隙間が発生したと数の約 15％を目安にし、配置バランスを考慮して設は考えにくいと想定されるが、今後、再び上昇傾向置された。2 深度は、全長用と堤高用であり、緊張力変化があった場合、堤敷より下位の岩盤内か堤体が確認される場合には、調査を実施し対策を検討する必要であると考える。
軸力の貯水位および気温との相関性については、部であるかを区別できる。
図-7 に堤体 PS アンカー工事完成後 2 年間の計測値を示すが、一般的に冬期では、基礎岩盤や堤体は収縮側に挙動する。そのため、軸力計の値は外気温貯水位との相関は確認されないが、気温の上昇に伴い軸力が増加する傾向が確認される。現時点では、気温変動に応じた挙動を示しており、今後、異常なの影響により、夏期に向かって荷重増側(膨張側)に向かい、冬期には荷重減側(収縮側)に向かう。

挙動を示さないか継続監視する必要がある。

また、貯水位の影響については、一般的に貯水位（５）プラムライン計測結果の経年変化図が高いと荷重増加（引張側）に向かい、貯水位が低いと荷重減少（圧縮側）に向かう傾向がある。
さらに、工事により貯水位を下げていたことや、千本ダムの 3 次元プラムラインは、昨年同報告書で記したように国内ダムでは初めての採用であり、鉛直方向のデータが取れるため注目される。

2019 年は降水量が少ないことから、地下水位が例年よりも下がっていたことが考えられる。地下水位が現在まで XYZ の 3 方向変位の毎時自動計測を実施しており、月 1 回データを収集している状況であ例年どおりとなるまでは、岩盤内に定着した荷重計る（図-8）。なお、2021 年夏に計測値が不安定化しの計測データの値は増加することが考えられる。
なお、
現状において、アンカーA3 の軸力計器の内、たが、メーカーの機器調査で、湿度 100％の取水塔連絡通廊に設置のプラムライン検出部の水滴付着が岩盤内定着の LC12 が夏場において 2 期連続で荷重原因と分かった。その後、毎月検出部の水分を拭きが増加しているが、その後、上昇した状態で安定した傾向を示している。堤体内定着の LC11 は、季節取ることで対応し計測値は安定している。
以下に計測方向別の傾向を記す。

変動はあるものの設置時から安定した傾向を示してa..上下流方向（Y）： 冬季の期間に下流側へ変位し、いたが、1 月末時点の整理結果を確認すると上昇傾向が確認されるため、注視が必要である。

夏季の期間に上流側へ変位する傾向がある。貯水位の影響よりも、Z 方向で確認された気温変化による

また、その他の荷重計器も季節変動はあるものの、 膨張・収縮の影響であると考えられる。
設置時から安定している。
2021 年 7 月 7 日に日累計 176mm、12 日に日累計

b. 左右岸方向（X）： 水滴付着による中断はあったが、大きな変位は確認されてない。左右岸ともに地125mm とまとまった降雨があった。この降雨の 2 日

盤拘束で変位が抑制されているともいえる。

後の 14 日辺りから LC12 の荷重が増加し始めている。降雨の影響により時間差で岩盤内の地下水位がc.鉛直上下方向（Z）：気温が低い期間には下方向に変位（収縮）し、夏季の気温が高い期間には上方向上昇したことで、アンカーの岩盤部に引張が発生しに変位（膨張）している。これは、夏季に堤体表面たと考えられる。
その後降雨はなく、8 月に入り貯水位が下がり、荷重は安定した。このタイミングで、地下水位の上が暖められることで堤体が上下方向に膨張していることによる。アンカー軸方向と同じ上下方向の変位が明確に確認できたという点で、緊張力管理上、Ｚ昇も止まったと考えられる。しかし、8 月 8 日から断続的に降雨が続いたため、岩盤内の地下水位が再方向の変位を測る意義は高いと考えられる。
逆に、アンカー緊張力を知ることで堤体の挙動をび上昇したことから、荷重も増加したと考えられる。

ある程度知ることができるともいえる。

ここで岩盤内定着の LC12 と堤体内定着の LC11の変位差を計算にて確認したところ、7/14 辺りから変位差が増えて 8/31 時点で 2.5mm 程度岩盤と堤体との間に開きが発生していることを示した。

2-33

2-34

図-7 千本ダムにおける荷重計測値の変化 （軸力計測ストランドによる値）、気温と貯水位の日変化は次ページを参照

ストランドが設置された

PS アンカーにおいて軸力計測

図中の LC1～12 の 12 カ所の図-6 千本ダムにおける軸力計測ストランドの設置位置図

2-35

検出部への水滴付着が原因

X 方向、Z 方向の不安定化：

図-8 千本ダム 3 次元プラムラインの計測結果

2021 年夏に計測値が不安定化した。メーカーの機器調査
で、検出部の水滴付着が原因と分かった。その後毎月、検出部の水分を拭き取ることで計測値は安定化した。
対応とした

2020/10/1～

プラムライン計測開始

2019 年 6 月～2021 年 12 月

PS アンカー工事期間

Z 方向

Y 方向
X 方向