技報第 27 号

2014

あと施工アンカーの臨時点検から設計・施工・維持管理要領(案)の作成
阪神高速技研(株)技術部設計課
阪神高速道路(株)保全交通部保全企画課
阪神高速道路(株)大阪管理部保全技術課
阪神高速道路(株)大阪管理部保全技術課

吉原聡
足立 幸郎
甲元 克明
上田 勝久

………………………………………………………………………………
旨要

平成 24 年 12 月に実施したトンネル天井板の臨時点検時に複数のあと施工アンカーが脱落したことから，原因調査を進めた結果，過剰な施工時荷重や品質に対する施工鋭敏性などの複数の要因を推定した．また調査結果を踏まえて確実なアンカー構造等を目指し，吊り構造においては鋼材降伏先行の考え方や拡底式アンカーを基本とするなどの内容を盛り込んだ設計・施工・維持管理要領(案)を作成した．
キーワード:あと施工アンカー，脱落，施工時荷重，拡底式アンカー，要領

原因調査を目的とした既設アンカーの調査や，供はじめに試体による各種試験等を行った．また，得られた結果から，施工時のナット締付力や無機(セメン

平成 24 年 12 月に中央自動車道笹子トンネルにト)系接着アンカーの施工品質に対する鋭敏性なおいて発生した天井板崩落事故をうけて，吊り構どの複数の要因を推定するとともに，再発防止を造を有する天井板の臨時点検を実施した．神戸長目的とした設計･施工･維持管理要領(案)の基本的

田トンネルにおいて吊り材を固定するあと施工アな考え方について審議した．本稿は，これらの検ンカー(以後アンカーと記す)のボルト部が脱落す

討ならびに要領(案)の概要について報告するもの

る不具合が生じたことから社内検討会を設置し，である．
ダクト内部より車道部より

図-1 神戸長田トンネル概要図－99－

写真-1 天井板設置状況

関する損傷は発見されていなかった．

１．調査対象アンカーの概要
1-3 設計に関する調査
1-1 天井板の吊り構造について設計に関して，資料や新たに実施した試算等に

平成 15 年 8 月に供用を開始した神戸長田トン
ネルは図-1 に示すように北行，南行の 2.1～より以下の内容が明らかとなった．
(1) 短定着アンカーの選定

2.2km の区間に天井板が設置されている．天井板

建設時の設計においては，アンカーと覆工コン

は写真-1，図-2 に示す吊り構造が標準となってクリートの鉄筋との干渉を回避するために特注のおり，鋼材をコンクリートに固定するため，図-3

短定着アンカーを採用することとし，また，耐火に示す無機系の接着アンカーを使用している．ま性の観点より無機系を選定していた．

た，天井板落下防止ワイヤーの定着も同様で，こ(2) 建設時の許容力評価式
メーカー基準を参照してボルト１本あたりの長れらはすべて削孔径 19mm，削孔深さ 90mm，M16

期許容値については，コーン状破壊により定まるステンレスボルトを採用している．

値(P1)，鋼材の降伏により定まる値(P2)，付着力に よ り 定 ま る 値 (P3) を 算 出 し ， 最 も 小 さ な

1-2 臨時点検結果・過年度の点検結果について吊り金具を固定するアンカーについては，臨時800kg(7.8kN)を採用していた．

点検時に，近接目視，たたき点検および触診を約

P1=φ1・Ac・10・√Fc／210 (kg)

3 万本(落下防止ワイヤー部を含む全数)について

P2=φ2・σy・Ase (kg)実施し，その結果 4 本の脱落が生じた．いずれ

P3=φ3･100･√Fc／210･π･da･le (kg)も写真-2 に示すアンカーとコンクリートの付着

Ac：コーン状破壊面の有効水平投影面積（π･le･（le＋Da））が破壊したものであった．
過年度の点検では当時の点検要領に基づく 5 年毎の定期点検が平成 19～20 年度に実施(目視＋必要に応じてたたき点検)されていたが，漏水など

Fc：コンクリートの設計基準強度(kg/cm2)
σy：鋼材の規格降伏点強度(または 0.2%耐力)(kg/cm2)の報告がなされているものの天井板やアンカーに

図-2 天井板吊り構造図（NATM 区間標準）

図-3 無機系ケミカルアンカー

写真-2 臨時点検時脱落ボルト例－100－Ase：鋼材の有効断面積(cm2)

付着力の施工管理には，鋼材の降伏により定まｄa：アンカーボルトの径(cm)る短期許容値 2747.5kg(26.9kN)を考慮した 25kN

ｌe：有効埋め込み長さ（ｌ－da）を管理値とした全数の引張試験が実施され，全数

ｌ ：アンカーボルトの長さ(cm)が合格となっていた．

φ1，φ2，φ3：荷重種別係数(2) ナット締付力

長期荷重用(0.4, 2/3, 0.4)

今回対象としている吊金具の定着に使用された短期荷重用(0.6, １, 0.6)

M16 アンカーについて 700kg･cm(68.6N･m)を管理(3) 建設後の新たな許容値評価方法値とした全数試験がなされており，同じく全数合2010 年に制定された日本建築学会による設計格となっていた．SUS316 のトルク係数から上記

指針 1)においては，埋め込み長について 7da 以上

管理値のナット締付けによる導入軸力を試算したと規定したうえで，コンクリート表面付近(2da)ところ 26.8kN となり，前述の引張耐力以下ではの付着力を評価せず，無機系接着アンカーの付着あるものの長期許容荷重 16.0kN を上回る結果で力を有機系の 1/2 と評価している．

あった．

(4) 作用荷重
アンカーへの作用荷重については，最も厳しい

２．既設アンカーの調査

断面について照査すると，774.5kg(7.6kN)と計算されて上記の許容値以下となった．

2-1 引張試験(5) まとめ

天井板吊金具に使用された既設アンカーについ前述の各設計値について，表-1 にまとめるとて，建設時の施工管理値に相当する 25kN の載荷引張耐力と作用力の比は 2.5～5.3 となり，付着を行う引張試験を 200 本に 1 本以上の抽出により破壊による脱落を示す結果にはならなかった．

実施した(図-4）． 当初は 125 本を，臨時点検から約１年後には改めて重複しない 142 本について

1-4 施工に関する調査試験を行った．供用中のトンネル天井板を支えて施工に関する調査として当時のしゅん工図書のいることから，鋼材やナットをセットしたままの調査や関係者ヒアリング結果，新たに実施した調状態でロードセル，載荷用ナットを設置し，載荷査等により以下の内容が明らかになった．

を行った際の回転量を記録するとともに，目視，(1) アンカーの付着力たたき点検を行った．その結果，全数に異常は認められず， 試験時の実作用荷重は不明なものの表-1 アンカーの設計まとめ
引張耐力

許容値

作用力

(kN/本)
コーン状破壊

19.6

7.8

ボルト降伏

26.918.0

付着破壊

40.1

16.0

引張耐力

少なくとも 25kN の荷重に対してアンカーは弾性備考範囲にあると考えられた．

作用力

7.6

2.5 引張耐力、許容値：
当初設計値
3.5
作用力：見直し(隔壁5.3
曲げ考慮)

2-2 引抜試験
本線と同様の天井板吊り構造となっている妙法寺換気所ダクトトンネルにおいて，最大荷重を超えるまで載荷する引抜試験を 9 本実施した．コー
ン破壊や付着破壊が生じており，最大荷重は 43～77kN であった．試験本数は少ないものの，長表-2 引抜試験結果

図-4 引張試験実施状況

引抜試験

－101－

4347

最大荷重(kN)
4972
5059

7762

付着破壊
74 コーン破壊コーン破壊図-5 トンネル(NATM 部北行)天頂部トルク分布

写真-3 引抜試験結果(破壊状況)
期許容値(7.8kN)と比較すると十分に大きい結果が得られた（表-2，写真-3）．
写真-4 トルク調査時抜けだしボルトと孔壁
2-3 トルク調査・締付け調査
既設アンカーのナット締付け力について抽出により調査を実施した．その結果，図-5 に示すように施工管理値を超えるものから小さなものまでバラツキが大きくなっていた．
一方，ダクトトンネルを除く全数のアンカー(約 3 万本)に対して簡易的な引張試験としてトルク調査，締付け調査を実施した．トルク調査では吊金具のアンカーを対象に設計上の最大作用力(7.6kN)を上回る軸力が導入されるまでナットを締め込み(トルク=25N･m)，締付け調査では落下防止ワイヤーのアンカーを対象にナットの締め付けを実施したところ，脱落や抜けだしの生じたアンカーが 8 本生じた．脱落孔の壁面観察を実施したが，付着不良を示す痕跡（例えば排気ガスによる孔壁の汚れ）等の原因特定に結びつく結果は得られなかった(写真-4)．一方，本調査は簡易なもの

で精度に課題はあるが，異常のあったアンカー以外については設計上の耐力を有していたと考えられる．
2-4 成分分析
神戸長田トンネルで使用された接着系アンカーの成分については，現行品についての組成，成分情報がメーカーの製品安全データシートに記載されており(表-3)，早期強度の発現に影響の高いセメント組成化合物を主体とした材料であることがわかる．製品を化学分析した結果からも同様の結果が得られた．また，脱落ボルト付着物について覆工コンクリート表面に近い部位，中間，遠い部位のサンプルより，粉末 X 線回折分析(XRD)により結晶質成分を同定したが(表-4)，炭酸カルシウ
ムの含有量に差がみられたものの今回の分析では

表-3 組成、成分情報
含有率※1（Wt％）

官報公示整理番号（化審法、労安衛法)
けい酸カルシウム
Ca3SiO2 12168-85-3(1)-194
アルミン酸カルシウム
Ca3Al2O6 12042-78-3(9)-2408※216～27
主剤
鉄アルミン酸カルシウム－－－
硫酸カルシウムCaSO47778-18-9(1)-193
ケイ酸ナトリウム
Na2O・nSiO2 1344-09-8(1)-508
活性化液
18～28
水
H2O7732-18-5－
セラミックボール（主に二酸化ケイ素） 28～55
SiO 27631-86-9
天然物
ガラス
12～29－－－
キャップ（ポリエチレン又はナイロン） 0.8～3－－－※1 含有率：カプセル重量に対しての各成分の重量パーセント※2 主剤：ポルトランドセメント（CAS No.65997-15-1）本製品には、主剤（ポルトランドセメント）に含まれる酸化カルシウムが、カプセル重量パーセントとして、最大0.5％含有する可能性がある。
成分

化学式

表-4 結晶質成分の同定結果
試料名

C3S/C 2S

C3A

C4AF

CaCO3Quartz

その他

７Ｂ－①（最深部付近）－－－＋＋あり７Ｂ－②（中間部付近）－－－＋＋＋＋＋あり

７Ｂ－③（表層部付近）＋＋＋＋＋＋＋＋＋あり

９Ｂ－①（最深部付近）－－－＋＋＋あり

９Ｂ－②（中間部付近）－－－＋＋＋＋＋あり

９Ｂ－③（表層部付近）＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋あり

CAS No.

注）当該物質回折線における、メインピークの大きさを次に示す記号で表示した。
記号－102－ピークの大きさ＋＋＋＋：大 （ 4000 counts 以上 ）＋＋＋：中 （ 3000～4000 counts ）＋＋：小 （ 2000～3000 counts ）＋：微小（ 検出限界以上～2000 counts ）－：検出限界以下

耐力低下に結びつくデータは得られなかった．

通常撹拌 割裂断面

過剰撹拌 割裂断面

３．供試体による試験
3-1 引抜試験
既設アンカーの特性値の把握を目的として供試体を新たに作製して引抜試験を実施した．供試体
はコンクリートの状態が神戸長田トンネル本線に
写真-5 付着部断面写真近いと考えられる中央換気所ならびにダクトトンネルの壁面等を利用し，同メーカー同サイズの無機系接着アンカーを使用して試験をおこなった(表-5)．その結果，上向き，横向きといった施工方向に限らずメーカー基準相当もしくはそれ以上の引張耐力が得られたことから，建設時においてケースにつき 3 本の引抜試験を実施した．試験方法の再検討が望まれる項目もあったが，過剰な攪拌を行ったアンカーについては大きな耐力の低下が確認され，施工品質によって引張耐力に大きな影響があることが判明した(図-6)．

も適切な施工を行ったアンカーは設計上想定している引張耐力を有していたと考えられる．

察を行ったところ，過剰な攪拌による供試体ではまた，各種耐力低下要因に関する評価を行うた
め，付着面積，締め付けトルク，清掃程度，削孔
内水分，攪拌程度，養生状態，台直しについて各
表-5 引抜試験(耐力特性値)試験一覧
施工方向

破壊
モード

横向き(開削部)〃2(開削部)〃3(NATM部)
下向き
4(開削部)〃5(NATM部)
上向き
6(開削部)
1

供試体

最大荷重

定着部の不良が確認された(写真-5)ことや，当時の施工管理に攪拌時間の記述がされていないことも考え合わせると一部のアンカーにおいては施工当時から本来の耐力を有しないものが混在していたことを伺わせる結果となった．

標準偏差

備考
※数(本)

平均(kN)

付着破壊

3462.0

9.3

コーン破壊

450.2

11.1

付着破壊

1264.28.7※〃1254.2

9.0※〃1260.06.6※

ともに異常を確認できず，たたき検査では設計上〃1174.79.4※

必要な引張抵抗力を有するかは把握できないこと

一方，併せて行った たたき検査では，試験後の損傷したアンカーについて残存引張耐力が 5kN程度まで低下した場合においては異常を確認できるが，15kN 程度の残存があれば，音，指触感覚がわかった．

※…コーン破壊抑制
注…開削部=中央換気所、NATM部=ダクトトンネル

100

3-2 簡易クリープ試験

80作製した供試体を用いて簡易なクリープ試験を60行った．引抜試験実施前の健全なアンカー1 本と40試験実施後の損傷した 3 本（引抜試験の最終荷重15kN，20kN，30kN）の合計 4 本を対象とし，アン20カーにロードセルと変位計を設置して死荷重の約清掃程度評価供 削孔内水分程度
試体
評価
供試体

撹拌程度評価供試体

斜め削孔、台直し

養生時に加力標準＋10秒標準＋5秒

水分多め

水分なし

ブラシ洗浄不十分

0ブロア、吸引のみ

最大荷重（kN）

また，アンカー定着部をコア採取して破面の観養生状 台直し評
態評価 価供試
供試体
体3 倍の荷重(10kN)をナットの締め付けにより導入した．荷重については概ね１週間毎に調整し，試験開始より 7 ヶ月が経過した時点では健全な供試体に比べて損傷した供試体の変位量がより大きく

図-6 耐力低下要因評価試験結果－103－

引抜き試験
未実施供試体

図-7 簡易クリープ試験結果※グラフは 20 回毎に変位をリセットしているなっていた．この結果は耐力の低下を示すものではないが，微少な破壊が進行していることを伺わ

引抜き試験の最終
荷重 12.6kN 供試体せる結果であった(図-7)．
3-3 繰返し載荷試験
簡易クリープ試験と同様の試験機器により 100回の繰返し載荷試験を実施した．引抜試験実施前の健全な供試体と試験実施後の損傷した供試体を用いてナットの締め付けと解放により 10kN の載荷を繰り返した結果，前者は 100 回の載荷後も残留変位の増加が見られなかったが，後者では累計1mm の残留変位(抜けだし)が計測された(図-8)．

図-8 繰返し載荷試験結果

試験時に実施したたたき検査においても音の変化が認められており，載荷を繰り返すことにより脱力分布の抵抗力が低い側と，施工時の軸力導入分落に至ると推定される．なお，臨時点検における布の高い側が重なっており，施工段階で一部にはアンカー脱落箇所は換気の運転・停止の影響が少異常が発生していたことも考えられる．以下に，なく荷重変動が小さいので，脱落原因の直接的なアンカーが脱落や抜けだしに至った原因として推要因である可能性は低いが，換気影響の大きい箇定された要因をまとめる．

所については引張耐力低下への影響が懸念される．

1)試験により施工時の過剰攪拌による耐力の低セメント系接着アンカー引張方向の耐力階層付着抵抗力
分布

耐荷力許容値

M16-L=5D

耐荷力許容値作用力
設計力

施工管理値
（設計で未考慮）

M16-L=5D

現場実測値
トルク換算
軸力
締付けトルクにより導入される
引抜力

6０KNて図-9 にまとめた．前述の引抜試験やメーカーへの問い合わせから推定した無機系短定着アンカ

60

平均値

100150設計で用いる
4０K N 付着抵抗力
5%

付着破壊

ーの付着抵抗力分布に対して当時の設計による耐力評価は妥当と考えられるが，日本建築学会によ20

これまでの調査結果を引張方向の耐力に着目し耐力（最新建築学会基準）
現地引抜試験結果

40

４．異常の原因推定

耐力（設計当時 協会基準）

0.4
ボルト降伏ボルト降伏

2/3

2０KN
コーン破壊

る耐力評価は低く，さらに許容値の算定は設計上の作用力を下回る結果となった．一方，付着抵抗0.4

ボルト降伏付着破壊

付着破壊

1/3
死荷重＋ダクト荷重

メーカ ーの言い分
０K N

2/3
ボルト降伏コーン破壊（実験値提示無）

阪高実験値
付着破壊

図-9 引張方向耐力階層の推定

－104－

170

引抜力

下が認められ，使用された無機系接着アンカーの従来基準によるとの整理を行った．また，要領に特性と設置時の施工品質の影響により，一部には規定のない事項については新しい公的な基準と考当初より引張耐力の低下があったと推定される．

えられる日本建築学会基準を準用することとした．

2)建設当時においては，定着長の短いアンカー

なお，従来の設計法では未評価であった施工時に対する施工上の配慮が不十分であったため，ナ荷重(ナット締付により導入される軸力)についてットの締付けによって定着部に長期許容荷重を上緩み防止の観点と長期の安全性の双方に配慮して回る過大な応力が発生していた．

長期許容値相当で設計することとし，一方，短期

3)これらの複合的な作用により一部のアンカー荷重が前述の導入軸力を超過することは部材固定については建設時より定着部に微少な破壊などのの観点から望ましくないと考え，短期許容値につ異常が発生していたと推定される．

いても導入軸力相当が妥当と考えた(図-10)．

4)アンカーは破壊時に音の発生等の明確な異常が生じないこと，また残留耐力を有することから， 5-2 施工編
建設時や点検時（目視，たたき点検）には把握が施工時荷重の残留や攪拌時間が品質に鋭敏に影難しかったと考えられる．

響していることに配慮し，かつ設計で期待してい

5)簡易なクリープ試験の結果において，健全なる性能を確保するために，設計内容やアンカー特供試体と引抜試験により最大荷重を経た供試体に性を理解した施工管理，品質管理が必要であるこは 7 ヶ月間の挙動に差がみられたことから，定着とを要領に明記するとともに，以下に示す項目に部に異常の発生したアンカーは，経年の影響によついて適正な管理を実施することを明記した．

り微少な破壊が進行していた可能性が考えられる．

1)削孔深さ，径，方向
2)定着部のコンクリートの状態確認

５．あと施工アンカーの設計･施工･維持管理

へりあき，亀裂等要領について

3)施工管理軸力
破壊モードに応じた軸力(施工段階を考慮)

5-1 設計編

4)留意事項の遵守得られた知見を元に要領の作成検討を行った．

接着系アンカーの攪拌時間等吊り構造(常時，下向きの引張力が作用する重量5)引張試験構造)には確実なアンカー構造，長期的な安全性

吊り構造は全数 ，取付構造は 1/200確保，施工非鋭敏性といった性能を求めることとし，原則として鋼材降伏先行で設計するとともに， 5-3 維持管理編
信頼性が高く破壊モードのコントロールが容易なアンカーに着目した維持管理について検討した

拡底式アンカーを標準とした．また，使用する製

結果，改めて 1)～4)に示す PDCA サイクルを遵守品についても長期効果(クリープ等)に対する安全することを基本とし，特に吊り構造については詳性において基準が進化している欧州ないし米国での認証を受けた商品を採用することとした．なお，前述に拠りがたい場合は安全率を 15(ジェットフ
ァン基準 2)相当)確保したうえで金属拡張アンカ

破壊形式が鋼材ーの使用も認めた．

降伏の場合取付構造(主に小構造物の取付構造)には金属拡張アンカーを採用して標準設計(径，配置ピッチ等)に従うこととし，特殊構造(主に耐震構造)は－105－

図-10 許容値と作用力との関係

細な点検を実施することとした．

特に吊り構造については異常発生時に第三者に与1)維持管理計画の策定，見直しえる影響が懸念される．本検討で得られた成果の2)点検，調査，記録

一部は既に学会等に説明しており，設計･施工指

吊り構造：定期点検時に全数の接近目視，触針(案)3)にも取り込まれた．一方，異常時におけ診，たたき点検，トルク調査，抜るバックアップの考え方は別途検討中で，これらき取りによる引張試験の成果や新たな知見等を取り込んで，さらなる安取付構造：定期点検時にアンカーの目視+必全性の確保に努めてゆく必要がある．

要に応じてたたき点検

謝辞：社内検討会では京都大学の宮川先生をはじ3)評価，原因調査，対策検討，記録め委員の方々や多数の関係者のご協力を頂きまし

損傷ボルトに対しては原因を調査し，当該た．改めて皆様に謝意を表します．

ボルト固有事象か判断のうえ点検頻度の見参考文献

直しやボルトの更新も考慮して対応

1) 日本建築学会編：各種合成構造設計施工指針・同解説，
2010.
2) 日本道路協会：道路トンネル技術基準（換気編）・同解説，2008
3) 土木学会編：コンクリートのあと施工アンカー工法の設計･施工指針(案)，2014.

4)補修，補強，記録

６．まとめ
アンカーは付属構造物等に多数利用されており，

INTENSIVE INSPECTION AND INVESTIGATION OF POST INSTALLED ANCHORSYSTEMS AND PROPOSED MANUAL FOR DESIGN, INSTALLATION AND
MAINTENANCE
Satoshi YOSHIHARA ,Yukio ADACHI, Katsuaki KOMOTO and Katsuhisa UEDA
Some cement-based adhesive anchor systems in a tunnel ceiling were found to have lost their load
carrying capacity during an intensive inspection in December 2012. The results of investigation on thedamage indicated several factors responsible for the loss of load carrying capacity, including 1)
excessive drilling during installation and 2) excessive fastening torques. Using the findings from theinvestigation, the authors developed a reliable anchor system based on two major design principles:consideration of capacity hierarchy, and application of undercut anchors. Furthermore, a proposed
manual for design, installation and maintenance of post installed anchor systems was created.

吉原 聡

足立 幸郎

甲元 克明

上田 勝久

阪神高速技研株式会社
技術部 設計課
Satoshi Yoshihara

阪神高速道路株式会社
保全交通部保全企画課
Yukio Adachi

阪神高速道路株式会社
大阪管理部保全技術課
Katsuaki Komoto

阪神高速道路株式会社
大阪管理部保全技術課
Katsuhisa Ueda

－106－