KR100380907B1 - 아치형 통로 구축용 프리캐스트 부재와 이것을 이용한아치형 통로 구축시공방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 지하매설형 수로 또는 통로를 구축함에 있어서 토압에 대한 내력이 우수하고, 시공이 간편하여 공기를 획기적으로 단축할 수 있고 시공품질을 높일 수 있는 아치형 프리캐스트 통로용 부재와 이들을 이용한 아치형 통로의 구축시공방법을 제공하기 위한 것으로서, 아치형 통로를 프리캐스트제 벽재(1)와 천정판(2)으로 분할하여 조립토록 구성하고, 벽재(1)의 분할단에는 천정판(2)을 얹어서 걸터 앉힐 받침턱(3)을 그리고 천정판(2)에는 상기 받침턱(3)에 얹히는 걸침턱(4)을 접속부로 두며, 이들 접속부상에는 접속근공(7,9)을 형성하고, 벽재(1)의 하단에는 폭방향으로 평행한 접지부(5)를 형성한 아치형 통로구축용 프리캐스트 부재를 제공한다.

또, 아치형 통로를 구축할 곳의 바닥에 소정 두께의 버림 콘크리트를 타설하여 면을 골라 양생시킨 기초 콘크리트 위 양쪽 가에 정확한 위치를 잡아 천정판 걸침용 받침턱이 마주보도록 벽재를 세우고, 벽재 위에는 그 상단부에 주어진 접속근공에 양측에 부여된 접속근공이 상기 벽재의 접속근공의 연직선상에 놓이도록 천정판을 걸쳐서 접속근을 삽입하여 접속하고 빈자리에 몰탈을 채워서 고정하며, 서로 마주보고 선 양측 벽재의 접지부 사이에 바닥 주철근과 배력근을 배근한 후 바닥 콘크리트를 타설하고, 흙메움하는 아치형 통로구축용 프리캐스트 벽재와 천정판을 이용한 아치형 통로의 구축시공방법을 제공한다.

Description

아치형 통로 구축용 프리캐스트 부재와 이것을 이용한 아치형 통로 구축시공방법{Precast concrete segment for arch type culvert and construction method using this segment}

본 발명은 특히 지하매설형 수로 또는 통로(이하, 통로로 약칭한다)를 구축함에 있어서 토압에 대한 내력이 우수하고, 시공이 간편하여 공기를 획기적으로 단축할 수 있고 시공품질유지에 기여할 수 있게 한 아치형 프리캐스트 통로용 부재와 이들을 이용한 아치형 통로의 구축시공방법에 관한 것이다.

지하에 매설되는 통로용 구조물을 축조함에 있어서 콘크리트를 재료로 하는경우는 도 1과 같이 지름 1,500mm 이하의 소형 통로는 원형관(a) 형태로 공장에서 제작하거나 또는 현장에서 직접 제작하여 매설하는 방법으로 시공하는 것이 일반적이고, 이보다 규모가 큰 통로, 대체로 1.5×1.5m 이상의 통로는 도 2와 같은 네모꼴 박스형 통로(b)로 하여 현장타설하는 공법으로 구축하고 있다.

그러나 통로를 콘크리트 현장타설시공하는 방법은 품질관리와 공정관리상 많은 문제점을 내포하고 있기 때문에 이 점을 개선하기 위하여 공장제작에 관한 많은 시도가 있었다.

박스형 통로를 통채로 공장 제작하여 현장에 운반하여 설치하는 것은 그 규모가 너무 커서 현실적으로 불가능하므로 몇 개의 부재로 분할 제작하여 운반하는 공법을 생각할 수도 있다. 그러나 지하에 매설된 성토하중이 박스형 통로에 작용하는 단면결정의 주요 요소인 모멘트가 도 3과 같아서 적정한 분할점을 찾을기 곤란한 까닭에 대부분 현장타설법으로 시공하고 있다.

한편, 도 4에서 보듯이 아치형 구조물은 변위·축력·전단력·모멘트면에서 볼 때 구조적으로 안정되어 이상적이고 독특한 곡선의 아름다움마저 지니고 있기에 예로부터 널리 채택돼 온 구조물 형식 중의 하나이다. 종래에는 아치교의 재료로서 인장보다 압축력에 대한 저항능력이 우수한 암석만을 이용하여 석조 아치형 구조물을 많이 건설하여 오래도록 그 기능을 유지하고 있다.

콘크리트를 주재료로 하여 지하에 매설하는 통로용 구조물을 아치형으로 하면 네모꼴 박스형 통로용 구조물보다는 훨씬 경제적이고 노출된 단면의 아름다움을 뽐내며 한층 안정된 구조물을 축조할 수 있을 것으로 보인다. 그렇지만 콘크리트제 아치형 통로는 현장에서 콘크리트를 타설하는 데 반드시 필요한 거푸집의 제작 및 설치에 따르는 여러 가지 어려움이 아치형 통로의 보급을 극히 꺼려하는 주된 원인이었다.한편, 공개특허공보 제99-79266호는 측면부재와 상부 슬라브 및 좌우 암거가 공유하는 Y형 중간 측면부재로 이뤄지고, 각 측벽부재와 상부 슬라브가 이어지는 곳에는 기역자형 또는 이에 대응하는 니은자형 접촉지지부가 주어졌으며, 일정한 거리를 두고 세운 측벽부재와 중간 측벽부재의 각 상단에 상부 슬라브의 단부를 걸터 앉히고 중간 측벽부재에 얹힌 길이방향의 좌우측 상부 슬라브에 의해 형성되는 골에 상부 그라우팅부를 실시하여 연결상태를 보강하지만 측벽부재와 상부 슬라브는 단순히 측벽부재의 상단에 상부 슬라브를 걸터앉히는, 다시 말해 단순한 턱걸침 만으로 시공을 마무리하도록 구성한 것인 데, 문제는 측벽부재와 상부 슬라브의 단순 턱걸침에 의한 결합은 시공 후 측벽부재와 그 상부 슬라브는 각각 암거에 매립된 토사의 토압, 통행차량의 의한 압력과 진동 등으로 인하여 결합상태가 이완될 개연성이 높습니다. 측벽부재와 상부 슬라브가 이완되면 최악의 경우 상부 슬라브가 주저앉아 아치형 암거가 붕괴도는 사태에 직면할 우려가 있다.

본 발명은 아치형 조립식 통로부재에서 벽재와 천장판재와의 접속을 강화하여 시고인뢰도를 높이기 위한 것이다.

본 발명은 상단에는 천장판재 걸침용 받침턱이 형성되고 하단에는 접지부가 형성된 프리캐스트제 벽재와, 양단에 상기 받침턱에 걸터 앉히는 걸침턱이 형성된 콘크리트 프리캐스트제 천장판재로 분할 제작된 것에 있어서, 상기 받침턱과 걸침턱을 빗방향으로 접속하기 위한 접속근공을 형성하고, 중심이 일치된 이들 접속근공에 접속근을 삽입하여 고정함으로서 벽재 위에 걸터 앉은 천장판재의 접속상태를 강화시키도록 구성한 아치형 통로구축용 프리캐스트제 벽재와 천정판을 제공한다.

또한 본 발명은 아치형 통로 구축지의 바닥에 타설하여 양생시킨 버림 콘크리트상에 받침턱이 마주보도록 한 쌍의 벽재를 세우고 이들 벽재의 받침턱에 천장판재의 걸침턱을 걸터앉혀 아치형 통로를 구축함에 있어서, 벽재의 상단에 주어진 접속근공에 천장판재의 단부에 주어진 접속근공의 중심을 일치시키고, 중심이 일치된 모든 접속근공에 접속근을 넣어 고정함으로서 벽재와 천장판재와의 접속을 강화하는 아치형 통로의 구축시공방법도 제공한다.

도 1은 지하매설형 원형 통로의 단면도

도 2는 박스형 통로의 단면도

도 3은 박스형 통로의 모멘트도

도 4는 아치형 구조물의 변위·축력·전단력·모멘트도

도 5는 본 발명의 일실시예에 의한 아치형 통로 구축용 프리캐스트 부재의 분해도

도 6은 벽재의 길이방향 접속부 및 천정판의 길이방향 접속부의 일례도

도 7은 다른 실시예에 의한 벽재의 정면도

도 8은 또다른 실시예에 의한 아치형 통로 구축용 부재의 분리사시도

도 9는 까치발을 이용하여 직립시킨 벽재의 정면도

도 10은 기본형 부재로 구축한 아치형 통로의 부분절개 정면도

도 11은 벽재끼리 및 천정판끼리의 이음새 구조를 예시한 절단면도

도 12는 벽재와 천정판의 개략적 평면배치도

도 13은 벽재와 천정판간의 접속부에 덧살을 가진 벽재와 천정판으로 구축한아치형 통로의 부분절개 정면도

도 14는 특수지반에서의 바닥판의 시공예시도

도 15는 다련식 아치형 통로의 일례도

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 벽재 2 : 천정판재

3 : 받침턱 4 : 걸침턱

5 : 접지부 6 : 핀공

7,9 : 접속근공 8 : 배근공

15,16 : 덧살 17,18 : 보울트공

24 : 접속근 25 : 바닥 주철근

26 : 배력근 27 : 바닥 콘크리트

29 : 보울트

도 5에서, 본 발명에서 제공하는 아치형 통로 구축용 부재는 실시형태에 관계없이 모두 프리캐스트제 벽재(1)와 천장판재(2)로 구성된다. 벽재(1)와 천장판재(2)는 공장제작품 또는 현장에서 반복제조가 가능한 형틀과 제조기를 이용하여 제작한 것이다.

지하에 매설된 아치형 구조물은 도 4의 모멘트도에서 보듯이 아치의 상단 양측에 모멘트가 가장 적은 곳(ㄱ)이 존재하는 점에 주목할 필요가 있다. 물론 그 위치는 상부 과재하중, 즉 성토높이에 따라 조금씩 변화되기는 하지만 그 부근의 일정한 지점에 힌지를 두면 힌지위치에서는 자연적으로 모멘트가 없고 전단력만 발생하므로 전단력에 저항할 수 있는 구조체를 만들면 구조적으로 안정되므로 이 위치를 잡아 벽재(1)와 천장판재(2)를 분할 제작한다.

상기의 기준에 맞춰 분할 제작한 벽재(1)의 상단에는 천장판재(2)를 걸터 앉힐 받침턱(3)을 형성하고 천장판재(2)의 양측단에는 걸침턱(4)을 형성하여 접속부로 한다.

벽재(1)는 양생, 차량에 의한 근원거리 수송, 현장 부근에의 임시 거치, 시공현장에 배치할 때 직립 자세를 안정시킬 필요가 있다. 그래서 벽재(1)의 하단 안팎에는 통로의 폭방향으로 평행한 접지부(5)를 일체로 성형하여 접지력을 키운다. 그리고 벽의 대략 중간 높이에는 직립자세유지용 까치발의 상부 핀을 끼우기 위한 핀공(6)도 형성한다. 이 핀공(6)은 크레인을 이용하여 이동, 차량저재 및 하차, 설치 등의 작업을 할 때에 로우프나 후크를 꿰어 거는 걸이공으로서의 이용가치도 충분하다.

또한 벽재(1)의 상부에는 천장판재(2)를 대각방향으로 향하는 접속근공(7)을 형성하고 접지부(5)에는 접지부를 폭방향으로 관통한 바닥 배근공(8)을 형성하여 아치형 통로를 따라 서로 마주보게 세운 벽재(1)의 접지부간 간격유지 및 바닥 콘크리트용 횡철근이나 PC 강선을 관통 배근할 수 있게 한다.

천장판재(2)의 양측단부에는 벽재(1)의 접속근공(7)에 대응하는 접속근공(9)을 형성한다. 이들 접속근공(7,9)은 양측 벽재(1) 사이에 천장판재(2)를 얹었을 때 연직선상에서 중심이 일치하여 철근이나 PC 강선 등의 접속근을 끼워 가지고 몰탈을 채워 고정함으로써 벽재(1)와 천장판재(2)와의 조합상태 유지 및 구축 후의 강도가 유지되게 하는 역할을 하는 것이다.

도 6은 벽재(1) 끼리 및 천장판재(2) 끼리 이어갈 때 그들간의 접속을 수월하게 하기 위한 이맞춤요소를 예시한 것으로서, 벽재(1)와 천장판재(2)의 일단에는 받침턱(10)을 형성하고 타단에는 받침턱(10)에 대응하는 걸침턱(11)을 형성하는 방안과, 일단에는 접속홈(12)을 그리고 타단에는 접속홈(12)에 대응하는 접속돌기(13)을 부여하는 방안 등을 상정할 수 있다.

도 7에서, 벽재(1)의 접지부(5)에는 안쪽으로 튀어나오게 심은 연결근(14)이 있다. 이 연결근(14)은 바닥에 배근하는 주철근에 연결할 수 있게 한 것으로서, 바닥 주철근과의 연결이 용이하다.

도 8에서, 벽재(1)와 천장판재(2)의 접속부의 외부에 덧살(15,16)을 붙여서 접속부의 강도를 높이고, 양측 덧살(15,16)에는 중심이 서로 일치하는 보울트공(17,18)을 형성하여 보울트로 최초의 조립상태를 안정시키는데 활용하게 변경시킨 것이다. 벽재(1)와 천장판재(2)의 살이 두꺼우면 그 자체로도 상호 결합상태가 유지되지만 벽재(1)와 천장판재(2)의 살두께가 얇으면 이들간의 조립강도가 낮을 것이다. 이럴 때 덧살(15,16)은 큰 역할을 한다.

도 9에서, 양생된 벽재(1)를 공장, 차량 적재, 현장부근에서의 거치 및 시공현장에다 직립시켜 배치할 때에는 까치발(20)을 이용하면 안전하다. 까치발(20)은 지면 또는 기초 위에서 핀공(6)에 이를 정도의 높이를 가진 프레임의 상단에는 핀공(6)에 끼우는 핀(21)을 부착하고 하단에는 접지부(5)의 배근공(8)에 끼우는 핀 (22), 또는 연결근(14)에 끼우는 관핀을 부착한 것이다.

도 10에서, 아치형 통로를 구축할 곳을 굴착하고 그 바닥에 10cm 두께 정도의 버림 콘크리트(c)를 타설하여 평탄하게 면을 골라 굳히고, 그 상면의 양쪽 가 부근에 정확한 위치를 잡아 까치발(20)을 이용하여 벽재(1)를 세운다. 이때는 서로 마주보는 벽재(1)끼리 받침턱(3)이 마주보게 한다. 그리고 마주보는 벽재(1)간의 최적 거리는 천장판재(2)를 얹어서 조립하기 알맞은 간격이다.

벽재(1)끼리 접속할 적에는 도 11과 같이 앞서 세운 벽재(1)의 뒷면에 형성된 접속홈(12)에 뒤이어 세울 벽재의 앞면에 주어진 접속돌기(13)를 끼워서 접속을 강화한다.

이같은 요령으로 마주보고 선 벽재(1) 위에 벽재와 천장판재(2)를 얹는다. 이때, 벽재(1)의 받침턱(3)에는 천장판재(2)의 걸침턱(4)을 얹으면서 앞서 얹은 천장판재(2)의 뒷면에 형성된 접속홈(12)에 뒤이어 조립할 천정판의 앞면에 주어진 접속돌기(13)를 끼우는 방식으로 진행한다.

그리고 벽재(1)와 벽재와 천장판재(2)와의 접속강도를 더욱 높이려면 도 12와 같이 마주보고 나란히 선 벽재(1)와 벽재(1)의 길이 중간에 벽재와 천장판재(2)의 절반이 얹히도록 엇걸친다.

벽재(1)와 천장판재(2)를 절반씩 엇갈리게 조립하면 필연적으로 처음 시공된 벽재의 앞쪽 절반과 맨 나중에 시공되는 벽재의 뒤쪽 절반부분에 온전한 크기의 천장판재(2)를 씌우면 각 위치의 천정판재(2)는 절반씩 남게 되어 볼쌍 사납고 처리도 곤란하므로 이 부분에는 절반 길이로 제작하거나 거기에 맞게 절단한 천장판재(2a)를 덮는다.

벽재(1)에 벽재와 천장판재(2)를 얹은 다음에는 각 위치의 접속근공(7,9) 마다 접속근(24)을 끼워서 빠지지 않게 단도리하여 벽재(1)와 벽재와 천장판재(2)를 임시로 고정하고 철근(24)이 차지하고 남은 접속근공(7,9)의 빈자리에 몰탈을 채워서 벽재(1)와 벽재와 천장판재(2)와의 연결상태를 확고히 고정한다.

다음으로, 마주보고 선 양측 벽재(1)의 접지부(5)측 배근공(8)간에 바닥 주철근(25)을 관통시키고 바닥 주철근(25)이 차지하고 남은 빈자리에 몰탈을 주입하여 고정하거나, 연결근(14)끼리 바닥 주철근(25)으로 연결하고, 바닥 주철근(25)에 배력근(26)을 배근한다.

바닥에 콘크리트(27)를 타설해 가면서 까치발(20)을 제거하고, 까치발(20)이 제거된 핀공(6)은 몰탈로 메운다. 또, 벽재(1)와 벽재(1)의 이음새 및 천정판재(2)와 천장판재(2)의 모든 이음새의 외측은 도 11과 같이 에폭시수지 등의 지수재(28)로 막음질하며, 벽재(1)와 천장판재(2)의 겉면에 아스팔트를 도포하여 방수처리하면 아치형 통로가 완성된다. 이렇게 구축한 아치형 통로의 겉에 흙을 메워 다지면서 필요한 높이만큼 쌓는다. 이때는 아치형 통로의 양쪽 벽재(1)의 겉에 가급적 같은 높이를 유지해 가면서 흙을 쌓아가는 것이 적합하다.

도 13에서, 덧살(15,16)이 주어진 벽재(1)와 천장판재(2)의 경우에는 얹을 때는 벽재(1)의 보울트공(17)과 천장판재(2)의 보울트공(18)간에 보울트(29)를 끼우고 반대편쪽에서 너트를 체결하여 벽재(1)와 천장판재(2)를 가고정한 다음에 상기한 시공순서대로 진행한다.

이상의 설명은 접지부(5)가 안치되는 지반은 일반 토사가 다져진 지반이나 매트 기초를 전제로 한 것이며, 그렇지 아니한 특수지반에 프리캐스트 벽재(1)와 천장판재(2)를 시공할 경우에는 도 14에 준한다. 즉, 단단한 암반(d)에는 왼쪽 그림처럼 굴착한 지면에 콘크리트(c)를 포설하여 접지부(5)를 안치한다. 이렇게 하면 암반과 접지부(5)가 콘크리트(c)에 의해 일체화되므로 바닥 주철근(25)을 배근하기 위한 배근공(8) 또는 연결근(14)은 불필요하다.

또, 연약지반(e)에 아치형 통로를 구축할 시에는 파일기초(f) 위에 후팅부(g)를 설치하고 여기다 접지부(5)를 접지시킨 다음 배근공(8)에 철근(30)을 삽입하고 콘크리트를 채워서 일체화한다.

이상의 모든 공정은 도 15의 다련식 아치형 통로에도 그대로 적용된다.

이상 설명한 바와 같은 본 발명의 아치형 통로 구축용 프리캐스트제 벽재와 천장판재는 벽재와 천장판재간의 접속을 돈독히 할 수 있어 아치형 통로에 대한 신뢰도 향상에 기여하게 된다.

Claims (5)

1. 상단에는 천장판재 걸침용 받침턱(3)이 형성되고 하단에는 접지부(5)가 형성된 콘크리트 프리캐스트 벽재(1)와, 양단에 상기 받침턱(3)에 걸터 앉히는 걸침턱(4)이 형성된 콘크리트 프리캐스트제 천장판재(2)로 분할 제작된 것에 있어서, 상기 받침턱(3)과 걸침턱(4)을 빗방향으로 접속하기 위한 접속근공(7,9)을 형성한 것을 특징으로 하는 아치형 통로구축용 프리캐스트 부재.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서, 상기 벽재(1)와 천정판(2)의 각 접속부 외면에는 덧살(15,16)을 덧붙이고, 이들 덧살(15,16)내에 보울트공(17,18)을 천공한 아치형 통로구축용 프리캐스트 부재.
5. 아치형 통로 구축지의 바닥에 타설하여 양생시킨 버림 콘크리트상에 받침턱이 마주보도록 한 쌍의 벽재를 세우고 이들 벽재의 받침턱에 천장판재의 걸침턱을 걸터앉혀 아치형 통로를 구축함에 있어서, 벽재의 상단에 주어진 접속근공에 천장판재의 단부에 주어진 접속근공의 중심을 일치시키고, 중심이 일치된 모든 접속근공에 접속근을 넣어 고정함으로서 벽재와 천장판재와의 접속을 강화하는 것을 특징으로 하는 아치형 통로의 구축시공방법.