KR100400853B1

KR100400853B1 - 제거식 소일네일링 공법 및 그 공법에 사용되는 네일 조립체

Info

Publication number: KR100400853B1
Application number: KR10-2000-0031402A
Authority: KR
Inventors: 김광수
Original assignee: 김광수
Priority date: 2000-06-08
Filing date: 2000-06-08
Publication date: 2003-10-08
Also published as: KR20010111405A

Abstract

본 발명은 제거식 소일네일링 공법 및 그 공법에 사용되는 네일 조립체에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 경사면 및 건물의 기초 굴착을 위한 철근보강사면안정공법시 보강재로서 일반 이형철근인 네일을 지중에 수평 또는 수직으로 삽입하여 지반에 프리스트레스를 도입시킴으로서 원지반의 전단강도를 향상시켜 보강재인 네일에 의해 보강된 토체옹벽(soil wall) 전체를 일체화시킴으로서 토체가 배면의 주동토압에 대한 대항력 증진 및 수평, 수직의 지반변위를 최소화시켜 네일의 간격 및 소요길이의 감소로 보다 경제적이고 안전하게 시공할 수 있게 하고 사용후 네일을 제거할 수 있게 한 제거식 소일네일링 공법 및 그 공법에 사용되는 네일 조립체에 관한 것이다.

Description

제거식 소일네일링 공법 및 그 공법에 사용되는 네일 조립체 {REMOVABLE SOIL NAILING METHOD AND ITS NAIL ASSEMBLY}

일반적으로 빌딩 지하공사나 사면에 구조물을 건설하는 경우, 경사 및 수직으로 굴착된 사면에 안정화를 이루는 흙막이 공사가 시행되는 것으로, 이와 같은 종래의 흙막이 공사는 엄지말뚝, 횡널말뚝, 쉬트 파일(sheet pile) 등을 이용한 버팀공법이지만 이런 공법은 대형 천공장비를 사용하기 때문에 말뚝 등을 설치하는데 수반되는 소음과 진동이 문제가 되며, 또한 버팀대가 시공 공간을 좁게 만들어 굴토토사의 운반의 어려움이 있으며, 어스 앙카(earth anchor) 공법은 굴토공사 자체가 용이하기는 하나 시공시간이 오래 걸리는 단점과 아울러 앙카에 길이가 매우 길어 대상부지 밖으로 가시설 구조체가 형성될 경우가 많아 분쟁의 소지가 많은 것이었다.

그래서 근래 들어 소일네일링(soil nailing) 공법이 널리 사용되고 있는 실정인바, 이 소일레일링 공법은 상기와 같이 경사면이나 건물의 지하굴착시 단계별로 굴착과 함께 보강재로서 이형철근인 네일과 전면판(shotcrete나 concrete facing)으로만 굴착사면을 보강하여 흙막이 가시설을 하는 방식으로 비교적 경량장비를 사용하므로 저소음, 저진동 등으로 굴착공사를 수행할 수 있으며, 또한 어스 앙카 공법에 비해 보강영역을 위한 천공깊이(심도)가 매우 짧아 인접대지의 경계를 침범하게 되는데 따른 분쟁발생의 극소화등 도심지 공사에 매우 유리한 공법으로서 현재 외국은 물론 국내에서도 활발하게 여러 굴토 가시설공사 현장에 적용하여 사용되고 있다.

상기와 같이 절토사면에서 인장력과 전단력에 견디도록 보강재(이형철근)를 이용하여 현지의 흙을 보강하여 보강된 토괴로 하여금 일체화된 블록을 형성하여 토체옹벽(soil wall)으로서 중력옹벽과 같은 기능을 하게 하여 절토사면을 안정되게 유지하는 소일네일링 공법은, 네일로 보강된 지반자체를 이용한 구조체를 형성하므로서 안정성이 높은 옹벽을 구축할 수 있으며, 소형기계로도 시공이 가능하기 때문에 좁은 장소나 험준한 지형에서 효과적이고, 시공방법이 간편하고 작업시 소음, 진동이 적어 거주 지역에 근접시공이 가능할 뿐만 아니라 지진등 주변지반의 움직임에 대한 저항력이 커 안전하며 절토를 수반하는 시공에서 토층의 종류에 따라 사면구배를 정하여 안전하고 대지 이용면적을 넓혀 대지용도를 높임과 동시에 주변환경도 보존할 수가 있게 된다.

그러나 이와 같이 많은 장점에도 불구하고 보강재로서 이형철근인 네일을 지중에 설치함으로써 부득이 인접한 타인의 대지를 침범할 경우가 발생되고 있는 실정이다.

이러한 경우 지중에 설치된 네일은 사용후 제거가 필요하게 되나 이에 대한 적절한 공법이 없어 현장 공사 수행에 어려움이 많았다.

즉 나사식으로 하여 네일을 제거하는 공법이 개발되어 있으나 이는 도 6에서 처럼 굴착으로 발생되는 임계 활동면(가상파괴면)의 내측(주동영역) 및 외측(수동영역)에 작용하는 토압으로 인하여 네일이 S형으로 변형되기 때문에 나사식으로 회전에 의하여 네일을 제거하는 것이 불가능하여 현장 공사시에는 수행되지 못하고 있다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 상기와 같이 사용후 제거가 필요한 보강재인 네일에 프리스트레스를 도입하여 지반내 압축력을 발생시켜 굴착에 따른 중력 방향으로 이동하려는 토압에 저항하므로서 굴착벽면에 전면으로 이동하는 변위 즉 수평변위를 감소하여 안전하게 굴착공사를 시행함과 아룰러 굴착으로 발생되는 임계활동면 내,외측으로 발생되는 토압으로 인하여 네일이 S형으로 변형하는 힘을 억제하여 굴착 사면의 안정과 함께 사용후 제거가 용이하도록 하는 제거식 소일레일링 공법 및 그 공법에 사용되는 네일 조립체를 제공하는데 그 목적이 있는 것이다.

도 1a, 도 1b는 본 발명에 의한 공법의 공정도,

도 2a에서 도 2k는 본 발명에 의한 공법의 시공순서를 나타내는 단면도,

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 네일 조립체 단면도,

도 4는 볼 발명의 다른 실시예에 따른 네일 조립체 단면도,

도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 네일 조립체 단면도,

도 6은 토압에 의한 네일의 변형원리를 설명하는 도면,

도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 네일 조립체 단면도.

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉

1: 절토사면, 2: 삽입공, 3: 네일 조립체, 4: 네일, 5: 내하 조립체, 6: 구획관, 7: 1차 그라우팅용 호스, 8: 2차 그라우팅용 호스, 9: 간격유지재, 10: 1차 그라우팅재, 11: 전면판, 12: 유압잭, 13: 정착구, 14: 본구조물, 15: 공간, 16: 2차 그라우팅 주입구, 17: 2차 그라우팅재, 18: 접착제, 20: 내하체, 20a: 연결구, 20b: 결합구, 22: 하중 분산용 철근, 24a,24b: 연결관, 26: 2차 그라우팅 연결구, 28: 리니어 스크류, 30: 절단 유도홈, 32: 수용부.

이하 본 발명을 첨부된 도면 도 1a 내지 도 7을 참고로 하여 설명하면 다음과 같다.

도 1a, 도 1b는 본 발명에 의한 공법의 공정도이고, 도 2a에서 도 2k는 본 발명에 의한 공법의 시공순서를 나타내는 단면도이고, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 네일 조립체 단면도이고, 도 4는 볼 발명의 다른 실시예에 따른 네일 조립체 단면도이고, 도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 네일 조립체 단면도이고, 도 6은 토압에 의한 네일의 변형원리를 설명하는 도면이고, 도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 네일 조립체 단면도이다.

먼저 본 발명의 기본적인 구성을 살펴보면, 절토사면(1)의 임의 위치에 일정깊이의 삽입공(2)을 형성하는 천공단계와;

상기 삽입공(2)에 네일 조립체(3)를 삽입하는 삽입단계와:

상기 삽입공(2) 내부와 네일 조립체(3)를 구성하는 구획관(6) 외부 사이를 1차 그라우팅재(10)로 충진하는 제1차 그라우팅단계와;

상기 삽입공(2) 전면을 쇼크리트나 콘크리트로서 타설하는 전면판(11) 설치단계와;

상기 네일 조립체(3)의 네일(4)에 정착구(13)를 설치한 후 유압잭(12)에 의해 프리스트레스를 도입하는 프리스트레스 도입단계와;

상기 전면판(11)의 전면에 본구조물(14)을 설치하는 본구조물(14) 설치단계와;

상기 네일(4)을 필요한 길이 만큼 제거하는 제거단계와;

2차 그라우팅재(17)를 2차 그라우팅용 호스(8)를 통해 주입하여 상기구획관(6) 내부의 공간(15)를 충진하는 제2차 그라우팅단계로;

구성됨을 특징으로 한다.

이하 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명하면 다음과 같다.

여기서 도 3은 네일(4)로 나사식 이형철근을 사용하는 경우이고, 도 4는 네일(4)로 일반구조용 이형철근을 사용하되 내하 조립체(5)와 연결시 내하체(20)에 나사 가공없이 사용하는 경우이며, 도 5는 네일(4)로 일반구조용 이형철근을 사용하되 내하 조립체(5)와 연결하기 위하여 나사 가공하는 경우이다.

일반 이형철근 등으로 되는 일정길이의 네일(4)의 첨단부에 내하 조립체(5)를 조립하고 외면에 PE주름관이나 철쉬즈관등으로 되는 주름이 있는 구획관(6)을 네일(4) 전길이에 씌워 설치하되, 상기 네일(4)과 내하 조립체(5) 및 구획관(6)의 단부는 밀봉재로서 밀봉시킨 상태에서 상기 구획관(6) 외부에는 대략 네일(4) 전길이정도의 길이를 갖는 1차 그라우팅용 호스(7)를 설치하고 상기 구획관(6) 내부에는 2차 그라우팅용 호스(8)를 끼워 하나의 네일 조립체(3)를 제작한다.

즉, 본 발명에 사용되는 네일 조립체(3)는 일정길이의 네일(4) 첨단부에 내하 조립체(5)가 조립되고 상기 네일(4) 외면에 주름이 형성된 구획관(6)이 끼워 설치되되, 상기 구획관(6) 외부에는 1차 그라우팅용 호스(7)가 설치되고 상기 구획관(6) 내부와 연통되게 2차 그라우팅용 호스(8)가 설치되는 구성이다.

이때 상기 내하(耐荷) 조립체(5)는 도 3에서 처럼 네일(4)이 나사식 이형철근인 경우, 홀 내주연에 네일(4)의 나사선과 결합되도록 나사선이 형성된연결구(20a) 및 결합구(20b)가 일체로 형성된 내하체(20)의 연결구(20a)에 연결관(24b)이 외삽되되, 상기 연결관(24b)의 일부가 구획관(6)에 외삽되고 상기 연결관(24b)에는 2차 그라우팅 호스(8)와 연통되는 2차 그라우팅 연결구(26)가 형성된다.

이때 상기 결합구(20b)에는 하중 분산용 철근(22)을 내삽하여 프리스트레스 도입시 내하체(20)에 집중되는 하중을 분산시킬 수 있도록 하며 이는 주변 토질 조건등 현장에 따라 길이 조정이나 설치 유무를 선택할 수 있다.

도 4에서 처럼 네일(4)이 일반 이형철근인 경우, 상기 연결구(20a)의 내외주연에 나사선을 형성하여 상기 네일(4)을 리니어 스크류(28)를 이용하여 연결구(20a) 내주연에 나합하고 상기 연결구(20a) 및 구획관(6)에 연결관(24a)을 외삽하되, 상기 상기 연결관(24a)과 구획관(6)에 다른 연결관(24b)이 외삽되며, 상기 네일(4)에는 절단 유도홈(30)이 형성된다.

이때 상기 연결관(24b)에는 수용부(32)를 형성하여 리니어 스크류(28)가 이탈시 수용부(32)에 잔존하도록 하며, 상기 결합구(20b)에는 하중 분산용 철근(22)을 내삽하여 프리스트레스 도입시 내하체(20)에 집중되는 하중을 분산시킬 수 있도록 한다.

또한 도 5에서 처럼 네일(4)이 일반 이형철근인 경우에, 상기 네일(4)의 첨단부에 나사선을 형성하고 상기 연결구(20a)의 내외주연에도 이에 결합되는 나사선을 형성하여 연결구(20a)와 네일(4)을 나합하고, 상기 연결구(20a) 및 구획관(6)에 연결관(24a)을 외삽하되, 상기 연결관(24a)과 구획관(6)에 다른 연결관(24b)이 외삽되며, 상기 연결관(24b)에는 수용부(32)가 형성된다.

이때 상기 결합구(20b)에는 하중 분산용 철근(22)을 내삽하여 프리스트레스 도입시 내하체(20)에 집중되는 하중을 분산시킬 수 있도록 한다.

도 3 내지 도 5의 내하체(20)를 주물로 제작하여 역회전이 가능하면 역회전시켜 네일(4)을 제거하고, 그렇지 않은 경우에는 내하체(20) 두부에 장력을 도입하여 이 장력이 내하체(20) 혹은 리니어 스크류(28)에 전달되어 뭉그러지거나 파손되면서 네일(4)이 제거된다.

도 2a에서와 같이 상술하게 네일 조립체(3)가 조립된 상태에서 본 발명에 의한 소일네일링 공법을 적용, 시공할 절토사면(1)이 결정되면, 도 2b 처럼 절토사면(1)의 상부로부터 천공기로서 지반 여건에 따라 대략 직경 75mm∼150mm크기의 삽입공(2)을 굴토 높이에 따라 2∼15m정도의 깊이로 천공 형성한다.

이렇게 형성된 삽입공(2)에는 도 2c 처럼 상기 네일 조립체(3)을 삽입하는데, 이때 상기 네일 조립체(3)을 이루는 보강재인 네일(4)과 1차 및 2차 그라우팅용 호스(7)(8)의 단부는 일정길이만큼 삽입공(2) 외부로 노출되도록 삽입 설치된다.

삽입공(2) 내부에 네일 조립체(3)의 삽입설치가 끝나게 되면, 먼저 상기 삽입공(2) 내부와 구획관(6) 외부 사이의 빈 공간에 1차 그라우팅용 호스(7)를 통해 저면부터 시멘트 밀크(cement milk)로 또는 시멘트 모르타르(cement mortar)로 되는 1차 그라우팅재(10)를 충진하여 구획관(6) 내부 공간을 제외한 나머지 공간을 충진하여 일정시간동안 양생시킨다.

이후 도 2d 처럼 상기 삽입공(2)의 전면 개구부에 대해 용접 철망이나 철근을 설치한 상태에서 쇼크리트나 콘크리트로서 타설하여 밀폐시켜 전면판(11)을 설치한다.

이때 네일(4)과 2차 그라우팅용 호스(8)의 단부는 일정길이 외부로 노출되도록 한 상태에서 일정두께의 전면판(11)이 설치 완료되면, 도 2e처럼 별도의 프리스트레스 도입용 유압잭(12)을 일정길이 전면판(11) 외부로 노출된 네일(4)에 설치하여 일정압력 아래 범위에서 네일(4)를 물고 당김과 동시에 정착구(13)를 밀어 냄으로써 네일(4)에 대해 프리스트레스를 도입하게 된다.

이때 네일(4)이 나사식 철근인 경우에는 유압잭(12)으로 네일(4)을 일정한 장력으로 당긴 상태에서 유압잭(12) 전면에 설치된 너트를 조임으로서 프리스트레스를 도입하게 된다.

이후 도 2f처럼 후술하는 네일(4) 제거전 본구조물(14)을 설치하거나 도 2g처럼 네일(4) 제거후 본구조물(14)을 설치하되 후자인 경우에는 제거 네일(4) 하단부까지 본구조물(14)을 설치한다.

도 2f인 경우에는 도 2h처럼 네일(4)을 일정길이만큼 제거하고 도 2g인 경우에는 도 2i처럼 네일(4)을 일정길이만큼 제거한다.

이때 네일(4) 제거는 나사식으로 회전시켜 뺄 수 있는 경우는 회전시켜 네일(4)을 제거하고, 도 6의 원리에 의해 네일(4)이 변형되어 회전에 의해 제거가 불가능한 경우에는 유압잭(12)의 압력으로 네일(4)을 물고 당기어 제거한다.

네일(4)을 잡아 당기면 내하체(20)에 가장 많은 하중이 걸리게 되고 따라서주물에 의해 제조된 내하체(20)는 뭉그러지거나 파손이 되어 네일(4)이 제거되되, 도 4의 경우에는 절단 유도홈(30)에서 절단될 확률이 높고 도 5의 경우에는 나사선이 형성된 네일(4) 첨단부의 단면적이 줄어들고 항복 하중이 줄어드는 것에 의해 쉽게 항복이 된다.

네일(4)이 일정한 길이 만큼 제거되면 도 2j처럼, 전체가 제거되면 도 2k처럼 전면판(11) 측으로 노출된 2차 그라우팅 주입구(16)로 2차 그라우팅용 호스(8)와 2차 그라우팅 연결구(26)를 통하여 네일(4)이 제거된 구획관(6) 내부의 공간(15)을 2차 그라우팅재(17)로 채워지게 함으로서 임의 절토사면(1)에 대해 프리스트레스를 이용한 제거식 소일레일링 공법에 의한 하나의 네일(4) 설치 작업이 완료되는 것이다.

미설명 부호 9는 호스(7,8)와 구획관(6) 사이에 간격을 유지하기 위한 간격유지재이고 18은 밀봉을 위한 접착제이다.

본 발명의 다른 실시예로 도 7에서처럼 네일(4)의 첨단부에는 구획관(6)을 씌우지 않고 1차 그라우팅재(10)로 직접 접착하여 그 접착력만으로 프리스트레스를 도입할 때 견디게 하되, 상기 구획관(6)의 끝단부는 접착제(20)와 테이프로 밀봉하고 네일(4)에는 절단 유도홈(30)을 형성하여 나사식으로 제거하지 않고 유압잭(12)에 의한 장력만으로 네일(4)을 제거하게 할 수도 있다.

이와 같은 설치공법을 반복하게 됨에 따라 절토사면(1)에는 일정간격을 두고 프리스트레스가 도입된 제거식 네일(4)이 다수 설치되게 되어 보강된 지반은 토체전체가 동반성을 지닌 하나의 중력식 옹벽과 같은 현지지반을 이용한 토체옹벽을형성하며 굴착면을 안정을 유지할 수 있으며 사용후 제거가 가능한 네일(4)을 설치 할 수 있게 되는 것이다.

이상에서와 같이 본 발명은 비록 상기의 실시예에 한하여 설명하였지만 반드시 여기에만 한정되는 것은 아니며 본 발명의 범주와 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형실시가 가능함은 물론이다.

이상의 설명에서 분명히 알 수 있듯이, 본 발명의 제거식 소일레일링 공법에 의하면, 기존에 널리 채택 사용되고 있는 소일레일링 공법에 있어 절토사면에 일정깊이 삽입되는 네일에 대해 프리스트레스를 도입케 함으로서 원지반자체의 전체적인 전단강도를 향상시켜 이형철근으로 되는 네일에서 발생되는 축방향 인장력이 벽체의 안정성을 위한 주된 저항으로 작용되게 하여 공사도중 또는 후에 예상되는 지반변위를 최소화하는 동시에 기존 공법보다 경제적으로 지반을 안정상태로 유지할 수 있으며 동시에 사용후 제거가 필요한 제거식 네일의 제거가 용이하도록 되는 등의 유용한 효과를 제공한다.

Claims

절토사면(1)의 임의 위치에 일정깊이의 삽입공(2)을 형성하는 천공단계와;

상기 삽입공(2)에 네일 조립체(3)를 삽입하는 삽입단계와:

상기 삽입공(2) 내부와 네일 조립체(3)를 구성하는 구획관(6) 외부 사이를 1차 그라우팅재(10)로 충진하는 제1차 그라우팅단계와;

상기 삽입공(2) 전면을 쇼크리트나 콘크리트로서 타설하는 전면판(11) 설치단계와;

상기 네일 조립체(3)의 네일(4)에 정착구(13)를 설치한 후 유압잭(12)에 의해 프리스트레스를 도입하는 프리스트레스 도입단계와;

상기 전면판(11)의 전면에 본구조물(14)을 설치하는 본구조물(14) 설치단계와;

상기 네일(4)을 필요한 길이 만큼 제거하는 제거단계와;

2차 그라우팅재(17)를 2차 그라우팅용 호스(8)를 통해 주입하여 상기 구획관(6) 내부의 공간(15)를 충진하는 제2차 그라우팅단계로;

구성됨을 특징으로 하는 제거식 소일네일링 공법.
구획관(6) 외부에 1차 그라우팅용 호스(7)가 설치되고, 구획관(6) 내부와 연 통되게 2차 그라우팅용 호스(8)가 설치되는 네일 조립체에 있어서, 상기 구획관(6)의 내부에 일정길이의 네일(4) 첨단부에 내하 조립체(5)가 조립되어 끼워져 설치됨을 특징으로 하는 제거식 소일네일링 공법용 네일 조립체.
제 2 항에 있어서, 상기 내하 조립체(5)는 상기 네일(4)의 나사선과 결합되도록 내주연에 나사선이 형성된 연결구(20a)와 결합구(20b)가 일체로 형성된 내하체(20)의 연결구(20a)에 연결관(24b)의 일부가 외삽되되, 상기 연결관(24b)에는 2차 그라우팅 호스(8)와 연통되는 2차 그라우팅 연결구(26)가 형성되어 구성됨을 특징으로 하는 제거식 소일네일링 공법용 네일 조립체.
제 2 항에 있어서, 상기 내하 조립체(5)는 리니어 스크류(28)에 네일(4)의 선단부가 나합되도록 연결구(20a)와 결합구(20b)가 일체로 형성된 내하체(20)의 연결구(20a) 내외주연에 나사선이 형성되고 상기 연결구(20a)에 연결관(24a)의 일부가 나사 결합에 의해 외삽되되, 상기 연결관(24a)에는 2차 그라우팅 호스(8)와 연통되는 2차 그라우팅 연결구(26)가 형성되고 연결관(24a)의 일부에는 다른 연결관(24b)이 외삽되어 구성됨을 특징으로 하는 제거식 소일네일링 공법용 네일 조립체.
제 2 항에 있어서, 상기 내하 조립체(5)는 상기 네일(4)의 선단부에 형성된 나사선과 나합되도록 연결구(20a)와 결합구(20b)가 일체로 형성된 내하체(20)의 연결구(20a) 내외주연에 나사선이 형성되고 상기 연결구(20a)에 연결관(24a)의 일부가 나사 결합에 의해 외삽되되, 상기 연결관(24b)에는 2차 그라우팅 호스(8)와연통되는 2차 그라우팅 연결구(26)가 형성되고 연결관(24a)의 일부에는 다른 연결관(24b)이 외삽되어 구성됨을 특징으로 하는 제거식 소일네일링 공법용 네일 조립체.