KR100505329B1 - 지반 보강용 텐션 네일공법 - Google Patents

지반 보강용 텐션 네일공법 Download PDF

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KR100505329B1 KR1020040113170A KR20040113170A KR100505329B1 KR 100505329 B1 KR100505329 B1 KR 100505329B1 KR 1020040113170 A KR1020040113170 A KR 1020040113170A KR 20040113170 A KR20040113170 A KR 20040113170A KR 100505329 B1 KR100505329 B1 KR 100505329B1
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Abstract

본 발명은 지반 보강용 텐션 네일공법에 관한 것으로, 이 텐션 네일공법은 지반의 천공 구멍(1)에 일정길이를 갖는 락볼트용 철근(2)과 이 락볼트용 철근(2)의 일측 선단을 고정할 수 있도록 된 지압판(3) 및 상기 락볼트용 철근(2)에 나사결합되는 콘(4)으로 이루어진 텐션 네일(5)을 삽입설치하고, 상기 텐션 네일(5)이 천공 구멍(1)에 삽입된 상태에서 그라우팅 호스(6)를 통해 1차 그라우트재(7a)가 천공 구멍(1)의 선단부에서부터 채워지도록 주입함과 더불어 주입된 1차 그라우트재(7a)를 양생하며, 상기 1차 그라우트재(7a)가 양생됨에 따라 상기 텐션 네일(5)이 지반의 천공 구멍(1)에 고정된 상태에서 텐션 네일(5)의 지압판(3) 후방에 너트(8)를 체결하여 너트(8)를 회전시킴으로써 텐션을 부여하고, 텐션이 부여된 텐션 네일(5)의 그라우팅되지 않은 자유장 부분에 2차 그라우트재(7b)가 채워지도록 주입한 후 양생하는 것으로서, 상기 텐션 네일공법에 의해 텐션 네일의 락볼트용 철근이 순수하게 받을 수 있는 수직응력과 락볼트용 철근이 긴장된 텐션 응력을 합한 양 만큼 토사의 수직응력을 지탱함으로써 시공부위의 강성을 증대시킬 수 있다.

Description

지반 보강용 텐션 네일공법{TENSION NAIL METHOD OF CONSTRUCTION}
본 발명은 텐션 네일을 이용하여 지반을 보강하는 공법에 관한 것으로, 특히 지반에 삽입고정되어 수직응력에 대응하도록 긴장되는 락볼트용 철근에 보다 많은 텐션을 부여함으로써 그 구조적 강성을 통해 각종 토목공사시 사면 및 벽체의 안정성을 확보할 수 있도록 한 지반 보강용 텐션 네일공법에 관한 것이다.
일반적으로 앵커는 토목공사에 사용되는 지중매설부품으로서 사용하는 기능에 따라 어스앵커(Earth Anchor)나 락앵커(Rock Anchor)로 불리우고 있는 바, 지반에 매설된 앵커는 지반변형이 있을 때 앵커체를 긴장하고 있는 강선이 재료의 피로현상 때문에 느슨해지고, 주변 지반이 이완되면 그대로 빠져버리는 위험이 있어 공사중 대형사고가 발생하는 경우가 자주 있는 것이다.
즉, 종래의 기술에 따른 철근을 이용한 소일네일은 도 1에 도시된 바와 같이, 천공된 지반의 구멍에 삽입될 수 있도록 일정길이를 갖는 철근(101)이 구비되고, 상기 철근(101)의 일측 선단에 홀이 형성된 전면판(102)이 고정되며, 상기 전면판(102)을 통과한 철근(101)의 선단을 고정하는 너트(103)가 철근(101)의 선단부에 삽입고정되는 것이다.
그러므로, 상기 철근(101)을 이용한 공법을 소일네일(soil nail)공법으로 지반에 시공한 상태는 도 2에 도시된 바와 같이, 지반을 천공하고, 상기 구조체(104)의 철근(101)과 주입관을 천공된 구멍에 삽입하며, 상기 주입관을 통하여 그라우트재(105)를 주입하여 일체화를 이룸으로써 정착 길이를 확보하게 되고, 상기 구조체(104)의 전면판(102)은 천공된 구멍 입구에 고정됨과 더불어 전면판(102)의 중앙에 철근(101)을 고정하는 너트(103)가 설치되며, 주입된 그라우트재(105) 중심내에 철근(101)이 들어 있어 이러한 철근(101)은 마치 건물 슬라브의 철근과 같은 역할을 하는 것이다.
그런데, 상기 구조체(104)의 철근(101)이 지반의 활동력에 대하여 저항을 하기 위해서는 좁은 간격으로 많은 수의 구조체(104)를 형성하여야 지반의 활동력을 억제할 수 있다는 결점이 있었다.
한편, 종래의 기술에 따른 앵커중 다수의 PC강선을 이용한 앵커는 도 3에 도시된 바와 같이, 천공된 지반의 구멍에 삽입될 수 있도록 일정길이를 갖는 다수의 PC강선(106)이 구비되고, 상기 PC강선(106)의 일측 선단에 다수의 홀이 형성된 전면판(102)이 고정되며, 상기 전면판(102)을 통과한 PC강선(106)의 선단을 고정하는 앵커헤드(109)가 다수의 PC강선(106) 선단부에 삽입고정되고, 상기 PC강선(106)의 중간부에 간격재(107)가 설치되어 다수의 PC강선(106)을 지지함과 아울러 PC강선(106)들이 천공된 구멍의 중심부에 위치하도록 하는 것이다.
여기서, 상기 PC강선(106)을 이용한 앵커(108)를 락앵커(Rock Anchor)공법으로 지반에 시공한 상태는 도 4에 도시된 바와 같이, 지반을 천공하고, 상기 앵커의 PC강선(106)과 주입관을 천공된 구멍에 삽입하며, 상기 주입관을 통하여 그라우트재(105)를 주입하여 앵커체를 형성함으로써 정착 길이를 확보하게 되고, 상기 앵커(108)의 전면판(102)은 천공된 구멍 입구에 고정됨과 더불어 전면판(102)의 중앙에 다수의 PC강선(106)을 고정하는 앵커헤드(109)가 설치되는 것이다.
따라서, 상기 PC강선(106)을 이용한 앵커(108)를 통해 지반의 활동력에 의해 밀려나는 응력을 지탱하고 있는 바, 상기 앵커(108)의 전면판(102)이 지반에 밀착된 상태로 그 반력을 이용하여 지반이 활동력으로 밀려나거나 붕괴되는 것을 방지하는 것이다.
그러나, 상기 앵커(108)의 경우 지반의 활동력에서 수평 응력을 주로 지지하기 때문에 지반의 이완에 따른 상부 토괴의 수직응력은 PC강선(106)이 받지 못하여 지반의 상하 붕괴에 대한 문제점이 있는 것이다.
이에 본 발명은 상기한 바의 제반 사정을 감안하여 안출된 것으로, 지반에 삽입고정되어 수직응력에 대응하도록 긴장되는 락볼트용 철근에 보다 많은 텐션을 부여함으로써 그 구조적 강성을 통해 각종 토목공사시 사면 및 벽체의 안정성을 확보할 수 있도록 한 지반 보강용 텐션 네일공법을 제공함에 그 목적이 있는 것이다.
상기한 바의 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 보강이 필요한 지반의 연약부에 일정깊이를 갖는 구멍을 천공하고, 상기 천공 구멍에 일정길이를 가지면서 그 외주면에 수나사가 성형된 락볼트용 철근과 이 락볼트용 철근의 일측 선단을 고정할 수 있도록 그 중앙에 체결홀이 형성됨과 아울러 체결홀 일측에 그라우팅 호스가 삽입되는 그라우트홀이 형성된 지압판 및 상기 락볼트용 철근에 나사결합될 수 있도록 내측의 중앙홀에 암나사가 성형되어 양방향 응력을 지지할 수 있도록 외주면에 다수의 단턱이 형성된 콘으로 이루어진 텐션 네일을 삽입설치하며, 상기 텐션 네일이 천공 구멍에 삽입된 상태에서 그라우팅 호스를 통해 1차 그라우트재가 천공 구멍의 선단부에서부터 채워지도록 주입함과 더불어 주입된 1차 그라우트재를 양생하고, 상기 1차 그라우트재가 양생됨에 따라 상기 텐션 네일이 지반의 천공 구멍에 고정된 상태에서 텐션 네일의 지압판 후방에 너트를 체결하여 너트를 회전시킴으로써 천공 구멍에 고정된 락볼트용 철근을 긴장시켜 텐션을 부여하며, 텐션이 부여된 텐션 네일의 그라우팅되지 않은 자유장 부분에 2차 그라우트재가 채워지도록 주입한 후 양생하는 과정을 거쳐 시공되는 것이다.
그리고, 상기 콘은 방추형을 이루면서 철근 반발력에 의한 수직응력과 철근 인장에 의한 긴장응력 등의 양 응력을 동시에 지지할 수 있도록 된 것이다.
따라서, 지반을 보강하기 위한 상기 텐션 네일공법에 의해 텐션 네일의 락볼트용 철근이 순수하게 받을 수 있는 수직응력과 락볼트용 철근이 긴장된 텐션 응력을 합한 양 만큼 토사의 수직응력을 지탱함으로써 시공부위의 그 구조적인 강성을 증대시키고, 지반의 천공 구멍에 삽입된 텐션 네일을 통해 절/성토 사면보강, 흙막이 공사의 가설토류벽, 지하 기초 구조물의 부력방지 등의 안정성을 확보할 수 있는 것이다.
이하 본 발명을 첨부된 예시도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 5는 본 발명에 따른 지반 보강용 텐션 네일공법을 도시한 상태도이고, 도 6은 본 발명에 따른 텐션 네일공법을 통해 발생되는 반력을 도시한 상태도이며, 도 7은 본 발명에 따른 텐션 네일공법을 시공하기 위해 사용되는 텐션 네일을 도시한 분리사시도이고, 도 8은 본 발명에 따른 텐션 네일의 락볼트용 철근과 콘의 결합상태를 도시한 단면도이며, 도 9는 본 발명에 따른 텐션 네일에 텐션을 부여하는 상태를 도시한 상태도이다.
상기한 도면들에 의해 본 발명에 따른 텐션 네일공법을 설명하면, 보강이 필요한 지반의 연약부에 일정깊이를 갖는 구멍을 천공하고, 상기 천공 구멍(1)에 일정길이를 가지면서 그 외주면에 수나사(2a)가 성형된 락볼트용 철근(2)과 이 락볼트용 철근(2)의 일측 선단을 고정할 수 있도록 그 중앙에 체결홀(3a)이 형성됨과 아울러 체결홀(3a) 일측에 그라우팅 호스(6)가 삽입되는 그라우트홀(3b)이 형성된 지압판(3) 및 상기 락볼트용 철근(2)에 나사결합될 수 있도록 내측의 중앙홀(4a)에 암나사(4b)가 성형되어 양방향 응력을 지지할 수 있도록 그 외주면에 다수의 단턱이 형성된 콘(4)으로 이루어진 텐션 네일(5)을 삽입설치하며, 상기 텐션 네일(5)이 천공 구멍(1)에 삽입된 상태에서 그라우팅 호스(6)를 통해 1차 그라우트재(7a)가 천공 구멍(1)의 선단부에서부터 채워지도록 주입함과 더불어 주입된 1차 그라우트재(7a)를 양생하고, 상기 1차 그라우트재(7a)가 양생됨에 따라 상기 텐션 네일(5)이 지반의 천공 구멍(1)에 고정된 상태에서 텐션 네일(5)의 지압판(3) 후방에 너트(8)를 체결하여 너트(8)를 회전시킴으로써 천공 구멍(1)에 고정된 락볼트용 철근(2)을 긴장시켜 텐션을 부여하며, 텐션이 부여된 텐션 네일(5)의 그라우팅되지 않은 자유장 부분에 2차 그라우트재(7b)가 채워지도록 주입한 후 양생하는 과정을 거쳐 시공되는 것이다.
여기서, 상기와 같이 시공되는 텐션 네일공법은 도 5와 도 6에 도시된 바와 같이, 천공 구멍(1)에 상기 텐션 네일(5)이 삽입된 상태에서 그라우팅 호스(6)를 통해 1차 그라우트재(7a)가 천공 구멍(1)의 선단부에서부터 채워지도록 주입하고, 이렇게 주입된 1차 그라우트재(7a)가 양생됨으로써 천공 구멍(1) 내측에서 1차 그라우트 존(a)을 이루게 하며, 상기 천공 구멍(1)에 고정된 상기 텐션 네일(5)의 락볼트용 철근(2)을 긴장시켜 텐션을 부여한 상태에서 텐션 네일(5)의 그라우팅되지 않은 자유장 부분에 2차 그라우트재(7b)가 채워지도록 주입하고, 이렇게 주입된 2차 그라우트재(7b)가 양생됨으로써 2차 그라우트 존(b)을 이루게 하는 것이다.
즉, 상기와 같이 천공 구멍(1)에 고정된 락볼트용 철근(2)의 외측에 일정간격을 두고 다수의 센터라이져(9)가 설치되는 바, 상기 센터라이져(9)는 락볼트용 철근(2)이 처지지 않도록 락볼트용 철근(2)을 그라우트재(7)의 중심에 위치시키는 역할을 하는 부재인 것이다.
또한, 상기 락볼트용 철근(2)에 설치되는 콘(4)의 경우 천공 구멍(1)의 입구쪽에 설치되는 것과 천공 구멍(1) 내측에 설치되는 것이 있는 바, 상기 천공 구멍(1)의 입구쪽에 설치되는 상부 콘(4')은 텐션 네일(5)의 시공후 너트(8)가 풀릴 경우에 대비한 콘(4)으로서, 만약 너트(8)가 풀리더라도 상기 락볼트용 철근(2)을 안쪽으로 당겨서 그 긴장이 축소되지 않게 하는 너트(8) 역할을 하고, 상기 천공 구멍(1)의 내측 선단쪽에 설치되는 하부 콘(4")은 락볼트용 철근(2)의 긴장시 응력을 지지하도록 된 것이다.
그러므로, 상기 콘(4)은 방추형을 이루면서 철근(2) 반발력에 의한 수직응력과 철근(2) 인장에 의한 긴장응력 등의 양 응력을 동시에 지지할 수 있고, 상기 콘(4)의 외주면에 다수의 단턱이 형성되어 콘(4)과 그라우트재(7)와의 접지력을 높여줄 수 있도록 된 것이다.
한편, 상기와 같이 천공 구멍(1)에 시공된 텐션 네일(5)은 천공 구멍(1)의 입구쪽과 내부쪽에서 텐션으로 생기는 반력으로 지반을 지지하고, 중앙부에서는 락볼트용 철근(2)의 반력으로 수직응력을 지지하는 것이다.
그리고, 지반 보강용 텐션 네일공법에 사용되는 상기 텐션 네일(5)은 도 7과 도 8에 도시된 바와 같이, 천공 구멍(1)에 일정길이를 가지면서 그 외주면에 수나사(2a)가 성형된 락볼트용 철근(2)과, 이 락볼트용 철근(2)의 일측 선단을 고정할 수 있도록 그 중앙에 체결홀(3a)이 형성됨과 아울러 체결홀(3a) 일측에 그라우팅 호스(6)가 삽입되는 그라우트홀(3b)이 형성된 지압판(3)과, 이 지압판(3)의 후방에 설치되어 상기 락볼트용 철근(2)의 일측 선단을 고정하는 너트(8) 및, 상기 락볼트용 철근(2)에 나사결합될 수 있도록 내측의 중앙홀(4a)에 암나사(4b)가 성형된 방추형 콘(4)으로 이루어진 구조로서, 상기 락볼트용 철근(2)을 통해 지반 상부 토괴의 수직응력을 지지하고, 상기 지압판(3)과 콘(4)을 통해 긴장된 락볼트용 철근(2)에 텐션을 부여함으로써 상기 텐션 네일(5)을 이루는 구조물의 구조적 강성을 증대시킬 수 있도록 된 것이다.
한편, 상기 텐션 네일(5)에 텐션을 부여하는 방법은 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 텐션 네일(5)이 천공 구멍(1)에 삽입된 상태에서 1차 그라우트재(7a)를 주입하여 텐션 네일(5)의 락볼트용 철근(2) 선단에 1차 그라우트 존(a)을 형성하고, 이 상태에서 상기 너트(8)로 락볼트용 철근(2)을 지압판(3)에 체결한 후, 토크렌치로 상기 너트(8)를 회전시켜 락볼트용 철근(2)을 긴장시키는 바, 상기 너트(8)의 회전수가 많을수록 락볼트용 철근(2)이 긴장이 많이 되어 텐션을 많이 부여하게 되는 것이다.
여기서, 상기 텐션 네일공법은 텐션 네일(5)의 락볼트용 철근(2)과 콘(4)을 이용하여 토사의 수직응력 및 긴장응력에 대응하도록 하는 것으로서, 상기 락볼트용 철근(2)이 순수하게 받을 수 있는 수직응력과 콘(4)과 너트(8)의 작용으로 긴장된 락볼트용 철근(2)의 텐션을 합하여 토사의 수직응력을 지탱할 수 있도록 된 것이다.
따라서, 본 발명에 따른 지반 보강용 텐션 네일공법은 기존의 락앵커공법으로 미끄러져 내려올려고 하는 활동력 감소와 소일네일공법의 원리에서 내려올려고 하는 활동력에 저항하는 저항력의 증대를 동시에 해결함으로서, 안전률의 상승효과로 전체사면에 대하여 단순히 계산된 값 보다 훨씬 큰 안정성을 확보할 수 있는 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 지반 보강용 텐션 네일공법에 의하면, 지반을 보강하기 위한 상기 텐션 네일공법에 의해 텐션 네일의 락볼트용 철근이 순수하게 받을 수 있는 수직응력과 락볼트용 철근이 긴장된 텐션 응력을 합한 양 만큼 토사의 수직응력을 지탱함으로써 시공부위의 그 구조적인 강성을 증대시키고, 지반의 천공 구멍에 삽입된 텐션 네일을 통해 절/성토 사면보강, 흙막이 공사의 가설토류벽, 지하 기초 구조물의 부력방지 등의 안정성을 확보할 수 있는 효과가 있는 것이다.
도 1은 종래의 기술에 따른 철근을 나타낸 상태도,
도 2은 도 1의 철근을 이용한 소일네일공법을 나타낸 상태도,
도 3은 종래의 기술에 따라 PC강선을 이용한 앵커를 나타낸 상태도,
도 4는 도 3의 앵커를 이용한 락앵커공법을 나타낸 상태도,
도 5는 본 발명에 따른 지반 보강용 텐션 네일공법을 나타낸 상태도,
도 6은 본 발명에 따른 텐션 네일공법을 통해 발생되는 반력을 나타낸 상태도,
도 7은 본 발명에 따른 텐션 네일공법을 시공하기 위해 사용되는 텐션 네일을 나타낸 분리사시도,
도 8은 본 발명에 따른 텐션 네일의 락볼트용 철근과 콘의 결합상태를 나타낸 단면도,
도 9는 본 발명에 따른 텐션 네일에 텐션을 부여하는 상태를 나타낸 상태도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
1 : 천공 구멍 2 : 락볼트용 철근
2a : 수나사 3 : 지압판
3a : 체결홀 3b : 그라우트홀
4 : 콘 4' : 상부 콘
4" : 하부 콘 4a : 중앙홀
4b : 암나사 5 : 텐션 네일
6 : 그라우팅 호스 7 : 그라우트재
7a : 1차 그라우트재 7b : 2차 그라우트재
8 : 너트 9 : 센터라이져
a : 1차 그라우트 존 b : 2차 그라우트 존

Claims (1)

  1. 보강이 필요한 지반의 연약부에 일정깊이를 갖는 구멍을 천공하고, 상기 천공 구멍(1)에 일정길이를 가지면서 그 외주면에 수나사(2a)가 성형된 락볼트용 철근(2)과 이 락볼트용 철근(2)의 일측 선단을 고정할 수 있도록 그 중앙에 체결홀(3a)이 형성됨과 아울러 체결홀(3a) 일측에 그라우팅 호스(6)가 삽입되는 그라우트홀(3b)이 형성된 지압판(3) 및 상기 락볼트용 철근(2)에 나사결합될 수 있도록 내측의 중앙홀(4a)에 암나사(4b)가 성형되어 양방향 응력을 지지할 수 있도록 외주면에 다수의 단턱이 형성된 방추형 콘(4)으로 이루어진 텐션 네일(5)을 삽입설치하며, 상기 텐션 네일(5)이 천공 구멍(1)에 삽입된 상태에서 그라우팅 호스(6)를 통해 1차 그라우트재(7a)가 천공 구멍(1)의 선단부에서부터 채워지도록 주입함과 더불어 주입된 1차 그라우트재(7a)를 양생하고, 상기 1차 그라우트재(7a)가 양생됨에 따라 상기 텐션 네일(5)이 지반의 천공 구멍(1)에 고정된 상태에서 텐션 네일(5)의 지압판(3) 후방에 너트(8)를 체결하여 너트(8)를 회전시킴으로써 천공 구멍(1)에 고정된 락볼트용 철근(2)을 긴장시켜 텐션을 부여하며, 텐션이 부여된 텐션 네일(5)의 그라우팅되지 않은 자유장 부분에 2차 그라우트재(7b)가 채워지도록 주입한 후 양생하는 과정을 거쳐 시공되는 지반 보강용 텐션 네일공법.
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