KR100682555B1 - 프리스트레스를 통한 지반보강공법 - Google Patents

Abstract

지반의 삽입홀에 전단응력재인 이형철근과 인장응력재인 PC강선을 혼용 설치함으로써 전단력과 인장력이 동시에 적용되게 하여 보강재의 지지응력을 배가시키는 것과 더불어 삽입홀을 그라우팅하기 전에 미리 PC강선을 인장시키는 프리스트레스를 적용하여 보강재의 지지응력을 더욱 보강시킨 프리스트레스를 통한 지반보강공법이 개시된다. 개시된 공법은 지반에 삽입홀을 천공하는 단계와; 상기 삽입홀에 이형철근, PC강선 그리고 주입호스가 조립된 보강재를 삽입하는 단계와; 삽입홀 주변을 정리한 후 삽입홀 입구에 지압부재를 설치하는 단계와; 상기 보강재의 PC강선을 인장시켜 고정시키는 단계와; 상기 보강재의 주입호스를 통해 시멘트 밀크를 삽입홀에 주입하여 그라우팅하는 단계와; 상기 지압부재에 마감캡을 설치하고 삽입홀 주변을 정리하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

프리스트레스, 이형철근, 강봉, PC강선, 그라우팅

Description

프리스트레스를 통한 지반보강공법{GROUND REINFORCEMENT METHOD APPLIYING PRESTRESS}

도1은 본 발명에 따른 프리스트레스를 통한 지반보강공법의 공정도이며,

도2(a) 내지 도2(f)는 본 발명에 따른 프리스트레스를 통한 지반보강공법의 시공방법을 설명하기 위한 도면이며,

도3은 본 발명에 따른 프리스트레스를 통한 지반보강공법에 바람직하게 사용될 수 있는 보강재의 단면도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

10: 이형철근 또는 강봉 20: PC강선

30: 주입호스 40: 고정부재

51: 지압판 52: 쐐기

53: 정착구 54: 압력밸브

55: 마감캡

본 발명은 프리스트레스를 통한 지반보강공법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 지반의 삽입홀에 전단응력재인 이형철근과 인장응력재인 PC강선을 혼용 설치함으로써 전단력과 인장력이 동시에 적용되게 하여 보강재의 지지응력을 배가시키는 것과 더불어 삽입홀을 그라우팅하기 전에 미리 PC강선을 인장시키는 프리스트레스를 적용하여 보강재의 지지응력을 더욱 보강시킨 프리스트레스를 통한 지반보강공법에 관한 것이다.

대규모의 토지조성이나 도로, 철도, 터널 공사등으로 생성된 지반은 우수나 융설가 침투하여 지반의 강도가 저하되고 풍화가 진행됨에 따라 국부적인 지반붕괴나 낙석이 발생하여 인명이나 재산상 피해를 유발할 수 있기 때문에 지반붕괴를 방지할 수 있는 다양한 지반보강공법이 강구되고 있는 데, 현재 이러한 지반보강공법은 소일네일링공법과 어스앵카공법으로 크게 대별될 수 있다.

상기 소일네일링공법은 지반에 비교적 촘촘하게 천공된 삽입홀에 전단응력재인 이형철근을 삽입한 후 시멘트 밀크를 그라우팅하여 사면을 보강하는 공법으로 주로 토사층에 적용되며, 어스앵카공법은 사면에 천공된 삽입홀에 인장응력재인 PC강선을 삽입한 후 시멘크 밀크를 그라우팅한 후 PC강선을 인장시켜 사면을 보강하는 공법으로 주로 암반층에 적용된다.

여기서, 종래의 일반적인 소일네일링공법은 보강재로서 이형철근만을 사용하였기 때문에 단위 삽입홀당 보강재의 지지응력이 미미하였고 이에 따라 다수의 삽입홀을 천공하여야 한 까닭에 삽입홀 천공에 따른 시공비용이 크게 증가되는 문제점이 있었으며, 전단응력재인 이형철근만을 사용하였기 때문에 지반에 대한 전단응력은 보강될 수 있었지만 인장응력은 보강되지 못해 상대적을 큰 응력이 작용하는 암반층에는 적용되기 곤란한 문제점이 있었다. 특히 지반 내부는 토층, 암층 또는 토층과 암층이 혼재된 혼합층 등으로 다양하게 혼재되어 있음에도 불구하고 이러한 지반내부에 대한 지반토질조사가 완벽하지 못하다는 현실을 감안할 때, 전단응력과 인장응력이 동시에 발휘할 수 없는 종래의 소일네일링공법이 암층이나 혼합층에 적용된 경우에 지반활동의 억지력을 최대한 발휘할 수 없다는 문제가 있다.

또한, 종래의 어스앵카공법은 그라우팅 후 보강재인 PC강선을 인장하여 인장된 PC강선으로 인해 지반의 인장응력을 보강한 것이나, 전단응력재의 부재로 인해 전단응력 보강은 미미하다는 문제점이 있었다. 이에, 대한민국 공개특허 제2000-21523호에서는 경사면 및 건물의 기초굴착을 위한 철근보강사면안정공법시 일반 이형철근을 지중에 수평 또는 수직으로 삽입하여 지반에 인장응력을 도입한 기술을 개시하고 있지만, 상기 기술은 신율과 이에 대한 반발력이 극히 미세한 이형철근에 대해 프리스트레스를 적용하기 때문에 기대이상의 효과를 발휘할 수 없어 현재 적용되어 시공된 기록은 없다.

이에, 본 발명자는 소일네일링공법과 어스앵카공법의 장점만을 추출하여 전단응력과 인장응력이 동시에 보강될 수 있는 새로운 지반보강공법을 제안한다. 나아가 인장보강재인 PC강선에 대해 프리스트레스를 적용하여 인장응력 보강은 물론 프리스트레스를 통한 모우멘트 및 전단응력을 보다 보강하고자 한다.

따라서, 본 발명의 목적은 지반의 삽입홀에 전단응력재인 이형철근과 인장응력재인 PC강선을 혼용 설치함으로써 전단력과 인장력이 동시에 적용되게 하여 보강재의 지지응력을 배가시키는 것과 더불어 삽입홀을 그라우팅하기 전에 미리 PC강선을 인장시키는 프리스트레스를 적용하여 보강재의 지지응력을 보강시킬 수 있는 프리스트레스를 통한 지반보강공법을 제공하는 것이다.

상기 본 발명의 목적은 지반에 삽입홀을 천공하는 단계와; 상기 삽입홀에 이형철근, PC강선, 주입호스 및 고정부재가 조립된 보강재를 삽입하는 단계와; 삽입홀 주변을 정리한 후 삽입홀 입구에 지압부재를 설치하는 단계와; 상기 보강재의 PC강선을 인장시켜 고정시키는 단계와; 상기 보강재의 주입호스를 통해 시멘트 밀크를 삽입홀에 주입하여 그라우팅하는 단계와; 상기 지압부재에 마감캡을 설치하고 삽입홀 주변을 정리하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 프리스트레스를 통한 지반보강공법을 제공함으로써 달성될 수 있다.

또한, 상기 시멘트 밀크 주입단계에서 시멘트밀크는 가압주입되며, 상기 지압부재에는 압력밸브를 장착하여 주입된 시멘트밀크에 의해 삽입홀 내부압이 설정된 한계압에 도달하면 지압부재에서 상기 압력밸브가 이탈되도록 한 것을 특징으로 한다.

상술한 본 발명의 목적은 첨부된 도면을 참조하여 후술되는 본 발명의 바람직한 실시예로부터 더욱 명확해질 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 따른 프리스트레스를 통한 지반보강공법을 상세하게 설명한다.

첨부된 도1은 본 발명에 따른 프리스트레스를 통한 지반보강공법의 공정도이며, 도2(a) 내지 도2(f)는 본 발명에 따른 프리스트레스를 통한 지반보강공법의 시공방법을 설명하기 위한 도면이며, 도3은 본 발명에 따른 프리스트레스를 통한 지반보강공법에 바람직하게 사용될 수 있는 보강재의 단면도이다.

본 발명에 따르면, 먼저 보강하고자 하는 지반에 대해 보강재를 삽입하기 위해 도2(a)에 도시된 바와 같이 삽입홀(H)을 천공한다. 여기서, 후술하겠지만, 본 발명에 따르면 상기 삽입홀의 갯수는 종래의 소일네일링 공법에 따른 삽입홀의 갯수에 비해 현저하게 감소되어 천공에 따른 시공비를 감소시킬 수 있는 데, 이는 본 발명에 따른 보강재를 전단응력재인 이형철근이나 강봉 뿐만 아니라 인장응력재인 PC강선으로 혼용 설치하였고, 또한 상기 PC강선에 대해 프리스트레스를 적용하여 PC강선의 모우멘트와 전단응력을 보강시킨 것 때문이다.

상기 천공된 삽입홀(H)에는 도2(b)에 도시된 바와 같이 이형철근(10), PC강선(20), 주입호스(30) 및 고정부재(40)가 조립된 보강재를 삽입시킨다. 여기서, 상기 이형철근(10)은 전단응력재이며, 이형철근 대신 강봉을 사용하여도 무방하다. 그리고, PC강선(20)은 인장응력재이며, 주입호스(30)는 삽입홀(H)내에 시멘트 밀크를 주입하기 위한 호스이다.

상기 보강재는 구체적이지만 예시적으로 도3에 도시되어 있는 데, 이를 참고하면 이형철근(10)은 중앙에 배치되고, PC강선(20)은 이형철근(10) 주변에 배치되며 그라우팅 전에 미리 인장(프리스트레스)될 수 있도록 고정부재(40)에 일단이 고정되어 있다. 여기서, 상기 이형철근(10)은 PC강선 길이에 비해 짧게 형성되어 있는 데 이는 도2(c)에 도시된 바와 같이 이형철근의 일단이 지압부재에 지지되도록 하기 위함이다. 따라서, PC강선이 인장될 때 이형철근이 지압부재를 지지되어 반력을 제공하게 된다. 상기 주입호스(30)는 시멘트 밀크를 삽입홀(H)내에 주입할 수 있도록 미도시된 결속재에 의해 이형철근(10)과 PC강선(20)에 소정길이 결합되어 있다.

삽입홀(H)에 보강재를 삽입한 후에는 삽입홀 주변을 정리한 후 삽입홀 입구에 도2(c)에 도시된 바와 같이 지압부재을 설치한다. 상기 지압부재는 지압판(51)과 다수의 쐐기(52)가 삽설된 정착구(53)로 구성되어 있다. 상기 지압부재에는 상기 보강재의 PC강선(20)과 주입호스(30)가 각각 관통 결합되며, 이형철근(10)은 그 일단이 지압부재에 지지되게 된다.

다음으로, 본 발명은 도2(d)에 도시된 바와 같이 유압잭과 같은 인장수단을 통해 상기 지압부재에 결합된 PC강선(20)을 인장시켜 프리스트스레를 도입한 후 인장된 상태를 유지시키기 위해 PC강선을 고정한다. 상기 PC강선의 고정은 지압부재의 쐐기(52)를 정착구(53) 내측으로 압박하여 고정될 수 있다. 여기서, 이형철근이 지압부재에 지지되어 있기 때문에 PC강선이 인장될 때 그에 대한 반력을 제공하게 된다.

이 후, 도2(e)에 도시된 바와 같이 주입호스(30)를 통해 시멘트 밀크를 삽입홀내로 주입한 후 주입이 완료되면 지압부재에 마감캡(55)을 설치하고 삽입홀(H) 주변을 정리하면 본 발명에 따른 하는 프리스트레스를 통한 지반보강공법의 시공이 완료된다.

이와 같은 본 발명에 따른 프리스트레스를 통한 지반보강공법은 소일네일링공법과 어스앵카공법의 장점만을 추출한 것으로, 전단응력과 인장응력이 동시에 보강될 수 있는 효과가 있다. 즉, 소일네일링 공법에 전단응력재로 사용되는 이형철근과 어스앵카공법에 인장응력재로 사용되는 PC강선을 보강재로 혼용하여 사용하였기 때문에 삽입홀당 지지응력이 배가되어 삽입홀 갯수가 현저하게 감소될 수 잇으며, 토층, 암층 또는 혼합층을 가리지 않고 모든 지층에 적용할 수 있다는 잇점이 있다.

또한, 본 발명은 PC강선에 대해 그라우팅 한 후 인장하는 것이 아니라 그라우팅 전에 미리 인장하고 인장 후 그라우팅 하는 프리스트레스를 적용함으로써 인장응력 보강은 물론 프레스트레스에 의한 모우멘트나 전단응력도 보다 보강할 수 있어, 지반활동 억지력을 향상시킬 수 있다는 잇점이 있다.

한편, 본 발명에 따른 프리스트레스를 통한 지반보강공법은 상기 시멘트 밀크 주입단계에서 시멘트밀크를 가압 주입하고, 동시에 상기 지압부재의 지압판(51)에는 압력밸브(54)를 장착하여 가압 주입된 시멘트밀크에 의해 삽입홀 내부압이 설정된 한계압에 도달하면 지압부재에서 상기 압력밸브(54)가 이탈되게 하는 것이 보다 바람직하다. 이에, 시멘트 밀크를 가압 주입함에 따라 시멘트 밀크가 주반지반절리나 파쇄대가 발달한 깊숙한 틈까지 촘촘히 충진될 수 있으며, 가압주입에 의해 그라우팅 유효직경이 커져 지반보강효과를 극대화할 수 있다.

이 후, 설정된 한계압에 도달하면 압력밸브(54)가 이탈되므로 주입을 완료한 후 마감캡(55)을 씌워주면 된다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 프리스트레스를 통한 지반보강공법은 지반의 삽입홀에 전단응력재인 이형철근과 인장응력재인 PC강선을 혼용 설치함으로써 전단력과 인장력이 동시에 적용되게 하여 보강재의 지지응력을 배가시킬 수 있는 효과가 있으며, 나아가 삽입홀을 그라우팅하기 전에 미리 PC강선을 인장시키는 프리스트레스를 적용함으로써 프리스트레스를 통한 지반의 전단응력을 한층 더 보강할 수 있다는 효과가 있다. 또한, 가압그라우팅을 실시함으로써 그라우팅 유효직경이 커지게 하여 지반보강효과를 극대화할 수 있다는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 지반에 삽입홀을 천공하는 단계와;

   상기 삽입홀에 이형철근, PC강선, 주입호스 및 고정부재가 조립된 보강재를 삽입하는 단계와;

   삽입홀 주변을 정리한 후 삽입홀 입구에 지압부재를 설치하는 단계와;

   상기 보강재의 PC강선을 인장시키는 단계와;

   상기 보강재의 주입호스를 통해 시멘트 밀크를 삽입홀에 주입하여 그라우팅하는 단계와;

   상기 지압부재에 마감캡을 설치하고 삽입홀 주변을 정리하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 프리스트레스를 통한 지반보강공법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 그라우팅 단계에서 시멘트밀크는 가압주입되며, 상기 지압부재에는 압력밸브를 장착하여, 주입된 시멘트밀크에 의해 삽입홀 내부압이 설정된 한계압에 도달하면 지압부재에서 상기 압력밸브가 이탈되도록 한 것을 특징으로 하는 프리스트레스를 통한 지반보강공법.

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