KR100682556B1 - 지반보강방법 및 이에 사용되는 지반보강재 - Google Patents

Abstract

지반의 삽입홀에 전단응력재인 이형철근과 인장응력재인 PC강선을 혼용 설치하여 지반에 대해 전단력과 인장력이 동시에 작용하게 하여 지반보강력이 향상되게 한 것과 동시에 PC강선의 인장으로 인한 1차 그라우팅된 그라우트제의 균열부분 및 연약한 주변지반에 2차그라우팅에 의해 침투 주입되게 함으로써 지반 보강효과를 극대화할 수 있는 지반보강방법 및 이에 사용되는 지반보강재가 개시된다.

전단응력, 인장응력, PC강선, 이형철근, 강봉

Description

지반보강방법 및 이에 사용되는 지반보강재{GROUND REINFORCEMENT METHOD AND DEVICE THEREOF}

도1은 본 발명에 따른 지반보강공법의 공정도이며,

도2(a) 내지 도2(h)는 본 발명에 따른 지반보강공법의 시공방법을 설명하기 위한 도면이며,

도3은 본 발명에 따른 지반보강공법에 의해 시공된 삽입홀의 시공단면도이며,

도4는 본 발명에 따른 지반보강공법에 바람직하게 사용될 수 있는 보강재의 단면도이며,

도5는 도4의 A-A선의 단면도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

10: 주입파이프 20: 주입호스

30: PC강선 40: 이형철근 또는 강봉

50: 고정부재 51: 헤드

52: 압착그립 54: 고정판

55: 마감캡 61: 지압판

62: 쐐기 63: 정착구

본 발명은 지반보강방법 및 이에 사용되는 지반보강재에 관한 것으로, 보다 상세하게는 지반의 삽입홀에 전단응력재인 이형철근과 인장응력재인 PC강선을 혼용 설치하여 지반에 대해 전단력과 인장력이 동시에 작용하게 하여 지반보강력이 향상되게 한 것과 동시에 PC강선의 인장으로 인한 1차 그라우팅된 그라우트제의 균열부분 및 연약한 주변지반에 2차 그라우팅제에 의해 침투주입되게 함으로써 지반 보강효과를 극대화할 수 있는 지반보강방법 및 이에 사용되는 지반보강재에 관한 것이다.

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

상기 소일네일링공법은 사면에 비교적 촘촘하게 천공된 삽입홀에 전단응력재인 이형철근을 삽입한 후 시멘트 밀크를 그라우팅하여 사면을 보강하는 공법으로 주로 토사층에 적용되며, 상기 어스앵카공법은 사면에 천공된 삽입홀에 인장응력재인 PC강선을 삽입한 후 시멘트 밀크를 그라우팅한 후 PC강선을 인장시켜 사면을 보강하는 공법으로 주로 암반층에 적용된다. 여기서, 본 발명은 소일네일링공법을 개량한 공법으로, 특히 전단응력을 보강하는 소일네일링공법에 인장응력을 보강할 수 있는 어스앵카공법의 장점을 도입한 것이다.

즉, 종래의 소일네일링공법은 사면의 삽입홀내에 보강재로서 이형철근만을 삽입하였기 때문에 단위 삽입홀당 보강재의 지지응력이 미비하였고 이에 따라 다수의 삽입홀을 천공하여야 했던 까닭에 다수의 삽입홀 천공에 따른 시공비용이 크게 증가되는 문제점이 있었다. 또한, 종래의 소일네일링공법은 전단응력재인 이형철근만을 사용하였기 때문에 사면에 대한 전단응력은 보강될 수 있었지만 인장응력은 보강되지 못해 상대적 큰 응력이 작용하는 암반층에는 적용하지 못했다는 문제점이 있었다. 특히 토층, 암층 또는 토층과 암층이 혼재된 혼합층 등 지층 내부는 복잡하고 다양한게 혼재되어 있는 데 그에 비해 지반 토질조사는 완벽하지 못하다는 점을 감안할 때, 전단응력과 인장응력을 동시에 발휘할 수 없는 종래의 소일네일링공법이 암층이나 혼합층에 적용된 경우에 지반활동의 억지력을 최대한 발휘할 수 없다는 문제가 있었다.

그럼에도 불구하도, 상대적으로 시공이 용이한 소일네일링 공법을 암반(Rock)층에도 적용하여 시공하는 락 레일링(Rock Nailing) 사례가 증가하고 있는 현실은 소일네일링 공법에 응력(특히 인장응력)을 보강하도록 더욱 요구하고 있다.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 사면의 삽입홀내에 이형철근 뿐만 아니라 인장응력재인 PC강선을 혼용설치하여 지반에 대해 전단력과 인장력이 동시에 작용하게 하여 단위 삽입홀당 보강재의 지지응력을 크게 증가시켜 천공해야 할 삽입홀 갯수를 감소시켜 시공비용을 절감할 수 있으며, 토층은 물론 암층과 혼합층등 모든 지층에 적용될 수 있는 지반보강방법 및 이에 사용되는 지반보강재를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 주입파이프와 삽입홀 구간에 1차 그라우팅된 그라우트제가 PC강선의 인장으로 인해 발생되는 균열부분 및 연약한 주변지반을 주입파이프내로 주입되는 2차 그라우팅제에 의해 침투주입되게 하여 지반 보강효과를 극대화할 수 있는 지반보강공법 및 이에 사용되는 지반보강재를 제공하는 것이다.

상기 본 발명의 목적은 지반에 삽입홀을 천공하는 단계와; 상기 삽입홀에 배출공이 형성된 외주연에 탄성고무가 밴딩된 주입파이프와, 주입호스 그리고 일단이 고정부재에 고정된 PC강선이 조립된 보강재를 삽입하는 단계와; 주입호스를 통해 시멘트 밀크를 주입하여 삽입홀을 1차 그라우팅 하는 단계와; 삽입홀 입구에 지압부재를 설치하는 단계와; 상기 보강재의 PC강선을 인장시켜 고정하는 단계와; 상기 보강재의 주입파이프내에 이형철근을 삽입하는 단계와; 상기 이형철근이 삽입된 주입파이프내에 시멘트 밀크를 주입하여 주입된 시멘트 밀크가 주입파이프내를 그라우팅함과 동시에 배출공으로 배출되어 PC강선 인장으로 인해 발생된 1차 그라우트제의 균열부분 및 연약한 주변지반에 침투주입하게 2차 그라우팅 단계와; 상기 지압부재에 마감캡을 설치하고 삽입홀 주변을 정리하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 지반보강공법을 제공함으로써 달성될 수 있다.

또한, 상기 본 발명의 목적은 고정부재의 일측에 삽입되며, 배출공이 형성된 외주연에 탄성고무가 밴딩된 주입파이프와; 상기 주입파이프내에 삽입된 이형철근과; 유동호스에 삽입되며, 일단은 고정부재에 고정되게 설치된 PC강선과; 삽입홀에 시멘트 밀크를 주입할 수 있도록 설치된 주입호스를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 지반보강재를 제공함으로써 달성될 수 있다.

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

이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 따른 지반보강공법 및 지반보강재 를 상세하게 설명한다.

첨부된 도1은 본 발명에 따른 지반보강공법의 공정도이며, 도2(a) 내지 도2(h)는 본 발명에 따른 지반보강공법의 시공방법을 설명하기 위한 도면이며, 도3은 본 발명에 따른 지반보강공법에 의해 시공된 삽입홀의 시공 단면도이며, 도4는 본 발명에 따른 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 PC강선을 혼용 설치하였기 때문인 것이다.

상기 천공된 삽입홀(H)에는 도2(b)에 도시된 바와 같이 주입파이프(10), 주입호스(20) 및 일단이 고정부재(50)에 고정된 PC강선(30)이 조립된 지반보강재를 삽입한다.

여기서, 상기 지반보강재는 바람직하게 도4에 도시된 바와 같이 주입파이프(10), 주입호스(20), PC강선(30), 이형철근(40: 2차 그라우팅 전에 주입파이프내로 삽입됨) 및 고정부재(50)를 포함한다.

상기 주입파이프(10)는 그 내부에 전단응력재인 이형철근(40)이 삽입된 후 2차 그라우트제가 주입되는 파이프로서 그 외주면에는 배출공(11)이 소정간격 형성되어 있으며 배출공으로는 탄성고무(12)가 밴딩된다. 상기 주입파이프(10)는 헤드(51)의 일측 중앙에 형성된 요홈(51-1)에 삽입되게 된다. 상기 전단응력재는 이형철근(40) 대신 강봉을 사용하여도 무방하다.

상기 PC강선(30)은 인장응력재로서 유동호스(31)에 삽입되며 일단은 고정부재(50)에 고정되게 설치된다. 따라서, PC강선(30)을 유압잭과 같은 인장수단을 통해 인장시키면 일단이 고정된 PC강선(30)은 유동호스(31)에 의해 그라우팅과 이격되어 인장된 후 고정되어 지반에 대해 반력으로 압축력을 제공하게 된다. 상기 주입호스(20)는 삽입홀(H)내에 시멘트 밀크를 주입하기 위한 부재로서 미도시된 결속재에 의해 소정길이 설치되며 1차 그라우팅 후 절단된다.

한편, 상기 고정부재(50)는 헤드(51), 압착그립(52), 고정판(54) 및 커버(55)를 포함한다.

상기 헤드(51)는 일측 중앙에 상기 주입파이프(10)가 삽입될 수 있는 요홈(51-1)이 형성되며, 상기 요홈(51-1)에 인접하게 PC강선(30)이 삽입되는 삽입공 (51-2)이 형성되며, 상기 삽입공과 인접하게는 고정부재내로 그라우트제인 시멘트밀크가 충진될 수 있는 주입홀(51-3)이 형성되어 있다. 그리고, 상기 압착그립(52)은 상기 삽입공(51-2)을 통해 삽입된 PC강선(30)의 외주연에 압착되며, 고정판(54)이 헤드(51)와 볼트 결합되어 압착그립(52)이 압착된 PC강선(30)을 최종적으로 고정시키게 된다. 그리고, 커버(55)가 헤드(51)에 결합되어 고정부재를 마감하게 된다.

한편, 상기 주입파이프(10)는 주름관으로 형성된 것이 바람직한 데, 이는 후술하겠지만 주입파이프(10)내로 그라우팅된 시멘트 밀크와의 접촉면적을 증가시킴으로써 마찰저항을 최대화할 수 있기 때문이다.

이와 같이 주입파이프(10), 주입호스(20) 및 일단이 고정부재(50)에 고정된 PC강선(30)이 조립된 지반보강재를 삽입홀(H)에 삽입한 후에는 도2(c)에 도시된 바와 같이 주입호스(20)를 통해 삽입홀(H)내로 시멘트 밀크를 주입하여 1차 그라우팅 하게 된다. 여기서, 상기 배출공(11)이 형성된 주입파이프(10)는 배출공(11)이 탄성고무(12)로 밴딩되어 있기 때문에 탄성고무(12)에 막혀 1차 그라우팅제가 주입파이프(10)내로는 유입되지 않게 된다. 그리고, 상기 주입호스는 1차 그라우팅 후 절단된다.

이 후, 도2(d)에 도시된 바와 같이 삽입홀 입구에는 표면을 정리한 후 지압 부재를 설치한다. 상기 지압부재는 지압판(61)과 다수개의 쐐기(62)가 삽설된 정착구(63)로 구성되어 있다. 상기 지압부재에는 상기 보강재의 주입파이프(10) 및 PC강선(30)을 관통시켜 결합한다.

이 후, 도2(e)에 도시된 바와 같이 유압잭과 같은 인장부재를 이용하여 PC강선(30)을 인장한 후 쐐기(62)를 압박하여 PC강선(30)을 인장상태로 고정시킨다. 인장상태에 있는 PC강선(30)은 지반에 대해 반력으로 압축력을 제공하여 지반을 보강한다. 이 때 상기 PC강선의 인장으로 인해 경화된 제1차 그라우트제에는 소정의 균열이 발생된다.

이 후, 도2(f)에 도시된 바와 같이 상기 보강재의 주입파이프(10)내에는 이형철근(40)을 삽입한다. 상기 이형철근(40)은 사면에 대해 전단응력을 보강하는 전단응력재이며, 이형철근 대신에 강봉을 삽입해도 무방하다.

이 후, 도2(g)에 도시된 바와 같이 이형철근(40)이 삽입된 주입파이프(10)내에 시멘트 밀크를 가압 주입하여 2차 그라우팅하게 된다. 그러면, 상기 2차 그라우팅되는 시멘트 밀크는 주입파이프(10)내를 그라우팅함과 동시에 배출공(11)으로 배출된다. 이 때, 시멘트 밀크는 가압주입되기 때문에 가압력에 의해 밴딩된 탄성고무(12) 측면으로 배출되면서 PC강선(30)의 인장으로 인해 소정의 균열이 생긴 제1차 그라우트제의 균열틈을 충진하게 되고, 나아가 절리나 파쇄대가 발달된 연약한 주변지반에도 침투 주입되어 지반보강효과를 극대화 하게 된다.

이 후, 도2(h)에 도시된 바와 같이 지압부재에 마감캡(64)을 설치하고 삽입홀 주변을 정리하면 본 발명에 따른 지반보강공법의 시공이 완료된다.

이와 같은 본 발명에 따른 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.

나아가, 주입파이프(10)내로 추가적으로 가압 그라우팅함에 따라 PC강선의 인장으로 인해 1차 그라우팅제의 균열틈을 충진할 뿐만 아니라 절리나 파쇄대가 발달된 연약한 주변지반에도 2차 그라우팅제가 침투하여 지반보강효과를 극대화 할 수 있다는 잇점이 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 지반보강공법 및 그 보강재는 사면의 삽입홀내에 보강재로서 이형철근 뿐만 아니라 응력응력재로서 PC강선을 혼 용설치하여 지반에 대해 전단력과 인장력이 동시에 작용하게 하여 단위 삽입홀당 보강재의 지지응력을 크게 증가시켜 천공해야 할 삽입홀 갯수를 감소시켜 시공비용을 절감할 수 있으며, 토층은 물론 암층과 혼합층등 모든 지층에 적용될 수 있다는 효과가 있다.

또한, 주입파이프내로 추가적인 2차 가압그라우팅을 수행함에 따라 PC강선의 인장으로 인해 발생된 1차 그라우팅제의 균열틈을 충진할 뿐만 아니라 절리나 파쇄대가 발달된 연약지반에도 2차 그라우팅제가 침투하여 지반보강효과를 극대화 할 수 있다는 잇점이 있다.

Claims (5)

1. 지반에 삽입홀을 천공하는 단계와;

   상기 삽입홀에, 배출공이 형성된 외주연에 탄성고무가 밴딩된 주입파이프와 주입호스 그리고 일단이 고정부재에 고정된 PC강선이 조립된 보강재를 삽입하는 단계와;

   주입호스를 통해 시멘트 밀크를 주입하여 삽입홀을 1차 그라우팅 하는 단계와;

   삽입홀 입구에 지압부재를 설치하는 단계와;

   상기 보강재의 PC강선을 인장시켜 고정하는 단계와;

   상기 보강재의 주입파이프내에 이형철근을 삽입하는 단계와;

   상기 이형철근이 삽입된 주입파이프내에 시멘트 밀크를 가압 주입하여 주입된 시멘트 밀크가 주입파이프내를 그라우팅함과 동시에 배출공으로 배출되어 PC강선 인장으로 인해 발생된 1차 그라우트제의 균열부분 및 연약한 주변지반에 침투주입하게 하는 2차 그라우팅 단계와;

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

   상기 주입파이프는 제2차 그라우팅된 시멘트 밀크와 마찰저항을 증가시키기 위해 주름관으로 형성된 것을 특징으로 하는 지반보강공법.
3. 고정부재의 일측에 삽입되며, 배출공이 형성된 외주연에 탄성고무가 밴딩된 주입파이프와;

   상기 주입파이프내에 삽입된 이형철근과;

   유동호스에 삽입되며, 일단은 고정부재에 고정되게 설치된 PC강선과;

   삽입홀에 시멘트 밀크를 주입할 수 있도록 설치된 주입호스를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 지반보강재.
4. 제3항에 있어서, 상기 고정부재는

   일측 중앙에 상기 주입파이프가 삽입될 수 있는 요홈이 형성되며, 상기 요홈에 인접하게 PC강선이 삽입되는 삽입공이 형성되며, 주입홀이 형성된 헤드와;

   상기 삽입공을 통해 삽입된 PC강선의 외주연에 압착된 압착그립과;

   상기 외주연에 압착그립이 압착된 PC강선을 고정하기 위해 헤드와 볼트결합된 고정판과;

   상기 헤드와 결합된 커버를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 지반보강재.
5. 제3항 또는 제4항에 있어서,

   상기 주입파이프는 주름관으로 형성된 것을 특징으로 하는 지반보강재.

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