KR100719888B1 - 지반강도를 향상시키기 위한 지반보강 시공방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 성토사면 또는 연약지반을 보강하거나 자중을 경감시키기 위한 성토체의 조성시 연속결합되는 입체형의 스페이스 프레임을 지중에 매입하여 지반의 강도를 증대시키도록 하는 지반강도를 향상시키기 위한 지반보강 시공방법을 제공한다. 본 발명에 따른 지반강도를 향상시키기 위한 지반보강 시공방법은 선형부재들을 결합한 것으로, 힘의 흐름을 전달할 수 있도록 구성된 3차원의 입체 구조 시스템으로 이루어지는 스페이스 프레임을 지중에 매설시킨 후, 지반을 형성한다. 본 발명에 의한 지반강도를 향상시키기 위한 지반보강 시공방법에 의하면, 보강토 공법 등과 같이 토립자와 보강재의 마찰력에 의해 횡방향 변위를 구속하여 지반을 보강하는 효과뿐만아니라 입체적으로 형성되는 스페이스 프레임이 직접적으로 토립자의 횡방향 변위를 억지하므로 종래 방식보다 훨씬 향상된 지반보강효과를 가진다. 또한 사면보강의 경우 향상된 슬라이딩 억지효과와 함께 간편한 시공방법과 식생 등 환경친화적 시공을 용이하게 하는 등의 효과를 기대할 수 있다. 그리고 이를 연약지반상의 성토체에 적용하거나 토사의 측방유동이 문제가 되는 경우나 교량시공에 있어서 교각의 세굴 방지를 위한 시공방법으로서 유효한 기능을 할 수 있다.

Description

지반강도를 향상시키기 위한 지반보강 시공방법{GROUND REINFORCEMENT CONSTRUCTING METHOD FOR IMPROVING GROUND INTENSITY}

도 1a는 일반적으로 지반보강 시공방법에 적용되는 그리드의 보강원리를 설명하기 위해 지반에 그리드가 설치된 상태의 평면도;

도 1b는 일반적으로 지반보강 시공방법에 적용되는 그리드의 보강원리를 설명하기 위해 지반에 그리드가 설치된 상태의 측단면도;

도 2는 종래 블록 구조체를 이용하는 지반보강 시공방법의 문제점을 설명하기 위한 도면;

도 3은 본 발명에 따른 스페이스 프레임과 관련하여 힘의 흐름을 전달할 수 있도록 구성된 3차원의 입체 구조의 의미를 설명하기 위한 도면;

도 4는 본 발명에 따른 스페이스 프레임에서 절점이 강절상태인 일례를 설명하기 위한 도면;

도 5는 도 4의 스페이스 프레임에 나타나는 휨응력, 전단응력 및 축력을 보여주는 도면;

도 6은 본 발명에 따른 스페이스 프레임에서 절점이 활절상태인 일례 및 그에 따라 스페이스 프레임에 나타나는 축력을 보여주는 도면;

도 7은 본 발명에 따른 스페이스 프레임을 이루는 단위 프레임의 형태를 설명하기 위한 도면;

도 8a 및 도 8b는 도 7에서 보인 단위 프레임을 3차원의 입체 구조 시스템으로 연결하는 일례 및 이 연결에 의해 형성되는 3차원 입체 구조의 예들을 보여주는 도면들;

도 9a 내지 도 9e는 본 발명에 적용할 수 있는 지반보강 시공방법을 위한 스페이스 프레임의 다양한 변형예들을 간략하게 보여주는 도면;

도 10a는 본 발명에 따른 지반보강 시공방법의 기술적 사상을 설명하기 위해 지반에 스페이스 프레임이 설치된 상태의 측단면도;

도 10b는 본 발명에 따른 지반보강 시공방법의 기술적 사상을 설명하기 위해 지반에 스페이스 프레임 설치된 상태의 평면도;

도 11a 내지 도 12c는 본 발명에 따라 스페이스 프레임을 지중에 매설한 경우의 효과를 확인하기 위해 수치해석을 사용하여 분석한 변위, 응력 및 변형율을 순차적으로 보여주는 도면들;

도 13은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 지반보강 시공방법을 위한 스페이스 프레임을 설명하기 위한 사시도;

도 14는 본 발명의 바람직한 실시예에서 격리수단이 적용되는 경우를 설명하기 위한 도면;

도 15는 도 14에서 보인 격리수단의 기능을 설명하기 위한 도면들;

도 16은 본 발명의 변형 실시예에 따른 지반보강 시공방법을 위한 스페이스 프레임을 설명하기 위한 사시도;

도 17은 기초 지반의 지반강도를 보강하기 위해 본 발명을 적용한 형태를 보이는 도면;

도 18은 사면 또는 보강토 옹벽을 보강하기 위해 본 발명을 적용한 형태를 보이는 도면;

도 19 및 도 20은 연약 지반상의 성토시 자중을 경감시키기 위해 프레임 내부를 비운 형태를 보이는 도면들;

도 21은 본 발명의 바람직한 실시예에서 별개로 제작되는 스페이스 프레임을 적층시켜서 사용하는 경우 적용되는 록킹 플레이트의 일례를 설명하기 위한 도면;

도 22는 교각의 세굴을 방지하기 위해 본 발명을 적용한 형태를 설명하기 위한 도면;

도 23은 구조물의 배면 토사의 자중을 경감하거나 측방유동을 예방하기 위한 형태를 설명하기 위한 도면;

도 24는 본 발명에 따른 지반강도를 향상시키기 위한 지반보강 시공방법의 응용예의 형태를 보인 도면이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

10, 10', 10" : 스페이스 프레임

12, 12', 14, 14', 16 : 선형부재

18, 18' : 절점

20 : 격리수단

30 : 토립자 차단수단

40 : 록킹 플레이트

42 : 몸체

44 : 관통홀

본 발명은 지반강도를 향상시키기 위한 지반보강 시공방법에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 성토사면 또는 연약지반을 보강하거나 자중을 경감시키기 위한 성토체의 조성시 연속결합되는 입체형의 스페이스 프레임을 지중에 매입하여 지반의 강도를 증대시키도록 하는 지반강도를 향상시키기 위한 지반보강 시공방법에 관한 것이다.

도 1a는 일반적으로 지반보강 시공방법에 적용되는 그리드의 보강원리를 설명하기 위해 지반에 그리드가 설치된 상태의 평면도이고, 도 1b는 일반적으로 지반보강 시공방법에 적용되는 그리드의 보강원리를 설명하기 위해 지반에 그리드가 설치된 상태의 측단면도이며, 도 2는 종래 블록 구조체를 이용하는 지반보강 시공방법의 문제점을 설명하기 위한 도면이다.

도 1a 및 도 1b를 참조하면, 통상 지반강도를 증대시키기 위한 지반보강 시공방법에는, 도 1a에서 보는 바와 같은, 그리드(500)가 사용된다. 이 그리드(500)는 인장력과 마찰력이 큰 2차원 평면형상의 쉬트로서, 이를 적용하는 공법에는 벽식 보강공법, 성토체 보강공법, 성토체 기초 보강공법, 원지반 보강공법 등이 있다. 이와 같이 그리드(500)를 사용하는 지반강도 보강시공방법은, 도 1b에서 보는 바와 같이, 그리드(500) 사이에서 발생되는 토립자의 이동에 대한 흙의 마찰저항력과 흙의 아칭효과(arching)를 이용한 것이다. 즉, 성토층에 인장저항력이 큰 그리드(500)와 같은 보강재는 전단력이 작용할 때 토립자와 보강재의 마찰저항력과 아칭효과에 의한 토립자 이동 구속효과에 의한 횡방향 변위를 구속하여 토질정수인 점착력이나 흙의 마찰각이 커진 것과 동일한 효과를 갖도록 하는 것이다.

그러나 그리드와 같이 평면형상의 보강재를 적용하는 지반보강 시공방법은, 도 1b에서 보는 바와 같이, 그리드 면을 따라서 나란하게 인접한 주위의 토립자들에 대한 거동을 그리드의 표면에 생기는 흙입자와의 마찰저항력에 의해 구속하므로써 지반을 보강하는 2차원적인 보강방식이므로, 그리드의 면외(面外)방향으로 그리드가 저항할 수 있는 강성을 가지고 있지 않아 이 방향으로의 토립자의 변형에 대하여 저항능력이 없다는 취약점을 가지고 있다.

한편 이와 같은 문제점을 개선하기 위해 대한민국 등록특허공보 등록번호 제10-0498126호 "연약지반용 블록" 및 공개특허공보 공개번호 특2002-0065910호 "유닛식 토목 구조체, 이것에 사용하는 유닛, 및 유닛식토목 구조체의 구축공법" 등과 같이 블록 구조체를 이용하는 지반보강 시공방법이 제안되어 있다.

이와 같이 블록 구조체를 사용한 지반보강 시공방법에서 등록특허공보 등록번호 제10-0498126호 "연약지반용 블록"은 중공의 입방체 블록을 쌓아 올린 후, 인접하는 블록 엣지부 사이에 스페이서를 개재시키고, 상하방향 또는 수평방향으로 열(列)을 이루도록 쌓아올려서 시공한다. 또한 블록끼리의 접합 또는 블록과 스페이서의 접합시에는 각 접합면 사이에 모르타르를 개재시켜서 접합시키고 있다.

그러나 이와 같은 종래 기술에 따르면, 블록 구조체는 주위로부터 변형시키려는 힘이 작용하면, 도 2에서 보는 바와 같이, 일체로 된 강체 구조를 유지하기 어렵고, 외력이 가해지는 경우나 연약지반과 같은 주위의 상황에 따라 연결부가 서로 붕괴할 우려가 있다. 또한, 블록 사이 또는 각 블록층 사이를 모르타르로 접합시켰다고 하더라도, 접합부분은 블록자체보다도 약하기 때문에, 해당 접합부분을 따라서 미끄러져서 파괴되는 등, 전체가 붕괴할 우려가 있으므로 토립자의 변형에 대한 3차원 강성 저항체로서 지반성능을 보강하는 효과를 기대하기 어렵다.

또한 상술한 블록 구조체를 사용한 지반보강 시공방법에서 공개특허공보 공개번호 특2002-0065910호 "유닛식 토목 구조체, 이것에 사용하는 유닛, 및 유닛식 토목 구조체의 구축공법"은 복수개의 블록을 쌓아올리거나 짜 올려서 형성되며, 인접하는 블록 서로가 요철 끼워맞춤이나 맞물림에 의해 직접적으로 연결되거나 연결부재에 의해 간접적으로 연결되는 방식으로 블록 구조체를 지중에 형성하는 기술을 제안하고 있다.

그러나 이와 같은 종래 기술도 연결부분의 강성이 단위 블록 구조체 자체의 강성에 비해서 매우 약한 것이므로, 도 2와 같이, 지중에서의 변형력에 대한 강성 저항체로서의 역할을 기대하기는 미흡하다. 특히 지진과 같은 진동이 발생하는 경우 끼워맞춤이나 맞물림과 같은 구조는 그 연결부가 이탈하거나 느슨해져서 더욱 강성 저항체로서의 기능이 저하되는 취약점을 가지고 있다.

이와 같이 종래 기술에 따른 지반보강 시공방법은 일정한 조건의 경우 토양의 부하에 의해 쉽게 변형되어 토양 등을 지지하기가 어려울 뿐만 아니라 그 강도가 급격히 저하되는 문제점이 있으므로 그 사용에 상당한 제약이 있었다.

따라서 본 발명은 이와 같은 종래 기술의 문제점을 개선하여, 토양의 부하에 의해 쉽게 변형되지 않아 대상 지반의 강도를 효과적으로 보강할 수 있도록 할 수 있는 새로운 형태의 지반강도를 향상시키기 위한 지반보강 시공방법을 제공하는 하는 것을 목적으로 한다.

특히 본 발명은 이와 같은 종래 기술의 문제점을 개선하기 위해 연속결합되는 입체형의 스페이스 프레임을 지반강도를 향상시키고자 하는 지중에 매입토록하므로써 토양부하의 변동에도 쉽게 변형되지 않도록 하는 새로운 형태의 지반강도를 향상시키기 위한 지반보강 시공방법을 제공하는 하는 것을 목적으로 한다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 의하면, 본 발명은 지반강도를 향상시키기 위한 지반보강 시공방법에 있어서, 선형부재들을 결합한 것으로, 힘의 흐름을 전달할 수 있도록 구성된 3차원의 입체 구조 시스템으로 이루어지는 스페이스 프레임을 지중에 매설시킨 후, 지반을 형성한다.

이와 같은 본 발명에 따른 지반강도를 향상시키기 위한 지반보강 시공방법에서 상기 스페이스 프레임을 매설시킬 때 상기 스페이스 프레임의 내부를 채움재로 메울 수 있다.

이와 같은 본 발명에 따른 지반강도를 향상시키기 위한 지반보강 시공방법에서 상기 스페이스 프레임을 매설시킬 때 상기 스페이스 프레임을 토립자 차단수단으로 싸서 매설시키므로써, 상기 스페이스 프레임의 내부에 토사가 배재되도록 하므로써 지반의 자중을 경감시키는 것을 특징으로 하는 지반강도를 향상시킬 수 있 다.

이와 같은 본 발명에 따른 지반강도를 향상시키기 위한 지반보강 시공방법에서 상기 토립자 차단수단은 물이 유통가능한 공극을 갖는 것을 사용하여 토사의 유입은 배재하되 물은 유입 및 유출되도록 할 수 있다.

이와 같은 본 발명에 따른 지반강도를 향상시키기 위한 지반보강 시공방법에서 상기 스페이스 프레임을 이루는 선형부재들에 상하방향으로 격리수단을 결합시킨 후, 상기 스페이스 프레임을 매설시키므로써, 토사의 수평방향 이동이 상기 격리수단에 의해 차단되도록 할 수 있다.

이와 같은 본 발명에 따른 지반강도를 향상시키기 위한 지반보강 시공방법에서 상기 격리수단은 외면이 하방향으로 기울어지도록 형성된 것을 결합시키므로써 상기 스페이스 프레임내에 채워지는 채움재에 압밀효과가 발생되도록 할 수 있다.

이와 같은 본 발명에 따른 지반강도를 향상시키기 위한 지반보강 시공방법에서 상기 스페이스 프레임을 매설하는 방법은 서로 별개로 형성되는 2개 이상의 스페이스 프레임을 적층시키되, 적층되는 두 스페이스 프레임 사이에 록킹 플레이트를 삽입시켜 상하로 설치되는 두 스페이스 프레임이 각각 상기 록킹 플레이트에 걸리어 그 위치가 고정되도록 할 수 있다.

이와 같은 본 발명에 따른 지반강도를 향상시키기 위한 지반보강 시공방법에서 상기 스페이스 프레임은 면체로 이루어지는 선형부재들이 서로 교차하여 3차원의 입체 구조 시스템을 이루는 것일 수 있다.

이와 같은 본 발명에 따른 지반강도를 향상시키기 위한 지반보강 시공방법에서 상기 스페이스 프레임을 지중에 매설시킨 후, 상기 스페이스 프레임내로 말뚝을 삽입하여 지중에 타설할 수 있다.

"스페이스 프레임"이라는 단어가 구조기술분야에 친숙한 단어로 자리잡게 된지도 어언 50여년이라는 세월이 흘렀다. 따라서 그 정의가 다양하게 인식되어 있는데, 본 발명에서 "스페이스 프레임"은 선형(線形)부재들을 결합한 것으로, 힘의 흐름을 전달할 수 있도록 구성된 3차원의 입체 구조 시스템을 통칭한다.

도 3은 본 발명에 따른 스페이스 프레임과 관련하여 힘의 흐름을 전달할 수 있도록 구성된 3차원의 입체 구조의 의미를 설명하기 위한 도면이다.

도 3을 참조하면, 스페이스 프레임(10)이 힘의 흐름을 전달할 수 있도록 구성된 3차원의 입체 구조라는 의미는 X방향의 작용하중에 대하여 충분한 변형저항능력을 가지고, Y방향 또는 Z방향에 대해서도 충분한 변형저항능력을 가지는 입체구 조라는 것이다. 즉, 본 발명에서 스페이스 프레임(10)은 3차원의 임의의 방향에서 임의의 위치에 하중이 작용할 때, 붕괴되지 않거나 변형량이 충분히 작도록 변형저항능력을 구비한 선형부재(12, 14, 16)들의 결합체이다. 이와 같이 스페이스 프레임(10)는 선형부재(12, 14, 16)들로 이루어지므로 효율적으로 이용할 수 있고, 공장제작이 용이하며, 조립의 정확성을 기대할 수 있다.

한편, 스페이스 프레임(10)은 선형부재(12, 14, 16)들이 결합되는 절점(18)의 연결형태에 따라 강절상태, 활절상태 및 반강절상태로 구분할 수 있다.

도 4는 본 발명에 따른 스페이스 프레임에서 절점이 강절상태인 일례를 설명하기 위한 도면이고, 도 5는 도 4의 스페이스 프레임에 나타나는 휨응력, 전단응력 및 축력을 보여주는 도면이다. 그리고 도 6은 본 발명에 따른 스페이스 프레임에서 절점이 활절상태인 일례 및 그에 따라 스페이스 프레임에 나타나는 축력을 보여주는 도면이다.

도 4 및 도 5를 참조하면, 스페이스 프레임(10)의 절점(18)의 연결상태가 강절상태인 경우, 선형부재(12, 14, 16)들 사이에는 휨응력{도 5의 (a)}과 전단응력{도 5의 (b)} 및 축력{도 5의 (c)}을 전달한다. 그리고 도 6에 보인 바와 같이, 스페이스 프레임(10)의 절점(18')의 연결상태가 활절상태인 경우, 선형부재(12, 14, 16)들 사이에는 축력만을 전달하는 특징이 있다. 즉, 전술한 강절과 달리 활 절에서는 휨응력과 전단응력은 발생하지 않고, 축력만 전달한다. 이와 같은 활절은 강절과 동일한 기능을 하지만, 제작이 용이한 점이 있다. 이때 본 발명에 적용되는 활절의 절점(18')은, 도 9a에서 보는 바와 같이 선형부재(12, 14)가 삼각형의 조합으로 이루어진다.

한편, 강절상태와 활절상태의 중간정도의 경우를 의미하는 반강절 상태도 있지만, 넓은 의미로 강절상태라고 할 수 있다. 즉 강절과 반강절은 적용상의 차이점은 없고, 단지 보강강도에서 차이가 있을 뿐이다.

도 7은 본 발명에 따른 스페이스 프레임을 이루는 단위 프레임의 형태를 설명하기 위한 도면이고, 도 8a 및 도 8b는 도 7에서 보인 단위 프레임을 3차원의 입체 구조 시스템으로 연결하는 일례 및 이 연결에 의해 형성되는 3차원 입체 구조의 예들을 보여주는 도면들이며, 도 9a 내지 도 9e는 본 발명에 적용할 수 있는 지반보강 시공방법을 위한 스페이스 프레임의 다양한 변형예들을 간략하게 보여주는 도면이다.

도 7 내지 도 8b를 참조하면, 본 발명에서 스페이스 프레임(10)은 선형부재(12, 14, 16)들을 상술한 바와 같이 강절, 반강절 및 활정의 연결형태로, 도 7에서 보는 바와 같이 삼각형, 사각형 등 다양한 기본형으로 결합되어 단위 프레임을 이루게 된다. 따라서 본 발명의 스페이스 프레임(10)은 다양한 형태의 단위 프레 임으로 구성될 수 있는 것이다. 즉 도 8a에서 보는 바와 같이, 다양한 단위 프레임을 조합(예시에서는 3가지의 형태)시켜셔 하나의 스페이스 프레임(10)을 구성할 수 있는 것이다. 물론 본 발명에서 스페이스 프레임(10)은 본 발명의 바람직한 실시예에서 보는 바와 같이 규격화된 단위 프레임으로 구성할 수 있는 것이다.

이와 같은 스페이스 프레임(10)은, 도 8b에서 보는 바와 같이, 단위 프레임을 다양한 형태로 조합결합시켜 3차원의 입체 구조 시스템으로 이루어질 수 있으며, 도 9a 내지 도 9e에서 보는 바와 같이 연결구조체의 방식을 이용한 스페이스 프레임(10)을 구성할 수 있다.

도 9a 내지 도 9e를 참조하면, 본 발명에 따른 스페이스 프레임(10)은 다양한 형식으로 구성할 수 있다. 이때 도 9a 내지 도 9e에서 검은 점은 강절을, 흰 점은 활절을 표현한다. 본 발명에 따른 스페이스 프레임(10)은 선형부재(12, 14, 16)가 강절 및 반강절의 절점(18), 그리고 활절의 절점(18')을 갖도록 서로 연결되어 고정되므로써 입체형으로 형성된다. 즉, 본 발명에 따른 스페이스 프레임(10)은 선형부재(12, 14, 16)가 강절, 반강절 및 활절의 절점(18, 18')을 가지므로써 형성되는 단위 프레임을 적용하여 구성할 수 있는데, 강절의 연결구조를 갖는 단위 프레임이 적용되는 스페이스 프레임(10)은, 도 9a 내지 도 9e에서 첫번째 도시한 형태와 같이, 복수개 이상의 선형부재(12, 14, 16)가 정해진 도형의 형상을 갖도록 서로 접합되어 고정되되 닫히도록 형성되고, 반강절의 연결구조를 갖는 단위 프레 임이 적용되는 스페이스 프레임(10)은, 도 9a 내지 도 9e에서 두번째 도시한 형태와 같이, 복수개 이상의 선형부재(12, 14, 16)가 정해진 도형의 형상을 갖도록 서로 접합되어 고정되되 열리도록 형성되며, 활절의 연결구조를 갖는 단위 프레임이 적용되는 스페이스 프레임(10)은, 도 9a에서 세번째에 도시한 형태와 같이, 복수개 이상의 선형부재(12, 14, 16)가 정해진 도형의 형상을 갖도록 배치되어 서로 핀에 의해 고정되되 닫히도록 형성된다. 이와 같은 활절의 연결구조에 의한 절점(18')은 자체로서는 힘을 받을 경우 결합각이 즉시 변형되는 경우이다. 그러나 삼각형으로 연속 활절을 만들면, 구성된 스페이스 프레임(10)은 힘을 받아도 결합각의 변형이 거의 없으므로 본 발명의 스페이스 프레임(10)으로서 적합하다.

이와 같이 본 발명에 따르면, 스페이스 프레임(10)은 그 단위 프레임이 다양한 형태의 다각형이거나 원형 또는 열린 다각형 또는 열린 곡선을 이용할 수 있으며, 이와 같은 단위 프레임들의 조합으로 이루어지므로 3차원 공간상의 어떤 방향으로 하중이 작용하더라도 작용하중에 의한 변형에 저항하는 능력을 구비하게 된다.

본 발명에서 스페이스 프레임(10)을 이루는 단위 프레임의 각 선형부재(12, 14, 16)는 작용하중에 대하여 요구되는 이상의 변형 저항능력을 구비하여야 한다. 작용하중이 작은 경우에는 약한 재질을 사용할 수 있지만, 일반적으로는 변형 저항능력이 큰 재질의 마디를 사용하여야 한다. 예를 들면 고밀도폴리에틸렌(HDPE)로 이루어진 링크인 경우 신도(伸度)가 커서(예를 들면 15%) 토양에 의한 부하에 의해 쉽게 신장되어 토립자 등의 이동을 저지하기가 어려워 큰 작용하중이 작용할 경우 토립자 저지효과를 기대할 수 없다. 따라서 본 발명에 따른 스페이스 프레임(10)은 지반강도 증대효과를 기대하기 위해서 철근콘크리트나 복합소재(대표적으로 FRP가 있다) 등 더 강한 재질의 링크로 구성하는 것이 바람직하다.

도 10a는 본 발명에 따른 지반보강 시공방법의 기술적 사상을 설명하기 위해 지반에 스페이스 프레임이 설치된 상태의 측단면도이고, 도 10b는 본 발명에 따른 지반보강 시공방법의 기술적 사상을 설명하기 위해 지반에 스페이스 프레임 설치된 상태의 평면도이며, 도 11a 내지 도 12c는 본 발명에 따라 스페이스 프레임을 지중에 매설한 경우의 효과를 확인하기 위해 수치해석을 사용하여 분석한 변위, 응력 및 변형율을 순차적으로 보여주는 도면들이다.

도 10a 및 도 10b를 참조하면, 본 발명은 선형부재(12, 14, 16)들을 결합한 것으로, 힘의 흐름을 전달할 수 있도록 구성된 3차원의 입체 구조 시스템으로 이루어지는 스페이스 프레임(10)을 지중에 매설시킨 후, 지반을 형성하므로써 기존의 지반에 비하여 지반강도가 강화되는 효과를 얻게 되는 것을 특징으로 한다.

이와 같은 본 발명에 따르면, 도 10b와 같이 토립자의 수평이동을 직접적으로 방해하는 선형부재(16)가 존재하여 토립자의 수평이동 억지효과가 커지므로 지 반보강효과가 종래 기술에 비해 더 크다. 그리고 토립자의 수직이동은 거의 방해하지 않으므로, 토립자의 다짐이 자연상태와 거의 유사한 조건으로 이루어져 보강 후, 특별히 지반다짐을 하지 않더라도 자연다짐이 용이하게 된다는 장점이 있다.

이와 같은 본 발명에 따른 지반보강 시공방법은 연속결합되는 입체형의 스페이스 프레임(10)을 시공할 구간에 설치하여 내부 공간(18)을 성토하는 토사로서 채움으로서 성토된 지반이 기존의 토사 성토인 경우보다 더욱 강화된 지반강도를 가지도록 하거나, 연속결합되는 입체형의 스페이스 프레임(10)의 외부에 토립자 차단수단(30, 도 19, 도 20 및 도 23 참조)을 사용하여 지중에 시공하므로써 연약지반의 자중을 경감하는 용도로 용이하게 적용할 수 있다.

한편, 본 발명에서 선형부재(12, 14, 16)들이 강절, 반강절 및 활절의 절점(18, 18')의 연결구조에 의해 연속결합되는 입체형의 스페이스 프레임(10)은 3차원 공간상에서 연속적으로 결합된 단위 프레임(Unit Frame)들의 다양한 집합체이며, 공간상의 각 방향으로 보강체로서의 의미있는 저항성능을 가지는 것을 필요로 한다. 여기서 단위 프레임을 이루는 선형부재(12, 14, 16) 사이의 연결부인 절점(18, 18')은 강절(Rigid Joint), 반강절(Semi Rigid Joint) 및 활절(Pin joint)일 수 있다. 이때 본 발명에서 강절은 금속재인 경우 용접 등에 의해 용융화되어 고정되거나, 본 발명의 바람직한 실시예와 같이, 어느 한 선형부재에 충진체를 적용하여 형성되는 경우가 이에 해당된다.

이와 같은 본 발명에 따른 지반강도를 향상시키기 위한 지반보강 시공방법은 종래 기술과 그 작용에 있어서 현저한 차이점을 갖는다.

먼저 그리드를 이용한 지반 보강방식과 그 원리면에서의 차이점을 보면, 그리드를 이용한 보강방식은, 도 1b에서 보는 바와 같이, 그리드(500)의 포설면을 따라 발생하는 2차원 평면상의 직접적인 마찰저항 및 이와 같은 마찰저항 층과 층 사이에서의 아칭효과에 의하여 간접적으로 토립자의 거동을 구속하는 방식이다.

그러나 본 발명의 경우 입체형의 스페이스 프레임(10)이므로 그리드와 같은 2차원 평면상의 마찰 저항은 당연히 포함{도 10a}되므로 그리드와 같은 마찰저항 층과 층 사이에서의 아칭효과는 물론 존재한다. 그리고 본 발명에서는 아칭효과보다 더 절대적으로 저항효과를 발휘하는 요인은, 평면도인 도 10b에서 보는 바와 같이, 선형부재(16)에 의한 직접적인 토립자 거동 구속효과이다. 이 선형부재(16)에 의해 일정폭 만큼의 토립자 이동 억지효과가 더 직접적으로 발생하므로 이 방식은 토립자 이동 차단을 위해 2중의 억지효과를 가지는 방식이라고 할 수 있다. 또한, 도 17과 같은 사면 토괴의 슬라이딩에서 수평방향아 아닌 경사방향으로서의 토립자 이동에 대해서 그리드는 경사방향으로 저항강성을 구비하지 못하는 쉬트(Sheet) 타입의 보강재로서 저항효과를 거의 기대할 수 없지만, 본 발명의 경우 입체형의 강체인 스페이스 프레임(10)으로서 저항강성을 구비함으로써 토괴의 슬라이딩에 대한 보강효과를 특히 기대할 수 있다.

한편, 지반강도를 보강하기 위한 시공방법으로는 통상 사용되지 않지만, 다른 예로서 콘크리트 블록 형태의 구조체에 의한 방식과 그 차이점을 보면, 콘크리트 블록 형태의 구조체를 지중에 설치하여 지반강도를 보강하고자 하는 경우 블록은 통상 1개의 단위블럭 형태로 제작되고, 단위블럭들을 상호 연결하고 적층하여 지중에 설치하므로 블록과 블록 사이는 강성이 블록 자체의 강성과는 비교할 수 없을 정도로 취약한 상태이므로 완성된 블록 집합체는 블록과 블록사이의 강성이 연속적이라고 할 수 없는 상태이다. 따라서 정적인 상태에서 자중 등에 의한 중력방향의 힘에 대한 저항에는 유효한 방식이지만, 지진과 같은 횡하중이나 사면의 슬라이딩 현상과 같은 경사진 방향의 외부하중에 대해서는 저항 성능을 거의 발휘하지 못하는 취약점을 가지고 있다. 즉 이와 같은 외부력이 만일 어느 시기에 작용하는 경우 블록과 블록 사이가 분절되거나 이탈하여 붕괴되므로 토립자의 횡방향 저항수단으로서는 유효한 방식이라 할 수 없다.

따라서 종래 기술에서 제안하고 있는 콘크리트 블록은 본 발명에서와 같은 지반강도 보강방법이 아닌 다른 목적에 적용되고 있는 실정이다.

그러나 본 발명의 경우, 단위 프레임 사이의 강성이 연속적으로 이어지므로 단위 프레임이 항복되지 않는 이상 전체 스페이스 프레임(10)이 파괴되지 않는다. 즉 지진 또는 사면의 토괴 슬라이딩과 같은 다양한 경우에서의 외부력에 대하여 입체형 스페이스 프레임(10)은 항상 안정적으로 저항 성능을 발휘하므로 외부력이 작용하는 모든 환경조건에 대하여 지반강도 보강을 위한 저항 수단으로서 항상 유효하다.

이와 같은 본 발명에 따르면, 도 10a 및 도 10b에서 보인 바와 같이, 보강토 공법 등과 같이 토립자와 보강재의 마찰력에 의해 횡방향 변위를 구속하여 지반을 보강하는 효과뿐만아니라, 입체적으로 형성되는 스페이스 프레임(10)이 직접적으로 토립자의 횡방향 변위를 억지하므로 종래 방식보다 훨씬 향상된 지반보강효과를 가진다. 또한, 도 18에서 보는 바와 같이, 사면보강의 경우 향상된 슬라이딩 억지효과와 함께 간편한 시공방법과 식생 등 환경친화적 시공을 용이하게 하는 등의 효과를 기대할 수 있다. 그리고, 도 19, 도 20, 도 22 및 도 23에서 보는 바와 같이, 이를 연약지반상의 성토체에 적용하거나 토사의 측방유동이 문제가 되는 경우나 교량시공에 있어서 교각의 세굴 방지를 위한 시공방법으로서 유효한 기능을 할 수 있다.

도 11a 내지 도 12c를 참조하면, 본 발명에 따른 지반강도를 향상시키기 위한 지반보강 시공방법에 따르면, 지반강도가 현저히 향상됨을 알 수 있다. 즉, 도 11a는 본 발명에 따라 스페이스 프레임을 지반상에 넣은 상태에서 하중을 가했을 때 나타나는 변위를 보여주는 도면이고, 도 11b는 응력을 보여주는 도면이며, 도 11c는 변형률을 보여주는 도면이다. 그리고 도 12a는 본 발명을 적용하지 않은 상태에서 지반상에 하중을 가했을 때 나타나는 변위를 보여주는 도면이고, 도 12b는 응력을 보여주는 도면이며, 도 12c는 변형률을 보여주는 도면이다.

이와 같은 실험은 해석 프로그램인 MIDAS GTS(Trial ver 1.56)를 사용하고, 지반의 가력된 면적을 1.0m×1.0m로 하여 128 tf/㎡의 하중을 가하는 조건으로 이루어졌다. 이때 본 발명에 따라 지중에 매입된 스페이스 프레임의 규격은 2.0m×2.0m×0.3m에 0.2m의 간격을 갖는 것으로 하였다. 그리고 모델링에 반영된 지반의 범위는 5.0m×5.0×2.5m이고, 모델링된 지반의 조건은 표면 0.5m 구역의 성토영역으로서 모래지반이며, 그 아래 부분은 기존 지반으로 상정하여 점토지반으로 모델링하였다. 모델링시 지반의 구체적인 조건은 다음 [표 1]과 같다.

다시, 도 11a 내지 도 12c를 참조하면, 본 발명에 따라 스페이스 프레임을 지중에 매설하는 경우와 그렇지 않은 (무보강)경우을 비교하면, 먼저 도 11a 및 도 12a와 같이 그 변위에 있어서, 본 발명이 적용된 경우(도 11a)는 5.70cm의 최대 변위가 나타난 반면, 무보강시는 11.05cm의 최대 변위가 나타남을 알 수 있다. 따라서 본 발명이 적용되는 경우 지반의 침하량이 절반으로 감소하는 효과를 나타냄을 알 수 있다. 다음, 도 11b 및 도 12b와 같이 그 응력에 있어서 본 발명이 적용된 경우(도 11b)는 -5.07×10^-35 tf/m²의 최대 응력이 나타난 반면, 무보강시는 +5.24×10^-1 tf/m²의 최대 응력이 나타남을 알 수 있다. 따라서 본 발명이 적용되는 경우 보강시 인접지반이 융기하는 현상이 발생하지 않음을 알 수 있다. 또한, 도 11c 및 도 12c와 같이 그 변형율에 있어서 본 발명이 적용된 경우(도 11c)는 스페이스 프레임의 선단부에 집중되어 1.22×10^-1의 최대 변형율이 나타나는 반면, 무보강시는 주변지반에 넓게 퍼져 1.33×10^-1 의 최대 변형율이 나타남을 알 수 있다. 따라서 본 발명이 적용되는 경우 주변부분은 변형의 영향을 거의 받지 않으므로 매우 안전함을 알 수 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면 도 13 내지 도 24에 의거하여 상세히 설명한다. 한편 각 도면에서 일반적으로 지반강도를 보강하기 위한 공법 및 그를 위한 각종 장비, 기구 및 소요 소재와 관련 기술로부터 용이하게 알 수 있는 구성과 그에 대한 작용 및 효과에 대한 도시 및 상세한 설명은 간략히 하거나 생략하고 본 발명과 관련된 부분들을 중심으로 도시하였다.

도 13은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 지반보강 시공방법을 위한 스페이스 프레임을 설명하기 위한 사시도이다.

도 13을 참조하면, 본 실시예에 따른 스페이스 프레임(10)은 선형부재(12, 14, 16)가 직교하도록 배치되어 사각형의 형상을 갖도록 서로 접합되는 평면 프레임을 전후방향의 2층구조를 가지면서 좌우방향의 연속된 열을 가지도록 고정하여 형성된다. 이때 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 스페이스 프레임(10)은 단위 프레임에서 수평방향의 선형부재(12)와 수직방향의 선형부재(14)가 접하는 점을 또 다른 선형부재(16)로 일체화되도록 하여 절점(18)을 형성하도록 하는 것을 특징으로 한다. 이와 같이 두 선형부재(12, 14)가 절점(18)을 형성하도록 하는 선형부재(16)는 두 선형부재(12, 14)가 접하는 점에서 일체로 형성되는 충진체로 적용하므로써 단위 프레임을 구성할 때 선형부재(12, 14, 16)들의 접합 및 고정이 절점(18)을 형성하는 선형부재(16)의 형성하는 과정에 의해 이루어지도록 한다. 이때 도 13에서는 2층구조를 갖는 형태만을 도시하였으나, 다수의 층구조를 갖도록 할 수 있는 것이다.

이와 같은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 스페이스 프레임(10)은 본 발명자가 국제출원 출원번호 PCT/KR2006/000913 "Connecting Structure"를 통해 제안한 바 있는 연결 구조체를 응용하여 이루어진 것이다. 즉, 본 발명자는 위 선출원을 통해 충분한 강성을 가지고, 사전 제작에 의한 모듈화가 가능한 연결 구조체를 제안한 바 있다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 스페이스 프레임(10)은 이와 같이 본 발명자가 선출원을 통해 제안한 바 있는 연결 구조체를 지반강도를 보강하기에 적합하도록 개선한 것으로, 그 제조방법 및 구성 형태는 본 발명자가 선출원을 통해 제안한 연결 구조체로부터 용이하게 적용할 수 있을 것이다. 예컨대, 본 실시예에 따른 스페이스 프레임(10)은 복합소재 재질의 두 선형부재(12, 14)를 서로 직교하도록 한 다음, 두 선형부재(12, 14)의 접합 부분에 절점(18) 형성을 위한 선형부재(16) 성형용 틀을 설치한 후, 콘크리트 등의 충진체를 주입하여 형성할 수 있는 것이다.

이와 같이 선형부재(12, 14, 16)들로 이루어진 본 발명의 스페이스 프레임(10)은 회전 모멘트나 전단하중이 작용하는 경우에도 단위 프레임이 서로 떨어져 분리된다거나, 찌그러지지 않는 강성체이면서 동시에 이와 같은 단위 프레임의 집합체가 그와 같은 저항 성능을 인접하는 스페이스 프레임까지 연속하여 보유하도록 연속적인 저항능력을 가진 3차원의 강체 프레임을 의미한다. 즉 종래기술은 블록과 블록 사이의 접합면에 대하여 모르타르로 접합시키거나 끼움방식 등으로 연결하므로 변형 저항능력에 있어서는 서로 분절된 형태의 구조체가 되므로 토립자 거동에 대한 의미있는 변형저항능력을 기대할 수 없었다. 이에 대해 본 발명에 따른 스페이스 프레임은 단위 프레임과 단위 프레임 사이가 서로 역학적으로 연속적인 강성으로 연결된 상태로서 이 연결은 3차원 상에서 각각의 방향으로도 동일한 연결조건을 확보함으로써 3차원 강체 프레임의 요구성능을 만족한다.

도 14는 본 발명의 바람직한 실시예에서 격리수단이 적용되는 경우를 설명하기 위한 도면이고, 도 15는 도 14에서 보인 격리수단의 기능을 설명하기 위한 도면들이다.

도 14 내지 도 15c를 참조하면, 전술한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 스페이스 프레임(10)의 시공시 선형부재(14)들에 상하방향으로 격리수단(20)을 결합시킨 후, 스페이스 프레임(10)을 매설시키므로써, 스페이스 프레임(10)내에 채워지는 채움재의 이동이 격리수단(20)에 의해 차단되도록 할 수 있다. 즉, 전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 지반강도를 향상시키기 위한 지반보강 시공방법은 종래 기술과 달리 토립자의 수평이동은 방지하고, 수직이동은 가능하도록 하므로써 자연 다짐효과를 얻을 수 있도록 하는데, 본 실시예의 격리수단(20)의 설치는 이와 같은 기능을 더욱 증가시키도록 하는 것이다.

이와 같은 격리수단(20)은, 도 14에서 보는 바와 같이, 상부의 선형부재와 하부의 선형부재 사이에 결합되어 토립자의 수평이동을 더욱 곤란하게 하여 지반의 보강 효과를 한층 향상시킨다. 이와 같은 격리수단(20)은 조립의 편의성을 위해 선형부재를 중심으로 나누어지는 좌격리수단(22)과 우격리수단(24)으로 형성하여 볼트, 핀 등에 의한 체결로 선형부재에 결합시킬 수 있다. 그리고 이와 같은 격리수단(20)은 부분적으로 또는 전면을 막는 형태로 설치될 수 있다.

이때 본 실시예에서는 격리수단(20)으로 판형태를 제안하였으나, 이와 같은 격리수단(20)은 그리드, 부직포 등을 사용하여 스페이스 프레임(10)을 이루는 선형부재들(12, 14, 16)에 상하방향으로 결합되도록 하므로써 구성할 수 있는 것이다.

한편, 도 15에서 보는 바와 같이, 좌격리수단(22)과 우격리수단(24)은 외면이 하방향으로 기울어지도록 형성된 것을 적용하므로써 스페이스 프레임(10)내에 채워지는 채움재에 압밀효과가 발생되도록 할 수 있다. 즉 도 15의 (a)와 같이 격리수단(20)의 외면을 평편하게 한 경우 토립자의 수평이동은 정지하는 효과를 얻지만, 도 15의 (b) 및 도 15의 (c)와 같이 격리수단(20)의 일측 또는 양측의 외면을 경사지게 하는 경우 쐐기형태로 토사에 접하므로써 토립자의 수평방향이동을 반대방향으로 수평압밀하는 효과를 가지므로 한층 개선된 지반보강효과를 기대할 수 있다.

도 16은 본 발명의 변형 실시예에 따른 지반보강 시공방법을 위한 스페이스 프레임을 설명하기 위한 사시도이다.

도 16을 참조하면, 본 발명의 변형 실시예에 따른 지반보강 시공방법을 위한 스페이스 프레임(10)은 도 14에서 보인 격리수단(20)을 결합시키는 것을 더욱 확장시킨 형태이다. 즉, 본 변형 실시예에 따른 스페이스 프레임(10)은 면체로 이루어지는 선형부재(12', 14')들이 서로 교차하여 3차원의 입체 구조 시스템을 이루는 것을 특징으로 한다. 이와 같은 스페이스 프레임(10)은, 도 14에서 보인 바와 같이, 격리수단(20)이 전면을 막는 형태가 되도록 설치하여 구성할 수도 있고, 본 발명자가 국제출원 출원번호 PCT/KR2006/000913 "Connecting Structure"를 통해 제안한 바 있는 연결 구조체를 응용하여 수평방향의 선형부재(12)와 수직방향의 선형부재(14)를 상하방향으로 연결하도록 콘트리트를 타설하여 면체로 이루어지는 선형부재(12', 14')를 구성할 수도 있는 것이다. 또한 이 경우 판체로 형성되는 선형부재(12')와 선형부재(14')를 교차시켜서 구성할 수도 있는 것이다. 이와 같은 스페이스 프레임(10)은 강성을 높이면서 비교적 용이하게 제작할 수 있는 잇점이 있다.

도 17은 기초 지반의 지반강도를 보강하기 위해 본 발명을 적용한 형태를 보이는 도면이고, 도 18은 사면 또는 보강토 옹벽을 보강하기 위해 본 발명을 적용한 형태를 보이는 도면이며, 도 19 및 도 20은 연약 지반상의 성토시 자중을 경감시키기 위해 프레임 내부를 비운 형태를 보이는 도면들이고, 도 21은 본 발명의 바람직한 실시예에서 별개로 제작되는 스페이스 프레임을 적층시켜서 사용하는 경우 적용되는 록킹 플레이트의 일례를 설명하기 위한 도면이며, 도 22는 교각의 세굴을 방지하기 위해 본 발명을 적용한 형태를 설명하기 위한 도면이고, 도 23은 구조물의 배면 토사의 자중을 경감하거나 측방유동을 예방하기 위한 형태를 설명하기 위한 도면이다.

먼저, 도 17은 상술한 바와 같은 스페이스 프레임(10)을 적용하여 지반의 하중 지지력을 증대시키는 경우 적용된 예를 보여주는 도면으로서, 이와 같은 지반보강 시공방법은 먼저 설계에 따라 일정한 깊이만큼 지반을 굴착한다. 그리고 사전에 구비된 스페이스 프레임(10)을 굴착한 지반 상에 일정한 방식에 따라서 깐다. 이때 일정한 방식이란 설계도서상에 지시된 내용을 의미한다. 이후 설치된 강체 프레임(10) 위에 토사를 붓는다. 여기서 토사는 굴착된 현장토사를 다시 되메우기 할 수도 있고, 별도의 준비된 다른 토사를 사용할 수도 있다. 다음, 되메우기 된 토사를 다짐(이 과정은 경우에 따라 생략될 수 있다)한다. 이와 같은 과정을 반복적으로 수행하여 설계에서 요구하는 위치까지 시공을 완료하고, 필요한 경우 최종 다짐을 실시한다. 이와 같은 과정을 통하여 보강된 지반은 재하실험을 통하여 최종적으로 지반의 지내력 증대효과를 확인할 수 있다.

한편 본 발명은 이와 같은 3차원 스페이스 프레임(10)을 보강하고자 하는 지반의 지중에 묻으므로써 지반보강 효과를 발생시키는 것으로서, 이와 같은 스페이스 프레임(10)은 완전히 하나로 제작하여 시공할 수도 있고, 시공의 편의를 위하여 몇 개로 분리 제작하여 차례로 지중에 묻을 수도 있다. 물론 보강효과 측면에서는 전체를 하나로 제작하여 지중에 묻는 것이 바람직하지만, 시공의 편의성을 고려하여 프레임을 몇 개로 분리하여 설치하는 것도 요구하는 보강성능을 만족할 경우 유용하게 적용될 수 있다.

한편, 도 18과 같이 경사면 또는 보강토 옹벽에 적용하는 경우 사면에서 중요한 보강사항인 슬라이딩 억지효과의 향상을 기대할 수 있다. 사면보강인 경우 경사면의 표면은 블럭, 부직포, 식생, 망체 등 여러 보조수단을 추가적으로 적용하여 표면의 토립자가 유실되는 것을 막도록 한다. 이때, 도 18에서 보는 바와 같이, 스페이스 프레임(10)이 일체로 형성되지 않고, 분리 제작된 것을 적층시켜서 사용하는 경우 분리된 두개의 스페이스 프레임(10)을 끈, 고리 등의 상호 연결수단으로 연결하는 경우, 스페이스 프레임(10)의 강성은 전달하지 못하지만, 위치이동에 대하여 상호 구속시킴으로서 스페이스 프레임(10)의 개별적인 이동을 일정부분 보완할 수 있다. 그러므로 분리된 스페이스 프레임(10)을 사용한 지반강도 보강인 경우, 상호 연결수단을 이용한 스페이스 프레임(10) 사이의 연결은 어느 정도 추가적인 보강효과를 기대할 수 있다. 이것은 해당분야에 종사하는 기술자라면 충분히 생각할 수 있는 범위의 응용으로서 별도의 상세한 설명은 생략한다.

한편, 도 19 및 도 20과 같이 연약지반에서의 성토에 있어서 성토 자중을 경감하기 위한 경우, 스페이스 프레임(10)을 매설시킬 때 스페이스 프레임(10)을 토립자 차단수단(30)으로 싸서 매설시키므로써 스페이스 프레임(10)의 내부에 토사가 배재되도록 하므로써 지반의 자중을 경감시킬 수 있다. 이때 토립자 차단수단(30)은 물이 유통가능한 공극을 갖는 것을 사용하여 토사의 유입은 배재하되 물은 유입 및 유출되도록 하므로써, 유수를 저장 또는 공급하는 용도로도 적용할 수 있도록 한다.

이 경우의 지반보강 시공방법을 보면, 먼저 설계에 따라 일정한 깊이만큼 지반을 굴착한 다음, 사전에 구비된 스페이스 프레임(10)을 굴착한 지반 상에 일정한 방식에 따라서 깐다. 그리고 전술한 시공예와는 달리 강체 프레임 내부에 토사가 출입할 수 없도록 강체 프레임 외부를 토립자 차단수단(30)으로 막는 단계를 추가로 포함한다. 특히 이와 같은 토립자 차단수단(30)은 블럭, 부직포 등 여러 보조수단을 추가적으로 적용할 수 있으며, 부직포 등의 경우 물이 차단수단 내외부를 용이하게 출입하도록 하므로써 시공된 부분의 부상을 방지할 수 있다. 다음, 설치된 강체 프레임 외부의 주변으로 토사를 붓고, 되메우기 된 토사를 다짐하며, 이와 같은 과정을 반복적으로 수행하여 설계에서 요구하는 위치까지 시공을 완료한다.

한편, 이와 같은 실시예에서 스페이스 프레임(10)을 매설하는 방법은 서로 별개로 형성되는 2개 이상의 스페이스 프레임(10)을 적층시키되, 적층되는 두 스페이스 프레임사이에 록킹 플레이트(40)를 삽입시켜 상하로 설치되는 두 강성 플레임이 각각 록킹 플레이트(40)에 걸리어 그 위치가 고정되도록 할 수 있다. 이와 같은 록킹 플레이트(40)는, 도 21에서 보는 바와 같이, 평편한 몸체(42)의 상하로 개구되는 관통홀(44)을 형성하여, 스페이스 프레임(10)의 양측이 각각 물리도록 하므로써 지지역할과 위치 고정역할을 하게 된다.

한편, 도 22 및 도 23에서 보는 바와 같이, 본 발명에 따른 지반강도를 향상시키기 위한 지반보강 시공방법은 교각의 세굴을 방지하거나 구조물의 배면 성토 시 자중의 경감효과를 보이기 위한 목적으로 적용할 수 있다. 교량인 경우 전술한 지반보강 시공방법과 같은 과정을 하천 바닥의 교각 주변에 시행하면 교량의 세굴방지효과를 기대할 수 있다. 그리고 사면보강에서와 마찬가지로 세굴을 방지하기 위하여 블럭, 부직포, 식생, 망체 등 여러 보조수단을 추가적으로 적용하여 교각주변의 토립자가 세굴되어 유실되는 것을 막을 수 있다. 이때, 도 23에서 보는 바와 같이, 교각의 세굴을 방지하거나 구조물의 배면 성토 시 자중의 경감효과를 보이기 위한 목적으로 적용하는 경우에는 스페이스 프레임(10) 외부에 토립자 차단수단(30)을 설치하여 내부에 채움재(흙)가 배제되도록 하고, 측방유동을 예방하기 위한 목적으로 적용하는 경우에는, 도 14 또는 도 16과 같은 스페이스 프레임(10)을 적용하여 내부에 채움재(흙)를 채워 시공할 수 있을 것이다.

도 24는 본 발명에 따른 지반강도를 향상시키기 위한 지반보강 시공방법의 응용예의 형태를 보인 도면이다.

도 24를 참조하면, 이와 같은 본 발명의 응용예에 따른 지반보강 시공방법은 스페이스 프레임(10)을 지중에 매설시킨 후, 스페이스 프레임(10)내로 말뚝(60)을 삽입하여 지중에 타설하는 것을 특징으로 한다. 이와 같이 말뚝(60)을 적용하는 경우는 스페이스 프레임(10)이 지반에 고정되는 형태로 설치되므로써 그 지지력을 더욱 높일 수 있다. 또한 장기 침하량도 말뚝이 추가됨으로써 줄어드는 효과가 있다.

상술한 바와 같은, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 지반강도를 향상시키기 위한 지반보강 시공방법을 상기한 설명 및 도면에 따라 도시하였지만, 이는 예를 들어 설명한 것에 불과하며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능하다는 것을 이 분야의 통상적인 기술자들은 잘 이해할 수 있을 것이다.

본 발명에 의한 지반강도를 향상시키기 위한 지반보강 시공방법에 의하면, 종래 지내력 보강방법이나 사면보강 방법, 연약지반 성토 보강방법 등의 기존 지반 보강방법들이 가진 여러 가지 단점들을 개선할 수 있다. 즉, 본 발명에 따르면, 보강토 공법 등과 같이 토립자와 보강재의 마찰력에 의해 횡방향 변위를 구속하여 지반을 보강하는 효과뿐만아니라 입체적으로 형성되는 스페이스 프레임이 직접적으로 토립자의 횡방향 변위를 억지하므로 종래 방식보다 훨씬 향상된 지반보강효과를 가진다. 또한 사면보강의 경우 향상된 슬라이딩 억지효과와 함께 간편한 시공방법과 식생 등 환경친화적 시공을 용이하게 하는 등의 효과를 기대할 수 있다. 그리고 이를 연약지반상의 성토체에 적용하거나 토사의 측방유동이 문제가 되는 경우나 교량시공에 있어서 교각의 세굴 방지를 위한 시공방법으로서 유효한 기능을 할 수 있다.

Claims (10)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 지반강도를 향상시키기 위한 지반보강 시공방법에 있어서,

   선형부재들을 결합한 것으로, 힘의 흐름을 전달할 수 있도록 구성된 3차원의 입체 구조 시스템으로 이루어지는 스페이스 프레임을 지중에 매설시킨 후, 지반을 형성하되;

   상기 스페이스 프레임을 매설시킬 때 상기 스페이스 프레임의 내부를 채움재로 메우되, 상기 스페이스 프레임을 이루는 선형부재들에 상하방향으로 격리수단을 결합시킨 후, 상기 스페이스 프레임을 매설시키므로써, 토사의 수평방향 이동이 상기 격리수단에 의해 차단되도록 하고, 상기 격리수단은 외면이 하방향으로 기울어지도록 형성된 것을 결합시키므로써 상기 스페이스 프레임내에 채워지는 채움재에 압밀효과가 발생되도록 하는 것을 특징으로 하는 지반강도를 향상시키기 위한 지반보강 시공방법.
7. 지반강도를 향상시키기 위한 지반보강 시공방법에 있어서,

   선형부재들을 결합한 것으로, 힘의 흐름을 전달할 수 있도록 구성된 3차원의 입체 구조 시스템으로 이루어지는 스페이스 프레임을 지중에 매설시킨 후, 지반을 형성하되;

   상기 스페이스 프레임을 매설하는 방법은 서로 별개로 형성되는 2개 이상의 스페이스 프레임을 적층시키되, 적층되는 두 스페이스 프레임 사이에 록킹 플레이트를 삽입시켜 상하로 설치되는 두 스페이스 프레임이 각각 상기 록킹 플레이트에 걸리어 그 위치가 고정되도록 하는 것을 특징으로 하는 지반강도를 향상시키기 위한 지반보강 시공방법.
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10. 지반강도를 향상시키기 위한 지반보강 시공방법에 있어서,

    선형부재(12, 14, 16)가 직교하도록 배치되어 사각형의 형상을 갖도록 서로 접합되는 평면 프레임을 전후방향의 2층구조를 가지면서 좌우방향의 연속된 열을 가지도록 고정하여 형성되되, 상기 선형부재(12, 14, 16)중 수평방향의 선형부재(12)와 수직방향의 선형부재(14)가 접하는 점을 또 다른 선형부재(16)로 일체화되도록 하여 절점(18)을 형성하도록 하고, 상기 두 선형부재(12, 14)가 절점(18)을 형성하도록 하는 상기 또 다른 선형부재(16)는 상기 두 선형부재(12, 14)가 접하는 점에서 일체로 형성되는 충진체로 이루어지므로써, 상기 선형부재(12, 14, 16)들을 결합한 것으로 힘의 흐름을 전달할 수 있도록 구성된 3차원의 입체 구조 시스템으로 이루어지는 스페이스 프레임을 지중에 매설시킨 후, 지반을 형성하는 것을 특징으로 하는 지반강도를 향상시키기 위한 지반보강 시공방법.

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