KR100763032B1 - 프리스트레싱 쏘일 네일링 구조 - Google Patents

프리스트레싱 쏘일 네일링 구조 Download PDF

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Abstract

본 발명은 지반의 침하나 토사의 유실로 안정성이 떨어지는 것을 보완하기 위해 이용되는 보강재에 관한 것으로, 특히 토사의 무너짐이나 암벽으로부터의 낙석을 방지하기 위해, 파이프 보강재의 내주 중앙에 리바 또는 강봉을 설치하고, 조임캡으로 조임으로써 파이프 보강재의 인장력을 향상시키는 쏘일 네일링 구조 및 파이프 보강재의 내주 중앙에 PC강연선을 설치하고, 이 PC강연선을 인장함으로써 파이프 보강재의 인장력을 향상시키는 쏘일 네일링 구조에 관한 것이다.
본 발명의 보강재에 있어서, 지반의 배면 압력을 견디도록 파이프 보강재가 지반에 천공된 홀에 삽입되고, 이 삽입된 파이프 보강재의 외주면에 압축 또는 인장 프리스트레싱을 작용시켜 파이프 보강재에 발생하는 인장응력을 상쇄시키고, 굴착면의 변위가 이동되는 것을 억제한다. 이로써, 토사의 무너짐이나 암벽으로부터의 낙석을 방지할 수 있는 보다 안정적인 보강 구조체를 지반에 설치할 수 있다.

Description

프리스트레싱 쏘일 네일링 구조{A prestressing soil nailing structure}
도 1a는 종래의 쏘일 네일링에 이용되는 보강재의 상세도이고, 도 1b는 종래의 보강재가 쏘일 네일링에 의해 암벽에 설치된 측면도이다.
도 2는 본 발명의 제 1실시예에서 설명된 프리스트레싱 쏘일 네일링 구조에 이용되는 파이프 보강재의 상세도이다.
도 3은 본 발명의 제 1실시예에서 설명된 프리스트레싱 쏘일 네일링 구조에 이용되는 파이프 보강재의 측면도이다.
도 4는 본 발명의 제 1실시예의 파이프 보강재를 지반에 삽입한 경우의 쏘일 네일링 구조를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 제 1실시예의 파이프 보강재를 이용한 프리스트레싱 쏘일 네일링 구조를 나타내는 도면이다.
도 6a는 본 발명의 제 2실시예에서 설명된 프리스트레싱 쏘일 네일링 구조에 이용되는 파이프 보강재의 상세도이고, 도 6b는 파이프 보강재의 측면도이다.
도 7은 본 발명의 제 2실시예에서 설명된 프리스트레싱 쏘일 네일링 구조에 이용되는 파이프 보강재의 측면도이다.
도 8는 본 발명의 제 2실시예에서 설명된 파이프 보강재를 지반에 삽입한 경우의 프리스트레싱 쏘일 네일링 구조를 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 제 2실시예의 파이프 보강재를 지반에 삽입한 경우의 프리스트레싱 쏘일 네일링 구조를 나타내는 도면이다.
*부호에 대한 설명
1, 11. 파이프 보강재 2. 강봉
3. 조임캡 4. 고정돌기
5. 스페이셔 12. 강연선
8, 13. 플레이트 14. 고정구
본 발명은 지반의 침하나 토사의 유실로 안정성이 떨어지는 것을 보완하기 위해 이용되는 보강재에 관한 것으로, 특히 토사의 무너짐이나 암벽으로부터의 낙석을 방지하기 위해, 파이프 보강재의 내주 중앙에 리바 또는 강봉을 설치하고, 조임캡으로 조임으로써 파이프 보강재에 미리 인장력을 도입하여 인장 저항력을 향상시키는 쏘일 네일링 구조 및 파이프 보강재의 내주 중앙에 PC강연선을 설치하고, 이 PC강연선을 그라우팅 양생후 인장하여 파이프 보강재에 인장저항력을 향상시키는 쏘일 네일링 구조에 관한 것이다.
일반적으로 쏘일 네일링은 공기단축, 경비 절감면에서 유리한 공법으로 인식되어 사면의 안정 및 굴착면에 대한 유연한 지보 등에 적용되고 있으며, 그 적용이 널리 확산되고 있는 추세이다.
현재, 사용되고 있는 쏘일 네일링에 대해 설명하면 다음과 같다.
도 1a는 종래의 쏘일 네일링에 이용되는 보강재의 상세도이다. 도 1a에 도시된 바와 같이, 쏘일 네일링은 보강재(100)과, 간격재(101)와, 그라우팅(102)을 가지고 시공될 수 있다.
여기서, 쏘일 네일링을 간단히 설명하면, 토사에 천공을 하여 보강재(100)(이형철근, 스틸바 등)를 넣고 공간 내부를 시멘트 밀크로 충진하고, 전면을 쇼크리트로 처리하여 보강된 토체를 일체화시켜서 보강되지 않은 뒤쪽의 지반과 구분시켜 배면의 토압에 저항하므로, 외적으로는 재래식 중력 옹벽과 같은 형태를 이루는 방법이다.
이와 같이, 쏘일 네일링은 도 1b에 도시된 바와 같이, 천공된 구멍내에 긴밀하게 삽입된 보강재(100)와 상기 천공된 구멍 주변의 빈공간에 견고하게 충입되는 충진물질(예를 들면, 시멘트 밀크)이 간격재(101)와 함께 충실하게 위치하여 주변 지반의 변형 유발하는 힘이 보강재(100)에 의해 저항받도록 하는데 있다.
즉, 쏘일 네일링은 기본적으로 인장력, 전단응력 및 휨 모멘트에 저항할 수 있는 보강재를 비교적 촘촘한 간격으로 삽입하여 원지반의 전체적인 전단강도 증대 및 발생 변위를 가능한 억제하고 또한 굴착공사 도중이나 완료후에 예상되는 이완을 제한하는 것이다.
그러나, 이러한 쏘일 네일링을 하기 위해 도 1에 기재된 종래의 보강재는 지반의 하중을 견디는 인장응력에 한계가 있고, 또한, 이 보강재를 지반에 매설하는 경우, 힘의 변위가 굴착면을 중심으로 외부에 존재하므로, 안정적인 보강 구조체를 형성하기 어려운 문제가 있었다..
이 때문에, 종래의 보강재를 사용한 쏘일 네일링은 지반에서 생성된 토압의 하중을 견디는데 보다 안정적인 구조체를 형성하지 못하는 한계가 있었다.
상기한 문제점을 해결하기 위한 본 고안의 목적은 파이프 보강재 내부 중앙에 스페이셔와 함께 강봉이 삽입되고, 조임캡을 사용하여 강봉을 조여 파이프 보강재의 외주면을 인장하고, 이 인장된 파이프 보강재를 지반에 삽입한 후, 그라우팅 양생 완료후 파이프 보강재에 연결된 조임캡과 파이프 보강재 내부의 강봉을 제거함으로써, 파이프 보강재의 외주면을 압축시켜 파이프 보강재에 발생하는 인장응력을 상쇄시키고, 굴착면의 변위 이동을 억제하는 프리스트레싱 쏘일 네일링 구조를 제공한다.
또한, 본 고안의 다른 목적은 파이프 보강재의 내부 중앙에 PC강연선이 삽입되고, 상기 파이프 보강재와 상기 PC강연선을 함께 이를 고정시키는 플레이트의 경사진 삽입구을 거쳐 상기 PC강연선이 외부로 연장하고, 이 연장된 PC강연선을 그라우팅 양생후 인장함으로써, 파이프 보강재의 외주면을 압축시켜 파이프 보강재의 인장응력을 상쇄시키고, 굴착면의 변위 이동을 억제하는 프리스트레싱 쏘일 네일링 구조를 제공한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해, 지반이 적정 위치에 천공수단을 통해 소정 직경의 천공홀을 형성하고, 상기 천공홀상에 보강재를 삽입하고, 상기 천공홀의 내부와 상기 보강재내 공간을 시멘트 밀크로 충전하여 그라우팅하고, 상기 그라우팅 이후 상기 지반의 굴착면을 쇼크리트로 타설하는 쏘일 네일링 구조에 있어서,
양측 끝단에 암나사가 형성되고, 상기 지반의 상부 압력을 견디도록 상기 천공홀에 삽입되는 파이프 보강재와,
상기 파이프 보강재의 내주 중앙에 위치하고, 외주에 형성된 스페이셔로 고정된 강봉과,
상기 파이프 보강재의 양측 끝단의 외주를 덮고, 상기 파이프 보강재의 상기 암나사와 결합하여 상기 강봉을 가압할 수 있도록 내주안에 수나사가 형성되고, 일단 내측에 상기 강봉을 고정하는 고정 돌기를 가지는 조임부를 구성한다.
선호하게는 상기 파이프 보강재를 천공홀에 삽입하기 전에 상기 파이프 보강재와 연결된 상기 조임부를 조여 상기 강봉을 가압하고, 상기 그라우팅 후에 상기 조임부를 풀고, 상기 파이프 보강재 내부의 상기 강봉을 제거함으로써 상기 파이프 보강재를 압축하도록 구성된다.
또한, 지반이 적정 위치에 천공수단을 통해 소정 직경의 천공홀을 형성하고, 상기 천공홀상에 상기 보강재를 삽입하고, 상기 천공홀의 내부와 보강재내 공간을 시멘트 밀크로 충전하여 그라우팅하고, 상기 그라우팅 이후 상기 지반의 굴착면을 쇼크리트로 타설하는 쏘일 네일링 구조에 있어서,
상기 지반의 상부 압력을 견디도록 천공된 홀에 삽입되는 파이프 보강재와,
상기 파이프 보강재의 내주 중앙에 위치한 강연선과,
상기 강연선이 외부로 연장될 수 있도록 경사진 삽입구를 가지는 동시에, 상 기 지반에 상기 파이프 보강재를 고정하는 양측의 플레이트와,
상기 받침부재의 상기 경사진 삽입구를 거쳐서 외부로 연장된 상기 강연선을 고정하는 고정구를 포함하여 구성된다.
선호하게는 상기 그라우팅 후, 상기 파이프 보강재 내주에 위치한 상기 강연선을 인장함으로써 상기 플레이트의 가압에 의해 상기 파이프 보강재를 압축하도록 구성된다.
선호하게는 상기 파이프 보강재는 스틸 파이프 또는 대나무로 구성된다.
이하, 본 고안에 따른 구성 및 작용효과를 첨부된 도면을 참조하여 실시예에서 상세히 설명하면 다음과 같다.
실시예 1
도 2는 본 발명의 제 1실시예에서 설명된 프리스트레싱 쏘일 네일링 구조에 이용되는 파이프 보강재(1)의 상세도이다.
도 3은 본 발명의 제 1실시예에서 설명된 프리스트레싱 쏘일 네일링 구조에 이용되는 파이프 보강재(1)의 측면도이다.
도 2 및 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 프리스트레싱 쏘일 네일링 구조에 이용되는 구성은 파이프 보강재(1), 강봉(2), 조임캡(3), 스페이셔(5)로 구성되어 있다. 여기서, 파이프 보강재(1)는 스틸 파이프로 이루어져 있고, 파이프 보강재(1)의 양측 끝단의 외주는 조임캡(3)에 결합할 수 있도록 암나사를 형성하고 있다. 게다가, 파이프 보강재(1)의 내주 중앙에 위치한 강봉(2)은 일정한 간격으로 스페이셔(5)를 장착한 후에 파이프 보강재(1) 내부로 삽입되어 중앙에 위치된 다. 여기서, 강봉(2)은 리바(re-bar)로 대신하여 사용해도 좋다. 또한, 조임캡(3)은 파이프 보강재(1)의 암나사와 결합할 수 있도록 내주에 수나사를 형성하고 있고, 내측 일단에는 강봉(2)을 밀착 고정할 수 있는 고정 돌기(4)를 형성한다.
이러한 구성으로 이루어진 파이프 보강재(1)의 양측 끝단 외주를 덮을 수 있도록 양단에 장착된 조임캡(3)을 돌림으로써 강봉(2)을 밀착 고정시킬 수 있다. 여기서, 강봉(2)의 끝단은 조임갭(3)의 내부에 돌출된 고정 돌기(4)에 의해 정확하게 파이프 보강재(1)의 중앙에 위치된다.
일단, 강봉(2)이 조임캡(3)에 밀착 고정되면, 양쪽의 조입캡을 돌려 강봉(2)을 조이고, 이렇게 강봉(2)을 강한 힘(도시하지 않음)으로 양쪽에서 조이는 경우, 도 4의 화살표와 같이 강봉(2)이 중앙으로 압축되기 때문에, 파이프 보강재(1)의 외주면은 강봉과 반대되는 중앙 방향으로 인장되게 된다.
도 4는 본 발명의 제 1실시예의 파이프 보강재를 지반에 삽입한 경우의 쏘일 네일링 구조를 나타내는 도면이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 파이프 보강재(1)와 연결된 조임캡(3)을 조여서 압축되는 방향과 반대 방향으로 외주면이 인장된 파이프 보강재(1)를 쏘일 네일링 구조에 따라 천공홀(6)에 삽입하고, 상기 천공홀(6)의 내부와 상기 파이프 보강재(1)내 공간을 시멘트 밀크로 충전하여 그라우팅하고, 이 삽입된 파이프 보강재(1)가 지반(7)에 잘 밀착되도록 플레이트(8)로 고정시키고, 볼트 및 너트(9)를 사용하여 파이프 보강재(1)를 움직이지 않도록 한다. 도 4의 B는 조임캡(3)이 파이프 보강재(1)에 연결된 구조를 나타내는 확대도이다.
도 5는 본 발명의 제 1실시예의 파이프 보강재를 이용한 프리스트레싱 쏘일 네일링 구조를 나타내는 도면이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 그라우팅하여 양생한 이후에 파이프 보강재(1)의 인장력을 강화하도록 상기 설치된 파이프 보강재(1)의 한쪽 끝단에 연결된 조임캡(3)을 풀고, 파이프 보강재(1)의 내부 중앙에 위치된 강봉(2)을 제거함으로써, 파이프 보강재(1)의 외주면이 중앙으로 압축함으로 인해, 이 압축된 파이프 보강재(1)의 힘의 변위가 지반 내부로 작용하여 파이프 보강재(1)에 발생하는 지반(7)으로부터의 인장응력을 상쇄할 수 있고, 또한, 점선으로 표시된 부분이 화살표 방향과 같이, 내부로 변위가 생기므로, 굴착면 부근의 변위가 외부로 이동하는 것을 억제할 수 있다.
또한, 도시하진 않았지만, 이러한 파이프 보강재가 여러개 지반에 삽입되어, 파이프 보강재의 끝단에 연결된 한쪽의 조임캡을 제거하는 경우, 상기 설명한 바와 같은 파이프 보강재의 외주면이 중앙으로 압축하기 때문에, 지반(7)으로부터 생기는 파이프 보강재(1)의 인장응력을 상쇄시킬 뿐만 아니라, 굴착면 부근의 변위 이동을 억제할 수 있다.
이처럼, 파이프 보강재(1)가 줄어듬으로 인해 지반(7) 내부의 토사를 서로 잡아당기고 있기 때문에, 프리스트레싱 쏘일 네일링 구조를 사용하여 지반(7)의 무너짐이나 암벽으로부터의 낙석을 방지할 수 있는 보다 안정적인 보강구조체를 형성할 수 있다.
실시예 2
상기 실시예 1과 동일한 원리를 가진 실시예 2를 아래에 설명할 것이다.
도 6는 본 발명의 제 2실시예에서 설명된 프리스트레싱 쏘일 네일링 구조에 이용되는 파이프 보강재(11)의 상세도이고, 도 6b는 파이프 보강재의 측면도이다. 도 6a, 6b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 프리스트레싱에 이용되는 구성은 파이프 보강재(11), PC강연선(12), 플레이트(13), 고정구(14), 삽입구(15)로 구성되어 있다. 여기서, 보강재(11)는 스틸 파이프로 이루어져 있고, 고정구(14)는 PC강연선(12)을 중앙에 위치할 수 있도록 톱니형의 이를 가지고, 플레이트(13)의 삽입구(15)는 비스듬한 경사를 이루고 있다.
도 7은 본 발명의 제 2실시예에서 설명된 프리스트레싱 쏘일 네일링 구조에 이용되는 파이프 보강재(11)의 측면도를 통하여 자세하게 설명하면, 도 7에 도시된 바와 같이, PC강연선(12)의 외측으로 보강재(11)가 플레이트(13)에 기밀하게 밀착되어 있고, 이 보강재(11)의 내측 중앙에 길게 설치된 PC강연선(12)이 플레이트(13)에 형성된 경사진 삽입구(15)를 거쳐서 외부로 연장되어 있다. 이 연장된 PC강연선(12)이 플레이트(13)에 고정되기 위해 톱니를 가진 고정구(14)가 삽입된다.
도 8은 상기 설명한 구성으로 이루어진 파이프 보강재(11)를 지반(18)에 삽입한 프리스트레싱 쏘일 네일링 구조를 나타낸 도면이다.
먼저, 파이프 보강재(11)가 지반(18)의 배면 압력을 견딜 수 있도록 지반(18)에 천공된 홀(17)에 삽입되고, 이 파이프 보강재(11)의 내부 중앙에는 파이프 보강재(11)의 길이보다 긴 PC강연선(12)이 설치되어 있다. 또한, 이 설치된 PC 강연선(12)과 보강재(11)가 조립될 수 있도록 서로 다른 방향으로 대향하는 양측의 플레이트(13)를 가지고, 이 플레이트(13)는 지반(18)과 밀착하여 설치하는 동시에 이 양측의 플레이트(13)에 천공된 삽입구(15)를 거쳐서 PC강연선(12)이 외부로 연장되어 있다. 여기서, 플레이트(13)는 파이프 보강재(11)뿐만 아니라 천공된 홀(17) 전체를 밀착하여 덮을 수 있는 크기이다. 또한, 이 삽입구(15)를 거쳐서 연장된 PC강연선(12)이 플레이트(13)에 고정되기 위한 고정구(14)를 가지고 있다.
이와 같이, PC강연선의 한쪽을 고정하고, 프리스트레싱 쏘일 네일링 구조에 따라 설치된 파이프 보강재(11)의 내부 중앙에 위치한 PC강연선(12)의 연장된 부분을 그라우팅 양생후에 단독콘과 같은 인장기(도시하지 않음)를 통하여 인장하면, 파이프 보강재(11)가 플레이트의 가압에 의해 압축하는 힘을 받으므로, 파이프 보강재(11)의 외주면이 압축하여 이 압축된 파이프 보강재(11)의 힘의 변위가 지반 내부로 작용하기 때문에 파이프 보강재(11)에 발생하는 지반(18)으로부터의 인장응력을 상쇄시킬 수 있고, 점선으로 표시된 부분이 화살표 방향과 같이, 내부로 변위가 생기므로 굴착면의 변위가 외부로 이동하는 것을 억제할 수 있다.
또한, 도시하진 않았지만, 이러한 파이프 보강재가 여러개 지반에 삽입되어, 인장기(도시하지 않음)에 의해 PC강연선(12)을 인장함으로 인해 지반(18)에 삽입된 파이프 보강재(11)의 외주면이 플레이트의 압착에 의해 압축되는 경우, 상기 설명한 바와 같은 파이프 보강재의 외주면이 중앙으로 압축하기 때문에, 지반(7)으로부터 생기는 파이프 보강재(1)의 인장응력을 상쇄시킬 뿐만 아니라, 굴착면 부근의 변위 이동을 억제할 수 있다.
이처럼, 파이프 보강재(1)가 줄어듬으로 인해 지반(7) 내부의 토사를 서로 잡아당기고 있기 때문에, 프리스트레싱 쏘일 네일링 구조를 사용하여 지반(7)의 무너짐이나 암벽으로부터의 낙석을 방지할 수 있는 보다 안정적인 보강구조체를 형성할 수 있다.
도 9는 본 발명의 제 2실시예의 파이프 보강재(11)를 지반(18)에 삽입한 경우의 프리스트레싱 쏘일 네일링 구조를 나타내는 도면이다. 도 9의 도시된 바는 도 8과 동일한 구조를 가지고 있어 설명을 생략하고, 단, 여기에서는 파이프 보강재(11)가 대나무로 이루어져 있다. 이러한 대나무를 사용함으로써, 쏘일 네일링에 이용되는 스틸 파이프와 동일한 작용을 할 수 있고, 환경 친화적이면서 비용절감을 가져올 수 있다.
또한, 실시예 1에 있어서도 파이프 보강재(11)로서 스틸 파이프에 한정하지 않고 대나무로도 이용할 수 있다.
그러므로, 상기와 같은 실시예 1과 2의 동일한 원리를 가진 프리스트레싱 쏘일 네일링 구조에 의하여 지반에 천공홀에 삽입된 파이프 보강재의 외주면이 압축하는 작용을 이용함으로써, 파이프 보강제에 발생하는 인장응력을 상쇄시킬 수 있고, 굴착면의 변위 이동이 감소되어 토사의 무너짐 등을 막을 수 있다.
여기에서는 실시예 2에서 설명된 스틸 파이프 대신에 대나무를 파이프 보강재(11)로서 사용하여도 스틸 파이프와 같은 인장력을 가질 수 있다는 것이 아래에 비교되는 표에서 설명된다.
다음의 표 1은 다양한 금속 재료의 인장도를 나타낸 것이다.
Figure 112005072142487-pat00001
다음의 표 1은 다양한 비금속 재료의 인장도를 나타낸 것이다.
Figure 112005072142487-pat00002
이로써, 대나무를 사용하여도 표에서 비교된 바와 같이, 스틸 파이프와 같은 안정적인 보강구조체를 형성할 수 있다.
본 발명의 쏘일 네일링 구조에 이용되는 파이프 보강재(11)는 스틸 파이프나 대나무에 한정되지 않고 발명의 범위를 벗어나지 않는 동일한 작용를 할 수 있다면 다양한 재료를 사용해도 좋다.
상기 본 발명에 기재된 바와 같이, 본 발명에 따른 파이프 보강재 양측 끝단 외주에 조여진 조임캡을 풀어 강봉을 제거함으로써, 파이프 보강재의 외주면을 수착하여 지반에 삽입된 파이프 보강재에 생기는 인장응력을 상쇄시킬 수 있고, 지반에 작용하는 굴착면의 변위가 내부로 작용하게 함으로써, 굴착면의 이동 변위를 억제하거나 감소시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 쏘일 네일링 구조에 의해 그라우팅한 후에 파이프 보강재 내부 중앙에 설치된 PC강연선을 인장하여 파이프 보강재를 압축함으로써, 파이프 보강재에 생기는 인장응력을 상쇄시킬 수 있고, 지반에 작용하는 굴착면의 변위가 내부로 작용하게 함으로써, 굴착면의 이동 변위를 억제하거나 감소시킬 수 있다.
이처럼, 토사의 무너짐이나 암벽으로부터의 낙석을 방지할 수 있는 프리스트레싱 쏘일 네일링 구조를 사용하여 보다 안정적인 보강구조체를 형성할 수 있다.

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  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 지반의 적정 위치에 천공수단을 통해 소정 직경의 천공홀을 형성하고, 상기 천공홀상에 파이프 보강재를 삽입하고, 상기 천공홀의 내부와 상기 파이프 보강재내의 공간을 시멘트 밀크로 충전하여 그라우팅하고, 상기 그라우팅 이후 상기 지반의 굴착면을 쇼크리트로 타설하는 쏘일 네일링 구조에 있어서,
    상기 파이프 보강재의 내주 중앙에 위치한 강연선과,
    상기 강연선이 외부로 연장될 수 있도록 경사진 삽입구를 가지는 동시에, 상기 지반에 상기 파이프 보강재를 고정하는 플레이트와,
    상기 플레이트의 상기 경사진 삽입구를 거쳐서 외부로 연장된 상기 강연선을 고정하는 고정구를 포함하고,
    상기 그라우팅 후, 상기 파이프 보강재 내주에 위치한 상기 강연선을 인장함으로써, 상기 플레이트의 가압에 의해 상기 파이프 보강재를 압축하도록 구성된 것을 특징으로 하는 프리스트레싱 쏘일 네일링 구조.
  4. 삭제
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 파이프 보강재는 스틸 파이프 또는 대나무로 구성된 것을 특징으로 하는 프리스트레싱 쏘일 네일링 구조.
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