KR100771904B1

KR100771904B1 - 지반 굴착면 및 사면 지지용 대나무 쏘일네일링공법

Info

Publication number: KR100771904B1
Application number: KR1020050018964A
Authority: KR
Inventors: 방윤경; 김홍택
Original assignee: 방윤경; 김홍택
Priority date: 2005-03-08
Filing date: 2005-03-08
Publication date: 2007-11-21
Also published as: KR20060097957A

Abstract

본 발명은 지반 굴착면 및 사면의 붕괴를 방지할 수 있도록 고안한 대나무를 이용한 지반 보강공법으로서, 본 발명은 (a) 지반의 굴착벽체, 자연 및 인공사면, 터널 막장의 선단 등의 지반 보강공법(Earth Reinforcement Technique)의 보강재료로 이용되는 철근, 로드(Rod), 파이프(Pipe), 스크류(Screw), 유리섬유플라스틱(FRP) 등을 대체하여 자연재료인 대나무를 이용하는 이른바「지반 굴착면 및 사면 지지용 대나무 쏘일네일링」에 관한 것이며, (b) 대나무 쏘일네일링을 지반 굴착면 및 사면의 천공구멍 입구에 정착하기 위한 두(頭)부 정착장치에 관한 것이다.

쏘일네일링, 지반 보강, 터널 막장면 보강, 대나무

Description

지반 굴착면 및 사면 지지용 대나무 쏘일네일링공법{Earth Reinforcement System by Using Bamboo Reinforcement}

도 1은 대나무 시편의 인장시험 결과 및 시험 제원이고,

도 2는 대나무 시편의 인장시험에 따른 인장력-변형률 관계이고,

도 3은 대나무 시편의 인장시험 결과에 따른 대나무의 특성치 요약이고,
도 4a는 본 발명에 따른 통대나무를 이용한 정착장치-a 의 설치형태이고,
도 4b는 본 발명에 따른 스트립형태의 대나무를 이용한 정착장치의 설치형태이고,
도 4c는 본 발명에 따른 통대나무를 이용한 정착장치-b이고,
도 5a는 본 발명에 따른 통대나무를 이용한 정착장치-a 의 상세도면이고,
도 5b는 본 발명에 따른 스트립형태의 대나무를 이용한 정착장치의 상세도면이고,
도 6a는 본 발명에 따른 통대나무 두부 정착장치의 모습이고,

도 6b는 본 발명에 따른 대나무스트립 두부 정착장치의 모습이고,

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도 7a는 본 발명의 사면보강 실시예이고,

도 7b는 본 발명의 가시설 굴착벽체 실시예이고,

도 7c는 본 발명의 터널 막장보강 실시예이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호 설명 *

10 : 1차 숏크리트 20 : 지반 굴착면

30 : 플라스틱 파이프 40 : 고정판

50 : 이동판 60 : 볼트용 강봉

70 : 에폭시수지 80 : 연결봉

90 : 대나무 100 : 지압판

110 : 수평띠장 120 : 조임용 너트

130 : 2차 숏크리트 140 : 와이어매쉬

150 : 시멘트모르타르 160 : 시멘트그라우트

170 : 굴착 예정선 180 : 지중구조물 예정선

190 : 본구조물 200 : 두부고정용 너트

210 : 대나무 보강재 220 : 자연사면

230 : 굴착면 240 : 터널 굴착기계

250 : 스페이서 260 : 캡
270 : 천공구멍

본 발명은 지반 보강기술(Earth Reinforcement Technique)중 지반 굴착면 및 사면의 지지용 쏘일네일링공법에 관한 것이다.

본 발명은 두(頭)부 정착장치에 대나무(Bamboo)를 연결한 대나무 쏘일네일링(Bamboo Soil Nailing)을 이용하여 지반 굴착면 및 사면의 붕괴를 방지할 수 있도록 하는 지반 보강공법(Earth Reinforcement Technique)에 관한 것이다.

현재 지반 굴착면 및 사면 보강용 지반 보강공법에는 쏘일네일링(Soil Nailing)공법, 어스앵커(Ground Anchor)공법, 락볼트(Rock Bolt)공법이 주류를 이루고 있다. 또한, 터널의 막장면을 굴착하기 전에 보강하여 터널의 굴착에 따른 안정성을 도모하는 방법으로는 막장면에 FRP(Fiber Reinforced Concrete)그라우팅으로 보강하는 방법 등이 있다.

기존의 쏘일네일링공법이나 어스앵커공법에 의한 도심지역에서의 지하굴착시에는 철재(Steel) 보강재가 인접대지의 경계선을 침범하여 삽입되는 경우가 비일비재하게 되어, 보강재의 대지경계선 침범에 의한 점용료 부과 문제 및 인접구조물 신축시 시공장애 등에 대한 기술적인 제약, 지중에 철재를 장기간 방치함으로써 발생되는 부식에 의한 지반환경 오염문제 등의 측면에서 문제점이 있다.

특히, 인접구조물 신축으로 인해 지반 보강공법을 적용한 인근 지역에서 추가적으로 지반굴착이 진행되는 경우에는 기존의 철재 보강재에 의한 시공장애 문제로 인하여 공사기간이 증가하고 시공성이 저하되는 문제점이 부각되어, 이와 같은 문제를 보완하기 위하여 본구조물의 콘크리트 측벽 타설 이전에 보강재를 제거하는「네일제거형 네일링공법」,「제거형 어스앵커공법」 등이 적용되기도 한다.

한편, 국내의 대부분의 터널은 NATM, TBM공법이 적용되고 있으며, 연약한 토사층이나 풍화가 심한 풍화암을 굴착시에는 막장 전방을 FRP 보강 그라우팅으로 보강하는 공법을 병행하고 있다. FRP 그라우팅은 주요 성분이 유리섬유와 플라스틱으로서, 철재(Steel)보강재에 비하여 굴진시 제거가 용이하고 가벼워서 시공성이 우수한 장점이 있지만 가격이 비싸고, 절삭제거시 환경적으로 좋지 않은 단점이 있다.

본 발명의 목적은 기존의 지반 보강공법의 보강재로서 주류를 이루는 철재(Steel) 보강재를 대체하여 환경친화적인 자연재료인 대나무를 사용함으로써 자연 친화적인 지반 보강공법을 제공하는데 있다.

본 발명의 「지반 굴착면 및 사면 지지용 대나무 쏘일네일링공법」은 자원의 효율적인 이용과 환경에 미치는 영향 등에 잇점이 있고, 기존의 철재에 비하여 매우 경량재료이기 때문에 시공성이 우수하여 인력 감소 및 공기 단축을 도모할 수 있고, 재료비가 매우 저렴하여 경제성을 도모할 수 있는 효과가 있다. 특히, 인장강도가 매우 큰 취성재료(Brittle material)인 대나무를 사용하므로 인접구조물 신축으로 인한 지반의 추가 굴착시 굴착장비의 가벼운 타격만으로도 제거가 가능하고, NATM터널, TBM터널의 시공시 굴진에 따른 굴삭, 제거작업이 용이할 뿐만 아니라 굴삭 부산물들이 환경적으로 해롭지 않은 장점들이 있다.

대나무는 수중이나 시멘트, 콘크리트 내부에서 장시간동안 부식되지 않는 성질을 나타낸다. 이러한 특성 때문에, 과거에는 철근콘크리트 구조물의 보강재로서 철근을 대체하여 사용했던 예도 구전되고 있으며, 연약지반 천층 안정처리용 대나무 매트공법은 건설교통부 신기술로 지정되어 현재 다수의 시공실적이 있다.

도 1, 도 2, 도 3은 대나무 시편의 인장강도시험 결과이다.

시험에 사용된 대나무는 우리나라의 경남,전남지방에서 자라나는 왕대속의 대나무로, 2～3년 생육한 길이 약 10m내외의 것을 사용하였다.

도 1, 도 2 및 도 3의 인장시험은, Steel Pipe 내부에 일반 범용 에폭시수지(Epoxy Resin)에 경화제(Hardner)를 1:1 비율로 혼합한 후 충진하여 에폭시 내부에 대나무 시편의 양 끝단을 고정한 후 10일간 양생하여 실시한 결과이며, 에폭시가 충진된 Steel Pipe의 길이는 20 cm 이다.

시험결과, 대나무의 인장강도는 2,000 ~2,928 kg/cm2 의 범위로 매우 크며, 이를 토대로 통대나무(최대직경 φ70m, 최소직경 φ29mm, 두께 3∼10mm)의 단면변화를 고려하여 대나무 전체를 5부분(최하부, 하부, 중앙, 상부, 최상부)으로 구분하여 각각에 대한 인장강도를 산정하여 본 결과, 최상부에서 약 5.4 tf, 최하부에서 약 41.5 tf의 값을 나타내었다. 이를 대나무 중앙부를 기준으로 환산하면 인장강도의 크기는 11.0 tf 정도로, 쏘일네일링 보강재로서 손색이 없는 인장강도이다.

본 발명에 따른 「지반 굴착면 및 사면 지지용 대나무 쏘일네일링공법」은 보강재로서 자연재료인 대나무를 이용하기 때문에, 자원의 효율적인 이용과 환경에 미치는 영향 등에 잇점이 있고, 기존의 철재에 비하여 매우 경량재료이기 때문에 시공성이 우수하여 인력 감소 및 공기 단축을 도모할 수 있고, 재료비가 매우 저렴하여 경제성을 도모할 수 있는 공법이다.

본 발명은 대나무 쏘일네일링의 두(頭)부 정착장치의 제조 과정과, 완성된 대나무 쏘일네일링을 천공구멍에 설치하고, 상기의 두(頭)부 정착장치에 지압판(bearing plate) 및 조임용 너트(Nut)를 이용하여 천공구멍의 입구에 고정시켜, 최종적으로 지반 굴착면 및 사면 지지용 지반 보강공법의 보강재로서 대나무를 이용하는 공법으로 이루어진다.

상기 발명이 이루고자 하는 기술적 과제의 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 설치형태(도 4), 두부 정착장치의 상세도면(도 5), 두부 정착장치의 구조 및 연결하는 방법을 보여주는 모습(도 6) 및 본 발명의 다양한 실시예(도 7)를 각각 나타내었다.

두(頭)부 정착장치는 대나무 쏘일네일링을 지반 굴착면 및 사면에 정착시키기 위한 장치로서, 에폭시수지(Epoxy Resin)를 경화제(HARDNER)와 혼합하여 충진시키기 위한 플라스틱 재질의 파이프(30)와, 파이프의 양 끝단의 고정판(40), 이동판(50) 및 고정판과 이동판을 연결하는 연결봉(80), 볼트용 강봉(60), 스페이서(250) 등으로 구성되며, 두부 정착장치에 연결되는 대나무의 형태에 따라 이동판의 형상을 도 5와 같이 구분하여 이용할 수 있는 것을 특징으로 한다.

대나무(90)는 우리나라의 경남, 전남지방에서 자라나는 왕대속의 대나무로, 2～3년 생육후 길이가 약 10m내외, 직경은 약 5cm 내외의 것을 보강재의 설계길이를 만족하도록 가공하여 사용하고, 보강재 삽입후 천공구멍에 그라우트(160)의 충진이 원활하도록 하여 대나무가 노출되어 부식되지 않도록 한다.

대나무의 형태는 현장 여건에 따라 통대나무를 사용하는 경우(도 4(a), 도 4(c))와, 통대나무의 인장력이 설계인장력에 미치지 못하는 경우에 대나무를 쪼개어 스트립(Strip) 형태로 가공하여 한 개 이상의 대나무를 사용할 수 있는 것(도 4(b))을 특징으로 한다.

에폭시수지(Epoxy Resin)(70)를 충진시킨 플라스틱 재질의 파이프(30)는 대나무(90)와 에폭시수지를 견고하게 부착시키기 위하여 에폭시수지가 충분히 경화될 수 있도록 경화제를 첨가하여 양생하여 고정시키며, 경화된 에폭시수지와 대나무의 접착력이 대나무 쏘일네일링에 작용하는 인장력을 지지하도록 하는 것을 특징으로 한다.

상기 두(頭)부 정착장치의 제조 과정은, 도 4(a) 및 도4(b)의 두부정착장치에서는 (a) 고정판(40)과 이동판(50)을 연결봉(80)으로 연결하는 과정, (b) 고정판과 이동판에 플라스틱 파이프(30)를 조립하는 과정, (c) 이동판(50)을 통해 대나무(90)를 플라스틱 파이프(30) 내부에 조립하는 과정, (d) 플라스틱 파이프 내부에 경화제와 혼합한 에폭시수지(70)를 충진하여 대나무(90)와 함께 경화시키는 과정으로 이루어진다. 또한, 도 4(c)의 두부정착장치 에서는 (a) 볼트용 강봉(60)과 스페이서(250)를 연결시키는 과정, (b) 스페이서(250)가 부착된 볼트용 강봉(60)을 대나무(90) 내부에 삽입하는 과정, (c) 볼트용 강봉(60)이 삽입된 대나무(90) 내부에 에폭시수지(70)를 충진시키는 과정 및 (d) 볼트용 강봉(60) 과 대나무(90) 선단에 에폭시수지(70)의 유출을 방지하기 위한 캡(260)을 덮어씌우는 과정으로 이루어진다.

일반적으로 지반 보강에 이용되는 보강재의 인장력은 두부 정착장치에서 가장 크고, 선단부로 갈수록 작아지므로, 두부 정착장치에 연결되는 부분은 대나무의 굵은 부분이 되도록 하며, 주입되는 에폭시수지의 길이는 6cm 이상으로 하고, 대나무 쏘일네일링의 선단부에서의 인장력 보다 큰 부착강도를 갖도록 조정하여 양생하여야 한다.

상기의 도 4(a) 및 도 4(b)의 형태의 두부정착장치 제조과정중 (c) 이동판(50)을 통해 대나무(90)를 플라스틱 파이프(30) 내부에 조립하는 과정은, 사용하는 대나무의 형태에 따라 통대나무인 경우에는 도 5(a)의 통대나무용 이동판을, 대나무스트립인 경우에는 도 5(b)의 대나무 스트립용 이동판을 이용한다. 그리고, 정착장치의 제조가 완료되면, 에폭시수지가 완전히 경화될 때까지 양생하여야 한다.

상기 두부 정착장치의 제조 및 이에 대나무 쏘일네일링을 연결하는 과정이 완료된 후, 완성된 대나무쏘일네일링을 천공구멍(270)에 설치하여 본 발명에 의한 대나무 보강공법을 완성하는 과정은, (a) 완성된 대나무 쏘일네일링을 천공구멍에 설치하고, (c) 천공 내부를 시멘트그라우트(160) 및 시멘트모르타르(150)로 주입하여 양생하고, (d) 상기의 두(頭)부 정착장치에 지압판(bearing plate)(100) 및 조임용 너트(Nut)(120)를 이용하여 천공구멍의 입구에 고정시키고, (e) 필요한 경우 굴착면이나 사면 표면에 숏크리트(130)를 타설하여 마감하는 과정으로서 최종적으로 지반 굴착면 및 사면 지지용 지반 보강공법의 보강재로서 대나무를 이용하는 공법이 완성된다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명은, 우리나라 남부지방에 분포하는 풍부한 자연재료인 대나무를 굴착지반, 자연사면 및 터널 막장면의 지반 보강공법의 보강재로 이용할 수 있다.

본 발명에 따른 대나무 보강공법은 보강재로서 기존의 철재(Steel), FRP 등을 대체하여 인장강도가 매우 큰 취성재료(Brittle material)인 대나무를 사용하므로, 자원의 효율적인 이용과 환경에 미치는 영향 등에 잇점이 있고, 기존의 재료에 비하여 매우 경량재료이기 때문에 시공성이 우수하여 인력 감소 및 공기 단축을 도모할 수 있고, 재료비가 매우 저렴하여 경제성을 도모할 수 있는 효과가 있다. 또한, 인접구조물 신축으로 인한 지반 굴착시 굴착장비의 가벼운 타격만으로도 제거가 가능하고, 터널 막장면 보강시 굴진이 용이하며, 친환경적인 장점이 있다.

Claims

대나무 보강재(90)와 에폭시수지의 견고한 부착을 위하여 에폭시수지(Epoxy Resin)와 경화제(HARDNER)를 혼합하여 충진시킨 플라스틱 재질의 파이프(30) 내부에 대나무(90) 보강재를 끼워 맞추어 양생할 수 있도록 하는 구조를 가지며, 고정판(40), 이동판(50) 및 고정판과 이동판을 연결하는 연결봉(80)에 플라스틱 재질의 파이프(30)를 결합하여 고정판에 볼트용 강봉(60)을 연결하므로써 경화된 에폭시수지와 대나무의 접착력이 대나무 보강재에 작용하는 인장력을 지지하도록 하는 것을 특징으로 하는 지반 굴착면 및 사면 지지용 대나무 쏘일네일링의 두(頭)부 정착장치.
제 1 항에 있어서,

상기 두(頭)부 정착장치의 통대나무의 인장력이 설계인장력에 미치지 못하는 경우에 대나무를 쪼개어 스트립(Strip) 형태로 가공하여 다수의 스트립 형태의 대나무(90)를 설치할 수 있도록 이동판의 형상을 구분하여 사용할 수 있는 것을 특징으로 하며, 고정판(40), 이동판(50) 및 고정판과 이동판을 연결하는 볼트용 강봉(60)에 플라스틱 재질의 파이프(30)를 결합하여 스트립 형태의 대나무(90)와 경화된 에폭시수지 사이의 접착력이 대나무 보강재에 작용하는 인장력을 지지하도록 하는 것을 특징으로 하는 지반 굴착면 및 사면 지지용 대나무 쏘일네일링의 두(頭)부 정착장치.
제 1 항에 있어서,

통대나무(90) 내부에 스페이서(250)를 부착한 볼트용 강봉(60)을 삽입하고, 에폭시수지(70)를 충진하여 고정시킨후 캡(260)을 씌운 형태의 대나무 쏘일네일링의 두부 정착장치.
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