KR100842372B1 - 탑―다운 방식에 의한 프리텐션 쏘일네일 공법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 프리텐션 쏘일네일 공법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 비탈면을 탑-다운(Top-Down) 방식으로 수직 절취하고, 절취된 사면을 1차 쏘일 시멘트로 뿜어 붙인 다음, 소정의 간격 및 소정의 각도로 사면을 천공한 후, 천공된 홀에 격자판(grating plate)을 끼워 프리텐션 쏘일네일을 삽입하고 지압판을 밀착시켜, 뒷 채움 단계 없이, 쏘일 시멘트로 마감하는 탑-다운 방식의 프리텐션 쏘일네일 공법에 관한 것이다.

본 발명에 따른 프리텐션 쏘일네일 공법은 안정적인 굴착이 가능하고, 부지 활용이 우수하며, 굴착면적을 최소화할 수 있어 자연환경 훼손을 줄이 수 있는 효과뿐만 아니라, 프리텐션 쏘일네일을 상향식으로 천공하여 전면벽체의 안정성이 증대되며, 증대된 안정성을 통해 필요한 쏘일네일의 감소 및 설치 간격의 증대로 공사비가 절감된다. 또한, 설치가 용이하며, 인력 시공도 가능하여 공기를 단축시킬 수 있다.

쏘일네일, 프리텐션, 연직보강공법, 그라우팅, 비탈면

Description

탑―다운 방식에 의한 프리텐션 쏘일네일 공법 {Pretension Soil Nail Method of Top―Down}

도 1은 본 발명의 공법에 따른 프리텐션 쏘일네일이 장착된 구조를 개략적으로 도시한 것이다.

도 2는 본 발명의 공법에 따른 조립된 프리텐션 쏘일네일을 도시한 것이다.

도 3은 본 발명의 공법에 이용된 프리텐션 쏘일네일을 도시한 것이다.

도 4는 본 발명의 공법에 따른 격자판을 도시한 것으로, (a)는 격자판의 측면도이고, (b)는 격자판의 단면도를 도시한 것이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10: 정착콘 11: 네일

12: 간격재 13: 쉬스관

14: 격자판 15: 지압판

16: 고정 너트 17: 주입관

H: 천공홀 S: 격자살

U: 관통공 F: 프리텐션 쏘일네일

발명의 분야

본 발명은 프리텐션 쏘일네일공법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 비탈면을 탑-다운(Top-Down) 방식으로 수직 절취하고, 절취된 사면을 1차 쏘일 시멘트로 뿜어 붙인 다음, 소정의 간격 및 소정의 각도로 사면을 천공한 후, 천공된 홀에 격자판(grating plate)을 끼워 프리텐션 쏘일네일을 삽입하고 지압판을 밀착시켜, 뒷 채움 단계 없이, 쏘일 시멘트로 마감하는 탑-다운 방식의 프리텐션 쏘일네일 공법에 관한 것이다.

발명의 배경

일반적으로 폭우나 홍수 또는 지진과 같은 천재지변에 의하여 산비탈이나 언덕의 경사면이 심하게 훼손된 경우에는 훼손된 산비탈이나 언덕 부분을 일정량만큼 깍아내고 그 부분에 토사를 메워서 새로운 경사면을 형성시키게 되고, 산비탈이나 언덕 부분에 새로이 토지를 조성하거나 도로 및 철도 등을 새로이 개설할 경우에는 산비탈이나 언덕 부분을 깎아내어 조성면을 평지화시킨 다음 나머지 부분을 새로운 경사면으로 형성시키게 된다.

상기와 같이 토사를 깎아 내거나 메워서 새로운 지형으로 조성한 절취지역의 경사면을 나대지로 방치할 경우에는 폭우나 홍수 등과 같은 여러 가지 자연적인 원인으로 나대지 경사면의 토사가 쉽게 유실되어 빈번히 경사면의 복구작업을 수행하여야 할 뿐만 아니라, 심한 경우에는 나대지 경사면 자체가 붕괴되어 막대한 재산과 인명 피해를 유발시킬 위험성이 크기 때문에 절취지역의 나대지 경사면을 보강하여 사면을 안정화시킴으로서 경사면의 붕괴를 사전에 차단하여야 한다.

또한, 산업이 발달하면서 신도시의 건설이나 단지의 조성 등으로 급경사지의 개간이 불가피한 것이 현실이다. 이에, 토지의 이용 효율을 높이고 주거 단지의 안정성이나 쾌적성을 확보하는 것과 동시에 시공성, 경제정 및 환경보전성을 충족할 수 있는 사면안정 대책에 관련한 공법의 확립이 시급하다.

이를 위해서 최근에는 굴착지반의 안정성을 도모하면서 수목의 식재 등 녹화가 가능한 PEM(pre stressed earth method)옹벽 시공공법이 이용되고 있다. 상기 PEM옹벽 시공공법은 원지반으로부터 절취한 절취 사면에 소정간격마다 앵커 구멍을 수평하게 천공하고, 상기 천공된 앵커 구멍에 앵커 볼트를 긴장되게 관입하여 앵커 볼트를 매립시켜, 절취 사면의 바닥에 기초 블럭을 설치하고, 콘크리트 PC(prestressted concrete 이하, PC)블럭을 기초 블럭으로부터 쌓으면서 절취 사면 외부로 노출된 앵커 볼트의 자유 단부에 콘크리트 PC 블럭을 연결하여, 콘크리트 PC 블럭과 절취 사면 사이의 공간에 토사를 뒷채움하여 시공된다. 상기와 같이 상/하옹벽 시공이 완료된 후에 단차부에 식재 등을 통하여 미관 및 낙석 방지 효과가 있고, 앵커 볼트와 전면판으로 원지반에 수평압축력을 도입할 뿐만 아니라, 토질의 전단 강도를 증진시켜 토체가 수평토압에 저항할 수 있고, 단별로 공사가 이루어지 므로 안전하게 시공할 수 있다.

그러나, 상기와 같은 PEM 공법은 콘크리트 PC 블럭을 볼트를 이용하여 고정시키기 때문에, 시공시 시공위치 및 경사각이 정밀하지 않으면 PC 블럭 고정시 인접 PC 블럭간의 중복 문제가 발생되어 시공이 어렵고, PC 블럭들을 각 해당 앵커 볼트에 조립하여 시공하므로 시공 기간이 많이 소요된다는 문제점과 PC 블럭과 절취 사면 사이에 토사를 뒷채움하고 다지는 단계에서 다짐 압력에 의해 PC블럭의 조립 위치가 변형되거나 파손되는 문제점이 있다.

따라서, 종래 PEM 공법의 문제점을 극복하고, 시공이 용이하고 경제적으로 우수한 지반 보강 및 안정 공법이 절실하다.

이에 본 발명자들은 종래의 문제점을 해결하고자 예의 노력한 결과, 비탈면을 탑-다운(Top-Down) 방식으로 수직 절취하고, 절취된 사면을 1차 쏘일 시멘트로 뿜어 붙인 다음, 소정의 간격 및 소정의 각도로 사면을 천공한 후, 천공된 홀에 격자판(grating plate)를 끼워 프리텐션 쏘일네일을 삽입하고 지압판을 밀착시켜, 뒷 채움 단계를 없이, 쏘일 시멘트로 마감한 결과, 안정적으로 지반 강도를 증진시키면서, 경제적이고 신속한 시공이 가능함을 확인함으로써, 본 발명을 완성하게 되었다.

본 발명의 주된 목적은 경제적이면서, 안전하고 신속한 시공이 가능한 탑-다운 방식의 프리텐션 쏘일네일 공법을 제공하는데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 (a) 대상사면을 수직으로 절취하고, 절취된 사면을 1차 쏘일 시멘트를 뿜어 붙여 고정시키는 단계; (b) 상기 1차 쏘일 시멘트로 고정된 절취 사면에 프리텐션 쏘일네일을 삽입시킬 천공홀을 형성시키는 단계; (c) 프리텐션 쏘일네일을 조립한 다음, 상기 천공홀에 삽입하는 단계; (d) 상기 삽입된 프리텐션 쏘일네일의 주입관을 통하여 천공홀에 충진재를 충진하는 단계; (e) 상기 프리텐션 쏘일네일 상부에 격자판을 장착하고, 지압판을 설치하는 단계; 및 (f) 상기 충진재가 양생된 후, 상기 프리텐션 쏘일네일에 프리텐션을 가한 다음, 상기 프리텐션 쏘일네일을 고정 너트로 고정하고 2차 쏘일 시멘트를 뿜어 붙여 마감하는 단계를 포함하는 탑-다운 방식의 프리텐션 쏘일네일 공법을 제공한다.

본 발명에 있어서, 상기 (b) 단계의 소정의 각도는 수평면에 대하여 상향식인 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 프리텐션 쏘일네일은 쉬스관, 네일, 정착콘, 주입관 및 간격재로 구성되는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 격자판은 플라스틱 또는 스틸 그레이팅(steel grating)인 것을 특징으로 할 수 있고, 상기 격자판은 도포된 쏘일 시멘트의 흐름을 방지하기 위해 격자살의 상·하부가 사선으로 형성되어 있는 것을 특징으로 할 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명은 토지의 이용 효율을 높이고 주거 단지의 안정성이나 쾌적성을 확보하는 것과 동시에 시공성, 경제정 및 환경보전성을 충족할 수 있는 사면안정 대책에 관련한 공법에 관한 것으로, 탑-다운(top-down) 방식으로 절취된 지반을 PEM 공법을 이용하되, 프리텐션 쏘일네일을 사용하여 지반을 안정화시키고, PC 블럭 및 뒷 채움 단계를 제거하여 경제적이면서, 안전하고 신속한 시공이 가능하도록 한다.

도 1은 본 발명에 따른 프리텐션 쏘일네일이 장착된 구조를 개략적으로 도시한 것으로, 절취 사면이 자립할 수 있는 안정한 높이로 지반을 탑-다운 방식으로 굴착하고, 절취된 대상 사면은 쏘일 시멘트를 1차 도포하여, 절취된 사면의 붕괴 등으로부터 보호하며, 프리텐션 쏘일네일이 삽입될 천공홀을 소정의 각도로 천공한다. 이때, 천공홀 소정의 각도는, 수평면을 기준으로 상향인 것을 특징으로 하고 바람직하게는 5°~ 25°이다. 소정의 각도가 수평면을 기준으로 5°이하인 경우에는 상향식으로 천공함에 따라 천공되는 네일의 간격과 길이를 줄일 수 있는 효율이 감소되고, 수평면을 기준으로 25°이상으로 천공할 경우에는 충진재의 역류현상이 발생함에 따라, 수평면을 기준으로 5°~ 25°로 천공한다. 상기 탑-다운 방식의 굴착은 안정적으로 수직에 가깝게 절취가 가능하여 부지 활용이 우수하고, 굴착면적을 최소화할 수 있어 자연환경 훼손을 줄일 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 프리텐션 쏘일네일은 절취 사면이 본체 구조물로서 사용되는 경우가 많기 때문에 정확한 위치와 형상을 고려하여 절취한다. 천공작업은 천공기(boring machine)를 이용할 수 있다. 상기와 같이 소정의 각도로 천공된 홀은 프리텐션 쏘일네일을 조립하여 삽입한다.

도 2에 나타난 바와 같이, 상기 프리텐션 쏘일네일(F)은 정착콘(10), 네일(11), 간격재(12), 쉬스관(13) 및 주입관(17)으로 구성된다. 먼저, 네일(11)은 일반적인 고강도 철근 등과 같은 통상적인 보강재를 사용할 수 있고, 상기 네일(11) 말단부에는 정착콘(10)을 결합체결한다.

상기와 같이 네일(11)이 말단부에 결합체결된 정착콘(10)은 프리텐션 하중을 가해줄 경우, 네일(11)의 인발 저항력, 부착력 및 충진재에 압축력을 전달하여, 절취된 사면을 안정적으로 보강할 수 있다. 상기 정착콘(10) 상측의 네일(11)에는 일정 간격으로 끼움 결합되는 간격재(12)를 구비하여, 천공홀(H) 내에 네일(11)이 중앙에 위치할 수 있도록 네일(11)의 위치를 잡아준다.

상기 간격재(12)는 네일이 천공홀 중앙에 위치하지 않을 경우에, 보강재가 지반의 인장응력, 전단응력 및 휨 모멘트에 저항할 수 없게 되기 때문에, 네일(11)을 천공홀(H) 중앙에 위치시킬 수 있도록 간격재(12) 중앙에 네일(11)의 중앙부 외주면에 끼워져 천공홀(H)의 중앙에 위치시킨다. 간격재(12)는 네일(11)의 길이 간격에 따라 개수를 조정할 수 있다.

또한, 네일(11) 상부에는 PE 파형관인 쉬스관(13)을 끼움 결합하고, 상기 쉬스관(13)의 단부는 고무밴드로 테이핑되어 상기 쏘일네일(11)과 결착하여 그라우트 주입시 자유장을 형성한다. 쉬스관(13)은 네일(11)의 길이에 따라 쉬스관(13)의 길이를 조절할 수 있다.

도 3에 나타난 바와 같이, 상기와 같이 조립된 프리텐션 쏘일네일(F)은 주입관(17)과 같이 천공홀에 삽입되고, 상기 삽입된 주입관(17)에 충진재를 주입하여 천공 홀에 충진한다. 천공홀이 충진 완료되면, 충진재의 주입을 중단하고 주입관(17)을 폐쇄시킨다. 천공홀에 충진재의 충진이 완료되면, 상기 프리텐션 쏘일네일(F)은 네일(11) 격자판 중심부의 관통공(U)을 통하여 격자판(14)을 끼운 다음, 상기 격자판(14)이 끼워진 네일(11) 상부에 지압판(15)의 관통공을 통하여 끼워 장착한다.

도 4에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 격자판(14)은 사각형 형태로 2차 쏘일 시멘트가 도포될 때, 쏘일 시멘트의 흐름이 중력방향으로 쏠리는 현상을 방지하여 2차 쏘일 시멘트가 사면에 균일하게 뿜어 붙일 수 있도록 하기 위해, 격자판(14)의 상·하부 격자살(S)이 사선으로 형성되는 것을 특징으로 한다. 격자판 관통공(U)의 지름은 네일(11)의 지름에 따라 조절가능하고, 격자판(14)의 재질은 네일에 프리텐션을 가할 때 인발 저항력, 부착력 및 충진재에 압축력을 증강시키기 위해 고강도 플라스틱 또는 스틸 그레이팅(steel grating)인 것을 특징으로 한다.

또한, 지압판(15)은 일정한 크기의 평면적을 가지고 중앙부에 관통공이 뚫어지는 평판으로, 재질은 플라스틱, 스틸(steel) 등으로 할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

본 발명에 따른 프리텐션 쏘일네일(F) 상부에 격자판(14) 및 지압판(15)이 끼워진 후에는 상기 프리텐션 쏘일네일(F)에 프리텐션을 가한 다음, 상기 프리텐션 쏘일네일(F)을 고정너트(16)로 고정한 후, 2차 쏘일 시멘트를 뿜어 붙여 공사를 완 료한다. 상기 고정너트(16)는 지압판(15)을 관통한 쏘일네일(11)의 상부 자유단과 체결결합되어 절취면에 대하여 확실하게 압축력을 발휘되도록 설치하기 위하여, 고정너트(16)로 조인다.

전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 프리텐션 쏘일네일을 이용한 연직 보강공법의 작업공정은 먼저, 대상사면을 수직으로 절취하고, 절취된 사면을 1차 쏘일 시멘트를 사용하여 뿜어 붙여 절취 사면을 안정화시키고, 상기 1차 쏘일 시멘트가 뿜어 붙인 절취된 사면을 소정의 각도로 천공기 등과 같은 장비로 천공하여 일정한 직경의 천공홀(H)을 형성한 다음, 상기 천공홀(H)에 프리텐션 쏘일네일(F)을 조립하고 주입관(17)과 함께 천공홀에 삽입한다. 상기 프리텐션 쏘일네일(F)의 조립은 네일(11)의 말단부에 정착콘(10)을 장착한 다음, 일정간격으로 간격재(12)를 끼움결합하고, 네일(11) 상단부 외주면에 쉬스관(13)을 삽입한 후에 상기 쉬스관(13)의 단부를 테이핑하여 네일(11)에 고정시킨다. 상기와 같이 조립되어 삽입된 프리텐션 쏘일네일(F)의 주입관(17)을 통하여 천공 홀에 충진재로 그라우팅을 실시하고, 상기 프리텐션 쏘일네일(F) 상부에 격자판(14)의 관통공(U)을 통해 끼움장착하며, 격자판(14)이 장착된 상기 프리텐션 쏘일네일(F)의 상부에 지압판(15)을 끼움장착한다. 마지막으로, 충진재를 양생하고, 상기 프리텐션 쏘일네일(F)에 프리텐션을 가한 다음, 프리텐션 쏘일네일(F)을 고정너트(16)로 고정한 후, 2차 쏘일 시멘트를 뿜어 붙여 마감한다.

본 발명에 따른 공법은 쉬스관(13)을 네일(11) 두부에 설치하여 충진재 주입시 자유장을 형성할 수 있도록 하였으며, 충진재의 압축성을 향상시키기 위하여 프 리텐션 쏘일네일의 선단부에 고정너트(16)를 장착한 후 네일(11)에 프리텐션을 가함으로 네일과 원지반 사이의 주면 마찰력과 그라우트에 발생할 수 있는 인장 파괴에 대한 안정성을 크게 향상시킬 수 있도록 한다.

또한, 본 발명에 따른 공법은 네일 및 충진재에 의해서 지반 자체의 전단 강도를 증대시켜 공사 완료 후에 예상되는 지반의 변위를 최대한 억제시킨다. 특히, 절취 사면의 격자판 및 지압판은 PC 블록 옹벽 및 현장 타설 콘크리트벽체 등의 다른 공법에 비하여 저렴한 비용으로 시공이 가능하고 지진 등의 동적 하중에도 큰 변위가 없고 저항 능력을 충분히 발휘할 수 있을 뿐만 아니라, 상향식으로 천공하여 일반 네일에 비해 간격과 길이를 줄일 수 있고, 네일에 의하여 보강되는 영역의 지반이 일체의 옹벽으로서 작용하게 되며 경사지반에 대해서도 안정을 유지하고, 종래의 네일은 단순히 이형철근 등의 네일을 지중에 묻어 벽체의 변형시 저항하도록 설계되었으나, 프리텐션 쏘일네일은 네일을 지중에 정착시킨 후 벽체의 변형을 미리 억제하는 것이 가능하다.

이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시양태일뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것은 아니다. 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명은 경제적이면서, 안전하고 신속한 시공이 가능한 탑-다운 방식의 프리텐션 쏘일네일 공법을 제공하는데 효과가 있다. 본 발명에 따른 탑-다운 방식의 프리텐션 쏘일네일 공법은 비탈면을 탑-다운 방식으로 수직 절취하므로, 안정적으로 수직에 가깝게 절취가 가능하여 부지 활용이 우수하며, 철치면적을 최소화할 수 있어 자연환경 훼손을 줄이 수 있는 효과뿐만 아니라, 프리텐션 쏘일네일을 상향식으로 천공하여 전면벽체의 안정성 향상, 전면벽체의 변위억제 및 배후지반의 침하량 감소를 통한 안정성이 증대되며, 증대된 안정성을 통해 필요한 쏘일네일의 감소 및 설치 간격의 증대로 공사비가 절감된다. 또한, 설치가 용이하며, 인력 시공도 가능하여 공기를 단축시킬 수 있다.

Claims (5)

1. 다음 단계를 포함하는 탑-다운 방식의 프리텐션 쏘일네일 공법:

   (a) 대상사면을 탑-다운 방식으로 수직 절취하고, 절취된 사면을 1차 쏘일 시멘트를 뿜어 붙여 고정시키는 단계;

   (b) 상기 1차 쏘일 시멘트로 고정된 절취 사면에 프리텐션 쏘일네일을 삽입시킬 천공홀을 수평면에 대하여 상향으로 형성시키는 단계;

   (c) 프리텐션 쏘일네일을 조립한 다음, 상기 천공홀에 삽입하는 단계;

   (d) 상기 삽입된 프리텐션 쏘일네일의 주입관을 통하여 천공홀에 충진재를 충진하는 단계;

   (e) 상기 프리텐션 쏘일네일 상부에 격자살의 상·하부가 사선으로 형성된 격자판을 장착하고, 지압판을 설치하는 단계; 및

   (f) 상기 충진재가 양생된 후, 상기 프리텐션 쏘일네일에 프리텐션을 가한 다음, 상기 프리텐션 쏘일네일을 고정 너트로 고정하고 2차 쏘일 시멘트를 뿜어 붙여 마감하는 단계.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서, 상기 프리텐션 쏘일네일은 쉬스관, 네일, 정착콘, 주입관 및 간격재로 구성되는 것을 특징으로 하는 프리텐션 쏘일네일 공법.
4. 제1항에 있어서, 상기 격자판은 플라스틱 또는 스틸 그레이팅(steel grating)인 것을 특징으로 하는 프리텐션 쏘일네일 공법.
5. 삭제

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