KR100940276B1

KR100940276B1 - 가압 확공식 앵커링 공법

Info

Publication number: KR100940276B1
Application number: KR1020070089459A
Authority: KR
Inventors: 김용기; 김성규; 김웅규; 김낙경
Original assignee: 김용기; 김성규
Priority date: 2007-09-04
Filing date: 2007-09-04
Publication date: 2010-02-05
Also published as: KR20090024434A

Abstract

본 발명은 지하굴착에 따른 지반토압에 의해 토류벽이 무너지는 것을 방지하거나 연약지반의 보강을 위한 앵커링 공법에 관한 것으로서,

섬유포에 의해 고무튜브의 팽창부피가 제한되도록 구성된 제한 팽창 패커 및 상기 제한 팽창 패커를 기존의 자켓 앵커에 접목시켜, 내하체를 감싸는 자켓팩 내부와 외부에서의 가압 그라우팅을 병행하여 그라우트재와 지반 사이의 마찰력을 극대화시키는 가압 확공식 앵커링 공법 및 지하수위가 높거나 피압대수층이 존재하는 지하 굴착지반의 천공홀을 상기 제한 팽창 패커로 지수 시공하는 앵커링 공법을 제공한다.

앵커링, 자켓팩, 고무패커, 그라우팅

Description

가압 확공식 앵커링 공법{Anchoring method using pressing and reaming}

본 발명은 지하굴착에 따른 지반토압에 의해 토류벽이 무너지는 것을 방지하거나 연약지반의 보강을 위한 앵커링 공법에 관한 것으로, 고무튜브의 팽창 정도가 제한되도록 구성된 제한 팽창 패커와 상기 제한 팽창 패커를 이용한 가압식 그라우팅과 기존의 자켓 앵커공법을 결부시켜 그라우트재와 지반 사이의 마찰력을 극대화시킨 가압 확공식 앵커링 공법과 지하수위가 높거나 피압대수층이 존재하는 지하 굴착지반의 천공홀을 상기 제한 팽창 패커로 지수 시공하는 앵커링 공법에 관한 것이다.

지중에 앵커를 설치하는 공법은 토목이나 건축 구조물을 지반에 정착시키기 위하여 이용되는데, 이는 고강도의 강재에 높은 인장력을 도입하여 구속력 또는 선행하중을 가하기 위한 효과적인 공법으로서, 가설 토류벽의 지보공, 영구앵커 토류 벽, 송전탑 기초, 댐의 보강, 지하 구조물의 부력 앵커, 사면 보강 등에 주로 이용되고 있으며, 경제성과 더불어 큰 인발저항력 및 탁월한 시공성으로 인하여 국내외적으로 공사현장에서 활발히 적용되고 있다.

이러한 공법에 사용되는 앵커의 종류에는 영구식 앵커와 제거식 앵커가 있으며, 영구식 앵커는 토목공사에 주로 사용되는 앵커로서 공사 후에도 설치된 강연선을 제거하지 않고 지중에 잔류시키는 것이고, 제거식 앵커는 도심지내에서의 공사 또는 인접한 구조물에 영향을 줄 염려가 있는 경우에 주로 사용되는 앵커로서 공사 후 앵커내에 설치되는 강연선을 제거할 수 있도록 제작하여 공사가 끝난 후에 강연선을 인발, 제거하고 고형화된 그라우트재만 잔류시키는 것이다. 상기 잔류된 그라우트재는 환경친화적 재료로 이루어져 있어 강연선이 제거된 후에는 지반내에서 분해, 흡수될 수 있도록 할 수 있다.

앵커는 지반과 구조물간에 외력에 대해 안정적인 인장력을 발휘할 수 있도록 지반에 장착되어야 한다. 그러나 연약지반이나 공극이 큰 매립층, 모래 자갈층, 전석층, 지하수의 흐름이 있는 지층에서는 정착장의 그라우팅을 위해 주입되는 그라우트재의 유실 등으로 인해 정착력이 제대로 발휘되지 않아 종래의 앵커 시공방법으로는 시공이 불가하거나 어려운 문제점이 있었다.

즉, 종래기술에 의한 앵커링 공법에 의하면 천공홀의 일부분이 부분적으로 붕괴될 경우 그라우트재가 천공홀의 하부까지 주입되지 못하고 상부의 천공홀에만 채워져서 고착이 요구되는 정착장에는 거의 채워지지 않게 되거나, 공극이 큰 매립층 및 자갈 전석층의 경우 그라우트재가 바로 지층속으로 유실되어 정착장 전부분에 대해 균일하고 일정한 형태로 주입되지 않아서 정착장 중 일부분에 대한 국부적인 지지력만 가진 상태로 시공된다. 따라서, 이러한 장착장의 취약부분은 설치 후 구축물의 인장력을 견디지 못하여 국부적인 파괴가 시작되고 시간이 경과함에 따라 진행성 파괴로 진전하여 시공 완료 후 앵커의 정착력에 문제가 발생되거나 붕괴사고로 이어지는 문제점이 있었다.

이와 같은 문제점 때문에, 앵커체의 인장력을 높이고 앵커체를 설치하는데 소요되는 그라우트재의 주입량을 줄이기 위한 방법으로 도 1에 도시된 바와 같은 자켓 앵커를 이용한 종래의 확공식 앵커링 공법이 개발되었다. 도시된 바와 같이 상기 자켓 앵커는 내하체를 싸고 있는 자켓팩에 주입된 그라우트재를 통해 인장력을 발휘하는 인장형 앵커로서, 토사지반에서 그라우트재의 유실을 최소화하고 자켓팩을 통해 종래의 앵커보다 큰 정착력을 발휘할 수 있다. 다시 말하면 자켓 앵커에서는 그라우트재에 의해 팽창된 자켓팩이 정착장 역할을 하여 지반과의 정착력을 발휘하기 때문에 정착력 확보에 유리하며, 그라우트재의 인장균열 발생을 최소화할 수 있고, 공극이 큰 지반에서의 그라우트재 유실을 최소화하므로 일반 앵커에 비해 안정적이고 경제적인 시공이 가능하게 되는 것이다.

그러나 이러한 자켓 앵커는 자켓팩을 팽창시키는 역할만을 할 뿐 1차로 주입된 그라우트재에 압력을 가하여 지반 공극으로 침투시키는 역할은 하지 못한다. 따라서 그라우트재와 지반사이의 부착력이 크게 증대되지 못한다.

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본 발명은 위와 같은 자켓 앵커를 이용한 종래의 확공식 앵커링 공법을 더욱 개선하여 연약지반이나 매립토 등 일반적인 토사지반에 더욱 큰 정착력을 발휘할 수 있는 앵커링 공법을 제공함을 그 목적으로 한다.

1. 자켓 앵커를 이용한 확공식 앵커링 공법에 가압 그라우팅 공법을 유기적으로 접목시킨다.

2. 가압 그라우팅을 위한 고무패커가 과도하게 팽창하여 지반내 암석 등에 의해 찢어지거나 연약한 지반에 형성된 천공홀을 부분적으로 붕괴시키는 현상을 방지하기 위해 가압 그라우팅 시에는 팽창되는 부피를 제한할 수 있는 수단을 구비한 제한 팽창 패커를 적용한다.

3. 상기 제한 팽창 패커는 고무튜브 둘레에 섬유포를 느슨하게 둘러감아 고무튜브의 팽창부피가 상기 섬유포에 의해 제한되도록 구성한다.

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1. 본 발명에 따른 제한 팽창 패커를 이용하면 고무튜브의 과도한 팽창에 따른 천공홀의 부분적 붕괴 및 고무튜브의 찢김을 방지할 수 있다.

2. 본 발명에 따른 가압 확공식 앵커링 공법에 따르면 자켓팩의 팽창에 의해 정착장이 확장됨은 물론 1차적으로 주입된 그라우트재를 지반 공극으로 침투되므로 그라우트재와 지반사이의 부착력이 크게 증대된다.

3. 제한 팽창 패커를 이용한 가압 그라우팅을 통해 그라우트재의 밀실한 충전이 이루어지므로 정착력이 증대되는 효과를 얻을 수 있다.

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1. 제한 팽창 패커

본 발명에 적용되는 제한 팽창 패커(100)는 전후단이 트여있는 원통형으로 형성된 고무튜브(110); 강연선(10), 내부 그라우팅호스(20a) 및 공기주입호스(30)가 관통하는 통공이 형성되어 있고, 상기 고무튜브(110)의 전후단에 각각 끼워지는 패킹부재(120); 상기 고무튜브(110)를 느슨하게 둘러감는 섬유포(130); 및 상기 섬유포(130)의 외측에서 상기 고무튜브(110)의 전단 및 후단을 각각 감아 조임으로써, 상기 고무튜브(110)와 섬유포(130)를 상기 패킹부재(120)에 밀착고정시키는 철밴드(140); 를 포함하여 구성된다.

도 2는 본 발명에 따른 제한 확장 패커를 도시한 것이고, 도 3은 제한 확장 패커가 팽창된 상태를 도시한 것이다.

상기 고무튜브(110)는 신축성이 우수한 고무재질로 형성된 것이며, 전후단이 트여 있는 원통형으로 구성되는 것이므로 실질적으로 고무관(管) 형태라 할 수 있다.

상기 패킹부재(120)는 상기 고무튜브(110)의 트여있는 전후단에 각각 끼워진다. 따라서, 상기 패킹부재(120)에 의해 고무튜브(110) 내에 폐공간(閉空間)이 형성되는 것이다. 다만, 상기 패킹부재(120)에는 다수개의 통공이 형성되어 강연선(10), 내부 그라우팅호스(20a) 및 공기주입호스(30)가 관통할 수 있어야 한다. 상기 통공은 관통되는 강연선(10), 내부 그라우팅호스(20a) 및 공기주입호스(30)의 수에 따라 필요한 개수만큼 형성시킬 수 있다.

상기 고무튜브(110)와 패킹부재(120)에 의해 형성된 폐공간에는 공기주입호스(30)에 의해 공기가 주입되어 상기 고무튜브(110)가 팽창된다. 그러나, 고무튜브(110)와 패킹부재(120) 이외에 다른 구성요소가 없다면, 상기 폐공간 내로 공기가 주입되더라도 고무튜브(110)가 팽창하지 않고 고무튜브(110)와 패킹부재(120) 사이로 공기가 빠져나갈 것이다. 따라서, 공기가 빠져나가는 것을 방지하기 위한 구성요소로서 철밴드(140)가 필요한 것이며, 철밴드(140)는 고무튜브(110) 전후단을 둘러감아 조임으로서, 고무튜브(110)와 패킹부재(120)를 밀착고정시키는 역할을 한다.

다만, 본 발명이 목적하는 바와 같이 고무튜브(110)의 과도한 팽창을 억제하기 위한 구성요소로서 상기 고무튜브(110) 둘레에 느슨하게 둘러 감기는 섬유포(130)가 필요한 것이며, 상기 철밴드(140)는 상기 섬유포(130)도 함께 조여 고정시킬 수 있도록 끼워져, 상기 고무튜브(110)가 팽창할 때, 상기 섬유포(130)도 일정 부피까지는 함께 팽창하다가, 섬유포(130)가 팽팽하게 된 이후에는 고무튜브(110)의 팽창이 억제되도록 구성된 것이다.

2. 가압 확공식 앵커링 공법
본 발명은 상기 제한 팽창 패커(100); 상기 제한 팽창 패커(100) 전방에 배치되는 내하체(40); 상기 제한 팽창 패커(100)를 관통한 채로 상기 내하체(40)와 결합하는 강연선(10); 상기 내하체(40)를 느슨하게 감싼 상태로 봉합되는 자켓팩(50); 상기 제한 팽창 패커(100)의 고무튜브(110) 내부로 연결되는 공기주입호스(30); 상기 제한 팽창 패커(100)를 관통하여 상기 자켓팩(50) 내부로 연결되는 내부 그라우팅호스(20a); 및 상기 제한 팽창 패커(100) 외측을 통과하여 상기 자켓팩(50) 외부로 연결되는 외부 그라우팅호스(20b)를 포함하여 구성되는 앵커체(200)를 이용한 앵커링 공법으로서, 지반(1)을 천공하여 천공홀(2)을 형성시키는 제1단계; 상기 앵커체(200)를 상기 천공홀(2)에 삽입하는 제2단계; 상기 외부 그라우팅호스(20b)를 통한 그라우트재(3)의 주입으로 상기 천공홀(2) 내부를 그라우팅하는 제3단계; 상기 외부 그라우팅호스(20b)를 인발하는 제4단계; 상기 공기주입호스(30)를 통한 공기의 주입으로 상기 제한 팽창 패커(100)를 팽창시켜, 상기 제한 팽창 패커(100) 전후방의 그라우트재(3a, 3b)를 상호 단절시키는 제5단계; 상기 내부 그라우팅호스(20a)를 통한 그라우트재(3c)의 주입으로 상기 자켓팩(50)을 팽창시키는 제6단계; 및 상기 제한 팽창 패커(100)를 수축시킨 후 그라우트재(3a, 3b, 3c)를 고결시키는 제7단계; 로 이루어지는 것을 특징으로 하는 가압 확공식 앵커링 공법을 제공한다.

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도 5a 내지 도 5g는 본 발명에 따른 가압 확공식 앵커링 공법을 실시단계별로 도시한 것이다.

상기 제1단계는 지반(1)을 천공하여 천공홀(2)을 형성시키는 단계로서, 지반 천공작업은 케이싱(300)을 이용하여 할 수 있다. (도 5a 참조)

상기 제2단계는 상기 앵커체(200)를 상기 천공홀(2)에 삽입하는 단계이다. (도 5b 참조)

이 때 상기 앵커체(200)로는 도 4에 도시된 바와 같이 복수개의 내하체(40)가 간격을 두고 일렬배치되고, 상기 강연선(10)은 상기 복수개의 내하체(40) 각각에 인장력을 전달할 수 있도록 결합되며, 상기 자켓팩(50)은 상기 복수개의 내하체(40)를 모두 감싼 상태로 봉합된 것을 이용할 수 있다.

상기 자켓팩(50)은 섬유재질로 제작함이 바람직하다.

한편, 도 4는 상기 본 발명에 적용되는 앵커체(200)의 일 실시예를 도시한 것일 뿐이고, 상기 내하체(40)는 유턴(U-TURN)식 앵커, 인력제거식 앵커, 일반앵커, 영구앵커 등을 다양하게 적용할 수 있다.

상기 제3단계는 상기 외부 그라우팅호스(20b)를 통한 그라우트재(3)의 주입으로 상기 천공홀(2) 내부를 그라우팅하는 단계이다. (도 5c 참조)

본 단계의 시행에 의해 천공홀(2)은 그라우트재(3)가 1차적으로 충전된다.

상기 제4단계는 상기 외부 그라우팅호스(20b)를 인발하는 단계이다. (도 5d 참조)

상기 제1단계에서 케이싱(300)으로 지반을 천공한 경우에는 도시된 바와 같이 본 단계에서 상기 케이싱(300)을 상기 외부 그라우팅호스(20b)와 함께 인발한다.

상기 제5단계는 상기 공기주입호스(30)에 통한 공기의 주입으로 상기 제한 팽창 패커(100)를 팽창시켜, 상기 제한 팽창 패커(100) 전후방의 그라우트재(3a, 3b)를 상호 단절시키는 단계이다. (도 5e 참조)

상기 제한 팽창 패커(100)의 고무튜브(110)가 팽창하되, 섬유포(130)에 의해 팽창 부피가 제한된다는 점은 위에서 설명하였다.

상기 제6단계는 상기 내부 그라우팅호스(20a)를 통한 그라우트재(3c)의 주입으로 상기 자켓팩(50)을 팽창시키는 단계이다. (도 5f 참조)

본 단계에서 상기 자켓팩(50)에 그라우트재(3c)를 주입하여 팽창시키면 팽창되는 자켓팩(50)에 의해 천공홀이 확장되며 구근이 형성되고, 천공홀(2)에 이미 주입되어 상기 제한 팽창 패커(100)에 의해 외부와 단절된 그라우트재(3b)는 상기 자켓팩(50)의 팽창에 의한 압력을 받아 천공홀(2) 주변의 지반 공극으로 침투되므로, 그라우트재(3b)와 지반사이의 마찰저항이 증대된다.

상기 제7단계는 상기 제한 팽창 패커(100)를 수축시킨 후 그라우트재(3a, 3b, 3c)를 고결시키는 단계이다. (도 5g 참조)

이후 앵커 두부에서 긴장재인 강연선을 인장하게 되면 확장된 구근의 직경에 비례하여 마찰력이 증대되고, 확장된 구근에 선단지지력이 증대된다.

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도 1은 자켓 앵커를 이용한 종래의 확공식 앵커링 공법 적용예를 도시한 것이다.

도 2는 본 발명에 따른 제한 확장 패커를 도시한 것이다.

도 3은 제한 확장 패커가 팽창된 상태를 도시한 것이다.

도 4는 본 발명에 따른 가압 확공식 앵커링 공법에 적용되는 앵커체를 도시한 것이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 지반 2 : 천공홀

3, 3a, 3b, 3c : 그라우트재

10 : 강연선 20a : 내부 그라우팅호스
20b : 외부 그라우팅호스

30 : 공기주입호스 40 : 내하체

50 : 자켓팩

100 : 제한 확장 패커 110 : 고무튜브

120 : 패킹부재 130 : 섬유포

140 : 철밴드

200 : 앵커체 300 : 케이싱

Claims

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전후단이 트여있는 원통형으로 형성된 고무튜브(110); 강연선(10), 내부 그라우팅호스(20a) 및 공기주입호스(30)가 관통하는 통공이 형성되어 있고, 상기 고무튜브(110)의 전후단에 각각 끼워지는 패킹부재(120); 상기 고무튜브(110)를 느슨하게 둘러감는 섬유포(130); 및 상기 섬유포(130)의 외측에서 상기 고무튜브(110)의 전단 및 후단을 각각 감아 조임으로써, 상기 고무튜브(110)와 섬유포(130)를 상기 패킹부재(120)에 밀착고정시키는 철밴드(140); 를 포함하여 구성되는 제한 팽창 패커(100); 상기 제한 팽창 패커(100) 전방에 배치되는 내하체(40); 상기 제한 팽창 패커(100)를 관통한 채로 상기 내하체(40)와 결합하는 강연선(10); 상기 내하체(40)를 느슨하게 감싼 상태로 봉합되는 자켓팩(50); 상기 제한 팽창 패커(100)의 고무튜브(110) 내부로 연결되는 공기주입호스(30); 상기 제한 팽창 패커(100)를 관통하여 상기 자켓팩(50) 내부로 연결되는 내부 그라우팅호스(20a); 및 상기 제한 팽창 패커(100) 외측을 통과하여 상기 자켓팩(50) 외부로 연결되는 외부 그라우팅호스(20b)를 포함하여 구성되는 앵커체(200)를 이용한 앵커링 공법으로서,

지반(1)을 천공하여 천공홀(2)을 형성시키는 제1단계;

상기 앵커체(200)를 상기 천공홀(2)에 삽입하는 제2단계;

상기 외부 그라우팅호스(20b)를 통한 그라우트재(3)의 주입으로 상기 천공홀(2) 내부를 그라우팅하는 제3단계;

상기 외부 그라우팅호스(20b)를 인발하는 제4단계;

상기 공기주입호스(30)를 통한 공기의 주입으로 상기 제한 팽창 패커(100)를 팽창시켜, 상기 제한 팽창 패커(100) 전후방의 그라우트재(3a, 3b)를 상호 단절시키는 제5단계;

상기 내부 그라우팅호스(20a)를 통한 그라우트재(3c)의 주입으로 상기 자켓팩(50)을 팽창시키는 제6단계; 및

상기 제한 팽창 패커(100)를 수축시킨 후 그라우트재(3a, 3b, 3c)를 고결시키는 제7단계; 로 이루어지는 것을 특징으로 하는 가압 확공식 앵커링 공법.
제2항에서,

상기 내하체(40)는 복수개가 간격을 두고 일렬배치되고, 상기 강연선(10)은 상기 복수개의 내하체(40) 각각에 인장력을 전달할 수 있도록 결합되며, 상기 자켓팩(50)은 상기 복수개의 내하체(40)를 모두 감싼 상태로 봉합된 앵커체(200)를 이용하는 것을 특징으로 하는 가압 확공식 앵커링 공법.
제2항에서,

상기 제1단계는 케이싱(300)으로 지반을 천공하고,

상기 제4단계는 상기 케이싱(300)을 상기 외부 그라우팅호스(20b)와 함께 인발하는 것을 특징으로 하는 가압 확공식 앵커링 공법.
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