KR100970766B1 - Process for reinforcing base and preventing wash-out of earth under the bridges - Google Patents
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Abstract
본 발명은 교량의 교각 주위의 토사의 세굴을 방지하고 내진을 위한 세굴방지 및 내진용 교량기초 보강구축공법에 관한 것으로서,The present invention relates to a method for preventing scouring of a surrounding soil around a pier bridge,
기 설치된 교량의 교각 주위의 토사가 세굴되었을 때에는 단계적으로 1차 성토층을 하상 또는 해저바닥 위로 퇴적시켜 조성하고, 다음 소정의 깊이까지 교각 주위로 하상 또는 해저바닥부 아래로 그라우팅을 실시하며, 다음 그라우팅으로 시멘트 몰탈주입으로 고결되면 상기 1차 성토층을 제거하는 제반단계로 이루어진다.When the soil around the pier of the bridge is scraped off, the primary embankment is layered on the bottom or bottom of the river in a stepwise manner, and grouting is performed around the bridge pier around the pier to the next predetermined depth. And the step of removing the primary filler layer when the cement mortar is solidified by grouting.
세굴, 교각, 내진 Scour, bridge, earthquake
Description
본 발명은 수중구조물인 교량의 세굴방지 및 내진용 기초보강공법에 관한 것이다. 보다 알기 쉽게 말하면 본 발명은 교량의 교각 하부의 토사 세굴을 방지하고 교량의 내진으로 인한 측방유동방지를 위한 내진용 기초조성 및 보강공법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
일반적으로, 각종 하천이나 해상교량은 첨부도면 도 1에서 볼 수 있는 바와 같이 홍수가 났을 때와 같이 격류(도 1의 F)가 크게 발생할수록 장기간에 걸쳐 교량의 교각(橋脚) 주위에 쌓여있던 토사가 파여 점차 토사가 세굴되어 유실됨으로써 교각지반에서의 지지력이 약하게 된다.Generally, as shown in FIG. 1, various rivers and marine bridges have a tendency to increase as the torrent (F in FIG. 1) occurs as in the case of a flood, The soil is gradually scraped off and the bearing capacity of the bridge pier is weakened.
이런 상태에서, 미약한 정도라도 지진이 날 경우 교각이 흔들리고, 교량이 붕괴되는 사고가 나기 쉽다.In this situation, even if the earthquake is weak, the bridge is likely to collapse if the bridge is shaken.
교량을 떠받치고 있는 교각의 하상에 이르는 수중 교각주위로는 통상 토사가 두껍게 쌓여 있는데, 이 토사는 교각을 지지하는 지지물로서도 매우 유용하다.Around the underwater pier to the bottom of the pier supporting the bridge is usually a thick layer of soil, which is very useful as a support to support the pier.
그러나, 위 교각 아래에 쌓여있는 토사는 홍수가 지거나 바닷물이 역류하거나 또는 조수간만이 심할 때에는 하상이나 해상의 흐르는 물(流水)에 의해 세굴되어 교각 밑의 지지토가 사라져버림으로써 하상 또는 해상의 기반을 불안정하게 하고 지진이 날 경우 그대로 붕괴되기 쉽다. However, when the soil is accumulated under the upper bridge, when the flood occurs, or when the seawater is backward or when the tide is heavy, the supporting soil under the bridge is scraped off by the flowing water of the river or sea, And it is easy to collapse when an earthquake occurs.
따라서 이를 방지하기 위하여 종래에는 교각 밑 토사세굴에 대해 단위블럭 틈서리에 골재가 끼워지도록 하여 하상의 안정을 도모하는 기술이 개시되어 있으나, 이는 단순하고도 임시적인 대책에 불과할 뿐 세굴을 근본적으로 막을 수 있는 방법이 되지 못한다. 또한 내진을 위하여 교량을 받치고 있는 교각주위를 보강하는 보강공법이 개시되어 있으나, 이는 별도의 대형 구조물을 교량 주위에 따로 설치하여 교량을 지지하는 것으로 되어 있을 뿐 대형구조물 주위에도 세굴이 일어나게 되고 대형구조물 구축에 따르는 작업성, 경제성에 있어 엄청난 부담이 됨에도 불구하고 내진 자체의 근본적인 해결책은 되지 못하였다.In order to prevent this, conventionally, there has been disclosed a technique for stabilizing the bed by sandwiching aggregate in the unit block cracks with respect to the bottom sandstone of the bridge pier. However, this is a simple and temporary measure, There is no way to do that. In addition, a reinforcement method for reinforcing the surrounding of piers supporting the bridge for earthquake has been disclosed. However, it is supposed that a separate large structure is separately installed around the bridge to support the bridge, Despite the enormous burden on the workability and economic efficiency of the construction, it was not a fundamental solution to earthquake itself.
따라서, 본 발명은 상술한 문제점을 해결하고, 근본적으로 교량의 세굴방지, 나아가 지진발생시의 교량지지보강을 위해 근본적인 해결책을 모색하기 위하여 우선 전술한 교각 밑 토사의 세굴을 방지하고, 나아가 내진용 기초를 조성하고 보강하는 것을 목적으로 한다.Therefore, in order to solve the above-mentioned problems and to fundamentally solve the scouring of bridges and further reinforce the support of bridges in the event of an earthquake, the present invention firstly prevents the scouring of the under- And to reinforce it.
본 발명은 교량의 교각 주위의 토사의 세굴을 방지하고 내진을 위한 세굴방지 및 내진용 교량기초 보강구축공법에 제공하기 위하여,The present invention relates to a method for preventing scouring of soil around a bridge pier and providing a method for preventing scour and earthquake-
기 설치된 교량의 교각 주위의 토사가 세굴되었을 때에는 단계적으로 1차 성토층을 하상 또는 해저바닥 위로 퇴적시켜 조성하고, 다음 소정의 깊이까지 교각 주위로 하상 또는 해저바닥부 아래로 그라우팅을 실시하도록 한 세굴방지 및 내진용 보강구축공법으로 되어있다.When the soil around the piers of the installed bridges is scarred, the first embankment layer is deposited on the bottom or bottom of the river bed in a stepwise manner, and grouting is performed around the pier around the bridge pier or below the bottom of the pier to the next predetermined depth. And reinforcement construction for the protection against earthquakes.
본 발명에 의하여 교각 아래 기초부위 주위의 퇴적된 토사의 세굴 및 유실이 방지된다. 또한 내진을 기본적으로 해결할 수 있으면서도 저렴한 비용으로 양호한 작업성과 단시간 작업으로 본 발명의 목적을 달성할 수 있는 효과가 있다. The present invention prevents scumming and loss of deposited gravel around the foundation below the pier. Also, it is possible to solve the seismic resistance fundamentally, and at the same time, the object of the present invention can be achieved with good workability and short time work at low cost.
본 발명을 보다 구체적으로 상세히 설명하기 위하여 첨부도면을 이용하여 설명하기로 한다.BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 교량 및 교각 아래 하상에서 교각아래 기초부 주위로 모래ㆍ자갈 등의 토사가 쌓여 있는 상태를 간략히 나타낸 설명도이다. 이 토사(도 1의 부호 ES)는 주로 모래, 자갈 등으로 이루어지고 홍수 등에 의해 급류가 발생할 경우 그 급류의 흐름과 교각 및 기초부 주위에서의 부딪침과 와류발생으로 땅속으로까지 세굴(洗堀)되어 유실(流失)되기 쉬운 부분이다. 유실된 상태로 되면 먼저 교각 하부가 외부로 노출되어 부식되기 쉽고, 더욱이 지진 등의 재해가 발생되면 측면진동을 막아줄 토사층이 부족하여 교각붕괴 또는 상판균열 및 붕괴를 가져오기 쉽게 된다.FIG. 1 is an explanatory view briefly showing a state in which gravel and gravel are piled up around a foundation below a bridge and a pier under the pier. This soil (ES in Fig. 1) is mainly composed of sand and gravel, and when a torrent occurs due to floods, etc., it flows into the ground by the occurrence of collisions and vortices around the bridge, And is liable to be lost. When the ship is lost, the lower part of the pier is exposed to the outside and it is easy to corrode. Moreover, if there is a disaster such as an earthquake, it will be easy to bring down the bridge collapse or crack and collapse of the bridge.
도 2는 상술한 바의 세굴을 방지하기 위한 제반 교각 보강구조를 간단히 도시한 것이다. 이는 전술한 도 1에서의 토사의 세굴 전의 토사 퇴적형태를 고려하고, 아울러 내진용 구조를 고려하여 구축한다. 즉, 도 2의 구조물의 구조는 홍수 또는 조수간만의 차이 등으로 인한 심한 파랑이나 격류 발생이 주로 수면부근이 가장 심한 점을 고려하여 토사유실부분을 콘크리트 구조물로 채워 보강하는 것이다.FIG. 2 is a schematic view showing a bridge pillar reinforcement structure for preventing scouring as described above. This consideration is taken into consideration in the above-mentioned soil deposition form before scouring of the soil as shown in FIG. 1, and is constructed in consideration of the structure for dust proofing. In other words, the structure of the structure of FIG. 2 is reinforced by filling the sandy loamy part with the concrete structure in consideration of the occurrence of severe waves or turbulence mainly due to the difference of the flood or tide.
파랑현상이든 홍수에 의한 격류운동이든 이들이 갖는 파동은 수평방향으로 크고, 수직방향으로는 점차 감쇄된다. 즉 수직방향으로 감쇄효과가 작용한다. 아울러, 지진에 의한 진동도 일반적으로 토사의 지지를 받고 있는 하상(해상) 부근에서 측방유동을 일으킬 정도로 가장 크고 하상 아래로 내려갈수록 작아짐으로 이 점을 고려하여 교각의 하상(해상) 아래지반에 도 2(A)(B)에 도시된 구조형태로 보강축조 한다. 여기에서 도 2(B)의 경우에는 수직방향으로 단계별 그라우팅을 실시하여서 이루어진 보강구조를 나타낸다.Whether it is a blue phenomenon or a torrential current, the waves are large in the horizontal direction and gradually attenuated in the vertical direction. That is, the damping effect acts in the vertical direction. In addition, vibration due to earthquakes is generally the largest to cause lateral flow near the bottom of the bed supported by the soil, and it becomes smaller as it goes down below the bed. 2 (A) and (B). Here, FIG. 2 (B) shows a reinforcing structure formed by performing grouting stepwise in the vertical direction.
도 3(A)는 도 2의 형태에 대응하여 축자척, 단계적으로 시멘트 구조물을 새로이 축조하는 것을 나타낸 것이다. 즉, 교각(2) 주위로 하상 아래지반에 하향하여 위로 갈수록 넓고 아래로 갈수록 좁게 시멘트구조물을 설치하거나 시멘트 그라우트로 구조물을 축조하는 것을 나타낸다. 단, 도 2는 보강구조물. 도 3은 신규의 새로이 축조한 구조물을 나타내는 점에서 도 2와 도 3에 차이가 있다.Fig. 3 (A) shows the construction of a new cement structure step by step and stepwise in correspondence with the embodiment of Fig. That is, it is shown that the cement structure is formed narrowly downward and downwardly toward the bottom of the pier around the bridge pier (2), and the structure is constructed of cement grout. 2 shows a reinforcing structure. Fig. 3 differs from Fig. 2 and Fig. 3 in that it shows a new newly constructed structure.
도 3(B)는 신규 교량건설시 처음부터 위와 같은 형상으로 시멘트 그라우팅된 교각을 축조하는 것을 나타낸다.Fig. 3 (B) shows the construction of a cement-grouted bridge bridge from the beginning when constructing a new bridge.
상기 도 2 및 도 3에서 나타나 있는 바와 같이 전술한 바의 세굴을 방지하기 위해 교각아래의 기초부는 좌착부를 제외한 기초부의 형상, 즉 교량의 하부 하상 또는 해저 아래의 교각기초부의 형상을 최초 구축시부터 세굴대상 토사층에 해당되는 형상과 넓이를 고려하여 상부가 넓고 하부로 갈수록 좁은 새 날개형으로 형성하여 경사면을 갖도록 기초부를 구축하는 것으로 되어 있다. 이는 구조물 상부의 날개형이 갖는 날개부의 길이(ℓ)와 경사각(α)은 유속(流速)과 관련 있다. 연구한 바에 의하면 날개부의 길이(ℓ)는 기초 하단부 길이에 비해 약 1.5~5배가 선호되고, 가급적 2~3배가 바람직하다. 즉, 상기 경사면의 경사각(α)은 홍수 등의 발생으로 흐르는 물의 유속이 클수록 커지고, 유속이 작을수록 경사각도가 작아지는데, 통상 25°~60°, 특히 그중에서도 30°~45°가 선호된다. 특히 세굴 방지에 효과적 인 각도(α1)는, 장기간 시험확인결과 45°이하로서, 토사의 내부마찰각(φ)과 관련이 있음을 알게 되었다.As shown in FIGS. 2 and 3, in order to prevent the above-mentioned scouring, the base portion under the bridge pier may have a shape other than the left-hand portion, that is, Considering the shape and width of the soil layer to be scoured, it is formed into a new wing shape having a wide upper part and narrower toward the lower part to construct a foundation part having an inclined surface. This means that the length (l) and the tilt angle (?) Of the wing portion of the wing top on the structure are related to the flow velocity. According to the research, the length (ℓ) of the wing portion is preferably about 1.5 to 5 times the length of the base lower end portion, preferably 2 to 3 times. That is, the inclination angle? Of the inclined surface increases as the flow velocity of water flowing due to the occurrence of flood or the like increases and the inclination angle becomes smaller as the flow velocity becomes smaller, and is usually 25 ° to 60 °, and more preferably 30 ° to 45 °. In particular, it was found that the angle (α 1 ) effective to prevent scouring was 45 ° or less as a result of the long-term test, and was related to the internal friction angle (φ) of the soil.
여기에서 φ는 토사의 내부마찰각으로서 토사를 쌓아올려놓고 물속에 넣었을 때 토사가 저절로 아래로 내려가 경사를 이룰 때의 각도를 말하는데, 상기 세굴방지용 각도(α1)은 통상 30° 내외가 대체적으로 양호하였다.Here, φ is the angle of internal friction of the gypsum when the gypsum is piled up and put into the water, and when the gypsum falls down by itself and forms a slope, the angle of slope (α 1 ) is generally about 30 ° Respectively.
상술한 도 2 및 도 3에서와 같이 설치된 교량을 보수 또는 보강하든, 새로이 설치하든 하상 또는 해저바닥에서 넓고 아래로 내려갈수록 단계적으로 경사져 좁아지도록 하는 교량 기초구조물을 구축한다. 또한 도 3의 경우 단계별 그라우팅으로 돌출되어 있는 P부분의 형성으로 수평방향, 수직방향으로의 진동을 감쇄시키는 기능을 갖게 한다.As shown in FIGS. 2 and 3, a bridge foundation structure is constructed to repair or reinforce installed bridges, or to narrow the bridges or the bottom floor step by step, downward and downward. In addition, in the case of FIG. 3, the P portion protruding by the grouting stepwise has a function of attenuating vibrations in the horizontal direction and the vertical direction.
그러나, 도 2, 도 3의 경우에는 세굴방지용 구조물로는 적합하고 약한 지진에는 견딜 수 있으나 진도 5이상의 강한 지진시의 내진용 구조물로는 충분하지 않다. 여기에서 강한 지진이라 하는 것은 이 강진으로 인해 교각의 표면균열은 물론 교량 철구조물 연결부 파손이나 상판 균열 등이 일어날 정도의 강한 지진을 말하는 것으로, 이러한 경우에는 인명사고의 위험이 크므로 근본적인 내진설계를 하여야 한다.However, in the case of Figs. 2 and 3, it is suitable as an anti-scavenging structure and can withstand a weak earthquake, but it is not sufficient as an anti-seismic structure for a strong earthquake of 5 or more. Here, a strong earthquake refers to a strong earthquake such as a surface crack of a bridge pier due to the earthquake, breakage of a connection portion of a bridge steel structure, cracks in a roof, etc. In such a case, shall.
도 4는 상술한 강진에 대비하여 교량에 있어, 교량을 처음부터 세굴방지 및 내진용으로 견고히 설치하기 위하여 모래자갈의 세굴, 즉 유실방지를 도모하고, 아울러 강진에 의한 교각의 측방유동, 진동을 방지하기 위하여 하상(해상)에서 지하 암반에 이르기까지의 지반을 강관 등의 강재파일링과 그라우팅으로 축조한 때의 개략단면도를 나타낸 것이다.Fig. 4 is a view for explaining a method for preventing the scouring of the sand gravel, that is, the loss of the gravel, in order to securely install the bridge from the beginning in order to prevent the scraping and the dusting, In order to prevent the above-mentioned problems, the ground from the river (sea) to the underground rock is constructed by steel piling and grouting.
도 4에서 볼 수 있는 바와 같이, 교량(3)의 교각(2)의 하단부에 교각 기초대(A)가 좌착되고, 이 교각기초부(1) 및 교각(2) 주위로 세굴되어 토사가 유실되는 부분이 일실시예로서 실선 S로 나타나 있다. 또한, 토사유실이 최대로 되었을 때를 점선(Smax)으로 나타내었다. 홍수 등으로 토사가 S형 실선부분과 같이 유실되었을 때에는 이 유실부분(S)을 토사로 메우고 하상의 일정높이부분(Sa)을 토사 적치하여 쌓아 성토한 다음, 하상 바닥으로부터 아래로 암반을 향해 하상바닥 아래의 지하층을 굴착하고 교각기초대 주위로 다수의 수직 강관파일을 박고 그라우팅하여 교각기초대와 교각을 보강하게 되는 것이다.4, the pier foundation base A is seated on the lower end of the
상기 그라우팅은 상기 교각아래 기초부 주위로 틈이 없도록 중복실시하여 교각 및 기초부의 부식발생을 방지한다. 또한 그라우팅 깊이의 기준이 되는 세굴심도(Hmax)는 최대홍수수위(Hw)의 0.7~1.0배로 산정하여 그라우팅을 실시한다.The grouting is performed in such a manner that there is no gap around the base portion of the bridge pier so as to prevent corrosion of the bridge pier and the foundation portion. In addition, the degree of scour depth (H max ), which is the standard of the grouting depth, is calculated to be 0.7 to 1.0 times the maximum flood water level (Hw), and grouting is performed.
여기에서 0.7배 미만으로 할 경우 세굴방지가 충분하지 않고 1.0배 이상은 세굴 발생되지 않기 때문이다. If it is less than 0.7 times, the scour prevention is not enough and the scouring is not generated more than 1.0 times.
이 경우, 상술한 바와 같이 단계적으로 1차 성토층(Sa)을 하상 또는 해저바닥위로 퇴적시켜 조성하고, 다음 소정의 깊이까지 하상(해저바닥)으로부터 그라우 팅을 실시하고, 이렇게 하여 그라우팅으로 시멘트 몰탈주입되어 고결되면, 마지막으로 상기 1차 성토층(Sa)을 제거한다.In this case, as described above, the primary embankment layer Sa is deposited on the bottom of the bed or the bottom of the sea in a stepwise manner, and then routed from the bed (bottom floor) to the next predetermined depth. When the mortar is injected and solidified, finally the primary filler layer Sa is removed.
도 5는 본 발명의 또다른 일실시예로서의 교량보강부분을 알기 쉽게 나타낸 것으로, 여기에서 활 모양의 실선을 세굴심도, 굵은 점선부분은 최대 세굴심도를 나타낸다. 또한 가는 점선은 상술한 1차 성토부위를 나타낸다.FIG. 5 shows a bridge reinforcing part in another embodiment of the present invention in an easy-to-understand manner. Here, the bow-shaped solid line indicates the degree of scouring, and the thick dotted line indicates the maximum degree of scouring. The fine dotted line indicates the above-mentioned primary fillet region.
도 6은 도 5의 구조물을 A-A선으로 잘라본 횡단면을 나타낸 것이다. 도 6에서 빗금친 부분은 지반 개량된 부위를 나타낸다.6 is a cross-sectional view of the structure of FIG. 5 taken along line A-A. In Fig. 6, the shaded area represents the ground improved area.
도 5 및 도 6에서 나타나 있는 바와 같이, 교량의 기초부 보강 또는 신규구축을 위한 굴착, 파일링, 그라우팅 등의 제반작업을 통한 최선의 세굴방지 및 내진용 교량 기초 구조물이 완성됨으로써 기능상 완벽에 가까운 그리고 작업성과 경제성을 가진 교량구조물을 얻을 수 있다.As shown in FIG. 5 and FIG. 6, it is possible to achieve the best scour prevention and anti-vibration bridging structure through various works such as excavation, filing and grouting for reinforcement of foundation of bridge or new construction, A bridge structure having workability and economy can be obtained.
도 1은 교각 아래 하상에서 교각 아래 기초부 주위로 모래·자갈 등의 토사가 쌓여있고 세굴 대상지반이 되는 것을 나타내기 위한 교량의 하상주변 토사층 상태도 Fig. 1 is a view showing the state of the soil layer around the lower part of the bridge to show that sand and gravel are piled up around the foundation below the pier at the pier below the pier,
도 2는 세굴을 방지하기 위한 제반 교량 기초부의 보강구조물을 나타내는 것으로 도 2(A)는 본 발명상의 교각·기초부 보강구조물의 형상을, 도 2(B)는 단계적으로 그라우트 보강된 본 발명 교각·기초부의 보강구조물 형상을 각각 나타낸다.2 (A) shows the shape of the pier-and-foundation reinforcement structure of the present invention, Fig. 2 (B) shows the shape of the pier- - Shapes of reinforcement structure of foundation.
도 3(A)는 도 2(A)의 형상에 대응되어, 도 3(B)는 도 2(B)의 형상에 대응되어 각각 신규의 축조된 구조물 형상을 각각 나타내며, 도 3(B)는 단계적으로 그라우트 축조된 구조물 형상을 나타낸다.Fig. 3 (A) corresponds to the shape of Fig. 2 (A), Fig. 3 (B) shows the shape of the newly constructed structure corresponding to the shape of Fig. 2 (B) And shows the shape of the grout-structured structure stepwise.
도 4는 세굴방지 및 내진용으로 하상아래의 교각·기초부위를 강관 파일링과 그라우팅으로 축조하였을 때의 상태를 설명하기 위한 상태도이다.4 is a state view for explaining a state in which a bridge pier and foundation part under a river bed are constructed by steel pipe piling and grouting for prevention of scouring and dustproofing.
도 5는 세굴방지 및 내진용으로 하상아래의 교각·기초부위를 단계적인 그라우팅으로 축조하였을 때를 설명하기 위한 상태도이다.Fig. 5 is a state diagram for explaining a case where a bridge pier and foundation part under a river bed are constructed by stepping grouting for prevention of scouring and corrosion.
도 6은 도 5의 구조물을 A-A선 단면으로 나타낸 횡단면도이다.6 is a cross-sectional view of the structure of Fig. 5 taken along line A-A.
<주요부호><Main Codes>
1. 교량의 기초부1. Bridge foundation
2. 교각2. Pier
3. 교량3. Bridge
ES. 하상에서 교각주위로 퇴적된 토사층ES. Soil layers deposited around piers in bed
F. 격류F. Torrent
Wt. 수면Wt. Sleep
Wb. 하상Wb. river bed
P. 돌출부(그라우팅 실시부 중 가장자리부)P. The projecting portion (the edge portion of the grouting portion)
S. 토사유실부분S. Soso's fraction
Sa. 토사메움부분(성토층)Sa. Tosem part (buried layer)
Smax. 토사최대유실부분S max . Maximum soil loss area
Hw. 최대홍수수위Hw. Maximum flood level
Hmax. 세굴심도H max . Scour
G1 ~ G3. 그라우팅 실시개소 G 1 ~ G 3 . Grouting site
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