KR100979492B1 - 3중 나선구조의 록볼트 겸 지중앵커 및 그를 이용한 지반의 지지력 보강공법 - Google Patents

Abstract

지반을 보강시키기 위하여 외면에 나사부가 형성되고, 일단부가 중앙이 절개되어 끼움홈이 형성된 고정용 볼트와, 상기 고정용 볼트의 끼움홈에 끼워지는 스파이럴형 지보재가 일체의 몸체로 형성되어 굴착공내에 삽입 정착되는 나선형의 록볼트 겸 지중앵커에 있어서, 일정 폭 및 두께로 길이방향으로 연장되는 평철과, 상기 평철의 양면 중앙부에 각각 길이방향을 따라 배치되면서 일정간격으로 상기 평철에 용착되는 일정 직경의 원형단면의 보강지지재들을 하나의 몸체로 형성하여, 몸체의 양단부에서 각각 반대방향으로 길이방향의 중심축선을 기준으로 30~60°의 각도로 트위스트 회전 성형되어지되, 상기 평철은 일정 직경의 회전반경을 갖는 나선형태의 주지지재로 성형되고, 상기 원형단면의 보강지지재들은 상기 나선형 주지지재의 비틀림 회전반경 내에 위치하면서 상기 나선형 주지지재의 양면에 대칭으로 일체로 용착되어 각각 이중 나선 형태로 성형되어진 나선형 보강지지재들을 형성하여 나선형 주지지재의 강도를 보강시키도록 한 것을 특징으로 한다.

지반, 지보력, 정착, 인발, 스파이럴, 록볼트, 보강, 강도, 평철, 이형철근, 용착, 이중 나선, 비틀림, 회전, 그라우트재, 주입

Description

3중 나선구조의 록볼트 겸 지중앵커 및 그를 이용한 지반의 지지력 보강공법 {Combined triple-spiral type underground anchor and rock bolt and method of reinfocing bearing power of ground using the same}

본 발명은 지반의 굴착공 내에 설치되는 록볼트나 지중앵커에 관한 것으로, 3중 나선구조의 형태로 지지강도를 극대화시켜 지보력을 증대시켜 줄 뿐만 아니라, 설치된 상태에서 우수한 정착능력을 발휘하고, 자체의 무게를 경량화시켜 시공상의 효율과 안전사고의 예방을 제고시키고, 제작비용을 절감시켜 경제성이 양호한 3중 나선구조의 록볼트 겸 지중앵커 및 그를 이용한 지반의 지지력 보강공법에 관한 것이다.

통상 지반이나 암반 지역에서 터널, 지하저장소, 흙막이, 사면 보호구조물 등을 구축할 때에 구조물의 안정화를 위하여 굴착공들을 천공하여 이 굴착공들 내부로 록볼트 또는 지중앵커를 삽입하고, 굴착공과 록볼트 사이의 공간부에 그라우트재를 주입하여 지반의 지지력을 보강시키도록 하고 있다.

이러한 록볼트를 이용하는 지반 보강공법은 암반을 발파하여 노출된 사면이 나 터널의 암반 굴착면에 천공기로서 요구 심도까지 굴착공을 천공하며, 그 굴착공에 록볼트를 삽입한 후 시멘트몰탈을 주입하거나 시멘트몰탈을 선 주입한 후 록볼트를 삽입하고, 굴착공으로부터 굴착면의 외부에 타설 경화된 숏크리트 또는 콘크리트를 관통하여 외부로 돌출된 록볼트의 끝단에 지압판을 끼우고 너트를 체결하는 방식으로 시공하여, 록볼트에 의한 단순 지보력으로 구조물을 안정화시켜서 암반이 붕괴되지 않도록 사고 예방을 하고 있다.

한편, 연약지반으로 이루어진 지역에 흙막이, 사면 보호구조물 등을 구축할 때에 구조물의 안정화를 위한 지보재로 지중앵커들이 사용되고 있다.

이러한 지중앵커를 이용하는 대표적인 공법인 소일 네일링 공법은 원지반을 굴착하여 노출된 지반 굴착면에 숏크리트를 타설하고, 원지반을 향하여 보링기로서 요구 심도까지 굴착공을 천공하며, 그 굴착공 내에 지중앵커를 삽입한 후 그라우트액을 주입하고, 굴착공으로부터 굴착면의 외부에 설치되는 보강구조물 또는 보강블록을 관통하여 외부로 돌출된 지중앵커의 끝단에 지압판을 끼우고, 지중앵커를 인장시킨 후 너트를 체결하는 방식으로 시공하여, 지중앵커에 의한 압축 지보력으로 구조물을 안정화시켜서 지반이 붕괴되는 사고를 예방하도록 하였다.

상기한 바와 같이, 지반에 구축되는 구조물의 지보용으로 사용되는 지중앵커는 압축 지보력을, 암반에 구축되는 구조물의 지보용으로 사용되는 록볼트는 단순 지보력을 갖도록 설치 시공되는 점에서 엄격히 구분하고 있으나, 최근에는 지반에 구축되는 구조물의 지보용으로 사용하면서 암반에 구축되는 구조물의 지보용으로 사용할 수 있게 한 록볼트 겸 지중앵커가 제공되고 있다.

록볼트 겸 지중앵커와 관련된 종래기술의 록볼트(B) 겸 지중앵커의 대표적인 형태로서, 도 1에 도시하는 바와 같이, 통상적인 단일 이형철근으로 형성된 록볼트에 의한 지반 지지력 보강공법을 나타내는 것으로서, 원지반 자체의 강도를 이용하여 지반을 지지하는 형태로서, 원형의 단면형상을 가지는 몸통부(B₁)의 외면에 길이방향으로 돌출리브(B₂)가 반복되는 이형철근으로만 설치되는 형태이다.

이와 같은 록볼트 겸 지중앵커(B)는 몸통부(B₁)의 외면에 돌출리브(B₂)를 갖기 때문에, 지반이나 암반의 굴착면에 천공된 굴착공 내에서 충전 경화되는 그라우트재(G)와의 접촉에 따른 마찰 저항력에 의해 구속된 상태로 정착능력을 발휘하여서, 지반에 대한 압축 지보력 또는 암반에 대한 단순 지보력을 갖게 하여 주므로, 그 지반이나 암반에 구축되는 구조물을 안정화시킬 수 있는 장점을 가지는 것이 사실이다.

그러나, 이와 같은 록볼트 겸 지중앵커(B)는 첫째, 토사지반을 비롯하여 암질이 불량시 그라우트재(G)의 삽입이 곤란하거나 또는 천반부 또는 상향 경사공의 작업시 그라우트재의 흘러내림 현상이 발생하여 내구성 및 인발력이 저하되는 문제점이 있었다.

둘째, 그라우트재(G)와의 정착력은 돌출리브(B₂)가 결정하게 되는데, 종래 록볼트 겸 지중앵커(B)의 경우 그라우트재(G)와의 정착력을 결정하는 돌출리브(B₂)가 몸통부(B₁)의 지름에 비해 매우 작은 높이로 몸통부(B₁)의 외주면에 돌출 형성되어 있는 바, 굴착공(A) 내에서 그라우트재(G)와의 접촉에 의한 돌출리브(B₂)의 마찰 저항력이 그다지 크지 않으며, 이로 인해 강력한 정착능력을 기대하기 어려워서 결과적으로 지반이나 암반에 대한 압축 지보력 또는 단순 지보력을 획기적으로 증대시키기에는 역부족인 문제점이 있었다.

셋째, 몸통부(B₁)가 이형철근의 형상으로서 단면적이 크게 만들어지기 때문에, 자체의 무게가 중량이어서 취급 및 시공성이 크게 저하될 뿐만 아니라, 단면적이 커서 소요되는 원재료 량이 증가된 만큼 생산원가가 상승되어서 고가로 공급되는 문제점이 있었다.

도 2는 다른 종래기술로서, 이형철근재들로만 형성된 록볼트에 의한 지반 지지력 보강공법을 나타내는 단면도로서, 굴착공의 중심에 일직선으로 배열되어 설치되는 25㎜의 직경이 큰 이형철근의 주지보재(1)와, 이 이형철근의 주지보재(1)의 외주면을 따라 나선형으로 감긴 2개의 10㎜의 직경이 작은 이형철근으로 이루어진 보강재(2)가 주 지보재인 이형철근을 중심으로 나선형으로 감아 형성되고, 주지보재(1)와 보강재(2)의 일측단부의 접속부에 쐐기콘(3)으로 고정하고, 주지보재(1)와 보강재(2)의 타측단 또는 중앙에 그랩(4)으로 주지보재(1)와 보강재(2)를 고정시켜, 굴착공의 외부 지반 표면에 지압판(5) 및 캡(6)으로 전체를 고정시키는 형태이 다.

그러나, 이 기술은 앞서의 록볼트의 기술에 비하여 보강재가 추가되는 보강네일체를 사용하여 재래적인 네일링공법에 비해 전단 및 인장저항력이 약 20% 증대되고, 부재의 단면적 증대로 인한 휨 전단저항력이 우수하고, 네일 표면적 확대로 인한 그라우트재와 네일 사이의 부착력 및 마찰력을 증대시키는 장점이 있다.

그러나, 중앙에 배치된 이형철근의 주지보재 자체가 센터럴라이저 역할을 하면서 이형철근의 주지보재(1)에 그 외면을 따라 이형철근이 단순히 감아 돌아가는 형태로 주지보재의 외주면을 따라 나선형으로 감긴 스파이럴 보강철근의 고정작업을 위한 쐐기콘, 그랩의 부품 등이 반드시 필요하게 되고, 아울러, 이형철근으로 일직선과 나선형의 형태로 제작하기 위해서는 특수가공을 요한다.

도 3은 또다른 종래기술로서, 평철로만 스파이럴 구조를 형성한 록볼트에 의한 지반 지지력 보강공법을 나타내는 단면도로서, 단순히 평철을 양단부에 고정시켜 길이방향으로 앞쪽에 나선형으로 일정 길이로 비틀림 성형되는 나선부(11)와, 상기 나선부의 일측 단부로부터 일정 길이의 평철의 단면형태로 연장되는 평탄부(12)로 구성되는 단순히 평철의 재질로만 스파이럴 형태의 구조로 성형하여 상기 평탄부(12)가 고정용 볼트(40)의 끼움홈(41)에 끼워 일체로 용착되는 형태이다.

이는 연약지반을 비롯하여 넓은 범위의 지반에 사용할 수 있는데, 토사지반이나 연약 암반의 경우 스파이럴 형태의 록볼트의 자체 회전만으로 지반내 투입이 가능하고, 또한 무게가 경량이고 가격이 저렴하여 경제성 및 시공성을 동시에 만족 시키는 장점이 있다.

아울러 록볼트가 나선형으로 형성됨으로써 굴착공내 주입 충전된 그라우트재의 흘러내림을 방지하여 천반부에 공극발생을 억제하면서 공내에 균일하고 밀실하게 몰탈 충진을 함으로써 시공품질 확보가 용이하며, 상술한 종래의 기존 록볼트보다 매우 경제적인 장점이 있다.

그러나, 굴착공 내에 록볼트 설치단계에서 평철만으로 스파이럴 형태로 제작된 록볼트는 길이가 길고 취급시 자중에 의해 선단부가 휘청거려 굴착공에 삽입 장전시 삽입작업이 까다로워 시간이 소요되고, 특히 작업자의 안전상의 문제가 대두된다.

즉, 통상 록볼트의 설치작업은 2명이 1개조로 1명은 록볼트의 선단부를 구멍 내로 집어넣도록 붙잡아주고, 1명은 록볼트의 후단에서 굴착공 속에 박히도록 오거 장비로 설치작업을 하게 되는데, 이때 록볼트의 선단부가 휘청거리면 안전사고가 발생될 우려가 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 상기의 문제점을 해결하면서 평철의 비틀림 성형에 의한 스파이럴형 주지지재와, 이 주지지재의 양면에 비틀림 성형에 의하여 2중 나선형태의 보강지지재들이 일체화되어 3중 나선구조로 비틀림 응력이 가해짐으로써, 수직의 인장력, 압축력 및 전단력에 대한 지지강도를 극대화시켜 지보력을 증대시켜 주는 3중 나선구조의 록볼트 겸 지중앵커 및 그것을 이용한 지반 지지력 보강공법을 제공하는데 있다.

또한 본 발명의 다른 목적은 주지지재에 2중 나선구조로 일체로 보강되어진 보강지지재들을 형성함으로써, 굴착공 내에 설치되어 그라우트재 주입시 3중의 스파이럴형 나선구조로 인하여 부착력을 증대시켜 굴착공 내에서 정착력이 증대됨으로써 시공품질을 크게 향상시켜 주는 3중 나선구조의 록볼트 겸 지중앵커 및 그것을 이용한 지반 지지력 보강공법을 제공하는데 있다.

또한 본 발명의 또다른 목적은 일체의 몸체로 구성되어 부수적인 부품들이 필요 없을 뿐만 아니라, 전체적인 중량이 경량화됨으로써, 취급의 용이성 및 시공성을 향상시켜 주고, 또한 안전사고도 방지하여 줌과 아울러 생산비용을 크게 절감시켜 경제성을 제고시켜 주는 3중 나선구조의 록볼트 겸 지중앵커 및 그것을 이용한 지반 지지력 보강공법을 제공하는데 있다.

지반을 보강시키기 위하여 외면에 나사부가 형성되고, 일단부가 중앙이 절개되어 끼움홈이 형성된 고정용 볼트와, 상기 고정용 볼트의 끼움홈에 끼워지는 스파이럴형 지보재가 일체의 몸체로 형성되어 굴착공 내에 삽입 정착되는 나선형의 록볼트 겸 지중앵커에 있어서, 일정 폭 및 두께로 길이방향으로 연장되는 평철과, 상기 평철의 양면 중앙부에 각각 길이방향을 따라 배치되면서 일정간격으로 상기 평철에 용착되는 일정 직경의 원형단면의 보강지지재들을 하나의 몸체로 형성하여, 이 몸체의 양단부에서 각각 반대방향으로 길이방향의 중심축선을 기준으로 30~60°의 각도로 상기 하나의 몸체로 된 평철과 보강지지재들을 동시에 트위스트 회전시켜 성형되어지게 하되, 상기 평철은 일정 직경의 비틀림 회전반경을 갖는 나선형태의 주지지재로 성형되고, 상기 원형단면의 보강지지재들은 상기 나선형 주지지재의 비틀림 회전반경 내에 위치하면서 상기 나선형 주지지재의 양면에 대칭으로 각각 이중 나선 형태로 일체로 용착되어진 나선형 보강지지재들은 형성하여 나선형 주지지재의 강도를 보강시키도록 한 것을 특징으로 한다.

이에 따라 본 발명의 3중 나선구조의 록볼트 겸 지중앵커 및 그것들을 이용한 지반의 지지력 보강공법은, 평철을 트위스트 시켜서 성형된 스파이럴 구조재를 주지지재로 하고, 이 주지지재의 길이방향을 따라 양면에 대칭으로 트위스트 성형된 원형단면의 보강지지재들이 2중 나선구조의 형태로 함께 용착되어 전체적으로 3중 나선구조의 형태를 구비함으로써, 지반에 대한 압축 지보력과 암반에 대한 단순 지보력을 획기적으로 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 지반의 굴착공 내에 설치되어 그라우트재와의 정착력이 뛰어나 견고한 설치가 가능할 뿐만 아니라, 전체적인 중량을 최대한 경감시켜서 취급 및 시공이 용이하며, 아울러 안전사고 방지와 설치비용을 크게 절감시켜 주는 유용한 효과를 갖는다.

이하, 첨부도면에 도시되는 구체적인 실시예를 통하여 본 발명의 기술내용을 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 4a는 본 발명에 따른 록볼트 겸 지중앵커의 평면도, 도 4b는 도 4a의 길이방향을 따라 바라본 측면도로서, 일정 폭 및 두께로 길이방향으로 연장되는 평철과, 상기 평철의 양면 중앙부에 각각 길이방향을 따라 배치되면서 일정간격으로 상기 평철에 용착되는 일정 직경의 원형단면의 보강지지재들을 하나의 몸체로 형성하여,

이 몸체의 양단부에서 각각 반대방향으로 길이방향의 중심축선을 기준으로 30~60°의 각도로 트위스트 회전 성형되어지되, 상기 평철은 일정 직경의 비틀림 회전반경을 갖는 나선형태의 주지지재(10)로 성형되고,

상기 원형단면의 보강지지재들은 상기 나선형 주지지재(10)의 비틀림 회전반경 내에 위치하면서 상기 나선형 주지지재(10)의 양면에 대칭으로 각각 이중 나선 형태로 일체로 용착되어진 나선형 보강지지재(20, 30)들을 형성하여 나선형 주지지재(10)의 강도를 보강시키도록 구성한 것이다.

상기 나선형 주지지재(10)는 모재인 평철의 중앙부가 일정길이로 길이방향의 중심축선을 기준으로 30~60°의 각도로 트위스트 되어 단위 나선부(11)가 연속되는 형태로 성형된 부분이며, 나선부(11)의 양단으로부터 일정길이로 각각 평철의 단면형태로 비틀림이 없는 모재 형태의 평탄부(12)의 부분으로 구성된다.

상기 단위 나선부(11)는 길이방향에 따른 중심축선으로부터 θ=30~60°의 각도로 트위스트 되어 성형함이 중요하다.

즉, 단위 나선부(11)가 30°이하의 각도로 트위스트 되면 동일한 길이 조건하에서 피치간격은 넓어지고 피치수는 감소되어, 시공시 굴착된 굴착공 내에 삽입된 상태에서 그라우트재(G)와의 접촉에 의한 마찰 저항력이 감소되는 현상이 발생되고, 단위 나선부(11)가 60°이상의 각도로 트위스트 되면 동일한 길이 조건하에서 피치간격은 좁아지고 피치수는 증가되어, 제작시 스파이럴 성형장치(미도시)로서 트위스트 시키는 성형시간이 길어져서 단위시간당 생산량이 감소되는 현상이 발생된다.

다시 말해서, 단위 나선부(11)를 30~60°의 각도로 트위스트 시키는 이유는, 동일한 길이 조건하에서 피치간격은 좁아지고 피치수는 증가되게 하면서도, 제작시 스파이럴 성형장치로서 트위스트 시키는 성형시간을 단축할 수 있게 하기 위함이다.

상기 평탄부(12)는 나선부(11)의 단부로부터 연장되는 평철의 모재 단면상태 로 형성되는 부분으로서, 일측의 평탄부는 절단기(미도시)로 절단 제거되며, 타측의 평탄부만이 나선부(11)와 함께 록볼트의 구성부품으로서 사용되며, 그 평탄부(12)는 후술하는 고정용 볼트(40)의 중앙에 절개된 끼움홈(41)에 끼워져 일체로 용착되어진다.

본 발명의 록볼트 겸 지중앵커의 구성품으로서, 상기 나선형 주지지재(10)로 성형되는 소재인 평철의 폭은 다양한 크기와 길이로 제작할 수 있으나, 바람직하기는 그 폭이 20~32㎜이고, 두께는 적어도 4~9㎜이며, 길이는 4~9m인 평철을 모재로 사용하는 것이 소재의 취급 및 가공에 유리하다.

상기 평철의 폭이 20㎜이하이거나 두께가 4㎜이하일 때에는 지지강도가 저하되는 문제점이 있고, 제작 취급상의 불편한 점이 있으며, 평철의 폭이 32㎜이상이거나 또는 두께가 9㎜이상이 되는 경우에는 중량이 무거워지기 때문에 취급상 불편한 점이 발생하는 문제점이 있다.

상기 나선형 보강지지재(20, 30)들은 원형단면의 보강재들로서, 평철의 양측면 중앙부에서 각각 길이방향을 따라 일정간격으로 평철에 용착되어 하나의 몸체로 형성된 후, 나선형의 주지지재(10)의 양측에서 2중 나선구조의 형태로 주지지재(10)와 함께 길이방향의 중심축선을 기준으로 30~60°의 각도로 트위스트 되어 성형되는 구성부분이다.

이에 따라 나선형 보강지지재(20, 30)들은 상기 나선형 주지지재(10)의 비틀림 회전반경 내에 위치하면서 상기 나선형 주지지재(10)의 양면에 대칭으로 각각 이중 나선 형태로 일체로 용착되어지는데, 이와 같은 나선형의 보강지지재(20, 30)들이 나선형 주지지재(10)의 양면에서 2중으로 성형되는 형태는 DNA의 2중 나선구조와 유사하다.

이 2중 나선구조의 보강지지재(20, 30)들은 평철의 나선형 주지지재(10)를 보강시켜 주는 기능을 하는 것으로서, 전체적인 지지강도와 정착력을 높혀주면서 취급설치를 용이하게 해주는 기능을 하게 된다.

한편, 상기 보강지지재(20, 30)들이 평철과의 용착되는 부분은 최소한 3개소로서, 평철의 단위 나선부(11)로 성형되는 양단부와 접하는 부분과 그 양단부 사이의 평철의 중앙부에 일체로 용착되어짐을 밝혀둔다.

평철의 양측면 중앙부에 각각 원형단면의 보강지지재, 예를 들면, 이형철근들을 배치하여 철근의 양단부 및 중앙부를 용착시켜 일체의 몸체로 형성한 후, 이 몸체의 양단부에서 평철과 2개의 철근을 동시에 트위스트 성형시켜 스파이럴 형태로 제조됨으로써 그랩 등 별도의 고정부품을 필요로 하지 않는 장점이 있게 된다.

또한, 상기 나선형 보강지지재(20, 30)들은 원형 단면형태인 이형철근, 선재, 봉 또는 파이프 중 어느 하나의 형태의 것을 사용하여 제작할 수 있음을 밝혀 둔다.

상기 나선형 보강지지재(20, 30)는 10~20㎜ 직경의 이형철근을 사용하여 제작하는 것이 좋으나, 바람직하기는 평철의 두께가 6㎜이고, 폭이 32㎜일 때 10㎜직경의 이형철근인 것을 사용하는 것이 바람직하다.

상기 나선형 보강지지재(20, 30)의 직경이 10㎜이하일 때는 인장강도나 항복 력이 감소되어 지지강도가 기준이하로 나타나며, 직경이 20㎜이상일 때는 나선형 주지지재와 함께 비틀림 성형됨에 있어 스파이럴 성형장치가 대형화되는 문제와, 또한 중량이 커지게 되어 취급 및 시공설치상의 불편한 점을 유발시키게 되며, 아울러 비용이 크게 소요됨으로 경제성이 떨어지는 문제점이 있다.

여기에서, 상기 나선형 주지지재(10) 및 나선형 보강지지재(20, 30)를 성형하기 위한 스파이럴 성형장치는 평철 및 보강지지재들이 일체의 몸체로 용착되어 양단에서 강제적으로 트위스트 시킬 수 있도록 구성된 것이면 족하나, 본 발명자들이 안출하여 대한민국 특허청에 특허번호 10-0734891호(2007년 6월27일)로 등록된 “지중앵커 겸 록볼트용 스파이럴 선재의 제조장치”를 이용하여 평철 및 보강지지재들의 양단부를 고정시켜 회전시킬 수 있는 장치이면 된다.

참고로, 이 지중앵커 겸 록볼트용 스파이럴 선재의 제조장치는 안내 받침틀의 일측 상부에 위치하도록 장착되는 제1 트위스트수단과, 안내 받침틀의 타측 상부에 이동용 구동수단으로 단속되어 이동하도록 장착되는 제2 트위스트수단이 유기적으로 협동하여, 모재가 되는 평철의 양단을 서로 반대방향으로 회전시키면서 정확하고 신속하게 트위스트 시킬 수 있도록 구성되어서, 균일한 트위스트 각도와 피치간격으로 단위 스파이럴이 반복되는 스파이럴 선재를 정밀하게 제조할 수 있게 하여 줄 뿐만 아니라, 스파이럴 선재의 생산량을 대폭적으로 증대시킬 수 있게 하여 준다.

상기 나선형 주지지재(10)는 폭이 좁고 길이가 긴 평철을 통상의 절단기(미 도시)로서 소요 길이로 절단하여서 준비한 후, 준비된 평철을 강제로 트위스트 시킬 수 있는 스파이럴 성형기에 장착하고, 스파이럴 성형기로서 평철을 강제로 트위스트 시켜서 양측의 평탄부(12) 사이에서 길이방향으로 단위 나선부(11)가 반복되도록 성형하게 되고, 일측의 평탄부(12)는 제거하게 된다.

상기 나선형 주지지재(10)의 어느 일측의 평탄부(12)는 최종단의 단위 나선부(11)의 중간부를 경계로 하여 폭방향의 중심에서 양측을 각각 일정각도로 절단 제거하여서, 최종단의 단위 나선부(11)의 끝부분이 뾰족하게 촉을 이루도록 형성된다.

이와 같은 스파이럴형 록볼트 겸 지중앵커는 평철과 원형단면의 보강지지재들을 일체의 몸체로 함께 트위스트시켜 성형되어져서 일측에 평탄부(12)를 두고 길이방향으로 반복되는 복수개의 단위 나선부(11)를 가지는 나선형의 주지지재(10)와, 상기 나선형의 주지지재(10)의 양측으로 2중의 나선구조의 보강지지재(20, 30)들로 성형시켜, 외면에 나사부가 형성된 고정용 볼트(40)의 일측 단부에 형성된 끼움홈(41)에 나선형 주지지재의 평탄부(12)가 삽입 용착되어 일체의 몸체로 형성된다.

이에 따라, 평철과 원형단면의 보강재들을 함께 트위스트 시켜서 단위 나선부(11)가 길이방향으로 반복되는 형상으로 성형되고 나선형 주지지재(10)의 평탄부(12)를 외면에 나사부가 형성된 고정용 볼트(40)의 일측 단부에 절개된 끼움홈(41)에 끼워져 일체로 용착하여 제조되므로, 지반에 대한 압축 지보력과 암반에 대한 단순 지보력을 향상시키고, 아울러 정착능력도 향상시킬 수 있게 하여 준다.

또한, 단위부피당 무게가 경량이고 가격이 저렴한 평철로서 성형된 나선형 주지지재(10)와, 나선형 주지지재(10)의 비틀림 회전반경내에서 나선형 주지지재(10)와 함께 나선형으로 성형된 이중나선 보강지지재(20, 30)들이 일체의 몸체로성형되어진 구성을 핵심부품으로 하여 제조되므로, 전체적인 중량을 최대한 경감시켜서 취급 및 시공이 용이하게 하고, 생산비를 대폭적으로 절감시켜서 저렴한 가격으로 공급할 수 있는 등의 기본적인 장점을 갖게 된다.

아울러, 본 발명은 나선형 주지지재(10)의 일측의 평탄부(12)에 고정용 볼트(40)가 부착된 상태에서, 타측의 평탄부(12)를 절단하여 단위 나선부(11)가 드러나도록 가공하게 되므로, 시공현장의 굴착공 길이에 맞추어 나선형 주지지재(10)를 다양한 길이로 절단 가공할 수 있는 장점을 갖게 된다.

한편, 도 5 내지 도 6b에 도시하는 바와 같이, 상기 나선형 주지지재(10)와 2중 나선구조의 보강지지재(20, 30)들이 스파이럴 형태로 비틀림 성형된 상태를 보여 주고 있다. 여기에서 평철의 단면두께를 작게 하더라도 보강지지재들이 2중 나선구조로 주지지재의 양측에서 지지하고 있기 때문에 지지력을 크게 향상시켜 주게 된다.

이와 같은 3중 나선구조의 록볼트 겸 지중앵커는 지반내 굴착공에 삽입 정착되어 평철과 양측의 철근 보강재로 인한 비틀림의 응력을 사전에 가함으로써 수직의 인장력, 압축력 및 전단력에 대한 강도를 극대화시켜 지보력을 증대시켜 준다.

아울러 굴착공 내에 그라우팅재 주입시 3중 나선구조의 몸체 외부와 공벽 면(W) 사이에 형성되는 공간부에 그라우트재(G)가 주입충전되어 부착력을 증대시켜 록볼트를 견고하게 정착시켜 주는 장점이 있게 되는 구조를 갖는다.

또한, 전체적인 중량을 최대한 경감시켜서 취급 및 시공작업의 용이성과 별도의 고정 부품이 요구되지 않고, 아울러 선단부가 휘청거리는 일이 없어 안전사고를 유발시키지 않게 되며, 또한 생산비를 크게 절감시킴으로써 경제성도 있게 된다.

본 발명에 따른 록볼트 겸 지중앵커는 이형철근 형상으로서 외면에 나사부가 형성된 통상의 고정용 볼트(40)를 소요 길이로 절단하여서 준비한 후, 준비된 고정용 볼트(20)의 일측 단면 중심에 절개된 끼움홈(41)을 형성하여, 이 끼움홈(41)에 상기 나선형 주지지재(10)의 타측의 평탄부(12)를 끼워서 일체가 되도록 용착시킨다.

이와 같이 가공된 3중 나선구조의 어느 일측의 평탄부는 고정용 볼트(40)를 부착할 수 있게 하여 주며, 다른 타측의 평탄부는 절단 제거하여 드러난 최종단의 단위 나선부(11)는 시공시 굴착공 내의 말단부 근처에 위치하여서 최일선의 정착기능을 발휘하게 된다.

그리고, 상기 주지지재(10)의 어느 일측의 평탄부(12)는 최종단의 단위 나선부(11)의 중간부를 경계로 하여 폭방향의 중심에서 양측을 각각 일정각도로 절단 제거하여서, 최종단의 단위 나선부(11)의 끝부분이 뾰족하게 촉을 이루도록 형성함이 바람직하다. 이 촉은 굴착공 내에 상기 록볼트를 설치하는 과정에서, 불규칙한 굴착공의 내면에 최종단의 단위 나선부(11)가 걸리지 않고 원활하게 삽입할 수 있도록 하는데 도움이 된다.

상기와 같은 록볼트 겸 지중앵커는 원지반 자체의 강도를 이용해서 지반을 지지하게 되므로 연약지반을 비롯하여 넓은 범위의 지반에 사용할 수 있으며, 아울러 토사지반이나 연약 암반의 경우 나선형의 자체 회전만으로 지반내 투입이 가능할 뿐만 아니라, 무게가 경량이고 가격이 저렴하여 경제성 및 시공성을 동시에 만족시킬 수 있다.

또한, 굴착공 내에 주입 충전되는 그라우트재 또는 몰탈 흘러내림을 방지하여 천반부에 공극발생을 억제하면서 공내에 균일하고 밀실한 몰탈 충진이 이루어짐으로써 시공품질 확보가 용이하며, 아울러 정착력이 뛰어나고 기존 록볼트보다 매우 경제적인 장점이 있게 된다.

도 7은 본 발명에 따른 3중 나선구조의 록볼트 겸 지중앵커가 굴착공내 삽입되어 정착되어진 상태를 나타내는 단면도이다.

본 발명의 3중 나선구조의 록볼트 겸 지중앵커를 이용한 지반의 지지력 보강공법은, 암반 또는 지반에 일정깊이로 천공기에 의해 다수 개의 굴착공들을 천공하는 단계, 상기 굴착공들의 내부로 각각의 록볼트들이 캡(50)을 관통하여 설치하는 단계, 록볼트 설치후 록볼트와 굴착공 벽면 사이의 공간부에 그라우트재(G)를 충진하는 단계, 그라우트재가 충진된 록볼트의 선단부에 지압판(60)으로 록볼트를 지반 의 표면에 너트(70)로 정착시키는 단계로 이루어지는 지반 지지력 보강공법에 있어서,

상기 록볼트 설치단계시, 평철로 비틀림 성형되는 나선형 주지지재(10)와 평철의 양면에 대칭으로 나선형의 보강지지재(20, 30)가 일체의 몸체로 함께 트위스트 성형된 3중 나선구조의 록볼트를 굴착공 내부로 삽입설치하고, 그라우트재의 충진단계시 3중 나선구조의 록볼트와 굴착공의 공벽면(W) 사이에 형성된 공간부를 밀실하게 채워지도록 하는 단계로 이루어진다.

상기 록볼트 설치단계에서 나선형의 주지지재(10)와, 이 주지지재(10)의 양측면에 2중 나선형 보강지지재(20, 30)들로 이루어지고, 상기 나선형 주지지재(10)의 타측의 평탄부(12)를 끼움홈(41)에 끼워 일체가 되도록 용착된 고정용 볼트(40)를 굴착공에 끼워진 캡(50)을 관통하여 굴착공 내로 삽입 정착시킴으로써, 록볼트의 선단부가 휘청거리지 않고 삽입이 가능하여 안전사고를 방지하여 준다.

한편, 록볼트 삽입후 시공시 굴착공에 끼워진 캡(50)의 중앙구멍을 통하여 그라우트재(G)를 굴착공 내부로 주입 충전시키고, 고정용 볼트(40)의 노출부위를 지압판(60)으로 지반 또는 암반 굴착면에 접지시킨 후, 너트(70)로서 체결 고정시킨다.

이와 같이 설치된 3중 나선구조의 록볼트 및 지중앵커는 시공위치에 굴착된 굴착공 내에 삽입된 상태에서, 그라우트재(G)가 록볼트의 반경방향으로 록볼트를 구성하는 평철의 두께를 제외한 전부분에 걸쳐 깊숙이 충전되어 그라우트재(G)와의 접촉에 의한 마찰 저항력을 종래의 돌출리브(B₂)의 돌출높이에 의존하였던 것에 비해 획기적으로 증대시켜줌으로써, 본 발명의 3중 나선구조의 록볼트 겸 지중앵커가 우수한 정착능력을 발휘하게 되어 지반에 대한 압축 지보력과 암반에 대한 단순 지보력을 극대화할 수 있게 하여 준다.

도 8은 본 발명에 따른 3중 나선구조의 록볼트 겸 지중앵커가 터널 굴착면의 굴착공 내로 삽입 설치되어 정착된 상태를 나타내는 단면도이고, 도 9는 본 발명에 따른 3중 나선구조의 록볼트 겸 지중앵커가 사면의 굴착공 내로 삽입 설치되어 정착된 상태를 나타내는 단면도로서, 본 발명의 록볼트 겸 지중앵커는 터널 굴착면의 암반, 연약지반 개량공법, 흙막이 소일네일링공법, 사면에 지반의 지지력을 보강시키는 공법에 적용됨으로써 지반의 지지력 향상을 위한 공법에 널리 활용될 수 있다.

상기에서와 같이, 본 발명에 따른 록볼트 겸 지중앵커는 지반내 굴착공들에 정착되어 지반에 대한 압축 지보력과 암반에 대한 단순 지보력을 획기적으로 향상시킬 수 있게 되어 지반의 지지력을 크게 향상시키고, 굴착공내에서 정착력도 크게 향상시켜 주는 장점이 있게 된다.

아울러, 본 발명의 록볼트 겸 지중앵커는 일체의 몸체로 3중 나선구조의 나선부를 형성하게 되는 만큼, 구성부품 간에 재료분리의 염려가 없을 뿐만 아니라, 설치 용이성과, 생산능률을 향상시킬 수 있는 등의 장점을 갖게 된다.

도 1은 통상적인 단일 이형철근으로 형성된 록볼트에 의한 지반 지지력 보강공법을 나타내는 단면도,

도 2는 다른 종래기술로서, 이형철근재들로만 형성된 록볼트에 의한 지반 지지력 보강공법을 나타내는 단면도,

도 3은 또다른 종래기술로서, 평철로만 스파이럴 구조로 형성한 록볼트에 의한 지반 지지력 보강공법을 나타내는 단면도,

도 4a는 본 발명의 3중 나선구조의 록볼트 겸 지중앵커의 정면도,

도 4b는 도 4a의 길이방향의 종심을 따라 바라본 측면도,

도 5는 본 발명의 3중 나선구조를 나타내는 록볼트의 부분 발췌 확대단면도,

도 6a는 도 5의 A-A선 단면도,

도 6b는 도 5의 B-B선 단면도,

도 7은 본 발명에 따른 3중 나선구조의 록볼트 겸 지중앵커가 굴착공내 삽입되어 정착되어진 상태를 나타내는 단면도,

도 8은 본 발명에 따른 3중 나선구조의 록볼트 겸 지중앵커가 터널 굴착면의 굴착공 내로 삽입 설치되어 정착된 상태를 나타내는 단면도,

도 9는 본 발명에 따른 3중 나선구조의 록볼트 겸 지중앵커가 사면의 굴착공 내로 삽입 설치되어 정착된 상태를 나타내는 단면도이다.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

10: 나선형 주지지재 11: 나선부

12: 평탄부 20, 30: 나선형 보강지지재

40: 고정용 볼트 41: 끼움홈

50: 캡 60: 지압판

70: 너트 G: 그라우트재

W: 공벽면

Claims (6)

1. 지반을 보강시키기 위하여 외면에 나사부가 형성되고, 일단부가 중앙이 절개되어 끼움홈(41)이 형성된 고정용 볼트(40)와, 상기 고정용 볼트의 끼움홈에 끼워지는 스파이럴형 지보재가 일체의 몸체로 형성되어 굴착공내에 삽입 정착되는 나선형의 록볼트 겸 지중앵커에 있어서,

   일정 폭 및 두께로 길이방향으로 연장되는 평철과, 상기 평철의 양면 중앙부에 각각 길이방향을 따라 배치되면서 일정간격으로 상기 평철에 용착되는 일정 직경의 원형단면의 보강지지재들을 하나의 몸체로 형성하여, 몸체의 양단부에서 각각 반대방향으로 길이방향의 중심축선을 기준으로 30~60°의 각도로 상기 하나의 몸체로 된 평철과 보강지지재들을 동시에 트위스트 회전시켜 성형되어지게 하되,

   상기 평철은 일정 직경의 회전반경을 갖는 나선형태의 주지지재(10)로 성형되고,

   상기 원형단면의 보강지지재들은 상기 나선형 주지지재(10)의 비틀림 회전반경 내에 위치하면서 상기 나선형 주지지재(10)의 양면에 대칭으로 각각 이중 나선 형태로 일체로 용착되어진 나선형 보강지지재(20, 30)들을 형성하여 나선형 주지지재(10)의 강도를 보강시키도록 한 것을 특징으로 하는 3중 나선구조의 록볼트 겸 지중앵커.
2. 제1항에 있어서, 상기 나선형 주지지재(10)는 길이방향으로 앞쪽에 나선형으 로 일정 길이로 비틀림 성형되는 나선부(11)와, 상기 나선부(11)의 일측 단부로부터 일정 길이로 평철의 단면형태로 연장되는 평탄부(12)로 구성되어, 상기 평탄부(12)가 고정용 볼트(40)의 끼움홈(41)에 끼워져 일체로 용착되는 것임을 특징으로 하는 3중 나선구조의 록볼트 겸 지중앵커.
3. 제1항에 있어서, 상기 나선형 주지지재(10)로 성형되는 소재인 평철의 폭은 그 폭이 20~32㎜이고, 두께는 적어도 4~6㎜인 것을 특징으로 하는 3중 나선구조의 록볼트 겸 지중앵커.
4. 제1항에 있어서, 상기 나선형 보강지지재(20, 30)는 이형철근, 선재, 봉 또는 파이프 중 어느 하나로 제작되는 것임을 특징으로 하는 3중 나선구조의 록볼트 겸 지중앵커.
5. 제1항 또는 제4항에 있어서, 상기 나선형 보강지지재(20, 30)의 직경이 10~20㎜의 범위인 것을 특징으로 하는 3중 나선구조의 록볼트 겸 지중앵커.
6. 암반 또는 지반에 일정깊이로 천공기에 의해 다수 개의 굴착공을 천공하는 단계, 상기 굴착공들의 내부로 지보재를 각각 설치하는 단계, 지보재 설치후 지보재와 굴착공의 공벽면 사이의 공간부에 그라우트재를 충진하는 단계, 그라우트재가 충진된 지보재의 선단부에 지압판으로 록볼트를 지반의 표면에 너트로 정착시키는 단계로 이루어지는 지반 지지력 보강공법에 있어서,

   상기 지보재 설치단계시, 평철로 비틀림 성형되어진 나선형 주지지재(10)와 평철의 양면에 대칭으로 일정간격으로 일체로 용착되어 나선형의 주지지재(10)와 함께 비틀림 성형된 2중 나선구조의 보강지지재(20, 30)들이 하나의 몸체로 이루어진 제1항에 따른 3중 나선구조의 록볼트 겸 지중앵커를 굴착공 내부로 설치하고, 그라우트재의 충진단계시 3중 나선구조의 록볼트의 몸체와 굴착공의 공벽면 사이에 형성된 공간부에 밀실하게 채워지도록 한 것을 특징으로 하는 3중 나선구조의 록볼트 겸 지중앵커를 이용한 지반의 지지력 보강공법.

Images