KR101000569B1 - 도로 및 단지의 사면보강 네일링 및 이를 이용한 사면 보강 공법 - Google Patents

도로 및 단지의 사면보강 네일링 및 이를 이용한 사면 보강 공법 Download PDF

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이종하
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주식회사 대성지반산업
(주) 경화엔지니어링
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    • E02D2600/30Miscellaneous comprising anchoring details

Abstract

본 발명은 도로 및 단지의 사면보강 네일링 및 이를 이용한 사면 보강 공법에 관한 것으로, 쐐기식 정착날개와 그라우팅 2가지를 이용하여 정착력을 발생토록 하여 사면을 보다 안전하고 보강하고 유지함을 목적으로 한다.
본 발명에 의한 도로 및 단지의 사면 보강 네일링은, 선단부 외주면에 나사선(11)이 형성된 네일봉(10); 상기 네일봉의 나사선에 나사 체결되며 선단부에 형성된 하나 이상의 앵커돌기(21)에 의해 지중의 네일공 안쪽에 고정되는 정착헤드(20); 일측 외주면에 경사부(41)가 형성되며 상기 네일봉의 선단부로부터 일정 거리 이격된 곳에 공회전 가능하게 결합되어 상기 네일봉의 회전시 전진하는 확장유도블록(40); 상기 확장유도블록의 후방에 형성되어 상기 확장유도블록이 상기 네일봉에서 밀리지 않도록 지지하는 밀대판(50); 지상에서부터 상기 네일공에 삽입되며 단부가 상기 밀대판에 연결되어 상기 밀대판 앞쪽의 정착공에 그라우트재를 주입하는 그라우팅관(70); 상기 확장유도블록의 경사부와 대응되는 경사부(31)가 구비되어 상기 경사부들이 대향되도록 상기 확장유도블록과 상기 정착헤드의 사이에 설치되며 상기 확장유도블록의 전진시 상기 경사부들에 의해 확장되어 상기 네일공의 벽면에 정착되는 호 형상의 정착날개(30); 상기 확장유도블록과 정착날개에 감겨 있으며 상기 정착날개의 확장시 파단되는 하나 이상의 결속띠(60)로 구성된다.

Description

도로 및 단지의 사면보강 네일링 및 이를 이용한 사면 보강 공법{Slope Reinforcement Nailing for Road and Housing area and Method which uses them}
본 발명은 네일링에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 쐐기식 내하체와 그라우팅의 2가지를 이용하여 정착력을 발생함으로써 연약지반이나 지반 내에 절리나 동공이 존재하여도 지반을 안전하게 보강 및 유지할 수 있는 도로 및 단지의 사면보강 네일링 및 이를 이용한 사면 보강 공법에 관한 것이다.
일반적으로 터파기, 흙막이, 철도 및 도로에 인접한 자연 및 인공사면의 보강, 지하구조물 및 터널 등과 같은 토목관련 시설물 축조에 필요한 굴착 지보체계, 기존 옹벽의 보수 및 옹벽을 설치하는 공사에 사용되는 소일네일링(soil-nailing
method)은 굴토 또는 절토 과정을 통하여 일련의 보강작업이 이루어지는 것으로, 비탈면이나 터파기 굴착면을 자립할 수 있는 안정높이로 굴착함과 동시에 숏크리-(shortcrete; 뿜어 붙이기 콘크리트)로 표면보호면을 시공하고 굴착배면을 천공하여 네일(nail)을 삽입하며 이를 그라우팅하여 보강토체를 조성한다.
종래 기술에 의한 네일링 장치는 복수의 수지제 소켓들에 의해 연결된 복수의 수지제 중공관체들 내에 강철제 봉이 삽입된 형태이다. 복수의 소켓들과 중공관체들은 교호로 연결되어 있다.
네일링 장치가 굴착 측면에 시공되기 전에 굴착 측면에는 하향 경사진 방향으로 깊은 네일공이 천공되며, 이 네일공 내에는 네일링 장치가 삽입된다. 네일링 장치가 삽입된 다음에, 네일링 장치의 외면과 네일공의 내주면 사이에는 시멘트 페이스트, 시멘트 몰탈 등의 그라우트가 충전된다. 네일링 장치의 외면을 둘러싸는 그라우트는 경화되어 네일링 장치와 함께 콘크리트 파일을 형성한다. 그라우트가 굳은 다음에는 굴착 측면의 밖으로 돌출된 소일네일의 봉에 지압판이 끼워져 커플러와 볼트로 고정됨으로써 네일링 장치의 시공이 완료된다. 따라서, 네일링 장치에서 강철제 봉은 소켓 및 중공관체에 대하여 네일공의 길이방향으로 이동하지 않도록 소켓 또는 중공관체에 결합되어 있다.
그러나, 종래 기술에 따른 네일링 장치는 다음과 같은 문제점이 있다.
네일링 장치는 그라우트의 지압력에 의해 인발에 대한 버팀강성을 부여하는 것인데, 지반의 상태에 따라 네일링 장치가 삽입된 네일공의 주변에는 다수의 절리가 존재한다. 따라서, 그라우트는 주입압력에 의해 충진되는 것이기 때문에 상기 네일공에 주입될 때 절리를 통해 상기 네일공에서 누출되어 상기 네일공 내부의 충진율이 낮아짐으로써 지반을 실질적으로 보강하지 못하고 있다. 이때, 상기 절리가 일부분에만 형성된다 하여도 상기 네일공 내부의 전영역이 하나의 공간이기 때문에 상기 네일공의 전영역에 충진된 그라우트 내부에 공극이 발생되어 보강이 이루어지지 않게 된다. 여기서, 네일공 내부의 강도를 측정할 방법이 없기 때문에 공극이 존재하는 상태를 인지하지 못하고 공사를 진행하게 되고, 결국 지반 붕괴로 인한 대형 사고가 발생될 수 있다.
본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 쐐기식 내하체와 그라우팅의 2가지를 이용하여 정착력을 발생함으로써 연약지반이나 지반 내에 절리나 동공이 존재하여도 지반을 안전하게 보강 및 유지할 수 있는 도로 및 단지의 사면보강 네일링 및 이를 이용한 사면 보강 공법을 제공하려는데 목적이 있다.
그리고, 본 발명의 다른 목적은 최소한의 그라우팅만을 통해 네일링을 견고하게 정착하려는데 있다.
전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 도로 및 단지의 사면 보강 네일링은, 선단부 외주면에 나사선이 형성된 네일봉; 상기 네일봉의 나사선에 나사 체결되며 선단부에 형성된 하나 이상의 앵커돌기에 의해 지중의 네일공 안쪽에 고정되는 정착헤드; 일측 외주면에 경사부가 형성되며 상기 네일봉의 선단부로부터 일정 거리 이격된 곳에 공회전 가능하게 결합되어 상기 네일봉의 회전시 전진하는 확장유도블록; 상기 확장유도블록의 후방에 형성되어 상기 확장유도블록이 상기 네일봉에서 밀리지 않도록 지지하는 밀대판; 지상에서부터 상기 네일공에 삽입되며 단부가 상기 밀대판에 연결되어 상기 밀대판 앞쪽의 정착공에 그라우트재를 주입하는 그라우팅관; 상기 확장유도블록의 경사부와 대응되는 경사부가 구비되어 상기 경사부들이 대향되도록 상기 확장유도블록과 상기 정착헤드의 사이에 설치되며 상기 확장유도블록의 전진시 상기 경사부들에 의해 확장되어 상기 네일공의 벽면에 정착되는 호 형상의 정착날개; 상기 확장유도블록과 정착날개에 감겨 있으며 상기 정착날개의 확장시 파단되는 하나 이상의 결속띠로 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 도로 및 단지의 사면 보강 네일링을 이용한 사면 보강 공법은, 도로 및 단지의 사면 보강 네일링을 지중에 천공된 네일공에 각각 삽입하여 앵커돌기에 의해 상기 정착헤드를 고정하는 단계; 상기 도로 및 단지의 사면 보강 네일링의 그라우팅관을 통해 상기 밀대판의 앞쪽 공간에 그라우트재를 주입하는 단계; 상기 그라우트재가 경화되기 전에 상기 도로 및 단지의 사면 보강 네일링의 네일봉을 회전시켜 상기 확장유도블록의 전진을 유도함으로써 상기 정착날개가 확장되어 지중에 정착되도록 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 도로 및 단지의 사면보강 네일링 및 이를 이용한 사면 보강 공법에 의하면, 하나 이상의 정착날개가 네일공을 뚫고 지반에 박혀 정착되어 정착날개와 네일공간에 슬립이 일어나지 않으며, 뿐만 아니라 네일봉의 인발시 정착날개가 더욱 크게 확장되어 정착력을 크게 함으로써 큰 정착력을 확보할 수 있고, 아울러, 정착공을 그라우팅하여 공동으로 인한 구조적 불안을 해소하고 정착날개와 그라우트가 서로 지지력을 제공함으로써 큰 정착력을 확보할 수 있다. 결과적으로 연약지반이나 지중에 절리 등이 존재하여도 사면을 안정적으로 보강하고 유지할 수 있다.
그리고, 내하체 부분의 정착공에만 그라우팅을 하여 네일공의 전체구간을 그라우팅하는 것보다 공기를 단축할 수 있고, 시공원가를 절감할 수 있다.
도 1은 본 발명에 의한 도로 및 단지의 사면보강 네일링의 사시도.
도 2는 본 발명에 의한 도로 및 단지의 사면보강 네일링의 단면도.
도 3은 본 발명에 의한 도로 및 단지의 사면보강 네일링에 적용된 내하체의 분해 사시도.
도 4는 본 발명에 의한 도로 및 단지의 사면보강 네일링에 적용된 확장유도블록의 다른 예시도.
도 5는 본 발명에 의한 도로 및 단지의 사면보강 네일링의 작동 상태도.
도 1 내지 도 3에서 보이는 바와 같이, 본 발명에 의한 도로 및 단지의 사면 보강 네일링(100)은, 선단부 외주면에 나사선(11)이 형성된 네일봉(10); 네일봉(10)에 나사선(11)을 통해 연결되는 정착헤드(20); 네일봉(10)의 정착헤드(20) 후방에 설치되며 네일봉(10)의 회전시 지중에 정착되는 내하체로 구성된다.
네일봉(10)은 통상의 철근, 에폭시코팅 철근, 봉 등이 사용 가능하다.
정착헤드(20)는 네일봉(10)의 나사선(11)이 나사 체결되는 너트부가 형성된 예컨대 원통형일 수 있으며, 전면에는 지중에 박혀 네일봉(10)의 회전시 회전되지 않도록 하나 이상의 앵커돌기(21)가 형성된다.
상기 내하체는 네일공(1)의 벽면에 정착되는 정착날개(30) 및 정착날개(30)의 확장을 안내하는 확장유도블록(40)으로 구성될 수 있다.
확장유도블록(40)은 예를 들어 원통형에서 경사부(41)가 형성되는 형태이며, 네일봉(10)의 둘레부에 공회전되면서 전진하도록 연결된다.
전술한 바와 같은 동작을 하기 위하여 확장유도블록(40)과 네일봉(10)이 직접 연결될 수도 있지만, 본 발명에서는 네일봉(10)을 확장유도블록(40)에 관통시켜 네일봉(10)이 회전하여도 확장유도블록(40)이 회전하지 않도록 하고, 별도의 밀대판(50)을 사용하였다. 확장유도블록(40)은 정착헤드(20)와의 사이에 정착날개(30)가 장착될 수 있는 위치에 결합되고, 네일봉(10)의 회전시 회전하지 않도록 베어링이 사용될 수도 있다.
밀대판(50)은 확장유도블록(40)의 후방에 설치되어 네일봉(10)의 회전시 확장유도블록(40)을 전진시키는 것으로, 네일봉(10)의 둘레부에 베어링에 의해 제자리 회전 가능하게 설치된다.
정착날개(30)는 확장유도블록(40)의 경사부(41)에 슬라이딩 가능하게 안착되어 확장유도블록(40)의 전진시 네일공(1)의 벽면측으로 확장되어 지중에 정착되는 것으로, 확장유도블록(40)의 경사부(41)와 대응되는 경사부(31)가 구비된다.
정착날개(30)는 확장유도블록(40)을 관통한 네일봉(10)이 정착헤드(20)에 나사 체결되고 회전 및 전진할 때 구속하지 않으면서 경사부(31,41)에 의해 슬라이딩하면서 확장할 수 있도록 호 형상의 단면으로 형성되어 내부에 중공부가 형성되며 상기 중공부에는 그라우트재가 채워질 수 있다.
정착날개(30)는 네일공(1)에 삽입할 때에는 지반에 간섭되지 않아야 하면서도 네일봉(10)의 회전시에는 확장유도블록(40)의 경사부(41)를 타고 슬라이딩하면서 확장되어 정착되어야 하며, 이러한 동작은 네일공(1) 안쪽에서 이루어지므로 지상에서 작업자가 조작없이 정착날개(30)가 확장될 수 있도록 하나 이상의 결속띠(60)를 통해 확장유도블록(40)에 고정된다. 결속띠(60)는 네일링(100)을 네일공(1) 삽입할 때 정착날개(30)와 확장유도블록(40)이 결합된 상태에서 크기가 네일공(1)의 직경보다 작게 하지만 네일봉(10)의 회전에 의해 정착날개(30)가 확장되면 파단되어 정착날개(30)와 확장유도블록(40)을 분리한다.
정착날개(30)가 확장유도블록(40)의 경사부(41)를 타고 슬라이딩할 때 확장유도블록(40)을 이탈하지 않도록 확장유도블록(40)의 경사부(41)의 양측에는 정착날개(30)의 양측이 각각 안착되는 안착턱(42)(도 4참고)이 형성된다.
본 발명은 정착날개(30)의 정착력을 보강하기 위하여 정착공(밀대판(50) 앞쪽 공간)를 그라우팅하며, 이를 위하여 그라우팅관(70)이 적용된다.
그라우팅관(70)은 지상에서부터 네일공(1)에 삽입되며 단부가 밀대판(50)에 연결되어 밀대판(50) 앞쪽의 정착공에 그라우트재를 주입한다. 그라우팅관(70)의 출구가 확장유도블록(40)에 의해 막히지 않도록 확장유도블록(40)과 밀대판(50)의 크기가 달라진다.
지금까지는 네일링(10) 등 구성요소의 구조와 기능 및 연결관계에 대해서만 기재하고 구체적인 재질을 설명하지 않았으며, 이는 네일링에 사용되는 모든 재질이 가능하기 때문이다.
도면 중 미 설명부호 80은 네일봉(10)을 네일공(1)의 중심에 유지하는 스페이서이다.
도 5에서 보이는 바와 같이, 본 발명에 의한 도로 및 단지의 사면 보강 네일링을 이용한 사면 보강 공법은 다음과 같다.
(S10) 네일공 천공.
사면의 보강이 필요한 곳에 천공기를 이용하여 일정 간격으로 다수의 네일공(1)을 천공한다.
(S20) 네일링 설치.
네일공(1)의 내부에 네일링(100)을 삽입 설치한다.
확장유도블록(40)과 정착날개(30)는 결속띠(60)에 의해 결합되어 네일링(100)을 네일공(1)에 삽입할 때 간섭이 일어나지 않으며, 정착헤드(20)의 앵커돌기(21)가 네일공(1)의 안쪽 지반에 박힐 때까지 네일링(100)을 삽입한다.
(S30) 그라우팅.
(S20) 네일링 설치 후 그라우팅관(70)에 그라우트재를 주입하여 그라우트재가 밀대판(50) 앞쪽의 정착공에 주입되도록 한다. 그라우트재가 정착공에 주입되면 그라우트재가 더 이상 주입되지 않으므로 주입을 멈춘다. 그라우팅이 종료되면 그라우팅관(70)을 밀대판(50)에서 분리할 수 있다.
(S40) 네일링 정착.
(S30) 그라우팅 공정을 통해 주입한 그라우트재가 경화되기 전에 네일링의 정착이 이루어지며, 네일봉(10)을 일방향으로 돌리면 네일봉(10)이 나사선(11)을 통해 정착헤드(20)에 체결된다.
정착헤드(20)는 앵커돌기(21)를 통해 네일공(1)에서 회전하지 못하며, 따라서, 네일봉(10)이 정착헤드(20)의 너트부에 체결되어 전진한다.
네일봉(10)의 전진시 밀대판(50)은 네일봉(10)과 함께 전진하며, 이에 따라 확장유도블록(40)이 전진하게 된다.
확장유도블록(40)이 전진하면 정착날개(30)가 경사부(31,41)에 의해 경사부(31)를 타고 슬라이딩하면서 확장된다. 왜냐하면, 정착날개(30)는 확장유도블록(40)과 정착헤드(20)의 사이에서 전진할 수 없기 때문에 슬라이딩할 수밖에 없다. 이때, 결속띠(60)는 정착날개(30)의 확장력에 의해 파단되어 정착날개(30)의 확장을 구속하지 않는다.
정착날개(30)는 확장되면서 네일공(1) 주변의 지반에 박히게 되어 정착력을 발생한다.
정착날개(30)만 지반에 정착된다. 따라서, 정착날개(30)의 정착력, 그라우트재의 압착력 및 정착날개(30)와 그라우트의 마찰력 등에 의해 네일링(100)의 내하체가 네일공(1)에 견실하게 정착된다.
한편, 네일링(100)의 시공 이후 지반 침하나 토압 등에 의해 네일링(100)이 지상으로 인발되려는 경우 네일봉(100)이 인발될 때 정착날개(30)가 확장유도블록(40)을 타고 쐐기식으로 더 확장되기 때문에 지반의 침하를 막거나 지연시킬 수 있다.
1 : 네일공, 10 : 네일봉
20 : 정착헤드, 21 : 앵커돌기
30 : 정착날개, 31,41 : 경사부
40 : 확장유도블록, 50 : 밀대판
60 : 결속띠, 70 : 그라우팅관

Claims (3)

  1. 선단부 외주면에 나사선(11)이 형성된 네일봉(10);
    상기 네일봉의 나사선에 나사 체결되며 선단부에 형성된 하나 이상의 앵커돌기(21)에 의해 지중의 네일공 안쪽에 고정되는 정착헤드(20);
    일측 외주면에 경사부(41)가 형성되며 상기 네일봉의 선단부로부터 일정 거리 이격된 곳에 공회전 가능하게 결합되어 상기 네일봉의 회전시 전진하는 확장유도블록(40);
    상기 확장유도블록의 후방에 형성되어 상기 확장유도블록이 상기 네일봉에서 밀리지 않도록 지지하는 밀대판(50);
    지상에서부터 상기 네일공에 삽입되며 단부가 상기 밀대판에 연결되어 상기 밀대판 앞쪽의 정착공에 그라우트재를 주입하는 그라우팅관(70);
    상기 확장유도블록의 경사부와 대응되는 경사부(31)가 구비되어 상기 경사부들이 대향되도록 상기 확장유도블록과 상기 정착헤드의 사이에 설치되며 상기 확장유도블록의 전진시 상기 경사부들에 의해 확장되어 상기 네일공의 벽면에 정착되는 호 형상의 정착날개(30);
    상기 확장유도블록과 정착날개에 감겨 있으며 상기 정착날개의 확장시 파단되는 하나 이상의 결속띠(60)를 포함하고,
    상기 확장유도블록의 경사부의 좌우 양측에는 각각 안착턱(42)이 형성되며 상기 정착날개는 내부에 중공부가 형성되면서 좌우 양측이 상기 안착턱에 각각 안착되어 좌우 비틀림과 공회전없이 확장되며 내부에 상기 그라우팅관을 통해 주입되는 그라우트재가 양생되어 정착되는 것을 특징으로 하는 도로 및 단지의 사면 보강 네일링.
  2. 삭제
  3. 사면에 다수의 네일공을 일정간격으로 천공하는 제1단계;
    청구항 1에 의한 도로 및 단지의 사면 보강 네일링을 상기 제1단계에서 천공된 네일공에 각각 삽입하여 앵커돌기에 의해 상기 정착헤드를 고정하는 제2단계;
    상기 도로 및 단지의 사면 보강 네일링의 그라우팅관을 통해 상기 밀대판의 앞쪽 공간에 그라우트재를 주입하는 제3단계;
    상기 제3단계이후 상기 그라우트재가 경화되기 전에 상기 도로 및 단지의 사면 보강 네일링의 네일봉을 회전시켜 상기 확장유도블록의 전진을 유도함으로써 상기 정착날개를 확장시켜 지중에 정착되도록 하는 한편, 상기 제3단계에서 주입된 그라우트재가 상기 정착날개 내부의 중공부에 주입되어 경화되도록 하는 제4단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 도로 및 단지의 사면 보강 네일링을 이용한 사면 보강 공법.
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