KR101017183B1 - 피에스 강연선을 이용한 앵커 조립체 및 그를 이용한 지반보강방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 토사 및 암반 지반보강에 모두 사용될 수 있는 피에스 강연선을 이용한 앵커 조립체 및 그를 이용한 지반보강방법에 관한 것이다.

본 발명의 적절한 실시형태에 따르면, 길이방향을 따라 적어도 1개 이상의 벌빙부가 형성된 피에스 강연선, 상기 피에스 강연선의 선단부가 삽입되는 중공이 형성되고 외면에는 나사산이 가공된 선단보강구, 상기 선단보강구를 피에스 강연선의 선단부에 결합시키는 제1 쐐기, 상기 피에스 강연선의 선단부쪽에 위치하는 벌빙부와 선단보강구 사이에 결합되는 코일 스프링, 상기 피에스 강연선의 두부가 삽입되는 중공이 형성되고 외면에는 나사산이 가공된 두부체결구 및 상기 두부체결구를 피에스 강연선의 두부에 결합시키는 제2 쐐기를 포함하는 것을 특징으로 하는 앵커 조립체가 제공된다.

어스앵커, 그라운드앵커, 소일앵커, 록볼트, 록앵커

Description

피에스 강연선을 이용한 앵커 조립체 및 그를 이용한 지반보강방법{Ground anchor using steel strand and ground reinforcement method using the same}

본 발명은 앵커 조립체에 관한 것으로, 보다 상세하게는 토사 및 암반 지반보강에 모두 사용될 수 있는 피에스 강연선을 이용한 앵커 조립체 및 그를 이용한 지반보강방법에 관한 것이다.

기초를 굴착할 때 굴착면의 원지반이 느슨해지는 것을 억제하기 위하여 어스앵커(earth anchor)가 사용되고, 터널을 굴착할 때 벽면암반이 느슨해지는 것을 억제하기 위하여 록 앵커(rock anchor)가 사용되고 있다. 어스 앵커를 소일 앵커(soil anchor)라고도 하며, 록 앵커는 피에스 강재를 너트에 끼워서 정착하기 때문에 록 볼트(rock bolt)라고 부르는 경우가 많다.

이들 앵커공법은 착공기로 뚫은 천공에 쉬스와 피에스 강재를 삽입한 후 시멘트 풀 또는 시멘트 모르터를 주입해서 앵커체를 만들고 이 앵커체가 충분히 경화한 후 앵커 두부에서 피에스 강재를 정착함으로써 구조물을 안정화시키는 것이다.

이들 앵커공법에서는 피에스 강재로 표면에 요부 또는 철부를 연속 또는 일정간격으로 형성한 이형 피에스 강봉이 사용된다. 그러나 이형 피에스 강봉은 정착 부에서 경사 정착되거나 접속장치로 이은 피에스 강봉이 일직선이 되지 않거나 할 경우에는 피에스 강봉에 국부적인 휨이 작용하여 피에스 강봉이 응력부식이나 지연파괴를 일으켜 나중에는 파단될 염려가 있다. 또한 중량이 나가고 유연하지 않아 시공성 및 작업성이 좋지 못하고 고가로서 경제적이지 못하다.

한편, 천공에 삽입된 피에스 강재는 그 주변과 천공 사이에 그라우트가 밀실하게 채워질 수 있도록 그리고 피에스 강재가 그라우트에 의해 완전히 피복되도록 하기 위해 굴착면에서 일정 간격 이격되어 설치되어야 한다. 종래에는 이를 위해 별도의 간격재를 피에스 강재에 일정 간격으로 설치하였는데 이는 대단히 번거로웠다.

본 발명은 별도의 간격재가 필요 없고 정착부에서의 정착각도 및 이음부에서의 응력부식이나 지연파괴를 방지할 수 있는 피에스 강연선을 이용한 앵커 조립체를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 앵커 조립체의 선단부의 지압력 및 부착력이 향상되어 그라우트재로 레진을 사용한 경우에도 충분한 인발저항력을 얻을 수 있는 앵커 조립체를 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 별도의 간격재가 필요 없고 정착부에서의 정착각도 및 이음부에서의 응력부식이나 지연파괴를 방지할 수 있는 피에스 강연선을 이용한 앵커 조립체를 이용하여 종래 이형 피에스 강봉을 이용한 경우보다 우수한 보강효과를 나타내는 지반보강방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 적절한 실시형태에 따르면, 길이방향을 따라 적어도 1개 이상의 벌빙부가 형성된 피에스 강연선, 상기 피에스 강연선의 선단부가 삽입되는 중공이 형성되고 외면에는 나사산이 가공된 선단보강구, 상기 선단보강구를 피에스 강연선의 선단부에 결합시키는 제1 쐐기, 상기 피에스 강연선의 선단부쪽에 위치하는 벌빙부와 선단보강구 사이에 결합되는 코일 스프링, 상기 피에스 강연선의 두부가 삽입되는 중공이 형성되고 외면에는 나사산이 가공된 두부체결구 및 상기 두부체결구를 피에스 강연선의 두부에 결합시키는 제2 쐐기를 포함하는 것을 특징으로 하는 앵커 조립체가 제공된다.

본 발명의 다른 적절한 실시형태에 따르면, 상기 벌빙부 내부에는 긴장력에 의해 벌빙부가 늘어나 그 형상이 변형되는 것을 방지하기 위한 벌빙유지구가 삽입된다.

본 발명의 또 다른 적절한 실시형태에 따르면, 상기 선단보강구에는 천공과정에서 구멍속으로 흘러내린 슬라임을 통과하여 보다 쉽게 삽입이 가능하도록 끝이 뾰족하게 된 원추부가 형성된 보조선단보강구가 나사결합된다.

본 발명의 또 다른 적절한 실시형태에 따르면, 보강대상 지반에 구멍을 천공하고 그 구멍에 앵커 조립체를 삽입하는 단계, 주입호스를 이용해 시멘트 풀, 시멘트 모르터 또는 레진을 주입하는 단계, 시멘트 풀, 시멘트 페이스트 또는 레진이 경화된 후 피에스 강연선의 두부에 결합된 두부체결구를 관통하도록 정착판을 설치하는 단계 및 정착판 위로 노출된 두부체결구에 나사산이 형성된 중공을 갖고 외면 상단부는 각이 지도록 가공된 앵커헤드를 나사결합하여 앵커 조립체를 정착하는 것을 특징으로 하는 지반보강방법가 제공된다.

본 발명에 따르면 종래 이형 피에스 강봉을 사용한 앵커 조립체에 비해 정착부에서의 정착각도에 상관없이 그리고 이음부에서의 응력부식이나 지연파괴를 방지할 수 있고 보다 우수한 보강효과를 얻을 수 있다.

또한 가볍고 유연하여 시공현장에서의 작업효율성이 좋고 그라우트와의 부착력이 뛰어나며 별도의 간격재가 필요없다.

또한 앵커 조립체 전체의 부착력과 정착력을 높이는 벌빙부의 변형 내지 파괴를 방지할 수 있다.

또한 앵커 조립체의 선단부의 지압력 및 부착력이 향상되어 그라우트재로 레진을 사용한 경우에도 충분한 인발저항력을 얻을 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 도면들 중, 동일한 구성요소 또는 부품들은 가능한 한 동일한 참조부호를 표기하며, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 생략한다.

도 1은 본 발명에 따른 앵커 조립체의 분해 사시도이고, 도 2는 앵커 조립체의 결합 사시도이다.

도시된 바와 같이 본 발명에 따른 앵커 조립체는, 적어도 1개 이상의 벌빙부(12)가 형성된 피에스 강연선(10), 벌빙부(12)에 삽입되는 벌빙유지구(14), 피에스 강연선(10)의 선단부에 쐐기(30)를 이용해 결합되는 선단보강구(20), 선단보강구(20)에 나사결합되는 보조선단보강구(40), 선단보강구(20)와 벌빙부(12) 사이에 설치되는 코일 스프링(50) 및 피에스 강연선(10)의 두부에 쐐기(30)를 이용해 결합되는 두부체결구(60)로 구성된다.

피에스 강연선(steel strand)은 2개의 소선을 꽈배기 모양(S연)으로 꼰 2연선과 1개의 소선 둘레에 6개의 소선을 S연으로 꼬아 만든 7연선이 많이 사용되는데, 본 발명에서는 7연선을 사용하였고 소정 간격으로 적어도 1개 이상의 벌빙부(12)가 형성되도록 가공하였다. 벌빙부(12)는 꼬아진 피에스 강연선을 부풀려 다 른 부분에 비해 직경을 키운 부분을 말한다. 이렇게 피에스 강연선을 부풀리는 작업을 벌빙(Bulbing)이라 한다. 벌빙부(12)를 형성하는 방법으로는 이 기술분야에서 공지된 방법이 사용될 수 있으며, 일예로 벌빙부(12)를 형성할 부분 만큼 간격을 두고 그 양쪽을 죔쇄(clamp)로 꽉 물고 양쪽에서 압축력을 가함으로써 꼬여진 강연선이 부풀어오르게 함으로써 벌빙부(12)를 형성할 수 있다.

이 벌빙부(12)는 간격재 및 기계적 부착력을 증가시키는 역할을 한다. 즉, 앵커강재로 사용되는 피에스 강연선은 PC부재(PC거더, PC슬래브)처럼 강연선을 균등하게 콘크리트로 피복하는 것이 곤란하므로 영구 앵커인 때에는 부식에 대한 주의가 필요한데, 본 발명에서는 벌빙부(12)가 천공 주변 주반으로부터 피에스 강연선을 이격시켜 주므로 피에스 강연선이 그라우트재에 의해 전체적으로 어느 정도 균등하게 피복이 될 수 있도록 한다. 또한 벌빙부(12)는 매끄러운 표면을 갖는 피에스 강연선에 일종의 돌기가 되므로 그라우트재와의 마찰력을 증가시켜 결과적으로 부착력을 증가시킨다. 또한 벌빙부(12) 내부에는 그라우트재가 채워지고 그라우트재가 채워진 벌빙부(12)는 일종의 구근을 형성함으로써 앵커강재로서의 피에스 강연선의 정착력을 증대시키게 된다. 그리고 벌빙부(12) 형성 간격을 적절히 조절함으로써 벌빙부(12)가 유연한 피에스 강연선의 자연스러운 처짐을 보강하는 역할을 할 수도 있다.

그리고 벌빙부(12) 내부에는 외력에 대해 벌빙부(12)의 형상이 변형 내지 파괴되는 것을 방지하도록 벌빙유지구(14)가 삽입될 수 있다. 즉, 벌빙부(12)는 그 내부에 채워지는 그라우트재를 구속하는 역할도 하는데 벌빙부(12)에 작용하는 외 력에 의해 벌빙부(12) 형상이 변형 또는 파괴될 수 있다. 예컨데, 앵커 조립체를 긴장 정착할 경우 긴장력에 의해 벌빙부가 늘어나 그 형상이 유지되지 않을 수 있다. 그러나 그 내부에 벌빙유지구(14)를 삽입할 경우 벌빙유지구(14) 자체의 강성에 의해 벌빙부(12)가 변형 내지 파괴되는 것을 방지할 뿐만 아니라 그 내부에 채워지는 그라우트재의 구속효과를 한 층 높일 수 있다. 벌빙유지구(14)로는 외력에 대해 벌빙부(12)의 형상을 유지할 수 있는 것이라면 특별히 제한되지는 않으며 예컨데 철근을 적당한 크기로 절단한 것이나 강재 또는 플라스틱재 구슬 등이 사용될 수 있다. 벌빙유지구(14)를 벌빙부(12) 내부에 삽입하는 방법은 벌빙부(12)를 형성할 때 벌려진 소선 사이의 공간으로 벌빙유지구(14)를 삽입하면 된다.

보강대상 지반 또는 암반에 천공된 구멍속으로 피에스 강연선(10)을 삽입하는 과정에서 꼬아진 피에스 강연선(10)의 선단부분이 풀리는 것을 방지하고 유연한 피에스 강연선(10)을 작은 천공으로 보다 용이하게 삽입할 수 있도록 하며 지압에 의해 피에스 강연선(10)이 뽑히는 것을 방지하기 위해 피에스 강연선(10)의 선단에는 선단보강구(20)가 결합된다. 선단보강구(20)에는 피에스 강연선(10)이 삽입될 수 있도록 중공이 형성되어 있어 쐐기(30)가 피에스 강연선(10)을 선단보강구(20)의 중공속으로 물고 들어감으로써 선단보강구(20)는 피에스 강연선(10)에 단단히 고정된다. 그리고 선단보강구(20)의 외면에는 그라우트재 특히 레진과의 부착성능을 향상시키고 필요에 따라 보조선단보강구(40)를 쉽게 결합하기 위해 나사산이 가공되어 있다.

쐐기(30)는 선단보강구(20)의 중공에 대응하여 테이퍼진 형상이고 2개 또는 3개로 분할되어 있고 분할된 각 쐐기편(32)은 탄성을 가진 밴드(34)로 결합되어 있다. 그리고 각 쐐기편(32)은 일정한 공간(36)을 갖고 결합되는데 이 공간(36)으로 인해 쐐기(30)가 선단보강구(20)로 파고들면서 피에스 강연선(10)을 꽉 물고 들어가게 된다. 선단보강구(20)를 피에스 강연선(10)의 선단부에 결합시키기 위한 이 쐐기(30)를 후술하는 두부체결구(60)를 피에스 강연선(10)의 두부에 결합시키기 위한 쐐기(30)와 구별하기 위해 제1 쐐기라 한다.

한편 쐐기(30)로 고정된 선단보강구(20)가 보강대상 지반의 구멍 속으로 삽입하는 과정에서 쐐기 결합이 풀려 이탈되는 것을 방지하기 위해 선단보강구(20)에는 보조선단보강구(40)가 더 결합될 수 있다. 보조선단보강구(40)는 이러한 목적 이외에 천공과정에서 구멍속으로 흘러내린 슬라임을 통과하여 보다 쉽게 삽입이 가능하도록 하는 기능을 갖는다. 이를 위해 보조선단보강구(40)는 그 끝을 뾰족하게 하여 원추부(42)를 형성한다. 따라서 보조선단보강구(40)를 더 결합함으로써 원추부(42)를 통해 슬라임을 통과하여 쉽게 삽입이 가능하고 선단보강구(20)와 보조선단보강구(40)에 의해 피에스 강연선(10)의 선단부 직경이 더욱 커지게 됨으로 지압에 의해 피에스 강연선이 빠져 나오려는데 보다 효과적으로 저항할 수 있다. 그리고 보다 큰 인발저항력을 얻기 위해 원추부(42)를 보조선단보강구의 다른 부분보다 더 큰 직경을 갖도록 할 수 있다.

벌빙부(12)와 선단보강구(20) 사이에는 코일 스프링(50)이 결합된다. 이 코일 스프링(50)은 매끄러운 표면을 갖는 피에스 강연선에 일종의 돌기가 되므로 그라우트재와의 마찰력을 증가시켜 결과적으로 부착력을 증가시킨다. 앵커 조립체의 거동에 있어서 그 선단부의 정착력이 대단히 중요한데 본 발명에서는 위에서 살펴본 바와 같이 선단보강구(20)와 보조선단보강구(40)을 통해 지압력으로 앵커보립체가 소요 인장력을 발휘할 때까지 인발되지 않도록 하였다. 이와 더불러 본 발명에서는 벌빙부(12)와 선단보강구(20) 사이에 코일 스프링(50)을 더 결합함으로써 추가적으로 부착력으로 인발에 저항하도록 하였다.

피에스 강연선(10)의 두부에는 본 발명에 따른 앵커 조립체가 너트방식으로 간단히 정착될 수 있도록 두부체결구(60)가 결합된다. 이를 위해 두부체결구(60)의 외면에는 나사산이 가공되어 있다. 그리고 두부체결구(60)에는 피에스 강연선(10)이 삽입될 수 있도록 중공이 형성되어 있어 쐐기(30)가 피에스 강연선(10)을 두부체결구(60)의 중공속으로 물고 들어감으로써 두부체결구(60)는 피에스 강연선(10)에 단단히 고정된다.

쐐기(30)는 두부체결구(60)의 중공에 대응하여 테이퍼진 형상이고 2개 또는 3개로 분할되어 있고 분할된 각 쐐기편(32)은 탄성을 가진 밴드(34)로 결합되어 있다. 그리고 각 쐐기편(32)은 일정한 공간(36)을 갖고 결합되는데 이 공간(36)으로 인해 쐐기(30)가 선단보강구(20)로 파고들면서 피에스 강연선(10)을 꽉 물고 들어가게 된다. 두부체결구(60)를 피에스 강연선(10)의 두부에 결합시키기 위한 이 쐐기(30)를 전술한 선단보강구(20)를 피에스 강연선(10)의 두부에 결합시키기 위한 쐐기(30)와 구별하기 위해 제2 쐐기라 한다.

이상과 같이 구성된 본 발명에 따른 앵커 조립체는 앵커강재로 이형철근을 이용하는 것과 동일한 방법으로 시공될 수 있다.

도 3은 본 발명에 따른 앵커 조립체를 이용하여 지반을 보강하는 방법을 설명하기 위한 분해 사시도이고, 도 4는 본 발명에 따른 앵커 조립체를 이용하여 지반을 보강하는 방법을 설명하기 위한 결합 사시도이며, 도 5는 본 발명에 따른 앵커 조립체를 이용하여 지반을 보강한 상태를 나타낸 단면도이다.

먼저 보강대상 지반을 착공기로 뚫은 구멍에 선단에 선단보강구(20)가 결합되고 적어도 1개 이상의 벌빙부(12)가 형성된 피에스 강연선(10)을 삽입한다. 피에스 강연선(10)의 벌빙부(12)에는 벌빙유지구(14)가 더 설치될 수 있고 보조선단보강구(40)가 더 결합될 수 있다.

다음으로, 주입호스를 이용해 시멘트 풀, 시멘트 모르터, 레진 등의 그라우트재를 주입한다.

다음으로, 노출된 피에스 강연선(10)의 두부에 두부체결구(60)를 쐐기(30)로 고정하고 두부체결구(60)를 관통하여 정착판(70)을 설치한다. 정착판(70)은 전체적으로 사각형 형상으로 중심부에는 피에스 강연선(10)이 삽입되는 구멍(72)이 형성되어 있다.

마지막으로 두부체결구(60)에 앵커헤드(80)를 체결하여 앵커 조립체를 정착한다. 이때 필요할 경우 앵커헤드(80)를 결합하기 전에 앵커 조립체에 긴장력이 도입될 수 있다. 앵커헤드(80)는 일종의 너트로서 상단부에는 렌치 등을 이용해 회전시킬 수 있도록 육각으로 각이져 있으며 두부체결구(60)에 나사결합될 수 있도록 나사산이 가공된 중공이 형성되어 있다.

위에서 본 발명은 실시 예를 이용하여 상세하게 설명이 되었다. 제시된 실시 예는 예시적인 것으로 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 제시된 실시 예에 대한 다양한 변형 및 수정 발명을 만들 수 있을 것이다. 본 발명의 범위는 이러한 변형 및 수정 발명에 의하여 제한되지 않고 다만 아래에 첨부된 청구범위에 의해서만 제한된다.

도 1은 본 발명에 따른 앵커 조립체의 분해 사시도이다.

도 2는 본 발명에 따른 앵커 조립체의 결합 사시도이다.

도 3은 본 발명에 따른 앵커 조립체를 이용하여 지반을 보강하는 방법을 설명하기 위한 분해 사시도이다.

도 4는 본 발명에 따른 앵커 조립체를 이용하여 지반을 보강하는 방법을 설명하기 위한 결합 사시도이다.

도 5는 본 발명에 따른 앵커 조립체를 이용하여 지반을 보강한 상태를 나타낸 단면도이다.

Claims (4)

1. 길이방향을 따라 적어도 1개 이상의 벌빙부가 형성된 피에스 강연선,

   상기 피에스 강연선의 선단부가 삽입되는 중공이 형성되고 외면에는 나사산이 가공된 선단보강구,

   상기 선단보강구를 피에스 강연선의 선단부에 결합시키는 제1 쐐기,

   상기 피에스 강연선의 선단부쪽에 위치하는 벌빙부와 선단보강구 사이에 결합되는 코일 스프링,

   상기 피에스 강연선의 두부가 삽입되는 중공이 형성되고 외면에는 나사산이 가공된 두부체결구 및

   상기 두부체결구를 피에스 강연선의 두부에 결합시키는 제2 쐐기를 포함하는 것을 특징으로 하는 앵커 조립체.
2. 제1 항에 있어서,

   상기 벌빙부 내부에는 긴장력에 의해 벌빙부가 늘어나 그 형상이 변형되는 것을 방지하기 위한 벌빙유지구가 삽입된 것을 특징으로 하는 앵커 조립체.
3. 제2 항에 있어서,

   상기 선단보강구에는 천공과정에서 구멍속으로 흘러내린 슬라임을 통과하여 보다 쉽게 삽입이 가능하도록 뾰족하게 된 원추부가 형성된 보조선단보강구가 나사 결합된 것을 특징으로 하는 앵커 조립체.
4. 보강대상 지반에 구멍을 천공하고 그 구멍에 제1 항 내지 제3 항중 어느 한 항에 기재된 앵커 조립체를 삽입하는 단계,

   주입호스를 이용해 시멘트 풀, 시멘트 모르터 또는 레진을 주입하는 단계,

   시멘트 풀, 시멘트 페이스트 또는 레진이 경화된 후 피에스 강연선의 두부에 결합된 두부체결구를 관통하도록 정착판을 설치하는 단계 및

   정착판 위로 노출된 두부체결구에 나사산이 형성된 중공을 갖고 외면 상단부는 각이 지도록 가공된 앵커헤드를 나사결합하여 앵커 조립체를 정착하는 것을 특징으로 하는 지반보강방법.

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