KR101036039B1 - 중공구조체를 이용한 성토공사용 구조물 및 이를 이용한 성토 시공법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 성토 공사를 하기 위한 구조체에 관한 것으로서, 내부가 비어 있는 밀폐된 중공구조체(100)들이 상호 전후 좌우 및 다층 구조로 연결된 구조체;와
상기 중공구조체를 전후 좌우 및 다층 구조로 적층할 수 있도록, 상기 중공구조체 일측에 구비되어, 상기 중공구조체들을 상호 연결하는 연결부재(110);와 상호 연결된 중공구조체 최하층(1층) 구조물과 연결되어, 중공구조체들을 고정시키는 매트(200); 및 상기 중공 구조체가 점유한 공간 사이를 메꾸는 유동화 경량토 (500); 를 포함하는 것을 특징으로 하는 성토 공사용 구조체가 제공된다. 본 발명에 의한 성토용 구조체는 매우 안정된 결속력을 발휘하며, 공사기간 및 공사 비용을 현저히 줄일 수 있음과 동시에 압밀침하를 매우 효과적으로 방지할 수 있는 장점이 있다.

Description

중공구조체를 이용한 성토공사용 구조물 및 이를 이용한 성토 시공법{SHELL STRUCTURE AND THE METHOD FOR PROTECTING GROUND SUBSIDENCE THEREBY}

본 발명은 속이 빈 중공의 구조체를 상호 결속, 연결하여 배치함으로써 경량의 토목 구조체를 형성하는 방법과 그러한 구조물체에 관한 것이다. 보다 상세하게는 중공 구조체를 좌우 상하로 결속시키고 상기 중공구체 사이의 공간은 경량토로 채운 뒤 고결함으로써, 초경량의 성토 구조체를 형성할 수 있는 방법에 관한 것이다.

연약지반 상에 도로를 개설하는데 있어서, 연약지반 상부에 성토를 하게 되면 그 하중에 의하여 수십 센티미터 내지 수 미터의 압밀 침하가 발생하게 된다.

이러한 침하 현상을 해결하기 위해서 여러 가지 방법이 제시되고 있는데, 대표적인 예를 들어 보면 다음과 같다.

첫째, 연약지반 상에 가해질 계획고에 의한 성토 하중, 도로 구조체의 하중 및 교통 하중 등을 모두 고려하고, 특히 도로공사에 소요되는 공기가 촉박한 경우에는 이들 하중들에 의한 압밀대기 시간을 앞당길 목적으로 추가되는 하중까지도 모두 고려하여 선행하중을 가하는 방법이 있다. 더 나아가 선행하중과 연약지반의 압밀침하 대기시간을 줄일 목적으로 행하여지는 연직배수공법을 도입하는 방법도 있다.

둘째, 연약지반을 개선하지 아니하고 상부하중을 감소시켜 연약지반이 과거에 받았던 최고하중을 넘지 않도록 하여 압밀이 발생하지 않도록 하는 유동화경량토를 이용한 성토공법이 있다.

도로를 구축하기 위하여, 종래에는 일반적으로 상기 첫째 방법이 주로 사용되었는데 보다 구체적으로 설명하면, 연약지반의 압밀침하를 조기 완료시키기 위하여 PBD와 같은 연직배수공법을 실시함으로써, 상부에는 샌드매트를 부설하고 그 위해 선행하중을 포함한 토사 성토를 실시하여, 압밀침하를 유도하는 하부연약지반 강화에 주력하였다.

그러나, 상기 방법은 장기간의 압밀대기시간에 의해 공사기간이 늘어나며, 압밀침하예측이 잘 맞질 않아 시공횟수 및 자재 소모량이 늘어나는 등 비경제적인 방법으로 인식됨에 따라 일본을 비롯한 일부 국가에서는 상기 둘째 방법을 개발하여 연약지반을 개량하지 않고서도 도로개설에 의한 장래의 침하를 극소화하려 하고 있다.

경량성토 방법의 하나로서, EPS 블록을 사용하는 방법도 제시된 바 있는데 이는 매우 낮은 밀도를 가지기 위하여 발포입자를 사용하는 바, 재료의 압축 크리프 현상 및 고하중에 견디지 못하는 낮은 강도 및 지하수위 하부설치시 시공과정 중 부력에 대비한 별도의 대책이 필요하다는 것이 문제점으로 제기되어 왔다.

본 발명은 상술된 문제점을 해결하기 위해서 안출된 것으로서, 본 발명은 상기 제시된 유동화 경량토를 이용한 성토공법의 하나로서, 연약지반 상에 중공(中空)의 구조체를 형성시킨 후, 그 중공 구조체가 점유한 공간 사이사이에는 경량토를 채워넣어 성토하는 공법이다.

본 발명의 목적으로는 첫째, 종래의 성토 시공에 사용되던 재료 보다 훨씬 가벼운 성토구조체를 사용할 수 있음으로써 압밀침하를 극소화할 수 있는 성토 구조체와 성토 방법을 제공하는 것이고 둘째, 성토에 드는 시간과 비용을 현저히 줄일 수 있는 성토 구조체와 성토 방법을 제시하는 것이며 세째, 지하수에 의한 영향을 거의 받지 않는 성토 구조체와 성토 방법을 제시하는 것이다.

본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여 안출된 것으로서, 성토 공사를 하기 위한 구조물에 있어서, 내부가 비어 있는 밀폐된 중공구조체들이 상호 수평적 및 수직적 결합구조로 연결되어 형성된 적층구조체;와 상기 중공구조체를 전후 좌우 및 다층 구조로 적층할 수 있도록, 상기 중공구조체 일측에 구비되어, 상기 중공구조체들을 상호 연결하는 연결부재;와 상호 연결된 중공구조체 최하층(1층) 구조물과 연결되어, 중공구조체들을 고정시키는 매트; 및 상기 중공 구조체가 점유한 공간 사이를 메꾸는 유동화 경량토; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 성토 공사용 구조물이 제시된다.

상기 중공구조체 단면은 원형, 타원형 혹은 다각면체 중 어느 하나를 사용하여도 무방하며, 혹은 상기 도형들을 혼합한 형태도 있을 수 있다.

상기 중공구조체들의 수평적 결합은, 일개의 중공구조체의 일측과,

상기 일개의 중공구조체를 수평면상에서 둘러싼 복수개의 중공구조체들 중 전부 또는 일부의 중공구조체들의 일측을, 상호 연결함으로써, 결합이 이루어지는 것을 특징으로 한다.

한편, 중공구조체는 비용이나 중량적인 측면에서 가볍고도 강도가 보장될 수 있는 합성수지 재료를 사용함이 바람직하지만, 반드시 이에 한정됨은 아니고, 여타 재료를 사용하더라도 본 발명의 목적이 달성될 수 있는 한 여하한 재료를 사용할 수 있다.

본 발명은 중공 구조체 내부를 비울 수 있기 때문에, 성토 공사에 필요한 재료비를 현저히 절감할 수 있으며, 쉽게 시공이 가능하여, 공사기간을 단축시킬 수 있으면서도, 상호 3차원적으로 결속력 있게 결합된 중공구조체는 여러 방향의 외부 하중에 효과적으로 저항할 수 있어서, 본 구조물의 안정성도 충분히 확보될 수 있는 장점이 있다.

또한, 무엇보다도 경량체의 토사 구조물체이므로 압밀침하를 효과적으로 방지할 수 있는 바, 도로 침하 복구를 위한 제반 비용을 현격히 줄일 수 있는 이점도 있다.

본 발명에 의해서 기대할 수 있는 효과로는 첫째, 종래의 성토 시공에 사용되던 재료 보다 훨씬 가벼운 성토구조체를 사용할 수 있음으로써 압밀침하를 극소화할 수 있게 된다.

둘째, 본 발명에서 제시하는 중공의 성토 구조체는 속이 비어 있기 때문에 그 내부를 토사로 채울 필요가 없음과 동시에 성토해야 하는 공간을 짧은 시간 내에 중공구체로 점유시킬 수 있으므로, 종래 성토에 드는 시간과 비용을 현저히 줄일 수 있다.

세째, 본 발명의 중공구체는 좌우 상하로 다단으로 매우 큰 결속력을 가지고서 상호 연결되어 있으며, 하부의 매트 구조체에 단단히 결속되어 있기 때문에, 전체적으로 외력(外力)에 매우 강하여, 안정성을 지속적으로 유지할 수 있음은 물론이고, 지반으로부터 분출되는 지하수에 의한 영향을 거의 받지 않는 장점이 있으며, 오히려 지하수가 존재할 때 부력(浮力)을 활용할 수 있으므로 도로의 압밀침하를 방지하는 기능을 발휘할 수도 있다.

도 1은 본 발명의 성토 구조체가 도로 하부에 형성된 상태를 간략히 표현한 도면,
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 의한 중공구조체의 사시도,
도 3은 도 2의 중공의 중공구조체의 분해사시도,
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 의한 중공구조체의 일부를 절단한 사시도,
도 5는 도 4의 복수개의 중공구조체를 전후 좌우로 상호 연결한 상태의 단면도,
도 6은 도 4의 복수개의 중공구조체를 전후 좌우로 상호 인접하게 연결시킨 상태의 단면도,
도 7은 본 발명의 실시예들을 도로폭 확장 공사에 적용시킨 사례를 설명하기 위한 도면,
도 8은 본 발명의 매트 구조물과 중공구조체를 연결하는 순서를 설명하기 위한 도면이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예들을 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다. 다만, 본 발명의 기술적 사상은 실시예들에 한정됨은 아니고, 당업자 수준에서 유추가능한 균등 수준의 발명은 모두 본 발명의 권리 범위에 속한다는 것을 미리 밝혀둔다.

본 발명의 중공 구조물은 중공구조체(100)와 연결부재(110) 그리고 매트(200) 및 유동화 경량토(500)로서 구성된다. (도 1)

도 1은 본 발명의 성토 구조체가 도로 하부에 형성된 상태를 간략히 표현한 도면이고 도 2는 본 발명의 제1 실시예에 의한 중공구조체의 사시도이며, 도 3은 도 2의 중공의 중공구조체의 분해사시도이다.

도 1과 같이 본 발명에 중공구조물은 주로 도로의 성토 공사에 적용될 수 있는데, 내부가 비어 있는 밀폐된 중공구조체(100)들이 상호 수평적 및 수직적 결합구조로 연결되어져 다층의 적층구조체를 이루게 된다.

중공구조체(100)의 재료로는 특별히 한정은 하지 않지만, 외형을 유지할 정도의 강도를 가진 합성수지 등이 바람직할 것이다.

중공구조체 단면은 원형으로 도시되어 있지만, 그 외에도 타원형도 적용가능하며 기타, 다각형과 같은 여하한 기하학적 폐곡면은 어떠한 형태로도 가능함은 물론이다.

상기 중공구조체(100)를 전후 좌우 및 다층 구조로 적층할 수 있도록, 상기 중공구조체 일측에는 상기 중공구조체(100)들을 상호 연결하는 연결부재(110)가 위치하여, 모든 중공구조체(100)들을 상호 결속하고 있다.

동일 수평면에 있는 중공구조체들의 수평적 결합 방법을 설명하면 다음과 같다.

즉 일개의 중공구조체의 일측과, 상기 일개의 중공구조체를 동일 수평면상에서 둘러싼 복수개의 중공구조체들 중 전부 또는 일부의 중공구조체들의 일측을, 연결부재(110)에 의해 상호 연결함으로써, 중공구조체들의 결합이 이루어질 수 있다.

예를 들어, 어느 하나의 중공구조체(100)를 동일 수평면에서 에워싸고 있는 중공구조체의 개수는 총 8개(45도 각도로 돌아가면서)인데, 도 2와 같은 연결구조시스템 하에서는 하나의 중공구조체와 연결된 중공구조체는, 동일수평면에서는 4개인 구조이다.

그러나, 일개의 중공구조체를 중심으로, 동일수평면에 있는 주위의 8개의 중공구조체 모두와 연결함으로써, 보다 결속력이 강하도록 형성시킬 수 있음은 물론이다.

한편, 도 2에서와 같이 상호 연결된 중공구조체 최하층(1층)에는, 중공구조체(100)들을 고정시키는 매트(200)가 결합되어져 중공구조체가 안정적으로 지반에 고착될 수 있도록 한다.

그리고, 중공 구조체(100)가 점유한 공간 사이는 유동화 경량토(500)가 메워져 있게 된다.

도 2 및 도 3에는 중공구조체(100)와 연결부재(110)의 결합관계를 상세히 표현하고 있다. 도로면(301)은 성토 후에도 성토물의 하중에 의해서, 지속적인 압밀침하가 발생하므로 도 3와 같이 내부가 비어 있는 중공구조체(100)를 개발하게 되었다.

중공구조체(100)는 독립적으로 존재하면 각종 외력에 대응하지 못하고 변위를 일으켜 오히려 압밀침하를 더욱 상승시킬 수 있는 바, 중공구조체 상호간 단단히 결속을 시킬 필요가 대두된다.

따라서, 연결부재(110)를 중공구조체 사이에 배치하며, 연결핀(120)을 연결핀구멍(112,113)에 삽입시킴으로써, 중공구조체를 상호 결속시킬 수 있으며, 이를 확장 연결하면 다단계의 층을 이룰 수 있으며, 수직적으로 중공구조체를 결합하여 각 층간 사이에 적용될 수 있는 수평 방향의 외력에도 효과적으로 대응할 수 있다.

상기 연결핀(120)은 직선형태로 제작되어져, 연결핀구멍(113)에 인입된 후 절곡됨으로써 연결부재(110)와 중공구조체(100) 상호간을 연결시킬 수 있다.

다만, 연결부재(110)와 중공구조체(100)의 연결은 반드시 연결핀(120)에 의한 방법에만 국한됨은 아니고, 원형고리에 의한 결합(미도시), 철사에 의한 조임결합 기타 통상적인 결합방법은 여하한 적용가능함은 물론이다.

편의상 도 2에서는 매트(200) 직상부에 존재하는 중공구조체 1개층의 일부만을 도시하였다.

한편, 중공구조체 내부로 흙이나 수분이 침투하지 못하도록 연결부재수용공 (115)과 연결핀구멍(113) 부분은 실링(sealing) 처리가 됨이 바람직하다.

매트(200)는 도 8에 도시된 바와 같이, 2개의 매트층(10,11)으로 분리하여 형성할 수도 있지만 도 2와 같이, 단일몸체로 매트를 형성하되 그 상부면에는 매트연결부재(205)가 구비되어 있어서, 연결부재(110)와 결속할 수도 있다. 이때 결속방법은 도 2 혹은 도 3 이외에도 일반적인 고리에 의한 결합, 철사에 의한 조임결합 기타 당업자 수준에서 착상 가능한 것이면 모두 적용가능하다.

도 4는 본 발명의 제2 실시예에 의한 중공구조체의 일부를 절단한 사시도이고, 도 5는 도 4의 복수개의 중공구조체를 전후 좌우로 상호 연결한 상태의 단면도이다.

도 4는 도 3과 다른 중공구조체 결합방법인데, 연결부재(111)가 중공구조체 (101) 내부를 관통하여 형성되어 있으며, 중공구조체(101)의 변위를 방지하고자 스토퍼(130)가 연결부재(111) 외측에 형성되어 있다. 도 4에서는 이해의 편의를 돕고자 중공구조체(101) 일부를 절단하여 중공구조체 절단면(104)이 드러내 보이고 있다.

도 6은 중공구조체(101) 외부면끼리 상호 접촉된 구조를 도시하고 있으며, 몇 개 단위로 묶여져서 스토퍼(130)가 중공구조체(101)의 변위를 방지시킬 수 있는 구조이다.

한편, 도시되지는 않았지만, 도 2, 도 5 및 도 6의 실시예 형태를 둘 이상 상호 조합된 형태로 중공구조체를 결속시킬 수도 있다.

도 7은 본 발명의 실시예들을 도로폭 확장 공사에 적용시킨 사례를 설명하기 위한 도면이며, 그 외에도 다양한 성토 작업에 본 발명의 실시예들이 적용될 수 있다는 점은 당해 기술분야의 통상의 지식과 기술을 가진 자 수준에서는 자명할 것이다.

이하, 본 발명의 성토용 구조물을 사용하여 성토 공사를 하기 위한 방법을 설명하기로 한다.

도 1 및 도 2에 관한 설명에서 거론된 바와 같이, 매트(200) 구조물에 연결부재를 이용하여 제1층의 중공구조체(100) 층을 형성시킨 후에는, 유동화 경량토(500)를 이용하여 중공구조체 사이를 메우게 된다. 이어서 중공구조체의 제 2층을 형성한 다음에는 또다시 유동화경량토(500)로서 중공구조체 사이 공간을 메우는 방법으로 차례대로 다층적 구조를 쌓아 나가는 방법이, 본 발명의 기본적인 성토 방법이다.

물론 중공구조체를 두 개 이상의 층으로 결속한 뒤에, 유동화 경량토를 붓고, 이어서 더 높은 중공구조체 층을 형성해 나가는 방법도 적용가능하다.

한편, 매트(200)를 만드는 또다른 방법은 도 8을 인용하며 설명한다.

즉 도 8은 본 발명의 매트 구조물과 중공구조체를 연결하는 순서를 설명하기 위한 도면이다.

도 2와 같이 매트(200) 상부 표면에 매트연결부재(205)를 설치하여, 중공구조체(100)와 매트(200)를 상호 연결하는 방법 이외에도 도 8과 같이, 매트를 제1, 제2 매트층(10,11)으로 순차적으로 나누어서 형성하되, 그 사이에는 강재로 된 메쉬(20)가 인입되며, 메쉬(20)는 연결부재(110) 하단부와 결합되어진다.(도 8의 마지막 도면 참조) 여기서 연결부재(110)와 메쉬(20)의 결합은 핀결합(미도시) 혹은 철사에 의한 조임결합(미도시) 혹은 연결고리에 의한 결합 등 통상적인 연결방법이 사용될 수 있다.

한편, 도 8과 같이 제1,제2 매트층(10,11)을 콘크리트 타설 방법에 의해 형성할 수도 있으나, 그 외에도 쇄석층(미도시)에 의해서 제1,제2 매트층을(10,11) 형성할 수도 있다. 또한 당해 기술분야의 통상의 지식을 가진 자 수준에서 적용가능한 중량체라면 여하한 것이든 가능할 것이다.

본 발명에 의해서 기대할 수 있는 효과로는 첫째, 종래의 성토 시공에 사용되던 재료 보다 훨씬 가벼운 성토구조체를 사용할 수 있음으로써 압밀침하를 극소화할 수 있게 된다.

둘째, 본 발명에서 제시하는 중공의 성토 구조체는 속이 비어 있기 때문에 그 내부를 토사로 채울 필요가 없음과 동시에 성토해야 하는 공간을 짧은 시간 내에 중공구체로 점유시킬 수 있으므로, 종래 성토에 드는 시간과 비용을 현저히 줄일 수 있다.

세째, 본 발명의 중공구체는 좌우 상하로 다단으로 매우 큰 결속력을 가지고서 상호 연결되어 있으며, 하부의 매트 구조체에 단단히 결속되어 있기 때문에, 전체적으로 외력(外力)에 매우 강하여, 안정성을 지속적으로 유지할 수 있음은 물론이고, 지반으로부터 분출되는 지하수에 의한 영향을 거의 받지 않는 장점이 있으며, 오히려 지하수가 존재할 때 부력(浮力)을 활용할 수 있으므로 도로의 압밀침하를 방지하는 기능을 발휘할 수도 있다.

10,11:제1,제2 매트층
20:메쉬
100, 101:중공구조체
102, 104:중공구조체 절단면
110,111:연결부재
112, 113:연결핀구멍
115:연결부재수용공
120:연결핀
130:스토퍼
200,201: 매트
205:매트연결부재
301:도로면
400: 교량
500:경량토

Claims (5)

1. 성토 공사를 하기 위한 구조물에 있어서,
   내부가 비어 있는 밀폐된 중공구조체들이 상호 수평적 및 수직적 결합구조로 연결되어 형성된 적층구조체;와
   상기 중공구조체를 전후 좌우 및 다층 구조로 적층할 수 있도록, 상기 중공구조체 일측에 구비되어, 상기 중공구조체들을 상호 연결하는 연결부재;와
   상호 연결된 중공구조체 최하층(1층) 구조물과 연결됨으로써, 중공구조체들을 지반에 고정시키기 위하여, 성토 최하부에 형성되는 매트 부재; 및
   상기 중공 구조체가 점유한 공간 사이를 메꾸는 유동화 경량토(500);
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 성토 공사용 구조물.
   
2. 청구항 1에 있어서, 상기 중공구조체 단면은 원형, 타원형 기타 기하학적 폐곡면 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 성토 공사용 구조물.
   
3. 청구항 1에 있어서, 상기 중공구조체들의 수평적 결합은,
   일개의 중공구조체의 일측과,
   상기 일개의 중공구조체를 동일 수평면상에서 둘러싼 복수개의 중공구조체들 중 전부 또는 일부의 중공구조체들의 일측을,
   연결부재에 의해 상호 연결함으로써, 중공구조체들의 결합이 이루어지는 것을 특징으로 하는 성토 공사용 구조물.
   
4. 청구항 1 또는 청구항 2 또는 청구항 3의 구조물을 이용하여, 성토하는 방법에 있어서,
   최하단에 매트 부재를 설치하는 단계;
   상기 매트 부재에 연결부재를 이용하여 최하층(제1층)의 중공구조체 층을 형성하는 단계;
   유동화 경량토를 이용하여 중공구조체 사이를 메우는 단계;
   이어서 중공구조체의 제 2층을 형성한 다음에는 재차 유동화 경량토로써 중공구조체 사이 공간을 메우는 단계;
   순차, 교대적으로 중공구조체 형성과 유동화 경량토 붓기 작업을 해나가는 단계;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는, 중공구조체를 이용한 성토 방법.
   
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 매트 부재는
   단일몸체로 제작하여 형성하거나,
   혹은 복수개의 층을 순차적으로 적층하여 형성하되, 상기 복수개의 층 사이에는, 메쉬 구조물을 형성시켜, 상기 메쉬 구조물과 중공구조체를 상호 결속함으로써, 중공구조체 최하층(제1층)을 완성하는 것을 특징으로 하는,
   중공구조체를 이용한 성토 방법.
   
   

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