KR101050824B1 - 수상부 교량 확장시 오실레이터를 이용한 확장용 교각 시공 공법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수상부 교량 확장시 오실레이터를 이용한 확장용 교각 시공 공법에 관한 것으로, 기존 교량의 도로 폭을 넓히기 위한 확장시 기존 교량의 교각 주변에 새로운 교각을 수중에 정착할 때 기존 교량의 교각에 충격이 전가되지 않도록 함으로써 수상 공사가 가능하고 슬래브의 확장 폭을 증가할 수 있도록 한 것이다.
본 발명에 의한 수상부 교량 확장시 오실레이터를 이용한 확장용 교각 시공 공법은, 기존 교각의 주변에 확장용 교각의 위치를 설정하는 제1단계, 상기 제1단계에 의해 설정된 확장용 교각의 위치에 맞춰 작업선(10)을 수상에 셋팅하는 제2단계, 상기 제2단계를 통해 셋팅된 작업선에서 오실레이터(3)를 이용하여 상기 확장용 교각의 희생강관(20)을 수중 바닥에 압입하고, 상기 희생강관 내부의 흙을 굴착한 후 철근망(21)을 배근 및 채움재를 채워 확장용 교각을 시공하는 제3단계를 포함하고, 상기 제2단계는, 상기 작업선에 형성되며 상기 희생강관의 압입을 위한 가이드부(11)를 상기 확장용 강관의 위치와 일치하도록 상기 작업선을 셋팅하고, 상기 작업선이 수상에서 움직이지 않도록 핀 파일(30)을 설치하는 것을 특징으로 한다.

Description

수상부 교량 확장시 오실레이터를 이용한 확장용 교각 시공 공법{PIER CONSTRUCTING METHOD FOR EXPANDING USING OSCILLATOR ON BRIDEG EXPANDING OF UPPER PART OVER WATER}

본 발명은 수상부 교량 확장 공법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 지금껏 통상적으로 적용해오던 Vibro Hammer를 이용한 희생강관 압입공법에서 기존 구조물에 변이를 가져 올수 있는 진동부분을 최소화한 무진동 공법으로 공사를 수행하고 그에 따른 시공의 안전성과 동시에 경제성, 공기단축으로 인한 공사비 절감 등 3가지 효과를 도출하는 수상부 교량 확장시 오실레이터를 이용한 확장용 교각 시공 공법에 관한 것이다.

일반적으로 교량은 하천 등을 가로질러 시공되는 토목구조물로서, 교각과 교각을 강교와 같은 거더와 상판(슬래브)으로 연결하여 구성된다. 이 과정에서 교각의 지지력은 횡압, 측압, 풍압, 수압 등 많은 안전율을 따져서 설계되어야하고 시공되어야 한다. 하지만 기존 구조물에 근접하여 또 다른 구조물을 시공하려고 할 때에 제일 먼저 검토해야할 사항이 기존 구조물에 미치는 영향력 평가이다. 우리나라의 20년 이상 된 기존구조물들은 당초 설계가 강관파일항타 기초공법으로 대부분이 시공되어 있다. 이것을 안전거리를 확보하지 아니한 상태로 시공을 하였을 경우에는 기존 구조물에 미치는 영향력이 매우 안전하지 않다.

강관파일항타 기초말뚝이 장심도 45m 이상을 시공할 수 없다는 점과 두꺼운 자갈층 통과를 할 수 없다는 점 때문에 대부분이 지지력에 한계가 있어서 군말뚝 개념으로 시공되어 있다. 이것을 오늘날 근접시공으로 시공을 하려고 할 경우에는 Vibro Hammer 로 희생강관을 압입하는 공법은 진동으로 인한 영향력이 커서 적용할 수가 없으며, 본 발명의 기본 취지가 무진동 공법의 오실레이터를 가교구조물 위에서 작업할 수밖에 없는 기본사양을 변경하여 작업선(Barge)을 Jacket화하여 셋팅(Setting) 고정시켜서 그 작업선(Barge) 위에서 육상처럼 시공하는 방안을 찾아서 본 결과물이 나왔다.

본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 교량의 수상부 확장 공사시 기존 구조물에 미치는 영향력을 최소화하고 군말뚝과 단일말뚝 모두를 시공할수 있으며, 그에 따른 시공의 안전성과 가교구조물을 설치하지 않고 여러 개의 군 말뚝을 큰 구경의 단일말뚝으로 시공함에 따른 경제성, 별도의 가물막이 설치공법도 생략되는 공기단축 등이 가능한 수상부 교량 확장시 오실레이터를 이용한 확장용 교각 시공 공법에 관한 것이다.

전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 수상부 교량 확장시 오실레이터를 이용한 확장용 교각 시공 공법은, 기존 교각의 주변에 확장용 교각의 위치를 설정하는 제1단계, 상기 제1단계에 의해 설정된 확장용 교각의 위치에 맞춰 작업선을 수상에 셋팅하는 제2단계, 상기 제2단계를 통해 셋팅된 작업선에서 오실레이터를 이용하여 상기 확장용 교각의 희생강관을 수중 바닥에 압입하고, 상기 희생강관 내부의 흙을 굴착한 후 철근망을 배근 및 채움재를 채워 확장용 교각을 시공하는 제3단계를 포함하고, 상기 제2단계는, 상기 작업선에 형성되며 상기 희생강관의 압입을 위한 가이드부를 상기 확장용 강관의 위치와 일치하도록 상기 작업선을 셋팅하고, 상기 작업선이 수상에서 움직이지 않도록 핀 파일을 설치하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 수상부 교량 확장시 오실레이터를 이용한 확장용 교각 시공 공법에 의하면, 교량의 확장시 기존 교각 주변에 확장용 교각을 신설하더라도 기존 교량의 교각에 충격이 가해지지 않으므로 기존 교량의 구조적 안정을 도모할 수 있고, 뿐만 아니라, 신설되는 확장용 슬래브가 확장용 교각과 기존 슬래브에 함께 지지되어 지지기반이 증대되므로 교량을 넓은 폭으로 확장시킬 수 있다.

도 1은 본 발명에 의한 수상부 교량 확장시 오실레이터를 이용한 확장용 교각 시공 공법의 공정도.
도 2는 본 발명에 의한 수상부 교량 확장시 오실레이터를 이용한 확장용 교각 시공 공법에 적용된 작업선의 요부 구성을 보인 평면도.
도 3은 본 발명에 의한 오실레이터를 이용한 교량 확장 공법에 의해 시공된 확장용 교각의 예시도.

도 1에서 보이는 바와 같이, 본 발명에 의한 수상부 교량 확장시 오실레이터를 이용한 확장용 교각 시공 공법은, 기존 교량의 슬래브를 확장하기 위한 것으로 슬래브의 확장을 위해 확장용 교각이 필요한 경우 적용되는 것이며, 확장용 교각 시공 공정 및 확장용 슬래브 시공 공정으로 구분된다.

1. 확장용 교각 시공.

확장용 교각은 희생강관, 강도 보강을 위한 것으로 예컨대 철근망, 콘크리트 등의 채움재로 구성된다. 확장용 교각의 수상 시공을 위하여 작업선, 오실레이터(oscillator), 크레인, 토운선, 작업선의 앵커링을 위한 핀 파일 및 앵커 등을 필요로 한다.

가. 확장용 교각 위치 설정.

교량의 확장 공사시 확장 구간(슬래브)과 이에 맞는 확장용 교각의 제원과 위치가 결정된다.

(S10) 작업선 셋팅.

도 1과 같이, 각종 장비(오실레이터 등)가 탑재된 작업선(10)을 기존 교량 (1) 근처로 이동시키고, 예를 들어 GPS를 이용하여 설계상 확장용 교각의 위치에 맞춰 작업선(10)을 셋팅한다. 먼저 확장용 교각은 희생강관(20), 희생강관(20)의 내부에 근입되는 철근망(21), 희생강관(20)의 내부에 채워지는 채움재(콘크리트, 레미콘 등)로 구성된다.

구체적으로 설명하면, 도 2에서 보이는 바와 같이, 작업선(10)에는 확장용 교각의 희생강관(20)이 압입되도록 하는 가이드부(11)(희생강관(20)이 관통되는 공간을 갖는 구조)가 갖추어져 있으며, 이 가이드부(11)의 위치가 희생강관(20)의 위치인 것이다. 왜냐하면 희생강관(20)이 가이드부(11)의 중심을 거쳐 압입되기 때문이다. 희생강관(20)의 압입 등의 작업시 크레인 등의 장비와 작업자의 인력이 동원될 것이므로 가이드부(11)는 작업선(10)의 밖으로 돌출되지 않는 것이 바람직하다.

물론, 확장용 교각이 완성되면 작업선(10)보다 상부로 돌출될 수도 있을 것이므로 가이드부(11)는 확장용 교각으로부터 쉽게 벗어날 수 있도록 다수의 프레임이 조립식으로 구성되어 필요시 작업선(10)이 확장용 교각으로부터 벗어나도록 하는 것이 바람직하다.

희생강관(20)의 설계상 위치와 가이드부(11)의 위치가 일치되도록 작업선(10)의 위치를 셋팅하고, 이 위치가 변하지 않도록 작업선(10)을 정착시킨다.

작업선(10)은 수상에 부유한 상태이기 때문에 조류에 의해 요동이 심할 것이며, 확장용 교각의 시공시 작업선(10)이 요동하면 희생강관(20)의 압입이 어렵고 압입 중에 희생강관이 파단되고, 작업자의 안전사고 등이 발생될 수 있으므로 작업선(10)을 정착시키는 것이며, 정착은 다수의 핀 파일(30)과 앵커(40)에 의해 이루어진다.

핀 파일(30)은 강관 등으로서, 작업선(10)에 예를 들어 항타 등으로 설치되며, 설치 수량과 위치는 도면에 도시된 것으로 한정되지 않는다. 핀 파일(30)은 희생강관(20)과 달리 재사용된다.

핀 파일(30)은 수중 바닥의 암반층에 정착되어 작업선(10)이 움직이지 않도록 지지하며, 설치시 비틀림이 발생되지 않도록 소켓이 적용될 수 있다. 상기 소켓은 예를 들어 핀 파일(30)이 관통하도록 작업선(10)에 형성되는 관형의 구멍 방식, 상기 구멍에 관이 결합되는 방식, 작업선(10)의 둘레부에 지지대 등을 통해 고정되는 관형 소켓 방식 등이 가능하다.

핀 파일(30)은 강관, 콘크리트 말뚝 등 다양한 것이 사용될 수 있다.

앵커(40)는 작업선(10)에 사슬 등으로 연결되어 있으며, 수중 바닥에 정착된다. 앵커(40)는 작업선(10)에 다수개가 일정한 각도로 설치 및 정착되어 작업선(10)이 이동하지 않도록 지지한다.

(S20) 희생강관 압입.

희생강관(20)의 압입을 위하여 크레인(2)과 오실레이터(3)를 셋팅한다. 크레인(2)을 이용하여 희생강관(20)을 인양하여 가이드부(11)에 거치한 후 희생강관(20)을 수중 바닥까지 삽입하고, 오실레이터(3)를 이용하여 희생강관(20)을 수중 바닥에 압입한다.

오실레이터(3)에 의한 희생강관(20)의 압입시, 크레인(2)의 기동시 크레인(2)이 움직이지 않도록 H 빔 등의 지지대를 크레인(2)의 궤도 주변에 용접 등으로 고정할 수 있다.

희생강관(20)을 가이드부(11) 위에 거치하고 오실레이터(3)를 이용하여 희생강관(20)을 수중에 삽입 및 암반층에 압입한다. 오실레이터(3)에 의한 희생강관(20)의 압입시 큰 진동이 발생되지 않으므로 희생강관(20) 주변에 기존 교량(1)의 교각이 있더라도 기존 교각에는 충격이 전가되지 않는다.

희생강관(20)은 제조와 보관 및 운반 등의 여건에 따라 크기가 제한되며, 반면 교량의 시공 지역에 따라 수심이 다양할 것이다. 따라서, 하나 이상의 희생강관(20)이 사용될 수 있으며, 2개 이상의 희생강관(20)이 사용될 때 희생강관(20)들의 이음부를 수밀하고 비틀림 없이 접합하는 것이 중요하다.

예를 들어, 희생강관(20)을 관이음할 때 먼저 압입된 희생강관(20)의 관이음 단부 둘레부에 2개 이상의 위치설정부재(봉형, 판형 등)를 용접 등으로 고정하고, 연결될 희생강관(20)을 상기 위치설정부재 사이에 삽입하면 희생강관(20)이 자연스럽게 비틀림없이 일직선으로 일치되며, 희생강관(20)의 이음부를 용접하여 이음한다. 용접 후 이음부의 여부를 검사하여 물의 유입과 콘크리트의 누출로 인한 불량 등을 방지한다.

희생강관(20)의 압입이 완료되면 희생강관(20) 내부에 유입된 흙을 굴착 및 물을 배출한다. 굴착 전에 희생강관(20)의 불필요한 부분을 절단할 수 있다.

희생강관(20)의 굴착은 RCD 등 다양한 장비로 가능하므로, 굴착 장비에 대해서는 구체적인 설명을 생략한다.

(S30) 철근망 근입.

희생강관(20)의 굴착이 완료되면 희생강관(20) 내부에 철근망(21)을 근입한다.

철근망(21)은 예컨대 원주방향을 따라 일정 간격을 두고 이격되는 다수의 종방향 철근, 상기 종방향 철근을 결속하는 다수의 띠철근으로 구성될 수 있다.

크레인(2)을 통해 철근망(21)을 희생강관(20)의 내부에 근입한다.

철근망(21)의 근입시 희생강관(20) 상부에 시공될 구조물(확장용 교각의 나머지 부분이나 슬래브 등)과의 연결을 위하여 철근망(21)의 상부는 희생강관(20)의 외부로 돌출된다.

(S40) 채움재 타설.

철근망(21)의 근입 후 희생강관(20) 내부에 채움재로서 콘크리트를 타설한다. 예를 들어 트레미관을 희생강관(20) 내부의 바닥에 근접되도록 삽입한 후 콘크리트를 타설하면서 인출방향으로 상승시켜 희생강관(20)의 내부에 콘크리트를 타설한다.

이상의 공정을 통해 확장용 교각을 완성한다. 이때 완성된 확장용 교각 전체로 볼 수 없고 일부분일 수 있다. 즉, 도 3에서와 같이, 이상의 공정을 통해 확장용 교각의 기초용 교각부(P1)(수중 바닥에 정착되면서 수면 위로 돌출되는 것)를 시공하고, 기초용 교각부(P1) 위에 강관을 연결하고 철근망을 근입한 후 콘크리트를 채워 확장용 교각의 슬래브 지지용 교각부(P2)를 시공하여 확장용 교각을 완성할 수 있다. 확장용 교각의 슬래브 지지용 교각부(P2)를 시공하는 것은 당업자라면 충분히 실시할 수 있으므로 구체적인 설명을 생략한다.

확장용 교각이 완성되면 상기 확장용 교각의 슬래브 지지용 교각부(P2) 위에 슬래브를 확장 시공하며, 이는 당업자라면 충분히 실시할 수 있을 것이므로 이에 대해서는 구체적인 설명을 생략한다.

(S50) 작업선 철수.

확장용 교각, 슬래브의 시공이 종료되면 작업선(10)을 철수한다. 핀 파일(30)을 인발하고 앵커(40)를 올려 작업선(10)을 다른 현장 등으로 이동한다.

2 : 크레인, 3 : 오실레이터
10 : 작업선, 11 : 가이드부
20 : 희생강관,
21 : 철근망, 30 : 핀 파일
40 : 앵커,

Claims (4)

1. 수상부 교량 확장을 위한 확장용 교각 시공 공법에 관한 것으로,
   기존 교각의 주변에 확장용 교각의 위치를 설정하는 제1단계, 상기 제1단계에 의해 설정된 확장용 교각의 위치에 맞춰 작업선(10)을 수상에 셋팅하는 제2단계, 상기 제2단계를 통해 셋팅된 작업선에서 오실레이터(3)를 이용하여 상기 확장용 교각의 희생강관(20)을 수중 바닥에 압입하고, 상기 희생강관 내부의 흙을 굴착한 후 철근망(21)을 배근 및 채움재를 채워 확장용 교각을 시공하는 제3단계를 포함하고,
   상기 제2단계는, 상기 작업선에 형성되며 상기 희생강관의 압입을 위한 가이드부(11)를 상기 확장용 강관의 위치와 일치하도록 상기 작업선을 셋팅하고, 상기 작업선이 수상에서 움직이지 않도록 핀 파일(30)을 설치하는 것을 특징으로 하는 수상부 교량 확장시 오실레이터를 이용한 확장용 교각 시공 공법.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 제3단계에서는, 2개의 이상의 희생강관을 이음하며, 상기 희생강관의 이음 단부에는 서로 이음되는 희생강관을 일치시키는 위치설정부재가 결합되어 상기 희생강관들이 비틀림없이 이음되는 것을 특징으로 하는 수상부 교량 확장시 오실레이터를 이용한 확장용 교각 시공 공법.
3. 청구항 2에 있어서, 상기 제2단계에서는, 상기 작업선에 상하로 관통하는 관형으로 이루어진 2개 이상의 핀파일용 소켓을 형성하고, 상기 핀 파일을 상기 소켓을 통해 수중 바닥에 정착시켜 상기 작업선을 앵커링하는 것을 특징으로 하는 수상부 교량 확장시 오실레이터를 이용한 확장용 교각 시공 공법.
4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서, 상기 확장용 교각은 저부가 수중에 압입되면서 상부가 수면 위로 돌출되는 기초용 교각부(P1)와; 강관과 철근망 및 채움재로 이루어지며 상기 기초용 교각부 위에 시공되면서 교량의 슬래브를 지지하는 슬래브 지지용 교각부(P2)로 이루어지며, 상기 제3단계에서는, 상기 기초용 교각부의 철근망을 상기 기초용 교각부의 희생강관의 상부로 돌출시키고, 상기 슬래브 지지용 교각부(P2)의 희생강관을 상기 기초용 교각부의 희생강관에 이음한 후 상기 슬래브 지지용 교각부의 희생강관 내부에 철근망을 근입 및 채움재를 채워 시공하는 것을 특징으로 하는 수상부 교량 확장시 오실레이터를 이용한 확장용 교각 시공 공법.

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