KR101071353B1 - Method for constructuring assembling-type steel pier having exellent corrosion resistant - Google Patents
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Abstract
본 발명은 해상 또는 하상 등에 건설하는 교각을 조립식 강 구조물로 건설하고 교각 내.외부의 부식을 경제적으로 방지하여 교각의 안전수명을 향상시키는 조립식 강 구조물 교각의 설치방법에 관한 것으로,The present invention relates to a method for installing a prefabricated steel structure piers for constructing a pier to be built in the sea or riverbed as a prefabricated steel structure and to prevent the corrosion of the inside and outside of the bridge economically to improve the safety life of the pier,
강관 기초 파일을 암반에 고정되도록 드릴링 공법으로 설치하고 강관의 내부에 부식억제제를 함침시킨 모래를 충진하는 단계;Installing a steel pipe foundation pile by a drilling method so as to be fixed to a rock and filling sand inside the steel pipe with impregnating corrosion inhibitor;
교각 받침대를 제작하여 상기 강관 기초 파일과 수중 용접 공법으로 조립하는 단계;Fabricating a pier pedestal and assembling the steel pipe foundation pile and the underwater welding method;
상기 교각 받침대 내부에 부식억제제를 함침시킨 콘크리트 혼합물을 충진시키는 단계;Filling a concrete mixture impregnated with a corrosion inhibitor into the bridge pedestal;
상기 교각 받침대 상부면에 강재 교각을 수중 용접 공법으로 조립하고, 교각 내부에 부식억제제를 함침시킨 콘크리트 혼합물을 충진시키는 단계; 및Assembling a steel pier to the upper surface of the pier pedestal by an underwater welding method, and filling a concrete mixture impregnated with a corrosion inhibitor into the pier; And
상기 교각 외부 표면을 전기 방식 공법으로 음분극시켜 교각의 외부면의 부식을 방지시키는 부식 방지용 양극을 교각에 접촉하지 않도록 설치하는 단계;Negatively polarizing the pier outer surface by an electrical method to prevent corrosion of the outer surface of the pier so as not to contact the pier;
로 이루어진다..
조립식 교각, 강 구조물, 음극방식, 부식억제제, 외부전원법, 희생양극법 Prefabricated bridge piers, steel structure, cathode method, corrosion inhibitor, external power method, sacrificial anode method
Description
본 발명은 교량의 교각 건설에서 조립식 강 구조물을 이용하여 교각의 내·외부면의 부식을 방지할 수 있는 내부식성이 우수한 조립식 강 구조물 교각의 설치방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for installing a prefabricated steel structure piers having excellent corrosion resistance that can prevent corrosion of the inner and outer surfaces of the piers using the prefabricated steel structure in the bridge construction of the bridge.
기존의 철근 콘크리트 교각은 내부 철근의 부식 방지 기술이 60% 정도에 머물러 있어 교각의 철근 부식문제에 따른 막대한 방식 비용이 요구되고, 유지관리에서도 고비용의 관리비가 들어도 안전수명은 60~100년 정도로 설계할 수밖에 없다.Existing reinforced concrete bridge piers have about 60% corrosion protection technology of internal reinforcing bars, which requires enormous cost of corrosion due to the corrosion of reinforcing bridges, and safety life is designed for 60 ~ 100 years even if maintenance costs are expensive. Have no choice but to.
도 1에는 종래의 비조립식 철근 콘크리트 교각의 설치예가 나타나 있다. 1 shows an installation example of a conventional non-assembled reinforced concrete bridge piers.
도 1에 나타난 바와 같이 비조립식 방법에 의해 철근 콘크리트 교각을 설치하는 경우에는 철근을 배근하고 콘크리트를 타설해야 하기 때문에 교각 받침대 및 교각 건설에서 물막이 공사, 거푸집 가설, 콘크리트 타설, 거푸집 제거, 충격방지 시설 설치 및 물막이 공사 철거는 많은 시간과 건설비가 요구되는 문제점이 있었다.As shown in FIG. 1, when installing reinforced concrete bridge piers by non-assembly method, it is necessary to reinforce reinforcing bars and cast concrete, so construction of piers, formwork, concrete placing, formwork removal, impact prevention facilities Installation and demolition work has had a problem that requires a lot of time and construction costs.
또한 유지관리에서도 잦은 파도와 부유물의 충격에 의한 콘크리트 파손 및 해수 등에 의한 콘크리트의 중성화로 인하여 콘크리트가 떨어져 나가게 되고, 내부의 철근이 노출되어 부식이 발생하게 되고 이로 인하여 정기적인 보수 및 부식 방지 관리에 고비용이 요구되는 문제점이 있었다.In addition, in maintenance, concrete breaks down due to frequent waves and impacts of suspended solids and neutralizes concrete due to seawater, and concrete falls off. Corrosion occurs due to exposure of internal reinforcing bars. There was a problem that high cost is required.
본 발명은 종래의 고비용, 고부식성, 고비용의 유지관리 문제가 있는 철근 콘크리트 구조의 교각을 내후성 및 내해수성 강재를 사용하고, 수중 용접 기술 및 음극 방식 기술을 적용하여 경제적이고 내부식성이 우수한 조립식 강 구조물 교각을 설치하는 방법을 제공하기 위한 것이다.The present invention is a prefabricated steel with excellent economic and corrosion resistance by using weather resistant and seawater resistant steel in the pier of the reinforced concrete structure, which has a conventional high cost, high corrosion resistance, high cost maintenance problems, and applying underwater welding technology and cathodic protection technology It is to provide a method for installing a structure piers.
본 발명은 내부식성이 우수한 강 구조물 교각의 설치방법에 있어서,The present invention provides a method for installing a steel structure piers excellent in corrosion resistance,
강관 기초 파일을 암반에 고정되도록 드릴링 공법으로 설치하고 강관의 내부에 부식억제제를 함침시킨 모래를 충진하는 단계;Installing a steel pipe foundation pile by a drilling method so as to be fixed to a rock and filling sand inside the steel pipe with impregnating corrosion inhibitor;
교각 받침대를 제작하여 상기 강관 기초 파일과 수중 용접 공법으로 조립하는 단계;Fabricating a pier pedestal and assembling the steel pipe foundation pile and the underwater welding method;
상기 교각 받침대 내부에 부식억제제를 함침시킨 콘크리트 혼합물을 충진시키는 단계;Filling a concrete mixture impregnated with a corrosion inhibitor into the bridge pedestal;
상기 교각 받침대 상부면에 강재 교각을 수중 용접 공법으로 조립하고, 교각 내부에 부식억제제를 함침시킨 콘크리트 혼합물을 충진시키는 단계; 및Assembling a steel pier to the upper surface of the pier pedestal by an underwater welding method, and filling a concrete mixture impregnated with a corrosion inhibitor into the pier; And
상기 교각 외부 표면을 전기 방식 공법으로 음분극시켜 교각의 외부면의 부식을 방지시키는 부식 방지용 양극을 교각에 접촉하지 않도록 설치하는 단계;Negatively polarizing the pier outer surface by an electrical method to prevent corrosion of the outer surface of the pier so as not to contact the pier;
로 이루어지는 내부식성이 우수한 조립식 강 구조물 교각의 설치방법을 제공한다.It provides an installation method of prefabricated steel structure piers excellent corrosion resistance consisting of.
본 발명의 교각 설치 방법에 의하면 기존에 교각 건설에 소요되는 시간을 단축시켜 비용을 절감할 수 있고, 또한 고강도 내해수성, 내후성이 우수한 강 구조물을 적용하여 강도, 내진특성 등을 향상시킬 수 있으며, 첨단 방식 기술을 적용하여 내부식성이 우수하여 수명을 연장시킬 수 있는 효과가 있다.According to the pier installation method of the present invention, it is possible to reduce the cost by reducing the time required for the existing pier construction, and also to improve the strength, seismic characteristics, etc. by applying a high strength seawater resistance, weather resistance, and the like, By applying advanced anti-corrosion technology, it has the effect of prolonging the service life due to its excellent corrosion resistance.
상기 문제점을 해결하기 위해서 본 발명자는 깊이 연구한 결과, 교각의 설치에 있어서, 고강도 내식성 강재(내후성, 내해수성 고장력강)를 적용하고, 부식 방지율을 95%이상 향상시킨 음극 방식 기술을 이용하여 상대적으로 안전수명이 길고, 건설 비용이 저렴한 고강도 교각을 설치할 수 있음을 알게 되었고, 수중 용접기술이 육상에 못지 않게 개발된 상태에서 강 구조물의 수중 조립 작업은 고비용의 물막이 공사 등을 생략할 수 있고, 아울러 강의 내충격특성은 충격방지 시설의 기능도 있기 때문에 교각 건설 비용을 대폭 감소시킬 수 있음을 알게 되어 본 발명을 완성하기에 이른 것이다.In order to solve the above problems, the present inventors have studied in depth, and as a result of applying the pier, a high-corrosion-resistant steel (weather resistance and seawater high tensile strength steel) is applied, and the relative corrosion resistance is improved by using a method of improving the corrosion resistance by 95% or more. As a result, it has been found that high-strength piers with long safety life and low construction cost can be installed. Underwater welding technology has been developed as much as onshore, and the underwater assembly of steel structures can omit expensive water barrier construction, In addition, since the impact resistance of the steel also has the function of an anti-shock facility, it has been found that the construction cost of the bridge can be greatly reduced, thus completing the present invention.
이하, 본 발명에 의한 교각의 설치방법에 대하여 상세히 설명한다.Hereinafter, the method of installing the piers according to the present invention will be described in detail.
도 2에는 본 발명에 따라 교각을 설치하는 방법의 일례가 나타나 있다. 2 shows an example of a method for installing a piers in accordance with the present invention.
도 2에 나타난 바와 같이 본 발명에 따라 교각을 설치하기 위해서는 먼저 강관 기초 파일(11)을 지하의 암반에 닿도록 설치한다. 이때에 지면을 뚫을 수 있도 록 드릴링(drilling) 공법을 적용하여 강관 기초 파일(11)을 설치한다. 상기 강관 기초 파일(11)은 고강도 내후성 및 내해수성이 우수한 강을 사용하는 것이 바람직하다. 본 발명에 적용되는 드릴링 공법은 수중에서 적용되는 일반적인 공법이면 충분하다. As shown in FIG. 2, in order to install a pier according to the present invention, first, the steel
상기 강관 기초 파일(11)의 내부에는 부식억제제를 함침시킨 모래(21)를 충진시킨다. 여기에서 적용하는 부식억제제를 함침시킨 모래(21)는 강관 기초 파일(11)의 내부면의 부식을 방지하기 위한 것으로써 고 수용성 실리카 화합물을 액상으로 한 것으로 모래와 중량비 100:3~5의 비율로 혼합하여 사용하는 것이 바람직하다. 그 예로는 실리카졸(silicasol), 포타슘 실리케이트(potasium silicate), 리튬 실리케이트(lithium silicate) 등이 적용된다.The inside of the steel
강관 기초 파일(11)을 설치한 후에 미리 제작한 교각 받침대(12)를 강관 기초 파일(11)과 조립한다. 이때에 강관 기초 파일(11)과 교각 받침대(12)은 수중 용접 공법을 이용하여 연결한다. 즉 강관 기초 파일(11)과 교각 받침대의 지지 구조(14)를 수중 용접 공법을 이용하여 연결한다. 본 발명에서 적용되는 수중 용접 공법은 일반적으로 수중에서 적용되는 용접 공법이면 충분하다. After the steel
상기 교각 받침대(12) 내부에 부식억제제를 함침시킨 콘크리트 혼합물(22)을 충진시킨다. 이때의 부식억제제를 함침시킨 콘크리트 혼합물(22)은 교각 받침대(12)의 내부면 및 지지 구조물(14)의 부식을 방지하기 위한 것으로써 소듐 실리케이트(sodium silicate) 분말과 액상 실리카졸(silicasol)을 중량비 10:0.5~1로 혼합한 혼합물을 콘크리트와 중량비 100:3~5의 비율로 혼합하여 타설하는 것이 바람직하다. The
상기와 같이 교각 받침대(12)를 설치한 후에 미리 제작한 강재 교각 구조물(13)을 교각 받침대(12)와 조립한다. 마찬가지로 교각 받침대(12)의 지지 구조(14)와 교각 구조물(13)의 지지 구조(15)를 수중 용접 공법을 적용하여 조립하거나 볼트를 이용하여 조립한다. After installing the
또한 교각 구조물 내부면의 부식을 방지하기 위해서 부식 억제제를 함침시킨 콘크리트 혼합물(23)을 충진시킨다. 이때의 부식억제제를 함침시킨 콘크리트 혼합물(23)은 교각 구조물(13)의 내부면 및 지지 구조물(15)의 부식을 방지하기 위한 것으로써 소듐 실리케이트(sodium silicate) 분말과 액상 실리카졸(silicasol)을 중량비 10:0.5~1로 혼합한 혼합물을 콘크리트와 중량비 100:3~5의 비율로 혼합하여 타설하는 것이 바람직하다. In addition, the
상기 교각 받침대(12)와 교각 구조물(13)은 그 외부가 고강도 내후성 및 내해수성이 우수한 강판(16)으로 둘러싸여 있고, 내부는 지지구조(14)가 구비되어 있다.The
교각 받침대(12), 교각 구조물(13), 교각 받침대의 지지구조(14) 및 교각 구조물의 지지구조(15)의 재질은 내부식성을 향상시킨 내해수성 및 내후성이 우수한 강을 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 강은 철에 구리(Cu), 크롬(Cr), 니켈(Ni) 등을 소량 합금한 특수강으로 일부 선박용 외판으로 사용되고 있다.The material of the
강재로 이루어진 교각의 외부면의 부식을 방지하기 위해서, 부식 방지용 양극을 설치하여 교각 외부 표면을 음분극시켜 음극방식한다. 이 때 부식 방지용 양극은 교각 외부 표면에 직접 접촉되어서는 안된다. 이는 부식 방지용 양극이 직접 접촉되는 경우에 강재 교각 외부 표면이 음분극 되지 않기 때문이다. 상기 음극방식하는 방법은 외부의 전원을 이용하는 방법(이하, '외부전원법'이라 함)과 희생양극을 이용하는 방법(이하, '희생양극법'이라 함)이 각각 또는 함께 적용될 수 있다. 이하 희생양극법과 외부전원법을 상세히 설명한다.In order to prevent corrosion of the outer surface of the pier made of steel, a corrosion prevention anode is installed to negatively polarize the outer surface of the pier to cathodic method. Corrosion protection anodes shall not be in direct contact with the outer surface of the piers. This is because the outer surface of the steel piers is not polarized when the corrosion protection anode is in direct contact. In the cathode method, a method using an external power source (hereinafter referred to as an external power supply method) and a method using a sacrificial anode (hereinafter referred to as a sacrificial anode method) may be applied to each or together. Hereinafter, the sacrificial anode method and the external power method will be described in detail.
먼저, 희생양극법에 대하여 상세히 설명한다. First, the sacrificial anode method will be described in detail.
본 발명의 희생양극법은 도 2에 나타난 바와 같이, 먼저 희생양극(31)을 준비하고 상기 희생양극(31)의 양단은 철심(32)을 통해 교각의 외부면과 전기적으로 연결되도록 상기 희생양극을 설치한다. 이때에 희생양극(31)은 강재 교각 외부에 직접 접촉하지 않도록 설치한다. 상기 철심(32)을 교각의 외부면에 용접하거나 볼트를 이용하여 설치한다.In the sacrificial anode method of the present invention, as shown in FIG. 2, first, a
상기 희생양극법에 적용될 수 있는 희생양극은 다음과 같다.The sacrificial anodes applicable to the sacrificial anode method are as follows.
고순도 아연양극(Zn:99.99%이상, 표면전위 -1050mV), 아연계 합금양극(Zn-Al-Si계 합금, 표면전위 -1000~1050mV), 알루미늄계 합금양극(Al-Zn-In계 합금, Al-Zn-In-Si계 합금, Al-Zn-In-Mg-Ca계 합금, 표면전위 -1100~1200mV), 마그네슘계 합금양극(Mg-Al-Zn-Mn계 합금, 표면전위 -1400~1600mV) 등이 이용될 수 있다. High purity zinc anode (Zn: more than 99.99%, surface potential -1050mV), zinc alloy anode (Zn-Al-Si alloy, surface potential -1000 ~ 1050mV), aluminum alloy anode (Al-Zn-In alloy, Al-Zn-In-Si alloy, Al-Zn-In-Mg-Ca alloy, surface potential -1100 ~ 1200mV, magnesium alloy anode (Mg-Al-Zn-Mn alloy, surface potential -1400 ~ 1600mV) and the like can be used.
상기 희생양극(31)은 철(자연표면전위 -0.65V)보다 표면전위가 낮아서 이온화경향이 강한 물질이기 때문에 이온화 경향이 강한 희생양극에서 전자가 나와서 철심을 통해 강재 교각의 외부면으로 전달되어 음분극이 이루어지는 과정을 통해서 음극방식이 이루어진다.Since the
희생양극(31)은 강재 교각 자체와의 전위차이를 이용한 것으로 교각과 희생양극간에 물이 접하여 회로가 구성될 때 이온화 경향이 상대적으로 큰 희생양극이 우선적으로 이온화하여 물속으로 녹아서 들어갈 때 발생하는 전자가 강재 교각 외부면으로 공급되어 강재 교각의 전위를 방식전위로 음분극시켜 교각 외부면에서의 이온화를 방지하여 방식이 이루어진다.The
이하, 외부전원법을 적용하는 경우에 대하여 상세히 설명한다.Hereinafter, the case of applying the external power method will be described in detail.
도 3에는 본 발명에 따라 교각을 설치하는 방법의 다른 예가 제시되어 있으며 이에는 외부전원법을 적용한 것이다.3 shows another example of a method for installing a piers according to the present invention, to which an external power supply method is applied.
도 3에서는 도 2와 동일한 부분에 대해서는 동일한 부호로 나타내었다.In FIG. 3, the same parts as in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals.
도 3에 나타난 바와 같이 외부전원법을 적용하기 위해서, 먼저 방식용 불용성 양극(41)을 준비하고 상기 불용성 양극(41)의 일단은 리드도선(42)을 통해 외부전원(43)의 (+)극에 연결하고, 외부전원의 (-)극을 다른 리드도선(44)을 통해 교각 의 외부면에 연결하여 상기 불용성 양극(41)이 리드도선(42), 외부전원(43) 및 다른 리드도선(44)을 통해 교각의 외부면에 전기적으로 연결되도록 설치한 다음, 방식전류를 공급함으로써 전자를 공급하여 음극방식한다. In order to apply the external power method as shown in FIG. 3, first, an
이때 불용성 양극(41)이 접촉하게 되면 방식 회로가 구성되지 않기 때문에 불용성 양극(41)이 교각(13)에 접촉하지 않게 한다. 상기 리드도선(42)은 외부가 절연 물질로 피복된 도선을 이용하는 것이 바람직하다.At this time, when the
상기 방법에 의하면 (+)극이 연결된 불용성 양극(41)은 공급되는 전류에 의해 소모되며 (-)극을 통해 전자(음전기)가 리드도선(42)을 타고 방식 대상물인 교각 외부면의 강재에 공급되어 전위를 방식전위로 음분극시키게 된다. 따라서 강재 교각 외부 표면에 전자의 공급이 이루어지게 되어 부식이 방지된다.According to the method, the
여기서 사용되는 상기 불용성 양극으로는 소모율이 낮은 백금양극, 티타늄양극 , 티타늄 바탕의 백금도금양극 중에서 선택하여 사용한다.The insoluble anode used herein is selected from among platinum anodes with low consumption rate, titanium anodes, and titanium-plated platinum anodes.
도 1은 종래 철근 콘크리트로 이루어진 교각의 단면을 나타낸 것이다.Figure 1 shows a cross section of a bridge made of conventional reinforced concrete.
도 2는 본 발명의 희생양극법을 사용한 교각 설치방법에 의해 만들어진 교각의 단면을 나타낸 것이다.Figure 2 shows a cross-section of the pier made by the pier installation method using the sacrificial anode method of the present invention.
도 3은 본 발명의 외부전원법을 사용한 교각 설치방법에 의해 만들어진 교각의 단면을 나타낸 것이다.Figure 3 shows a cross section of the pier made by the pier installation method using the external power supply method of the present invention.
도 4는 본 발명의 희생양극법과 외부전원법을 사용한 교각 설치방법에 의해 만들어진 교각의 단면을 나타낸 것이다.4 is a cross-sectional view of the pier made by the pier installation method using the sacrificial anode method and the external power supply method of the present invention.
도면 주요부의 설명Description of the Drawings
11: 강재 기초 파일11: steel foundation file
12: 교각 받침대12: pier pedestal
13: 강재 교각13: steel piers
14, 15: 내부 지지 구조14, 15: internal support structure
16: 기초 파일과 교각 받침대의 용접연결부16: welded connection of foundation pile and piers
17: 교각 받침대와 교각의 용접 또는 볼트 연결부17: Weld or bolted connection of piers and piers
21: 부식억제제를 함침시킨 모래21: Sand impregnated with corrosion inhibitor
22, 23: 부식억제제를 함침시킨 콘크리트 혼합물22, 23: concrete mixture impregnated with corrosion inhibitor
31: 희생양극 32: 희생 양극의 철심31: Sacrifice Anode 32: Iron Core of Sacrifice Anode
41: 불용성 양극 42: 리드 도선 43: 외부전원41: insoluble anode 42: lead wire 43: external power source
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