KR101073695B1

KR101073695B1 - 연약지반 성토시 강제 배수 및 동시 보강을 위한 연약지반 배수장치

Info

Publication number: KR101073695B1
Application number: KR1020080117897A
Authority: KR
Inventors: 한상재; 김병일; 김도형; 홍강한
Original assignee: (주)지구환경전문가그룹
Priority date: 2008-11-26
Filing date: 2008-11-26
Publication date: 2011-10-14
Also published as: KR20100059209A

Abstract

본 발명은 연약지반 성토시 강제 배수 및 동시 보강을 위한 연약지반 배수장치에 관한 것으로서, 특히 본 발명은 연약지반 내 진공압을 가할 수 있도록 상부에서 토목섬유로 보강된 투수콘크리트를 이용한 배수 말뚝을 설치함으로써 연약지반의 압밀침하 촉진 및 압밀침하량 저감, 지지력 증대 및 성토체 전단파괴를 방지할 수 있는 강제 배수 및 동시 보강을 할 수 있는 구조를 특징으로 한다.

진공압, 투수콘크리트, 토목섬유

Description

연약지반 성토시 강제 배수 및 동시 보강을 위한 연약지반 배수장치{A drainage system for soft ground}

본 발명은 연약지반 성토시 강제 배수 및 동시 보강을 위한 연약지반 배수장치에 관한 것으로서, 연약지반 내 균일한 진공압을 가할 수 있도록 상부에서 토목섬유로 보강된 투수콘크리트를 이용한 배수 말뚝을 설치함으로써 연약지반의 압밀침하 촉진 및 압밀침하량 저감, 지지력 증대 및 성토체 전단파괴를 방지할 수 있는 것에 관한 것이다.

일반적인 연약지반 개량공법의 경우 연약지반 내에 대략 수직으로 배수공을 형성한 후, 이 배수공에 모래로 구성된 드레인재를 충전하거나 플라스틱재질의 배수재를 타설하여, 연약지반에 포함된 간극수가 배수공으로 배수되도록 하는 샌드드레인공법 또는 연직배수공법이 주로 사용되고 있다. 이 중 샌드드레인공법으로 배수구를 형성하면 모래와 모래 사이의 공극에 의해 배수가 원활히 이루어지므로, 연약지반에 포함된 간극수를 용이하게 배출하여, 짧은 시간 내에 연약지반을 개량할 수 있다.

그런데, 이러한 샌드드레인 공법을 이용하기 위해서는 다수의 배수공에 비교 적 고가의 자재인 천연모래를 충전하여야 하므로, 자재비의 상승에 따라 공사비가 증가되는 문제점이 있었다. 또한 다량의 모래가 소비되므로, 모래를 채취하기 위해 해안이나 하천 등을 무분별하게 파괴하는 경우가 자주 발생하여 자연환경훼손 등 여러 문제점을 유발하였다.

따라서, 모래를 사용하지 않는 새로운 연약지반 처리용 배수공법이 필요하게 되었다.

한편, 최근에는 연약지반 처리용 배수장치로 배수성 말뚝 공법이 많이 소개되고 있는 바, 국내 동향을 살펴보면 출원인이 유승경(2006)의 경우 샌드컴팩션파일을 개선하기 위해 말뚝의 팽창파괴와 표면 막힘(Clogging)을 개선한 현장타설 투수콘크리트말뚝에 대한 특허를 취득하였으며, 출원인이 천병식(2006)의 경우 샌드컴팩션파일에서 모래를 대체하여 저회(Bottom ash)를 사용하는 것을 제안하였다.

그러나, 연약지반의 압밀하중이나 측방유동을 발생시킬 수 있는 하중을 적극적인 방법에 의해 경감시켜 구조물의 안정을 유지시키거나 측방유동의 발생을 차단시킬 수 있는 적극적 방법들에 대한 연구는 사실상 미진한 상태이다.

따라서 이러한 대책공법으로 연약지반의 침하 및 측방유동을 억지하는 공법인 성토지지말뚝 시스템은 안정성이나 시공성, 공사기간의 측면에서 그 효과가 매우 탁월하여 북유럽과 동남아시아 등지에서는 이미 경험적으로 사용되어 오고 있으며, 해외에서의 여러 시공 사례들로부터 그 우수성이 입증되고 있다(Raid and Buchannan, 1983; Gartung and Versphol, 1993; Cortlever, 2001). 그러나 이상에서 제시된 기술은 연약지반개량을 위한 공법이거나 상부 구조물의 안정성을 증대시 키기 위한 공법 등 한 가지에 초점을 두고 있다.

본 발명은 지반내 균일한 진공압을 가할 수 있는 상부에서 토목섬유로 보강된 투수콘크리트를 이용한 말뚝(성토지지시스템)으로, 압밀침하 촉진 및 압밀침하량 저감, 지지력 증대 및 성토체 전단파괴를 방지할 수 있는 강제 배수 및 동시 보강을 위한 배수성 말뚝의 배수장치를 제공하는 것이다.

상술한 목적을 달성하기 위하여, 연약지반 성토시 강제 배수 및 동시 보강을 위한 연약지반 배수장치에 있어서,

연약지반내에 매입되게 되며, 내부에는 상하로 관통되는 중공부가 형성되며, 상면에는 돌출부가 구비된 다수의 투수콘크리트와;

상기 투수콘그리트의 상부에 설치되게 되며, 투수콘크리트의 상면에 형성된 돌출부가 끼움되는 고정홈이 하면에 형성되는 한편, 하면에는 관통홀이 형성되고 상기 관통홀과 연통되는 측홀이 양측에 형성되는 기밀캡과;

상기 기밀캡의 측홀에 끼움되는 다수의 연결호스가 구비되며, 단부에는 진공흡입펌프에 연결되는 진공호수로 구성되어 상기 기밀캡의 상부에 토목섬유와 성토부가 설치되어 진공압밀하는 것을 특징으로 하는 연약지반 성토시 강제 배수 및 동시 보강을 위한 연약지반배수장치를 제공한다.

본 발명은 기존의 연약지반 개량공사 시 공기단축이 필요하거나 상부 구조물의 하중이 클 경우 활용 가능성이 매우 높다. 또한, 본 기술은 점성토 지반 상에 시공되는 교대의 측방유동 방지를 위한 말뚝 시공 시에도 견고한 지지층의 심도가 깊을 경우에도 활용할 수 있다.

또한 본 발명은 연약지반개량 공정과 상부 하중을 거의 동시에 적용할 수 있어 공기를 기존 공사 대비 약 30% 정도 단축시킬 수 있으며, 또한 지반개량이 완료되면 진공압을 차단시켜 하중재하효과를 소멸시키기 때문에 잔류침하량이 크게 저감되어 향후 유지관리비용이 크게 절감될 수 있다. 또한 설치된 배수성 말뚝으로 인한 지반아칭효과로 상부 하중이 하부 지반에 저감되어 전달되므로 침하량이 감소하고 상부 하중으로 작용하는 성토량이 크게 감소하게 된다.

특히 본 발명은 종래 진공압밀공법의 빠른 지반개량효과와 말뚝을 이용한 성토지지시스템의 상부 하중 경감 및 구조물의 안정성 증대와 같은 장점은 모두 활용하면서, 지반개량과 상부 구조물 축조가 별개의 공정으로 분리되어 시공되고 하부 견고한 지지층까지 말뚝을 관입시켜야하는 등의 기존 기술들의 단점을 개선하는 효과가 있다.

연약지반의 개량공사에 있어 지중에 함유된 간극수를 배출시킬 수 있는 본 발명의 연약지반 성토시 강제 배수 및 동시 보강을 위한 연약지반배수장치의 실시 예를 설명하면 다음과 같다.

우선, 첨부된 도면을 설명하면 도 1은 본 발명의 연약지반배수장치의 설치상태를 도시한 예시도이며, 도 2는 도1의 A부의 확대도이고,도 3은 본 발명의 주요구성요소를 도시한 분해사시도이며, 도 4는 본 발명의 작동상태를 도시한 단면도이고, 도 5는 도 4의 B부의 확대도이다.

본 발명의 전체적인 구성은 크게 다수의 투수콘크리트(10)와, 상기 투수콘크리트(10)의 상부에 끼워지는 다수의 기밀캡(20)과 진공호수(30)로 구성되게 된다.

본 발명의 투수콘크리트(10)는 연약지반내에 매입되게 되며, 내부에는 상하로 관통되는 중공부(11)가 형성되며, 상면(12)에는 돌출부(121)가 구비되게 된다.

그리고 본 발명의 기밀캡(20)은 강화플라스틱 또는 에프알피를 재질로 하게 되며, 상기 투수콘그리트(10)의 상부에 설치되게 되며, 투수콘크리트(10)의 상면(12)에 형성된 돌출부(121)가 끼움되는 고정홈(211)이 하면(21)에 형성되는 한편, 하면(21)에는 관통홀(22)이 형성되고 상기 관통홀(22)과 연통되는 측홀(23)이 양측에 형성되는 구조이다.

또한, 본 발명의 진공호수(30)는 상기 기밀캡(20)의 측홀(23)에 끼움되는 다수의 연결호스(31)가 구비되며, 단부에는 진공흡입펌프(40)에 연결되게 되며, 상기 기밀캡(20)의 상부에 토목섬유(50)와 성토부(60)가 설치되어 진공압밀하는 것을 특징으로 한다.

상술한 진공호스(30)는 도1에 도시된 바와 같이, 진공호스(30)와 일체로 연결되어 있는 연결호스(31)들이 투수콘크리트(10)와 결합되어 있는 다수의 기밀캡(20)에 연결되어 진공흡입펌프(40)의 흡입으로 지반내의 간극수를 외부로 배출하게 된다.

상기와 같이 구성된 본 발명은 진공흡입펌프(40)을 작동하게 되면 연약지반내에 진공압이 발생하여 연약지반에 함유되어 있는 간극수가 투수콘크리트(10)를 통해 외부(지표층)으로 유도되어 압밀 침하를 촉진할 수 있다.

즉, 진공압을 가하면 연약지반 내 존재하는 간극수가 급속히 유출되면서 지반개량이 이루어진다.

특정 압밀도 이상이 되면 진공압밀과 성토부(60)를 구축하여 구조물을 축조하게 된다. 이때 배수 말뚝 주변에는 진공압이 분포하여 지반내 간극수압이 감소하면서 유효응력이 증가하게 되므로 말뚝의 지지력은 크게 증가하게 된다. 이는 기존 성토지지 시스템에서 말뚝이 양호한 지지층(기반암)에 도달되어야만 했던 문제점을 말뚝의 지지력 증가를 통해 크게 개선하는 효과를 얻을 수 있다.

본 발명에 첨부된 도 1의 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것이며, 당해 분야에서 통상의 지식을 바탕으로 다양한 변형 및 시공방법이 가능하다는 점을 알 수 있다.

도 1은 본 발명의 연약지반배수장치의 설치상태를 도시한 예시도.

도 2는 도1의 A부의 확대도.

도 3은 본 발명의 주요구성요소를 도시한 분해사시도.

도 4는 본 발명의 작동상태를 도시한 단면도.

도 5는 도 4의 B부의 확대도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 간단한 설명>

10 : 투수콘크리트 11 : 중공부

12 : 상면 20 : 기밀캡

21 : 하면 22 : 관통홀

23 : 측홀 30 : 진공호수

31 : 연결호수 40 : 진공흡입펌프

50 : 토목섬유 60 : 성토부

121 : 돌출부 211 : 고정홈

Claims

연약지반 성토시 강제 배수 및 동시 보강을 위한 연약지반배수장치에 있어서,

연약지반내에 매입되게 되며, 내부에는 상하로 관통되는 중공부(11)가 형성되며, 상면(12)에는 돌출부(121)가 구비된 다수의 투수콘크리트(10)와;

상기 투수콘그리트(10)의 상부에 설치되게 되며, 투수콘크리트(10)의 상면(12)에 형성된 돌출부(121)가 끼움되는 고정홈(211)이 하면(21)에 형성되는 한편, 하면(21)에는 관통홀(22)이 형성되고 상기 관통홀(22)과 연통되는 측홀(23)이 양측에 형성되는 기밀캡(20)과;

상기 기밀캡(20)의 측홀(23)에 끼움되는 다수의 연결호스(31)가 구비되며, 단부에는 진공흡입펌프(40)에 연결되는 진공호수(30)로 구성되어 상기 기밀캡(20)의 상부에 토목섬유(50)와 성토부(60)가 설치되어 진공압밀하는 것을 특징으로 하는 연약지반 성토시 강제 배수 및 동시 보강을 위한 연약지반배수장치.