KR101120333B1 - 흙마대를 이용한 아치 구조물의 뒷채움 토사 되메우기 시공방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 아치형 개착식 터널 등과 같이 아치 아치 구조물을 설치하고, 아치 형상의 구조물의 측면과 상부에 토사를 뒷채움하여 되메우기 시공을 수행함에 있어서, 되메우기 시공 중에 뒷채움 토사에 의해 아치 구조물에 과도한 횡토압이 작용하여 구조적으로 불리한 변형이 발생하거나 뒤채움 토사의 다짐이 부실하게 이루어지는 것을 방지하도록, 흙마대를 이용하여 구조물의 뒷채움 토사를 되메우기하는 방법에 관한 것이다.
본 발명에서는 뒷채움 토사가 다져진 상태로 채워져 있으며 아치 구조물(100)의 원호를 덮을 수 있는 길이를 가지는 매트 형태로 이루어진 뒷채움 흙마대(1)를 제작하는 단계; 상기 뒷채움 흙마대(1)를 인양하여 뒷채움 흙마대(1)의 길이 방향이 아치 구조물(100)의 원호 방향이 되도록, 뒷채움 흙마대(1)로 아치 구조물(100)의 외부를 단층 내지 복층으로 덮는 단계; 및 아치 구조물(100)의 측면에 뒷채움 토사를 채워가면서 다짐을 수행하여 되메우기를 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 흙마대를 이용한 아치 구조물의 뒷채움 토사 되메우기 시공방법이 제공된다.

Description

흙마대를 이용한 아치 구조물의 뒷채움 토사 되메우기 시공방법{Filling Method of Backup Soil for Arch-Type Structure using Envelope}

본 발명은 흙마대를 이용한 아치 구조물의 뒷채움 토사 되메우기 시공방법에 관한 것으로서, 더 구체적으로는 아치형 개착식 터널 등과 같이 아치 형상의 구조물("아치 구조물")을 설치하고, 아치 형상의 구조물의 측면과 상부에 토사를 뒷채움하여 되메우기 시공을 수행함에 있어서, 되메우기 시공 중에 뒷채움 토사에 의해 아치 구조물에 과도한 횡토압이 작용하여 구조적으로 불리한 변형이 발생하거나 뒤채움 토사의 다짐이 부실하게 이루어지는 것을 방지하도록, 흙마대(envelope)를 이용하여 구조물의 뒷채움 토사를 되메우기하는 방법에 관한 것이다.

아치 구조물을 이용한 개착식 터널의 시공 등과 같이, 아치 구조물을 설치한 후 그 측면과 상부를 뒷채움하여 되메우기 시공함에 있어서, 문제가 되는 점은 되메우기 시공과정에서 발생하는 아치 구조물의 변형 내지 손상과, 뒷채움 토사의 불충분한 다짐이다.

도 1에는 아치 구조물을 이용한 개착식 터널의 개략적인 시공단면이 도시되어 있는데, 도면에 도시된 것처럼 터널을 이루는 프리캐스트 콘크리트 부재 또는 파형 강판 등으로 제작된 아치 구조물(100)을 설치한 후에는 아치 구조물(100)의 양쪽 측면과 상부에는 양질의 뒷채움 토사를 덮어씌운 후 다짐을 수행하고, 이러한 뒤채움 토사의 덮음과 다짐 작업을 반복하여 뒷채움 토사층을 형성하여 되메우기 작업을 하게 된다.

이와 같이 뒷채움 토사를 다층으로 다짐하는 과정에서 뒷채움 토사로부터 아치 구조물(100)의 측면방향으로는 횡토압이 작용하게 된다. 그런데 아치 구조물(100)은 이러한 횡토압에 대해 매우 취약하다. 아치 구조물은 곡선형태의 기하적인 형상으로 인하여 아치 방향으로 작용하는 축력에 대해서는 큰 저항력을 발휘하지만, 수평으로 작용하는 횡력 즉, 횡토압에 대해서는 상대적으로 취약하다. 특히, 아치 구조물의 상부에서 힘이 작용하지 아니하는 상태에서 횡력이 작용하는 것은 아치 구조물에 큰 변형을 야기하게 된다. 또한 연성설계법에 의해 아치 구조물이 설치되므로 아치 구조물의 두께가 얇기 때문에, 횡토압에 대해 매우 취약하다. 따라서 뒷채움 토사를 채우고 다짐을 하는 과정에서 횡토압에 의해 아치 구조물(100)의 변형이 발생하게 되고, 그로 인하여 재시공 내지 추가적인 보수 보강이 이루어지는 사례가 매우 빈번하게 발생하고 있는 실정이다.

본 발명은 위와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 개발된 것으로서, 구체적으로는 아치 구조물을 설치하고 뒷채움 토사를 이용하여 아치 구조물의 상부와 측면에 되메우기 작업을 수행함에 있어서, 설계 규정에 맞게 아치 구조물의 주변을 양질의 뒷채움 토사를 이용하여 충분한 다짐이 이루어진 상태로 되메우기하면서도 뒷채움 토사로부터 가해지는 횡토압으로 인한 아치 구조물의 변형 발생을 방지할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.

위와 같은 과제를 달성하기 위하여 본 발명에서는, 뒷채움 토사가 다져진 상태로 채워져 있으며 아치 구조물의 원호를 덮을 수 있는 길이를 가지는 매트 형태로 이루어진 뒷채움 흙마대를 제작하는 단계; 상기 뒷채움 흙마대를 인양하여 뒷채움 흙마대의 길이 방향이 아치 구조물의 원호 방향이 되도록, 뒷채움 흙마대로 아치 구조물의 외부를 단층 내지 복층으로 덮는 단계; 및 아치 구조물의 측면에 뒷채움 토사를 채워가면서 다짐을 수행하여 되메우기를 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 흙마대를 이용한 아치 구조물의 뒷채움 토사 되메우기 시공방법이 제공된다.

상기한 본 발명의 시공방법에 사용되는 상기 뒷채움 흙마대의 내부에는 길이 방향으로 간격을 두고 내부 격벽을 설치하여 뒷채움 흙마대의 내부를 길이 방향으로 복수개의 격실 구분되어 있으며, 상기 내부 격벽에는 토사가 이동하는 구멍인 토사 이동구가 형성되어 있을 수 있다.

또한 본 발명에서는 이러한 시공방법에 적합한 흙마대가 제공된다.

본 발명에 의하면, 아치 구조물의 상부에 덮인 뒷채움 흙마대에 의해 아치 구조물에 아치 방향으로의 축력이 작용하게 되며, 그에 따라 아치 구조물의 측면에 뒷채움 토사를 채워가면서 다짐을 수행하여 되메우기를 할 때, 아치 구조물의 측면으로 작용하는 횡토압에 대한 저항력이 발휘되어 아치 구조물의 변형이 발생하지 않게 되는 효과가 발휘된다.

특히, 종래에는 위와 같은 횡토압이 서로 다르게 작용하는 경우 그로 인하여 아치 구조물의 아치 형상이 불규칙해지는 상태가 발생할 수 있는데, 본 발명의 경우, 뒷채움 흙마대가 덮여 있는 상태는 결국 동일한 두께의 뒷채움 토사가 아치 구조물을 덮고 있는 것이 되므로, 종래와 같은 서로 다른 크기의 횡토압 작용으로 인한 아치 구조물의 아치 형상 붕괴 및 변형을 방지할 수 있게 된다.

더 나아가 본 발명에서는 뒷채움 흙마대를 제작할 때, 흙마대에 담기는 뒷채움 토사에 대해 공장에서 충분하게 다짐을 할 수 있으며, 이와 같이 충분한 다짐이 이루어진 양질의 뒷채움 토사가 담겨진 뒷채움 흙마대가 아치 구조물을 감싸고 있게 되므로, 결국 아치 구조물 주변이 양호한 다짐이 이루어진 뒷채움 토사로 감싸여 있는 상태가 되어 되메우기 시공 품질이 우수하게 되며, 뒷채움 흙마대가 덮여 있는 부분에 대해서는 추가적인 현장 다짐이 필요하지 않게 되므로, 현장 다짐에 따른 다짐 품질 저하 내지 다짐 작업의 번거로움, 비용발생, 공사기간 증가 등의 단점이 발생되지 않게 되는 효과가 발휘된다.

도 1은 아치 구조물의 일예로서 종래의 아치 구조물을 이용한 개착식 터널의 개략적인 시공단면도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 뒷채움 흙마대의 개략적인 사시도이다.
도 3은 본 발명의 뒷채움 흙마대로 아치 구조물을 덮어씌운 상태를 보여주는 개략적인 시공단면도이다.
도 4 및 도 5는 각각 뒷채움 흙마대를 아치 구조물에 덮어씌우는 과정을 보여주는 개략적인 사시도이다.
도 6은 뒷채움 흙마대로 아치 구조물을 덮어씌운 후, 측면을 되메우기 하는 상태를 보여주는 개략적인 시공단면도이다.
도 7은 되메우기가 완료된 상태를 보여주는 개략적인 시공단면도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 하나의 실시예로서 설명되는 것이며, 이것에 의해 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용이 제한되지 않는다.

도 2에는 본 발명의 일실시예에 따른 뒷채움 흙마대(1)의 개략적인 사시도가 도시되어 있고, 도 3 내지 도 6에는 각각 도 2의 뒷채움 흙마대(1)를 이용하여 아치 구조물(100)의 되메우기 시공을 하는 단계가 시공단면도 내지 사시도로 도시되어 있다. 구체적으로 도 3은 뒷채움 흙마대(1)로 아치 구조물(100)을 덮어씌운 상태를 보여주는 개략적인 시공단면도이고, 도 4 및 도 5는 각각 뒷채움 흙마대(1)를 아치 구조물(100)에 덮어씌우는 과정을 보여주는 개략적인 사시도이다. 도 6은 뒷채움 흙마대(1)로 아치 구조물(100)을 덮어씌운 후, 측면을 되메우기 하는 상태를 보여주는 개략적인 시공단면도이고, 도 7은 되메우기가 완료된 상태를 보여주는 개략적인 시공단면도이다. 상기한 도면에서는 본 발명의 적용되는 아치 구조물(100)의 일예로서, 개착식 터널이 예시되어 있다. 본 발명은 이러한 개착식 터널의 시공에만 한정되지 아니하지만 도면에 예시된 개착식 터널을 참조하여 본 발명을 설명한다.

본 발명에서는 되메우기 작업 관련 건설 규정에서 요구하는 품질을 가지는 뒷채움 토사를 매트 형태로 제작된 뒷채움 흙마대(1) 내에 채우고, 뒷채움 토사가 채워진 상기 뒷채움 흙마대(1)를 아치 구조물(100)에 한층 또는 그 이상으로 덮어서 아치 구조물(100) 상부 및 측면에 1차적인 되메움 작업을 수행한다.

본 발명에 따른 뒷채움 흙마대(1)의 일예를 개략적인 사시도로 보여주는 도 2에서 알 수 있듯이, 뒷채움 흙마대(1)는 구부러짐이 가능한 재질, 예를 들면 섬유나 합성수지를 이용하여 내부에 흙을 담을 수 있는 공간이 있는 형태로 제작되는데, 내부에 뒤채움 토사가 채워지면 아치 구조물(100)의 아치 원호를 덮을 수 있는 길이를 가지는 매트 형상을 이루게 된다. 상기 매트 형상을 이루는 뒷채움 흙마대(1)는 약 10m 이상의 길이와, 약 2.0m의 폭, 그리고 약 0.25m의 두께를 가질 수 있는데, 이 보다 폭을 더 좁게 하거나 더 넓게 하여 뒷채움 흙마대(1)를 제작할 수도 있다. 물론 두께나 길이도 변화시킬 수 있다.

상기 뒷채움 흙마대(1)의 내부에는 관련 건설 규정에서 요구하는 품질을 가지는 양질의 뒷채움 토사가 채워지고 다짐이 이루어지는데, 뒷채움 토사가 특정 부분에 몰리는 것을 방지하기 위하여 도면에 예시된 것처럼, 뒷채움 흙마대(1)의 내부에는 길이 방향으로 간격을 두고 내부 격벽(11)을 설치하여 뒷채움 흙마대(1)의 내부를 길이 방향으로 복수개의 격실 구분할 수 있다. 이 경우 내부 격벽(11)에는 토사가 이동하는 구멍인 토사 이동구(110)를 형성해두어 하나의 격실에 뒷채움 토사를 주입하면 토사 이동구(110)를 통해 이웃하는 격실로 뒷채움 토사가 이동하여 채워지도록 할 수 있다.

상기 뒷채움 흙마대(1)의 외면에는 뒷채움 토사를 주입하기 위한 주입공(도시되지 않음)이 형성되는데, 뒷채움 토사 주입 후 상기 주입공에는 덮개를 덮어 폐쇄하게 된다. 이러한 덮개를 설치함에 있어서, 주입공 주변에 소위 "밸크로"라고 불리는 착탈식 소재를 설치하고, 덮개 내면에도 이에 대응되는 착탈식 소재를 부착하여 용이하게 덮개가 주입공을 덮을 수 있고, 또 필요에 따라 쉽게 개방할 수 있도록 구성할 수 있다. 그러나 주입공 및 덮개의 구성은 이에 한정되지 아니하며 다양한 방식으로 변형이 가능하다.

상기 뒷채움 흙마대(1)의 내부에 뒷채움 토사가 채워진 후 다짐 작업이 수행되어, 최종적으로 생산된 뒷채움 흙마대(1)는 건설 규정에서 요구하는 정도의 압밀도를 가지도록 충분하게 다짐이 이루어진 뒤채움 토사가 내부에 채워져 있는 상태가 된다.

한편, 뒷채움 토사가 채워진 상기 뒷채움 흙마대(1)는 후술하는 것처럼 인양하여 아치 구조물(100) 위에 놓이게 되는데, 이와 같이 뒷채움 흙마대(1)의 인양 과정에서 뒷채움 흙마대(1)가 손상되는 것을 방지하기 위하여 뒷채움 흙마대(1)의 외부에는 보강용 띠(strip)(12)를 일체로 설치할 수 있다. 즉, 인장강도가 큰 나일론 등의 합성 수지로 이루어진 보강용 띠(12)를 뒷채움 흙마대(1)의 길이 방향으로 감아서 뒷채움 흙마대(1)의 인양시 뒷채움 흙마대(1)가 터져서 뒷채움 토사가 누출되는 현상 등이 발생하는 것을 예방할 수 있는 것이다. 이 때, 보강용 띠(12)에 인양용 고리(13)를 만들어 두는 것도 바람직하다. 인장 장비를 인양용 고리(13)에 걸어서 용이하게 뒷채움 흙마대(1)를 들어 올릴 수 있기 때문이다. 상기 인양용 고리(13)는 반드시 보강용 띠(12)에 형성될 필요는 없으며, 뒷채움 흙마대(1) 자체의 필요한 위치에 형성하여도 무방하다.

이와 같은 뒷채움 흙마대(1)를 이용하여 아치 구조물(100)의 되메우기를 하는 구체적인 방법 단계를 살펴보면, 위의 도 3 내지 도 5에 예시된 것처럼, 내부에 뒷채움 토사가 채워지고 필요한 정도로 충분한 다짐이 완료된 뒷채움 흙마대(1)를 인양하여 뒷채움 흙마대(1)의 길이 방향이 아치 구조물(100)의 원호 방향이 되도록, 뒷채움 흙마대(1)를 아치 구조물(100)의 상부에 설치하여 아치 구조물(100)을 덮는다. 아치 구조물(100)의 종방향 즉, 터널의 경우 터널 관통방향으로 복수개의 뒷채움 흙마대(1)를 나란하게 배치하여 아치 구조물(100)의 종방향으로도 뒷채움 흙마대(1)가 덮이도록 한다. 이와 같이 뒷채움 흙마대(1)를 인양하여 아치 구조물(100)을 덮는 작업을 반복하여 복수개의 층으로 아치 구조물(100)의 상부와 측면을 덮게 된다. 이러한 과정을 통해 아치 구조물(100)의 상부와 측면이, 실질적으로 충분한 다짐이 이루어진 양질의 뒷채움 토사에 의해 뒷채움되는 상태가 되는 것이다.

도 5에 도시된 것처럼 뒷채움 흙마대(1)의 설치가 완료되면, 도 6과 같이 아치 구조물(100)의 측면에 뒷채움 토사를 채워가면서 다짐을 수행하여 상기 아치 구조물(100)과 그 상부의 뒷채움 흙마대(1) 위까지 2차 되메우기를 하여 도 7과 같은 시공단면 상태가 되도록 한다. 본 발명에서는 아치 구조물(100)의 상부에 뒷채움 흙마대(1)가 덮여 있고 뒷채움 흙마대(1)는 아치 구조물(100)에 대해 아치 방향으로의 축력을 발생시키는 선행 하중으로 작용하게 된다. 따라서 아치 구조물(100)의 측면에 뒷채움 토사를 채워가면서 다짐을 수행하여 되메우기를 할 때, 아치 구조물(100)의 측면으로 횡토압이 작용하지만, 이미 아치 구조물(100)이 축력을 받고 있는 상태이므로, 횡토압에 대한 저항력이 발휘되어 아치 구조물(100)의 변형이 발생하지 않게 된다.

특히, 종래에는 위와 같은 횡토압이 서로 다르게 작용하는 경우 즉, 아치 구조물(100)의 일측에 작용하는 횡토압이 타측에 작용하는 횡토압보다 더 커서 그로 인하여 아치 구조물(100)의 아치 형상이 불규칙해지는 상태가 발생할 수 있는데, 본 발명의 경우, 뒷채움 흙마대(1)가 덮여 있는 상태는 결국 동일한 두께의 뒷채움 토사가 아치 구조물(100)을 고르게 덮고 있는 것이 되므로, 종래와 같은 서로 다른 크기의 횡토압이 작용하지 않게 되고, 따라서 횡토압의 불균형한 작용으로 인한 아치 구조물(100)의 아치 형상 붕괴를 방지할 수 있게 된다.

더 나아가 본 발명에서는 뒷채움 흙마대(1)를 공장에서 제작할 수 있으므로, 흙마대(1)에 담기는 뒷채움 토사에 대해 공장에서 충분하게 다짐을 할 수 있으며, 이와 같이 충분한 다짐이 이루어진 양질의 뒷채움 토사가 담겨진 뒷채움 흙마대(1)가 아치 구조물(100)을 감싸고 있게 되어, 결국 아치 구조물(100) 주변이 양호한 다짐이 이루어진 뒷채움 토사로 감싸여 있는 상태가 되어 되메움 품질이 우수하게 되며, 뒷채움 흙마대(1)가 덮여 있는 부분에 대해서는 추가적인 현장 다짐이 필요하지 않게 되므로, 현장 다짐에 따른 다짐 품질 저하 내지 다짐 작업의 번거로움, 비용발생, 공사기간 증가 등의 단점이 발생되지 않게 되는 효과가 발휘된다.

1 : 뒷채움 흙마대 100 : 아치 구조물

Claims (2)

1. 뒷채움 토사가 다져진 상태로 채워져 있으며 아치 구조물(100)의 원호를 덮을 수 있는 길이를 가지는 매트 형태로 이루어진 뒷채움 흙마대(1)를 제작하는 단계;
   상기 뒷채움 토사가 채워져 있는 뒷채움 흙마대(1)를 인양하여, 뒷채움 흙마대(1)의 길이 방향이 아치 구조물(100)의 원호 방향이 되도록 아치 구조물(100)의 외부에 뒷채움 흙마대(1)를 단층 내지 복층으로 덮는 단계; 및
   아치 구조물(100)의 측면에 뒷채움 토사를 채워가면서 다짐을 수행하여 상기 아치 구조물(100) 및 뒷채움 흙마대(1) 위로 되메우기를 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 흙마대를 이용한 아치 구조물의 뒷채움 토사 되메우기 시공방법.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 뒷채움 흙마대(1)의 내부에는 길이 방향으로 간격을 두고 내부 격벽(11)을 설치하여 뒷채움 흙마대(1)의 내부를 길이 방향으로 복수개의 격실 구분되어 있으며, 상기 내부 격벽(11)에는 토사가 이동하는 구멍인 토사 이동구(110)가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 흙마대를 이용한 아치 구조물의 뒷채움 토사 되메우기 시공방법.

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