KR101178043B1 - 케이블 볼트 및 케이블 볼트를 이용한 시공방법 - Google Patents

케이블 볼트 및 케이블 볼트를 이용한 시공방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 케이블 볼트 및 케이블 볼트를 이용한 시공방법에 관한 것으로 더욱 상세하게는 천공홀로 케이블 볼트를 삽입과 동시에 인장할 수 있어 미리 하중을 가하여 지반 이완을 줄일 수 있는 공법으로 공사 기간 및 공사비를 획기적으로 줄일 수 있으며, 기존 시공법과 달리 두 가지 정착방식(기계적인 정착방식 및 마찰 정착방식)을 동시에 적용하여 높은 하중을 확보할 수 있고, 케이블 볼트의 구조가 간단하게 제조 비용이 저렴하고 설치 및 조립이 용이한 것이다.
이는 세 조각으로 이루어지면서 내부에 웨찌가 삽입되도록 경사면(111)을 갖는 웨찌홈(112)이 형성되고 웨찌홈(112)의 하측에는 걸림홈(113)이 구비되어 있으며, 외주면 상단에는 내측으로 돌출된 걸림판(114)이 형성되고 외주면에는 날카로운 날(115)이 다수개 형성되면서 고무오링(116)으로 연결되어 있는 확장구(110)와; 상기 확장구(110)의 웨찌홈(112)으로 삽입되면서 상단이 걸림판(114)의 하측면과 밀착되도록 설치되는 웨찌(120)와; 상기 웨찌(120)의 내부에 삽입 설치되며 상단이 확장구(110)의 외부로 돌출되도록 설치되는 강연선(130)과; 상기 확장구(110)의 걸림홈(113)에 체결되며 상단 외측으로 돌출된 걸림턱(141)을 가지면서 내부에 강연선(130)이 삽입되는 공간을 갖는 피복관(140);으로 구성한다.
확장구, 웨찌, 강연선, 피복관

Description

케이블 볼트 및 케이블 볼트를 이용한 시공방법{.}
본 발명은 케이블 볼트 및 케이블 볼트를 이용한 시공방법에 관한 것으로 더욱 상세하게는 천공홀로 케이블 볼트를 삽입과 동시에 인장할 수 있어 미리 하중을 가하여 지반 이완을 줄일 수 있는 공법으로 공사 기간 및 공사비를 획기적으로 줄일 수 있으며, 기존 시공법과 달리 두 가지 정착방식(기계적인 정착방식 및 마찰 정착방식)을 동시에 적용하여 높은 하중을 확보할 수 있고, 케이블 볼트의 구조가 간단하게 제조 비용이 저렴하고 설치 및 조립이 용이한 것이다.
일반적으로, 사면이나 터널에서 사용되는 지반 보강 공법인 록볼트는 인장재인 록볼트바(이형철근 또는 나선철근)나 강연성(strand)을 이용하여 지반 굴착으로 인해 발생되는 지반이완을 방지하거나 안정성을 확보하기 위해 사용되는 수동 보강재(지반 이완일 발생할 때 보강재에 하중이 가해지는 방식)이다.
록볼트 공법의 정착방법으로는 기계적 정착방식 또는 마찰력 정착방식이 있다.
기계적인 정착방식은 록볼트 선단에 있는 장치가 확장되면서 천공홀과 맞물리게 하여 록볼트를 정착하는 방법이며, 마찰 정착방식은 그라우트 또는 레진을 천공홀에 주입하여 그라우트액 또는 레진과 천공홀 사이 마찰력을 이용하여 정착키시는 방법이다.
전자의 경우 선단 확장장치 부근 지반이 암반이 아니거나 절리가 발달되어 있을 경우 높은 하중을 정착시킬 수 없으며, 후자의 경우도 지반에 절리가 발달되어 있거나 연약할 경우 그라우트 또는 레진의 유실 및 마찰력이 적어 하중확보가 어려울 수 있다.
이러한 종래의 록볼트는, 천공홀에 그라우트액 또는 레진을 타설한 후에 양생될 때까지 기다렸다가 지압판을 대고 견고하게 록볼트를 체결한다.
그리고 2~3주후에 그라우트액 또는 레진이 완전히 굳게 되면 일정 하중 이상을 지탱할 수 있는지를 인발 실험을 통하여 확인한 다음, 각종 자재나 구조물 등을 설치하므로 공사 기간이 오래 걸릴 뿐만 아니라 지지력의 향상을 위하여 다수의 록볼트를 설치하여야 하는 문제점이 있었다.
상기와 문제점을 해결하기 위하여 특허등록 제817627호인 '선행인장타입 록 볼트 및 이를 이용한 시공방법'이 제시되었다.
상기 특허의 구성은 일단부에 플랜지(12)가 마련된 파이프(10); 상기 파이프(10)의 플랜지(12)에 분리 가능하게 결합되고, 중심축선을 기준으로 2개 이상의 부채꼴기둥 형상으로 균등 분할되되 분할된 각각의 분할부위 사이로 축 방향을 따라 인장재공(21)이 형성되며 그 후단부에연속해서 추형홀(22)이 관통 형성된 확장 부재(20); 상기 파이프(10)와 확장부재(20)를 관통하여 설치되되 파이프(10)와 확장부재(20)가 조립된 양쪽단부에서 돌출되게 설치되는 인장재(30); 상기 인장재(30)의 한쪽끝단에 체결 고정되며 확장부재(20)를 확장시킬 수 있도록 확장부재(20)의 추형홀(22)에 삽입 설치되는 쐐기(40,40a,40b); 및 상기 플랜지(12)와 이에 대응되어 각각 분할된 확장부재(20)를 체결되고 이 확장부재(20)와 플랜지(12)가 만나는 부위에 호칭지름보다 작은 지름의 목부가 마련된 하나 이상의 볼트(14);를 포함하여 구성되는 것이다.
상기와 같은 종래 발명의 사용상태를 설명하면 다음과 같다.
먼저, 터널굴착공사나 암반 공사 등의 불연속적인 암면에 천공을 형성하고 천공 내부로 선행인장재 타입 록 볼트를 삽입한다.
이와 같이 선행인장타입 록 볼트를 삽입 설치한 후에 외부정착부재 중의 인장유지부재를 분리시켜 제거하고 인장재의 끝단부분에 인장재인장기구를 설치한다.
이때, 상기 인장재인장기구는 파이프 끝단이나 지압판재에 지지되어야 한다.
이러한 상태에서 상기 인장재인장기구를 작동시키면 인장재인장기구의 웨지가 인장재를 파지하고난 후 잡아당김으로써 인장재와 함께 그 끝단의 쐐기만이 당겨지게 되고, 이러한 인장재인장기구의 인장하중이 더욱 세게 부여될수록 인장재만을 지속적으로 당기게 된다.
이와 같이 인장재가 당겨질수록 그 끝단의 쐐기가 확장부재의 추형홀을 파고들어가 그 외측으로 밀어 확장시키는 힘에 의해 확장부재를 체결하고 있는 볼트가 절단되면서 확장되므로 천공구멍의 내면에 견고하게 고정된다
이때, 확장부재를 체결하고 있는 볼트가 절단되면 파이프와 별도로 분리된 상태되는 것이다.
상기와 같은 종래의 발명은, 확장부재의 하측면으로 파이프의 플랜지를 다수 개의 볼트로 고정한 상태에서 인장재를 인장하는 힘으로, 볼트를 절단시켜 파이프가 확장부재에서 분리되도록 하는 것이나, 이는 인장의 강도에 따라 분리작업이 이루어지지 않는 경우가 발생될 수 있으며 케이블 볼트의 길이가 길 경우 파이프의 좌굴로 인하여 하중전달이 되지 않을 수 있어 볼트가 절단되지 않을 수 있는 단점이 있는 것이다.
본 발명은 다음과 같은 여러 가지 문제점을 고려하여 이루어진 것으로 기존 수동적인 보강재와 달리 록볼트에 프리스트레스를 가하여 사면 및 터널을 보강하는 능동적인 보강 공법(미리 하중을 가하여 지반 이완을 줄이는 공법)인 케이블 볼트 및 케이블 볼트를 이용한 시공방법을 제공함에 있다.
또한, 기존 시공법과 달리 두 가지 정착방식(기계적인 정착방식 및 마찰 정착방식)을 동시에 적용하여 높은 하중을 확보할 수 있도록 하였으며, 지반 천공 직후 기계적인 방식을 이용하여 록볼트를 정착시킬 수 있으므로 공사 기간을 획기적으로 단축시킬 수 있는 지반 보강 공법인 케이블 볼트 구조 및 케이블 볼트를 이용한 시공방법을 제공함에 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 세 조각으로 이루어지면서 내부에 웨찌가 삽입되도록 경사면을 갖는 웨찌홈이 형성되고 웨찌홈의 하측에는 걸림홈이 구비되어 있으며, 외주면 상단에는 내측으로 돌출된 걸림판이 형성되고 외주면에는 날카로운 날이 다수개 형성되면서 고무오링으로 연결되어 있는 확장구와, 상기 확장구의 웨찌홈으로 삽입되면서 상단이 걸림판의 하측면과 밀착되도록 설치되는 웨찌와, 상기 웨찌의 내부에 삽입 설치되며 상단이 확장구의 외부로 돌출되도 록 설치되는 강연선과, 상기 확장구의 걸림홈에 체결되며 상단 외측으로 돌출된 걸림턱을 가지면서 내부에 강연선이 삽입되는 공간을 갖는 피복관으로 구성한다.
본 발명은 다음과 같은 여러 가지 효과가 있다.
첫째는 케이블 볼트를 천공홀로 삽입과 동시에 바로 인장 작업을 할 수 있어 공사기간 및 공사비을 대폭으로 줄일 수 있는 장점이 있다.
둘째는 기존 시공법과 달리 두 가지 정착방식(기계적인 정착방식 및 마찰 정착방식)을 동시에 적용하여 높은 하중을 확보할 수 있는 장점이 있다.
셋째는 확장구와 피복관을 쉽고 간편하게 분리할 수 있는 효과가 있다.
넷째는 케이블 볼트의 구조가 간단하여 제작 및 조립과 설치작업이 용이하여 작업성이 뛰어난 효과가 있다.
이하에서 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
첨부된 도면 도 3은 본 발명의 케이블 볼트 구조의 구성을 나타낸 분해 사시도 이고, 도 4는 본 발명의 구성을 나타낸 단면도 이며, 도 5 내지 도 7은 본 발명의 작동 상태를 나타낸 단면도 이고, 도 8은 본 발명의 시공방법을 나타낸 공정도 이며, 도 9~13는 본 발명의 시공 순서를 나타낸 단면도 이고, 도 14~15는 본 발명 의 추가 공정을 나타낸 단면도 및 공정도 이며, 도 16은 본 발명의 하중 분포를 나타낸 도면이다.
이의 도면 중 부호 200은 본 발명의 케이블 볼트의 본체를 표시하고 있다.
상기 본체(200)는 내부에 웨찌홈(112)과 걸림홈(113)이 형성되고, 외주면에는 날카로운 날(115)이 다수개 형성되면서 고무 재질의 오링(116)으로 연결된 확장구(110)와, 상기 확장구(110)의 웨찌홈(112)으로 삽입되는 웨찌(120)와, 상기 웨찌(120)의 내부에 삽입 설치되면서 상단이 외부로 돌출되는 인장재(130)와, 상기 확장구(110)의 걸림홈(113)에 체결되는 피복관(140)으로 구성한다.
상기 확장구(110)는 세 조각으로 이루어지면서 상단과 하단에 삽입공을 갖는 원통형으로 형성되어 있으며, 각각의 조각 내부에는 웨찌(120)가 삽입되도록 경사면(111)을 갖는 웨찌홈(112)이 형성되어 있고 웨찌홈(112)의 하측 내면으로 ㄷ자 형태의 걸림홈(113)이 구비되어 있다.
그리고 확장구(110)의 외주면에는 날카로운 날(115)이 일정한 간격을 가지면서 다수 개가 형성되어 있고 상단에는 내측으로 절곡된 걸림판(114)이 형성되어 있다.
상기 확장구(110)의 세 조각을 밀착 결합시키면, 상면 중앙에는 인장재(130)이 삽입되는 삽입공(117)이 형성되고, 하측으로 피복관(140)이 체결되는 체결공(118)이 형성된다.
또한, 세 조각이 외부로 이탈되는 것을 방지하기 위하여 확장구(110)의 외면으로 탄성이 좋은 고무 재질의 오링(116)을 1개 이상 체결하여 사용한다.
상기 웨찌(120)는 확장구(110)의 내부 공간인 웨찌홈(112)으로 체결되며, 세 쪽으로 균등하게 분할되어 있고 내부에는 인장재(130)의 외면과 맞닿아 체결되는 나사산(121)이 형성되어 있다.
그리고 상측 외주면에는 고무 재질의 오링인 벌림링(122)이 체결되는 체결홈(123)이 형성되어 있다.
상기 인장재(130)는 록볼트 바(bar)(이형철근 또는 나선철근)나 강연선을 이용하게 된다. 상기 강연선은 중앙에 1 가닥의 소선과 외면에 6 가닥의 소선이 서로 꼬여서 형성되어 있고 그 외면으로 외피(131)을 체결하여 사용하게 된다.
상기 인장재(130)는 웨찌(130)의 내부에 형성된 나사산(121)과 맞물려 체결되고 선단이 확장구(110)의 외부로 일정한 길이가 배출된 상태로 체결된다.
상기 피복관(140)은 합성수지 재질로 원통형으로 형성되어 있으며, 상단의 외주면에는 외측으로 돌출된 걸림턱(141)이 형성되어 있다.
상기 걸림턱(141)은 확장구(11)의 걸림홈(113)으로 삽입되어 체결된 상태가 된다.
그리고 피복관(140)의 내부에는 그라우트액이나 레진을 주입할 수 있는 그라우트호스를 삽입한다.
상기와 같은 본 발명의 작동 상태를 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
첨부된 도면 도 5에서 보는 바와 같이 먼저, 터널 굴착 공사나 암반 공사 등 의 불연속적인 암면으로 천공기를 이용하여 천공홀(1)을 형성한다.
그리고 천공홀(1)의 내부로 외부로 돌출되도록 인장재(130)가 장착된 케이블 볼트(200)를 삽입 설치한다.
이때, 인장재(130)의 선단이 천공홀(1)의 내부 끝부분과 부딪치게 되면서 충격을 받게 됨과 동시에 인장재(130)와 맞물려 있는 웨찌(120)가 확장구(110)의 내부에 형성된 웨찌홈(112)의 경사면(111)을 타고 하측으로 이동하게 된다.
그리고 세 조각으로 이루어진 확장구(110)가 외부로 벌어지면서 천공홀(1)의 내면으로 날카로운 날(115)이 박히면서 확장구(110)가 확장된다.
이때, 확장구(110)의 외면 상측과 하측에 설치된 고무 재질의 오링(119)이 늘어나면서 각각의 부품이 이탈되는 것을 방지하게 된다.
그리고 첨부된 도면 도 6 및 도 7에서 보는 바와 같이 상기 확장구(110)의 하측 걸림홈(113)에 체결되어 있던 피복관(140)의 걸림턱(141)이 확장구(110)가 벌어짐으로 인해 자연스럽게 걸림홈(113)에서 이탈되어 쉽고 간편하게 제거할 수 있게 된다.
본 발명은 천공홀(1) 내부로 케이블 볼트(200)를 삽입과 동시에 바로 인장할 수 있어 공사 기간을 대폭 줄일 수 있게 되는 것이다.
상기 케이블 볼트(200)는 다수 개로 서로 연결하여 사용할 수 도 있다.
상기와 같은 본 발명의 케이블 볼트를 이용한 시공방법은 첨부된 도면 도 8에서 보는 바와 같이 천공 단계, 케이블 볼트 삽입 단계, 케이블 볼트 확장 단계, 피복관 제거 단계, 인장 단계, 그라우팅 단계로 구성한다.
상기 천공 단계는,
첨부된 도면 도 9a 및 도 9b에서 보는 바와 같이 절토 사면의 암반 공사나 터널 굴착 공사의 불연속 암면으로 천공비트(151)가 형성된 천공기(150)를 회전시키면서 지반을 천공하여 일정한 각도를 갖도록 천공홀(1)을 형성한다.
상기 케이블 볼트 삽입 단계는,
절토 사면이나 터널 내로 일정한 각도의 천공홀(1)으로 첨부된 도면 도 10에서 보는 바와 같이 내부에 웨찌(120)가 삽입되면서 외면에는 피복관(140)이 체결되어 있는 확장구(110)를 갖는 케이블 볼트(200)를 삽입한다.
이때, 외부로 돌출되게 케이블 볼트(200)에 장착되어 있는 인장재(130)의 선단 부분이 천공홀(1)의 내부 끝부분으로 삽입한다.
그리고 피복관(140)의 한쪽 면으로 천공홀(1)의 내부로 그라우트액이나 레진을 충진할 수 있는 그라우트호스(160)를 함께 삽입 설치한다.
상기 케이블 볼트 확장 단계는,
상기 천공홀(1)로 삽입되는 케이블 볼트(200)의 인장재(130)가 천공홀(1)의 끝부분과 부딪치면서 충격을 받게 되고, 이때, 첨부된 도면 도 11에서 보는 바와 같이 인장재(130)와 맞물려 있는 웨찌(120)가 확장구(110)의 내부에 형성된 웨찌홈(112)의 경사면(111)을 타고 하측으로 이동하게 됨과 동시에 세 조각으로 이루어진 확장구(110)가 외부로 벌어지면서 천공홀(1)의 내면으로 날카로운 날(115)이 박히면서 확장구(110)가 확장된다.
이때, 확장구(110)의 외면 상측과 하측에 설치된 고무 재질의 오링(119)이 늘어나면서 각각의 부품이 이탈되는 것을 방지하게 된다.
상기 피복관 제거 단계는,
상기 케이블 볼트(200)의 확장구(110)가 외부로 벌어지면서 하측 걸림홈(113)에 체결되어 있던 피복관(140)의 걸림턱(141)이 자연스럽게 걸림홈(113)에서 이탈되고, 이를 외부에서 잡아 당겨 천공홀(1) 내부에서 왼전히 제거한다.
상기 1차 인장 단계는,
상기 피복관(140)을 천공홀(1) 외부로 제거한 후, 첨부된 도면 도 12에서 보는 바와 같이 인장재(130)의 두부에 지압판(170)을 설치하고 웨찌(171)를 이용하여 인장재(130)를 인장(F1)하게 된다.
이때, 인장재(130)를 물고 있는 웨찌(120)가 확장구(110)의 웨찌홈(112) 하측으로 내려오면서 인장된다.
상기 1차 인장 단계에서는 천공홀(1) 내부로 그라우트액이나 레진 등을 충진하지 않고 바로 인장할 수 있어 종래보다 간편하고 신속하게 인장할 수 있게 되는 것이다.
상기 그라우팅 단계는,
상기 인장재(130)를 인장한 후에 첨부된 도면 도 13에서 보는 바와 같이 그라우트호스(160)를 통해 천공홀(1) 내부로 그라우트액(180)이나 레진을 충진한다.
이때, 인장재(130)의 선단 부분은 외피(131)가 없어 외부로 노출된 상태로 인해, 그라우트액(180)이나 레진이 부착된다.
그러나 외피(131)가 씌워진 부분은 그라우트액(180)이나 레진이 부착되지 않게 된다.
상기 천공홀(1)의 내부에 충진된 그라우트액(180)이나 레진이 양생되면 시공이 완성된다.
상기와 같은 본 발명은 첨부된 도면 도 14 및 도 15에서 보는 바와 같이 그라우팅 단계 후에 2차 인장 단계를 더 수행할 수 있다.
상기 2차 인장 단계는, 천공홀(1)의 내부에 충진된 그라우트액(180)이나 레진이 충분히 양생된 후에 별도의 인장기를 이용하여 인장재(130)를 인장(F2)하게 된다.
상기 2차 인장은 설계서에 따라 수행하게 되며, 1차 인장만을 수행할 수 도 있게 된다.
상기 2차 인장으로 인해 첨부된 도면 도 16에서 보는 바와 같이 1차 인장보다 케이블 볼트에 작용하는 하중 분포가 인장재 전체에 작용하게 되는 것을 알 수 있다.
아울러, 본 발명의 케이블 볼트는 기계적 정착과 그라우트 마찰을 이용한 정착을 복합적으로 수행할 수 있어 큰 인발력을 발휘할 수 있는 것이다.
도 1~2는 종래 발명의 구성을 나타낸 분해 사시도 및 단면도
도 3은 본 발명의 구성을 나타낸 분해 사시도
도 4는 본 발명의 구성을 나타낸 단면도
도 5~7는 본 발명의 작동 상태를 나타낸 단면도
도 8은 본 발명의 시공방법을 나타낸 공정도
도 9~13는 본 발명의 시공 순서를 나타낸 단면도
도 14~15는 본 발명의 추가 공정을 나타낸 단면도 및 공정도
도 16은 본 발명의 하중 분포를 나타낸 도면

Claims (4)

  1. 케이블 볼트에 있어서,
    세 조각으로 이루어지면서 내부에 웨찌가 삽입되도록 경사면을 갖는 웨찌홈이 형성되고 웨찌홈의 하측에는 걸림홈이 구비되어 있으며, 외주면 상단에는 내측으로 돌출된 걸림판이 형성되고 외주면에는 날카로운 날이 다수 개 형성되면서 고무오링으로 연결되어 있는 확장구와;
    상기 확장구의 웨찌홈으로 삽입되면서 상단이 걸림판의 하측면과 밀착되도록 설치되는 웨찌와;
    상기 웨찌의 내부에 삽입 설치되며 상단이 확장구의 외부로 돌출되도록 설치되는 인장재와;
    상기 확장구의 걸림홈에 체결되며 상단 외측으로 돌출된 걸림턱을 가지면서 내부에 인장재가 삽입되는 공간을 갖는 피복관;으로 이루어진 것을 특징으로 하는 케이블 볼트.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 케이블 볼트는 다수 개를 연결하여 사용하는 것을 포함함을 특징으로 하는 케이블 볼트.
  3. 절토 사면이나 터널에서 천공비트를 이용하여 지반을 천공하여 천공홀이 일 정한 각도로 형성되도록 하는 천공 단계와;
    상기 천공 단계 후에 내부에 웨찌가 삽입 설치되면서 외면에는 피복관이 체결되어 있는 확장구를 갖는 케이블 볼트를 인장재의 선단에 설치한 후에 천공홀로 삽입하는 케이블 볼트 삽입 단계와;
    상기 인장재 선단에 장착된 케이블 볼트를 확장하여 확장구의 날카로운 날이 천공홀과 맞물리면서 정착되는 케이블 볼트 확장 단계와;
    상기 케이블 볼트 확장 단계에서 케이블 볼트의 확장구가 외부로 벌어지면서 확장구에 고정되어 있는 피복관이 분리되고, 이를 잡아 당겨 제거하는 피복관 제거 단계와;
    상기 피복관을 제거 한 후에 인장재의 두부에 지압판을 설치하고 웨찌를 이용하여 인장하는 인장 단계와;
    상기 인장 단계 후에 천공홀 내부로 그라우트액이나 레진을 그라우트호스를 통해 충진하는 그라우팅 단계;로 구성함을 특징으로 하는 케이블 볼트를 이용한 시공방법.
  4. 삭제
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