KR101211101B1 - 교각 보강구조물 및 이의 시공방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 교량의 수중 교각 주변을 감싸도록 단주의 강재파일을 연결부로 고정하면서 수중의 지지층에 설치한 상태에서 교각의 주변을 건조시켜 치핑한 후, 강재파일과 교각 사이를 뒷채움재로 채우고, 강재파일 둘레에 차수거푸집을 설치한 상태에서 강재파일 둘레를 건조시켜 보강콘크리트를 타설하며, 이의 상부에 캡콘크리트를 타설하여 교각의 내구력 보존 및 부식을 방지할 수 있는 교각 보강구조물 및 이의 시공방법에 관한 것이다.
본 발명 교각 보강구조물 및 이의 시공방법에 의하면, 적어도 2개 이상의 단주 파일을 연결부로 고정하는 강재파일로 교각의 둘레를 감싸고, 강재파일과 교각 사이의 물을 제거하여 건조시킨 후, 치핑한 교각과 강재파일 사이에 뒷채움재를 충진하여 보강하는 교각의 보수 및 보강시, 별도의 거푸집이 필요 없으므로 공사기간의 단축 및 비용을 절감할 수 있을 뿐만 아니라 교각의 둘레를 감싼 강재파일에 차수거푸집을 설치하고, 차수거푸집 내부의 강재파일을 건조시킨 상태에서 보강콘크리트를 형성하므로 강재파일의 부식 방지 및 캡콘크리트로 고정시켜 교각의 내구력을 향상시킴과 아울러 유지관리를 용이하게 할 수 있는 것이다.

Description

교각 보강구조물 및 이의 시공방법{A bridge post strengthen structure and construction methode there of}

본 발명은, 교각 보강구조물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 교량의 수중 교각 주변을 감싸도록 단주의 강재파일을 연결부로 고정하면서 수중의 지지층에 설치한 상태에서 교각의 주변을 건조시켜 치핑한 후, 강재파일과 교각 사이를 뒷채움재로 채우고, 강재파일 둘레에 차수거푸집을 설치한 상태에서 강재파일 둘레를 건조시켜 보강콘크리트를 타설하며, 이의 상부에 캡콘크리트를 타설하여 교각의 내구력 보존 및 부식을 방지할 수 있는 교각 보강구조물 및 이의 시공방법에 관한 것이다.

일반적으로 교각(橋脚)이라 함은, 다리의 상부구조의 하중을 기초에 안전하게 전달하는 교량의 ‘발’ 또는 ‘기둥’에 해당되는 것으로, 이는 중력식 교각, 반중력식 교각, 라멘식 교각, 원통형 교각, 중공 교각, 문형 교각 등이 있다.

또한, 상기 교각은 또한 유수(流水)에 대하여 교량의 안전을 확보할 수 있도록 상부구조로부터 전달되는 하중 뿐만 아니라 교각 자체의 하중과 유수에 의한 유압과 바람에 의한 풍압 및 지진에 견딜 수 있게 설계되고 있다.

상기 교량을 지지하는 교각이 동결 융해로 피복 콘크리트의 강도가 저하되거나 재료분리와 피복부족으로 인해 철근이 노출되어 부식되는 현상 및 유송물질과의 충돌과 와류현상으로 침식되면 즉시, 교각을 보수 보강하여야 하며, 이의 방법으로 본 건 출원인 특허 제440092호로 등록받은 교각의 보수 보강용 패널 및 이를 이용한 보수 보강 공법을 등록받은 바 있다.

선 등록된 특허는, 교각의 둘레에 수밀성 케이슨을 설치하고, 수밀성 케이슨 내부의 물을 제거하여 교각의 둘레를 건조시킨 상태에서 수밀성 케이슨과 교각 사이에 패널을 설치한 후, 상기 패널과 교각 사이에 콘크리트를 타설 및 양생하여 교각을 보수 및 보강하는 공법이다.

그러나 선 등록된 특허는, 교각의 내구성을 향상시키는 효과는 우수하나, 수밀성 케이슨의 설치 및 해체에 많은 시간과 공사비용이 소요되는 문제점이 있었다.

그러나 강재파일이 물과 접하는 비말대는 외부에 노출되어 있으므로 부식속도가 가장 빨라 조기에 부식되어 강도를 떨어뜨림과 아울러 강재파일의 녹물로 인한 수질을 오염시킬 뿐만 아니라 외관이 산화되어 미관이 미려하지 않는 문제점이 있었다.

또한, 강재파일의 비말대 부식 또는 외부로 노출된 철근콘크리트 부식과 중성화에 따라 구조물의 내구력이 떨어짐과 아울러 내구력을 보존할 수 없어 보수 및 보강이 요구되므로 강재파일의 부식을 방지하는 재료구입과 작업수행 및 강재파일의 지속적인 관리에 따른 비용이 많이 소요되므로 유지보수에 많은 어려운 문제점이 있었다.

이에 상술한 바와 같은 종래의 제반 결함을 감안하여 이루어진 것으로, 본 발명의 목적은, 적어도 2개 이상의 단주 파일을 연결부로 고정하는 강재파일로 교각의 둘레를 감싸므로 교각의 보수 및 보강시, 공사기간의 단축 및 비용을 절감할 수 있는 교각 보강구조물 및 이의 시공방법을 제공함에 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은, 교각의 둘레를 감싼 강재파일에 차수거푸집을 설치하고, 차수거푸집 내부의 강재파일을 건조시킨 상태에서 보강콘크리트를 형성하므로 강재파일의 부식 방지 및 캡콘크리트로 고정시켜 내구력을 향상시킬 수 있도록 하는 교각 보강구조물 및 이의 시공방법을 제공함에 있다.

본 발명 교각 보강구조물은,

교각이 설치된 수면과 교량 사이에서 적어도 2개 이상의 단주 파일을 연결부로 고정시키면서 수평으로 연결되도록 수중의 지지층에 항타하여 교각을 감싸도록 하는 강재파일과;

상기 강재파일 내면에 수평으로 고정되어 보강하는 수평보강부재와;

상기 수평보강부재로 고정된 강재파일과 교각 사이를 충진하는 뒷채움재와;

상기 강재파일 전면에 일정간격으로 고정된 고정볼트에 차수거푸집을 고정하도록 하는 고정부와;

상기 고정볼트에 체결된 연결너트에 밀착된 후, 고정볼트에 체결되는 고정너트의 가압력에 의해 하단부의 홈에 결합된 차수재가 강재파일 전면에 밀착되어 물의 유입을 차단하면서 내부에 보강콘크리트가 형성되도록 하는 차수거푸집과;

상기 교각과 뒷채움재 및 강재파일과 보강콘크리트 상부에 콘크리트를 타설,양생하여 보호하는 캡콘크리트를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명 교각 보강구조물의 시공방법은,

교각이 설치된 수면과 교량 사이에서 적어도 2개 이상의 단주 파일을 연결부로 고정시키면서 수평으로 연결되도록 수중의 지지층에 강재파일을 항타하여 교각을 감싸도록 하는 단계와;

상기 강재파일 내면에 수평으로 수평보강부재를 고정하여 보강하는 단계와;

상기 강재파일과 교각 사이의 물을 제거하여 건조시킨 후, 치핑한 교각과 강재파일 사이를 뒷채움재로 충진하는 단계와;

상기 강재파일 전면에 일정간격으로 고정볼트를 고정시킨 후, 상기 고정볼트에 연결너트를 체결하여 차수거푸집이 고정되도록 고정부를 고정하는 단계와;

상기 고정부의 고정볼트에 체결된 연결너트에 차수거푸집을 밀착시킨 후, 상기 고정볼트에 체결되는 고정너트의 가압력에 의해 하단부의 홈에 결합된 차수재가 강재파일 전면에 밀착되어 물의 유입을 차단하도록 하는 단계와;

상기 차수거푸집 내부에 콘크리트를 타설 및 양생하여 보강콘크리트를 형성하는 단계와;

상기 교각과 뒷채움재 및 강재파일과 보강콘크리트 상부에 캡콘크리트를 형성하여 보호하는 단계와;

상기 차수거푸집을 분리하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명 교각 보강구조물 및 이의 시공방법에 의하면, 적어도 2개 이상의 단주 파일을 연결부로 고정하는 강재파일로 교각의 둘레를 감싸고, 강재파일과 교각 사이의 물을 제거하여 건조시킨 후, 치핑한 교각과 강재파일 사이에 뒷채움재를 충진하여 보강하는 교각의 보수 및 보강시, 별도의 거푸집이 필요 없으므로 공사기간의 단축 및 비용을 절감할 수 있는 이점을 가질 수 있는 것이다.

또한, 본 발명 교각 보강구조물 및 이의 시공방법에 의하면, 교각의 둘레를 감싼 강재파일에 차수거푸집을 설치하고, 차수거푸집 내부의 강재파일을 건조시킨 상태에서 보강콘크리트를 형성하므로 강재파일의 부식 방지 및 캡콘크리트로 고정시켜 교각의 내구력을 향상시킴과 아울러 유지관리를 용이하게 할 수 있는 이점을 가질 수 있는 것이다.

도 1은 본 발명의 단주파일에 연결부를 고정하여 강재파일을 형성한 사시도
도 2는 도 1의 평단면도
도 3은 본 발명 교각 보강구조물의 정단면도
도 4 내지 도 9는 본 발명의 설치를 위한 과정도

이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 일 실시예를 상세히 설명한다. 도 1은 본 발명의 단주파일에 연결부를 고정하여 강재파일을 형성한 사시도이고, 도 2는 도 1의 평단면도이며, 도 3은 본 발명의 교각 보강구조물의 정단면도이다.

본 발명 교각 보강구조물(100)은, 교각(P)이 설치된 수면과 교량 사이에서 적어도 2개 이상의 단주 파일(121)(121')을 연결부(110)로 고정시키면서 수평으로 연결되도록 수중의 지지층에 항타하여 교각(P)을 감싸도록 하는 강재파일(120)이 구성되고, 상기 강재파일(120) 내면에 수평으로 고정되어 보강하는 수평보강부재(130)가 구성되며, 상기 수평보강부재(130)로 고정된 강재파일(120)과 교각(P) 사이를 충진하는 뒷채움재(140)가 구성되고, 상기 강재파일(120) 전면에 일정간격으로 고정된 고정볼트(151)에 차수거푸집(160)을 고정하도록 하는 고정부(150)가 구성되며, 상기 고정볼트(151)에 체결된 연결너트(151a)에 밀착시킨 후, 고정볼트(151)(151')에 체결되는 고정너트(152)의 가압력에 의해 하단부의 홈(160')에 결합된 차수재(161)가 강재파일(120) 전면에 밀착되어 물의 유입을 차단하면서 내부에 보강콘크리트(162)가 형성되도록 하는 차수거푸집(160)이 구성되며, 상기 교각(P)과 뒷채움재(140) 및 강재파일(120)과 보강콘크리트(162) 상부에 콘크리트를 타설 및 양생하여 보호하는 캡콘크리트(170)를 포함하여 구성되는 것으로, 이를 좀더 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

상기 연결부(110)는, 상기 단주 파일(121)(121') 양단부에 각각 형성된 파일연결공(111)(111')이 구비되고, 상기 파일연결공(111)(111')과 판연결공(112')이 동일 선상을 유지하도록 적어도 2개 이상의 단주 파일(121)(121')에 밀착되는 연결판(112)이 구비되며, 상기 연결판(112)의 판연결공(112')과 파일(121)의 파일연결공(111)을 고정시키는 연결볼트(113) 및 연결너트(113')를 포함하여 구비된다.

상기 연결판(112)은 파일(121)(121')의 내면에 밀착되거나 감쌀 수 있도록 파일과 동일한 모양으로 형성되는 것이 바람직하다.

상기 고정부(150)는, 상기 강재파일(120)의 전면에 일정간격으로 고정되면서 연결너트(151a)로 연결되는 고정볼트(151)가 구비되고, 상기 고정볼트(151)에 장착되는 차수거푸집(160)을 고정하도록 고정볼트(151)에 체결되는 고정너트(152)를 포함하여 구비된다.

다음은 상기와 같이 구성된 본 발명의 설치과정을 설명한다.

먼저, 도 4에 도시된 바와 같이, 교각(P)이 설치된 수면과 교량 사이에서 단주 파일(121)을 교각(P)으로부터 일정한 거리로 이격된 위치에서 항타장비로 항타하는데, 상기 단주 파일(121)은 단주 파일(121')과 연결부(110)로 연결하면서 항타장비로 항타된다.

여기서 상기 연결부(110)의 연결판(112)은 'U'자형 및 파일과 동일한 모양으로 형성되어 적어도 2개 이상의 단주 파일(121)(121')의 양단부를 감싸거나 밀착될 수 있으며, 적어도 2개 이상의 단주 파일(121)(121')에 밀착되는 연결판(112)의 판연결공(112')이 적어도 2개 이상의 단주 파일(121)(121')에 각각 관통된 파일연결공(111)(111')과 동일 선상을 유지하게 된다.

이때, 동일 선상을 유지하는 판연결공(112')과 파일연결공(111)에 연결볼트(113)를 판연결공(112')으로 결합하여 파일연결공(111)으로 돌출시킨 후, 파일연결공(111)으로 돌출되는 연결볼트(113)에 연결너트(113')를 체결하여 고정시키는데, 상기 연결볼트(113)를 파일연결공(111)으로 결합하여 판연결공(112')으로 돌출시킨 상태에서 연결너트(113')로 체결하여 고정시킬 수도 있는 것이다.

상기 연결부(110)로 고정된 단주 파일(121)(121')은 수중의 지지층에 항타되며, 이와 같은 방법으로 적어도 2개 이상의 단주 파일(121)(121')에 연결부로 고정되는 적어도 2개 이상의 단주 파일이 수평으로 서로 연결되면서 교각(P)을 감싸는 강재파일(120)을 형성하게 되는 것이다.

또한, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 강재파일(120)이 교각(P)으로부터 일정거리 이격된 상태에서 교각(P)을 감싸면, 상기 교각(P)과 강재파일(120) 사이에 물을 양수기(미도시)의 작동으로 배수시킨 후, 교각(P)을 건조시킨 상태에서 상기 강재파일(120) 내면에 수평으로 일정간격 이격되게 다수의 수평보강부재(130)를 고정하는데, 상기 수평보강부재(130)는 강재파일(120)과 용접으로 고정하는 것이 바람직하며, 도 6에 도시된 바와 같이, 건조된 강재파일(120)과 교각(P) 사이 공간을 형상이 양호한 골재나 콘크리트 채움을 하고 다짐을 하는데, 지지층에 공극이 많은 경우에는 공극을 채워 안정화할 수 있는 그라우팅을 실시할 수 있으며, 상기 골재, 콘크리트 및 그라우팅 등이 뒤채움재(140)에 속한다.

상기 뒷채움재(140)의 채움이 완료되면, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 강재파일(120)의 다수의 단주 파일(121)(121') 표면에 고정볼트(151)를 고정시키는데, 이는 수중의 지지층에 항타된 단주 파일(121)(121')에 수중용접으로 고정시킬 수 있으나, 항타장비에 의해 항타되기 전의 단주 파일(121)(121')에 고정하는 것도 한 방법임을 밝혀둔다.

여기서 상기 고정볼트(151)에 연결너트(151a)의 일단부를 체결한 후, 상기 연결너트(151a)의 타단부에 다른 고정볼트(151')를 체결하여 고정볼트의 길이를 늘릴 수 있는 것이다.

상기에서와 같이 강재파일(120)에 고정볼트(151)의 고정이 완료되면, 상기 강재파일(120) 주변에 일정한 간격으로 보강철근망(163)을 배근하여 고정볼트(151)에 결속시킬 수 있다.

상기 고정볼트(151')에 차수거푸집(160)을 결합하여 강재파일(120) 쪽으로 이동시키면, 상기 차수거푸집(160)이 고정볼트(151')에 체결되어 연결된 연결너트(151a)에 밀착되는데, 상기 강재파일(120)과 차수거푸집(160)은 고정볼트(151) 길이만큼 일정간격을 유지하게 되고, 상기 고정볼트(151')에 고정너트(152)를 체결하여 고정시킨다. 설치한 차수거푸집(160)을 철거시에 고정너트(152)를 풀면 보강콘크리트(162)에 매설된 연결너트(151a)에서 고정볼트(151')를 분리하여 철거할 수 있는 것이다.

상기 고정너트(152)가 고정볼트(151')에 체결되면서 차수거푸집(160)을 가압함에 따라 상기 차수거푸집(160) 하단부의 홈(160')에 장착된 차수재(161)가 강재파일(120) 전면에 견고하게 밀착되면서 강재파일(120)과 차수거푸집(160) 사이로 유입되는 물을 차단하게 된다.

또한, 상기 고정부(150)에 고정된 차수거푸집(160)과 강재파일(120) 사이의 물은 양수기(미도시)의 작동으로 배수시킨 후, 도 8에 도시된 바와 같이, 강재파일(120)을 건조시킨 상태에서 차수거푸집(160)과 강재파일(120) 사이의 공간에 콘크리트를 타설 및 양생하여 보강콘크리트(162)를 형성할 수 있으며, 상기 보강콘크리트(162)가 형성되면, 상기 교각(P)과 뒷채움재(140) 및 강재파일(120)과 보강콘크리트(162) 상부 즉, 차수거푸집(160) 내부로 콘크리트를 타설 및 양생하는 캡콘크리트(170)를 형성하는데, 상기 캡콘크리트(170)는 교각(P)과 뒷채움재(140) 및 강재파일(120)과 보강콘크리트(162)를 보호하면서 견고하게 고정시키게 된다.

상기 캡콘크리트(170) 형성이 완료되어 차수거푸집(160)을 분리하고자 할 경우, 도 9에 도시된 바와 같이, 고정볼트(151')에 체결된 고정너트(152)를 풀어 차수거푸집(160)을 분리한 후, 연결너트(151a)에서 다른 고정볼트(151')를 분리하여 철거하면, 교각을 보강한 교각 보강구조물(100)의 설치가 완료되는 것이다.

여기서, 상기 보강콘크리트(162)와 캡콘크리트(170)를 타설되는 콘크리트에 의해 동시에 형성할 수도 있는 것이다.

이상과 같이 본 발명은, 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정되어 해석되어서는 아니되며, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 일실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 발명의 청구범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

100: 교각 보강구조물 110: 연결부
120: 강재파일 130: 수평보강부재
140: 뒷채움재 150: 고정부
160: 차수거푸집 170: 캡콘크리트

Claims (5)

1. 교각이 설치된 수면과 교량 사이에서 적어도 2개 이상의 단주 파일을 연결부로 고정시키면서 수평으로 연결되도록 수중의 지지층에 항타하여 교각을 감싸도록 하는 강재파일과;
   상기 강재파일 내면에 수평으로 고정되어 보강하는 수평보강부재와;
   상기 수평보강부재로 고정된 강재파일과 교각 사이를 충진하는 뒷채움재와;
   상기 강재파일 전면에 일정간격으로 고정된 고정볼트에 차수거푸집을 고정하도록 하는 고정부와;
   상기 고정볼트에 체결된 연결너트에 밀착된 후, 고정볼트에 체결되는 고정너트의 가압력에 의해 하단부의 홈에 결합된 차수재가 강재파일 전면에 밀착되어 물의 유입을 차단하면서 내부에 보강콘크리트가 형성되도록 하는 차수거푸집과;
   상기 교각과 뒷채움재 및 강재파일과 보강콘크리트 상부에 콘크리트를 타설 및 양생하여 보호하는 캡콘크리트를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 교각 보강구조물.
   
2. 청구항 1에 있어서, 연결부는,
   상기 단주 파일 양단부에 각각 형성된 파일연결공과;
   상기 파일연결공과 판연결공이 동일 선상을 유지하도록 적어도 2개 이상의 단주 파일에 밀착되는 연결판과;
   상기 연결판의 판연결공과 파일의 파일연결공을 고정시키는 연결볼트 및 연결너트를 포함하여 구비되는 것을 특징으로 하는 교각 보강구조물.
   
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 연결판은 파일의 내면에 밀착되거나 감쌀 수 있도록 파일과 동일한 모양으로 형성되는 것을 특징으로 하는 교각 보강구조물.
   
4. 청구항 1에 있어서, 고정부는,
   상기 강재파일의 전면에 일정간격으로 고정되면서 연결너트로 연결되는 고정볼트와;
   상기 고정볼트에 장착되는 차수거푸집을 고정하도록 고정볼트에 체결되는 고정너트를 포함하여 구비되는 것을 특징으로 하는 교각 보강구조물.
   
5. 교각이 설치된 수면과 교량 사이에서 적어도 2개 이상의 단주 파일을 연결부로 고정시키면서 수평으로 연결되도록 수중의 지지층에 강재파일을 항타하여 교각을 감싸도록 하는 단계와;
   상기 강재파일 내면에 수평으로 수평보강부재를 고정하여 보강하는 단계와;
   상기 강재파일과 교각 사이의 물을 제거하여 건조시킨 후, 치핑한 교각과 강재파일 사이를 뒷채움재로 충진하는 단계와;
   상기 강재파일 전면에 일정간격으로 고정볼트를 고정시킨 후, 상기 고정볼트에 연결너트를 체결하여 차수거푸집이 고정되도록 고정부를 고정하는 단계와;
   상기 고정부의 고정볼트에 체결된 연결너트에 차수거푸집을 밀착시킨 후, 상기 고정볼트에 체결되는 고정너트의 가압력에 의해 하단부의 홈에 결합된 차수재가 강재파일 전면에 밀착되어 물의 유입을 차단하도록 하는 단계와;
   상기 차수거푸집 내부에 콘크리트를 타설 및 양생하여 보강콘크리트를 형성하는 단계와;
   상기 교각과 뒷채움재 및 강재파일과 보강콘크리트 상부에 캡콘크리트를 형성하여 보호하는 단계와;
   상기 차수거푸집을 분리하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 교각 보강구조물의 시공방법.
   

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