KR101222477B1 - 파쇄대 지반에서도 인장이 가능한 확공지압형 앵커 - Google Patents

Abstract

본 발명은 파쇄대 지반에서도 인장이 가능한 확공지압형 앵커에 관한 것으로 더욱 상세하게는 암반의 천공홀 선단을 병목 형태의 어깨부가 형성되도록 확공한 후에 확공홀의 어깨부와 내면으로 확공몸체가 벌어지면서 몸체의 외면에 형성된 마찰용 홈(마찰용 구멍, 마찰용 날, 마찰용 돌기)가 공벽에 박혀 고정되므로 앵커체의 인발 저항력을 극대화시켰으며, 인장 후 그라우팅을 수행함으로써 시공장비 투입 회수를 줄일 수 있고, 정착장이 짧아져 공사비와 공사 기간을 대폭 줄일 수 있는 것이다.
이는 외면에 복수 개의 앵커체가 체결되도록 체결홈을 갖는 몸체와, 상기 몸체의 선단에 체결되는 확공몸체와, 상기 몸체의 선단에 체결되며 중앙에 삽입공이 형성된 캡과, 상기 캡의 삽입공으로 삽입 설치되며 선단에 받침판이 형성되고 후단에 형성된 삽입 돌기가 확공몸체의 삽입홈에 삽입 설치되는 타격바로 구성된 확공지압형 앵커에 있어서,
상기 확공몸체는 외면에 마찰력을 키우기 위한 마찰용 홈을 확공홀의 어깨부 내면에 대응되게 경사면을 형성하며 내부 중앙에 경사면을 갖는 삽입홈을 형성하고 외면에는 가이드축이 삽입된 가이드홈을 가지면서 복수 개로 분할 형성된 것을 특징으로 한다.

Description

파쇄대 지반에서도 인장이 가능한 확공지압형 앵커{Fractured zone possible at tension expanded ground pressure type anchor}

본 발명은 파쇄대 지반에서도 인장이 가능한 확공지압형 앵커에 관한 것으로 더욱 상세하게는 암반의 천공홀 선단을 병목 형태의 어깨부가 형성되도록 확공한 후에 확공홀의 어깨부와 내면으로 확공몸체가 벌어지면서 몸체의 외면에 형성된 마찰용 홈(마찰용 구멍, 마찰용 날, 마찰용 돌기)가 공벽에 박혀 고정되므로 앵커체의 인발 저항력을 극대화시켰으며, 인장 후 그라우팅을 수행함으로써 시공장비 투입 회수를 줄일 수 있고, 정착장이 짧아져 공사비와 공사 기간을 대폭 줄일 수 있는 것이다.

일반적으로 앵커 공법은 토목이나 건축분야에서 구조물을 지반에 정착시키기 위하여 강재를 지반에 정착시키고 높은 긴장력을 도입하여 구조물에 구속력을 가하기 위해 사용되는 공법이다.

앵커는 그 용도가 다양하여 가설 및 영구 토류벽의 지보공, 송전탑 기초, 댐의 보강, 지하 구조물의 부력 앵커, 비탈면 보강 등에 사용된다.

앵커에서 발생하는 문제의 대부분은 정착장과 앵커 두부에서 발생하게 되는데, 정착장과 앵커 두부는 큰 하중을 받는 지지구조로 앵커의 핵심 구성요소이다.

정착장은 설계단계에서부터 중점적으로 고려하게 되는 사항이었지만, 앵커 두부는 그동안 시공성 문제로만 인식되어 왔고 유지관리 차원에서 다루어져 왔던 것이 사실이다.

앵커는 정착되는 지반에 따라 토사지반에 정착될 경우 토사 앵커(Soil Anchor)라 하고, 암반에 정착될 경우를 암반 앵커(Rock Anchor)라 하며 이를 총칭하여 지반 앵커(Ground Anchor)라고 한다.

앵커는 구조물과 지반을 결합시키기 위해 설치되는 것으로 그 힘의 전달 경로로 볼 때 앵커 두부, 인장부, 앵커 정착부의 세 가지 기본 구성요소로 이루어져 있다. 그 중 앵커체의 형상에 따라 마찰형 앵커, 복합형 앵커, 지압형 앵커로 구분된다.

마찰형 앵커는 앵커 정착부의 하중지지 방식에 따라 인장형과 압축형으로 나눌 수 있다.

인장형 앵커는 현재에도 많이 사용되고 있지만 그라우트에 발생하는 인장력에 의해 인장균열이 발생하고 방수의 어려움 등의 단점이 있다.

압축형 앵커는 인장형에 비해 진행성 파괴 저하 등 인발저항 기구의 우수함 등의 장점이 있다. 하지만 마찰형 앵커는 구속압이 적은 지반에서 긴장 정착시 그라우트가 파괴되거나 인발되는 약점이 있어 큰 문제점으로 지적되고 있다.

특히 압축형에서는 그라우트 양생 후 앵커 긴장시에 강연선의 인장에 의해 그라우트에 균열이 발생하는 일이 자주 발생한다.

복합형 앵커는 인장과 압축을 동시에 받으면서 인발력 증가를 기대하기 위해 개발되었는데 마찬가지로 정착지반에서 그라우트가 파괴되거나 인발되는 약점이 계속 보고되고 있다. 특히 이암 지반에서 앵커체가 슬립되어 앵커력 손실이 많이 발생하는 단점이 있다.

지압형 앵커는 정착체의 쐐기가 압입됨에 따라 인장력이 확장압력으로 작용하여 지반의 마찰저항력을 발휘하는 구조이다.

정착체가 확장되기 위해 쐐기체는 인장 방향으로 이동해야 한다. 이는 지압형 앵커의 구조적인 특성으로 대상 지반의 변형계수와 강도에 따라 정착 지반의 변위가 다양하게 나타날 수 있다.

그러나 국내 대부분의 지압형 앵커는 쐐기체의 확장에 의한 지반의 마찰력만으로 인장력을 확보하는 구조적인 문제점에 노출되어 있다.

이는 단층, 절리 같은 국부적인 약대지반에서 1m 내외의 정착체로 정착력을 발휘해야 하는 경우에는 치명적인 약점이 된다.

암반의 높은 구속압으로 인장력에 저항하여야 하는데 정착제를 천공 홀에 밀착시켜 확장체의 미끄러지는 변위만 억제하고 있는 것에 불과하며, 공벽에 앵커체가 밀착되지 않아 인장시에 앵커체가 외부로 빠져나오는 경우가 자주 발생하는 문제점이 있었다.

따라서, 지압형 앵커의 본래 개발 취지인 지반의 구속압을 이용한 정착제의 높은 인발 저항력이 절실히 요구되고 있다.

본 발명은 다음과 같은 여러 가지의 문제점을 해결하기 위하여 개발된 것으로 그 목적은 확공홀의 어깨부와 수직 내면을 확공몸체가 수평으로 벌어지면서 확공몸체의 외면에 형성된 마찰용 홈이 공벽에 박혀 암반에서도 정착부를 확공하여 앵커체의 인발저항력을 극대화한 신개념의 앵커 시스템을 제공으로 파쇄대 지반에서도 인장이 가능한 확공지압형 앵커를 제공함에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 외면에 복수 개의 앵커체가 체결되도록 체결홈을 갖는 몸체와, 상기 몸체의 선단에 체결되는 확공몸체와, 상기 몸체의 선단에 체결되며 중앙에 삽입공이 형성된 캡과, 상기 캡의 삽입공으로 삽입 설치되며 선단에 받침판이 형성되고 후단에 형성된 삽입 돌기가 확공몸체의 삽입홈에 삽입 설치되는 타격바로 구성된 확공지압형 앵커에 있어서,
상기 확공몸체는 외면에 마찰력을 키우기 위한 마찰용 홈을 확공홀의 어깨부 내면에 대응되게 경사면을 형성하며 내부 중앙에 경사면을 갖는 삽입홈을 형성하고 외면에는 가이드축이 삽입된 가이드홈을 가지면서 복수 개로 분할 형성된 것을 특징으로 한다.

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본 발명은 다음과 같은 여러 가지의 효과가 있다.

첫째는 본 발명은 암반에서도 앵커의 정착부를 확공하여 앵커체의 접지 면적을 최대화하여 인발 저항력을 극대화하는 효과가 있다.

둘째는 지압형 앵커시스템의 도입으로 인한 안정성 증대로 앵커의 정착장을 기존 4.0m에서 1.0m로 줄일 수 있어 앵커 길이 감소에 따른 강연선의 재료비와 천공, 그라우팅 등의 시공비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.

셋째는 기존 앵커 시공시에는 그라우팅 후 앵커를 긴장시켜야 했지만, 본 발명은 인장 후 그라우팅을 수행함으로써 시공장비 투입 회수를 줄일 수 있고, 시멘트 양생 기간 동안 인장을 위해 10여 일을 기다릴 필요가 없어져 획기적인 공기단축을 이룰 수 있어 인력 및 장비 투입에 따른 소요비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.

넷째는 확공몸체의 외면에 형성된 마찰용 홈(마찰용 구멍, 마찰용 날, 마찰용 돌기)가 공벽 전체에 박혀 고정되므로 접지력이 크게 향상되며 풍화대, 파쇄대 지반에서도 그라우팅 전에 인장이 가능해지는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 구성을 나타낸 단면도
도 2는 본 발명인 앵커체의 구성을 나타낸 사시도
도 3은 본 발명의 작동 상태를 나타낸 단면도
도 4~5는 본 발명의 사용 상태를 나타낸 단면도

본 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용을 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

첨부된 도면 도 1은 본 발명의 구성을 나타낸 단면도이고, 도 2는 본 발명의 앵커체의 구성을 나타낸 사시도이며, 도 3은 본 발명의 작동 상태를 나타낸 단면도이고, 도 4~5는 본 발명의 사용 상태를 나타낸 단면도이다. 이의 도면 중 부호 100은 본 발명의 지압형 앵커의 본체를 나타내고 있다.

상기 본체(100)는 앵커체(20)가 체결되는 몸체(10)와, 외면에 마찰력을 키우기 위한 마찰용 홈(41)이 형성되면서 복수 개로 분할된 확공몸체(40)와, 중앙에 삽입공(51)이 형성된 캡(50)과, 선단에 받침판(61)이 형성되고 후단에 형성된 삽입 돌기(62)가 형성된 타격바(60)로 구성한다.

상기 몸체(10)는 원통형으로 형성되어 있으며 외면에 앵커체(20)가 체결되는 체결홈(11)이 다단으로 형성되어 있다.

그리고 몸체(10)의 전방 외면에 확공몸체(40)가 삽입 설치되는 삽입홈(12)이 형성되고 선단에는 체결부(13)가 형성되어 있다.

상기 몸체(10)에 체결되는 앵커체(20)는 첨부된 도면 도 2에서 보는 바와 같이 상측 케이스(21)와 하측 케이스(25)로 이루어져 있으며, 상측 케이스(21)는 하측 외주면에 나사산이 형성된 결합 돌기(23)가 돌출 형성된다.

상기 하측 케이스(25)는 상단 내주면에 나사산을 형성하고 그 하측 내주면 한쪽 면으로 전방으로 돌출된 고정핀(26)이 형성된 내부 공간(27)을 갖는다. 그리고 외주면 하단에는 중간 부분에 체결홈(28)을 갖는 체결 돌기(29)를 형성한다.

상기 하측 케이스(25)의 내부 공간(27)으로는 세 조각으로 분할되어 있고 상단의 내주면에 걸림홈(31)을 가지면서 외주면에 고무 오링(32)이 체결되어 있는 웨찌(30)를 설치한다.

그리고 웨찌(30)의 걸림홈(31)으로 하단에 걸림턱(33)이 형성된 가이드바(34)를 삽입 설치하고, 가이드바(34)의 외주면으로 탄성 스프링(35)을 체결한다.

그런 다음, 상측 케이스(21)의 결합돌기(23)에 형성된 나사산을 하측 케이스(25)의 상단 내주 면에 형성된 나사산으로 결합하여 앵커체(20)를 완성한다.

상기 확공몸체(40)는 몸체(10)의 선단에 체결되며 외면에는 마찰력을 키우기 위한 마찰용 홈(41)이 형성되어 있고 내면 중앙에는 경사면(42)을 갖는 삽입홈(43)이 형성되어 있다.

그리고 외면에는 가이드축(44)이 삽입된 장공 형태의 가이드홈(45)이 형성되면서 복수 개로 분할 형성되어 있다.

상기 마찰용 홈(41)은 확공홀의 어깨부와 수직 내면에 강하게 박혀 파쇄대에서도 완벽한 밀착이 이루어지도록 한다.

상기 확공몸체(40)의 외면에 형성된 마찰용 홈을 대체하기 위해 마찰용 구멍(타공), 마찰용 날 및 마찰용 돌기를 다수 개 형성하여 마찰력을 극대화시켰다.

이와 같이 확공몸체(40)에 다양한 형태의 마찰력 보강구조를 형성하여 시공 현장의 여건에 따라 선택적으로 사용할 수 있도록 하였다.

상기 캡(50)은 중앙에 삽입공(51)을 관통되게 형성되고 후방 내주 면에 나사산(52)을 가지면서 전방 외주 면에는 경사면을 형성한다.

상기 캡(50)의 후방에 형성된 나사산(52)을 몸체(10)의 체결부(13)에 형성된 나사산에 체결하여 캡(50)을 몸체(10)의 전방에 고정 설치한다.

상기 타격바(60)는 선단에 받침판(51)이 형성되고 후단에는 뽀쪽한 삽입 돌기(52)가 형성되어 있다.

상기 타격바(60)의 삽입 돌기(52)는 확공몸체(40)의 경사면(42)을 갖는 삽입홈(43)에 삽입된 상태가 초기화 상태이다.

이와 같은 상태에서 타격바(60)의 받침판(61)이 천공홀의 선단에 맞닿아 충격을 받게 되면, 첨부된 도면 도 3에서 보는 바와 같이 뽀쪽한 삽입 돌기(62)가 확공몸체(40)의 삽입홈(43)을 밀고 올라가게 된다.

이때, 확공몸체(40)의 가이드축(44)이 가이드공(45)의 후방으로 이동하면서 외부로 펼쳐지게 된다.

또한, 상기 지압형 앵커(100)는 다수 개를 하나의 몸체에 형성하여 사용하는 것을 포함한다.

상기와 같은 본 발명은 첨부된 도면 도 4 및 도 5에서 보는 바와 같이 먼저, 풍화암 이상의 암반으로 해머비트를 이용하여 천공홀(1)을 수직이나 경사지게 형성하고, 천공홀(1)의 선단을 확공하여 어깨부(3)를 갖는 확공홀(2)을 형성한다.

상기 천공홀(1)로 본 발명의 지압형 앵커(100)를 삽입하게 되면, 지압형 앵커(100)의 무게와 천공홀(1)의 각도에 따라 미끄러지듯이 내려가다가 몸체(10)의 선단에 설치된 타격바(60)의 받침판(61)이 확공홀(2)의 선단 바닥면(4)과 맞닿으면서 충돌하게 된다.

이때, 타격바(60)의 후방에 체결된 뽀족한 삽입 돌기(62)가 상측으로 수직 이동함과 동시에 확공몸체(40)가 가이드축(45)을 중심으로 외부로 벌어지면서 펼쳐지게 된다.

이와 같이 확장몸체(40)가 몸체(10)의 외부로 벌어진 상태에서 앵커체(20)에 체결된 강연선(70)을 상측으로 잡아당기게 되면, 첨부된 도면 도 5에서 보는 바와 같이 확장몸체(40)의 외면에 형성된 마찰용 홈(41)이 벌어진 상태로 올라오다가 확공홀(2)의 어깨부(3)와 확공홀(2) 내면에 박혀 고정된다.

이때, 확공몸체(40)의 외면에 마찰용 구멍(타공)이나 마찰용 날 및 마찰용 돌기가 형성된 것을 사용할 수도 있다.

그리고 강연선(70)을 인장하여 천공홀(2)에서 늘어져 있는 강연선(70)을 팽팽하게 유지한 후에 그라우트를 실시하여 그라우트의 품질이 양호한 상태를 유지함과 동시에 강연선의 긴장력이 안정적으로 이루어지도록 한다.

상기 본 발명의 지압형 앵커 시공방법은 확공홀 형성단계, 확공몸체 정착단계, 인장 단계, 그라우팅 단계, 두부마감 단계로 이루어진다.

상기 확공홀 형성단계는,

확공비트를 이용하여 풍화암 이상의 암반으로 천공홀을 형성하고, 천공홀의 하단에 어깨부를 갖는 확공홀을 형성한다.

상기 확장몸체 정착단계는,

상기 천공홀의 내부로 지압형 앵커를 삽입 설치하는 앵커체 삽입 단계를 포함하며, 첨부된 도면 도 4 및 도 5에서 설명한 바와 같이 지압형 앵커(100)의 무게와 천공홀(1)의 각도에 따라 미끄러지듯이 내려가다가 몸체(10)의 선단에 설치된 타격바(60)의 받침판(61)이 확공홀(2)의 선단 바닥면(4)과 맞닿으면서 충돌하게 된다.

이때, 타격바(60)의 후방에 체결된 뽀족한 삽입 돌기(62)가 상측으로 수직 이동함과 동시에 확공몸체(40)가 가이드축(45)을 중심으로 외부로 벌어지면서 펼쳐지게 된다.

이와 같이 확장몸체(40)가 몸체(10)의 외부로 벌어진 상태에서 앵커체(20)에 체결된 강연선(70)을 상측으로 잡아당기게 되면, 확장몸체(40)의 마찰용 홈(41)이 벌어진 상태로 올라오다가 확공홀(2)의 어깨부(3)와 확공홀(2) 내면에 박혀 완전하게 고정된다.

이때, 작업 여건에 따라 확공몸체(40)의 외면에 마찰용 구멍(타공)이나 마찰용 날 및 마찰용 돌기가 형성된 것을 사용할 수도 있다.

그리고 강연선(70)을 잡아당기게 되면 늘어진 강연선(70)이 팽팽하게 직선 상태를 유지시켜 그라우트를 하기 전에 인장이 가능해 진다.

상기 인장 단계는,

상기 확공홀(2)의 어깨부(3)에 걸려 있는 지압형 앵커(100)를 천공홀(1)의 외부에서 대좌를 설치하고 앵커체(20)에 설치된 강연선(70)을 인장 한다.

상기 인장은 천공홀(1)의 길이가 길어 휘어지거나 늘어져 있는 강연선(70)을 팽팽하게 직선으로 잡아주는 역할을 할 뿐만 아니라 그라우트 전에 인장이 가능하게 된다.

본 발명은 앵커체를 확공된 확공홀인 정착장에 완전하게 거치시킨 후에 강연선을 지압판에 고정하고 인장한 후에 그라우트를 실시할 수 있어 그라우트의 품질을 높일 뿐 아니라 강연선의 인발 저항력을 극대화하게 된다.

상기 그라우팅 단계는,

상기와 같이 인장 후에 천공홀(1) 내부로 그라우트액을 주입하여 그라우트를 실시한다. 이때, 강연선이 이미 인장을 통해 팽팽한 상태를 유지하고 있어 그라우트액이 양생된 후에도 균열이나 파괴가 발생하지 않아 품질이 양호하게 된다.

상기 두부마감 단계는,

상기와 같이 인장이 완료된 후에는 두부에 그리스를 충진한 후에 별도의 캡을 설치하여 두부를 마감하게 된다.

상기와 같은 본 발명은 확공홀의 어깨부와 내면에 확공몸체의 마찰용 홈(마찰용 구멍, 마찰용 날, 마찰용 돌기)이 공벽에 강하게 박혀 정착장의 길이가 짧아져 공사 기간이 대폭 줄여 들며, 구속압이 상당한 지반에서 확공되기 때문에 확공된 구간의 지반 마찰력이 증대될 뿐만 아니라 인장에 의한 지압형 앵커의 저항력이 극대화하게 된다.

또한, 무엇보다도 파쇄대와 풍화대에서도 접지력이 향상되어 그라우트 전에 인장이 가해지는 장점이 있다.

10:몸체 11:체결홈
12:삽입홈 13:체결부
20:앵커체 21:상측케이스
23:결합 돌기 25:하측 케이스
26:고정핀 27:내부 공간
28:체결홈 29:체결 돌기
30:웨찌 31:걸림홈
32:고무 오링 40:확공몸체
41:마찰용 홈 42:경사면
43:삽입홈 44:가이드축
45:가이드홈 50:캡
51:삽입공 52:나사산
60:타격바 61:받침판
62:삽입 돌기 70:강연선

Claims (7)

1. 외면에 복수 개의 앵커체가 체결되도록 체결홈을 갖는 몸체와, 상기 몸체의 선단에 체결되는 확공몸체와, 상기 몸체의 선단에 체결되며 중앙에 삽입공이 형성된 캡과, 상기 캡의 삽입공으로 삽입 설치되며 선단에 받침판이 형성되고 후단에 형성된 삽입 돌기가 확공몸체의 삽입홈에 삽입 설치되는 타격바로 구성된 확공지압형 앵커에 있어서,
   상기 확공몸체는 외면에 마찰력을 키우기 위한 마찰용 홈을 확공홀의 어깨부 내면에 대응되게 경사면을 형성하며 내부 중앙에 경사면을 갖는 삽입홈을 형성하고 외면에는 가이드축이 삽입된 가이드홈을 가지면서 복수 개로 분할 형성된 것을 특징으로 하는 파쇄대 지반에서도 인장이 가능한 확공지압형 앵커.
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