KR101241404B1 - 압축과 인장형 록볼트 및 이를 이용한 지반 보강 공법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 압축과 인장형 록볼트 및 이를 이용한 지반 보강 공법에 관한 것으로, 정착날개를 압축과 인장에 의해 2차로 정착하여 큰 정착력을 통해 지반을 보강함을 목적으로 한다.
본 발명에 의한 압축과 인장형 록볼트는, 둘레부에 경사형 확장유도부(111)가 구비된 정착헤드(110)와; 상기 정착헤드의 확장유도부의 둘레부에 슬라이딩 가능하게 장착되는 정착날개(120)와; 정착날개의 지상측 후방에 장착되며 외력에 의해 상기 정착날개를 타격하여 상기 정착날개가 상기 정착헤드의 확장유도부를 타고 확장되면서 지반에 1차 정착되도록 하는 정착 타격수단과; 선단부가 상기 정착헤드에 고정되며 후단부가 지상의 인장기에 연결되고, 상기 정착헤드를 인장하여 상기 정착날개가 2차 정착되도록 하는 인장재(140)로 구성된다.

Description

압축과 인장형 록볼트 및 이를 이용한 지반 보강 공법{COMPRESS AND TENSILE ROCK BOLT AND METHOD FOR REINFORCING GROUND USING THEREOF}

본 발명은 록볼트에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 정착날개가 선단에서 압축과 인장에 의해 2차로 정착하여 큰 정착력을 통해 지반을 보강할 수 있는 압축과 인장형 록볼트 및 이를 이용한 지반 보강 공법에 관한 것이다.

터널 공법의 시공에 있어, 굴삭된 터널의 벽면 및 천장 등의 암반은 그 표면부는 견고한 형태의 암반이 되지를 못하고 균열, 수분의 작용, 외력 등에 의해 붕괴되어 낙하하게 된다. 그러므로 이러한 표면부의 붕괴를 막기 위해 록볼트 공법을 시행하고 있다.

록볼트 공법은 굴삭면의 암반을 그 심부의 견고한 암반에 볼트를 가지고 조이는 형태를 취한다.

예를 들어, 터널굴삭의 경우에 그 암반을 견고한 암반과 붕괴되는 굴삭면의 암반으로 나눌때 이 굴삭면의 암반이 붕괴하여 낙하하는 것을 막기 위하여 양 암반을 통해 굴삭공을 형성하고 인장재를 삽입한 후에 접착형의 경우에는 레진 즉, 폴리에스테르계의 수지나 에폭시 수지 등을 이용한 접착재를 이용하여 굴삭공에 인장재를 강하게 정착시킨다. 정착이 완료되면 인장재는 인장재에 형성되어 있는 나사부에 너트를 이용하여 베어링플레이트에 고정하고 있다. 터널의 전면을 따라 이렇게 시공하면 록볼트는 터널 굴삭면 암반을 견암에 고정된 인장재의 강도를 이용하여 견암에 붙잡아두게 되어 붕괴를 방지하게 된다.

록볼트의 종래 기술로서, 통상적인 단일 이형철근으로 형성된 록볼트에 의해 지반을 지지하는 보강공법을 나타내는 것으로서, 원형의 단면형상을 가지는 몸통부의 외면에 길이방향으로 돌출리브가 반복되는 이형철근으로만 설치되는 형태이다.

이와 같은 록볼트는 몸통부의 외면에 돌출리브를 갖기 때문에, 지반이나 암반의 굴착면에 천공된 굴착공 내에서 충전 경화되는 그라우트재와의 접촉에 따른 마찰 저항력에 의해 구속된 상태로 정착능력을 발휘하여서, 지반에 대한 압축 지보력 또는 암반에 대한 단순 지보력을 갖게 하여 주므로, 그 지반이나 암반에 구축되는 구조물을 안정화시킬 수 있는 장점을 가지는 것이 사실이다.

그러나, 이와 같은 록볼트는 첫째, 토사지반을 비롯하여 암질이 불량시 그라우트재의 삽입이 곤란하거나 또는 천반부 또는 상향 경사공의 작업시 그라우트재의 흘러내림 현상이 발생하여 내구성 및 인발력이 저하되는 문제점이 있었다.

둘째, 그라우트재와의 정착력은 돌출리브가 결정하게 되는데, 종래 록볼트의 경우 그라우트재와의 정착력을 결정하는 돌출리브가 몸통부의 지름에 비해 매우 작은 높이로 몸통부의 외주면에 돌출 형성되어 있는 바, 굴착공 내에서 그라우트재와의 접촉에 의한 돌출리브의 마찰 저항력이 그다지 크지 않으며, 이로 인해 강력한 정착능력을 기대하기 어려워서 결과적으로 지반이나 암반에 대한 압축 지보력 또는 단순 지보력을 획기적으로 증대시키기에는 역부족인 문제점이 있었다.

셋째, 몸통부가 이형철근의 형상으로서 단면적이 크게 만들어지기 때문에, 자체의 무게가 중량이어서 취급 및 시공성이 크게 저하될 뿐만 아니라, 단면적이 커서 소요되는 원재료 량이 증가된 만큼 생산원가가 상승되어서 고가로 공급되는 문제점이 있었다.

다른 종래기술로서, 이형철근재들로만 형성된 록볼트에 의한 지반 지지력 보강공법이 있으며, 굴착공의 중심에 일직선으로 배열되어 설치되는 25㎜의 직경이 큰 이형철근의 주지보재와, 이 이형철근의 주지보재의 외주면을 따라 나선형으로 감긴 2개의 10㎜의 직경이 작은 이형철근으로 이루어진 보강재가 주 지보재인 이형철근을 중심으로 나선형으로 감아 형성되고, 주지보재와 보강재의 일측단부의 접속부에 쐐기콘으로 고정하고, 주지보재와 보강재의 타측단 또는 중앙에 그랩으로 주지보재와 보강재를 고정시켜, 굴착공의 외부 지반 표면에 지압판 및 캡으로 전체를 고정시키는 형태이다.

그러나, 이 기술은 앞서의 록볼트의 기술에 비하여 보강재가 추가되는 보강네일체를 사용하여 재래적인 네일링 공법에 비해 전단 및 인장저항력이 약 20% 증대되고, 부재의 단면적 증대로 인한 휨 전단저항력이 우수하고, 네일 표면적 확대로 인한 그라우트재와 네일 사이의 부착력 및 마찰력을 증대시키는 장점이 있다.

그러나, 중앙에 배치된 이형철근의 주지보재 자체가 센터럴라이저 역할을 하면서 이형철근의 주지보재에 그 외면을 따라 이형철근이 단순히 감아 돌아가는 형태로 주지보재의 외주면을 따라 나선형으로 감긴 스파이럴 보강철근의 고정작업을 위한 쐐기콘, 그랩의 부품 등이 반드시 필요하게 되고, 아울러, 이형철근으로 일직선과 나선형의 형태로 제작하기 위해서는 특수가공을 요한다.

즉, 종래 기술에 의한 록볼트는 단순 구조의 경우 정착력이 부족하여 그라우팅을 한다 하여도 지반을 견고하게 보강하지 못하며, 지반 보강력을 키우기 위하여 구조를 복잡하게 구성하는 경우 현실성이 부족한 문제점이 있다.

등록특허 제10-0612731호 등록특허 제10-0955666호

본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 정착날개를 압축과 인장에 의해 2차로 정착하여 큰 정착력을 통해 지반을 보강할 수 있는 압축과 인장형 록볼트 및 이를 이용한 지반 보강 공법을 제공하려는데 목적이 있다.

본 발명에 의한 압축과 인장형 록볼트는, 둘레부에 경사형 확장유도부가 구비된 정착헤드와; 상기 정착헤드의 확장유도부의 둘레부에 슬라이딩 가능하게 장착되는 정착날개와; 정착날개의 지상측 후방에 장착되며 외력에 의해 상기 정착날개를 타격하여 상기 정착날개가 상기 정착헤드의 확장유도부를 타고 확장되면서 지반에 1차 정착되도록 하는 정착 타격수단과; 선단부가 상기 정착헤드에 고정되며 후단부가 지상의 인장기에 연결되고, 상기 정착헤드를 인장하여 상기 정착날개가 2차 정착되도록 하는 인장재를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 압축과 인장형 록볼트를 이용한 지반 보강 공법은, 터널을 포함하는 구조물의 지반 보강을 위한 것으로, 지중에 볼트공을 천공하는 제1단계와; 상기 제1단계를 통해 천공된 볼트공에 청구항 1 또는 청구항 2에 의한 록볼트를 삽입하는 제2단계와; 상기 제2단계 이후 상기 록볼트의 정착 타격수단을 통해 상기 정착날개를 타격하여 상기 정착날개가 상기 정착헤드를 따라 확장되어 지반에 1차 정착되도록 하는 제3단계와; 상기 제3단계 이후 상기 록볼트의 인장재를 인장하여 상기 정착헤드의 인발에 의해 상기 정착날개를 확장시켜 상기 정착날개가 2차로 정착되도록 하는 제4단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 압축과 인장형 록볼트 및 이를 이용한 지반 보강 공법에 의하면, 정착날개가 정착 타격 파이프의 타격에 의해 1차 정착됨과 아울러 인장재의 인장에 의해 2차 정착되어 압축과 인장을 위한 자재의 크기를 무리하게 크게 하지 않고 큰 힘을 들이지 않고도 정착날개의 정착력을 증대할 수 있으므로 지반을 견실하게 보강할 수 있고, 터널 등 구조물의 붕괴를 미연에 예방할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 의한 압축과 인장형 록볼트의 분해 사시도.
도 2는 본 발명에 의한 압축과 인장형 록볼트의 단면도.
도 3은 본 발명에 의한 압축과 인장형 록볼트의 시공 공정도.

도 1과 도 2에서 보이는 바와 같이, 본 실시예에 의한 압축과 인장형 록볼트(100)는, 정착 헤드(110), 정착헤드(110)의 둘레부에 장착되며 정착헤드(110)의 둘레부로 확장되어 지반에 정착되는 정착날개(120), 정착날개(120)의 외측(지상측)에 장착되며 정착날개(120)가 정착헤드(110)의 둘레부로 확장되어 지반에 정착되도록 하는 정착 타격수단으로서 예컨대, 정착 타격 파이프(130), 정착헤드(110)에 연결되며 지상에서 인장되어 정착날개(120)가 정착헤드(110)의 둘레부로 확장되어 지반에 정착되도록 하는 인장재(140)로 구성된다.

정착헤드(110)는 정착날개(120)가 정착 타격 파이프(130)의 타격과 인장재(140)의 인장에 의해 확장되어 지반에 정착되도록 유도함과 아울러 정착날개(120)와 함께 정착력을 발생한다.

이를 위한 정착헤드(110)는 예를 들어 원통형으로 형성되며 내부에 인장재(140)가 삽입되어 압착그릴(고정금구)(111) 등을 통해 고정되고, 외주면에는 정착날개(120)가 확장 가능하도록 경사형의 확장유도부(112)가 형성된다. 예를 들어, 정착헤드(110)는 앞쪽에서부터 직경이 동일한 원통부 - 뒤쪽으로 가면서 점진적으로 단면적이 작아지게 형성되는(즉, 하향 경사지게 형성되는) 확장유도부(112)로 구성된다.

정착날개(120)는 정착헤드(110)의 확장유도부(112)에 안착되며, 정착 타격 파이프(130)의 타격과 인장재(140)의 인장시 큰 확장력이 발생되도록 2개 이상으로 구성되고, 예를 들어, 도면에서처럼 반원형 단면으로 이루어진 2개의 정착날개(120)로 구성될 수 있다. 즉, 정착날개(120)는 3개 이상도 가능하고, 하나의 원통이면서 다수의 확장부가 확장 가능하도록 형성된 것도 가능하다.

정착날개(120)는 내주면에 경사부(121)가 형성되며, 경사부(121)는 확장유도부(112)의 경사를 타고 확장된다. 2개(3개 이상도 동일)의 정착날개(120)는 정착 이전에 원의 형태로 정착헤드(110)에 장착되며, 이는 밴드(122)를 통해 이루어진다. 단, 밴드(122)는 정착날개(120)가 확장시 파단되는 재질과 구조로 이루어진다.

정착날개(120)는 지반에 대한 정착력을 증대하기 위하여 외부면이 요철로 형성되거나 스파이크가 형성될 수 있다.

정착 타격 파이프(130)는 지상에서 정착날개(120)를 전진(인장과 반대 방향)시키기 위한 것으로, 핸드 브레이커 등의 장비, 볼트공의 깊이 등에 따라 길이가 다양하게 달라진다. 즉, 정착 타격 파이프(130)를 대신하는 방법이 가능하다면 사용되지 않을 수도 있다.

정착 타격 파이프(130)는 정착날개(120)를 전진(도 2 기준 우측)시켜 정착날개(120)가 정착헤드(110)를 따라 슬라이딩하면서 확장되도록 하며, 지상측에서 가해지는 힘(핸드 브레이커 등)에 의해 작동한다.

정착 타격 파이프(130)는 인장재(140)의 둘레부에 전후진의 이동이 가능하도록 장착되며 예를 들어 정착날개(120)의 정착을 구속하지 않으면서 정착날개(120)의 모든 부분을 동일한 힘으로 타격할 수 있도록 내부가 중공인 원형인 것이 바람직하다.

정착 타격 파이프(130)는 정착날개(120)의 정착 후 지상으로 인출된다. 물론, 경우에 따라 정착 타격 파이프(130)는 지중의 볼트공(1)에 그라우팅을 통해 정착될 수도 있다.

인장재(140)는 지중측 선단부가 정착헤드(110)에 고정되며 지상측 후단부가 인장 가능하도록 구성되며, 정착 타격 파이프(130)에 의해 1차로 정착된 정착날개(120)를 2차로 확장시켜 2차 정착시킨다. 즉, 정착날개(120)가 지반에 1차 정착되어 있기 때문에 정착날개(120)가 인발되지 않도록 지지되지 않아도 인장재(140)의 인장시 정착날개(120)가 2차로 정착된다.

도 3을 참조하여 본 실시예에 의한 록볼트의 시공 방법을 설명한다.

1. 볼트공 천공.

지중에 공지의 방법으로 볼트공(1)을 천공한다.

2. 록볼트 설치.

도 2는 록볼트의 초기 조립 및 정착날개의 정착 이전 상태로서, 밴드(122)를 통해 정착날개(120), 정착헤드(110)가 결합되어 있다. 이와 같이 조립된 록볼트(100)를 지중 볼트공(1) 안에 삽입하여 설치한다.

이때는 정착날개(120)가 정착되기 이전이기 때문에 정착날개(120)의 외경이 볼트공(1)의 내경보다 작으므로 록볼트(100)를 볼트공(1)에 간섭없이 설치할 수 있다.

3. 정착.

정착날개(120)는 정착 타격 파이프(130)에 의한 1차 정착 - 인장재(140)에 의한 2차 정착으로 구분된다.

3-1. 1차 정착.

도 2의 상태에서 예를 들어 핸드브레이커를 이용하여 정착 타격 파이프(130)를 타격하면, 도 3의 (A)와 같이 정착 타격 파이프(130)가 전진하여 정착날개(120)를 밀게 된다. 정착날개(120)는 정착 타격 파이프(130)로부터 가해지는 힘에 의해 전진하고 이때, 경사부(121)와 확장유도부(111)의 경사에 의해 정착날개(120)가 지반을 향하여 벌어지면서 지반에 1차 정착된다. 정착날개(120)가 벌어지는 과정에서 밴드(122)는 파단된다.

정착 타격 파이프(130)에 의한 정착날개(120)의 1차 정착이 완료되면 정착 타격 파이프(130)를 지상으로 인출한다[도 3의 (B)].

정착 타격 파이프(130)가 적용되지 않은 경우 정착 타격 파이프(130)를 대체하는 방법을 통해 정착날개(120)를 정착한다.

3-2. 2차 정착.

1차 정착이 완료된 후 지상에서 인장재(140)를 인장하면, 인장재(140)와 함께 정착헤드(110)가 지상측으로 인발된다.

이때, 정착날개(120)가 지반에 정착되어 지상측으로 인발되지 않는 상태이고, 경사부(121)와 확장유도부(111)의 경사로 인하여 정착날개(120)가 확장되어 1차 정착시보다 더 깊게 2차 정착된다[도 3(C)].

인장재(140)의 인장이 완료되면 인장재(140)의 지상측 단부를 지압판, 웨지 등의 공지의 구성을 통해 마감한다. 인장재(140)의 마감은 공지 록볼트에서 사용되는 구성 및 방법과 동일하다.

본 발명에 따르면 록볼트(100)만으로도 지반을 견고하게 보강할 수 있으므로 볼트공(1) 내부를 그라우팅하지 않을 수 있으며, 물론, 그라우팅을 함으로써 록볼트와 그라우팅을 통해 지반을 더욱 견실하게 보강할 수 있다.

1 : 볼트공,
110 : 정착헤드, 111 : 확장유도부
120 : 정착날개, 121 : 경사부
122 : 밴드, 130 : 정착 타격 파이프
140 : 인장재,

Claims (6)

1. 둘레부에 경사형 확장유도부(111)가 구비된 정착헤드(110)와;
   상기 정착헤드의 확장유도부의 둘레부에 원주방향을 따라 배열되면서 슬라이딩 가능하게 장착되는 2개 이상의 정착날개(120)와;
   정착날개의 지상측 후방에 장착되며 외력에 의해 상기 정착날개를 타격하여 상기 정착날개가 상기 정착헤드의 확장유도부를 타고 확장되면서 지반에 1차 정착되도록 하는 정착 타격수단과;
   선단부가 상기 정착헤드에 고정되며 후단부가 지상의 인장기에 연결되고, 상기 정착헤드를 인장하여 상기 정착날개가 2차 정착되도록 하는 인장재(140)를 포함하고,
   상기 정착 타격수단은, 내부가 중공인 파이프 형태로서 상기 인장재의 둘레부에 결합되며 선단부가 상기 정착날개의 지상측 후면에 지지되는 정착 타격 파이프(130)인 것을 특징으로 하는 록볼트.
2. 삭제
3. 삭제
4. 터널을 포함하는 구조물의 지반 보강을 위한 것으로,
   지중에 볼트공을 천공하는 제1단계와;
   상기 제1단계를 통해 천공된 볼트공에 청구항 1에 의한 록볼트를 삽입하는 제2단계와;
   상기 제2단계 이후 상기 록볼트의 정착 타격수단을 통해 상기 정착날개를 타격하여 상기 정착날개가 상기 정착헤드를 따라 확장되어 지반에 1차 정착되도록 하는 제3단계와;
   상기 제3단계 이후 상기 록볼트의 인장재를 인장하여 상기 정착헤드의 인발에 의해 상기 정착날개를 확장시켜 상기 정착날개가 2차로 정착되도록 하는 제4단계를 포함하고,
   상기 제3단계에서는 상기 정착 타격수단을 통해 상기 정착날개를 정착한 후 상기 정착 타격수단을 상기 볼트공에서 지상으로 인출하는 것을 특징으로 하는 록볼트를 이용한 지반 보강 공법.
5. 삭제
6. 청구항 4에 있어서, 상기 제4단계 이후 상기 볼트공 내부를 그라우팅하는 제5단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 록볼트를 이용한 지반 보강 공법.

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