KR101260397B1 - 단일말뚝지지 콘크리트 궤도 구조 및 그 구조의 침하복원장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 단일말뚝지지 콘크리트 궤도 구조 및 그 구조의 침하복원장치에 관한 것으로; 노반층 위에 설치되는 콘크리트 궤도의 하부에 일정간격을 유지하며 설치되는 말뚝으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 단일말뚝지지 콘크리트 궤도 구조와, 노반층 위에 설치되는 콘크리트 궤도와 그 하부에 설치되는 말뚝 사이에 구비되어 침하를 보정하는 단일말뚝지지 콘크리트 궤도 구조의 침하복원장치를 제공한다.
본 발명에 따르면, 콘크리트 궤도 하면에 말뚝을 설치하여 하중의 70%를 분담하고 나머지 30%는 성토체가 분담하는 구조를 채택하여 별도의 연약지반처리공사가 불필요하여 공사기간 단축 및 공사비 절감의 효과가 있다. 또한, 본 발명은 콘크리트 궤도의 하부에는 침하복원장치가 구비되어 침하가 발생하는 경우 몰타르 또는 입상재료를 충전하여 신속한 복원을 할 수 있고, 침하 발생에 따른 별도의 침하방지 보강작업이 필요하지 않아 유지 보수에 유리하다.

Description

단일말뚝지지 콘크리트 궤도 구조 및 그 구조의 침하복원장치 { Single Pile Concrete Track Structure and Its Settlement Recovering Device }

본 발명은 단일말뚝지지 콘크리트 궤도 구조 및 그 구조의 침하복원장치에 관한 것으로서, 좀더 상세하게는 콘크리트 궤도 하면에 말뚝을 설치하여 말뚝 구조에서 전체 하중의 70%를 분담하고 성토체가 30%를 분담할 수 있어 시공이 간편하고 공사비를 절감할 수 있는 단일말뚝지지 콘크리트 궤도 구조와, 지반 침하가 발생시 신속하게 복원할 수 있는 단일말뚝지지 콘크리트 궤도 구조의 침하복원장치에 관한 것이다.

일반적으로 토공 구간의 콘크리트 궤도 건설에 있어 가장 중요한 것은 침하의 억제이다.

콘크리트 궤도는 강성체가 연속적으로 설치되기 때문에 연약한 지반에 의해 발생한 노반의 불균등 침하는 궤도 자체에 영향을 미치게 되며, 이는 열차주행에도 영향을 미치게 된다.

따라서, 지반의 침하가 발생하게 되면 많은 경우, 재시공을 하거나 고가의 보강공법을 적용하여야 한다.

이때, 콘크리트 궤도의 경우 허용 잔류침하량을 30㎜로 억제하기 때문에 연약지반을 통과하는 구간에서는 기준을 만족시키기가 매우 어렵다.

한편, 종래에는 일반 토목공사에서 적용하는 연약지반처리공법으로 드레인공법, 모래 및 쇄석다짐말뚝공법, 침하억제공법 등을 적용했다.

이때, 드레인공법은 연약지반 내에 페이퍼, 플라스틱 재질의 드레인을 관입하고 상재 하중을 재하하여 지하수를 배출하여 압밀을 촉진하는 공법이고, 모래 및 쇄석다짐말뚝공법은 연약지반에 천공 후 모래 또는 쇄석을 타설하고 상재 하중으로 지하수를 배출하여 압밀을 촉진하는 공법이며, 침하억제공법은 심층혼합공법 또는 파일슬래브공법을 이용하여 지반의 침하를 완전히 억제시키는 공법이다.

그런데 상기 드레인공법과 모래 및 쇄석다짐말뚝공법 계열은 일반토목공사용 보강공법으로서 항만이나 도로 등 허용 잔류침하량이 큰 경우에는 적용이 가능하나 허용침하량이 적은 철도에서는 적용에 어려움이 있다.

또한, 침하억제공법의 경우에는 어느 정도의 연약지반 침하를 억제하는 효과는 있으나, 연약층의 심도가 깊거나 또는 성토고가 높을 경우에는 건설비가 과다하여 경제성이 없다.

따라서, 본 발명은 이러한 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 단일말뚝을 설치하고 그 위에 콘크리트 궤도를 설치하여 침하를 억제하는 구조로서 말뚝 구조에서 전체 하중의 70%를 분담하고 성토체가 30%를 분담할 수 있는 단일말뚝지지 콘크리트 궤도 구조를 제공하는데 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 지반 침하가 발생시에는 발생 침하에 대한 복원이 요구되는데 이 경우 신속한 복원이 이루어지도록 하는 단일말뚝지지 콘크리트 궤도 구조의 침하복원장치를 제공하는데 있다.

이와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해 본 발명은; 노반층 위에 설치되는 콘크리트 궤도의 하부에 일정간격을 유지하며 설치되는 말뚝으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 단일말뚝지지 콘크리트 궤도 구조를 제공한다.

이때, 상기 말뚝은 지반을 천공하고 중구경 이상의 철근 보강재를 삽입하고 콘크리트를 타설 및 양생하여서 형성된 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 콘크리트 궤도는 노반층 위에 형성된 콘크리트로 이루어진 HSB층(Hydraulically Stabilized Base)과, 상기 HSB층 위에 형성되는 콘크리트로 이루어진 TCL층(Track Concrete Layer)과, 상기 TCL층 위에 설치된 침목 및 레일로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 말뚝의 상부에는 말뚝캡이 구비되고 그 말뚝캡 위로 콘크리트 궤도가 구비되는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 말뚝캡의 상단에는 상기 콘크리트 궤도를 지지하는 교좌장치가 더 구비되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은; 노반층 위에 설치되는 콘크리트 궤도와 그 콘크리트 궤도의 하부에 설치되는 말뚝 사이에 구비되는 침하보정장치에 있어서, 상기 침하보정장치는 상기 말뚝의 상부에 구비되는 말뚝캡과, 상기 말뚝캡의 상부에 몰타르를 충전할 수 있는 충전공간이 확보되도록 이격되게 상측에 구비되는 보조캡과, 상기 충전공간으로 일단부가 연통되고 타단부는 콘크리트 궤도의 일측으로 노출되게 설치되어 몰타르를 충전할 수 있는 충전관으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 단일말뚝지지 콘크리트 궤도 구조의 침하복원장치도 제공한다.

이때, 상기 보조캡의 상단 중앙에 교좌장치가 더 구비되는 것을 특징으로 한다.

한편, 본 발명은; 노반층 위에 설치되는 콘크리트 궤도와 그 콘크리트 궤도의 하부에 설치되는 말뚝 사이에 구비되는 침하보정장치에 있어서, 상기 자동침하보정장치는 말뚝의 상부에 구비되는 말뚝캡의 상부에 구비되되 상부가 개방된 하부박스와, 상기 하부박스의 상측에 구비되며 하부에 배출공이 형성되고 내부에는 구형상의 비접착성 입상재료가 채워지는 상부박스로 이루어지는 것을 특징으로 하는 단일말뚝지지 콘크리트 궤도 구조의 침하복원장치도 제공한다.

이때, 상기 비접착성 입상재료는 스틸볼(steel ball)인 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 상부박스의 상측에는 보조캡이 구비되며, 그 보조캡의 상부에 교좌장치가 구비되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 상부박스는 상기 하부박스에 안착되며, 상기 상부박스의 바닥면에는 배출공을 향해 비접착성 입상재료가 안내될 수 있도록 경사면이 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 콘크리트 궤도 하면에 말뚝을 설치하여 하중의 70%를 분담하고 나머지 30%는 성토체가 분담하는 구조를 채택하여 별도의 연약지반처리공사가 불필요하여 공사기간 단축 및 공사비 절감의 효과가 있다.

또한, 본 발명은 콘크리트 궤도의 하부에는 침하복원장치가 구비되어 침하가 발생하는 경우 몰타르 또는 입상재료를 충전하여 신속한 복원을 할 수 있고, 침하 발생에 따른 별도의 침하방지 보강작업이 필요하지 않아 유지 보수에 유리하다.

도 1은 본 발명에 따른 단일말뚝지지 콘크리트 궤도 구조를 설명하기 위해 도시한 콘크리트 궤도의 정단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 단일말뚝지지 콘크리트 궤도 구조를 설명하기 위해 도시한 콘크리트 궤도의 측단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 단일말뚝지지 콘크리트 궤도 구조의 침하복원장치를 설명하기 위해 도시한 콘크리트 궤도의 정단면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 단일말뚝지지 콘크리트 궤도 구조의 침하복원장치를 설명하기 위해 콘크리트 궤도의 정단면도이다.

본 발명에 따른 단일말뚝지지 콘크리트 궤도 구조 및 그 구조의 침하복원장치를 첨부한 도면을 참고로 하여 이하 상세히 기술되는 실시 예에 의하여 그 특징들을 이해할 수 있을 것이다.

도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 단일말뚝지지 콘크리트 궤도 구조를 설명하기 위해 도시한 도면이고, 도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 단일말뚝지지 콘크리트 궤도 구조의 침하복원장치를 설명하기 위해 도시한 도면이다.

본 발명에 따른 단일말뚝지지 콘크리트 궤도는 침하억제를 위한 복합 노반 구조로서, 중구경 이상의 철근보강재가 구비되는 말뚝(100)을 설치하고, 그 말뚝(100)의 상단에 콘크리트 궤도(200)를 설치하여 침하를 억제하는 구조로서 말뚝 구조에서 전체 하중의 70%를 분담하고, 성토체가 30%를 분담하는 구조이다.

먼저, 도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 단일말뚝지지 콘크리트 궤도 구조를 설명하기 위해 도시한 도면으로 이에 의하면, 본 발명에 따른 단일말뚝지지 콘크리트 궤도 구조는 연약지반을 통과하는 구간에서 별도의 연약지반의 보강처리 없이 침하를 억제할 수 있는 콘크리트 궤도 구조로서, 지반에 설치되는 말뚝(100)과 콘크리트 궤도(200)로 이루어진다.

이때, 상기 말뚝(100)은 지반을 천공하고 중구경 이상의 철근 보강재를 삽입하고 콘크리트를 타설 및 양생하여서 제조한다.

이와 같은 말뚝(100)은 침하발생이 없는 지반층 또는 기반암층에 충분한 깊이를 가지고 설치되는 것으로, 말뚝(100)은 콘크리트 궤도(200) 방향을 따라 다수가 설치된다.

이때, 상기 말뚝(100)의 배치 간격은 콘크리트 궤도(200)를 이동하는 철도차량의 제원과 관계가 있는 것으로, 과도한 휨응력 발생을 방지하기 위하여 최대 대차 간격의 1/2로 함이 바람직하다.

이와 같은 콘크리트 궤도(200)는 토사로 이루어진 노반층(10) 위에 형성된 콘크리트로 이루어진 HSB층(Hydraulically Stabilized Base)(202)과, 상기 HSB층(202) 위에 형성되는 콘크리트로 이루어진 TCL층(Track Concrete Layer)(204)과, 상기 TCL층(204) 위에 설치된 침목(206)과, 상기 침목(206) 위에 설치되어 열차가 주행하는 레일(208)로 이루어진다.

상기 콘크리트 궤도(200)의 하부에는 말뚝(100)이 위치하게 되는데, 상기 말뚝(100)의 상부에는 말뚝캡(110)을 구비하여 말뚝 상단의 균열을 방지하고 상부에 위치하는 콘크리트 궤도(200) 구조와의 접합력을 향상시킨다.

이때, 상기 말뚝캡(110)은 지반층(1) 상부에 형성된 노반층(10) 상면으로 노출되도록 설치되며 말뚝캡(110) 위로 콘크리트 궤도(200)가 형성된다.

그리고, 상기 말뚝캡(110)의 상단에는 콘크리트 궤도(200)를 지지하는 교좌장치(120)가 일체로 구비되어 콘크리트 궤도(200)의 횡방향 변위를 억제하게 된다. 따라서 콘크리트 궤도(200)와 말뚝(100)은 일체로 거동하여 지반층(1) 또는 노반층(10)의 불균등 침하를 억제할 수 있다.

이하, 본 발명에 따른 단일말뚝지지 콘크리트 궤도의 시공 과정을 설명한다.

먼저, 연약 지반층(1)에 별도의 처리를 하지 않고, 흙쌓기 시공을 통한 노반층(10)을 형성하고 자연 압밀 되도록 방치한다.

그리고, 일정시간이 경과 후, 노반층(10) 상부에서 지반층(1)에 도달하도록 일정간격을 유지하며 다수의 천공(2)을 형성하게 된다.

이와 같은 상태에서 철근보강재를 천공(2) 내부에 설치하고, 콘크리트를 타설 및 양생과정을 거쳐 말뚝(100)을 형성한다.

그리고, 말뚝(100)의 상단에 말뚝캡(110)이 노반층(10)의 상부로 노출되도록 설치하고, 그 말뚝갭(110)의 상단에 교좌장치(120)를 설치한다.

이상의 과정을 마친 후, 콘크리트로 이루어진 HSB층(Hydraulically Stabilized Base)(202), TCL층(Track Concrete Layer)(204), 침목(206) 및 레일(208)을 차례대로 설치하여 콘크리트 궤도(200)를 완성하게 된다.

그리고, 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 단일말뚝지지 콘크리트 궤도 구조의 침하복원장치를 도시한 도면이다. 이에 의하면, 콘크리트 궤도(200)의 침하가 발생하는 경우 신속한 복원이 이루어지도록 하기 위해 콘크리트 궤도(200)의 하단에 몰타르를 충전하여 복원하는 침하보정장치가 구비된다.

이와 같은 침하보정장치는 상기 말뚝(100)의 상부에 구비되는 말뚝캡(110)과, 상기 말뚝캡(110)의 상부에 몰타르를 충전할 수 있는 충전공간(112)이 확보되도록 일정거리 이격되게 상측에 구비되는 보조캡(130)으로 이루어진다.

이때, 충전공간(112)의 확보를 위해 상기 말뚝캡(110)의 상부에 스페이서(114)를 구비하고, 그 스페이서(114)의 상부에 보조캡(130)을 구비하며, 상기 보조캡(130)의 상단 중앙에 교좌장치(120)를 구비한다.

좀 더 상세하게는 상기 콘크리트 궤도(200)의 하단에 상기 말뚝캡(110)과 보조캡(130)이 위치하는 안착부(201)가 형성되고, 상기 안착부(201)에 말뚝캡(110)과 보조캡(130) 및 교좌장치(120)가 순서대로 설치된다.

그리고, 상기 충전공간(112)으로 일단부가 연통되고 타단부는 콘크리트 궤도(200)의 일측으로 노출되는 충전관(116)을 구비한다.

따라서, 콘크리트 궤도(200)의 침하가 발생하게 되면 침하량만큼 몰타르를 충전관(116)을 통해 주입하고 충전하여 콘크리트 궤도(200)의 침하를 복원한다. 즉, 콘크리트 궤도(200)의 침하시 신속하고 안전하게 충전될 수 있도록 하기 위해 고압 급결성재료인 몰타르를 사용한다.

한편, 도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 단일말뚝지지 콘크리트 궤도 구조의 침하복원장치를 도면이다. 이에 의하면, 콘크리트 궤도(200)의 침하가 발생하는 경우 신속한 복원이 이루어지도록 하기 위해 콘크리트 궤도(200)의 하단에 구형상의 비접착성 입상재료(142)를 충전하여 복원한다. 구형상의 비접착성 입상재료(142)를 이용한 침하보정장치는 침하에 따른 별도의 지반층 보강없이 침하를 억제할 수 있다.

이를 위해 상기 침하보정장치는 말뚝(100)의 상부에 구비되는 말뚝캡(110)의 상부에 구비되되 상부가 개방된 하부박스(144)와, 상기 하부박스(144)의 상측에 구비되며 하부에 배출공(146a)이 형성되고 내부에는 구형상의 비접착성 입상재료(142)인 스틸볼(steel ball)이 채워지는 상부박스(146)로 이루어진다. 그리고, 상기 상부박스(146)의 상측에는 보조캡(130)이 구비되며, 그 보조캡(130)의 상부에 교좌장치(120)가 구비된다.

이 경우 상기 하부박스(144)의 내부에 상부박스(146)가 안착될 수 있는 구조이며, 상기 상부박스(146)의 바닥면에는 배출공(146a)을 향해 비접착성 입상재료(142)가 안내될 수 있도록 경사면(146b)이 형성된다.

이 경우 콘크리트 궤도(200)와 말뚝(100)이 일체화되어 있지 않기 때문에 지반층(1) 또는 노반층(10)에 침하가 발생하게 되면 콘크리트 궤도(200)의 하면과 노반층 상면 사이에 공간이 형성된다. 공간이 형성되면 말뚝캡(110)에 설치한 침하보정장치(140)는 진동과 중력에 의하여 하부박스(144)가 하강하여 하부박스(144)와 상부박스(146) 사이에 공간이 형성되는데, 이때 상부박스(146)의 경사면(146b)을 따라 안내되어 배출공(146a)을 통해 상부박스(146) 내부로 입상재료(142)가 안내 이동되어 하부박스(144)에 채워져 침하 발생에 의해 생긴 공극은 자동적으로 충전된다. 따라서 침하 발생에 따른 별도의 침하방지 보강작업이 필요하지 않다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 실시 예와 실질적으로 균등한 범위에 있는 것까지 본 발명의 권리범위가 미치는 것으로 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 실시가 가능한 것이다.

1: 지반층 10: 노반층
100: 말뚝 110: 말뚝캡
120: 교좌장치 130: 보조캡
144: 하부박스 146: 상부박스
200: 콘크리트 궤도 202: HSB층
204: TCL층 206: 침목
208: 레일

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6. 노반층 위에 설치되는 콘크리트 궤도와 그 콘크리트 궤도의 하부에 설치되는 말뚝 사이에 구비되는 침하보정장치에 있어서,
   상기 침하보정장치는 상기 말뚝의 상부에 구비되는 말뚝캡과, 상기 말뚝캡의 상부에 몰타르를 충전할 수 있는 충전공간이 확보되도록 이격되게 상측에 구비되는 보조캡과, 상기 충전공간으로 일단부가 연통되고 타단부는 콘크리트 궤도의 일측으로 노출되게 설치되어 몰타르를 충전할 수 있는 충전관으로 이루어지되,
   상기 말뚝캡과 보조캡의 사이에 스페이서를 구비하고,
   상기 콘크리트 궤도의 하단에 안착부가 형성되어 상기 침하보정장치가 삽입 설치되며,
   상기 보조캡의 상단 중앙에 교좌장치가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 단일말뚝지지 콘크리트 궤도 구조의 침하복원장치.
   
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