KR101286937B1 - 지반보강장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 지반보강장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 사면, 터널 등의 지반을 보강하기 위해 형성된 천공에 삽입하기 쉽고 정착이 견고하게 될 수 있도록, 소정의 길이로 형성되어, 적어도 하나 이상의 결합홀을 구비하고 일단에 체결부를 형성하는 헤드 가이드부, 일단부가 상기 결합홀에 결합되고, 타단부가 탄성력에 의해 활개하는 대칭되는 한쌍의 정착날개부를 포함한다.

Description

지반보강장치{DEVICE FOR REINFORCING THE GROUND}

본 발명은 지반보강장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 사면, 터널 등의 지반을 보강하기 위해 형성된 천공에 삽입하기 쉽고 정착이 견고하게 될 수 있도록 하는 지반보강장치에 관한 것이다.

일반적으로, 건물터파기, 철도 및 도로 등에 인접한 자연사면 및 인공사면의 보강, 지하구조물 및 터널 등의 구조물축조에 필요한 지반보강, 옹벽의 보수, 설치 등의 공사에서는 그 굴착면이 붕괴되는 것을 방지하기 위한 지반보강공법이 적용된다.

구체적으로, 도 1 은 건물터파기, 도로에 인접한 사면 및 터널 내벽에서의 지반보강공법의 예를 나타낸다.

도 1의 A 및 B와 같이 건물터파기 및 도로 등의 사면의 지반보강에는 소일네일링 공법이 이용되는데, 소일네일링 공법은 사면이나 건물의 지하굴착시 단계별로 굴착과 함께 보강재인 이형철근과 지압판으로 굴착사면을 보강하는 방식이다.

도 1의 C는 터널 내벽의 지반 보강을 통해 안전성 확보를 위해 록볼트 공법을 적용하고 있다. 록볼트 공법은 터널굴착 표면으로부터 암반을 소정 깊이만큼 천공하고, 이렇게 천공된 암반 천공홀 내부에 록볼트 본체를 삽입하고 모르타르를 주입하여 충전하고 지압판 및 너트로 록볼트 본체의 두부를 체결함으로써 지반에 정착고정하는 방법이다.

다만, 기존의 지반 보강 방법들은 시공에 상당한 시간이 소요되고 재료비가 상당히 많이 들어가는 문제들이 있어, 시공시간을 단축하고 재료비를 줄일 수 있는 다양한 지반보강장치의 개발이 필요하다.

상기와 같은 문제를 해결하기 위해, 본 발명의 목적은 지반보강장치의 선단 부분을 천공에 삽입하는 경우에는 선단 부분의 단면적을 줄일 수 있도록 하고, 삽입 후에 정착을 한 후에는 선단 부분의 단면적이 확장되어 고정될 수 있도록 하는 구조의 지반보강장치를 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명의 제 1 실시예에 의한 지반보강장치는 소정의 길이로 형성되어, 적어도 하나 이상의 결합홀을 구비하고 일단에 체결부를 형성하는 헤드 가이드부; 일단부가 상기 결합홀에 결합되고, 타단부가 탄성력에 의해 활개하는 대칭되는 한쌍의 정착날개부를 포함한다.

이때, 상기 정착날개부는 상기 결합홀을 관통하는 결합봉에 의해 상기 헤드가이드부와 결합하고,

상기 정착날개부는 일단부의 양측면에 상기 결합홀에 대응되는 위치에 홀을 형성하고, 상부면은 탄성력에 의해 활개하면서 상기 헤드 가이드부가 수용될 수 있는 수용홀을 형성한다.

한편, 상기 정착날개부의 상부면의 타단부에는 톱니 형상으로 구성된다.

또한, 상기 헤드 가이드부는 소정의 간격으로 복수의 결합홀을 형성하고, 상기 정착날개부는 상기 복수의 결합홀에 각각 결합하는 복수 개가 구비된다.

그리고, 상기 체결부는 상기 헤드 가이드부에 일체로 형성되고, 원통형상의 내부에 나사산이 형성된다.

상기와 같은 본 발명에 의한 지반보강장치는 시공이 편리함은 물론 간단한 구조에 의해 재료비를 절감할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 의한 지반보강장치는 삽입 후에는 천공 내벽에 견고하게 고정될 수 있도록 확장될 수 있어 충분한 인장력을 형성하여 지반 보강 효과를 극대화할 수 있는 효과가 있다.

도 1 은 종래에 일반적으로 지반보강방법을 적용하는 예를 나타내는 도면이다.
도 2 는 본 발명에 의한 지반보강장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 3 은 본 발명에 의한 지반보강장치의 분해 사시도를 나타내는 도면이다.
도 4a 및 도 4b 는 본 발명에 의한 지반보강장치의 또 다른 실시 예를 나타내는 도면이다.
도 5 는 본 발명에 의한 정착날개부의 구성을 나타내는 도면이다.
도 6 은 본 발명에 의한 지반보강장치가 설치된 상태를 나타내는 도면이다.
도 7a 내지 도 7c 는 본 발명에 의한 지반보강장치가 적용된 예를 나타내는 도면이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

도 2 는 본 발명에 의한 지반보강장치의 구성을 나타내고, 도 3 은 본 발명에 의한 지반보강장치의 분해 사시도를 나타내는 도면이다.

도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 지반보강장치(10)는 헤드 가이드부(100), 정착날개부(200), 체결부(300)를 포함한다.

헤드 가이드부(100)는 소정의 길이로 형성되고, 일정한 간격으로 결합홀(110)을 형성한다. 헤드 가이드부(100)는 일면이 넓은 막대판 형상으로 이루어지고, 막대판의 중앙 부분을 따라 결합홀(100)이 형성될 수 있다.

다만, 헤드 가이드부(100)의 형상은 필요에 따라 다양하게 변형될 수 있고, 이는 도 4a 및 4b에서 설명한다.

헤드 가이드부(100)의 결합홀(110)에는 정착날개부(200)가 결합한다. 정착날개부(200)는 결합봉(230)이 삽입될 수 있는 홀을 일단부의 측면에 구비하여, 헤드 가이드부(100)의 결합홀(110)에 결합봉(230)이 삽입되면서 정착날개부(200)가 헤드 가이드부(100)에 결합할 수 있도록 한다.

따라서, 정착날개부(200)는 결합봉(230)에 의해 결합홀(110)에 체결되어 결합봉(230)을 중심으로 소정의 각도로 회전하면서 타단부가 활개하는 형상을 이룬다.

한편, 정착날개부(200)는 대칭되는 한 쌍으로 이루어진다. 대칭되는 형상으로 결합봉(230)은 각각의 정착날개부(200)에 형성된 홀과 헤드 가이드부(100)의 결합홀(230)에 체결되고, 대칭되는 정착날개부(200)는 결합홀(230)을 중심으로 대칭되게 활개한다. 여기서, 활개는 정착날개부(200)가 하나의 결합홀(230)을 중심으로 회전하여 타단부가 벌어지는 현상을 나타낸다.

정착날개부(200)가 활개하는 것은 탄성 스프링(240)에 의한 탄성력에 의해 발생한다.

탄성 스프링(240)은 도시된 바와 같이, 결합봉(230)에 중앙부가 연결되고, 각각의 지지부(241, 242)가 정착날개부(200)의 내부에 위치하여, 정착날개부(200)에 탄성력을 미친다.

정착날개부(200)는 일면이 개방되고, 양측면과 상부면으로 이루어진다. 여기서, 양측면의 일단부 부분에 홀(212, 222)이 형성되어, 결합봉(230)이 체결된다.

그리고, 정착날개부(200)의 일단부의 상부면에는 정착날개부(200)가 활개하는 경우에 헤드 가이드부(100)가 일부 수용될 수 있는 수용부(250)를 포함한다.

수용부(250)는 상부면의 일단부에 헤드 가이드부(100)의 측면부분이 삽입되므로 최종적으로 정착날개부(200)가 활개하는 활개 범위를 정할 수 있다.

헤드 가이드부(100)는 타단부에 체결부(300)가 결합된다. 체결부(300)는 지반보강장치(10)가 터널, 사면 등의 천공에 삽입되는 경우에 PC 강연성, 철근 등이 결합할 수 있는 부분이다.

체결부(300)는 하나의 예로 내부에 나사산이 형성되는 원통 형상으로 이루어질 수 있다.

이 경우에 나사산이 형성된 PC 강연선 혹은 철근 등이 결합할 수 있다.

다만, 체결부(300)는 PC 강연선, 철근 등이 결합할 수 있는 경우에는 다양한 형상으로 이루어질 수 있다.

한편, 체결부(300)는 핀치(PINCH) 혹은 프레스를 이용한 압착 방식을 이용하여 PC 강연선 및 철근 등과 결합할 수 있다.

체결부(300)에 연결될 수 있는 것은 지반보강장치(100)에 결합하여 천궁 외부에서 인장력을 가할 수 있는 경우에는 PC 강연선, 철근은 물론 FRP, 와이어 등 다양한 재료가 이용될 수 있다..

한편, 체결부(300)에 결합하는 PC 강연선(400)은 체결부(300)에 나사산이 형성되어 있는 경우에는 이와 대응되는 형상의 나사산이 형성된다.

도 4a 및 도 4b 는 본 발명에 의한 지반보강장치의 또 다른 실시 예를 나타내는 도면이다.

도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 지반보강장치(10)는 일방향으로 일정한 간격으로 정착 날개부(200)가 결합할 수 있는 것은 물론 필요에 따라 다양한 방법으로 한 쌍의 대칭되는 정착 날개부(200)가 결합할 수 있다.

예를 들어, 도 4a와 같이 헤드 가이드부(100)가 하나의 긴 막대판 형상이 아니라 서로 이웃하는 정착 날개부(200)와 직각을 이룰 수 있도록 수평과 직각이 교대로 형성되는 판 형상으로 이루어질 수 있다.

이 경우에, 지반보강장치(10)는 정착 날개부(200)가 직각으로 활개할 수 있으므로 지반의 천공 내부에서 각각이 다른 각도에서 천공의 내부에서 고정될 수 있는 효과가 있다.

한편, 도 4b와 같이, 헤드 가이드부(100)는 사각의 막대형상으로 이루어질 수 있다.

이 경우에 일방향으로 정착 날개부(200)가 결합할 수 있는 것은 물론 교대로 필요에 따라 다양하게 직각이 교차하는 방식으로 정착 날개부(200)가 결합할 수 있다.

도 5 는 본 발명에 의한 정착날개부의 구성을 나타내는 도면이다.

도시된 바와 같이, 정착날개부(200)는 인장력이 작용하는 경우에 천공 내부의 지반과의 마찰력을 증대하기 위해 끝단부에 톱니 형상의 요철(221)을 형성할 수 있다.

톱니 형상의 요철(221)은 상부면에만 형성될 수 있는 것은 물론 양측면에도 형성될 수 있다.

도 6 은 본 발명에 의한 지반보강장치가 설치된 상태를 나타내는 도면이다.

도시된 바와 같이, 도 6은 터널의 천공 부분에 지반보강장치(10)가 설치되고, 텐션을 가하여 인장력이 작용하는 부분을 나타내는 도면이다.

간단히, 본 발명에 의한 지반보강장치를 이용한 지반보강방법은 다음과 같은 순서로 이루어진다.

먼저, 터널굴착면, 사면 또는 건물터파기 등의 표면으로부터 암반층을 향해 소정의 깊이로 천공하여 천공홀을 형성한다

천공홀이 형성되면 천공홀에 PC 강연선이 결합된 지반보강장치를 삽입한다. PC 강연선이 결합된 지반보강장치를 삽입하는 경우에 천공의 폭은 지반보강장치의 정착 날개부가 최대로 확개한 폭 보다 조금 작게 형성되는 것이 바람직하다.

이때, 지반보강장치를 삽입하면, 밀어서 삽입하는 과정에서는 천공 내부면에 의해 정착 날개부가 수축된 상태에서 삽입된다.

삽입이 완료되면, 탄성력에 의해 정착 날개부는 최대의 범위까지 활개한다.

이 상태에서 PC 강연선에 텐션을 가하면 정착 날개부는 천공 내부 벽면에 고정되어 정착된다.

그리고, 지압판 및 체결장치를 이용해 고정할 수 있다. 한편, 체결 방식으로 전기 및 에어 콤프레셔 치구공구를 이용한 임팩터 방식, 망치 및 기타 타격 가능한 공구를 이용한 방법 등을 사용할 수 있다.

한편, 본 발명에 의한 지반보강장치의 경우에 천공 부분에 그라우팅을 할 수도 있고, 지반의 상태에 따라서 그라우팅 작업을 하지 않을 수도 있다.

다만, 지반에 갈라진 틈이나 균열이 크게 발생하는 경우에는 시멘트 모르타르와 같이 주입재를 주입하는 것이 바람직하다. 이 경우 시멘트 모르타르와 동시에 또는 시차를 두고 순결 또는 완결 경화제를 주입하고, 필요한 경우 주입재를 가압으로 주입하여 지반의 물성을 개량하여 안전율을 높일 수도 있다.

그리고, 경우에 따라서 가압 그라우팅 작업 후에 지반보강장치에 인장력을 가한 후에 체결장치로 고정할 수 있다.

도 7a 내지 도 7c는 본 발명에 의한 지반보강장치가 적용된 예를 나타내는 도면이다.

도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 지반보강장치는 건물터파기, 터널 내벽 및 사면 등에 다양하게 적용될 수 있고, 구조 및 시공방법 들은 상기에서 설명한 바와 같이 적용될 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시 예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.

10 : 지반보강장치 100 : 헤드 가이드부
110 : 결합홀 200 : 정착날개부
230 : 결합봉 240 : 스프링
250 : 수용부 300 : 체결부
400 : PC 강연선

Claims (7)

1. 일단부는 소정 길이의 막대판 형상으로 형성되고, 상기 막대판 형상은 직각으로 판이 교대로 형성되어, 상기 교대로 형성된 직각의 판에 길이방향을 따라 적어도 하나 이상의 결합홀이 상기 교대로 형성된 직각의 판에 구비되고, 타단부는 PC 강연선 또는 철근이 결합할 수 있는 체결부가 형성되는 것을 특징으로 하는 헤드 가이드부; 및
   상기 교대로 형성된 직각의 판에 형성된 결합홀에 체결되는 결합봉이 삽입되는 홀을 형성하고, 상기 결합봉을 중심으로 대칭되게 한쌍으로 형성되고, 상기 결합봉에 체결된 탄성 스프링의 탄성에 의해 활개하고, 일단부의 상부면에는 활개하는 경우에 상기 헤드 가이드부가 일부 수용되어 활개하는 범위를 특정하는 수용부를 포함하고, 타단부는 인장력이 작용하는 경우에 마찰력을 증대하기 위한 톱니형상의 요철을 형성하는 정착 날개부를 포함하는 지반보강장치.
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