KR101309145B1

KR101309145B1 - 가압식 네일링 장치 및, 이를 이용한 지반 보강방법

Info

Publication number: KR101309145B1
Application number: KR1020120103845A
Authority: KR
Inventors: 송영수; 박명배
Original assignee: 송영수
Priority date: 2012-09-19
Filing date: 2012-09-19
Publication date: 2013-09-17

Abstract

본 발명은 값비싼 강관 또는 FRP관을 사용하지 않으면서도 가압 그라우팅을 통해 사면을 효과적으로 보강할 수 있고, 시공 중에 천공홀이 붕괴되는 것을 방지할 수 있다는 특징을 갖는다.

Description

가압식 네일링 장치 및, 이를 이용한 지반 보강방법{Nailing apparatus of pressing type and, reinforcement methods for ground using the same}

본 발명은 가압식 네일링 장치에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 값비싼 강관 또는 FRP관을 사용하지 않으면서도 사면을 효과적으로 가압 그라우팅하여 보강할 수 있고, 시공 중에 천공홀이 붕괴되는 것을 방지할 수 있는 가압식 네일링 장치에 대한 것이다. 또한, 본 발명은 이러한 가압식 네일링 장치를 이용한 지반 보강방법에 대한 것이기도 하다.

일반적으로, 대규모 토지조성, 도로공사, 철도공사 등과 같은 공사를 위해 사면을 인위적으로 절개하는 경우 또는 붕괴 위험이 있는 자연 사면을 보강하기 위해서 다양한 보강 공법들이 사용되고 있다.

상기 보강 공법의 하나로서 쏘일 네일링이 사용되고 있는데, 쏘일 네일링 공법에는 중력식 쏘일 네일링 공법과 가압식 쏘일 네일링 공법 등이 있다. 아울러, 최근에는 가압식 강관 네일링 공법이 제안된 바 있다.

도 1에 나타난 바와 같이, 상기 가압식 강관 네일링 공법은 천공홀(1)에 강관(2)을 삽입하고 패커(3)를 이용하여 천공홀(1)의 입구를 막은 후, 강관(2)을 통해 그라우팅액을 가압 주입하는 공법이다. 강관(2)에 주입된 그라우팅액은 강관(2)에 형성된 배출공(4)을 통해 배출되어 주변 지반으로 침투하게 됨으로써 주변 지반을 고결화시킨다. 강관(2)은 간격재(5)에 의해서 천공홀(1)의 중앙에 위치하게 되고, 그라우트 주입시에 천공홀(1) 내부의 공기는 공기배출튜브(6)를 통해서 배출된다.

상기 강관(2) 대신에 FRP관이 사용되기도 하는데, 강관(2)과 FRP관은 지반에 작용하는 응력에 저항할 수 있는 강도와 구조적 안정성을 갖는다.

따라서, 상기 가압식 강관 네일링 공법은 강관(2) 또는 FRP관이 가진 강도와 그라우트의 강도가 합쳐지기 때문에 보강력이 매우 우수하다는 장점을 가진다.

그러나, 상기 강관(2)과 FRP관은 매우 고가(高價)이기 때문에 강관(2) 또는 FRP관을 이용하면 공사비가 매우 비싸진다는 문제점이 있다.

아울러, 연약지반에 천공홀(1)을 굴착한 경우에는 시공 중에 천공홀(1)이 무너질 수도 있는데, 상기 공법은 천공홀(1)이 무너지는 것을 막을 수 없다는 문제점이 있다.

본 발명은 상기 문제점들을 해결하기 위해 고안된 것으로서, 값비싼 강관 또는 FRP관을 사용하지 않으면서도 사면을 효과적으로 보강할 수 있고, 시공 중에 천공홀이 붕괴되는 것을 방지할 수 있는 가압식 네일링 장치를 제공하는 것에 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 이러한 가압식 네일링 장치를 이용한 지반 보강방법을 제공하는 것에 그 목적이 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 가압식 네일링 장치는, 천공홀의 내부에 삽입되고, 복수 개의 배출공(12)이 형성된 비내력관; 비내력관의 입구에 설치되는 패커(30); 비내력관의 내부에 삽입되고, 그 상단은 패커를 관통하여 천공홀의 외부까지 연장되며, 그 하단은 비내력관의 하단까지 연장되는 보강재; 및, 패커를 관통하여 설치되는 그라우팅액 주입호스(50);를 포함한다. 그라우팅액 주입호스에 의해 비내력관의 내부에 주입된 그라우팅액은 배출공(12)을 통해서 천공홀 및 지반으로 배출되고, 지반으로 배출된 그라우팅액은 지반에 침투하여 지반을 보강한다. 비내력관은 지반에 작용하는 응력에 저항할 수 있는 강도를 갖지 않고 보강재는 상기 응력에 저항할 수 있는 강도를 갖는다.

상기 비내력관은 PVC관 또는 PE관(polyethylene pipe)이고 보강재는 철근인 것이 바람직하다.

상기 패커에는 제1 관통공(31)이 형성되고, 제1 관통공(31)에는 스틸 파이프(37)가 설치되며, 보강재는 제1 관통공(31) 및 스틸 파이프(37)를 관통하여 설치될 수 있다.

상기 비내력관과 천공홀 사이의 공간에는 코킹재(20)가 충진될 수 있다.

본 발명의 다른 측면인 지반 보강공법은, (a) 배출공(12)이 형성된 비내력관을 천공홀의 내부에 삽입하는 단계; (b) 비내력관의 내부에 보강재를 삽입하고 비내력관에 패커를 설치하는 단계; 및, (c) 비내력관의 내부에 그라우팅액을 가압 주입하여 그라우팅액이 지반에 침투하도록 하는 단계;를 포함한다. 비내력관은 지반의 응력에 저항하지 않고 시공 중에 천공홀이 붕괴되는 것을 방지하며, 보강재는 상기 응력에 저항한다.

상기 지반 보강공법은 비내력관의 하단에서부터 상단으로 패커를 이동시키면서 다단 그라우팅을 실시할 수 있다. 패커의 상기 이동시에 패커를 가이드하기 위해 패커의 제1 관통공(31)에 스틸 파이프(37)가 설치될 수 있다.

상기 (c) 단계의 이전에, 천공홀과 비내력관 사이의 공간에 코킹재(20)를 충진하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 가압식 네일링 장치 및 이를 이용한 지반 보강방법은 값비싼 강관 또는 FRP관을 사용하지 않으면서도 지반을 효과적으로 보강할 수 있고, 시공 중에 천공홀이 붕괴되는 것을 방지할 수 있다.

도 1은 종래기술에 따른 가압식 강관 네일링 공법이 사면에 적용된 것을 보여주는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 가압식 네일링 장치가 사면에 시공된 것을 보여주는 단면도이다.
도 3은 도 2의 A 부분의 확대도이다.
도 4 및 도 5는 도 2의 가압식 네일링 장치를 이용하여 다단 그라우팅을 실시하는 것을 순차적으로 보여주는 단면도이다.

이하, 첨부된 도면들을 참조로 본 발명에 대해서 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 실시예들에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

본 발명은 천공홀의 내부에 비내력관을 삽입한 다음, 비내력관과 천공홀 사이의 공간을 코킹재로 충진하고, 비내력관의 내부에 보강재(철근)를 삽입한 후, 비내력관의 내부에 그라우팅액을 가압하여 주입한다. 상기 그라우팅액은 비내력관과 천공홀에 충진된 후 주변 지반에 침투하여 주변 지반을 고결화시키고, 이에 따라, 보강재(철근)와 그라우트는 일체로 되어 지반을 보강한다.

상기 비내력관은 천공홀이 시공 중에 붕괴되는 것을 방지하고 보강재(철근)의 삽입이 용이하도록 하며, 그라우팅액이 충진될 수 있는 공간을 제공하고, 보강재(철근)에 설치된 간격재와 협력하여 그라우트의 중앙에 보강재(철근)가 배치되도록 한다.

상기 비내력관은 지반에 작용하는 응력(전단응력, 인장력)에 저항할 수 있는 강도 등을 갖지 않는 관으로서, 상술한 바 있는 강관, FRP관 등과 같은 내력관에 반대되는 개념의 관이다. 통상적인 PVC관 또는 PE관(polyethylene pipe) 등이 비내력관으로서 사용될 수 있는데, 아래에서는 설명과 이해의 편의를 위해서 PVC관과 PE관 중에서 PVC관을 사용하는 경우만을 설명하기로 한다. 아울러, 보강재로서 철근, 봉 등이 사용될 수 있지만 아래에서는 보강재로서 철근이 사용된 경우만을 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 가압식 네일링 장치가 사면에 시공된 것을 보여주는 단면도이고, 도 3은 도 2의 A 부분의 확대도이다.

도면을 참조하면, 가압식 네일링 장치(100)는, 천공홀(1)의 내부에 삽입되는 PVC관(10), PVC관(10)과 천공홀(1) 사이의 공간에 충진되는 코킹재(20), PVC관(10)에 설치되는 패커(30), PVC관(10)의 내부에 삽입된 철근(40) 및, 패커(30)를 관통하여 설치된 그라우팅액 주입호스(도 4의 50)를 포함한다.

PVC관(10)은 천공홀(1)의 내부에 삽입되는 관으로서, 지반에 작용하는 응력에 저항할 수 있을 정도의 강도를 갖지는 않는다. PVC관(10)은 시공 중에 천공홀(1)이 붕괴되는 것을 방지하고, 철근(40)이 용이하게 삽입되도록 한다. 또한, PVC관(10)은 철근(40)에 설치된 간격재(42)와 협력하여 그라우트의 중앙에 철근(40)이 배치되도록 한다.

PVC관(10)은 천공홀(1)의 하단에서부터 입구까지 연장되는 길이를 갖는다. 또한, PVC관(10)은 천공홀(1)에 용이하게 삽입되면서도 천공홀(1)의 붕괴를 방지할 수 있도록 천공홀(1)의 직경보다 약간 작은 직경을 갖는다. 구체적으로, PVC관(10)의 직경이 천공홀(1)의 직경보다 너무 작은 경우에는 필요 이상으로 큰 천공홀(1)을 천공한 것이므로 비경제적이고 천공홀(1)의 붕괴를 방지할 수 없게 되며, PVC관(10)의 직경이 천공홀(1)의 직경과 거의 동일한 경우에는 PVC관(10)을 천공홀(1)의 내부로 삽입하기가 용이하지 않게 된다.

PVC관(10)의 둘레에는 소정 간격으로 간격재(14)가 설치될 수 있는데, 간격재(14)는 PVC관(10)을 천공홀(1)의 중앙에 위치하도록 한다.

PVC관(10)의 하단에는 마개(16)가 설치되는 것이 바람직하다. 상기 마개(16)는 PVC관(10)의 하단에 나사결합 또는 접착제에 의한 결합으로 설치될 수 있는데, 이러한 결합방식은 본 명세서를 참조한 당업자가 쉽게 알 수 있을 것이다.

PVC관(10)에는 복수 개의 배출공(12)이 형성된다. 배출공(12)은 그라우팅액이 배출되는 구멍이다. 배출공(12)에는 그라우팅액의 역류를 방지하기 위한 역류방지밸브(도면에 미도시)가 설치될 수 있다. 상기 역류방지밸브는 PVC관(10)의 내부로부터 배출된 그라우팅액이 배출공(12)을 통해서 다시 PVC관(10)의 내부로 유입되는 것을 방지한다. 통상적인 체크밸브 등이 역류방지밸브로서 사용될 수 있는데, 이러한 체크밸브는 그 구성이 널리 알려져 있고 시중에서 용이하게 구입할 수 있으므로 여기서는 그 설명을 생략하기로 한다.

코킹재(20)는 PVC관(10)과 천공홀(1) 사이의 공간에 충진된다. 코킹재(20)는 그라우팅액이 PVC관(10)과 천공홀(1) 사이를 통해서 외부로 배출되는 것을 방지한다.

코킹재(20)로는 급결 시멘트가 사용될 수 있다. 코킹재(20)는 40kgf/cm² 이상의 강도를 갖고 경화 시간이 짧아 누수시에도 충분한 효과를 발휘할 수 있는 것이 바람직하다.

패커(30)는 PVC관(10)을 밀폐하여 가압 그라우팅이 가능하도록 한다. 패커(30)는 고무 등으로 만들어질 수 있다. 패커(30)는 가압 그라우팅이 가능하도록 PVC관(10)을 밀폐할 수 있는 동시에 다단 그라우팅을 위해 패커(30)가 PVC관(10)의 내부에서 아래, 위로 이동할 수 있는 정도의 직경을 갖는다.

패커(30)에는 철근(40)이 통과하는 제1 관통공(31), 그라우팅액 주입호스(50)가 통과하는 제2 관통공(32) 및, 이동봉(55)을 결합시키기 위한 결합공(33)이 형성된다.

제1 관통공(31)에는 스틸 파이프(37)가 설치될 수 있다. 스틸 파이프(37)는 철근(40) 보다 대략 3mm 정도 큰 직경을 갖는데, 다단 그라우팅을 위해 패커(30)가 철근(40)을 따라 아래, 위로 이동할 경우에 패커(30)의 상기 이동이 원활하도록 가이드한다.

제2 관통공(32)에는 그라우팅액 주입호스(50)가 설치된다. 그라우팅액 주입호스(50)는 외부의 주입펌프(미도면에 미도시)로부터 그라우팅액을 공급받아서 PVC관(10)의 내부로 주입한다. PVC관(10)의 내부로 주입된 그라우팅액은 PVC관(10)과 천공홀(1)의 내부를 채운 후 주변 지반에 침투하여 주변 지반을 고결화시킨다. 한편, 본 명세서의 도면에서 검은 점으로 도시된 것은 그라우팅액을 나타낸다.

결합공(33)은 이동봉(55)이 결합되는 부분이다. 이동봉(55)은 다단 그라우팅을 위해 PVC관(10)을 따라 패커(30)를 이동시키기 위한 봉이다. 이동봉(55)의 하단에는 나사산이 형성되고 결합공(33)의 내주면에는 상기 나사산과 결합될 수 있는 나사산이 형성되어 있고 이에 따라, 이동봉(55)이 결합공(33)에 나사결합될 수 있다.

상기 철근(40)은 PVC관(10)의 내부에 삽입된다. 구체적으로, 철근(40)의 상단은 제1 관통공(31)을 관통하여 천공홀(1)의 외부까지 연장되며, 그 하단은 PVC관(10)의 하단까지 연장된다.

철근(40)은 그 단독으로 및/또는 경화된 그라우트와 협력하여 지반의 응력(전단응력, 인장응력 등)에 저항할 수 있다. 철근(40)으로는 이형철근이 사용될 수 있다. 본 발명에 따르면 철근(40)을 대신하여 그 길이방향으로 길게 형성된 봉 등이 보강재로서 사용될 수도 있다.

철근(40)의 둘레에는 소정 간격으로 간격재(42)가 설치될 수 있다. 간격재(42)는 철근(40)이 아래로 쳐지는 것을 방지하고 철근(40)이 PVC관(10)의 중앙에 배치되도록 한다. 그라우팅액이 경화된 경우에 철근(40)에 최소 25mm의 그라우트 피복이 형성되도록 간격재(42)와 철근(40) 및 PVC관(10)의 사이즈가 정해지는 것이 바람직하다.

그러면, 본 발명에 따른 가압식 네일링 장치(100)를 이용한 지반 보강방법을 설명하도록 한다.

먼저, 사면에 천공홀(1)을 천공한다. 상기 천공홀(1)은 보강 대상인 사면의 상태에 따라 적정 개수가 천공될 수 있다.

이어서, 천공홀(1)에 PVC관(10)을 삽입하고, PVC관(10)과 천공홀(1) 사이의 공간을 코킹재(20)로 충진한다. PVC관(10)의 둘레에는 소정 간격으로 간격재(14)가 설치되어 있기 때문에 PVC관(10)은 천공홀(1)의 중앙에 위치하게 된다. 코킹재(20)는 PVC관(10)과 천공홀(1) 사이의 공간을 막음으로써 추후의 가압 그라우팅시에 상기 공간을 통해서 그라우팅액이 누출되는 것을 방지한다.

다음으로, PVC관(10)에 철근(40)을 삽입한다. 철근(40)은 PVC관(10)의 하단에서부터 천공홀(1)의 외부까지 연장되고, 그 상단에는 나사산이 형성되어 있다. 철근(40)의 둘레에는 소정 간격으로 간격재(42)가 설치되어 있기 때문에 철근(40)은 PVC관(10)의 중앙에 배치된다.

철근(40)을 PVC관(10)에 삽입한 후에는 패커(30)를 PVC관(10)에 설치한다. 그라우팅액을 1회만 주입하는 경우에는 패커(30)를 PVC관(10)의 입구에 설치하고 그라우팅액을 주입한다. 한편, 도 4 및 도 5에 나타난 바와 같이, 다단 그라우팅을 하는 경우에는 패커(30)를 PVC관(10)의 중간 또는 하부에 위치시키고 그라우팅액을 가압 주입한 후, 패커(30)를 위로 이동시킨 다음 추가로 그라우팅액을 가압 주입한다. 패커(30)의 상기 이동은 이동봉(55)을 이용하여 이루어질 수 있다.

상기 그라우팅액의 가압 주입시, 배출공(12)에 설치된 역류방지밸브(도면에 미도시)는 그라우팅액이 PVC관(10)의 내부로 역류하는 것을 방지한다.

그라우팅액 주입이 완료되면, 그라우팅액 주입호스(50)와 이동봉(55)을 제거하고 숏크리트 또는 몰탈(7) 등으로 사면을 덮은 후 지압판(8)을 설치한다. 이어서, 너트(9)를 철근(40)에 나사 결합시킨다.

1 : 천공홀 2 : 강관
10 : PVC관 20 : 코킹재
30 : 패커 40 : 철근
50 : 그라우팅액 주입호스 55 : 이동봉
100 : 가압식 네일링 장치

Claims

천공홀의 내부에 삽입되고, 복수 개의 배출공(12)이 형성된 비내력관;
상면에 형성되는 결합공(33)을 가지며, 비내력관의 내부에 이동 가능하게 설치되는 패커(30);
비내력관의 내부에 삽입되고, 상단은 패커를 관통하여 천공홀의 외부까지 연장되며, 하단은 비내력관의 하단까지 연장되는 보강재; 및
패커를 관통하여 설치되는 그라우팅액 주입호스(50)를 포함하고;
패커(30)의 결합공(33)에 이동봉(55)을 결합하여 이동봉(55)을 통해 패커(30)를 비내력관의 하단에서부터 상단으로 이동시키면서 그라우팅액 주입호스(50)를 통해 비내력관의 내부로 그라우팅액을 주입하여 다단 그라우팅을 실시하고, 비내력관의 내부에 주입된 그라우팅액은 배출공(12)을 통해서 천공홀 및 지반으로 배출되고, 지반으로 배출된 그라우팅액은 지반에 침투하여 지반을 보강하며;
비내력관은 지반에 작용하는 응력에 저항할 수 있는 강도를 갖지 않고, 보강재는 상기 응력에 저항할 수 있는 강도를 갖는 것을 특징으로 하는 가압식 네일링 장치.
천공홀의 내부에 삽입되고, 복수 개의 배출공(12)이 형성된 비내력관;
상면에 마련되는 결합공(33)을 가지며, 비내력관의 내부에 이동 가능하게 설치되는 패커(30);
비내력관의 내부에 삽입되고, 상단은 패커를 관통하여 천공홀의 외부까지 연장되며, 하단은 비내력관의 하단까지 연장되는 보강재; 및
패커를 관통하여 설치되는 그라우팅액 주입호스(50)를 포함하고;
패커(30)의 결합공(33)에 이동봉(55)을 결합하여 이동봉(55)을 통해 패커(30)를 비내력관의 하단에서부터 상단으로 이동시키면서 그라우팅액 주입호스를 통해 비내력관의 내부로 그라우팅액을 주입하여 다단 그라우팅을 실시하고, 비내력관의 내부에 주입된 그라우팅액은 배출공(12)을 통해서 천공홀 및 지반으로 배출되고, 지반으로 배출된 그라우팅액은 지반에 침투하여 지반을 보강하며;
비내력관은 지반에 작용하는 응력에 저항할 수 있는 강도를 갖지 않고, 보강재는 상기 응력에 저항할 수 있는 강도를 가지며;
비내력관은 PVC관 또는 PE관이고 보강재는 철근인 것을 특징으로 하는 가압식 네일링 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
패커에는 제1 관통공(31)이 형성되고, 제1 관통공(31)에는 스틸 파이프(37)가 설치되며, 보강재는 제1 관통공(31) 및 스틸 파이프(37)를 관통하여 설치되는 것을 특징으로 하는 가압식 네일링 장치.
제3항에 있어서,
비내력관과 천공홀 사이의 공간에는 코킹재(20)가 충진된 것을 특징으로 하는 가압식 네일링 장치.
(a) 배출공(12)이 형성된 비내력관을 천공홀의 내부에 삽입하는 단계;
(b) 비내력관의 내부에, 보강재를 삽입하고 그 상면에 결합공(33)이 마련된 패커(30)를 이동 가능하게 설치하는 단계; 및
(c) 패커(30)의 결합공(33)에 이동봉(55)을 결합하여 이동봉(55)을 통해 비내력관의 하단에서부터 상단으로 패커(30)를 이동시키면서 비내력관의 내부에 그라우팅액을 가압 주입하여 그라우팅액이 지반에 침투하도록 다단 그라우팅을 실시하는 단계를 포함하고;
비내력관은 지반의 응력에 저항하지 않고 시공 중에 천공홀이 붕괴되는 것을 방지하며, 보강재는 상기 응력에 저항하는 것을 특징으로 하는, 가압식 네일링 장치를 이용한 지반 보강방법.
제5항에 있어서,
패커의 상기 이동시에 패커를 가이드하기 위해 패커의 제1 관통공(31)에 스틸 파이프(37)가 설치된 것을 특징으로 하는, 가압식 네일링 장치를 이용한 지반 보강방법.
제5항 또는 제6항에 있어서,
비내력관은 PVC관 또는 PE관이고 보강재는 철근인 것을 특징으로 하는, 가압식 네일링 장치를 이용한 지반 보강방법.
제7항에 있어서,
상기 (c) 단계의 이전에, 천공홀과 비내력관 사이의 공간에 코킹재(20)를 충진하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 가압식 네일링 장치를 이용한 지반 보강방법.