KR101323945B1 - 가변형 프리스트레스 구조를 갖는 흙막이 공법용 띠장재 - Google Patents

Abstract

본 발명은 토목건설 현장에서 굴착된 흙벽이 토압에 의한 처짐 및 붕괴가 일어나지 않게 한 흙막이 공법용 띠장재에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 강선의 양측단에 고정구가 형성된 가변형 휨모멘트 발생장치를 띠장재에 고정 설치하여 상기의 띠장재에 직접 반작용응력이 작용되게 하되, 상기의 가변형 휨모멘트 발생장치는 띠장재에 대하여 반복의 천공을 이용하여 고정 설치되거나 가변형 휨모멘트 발생장치 자체의 체결구를 통해 상기 띠장재에 가변적으로 고정 설치될 수 있도록 구성함으로써,
가설 흙막이 공법에서의 토압의 세기 즉, 토압으로 인해 띠장재에 부여되는 작용응력에 이상적으로 대응하는 반작용응력을 가변형 휨모멘트 발생장치를 통해 띠장재에 부여함에 따라 추가로 띠장 보강작업이나 버팀보 보강작업을 수행하지 않아도 되는 것이고, 프리스트레스를 이용한 휨모멘트의 가감이 가능함에 따라 동일한 토압이 발생하는 조건에서도 버팀보의 간격을 넓혀 시공할 수 있어, 결과적으로 공사기간의 단축 및 공사비의 절감이 가능한 효과를 갖는 것이다.

Description

가변형 프리스트레스 구조를 갖는 흙막이 공법용 띠장재 {wale for construction method for defending earthusing prestress}

본 발명은 토목건설 현장에서 굴착된 흙벽이 토압에 의한 처짐 및 붕괴가 일어나지 않게 한 흙막이 공법용 띠장재에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 띠장에 적용되는 프리스트레스에 의한 휨모멘트가 가변되게 함으로써 토압에 의한 작용응력에 반하는 반작용응력의 적정 설계가 가능한 것은 물론 휨모멘트의 가감을 통해 버팀보의 간격을 넓힐 수 있도록 하거나 추가 보강 공사를 하지 않아도 되므로 공사기간의 단축 및 공사비의 절감이 가능하도록 한 것이다.

기존의 흙막이 공사는 흙벽 또는 암벽에 일체로 타설 형성되는 콘크리트 영구 흙막이와, 굴착 공사시에만 흙벽 또는 암벽이 무너지는 것을 방지하기 위해 설치하였다가 공사 완료 후 이를 해체하는 가설 흙막이 공사로 구분된다.

이때, 상기와 같은 가설 흙막이 공사시에는 임의 간격으로 엄지말뚝을 수직 방향으로 세우고, 서로 이웃하는 엄지말뚝의 플랜지 사이에 다수의 토류판을 적층 삽입하여 흙벽 또는 암벽이 받쳐지게 함과 동시에 그 엄지말뚝을 벽체에 고정시키기 위해 벽과 벽 사이에 엄지말뚝을 횡방향으로 가로지르는 다수의 버팀보를 설치하게 된다.

또한, 상기와 같은 버팀보를 설치하는 과정에서 상기와 같은 엄지말뚝의 노출측 측면에는 횡방향의 띠장을 고정 설치함에 따라 상기와 같은 버팀보에 의한 토압 지지력이 향상되게 함은 물론 엄지말뚝에 대한 버팀보의 설치를 용이하게 하는 것이다.

특히, 상기와 같은 띠장은 수직 방향으로 근입된 엄지말뚝을 횡방향으로 가로질러 고정 설치되는 것으로서, 상기와 같은 띠장은 엄지말뚝과 버팀보의 사이에 위치하여 엄지말뚝에 작용하는 토압 및 상기와 같은 토압에 대응하는 버팀보의 지지력을 동시에 받는 개체이므로 상당한 압력을 받게 되는 것이므로, 상기와 같은 띠장은 버팀보에 대하여 수평 설치가 이루어져야 할 것이다.

또한, 상기와 같은 띠장은 수직 방향으로 근입된 엄지말뚝의 노출측 표면에 엄지말뚝과 교차 방향을 갖도록 접합 형성되는 것으로서, 상기와 같은 띠장의 노출측 표면에는 횡방향으로의 버팀보가 접합 고정되는 것이다.

따라서, 흙막이 벽체에 작용하는 고도의 토압 및 압력은 상기와 같은 띠장을 통해 버팀보에 전달되는 것으로서, 상기와 같은 토압에 준하여 버팀보의 수평 간격을 설계 및 시공하여야 하는 것이다.

이때, 상기와 같은 버팀보의 수평 간격이 넓거나 띠장의 단면적이 작을 경우에는 띠장에 대한 휨이나 비틀림이 발생할 것이고, 경우에 따라서는 띠장의 횡방향 좌굴로 인해 심각한 안전사고를 연출하게 되는 것이다.

이에 따라, 상기와 같은 문제점을 해소하고자 기존 흙막이 공법에서는 띠장을 겹쳐 적용하거나 대단면의 띠장을 사용하게 되는 것이고, 이와 함께 버팀보의 수평 간격을 좁히거나 버팀보를 상,하로 적층하여 배치하는 등 토압으로부터 합리적인 수준의 응력을 제공할 수 있도록 시공하고 있는 것이다.

그러나, 상기와 같은 시공법은 과도한 강재 사용이 뒤따르는 것은 물론 많은 량의 띠장 및 버팀보를 사용함에 따라 공사기간의 연장 및 공사비의 막대한 추가 발생이 일어나는 폐단을 갖고 있는 것이며, 응력 확보를 위해 적용된 추가 띠장 및 버팀보로 인해 작업 공간의 협소화를 초래하여 작업자의 움직임 및 공구 및 자재의 운용에 상당한 불편함을 겪게 되는 것이다.

따라서, 특허등록 제188465호와 같이 기존의 띠장재에 케이블을 장착한 별도의 겹띠장재를 설치하여 상기 케이블로부터 겹띠장재의 양단부에 소정의 프리스트레싱(PreStressing)을 가하므로, 여기서 발생되는 프리스트레스 모멘트를 이용하여 토압에 저항하도록 하는 흙막이 공법을 안출한 바 있다.

이와 같은 겹띠장재를 이용한 흙막이 공법은 띠장재 및 버팀보의 사용량을 감소시키면서도 버팀보의 간격을 넓게 시공할 수 있도록 함에 따라 공사 기간의 단축 및 공사비의 절감을 유도할 수 있는 효과를 갖고 있는 것이다.

그러나, 상기와 같은 흙막이 공법에 따른 겹띠장재는 기존의 띠장재에 별도의 겹띠장재를 추가로 시공하기 위한 대량의 볼트 및 너트를 필요로 하므로 그 작업시간이 매우 많이 소요됨은 물론 시공전에 상호 간의 결합공을 띠장재 및 겹띠장재에 미리 천공하는 준비공정을 필요로 하면서도 매우 정밀시공을 요하는 것이며, 겹띠장재의 사용으로 인하여 구조물 벽체 시공시 간섭이 되고, 겹띠장재로 인해 작용하는 하중으로 인한 좌굴방지용 누름 브라켓을 별도로 설치하여야 하는 번거로움이 있는 것이다.

따라서, 2001년 특허출원 제035278호에 의해 겹띠장재를 사용하지 아니하고 띠장재에 직접 프리스트레스를 가하는 케이블 또는 강봉을 장착하여 그 양단부에 유압에 의한 프리스트레스를 가하므로 띠장재에 직접적인 프리스트레스 모멘트가 발생하여 토압을 분산시키는 공법을 채택함으로써, 종래와 같이 버팀보 또는 앵커의 간격을 넓힐 수 있음은 물론, 굴착 벽면에 수동토압을 유발시킴으로써 토류벽의 변형을 억제하여 처짐 및 변형을 방지하고 주변 지반의 침하 및 변형을 최소화하며, 종래 공법보다 제작 및 설치가 용이하고, 강재의 사용이 줄어 경제적이면서도 작업 능률이 향상되고, 양질의 공사가 가능함은 물론 버팀보(Strut)의 간격이 넓어지므로 시공속도가 매우 빠른 프리스트레스에 의한 흙막이 공법 및 이에 사용되는 띠장재가 안출된 바 있다.

그러나, 상기한 프리스트레스 수단을 갖는 띠장재 또한 별도로 특수 제작된 형강의 플랜지 내측에 보강플랜지를 각각 용접 형성하여야 하는 비경제적인 문제점과, 종래의 겹띠장재에 비해 단면손실이 커서 구조적으로 취약한 문제점이 있는 것이다.

즉, 기존의 H-형강을 이용하여 제작하는 것이 아니라, 단면손실에 따른 보상단면으로 H-형강의 연결플랜지를 두껍게 형성한 특수 형강을 사용하여야 하므로 그 형강의 제작에 따른 비용의 과다소요와, 단면손실의 보상차원에서 용접하여야 하는 보강플랜지의 작업과정 또한 매우 긴 길이의 보강플랜지를 H-형강의 플랜지 내측면에 견고하게 용접하여야 하는 것이므로 그 작업시간의 과다소요에 따른 대량생산의 저해요소가 되는 것이다.

이에 따라, 상기와 같은 문제점을 해소하고자 특허등록 제0477195호와 같이 넓은 면적의 연결플랜지가 형성된 기성 H-형강의 양단에 단차부를 형성하고 상기와 같은 형강의 일면에는 브라켓에 의한 케이블을 고정하며, 형강의 양측단에는 다수의 보강판을 고정 형성함으로써, 겹띠장재와 같은 단면을 유지하여 단면손실이 거의 없으므로 구조적으로 매우 안정되고, 겹띠장재와 같은 볼트 및 너트에 의한 결합수단이나 용접에 의한 보강 플랜지 등이 전혀 없으므로 제작이 매우 단순하고 용이하며 기존의 기성 형강을 이용하여 제작되므로 경제적인 효과가 우수한 특징을 갖는 흙막이 공법용 단띠장재가 안출된 바 있다.

그러나, 상기와 같은 단띠장재는 기존 겹띠장재와 같이 대단면의 띠장재를 사용함에 따라 과도한 강재 사용량을 갖게 되는 것이고, 굴착 공간으로 돌출되어 있어 작업 효율성에도 지장을 주는 것이며, 기성 형강의 절단 작업과 추가의 용접 보강 작업 등을 수행하여야 하므로 제작비가 지나치게 고가인 문제점을 갖고 있는 것이다.

또한, 상기와 같은 단띠장재를 포함한 기존의 프리스트레스를 적용한 띠장재의 경우 띠장재에 장착된 강선을 이용한 휨모멘트(띠장에 대한 반작용응력)의 가변이 불가능한 단점을 갖고 있는 것으로, 통상적으로 가설 흙막이 벽체는 시공지에 대한 지질에 따라 다양한 크기의 토압(띠장에 대한 작용응력)을 갖게 되는 것으로 연약지반 및 흙벽이나 암벽 또는 혼합 토사층과 같이 각기 다른 토압을 갖고 있는 경우에도 모두 동일한 형태의 반작용응력을 갖는 띠장재를 적용하게 되는 폐단을 갖고 있는 것이다.

예컨데, 프리스트레스에 의한 휨모멘트가 적용되는 기존의 띠장재가 갖고 있는 반작용응력의 범위를 넘어서는 토압이 작용하는 경우에는 추가로 띠장재의 중복 사용이나 버팀보의 중복 사용이 불가피한 것이고, 반대로 암벽과 같이 토압이 적게 작용하는 경우에는 버팀보의 간격을 더욱 넓게 시공할 수 있음에도 불구하고 띠장재 강선과 버팀보 간의 간섭으로 인해 버팀보의 간격을 확장하는데 어려움을 겪게 되는 폐단을 갖고 있는 것이다.

이는, 기존 프리스트레스가 적용되는 띠장재의 경우 띠장재의 일측에 일정 간격을 갖고 고정된 브라켓에 균일 길이의 강선을 고정하여 만들어진 것으로 강선에 작용하는 장력을 이용하여 띠장재에 프리스트레스에 의한 휨모멘트가 적용되도록 구성되어 있기 때문에 휨모멘트의 가변이 불가능한 구조를 갖고 있기 때문인 것이다. 즉, 상기와 같은 띠장재의 반작용응력은 토압에 의한 작용응력의 크기에 따라 가변 적용하여 작용응력과 반작용응력의 상호 대응이 이루어진 상태가 이상적인 시공법일 것이고 이와 같은 상호 응력의 대응 상태에서 가장 최선의 작업 및 효율적인 작업이 이루어질 수 있음에도 불구하고 상기와 같이 고정 형태의 균일 휨모멘트로 인해 비효율적인 작업이 이루어지고 있어 이와 같은 띠장재에 대한 휨모멘트의 가변 적용이 절실하게 요구되고 있는 실정이다.

본 발명은 전기한 바와 같은 문제점을 개선한 것으로서, 강선의 양측단에 고정구가 형성된 가변형 휨모멘트 발생장치를 띠장재에 고정 설치하여 상기의 띠장재에 직접 반작용응력이 작용되게 하되, 상기의 가변형 휨모멘트 발생장치는 띠장재에 대하여 반복의 천공을 이용하여 고정 설치되거나 가변형 휨모멘트 발생장치 자체의 체결구를 통해 상기 띠장재에 가변적으로 고정 설치될 수 있도록 구성함으로써,

가설 흙막이 공법에서의 토압에 따라 가변형 휨모멘트 발생장치의 장착 위치와 폭을 조절하여 상기 띠장재에 작용하는 반작용응력의 크기가 가감될 수 있도록 함에 따라 토압에 의한 작용응력에 대응하는 가장 최선의 반작용응력이 띠장재에 작용할 수 있도록 하면서도 상기와 같은 반작용응력의 가감을 통해 토압에 따른 버팀보의 간격을 넓힐 수 있도록 한 가변형 프리스트레스 구조를 갖는 흙막이 공법용 띠장재를 제공함에 본 발명의 목적이 있는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 띠장재의 일측 플랜지면에 대하여 인장강선 및 상기 인장강선의 양측 끝단에 체결된 고정구를 갖는 흙막이 공법용 띠장재에 있어서,

상기 고정구는 띠장재의 일측 플랜지면으로부터 위치 이동하며 고정 장착될 수 있도록 구성하여 이루어지는 것이다.

본 발명은, 가설 흙막이 공법에서의 토압의 세기 즉, 토압으로 인해 띠장재에 부여되는 작용응력에 이상적으로 대응하는 반작용응력을 가변형 휨모멘트 발생장치를 통해 띠장재에 부여함에 따라 추가로 띠장 보강작업이나 버팀보 보강작업을 수행하지 않아도 되는 것이고, 프리스트레스를 이용한 휨모멘트의 가감이 가능함에 따라 동일한 토압이 발생하는 조건에서도 버팀보의 간격을 넓혀 시공할 수 있어, 결과적으로 공사기간의 단축 및 공사비의 절감이 가능한 효과를 갖는 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 띠장재의 전체 사시도
도 2는 본 발명에 따른 띠장재의 분리 사시도
도 3은 본 발명에 따른 띠장재의 평면 전체도
도 4는 본 발명에 따른 띠장재의 휨모멘트 발생장치에 대한 위치 이동도
도 5는 본 발명에 따른 띠장재의 휨모멘트 발생장치에 대한 폭 조절도
도 6은 본 발명에 따른 띠장재가 연약지반에 적용된 상태의 시공도
도 7은 본 발명에 따른 띠장재가 토사층에 적용된 상태의 시공도
도 8은 본 발명에 따른 띠장재가 암반층에 적용된 상태의 시공도
도 9는 본 발명에 따른 띠장재의 휨모멘트 발생장치에 대한 다른 실시예도
도 10은 도 9에 의한 띠장재의 요부 확대 단면도
도 11은 본 발명에 따른 띠장재의 휨모멘트 발생장치에 대한 또 다른 실시예도
도 12는 도 11에 의한 띠장재의 단면 확대도
도 13은 도 11에 의한 띠장재의 다른 실시예도
도 14는 본 발명에 따른 띠장재의 휨모멘트 발생장치에 대한 또 다른 실시예도
도 15는 도 14에 의한 띠장재의 휨모멘트 가변 설명도
도 16은 본 발명에 따른 띠장재의 휨모멘트 발생장치에 대한 또 다른 실시예도
도 17은 도 16에 의한 띠장재의 휨모멘트 가변 설명도

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 띠장재의 전체 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 띠장재의 분리 사시도이며, 도 3은 본 발명에 따른 띠장재의 평면 전체도이다.

상세한 설명에 앞서, 아래의 기재에서는 토압으로 인해 띠장재에 작용하는 휨모멘트를 작용응력이라 칭하고, 띠장재 자체의 허용응력 및 인장 강선에 의한 프리스트레스로 인해 띠장재에 작용하는 휨모멘트의 합을 반작용응력이라 칭한다.

또한, 상기와 같은 반작용응력은 작용응력 보다 큰 형태의 안전설계가 이루어져야 할 것으로, 아래에 있어 반작용응력이 작용응력과 대응한다는 기재는 엄밀하게는 반작용응력이 작용응력보다 큰 것을 의미하는 것이다.

도시와 같이 본 발명에 따른 띠장재는 가설 흙막이 공사에 있어 수직 방향으로 근입되는 엄지말뚝의 노출면에 대하여 직접 고성 설치됨에 따라 흙벽 또는 암벽으로부터 작용하는 토압을 버팀보와 함께 효과적으로 지지하기 위한 목적으로 설치된다.

또한, 상기와 같은 띠장재는 널리 알려진 형태의 H-형강을 사용하는 것으로 양측에 넓은 면의 플랜지부가 형성되어 중간부에는 플랜지부와 동일두께 혹은 상이한 두께를 갖는 리브가 형성되어 있는 것이다.

이와 같은 띠쟁재에 있어 본 발명에서는 상기와 같은 띠장재(100)의 일측 플랜지면(101)에 휨모멘트 발생수단을 장착하여 이루어진 것인데, 상기의 휨모멘트 발생수단은 케이블 혹은 강봉 형태로 된 인장강선(10)과 그 인장강선의 양측단에 체결되는 고정구(20)(20')로 이루어져 있는 것이고, 상기와 같은 고정구(20)(20')가 띠장재(100)의 일측 플랜지면(101)에 견고하게 고정된 상태에서 상기 인장강선(10)에 인장기 등을 이용하여 고도의 인장력을 부여함에 따라 상기 인장강선(10)에 적용하는 인장력에 의한 프리스트레스를 통해 상기 띠장재(100)에 휨모멘트가 발생되게 하는 것이고, 상기의 휨모멘트는 토압으로부터 띠장재(100)에 가해지는 작용응력과 반대방향의 반작용응력을 발생시키는 것이다.

따라서, 상기와 같은 휨모멘트 발생수단이 적용된 띠장재는 띠장재에 대한 반작용응력의 증대로 인해 별도의 띠장 보강 및 버팀보에 대한 보강 작업이 간소화되면서도 버팀보의 간격을 넓힐 수 있는 유리함을 갖고 있는 것이다.

더욱이, 본 발명에서의 띠장재(100)는 상기와 같은 고정구(20)(20')의 고정 위치에 대한 변경 및 상호 간격의 조절이 가능하도록 한 것으로 이는 시공지의 지질에 따른 각기 다른 토압으로부터 가장 이상적인 시공 결과를 연출하기 위한 것이다.

즉, 토목건축 분야에서의 구조물은 다양한 장소에 시공되는 것으로서 때로는 연약지반에 시공되기도 하고 일반적인 토사층 또는 암반층에 시공되기도 하는 것이며, 상기와 같은 연약지반 및 토사층과 암반층이 복합적으로 형성된 장소에 시공되기도 하는 것이다.

이와 같이 각기 다른 형태의 지층구조는 서로 다른 크기의 토압을 갖고 있는 것으로서, 지층이 무를수록 토압은 커지므로 연약지반에서의 토압이 가장 크고 암반층에서의 토압이 가장 작은 상태를 갖게 된다.

따라서, 상기와 같은 토압에 의한 작용응력의 크기에 따라 반작용응력 역시 대응하여 설계 및 시공되어야 하는 것인데, 기존의 프리스트레스를 이용한 띠장재의 경우 정형화된 형상으로 인해 균일한 휨모멘트를 연출할 수 밖에 없어 연약지반인 경우에는 불가피하게 띠장 보강 및 버팀보에 대한 보강이 필수적으로 요구되는 것이고, 암반층의 경우에는 과도하게 안전설계가 적용된 상태로 시공되는 것을 예측할 수 있는 것이다.

이에, 기존에는 연약지반이나 토사층 및 암반층과 같이 각기 다른 토압을 갖는 환경에서도 균일한 형태의 휨모멘트를 갖는 띠장재를 사용하므로 일반적인 토압 기준을 갖는 토사층에 맞추어 제작된 프리스트레스 띠장재로부터 각기 동일한 간격의 버팀보 시공이 이루어질 수 밖에 없는 것이고, 추가의 보강 작업을 통해 작용응력과 대응하는 반작용응력을 확보하여야 하는 폐단을 갖고 있는 것이다.

그러므로, 본 발명에서는 상기와 같은 띠장재(100)에 장착되는 고정구(20)(20')에 대한 위치의 가변 및 폭 조절이 가능하도록 구성함에 따라 지층의 형태에 따라 휨모멘트 발생장치의 위치나 폭을 변경 적용하여 띠장재(100)에 가장 최선의 반작용응력을 갖게 하는 것은 물론 버팀보의 간격을 더욱 넓게 시공할 수 있는 유리함을 제공하게 되는 것이다.

즉, 상기와 같은 띠장재(100)의 일측 플랜지면(101)에 대하여 띠장재(100)의 길이방향을 따라 연속하는 체결공(110)(110')을 관통 형성하고, 상기와 같은 고정구(20)(20')에는 상기의 체결공(110)(110')과 일치하는 간격을 갖는 결합공(21)(21')을 관통 형성하여 이들 결합공(21)(21')과 체결공(110)(110')이 서로 일치된 상태로 별도의 볼트 및 너트를 이용하여 띠장재(100)에 대한 고정구(20)(20')의 견고한 고정 설치가 이루어지도록 한 것이다.

이에 따라 도 4의 도시와 같이 띠장재(100)에 대하여 고정구(20)(20')의 체결 위치를 좌,우로 이동하여 변경시킬 수 있을 것이고, 도 5의 도시와 같이 서로 마주하는 고정구(20)(20')에 대한 간격을 가변 조절시킬 수 있는 것이다. 이때, 상기의 고정구(20)(20')에 대한 간격이 변경되는 경우에는 변경된 간격과 대응하는 길이를 갖는 인장강선(10)이 새롭게 적용되어야 할 것이다.

따라서, 상기와 같은 고정구(20)(20')의 이동 및 가변 폭으로 인해 다양한 지층구조에서의 토압으로 인한 작용응력에 대응하는 반작용응력을 갖도록 띠장재(100)를 구성할 수 있는 것인데, 도 6의 도시와 같이 토압이 상대적으로 큰 연약지반인 경우에는 작용응력이 클 것이므로 반작용응력을 집중시키기 위해 띠장재(100)에 장착되는 고정구(20)(20')의 이격 폭을 줄여 반작용응력이 축소된 고정구 사이 구간에서 집중되게 하고, 또한 상기와 같은 휨모멘트 발생장치의 사이 사이에 버팀보를 배치하여 이로부터 효과적이고 이상적인 토압 지지력을 갖출 수 있게 한 것이다.

또한, 일반적인 토압 기준인 토사층에서는 도 7의 도시와 같이 상기 연약지반보다는 상대적으로 넓은 고정구(20)(20')의 이격 폭을 갖도록 하여 이격 구간 내에서의 반작용응력이 띠장재(100)에 작용되도록 함에 따라 연약지반에 비해서는 고정구(20)(20')의 이격 폭이 넓어질 수 있어 버팀보의 간격 역시 넓어질 수 있는 것이다.

특히, 토압이 가장 약한 지층구조인 암반층에서는 도 8의 도시와 같이 고정구(20)(20')의 이격 폭을 최대한 넓게 적용하여 상기 고정구(20)(20')의 이격 구간 내에서 반작용응력이 적용되게 한 것이고, 상기와 같이 고정구(20)(20')의 이격 폭이 넓어짐에 따라 자연스럽게 버팀보의 간격 역시 넓어지게 되는 것이다.

따라서, 수직 방향으로 근입되는 엄지말뚝의 노출면에 대하여 계측된 높이를 갖도록 띠장재(100)를 연속하여 연결 설치한 후, 지층구조에 따른 토압으로부터 띠장재(100)에 가해지는 작용응력을 산출한 후, 상기 작용응력과 대응하는 반작용응력을 갖도록 인장강선(10)과 고정구(20)(20')에 의한 휨모멘트 발생장치를 띠장재(100)에 등간격 혹은 부등간격으로 고정 설치하면 되는 것이다.

이어, 인장강선(10)에 대한 인장력 부여 및 버팀보의 설치를 통해 토압에 따른 작용응력으로부터 가장 이상적인 크기의 반작용응력을 갖는 띠장재 및 버팀보의 설치가 이루어질 수 있는 것이다.

따라서, 연약지반인 경우 기존의 띠장재에 의한 공법에 비하여 버팀보의 간격은 줄어들 수 있을 것이나 추가의 띠장 보강작업이나 버팀보 보강작업을 하지 않아도 되므로 공사기간의 단축 및 공사비의 절감이 가능한 것이고, 일반 토사층의 경우에도 토사층에 의한 작용응력에 대응하는 가장 최선의 반작용응력을 제공하므로 버팀보의 간격을 최대한 넓힐 수 있는 조건을 제시하므로 강재 사용량이 줄어들 수 있는 것이며, 암반층의 경우 상대적으로 작용응력이 적을 것이므로 결국 버팀보의 간격이 기존의 공법에 비하여 혁신적으로 넓어질 수 있는 것이다.

이와 같이 본 발명은 토압으로부터 띠장재에 가해지는 작용응력과 대응하여 반작용응력을 산출하고 상기와 같은 반작용응력을 갖도록 휨모멘트 발생수단에 대한 설치 위치의 가변 및 이격 폭의 조정을 통해 가장 최선의 반작용응력을 연출할 수 있도록 함에 따라 추가의 보강공정 없이도 버팀보의 간격을 넓히는데 매우 유리한 것이다.

특히, 도 9 및 도 10의 도시와 같이 띠장재(100)의 플랜지면(101) 중앙부에 대하여 길이방향으로 연속하는 스토퍼(102)를 돌출 형성하고, 상기 고정구(20)(20')에는 스토퍼(102)와 대응하는 크기의 멈춤공(22)을 관통 형성하여 상기의 고정구(20)(20')를 띠장재(100)에 고정하는 경우 상기의 스토퍼(102)가 멈춤공(22)의 내측으로 삽입되게 한 상태에서 고정구(20)(20')의 체결이 이루어지도록 함에 따라 상기의 고정구(20)(20')는 이들 스토퍼(102)와 멈춤공(22)의 간섭에 의해 임의로 슬립되는 것을 방지할 수 있는 것이다.

이때, 상기의 스토퍼(102)는 반드시 멈춤공(22)으로 삽입된 상태로 고정구(20)(20')가 체결되어야 하는 것이 아닌 상기의 고정구(20)(20') 일측 끝단(인장강선에 가해지는 인장력으로 인해 고정구가 슬립되고자 하는 방향)에 스토퍼(102)가 위치되도록 한 상태에서 고정구(20)(20')를 장착하여도 인장강선(10)에 작용하는 인장력으로 인한 이격된 고정구(20)(20') 간의 슬립이 방지될 수 있을 것이다.

또한, 상기와 같은 띠장재(100)에 대한 고정구(20)(20')의 장착구조는 전기한 바와 같은 띠장재(100)의 체결공(110)(110') 및 고정구(20)(20')의 결합공(21)(21')에 의해 이루어질 수도 있을 것이고, 도 11 및 도 12의 도시와 같은 가압 체결구조를 통해서도 상호 간의 견고한 체결 상태를 유지할 수 있을 것이다.

즉, 상기와 같은 띠장재(100)는 기성의 형강을 별도의 가공 없이 그대로 사용하고, 상기와 같은 고정구(20)(20')의 양측으로는 반복의 관통공(23)이 형성된 날개부(24)를 돌출 형성하며, 상기 관통공(23)과 대응하는 삽입공(25)을 갖는 별도의 가압고정판(26)을 구비함에 따라 상기 고정구(20)(20')의 날개부(24)와 가압고정판(26)을 이용하여 띠장재(100) 및 고정구(20)(20')의 견고한 고정 장착이 이루어질 수 있는 것이다.

이와 같은 구조는 상기의 띠장재(100) 일측 플랜지면(101)에 고정구(20)(20')를 밀착한 상태에서 고정구(20)(20')의 날개부(24)에 가압고정판(26)을 밀착하되, 상기 날개부(24)와 가압고정판(26)의 사이에 띠장재(100)의 플랜지부가 위치될 수 있도록 한 후 상기 날개부(24)의 관통공(23)과 가압고정판(26)의 삽입공(25)으로 별도의 볼트를 삽입하여 이를 너트를 이용하여 견고하게 나사 결합하면 날개부(24) 및 가압고정판(26)으로 인해 상기와 같은 고정구(20)(20')가 띠장재(100)의 플랜지면(101)에 견고하게 고정 설치될 수 있는 것이다.

이와 같은 고정구(20)(20')의 체결구조는 띠장재(100)에 대한 고정구(20)(20')의 설치 위치를 미세하게 조정할 수 있어 더욱 합리적인 시공이 이루어질 수 있는 것이다.

특히, 상기와 같은 고정구조에서 예측 가능한 고정구(20)(20')에 대한 임의 슬립의 문제점은 도 13의 도시와 같이 띠장재(100)에 길이 방향을 따라 형성된 스토퍼(102)를 돌출 형성하고 상기와 같은 고정구(20)(20')에 대하여 스토퍼(102)와 대응하는 멈춤공(22)을 형성함에 따라 이들 스토퍼(102) 및 멈춤공(22)에 의한 상호 간섭으로 상기의 고정구(20)(20')가 띠장재(100)로부터 임의 슬립되는 것을 방지할 수 있는 것이다.

이와 같은 다양한 형태의 고정구(20)(20') 체결구조로부터 인장강선(10) 및 고정구(20)(20')에 의한 휨모멘트 발생장치에 대한 위치 이동 및 폭 조절이 자유롭게 이루어질 수 있는 것으로, 지질 및 토압의 크기에 따라 띠장재(100)에 적용되는 작용응력에 대응하는 반작용응력을 가장 최선의 형태로 설정 및 적용하여 시공할 수 있는 것이다.

또한, 본 발명의 띠장재(100)는 전기한 바와 같은 가변형 프리스트레스 구조를 통해서도 반작용응력에 대한 가감 및 위치 변경이 이루어질 수 있는 것이나, 도 14의 도시와 같이 고정구(20)(20')와 띠장재(100)의 사이에 별도의 간격조절판(30)(30')를 삽입함에 따라 더욱 복합적인 형태의 프리스트레스 가변 적용이 가능한 것이다.

즉, 상기와 같은 고정구(20)(20')와 띠장재(100)의 사이에 별도의 간격조절판(30)(30')를 삽입한 상태로 고정구(20)(20')를 체결 설치함에 따라 결국 상기와 같은 고정구(20)(20')에 결합되어 인장력이 부여되는 인장강선(10)은 띠장재(100)로부터 이격되는 형태를 갖게 되면서 인장강선(10)에 작용하는 인장력은 더욱 큰 값의 프리스트레스 모멘트를 띠장재에 가하게 되는 것이다.

따라서, 상기의 간격조절판(30)(30')에 대한 두께를 달리 적용하거나 동일 두께의 간격조절판(30)(30')을 다수 적층하여 삽입하는 과정을 통해 띠장재(100)에 작용하는 프리스트레스에 의한 반작용응력의 크기를 가감할 수 있어 역시 토압 및 현장 조건에 따라 가장 이상적인 형태의 가설 흙막이 공사가 이루어질 수 있는 것이다.

이는, 도 15의 도시와 같이 띠장재(100)로부터 인장강선(10)의 이격 폭이 넓어질 수 록 띠장재(100)에 작용하는 프리스트레스에 의한 휨모멘트 및 반작용응력이 증가됨을 알 수 있는 것으로서, 상기와 같은 간격조절판(30)(30')은 고정구(20)(20')와 띠장재(100) 간의 체결구조가 허용하는 범위 및 인장강선(10)에 의한 프리스트레스로부터 고정구(20)(20')와 띠장재(100)의 체결력이 유지되는 범위 내에서 다양한 두께로의 가변 적용이 가능하므로 버팀보의 간격을 넓게 시공하는데 상당한 유리함을 제공하게 되는 것이다.

또한, 상기와 같은 프리스트레스에 의한 휨모멘트의 가변은 도 16 및 도 17의 구성에 의해서도 이루어질 수 있는 것으로, 전기한 바와 같이 인장강선(10)이 띠장재(100)로부터 이격되는 만큼 띠장재(100)에 작용하는 프리스트레스 모멘트는 증대할 것이므로 상기와 같은 고정구(20)(20')에 다수의 강선결합공(27)(27')을 형성하되, 상기의 강선결합공(27)(27')은 띠장재(100)로부터 근접 및 이격되는 방향을 갖고 다수 형성되어 있는 것이다.

이에 따라 상기와 같은 강선결합공(27)(27')을 이용하여 인장강선(10)이 띠장재(100)에 근접 설치되게 하거나 이격 설치되게 함으로써 인장강선(10)으로 인한 띠장재(100)의 휨모멘트가 가변되게 할 수 있는 것이고, 이와 같은 휨모멘트의 가변은 토압에 의해 띠장재(100)에 가해지는 작용응력과 합리적으로 대응하는 크기의 반작용응력에 대한 부여가 가능하므로 가장 최선의 형태를 갖는 가설 흙막이 공사가 이루어질 수 있는 것은 물론 동일 조건 하에서 기존 공법의 버팀보 간격보다 더욱 넓어진 버팀보의 간격을 얻을 수 있어 결과적으로 공사기간의 단축 및 공사비의 절감이 이루어질 수 있는 것이다.

이상과 같은 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

10 : 인장강선
20,20' : 고정구 21,21' : 결합공
22 : 멈춤공 23 : 관통공
24 : 날개부 25 : 삽입공
26 : 가압고정판 27,27' : 강선결합공
30,30' : 간격조절판
100 : 띠장재 101 : 플랜지면
102 : 스토퍼
110,110' : 체결공

Claims (6)

1. 띠장재(100)의 일측 플랜지면(101)에 대하여 인장강선(10) 및 상기 인장강선(10)의 양측 끝단에 체결된 고정구(20)(20')를 갖는 흙막이 공법용 띠장재에 있어서,
   상기 고정구(20)(20')는 띠장재(10)의 일측 플랜지면(101)으로부터 위치 이동하며 고정 장착될 수 있도록 구성함을 특징으로 하는 가변형 프리스트레스 구조를 갖는 흙막이 공법용 띠장재.
2. 제 1항에 있어서,
   띠장재(100)의 일측 플랜지면(101)에는 띠장재(100)의 길이방향을 따라 연속하는 체결공(110)(110')을 관통 형성하고, 상기 고정구(20)(20')에는 상기 체결공(110)(110')과 대응하는 간격의 결합공(21)(21')을 관통 형성하여, 체결공(110)(110')과 결합공(21)(21')의 볼트 체결에 의해 상기 고정구(20)(20')에 대한 위치 가변고정이 이루어지도록 구성함을 특징으로 하는 가변형 프리스트레스 구조를 갖는 흙막이 공법용 띠장재.
3. 제 1항에 있어서,
   고정구(20)(20')는 양측에 관통공(23)을 갖는 날개부(24)를 돌출 형성하고, 상기 날개부(24)의 저면에는 삽입공(25)을 갖는 별도의 가압고정판(26)이 밀착되게 함에 따라, 상기 날개부(24)와 가압고정판(26)의 볼트 체결에 의해 고정구(20)(20')의 저면과 가압고정판(26)의 상면 사이에 위치하는 플랜지면(101)이 가압되면서 상기 고정구(20)(20')와 띠장재(100)의 위치 가변고정이 이루어지도록 구성함을 특징으로 하는 가변형 프리스트레스 구조를 갖는 흙막이 공법용 띠장재.
4. 제 2항 또는 제 3항에 있어서,
   띠장재(100)의 일측 플랜지면(101)에는 길이방향을 따라 연속하는 스토퍼(102)를 돌출 형성하고, 상기 고정구(20)(20')에는 상기 스토퍼(102)와 대응하는 멈춤공(22)을 관통 형성하여, 상기 고정구(20)(20')가 스토퍼(102) 및 멈춤공(22) 간의 간섭으로 인해 임의로 슬립되는 것이 방지되도록 구성함을 특징으로 하는 가변형 프리스트레스 구조를 갖는 흙막이 공법용 띠장재.
5. 제 1항에 있어서,
   고정구(20)(20')와 띠장재(100)의 플랜지면(101) 사이에는 간격조절판(30)(30')을 삽입 형성하여, 상기 간격조절판(30)(30')의 두께에 따라 띠장재(100)에 작용하는 프리스트레스에 의한 휨모멘트가 가변되도록 구성함을 특징으로 하는 가변형 프리스트레스 구조를 갖는 흙막이 공법용 띠장재.
6. 제 1항에 있어서,
   고정구(20)(20')에는 띠장재(100)로부터 이격 및 근접되는 방향으로 다수의 강선결합공(27)(27')을 관통 형성하여, 상기 강선결합공(27)(27')에 대한 인장강선(10)의 체결 위치에 따라 띠장재(100)에 작용하는 프리스트레스에 의한 휨모멘트가 가변되도록 구성함을 특징으로 하는 가변형 프리스트레스 구조를 갖는 흙막이 공법용 띠장재.

Images