KR101352560B1 - 고강도 아치통로 및 이의 시공방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 보통콘크리트보다 압축강도가 높은 고강도 콘크리트를 사용하여 아치통로의 아치부재 두께를 줄여 이동성과 시공성이 용이하여 작업시간을 단축시킬 수 있을 뿐만 아니라 적어도 2개 이상 연속하여 설치되는 아치부재의 종방향 및 횡방향을 포스트텐션 방법으로 연결하여 고정시킴으로 집중하중에 의한 변형을 방지하여 안정감있게 사용할 수 있도록 하는 고강도 아치통로 및 이의 시공방법에 관한 것이다.

Description

고강도 아치통로 및 이의 시공방법{Strength arch passage and its construction method}

본 발명은 고강도 아치통로에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 보통콘크리트보다 압축강도가 높은 고강도 콘크리트를 사용하여 아치통로의 아치부재 두께를 줄여 이동성과 시공성이 용이하여 작업시간을 단축시킬 수 있을 뿐만 아니라 적어도 2개 이상 연속하여 설치되는 아치부재의 종방향 및 횡방향을 포스트텐션 방법으로 연결하여 고정시킴으로 집중하중에 의한 변형을 방지하여 안정감있게 사용할 수 있도록 하는 고강도 아치통로 및 이의 시공방법에 관한 것이다.

일반적으로 도로 및 고속도로를 통과하는 각종 생태통로는 주로 현장타설공법을 통해 구조물을 시공해왔으나, 최근에는 공기단축, 내구성 증진 및 경제적 시공을 위해 공장에서 미리 제작한 제품을 현장에서 조립시공하는 방법이 시행되고 있다.

상기 시공방법으로 대한민국 등록특허 제10-0609125호에 파형강판을 이용한 암거 및 그 시공법이 등록된바 있다.

선 등록된 특허는, 파형강판으로 이루어진 다수의 터널부재에 제1,2결합벽면을 형성하는데, 상기 제1,2결합벽면을 연결부로 연결한다.

그러나 선 등록된 특허는, 가벼운 구조의 파형강판을 사용함으로 운반과 간편한 시공의 장점이 있으나, 얇은 연성강판 시공으로 인해 주변토를 채우고 다지는 과정에서 파형강판이 찢어지는 문제점이 있고, 아치형 구조로 하중이 집중되므로 힘의 분포가 균등한 압축보다는 부분적인 휨모멘트를 받게 되어 내하력이 저하될 뿐만 아니라 크리핑 및 과도한 변형이 발생하여 구조적 자체의 손상이 일어나 파괴되는 문제점이 있었다.

또한, 대한민국 등록실용신안 제20-0398769호에 T형단면 조립식 아치터널이 등록된바 있다.

선 등록실용신안은, 한 쌍의 측벽부재에 천정부재를 안착시키는데, 상기 천정부재는 상향 만곡된 아치형상으로 형성되면서 하부면에 터널 폭 방향으로 양단을 연결하는 지지보가 돌출되어 구성되며, 단면이 T형상으로 구성된다.

그러나 선 등록실용신안은, 보통강도 콘크리트를 사용함으로 상부의 T형보 프리캐스트 아치의 자중이 무거워 하부의 단면적이 증가함에 따라 전체적인 운송 및 설치작업에 어려운 문제점이 있고, 단면 외부에서 작용하는 토압과 내하력에 대해서는 강하지만 세그먼트간의 결속을 위한 통로 시작점과 통로 끝점으로 이어지는 직선 방향의 압축력이 전혀 없기 때문에 세그먼트간의 틈새가 발생함은 물론 이 틈새로 누수되는 문제점이 있었다.

또한, 대한민국 등록특허 제10-0732622호로 보강리브를 갖는 터널부재를 이용한 조립식 아치터널 및 그 시공방법이 등록된바 있다.

선 등록된 특허는, 터널의 단위부재 표면에 횡방향리브와 종방향리브를 다수 형성하여 터널부재의 단면적이 감소됨과 동시에 외력에 대한 저향력이 증가되는 것이나, 횡방향리브와 종방향리브로서는 터널의 단면적 감소 및 외력을 증진시키는 한계가 있으며, 터널부재의 맞닿는 부분에 부분적인 볼트체결로서 터널의 전체적인 외력을 받을 때 강성의 한계가 있는 문제점이 있었다.

또한, 대한민국 등록특허 제10-1015611호로 천정부의 강결구조를 가지는 2분절 프리캐스트 아치너털 및 무지보에 의한 2분절 프리캐스트 아치터널 시공방법이 등록된바 있다.

선 등록된 특허는, 2분절 아치터널의 연결과 연결에 의한 강성을 장화시키기 위하여 천정부의 단부면과 횡방향 측면으로부터 오목하게 절취한 공간에 체결봉을 배치하고 채움재를 이용하여 일체로 연결하는 방법이나, 이 또한 국부적인 연결방식을 취함으로써 터널에 가해질 수 있는 집중하중이나 전체적인 변형에 취약한 문제점이 있었다.

이에 상술한 바와 같은 종래의 제반 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 본 발명의 목적은, 보통콘크리트보다 압축강도가 높은 고강도 콘크리트를 사용하여 아치통로의 아치부재 두께를 줄여 이동성과 시공성이 용이함을 도모할 수 있는 고강도 아치통로 및 이의 시공방법을 제공함에 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은, 적어도 2개 이상 연속하여 설치되는 아치부재의 종방향 및 횡방향을 포스트텐션 방법으로 연결하여 고정시킴으로 집중하중에 의한 변형을 방지할 수 있는 고강도 아치통로 및 이의 시공방법을 제공함에 있다.

본 발명 고강도 아치통로는,

아치부재를 지지하는 한 쌍의 기초콘크리트와;

상기 한 쌍의 기초콘크리트에 단부의 홈과 돌기가 서로 맞물리도록 안착되어 통로를 형성하면서 측면에 일정간격으로 종방향 통공이 관통된 다수의 아치부재와;

상기 아치부재를 보강하도록 아치부재의 상면과 저면 또는 상,하면에 일체로 형성되는 곡선몸체가 구비되고, 상기 곡선몸체에 배근되는 철근이 구비되며, 상기 곡선몸체에 횡방향으로 관통되는 횡방향 통공이 구비된 곡선보와;

상기 곡선보의 횡방향 통공으로 결합한 후, 긴장하여 정착하는 횡방향 PS강재와;

상기 아치부재의 종방향 통공으로 결합한 후, 긴장하여 정착하는 종방향 PS강재를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 것이다.

또한, 본 발명 고강도 아치통로의 시공방법은,

아치부재의 하단부가 안착되는 공간이 구비되도록 한 쌍의 기초콘크리트를 형성하는 단계와;

상기 기초콘크리트의 공간에 하단부를 안착시키면서 홈과 돌기가 맞물리도록 상기 아치부재의 상면과 저면 또는 상,하면에 일체로 형성되는 곡선몸체가 구비되고, 상기 곡선몸체에 배근되는 철근이 구비되며, 상기 곡선몸체에 횡방향으로 관통되는 횡방향 통공이 구비된 곡선보가 중앙에 일체로 돌출된 다수의 아치부재를 설치하여 아치통로를 형성하는 단계와;

상기 곡선보에 관통된 횡방향 통공으로 횡방향 PS강재를 결합한 후, 긴장하여 정착하는 단계와;

상기 아치부재 측면에 관통된 종방향 통공으로 종방향 PS강재를 결합한 후, 긴장하여 정착하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명에 의하면, 보통콘크리트보다 압축강도가 높은 고강도 콘크리트를 사용하여 아치통로의 아치부재 두께를 줄여 이동성과 시공성이 용이하여 작업시간을 단축시켜 경제성을 향상킬 수 있는 이점을 가질 수 있는 것이다.

또한, 본 발명에 의하면, 적어도 2개 이상 연속하여 설치되는 아치부재의 종방향 및 횡방향을 포스트텐션 방법으로 연결하여 고정시킴으로 집중하중에 의한 변형을 방지하여 안정감있게 사용할 수 있으므로 제품에 대한 신뢰성을 향상시킬 수 있는 이점을 가질 수 있는 것이다.

도 1은 본 발명의 사시도
도 2는 본 발명의 단면도
도 3은 본 발명의 정면구성도
도 4는 본 발명의 다른 실시예 정면구성도
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예의 정면구성도
도 6은 본 발명의 설치상태도

이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명을 상세히 설명한다. 도 1은 본 발명의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 단면도이다.

본 발명 고강도 아치통로(100)는, 아치부재(120)(120')를 지지하는 한 쌍의 기초콘크리트(110)가 구성되고, 상기 한 쌍의 기초콘크리트(110)에 단부의 홈(121a)과 돌기(121b)가 서로 맞물리도록 안착되어 통로를 형성하면서 측면에 일정간격으로 종방향 통공(123)이 관통된 다수의 아치부재(120)(120')가 구성되며, 상기 아치부재(120)(120')를 보강하도록 아치부재(120)(120')의 상면과 저면 또는 상,하면에 일체로 형성되는 곡선몸체(131)가 구비되고, 상기 곡선몸체(131)에 배근되는 철근(132)이 구비되며, 상기 곡선몸체(131)에 횡방향으로 관통되는 횡방향 통공(133)이 구비된 곡선보(130)가 구성되고, 상기 곡선보(130)의 횡방향 통공(133)으로 결합한 후, 긴장하여 정착하는 횡방향 PS강재(140)가 구성되며, 상기 아치부재(120)(120')의 종방향 통공(123)으로 결합한 후, 긴장하여 정착하는 종방향 PS강재(150)를 포함하여 구성되는 것으로, 이를 좀더 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

상기 아치부재(120)(120')는, 만곡되면서 단부에 홈(121a)과 돌기(121b)가 형성된 아치몸체(121)가 구비되고, 상기 아치몸체(121) 내부에 배근되는 철근(122)이 구비되며, 상기 아치몸체(121)에 종방향으로 일정간격 이격되게 관통되는 종방향 통공(123)을 포함하여 구비된다.

삭제

상기 곡선보(130) 및 곡선보(130)가 일체로 형성되는 아치부재(120)(120')는 고강도 콘크리트로 형성되는 것이 바람직하며, 상기 고강도 콘크리트는, 시멘트, 일반모래, 세사, 충진재, 실리카 흄, 고로슬래그, 배합수, 감수제로서, 이들의 배합 중량비는 1 : 0.5~1.1 : 0.3~1.1 : 0.1~0.5 : 0.05~0.3 : 0.1~0.3 : 0.2~0.4 : 0.01~0.2 로 이루어지며, 강섬유 또는 플라스틱 섬유는 아치통로(100) 체적의 0% ~ 2%를 사용한다.

다음은 상기와 같이 구성된 본 발명의 시공과정을 설명한다.

먼저, 도 3에 도시된 바와 같이, 아치부재(120)(120')를 지지하는 한 쌍의 기초콘크리트(110)를 대향하게 형성한 후, 곡선보(130)가 상면에 일체로 형성되는 아치부재(120)(120')를 형성하는데, 상기 곡선보(130) 및 곡선보(130)가 상면에 일체로 형성되는 아치부재(120)(120')를 형성하기 위해 공장에서 설계도면대로 거푸집을 형성하고, 상기 거푸집에 아치부재(120)(120')의 철근(122) 및 곡선보(130)의 철근(132)을 배근한 상태에서 상기 거푸집에 고강도 콘크리트로 만들어진 콘크리트를 타설 및 양생하여 형성한다.

상기 고강도 콘크리트는, 시멘트, 일반모래, 세사, 충진재, 실리카 흄, 고로슬래그, 배합수, 감수제로서, 이들의 배합 중량비는 1 : 0.5~1.1 : 0.3~1.1 : 0.1~0.5 : 0.05~0.3 : 0.1~0.3 : 0.2~0.4 : 0.01~0.2 로 이루어지며, 강섬유 또는 플라스틱 섬유는 아치통로(100) 체적의 0% ~ 2%를 사용한다.

여기서, 상기 일반모래는 입경이 2.5mm 이하, 세사는 0.5mm 이하이며 규사성분이 90% 이상인 것이 바람직하고, 충전재는 평균입경이 20㎛ 이하이며 규사성분이 95% 이상이 것이 바람직하고, 강섬유 또는 플라스틱섬유는 주로 직경이 0.2~0.5mm 이고, 길이가 13~30mm 이며, 형상계수가 65 정도인 것을 사용한다.

상기 고강도 콘크리트를 사용함으로써, 기존의 보통콘크리트보다 압축강도가 90MPa 이상으로 높아짐으로 자중을 1/2 정도로 줄일 수 있고, 아치부재의 두께를 1/2 이상으로 줄여 이동 및 시공이 용이하도록 함은 물론이며, 최적의 충전밀도 배합으로 인해 공극이 적고 내구성이 월등한 고강도 콘크리트로 제작함으로써, 긴 생애주기를 가질 수 있는 구조물을 제공할 수 있는 것이다.

상기 곡선보(130)가 일체로 형성된 아치부재(120)(120')는 1/4원으로 형성되는 것이 바람직하고, 상기 곡선보(130)의 하단부는 횡방향 PS강재(140)를 정착하는 공간을 확보할 수 있도록 아치부재(120)(120')의 하단부로부터 일정거리 이격된 위치하도록 형성되는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 곡선보(130)는, 도 4 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 아치부재(120)(120') 중앙의 상면과 저면 또는 상,저면에 형성되는 것이 바람직하며, 이는 외력에 대한 응력을 분산시키며 내하력을 향상시킬 수 있기 때문이다.

상기의 과정으로 곡선보(130)가 일체로 형성된 아치부재(120)(120')를 설치현장으로 이동시킨 상태에서 도 6에 도시된 바와 같이, 대향하는 한 쌍의 기초콘크리트(110)에 아치부재(120)(120')의 하단부를 각각 안착시키면서 아치부재(120)(120') 상부의 홈(121a)과 돌기(121b)가 서로 맞물리도록 한다.

이때, 상기 아치부재(120)(120')에 일체로 형성된 곡선보(130)의 횡방향 통공(133)은 서로 연통되어야 한다.

상기 곡선보(130)의 곡선몸체(131)에 관통된 횡방향 통공(133)에 횡방향 PS강재(140)를 결합하고 긴장하여 쐐기와 같은 정착부재(미도시)로 정착하고, 상기 아치부재(120)(120')를 아치통로(100)의 길이만큼 한 쌍의 기초콘크리트(110)에 적어도 2개 이상 연속하여 아치부재를 설치한 후, 상기 아치부재(120)(120')의 아치몸체(121)에 관통된 종방향 통공(123)에 종방향 PS강재(150)를 결합하고 긴장하여 쐐기와 같은 정착부재(미도시)로 정착하면서 아치통로(100)를 형성할 수 있는 것이다.

여기서, 횡방향 PS강재(140)는 분절된 아치부재(120)(120')의 일체성을 부여하여 상부토압의 분산효과를 가질 수 있고, 이음부분의 확고한 결합을 기할 수 있으며, 종방향 PS강재(150)는 아치통로(100)의 텐던을 통한 구조적 내하력 즉 휨모멘트, 전단력을 받을 수 있는 연결로서, 맞닿는 부분의 연결 완성도를 높여주고 아치통로(100)의 구조적 강성을 보강할 수 있는 것이다.

이상과 같이 본 발명은, 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정되어 해석되어서는 아니되며, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 일실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 발명의 청구범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

100: 아치통로 110: 기초콘크리트
120: 아치부재 130: 곡선보
150: 횡방향 PS강재 140: 종방향 PS강재

Claims (8)

1. 아치부재를 지지하는 한 쌍의 기초콘크리트와;
   상기 한 쌍의 기초콘크리트에 단부의 홈과 돌기가 서로 맞물리도록 안착되어 통로를 형성하면서 측면에 일정간격으로 종방향 통공이 관통된 다수의 아치부재와;
   상기 아치부재를 보강하도록 아치부재의 상면과 저면 또는 상,하면에 일체로 형성되는 곡선몸체가 구비되고, 상기 곡선몸체에 배근되는 철근이 구비되며, 상기 곡선몸체에 횡방향으로 관통되는 횡방향 통공이 구비된 곡선보와;
   상기 곡선보의 횡방향 통공으로 결합한 후, 긴장하여 정착하는 횡방향 PS강재와;
   상기 아치부재의 종방향 통공으로 결합한 후, 긴장하여 정착하는 종방향 PS강재를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 고강도 아치통로.
   
2. 청구항 1에 있어서, 상기 아치부재는,
   만곡되면서 단부에 홈과 돌기가 형성된 아치몸체와;
   상기 아치몸체 내부에 배근되는 철근과;
   상기 아치몸체에 종방향으로 일정간격 이격되게 관통되는 종방향 통공을 포함하여 구비되는 것을 특징으로 하는 고강도 아치통로.
   
3. 삭제
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 곡선보 및 곡선보가 일체로 형성되는 아치부재는 고강도 콘크리트로 형성되는 것을 특징으로 하는 고강도 아치통로.
   
5. 청구항 4에 있어서, 상기 고강도 콘크리트는,
   시멘트, 일반모래, 세사, 충진재, 실리카 흄, 고로슬래그, 배합수, 감수제로서, 이들의 배합 중량비는 1 : 0.5~1.1 : 0.3~1.1 : 0.1~0.5 : 0.05~0.3 : 0.1~0.3 : 0.2~0.4 : 0.01~0.2 로 이루어지며, 강섬유 또는 플라스틱 섬유는 아치통로 체적의 0% ~ 2%를 사용하는 것을 특징으로 하는 고강도 아치통로.
   
6. 아치부재의 하단부가 안착되는 공간이 구비되도록 한 쌍의 기초콘크리트를 형성하는 단계와;
   상기 기초콘크리트의 공간에 하단부를 안착시키면서 홈과 돌기가 맞물리도록 상기 아치부재의 상면과 저면 또는 상,하면에 일체로 형성되는 곡선몸체가 구비되고, 상기 곡선몸체에 배근되는 철근이 구비되며, 상기 곡선몸체에 횡방향으로 관통되는 횡방향 통공이 구비된 곡선보가 중앙에 일체로 돌출된 다수의 아치부재를 설치하여 아치통로를 형성하는 단계와;
   상기 곡선보에 관통된 횡방향 통공으로 횡방향 PS강재를 결합한 후, 긴장하여 정착하는 단계와;
   상기 아치부재 측면에 관통된 종방향 통공으로 종방향 PS강재를 결합한 후, 긴장하여 정착하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 고강도 아치통로의 시공방법.
   
7. 청구항 6에 있어서,
   상기 곡선보 및 곡선보와 일체로 형성되는 아치부재는 고강도 콘크리트로 형성되는 것을 특징으로 하는 고강도 아치통로의 시공방법.
   
8. 청구항 7에 있어서, 상기 고강도 콘크리트는,
   시멘트, 일반모래, 세사, 충진재, 실리카 흄, 고로슬래그, 배합수, 감수제로서, 이들의 배합 중량비는 1 : 0.5~1.1 : 0.3~1.1 : 0.1~0.5 : 0.05~0.3 : 0.1~0.3 : 0.2~0.4 : 0.01~0.2 로 이루어지며, 강섬유 또는 플라스틱 섬유는 아치통로 체적의 0% ~ 2%를 사용하는 것을 특징으로 하는 고강도 아치통로의 시공방법.
   

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