KR101469881B1 - 토공 접속부의 보강 및 수직-수평 변위의 억제를 위한 일체화 시공 구조물 및 그 방법 - Google Patents

Abstract

토공 접속부에 보강토 옹벽 방식을 도입함으로써, 수직하중에 의한 토압저감 효과와 수평하중에 의한 변위억제 등의 효과를 통해서 침하를 억제하고 배수를 촉진시킬 수 있고, 교대 날개벽의 용지를 절약하여 시공할 수 있으며, 교대 방향의 지오백을 이용하여 배수와 강성을 확보하여 안정성을 높일 수 있는, 토공 접속부의 보강 및 수직-수평 변위의 억제를 위한 일체화 시공 구조물 및 그 방법이 제공된다. 토공 접속부의 보강 및 수직-수평 변위의 억제를 위한 일체화 시공 구조물은, 교대의 날개벽에 배치되는 L형 플레이트 거치대; L형 플레이트 거치대의 상부에 배치되고, L형 플레이트 거치대에 접하는 부분에 날개벽 지오백을 형성하는 지오그리드(Geogrid); 교대 전면 방향에서 교대 전면부 지오백(Geobag)을 형성하도록 지오그리드 상부에 배치되는 개비온(Gabion); 및 교대 날개벽 지오백 및 교대 전면부 지오백 상부에 포설되어 그 자중으로 교대 날개벽 지오백과 교대 전면부 지오백을 연결하는 뒷채움흙을 포함하되, 교대 날개벽 지오백과 교대 전면부 지오백을 연결하여 토공 접속부를 일체화시킴으로써 토공 접속부의 수직-수평 변위가 억제된다.

Description

토공 접속부의 보강 및 수직-수평 변위의 억제를 위한 일체화 시공 구조물 및 그 방법 {STRUCTURE FOR REINFORCING BRIDGE TRANSITIONAL ZONE AND RESTRAINING VERTICAL-HORIZONTAL DEFORMATION, AND CONSTRUCTING METHOD FOR THE SAME}

본 발명은 토공 접속부의 시공에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 교량-토공 접속부를 보강하고, 수직-수평 변위를 억제하기 위한 일체화 시공 구조물 및 그 방법에 관한 것이다.

구조물 접속부는 교량에서 토공, 터널에서 토공, 유도상궤도에서 무도상궤도 등 궤도를 지지하는 하부 구조물의 지지 강성이 변화하는 구간을 말하며, 이러한 지지 강성의 차이에 의하여 시공기면에 단차가 발생하거나 동적 특성의 급변에 의하여 열차 주행시 궤도틀림의 진행, 승차감의 악화 등을 일으키기 쉽다.

이러한 문제점을 해결하고자 많은 연구를 하고 있지만, 현재까지 획기적인 해결 방안은 제시되지 못하고 있다. 그 이유는 실제 접속부에서의 문제는 열차의 주행과 지지 강성의 불균형 이외에도 강우, 결빙, 배수 등의 환경적인 원인과 토공 및 교량의 구조적인 원인 등의 다양한 원인을 내포하고 있기 때문이다.

또한, 교량/궤도/노반의 상호작용 등으로 인해 매우 복잡하게 거동한다. 따라서 설계 단계에서 정확한 거동을 평가하는 것이 매우 어렵기 때문에 경험적으로 평가하고 있다. 따라서 접속부의 정확한 이해와 성능을 개선하기 위해서는 다양한 접근과 노력이 필요하다.

한편, 도 1a는 접속부의 설계 및 관리 기준을 나타내고, 도 1b는 구조물 접속부 뒤채움 재료 품질 기준을 나타내며, 도 1c는 구조물 접속부 뒤채움 다짐 관리 기준을 나타내고, 도 1d는 구조물 접속부의 보강 방안을 나타낸다.

국내 접속부 설계 및 관리기준은, 도 1a에 도시된 바와 같이, 차체상하 진동가속도, 윤중변동율, 레일응력 및 상향 레일압력의 4가지 항목을 정하여 시행되고 있다.

또한, 구조물 접속부 사용재료로서, 도 1b에 도시된 바와 같이, 구조물 접속부의 흙쌓기 재료는 압축성이 작고 입도분포가 좋은 보조도상과 동등한 재료를 사용하여야 하며, 각 층별로 입도규정 및 다지기 정도 규정에 부합하도록 해야 한다. 이러한 구조물 접속부 뒤채움 다짐 관리 기준은 도 1c에 도시된 바와 같다.

또한, 이러한 구조물 접속부의 보강 방안은, 도 1d에 도시된 바와 같이, 어프로치 블록, 어프로치 슬래브, 보조 슬래브 및 전단키 등이 사용될 수 있다.

한편, 도 2는 종래의 기술에 따른 구조물 접속부의 보강 방안 중에서 어프로치 블록을 설명하기 위한 도면이다.

도 2를 참조하면, 종래의 기술에 따른 구조물 접속부의 보강 방안 중에서 어프로치 블록(Approach Block: 22)은 성토(embanking: 21)가 교대(bridge stand: 등 구조물(10)에 접속하는 위치에서는, 성토(21)와 구조물(10)의 침하의 차이에 따라서 시공기면(formation level)에 급격한 단차를 발생시키기도 하고, 노상 강도의 급변에 따라 궤도틀림(irregularity of track)이나 승차감 악화를 가져온다. 그래서 급격한 단차나 노상강도의 급변을 피하기 위해, 어프로치 블록이라 부르는 완충구간을 설치할 필요가 있다. 이러한 어프로치 블록은 그 자체가 압축침하를 생기지 않도록 양질의 재료(입도조정쇄석 등)로 충분히 체결하지 않으면 안된다.

한편, 구조물 접속부 파괴요인으로서, 접속부에서 열차주행에 의한 궤도손상 및 원인은 궤도, 교량, 토공 등이 서로 복잡하게 작용하여 발생하게 된다. 하나의 발생요인은 또 다른 요인에 영향을 미치게 되며, 최종적으로는 궤도틀림 또는 파괴를 유발하게 된다. 이에 따라 다른 구간보다 변형이 급진전되어 유지보수 시행이 필요하고, 적기에 유지보수를 하지 못할 경우 차량의 승차감 저하와 주행안전성에 영향을 주게 된다. 이런 이유로 구조물 접속부 유지보수에 대한 부담이 가중되는 실정이다.

특히, 콘크리트궤도와 자갈궤도의 연결부나 교량 또는 터널의 접속부 등 강성 변화구간은 하부 강성 변화와 자갈도상 구간의 처짐으로 인한 동적 충격으로 궤도면틀림이 가속화되어 유지보수 측면에서 취약개소로 관리하여야 한다. 이와 관련하여 철도선진국에서는 강성 연속화를 위해 저탄성 패드의 부설, 보강레일 설치, 어프로치 블록, 어프로치 슬래브 등의 다양한 방안들이 시도되고 있다.

국내의 경우, 고속철도 1단계 건설시 교량과 토공 접속구간의 자갈궤도에서 어프로치 블록이 설치되었으며, 터널과 토공 접속부에 대해서는 별도의 보강조치가 없었다. 또한, 자갈궤도와 콘크리트궤도의 접속구간에 대한 보강방법 및 접속구간의 위치 등에 대하여 기술적 검토가 부족한 상태에서 부설함에 따라 일부 개소에서 초기에 궤도틀림이 빈번하여 유지관리에 어려움이 있었다. 전 구간에 대하여 콘크리트궤도를 채택한 경우, 특히 노반의 강성변화구간에 대한 대책수립이 필요하다. 제한된 궤도틀림치 내로 관리될 수 있는 노반 및 궤도구조가 되기 위해서는 효율적인 설계와 시공, 정량적 및 정성적 분석 및 해석 및 실험에 의거 유지관리방안을 마련할 연구가 필요하다.

도로 교량이나 철도 교량 등에서, 교대는 주로 철근 콘크리트로 구성되며, 그 배면에 형성되는 토공부는 토사 등으로 구성되는데, 이와 같이 서로 강성이 상이한 재료를 이용하여 시공되므로, 다짐 작업을 수행하더라도 토공부의 침하가 발생하게 되고, 교대와 토공부가 접하는 부분은 쉽게 매몰되는 현상이 발생한다. 이와 같은 현상은 비단 교대뿐만 아니라, 콘크리트 암거의 경우에도 마찬가지인데 콘크리트 암거 측면이나, 옹벽의 배면에 채워지는 토공부에서도 위와 같은 현상이 발생하게 된다.

또한, 교대, 터널, 박스 구조물에 인접한 토공 구간은 구조물에 비해 상대적으로 강성이 작기 때문에 동일한 하중이 재하될 경우, 강성이 작은 토공 부분에 더 많은 침하가 발생하게 된다. 이러한 구조물과 토공구간으로 급격한 강성 변화를 방지하기 위하여 이 부분 중간에 접속부 구조를 두어 강성의 차이를 완만하게 되도록 한다. 특히, 고속철도의 경우, 궤도의 평탄성은 속도에 매우 중요한 요소이기 때문에 허용치 이상의 변위가 발생되게 되면 궤도면의 단차로 인한 충격하중으로 인해 차량의 운행 및 안전성에 영향을 미치게 된다.

특히, 교대의 경우, 일반적으로 수직하중을 받는 구조물과 달리 수직하중과 수평하중을 동시에 발생하기 때문에 이에 대한 저항할 수 있도록 구조를 강화시켜야 한다. 현행 이러한 영향을 줄이기 위하여 접속부 구조가 다양하고, 여러 재료를 사용하여 문제를 해결하고 있다. 그러나 현행 구조물은 어프로치 슬래브, 어프로치 블록, 시멘트 안정처리 등 시공 단계가 복잡하고, 여러 종류의 재료를 사용하게 되어 재료적 특성에 의해 침하가 다르게 거동하는 현상이 발생하고 있다. 또한 대부분 수직하중을 고려하고 있다.

도 3은 종래의 기술에 따른 교량-터널 접속부 어프로치 슬래브의 표준단면을 예시하는 도면으로서, 도 3의 a)는 교량-토공 접속부 어프로치 슬래브의 표준단면을 나타내고, 도 3의 b)는 시멘트 처리된 보조도상(31), 보조도상(32), 입도조정 부순돌(33), 시멘트 처리된 자갈(34), 일반 자갈(35) 및 토공표준쌓기(36)의 재질 및 다짐도를 각각 나타낸다.

도 4는 종래의 기술에 따른 터널-토공 접속부 어프로치 블록의 표준단면을 예시하는 도면으로서, 도 4의 a)는 터널-토공 접속부 어프로치 블록의 표준단면을 나타내고, 도 4의 b)는 시멘트 처리된 보조도상(41), 보조도상(42) 및 입도조정부순돌(43)의 재질 및 다짐도를 각각 나타낸다.

다시 말하면, 현재 구조물과 토공 사이의 접속부 구간은, 시멘트처리된 자갈, 일반자갈 등의 양질의 재료를 활용하여 2개의 단면으로 시공하고 있고, 이외에도 콘크리트 보조도상과 어프로치 슬래브 등으로 보강하고 있다.

하지만, 종래의 기술에 따른 구조물 접속부의 보강 방안의 경우, 그 재료적인 측면에서, 콘크리트 구조물, 자갈, 시멘트 안정처리 등 다양한 재료를 사용하여 재료간의 분리와 일체화를 저해할 수 있으며, 또한, 자갈재료의 단위중량 증가로 인한 자중이 증대된다는 문제점이 있다. 또한, 자갈재료의 고가 및 석산 등 환경적 문제을 발생시키고, 복잡한 구조에 따른 품질 저하가 우려되며, 수평하중에 대한 저감 효과가 미미하고, 접속부의 강성이 커질수록 토공부의 강성차이는 더 커진다는 문제점이 있다.

종래의 기술에 따른 구조물 접속부의 보강 방안의 경우, 그 시공적인 측면에서, 접속부 구조 및 시공공정이 복잡하고, 교대 설치에 따라 시공순서의 변경이 요구되며, 복잡한 구조에 따라 시공성이 저해되고 다짐불량이 발생할 우려가 있다. 또한, 교대 전면부의 다짐 불량으로 인해 균일한 품질 확보가 어렵고, 시멘트 안정처리 구간, 자갈골재 구간, 토공부 구간 등 3개 구간을 순차적으로 시공함으로써 시공기간이 길고 이질화된 구조로 인해 일체화된 시공이 어렵다는 문제점이 있다.

종래의 기술에 따른 구조물 접속부의 보강 방안의 경우, 그 토공부의 배수 측면에서, 교대와 인접한 부분, 어프로치슬래브, 전단키와 같이 콘크리트 구조물과 흙 사이에 강성 변화로 인한 상부 콘크리트 균열을 유발시켜 물이 침투되는 경우가 종종 발생한다는 문제점이 있다.

한편, 도 5는 종래의 기술에 따른 보강토 옹벽을 설명하기 위한 도면이다.

종래의 기술에 따른 보강토 옹벽을 형성하는 보강토 공법은, 도 5에 도시된 바와 같이, 열차진행 방향과 수직방향에 주로 시공되어 교대 날개벽의 옹벽 개념으로 시공되고 있으며, 여기서, 도면부호 11은 옹벽 전면부, 도면부호 51은 성토층 도면부호 52는 보강재, 도면부호 60은 열차를 나타낸다.

이러한 보강토 옹벽을 형성하기 위한 보강 토공법(earth reinforcement)은 흙쌓기 제방이나 벽체의 배면 또는 사면에 금속, 합성섬유, 천 등의 보강재를 넣어 흙과 보강재가 일체가 되어 전단에 저항하도록 조성하는 공법을 말한다.

다시 말하면, 교대부는 다른 구조물과 달리 다양한 방향에서 하중이 발생하여 이를 능동적으로 제어하는데 어려움이 있다. 특히, 교통하중과 같이 하중이 이동하는 경우에는 지지강성의 차이로 인해 동일한 하중이라고 할 때 강성이 작은 구간인 토공부에서는 침하가 크게 발생하게 된다.

이러한 문제를 극복하기 위하여 구조물 접속부를 두게 되지만, 종래의 기술에 따른 구조물 접속부는 전술한 바와 같이, 매우 복잡하고 수평하중보다는 수직하중에 대한 억제효과를 보다 더 주안점을 둔 설계 방법이라고 할 수 있다.

1) 대한민국 등록특허번호 제10-620057호(출원일: 2004년 12월 24일), 발명의 명칭: "철도 교량과 토공 접속부의 지지강성 보강방법" 2) 대한민국 등록특허번호 제10-768777호(출원일: 2006년 11월 8일), 발명의 명칭: "콘크리트 도상 철도의 지반 보강 방법" 3) 대한민국 공개특허번호 제2009-130637호(공개일: 2009년 12월 24일), 발명의 명칭: "강성 구조체의 뒷채움 보강구조 및 그 시공방법" 4) 대한민국 공개특허번호 제2009-46309호(공개일: 2009년 5월 11일), 발명의 명칭: "강성 벽체를 이용한 보강토 옹벽과 옹벽 벽체 후방의성토부 구조 및 그 시공방법" 5) 대한민국 공개특허번호 제2009-93556호(공개일: 2009년 9월 2일), 발명의 명칭: "벽체를 이루는 패널과 강성 벽체구조 및 이를 이용한 보강토 옹벽" 6) 대한민국 등록특허번호 제10-891979호(출원일: 2008년 11월 28일), 발명의 명칭: "이중 구조 교대 및 이를 이용한 무조인트 교량" 7) 대한민국 등록특허번호 제10-894542호(출원일: 2008년 11월 18일), 발명의 명칭: "무조인트 교량"

전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 토공 접속부에 보강토 옹벽 방식을 도입함으로써, 수직하중에 의한 토압저감 효과와 수평하중에 의한 변위억제 등의 효과를 통해서 침하를 억제하고 배수를 촉진시킬 수 있는, 토공 접속부의 보강 및 수직-수평 변위의 억제를 위한 일체화 시공 구조물 및 그 방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 교대 날개벽의 용지를 절약하여 시공할 수 있으며, 교대 방향의 지오백을 이용하여 배수와 강성을 확보하여 안정성을 높일 수 있는, 토공 접속부의 보강 및 수직-수평 변위의 억제를 위한 일체화 시공 구조물 및 그 방법을 제공하기 위한 것이다.

전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 수단으로서, 본 발명에 따른 토공 접속부의 보강 및 수직-수평 변위의 억제를 위한 일체화 시공 구조물은, 철근 콘크리트로 구성된 교대의 배면에 토사를 성토하여 형성되는 토공 접속부를 보강하는 시공 구조물의 시공 방법에 있어서, a) 교대 구조물과 토공부 사이의 토공 접속부에서 L형 플레이트 거치대를 교대 날개벽에 배치하는 단계; b) 상기 L형 플레이트 거치대 상부에 토목섬유인 지오그리드(Geogrid)를 배치하는 단계; c) 상기 L형 플레이트 거치대에 접촉하는 지오그리드는 포대를 형성하고, 그 내부에 쇄석을 포설하는 단계; d) 상기 쇄석이 포설된 지오그리드 포대를 고정하여 교대 날개벽 지오백(Geobag)을 형성하는 단계; e) 교대 전면부에서 상기 지오그리드 상부에 개비온(Gabion)을 배치하는 단계; f) 상기 개비온에 쇄석을 포설하여 교대 전면부 지오백을 형성하는 단계; 및 g) 상기 교대 날개벽 지오백과 상기 교대 전면부 지오백 상부에 뒷채움흙을 포설하여 그 자중에 따라 상기 교대 날개벽 지오백과 상기 교대 전면부 지오백을 연결하여 접속부를 일체화하는 단계를 포함하되, 상기 교대 날개벽 지오백과 상기 교대 전면부 지오백은 상기 토공 접속부 전체가 에워싸는 형태로 배치되어, 상기 토공 접속부의 수평변위와 수직변위를 억제하는 것을 특징으로 한다.

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여기서, 상기 개비온은 개비온 매트리스이고, 상기 개비온 매트리스는, 상기 지오그리드 상부에 배치되어 쇄석이 포설되는 개비온 하부망; 및 와이어메쉬로 상기 개비온 하부망에 결속되는 개비온 상부망을 포함할 수 있다.

여기서, 상기 교대 전면부 지오백은 상기 토공 접속부의 수압에 의해 발생될 수 있는 수평 토압을 배제하는 배수층 역할을 하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 토공 접속부의 시공중에 발생하는 변위는 프리로딩(Pre Loading) 공법으로 충분히 압축시켜 공용중의 잔류변형을 최소화시키는 것을 특징으로 한다.

전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 수단으로서, 본 발명에 따른 토공 접속부의 보강 및 수직-수평 변위의 억제를 위한 일체화 시공 방법은, 철근 콘크리트로 구성된 교대의 배면에 토사를 성토하여 형성되는 토공 접속부를 보강하는 시공 구조물의 시공 방법에 있어서, a) 교대 구조물과 토공부 사이의 토공 접속부에서 L형 플레이트 거치대를 교대 날개벽에 배치하는 단계; b) 상기 L형 플레이트 거치대 상부에 토목섬유인 지오그리드(Geogrid)를 배치하는 단계; c) 상기 L형 플레이트 거치대에 접촉하는 지오그리드는 포대를 형성하고, 그 내부에 쇄석을 포설하는 단계; d) 상기 쇄석이 포설된 지오그리드 포대를 고정하여 교대 날개벽 지오백(Geobag)을 형성하는 단계; e) 교대 전면부에서 상기 지오그리드 상부에 개비온(Gabion)을 배치하는 단계; f) 상기 개비온에 쇄석을 포설하여 교대 전면부 지오백을 형성하는 단계; 및 g) 상기 교대 날개벽 지오백과 상기 교대 전면부 지오백 상부에 뒷채움흙을 포설하여 그 자중에 따라 상기 교대 날개벽 지오백과 상기 교대 전면부 지오백을 연결하여 접속부를 일체화하는 단계를 포함하되, 상기 교대 날개벽 지오백과 상기 교대 전면부 지오백은 상기 토공 접속부 전체가 에워싸는 형태로 배치되어, 상기 토공 접속부의 수평변위와 수직변위를 억제하는 것을 특징으로 한다.

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여기서, 상기 d) 단계의 지오그리드 포대는 앵커 방식의 꺽쇠형 고정핀으로 고정되는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 g) 단계는 토공 접속부의 시공중에 발생하는 변위는 프리로딩(Pre Loading) 공법으로 충분히 압축시켜 공용중의 잔류변형을 최소화시키는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 f) 단계의 교대 전면부 지오백은 상기 토공 접속부의 수압에 의해 발생될 수 있는 수평 토압을 배제하는 배수층 역할을 하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 토공 접속부 단면에서 보강토 옹벽의 개념을 도입하여 교대의 수평변위를 억제하고, 흙과 보강재의 마찰력을 강화시킴으로써 노반의 강성을 크게 하여 토공 접속부 전체를 일체화시킴으로써, 노반에서 발생되는 침하를 최소화시키며, 장기적으로 안정성을 확보할 수 있다.

본 발명에 따르면, 교대 날개벽의 용지를 절약하여 시공할 수 있으며, 교대 방향의 지오백을 이용하여 배수와 강성을 확보하여 안정성을 높일 수 있다.

도 1a는 접속부의 설계 및 관리 기준을 나타내고, 도 1b는 구조물 접속부 뒤채움 재료 품질 기준을 나타내며, 도 1c는 구조물 접속부 뒤채움 다짐 관리 기준을 나타내고, 도 1d는 구조물 접속부의 보강 방안을 나타낸다.
도 2는 종래의 기술에 따른 구조물 접속부의 보강 방안 중에서 어프로치 블록을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 종래의 기술에 따른 교량-터널 접속부 어프로치 슬래브의 표준단면을 예시하는 도면이다.
도 4는 종래의 기술에 따른 터널-토공 접속부 어프로치 블록의 표준단면을 예시하는 도면이다.
도 5는 종래의 기술에 따른 보강토 옹벽을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 토공 접속부의 보강 및 수직-수평 변위의 억제를 위한 일체화 시공 구조물의 개념을 개략적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 토공 접속부의 보강 및 수직-수평 변위의 억제를 위한 일체화 시공 구조물의 수직단면도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 토공 접속부의 보강 및 수직-수평 변위의 억제를 위한 일체화 시공 구조물의 시공 단면을 나타내는 도면이다.
도 9a 및 도 9b는 각각 본 발명의 실시예에 따른 토공 접속부의 보강 및 수직-수평 변위의 억제를 위한 일체화 시공 구조물에서 L형 플레이트 거치대 및 개비온을 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 토공 접속부의 보강 및 수직-수평 변위의 억제를 위한 일체화 시공 구조물에서 L형 플레이트 거치대 및 지오그리드가 꺽쇠형 고정핀에 의해 연결되는 것을 나타내는 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 토공 접속부의 보강 및 수직-수평 변위의 억제를 위한 일체화 시공 방법의 동작흐름도이다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 토공 접속부의 보강 및 수직-수평 변위의 억제를 위한 일체화 시공 방법에 의해 시공된 시공 구조물을 예시하는 도면이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

교대의 경우, 일반적으로 수직하중을 받는 구조물과 달리 수직과 수평하중을 동시에 발생하기 때문에 이에 대한 저항할 수 있는 시스템을 확보하여야 한다. 특히, 연약지반의 경우 수평하중에 의해 측방 유동 등의 문제가 발생하기도 한다.

이에 따라 본 발명의 실시예에 따른 토공 접속부의 보강 및 수직-수평 변위의 억제를 위한 일체화 시공 구조물 및 그 시공 방법은, 토공 접속구간에 대하여 시공실적이 많고 공법관리가 우수한 보강토 옹벽 방식을 도입하여 수직하중에 의한 토압저감 효과와 수평하중에 의한 변위 억제 등의 효과를 통해 침하억제와 배수촉진 등 노반의 장기적인 문제를 해결하기 위한 것이다.

한편, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 토공 접속부의 보강 및 수직-수평 변위의 억제를 위한 일체화 시공 구조물의 개념을 개략적으로 설명하기 위한 도면이고, 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 토공 접속부의 보강 및 수직-수평 변위의 억제를 위한 일체화 시공 구조물의 수직단면도이고, 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 토공 접속부의 보강 및 수직-수평 변위의 억제를 위한 일체화 시공 구조물의 시공 단면을 나타내는 도면이다.

교대는 수직하중과 수평하중이 동시에 발생되는 구조물로서, 수직-수평 변위를 억제하기 위해, 도 6의 a) 및 도 6의 b)에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 토공 접속부의 보강 및 수직-수평 변위의 억제를 위한 일체화 시공 구조물은, 교대 구조물(110) 및 토공부(120) 사이의 토공 접속부(130)에는 보강재가 형성되어 수평 하중 및 수직 하중 모두의 변위를 억제하게 되며, 예를 들면, 도 6의 a)에 도시된 노반(140) 상의 열차진행 방향(교대방향) 및 도 6의 b)에 도시된 열차진행 수직방향(교대 날개방향)을 모두 고려할 수 있도록 수직-수평 변위억제 및 일체형 보강토 옹벽 개념을 도입하게 된다.

본 발명의 실시예에 따른 토공 접속부의 보강 및 수직-수평 변위의 억제를 위한 일체화 시공 구조물의 역학적 특징은, 선시공된 교대 정면 부분(교대 전면부)과 교대 날개벽 부분에 토목섬유, 예를 들면, 지오그리드를 선시공하여 프리로딩(Pre-loading: 재하중)하고, 잔류변위가 수렴된 이후에 보강재와 교대 날개벽을 연결재에 의해 연결하고 벽체와 일체화시킨다.

여기서, 프리로딩 공법(Pre-loading method)은 지반에 구조물과 동등 이상 하중을 걸어서 건설 전에 압밀 침하시키고, 지반의 전단 내력을 증가시킨 다음 하중을 제거하여 구조물을 만드는 공법을 말한다. 예를 들면, 이러한 프리로딩 공법은 연약 지반상에 구조물을 만드는 경우 미리 그 지반에 흙쌓기 등에 의해 재하를 함으로써 압밀 침하를 촉진시켜 안정시키고 난 다음, 흙쌓기를 다시 제거하고 구조물을 축조하는 방법이다. 또한, 이러한 프리로딩 공법은 여분의 흙쌓기를 하여 압밀 침하 후 소정의 흙쌓기 계획 높이로 만드는 경우도 있다.

본 발명의 실시예에 따른 토공 접속부의 보강 및 수직-수평 변위의 억제를 위한 일체화 시공 구조물은, 도 7에 도시된 바와 같이, 교대 정면 부분(전면부) 및 교대 날개벽 부분(날개부)에 프리로딩 공법으로 쇄석포대인 지오백(Geobag)을 시공하게 된다. 여기서, 상기 지오백은 폴리프로필렌(polypropylene: PP)원료로 직조된 직포형 지오텍스타일과 부직포형 지오텍스타일로 크게 나눌 수 있다. 여기서, 직포형 지오텍스타일은 필라멘트사 또는 방적사를 이용하여 경사 및 위사로 직조된 것이고, 부직포형 지오텍스타일은 장섬유 또는 단섬유 필라멘트를 니들펀칭 또는 열융착 등의 방법으로 결합한 것일 수 있지만, 이에 국한되는 것은 아니다.

구체적으로, 도 7을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 토공 접속부의 보강 및 수직-수평 변위의 억제를 위한 일체화 시공 구조물은, 도 6의 a)에 도시된 교대 구조물(110)과 토공부(120) 사이에 토공 접속부(130)의 보강 및 수직-수평 변위의 억제를 위한 일체화 시공 구조물로서, L형 플레이트 거치대(131), 지오그리드(Geogrid: 132), 지오그리드 포대((133) 및 개비온(Gibion: 134)을 포함한다.

L형 플레이트 거치대(131)는 교대의 날개벽(111)에 배치된다. 여기서, 교량의 날개벽((wing wall)은 흙이 무너지지 않도록 교대에 붙여 놓은 벽체로서, 교량 구조물과 성토 및 절토법면의 연결부로서, 교량 뒷채움부의 골재나 토공의 이동을 막고 침하를 방지하도록 설치된다.

지오그리드(132)는 상기 L형 플레이트 거치대(131)의 상부에 배치되고, 상기 L형 플레이트 거치대(131)에 접하는 부분에 지오그리드 포대(133)를 형성하고, 상기 지오그리드 포대(133)가 교대 날개벽 지오백을 형성한다. 예를 들면, 토목건설용 고분자 재료중의 하나인 지오그리드는 경사 및 위사 방향으로 제조된 리브(rib) 사이에 대략 1~10cm의 구멍을 가지는 격자형 재료이며, 하중을 받는 방향의 보강재료로 주로 사용된다. 이러한 지오그리드는 리브의 구성, 연결 또는 결합방법을 다양하게 변화시킬 수 있으며, 경, 위사 방향으로 격자구조를 가지며, 강성 지오그리드, 연성 지오그리드 및 합성 지오그리드 등으로 구분된다.

개비온(134)는 교대 전면 방향에서 교대 전면부 지오백(Geobag)을 형성하도록 상기 지오그리드 상부에 배치된다. 구체적으로, 본 발명의 실시예에 따른 개비온은 육각형태 또는 사각형태의 철그물망 패널로 다면체의 구조물을 만들고 그 속에 잡석 등의 채움재를 채워넣을 수 있도록 한 철망태로 잘 알려져 있다. 예를 들면, 철망 개비온은 철그물망으로 짜여진 개비온의 내부에 자연석, 조약돌, 잡석 등을 채워 넣은 다음, 이것을 도로의 절개지, 제방의 침식방지용 매트리스, 교각의 침식방지용 교대, 방파제의 방어벽, 경사면의 옹벽이나 축벽 등의 용도로 폭넓게 사용되고 있다.

이때, 상기 교대 날개벽 지오백 및 상기 교대 전면부 지오백 상부에 뒷채움흙이 포설되어 그 자중으로 상기 교대 날개벽 지오백과 상기 교대 전면부 지오백을 연결하고, 상기 교대 날개벽 지오백과 상기 교대 전면부 지오백을 연결하여 토공 접속부를 일체화시키게 된다.

즉, 교대 전면 방향에 설치하는 교대 전면부 지오백과 교대 날개벽에 설치되는 교대 날개부 지오백은 서로 결속하여 토공 접속부가 일체화된다. 이때, 교대 전면부의 경우, 교대 전면부 지오백(쇄석포대)을 배수층으로 하여 접속부의 수압에 의해 발생될 수 있는 수평 토압을 배제하는 역할을 하게 된다. 또한, 또한, 시공중에 발생하는 변위는 프리로딩 공법으로 충분히 압축시켜 공용중의 잔류변형을 최소화시킨다.

한편, 교대 전면부 지오백과 교대 날개부 지오백과의 연결에 대해서는, 도 7을 참조하여, 구체적으로 설명한다.

일반적으로, 옹벽은 주동 토압이 발생하기 쉽다. 이때, 상기 주동 토압(Active earth pressure)은 벽체가 뒷면의 흙으로부터 떨어지도록 움직일 때 생기는 흙의 압력을 주동 토압이라 한다. 특히, 교대 날개벽(111)은 주동토압에 대하여 수동으로 저항하는 하부 받침부와 같은 구조가 없기 때문에 주동 변위가 발생하기 쉬운 구조이다.

이런 단점을 보완하기 위하여 본 발명의 실시예에 따라 선시공된 토목섬유인 지오그리드(132)에서 충분한 저항력을 발휘할 수 있지만, 보다 더 안정성을 확보하기 위하여 교대 날개벽(111)과 지오그리드(132)의 연결재, 예를 들면, 개비온(134)을 설치하게 된다.

또한, 본 발명의 실시예에서는 교대 날개벽 지오백(133)을 형성한 이후, 교대 날개벽(111)과 상기 교대 날개벽 지오백(133)은 느슨한 상태에서 앵커 방식, 예를 들면, 꺽쇠형 고정핀을 이용하여 연결할 수 있는데, 도 10을 참조하여 후술하기로 한다.

본 발명의 실시예에 따른 교대 전면부 지오백, 즉, 개비온(134)은 그 내부에 쇄석을 사용하여 강성을 확보하고, 동시에 교대부에서 수직 배수를 확보할 수 있으며, 또한, 교대 날개벽에 설치된 지오백(133)과 엇물림으로 인해 잔류 변형을 억제할 수 있다. 또한, 토공 접속부 전체가 지오백으로 에워쌓이게 되므로, 수평변위와 수직변위를 억제할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예에 따른 교대 날개벽의 지오백(133)은 길이 방향의 보강재와 일체화된 시스템으로 교대 날개벽(111)의 수평변위를 억제하고, 교대 전면부의 지오백, 즉, 개비온(134)과 연결되는 구조를 갖는다.

다시 말하면, 본 발명의 실시예에 따른 토공 접속부의 보강 및 수직-수평 변위의 억제를 위한 일체화 시공 구조물에서, 교대 날개벽(111)에는 L형 플레이트 거치대(131)와 지오그리드(132)를 싼 포대를 구성하고, 또한, 교대 전면부에는 개비온(134)을 적층하면서 뒷채움흙을 포설함으로써 그 자중으로 교대 날개벽과 교대 전면부를 일체화시킬 수 있다. 이때, 연결체는 개비온(134)의 자중으로 인해 별도의 장비가 필요하지 않게 된다.

따라서 본 발명의 실시예에 따른 토공 접속부의 보강 및 수직-수평 변위의 억제를 위한 일체화 시공 구조물은, 수평과 수직 등 다양한 방향에서의 하중을 적절히 분산시키고 억제할 수 있는 보강토 옹벽 및 일체형 옹벽 방식으로 시공됨으로써 토공 접속부의 내구 성능을 향상시킬 수 있고, 이때, 시공의 단순화를 통해 공기를 절감하고, 단계별 시공을 통해 철저한 품질 관리가 가능하다.

한편, 도 9a 및 도 9b는 각각 본 발명의 실시예에 따른 토공 접속부의 보강 및 수직-수평 변위의 억제를 위한 일체화 시공 구조물에서 L형 플레이트 거치대 및 개비온을 나타내는 도면이다.

본 발명의 실시예에 따른 토공 접속부의 보강 및 수직-수평 변위의 억제를 위한 일체화 시공 구조물의 L형 플레이트 거치대(131)는, 도 9a에 도시된 바와 같이, 교대 구조물과 토공부 사이의 토공 접속부에서 교대 날개벽에 배치될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 토공 접속부의 보강 및 수직-수평 변위의 억제를 위한 일체화 시공 구조물의 개비온(134)은, 도 9b에 도시된 바와 같이, 개비온 매트리스일 수 있고, 이때, 상기 개비온 매트리스는 개비온 하부망(134a) 및 개비온 상부망(134b)으로 구성되며, 상기 개비온 하부망(134a)에 쇄석을 포설한 후, 상기 개비온 상부망(134b)을 덮은 후에 와이어메쉬를 사용하여 결속시킬 수 있다.

한편, 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 토공 접속부의 보강 및 수직-수평 변위의 억제를 위한 일체화 시공 구조물에서 L형 플레이트 거치대 및 지오그리드가 꺽쇠형 고정핀에 의해 연결되는 것을 나타내는 도면이다.

도 10을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 토공 접속부의 보강 및 수직-수평 변위의 억제를 위한 일체화 시공 구조물에서, 상기 L형 플레이트 거치대(131)의 상부에 지오그리드(132)를 배치하고, 이때, 지오그리드(132)는 둥그렇게 말아서 지오그리드 포대를 형성할 수 있도록 길이를 여유가 있게 한다. 상기 쇄석(136)을 포설하여 형성된 지오그리드 포대는, 도시된 바와 같이, 꺽쇠형 고정핀(135)으로 고정할 수 있다.

한편, 도 11은 본 발명의 실시예에 따른 토공 접속부의 보강 및 수직-수평 변위의 억제를 위한 일체화 시공 방법의 동작흐름도이고, 도 12는 본 발명의 실시예에 따른 토공 접속부의 보강 및 수직-수평 변위의 억제를 위한 일체화 시공 방법에 의해 시공된 시공 구조물을 예시하는 도면이다.

도 11 및 도 12를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 토공 접속부의 보강 및 수직-수평 변위의 억제를 위한 일체화 시공 방법은, 먼저, 교대 구조물과 토공부 사이의 토공 접속부에서 L형 플레이트 거치대를 교대 날개벽(111)에 배치한다(S110).

다음으로, 상기 L형 플레이트 거치대 상부에 토목섬유인 지오그리드(Geogrid)를 배치한다(S120).

다음으로, 상기 L형 플레이트 거치대에 접촉하는 지오그리드는 포대를 형성하고, 그 내부에 쇄석(136)을 포설한다(S130). 즉, 상기 L형 플레이트 거치대(131)를 밑에 두고 지오그리드(132)를 깐다. 이때, 지오그리드(132)는 둥그렇게 말아서 지오그리드 포대를 형성할 수 있도록 길이를 여유가 있게 한다.

다음으로, 상기 쇄석(136)이 포설된 지오그리드 포대를 꺽쇠형 고정핀(135)으로 고정하여 교대 날개벽 지오백을 형성한다(S140). 즉, 상기 쇄석(136)을 포설하여 형성된 지오그리드 포대는, 전술한 도 10에 도시된 바와 같이, 꺽쇠형 고정핀(135)으로 고정한다.

다음으로, 교대 전면부에서 상기 지오그리드 상부에 개비온(Gabion)을 배치한다(S150).

다음으로, 상기 개비온에 쇄석(136)을 포설하여 교대 전면부 지오백을 형성한다(S160). 예를 들면, 상기 지오그리드(132)와 겹치도록 개비온 매트리스를 포설한 후, 쇄석을 매트리스 안에 포설한다. 구체적으로, 전술한 도 9b에 도시된 바와 같이, 상기 개비온의 하부망(134a)에 쇄석을 포설한 후, 상기 개비온의 상부망(134b)을 와이어메쉬를 사용하여 결속한다.

다음으로, 상기 교대 날개벽 지오백(133)과 상기 교대 전면부 지오백(134) 상부에 뒷채움흙(160)을 포설하여 그 자중에 따라 상기 교대 날개벽 지오백(133)과 상기 교대 전면부 지오백(134)을 연결하여 접속부를 일체화시킨다(S170).

다음으로, 상기 S110 내지 S170 단계를 반복 적층하여 토공 접속부를 완성한다(S180).

결국, 본 발명의 실시예에 따르면, 토공 접속부에 보강토 옹벽 방식을 도입함으로써, 수직하중에 의한 토압저감 효과와 수평하중에 의한 변위억제 등의 효과를 통해서 침하를 억제하고 배수를 촉진시킬 수 있다. 또한, 교대 날개벽의 용지를 절약하여 시공할 수 있으며, 교대 방향의 지오백을 이용하여 배수와 강성을 확보하여 안정성을 높일 수 있다.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

110: 구조물(교대)
111: 날개벽
120: 토공부
130: 토공 접속부(보강재)
140: 노반
150: 법면 전면판
160: 뒷채움흙
131: L형 플레이트 거치대
132: 지오그리드(Geogrid)
133: 지오그리드 포대(교대 날개벽 지오백)
134: 개비온(Gibion)(교대 전면부 지오백)
135: 꺽쇠형 고정핀
136: 쇄석
134a: 개비온 하부망
134b: 개비온 상부망

Claims (12)

1. 철근 콘크리트로 구성된 교대의 배면에 토사를 성토하여 형성되는 토공 접속부를 보강하는 시공 구조물에 있어서,
   교대의 날개벽에 배치되는 L형 플레이트 거치대;
   상기 L형 플레이트 거치대의 상부에 배치되고, 상기 L형 플레이트 거치대에 접하는 부분에 날개벽 지오백을 형성하는 지오그리드(Geogrid);
   교대 전면 방향에서 교대 전면부 지오백(Geobag)을 형성하도록 상기 지오그리드 상부에 배치되는 개비온(Gabion);
   상기 교대 날개벽 지오백 및 상기 교대 전면부 지오백 상부에 포설되어 그 자중으로 상기 교대 날개벽 지오백과 상기 교대 전면부 지오백을 연결하는 뒷채움흙; 및
   상기 L형 플레이트 거치대에 상기 교대 날개벽 지오백을 고정시키는 꺽쇠형 고정핀
   을 포함하되,
   상기 L형 플레이트 거치대에 접하는 부분에 배치된 지오그리드는 그 내부에 쇄석을 포설하여 지오그리드 포대를 형성하고, 상기 지오그리드 포대가 상기 교대 날개벽 지오백을 형성하며; 그리고
   상기 교대 날개벽 지오백과 상기 교대 전면부 지오백을 연결하여 상기 토공 접속부 전체가 에워싸는 형태로 배치되어 토공 접속부를 일체화시킴으로써, 상기 토공 접속부의 수직-수평 변위가 억제되는 것을 특징으로 하는 토공 접속부의 보강 및 수직-수평 변위의 억제를 위한 일체화 시공 구조물.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,
   상기 개비온은 개비온 매트리스이고, 상기 개비온 매트리스는
   상기 지오그리드 상부에 배치되어 쇄석이 포설되는 개비온 하부망; 및
   와이어메쉬로 상기 개비온 하부망에 결속되는 개비온 상부망
   을 포함하는 토공 접속부의 보강 및 수직-수평 변위의 억제를 위한 일체화 시공 구조물.
6. 제1항에 있어서,
   상기 교대 전면부 지오백은 상기 토공 접속부의 수압에 의해 발생될 수 있는 수평 토압을 배제하는 배수층 역할을 하는 것을 특징으로 하는 토공 접속부의 보강 및 수직-수평 변위의 억제를 위한 일체화 시공 구조물.
7. 제1항에 있어서,
   상기 토공 접속부의 시공중에 발생하는 변위는 프리로딩(Pre Loading) 공법으로 충분히 압축시켜 공용중의 잔류변형을 최소화시키는 것을 특징으로 하는 토공 접속부의 보강 및 수직-수평 변위의 억제를 위한 일체화 시공 구조물
8. 철근 콘크리트로 구성된 교대의 배면에 토사를 성토하여 형성되는 토공 접속부를 보강하는 시공 구조물의 시공 방법에 있어서,
   a) 교대 구조물과 토공부 사이의 토공 접속부에서 L형 플레이트 거치대를 교대 날개벽에 배치하는 단계;
   b) 상기 L형 플레이트 거치대 상부에 토목섬유인 지오그리드(Geogrid)를 배치하는 단계;
   c) 상기 L형 플레이트 거치대에 접촉하는 지오그리드는 포대를 형성하고, 그 내부에 쇄석을 포설하는 단계;
   d) 상기 쇄석이 포설된 지오그리드 포대를 고정하여 교대 날개벽 지오백(Geobag)을 형성하는 단계;
   e) 교대 전면부에서 상기 지오그리드 상부에 개비온(Gabion)을 배치하는 단계;
   f) 상기 개비온에 쇄석을 포설하여 교대 전면부 지오백을 형성하는 단계; 및
   g) 상기 교대 날개벽 지오백과 상기 교대 전면부 지오백 상부에 뒷채움흙을 포설하여 그 자중에 따라 상기 교대 날개벽 지오백과 상기 교대 전면부 지오백을 연결하여 접속부를 일체화하는 단계
   를 포함하되,
   상기 교대 날개벽 지오백과 상기 교대 전면부 지오백은 상기 토공 접속부 전체가 에워싸는 형태로 배치되어, 상기 토공 접속부의 수평변위와 수직변위를 억제하는 것을 특징으로 하는 토공 접속부의 보강 및 수직-수평 변위의 억제를 위한 일체화 시공 방법.
9. 삭제
10. 제8항에 있어서,
    상기 d) 단계의 지오그리드 포대는 앵커 방식의 꺽쇠형 고정핀으로 고정되는 것을 특징으로 하는 토공 접속부의 보강 및 수직-수평 변위의 억제를 위한 일체화 시공 방법.
11. 제8항에 있어서,
    상기 g) 단계는 토공 접속부의 시공중에 발생하는 변위는 프리로딩(Pre Loading) 공법으로 충분히 압축시켜 공용중의 잔류변형을 최소화시키는 것을 특징으로 하는 토공 접속부의 보강 및 수직-수평 변위의 억제를 위한 일체화 시공 방법.
12. 제8항에 있어서,
    상기 f) 단계의 교대 전면부 지오백은 상기 토공 접속부의 수압에 의해 발생될 수 있는 수평 토압을 배제하는 배수층 역할을 하는 것을 특징으로 하는 토공 접속부의 보강 및 수직-수평 변위의 억제를 위한 일체화 시공 방법.

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