KR101473704B1 - 스프링 결합형 소일네일 - Google Patents

Abstract

본 발명은 사면 보강 목적으로 지반에 매설되는 봉상(棒狀) 구조체인 소일네일(soilnail)에 관한 것으로, 사면 지반에 천공된 굴착공에 철근(11)이 삽입되고 시멘트페이스트 등의 충전재가 주입되며 지면에 노출된 철근(11) 두부(頭部)에는 지압판(12)이 결속되어 구축되는 소일네일에 있어서, 측방 돌출 전개체(42)가 형성된 토션스프링(torsion spring)(40) 다수를 철근(11)에 결합하여 굴착공내 철근(11)의 위치를 안정적으로 유지하고, 철근(11)의 선단부에는 스파이럴스프링(spiral spring)(30)을 결합하여 소일네일 선단부가 견고하게 정착될 수 있도록 한 것이다.
본 발명을 통하여 고가의 가동형 정착구(21)의 적용 없이도 소일네일 선단부의 견고한 정착이 가능함은 물론 소일네일 구조체 자체의 강성 또한 획기적으로 향상시킬 수 있으며, 굴착공내 철근(11) 간격재로서 토션스프링(40)을 적용함으로써, 시공중 굴착공내 철근(11)의 위치를 안정적으로 유지함과 동시에 주입 충전재의 원활한 굴착공내 유동을 보장하여 굴착공내 충전재의 밀실한 충전이 가능하다.

Description

스프링 결합형 소일네일{SOILNAIL WITH SPRING}

본 발명은 사면 보강 목적으로 지반에 매설되는 봉상(棒狀) 구조체인 소일네일(soilnail)에 관한 것으로, 사면 지반에 천공된 굴착공에 철근(11)이 삽입되고 시멘트페이스트 등의 충전재가 주입되며 지면에 노출된 철근(11) 두부(頭部)에는 지압판(12)이 결속되어 구축되는 소일네일에 있어서, 측방 돌출 전개체(42)가 형성된 토션스프링(torsion spring)(40) 다수를 철근(11)에 결합하여 굴착공내 철근(11)의 위치를 안정적으로 유지하고, 철근(11)의 선단부에는 스파이럴스프링(spiral spring)(30)을 결합하여 소일네일 선단부가 견고하게 정착될 수 있도록 한 것이다.

소일네일링(soilnailing)은 사면 보강 공법의 일종으로서, 사면 지반에 횡방향 굴착공을 천공하고 철근(11)을 삽입한 후 시멘트페이스트 등의 충전재를 주입하고 철근(11)의 두부를 지압판(12)을 통하여 지면에 고정하는 방식으로 진행되며, 이렇듯 매설 구축된 봉상 구조체를 소일네일이라 한다.

도 1은 전형적인 소일네일의 시공상태를 도시한 종단면도로서, 도시된 바와 같이, 소일네일은 철근(11)이 매입된 콘크리트 봉상 관입체로서 사면 지반의 파괴를 억제하게 되며, 이러한 소일네일 관련 종래기술로는 특허 제797858호를 들 수 있다.

특허 제797858호를 비롯한 종래의 소일네일은 도 1에 도시된 바와 같이, 굴착공에 충전된 콘크리트, 콘크리트에 매입된 철근(11), 정착구(21), 스페이서(22) 및 주입관 등의 부속물로 구성되며, 철근(11)에 정착구(21) 및 스페이서(22) 등의 부속물이 모두 결합된 상태로 굴착공에 투입된 후 주입관을 통하여 충전재가 주입되는 방식으로 시공된다.

철근(11)의 선단에 결합되는 정착구(21)는 철근(11)과 충전재 콘크리트간 부착을 강화하고 완성된 소일네일 선단부에 견고한 정착체를 형성하는 역할을 수행하는데, 도 1에는 가동형 정착구(21)가 예시되어 있으며, 동 도면에 도시되지는 않았으나 이러한 가동형 정착구(21)에는 지상과 연결되는 강연선(鋼撚線) 등이 결속되어 철근(11)의 굴착공내 투입이 완료된 후 지상에서의 조작에 따라 정착구(21)가 확장 또는 전개되는 방식으로 작동하게 된다.

종래 소일네일의 시공에 있어서 전술한 가동형 정착구(21)를 적용함으로써 철근(11)의 원활한 굴착공내 투입은 보장하면서도 투입 완료후 철근(11) 선단부를 확대하여 강성을 확보하는 효과는 얻을 수 있으나, 정착구(21)에 의한 충전재 콘크리트와의 부착력 증대 효과는 미미한 반면 복잡한 구조의 정착구(21)를 적용함에 따라 공사비가 대폭 증액되는 문제점이 있었다.

또한, 도 1의 발췌 확대부에서와 같이, 종래의 소일네일을 구성하는 철근(11)에는 다수의 스페이서(22)가 결합되어 굴착공 공벽과 철근(11)간의 간격을 유지함으로써 철근(11)이 굴착공의 중심부에 안정적으로 위치할 수 있도록 하고 있는데, 이러한 스페이서(22)가 굴착공내 주입되는 충전재의 원활한 유동을 방해하여 굴착공내 충전재가 편중되거나 완성된 소일네일 구조체내 공동(空洞)이 형성되는 심각한 문제점이 있었다.

특히, 도 1에서와 같이 통상 다수의 통공이 천공된 합성수지 원반체인 종래의 소일네일용 스페이서(22)는 철근(11)의 굴착공내 투입전 철근(11)에 소정 간격으로 다수 결합되는데, 스페이서(22) 중심부 통공의 내경이 클 경우 철근(11)과 스페이서(22)의 결합 작업은 용이하나 철근(11)의 굴착공내 투입과정에서 스페이서(22)가 정위치를 이탈하게 되고, 스페이서(22) 중심부 통공의 내경이 작을 경우 철근(11)과 스페이서(22)간 견고한 고정은 가능하나 결합 작업이 극히 어려운 문제점이 있었다.

본 발명은 전술한 문제점을 감안하여 창안된 것으로, 사면 지반에 천공된 굴착공에 철근(11)이 삽입되고 충전재가 주입되며 지면에 노출된 철근(11) 두부(頭部)에는 지압판(12)이 결속되어 구축되는 소일네일에 있어서, 철근(11)의 선단부에는 양 단부 내경이 철근(11)의 외경과 일치하고, 중앙부 직경이 양 단부 직경보다 확대된 스파이럴스프링(30)이 결합되어 스파이럴스프링(30)이 철근(11)과 함께 충전재에 매설됨을 특징으로 하는 스프링 결합형 소일네일이다.

또한, 소일네일의 철근(11)에는다수의 밀착환체(41) 및 밀착환체(41)에서 측방으로 돌출된 전개체(42)가 구성된 토션스프링(40)이 결합되어, 토션스프링(40)의 전개체(42) 말단이 굴착공의 공벽에 접하면서 철근(11)의 굴착공내 위치를 유지함을 특징으로 하는 스프링 결합형 소일네일이다.

본 발명을 통하여 고가의 가동형 정착구(21)의 적용 없이도 소일네일 선단부의 견고한 정착이 가능함은 물론 소일네일 구조체 자체의 강성 또한 획기적으로 향상시킬 수 있다.

또한, 굴착공내 철근(11) 간격재로서 토션스프링(40)을 적용함으로써, 시공중 굴착공내 철근(11)의 위치를 안정적으로 유지함과 동시에 주입 충전재의 원활한 굴착공내 유동을 보장하여 굴착공내 충전재의 밀실한 충전이 가능하고, 이로써 소일네일의 구조적 안정성을 획기적으로 향상시킬 수 있다.

그 뿐 아니라, 토션스프링(40)의 전개체(42)를 조작하여 토션스프링(40)의 내경을 조절할 수 있도록 함으로써 철근(11)과 토션스프링(40)의 신속하고 용이한 결합이 가능하며, 이로써 시공 편의성을 확보하고 공기를 단축하며 공사비를 절감하는 효과를 얻을 수 있다.

도 1은 종래의 소일네일 종단도
도 2는 본 발명의 종단도
도 3은 본 발명의 사시도
도 4는 본 발명의 요부 발췌 부분절단 분해사시도
도 5는 본 발명의 토션스프링 조작방식 설명도
도 6은 본 발명의 스파이럴스프링 조절방식 설명도
도 7은 직경 확대부가 연장된 스파이럴스프링 적용 실시예의 사시도
도 8은 본 발명의 다철근형 실시예 사시도

본 발명의 상세한 구성을 첨부된 도면을 통하여 설명하면 다음과 같다.

우선 도 2는 본 발명의 주요 구성을 도시한 종단면도로서, 도시된 바와 같이 본 발명은 소일네일의 기본 구성인 철근(11), 지압판(12) 및 굴착공내 충전되는 충전재 콘크리트와 함께, 철근(11) 선단부와 충전재 콘크리트간 부착력을 증대하고 소일네일 선단부를 보강하는 스파이럴스프링(30) 및 시공중 굴착공내 철근(11)의 위치를 안정적으로 유지하는 토션스프링(40)으로 구성된다.

본 발명에 적용되는 스파이럴스프링(30)은 도 3의 하측 타원내 확대부에서와 같이, 일종의 테이퍼드 코일스프링(tapered coil spring)으로서, 양측 단부의 내경이 철근(11)의 외경과 일치하고, 중앙부 직경은 양측 단부 직경보다 확대된 방추형(紡錘形)으로 구성된다.

즉, 스파이럴스프링(30)의 양 단부는 철근(11)에 고정되고, 직경이 확대된 중앙부의 코일 외주면이 굴착공 공벽에 밀착 내지 근접하는 구조로서, 철근(11) 선단부가 굴착공내 정위치를 유지하도록 함과 동시에, 시멘트페이스트 등의 충전재 주입시 충전재가 스파이럴스프링(30) 내부로 침투되어 충전재 콘크리트의 부착력을 증대함은 물론, 스파이럴스프링(30) 자체가 철근(11)과 같은 콘크리트 인장보강재로서 거동함에 따라 완성된 소일네일 구조체의 강성을 획기적으로 향상시킬 수 있는 것이다.

본 발명에 적용되는 토션스프링(40)은 도 3의 상측 타원내 확대부에서와 같이, 다수의 밀착환체(41) 및 밀착환체(41)에서 측방으로 돌출된 전개체(42)로 구성되는데, 도시된 실시예에서는 2개의 토션스프링(40)을 조합하여 철근(11)에 결합함으로써 토션스프링(40)과 굴착공 공벽간 4개소의 접촉점을 형성하고 있다.

즉, 도 4에서와 같이, 2개의 토션스프링(40)으로 1조를 이루되, 각각의 전개체(42)가 직각으로 배열되도록 철근(11)에 결합한 것으로, 1조를 이루는 토션스프링(40)을 증감함에 따라 2점 지지, 4점 지지 또는 6점 지지 등 다양한 형태의 변형이 가능하다.

특히, 도 2 및 도 3에서와 같이, 토션스프링(40) 설치지점의 횡단면상에서 전개체(42)를 제외한 전체 횡단면이 완전히 개방되는 바, 종래 원반형 스페이서(22)의 고질적 문제점이었던 충전제 유동 방해 등의 문제를 완전히 해결할 수 있을 뿐 아니라, 굴착공 내부로 충전재를 주입하는 주입관 또한 자유롭게 배치할 수 있다.

본 발명의 토션스프링(40)에서는 도 5에서와 같이, 밀착환체(41)에서 측방으로 돌출된 전개체(42)를 휘는 간단한 조작만으로 밀착환체(41) 내경을 조절할 수 있으며, 동 도면에 가상선으로 도시된 바와 같이 전개체(42)를 조작하여 밀착환체(41) 내경을 확대한 상태로 철근(11)에 결합한 후 전개체(42)의 조작을 해체하면 전개체(42) 및 밀착환체(41)가 원상태로 복귀되면서 밀착환체(41) 내주면이 철근(11) 외주면에 견고하게 밀착 고정되어, 토션스프링(40)의 철근(11) 결합 작업을 간편하게 수행할 수 있다.

또한 이러한 토션스프링(40)의 전개체(42) 말단에는 도 3 및 도 4에서와 같이, 만곡부(43)를 형성하여 토션스프링(40)이 결합된 철근(11)을 굴착공으로 원활하게 투입할 수 있도록 함과 동시에 굴착공 공벽과 전개체(42)간 접촉면을 확대하여 안정적인 지지가 가능하도록 한다.

한편, 도 6은 스파이럴스프링(30)을 변형하여 연장을 신축 적용하는 상황을 도시한 것으로, 이렇듯 스파이럴스프링(30)을 종방향으로 변형하여 철근(11)에 결합함으로써 완성된 소일네일 구조체내 선단 보강구간을 조절할 수 있다.

즉, 도 6에서와 같이, 스파이럴스프링(30)에 종방향 외력을 가하여 변형시켜도 스프링의 코일 간격인 피치만이 변화될 뿐 중앙부의 외경 및 양 측단부의 내경은 변하지 않으므로 철근(11)과 스파이럴스프링(30)의 견고한 결합 및 굴착공내 철근(11) 위치는 유지하면서도 스파이럴스프링(30)에 의하여 보강되는 구간을 자유롭게 조절할 수 있는 것이다.

또한, 도 7에서와 같이, 전술한 도 2 내지 도 4 실시예의 스파이럴스프링(30)과 달리 스파이럴스프링(30) 중앙부의 직경 확대부를 철근(11)의 종방향으로 연장하고 스파이럴스프링(30) 양 단부의 직경 축소부는 최소화함으로써, 굴착공 선단부 공벽을 유지하고 철근(11)을 일층 안정적으로 지지하도록 변형할 수도 있다.

그 뿐 아니라, 도 8에서와 같이, 대구경 굴착공을 천공하고 다수의 철근(11)을 조합함으로써, 본 발명이 적용된 소일네일의 지지력을 비약적으로 향상시킬 수도 있다.

11 : 철근
12 : 지압판
21 : 정착구
22 : 스페이서
30 : 스파이럴스프링
40 : 토션스프링
41 : 밀착환체
42 : 전개체
43 : 만곡부

Claims (2)

1. 삭제
2. 사면 지반에 천공된 굴착공에 철근(11)이 삽입되고 충전재가 주입되며 지면에 노출된 철근(11) 두부(頭部)에는 지압판(12)이 결속되어 구축되는 소일네일에 있어서,
   철근(11)에는 다수의 밀착환체(41) 및 밀착환체(41)에서 측방으로 돌출된 전개체(42)가 구성된 토션스프링(40)이 결합되어, 토션스프링(40)의 전개체(42) 말단이 굴착공의 공벽에 접하면서 철근(11)의 굴착공내 위치를 유지하되, 전개체(42) 말단에는 만곡부(43)가 형성되어 토션스프링(40)이 결합된 철근(11)을 굴착공으로 원활하게 투입할 수 있도록 함과 동시에 굴착공 공벽과 전개체(42)간 접촉면을 확대하여 안정적인 지지가 가능하도록 하고, 밀착환체(41)에서 측방으로 돌출된 전개체(42)를 휘는 조작으로 밀착환체(41) 내경이 조절됨으로써, 밀착환체(41) 내경을 확대한 상태로 철근(11)에 결합한 후 전개체(42)의 조작을 해체하면 전개체(42) 및 밀착환체(41)가 원상태로 복귀되면서 밀착환체(41) 내주면이 철근(11) 외주면에 견고하게 밀착 고정되며,
   토션스프링(40)에는 다수의 철근(11)이 고정되어 소일네일의 지지력이 향상됨을 특징으로 하는 스프링 결합형 소일네일.

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