KR101565767B1

KR101565767B1 - 정착장 확대 지반 앵커의 시공방법

Info

Publication number: KR101565767B1
Application number: KR1020140161202A
Authority: KR
Inventors: 이진욱; 쿠니오 가와무라; 공현석; 손주혁; 시대복; 황재호
Original assignee: (주)진성토건이엔씨
Priority date: 2014-11-18
Filing date: 2014-11-18
Publication date: 2015-11-12

Abstract

본 발명은 확대 비트를 이용하여 선단 정착부를 확대함으로서 앵커 인발저항력이 증대되도록 한 정착장 확대 지반 앵커의 시공방법을 제공한다.
본 발명의 적절한 실시 형태에 따르면, (a) 앵커를 시공하기 위한 지반에 인너 롯드와 스크류 롯드, 확대 비트를 천공장치에 연결시켜 이를 케이싱 중공부에 삽입한 상태에서 회전 구동시켜 굴착 및 스크류 롯드의 배토 작업으로 일정 깊이의 천공을 실시하는 단계와; (b) 상기 인너 롯드를 통해 케이싱의 내부로 그라우트재를 주입하여 정착용 그라우팅을 실시하는 단계와; (c) 상기 케이싱을 일정 길이만큼 후방으로 인발하여 상대적으로 확대 비트가 케이싱의 선단에서 일정 길이만큼 떨어진 이격위치에 있도록 하여 정착장부를 형성하는 단계와; (d) 상기 인너 롯드를 후퇴 조작하여 스크류 롯드의 선단에 위치한 확대 비트를 넓게 확장시킨 후, 스크류 롯드와 확대 비트를 케이싱 선단부에서부터 시작하여 정착장부의 길이만큼 내려가면서 확대 굴착하며 확대 비트를 상하 반복주입을 통해 그라우트재와 지반을 고르게 교반하여 확장정착부를 형성하는 단계와; (e) 인발된 케이싱을 확장정착부까지 재삽입 한 후 보충적으로 그라우팅을 실시하는 단계와; (f) 인너 롯드와 스크류 롯드를 케이싱에서 인발 제거한 후 케이싱의 내부로 강선을 삽입하는 단계와; (g) 케이싱을 인발 제거하고 그라우팅의 양생을 거쳐 앵커를 정착시키는 단계를 포함하여 시공되는 것을 특징으로 한다.

Description

정착장 확대 지반 앵커의 시공방법{Bond length enlagement ground anchor construction method}

본 발명은 정착장 확대 지반 앵커의 시공방법에 관한 것으로, 특히 확대 비트를 이용하여 선단 정착부를 확대함으로서 앵커 인발저항력이 증대되도록 한 정착장 확대 지반 앵커의 시공방법에 관한 것이다.

건물과 같은 구조물의 기초나 지하구조물을 축조하기 위하여 지반을 굴착 할 때에는 굴착 배면의 지반이 토압에 의하여 붕괴되는 것을 방지하기 위하여 흙막이를 하게 된다. 이 흙막이는 흙막이 벽체와 지지구조로 구성되게 된다.

흙막이 지지구조 중에서 지반 앵커(Ground Anchor)는 대상구조물을 지반에 정착시키기 위하여 고강도의 강재에 높은 긴장력을 도입하여 구조물에 횡방향 또는 연직방향의 구속력 및 선행하중을 가하기 위한 효과적인 공법으로 사용되고 있다.

이러한, 흙막이 지지구조로서 스트러트(Strut), 레이커(Raker), 쏘일네일링(Soil Nailing) 등 여러 다른 공법이 있지만 굴착 내부 작업공간 확보 및 후속구조물 공정과 연계된 시공용이성을 감안할 때, 지반앵커가 가장 선호도가 높은 공법으로 알려져 있다.

지반앵커에서 가장 중요한 요소인 지반에 대한 앵커의 지지능력인 극한인발저항력(P_u)은 주로 앵커체 주면의 마찰 저항에 기대하는 앵커에서 인발시험에서 구한 극한 인발저항력으로부터 극한 주면 마찰저항을 산정하여 이것을 이용하여 다음과 같은 산정식으로 구해진다.

P_u=π·D·L·τ_u(식 1)

여기서, P_u : 극한 인발저항력

τ_u: 극한 주면마찰저항

D : 앵커체의 직경

L : 앵커체의 정착장

식 1에서 극한 주면마찰저항값(τ_u)은 일본 지반공학회 그라운드앵커 설계 시공 기준에서 표1과 같이 제시하고 있다.

지반의 종류		마찰저항(kPa)
암반(Rock)	경암(Hard rock)		150~250
	연암(Soft rock)		100~150
	풍화암(Decomposed rock)		60~100
	토단(Mudstone)		60~120
모래자갈 (Sandy gravel)	N치	10	100~200
		20	170~250
		30	250~350
		40	350~450
		50	450~750
모래(Sand)	N치	10	100~140
		20	180~220
		30	230~270
		40	290~350
		50	300~400
점성토(Clayey sail)			1.0c(c는 점착력)

식 1에서 동일한 지반에서 극한 주면마찰저항(τ_u)은 표 1에서 주어지는 것과 같이 일정하다면 극한 인발저항력(P_u)은 앵커체의 직경(D)과 앵커체의 정착장(L)의 크기에 좌우된다.

따라서 본 발명은 기존의 지반앵커 중 정착장을 특수하게 고안된 새로운 타입의 확대 비트를 정착한 굴착장치에 의해 식 1에서 앵커체의 직경(D)을 확대하여 극한 인발저항력(P_u)을 극대화시키는 공법을 제안하고자 한다.

본 발명의 배경이 되는 기술로는 한국 등록특허 제10-0673579호(토목섬유로 보강한 그라운드앵커 및 이를 이용한앵커시공방법)이 제안되어 있다. 이는 PC 강선다발의 일측에 연결되어 있는 내하체를 포대형상으로 제작된 토목섬유재질의 재킷을 상기 내하체를 감싸도록한 그라운드앵커를 사면부의 지반내에 일정한 간격을 두고 다수개 삽입하고 그라우팅을 한 다음 상기 PC 강선다발을 긴장하여 고정 정착하도록 하는 정착력을 향상시킬 수 있도록 한 것이다.

그러나 상기 배경기술은 본 발명과 같이 확장정착부를 갖는 확대 지반 앵커를 시공할 수 없어 인발저항력을 극대화시키는데 한계가 있다.

한국 등록특허 제10-0673579호(토목섬유로 보강한 그라운드앵커 및 이를 이용한앵커시공방법)

본 발명은 확대 비트를 이용하여 선단 정착부를 확대함으로서 앵커 인발저항력이 증대되도록 한 정착장 확대 지반 앵커의 시공방법을 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명의 적절한 실시 형태에 따르면,

(a) 앵커를 시공하기 위한 지반에 인너 롯드와 스크류 롯드, 확대 비트를 천공장치에 연결시켜 이를 케이싱 중공부에 삽입한 상태에서 회전 구동시켜 굴착 및 스크류 롯드의 배토 작업으로 일정 깊이의 천공을 실시하는 단계와;

(b) 상기 인너 롯드를 통해 케이싱의 내부로 그라우트재를 주입하여 정착용 그라우팅을 실시하는 단계와;

(c) 상기 케이싱을 일정 길이만큼 후방으로 인발하여 상대적으로 확대 비트가 케이싱의 선단에서 일정 길이만큼 떨어진 이격위치에 있도록 하여 정착장부를 형성하는 단계와;

(d) 상기 인너 롯드를 후퇴 조작하여 스크류 롯드의 선단에 위치한 확대 비트를 넓게 확장시킨 후, 스크류 롯드와 확대 비트를 케이싱 선단부에서부터 시작하여 정착장부의 길이만큼 내려가면서 확대 굴착하며 확대 비트를 상하 반복주입을 통해 그라우트재와 지반을 고르게 교반하여 확장정착부를 형성하는 단계와;

(e) 인발된 케이싱을 확장정착부까지 재삽입 한 후 보충적으로 그라우팅을 실시하는 단계와;

(f) 인너 롯드와 스크류 롯드를 케이싱에서 인발 제거한 후 케이싱의 내부로 강선을 삽입하는 단계와;

(g) 케이싱을 인발 제거하고 그라우팅의 양생을 거쳐 앵커를 정착시키는 단계를 포함하여 시공되는 것을 특징으로 한다.

또한, 확대 비트는 일단이 상기 스크류 롯드의 선단에 동일축으로 힌지 연결된 한 쌍의 가동 링크와, 한 쌍의 가동 링크의 타단에 각기 힌지 연결되고 타단이 동일축에 힌지 연결된 한 쌍의 굴착 링크와, 한 쌍의 굴착 링크의 각기 일면을 따라 일정 간격을 두고 정착되어 있는 다수개의 굴착 팁으로 구성된 것을 이용하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 (f) 단계에서 강선의 삽입 후 상기 케이싱을 통해 자유장용 가압 그라우팅을 실시하는 단계가 더 포함된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 정착장 확대 지반 앵커의 시공방법에 따르면, 확대 비트를 적용하여 확장된 정착장부를 형성시킨 후 강선 삽입 후 가압 그라우팅을 실시함으로써 인발 저항력이 증가된 지반 앵커를 얻을 수 있다. 즉, 확대 비트를 이용하여 선단 정착부를 확대함으로서 앵커 인발저항력이 증대된다.

따라서 앵커의 길이를 단축시킬 수 있고, 앵커 설치 간격을 넓히는 것이 가능하게되어 시공 효율이 개선되고 공사비가 절감되며, 특히 도심지에서의 활용성을 극대화시킬 수 있다.

본 명세서에서 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 첨부한 도면에 기재된 사항에만 한정되어서 해석되어서는 아니 된다.
도 1 내지 도 8은 본 발명의 정착장 확대 지반 앵커의 시공방법에 따른 각 단계에서의 시공상태도.
도 9는 본 발명의 정착장 확대 지반 앵커의 시공방법에 적용되는 굴착 장치의 구성도로서, 확대 비트의 천공시 사용상태도.
도 10은 본 발명의 정착장 확대 지반 앵커의 시공방법에 적용되는 굴착 장치의 구성도로서, 천공시 확대 비트의 확대시 사용상태도.
도 11a는 본 발명에 적용되는 확대 비트의 구체적인 실시 예의 천공시 동작 상태도.
도 11b는 본 발명에 적용되는 확대 비트의 구체적인 실시 예의 확대 후 동작 상태도.

아래에서 본 발명은 첨부된 도면에 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되지만 제시된 실시 예는 본 발명의 명확한 이해를 위한 예시적인 것으로 본 발명은 이에 제한되지 않는다.

먼저, 정착장 확대 지반 앵커를 시공하기 위한 천공 장치에 대하여 설명한다.

도 9 및 도 10과 같이 천공장치(10)는 케이싱(12), 케이싱(12)의 내부에 위치되며 회전되어 구동되는 스크류 롯드(14), 스크류 롯드(14)의 선단에 4절 힌지 링크식으로 연결된 확대 비트(15), 스크류 롯드(14)의 내부에 삽입되어 내부로 그라우트재의 주입이 가능하고 동시에 확대 비트(15)를 확장 축소시키는 인너 롯드(16)를 포함하고 있다.

케이싱(12)은 도 1의 천공장비 본체(100)에 탑재되어 스크류 롯드(14)의 외경부를 수용하는 내경을 갖는 원통형으로 전후진 및 회전 구동이 가능하게 되어 있다.

스크류 롯드(14)는 외주면에 스크류날개가 형성되어 천공 회전시 스크류날개의 배면을 이용하여 배토 작업이 이루어지게 되어 있다. 스크류 롯드(14)는 천공 작업시 도 9와 같이 확대 비트(15)가 축소된 상태에서 케이싱(12)으로부터 돌출하면서 지반에 굴착 및 배토를 수행하여 천공홀을 형성시킨다.

확대 비트(15)는 천공시 뿐만 아니라 정착부의 형성에 사용된다. 정착부의 형성시 확대 비트(15)는 인너 롯드(16)에 의해 점차 벌어져 최대폭(W₂)으로 확대된 후 스크류 롯드(14)에 연동 회전하여 앵커 시공시 그라우트재와 지반을 교반하여 넓은 정착부를 형성시킨다.

여기서, 확대 비트(15)는 4절 링크의 구조를 갖는다. 즉, 확대 비트(15)는 도9 및 도 10과 같이 일단이 상기 스크류 롯드(14)의 선단에 동일축으로 힌지 연결된 한 쌍의 가동 링크(151,151)와, 한 쌍의 가동 링크(151,151)의 타단에 각기 힌지 연결되고 타단이 동일축에 힌지 연결된 한 쌍의 굴착 링크(152,152)와, 한 쌍의 굴착 링크(152,152)의 각기 일면을 따라 일정 간격을 두고 정착되어 있는 다수개의 굴착 팁(153)으로 구성된다. 이 확대 비트(15)의 구체적인 실시 예가 도 11a 및 도 11b에 도시되어 있다. 도 11a는 확대 비트(15)의 천공시 동작 상태도이고, 도 11b는 확대 비트(15)의 확대 후 동작 상태를 나타낸다.

따라서 스크류 롯드(14)가 고정된 상태에서 인너 롯드(16)가 전진 이동하게 되면, 4절 링크의 구조에 의해 가동 링크(151,151)의 벌어진 각도가 감소되면서 한 쌍의 굴착 링크(152,152)의 굴착 폭이 줄어들어 최소폭(W₁)게 되고, 이와 반대로 인너 롯드(16)가 후퇴 이동하게 되면 가동 링크(151,151)의 벌어진 각도가 증가되면서 한 쌍의 굴착 링크(152,152)의 굴착 폭이 확장되어 최대폭(W₂)을 갖게 된다.

이와 같이 구성된 천공장치(10)를 사용한 정착장 확대 지반 앵커의 시공방법을 설명한다.

천공 및 케이싱 , 인너 롯드 삽입

먼저, 도 1과 같이 앵커를 시공하기 위한 지반(5)의 법면에 인너 롯드(16)와 스크류 롯드(14), 확대 비트(15)를 천공장치(10)에 연결하고 이것을 케이싱(12) 중공부에 삽입한 상태에서 회전 구동시켜 굴착 및 스크류 롯드(14)의 배토 작업으로 일정 깊이의 천공을 실시한다. 이때 앵커의 설치 위치에 따라 천공 깊이가 결정된다.

이때 천공 홀(5a)은 케이싱(12)에 의해 붕괴가 방지되고, 케이싱(12)의 내부로 그라우트재의 주입 준비가 완료된다.

인너 롯드로 그라우팅 실시

그 다음, 도 2와 같이 인너 롯드(16)를 통해 케이싱(12)의 내부로 그라우트재(200)를 주입하여 정착용 그라우팅을 실시한다.

그라우팅은 인너 롯드(16)에 연결된 그라우팅 주입기(미도시)로부터 시멘트 그라우트재를 공급하여 이루어진다. 이때 확대 비트(15)의 선단부에 형성된 토출공(미도시)을 통해 토출되어 정착용 그라우팅이 이루어진다.

케이싱 인발

그 다음, 도 3과 같이 케이싱(12)을 일정 길이만큼 후방으로 인발한다. 이때 케이싱(12)의 인발량은 앵커 정착장을 형성하기에 충분하도록 한다.

따라서 상대적으로 확대 비트(15)가 적정량 인발된 케이싱(12)의 선단에서 일정 길이만큼 떨어진 이격위치에 있도록 하여 정착장부를 형성할 수 있는 준비가 완료된다.

인너 롯드로 확대 후 정착부 형성

그 다음, 도 4 및 도 10, 도 11b와 같이 인너 롯드(16)를 후퇴 조작하여 스크류 롯드(14)의 선단에 위치한 확대 비트(15)를 넓게 확장시킨다.

이후, 스크류 롯드(14)와 확대 비트(15)를 케이싱 선단부에서부터 시작하여 정착장부의 길이만큼 내려가면 확대 굴착한다. 확대 비트를 상하 반복주입을 통해 그라우트재와 지반을 고르게 교반하여 확장정착부(500)를 형성시킨다. 따라서 그라우트재와 지반이 교반되어 확장정착부(500)는 소일시멘트화 된다.

정착부내 케이싱 삽입 및 그라우팅

그 다음, 도 5와 같이 인발된 케이싱(12)을 확장정착부(500)까지 재삽입한다.

이후 보충적으로 그라우팅을 실시한다. 이렇게 되면, 확장정착부(500)를 형성시키기 위해 소모된 그라우트재가 다시 보충적으로 케이싱(12)내로 채워지게 된다.

강선 삽입

그 다음, 도 6과 같이 인너 롯드(16)와 스크류 롯드(14)를 케이싱(12)에서 인발 제거한 후 케이싱(12)의 내부로 강선(20)을 삽입한다.

스크류 롯드(14)의 인발은 확대 비트(15)는 원상태로 축소시킨 상태에서 이루어진다.

이때 강선(20)은 그의 선단에 다양한 형태의 내하체(21)가 설치된 상태로 삽입이 이루어질 수 있다.

정착장부 가압 그라우팅

그 다음, 도 7과 같이 케이싱(12) 내부로 가압 그라우팅을 실시함이 바람직하다.

즉, 그라우팅 주입기의 주입부를 케이싱(12)의 상단에 연결한 후 가압 그라우팅을 실시한다.

이렇게 되면, 확장정착부(500)는 가압 그라우팅에 의해 더욱 치밀해지고 밀도가 높아지게 된다.

케이싱 인발 및 앵커 정착

그 다음, 도 8과 같이 케이싱(12)을 인발 제거하고 그라우팅의 양생이 완료되면 지반 앵커의 정착 시공이 완료된다.

이와 같이 본 발명에 따르면, 확대 비트(15)를 적용하여 확장된 정착장부를 형성시킨 후 강선 삽입 후 가압 그라우팅을 실시함으로써 인발 저항력이 증가된 지반 앵커를 얻을 수 있다. 즉, 확대 비트를 이용하여 선단 정착부를 확대함으로서 앵커 인발저항력이 증대된다.

따라서 앵커의 길이를 단축 시킬 수 있고, 앵커 설치 간격을 넓히는 것이 가능하게되어 시공 효율이 개선되고 공사비가 절감되고, 도심지에서의 활용성을 극대화시킬 수 있다.

지금까지 본 발명은 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되었지만 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 제시된 실시 예를 참조하여 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형 및 수정 발명을 만들 수 있을 것이다. 본 발명은 이와 같은 변형 및 수정 발명에 의하여 제한되지 않으며 다만 아래에 첨부된 청구범위에 의하여 제한된다.

12: 케이싱
14: 스크류 롯드
16: 인너 롯드
20: 강선

Claims

(a) 앵커를 시공하기 위한 지반(5)에 인너 롯드(16)와 스크류 롯드(14), 확대 비트(15)를 천공장치(10)에 연결시켜 이를 케이싱(12) 중공부에 삽입한 상태에서 회전 구동시켜 굴착 및 스크류 롯드(14)의 배토 작업으로 일정 깊이의 천공을 실시하는 단계와;
(b) 상기 인너 롯드(16)를 통해 케이싱(12)의 내부로 그라우트재를 주입하여 정착용 그라우팅을 실시하는 단계와;
(c) 상기 케이싱(12)을 일정 길이만큼 후방으로 인발하여 상대적으로 확대 비트(15)가 케이싱(12)의 선단에서 일정 길이만큼 떨어진 이격위치에 있도록 하여 정착장부를 형성하는 단계와;
(d) 상기 인너 롯드(16)를 후퇴 조작하여 스크류 롯드(14)의 선단에 위치한 확대 비트(15)를 넓게 확장시킨 후, 스크류 롯드(14)와 확대 비트(15)를 케이싱 선단부에서부터 시작하여 정착장부의 길이만큼 내려가면서 확대 굴착하며 확대 비트를 상하 반복주입을 통해 그라우트재와 지반을 고르게 교반하여 확장정착부(500)를 형성하는 단계와;
(e) 인발된 케이싱(12)을 확장정착부(500)까지 재삽입 한 후 보충적으로 그라우팅을 실시하는 단계와;
(f) 인너 롯드(16)와 스크류 롯드(14)를 케이싱(12)에서 인발 제거한 후 케이싱(12)의 내부로 강선(20)을 삽입한 다음 상기 케이싱(12)을 통해 확장정착부에 가압 그라우팅을 실시하는 단계;
(g) 케이싱(12)을 인발 제거하고 그라우팅의 양생을 거쳐 앵커를 정착시키는 단계를 포함하여 시공되는 것을 특징으로 하는 정착장 확대 지반 앵커의 시공방법.
제 1항에 있어서,
확대 비트(15)는 일단이 상기 스크류 롯드(14)의 선단에 동일축으로 힌지 연결된 한 쌍의 가동 링크(151,151)와, 한 쌍의 가동 링크(151,151)의 타단에 각기 힌지 연결되고 타단이 동일축에 힌지 연결된 한 쌍의 굴착 링크(152,152)와, 한 쌍의 굴착 링크(152,152)의 각기 일면을 따라 일정 간격을 두고 정착되어 있는 다수개의 굴착 팁(153)으로 구성된 것을 이용하는 것을 특징으로 하는 정착장 확대 지반 앵커의 시공방법.
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