KR101669872B1 - 교란된 정착지반의 간극수압 소산을 유도하는 팩앵커를 이용한 연약지반 보강 공법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 「자유장부와 정착부를 포함하되 상기 정착부가 보호팩으로 싸여있는 팩앵커로서, 상기 보호팩의 외면에 길이방향으로 구비된 길이부재로서 상기 정착부가 지반에 정착된 상태에서 상기 보호팩과 접하는 지반의 과잉간극수를 상기 자유장부 방향으로 배수시켜 주는 1이상의 배수재;를 포함하여 구성되어 교란된 정착지반의 간극수압 소산을 유도하는 팩앵커」 및 「상기 교란된 정착지반의 간극수압 소산을 유도하는 팩앵커를 이용한 연약지반 보강 공법으로서, (a) 물에 의한 절삭방식으로 지반을 굴착하여 천공을 형성하고 상기 천공에 상기 교란된 정착지반의 간극수압 소산을 유도하는 팩앵커를 삽입하는 단계; (b) 상기 교란된 정착지반의 간극수압 소산을 유도하는 팩앵커가 삽입된 천공에 1차 그라우팅을 실시하는 단계; (c) 상기 보호팩에 시멘트 밀크를 주입하여 팽창시키는 2차 그라우팅을 실시하는 단계; 및 (d) 상기 2차 그라우팅 후 상기 정착부 주변의 과잉간극수를 상기 1이상의 배수재를 통해 상기 자유장부 방향으로 배수시키는 단계;를 포함하여 이루어지는 연약지반 보강 공법」을 제공한다.

Description

교란된 정착지반의 간극수압 소산을 유도하는 팩앵커를 이용한 연약지반 보강 공법{A method for reinforcing flimsy ground using pack anchor for decreasing excess pore water pressure of flimsy ground}

본 발명은 교란된 정착지반의 간극수압 소산을 유도하는 팩앵커 및 이를 이용한 연약지반 보강 공법에 관한 것으로 더욱 상세하게는, 팩앵커 시공 후 팩앵커의 보호팩 주변에 과잉간극수압을 유발하는 과잉간극수를 팩앵커의 자유장부 방향으로 배수시켜 주도록 구성된 것을 특징으로 하는 교란된 정착지반의 간극수압 소산을 유도하는 팩앵커 및 이를 이용한 연약지반 보강 공법에 관한 것이다.

건조물의 기초로서 충분한 지지력이 없는 연약지반은 부드럽고 압축성이 큰 점토ㆍ실트ㆍ이탄 등으로 이루어져 있다. 이와 같은 연약지반에 직접 건조물을 지으면 지반이 파괴되거나 큰 압밀침하가 발생하게 된다. 따라서 연약지반에 중요한 구조물을 건설하기 위해서는 기초를 말뚝이나 케이슨 등으로 하층의 견고한 지반에 지지시키게 되며, 이밖에 연약지반의 보강을 위해 매입말뚝공법, 팽이기초공법, 잡석치환공법 및 그라우팅공법 등의 다양한 보강공법이 사용된다.

팩앵커는 연약지반의 보강을 위해 종래 널리 사용되는 장치이다. [도 1]에는 종래 팩앵커의 개략도가 도시되어 있다. [도 1]을 통해서 확인할 수 있는 바와 같이 팩앵커는 일반적인 앵커와 다르게 정착부가 보호팩으로 싸여져 있는 것을 특징으로 한다. 팩앵커는 지반에 천공을 형성시켜 팩앵커를 삽입하고 1차 그라우팅을 실시한 후 상기 보호팩에 시멘트 밀크를 주입하여 팽창시키는 2차 그라우팅을 실시하는 방식으로 시공된다. 2차 그라우팅은 무른 연약지반의 특성을 감안하여 정착부의 정착면적을 증대시켜 정착력을 향상시키기 위한 것이다. 그러나 연약지반의 천공은 물에 의한 절삭방식으로 수행되는 것이 일반적인데 이 경우 천공 후의 정착대상 지반은 액성한계를 초과하여 연화된 상태가 되고, 그와 같은 상태에서 가압방식으로 수행되는 2차 그라우팅까지 수행되게 되면 상기 보호팩의 주변에는 과도한 과잉간극수압이 형성되게 되어 팩앵커는 충분한 수준의 정착력을 얻지 못하게 된다. 그 결과 종래 팩앵커는 시공 후 필요한 수준보다 낮은 수준의 인발저항력을 가지게 되는 경우가 많은 실정이다.

등록특허 제0944460호 "스파이크가 포함된 팽창팩이 다단형성된 팩앵커 및 이를 이용한 시공방법", 2010. 03. 05. 등록특허 제1176577호 "제거식 확장팩앵커장치", 2012. 08. 28.

본 발명은 팩앵커 시공 후 팩앵커의 보호팩 주변에 과잉간극수압을 유발하는 과잉간극수를 팩앵커의 자유장부 방향으로 배수시켜 주도록 구성된 것을 특징으로 하는 교란된 정착지반의 간극수압 소산을 유도하는 팩앵커 및 이를 이용한 연약지반 보강 공법을 제공함에 그 목적이 있다.

전술한 과제의 해결을 위해 본 발명은 「자유장부와 정착부를 포함하되 상기 정착부가 보호팩으로 싸여있는 팩앵커로서, 상기 보호팩의 외면에 길이방향으로 구비된 길이부재로서 상기 정착부가 지반에 정착된 상태에서 상기 보호팩과 접하는 지반의 과잉간극수를 상기 자유장부 방향으로 배수시켜 주는 1이상의 배수재;를 포함하여 구성되어 교란된 정착지반의 간극수압 소산을 유도하는 팩앵커」를 제공한다.

상기 교란된 정착지반의 간극수압 소산을 유도하는 팩앵커는 외부의 수분이 유입될 수 있는 소재로 이루어지되 시멘트 분말 및 생석회 분말 중 어느 하나 이상을 압축하여 제조된 경화분말 압축재를 1이상 포함한 상태에서 상기 보호팩의 외면에 구비된 1이상의 탈수개량포켓;을 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 할 수 있다. 이때, 상기 경화분말 압축재는 시멘트 분말 및 생석회 분말 중 어느 하나 이상과 팽창제 분말을 압축하여 제조된 것을 특징으로 할 수도 있다.

또한 본 발명은 「상기 교란된 정착지반의 간극수압 소산을 유도하는 팩앵커를 이용한 연약지반 보강 공법으로서, (a) 물에 의한 절삭방식으로 지반을 굴착하여 천공을 형성하고 상기 천공에 상기 교란된 정착지반의 간극수압 소산을 유도하는 팩앵커를 삽입하는 단계; (b) 상기 교란된 정착지반의 간극수압 소산을 유도하는 팩앵커가 삽입된 천공에 1차 그라우팅을 실시하는 단계; (c) 상기 보호팩에 시멘트 밀크를 주입하여 팽창시키는 2차 그라우팅을 실시하는 단계; 및 (d) 상기 2차 그라우팅 후 상기 정착부 주변의 과잉간극수를 상기 1이상의 배수재를 통해 상기 자유장부 방향으로 배수시키는 단계;를 포함하여 이루어지는 연약지반 보강 공법」을 함께 제공한다.

상기 연약지반 보강 공법에서, 상기 교란된 정착지반의 간극수압 소산을 유도하는 팩앵커가 상기 탈수개량포켓을 포함하는 경우에는 상기 (d)단계 후에, (e) 상기 탈수개량포켓에 유입된 수분이 상기 경화분말 압축재와 경화반응을 일으키도록 함으로써 상기 보호팩 주위의 수분을 추가적으로 제거하는 동시에 상기 보호팩의 마찰력을 강화시키는 단계;를 더 포함하게 된다.

본 발명에 따른 교란된 정착지반의 간극수압 소산을 유도하는 팩앵커 및 이를 이용한 연약지반 보강 공법에 의할 경우 종래 팩앵커 시공 후 팩앵커의 보호팩 주변에 형성되어 지반 보강력을 약화시키는 요인으로 작용하였던 과잉간극수를 팩앵커의 자유장부 방향으로 배수할 수 있게 되어 팩앵커의 인발저항력이 강화되고, 이를 통해 연약지반 보강력의 향상을 기대할 수 있게 된다.

[도 1]은 종래 팩앵커의 개략도이다.
[도 2]는 본 발명에 따른 교란된 정착지반의 간극수압 소산을 유도하는 팩앵커의 일실시예이다.
[도 3]은 본 발명에 따른 교란된 정착지반의 간극수압 소산을 유도하는 팩앵커의 일실시예의 정착부 단면도이다.
[도 4]는 본 발명에 따른 연약지반 보강 공법의 공정도이다.

이하에서는 본 발명에 따른 교란된 정착지반의 간극수압 소산을 유도하는 팩앵커 및 이를 이용한 연약지반 보강 공법에 대해 상세하게 설명하도록 한다.

1. 교란된 정착지반의 간극수압 소산을 유도하는 팩앵커

[도 2]에는 본 발명에 따른 교란된 정착지반의 간극수압 소산을 유도하는 팩앵커의 일실시예가 도시되어 있고, [도 3]에는 본 발명에 따른 교란된 정착지반의 간극수압 소산을 유도하는 팩앵커의 일실시예의 정착부 단면도가 도시되어 있다.

[도 2]의 교란된 정착지반의 간극수압 소산을 유도하는 팩앵커(10)는 자유장부(11)와 정착부(12)를 포함하되 상기 정착부(12)가 보호팩(100)으로 싸여있는 팩앵커로서, 상기 보호팩(100)의 외면에 길이방향으로 구비된 길이부재로서 상기 정착부(12)가 지반에 정착된 상태에서 상기 보호팩(100)과 접하는 지반의 과잉간극수를 상기 자유장부(11) 방향으로 배수시켜 주는 배수재(110) 및 외부의 수분이 유입될 수 있는 소재로 이루어지되 시멘트 분말 및 생석회 분말 중 어느 하나 이상을 압축하여 제조된 경화분말 압축재(121)를 1이상 포함한 상태에서 상기 보호팩의 외면에 구비된 1이상의 탈수개량포켓(120)을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

팩앵커는 연약지반의 보강을 위해 종래 널리 사용되는 장치인데, 일반적인 앵커와 달리 정착부가 보호팩으로 포장되어 있으며, 지반에 천공을 형성시켜 팩앵커를 삽입하고 1차 그라우팅을 실시한 후 상기 보호팩에 시멘트 밀크를 주입하여 팽창시키는 2차 그라우팅을 실시하는 방식으로 시공된다. 2차 그라우팅은 무른 연약지반의 특성을 감안하여 정착면적을 증대시켜 정착력을 향상시키기 위한 것이다. 그러나 연약지반의 천공은 물에 의한 절삭방식으로 수행되는 것이 일반적인데 이 경우 천공 후의 정착대상 지반은 액성한계를 초과하여 연화된 상태가 되고, 그와 같은 상태에서 가압방식으로 수행되는 2차 그라우팅까지 수행되게 되면 상기 보호팩의 주변에는 과도한 과잉간극수압이 형성되게 되어 팩앵커는 충분한 수준의 정착력을 얻지 못하게 된다. 그 결과 종래 팩앵커는 시공 후 필요한 수준보다 낮은 수준의 인발저항력을 가지게 되는 경우가 많은 실정이다.

이와 같은 문제점을 해결하고자 본 발명에 따른 교란된 정착지반의 간극수압 소산을 유도하는 팩앵커는 상기 배수재(110)를 필수적인 구성요소로 도입하였다. 앵커에 있어서 정착력을 발생시키는 부분은 정착부(12)인 바 보호팩(100) 주변의 과잉간극수를 배수하여 줄 경우 정착력의 향상을 도모할 수 있게 된다. 상기 배수재(110)는 상기 보호팩(100)의 외면에 길이방향으로 구비되어 과잉간극수를 상기 자유장부(11) 방향으로 배수시켜 주는 역할을 수행한다. 상기 배수재(110)는 흡수재질의 길이부재로 이루어지며, 관형으로 이루어질 수 있다.

상기 탈수개량포켓(120)은 선택적인 구성요소로서 과잉간극수의 흡수를 통해 상기 보호팩(100) 주변의 과잉간극수의 추가적인 제거를 유도함과 더불어 흡수한 과잉간극수와 상기 경화분말 압축재(121)의 경화반응을 통해 상기 보호팩에 굴곡을 형성하여 줌으로써 정착지반 환경을 개량시켜 준다. 상기 경화분말 압축재(121)는 시멘트 분말 및 생석회 분말 중 어느 하나 이상을 압축하여 제조되는데 이와 같이 압축재의 형태로 제조하는 것은 시멘트 분말 및 생석회 분말을 분말 상태로 상기 탈수개량포켓(120)에 투입할 경우 과잉간극수와 접촉할 때 지나치게 급격한 경화반응이 진행되어 상기 보호팩(100)이 미처 팽창하기도 전에 경화가 진행될 위험이 있기 때문이다. 한편 상기 경화분말 압축재(121)는 시멘트 분말 및 생석회 분말 중 어느 하나 이상 외에 팽창제 분말도 함께 압축하여 제조되는 것이 경화과정의 효율적인 진행을 위해서 바람직하다.

2. 연약지반 보강 공법

[도 4]에는 본 발명에 따른 연약지반 보강 공법의 공정도가 도시되어 있다.

[도 4]의 연약지반 보강 공법은 상기 교란된 정착지반의 간극수압 소산을 유도하는 팩앵커(10)를 이용한 연약지반 보강 공법으로서, (a) 물에 의한 절삭방식으로 지반을 굴착하여 천공(1)을 형성하고 상기 천공(1)에 상기 교란된 정착지반의 간극수압 소산을 유도하는 팩앵커(10)를 삽입하는 단계, (b) 상기 교란된 정착지반의 간극수압 소산을 유도하는 팩앵커(10)가 삽입된 천공(1)에 1차 그라우팅을 실시하는 단계, (c) 상기 보호팩(100)에 시멘트 밀크를 주입하여 팽창시키는 2차 그라우팅을 실시하는 단계 및 (d) 상기 2차 그라우팅 후 상기 정착부(12) 주변의 과잉간극수를 상기 1이상의 배수재(110)를 통해 상기 자유장부(11) 방향으로 배수시키는 단계를 포함하여 이루어진다.

상기 연약지반 보강 공법에서, 상기 교란된 정착지반의 간극수압 소산을 유도하는 팩앵커(10)가 상기 탈수개량포켓(120)을 포함하는 경우에는 상기 (d)단계 후에, (e) 상기 탈수개량포켓(120)에 유입된 수분이 상기 경화분말 압축재(121)와 경화반응을 일으키도록 함으로써 상기 보호팩(100) 주위의 수분을 추가적으로 제거하는 동시에 상기 보호팩(100)의 마찰력을 강화시키는 단계를 더 포함하게 된다.

(a)단계는 물에 의한 절삭방식으로 지반을 굴착하여 천공(1)을 형성하고 상기 천공(1)에 상기 교란된 정착지반의 간극수압 소산을 유도하는 팩앵커(10)를 삽입하는 단계이다. 본 발명이 적용되는 연약지반은 부드럽고 압축성이 큰 점토ㆍ실트ㆍ이탄 등으로 이루어져 있다. 따라서 기계적인 방식의 굴착은 효율적이지 못하며, 유체역학적으로 수압을 이용하여 굴착을 수행하는 것이 효과적이다.

(b)단계는 상기 교란된 정착지반의 간극수압 소산을 유도하는 팩앵커(10)가 삽입된 천공(1)에 1차 그라우팅을 실시하는 단계이다. 상기 교란된 정착지반의 간극수압 소산을 유도하는 팩앵커(10)와 천공(1) 사이의 빈 공간을 그라우트재로 충진함으로써 상기 교란된 정착지반의 간극수압 소산을 유도하는 팩앵커(10)를 지반에 기본적으로 정착시켜 준다. 본 단계에서 상기 보호팩(100)의 주변에 간극수압(ΔU)이 형성되게 된다.

(c)단계는 상기 보호팩(100)에 시멘트 밀크를 주입하여 팽창시키는 2차 그라우팅을 실시하는 단계이다. 본 단계는 일반적인 종래의 팩앵커 시공에서와 동일하게 적정량의 시멘트 밀크를 상기 보호팩(100)의 내부로 주입하여 상기 보호팩(100)을 팽창시켜 줌으로써 정착면적의 증대를 통해 정착력의 향상을 도모하기 위한 것이다. 그러나 전술한 바와 같은 연약지반의 문제점으로 인하여 본 단계를 마친 후에도 충분한 정착력을 확보하기 어려운 실정이다. 본 단계에서 상기 보호팩(100) 주변에 과잉간극수압(U')이 형성되기 때문이다.

(d)단계는 본 발명의 특징적인 공정으로서 상기 2차 그라우팅 후 상기 정착부(12) 주변에서 과잉간극수압을 유발하는 과잉간극수를 상기 1이상의 배수재(110)를 통해 상기 자유장부(11) 방향으로 배수시키는 단계이다. 본 단계는 상기 배수재(110)의 성질에 의하여 자연스럽게 일어나게 된다. 즉, 상기 배수재(110)는 흡수 및 배수 기능을 갖추고 있으므로 2차 그라우팅 후 팽창된 보호팩(100)의 주변에 몰려있는 과잉간극수를 자연적으로 흡수하게 되고, 흡수한 과잉간극수를 상기 자유장부(11) 방향으로 배수시켜 주게 된다. 그 결과 상기 보호팩(100) 주변의 과잉간극수압이 경감(-U")되며 상기 교란된 정착지반의 간극수압 소산을 유도하는 팩앵커(10)의 정착력이 향상되게 된다.

[도 4]에서 상기 배수재(110)는 상기 자유장부(11)에서 하나로 합쳐서 지반 외부로 이어져 있는 바 [도 4]의 실시예에 의할 경우 본 단계에서 과잉간극수의 배수가 지반 밖으로 이루어지게 되어 있으나 과잉간극수압이 문제되는 것은 상기 정착부(12) 주변이므로 반드시 [도 4]의 실시예와 같을 필요는 없으며 과잉간극수의 배수는 상기 자유장부(11)부근까지만 이루어져도 무방하다.

(e)단계는 상기 교란된 정착지반의 간극수압 소산을 유도하는 팩앵커(10)가 상기탈수개량포켓(120)을 포함하는 경우 상기 (d)단계 후에 자연적으로 수행되는 단계로서 상기 탈수개량포켓(120)에 유입된 수분이 상기 경화분말 압축재(121)와 경화반응을 일으키게 됨으로써 상기 보호팩(100) 주위의 수분을 추가적으로 제거하는 동시에 상기 보호팩(100)의 마찰력을 강화시키는 단계이다. 본 단계를 통해 상기 교란된 정착지반의 간극수압 소산을 유도하는 팩앵커(10)의 정착력이 향상되게 된다.

본 단계에서 상기 탈수개량포켓(120)은 과잉간극수의 흡수를 통해 상기 보호팩(100) 주변의 과잉간극수의 추가적인 제거를 유도함과 더불어 흡수한 과잉간극수 와 상기 경화분말 압축재(121) 경화반응을 통해 상기 보호팩에 굴곡을 형성하여 줌으로써 정착지반 환경을 개량시켜 준다. 상기 경화분말 압축재(121)는 전술한 바와 같이 시멘트 분말 및 생석회 분말 중 어느 하나 이상을 압축하여 제조되는데 이와 같이 압축재의 형태로 제조하는 것은 시멘트나 생석회를 분말 상태로 상기 탈수개량포켓(120)에 투입할 경우 과잉간극수와의 접촉시 급격한 경화반응이 일어나 상기 보호팩(100)의 팽창 전에 경화가 빠르게 진행될 위험이 있기 때문이다. 한편 상기 경화분말 압축재(121)는 시멘트 분말 및 생석회 분말 중 어느 하나 이상 외에 팽창제 분말도 함께 압축하여 제조되는 것이 경화과정의 효율적인 진행을 위해서 바람직하다.

이상에서 본 발명에 따른 교란된 정착지반의 간극수압 소산을 유도하는 팩앵커 및 이를 이용한 연약지반 보강 공법에 관하여 구체적인 실시예와 함께 상세하게 설명하였다. 그러나 위의 구체적인 실시예에 의하여 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 요지를 벗어남이 없는 범위에서 다소간의 수정 및 변형이 가능하다. 따라서 본 발명의 청구범위는 본 발명의 진정한 범위 내에 속하는 수정 및 변형을 포함한다.

1: 천공
10: 교란된 정착지반의 간극수압 소산을 유도하는 팩앵커
11: 자유장부
12: 정착부
100: 보호팩
110: 배수재
120: 탈수개량포켓
121: 경화분말 압축재

Claims (5)

1. 자유장부와 정착부를 포함하되 상기 정착부가 보호팩으로 싸여있는 팩앵커로서,
   상기 보호팩의 외면에 길이방향으로 구비된 길이부재로서 상기 정착부가 지반에 정착된 상태에서 상기 보호팩과 접하는 지반의 과잉간극수를 상기 자유장부 방향으로 배수시켜 주는 1이상의 배수재; 및
   외부의 수분이 유입될 수 있는 소재로 이루어지되 시멘트 분말 및 생석회 분말 중 어느 하나 이상을 압축하여 제조된 경화분말 압축재를 1이상 포함한 상태에서 상기 보호팩의 외면에 구비된 1이상의 탈수개량포켓;을 포함하여 구성된 교란된 정착지반의 간극수압 소산을 유도하는 팩앵커를 이용한 연약지반 보강 공법으로서,
   (a) 물에 의한 절삭방식으로 지반을 굴착하여 천공을 형성하고 상기 천공에 상기 교란된 정착지반의 간극수압 소산을 유도하는 팩앵커를 삽입하는 단계;
   (b) 상기 교란된 정착지반의 간극수압 소산을 유도하는 팩앵커가 삽입된 천공에 1차 그라우팅을 실시하는 단계;
   (c) 상기 보호팩에 시멘트 밀크를 주입하여 팽창시키는 2차 그라우팅을 실시하는 단계;
   (d) 상기 2차 그라우팅 후 상기 정착부 주변의 과잉간극수를 상기 1이상의 배수재를 통해 상기 자유장부 방향으로 배수시키는 단계; 및
   (e) 상기 탈수개량포켓에 유입된 수분이 상기 경화분말 압축재와 경화반응을 일으키도록 함으로써 상기 보호팩 주위의 수분을 추가적으로 제거하는 동시에 상기 보호팩의 마찰력을 강화시키는 단계;를 포함하여 이루어지는 교란된 정착지반의 간극수압 소산을 유도하는 팩앵커를 이용한 연약지반 보강 공법.
   
2. 제1항에서,
   상기 경화분말 압축재는 시멘트 분말 및 생석회 분말 중 어느 하나 이상과 팽창제 분말을 압축하여 제조된 것을 특징으로 하는 교란된 정착지반의 간극수압 소산을 유도하는 팩앵커를 이용한 연약지반 보강 공법.
   
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