KR101679394B1 - 돌기형 정착유닛이 구비된 확장형 팩 앵커 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 각종 굴착공사 등의 경우 팽창패커의 손상 없이 주입재의 팽창 압력을 최대로 유지하면서 강성이 강한 판 형상의 돌기형 정착유닛을 지반에 정착시켜 충분한 정착력을 확보할 수 있는 돌기형 정착유닛이 구비된 확장형 팩 앵커에 대한 것이다.
본 발명은 철근 또는 강연선으로 구성되는 보강재; 상기 보강재의 정착장 영역 외주면을 감싸도록 구성되는 것으로 최대 확장 시 지름이 천공홀의 지름보다 작은 팽창패커; 일단이 상기 팽창패커 내부에 구비되어 팽창패커 내부에 그라우트재를 주입하는 주입관; 상기 팽창패커 외주면에 구비되어 팽창패커의 팽창에 따라 천공홀 측으로 수평 이동하는 것으로, 단면이 팽창패커의 최대 확장 시 팽창패커의 곡률과 동일한 호 형상으로 형성되어 팽창패커 외부에 결합되는 고정판 및 적어도 1회 이상 절곡되어 앵커 길이 방향과 경사지게 L형의 물결 형상을 이루되 측면이 상기 고정판의 상부에 고정 결합되어 상기 고정판 상부에 수직 방향으로 돌출 형성된 판 형상의 정착판으로 구성되는 복수의 돌기형 정착유닛; 및 상기 돌기형 정착유닛의 고정판을 팽창패커 외주면에 고정하는 결속밴드; 로 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

돌기형 정착유닛이 구비된 확장형 팩 앵커{Expandable pack anchor equipped with protrusion type fixing unit}
본 발명은 각종 굴착공사 등의 경우 팽창패커의 손상 없이 주입재의 팽창 압력을 최대로 유지하면서 강성이 강한 판 형상의 돌기형 정착유닛을 지반에 정착시켜 충분한 정착력을 확보할 수 있는 돌기형 정착유닛이 구비된 확장형 팩 앵커에 대한 것이다.
지하굴착공사, 터널공사, 사면공사, 옹벽공사 등 각종 굴착공사 시에는 주위의 암반이나 토사 등이 무너져 내리는 것을 방지하기 위하여 토류판을 설치하고 토류판을 주위의 암반이나 토사 등에 앵커로 지지하여 고정시킨다.
상기 앵커 시공의 한 방법으로 천공홀 내에 팩이 부착된 앵커체를 삽입하고 팩 내부에 그라우팅재를 주입하여 앵커력을 확보하는 기술이 있다.
그러나 상기 기술은 팩 표면과 지반 경계면의 마찰저항이 작고, 팩 표면에 수막이 형성되므로 시간의 경과에 따라 앵커력이 감소할 수 있는 단점이 있다. 또한, 팩 내부를 가압하더라도 가압력보다 지압력이 크게 작용할 경우 천공홀 상부로 압력 그라우트재가 누출될 수 있는 문제점이 있다.
이에 따라 도 1에 도시된 바와 같이, 노즐구멍이 뚫린 스파이크(11)가 결합된 팽창팩(10)의 상하부를 고정패커에 의하여 구분하여 다단으로 앵커체를 형성하고, 팽창팩(10) 내부에 주입되는 주입재를 스파이크(11)의 노즐구멍을 통해 지중으로 압력 주입하여 정착체 주변 지반을 개량하는 기술이 개발되었다(특허 제10-0944460호).
그러나 상기 등록특허는 스파이크(11)가 팽창팩(10)의 외주면을 관통하여 결합되기 때문에, 스파이크(11)의 지름을 크게 하면 팽창팩(10)에 손상이 발생하는 등의 이유로 스파이크(11)의 지름 크기에 한계가 있다. 아울러 지름에 한계가 있는 핀 형상의 스파이크(11)가 지반에 정착되므로, 스파이크(11) 정착력 또한 한계가 있다.
또한, 핀 형상의 스파이크(11)가 팽창팩(10)과 결합하므로, 앵커에 하중 작용시 핀이 변형하여 앵커체가 주변 지반에 제대로 정착이 안될 우려가 높다.
그뿐만 아니라 스파이크(11)가 팽창팩(10)에 관통 결합하므로 팽창팩(10)에 관통공이 형성되는데, 그라우트재를 주입하여 팽창팩(10) 팽창 시 상기 관통공으로 그라우트재가 누출될 수 있다. 따라서 팽창팩(10) 내 압력이 떨어져 팽창력이 약해지므로 스파이크(11)가 지반에 제대로 관입되어 지지되지 않는 문제점이 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 팽창패커에 손상이 없어 주입재의 팽창 압력을 최대로 유지하면서 강성이 강한 판 형상의 돌기형 정착유닛을 지반에 정착시켜 충분한 정착력을 확보할 수 있는 돌기형 정착유닛이 구비된 확장형 팩 앵커를 제공하고자 한다.
바람직한 실시예에 따른 본 발명은 철근 또는 강연선으로 구성되는 보강재; 상기 보강재의 정착장 영역 외주면을 감싸도록 구성되는 것으로 최대 확장 시 지름이 천공홀의 지름보다 작은 팽창패커; 일단이 상기 팽창패커 내부에 구비되어 팽창패커 내부에 그라우트재를 주입하는 주입관; 상기 팽창패커 외주면에 방사상으로 복수 개가 구비되어 팽창패커의 팽창에 따라 천공홀 측으로 수평 이동함으로써 지반을 균등하게 가압하는 것으로, 단면이 팽창패커의 최대 확장 시 팽창패커의 곡률과 동일한 호 형상으로 형성되어 팽창패커 외부에 결합되는 고정판 및 적어도 1회 이상 절곡되어 앵커 길이 방향과 경사지게 L형의 물결 형상을 이루되 측면이 상기 고정판의 상부에 고정 결합되어 상기 고정판 상부에 수직 방향으로 돌출 형성됨으로써 전체 단면이 지반에 정착되어 면에 의해 직접 저항하는 판 형상의 정착판으로 구성되는 복수의 돌기형 정착유닛; 상기 돌기형 정착유닛의 고정판을 팽창패커 외주면에 고정하는 것으로 상기 고정판의 상부 및 하부 전면에 형성된 고정홈에 삽입되는 결속밴드; 및 일측이 돌기형 정착유닛 중 어느 하나의 고정판에 고정되는 것으로 팽창패커의 외주면을 감싸 팽창패커의 최대 지름을 제한하는 고정밴드; 로 구성되되, 상기 돌기형 정착유닛은 팽창패커의 외주면에 상하 2단으로 배치되고, 상부와 하부의 돌기형 정착유닛은 서로 엇갈리게 배치되는 것을 특징으로 하는 돌기형 정착유닛이 구비된 확장형 팩 앵커를 제공한다.
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본 발명에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 돌기형 정착유닛이 팽창패커의 외주면에 결속밴드로 고정되므로 팽창패커에 단면결손부가 없다. 따라서 팽창패커 내부에 주입되는 주입재인 그라우트재가 외부로 누출되지 않으므로 팽창패커의 팽창 압력을 필요한만큼 유지할 수 있다.
둘째, 강성이 강한 판 형상의 돌기형 정착유닛이 팽창패커의 팽창과 함께 확장되면서 돌기형 정착유닛의 정착판이 지반에 관입된다. 따라서 앵커체가 주변 지반에 충분히 정착되어 원하는 정착력을 확보할 수 있다.
셋째, 정착판이 절곡되어 L형의 물결 형상을 이루도록 구성되는 경우 지반과의 접촉 면적을 넓혀 정착 효과를 극대화할 수 있다.
넷째, 고정판에 결속밴드가 삽입되는 고정홈이 형성되는 경우 결속밴드의 이탈을 방지할 수 있다.
다섯째, 고정밴드가 구비되는 경우, 고정밴드가 팽창패커의 최대 지름을 제한하여 팽창패커 외측의 피복두께를 충분히 확보할 수 있으므로 확장형 팩 앵커와 지반과의 일체화 거동을 도울 수 있다.
도 1은 종래 확장형 팩 앵커의 평단면도.
도 2의 (a)와 (b)는 각각 팽창패커의 확장 전후 본 발명 돌기형 정착유닛이 구비된 확장형 팩 앵커를 도시하는 사시도.
도 3은 돌기형 정착유닛의 사시도.
도 4의 (a)와 (b)는 각각 팽창패커의 확장 전후 본 발명 돌기형 정착유닛이 구비된 확장형 팩 앵커를 도시하는 평단면도.
도 5는 지반에 정착된 본 발명 돌기형 정착유닛이 구비된 확장형 팩 앵커의 측단면도.
도 6은 본 발명 돌기형 정착유닛이 구비된 확장형 팩 앵커의 지지력 개념을 도시하는 도면.
도 7은 고정홈이 형성된 돌기형 정착유닛의 사시도.
도 8은 본 발명 돌기형 정착유닛이 구비된 확장형 팩 앵커의 다른 실시예를 도시하는 사시도.
도 9는 본 발명 돌기형 정착유닛이 구비된 확장형 팩 앵커의 또 다른 실시예를 도시하는 평단면도.
도 10은 고정밴드가 구비된 본 발명 돌기형 정착유닛이 구비된 확장형 팩 앵커를 도시하는 측면도.
이하, 첨부한 도면 및 바람직한 실시예에 따라 본 발명을 상세히 설명한다.
도 2의 (a)와 (b)는 각각 팽창패커의 확장 전후 본 발명 돌기형 정착유닛이 구비된 확장형 팩 앵커를 도시하는 사시도이고, 도 3은 돌기형 정착유닛의 사시도이다. 그리고 도 4의 (a)와 (b)는 각각 팽창패커의 확장 전후 본 발명 돌기형 정착유닛이 구비된 확장형 팩 앵커를 도시하는 평단면도이고, 도 5는 지반에 정착된 본 발명 돌기형 정착유닛이 구비된 확장형 팩 앵커의 측단면도이다.
본 발명의 돌기형 정착유닛이 구비된 확장형 팩 앵커는 지하굴착공사, 터널공사, 사면공사, 옹벽공사 등 각종 굴착공사 시에 주위의 암반이나 토사 등이 무너져 내리는 것을 방지하기 위한 목적 등으로 시공된다.
본 발명의 돌기형 정착유닛이 구비된 확장형 팩 앵커는 도 2의 (a)와 (b)에서 볼 수 있는 바와 같이, 철근 또는 강연선으로 구성되는 보강재(21); 상기 보강재(21)의 정착장 영역 외주면을 감싸도록 구성되는 것으로 최대 확장 시 지름이 천공홀(1)의 지름보다 작은 팽창패커(22); 일단이 상기 팽창패커(22) 내부에 구비되어 팽창패커(22) 내부에 그라우트재(3)를 주입하는 주입관(23); 상기 팽창패커(22) 외주면에 방사상으로 복수 개가 구비되어 팽창패커(22)의 팽창에 따라 천공홀(1) 측으로 수평 이동함으로써 지반을 균등하게 가압하는 것으로, 단면이 팽창패커(22)의 최대 확장 시 팽창패커(22)의 곡률과 동일한 호 형상으로 형성되어 팽창패커(22) 외부에 결합되는 고정판(241) 및 적어도 1회 이상 절곡되어 앵커 길이 방향과 경사지게 L형의 물결 형상을 이루되 측면이 상기 고정판(241)의 상부에 고정 결합되어 상기 고정판(241) 상부에 수직 방향으로 돌출 형성됨으로써 전체 단면이 지반에 정착되어 면에 의해 직접 저항하는 판 형상의 정착판(242)으로 구성되는 복수의 돌기형 정착유닛(24); 상기 돌기형 정착유닛(24)의 고정판(241)을 팽창패커(22) 외주면에 고정하는 것으로 상기 고정판(241)의 상부 및 하부 전면에 형성된 고정홈(243)에 삽입되는 결속밴드(25); 및 일측이 돌기형 정착유닛(24) 중 어느 하나의 고정판(241)에 고정되는 것으로 팽창패커(22)의 외주면을 감싸 팽창패커(22)의 최대 지름을 제한하는 고정밴드(26); 로 구성되되, 상기 돌기형 정착유닛(24)은 팽창패커(22)의 외주면에 상하 2단으로 배치되고, 상부와 하부의 돌기형 정착유닛(24)은 서로 엇갈리게 배치되는 것을 특징으로 한다.
상기 보강재(21)는 철근 또는 강연선으로 구성된다.
상기 보강재(21)는 천공홀(1) 내부에 삽입된 확장형 팩 앵커(2)의 팽창패커(22) 내부의 그라우트재(3)와 천공홀(1)과 확장형 팩 앵커(2) 사이의 그라우트재(3)가 경화한 후 긴장하여 토류판 등에 고정한다.
상기 팽창패커(22)는 상기 보강재(21)의 정착장 영역 외주면을 감싸도록 구성된다.
본 발명에서는 팽창패커(22)에 관통공을 형성할 필요가 없으므로 팽창패커(22)에 손상이 발생하지 않는다. 따라서 외부에서 주입관(23)에 그라우트재(3)를 압력 그라우팅하여 팽창패커(22)를 팽창하는 경우, 그라우트재(3)가 외부로 누출되지 않는다.
상기 팽창패커(22)는 주머니 모양으로 구성 가능하며, 팽창패커(22)의 상부에는 고무 등 패킹부재를 위치시켜 팽창패커(22) 상단을 밀봉하도록 할 수 있다.
이 경우, 상기 보강재(21)와 후술할 주입관(23)은 팽창패커(22) 상부의 패킹부재를 관통하여 팽창패커(22)에 결합된다.
상기 주입관(23)은 일단이 상기 팽창패커(22) 내부에 구비되는 것으로, 팽창패커(22) 내부에 그라우트재(3)를 압력 주입하는 부분이다.
도 2의 (a) 내지 (b)에 도시된 실시예에서 주입관(23)은 팽창패커(22)의 단부에 위치되었으나 반드시 이러한 위치에 한정되는 것은 아니다.
상기 돌기형 정착유닛(24)은 팽창패커(22) 외주면에 복수 개 구비되어 팽창패커(22)의 팽창에 따라 천공홀(1) 측으로 수평 이동하는 것으로, 도 3에서 볼 수 있는 바와 같이 팽창패커(22) 외부에 결합되는 고정판(241) 및 상기 고정판(241) 상부에 수직 방향으로 돌출 형성된 판 형상의 정착판(242)으로 구성된다.
상기 돌기형 정착유닛(24)은 핀이 아닌 강성이 매우 강한 판 형상으로 구성되므로 팽창패커(22)가 팽창하더라도 변형이 발생하지 않는다. 그리고 돌기형 정착유닛(24)은 팽창패커(22)의 압력을 그대로 전달받아 지반에 제대로 정착되므로 정착 효율이 우수하다.
상기 돌기형 정착유닛(24)은 팽창패커(22) 주변에 방사상 같은 간격으로 배치하여 지반을 균등하게 가압하도록 구성함이 바람직하다.
도 2, 도 4 등의 실시예에서 상기 돌기형 정착유닛(24)은 팽창패커(22)의 외주면에 3개 배치되었으나, 정착하고자 하는 지반의 특성에 따라 2개 또는 4개를 설치하거나 2열 또는 3열 등 다양한 조합으로 구성 가능하다.
아울러 고정판(241)은 단면이 팽창패커(22)의 최대 확장 시 팽창패커(22)의 곡률과 동일한 호 형상으로 구성할 수 있다.
이와 같은 형상으로 고정판(241)을 구성하는 경우, 팽창패커(22) 팽창 시 고정판(241)이 팽창패커(22) 외주면에 밀착되므로 정착부를 가압하기 보다 용이하다.
상기 결속밴드(25)는 돌기형 정착유닛(24)의 고정판(241)을 팽창패커(22) 외주면에 고정한다.
상기 결속밴드(25)는 팽창패커(22)의 팽창 시 훼손되지 않도록 고무 등의 탄성 소재로 구성 가능하다.
본 발명의 돌기형 정착유닛이 구비된 확장형 팩 앵커는 다음과 같은 순서로 시공할 수 있다.
우선 지반에 소정의 지름을 가진 천공홀(1)을 형성한 후, 도 4의 (a)에서와 같이 확장형 팩 앵커(2)를 천공홀(1)에 삽입한다.
그리고 확장형 팩 앵커(2) 외부에 중력식 그라우팅을 실시한 다음, 외부에서 주입관(23)에 그라우트재(3)를 압력 그라우팅하여 팽창패커(22) 내부에 그라우트재(3)를 주입한다. 이에 따라 도 2의 (b), 도 4의 (b) 및 도 5 등에서 볼 수 있는 바와 같이 팽창패커(22)가 팽창되어 확장하면서 돌기형 정착유닛(24)이 가압되어 돌기형 정착유닛(24)의 정착판(242)이 지반 내에 관입된다.
다음으로, 확장형 팩 앵커(2)의 두부를 그라우팅하며, 팽창패커(22) 내외의 그라우트재(3)가 경화하면 보강재(21)에 인장력 가하여 앵커링을 완료한다.
한편, 상기 팽창패커(22)의 최대 확장 시 지름은 천공홀(1)의 지름보다 작도록 구성할 수 있다.
팽창패커(22)의 내부와 외부는 각각 압력 그라우팅과 중력식 그라우팅 되므로 팽창패커(22)의 내부와 외부에 모두 그라우트재(3)가 주입되며, 돌기형 정착유닛(24)이 팽창패커(22)와 천공홀(1) 사이에 충전된 그라우트재(3)에 묻혀 일체화된다.
따라서 팽창패커(22)의 최대 확장 지름을 천공홀(1) 지름보다 작도록 구성하여 팽창패커(22) 내외부에 그라우트재(3)가 충분히 주입될 수 있도록 구성한다.
예를 들면 천공홀(1)의 지름이 105㎜일 경우, 팽창패커(22)의 최대 확장 시 지름을 86㎜, 정착판(242)의 높이를 20㎜로 구성할 수 있다.
도 6은 본 발명 돌기형 정착유닛이 구비된 확장형 팩 앵커의 지지력 개념을 도시하는 도면이다.
도 3, 도 6 등에서 볼 수 있는 바와 같이, 돌기형 정착유닛(24)의 정착판(242)은 적어도 1회 이상 절곡되어 앵커 길이 방향과 경사지게 L형의 물결 형상을 이루되 측면이 상기 고정판(241)의 상부에 고정 결합되도록 구성할 수 있다.
이와 같이 정착판(242)이 산형으로 절곡되는 경우, 정착판(242) 자체의 강성을 증가시킬 수 있을 뿐만 아니라 지반과의 접촉 면적을 증가시켜 정착 효과를 극대화할 수 있다.
상기 정착판(242)은 주물 제작하여 고정판(241)과 정착판(242)을 일체화하여 제작하거나, 복수의 L형강을 용접하여 정착판(242)으로 사용하는 것도 가능하다.
기존 마찰형 앵커는 앵커체 외주면과 천공홀(1) 사이의 주면부 마찰저항에 의해서만 지지된다.
그러나 본 발명의 돌기형 정착유닛이 구비된 확장형 팩 앵커는 정착판(242)이 경사지게 L형의 물결 형상을 이루므로, 도 6에서 볼 수 있는 바와 같이 정착판(242)의 면에 의해 직접 저항하여 지지된다. 따라서 지지력이 크게 향상되는 효과를 기대할 수 있다.
도 7은 고정홈이 형성된 돌기형 정착유닛의 사시도이다.
도 7에서 볼 수 있는 바와 같이, 상기 고정판(241)의 상부 및 하부 전면에는 결속밴드(25)가 삽입되는 고정홈(243)이 형성될 수 있다.
상기 고정홈(243)은 결속밴드(25)의 위치를 고정하여 팽창패커(22)의 팽창이나 외력 등에 의하여 결속밴드(25)가 돌기형 정착유닛(24)으로부터 이탈되는 것을 방지한다.
도 8은 본 발명 돌기형 정착유닛이 구비된 확장형 팩 앵커의 다른 실시예를 도시하는 사시도이다.
상기 돌기형 정착유닛(24)은 도 2에서와 같이 팽창패커(22)의 외주면에 일단으로 배치할 수 있으나, 도 8에서와 같이 팽창패커(22)의 외주면에 상하 이단으로 배치할 수도 있다.
후자의 경우, 상부와 하부의 돌기형 정착유닛(24)을 서로 엇갈리게 배치하면 정착판(242)이 지반에 고른 분포로 정착되므로 앵커체의 정착 효율을 증대시킬 수 있다.
도 9는 본 발명 돌기형 정착유닛이 구비된 확장형 팩 앵커의 또 다른 실시예를 도시하는 평단면도이다.
앞서 도 2 등에서는 보강재(21)로 철근을 사용하는 경우에 대한 실시예를 도시하고 있다.
그뿐만 아니라 본 발명에서는 도 9에서와 같이 보강재(21)로 강연선을 사용하는 실시예도 가능하다.
도 10은 고정밴드가 구비된 본 발명 돌기형 정착유닛이 구비된 확장형 팩 앵커를 도시하는 측면도이다.
본 발명은 일측이 돌기형 정착유닛(24) 중 어느 하나의 고정판(241)에 고정되는 것으로 팽창패커(22)의 외주면을 감싸 팽창패커(22)의 최대 지름을 제한하는 고정밴드(26)가 더 구비될 수 있다.
상기 고정밴드(26)는 지름이 고정된 밴드로 복수의 돌기형 정착유닛(24) 중 어느 하나의 고정판(241)에 결합된다. 이때 상기 고정밴드(26)는 고정판(241)에 용접 결합되거나 고정판(241)에 구멍을 형성하고 고정밴드(26)를 구멍에 삽입하여 결합할 수 있다.
상기 고정밴드(26)는 팽창패커(22)의 최대 지름을 제한하여 팽창패커(22) 외측의 피복두께를 확보할 수 있도록 한다.
예를 들면 고정밴드(26)의 최대 지름을 75㎜로 설치하면 팽창패커(22) 외측의 피복두께를 15㎜로 유지할 수 있다. 이에 따라 돌기형 정착유닛(24) 설치 위치에서 외부 그라우트재가 충분히 피복되므로 확장형 팩 앵커의 일체화 거동을 돕는다.
상기 고정밴드(26)는 금속이나 합성수지 등으로 구성 가능하다.
1: 천공홀 2: 확장형 팩 앵커
21: 보강재 22: 팽창패커
23: 주입관 24: 돌기형 정착유닛
241: 고정판 242: 정착판
243: 고정홈 25: 결속밴드
26: 고정밴드 3: 그라우트재

Claims (6)

  1. 철근 또는 강연선으로 구성되는 보강재(21);
    상기 보강재(21)의 정착장 영역 외주면을 감싸도록 구성되는 것으로 최대 확장 시 지름이 천공홀(1)의 지름보다 작은 팽창패커(22);
    일단이 상기 팽창패커(22) 내부에 구비되어 팽창패커(22) 내부에 그라우트재(3)를 주입하는 주입관(23);
    상기 팽창패커(22) 외주면에 방사상으로 복수 개가 구비되어 팽창패커(22)의 팽창에 따라 천공홀(1) 측으로 수평 이동함으로써 지반을 균등하게 가압하는 것으로, 단면이 팽창패커(22)의 최대 확장 시 팽창패커(22)의 곡률과 동일한 호 형상으로 형성되어 팽창패커(22) 외부에 결합되는 고정판(241) 및 적어도 1회 이상 절곡되어 앵커 길이 방향과 경사지게 L형의 물결 형상을 이루되 측면이 상기 고정판(241)의 상부에 고정 결합되어 상기 고정판(241) 상부에 수직 방향으로 돌출 형성됨으로써 전체 단면이 지반에 정착되어 면에 의해 직접 저항하는 판 형상의 정착판(242)으로 구성되는 복수의 돌기형 정착유닛(24);
    상기 돌기형 정착유닛(24)의 고정판(241)을 팽창패커(22) 외주면에 고정하는 것으로 상기 고정판(241)의 상부 및 하부 전면에 형성된 고정홈(243)에 삽입되는 결속밴드(25); 및
    일측이 돌기형 정착유닛(24) 중 어느 하나의 고정판(241)에 고정되는 것으로 팽창패커(22)의 외주면을 감싸 팽창패커(22)의 최대 지름을 제한하는 고정밴드(26); 로 구성되되,
    상기 돌기형 정착유닛(24)은 팽창패커(22)의 외주면에 상하 2단으로 배치되고, 상부와 하부의 돌기형 정착유닛(24)은 서로 엇갈리게 배치되는 것을 특징으로 하는 돌기형 정착유닛이 구비된 확장형 팩 앵커.
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