KR101823875B1 - 지하 박스 구조물의 전단 보강 공법 - Google Patents

지하 박스 구조물의 전단 보강 공법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 지하 박스 구조물의 전단 보강 공법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 지하 박스 구조물에 있어서 내외부의 진동 및 외력 등으로 전단력(shearing force)이 미치기 때문에 벽면에 균열 등 하자의 발생을 막기 위한 앵커볼트 형태의 고정 방식에 있어서, 천공홀 내부로 삽입되는 보강유닛을 천공홀 외부로 튀어나오지 않게 하면서도 외부로 빠지지 않도록 함으로써, 기존의 앵커볼트가 벽면에서 돌출되어 내외부의 진동 및 외력 등이 발생하는 지하 박스 구조물에서 고정이 느슨하게 되거나 궁극적으로 이탈하는 것을 원천적으로 차단하도록 하기 위한 지하 박스 구조물의 전단 보강 공법에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 천공홀 내부로 삽입되는 보강유닛을 천공홀 외부로 튀어나오지 않게 하면서도 외부로 빠지지 않도록 함으로써 기존의 앵커볼트가 벽면에서 돌출되어 내외부의 진동 및 외력 등이 발생하는 지하 박스 구조물에서 고정이 느슨하게 되거나 궁극적으로 이탈하는 것을 원천적으로 차단할 수 있으며, 보강유닛을 천공홀에 고정하기 위한 단부 부재의 구조 및 재질의 특성에 의해 보강유닛의 천공홀에서의 이탈을 방지할 수 있는 효과가 있고, 또한, 단부 부재의 후단을 마감 부재층으로 형성함으로써, 휨강도, 인장강도 및 압축강도 등 물리적 특성을 높게 유지할 수 있도록 하면서, 단시간에 경화가 완료되어 작업성과 사용성도 매우 우수한 동시에, 초기 강도 확보가 가능한 장점이 있고, 또한, 동결융해 및 염해에 대한 내성도 우수하여 장기 내구성이 우수하고, 현장에서의 사용이 편리하며, 자재 손실과 환경 오염이 방지될 수 있는 동시에, 미생물의 서식 및 증식을 억제함으로써 미생물의 작용으로 인한 구조물 열화의 문제를 방지할 수 있는 효과가 있다.

Description

지하 박스 구조물의 전단 보강 공법{SHEAR STRENGTHENING METHOD FOR UNDERGROUND BOX STRUCTURE}
본 발명은 지하 박스 구조물의 전단 보강 공법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 지하 박스 구조물에 있어서 내외부의 진동 및 외력 등으로 전단력(shearing force)이 미치기 때문에 벽면에 균열 등 하자의 발생을 막기 위한 앵커볼트 형태의 고정 방식에 있어서, 천공홀 내부로 삽입되는 보강유닛을 천공홀 외부로 튀어나오지 않게 하면서도 외부로 빠지지 않도록 함으로써, 기존의 앵커볼트가 벽면에서 돌출되어 내외부의 진동 및 외력 등이 발생하는 지하 박스 구조물에서 고정이 느슨하게 되거나 궁극적으로 이탈하는 것을 원천적으로 차단하도록 하기 위한 지하 박스 구조물의 전단 보강 공법에 관한 것이다.
도 1은 종래의 일반적인 지하 박스 구조물의 보강 공법을 나타내는 도면이다. 도 1을 참조하면, 지하 박스 구조물(10)은 천장 슬라브(11a), 측벽 슬라브(11b)를 포함하는 슬라브(11), 그리고 기둥(12)으로 이루어지는데, 이러한 구성요소 중 기둥(12)은 별도의 보강 공법을 활용하며, 슬라브(11) 구조에 대해서는 내외부의 진동 및 외력 등으로 전단력(shearing force)이 미치기 때문에 균열 등 하자가 발생될 수 있어 보강을 위해 기존에는 철근 두께보다 조금 두껍게 천공을 하고 에폭시 주입액을 천공에 주입한 다음, 앵커볼트(anchor bolt) 형태의 철근(20)을 넣고 내측벽 중 천공 밖으로 튀어나온 부분을 잘라 내서 마감하거나 튀어나온 부분을 볼팅으로 마감하는 정도였다.
그런데, 이러한 경우 지하 박스 구조물(10)이 지하철과 같이 내부의 통로를 목적으로 하는 경우 내부를 통과하는 객체에 의한 지속적인 진동에 의해 철근(20)이 외부로 돌출되거나 빠질 염려가 있고, 이러한 이탈에 따른 천공홀의 구조로 인해 오히려 천정이나 측벽이 약화될 수 있는 문제가 있었다.
이와 관련된 기존 기술들을 살펴보면, 종래의 기술 1로 대한민국 실용신안공개공보 공개번호 제20-1996-0034849호 "콘크리트 구조물의 보강을 위한 강판접착용 앵커볼트 고정장치(ANCHOR BOLT FIXING DEVICE FOR STEEL PLATE JOIN)"는 콘크리트 구조물과 앵커볼트 및 보강용 강판간의 부착강도를 증대시켜 구조물의 내하력 및 내구력을 월등히 향상시킬 수 있게 한 기술에 관한 것이다.
그러나 종래의 기술 1은 상술한 문제점과 동일하게 콘크리트 구조물의 외부로 앵커볼트가 돌출되어 있는 한계점이 있다.
또한, 종래의 기술 2인 대한민국 특허공개공보 공개번호 제10-1994-0002455호 "콘크리트 구조물의 보강공법(METHOD FOR REINFORCING CONCRETE-STRUCTURE)"은 들보와 같은 콘크리트 구조물의 보강할 부위에 에폭시 수지 접착제를 도포하고, 그 위에 인장 및 전단 보강용 강관을 중첩되게 접착시켜 압착한 후, 방청도료를 도포한 다음, 표면부에 내화 피복제 등의 외장재를 부착하는 보강하는 기술에 관한 것이다.
그러나 종래의 기술 2도 외부로 외장재를 부착함으로써, 외관상 좋지 않으며, 외력 또는 진동에 의해 이탈될 우려가 있다.
또한, 종래의 기술 3인 대한민국 특허출원 출원번호 제10-1994-0008253호 "기설 콘크리트 구조물 보강보수공법(REINFORCING AND REPAIRING OF REINFORCED CONCRETE STRUCTURE)"은 기설 콘크리트 구조물이 부식되거나 노후화되었거나 이로 인하여 응력상 문제로 정상기능을 발휘하지 못하는 구조물을 보강보수함에 있어서 거푸집이나 지보공 등의 가설물 설치 없이 시공할 수 있도록 하여 구조물의 활용을 중단함이 없이 보강보수작업을 할 수 있도록 한 기설 콘크리트 구조물의 보강보수공법 기술에 관한 것이다.
또한, 종래의 기술 4인 대한민국 특허등록공보 등록번호 제10-0828003호 "콘크리트 구조물의 보강공법(REINFORCING METHOD OF CONCRETE STRUCTURE)"은 구콘크리트층의 비건전부제거 및 요철면 형성은 연마식 절삭기에 의해 이루어지도록 하여 작업시 구콘크리트층에 충격이나 스트레스가 주어지지 않도록 하고 또 요철면에 일정간격으로 고정형성되는 지지볼트를 통하여 스틸메쉬를 고정형성하여 일반모르타르를 이용한 신콘크리트층의 형성시에도 충분한 자체강도를 지니도록 할 수가 있어 시공비용절감과 신,구콘크리트층 간의 접합강도를 더욱 강화시켜 전단현상에 의한 탈락방지 및 수명을 보장해 줄 수 있도록 한 것이다.
그러나 종래의 기술 3은 제 1 공정 : 샌드 브라스팅(Sand Blasting), 제 2 공정 : 방수처리, 제 3 공정 : 앵커링(Anchoring), 제 4 공정 : 접착제 도포, 제 5 공정 : 건나이팅(Guniting) 콘크리트에 의해 수행되나 공정이 복잡하고 공정 시간과 인력이 많이 드는 한계점이 있다.
또한, 종래의 기술 4도 종래의 기술 3과 유사하며, 지지볼트에 스틸메쉬를 연결고정하여 신콘크리트층의 형성시 스틸메쉬에 의한 강도보강으로 신,구콘크리트층이 일체감 있게 접합될 수 있도록 한다는 것에만 차이가 있다.
(실용신안문헌 1) 대한민국 실용신안공개공보 공개번호 제20-1996-0034849호 "콘크리트 구조물의 보강을 위한 강판접착용 앵커볼트 고정장치(ANCHOR BOLT FIXING DEVICE FOR STEEL PLATE JOIN)" 대한민국 특허공개공보 공개번호 제10-1994-0002455호 "콘크리트 구조물의 보강공법(METHOD FOR REINFORCING CONCRETE-STRUCTURE)" 대한민국 특허출원 출원번호 제10-1994-0008253호 "기설 콘크리트 구조물 보강보수공법(REINFORCING AND REPAIRING OF REINFORCED CONCRETE STRUCTURE)" 대한민국 특허등록공보 등록번호 제10-0828003호 "콘크리트 구조물의 보강공법(REINFORCING METHOD OF CONCRETE STRUCTURE)"
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 지하 박스 구조물에 있어서 내외부의 진동 및 외력 등으로 전단력(shearing force)이 미치기 때문에 벽면에 균열 등 하자의 발생을 막기 위한 앵커볼트 형태의 고정 방식에 있어서, 천공홀 내부로 삽입되는 보강유닛을 천공홀 외부로 튀어나오지 않게 하면서도 외부로 빠지지 않도록 함으로써, 기존의 앵커볼트가 벽면에서 돌출되어 내외부의 진동 및 외력 등이 발생하는 지하 박스 구조물에서 고정이 느슨하게 되거나 궁극적으로 이탈하는 것을 원천적으로 차단하도록 하기 위한 지하 박스 구조물의 전단 보강 공법을 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명은 보강유닛을 천공홀에 고정하기 위한 단부 부재의 구조 및 재질의 특성에 의해 보강유닛의 천공홀에서의 이탈을 방지하도록 하기 위한 지하 박스 구조물의 전단 보강 공법을 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명은 단부 부재의 후단을 마감 부재층으로 형성함으로써, 휨강도, 인장강도 및 압축강도 등 물리적 특성을 높게 유지할 수 있도록 하면서, 단시간에 경화가 완료되어 작업성과 사용성도 매우 우수한 동시에, 초기 강도 확보가 가능한 장점이 있고, 또한, 동결융해 및 염해에 대한 내성도 우수하여 장기 내구성이 우수하고 현장에서의 사용이 편리하며, 자재 손실과 환경 오염이 방지될 수 있는 동시에, 미생물의 서식 및 증식을 억제함으로써 미생물의 작용으로 인한 구조물 열화의 문제를 방지할 수 있는 특성을 갖도록 하기 위한 지하 박스 구조물의 전단 보강 공법을 제공하기 위한 것이다.
그러나 본 발명의 목적들은 상기에 언급된 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명의 실시예에 따른 지하 박스 구조물의 전단 보강 공법은, 지하 박스 구조물의 슬라브에 천공을 수행하는 제 1 전단 보강 공정; 보강유닛의 천공홀로의 삽입 이후 과정에서, 상기 보강유닛을 구성하는 보강본체의 후단을 형성하는 테이퍼형 체결단에 단부 부재를 삽입하여 고정시키는 제 2 전단 보강 공정; 및 상기 단부 부재의 후단에는 에폭시나 모르타르로 채워서 마감하여, 마감 부재층을 형성하여 마치 내부 캡 형상으로 마무리를 하여, 상기 단부 부재가 충격 또는 진동에 의해서도 외부로 돌출되지 않으면서도 슬라브 표면도 매끄럽게 하는 제 3 전단 보강 공정; 을 포함하며, 상기 제 3 전단 보강 공정을 위한 모르타르는, 시멘트 50 내지 100 중량부, 클링커 0.5 내지 10 중량부, 플라스터 0.5 내지 10 중량부, 알파형 반수석고 0.5 내지 10 중량부, 유리 플레이크 0.1 내지 5 중량부, 실리카퓸 0.1 내지 5 중량부, 플라이애쉬 0.01 내지 5 중량부, 석회석 0.5 내지 10 중량부, 고로슬래그 1 내지 20 중량부, 하소포졸라나 0.01 내지 10 중량부 및 마이크로실리카 0.01 내지 10 중량부를 포함하는 제 1 분말 성분 30 내지 70 중량%; 규산질계 방수제 2 내지 7 중량부, CSA계 팽창제 5 내지 10 중량부, 점도증강제 0.05 내지 0.2 중량부, 유동화제 0.3 내지 1.1 중량부, 경화촉진제 0.5 내지 1.0 중량부, 지연제 0.1 내지 0.4 중량부 및 규사 42 내지 64 중량부를 포함하는 제 2 분말 성분 10 내지 50 중량%; 및 100 내지 400 메쉬의 입자 크기를 갖는 초활성 점토 분말로 이루어진 제 3 분말 성분 1 내지 20 중량%; 로 배합하여 생성되는 분체 성분 100 중량부를 제 1 제조 단계로 수행하며, 하소포졸라나는 천연 포졸라나 100 중량부에 칼슘 1 내지 20 중량부를 혼합한 혼합물을 1000 내지 1200 ℃에서 0.5 내지 1 시간 동안 소성한 후 평균입도가 10 내지 20μm가 되도록 분쇄한 것을 사용하며, 초활성 점토 분말은 CaO 500 내지 800 ppm, P2O5 300 내지 400 ppm을 함유하는 것을 사용하며, EVA(Ethylene-vinyl acetate) 수지, NR(Natural rubber) 수지, NBR(Natural rubber-Butadiene rubber) 수지 및 SBR(Styrene-Butadiene Rubber) 수지 중에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 분말 또는 액상 고무 수지에 초속경시멘트와 카본블랙 및 나일론 또는 폴리에스테르 섬유를 혼합하되 상기 분말 또는 액상 고무 수지 : 초속경시멘트 : 카본블랙 : 나일론 또는 폴리에스테르 섬유를 각각 100 : 1 내지 20 : 0.1 내지 10 : 0.1 내지 10의 중량비로 혼합하여 얻어진 개질 라텍스 성분 1 내지 20 중량부를 제조하는 제 2 제조 단계; 메틸메타아크릴레이트 1 내지 7 중량부, 스티렌모노머 5 내지 20 중량부, 노말부틸아크릴레이트 1 내지 10 중량부, 메틸아크릴레이트 0.1 내지 10 중량부, 이소보닐아크릴레이트 0.1 내지 10 중량부, 개시제 0.05 내지 5 중량부 및 유화제 0.05 내지 5 중량부를 포함하는 액상 성분 1 내지 20 중량부를 제조하는 제 3 제조 단계; 및 제 1 제조 단계의 분체 성분 100 중량부, 제 2 제조 단계의 개질 라텍스 성분 1 내지 20 중량부, 제 3 제조 단계의 액상 성분 1 내지 20 중량부 외에 친수성 폴리비닐알코올 단섬유 성분 1 내지 10 중량부; 및 방부제, 소포제, 습윤제의 혼합물로 이루어진 첨가제 성분 1 내지 5 중량부; 를 혼합하여 콘크리트 구조물 보수보강제 조성물을 제조하고, 제조된 콘크리트 구조물 보수보강제 조성물 100 중량부를 기준으로 충전재 100 내지 200 중량부 및 골재 100 내지 250 중량부를 물과 혼합하여 모르타르 조성물을 생성하는 제 4 제조 단계; 를 포함하는 방법에 의해 제조되는 모르타르 조성물을 사용하는 것을 특징으로 한다.
이때, 본 발명의 다른 실시예에 따른 지하 박스 구조물의 전단 보강 공법에 있어서, 상기 제 1 전단 보강 공정은, 슬라브를 구성하는 콘크리트 부재에 대한 천공기의 드릴 타공 방식으로 미리 설정된 깊이와 지름으로 기본 천공을 수행한 뒤, 상기 보강 유닛의 보강본체의 끝단이 뾰족한 내측 삽입돌기를 파쇄돌기로 활용하여 기본 천공을 향하도록 하여, 상기 보강본체의 지름만큼 천공홀을 확공하는 방식으로 수행할 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 지하 박스 구조물의 전단 보강 공법에 있어서, 상기 제 1 전단 보강 공정에서 사용되는 천공홀을 확공하는 확공기는, 천공홀의 표면에 상기 보강본체의 내측 삽입돌기를 접촉하여 구동하도록, 천공홀의 표면에 직경의 확대 축소 방식으로 부착되는 가이드부, 가이드부의 상부에 설치되어 상기 보강본체를 지지하는 비트부, 그리고 상기 보강본체에 대하여 회전력 또는 타격력을 인가하는 구동부를 포함하여 이루어진 것을 사용할 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 지하 박스 구조물의 전단 보강 공법에 있어서, 상기 제 1 전단 보강 공정와 상기 제 2 전단 보강 공정 사이에, 상기 보강본체를 이용한 천공홀이 완료되면 상기 보강본체가 삽입된 영역의 외주면과 천공홀 사이로, 상기 보강본체 중 테이퍼형 체결단의 영역을 제외하고는 보수용 충진재를 주입하는 공정을 추가로 수행할 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 지하 박스 구조물의 전단 보강 공법에 있어서, 상기 제 1 전단 보강 공정와 상기 제 2 전단 보강 공정 사이에, 상기 제 1 전단 보강 공정시 보강본체를 그대로 천공홀 내부에 위치시키고 보수용 충진재를 주입하거나, 천공홀을 완성하고 상기 보강본체를 제거한 뒤 천공홀에 대해서 치핑하여 내부 표면을 매끄럽게 하고 고압수로 세척하여 내부 표면을 정리한 후, 내부에 균열 부위가 있는 경우, 보수용 충진재를 천공 부분에 주입하여 천공홀을 보강한 뒤, 상기 보강본체를 삽입시키는 공정을 추가로 수행할 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 지하 박스 구조물의 전단 보강 공법에 있어서, 상기 보수용 충진재는, 경화발현재 31 내지 41 중량부와 몬모릴로 나이트계 점토광물 가소제 1.8 내지 3.6 중량부와 알루미늄염 가소제 1.1 내지 2.2 중량부와 에폭시 레진 55 내지 65 중량부를 혼합한 제 1 혼합물과, 경화촉진제 5.2 중량부와 점토광물 12.8 내지 18.8중량부와 안정제 0.15 내지 0.25 중량부와 에폭시 레진 70 내지 80 중량부를 혼합한 제 2 혼합물을 5 내지 7 : 3 내지 5의 중량 비율로 혼합하여 제조된 것을 사용할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 지하 박스 구조물의 전단 보강 공법은, 지하 박스 구조물에 있어서 내외부의 진동 및 외력 등으로 전단력(shearing force)이 미치기 때문에 벽면에 균열 등 하자의 발생을 막기 위한 앵커볼트 형태의 고정 방식에 있어서, 천공홀 내부로 삽입되는 보강유닛을 천공홀 외부로 튀어나오지 않게 하면서도 외부로 빠지지 않도록 함으로써, 기존의 앵커볼트가 벽면에서 돌출되어 내외부의 진동 및 외력 등이 발생하는 지하 박스 구조물에서 고정이 느슨하게 되거나 궁극적으로 이탈하는 것을 원천적으로 차단할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 지하 박스 구조물의 전단 보강 공법은, 보강유닛을 천공홀에 고정하기 위한 단부 부재의 구조 및 재질의 특성에 의해 보강유닛의 천공홀에서의 이탈을 방지할 수 있는 효과가 있다.
뿐만 아니라, 본 발명의 다른 실시예에 따른 지하 박스 구조물의 전단 보강 공법은, 단부 부재의 후단을 마감 부재층으로 형성함으로써, 휨강도, 인장강도 및 압축강도 등 물리적 특성을 높게 유지할 수 있도록 하면서, 단시간에 경화가 완료되어 작업성과 사용성도 매우 우수한 동시에, 초기 강도 확보가 가능한 장점이 있고, 또한, 동결융해 및 염해에 대한 내성도 우수하여 장기 내구성이 우수하고, 현장에서의 사용이 편리하며, 자재 손실과 환경 오염이 방지될 수 있는 동시에, 미생물의 서식 및 증식을 억제함으로써 미생물의 작용으로 인한 구조물 열화의 문제를 방지할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 일반적인 지하 박스 구조물의 보강 공법을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 지하 박스 구조물의 전단 보강 공법이 수행된 지하 박스 구조물을 나타내는 도면이다.
도 3, 도 4, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 지하 박스 구조물의 전단 보강 공법이 수행되는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 지하 박스 구조물의 전단 보강 공법에서 사용되는 단부 부재(120)의 구조 및 작용을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 지하 박스 구조물의 전단 보강 공법을 나타내는 흐름도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예의 상세한 설명은 첨부된 도면들을 참조하여 설명할 것이다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 지하 박스 구조물의 전단 보강 공법이 수행된 지하 박스 구조물을 나타내는 도면이다. 도 3 내지 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 지하 박스 구조물의 전단 보강 공법이 수행되는 과정을 설명하기 위한 도면이다. 도 6 및 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 지하 박스 구조물의 전단 보강 공법에서 사용되는 단부 부재(120)의 구조 및 작용을 설명하기 위한 도면이다.
도 2 내지 도 7을 참조하면, 지하 박스 구조물의 전단 보강 공법은 기존의 천공에 철근(20)을 심기만 하는 것이 아니라 천공된 영역을 치핑하여 표면을 매끄럽게 하고 고압수로 세척하여 내부 표면을 정리한 후, 내부에 균열 부위가 있는 경우, 보수용 충진재를 건축용 주사기를 이용하여 천공 부분에 주입하여, 천공홀 보강할 수 있다.
보강 유닛(100) 중 후단부를 테이퍼 형상으로 가공한 테이퍼형 체결단(112)을 구비한 보강본체(110)를 보강된 천공홀에 시공한다(도 3 참조).
그리고, 보강본체(110) 중 테이퍼형 체결단(112)의 테이퍼된 영역에 쐐기 형상의 단부 부재(120)의 개방단(122)을 삽입시킨다(도 4 참조).
이러한 구조에 의해 철근에 해당하는 보강본체(110)와, 콘크리트 구조물에 해당하는 천장 슬라브(11a) 및/또는 측벽 슬라브(11b)를 포함하는 슬라브(11) 간에는 단부 부재(120)를 매개로 한 마찰력에 의해 강하게 압박되도록 함에 의해 보강본체(110)의 외부 이탈을 방지할 수 있다.
그리고, 쐐기 형상의 단부 부재(120)의 후단에는 에폭시나 모르타르 조성물로 채워서 마감함으로써(도 5), 마감 부재층(130)을 형성하여 마치 내부 캡 형상으로 마무리를 하는 것으로서, 단부 부재(120)는 외부로 돌출되지 않아 슬라브(11) 표면도 매끄럽게 마감할 수 있는 효과를 제공한다.
한편, 마감 부재층(130)을 형성시 에폭시는 일반적으로 사용되는 에폭시 주입재를 사용할 수 있고, 모르타르 조성물을 사용할 수도 있으며, 상기 모르타르 조성물에 대해서는 후술한다.
한편, 도 6 및 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 지하 박스 구조물의 전단 보강 공법에서 사용되는 단부 부재(120)의 구조 및 작용을 설명하기 위한 도면이다.
여기서, 단부 부재(120)는 전단은 개방된 형태의 개방단(122), 후단은 폐쇄된 형태 폐쇄단(121)이 연결된 형상으로 전체적으로 원통 형상으로 개방단(122)의 측부로는 복수개, 바람직하게는 2개 내지 4개의 절개단(122b)이 형성된다.
한편, 상기 개방단(122) 전단의 외주면으로는 경사면(122a)이 형성됨으로써, 단부 부재(122)의 보강본체(110)의 테이퍼형 체결단(112)으로 삽입되어, 개방단(122)이 절개단(122b)에 의해 후단에서 전단으로 개구된 직경이 커지도록 개방단(122)이 변형시 경사면(122a)이 천공의 내부면으로 밀착됨으로써, 상술한 보수용 충진재의 사용을 최소화할 수 있다.
그리고 단부 부재(120)의 재질은 금속재, 플라스틱재, 고무재 등으로 구성이 가능하며, 탄성력이 있는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예로 단부 부재(120)는 연질과 경질의 2겹 구조로 형성되데, 연질층은 개방단(122)과 폐쇄단(121)으로 이루어진 전체의 형상으로 형성되며, 경질층은 개방단(122)을 제외한 폐쇄단(121) 영역에만 형성되며 연질층을 감싸서 보호하는 역할을 수행해야 하는 바, 이러한 목적을 달성하기 위해서 연질층의 재질은 다음과 같이 구성함이 바람직하다.
즉, 경질층은 폴리사이클로헥실렌 디메틸렌 테레프탈레이트(Polycyclohexylene Dimethylene Terephthalate, PCTG) 및 폴리에틸렌 테레프탈레이트 글리콜(Polyethylene Terephthalate glycol, PETG) 중 어느 하나 또는 동일 중량비로 배합된 것을 활용한다.
한편, 연질층은 경질층을 형성하는 배합물의 전체 중량부에 대하여, 페놀과 아세톤을 혼합하여 된 비스페놀-A 및 가성소다로부터 합성되는 알카리염과 프로필렌으로부터 합성되는 에피클로로히드린의 반응 생성물인 액상 에폭시수지 30 내지 50 중량부, 이에 첨가되는 소포제 1 내지 1.2 중량부, 그리고 내후성 및 인장강도를 높이기 위해 스티렌-부타디엔 고무, 스티렌-에틸렌 블록 코폴리머 등과 같은 열가소성 엘라스토머와 아크릴계 폴리머를 5 내지 6 중량부를 첨가하여 구성함으로서, 경질층 대비 탄성율을 150 내지 250(%)를 향상시킬 수 있다.
이러한 도 8은 도 2 내지 도 7의 보강 유닛(100)의 구조 및 조성물에 따른 본 발명의 실시예에 따른 지하 박스 구조물의 전단 보강 공법을 나타내는 흐름도이다.
도 8을 참조하면, 지하 박스 구조물(10)의 슬라브(11)에 천공을 수행한다(S110). 여기서, 콘크리트 부재에 대한 천공기의 드릴 타공 방식으로 미리 설정된 깊이와 지름으로 기본 천공을 수행한 뒤, 보강 유닛(100)의 보강본체(110)의 끝단이 뾰족한 내측 삽입돌기(111)를 파쇄돌기로 활용하여 기본 천공을 향하도록 하여, 보강본체(110)의 지름만큼 천공홀을 확공하는 방식으로 수행될 수 있다.
확공기는 도시되진 않았지만 천공홀의 표면에 보강본체(1110)의 내측 삽입돌기를 접촉하여 구동하도록, 천공홀의 표면에 직경의 확대 축소 방식으로 부착되는 가이드부, 가이드부의 상부에 설치되어 보강본체(110)를 지지하는 비트부, 그리고 보강본체(110)에 대하여 회전력 또는 타격력을 인가하는 구동부를 포함하여 이루어질 수 있다. 여기서 천공 깊이는 약 500 내지 700mm에서 일반적으로 수행된다.
단계(S110) 이후, 보강유닛(100)의 천공홀로의 삽입 이후 과정에서, 보강본체(110)의 후단을 형성하는 테이퍼형 체결단(112)에 단부 부재(120)를 삽입하여 고정시킨다(S120).
한편, 단계(S110)와 단계(S120) 사이에, 보강본체(110)를 이용한 천공홀이 완료되면 보강본체(110)가 삽입된 영역의 외주면과 천공홀 사이로, 보강본체(110) 중 테이퍼형 체결단(112)의 영역을 제외하고는 보수용 충진재를 주입할 수 있다.
또 다른 실시예로, 단계(S110)의 과정에 의해 보강본체(110)를 그대로 천공홀 내부에 위치시키고 상술한 바와 같이 보수용 충진재를 주입하거나, 보강본체(110)를 제거한 뒤 천공홀에 대해서 치핑하여 내부 표면을 매끄럽게 하고 고압수로 세척하여 내부 표면을 정리한 후, 내부에 균열 부위가 있는 경우, 보수용 충진재를 건축용 주사기 등을 이용하여 천공 부분에 주입하여, 천공을 보강한 뒤, 보강본체(110)를 삽입시킬 수도 있다.
여기서, 보수용 충진재는 경화발현재 31 내지 41 중량부와 몬모릴로 나이트계 점토광물 가소제 1.8 내지 3.6 중량부와 알루미늄염 가소제 1.1 내지 2.2 중량부와 에폭시 레진(예: 비스페놀 A) 55 내지 65 중량부를 혼합한 제 1 혼합물과, 경화촉진제 5.2중량부와 점토광물 12.8 내지 18.8중량부와 안정제 0.15 내지 0.25중량부와 에폭시 레진 70 내지 80중량부을 혼합한 제 2 혼합물을 5 내지 7 : 3 내지 5의 비율로 혼합하여 제조된 것을 사용할 수 있다.
단계(S120)의 단부 부재(120) 삽입시, 단부 부재(120)는 전단은 개방된 형태의 개방단(122)을 테이퍼형 체결단(112)의 경사면으로 삽입시키며, 개방단(122)의 전단 외주면의 경사면(122a)이 천공홀 내부면과 평행한 상태로 밀착되도록 한다.
단계(S120) 이후, 보강본체(110)의 전단을 형성하는 개방단(122) 중 경사면(122a)을 제외한 영역, 보강본체(110)의 후단을 형성하는 폐쇄단(121) 영역의 외주면과 천공홀의 내주면 상의 공간이 생기는 경우, 균열 공간으로 판단하여 보수용 충진재를 충진하며, 균열 공간이 없는 경우에도 폐쇄단(121)의 후단으로부터 미리 설정된 깊이만큼 상술한 보수용 충진재로 충진을 수행하여 양생한다(S130).
단계(S130) 이후, 보강본체(110) 및 보수용 충진재가 충진되고 남은 영역인 쐐기 형상의 단부 부재(120)의 후단에는 에폭시나 모르타르로 채워서 마감함으로써, 마감 부재층(130)을 형성하여 마치 내부 캡 형상으로 마무리를 하여, 단부 부재(120)가 충격에 의해서도 외부로 돌출되지 않으면서도 슬라브(11) 표면도 매끄럽게 마감되도록 한다(S140).
여기서, 단계(S140)에서 사용되는 모르타르를 이용한 콘크리트 구조물 모르타르 조성물을 제조시, 시멘트 50 내지 100 중량부, 클링커 0.5 내지 10 중량부, 플라스터 0.5 내지 10 중량부, 알파형 반수석고 0.5 내지 10 중량부, 유리 플레이크 0.1 내지 5 중량부, 실리카퓸 0.1 내지 5 중량부, 플라이애쉬 0.01 내지 5 중량부, 석회석 0.5 내지 10 중량부, 고로슬래그 1 내지 20 중량부, 하소포졸라나 0.01 내지 10 중량부 및 마이크로실리카 0.01 내지 10 중량부를 포함하는 제 1 분말 성분 30 내지 70 중량%; 규산질계 방수제 2 내지 7 중량부, CSA계 팽창제 5 내지 10 중량부, 점도증강제 0.05 내지 0.2 중량부, 유동화제 0.3 내지 1.1 중량부, 경화촉진제 0.5 내지 1.0 중량부, 지연제 0.1 내지 0.4 중량부 및 규사 42 내지 64 중량부를 포함하는 제 2 분말 성분 10 내지 50 중량%; 및 100 내지 400 메쉬의 입자 크기를 갖는 초활성 점토 분말로 이루어진 제 3 분말 성분 1 내지 20 중량%; 로 배합하여 생성되는 분체 성분 100 중량부를 제 1 제조 단계로 수행한다.
이때, 하소포졸라나는 천연 포졸라나 100 중량부에 칼슘 1 내지 20 중량부를 혼합한 혼합물을 1000 내지 1200 ℃에서 0.5 내지 1 시간 동안 소성한 후 평균입도가 10 내지 20μm가 되도록 분쇄한 것을 사용하며, 초활성 점토 분말은 CaO 500 내지 800 ppm, P2O5 300 내지 400 ppm을 함유하는 것을 사용한다.
다음으로, EVA(Ethylene-vinyl acetate) 수지, NR(Natural rubber) 수지, NBR(Natural rubber-Butadiene rubber) 수지 및 SBR(Styrene-Butadiene Rubber) 수지 중에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 분말 또는 액상 고무 수지에 초속경시멘트와 카본블랙 및 나일론 또는 폴리에스테르 섬유를 혼합하되 상기 분말 또는 액상 고무 수지 : 초속경시멘트 : 카본블랙 : 나일론 또는 폴리에스테르 섬유를 각각 100 : 1 내지 20 : 0.1 내지 10 : 0.1 내지 10의 중량비로 혼합하여 얻어진 개질 라텍스 성분 1 내지 20 중량부를 제조하는 제 2 제조 단계로 수행한다.
이후, 메틸메타아크릴레이트 1 내지 7 중량부, 스티렌모노머 5 내지 20 중량부, 노말부틸아크릴레이트 1 내지 10 중량부, 메틸아크릴레이트 0.1 내지 10 중량부, 이소보닐아크릴레이트 0.1 내지 10 중량부, 개시제 0.05 내지 5 중량부 및 유화제 0.05 내지 5 중량부를 포함하는 액상 성분 1 내지 20 중량부를 제조하는 제 3 제조 단계로 수행한다.
제 1 제조 단계의 분체 성분 100 중량부, 제 2 제조 단계의 개질 라텍스 성분 1 내지 20 중량부, 제 3 제조 단계의 액상 성분 1 내지 20 중량부 외에 친수성 폴리비닐알코올 단섬유 성분 1 내지 10 중량부; 및 방부제, 소포제, 습윤제의 혼합물로 이루어진 첨가제 성분 1 내지 5 중량부; 를 혼합하여 콘크리트 구조물 보수보강제 조성물을 제조하고, 제조된 콘크리트 구조물 보수보강제 조성물 100 중량부를 기준으로 충전재 100 내지 200 중량부 및 골재 100 내지 250 중량부를 물과 혼합하여 콘크리트 구조물 모르타르 조성물을 생성하는 제 4 제조 단계를 수행하여 얻어진 것을 사용할 수 있다.
이상, 본 발명에 따른 지하 박스 구조물 전단 보강 공법에 관하여 도면을 참조하여 상세하게 설명하였다.
이상 설명된 본 발명에 따르면, 천공홀 내부로 삽입되는 보강유닛을 천공홀 외부로 튀어나오지 않게 하면서도 외부로 빠지지 않도록 함으로써 기존의 앵커볼트가 벽면에서 돌출되어 내외부의 진동 및 외력 등이 발생하는 지하 박스 구조물에서 고정이 느슨하게 되거나 궁극적으로 이탈하는 것을 원천적으로 차단할 수 있으며, 보강유닛을 천공홀에 고정하기 위한 단부 부재의 구조 및 재질의 특성에 의해 보강유닛의 천공홀에서의 이탈을 방지할 수 있는 효과가 있고, 또한, 단부 부재의 후단을 마감 부재층으로 형성함으로써, 휨강도, 인장강도 및 압축강도 등 물리적 특성을 높게 유지할 수 있도록 하면서, 단시간에 경화가 완료되어 작업성과 사용성도 매우 우수한 동시에, 초기 강도 확보가 가능한 장점이 있고, 또한, 동결융해 및 염해에 대한 내성도 우수하여 장기 내구성이 우수하고, 현장에서의 사용이 편리하며, 자재 손실과 환경 오염이 방지될 수 있는 동시에, 미생물의 서식 및 증식을 억제함으로써 미생물의 작용으로 인한 구조물 열화의 문제를 방지할 수 있는 효과가 있다.
이상과 같이, 본 명세서와 도면에는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 개시하였으며, 비록 특정 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 발명의 이해를 돕기 위한 일반적인 의미에서 사용된 것이지, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예 외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
10 : 지하 박스 구조물
11 : 슬라브
11a : 천장 슬라브
11b : 측벽 슬라브
12 : 측벽
100 : 보강 유닛
110 : 보강본체
111 : 내측 삽입돌기
112 : 테이퍼형 체결단
120 : 단부 부재
121 : 폐쇄단
122 : 개방단
122a : 경사면
122b : 절개단
130 : 마감 부재층

Claims (6)

  1. 지하 박스 구조물의 슬라브에 천공을 수행하는 제 1 전단 보강 공정;
    보강유닛의 천공홀로의 삽입 이후 과정에서, 상기 보강유닛을 구성하는 보강본체의 후단을 형성하는 테이퍼형 체결단에 단부 부재를 삽입하여 고정시키는 제 2 전단 보강 공정; 및
    상기 단부 부재의 후단에는 에폭시나 모르타르로 채워서 마감하여, 마감 부재층을 형성하여 마치 내부 캡 형상으로 마무리를 하여, 상기 단부 부재가 충격 또는 진동에 의해서도 외부로 돌출되지 않으면서도 슬라브 표면도 매끄럽게 하는 제 3 전단 보강 공정; 을 포함하며,
    상기 제 3 전단 보강 공정을 위한 모르타르는, 시멘트 50 내지 100 중량부, 클링커 0.5 내지 10 중량부, 플라스터 0.5 내지 10 중량부, 알파형 반수석고 0.5 내지 10 중량부, 유리 플레이크 0.1 내지 5 중량부, 실리카퓸 0.1 내지 5 중량부, 플라이애쉬 0.01 내지 5 중량부, 석회석 0.5 내지 10 중량부, 고로슬래그 1 내지 20 중량부, 하소포졸라나 0.01 내지 10 중량부 및 마이크로실리카 0.01 내지 10 중량부를 포함하는 제 1 분말 성분 30 내지 70 중량%; 규산질계 방수제 2 내지 7 중량부, CSA계 팽창제 5 내지 10 중량부, 점도증강제 0.05 내지 0.2 중량부, 유동화제 0.3 내지 1.1 중량부, 경화촉진제 0.5 내지 1.0 중량부, 지연제 0.1 내지 0.4 중량부 및 규사 42 내지 64 중량부를 포함하는 제 2 분말 성분 10내지50 중량%; 및 100 내지 400 메쉬의 입자 크기를 갖는 초활성 점토 분말로 이루어진 제 3 분말 성분 1 내지 20 중량%; 로 배합하여 생성되는 분체 성분 100 중량부를 제 1 제조 단계로 수행하며, 하소포졸라나는 천연 포졸라나 100 중량부에 칼슘 1 내지 20 중량부를 혼합한 혼합물을 1000 내지 1200 ℃에서 0.5 내지 1 시간 동안 소성한 후 평균입도가 10 내지 20μm가 되도록 분쇄한 것을 사용하며, 초활성 점토 분말은 CaO 500 내지 800 ppm, P2O5 300 내지 400 ppm을 함유하는 것을 사용하며,
    EVA(Ethylene-vinyl acetate) 수지, NR(Natural rubber) 수지, NBR(Natural rubber-Butadiene rubber) 수지 및 SBR(Styrene-Butadiene Rubber) 수지 중에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 분말 또는 액상 고무 수지에 초속경시멘트와 카본블랙 및 나일론 또는 폴리에스테르 섬유를 혼합하되 상기 분말 또는 액상 고무 수지 : 초속경시멘트 : 카본블랙 : 나일론 또는 폴리에스테르 섬유를 각각 100 : 1 내지 20 : 0.1 내지 10 : 0.1 내지 10의 중량비로 혼합하여 얻어진 개질 라텍스 성분 1 내지 20 중량부를 제조하는 제 2 제조 단계;
    메틸메타아크릴레이트 1 내지 7 중량부, 스티렌모노머 5 내지 20 중량부, 노말부틸아크릴레이트 1 내지 10 중량부, 메틸아크릴레이트 0.1 내지 10 중량부, 이소보닐아크릴레이트 0.1 내지 10 중량부, 개시제 0.05 내지 5 중량부 및 유화제 0.05 내지 5 중량부를 포함하는 액상 성분 1 내지 20 중량부를 제조하는 제 3 제조 단계; 및
    제 1 제조 단계의 분체 성분 100 중량부, 제 2 제조 단계의 개질 라텍스 성분 1 내지 20 중량부, 제 3 제조 단계의 액상 성분 1 내지 20 중량부 외에 친수성 폴리비닐알코올 단섬유 성분 1 내지 10 중량부; 및 방부제, 소포제, 습윤제의 혼합물로 이루어진 첨가제 성분 1 내지 5 중량부; 를 혼합하여 콘크리트 구조물 보수보강제 조성물을 제조하고, 제조된 콘크리트 구조물 보수보강제 조성물 100 중량부를 기준으로 충전재 100 내지 200 중량부 및 골재 100 내지 250 중량부를 물과 혼합하여 모르타르 조성물을 생성하는 제 4 제조 단계; 를 포함하는 방법에 의해 제조되는 모르타르 조성물을 사용하는 것을 특징으로 하며,
    상기 제 1 전단 보강 공정은,
    슬라브를 구성하는 콘크리트 부재에 대한 천공기의 드릴 타공 방식으로 미리 설정된 깊이와 지름으로 기본 천공을 수행한 뒤, 상기 보강 유닛의 보강본체의 끝단이 뾰족한 내측 삽입돌기를 파쇄돌기로 활용하여 기본 천공을 향하도록 하여, 상기 보강본체의 지름만큼 천공홀을 확공하는 방식으로 수행되는 것을 특징으로 하고,
    상기 단부 부재는 전단은 개방된 형태의 개방단, 후단은 폐쇄된 형태 폐쇄단이 연결된 형상으로 전체적으로 원통 형상으로 개방단의 측부로는 복수개의 절개단이 형성되어 있으며, 상기 개방단 전단의 외주면으로는 경사면이 형성됨으로써 상기 단부 부재가 보강본체의 테이퍼형 체결단으로 삽입되어 상기 개방단이 상기 절개단에 의해 후단에서 전단으로 개구된 직경이 커지도록 상기 개방단이 변형시 경사면이 천공의 내부면으로 밀착되도록 하는 것을 특징으로 하고,
    상기 단부 부재는 연질과 경질의 2겹 구조로 형성되되, 연질층은 개방단과 폐쇄단으로 이루어진 전체의 형상으로 형성되며, 경질층은 개방단을 제외한 폐쇄단 영역에만 형성되며 연질층을 감싸서 보호하는 역할을 수행하도록 하는 것을 특징으로 하는
    지하 박스 구조물의 전단 보강 공법.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제 1 전단 보강 공정에서 사용되는 천공홀을 확공하는 확공기는, 천공홀의 표면에 상기 보강본체의 내측 삽입돌기를 접촉하여 구동하도록, 천공홀의 표면에 직경의 확대 축소 방식으로 부착되는 가이드부, 가이드부의 상부에 설치되어 상기 보강본체를 지지하는 비트부, 그리고 상기 보강본체에 대하여 회전력 또는 타격력을 인가하는 구동부를 포함하여 이루어진 것을 사용하는 것을 특징으로 하는 지하 박스 구조물의 전단 보강 공법.
  4. 청구항 3에 있어서, 상기 제 1 전단 보강 공정와 상기 제 2 전단 보강 공정 사이에, 상기 보강본체를 이용한 천공홀이 완료되면 상기 보강본체가 삽입된 영역의 외주면과 천공홀 사이로, 상기 보강본체 중 테이퍼형 체결단의 영역을 제외하고는 보수용 충진재를 주입하는 공정을 추가로 수행하는 것을 특징으로 하는 지하 박스 구조물의 전단 보강 공법.
  5. 청구항 3에 있어서, 상기 제 1 전단 보강 공정와 상기 제 2 전단 보강 공정 사이에, 상기 제 1 전단 보강 공정시 보강본체를 그대로 천공홀 내부에 위치시키고 보수용 충진재를 주입하거나, 천공홀을 완성하고 상기 보강본체를 제거한 뒤 천공홀에 대해서 치핑하여 내부 표면을 매끄럽게 하고 고압수로 세척하여 내부 표면을 정리한 후, 내부에 균열 부위가 있는 경우, 보수용 충진재를 천공 부분에 주입하여 천공홀을 보강한 뒤, 상기 보강본체를 삽입시키는 공정을 추가로 수행하는 것을 특징으로 하는 지하 박스 구조물의 전단 보강 공법.
  6. 청구항 4 또는 청구항 5에 있어서, 상기 보수용 충진재는,
    경화발현재 31 내지 41 중량부와 몬모릴로 나이트계 점토광물 가소제 1.8 내지 3.6 중량부와 알루미늄염 가소제 1. 1 내지 2.2 중량부와 에폭시 레진 55 내지 65 중량부를 혼합한 제 1 혼합물과, 경화촉진제 5.2 중량부와 점토광물 12.8 내지 18.8중량부와 안정제 0.15 내지 0.25 중량부와 에폭시 레진 70 내지 80 중량부를 혼합한 제 2 혼합물을 5 내지 7 : 3 내지 5의 중량비율로 혼합하여 제조된 것을 사용하는 것을 특징으로 하는 지하 박스 구조물의 전단 보강 공법.
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