KR101929161B1 - 교대 측방유동 발생에 대한 개·보수공법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 교량의 시공 도중이나 시공 직후 또는 교량의 완공 이후 점진적인 시간경과에 따라 교대에 측방유동 현상이 발생되는 경우 그 교대를 측방유동이 발생되기 이전의 원상태로 되돌려 교대의 안전성을 담보하기 위한 교대 측방유동 개.보수공법에 관한 기술이다.
측방유동이 발생한 교대의 배면측 뒷채움 성토체(18)를 걷어내어 제거함으로써 교대 배면측을 무성토 공간(50)으로 만든 후 이 무성토 공간 상부에 일단(72)은 교대(30)에 회전지지되고 타단(74)은 사면성토층(10) 지중에 고정지지되는, 상향으로 볼록한 아치구조물(70)을 축조하여 도로 교량간 차량의 진입을 가능하게 한다.
측방유동이 발생한 교대의 배면측 뒷채움 성토체(18)를 걷어내어 제거함으로써 교대 배면측을 무성토 공간(50)으로 만들어 교대(30)에 작용하는 성토하중을 근원적으로 제거하는 공법이기 때문에 종래 국부적 개.보수 공법과 차별된다.

Description

교대 측방유동 발생에 대한 개·보수공법{Method for Reparing Lateral Flow of Bridge Abutments}
교대 배면측 성토하중은 교대 저면의 연약 지반에 대하여 편재하중(偏載荷重)으로 작용한다. 교대 전방측에 압성토를 하여 교대 전후방 성토하중의 응력편차를 줄일 수 있으나 일반적으로 배면측 성토하중이 훨씬 더 크기 때문에 그에 따른 편재하중은 교대 배면측 성토층 하부의 지반이 점성토와 같은 연약지반일 경우 그 연악지반을 수직방향으로 압밀할 뿐만 아니라 수평방향으로 거동시킴으로써 교대의 안정에 악영향을 미칠 수 있다.
교대 배면측 성토층 하부의 연약지반이 교대쪽으로 수평거동할 경우 그 수평거동 압력이 교대의 기초말뚝에 외력으로 작용하여 교대가 교대 수평방향(교축방향)으로 밀리는 현상이 발생하는데 이것이 교대의 측방유동 현상이다.
교대의 측방유동은 연약지반에서 발생하는 것이 거의 대부분이지만 때때로 연약지반이 아닌 일반 토사지반 고성토의 영향으로도 발생하는 경우도 있는데 특히 이런 경우에는 시공 중에 측방유동에 대한 특별한 주의와 관찰을 기울이지 않는 경우가 많아 시공이 완료된 이후에 측방유동 현상을 발견하게 된다.
본 발명은 교량의 시공 도중이나 시공 직후 또는 교량의 완공 이후 점진적인 시간경과에 따라 교대에 측방유동 현상이 발생하는 경우, 그 교대를 측방유동이 발생하기 이전의 원상태로 되돌려 교대의 안전성을 담보하기 위한 교대 측방유동 개·보수공법에 관한 기술이다.
교량은 도로, 철도 등의 운송로상에 장애가 되는 하천, 계곡, 강, 호수, 해안, 해협 등을 건너가거나 가옥, 농경지, 시가지, 또는 또다른 도로나 철도 등을 교차하여 통과할 목적으로 건설되는 토목 구조물이다. 일반적으로 교량은 교량 자체의 상부 하중 및 차량, 열차 등의 동하중을 기초에 전달하는 교각(橋脚)과, 다리의 양 끝에 있는 벽체 형식의 지지구조물로서 교량의 상부구조로부터 전달되는 수직하중 및 수평하중을 하부기초에 전달하는 한편 교대 배면측 성토체로부터 발생하는 수평토압을 지지하는 교대(橋臺)와, 교량의 상부구조와 하부구조를 연결하는 구조물인 교좌(橋座)장치 및 교량 상부구조와 교량 외부의 노면(도로)를 연결하는 구조물인 접속(어프로치) 슬래브 등을 포함하여 이루어진다.
교량은 교량 자체의 하중과 고속주행하는 차량이나 열차의 동하중을 지지하는 구조물이므로 역학적으로 안정되어야 하며 시간이 경과하더라도 변위가 발행하지 않아야 한다. 그러나 흔히 점성토와 같은 연약지반 위에 축조되는 교대 구조물은 배면토압, 성토(盛土)에 따른 편재하중, 다짐토압, 연약지반터 침하 및 수평이동활동 등의 영향으로 수평변위에 매우 취약한데, 교대의 거동(측방유동)은 일반적으로 연약지반이 주로 교대 배면측 성토에 따른 편재하중의 영향을 받아 압밀에 의한 수직방향 침하와 함께 수평방향 전단에 의한 측방변위가 성장하여 교대 전면측 수평방향으로 이동하여 교대지지말뚝을 변형키키고 나아가 구조물(교대)에도 유해한 영향을 미치어 일어나게 된다.
교대의 측방유동은 교대구간 도로 단차의 발생이나 신축이음장치의 파손을 일으켜 차량 주행성의 불량과 같은 불편을 초래할 뿐만 아니라 고속주행하는 수십대의 차량들의 타이어가 모두 연속하여 같은 장소에서 심하게 펑크가 나고 일부차량은 차량 하부까지 훼손시키는 사고를 일으킬 수 있어(예컨대 2018. 6. 25 KBS뉴스) 시민의 안전을 크게 위협하기까지 하며, 교좌장치, 신축이음장치, 날개벽 등의 파손을 초래하여 이를 수리 또는 교체하기 위한 보수유지 도로통제 등을 필요하게 하므로 교대의 수평변위 대책은 교량의 초기 설계시 뿐만 아니라 사후 관리에 있어서도 매우 중요한 문제 중의 하나이다.
교대의 측방유동을 방지하기 위해 종래 연구되고 시도되어 온 기술은 다양하지만 주로 교량 초기 설계시의 노력으로서 일반적으로 연약지반 속 구조물의 측방이동에 영향을 미치는 요인으로 성토고, 성토층의 단위중량과 연약층의 전단강도 및 두께,구조물의 형식 및 치수, 기초의 형식 및 강성 등인 것을 착안하여 교대의 측방유동을 방지할 수 있는 대책공법이 대체로 이들 영향요인을 개선시키는 방향에서 제안되고 있다. 뒤채움 성토부에는 편재하중에 관련되는 성토고와 성토층의 단위중량이 고려될 수 있고 연약지반부에는 연약지반의 두께와 전단강도가 고려될 수 있고, 교대부에는 교대의 형식과 치수가 고려될 수 있으며, 기초부에는 기초의 형식과 강성이 고려될 수 있다.
성토하중을 줄이는 관점, 연약지반의 지질을 치환하는 관점, 성토체 하중을 지지하기 위한 기초구조체를 구축하는 관점으로 나누어 살펴보면, 먼저 종래 성토하중을 줄이는 기술로서는 교대 배면채움 성토체를 EPS, 경량골재, 프리캐스트 콘크리트 Box Culverts, 관 등의 경량 성토체나 연속 경량 구조체를 사용함으로써 그 성토하중을 줄여 측방유동을 일으키는 응력 편차를 감소시키고자 하는 기술이 대표적이다.
연약지반의 지질을 개량하는 관점의 기술로서는 샌드드레인(SAND DRAIN)공법, 페이퍼드레인(PAPER DRAIN)공법을 실시하거나 생석회 말뚝 등을 연약지반상에 설치하여 연약지반을 물리, 화학적으로 개량하는 기술 등이 있다.
또한 성토체 하중을 지지하는 구조의 기술로서는 교대 뒷채움 성토체 저부의 연약지반상에 다수개의 성토지지말뚝을 삽입하고 그 상단부에 소정의 면적을 가지는 말뚝캡(확장주두)을 씌우거나 주두를 줄기초처럼 연결하거나 또는 성토지지말뚝 위 전체를 덮는 슬래브(파일슬래브)를 형성하여 연약지층 상부에 성토되는 성토층의 하중 또는 그 편재하중이 직접 성토지지말뚝을 통하여 견고한 지반으로 직접 전달되도록 함으로써 성토하중을 연약지반에 전달되지 않게 차단시키는 성토지지말뚝의 설치구조 기술이 있다. 예컨대 국내 특허 10-0205794호기술(1999.07.01 공고)는 이러한 관점의 기술이다.
주식회사 정도엔지니어링의 국내 실용신안등록공고 제20-0220890호(2001. 04.16 공고)에서는 교대배면의 뒷채움 성토체하중에 의해 발생하는 연약지반층의 측방유동압을 차단함으로써 교대의 측방이동을 방지하는 기술로서, 연약지반 지역에서 교대의 연직하중을 받아주도록 연약층에 수직으로 세워져 견고한 지반층에 정착되는 말뚝기초를 설치하고 그 말뚝기초 위에 교대를 축조하도록 설계된 교량에 있어서, 교대 배면 뒷채움 성토체의 하부가 되는 지점에 강재 (鋼材)로 만들어진 시트파일을 연이어 타입하는 작업을 통해, 교대 지지용 말뚝기초의 옆에 파형(波形)의 평면형태를 이루면서 연속체로 연이어진 시트파일 울타리를 적어도 1개소 이상 수직 설치하여, 그 시트파일 울타리로 하여금 특히 교대 배면 뒷채움 성토체의 편재하중에 의해 발생되는 연약층의 수평전단변형(측방유동압)을 차단하는 시트파일을 이용한 교대 측방이동 방지구조가 개시되고 있다.
또한 국내 특허공개 제2003-0097561호(2003. 12. 31 공개)는 전술한 국내 특허 10-0205794호 기술과 전술한 실용신안등록공고 제20-0220890호 기술을 혼합한 기술을 소개하고 있다. 이 기술에서는 교대 배면의 연약지층 상부에 형성된 성토층의 편재하중을 견고한 기반층에 직접 전달함시킴과 동시에 견고한 기반층과 성토층 사이에 있는 연약지층의 측방유동을 방지함으로써 교대의 이동을 방지할 수 있는 교대의 측방이동 방지구조 기술로서, 교대 뒷부분의 연약지층에 지지되는 지지말뚝과, 이 지지말뚝의 내부를 관통하여 형성되고 그 하단부가 연약지층의 하부에 형성된 견고한 기반층에 앵커되는 앵커부와, 지지말뚝의 배면에 지지되고 연약지층에 연속적으로 설치되는 시트파일과, 지지말뚝의 상단부에 형성되는 확장된 수평구조체를 포함하여 이루어지는 기술이다.
또한 국내 특허 제10-0787021(2007년12월18일 공고)에서는 교대 배면에 수평보강재(스틸스트립, 지오그리드)를 설치하여 교대 배면의 뒷채움 성토체로 인한 측방유동을 이 수평보강재로 하여금 저항하게 하여 교대의 이동을 방지하는 기술을 개시하고 있다. 이 기술은 고성토부 교대에 있어서, 교대기초의 하부에 위치된 교대기초 말뚝 상단부의 버림콘크리트와 교대기초 사이 또는 교대 기초의 측면이나 상면에 교대 배면쪽으로 성토층 전단력 증진용 스틸스트립, 지오그리드(상표명) 등의 수평보강재를 설치하는 기술이다.
교대 배면 성토에 따른 편재하중이 연약지반에 작용하는 것을 방지하기 위해 종래 제안된 전술한 바와 같은 특허 기술들은 그 어느 것도 교대 구축시(교량 초기설계시)에 반영하고자 하는 기술이지만 교대 배면측 성토, 특히 교대 뒷채움부 성토가 이루어지는 것을 전제로 한 기술이기 때문에 그 뒷채움부 성토압이 존재하는 이상 여전히 힘의 불균형이 존재하게 되어 교량 완공 이후 사후적으로, 경시적으로 교대 측방유동이 일어나는 현상을 온전히 방지하지는 못하고 있다.
한편, 교량 설계에 있어서 교대를 중심으로 하여 교대의 안쪽인 하천부와 교대의 바깥쪽인 도로부, 각 부분에서의 성토부 허용침하량이 서로 다른 설계기술에 의해 서로 다르게 규율되고 있는 국내 실정도 교대의 측방변형을 일으킬 수 있는 이유 중의 하나가 되는 점도 유념하여 잘 이해해 둘 필요가 있는 항목이다.
즉, 교대의 안쪽인 하천부 성토부 허용침하량은 하천설계기준에 의해 30cm로 규율되고 있고, 교대(교량)는 구조물 기초설계기준에 따라 그 성토부 허용침하량이 그 변위가 전혀 허용되지 않는 완전 지지말뚝 등으로 설치되도록 0cm이어야 하며, 교대의 바깥쪽인 도로 성토구간의 허용침하량은 도로설계기준(토공구간)에 따라 10cm로 규율되고 있는 바, 이처럼 교대를 중심으로 하여 교대의 안쪽인 하천부와 교대의 바깥쪽인 도로성토부 각 성토부 허용침하량이 서로 다른 설계기준에 의해 서로 다르게 규율됨에 따라 도로와 교량이 놓이는 지형과 지질 등 자연조건을 합리적으로 고려하여 융통성이 있게 적용할 수 있다는 가이드이지만 오히려 교대를 중심으로 하여 그 전후방 성토부의 허용침하량이 서로 다른 기준에 의해 상대적으로 다르게 적용될 수 있음으로써 성토에 따른 편재하중이 연약지반에 작용하는 압밀 효과의 정도도 일률적이지 않고 다르게 나타나는 것을 허용하는 결과로 되어 결과적으로 늘 교대 주변에서 부등변위나 측방유동이 발생할 수밖에 없는 결과로 되기도 한다. 이는 규정을 바꿔서 해결될 문제도 아니고, 규정을 더 엄밀하게 적용해서 지나친 과도 안전설계로 해결될 문제도 아니며 복합적, 기술적으로 해결해야 할 과제로 남아 있다.
2014년 한양대 권창석의 논문(교대 수평변위 원인과 대책방안 연구)에서는 2012년 국내 교대 수평변위 발생 교량 전수조사의 데이터로서, 수평변위가 발생한 총 197개 교량, 255개 교대를 대상으로 그 수평변위 발생원인(표 1), 지반조건별 수평변위 발생현황(표 2), 교대 성토높이(표 3) 등을 조사한 결과(한국도로공사, 2012)를 다음과 같이 밝히고 있다.

구분


성토체 침하
수평변형

연약지반
측방유동

콘크리트 팽창압
교량수 197 119 39 30 9
교대수 255 161 50 33 11
(교대 수평변위발생 원인별 분류)
위 표 1에서 알 수 있듯이, 성토체 침하수평변형이 61%, 연약지반 측방유동이 20%, 콘크리트포장의 팽창압에 의한 측방유동이 17%의 순으로, 교대 배면측 성토체 침하 내지 그 하부의 연약지방 측방유동으로 인한 비율이 81%로 절대적인 부분을 차지하고 있다.
구분 교대수 성토구간 연약지반
전체교량 10,598 8,792(83%) 1,806(17%)
변위발생교대 255 201(78.8%) 54(21.2%)
비율 2.4% 2.28% 2.99%
(지반조건별 교대 수평변위 발생현황)
또한 위 표 2에서 알 수 있듯이, 교대의 수평변위는 이론적으로 주로 연약지반의 측방유동에 의해 발생하는 것으로 논의되고 있으나 조사결과 성토구간(2.28%)과 연약지반(2.99%)의 발생비율에는 큰 차이가 없는 것으로 조사되고 있다.
구분 소계 5m 미만 5-10m 10-15m 15m 이상
전체교량 10,598 2,519(23.8%) 4,426(41.7%) 2,584(24.4%) 1,.069(10.1%)
변위발생교량 255 25(9.8%) 93(36.4%) 81(31.8%) 56(22%)
비율 2.4% 0.99% 2.10% 3.13% 5.24%
(교대부 성토높이에 따른 변위발생교량의 비율)
또한 위 표 3에서 알 수 있듯이, 일반 성토구간의 교대인 경우, 성토높이에 따른 교대수평변위 발생 교량의 비율을 보면, 성토높이가 증가할수록 수평변위 발생 교량의 비율이 증가하는 것을 여실히 알 수 있어서 교대 수평변위는 성토높이에 직접적인 영향을 받는다고 말할 수 있다.
한편, 위 2014년 한양대 권창석의 논문에서는 교대 수평변위가 발생한 경우의 그 조치현황에 대한 조사결과를 다음 표 4와 같이 밝히고 있다.

조치구분

소계
수평변위 발생원인
조치내용
성토변형 연약지반 포장팽창
소계 255 161 50 44

변위억제

26

16

5

5
지반보강, 브라켓, 앵커설치

유간확보

102

50

24

28
신축이음교체, 바닥판 및 거더절단

지속관찰

123

91

21

11
변위 및 손상발전 지속관찰
기타 4 4 - - 균열보수 등
(교대 수평변위 조치현황)
표 1 내지 표 3에서 알 수 있듯이, 기존 교대의 측방변위의 주요 원인인 성토체 침하 수평변형 또는 연약지반 측방유동 및 성토체의 성토높이에 따른 원인, 즉 교대 측방유동은 교대 배면측 고성토에 따른 편재하중이 직접적인 영향이라고 요약할 수 있는데, 표 4에 의해 알 수 있듯이, 이러한 교대 측방변형 발생시의 조치로서는 그 직접적인 원인인 교대 배면측 고성토에 따른 편재하중을 제어하려는 시도는 전무하고 지엽적이고 국부적인 대증적 임시조치로 해결하고자 하는 것이어서 효과가 미흡하여 교대의 측방변위가 발생한 경우 이에 대한 근원적인 사후적 개·보수공법이 요청되고 있다.
본 발명은 교량의 시공 도중이나 시공 직후 뿐만 아니라 교량의 완공 이후 시간을 두어 경시적(經時的)으로 교대에 측방변위 현상이 생기는 경우 교대를 측방유동이 발생되기 이전의 원상태로 되돌려 그 안전성을 담보할 수 있기 위한 교대 측방유동의 사후적 개·보수공법에 관한 기술로서, 전술한 교대 측방유동의 근원적 원인인 교대 배면 뒷채움 성토체압 자체를 아예 없애거나 그 크기를 결정적으로 유의미하게 줄임으로써 교대 전후방 양측의 힘(토압)의 균형을 도모하여(즉, 교대에 대하여 편재하중이 생기지 않도록 하거나 미미하게 하여) 부등침하를 원천 방지함으로써, 발생된 교대 측방유동을 사후적으로 원상회복하는 개·보수공법을 제안하는 것이다.
본 발명은 이를 위하여 육안검사 및 계측기 검사를 통해 측방유동이 발생한 것으로 판정된 교대에 대하여, 사후적으로 교대 배면측 뒷채움 성토체를 걷어냄으로써 교대 배면측에 성토압이 작용하지 않게 하는 근원적인 치유방법을 제시하되 교대 배면측 뒷채움 성토체를 걷어냄으로써 남게 되는 빈 공간에 대하여, 한 쪽 단부(端部)는 교대 후면에 회전지지되게 하고 타단부는 사면성토층 지중에 일체화되게 매립(고정) 지지되는 아치형 구조물을 세우고 그 상부에 교량 접속 어프로치슬래브를 설치함으로써 도로와 교량을 연결하는 방식의 개보수 공법이다. 이러한 개·보수공법에 의해 축조되는 새로운 교대구조에 의해 교대 배면측에서 작용하던 성토압이 근원적으로 제거될 수 있으며 또한 도로하중 및 차량의 주행하중도 빈 공간부 하부 위치의 지중(연약지반)에 전달되지 않게 된다.
참고로 연약지반상에 성토 혹은 뒷채움 등으로 편재하중을 가할 경우 지반의 측방유동이 발생할 것인가의 여부를 판단할 수 있는 간편한 경험적 방법으로서, 예컨대 Tschebotarioff(1973)가 제안한 상재하중 판정법(상재하중 P=(γH) ≥ 3Cu일 경우 전단변형시작, P=(γH) ≥ 5.14Cu일 경우 전단파괴시작으로 판단), 일본도로공단(일본고속도로조사회,1981)가 제안한 측방유동지수 판정법(측방유동지수 F= (Cu/γH X 1/H < 0.04 일 경우 측방유동 가능성 있는 것으로 판단) 및 한국도로공사(김성환 등,1996)이 제안한 수정 I지수 판정법 (수정 아이지수 MI=(α·γH/Cu ≥ 1.5 일 경우 측방이동 가능성이 있는 것으로 판단) 등이 있는데, 이들 간이 경험칙을 적용함에 있어서도 어느 것이나 성토의 단위중량(γ)에 성토고(H)의 곱으로 표시되는 γH 값의 크기와 연약지반의 평균점착력(Cu)과의 상대적 크기 비교에 의해 지반의 측방유동이 발생할 것인가 여부가 경험적으로 판단되는 바, 본 발명에서처럼 교대 배면 뒷채움 성토체를 걷어내는 교대구조를 취할 경우 γH의 값이 결정적으로 낮아져 지반의 측방유동은 일어나지 않게 되는 것을 알 수 있다.
국내 특허 10-0205794호(1999.07.01 공고) 국내 실용신안등록공고 제20-0220890호(2001.04.16 공고) 국내 특허공개 제2003-0097561호(2003. 12. 31 공개) 국내 특허 제10-0787021호(2007년12월18일 공고)
교대의 측방이동에 관한 사례 연구(2013년 중앙대학교 이창민 석사학위 논문) 교대 수평변위 원인과 대책방안 연구(2014년 한양대학교 권창석 석사학위논문)
본 발명은 교량의 시공 도중이거나 완공 직후뿐만 아니라 교량의 완공 이후 경시적(經時的)으로 교대에 발생되는 측방유동에 대하여 그 주요 원인인 교대 배면측 성토체 침하 수평변형, 성토체의 성토높이에 따른 연약지반 압밀 및 그 측방유동을 근본적으로 치유할 수 있는 교대 측방유동에 대한 새로운 개·보수공법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 측방유동이 발생된 교대에 대하여 종래 필수적으로 인식되어 온 교대 배면측 뒷채움 성토체를 걷어내 빈 공간으로 만듦으로써 교대 배면측 연약지반에 대해 성토압이 원천적으로 작용하지 않도록 하거나 이를 크게 경감시켜 교대 측방유동을 방지할 수 있는 새로운 교대 개보수 공법을 제공하며, 이를 위해 교대 배면측 뒷채움 성토체를 걷어낼 경우 생기는 교대와 도로 사이의 무성토 빈 공간을 구조적으로 안정되게 차량통행 가능하게 연결하는 한편 도로하중 및 차량 등의 주행하중을 교대 및 교대로부터 떨어진 사면성토층에 효율적으로 분산 전달할 수 있는 아치구조물을 설치함으로써 토압을 경감할 수 있고 부등침하를 방지하며 궁극적으로 교량과 교대 및 교대 주변 지반의 안정성을 확보하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 위와 같은 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 특징에 따라,
하단 확대기초부 저면이 견고한 지중지반에 지지되는 교대와; 교대의 확대기초부로부터 후방으로 경사지게 북돋아져 도로성토체 상면까지 연장되는 사면성토층과; 상기 사면성토층 상면과 교대의 배면 사이의 공간에 도로성토체 상면 높이까지 채워지는 교대 뒷채움 성토체와; 그리고 상기 교대 뒷채움 성토체 상면에 설치되는 도로와 교량간 어프로치슬래브를 포함하여 이루어진 완공된 교량의 교대에 있어서, 상기 교대에 측방유동이 발생한 경우에 이를 개·보수하기 위한 공법으로서,
상기 사면성토층 상면과 상기 교대의 배면 사이의 공간에 도로성토체 상면 높이까지 채워져 있던 뒷채움 성토체를 걷어내어 제거함으로써 사면성토층 상면과 상기 교대의 배면 사이를 빈 공간으로 만드는 제1단계와;
상기 교대의 배면측 소정의 높이에 후면 결합대를 마련하는 제2단계와;
상기 빈 공간에 대하여 일단부는 상기 후면 결합대에 회전지지되고 타단부는 상기 사면성토층에 매립되어 도로성토체와 일체화되는, 상향으로 볼록한 아치구조물을 축조하는 제3단계; 및
상기 아치구조물의 상면에 지지되면서 도로와 교대 사이에 놓여져 차량 또는 열차를 주행 가능하게 하는 어프로치슬래브를 축조하는 제4단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 교대 측방유동 발생에 대한 개·보수공법에 의해 이루어진다.
본 발명은 전술한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 또다른 한 특징에 따라,
상기 아치구조물은 그 양단부 사이의 도중에 그 상향으로 볼록한 부분의 가장 높은 정점이 위치하고, 이 정점과 교대 사이에 어프로치슬래브가 놓이며, 아치구조물의 상기 정점과 상기 사면성토층에 매립 지지된 타단부 사이의 상부 공간에 도로구축용 다짐층을 충진하는 것을 특징으로 하는 교대 측방유동 발생에 대한 개·보수공법에 의해 이루어진다.
본 발명은 전술한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 또다른 한 특징에 따라,
전술한 아치구조물은, 서로 연접하여 전체로서 아치를 이루는 복수개의 호형상의 강재 세그멘드 부재가 연결되어 이루는 복수개의 강재 아치골조와; 상기 복수개의 강재 아치골조 상면에 결합되는 곡면데크플레이트 및 상기 곡면데크플레이트의 상면에 현장 타설되는 철근 콘크리트의 결합으로 이루어진 복합 구조물인 것을 특징으로 하는 교대 측방유동 발생에 대한 개·보수공법에 의해 이루어진다.
본 발명은 전술한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 또다른 한 특징에 따라,
상기 아치구조물의 상기 사면성토층에 매립되어 지중에 고정지지되는 타단부는 확대된 수평슬래브부 및 이 수평슬래브부의 상하면에 일체적으로 결합된 확대된 수직벽부를 구비한 확대기초에 고정지지됨으로써 이 확대된 수평슬래브부 및 확대된 수직벽부에 의해 수평방향 및 수직방향 토압을 지지하여 그 타단부의 지중에서의 수평거동 및 수직거동이 억제되는 것을 특징으로 하는 교대 측방유동 발생에 대한 개·보수공법에 의해 이루어진다.
본 발명은 전술한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 또다른 한 특징에 따라,
전술한 아치구조물은, 서로 연접하여 전체로서 아치를 이루는 복수개의 호형상의 프리패브(prefab) 철근콘크리드 세그멘드 부재가 현장에서 교축방향 및 도로폭 방향으로 상호 연결되어 전체로서 일체화되는 조립식 아치구조물인 것을 특징으로 하는 교대 측방유동 발생에 대한 개·보수공법에 의해 이루어진다.
본 발명은 전술한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 또다른 한 특징에 따라,
상기 아치구조물은 반원형 또는 그보다 작은 곡면(1/4원형 또는 1/3 원형)을 갖는 구조물이며 그 곡면부의 저면이 지중에 묻히지 않고 대기중에 노출되는 구조인 것을 특징으로 하는, 교대 측방유동 발생에 대한 개·보수공법에 의해 이루어진다.
본 발명은 전술한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 또다른 한 특징에 따라,
아치구조물의 양단부를 각각 회전지지와 고정지지라는 이질적 지지구조로 구성함과 아울러 사면성토층의 지중에 매립 고정되는 고정단부의 고정높이가 교대측에 지지되는 회전단부의 지지높이보다 더 낮게 구성된 것을 특징으로 하는 교대 측방유동 발생에 대한 개·보수공법에 의해 이루어진다.
본 발명의 또다른 특징과 구성은 도면을 참고한 후술하는 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용의 기재로부터 잘 이해될 수 있을 것이다.
전술한 바와 같은 본 발명의 해결하고자 하는 과제 및 그 과제해결을 위한 전술한 바와 같은 수단의 실시에 의해, 본 발명은 교량의 축조 도중 또는 축조 이후 교대의 측방유동이 발생할 경우 종래 필수적으로 실시되지 않으면 안되는 것으로 인식되어 온 교대 배면측 뒷채움 성토체를 전면 걷어내어 제거함으로써 교대 배면측 근방의 연약지반에 대해 교대 전후방에서 교대 또는 그 연약지반에 작용하는 힘(성토압)의 균형을 꾀할 수 있어 교대의 측방유동을 근원적으로 방지할 수 있는 교대 측방유동 발생에 대한 개·보수공법을 실현할 수 있다.
또한 본 발명은 교대 배면측 뒷채움 성토체를 전면 걷어내어 제거함으로써 형성되는 빈 공간에 상향으로 볼록한 아치구조물을 구축함으로써 교대 배면측 근방의 연약지반에 대하여 아무런 연직하중 및 수평 전단하중이 작용하지 않는 상태에서 도로와 교량을 연결할 수 있으며, 아울러 아치의 자중, 도로하중 및 차량 등의 주행하중을 교대와 교대로부터 떨어진 위치의 사면성토층에 분산 지지시킬 수 있는 새롭고 뚜렷한 작용효과를 얻을 수 있다.
본 발명에 의해 교량의 고질적인 문제인 교대 측방유동을 효과적으로 치유할 수 있는 개·보수공법을 실시할 수 있는 한편 교대 배면의 부등침하로 인한 도로면 단차발생, 신축이음장치의 파손 등을 효과적으로 방지할 수 있게 된다.
본 발명은 교량구조물, 도로성토부, 하천시설물 등이 시설별로 관계 규정과 기준이 다를 수밖에 없는 이들이 교차하는 곳에 교대 설계시의 교대 전후방측 수직허용침하량의 임의적 적용에 따라 불가피하게 발생될 수밖에 없었던 문제를 복합 기술적으로 해결할 수 있게 된다.
도 1 (A) 내지 도1(H) 각 도면은 종래 교량건설시 제1성토층 위에 시공되는 교대의 일반적인 축조 공정을 순차적으로 도시한 도면이다.
도 2는 연약지반에 시공되는 교대의 측방유동토압 기본 개념도이다.
도 3(A) 내지 도 3(C)는 각각 종래 신규 교량 축조시 도로성토체 상면까지 2차 성토(사면성토)한 것을 도시한 도면(A)과, 상기 사면성토층 상면과 교대의 배면 사이의 공간에 도로성토체 상면 높이까지 교대 뒷채움 성토체를 채울 경우 교대가 측방유동 현상을 보이는 것을 도시한 도면(B) 및 교대에 측방유동현상이 발생할 경우 본 발명의 제1단계로서 사면성토층 상면과 교대의 배면 사이의 공간에 도로성토체 상면 높이까지 채워져 있던 교대 뒷채움 성토체를 걷어내어 제거함으로써 사면성토층 상면과 상기 교대의 배면 사이를 빈 공간으로 만드는 본 발명 제1단계(C)를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 제2단계를 도시한 도면으로서 교대 배면측에, 후술하는 아치구조물의 일단을 교대에 회전지지하여 거치하기 위한 후면 결합대를 장착한 것을 도시한 도면이다.
도 5는 교대 뒷채움 성토체를 걷어내어 제거함으로써 사면성토층 상면과 교대의 배면 사이에 형성된 빈 공간에 대하여 일단부는 후면 결합대에 회전지지되고 타단부는 사면성토층에 매립 고정되어 사면성토층과 일체화되는, 상향으로 볼록한 아치구조물을 축조하는 본 발명의 제3단계 공정을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 교대 측방유동을 방지하기 위해 교대 배면측 무성토 구간 상부에 축조되는 아치 구조물의 양단 지지구조 개념도이다.
도 7(A) 7(B)는 각각 본 발명에 따른 교대 측방유동을 방지하기 위해 교대 배면측 무성토 구간 상부에 축조되는 아치 구조물의 일 실시예의 종방향 단면도 및 그 개략 평면도이다.
도 8은 아치 구조물 타단부가 사면성토층에 매립되어 사면성토층과 일체화되게 고정되는 확대기초부의 일 실시예 단면도로서, 도 7(A)의 A 부분을 상세히 확대하여 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명에 따른 교대 측방유동을 방지하기 위해 교대 배면측 무성토 구간 상부에 축조되는 아치 구조물의 골조가 트러스구조일 수 있는 것을 도시한 개념도이다.
도 10은 본 발명에 따른 교대 측방유동을 방지하기 위해 교대 배면측 무성토 구간 상부에 축조되는 아치 구조물이 절곡된 강재빔과 그 강재빔 상면에 결합된 데크플레이트 및 그 상면에 현장타설된 철근 콘크리트의 결합으로 이루어진 합성구조 아치인 것을 도시한 부분단면도이다.
도 11은 본 발명에 따른 교대 측방유동을 방지하기 위해 교대 배면측 무성토 구간 상부에 축조되는 아치 구조물이, 서로 맞대어져 소정의 곡률 아치를 이루는 프리패브 철근 콘크리트 세그멘트들의 결합으로 이루어지는 조립식 아치구조물인 것을 도시한 개략사시도이다.
도 1(A) 내지 도 1(H) 각 도면은 종래 교량건설시 성토층에 시공되는 교대(30)의 일반적인 축조 공정을 순차적으로 도시한 도면으로서, 이들 도면을 참조하여 교대의 일반적인 축조 공정을 설명하면 다음과 같다.
도 1(A)는 1차 성토층(4)을 도시한 도면이다. 1차 성토층의 높이는 교대 지지말뚝의 지지 깊이, 도로 도로성토체 상면의 높이 등을 고려하여 결정되며, 1차 성토층의 상면(4a)은 교대의 저면이 놓이는 교대지지말뚝(6)의 상면 높이로 결정될 수 있다. 도면부호 2는 1차 성토층(4)을 조성하기 이전의 원 지반의 상면을 나타낸다.
도 1(B),도 1(C)는 교대 하부구조의 도면으로서, 도 1(B)는 교대를 지지하는 기초가 말뚝기초인 경우에, 1차 성토층 상면(4a) 높이까지 교대지지용 기초말뚝(6)이 삽입된 것을 도시한 도면이고, 1(C)는 교대지지용 기초말뚝(6) 위에 교대구체(30)를 축조한 것을 도시한 도면이다.
도 1(D)는 도로성토체 상면까지 2차 성토(10)한 것을 도시한 도면으로서, 일반적으로 1차 성토면 후방으로부터 소정의 경사각(θ)를 두어 점증 후상향하도록 성토된다.
도 1(E)는 교대 상부구조를 축조하는 것을 도시한 도면으로서, 교대의 전방 교좌좌(12)에 장착된 교좌장치(교량받침)(14)를 개재하여 그 상부에 교량 거더(16)의 일단부가 올려놓여진 후 거더 위에 거더 바닥판(미도시)이 시공된다.
도 1(F)는 3차성토, 즉 교대 배면부 뒷채움 성토체(18)를 마친 것을 도시한 도면이다. 3차성토(교대 배면부 뒷채움 성토체)(18)는 교대축조에 있어서 본 발명과 가장 중요한 관련을 갖는 부분으로서, 일반적으로 교대의 직후방 공간인 교대 배면부가 도로성토체 상면까지 높게 고성토(高盛土)되는 것을 알 수 있다. 큰 수직토압(Vf)에 의해 연약지반이 수직압밀 및 수평전단력(Hf)에 의해 수평거동할 수 있다.
도 1(G)는 교대 전방에 압성토(20) 및 보호블록을 시공하는 것을 도시한 도면이고, 도 1(H)는 포장과 부속 구조물을 설치하는 것을 도시한 도면이다. 3차 성토면(18) 위에 어프로치슬래브(22)를 타설하고 포장하며 신축이음장치(미도시)를 시공한다.
이상과 같은 종래 교량건설시 1차성토층(4) 위에 시공되는 교대(30)의 일반적인 축조 공정 중에서 본 발명의 기술내용과 관련이 있는 공정은 특히 도 1(F)로서, 본 발명은 종래 반드시 시공하지 않으면 안되는 것으로 인식되어 온 교대 배면부 뒷채움 성토체(18)로 인해 교대가 측방거동을 보일 경우 이를 사후적으로 바로잡기 위한 개·보수공법을 제시하는 것이다.
도 2는 연약지반에 시공되는 교대의 측방유동토압이 작용하는 기본 개념도로서, 교대의 직후방 위치에서 비교적 짧은 시간 동안 도로성토체 상면 높이까지 채워지는 교대 배면 뒷채움 성토체(18)는 교대(30)에 대하여 수평토압을 작용할 뿐만 아니라 하부의 연약지반에 대하여 큰 집중하중으로 작용하여 지표면 압밀침하(부등침하)를 일으킴과 아울러 연약지반을 수평방향으로 이동시켜 교대지지 기초말뚝(6)에 대하여 횡방향 압력(교대의 측방유동토압)으로 작용하게 하고 이러한 원인에 의해 교대가 교량 방향으로 측방유동하게 된다.
도 3(A) 내지 도 3(C)는 각각 종래 신규 교량 축조시 도로성토체 상면까지 2차 성토(사면성토)(10)한 것을 도시한 도면(A)과, 상기 사면성토층 상면과 교대의 배면 사이의 공간에 도로성토체 상면 높이까지 교대 뒷채움 성토체(18)를 채울 경우 교대가 측방유동 현상을 일으킬 수 있는 것을 도시한 도면(B) 및 교대에 측방유동현상이 발생할 경우 본 발명의 제1단계로서 사면성토층 상면과 교대의 배면(35) 사이의 공간에 도로성토체 상면 높이까지 채워져 있던 교대 뒷채움 성토체(18)를 걷어내어 제거함으로써 사면성토층 상면과 상기 교대의 배면 사이의 공간을 초기 도 3A와 같은 빈 공간(무성토 공간)으로 만드는 본 발명 제1단계(C)를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 제2단계를 도시한 도면으로서, 교대 배면측에, 후술하는 아치구조물의 일단을 교대(30)에 회전지지하여 거치하기 위한 후면 결합대(32)를 장착하는 것을 도시한 도면이다. 도 4에서 후면 결합대(32)가 회전핀 장착을 위해 까치발 형상의 경사진 삼각대처럼 도시되었으나 그 형상이 반드시 경사진 까치발 형상의 구조에 국한되는 것은 아니며 교대 내측으로 요입하여 내장되는 형상일 수도 있도록, 적당한 헌치 지지구조를 수반한 수평 돌출형 등 다양한 것으로 이해되어야 하는 것으로서, 그 형상과 구조는 후술하는 아치구조의 일단을 회전지지하기 위한 핀을 장착하기에 적합한 형상과 구조이면 충분하며, 또한 이런 후면 결합대(32)의 교대(30) 후면에 대한 장착 높이는 도로성토체 상면까지의 2차 성토한 사면성토층의 경사각 내지 사면성토층 높이 및 아치의 구조와 지간 등을 고려한 구조설계에 의해 적절한 높이로 가변적으로 결정될 수 있다.
도 4에 도시된 것처럼 아치구조의 일단(72)을 회전지지하기 위한 피봇 핀 장착철물은 후면 결합대(32)에 견고하게 앵커(33)지지되는 것이 바람직하다.
도 5는 교대 뒷채움 성토체(18)를 걷어내어 제거함으로써 사면성토층 상면과 교대의 배면 사이에 형성된 빈 공간(무성토공간: 50)에 대하여 일단부(72)는 후면 결합대(32)에 회전지지되고 타단부(74)는 사면성토층(10) 지중에 매립 고정되어 사면성토층과 일체화되는, 상향으로 볼록한 아치구조물(70)을 축조하는 본 발명의 제3단계 공정을 도시한 도면이다.
본 발명에서 아치구조물(70)의 양단부(72, 74) 중 고정단부(74)는 사면성토층(10)의 지중에 매립 고정되어 지중과 함께 일체거동하는 구조로 구성되는 반면 회전단부(72)는 후면 결합대(32)에 거치되어 교대에 회전지지되는 이질적 지지구조를 갖기 때문에 아치구조물의 자중과 도로구조물의 하중 및 주행차량의 동하중의 대부분은 고정단부(74)를 통해 교대로부터 멀리 떨어진 사면성토층(10)에 분산지지되며 회전단부(72)를 통해 후면 결합대(32)에 거치되어 지지되는 아치의 작동하중은 고정단부(74)에 가해지는 작동하중에 비해 상대적으로 그 크기가 작다. 본 발명에 있어서 이러한 아치의 양단부에 가해지는 지지하중(응력) 분담을 차등화하는 효과를 극대화하기 위해서는, 아치구조물의 양단부를 회전지지와 고정지지라는 이질적 지지구조로 구성함과 아울러, 도 5에 도시한 것처럼, 사면성토층(10)의 지중에 매립 고정되는 고정단부(74)의 고정높이를 회전단부(72)의 지지높이보다 더 낮게 하는 구성이 바람직하다.
도면 부호 60은 아치구조물(70)의 고정단부(74)가 지중(10)에 일체화되어 고정지지됨에 있어서 그 단부가 효과적으로 지중에 매립되어 일체화지지되도록 하기 위한 확대기초로서 그 일 실시예에 대해서는 도 8을 참고하여 다시 후상술한다.
도 6은 본 발명에 따른 교대 측방유동을 방지하기 위해 교대 배면측 무성토 구간 상부에 축조되는 아치 구조물의 양단 지지구조 개념도이다. 아치구조물(70)에 작용하는 하중은 아치구조물의 축방향 압축력 만으로 작용하여 양단부로 전달되므로 아치는 지간이 긴 공간에 걸쳐지는 보를 지지기둥 없이 구성하는 경우 유익하다. 본 발명에서 아치구조물(70)의 일단(32)은 회전지지구조이므로 그 회전지점에서 수평반력과 수직반력을 받지만 회전이 자유로워 그 회전지점에서 모멘트가 작용하지 않는다. 또한 아치구조물(70)의 타단(74)은 후상술하는 확대기초(60)를 통해 지중에 일체화 고정되는 고정구조이므로 수직반력, 수평반력 및 휨응력을 받는다.
도 7(A), 7(B)는 각각 본 발명에 따른 교대 측방유동을 방지하기 위해 교대 배면측 뒷채움 성토체를 걷어내어 제거함으로로써 생긴 무성토 구간(50: 도 5) 상부에 축조되는 아치구조물의 일 실시예의 종방향 단면도 및 그 개략 평면도이며, 도 8은 아치 구조물 타단부가 사면성토층에 매립되어 사면성토층과 일체화되게 고정되는 확대기초의 일 실시예 단면도로서, 도 7(A)의 A 부분을 상세히 확대하여 도시한 도면이다.
도 7A에서 도면부호 60은 아치구조물(70)의 고정단부(74)가 결합되어 지중에 일체화되게 매립지지되는 고정단부 지지용 확대기초(60)를 간략화하여 도시한 부분으로서, 구체적으로는 도 8에 도시된 것처럼, 대략 지중에 수평방향(도로 폭방향)으로 놓여지게 되는 수평슬래브부(61)와, 이 수평슬래브부의 상면 중앙에 수직하게 세워지는 수직벽부(62, 64) 및 수평슬래브부의 하면 중앙에 수직하게 세워지는 수직벽부(64)를 포함할 수 있다. 아치구조물의 고정단부(74)는 수직벽부(62) 상면에 앵커링 고정될 수 있다. 상하방향 두 수직벽부(62, 64) 중 하향 돌출하는 수직벽부(64)는 아치구조물 고정단부(74)의 지지와 거동을 더욱 안정화하기 위한 보강적 요소로서, 도시한 것처럼 두 수직벽부(62, 64)는 그 상하방향으로 공동 배근(공동 띠철근 포함)하여 이들을 일체화하는 것이 바람직하다. 또한 도면에서 수직벽부(62, 64)가 수평슬래브부(61)의 대략 중앙측에 형성되는 것으로 도시되었으나 수직벽부(62, 64)를 기준으로 수평슬래브부(61)의 우측 부분(사면성토층 방향)의 길이가 그 좌측부분(교대측 방향)의 길이보다 더 길게 구성될 경우 사면성토층(10) 내에 매립지지되는 확대기초(60)는 그 더 길게 구성된 수평슬래브부(61)의 우측 부분에 의해 토압을 필요충분하게 더 많이 받을 수 있다. 수평슬래부(61)의 단면설계, 수직벽부(62, 64)의 수평슬래브부(61)에 대한 상대적 결합위치 및 그 단면두께나 배근 등의 확대기초(60) 전체설계는 아치구조물의 설계와 함께 전체 시스템 설계(구조설계)에 의해 유효하게 결정될 것이다.
한편, 확대고정구조물(60)의 수평슬래브부(61) 및 수직벽부(62, 62, 64)는 공장생산된 프리패브 구조물을 현장조립하여 구성할 수 있지만 전술한 것처럼 철근콘크리트 현장 타설물일 수 있다. 도면부호 66은 확대기초(60)를 구축하기 위한 기초지정 예컨대 잡석지정을 도시한 것이다. 수평슬래브부(61) 및 수직벽부(62, 62, 64)가 상호 맞닿는 부분에는 도시하지 않았지만 역학적 보강의 필요에 따라 적당한 헌치보강를 더 둘 수도 있다. 전술한 바와 같은 확대기초(60)의 십자형 구조에 있어서 수평슬래브부(61)는 주로 고정단부(74)의 지중 수직반력을 지지하는 역할을 담당하는 한편 수직벽부(62, 64)는 주로 고정단부(74)의 지중 수평반력을 지지하는 역할을 담당함으로써 이 수평슬래브부(61) 및 수직벽부(62,64)가 상호 일체화된 확대기초(60)로서 아치구조물의 고정단부(74)와 함께 전체로서 사면성토층(10) 지중에 매립되어 고정됨으로써 아치구조물(70)을 통해 전달되는 고정하중 및 작동하중에 따른 임의 방향의 토압에 대하여 안정적이고 효과적인 응력을 발휘할 수 있다.
도 7(A), 7(B)에 있어서 아치구조물(70)의 구성을 여러개의 아치 세그먼트들이 원호방향으로 조립되어 이루어지는 조립식 아치구조로 도시하였다. 이 경우 복수개의 아치 세그먼트의 결합부 구성은 구체적으로 도시하지는 않았으나 암수 결합돌기와 결합요홈을 상호 체결하는 인터로킹방식, 프리캐스트 콘트리트 내부에 장착된 고장력 볼트 및/또는 PS강재 연결방식 것 등 종래 공지된 다양한 방식의 것을 채용할 수 있다. 또한 이러한 세그먼트 조립식이 아니라 공장 생산된 아치형 프리캐스트 합성부재를 현장에서 조립가설한 후 이에 콘크리트를 타설하여 일체화된 아치 구조물을 축조하는 방식의 합성형 아치구조도 물론 가능하다.
또한 본 발명에 따른 아치 구조물의 폭은 예컨대 차로별 크기에 대응하는 폭을 갖도록 구성될 수 있고 이 경우 그 차로폭 단위마다 별개의 양단부 지지구조를 채택할 수 있다. 이와 관련하여 도 7(B)에서는 도로폭(W1) 내에서 차로폭 W2에 해당하는 폭을 갖는 아치구조물 4개가 연접하여 장착되는 구성을 도시하였다(W1=W2X4).
한편 여기서 도시하지는 않았지만 도 7(B)의 구성중 교량쪽은 교량폭이 정해져 있는 것에 비해 도로쪽은 도로 성토사면이 중간에 설치되어 교량폭보다 넓어질 수 있기 때문에 예컨대 아치의 폭과 형상은 W1<W2X4로 축조될 수도 있다.
한편 본 발명에 따른 교대 측방유동을 방지하기 위해 교대 배면측 무성토 구간에 축조되는 아치구조에서 채용할 수 있는 아치구조물은 그 곡면의 구성이 반원형이거나 그보다 작은 곡면(1/4원형, 1/3 원형 등)을 갖는 구조물일 수 있는데 그 결정에 영향을 미치는 요소는 지지토양의 상태 및 이와 관련한 사면성토층(10)의 성토 경사각이다. 사면성토층의 성토경사각(θ: 도 5)는 대체로 45도 내외의 자연구배 안식각을 갖게 되는데 이 경사각이 낮아질 경우 아치구조물의 스팬은 늘어나게 된다.
본 발명은 교대 배면 뒷채움 성토체를 생략하는 구조이므로 종래 교대 배면 좌우양단에 뒷채움 성토체를 가두기 위해 사용되었던 날개벽도 불필요하게 되어 본 발명에서 무성토 구간 상부 공중에 설치되는 아치구조물은 그 저면이 그대로 공중에 노출되는 구조이지만 외관상의 이유 등으로 종래처럼 날개벽 또는 그 유사 구조물을 존치시킬 수도 있을 것이다 .
도 7(B)에 의해 알 수 있듯이, 본 발명에서 아치구조물의 상기 교대 후면에 형성된 결합대(32)에 지지되는 회전지점 단부(72) 및 상기 사면성토층(10)에 매립된 확대기초(60)에 지지되는 고정지점 단부(74)의 각 도로 폭방향 지지는 도로의 주행 차로폭 길이(W2)의 단위마다 분할지지되는 되는 것이 바람직하다. 본 발명에서 아치구조물(70)이 세그먼트 조립구조로 축조되는 것일 경우 그 교축방향 또는 도로 폭방향 세그먼트 상호간을 긴결하기 위해 각 방향 긴결부 구성(76)(78)를 더 둘 수 있다.
한편 본 발명에서 아치구조물(70)의 각 단부(72, 74) 및 그에 결합되는 회전지지구조 및 고정지지구조는 전술한 도 7, 도 8로서 도시한 방식 이외에도 도시하지 않은 다양한 다른 방식과 구조의 것도 가능한 것으로 이해되어야 하며, 그 차이로 인해 본 발명과 기술적으로 다른 발명을 구성하는 것으로 이해되어서는 안된다.
도 9는 본 발명에 따른 교대 측방유동을 방지하기 위해 교대 배면측 무성토 구간 상부에 축조되는 아치구조물의 골조가 트러스구조일 수 있는 것을 도시한 다른 실시예의 개념도이다. 이러한 트러스 골조와 결합되는 도시하지 않은 교축방향 내지 도로 폭방향 철근 콘크리크 등과의 복합구조에 의해 주행차량 접속 및 지지용 아치구조물을 구성할 수 있다.
도 10은 본 발명에 따른 교대 측방유동을 방지하기 위해 교대 배면측 무성토 구간 상부에 축조되는 아치 구조물이, 절곡된 강재빔(70a, 70b)과 그 강재빔 상면에 결합된 데크플레이트(80) 및 그 상면에 현장타설된 철근 콘크리트(83)의 결합으로 이루어진 합성구조 아치인 것을 도시한 부분단면도이다. 도면부호 81은 스터드볼트이며, 도면부호 82는 데크플레이트의 내부 인장측에 배근되는 인장철근이다. 강재골조와 철근콘크리트의 결합에 의해 소정의 재하(載荷) 지지면을 구성하는 구조는 다양하므로 도시한 이외의 다른 방식의 복합구조도 가능할 것이다. 도 10으로 도시한 실시예에 있어서 아치구조물을 이루는 골조는 H빔과 같은 형강재 빔을 벤딩 절곡한 것 다수개를 현장반입하여 조립하여 구성하는 예이며, H빔의 곡률반경, 개수 등은 개보수하고자 하는 현장의 사전 환경조사에 따른 구조설계에 의해 결정된다.
도 11은 본 발명에 따른 교대 측방유동을 방지하기 위해 교대 배면측 무성토 구간 상부에 축조되는 아치구조물이, 서로 맞대어져 소정의 곡률 아치를 이루는 프리패브 철근 콘크리트 세그멘트(70a)들의 결합으로 이루어지는 조립식 아치구조물일 수 있는 실시예를 도시한 개략사시도이다. 도면부호 78은 프리패브 철근 콘크리트 세그멘트(70a)들을 PS 콘크리트로 구성할 경우 폭방향 긴결을 위한 구성의 예로서, 도로 폭방향으로 서로 관통하는 PS강선 체결공이고 도면부호 79는 강선긴결을 위한 정착구를 도시한 것이다. 이처럼 본 발명에 따른 교대 측방유동을 방지하기 위해 교대 배면측 무성토 구간 상부에 축조되는 아치구조물이, 서로 맞대어져 소정의 곡률 아치를 이루는 프리패브 철근 콘크리트 세그멘트(70a)들의 결합으로 이루어지는 조립식 아치구조물로 축조함에 있어서도 개별 세그멘트(70a)의 구체적 내부 구성이나 그 조성, 결합방식(세그멘트간 결합요홈 내지 결합돌기의 구성 등 포함)은 다양하게 설계될 수 있을 것이다.
본 발명에 따른 교대 측방유동을 방지하기 위해 교대 배면측 무성토 구간 상부에 축조되는 아치구조물은 전술한 예 이외에도 파형 강판을 아치의 골조로 구성하거나 고강도 합성수지 파이프를 아치형으로 배치한 후 그 내부에 콘크리트를 현장타설하는 구성 등 다양한 방식의 복합구성으로 실시할 수도 있다.
본 발명에 있어서 아치구조물의 축조방식과 구성은 도시하고 설명한 것 이외에도 다양할 수 있는데 교대 측방유동을 방지하기 위해 교대 배면측을 무성토 구간으로 만들어 성토압을 근원적으로 제거하는 한편 그 무성토 구간에 대하여 차량접속이 가능한 보의 구성을 아치구조물로 축조함으로써 장경간 구조를 가능하게 하고 구조물의 자중과 하중을 지지하는 양단부의 구성을 회전단 및 고정단으로 구성하는 기술적 본질을 공유하는 한 모두 본 발명의 기술적 범위 내의 것으로 이해되어야 한다.
본 발명의 마지막 제4단계의 공정은, 전술한 바와 같은 아치구조물의 상면에 지지되면서 도로와 교대 사이에 놓여져 차량 또는 열차를 주행 가능하게 하는 어프로치슬래브(22)를 축조하는 단계이다. 이 단계를 통해, 도 5에 도시한 것처럼, 아치구조물의 상면에 지지되면서 도로와 교대 사이에 어프로치슬래브(22)가 놓여진다. 본 발명에서 바람직하게는 아치구조물(70)은 그 양단부 사이의 도중에 그 상향으로 볼록한 부분의 가장 높은 정점이 위치하고, 이 정점과 교대(30) 사이를 어프로치슬래브(22)가 연결하며, 아치구조물의 상기 정점과 상기 사면성토층(10)에 매립 지지된 확대구조물(60) 사이의 상부 공간에는 도로구축용 다짐층(25)이 충진될 수 있다.
이상과 같은 본 발명의 설명에서 본 발명의 효력이 미치는 범위는 본 명세서에 도시하여 설명한 것에 한정되는 것으로 이해되어서는 안되며 이 기술분야 통상의 지식을 가진 자의 입장에서 본 명세서로부터 균등하게 추론할 수 있는 기술적 범위는 모두 본 발명의 범위 내의 것으로 이해되어야 하며 그 구체적인 범위는 청구범위로 기재한 발명의 균등범위이다.
2: 원지반 4: 1차 성토층
4a: 1차성토층의 상면 4b : 교대저면 후방측 수평공간
6 : 교대지지용 기초말뚝 10 : (2차) 성토층(사면성토층)
12: 교좌좌 14: 교좌장치
16: 교량 거더 18 : 교대배면 뒷채움 성토체(고정토)
20 :압성토 22: 어프로치슬래브
24 : 도로 30 : 교대
32 : 교대 후방에 형성된 아치 일단부 지지용 결합대
34 : 교대 저면 35: 교대 배면
50: 교대 (뒷채움) 빈공간
60 : 확대기초
61,62,64: 사면성토층에 매립 지지되는 확대지지부의 수평슬래브부 및 수직벽부
70 : 아치구조물 72 : 교대에 회전지지되는 아치의 일단부
74 : 사면성토층에 매립 지지된 확대지지부에 고정지지되는 아치의 타단부
70a, 70b : 조립식 아치구조물의 각 세그먼트
76: 아치구조물 각 세그먼트의 종방향 긴결수단
78 : 아치구조물 각 세그먼트의 횡방향 긴결수단

Claims (10)

  1. 하단 확대기초부 저면이 견고한 지중지반에 지지되는 교대(30)와; 교대의 확대기초부로부터 후방으로 경사지게 북돋아져 도로성토체 상면까지 연장되는 사면성토층(10)과; 상기 사면성토층 상면과 교대의 배면 사이의 공간에 도로성토체 상면 높이까지 채워진 교대 뒷채움 성토체(18)와; 그리고 상기 교대 뒷채움 성토체 상면에 설치되는 도로와 교량간 어프로치슬래브(22)를 포함하여 이루어진 완공된 교량의 교대에 있어서 상기 교대에 측방유동이 발생한 경우에 이를 개보수하기 위한 공법으로서,
    상기 사면성토층(10) 상면과 상기 교대의 배면(35) 사이의 공간에 도로성토체 상면 높이까지 채워져 있던 뒷채움 성토체(18)를 걷어내어 제거함으로써 사면성토층 상면과 상기 교대의 배면 사이를 빈 공간(50)으로 만드는 제1단계와;
    상기 교대의 배면측 소정의 높이에 후면 결합대(32)를 마련하는 제2단계와;
    상기 빈 공간에 대하여 일단부(72)는 상기 후면 결합대(32)에 회전지지되고 타단부(74)는 상기 사면성토층(10)에 매립되어 사면성토층(10)과 일체화되는, 상향으로 볼록한 아치구조물(70)을 축조하는 제3단계; 및
    상기 아치구조물의 상면에 지지되면서 도로와 교대 사이에 놓여져 차량 또는 열차를 주행 가능하게 하는 어프로치슬래브(22)를 축조하는 제4단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 교대 측방유동 발생에 대한 개·보수공법
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 아치구조물(70)은 그 양단부 사이의 도중에 그 상향으로 볼록한 부분의 가장 높은 정점이 위치하고, 이 정점과 교대 사이에 어프로치슬래브(22)가 놓이며, 아치구조물의 상기 정점과 상기 사면성토층(10)에 매립 지지된 타단부 사이의 상부 공간에 도로구축용 다짐층(25)을 충진하는 것을 특징으로 하는 교대 측방유동 발생에 대한 개·보수공법
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 아치구조물(70)은, 서로 연접하여 전체로서 아치를 이루는 복수개의 호형상의 강재 세그멘드(70a) 부재가 연결되어 이루는 복수개의 강재 아치골조와, 상기 복수개의 강재 아치골조 상면에 결합되는 곡면데크플레이트(80)와, 상기 곡면데크플레이트의 상면에 현장 타설되는 철근 콘크리트(83)의 결합으로 이루어진 복합 구조물인 것을 특징으로 하는 교대 측방유동 발생에 대한 개·보수공법
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 아치구조물(70)의 상기 사면성토층에 매립되어 지중에 고정지지되는 타단부(74)는 확대된 수평슬래브부(61) 및 이 수평슬래브부의 상하면에 일체적으로 결합된 확대된 수직벽부(62, 64)를 구비한 확대기초(60)에 고정지지됨으로써 이 확대 수평슬래브부(61) 및 확대 수직벽부(62,64)에 의해 수평방향 및 수직방향 토압을 지지하여 그 타단부(74)의 지중에서의 수평거동 및 수직거동이 억제되는 것을 특징으로 하는 교대 측방유동 발생에 대한 개·보수공법
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 아치구조물(70)은, 서로 연접하여 전체로서 아치를 이루는 복수개의 호형상의 프리패브(prefab) 철근콘크리드 세그멘드 부재가 현장에서 교축방향 및 도로폭 방향으로 상호 연결되어 전체로서 일체화되는 조립식 아치구조물인 것을 특징으로 하는 교대 측방유동 발생에 대한 개·보수공법
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 아치구조물(70)은 반원형 또는 그보다 작은 곡면(1/4원형 또는 1/3원형)을 갖는 구조물이며, 그 곡면부의 저면이 지중에 묻히지 않고 대기중에 노출되는 것을 특징으로 하는 교대 측방유동 발생에 대한 개·보수공법
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 아치구조물(70)의 양단부를 회전지지와 고정지지의 이질적 지지구조로 구성함과 아울러 사면성토층(10)의 지중에 매립 고정되는 고정단부(74)의 고정높이가 교대에 지지되는 회전단부(72)의 지지높이보다 더 낮게 구성된 것을 특징으로 하는 교대 측방유동 발생에 대한 개·보수공법
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 아치구조물(70)의 상기 교대 후면에 형성된 결합대(32)에 지지되는 회전지점 단부(72) 및 상기 사면성토층에 매립된 확대기초에 지지되는 고정지점 단부(74)의 각 도로 폭방향 지지는 도로의 주행 차로폭 길이의 단위마다 분할지지 되는 것을 특징으로 하는, 교대 측방유동 발생에 대한 개·보수공법
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 사면성토층(10)에 매립되는 확대기초(60)는 도로의 폭방항으로 뻗는 수평슬래브부(61)와 이 수평슬래브부의 상하면에서 도로의 폭방향으로 가로질러 수직하게 상하방향으로 교차하여 뻗는 수직벽부(62, 64)의 결합으로 이루어지며, 수직벽부(62, 64)를 기준으로 수평슬래브부(61)의 우측 부분(사면성토층 방향)의 길이가 그 좌측부분(교대측 방향)의 길이보다 더 긴 것을 특징으로 하는 교대 측방유동 발생에 대한 개·보수공법
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 사면성토층(10)의 구배(θ)는 자연구배이거나 45도 이하인 것을 특징으로 하는, 교대 측방유동 발생에 대한 개·보수공법
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