KR101963815B1 - 개량형 교량구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은,
도로지반(PG)에 설치되는 것을 옹벽수직부(410), 옹벽전방수평부(430) 및 옹벽후방수평부(450)로 구분되는 옹벽(400);
상기 옹벽(400)과 상기 도로지반(PG) 사이에 포설되는 교대배면토(300);
상기 교대배면토(300)에서 도로 쪽으로 연장되어 설치되는 기초확장구간(BS);
상기 도로지반(PG) 상부에 포설되는 도로슬래브(SS);
상기 옹벽전방수평부(430) 상부에 종방향으로 거치되는 단부확장가로보(GG);
교량설치방향에서 접근하여 타단이 상기 단부확장가로보(GG)에 설치되는 거더(G);
상기 거더(G) 상부에 포설되는 교량슬래브(S);
상기 교대배면토(300) 상부 및 상기 기초확장구간(BS) 상부에 포설되는 확장슬래브(1);
를 포함하여 구성되되,
상기 옹벽전방수평부(430) 하부의 지반에는 탄성파일(H)이 박혀 고정구간을 형성하고 상기 고정구간 상부로는 지반에 케이싱파일(CP)이 박혀 상기 케이싱파일(CP) 내면과 상기 탄성파일(H) 외면 사이에 이격공간을 형성하는 종방향자유장구간을 형성하며, 상기 케이싱파일(CP) 상단은 상기 옹벽전방수평부(430)를 관통하여 설치되므로 상기 탄성파일(H) 상부는 상기 케이싱파일(CP) 상부를 관통하여 상기 단부확장가로보(GG)에 박히도록 설치되는 것을 특징으로 하는 개량형 교량구조를 제공한다.

Description

개량형 교량구조{the improved bridge structure}

본 발명은 교대상부에는 슬래브 조인트를 생략하고 모든 변위는 도로 쪽의 탄성조인트로 유도하기 위한 개량형 교량구조에 관한 것이다.

교량과 도로의 연결부의 슬래브 조인트는 현재까지 여러 기술이 개발되어 시공되어 왔다.

그러나 그 수명이 짧아 초기 설치시 공사비와 한계 수명에 따른 교체 공사비 등의 유지관리비가 많이 소요되며 소음과 진동을 유발하는 문제점이 지적되어 왔다.

이에 본 발명자는 교량의 간극을 가진 슬래브 조인트를 도로의 포장층으로 이동하고 노출시키기 위하여 교대 상부와 확장슬래브(강성 콘크리트포장)는 1~2mm 이내로 탄성재를 충진하는 최소 간극을 강연선으로 연결 합성함으로서 수직(확장슬래브 받침부) 또는 수평(종방향 강연선과 확장블록)에 대한 응력만을 가지게 하고, 교량슬래브의 종방향 수평변형(신수축)을 도로부까지 연장하고 전달시켜 도로 구간에서 도로슬래브 또는 포장구간과 접속시키므로써 교량의 교대 상부에서 조인트를 생략하는 기술을 개발하기에 이르렀다.

[문헌 1] 대한민국 등록특허 제10-0768321호 ‘무조인트 강상자형교의 교대와 주형의 일체화 연결구조’, 2007년10월11일 [문헌 2] 대한민국 등록특허 제10-1651495호 ‘무교좌 및 무조인트 교량의 시공방법’, 2016년08월22일

본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 제반 문제점을 해소하기 위해서 제시되는 것이다.

그 목적은 교량의 간극을 가진 슬래브 조인트를 도로의 포장층으로 이동하고 노출시키기 위하여 교대 상부와 확장슬래브(강성 콘크리트포장)는 간극없이 강연선으로 연결 합성함으로서 수직 또는 수평에 대한 응력만을 가지게 하고, 교량슬래브의 종방향 수평변형(신수축)을 도로부까지 연장하고 전달시켜 도로 구간에서 도로슬래브 또는 포장구간과 접속시키므로서 교량의 교대 상부에서 조인트를 생략하는 개량형 교량구조를 제공하고자 한다.

상기한 기술적 과제를 해결하기 위해 본 발명은,

도로지반(PG)에 설치되는 것을 옹벽수직부(410), 옹벽전방수평부(430) 및 옹벽후방수평부(450)로 구분되는 옹벽(400);

상기 옹벽(400)과 상기 도로지반(PG) 사이에 포설되는 교대배면토(300);

상기 교대배면토(300)에서 도로 쪽으로 연장되어 설치되는 기초확장구간(BS);

상기 도로지반(PG) 상부에 포설되는 도로슬래브(SS);

상기 옹벽전방수평부(430) 상부에 종방향으로 거치되는 단부확장가로보(GG);

교량설치방향에서 접근하여 타단이 상기 단부확장가로보(GG)에 설치되는 거더(G);

상기 거더(G) 상부에 포설되는 교량슬래브(S);

상기 교대배면토(300) 상부 및 상기 기초확장구간(BS) 상부에 포설되는 확장슬래브(1);

를 포함하여 구성되되,

상기 옹벽전방수평부(430) 하부의 지반에는 탄성파일(H)이 박혀 고정구간을 형성하고 상기 고정구간 상부로는 지반에 케이싱파일(CP)이 박혀 상기 케이싱파일(CP) 내면과 상기 탄성파일(H) 외면 사이에 이격공간을 형성하는 종방향자유장구간을 형성하며, 상기 케이싱파일(CP) 상단은 상기 옹벽전방수평부(430)를 관통하여 설치되므로 상기 탄성파일(H) 상부는 상기 케이싱파일(CP) 상부를 관통하여 상기 단부확장가로보(GG)에 박히도록 설치되는 것을 특징으로 하는 개량형 교량구조를 제공한다.

본 발명에 따르면 본 발명은 교량의 간극을 가진 슬래브 조인트를 도로의 포장층으로 이동하고 노출시키기 위하여 교대 상부와 확장슬래브(강성 콘크리트포장)는 간극없이 강연선으로 연결 합성함으로서 수직 또는 수평에 대한 응력만을 가지게 하고, 교량슬래브의 종방향 수평변형(신수축)을 도로부까지 연장하고 전달시켜 도로 구간에서 도로슬래브 또는 포장구간과 접속시키므로서 교량의 교대 상부에서 조인트를 생략하는 개량형 교량구조를 제공한다.

도 1은 본 발명의 교대상부 무조인트 슬래브 교량구조의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 교대상부 무조인트 슬래브 교량구조에서 초기 세팅된 모습을 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 교대상부 무조인트 슬래브 교량구조에서 교량슬래브가 도로 쪽으로 변위를 발생할 때 초기변위에 대한 대응을 도시한 단면도이다.
도 4는 도 3에 연속되어 추가변위에 대한 대응을 도시한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 교대상부 무조인트 슬래브 교량구조에서 교량슬래브가 교량 쪽으로 변위를 발생할 때 초기변위에 대한 대응을 도시한 단면도이다.
도 6은 도 5에 연속되어 추가변위에 대한 대응을 도시한 단면도이다.
도 7은 본 발명의 교대상부 무조인트 슬래브 교량구조에서 교량슬래브의 처짐과 회전 변위가 발생할 때 대응을 도시한 단면도이다.
도 8은 본 발명의 개량형 교량구조의 제1실시예의 단면도이다.
도 9는 본 발명의 제1실시예에서 교량슬래브가 교량 쪽으로 변위를 발생할 때 변위에 대한 대응을 도시한 단면도이다.
도 10은 본 발명의 본 발명의 제1실시예에 교량슬래브가 도로 쪽으로 변위를 발생할 때 변위에 대한 대응을 도시한 단면도이다.
도 11은 본 발명의 개량형 교량구조의 제2실시예의 단면도이다.
도 12는 본 발명의 제2실시예에서 교량슬래브가 교량 쪽으로 변위를 발생할 때 변위에 대한 대응을 도시한 단면도이다.
도 13은 본 발명의 본 발명의 제2실시예에 교량슬래브가 도로 쪽으로 변위를 발생할 때 변위에 대한 대응을 도시한 단면도이다.
도 14는 본 발명의 개량형 교량구조의 제3실시예의 단면도이다.
도 15는 본 발명의 제3실시예에서 교량슬래브가 교량 쪽으로 변위를 발생할 때 변위에 대한 대응을 도시한 단면도이다.
도 16은 본 발명의 본 발명의 제2실시예에 교량슬래브가 도로 쪽으로 변위를 발생할 때 변위에 대한 대응을 도시한 단면도이다.

이하 첨부한 도면과 함께 상기와 같은 본 발명의 개념이 바람직하게 구현된 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 교대상부 무조인트 슬래브 교량구조의 단면도이다.

본 발명의 교대상부 무조인트 슬래브 교량구조는,

교대(100) 상부의 슬래브 조인트를 설치하지 않도록 하는 것으로,

도로지반(PG) 및 기존설계뒷채움구간(BD) 쪽에 설치되는 교대(100);

상기 기존설계뒷채움구간(BD)에서 도로 쪽으로 연장되어 설치되는 기초확장구간(BS);

상기 도로지반(PG) 상부에 포설되는 도로슬래브(SS);

교량설치방향에서 접근하여 타단이 상기 교대(100) 상부에 설치되는 거더(G);

상기 거더(G) 상부에 포설되는 교량슬래브(S);

상기 기존설계뒷채움구간(BD) 상부 및 상기 기초확장구간(BS) 상부에 포설되는 확장슬래브(1);

를 포함하여 구성되되,

상기 교량슬래브(S) 타단과 상기 확장슬래브(1) 일단은 서로 간극이 없도록 접촉하며, 상기 교량슬래브(S) 타단과 상기 확장슬래브(1) 일단 내부에는 힌지(hinge)기능을 하는 강연선(3)이 설치되고

상기 확장슬래브(1)의 타단과 상기 도로슬래브(SS)의 일단은 상기 기초확장구간(BS) 상부에서 간극을 가진 탄성조인트(10)를 형성하므로,

교대 상부의 상기 교량슬래브(S) 타단과 상기 확장슬래브(1) 일단에서 간극을 가진 슬래브 조인트가 생략되고 변위는 상기 탄성조인트(10)에서 수용하는 것을 특징으로 한다.

상술한 “상기 교량슬래브(S) 타단과 상기 확장슬래브(1) 일단은 서로 간극이 없도록---(중략)---”이라고 기술한 부분은, 회전에 의한 최소한의 간극(포장 접촉면 기준 변이량 3mm이내)이 실제로 발생할 수 있으나 포장층에 영향을 주지 않을 만큼 미미하여 이를 무시하고 교면포장이 가능하므로 기능상 간극이 없는 무조인트로 간주하여 표현한 것이다.

더불어 이때 상기 강연선(3)의 축은 힌지(hinge)로써 기능을 수행한다.

그리고 상기 확장슬래브(1)의 타단 중 일부는 확장조인트슬래브(2);를 형성하고

상기 확장조인트슬래브(2) 타단과 상기 도로슬래브(SS) 일단이 상기 탄성조인트(10)를 형성하고,

상기 확장슬래브(1) 타단과 상기 확장조인트슬래브(2) 일단이 간극을 가진 추가탄성조인트(9);를 형성하는 것을 특징으로 한다.

더불어 상기 확장슬래브(1) 타단과 상기 확장조인트슬래브(2) 일단 사이에는 확장제어바(11);가 설치되되,

상기 확장제어바(11) 일단은 상기 확장슬래브(1) 타단에 고정 매립되고,

상기 확장제어바(11) 타단은 상기 확장조인트슬래브(2) 일단에 이동 가능하게 매립되는 것을 특징으로 하며,

상기 확장제어바(11) 타단에는 확장제어바두부(11-1)가 설치되어,

상기 추가탄성조인트(9)에서 상기 확장슬래브(1) 타단과 상기 확장조인트슬래브(2) 일단의 간극이 소정의 간격을 벗어날 경우,

상기 확장슬래브(1) 타단 내부에 설치된 스토퍼(11);에 상기 확장제어바두부(11-1)가 걸리는 것을 특징으로 한다.

구체적으로 설명하면 다음과 같다.

상기 강연선(3)의 양단은 상기 교량슬래브(S) 타단과 상기 확장슬래브(1) 일단에 각각 매립되되, 상기 교량슬래브(S) 타단과 상기 확장슬래브(1) 일단 접촉부에는 슬리브 기능을 하는 강연선피복(4)을 설치하는 것이 바람직하다.

그리고 상기 교량슬래브(S) 타단과 상기 확장슬래브(1) 일단은 서로 대응하는 형상으로 단턱을 형성하는 것이 좋으며, 이때 상기 교량슬래브(S) 타단 하부가 돌출되도록 하는 것이 바람직하다.

그리고 상기 강연선(3) 만으로 횡방향 하중을 감당하기 어려울 경우,

상기 단턱에는 횡방향의 전단력에 대응하기 위한 횡방향전단키(16)를 설치한다.

상기 교량슬래브(S) 타단과 상기 확장슬래브(1) 일단 접촉부 상부에는 탄성재인 필러(5)를 삽입하고 탄성재인 아스팔트(6)를 충진한다.

상기 확장슬래브(1) 일단 하부에는 PC deck 소재인 확장슬래브바닥판(7)을 설치하고,

상기 확장슬래브바닥판(7)은 상기 교대(100) 상부의 교대돌출부(110) 상부에 발포고무 등과 같은 탄성재인 파라펫실(8)을 설치한 후 거치 또는 설치하도록 한다.

상기 확장슬래브바닥판(7)은 상부의 슬래브들의 시공성을 향상시키고 매끄러운 바닥면은 확장슬래브(1)의 종방향 활동시 뒤채움재와의 마찰력을 감소시켜 원활한 활동에 기여한다.

상기 파라펫실(8)은 교량종방향 및 충격하중에 의한 상하 활동 등 교량 상부공 단부와 유사한 활동을 하는 확장슬래브의 활동량이 파라펫에 전달되지 않도록 간격을 유지하며 뒷채움재가 교대 전면으로 유실되지 않도록 이를 방지하는 기능을 한다.

물론 교량슬래브(S) 타단 하부에는 통상적인 교좌장치(200)를 설치하여 변위에 대응하도록 한다.

상기 탄성조인트(10) 하부에는 강판 또는 PC블록 등의 조인트보강패드(15)를 설치하는 것이 파손방지 및 거동을 위하여 바람직하며,

상기 조인트보강패드(15)는 상기 추가탄성조인트(9) 하부에도 설치하는 것이 바람직하다.

상기 조인트보강패드(15)는 하부로부터 보조기층재의 유입을 방지하고 확장슬래브의 원활한 활동을 위해 반드시 필요하며 노상하중에 대한 조인트구간의 응력을 보조기층에 분산하므로 응력집중에 의한 보조기층의 부등침하를 방지하여 도로의 안정성 확보 및 수명을 연장시키는 역할을 한다.

상기 확장제어바(11)는 머리를 가진 볼트와 유사한 형태로써 상기 확장제어바(11) 일단은 상기 확장슬래브(1) 타단에 고정 매립되고, 상기 추가탄성조인트(9)에서 상기 확장슬래브(1) 타단과 상기 확장조인트슬래브(2) 일단의 간극이 소정의 간격을 벗어날 경우, 상기 확장슬래브(1) 타단 내부에 설치된 스토퍼(11);에 상기 확장제어바두부(11-1)가 걸리므로 최대변위 이상으로 벌어짐을 방지한다.

도 2는 본 발명의 교대상부 무조인트 슬래브 교량구조에서 초기 세팅된 모습을 도시한 단면도이다.

교량 상부의 도로포장(P) 또는 모든 슬래브(S, 1, 2, SS)의 두께에 안전율을 계산한 두께를 산정하여 일부를 단턱을 형성하듯이 블록아웃시키고,

상기 강연선(3)을 설치하고 상기 강연선(3)의 타단은 확장슬래브(1)에 매립 고정하도록 하며 일정거리(양측 각각150mm이내)까지는 강연선(3)을 피복 보호하는 강연선피복(4)을 설치하여 휨활동시 강연선(3)의 응력을 분산하고 강연선(3)의 수명을 유지하도록 한다.

상기 모든 탄성조인트(10, 9)는 일정간격(구조 계산을 통한 조인트 슬래브의 안정성 검토)으로 다수개를 연속 배치할 수 있다.

도 3은 본 발명의 교대상부 무조인트 슬래브 교량구조에서 교량슬래브가 도로 쪽으로 변위를 발생할 때 초기변위에 대한 대응을 도시한 단면도이다.

도시된 바와 같이 교좌장치(200) 위에서 교량슬래브(S)가 도로 쪽으로 변위를 발생할 때, 추가탄성조인트(9)에서 상기 확장제어바두부(11-1)가 오른쪽으로 이용하며 변위를 흡수하게 된다.

도 4는 도 3에 연속되어 추가변위에 대한 대응을 도시한 단면도이다.

보통 도 3의 대응에서 끝날 수 있으나 추가변위가 발생할 경우에는, 상기 확장슬래브(2)가 오른쪽을 밀리면서 상기 탄성조인트(10)의 간극이 감소하게 된다.

도 5는 본 발명의 교대상부 무조인트 슬래브 교량구조에서 교량슬래브가 교량 쪽으로 변위를 발생할 때 초기변위에 대한 대응을 도시한 단면도이고, 도 6은 도 5에 연속되어 추가변위에 대한 대응을 도시한 단면도이다.

도 5는 도 4에 이어 회복되는 단계를 말하며, 도시된 바와 같이 추가탄성조인트(9)의 간극이 벌어지고 이어서 도 6에 도시된 바와 같이 탄성조인트(10)의 간극이 벌어져 거동이 회복되게 된다.

이때 상기 추가탄성조인트(9)의 최대 수용량은 신축유간(ΔEℓ)과 수축유간(ΔCℓ)을 합친 양 만큼이다.

도 7은 본 발명의 교대상부 무조인트 슬래브 교량구조에서 교량슬래브의 처짐과 회전 변위가 발생할 때 대응을 도시한 단면도이다.

교량의 처짐에 따른 회전각은 일반적으로 상부단면 높이(거더형고+슬래브 두께)를 기준으로 산정하는데,

회전활동에 따른 교량슬래브(S)와 확장슬래브(1)의 접합면 간극값의 크기는 수축제어를 위한 상기 강연선(3)의 축을 기준으로 한다.

그러므로 도로포장(P)의 간극변이량을 최소화하기 위해서는 강연선(3)의 축을 가능한 슬래브의 상부쪽에 설치하여 단부 회전변위로 발생하는 슬래브 표면에서의 변이량을 최소화한다. 그리고 변이활동이 집중되지 않도록 표면부를 일부 블록아웃(접합부 미세 간극의 10배 이상)하여 충진재(아스팔트 등)을 채움으로서 변이량을 분산하고 접합부의 방수기능을 갖도록 할 수 있다.

이때, 회전각에 따른 접촉부의 비틀림변이량은 강연선(3)의 축을 힌지(hinge)로 가정하여 산정하며 상부단면(거더+슬래브)의 높이를 고려한 활동량은 확장슬래브(1)의 수평변이로 변형되어 나타나므로 접촉부 간극의 크기와는 무관하다.

결론으로,

교량상부공의 단부 활동원인은 다양하지만 결과는 신축 및 수축에 의한 종방향이동과 처짐량변화에 따른 회전활동으로 구분된다. 과거에는 이를 수용하기 위해탄성받침과 신축이음장치가 설치되었으나 이에 대한 유지관리와 교량에 미치는 구조적측면의 영향을 고려할 때 최적의 대책이라 볼 수 없었다.

본 발명은 신설교량 뿐만 아니라 기존 교량의 리모델링이나 보수에 모두 적용할 수 있는 장점이 있으며,

신설교량에는 거더 제작단계 또는 슬래브 시공시 강연선을 설치 또는 매립하여 시공할 수 있고,

기존교량에는 파라펫 일부와 상부공의 단부 일부를 절단하고 블록아웃하여 확장슬래브 받침면적을 확보하며 확장슬래브 및 추가확장슬래브(필요시)를 시공할 수 있다.

그리고 구조적 측면에서,

본 발명은 확장슬래브의 받침부와 도로구간의 보조기층을 지지점으로 노상하중을 지지하는 슬래브구조이며,

지점부 일단은 교량상부공의 단부(강연선+접속면처리=롤러)와 그리고 일단은 도로 포장구간(탄성조인트=힌지)로 보고 단순보 또는 포장층 슬래브로 구조적인 검토를할 수 있고, 그 구조가 안정적이어서 교량상부공의 활동 및 충격하중을 수용하기에 이상적인 구조로 내구성 및 성능을 기대할 수 있다.

기존의 일체식 또는 반일체식 교대의 경우 교량의 종방향 신축 및 수축에 따른 변형 또는 활동에 대하여 수용할 수 있는 경간장은 PSC거더교의 경우 최대 120m이나 장경간 교량의 신축이음 부분에는 활동량(신축량 또는 변위량 등)의 수용을 위한 조치가 필요하다.

도 8은 본 발명의 개량형 교량구조의 제1실시예의 단면도이다.

본 발명의 개량형 교량구조는 상술한 교대상부 무조인트 슬래브 교량구조가 일부 또는 전부 포함되는 것을 전제로 한다.

본 발명의 개량형 교량구조의 제1실시예는 도로지반(PG)에 설치되는 것을 옹벽수직부(410), 옹벽전방수평부(430) 및 옹벽후방수평부(450)로 구분되는 옹벽(400);

상기 옹벽(400)과 상기 도로지반(PG) 사이에 포설되는 교대배면토(300);

상기 교대배면토(300)에서 도로 쪽으로 연장되어 설치되는 기초확장구간(BS);

상기 도로지반(PG) 상부에 포설되는 도로슬래브(SS);

상기 옹벽전방수평부(430) 상부에 종방향으로 거치되는 단부확장가로보(GG);

교량설치방향에서 접근하여 타단이 상기 단부확장가로보(GG)에 설치되는 거더(G);

상기 거더(G) 상부에 포설되는 교량슬래브(S);

상기 교대배면토(300) 상부 및 상기 기초확장구간(BS) 상부에 포설되는 확장슬래브(1);

를 포함하여 구성되되,

상기 옹벽전방수평부(430) 하부의 지반에는 탄성파일(H)이 박혀 고정구간을 형성하고 상기 고정구간 상부로는 지반에 케이싱파일(CP)이 박혀 상기 케이싱파일(CP) 내면과 상기 탄성파일(H) 외면 사이에 이격공간을 형성하는 종방향자유장구간을 형성하며, 상기 케이싱파일(CP) 상단은 상기 옹벽전방수평부(430)를 관통하여 설치되므로 상기 탄성파일(H) 상부는 상기 케이싱파일(CP) 상부를 관통하여 상기 단부확장가로보(GG)에 박히도록 설치되는 것을 특징으로 한다.

그리고 도 8에 도시된 바와 같이,

상기 확장슬래브(1) 하부와 상기 옹벽수직부(410) 사이에는 탄성필러(PF)가 설치되는 것을 특징으로 하며,

상기 단부확장가로보(GG) 하부와 상기 옹벽전방수평부(430) 사이에는 탄성필러(PF)가 설치되는 것을 특징으로 한다.

그리고 앞에서 설명한 본 발명의 교대상부 무조인트 슬래브 교량구조와 동일하게,

상기 교량슬래브(S) 타단과 상기 확장슬래브(1) 일단은 서로 간극이 없도록 접촉하며, 상기 교량슬래브(S) 타단과 상기 확장슬래브(1) 일단 내부에는 힌지(hinge)기능을 하는 강연선(3)이 설치된다. 상기 간극은 1~2mm 이내로 탄성재를 충진하는 최소 간극을 의미한다.

상기 확장슬래브(1)의 타단과 상기 도로슬래브(SS)의 일단은 상기 기초확장구간(BS) 상부에서 간극을 가진 탄성조인트(10)를 형성하므로,

교대 상부의 상기 교량슬래브(S) 타단과 상기 확장슬래브(1) 일단에서 간극을 가진 슬래브 조인트가 생략되고 변위는 상기 탄성조인트(10)에서 수용하는 것을 특징으로 한다.

본 제1실시예는 상부의 고정하중과 활하중을 H형강 파일로 대표되는 탄성파일(H)과 거더(G)의 단부확장가로보(GG)에 연결시켜 지지하는 공법으로,

조인트 보강 기초블록의 하중에 의한 간접토압을 포함하여 뒷채움재인 교대배면토(300)의 토압은, 옹벽(400)의 기초와 케이싱파일(CP)을 결합 및 합성시켜 케이싱파일(CP)의 수평응력과 옹벽(400)의 자중에 의한 지반의 마찰력으로 지지하며, 차량하중 등의 활하중이나 확장슬래브(1) 자중 등의 사하중에 의한 수직하중은 차단하였다.

즉, 교량 상부 지지는 탄성파일(H)과 단부확장가로보(GG)의 강결로써 지지하고, 교대접속부는 케이싱파일(CP)과 옹벽(400) 그리고 교대배면토(300)의 결합체가 지지한다.

부연하면, 1개의 상기 탄성파일(H)의 중단 이하는 지반에 고정되어 상기 고정구간을 형성하고, 상기 탄성파일(H)의 중단 이상은 상기 이격공간에서 저항없이 상기 단부확장가로보(GG)의 변위 흡수가 가능하며,
상기 케이싱파일(CP) 상단은 상기 옹벽전방수평부(430)에 고정되어 상기 옹벽(400)과 상기 케이싱파일(CP)이 결합되어 합성되므로, 상기 교대배면토(300)의 토압은 상기 케이싱파일(CP)의 수평응력과 상기 옹벽(400)의 자중으로 지지하는 것을 특징으로 한다.

거더(G)의 단부확장가로보(GG)는 통상 교량슬래브(S) 또는 확장슬래브(1) 하단으로부터 0.7m 이상의 일정높이의 단면으로 설계하는 것이 일반적이나 이를 수직방향으로 확장하는 등의 높이를 증가시켜 거더(G)를 결속 및 합성하는 기능을 갖도록 한다.

옹벽 기초인 옹벽전방수평부(430)와 단부확장가로보(GG)의 하단은 5~50mm정도로 이격하며 이격공간은 구조물의 신축이음재(Joint filler)인 탄성필러(PF)를 사용하는 것이 바람직하다. 탄성필러(PF)는 외부로부터 이물질 및 동식물의 유입을 방지하며 케이싱(CP) 내부를 보호하는 기능을 한다.

교대배면토(300)의 유실방지를 위해 옹벽(400)이 설치되며 옹벽(400)은 역T형 단면이 바람직하다.

옹벽(400) 상단은 확장슬래브(1) 하단과 약 5~50mm의 간격을 두되 옹벽(400) 두께의 전체를 폭을 적용하여 확장슬래브(1)의 하중이 옹벽(400)으로 전달되는 것을 차단하며, 그 간격의 공간은 발포고무 등의 탄성필러(PF)를 설치하여 뒷채움재의 유실 및 다짐이완을 방지한다.

탄성파일(H)은 H형강을 주로 사용하는 것이 바람직하며 단면계수가 작은 가로방향인 웨브(web)가 보이는 면을 교량의 종방향으로 배치한다.

탄성파일(H)은 케이싱(CP)을 반드시 병행 시공하며 가설용 케이싱과 사장용 케이싱으로 구분한다.

가설용 케이싱은 지반의 조건에 따라 그 연장을 조정하며 시공 후 인발한다.

사장용 케이싱은 옹벽의 수평하중 및 탄성파일의 활동 소요유격을 고려해 수량 및 시공 깊이를 결정하며 그대로 사장시켜 배면 뒷채움재 보호용 옹벽의 기초와 합성한다.

케이싱(CP)의 상부는 옹벽(400)의 기초 상단인 옹벽전방수평부(430) 보다 10mm 이내에서 높게하여 옹벽 주변의 침출수 등의 유입을 방지하며 케이싱 시공 후 옹벽 기초콘크리트에 매립 타설하므로서 일체화 하여 합성한다.

교대배면토는 다짐의 유무와 관계없으나 다짐성토를 우선으로 하며, 교좌장치 받침(탄성, 디스크)의 침하를 감안하여 필요시 허용침하량을 계산하고 이를 고려하여 배면토 상부의 일정두께를 비다짐으로 성토하며 배수처리(Dewatering)는 통상적인 방법을 사용한다.

그리고 기존방식의 접속슬래브는 의미가 없으므로 적용하지 않는다.

거더의 종방향 활동 또는 변형량 등 말뚝활동량을 계산하여 지지말뚝인 탄성파일(H)의 외경, 최소 여유공간을 고려한 케이싱파일의 관경 및 탄성말뚝의 수평활동을 위한 최소 자유장을 계산하여 케이싱 파일의 소요장을 결정한다.

그리고 뒷채움재인 교대배면토 등의 토압을 고려한 케이싱파일의 수평력 및 전단력을 계산하여 소요수량을 산정하고 적용하여 안정성을 확보한다.

보통 콘크리트거더교 기준 최대경간장은 120m이나 신축이음에 대한 해결이 선행되어야 한다.

본 발명은 거더(G)와 기초말뚝인 탄성파일(H)을 강결하므로 별도의 교좌장치가 필요 없다.

거더, 슬래브 등 교량상부의 신축량 또는 변형량에 다른 단부의 활동량을 탄성파일(H)에서 휨변형으로 수용한다는 개념을 특징으로 한다.

다만. 배면토의 토압(조인트보강기초 블록의 하중에 의한 간접토압 포함)을 안정적으로 제어하기 위해 옹벽이 설치되며, 옹벽은 자중 외에 별도의 하중을 받지 않는 구조로 옹벽의 수평저항력이 수동토압에 못 미칠 수 있으므로 이를 고려해 옹벽의 기초와 케이싱을 합성시켜 공벽확보용 케이싱기능과 옹벽의 수평응력을 확보하기 위한 전단 파일의 기능을 갖는다.

교량구간의 상부 변형량은 교대부에서 수용하지 않고 확장 슬래브를 통해 지상 도로구간으로 이동시켜 지상구간에서 탄성조인트(10, 9)로 수용한다.

도 9는 본 발명의 제1실시예에서 교량슬래브가 교량 쪽으로 변위를 발생할 때 변위에 대한 대응을 도시한 단면도이고,

도 10은 본 발명의 본 발명의 제1실시예에 교량슬래브가 도로 쪽으로 변위를 발생할 때 변위에 대한 대응을 도시한 단면도이다.

도 9에 도시된 바와 같이,

본 발명은 온도에 의한 수축변형 등으로 단부 교대구간이 교량측으로 이동하면 탄성파일의 종방향 자유구간에서 종방향 휨변형으로 변형량을 수용하게 되며 슬래브구간의 변형량은 확장슬래브를 통해 지상구간의 탄성조인트로 전달하여 이를 수용하게 한다.

도 10에 도시된 바와 같이,

본 발명은 온도에 의한 신장변형 등으로 단부 교대구간이 지상측인 도로쪽으로 이동하면 탄성파일의 종방향 자유구간에서 종방향 휨 변형으로 변형량을 수용하게 되며 슬래브구간의 변형량은 확장 슬래브를 통해 지상구간의 탄성조인트로 전달하여 이를 수용하게 한다.

도 11은 본 발명의 개량형 교량구조의 제2실시예의 단면도이고,

도 14는 본 발명의 개량형 교량구조의 제3실시예의 단면도이다.

본 발명의 개량형 교량구조의 제2실시예 및 제3실시예는,

도로지반(PG)에 설치되는 것을 옹벽수직부(410), 옹벽전방수평부(430) 및 옹벽후방수평부(450)로 구분되는 옹벽(400);

상기 옹벽(400)과 상기 도로지반(PG) 사이에 포설되는 교대배면토(300);

상기 교대배면토(300)에서 도로 쪽으로 연장되어 설치되는 기초확장구간(BS);

상기 도로지반(PG) 상부에 포설되는 도로슬래브(SS);

상기 옹벽전방수평부(430) 상부에 설치되는 파일캡블록(500);

상기 파일캡블록(500) 상부에 설치되는 교량받침(600);

교량설치방향에서 접근하여 타단이 상기 교량받침(600)에 설치되는 거더(G);

상기 거더(G) 상부에 종방향으로 거치되는 단부확장가로보(GG);

상기 거더(G) 상부에 포설되는 교량슬래브(S);

상기 교대배면토(300) 상부 및 상기 기초확장구간(BS) 상부에 포설되는 확장슬래브(1);

를 포함하여 구성되되,

상기 옹벽전방수평부(430) 하부의 지반에는 강관파일(PP)이 박히며, 상기 강관파일(PP) 상부는 상기 옹벽전방수평부(430)를 관통하여 상기 파일캡블록(500)에 박히도록 설치되는 것을 특징으로 한다.

그리고 본 발명은 상기 강관파일(PP)이 상기 옹벽전방수평부(430)를 관통할 때 상호간에 비부착 처리하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 확장슬래브(1) 하부와 상기 옹벽수직부(410) 사이에는 탄성필러(PF)가 설치되는 것을 특징으로 한다.

구체적으로 본 발명의 개량형 교량구조의 제2실시예는,

상기 교량받침(600)이 디스크형(610)인 것을 특징으로 한다.

구체적으로 본 발명의 개량형 교량구조의 제3실시예는,

상기 교량받침(600)이 탄성형(630)인 것을 특징으로 한다.

그리고 앞에서 설명한 제1실시예와 동일하게,

상기 교량슬래브(S) 타단과 상기 확장슬래브(1) 일단은 서로 간극이 없도록 접촉하며, 상기 교량슬래브(S) 타단과 상기 확장슬래브(1) 일단 내부에는 힌지(hinge)기능을 하는 강연선(3)이 설치된다. 상기 간극은 1~2mm 이내로 탄성재를 충진하는 최소 간극을 의미한다.

상기 확장슬래브(1)의 타단과 상기 도로슬래브(SS)의 일단은 상기 기초확장구간(BS) 상부에서 간극을 가진 탄성조인트(10)를 형성하므로,

교대 상부의 상기 교량슬래브(S) 타단과 상기 확장슬래브(1) 일단에서 간극을 가진 슬래브 조인트가 생략되고 변위는 상기 탄성조인트(10)에서 수용하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제2실시예는,

상부의 고정하중과 활하중을 디스크형의 교량받침을 통해 강관파일(PP)과 강결된 파일캡블록(500)에 연결시켜 강관파일(PP)로 지지하는 것으로,

배면토(뒷채움재)의 토압은 배면토(뒷채움재)의 토압(조인트보강 기초블록의 하중에 의한 간접토압 포함)은 강관파일의 수평전단력에 의한 수평력과 옹벽의자중에 의한 지반의 마찰력으로 지지하며 활하중(차량하중 등)이나 사하중(확장슬래브 자중 등)은 옹벽상단 탄성필러(PF)로 차단하였으므로 이에 의한 수직하중은 고려하지 않는다.

즉, 교량 상부 지지는 강관파일(PP)과 파일캐블록(500)의 강결로써 지지하고, 교대접속부는 케이싱파일(CP)과 옹벽(400) 그리고 교대배면토(300)의 결합체가 지지한다.

거더(G)의 단부가로보(GG)는 통상의 상부조건에 의한 계산에 의해 적용한다.

거더(G)의 교좌장치인 교량받침(600)은 디스크 타입(610)으로 적용한다.

기초말뚝은 통상의 교대에 주로 적용되는 강관파일(PP)을 적용하며 교좌장치 설치를 위해 파일의 두부를 결속하는 파일캡블록(500)을 설치한다.

이때 강관파일(PP) 두부와 파일캡블록(500)은 완벽히 강결하여야 하고 각 교좌장치의 하중이 강관파일에 고르게 전달되도록 적절히 배치하여야 한다.

파일캡블록(500)은 옹벽기초인 옹벽전방수평부(430)에서 일정간격(5~50mm)을 두고 시공하게 되며, 이때 강관파일의 일부가 옹벽의 기초콘크리트를 통과하게 되는데 해당부분은 이형제 또는 페인트 등을 도막 또는 도장하여 강관파일이 옹벽의 기초콘크리트와 부착되지 않고 옹벽의 수평하중에 대한 수평력만 갖도록 하고 활하중 등에 의한 기초말뚝(강관파일)의 수직변위에 의해 옹벽의 기초콘크리트가 영향을 받지 않도록 한다.

교대배면토는 다짐의 유무와 관계없으나 다짐성토가 보다 안정적이며 배수처리(Dewatering)는 통상적인 방법을 사용한다.

그리고 기존방식의 접속슬래브는 의미가 없으므로 적용하지 않는다.

본 발명은 통상적인 강관파일을 기초말뚝으로 사용하지만 옹벽기초콘크리트를 통과하는 구간은 파일과 콘크리트를 이형처리하므로서 활하중 등에 의한 기초말뚝(강관파일)의 수직변위가 발생해도 옹벽의 기초콘크리트가 영향을 받지 않도록 하며 옹벽의 수평하중에 대한 수평력만 갖도록 한다.

그리고 뒷채움재인 교대배면토 등의 토압을 고려한 강관파일(PP)의 수평력 및 전단력을 계산하여 소요수량을 산정하고 적용하여 안정성을 확보한다.

파일캡블록(500)에 교량받침(600,610)을 설치하고 통상의 거더 거치 방법과 같게 한다.

거더, 슬래브 등 교량상부의 신축량 또는 변형량에 다른 단부의 활동량을 교좌장치인 교량받침(600, 610)에서 휨변형으로 수용한다는 개념을 특징으로 한다.

다만. 배면토의 토압(조인트보강기초 블록의 하중에 의한 간접토압 포함)을 안정적으로 제어하기 위해 옹벽이 설치되며, 옹벽은 자중 외에 별도의 하중을 받지 않는 구조로 옹벽의 수평저항력이 수동토압에 못 미칠 수 있으므로 이를 고려해 옹벽의 기초와 기초말뚝(강관파일)을 비합성으로 수평 구속하여, 전단응력으로 옹벽의 수평응력을 지지 위한 전단파일의 기능을 갖는다.

교량구간의 상부 변형량은 교대부에서 수용하지 않고 확장 슬래브를 통해 지상 도로구간으로 이동시켜 지상구간에서 탄성조인트(10, 9)로 수용한다.

도 12는 본 발명의 제2실시예에서 교량슬래브가 교량 쪽으로 변위를 발생할 때 변위에 대한 대응을 도시한 단면도이고,

도 13은 본 발명의 본 발명의 제2실시예에 교량슬래브가 도로 쪽으로 변위를 발생할 때 변위에 대한 대응을 도시한 단면도이다.

도 12에 도시된 바와 같이,

본 발명은 온도에 의한 수축변형 등으로 단부 교대구간이 교량측으로 이동하면 교좌장치인 교량받침(600)에서 변형량을 수용하며, 슬래브구간의 변형량은 확장 슬래브를 통해 지상구간의 탄성조인트로 전달하여 이를 수용하게 한다.

도 13에 도시된 보와 같이,

본 발명은 온도에 의한 신장변형 등으로 단부 교대구간이 지상측인 도로쪽으로 이동하면 교량받침(600)에서 변형량을 수용하며, 슬래브구간의 변형량은 확장 슬래브를 통해 지상구간의 탄성조인트로 전달하여 이를 수용하게 한다.

도 15는 본 발명의 제3실시예에서 교량슬래브가 교량 쪽으로 변위를 발생할 때 변위에 대한 대응을 도시한 단면도이고,

도 16은 본 발명의 본 발명의 제2실시예에 교량슬래브가 도로 쪽으로 변위를 발생할 때 변위에 대한 대응을 도시한 단면도이다.

본 발명의 제3실시예는 제2실시예의 교량받침(600)에서 디스크형(610)이 탄성형(630)으로 대체된 것으로써, 그 기능이 동일하므로 설명은 생략하기로 한다.

본 발명은 상기에서 언급한 바와 같이 바람직한 실시예와 관련하여 설명되었으나, 본 발명의 요지를 벗어남이 없는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하며, 다양한 분야에서 사용 가능하다.

따라서 본 발명의 청구범위는 이건 발명의 진정한 범위 내에 속하는 수정 및 변형을 포함한다.

PG: 도로지반
BD: 기존설계뒷채움구간
BS: 기초확장구간
S: 교량슬래브
GG: 단부확장가로보
H: 탄성파일
CP: 케이싱파일
PF: 탄성필러
PP: 강관파일
1: 확장슬래브
2: 확장조인트슬래브
3: 강연선
11: 스토퍼
9: 추가탄성조인트
10: 탄성조인트
11: 확장제어바
11-1: 확장제어바두부
100: 교대
300: 교대배면토
400: 옹벽
410: 옹벽수직부
430: 옹벽전방수평부
450: 옹벽후방수평부
500: 파일캡블록
600: 교량받침
610: 디스크형
630: 탄성형

Claims (10)

1. 도로지반(PG)에 설치되는 것을 옹벽수직부(410), 옹벽전방수평부(430) 및 옹벽후방수평부(450)로 구분되는 옹벽(400);
   상기 옹벽(400)과 상기 도로지반(PG) 사이에 포설되는 교대배면토(300);
   상기 교대배면토(300)에서 도로 쪽으로 연장되어 설치되는 기초확장구간(BS);
   상기 도로지반(PG) 상부에 포설되는 도로슬래브(SS);
   상기 옹벽전방수평부(430) 상부에 종방향으로 거치되는 단부확장가로보(GG);
   교량설치방향에서 접근하여 타단이 상기 단부확장가로보(GG)에 설치되는 거더(G);
   상기 거더(G) 상부에 포설되는 교량슬래브(S);
   상기 교대배면토(300) 상부 및 상기 기초확장구간(BS) 상부에 포설되는 확장슬래브(1);
   를 포함하여 구성되되,
   상기 옹벽전방수평부(430) 하부의 지반에는 탄성파일(H)이 박혀 고정구간을 형성하고 상기 고정구간 상부로는 지반에 케이싱파일(CP)이 박혀 상기 케이싱파일(CP) 내면과 상기 탄성파일(H) 외면 사이에 이격공간을 형성하는 종방향자유장구간을 형성하며, 상기 케이싱파일(CP) 상단은 상기 옹벽전방수평부(430)를 관통하여 설치되므로 상기 탄성파일(H) 상부는 상기 케이싱파일(CP) 상부를 관통하여 상기 단부확장가로보(GG)에 박히도록 설치되는 것을 특징으로 하여,
   1개의 상기 탄성파일(H)의 중단 이하는 지반에 고정되어 상기 고정구간을 형성하고, 상기 탄성파일(H)의 중단 이상은 상기 이격공간에서 저항없이 상기 단부확장가로보(GG)의 변위 흡수가 가능하며,
   상기 케이싱파일(CP) 상단은 상기 옹벽전방수평부(430)에 고정되어 상기 옹벽(400)과 상기 케이싱파일(CP)이 결합되어 합성되므로, 상기 교대배면토(300)의 토압은 상기 케이싱파일(CP)의 수평응력과 상기 옹벽(400)의 자중으로 지지하는 것을 특징으로 하는 개량형 교량구조.
   
2. 제1항에서,
   상기 확장슬래브(1) 하부와 상기 옹벽수직부(410) 사이에는 탄성필러(PF)가 설치되는 것을 특징으로 하는 개량형 교량구조.
   
3. 제1항 또는 제2항에서,
   상기 단부확장가로보(GG) 하부와 상기 옹벽전방수평부(430) 사이에는 탄성필러(PF)가 설치되는 것을 특징으로 하는 개량형 교량구조.
   
4. 제1항 또는 제2항에서,
   상기 교량슬래브(S) 타단과 상기 확장슬래브(1) 일단은 서로 간극이 없도록 접촉하며, 상기 교량슬래브(S) 타단과 상기 확장슬래브(1) 일단 내부에는 힌지(hinge)기능을 하는 강연선(3)이 설치되고,
   상기 확장슬래브(1)의 타단과 상기 도로슬래브(SS)의 일단은 상기 기초확장구간(BS) 상부에서 간극을 가진 탄성조인트(10)를 형성하므로,
   교대 상부의 상기 교량슬래브(S) 타단과 상기 확장슬래브(1) 일단에서 간극을 가진 슬래브 조인트가 생략되고 변위는 상기 탄성조인트(10)에서 수용하는 것을 특징으로 하는 개량형 교량구조.
   
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