KR101980079B1 - 인발저항용 앵커를 갖는 방음벽기초의 시공방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 철근콘크리트 방음벽기초에서 방음벽(4)이 높이가 높을 경우, 풍하중에 의한 횡하중에 저항하기 위하여 방음벽기초의 저판(8)폭을 크게 형성함에 따라, 재료비 및 물류비가 확대되어 비경제적이고, 방음벽기초 시공을 위한 기존 도로 터파기로 인해 차량의 통행제한이 많이 발생하므로, 이에 대한 해결과 구조적 안정성을 유지하면서 공사비절감 및 시공의 간편화를 위한 것으로, 방음벽기초에 나선형 돌기를 장착한 직경 5 ~ 20cm의 소형 강관이나 돌기가 설치된 강관이나 소형 H-Beam을 설치하여 인발에 저항할 수 있도록 함으로써, 풍하중에 효율적으로 저항할 수 있는 방음벽기초의 시공방법을 제공하는 것이다.

Description

인발저항용 앵커를 갖는 방음벽기초의 시공방법{Method for construction of soundproof wall foundation with tensile anchor}

본 발명은 도로, 택지, 철도 등에서 차량의 소음을 감소시키기 위하여 설치되는, 방음벽과 철근콘크리트 방음벽기초가 풍하중으로 인해 횡하중을 크게 받는바, 방음벽기초에 비교적 적은 규모의 인발저항용 앵커를 설치하여, 기초 크기를 줄이면서도 안전성을 확보하고 시공성을 편리하게 한 철근 콘크리트 방음벽기초의 시공방법에 관한 것이다.

방음벽은 도로 주변이나 철도 주변에 설치하여 차량이나 열차의 소음을 감소시킬 목적으로 설치되는 구조물로서, 주거생활의 안정과 주민의 민원에 의하여 설치지역이 많아지고 있고, 방음벽의 높이도 높아지는 추세이며 최고 18m까지 설치되고 있다.

일반적인 방음벽기초 형식은 철근콘크리트 구조로서 L형이나 역 T형으로 철근콘크리트 구조체를 형성시켜, 콘크리트 자중과 기초 저판 위에 얹혀진 토사의 중량으로 풍하중에 저항하도록 하는 공법과, 또 다른 방법으로는 직경 400 ~ 500mm로 지반을 굴착하여, 대형 H-파일을 매입하고 상부에 직벽식 콘크리트를 타설, 결합시켜 방음벽기초를 형성하고, 형성된 콘크리트 기초에 매립된 철물을 이용해서, 방음벽 지주와 방음판을 설치하여 방음벽 구조물을 형성시킨다.

그런데 전자의 철근콘크리트 L형이나 역T형의 방음벽기초에서 방음벽 높이에 따라 기초의 크기가 증가되는데, 특히 방음벽기초 폭이 커지게 되면 터파기 토공 폭도 증가하여, 공사비는 물론 토공으로 인한 차량통행이 제한되어 공사 중 교통체증유발 등 많은 문제가 발생한다.

방음벽기초 단면 폭을 최적화시키는 방법이 대한민국 특허등록 제10-1346020호에 기재되어 있으며, 상기 특허에는 수직 기둥부 내부에 파일의 두부가 수용되도록 수용 홈을 형성시키게 되며, 수직 기둥부 내부에 삽입되어 수용된 파일에 집중하중이 정확하게 전달되도록 구성된 프리캐스트 부재를 이용한 직벽형 기초가 기재되어 있다.

상기 문헌은 수직하중에 대한 전달은 가능하나, 풍하중에 의한 횡하중 등에 의한 인발저항을 향상시키기는 문제점을 해결하지는 못하고 있다.

그리고 대한민국 공개실용신안공보 제2009-0009903호에는 방음벽을 설치하기 위한 프리캐스트 콘크리트 방음벽기초 구조물로서, 지면과 나란한 방향으로 형성되는 저판에 보강 빔이 지반에 관입 되도록 하부를 향하여 구비되어, 방음벽기초 구조물을 지반에 설치하였을 때 상기 보강 빔이 지반 내부로 관입 됨으로써, 지지력과 고정력이 강화하는 프리캐스트 콘크리트 방음벽기초 구조물이 기재되어 있으나, 여전히 인발저항에 대한 개선은 이루어지지 아니하고 있다.

또한, 대한민국 등록특허 제10-1784392호에는 시공성 및 작업안전성이 우수하고, 응력집중부위를 효율적으로 보강할 수 있으며 제작비용이 저렴하고, 인발하중에 대하여도 저항할 수 있도록 하는 지주의 파일기초구조물이 기재되어 있으나, 말뚝부재의 하단에 경사날개 또는 헬리컬 파일 구조를 형성한 것으로서, 이러한 구성에 의하여서도 인발하중에 대한 충분한 저항을 얻을 수 없는 문제점이 있다.

그리고 헬리컬 파일에 대하여 다수의 문헌에 기재되어 있으나(대한민국등록특허 제10-1156363, 제10-1447080, 제10-1636250, 일본공개특허 제2014-9440, 일본실용신안등록 제3135921호), 상기 문헌에 기재된 헬리컬 기어에 의하여서도 여전히 충분한 인발저항을 얻기는 어려운 문제점이 있다.

KR 20090009903 Y KR 101784392 B1 KR 101156363 B1 KR 101447080 B1 KR 101636250 B1 JP 2014-9440 A JP 3135921 U

본 발명은 이러한 문제점을 개선하기 위해서 도출된 것으로서, 방음벽기초 콘크리트를 저항력이 향상된 인발저항용 앵커로 고정시켜 수평 풍하중에 효율적으로 저항할 수 있도록 인발저항을 향상시키는 것을 목적으로 한다.

또한, 방음벽기초 콘크리트 기초 크기를 줄이면서도 안전성을 확보하고, 시공성을 편리하게 한 철근 콘크리트 방음벽기초의 시공방법을 제공하고자 하는 것이다.

본 발명은 방음벽의 풍하중을 인발저항이 향상된 인발저항용 앵커의 저항력에 의하여 해소함으로써, 콘크리트 방음벽기초의 저판 폭을 작게 형성하고, 방음벽기초 벽체의 높이를 줄일 수 있는 것이다.

본 발명의 인발저항용 앵커는 소형강관에 평철을 이용하여 나선형 돌기를 설치한 것으로써, 토사지반에서는 유압모터를 사용해 회전 압입하여 지반면에 정착시킨다.

이러한 나선형 돌기에 의하여 콘크리트 방음벽기초가 지반에 고정되어, 콘크리트 방음벽기초의 크기를 축소할 수 있고, 시공성을 향상시킬 수 있어 비용절감에도 기여할 수 있는 것이다.

본 발명은 풍하중 모멘트를 인발저항용 앵커가 저항모멘트로서 받아주며 그만큼 콘크리트 방음벽기초의 저판 폭과 방음벽기초 벽체높이를 줄일 수 있는 효과가 있는 것이다.

또한, 콘크리트 방음벽기초의 크기를 줄임으로써, 물류비 및 재료비를 절약할 수 있으며, 시공도 간편하여 경제적인 시공방법을 제공하는 효과도 있는 것이다.

도 1은 인발저항용 앵커를 갖는 방음벽기초의 설치 작업 단면도.
도 2는 나선형 돌기를 갖는 인발저항용 앵커의 사진.
도 3은 인발저항용 앵커를 유압모터로 압입하면서 회전시켜 지반에 관입시키는 사진.
도 4는 공장제작 프리캐스트 방음벽기초와 인발앵커의 결합도.
도 5는 인발저항앵커가 없을 때의 풍하중 모멘트와 저항모멘트를 구하기 위한 단면도.
도 6은 일반 파일의 마찰력 저항 개요도.
도 7은 인발저항용 앵커의 토사 전단강도 저항도.
도 8은 방음벽기초에 철근 배근 후 인발저항용 앵커를 관입시켰을 때의 확대도.
도 9는 단단한 지반에서 천공하여 앵커를 관입 후 콘크리트가 채워진 단면도.
도 10은 연약지반에서 앵커주변에 콘크리트를 공급하는 단면도.
도 11은 연약지반에서 앵커를 항타하는 단면도.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

도 6은 종래 일반 직벽식 방음벽기초의 도면으로, 대형 H 빔에 직벽식 방음벽 기초를 고정한 것이다.

도 6의 종래의 일반공법에서의 대형 H-파일은 파일과 주변토사와의 마찰력으로 하중에 저항하는데 반해, 본 발명은 도 7에서와같이 나선형 돌기를 갖는 인발저항용 앵커(1)는 나선형 돌기로 인해, 마찰력이 아닌 지반의 전단강도로 하중에 저항함으로써 보다 큰 저항력을 발휘할 수 있다.

이는 나사산을 갖고 있는 볼트나 나사가 표면이 밋밋한 못보다 인발저항에 훨씬 강하게 저항하는 것과 같은 원리이다.

기존공법의 H-pile 규격은 보통 H350×350×10×16 또는 H400×400×13×21의 H-Beam이 사용되고 길이는 8~10m 정도 사용된다.

H350×350×10×16의 m당 중량은 113kg이고, 본 발명에서 사용되는 강관은 직경 16.5cm, 두께 4.5mm일 경우 m당 중량은 17.8kg이며 사용 길이는 2.0 ~ 3.0m 정도이다.

따라서 단위길이당 중량과 길이 축소로 얻어지는 물량감소가 기존공법 대비 1/24로 줄게 된다.

이는 풍하중이 하중 자체보다는 풍하중으로 인한 모멘트가 커서 문제가 되는 것인데, 이러한 풍하중으로 인해 발생되는 모멘트에 효과적으로 저항하는 구조로 만들기 때문에 가능한 것이다.

인발저항용 앵커의 효과를 알아보기 위해, 도 5에서와같이 인발저항용 앵커가 없을 경우 풍하중 모멘트와 저항 모멘트를 구해보면,

“

”를 힌지점으로 보고 풍하중 모멘트를 구하면

저항모멘트는

여기서

: 방음벽기초 중량(tonf)

: 기초위에 얹혀진 토사중량(tonf)

의 무게중심에서 “

” 점까지 거리(m)

의 무게중심에서 “

” 점까지 거리(m)

: 풍하중 크기(t/m)

: 방음벽 높이(m)

: 방음벽 상단에서 기초바닥까지의 높이(m)

：전체저항 모멘트(tonf·m)

: 풍하중 모멘트(tonf·m)

이어야 한다.

그런데 도 7에서와같이 방음벽기초에 인발저항용 앵커(1)를 설치하면 풍하중 저항모멘트는,

여기서

가 설치된 인발저항용 앵커가 추가로 받는 풍하중 저항모멘트이며, 적은 규모로 큰 하중저항 효과가 발생한다.

일반 H-파일은 도 6과 같이 압축 파일이고 강재표면과 주변토사와의 마찰력으로 하중에 저항하므로, 단면이 크고 파일의 지지효과가 적어 매입 길이가 8 ~ 10m로 깊게 묻어야만 하중에 저항할 수 있고, 실제 현장에서도 동일하게 실행되고 있다.

반면 플랜지형 나선형 돌기가 설치된 즉, Ø165mm(t=4.5mm), 길이 2.5m의 인발저항용 앵커를 유압모터로 회전 압입하여 설치할 경우, 저항 인발력은 최소 6tonf가 되며 앵커에서 기초 전면까지의 거리

가 2m일 경우 저항 모멘트는 12 tonf·m이고, 앵커를 2m 간격으로 설치하면 6tonf·m의 저항모멘트가 발생한다(즉, 인발앵커의 저항모멘트

=6tonf·m).

높이 10m의 방음벽에 작용하는 풍하중 모멘트가 풍하중 120kg/㎡일 경우 풍하중 모멘트는,

= 0.12tonf × 10m × 7.5m (방음벽 기초높이 2.5m일 경우)

= 9tonf·m

즉, 풍하중 모멘트의 67%를 인발저항용 앵커가 저항모멘트로서 받아주며, 그만큼 방음벽기초의 저판(8) 폭과 방음벽기초 벽체(3)의 높이를 줄일 수 있게 되는 것이다.

도 1에서 도시한 바와 같이 일반 방음벽기초의 터파기 선(6)과 인발저항용 앵커를 갖는 방음벽기초의 터파기 선(5)만큼 터파기를 줄일 수 있어 공사비 절감이 예상되며, 인발저항용 앵커의 저항 모멘트만큼 방음벽기초 저판(8)의 크기를 축소할 수 있는 것이다.

인발저항용 앵커(1)에 대하여 상세히 설명하면 도 2에서와같이 직경이 5 내지 20cm, 바람직하게는 7 ~ 15cm이고, 길이가 2.0 ~ 3.0m인 소형강관에 소형강관 직경의 1/2 내지 1/5, 바람직하게는 1/3 내지 1/5의 폭을 가지는 나선형 날개(21)를 평철을 가공하여 용접한 것으로서, 나선형 날개(21)를 소형강관 길이의 1/2 내지 2/3에 걸쳐서 형성한다.

날개의 폭이 상기의 범위보다 작으면 인발저항이 떨어지며, 상기 범위보다 크면 인발저항에 의한 날개의 변형이 일어날 수 있다.

그리고 날개의 설치 길이가 짧으면 인발저항이 저하되며, 설치 길이가 너무 길어도 지반에 대한 저항이 감소하여 인발저항이 떨어지므로 비경제적이다.

인발저항용 앵커(1) 상단부에 원형강봉(7)을 일자형 또는 십자형으로 구성하며, 상기 원형강봉(7)은 상단부에 일정 간격으로 복수개 설치할 수 있다.

상기 원형강봉(7)은 유압모터로 인발저항용 앵커(1)를 지반에 회전 압입하기 위하여 힘을 전달하기 위한 구조물이며, 지반에 관입된 후에는 방음벽기초와 인발 저항용 앵커의 견고한 결합수단으로, 방음벽기초에 전달된 풍하중을 지반에 전달하여 부담하는 역할을 하게 된다.

본 발명의 콘크리트 방음벽기초의 시공방법은 방음벽기초를 현장에서 콘크리트를 타설하여 인발저항용 앵커에 결합시키는 방법과, 공장제작 프리캐스트 방음벽기초를 인발저항용 앵커로 직접 지반에 고정시키는 방법이 있다.

현장에서 콘크리트를 타설하여 인발저항용 앵커에 결합시키는 방법은, 도 3에서 보는 바와 같이 유압장비(20)로 유압모터를 압입하면서 회전시켜 지반에 인발저항용 앵커(1)를 관입시키고, 지반에 관입된 인발저항용 앵커(1)는 현장에서 방음벽기초와 결합시키게 되는데, 도 8에서와같이 인발저항용 앵커(1) 주변에 보강철근과 결합철근(13)을 배치하고 콘크리트를 타설하여 결합시킨다.

도 4는 공장제작 프리캐스트 방음벽기초일 경우의 기초와 인발저항용 앵커(1)의 결합도이다.

방음벽기초 제작 시 개구부(11)를 두어 인발저항용 앵커(1)의 관입이 가능하도록 하고, 개구부 상단엔 확장부(12)를 두어 관입 시 유압모터의 연결대와 원형강봉(7)이 방음벽기초와 간섭받지 않도록 한다.

인발저항용 앵커(1)가 관입되고 난 후에는 스프링 보강철근(9)을 배근하고 결합콘크리트를 채워, 인발저항용 앵커(1)와 방음벽기초가 견고하게 결합하도록 하여 인발하중에 저항하도록 한다.

인발저항용 앵커(1) 상단에 설치한 원형강봉(7)은 직경 22mm 내지 29mm 정도의 철근을 용접하거나, 인발저항용 앵커(1)에 관통공을 형성한 후 관통공에 끼워 주변을 용접하여 사용하며, 원형강봉(7) 길이는 앵커 강관 직경의 1.2 내지 1.5배가 바람직하며, 유압모터가 인발앵커를 회전 압입하기 위한 힘을 전달하기 위한 구조물이며, 지반에 관입된 후에는 방음벽기초와 결합력을 강화하여 전달된 풍하중을 지반에 부담하는 역할을 하게 된다.

본 발명에 있어서 지반이 풍화암, 연암, 경암의 단단한 지반일 경우에는, 도 9에서와 같이 천공기로 지반을 굴착한 후 굴착면(14)을 형성시키고, 원형돌기(15)를 갖는 인발앵커(16)를 관입시켜 주위를 콘크리트(10)로 채워주어, 지반의 전단강도로 풍하중에 저항하게 한다.

또한, 연약한 지반일 경우, 원형돌기(15)를 갖는 인발앵커(16)를 타입하면서 설치할 수 있는데, 이때 도 10과 같이 앵커 주위를 파서 앵커주변의 굴착 면(18)에 콘크리트 공급(19)을 하면서 도 11처럼 유압장비(20)로 항타하면, 원형돌기(15)가 공급된 콘크리트(10)를 근입되는 말뚝주변 지반으로 끌고 내려가게 되어, 인발앵커(16) 주변이 콘크리트(10)로 주입되어 채워지면서 정착되어 인발저항이 극대화된다.

이하에서는 본 발명의 공장제작 프리캐스트 방음벽기초의 시공방법에 대하여 구체적으로 설명한다.

먼저, 공장에서 프리캐스트 방음벽기초를 제조한다.

프리캐스트 방음벽기초는 L자형, 역 T자형으로 제작될 수 있으며, 상기 방음벽에는 1.0m 내지 3.0m, 바람직하게는 1.5m 내지 3.0m 간격으로 방음벽기초 저판(8) 말단부위에 개구부(11)를 형성하며, 역 T자형에는 방음벽기초 저판(8)의 양단부에 개구부(11)를 형성할 수도 있다.

개구부(11)의 크기는 직경 10cm 내지 25cm로 인발저항용 앵커(1)의 강관의 지름보다 크게 형성하며, 그 상단에는 원형강봉(7)의 길이보다 큰 지름을 가지는 확관부(12)를 형성한다.

개구부(11) 및 확관부(12)는 하단부보다 상단부의 직경을 크게 형성함으로써(상광하협), 인발저항용 앵커(1)와 방음벽기초의 결합력을 더욱 견고하게 할 수 있다(미도시).

공장에서 제조된 프리캐스트 방음벽기초를 현장에 이동하여 터파기 작업 후, 방음벽기초를 설치한다.

방음벽기초의 저판(8)에 형성된 개구부(11)에 인발저항용 앵커(1)를 유압모터로 회전 압입하여 방음벽기초를 지반에 고정한다.

고정된 방음벽기초의 개구부(11) 및 확관부(12)에 걸쳐 스프링 보강철근(9)을 설치한 후, 콘크리트(10)를 채워 방음벽기초와 인발저항용 앵커(1)를 경화 결합시킨다.

방음벽기초와 인발저항용 앵커(1)의 결합 콘크리트가 경화되면, 방음벽기초 저판(8)을 토사 등으로 매립하여 평탄화하고, 방음벽기초 벽체(3)에 방음벽(4)을 설치한다.

본 발명의 시공방법은 인발저항이 향상된 인발저항용 앵커를 사용함으로써, 방음벽기초의 크기를 축소할 수 있어 그 재료비 및 물류비를 절약할 수 있으며, 터파기의 범위도 줄일 수 있어 공기 단축 및 공사비 절약이 가능하여, 매우 경제적인 유용한 발명인 것이다.

이상에서 기재한 상기 도면과 발명의 상세한 설명은 단지 본 발명의 예시적인 것으로서, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다.

그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

1 : 인발저항용 앵커.
2 : 줄어든 방음벽기초 저판.
3 : 방음벽기초 벽체.
4 : 방음벽.
5 : 인발저항용 앵커를 갖는 방음벽기초의 터파기 선.
6 : 일반 방음벽기초의 터파기 선.
7 : 원형강봉.
8 : 방음벽기초의 저판.
9 : 스프링 보강철근.
10 : 콘크리트.
11 : 개구부.
12 : 확관부.
13 : 결합철근.
14 : 굴착면.
15 : 원형돌기.
16 : 인발앵커.
17 : 지반면.
18 : 앵커주변 굴착면.
19 : 콘크리트 공급.
20 : 유압장비.
21 : 나선형의 날개.

Claims (3)

1. 방음벽기초의 시공방법에 있어서,
   방음벽기초 저판(8) 말단부위에 1.0m 내지 3.0m 간격으로, 상광하협의 인발저항용 앵커(1)의 강관의 지름보다 크게 형성한 개구부(11)와, 그 상단에는 원형 강봉(7)의 길이보다 큰 지름을 가지는 확관부(12)를 형성한 프리캐스트 방음벽기초를 제작하는 제1공정,
   상기 프리캐스트 방음벽기초를 현장에 이동하여 터파기 작업 후, 방음벽기초를 설치하는 제2공정,
   상기 방음벽기초의 저판(8)에 형성된 상광하협의 개구부(11) 및 확관부(12)에, 직경이 5 내지 20cm이고 길이가 2.0 ~ 3.0m인 강관에, 강관 직경의 1/2 내지 1/5의 폭을 가지는 나선형 날개(21)를 강관 길이의 1/2 내지 2/3에 걸쳐서 형성하고, 상단에 강관 직경의 1.2 내지 1.5배 길이의 원형강봉(7)을 설치한 인발저항용 앵커(1)를 유압모터로 회전 압입하여 방음벽기초를 지반에 고정하는 3공정,
   상기 고정된 방음벽기초의 상광하협의 개구부(11) 및 확관부(12)에 걸쳐 스프링 보강철근(9)를 설치하는 제4공정,
   상기 방음벽기초의 상광하협의 개구부(11) 및 확관부(12)에 콘크리트(10)를 채워 방음벽기초와 인발저항용 앵커(1)를 경화 결합시키는 제5공정.
   상기 방음벽기초와 인발저항용 앵커(1)의 결합 콘크리트가 경화되면, 방음벽기초 저판(8)을 매립하여 평탄화하는 제6공정,
   상기 방음벽기초의 벽체(3)에 방음벽(4)을 설치하는 제7공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 인발저항용 앵커를 이용한 방음벽기초의 시공방법.
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