KR102119365B1

KR102119365B1 - 교대 측방유동을 방지하기 위해 교대 배면측 무성토 구간에 축조되는 아치 구조

Info

Publication number: KR102119365B1
Application number: KR1020180072411A
Authority: KR
Inventors: 이현웅
Original assignee: 이현웅
Priority date: 2018-06-22
Filing date: 2018-06-22
Publication date: 2020-06-04
Also published as: KR20200000289A

Abstract

본 발명은 교대의 측방유동을 방지하기 위한 기술로서, 교대 배면측에 뒷채움 성토를 하지 않고 빈 공간(50)으로 존치시킴으로써 종래 교대 배면측에 뒷채움 성토층의 편재하중이 그 하부의 연약지반에 작용하는 경우에 볼 수 있는 연약지반 침하 및 그 수평전단변형을 방지할 수 있다. 교대 배면 무성토에 따라 형성되는 빈 공간(50)의 상부에는 일단(72)은 교대 후면에 회전지지되고 타단(74)은 교대에서 떨어진 사면 성토층의 지중 기초구조물(60)에 고정지지되는 상향 볼록의 아치형 구조물(70)을 축조함으로써 종래 연약지층에 대한 교대 배면측 뒷채움 성토층으로 인한 편재하중이 원천적으로 작용하지 않도록 하거나 이를 크게 경감시킬 수 있는 상태에서, 도로의 하중 및 차량의 주행하중을 교대(30) 및 사면 성토층의 지중 기초구조물(60)에 안정적으로 분산 전달할 수 있다.

Description

교대 측방유동을 방지하기 위해 교대 배면측 무성토 구간에 축조되는 아치 구조{Arcuate Structure Constructed Outside Bridge Abutments Without Embankment to Prevent Lateral Flow of the Bridge Abutments}

교대 배면측 성토하중은 교대 저면의 연약 지반에 대하여 편재하중(偏載荷重)으로 작용한다. 교대 전방측에 압성토를 하여 성토하중의 응력편차를 줄일 수 있으나 일반적으로 배면측 성토하중이 훨씬 더 크기 때문에 그에 따른 편재하중은 교대 배면측 성토층 하부의 연약지반을 수직방향으로 압밀할 뿐만 아니라 그 연약지반을 수평방향으로 거동시킴으로써 교대의 안정에 악영향을 미칠 수 있다.

교대 배면측 성토층 하부의 연약지반이 교대쪽으로 수평 거동할 경우 그 수평거동압력이 교대의 기초말뚝에 외력으로 작용하여 교대가 수평방향(교축방향)으로 밀리는 현상이 교대의 측방유동 현상이다. 본 발명은 교대의 측방유동을 방지하기 위한 기술이며, 특히 교대 배면측에 종래 필수적으로 실시되던 뒷채움 성토를 하지 않고 빈 공간으로 존치시키고 그 빈 공간의 공중에 걸쳐지는 도로-교량 접속용 아치구조물을 축조함으로써 종래 연약지층에 대한 성토층 편재하중의 작용을 근원적으로 경감시켜 성토층 하부의 연약지반을 안정화하는 기술이다.

교량은 도로, 철도 등의 등의 운송로 상에 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 지지구조물인 교대(橋臺)와, 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 경시적(經時的)으로 변위가 발행하지 않아야 한다. 그러나 흔히 연약한 점성토 지반 위에 축조되는 교대 구조물은 배면토압, 성토(盛土)에 따른 편재하중, 다짐토압, 연약지반의 침하 및 수평이동활동 등의 영향으로 수평변위에 매우 취약한데, 교대의 거동(측방유동)은 연약지반이 주로 교대 배면측 성토에 따른 편재하중의 영향을 받아 압밀에 의한 수직방향 침하와 함께 전단에 의한 측방변위가 성장하여 교대지지말뚝을 변형키키고 나아가 구조물(교대)에도 유해한 영향을 미치어 일어나게 된다.

교대의 측방유동은 교대구간 도로 단차의 발생에 따른 차량 주행성의 불량과 같은 불편을 초래할 뿐만 아니라 교좌장치, 줄눈장치, 날개벽 등의 파손을 초래하여 이를 수리 또는 교체하기 위한 보수유지 도로통제 등을 필요하게 하고, 시민의 안전을 위협하기까지 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 성토하중을 줄이는 관점, 연약지반의 지질을 치환하는 관점, 성토체 하중을 지지하기 위한 기초구조체를 구축하는 관점 등에서 이루어지고 있다.

먼저 종래 성토하중을 줄이는 기술로서는 교대 배면채움 성토재를 EPS, 경량골재, 박스(BOX), 관 등의 경량 성토체로 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 성토재 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 성토하중에 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 성토재의 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 성토재의 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 성토로 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 배면측 성토, 특히 교대 뒷채움부 성토가 이루어지는 것을 전제로 한 기술로서 성토 및 그 성토압 작용을 억제 또는 배제하기 위해 채택한 기술요소들의 실시에 긴 공사기간과 비용이 많이 들어 비경제적이며, 성토압이 존재하는 이상 여전히 힘의 불균형이 존재하여 근본적인 해결책이 못되고 있다.

한편, 교량 설계에 있어서 교대를 중심으로 하여 교대의 안쪽인 하천부와 교대의 바깥쪽인 도로부에 있어서 그 각 부분에서의 성토부 허용침하량이 서로 다른 설계기술에 의해 서로 다르게 규율되고 있는 점도 교대의 측방변형과 관련하여 유념하여 잘 이해해 둘 필요가 있는 항목이다.

즉, 교대의 안쪽인 하천부 성토부 허용침하량은 하천설계기준에 의해 30cm로 규율되고 있고, 교대(교량)은 구조물 기초설계기준에 따라 그 성토부 허용침하량은 그 변위가 전혀 허용되지 않는 완전 지지말뚝 등으로 설치되도록 0cm이어야 하며, 교대의 바깥쪽인 도로 성토구간의 허용침하량은 도로설계기준(토공구간)에 따라 10cm로 규율되고 있다. 이처럼 교대를 중심으로 하여 교대의 안쪽인 하천부와 교대의 바깥쪽인 도로성토부 각 성토부 허용침하량이 서로 다른 설계기준에 의해 서로 다르게 규율되고 있는 것은 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 수 밖에 없다. 이는 규정을 바꿔서 해결될 문제도 아니고, 규정을 더 엄밀하게 적용해서 지나친 안전설계로 해결될 문제도 아니며 복합적, 기술적으로 해결해야 할 과제로 남아 있다.

따라서 교량(특히 교대부) 설계시 서로 다른 성토부 허용침하량 기준을 적극 탄력적으로 활용하는 관점에서 접근하기보다 원천적으로 교대부 근처에서 편재하중으로 작용하는 성토부 하중의 관점으로부터 접근하는 새로운 시도가 필요하다. 본 발명은 교대 측방유동의 근본적 요인인 교대 배면 뒷채움 성토압 자체를 아예 없애거나 그 크기를 결정적으로 유의미하게 줄임으로써 손쉽게 힘의 균형을 도모하여(즉, 편재하중이 생기지 않도록 하거나 미미하게 하여) 침하를 원천 방지하는 관점으로부터 접근하는 기술로서, 종래 교대 주변 성토부 허용침하량을 다르게 규율하는 것을 적용하는 것에서 오는 문제(지나치게 비경제적인 안전설계를 하는 경우도 포함하여)도 해결할 수 있을 것이다.

이러한 관점에서 본 발명은 교대의 측방유동을 방지하기 위하여 교대 배면측 연약지반이 수직 압밀침하 및 교대쪽으로 수평전단변형 거동되는 것을 방지함으로써 교대를 지지하는 기초말뚝에 유해한 외력이 작용하지 않도록 한다는 상위 기본 관점에서는 종래기술들과 그 기술사상을 공유하지만, 본 발명은 종래 필수적으로 실시되지 않으면 안되는 것으로 인식되어 온 교대 배면측 뒷채움 성토를 전면 생략함으로써 특히 교대 배면측 근방의 연약지반에 대해 고성토 편재하중이 원천적으로 작용하지 않도록 한다는 점에서 종래기술들과 그 작동 메카니즘이 결정적으로 다르며, 이로써 교대 전후방의 연약지반에 작용하는 힘의 균형을 꾀함으로써 연약지반의 거동을 일으키지 않게 하는 작용효과가 확실하고 공기를 줄이며 공비도 크게 절감할 수 있다. 이는 토목분야 주요기술 중의 하나인 교량설계에 있어서 교대 측방유동이라는 종래로부터의 난제를 해결할 수 있는 유력한 대안이며, 교대 설계에 새로운 공법의 개발 요청에 부응하는 기술이다.

발명에서 교대 배면측 뒷채움 성토를 전면 생략함으로써 남게 되는 빈 공간에, 한 쪽 단부(端部)는 교대 후면에 지지되게 하고 다른 쪽 단부는 사면 성토층 지중 기초에 지지되는 아치형 구조물을 세우고 그 상부에 교대 접속 어프로치 슬래브를 설치함으로써 도로와 교량이 연결될 수 있으며 이런 새로운 교대구조에 의해 도로하중 및 차량의 주행하중도 빈 공간부 하부의 지중(연약지반)에 전달되지 않는다.

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 종래 필수적으로 인식되어 온 교대 배면측 뒷채움 성토를 생략하여 그 공간을 빈 공간으로 만듦으로써 교대 배면측 연약지반에 대해 성토압이 원천적으로 작용하지 않도록 하거나 크게 경감시켜 교대 측방유동을 방지할 수 있는 새로운 교대축조기술을 제공하며, 이를 위해 교대 배면측 뒷채움 성토를 생략할 경우 생기는 교대와 도로 사이의 무성토 빈공간을 구조적으로 안정되게 연결하는 한편 도로하중 및 차량 등의 주행하중을 교대 및 교대로부터 떨어진 사면 성토층에 분산 전달할 수 있는 아치구조를 제공함으로써 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,

전면에 교좌장치를 장착하기 위한 교좌대(橋座臺)가 형성되고, 후면의 적어도 한 곳에 아치구조물의 일단을 지지하기 위한 결합대가 형성되며, 하단 확대기초부 저면이 견고한 지중기반에 지지되는 기초구조물 위에 지지되는 교대와;

교대의 확대기초부의 후방 지상 단부(端部)로부터 후방으로 경사지게 북돋아져 노상면까지 연장되는 사면 성토층과;

교대 배면으로부터 상기 사면 성토층 사이의 지면 상부 공간과;

상기 사면 성토층의 지중에 매립 지지되는 기초구조물과;

한 쪽 단부는 상기 교대 후면에 형성된 결합대에 지지되고 다른 쪽 단부는 상기 사면 성토층 구간 중에 매립지지된 기초구조물에 지지된 상향으로 볼록한 아치구조물; 및

상기 아치구조물의 상면에 지지되면서 도로와 교대 사이에 놓여져 차량 또는 열차를 주행가능하게 하는 어프로치 슬래브;

를 포함하는 교대 측방유동을 방지하기 위해 교대 배면측 무성토 구간에 축조되는 아치 구조에 의해 달성된다.

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 어프로치 슬래브가 놓이며, 아치구조물의 상기 정점과 상기 사면 성토층에 매립 지지된 기초구조물 사이의 상부 공간에는 도로구축용 다짐층이 충진된 것을 특징으로 하는 교대 측방유동을 방지하기 위해 교대 배면측 무성토 구간에 축조되는 아치 구조에 의해 달성된다.

전술한 아치구조물은 복수개의 호형상 세그먼트들이 기계적 결합에 위해 현장에서 건식 시공될 수 있는 조립식 구조물인 것을 특징으로 하는 교대 측방유동을 방지하기 위해 교대 배면측 무성토 구간에 축조되는 아치 구조에 의해 달성된다.

상기 아치구조물은 반원형 또는 그보다 작은 곡면(1/4원형, 1/3 원형 등)을 갖는 구조물이며 그 저면이 지중에 묻히지 않고 대기중에 노출되는 구조인 것을 특징으로 하는, 교대 측방유동을 방지하기 위해 교대 배면측 무성토 구간에 축조되는 아치 구조에 의해 달성된다.

상기 사면 성토층에 매립되는 기초구조물은 적어도 도로의 전체폭 길이에 걸치게 뻗는 수평 슬래브 부분과 이 수평슬래브의 중앙을 도로의 폭방향으로 가로질러 수직하게 상하방향으로 뻗는 수직 벽이 교차하는 형태의 확대기초인 것을 특징으로 하는 교대 측방유동을 방지하기 위해 교대 배면측 무성토 구간에 축조되는 아치 구조에 의해 달성된다.

본 발명의 또다른 특징과 구성은 도면의 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 종래 필수적으로 실시되지 않으면 안되는 것으로 인식되어 온 교대 배면측 뒷채움 성토를 전면 생략함으로써 교대 배면측 근방의 연약지반에 대해 교대 전후방에서 그 연약지반에 작용하는 힘의 균형을 꾀할 수 있어 교대의 측방유동을 경제적 효과적으로 방지할 수 있다.

또한 본 발명은 교대 배면측 뒷채움 성토를 전면 생략함으로써 형성되는 빈 공간에 상향으로 볼록한 아치구조물을 구축함으로써 교대 배면측 근방의 연약지반에 대해서는 아무런 압축하중을 가하지 않은 상태에서 도로하중 및 차량 등의 주행하중을 교대와 교대로부터 떨어진 위치의 사면 성토층에 분산 지지시킬 수 있는 새롭고 뚜렷한 작용효과를 얻을 수 있다.

본 발명에 의해 교량의 고질적인 문제인 교대 측방유동을 방지하는 한편 교대 배면의 부등침하로 인한 도로면 단차발생도 방지할 수 있고 지중구조물이 있는 지반의 부등침하 및 그 전단변형의 문제도 해결할 수 있다.

또한 시설별로 관계 규정과 기준이 다를 수 밖에 없는 교대 설계에 있어서 필연적으로 발생되는 문제를 복합 기술적으로 해결할 수 있게 된다

도 1 (A) 내지 도1(H) 각 도면은 종래 교량건설시 성토층에 시공되는 교대의 일반적인 축조 공정을 순차적으로 도시한 도면이다.
도 2는 연약지반에 시공되는 교대의 측방유동토압 기본 개념도이다
도 3은 본 발명에 따른 교대 측방유동을 방지하기 위해 교대 배면측 무성토 구간 상부에 축조되는 아치 구조의 개념도이다.
도 4는 본 발명에 따른 교대 측방유동을 방지하기 위해 교대 배면측 무성토 구간 상부에 축조되는 아치 구조물의 양단 지지구조 개념도이다.
도 5(A), 5(B)는 각각 본 발명에 따른 교대 측방유동을 방지하기 위해 교대 배면측 무성토 구간 상부에 축조되는 아치 구조물의 종방향 단면도 및 그 개략 평면도이다.

도 1 (A) 내지 도1(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 성토층을 도시한 도면이다. 1차 성토층의 높이는 교대 지지말뚝의 지지 깊이 등을 고려하여 결정되며, 1차 성토면의 상면은 교대의 저면이 놓이는 교대지지말뚝(6)의 상면 높이로 결정될 수 있다. 도면부호 2는 1차 성토하기 이전의 원지반의 상면을 나타낸다.

도 1(B),1(C)는 교대 하부구조의 도면으로서 1(B)는 교대를 지지하는 기초가 말뚝기초인 경우에, 1차 성토면 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 노상면까지 2차 성토한 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 올려놓여친 후 거더 위에 거더 바닥판이 시공된다.

도 1(F)는 3차성토, 즉 교대 배면부 뒷채움 성토를 마친 것을 도시한 도면이다 . 3차성토(교대 배면부 뒷채움 성토)는 교대축조에 있어서 본 발명과 가장 중요한 관련을 갖는 공정으로서, 교대의 직후방 공간인 교대 배면부가 노상면까지 높게 고성토(高盛土)되는 것을 알 수 있다. 큰 수직토압(Vf)에 의해 연약지반이 수평전단력(Hf)에 의해 수평거동하는 요인으로 될 수 있다.

도 1(G)는 압성토(20) 및 보호블록을 시공하는 것을 도시한 도면이고, 도 1(H)는 포장과 부속 구조물를 설치하는 것을 도시한 도면이다. 어프로치 슬래브(22)를 타설하고 포장하며 신축이음장치(미도시)를 시공한다.

이상과 같은 종래 교량건설시 성토층에 시공되는 교대(30)의 일반적인 축조 공정 중에서 본 발명의 기술내용과 관련이 있는 공정은 도 1(F)로서, 본 발명은 종래 반드시 시공하지 않으면 안되는 것으로 인식되어 온 교대 배면부 뒷채움 성토(18)를 생략하는 것을 그 중요한 기술적 특징의 하나로 한다.

도 2는 연약지반에 시공되는 교대의 측방유동토압이 작용하는 기본 개념도로서, 교대의 직후방 위치에서 비교적 짧은 시간 동안 노상면 높이까지 채워지는 교대 배면 뒷채움 성토부(18)는 교대 하부의 연약지반에 대하여 큰 집중하중으로 작용하여 지표면 압밀침하(부등침하)를 일으킴과 아울러 연약지반을 수평방향으로 이동시켜 교대지지 기초말뚝에 대하여 횡방향 압력(교대의 측방유동토압)으로 작용하게 하고 이러한 원인에 의해 교대가 교량방향으로 측방유동하게 된다.

도 3은 본 발명에 따른 교대 측방유동을 방지하기 위해 교대 배면측 무성토 구간 상부에 축조되는 아치 구조의 개념도이며, 도 4는 그 아치 구조물의 양단부 지지구조를 도시한 도면이다.

도 3, 4에 의해 알 수 있듯이, 본 발명은 종래 교대(30)의 일반적인 축조 공정을 순차적으로 도시한 도 1의 공정 중 특히 도 1(F)와 같은 교대 배면측 뒷채움 성토를 전면 생략하여 종래 고성토 하중이 연약지반에 집중 작용하는 것을 원천적으로 배제될 수 있도록 하면서 차량의 교량 어프로치를 가능하게 하기 위하여 성토를 생략하여 생긴 빈 공간 상부에 아치구조물을 설치한 것을 도시한 도면이다.

즉, 본 발명의 핵심적인 기술사항은 교대 배면측 뒷채움 성토를 생략하여 종래와 같은 교대 배면 뒷채움 고성토 하중이 연약지반에 집중 작용하는 것을 원천적으로 배제될 수 있도록 함으로써 종래 교량 건설이 연약지반에 축조될 경우 고질적인 문제였던 교대 배면측 뒷채움 성토압에 의해 교대 측방유동이 야기되는 문제를 해결한 것이고, 이 경우 차량의 교량 어프로치를 가능하게 하기 위하여 교대 배면측 뒷채움 성토를 생략하여 생긴 빈 공간 상부에 외력을 압축력으로만 지지하는 아치구조물을 구축하고 그 상부에 어프로치 슬래브를 설치된 것이다.

도 3의 도면부호 중 도 1로서 종래 교대구조 축조를 설명한 것과 동일한 부분에 대해서는 동일한 부호를 사용하여 도시하였다.

본 발명에 따른 교대 측방유동을 방지하기 위해 교대 배면측 무성토 구간에 축조되는 아치 구조를 보다 자세히 설명하면, 도 3에 의해 잘 알 수 있듯이,

전면에 교좌장치(14)를 장착하기 위한 교좌대(橋座臺)(12)가 형성되고, 후면의 적어도 한 곳에 아치구조물의 일단(72)을 지지하기 위한 결합대(32)가 형성되며, 하단 확대기초부(31) 저면이 견고한 지중기반에 지지되는 기초구조물(6) 위에 지지되는 교대(30)와; 교대의 확대기초부(31)의 후방 지상 단부(端部)로부터 후방으로 경지지게 북돋아져 노상면까지 연장되는 사면 성토층(10)과; 교대 배면으로부터 상기 사면 성토층 사이의 지면 상부 공간(50)과; 상기 사면 성토층(10)의 지중에 매립 지지되는 기초구조물(60)과; 한 쪽 단부(72)는 상기 교대 후면에 형성된 결합대(32)에 지지되고 다른 쪽 단부는 상기 사면 성토층(10) 구간 중에 매립지지된 기초구조물(60)에 지지되며, 상향으로 볼록한 아치구조물(70); 및 상기 아치구조물의 상면에 지지되면서 도로와 교대 사이에 놓여져 차량 또는 열차를 주행가능하게 하는 어프로치 슬래브(22);를 포함하여 이루어진다.

본 발명은 도 4에 잘 도시되어 있듯이, 상기 아치구조물(70)의 상기 교대 후면에 형성된 결합대(32)에 지지되는 한 쪽 단부(72)는 회전지점으로 지지되고, 상기 사면 성토층 구간 중에 지지되는 기초구조물(60)에 지지되는 다른 쪽 단부(74)는 고정지점으로 지지되는 것이 바람직하다. 아치 구조물(70)의 회전지점으로 지지된 단부(72)는 수평 수직방향의 변위는 구속되지만 회전은 자유롭게 이루어져 이 단부에서 휨응력이 생기지 않으며 또한 아치 구조물(70)의 고정지점으로 지지된 다른 쪽 단부(74)는 수평, 수직 및 휨변형이 모두 구속되어 성토층(10) 구간 중에 매립지지된 기초구조물(60)과 일체적으로 , 즉 사면 성토층(10)과 일체적으로 거동한다.

이렇게 아치 구조물의 양단부를 각기 다른 역학적 지지구조로 지지함으로써 아치구조물을 통해 전달되는 구조물 자중과 차량 등의 동하중을 효율적으로 분산지지할 수 있으며 지지부 구조의 안정성에 기여한다.

도 5(A), 5(B)는 각각 본 발명에 따른 교대 측방유동을 방지하기 위해 교대 배면측 무성토 구간 상부에 축조되는 아치 구조물의 종방향 단면도 및 그 개략 평면도이다. 이들 도면에서 본 발명에 따른 아치 구조물의 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 강재 연결방식, 파형강관을 이용한 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 일체형(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 5(B)에서는 도로폭(W1) 내에서 차로폭 W2에 해당하는 폭을 갖는 아치구조물 4개가 연접하여 장착되는 구성을 도시하였다(W1=W2X4).

한편 여기서 도시하지는 않았지만 도 5(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 아치 구조에서 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 사면 성토층(10)의 성토 경사각이다. 사면 성토층의 성토경사각(θ)는 대체로 45도 내외의 자연구배 안식각을 갖게 되는데 이 경사각이 낮아질 경우 아치구조물의 스팬은 늘어나게 된다.

본 발명은 교대 배면 뒷채움 성토를 생략하는 구조이므로 종래 교대 배면 좌우양단에 뒷채움 성토를 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 .

본 발명에서 사면 성토층에 매립되는 기초구조물(60)은, 도시하지는 않았으나, 도로의 전체폭 길이에 걸치게 뻗는 수평 슬래브와 이 수평슬래브의 중앙을 도로의 폭방향으로 가로질러 수직하게 상하방향으로 교차하여 뻗는 수직벽이 교차하는 형태의 확대기초일 수 있으며, 또한 이러한 확대 기초구조물(60)은 전술한 아치구조물의 타단부를 안정적으로 고정지지하기 위하여 필요한 다양한 기초구성, 예를 들어 인장철근 배근의 설계, 수평 슬래브나 수직벽의 크기 또는 높이, 헌치부의 구성, 형강이나 강 플레이트와 같은 강재와의 복합시공, 프리캐스트 아치 구조물과의 건식 또는 습식 결합을 위한 연결부 구성 등 다양한 형상과 크기의 기초구조를 채택할 수 있을 것이다.

또한 다른 실시예로서, 전술한 구조의 기초구조물(60)을 설치하지 않고 아예 아치구조물의 타단부 자체의 형상과 구조를, 전술한 기초구조물(60)과 유사한 형태 , 즉 아치구조물의 타단부가 도로의 차로폭 길이에 걸치게 뻗는 수평 슬래브와 이 수평슬래브의 중앙을 차로 폭방향으로 가로질러 수직하게 상하방향으로 교차하여 뻗는 수직벽이 교차하는 형태로 구성하고 이러한 형상과 구조의 아치구조물의 타단부를 직접 사면 성토층의 지중에 지지시켜 사면 성토층과 일체 거동할 수도 있다.

도 5(B)에 의해 알 수 있듯이, 본 발명에서 아치구조물의 상기 교대 후면에 형성된 결합대(32)에 지지되는 회전지점 단부(72) 및 상기 사면 성토층에 매립된 기초구조물(60)에 지지되는 고정지점 단부(74)의 각 도로 폭방향 지지는 도로의 주행 차로폭 길이(W2)의 단위마다 분할지지되는 되는 것을 특징으로 한다. 본 발명에서 아치구조물이 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.

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 : 교대지지ㄷ의용 기초말뚝 10 : (2차) 성토증
12: 교좌좌 14: 교좌장치
16: 교량 거더 18 : 교대배면 뒷채움 성토
20 :압성토 22: 어프로치 슬래브
24 : 도로
30 : 교대
32 : 교대 후방에 형성된 아치 일단부 지지용 결합대
34 : 교대 저면
50: 교대 (뒷채움) 빈공간
60: 사면 성토층에 매립 지지되는 기초구조물
70 : 아치구조물 72 : 교대에 회전지지되는 아치의 일단부
74 : 사면 성토층에 매립 지지된 기초구조물에 고정 지지되는 아치의 타단부
70a, 70b : 조립식 아치구조물의 각 세그먼트
76: 아치구조물 각 세그먼트의 종방향 긴결수단
78 : 아치구조물 각 세그먼트의 횡방향 긴결수단

Claims

전면에 교좌장치(14)를 장착하기 위한 교좌대(橋座臺)(12)가 형성되고, 후면의 적어도 한 곳에 아치구조물의 일단(72)을 지지하기 위한 결합대(32)가 형성되며, 하단 확대기초부(31) 저면이 견고한 지중기반에 지지되는 기초구조물(6) 위에 지지되는 교대(30)와;
교대의 확대기초부(31)의 후방 지상 단부(端部)로부터 후방으로 경지지게 북돋아져 노상면까지 연장되는 사면 성토층(10)과;
교대 배면으로부터 상기 사면 성토층 사이의 지면 상부 무성토 공간(50)과;
상기 사면 성토층(10)의 지중에 매립 지지되는 기초구조물(60)과;
한 쪽 단부(72)는 상기 교대 후면에 형성된 결합대(32)에 지지되고 다른 쪽 단부는 상기 사면 성토층(10) 지중에 매립지지된 기초구조물(60)에 지지되며, 상향으로 볼록한 아치구조물(70); 및
상기 아치구조물의 상면에 지지되면서 도로와 교대 사이에 놓여져 차량주행을 가능하게 하는 어프로치 슬래브(22);
를 포함하는 것을 특징으로 하는, 교대 측방유동을 방지하기 위해 교대 배면측 무성토 구간에 축조되는 아치 구조
청구항 1에 있어서,
상기 아치구조물의 상기 교대 후면에 형성된 결합대(32)에 지지되는 한 쪽 단부(72)는 회전지점으로 지지되고, 상기 사면 성토층 지중에 지지되는 기초구조물(60)에 지지되는 다른 쪽 단부(74)는 고정지점으로 지지되는 것을 특징으로 하는, 교대 측방유동을 방지하기 위해 교대 배면측 무성토 구간에 축조되는 아치 구조
청구항 1에 있어서,
상기 아치구조물은 그 양단부 사이의 도중에 그 상향으로 볼록한 부분의 가장 높은 정점이 위치하고, 이 정점과 교대(30) 사이를 어프로치 슬래브(22)가 연결하며, 아치구조물의 상기 정점과 상기 사면 성토층에 매립 지지된 기초구조물(60) 사이의 상부 공간에는 도로구축용 다짐층(25)이 충진된 것을 특징으로 하는 교대 측방유동을 방지하기 위해 교대 배면측 무성토 구간에 축조되는 아치 구조
청구항 1에 있어서,
아치구조물은 복수개의 호형상 세그먼트들이 기계적 결합에 위해 현장에서 건식 시공되는 조립식 구조물인 것을 특징으로 하는, 교대 측방유동을 방지하기 위해 교대 배면측 무성토 구간에 축조되는 아치 구조
청구항 1에 있어서,
상기 아치구조물은 반원형 또는 그보다 작은 중심각의 곡면을 갖는 구조물이며, 그 저면이 지중에 묻히지 않고 대기중에 노출되는 구조인 것을 특징으로 하는, 교대 측방유동을 방지하기 위해 교대 배면측 무성토 구간에 축조되는 아치 구조
청구항 1에 있어서,
상기 아치구조물의 상기 교대 후면에 형성된 결합대에 지지되는 회전지점 단부 및 상기 성토층 구간 중에 매립된 기초구조물에 지지되는 고정지점 단부의 각 도로 폭방향 지지는 도로의 주행 차로폭 길이의 단위마다 분할지지되는 되는 것을 특징으로 하는, 교대 측방유동을 방지하기 위해 교대 배면측 무성토 구간에 축조되는 아치 구조
청구항 1에 있어서,
상기 사면 성토층에 매립되는 기초구조물은 적어도 도로의 전체폭 길이에 걸치게 뻗는 수평 슬래브 부분과 이 수평슬래브의 중앙을 도로의 폭방향으로 가로질러 수직하게 상하방향으로 교차하여 뻗는 수직 벽이 교차하는 형태의 확대기초인 것을 특징으로 하는, 교대 측방유동을 방지하기 위해 교대 배면측 무성토 구간에 축조되는 아치 구조
청구항 1에 있어서,
무성토 빈 공간의 후방 지상 단부(端部)로부터 경지지게 북돋아져 후방으로 연장되는 사면 성토층의 구배는 자연구배이거나 45도 이하인 것을 특징으로 하는, 교대 측방유동을 방지하기 위해 교대 배면측 무성토 구간에 축조되는 아치 구조
전면에 교좌장치(14)를 장착하기 위한 교좌대(橋座臺)(12)가 형성되고, 후면의 적어도 한 곳에 아치구조물의 일단(72)을 지지하기 위한 결합대(32)가 형성되며, 하단 확대기초부(31) 저면이 견고한 지중기반에 지지되는 기초구조물(6) 위에 지지되는 교대(30)와;
교대의 확대기초부(31)의 후방 지상 단부(端部)로부터 후방으로 경지지게 북돋아져 노상면까지 연장되는 사면 성토층(10)과;
교대 배면으로부터 상기 사면 성토층 사이의 지면 상부 무성토 공간(50)과;
한 쪽 단부(72)는 상기 교대 후면에 형성된 결합대(32)에 지지되고 다른 쪽 단부는 상기 사면 성토층(10) 지중에 직접 매립지지되는, 상향으로 볼록한 아치구조물(70); 및
상기 아치구조물의 상면에 지지되면서 도로와 교대 사이에 놓여져 차량주행을 가능하게 하는 어프로치 슬래브(22);
를 포함하는 것을 특징으로 하는, 교대 측방유동을 방지하기 위해 교대 배면측 무성토 구간에 축조되는 아치 구조
청구항 9에 있어서,
상기 아치 구조물의 상기 사면 성토층(10) 지중에 직접 매립지지되는 단부는, 도로의 차로폭 길이에 걸치게 뻗는 수평 슬래브 부분과 이 수평슬래브의 중앙을 도로의 폭방향으로 가로질러 수직하게 상하방향으로 뻗는 수직벽이 교차하는 형태의 확대기초형태인 것을 특징으로 하는, 교대 측방유동을 방지하기 위해 교대 배면측 무성토 구간에 축조되는 아치 구조