KR102179660B1 - 사면 보강 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 침투압과 간극수압을 소산시킬 수 있고 전단응력도 향상시킬 수 있는 사면 보강 장치를 제공하는 것이 그 기술적 과제이다. 이를 위해, 본 발명의 사면 보강 장치는, 도로의 가장자리에 조성된 사면을 보강하기 위한 사면 보강 장치로, 상기 사면에 천공되며 상기 사면의 내부의 물을 상기 사면의 외부로 배출시키는 물 배출로; 및 상기 물 배출로에 삽입되고 상기 사면을 지지하며 투수성을 가지는 배출로 말뚝 시설;을 포함한다.

Description

사면 보강 장치{Slope reinforcing apparatus}

본 발명은 사면에 관한 것이다.

일반적으로, 사면(斜面; slop)은 "건설공사 비탈면 설계기준"에 의하면 부지를 조성할 때 형성되는 경사진 지반을 말한다.

이러한 사면은, 절토사면(切土斜面)과 성토사면(盛土斜面)으로 구분될 수 있다. 절토사면은 원지반을 깎아서 형성된 경사진 지반이고, 성토사면 원지반에 흙을 쌓아서 형성된 경사진 지반이다.

절토사면은 원지반의 상태를 정확히 파악하는 것이 중요하며, 특히 암반과 토사의 경계부분, 원지반 내부의 불안정한 특징 등을 찾는 것이 매우 중요하다. 절토사면은 흙으로 이루어진 토사사면과 암으로 이루어진 암반사면으로 구분한다.

절토사면의 각 부위별 명칭은, 도 1에 도시된 바와 같이, 절토사면의 전방에서 사면을 바라보았을 때를 기준으로 하며, 절토사면의 종단방향에 따라 '좌측부', '중간부', '우측부', 상하 위치에 따라 '상단', '중단', '하단'으로, 우측부의 끝점은 '시점부', 반대 위치는 '종점부'로 칭한다. 또한, 절토사면과 상부자연사면과의 경계를 '사면경계'라 하며 이중 제일 높은 곳을 '최상부'라 한다.

나아가, 절토사면은, 도 2에 도시된 바와 같이, 일반적으로 공간적 위치나 기능에 따라 상부자연사면, 절토사면, (도로, 철도, 건축물 등)주요시설, 성토사면으로 나눈다.

절토사면의 붕괴는 외적, 내적인 불안정 요인으로 구분할 수 있다. 외적인 불안정 요인으로는 지형의 기하학적 변화, 토피하중의 증가, 하중의 제거, 충격, 진동, 인접한 호수 또는 저수지의 수위강하 및 강우 등이 있으며, 내적인 불안정 요인으로는 진행성파괴, 풍화작용, 물의 침투로 인한 융해 등이 있다. 이와 같이 강우와 침투는 사면안정에 영향을 미치는 주요 요인으로 작용하고 있다. 강우 발생시 사면이 불안정화 되어 붕괴되는 과정은 연직침투 과정, 불투수층 평행침투 과정 및 붕괴 등의 3단계로 구분할 수 있다. 연직침투 과정은 강우가 사면 토층 내에 침투하면서 형성된 침윤선이 시간경과와 함께 연직방향으로 상승 및 강하하는 과정이며, 불투수층 평행침투과정은 침윤선이 불투수층에 도달한 후 암반과 평행한 방향의 침투가 발생하는 과정이다. 마지막으로 연직침투와 상승된 지하수위의 평행침투는 사면 하단부로 갈수록 크게 나타나며 한계수위 형성 위치에서 붕괴가 발생하게 된다.

사면은 비오는 우기가 되면 토체가 젖은 상태로 변하며 단위중량(일반토사 18kN/입방미터 내외)이 20kN/입방미터 까지 증가한다. 반면 사면 아래쪽은 지하수위가 상승하고 지하수위 아래 토층은 단위중량이 10kN/입방미터 이하로 감소한다. 또한 상부에 무거워진 토층은 아래쪽 지반에 하중으로 작용하게 되고 이때 지하수위는 압력수두가 발생하고 간극수압이 발생/증가한다. 이때 투수성이 불량한 토질일수록 전단강도는 저하되며, 우기시 침투압과 간극수압이 상승하여 위험한 상황이 초래된다. 참고로, 도 3은 절토 전 지하수위, 절토 직후 지하수위, 그리고 절토 후 최종 지하수위를 나타낸 도면이며, 우기시 지하수위는 절토 전의 지하수위까지 다시 올라갈 수도 있다.

사면의 안정성을 확보하기 위해서는 절취구배가 토질과 암반의 물리적 특성을 고려하여 안전한 구배로 결정되어 시공되며, 우기시에 표면이 유실되거나 빗물이 사면내부로 침투되지 않도록 식생공법 등으로 표면보호 공을 설계하고 시공한다. 그러나, 산으로 존재하던 곳을 절취하여 절취량에 따라 지하수위의 변화나 환경에 변화에 대한 예측하지 못한 지반의 불안정요인은 추후 보강공사를 시행하는 것이 불가피하며, 대기에 노출된 절취면은 풍화속도가 빠르게 진행될 경우 배수가 불량한 토질이 되기 쉬우며, 이러한 경우 잔디나 풀들의 식생도 불량하게 되며, 지반강도도 급격하게 저하될 수 있다.

일반적인 절토 사면 안정성 확보 방안은 식생에 의한 공법으로 시공시기, 비탈면토질, 기상, 사용목적에 따라 공법을 선택하며, 일반적으로는 식생이 부적합한 토질은 비옥토로 객토를, 용수가 있는 곳은 필터층, 맹암거 등의 지하배수시설을 설치하기도 한다

또한 식생만으로는 사면안정이 어려울 경우 비탈경사면을 완만하게 하는 것이 지형,경제적으로 어려울 때 구조물 설치가 경사를 완만하게 하는 경우보다 경제적일 경우에는 돌쌓기, 블럭쌓기 및 붙임공, 콘크리트붙임공, 몰탈뿜어붙이기, 비탈면앵커, 돌망태, 옹벽공 등을 설치하기도 한다. 이러한 공법적용시 유의사항으로 사면보호를 위한 경사 검토 및 조정하는 문제, 배수를 위한 시설물, 구조물 설치시 물구멍 등 구조물 배수를 철저히 할 것이 요구된다.

사면붕괴는 강우시나 주위환경 변화에 따른 지하수위 변화시 침투압, 수압, 간극수압, 과잉간극수압 등이 작용하고, 특히 투수성이 불량한 토질의 경우 전단강도가 급격히 저하되어 사면붕괴의 가장 큰 원인을 제공하게 된다. 현재 사면안정에 대한 기준이나 시공현장에서 시행되고 있는 사면안정 대책공법 들은 전단강도를 증가시키는 공법들이 주를 이루고 배수문제는 별도의 기능으로 부수적으로 다루고 있으며, 소일네일링과 같이 강재를 사면에 보강하는 공법과 침투수압이나 간극수압을 낮추기 위해 수평다발관 등의 배수재를 병행 시공하는 공법들을 채택하고 있다.

또한 구조물화 시키는 공법들이 적용되기도 하고 이때 구조물화에 따른 배수공이 병행 시공되고 있다. 전단강도 보강공법들과 배수공의 병행시공으로 인한 사면의 복잡한 구조형성과 보강공법은 사면 토질을 단단하게 결속하는 반면 배수공은 사면토질을 이완을 유발하는 이중성을 갖고 있는 모순이 발생하기도 한다.

그리고 배수시설을 개선하는 것은 배수로 인한 침투압과 간극수압을 부분적으로 줄이는 문제를 해결할 수는 있어도 배수불량 토질을 배수성이 좋은 토질로 개량하여 전단강도를 증가시키는 것이라 할 수 없으므로 기존의 공법들은 배수문제와 전단강도 증가 공법이 별도의 메커니즘으로 작동한다는 한계가 있다.

1. 등록특허공보 10-0457995 (등록일자: 2004. 11. 11) 2. 공개특허공보 특2003-0019946 (공개일자: 2003. 03. 07) 3. 등록실용신안공보 20-0352267 (등록일자: 2004. 05. 25)

본 발명의 기술적 과제는, 침투압과 간극수압을 소산시킬 수 있고 전단응력도 향상시킬 수 있는 사면 보강 장치를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 사면 보강 장치는, 도로의 가장자리에 조성된 사면을 복합지반으로 사면을 보강하기 장치로, 상기 사면에 천공되며 상기 사면의 내부의 물을 상기 사면의 외부로 배출시키는 물 배출로; 및 상기 물 배출로에 삽입되고 상기 사면을 지지하며 투수성을 가지는 배출로 말뚝 시설;을 포함하고, 상기 물 배출로의 말단은, 높이차를 두고 상기 도로의 수평면보다 높게 위치되고, 상기 물 배출로는, 상기 도로의 수평면과 예각을 이룬 상태로 천공되고, 상기 사면 보강 장치는, 상기 사면의 하부 중 상기 사면의 하단과 상기 물 배출로의 배출단 사이에 구비되며 토압력(土壓力)에 저항하는 토압력 저항 구조물을 더 포함한다. 상기 토압력 저항 구조물은, 이에 형성되는 하나 이상의 배수공을 포함하고, 상기 배출로 말뚝 시설은, 상기 물 배출로에 삽입되며 길다란 형상을 가지는 하나 이상의 철근 부재; 상기 철근 부재의 둘레에 고정되되 그 길이 방향을 따라 간격을 두고 고정되며 상기 철근 부재와 함께 상기 물 배출로에 삽입되는 복수의 콘크리트 부재; 및 상기 물 배출로에 채워지며 사이로 배수를 유도하는 복수의 배수재;를 포함하고, 상기 배수재는, 콘크리트체; 상기 콘크리트체에 형성되는 구멍; 및 상기 구멍에 끼워지는 PVC 파이프;를 포함한다.

삭제

상기 철근 부재와 상기 복수의 콘크리트 부재가 상기 물 배출로에 삽입된 상태에서 상기 복수의 배수재(모래, 자갈, 쇄석 등)가 상기 물 배출로에 채워지는 동안 외부 가진 장치를 통해 상기 철근 부재에 진동다짐이 가해질 수 있다.

삭제

상술한 본 발명의 실시예에 따른 사면 보강 장치는, 상기 사면의 상부 측 소단에 천공되며 상기 사면의 내부의 물을 상기 물 배출로로 배수하는 연직배수로; 및 상기 연직배수로에 삽입되고 상기 사면을 지지하며 투수성을 가지는 연직배수로 말뚝 시설;을 더 포함할 수 있다.

상기 연직배수로는, 상기 소단에 연직 방향으로 천공될 수 있고, 상기 물 배출로와 예각을 이룰 수 있다.

삭제

상기 토압력 저항 구조물은 상기 사면과 같이 경사져 놓일 수 있고, 상기 토압력 저항 구조물의 외측면은 외측에서 내측으로 오목하게 들어간 곡면 형상을 가질 수 있다.

삭제

이상에서와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 사면 보강 장치는 다음과 같은 효과를 가질 수 있다.

본 발명의 실시예에 의하면, 도로 등의 가장자리에 조성된 사면을 복합지반으로 사면을 보강한 장치로, 물 배출로와 배출로 말뚝 시설을 포함하는 기술구성을 제공하므로, 사면의 내부의 물(예를 들어, 지하수나 빗물 등)이 물 배출로를 통해 사면의 외부로 원활하게 배출될 수 있어 사면에 미치는 침투압과 간극수압을 소산시킬 수 있고, 이와 함께 사면을 지지하는 역할과 투수성을 함께 가지는 배출로 말뚝 시설이 사면에 대해 보강 기능과 인터로킹(interlocking) 효과 등을 줄 수 있어 배수 뿐만 아니라 사면에 대한 전단응력을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 의하면, 배출로 말뚝 시설은 하나 이상의 철근 부재, 복수의 콘크리트 부재, 그리고 복수의 배수재를 포함하는 기술구성을 제공하므로, 철근 부재와 이의 둘레에 고정되는 복수의 콘크리트 부재를 통해 사면의 전단강도를 높일 수 있고, 복수의 콘크리트 부재와 복수의 배수재(예를 들어, 쇄석, 자갈, 모래 등)를 통해 물 배출로에 대한 배수성을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 의하면, 철근 부재와 복수의 콘크리트 부재가 물 배출로에 삽입된 상태에서 복수의 배수재가 물 배출로에 채워지는 동안 외부 가진 장치를 통해 철근 부재에 진동이 가해지는 기술구성을 제공하므로, 철근 부재와 함께 각각의 콘크리트 부재가 가진(加振)될 수 있어, 배수재가 물 배출로에 삽입되는 동안 각각의 콘크리트 부재에 걸림을 최소화하면서 배수재가 원활하게 물 배출로에 다짐상태로 채워질 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 의하면, 물 배출로는 도로의 수평면과 예각을 이루는 기술구성을 제공하므로, 물이 차서 넘치는 구조가 될 수 있어, 사면 내의 토립자가 물과 함께 유실되어 지반 내에 공동이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 나아가, 물 배출로는 도로의 수평면과 예각을 이루는 기술구성을 제공할 경우, 배출로 말뚝 시설을 기준으로 이의 위에 놓이는 사면의 중간 부분이 배출로 말뚝 시설에 쐐기 형태로 끼워져 놓인 형태의 복합지반구조를 가질 수 있어, 사면의 중간 부분의 하중을 보다 원활하게 지지할 수 있고, 사면이 흘러내리는 것을 막아 사면에 대한 전단응력을 더욱 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 의하면, 연직배수로와 말뚝 시설을 더 포함하는 기술구성을 제공하므로, 사면의 내부의 물을 물 배출로로 원활하게 배출할 수 있고, 이와 함께 사면을 지지하는 역할과 투수성을 함께 가지는 연직배수로 말뚝 시설이 사면에 대해 보강 기능과 인터로킹(interlocking) 효과 등을 줄 수 있어 물 배출 뿐만 아니라 사면에 대한 전단응력을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 의하면, 토압력 저항 구조물을 더 포함하는 기술구성을 제공하므로, 배출로 말뚝 시설과 함께 사면의 하부에 미치는 토압력을 지지할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 의하면, 토압력 저항 구조물은 사면과 같이 경사져 놓이고, 토압력 저항 구조물의 외측면은 외측에서 내측으로 오목하게 들어간 곡면 형상을 가지는 기술구성을 제공하므로, 사면과 도로가 각이 지지않고 아치 형태로 구성할 수 있어 사면에 대한 안정성을 높일 수 있다.

도 1은 절토사면의 각 부위별 명칭을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 절토사면의 구성모식도를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 절토 전 지하수위, 절토 직후 지하수위, 그리고 절토 후 최종 지하수위를 나타낸 도면이다.
도 4는 일반토사의 전단강도는 점착력과 내부마찰각에 의해 결정된다는 쿨롱의 법칙을 나타낸 그래프이다.
도 5는 수직응력과 전단강도의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 사면 보강 장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 7은 도 6의 사면 보강 장치 중 배출로 말뚝 부재를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 8은 도 6의 사면 보강 장치를 통해 사면의 물이 배수되는 상태(a)와 사면 보강 장치가 없을 경우 사면의 벽면(법면)이 사면의 물에 의해 유실되는 상태(b)를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 사면 보강 장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 사면 보강 장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

도 4는 일반토사시 내부마찰각 변화를 나타낸 그래프이고, 도 5는 수직응력과 전단강도의 관계를 나타낸 그래프이다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 사면 보강 장치를 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 7은 도 6의 사면 보강 장치 중 유입로 말뚝 부재 또는 배출로 말뚝 부재를 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 8은 도 6의 사면 보강 장치를 통해 사면의 물이 배수되는 상태(a)와 사면 보강 장치가 없을 경우 사면의 벽면(법면)이 사면의 물에 의해 유실되는 상태(b)를 개략적으로 나타낸 도면이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 사면 보강 장치(100)는, 도 4 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 도로(10) 등의 가장자리에 조성된 사면(20)을 보강하기 위한 사면 보강 장치로, 물 배출로(110)와 배출로 말뚝 시설(120)을 포함한다. 이하, 도 4 내지 도 8을 계속 참조하여, 각 구성요소에 대해 상세히 설명한다.

물 배출로(110)는, 사면(20)의 내부의 물(예를 들어, 지하수나 빗물 등)을 사면(20)의 외부로 배출시키기 위한 구성요소이다. 이러한 물 배출로(110)는, 도 6에 도시된 바와 같이, T-4 등 천공기(보링기) 등을 통해 사면이 천공(보링)되어 형성될 수 있다.

배출로 말뚝 시설(120)은, 사면(20)을 지지하는 역할과 함께 투수성(透水性)을 가지는 구성요소이다. 이러한 배출로 말뚝 시설(120)은, 도 6에 도시된 바와 같이, 물 배출로(110)에 삽입될 수 있다. 나아가, 배출로 말뚝 시설(120)은, 사면(20)의 크기 및 토질 상태에 따라 간격과 수량을 계산하여 적절하게 배치할 수 있고, 이의 직경으로 400mm, 500mm, 700mm, 1,000mm 등을 가질 수 있다.

따라서, 위와 같은 구성요소들이 제공되므로, 사면(20)의 내부의 물(예를 들어, 지하수나 빗물 등)이 물 배출로(110)를 통해 사면(20)의 외부로 원활하게 배출될 수 있어 사면(20)에 미치는 침투압과 간극수압을 소산시킬 수 있고, 이와 함께 사면(20)을 지지하는 역할과 투수성을 함께 가지는 배출로 말뚝 시설(120)이 사면(20)에 대해 보강 기능과 인터로킹(interlocking) 효과 등을 줄 수 있어 배수 뿐만 아니라 사면에 대한 전단응력을 향상시킬 수 있다.

나아가, 배출로 말뚝 시설(120)은, 도 6에 도시된 바와 같이, 하나 이상의 철근 부재(121), 복수의 콘크리트 부재(122), 그리고 복수의 배수재(123)를 포함할 수 있다.

철근 부재(121)는, 길다란 형상을 가질 수 있으며, 물 배출로(110)에 삽입될 수 있고, 일반 철근이나 아연도금 철근 등이 채용될 수 있다. 각각의 콘크리트 부재(122)는, 철근 부재(121)의 둘레에 고정되되 그 길이 방향을 따라 간격을 두고 고정될 수 있으며 철근 부재(121)와 함께 물 배출로(110)에 삽입될 수 있다. 각각의 배수재(123)는 물 배출로(110)에 채워질 수 있으며 배수를 유도할 수 있다. 예를 들어, 배수재(123)로는 쇄석, 자갈, 모래, 제조된 콘크리트체 등이 사용될 수 있다. 여기서, 제조된 콘크리트체는, 도시되지는 않았지만, 구형이나 다면체 또는 테트라포드 등 다양한 모양과 10mm, 25mm, 50mm, 100mm 등 다양한 크기로 제작될 수 있으며, 공극율을 높이기 위해 구멍을 내고 그 구멍에는 PVC 파이프 등으로 보강할 수도 있다. 참고로, 공극율의 경우, 자갈은 20%, 구형은 26% 내지 48%, 테트라포드는 50% 일 수 있다.

따라서, 길다란 철근 부재(121)와 이의 둘레에 닭꼬치 모양으로 고정되는 복수의 콘크리트 부재(122)를 통해 사면(20)의 전단강도를 높일 수 있고, 복수의 콘크리트 부재(122)와 복수의 배수재(123)를 통해 물 배출로(110)에 대한 배수성을 향상시킬 수 있다.

또한, 철근 부재(121)와 복수의 콘크리트 부재(122)가 물 배출로(110)에 삽입된 상태에서 복수의 배수재(123)가 물 배출로(110)에 채워지는 동안 외부 가진 장치(미도시)를 통해 철근 부재(121)에 진동이 가해질 수 있다. 따라서, 철근 부재(121)와 함께 각각의 콘크리트 부재(122)가 가진(加振)될 수 있어, 배수재(123)가 물 배출로(110)에 삽입되는 동안 각각의 콘크리트 부재(122)에 걸림을 최소화하면서 배수재(123)가 원활하게 물 배출로(110)에 채워질 수 있다.

또한, 물 배출로(110)는, 도 6에 도시된 바와 같이, 도로(10)의 수평면과 예각(銳角; acute angle)(도 6의 도면부호 "θ10" 참조)을 이룰 수 있다. 따라서, 도 6 및 도 8의 (a)에 도시된 바와 같이, 물이 차서 넘치는 구조가 될 수 있어, 사면 내부의 토립자가 물과 함께 빠져 나와 지반이 공동화 되는 것을 방지할 수 있다. 나아가, 배출로 말뚝 시설(120)을 기준으로 이의 위에 놓이는 사면(20)의 중간 부분이 배출로 말뚝 시설(120)에 쐐기 형태로 끼워져 놓인 형태의 구조(도 6 참조)를 가질 수 있어, 사면(20)의 중간 부분의 하중을 보다 원활하게 지지할 수 있고, 사면(20)이 흘러내리는 것을 막아 사면(20)에 대한 전단응력을 더욱 향상시킬 수 있다.

이하, 도 9를 참조하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 사면 보강 장치(200)에 대해 설명한다.

도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 사면 보강 장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 사면 보강 장치(200)는, 도 9에 도시된 바와 같이, 연직배수로(230)와 연직배수로 말뚝 시설(240)을 더 포함하는 것을 제외하고는 상술한 본 발명의 일 실시예와 동일하므로, 이하에서는 이를 위주로 설명한다.

연직배수로(230)는, 사면(20)의 내부의 물을 상기 물 배출로(110)로 배수하기 위한 구성요소이다. 이러한 연직배수로(230)는, 도 9에 도시된 바와 같이, 사면(20)의 상부 측 소단(21)에 천공될 수 있다.

예를 들어, 연직배수로(230)는, 도 9에 도시된 바와 같이, 천공기 등을 통해 소단(21)이 연직 방향으로 천공되어 형성될 수 있고, 물 배출로(110)와 예각(도 9의 도면부호 "θ20" 참조)을 이룰 수 있다. 나아가, 도시되지는 않았지만, 연직배수로의 상단으로 표면수가 유입되지 않도록 연직배수로의 상단은 표면보호공, 식생공법이나 구조물공 등으로 설치될 수 있다.

연직배수로 말뚝 시설(240)은, 상술한 배출로 말뚝 시설(120)과 같이 사면(20)을 지지하는 역할과 투수성을 가지는 구성요소이다. 이러한 연직배수로 말뚝 시설(240)은, 도 9에 도시된 바와 같이, 연직배수로(230)에 삽입될 수 있다. 나아가, 안내로 말뚝 시설(240)은, 도 7에 도시된 바와 같이, 하나 이상의 철근 부재(121), 복수의 콘크리트 부재(122), 그리고 복수의 배수재(123)를 포함하는 상술한 배출로 말뚝 시설(120)과 동일한 구성을 가질 수 있다.

따라서, 위와 같은 연직배수로(230)와 연직배수로 말뚝 시설(240)을 제공하므로, 사면(20)의 내부의 물을 물 배출로(110)로 원활하게 배수할 수 있고, 이와 함께 사면(20)을 지지하는 역할과 투수성을 함께 가지는 연직배수로 말뚝 시설(240)이 사면(20)에 대해 보강 기능과 인터로킹(interlocking) 효과 등을 줄 수 있어 물의 배수 뿐만 아니라 내부마찰각이 큰 모래, 쇄석 등(Φ=40-45도)으로 치환되어 복합지반이 되면서 사면(20)에 대한 전단응력을 향상시킬 수 있다.

이하, 도 10을 참조하여, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 사면 보강 장치(300)에 대해 설명한다.

도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 사면 보강 장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 사면 보강 장치(300)는, 도 10에 도시된 바와 같이, 토압력(土壓力) 저항 구조물(350)을 더 포함하는 것을 제외하고는 상술한 본 발명의 다른 실시예와 동일하므로, 이하에서는 이를 위주로 설명한다.

토압력 저항 구조물(350)은, 도 10에 도시된 바와 같이, 사면(20) 중에서 사면(20)의 하단과 물 배출로(110)의 배출단 사이에 구비될 수 있다. 따라서, 배출로 말뚝 시설(120)과 함께 사면(20)의 하부에 미치는 토압력을 지지할 수 있다.

나아가, 토압력 저항 구조물(350)은, 도 10에 도시된 바와 같이, 사면(20)과 같이 경사져 놓일 수 있고, 이의 외측면(351)은 외측에서 내측으로 오목하게 들어간 곡면 형상을 가질 수 있다. 따라서, 사면(20)과 도로(10)가 각이 지지않고 아치 형태로 구성할 수 있어 사면(20)에 대한 안정성을 높일 수 있다. 예를 들어, 토압력 저항 구조물(350)은 옹벽(retaining wall) 등일 수 있다.

또한, 토압력 저항 구조물(350)에는 하나 이상의 배수공(360)이 형성될 수 있다

물론, 토압력 저항 구조물(350)은 상술한 본 발명의 일 실시예에도 적용 가능함은 당연할 것이다.

이하, 도 4 및 도 5를 참조하여, 사면안정 해석에 대해 참고적으로 설명한다.

도 4에 도시된 바와 같이, 사면안정 해석은 점착력 c값과 내부마찰각 Φ값에 따라 좌우되며, 이 두 값을 강도정수라고 한다. 그러나, 이 값은 문헌자료나 시험값들을 분석해서 해석된 값으로 설계를 하지만 현장에서의 변수는 물(지하수)의 흐름에 따라 모든 상황은 불규칙하게 변화될 수 있으며, 이를 어떻게 해석하고 적용하는가가 최대의 관건이며, 과소평가되거나 과대평가될 수 있는 키 워드라 할 수 있다.

강도정수인 c, Φ값은 물이 있고 없고에 따라 물의 작용여부에 따라 전혀 다른값으로 나타난다. 습윤상태의 흙이 점착력 c값이 증가하다가 포화상태에 가까워지면 점착력을 모두 상실하고 만다. 또한 내부마찰력(마찰각) 또한 물의 영향에 따라 증가하기도 하고 모두 상실하기도 한다. 현실에서의 변수는 물에 대한 해석이라고 단정할 수 있으므로 우기시 또는 여건변에 따른 지하수위 등 물에 대한 확실한 컨트롤이 가능하다면 사면에 대한 안정을 담보할 수 있다.

따라서, 배수기능을 보강하여 침투압과 간극수압을 소산시킬 수 있고, 전단응력도 향상시킬 수 있는 복합 기능이 발휘되는 상술한 본 발명의 여러 실시예 들이 착안되었다

도 5에 도시된 바와 같이, 내부 마찰각(angle of internal friction , 內部摩擦角)은, 흙과 같은 입상(粒狀)체가 파괴될 때에는 파괴면상의 수직 응력 σ와 전단응력 τ는 도 5와 같은 직선 관계가 되며, 쿨롱의 파괴 기준 (τ＝c＋σ tanφ)에 따른다. 도 5에서 이 직선이 수평축과 이루는 각을 내부 마찰각이라 하며 φ라 표시한다. 내부 마찰각은 전단 저항각이라고도 한다. 이는 점착력과 함께 강도 상수의 하나이며, 토압, 지지력, 경사면 안정 등의 계산에 필요한 값이다. 일반적으로 토사는 내부마찰각이 0-20도, 모래 20-30도, 쇄석 40-45도로 내부마찰각이 클수록 전단강도가 큰 지반이 된다. 내부 마찰각은 그것을 구하는 시험 방법, 예를 들면 배수 시험인가, 비배수 시험인가, 또한 수직 응력으로서 전응력에 의하는가 아니면 유효 응력에 의하는가에 따라 그 값을 달리한다. 사질토의 배수 시험에서는 φ는 밀도, 즉 다일레이턴시(dilatancy)의 대소에 관계한다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

10: 도로 20: 사면
21: 소단 100, 200, 300: 사면 보강 장치
110: 물 배출로 120: 배출로 말뚝 시설
121: 철근 부재 122: 콘크리트 부재
123: 배수재 230: 연직배수로
240: 연직배수로 말뚝 시설 350: 토압력 저항 구조물
351: 토압력 저항 구조물의 외측면
360: 배수공

Claims (3)

1. 도로의 가장자리에 조성된 사면을 보강하기 위한 사면 보강 장치로,
   상기 사면에 천공되며 상기 사면의 내부의 지하수를 상기 사면의 외부로 배출시키는 물 배출로; 및
   상기 물 배출로에 삽입되고 상기 사면을 지지하며 투수성을 가지는 배출로 말뚝 시설;
   을 포함하고,
   상기 물 배출로의 말단은,
   높이차를 두고 상기 도로의 수평면보다 높게 위치되고,
   상기 물 배출로는,
   상기 도로의 수평면과 예각을 이룬 상태로 천공되고,
   상기 사면 보강 장치는,
   상기 사면의 하부 중 상기 사면의 하단과 상기 물 배출로의 배출단 사이에 구비되며 토압력에 저항하는 토압력 저항 구조물
   을 더 포함하고,
   상기 토압력 저항 구조물은,
   이에 형성되는 하나 이상의 배수공
   을 포함하고,
   상기 배출로 말뚝 시설은,
   상기 물 배출로에 삽입되며 길다란 형상을 가지는 하나 이상의 철근 부재;
   상기 철근 부재의 둘레에 고정되되 그 길이 방향을 따라 간격을 두고 고정되며 상기 철근 부재와 함께 상기 물 배출로에 삽입되는 복수의 콘크리트 부재; 및
   상기 물 배출로에 채워지며 사이로 배수를 유도하는 복수의 배수재;
   를 포함하고,
   상기 배수재는,
   콘크리트체;
   상기 콘크리트체에 형성되는 구멍; 및
   상기 구멍에 끼워지는 PVC 파이프;
   를 포함하는
   사면 보강 장치.
2. 삭제
3. 제1항에서,
   상기 철근 부재와 상기 복수의 콘크리트 부재가 상기 물 배출로에 삽입된 상태에서 상기 복수의 배수재가 상기 천공된 부분에 채워지는 동안 외부 가진 장치를 통해 상기 철근 부재에 진동다짐이 가해지는
   사면 보강 장치.

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