KR102225143B1 - 하중 분산 및 이중 수동저항 내하체 하이브리드 앵커 - Google Patents

Abstract

본 발명은 그라운드앵커, 이에 사용되는 압축형 앵커에 관한 것으로 지반에 대한 정착력의 하중분산과 수동저항이 발생되도록 하여 정착부에 사용되는 앵커체에 작용하는 하중을 분산시키고 수동저항을 발휘하여 앵커가 지중에 견고하게 정착되도록 한 앵커체, 하중분산 및 수동저항 내하체 복합 앵커를 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
본 발명은 전술한 과제를 해결하기 위해, 전방부와 후방부가 개방된 중공 원통형상의 메인 수동 저항체와, 상기 메인 수동 저항체의 원주방향 둘레로 설치되는 복수의 둘레 수동 저항체와, 상기 복수의 둘레 수동 저항체 사이의 공간에 설치되는 그라우트 호스 및 강연선과 상기 강연선이 고정되는 정착헤드로 이루어지며, 상기 메인 수동 저항체 및 둘레 수동 저항체의 측방부에는 관통홀이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

Description

하중 분산 및 이중 수동저항 내하체 하이브리드 앵커{HYBRID ANCHOR}

본 발명은 그라운드앵커, 이에 사용되는 압축형 앵커에 관한 것으로 지반에 대한 정착력의 하중분산과 수동저항이 발생되도록 하여 정착부에 사용되는 앵커체에 작용하는 하중을 분산시키고 다수의 수동저항 내하체 앵커가 지중에 견고하게 정착되도록 한 앵커, 하중분산 및 이중 수동저항 내하체 그라운드앵커에 관한 것이다.

일반적으로, 앵커는 구조물의 터파기와 같은 깍기 작업 등에서 깎기면의 붕괴를 방지하거나 비탈면의 안정, 지하차도, 댐 등과 같은 대형 구조물의 지하수에 의한 부상 방지, 대형 건물의 지하시설 설치를 위한 굴착 시 굴착벽면의 붕괴 또는 변형 방지 등을 위하여 설치되는 것이다.

앵커는 지반에 천공기를 이용하여 앵커공을 천공하고, 이 앵커공에 여러 가닥의 인장재 및 내하체와 앵커체의 정착을 위한 주입재 그라우트호스와 삽입한 다음, 그라우트 호스를 통해 정착재를 주입하며, 주입된 정착재가 양생된 후 인장재의 다른 한쪽 끝단에 고정용 정착구를 체결한 후 강연선에 프리스트레스를 도입하여 앵커를 설치하고 대상 구조물을 안정시키는 것이다.

이와 같은 앵커는 그라우팅의 지압력 또는 지반과의 마찰력에 의하여 정착구에서 전달되는 인장력을 지지하게 된다.

이러한 앵커의 구성요소는 앵커의 정착력을 발휘하는 정착부, 정착부에서 발휘되는 응력을 전달하는 자유부, 소요응력을 구조체에 작용토록 하는 정착구로 구성된다. 이들 구성요소 중 정착부에서 발휘되는 정착력은 지반과 시멘트 그라우트, 시멘트 그라우트와 인장재의 부착력, 시멘트 그라우트 재료의 압축강도에 의해 결정된다.

앵커는 그라우팅재에 발생하는 응력에 따라 압축형 앵커과 인장형 앵커로 나뉜다. 인장형 앵커는 인장재와 주입재 즉 그라우팅재 간의 부착력에 의해 인장력이 그라우팅재에 전달되는 구조이다.

인장형 앵커에서 마찰저항은 앵커 정착부의 끝부분에서 정착구 방향으로 향할수록 커지는데, 이때 그라우팅재는 인장응력을 받게 된다. 한편 그라우팅재는 인장응력에 약하기 때문에 그라우팅재에 크랙이 발생하여 인장력이 저하되는 문제점이 있다.

이에 비해, 압축형 앵커는 인장재 선단의 압축에 의해 하중이 전달되므로, 그라우팅재에는 압축응력을 받게 된다. 그라우팅재는 압축응력에는 강하기 때문에 인장형 앵커보다 큰 응력에도 견딜 수 있고, 진행성파괴의 영향을 감소시키는 효과도 있어, 널리 사용되고 있다.

그러나, 압축형 앵커는 다음과 같은 문제점이 있다.

압축형 앵커의 정착력은 그라우팅재의 압축강도에 의존하게 되며 앵커체에서 경화된 그라우팅재의 건전도에 따른 영향을 받게된다.

그라우팅재의 건전도를 저해하는 요소로는 그라우트 주입과정에서 발생할 수 있는 공극, 정착되는 주변지반의 불연속면의 영향, 지하수의 영향 등을 고려할 수 있다.

그라우트는 주입압력에 의해 충진되는 것이기 때문에 상기 앵커공에 주입될 때 불연속면을 통하여 외부로 유출되어 그라우팅재 내부에 공극이 발생하거나 충진후 주변 지반의 지하수 흐름의 영향으로 건전도가 저하되어 상기 앵커공 내부의 충진율이 낮아짐으로써 충분한 압축강도를 확보하지 못하거나 정착장이 과도하게 증가하는 상황이 발생하게 된다.

여기서, 앵커공 내부의 강도를 측정할 방법이 없기 때문에 공극이 존재하는 상태를 인지하지 못하고 공사를 진행하게 되고, 결국 지반 붕괴로 인한 대형 사고가 발생될 수 있다.

그리고, 앵커의 외주면이 대개 평평한 면이기 때문에 그라우트와 앵커 사이에 이탈현상이 발생되므로 인장시 앵커가 인발되는 단점도 있다.

또한, 선단 정착부에서 집중적인 하중을 받게 되어 구조적으로 안정하지 못하고 선단 정착부 그라우팅재의 강도가 전체 앵커의 정착력을 좌우하는 문제점이 상존하고 있다.

한국특허등록번호 제10-683972호

본 발명은 그라운드앵커, 이에 사용되는 압축형 앵커에 관한 것으로 지반에 대한 정착력의 하중분산과 수동저항이 발생되도록 하여 정착부에 사용되는 앵커체에 작용하는 하중을 분산시키고 수동저항을 발휘하여 앵커가 지중에 견고하게 정착되도록 한 앵커체, 하중분산 및 수동저항 내하체 복합 앵커를 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.

본 발명은 전술한 과제를 해결하기 위해, 전방부와 후방부가 개방된 중공 원통형상의 메인 수동 저항체와, 상기 메인 수동 저항체의 원주방향 둘레로 설치되는 복수의 둘레 수동 저항체와, 상기 복수의 둘레 수동 저항체 사이의 공간에 설치되는 그라우트 호스 및 강연선과, 상기 강연선이 고정되는 정착헤드로 이루어지며,상기 메인 수동 저항체 및 둘레 수동 저항체의 측방부에는 관통홀이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 하중 분산 및 이중 수동저항 내하체 하이브리드 앵커에서, 상기 각 둘레 수동 저항체는, 상기 메인 수동 저항체보다 길이 및 직경이 작게 형성되며, 상기 각 둘레 수동 저항체의 직경의 절반 정도가 상기 메인 수동 저항체의 직경방향 내부로 삽입되어 설치되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 하중 분산 및 이중 수동저항 내하체 하이브리드 앵커에서, 상기 각 둘레 수동 저항체는 전방부는 개방되고 후방부는 폐쇄되도록 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 하중 분산 및 이중 수동저항 내하체 하이브리드 앵커에서, 상기 각 둘레 수동 저항체의 내부에는 코일 스프링이 삽입되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 하중 분산 및 이중 수동저항 내하체 하이브리드 앵커에서, 상기 코일 스프링은 후방으로 갈수록 직경이 작아지는 원추 코일 스프링으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 하중 분산 및 이중 수동저항 내하체 하이브리드 앵커에서, 상기 메인 수동 저항체의 전방 단부에 체결되는 전방 간격재와 후방 단부에 체결되는 후방 간격재를 포함하며, 상기 전방 간격재 및 후방 간격재의 외주면에는 상기 메인 수동 저항체의 전방 단부 내부 및 후방 단부 내부에 형성된 탭부와 체결되도록 나사부가 형성되고, 상기 전방 간격재에는 중앙에 형성된 중앙홀에는 그라우스 호스가 삽입되고, 중앙훌의 둘레에 형성된 둘레홀에는 강연선이 삽입되며, 상기 후방 간격재의 둘레에 형성된 둘레홀에는 Ÿ‡지를 통해 상기 강연선이 고정되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 앵커에서는 메인 수동 저항체(10), 둘레 수동 저항체(20) 및 둘레 수동 저항체(20)의 내부에 형성된 코일 스프링(22)과 그라우팅재가 일체로 양생되면서 앵커의 정착력이 메인 수동 저항체(10), 둘레 수동 저항체(20), 코일 스프링(22)으로 분산되므로 전체에 하중이 분산됨으로써 정착력 수동저항력, 압축하중분산이 극대화되고 균등화되면서 구조적 안전성을 확보하는 작용을 하게 된다.

또한, 본 발명에서 코일 스프링(22)을 후방으로 갈수록 직경이 작아지는 원추형 코일 스프링을 적용하는 경우 선단 정착부의 집중적인 하중에 대한 저항력이 증가되는 바, 전술한 문제점이 해결되는 작용효과를 가지게 된다.

게다가. 본원 발명에서 둘레 수동 저항체(20)의 후방부가 폐쇄되도록 형성됨으로써, 기존의 압축형 앵커들이 그라우팅재와 주면지반의 마찰저항에 의존하여 정착력을 발휘하게 되는 형식과 함께 주변지반을 전단시켜 전단저항력, 수동저항인장저항력, 압축하중분산에 의한 정착력을 추가로 확보할 수 있게 된다.

또한, 본 발명의 앵커는 주변 부착력과 지반의 전단 저항력 합력, 수동저항력, 압출하중분산에 의하여 앵커의 정착력, 수동저항력, 압출하중분산을 발생시키므로 기존 마찰형 앵커 대비하여 정착장을 감소시킬 수 있는 효과를 발휘하게 된다.

이렇게 정착된 앵커는 그라우팅재의 부착을 통하여 앵커공을 보다 견고하게 고정하게되며, 이로 인해 앵커의 보강에 따른 인장력의 손실을 줄이고, 앵커와 그라우트의 부착저항, 그라우트와 지반의 마찰저항력, 수동저항력, 압축하중분산을 높여 보강사면의 안정성을 보다 향상시킬 수 있으며 절리, 변위로 인한 구조적 안전성을 확보할 수 있다.

본 발명의 앵커는 그라우팅재가 접하는 면에서 지압력과 수동저항, 압축하중분산을 발생시키므로 그라우팅재의 건전도가 100% 확보되지 않아도 필요한 인발 내력을 유지하는 작용을 한다.

또한, 본 발명의 앵커는 수동 저항이 증가되고 압축하중이 분산되므로 지중에 절리가 존재하거나 연약지반의 경우에도 지반을 효과적으로 보강하여 안전사고를 예방하는 효과가 있다.

도 1 은 본 발명의 앵커를 도시하는 사시도이다.
도 2 는 본 발명의 앵커에 대한 정단면도이다.
도 3 은 본 발명의 앵커에 대한 측단면도이다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 설명한다.

도 1 은 본 발명의 앵커를 도시하는 사시도이다. 도 2 는 본 발명의 앵커에 대한 정단면도이다. 도 3 은 본 발명의 앵커에 대한 측단면도이다.

본 발명의 앵커(1)는, 메인 수동 저항체(10)와, 상기 메인 저항체(10)의 둘레에 설치되는 둘레 수동 저항체(20) 와, 상기 메인 수동 저항체(10)의 내부로 삽입되어 그라우트 호스(30) 및 강연선(31)과, 상기 그라우트 호스(30) 및 강연선(31)이 삽입되는 간격재(40)와, 후방에 설치되는 간격재(40)와 결합되는 정착헤드(50)로 이루어진다.

메인 수동 저항체(10)는 내부가 빈 중공 원기둥형상으로 전방 및 후방이 개방되며 측면에는 복수 개의 관통홀(11)이 형성되어 있다.

메인 수동 저항체(10)의 선단 및 후단에는 전방 및 후방 간격재(40A,40B)를 체결하기 위한 탭부(12)가 형성되어 있다.

메인 수동 저항체(10)의 원주 둘레를 따라 일정한 간격으로 둘레 수동 저항체(20)가 직경방향으로 삽입되어 설치된다.

둘레 수동 저항체(20)는 메인 수동 저항체(10)의 원주방향으로 등간격으로 형성되며 본 실시예의 경우 3개로 이루어진다.

각 둘레 수동 저항체(20)는 중공 원통 형상이며 전방부는 개방되나 후방부는 폐쇄되도록 형성된다.

둘레 수동 저항체(20)는 메인 수동 저항체(10)보다 길이 및 직경이 작게 형성된다.

둘레 수동 저항체(20)는 직경의 일부가 메인 수동 저항체(10)의 내부로 삽입되도록 설치된다. 본 실시예에서는 둘레 수동 저항체(20)의 직경의 대략 절반 정도가 메인 수동 저항체(10)의 내부로 삽입된다.

둘레 수동 저항체(20)의 측면부에는 복수의 관통홀(21)이 형성되며 내부에는 코일 스프링(22)이 삽입 설치되어 있다.

코일 스프링(22)은 고강도 강재의 소재로 이루어지며 직경이 동일한 원통형 코일 스프링을 사용하여도 무방하며 바람직하게는 후방으로 갈수록 직경이 감소하는 원추형 코일 스프링이 사용된다.

메인 수동 저항체(10)의 내부에서 둘레 수동 저항체(20)들에 의해 형성되는 내부의 중앙에는 그라우트 호스(30)가 설치되며, 그라우트 호스(30)의 둘레에는 강연선(31)이 설치된다.

그라우트 호스(30) 및 강연선(31)은 일반적인 공지된 구성으로 이루어지며 간격재(40)의 내부에 삽입되도록 설치된다.

간격재(40)는 전방 간격재(40A) 및 후방 간격재(40B)로 이루어진다.

전방 간격재(40A) 및 후방 간격재(40B)의 외주면에는 메인 수동 저항체(10)의 탭부(12)에 대응하는 형상을 가지는 나사부(41)가 형성된다.

전방 간격재(40A)의 중앙에 형성된 중앙홀(42)에는 그라우트 호스(30)가 삽입되며, 중앙홀(42)의 둘레에 형성된 둘레홀(43)에는 강연선(31)이 삽입된다.

후방 간격재(40B)에 형성된 둘레홀(43)에는 강연선(31)이 삽입되어 Ÿ‡지(52)에 의해 고정된다.

그라우트 호스(30)는 전방 간격재(40A)만을 관통하며 후방 간격재(40B)에는 도달하지 않도록 길이가 결정된다.

전방 간격재(40A)는 외주면에 형성된 나사부(41)가 메인 수동 저항체(10)의 전방에 형성된 탭부(12)에 체결되면서 메인 수동 저항체(10)의 내부로 모두 삽입되도록 설치된다.

후방 간격재(40B)는 외주면에 형성된 나사부(41)가 메인 수동 저항체(10)의 후방에 형성된 탭부(12)에 체결되면서 메인 수동 저항체(10)의 내부로 일부가 삽입되도록 설치된다.

후방 간격재(40B)의 나머지 일부는 정착헤드(50)에 삽입되어 체결된다.

정착헤드(50)의 내부는 중공형상으로 형성되고 선단부에는 후방 간격재(40B)의 나사부(41)를 수용하기 위한 탭부(51)가 형성되어 있다.

복수의 강연선(31)의 단부는 정착헤드(50)에 고정되는 후방 간격재(40B)에서 Ÿ‡지(52)에 의해 고정된다.

다음으로 이와 같이 형성된 하이브리드 앵커의 설치 및 작용에 대해 설명한다.

먼저, 절토사면 등에 앵커공(미도시)을 시공한 다음 본 발명의 앵커를 앵커공에 삽입하고 그라우트 호스(30)를 통해 그라우팅재를 주입하는 단계를 수행한다.

메인 수동 저항체(10)의 내부에 삽입된 그라우트 호스(30)를 통해 유입된 그라우팅재는 메인 수동 저항체(10)의 내부를 충진한 다음, 측면부에 형성된 관통홀(11)을 통해 외부로 유출되게 된다.

관통홀(11)을 통해 외부로 유출된 그라우팅재의 일부는 앵커공을 충진하게 되며 나머지 다른 일부는 둘레 수동 저항체(20)에 형성된 관통홀(21)을 통해 둘레 수동 저항체(20)의 내부로 유입되어 충진하게 된다.

앵커(1)의 외부의 앵커공에 충진된 그라우팅재와 메인 수동 저항체(10) 및 둘레 수동 저항체(20)의 내부에 충진된 그라우팅재는 양생되면서 메인 수동 저항체(10) 및 둘레 수동 저항체(20)는 물론 둘레 수동 저항체(20)의 내부로 설치된 코일 스프링(22)과 함께 유기적으로 결합력을 가지게 되면서 일체로 작용하게 된다.

둘레 수동 저항체(20)의 직경의 절반 정도가 메인 수동 저항체(10)의 내부로 삽입됨으로써 메인 수동 저항체(10)에서 수동저항발생시 메인 수동 저항체(10)에 절반 정도 삽입되어 있는 부분과 접하는 부분에서 또 하나의 수동저항에 발생되어 이중으로 수동저항이 발생하는 작용을 하게 된다.

특히, 둘레 수동 저항체(20)의 내부로 유입된 그라우팅재는 코일 스프링(22)의 주변에서 양생되어 마찬가지로 그라우팅재가 유입되어 양생되어 앵커 전체가 그라우팅재와 함께 일체로서 작용하게 된다.

이와 같이 앵커공의 내부에서 그라우팅재와 앵커가 일체로 경화됨으로써 외부의 인발력에 대해 전체적으로 저항하는 앵커 구근을 형성하게 되는 작용을 한다.

또한, 메인 수동 저항체(10), 둘레 수동 저항체(20) 및 둘레 수동 저항체(20)의 내부에 형성된 코일 스프링(22)과 그라우팅재가 일체로 양생되면서 앵커의 정착력이 메인 수동 저항체(10), 둘레 수동 저항체(20), 코일 스프링(22)으로 분산되므로 전체에 하중이 분산됨으로써 정착력 수동저항력, 압축하중분산이 극대화되고 균등화되면서 구조적 안전성을 확보하는 작용을 하게 된다.

압축형 앵커의 경우 선단 정착부에서 집중적인 하중을 받게 되어 구조적으로 안정하지 못하고 선단 정착부 그라우팅재의 강도가 전체 앵커의 정착력을 좌우하는 문제점이 상존하고 있었다.

그런데, 본 발명에서 코일 스프링(22)을 후방으로 갈수록 직경이 작아지는 원추형 코일 스프링을 적용하는 경우 선단 정착부의 집중적인 하중에 대한 저항력이 증가되는 바, 전술한 문제점이 해결되는 작용효과를 가지게 된다.

게다가. 본원 발명에서 둘레 수동 저항체(20)의 후방부가 폐쇄되도록 형성됨으로써, 기존의 압축형 앵커들이 그라우팅재와 주면지반의 마찰저항에 의존하여 정착력을 발휘하게 되는 형식과 함께 주변지반을 전단시켜 전단저항력, 수동저항인장저항력, 압축하중분산에 의한 정착력을 추가로 확보할 수 있게 된다.

또한, 본 발명의 앵커는 주변 부착력과 지반의 전단 저항력 합력, 수동저항력, 압출하중분산에 의하여 앵커의 정착력, 수동저항력, 압출하중분산을 발생시키므로 기존 마찰형 앵커 대비하여 정착장을 감소시킬 수 있는 효과를 발휘하게 된다.

이렇게 정착된 앵커는 그라우팅재의 부착을 통하여 앵커공을 보다 견고하게 고정하게되며, 이로 인해 앵커의 보강에 따른 인장력의 손실을 줄이고, 앵커와 그라우트의 부착저항, 그라우트와 지반의 마찰저항력, 수동저항력, 압축하중분산을 높여 보강사면의 안정성을 보다 향상시킬 수 있으며 절리, 변위로 인한 구조적 안전성을 확보할 수 있다.

본 발명의 앵커는 그라우팅재가 접하는 면에서 지압력과 수동저항, 압축하중분산을 발생시켜 그라우팅재의 건전도가 100% 확보되지 않아도 필요한 인발 내력을 유지하는 작용을 한다.

또한, 전술한 바와 같이 수동 저항이 증가되고 압축하중이 분산되는 작용을 하게 됨으로써 지중에 절리가 존재하거나 연약지반의 경우에도 지반을 효과적으로 보강할 수 있으므로 안전사고를 예방할 수 있고, 공사기간을 단축할 수 있는 등의 효과가 있다

본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예를 중심으로 기술되었지만 당업자라면 이러한 기재로부터 본 발명의 범주를 벗어남이 없이 많은 다양하고 자명한 변형이 가능하다는 것은 명백하다. 따라서 본 발명의 범주는 이러한 많은 변형예들을 포함하도록 기술된 특허청구범위에 의해서 해석돼야 한다.

10 : 메인 수동 저항체 20 : 둘레 수동 저항체

Claims (6)

1. 절토사면에 형성된 앵커공의 내부에 삽입되어 체결되어 하중을 지지하는 하이브리드 앵커로서,
   전방 및 후방이 개방되고 측방부에 관통홀이 형성된 중공 원통형상의 메인 수동 저항체와,
   상기 메인 수동 저항체의 전방부를 막도록 전방 단부에 설치되는 전방 간격재와,
   상기 메인 수동 저항체의 후방부를 막도록 후방 단부에 설치되는 후방 간격재와,
   상기 메인 수동 저항체의 원주방향 둘레로 설치되는 복수의 둘레 수동 저항체와,
   상기 전방 간격재를 관통하여 삽입되고 상기 복수의 둘레 수동 저항체 사이의 공간에 설치되는 그라우트 호스 및 강연선과,
   상기 후방 간격재에 체결되는 정착헤드로 이루어지며,
   상기 전방 간격재 및 후방 간격재의 외주면에는 나사부가 형성되어 각각 상기 메인 수동 저항체의 전방 단부 내부 및 후방 단부 내부에 형성된 탭부와 체결되고,
   상기 전방 간격재에는 중앙에 형성된 중앙홀에는 그라우스 호스가 삽입되고, 중앙훌의 둘레에 형성된 둘레홀에는 강연선이 삽입되며,
   상기 후방 간격재의 둘레에 형성된 둘레홀에는 Ÿ‡지를 통해 상기 강연선이 고정되며,
   상기 각 둘레 수동 저항체는,
   상기 메인 수동 저항체보다 길이 및 직경이 작고, 전방부는 개방되고 후방부는 폐쇄되며 측방부에 관통홀이 형성된 중공 원통형상으로 형성되고,
   상기 각 둘레 수동 저항체는 상기 전방부 및 후방부가 상기 메인 수동 저항체의 길이방향 내부로 삽입되도록 설치되고,
   상기 각 둘레 수동 저항체는 상기 각 둘레 수동 저항체의 직경의 일부가 상기 메인 수동 저항체의 내부로 삽입됨으로써 상기 둘레 수동 저항체의 중공부 내측이 상기 메인 수동 저항체의 중공부 내측으로 삽입되도록 상기 메인 수동 저항체의 직경 방향 내부에 삽입설치되어 고정되며,
   상기 각 둘레 수동 저항체의 내부에는 코일 스프링이 삽입되는 것을 특징으로 하는, 하중 분산 및 이중 수동저항 내하체 하이브리드 앵커.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 청구항 1 에 있어서,
   상기 코일 스프링은 후방으로 갈수록 직경이 작아지는 원추 코일 스프링으로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 하중 분산 및 이중 수동저항 내하체 하이브리드 앵커.
6. 삭제

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