KR102609209B1 - 열연강판을 이용한 차수형 토류벽 - Google Patents

Abstract

본 발명은 토류벽(土留壁)에 관한 것으로, 다수의 H파일(10)과 H파일(10)에 결합되어 지지되는 열연강판(熱延鋼板)(20)으로 일체화된 벽체가 구성되어 배면 토압 및 지하수 유출에 저항하며, H파일(10)의 플랜지와 열연강판(20) 측단부가 긴밀하게 결합되어 지지력 및 안정성이 확보되는 것이다.
본 발명을 통하여, 토류벽 벽체 자체에 대한 고도의 차수성 부여가 가능하고, 열연강판(20)으로 구성된 단일 벽체 하단부에서의 차수성을 확보할 수 있을 뿐 아니라, 지주인 H파일(10)과 열연강판(20)간 견고한 상호 결착이 가능하여, 토류벽의 차수성 및 구조적 안정성을 획기적으로 향상시킬 수 있다.

Description

열연강판을 이용한 차수형 토류벽{WATERPROOF RETAINING WALL USING HOT ROLLED PLATE}

본 발명은 토류벽(土留壁)에 관한 것으로, 다수의 H파일(10)과 H파일(10)에 결합되어 지지되는 열연강판(熱延鋼板)(20)으로 일체화된 벽체가 구성되어 배면 토압 및 지하수 유출에 저항하며, H파일(10)의 플랜지와 열연강판(20) 측단부가 긴밀하게 결합되어 지지력 및 안정성이 확보되는 것이다.

토류벽은 지하 구조물 또는 기초 공사용 개착부나 절, 성토 사면, 수직갱(垂直坑) 등에 구축되어 배면 토압에 저항하는 벽체 구조물로서, 관련 종래기술로는 특허 제714041호 등을 들 수 있다.

도 1은 엄지말뚝(97), 토류판(98) 및 띠장(99) 등으로 구성된 전형적인 토류벽을 예시한 것으로 H형강 등으로 구성되어 하단부가 지반에 근입된 다수의 엄지말뚝(97) 사이에는 토류판(98)이 삽입 적층되고, 엄지말뚝(97) 전면(前面)에는 수평으로 띠장(99)이 부착되어 토류벽을 보강하게 된다.

이 밖에도 도면상 도시되지는 않았으나, 토류벽 배면 지반에 매설되는 앵커나 띠장(99)에 연결되는 버팀보 등 다양한 보강 수단이 추가될 수 있다.

도 1에서와 같은 종래 토류벽의 문제는 벽체가 다수 토류판(98)의 적층체로 구성되어 배후 지반에서의 누수를 차단할 수 없다는 점과, 토류벽의 완성 상태에서도 엄지말뚝(97)을 제외한 토류벽 벽체의 실질적인 지반내 관입이 불가능할 뿐 아니라, 적층체인 토류판(98) 자체의 벽체로서의 지지력을 기대할 수 없는 것이라 할 수 있다.

즉, 토류벽의 구성중 엄지말뚝(97)만이 지반에 충분히 관입되고 벽체 표면적 대부분을 차지하는 토류판(98) 적층체는 사실상 토류벽 하단부 지면에 단순 거치되는 구조인 바, 벽체 하단부의 지반내 관입을 통한 지지력은 사실상 기대할 수 없으며, 특히 토류판(98) 적층체 하단부 지반을 경유한 누수에 취약할 수 밖에 없는 것이다.

따라서, 토류벽 배후 지반에 지하수면이 형성되거나, 하천변 개착 공사 또는 우천시 등 배후 지반에서의 누수가 발생되는 경우, 종래의 토류판(98) 적층식 토류벽에서는 토류판(98) 사이는 물론, 토류판(98)과 엄지말뚝(97)간 결합부를 통한 급격한 누수가 초래되어 배후 지반의 토립자가 유실되고 결국 지지력을 상실하는 심각한 문제가 발생되었다.

특히, 평면상 토류벽 벽체의 대부분 구간을 차지하는 토류판(98) 적층 벽체에 있어서, 벽체 하단부 지면 내지 표층부 지반을 경유한 누수가 발생될 경우, 토류벽 하부 지반의 지지력이 급격하게 소실될 뿐 아니라, 엄지말뚝(97) 근입부위의 지지력 역시 훼손될 수 밖에 없어, 전체 토류벽의 안정성이 심각하게 위협받는 상황이 야기될 수 있다.

이에, 적층된 토류판(98) 사이에 차수재를 삽입하거나 차수제를 도포 내지 주입하는 등의 처리를 실시하고, 다양한 추가 보강 및 방수포 등의 차수 수단이 설치되고 있으나, 복잡한 공정이 추가되고 막대한 자재가 소요될 뿐 아니라, 그 효과가 극히 미약한 한계가 있었다.

본 발명은 전술한 문제점을 감안하여 창안된 것으로, 다수의 H파일(10)이 평면상 웨브가 토압 작용 방향과 평행하게 지반에 관입되고 H파일(10) 사이에는 벽체가 구성되어 배면 토압에 저항하는 토류벽에 있어서, H파일(10)의 노출측 플랜지 배후에는 열연강판(20)이 결합되어 벽체를 형성하되, 열연강판(20)의 측단부는 H파일(10)의 노출측 플랜지 배후측 표면에 밀착되고, H파일(10)의 노출측 플랜지 배후측 표면에 부착되는 부착부(15)와, 부착부(15)에서 상기 열연강판(20)의 두께와 일치하는 거리로 이격되는 이격부(16)와, 이들 부착부(15) 및 이격부(16)가 상호 충접되는 중첩부(17)로 구성되는 결합판(13)이 구성되어, 결합판(13)의 이격부(16)와 H파일(10)의 노출측 플랜지 사이에 열연강판(20) 측단부가 결합됨을 특징으로 하는 열연강판을 이용한 차수형 토류벽이다.

또한, 본 발명은 상기 H파일(10)의 노출측 플랜지 표면에는 수직으로 배열된 다수의 유도축(53)이 돌출 형성된 정착판(50)이 부착되고, 측면에 경사면(61)이 형성되고 중심부에 수직 장공(63)이 형성된 승강판(60)이 상기 정착판(50) 표면에 설치되되, 장공(63)이 유도축(53)에 결합되어 승강판(60)이 수직방향으로 승강 가능하며, 열연강판(20)의 표면에는 고정판(70)이 부착되고 고정판(70)에는 수평 왕복봉(71)이 접합되며, 왕복봉(71)의 고정판(70) 타측 말단은 상기 승강판(60)의 경사면(61)에 접하여, 열연강판(20)에 수평 변위가 발생됨에 따라 왕복봉(71)이 축방향으로 수평 이동되고 승강판(60)이 승강됨을 특징으로 하는 열연강판을 이용한 차수형 토류벽이다.

본 발명을 통하여, 토류벽에 열연강판(20)으로 구성된 단일 벽체를 구성할 수 있으며, 단일 벽체인 열연강판(20)과 지주인 H파일(10)간의 긴밀한 결속이 가능함은 물론, 단일 벽체인 열연강판(20) 하단부의 유의(有意)한 지반 관입이 가능하다.

이로써, 토류벽 벽체 자체에 대한 고도의 차수성 부여가 가능하고, 열연강판(20)으로 구성된 단일 벽체 하단부에서의 차수성을 확보할 수 있을 뿐 아니라, 지주와 열연강판(20) 단일 벽체간 견고한 상호 결착이 가능하여, 토류벽의 차수성 및 구조적 안정성을 획기적으로 향상시킬 수 있다.

특히, 토류벽 벽체가 단일 구조체로서 거동함에 따라, 띠장(99) 등 각종 보강 구조물을 가설함에 있어서 시공성을 확보할 수 있으며, 보강 구조물의 보강 효과가 벽체 전반으로 용이하게 파급되어, 고도의 안정성 및 지지력이 발현될 수 있다.

또한, 종래기술의 시공과정에서 누차 반복될 수 밖에 없는 토류판(98) 결합 및 적층 공정이 생략되고, 단일 열연강판(20)의 일회성 결합만으로 벽체 구축이 가능한 바, 토류벽 시공의 편의성을 제고할 수 있을 뿐 아니라, 공기를 단축하고 공사비를 절감할 수 있다.

도 1은 종래의 토류벽 구조도
도 2는 본 발명 토류벽의 구조도
도 3은 본 발명의 열연강판 결합 구조도
도 4는 본 발명의 평단면도
도 5는 본 발명의 H파일 발췌 사시도
도 6은 본 발명 H파일의 변형된 실시예 부분절단 사시도
도 7은 본 발명의 열연강판 변위 계측형 실시예 구조도
도 8은 도 7 실시예의 계측 수단 발췌 사시도
도 9는 도 7 실시예의 계측 방식 설명도
도 10은 탄력링이 적용된 도 7 실시예의 계측 수단 발췌 사시도

본 발명의 상세한 구성 및 수행 과정을 첨부된 도면을 통하여 설명하면 다음과 같다.

우선, 도 2는 본 발명이 적용된 토류벽의 구조 및 주요 구성을 도시한 것으로, 도시된 바와 같이, 본 발명은 하단부가 지반에 관입되는 다수의 H파일(10)과, 이들 H파일(10) 사이에 결합, 설치되는 열연강판(20)으로 구성된다.

즉, 본 발명은 도 2 및 도 3에서와 같이, 웨브(web)와 웨브 양단에 각각 접합된 플랜지(flange)로 구성되는 H파일(10) 다수가 지주로서 지반에 관입되되, 평면상 웨브가 토압 작용 방향과 평행하게 지반에 관입되고, 이들 다수의 H파일(10) 사이에는 벽체가 구성되어 배면 토압에 저항하는 토류벽으로서, 토류벽의 지주인 H파일(10)을 연결하는 벽체로서, 단일 판체인 열연강판(20)이 인접한 H파일(10) 사이에 결합되어 구축되는 것이라 할 수 있으며, 평면상 선형(線形)으로 배열된 다수의 H파일(10) 사이를 열연강판(20) 단일 벽체가 연속적으로 연결하면서, 배면 토압에 저항하게 된다.

지주로서 지반에 관입되는 본 발명 H파일(10)에 있어서, H파일(10)을 구성하는 웨브 양단에 각각 접합 구성되는 플랜지들은 도 4에서와 같이 토압의 작용 방향에 평면상 직교하게 되며, 동 도면에서와 같이, 이들 한쌍의 플랜지 중 일측 플랜지는 그 표면이 토류벽 전방 외측으로 노출되고, 타측 플랜지는 배후 지반에 매설되는 구조를 가진다.

도 2 내지 도 4에서와 같이, H파일(10)의 노출측 플랜지 배후에는 열연강판(20)이 결합되어 단일 벽체를 형성하게 되는데, 열연강판(20)의 측단부는 H파일(10)의 노출측 플랜지 배후측 표면에 밀착됨으로써, 열연강판(20) 배후에 작용하는 토압이 열연강판(20) 양측 단부를 통하여 H파일(10)의 노츨측 플랜지로 전달되며, 도 2에서와 같이, 열연강판(20) 자체의 하단부 역시 지반에 관입됨에 따라, 본 발명에 있어서 단일 벽체를 구성하는 열연강판(20)은 양측 측단부와 하단부가 모두 고정되는 견고한 구조를 가진다.

따라서, 단일체로 구성되는 열연강판(20) 전면(全面)이 고도의 차수성을 발현함은 물론, 도 4의 타원내 확대부에서와 같이, 플랜지 말단과 열연강판(20) 표면간 연결 부위에 대한 간단한 지수재(91) 시공만으로도 열연강판(20) 측단부에 대한 고도의 차수 처리가 가능함과 동시에, 열연강판(20) 하단부의 지반내 관입을 통하여 토류벽 하부 지면을 통한 누수도 치밀하게 억제할 수 있다.

이러한 본 발명의 H파일(10) 및 열연강판(20)간 결합은 타입(打入), 압입(壓入) 또는 굴착공내 삽입 등의 방식을 통하여, 소정의 근입장이 확보된 상태로 H파일(10)을 우선 관입시키고, 이후 H파일(10)의 토류벽 전방 개방부의 노출측 플랜지 배후에 열연강판(20)을 밀착시킨 상태로 열연강판(20) 하단부가 지반에 관입되도록 타입 또는 압입함으로써 수행하게 되며, 이때 열연강판(20)과 H파일(10)간 긴밀하고 견고한 결속 및 열연강판(20)의 안정적인 정위치(正位置) 관입을 유도할 수 있도록, 도 4 내지 도 6에서와 같이, H파일(10)의 노출측 플랜지 말단부 배면에 결합판(13)이 설치된다.

본 발명의 결합판(13)은 대상(帶狀) 판체가 절곡되거나 다수의 대상 판체가 접합되어 구성되는 판체로서, 기본적으로 도 4 및 도 5에서와 같이, H파일(10)의 노출측 플랜지 배후측 표면에 부착되는 부착부(15)와, 부착부(15)에서 상기 열연강판(20)의 두께와 일치하는 거리로 이격되는 이격부(16)와, 이들 부착부(15) 및 이격부(16)가 상호 충접되는 중첩부(17)로 구성된다.

또한, 이러한 결합판(13)의 이격부(16)와 H파일(10)의 노출측 플랜지 사이에는 도 4의 타원내 확대부에서와 같이, 열연강판(20)의 측단부가 결합되며, 이로써 열연강판(20)의 측단부 표면 및 이면(裏面)이 각각 플랜지의 배면 및 결합판(13)의 이격부(16) 내부면에 밀착되면서, 안정적인 결합이 유도됨과 동시에 H파일(10)과 열연강판(20)간 견고한 결속이 달성될 수 있다.

한편, 도 4의 타원내 확대부에서와 같이, 결합판(13)의 중첩부(17)와 열연강판(20)의 말단 사이에는 유격(裕隔)을 부여하여, 열연강판(20)의 H파일(10) 및 결합판(13) 결합 과정에서의 결합 저항을 완화하고, 열연강판(20)의 열변형 또는 하중에 따른 허용 변형을 수용할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

도 6은 본 발명 결합판(13)의 상단부에 다양한 방향의 경사 부위를 형성함으로써, H파일(10)의 노출측 플랜지 상단부와 결합판(13) 상단부 사이로 열연강판(20)의 하단부를 최초 진입시킴에 있어서 작업의 편의를 확보하고, 열연강판(20)의 진입 내지 삽입 과정에서의 위치 및 자세를 정확하고 안정적으로 유도할 수 있도록 한 것이다.

이러한 도 6의 H파일(10) 변형 실시예에 있어서, 전술한 경사 부위는 도면상 예시된 바와 같이, 중첩부(17) 상단부 일부와 이격부(16) 상단부 전체에 걸쳐 외측으로 하향하도록 절단된 경사절단부(18)와, 경사절단부(18) 상단 내측 모서리가 절삭되어 개구부 폭이 확대되는 확폭부(19)로 구성될 수 있다.

전술한 바와 같이, 본 발명이 적용된 토류벽에 있어서, 벽체는 열연강판(20)으로 구성되어 단일 판체가 단일 벽체를 구성하는 바, 배후 토압에 의하여 형성된 열연강판(20)의 변위를 계측함으로써 토류벽의 안정성을 정확하고 용이하게 파악할 수 있는데, 이러한 열연강판(20)의 변위 계측은 정밀 계측 장비 또는 측량 장비를 통하여 수행할 수 있으나, 이 경우 전체 토류벽 구간에 걸쳐 선형 배열된 전체 열연강판(20)에 대한 개별 계측을 일일이 수행할 필요가 있어 상당한 시간 및 인원이 소요될 뿐 아니라, 고가의 장비가 동원되어야 하는 문제점이 있으며, 상시 계측이 근본적으로 불가능한 한계가 있다.

이에, 본 발명에서는 간소한 구성으로도, 별도의 계측 장비 없이 육안(肉眼)으로 열연강판(20)의 변위에 대한 즉각적인 확인이 상시 가능하도록 하였으며, 그 구체적인 구성이 도 7 내지 도 10에 예시되어 있다.

우선, 도 7은 본 발명의 실시간 육안 계측 수단인 정착판(50), 승강판(60), 고정판(70) 및 왕복봉(71) 등의 구성이 토류벽의 H파일(10) 및 열연강판(20)에 장착된 상태를 예시한 것으로, 도시된 바와 같이, 본 발명의 계측 수단은 H파일(10)의 노출측 플랜지와 열연강판(20)의 표면상 임의의 위치에 설치될 수 있으며, 배후 토압에 의하여 열연강판(20)이 평면상 신장 변형되거나, 전술한 유격 및 배후 토압에 의한 열연강판(20)의 수평 변위 발생시, 정착판(50)에 설치된 승강판(60)이 이동하면서 이를 즉각 육안으로 확인할 수 있다.

도 8은 이러한 본 발명 계측 수단을 발췌하여 그 기본 구성을 도시한 것으로, 동 도면 및 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 계측 수단은 H파일(10)의 노출측 플랜지에 부착되는 정착판(50)과, 승강 가능하도록 정착판(50)에 밀착 설치되는 승강판(60)과, 열연강판(20) 표면에 부착되는 고정판(70)과, 고정판(70)에 접합되어 승강판(60)을 구동하는 왕복봉(71) 등으로 구성된다.

즉, 도 7 및 도 8에서와 같이, H파일(10)의 노출측 플랜지 표면에는 수직으로 배열된 다수의 유도축(53)이 돌출 형성된 정착판(50)이 부착되고, 도 8에서와 같이 측면에 경사면(61)이 형성되고 중심부에 수직 장공(63)이 형성된 승강판(60)이 상기 정착판(50) 표면에 설치되되, 승강판(60)의 장공(63)이 정착판(50)의 유도축(53)에 결합되어 승강판(60)이 수직방향으로 자유롭게 승강 가능하도록 설치되며, 열연강판(20)의 표면에는 고정판(70)이 부착되고 고정판(70)에는 수평 왕복봉(71)이 접합되는 것으로, 왕복봉(71)의 고정판(70) 타측 말단은 상기 승강판(60)의 경사면(61)에 접하여, 열연강판(20)에 수평 변위가 발생됨에 따라 왕복봉(71)이 축방향으로 수평 이동되고 그에 따라 승강판(60)이 승강되는 것이다.

도 8에서와 같이, 정착판(50) 전방으로 돌출 형성된 다수의 유도축(53)은 그 직경이 승강판(60) 장공(63)의 폭과 일치하도록 형성되어, 승강판(60)의 안정적이고 정밀한 수직 승강을 유도하며, 정착판(50)의 측단부에는 왕복봉(71)과 일치하는 내부 형상을 가지는 유도부(57)가 설치되어, 왕복봉(71)의 이탈을 억제함과 동시에 왕복봉(71)의 안정적인 축방향 수평 이동을 유도하게 된다.

또한, 도 8 및 도 9에 예시된 실시예에서는 정착판(50) 및 승강판(60)이 승강판(60)의 장공(63) 중심선을 축으로 좌우 대칭을 이루도록 형성되어, 승강판(60) 하부 양 측면에는 경사면(61)이 대칭으로 형성되고, 왕복봉(71)이 결합되는 정착판(50)의 유도부(57) 역시 좌우 대칭으로 양측 모두에 설치되는데, 이는 왕복봉(71)의 결합 방향을 자유롭게 변경하여 H파일(10) 좌측 열연강판(20) 및 우측 열연강판(20) 모두에 동일한 계측 수단을 적용할 수 있도록 하기 위한 것이다.

도 9는 이러한 본 발명 계측 수단의 작동 원리를 설명하는 것으로, 동 도면에 도시된 바와 같이, 토압 등에 의하여 열연강판(20)이 H파일(10)에서 이탈되는 방향으로 수평 이동하면 열연강판(20) 표면에 부착된 고정판(70) 및 고정판(70)에 접합된 왕복봉(71)이 왕복봉(71)의 축방향으로 동반 이동하게 되고, 이어서 승강판(60)의 자중을 지지하였던 왕복봉(71)의 말단이 승강판(60)에서 이격됨에 따라 승강판(60)이 하강함으로써, 열연강판(20)의 수평 변위를 즉각적으로 확인할 수 있게 된다.

특히, 도 9에서와 같이, 승강판(60) 측면의 경사면(61)을 수평대 수직의 비가 1을 월등하게 초과하는 급경사로 즉, 강사면을 빗변으로 하는 직각삼각형을 상정하면 수직 변(v)이 수평 변(h)을 월등하게 상회하는 형대로 구성함으로써, 왕복봉(71)의 수평 축방향 이동 거리(d)로 인하여 야기되는 승강판(60)의 수직 하강 거리(L)를 비약적으로 확대할 수 있으며, 이로써 열연강판(20)의 미세한 변위를 정밀 계측 기기 없이도 육안만으로 즉각 확인할 수 있다.

한편, 도 10은 승강판(60)의 하강 이동을 승강판(60)의 자중(自重)에 전적으로 의존하는 것이 아니라, 탄성링의 수축 탄력이 승강판(60)에 상시 작용하도록 함으로써, 승강판(60)의 일층 기민하고 안정적인 이동이 가능하도록 한 것으로, 이로써 이물질의 침착 또는 부식 등으로 인하여 승강판(60)과 정착판(50)간 원활한 활동이 어려운 상황에서도 승강판(60)의 원활하고 정밀한 작동이 가능하게 된다.

이러한, 탄력 구동형 계측 수단에서는 도 10에서와 같이, 정착판(50)의 중심부에는 지지축(58)이 돌출 형성되어 지지축(58)의 상단부가 승강판(60)의 장공(63)을 통과하여 노출되고, 승강판(60)의 상단에는 한쌍의 지지핀(68)이 돌출 형성되되, 이들 지지핀(68)은 장공(63)의 중심선을 축으로 대칭을 이루도록 구성된다.

또한, 상기 지지축(58)과 한쌍의 지지핀(68)에는 고무 또는 합성수지 등 신축성 소재의 탄력링(80)이 결합되되, 지지축(58) 및 한쌍의 지지핀(68)을 탄력링(80)이 포위하여 이들 지지축(58) 및 한쌍의 지지핀(68)에 탄력링(80)의 수축 탄력이 상시 작용하게되며, 이로써 도 10에서와 같이 승강판(60)을 하강시키는 강력한 힘이 상시 작용하여, 승강판(60)의 기민하고 안정적인 구동이 가능하게 된다.

10 : H파일
13 : 결합판
15 : 부착부
16 : 이격부
17 : 중첩부
18 : 경사절단부
19 : 확폭부
20 : 열연강판
50 : 정착판
53 : 유도축
57 : 유도부
58 : 지지축
60 : 승강판
61 : 경사면
63 : 장공
68 : 지지핀
70 : 고정판
71 : 왕복봉
80 : 탄력링
91 : 지수재
97 : 엄지말뚝
98 : 토류판
99 : 띠장

Claims (1)

1. 다수의 H파일(10)이 평면상 웨브가 토압 작용 방향과 평행하게 지반에 관입되고 H파일(10) 사이에는 벽체가 구성되어 배면 토압에 저항하는 토류벽으로서, H파일(10)의 노출측 플랜지 배후에는 열연강판(20)이 결합되어 벽체를 형성하되, 열연강판(20)의 측단부는 H파일(10)의 노출측 플랜지 배후측 표면에 밀착되고, H파일(10)의 노출측 플랜지 배후측 표면에 부착되는 부착부(15)와, 부착부(15)에서 상기 열연강판(20)의 두께와 일치하는 거리로 이격되는 이격부(16)와, 이들 부착부(15) 및 이격부(16)가 상호 충접되는 중첩부(17)로 구성되는 결합판(13)이 구성되어, 결합판(13)의 이격부(16)와 H파일(10)의 노출측 플랜지 사이에 열연강판(20) 측단부가 결합되는 열연강판을 이용한 차수형 토류벽에 있어서,
   H파일(10)의 노출측 플랜지 말단부 배면에 설치되는 결합판(13)의 상단부에는 경사 부위가 형성되되, 경사 부위는 중첩부(17) 상단부 일부와 이격부(16) 상단부 전체에 걸쳐 외측으로 하향하도록 절단된 경사절단부(18)와, 경사절단부(18) 상단 내측 모서리가 절삭되어 개구부 폭이 확대되는 확폭부(19)로 구성됨을 특징으로 하는 열연강판을 이용한 차수형 토류벽.

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