KR102616234B1 - 충전강관 교각 기둥과 철근 콘크리트 기초간의 연결 공법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 충전강관 교각 기둥과 철근 콘크리트 기초간의 연결 공법에 관한 것으로서, 상세하게는 철근 콘크리트 기초 타설시 복수의 기둥 주철근이 방사상으로 배치되어 수직으로 돌출되도록 매립하고, 기둥 주철근 외측으로 띠철근을 배근하며, 기둥 주철근 내부에 단위모듈의 충전강관 교각 기둥을 삽입한 다음, 기둥 주철근 외측에 거푸집을 설치한 다음 기둥 주철근과 충전강관 교각 기둥이 철근 콘크리트 기초와 일체화되도록 콘크리트를 타설함으로써 철근 콘크리트 기초와 충전강관 기둥의 시공 간섭을 배제하고, 충전강관 교각 기둥의 저항능력을 향상시키도록 하는 충전강관 교각 기둥과 철근 콘크리트 기초간의 연결 공법에 관한 것이다.

Description

충전강관 교각 기둥과 철근 콘크리트 기초간의 연결 공법{CONNECTION METHOD OF CONCRETE FILLED TUBE BRIDGE COLUMN AND REINFORCED CONCRETE FOOTING}

본 발명은 충전강관 교각 기둥과 철근 콘크리트 기초간의 연결 공법에 관한 것으로서, 상세하게는 철근 콘크리트 기초 타설시 복수의 기둥 주철근이 방사상으로 배치되어 수직으로 돌출되도록 매립하고, 기둥 주철근 외측으로 띠철근을 배근하며, 기둥 주철근 내부에 단위모듈의 충전강관 교각 기둥을 삽입한 다음, 기둥 주철근 외측에 거푸집을 설치한 다음 기둥 주철근과 충전강관 교각 기둥이 철근 콘크리트 기초와 일체화되도록 콘크리트를 타설함으로써 철근 콘크리트 기초와 충전강관 기둥의 시공 간섭을 배제하고, 충전강관 교각 기둥의 저항능력을 향상시키도록 하는 충전강관 교각 기둥과 철근 콘크리트 기초간의 연결 공법에 관한 것이다.

일반적으로 교량공사에서 시공되고 있는 교각은 현장타설 콘크리트 구조로, 현장에서 기초 터파기 작업이후, 기초 철근 및 거푸집을 배치한 상태에서 콘크리트를 타설한 뒤 일정 기간 동안 양생기간을 갖도록 하여 기초부를 형성한다.

기초부가 양생된 상태에서 그 상부로 철근과 거푸집을 형성해 가면서, 교각을 시공하고 교각 상부 즉 교량상판을 받치는 코핑부는 동바리를 받쳐 놓고 거푸집(강재 거푸집, 필요시 동바리 설치)을 배치한 상태에서 1차 또는 2차 공정으로 콘크리트 타설하여 코핑부를 형성시키는 공법으로 교각을 완성한다.

이 때문에 거푸집의 설치 및 시공 후 거푸집의 탈형작업 등에서 많은 공사기간 및 경비가 소요된다. 또한 교각은 시공되는 위치에 따라서 고가도로 건설의 경우는 공사가 이루어지는 주변에 교통 혼잡을 주며, 배수처리 능력을 요하는 수중공사 등과 같이 작업환경이 열악한 상황에서는 시공관리가 어렵고 부실시공의 우려가상존한다.

이를 개선하기 위해 교각을 공장에서 단위 구조물로 제작하여 현장으로 운반 후 조립하는 방식의 모듈러 교각이 개발되어 적용되고 있다. 모듈러 교각은 공장에서 제작된 최소의 표준화된 모듈로 다양한 폭원과 지간으로 확장조립이 가능한 교량시스템으로, 공장자동생산과 모듈의 이력관리가 가능한 것 등의 정보화 생산이 가능하며 단순한 연결과 경량 모듈구조로 현장작업이 최소화되는 구조로 긴 공용수명과 최소유지관리가 가능한 모듈조합 교량시스템이다.

표준화된 모듈의 자동화생산을 통해 생산 중 최적 제작 프로세스와 생산 중 발생되는 여재 등의 폐기물 최소화로 녹색산업에 부합할 수 있을 것이며 최소의 모듈로 다양한 현장조건을 만족할 수 있는 기술은 맞춤형 현장조건을 대량 표준생산으로 해결할 수 있어 모듈 생산시의 온실가스 저감도 가능할 것이다.

이러한 모듈러 교각은 도 1에 도시된 바와 같이 교각 기초부(A)와, 교각 기둥부(B)와, 교각 코핑부(D)로 구성되고, 교각 기둥부(A)는 다주식(2주식 이상)으로 이루어진다. 한편, 이러한 교각 기둥부(B)는 내부에 콘크리트가 충전된 충전강관이 적용된다.

그러나, 이러한 종래의 모듈러 교각은 충전강관을 고정할 수 없기 때문에 위치 설정이 어려운 문제점이 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 국내공개특허공보 제10-2022-0012536호인 충전강관 모듈러 교각 및 그 시공 방법이 개시되어 있다.

상기 충전강관 모듈러 교각 및 그 시공 방법은 내부에 콘크리트가 충전된 강관 형태로서 조립에 의해 교량의 교각을 이루는 복수의 단위 모듈, 상기 단위 모듈을 지지하는 기초 모듈 및 상기 단위 모듈에 의해 형성된 교각에 배치되는 코핑 모듈을 포함하는 모듈러 교각의 시공 방법으로서,(a) 터파기 후 버림 콘크리트를 타설하여 상기 교각의 기초를 형성하는 단계; (b) 복수의 상기 단위 모듈을 상기 기초 상에 순차적으로 배치하여 교각을 형성하는 단계; 및 (c) 상기 단위 모듈의 배치후 최 상단에 배치되는 단위 모듈상에 코핑 모듈을 배치하는 단계를 포함한다.

그러나, 이러한 상기 충전강관 모듈러 교각 및 그 시공 방법은 버림 콘크리트를 타설하고, 1차 철근과 스페이서를 설치하고, 스페이서와 첫번째 단위 모듈을 배치한 상태에서 다시 2차 철근을 배치한 후 콘크리트를 타설하는 과정을 거치는 데, 철근, 스페이서, 단위 모듈간의 간섭에 의해 설치가 어렵고, 2차에 거쳐 철근 배치로 인해 공정이 복잡하여 시공 시간이 상대적으로 증대되는 문제점이 있고, 또한 말뚝 기초의 경우는 말뚝 두부와 매입된 충전강관의 간섭을 피하기 위해 기초 두께가 두꺼워지는 문제점이 있다.

국내공개특허공보 제10-2022-0012536호 국내등록특허공보 제10-1245197호

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 철근 콘크리트 기초 타설시 복수의 기둥 주철근이 방사상으로 배치되어 수직으로 돌출되도록 매립하고, 기둥 주철근 외측으로 띠철근을 배근하며, 기둥 주철근 내부에 단위모듈의 충전강관 교각 기둥을 삽입한 다음, 기둥 주철근 외측에 거푸집을 설치한 다음 기둥 주철근과 충전강관 교각 기둥이 철근 콘크리트 기초와 일체화되도록 콘크리트를 타설함으로써 철근 콘크리트 기초와 충전강관 기둥의 시공 간섭을 배제하고, 충전강관 교각 기둥의 저항능력을 향상시키도록 하는 충전강관 교각 기둥과 철근 콘크리트 기초간의 연결 공법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은,

기초 철근을 배근하고, 상면으로 수직으로 돌출되도록 복수의 기둥 주철근을 방사상으로 배치하여 거푸집을 설치한 후 콘크리트를 타설해서 철근 콘크리트 기초를 형성하는 기초 타설 공정과; 상기 기둥 주철근 내부에 단위모듈의 충전강관 교각 기둥을 삽입하는 기둥 거치 공정과; 상기 기둥 주철근 외측에 거푸집을 설치하는 거푸집 설치 공정; 및 상기 거푸집 내에 콘크리트를 타설하여 상기 기둥 주철근과 상기 충전강관 교각 기둥을 상기 철근 콘크리트 기초와 일체화시키는 일체화 공정으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

여기에서, 상기 철근 콘크리트 기초 상면에는 상기 충전강관 교각 기둥이 안착되는 안착홈이 형성될 수 있다.

여기에서 또한, 상기 기둥 주철근은 횡방향으로 다단의 띠철근이 배근된다.

여기에서 또, 상기 충전강관 교각 기둥은 외측면에 상기 철근 콘크리트 기초와 합성을 위해 베이스 플레이트와 브라켓이 구비된다.

여기에서 또, 상기 베이스 플레이트는 상기 철근 콘크리트 기초와 충전강관 교각 기둥의 설치 정밀도 확보 및 수평력 저항능력 확보를 위해 상기 철근 콘크리트 기초의 안착홈에 매립 설치될 수 있다.

여기에서 또, 상기 충전강관 교각 기둥은 외측면에 상기 철근 콘크리트 기초와 합성을 위해 전단 연결재를 설치할 수 있다.

여기에서 또, 상기 기둥 주철근은 정착길이 확보를 위해 헤디드 바를 설치할 수 있다.

상기와 같이 구성되는 본 발명인 충전강관 교각 기둥과 철근 콘크리트 기초간의 연결 공법에 따르면, 철근 콘크리트 기초 타설시 복수의 기둥 주철근이 방사상으로 배치되어 수직으로 돌출되도록 매립하고, 기둥 주철근 외측으로 띠철근을 배근하며, 기둥 주철근 내부에 단위모듈의 충전강관 교각 기둥을 삽입한 다음, 기둥 주철근 외측에 거푸집을 설치한 다음 기둥 주철근과 충전강관 교각 기둥이 철근 콘크리트 기초와 일체화되도록 콘크리트를 타설함으로써 철근 콘크리트 기초와 충전강관 기둥의 시공 간섭을 배제하고, 충전강관 교각 기둥의 저항능력을 향상시킬 수 있다.

도 1은 종래의 모듈러 교각의 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 충전강관 교각 기둥과 철근 콘크리트 기초간의 연결 공법을 설명하기 위한 공정도이다.
도 3 내지 도 6은 본 발명에 따른 충전강관 교각 기둥과 철근 콘크리트 기초간의 연결 공법을 설명하기 위한 설명도이다.
도 7은 본 발명에 따른 충전강관 교각 기둥과 철근 콘크리트 기초간의 연결 공법에 제작된 충전강관 교각 기둥을 나타낸 사시도이다.
도 8은 본 발명에 따른 충전강관 교각 기둥과 철근 콘크리트 기초간의 연결 공법에 적용된 기둥 주철근을 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명에 따른 충전강관 교각 기둥과 철근 콘크리트 기초간의 연결 공법에 제작된 모듈러 교각의 성능 검증을 위한 실험 과정을 도시한 도면이다.
도 10은 본 발명에 따른 충전강관 교각 기둥과 철근 콘크리트 기초간의 연결 공법에 제작된 모듈러 교각의 성능 검증을 위한 실험 결과를 나타낸 그래프이다.

이하, 본 발명에 따른 충전강관 교각 기둥과 철근 콘크리트 기초간의 연결 공법을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 2는 본 발명에 따른 충전강관 교각 기둥과 철근 콘크리트 기초간의 연결 공법을 설명하기 위한 공정도이고, 도 3 내지 도 6은 본 발명에 따른 충전강관 교각 기둥과 철근 콘크리트 기초간의 연결 공법을 설명하기 위한 설명도이며, 도 7은 본 발명에 따른 충전강관 교각 기둥과 철근 콘크리트 기초간의 연결 공법에 제작된 충전강관 교각 기둥을 나타낸 사시도이고, 도 8은 본 발명에 따른 충전강관 교각 기둥과 철근 콘크리트 기초간의 연결 공법에 적용된 기둥 주철근을 도시한 도면이다.

도 2 내지 도 8을 참조하면, 본 발명에 따른 충전강관 교각 기둥과 철근 콘크리트 기초간의 연결 공법은 기초 타설 공정(S10)과, 기둥 거치 공정(S20)과, 거푸집 설치 공정(S30) 및 일체화 공정(S40)으로 이루어진다.

《기초 타설 공정-S10》

먼저, 도 3에 도시된 바와 같이 지반을 터파기하여 기초 철근(미도시)을 배근하고, 상면으로 수직으로 돌출되도록 복수의 기둥 주철근(11)을 방사상(원형, 사각형, 다각형 등)으로 배치하여 거푸집(미도시)을 설치한 후 콘크리트를 타설해서 철근 콘크리트 기초(10)를 형성한다. 이때, 철근 콘크리트 기초(10) 상면에는 충전강관 교각 기둥(20)이 안착되는 안착홈(13)이 형성될 수 있다.

또한, 기둥 주철근(11)은 도 3 또는 도 8에 도시된 바와 같이 횡방향으로 다단의 띠철근(15)이 배근되고, 정착길이 확보를 위해 헤디드 바(17)가 설치될 수도 있다.

《기둥 거치 공정-S20》

도 4에 도시된 바와 같이 기제작된 단위모듈의 충전강관 교각 기둥(20)을 기둥 주철근(11) 내부에 삽입한다.

충전강관 교각 기둥(20)은 외측면에 철근 콘크리트 기초(10)와 합성을 위해 베이스 플레이트(21)와 브라켓(23)이 구비되고, 철근 콘크리트 기초(10)와 합성을 위해 전단 연결재(25)가 구비될 수도 있다.

한편, 베이스 플레이트(21)는 철근 콘크리트 기초(10)와 충전강관 교각 기둥(20)의 설치 정밀도 확보 및 수평력 저항능력 확보를 위해 철근 콘크리트 기초(10)의 안착홈(13)에 매립 설치될 수 있다.

《거푸집 설치 공정-S30》

도 5에 도시된 바와 같이 기둥 주철근(11) 외측에 거푸집(30)을 설치한다. 이때, 거푸집(30)은 기둥 주철근(11)의 배치 형태와 대응되도록 원형, 사각형, 다각형으로 설치된다.

《일체화 공정-S40》

도 6에 도시된 바와 같이 거푸집(30) 내에 콘크리트를 타설하여 기둥 주철근(11)과 충전강관 교각 기둥(20)을 철근 콘크리트 기초(10)의 상면에 기둥 형태로 일체화시킨다.

이후 콘크리트가 양생되면, 거푸집(30)을 탈형시킨다.

한편, 본 발명에 따른 충전강관 교각 기둥과 철근 콘크리트 기초간의 연결 공법에 제작된 모듈러 교각의 성능 검증을 위한 실험을 수행하였다.

도 9는 본 발명에 따른 충전강관 교각 기둥과 철근 콘크리트 기초간의 연결 공법에 제작된 모듈러 교각의 성능 검증을 위한 실험 과정을 도시한 도면이고, 도 10은 본 발명에 따른 충전강관 교각 기둥과 철근 콘크리트 기초간의 연결 공법에 제작된 모듈러 교각의 성능 검증을 위한 실험 결과를 나타낸 그래프이다.

도 9에 도시된 바와 같이 압축 벤딩 실험과, 텐션 벤딩 실험 결과 도 10에 도시된 바와 같이 설계 용량(design capacity)을 모두 초과하는 값으로 나타나 구조 성능을 만족하는 것을 확인할 수 있다.

본 발명은 다양하게 변형될 수 있고 여러 가지 형태를 취할 수 있으며 상기 발명의 상세한 설명에서는 그에 따른 특별한 실시 예에 대해서만 기술하였다. 하지만 본 발명은 상세한 설명에서 언급되는 특별한 형태로 한정되는 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 오히려 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

10 : 철근 콘크리트 기초 11 : 기둥 주철근
13 : 안착홈 20 : 충전강관 교각 기둥
21 : 베이스 플레이트 23 : 브라켓
25 : 전단 연결재 30 : 거푸집

Claims (7)

1. 기초 철근을 배근하고, 상면으로 수직으로 돌출되고, 정착길이 확보를 위해 헤디드 바가 설치되는 복수의 기둥 주철근을 방사상으로 배치하고, 상기 기둥 주철근에 횡방향으로 다단의 띠철근이 배근하여 거푸집을 설치한 후 콘크리트를 타설해서 철근 콘크리트 기초를 형성하되, 상면에 단위모듈의 충전강관 교각 기둥이 안착되는 안착홈을 형성하는 기초 타설 공정과;
   상기 철근 콘크리트 기초와 충전강관 기둥의 시공 간섭을 배제하도록 외측면에 상기 철근 콘크리트 기초와 합성을 위해 베이스 플레이트와 브라켓 및 전단 연결재가 구비되는 상기 단위모듈의 충전강관 교각 기둥을 상기 기둥 주철근 내부에 삽입하는 기둥 거치 공정과;
   상기 기둥 주철근 외측에 거푸집을 설치하는 거푸집 설치 공정; 및
   상기 충전강관 교각 기둥의 저항능력을 향상시키도록 상기 거푸집 내에 콘크리트를 타설하여 상기 기둥 주철근과 상기 충전강관 교각 기둥을 상기 철근 콘크리트 기초와 일체화시키는 일체화 공정으로 이루어지며,
   상기 베이스 플레이트는,
   상기 철근 콘크리트 기초와 충전강관 교각 기둥의 설치 정밀도 확보 및 수평력 저항능력 확보를 위해 상기 철근 콘크리트 기초의 안착홈에 매립 설치되는 것을 특징으로 하는 충전강관 교각 기둥과 철근 콘크리트 기초간의 연결 공법.
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