KR20000061466A - 승강식 구조물 가설 공법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 교량 및 구조물 설치 장치 및 방법에 관한 것으로, 블록을 권양시 생기는 구조물 또는 교량의 변형, 온도 변화에 의한 변형 및 교량 구배에 의한 높이의 단차 등에 대해서 발생되는 구조물의 자유 운동에 대해 사용하므로 민첩하게 대처할 수 있고 또한, 블록의 위치 이동도 가능하도록 하였으며, 설계 솟음(Camber)의 보정을 위한 특별한 장치가 필요없이 블록을 권양(Lifting)할 때 사용하는 잭킹 레그로 경사를 조절하면서 켐버(Camber)를 완전히 보정할 수 있는 장점을 갖고 있으며, 구조물을 대형화·일체화하여 초대형 구조물로 설치하므로 제품의 품질을 극대화하고, 훅­업(Hook Up) 및 프리커미셔닝(Precommetioning) 시간의 단축 및 비용을 절감하므로 경제적인 효과가 대단히 크며, 교량의 미적 감각을 배가시킴과 동시에 현장에서의 잔여 작업을 최소화하여 공기를 단축시키고, 시공성과 작업의 안전성이 획기적으로 보장되며 특히 당초 기본 설계의 적합성을 완전히 보장해 주는 장치로서 장대 교량 및 초대형 구조물 설치 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

본 발명은 설치 현장에서 지조립된 교량 블록을 승강 지지대(Jacking Leg), 슬리브(Sleeve) 및 스트랜드 잭(Strand jack)에 의해 교각 상단에 설치하는 경간 블록의 설치 공정 및 장치, 블록과 슬리브를 연결하는 장치, 승강 지지대의 기울기를 조절할 수 있는 장치 및 방법, 2층의 블록을 위치 이동시키기 위한 방법 및 장치, 블록 전체를 이동시키기 위한 방법 및 장치 등을 감안하여 안전하고 정밀하게 블록을 연결 설치하는 블록 설치 공정과 단순보 형태로 가설된 3개의 교량 블록을 3경간 연속보로서의 기능을 형성하도록 하는 교량 솟음(Camber) 조정 공정을 포함하여 구성된 교량 및 구조물 설치 장치 및 방법을 제공함에 있다.

Description

승강식 구조물 가설 공법{Jacking Leg Elevating System}

본 발명은 육상에 설치되는 교량 및 구조물 가설 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 승강 지지대(Jacking Leg), 슬리브(Sleeve) 및 스트랜드 잭(Strand Jack)을 포함한 잭킹 레그 시스템(Jacking Leg Elevating System)을 이용하여 구조물을 권양(Lifting)할 때 승강 지지대 및 구조물의 처짐과 변형에 의해서 발생되는 구조물의 자유 운동을 제어할 수 있으며, 대형화 및 일체화된 교량 및 구조물을 권양하여 설치하는 구조물 가설 장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 종래의 교량 및 구조물 가설 공법으로는 육상에서는 주로 크로라 크레인(Crawler Crane), 해상에서는 플로팅 크레인(Floating Crane)을 이용하여 부재 또는 소 블록을 권양하여 가설하는 권양 공법(Lifting Method)을 사용하여 왔다. 특히, 육상에서의 조립 및 가설은 크로라 크레인의 권양 능력(Lifting Capacity)에 맞게 소블록으로 공장내에서 제작하고 조립장에서 조립을 하여 가조립을 끝낸 후 다시 단위 부재로 전부 해체하여 트레일러(Trailer) 또는 대선(Barge)으로 육/해상 운송하여 설치 현장으로 운반한다. 그리고, 교량을 최종 설치되는 높이에서 조립이 될 수 있도록 지지대(Support)를 높게 설치하는데, 이때 교량 부재에 가설로 인한 과도한 처짐이나 2차 응력이 발생치 않게 필요한 격점 위치마다 가벤트를 설치해야되므로 대량의 가설물(가벤트)이 투입되게 되어 경제성뿐만 아니라, 고공에서 조립 및 연결 작업을 수행하기 때문에 안전성 및 능률 측면에서도 비경제적이다. 크레인에 의해서 단위 부재로 하나하나 설치되기 때문에 공기가 길어지고, 능률, 생산성 및 품질 확보 측면에서도 대단히 어렵다. 또한, 현장 용접이 과다한 공사에서는 온도 변화 즉 온도의 영향을 많이 받게 되므로 품질 유지에 대해서 신뢰할 수 없게 된다.

그리고, 대형 크레인을 동원하여 지조립시 크레인의 이동 경로 즉 실트(Silt)층 위에 매립한 작업장 및 가도의 전체 면적에 대한 지내력(Soil Pressure) 보강 작업을 실시하기가 거의 불가능하다. 또한, 가벤트(Bent) 하단에 지반 보강용 말뚝(Pile) 작업을 수행하여야 하나 가벤트 수가 많기 때문에 비용이 과다하게 발생되고 공기가 가설공으로 인해서 본 공사의 구조물 공사가 지연되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 그 목적은 원 설계의 가설 방법은 550 톤 크로라 크레인(Crawler Crane)을 사용하여 부재 하나하나 설치하는 단재 가설 공법을 적용하는 것으로 계획되어 있었으나, 교량은 온도 변화 즉 온도차의 영향을 많이 받게 되므로, 현장 용접이 과다한 본 공사의 품질 유지에 어려움이 예상되었고 또한, 대형 크레인 사용시 지반 매립층의 침하 발생 등을 고려하여 공장내에서의 작업을 최대로 하고 현장 작업을 최소화함으로써 교량의 품질을 극대화할 수 있고 공기 및 원가측면에서 유리하다고 판단되어 각 경간별로 일괄 가설하는 대 블록 가설 공법인 승강식 구조물 가설 공법을 개발하게 되므로 구조물을 대형화하고, 일체화하여 일괄 설치하기 위한 방법인 바, 현장에서의 지조립 작업을 최소화하고 공기를 최대로 단축시킬 수 있도록 설계된 구조물의 설치 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위하여 당초 설치 설계인 소부재 단위로 제작, 가조립, 해체, 운송 및 현장설치시 과다한 공기와 경비의 소요 그리고 시공성, 안전성 및 설계의 적합성을 보장할 수 없어 본 발명 장치를 사용하면 블록의 운반도 대형화할 수 있고, 공장에서 가조립후 해체할 필요도 없이 용이하게 지조립하여 설치할 수 있는 장점이 있다.

기존 방법으로는 사용 장비 즉 크로라 크레인의 권양 능력이 한정되어 있으며 국내 보유 동원 능력이 제한적이기 때문에 권양 능력이 거의 제한을 받지 않는 대 블록 일괄 가설 공법을 적용하게 되었으며, 이에따라 권양시 권양 블록의 휨과 처짐, 블록 설치시 높이 조절, 온도 변화에 의한 블록의 수축 및 팽창에 대한 변형, 승강 지지대(Jacking Leg)에 가해지는 하중에 의한 지반 침하 등에 의해서 발생되는 구조물의 자유 운동에 대해서 완전하고 안전하게 대처할 수 있는 승강식 구조물 가설 공법을 개발하게 되었다.

본 시스템은 권양 블록을 매달고 무게를 지탱할 수 있는 대형 말뚝(Pile)으로 된 기둥(Column)과 교량 또는 구조물을 들고 오르내릴 수 있도록 만든 기둥을 둘러싸고 있는 파이프 슬리브(Pipe Sleeve)와 구조물을 고정시키기 위한 장치인 상하 요크(Top ＆ Bottom Yoke), 셀프 얼라이닝 베어링 패드(Self Aligning Bearing Pad) 및 크로스 헤드(Cross Head)와 블록을 지상에서 공중으로 들어올리는 장비인 스트랜드 잭(Strand Jack)과 케이블(Cable) 및 블록을 앞· 뒤, 좌·우로 위치를 이동시키기 위한 장치인 푸시 슬라이딩 시스템(Push Sliding System) 등을 제공함에 의해 달성된다.

도 1 은 본 발명에 따른 3경간 연속 트러스(Truss)교 구간 중 교량의 블록 분할 구성도

도 2 는 3경간 연속 트러스교의 경간 블록의 조립 및 설치 순서도

도 3 은 교각 위 블록의 슬라이딩 설치도

도 4 는 잭킹 레그 시스템의 개략도

도 5 는 승강 지지대(잭킹 레그, Jacking Leg)의 슬리브 개략도

도 6 은 레그 끝단부의 셀프 얼라이닝 블록의 상세도

도 7 은 크로스 헤드와 톱 요크 상세도

도 8 은 바텀 요크 상세도

도 9 는 슬리브의 롱 텐션 힌지 볼트 연결 상세도

도 10 은 블록 가이드 상세도

도 11 은 교량 이동용 잭킹 레그의 푸시 슬라이딩 개념도

＜도면의 주요부분에 대한 부호의 설명＞

(1) : 교각

(2)(3)(4)(5)(6)(7) : 블록

(8) : 슈(Shoe,교좌장치)

(9) : 말뚝(Pile)

(10) : 그릴리지(Grillage)

(11) : 슬라이딩 스키드 레일(Sliding skid Rail)

(12) : 트라이포드 서포트(Tripod Support)

(13) : 그립퍼 잭(Gripper Jack)

(14) : 잭킹 레그(Jacking Leg)

(15) : 슬리브(Sleeve)

(16) : 크로스 헤드(Cross Head)

(17) : 톱 요크(Top York)

(18) : 바텀 요크(Bottom York)

(19) : 셀프 얼라이닝 패드(Self Aligning Pad)

(20) : 스트랜드 잭(Strand Jack)

(21) : 롱 텐션 힌지 볼트(Long Tention Hinged Bolt)

(22) : 블록 가이드(Block Guide)

(23) : 플랜지(Flange)

(24) : 유압 잭(Hydraulic Jack)

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구성 및 작용을 설명하면 다음과 같다.

도 1 은 3경간 연속 트러스교 구간 중 교량 설치를 위해 적절한 대 블록 분할을 위한 구성도를 나타내며,

도 2 는 설치 현장에서 중 블록 지조립 및 대 블록 설치 순서를 도시한 것으로서, 본 발명은 지상에서 지조립을 완료하여 경간 블록(2,3,4)의 각각 양측면 4지점에 설치된 잭킹 레그 시스템(Jacking Leg Elevating System)에 의해서 교각(1) 상단에 설치되어 있는 슈(Shoe)(8) 높이까지 위로 들어올리고 여기에 블록(5)을 연결한 후 슈(교좌장치)(8)위에 대 블록(2)을 안착시킨다. 이때 대 블록(2)은 유압 잭(24)에 의해서 교각(1) W8쪽으로 이동되며 교량의 기울기 2％를 맞추기 위해 스트랜드 잭(20)을 이용하여 교각(1) W8,W7,W6,W5에 설치된 교좌장치(8) 위에 블록을 설치한다. 이때, 리프팅(Lifting)시 잭킹 레그(14)는 1.53도 기울어지므로 4도까지 회전(Rotating)될 수 있도록 셀프 얼라이닝 패드(Self Aligning Pad)(19)를 잭킹 레그(14) 하단 끝단부에 장착하였으며, 수평으로 블록을 이동시키기 위한 장치인 유압 잭(Hydraulic Jack)(24) 및 지그(Jig)를 제작하여 설치하였다.

상기, 설치장치는 대형 파이프 컬럼(Pipe Column)에 스트랜드 잭(20)을 부착하여 6000톤 이상의 구조물을 권양 및 가설할 수 있는 시스템이며, 바람에 의한 블록의 흔들림, 햇볕에 의한 온도 변화에 따른 변형, 권양시 블록의 휨/처짐 등에 의한 변형 또한, 블록의 길이 및 폭 방향의 높이 차, 지반의 일부 침하에 의한 높이 변화에 대해서 흡수할 수 있고, 블록을 들고 있는 상태에서 길이 및 폭 방향으로 블록을 이동할 수 있는 시스템을 포함한 작업 시공 방법, 설계도서 및 장치이다.

도 3 은 소 블록(5,6)을 설치하기 위한 구성도를 나타낸 것으로서, 슬라이딩 스키드 레일(Sliding Skid Rail)(11)은 2개로 분리되며 볼트로 연결되고 그립퍼 잭(Gripper Jack)(13)의 가이드 레일(Guide Rail)로 이용된다. 트라이포드 서포트(Tripod Support)(12)는 교좌장치(8)와 같이 슬라이딩 스키드 레일(11)의 지지대로 사용되고 또한, 소 블록(5,6,7)을 밀고 당기는 시스템인 그립퍼 잭(13)은 슬라이딩 스키드 레일(11) 위에 장착하게 된다.

경간 블록(2) 끝단에 슬라이딩 스키드 레일(11)을 설치하고 그 위에 소 블록(5)을 얹어서 블록(2,5)을 들어올려 교좌장치(8)와 트라이포드 서포트(12) 위에 장착된 슬라이딩 스키드 레일(11) 표면과 일치가 되었을 때 그립퍼 잭(13)을 이용하여 블록(5)을 오른쪽으로 밀어내고 그 다음 다시 스트랜드 잭(20)을 이용하여 경간 블록(2)을 블록(5)과 높이가 일치될때까지 권양하여 블록(5)과 연결한다.

도 4 는 잭킹 레그 시스템의 구성도를 나타낸 것으로서, 본 발명은 대형 파이프 2개로 만들어지고 플랜지(Flange)(23)로 연결되는 잭킹 레그(14)와 경간 블록을 들어올리기 위해 블록과 연결되어 잭킹 레그(14)를 감싸서 오르내리도록 한 파이프 슬리브(15), 블록을 직접들어올리는 장비인 스트랜드 잭(20)을 장착하기 위한 구조물인 크로스 헤드(16), 블록의 상현재와 슬리브(15)를 직접 연결하는 롱 텐션 힌지 볼트(Long Tension Hinged Bolt)(21)를 갖고 있는 톱 요크(Top Yoke)(17), 블록의 하현제와 슬리브(15)를 연결하는 롱 텐션 힌지 볼트(21)를 갖고 있는 바텀 요크(Bottom Yoke)(18), 잭킹 레그(14) 하단 끝부분에 장착되며 잭킹 레그(14)가 4도 회전이 가능하도록 하는 장치인 셀프 얼라이닝 패드(Self Aligning Pad)(19) 및 스트랜드 케이블(Strand Cable)과 유압에 의해서 블록을 직접 들어올릴 수 있는 장비인 스트랜드 잭(20) 등으로 구성되어 있다.

도 5 는 슬리브(15)이며 대형 파이프와 톱 요크(17), 바텀 요크(18) 및 롱 텐션 힌지 볼트(21)로 구성되며, 바텀 요크(18)에는 스트랜드 케이블의 끝단을 고정시키는 앵커 블록(Anchor Block)이 장착된다. 텐션 볼트에 의해서 연결된 경간 블록을 앵커 블록에 장착된 스트랜드 케이블에 의해서 리프팅되어 잭킹 레그(14)를 따라 상·하로 움직이게 된다.

도 6 은 셀프 얼라이닝 패드(19)이며 블록을 권양할 때 블록의 처짐, 온도 변화에 의한 구조물의 변형 및 블록의 기울기에 따라 잭킹 레그(14)의 각도가 변화해야 함으로, 이를 커버할 수 있도록 잭킹 레그(14)의 기울기를 4도내에서 360도 회전이 가능하도록 설계된 구성도를 나타낸 것이다.

도 7 은 크로스 헤드(16)는 잭킹 레그(14)의 꼭대기에 설치되며 스트랜드 잭(20)을 약 120도 각도로 장착하기 위한 구조물이며 스트랜드 케이블을 설치하기 위한 구멍이 만들어져 있으며 잭킹 레그(14)가 4도 기울어져도 크로스 헤드(16)는 수직으로 유지될 수 있도록 설계되어져 있다. 또한, 톱 요크(17)는 블록의 상현재와 연결시키기 위한 슬리브(15) 상단에 붙는 구조물이며, 여기에 상부 롱 텐션 힌지 볼트(21)가 장착된다.

도 8 은 슬리브(15) 하부에 붙는 바텀 요크(18) 구조물이며, 스트랜드 케이블이 크로스 헤드(16)부분에서부터 여기까지 내려와서 앵커 블록에 연결되며 이 구조물에 앵커 블록이 장착된다.

도 9 는 경간 블록과 톱 요크(17)와 바텀 요크(18)를 연결시켜주는 롱 텐션 힌지 볼트(21)이다.

도 10 은 경간 블록과 잭킹 레그(14)의 정위치를 잡기 위해 톱 요크(17)를 가이드해주는 블록 가이드(Block Guide)(22)이다.

도 11 은 블록을 들고 있는 잭킹 레그(14)의 위치를 이동시키기 위한 개념도를 나타낸 것으로서, 대형 말뚝과 셀프 얼라이닝 패드(Self Aligning Pad)(19), 그릴리지 빔(Grillage Beam)(10), 잭킹 레그(14), 유압 잭(Hydraulic Jack)(24) 및 지그로 구성되어 있다. 유압 잭(24)을 그릴리지 빔(10) 위에 장착하여 잭킹 레그(14)의 하단부에 연결되어 있는 셀프 얼라이닝 패드(19)를 유압 잭(24)으로 밀어서 블록을 들고 있는 잭킹 레그(14)를 원하는 위치까지 이동하는 장치이다.

본 발명은 블록을 권양(Lifting)시 블록에 생기는 휨(Bending)과 처짐(Deflection) 현상 및 온도 변화에 의한 블록의 수축 및 팽창에 대한 변형이 발생될 때 이를 승강 지지대(잭킹 레그, Jacking Leg)의 허용 경사각에 의해서 해결하며, 블록 설치시 교량 구배에 의한 양쪽 끝단부의 높이 차 및 승강 지지대에 가해지는 하중에 의한 지반 침하 등에 의해서 발생되는 높이 차에 대해서는 스트랜드 잭으로 조절이 가능하기 때문에 구조물의 자유 운동에 대해서 민첩하게 대처할 수 있다. 또한, 블록과 블록 연결시 블록의 처짐에 의해서 볼트 구멍의 볼팅(Bolting) 작업이 대단히 어려우나 잭킹 레그 시스템으로 쉽게 해결할 수 있다. 설치 현장에서 대형 블록으로 지조립한 후 블록 양측면에 승강 지지대를 설치하고 여기에 스트랜드 케이블과 스트랜드 잭을 장착하여 블록과 연결하여 권양 설치함으로써 설계의 본 취지인 3경간 연속보 교량으로서의 기능을 수행하도록 함과 동시에 온도 변화에 의한 연결부의 엇갈림을 방지하고, 교량의 솟음 보정을 가능케 함으로서 원 설계의 적합성에 완전히 부합되는 등 많은 효과가 있다. 또한, 스트랜드 잭의 용량만 증가시키면 구조물의 중량에 관계없이 일체화된 초대형 구조물의 설치가 가능하므로 경제적인 효과가 대단히 크고, 보유 대수가 제한되어 있는 고가의 대형 크로라 크레인(Crawler Crane)을 사용하여 단재 가설하는 것 보다 공기면에서 훨씬 유리하고, 블록간의 연결이 용이하므로 시공성과 작업의 안전성이 획기적으로 보장된다. 또한, 본 발명은 향후 장대 교량 및 초대형 구조물 설치시 국내외의 관련 건설업계에 미치는 효과가 매우 큰 유용한 발명인 것이다.

Claims (7)

1. 3경간 연속 트러스교 구간 중 블록을 설치하는 구조물 설치 장치에 있어서,

   권양시 블록 무게를 수용할 수 있는 대형 파이프로 되어 있는 잭킹 레그(14)부와;

   리프팅 블록을 들어올리기 위하여 블록과 연결되며 잭킹 레그(14)를 감싸서 가이드하여 오르내리도록 한 슬리브(15)부와;

   리프팅 블록과 슬리브(15)를 직접 연결하는 톱·바텀 요크(17,18)부와;

   스트랜드 잭(20)을 장착하기 위한 구조물과 잭킹 레그(14) 컬럼 위에 놓이는 크로스 헤드(16)부와;

   구조물의 변형에 따라 잭킹 레그(14)가 기울어질 수 있도록 되어있으며 슬라이딩시 마찰을 최소화하도록 장치된 셀프 얼라이닝 패드(19)부와;

   블록 전체를 이동시키는 장치인 푸시 시스템부와;

   지반 보강용 대형 말뚝(9) 위에 설치되어 권양시 받는 하중을 다수개의 대형 말뚝(9)에 분산 전달시키기 위한 장치인 그릴리지(10)부로 구성된 것을 특징으로 하는 승강식 구조물 가설 공법.
2. 제 1 항의 권양시 필요한 부착물을 갖고 있는 잭킹 레그(14)부에 있어서,

   대형 파이프로 형성되고 설치 및 해체를 고려하여 복수개로 나누어 분리 및 조립이 쉽게되도록 파이프 내부쪽에 플랜지(23)를 부착하여 볼트를 사용하여 연결하며 상부에는 크로스 헤드(16)를 부착했을 때 움직일 수 있도록 슬롯시킨 파이프를 부착했으며, 양끝단에는 리프팅 슬링을 연결하기 위한 패드아이를 부착함과 또한, 잭킹 레그(14) 하부끝에는 셀프 얼라이닝 블록을 부착할 수 있는 구조로 형성된 것을 특징으로 하는 승강식 구조물 가설 공법.
3. 제 1 항에 있어서,

   잭킹 레그(14) 하단부에 셀프 얼라이닝 블록을 장착하여 잭킹 레그(14)가 4도 기울어진 상태에서도 360도 회전을 가능케한 장치와 앞· 뒤, 좌·우 방향으로 밀어서 이동시킬 때 마찰을 적게하여 미는 힘을 최소로 하는 장치.
4. 제 1 항의 리프팅 블록과 직접 연결되어 블록을 들어 올리도록 한 장치인 슬리브(15)부에 있어서,

   앵커 블록을 슬리브(15)에 있는 바텀 요크(18)에 장착하고 바텀 요크(18)는 블록 하현재에 롱 텐션 힌지 볼트(21)로 연결되고 톱 요크(17)는 상현재와 롱 텐션 힌지 볼트(21) 및 블록 가이드(22)에 의해서 연결되며, 톱 요크(17) 및 바텀 요크(18)를 장착한 슬리브(15)가 잭킹 레그(14)의 바깥을 애워싸서 파이프의 바깥 표면과 슬리브(15)의 안쪽면과의 접촉면에 상·하로 오르내리도록 한 장치이며 마찰을 최소화하기 위해 접촉면 사이에 특수 테프론 패드를 장착한 것을 특징으로 하는 승강식 구조물 가설 공법.
5. 제 1 항의 블록을 권양하는 장비인 스트랜드 잭(20)을 장착하기 위한 크로스 해드(16)부에 있어서,

   상기, 크로스 헤드(16)부는 잭킹 레그(14) 상단에 설치되고 잭킹 레그(14)가 4도 기울어져도 스트랜드에 걸리는 힘을 수직으로 받을 수 있도록 하는 승강식 구조물 가설 공법.
6. 제 1 항의 상현재 위에 놓여있는 블록을 이동시키기 위한 슬라이딩 시스템부에 있어서,

   상현재 위에 복수개로 나누어져 볼트로 연결되는 스키드 레일(11)과 스몰 슬라이딩 베어링 슈(8) 및 지지대로 이용되는 트라이포드 구조물 등을 이용해서 그립퍼 잭(13)을 사용하여 블록을 푸시 풀 슬라이딩하여 이동 설치하는 것을 특징으로 하는 승강식 구조물 가설 공법.
7. 제 1 항의 블록 전체를 길이 및 폭 방향으로 이동시키는 장치인 푸시 스키드부에 있어서,

   리프팅되어 연결된 경간 블록 전체를 하이드로릭 잭(24)을 다수개 사용하여 수평으로 밀어서 위치를 이동시켜 교각 상단부에 놓여있는 슈(교좌장치)(8)에 블록을 설치하는 것을 특징으로 하는 승강식 구조물 가설 공법.