KR20010037349A - 수중 콘크리트 구조물의 보수보강 공법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수중 콘크리트 구조물 특히, 하천 또는 해면에 설치된 교량의 교각 및 우물통 기초의 손상 유실된 부분을 보수 보강하기 위한 공법에 관한 것으로서; 수중 콘크리트 구조물의 손상에 의해 외부로 노출된 철근의 강도를 보강재에 의해 보강하고; 구조물 외곽에 고인장 박판패널을 거치하여 상기 구조물과 상기 판재 사이에 소정의 공간을 형성하고; 상기 공간에 수중경화 습식 에폭시를 타설하여 경화시키는 것을 특징으로 함에 의해; 구조물의 강도저하를 방지할 수 있으며, 부식되지 않는 고인장 박판패널을 사용하여 유수에 의해 충진물의 손실이 방지된다. 또한 본 발명은 고인장 박판패널에 의해 교각의 휨저항성 및 압축강도의 향상으로 뛰어난 보강효과를 갖는 것을 특징으로 하는 보수보강공법을 개시한다.

Description

수중 콘크리트 구조물의 보수보강 공법{Reinforcing method of the aquatic concrete structure}

본 발명은 콘크리트 구조물 특히, 하천 또는 해면에 설치된 교량의 교각 및 우물통 기초의 손상 유실된 부분을 보수 보강하기 위한 공법에 관한 것이다.

대부분의 교량공사에 있어서, 수중 시설부분은 우물통기초를 시행하고 그 위에 교각을 가설하는 방법으로 시행되고 있으며, 이와 같은 방법은 다음과 같은 문제를 가지고 있다.

첫째는 수중 콘크리트 타설시 완벽한 물막이 공사가 선행되지 못한 상황에서의 문제점으로서, 콘트리트가 경화되는 동안 그 내부에 물이 침투하게 되어 시멘트 미립자가 유실됨으로써 야기되는 구조물의 강도 저하이다.

둘째는 일반적으로 중량 콘크리트 타설시 공통되게 상존하는 시멘트의 수화열에 의한 균열과 알카리 골재반응 등에 수반한 균열 등에 기인한 균열부 침수와 철근의 방청성 상실에 따르는 열화와 부식메카니즘의 문제점을 들 수 있다.

셋째는 구조물의 균열부는 철근의 부식과 단면팽창에 의해 박리박락에 이르게 되고, 수중환경의 오염에 의한 콘크리트 구조물의 열화에 의한 부식 및 손괴이다.

넷째는 우물통 기초 공사시 안정지반인 암반 이하부분에 정착시 구조체의 안정을 도모할 수 있는바, 이를 위하여 수중발파를 시행하여야 하나 비록 철재로 가공된 슈를 설치한다고 하여도 발파의 영향을 받게 되며, 균열의 발생이 불가피하다는 것이다.

다섯째, 해양구조물 중 부두잔교의 축조는 강관파일을 타입하고 파일캡을 씌운후 거더 콘크리트를 타설하고 빔과 스라브의 콘크리트를 타설하는 것이 일반적이다. 여기서, 교각부를 이루는 강관파일은 대부분 PE 필름 테이프로 표면보호가 되지만 그의 보호기능이 미약하여, 파손이 쉽고 부식의 진행을 가져 온다는 것이다.

따라서, 손상된 교각에 작용하는 중심축 압력은 편심하중으로 전환되며 장주나 단주간에 전단파괴을 유발할 수 있게 된다.

위와 같은 문제에 대하여, 이를 보수 보강하기 위한 다음과 같은 방법이 종래에 시행되어 왔다.

우물통기초의 주변에 돌망태를 거치하는 방법이 있다. 이와 같은 방법은 돌망태를 형성하는 망태철선의 부식 등에 기인하여 조약돌이 유실되기 때문에 보강효과를 기대할 수 없으며, 또한 굴곡이 많은 표면 성상으로 홍수시 부유물의 부착되어 구조물에 유속하중을 부가하게 된다.

우물통기초 또는 교각의 보수보강시 철재의 조립틀과 외곽보호용 측면 철판을 조립하고 내부는 수밀성 또는 무수축 폴리머 콘크리트를 타설하는 공법이 시행되어 왔다. 그러나 이 또한 철재의 부식에 관한 문제점은 상존하게 되며, 무수축 콘크리트 타설시에도 수중시공의 관계로 미세한 미립자의 유실이 우려되고 기존 구조물과의 접착력에도 상당한 문제점이 있게 된다.

철재류의 부식을 방지하고자 외곽 보호용 철재나 틀이 스테인레스 재질로 대체되기도 하였다. 그러나 이는 과도한 공사비용을 요하게 하며, 또한 미생물에 의한 부식은 피할 수 없다. 역시 내부 충진물은 무수축 폴리머 콘크리트이므로 시멘트의 미세입자가 물의 흐름에 의하여 유실될 수 있는 문제를 여전히 가진다.

이상의 기존의 공법들은 모두 물막이공사를 선행요건으로 요구하고 있으나 완전무결한 물막이 공사를 기대할 수 없으므로 수중 콘크리트 타설을 전제로 하여야 한다. 그러나 조강 시멘트와 무수축 폴리머 시멘트를 사용한다 해도 경화시간과 접착력에서 우수하지 못하여 성능복원의 효과를 기대할 수 없는 실정이다.

상기한 문제에 대한 본 발명의 목적은, 수중경화력과 접착력의 향상을 기대할 수 있는 충진방법의 개선과 수중에서 부식의 우려가 없는 보강틀과 보강패널 및 철근의 부식을 고려하지 않아도 되는 고인장력을 가진 인발섬유를 개발 대체하는 효과와 현장에 적용하는 기술의 개발 및 물의 침투를 방지할 수 있는 고무패킹을 적용하는 틀과 판의 거치방법과 조약돌 쌓기 후 공극을 메우는 수중경화용 습식 에폭시 몰터를 제조하고 자연유하방식에 의한 비중 및 수두차에 따르는 압력차를 이용하여 주입하는 방법의 개발에 의한 판, 조약돌, 기존구조체를 일체화시 킴으로써, 손상유실된 부분을 복원하고 압축강도를 향상시키는 것에 있다.

도 1은 작업준비단계로서, 작업공간을 확보하기 위하여 흙막이 및 하지정리가 실시된 상태의 구성도.

도 2는 교각의 우물통기초에 프레임 및 일부 패널의 설치 구성도.

도 3은 우물통기초의 공사완성된 상태의 정면 구성도.

도 4는 본 발명에 의해 시공완성된 교각 및 우물통기초의 정면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 교각 2 : 우물통기초

3 : 흙막이 6 : 지지용 패널

7 : 고인장 박판패널 8 : 에폭시몰터 주입구

상기한 목적은, 손상되거나 손상우려가 있는 수중 콘크리트 구조물의 보수 보강공법에 있어서; 상기 수중 콘크리트 구조물의 손상에 의해 외부로 노출된 철근의 강도를 보강재에 의해 보강하고; 구조물 외곽에 고인장 판재를 거치하여 상기 구조물과 상기 판재 사이에 소정의 공간을 형성하고; 상기 공간에 내식성 충진제를 타설하여 경화시키는 것을 특징으로 하는 수중 콘크리트 구조물의 보수보강공법에 의해 달성된다.

이하, 본 발명의 실시예를 명세서에 첨부된 도면을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다.

도 1은 작업준비단계로서, 작업공간을 확보하기 위하여 흙막이 및 하지정리가 실시된 상태를 도시한다.

흙막이(3)는 폐타이어의 튜브에 모래를 담은 것으로서, 우물통 주위의 이토 내지 토사를 제거하기 위하여 설치된다.

흙막이와 교각(1)의 우물통(2) 사이에 존치하는 이토 내지 토사는 준설펌프에 의해 제거된다. 또한, 손상된 부분이나 손상유실이 우려되는 구조물의 표면은 고압세척기에 의한 브래스팅(blasting)작업에 의해 하지정리됨으로써 작업성, 즉 에폭시와의 접착력이 향상되도록 한다.

도 2는 교각의 우물통기초의 프레임 및 패널 일부의 설치단계를 예시한다.

하지정리가 된 우물통 기초부근의 암반상면에 고무패킹과 L자형의 단면을 가지는 지지용 패널(5)을 앵커볼트로써 고정한다. 지지용 패널(5)은 교각의 외주로부터 소정 거리로 이격된 상태에서 교각 주위에 고정되며, 이에 의해 교각을 두텁게 보강하게 되는 공간이 마련되는 것이다. 보강에 의해 확대되는 교각의 직경은 교각의 망실정도 내지 요구되는 설계강도에 따라 설정된다.

교각의 손상에 의해 외부로 노출되어 급격하게 부식이 진행된 철근은 고인장강도의 인발섬유가 조립 보강됨에 의해 그 인성이 증가된다. 인발섬유는 아라미드섬유, 탄소섬유, 또는 유리섬유가 사용될 수 있으며, 그의 직경은 4mm - 17mm 정도가 바람직할 것이다.

교각과 상기 지지패널 사이의 환형공간에는 세로방향으로 직립되는 프레임(6)이 설치된다. 프레임(6)은 망상으로서 내부에는 암석, 또는 자갈 등의 충진체가 투입된다. 프레임의 직립되는 높이는 역시 보강공사의 목적에 따라 설정될 것이다. 프레임은 어느 정도의 내식성이 요구되며, 중량물을 내재하며, 패널(7)을 고정할 수 있는 정도의 구조적 강성이 요구된다. 패널(7)은 세로방향으로 거치되어 프레임상에 고정된다.

도 3은 우물통기초의 시공완성된 상태의 구성도이다.

고인장강도의 박판패널(7)은 프레임의 외곽과 지지용 L형 패널 사이의 틈사이에 종방향 및 횡방향의 2겹으로 설치된다.

박판패널(7)은 본 출원인에 의해 특허출원번호 제 99-44054호에 제안된 콘크리트 구조물의 보강을 위한 고인장 박판패널이 추천된다. 상기 박판패널은 내식성 및 내화성이 극히 뛰어난 수지류로서, 교각의 손상된 강도의 보강을 위해 바람직하다. 참고적으로 상기 박판패널은 불포화 폴리에스텔수지와 고온에서 경화되는 잠재성 에폭시수지가 배합된 충진체에 아라미드섬유, 탄소섬유, 또는 유리섬유의 고인장강도를 가지는 일방향 섬유를 함침시킨후 인발압축성형함으로써 형성되는 것이다.

상기의 박판패널은 방향성을 가지므로 직교하도록 2겹으로 설치됨으로써 교각의 압축저항성 및 휨저항성을 극대화 하도록 한다. 즉, 프레임의 외부에 접하는 세로방향의 박판패널이 앵커볼트에 의해 고정되며, 그 위에 가로방향의 박판패널이 역시 앵커볼트에 의해 고정된다.

직립패널(7)과 지지용 패널(5)은 그 사이에 고무패킹에 의해 수밀하게 연결되며, 앵커볼트에 의해 결합된다.

한편, 에폭시몰터를 교각, 프레임 내부의 충진체, 및 박판패널에 의해 이루어지는 공극 사이로 주입하기 위한 주입구(8)가 마련된다. 주입구(8)는 박판패널에 드릴링에 의해 형성될 수 있으며, 용이한 주입을 위해 호스의 형상으로 돌출형성되도록 고정시킬 수 있다. 도시된 바와 같이 주입구는 교각의 최하부에 설치된다. 프레임과 구조물 사이의 공간은 충진물에 의해 메워지게 된다. 충진물은 암석, 자갈, 또는 조약돌에 의한 보조 충진물(10)과, 그의 공극에 메워져 경화되는 주충진물로 구성된다. 주충진물은 수중경화용 습식 에폭시몰터로서, 본 발명자에 의해 특수 배합가공된 에폭시몰터가 사용된다. 에폭시몰터는 에폭시와 씨리카의 배합물이다. 에폭시몰터는 수중에서 주입되는 관계로 비중차와 수두차에 의하여 서서히 주입되며, 점차적으로 공극을 메움으로써, 액면이 상승하게 되며 박판패널에 둘러 쌓여진 공간 내의 물을 배출하게 된다.

이로써, 주입되는 에폭시의 경화로 인해 손상부위를 포함한 교각의 표면과 자갈 등의 충진물과 박판패널은 일체화 되는 것이다.

도 4는 본 발명에 의해 시공완성된 교각 및 우물통 기초의 정면도로서, 교각 또한 상기 설명된 우물통기초의 보수보강법과 동일한 과정을 거쳐 보수보강된다.

상기된 실시예는 단지 수중 우물통기초 내지 교각의 보수보강에 기해 설명되었지만 반드시 이에 한정되지 아니한다. 즉, 본 발명은 모든 수중 콘크리트 구조물의 보수보강공사에 적용될 수 있다.

한편, 본 발명의 요지는 상기된 실시예에 한정되지 아니하며, 당업자는 개시된 실시예에 의거 다양한 변경실시가 가능할 것이다.

예를 들면, 암석, 자갈, 또는 조약돌 등의 보조 충진체는 저렴하고 용이하게 구입가능한 다른 물질로 대체될 수 있을 것이며, 충진공간을 좁게 함으로써, 투입되지 않을 수도 있다.

박판패널의 고정방식은 틀, 즉 프레임과 같은 보조수단 없이 직접 구조물 표면에 앵커볼트에 의해 고정되는 방식이 채용될 수 있다.

프레임 외곽에 부착고정되는 박판패널은 단지 2겹이 아닌 1겹 또는 3겹 이상으로 접착될 수 있을 것이다.

상기한 공법에 의해, 수중 콘크리트 타설시 발생되는 수용성 시멘트계의 유실에 의한 구조물의 강도저하를 방지할 수 있으며, 부식되지 않는 고인장 박판패널을 사용하여 고부패킹과 앵커볼트를 이용한 수밀접합을 시행함으로써, 유수에 의해 충진물의 손실이 방지된다. 또한 고인장 박판패널에 의해 교각의 휨저항성 및 압축강도가 향상된다. 시공부 표면이 마찰계수가 적은 수지류이므로 유수에 의해 교각에 가해지는 충격이 감소하게 되어 교각의 내구성이 향상된다. 에폭시의 강력한 접착성에 의해, 기존 구조물과 자갈 등의 충진체 및 박판 패널이 일체화 되어 완전한 보수 보강공사가 가능하게 된다.

Claims (5)

1. 손상되거나 손상우려가 있는 수중 콘크리트 구조물의 보수 보강공법에 있어서; 상기 수중 콘크리트 구조물의 손상에 의해 외부로 노출된 철근의 강도를 보강재에 의해 보강하고; 구조물 외곽에 고인장 판재를 거치하여 상기 구조물과 상기 판재 사이에 소정의 공간을 형성하고; 상기 공간에 충진제를 타설하여 경화시키는 것을 특징으로 하는 수중 콘크리트 구조물의 보수보강공법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 판재는 고인장강도를 가지는 일방향섬유가 함침된 수지류의 박판패널이며; 상기 박판패널은 볼트수단에 의해 상기 구조물의 외곽에 설치되는 프레임상에 직립되어 고정설치되는 것을 특징으로 하는 수중 콘크리트 구조물의 보수보강공법.
3. 제 1항에 있어서, 상기 보강재는 수지함침 인발섬유인 것을 특징으로 하는 수중 콘크리트 구조물의 보수보강공법.
4. 제 1항에 있어서, 상기 충진제는 수중경화성 습식 에폭시몰터에 씨리카를 배합한 충진물을 포함하는 것을 특징으로 하는 수중 콘크리트 구조물의 보수보강공법.
5. 제 2항에 있어서, 상기 박판패널은 각기 횡방향 및 종방향의 2겹 이상으로 고정설치되는 것을 특징으로 하는 수중 콘크리트 구조물의 보수보강공법.