KR20010079622A - 지반 앵커리지 - Google Patents

Abstract

본 발명은 복수의 유닛 앵커리지(2, 4)가 단일 보어에 수납되어 있는 단일 보어 멀티플 앵커리지를 제공하며, 상기 각 유닛 앵커리지(2, 4)는 보어 그라우트에 접착되는 본드 길이부, 및 자유 길이부를 가진다. 지반 앵커리지 수단은 보어 내에 복수의 유닛 앵커리지를 배치하고, 상기 보어 내에 그라우트를 채우고, 각 텐던에 독립적으로 응력을 가하며, 응력이 가해진 각 텐던은 개별적으로 상기 앵커 헤드와 로킹이 이루어진다.

Description

지반 앵커리지 {GROUND ANCHORAGES}

지반 앵커리지의 사용 및 구조에 대한 설명은 지반 앵커리지용 실무 코드(Code of Practice for Ground Anchorages - BS8081 -; 영국표준협회(British Standards institution)에서 발간)에 기재되어 있다.

본 발명은 지반 앵커리지에 관한 것이다.

본 발명은 이하에서 첨부된 도면을 참조로 하여 예를 드는 방법으로 상세히 설명될 것이다.

도 1은 본 발명을 실시예로 든 지반 앵커리지 수단의 단면도이다.

도 2는 도 1의 라인 Ⅱ-Ⅱ을 따라 절단한 단면도이다.

도 3은 그리핑 수단의 개념도이다.

대표적인 지반 앵커리지는 그라우트(grout)로 채워진 지반의 보어(bore)를 포함한다. 일반적으로 강(鋼)으로 되어 있으며 보어 내에 수납되는 텐던(tendon)은, 보어의 개방단으로부터 먼 쪽 끝에 텐던을 부식으로부터 보호하기 위해 수지 또는 시멘트 그라우트로 채워진 파형(波形) 덕트를 포함하는 캡슐 내에 접착되어 있다. 캡슐은 보어 그라우트에 접착되어 있고, 텐던은 그리스가 칠해진 다음 피복되어 있는 자유 길이부를 가지는데, 보어 그라우트와는 실질적으로 접착이 안되고 있다. 피복부는 캡슐 속으로 들어가며, 따라서 캡슐의 텐던 본드(bond) 길이부는 캡슐 길이부보다 약간 작다. 텐던은 그 자유단에서 앵커 헤드에 수납되며, 지반을 지지하는 앵커 플레이트로부터 응력을 받고 있으며, 또한 텐던에 걸리는 하중은 이 플레이트와의 로킹(locking)이 해제되기도 한다.

전술한 설명은 단일 텐던을 포함하는 지반 앵커리지에 관한 것이다. 지반 앵커리지는 또한 길다란 형태의 단일 캡슐 내에 접착되어 있는 복수의 스틸 텐던을 포함하는 것으로 알려져 있다. 텐던의 단부(端部)들은 캡슐을 따라 하중을 분산시키기 위하여 캡슐 내에 지그재그식으로 배치될 수 있다.

GB 2223518호에 복수의 유닛 앵커리지를 포함하는 단일 보어 멀티플 앵커리지가 기재되어 있는데, 이 유닛 앵커리지는 하나의 텐던을 가지며, 이 텐던은 보어를 따라 지그재그식으로 이격된 위치에서 각 캡슐 내에 접착되어 있다.

이 구조는 각 유닛 앵커리지가 지반의 최대 강도로 하중을 받도록 한다. 멀티플 앵커리지의 총용량은 유닛 앵커리지 용량들의 합계이다. 각 유닛 앵커의 자유 길이부가 보어 그라우트와 실질적으로 접착되지 않고 있다는 사실이 중요하다. 만일 반대의 경우이면, 각 유닛 앵커가, 보어 그라우트를 통하여 다른 유닛 앵커리지의 캡슐 영역의 지반에 비제어 방식으로 하중을 가하는 경향이 생기게 되며 이것은 보어를 확대시킨다. 이것은 그라운드 본드의 실패를 각오하지 않고서는 모든 유닛 앵커에 그것들의 최대 용량으로 하중을 가할 수는 없다.

모든 종래의 기술에서, 캡슐이 사용되고 있는데 이것은 텐던이 강으로 만들어지기 때문이고 그것의 강도와 유용성이 선택의 요건이 된다. 캡슐은 텐던에 가해진 하중을 텐던을 에워싼 그라우트로 전달하는 역할을 함과 동시에 스틸 텐던의 과도한 부식 및 파단을 초래하는 습기의 침입으로부터 텐던의 접착된 길이부를 보호하는 역할을 한다.

실제로, 부식 방지 텐던은 고도의 스팩에 맞추어 공장에서 제작되야 하며,캡슐 속에 그라우트된 본드 길이부를 가지게 된다.

본 발명자는 합성 중합 재료로 만든 텐던을 사용하면, 단일 보어 멀티플 앵커리지에 큰 유연성과 단순성이 얻어진다는 것을 발견하였다. 이 경우, 부식으로 인해 열화하는 일이 없기 때문에 텐던을 보호하기 위한 캡슐이 불필요하게 된다.

따라서, 본 발명은 보어 그라우트로 채워진 지반 속의 보어, 이 보어 속에 수납되어 뻗어 있는 복수의 유닛 앵커리지를 포함하는 지반 앵커리지 수단을 제공하며, 각 앵커리지 유닛은 (a)보어 그라우트 내에 접착되는 본드 길이부, 및 (b)실질적으로 보어 그라우트와 접착되지 않게 배치된 자유 길이부를 포함하는데, 각 유닛 앵커리지의 본드 길이부는 보어를 따라서 지그재그식 이격 방식으로 보어 그라우트 내에 고정되어 있으며, 적어도 하나의 텐던은 합성 중합 재료를 포함한다.

또한 본 발명은 지반에 보어를 형성하는 것, 보어 내에 복수의 유닛 앵커리지를 배치하는 것을 포함하는 지반 앵커리지 수단을 제공하는 방법에 관한 것이며, 각 유닛 앵커리지는 (a)본드 길이부, 및 (b)자유 길이부를 가지는 텐던을 포함하는데; 여기서 각 유닛 앵커리지의 본드 길이부는 보어를 따라 지그재그식 이격 방식으로 배치되고, 그라우트로 보어를 채우며, 상기 본드 길이부는 그라우트에 접착되고, 자유 길이부는 보어 내에 얻어진 그라우트와 실질적으로 접착되지 않는 상태로 배치되며; 앵커 헤드를 텐던에 조립하고; 각 텐던에는 독립적으로 응력을 가해지며; 응력이 가해진 텐던을 앵커 헤드에 개별적으로 로킹하고, 적어도 하나의 텐던은 합성 중합 재료를 포함한다.

바람직하게는, 모든 텐던이 합성 중합 재료를 포함하는 것이다.

합성 중합 재료 텐던이 이러한 방식의 앵커리지에 성공적으로 사용될 수 있다는 사실은 놀랄만한 일이다.

당업자는 합성 중합 재료가 강(鋼)처럼 단단하게 그라우트에 접착되지는 않을 것으로 알고 있다. 이것은 각 유닛 앵커의 본드 길이부가 매우 길어, 단일 보어홀(borehole)의 그러한 다수의 유닛 앵커리지를 수용하기에 실용적이지 못하다는 문제점을 야기한다. 중합 재료 텐던의 본드 길이부의 적절한 표면 변형이 텐던 풀 아웃(pull out) 용량을 감소하지 않고도 수용 가능한 본드 길이부를 얻을 수 있다는 사실이 발견되었다.

따라서 그라우트 내에서 텐던의 접착력을 증가하기 위해 각 텐던은 그것의 표면 형상이 바람직하게 변형된다. 본드 길이부에 있어서의 텐던의 표면은 거칠게 만들어진다.

또한 당업자는 중합 재료가 인장력이 매우 강한 텐던을 만드는데는 적합하지만, 압축력 및 전단력 면에서는 강에 비해 상대적으로 약하다는 사실을 알고 있다. 당업자는 텐던이 그리핑(gripping) 수단에 의해 파괴되는 경향이 있기 때문에 일반적으로 스틸 앵커용으로 제공되는 그리핑 구조는 중합 텐던과는 함께 사용될 수 없는 것으로 이해하고 있다. 그러나 본 발명자는 압축력이 텐던에 가해지는 방식으로 그리핑력이 텐던에 가해지는 한, 텐던은 그 길이부의 어떤 지점에서도 텐던의 전단 강도보다 더 큰 전단력을 받지 않는다는 사실을 발견하였다. 예를 들면, 그리핑력은 충분한 길이 위에 분산될 수 있고, 텐던의 비교적 긴 길이부에 걸쳐 어느 정도 단계적으로 조금씩 증가될 수 있다. 이렇게 해서 충분한 그리핑력이 탠던의 손상없이 텐던에 가해질 수가 있어, 50kN을 넘는 텐던 용량이 가능하게 된다.

특히 본 발명에 따른 지반 앵커리지 수단은 텐던의 길이 방향과 직각 방향으로 텐던에 압축력을 가하도록 구성되는 그리핑 수단을 포함할 수 있으며, 압축력이 텐던의 그리핑 부품의 길이 방향을 따라서 증가함으로써, 텐던의 어떤 지점에서도 텐던이 중합 재료의 압축 전단 강도보다 큰 전단 압축력에 노출되지 않는다. 그리핑 수단은 그 사이에 텐던을 그리핑하기 위한 적어도 두 개의 그리핑 부품을 포함할 수 있으며, 그리핑 부품들은 텐던의 그리핑 길이부를 따라서 다른 위치에 위치하는 복수의 조임 수단에 의해 서로 조여진다.

바람직하게는, 적어도 네 개이며, 더 바람직하게는 적어도 여섯 개의 조임 수단이 제공되는 것이다. 적절한 조임 수단으로는 볼트 및 너트 구조를 포함하며, 예를 들면, 텐던의 양측에 볼트 및 너트의 쌍이 제공될 수 있다.

보어 내의 각 유닛 앵커리지의 본드 길이부는 지반 강도, 각 깊이에서의 토양/지반에 의한 토양 등급 및 그라우트의 본드 용량에 따라 선택될 수 있을 것이다.

텐던은 적합한 등급의 나일론과 같은 중합 섬유의 길이부를 포함할 수 있다. 가장 바람직하게는, 텐던이 합성 중합 재료를 함유하는 혼합물을 포함하는 것이다. 예를 들면, 그것들은 합성 수지에 매입된 나일론 또는 케블라 스트랜드(Kevlar strand)를 포함할 수 있다. 또한 그것들은 유리 강화 플라스틱, 또는 탄소 섬유 강화 플라스틱을 포함할 수도 있다.

텐던은 어떤 적합한 형상 또는 어떤 적합한 치수를 가질 수 있다. 텐던은 대략 원형의 횡단면이 적합하며, 바람직하게는 10 내지 50mm의 직경을 가지는 것이다. 또한 사각형 또는 타원형 횡단면 등의 편평한 횡단면이 사용될 수 있다. 그러한 편평한 횡단면은 3 내지 15mm 범위의 두께(단축), 20 내지 100mm 범위의 폭(장축)을 가질 수 있다. 텐던의 탄성률은 50 내지 200kN/m²범위가 바람직하다. 일반적으로 사용 가능한 텐던 재료는 탄성률 50 내지 100kN/m²범위의 것이다.

텐던의 강도는 가능한 한 높아야 한다. 바람직하게는 용량이 적어도 50kN은 되어야 한다. 대표적인 유리 강화 플라스틱 텐던은 50 내지 500kN 범위의 용량을 가진다. 탄소 섬유 텐던은 2000 내지 3000kN 범위의 용량을 가질 수 있다.

본 발명에 사용되는 텐던은 텐덤의 길이부와 일치하는 복수의 섬유들을 포함할 수 있으며, 이 섬유들은 수지 매체 속에 지지된다. 그러한 텐던은 당업자에게는 널리 알려진 인출성형(pultrusion) 공정으로 적합하게 제조된다. 텐던은 솔리드(solid)형 또는 중공형이 될 수 있다. 중공형 텐던은 대응하는 텐던 외부 치수의 10 내지 30% 범위의 중심 공간을 가질 수 있다. 예를 들면, 22mm 직경의 텐던은 5mm 직경의 중심 구멍을 가질 수 있다.

보어 그라우트 내의 유일한 앵커링 효과는 본드 길이부와 그라우트 사이의 본딩(접착)이며, 보어 그라우트 내의 어떠한 횡방향의 기계적인 스톱 부재가 없이 작용한다.

본 발명의 특징은 미리 준비되는 텐던의 양이 그라우팅된 캡슐에 수납되는 스틸 텐던 소요량보다 적다는 점이다. 합성 중합 텐던은 직선형 또는 드럼에 감긴형 또는 이와 비슷한 방법으로 보관되어 공급될 수 있으며, 자유 길이부의 적합한 처리 후에 보어 속에 삽입된다. 그러나 꼬이는 것은 텐던을 손상시킬 수 있는 전단력에 텐던을 노출될 수 있기 때문에, 보관 또는 보어 내에 놓이는 동안 과도하게 꼬이거나 굽어지지 않도록 하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면, 보어 그라우트와 텐던 사이의 자유 길이부에는 실질적으로 아무런 접착이 이루어지지 않는다. 텐던과 보어 그라우트 사이에는 실질적으로 마찰이 존재하지 않는 것이 바람직하다.

자유 길이부와 보어 그라우트 사이에는 실질적으로 아무런 접착 및 마찰이 없도록 적절히 처리하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 당업자에게 널리 알려진 형식의 그리스 등으로 윤활 처리를 하는 것이다. 추가적으로 또는 대안책으로 보어 그라우트와의 접착을 방지하기 위하여 플라스틱 재료로 피복될 수도 있다.

인접한 텐던의 본드 길이부와 인접 및 평행한 텐던의 부분들은, 예를 들면 그것의 길이 방향과 직각으로 강한 딱딱한 재료로 된 튜브 등 내압축성 덕트로 에워싸질 수도 있다.

텐던과의 접착에 의해 그라우트에 가해지는 힘은 이를 에워싼 그라우트를 파열하는 방향으로 작용한다. 본드 길이부가 인접한 텐던의 하나 이상의 자유 길이부 근처에 놓여지면 문제가 생길 수 있다. 텐던은 이동을 위하여 그리스가 도포되며 보어 그라우트와 접착되어 있지 않다. 따라서 그 부분은 파열 저항력이 취약함을 의미한다. 만약 텐던들이, 다른 텐던의 각각의 본드 길이부 가까이에서 텐던의 적어도 이들 부분을 덮는 합성 중합 재료의 하나 이상의 층들로, 개별적으로 피복된다면 이 취약성이 악화되는 대표적인 경우가 된다. 적합한 내압축성 덕트는 내압축성 중합 재료 또는 그 유사품을 포함할 수 있다.

지반 앵커리지 수단은 보어의 개방단에 앵커 헤드를 포함할 것이다. 각 텐던은 헤드의 독립적인 구멍 또는 공통의 구멍에 수납될 수 있으며, 전술한 바의 그리핑 수단에 의해 그리핑된다. 그리핑 수단은 하중을 텐던으로부터 앵커 헤드로 전달하는 역할을 한다. 텐던에는 응력이 걸리게 되며, 바람직하게는 서로 독립적으로 앵커헤드로부터 로킹이 해제되는 것이다.

본 발명의 방법에 있어서, 하중이 걸린 텐던을 연장 및 배치하기 위하여 각 독립적인 텐던에 각각의 스트레싱 잭(stressing jack)이 제공될 수 있다. 각각의 스트레싱 잭은 보어 내의 텐던의 대응하는 탄성 길이부에 따라 그 차이량만큼 다른 잭으로 확대할 수 있다. 텐던에 동시에 동일한 하중이 걸릴 수도 있고, 상이한 소정의 하중이 걸릴 수도 있다.

도 1에서, 지반 앵커리지 수단은 수직으로 또는 어떤 바람직한 각도로 지반에 적합하게 형성된 보어(bore; 1)를 포함한다. 이 보어 속에 3개의 독립된 지반 앵커리지(2, 3, 및 4)가 있다. 각각의 지반 앵커리지는 텐던(12, 13 및 14)을 각각 포함하고 있다. 각각은 유리 강화 플라스틱의 길이부로 구성되며, 직경 22mm의 원형 단면이 적합하다.

도 1에 각 텐던(12, 13 및 14)의 본드 길이부가 도시되어 있다. 각 텐던의 자유 길이부는 플라스틱 피복(15, 16 및 17)으로 덮여 있다. 본드 길이부는 상이한 깊이에서 보어 내의 그라우트(7)와 접착되어 있다. 실질적으로 각 텐던의 자유 길이부와 그라우트(7) 사이에는 피복 및 그리스로 인해 점착이나 마찰이 없다.

본드 길이부에서 텐덤은 그라우트(7)와의 양호한 접착이 이루어지는 형상이 될 수도 있다.

본드 길이부들은 보어(1)의 길이부를 따라서 지그재그로 이격되어 놓여 있다. 따라서 각 유닛 앵커리지와 지반 사이에 전달되는 하중은 하나의 긴 고정된 길이부 전체 또는 다수의 독립된 고정된 길이부에 가해진다. 다수의 앵커리지는 보어의 깊이부에 대해 지반 강도가 충분히 사용될 수 있게 하며, 일반 앵커보다 더 큰 하중 능력이 얻어질 수 있다. 각 유닛 앵커리지는 앵커 헤드(9)의 각각의 구멍을 통해 지나가며, 후술될 그리핑 수단(gripping means; 18)에 의해 그리핑되고, 다른 앵커리지와는 독립적으로 앵커 헤드(9)로부터 응력을 받고, 또 이 헤드로부터 그리핑이 해제된다.

각 텐던은 직선형의 것을 절단한다거나 케이블 드럼으로부터 유리 강화 플라스틱을 풀어 그것을 적당한 길이로 절단함으로써 현장에서 준비할 수 있다. 각 텐던의 자유 길이부는 윤활을 실시하여 피복 속에 넣는다. 그 다음 텐던들은 보어 구멍 속에 놓여지고, 트레미 파이프(tremie pipe) 등을 사용하여 그라우트를 보어 구멍 속으로 집어 넣는다.

도 3은 도 1의 그리핑 수단(18)을 도시한다. 그리핑 수단(18)은 한 쌍의 그리핑 부품(19, 20)을 포함하며, 그것들 사이에는 텐던을 수납하기 위한 대체로 원형의 통로(21)가 형성되어 있는데, 이 통로의 직경은 보어 구멍으로부터 멀어지는 방향으로 감소한다. 이 통로(21)의 크기는 텐던이 놓여질 때, 그리핑 부품의 대향 표면(22, 23)이 서로 약간 이격되는 정도로 한다. 그리핑 수단은 복수의 구멍(24, 25)을 포함한다. 정확한 위치에서는, 한 쪽 그리핑 부품의 구멍(24)들은 다른 쪽 그리핑 부품(20)의 각 구멍들과 중심이 일치한다. 구멍(24, 25)들이 도 3의 그리핑 수단(18)의 한 측면에 점선으로 도시되어 있으며, 다른 쪽은 복잡함을 피하기 위해 생략되었다. 너트, 와셔 및 볼트 배치가 도시되어 있으며, 각 볼트(26)는 구멍(24, 25)을 지나 뻗어 있다. 사용시, 텐던(29)은 그리핑 부품(19, 20) 사이에서 그리핑될 수 있다. 볼트(26)는 각 쌍의 구멍(24, 25)을 통과한다. 각 너트(28)들은 상이한 장력으로 조절되어 조여진다. 텐던(29)은 도면 좌측의 구멍으로부터 뻗어 나오는 것처럼 도 4에 도시되어 있다. 텐던(29)과 그리핑 수단(18) 사이의 그리핑력은 통로(21) 직경의 감소, 및 너트 및 볼트가 체결되는 인장력의 증가로 인해 좌측으로부터 우측으로 갈수록 증가한다. 각 볼트(26) 및 너트(28)에 의해 가해지는 압축력은 텐던(29)이 어느 지점에서나 전단 강도보다 큰 압축 전단 응력에 노출되지 않도록 조절된다. 도번 (30)은 스트레싱 잭(stressing jack) 툴을 표시한다. 사용시,스트레싱 잭은 그리핑 수단(18)을 통해서 도면에서 우측 방향으로 작용하는 인장력을 텐던(29)에 가한다.

본 발명은 앞서 단지 예를 드는 방법으로만 설명되었으며, 본 발명의 범위 내에서 변형이 가능하다. 또한 본 발명은 본 명세서 또는 도면에서 설명 또는 암시되는 개별적 특징을 포함하며, 또한 이러한 특징들을 조합한 것 또는 이러한 특징들 또는 조합을 보편화한 것을 포함한다.

Claims (8)

1. 보어 그라우트(bore grout)로 채워진 보어 및 상기 보어 내에 수납되는 복수의 유닛 앵커리지(unit anchorage)를 포함하는 지반 앵커리지(ground anchorage)에 있어서,

   상기 각 유닛 앵커리지는

   (a) 보어 그라우트 내에서 이 그라우트와 접착되는 본드 길이부(bond length), 및

   (b) 상기 보어 그라우트와 실질적으로 접착이 되지 않도록 배치되는 자유 길이부(free length)를 가지는 텐던(tendon)을 포함하며,

   상기 각 유닛 앵커리지의 본드 길이부는, 상기 보어를 따라 지그재그식 이격 방식으로 상기 보어 그라우트 내에 앵커되며, 상기 적어도 하나의 텐던이 합성 중합 재료(synthetic polymeric material)를 포함하는

   지반 앵커리지.
2. 제1항에 있어서,

   상기 각 텐던의 본드 길이부는 그 표면이 변형되는 지반 앵커리지.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 보어의 개방단(開放端)에 앵커 헤드를 포함하며, 상기 각 텐던은 상기앵커 헤드(anchor head)에 수납되어 응력을 받으며, 또 상기 앵커 헤드와의 로킹(locking)이 해제되는

   지반 앵커리지.
4. 제1항 내지 제3항의 어느 한 항에 있어서,

   상기 텐던은 그것의 길이 방향과 직각으로 상기 텐던에 압축력을 가하도록 배치되는 그리핑 수단(gripping means)에 의해 그리핑되며, 상기 텐던이 그것의 전단 강도(shear strength)보다 큰 전단력을 받지 않는 방식으로, 상기 압축력이 상기 텐던의 그리핑 길이부를 따라 증가하는

   지반 앵커리지.
5. 지반 내에 보어를 형성하는 단계;

   상기 보어 내에 복수의 유닛 앵커리지를 배치하는 단계를 포함하는

   지반 앵커리지 수단을 시공하는 방법에 있어서,

   상기 각 유닛 앵커리지는

   (a) 본드 길이부, 및

   (b) 자유 길이부를 가지는 텐던을 포함하며,

   상기 각 유닛 앵커리지의 본드 길이부를 보어를 따라 지그재그식 이격 방식으로 배치하며, 상기 보어를 그라우트로 채우고 그것에 의해 상기 본드 길이부가 그라우트와 접착되고, 상기 자유 길이부는 상기 보어 그라우트와 실질적으로 접착되지 않도록 배치되며, 앵커 헤드는 상기 텐던에 조립되고, 상기 각 텐던에 독립적으로 응력이 가해지며, 상기 앵커 헤드에 상기 응력이 가해진 텐던이 개별적으로 로킹(locking)되며, 상기 텐던의 적어도 하나가 합성 중합 재료를 포함하는

   지반 앵커리지의 시공 방법.
6. 제5항에 있어서,

   상기 각 텐던은 상기 앵커 헤드 내의 독립적인 구멍을 통과하는

   지반 앵커리지의 시공 방법.
7. 상기 첨부 도면에 의해 전술한 바와 실질적으로 동일한 지반 앵커리지.
8. 상기 첨부 도면에 의해 전술한 바와 실질적으로 동일한 지반 앵커리지의 시공 방법.