KR200179016Y1 - 가압 그라우팅을 이용한 쏘일네일링 구조 - Google Patents

Abstract

본 고안은 개선된 기능을 갖는 가압 그라우팅 방식의 쏘일네일링(SOIL NAIL-

ING)구조에 관한 것으로, 특히 흙막이 보강벽체나 사면안정공법에 있어 천공홀의 입구에 패킹부재를 긴밀하게 설치한 후 고압의 그라우팅을 실시함으로서 그라우팅 공정의 축소와 천공된 내경보다 그라우팅체를 더 넓게 형성시킬 수 있게되어 그라우팅 지반의 압력에 의한 다짐기능 및 취약부분에의 긴밀한 충입이 가능해짐으로 쏘일네일링 구조체의 안정성을 현저히 향상시키기 위한 것인데, 이를 위하여 본 고안은 해당 지반의 천공홀상에 외주면으로 일정 간격의 간격재가 일체로 설치된 네일기능의 파이프 보강재를 내설치하되, 상기 파이프 보강재는 그 외주면으로 고압의 시멘트 밀크가 공급되어 분사될 수 있도록 복수개로 형성된 분사공과; 표면과의 부착력 확대를 위해 외주면의 일부에 형성된 나선부와; 보강재 외주면의 선단쪽에 일정한 간격을 유지하면서 전/후면으로 대향설치되며, 주입공이 형성된 한 쌍의 지지부재; 및 이 지지부재의 주입공을 통해 우레탄약액이 주입되어 겔화에 따른 부피팽창으로 천공홀을 긴밀하게 밀폐하여주는 패킹부재가 마련되어 이루어지는 것이다.

Description

가압 그라우팅을 이용한 쏘일네일링 구조{SOIL NAILING BY PRESSURE GROUTING}

본 고안은 개선된 기능을 갖는 가압 그라우팅 방식의 쏘일네일링(SOIL NAIL-

ING)구조에 관한 것으로, 특히 흙막이 보강벽체나 사면안정공법에 보다 유용하게 사용되는 쏘일네일링에 있어 천공홀의 입구에 패킹부재를 긴밀하게 설치한 후 내부를 향하여 고압의 그라우팅을 실시함으로서 그라우팅 공정을 1회로 축소할 수 있음과 동시에 천공된 내경보다 그라우팅체를 더 넓게 형성시킬 수 있게되어 그라우팅 지반의 압력에 의한 다짐기능 및 취약부분에의 긴밀한 충입이 가능해져 쏘일네일링 구조체의 안정성을 현저히 향상시키기 위한 가압 그라우팅을 이용한 쏘일네일링 구조에 관한 것이다.

이른바, 지반보강공법의 한 예로 사용되는 쏘일네일링은 지반에 설치된 보강강재(네일)에 의하여 보강된 영역의 토체가 일체화된 옹벽과 같이 작용한다는 기본개념을 바탕으로 비탈사면의 안정과 굴착면의 토류벽체(옹벽 및 흙막이 벽체)대용 구조물로서 그 유용성이 입증되어 최근 그 적용이 확산되고 있다.

이와 같은 상기 쏘일네일링의 통상적인 시공방법은 굴착과 보강재 삽입구멍의 천공, 보강재의 삽입설치, 그라우팅으로 시멘트 밀크주입 및 전면에 뿜어붙이기 콘크리트 타설의 제반 공정으로 마련되며, 보강재가 삽입되는 구멍은 보강성능의 효율성을 위하여 수평에 대해 약 10∼20°의 하향 경사가 유지되도록 한다.

이와 같은 쏘일네일링의 특징적 요소는 첨부된 도 1에서와 같이 천공홀내에 긴밀하게 삽입된 보강재와 상기 천공홀주변의 빈공간에 견고하게 충입되는 충진물질(예컨대, 시멘트 밀크)이 충실하게 위치하여 주변지반의 변형유발 요인의 힘이 보강재에 의해 저항받도록 하는데 있다.

따라서, 상기의 시공과정중 천공홀내에 삽입된 보강재와 보강재 주변의 공간이 얼마나 충실하게 충진되느냐가 매우 주요한 문제로 대두될 수밖에 없다.

종래 시멘트 밀크가 주입되는 과정을 살펴보면, 보강재 삽입구멍내로 물시멘트비 약 55%정도의 시멘트 밀크를 중력에 따라 천공홀의 저부로부터 흘려넣어 채우는 방식을 채택하고 있다.

이때 대부분의 주입되는 시멘트 밀크액은 주변 지반으로 침투되어 약 4∼5시간이상의 간격으로 최소 2회에서 5회정도까지 채우는 작업을 반복해야 하며, 천공홀의 하향된 경사로 인해 구멍의 입구부분까지 견실하게 채우기가 곤란하여 최종 주입시에는 폐섬유조각이나 마개를 이용하여 주입하게 되는데 이와 같은 주입은 매우 신중성을 요하게 되며, 이를 소홀리할 경우 천공홀과 지반사이에 틈새가 발생하여 보강구조체에 치명적인 결함을 유발시킨다는 문제점을 포함하고 있다.

따라서, 쏘일네일링을 적용함에 있어서는 공정의 단축과 시공의 용이함 및 견고성이 동시에 만족될 수 있도록 충분히 배려되어야 하며, 이를 위해 본 고안은 가압방식의 쏘일네일링을 채택하여 보다 작은 직경의 천공홀로도 천공면 바깥쪽으로의 확공현상을 충분하게 예상할 수 있게되어 견고성 기능의 현저한 향상을 도모할 수 있음은 물론 경제성의 제고 및 공기의 단축이 가능토록 함에 그 안출된 목적이 있다.

도 1은 종래 무가압 방식의 그라우팅을 도시해 보인 개념도.

도 2의 (A)(B)는 본 고안인 가압 그라우팅 쏘일네일링 구조의 개념도.

도 3의 (A)(B)(C)(D)는 각각 본 고안 쏘일네일링의 시공순서도.

도 4의 (A)는 본 고안에 적용되는 쏘일네일링 보강체의 사시도.

(B)는 (A)도의 일부 확대단면도.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

1 : 드릴장비 2 : 연결용 전환 아답터

3 : 파이프 보강재 3a : 분사공

4 : 간격재 5 : 지지부재

5a : 주입공 6 : 패킹부재

상기의 목적 달성을 위해 본 고안은 흙막이 보강벽체의 형성이나 사면안정을 위해 마련되는 쏘일네일링 구조에 있어서, 해당 지반의 천공홀상에 외주면으로 일정 간격의 간격재가 일체로 설치된 네일기능의 파이프 보강재를 내설치하되, 상기 파이프 보강재는 그 외주면으로 고압의 시멘트 밀크가 공급되어 분사될 수 있도록 복수개로 형성된 분사공과; 표면과의 부착력 확대를 위해 외주면의 일부에 형성된 나선부와; 보강재 외주면의 선단쪽에 일정한 간격을 유지하면서 전/후면으로 대향설치되며, 주입공이 형성된 한 쌍의 지지부재; 및 이 지지부재의 주입공을 통해 우레탄약액이 주입되어 겔화에 따른 부피팽창으로 천공홀을 긴밀하게 밀폐하여주는 패킹부재가 마련됨을 그 특징으로 한다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 고안의 양호한 재현성을 확인할 수 있는 바람직한 실시예를 보다 구체적으로 설명한다.

첨부된 도 2의 (A)(B)는 본 고안의 개념도이고, 도 3의 (A)(B)(C)(D)는 각각 본 고안 쏘일네일링의 시공순서도를 도시해 보인 것인데, 본 고안의 실시예를 구현하기 위해서는 이른바 흙막이 보강벽체의 형성이나 혹은 일정하게 경사진 사면안정을 위해 그 지반을 보강 강화시키는 쏘일네일링에 있어서, 해당 시공이 필요한 지반의 적정 위치를 선택하여 천공수단 예컨대, 유압 크롤러 드릴장비(1) 등을 이용하여 최하단의 윙비트를 통해 소정직경의 천공홀을 형성하게 되는데, 다양한 직경의 윙비트가 자유로이 호환사용될 수 있도록 외주면의 직경 및 길이가 각각의 사이즈별로 구분되어 있는 연결용 전환 아답터(2)를 마련하여 드릴장비(1)와 비트의 결합을 도모한다.

이러한 천공홀 작업 이후에 상기 천공홀의 내주면으로 종래 네일링 기능의 보강강재(원형강봉형태의 이형철근)를 대체하여 본 고안인 속이 빈 파이프 보강재(3)를 길이 방향으로 내설치하는데, 이러한 파이프 보강재(3)의 사용에 따라 종래에 비해 훨씬 큰 휨강성이 유지된다.

통상 네일링에서 사용하는 D29㎜이형철근의 단위중량은 5.04㎏/m이고, 공칭직경은 2.86㎝이며, 휨저항강성을 나타내는 단면 2차모멘트는 pi∼D^4/64∼=∼3.47㎝^4를 유지한다.

때문에, 같은 단면적을 가지는 두께 4㎜의 환형 파이프 보강재(3)를 만들면 외경 5.51㎝, 내경 4.71㎝의 파이프를 만들 수 있고, 이 경우 단면 2차모멘트는 21.07㎝⁴가 되어 같은 재질로서 약 6배이상의 휨강성이 유지되는 효과를 수반할 수 있게된다.

이러한 파이프 보강재(3)의 외주면으로는 내/외부가 상호 연통되게 복수개의 분사공(3a)이 형성되어 있는데, 표면과의 부착력 확대를 위하여 외주면의 일부를 나선모양으로 가공형성하여 단면적을 극대화하였으며, 이러한 나선부의 형성과는 달리 보강재(3)의 외주면상에 일정한 간격을 유지한 채 상기 파이프 보강재(3)가 천공홀내에서 중심선을 유지할 수 있도록 이를 지지해 줄 간격재(4)가 일체로 형성되어 있는 구성을 갖는데, 이러한 간격재(4)의 크기(외경)는 천공홀의 내경에 긴밀하게 끼움처리될 수 있도록 싱호 동일 크기가 유지될 수 있도록 한다.

이때, 상기 파이프 보강재(3)의 선단쪽 외주면으로도 일정한 간격을 유지한 채 전/후면으로 한 쌍의 마주하는 지지부재(5)가 긴밀하게 고정되어 있는데, 바람직하게는 역시 천공홀의 내경과 밀착되는 크기를 유지함이 요망된다 할 것이며, 이러한 지지부재(5)의 사이간격으로 패킹부재(6)를 견고하게 끼움처리하거나 혹은 부피팽창을 위해 발포 설치가 가능토록 하는데, 바람직한 재질로는 폴리우레탄이 요망된다 할 것이고, 이러한 우레탄을 사용할 경우는 그 설치의 간편성을 위해 전면 지지부재(5)에 소정의 주입공(5a)을 형성한 후 네일이 설치된 상태에서 우레탄약액을 주입하여 겔화에 따른 부피확장을 수반하는바, 통상 우레탄약액은 발포배율 기계적 강도등 제반 물성을 매우 다양하게 조절하여 사용할 수 있다는 장점이 있고, 실제 이용되는 우레탄약액의 겔타임은 수초에서 수분정도에 불과하여 이를 패킹부재(6)로 사용할 경우 즉시 네일링의 시멘트 밀크 가압주입을 실시할 수 있게되어 시공을 현저히 단축할 수 있으며, 이와는 달리 시멘트 모르타르를 대체 패킹부재(6)로 사용할 수 있다.

이러한 패킹부재(6)는 천공홀의 선단을 외부로부터 긴밀하게 밀폐시키기 위한 것으로 이와 같은 밀폐구조를 통해 그라우팅 작업이 진행된다.

그라우팅은 천공홀의 외주면을 통해 노출되는 전술한 파이프 보강재(3)의 내면을 통하여 밀폐된 천공홀내에 압력을 가하면서 고압의 주입으로 이루어지는데, 공급되는 그라우팅용 시멘트 밀크는 상기 파이프 보강재(3)의 분사공(3a)을 통해 천공된 내부 구멍 각 부분으로 강하면서도 고르게 분사되어 천공홀의 내부가 밀실하게 충진되는데, 이와 같은 과정을 통해 천공홀의 확장과 주변지반으로 침투된 시멘트 밀크로 인하여 유효경이 증가되며, 이로 인해 네일 기능의 보강재(3)와 주변흙의 마찰력은 현저히 향상된다.

통상 그라우팅의 주입압에 따라 지반의 변위는 비례적으로 증가하며, 지반의 교란상태는 압력의 증가에 따라 보다 안정된 결과를 제시하고 있다.

쏘일네일링에서 구조체의 안정상 가장 중요한 역할의 수행은 그라우팅 형성체와 그를 감싸고 있는 주변 지반과의 마찰 및 전단저항력이 될 것이어서 결국 이에 따른 쏘일네일 구조체의 전체적인 안정이 유지되는데, 이 마찰 및 전단저항력이 클수록 쏘일네일의 안정성이 커지게되며, 통상 그라우팅 형성체의 크기가 클수록 이 값은 커지게 된다.

예컨대, 전술한 바와 같이 압력을 가하면서 그라우팅을 실시하게되면 그라우팅 압력에 의해 천공홀이 확장되고 압력에 의해 시멘트 밀크가 천공홀 주변으로 일정 두께 침투되어 그라우팅 형성체가 천공홀보다 더 크게됨으로 안정성의 향상을 도모할 수 있는데, 실시예에 따르면 80㎜구경의 천공홀에 6∼15㎏/㎠의 압력을 통해 그라우팅을 실시할 경우 압력에 의한 확공과 침투에 의한 확공분을 합하여 총 40㎜정도의 그라우팅체가 형성됨이 확인되었다.

한편, 천공홀 지반의 공극이 큰 지반에는 질기가 다소 된 시멘트 밀크 그라우팅액을 사용할 수 있으며, 천공홀 주변의 취약부분은 압력 그라우팅으로 충진하여 보강해주는 효과도 얻을 수 있다.

이와 같은 각 과정을 마친 후에 상기 지면의 전면 벽체를 향하여 마무리 작업의 일환으로 쇼크리트를 타설함으로 소정의 쏘일네일링 시공이 완성될 수 있다는 것이다.

따라서, 상기의 구성을 갖는 본 고안은 고압의 그라우팅 방식을 채택하여 천공홀의 내면을 밀실하게 채워주게 됨으로서 공정의 축소와 유효공의 증가가 가능해져 네일용 파이프 보강재와 주변흙과의 마찰력을 증대시킴으로 궁극적으로 그라우팅 지반의 압력에 의한 다짐기능 및 취약부분에의 긴밀한 충입이 가능해지고, 종래와 동일 크기의 그라우팅 형성체일 경우에도 인발저항 특성이 우수하여 쏘일네일 구조체의 안정성을 향상시키는 등 경제적, 시공상의 유용성을 구현하는 장점을 부여받는다.

한편, 본 고안은 그에 관한 최선의 실시예를 예거하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 청구범위에 국한되어 본 고안의 범위를 벗어나지 않고 실시될 수 있다면 지금까지 설명된 실시예의 변경을 고려하여 볼 수 있다.

Claims (1)

1. 흙막이 보강벽체의 형성이나 사면안정을 위해 마련되는 쏘일네일링 구조에 있어서, 해당 지반의 천공홀상에 외주면으로 일정 간격의 간격재가 일체로 설치된 네일기능의 파이프 보강재를 내설치하되, 상기 파이프 보강재는 그 외주면으로 고압의 시멘트 밀크가 공급되어 분사될 수 있도록 복수개로 형성된 분사공과; 표면과의 부착력 확대를 위해 외주면의 일부에 형성된 나선부와; 보강재 외주면의 선단쪽에 일정한 간격을 유지하면서 전/후면으로 대향설치되며, 주입공이 형성된 한 쌍의 지지부재; 및 이 지지부재의 주입공을 통해 우레탄약액이 주입되어 겔화에 따른 부피팽창으로 천공홀을 긴밀하게 밀폐하여주는 패킹부재가 마련됨을 그 특징으로 하는 가압 그라우팅을 이용한 쏘일네일링 구조.