KR200183309Y1 - 돌기형 쏘일네일 - Google Patents

Abstract

본 고안은 사면이나 굴착면의 보강을 위해 사용되는 쏘일네일에 관한 것으로, 쏘일 네일의 시공과정에서 돌기를 형성하여 인발저항력이 월등히 상승되게 한 돌기형 쏘일네일에 관한 것이다.

본 고안은 수 개의 날개철근이 엇갈리게 부착된 주철근을 천공구멍에 삽입하고, 구멍에 시멘트 모르타르를 주입한 후 주철근을 회전시켜 날개철근이 흙을 긁어내며 펼쳐지도록 하고 굴착면 표면을 숏크리트로 처리하므로써 이루어지는 것으로, 구멍속에서 날개철근이 펼쳐지면서 확보한 공간에 시멘트모르타르와 흙이 섞여서 경화되어 돌기를 형성하여 인발저항력을 높이도록 한 것이다.

Description

돌기형 쏘일네일{Protrusion soil nail}

본 고안은 사면이나 굴착면의 보강을 위해 사용되는 쏘일네일에 관한 것으로, 돌기형 쏘일 네일을 사용하여 인발저항력이 월등히 상승되게 한 것이다.

쏘일네일은 1970년대에 프랑스에서 개발되어 도로나 철도 옆 사면, 터널상부의 사면, 교대 뒤의 사면 등 주로 사면의 보강에 이용되고 있는 지반보강공법이며 유사공법인 Tieback 시스템에 비해 40∼50%의 비용으로 시공이 가능하여 최근에는 국내에서도 이용빈도가 높아지고 있는 공법으로써 지반과 쏘일네일 사이의 마찰력에 수동저항이 추가적으로 발현될 수 있도록 쏘일네일에 돌기를 형성시켜 사용하고 있다.

본 출원인에 의해 선등록된 국내 실용신안등록 제163559호에 따르면 도 1 과 같이 주철근(1)에 날개철근(2)을 부착시켜 도 2 와 같이 사면(3)에 뚫린 구멍(4)에 주철근(1)을 삽입하고 시멘트모르타르(5)를 주입시킨 후 주철근(1)을 회전시켜 날개철근(2)이 흙을 긁어내며 펼쳐지도록 하므로써 날개철근(2)부위에서 돌기를 형성시키도록 하고 굴착면 표면을 숏크리트(6)로 처리하도록 되어 있다.

또한 일본국 특개소 61-40921호에도 날개철근이 부착된 주철근을 파이프내에 삽입시킨 상태에서 천공구멍에 밀어 넣는 것만 상이하고 날개철근 부위에서 돌기를 형성시키고 있다.

상기된 선행기술은 주철근(1)에 날개철근(2)을 부착시킨 후 날개철근(2)이 접혀진 상태에서 천공구멍(4)에 밀어 넣게 되고 주철근(1)을 회전시키면 천공구멍(4)에서 날개철근(2)이 펼쳐지어야 하나 실질적으로는 날개철근(2)이 거의 펼쳐지지 못하는 문제점이 있다.

즉 날개철근(2)이 펼쳐지는 충분한 강도를 갖춘 경우 날개철근(2)을 주철근(1)과 밀착되게 접어줄 때 날개철근(2)의 용접부위가 부러지는 문제가 있고 날개철근의 강도가 낮은 경우는 잘 접혀지나 펼침력이 약하여 주철근(1)회전시 돌기형성이 거의 되지 않는 것이었다.

본 고안은 인발저항력(뽑아내려는 힘에 저항하는 힘)을 증가시키기 위해 지반과 쏘일네일 사이의 마찰력에 지반의 수동저항이 추가적으로 발현될 수 있도록 쏘일네일 자체에 돌기를 형성시킨 돌기형 쏘일네일에 관한 것으로,

본 고안의 돌기형 쏘일네일은 주철근에 날개철근을 부착시키되 날개철근을 접었을 때와 폈을 때의 각도가 크게 하여 접어서 천공구멍에 삽입할 때 구멍 내벽을 손상하지 않으면서도 확공할 위치에서는 넓게 펴져서 확공 효율을 높인다.

이러한 본 고안은 주철근에 나선형비틀림스프링으로 결합된 날개철근을 접어서 주철근에 외부에서 풀어줄 수 있도록 매듭으로 묶은 후 천공구멍에 삽입하고, 매듭을 풀어서 날개철근이 펴지면서 천공구멍 내벽에 닿아있을 때 구멍에 시멘트 모르타르를 주입한 후 주철근을 회전시켜 날개철근이 흙을 긁어내며 펼쳐지도록 하고 굴착면 표면을 숏크리트로 처리함으로써, 구멍 속에서 날개철근이 펼쳐지면서 확보된 공간에 쏘일시멘트(soil-cement)가 형성되어 원래의 천공구멍 단면보다 큰 돌기를 형성하여 인발저항력을 높이도록 한 것이다.

도 1 은 기존 돌기형 쏘일네일의 주철근과 날개철근의 사시도

도 2 는 기존의 쏘일네일 시공 순서도

도 3 은 본 고안의 날개철근을 주철근에 결합시킨 상태도

도 4 는 도 3의 A-A선 단면도

도 5 는 본 고안의 날개철근을 주철근에 부착한 상태도

도 6 은 본 고안에 의한 쏘일네일 시공순서도

도 7 은 기존 쏘일네일의 마찰저항력 표시도

도 8 는 본 고안의 쏘일네일 마찰 및 수동저항력 표시도

[도면의 주요부분에 대한 부호의 설명]

10 : 주철근 11 : 날개철근

12 : 침 13 : 나선형비틀림스프링

15 : 구속판 16 : 고정핀

21 : 지반 22 : 구멍

24 : 숏크리트

우선 본 고안의 목적을 이루는데 가장 핵심적인 구성요소인 날개철근과 날개철근을 주철근에 결합시키는 방법에 대하여 도 3 내지 도 5에 의거 상세히 살펴본다.

날개철근(11)은 나선형 비틀림스프링(13)을 이용하여 접었을 때와 펼쳐졌을 때의 각도차이가 크게 하고, 지반을 용이하게 긁어줄 수 있도록 뾰족한 침(12)을 설치하였다.

제작상의 경제성을 고려하면 나선형 비틀림스프링(13)과 지반을 긁어주는 날개철근(11)의 침(12)은 따로 제작하는 것이 유리한데, 나선형 비틀림스프링(13)은 보강하고자 하는 지반과 최종적으로 생성되는 돌기의 크기를 고려하여 적당한 강성으로 설계 제작하고, 지반을 긁어주는 침(12)이 형성된 날개철근(11)은 경제성을 고려하여 주물로 제작한다.

나선형 비틀림스프링(13)과 지반을 긁어주는 침(12)이 형성된 날개철근(11)의 연결부분(14)은 용접을 하는 방법, 볼트로 체결하는 방법 등 다양한 방법이 있을 수 있으나 가장 경제적인 방법은 날개철근(11)의 주형틀에 쇳물을 붓고 미리 제작된 나선형 비틀림스프링(13)을 쇳물이 굳기 전에 나선형 비틀림스프링(13)을 담가서 쇳물을 식히는 것이다.

날개철근(11)을 주철근(10)에 부착시킬 때 중요한 것은 주철근(10)을 주철근(10)의 길이방향을 축으로 돌려줄 때 날개철근(11)이 원래 고정된 위치에서 많이 벗어나지 않아야 한다는 것이며, 스프링재질의 특성상 직접 용접을 하는 경우 비틀림을 받을 때 용접부위가 부러질 가능성이 커지므로 용접하는 것은 피해야한다.

이러한 기술적인 유의점과 경제성을 고려하여 구속판(15)에 날개철근(11)을 고정시키는 형태를 채택하였다.

주철근(10)에는 날개철근(11)을 고정시키기 위한 구속판(15)이 용접 고정된다.

구속판(15)은 한글 자음의 ㄷ자 모양으로 철판을 구부린 것으로 도 4와 같이 구부린 구속판(15)안으로 나선형 비틀림스프링(13)이 들어가게 되나 구속판(15)과 나선형비틀림스프링(13)사이는 약간의 여유는 허용되나 너무 넓으면 나선형비틀림스프링(13)에 형성된 날개철근(11)이 필요 이상으로 움직일 수 있어 좋지 못하다.

구속판(15)의 양쪽에 구멍을 내어 나선형비틀림스프링(13)이 빠져버리지 못하도록 고정핀(16)을 박아서 고정시키되 고정핀(16)을 구속판(15)에 고정시키는데에는 용접이 가장 경제적인 방법이다.

구속판(15)에 날개철근(11)이 형성된 나선형비틀림스프링(13)을 고정핀(16)으로 고정시키고 상기 구속판(15)은 주철근(10)에 용접고정함으로써 날개철근(11)을 주철근(10)에 부착시키게 된다.

구속판(15)과 주철근(10)이 닿는 세부분에 용접을 함으로써 구속판(15)과 주철근(10)은 일체가 되고 날개철근(11)은 주철근(10)에 원하는 형태로 부착되게된다.

실제 시공과정과 운반의 편의를 위하여 날개철근(11)이 형성된 나선형비틀림스프링(13), 구속판(15), 고정핀(16)을 서로 연결하여 운반하고, 현장에서 주철근(10)의 원하는 위치에 구속판(15)을 용접한다.

도 5는 주철근(10)에 날개철근(11) 두개를 대칭으로 부착한 후 날개철근(11)을 접어서 주철근(10)에 끈으로 묶은 것을 나타낸다.

여기서 날개철근(11)을 묶어주는 끈은 그 도시를 생략한다.

날개철근(11)을 도 5와 같이 주철근(10)에 끈으로 묶어줄 때 끈의 한쪽 끝을 잡아당기면 매듭이 풀리도록 묶어준다.

날개철근(11)은 하나의 위치에 두 개나 네 개를 대칭으로 부착시켜 이용하는 것이 합당하며 지반이 아주 견고할 때는 지반을 긁어주는 효율을 높이기 위하여 네 개를 이용하고 일반적인 경우는 두 개를 이용하는 것이 경제적이다.

그리고 날개철근(11)이 완전히 펼쳐졌을 때의 각도는 대상으로하는 지반의 특성을 고려하여 나선형 비틀림스프링(13)을 제작할 때 미리 정해주어야 하고 나선형 비틀림스프링(13)의 강성도 결정해야한다.

이러한 돌기형 쏘일네일의 시공방법은

첫째, 사면에 구멍을 뚫는 과정,

둘째, 주철근을 구멍에 삽입하고 날개철근을 묶은 매듭을 풀어주는 과정,

셋째, 구멍에 시멘트 모르타르를 주입하는 과정,

넷째, 주철근을 길이방향을 축으로 회전시키는 과정,

다섯째, 입구를 급결성 콘크리트로 마감처리하는 과정을 수행시킴으로써 이루어진다.

본 고안의 돌기형 쏘일네일의 시공과정을 도 6에 의거 상세히 살펴본다.

첫째, 도 6의 (가)와 같이 지반(21)에 구멍(22)을 뚫어주되 상기 구멍(22)을 수평면과 10∼20°의 경사를 갖도록 한다.

구멍(22)에 경사를 주는 것은 돌기가 없는 일반적인 쏘일네일에서도 행해지는 것으로 시멘트모르타르가 자중에 의하여 구멍 흘러 들어갈 수 있게 하기 위함이다.

둘째, 도 6의 (나)와 같이 날개철근(11)이 부착된 주철근(10)을 구멍(22)으로 삽입시킨다.

이때는 날개철근(11)을 접어서 주철근(10)에 끈으로 묶어두고 끈의 한쪽 끝은 구멍(22) 바깥에 잘 정리하여 둔다.

날개철근(11)을 묶은 끈의 한쪽 끝을 당기면 매듭이 풀어지게 묶어야한다.

셋째, 날개철근(11)을 묶은 끈을 잡아당겨서 주철근(10)에 묶어둔 날개철근(11)이 펼쳐지게 하는데, 이 과정에서는 도 6의 (다)와 같이 날개철근(11)이 완전히 펼쳐지지 못하고 구멍(22)의 내벽에 닿아있다.

넷째, 도 6의 (다)와 같은 상황에서 구멍(22) 입구에서 시멘트모르타르(23)를 부어준다.

구멍(22)이 수평면과 10∼20°의 경사를 가지고있으므로 시멘트모르타르(23)는 자중에 의해 흘러들어가고 결과적으로 구멍(22) 내부가 도 6의 (라)와 같이 시멘트모르타르(23)로 채워진다.

시멘트모르타르(23)가 채워지면 주철근(10)을 길이방향을 축으로 회전시킨다.

주철근(10)의 길이방향을 축으로 회전시키면 시멘트모르타르(23)의 수분에 의해 약해진 구멍(22)의 벽면 흙을 긁어내면서 날개철근(11)이 도 6의 (마)와 같이 펼쳐지게 된다.

즉 접혀있던 날개철근(11)이 나선형 비틀림스프링(13)의 복원력으로 구멍(22) 내벽을 누르면서 주철근(10)을 돌려주면 구멍(22) 내벽과 날개철근(11)의 침(12)사이에 상대적인 움직임이 있어 날개철근(11)이 있는 위치의 지반을 용이하게 긁어내면서 그 위치에 있던 시멘트모르타르와 어느 정도 균일하게 섞어주게 된다.

섞여진 부분은 굳으면 쏘일시멘트라고 부르는 단단한 덩어리가 된다.

쏘일시멘트는 시멘트모르타르가 경화된 것보다는 강도는 약간 떨어지나 강성(stiffness)은 차이가 없어 돌기형 쏘일네일이 일체로 거동하는데는 영향을 미치지 않는다.

또한 흙에 비해 시멘트모르타르의 강도와 강성이 월등히 커서 흙에 대해서 강체(rigid body)로 거동하므로 약간의 강도 저하는 문제가 없다.

다섯째, 도 6의 (바)와 같이 구멍(22)입구를 숏크리트(24:경화가 빨리되는 콘크리트)로 처리한 후 다음 단계의 시공을 위해 지반(21)에 구멍(22')을 뚫는 과정을 반복함으로써 지반(21)을 보강처리하게 된다.

이러한 본 고안의 돌기형 쏘일네일은 마찰력과 수동저항이 동시에 발생되어 인발력에 대한 저항력이 증가된다.

즉 도 7과 같이 기존의 쏘일네일(7)은 쏘일네일(7)주변의 흙과 쏘일네일(7)사이의 마찰력만이 인발에 저항하게 되나 도 8와 같은 본 고안의 돌기형 쏘일네일(70)은 마찰력과 수동저항력이 동시에 발생된다.

본 고안에 해당하는 돌기형 쏘일네일(70)의 경우 형성된 돌기의 단면적이 기존 쏘일네일(7) 보다 넓어서 마찰력 자체도 기존의 쏘일네일(7) 보다 더 커진다.(흙에 의해 작용하는 구속응력(confining stress)은 동일하고 재료가 동일하여 마찰계수도 동일한데 접촉면적이 넓어짐)

그리고 지반의 수동저항력은 마찰력에 비해 월등히 큰 힘으로 흙의 역학적인 특성을 다룬 토질역학(soil mechanics)에서도 흙의 수동저항력이 마찰력에 비해 매우 크다는 것은 일반적인 내용이다.(경우에 따라서는 수십 배 이상 큼)

따라서 마찰력의 감소 없이 큰 수동저항력이 추가적으로 발현되므로 본 고안의 돌기형 쏘일네일(70)은 기존의 쏘일네일(7)에 비해 인발저항력이 월등히 증가된다.

본 고안의 돌기형 쏘일네일(70)을 이용할 경우 기존의 쏘일네일(7)에 비해 월등히 큰 인발저항력이 발현되므로 굴착면 보강시에 프리스트레싱(prestressing)을 가할 수 있다.

이것은 돌기형 쏘일네일(70)속에 묻혀있는 주철근(10)의 끝을 잡아당겨서 굴착면에 타설한 숏크리트(24)에 고정시키는 것으로 프리스트레싱을 많이 가할수록 굴착면이 앞으로 무너지고자 하는 힘에 저항하는 힘이 커져서 더 효율적이다.

기존의 쏘일네일(7)은 인발저항력이 약해서 프리스트레싱을 가할 수 없어 깊은 굴착에는 적용할 수 없었다.

본 고안의 돌기형 쏘일네일(70)을 이용할 경우 인발저항력이 매우 커서 프리스트레싱을 많이 가할 수 있고, 따라서 깊은 굴착에도 적용이 가능하며 다른 여타의 공법에 비해 쏘일네일 공법의 시공비가 50% 이하인 점을 감안한다면 돌기형 쏘일네일을 이용하여 매우 경제적인 굴착 시공이 가능한 것이다.

또한 본 고안은 날개철근(11)이 나선형 비틀림스프링(13)에 결합되어 있고 주철근(10)에 용접 고정되지 않고 고정핀(16)에 끼워져 고정되므로 날개철근(11)이 충분히 펼쳐질 수 있는 강성을 갖추더라도 부러질 염려가 없으며 충분히 날개철근(11)을 펼쳐줄 수 있다.

본 고안은 쏘일네일을 시공하는 과정에서 돌기가 형성되게 하여 마찰력에 비해 월등히 큰 지반의 수동저항력을 이용함으로써 인발저항력을 향상시켰다.

그리고 본 고안은 기존의 쏘일네일을 이용할 때는 거의 불가능했던 프리스트레싱을 많이 가할 수 있어 굴착시 지반변형을 억제하는 효과가 커지고 따라서 더 깊은 심도까지 굴착이 가능한 것이다.

Claims (1)

1. 날개철근이 부착된 주철근을 경사면의 천공구멍에 삽입시켜 돌기를 형성시키는 돌기형 쏘일네일에서,

   침(12)이 형성된 날개철근(11)을 나선형비틀림스프링(13)의 일측에 고정시키고,

   주철근(10)의 외측에 ㄷ자형의 구속판(15)을 용접 고정시키되 개방된 부분이 외측을 향하게 고정시키고,

   상기 구속판(15)내부에 나선형비틀림스프링(13)을 끼워 고정핀(16)으로 고정시키고,

   상기 날개철근(11)을 주철근(10)과 평행하게 끈으로 묶어 천공구멍에서 끈을 당겨 날개철근(11)이 벌어지게 한 것을 특징으로 하는 돌기형 쏘일 네일.