KR20020009116A - 아치형 통로 구축용 프리캐스트 부재와 이것을 이용한아치형 통로의 시공방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 지하매설형 수로 또는 통로를 구축함에 있어서 토압에 대한 내력이 우수하고, 간편한 시공과 공기단축 및 시공품질유지에 기여할 수 있는 아치형 통로를 제공하기 위한 것으로서, 상단에는 L형 받침턱을 갖고 하단에는 접지부가 주어진 프리캐스트제 벽재와, 양측 단부가 상기 받침턱에 상응하는 구조로 된 프리캐스트제 천장판으로 이루어진 아치형 통로구축용 프리캐스트 부재와;

아치형 통로를 구축할 곳의 바닥에 소정 두께의 버림 콘크리트를 타설하여 면을 골라 양생시킨 기초 콘크리트 위 양쪽 가에 정확한 위치를 잡아 천장판 걸침용 받침턱이 마주보게 프리캐스트제 벽재를 세우고, 이들 벽재의 받침턱에 프리캐스트제 천장판을 걸치고 벽재의 접지부간에 바닥 콘크리트를 타설한 후 흙메움하는 것을 특징으로 하는 아치형 통로의 시공방법을 제공한다.

Description

아치형 통로 구축용 프리캐스트 부재와 이것을 이용한 아치형 통로의 시공방법{Precast concrete segment for arch type culvert and construction method using this segment}

본 발명은 특히 지하매설형 수로 또는 통로(이하, 통로로 약칭한다)를 구축함에 있어서 토압에 대한 내력이 우수하고, 시공이 간편하여 공기를 획기적으로 단축할 수 있고 시공품질유지에 기여할 수 있게 한 아치형 프리캐스트 통로용 부재와 이들을 이용한 아치형 통로의 구축시공방법에 관한 것이다.

지하에 매설되는 통로용 구조물을 축조함에 있어서 콘크리트를 재료로 하는 경우는 도 1과 같이 지름 1,500mm 이하의 소형 통로는 원형관(a) 형태로 공장에서 제작하거나 또는 현장에서 직접 제작하여 매설하는 방법으로 시공하는 것이 일반적이고, 이보다 규모가 큰 통로, 대체로 1.5×1.5m 이상의 통로는 도 2와 같은 네모꼴 박스형 통로(b)로 하여 현장타설하는 공법으로 구축하고 있다.

그러나 통로를 콘크리트 현장타설시공하는 방법은 품질관리와 공정관리상 많은 문제점을 내포하고 있기 때문에 이 점을 개선하기 위하여 공장제작에 관한 많은 시도가 있었다.

박스형 통로를 통채로 공장 제작하여 현장에 운반하여 설치하는 것은 그 규모가 너무 커서 현실적으로 불가능하므로 몇 개의 부재로 분할 제작하여 운반하는 공법을 생각할 수도 있다. 그러나 지하에 매설된 성토하중이 박스형 통로에 작용하는 단면결정의 주요 요소인 모멘트는 도 3과 같아서 적당한 분할점을 찾기 곤란하므로 대부분 현장타설법으로 시공하고 있다.

한편, 도 4에서 보듯이 아치형 구조물은 변위·축력·전단력·모멘트면에서 볼 때 구조적으로 안정되어 이상적이고 독특한 곡선의 아름다움마저 지니고 있기에 예로부터 널리 채택돼 온 구조물 형식 중의 하나이다. 종래에는 아치교의 재료로서 인장보다 압축력에 대한 저항능력이 우수한 암석만을 이용하여 석조 아치형 구조물을 많이 건설하여 오래도록 그 기능을 유지하고 있다.

콘크리트를 주재료로 하여 지하에 매설하는 통로용 구조물을 아치형으로 하면 네모꼴 박스형 통로용 구조물보다는 훨씬 경제적이고 노출된 단면의 아름다움을 뽐내며 한층 안정된 구조물을 축조할 수 있을 것으로 보인다. 그렇지만 콘크리트제 아치형 통로는 현장에서 콘크리트를 타설하는 데 반드시 필요한 거푸집의 제작 및 설치에 따르는 등의 여러 가지 어려움이 아치형 통로의 보급을 망설이는 주된 원인이다.

본 발명은 구조물로서의 박스형 통로를 공장에서 제작하기 곤란한 문제와 아치형 구조물 통로의 현장타설에 따르는 갖가지 애로점에 착안하여 공장제작한 기성품을 현장으로 수월하게 운반하여 간편하게 아치형 통로를 구축할 수 있는 아치형 통로 부재와 이것을 이용한 아치형 통로의 시공방법을 제공하려는 것이다.

본 발명은 상단에 L형 받침턱을 그리고 하단에는 접지부를 형성한 프리캐스트제 벽재와, 양측 단부가 상기 받침턱에 상응하는 구조로 된 가진 프리캐스트제 천장판으로 이루어지는 아치형 통로 구축용 프리캐스트 부재를 제공한다.

본 발명은 또 상단부에 양방향 받침턱을 형성한 다련식 아치형 통로 구축용 프리캐스트 벽재도 제공한다

또한 본 발명은 양단부간에 인장재를 가로질러 수직으로 작용하는 성토압에 대한 저항력을 증대시킨 아치형 통로구축용 프리캐스트제 천장판도 제공한다.

그리고 아치형 통로를 구축할 곳의 바닥에 소정 두께의 버림 콘크리트를 타설하여 면을 골라 양생시킨 기초 콘크리트 위에 받침턱이 마주보도록 프리캐스트제 벽재를 세우고, 이들 벽재의 받침턱에 프리캐스트제 천장판을 걸친 다음에 양측 벽재의 접지부 사이에 바닥 콘크리트를 타설하여 양생한 후 흙메움하여 아치형 통로를 구축하는 시공방법도 함께 제공한다.

도 1은 지하매설형 원형 통로의 단면도

도 2는 박스형 통로의 단면도

도 3은 박스형 통로의 모멘트도

도 4는 아치형 구조물의 변위·축력·전단력·모멘트도

도 5는 본 발명의 일실시예에 의한 아치형 통로 구축용 프리캐스트 부재의 사시도

도 6은 다른 실시예에 의한 천장판의 일부 분해 사시도

도 7은 다른 실시예에 의한 벽재의 사시도

도 8은 단련식 아치형 통로의 단면도

도 9는 횡체결공을 가진 벽재와 천장판의 결합도

도 10은 동 평면도

도 11은 2련식 아치형 통로의 정면도

도 12는 3련식 아치형 통로의 정면도

도 13는 벽재와 천장판 연결부위 다른 실시 단면도

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1,1a : 벽재 2,2a : 천장판

3,3a,b : 받침턱 5 : 접지부

6 : 인장재 7 : 저항판

11,12 : 체결공 13 : 보울트

14 : 너트 15 : 네오프렌(합성고무)

16 : 무수축 콘크리트 충진재

도 5에서, 본 발명의 일실시예에서 제공하는 아치형 통로 구축용 부재는 프리캐스트제 벽재(1)와 천정판(2)으로 구성된다. 벽재(1)와 천장판(2)은 공장제작품 또는 현장에서 반복제조가 가능한 형틀과 제조기를 이용하여 제작한 것이다.

지하에 매설된 아치형 구조물은 도 4의 모멘트도에서 보듯이 아치의 상단 양측에 모멘트가 가장 적은 곳(??)이 존재하는 점에 주목할 필요가 있다. 물론 그 위치는 상부 과재하중, 즉 성토높이에 따라 조금씩 변화되기는 하지만 그 부근의 일정한 지점에 힌지를 두면 힌지위치에서는 자연적으로 모멘트가 없고 전단력만 발생하므로 전단력에 저항할 수 있는 구조체를 만들면 구조적으로 안정되므로 이 곳을 분할점으로 잡아 벽재(1)와 천장판(2)을 각기 제작한다.

상기의 기준에 맞춰 분할 제작한 벽재(1)의 상단에는 천장판(2)을 걸터 앉힐 L형 받침턱(3)을 형성하고 천장판(2)의 양측단에는 상기한 L형 받침턱(3)에 걸터 앉힐 걸침턱(4)을 형성하여 접속부로 한다. L형 받침턱(3)은 천장판(2)과의 보울트-너트 체결에 의한 상호 결속이 가능하고, 코핑형 교각처럼 천장판(2)을 안정성있게 떠받칠 가 있다. 상기 받침턱(3)의 횡부(3-1)와 천장판(2)의 가장자리에는 등간격으로 수직 체결공(11,12)을 콘크리트 타설시에 미리 형성하여 시공시 고강도 보울트-너트로 체결하여 상호 결속력을 높일 수 있게 한다.

벽재(1)는 양생, 차량에 의한 근원거리 수송, 현장 부근에의 임시 거치, 시공현장에 배치할 때의 직립 자세유지, 및 시공 후 수직력에 대한 침하방지에 대비할 필요가 있다. 그래서 벽재(1)의 하단 안팎에는 통로의 폭방향으로 평행한 접지부(5)를 일체로 성형하여 안정된 접지력을 부여한다.

도 6에서, 다른 실시예에 의한 천장판(2a)은 양단부간에 PC 강선 또는 띠강판처럼 고장력 인장재(6)를 가로질러 수직토압에 대한 내력, 즉 수직으로 작용하는 토압을 받더라도 천장판(2a)이 옆으로 벌어지지 않도록 억제한다. 상기 인장재(6)는 양단에 내식성 저항판(7)을 용접, 콘 웨지 등의 고정수단을 이용하여연결하고, 천장판 거푸집틀 내에 인장재(6)를 장전하고 천장판(2a)의 형태유지에 필요한 인장력을 가한 상태에서 콘크리트를 타설하여 양생한다. 천장판(2a)상에서 콘크리트와 저항판(7)의 결속력을 높이기 위하여 필요한 보조수단을 강구할 수 있다. 예를들면 저항판(7)을 빗살모양으로 하여 콘크리트에 박혀서 안정감을 갖게 하는 것이다.

도 7은 다련식 아치형 통로를 구축할 때 인접한 통로끼리 벽재를 공유할 수 있게 구성한 벽재(1a)의 변경실시예에 관한 것으로서, 상단 양쪽에 받침턱(3a,b)을 형성하여 양쪽에 천장판(2)을 얹을 수 있게 하고, 벽재(1a) 의 하단부는 직벽부(8)로 변경하여 수직으로 작용하는 성토압에 대한 응력을 키운다.

한편, 이같이 양쪽 천장판(2)을 동시에 떠받침에 따라 벽재(1a)의 상단(9)은 받침턱(3a,b)간에 거리차가 생기는 만큼 넓어진다. 이처럼 벽재(1a)의 상단 평면적이 늘면 흙메움한 후에 그 쪽 토사로 스며드는 물이 고였다가 양쪽 천장판(2)의 단부와 받침턱(3a,b) 사이의 틈으로 유입되어 벽면을 타고 흘러 내려서 벽재(1a)를 훼손시킬 우려가 있다. 이 점을 고려하여 상단에 물이 괼 수 있도록 물굄홈(9)을 형성하고, 물굄홈(9)의 앞 뒤벽에 배수공(10)을 천공하여 정해진 곳으로만 스며든 지하수가 흘러내리게 유도한다.

다음으로, 상기 벽재(1)와 천장판(2) 또는 (2a)을 이용한 단련식 아치형 통로와 벽재(1a)와 천장판(2) 또는 (2a)을 이용한 다련식 아치형 통로를 구축하는 시공방법에 대하여 설명한다.

도 8에서, 단련식 아치형 통로를 구축할 곳을 굴착한 바닥에 필요한 두께의버림 콘크리트(c)를 타설하고 면을 평탄하게 조정하여 굳히고, 천장판(2. 또는 2a. 이하 같음)의 폭에 정확히 맞는 위치를 잡아 좌우 한쌍의 벽재(1)를 받침턱(3)이 마주보도록 세우고, 벽재(1)의 받침턱(3)에 천정판(2)을 얹는다.

도 9와 같이 수직 체결공(11,12)을 수평 체결공(11a,12a)으로 대체한 벽재(1)와 천장판(2)의 경우에는 이들 수평 체결공(11a,12a)의 중심을 맞춘 다음에 보울트(13)를 끼우고 반대편에서 너트(14)를 체결한다.

이때, 천장판(2)과의 접속강도를 더욱 높이려면 도 10과 같이 마주보게 나란히 세운 앞 뒤 벽재(1)와 벽재(1)의 길이 중간에 천장판(2)의 절반을 얹는 방식으로 시공한다.

벽재(1)와 천장판(2)을 절반씩 엇갈리게 조립하면 필연적으로 처음 시공된 앞쪽 천장판(2)의 절반과 맨 나중에 씌워지는 천장판(2n)의 절반부분에 온전한 크기의 벽재(1)를 세우면 각 위치의 벽재(1)가 절반씩 남게 되어 볼쌍사납고 마감처리도 곤란하다. 따라서 이 부분에는 절반 길이로 제작하거나 거기에 맞게 절단한 벽재(1a)를 세운다.

또, 벽재(1)와 천장판(2)을 절반씩 엇갈리게 조립하면 필연적으로 처음 시공된 벽재의 앞쪽 절반과 맨 나중에 시공되는 벽재의 뒤쪽 절반부분에 온전한 크기의 천장판(2)을 씌우면 각 위치의 천정판(2)은 절반씩 남게 되어 볼쌍 사납고 처리도 곤란하다. 이때도 절반 길이로 제작 또는 거기에 맞춰 재단한 반쪽 짜리 천장판을 덮는다.

이렇게 천장판(2)을 얹으면서 그 수직 체결공(12)을 받침턱(3)의 수직 체결공(11)에 맞춘 다음에 보울트(13)를 내리 끼우고 반대편으로 노출된 보울트(13)의 선단에 너트(14)를 체결하여 벽재(1)와 천정판(2)을 결속한다.

다음으로, 필요한 경우에는 마주보고 선 양측 벽재(1)의 접지부(5)간에 바닥 주철근(d)과 배력근(e)을 배근하고 콘크리트(f)를 타설하여 양생한다. 그리고 벽재(1)와 벽재(1) 사이의 이음새 및 천장판(2) 사이의 모든 이음새는 에폭시수지 등의 지수재로 막고, 벽재(1)와 천장판(2)의 겉에 아스팔트를 도포하여 방수처리하면 단련식 아치형 통로가 구축된다. 이렇게 구축한 아치형 통로의 겉에 흙을 메워 다지면서 필요한 높이만큼 쌓는다. 이때는 아치형 통로의 양쪽 벽재(1)의 겉에 가급적 같은 높이를 유지하면서 흙을 쌓아간다.

도 11과 도 12에서, 2련 이상의 다련식 아치형 통로를 구축할 경우에는 가운데 벽재만 양방향 받침턱(3a,b)을 가진 벽재(1a)를 사용하는 것을 제외하고는 단련식 아치형 통로의 시공방법과 동일하다.

프리캐스트 벽재와 천장판의 L형 연결부위는 도 13과 같이 힌지작용을 원활하게 하기 위하여 천장판의 모서리는 적정반경으로 라운딩 한후 접촉면에 네오프렌(합성고무제품)(15) 등과 같은 신축성 있는 판을 부착하여 설치 한후 벽재와의 틈새에 고강도 무수축 콘크리트 또는 에폭시 수지 등의 충진재(16)를 주입하여 조립식 아치부재를 연결할 수도 있다.

이상 설명한 바와 같은 본 발명의 아치를 여러 조각으로 분할 제작한 벽재와 천장판을 이용하여 아치형 통로를 구축하면 기존의 일체식 박스형 통로에 비해 적은 단면으로 성토하중에 대응할 수 있으므로 매우 경제적인 비용으로 시공할 수 있다.

또, 벽재와 천장판을 공장에서 기성제품으로 제작하여 운반 설치할 수 있으므로 품질관리에 만전을 기할 수 있고 공사기간도 대폭 단축할 수 있음은 물론 아치형 고유의 독특한 곡선적 아름다움을 통로에서도 그대로 구현할 수 있다.

또한, 다련식 아치형 통로에 적합한 공용 벽재는 그 자재비 및 시공비의 절감과 시공편의가 추가 제공된다.

Claims (4)

1. 상단의 천장판 걸침용 L형 받침턱과 하단의 접지부를 가진 프리캐스트제 벽재와, 양측 단부가 상기 L형 받침턱에 상응하는 구조로 된 프리캐스트제 천장판으로 이루어진 것을 특징으로 하는 아치형 통로구축용 프리캐스트 부재.
2. 제1항에 있어서, 상기 벽재는 상단부 양측에 L형 받침턱을 형성한 다련식 통로용 벽재로 하는 아치형 통로구축용 프리캐스트 부재.
3. 제1항에 있어서, 상기 천장판은 양측 단부간에 인장재를 가설하여 성토하중에 대한 저항력을 키운 천장판으로 하는 아치형 통로구축용 프리캐스트 부재.
4. 아치형 통로를 구축할 곳의 바닥에 소정 두께의 콘크리트를 타설하여 면을 골라 양생시킨 기초 콘크리트 위에 천장판 걸침용 받침턱이 마주보도록 프리캐스트제 벽재를 세우고, 이들 벽재의 받침턱에 프리캐스트제 천장판을 얹어 고정한 후 성토하는 것을 특징으로 하는 아치형 통로구축용 프리캐스트 벽재와 천장판을 이용한 아치형 통로의 시공방법.