KR200245125Y1 - 토목용 교각구조 - Google Patents

Abstract

본 고안은 옹벽 시공에 사용되는 전면블록과 경량 성토재료로서 효과적으로 활용되고 있는 이피에스(EPS) 압축블록과 프리스트레스 가압구조를 이용하여 교각을 시공함으로써 교각의 시공성을 향상시키면서도 교각의 충분한 지지강도를 확보하고, 시공 완료 후에 배부름을 방지할 수 있도록 한 토목용 교각 구조에 관한 것으로, 본 고안은 교량의 거더나 트러스를 지지하는 교각 구조에 있어서, 콘크리트기초 위에 교각의 사방 외벽을 이루도록 옹벽 시공 등에 사용되는 전면블록이 적층됨과 동시에 이 전면블록 배면에 2~30㎝ 정도의 두께를 갖는 이피에스 압축블록이 고착되고, 사방 외벽이 전면블록으로 이루어진 교각의 내부에는 뒤채움재 등의 보강토가 투입되어 적층되면서 토목 섬유재인 지오그리드 보강재가 일정 간격을 두고 삽입되어 성토층이 형성되며, 교각의 맨 위쪽인 교량의 거더나 트러스를 지지부위에는 콘크리트상판이 형성되어 이 콘크리트상판 사방에 수직하게 피씨 강선 등을 이용한 프리스트레스 가압구조가 구비되는 것을 특징으로 한다.

Description

토목용 교각구조{A pier structure for engineering works}

본 고안은 토목용 교각구조에 관한 것으로, 보다 상세하게는 옹벽 시공에 사용되는 전면블록과 경량 성토재료로서 효과적으로 활용되고 있는 이피에스(EPS) 압축블록과 프리스트레스 가압구조를 이용하여 교각을 시공함으로써 교각의 시공성을 향상시키면서도 교각의 충분한 지지강도를 확보하고, 시공 완료 후에 배부름을 방지할 수 있도록 한 토목용 교각 구조에 관한 것이다.

일반적으로 현재 토목 현장에서 사용되고 있는 교각은 교량의 거더나 트러스를 지지할 목적으로 교대 사이에 1개 또는 여러 개의 기둥형의 벽체로 지주를 만든 구조물로서, 교량의 상부에서 가해지는 하중을 기초 지반에 전달하는 동시에 다른 외력에 대해서도 충분한 강도를 가져야 한다.

이와 같이 교각은 교량 상부 구조물의 자중 및 교통하중에 의한 등분포 하중을 충분히 지탱하면서 지반 침하가 유발되지 않아야 하는 특성이 요구된다.

특히 하천에 축조하는 교각은 유수의 방해를 적게 받고, 선박 운항에 지장이 없도록 해야 한다.

그리고, 상기 교각은 사용되는 재료에 의해 목조 교각, 벽돌쌓기 교각, 돌쌓기 교각, 콘크리트 교각, 철근콘크리트 교각 및 강재 교각 등으로 분류되어 다양한 시공법에 의해 축조되는 것이다.

여기서, 상기 교각 중에 가장 일반적으로 사용되는 것이 철근콘크리트 교각으로서, 상기 철근콘크리트 교각은 다수의 철근으로 뼈대를 구축한 후, 이에 콘크리트를 타설하여 구축하게 되는 것이다.

즉, 종래의 기술에 따라 원형 교각을 구축하기 위해 설치되는 철근 구조물은 도 1에 도시된 바와 같이, 내부에 공간을 갖도록 다수의 주철근(101)이 수직방향으로 설치되고, 상기 주철근(101)과 주철근(101)을 철사(102)로 이어줌으로써 원통형의 철근 구조물(103)을 이룰 수 있도록 한 다음, 상기의 철근 구조물(103)에 콘크리트를 타설 함으로써 원형 교각(104)을 이룰 수 있도록 된 것이다.

상기한 기존의 철근 콘크리트 교각은 상부 교량 및 차량하중의 지지가 용이하다는 장점이 있었다.

그러나, 종래 철근 콘크리트 교각은 철근 콘크리트라는 구성재료의 특성상 구조물의 자중에 의한 많은 공학적 단점이 있었다.

즉, 상기 철근 콘크리트를 이용한 교각은 거푸집의 설치 및 철거와 더불어 철근의 조립과 콘크리트 양생에 있어서 오랜 시간이 소요되어 시공성이 떨어지고, 그 시공 기간 동안 교각 설치 공간을 통과하던 교통이나 유수의 소통이 차단되어 불편을 유발하는 등의 문제점이 있었다.

또한, 철근 콘크리트 교각의 시공을 위하여 건설현장에 많은 기능인력이 소요되어 인건비 등 코스트가 많이 소요되며, 인력에 의존하여 시공하는 관계로 시공상 불량이 발생하는 등 품질의 신뢰도가 저하되는 문제점이 있었다.

이와 같은 철근 콘크리트 교각의 문제점을 개선하기 위한 방안이 여러 가지로 강구되고 있다.

특히, 철근 콘크리트 구조물에 비해 구성재료가 흙이라는 특성상 자중의 경량성과 용이한 시공성, 저렴한 경제성 등의 큰 장점이 있는 토목용 블록형 보강토 옹벽을 이용한 교각구조에 대해 생각해 볼 수 있으나, 일반적인 토목용으로 쓰이는 블록형 보강토 옹벽은 교각으로 사용될 수가 없었다.

이는 일반적인 블록형 보강토 옹벽의 경우, 첫째 교각의 큰 등 분포 하중을 분산할 만한 역학적 지지구조가 없고, 둘째 교각의 상부 구조물 및 교통하중에 의한 전면블록에 큰 배부름 현상이 발생되고, 또한, 하천에 의한 침식 등의 문제점을 안고 있었기 때문이다.

이에 본 고안은 상기와 같은 블록형 보강토 옹벽의 장점인 경량성, 시공성, 경제성 등을 살리면서 단점인 전면블록의 변위 방지, 지지 구조의 확보, 침식성 방지 등을 통한 최적의 교각 구조물을 제공하고자 안출된 것으로, 본 고안의 목적은 옹벽 시공 시 사용되는 전면블록, 배부름 방지용 이피에스 압축블록과 프리스트레스 가압 구조, 침식방지용 시멘트 그라우팅 등을 이용한 토목용 교각구조를 제공하는 데 있다.

도 1은 일반적인 토목 공사에서 시공되는 철근콘크리트 교각을 도시한 실시예도.

도 2(a),(b)는 본 고안에 적용되는 전면블록을 도시한 실시예도.

도 3은 본 고안에 따른 토목 공사에서 프리스트레스 및 이피에스 압축블록이 고착된 블록형 보강토 옹벽을 이용한 교각구조의 실시예도.

도 4(a),(b)는 본 고안에 적용되는 프리스트레스 가압구조의 실시예도.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

B : 전면블록 E : 이피에스 압축블록

10 : 성토층 20 : 지오그리드 보강재

F : 프리스트레스 가압구조

상기한 바와 같은 본 고안의 목적을 달성하기 위한 본 고안은 교각과 같은 토목공사 등을 할 때, 통상의 블록형 보강토 옹벽구조에서처럼 교각의 사방 외벽을전면블록으로 적층 형성하면서 이 전면블록으로 형성된 내측에 뒤채움재로 쓰이는 보강토 등을 이용하여 성토층을 형성하고, 상기 전면블록의 배부름 방지를 위해 이피에스 압축블록(2~30cm 가량)을 전면블록의 배면에 적층하며, 지지력 및 하중분산 구조를 확보하기 위해 성토층 내에 프리스트레스 가압구조를 설치하며, 전면블록 전면에 침식방지용 시멘트 그라우팅 처리를 하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 고안에 대하여 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명하기로 한다.

첨부도면 도 3은 본 고안에 따른 토목 공사에서 프리스트레스 및 이피에스 압축블록이 고착된 블록형 보강토 옹벽을 이용한 교각구조의 실시예도 이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 고안에 따른 교각구조는, 통상적인 블록형 보강토 옹벽의 전면벽체를 이루는 전면블록(B)으로 사각 혹은 다각 형태로 교각의 사방 외벽을 적층하고, 상기 전면블록(B)의 변위 억제 및 지지능력 향상을 위한 전면블록(B) 배면에 이피에스 압축블록(E)을 고착시키며, 사방 외벽이 전면블록(B)으로 이루어진 교각의 내부에는 통상의 보강토 옹벽 시공 때와 마찬가지로 토목 섬유재인 지오그리드 보강재(20)를 일정 간격을 두고 삽입하면서 뒤채움재 등의 보강토를 투입하여 성토층(10)을 적층하는 구조로 되어 있다.

그리고, 상기 교각의 외벽을 이루는 전면블록(B)의 전면에는 침식방지를 위한 시멘트 그라우팅 처리를 실시하게 된다.

또한, 상기 교각의 내부에는 지지력 및 하중분산 구조를 확보하기 위한 통상적인 프리스트레스 가압구조를 설치하도록 되어 있다.

여기서, 상기 전면블록(B)은 통상적인 블록형 옹벽을 축조할 때 사용되는 블록으로, 전면블록(B) 자체는 여러 가지 형상을 가질 수 있다.

즉, 상기 전면블록은 도 2(a)에 도시된 일 실시예와 같이, 단부들을 가지는 전면(1), 상부면(2), 바닥면(3) 및 전면(1)의 양 단부들로부터 후방으로 연장된 측면(4)을 포함하는 블록몸체(5)를 구비한다.

또한, 상기 블록몸체(5)는 상부면(2)과 바닥면(3)의 어느 하나에 개방되고 상기 측면(4)으로부터 간격지게 아치형상(원호형 곡선장공)을 갖는 두 개의 연결공(6)과, 두 개의 핀(7)을 수용하기 위한 두 개의 핀구멍(8)을 구비하는 블록상호연결수단을 가진다.

상기 두 개의 핀구멍(8)은 상기 두 개의 연결공(6)에 인접하여 각각 배치되고 이곳으로부터 측면방향으로 어긋나게 배열된다.

여기서, 상기 연결공(6)은 블록몸체(5)의 상부면(2)으로 개방되도록 형성되고, 상기 핀구멍(8)은 블록몸체(5)를 상하로 관통하도록 형성되며, 상기 핀(7)은 그 하단부가 핀구멍(8)을 통하여 블록몸체(5)의 하부로 돌출된다.

이와 같이 구성된 전면블록은 복수개가 도 2(b)에서 보는 바와 같은 형태로 축조되어 교각의 외벽 등을 구축하게 되는데, 상부블록(UB)의 핀구멍(8)에 삽입된 두 개의 핀(7)이 하부블록(DB)의 연결공(6)에 각각 삽입됨으로써 상, 하부블록(UB, DB)의 결합위치가 정해지며, 이때, 상기 핀(7)이 연결공(6)의 범위 내에서 유동함으로써 상부블록(UB)의 하부블록(DB)에 대한 결합위치가 변경될 수 있다.

이러한 전면블록은 직선, 오목 및 볼록한 곡선, 구불구불한 사형 및 원형 등의 조경적인 활용을 고려한 여러 축조방법으로 교각의 외벽을 구축할 수 있게 되는것이다.

그리고, 상기 이피에스 압축블록(E)은 보통 '발포스치로폴'로 불리어지는 다공성의 경량재인 이피에스(EPS; Expanded Poly- Styrene)를 압축하여 블록으로 제작한 것으로, 상기 이피에스(EPS)는 알갱이 형태의 폴리스칠렌 수지에 발포제를 첨가한 후 가열, 연화시킴과 동시에 기체를 발포시켜 발포수지한 재료이다.

이러한 재료적 특성을 갖는 상기 이피에스 압축블록(E)은 대략 2~30㎝정도의 두께를 갖는 압축블록으로 제작되어 상기 전면블록(B)의 배면에 부착됨으로써, 자체하중이 경감됨에 따른 전면블록(B)에 작용하는 하중 부담이 줄어들 뿐만 아니라 전면블록에 작용하는 하중을 이피에스 압축블록(E)이 분산 지지하게 되어 배부름 현상 등의 변위 방지를 할 수 있게 된다.

상기 이피에스 압축블록(E)의 압축강도는 약 1% 압축 변형율까지는 탄성거동을 보이며 그 이상의 변형율에서는 소성변형을 보이고, 밀도에 관계없이 1%변형에서의 압축강도가 5%변형시의 압축강도의 1/2정도를 나타내며 탄성한계 변형율(1%변형율)에서의 이피에스 압축블록의 압축강도는 밀도증가에 따라 선형적으로 증가하는 것으로 알려져 있다.

이때, 이피에스 압축블록(E)의 포설두께가 2cm 미만인 경우에는 본 고안에서 요구하는 하중저감의 효과를 얻기에 불충분하고, 30cm를 초과하는 경우에는 시공상의 문제나 경제적인 측면에서 바람직하지 않다.

이처럼 상기 이피에스 압축블록은 상기 전면블록(B)의 하중 부담을 크게 감소시켜 줄 수 있게 됨에 따라 구축물(교각)의 안정성에 기여하게 된다.

또한, 상기 프리스트레스 가압구조(F)는 이미 공지 공용된 토목공사에 적용되는 피씨(PC)강선과 같은 케이블을 이용하여 프리스트레스를 줄 수 있는 구조이면 된다.

이때, 본 고안의 프리스트레스 가압구조(F)는 설계 시 고려된 재하 하중을 콘크리트 상판과 강선, 잭키, 그라우팅 처리 등을 이용하여 현장 여건 및 교량의 설계 재하 크기에 따라 1단 또는 2~3단으로 구성하여 선행 압축력을 가하는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 선행 압축력은 구축된 보강토에 의한 성토층(10) 내의 지오그리드 보강재(20)의 설계허용강도 이상이 되지 않도록 유도하는 것이 바람직하다.

한편, 상기 프리스트레스 가압구조에 있어서, 도 4에 도시된 바와 같이 블록형 보강토 옹벽 등에서 이용하는 프리스트레스 소일네일링공법을 적용하여 프리스트레스 가압구조를 제공할 수도 있다.

즉, 일반 이형철근 등으로 되는 일정길이의 보강재(211) 외면에 철 쉬즈관 등으로 되는 구획관(212)을 중간부분정도까지 씌워 설치하고, 상기 보강재(211)가 관통되는 구획관(212)의 단부에는 밀봉재로서 밀봉시킨 상태에서 상기 구획관(212)외부에는 대략 보강재(211) 전 길이정도의 길이를 갖는 제1차 그라우팅관(213)을 설치하며, 상기 구획관(212)내부에는 제2차 그라우팅관(214)을 끼워 설치하여 하나의 보강재세트(201)를 제작한 상태에서 교각의 상부로부터 천공기로서 삽입공을 천공 형성한다.

이렇게 형성된 삽입공에는 상기 미리 준비된 보강재세트(201)를 삽입하는데,이때 상기 보강재세트(201)를 이루는 보강재(211)와 제1 및 제2그라우팅호스(213, 214)의 단부는 일정길이 만큼 삽입공 외부로 노출되도록 삽입 설치된다.

이렇게 삽입공 내부에 보강재세트(201)의 삽입설치가 끝나게 되면, 먼저 상기 삽입공 내부와 구획관(212)외부사이의 공간에 대해 제1차 그라우팅호스(213)를 통해 시멘트밀크(cement milk)로 되는 그라우팅재(211a)를 충진하여 구획관(212)내부공간을 제외한 나머지 공간을 시멘트밀크로서 충진하여 일정시간동안 양생시킨다.

이후 상기 삽입공의 전면 개구부에 대해 용접철망을 설치한 상태에서 쇼크리트나 콘크리트로서 타설하여 밀폐시켜 전면판(204)을 설치한다.

이때 보강재(211)와 제2차 그라우팅호스(214)의 단부는 일정길이 외부로 노출되도록 한 상태에서 일정두께의 전면판(204)이 설치 완료되면 별도의 프리스트레스 도입용 유압잭(203)을 일정길이 외부로 노출된 보강재(211)에 설치하여 일정압력으로 보강재(211)를 당김으로써 보강재(211)에 대해 프리스트레스를 도입하게 된다.

이후 전면판(204) 일측으로 노출된 제2차 그라우팅호스(214)를 통해 구획관(212)내부로 시멘트밀크로 되는 그라우팅재(212a)를 충진하여 구획관(212)내에 위치되어 프리스트레스가 도입된 보강재(211)외면과 구획관(212)내면사이의 공간에 그라우팅재(212a)가 채워지게 함으로써 임의 교각의 성토층(10)에 대해 프리스트레스 소일네일공법에 의한 하나의 보강재 설치작업은 완료되게 되는 것이다.

상기와 같은 구조를 갖는 본 고안에 따른 교각의 시공 과정을 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 교량의 입지 조건에 따라 교각에 설치될 기초 지반 위에 콘크리트기초(30)를 시공한다.

그런 다음, 상기 콘크리트기초(30) 위에 전면블록(B)을 이용하여 교각의 사방 외벽을 적층함과 동시에 전면블록(B) 배면에 이피에스 압축블록(E)을 고착시킨다.

더불어, 전면블록(B)으로 이루어진 외벽의 내측으로 뒤채움재로 사용되는 보강토 등으로 성토층(10)을 형성하게 되고, 이때, 성토층(10)을 강화하기 위해 토목 섬유재인 지오그리드 보강재(20)를 성토층(10) 내에 일정한 층 간격으로 포설한다.

그리고, 맨 위쪽인 교량의 거더나 트러스를 지지부위에는 다시 콘크리트상판(40)을 형성하고, 여기에 이형철근 혹은 피씨 강선 등을 이용하여 상기한 프리스트레스 가압구조(F)를 시공한다.

그리고, 끝으로 전면블록(B)으로 시공된 교각의 외벽에 침식 방지를 위한 시멘트 그라우팅 처리를 실시함으로써, 교각이 완료되게 된다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 고안에 의하면, 교각의 외벽을 옹벽 시공등에 사용하는 전면블록을 이용하여 축조함과 더불어, 배부름 방지용 이피에스 압축블록과 프리스트레스 가압 구조, 침식방지용 시멘트 그라우팅 등을 이용하여 위에서 언급한 블록형 보강토 옹벽의 장점을 살리면서 단점인 전면블록의 변위 방지, 지지구조의 확보, 물에 의한 침식성 방지 등을 통한 최적의 교각 구조물을 구축함으로써, 교각 시공을 용이하게 시행할 수 있음은 물론, 보다 미적이면서도 구조물의 단순성을 통한 감리의 효율성 및 경제적 설계 등을 꾀할 수 있는 매우 유용한 교각 구조를 제공하는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 교량의 거더나 트러스를 지지하는 교각 구조에 있어서,

   콘크리트기초 위에 교각의 사방 외벽을 이루도록 옹벽 시공 등에 사용되는 전면블록이 적층됨과 동시에 이 전면블록 배면에 2~30㎝ 정도의 두께를 갖는 이피에스 압축블록이 고착되고,

   사방 외벽이 전면블록으로 이루어진 교각의 내부에는 뒤채움재 등의 보강토가 투입되어 적층되면서 토목 섬유재인 지오그리드 보강재가 일정 간격을 두고 삽입되어 성토층이 형성되며,

   교각의 맨 위쪽인 교량의 거더나 트러스를 지지부위에는 콘크리트상판이 형성되어 이 콘크리트상판 사방에 수직하게 피씨 강선 등을 이용한 프리스트레스 가압구조가 구비되는 것을 특징으로 하는 토목용 교각구조.
2. 제1항에 있어서,

   상기 교각의 외벽을 이루는 전면블록의 전면에는 침식방지를 위한 시멘트 그라우팅 처리되는 것을 특징으로 하는 토목용 교각구조.