KR200308114Y1 - 철근보강재를 이용한 토사 및 암반사면에서의 사면보강고장력 고탄성 압착망 - Google Patents

Abstract

본 고안은 토사와 암반사면뿐만 아니라 구분이 명확하지 않은 사면의 보강공법과 그장치에 관한 것으로, 고탄성 고장력 철망재(1)를 사면에 포설한 후, 사면의 안정성과 변위를 억제하기 위하여 록볼트 또는 네일(2)을 이용한 선행압축하중을 가하여 전단력을 증가시키며, 상기 록볼트 또는 네일(2)에 고탄성 고장력 철망재(1)를 결속하고 전단력이나 활동 저항력을 증가시키기 위해 지반이 완전히 이완되기 전에 락볼트 또는 네일(2)이나 보조락볼트(3)등의 철근보강재를 설치하여 사면에서의 안정성을 확보하기 위한 고탄성 고장력 철망재와 록볼트 또는 네일, 철근보강재 등을 이용한 압착망을 특징으로 한다.

상기 고안은 고장력 철망재를 이용하여 울퉁불퉁한 토사 및 암반 사면에 압착 및 압박을 가하므로서 선행압축하중을 증가시켜 사면의 전단저항력을 증가시켜서 안정성을 확보할 수 있으며 기존의 숏크리트를 이용한 사면보호공법일 때 불가능한 식생이 가능하고, 철망의 형태에 의한 부착력증가가 암절개면 보호식생공의 적용을 용이하게 하고 사면의 안정성과 미관을 동시에 고려할 수 있으며, 일반토사에서 신선암까지 전부 적용이 가능하다는 효과가 있다.

Description

철근보강재를 이용한 토사 및 암반사면에서의 사면보강 고장력 고탄성 압착망{A compression net for soil or rock slopes using reinforce bar}

대규모 토지조성이나 도로, 철도공사 등에 수반하여 설치하는 사면은 그 연장과 면적이 크고 넓기 때문에 자연재해를 받기 쉽다. 특히, 토지가격의 상승이나 시공 및 설계 기술의 향상으로 급경사지의 시공사례가 크게 증가하고 있어 귀중한 인명이나 가옥의 손실과 같은 경제적인 손실 등을 초래하는 불안요소로 작용한다.

사면에서 원지반은 토사와 암반이 분명히 구분되지 않고 매우 불균질하며 풍화도, 성층상태 및 균열 등이 불규칙하고 다양하게 분포하기 때문에 사면의 안정성을 높이면서 경제적이고 토사와 암반사면에 모두 적용할 수 있는 사면보강공법이 요구된다.

전통적인 사면보강공법은 압성토공법, 옹벽공법, 보강토공법, 미끄럼방지 말뚝공법 및 앵커공법 등이 있다. 하지만, 사면의 미끄럼 파괴를 억제하기 위해 사면저부에 저항 하중으로서 성토를 설치하는 압성토공법은 도로사면 등과 같이 사면 앞부분의 활용에 어려움이 있고, 사면의 구배를 급하게 하여 토지의 유효 활용면적을 크게 도모하기 위한 옹벽구조를 설치하는 옹벽공법은 옹벽의 높이에 비례하여 두께가 커져 공사비가 증가하고, 동절기 시공이 불가능하다. 또한, 지반 속에 일정한 인장강도를 가진 보강재를 배치하여 흙과 보강재를 일체화하여 지반을 강화하고 안정화를 도모하는 보강토공법은 성토사면에만 시공이 한정되고 사면에 말뚝을 타입하여 미끄럼면의 전단보강, 지반의 긴밀화, 말뚝체의 저항력 등을 이용한 미끄럼방지 말뚝공법 등은 장비의 대형화로 급경사 사면에서는 시공이 불가능하다. 그리고, 미끄럼면이나 균열이 있는 암반에 대형지압판을 써서 프리스트레스를 도입하여 전단저항력을 증가시켜서 사면의 안정화를 도모하는 앵커공법은 토사사면에서는 소성변형으로 프리스트레스가 손실되어 사면의 안정성을 저하시킨다.

또한, 이러한 공법과 병행하여 국부적인 사면파괴를 방지하기 위해 사면에 설치하는 기존의 철망은 단순히 토사 및 암괴의 낙하를 방지하는 역할만을 하거나 처음에 압착력을 사면에 가했어도 사면의 풍화로 부피가 감소하면 탄성회복력이 없기 때문에 압착력이 완전히 손실된다. 그리고, 암반사면을 비교적 완벽하게 표면 보강할 수 있는 숏크리트공법은 환경친화적이지 못하여 그 위에 녹화를 하여도 숏크리트에 의한 모세관 현상의 차단으로 녹화된 식물이 고사되는 현상이 발생한다.

본 고안은 토사와 암반사면뿐만 아니라 구분이 불분명한 절토사면이나 성토사면을 포함한 모든 사면인 토목공사나 건축공사의 경사지에 설치되는 사면보호장치에 있어, 록볼트 또는 네일등을 정착구 역할 및 보강재로 이용한 토사 및 암반사면에서의 사면보강 압착망과 사면보호공법에 관한 것이다.

본 고안은 고장력 고탄성 철망재를 사방으로 인장시킨 상태에서 록볼트(또는 네일) 및 고정구를 이용하여 사면에 고정시키면 철망재의 탄성회복력이 사면에 수직응력으로 작용하여 록볼트(또는 네일) 및 고정구와 더불어 사면의 전단강도를 증가시킨다. 이러한 설치는 토사와 암반사면뿐만 아니라 혼합되어 있는 모든 사면에 적용할 수 있는 공법이다. 즉, 암사면에서는 주보강재 등과 결합하여 선행압축응력을 가함으로써 사면의 전단 저항력을 증가시켜 암반의 이완을 감소시키고, 철망재에 의한 암탈락과 잔골재의 낙석을 방지할 수 있고, 토사사면에서는 저렴한 공사비와 경량의 시공장비, 빠른 시공 및 현장 여건에 적응성이 높은 보조보강재 등과 병행하여 그 효과를 높일 수 있다.

또한 고장력 철망재로 사면을 압박함으로서 기존의 사면보호공법인 식생공법과 피복공법, 뿜칠공법, 붙임공법 등의 적용이 용이하게 하여 사면내 우수침투 및 표면풍화, 세굴등을 능동적으로 방지할 수 있다.

본 고안은 토사와 암반사면뿐만 아니라 구분이 불분명한 절토사면이나 성토사면을 포함한 모든 사면인 토목공사나 건축공사의 경사지에 설치되는 사면보호장치에 있어,

합금강 또는 스프링강을 소재로 풀림(annealing)한 후 연선화 하여 제작된 철망에 다시 열처리를 하여 굴곡부와 직선부 모두 탄성력을 발생시킨 후 부식방지도금을 입힌 것을 특징으로 하는 고장력압착망을 제공한다.

도면 1은 본 고안인 사면보강 압착망의 원리 및 현장 설치 모식도를 개략적으로 나타낸 도면.

도면 2는 본 고안의 실시에 따른 설계 순서도를 개략적으로 나타낸 도면.

도면 3은 본 고안인 사면보호공법을 이용한 현장의 시공을 개략적으로 나타낸 시공순서도.

도면 4는 본 고안인 고장력 고탄성 사면보강 압착망의 원리를 개략적으로 나타낸 도면.

도면 5는 철망재, 네일, 지압판, 정착구가 설치된 단면도.

도면 6은 지압판과 망이 조립 설치된 전면도.

도면 7은 지압판 상세도.

도면 8은 연결고리 상세도

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 간단한 설명>

10 : 고장력 고탄성을 가진 철망재(이하 철망재라 함)

20 : 록볼트 또는 네일링으로 정착과 사면보강을 위한 주보강재(이하 주보강재라 함)

30 : 사면보강 압착망이 사면과 밀착되지 않은 부분을 밀착시키기 위한 철근정착구로 보조 보강재(이하 보조보강재라 함)

40 : 지압판 41 : 지압판 A-A의 단면

42 : 지압판 B-B의 단면 43 : 연결고리

44 : 연결고리의 평면 45 : 연결고리의 정면

본 고안의 상세한 설명을 도면 1로 설명하면 다음과 같다. 그러나 다음 설명에 의해 본 고안의 기술적 범위가 한정되는 것은 아니다.

국내에는 산악지대가 많기 때문에 각종 도로를 신설할 경우 곳곳에서 산을 절개해야 하는 경우가 불가피하게 발생되며, 그로 인해 암반이 노출된 소위 절개사면을 형성하게 된다. 여기서 인위적인 절개는 불가피하고, 기존 암반의 응력상태에서 균형을 잃고 사면에 노출된 암괴는 중력에 의한 평형상태를 유지하지 못하게 될 수 있다. 이때에는 암괴의 활동력(driving force)에 의해 여러 가지 형태의 사면파괴 즉, 평면파괴(plane failure), 쐐기파괴(wedge failure), 전도파괴(toppling failure) 및 원호파괴(circular failure) 등을 유발하게 된다. 이러한 암반사면의 일반적인 파괴형태는 토사면의 경우와는 달리 주로 암반 내에 형성된 불연속면(절리, 단층, 층리 등)에 의해 좌우되기 때문에 그의 안정성은 무엇보다 암반의 절리구조에 의해 좌우된다. 따라서, 암반사면에서는 고장력 고탄성의 철망재(10)를 사방으로 확대 인장하여 덮은 후, 각 지점에 주보강재(20)를 이용하여 고정시키면 철망은 불규칙한 암반사면의 표면을 압박할 것이므로 록볼트 또는 네일 (철근 보강재)의 역할과 더불어 사면의 활동을 방지 할 수 있다. 또한, 주보강재(20)에 선행압축하중을 가하면, 고장력 고탄성의 철망재(10)를 통해 전사면으로 전달되고, 다음 식에 의해 사면의 수직응력이 증가함에 따라 전단력이 증가되어 안정성을 높인다.

τ = c + σtanφ

이와 같이 록볼트(또는 네일)와 함께 선행압축하중을 전 사면에 균일하게 전달하기 위해 개발된 고장력 고탄성의 철망재의 생산 특성은 다음과 같다.

첫째, 사면에 사용되는 기존 철망은 연선을 사용하여 제작한 것 밖에 없으므로 탄성력이 없어 사면에 압박을 가할 수 없었다.

둘째, 본 고안은 탄성이 있는 사면압착 철망을 생산하는 방법으로서 합금강 또는 스프링강을 소재로, 풀림(annealing)한 후 연선화 하여 철망을 제작한 후 다시 열처리 하여 굴곡부와 직선부 모두 탄성력을 발생시키고 그 다음 부식 방지를 부식방지도금을 실시하여 내구성을 향상시킨다.

셋째, 본 재료의 장점은 강선을 직조할 경우 굽힘에 따른 강선의 피로와 스트레스가 탄성을 약하게 한다. 그러나 연성 상태에서 능형망을 직조하고 열처리 할 경우 강선의 피로와 스트레스가 없는 망을 제작 할 수 있다.

이는 기존의 상용화된 철망재의 성능을 크게 향상한 것이다. 또한, 고장력 고탄성 철망재를 사용함으로서 기존 숏크리트나 옹벽과 같이 식생이 불가능한 공법과 달리 토사가 노출된 사면의 울퉁불퉁한 면에 식생공법과 같은 기존의 사면보호공법의 병행이 용이하다.

또한, 강우에 의한 토사의 유실이나 세굴 등에 의한 토사사면의 국부활동과 미끄럼짐 현상을 방지하기 위해 보조보강재(30)를 타입하여 사면을 일체화시켜 안정성을 높일 수 있다.

본 고안의 전체적인 설계는 도면 2와 같다. 먼저, 지표지질조사와 같은 현장조사를 통해 사면의 강도정수를 산정하여 사면 안정해석을 실시한다. 이에 사면이 불안정하다고 판단되면, 사면의 안정성을 확보하기 위한 소요전단력과 선행압축하중을 산정하고, 그에 따른 철망재(10)와 주보강재(20), 보조보강재(30)등의 인장강도와 소요갯수 등을 설계한다. 설계가 종료되면, 보강된 사면의 철망의 압착력과 주보강재(20)의 설치를 고려하여 안정해석을 다시 실시하여 안정하다고 판명되면 시공한다.

도면 3은 본 고안의 시공순서를 나타내고 있다. 먼저, 공장제품으로 출시된 롤형의 고장력 고탄성의 철망재(10)를 설치하고자 하는 사면에 소요 선행압축하중만큼 주보강재(20)를 이용하여 지반에 장착한 후 지압판(40)을 설치하고, 상기 주보강재(20)에 철망재(10)를 결속한다. 이와 같이 수평방향으로 다음철망을 결속해 간다. 마지막으로, 철망이 뜬 곳을 주보강재(20)나 보조보강재(30)을 시공하여 철망재(10)와 사면을 밀착시킨다. 이후에 사면의 미관과 강우에 의한 토사유출과 세굴 등을 방지하기 위해 기존의 사면보호공법을 병행할 수 있다. 또는 식생재를 먼저 사면에 부착한 후 철망재(10)를 설치하여 녹화할 수도 있다.

본 고안인 철망재의 설치순서를 도시한 도4에서 알 수 있듯이, 사면의 상단부에 타입된 주보강재(20)에 철망재(10)를 결속하고 하단부로 인장하여 신장시킨 후 하단부에 타입된 주보강재(20)에 결속하고 다시 좌우측 방향으로 인장하여 철망재(10)의 좌,우측부를 주보강재(20)에 결속하여 시공하며, 사면의 폭에 따라 철망재(10)의 좌,우측부를 연결고리(43)로 결속하여 시공할 수 있다.

첨부된 도5는 사면에 쏘일네일링이 타입된 단면을 도시하고 있으며, 도6은 사면에 장착된 철망재(10)에 연결고리(43)가 결속되어 있는 평면도가 도시되어 있음을 알 수 있다.

또한 도7은 주보강재의 상단에 장착되는 지압판(40)의 A-A단면(41)과 B-B단면(42)이 도시되어 있으며, 도8은 연결고리의 평면(44)과 정면(45)의 형상이 도시되어 있음을 알 수 있다.

상기에서 알 수 있듯이, 본 고안은 굴곡이 일정치 않은 토사 및 암반사면에 고장력 고탄성 철망재(10)를 장착함으로써 사면이 풍화나 붕괴로 인해 부피팽창 또는 부피감소의 상황에도 탄성적으로 작용함으로써 추가적인 피해를 막을 수 있는 장치이다.

본 고안은 사면보강을 위해 록볼트나 쏘일네일링을 시공할 때 기존 철망재의 성능을 개선한 고장력 고탄성의 철망재를 사용함으로서 표면이 불규칙한 사면에 압박을 가하여 전단강도를 더욱 증가시킬 수 있다.

따라서 기존의 락볼트나 쏘일네일링의 소요개수를 감소시킴으로써 공사비를 절감할 수 있다.

또한 본 고안은 토사와 암반사면뿐만 아니라 혼재되어 있는 모든 사면에 적용이 가능하고, 현장의 불균질한 토질성상이나 암의 풍화도, 성층상태 및 균열 등에 유연하게 대처할 수 있는 공법이며, 고장력 철망재를 사용함으로서 식생공법과 같은 기존의 사면보호공법 등을 쉽게 병행할 수 있어 사면의 사후관리에도 효과적인 공법이다.

Claims (1)

1. 토사와 암반사면뿐만 아니라 구분이 불분명한 절토사면이나 성토사면을 포함한 모든 사면인 토목공사나 건축공사의 경사지에 설치되는 사면보호장치에 있어,

   합금강인 스프링강을 소재로 풀림(annealing)한 후 연선화 하여 제작된 철망에 다시 열처리를 하여 굴곡부와 직선부 모두 탄성력을 발생킨 후 부식방지도금을 입힌 것을 특징으로 하는 고장력고탄성압착망.