KR200308699Y1 - 수중 구조물의 신설 및 기초보수 보강을 위한 cfrp복합형틀의 슈(shoe) - Google Patents

Abstract

선단 내향면이 경사되게 사면부(10)(10')로 되고 내부가 중곡되는 금속 강재형틀인 슈(9)(9')를 원통상의 교각외주가 되도록 접합부(8)로 접합하고 내부형틀(14)(14')과 철재형틀(7)(7')을 플랜지 접합부(13)(13')(16)(16')로 조립하고 외부형틀(19)(19')과 상부형틀(15)(15')을 형성하여 내부(7A)에는 앵커(11)(11')와 철근(17)(18)등을 규격대로 적정하게 조립한 슈가 자중으로 토사층 풍화암까지 침하하도록 콘크리트를 점차 타설하여 침하게 하는것에 있어서, 철망층을 내삽하고 내외수지층과 중앙수지층으로 구성하여 플랜지(13)(13')(16)(16') 형성한 것과 철망층 외주면에 탄소섬유층, 촙스랜드매트, 로빙크로스(Roving Cloth)등과 경화성 수지층을 형성한 형틀(7)(7') 및 내부형틀(14)(14')과 외부형틀(19)(19') 및 상부형틀(15)(15')을 CFRP복합재료로 구성한 것을 조립케하여 형틀 내부외향에 수중콘크리트를 타설, 1차 토사층 유입수를 차단하고 방수용 탄성재(20)에서 2차로 완전차단케하여 시공, 보수, 보강토록함을 특징으로하는 수중구조물의 신설 및 기초 보수, 보강을 위한 CFRP복합 형틀의 슈(SHOE)이다.

Description

수중 구조물의 신설 및 기초보수 보강을 위한 CFRP복합형틀의 슈(SHOE){omitted}

본고안은 교량의 기초 신설 및 노후교량 기초우물통 보수, 보강공사에서 종전의 강재 우물통 구조물대신 수중부식에 강한 복합재료 구조물을 우물통 형태인 원통형 및 타원형 형태로 분할 제작되어 간단한 내측 플랜지(FLANGE) 접합방식으로 교량기초 신설지점 또는 노후 수중교각 둘레에 설치하고 그 수중구조물을 장기간 안전 도를 유지하며 영구적 또는 반영구적 구조물로 교각 기초신설 및 보수, 보강공사를 위하여 종래의 FRP(Fiber Reinforced Plastics)소재를 개량한 강성구조의 복합재료 구조물을 교각기초 신설지점 토사층 풍화암대까지 침하시키기 위해 기존의 철재형틀 슈(Shoe)를 복합재료 선단부에 접합시켜 굴착 침하시키는 방식으로서 이는 공사후 철거하지 않는 것이 특징이고 육상에서와 같은 조건으로 콘크리트를 타설하므로서 토사층내 수중구조물로부터 세굴, 부식, 균열등으로부터 장기간 보호되고 수중 구조물의 안전성 및 내구성능 향상은 물론 그안전 수명을 크게 늘리도록 강화 구성된 복합재료 구조물에 의한 토사층 침하방식을 위한 슈(Shoe)에 관한 것이다,지금까지 일반적으로 교량기초 신설과정에서 철재 쉬트파일 방식이나 강재우물통 침하방식, 오픈케이슨방식, FRP공법등이 있지만 주로 철구조물을 신설교량의 기초 가설 지점둘레에 설치하고 항타식과 자중굴착 침하방식등으로 퇴적층 풍화암층, 연암층까지 시공되고 있으며 시공후에는 수중노츨 철구조물을 철거하거나 일반 작업을 해야 하지만 은폐되는 경우에는 수질오염의 우려도 있는 것이다,

무엇보다도 철은 수중용접 부위가 먼저 부식, 산화되는등 비교적 그 안전수명이 길지 못한 단점이 있고,특히 유속등에 의한 교각토사층 주변의 세굴로 인하여 수중콘크리트의 세굴, 부식, 균열 진행시 부분보수를 한다든지 재보수 과정에서 많은 어려움이 있을뿐아니라 철제 쉬트파일 작업은 불가능한 단점등이 있었다,FRP공법에서도 교량기초 우물통 보수, 보강공사에서 FRP패널(PANEL)로 구성된 원통형 또는 타원형태로 교각둘레 토사층 풍화암대 까지 침하가 불가능하여 수중 수심부 수중구조물 보수, 보강공사에 많은 문제점등이 대두 되고있는 실정이다,

좀더 구체적으로 설명하면,쉬트파일 박기는 항타로 연암까지 근접이 가능하지만 가물막이로 양수작업, 수중노출 쉬트파일, 절단 회수, 별도의 세굴방지공 설치등의 과정이 따르고 내구성 증가, 매몰시 미관불량, 불필요한 단면확대로 통수능력 저하 및 교각주변 유속증가로 하상 세굴진행등의 결점이 있고, 일정기간 경과후 부분보수 공사가 따르고 재보수 과정에서 노후교량일수록 유지 관리비가 증가되는등 많은 어려움이 있었다,

강제우물통 침하방식에서 쉬트파일이나 에치(H)파일을 항타하고 하상토사의 준설 및 채움 철재형틀제작 설치, 로트별 구체 콘크리트시공, 케이슨 내부토사 굴착 및 침하, 지반암의 굴착발파, 침하 내부속채움, 파일인발 및 토사제거와 하상토사 정비등이 있지만 특히 가시설물의 재활용율 저하와 공사후 가시설물 철거등으로 인하여 공기가 길어지고 토사층내 수중건식에서 만족할만한 대안이 없이 이들 공법을 그대로 답습해올 수밖에 없는실정이고 수중건식에 따른 추가비용등 어려운 문제가 있었던 것이다

상기 구성과는 달리 본원 출원인이 선출원한 10- 2000-0018287호 강화 플라스틱 구조물이 있는데 FRP패널의 내부에 강도높은 금속망을 일체로 몰딩되어 4개의 FRP패널은 수중교각 하부둘래를 싸고 그사이에 콘크리트 몰탈충진 하는 구성인바,장마철 유속 및 급물살에서도 수압, 모래, 자갈, 부유물등의 타격에도 터지는 파손의 결점은 없으나 장기간 유속에 의한 자갈 모래가 따라 흐르면서 때려주는 타격에는 FRP가 마모, 균열되여 보강공법의 수명이 짧아지는 문제점이 대두되었다,또한 본원 출원인이 선출원한 10-2000-0065669 강화성 수지섬유와 결합한 구조물의 강성보강제가 있는데, 이는 FRP내부에 금속망을 형성하고 외향면에 탄소섬유층이나 또는 아라미드섬유와 매트와 Roving Cloth층과 경화수지등으로 형성한 FRP커버가 수중에서 결함을 고강도로 강성을 보강한 복합재료인 것이다,

본고안은 이와같은 종래의 여러 결점과 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본고안의 목적은 교량 기초 신설또는 교량기초 우물통 보수 보강공사에서 일반적으로 사용되는 강제우물통 대신 수중 내부식성이 뛰어난 강성 복합재료 구조물을 기초 신설 및 보수 보강공사에나 교각 기초둘레 토사층 깊숙히 풍화암대까지 침하시켜 수중구조물을 장기간 사용해도 부식등의 손상을 지연시켜줄수 있는 재질로서 금속망이 내장된 복합재료 구조물이나 신소재 탄소섬유시트 또는 아라미드시트를 심재로한 복합재료 구조물을 토사층 풍화암대까지 침하시켜 수중콘크리트를 타설하게 하므로서 장기간 사용해도 세굴, 부식이 되지않는 새로운 복합재료 구조물에 의한 토사층, 굴착 침하방식 공법의 슈를 제공하는 게 된다,좀더 구체적으로 설명하면,

첫째 : 신소재 복합재료 구조물을 교각둘레 또는 기초가설 지점둘레 토사층 풍화암층까지 침하시키는 방식으로서 강제우물통 방식과 달리 공사후 철가하지 않은 것이 특징이고,강재우물통 대신 경량 구조재로 구성된 복합재료 구조물을 제작하여 그 커버 선단부에 철제형틀 슈를 제작 설치하고 내부접합 플렌지 방식으로 고무팩킹과 볼트 체움을한 다음 그사이 공간부에 콘크리트를 타설 양생하여 그무게에 의해 점진적으로 토사 굴착침하 시키는 방식으로 퇴적층 풍화암대까지 침하시킨 다음 커버내에는 일정높이로 수중 콘크리트 타설후 커버내에서 육안검사가 가능하도록 완전 건식상태를 제공해주는 방식 기술이고,

둘째 : 복합재료 구조물을 교각 기초신설 가설지점 또는 수중교각 둘레에 정확한 위치에 설치하고 커버와 철제형틀 슈(Shoe) 공간부 약20㎝ -30㎝정도에 콘크리트 속채움으로 그자중 무게에 의해 토사층에 내삽 시키며 커버내에는 크람샬 작업 및 별도의 에어콤푸레샤가 연결된 준설파이프(14인지- 18인치)를 통하여 잠수사의 준설작업 병행으로 토사 굴착 침하방식으로 풍화암층까지 용이하게 침하시키는 기술이며,

셋째 : 복합재료 구조물의 압력유지 방법으로,수중 수심부 및 유속등을 고려하여 복합재료 구조물 내부에 강도높은 금속망(Wire Neting)을 내장시키고 최첨단 신소재인 고강도, 고탄성의 탄소섬유시트(Carbon Sheet) 혹은 아라미드섬유(Aramid Sheet) 또는 보론섬유(Boron Fiber)등을 특수수지로 함침 경화시켜 강도높은 복합재료가 수중수압이나 콘크리트 타설 하중압력을 잘유지 시키도록 하기위해 복합재료 커버 내측 가로방향으로 강재 후램(Frame)을 상하 2개소씩 설치하여 복합재료 굴절 플랜지와 상호 볼트조임 형태로 유지시키며,

넷째 : 복합재료 자중침하 방법으로,복합재료 선단에 철재형틀 슈(Shoe)를 먼저 플랜지(Flange)접합방식으로 상호연결하고 그사이 공간부에 콘크리트를 타설 양생하며 그자중 무게로 설치지점 토사층에 정확히 내삽시며 커버내에는 토사 굴착작업을 위하여 크람샬 및 에어콤푸fp샤가 연결된 준설파이프를 커버내 깊숙히 밀어넣고 잠수사의 준설작업을 병행하므로서 더욱 침하가 용이 하도록 한다

다섯째 : 슈(Shoe)방식의 철재형틀을 토사층에 유입시키는 방법으로, 철재형틀 슈방식을 케이슨(Caisson) 자중으로 커버내 토사류 자갈, 호박돌등의 굴착작업이 용이하도록 슈(Shoe) 최하단부 단면 내측에 대각선 경사면인 내향 사면부 형태로 구성했고, 빠른 시공을위해 마찰력, 유연성에 의하여 기존방식인 금속슈를 이용하며,슈(Shoe) 철재형틀 유지는 강재 케이슨 자중으로 침하가 용이하도록 하부 끝단부가 날카롭게 대각선 방향으로 경사되어 굴착 침하가 더욱 유리하도록 구성 되고,

여섯째 : 수중건식 방식으로,토사층 풍화암대까지 침하되는 철재형틀 슈커버 내측에 턱받이(Key)를 설치하고 그턱받이 키(Key) 밑부분에 유연성과 탄력성이 우수한 방수형 탄성재를 에폭시(Epoxy)수지로 부착시켜 수중콘크리트를 타설한후 토사층 수직상태에서 콘크리트 벽체를 타고 올라오는 토사층 유입수를 완전 차단시키는 기술공법이다,

일곱째 : 특기사항으로 신설교량 교각 기초신설 가설시 또는 기초 보수, 보강 공사시에 복합재료 구조물을 토사층 풍화암대까지 침하시키고 콘크리트를 타설하기위해 철구조물로 된 가물막이 대신 수중 부식성이 우수한 철거되지 않는 복합재료로 보강하여 유속등에 의한 토사층세굴, 부식, 균열, 파손등을 방지하고 구조물의 안전도 향상은 물론 내구성능 향상과 함께 기존 공법에 비해 그안전수명을 크게 늘리도록 구성된 것으로 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본고안의 슈(Shoe) 강제형틀의 CFRP를 결합한 상태의 확대 단면도

도 2는 본고안의 철재형틀을 바지선에 싣고 수중에 내리는 상태의 예시도

도 3은 본고안의 CFRP커버를 철재형틀위에 내리는 상태의예시도

도 4는 본고안의 콘크리트를 철재형틀내에 타설하는 상태의예시도

도 5는 본고안의 철재형틀이 토사층에 삽입토록 커버내에 콘크리트를 2차 타설하여 토사층에 침하되도록 하는 예시도

도 6은 본고안의 형틀이 풍화암까지 침하가 완료된 상태의예시도

도 7은 본고안의 형틀내의 준설 상태의 예시도

도 8은 본고안의 커버내의 내측형틀을 철거한 상태의 예시도

도 9는 본고안의 형틀내의 팽창성 콘크리트를 타설 및 양생하는 상태의 예시도

선단 내향면이 경사지게 사면부(10)(10')로 되고 내부가 중공되는 금속강재 형틀인 슈(9)(9')를 원통상의 교각외주가 되도록 접합부(8)로 접합하고 내부형틀(14)(14')과 철재형틀(7)(7')을 플랜지(13)(13')(16)(16')로 조립하고 외부형틀(19)(19')과 상부형틀(15)(15')을 형성하여 내부(7A)에는 앵커(11)(11')와 철근(17)(18)등을 임의로 적정하게 조립한 슈가 자중으로 토사층 풍화암까지 침하하도록 콘크리트를 점차 타설하여 침하하는 것에 있어서,철망층을 내삽하고 내외수지층과 중앙수지층으로 구성하여 각기 플랜지(13)(13')(16)(16')를 형성한 것과 철망층 외주면에 탄소섬유층, 촙스랜드 매트, 로빙크로스(Roving Clith)등과 경화수지층을 형성한 형틀(7)(7') 및 내부형틀(14)(14')과 외부형틀(19)(19') 및 상부형틀(15)(15')을 CFRP복합재료로 결합구성한 것을 조립케하여 형틀내부 외향에 수중콘크리트를 타설, 1차 토사층 유입수를 차단하고, 방수용 탄성재(20)에서 2차로 완전차단케하여 완전건식하에서 시공, 보수, 보강토록함을 특징으로 하는 수중구조물의 신설 및 기초보수 보강을 위한 CFRP복합형틀의 슈(Shoe)이다,

이와 같이된 본고안의 작용효과를 설명하면 다음과 같다

먼저 본공법은 신설되는 교량의 상부받침교각(1)과 하부교각(2)을 설치 공사시에도 복합재료와 형틀로 구성되는 슈(9)(9')형틀커버가 사용할수 있게하고 기존의 교량 하부교각(2)이 수중의 토사층(3) 접면부위의 파손, 균열, 세굴, 마손등을 보수 보강하기 위한 두가지의 공사에 모두 이용할수 있는 것이다,

도 1에서와 같이 복합재료로 구성한 슈(9)(9')를 형성하여 바지선(6)(6')에 의해 상부교각(1) 양측에서 내부플랜지로 세로접합부(8)를 접합한 다음 도 2의 예시와 같이 하부교각(2)을 중심으로 수평을 유지하면서 수직으로 내리며 그위에 CFRP복합재료 커버(7a)(7b)를 연결 접합한다,

다음에 슈(9)(9') 자체의 내부(7A)에 1차 콘크리트를 레미콘(6a)에서 쏘아서 타설하여 슈(9)(9')에 자중량을 가하여 침하시킨다, 즉 수중(5) 하상의 토사층(3)에 내삽하도록 2차 콘크리트를 타설하면 침하가 시작되고 도 5의 예시와 같이 토사층(3)에 침하가 시작되면 내부에서도 크람샬과 준설파이프 작업 및 잠수자가 준설작업을 병행하게되며 풍화암층(4)까지 침하가 완료되면 내부의 토사를 배출시키고 배출이 완료되면 도 6에서 도 7의 예시와 같이 내부의 물과 토사를 에어콤푸렌샤 준설관(6c)으로 완전배출하여 도 8과 같이 내부가 비게되면 복합형틀내는 건식상태가 되며 복합형틀인 내부형틀(14)(14')는 해체하여 철거할수 있고, 그대로 두어도 되며, 다음절차는 도 9의 예시도와 같이 팽창성 콘크리트를 타설하여 양생하면 본 고안 구성에 의한 공법이 완료되는 것이다,

키(12)(12')의 위치는 토사층(3)에 접하여 슈(9)(9') 외부의 물이 하상을 통하여 스며들 경우에 대비하여 반드시 방수용 탄성재(20)(20')로서 누수침출을 억제하는 작용을 하게하고,

여기서 슈(9)(9')의 토사층(3) 침하가 수평과 중심을 유지하기 용이하도록 하여야 하며 전제조건으로 급류의 수중일 경우에는 슈(9)(9')와 내부형틀(14)(14') 내면벽과 하부교각(2) 외주면벽을지지하는 지지대를 방사선상으로 장치하되 교각(2) 외주면에 접속하는 지지대의 단부는 서포트롤러(Supports Roller)를 장착하여 슈(9)(9')가 하강함에 따라 무게중심을 유지하면서 하강하여 침강이 완료되면 서포트롤러를 장착한 지지대를 즉시 철거한다,

그리고 커버내부에는 저면에서 1.5m이상 기초높이에는 수중콘크리트를 타설하여 1차 유입수를 차단하고 키(12)(12')에 구성한 방수용 탄성재(20)(20')에서는 2차유입수를 억제 차단하고 2중 작용을 하게 하였다.

이와같이 된 본고안은 국내 최초, 복합재료로 구성한 슈를

첫째 : 토사용 풍화암층까지 침하시킬수 있으며,

둘째 : 기존의 쉬트파일 방식은 교각주변의 토사층 세굴이 심한 경우에는 작업이 불가능하였으나 본고안 공법은 어떠한 조건하에서도 적용하여 작업이 가능하고 장기간 안전도가 유지되면서 수명은 2배이상 향상된다,

셋째 : 자중침하 방식으로 풍화암층 까지 침하하기 위해 복합재료선단에 슈 형틀을 제작하여 커버사이 20-30cm 이내의 공간을 형성하고 덧씌우기 방법으로 조립한 다음 공간부에 콘크리트 충진으로 자중침하가 용이하며,

넷째 : 슈 커버내의 토사 굴착과 빠른 침하를 위해 크람샬작업과 에어콤프레샤가 연결된 별도의 준설관을 설치하여(도 5.6.7예시)잠수사의 준설작업과 병행시켜 굴착시간을 크게 단축시키고,

다섯째 : 슈 커버내부 외향으로 약 1.5m 이상의 수중 콘크리트를 타설하여 토사층 유입수를 차단, 수중건식 작업이 가능하도록 하는데 토사층의 수압등 벽체를 타고 침투되는 추가 유입수는 키 하부가 방수용 탄성재로 차단되는 효과가 있으며,

여섯째 : 특히 커버형틀내에 토사물을 빼고 건식상태에서 부식과 균열, 세굴된 부분을 육안으로 직접 확인하고 완벽한 보수보강을 할수 있다,

일곱째 : 슈와 결합된 형틀(내부거푸집)은 철거하여 재사용 가능토록 되지만 복합재료로 구성된 형틀, 커버, 외부커버등은 철거의 번거로움이 없이 그대로 침하시켜서 보강효과를 대폭 증대하며,

여덟째 : 종래의 공법에 비하여 공사기간을 대폭 단축시킴은 물론 세밀히 검토할수 있어 부실을 막고 70년이상 재보수 필용성이 없어 경제성이 높은 효과적인 구성이다.

Claims (1)

1. 선단 내향면이 경사되게 사면부(10)(10')로 되고 내부가 중공되는 금속강재 형틀인 슈(9)(9')를 원통상의 교각외주가 되도록 접합부(8)로 접합하고 내부형틀(14)(14')과 철재형틀(7)(7')을 플렌지(13)(13')(16)(16')로 조립하고 외부형틀(19)(19')과 상부형틀(15)(15')을 형성하여 내부(7A)에는 앵커(11)(11')와 철근(17)(18)등을 임의로 적정하게 조립한 슈가 자중으로 토사층 풍화암까지 침하하도록 콘크리트를 점차 타설하여 침하하는것에 있어서, 철망층을 내삽하고 내외 수지층과 중앙수지층으로 구성하여 플랜지(13)(13')(16)(16')를 형성한 것과 철망층 외주면에 탄소섬유층, 촙스랜드매트, 로빙크로스(Roving Cloth)등과 경화성 수지층을 형성한 형틀(7)(7') 및 내부형틀(14)(14')과 외부형틀(19)(19') 및 상부형틀(15)(15')을 CFRP복합재료로 결합 구성한 것을 조립케하여 형틀 내부외향에 수중콘크리트를 타설, 1차 토사층 유입수를 차단하고 방수용 탄성재(20)에서 2차로 완전차단케 하여 완전건식하에서 시공 보수, 보강토록 함을 특징으로하는 수중구조물의 신설 및 기초보수 보강을 위한 CFRP복합형틀의 슈(Shoe).