KR20040108255A - 콘크리트 충진 섬유강화 복합소재 말뚝을 이용한 무조인트일체식 교대구조 및 그 시공방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 교대와 일체로 연결되는 말뚝으로, 유연성과 고강도 특성을 동시에 갖춘 콘크리트 충진 복합소재 말뚝을 사용하므로서 충분한 상부 지지력과 수평 휨강도를 가지고 있으면서도 교량 주형의 온도변화에 따른 신축을 충분히 수용할 수 있도록 하며, 교량 주형의 신축으로 인하여 교대 후방의 채움재 내의 공동화 및 그에 따른 도로부 포장의 파손을 방지할 수 있는 새로운 형식의 무조인트 일체식 교대구조 및 그 시공방법에 관한 것이다.

본 발명에서는, 교량의 주형(3)과 교대(2) 사이에 신축이음을 설치하지 않고, 주형(3)과 교대(2) 그리고 그 하부의 말뚝(1)을 일체로 건설하여 이루어진 무조인트 일체교대식 교량의 교대구조로서, 상기 교대(2)의 하부에는 강화섬유와 수지로 이루어진 섬유강화 복합소재로 제작되는 중공의 복합소재 튜브(20), 및 상기 복합소재 튜브(20)의 중공 내부에 충진되는 내부 충진 콘크리트(10)로 구성된 콘크리트 충진 섬유강화 복합소재 말뚝(1)이 일체로 설치되어 교대(2)를 지지하는 것을 특징으로 하는 무조인트 일체교대식 교량의 교대구조 및 그 시공방법이 제공된다.

Description

콘크리트 충진 섬유강화 복합소재 말뚝을 이용한 무조인트 일체식 교대구조 및 그 시공방법 {Structure of Integral Abutment with Concrete Filled Composite Pile for Jointless Bridge and Its Construction Method}

본 발명은 콘크리트 충진 섬유강화 복합소재 말뚝을 이용한 무조인트 일체식 교대구조 및 그 시공방법에 관한 것으로, 구체적으로 무(無)조인트 일체교대식 교량에 설치되는 교대구조에 있어서, 콘크리트를 충진한 복합소재 말뚝과 교대, 그리고 교량의 주형을 일체로 결합하여 제작하고, 교대 후방의 뒷채움재로서 EPS 블록 또는 망부재에 채워진 비(非)다짐 자갈재를 이용하며, 교대 후방의 접속슬래브와도로부 사이에 신축량 흡수기능을 가진 활동슬래브를 설치하므로써 교량 주형의 신축을 원활하게 흡수할 수 있도록 하는 교대구조 및 그 시공방법에 관한 것이다.

현재 중소교량의 유지 관리 측면에서 가장 문제가 되고 있는 부분은 신축이음부분이다. 온도에 의한 교량의 신축을 흡수하기 위한 신축이음장치는 주로 교량의 길이가 긴 교량에 설치되는데, 현재 국내에서는 일부 콘크리트 라멘 교량을 제외하고 교량의 길이가 짧은 경우라도 교량의 지간장, 구조형식, 사용재료 등에 상관없이 거의 대부분의 교량에 신축이음장치가 설치되고 있는 실정이다.

이러한 신축이음장치는 지속적인 유지보수가 필요하며, 그에 따른 막대한 비용이 소모된다. 이러한 이유로 인하여, 현실적으로 일부 주요 교량을 제외한 작은 교량들은 신축이음장치의 유지보수가 거의 수행되지 않고 있는 실정이다. 신축이음장치에 손상이 발생하여 틈이 생기는 경우, 그 틈 사이로 우수, 제설용 염화칼슘 등이 유입되어 교량의 상부거더 및 교좌 장치에 부식을 유발하고 있다.

교좌 장치에 부식이 발생하게 되면, 교좌장치의 작동이 원활하게 이루어지지 않게 되어 교량 상부구조물에 온도에 의한 신축이 발생하더라도 이를 제대로 수용할 수 없게 되어 결국 교대의 파손을 야기하게 된다. 또한, 신축이음장치의 손상은 결국 신축이음장치 주위의 상부 슬래브, 아스팔트 등의 파손을 일으키게 되어 그 손상범위가 넓어지는 등 교량의 노후도를 가속시키게 된다. 이러한 교량의 노후화는 구조물의 구조적인 안전도에 크게 위해한 요소가 되고 있을 뿐만 아니라 교통사고를 유발할 수 있는 위험성을 증가시키게 된다. 결국, 전체적인 교량 수명이 단축되고 있으며, 교량의 보수 및 교체비용이 매년 증가하고 있는 실정이다.

이러한 신축이음장치의 문제점을 개선하기 위하여, 해외에서는 길이가 짧은 교량의 경우 신축이음장치를 전혀 사용하지 않고 교량의 상부구조(거더)와 교대가 일체식으로 이루어진 무조인트 일체교대식 교량이 제안되고 있다. 이러한 무조인트 일체교대식 교량은 신축이음장치를 구비하지 않기 때문에 종래의 교량에 비하여, 신축이음장치의 설치비, 유지관리비 등의 비용이 발생하지 않기 때문에 경제성이 우수하다.

특허출원 제1998-61198호에는 일체식 교대 교량에 대하여 개시되어 있는데, 상기한 종래 기술에서는, 교량 상단의 신축이음장치를 제거하는 대신에 교대 하부에 H형 말뚝을 약축 또는 강축 방향으로 설치하여, 상기 H형 말뚝으로 하여금 상부 구조의 온도변화에 의한 교량의 축방향 신축량을 흡수하도록 하는 방식을 통하여 일체식 교대 교량을 구성하고 있다.

교량의 신축 즉, 교량 주형의 온도변화에 따른 신축에 의하여 H형 말뚝에 휨응력이 작용하게 되는데, 위 종래 기술에서와 같이 H형 말뚝을 약축 방향으로 배치하는 경우, 교량 신축에 대응하여 말뚝이 유연하게 변형될 수는 있으나, 그 변형이 과도하여 말뚝의 극한 휨강도 초과하게 되는 응력이 발생하여 말뚝에 영구변형이 발생하거나 또는 말뚝의 휨파괴가 발생하는 구조적인 문제점을 가지고 있다. 이에 비하여 H형 말뚝을 강축 방향으로 배치하는 경우에는, 약축 배치의 경우에 비하여 휨강도는 증가하게 되지만 유연성이 부족하게 되어 교량 주형의 신축에 따른 변위를 흡수하지 못하게 되는 문제가 있다. 즉, 교량의 주형이 신축되더라도 이러한 신축량을 말뚝이 흡수하지 못하기 때문에 결국 신축에 의한 응력이 주형에 작용하게 되어 주형에 균열 등의 손상이 발생하는 문제점이 발생하게 되는 것이다.

한편, 종래의 무조인트 일체교대식 교량에서는 교대의 뒷채움부에 일반 토사를 채우게 되는데, 교량의 온도변화에 의하여 신축이 발생하는 경우, 뒷채움부의 토사에도 영향을 미쳐 뒷채움부의 토사에 동공을 형성하는 등의 변형을 유발하게 된다. 뒷채움부 토사에 변형이 생겨 동공 등이 발생하는 경우에는 그 상부의 도로 포장이 함몰되는 문제가 발생하게 된다.

본 발명은 위와 같은 종래의 무조인트 일체교대식 교량의 교대구조가 가지는 문제점을 해결하기 위하여 개발된 것으로서, 유연성과 고강도 특성을 동시에 갖춘 콘크리트 충진 복합소재 말뚝을 교대와 일체로 연결되는 말뚝으로 사용하므로서 충분한 상부 지지력과 수평 휨강도를 가지고 있으면서도 교량 주형의 온도변화에 따른 신축을 충분히 수용할 수 있도록 하며, 교량 주형의 신축으로 인하여 교대 후방의 채움재 내의 공동화 및 그에 따른 도로부 포장의 파손을 방지할 수 있는 새로운 형식의 무조인트 일체식 교대구조 및 그 시공방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 복합소재 말뚝을 이용한 일체식 교대구조를 구비한 무조인트 일체교대식 교량의 단면도이다.

도 2a는 본 발명에 따른 무조인트 일체식 교대구조의 단면도로서 본 발명에 따른 콘크리트 충진 섬유강화 복합소재 말뚝 및 교량의 주형과 교대의 연결구조를 보여주는 상세 단면도이다.

도 2b는 도 2a의 A부분 확대 단면도로서, 본 발명에 따른 콘크리트 충진 섬유강화 복합소재 말뚝과 교대의 연결구조 상세를 보여주는 단면도이다.

도 3a는 본 발명에 따른 일실시예로서 무조인트 일체식 교대의 EPS 뒷채움 상세 종단면도이다.

도 3b는 도 3a의 선A-A에 따른 단면도로서, 무조인트 일체식 교대의 EPS 뒷채움 상세 횡단면도이다.

도 4a는 본 발명에 따른 일실시예로 무조인트 일체식 교대의 다짐하지 않는 자갈재 뒷채움 상세 종단면도이다.

도 4b는 도 4a의 선B-B에 따른 단면도로서, 무조인트 일체식 교대의 다짐하지 않는 자갈재 뒷채움 상세 횡단면도이다.

도 5a는 도 3a의 B부분 확대 단면도로서, 접속슬래브와 도로부를 연결하는 활동슬래브 상세도이다.

도 5b는 도 5a의 c부분 확대 단면도로서, 도로부가 콘크리트 포장의 경우 활동슬래브 및 접속슬래브 연결 상세도이다.

도 5c는 도 5b의 d부분 확대 단면도로서, 활동슬래브와 접속슬래브의 연결 상세도이다.

도 5d는 도 5a의 c부분 확대 단면도로서, 도로부가 아스팔트 포장의 경우 활동슬래브 및 접속슬래브의 연결 상세도이다.

도 6a는 본 발명에 따른 콘크리트 충진 섬유강화 복합소재 말뚝의 구성을 보여주는 사시도이다.

도 6b는 본 발명에 따른 콘크리트 충진 섬유강화 복합소재 말뚝의 단면도이다.

도 6c는 도 6b의 E부분의 확대 단면으로서, 본 발명에 따른 콘크리트 충진 섬유강화 복합소재 말뚝의 복합소재 튜브를 구성하는 섬유의 적층구조를 보여주는 부분 단면도이다.

도 7a는 본 발명에 따른 콘크리트 충진 섬유강화 복합소재 말뚝의 일 실시예로 내부에 나선형 내부 요철부를 가지는 복합소재 튜브의 사시도이다.

도 7b는 도 7a의 나선형 내부 요철부를 가지는 복합소재 튜브의 종단면도이다.

도 8은 본 발명에 따른 콘크리트 충진 섬유강화 복합소재 말뚝의 일 실시예로 지반 마찰력 향상을 위해 말뚝 외부에 나선형 외부 요철부를 가지는 복합소재 말뚝의 사시도 이다.

도 9는 본 발명에 따른 콘크리트 충진 섬유강화 복합소재 말뚝의 선단부 슈 장치의 구조를 보여주는 단면도이다.

<도면의 주요부분에 대한 간단한 설명>

1 말뚝 2 교대

3 교량 주형 4 교량 바닥판

5 접속슬래브 20 EPS 블록

21 도로부 30 다짐하지 않은 자갈재

31 망부재 40 활동슬래브

위와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는, 교량의 주형과 교대 사이에 신축이음을 설치하지 않고, 주형과 교대, 그리고 그 하부의 말뚝을 일체로 제작하여 이루어진 무조인트 일체교대식 교량의 교대구조로서, 상기 교대의 하부에는강화섬유와 수지로 이루어진 섬유강화 복합소재로 제작되는 중공의 복합소재 튜브, 및 상기 복합소재 튜브의 중공 내부에 충진되는 내부 충진 콘크리트로 구성된 유연성과 고강도 특성을 동시에 갖춘 콘크리트 충진 섬유강화 복합소재 말뚝이 일체로 설치되어 교대를 지지하는 것을 특징으로 하는 무조인트 일체교대식 교량의 교대구조 및 그 시공방법이 제공된다.

또한, 본 발명에서는 상기한 교대구조의 구체적인 일실시예로서, 상기 콘크리트 충진 섬유강화 복합소재 말뚝의 상부 외면에는 고정용 밴드가 구비되어 있고, 상기 말뚝의 정리된 두부 상부에는 소정 길이의 연결말뚝이 설치되고, 상기 연결말뚝 내에는 보강용 철근이 설치되어, 상기 연결말뚝 및 보강용 철근이 교대의 하부를 이루는 콘크리트 내에 매립되므로써 상기 말뚝이 교대의 하부에서 교대와 일체로 결합되는 것을 특징으로 하는 무조인트 일체교대식 교량의 교대구조가 제공된다.

또한, 본 발명에서는 상기한 교대구조의 또다른 실시예로서, 상기 교대의 후방에는 뒷채움재로서 EPS 블록이 채워져 있는 것을 특징으로 하는 무조인트 일체교대식 교량의 교대구조가 제공된다.

상기한 실시예에서 상기 EPS 블록은, 침하를 방지하기 위한 침하 방지용 받침(23)에 끼워진 상태로 적층되어 설치되는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에서는 교대구조의 또다른 실시예로서, 교대의 후방에는 뒷채움재로서 유동 억제를 위한 망부재에 담겨진 다져지지 않은 자갈재가 채워져 있는 것을 특징으로 하는 무조인트 일체교대식 교량의 교대구조가 제공된다.

또한, 본 발명에서는 교대구조의 또다른 실시예로서, 상기 교대의 후방 상면에는 접속슬래브가 일체로 형성되어 있고; 상기 접속슬래브에 후속하여 도로부가 설치되고, 상기 접속슬래브와 도로부의 연결부 하부에는 활동(滑動)슬래브가 설치되는데; 상기 활동슬래브의 중앙부에는 돌출부가 형성되어 있어 상기 돌출부의 양측에 상기 접속슬래브의 단부와 도로부의 단부가 각각 마주하도록 놓여져 상기 접속슬래브의 단부와 도로부의 단부가 각각 상기 활동슬래브 위에서 활동하므로써 주형의 온도변화에 의하여 발생하는 신축량을 흡수하는 것을 특징으로 하는 무조인트 일체교대식 교량의 교대구조가 제공된다.

또한, 본 발명에서는, 교량의 주형과 교대 사이에 신축이음을 설치하지 않고, 주형과 교대 그리고 그 하부의 말뚝을 일체로 건설하여 이루어진 무조인트 일체교대식 교량의 교대구조의 시공방법으로서, 상기 교대의 하부 지중에는 강화섬유와 수지로 이루어진 섬유강화 복합소재로 제작되는 중공의 복합소재 튜브, 및 상기 복합소재 튜브의 중공 내부에 충진되는 내부 충진 콘크리트로 구성된 콘크리트 충진 섬유강화 복합소재 말뚝을 설치하고, 상기 콘크리트 충진 섬유강화 복합소재 말뚝의 상단부가 상기 교대의 하부에 매립되도록 설치하여 상기 콘크리트 충진 섬유강화 복합소재 말뚝이 교대와 일체를 이루어 지지하도록 하는 것을 특징으로 하는 무조인트 일체교대식 교량의 교대구조의 시공방법이 제공된다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 상세한 구성 및 실시예에 대하여 설명한다.

도 1에는 본 발명에 따른 콘크리트 충진 섬유강화 복합소재 말뚝(1)을 이용한 교대구조를 구비한 무조인트 일체교대식 교량의 개략적인 단면도가 도시되어 있다. 도면에서 부재번호 1은 콘크리트 충진 섬유강화 복합소재 말뚝(1)이고, 부재번호 2는 교대(2)이다. 부재번호 3은 거더로 이루어져 교량의 상부구조를 이루는 주형(3)이고, 부재번호 4는 주형(3) 위에 설치되는 교량 바닥판(4)이다. 부재번호 5는 교대(2)에 일체로 형성되는 접속 슬래브(5)이다.

종래의 교량에서는 교대(2) 위에 주형(3)의 양단부가 단순히 놓여지는 구조로 이루어져 있으나, 본 발명에 따른 일체식 교대구조에서는 도면에 도시된 바와 같이, 주형(3)과 교대(2), 그리고 말뚝(1)은 일체로 이루어져 있다. 교대(2)의 하단부에는 유연성이 크고 고강도 및 고내구성을 가진 콘크리트 충진 복합소재 말뚝(1)이 교량의 축방향에 수직한 방향으로 설치되어 교대(2)를 지지하는 기초말뚝으로서 기능을 한다. 상기 콘크리트 충진 복합소재 말뚝(1)은 교량의 횡방향으로 일렬로 설치된다. 상기 콘크리트 충진 복합소재 말뚝(1)의 구체적인 구성에 대해서는 후술한다.

다음에서는 도 2a 및 도 2b를 참조하여 본 발명에 있어서 교대(2)와 말뚝(1)의 구체적인 결합구조의 실시예에 대하여 설명한다. 도 2a는 도 1에 도시된 무조인트 교대 일체식 교량에서 교대와 말뚝의 연결부분을 확대 도시한 확대도이고, 도 2b는 도 2a의 원A 부분의 확대도이다.

도면에 도시된 바와 같이, 콘크리트 충진 섬유강화 복합소재 말뚝(1)과 주형(3)은 신축이음장치 없이 교대(2)와 결합되어 일체로 거동한다. 우선, 지중에 설치된 섬유강화 복합소재 말뚝(1)의 두부를 정리한 후, 그 상단부에는 소정 길이의 연결말뚝(13)을 설치한다. 상기 연결말뚝(13)은 상기 섬유강화 복합소재 말뚝(1)의 외면에 구비된 고정용 밴드(16)에 의하여 섬유강화 복합소재 말뚝(1)의 상단부에서 설치 위치가 정해진다. 상기 섬유강화 복합소재 말뚝(1)의 상단부에서 상기 연결말뚝(13) 내에 보강용 철근(14)을 설치된다. 상기 보강용 철근(14)과 상기 연결말뚝(13)은 섬유강화 복합소재 말뚝(1)이 교대(2)와 일체로 거동 할 수 있도록 하는 기능을 가진다.

이와 같이 섬유강화 복합소재 말뚝(1)의 상단부를 준비한 뒤, 그 상부에 주형(3)이 놓여지는 주형거치대(17)를 설치한다. 교량의 횡방향으로 배치된 I빔으로 상기 주형거치대(17)를 구성할 수 있다. 상기 주형거치대(17)는 단순히 주형(3)을 지지하는 기능만을 가지는 것이 아니라, 후술하는 바와 같이 주형(3)이 매립되는 교대 부분과 상기 말뚝(1)이 매립되는 교대 부분을 일체로 연결하는 기능을 한다.

도 2b에 도시된 바와 같이 주형거치대(17)를 설치한 뒤, 상기 말뚝(1)의 상부에 교대 하부 보강용 철근을 배근한 후 콘크리트를 타설하여 파일 캡을 형성한다. 이 때, 상기 주형거치대(17)는 그 절반 정도만이 상기 콘크리트 파일 캡에 매립되고, 그 나머지 절단은 파일 캡 위로 노출된다. 상기 파일 캡은 교대(2)의 하부에 해당한다.

상기 노출된 주형거치대(17)에는 주형(3)의 단부가 놓여지고, 교대(2) 보강용 철근이 배근된 후, 상기 주형(3)의 단부와 주형거치대(17)가 내부에 매립되도록 콘크리트가 타설되어 교대(2)의 상부를 이루게 된다. 즉, 교대(2)의 상부 측면에는 주형(3)의 단부가 매립되며, 교대(2)의 하부에는 말뚝(2)의 상부가 매립되고, 상기 교대(2)의 하부와 상부는 주형거치대(17)에 의하여 일체로 연결되는 구조를 가지게 되는 것으로서, 결국 교대(2)와 말뚝(2), 그리고 주형(3)이 어떠한 신축이음장치 없이도 일체로 결합되는 것이다.

도 3a에는 본 발명에 따른 무조인트 일체교대식 교량의 일실시예로서, EPS(Expanded Poly-Styrol) 블록(대형 발포 스티롤 블록)(20)으로 교대(2) 후방을 뒷채움한 예의 교량 종방향 단면도가 도시되어 있다. 상기 EPS 블록(20)은 우수한 자립성을 가지고 있어, 겹겹이 쌓아 올리더라도 자립면이 형성되어 상부의 하부에 대한 측압이 발생하지 않게 된다. 따라서, 상기한 실시 예에서와 같이 교대의 뒷채움재로서 EPS 블록(20)을 사용하게 되면 교대에 미치는 횡압을 현저히 경감시킬 수 있고 온도변화에 의한 주형의 신축으로 교대(2)에 발생하는 신축을 원활히 흡수 할 수 있어, 주형(3)과 교대(2)가 유연하게 거동할 수 있게 된다

교대(2)의 후방을 터파기 한 후에 상기 채움재가 설치될 부분의 하부에는 배수공(11)을 형성하고 그 상부는 배수용 골재(12)로 덮어둔다. 이와 같이 배수공(11)과 배수용 골재(12)를 설치한 후 그 위에 EPS 블록(20)을 차례로 적층하여 뒷채움을 한다.

도 3b에는 도 3a의 선A-A에 따른 횡단면도가 도시되어 있는데, 도면에 도시된 바와 같이. EPS 블록(20)을 교대(2) 후방의 채움재로 사용하는 경우, EPS 블록(20)의 침하를 방지하기 위하여 EPS 블록(20)을 관통하여 침하 방지용 받침(23)을 설치하는 것이 바람직하다. 침하 방지용 받침(23)은 중앙의 수직봉과각 층마다의 수평판으로 구성되어 상기 EPS 블록(20)이 상기 수직봉에 끼워져 수평판에 의해 각 층이 지지되도록 적층되는 것이다. 이와 같이 EPS 블록(20)이 침하 방지용 받침(23)에 끼워져 적층되어 수평판에 의하여 지지되므로 EPS 블록(20)의 침하가 방지된다.

본 발명에 있어서, 교대(2) 후방의 뒷채움재는 상기한 EPS 블록(20)에 한정되지 아니하며, 다짐하지 않은 자갈재를 뒷채움재로 이용할 수 있는데, 본 발명에서는 단순히 다짐하지 않은 자갈재를 뒷채움재로 이용하는 것이 아니라, 자갈재를 망부재(31)에 담아서 뒷채움재로 사용한다. 도 4a는 도 3a와 유사한 도면으로서, 뒷채움재로서 다짐하지 않은 자갈재(30)를 사용한 경우의 종단면도이다. 도면에 도시된 바와 같이 다짐하지 않은 자갈재(30)를 교대(2) 후방의 뒷채움재로 사용하되, 자갈재(30)를 망부재(31)에 담아서 사용한다. 상기 망부재(31)로서 일반적인 철망을 사용할 수도 있으나, 부식을 방지한다는 면에서는 PVC로 코팅된 철망을 사용하는 것이 바람직하다.

이와 같이 뒷채움재로서 다짐하지 않은 자갈재(30)를 사용하되 이를 망부재(31)에 담아서 사용하게 되면, 자갈재(30)의 유동이 제한된다. 따라서, 자갈재(30)가 유동하더라도 망부재에 의해 유출이 안되므로 주형의 온도변화에 의한 교대의 신축을 원활히 흡수할 수 있다.

종래의 일체교대식 교량에서와 같이 일반 토사를 이용하여 교대(2)의 후방을 뒷채움하는 경우, 주형의 온도변화에 의한 신축이 발생하게 되면 교대(2)가 그에 따라 교량 종방향으로 변위되면서 뒷채움 토사를 가압하거나 토사와 교대 사이에간격이 생기게 된다. 이 경우, 우수의 유입, 차량의 통과 하중 등에 의하여 토사가 상기 간격으로 유동하므로써 접속슬래브(5) 하부나 도로부(21)의 하부에 공동 현상이 생기게 된다. 그러나, 본 발명에서는 상기 자갈재(30)가 망부재(31)에 담겨져 그 유동이 제한되므로, 종래 기술에서와 같은 접속슬래브(5) 하부나 도로부(21) 하부에 공동이 발생하는 것을 방지 할 수 있다.

도 4b에는 도 3a의 선B-B에 따른 횡단면도가 도시되어 있는데, 위와 같이 다짐하지 않은 자갈재(30)를 뒷채움재로 사용하는 경우, 접속슬래브(5), 도로부(21) 및 하부 지반과의 마찰을 줄이기 위하여 자갈재(30)의 상하부에 폴리에틸렌 등으로 이루어진 마찰방지 시트(32)를 설치하는 것이 바람직하다. 그러나 상기 마찰방지 시트(32)는 생략할 수도 있다.

한편, 본 발명에서는, 교대(2)의 접속슬래브(5)와 도로부(21) 간의 연결부분에 있어서도, 교량 주형의 온도변화에 따른 신축을 흡수할 수 있는 구조를 구비하게 되는데, 구체적으로 도5a에 도시된 바와 같이 접속슬래브(5)와 도로부(21)의 하부에 활동슬래브(40)가 구비된다. 도 5a는 도 3a의 원B 부분을 확대한 도면으로서 접속슬래브(5)와 도로부(21)의 연결부분 하부에 활동슬래브(40)를 설치한 구성이 도시되어 있다.

즉, 접속슬래브(5)와 도로부(21)의 연결부분 하부에 콘크리트로 이루어진 활동슬래브(40)가 설치되는데, 상기 활동슬래브(40)의 중앙부에는 돌출부(43)가 형성되어 있어 상기 돌출부(43)의 양측에 상기 접속슬래브(5)의 단부와 도로부(21)의 단부가 각각 마주하도록 상기 접속슬래브(5)와 도로부(21)가 활동가능하도록 활동슬래브(40)의 상부에 놓여진다.

상기 접속슬래브(5)와 도로부(21)가 활동슬래브(40)의 상부에서 활동함에 있어서 마찰을 줄이기 위하여 상기 활동슬래브(40)의 상부면에는 폴리에틸렌 등으로 제작된 마찰방지 시트(42)를 설치하는 것이 바람직하다. 또한, 활동슬래브(40)의 하부면에도 채움재와의 마찰을 줄이기 위하여 마찰방지 시트(32)를 설치하는 것이 바람직하다.

온도변화로 인하여 주형(3)에 신축이 발생하게 되는데, 본 발명에서는 주형(3)이 교대(2)와 일체를 이루고 있으므로 주형(3)의 신축량은 곧 교대(2)의 교축방향 변위가 되고 결국은 그 후방에 설치된 접속슬래브(5)의 변위가 된다. 위와 같은 활동슬래브(40)를 구비한 구성에서는, 접속슬래브(5)가 활동슬래브(40) 상에서 작은 마찰만을 가진 상태로 활동(滑動)할 수 있으므로, 주형(3)의 신축에 의하여 접속슬래브(5)가 변위되더라도 활동슬래브(40)의 작동에 의하여 모두 흡수된다.

요컨대, 본 발명에서는 접속슬래브(5)와 도로부(21) 사이에 활동슬래브(40)를 설치하고 접속슬래브(5)와 도로부(21)가 각각 활동슬래브(40) 상부에서 활동할 수 있도록 하므로써, 온도변화 등으로 인하여 발생하는 신축을 흡수하게 되는 것이다. 따라서, 온도변화 등으로 인하여 연결부에서 균열 등의 파손이 발생하는 것을 방지할 수 있다.

도 5b는 도 5a의 원C 부분을 확대한 도면으로서 도로부(21) 및 접속슬래브(5)의 포장이 콘크리트인 경우 활동슬래브(40)의 돌출부(43)와 도로부(21) 및 접속슬래브(5) 양단부 간의 연결구조를 보여주는 도면이며, 도 5c는도 5b의 원D 부분의 확대도이다. 도면에 도시된 바와 같이, 활동슬래브(40)의 돌출부(43)와 도로부(21) 및 접속슬래브(5) 양단부가 연결되는 부분에서는, 모서리 부분을 블록아웃하고, 모서리의 보호를 위하여 앵커철근(44)이 형성되어 있는 보호앵글(46)을 설치한 후, 탄성콘크리트(45)를 타설한다. 상기 보호앵글(46) 사이에는 수밀성과 신축성을 가진 탄성 신축이음재(41)를 설치하여 온도변화에 의한 신축을 흡수할 수 있도록 한다.

도 5d는 도 5b와 유사한 도면으로서, 도로부(21)의 포장이 아스팔트인 경우, 활동슬래브(40)와의 연결부 상세도이다. 이 경우, 도로부(21)와 활동슬래브(40)의 돌출부(43)를 연결함에 있어서는, 상기 보호앵글(46)을 돌출부(43)의 모서리에만 설치한다. 도면에서 미설명 부재번호 49는 도로부(21)에 포설된 아스팔트 포장(49)이다.

도 6a에는 본 발명에 따른 콘크리트 충진 섬유강화 복합소재 말뚝(1)의 구성을 보여주는 사시도가 도시되어 있고, 도 6b에는 도 6a에 도시된 콘크리트 충진 섬유강화 복합소재 말뚝(1)의 단면도가 도시되어 있다.

도 6a 및 도 6b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 섬유강화 복합소재 말뚝(1)은 섬유강화 복합소재로 이루어진 복합소재 튜브(51), 상기 복합소재 튜브(51)의 내부에 충진되어 있는 내부 충진 콘크리트(50)로 구성된다. 상기 복합소재 튜브(51)는 내부에 콘크리트가 충진되도록 중공이 형성되는 원통형으로 이루어지는데, 유리섬유, 탄소섬유 또는 아라미드섬유로부터 선택되는 강화섬유와 비닐에스터, 폴리에스터, 페놀 또는 에폭시로부터 선택되는 수지로 구성된 복합소재로 제작된다.

도 6c에는 도 6b의 E부분을 확대한 부분 단면도가 도시되어 있는데, 상기 복합소재 튜브(51)를 구성하는 강화섬유의 배열구조를 보여준다. 도 6c에 도시된 바와 같이 상기 복합소재 튜브(51)의 강화섬유는 말뚝의 종방향으로 배열된 종방향 섬유(52), 말뚝의 횡방향으로 배열된 횡방향 섬유(53) 및 경사진 방향으로 배열된 경사방향 섬유(54)가 순차적으로 적층되어 있는 형태로 구성된다.

여기서, 말뚝의 종방향 섬유(52)는 기존 콘크리트 말뚝의 철근 또는 강선의 역할과 유사하게 말뚝에 가해지는 휨응력, 인장응력에 저항하게 되며, 상기 말뚝의 횡방향 섬유(53)는 내부 충진 콘크리트(50)를 횡방향으로 구속하여, 순수한 콘크리트 말뚝에 비하여 수 배에 이르는 압축내력을 가지도록 할 뿐만 아니라 내진 성능을 대폭적으로 향상시키는 역할을 하며, 전단에 저항하는 역할을 한다. 상기 경사방향 섬유(54)는 말뚝의 종방향에 대하여 +45°또는 -45°경사방향으로 배치되는데, 내부 충진 콘크리트(50)와 함께 말뚝의 전단력에 저항하고 길이방향 및 둘레방향으로 말뚝의 균열을 방지하는 역할을 한다.

상기한 본 발명의 섬유강화 복합소재 말뚝(1)에 있어서, 콘크리트를 섬유강화 복합소재로 이루어진 복합소재 튜브(51)로 보호하게 되므로, 내부 충진 콘크리트(50)를 외부의 부식환경으로부터 차단할 수 있게 되며 그에 따라 콘크리트 열화 문제를 해결할 수 있다. 또한, 상기 복합소재 튜브(51)의 섬유강화 복합소재에 유리섬유를 사용하는 경우, 그 인장강도는 3000∼7000 kgf/㎠ 에 이르게 되어 강재보다 뛰어난 고강도 특성을 보유하게 되며, 그 결과로 말뚝의 압축, 휨 등의 외력에충분히 저항할 수 있는 구조적 성능을 보유하게 된다.

또한, 본 발명의 콘크리트 충진 섬유강화 복합소재 말뚝은 탄성계수가 강재의 1/5 정도인 섬유강화 복합소재와 콘크리트 재료로 제작되어 종래의 일체교대식 교량의 기초말뚝인 강재보다 유연성이 커서 온도변화에 따른 신축을 쉽게 흡수할 수 있고, 복합소재가 완전탄성재료이기 때문에 탄성회복력이 우수하다. 내부 충진 콘크리트(50)는 말뚝의 압축성능을 향상시키고, 전체적인 강성을 보완하는 역할을 하여 횡방향 변위를 감소시킬수 있을 뿐만 아니라, 말뚝의 전단성능을 향상시키는 역할을 하게 된다. 본 발명에서는 섬유강화 복합소재 복합소재 튜브(51)의 합성효과로 인해 내부 충진 콘크리트(50)의 강도가 증가된다.

도 7a에는 본 발명에 따른 섬유강화 복합소재 말뚝(1)에 구비되는 복합소재 튜브의 또다른 실시예로서, 내부에 나선형 내부 요철부(60)를 가지는 복합소재 튜브(51)의 사시도가 도시되어 있다. 도 7b는 도 7a에 도시된 복합소재 튜브의 종단면도가 도시되어 있다. 상기 복합소재 튜브(51)의 내부에 구비된 나선형 내부 요철부(60)는 소정 폭의 스트립 형태로 이루어져 복합소재 튜브(51)의 내부를 나선형태로 감아 부착되는데, 복합소재 튜브(51)와 동일한 소재로 구성된다. 상기 나선형 내부 요철부(60)는 복합소재 튜브(51)와 내부 충진 콘크리트(50) 계면의 부착면적을 증대시키고, 서로 다른 재료(복합소재 튜브와 충진 콘크리트)의 종방향 기계적 맞물림을 가능하게 하여 말뚝의 구조적 일체성을 향상시켜 합성효과를 증대시키고, 온도차에 의한 재료의 분리를 방지하게 된다. 위에서 내부 요철부(60)는 나선형태를 가지는 것으로 설명하였으나, 반드시 나선형으로 한정될 필요는 없으며 단순한 원형 테로 구성될 수도 있다.

도 8에는 본 발명에 따른 섬유강화 복합소재 말뚝의 또다른 일실시예로 지반 마찰력 향상을 위해 말뚝의 외부에 나선형 외부 요철부를 가지는 섬유강화 복합소재 말뚝의 사시도이다. 도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 섬유강화 복합소재 말뚝(1)에서는 그 외부에 나선형 외부 요철부(61)를 형성할 수 있다. 이러한 나선형 외부 요철부(61)는 말뚝의 지중 인입 구간에서 지반 마찰력을 향상시키는 기능을 하는 것으로서, 위에서 외부 요철부(61) 역시 나선형태를 가지는 것으로 설명하였으나, 반드시 나선형으로 한정될 필요는 없으며 단순한 원형 테 형태로 구성될 수 있다.

도 9에는 본 발명에 따른 섬유강화 복합소재 말뚝의 선단부 슈의 단면도가 도시되어 있다. 지중에 최초로 삽입되는 섬유강화 복합소재 말뚝의 선단부에는 용이한 지중관입을 위하여 선단부 슈가 구비되는데, 도 10에는 플랫(Flat)형 선단부 슈(70)가 도시되어 있다. 본 발명의 섬유강화 복합소재 말뚝에 구비되는 플랫형 선단부 슈(70)는 복합소재 튜브(51)의 내측에 삽입되는 삽입설치부(71)와 상기 삽입설치부(71)의 단부에 일체로 구비되고 복합소재 튜브(51)의 단면을 폐쇄하는 수평마감부(72)로 구성된다. 상기 삽입설치부(71)를 복합소재 튜브(51)의 내측에 삽입함에 있어서, 복합소재 튜브(51)의 내측에 에폭시 등의 접착제(73)를 도포하여 상기 선단부 슈(70)의 삽입설치부(71)가 복합소재 튜브(20)의 내측면에 부착되어 고정되도록 할 수도 있다. 한편, 상기 선단부 슈(70)는 위와 같은 플랫형 이외에도 상기 수평마감부(72)에 凹형 엠보싱을 형성한 마밀라(Mamila)형으로 구성할 수도 있다.

본 발명의 콘크리트 충진 섬유강화 복합소재 말뚝의 항타는 유압해머, 디젤해머 및 진동해머 등, 현재 강재 말뚝 및 콘크리트 말뚝을 항타하는 장비를 그대로 사용할 수 있으며 두부정리로 기존의 콘크리트 말뚝 두부정리하는 방법을 그대로 사용하여 실시 할 수 있다.

이상에서 설명하였듯이, 본 발명에 따라 콘크리트 충진 유리섬유 복합소재 말뚝을 이용하여 무조인트 일체식 교대를 구성하게 되면, 종래의 신축이음 장치가 있는 교량의 문제점을 근원적으로 해결할 수 있어 교량의 수명을 연장시킬 수 있으며, 상대적으로 유지관리가 매우 간편해져 막대한 유지관리 비용을 절감할 수 있게 된다. 또한 신축이음부 파손으로 파생되는 노후화 가속으로 인한 교량 수명 단축 효과를 감소시켜 건설비용에 대한 투자 효과가 증대된다.

또한 신축이음 장치, 교좌장치의 미설치로 기존의 신축이음 장치를 구비한 교량에 비해 초기 건설비용이 저렴하고 중력벽식 교대형식을 말뚝지지 교대방식으로 대치함에 따라 교대부 초기 건설 비용도 절감할 수 있게 된다.

특히 본 발명에서 제시하는 콘크리트 충진 유리섬유 복합소재 말뚝은, 탄성계수가 적은 유리섬유를 사용하여 휨 및 축방향에 저항할 수 있도록 섬유를 종방향으로 배치하고 동시에 콘크리트 구속효과 증진과 전단력 저항을 증진시켜 줄 수 있도록 섬유를 횡방향과 경사방향으로 배치하여 복합소재 튜브를 제작하고, 복합소재튜브 내부에는 콘크리트로 충진하여 구성되어 있으므로, 우수한 유연성과 고강도 특성을 동시에 발휘하게 된다.

따라서, H형 말뚝을 사용하는 종래의 무조인트 일체교대식 교량과는 달리, 본 발명에서는 위와 같이 유연성이 크고, 고강도 및 고내구성을 가지는 콘크리트 충진 유리섬유 복합소재 말뚝을 사용하므로, 교량의 주형이 신축되더라도 이러한 신축량을 말뚝이 원활하게 흡수할 수 있으므로, 신축에 의한 응력 발생 및 그에 따른 주형의 손상 등을 원천적으로 방지할 수 있게 된다.

또한 본 발명에서는 무조인트 일체교대식 교량의 뒷채움으로 EPS 블록 또는 다짐하지 않은 자갈재를 사용하므로써, 무조인트 일체식 교량의 교대부에 발생하는 토압을 크게 감소시키고, 온도변화에 의한 신축으로 접속슬래브 하부에 동공이 발생하여 포장부 함몰 등이 발생하게 되는 것을 방지할 수 있게 된다.

특히, 도로부와 접속슬래브가 연결되는 부분에는 활동슬래브를 설치하므로써 무조인트 일체교대식 교량 주형의 온도변화에 의한 신축을 도로부에 전달하지 않고 흡수할 수 있게 된다.

Claims (7)

1. 교량의 주형(3)과 교대(2) 사이에 신축이음을 설치하지 않고, 주형(3)과 교대(2) 그리고 그 하부의 말뚝(1)을 일체로 건설하여 이루어진 무조인트 일체교대식 교량의 교대구조로서,

   상기 교대(2)의 하부에는 강화섬유와 수지로 이루어진 섬유강화 복합소재로 제작되는 중공의 복합소재 튜브(20), 및 상기 복합소재 튜브(20)의 중공 내부에 충진되는 내부 충진 콘크리트(10)로 구성된 콘크리트 충진 섬유강화 복합소재 말뚝(1)이 일체로 설치되어 교대(2)를 지지하는 것을 특징으로 하는 무조인트 일체교대식 교량의 교대구조.
2. 제1항에 있어서,

   상기 콘크리트 충진 섬유강화 복합소재 말뚝(1)의 상부 외면에는 고정용 밴드(16)가 구비되어 있고, 상기 말뚝(1)의 정리된 두부 상부에는 소정 길이의 연결말뚝(13)이 설치되고, 상기 연결말뚝(13) 내에는 보강용 철근(14)이 설치되어, 상기 연결말뚝(13) 및 보강용 철근(14)이 교대(2)의 하부를 이루는 콘크리트 내에 매립되므로써 상기 말뚝(1)이 교대(2)의 하부에서 교대(2)와 일체로 결합되는 것을 특징으로 하는 무조인트 일체교대식 교량의 교대구조.
3. 제1항에 있어서,

   상기 교대(2)의 후방에는 뒷채움재로서 EPS 블록(20)이 채워져 있는 것을 특징으로 하는 특징으로 하는 무조인트 일체교대식 교량의 교대구조.
4. 제3항에 있어서,

   상기 EPS 블록(20)은, 침하를 방지하기 위한 침하 방지용 받침(23)에 끼워진 상태로 적층되어 설치되는 것을 특징으로 하는 무조인트 일체교대식 교량의 교대구조.
5. 제1항에 있어서,

   상기 교대(2)의 후방에는 뒷채움재로서 유동 방지를 위한 망부재(31)에 담겨진 다져지지 않은 자갈재(30)가 채워져 있는 것을 특징으로 하는 특징으로 하는 무조인트 일체교대식 교량의 교대구조.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 교대(2)의 후방 상면에는 접속슬래브(5)가 일체로 형성되어 있고;

   상기 접속슬래브(5)에 후속하여 도로부(21)가 설치되고, 상기 접속슬래브(5)와 도로부(21)의 연결부 하부에는 활동슬래브(40)가 설치되는데;

   상기 활동슬래브(40)의 중앙부에는 돌출부(43)가 형성되어 있어 상기 돌출부(43)의 양측에 상기 접속슬래브(5)의 단부와 도로부(21)의 단부가 각각 마주하도록 놓여져 상기 접속슬래브(5)의 단부와 도로부(21)의 단부가 각각 상기 활동슬래브(40) 위에서 활동하므로써 주형(3)의 온도변화에 의하여 발생하는 신축량을 흡수하는 것을 특징으로 하는 무조인트 일체교대식 교량의 교대구조.
7. 교량의 주형(3)과 교대(2) 사이에 신축이음을 설치하지 않고, 주형(3)과 교대(2) 그리고 그 하부의 말뚝(1)을 일체로 건설하여 이루어진 무조인트 일체교대식 교량의 교대구조의 시공방법으로서, 상기 교대(2)의 하부 지중에는 강화섬유와 수지로 이루어진 섬유강화 복합소재로 제작되는 중공의 복합소재 튜브(20), 및 상기 복합소재 튜브(20)의 중공 내부에 충진되는 내부 충진 콘크리트(10)로 구성된 콘크리트 충진 섬유강화 복합소재 말뚝(1)을 설치하고, 상기 콘크리트 충진 섬유강화 복합소재 말뚝(1)의 상단부가 상기 교대(2)의 하부에 매립되도록 설치하여 상기 콘크리트 충진 섬유강화 복합소재 말뚝(1)이 교대(2)와 일체를 이루어 지지하도록 하는 것을 특징으로 하는 무조인트 일체교대식 교량의 교대구조의 시공방법.