KR20060122381A - 팽창수축형 지반보강재 - Google Patents

Abstract

본 발명은 지반보강재의 주재(main body)을 지반 관입 후 팽창시켜, 저항력을 받는 부재를 지반에 접촉시킴으로, 인장강도 및 마찰 저항력을 증가시킨 지반보강재를 제조 및 현장 적용하는 것이다. 소일 네일(Soil Nail), 락 볼트(Rock Bolt), 어스 앵커(Earth Anchor) 등, 종래의 지반보강재는 같은 재질 및 형상을 지닌 단일체를 그라우팅에 의하여 지반에 접촉시켰으나, 본 발명에 의한 지반보강재는 지반 삽입 후 팽창이 되는 주재의 팽창으로, 저항을 받는 부재를 지반에 접촉하여 큰 인장강도와 마찰저항을 가지게 한다.

지반보강재, 팽창, 수축

Description

팽창수축형 지반보강재 {swelling reinforced material}

도면 1은 기존의 지반보강재의 작용 메카니즘을 보여준다. 도면 2는 주재의 팽창전 후의 모습을 보여주며, 도면 3은 본 지반 보강재가 사면에 적용되어 팽창 전 후의 모습을 보여준다.

소일 네일링(Soil Nailing) 공법은 철근을 이용한 보강토공법의 일종으로 절토 사면에서 인장력과 전단력에 견디도록 보강재를 이용하여 현지의 흙을 보강하는 공법으로, 인장응력, 전단응력 및 휨모멘트에 저항할 수 있는 보강재를 지반 내에 비교적 촘촘한 간격으로 삽입함으로써 원지반의 전체적인 전단 저항력과 활동 저항력을 증가시켜 사면의 안정을 확보함과 동시에 지반의 변위를 억제하는 공법이다. 또한 락 볼트공법 역시 철근을 이용하여 암반의 전단저항력과 활동 저항력을 증가시켜 암반 사면 혹은 터널의 안정을 확보함과 동시에 암반의 변위를 억제하는 공법이다.

어스앵커는 구축물과 지반의 양자에 앵커케이블의 양단부를 고정하여 앵커케이블에 프리스트레스력을 부여함으로써 구조물을 가설적 및 영구적으로 발생하는 과대한 응력, 변형, 변위 등에 대하여 안정시키기 위해 지반중에 설치되는 것이다. 정착기반에 따라 토사지반에 정착될 경우 소일앵커라 하며, 암반에 정착된 경우 록앵커로 일컬어지고 있다. 앵커두부는 앵커케이블에 주어지는 프리스트레싱력을 정착구를 사용해서 건축물에 고정하여 유지한다. 자유길이부는 앵커두부에서의 프리스트레싱력을 앵커정착체에 긴장력을 감소시키지 않고 전달시킨다. 앵커정착체부는 앵커케이블에서 전달된 프리스트레싱력을 그라우트를 개재시켜 확실하게 주변지반으로 전달시킨다. 가설로 사용되는 예로서는 평면적으로 대규모의 굴착, 평면형사에 부정형인 경우의 굴착이 있다. 영구구조물의 사용예로서는 구축물의 지진대책, 흙 붕괴억지, 사면안정, 구축물의 전도방지, 지하수위 이하에 설치되는 구조물의 부상방지, 지진이나 폭풍에 의한 기초구조물의 이간억지, 편토압이 작용하는 구조물, 송전철탑과 같은 탑상구축물, 교량의 기초 등의 안정화 등이 있다.

도면 1에서와 같이, 어스 앵커는 구조물에서의 인장력을 지반에 전달하기 위한 구조 부재의 일종이다. 인장력을 앵커체에 전달하는 인장부(11), 인장 부분의 인장력을 지반에 전달시키는 기능을 가진 앵커체(12) 및 앵커를 구조물에 연결하는 역할을 가진 앵커 두부(13)로 구성된다.

사면보강공법은 사면의 토질상태, 사면의 기울기, 사면의 용수상태, 주변현황에 따라 달리 적용해야 한다. 사면이 암으로 되어 있으며, 암의 절리가 발달되어 붕락이 예상되는 구간에는 락볼트, 절취사면이 토사나 리핑암일때 사면의 붕괴를 방지하기 위해 소일네일링 공법을 사용한다. 두 공법 모두 천공을 하여 지반보강재 를 삽입한다. 그리고 그라우팅후 네일 두부에 플레이트를 체결한다.

이러한 종래의 지반보강재를 현장에 적용하는 방법은, 지중에 천공한 경사진 구멍 속에 지반보강재를 삽입하고 그 주위를 시멘트 그라우트로 고결하여 외부에서 보강재에 인장력을 가해서 지반에 정착시키는 방법을 이용하였다. 위에 언급된 지반 보강재를 사용하는 공법 모두 형상 및 재료의 재질은 균등한 재질을 사용하고있다.

종래의 지반보강재의 설치과정은 일반적으로 천공된 구멍에 삽입한 후 그라우팅(grouting) 처리를 해야 하나, 그라우팅 처리를 한다고 하더라도 그라우팅이 지반과 완전히 결합되기는 어려워, 지반보강재는 시간이 지남에 따라 힘을 받는 부위가 변하고 저항력이 약해지는 진행성 파괴가 일어난다.

본 발명은 공기주입기 등을 이용한 주재의 팽창으로 인하여 부재가 지반과 접촉 및 지지력을 받게 하여 그라우팅 없이, 큰 전단저항 및 인장 강도를 받을 수 있도록 하였다. 주재를 고무 tube 등으로 만들어 수시로 주재의 팽창압을 조사한 후 팽창압을 조절함으로써 부재의 저항력을 일정하게 유지할 수 있어 진행성 파괴로 인한 구조물의 파괴를 막을 수 있다.

뿐만 아니라 종래의 지반보강재는 철근, FRP 등의 강성체를 사용하여 보강재가 구조물에 의하여 소성변형이 일어나면 힘을 받지 못하는 단점이 있었으나, 본 발명에 의한 팽창형 지반보강재는 연성체로 구성할 수 있어 소성변형이 일어나지 않으므로 구조물의 변형시에도 지속적으로 힘을 받을 수 있다.

또한 가시설인 경우, 공기압 등 압력요인을 제거하여 공사완료 시 사용된 지반보강재를 수축시킨 후 수거하여 다른 가시설에 재 사용할 수 있다.

즉, 그라우팅과정을 없애고, 주재의 팽창압을 조절하여 안정된 인장강도를 유지함으로써, 큰 마찰 저항이나 인장강도가 필요한 영구구조물이나 가설 구조물의 안정성을 높이고, 경제적 효과를 누릴 수 있다.

지반보강재는 도면 2에서 보인 바와 같이, 고무 tube와 같이 지반관입 후 지반 내에서 팽창될 수 있는 주재(21)와 주재의 팽창으로 인해 지반과 접촉되어 저항을 받는 부재(22)로 구성되며, 주재 및 부재는 일반 지반보강재와는 달리 연성체를 사용하여 휘어질 수 있도록 고무, 줄 , 케이블, 체인 혹은 스프링 등으로 구성할 수도 있다.

지반보강재의 삽입과 설치는 도면 3에서 보이는 바와 같다. 지반보강재가 천공구멍에 삽입될 수 있도록, 저항체(부재)가 주재에 결합되어 삽입될 수 있도록 한다. 천공구멍에 삽입 후 저항체가 지반에 접촉될 수 있도록 공기압력기 등을 이용하여 주재를 팽창시켜 저항체와 지반이 닿을 수 있도록 한다(도면 3). 그리하여 이 저항체가 직접 지반 속에서 저항하게 되어, 일반 지반보강재가 지반 속에서 지지력을 받기위해 필요한 그라우팅과정이 불필요하다.

본 기술은 앵커, 락 볼트, 소일 네일 등, 단일 재질로 사용되는 종래의 지반보강재를, 지반에 접촉시키는 주재와 지반과 접촉되어 힘을 받는 부재를 결합하여, 인장강도 및 마찰 저항력을 증가시킨 지반보강재를 제조 및 현장 적용하는 것이다. 또한 저항체가 주재에 의해 지반에 바로 접촉 및 저항하므로 그라우팅공정이 불필요할 뿐 아니라, 보강재를 재사용가능하며 진행성 파괴를 막을 수 있는 장점이 있어, 지반보강재를 필요로 하는 다양한 토목 및 건축공사에 적용하여 구조물의 안정성을 증가시키며, 비용절감효과를 얻을 수 있다.

Claims (5)

1. 지반에 관입된 후 팽창되는 주재와 주재의 팽창 및 수축으로 인하여 지반에 접촉, 분리 및 저항력을 가지는 저항체(부재)로 된 구성을 특징으로 하는 지반 관입 보강재
2. 제 1항에 있어서, 저항체(부재)가 서로 연결 혹은 각각 별도로 주재에 연결 된다하더라도, 저항체가 주재의 팽창 및 수축에 의하여 지반에 접촉, 분리 및 저항을 받을 수 있도록 된 구성을 특징으로 하는 지반 관입 보강재
3. 제 1항에 있어, 저항을 받는 부재가 연성체(고무, 줄, 체인, 케이블 혹은 스프링 등) 혹은 강성체(강관, 철근 등)이더라도, 저항체(부재)가 주재의 팽창에 의하여 지반에 접촉 및 저항을 받을 수 있도록 된 구성을 특징으로 하는 지반 관입 보강재
4. 제 1항에 있어, 지반에 관입 후 팽창되는 주재가 어떤 형상, 어떤 재질을 가지건, 주재의 팽창으로 인하여 저항체(부재)가 그라우팅 과정 없이 지반에 직접 접촉 및 저항을 받도록 된 구성을 특징으로 하는 지반 관입 보강재
5. 제 1항에 있어, 지반에 접촉되어 저항을 받는 저항체(부재)가 주재의 부착 위치와 부착 개수에 무관하게, 이 저항체가 주재의 팽창 및 수축으로 인하여 지반에 접촉 및 분리되는 구성을 특징으로 하는 지반 관입 보강재

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