KR20080000243A - 보강토 교각 및 이를 이용한 교량시공방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 원형관 내부에 하중에 의한 인장저항력을 증진시키기 위하여 프리스트레스가 축방향으로 도입된 하상재료인 강모래와 그에 준하는 건설재료를 포함한 토사로 채워진 기둥체; 및 상기 기둥체 하부에 형성된 기초부를 포함하여 작용하중에 대한 인장저항력을 증진시킨 보강된 토사체를 이용하여 교각을 신속하게 제작, 시공할 수 있는 보강토 교각 및 이를 이용한 교량시공방법에 관한 것이다.

보강토교각

Description

보강토 교각 및 이를 이용한 교량시공방법{REINFORCED SOIL PIER AND THE BRIDGE CONSTRUCTION METHOD THEREWITH}

도 1a 및 도 1b는 본 발명과 관련된 보강쉬트를 이용한 보강토 교각의 설치예들을 도시한 것이다.

도 2 및 도 3은 본 발명의 보강토 교각의 조립상태도 및 조립완성도를 도시한 것이다.

도 4a, 도 4b, 도 4c 및 도 4d는 본 발명의 보강토 교각을 이용한 교량시공방법을 순서대로 도시한 것이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100:기둥체 110:원형관

120:토사 130:긴장재

140:상부지지판 200:기초부

본 발명은 보강토 교각 및 이를 이용한 교량시공방법에 관한 것이다. 더욱 구체적으로 철근 콘크리트 구체를 이용하여 교량용 교각을 제작하는 것이 아닌 작 용하중에 대한 인장저항력을 증진시킨 보강된 토사체를 이용하여 교각을 신속하게 제작, 시공할 수 있는 보강토 교각 및 이를 이용한 교량시공방법에 관한 것이다.

도 1a는 종래의 PL-PS 보강토 교각(10,Preloaded and Prestressed geogrid-reinforced soil bridge pier)을 도시한 것이다.

교량용 거더를 지지하기 위하여 교대(11)와 교대(11) 사이의 지반에 먼저 기초파일로서 시멘트처리 점토파일(12)을 형성시키고, 점토파일(12) 상면에 보강쉬트(13)를 다층으로 형성시켜 가면서, 토사를 함께 적층시켜 선행하중을 가하고, 수직방향으로 프리스트레스를 도입시키기 위하여 긴장재(14)를 보강토 교각 상부면으로부터 점토파일(12) 하부까지 연장 설치하고 있음을 알 수 있다.

이러한 방법은 나름대로 교각을 보강토 교각으로서 설치할 수 있다는 기본적인 장점은 있으나, 점토파일(12)을 설치해야 하고, 보강쉬트(13)를 이용해야 한다는 기본적인 전제조건이 필요하며, 보강토 교각 및 점토파일 모두에 긴장재(14)를 설치해야 하므로 시공성 및 경제성이 낮을 수 있다는 문제점이 지적되었다.

도 1b는 종래의 보강토 교각에 대한 GPSP(GEOSYNTHETIC REINFORCED SOIL PIERS, 토목섬유 보강교각)시스템에 관한 것이다.

즉, 콘크리트 블록(21)을 직육면체 형태로 쌓아가면서 그 내부에 보강쉬트(22) 및 토사(23)를 설치 및 다짐하여 결국 보강쉬트(22)와 토사(23)의 마찰력에 의하여 토사에 작용하는 하중에 대한 저항력을 확보할 수 있도록 한 것이다.

이에 보강토 교각의 시공성 및 경제성은 우수하다는 장점은 있으나 하중에 저항하는 요소는 모두 비 강성체인 보강쉬트(22) 및 토사(23)에 불과하여 그 적층 높이 및 사면체 크기가 철근콘크리트 구체를 이용하는 경우보다 상당히 커질 수밖에 없다는 문제점이 있었다.

본 발명의 상기 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 시공성 및 경제성을 확보할 수 있으면서도 종래의 보강토 교각의 장점을 살린 새로운 형식의 보강토 교각 및 이를 이용한 교량시공방법을 제공하는 것이다.

상기 기술적과제를 달성하기 위하여 본 발명은

원형관(110) 내부에 하중에 의한 인장저항력을 증진시키기 위하여 프리스트레스가 축방향으로 도입된 토사(120)로 채워진 기둥체(100); 및

상기 기둥체 하부에 형성된 기초부(200);를 포함하는 것을 특징으로 하는 보강토 교각을 제공한다.

상기 원형관(110)은 프리스트레스에 의하여 토사에 인장력이 발생할 경우 이를 구속할 수 있도록 원형단면의 강관을 이용할 수 있도록 하였다.

이에 원형관(110)은 토사에 작용하는 인장력을 보강쉬트 없이 저항할 수 있도록 한 것이다.

또한 프리스트레스가 긴장재에 의하여 토사에 축방향으로 도입되도록 함으로서 토사가 채워진 원형관(110)이 보다 안정성을 가지고 설치될 수 있도록 하였다.

결국, 본 발명의 보강토 교각은 원형강관, 강모래와 그에 준하는 건설재료를 포함한 토사, PC 강연선, 강봉을 포함한 긴장재, 정착구 및 고정구와 같이 통상적 으로 비교적 쉽게 구할 수 있고, 그 각각의 성능이 검증된 구성을 이용하도록 함으로서 규격화된 보강토 교각을 시공할 수 있으면서도, 가공이 용이하여 신속한 시공이 가능하도록 구성된다.

본 발명을 보다 명확하고 용이하게 설명하기 위해서 이하 본 발명의 최선의 실시예를 첨부도면에 의하여 상세하게 설명하며, 본 발명에 따른 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으므로, 본 발명의 범위가 아래에서 설명되는 실시예에 한정되지 않는다.

도 2 및 도 3은 본 발명의 보강토 교각의 조립상태도 및 조립완성도를 단면도로 도시한 것이며, 도 4a, 도 4b, 도 4c 및 도 4d는 본 발명의 보강토 교각을 이용한 교량시공방법을 순서대로 도시한 것이다.

도 2 및 도 3을 기준으로 살펴보면, 본 발명의 보강토 교각은 크게 기둥체(100)와 이러한 기둥체(100)를 지지하는 기초부(200)를 포함하여 구성된다.

이때, 상기 기둥체(100)는 원형관(110), 원형관(110) 내부에 충전되는 토사(120) 및 프리스트레스 도입을 위한 긴장재(130)로 구성된다.

먼저 원형관(110)은 제작, 운반 및 시공여건에 따라 소정의 높이 및 직경을 가지도록 제작되는데, 통상의 원형 강관을 이용하는 것이 바람직하다. 이러한 원형 강관을 사용하는 이유는 그 내부에 강모래와 그에 준하는 건설재료를 포함한 토사(120)가 채워질 때, 토사에 수직하중이 가해지는 경우 그 하중은 토사를 통해 방사형으로 원형강관에 균등하게 전달되어 원형강관의 두께를 조절함으로서 보다 용이한 하중저항능력을 확보할 수 있고, 이러한 원형강관의 변형은 육안 등으로 확인 이 용이하여 그 안전성을 용이하게 확인할 수 있다는 장점이 있기 때문이다.

즉, 종래 보강토 교각인 도 1b와 같이 콘크리트 블록으로 보강토 교각을 제작하는 경우 파괴 시 그 징조를 쉽게 예측하기 쉽지 않을뿐더러 취성적인 파괴를 유발할 수 있기 때문에 안정성을 용이하게 확인 가능하도록 본 발명은 원형강관에 의하여 보강토 교각이 제작될 수 있도록 한 것이다.

또한 원형강관은 시중에서 비교적 용이하게 구입 가능하므로 보강토 교각을 제작하기 위한 별도의 설비 등이 필요 없어 경제적인 시공이 가능하게 된다.

단지, 원형강관은 부식이 발생할 수 있으므로 원형강관 내측면 및 외측면 모두 또는 어느 한쪽 측면에 비부식성을 확보할 수 있는 코팅층을 확보하는 것이 바람직할 것이다.

이때, 소정의 높이를 가진 보강토 교각을 설치하기 위해서는 상당히 연장길이가 큰 원형강관을 이용해야 하는데, 이는 제작, 운반, 및 시공(특히 토사의 다짐에 있어)에 제한성을 가져다 줄 수 있으므로, 세그먼트 방식으로 원형강관을 제작하여 각 세그먼트 원형강관을 서로 용접하여 서로 연결시키거나 보강밴드를 이용하는 등의 방법으로 소정의 높이를 가진 원형강관이 설치될 수 있도록 할 수 있다.

이러한 원형관(110) 하면은 기초부(200)에 근입되도록 설치된다. 이러한 기초부(200)는 교각이 설치되어야 할 지반에 미리 제작한 콘크리트 블록체이다.

이러한 기초부(200)는 콘크리트 블록체이기 때문에 현장에서 터파기 한 후 강재거푸집을 이용하여 제작하는 것이 통상적이나, 프리캐스트 방식으로 제작하는 것을 배제하지는 않는다.

이에 기초부(200) 상부에 스페이서 등을 이용하여 하단이 근입되어 원형관(110)이 설치될 수 있도록 하게 된다.

이러한 기초부 저면에는 긴장재용 고정구(210)가 형성된다. 이러한 고정구는 블록 아웃된 공간(211)에 스토퍼(212)에 의하여 후술되는 긴장재(130)의 일단부가 고정될 수 있도록 하며, 기초부(200)에는 긴장재(130)가 배치될 수 있도록 쉬스관(220)이 수직방향으로 설치될 수 있도록 한다.

이에 상기 쉬스관(220)을 통해 긴장재(130)가 상방으로 연장되어 배치될 수 있도록 한다.

기초부(200) 상부에 도 3과 같이 근입된 원형관(110)을 세그먼트 방식 등으로 소정의 높이로 설치되도록 한 후, 또는 각 세그먼트 원형관을 1개씩 설치하면서 그 내부에는 강모래와 그에 준하는 건설재료를 포함한 토사(120)가 충전될 수 있도록 한다.

이러한 토사는 강모래와 그에 준하는 건설재료를 이용하는 것이 균질한 마찰력, 강관의 부식방지 및 작업성을 용이하게 확보하는 데 유리하지만 마사토 등 다른 토사를 이용하거나 강모래와 믹싱 시키는 것을 배제하지는 않는다.

이러한 토사(120)를 원형관(110)에 충전시킬 때는 토사를 다져가면서 충전되도록 하여 토사입자 간의 공극에 의한 추후 침하문제 등이 발생하지 않도록 함이 바람직하다.

이때 토사(120)는 긴장재(130)가 상방으로 연장하여 배치될 수 있도록 긴장재(130)의 배치를 세팅시킨 상태에서 토사(120)가 충전될 수 있도록 한다.

다음으로는 원형관 상부 내측면에 상부지지판(140)이 설치될 수 있도록 한다.

본 발명의 상기 상부지지판(140)에는 정착홀(141) 및 웨지를 포함하는 정착구(142)가 형성되어 있으며, 긴장재(130)의 타단부가 긴장 후 정착되도록 하는 일종의 정착지지판 역할을 하게 된다.

이에 일 단부가 기초부 저면에 고정되고, 타 단부가 상부지지판에 정착되는 긴장재(130)는 프리스트레스가 토사(120)에 도입되도록 하는 것인데, 통상의 PC 강연선 또는 강봉이 이용될 수 있다.

이러한 긴장재(130)는 긴장, 정착에 의하여 원형관(110)이 기초부(200)에 보다 확실하게 고정, 설치될 수 있도록 하여 보강토 교각의 안정성을 확보하기 위한 것으로서 특히 세그먼트 방식으로 원형관(110)을 설치하는 경우 각 세그먼트 원형관의 밀착연결을 가능하게 하는 수단이 될 수 있다.

다음으로는 본 발명의 보강토 하부구조물을 이용한 교량시공방법을 살펴본다.

먼저 도 4a와 같이 교대를 본 발명의 보강토 하부구조물로서 설치하기 전에 미리, 이러한 보강토 하부구조물이 설치되어야 하는 지반(A)을 레벨링 처리한 후, 터파기 작업을 통해 하여 지반 상면에 본 발명의 기초부(200)가 설치될 수 있도록 한다.

이러한 기초부(200) 저면에는 본 발명의 고정구(210)가 형성될 수 있도록 기초부용 거푸집을 소정의 모양 및 형태로 미리 제작된 것을 이용하고, 긴장재(130) 가 삽입되어 설치될 수 있도록 쉬스관(220)이 미리 기초부(200) 내측에 배치될 수 있도록 한다.

이에 기초부용 거푸집 내측에 콘크리트를 타설하면 거푸집 모양 및 형태대로 기초부(200)가 형성된다.

이때 도 4b와 같이 본 발명의 원형관(110)의 하단부가 기초부(200) 상부에 근입된 위치로 배치되도록 한다.

이에 기초부(200)에 원형관(110)이 세팅되면, 원형관(110) 내부로 모래를 포함하는 토사(120)를 다져가면서 충전시키게 된다.

이러한 토사(120)의 충전은 원형관(110) 내부에 긴장재(130)가 상방으로 세팅될 수 있도록 충전시켜야 한다.

원형관 내부에 소정의 높이까지 토사(120)가 충전된 이후에는 상부지지판(140)을 설치한다.

이러한 상부지지판(140)에는 정착홀 및 정착구(141,142)가 설치되어 상방으로 연장된 긴장재(130)의 타단부가 도 4c와 같이 긴장 후 정착될 수 있도록 한다.

위와 같은 방식으로 다수의 본 발명에 의한 교각 및 교대를 설치한 이후로는, 교각과 교대 사이에 도 4d와 같이 거더(300)를 설치하게 된다. 이러한 거더는 PSC 거더를 포함한 다양한 형태의 교각이 이용될 수 있을 것이다.

거더가 다수 설치된 이후에는 거다 상부면에 교량 바닥판(400)을 설치함으로서 최종 교량이 완성될 수 있도록 한다.

본 발명의 보강토 교량하부구조물은 내부에 토사가 원형관에 의하여 구속되도록 하여, 토사로부터 전달되는 인장력에 대한 저항성을 원형관에 의하여 확보할 수 있도록 하여 구조적으로 그 안전성에 대한 예단이 가능하여 보다 정밀한 교각 등의 설계 및 시공이 가능해지게 되며, 축방향으로 도입되는 프리스트레스에 의하여 보다 안정적인 보강토 교량하구구조물의 시공이 가능하게 되며, 보다 경제적이고 효율적인 교량하구구조물 설치가 가능하게 된다.

앞에서 설명되고, 도면에 도시된 본 발명의 일 실시예는 본 발명의 기술적사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의하여만 제한되고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 변경하는 것이 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 된다.

Claims (7)

1. 원형관 내부에 하중에 의한 인장저항력을 증진시키기 위하여 프리스트레스가 축방향으로 도입된 강모래와 그에 준하는 건설재료를 포함한 토사로 채워진 기둥체; 및 상기 기둥체 하부에 형성된 기초부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 보강토 하부구조물.
2. 제 1항에 있어서, 상기 원형관은 강관으로서 비부식성 코팅층이 내측과 외측면에 더 형성되는 것을 특징으로 하는 보강토 하부구조물.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 축방향으로 도입되는 프리스트레스는 원형관의 상부 내측면에 토사에 의하여 지지 설치된 상부지지판에 일단부가 긴장 후 정착되며, 타단부가 기초부에 형성시킨 고정구에 고정됨으로서 설치되는 PC 강연선 또는 강봉을 포함하는 긴장재에 의하여 도입되는 것을 특징으로 하는 보강토 하부구조물.
4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 원형관은 세그먼트 방식으로 소정의 높이를 가지도록 조립설치 되는 것을 특징으로 하는 보강토 하부구조물.
5. 제 4항에 있어서, 상기 세그먼트 원형관의 내부 토사는 일정한 높이마다 다 짐되어 가면서 원형관에 채워지는 것을 특징으로 하는 보강토 하부구조물.
6. 교각이 축조될 레벨링 처리된 지반에 고정구가 설치된 교각 기초부를 설치하되, 상기 고정구에 PC 강연선 또는 강봉을 포함한 긴장재의 일 단부가 고정되도록 하고,

   상기 교각 기초부 상부에 원형강관을 소정의 높이로 설치하고,

   상기 원형강관 내측에 토사를 다져가면서 충전시킴과 더불어 긴장재가 축방향으로 상방 연장되도록 하고,

   상기 토사에 지지되도록 상부지지판을 원형강관 상부 내측면에 설치하되, 상기 긴장재의 타단부를 상부지지판에 긴장 후 정착시켜 보강토 교각 을 설치하고,

   상기 보강토 교각 및 교대에 PSC 빔을 포함하는 교량상부구조물을 길이방향으로 추가로 더 설치한 후, 교량바닥판을 시공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 보강토 하부구조물을 이용한 교량시공방법.
7. 제 6항에 있어서, 상기 교각 기초부는 현장타설 콘크리트 또는 프리캐스트 콘크리트로 시공되는 것을 특징으로 하는 보강토 하부구조물을 이용한 교량시공방법.

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