KR20090070373A - 고강도 이형철근을 이용한 영구앵커부재 및 그의 시공방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 철근 콘크리트 구조물에서 인장부재로 사용되던 고강도 이형철근을 지반내에 도입함으로써 재료의 신율이나 스트레스 릴렉세이션 문제에서 안정성을 확보할 수 있고, 선택할 수 있는 재료의 직경이 기존의 일반 이형철근(최대 32mm)에 비해 크므로(최대 51mm까지) 설계인장력의 도입정도에 따라 천공개소수를 최적화하여 경제성을 확보할 수 있는 고강도 이형철근을 이용한 영구앵커부재 및 그의 시공방법에 관한 것이다.

본 발명은 외면에 임의의 간격으로 내부스페이서를 설치한 후, 전 길이에 대해 쉬스관을 씌우되, 상기 내부 스페이서를 매개로 고강도 이형철근이 쉬스관내의 중심에 위치되도록 하는 제1 단계; 상기 쉬스관의 정착부 구간에 주름관을 추가로 씌우고 폴리에틸렌 테이프로 쉬스관과 주름관의 경계부위를 마감처리하는 제2 단계; 상기 고강도 이형철근과 쉬스관 사이 공간에 몰탈로 선(先)그라우팅을 실시하여 고강도 이형철근과 쉬스관이 일체화된 복합체를 형성하는 제3 단계; 상기 고강도 이형철근과 쉬스관이 일체화된 복합체 외면에 임의의 간격으로 외부스페이서를 끼운 후, 그라우팅 주입호스를 부착하는 제4단계; 천공홀에 복합체가 끼워진 외부스페이서를 삽입하여 그라우팅 주입을 실시하는 제 5단계를 포함하는 고강도 이형철근을 이용한 영구앵커부재 및 그의 시공방법을 제공한다.

고강도 이형철근, 내부스페이서, 쉬스관, 주름관, 외부스페이서, 여유장, 자유장, 정착장

Description

고강도 이형철근을 이용한 영구앵커부재 및 그의 시공방법{The permanent bar anchors using steel bars with a high yeild strength for prestressing tendon and it's procedure of installation}

본 발명은 정착부를 통해 앵커에 발생하는 인장력을 지반내로 도입하기 위한 어스앵커공법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 철근 콘크리트 구조물에서 인장부재로 사용되던 고강도 이형철근을 지반내에 도입하여 그라운드 앵커의 인장부재로 채용함으로써 상기 고강도 이형철근의 전단저항성을 통해 장기적인 안정성을 확보하고 조치가능한 파괴거동을 유도하여 각종 재해 및 공사위험성(굴삭심도 증가, 사면절취고 증가등)에 대해 최적의 안정성을 확보할 수 있는 고강도 이형철근을 이용한 영구앵커부재 및 그의 시공방법에 관한 것이다.

최근 사면재해로 인한 사망자가 전체 재해로 인한 사망자의 연 20% 정도를 차지할 정도이다. 이러한 사태의 심각성으로 인해 세계적으로 사면보강용 영구앵커에 대한 유지관리지침을 세부적이고 체계적으로 요구하는 추세이다.

한편, 정착부를 통해 앵커에 발생하는 인장력을 지반내로 도입하여 활동면에서 유발되는 마찰력을 증가시켜 안전율을 향상시키는 것을 기본원리로 그라운드 앵커는 과거 50여년이 넘는 시간동안 다양한 토목공사에서 광범위하게 적용되어 왔다. 이러한 과정중에 특히, 공법상의 핵심재료인 인장부재는 강봉 및 강연선, 강관등의 재료에 대해 다양한 접근방법이 시도되어 왔다.

먼저, 종래의 어스앵커공법에서, 인장재료로서 강봉을 이용하는 경우 수입에 의존하는 고가의 강봉을 이용하는 경우와, 일반 저강도의 이형철근을 이용하는 경우로 나눌 수 있다. 수입 강봉의 경우, 재료비가 고가여서 적용사례가 매우 국한되고 있으며, 실제 적용된 사례에서도 재료의 허용하중을 최대한 이용하고 있지 못하여 비경제적인 단점이 있다.

일반 저강도 이형철근의 경우, 통상 사면 발생변위에 따라 저항효과를 발휘하는 쏘일네일링(Soil Nailng)과 동일한 강도의 철근을 이용하므로 저항되어야 하는 하중규모가 제한적이기 때문에, 관련된 어떤 정착장치를 적용하더라도 재료적인 한계를 극복하기 어려운 문제점이 있다. 따라서, 적용되어야 하는 개소 수가 과도하게 증가함에 따라 천공비등의 공사비 증가가 불가피하고, 실제 경제성이 떨어지는 단점이 있다. 또한, 철근을 에폭시와 같은 여러 가지 코팅재료로 코팅하여 방식처리를 하므로 철근의 운반이나 대상지반 삽입시 긁힘이나 찢김등에 의해 지하수 침투를 허용하여 부식이 되는 문제가 있어 영구앵커로서는 적용이 어렵고 단기적인 가설앵커수준의 적용성만 남게 된다.

근본적인 재료의 측면에서 살펴보면, 종래의 저강도 이형철근은 균질성을 확 보하기 어려워 국부하중집중으로 인한 파단가능성이 있다. 또한, 상기 저강도 이형철근은 그 항복강도가 300Mpa - 350Mpa 정도로서 저강도의 재료를 사용하기 위한 신율(탄성한도내의 변형률을 의미하며 적절한 신율 미확보시 설계인장력 도입에 따라 소성변형이 과다하게 발생하여 설계인장력 감소분이 커짐) 및 스트레스 릴렉세이션(stress relaxation)(설계인장력을 재료내에 장기간 유지할 수 있는 정도로서 미확보시 일정기간 경과 후 재료내에 설계인장력이 소실되어 앵커로서의 역할을 상실함)에 대해서도 검증되어 있지 않기 때문에, 저항되어야 하는 하중규모에 따라 대상지반 및 구조물에 대한 불안정성을 초래할 가능성이 큰 문제점이 있다.

다음, 인장재료로서 강연선을 이용하는 경우, 장기적인 정착부 용탈현상 및 부식 등으로 인하여 설계인장력을 확보하기 어렵고 이로 인해 일정기간 경과후 사면의 안정성이 급격히 감소될 위험성을 내포하고 있다. 특히, 부식문제에 있어 시공중(정착부가 지하수위 하부에 놓이는 경우, 천공 후 강선삽입시 그라우팅이전에 하부 그라우팅 캡을 통해 지하수 침투(암반-절리면을 따라 유입, 토사-수두차로 인한 천공홀 내로의 유입)) 및 시공후(집중호우 등으로 인한 지하수위 상승시 정착부의 장기적인 용탈현상 발생, 자유장과 정착장 경계면에서의 인장응력 집중으로 그라우트체 균열발생으로 지하수 침투) 발생가능한 지하수 침투로 인해 국부적인 부식이 진행되어, 부식단면적이 적은 특성상 부식부위의 하중집중으로 인해 궁극적으로 파단될 가능성이 높다. 따라서, 파단시 주변 앵커의 하중부담을 급격히 증가시켜 전체적인 사면 안전율 저하 및 산사태등의 활동이 초래되는 현상을 야기할 수 있다.

이 밖에, 강관을 이용한 경우도 있으나 그 두께가 부족할 경우, 적용대상의 하중규모에 따라 파단등의 문제점이 발생할 수 있어 그 적용사례는 매우 적다.

따라서, 본 발명은 상기한 제반 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 항복강도가 적어도 500MPa 이상의 고강도 이형철근을 지반내에 도입함으로써 재료의 신율이나 스트레스 릴렉세이션 문제에서 안정성을 확보할 수 있고, 선택할 수 있는 재료의 직경이 기존의 일반 이형철근(최대 32mm)에 비해 크므로(최대 51mm까지) 설계인장력의 도입정도에 따라 천공개소수를 최적화하여 경제성을 확보할 수 있는 고강도 이형철근을 이용한 영구앵커부재 및 그의 시공방법을 제공함에 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 주름관과 쉬스관을 이중으로 도입하여 천공홀 외부에서 선그라우팅후 천공홀 내부로 이형철근을 삽입하므로, 지하수 침투가 발생가능한 다양한 현장조건에서 안정성을 최대한 확보할 수 있는 고강도 이형철근을 이용한 영구앵커부재 및 그의 시공방법을 제공함에 다른 목적이 있다.

또한, 본 발명은 고강도 이형철근의 재료적인 특성상 부식두께를 고려해도 부식에 대한 저항성이 크고, 장기적으로 정착부의 용탈로 인한 긴장력 저하에도 고강도 이형철근의 전단저항성에 의해 급격한 파괴로 이어질 가능성이 적어 인명이나 재산의 피해를 초래하지 않고 사전에 조치 가능한 파괴거동을 유도할 수 있는 고강 도 고강도 이형철근을 이용한 영구앵커부재 및 그의 시공방법을 제공함에 또 다른 목적이 있다.

또한, 본 발명은 기존에 수입에 의존하던 고강도 강봉을 고강도 이형철근으로 대체함으로써 경제성을 확보할 수 있는 고강도 이형철근을 이용한 영구앵커부재 및 그의 시공방법을 제공함에 또 다른 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 지반에 형성된 천공홀의 여유장, 자유장 및 정착장부에 걸친 길이를 가지고 인장부재로 채용되는 고강도 이형철근; 상기 고강도 이형철근의 표면에 임의의 간격으로 고정되어 쉬스관내에서 철근의 위치를 중심에 유지시키는 기능을 수행하는 내부 스페이서; 상기 고강도 이형철근이 끼워지며, 자유장의 기능을 수행하기 위한 두부측의 쉬스관; 상기 쉬스관이 끼워지며, 고강도 이형철근이 정착기능을 수행하기 위한 선단의 주름관; 상기 고강도 이형철근과 쉬스관 사이의 공간에 충진되어 이형철근과 쉬스관을 일체의 복합체로 이루기 위한 몰탈층; 상기 복합체 외면에 임의의 간격으로 끼워져 지반 천공홀내에서 중심을 유지시켜주는 외부 스페이서; 상기 복합체에서 인장력을 가하기 위해 노출되는 두부의 고강도 이형철근에 끼워지는 두부부재 및 천공홀내에 복합체 및 그를 지지하는 외부스페이서를 고정하기 위해 지반의 천공홀에 타설되는 그라우트를 포함하는 고강도 이형철근을 이용한 영구앵커부재를 제공한다.

또한, 본 발명은 외면에 임의의 간격으로 내부스페이서를 설치한 후, 전 길 이에 대해 쉬스관을 씌우되, 상기 내부 스페이서를 매개로 고강도 이형철근이 쉬스관내의 중심에 위치되도록 하는 제1 단계; 상기 쉬스관의 정착부 구간에 주름관을 추가로 씌우고 폴리에틸렌 테이프로 쉬스관과 주름관의 경계부위를 마감처리하는 제2 단계; 상기 고강도 이형철근과 쉬스관 사이 공간에 몰탈로 선(先)그라우팅을 실시하여 고강도 이형철근과 쉬스관이 일체화된 복합체를 형성하는 제3 단계; 상기 고강도 이형철근과 쉬스관이 일체화된 복합체 외면에 임의의 간격으로 외부스페이서를 끼운 후, 그라우팅 주입호스를 부착하는 제4단계; 천공홀에 복합체가 끼워진 외부스페이서를 삽입하여 그라우팅 주입을 실시하는 제 5단계를 포함하는 고강도 이형철근을 이용한 영구앵커부재 및 그의 시공방법을 제공한다.

상기한 바와 같이 본 발명의 특징에 따르면, 다음과 같은 효과가 있다.

1) 고강도 이형철근을 쉬스관에 끼우고 지상에서 선 그라우팅하므로 부식 환경에서 저항성이 매우 우수하며, 검수 및 유지관리가 용이하다.

2) 고강도 이형철근을 채용함에 따라 장기적인 안정성 확보 및 조치가능한 파괴거동의 유도가 가능하다

3) 기존의 고가 수입재인 고강도 강봉앵커를 고강도 이형철근으로 대체함으로써 공사비 및 유지관리비를 대폭 절감하여 경제성을 확보할 수 있다.

4) 본 발명은 적용범위가 사면 이외에 기초, Underpinning, 터널지보, 가시설공사의 영구앵커지보체 등 다양한 현장조건등에서도 탁월한 성능을 발휘할 수 있 다.

이하, 첨부된 도1 내지 도3을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

본 발명이 고강도 이형철근을 이용한 영구앵커부재 및 그의 시공방법은 수입재로 사용하던 고강도 강봉 대신에 항복강도가 500MPa 이상의 고강도 이형철근을 인장부재로 채용함으로써 수입대체효과와 함께 재료의 신율이나 스트레스 릴렉세이션 문제에서 안정성을 확보할 수 있고, 주름관과 쉬스관을 이중으로 도입하여 천공홀 외부에서 선그라우팅후 천공홀 내부로 이형철근을 삽입하므로, 지하수 침투가 발생가능한 다양한 현장조건에서 안정성을 최대한 확보할 수 있도록 구현한 것이다.

도1은 본 발명에 의한 고강도 이형철근을 이용한 영구앵커부재의 구성을 나타낸 단면도를 나타낸다.

본 발명의 실시예에서는 도면에 도시한 바와 같이, 지반이 형성된 천공홀(100)의 여유장, 자유장 및 정착장부에 걸친 길이를 가지고 인장부재로 채용되는 고강도 이형철근(2)과; 상기 고강도 이형철근의 단부에 고정되며, 후술할 쉬스관의 내부 중심부 및 천공홀의 중심부에 고강도 이형철근(2)을 위치시키기 위한 내부 스페이서(4)와; 상기 고강도 이형철근(2)이 선단부에서 정착효과를 낼 수 있도록 하는 주름관(6)과; 일부가 상기 주름관(6)내에 끼워지며, 고강도 이형철근(2)이 두부 측에서 자유장의 효과를 낼 수 있도록 하기 위한 쉬스관(8)과; 상기 고강도 이형철근(2)과 쉬스관(8)사이의 공간에 충진되어 이형철근(4)과 쉬스관(8)을 일체의 복합체로 이루기 위한 몰탈층(10)과; 상기 주름관(6)과 쉬스관(8)의 경계부를 마감처리하기 위한 폴리에틸렌 테이프(12)와; 상기 주름관(6)의 단부에 설치되어 그라우트가 누출되는 것을 방지하기 위한 그라우트 캡(14)과; 상기 두부에 위치되어 고강도 이형철근(2)을 끼워 지지하며, 천공홀을 차단하기 위한 앵커플레이트(16)와; 상기 고강도 이형철근(2)의 선단부에 끼워지는 앵커너트(18)와; 상기 앵커너트(18) 외부에 끼워지는 두부캡(20)과; 상기 두부캡(20) 외부에 끼워져 마감되는 선단캡(22)과; 상기 쉬스관(8)으로부터 고강도 이형철근(2)이 노출된 구간 및 두부캡(20)내에 충진되는 그리스(24)와; 상기 쉬스관(8)이 삽입되는 외부 스페이서(도시하지 않음) 및 상기 고강도 이형철근(2) 및 외부 스페이서를 천공홀(100)내에 고정하기 위한 그라우트(30)를 포함한다.

미설명부호 32는 고강도 이형철근(2)의 선단부에 끼워지는 육각너트이고, 34는 그라우트 및 벤트캡을 나타낸다.

도시되지 않은 외부 스페이서는 공간내에서 중심을 유지시켜주는 역할의 측면에서 내부 스페이서와 동일하며, 그 설치 위치 및 직경에 있어 다소 차이가 있을 뿐이다.

상기한 구성을 갖는 본 발명의 앵커부재를 이용한 시공방법을 하기에 상세히 설명한다.

먼저, 고강도 이형철근(2)의 외면에 일정간격으로 내부 스페이서(4)를 끼워 고정하고, 상기 내부 스페이서(4)를 매개로 고강도 이형철근(2)이 쉬스관(8)내의 중심에 위치되도록 한다. 그리고, 상기 쉬스관(8)의 선단부 정착장구간에 추가로 주름관(6)을 끼운후, 폴리에틸렌 테이프(12)로 경계부위를 감아 마감한다.

상기 고강도 이형철근(2)과 쉬스관(8) 사이 공간에 몰탈로 선그라우팅을 실시하여 고강도 이형철근(2)과 쉬스관(8)이 일체화된 복합체를 구성한다.

상기 고강도 이형철근(2)과 쉬스관(8)이 일체화된 복합체 외면에 일정간격으로 외부스페이서(도시하지 않음)를 끼운 후, 상부 및 하부에 두부캡(20) 및 선단캡(22)을 장착한다. 다음, 그라우팅 주입호스(도시하지 않음)를 부착하여 천공홀(100)에 삽입한 뒤, 그라우팅 주입을 실시한다.

마지막으로, 앵커플레이트(16)로 천공홀(100)을 차단한 뒤, 상기 쉬스관(8)으로부터 고강도 이형철근(2)이 노출된 구간의 공간에 그리스(26)를 충진하여 마감한다.

상기한 일련의 과정을 통하여 시공되는 본 발명은 인장부재로서 고강도 이형철근을 이용함으로써 영구앵커의 장기적인 안정성 확보와 조치가능한 파괴거동의 유도가 가능하다.

특히, 본 발명에서 고강도 이형철근(2)을 이용하여 적용대상 지반의 장기적 안정성 확보하기 위한 핵심요소는 앵커 정착부의 유효성이다. 정착부는 지반조건에 따라 용탈 및 부식등에 의해 최초 시공직후 도입된 설계인장력, 즉, 외력에 대한 저항력이 시간이 지남에 따라 점차 줄어들 가능성이 높으며 이러한 단점은 본 발명에 의해 장기적으로는 앵커거동(인발저항)에서 네일링거동(전단저항)으로 유도시킴 으로써 극복될 수 있다.

반면에 종래의 강연선앵커나 일반 저강도 이형철근을 이용한 앵커는 이러한 설계인장력의 감소에 대한 적극적인 대처가 재료적 특성으로 인해 근본적으로 어렵다. 즉, 기존기술의 경우, 도2a 및 도2b에 도시한 바와 같이 정착부의 저항력이 소실되거나 강연선(102)의 부식으로 활동력에 저항을 못하게 되며, 이러한 기존 기술이 적용된 현장은 급격한 파괴 및 활동의 긴급한 상황에 놓이게 되어 그 대책수립의 시간과 방법에 있어 매우 불리하게 된다.

그러나, 본 발명의 경우, 도3a 및 도3b에 도시한 바와 같이 정착부의 저항성이 소실되어도 지반변위에 따른 고강도 이형철근 자체의 전단저항효과로 인해 급격한 파괴상황을 벗어날 수 있어 적절한 대책의 마련이 가능하므로 장기적인 안정성 확보가 매우 유리한 것이다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

도1은 본 발명에 의한 고강도 이형철근을 이용한 영구앵커부재의 구성을 나타낸 단면도.

도2a 및 도2b는 사면보강을 목적으로 적용된 강연선앵커공법에서 강선의 부식으로 인해 강선이 끊어지는 상태를 나타낸 개략도.

도3a 및 도3b는 본 발명에 의한 고강도 이형철근을 이용한 영구강봉앵커공법에서, 강봉앵커의 전단저항효과에 따른 장기적 안정성을 확보한 개념을 나타낸 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

2: 고강도 이형철근 4: 내부 스페이서

6: 주름관 8: 쉬스관

10: 몰탈층 12: 폴리에틸렌 테이프

14: 그라우트 캡 16: 앵커플레이트

18: 앵커너트 20: 두부캡

22: 선단캡 24: 부식방지재

26: 그리스 28: 외부 스페이서

30: 그라우트

Claims (5)

1. 지반에 형성된 천공홀의 여유장, 자유장 및 정착장부에 걸친 길이를 가지고 인장부재로 채용되는 고강도 이형철근;

   상기 고강도 이형철근의 표면에 임의의 간격으로 고정되어 쉬스관내에서 철근의 위치를 중심에 유지시키는 기능을 수행하는 내부 스페이서;

   상기 고강도 이형철근이 끼워지며, 자유장의 기능을 수행하기 위한 두부측의 쉬스관;

   상기 쉬스관이 끼워지며, 고강도 이형철근이 정착기능을 수행하기 위한 선단의 주름관;

   상기 고강도 이형철근과 쉬스관 사이의 공간에 충진되어 이형철근과 쉬스관을 일체의 복합체로 이루기 위한 몰탈층;

   상기 복합체 외면에 임의의 간격으로 끼워져 지반 천공홀내에서 중심을 유지시켜주는 외부 스페이서;

   상기 복합체에서 인장력을 가하기 위해 노출되는 두부의 고강도 이형철근에 끼워지는 두부부재; 및

   천공홀내에 복합체 및 그를 지지하는 외부스페이서를 고정하기 위해 지반의 천공홀에 타설되는 그라우트

   를 포함하는 고강도 이형철근을 이용한 영구앵커부재.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 주름관과 쉬스관의 경계부에 감겨져 마감처리하는 폴리에틸렌 테이프; 및

   상기 주름관의 단부에 설치되어 그라우트가 누출되는 것을 방지하기 위한 그라우트 캡

   을 더 포함하는 고강도 이형철근을 이용한 영구앵커부재.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 두부부재는

   상기 여유장부에 위치되어 고강도 이형철근을 끼워 지지하며, 천공홀을 차단하기 위한 앵커플레이트;

   상기 고강도 이형철근의 선단부에 끼워지는 앵커너트;

   상기 앵커너트 외부에 끼워지는 두부캡;

   상기 두부캡 외부에 끼워져 마감되는 선단캡; 및

   상기 두부캡 내부 및 쉬스관으로부터 고강도 이형철근이 노출된 구간에 충진되는 그리스

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 고강도 이형철근을 이용한 영구앵커부재.
4. 외면에 임의의 간격으로 내부스페이서를 설치한 후, 전 길이에 대해 쉬스관을 씌우되, 상기 내부 스페이서를 매개로 고강도 이형철근이 쉬스관내의 중심에 위치되도록 하는 제1 단계;

   상기 쉬스관의 정착부 구간에 주름관을 추가로 씌우고 폴리에틸렌 테이프로 쉬스관과 주름관의 경계부위를 마감처리하는 제2 단계;

   상기 고강도 이형철근과 쉬스관 사이 공간에 몰탈로 선(先)그라우팅을 실시하여 고강도 이형철근과 쉬스관이 일체화된 복합체를 형성하는 제3 단계;

   상기 고강도 이형철근과 쉬스관이 일체화된 복합체 외면에 임의의 간격으로 외부스페이서를 끼운 후, 그라우팅 주입호스를 부착하는 제4단계;

   천공홀에 복합체가 끼워진 외부스페이서를 삽입하여 그라우팅 주입을 실시하는 제 5단계

   를 포함하는 고강도 이형철근을 이용한 영구앵커부재 및 그의 시공방법.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 제4 단계 수행 후, 쉬스관으로부터 고강도 이형철근이 노출된 구간에 부식방지재를 충진하는 제6 단계;

   상기 앵커플레이트로 천공홀을 차단하고, 앵커플레이트 외부로 노출된 고강도 이형철근의 선단측에 두부캡을 씌우되, 두부캡내에 그리스를 충진하고 선단캡을 씌워 마감하는 제7 단계

   를 포함하는 고강도 이형철근을 이용한 영구앵커부재의 시공방법.

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