KR20090091011A - Ｐｃ강연선을 이용한 지반보강공법 및 지반보강장치 - Google Patents

Ｐｃ강연선을 이용한 지반보강공법 및 지반보강장치 Download PDF

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KR20090091011A
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Abstract

본 발명은 PC 강연선을 이용한 지반보강공법 및 지반보강장치에 관한 것으로, 적어도 하나 이상의 벌브(돌기)를 형성하는 PC 강연선, 상기 PC 강연선의 일단에 고정되어 탄성 스프링에 의해 활개하는 적어도 하나 이상의 확경 날개를 구비하는 확경 정착체, 상기 PC 강연선의 타단이 관통하도록 설치되어 천공홀 입구 주변지반을 고정하기 위한 지압판 및 상기 PC 강연선이 인장된 상태에서 상기 지압판과 상기 PC 강연선을 체결하여 고정하는 체결장치를 포함하여, PC 강연선의 재료상의 특성 및 탄성력을 이용한 정착기술을 통해 지반의 처짐이나 붕괴에 대한 위험을 줄여 지보 효율을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 작업이 용이한 효과가 있다.
PC 강연선, 록볼트, 소일네일링, 인장(pre-stress)

Description

ＰＣ강연선을 이용한 지반보강공법 및 지반보강장치{DEVICE AND METHOD FOR REINFORCING THE GROUND USING PC TWISTED STEEL WIRE}
본 발명은 PC 강연선을 이용한 지반보강공법 및 지반보강장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 록볼트 공법 및 소일 네일링 공법의 주재료로 탄성과 유연성이 우수한 PC 강연선을 이용하여 가볍고 작업이 용이한 것은 물론 PC 강연선의 재료상의 특성 및 탄성력을 이용한 정착기술을 통해 지반 처짐이나 붕괴에 대한 위험을 줄여 지반보강 효율을 향상시킬 수 있는 PC 강연선을 이용한 지반보강공법 및 지반보강장치에 관한 것이다.
일반적으로, 건물터파기, 철도 및 도로 등에 인접한 자연사면 및 인공사면의 보강, 지하구조물 및 터널 등의 구조물축조에 필요한 지반보강, 옹벽의 보수, 설치 등의 공사에서는 그 굴착면이 붕괴되는 것을 방지하기 위한 지반보강공법이 적용된다.
구체적으로, 도 1 은 건물터파기, 도로에 인접한 사면 및 터널 내벽에서의 지반보강공법의 예를 나타낸다.
도 1의 A 및 B와 같이 건물터파기 및 도로 등의 사면의 지반보강에는 소일네일링 공법이 이용되는데, 소일네일링 공법은 사면이나 건물의 지하굴착시 단계별로 굴착과 함께 보강재인 이형철근과 지압판으로 굴착사면을 보강하는 방식이다.
도 1의 C는 터널 내벽의 지반 보강을 통해 안전성 확보를 위해 록볼트 공법을 적용하고 있다. 록볼트 공법은 터널굴착 표면으로부터 암반을 소정 깊이만큼 천공하고, 이렇게 천공된 암반 천공홀 내부에 록볼트 본체를 삽입하고 모르타르를 주입하여 충전하고 지압판 및 너트로 록볼트 본체의 두부를 체결함으로써 지반에 정착고정하는 방법이다. 이러한 록볼트 공법은 올 스크류 타입의 철근을 주재료로 사용하였다.
소일네일링 공법 및 록볼트 공법에 이용되는 이형철근 및 올 스크류 타입의 철근은 재료의 성질상 단위길이당 중량이 많이 나가고 가공이 어려워 재료의 단가를 높이는 결과를 가져왔다.
또한, 록볼트 공법에 이용되는 올 스크류 타입의 철근의 경우에는 철근의 무게로 인해 록볼트가 낙하하는 안전상의 치명적인 문제가 발생하고, 직전성을 가진 철근을 사용함으로 인해 터널과 같은 좁은 공간에서 운반 및 작업의 곤란성이 있었다. 또한, 철근의 직진성은 암반에 발생하는 홀 휨현상에 적절하게 대처할 수 없어 작업시간을 지연하는 것은 물론 작업자들 작업 능률을 떨어뜨리는 문제를 발생하게 되었다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위해, 본 발명의 제 1 목적은 록볼트 및 소일 네일링 공법의 주재료로 탄성과 유연성이 우수한 PC 강연선을 이용하여 가볍고 작업이 용이한 지반보강제인 PC강연선을 이용한 지반보강장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 제 2 목적은 PC 강연선을 이용한 지반보강장치를 지반보강재로 이용하여 터널, 사면 및 건물 터파기 등의 지보보강 작업에 있어서 작업상의 편의를 제공하고 작업 능률을 향상시키는 지반보강 공법을 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명의 제 1 실시예에 의한 PC 강연선을 이용한 지반보강장치는 적어도 하나 이상의 벌브(돌기)를 형성하는 PC 강연선; 상기 PC 강연선의 일단에 고정되어 탄성 스프링에 의해 활개하는 적어도 하나 이상의 확경 날개를 구비하는 확경 정착체; 상기 PC 강연선의 타단이 관통하도록 설치되어 천공홀 입구 주변지반을 고정하기 위한 지압판; 및 상기 PC 강연선이 인장된 상태에서 상기 지압판과 상기 PC 강연선을 체결하여 고정하는 체결장치를 포함한다.
이때, 상기 확경 정착체는 상기 PC 강연선 보다 더 큰 직경을 가지고, 상기 PC 강연선의 일단에 고정되는 정착부 및 상기 정착부와 힌지 결합하고, 상기 탄성 스프링에 의해 활개하는 확경 날개를 적어도 하나 이상 구비하는 확경부를 포함하 는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 확경부는 상기 적어도 하나 이상의 확경 날개의 외주면으로 탄성링을 더 구비하는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 PC 강연선을 이용한 지반보강장치는 원통형으로 형성되어 끝단에 걸림턱을 구비하는 가이드봉을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 체결장치는 상기 지압판을 지지하는 웨지 너트 및 상기 웨지 너트와 상기 PC 강연선 사이의 공간으로 삽입되어 상기 웨지너트와 상기 PC 강연선을 고정하는 웨지를 포함하는 것을 특징으로 하고, 상기 웨지 너트는 일측부가 경사면을 형성하도록 절삭가공되고, 상기 웨지 너트의 절삭가공된 부분이 상기 지압판을 관통하도록 상기 지압판에 홀을 형성하여 소정의 각도에서 상기 웨지 너트가 상기 지압판에 밀착되는 것을 특징으로 한다.
다른 한편으로, 상기 체결장치는 상기 지압판을 관통한 PC 강연선의 일단부가 삽입되어 결합하는 홈을 형성하고, 외주면으로 나사산을 형성하는 체결볼트 및
상기 체결볼트의 외주면에 형성된 나사산과 나사결합을 하여 상기 지압판을 지지하는 체결너트를 포함하는 형태로 구성될 수 있다. 이때, 상기 체결볼트는 상기 PC 강연선의 일단부가 삽입되어 결합하는 홈에 인서트를 더 포함할 수 있다.
또 다른 형태로, 상기 체결장치는 상기 지압판을 관통하고 외주면에 나사산을 형성하는 철근 및 상기 PC 강연선이 삽입되어 결합하는 연결커플러 및 상기 철근의 외주면에 형성된 나사산과 나사결합하여 상기 지압판을 지지하는 체결너트를 포함하는 것을 특징으로 하고, 여기서, 상기 연결커플러는 상기 철근과 나사결합하 고, 상기 PC 강연선과 웨지에 의해 결합하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제 2 실시예에 의한 PC 강연선을 이용한 지반보강장치는 적어도 하나 이상의 벌브(돌기)를 형성하는 PC 강연선; 상기 PC 강연선의 일단에 고정되어 탄성 스프링에 의해 활개하는 적어도 하나 이상의 확경 날개를 구비하는 확경 정착체; 상기 PC 강연선의 타단이 관통하도록 설치되어 천공홀 입구 주변지반을 고정하기 위한 지압판; 및 상기 PC 강연선이 관통하도록 상기 지압판의 일측면에 형성되어, 상기 천공홀에 삽입되어 상기 지압판을 고정하고 상기 천공홀을 밀폐하는 고무판;을 포함하고, 상기 지압판 및 상기 고무판에 그라우팅 홀을 구비하는 것을 특징으로 하는 PC 강연선을 이용한 지반보강장치.
본 발명의 제 3 실시예에 의한 PC 강연선을 이용한 지반보강장치는 PC 강연선; 상기 PC 강연선의 일단부가 삽입되어 고정되고, 상기 PC 강연선이 삽입되는 부분에 인서트를 포함하는 정착체; 상기 PC 강연선의 타단부가 관통하는 홀을 형성하고, 천공홀 입구 주변지반을 고정하는 지압판 및 웨지 너트로 상기 지압판을 지지하고, 상기 웨지 너트와 상기 PC 강연선 사이의 공간으로 웨지를 삽입하여 상기 웨지 너트와 상기 PC 강연선을 고정하는 체결장치;를 포함한다.
이때, 상기 웨지 너트는 일측부가 경사면을 형성하도록 절삭가공되고, 상기 웨지 너트의 절삭가공된 부분이 상기 지압판을 관통하도록 상기 지압판에 홀을 형성하여 소정의 각도에서 상기 웨지 너트가 상기 지압판에 밀착되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제 4 실시예에 의한 PC 강연선을 이용한 지반보강장치는 PC 강연선; 상기 PC 강연선의 일단부가 삽입되어 고정되고, 상기 PC 강연선이 삽입되는 부분에 인서트를 포함하는 정착체; 상기 PC 강연선의 타단부가 관통하는 홀을 형성하고, 천공홀 입구 주변지반을 고정하는 지압판; 상기 지압판을 관통한 PC 강연선의 일단부가 삽입되어 결합하는 홈을 형성하고, 외주면으로 나사산을 형성하는 체결볼트; 및 상기 체결볼트의 외주면에 형성된 나사산과 나사결합을 하여 상기 지압판을 지지하는 체결너트;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 체결볼트는 상기 PC 강연선의 일단부가 삽입되어 결합하는 홈에 인서트를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제 5 실시예에 의한 PC 강연선을 이용한 지반보강장치는 PC 강연선; 상기 PC 강연선의 일단부가 삽입되어 고정되고, 상기 PC 강연선이 삽입되는 부분에 인서트를 포함하는 정착체; 홀을 형성하고, 천공홀 입구 주변지반을 고정하는 지압판; 상기 지압판의 홀을 관통하고 외주면에 나사산을 형성하는 철근 및 상기 PC 강연선이 양쪽방향에서 삽입되어 결합하는 연결커플러; 및 상기 철근의 외주면에 형성된 나사산과 나사결합하여 상기 지압판을 지지하는 체결너트;를 포함한다.
이때, 상기 연결커플러는 상기 철근과 나사결합하고, 상기 PC 강연선과 웨지에 의해 결합하는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 PC 강연선은 적어도 하나 이상의 벌브(돌기)를 형성하고, 소정의 위치에 뽑힘방지 안전스프링을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제 6 실시예에 의한 PC 강연선을 이용한 지반보강공법은 지반을 천공하여 천공홀을 형성하는 1단계; 확경 정착체를 구비한 PC 강연선을 원통형 가이드 봉에 내장하여 상기 천공홀에 삽입하는 2 단계; 상기 가이드 봉을 인발하는 3 단계; 상기 PC 강연선을 인장한 후 체결장치를 이용해 상기 PC 강연선과 지압판을 체결하는 4 단계; 및 상기 지압판에 형성된 그라우팅 홀을 통해 그라우팅을 실시하는 5 단계를 포함한다.
또한, 상기 인발된 가이드 봉을 다시 삽입하여 상기 확경 정착체에 압력을 가하는 단계를 더 포함할 수 있고, 상기 확경 정착체는 상기 PC 강연선 보다 더 큰 직경을 가지고, 상기 PC 강연선의 일단에 고정되는 정착부; 및 상기 정착부와 힌지 결합하고, 상기 탄성 스프링에 의해 활개하는 확경 날개를 적어도 하나 이상 구비하는 확경부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같이 본 발명에 의한 PC 강연선을 이용한 지반보강장치는 재료의 탄성과 유연성으로 인해 작업 용이성과 작업 능률을 향상시키는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의한 PC 강연선을 이용한 지반보강공법 및 지반보강장치는 PC 강연선의 재료상의 특성을 이용해 인장력(pre-stress)을 발생시켜 지반의 처짐 이나 붕괴에 대한 위험을 줄여 지반보강 효율을 향상시키는 효과가 있다.
그리고, 본 발명에 의한 PC 강연선을 이용한 지반보강장치는 다양한 형태의 부수장치를 통해 인발저항 및 마찰력을 크게하여 안전성을 도모하는 효과가 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
도 2 는 본 발명의 제 1 실시예에 의한 PC 강연선을 이용한 지반보강장치의 구성 및 설치된 상태를 나타내는 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, PC 강연선을 이용한 지반보강장치(100)는 지반 및 암반을 굴삭하여 형성된 천공홀(10)에 설치되고, 천공홀(10)에는 시멘트 밀크나 모르타르와 같은 충전재가 충전된다.
PC 강연선을 이용한 지반보강장치(100)는 PC 강연선(110), PC 강연선(110)의 일단에 형성되는 확경 정착체(120), PC 강연선(110)의 타단부에 체결되는 지압판(160), 지압판(160)을 PC 강연선(110)에 체결하는 체결장치(170) 및 가이드 봉(200)을 포함하고, 추가적으로 PC 강연선을 이용한 지반보강장치(100)의 인발저 항 및 마찰력을 크게하여 뽑힘을 방지하는 벌브(돌기)(130), 뽑힘방지 안전스프링(140) 및 핀링(150)을 더 구비할 수 있다.
PC 강연선(110)은 하나의 강연선을 사용하거나 복수의 강연선을 결합하여 형성될 수 있다. 또한, PC 강연선(110)의 길이는 굴착 작업에 의해 형성되는 천공의 깊이에 따라 다양할 수 있다.
확경 정착체(120)는 천공홀(10)에 PC 강연선을 이용한 지반보강장치(100)가 삽입되어 정착된 후에 인장을 하는 경우에도 PC 강연선을 이용한 지반보강장치(100)가 자리를 잡고 고정되도록 하는 역할을 한다. 따라서, 충진재가 완전히 양생되기 전에 인장에 따라 PC 강연선을 이용한 지반보강장치(100)가 뽑히는 것을 막을 수 있다.
확경 정착체(120)는 PC 강연선(110)이 관통하면서 PC 강연선(110)에 고정되는 정착부(121)와 정착부(121)와 힌지 결합하여 활개하여 천공홀의 내벽에 고정되는 확경부(122), PC 강연선을 이용한 지반보강장치(100)가 삽입된 후 확경부(122)가 활개하기 전까지 확경부(122)를 고정하는 탄성링(124), 및 확경부(122)가 활개할 수 있도록 탄성력을 작용하는 탄성 스프링(125)을 포함한다.
구체적으로, 정착부(121)는 PC 강연선(110) 보다 더 큰 직경을 가진 형태로 PC 강연선(110)이 관통할 수 있는 홀을 형성하고, PC 강연선(110)이 관통한 상태에서 고정되도록 한다. PC 강연선(110)이 고정되는 방법은 다양하게 적용될 수 있는데, 예를 들어, 웨지(123)를 이용해 PC 강연선(110)과 정착부(121)를 고정할 수 있고 또는 PC 강연선(110)을 압착하거나 용접 등의 다양한 방법을 통해 PC 강연 선(110)을 정착부(121)에 고정되도록 할 수 있다.
정착부(121)는 확경부(122)와 결합하는 부분이 도출된 형태로 구성되고, 이 도출된 부분에서 확경부(122)와 힌지 결합을 한다. 다만, 정착부(121)와 확경부(122)는 확경부(122)가 결합부분을 중심으로 활개할 수 있는 경우라면 다양한 방법으로 적용이 가능하다.
확경부(122)는 정착부(121)와 힌지 결합을 하고, 결합 부분을 중심으로 회전하듯이 펼쳐지는 구조를 가진다. 다만, 확경부(122)가 확경하기 위해서는 탄성력이 작용하게 되는데, 탄성력은 탄성 스프링(125)을 이용해 발생할 수 있다. 탄성 스프링(125)은 도시된 것과 같은 형태로 한정되는 것은 아니고 확경부(122)가 펼쳐지도록 탄성력을 발생할 수 있는 경우라면 다양한 방법을 적용할 수 있다.
확경부(122)는 펼쳐지는 확경 날개가 천공홀의 내벽에 고정되는 역할을 한다. 따라서, 확경부(122)의 확경 날개는 대칭하는 한쌍으로 구성되는 것은 물론 PC 강연선(110)을 중심으로 복수 쌍으로 형성될 수 있다. 즉, 확경부(122)는 각각의 확경 날개들을 모두 포함하는 개념이다.
또한, 확경부(122)는 탄성링이 고정될 수 있는 홈을 형성할 수 있다. 따라서, PC 강연선을 이용한 지반보강장치(100)가 천공홀에 삽입되어 정착되기 전까지는 확경부(122)가 활개하지 못하도록 탄성링이 홈에 설치된다.
다만, 탄성링(124)은 확경 정착부(120)가 정착되기 위해 PC 강연선 구조체(100)가 삽입된 후에는 제거된다. 탄성링(124)가 제거될 수 있는 방법은 다양할 수 있다.
예를 들어, 도시된 바와 같이 가이드 봉(200)의 걸림턱(210)을 이용할 수 있다. 구체적으로, PC 강연선을 이용한 지반보강장치(100)를 가이드 봉(200)에 삽입한 상태에서 가이드 봉(210)과 PC 강연선을 이용한 지반보강장치(100)를 같이 천공홀에 삽입한다. 삽입 후에는 확경 정착부(120)가 정착될 수 있도록 하기 위해 가이드 봉(200)을 인발한다. 이때 가이드 봉(200)에는 걸림턱(210)이 형성되어 있어, 인발 과정에서 걸림턱(210)은 확경부(122)에 설치된 탄성링(124)을 확경부(122)로부터 제거한다. 탄성링(124)이 제거되고 가이드 봉(200)이 확경부(122) 밖으로 인발되면 확경부(122)는 탄성 스프링(125)의 탄성에 의해 도 3과 같이 확경 날개를 활개하여 천공홀의 내벽에 정착된다.
또한, 확경부(122)가 정착된 후에 PC 강연선(110)을 인장하여 정착 상태를 체크하고, 정착이 더 필요한 경우에는 인발되어 있는 가이드 봉(200)을 다시 삽입하여 확경부(122)의 확경 날개를 더 펼 수 있다.
그리고, 확경 정착체(120)는 여러 가닥으로 이루어진 PC 강연선(110)의 일단을 고정하는 역할을 하여 PC 강연선(110)이 풀리는 것을 막을 수 있다.
지압판(160)은 PC 강연선(110)이 관통할 수 있는 홀을 형성하여, PC 강연선(110)의 타단이 관통하도록 한다. 지압판(160)은 PC 강연선(110)이 천공에 삽입된 경우에 천공 홀 입구 주변지반을 고정하는 역할을 한다. 또한, 필요한 경우 지압판(160)에 시멘트 모르타르 등의 충전재를 주입하는 파이프가 관통할 수 있는 파이프 관통홀(미도시)을 형성할 수 있다.
체결장치(170)는 PC 강연선(110)을 인장한 상태에서 지압판(160)이 PC 강연선(110)과 결합할 수 있도록 지압판(160)과 PC 강연선(110)을 결합한다. 체결장치에 대한 구체적인 설명은 도 7a 내지 도 7c에서 추가 설명한다.
PC 강연선을 이용한 지반보강장치(100)는 천공홀(10)에 충전된 충전재와의 인발저항 및 부착력을 크게하기 위하여 다양한 부가 장치를 구비할 수 있다.
예를 들어, PC 강연선(110)의 외주면을 따라 소정의 간격으로 적어도 하나 이상의 벌브(돌기)(130)를 형성할 수 있다. 벌브(돌기)(130)는 PC 강연선(110)의 외주면에 용접 등의 방법으로 형성될 수 있는 것은 물론, 여러 가닥 꼬여 있는 PC 강연선(110) 자체를 이용해서 형성할 수 있다. 하나의 예로 여러 가닥의 PC 강연선(110)의 꼬임을 풀어 마름모의 벌브(돌기)를 형성할 수 있는 것은 물론, 직삼각형의 모양과 같이 다양한 모양을 통해 인발저항 및 마찰력을 더 크게 할 수 있다.
PC 강연선(110)의 특정 위치에 벌브(돌기)(130)를 형성하는 하나의 방법으로 벌브(돌기)(130)를 형성하고자 하는 PC 강연선(110)의 특정 위치의 양쪽으로 웨지와 같이 PC 강연선(110)을 압착하여 고정하도록 하고 고정된 웨지를 서로 밀어주어 꼬임 상태의 PC 강연선의 특정위치에 풀림을 발생시켜 벌브(돌기)를 형성할 수 있다.
인발저항 및 부착력을 크게하기 위한 다른 예로, PC 강연선을 이용한 지반보강장치(100)는 인발을 방지하기 위한 핀링(140) 및 뽑힘방지 안전스프링(150)을 구비할 수 있다. 도 6 의 A와 같은 뽑힘방지 안전스프링(150)은 PC 강연선(110) 주위 로 복수로 구비될 수 있다. 뽑힘방지 안전스프링(150)은 벌브(돌기)(130)에 걸리도록 설치하는 것이 바람직하다.
또한, 도 6의 B와 같은 핀링(140) 또한, 다수개로 다양한 방법으로 PC 강연선(110)에 설치될 수 있다.
도 4는 본 발명에 의한 PC 강연선을 이용한 지반보강장치의 지압판의 또 다른 실시예를 나타내는 도면이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 지압판(160)은 PC 강연선(110)이 관통할 수 있는 홀을 형성하는 것은 물론, PC 강연선(110)과 천공홀 사이의 공간을 막을 수 있는 고무판(161)을 형성할 수 있다.
고무판(161)은 PC 강연선(110)이 관통될 수 있는 홀을 형성하는 것은 물론 천공을 밀폐할 수 있도록 천공홀의 형태에 대응되는 형태로 구성될 수 있다. 예를 들어, 천공홀이 원기둥의 형태로 천공된 경우에는 고무판(161)은 중앙에 PC 강연선(110)이 관통할 홀을 구비하고 원통의 천공홀을 밀폐할 수 있는 도너츠 형태로 구성될 수 있다.
또한, 지압판(160)과 고무판(161)에는 그라우팅을 위한 파이프를 삽입할 수 있는 그라우팅 홀(162)을 별도로 구비할 수 있다.
도 5 는 본 발명의 제 2 실시예에 의한 PC 강연선을 이용한 지반보강장치의 구성 및 설치된 상태를 나타내는 도면이다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 제 2 실시에에 의한 PC 강연선을 이용한 지반보강장치(100)는 지반 및 암반을 굴삭하여 형성된 천공홀(10)에 설치되고, 천공홀(10)에는 시멘트 밀크나 모르타르와 같은 충전재가 충전된다.
PC 강연선을 이용한 지반보강장치(100)는 PC 강연선(110), PC 강연선(110)의 일단에 형성된 정착체(120), PC 강연선(110)의 타단부에 체결되는 지압판(160) 및 지압판(160)을 PC 강연선(110)에 체결하는 체결장치(170)를 포함하고, 추가적으로, 인발저항 및 마찰력을 크게하여 뽑힘을 방지하는 벌브(돌기)(130), 뽑힘방지 안전스프링(140) 및 핀링(150)을 더 구비할 수 있다.
PC 강연선(110)은 하나의 강연선을 사용하거나 복수의 강연선을 결합하여 형성할 수 있다. 또한, PC 강연선(110)의 길이는 굴착 작업에 의해 형성되는 천공의 깊이에 따라 다양할 수 있다. 예를 들어, PC 강연선은 1개의 강선 둘레에 6개의 소선을 꼬아 7연선의 강연선으로 구성될 수 있다.
정착체(120)는 PC 강연선(110)의 일단에 PC 강연선(110) 보다 더 큰 직경을 가진다. 정착체(120)는 천공에 PC 강연선을 이용한 지반보강장치(100)가 삽입되어 정착된 후에 인장을 하는 경우에도 PC 강연선을 이용한 지반보강장치(100)가 자리를 잡고 고정되도록 하여 뽑힘을 막을 수 있다.
정착체(120)는 PC 강연선(110)의 끝단에서 유압에 의해 결합할 수 있다. 정착체(120)와 PC 강연선(110)의 결합에는 인서트(121)가 이용될 수 있다. 인서트(121)는 얇게 열처리된 나사선이면, 정착체(120)와 PC 강연선(110)이 결합할 때 정착체(120)와 PC 강연선(110)의 결합부분에 장착되어 유압에 의해 정착체(120)에 힘이 가해지면, 나사선의 인서트(121)가 파손됨과 동시에 정착체(120)와 PC 강연선(110) 양쪽에 강하게 접착되어 정착체(120)와 PC 강연선(110)의 결합력을 높일 수 있다.
또한, 정착체(120)는 여러 가닥으로 이루어진 PC 강연선(110)의 일단을 고정하는 역할을 하며 PC 강연선(110)이 풀리는 것을 막을 수 있다.
지압판(160)은 PC 강연선(110)이 관통할 수 있는 홀을 형성하여, PC 강연선(110)의 타단이 관통하도록 한다. 지압판(160)은 PC 강연선(110)이 천공에 삽입된 경우에 천공 홀 입구 주변지반을 고정하는 역할을 한다. 또한, 필요한 경우 지압판(160)에 시멘트 밀크 및 모르타르 등의 충전재를 주입하는 파이프가 관통할 수 있는 파이프 관통홀(미도시)을 형성할 수 있다.
체결장치(170)는 PC 강연선(110)을 인장한 상태에서 지압판(160)이 PC 강연선(110)과 결합할 수 있도록 지압판(160)과 PC 강연선(110)을 결합한다.
체결장치는 천공홀 주변지반을 견고히 지지하는 지압판(160)을 지지하는 웨지 너트(wedge-nut)(170)와 웨지 너트(170)를 PC 강연선(110)에 대해 고정하는 웨지(wedge)로 구성된다. 체결장치에 대해 도면부호를 설명함에 있어 체결장치 전체를 의미할 때와 하나의 구성요소인 웨지 너트를 설명할 때 동일한 도면부호를 사용한다.
인장장치를 이용해 지압판(160), 웨지 너트(170) 및 웨지(180)를 관통한 타단 부분의 PC 강연선(110)을 인장한 후 지압판(160)을 지반에 고정하고 웨지 너트(170)를 이용해 지압판(160)을 지지한다. 그리고, 웨지(180)를 웨지 너트(180)와 PC 강연선(110)의 빈 공간으로 삽입 고정한다.
웨지(180)가 삽입 고정된 후에 인장장치의 인장을 해제하면 PC 강연선(110)의 탄성에 의해 PC 강연선(110)이 당겨지는 힘이 발생하여 웨지(180)가 PC 강연선(110)과 웨지 너트(170)의 빈 공간으로 더욱 깊이 삽입 고정됨과 아울러 웨지(180)는 PC 강연선(110)을 더욱 압착할 수 있다. 이를 위해 웨지(180)의 내주면에는 요철 혹은 나사산을 형성할 수 있다.
체결장치의 또 다른 실시예에 대한 구체적인 설명은 도 7a 내지 도 7c에서 설명한다.
또한, PC 강연선을 이용한 지반보강장치(100)는 천공홀에 충전된 충전재와의 인발저항 및 마찰력을 크게하여 뽑힘을 방지하기 위해 도 1에서 설명한 바와 같이 다양한 부가 장치를 구비할 수 있다. 구체적으로, 벌브(돌기)(130), 핀링(140) 및 뽑힘방지 안전스프링(150)을 이용해 PC 강연선을 이용한 지반보강장치(100)의 인발저항 및 마찰력을 크게 할 수 있다.
도 7a 내지 도 7c는 본 발명에 의한 PC 강연선을 이용한 지반보강장치 중 체결장치의 다양한 실시예를 나타내는 도면이다.
체결장치의 하나의 실시예로 도 7a는 웨지 너트(170)와 웨지(180)에 의해 지반조건에 따라 여러각도에서 완벽한 밀착이 가능한 체결방식이다.
여기서, 웨지 너트(170)와 지압판(160)은 접촉되는 부분을 면가공하여 지반에 삽입되는 PC 강연선과 지반이 임의의 각을 이루는 경우에도 웨지 너트(170)가 지압판(160)에 완전히 밀착할 수 있도록 한다.
웨지 너트(170)와 지압판(160)이 소정의 각도에서도 완전 밀착하기 위해 웨지 너트(170)는 일측으로 경사를 이루도록 절삭가공되고, 지압판(160)은 PC 강연선(110)이 관통하는 것은 물론 웨지 너트(170)의 절삭가동된 경사부분이 삽입되어 웨지 너트(170)가 어떠한 각도에서도 밀착될 수 있도록 한다. 이때, PC 강연선(110)이 지압판(160)에 직각에 가까운 각도록 관통하지 않는 경우에도 PC 강연선(110)을 휘지 않고 웨지 너트(170)와 지압판(160)의 각도만을 변경하여 완전 밀착이 가능하도록 할 수 있다.
웨지(180)는 웨지 너트(170)와 PC 강연선(110)의 빈 공간으로 삽입되어 웨지 너트(170)와 PC 강연선(110)이 완전 밀착된 상태에서 고정되도록 한다.
체결장치의 또 다른 실시예로 도 7b는 체결볼트(712) 및 체결너트(713)을 이용해 PC 강연선(110)과 지압판(160)을 체결한다.
체결볼트(712)는 PC 강연선(110)의 일단이 삽입될 수 있는 홈을 형성한다. 체결볼트(712)와 PC 강연선(110)은 유압을 이용해 체결볼트(712)를 눌러 체결볼트(712)와 PC 강연선(110)이 안전하게 결합하도록 한다.
이때, PC 강연선(110)이 삽입되는 체결볼트(712)의 홈에는 얇게 열처리 가공되어 나사선으로 형성된 인서트(711)를 삽입한 후에 체결볼트(712)와 PC 강연선(110)을 결합한다. 이때 인서트(711)는 체결볼트(712)와 PC 강연선(110)의 결합시 나사선으로 형성된 인서트(711)가 파손됨과 동시에 체결볼트(712) 및 PC 강연 선(110) 양쪽에 강하게 접착되어 체결볼트(712)와 PC 강연선(110)을 더욱 견고하게 연결시켜주는 연결체 역할을 한다.
또한 체결볼트(712)의 외주면에는 나사산이 형성되어 체결너트(713)를 나사결합을 통해 결합할 수 있다. 이를 통해 체결너트(713)를 계속 조이면 지압판(160)이 지반에 밀착하여 고정되도록 할 수 있다.
체결장치의 또 다른 실시예로 도 7c는 PC 강연선의 끝단에 연결커플러(721)를 이용해 올 스크류 타입 철근(723)에 연결하여 기존 철근의 체결방법을 이용해 지압판(160)을 고정할 수 있다.
연결커플러(721)는 PC 강연선(110)과 올 스크류 타입 철근(723)의 일단부가 삽입되어 고정될 수 있는 홀을 형성한다. PC 강연선(110)이 삽입되는 홀은 PC 강연선(110)과 연결 커플러(721)가 웨지(722)를 이용해 결합할 수 있는 공간을 형성한다. 따라서, PC 강연선(110)은 웨지(722)를 이용해 연결커플러(721)에 결합된다.
또한, 올 스크류 타입 철근(723)은 연결커플러(721)과 나사 결합을 통해 고정된다.
이렇게 연결커플러(721)에 의해 PC 강연선(110)과 올 스크류 타입 철근(723)이 결합하면, 지압판(160)을 올 스크류 타입 철근(723)이 관통하도록 하고, 체결 너트(724)를 이용해 지압판(160)이 고정되도록 한다.
도 8 은 본 발명에 의한 PC 강연선을 이용한 지반보강공법의 순서를 나타내 는 흐름도이다.
먼저, 터널굴착내공 표면, 사면 또는 건물터파기 등의 표면으로부터 암반층을 향해 소정의 깊이로 천공하여 천공홀을 형성한다.(a)
천공홀이 형성되면 상기 천공홀에 PC 강연선 구조체를 삽입한다.(b) PC 강연선 구조체는 가이드 봉 내에 삽입된 상태로 삽입된다. 이때, 가이드 봉 내에 삽입된 PC 강연선 구조체는 확경 정착체가 탄성링에 의해 펼쳐지지 않는 상태로 삽입된다.
천공홀에 PC 강연선 구조체가 삽입된 후, 가이드 봉을 인발하여 PC 강연선 구조체를 천공홀에 정착한다.(c) PC 강연선 구조체는 가이드 봉이 인발하면서 탄성링이 제거되어 확경 정착체의 확경부가 활개하면서 확경 날개가 천공홀의 내벽에 고정되어 정착된다. 필요한 경우 인발된 가이드 봉을 다시 삽입하는 과정을 통해 활개된 확경 정착체의 확경 날개를 더 활개하도록 할 수 있다.
PC 강연선 구조체가 정착된 후에 인장 장치를 이용해 PC 강연선을 인발한 후 지압판 및 체결장치를 통해 고정한다.(d) 이때, 체결 방식으로 전기 및 에어 콤프레셔 치구공구를 이용한 임팩터 방식, 망치 및 기타 타격 가능한 공구를 이용한 방법 등을 사용할 수 있다.
마지막으로, 그라이우팅 홀을 통해 그라우팅을 실시한다.(e) 그라우팅을 위한 충전재로 충전재로는 수지(레진), 시멘트 고착제, 시멘트 밀크 및 모르타르를 이용한다.
경우에 따라서, 지반에 연약지반이 존재하거나 갈라진 틈 혹은 균열이 발생 할 수 있다. 이러한 경우 상기 틈이나 균열 부위가 작고 좁은 경우에는 PC 강연선 구조체 자체의 인장에 의해 충분히 틈이나 균열부위를 좁힐 수 있다.
하지만, 갈라진 틈이나 균열이 큰 경우에는 시멘트 모르타르와 같이 주입재를 주입하는 것이 바람직하다. 이 경우 시멘트 모르타르와 동시에 또는 시차를 두고 순결 또는 완결 경화제를 주입하고, 필요한 경우 주입재를 가압으로 주입하여 지반의 물성을 개량하여 안전율을 높일 수도 있다.
다만, 경우에 따라서 가압 그라우팅 작업 후에 PC 강연선을 이용한 지반보강장치에 인장력을 가한 후 체결장치로 고정할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시 예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.
도 1 은 종래에 일반적으로 지반보강공법이 적용되는 예를 나타내는 도면이다.
도 2 는 본 발명의 제 1 실시예에 의한 PC 강연선을 이용한 지반보강장치의 구성 및 설치된 상태를 나타내는 도면이다.
도 3 은 제 1 실시예에 있어서 가이드 봉을 인발하여 PC 강연선을 이용한 지반보강장치를 정착한 상태를 나타내는 도면이다.
도 4 는 본 발명에 의한 PC 강연선을 이용한 지반보강장치의 지압판의 또 다른 실시예를 나타내는 도면이다.
도 5 는 본 발명의 제 2 실시예에 의한 PC 강연선을 이용한 지반보강장치의 구성 및 설치된 상태를 나타내는 도면이다.
도 6 은 마찰력을 높이기 위해 PC 강연선을 이용한 지반보강장치에 설치되는 스프링의 구성를 나타내는 도면이다.
도 7a 내지 도 7c는 본 발명에 의한 PC 강연선을 이용한 지반보강장치 중 체결장치의 다양한 실시예를 나타내는 도면이다.
도 8 은 본 발명에 의한 PC 강연선을 이용한 지반보강공법의 순서를 나타내는 흐름도이다.

Claims (21)

  1. 적어도 하나 이상의 벌브를 형성하는 PC 강연선;
    상기 PC 강연선의 일단에 고정되어 탄성 스프링에 의해 활개하는 적어도 하나 이상의 확경 날개를 구비하는 확경 정착체;
    상기 PC 강연선의 타단이 관통하도록 설치되어 천공홀 입구 주변지반을 고정하기 위한 지압판; 및
    상기 PC 강연선이 인장된 상태에서 상기 지압판과 상기 PC 강연선을 체결하여 고정하는 체결장치를 포함하는 PC 강연선을 이용한 지반보강장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 확경 정착체는
    상기 PC 강연선 보다 더 큰 직경을 가지고, 상기 PC 강연선의 일단에 고정되는 정착부;
    상기 정착부와 힌지 결합하고, 상기 탄성 스프링에 의해 활개하는 확경 날개를 적어도 하나 이상 구비하는 확경부를 포함하는 것을 특징으로 하는 PC 강연선을 이용한 지반보강장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 확경부는
    상기 적어도 하나 이상의 확경 날개의 외주면으로 탄성링을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 PC 강연선을 이용한 지반보강장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    원통형으로 형성되어 끝단에 걸림턱을 구비하는 가이드봉을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 PC 강연선을 이용한 지반보강장치.
  5. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서, 상기 체결장치는
    상기 지압판을 지지하는 웨지 너트; 및
    상기 웨지 너트와 상기 PC 강연선 사이의 공간으로 삽입되어 상기 웨지 너트와 상기 PC 강연선을 고정하는 웨지를 포함하는 것을 특징으로 하는 PC 강연선을 이용한 지반보강장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 웨지 너트는 일측부가 경사면을 형성하도록 절삭가공되고, 상기 웨지 너트의 절삭가공된 부분이 상기 지압판을 관통하도록 상기 지압판에 홀을 형성하여 소정의 각도에서 상기 웨지 너트가 상기 지압판에 밀착되는 것을 특징으로 하는 PC 강연선을 이용한 지반보강장치.
  7. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 체결장치는
    상기 지압판을 관통한 PC 강연선의 일단부가 삽입되어 결합하는 홈을 형성하고, 외주면으로 나사산을 형성하는 체결볼트; 및
    상기 체결볼트의 외주면에 형성된 나사산과 나사결합을 하여 상기 지압판을 지지하는 체결너트를 포함하는 것을 특징으로 하는 PC 강연선을 이용한 지반보강장치.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 체결볼트는
    상기 PC 강연선의 일단부가 삽입되어 결합하는 홈에 인서트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 PC 강연선을 이용한 지반보강장치.
  9. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 체결장치는
    상기 지압판을 관통하고 외주면에 나사산을 형성하는 철근 및 상기 PC 강연선이 삽입되어 결합하는 연결커플러; 및
    상기 철근의 외주면에 형성된 나사산과 나사결합하여 상기 지압판을 지지하 는 체결너트를 포함하는 것을 특징으로 하는 PC 강연선을 이용한 지반보강장치.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 연결커플러는
    상기 철근과 나사결합하고, 상기 PC 강연선과 웨지에 의해 결합하는 것을 특징으로 하는 PC 강연선을 이용한 지반보강장치.
  11. 적어도 하나 이상의 벌브를 형성하는 PC 강연선;
    상기 PC 강연선의 일단에 고정되어 탄성 스프링에 의해 활개하는 적어도 하나 이상의 확경 날개를 구비하는 확경 정착체;
    상기 PC 강연선의 타단이 관통하도록 설치되어 천공홀 입구 주변지반을 고정하기 위한 지압판; 및
    상기 PC 강연선이 관통하도록 상기 지압판의 일측면에 형성되어, 상기 천공홀에 삽입되어 상기 지압판을 고정하고 상기 천공홀을 밀폐하는 고무판을 포함하고,
    상기 지압판 및 상기 고무판에 그라우팅 홀을 구비하는 것을 특징으로 하는 PC 강연선을 이용한 지반보강장치.
  12. PC 강연선;
    상기 PC 강연선의 일단부가 삽입되어 고정되고, 상기 PC 강연선이 삽입되는 부분에 인서트를 포함하는 정착체;
    상기 PC 강연선의 타단부가 관통하는 홀을 형성하고, 천공홀 입구 주변지반을 고정하는 지압판; 및
    웨지 너트로 상기 지압판을 지지하고, 상기 웨지 너트와 상기 PC 강연선 사이의 공간으로 웨지를 삽입하여 상기 웨지 너트와 상기 PC 강연선을 고정하는 체결장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 PC 강연선을 이용한 지반보강장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 웨지 너트는 일측부가 경사면을 형성하도록 절삭가공되고, 상기 웨지 너트의 절삭가공된 부분이 상기 지압판을 관통하도록 상기 지압판에 홀을 형성하여 소정의 각도에서 상기 웨지 너트가 상기 지압판에 밀착되는 것을 특징으로 하는 PC 강연선을 이용한 지반보강장치.
  14. PC 강연선;
    상기 PC 강연선의 일단부가 삽입되어 고정되고, 상기 PC 강연선이 삽입되는 부분에 인서트를 포함하는 정착체;
    상기 PC 강연선의 타단부가 관통하는 홀을 형성하고, 천공홀 입구 주변지반을 고정하는 지압판;
    상기 지압판을 관통한 PC 강연선의 일단부가 삽입되어 결합하는 홈을 형성하고, 외주면으로 나사산을 형성하는 체결볼트; 및
    상기 체결볼트의 외주면에 형성된 나사산과 나사결합을 하여 상기 지압판을 지지하는 체결너트를 포함하는 것을 특징으로 하는 PC 강연선을 이용한 지반보강장치.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 체결볼트는
    상기 PC 강연선의 일단부가 삽입되어 결합하는 홈에 인서트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 PC 강연선을 이용한 지반보강장치.
  16. PC 강연선;
    상기 PC 강연선의 일단부가 삽입되어 고정되고, 상기 PC 강연선이 삽입되는 부분에 인서트를 포함하는 정착체;
    홀을 형성하고, 천공홀 입구 주변지반을 고정하는 지압판;
    상기 지압판의 홀을 관통하고 외주면에 나사산을 형성하는 철근 및 상기 PC 강연선이 양쪽방향에서 삽입되어 결합하는 연결커플러; 및
    상기 철근의 외주면에 형성된 나사산과 나사결합하여 상기 지압판을 지지하는 체결너트를 포함하는 것을 특징으로 하는 PC 강연선을 이용한 지반보강장치.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 연결커플러는
    상기 철근과 나사결합하고, 상기 PC 강연선과 웨지에 의해 결합하는 것을 특징으로 하는 PC 강연선을 이용한 지반보강장치.
  18. 제 11 항 내지 제 17 항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 PC 강연선은
    적어도 하나 이상의 벌브를 형성하고, 소정의 위치에 뽑힘방지 안전스프링을 포함하는 것을 특징으로 하는 PC 강연선을 이용한 지반보강장치.
  19. 지반을 천공하여 천공홀을 형성하는 1단계;
    확경 정착체를 구비한 PC 강연선을 원통형 가이드 봉에 내장하여 상기 천공홀에 삽입하는 2 단계;
    상기 가이드 봉을 인발하는 3 단계;
    상기 PC 강연선을 인장한 후 체결장치를 이용해 상기 PC 강연선과 지압판을 체결하는 4 단계; 및
    상기 지압판에 형성된 그라우팅 홀을 통해 그라우팅을 실시하는 5 단계를 포함하는 PC 강연선을 이용한 지반보강공법.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 인발된 가이드 봉을 다시 삽입하여 상기 확경 정착체에 압력을 가하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 PC 강연선을 이용한 지반보강공법.
  21. 제 19 항에 있어서, 상기 확경 정착체는
    상기 PC 강연선 보다 더 큰 직경을 가지고, 상기 PC 강연선의 일단에 고정되는 정착부; 및 상기 정착부와 힌지 결합하고, 상기 탄성 스프링에 의해 활개하는 확경 날개를 적어도 하나 이상 구비하는 확경부를 포함하는 것을 특징으로 하는 PC 강연선을 이용한 지반보강공법.
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