KR20090098201A - 말뚝을 이용한 기존 교량 기초지지력 증대방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 말뚝을 이용한 기존 교량 기초지지력 증대방법에 관한 것으로, 교량의 확폭이나 단면 확대로 인해 증가되는 하중을 지지할 수 있도록, 교각기초나 우물통의 주위에 거푸집용 강재말뚝을 설치하고 상기 말뚝들의 사이로 지반고결재 주입용 파이프를 삽입한 고결재를 주입하여 교각을 지지하는 원지반을 고결시켜주며, 상기 강재말뚝의 중심부를 통해 강재말뚝이 설치되는 하부지반에도 약액을 주입하여 기초 원지반의 지내력을 증대시킨 다음 상기 말뚝의 외면에 거푸집판을 부착, 철근배근 후 콘크리트를 타설하여 콘크리트와 말뚝이 일체화되도록 함으로써 단면 확대와 지지력 증강을 동시에 달성하는 말뚝을 이용한 기존 교량 기초지지력 증대방법에 관한 것이다.

원지반, 그라우팅, 세굴, 보수, 보강, 교각, 기초구조물, 가이드파이프, 강재파일

Description

말뚝을 이용한 기존 교량 기초지지력 증대방법{Method for enhancing bearing power of existing bridges using the a pile }

본 발명은 말뚝을 이용한 기존 교량 기초지지력 증대방법에 관한 것으로, 교량의 확폭이나 단면 확대로 인해 하중이 증가될 경우 증가된 하중을 지지할 수 있도록 기초원지반에 약액을 주입하여 지내력을 증대시킴과 동시에 지반에 설치되는 강재말뚝과 거푸집판을 통해 거푸집을 형성하고 콘크리트를 타설함으로써 강재말뚝, 거푸집판, 콘크리트가 일체화되도록 함으로써 장래 외부의 영향으로 인한 세굴방지 효과를 도모 하면서 교각기초나 우물통의 단면을 확대할 수 있도록 하는 말뚝을 이용한 기존 교량 기초지지력 증대방법에 관한 것이다.

일반적으로 교량의 교각기초 및 우물통 기초부와 같은 기초구조물은 장기간 사용함에 따라 수중 속에서 유수의 마찰과 함께, 특히 홍수시 흘러내려오는 암석 돌맹이 등 이동물체에 의한 외부충격과, 오염물질에 의한 수질오염으로 인 표면부의 화학작용 및 재질 자체의 중성화로 콘크리트의 부식, 철근구조부가 드러나는 세 굴현상이 발생하게 된다.

이렇게 기초구조물에 세굴현상이 발생되면 교각의 전도를 유발시키게 됨으로써 교량의 안전에 치명적인 결함으로 작용하게 되고 이를 보강하지 않으면 교량이 붕괴되어 안전사고를 일으키게 될 뿐만 아니라 이를 복구하기 위해 장시간에 걸쳐 재시공할 수밖에 없고 그에 따라 공사비용의 증가와 교통 통제에 따른 불편함 등의 여러 가지 문제가 발생하므로 신속하게 결함부에 대한 보수 또는 보강작업을 실시해야 한다.

종래에는 상기 기존 교각을 보수 또는 보강할 경우 훼손된 부분에 거푸집을 설치하고 콘크리트를 타설하여 교각을 보수 및 보강하였으나, 교각기초 우물통 보강을 통한 원천적인 기초보강을 행하는 것이 아니라, 단순히 손상부를 보강하거나 하부 기초를 확장하여 지지력을 향상하는 정도로 보강함으로써 임시방편적인 보강에 불과하여 2차 세굴을 통해 안전사고가 발생되는 문제점이 있다.

또한 단순히 철근을 배근하고 콘크리트를 타설하여 기초구조물을 보강 및 보수함으로써 하중이 증가될 경우 이를 지지하지 못하고 붕괴되는 등의 안전사고가 발생되는 문제점이 있으며, 현재의 노후교량 등은 설계하중을 초과하는 하중이 작용 함에도 불구하고 상부 보강만으로 교량등급을 높이려는 현재의 추세는 모순점이 많다.

한편 교통량의 증가에 따라 차량의 통행이 지체될 경우 원활한 교통흐름을 유지할 수 있도록 교량을 확폭하게 되며, 이러한 교량의 확폭에 따라 증가되는 하중을 지지할 수 있도록 교각을 보강하게 된다.

그러나 교각을 보수한다 하더라도 교각을 지지하는 원지반이 풍화작용에 의해 세굴이나 결리가 발생되고 이로 인해 원지반의 지내력이 약화되어 교량이 붕되는 등의 안전사고를 유발하는 문제점이 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 교량의 확폭이나 단면 확대로 인해 하중이 증가될 경우 증가된 하중을 지지할 수 있도록 기초원지반에 고결재를 주입하여 지내력을 증대시킴과 동시에 지반에 설치되는 강재말뚝과 거푸집판을 통해 거푸집을 형성하고 콘크리트를 타설함으로써 강재말뚝, 거푸집판, 콘크리트가 일체화되도록 함으로써 교각기초나 우물통과 같은 기초구조물의 단면을 확대할 수 있도록 하는 것은 물론, 거푸집 일체화로 장래 세굴방지 효과를 도모하는 말뚝을 이용한 기존 교량 기초지지력 증대방법에 관한 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하고 종래의 결점을 제거하기 위한 과제를 수행하는 본 발명은, 교각에 가이드틀을 설치하고 상기 가이드틀의 둘레에 다수의 가이드파이프를 설치하는 가이드파이프 설치단계; 상기 가이드파이프가 가이드 되도록 하여 내부가 천공된 강재말뚝을 지반에 설치하는 강재말뚝 설치단계; 상기 가이드틀과 가이드파이프를 해체하고 확대하고자 하는 범위만큼 준설하는 준설단계; 상기 강재말뚝의 외측에서 강재말뚝들의 사이로 원지반고결용 파이프를 삽입한 후 약액을 주입하여 교각을 지지하는 원지반을 고결시켜주는 원지반 고결단계; 상기 강재말뚝의 내부를 통해 강재말뚝의 하부에 위치한 원지반에 약액을 그라우팅하여 고결시키는 강재말뚝 하부지반 고결단계; 상기 강재말뚝들의 외측을 감싸도록 거푸집 판을 설치하여 거푸집을 형성하는 거푸집 시공단계; 지상에서 철근을 조립한 후 인양하여 상기 거푸집의 내부에 설치하는 철근구조체 설치단계; 상기 거푸집에 의해 형성된 공간부에 모르타르와 수중 불 분리제를 적정비율로 희석하여 형성된 콘크리트를 타설하여 콘크리트와 철근구조체, 거푸집판 및 강재말뚝을 일체화시켜주는 콘크리트 타설단계; 를 포함하여 이루어진 것을 한다.

또한 상기 강재말뚝을 2겹 이상 설치하여 수심에 따른 수압이나 유속에 저항할 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 교각기초나 우물통의 주위에 거푸집용 강재말뚝을 설치하고 말뚝말뚝들의 사이로 약액을 주입하여 교각을 지지하는 원지반을 고결시켜주며, 강재말뚝의 중심부를 통해 강재말뚝이 설치되는 하부지반에도 약액을 주입하여 기초 원지반의 지내력을 증대시킨 다음 상기 말뚝의 외면에 거푸집판을 부착, 철근배근 후 콘크리트를 타설하여 콘크리트와 말뚝이 일체화되도록 함으로써, 기초구조물의 보수 및 보강을 위한 단면 확대와 동시에 교량의 확장이나 보강 보수시에 상승된 하중에 대한 지지력을 증강시킬 수 있으며, 노후 교량의 교통등급을 상승시킬 수 있는 유용한 발명이다.

이하 본 발명의 실시 예인 구성과 그 작용을 첨부도면에 연계시켜 상세히 설 명하면 다음과 같다. 또한 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.

도 1 은 본 발명에 의한 가이드틀 설치상태를 나타낸 정면도, 도 2 는 본 발명에 의한 가이드틀에 가이드파이프 설치상태를 나타낸 정면도로서,

도면에서와 같이 교각(100)의 외주면에 가이드틀(10)을 설치하고 상기 가이드틀(10)의 둘레를 따라 일정간격으로 다수의 가이드파이프(20)를 설치한다.

상기 가이드틀(10)은 교각에 미리 설치되는 브래킷(11)에 의해 고정되도록 설치되는 것으로 자중을 줄이고 지지강도를 유지할 수 있도록 트러스형태의 구조물로 이루어진다.

상기 가이드파이프(20)는 후술되는 강재말뚝(30)의 지반 설치시 강재말뚝(30)이 유수에 의한 영향을 받지 않고 수직인 상태를 유지할 수 있도록 하고 원하는 위치에 정확하게 설치할 수 있도록 가이드해 주는 것이다.

한편 도 3 은 본 발명의 일실시예에 의한 가이드파이프 설치구조를 나타낸 평면도, 도 4 는 본 발명 다른 실시예에 의한 가이드파이프 설치구조를 나타낸 평면도, 도 5 는 본 발명에 의한 가이파이프를 통해 강재말뚝을 지반에 설치한 상태를 나타낸 예시도로서,

본 발명의 가이드파이프(20)는 도3 에서와 같이 수심이 얕은 경우 가이드파이프(20)를 1겹으로 설치하여 가이드파이프(20)를 통해 설치되는 강재말뚝이 1겹으로 설치될 수 있도록 하고, 수심이 깊어 수압이 크거나 유속이 빠를 경우 도 4 에 서와 같이 가이드파이프(20)를 2겹으로 설치하여 가이드파이프(20)를 통해 지반에 설치되는 강재말뚝(30)이 2겹으로 설치될 수 있도록 한다.

아울러 시공현장의 상황에 따라 강재말뚝(30)을 2겹 이상으로 설치하여 수심이나 유속에 적절하게 대응할 수 있도록 한다.

상기 강재말뚝(30)은 내부가 천공된 강관형태로 구성되는 것으로, 지반 설치시 항타장비를 통해 타입되어 설치되거나 잭을 통해 압입식으로 지반에 설치될 수 있다.

이와 같이 강재말뚝(30)이 지반에 설치되면 상기 강재말뚝(30)을 가이드할 수 있도록 교각에 설치되어 있는 가이드틀(10)과 가이드파이프(20)를 교각(100)에서 해체 한다.

한편 도 6 은 본 발명에 의한 원지반을 고결하는 공정을 나타낸 예시도로서, 교량의 확폭이나 교각(100)의 지지력 향상을 위한 보수, 보강시에 상승되는 하중에 대한 지내력을 향상시킬 수 있도록, 기초구조물(101)의 하부에 위치한 원지반 (60)및 기초구조물(101)의 둘레를 따라 지반에 설치되는 강재말뚝(30)의 하부에 위치한 원지반(61)에 약액을 주입하여 지반을 고결시켜 줌으로써 원지반(60)(61)의 지내력을 증진시켜 주는 것이다.

이를 보다 상세히 설명하면, 먼저 기초구조물(101) 하부의 원지반(60)을 고결시켜줄 수 있도록, 바지선(102)에서 상기 강재말뚝(30)들의 사이 틈으로 원지반고결용 파이프(103)를 삽입한 후 약액을 그라우팅하여 기초구조물(101) 하부의 원 지반(60)을 고결시켜 줌으로써 원지반의 지내력을 증진시켜 준다.

그런 다음 상기 강재말뚝(30)의 내부공간을 통해 약액을 그라우팅 하여 강재말뚝(30) 하부에 위치한 원지반(61)을 고결시켜 지내력을 향상시켜 준다.

상기 그라우팅은 바지선(102)에서 구조물의 보수, 보강, 지수, 차수 등을 위해 화학반응을 유도할 수 있는 유기수지를 압력조절이 가능한 펌프를 이용하여 주입하는 케미컬그라우팅(Chemical Grouting)을 사용한다.

상기 유기수재로는 통상 우레탄, 에폭시수지 등을 사용하며 이를 지반에 주입함으로써 지반의 고결을 유도하여 지내력을 향상시켜 주는 것이다.

상기와 같이 그라우팅을 통해 원지반(60)(61)의 지내력이 향상됨으로써 교량을 확폭하거나 또는 교량의 보수 보강을 위해 교각의 단면이 증대될 경우에 증가되는 하중을 지지할 수 있게 되는 것이다.

도 7 은 본 발명에 의한 강재말뚝들의 외측을 감싸도록 거푸집판을 설치한 상태를 나타낸 평면도, 도 8 은 본 발명에 의한 거푸집의 내부에 철근을 조립하여 설치한 상태를 나타낸 평면도, 도 9 는 본 발명에 의해 지상에서 조립된 철근을 거푸집 내부에 설치하는 공정을 나타낸 예시도, 도 10 은 본 발명에 의한 거푸집의 내부에 콘크리트를 타설한 상태를 나타낸 정면도, 도 11 은 본 발명에 의한 거푸집의 내부에 콘크리트를 타설한 상태를 나타낸 평면도로서,

그라우팅을 통해 기초구조물(101)의 하부 및 강재말뚝(30) 하부의 원지반(60)(61)에 대한 지내력이 향상되면 상기 강재말뚝(30)들의 외측을 감싸도록 하 여 거푸집판(40)을 설치하여 거푸집을 형성한다.

상기 거푸집판(40)은 넓은 판체 형상으로 상기 강재말뚝(30)들의 둘레를 감싸도록 설치됨으로써 철근구조체(50)의 설치 및 콘크리트 타설을 위한 거푸집을 형성하게 되는 것이다.

그런 다음 상기 거푸집의 내부에 철근구조체(50)를 설치하게 된다. 이때 철근구조체(50)는 지상에서 조립하여 윈치나 크레인과 같은 인양장치를 이용하여 거푸집의 내부에 내려 설치되도록 한다.

바람직하게는 상기 철근구조체(50)를 기초구조물(101)에서 1차 조립하여 거푸집으로 내리고 2차 조립하여 거푸집으로 내리는 과정을 반복 하여 기초구조물(101)의 보수나 보강을 위해 확장하고자 하는 높이만큼 설치되도록 한다.

한편 상기 철근구조체(50)는 간격유지철근(51)을 통해 기초구조물(101)과 일정간격을 유지하도록 설치된다.

상기 간격유지철근(51)은 일측단은 철근구조체(50)에 결속되고 타측은 기초구조물(101)의 외측면에 밀착되어 철근구조체(50)와 기초구조물(101)간의 간격을 일정하게 유지시켜주게 되는 것이다.

이와 같이 철근구조체(50)의 설치가 완료되면 상기 거푸집에 의해 형성되고 철근구조체(50)가 설치된 공간부에 모르타르와 수중 불 분리제를 적정하게 혼합하여 형성된 콘크리트를 타설하여 양생함으로써 기초구조물(101)의 보강을 및 교량기초의 지지력 증대 공정이 완료되는 것이다.

한편 상기에 있어서 모르타르에 혼합되는 수중 불 분리제는 제품에 따라 다 를 수 있으나 통상 시멘트 100중량% 대비 3~5중량%정도 희석하여 사용되며, 이와 같은 수중 불 분리제를 사용하게 되면 모르타르의 점도가 높아져 수중에서 재료분리가 일어나지 않게 되는데, 이때 수중 불 분리제의 희석량이 3~5중량% 미만으로 작게 희석하면 재료분리 방지효과가 저하되고, 3~5중량% 이상으로 많이 희석하면 모르타르가 빨리 굳게 되어 펌프카 호스로부터 잘 토출되지 않을 우려가 있다.

이와 같은 본 발명은 원지반(60)(61)에 그라우팅을 실시하여 원지반의 지내력을 향상시킴과 동시에 강재말뚝(30)의 외면을 감싸도록 거푸집판(40)을 설치함으로써 콘크리트의 타설시 거푸집판(40), 강재말뚝(30), 콘크리트가 일체로 형성됨으로써 기초구조물(101)의 단면을 확대할 수 있게 되는 것이다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

도 1 은 본 발명에 의한 가이드틀 설치상태를 나타낸 정면도,

도 2 는 본 발명에 의한 가이드틀에 가이드파이프 설치상태를 나타낸 정면도,

도 3 은 본 발명의 일실시예에 의한 가이드파이프 설치구조를 나타낸 평면도,

도 4 는 본 발명 다른 실시예에 의한 가이드파이프 설치구조를 나타낸 평면도,

도 5 는 본 발명에 의한 가이파이프를 통해 강재말뚝을 지반에 설치한 상태를 나타낸 예시도,

도 6 은 본 발명에 의한 원지반을 고결하는 공정을 나타낸 예시도,

도 7 은 본 발명에 의한 강재말뚝들의 외측을 감싸도록 거푸집강판을 설치한 상태를 나타낸 평면도,

도 8 은 본 발명에 의한 거푸집의 내부에 철근을 조립하여 설치한 상태를 나타낸 평면도,

도 9 는 본 발명에 의해 지상에서 조립된 철근을 거푸집 내부에 설치하는 공정을 나타낸 예시도,

도 10 은 본 발명에 의한 거푸집의 내부에 콘크리트를 타설한 상태를 나타낸 정면도,

도 11 은 본 발명에 의한 거푸집의 내부에 콘크리트를 타설한 상태를 나타낸 평면도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

(10) : 가이드틀 (11) : 브래킷

(20) : 가이드파이프 (30) : 강재말뚝

(40) : 거푸집판 (50) : 철근조립체

(51) : 간격유지철근 (60)(61) : 원지반

(100) : 교각 (101) : 기초구조물

(102) : 바지선 (103) : 원지반고결용 파이프

Claims (2)

1. 교각에 가이드틀을 설치하고 상기 가이드틀의 둘레에 다수의 가이드파이프를 설치하는 가이드파이프 설치단계;

   상기 가이드파이프에 가이드 되도록 하여 내부가 천공된 강재말뚝을 지반에 설치하는 강재말뚝 설치단계;

   상기 가이드틀과 가이드파이프를 해체하고 보수 및 보강하고자 하는 범위만큼 준설하는 준설단계;

   상기 강재말뚝의 외측에서 강재말뚝들의 사이로 원지반고결용 파이프를 삽입한 후 약액을 주입하여 교각을 지지하는 원지반을 고결시켜주는 원지반 고결단계;

   상기 강재말뚝의 내부를 통해 강재말뚝의 하부에 위치한 원지반에 약액을 그라우팅하여 고결시키는 강재말뚝 하부지반 고결단계;

   상기 강재말뚝들의 외측을 감싸도록 거푸집판을 설치하여 거푸집을 형성하는 거푸집 시공단계;

   지상에서 철근을 조립한 후 인양하여 상기 거푸집의 내부에 설치하는 철근구조체 설치단계;

   상기 거푸집에 의해 형성된 공간부에 모르타르와 수중 불 분리제를 적정비율로 희석하여 형성된 콘크리트를 타설하여 콘크리트와 철근구조체, 거푸집판 및 강재말뚝을 일체화시켜주는 콘크리트 타설단계; 를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 말뚝을 이용한 기존 교량 기초지지력 증대방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 강재말뚝을 2겹 이상 설치하여 수심에 따른 수압이나 유속에 저항할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 말뚝을 이용한 기존 교량 기초지지력 증대방법.

Images