KR20110018160A - 사면보강을 위한 네일 고정체 - Google Patents

Abstract

본 발명은 사면보강을 위한 소일네일링 공법에 사용되는 네일 고정체를 개시한다. 본 발명의 네일 고정체는, 후단에 상기 네일과 결합하는 결합수단을 구비하고 외면에 핀장착홈이 형성된 고정체; 상기 핀장착홈의 내부에 수용되고, 선단부가 상기 핀장착홈의 내부에서 힌지축에 결합된 스파이크 핀; 상기 핀장착홈의 내부에 설치되며, 상기 스파이크 핀의 후단부가 상기 핀장착홈의 외부로 돌출되도록 복원력을 발휘하는 탄성수단을 포함한다.

본 발명에 따르면 소일네일링 공법에 따른 사면시공시에 최소한의 깊이를 가지는 천공홀로도 안정적인 시공이 가능하므로 천공홀의 굴착에 따른 비용부담을 크게 줄일 수 있다. 또한 본 발명의 소일네일구조체는 외부 인장력에 대해 강한 저항력을 발휘하기 때문에 사면의 안정성을 크게 높일 수 있다.

Description

사면보강을 위한 네일 고정체{Nail fixing unit for slope reinforcement}

본 발명은 사면보강을 위한 소일네일링 공법에 사용되는 네일 고정체에 관한 것으로서, 구체적으로 최소한의 깊이를 가지는 천공홀로도 안정적 시공이 가능하고 외부 인장력에 대해 한층 더 강한 저항력을 발휘하여 사면의 안정성을 높일 수 있는 네일 고정체에 관한 것이다.

소일네일링(soil nailing) 공법이란 사면(slope)에 대한 안정성을 확보하고 지반 변위를 억제하기 위한 원지반보강공법(in-situ reinforcement of soil)의 일종이다. 이 공법은 1960년대 초 터널굴착공법인 NATM(New Austrian Tunneling Method)에서 응용된 이래 암반을 비롯한 토사지반의 전단저항력과 활동저항력을 증가시키기 위한 방법으로 널리 사용되고 있다.

최근 들어 산업화 및 도시화가 급격하게 진전되면서 대규모 산업기반시설을 위한 각종 토목공사가 활발하게 전개되는 가운데 자연적 사면의 개발은 물론 인공적 사면의 구축사례가 빈번하게 나타나고 있다.

자연적 또는 인공적 사면은 토압, 풍압, 수압, 지진과 같은 여러 요인으로 인한 절개, 붕괴 등의 위험성이 항시 잠재한다. 따라서 사면 공사시에는 사면의 전단 강도를 증대시키고 지반변위를 억제하는 것이 안정성 확보를 위해 반드시 필요하며, 이를 위한 방법으로서 소일네일링 공법이 많이 이용된다.

소일네일링 공법은 간략히 사면에 천공홀을 굴착한 후 인장응력, 전단응력, 휨모멘트에 저항할 수 있는 소일네일구조체(soil nail structure)를 그라우트(grout)와 함께 천공홀에 삽입한 다음 천공홀을 밀폐하는 전단판을 설치하는 순으로 진행된다.

도 1은 일반적인 소일네일링 공법에 따라 천공홀(3)의 내부에 소일네일구조체가 설치된 모습을 나타낸 모식이도이다. 즉, 소일네일링 공법을 위해서는 사면(1)의 상부에서 하부로 천공홀(3)을 굴착하고, 천공홀(3)의 내부에 네일(nail:2)을 삽입한 후 그라우트(6)를 충진하여 고결시킨다.

이어서 전단판(4)으로 천공홀(3)의 입구를 밀폐한 후 볼트(5) 등을 이용하여 와이어메쉬(wire mesh)를 설치하고 숏크리트(shotcrete) 등을 타설한다. 이때, 천공홀(3)에 삽입된 네일(2) 및 그라우트 등을 총칭하여 소일네일구조체(10)라 한다.

소일네일구조체(10)는 원 지반에 대해 마찰력에 의한 인장저항을 길이방향으로 발휘하는 동시에 휨 모멘트 및 전단저항을 수직방향으로 발휘하는 역할을 하며, 이로써 숏크리트 상의 보강지반은 원 지반과 일체화된 블럭으로 작용한다.

이러한 소일네일링 공법은 탑버툼(top-bottom) 방식에 의한 단계적 시공이 가능하므로 시공이 빠르고 현장여건에 대한 적응성이 뛰어나며, 비교적 값이 싼 경량재인 네일(2)을 이용하므로 시공비가 저렴하고 시공장비가 경량이라는 장점을 가진다. 더불어 다수의 소일네일구조체(10)에 의한 상호효과를 통해 사면의 안정성을 크게 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

그런데 소일네일구조체(10)의 안정적인 고정을 위해서는 천공홀(3)을 충분히 깊게 굴착해야 하므로 굴착에 따른 비용부담이 증가하고, 이로 인해 원 지반에 대해 불필요한 과다변위를 초래할 수 있는 문제점이 있다.

또한 지하수가 높게 존재하는 지반에 대해서는 사실상 시공이 불가능한 단점도 있다.

또한, 소일네일구조체(10)가 발휘하는 인장저항력은 천공홀(3)의 내면과 그라우트(6) 사이의 마찰력에 의해 발생하는데, 구조적으로 볼 때 소일네일구조체(10)는 천공홀(3)에 단순 삽입된 것으로 볼 수 있다. 따라서 풍화작용 내지는 기타의 원인으로 소일네일구조체(10)와 천공홀(3) 사이에 유격이 발생하는 등 밀착정도가 느슨해지면 소일네일구조체(10)의 인장저항이 급격히 떨어지게 되는 문제점이 있다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 최소한의 천공홀로도 안 정적인 사면시공이 가능하고, 소일네일구조체와 천공홀 사이에 다소의 유격이 발생하더라도 외부의 인장력에 대해 강한 저항을 발휘하여 사면의 안정성을 높일 수 있는 소일네일구조체를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 전술한 목적을 달성하기 위하여, 사면에 형성된 천공홀의 내부로 삽입된 네일의 선단에 결합되는 네일 고정체에 있어서, 후단에 상기 네일과 결합하는 결합수단을 구비하고 외면에 핀장착홈이 형성된 고정체; 상기 핀장착홈의 내부에 수용되고, 선단부가 상기 핀장착홈의 내부에서 힌지축에 결합된 스파이크 핀; 상기 핀장착홈의 내부에 설치되며, 상기 스파이크 핀의 후단부가 상기 핀장착홈의 외부로 돌출되도록 복원력을 발휘하는 탄성수단을 포함하는 네일 고정체를 제공한다.

또한 상기 네일 고정체에서 상기 고정체의 상기 핀장착홈에는 상기 고정체의 외면을 이루고 상기 핀장착홈의 일부를 밀폐하여 상기 스파이크핀의 회전 반경을 제한하는 걸림단이 형성된 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명에 따르면 소일네일링 공법에 따른 사면시공시에 최소한의 깊이를 가지는 천공홀로도 안정적인 시공이 가능하므로 천공홀의 굴착에 따른 비용부담을 크게 줄일 수 있다.

또한 본 발명의 소일네일구조체는 외부 인장력에 대해 강한 저항력을 발휘하기 때문에 사면의 안정성을 크게 높일 수 있다.

즉, 본 발명에 따른 소일네일구조체는 시공이 빠르고 현장여건에 대한 적응성이 뛰어나며 비교적 값이 싸고 시공장비가 경량이라는 기존장점을 그대로 보유하는 한편, 천공홀에 삽입된 후에 외부의 인장력에 강한 저항력을 발휘하게 된다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.

도 2 및 도 3은 각각 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 소일네일구조체(50)를 나타낸 사시도 및 분해 사시도이다.

먼저 본 발명은 사면에 굴착된 천공홀로 삽입되는 소일네일구조체(50)에 관한 것이므로, 설명의 편의를 위하여 본 명세서에서는 천공홀을 향하는 부분을 선단, 그 반대편을 후단으로 정의하기로 한다. 따라서 소일네일구조체(50)를 천공홀에 삽입할 때는 선단이 삽입되며, 도 2 및 도 3은 각각 소일네일구조체(50)의 선단 일부 나타낸 것이다.

도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 소일네일구조체(50)는 직선의 선형강재인 네일(60), 네일(60)의 길이방향을 따라 그 선단에 결합된 고정체(70)를 포함한다.

네일(60)은 자체물성에 의한 인장저항, 전단저항, 휨 모멘트와 더불어 후술 하는 소결제와 함께 천공홀의 내면에 대해 통상의 마찰력을 발휘하는 심재(心材)로서, 철근 또는 이와 유사한 직선의 선형강재로 이루어진다. 네일(60)의 길이와 두께 등은 시공조건에 따라 적절히 조절될 수 있고 네일(60)의 선단에는 소정길이의 볼트부(62)가 형성된다.

고정체(70)는 네일(60)의 선단에 결합되어 네일(60)과 유사한 인장저항, 전단저항, 휨모멘트를 발휘하는 한편, 외부의 인장력에 대해 강한 저항력을 발휘한다.

고정체(70)는 도 4의 부분단면도에 도시된 바와 같이, 대략 원기둥 형상이고 선단부가 뾰족하게 형성된 바디(71), 네일(60)의 볼트부(62)와 결합하기 위해 바디(71)의 후단에 형성된 너트홈(72), 바디의 측면부에 형성된 다수의 핀장착홈(74), 상기 다수의 핀장착홈(74)에 각각 설치된 다수의 스파이크 핀(spike pin:80), 스파이크 핀(80)에 복원력을 부여하기 위해 설치된 탄성수단(90)을 포함한다.

또한 스파이크핀(80)의 선단은 핀장착홈(74)의 내부에서 힌지축(76)에 결합되고, 따라서 스파이크(80)은 힌지축(76)을 중심으로 회전할 수 있다.

그리고 핀장착홈(74)의 바닥면과 스파이크핀(80)의 사이에는 탄성수단(90)이 설치된다. 이때 외력이 없는 상태에서는 스파이크핀(80)의 후단이 바디(71)의 외측으로 돌출되도록 스프링(90)이 장착되어야 한다.

핀장착홈(74)은 바디(71)의 길이방향을 따라 바디(71)의 측면에서 선단쪽으 로 경사지게 형성된다. 또한 핀장칙홈(74)은 바디(71)의 선단쪽으로 갈수록 바닥면이 바디(70)의 중심축에 가까워지도록 경사지게 형성되는 것이 바람직하지만 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

핀장착홈(74)의 후단부는 스파이크핀(80)이 완전히 삽입될 수 있도록 적어도 스파이크핀(80)의 후단부 두께와 동일한 깊이로 형성되는 것이 바람직하다.

한편 네일(60)의 볼트부(62)와 고정체(70)의 너트홈(72)은 서로 반대쪽에 형성될 수도 있다. 즉, 네일(60)의 선단에 너트홈이 형성되고 고정체(70)의 후단에 볼트부(62)가 형성될 수도 있다.

스파이크핀(80)은 본 발명에 따른 소일네일구조체(50) 및 고정체(70)의 고유기능, 즉, 외부의 인장력에 대해 강한 저항력을 발휘하는 역할을 한다. 즉, 천공홀(3)에 삽입된 후 탄성수단(90)의 복원력에 의해 스파이크핀(80)의 후단부가 바디(71)의 외측으로 돌출되므로 후단쪽으로 인장력이 발생하면 스파이크핀(80)이 천공홀(3)의 내벽에 박혀서 강한 저항력을 발휘하게 된다.

한편, 핀장착홈(74)의 선단에는 스파이크 핀(80)의 선단부를 일부 가림으로써 스파이크 핀(80)의 회전각도를 제한하는 걸림단(78)이 형성되는 것이 바람직하다.

이때 상기 걸림단(78)은 바디(71)의 외측면을 이루게 된다. 다시 말해서 핀장착홈(74)의 선단 일부는 걸림단(78)에 의해 가려지며, 이때 걸림단(78)의 내면은 스파이크 핀(80)과 밀착될 수 있도록 핀장착홈(74)과 평행하게 형성되는 것이 바람 직하다. 즉, 걸림단(78)의 내면도 바디(71))의 선단으로부터 후단으로 갈수록 상승하는 경사면을 이루는 것이 바람직하다.

바디(71)에 장착된 스파이크 핀(80)의 후단은 외력에 거스르는 미늘 형상으로 고정체(70)의 외면으로부터 돌출되며, 걸림단(78)은 스파이크 핀(80)의 회전반경을 제한하여 거꾸로 젖혀지는 것을 방지함으로써 저항력을 높이는 역할을 한다.

이러한 고정체(70)나 스파이크핀(80)의 크기는 시공환경에 따라 적절히 조절될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 실시예에서는 바디(71)의 직경을 D라 할 때, 고정체(70)의 전체 길이를 대략 6D 정도로 제작하고, 스파이크핀(80)은 그 길이가 대략 3D/5, 그 두께가 대략 D/5 정도가 되도록 제작하였는데, 반드시 이에 한정되는 것은 아니어서 이와 다른 형태로 변형될 수도 있다. 여기서 고정체(70)의 바디(71)의 직경은 대략 25~50mm 정도인 것이 바람직하다.

또한 스파이크 핀(80)은 바디(71)의 외주면을 따라 다수 개를 장착하는 것이 바람직한데, 고정력을 높이기 위해서는 그 장착위치가 바디(71)의 중심축을 기준으로 서로 다른 각도에 위치하는 것이 바람직하다. 이렇게 하면 스파이크 핀(80)이 천공홀(H)의 내벽에 다양한 각도로 박히기 때문에 고정력을 크게 높일 수 있다.

예를 들어 도 5에 도시된 바와 같이 바디(71)의 길이방향을 따라 2개의 스파이크 핀(80)을 한 쌍으로 하여 총 4쌍을 장착하되, 각 스파이크 핀(80)의 설치각도를 다르게 할 수 있다. 즉, 한 쌍을 이루는 스파이크 핀(80)을 서로 180도 되는 위치에 각각 설치하되, 각 쌍을 다른 쌍에 대하여 소정 각도 회전한 위치에 배치하면 각 스파이크 핀(80)의 설치각도가 모두 달라진다.

그러나 스파이크 핀(80)의 설치 개수나 배열 형태 등이 반드시 이에 한정되어야 하는 것은 아니므로 시공환경 등에 따라 적절히 조절될 수는 있다.

스파이크 핀(80)은 고정체(70)를 천공홀(3)의 내부로 삽입할 때는 핀장착홈(74) 내로 삽입되므로 아무런 저항력을 발휘하지 못하지만, 고정체(70)에 대해 후단방향의 압력이 가해지면 스파이크 핀(80)의 후단이 핀장착홈(74)의 외부로 돌출되어 천공홀(3)의 내벽에 박히게 되므로 강한 저항력을 발휘한다.

이 과정에서 걸림단(78)은 스파이크 핀(80)이 일정한 각도 이상 피봇 회전되지 못하도록 제한하는 한편 스파이크 핀(80)을 지지하여 저항력을 증가시키는 역할을 한다.

탄성수단(90)은 도면에 나타난 코일스프링(coil spring) 이외에도 판스프링(plate spring), 토션바스프링(torsion bar spring)이 사용될 수도 있다. 이때, 코일스프링과 판 스프링의 경우에는 핀장착홈(74)의 내부 후단에 고정되는 것이 바람직하고, 토션바스프링은 힌지축(76)에 관통 설치되는 것이 바람직하다. 이에 대해서는 별도의 도면이 없더라도 당업자라면 쉽게 이해될 수 있다.

이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 고정체(70)를 사용한 소일네일링 공법을 살펴본다.

첨부된 도 6은 본 발명에 따른 소일네일링 공법을 설명하기 위한 모식도이고, 도 7은 본 발명에 따른 소일네일링 공법을 순서대로 나타낸 순서도이다. 앞서 도 2 내지 도 5도 함께 참조한다.

먼저, 본 발명에 따른 소일네일링 공법을 위해서 사면(100)을 고르고, 사면(100)에 천공홀(H)을 굴착한다.

천공홀(H)은 일반적인 그것에 비해 깊이가 작아도 무방하지만, 최소한 고정체(70)를 비롯한 네일(60)의 선단 일부가 삽입될 수 있을 정도의 깊이를 가져야 함은 물론이다. 천공홀(H)의 직경은 고정체 바디(71)의 직경을 D라 할때 약 1.7D ~ 2.1D 정도인 것이 바람직하고, 깊이는 시공환경 등에 따라 적절히 조절될 수 있다. (st1, st2)

이어서 천공홀(H) 내의 돌, 흙 등의 이물질을 제거하고, 천공홀(H)에 본 발명에 따른 고정체(70)가 선단에 결합된 네일(60)을 삽입한다. (st3, st4)

이어서 천공홀(H)에 소결제(102)를 주입하여 고결시킨다. 소결제(102)는 물, 시멘트, 모래를 적정비율 혼합시킨 그라우트 또는 적정량의 물이 혼합된 벤토나이트(bentonite) 등이 사용될 수 있다. (st5)

소결제(102)가 고결되면 천공홀(H)을 밀폐하는 전면판(104)을 설치한다. 전면판(104)은 천공홀(H) 직경의 3~5배에 해당되는 면적을 가지는 것이 안정적이며, 네일(60)의 후단이 전면판(104)을 관통하게 된다. (st6)

이어서 전면판(104) 외부로 노출된 네일(60)의 후단을 일부만 남기고 절단한 후 인장너트(106)를 체결한다.

이때 인장너트(106)는 전면판(104)의 면적 대비 25~35kgf/㎠의 인장력을 발휘하도록 체결하는 것이 바람직하고, 인장너트(105)를 체결하는 과정에서 본 발명에 따른 고정체(70)에 마련된 스파이크 핀(80)이 천공홀(H)의 주변지반으로 파고들어 고정체(70)가 한층 더 강하게 고정된다. (st7)

마지막으로, 전면판(104) 외부로 노출된 네일(60)의 후단에 연결너트(108)를 체결한 후 적절한 보강구조물, 예컨대 와이어메쉬를 설치하고 숏크리트 등을 타설하여 마무리한다. 이때, 필요하다면 솟크리트를 대신해서 초목의 식재층을 시공하는 것도 가능하다. (st8, st9)

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 전술한 실시예에 한정되지 않고 다양한 형태로 수정 또는변형될 수 있다. 따라서 본 발명의 권리범위는 전술한 실시예 뿐만아니라 이와 균등하거나 등가적으로 변형된 사항들을 모두 포함한다고 보아야 할 것이다.

도 1은 일반적인 소일네일링 공법을 설명하기 위한 모식도.

도 2는 본 발명에 따른 소일네일구조체의 일부 사시도.

도 3은 본 발명에 따른 소일네일구조체의 일부 분해사시도.

도 4는 본 발명에 따른 소일네일구조체의 일부 단면도.

도 5는 본 발명에 따른 소일네일구조체의 하단에서부터 다수의 스파이크 핀이 배열된 각도를 순서대로 나타낸 도면

도 6은 본 발명에 따른 소일네일 공법을 설명하기 위한 모식도.

도 7은 본 발명에 따른 소일네일 공법의 순서도.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

50: 소일네일구조체 60: 네일

62: 볼트부 70: 고정체

71: 바디 72: 너트홈

74: 핀장착홈 76: 힌지축

78: 걸림단 80: 스파이크 핀

90: 탄성수단

Claims (2)

1. 사면에 형성된 천공홀의 내부로 삽입된 네일의 선단에 결합되는 네일 고정체에 있어서,

   후단에 상기 네일과 결합하는 결합수단을 구비하고 외면에 핀장착홈이 형성된 고정체;

   상기 핀장착홈의 내부에 수용되고, 선단부가 상기 핀장착홈의 내부에서 힌지축에 결합된 스파이크 핀;

   상기 핀장착홈의 내부에 설치되며, 상기 스파이크 핀의 후단부가 상기 핀장착홈의 외부로 돌출되도록 복원력을 발휘하는 탄성수단;

   을 포함하는 네일 고정체
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 고정체의 상기 핀장착홈에는 상기 고정체의 외면을 이루고 상기 핀장착홈의 일부를 밀폐하여 상기 스파이크핀의 회전 반경을 제한하는 걸림단이 형성된 것을 특징으로 하는 네일 고정체

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