KR20130067104A - 지반보강공법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 지반보강공법에 관한 것으로서 기초지반을 형성하기 위한 절개지의 법면이 붕괴되는 것을 방지할 수 있도록 법면을 향하여 앵커구조체를 삽입하여 지반을 보강하는 지반보강공법에 있어서 지면으로부터 설정된 깊이만큼 절토하는 절토단계와, 절토단계에서 형성된 법면에 앵커구조체를 삽입하는 삽입단계를 포함하고, 절토단계는 불연속적으로 수행되는 제1 내지 제n차 절토단계를 포함하며, 삽입단계는 불연속적으로 수행되는 제1 내지 제n차 삽입단계를 포함하고, 절토단계와 삽입단계는 기초지반을 형성하기 위한 기준깊이에 도달할 때까지 순차적으로 교번되게 수행하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 지반보강공법에 의하면 설정된 깊이만큼만 절토하는 작업과, 각각의 절토 작업마다 형성된 법면에 지반 보강용 앵커구조체를 삽입 및 그라우팅 작업이 각각 다단계로 분화되어 있고, 이러한 단계를 순차적으로 교번하여 수행하므로 기존과 같이 한번에 절토, 삽입, 그라우팅하는 공법보다 법면의 붕괴 위험성이 현저하게 감소한다.
또한 절토, 삽입, 그라우팅 작업이 모두 완료된 이후에는 복수의 지반 보강용 앵커구조체에 지지되어 법면을 가압하는 가압플레이트를 시공하게 되므로 법면의 붕괴 위험성을 더욱 감소시킬 수 있다.

Description

지반보강공법{The ground reinforcement method}

본 발명은 지반보강공법에 관한 것으로서, 도심에서 기초지반을 형성하기 위하여 형성된 법면이 지상구조물의 하중에 의해 붕괴되는 것을 방지할 수 있는 지반보강공법에 관한 것이다.

일반적으로 터파기, 흙막이, 철도 및 도로에 인접한 자연 및 인공사면의 보강, 지하구조물 및 터널 등과 같은 토목관련 시설물 축조 시 연약지반에 대한 구조물의 지지력을 보강하는 공법으로는 시멘트 그라우팅공법, 컴팩션 그라우팅공법, 어스앵커공법, 마이크로파일공법, 스크류 오거파일공법, 앵커구조체삽입공법이 대표적이다.

이러한 공법들은 천공시 공압 해머를 이용하여 시공을 하며 천공시 강한 에어 압력에 의한 토질 변이가 심하게 발생할 수 있는 공법들이다.

상기 시멘트그라우팅공법은 기초 저면에 시멘트밀크를 전체적으로 주입하는 방법으로, 시공비가 저렴하다는 이점이 있지만 지반 내 그라우팅액의 흐름을 제어하기 힘들고 점토지반에 적용할 수가 없다. 그리고, 지하수에 따른 장기적 신뢰도가 미흡하다는 단점이 있다.

컴팩션 그라우팅공법은 시멘트모르타르를 고압으로 주입하여 시멘트모르타르 말뚝을 형성시키는 방법으로, 지반 내에 주입되는 시멘트모르타르의 주입 정도를 확인할 수 없다는 문제와 함께 장기적인 내구성이 미흡하다는 문제를 수반한다.

상기 앵커구조체 삽입공법은 추진장치를 이용하여 앵커구조체을 강제로 추진 삽입하는 방법으로, 유압잭 등의 지지체로 이용하여 강제로 추진시키는 과정에서 기존 구조체에 손상을 끼칠 염려가 있을 뿐만 아니라 소규모 구조물에 적용하기 어려운 한계가 있다.

상기 마이크로파일공법은 천공기를 이용하여 지반을 우선 천공한 후 강연선 내지 마이크로 파일을 삽입한 다음에 그라우팅하여 고착시키는 방법으로, 이들 공법은 앞서 살펴본 그라우팅공법에 비해 우수한 보강품질을 확보할 수 있다. 하지만, 1차 선천공과 2차 후 삽입이라는 2개의 공정으로 이루어지는 것은 물론 천공구멍 내로 토사가 함몰되는 것을 방지하기 위해 케이싱을 삽입하면서 천공작업을 수행하여야 하기 때문에 작업기간이나 비용의 상승을 초래하는 단점이 있다.

특히 어스앙카공법의 대표적인 소일 네일링(soil nailing) 공법은 타설공에 삽입되는 소일 네일링(soil nailing)용 앙카체를 타설공을 천공 후 별도로 삽입하고, 콘크리트를 그라우팅(grouting)하게 되므로 원지반과 그라우팅(grouting)된 콘크리트와의 체결력이 상대적으로 약하게 되며, 상술한 바와 같이 시공성이 매우 떨어진다.

즉, 타설공에 앙카체와 같이 주입된 콘크리트는 타설공의 내주면에 형성된 크랙이나 불균일한 내면에 완전히 주입되지 않게 되어 원지반과의 결합력이 떨어지게 된다. 그리고 천공기를 이용하여 타설공을 형성하고, 이에 별도로 제작된 앙카체를 삽입하여야 하므로 작업량이 많아지고, 시공성이 떨어지게 된다.

이러한 점을 감안하여 대한민국 공개 특허 제 1997-0027550호에는 직천공 앵커구조체 보강형 다단 그라우팅 시공방법 및 직천공장치가 개시되어 있으며, 특허등록 제 0899621호에는 직천공 이중앵커구조체 그라우팅 공법이 개시되어 있다.

그러나 상기와 같은 그라우팅 시공공법은 굴착기계를 이용하여 한번에 법면을 형성하고 앵커구조체 또는 이중앵커구조체를 삽입하도록 되어 있어 도심지와 같이 대형 구조물이 밀집되어 있는 지역에서는 토압에 의해 법면이 쉽게 붕괴될 수 있는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로 도심지에서 기초지반을 형성하기 위하여 터파기 과정에서 형성된 법면이 토압 또는 주변 구조물의 하중에 의해 붕괴되는 것을 방지할 수 있는 지반보강공법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 지반보강공법은 기초지반을 형성하기 위한 법면이 붕괴되는 것을 방지할 수 있도록 상기 법면을 향하여 앵커구조체를 삽입하여 지반을 보강하는 지반보강공법에 있어서, 상기 지반을 설정된 깊이만큼 절토하는 절토단계와; 상기 절토단계에서 형성된 법면에 상기 앵커구조체를 삽입하는 삽입단계;를 포함하고, 상기 절토단계는 제1 내지 제n차절토단계를 포함하며, 상기 삽입단계는 제1 내지 제n차삽입단계를 포함하고, 상기 절토단계와 상기 삽입단계는 지면으로부터 상기 기초지반을 형성하기 위한 기준깊이에 도달할 때까지 순차적으로 교번하여 수행하는 것을 특징으로 한다.

상기 제n차삽입단계가 수행된 이후에는 상기 절토단계에서 형성된 법면에 밀착되어 상기 법면을 가압할 수 있는 가압면이 마련된 가압플레이트를 상기 법면의 외측으로 노출된 상기 앵커구조체의 일단에 끼움 결합하고, 상기 앵커구조체에 조임부재를 체결하여 상기 가압플레이트를 상기 법면에 밀착시키는 가압단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 삽입단계 이후와 상기 절토단계 이전에는 상기 앵커구조체과 지반과의 결합력을 높일 수 있도록 상기 앵커구조체의 내부에 형성된 중공부를 통해 상기 앵커구조체와 지반 사이의 공간으로 콘크리트 모르타르를 주입하는 그라우팅 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 지반보강공법에 의하면 설정된 깊이만큼만 절토하는 작업과, 각각의 절토 작업마다 형성된 법면에 지반 보강용 앵커구조체를 삽입 및 그라우팅 작업이 각각 다단계로 분화되어 있고, 이러한 단계를 순차적으로 교번하여 수행하므로 기존과 같이 한번에 절토, 삽입, 그라우팅하는 공법보다 법면의 붕괴 위험성이 현저하게 감소한다.

또한 절토, 삽입, 그라우팅 작업이 모두 완료된 이후에는 복수의 지반 보강용 앵커구조체에 지지되어 법면을 가압하는 가압플레이트를 시공하게 되므로 법면의 붕괴 위험성을 더욱 감소시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1실시 예에 따른 지반보강공법 중 절토단계와 삽입단계를 설명하기 위한 단면도이고,
도 2는 도 1에 도시된 절토단계와 삽입단계 이후의 가압단계를 설명하기 위한 단면도이며,
도 3은 본 발명의 제2실시 예에 따른 지반보강공법 중 절토 단계와 삽입단계를 설명하기 위한 단면도이고,
도 4는 도 3에 도시된 절토단계와 삽입단계이후의 가압단계를 설명하기 위한 단면도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 지반(10)보강공법에 대하여 상세하게 설명한다. 도 1 및 도 2에는 본 발명의 제1실시 예에 따른 지반(10)보강공법을 이용한 시공과정이 도시되어 있다.

본 발명의 지반(10)보강공법은 구조물들이 밀집되어 있는 도심지에서 건물을 신축하기 위한 선행작업으로 기초지반(10)을 형성할 때, 터파기 대상지 주변에 배치되어 있는 구조물들의 하중 또는 토압에 의해 터파기 작업과정에서 형성된 법면이 붕괴되는 것을 방지할 수 있는 공법에 관한 것으로, 터파기 대상지를 설정된 깊이만큼 단계적으로 파내는 절토단계와, 절토단계에서 형성된 법면을 통해 지반(10)으로 지반(10) 보강용 앵커구조체(100)를 삽입하는 삽입단계와, 앵커구조체(100)와 지반(10) 사이의 공간으로 콘크리트 모르타르(20)를 공급하는 그라우팅 단계 및 법면에 가압플레이트(400)를 고정하는 가압단계를 포함한다.

본 발명의 지반(10)보강공법을 설명하기 이전에 지반(10)에 삽입되는 보강용 앵커구조체(100)에 대하여 설명한다.

상기의 앵커구조체(100)는 지반(10)을 천공하는 비트(120)와, 길이방향을 따라 내부에 중공부(111)가 형성되고 외주면에는 나사부(112)가 형성된 로드(110)를 포함한다.

도면에 도시되어 있지 않지만 상기 로드(110)의 외주면에는 후술하는 콘크리트 모르타르(20)와의 결속력을 높일 수 있게 돌기를 형성할 수 있다. 상기의 돌기는 삽입작업시 간섭이 발생하지 않은 범위 내에서 연속 또는 불연속적으로 형성될 수 있다.

상기 비트(120)는 지중으로 삽입되는 로드(110)의 일 단에 설치된 것으로, 상기 중공부(111)와 연통되는 토출공(121)들이 형성되어 있으며, 이의 단부에는 천공을 위한 팁(122)들이 형성된다. 상기 비트(120)의 직경은 로드(110)의 직경보다 크게 형성된다. 상기 비트(120)에 형성된 팁(122)은 암반, 모래, 석회석, 이회토, 점토 자갈층 등에 따라 다양한 형태로 변형가능하다.

상기 앵커구조체(100)를 지중으로 삽입하는 천공장치(200)는 로드(110)를 파지하는 파지부(210)와, 로드(110)를 회전가능하게 지지하는 지지부(220)와, 지지부(220)의 외주면에 설치되는 로터리 조인트(230)를 포함하며, 상기 로터리 조인트(230)에는 후술하는 콘크리트 모르타르 주입장치(300)와 연결된 주입관(240)이 연결되어 있다. 상기 주입관(240)에는 체크밸브(241)가 설치되어 있다.

도면에는 도시되어 있지 않으나 상기의 로드(110)는 앵커구조체(100)가 지반(10)으로 삽입됨에 따라 로드(110)를 커플링을 이용하여 상호 연결하면서 시공할 수도 있게 다단으로 분할형성할 수 있다.

본 발명에 따른 절토단계는 굴착기와 같은 장비를 이용하여 기초지반(10)을 형성하기 위한 기준깊이까지 수차례에 걸쳐서 절토할 수 있도록 불연속적으로 수행되는 제1 내지 제n차 절토단계를 포함한다. 상기의 절토단계에서는 제1 내지 제n차 절토단계마다 제1 내지 n차 법면이 형성된다.

본 실시 예에서는 3단계에 걸쳐 절토단계를 수행한 것을 적용하였으며, 각 단계마다 제1, 제2, 제3법면(11,13,15)이 형성된다.

미설명부호 12, 13, 14는 제1 내지 제3법면을 형성할 때 형성된 바닥면이다.

삽입단계는 천공장치(200)를 이용하여 지반(10) 보강용 앵커구조체(100)를 지중으로 삽입하는 과정으로 제1 내지 제n차 법면으로 각각 앵커구조체(100)를 삽입하는 제1차 내지 제n차 삽입단계를 포함하며, 상기의 제1 내지 제n차 삽입단계는 상기 제1차 내지 제n차 절토단계를 수행한 이후 마다 수행된다.

즉, 상기의 절토단계와 삽입단계는 제1차 절토단계, 제1차 삽입단계, 제2차 절토단계, 제2차 삽입단계, 제n차 절토단계, 제n차 삽입단계 순으로 순차적으로 교번하여 수행된다.

상기의 삽입단계는 도 1에 도시된 바와 같이 제1차 절토단계에서 형성된 제1차 법면(11)에 헤드부를 이용하여 비트(120)가 장착된 로드(110)를 회전시킴과 아울러 전진시키는 제1차 삽입단계를 수행한다. 그리고 상기 로드(110)의 중공부(111)와 비트(120)의 토출공(121)을 통하여 고압의 공기를 공급함으로써 천공시 발생되는 굴삭토를 배출한다.

상술한 바와 같이 제1차 삽입단계가 완료되면 로드(110)와 지반(10)과의 체결력을 높일 수 있도록 상기 주입관(240)을 통해 중공부(111)로 콘크리트 모르타르(20)를 주입하는 그라우팅 단계를 수행한다.

상기의 그라우팅 단계는 콘크리트 주입장치를 이용하여 콘크리트를 가압하여 주입관(240)으로 공급한다.

상기 콘크리트 주입관(240)으로 주입된 콘크리트는 로드(110)의 중공부(111)와 비트(120)의 토출구를 통하여 비트(120)에 의해 천공된 구멍의 하부 측으로부터 입구 측으로 채워지게 된다.

그라우팅 단계가 완료된 이후에는 상술한 바와 같이 절토, 삽입, 그라우팅 단계를 반복적으로 수행하며, 각 절토단계에서 절토된 각 법면들(11, 13, 15)의 깊이 합이 기초지반(10)의 깊이에 대응할 때까지 반복적으로 이루어진다.

가압단계는 절토단계에서 형성된 법면에 밀착되어 법면을 가압할 수 있는 가압면이 마련된 가압플레이트(400)를 법면의 외측으로 노출된 로드(110)의 일단에 끼움 결합시키고, 로드(110)에 조임부재(500)를 체결하여 가압플레이트(400)를 법면에 밀착시킨다.

상기 가압플레이트(400)에는 로드(110)의 일단이 삽입될 수 있게 복수의 삽입구멍들(410)이 로드(110)의 위치에 대응하는 위치에 형성되어 있다.

상기의 가압플레이트(400)는 절토단계에서 형성된 법면을 커버 할 수 있도록 소정면적을 갖는 판 형상으로 형성되어 있으며, 지반(10)으로 삽입되어 있는 앵커구조체(100)에 지지되어 토압 또는 주변 구조물의 하중에 의하여 법면이 붕괴되는 것을 방지한다.

상기 가압단계는 그라우팅 단계에서 주입된 콘크리트 모르타르(20)가 굳은 이후에 수행하는 것이 바람직하다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같은 본 발명에 따른 지반(10)보강공법은 절토단계에서 법면을 지면에 대하여 직교하도록 형성하고 지반보강용 앵커구조체(100)를 지면에 대하여 수평한 방향으로 삽입한 구조를 적용하였으나, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 절토단계에서 법면을 지면에 대하여 경사지게 형성하고 지반(10) 보강용 앵커구조체(100)를 법면에 대하여 직교하는 방향으로 삽입할 수도 있으며, 도면에 도시되어 있지 않지만, 지면에 대하여 직교하도록 형성된 법면에 지반(10) 보강용 앵커구조체(100)를 경사지게 삽입한 구조를 적용할 수 있음은 물론이다.

상기와 같은 본 발명에 따른 지반(10)보강공법에 의하면 설정된 깊이만큼만 절토하는 작업과, 각각의 절토 작업마다 형성된 법면에 지반(10) 보강용 앵커구조체(100)를 삽입 및 그라우팅 작업이 각각 다단계로 분화되어 있고, 이러한 단계를 순차적으로 교번하여 수행하므로 기존과 같이 한번에 절토, 삽입, 그라우팅하는 공법보다 법면의 붕괴위험성이 현저하게 감소한다.

또한 절토, 삽입, 그라우팅 작업이 모두 완료된 이후에는 복수의 지반(10) 보강용 앵커구조체(100)에 지지되어 법면을 가압하는 가압플레이트(400)를 시공하게 되므로 법면의 붕괴 위험성을 더욱 감소시킬 수 있다.

이상 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 지반(10)보강공법은 도면에 도시된 일 시리 예를 참조로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술분에서 통상의 지식을 가진자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.

따라서 본 발명의 진정한 기술적인 보호범위는 첨부된 청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.

10 : 지반
20 : 콘크리트 모르타르
100 : 앵커구조체
110 : 로드
120 : 비트
200 : 천공장치
300 : 콘크리트 모르타르 주입장치
400 : 가압플레이트
500 : 조임부재

Claims (3)

1. 기초지반을 형성하기 위한 절개지의 법면이 붕괴되는 것을 방지할 수 있도록 상기 법면을 향하여 앵커구조체를 삽입하여 지반을 보강하는 지반보강공법에 있어서,
   지면으로부터 설정된 깊이만큼 절토하는 절토단계와;
   상기 절토단계에서 형성된 법면에 상기 앵커구조체를 삽입하는 삽입단계;를 포함하고,
   상기 절토단계는 불연속적으로 수행되는 제1 내지 제n차 절토단계를 포함하며, 상기 삽입단계는 불연속적으로 수행되는 제1 내지 제n차 삽입단계를 포함하고,
   상기 절토단계와 상기 삽입단계는 상기 기초지반을 형성하기 위한 기준깊이에 도달할 때까지 순차적으로 교번되게 수행하는 것을 특징으로 하는 지반보강공법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 삽입단계 이후에는 상기 절토단계에서 형성된 법면에 밀착되어 상기 법면을 가압할 수 있는 가압면이 마련된 가압플레이트를 상기 법면의 외측으로 노출된 상기 앵커구조체의 일단에 끼움 결합하고, 상기 앵커구조체에 조임부재를 체결하여 상기 가압플레이트를 상기 법면에 밀착시키는 가압단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 지반보강공법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 삽입단계 이후와 상기 절토단계 이전에는 상기 앵커구조체와 원지반과의 결합력을 높일 수 있도록 상기 앵커구조체의 내부에 형성된 중공부를 통해 상기 앵커구조체와 지반 사이의 공간으로 콘크리트 모르타르를 주입하는 그라우팅 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 지반보강공법.
   

Images