KR20170092411A - 보강섬유가 접합된 강판을 이용한 흙막이 구조물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 지하수 유출과 수위 변화에 따른 배면지반 침하 발생을 방지하고, 주변의 토사나 지하수가 공사현장으로 유입되는 것을 방지할 수 있으며, H형 강재의 매설 거리를 넓혀서 시공할 수 있는 흙막이 구조물에 관한 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 보강섬유가 접합된 강판을 이용한 흙막이 구조물은, 웨브 및 상기 웨브의 양측에 형성되는 플랜지로 이루어져 일정 간격으로 배치되는 복수 개의 H형 강재 및 상기 H형 강재의 사이에 삽입되어 차수 흙막이 벽면을 형성하는 강판을 포함하여 구성되며, 상기 강판은 플레이트부; 상기 플레이트부의 수평방향으로 소정의 폭으로 접합 설치되는 보강섬유; 상기 플레이트부의 양단에서 절곡되어 상기 웨브와 평행하게 형성되는 제1 절곡부; 상기 제1 절곡부에서 연장되어 절곡되며, 상기 플레이트부와 평행하게 형성되는 제2 절곡부; 및상기 제2 절곡부 사이에 소정의 간격으로 복수 개 설치되는 보강브릿지로 구성되되, 상기 보강브릿지는 일단이 상기 제2 절곡부에 연결되며 타단은 상기 플레이트부로 이어지는 브릿지; 및 상기 브릿지의 타단과 마주하는 브릿지 타단 사이에 배치되며, 상기 플레이트부에 부착 설치되는 보강판으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

보강섬유가 접합된 강판을 이용한 흙막이 구조물{SOIL RETAINING STRUCTURE USING PLATE PILE BONDED REINFORCING FIBERS}

본 발명은 보강섬유가 접합된 강판을 이용한 흙막이 구조물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 지하구조물 구축공사 등을 위해 터파기 공사를 실시할 경우, 지하수 유출과 수위 변화에 따른 배면지반 침하 발생을 방지하고, 주변의 토사나 지하수가 공사현장으로 유입되는 것을 방지할 수 있으며, H형 강재의 매설 거리를 넓혀서 시공할 수 있는 흙막이 구조물에 관한 것이다.

일반적으로, 건축물의 지하층 또는 지하철 등의 지하구조물을 구축하기 위해서는 지하로 터파기 공사를 행하게 되며, 이러한 터파기 공사에서 토압에 의해 흙벽이 무너져 내리는 것을 방지하기 위해 방호벽을 설치함과 아울러, 지반에서 용출되는 지하수가 공사 구역으로 유입되는 것을 차단하기 위한 차수작업을 병행하고 있다.

도 1은 종래기술에 따른 H형 강재와 토류판을 이용한 흙막이 구조물의 사시도를 나타낸 것으로서, 흙막이 구조물을 이용한 흙막이 공사는 일정간격으로 H형 강재(10)를 배치하고, 상기 H형 강재(10)들 사이에 목재로 된 토류판(30)을 삽입하여 흙막이 구조물을 설치한 후, 공간이 형성된 상기 흙막이 구조물의 뒤편에 흙을 메워 지반이 안정화되도록 하는 방식으로 이루어지게 된다.

그러나 상기와 같은 방식은 흙막이 구조물 뒤편의 지반이 안정화되지 않아 지반 침하 및 지반 붕괴가 발생하기 쉽고, 목재로 제작된 복수 개의 토류판(30)을 사용하여 방호벽을 형성하는 것이어서 지하수의 유입을 막는 차수 기능을 수행할 수 없고, 강성이 부족하여 토압에 대한 저항성이 저하되며, 복수 개의 토류판(30)을 적층하여 시공함에 따라 시공에 따른 공사기간이 증가되는 단점이 발생된다.

상기와 같은 문제점을 개선하기 위한 종래의 기술로서, 등록특허공보 제10-0846229호(등록일자: 2008.07.08.)에는 흙막이 구조물 시공방법이 개시되었다.

도 2는 상기 종래기술에 따른 H형 강재와 금속재 강판의 분해 사시도를 나타낸 것으로서, 지중에 일정 간격으로 매설되는 H형 강재(10)의 웨브에 가이드레일(20)이 체결구(23)에 의해 부착되어 공간부(21)를 형성하며, 상기 공간부(21)에는 상기 금속재 강판(30)이 삽입되는 것을 특징으로 하고 있다.

상기의 구성에 따른 종래 흙막이 공사에 대한 과정을 살펴보면, 먼저 H형 강재를 지하에 매설하여 설치한 다음, 일정 간격으로 설치된 상기 H형 강재의 사이에 금속재 강판을 바이브레이터에 의해 진동시키면서 지하로 서서히 매설되게 하여 시공된다.

이와 같이 형성되는 흙막이 구조물은, 지하구조물을 구축하기 위한 터파기 공사에서 토압을 지지하는 역할을 하여 토사가 작업장 내로 유입되는 것을 방지하는 것은 물론, 차수를 효과적으로 수행할 수 있는 장점이 있다.

그런데 상기 금속재 강판은 지하에 매설 후 터파기시 깊이에 비례하여 토압은 증가하므로 맨 아래에 작용하는 강판부위는 가장 큰 토압을 견뎌야 하는 특성상 매우 두꺼운 형태로 이루어져야 하나, 이는 바이브레이터의 상하 진동을 통해 매설되는 과정에서 금속재 강판의 두꺼운 형태에 의해 저항이 커져 시공을 어렵게 하는 문제가 있다.

또한, 상기 금속재 강판의 부재단면이 작을 경우에는 지중으로 삽입된 강판에 터파기시 깊이에 비례하여, 증가되는 배면의 수평토압이 가해져 중간부위가 불룩하게 튀어나오는 배부름 현상 등 구조적인 문제가 발생될 수 있어, 심할 경우 금속재 강판이 H형 강재에서 이탈되는 등의 후속 건설공정에 지장을 초래하게 되는 문제가 있다.

아울러, 터파기시 깊이에 비례하여 점증하는 수평토압에 저항하기 위해 금속재 강판이 비교적 두껍게 형성되는 경우, 금속재 강판의 중량이 증가되어 취급이 용이하지 않은 문제가 있으며, 또한 금속재 강판은 상부에서 하부까지 일정한 강도가 필요치 않고 하부로 갈수록 강한 강성이 요구되므로 두꺼운 재질로 이루어져 균일한 부재 단면(강성)을 갖는 재질을 사용하는 경우 자원을 낭비하는 문제점이 있다. 또한, 강판의 허용 변형량을 넘어서는 넓이의 간격으로 H형 강재를 시공할 수 없기 때문에, H형 강재의 시공간격이 좁아지며, H형 강재의 조밀 시공에 의해 정밀시공이 어렵고 H형 강재의 매설에 따른 공사기간이 지연될 뿐만 아니라, H형 강재와 금속재 강판의 연결 부분이 증가되어 불연속면의 개수가 늘어남에 따라 차수 효과를 기대하기 어려운 단점이 있다.

부연하면, 종래 사용되는 흙막이 공법이나 암파쇄 방호벽시공 또는 구조물의 시공시 사용되는 자재의 주요 핵심사항은 1. 가벼우면서도 부피는 작아 시공성이 양호해야 하며, 2. 사용되는 부재에 미치는 하중에 구조적으로 안정하여야 한다는 것이다.

그러나 기존에 사용되는 흙막이 공법이나 암파쇄 방호벽 공법에 사용되는 가설자재는 안전상의 이유만으로 중량이 무거우며 부피 또한 크게 제작됨에 따라 시공성뿐만 아니라 취급이 용이하지 않아 시공에 따른 안전사고의 위험 등 여러 가지 문제점을 가지고 있다.

강관(H pile)과 강판을 이용한 흙막이 공법이나 암파쇄 방호벽 공법의 구체적인 문제점은 아래와 같다.

1. 강판의 부재력이 한정됨에 따라 수평토압이 크게 작용하는 깊은 심도에 시공시, 작용하는 수평토압이 강판의 허용인장력 이상으로 작용하여 사용이 불가하고,

2. 강관(H pile) 간격은 지반의 ARHING ACTION을 고려한 2M 이내로 설계하고 있으나, 저심도에서도 허용인장력의 부족으로 상기 강관(H pile) 간격이 1.3M를 넘지 못하는 실정이며,

3. 상기 강관(H pile)을 설치하기 위한 지반 천공의 수량이 증가하여 공사의 품질과 공기가 많이 소요되는 문제가 있고,

4. 강관(H pile)과 강판 사이의 불연속면이 증가하여 차수에 한계가 있으며,

5. 지반에 설치된 강관(H pile)이 시공오차(수직도 및 간격)가 발생되는 경우, 상기 강관 사이에 삽입된 강판이 이탈될 수 있으므로, 구조적으로 취약하여 안전에 매우 취약한 문제점이 발생된다.

KR 10-0846229 B1 (2008. 07. 08)

본 발명은 상기 종래기술이 갖는 문제점을 해결하기 위해 창출되는 것으로서, 본 발명에서 해결하고자 하는 과제는, H형 강재 사이에 토압에 대한 저항력을 확보하여 강판 변형을 방지할 수 있으며, H형 강재 강재의 매설 거리를 넓게 하여 시공할 수 있는 보강섬유가 접합된 강판을 이용한 흙막이 구조물을 제공하는 데 있다.

또한, 강판의 매설에 따른 저항을 최소화하여 지하 매설이 용이하며, 터파기시 강판의 배부름 현상을 방지할 수 있는 보강섬유가 접합된 강판을 이용한 흙막이 구조물을 제공하는 데 있다.

또한, 본 발명에서 해결하고자 하는 과제는, H형 강재의 설치 간격을 넓혀 불연속면을 최소화함으로써 차수효과를 증가시킬 수 있으며, H형 강재의 시공 수량을 줄여 공사기간을 단축시킬 수 있는 보강섬유가 접합된 강판을 이용한 흙막이 구조물을 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 보강섬유가 접합된 강판을 이용한 흙막이 구조물은, 웨브 및 상기 웨브의 양측에 형성되는 플랜지로 이루어져 일정 간격으로 배치되는 복수 개의 H형 강재 및 상기 H형 강재의 사이에 삽입되어 차수 흙막이 벽면을 형성하는 강판을 포함하여 구성되며, 상기 강판은 플레이트부; 상기 플레이트부의 수평방향으로 소정의 폭으로 접합 설치되는 보강섬유; 상기 플레이트부의 양단에서 절곡되어 상기 웨브와 평행하게 형성되는 제1 절곡부; 상기 제1 절곡부에서 연장되어 절곡되며, 상기 플레이트부와 평행하게 형성되는 제2 절곡부; 및상기 제2 절곡부 사이에 소정의 간격으로 복수 개 설치되는 보강브릿지로 구성되되, 상기 보강브릿지는 일단이 상기 제2 절곡부에 연결되며 타단은 상기 플레이트부로 이어지는 브릿지; 및 상기 브릿지의 타단과 마주하는 브릿지 타단 사이에 배치되며, 상기 플레이트부에 부착 설치되는 보강판으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 보강섬유는 재질은 탄소섬유로 이루어지고, 상기 플레이트부에 에폭시로 접합된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 보강섬유의 외측에는 지반과의 물리적인 접촉을 방지하는 보호부재가 설치된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 강판의 수평방향으로 소정의 폭으로 접합 설치되는 보강섬유 및 보강브릿지에 의해서 강판의 강성이 향상됨에 따라 강판의 두께를 얇게 제작하여도 배부름 현상을 방지할 수 있는 장점이 있다.

또한, 강판을 이용한 흙막이 공법은 H형 강재를 지중에 매설하는 시공이 매우 중요한 공정이기 때문에, 두께를 종래의 강판과 동일하게 제작하는 경우 강판의 폭을 대폭 늘릴 수 있으며, 이에 따라 H형 강재의 매설 간격을 넓게 하여 시공될 수 있으므로, H형 강재의 매설 개수가 감소되어 공사기간을 단축할 수 있음은 물론 정밀 시공을 수행할 수 있는 장점이 있다.

아울러, 보강섬유가 강판에 일체화되어 접합됨에 따라, 상기 강판을 지중에 매설하는 것만으로도 강판의 설치 및 토압에 대한 강성이 발생하여 터파기 공사를 수월하게 수행할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 종래기술에 따른 H형 강재와 토류판에 의한 흙막이 구조물 사시도.
도 2는 종래기술에 따른 H형 강재와 금속재 강판의 분해 사시도.
도 3은 본 발명에 따른 보강섬유가 접합된 강판을 이용한 흙막이 구조물의 일 실시 예에 따른 사시도 및 부분 단면 확대도.
도 4는 본 발명에 따른 보강섬유가 접합된 강판을 이용한 흙막이 구조물의 다른 실시 예에 따른 사시도 및 부분 단면 확대도.
도 5는 본 발명에 따른 보강섬유가 접합된 강판을 이용한 흙막이 구조물의 분해 사시도.
도 6은 본 발명에 따른 보강섬유가 접합된 강판을 이용한 흙막이 구조물에서 강판에 대한 저면측 사시도(a)와 저면도(b).
도 7은 본 발명에 따른 보강섬유가 접합된 강판을 이용한 흙막이 구조물을 시공한 설치 상태도.

이하에서는 본 발명에 따른 보강섬유를 이용한 흙막이 구조물 및 이의 시공방법에 관하여 첨부된 도면과 함께 더불어 상세히 설명하기로 한다.

본 발명은 지하구조물 구축공사 등을 위해 터파기 공사를 실시할 경우, 지하수 유출과 수위 변화에 따른 배면지반 침하 발생을 방지하고, 주변의 토사나 지하수가 공사현장으로 유입되는 것을 방지할 수 있으며, H형 강재의 매설 거리를 넓혀서 시공할 수 있는 보강섬유가 접합된 강판을 이용한 흙막이 구조물 및 이의 시공방법에 관한 것이다.

도 3은 본 발명에 따른 보강섬유가 접합된 강판을 이용한 흙막이 구조물의 일 실시 예에 따른 사시도 및 부분 단면 확대도이고, 도 4는 본 발명에 따른 보강섬유가 접합된 강판을 이용한 흙막이 구조물의 다른 실시 예에 따른 사시도 및 부분 단면 확대도이며, 도 5는 본 발명에 따른 보강섬유가 접합된 강판을 이용한 흙막이 구조물의 분해 사시도를 나타낸 것이다.

첨부된 도 3 내지 도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 보강섬유가 접합된 강판을 이용한 흙막이 구조물은 H형 강재(10) 및 상기 H형 강재(10) 사이에 설치되는 강판(20)을 포함하여 이루어진다.

상기 H형 강재(10)는 웨브(11) 및 상기 웨브(11)의 양측에 형성되는 플랜지(12)로 이루어지며, 후술되는 강판(20)의 폭에 대응하여 일정 간격으로 지중에 매설된다.

이때, 상기 H형 강재(10)는 연약 지반 또는 토사로 이루어진 지반 등은 가이드빔에 가이드되어 항타기(driving pile machine, 抗打機)를 통해 매설될 수 있으며, 비교적 단단한 지반 등은 오거(auger) 또는 티퍼(T-4)로 지반을 천공한 후 H형 강재를 삽입하고, 삽입된 H형 강재(10)의 주변에 토사(모래 등)를 매립하여 설치될 수 있다.

상기 강판(20)은 상기 H형 강재(10) 사이에 삽입 설치되어 차수 흙막이 벽면을 형성하는 것으로서, 플레이트부(100), 상기 플레이트부(100)의 수평방향으로 소정의 폭으로 접합 설치되는 보강섬유(50), 상기 플레이트부(100)의 양단에서 절곡되어 상기 웨브(11)와 평행하게 형성되는 제1 절곡부(101), 상기 제1 절곡부(101)에서 연장되어 절곡되며 상기 플레이트부(100)와 평행하게 형성되는 제2 절곡부(102) 및 상기 제2 절곡부(102) 사이에 소정의 간격으로 복수 개 설치되는 보강브릿지(200)로 구성된다.

상기 보강섬유(50)는 소정의 폭을 가지고, 상기 플레이트부(100)의 수평방향으로 접합 설치된다. 이때, 상기 보강섬유(50)는 지반과 면접합하는 상기 플레이트부(100)의 전면 또는 배면 중에서 선택된 하나의 면에 수평방향으로 설치될 수 있다. 또한, 접합되는 보강섬유(50)의 두께 1 ~ 5㎜, 폭 50 ~ 200㎜로 구성될 수 있고, 상기 플레이트부(100)의 상하 길이에 따라 복수 개 접합될 수 있다.

설계조건에 따라서, 상기 보강섬유(50)는 강판(20)의 최대 인장력을 확보하게 위해서 플레이트부(100) 전체에 접합될 수 있다. 그러나 판구조를 매우 작고 많은 조각으로 구획하고 각 구획을 모델링한 후, 각 구획 사이의 힘의 흐름 등을 계산하는 유한요소해석에 입각한 판구조론에 따르면, 터파기 심도에 따라 점증되는 지중 토압과 강판의 지중압입(지반압입) 시공시 상기 보강섬유(50)의 파손, 전체 접합에 따른 경제성 및 시공성 등을 고려하면, 보강섬유(50)를 플레이트부(100) 전체에 접합시키는 방식은 경제성에 비하여 상대적으로 효율이 저하될 수 있다.

따라서, 상기 강판(20)에 인가되는 지중 토압은 상기 H형 강재(10)의 입설방향과 수직인 방향, 즉 수평방향으로 인가됨에 따라 도면에 도시된 바와 같이 수평방향에 띠 형상으로 접합되되, 상하로 복수 개 배치되도록 구성하여 구조적인 견고성, 경제성 및 효율성을 도모하도록 구성될 수 있다.

아울러, 상기 띠 형상으로 접합되는 보강섬유(50)는 설계조건에 따라서 2 ~ 3겹으로 적층하여 접합될 수 있다.

이러한 상기 보강섬유(50)는 고인장 보강섬유로서, 탄소섬유, 유리섬유, 아라미드섬유 중의 어느 하나로 구성되거나 또는 둘 이상의 합성으로 구성될 수 있다.

상기 재질 중에서, 탄소섬유는 많은 유기 고분자 섬유를 약 1000 ~ 3000℃로 소성하여 제조되는 것으로서, 아크릴(폴리아크리로니트릴, PAN) 섬유, 피치섬유, 액정 피치섬유로부터 생산될 수 있다. 이러한 탄소섬유는 주로 탄소원자 6각망 평면으로 구성되어 있지만 이 망평면(網平面)이 섬유축에 평행에 가깝게 배열된 것(고배향, 이방성)과 난잡하게 집합한 것(등방성)이 있다.

이와 같은 탄소섬유는 비중이 낮고 산, 알카리에 대한 내식성이 강하며, 불활성(不活性) 분위기 속에서 내열성이 높다. 아울러 전기 전도성 및 내마모성이 높은 것이 특징이다.

이에, 상기와 같은 탄소섬유로 이루어진 보강섬유(50)가 플레이트부(100)에 접합됨에 따라 상기 플레이트부(100)를 보강하여 보강력을 향상시킬 수 있음은 물론, 토압에 의한 배부름 현상을 방지할 수 있게 된다.

여기서, 상기 보강섬유(50)는 상기 플레이트부에 바인더에 의해서 상기 플레이트부(100)에 접합될 수 있다.

상기 바인더는 실온에서, 고체상, 액체상, 반고체상 등의 어떠한 형태여도 무방한 것으로서, 열 경화성 수지, 광 경화성 수지, 반응 경화성 수지, 및 혐기 경화성 수지 등의 경화성 수지 등으로 이루어질 수 있다. 이들 중에서도, 열 경화성 수지는 경화 후의 선팽창률이나 탄성률 등의 기계 특성이 우수한 장점이 있다.

상기 열 경화성 수지의 종류에는 페놀 수지, 에폭시 수지, 비스말레이미드 수지, 우레아 (요소) 수지, 멜라민수지, 폴리우레탄 수지, 시아네이트에스테르 수지, 실리콘 수지, 옥세탄 수지, (메트)아크릴레이트 수지, 불포화 폴리에스테르 수지, 디알릴프탈레이트 수지, 폴리이미드 수지, 벤조옥사진 수지 등을 들 수 있고, 이들 중 1 종 또는 2 종 이상을 조합하여 사용할 수 있다.

상기 페놀 수지는 페놀 노볼락 수지, 크레졸 노볼락 수지, 비스페놀 A 노볼락 수지, 아릴알킬렌형 노볼락 수지 등의 노볼락형 페놀 수지 ; 미변성의 레졸페놀 수지, 동유, 아마인유, 호두유 등으로 변성한 기름 변성 레졸페놀 수지 등의 레졸형 페놀 수지 등을 들 수 있고, 이들 중 1 종 또는 2 종 이상을 조합하여 사용할수 있다.

상기 에폭시 수지는 비스페놀 A 형 에폭시 수지, 비스페놀 F 형 에폭시 수지, 비스페놀 AD 형 에폭시 수지 등의 비스페놀형 에폭시 수지; 페놀 노볼락형 에폭시 수지, 크레졸 노볼락형 에폭시 수지 등의 노볼락형 에폭시 수지; 브롬화비스페놀 A 형 에폭시 수지, 브롬화페놀 노볼락형 에폭시 수지 등의 브롬화형 에폭시 수지; 비페닐형 에폭시 수지; 나프탈렌형 에폭시 수지; 트리스(하이드록시페닐)메탄형 에폭시 수지 등이 있으며, 이들 중 1 종 또는 2 종 이상을 조합하여 사용할 수 있다.

상기 비스말레이미드 수지로는 분자 사슬의 양말단에 각각 말레이미드기를 갖는 수지이면 충분하다.

이와 같은, 바인더에 의해 접합된 상기 보강섬유(50)는 지반과 면접합하는 상기 플레이트부(100)의 전면에 접합되어 설치된 경우에는 상기 강판(20)이 지반에 매립되는 과정에서 지중의 토사 또는 암석에 의해 상기 플레이트부(100)에 접합된 보강섬유(50)에 스크래치가 발생되거나 또는 파손될 수 있는 문제점이 발생될 수 있다.

이에 따라, 상기 보강섬유(50)와 상기 지반과의 물리적인 접촉을 방지하기 위해서 상기 보강섬유(50)의 외측에는 보호부재(51)가 부착될 수 있다.

도 4는 본 발명에 따른 보강섬유가 접합된 강판을 이용한 흙막이 구조물의 다른 실시 예에 따른 정면측 사시도 및 부분 단면 확대도를 나타낸 것이다.

첨부된 도 4를 참조하면, 상기 보강섬유(50)와 상기 지반과의 물리적인 접촉을 방지하기 위해서 상기 보강섬유(50)의 외측에는 보호부재(51)가 설치된다.

상기 보호부재(51)는 상기 보강섬유(50)의 외측을 감싸는 형태로 이루어지며, 내부식성 및 내열성을 갖는 금속박판으로 구성될 수 있다. 또는, 상기 보호부재(51)는 상기 보강섬유(50)와 밀착성이 뛰어난 유리코팅 방식으로도 구성될 수 있음은 물론이다.

이와 같이 플레이트부(100)에 보강섬유(50)를 접합하여 토압에 의한 배부름 현상 및 강판의 강성을 방지할 수 있으나, 상기 강성을 더욱 증진시키기 위해서 상기 강판(20)에는 보강브릿지가 설치될 수 있다.

도 6은 본 발명에 따른 보강섬유가 접합된 강판을 이용한 흙막이 구조물에서 강판에 대한 저면측 사시도(a)와 저면도(b)를 나타낸 도면이다.

첨부된 도 6을 참조하면, 상기 보강브릿지(200)는 토압에 의한 플레이트부(100)의 변형을 방지하는 것으로서, 브릿지(210)와 보강판(220)을 포함하여 구성되며, 좌우 대칭으로 이루어진다.

상기 브릿지(210)는 일단이 상기 제2 절곡부(102)에 연결되며 타단은 상기 플레이트부(100)로 이어지는 강재로서, 소정의 경사를 갖도록 구성될 수 있다.

또한, 상기 보강판(220)은 상기 브릿지(210)의 타단 사이에 배치되며, 상기 플레이트부(100)에 부착 설치되는 것으로서, 상기 플레이트부(100)와의 결합은 볼팅 또는 용접에 의해 설치될 수 있다. 이때, 상기 보강판(220)과 상기 플레이트부(100)의 결합이 볼트와 너트를 이용한 볼팅에 의해 결합되는 경우, 상기 강판(20)이 지중에 매설되는 과정에서 지반의 저항에 의해 파손되거나, 또는 지반과의 마찰 저항이 증대되어 매설하는 항타기의 동력이 증대될 수 있으므로, 용접에 의해 결합되는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 브릿지(210)는 상기 제2 절곡부에서 상기 플레이트부의 중심부측으로 경사지게 형성되도록 구성될 수 있다.

작용압력(토압)이 분포하중인 경우의 처짐정도는 길이의 4제곱에 비례하게 된다. 이를 식으로 나타내면 다음의 식 1과 같다.

식 1)

여기서, W는 중량, L은 보의 길이, E는 탄성계수, I는 단면이차모멘트이다.

즉, 탄성계수(E)와 단면이차모멘트(I)가 동일한 조건에서 길이(L)가 짧을수록 처짐의 정도는 줄어들게 된다.

이에 따라, 상기 브릿지(210)가 상기 제2 절곡부에서 상기 플레이트부의 중심부측으로 경사지게 형성되도록 구성되는 경우 전체 길이는 L-2L'로 줄어들게 되며, 줄어든 길이의 4제곱에 비례하여 처짐이 발생될 수 있으므로, 처짐정도를 대폭 개선할 수 있는 장점이 있다. 여기서, L은 도 6에 도시된 바와 같이 상기 플레이트부(100)의 폭 길이이고, L'은 상기 플레이트부(100)의 외측에서부터 상기 브릿지(210)가 상기 플레이트부(100)에 면접하는 거리이다.

설계 조건에 따라서, 상기 보강브릿지(200)는 강판(20)에 상하 방향으로 복수 개 설치될 수 있다. 이때, 상기 보강브릿지(200)가 강판(20)에 상하 방향으로 복수 개 설치되는 경우, 상기 보강브릿지(200)의 설치 간격은 하층에서 받는 토압이 상층에서 받는 토압보다 높기 때문에 하부측으로 갈수록 조밀하게 배치되도록 구성될 수 있다. 즉, 도 3을 참조하면, 맨 하측의 제1 보강브릿지(200a)와 그 상부에 배치되는 제2 보강브릿지(200b) 사이의 간격을 G1이라 하고, 상기 제2 보강브릿지(200b)와 그 상부에 배치되는 제3 보강브릿지(200c) 사이의 간격을 G2라 하며, 상기 제3 보강브릿지(200c)와 그 상부에 배치되는 제4 보강브릿지(200d) 사이의 간격을 G3이라 하며, 상기 제4 보강브릿지(200d)와 그 상부에 배치되는 제5 보강브릿지(200e) 사이의 간격을 G4라 하면, 각 사이의 간격은 G1 < G2 < G3 <G4 순으로 보강브릿지가 설치될 수 있다.

또한, 맨 상부에 위치한 제5 보강브릿지(200e)는 작용하는 토압이 약하기 때문에 설계조건에 따라서 생략 가능하다.

아울러, 맨 하부에 위치한 제1 보강브릿지(200a)의 하단은 매설되는 방향으로 경사지게 형성된 테이퍼 형상으로 구성되어 매설에 따른 저항을 최소화하도록 구성될 수 있다.

이와 같이 구성되는 보강브릿지(200)는 상기 강판(20)에 일체화되어 설치될 수 있으며, 상기 강판(20)이 항타기 등으로 지중에 매설되는 경우에도 브릿지(210)가 H형 강재(10)의 플랜지(12) 내측에 배치됨에 따라 지반 저항을 최소화할 수 있고, 오거(auger) 등으로 지반을 천공한 후에 매설되는 방식을 통해서도 천공된 공간을 활용할 수 있으므로 최소 저항을 받게 되어 강판(20)이 용이하게 H형 강재(10) 사이에 매설될 수 있는 장점이 있다.

도 7은 본 발명에 따른 보강섬유가 접합된 강판을 이용한 흙막이 구조물을 시공한 설치 상태도를 나타낸 것이다.

이때, 상기 강판의 하부측에는 지하수의 유입을 방지하기 위한 차수재가 설치될 수 있다.

상기 차수재는 수중 콘크리트, 점토, 점토와 점토광물의 혼합물, 토목합성수지 라이너 및 토목합성수지 등으로 구성되어 터파기 공사 후에 상기 강판(20)의 하단부에 포설되어 침출수의 유입을 방지한다.

본 발명에 의하면, 보강섬유(50) 및 강판의 상하 방향을 따라 복수 개의 보강브릿지가 설치됨으로써, 강판의 강성이 향상됨에 따라 강판의 두께를 얇게 제작하여도 배부름 현상을 방지할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 보강섬유가 접합된 강판을 이용한 흙막이 공법은 H형 강재를 지중에 매설하는 시공이 매우 중요한 공정이기 때문에, 두께를 종래의 강판과 동일하게 제작하는 경우 강판의 폭을 대폭 늘릴 수 있으며, 이에 따라 H형 강재의 매설 간격을 넓게 하여 시공될 수 있으므로, H형 강재의 매설 개수가 감소되어 공사기간을 단축할 수 있음은 물론 정밀 시공을 수행할 수 있는 장점이 있다.

아울러, 보강섬유(50) 뿐만 아니라 보강브릿지가 강판에 일체화되어 설치됨에 따라, 상기 강판을 지중에 매설하는 것만으로도 강판의 설치 및 토압에 대한 강성이 발생하여 터파기 공사를 수월하게 수행할 수 있는 장점이 있다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 보강섬유가 접합된 강판을 이용한 흙막이 구조물은 암절취 작업으로 인해 낙하하는 암석과 토사로부터 통행 차량을 보호하기 위하여 절토부에 설치되는 암파쇄 방호벽으로도 사용될 수 있다.

암파쇄 방호벽은 암석과 토사로부터 통행 차량을 보호하기 위한 것으로서, 낙하되는 암석을 방호하기 위해 특성상 일정 수준 이상의 강성을 요한다. 이를 위해 종래에는 강판의 두께를 두껍게 하거나, L형강 등의 추가적인 보강재를 고공에서 용접하는 작업이 이루어졌다.

하지만 강판의 두께를 두껍게 하는 경우에는, 무게가 함께 무거워지기 때문에 취급이 용이하지 않은 문제가 있다. 또한 보강재를 고공에서 용접하는 경우에는, 시공이 어렵고 안전사고의 위험이 존재하기 때문에, 공사기간이 지연되거나 비용이 증대되는 등의 문제가 있다.

따라서, 본 발명에 따른 보강섬유가 접합된 강판을 이용한 흙막이 구조물은 H형 강재를 매설하고 지반에 노출되게 보강섬유가 접합된 강판을 설치하는 것으로도 암파쇄 방호벽의 기능을 수행할 수 있는 장점이 있다.

이상 본 발명에 의하면, 동일 단면에 같은 하중이 작용시 접합된 보강섬유는 중량이 가볍고, 지중 압입에 따른 지반과의 접촉 단면이 작아 시공성이 매우 양호한 장점이 있다. 또한, 강판을 절곡하여 강판자체가 강성을 가져 시공오차가 발생하는 경우에도 강판이 수평토압에 휘어지지 않아 안전하며 안전사고를 방지할 수 있고, 시간과 정밀도를 요하는 H형 강재의 설치 간격을 넓게 하여 시공함으로써 시공성과 정밀도가 증진될 수 있는 장점이 있다.

이에 더하여, 공기가 단축되며 불연속면의 감소로 차수 효과가 증가될 뿐만아니라 계획심도의 암반과 강판 접촉면의 차수 불량시 강관 내측 확보된 공간에 차수재를 포설하여 차수효과를 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 아니하며 본 발명의 실시 예와 실질적으로 균등한 범위에 있는 것까지 본 발명의 권리범위가 미치는 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 실시가 가능하다.

10: H형 강재 11: 웨브
12: 플랜지 20: 강판
50: 보강섬유 51: 보호부재
100: 플레이트부 101: 제1 절곡부
102: 제2 절곡부 200: 보강브릿지
200a ~ 200e: 보강브릿지 210: 브릿지
220: 보강판

Claims (4)

1. 웨브 및 상기 웨브의 양측에 형성되는 플랜지로 이루어져 일정 간격으로 배치되는 복수 개의 H형 강재 및 상기 H형 강재의 사이에 삽입되어 차수 흙막이 벽면을 형성하는 강판으로 이루어진 흙막이 구조물에 있어서,
   상기 강판은,
   플레이트부;
   상기 플레이트부의 수평방향으로 소정의 폭으로 접합 설치되는 보강섬유;
   상기 플레이트부의 양단에서 절곡되어 상기 웨브와 평행하게 형성되는 제1 절곡부;
   상기 제1 절곡부에서 연장되어 절곡되며, 상기 플레이트부와 평행하게 형성되는 제2 절곡부; 및
   상기 제2 절곡부 사이에 소정의 간격으로 복수 개 설치되는 보강브릿지;
   로 구성되되,
   상기 보강브릿지는,
   일단이 상기 제2 절곡부에 연결되며 타단은 상기 플레이트부로 이어지는 브릿지; 및
   상기 브릿지의 타단과 마주하는 브릿지 타단 사이에 배치되며, 상기 플레이트부에 부착 설치되는 보강판;
   으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 보강섬유가 접합된 강판을 이용한 흙막이 구조물.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 보강섬유는,
   재질은 탄소섬유로 이루어지고, 상기 플레이트부에 에폭시로 접합된 것을 특징으로 하는 보강섬유가 접합된 강판을 이용한 흙막이 구조물.
   
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 보강섬유의 외측에는,
   지반과의 물리적인 접촉을 방지하는 보호부재가 설치된 것을 특징으로 하는 보강섬유가 접합된 강판을 이용한 흙막이 구조물.
   
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 브릿지는,
   상기 제2 절곡부에서 상기 플레이트부의 중심부측으로 경사지게 형성된 것을 특징으로 하는 보강섬유가 접합된 강판을 이용한 흙막이 구조물.
   

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