KR20190002026A - 수평 내하력이 강화된 제거식 네일 조립구조 및 이를 이용한 네일 회수공법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 지반 굴착면이나 경사면 등을 안정시키기 위한 지반 강화 공법의 한 종류인 소일네일링(soil-nailing)에 관한 것으로서, 소일네일링으로 지반의 지지력을 보강한 후에 더 이상 지반보강이 불필요한 상태에서 지반에 삽입된 네일(이형철근)을 제거, 회수할 수 있도록 구성된 "제거식 네일 조립구조 및 이를 이용한 네일 회수공법"에 관한 것이다.
본 발명은 「소일네일링(Soil-Nailing)을 위해 지반에 삽입되는 이형철근을 용이하게 회수할 수 있도록 웨지형 인패스너, 내하 구속체, 아웃패스너 및 피복파이프를 포함하여 구성된 네일 조립구조로서, 상기 웨지형 인패스너는 외주면에 전체적으로 수나사산이 형성되고 내주면에 상기 이형철근의 리브에 대응하는 내입홈이 형성된 한 쌍의 웨지분할편이 상기 이형철근에 덧대여진 조합체이고, 상기 내하 구속체는 내주면에 상기 웨지형 인패스너가 끼워져 고정될 수 있도록 일방향으로 확공되고 암나사산이 형성된 확공형 중공부가 형성되어 있고, 외주면에는 내측에서 외측으로 작용하는 수평력에 저항하는 플랜지가 형성된 금속재질의 원통형 부재이고, 상기 아웃패스너는 내주면의 일측이 상기 내하 구속체의 플랜지와 맞물림 결합되고, 내주면의 타측은 상기 내하 구속체에서 이탈하는 웨지형 인패스너를 수용하도록 형성된 수용 중공부가 형성된 원통형 부재이며, 상기 이형철근에 한 쌍의 웨지분할편이 덧대여져 웨지형 인패스너가 조합된 상태로 상기 웨지형 인패스너와 수평력 구속체의 확공형 중공부가 나사결합하여, 상기 웨지형 인패스너가 상기 이형철근을 구속하고, 상기 피복파이프는 상기 아웃패스너의 양단에 각각 결합하여 상기 이형철근을 피복하도록 구성된 것을 특징으로 하는 제거식 네일 조립구조」를 제공한다.

Description

수평 내하력이 강화된 제거식 네일 조립구조 및 이를 이용한 네일 회수공법{Extraction Nail Structure Reinforced with Lateral Load-bearing Capacity And Nail Extraction Method Using The Same}

본 발명은 지반 굴착면이나 경사면 등을 안정시키기 위한 지반 강화 공법의 한 종류인 소일네일링(soil-nailing)에 관한 것으로서, 소일네일링으로 지반의 지지력을 보강한 후에 더 이상 지반보강이 불필요한 상태에서 지반에 삽입된 네일(이형철근)을 제거, 회수할 수 있도록 구성된 "수평 내하력이 강화된 제거식 네일 조립구조 및 이를 이용한 네일 회수공법"에 관한 것이다.

일반적으로 터파기, 철도 및 도로 등에 인접한 자연사면 및 인공사면의 보강, 지하구조물 및 터널 등의 구조물 축조에 필요한 지반보강, 옹벽의 보수, 설치 등의 공사에서는 그 굴착면이 붕괴되는 것을 방지하기 위한 지반보강공법이 적용되는데, 흙막이 공사, 어스앵커링 및 소일네일링 공법이 주로 이용되고 있다.

이 중 소일네일링 공법은 경사지반이나 굴착면을 이형철근(네일)으로 보강하는 공법으로서, 비교적 경량장비를 사용하므로 굴착공사 수행시 소음과 진동이 상대적으로 적으며, 어스앵커링 공법에 비하여 보강영역을 위한 천공깊이가 매우 짧으므로, 인접대지의 경계를 침범하는데 따른 분쟁발생이 감소하여, 현재 외국에서는 물론이거니와 국내에서도 활발하게 건설공사 현장에서 적용, 실시되고 있으며 이에 대한 연구와 특허출원이 활발하게 이루어지고 있다.

이와 같은 소일네일링 공법은 통상적으로 비탈면이나 터파기 굴착면에 대해 숏크리트로 표면보호면을 시공하고 지반을 천공하여 네일을 삽입한 후 이를 그라우팅 처리하여 소일네일 앵커체를 조성하는 과정으로 진행된다.

이렇게 조성된 소일네일 앵커체는 그라우팅재의 주변 마찰력저항과 삽입된 이형철근인 보강용 네일의 인발저항을 통해 지면(경사지면, 굴착지면)쪽으로 작용하는 토압에 대항하여 원지반의 강성을 키워줌으로써, 원지반의 전체적인 전단강도를 증가시키고 발생 변위를 억제하여 굴착도중 및 굴착완료 후에 예상되는 지반의 이완을 억제하여 지반이 자립지지 될 수 있도록 한다.

그러나, 상기한 방식에 의해 설치되는 소일 네일체는 지중에 매설되는 보강철근이 복잡한 도심에서는 인접 대지 경계선을 침범하여 시공되는 것이 보통이어서 철근을 제거하지 않고 지중에 그대로 잔류시킬 경우 민원에 따른 분쟁과 협의에 따른 공기지연, 토지점용료 지불에 관한 문제가 발생하고, 추후 인접지역 공사시의 장애요인이 되며, 철근이 지중에서 부식됨에 따른 토양오염의 문제도 함께 지적된다.

공개특허 10-2009-0119139 "원터치 제거식 네일구조 및 이를 이용한 보강철근 회수공법"은 「소일네일링을 위해 지반에 삽입되는 이형철근을 용이하게 회수할 수 있도록 구성된 원터치 제거식 네일 구조로서, 내주면에는 내부홈이 형성되어 상기 이형철근이 관통시 철근리브가 끼워져 고정되며, 외주면에는 돌기를 구비한 반원통형 모양의 제1인패스너; 내주면에는 내부홈이 형성되어 상기 이형철근이 관통시 철근리브가 끼워져 고정되며, 상기 제1인패스너와 결합하여 원통 형태를 이루도록 배치되어 내주면에 원통형 중공부가 형성되어 상기 이형철근이 관통하는 반원통형 모양의 제2인패스너; 상기 이형철근이 관통하는 원통형 부재로서, 내부에는 상기 제1인패스너의 돌기가 고정될 수 있는 제1홈과 상기 제1,2인패스너를 회전시킨 후 당겨 뺄 수 있는 제2홈이 형성된 제1중공부 및 상기 제1,2인패스너를 한번에 수용할 수 있는 제2중공부가 구비된 아웃패스너; 및 상기 아웃패스너의 양단에 돌출한 상기 이형철근을 수용하는 파이프; 를 포함하여 구성하는 것을 특징으로 하는 원터치 제거식 네일 구조」를 제공한다.

[참고도 1] - 공개특허 10-2009-0119139에 첨부된 도면2

그러나 위와 같은 원터치 제거식 네일 구조를 시험시공한 결과 이형철근의 회수는 용이하나 인패스너와 아웃패스너의 결합상태가 양호하지 못하고 분리가능성이 높아 지반 보강이라는 소일 네일체의 주목적을 달성하기 어려웠다.

등록특허 10-1131764 "회전 제거식 네일 구조 및 이를 이용한 보강철근 회수공법"은 인패스너와 아웃패스너가 나사결합을 이루도록 함으로써 지지력이 향상되도록 한 것으로서, 이는 「소일네일링을 위해 지반에 삽입되는 이형철근을 용이하게 회수할 수 있도록 인패스너, 아웃패스너 및 파이프를 포함하여 구성된 회전 제거식 네일 구조로서, 상기 인패스너는 반원통형 모양의 고정볼트 한 쌍이 결합된 원통형으로서, 내주면에는 내부홈이 형성되어 상기 이형철근이 관통시 철근리브가 끼워져 고정되고 외주면에는 수나사산을 구비되어 있고, 상기 아웃패스너는 상기 이형철근이 관통하는 원통형 부재로서, 외주면 전체에는 요철부가 형성되어 있고, 내주면에는 상기 인패스너의 수나사산이 끼워져 고정될 수 있는 암나사산이 형성된 제1중공부와 상기 한 쌍의 인패스너를 회전시킨 후 당겨 뺄 때 상기 인패스너가 한번에 수용되는 제2중공부가 구비되되, 상기 제2중공부는 상기 제1중공부의 양측에 각각 형성되어 있으며, 상기 인패스너 외주면의 수나사산과 상기 아웃패스너 암나사산의 결합은 2 내지 3회전에 의해 분리되도록 나사산이 맞물려 있고, 상기 파이프는 상기 아웃패스너의 양단에 돌출한 상기 이형철근을 수용하도록 구성된 것을 특징으로 하는 회전 제거식 네일 구조」를 제공한다.

[참고도 2] - 등록특허 10-1131764에 첨부된 도면2

위와 같은 회전 제거식 네일 구조를 시험시공한 결과 인패스너와 아웃패스너의 결합상태가 양호하여 지반 보강 목적을 충실히 달성한다. 그러나 이형철근을 회전시키며 회수할 때, 이형철근의 길이가 길수록 선단부는 고정되고 후단부만 회전하는 비틀림(torsion)이 발생하여 이형철근의 회전 제거에 어려움이 발생한다.

한편, 등록특허 10-1052728 "쐐기웨지를 이용한 제거식 소일네일의 조립구조 및 이에 의해 소일네일을 조립·제거하는 방법"은 「고정 소켓과, 쐐기 고정구와, 보호 파이프와, 그리고 이형철근으로 구성하되 고정 소켓은 그 내부공간에 직경이 큰 쪽에서 작은 쪽을 향해 쐐기형상을 이루고 있는 쐐기형상 삽입공간부와, 걸림턱을 갖는 쐐기 고정구의 해체공간부와, 그리고 보호 파이프 삽입공간부가 일체로 형성되어있으면서 쐐기형상 삽입공간부에는 2개의 분할편이 1조가 된 쐐기 고정구가 삽입되며, 또 쐐기형상 삽입공간부의 직경이 큰 쪽의 내주면 단부에는 1~3피치의 나선부-A가 형성되어있고, 나선부-A에 대응되는 쐐기 고정구의 2개의 분할편의 직경이 큰 쪽의 외주면 단부에는 1~3피치의 나선부-B가 형성되어있으며, 2개의 분할편의 내주면에는 이형철근의 가로방향의 리브 삽입홈이 형성되어있고, 2개의 분할편이 접합되는 접합부에는 이형철근의 세로방향의 리브 삽입홈이 형성되어있으며, 2개의 분할편이 접합된 접합부의 한쪽은 서로 밀착되어있는 한편 다른 한쪽의 접합부는 내측에서 외측을 향하여 바깥방향으로 조임 경사면이 형성되어있고, 고정 소켓 및 이형철근의 회전에 의하여 이형철근의 조립 및 분해가 용이하게 이루어짐을 특징으로 하는 쐐기웨지를 이용한 제거식 소일네일의 조립구조」를 제공한다.

[참고도 3] - 등록특허 10-1052728에 첨부된 도면6a

위와 같은 이형철근, 쐐기 고정구 및 고정 소켓 간의 결합은 방향성이 있다. 즉, 이형철근에 가해지는 인장하중이 상기 쐐기 고정구가 수렴하는 방향으로 작용할 때에만 전술한 쐐기웨지를 이용한 제거식 소일네일의 조립구조가 유지되며, 인장하중이 그 반대방향으로 작용하는 경우에는 위 조립구조가 해체된다. 이는 쐐기 고정구의 형태적 특성이며, 등록특허 10-1052728은 그러한 특성을 제거식 소일네일에 적용한 것이기도 하다. 그러나 소일네일로 시공된 이형철근에 가해지는 방향은 지반의 다양한 상황에 의해 가변적이다. 따라서, 쐐기 고정구의 형태적 특성에만 의존한 이형철근, 쐐기 고정구 및 고정 소켓 간의 결합은 지반 보강 기능에 한계가 있고, 불안정하다.

공개특허 10-2011-0032918 "쐐기형 제거식 쏘일네일유닛구조 및 이를 이용한 쐐기형 제거식 쏘일네일링의 시공방법"은 「소켓을 쐐기해체소켓과 쐐기결합소켓으로 2등분하되 쐐기해체소켓은 쐐기해체공간부와 보호관삽입공간부로 이루어지고 쐐기결합소켓은 쐐기결합공간부와 쐐기해체소켓삽입공간부와 보호관 삽입공간부와 그리고 회전돌기로 이루어짐을 특징으로 하는 쐐기형 제거식 쏘일네일유닛구조」를 제공한다.

[참고도 4] - 공개특허 10-2011-0032918에 첨부된 도면6a

공개특허 10-2011-0032918도 쐐기의 형태적 특징에 의한 소일네일 유닛의 결합 및 해체를 꾀한 것이다. 그러나 쐐기 결합의 방향성에 따른 한계는 전술한 등록특허 10-1052728와 마찬가지이다.

등록특허 10-1086144 "제거식 소일네일의 정착구조 및 이를 이용한 제거식 소일네일의 시공방법"은 「이형철근의 종방향을 따라 일정간격으로 다수의 소켓이 정착되어있으면서 소켓의 공간부에는 나선부가 형성되어있고, 이에 나선 결합되는 반분된 분할편의 외주면 나선부와 그 내주면에 횡방향 리브 삽입홈이 형성되어 있으며, 반분된 분할편이 이형철근을 감싸고 있고, 소켓과 소켓사이에는 튜브가 설치된 제거식 소일네일 구조에 있어서 정착구에는 내경이 동일하게 형성된 이형철근 체결공간부와, 그리고 확대 공간부가 형성되어있되 보호파이프가 확대 공간부에 삽입되어 체결 분할편 이동공간부가 되게 하는 한편, 정착구와 정착구사이에는 엇갈림방지 유도링이 이형철근에 삽입되어있되 엇갈림방지 유도링의 외경은 확대 공간부의 내경보다는 약간 작으면서 이형철근 체결공간부 직경보다는 크고, 그 내경은 이형철근 체결공간부의 직경보다 작으며, 또 이형철근이 인발되는 과정에서 엇갈림방지 유도링이 먼저 정착구에 접면되고, 그 다음에 엇갈림방지 유도링에 체결 분할편이 연이어 접면되도록 엇갈림방지 유도링이 체결 분할편 앞에 설치되어있음을 특징으로 하는 제거식 소일네일의 정착구조」를 제공한다.

[참고도 5] - 등록특허 10-1086144에 첨부된 도면3

위와 같은 등록특허 10-1086144는 쐐기 결합의 한계 극복을 위해 원통형으로 조합되는 분할편과 소켓을 구성한 것이나, 이는 전술한 등록특허 10-1131764와 사실상 동일한 내용으로 볼 수 있다. 따라서, 등록특허 10-1131764의 문제점을 그대로 안고 있다.

한편, 등록특허 10-1559426은 전술한 선행기술들의 단점들을 모두 극복하고 웨지형 인패스너와 아웃패스너의 형태적 특성 및 나사결합에 의해 인장하중의 방향성에 관계없이 결합상태의 안정성을 확보할 수 있으며, 이형철근 회수작업을 용이하게 실시할 수 있다는 장점이 극대화된 기술이다. 웨지형 인패스너의 설치 방향에 구애됨 없이 소일네일링 시공을 진행할 수 있으며, 이에 따라 설치 방향 착오에 따라 이형철근 회수 작업이 불가능해지는 문제도 해소되었다.

다만, 이형철근 사용량을 줄이면서 사용하중을 증가시키기 위해 고강도 이형철근의 사용이 요구되면서 이형철근 직경도 크게 설계되는 경우가 많아지게 되었다.

고강도 이형철근이 사용되면서 축방향 사용하중이 크게 증가하고, 이에 따라 웨지형 인패스너에 가해지는 수평력도 함께 증가하여 결국 아웃패스너가 상기 수평력(측압)을 견디지 못하고 파손(종방향 균열 발생)되는 새로운 문제가 발생하게 되면서 등록특허 10-1559426의 개선이 요구되었다.

1. 공개특허 10-2009-0119139 "원터치 제거식 네일구조 및 이를 이용한 보강철근 회수공법" 2. 등록특허 10-1131764 "회전 제거식 네일 구조 및 이를 이용한 보강철근 회수공법" 3. 등록특허 10-1052728 "쐐기웨지를 이용한 제거식 소일네일의 조립구조 및 이에 의해 소일네일을 조립·제거하는 방법" 4. 공개특허 10-2011-0032918 "쐐기형 제거식 쏘일네일유닛구조 및 이를 이용한 쐐기형 제거식 쏘일네일링의 시공방법" 5. 등록특허 10-1086144 "제거식 소일네일의 정착구조 및 이를 이용한 제거식 소일네일의 시공방법" 6. 등록특허 10-1559426 "제거식 네일 조립구조 및 이를 이용한 네일 회수공법"

본 발명은 소일네일링 공법에서 보강재로 적용되는 이형철근의 인발저항력을 확보하여 지반보강에 문제가 없도록 하고, 더 이상 지반보강이 필요치 않은 때에는 이형철근을 용이하게 회수할 수 있도록 하여 지중에 철근을 장기간 방치함으로써 발생되는 철근부식에 의한 토양환경 오염문제, 이형철근의 대지경계선 침범에 의한 민원발생과 점용료 납부 문제 및 인접구조물 신축시 발생하는 시공장애 등의 문제를 해소함을 그 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 고강도 이형철근의 사용으로 축방향 사용하중과 함께 증가하는 수평하중에 대항할 수 있도록 내구성이 강화된 제거식 네일 조립구조를 제공함에 또 다른 목적이 있다.

전술한 과제 해결을 위해 본 발명은 소일네일링(Soil-Nailing)을 위해 지반에 삽입되는 이형철근을 용이하게 회수할 수 있도록 웨지형 인패스너, 내하 구속체, 아웃패스너 및 피복파이프를 포함하여 구성된 수평 내하력이 강화된 제거식 네일 조립구조를 제공한다.

상기 웨지형 인패스너는 외주면에 전체적으로 수나사산이 형성되고 내주면에 상기 이형철근의 리브에 대응하는 내입홈이 형성된 한 쌍의 웨지분할편이 상기 이형철근에 덧대여진 조합체이다.

상기 내하 구속체는 내주면에 상기 웨지형 인패스너가 끼워져 고정될 수 있도록 일방향으로 확공되고 암나사산이 형성된 확공형 중공부가 형성되어 있고, 외주면에는 내측에서 외측으로 작용하는 수평력에 저항하는 플랜지가 형성된 금속재질의 원통형 부재이다.

상기 아웃패스너는 내주면의 일측이 상기 내하 구속체의 플랜지와 맞물림 결합되고, 내주면의 타측은 상기 내하 구속체에서 이탈하는 웨지형 인패스너를 수용하도록 형성된 수용 중공부가 형성된 원통형 부재이다.

또한 본 발명은 전술한 제거식 네일 조립구조를 이용한 소일네일링 시공시 상기 확공형 중공부의 확공단부가 지반 안쪽을 향하도록 시공하거나 지반 바깥쪽을 향하도록 시공할 수 있는데, 본 발명은 위 두 가지 경우 각각에 대한 네일 회수공법을 함께 제공한다.

상기 확공형 중공부가 지반 안쪽을 향해 확공되도록 시공한 상태에서는 (a) 지반 바깥으로 돌출한 이형철근의 후두부를 회전시켜 상기 이형철근을 지반 안쪽으로 밀어넣음으로써, 상기 웨지형 인패스너를 상기 확공형 중공부에서 이탈시키는 단계; 및 (b) 지반 바깥으로 돌출한 이형철근의 후두부를 잡아당겨 상기 이형철근을 지반에서 인발해내는 단계; 로 진행되는 제거식 네일 조립 조를 이용한 네일 회수공법을 제공한다.

상기 확공형 중공부가 지반 바깥쪽을 향해 확공되도록 시공한 상태에서는 (a') 지반 바깥으로 돌출한 이형철근의 후두부를 회전시켜 상기 이형철근을 지반 바깥쪽으로 잡아당김으로써, 상기 웨지형 인패스너를 상기 확공형 중공부에서 이탈시키는 단계; 및 (b') 지반 바깥으로 돌출한 이형철근의 후두부를 잡아당겨 상기 이형철근을 지반에서 인발해내는 단계; 로 진행되는 제거식 네일 조립 조를 이용한 네일 회수공법을 제공한다.

이상과 같은 본 발명을 따르면 다음의 효과가 있다.

첫째, 웨지형 인패스너와 내하 구속체의 형태적 특성 및 나사결합에 의해 인장하중의 방향성에 관계없이 결합상태의 안정성을 확보할 수 있으며, 이형철근 회수작업을 용이하게 실시할 수 있다.

둘째, 웨지형 인패스너의 설치 방향에 구애됨 없이 소일네일링 시공을 진행할 수 있으며, 이에 따라 설치 방향 착오에 따라 이형철근 회수 작업이 불가능해지는 일이 없어지게 된다.

셋째, 고강도 이형철근을 사용하여 축방향 사용하중을 증가시키고 이에 따라 수평력이 증가하더라도 외연에 플랜지가 결합되어 보강된 내하 구속체가 수평력에 저항함으로써 아웃패스너의 파손을 막을 수 있다.

[도 1]은 본 발명이 제공하는 수평 내하력이 강화된 제거식 네일 조립구조의 분해사시도이다.
[도 2]는 이형철근의 리브 형태에 따른 웨지형 인패스너의 실시예를 도시한 것이다.
[도 3]은 내하 구속체의 여러 가지 실시예를 도시한 것이다.
[도 4]는 내하 구속체와 아웃패스너의 결합상태를 도시한 것이다.
[도 5]는 한 쌍의 웨지분할편이 이형철근에 덧대여진 상태에서 이격하도록 조합된 웨지형 인패스너의 실시예를 도시한 것이다.
[도 6]은 제거식 네일 조립구조의 설치예를 도시한 것이다.
[도 7]과 [도 8]은 본 발명이 제공하는 제거식 네일 조립구조를 이용한 네일 회수공법의 실시과정을 도시한 것이다.

이하에서는 첨부된 도면과 함께 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.

본 발명은 「소일네일링(Soil-Nailing)을 위해 지반(1)에 삽입되는 이형철근(110)을 용이하게 회수할 수 있도록 웨지형 인패스너(120), 내하 구속체(130), 아웃패스너(140) 및 피복파이프(150)를 포함하여 구성된 네일 조립구조로서, 상기 웨지형 인패스너(120)는 외주면에 전체적으로 수나사산(121)이 형성되고 내주면에 상기 이형철근(110)의 리브(111)에 대응하는 내입홈(122)이 형성된 한 쌍의 웨지분할편(120a,120b)이 상기 이형철근(110)에 덧대여진 조합체이고, 상기 내하 구속체(130)는 내주면에 상기 웨지형 인패스너(120)가 끼워져 고정될 수 있도록 일방향으로 확공되고 암나사산(134)이 형성된 확공형 중공부(131)가 형성되어 있고, 외주면에는 내측에서 외측으로 작용하는 수평력에 저항하는 플랜지(132)가 형성된 금속재질의 원통형 부재이고, 상기 아웃패스너(140)는 내주면의 일측이 상기 내하 구속체(130)의 플랜지(132)와 맞물림 결합되고, 내주면의 타측은 상기 내하 구속체(130)에서 이탈하는 웨지형 인패스너(120)를 수용하도록 형성된 수용 중공부(143)가 형성된 원통형 부재이며, 상기 이형철근(110)에 한 쌍의 웨지분할편(120a,120b)이 덧대여져 웨지형 인패스너(120)가 조합된 상태로 상기 웨지형 인패스너(120)와 내하 구속체(130)의 확공형 중공부(131)가 나사결합하여, 상기 웨지형 인패스너(120)가 상기 이형철근(110)을 구속하고, 상기 피복파이프(150)는 상기 아웃패스너(140)의 양단에 각각 결합하여 상기 이형철근(110)을 피복하도록 구성된 것을 특징으로 하는 수평 내하력이 강화된 제거식 네일 조립구조」를 제공한다.

또한, 본 발명은 「상기 내하 구속체(130)는 상기 플랜지(132) 복수개가 상·하 이격하여 형성된 것을 특징으로 하는 제거식 네일 조립구조」를 함께 제공한다.

또한, 본 발명은 「상기 웨지형 인패스너(120)는 상기 이형철근(110)에 한 쌍의 웨지분할편(120a,120b)이 덧대여진 상태에서 상호 이격하도록 조합된 것을 특징으로 하는 제거식 네일 조립구조」를 함께 제공한다.

또한, 본 발명은 「상기 아웃패스너(140) 양측 단부에는 수나사산이 형성되어 있으며, 상기 아웃패스너(140) 양측 단부 각각을 커버하도록 나사결합되고, 상기 피복파이프(150)가 관입하도록 구성된 커버캡(160); 을 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 수평 내하력이 강화된 제거식 네일 조립구조」를 함께 제공한다.

또한, 본 발명은 「전술한 제거식 네일 조립구조를 구비한 소일네일체를 이용하여 소일네일링 시공을 하되, 상기 확공형 중공부(131)가 지반 안쪽을 향해 확공되도록 시공한 상태에서, (a) 지반(1) 바깥으로 돌출한 이형철근(110)의 후두부(미도시)를 회전시켜 상기 이형철근(110)을 지반 안쪽으로 밀어넣음으로써, 상기 웨지형 인패스너(120)를 확공형 중공부(131)에서 이탈시키는 단계; 및 (b) 지반(1) 바깥으로 돌출한 이형철근(110)의 후두부(미도시)를 잡아당겨 상기 이형철근(110)을 지반(1)에서 인발해내는 단계; 로 진행되는 제거식 네일 조립구조를 이용한 네일 회수공법」을 함께 제공한다.

또한, 본 발명은 「전술한 제거식 네일 조립구조를 구비한 소일네일체를 이용하여 소일네일링 시공을 하되, 상기 확공형 중공부(131)가 지반 바깥쪽을 향해 확공되도록 시공한 상태에서 (a') 지반(1) 바깥으로 돌출한 이형철근(110)의 후두부(미도시)를 회전시켜 상기 이형철근(110)을 지반 바깥쪽으로 잡아당김으로써, 상기 웨지형 인패스너(120)를 상기 확공형 중공부(131)에서 이탈시키는 단계; 및 (b') 지반(1) 바깥으로 돌출한 이형철근(110)의 후두부(미도시)를 잡아당겨 상기 이형철근(110)을 지반(1)에서 인발해내는 단계; 로 진행되는 제거식 네일 조립구조를 이용한 네일 회수공법」을 함께 제공한다.

이하에서는 첨부된 도면과 함께 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.

1. 수평 내하력이 강화된 제거식 네일 조립구조

[도 1]은 본 발명이 제공하는 수평 내하력이 강화된 제거식 네일 조립구조의 분해사시도이다. 본 발명은 이형철근(110), 웨지형 인패스너(120), 내하 구속체(130), 아웃패스너(140) 및 피복파이프(150)를 포함하여 구성된다. 상기 이형철근(110)은 터파기 작업, 사면 보강 작업 등을 위해 적용되는 소일네일링(Soil-Nailing) 시공에 의해 지반에 삽입되어 지반을 보강하는데, 본 발명은 지반 보강 목적을 달성한 후 상기 이형철근(110)을 용이하게 회수할 수 있도록 구성된 제거식 네일 조립구조에 관한 것이다.

상기 이형철근(110)은 외주면에 일정간격으로 리브(111)가 형성된 것인데, 상기 리브(111)는 상기 이형철근(110)의 제조 방법에 따라 [도 2]의 (a)에 도시된 바와 같이 이형철근(110)의 외주연을 따라 돌출한 고리 형태로 형성되거나, [도 2]의 (b)에 도시된 바와 같이 반고리가 엇갈리도록 형성된다. 통상적인 소일네일링 공법에서 상기 이형철근의 리브는 지반 천공홀에 충전되는 그라우트재와의 마찰력 강화를 위한 것이나, 본 발명은 제거식 네일에 관한 것이므로 상기 이형철근(110)이 그라우트재(2)와 직접 접촉하지는 않는다. 본 발명에서 상기 이형철근(110)의 중간 중간에는 웨지형 인패스너(120)와 아웃패스너(130)가 결합되고, 그 나머지 부분은 피복파이프(140)에 의해 피복된다. 본 발명에서 상기 이형철근(110)의 리브(111)는 상기 웨지형 인패스너(120) 및 아웃패스너(130)와의 결합에 이용된다. 통상적인 소일네일링 공법에서 상기 이형철근(110)의 리브(111)가 담당하는 그라우트재(2)와의 마찰력 강화 기능은 인패스너(120) 및 내하 구속체(130)를 매개로 상기 이형철근(110)과 결합되는 아웃패스너(140)가 담당한다. 또한, 상기 아웃패스너(140)의 외주면 전체에 요철부(141)를 형성시킴으로써 그라우트재(2)와의 마찰력을 더욱 강화시킬 수 있다.

[도 2]는 이형철근(110)의 리브(111) 형태에 따른 웨지형 인패스너(120)의 실시예를 도시한 것이다. 상기 웨지형 인패스너(120)는 외주면에 전체적으로 수나사산(121)이 형성되고 내주면에 상기 이형철근(110)의 리브(111)에 대응하는 내입홈(122)이 형성된 한 쌍의 웨지분할편(120a,120b)이 상기 이형철근(110)에 덧대여진 조합체이다. 상기 웨지형 인패스너(120)를 이루는 한 쌍의 웨지분할편(120a,120b)의 내입홈(122)은 상기 이형철근(110)의 리브(111) 형태에 따라 [도 2]에 도시된 바와 같이 상호 대향하거나 엇갈리도록 형성된다.

상기 내하 구속체(130)는 내주면에 확공되고 암나사산(134)이 형성된 확공형 중공부(131)가 형성되어 있고, 외주면에는 플랜지(132)가 형성된 원통형 부재이다. 상기 내하 구속체(130)는 이형철근(110)이 전달하는 하중을 지지하는 내하체 역할을 담당해야 하므로 강한 내하력 확보를 위해 금속재질로 제작되어야 한다.

상기 확공형 중공부(131)에는 웨지형 인패스너(120)가 끼워져 고정된다. 상기 웨지분할편(120a,120b)의 외주면에는 전체적으로 수나사산이 형성되어 있으므로, 상기 이형철근(110)에 한 쌍의 웨지분할편(120a,120b)이 덧대여져 웨지형 인패스너(120)가 조합된 상태로 상기 웨지형 인패스너(120)와 상기 내하 구속체(130)의 확공형 중공부(131)가 나사결합하여, 상기 웨지형 인패스너(120)가 상기 이형철근(110)을 구속하면서 이형철근(110), 웨지형 인패스너(120) 및 내하 구속체(130)의 결합이 이루어지게 된다.

상기 내하 구속체(130)의 플랜지(132)는 내측에서 외측으로 작용하는 수평력에 저항하기 위해 원통형 몸체의 외측에 끼워진 형태로 결합된 것이다. 상기 이형철근(110)에 가해지는 축방향 사용하중이 증가함에 따라 상기 웨지형 인스패너(120)를 통해 가해지는 수평력(측압)이 커지게 된다. 상기 플랜지(132)는 이러한 수평력에 대항하기 위한 보강재인 것이다.

상기 플랜지(132)는 복수개가 상·하 이격하도록 구비될 수 있으며, [도 3]은 내하 구속체(130)의 여러 가지 실시예를 나타낸 것이다. [도 3]의 (a) 내지 (c)는 각각 상기 플랜지(132)가 1~3개 형성된 것을 나타내고 있다.

또한, 상기 내하 구속체(130)는 상·하 이격한 플랜지(132) 사이에 결합된 복수개의 보강편(133)을 더 포함하여 구성될 수 있다. [도 3]의 (d)는 상기 보강편(133)이 결합된 실시예를 도시한 것이다. [도 3]의 (e)는 [도 3]의 (d)를 입체로 나타낸 사시도이다.

상기 아웃패스너(140)는 내주면의 일측이 상기 내하 구속체(130)의 플랜지(132)와 맞물림 결합되고, 내주면의 타측은 상기 내하 구속체(130)에서 이탈하는 웨지형 인패스너(120)를 수용하도록 형성된 수용 중공부(143)가 형성된 원통형 부재이다.

[도 4]는 상기 내하 구속체(130)와 아웃패스너(140)의 결합상태를 도시한 것이다. 상기 아웃패스너(140)는 플라스틱 소재로 제작할 수 있으나 재질의 조건과 무관하게 공장 생산단계에서 상기 내하 구속체(130)와 일체를 이루도록 제작할 수 있다.

상기 아웃패스너(140)는 상기 웨지형 인패스너(120) 및 내하 구속체(130)를 매개로 상기 이형철근(110)과 결합하여 그라우트재(2)에 매립된 이형철근(110)을 인발시키는 힘에 대항하는 역할을 담당한다.

아웃패스너(140)는 그라우트재(2)에 매립된 상태로 고정되는데, 피복파이프(150)에 피복되어 있는 이형철근(110)과 상기 아웃패스너(140)의 내부에 결합된 내하 구속체(130)에 나사결합하여 삽입된 웨지형 인패스너(120)는 그라우트재(2)와 맞닿지 않으므로 외력에 의해 회전운동을 시킬 수 있다. 소일네일링 시공에 의해 지반(1) 바깥으로 돌출한 이형철근(110)을 회전시키면 상기 이형철근(110)의 리브(111)가 상기 웨지분할편(120a,120b)의 내입홈(122)에 걸려 회전력을 전달하고, 웨지형 인패스너(120)는 상기 내하 구속체(130) 확공형 중공부(131)의 암나사산을 따라 돌며 이동함으로써 나사결합된 웨지형 인패스너(120)가 내하 구속체에서 분리되며, 상기 이형철근(110) 역시 상기 웨지형 인패스너(120)에 의한 구속에서 풀려 인발 회수가 가능하게 된다. 이 때 구속 상태에서 풀려 해체된 웨지분할편(120a,120b)은 상기 아웃패스너(140)의 수용 중공부(143)에 수용된다.

상기 이형철근(110)의 회수 작업이 쉽게 이루어지도록 하기 위해서는 [도 5]에 도시된 바와 같이, 상기 웨지형 인패스너(120)가 상기 이형철근(110)에 덧대여진 상태에서 한 쌍의 웨지분할편(120a,120b)이 상호 이격하도록 조합되도록 구성할 수 있다.

한편, 상기 피복파이프(150)는 상기 아웃패스너(140)의 양단에 각각 결합하여 상기 이형철근(110)을 피복하도록 구성되는데, 이 역시 아웃패스너(140)와 피복파이프(150) 간의 나사결합이 이루어지도록 구성할 수 있다. [도 6]은 제거식 네일 조립구조의 설치예를 도시한 것으로서, 별도의 커버캡(160)이 구비된 예를 도시하고 있다. 즉, 상기 커버캡(160)이 상기 아웃패스너(140)의 수용 중공부(143)와 나사결합을 할 수 있도록 구성하고, 상기 피복파이프(150)는 상기 커버캡(160)과 나사결합하도록 구성함으로써 상기 커버캡(160)을 매개로 상기 아웃패스너(140)와 피복파이프간(150)의 결합이 이루어지도록 한 것이다. 상기 커버캡(150)과 피복파이프(140)는 이형철근(110) 제거 후에도 지중에 매립된 채로 남아있게 되는데, 이들을 PVC소재로 제작하면 부식을 방지하여 토양오염의 우려가 해소되고, 후의 지반공사에서 쉽게 파괴, 제거되므로 인접토지 소유자 간의 마찰을 피할 수 있다.

[도 6]의 (a)는 이형철근(110)에 가해지는 인장하중이 상기 내하 구속체(130)의 확공형 중공부(131)가 수렴되는 방향으로 가해지도록 설치된 제거식 네일 조립구조의 설치예를 도시한 것이다. 이하에서는 이러한 설치예를 "정방 설치 구조"로 칭하기로 한다.

[도 6]의 (b)는 이형철근(110)에 가해지는 인장하중이 상기 내하 구속체(130)의 확공형 중공부(131)가 확공되는 방향으로 가해지도록 설치된 제거식 네일 조립구조의 설치예를 도시한 것이다. 이하에서는 이러한 설치예를 "역방 설치 구조"라 칭하기로 한다.

통상적으로 웨지를 이용하여 인장재를 고정시킬 때에는 웨지가 수렴되는 방향으로 인장하중이 작용하는 정방 설치 구조의 경우에만 고정력을 발휘한다. 그러나 본 발명이 제공하는 제거식 네일 조립구조는 상기 웨지형 인패스너(120)가 이형철근(110)에 맞물린 상태에서 내하 구속체(130)의 확공형 중공부(131)에 나사결합하므로 웨지형 인패스너(120)의 형태적 특성 및 인장하중의 방향과 관계없이 나사결합에 의해 고정력이 발휘된다. 즉, 상기 이형철근(110)에 인위적으로 회전력을 가하지 않는 이상 하중의 방향에 관계없이 이형철근(110), 웨지형 인패스너(120) 및 내하 구속체(130)의 결합구조는 해체되지 않는 것이다.

이에 따라 본 발명이 제공하는 제거식 네일 조립구조는 방향성을 고려하지 않고(확인하지 않고) 시공할 수 있으며, 지반의 파괴, 유실 등에 의해 양방향으로 인장하중이 가해지는 경우에도 지반 보강을 위해 시공되는 소일네일의 본연의 기능을 충실히 수행할 수 있다.

2. 제거식 네일 조립구조를 이용한 네일 회수공법

본 발명은 전술한 제거식 네일 조립구조를 구비한 소일네일체를 이용하여 소일네일링 시공을 하여 지반을 보강한 후 더 이상 지반보강이 불필요한 상황에서 이형철근(네일)을 회수하기 위한 네일 회수공법을 함께 제공한다.

본 발명이 제공하는 네일 회수공법은 상기 확공형 중공부(131)가 지반(1) 안쪽을 향해 확공되도록 시공한 경우(상기 정방 설치 구조에 해당함)와, 상기 확공형 중공부(131)가 지반(1) 바깥쪽을 향해 확공되도록 시공 경우(상기 역방 설치 구조에 해당함)로 구분된다.

정방 설치 구조에 적용하는 네일 회수공법은 [도 7]에 도시된 바와 같이 (a) 지반(1) 바깥으로 돌출한 이형철근(110)의 후두부(미도시)를 회전시켜 상기 이형철근(110)을 지반 안쪽으로 밀어넣음으로써, 상기 웨지형 인패스너(120)를 상기 확공형 중공부(131)에서 이탈시키는 단계([도 7]의 (a) 참조); 및 (b) 지반(1) 바깥으로 돌출한 이형철근(110)의 후두부(미도시)를 잡아당겨 상기 이형철근(110)을 지반(1)에서 인발해내는 단계([도 7]의 (b) 참조); 로 진행된다.

상기 (a)단계에 의해 상기 웨지형 인패스너(120)는 상기 아웃패스너(140)의 수용 중공부(143)쪽으로 이탈하여 더 이상 이형철근(110)을 구속할 수 없게 되고, 이후 상기 (b)단계의 실시로 이형철근(110)을 지반(1)에서 인발하여 회수할 수 있다.

역방 설치 구조에 적용하는 네일 회수공법은 (a') 지반(1) 바깥으로 돌출한 이형철근(110)의 후두부를 회전시켜 상기 이형철근(110)을 지반 바깥쪽으로 잡아당김으로써, 상기 웨지형 인패스너(120)를 상기 확공형 중공부(131)에서 이탈시키는 단계([도 8]의 (a) 참조); 및 (b') 지반(1) 바깥으로 돌출한 이형철근(110)의 후두부(미도시)를 잡아당겨 상기 이형철근(110)을 지반(1)에서 인발해내는 단계([도 8]의 (b) 참조); 로 진행된다.

상기 (a')단계에 의해서도 상기 웨지형 인패스너(120)가 상기 아웃패스너의 수용 중공부(143)으로 이탈하면서 상기 이형철근(110)에 대한 구속력을 상실하고, 이후 (b')단계의 실시로 이형철근(110)을 지반(1)에서 인발하여 회수할 수 있다. 이 경우는 상기 웨지형 인패스너의 이탈방향과 상기 이형철근의 회수방향이 같아 이형철근 회수작업이 더욱 수월하게 진행될 수 있다.

본 발명은 위에서 언급한 바와 같이 첨부된 도면과 관련하여 설명되었으나, 본 발명의 요지를 벗어남이 없는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하며, 다양한 분야에서 사용 가능하다. 따라서 본 발명의 청구범위는 이건 발명의 진정한 범위 내에 속하는 수정 및 변형을 포함한다.

1 : 지반 2 : 그라우트재
110 : 이형철근 111 : 리브
120 : 웨지형 인패스너 120a,120b : 웨지분할편
121 : 수나사산(웨지분할편의 외주면)
122 : 내입홈(웨지분할편의 내주면)
130 : 내하 구속체 131 : 확공형 중공부
140 : 아웃패스너 141 : 요철부
143 : 수용 중공부 150 : 피복파이프
160 : 커버캡

Claims (7)

1. 소일네일링(Soil-Nailing)을 위해 지반(1)에 삽입되는 이형철근(110)을 용이하게 회수할 수 있도록 웨지형 인패스너(120), 내하 구속체(130), 아웃패스너(140) 및 피복파이프(150)를 포함하여 구성된 네일 조립구조로서,
   상기 웨지형 인패스너(120)는 외주면에 전체적으로 수나사산(121)이 형성되고 내주면에 상기 이형철근(110)의 리브(111)에 대응하는 내입홈(122)이 형성된 한 쌍의 웨지분할편(120a,120b)이 상기 이형철근(110)에 덧대여진 조합체이고,
   상기 내하 구속체(130)는 내주면에 상기 웨지형 인패스너(120)가 끼워져 고정될 수 있도록 일방향으로 확공되고 암나사산(134)이 형성된 확공형 중공부(131)가 형성되어 있고, 외주면에는 내측에서 외측으로 작용하는 수평력에 저항하는 플랜지(132)가 형성된 금속재질의 원통형 부재이고,
   상기 아웃패스너(140)는 내주면의 일측이 상기 내하 구속체(130)의 플랜지(132)와 맞물림 결합되고, 내주면의 타측은 상기 내하 구속체(130)에서 이탈하는 웨지형 인패스너(120)를 수용하도록 형성된 수용 중공부(143)가 형성된 원통형 부재이며,
   상기 이형철근(110)에 한 쌍의 웨지분할편(120a,120b)이 덧대여져 웨지형 인패스너(120)가 조합된 상태로 상기 웨지형 인패스너(120)와 내하 구속체(130)의 확공형 중공부(131)가 나사결합하여, 상기 웨지형 인패스너(120)가 상기 이형철근(110)을 구속하고,
   상기 피복파이프(150)는 상기 아웃패스너(140)의 양단에 각각 결합하여 상기 이형철근(110)을 피복하도록 구성된 것을 특징으로 하는 수평 내하력이 강화된 제거식 네일 조립구조.
   
2. 제1항에서,
   상기 내하 구속체(130)는 상기 플랜지(132) 복수개가 상·하 이격하여 형성된 것을 특징으로 하는 수평 내하력이 강화된 제거식 네일 조립구조.
   
3. 제2항에서,
   상기 내하 구속체(130)는 상·하 이격한 플랜지(132) 사이에 결합된 복수개의 보강편(133)을 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 수평 내하력이 강화된 제거식 네일 조립구조.
   
4. 제1항에서,
   상기 웨지형 인패스너(120)는 상기 이형철근(110)에 한 쌍의 웨지분할편(120a,120b)이 덧대여진 상태에서 상호 이격하도록 조합된 것을 특징으로 하는 수평 내하력이 강화된 제거식 네일 조립구조.
   
5. 제1항에서,
   상기 아웃패스너(140) 양측 단부에는 수나사산이 형성되어 있으며,
   상기 아웃패스너(140) 양측 단부 각각을 커버하도록 나사결합되고, 상기 피복파이프(150)가 관입하도록 구성된 커버캡(160); 을 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 수평 내하력이 강화된 제거식 네일 조립구조.
   
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항의 제거식 네일 조립구조를 구비한 소일네일체를 이용하여 소일네일링 시공을 하되, 상기 확공형 중공부(131)가 지반 안쪽을 향해 확공되도록 시공한 상태에서 다음의 각 단계로 진행되는 제거식 네일 조립구조를 이용한 네일 회수공법:
   (a) 지반(1) 바깥으로 돌출한 이형철근(110)의 후두부(미도시)를 회전시켜 상기 이형철근(110)을 지반 안쪽으로 밀어넣음으로써, 상기 웨지형 인패스너(120)를 상기 확공형 중공부(131)에서 이탈시키는 단계; 및
   (b) 지반(1) 바깥으로 돌출한 이형철근(110)의 후두부(미도시)를 잡아당겨 상기 이형철근(110)을 지반(1)에서 인발해내는 단계.
   
7. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항의 제거식 네일 조립구조를 구비한 소일네일체를 이용하여 소일네일링 시공을 하되, 상기 확공형 중공부(131)가 지반 바깥쪽을 향해 확공되도록 시공한 상태에서 다음의 각 단계로 진행되는 제거식 네일 조립구조를 이용한 네일 회수공법:
   (a') 지반(1) 바깥으로 돌출한 이형철근(110)의 후두부(미도시)를 회전시키며 상기 이형철근(110)을 지반 바깥쪽으로 잡아당김으로써, 상기 웨지형 인패스너(120)를 상기 확공형 중공부(131)에서 이탈시키는 단계; 및
   (b') 지반(1) 바깥으로 돌출한 이형철근(110)의 후두부(미도시)를 잡아당겨 상기 이형철근(110)을 지반(1)에서 인발해내는 단계.

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