KR20190014332A - 대구경 강관파일과 상부콘크리트를 이용한 일체형 교각 구조물의 시공방법 - Google Patents

Abstract

대구경 강관파일과 상부콘크리트를 이용한 일체형 교각 구조물 및 그 시공방법에 관한 것으로, 암반층으로부터 지반의 상부로 노출되게 시공되는 대구경 강관; 상기 대구경 강관의 내부에 1차 타설된 하부콘크리트와 상기 하부콘크리트의 상부에 배근된 철근 및 거푸집에 의해 상부콘크리트가 소정 높이로 시공되는 교각; 상기 교각의 상부에 일체로 시공되는 코핑부;를 마련하여 대구경 강관이 암반층에 매립됨에 따라 토사층의 세굴을 보다 용이하게 할 수 있고, 교각의 시공 시 흙막이를 별도로 설치하지 않아도 됨은 물론 흙막이 설치에 따른 공시기간을 대폭적으로 줄일 수 있으며, 공사기간의 단축으로 공사비용을 절감할 수 있다는 효과가 얻어진다.

Description

대구경 강관파일과 상부콘크리트를 이용한 일체형 교각 구조물 및 그 시공방법{Integrated Pier Structure and Construction Method using Large Diameter Steel Pipe File and Upper Concrete}

본 발명은 대구경 강관파일과 상부콘크리트를 이용한 일체형 교각 구조물 및 그 시공방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 대구경 강관파일을 이용하여 교각을 시공함으로써 공사기간의 단축 및 콘크리트 타설을 용이하게 할 수 있는 대구경 강관파일과 상부콘크리트를 이용한 일체형 교각 구조물 및 그 시공방법에 관한 것이다.

일반적으로 교량은 하천, 호소(湖沼), 해협, 만(灣), 운하, 저지 또는 다른 교통로나 구축물 위를 건너갈 수 있도록 만든 고가구조물이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 교량은 크게 상부구조(10)와 하부구조(20)로 나뉘어진다.

상부구조(10)는 교대(22) 또는 교각(24) 위에 있는 구조를 말하며, 일반적으로 거더(Girder; 주형)(12), 슬래브(14)로 구성된다.

교량의 형식을 결정짓는 것은 주부재의 모양에 따라 결정되는데, 통상적으로 주부재란 힘을 가장 많이 받는 부재를 말한다.

주부재가 거더(12)인 경우를 거더교라 하고, 아치인 경우를 아치교라 하며, 트러스인 경우를 트러스교라 하며, 케이블로 지지되는 경우를 케이블교(사장교, 현수교)라고 한다.

슬래브(14)는 상부에 차량 등이 다닐 수 있도록 하는 바닥판을 말한다.

하부구조(20)는 상부구조(10)에서 작용하는 하중을 지반에 안전하게 전달하는 역할을 하는 교대(22)와 교각(24)을 의미한다.

교대(22)는 교량의 시종점부의 받침을 의미하고, 교각(24)은 시종점부 이외의 중간 받침을 의미한다. 교각(24) 밑의 지반상태에 따라 직접 기초, 말뚝기초, 우물통기초 등의 형식이 결정된다. 그 교각(24) 하부에는 기초슬래브(26)가 위치한다.

그런데 이와 같은 교량을 설치함에 따른 공사기간은 대부분 짧은 시간이 소요되는 것이 아니라 장시간을 요하게 된다. 그에 따라 교량이 설치되는 동안에는 공사가 완료될 때까지 교통이 통제되고 우회로를 이용해야 되기 때문에 교통의 흐름에 적지 않은 방해를 준다.

특히 교량의 교체 시에도 교체작업이 완료될 때까지는 교량의 통행이 불가능하여 교량 이용자에게 장시간 불편을 주게 된다.

교량의 교각기초는 대부분 물속에 일부 또는 전부가 잠긴 상태로 설치되고, 시간이 지남에 따라 흐르는 물에 의하여 점점 침식되거나 주위 지반이 세굴되는 현상이 발생한다. 따라서 여러가지 보강장치 및 이를 이용한 보강공법을 통하여 보강을 행하게 된다.

상기 교량의 교각기초를 보강하기 위한 공법은 교각기초의 외부와 일정 간격을 유지하도록 거푸집을 설치하고, 상기한 거푸집과 우물통의 중간에 철근을 배근한 후 콘크리트를 타설하게 되며, 상기한 거푸집의 설치 전에는 물의 접근을 막기 위하여 교각기초의 주변에 제방을 쌓거나 시트파일(sheet pile)을 박는 가물막이 공사를 하는 것으로 이루어진다.

상기와 같이 이루어지는 종래의 교량의 교각기초 보강공법은 가물막이와 별도로 거푸집 설치공사를 하게 되므로, 작업이 번거롭고 설치에 필요한 부대장비 및 비용의 낭비가 심하다.

그리고 상기한 가물막이 작업 후에 설치되는 거푸집은 교각기초의 외면과 일정거리를 유지시켜서 고정하기 어려우므로, 먼저 배근되는 철근에 전기용접하여 고정시킨다.

따라서 상기한 거푸집의 해체작업이 복잡하고 어려우며, 해체를 하지 않는 경우에는 거푸집이 부식되어 수질오염 등을 초래한다.

또 상기와 같이 이루어지는 종래의 교량의 교각기초 보강공법에서 시트파일을 통하여 가물막이를 경우에는 교각기초의 주변 지형에 상관없이 수중에 위치한 바닥에 시트파일의 박히는 길이가 일정하므로 일부분이 취약해질 수 있다.

예를 들어, 하기 특허문헌 1에는 '합성말뚝과 강널말뚝을 이용한 교량의 교대, 교각과 그 시공방법'이 개시되어 있다.

하기 특허문헌 1에 따른 합성말뚝과 강널말뚝을 이용한 교량의 교대, 교각과 그 시공방법은 대상지반에 강관말뚝의 양단에 강널말뚝을 용접접합시킨 합성말뚝 또는 H말뚝의 플랜지에 강널말뚝을 용접접합시킨 합성말뚝 또는 1매건너, 2매건너 또는 3매건너서 설치하는 합성말뚝 중에서 어느 한가지 또는 1가지 이상의 합성말뚝을 시설물의 규모에 따라 직선형, 원형, 사각형, 타원형, 다각형 중에서 어느 한가지 형태의 폐합형으로 항타하여 타입하는 단계, 상기 대상지반에 일정한 형태로 항타되어 타입된 페합형의 합성말뚝의 내측에 철근을 배근하고 콘크리트를 타설 양생하여 교대 또는 교각을 형성하는 캡핑콘크리트를 포함하는 상부 구조물을 설치하는 단계, 상기 형성된 캡핑콘크리트 상부의 소정위치에 교좌장치를 설치하는 단계, 상기 상부 구조물 시공후 합성말뚝 및 강널말뚝의 노출면을 정리하는 정리공정의 단계로 이루어진다.

하기 특허문헌 2에는 '강재를 이용한 반일체식 교대 교량의 단부 구조물 및 이의 시공방법'이 개시되어 있다.

하기 특허문헌 2에 따른 강재를 이용한 반일체식 교대 교량의 단부 구조물 및 이의 시공방법은 지반 상부에 설치되는 교대, 박스형의 강재로 이루어지고, 전면의 길이방향을 따라 다수 개의 거더수용홀이 형성되며, 상기 교대 상부에 설치되는 연결블록, 상기 교대 상부 중 상기 거더수용홀에 대응되는 위치에 설치되는 교량받침 및 박스형의 강재로 이루어지고, 상기 다수 개의 거더수용홀 각각에 삽입되어 상기 연결블록에 고정되는 거더를 포함한다.

대한민국 특허 공개번호 제10-2004-0034555호 대한민국 특허 공개번호 제10-2016-0010177호 대한민국 특허 등록번호 제10-1440392호

그러나 종래기술에 따른 교각의 시공방법은 흙막이를 설치하여야 하므로 공사기간이 길어질 뿐만 아니라 공사비용이 증가하게 되고, 지반의 교란으로 인하여 교각을 보다 안전하게 시공할 수 없는 문제점이 있었다.

본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 대구경 강관 내부에 콘크리트를 타설한 후 철근의 배근 및 거푸집을 설치하여 교각의 상부를 일체로 시공하는 대구경 강관파일과 상부콘크리트를 이용한 일체형 교각 구조물 및 그 시공방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 대구경 강관이 지반으로 노출되어 콘크리트 타설에 따른 환경 요인에 관계없이 교각을 시공할 수 있는 대구경 강관파일과 상부콘크리트를 이용한 일체형 교각 구조물 및 그 시공방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 대구경 강관의 시공의 지반의 교란이 없으면서 공사비용을 절감할 수 있는 대구경 강관파일과 상부콘크리트를 이용한 일체형 교각 구조물 및 그 시공방법을 제공하는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 대구경 강관파일과 상부콘크리트를 이용한 일체형 교각 구조물은 암반층으로부터 지반의 상부로 노출되게 시공되는 대구경 강관; 상기 대구경 강관의 내부에 1차 타설된 하부콘크리트와 상기 하부콘크리트의 상부에 배근된 철근 및 거푸집에 의해 상부콘크리트가 소정 높이로 시공되는 교각; 상기 교각의 상부에 일체로 시공되는 코핑부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 대구경 강관은 상기 암반층을 천공하여 상기 대구경 강관의 하부가 암반층에 매립되고, 상기 대구경 강관은 지반의 상부로 소정 높이만큼 노출되게 시공되는 것을 특징으로 한다.

또한 상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 대구경 강관파일과 상부콘크리트를 이용한 일체형 교각 구조물의 시공방법은 (a) 암반층에서부터 지반의 상부로 대구경 강관의 일부가 노출되게 대구경 강관을 설치하는 단계; (b) 상기 대구경 강관의 내부를 천공하면서 토사를 반출시키는 단계; (c) 상기 대구경 강관의 내부에 하부콘크리트를 타설하는 단계; (d) 상기 하부콘크리트의 상부에 하부철근망을 배근하는 단계; (e) 상기 대구경 강관의 상면에 상기 대구경 강관과 동일한 형상으로 거푸집을 설치하는 단계; (f) 상기 하부철근망의 상부에 상부철근망을 배근하는 단계; (g) 상기 거푸집의 내측에 상부콘크리트를 타설하는 단계; (h) 상기 상부콘크리트의 상부에 슬래브를 지지하는 코핑부를 시공하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 (a)단계에서, 상기 대구경 강관은 암반층을 소정 깊이로 천공하여 상기 대구경 강관의 하부가 암반층에 매립하고, 상기 대구경 강관의 상부는 지반으로부터 소정 높이만큼 노출되게 설치하는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 대구경 강관파일과 상부콘크리트를 이용한 일체형 교각 구조물 및 그 시공방법에 의하면, 대구경 강관이 암반층에 매립됨에 따라 토사층의 세굴을 보다 용이하게 할 수 있고, 교각의 시공 시 흙막이를 별도로 설치하지 않아도 됨은 물론 흙막이 설치에 따른 공시기간을 대폭적으로 줄일 수 있으며, 공사기간의 단축으로 공사비용을 절감할 수 있다는 효과가 얻어진다.

본 발명에 따른 대구경 강관파일과 상부콘크리트를 이용한 일체형 교각 구조물 및 그 시공방법에 의하면, 대구경 강관이 매립됨에 따라 지반의 교란이 적고, 교각과 코핑부가 일체로 시공됨에 따라 교각 및 코핑부를 보다 견고하게 시공할 수 있으며, 대구경 강관의 매립으로 콘크리트 타설에 따른 환경적 요인을 제거할 수 있다는 효과가 얻어진다.

도 1은 일반적인 교량의 구조를 설명하기 위한 도면,
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 대구경 강관파일과 상부콘크리트를 이용한 일체형 교각 구조물을 도시한 단면도,
도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 대구경 강관파일과 상부콘크리트를 이용한 일체형 교각 구조물을 도시한 평단면도,
도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 대구경 강관파일과 상부콘크리트를 이용한 일체형 교각 구조물의 시공방법을 도시한 공정도,
도 5는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 대구경 강관파일과 상부콘크리트를 이용한 일체형 교각 구조물의 시공방법을 단계별로 설명하는 단면도,
도 6은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 대구경 강관파일과 상부콘크리트를 이용한 일체형 교각 구조물의 시공방법을 단계별로 설명하는 단면도,
도 7은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 대구경 강관파일과 상부콘크리트를 이용한 일체형 교각 구조물의 시공방법을 단계별로 설명하는 단면도,
도 8은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 대구경 강관파일과 상부콘크리트를 이용한 일체형 교각 구조물의 시공방법을 단계별로 설명하는 단면도.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 대구경 강관파일과 상부콘크리트를 이용한 일체형 교각 구조물 및 그 시공방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 대구경 강관파일과 상부콘크리트를 이용한 일체형 교각 구조물은 암반층으로부터 지반의 상부로 노출되게 시공되는 대구경 강관(50), 상기 대구경 강관(50)의 내부에 1차 타설된 하부콘크리트(51)에 철근 및 거푸집에 의해 상기 하부콘크리트(51)의 상부에 상부콘크리트가 소정 높이로 시공되는 교각(60), 상기 교각(60)의 상부에 일체로 시공되는 코핑부(70)를 포함한다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 대구경 강관파일과 상부콘크리트를 이용한 일체형 교각 구조물을 도시한 단면도이고, 도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 대구경 강관파일과 상부콘크리트를 이용한 일체형 교각 구조물을 도시한 평단면도이다.

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 일체형 교각 구조물은 대구경 강관(50)을 이용하여 지반의 암반층으로부터 지반의 상부까지 노출되게 하여 교각(60)을 일체로 시공한다.

도 2에서와 같이, 상기 대구경 강관(50)은 원통형 또는 사각형 등의 다양한 형상으로 형성되며, 대구경 강관(50)은 지반에 압입하여 설치한다.

상기 대구경 강관(50)은 암반층에 소정 깊이만큼 시공되며, 암반층에 설치된 대구경 강관(50)은 암반층에 견고하게 시공된다.

아울러 대구경 강관(50)의 상부는 지반의 상부로 노출되게 시공된다. 즉, 대구경 강관(50)은 암반층에서부터 지반의 상부까지 일체로 이루어진 하나의 강관파일로 이루어진다.

상기 대구경 강관(50)의 내부는 바이브레이터 모터 또는 오거 장비 등에 의해 천공이 이루어지며, 대구경 강관(50)은 오거 장비에 의해 천공되면서 암반층에 압입된다.

도 3에서와 같이, 상기 대구경 강관(50)의 내부에는 하부콘크리트(61)가 타설 및 양생되어 대구경 강관(50) 내부를 충진하게 된다.

한편 대구경 강관(50)은 원형으로 이루어지며, 필요에 따라 타원형, 사각형 등의 형상으로 이루어져도 무방하다.

또 하부콘크리트(61)의 상부에는 다수의 철근(63)을 배근하게 되며, 상기 대구경 강관(50)의 상면에는 콘크리트 타설이 이루어지도록 거푸집(64, 도 7 참조)을 설치하게 된다.

이러한 하부콘크리트(61)에는 상측으로 철근(63)이 배근됨과 함께 거푸집(64)을 설치하여 상부콘크리트(62)를 일체로 시공하게 된다.

상기 하부콘크리트(61)와 상부콘크리트(62)에 의해 교각(60)은 일체로 형성된다. 아울러 상부콘크리트(62)의 상면에는 코핑부(70)를 일체로 시공하게 된다.

다음 도 4 내지 도 8을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 대구경 강관파일과 상부콘크리트를 이용한 일체형 교각 구조물의 시공방법을 설명한다.

도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 대구경 강관파일과 상부콘크리트를 이용한 일체형 교각 구조물의 시공방법을 도시한 공정도이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 대구경 강관파일과 상부콘크리트를 이용한 일체형 교각 구조물의 시공방법은 (a) 암반층에서부터 지반의 상부로 대구경 강관(50)의 일부가 노출되게 대구경 강관(50)을 설치하는 단계(S10), (b) 상기 대구경 강관(50)의 내부를 천공하면서 토사를 반출시키는 단계(S20), (c) 상기 대구경 강관(50)의 내부에 하부콘크리트(61)를 타설하는 단계(S30), (d) 상기 하부콘크리트(61)의 상부에 하부철근망(63a)을 배근하는 단계(S40), (e) 상기 대구경 강관(50)의 상면에 상기 대구경 강관(50)과 동일한 형상으로 거푸집(64)을 설치하는 단계(S50), (f) 상기 하부철근망(63a)의 상부에 상부철근망(63b)을 배근하는 단계(S60), (g) 상기 거푸집(64)의 내측에 상부콘크리트(62)를 타설하는 단계(S70), (h) 상기 상부콘크리트(62)의 상부에 슬래브를 지지하는 코핑부(7)를 시공하는 단계(S80)를 포함한다.

도 5는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 대구경 강관파일과 상부콘크리트를 이용한 일체형 교각 구조물의 시공방법을 단계별로 설명하는 단면도이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 상기 대구경 강관(50)은 암반층에 압입되어 설치되며, 이때 대구경 강관(50)은 암반층을 굴착하여 압입되고, 대구경 강관(50)의 하부는 암반층에 소정 깊이만큼 견고하게 시공된다(S10).

이때 대구경 강관(50)의 상부는 지반(GL)의 상부로 노출된다.

아울러 대구경 강관(50)의 내부는 천공기 등으로 토사층을 천공하면서 토사를 대구경 강관(50)의 외부로 반출하게 된다(S20).

도 6은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 대구경 강관파일과 상부콘크리트를 이용한 일체형 교각 구조물의 시공방법을 단계별로 설명하는 단면도이다.

도 6에 도시된 바와 같이, 상기 대구경 강관(50)의 내부에는 하부콘크리트(61)를 타설한다(S30).

아울러 하부콘크리트(61)의 타설 시 하부콘크리트(61)의 상부에는 하부철근망(63a)을 설치한다(S40). 이러한 하부철근망(63a)은 상부콘크리트(62)의 강성 및 인장력을 높이도록 설치된다.

도 7은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 대구경 강관파일과 상부콘크리트를 이용한 일체형 교각 구조물의 시공방법을 단계별로 설명하는 단면도이다.

도 7에 도시된 바와 같이, 상기 대구경 강관(50)의 상면에는 상부콘크리트(62)를 타설하기 위한 거푸집(64)을 설치한다(S50). 상기 거푸집(64)은 대구경 강관(50)과 동일한 형상으로 설치된다.

상기 하부철근망(63a)에는 상부철근망(64b)을 설치한다(S60). 이러한 상부철근망(63b)은 교각(61)의 상부 및 코핑부(70)에 대응되게 설치된다.

즉, 도 7(a) 및 도 7(b)에서와 같이, 상기 상부철근망(63b)은 하부철근망(63a)의 상단에서 교각(60)의 상단까지 연장 설치되며, 상부철근망(63b)은 코핑부(70)에 대응되게 설치된다.

도 8은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 대구경 강관파일과 상부콘크리트를 이용한 일체형 교각 구조물의 시공방법을 단계별로 설명하는 단면도이다.

도 8에 도시된 바와 같이, 상기 하부콘크리트(61)의 상부에는 상부콘크리트(62)를 타설한다(S70). 상기 상부콘크리트(62)는 내부에 상부철근망(63b)이 배근됨은 물론 거푸집(64)에 의해 안정되게 타설된다.

상기 하부콘크리트(61)와 상부콘크리트(62)로 이루어진 교각(60)의 상부에는 코핑부(70)를 일체로 시공한다(S80).

이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.

50: 대구경 강관 60: 교각
61: 하부콘크리트 62: 상부콘크리트
63: 철근 63a: 하부철근망
63b: 상부철근망 64: 거푸집
70: 코핑부

Claims (4)

1. 암반층으로부터 지반의 상부로 노출되게 시공되는 대구경 강관;
   상기 대구경 강관의 내부에 1차 타설된 하부콘크리트와 상기 하부콘크리트의 상부에 배근된 철근 및 거푸집에 의해 상부콘크리트가 소정 높이로 시공되는 교각;
   상기 교각의 상부에 일체로 시공되는 코핑부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 대구경 강관파일과 상부콘크리트를 이용한 일체형 교각 구조물.
2. 제1항에 있어서,
   상기 대구경 강관은 상기 암반층을 천공하여 상기 대구경 강관의 하부가 암반층에 매립되고,
   상기 대구경 강관은 지반의 상부로 소정 높이만큼 노출되게 시공되는 것을 특징으로 하는 대구경 강관파일과 상부콘크리트를 이용한 일체형 교각 구조물.
3. (a) 암반층에서부터 지반의 상부로 대구경 강관의 일부가 노출되게 대구경 강관을 설치하는 단계;
   (b) 상기 대구경 강관의 내부를 천공하면서 토사를 반출시키는 단계;
   (c) 상기 대구경 강관의 내부에 하부콘크리트를 타설하는 단계;
   (d) 상기 하부콘크리트의 상부에 하부철근망을 배근하는 단계;
   (e) 상기 대구경 강관의 상면에 상기 대구경 강관과 동일한 형상으로 거푸집을 설치하는 단계;
   (f) 상기 하부철근망의 상부에 상부철근망을 배근하는 단계;
   (g) 상기 거푸집의 내측에 상부콘크리트를 타설하는 단계;
   (h) 상기 상부콘크리트의 상부에 슬래브를 지지하는 코핑부를 시공하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 대구경 강관파일과 상부콘크리트를 이용한 일체형 교각 구조물 및 그 시공방법.
4. 제3항에 있어서,
   상기 (a)단계에서, 상기 대구경 강관은 암반층을 소정 깊이로 천공하여 상기 대구경 강관의 하부가 암반층에 매립하고,
   상기 대구경 강관의 상부는 지반으로부터 소정 높이만큼 노출되게 설치하는 것을 특징으로 하는 대구경 강관파일과 상부콘크리트를 이용한 일체형 교각 구조물의 시공방법.
   

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