KR20230010913A - 터널 및 지반보강용 고강도 gfrp 중공바의 정착 시공방법 및 그 시공장치 - Google Patents

터널 및 지반보강용 고강도 gfrp 중공바의 정착 시공방법 및 그 시공장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 터널 및 지반보강용 고강도 GFRP 중공바의 정착 시공방법에 관한 것으로, 터널 및 사면, 연약지반 보강공사와 같이 고강도 GFRP 중공바를 이용한 록볼트(Rock bolt), 소일네일(Soil naim), 마이크로파일(Micro file) 등의 시공 품질을 향상시킬 수 있다. 이를 위해 본 발명은, 보강지반의 천공홀에 시공되는 터널 및 지반보강용 고강도 GFRP 중공바의 정착 시공방법에 있어서, 상기 천공홀 내에 삽입하여 부분적으로 노출되며 둘레면에 나선부가 형성된 중공형 중공바; 상기 중공바에 끼워져 천공홀을 덮는 홀커버; 상기 중공바에 나선부를 따라 조립하여 상기 홀커버 외측에 밀착하는 고정너트; 상기 중공바의 내측 주입통로에 일단이 삽입되는 연결소켓; 상기 연결소켓의 타단에 나사 결합하는 주입구; 상기 주입구가 관통 삽입하여 슬라이딩되며 일측의 암나사부를 상기 나선부에 조립하여 내측에 수용되는 상기 연결소켓의 타측 단부에 밀착하여 상기 중공바에 고정시키는 고정캡; 상기 주입구와 그라우트 호스를 연결하기 위한 호스 어댑터;를 포함하여, 상기 천공홀에 중공바를 삽입하여 상기 천공홀 외측으로 부분 노출되는 중공바에 홀커버를 끼워 천공홀을 덮고 상기 중공바의 나선부를 따라 조립하여 상기 홀커버를 고정시키는 제 2 단계; 상기 중공바의 주입통로에 연결소켓의 선단 삽입부를 삽입하고, 상기 연결소켓의 타단 암나사부에 주입구의 선단 숫나사부가 나사 결합되며, 상기 주입구에 끼워져 슬라이딩되는 고정캡 일측의 암나사부를 상기 나선부에 조립하여 상기 고정캡이 내측에 수용되는 상기 연결소켓의 타측 단부에 밀착하면서 상기 중공바에 고정하고, 상기 주입구에 연결되는 호스 어댑터를 통해 그라우트 호스가 접속 가능한 제 3 단계; 상기 주입구 및 호스 어댑터 그리고 상기 중공바를 통해 천공홀에 그라우트를 주입하는 제 4 단계; 상기 중공바에서 상기 연결소켓 및 고정캡 그리고 호스 어댑터 및 그라우트 호스를 분리한 후, 상기 주입통로를 막아 그라우트 유출을 차단하는 제 5 단계;로 이루어지는 것을 특징으로 하는 터널 및 지반보강용 고강도 GFRP 중공바의 정착 시공방법을 제안한다.

Description

터널 및 지반보강용 고강도 GFRP 중공바의 정착 시공방법 및 그 시공장치{Fixing construction method of high-strength GFRP hollow bar for tunnel and ground reinforcement and its construction device}
본 발명은 터널 및 지반보강용 고강도 GFRP 중공바의 정착 시공방법에 관한 것으로, 터널 및 사면, 연약지반 보강공사와 같이 고강도 GFRP 중공바를 이용한 록볼트(Rock bolt), 소일네일(Soil naim), 마이크로파일(Micro file) 등의 시공 품질을 향상시킬 수 있는 터널 및 지반보강용 고강도 GFRP 중공바의 정착 시공방법 및 고강도 GFRP 중공바의 정착 시공장치에 관한 것이다.
일반적으로 지반 보강근은 터널이나 암반 절취, 연약 지반 등의 붕락을 방지하는 것으로, 터널이나 암반 등의 절취 및 보강 지반에 시공되는 록볼트(ock bolt), 토사 비탈면에 시공 및 보강하는 소일네일링(Soil Nailing), 기타 연약 지반을 보강하는 마이크로파일(Micro pile) 등의 공법이 있다. 대표적으로 록볼트는 도 1에서 도시된 바대로, 지반(굴착면)에 천공된 천공홀 속에 그라우트(Grout), 몰탈(Mortar), 밀크 등과 같은 시멘트계 정착재(이하 '그라우트'라 통칭함)와 함께 투입하여 정착시키고 너트 조임 등으로 시공된다.
이러한 록볼트 정착공법은 크게 록볼트의 선단을 그라우트로 정착시키는 선단 정착식, 록볼트 전장에 걸쳐 그라우트를 정착시키는 전면 정착식, 주름 튜브형태의 강관 팽창으로 인한 방사형 압력을 이용하여 정착시키는 팽창형 정착식, 또는 선단 정착식과 전면 정착식의 혼합식 등이 있다. 무엇보다도, 록볼트 시공방법은 그라우트의 주입 순서에 따라 그라우트 선주입공법과 그라우트 후주입공법으로 구분할 수 있다.
먼저, 그라우트 선주입공법은 천공홀에 그라우트를 우선 주입한 후 록볼트를 삽입하게 되는데, 그라우트의 주입작업이 용이하다. 하지만, 그라우트가 흘러내려 천단부의 완전한 충진이 불가하여 록볼트 설치 시공성이 불량하며, 그라우트의 흘러내림을 방지하기 위한 캡을 사용시 천공홀 내에 에어포켓(Air pocket, 갇힌 공기)현상으로 인해 록볼트의 삽입이 어렵고 그라우트의 충진상태를 확인하기가 곤란하며 현장 작업자의 숙련도에 따라 시공 품질이 크게 변동되는 문제점이 있었다.
다음, 그라우트 후주입공법은 천공홀에 주입호스가 연결된 록볼트를 투입한 다음 그라우트가 주입하게 되는데, 충진상태 확인이 가능하여 시공성이 양호하다. 다만, 도 1의 일측 확대도면에서처럼, 좁은 천공홀(약ø45mm) 속에 록볼트(약ø25mm) 및 몰탈(그라우트)를 공급하는 주입파이프(약ø16mm) 그리고 에어배출호스 등을 삽입하고 연결하는 작업이 추가적으로 요구됨은 물론 작업 공정이 지연되고 공사 비용이 증가하는 문제점이 있었다. 더욱이 록볼트(보강근, 이형봉강, 나사강봉 등)의 중량이 매우 무겁고 과도한 중량으로 인해 다수의 작업자 및 중장비를 필요로하며 안전사고의 발생위험성이 증가하며, 물론 록볼트의 길이(약 5m~22m)가 길이 질수록 위험성이 가중되는 문제점이 있었다. 이형봉강 표면에 부식방지를 위해 도포된 에폭시 코팅이 천공홀에 삽입시 마찰 및 손상되면서 부식(지하수)을 유발하여 그라우트 충진과 부착력이 저하되고 내구성 및 시공 품질이 불량해진다. 특히 팽창형 정착식의 경우, 고압의 유체 주입압력 및 주입장치 등이 요구되며 고압 유체 주입압력으로 인한 안전사고의 발생 위험성이 높아 각별한 주의가 요구된다.
이와 관련한 종래의 선행기술(특허문헌)로는 (특허문헌 0001) 국내 등록실용신안공보 제20-0305706호의 '시멘트몰타르 유출방지를 위한 락볼트 고정마개장치' (공고일자 2003년02월26일), (특허문헌 0002) 국내 등록특허공보 제10-1389330호의 '락볼트 천공홀 밀봉장치' (공고일자 2014년05월07일) 등이 이미 공지된 바에 있어서 이를 참조하면 좀 더 쉽게 이해가 될 것으로 사료되며, 이미 공지된 바에 따라 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
또 록볼트와 관련한 종래의 선행기술로써, (특허문헌 0003) 국내 등록특허공보 제10-1395868호의 '락볼트' (공고일자 2014년05월15일)가 공지된 바에 있다. 이는 천공홀이 형성된 암반에 삽입되며 내부에 관통홀이 형성되고, 상기 관통홀을 따라 주입되는 몰탈이 상기 관통홀과 천공홀에 채워진 후 경화되어 암반이 붕괴되지 않도록 지지하는 본체부; 상기 본체부와 결합하며, 암반에 밀착되는 플레이트; 및 상기 본체부와 결합하며, 상기 플레이트가 암반에 밀착되도록 고정시키는 체결부 등으로 구성된다. 그런데, 상기의 (특허문헌 0003)은 정착재(그라우트, 몰탈, 밀크 등)를 주입시 락볼트가 밀려나오거나 막힘 현상 또는 락볼트 중공 및 주입 지그 내에서 탈수현상이 예상되며, 락볼트의 제작 및 설치가 까다로워 시공성이 불량해지며 생산성이 저하되어 비실용적이고 제조원가가 상승하는 등의 비경제적인 문제점을 내포하고 있다.
국내 등록실용신안공보 제20-0305706호의 '시멘트몰타르 유출방지를 위한 락볼트 고정마개장치' (공고일자 2003년02월26일) 국내 등록특허공보 제10-1389330호의 '락볼트 천공홀 밀봉장치' (공고일자 2014년05월07일) 국내 등록특허공보 제10-1395868호의 '락볼트' (공고일자 2014년05월15일)
본 발명의 목적은 터널 및 사면, 연약지반과 같은 다양한 보강지반의 천공홀 속에 나선형 중공바를 투입하고 천공홀 외측으로 부분 노출되는 중공바에 홀커버가 관통 결합하여 천공홀을 덮고 홀커버의 외측으로 노출되는 중공바에 주입지그(연결소켓, 주입구, 고정캡, 호스 어댑터)를 장착하고 이 주입지그에 그라우팅 호스를 결합시켜 중공바와 그라우팅 중공바를 동시에 정착 시공할 수 있는 터널 및 지반보강용 고강도 GFRP 중공바의 정착 시공방법 및 이를 위한 고강도 GFRP 중공바의 정착 시공장치를 제공하는 데 있다.
본 발명은, 보강지반의 천공홀에 시공되는 터널 및 지반보강용 고강도 GFRP 중공바의 정착 시공방법 및 고강도 GFRP 중공바의 정착 시공장치에 있어서, 상기 천공홀 내에 삽입하여 부분적으로 노출되며 둘레면에 나선부가 형성된 중공형 중공바; 상기 중공바에 끼워져 천공홀을 덮는 홀커버; 상기 중공바에 나선부를 따라 조립하여 상기 홀커버 외측에 밀착하는 고정너트; 상기 중공바의 내측 주입통로에 일단이 삽입되는 연결소켓; 상기 연결소켓의 타단에 나사 결합하는 주입구; 상기 주입구가 관통 삽입하여 슬라이딩되며 일측의 암나사부를 상기 나선부에 조립하여 내측에 수용되는 상기 연결소켓의 타측 단부에 밀착하여 상기 중공바에 고정시키는 고정캡; 상기 주입구와 그라우트 호스를 연결하기 위한 호스 어댑터;로 구성된 것을 특징으로 하는 터널 및 지반보강용 고강도 GFRP 중공바의 정착 시공방법 및 고강도 GFRP 중공바의 정착 시공장치를 제안한다.
또 본 발명에 따르면, 상기 중공바의 선단부에 결합하여 천공홀 내면에 고정시키기 위한 고정돌기들이 둘레면에 형성된 앵커;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따르면, 상기 주입통로의 입구에 삽입하여 그라우트의 유출을 차단하는 클로져;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
본 발명은, 보강지반의 천공홀에 시공되는 터널 및 지반보강용 고강도 GFRP 중공바의 정착 시공방법에 있어서, 상기 천공홀 내에 삽입하여 부분적으로 노출되며 둘레면에 나선부가 형성된 중공형 중공바; 상기 중공바에 끼워져 천공홀을 덮는 홀커버; 상기 중공바에 나선부를 따라 조립하여 상기 홀커버 외측에 밀착하는 고정너트; 상기 중공바의 내측 주입통로에 일단이 삽입되는 연결소켓; 상기 연결소켓의 타단에 나사 결합하는 주입구; 상기 주입구가 관통 삽입하여 슬라이딩되며 일측의 암나사부를 상기 나선부에 조립하여 내측에 수용되는 상기 연결소켓의 타측 단부에 밀착하여 상기 중공바에 고정시키는 고정캡; 상기 주입구와 그라우트 호스를 연결하기 위한 호스 어댑터;를 포함하여, 상기 천공홀에 중공바를 삽입하여 상기 천공홀 외측으로 부분 노출되는 중공바에 홀커버를 끼워 천공홀을 덮고 상기 중공바의 나선부를 따라 조립하여 상기 홀커버를 고정시키는 제 2 단계; 상기 중공바의 주입통로에 연결소켓의 선단 삽입부를 삽입하고, 상기 연결소켓의 타단 암나사부에 주입구의 선단 숫나사부가 나사 결합되며, 상기 주입구에 끼워져 슬라이딩되는 고정캡 일측의 암나사부를 상기 나선부에 조립하여 상기 고정캡이 내측에 수용되는 상기 연결소켓의 타측 단부에 밀착하면서 상기 중공바에 고정하고, 상기 주입구에 연결되는 호스 어댑터를 통해 그라우트 호스가 접속 가능한 제 3 단계; 상기 주입구 및 호스 어댑터 그리고 상기 중공바를 통해 천공홀에 그라우트를 주입하는 제 4 단계; 상기 중공바에서 상기 연결소켓 및 고정캡 그리고 호스 어댑터 및 그라우트 호스를 분리한 후, 상기 주입통로를 막아 그라우트 유출을 차단하는 제 5 단계;로 이루어지는 것을 특징으로 하는 터널 및 지반보강용 고강도 GFRP 중공바의 정착 시공방법을 제안한다.
본 발명은 고강도 GFRP 중공바를 보강지반의 천공홀 속에 설치하고 그라우팅 호스를 연결하여 쉽고 간편하게 작업 가능하며 특히, 터널 공사와 같은 보강지반의 굴착면에 대한 여러 방향의 천공홀에 안정적으로 정착 시공 가능함은 물론 가벼워 취급이 용이하고 작업성이 향상되며 우수한 시공 품질을 제공하고 부식의 염려가 없고 생산원가를 절감하여 공사비용을 낮추는 등 매우 경제적인 효과가 있다. 그리고 고강도 GFRP 중공바를 보강지반의 천공홀 속에 투입한 상태에서 동시에 그라우팅 정착 시공 가능하여 작업시간을 현저히 단축시켜 생산성이 향상되며, 중공바와의 부착(고정)력 및 인발저항력을 증대시켜 시공 품질 및 정착 신뢰도가 향상되며, 시공된 중공바의 낙하 방지는 물론 낙반 등의 안전사고를 미연에 방지할 수 있는 등의 다양한 효과를 가진다.
본 발명은 중공바를 통해 천공홀에 그라우트를 주입한 후 클로져로 주입통로의 입구를 차단하여 그라우트의 누설을 방지하므로 중공바 중공현상 및 주입통로 내에서 탈수현상을 방지하여 그라우트의 강도 저하를 예방하고 시공성능 및 공사품질이 향상되는 효과를 제공한다.
본 발명은 중공바는 선단부에 결합된 앵커로 천공홀 내측 중심부에 안정적으로 고정된 상태에서 이탈을 방지하여 그라우트를 천공홀 속에서부터 골고루 균일하게 주입 가능하고 그라우팅 시공 품질이 보장되는 효과가 있다.
도 1은 일반적인 터널 공사중인 보강지반을 따라 그라우팅 록볼트가 시공된 상태를 개략적으로 도시한 단면도임.
도 2는 본 발명의 일실시 예에 따른 터널 및 지반보강용 고강도 GFRP 중공바의 정착 시공장치(100)의 구성요소를 분리하여 도시한 사시도임.
도 3은 본 발명의 일실시 예에 따른 터널 및 지반보강용 고강도 GFRP 중공바의 정착 시공장치(100)를 단면으로 도시한 정면도임.
도 4는 본 발명의 일실시 예에 따른 터널 및 지반보강용 고강도 GFRP 중공바의 정착 시공방법을 단계별로 도시한 흐름도임.
도 5는 천공홀(P)에 중공바(110)가 설치된 모습을 도시한 도면임.(S2단계)
도 6은 상기 도 5의 중공바(110)에 주입지그{연결소켓(140) 및 주입구(150) 그리고 고정캡(160)}를 체결하는 모습을 도시한 도면임.(S3단계)
도 7은 상기 도 7의 주입구(150)에 호스 어댑터(170) 및 그라우팅 호스(GH)가 결합하여 그라우트를 주입하는 모습을 도시한 도면임.(S4단계)
도 8 및 도 9는 본 발명의 일실시 예에 따른 중공바(110)의 주입통로(112)에 클로져(200)를 삽입하여 차단 및 완료하는 모습을 도시한 사용상태도임.(S5단계)
이하 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 각 도면을 참조하여 설명하는 실시 예의 구성 요소가 해당 실시 예에만 제한적으로 적용되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상이 유지되는 범위 내에서 다른 실시 예에 포함되도록 구현될 수 있으며, 또한 별도의 설명이 생략될지라도 복수의 실시 예가 통합된 하나의 실시 예로 다시 구현될 수도 있음은 당연하다.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일하거나 관련된 참조 부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니며, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
먼저, 본 발명의 터널 및 지반보강용 고강도 GFRP 중공바의 정착 시공장치(100)는, 보강지반(B)의 천공홀(P)에 시공되는 터널 및 지반보강용 고강도 GFRP 중공바의 정착 시공방법 및 고강도 GFRP 중공바의 정착 시공장치에 있어서, 상기 천공홀(P) 내에 삽입하여 부분적으로 노출되며 둘레면에 나선부(111)가 형성된 중공형 중공바(110); 상기 중공바(110)에 끼워져 천공홀(P)을 덮는 홀커버(120); 상기 중공바(110)에 나선부(111)를 따라 조립하여 상기 홀커버(120) 외측에 밀착하는 고정너트(130); 상기 중공바(110)의 내측 주입통로(112)에 일단이 삽입되는 연결소켓(140); 상기 연결소켓(140)의 타단에 나사 결합하는 주입구(150); 상기 주입구(150)가 관통 삽입하여 슬라이딩되며 일측의 암나사부(161)를 상기 나선부(111)에 조립하여 내측에 수용되는 상기 연결소켓(140)의 타측 단부에 밀착하여 상기 중공바(110)에 고정시키는 고정캡(160); 상기 주입구(150)와 그라우트 호스(GH)를 연결하기 위한 호스 어댑터(170);로 구성된 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 특징을 가지는 터널 및 지반보강용 고강도 GFRP 중공바의 정착 시공방법 및 고강도 GFRP 중공바의 정착 시공장치(100)를 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명의 일실시 예에 따른 터널 및 지반보강용 고강도 GFRP 중공바의 정착 시공장치(100)의 구성요소를 분리하여 도시한 사시도이며, 도 3은 본 발명의 일실시 예에 따른 터널 및 지반보강용 고강도 GFRP 중공바의 정착 시공장치(100)를 단면으로 도시한 정면도이다.
본 발명의 일실시 예에 따른 터널 및 지반보강용 고강도 GFRP 중공바의 정착 시공방법 및 고강도 GFRP 중공바의 정착 시공장치(100)는 도 2 및 도 3에 도시된 바대로, 천공홀(P)에 중공형 중공바(110)를 통해 그라우트(Grout)를 주입 및 정착 시공하기 위한 것으로, 도 2에서 도시된 바와 같이, 중공바(110), 홀커버(120) 및 고정너트(130), 연결소켓(140), 주입구(150), 고정캡(160), 호스 어댑터(170) 등을 구성으로 한다.
중공바(110)는 중앙에 중심선(길이) 방향으로 주입통로(112)가 형성된 중공 형태이고 보강지반(B)의 천공홀(P) 내에 삽입되어 부분적으로 노출되도록 연장 형성된다. 중공바(110)의 둘레면에 형성된 나선부(111)에 의해 그라우트와의 접촉면적을 확장하여 접합력(고정력)이 증대될 수 있다. 중공바(110)는 일측을 천공홀(P)에 삽입하여 타측 단부가 천공홀(P)의 바깥으로 부분 노출된 상태에서 홀커버(120)를 중공바(110)에 끼우고 고정너트(130)를 결합시켜 보강지반(B)에 밀착 고정할 수 있다.
바람직하게 중공바(110)는 폴리에스텔 수지에 유리 수지를 혼합하여 경화(硬化)시킨 것으로, 가볍고 내(부)식성이 탁월하며 내열성이나 물리(기계)적 강도가 우수한 유리 섬유 강화 플라스틱(GFRP, Glass Fiber Reinforced Plastics) 또는 유리 섬유 강화 폴리머(GFRP, Glass Fiber Reinforced Polymer)를 포함하여 중공형 그라우팅 중공바의 정착 시공품질을 향상시킬 수 있다. 또는 강도 및 내식성이 우수한 스테인리스(SUS) 재질의 금속부재를 더 포함한다.
여기서, 천공홀(P)에 삽입된 중공바(110)가 임의대로 분리되지 않도록 고정하는 앵커(Anchor,115)가 중공바(110)의 선단부에 구비된다.
본 발명에 따르면, 상기 중공바(110)의 선단부에 결합하여 천공홀(P) 내면에 고정시키기 위한 고정돌기(116)들이 둘레면에 형성된 앵커(115);를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
앵커(Anchor, 115)는 중공의 실린더 형태로 중공바(110)에 끼워지고 둘레면에 고정돌기(116)들이 비늘 형태로 비스듬히 돌출 형성하여 천공홀(P) 내에 단단히 고정할 수 있다. 그리고 중공바(110)의 일측 끝 부분에 끼워지고 철사나 타이(Tie)등과 같은 고정구로 단단히 묶어 고정하거나 또는 나선부(111)에 대응하는 나사 형태의 실린더로 형성하여 중공바(110)에 직접 나사 조립할 수도 있다. 고정돌기(116)는 앵커(115)의 표면을 'ㄷ'자 형태로 부분 절개하여 바깥쪽으로 비스듬한 경사면으로 절곡 형성된다.
앵커(115)는 중공바(110)가 전진하여 천공홀(P) 속으로 진입시에는 고정돌기(116)가 천공홀 내면과의 접촉(저항)력에 의해 탄력적으로 오므려지면서 경사면을 따라 원만히 진입 가능하다. 이후 중공바(110)가 역으로 후진시에는 고정돌기(116)의 탄성 복원력에 의해 확장하므로 끝 부분이 천공홀(P) 내면에 걸쳐지면서 고정력이 작용하여 천공홀(P)에 그라우트(G)를 주입시 주입압력을 견디고 중공바(110)가 이탈하지 않도록 단단히 고정할 수 있다. 앵커(115)는 천공홀(P)의 내부에 중공바(110)의 중심을 유지하여 그라우트가 천공홀 내에 골고루 균일하게 증착 시공할 수 있다.
또, 홀커버(120) 내측면의 씰링부재(125)를 투입하여 중공바(110)가 천공홀(P)의 중심에 위치하도록 고정하면서 그라우트(G)의 누설을 차단할 수 있다. 이때 씰링부재(125)는 그라우트(G)의 유출을 방지함과 함께 천공홀(P)의 내부 공기가 밖으로 빠져나갈 수 있어 그라우트(G) 주입이 원활히 이루어질 수 있게 되는 다공질성 스펀지(Sponge) 재질이 적합하다.
홀커버(120)는 중앙의 구멍(121)이 중공바(110)에 끼워져 일측면이 보강지반(B)에 접촉하고 나선부(111)에 조립되는 고정너트(130)로 밀착 고정하여 천공홀(P)을 덮을 수 있다. 고정너트(130)는 내면에 나선부(111)에 대응하는 암나사부(131)를 형성하여 나선부(111)를 따라 나사 조립할 수 있다. 또 홀커버(120)는 타측면에 구멍(121)이 관통하는 밀착부(122)가 돌출 형성하여 고정너트(130)의 일측 돌출부(132)로 밀착부(122)를 밀착시켜 가압할 수 있다. 이때 밀착부(122) 및 돌출부(132)는 반원형으로 접촉면을 형성하므로써, 보강지반(B)의 불규칙한 접촉면에 홀커버(120)가 자연스럽게 밀착할 수 있다.
연결소켓(140)은 일단의 삽입부(141)가 주입통로(112)에 삽입되고, 타측 단부에 형성된 암나사부(142)에 주입구(150)이 결합할 수 있다. 삽입부(141)는 '∠'형태 또는 요철(凹凸) 형태의 테두리를 길이방향으로 반복되게 다단 형성하여 주입통로(112)에 긴밀하게 삽입된다. 이때 중공바(110)는 주입통로(112)의 일측 입구가 안쪽으로 갈수록 지름이 축소되는 테이퍼(Taper)로 형성하여 연결소켓(140)의 삽입부(141)가 주입통로(112) 속으로 진입할수록 점차 긴밀하게 밀착 및 고정되어 누설을 방지할 수 있다. 연결소켓(140)은 외면 일측에 손잡이(165)를 구비하여 나사 조립 또는 분리가 용이하도록 구성된다. 한편, 손잡이(165)는 탈착이 용이한 고리 형태로 형성되어 중공바 정착 시공장치(100)를 주변 작업장비나 구조물 등에 와이어로 매달 수 있는 아이볼트(Eye bolt)를 포함한다.
주입구(150)는 일단에 암나사부(142)에 조립되는 숫나사부(151)를 형성하여 연결소켓(140)에 결합되고 일정한 길이로 연장하여 타단에는 암나사부(152)가 형성된다. 이때 주입구(150)와 연결소켓(140)을 조립하기 이전에 고정캡(160)을 먼저 주입구(150)에 끼운 상태로 연결소켓(140)에 조립하게 된다.
고정캡(160)은 내부에 연결소켓(140)을 수용할 수 있을 정도의 충분한 공간이 형성되고 일측 내주연에는 나선부(111)에 대응하는 암나사부(161)를 형성하여 중공바(110)에 나사 결합된다. 그리고 고정캡(160)의 타측 중심 구멍(162)으로 주입구(150)가 관통 삽입되어 슬라이딩 가능하며 암나사부(161)가 나선부(111)에 조립되어 내측 공간에 수용되는 연결소켓(140)의 타단에 밀착하면서 연결소켓(140)이 이탈하지 않도록 고정할 수 있다.
호스 어댑터(170)는 주입구(150)와 그라우트 호스(GH)를 연결하기 위한 수단으로, 일측 단부를 주입구(150)에 연결하고 타측 단부에는 그라우팅 호스(GH)의 연결부를 삽입한 상태에서 양측 클램프 핸들(171)을 접어서 원터치 고정할 수 있는 통상의 호스 연결용 호스 어댑터 또는 조인트, 커플링 등을 포함한다.
레듀셔(175)는 호스 어댑터(170)와 주입구(150) 사이에 구비하여 지름이 서로 다른 관로(배관)를 직렬로 연결할 수 있도록 일단이 암나사부(152)에 대응하는 숫나사부(176)를 형성하고 타단으로 갈수록 지름을 확장 형성하여 호스 어댑터(170)가 나사 결합할 수 있다.
또한 본 발명에 따르면, 상기 주입통로(112)의 입구에 삽입하여 그라우트(G)의 유출을 차단하는 클로져(200);를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
후술되어질, 클로져(200)는 진입부(201)가 끝으로 갈수록 단면적(지름)이 축소 형성하여 주입통로(112) 속으로 잘 끼워지고 진입부(201) 일측에 다단으로 형성된 둥근 고리 형태의 돌출테(202)들과 돌출테(202)의 일측에 형성되는 나선형 돌출테(203)가 주입통로(112) 내면에 밀착하면서 긴밀하게 차단할 수 있다. 클로져(200)의 타단에 둥근 고리 형태의 미끄럼 방지형 손잡이(204)가 다단 형성된다.
다음으로 상기와 같이 구성되는 본 발명의 터널 및 지반보강용 고강도 GFRP 중공바의 정착 시공장치(100)에 의한 본 발명의 터널 및 지반보강용 고강도 GFRP 중공바의 정착 시공방법을 살펴보기로 한다.
본 발명에 따른 보강지반(B)의 천공홀(P)에 시공되는 터널 및 지반보강용 고강도 GFRP 중공바의 정착 시공방법은, 상기 천공홀(P) 내에 삽입하여 부분적으로 노출되며 둘레면에 나선부(111)가 형성된 중공형 중공바(110); 상기 중공바(110)에 끼워져 천공홀(P)을 덮는 홀커버(120); 상기 중공바(110)에 나선부(111)를 따라 조립하여 상기 홀커버(120) 외측에 밀착하는 고정너트(130); 상기 중공바(110)의 내측 주입통로(112)에 일단이 삽입되는 연결소켓(140); 상기 연결소켓(140)의 타단에 나사 결합하는 주입구(150); 상기 주입구(150)가 관통 삽입하여 슬라이딩되며 일측의 암나사부(161)를 상기 나선부(111)에 조립하여 내측에 수용되는 상기 연결소켓(140)의 타측 단부에 밀착하여 상기 중공바(110)에 고정시키는 고정캡(160); 상기 주입구(150)와 그라우트 호스(GH)를 연결하기 위한 호스 어댑터(170);를 포함하여, 상기 천공홀(P)에 중공바(110)를 삽입하여 상기 천공홀(P) 외측으로 부분 노출되는 중공바(110)에 홀커버(120)를 끼워 천공홀(P)을 덮고 상기 중공바(110)의 나선부(111)를 따라 조립하여 상기 홀커버(120)를 고정시키는 제 2 단계(S2); 상기 중공바(110)의 주입통로(112)에 연결소켓(140)의 선단 삽입부(141)를 삽입하고, 상기 연결소켓(140)의 타단 암나사부(142)에 주입구(150)의 선단 숫나사부(151)가 나사 결합되며, 상기 주입구(150)에 끼워져 슬라이딩되는 고정캡(160) 일측의 암나사부(161)를 상기 나선부(111)에 조립하여 상기 고정캡(160)이 내측에 수용되는 상기 연결소켓(140)의 타측 단부에 밀착하면서 상기 중공바(110)에 고정하고, 상기 주입구(150)에 연결되는 호스 어댑터(170)를 통해 그라우트 호스(GH)가 접속 가능한 제 3 단계(S3); 상기 주입구(150) 및 호스 어댑터(170) 그리고 상기 중공바(110)를 통해 천공홀(P)에 그라우트(G)를 주입하는 제 4 단계(S4); 상기 중공바(110)에서 상기 연결소켓(140) 및 고정캡(160) 그리고 호스 어댑터(170) 및 그라우트 호스(GH)를 분리한 후, 상기 주입통로(112)를 막아 그라우트 유출을 차단하는 제 5 단계(S5);로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
도 4는 본 발명의 일실시 예에 따른 터널 및 지반보강용 고강도 GFRP 중공바의 정착 시공방법을 단계별로 도시한 흐름도이다. 그리고 도 5는 천공홀(P)에 중공바(110)가 설치된 모습을 도시한 도면이다.(S2단계) 도 6은 상기 도 5의 중공바(110)에 주입지그{연결소켓(140) 및 주입구(150) 그리고 고정캡(160)}를 체결하는 모습을 도시한 도면이다.(S3단계) 도 7은 상기 도 7의 주입구(150)에 호스 어댑터(170) 및 그라우팅 호스(GH)가 결합하여 그라우트를 주입하는 모습을 도시한 도면이다.(S4단계)
먼저 도 4에 도시된 바대로, 터널 및 사면, 연약지반 등의 보강지반(B)에 굴착장비를 사용하여 천공홀(P)을 일정 깊이로 천공한다.(S1단계)
다음 도 4 및 도 5에서 도시된 바대로, 중공바(110)를 천공홀(P) 속에 삽입되고 중공바(110)에는 홀커버(120)와 고정너트(130)가 순서대로 결합되며, 홀커버(120)가 보강지반(B)에 밀착하여 천공홀(P)의 입구를 차단할 수 있다.(S2단계) 중공바(110)를 천공홀(P) 속에 충분히 삽입하여 일측 선단부가 천공홀(P)의 안쪽 바닥면에 닿지않도록 일정 간격 이격한 상태에서 타측 단부는 천공홀(P) 바깥으로 부분 노출하게 된다. 이때 중공바(110)는 선단부에 구비된 앵커(115)가 천공홀(P) 내면에 탄성적으로 밀착하면서 중심을 안정적으로 유지한 채 견고히 고정할 수 있다.
이후 도 4 및 도 6에 도시된 바대로, 중공바(110)에 외측 단부에 주입지그{연결소켓(140), 주입구(150), 고정캡(160)} 및 호스 어댑터(170)를 체결하여 견고히 고정된다.(S3단계) 연결소켓(140)을 중공바(110)의 주입통로(112)에 충분히 삽입하고 고정캡(160)을 관통하는 주입구(150)의 선단 숫나사부(151)를 암나사부(152)에 연결하여 고정한다. 이어 고정캡(160)이 주입구(150)를 따라 슬라이딩 전진하여 암나사부(161)가 나선부(111)에 조립되므로 연결소켓(140)을 중공바(110)에 재차 견고히 고정할 수 있다. 또는 주입지그는 주입구(150)에 고정캡(160)이 관통하여 끼워지고 연결소켓(140)이 미리 조립된 상태에서 한번에 연결소켓(140)을 중공바(110)에 삽입하여 고정캡(160)으로 고정할 수도 있어 편리하고 작업시간을 단축할 수 있다.
다음 도 4 및 도 7에 도시된 바대로, 주입구(150)에 결합되는 호스 어댑터(170)에 그라우팅 호스(GH)를 연결하여 그라우트(G)를 천공홀(P)에 주입할 수 있다.(S4단계) 이때 씰링부재(125)는 천공홀(P) 내부로 주입되는 그라우트 주입압력에 의해 내부 공기가 통과하여 보강지반(B)과 홀커버(120) 사이의 틈으로 외부 유출 가능하므로 그라우트(G)의 주입이 원활해짐과 함께 그라우트(G)의 외부 유출을 차단할 수 있다.
위와 같이, 그라우트 주입 작업이 완료된 후에는 중공바(110)로부터 주입지그{연결소켓(140) 및 주입구(150) 그리고 고정캡(160)}를 분리한 후, 주입통로(112)를 막아 마감처리하여 그라우트 주입을 완료한다.(S5단계) 이때 중공바(110)를 통해 역으로 그라우트(G)가 외부로 유출되지 않도록 차단할 수 있다.
도 8 및 도 9는 본 발명의 일실시 예에 따른 중공바(110)의 주입통로(112)에 클로져(200)를 삽입하여 차단 및 완료하는 모습을 도시한 사용상태도이다.(S5단계)
도 8 및 도 9에서 도시된 바 대로, 제 5 단계에서는 중공바(110)의 주입통로(112)에 클로져(200)를 신속히 삽입하여 그라우트(G)의 유출을 방지할 수 있다. 클로져(200)는 주입통로(112)에 적당한 깊이로 삽입한 후, 중공바(110)의 바깥으로 노출되는 불필요한 부분을 절단날(C)로 잘라 마감 처리할 수 있다. 이처럼 클로져(200)에 의해 주입통로(112)가 차단된 상태에서 일정 시간 동안 그라우트(G)의 안정적인 정착(양생)이 가능하며, 중공바(110)의 중공현상 및 주입통로 내에서 탈수현상을 방지하여 그라우트(G)의 강도 저하를 예방하고 시공성능 및 공사품질을 한층더 향상시킬 수 있다.
이후 천공홀(P) 속의 그라우트(G)가 정착(양생)되도록 충분한 시간이 경과하여 충분히 경화된 후에 고정너트(130)를 고정 해제하고 홀커버(120)를 중공바(110)로부터 분리하게 된다.
한편, 중공바(110)의 타단부에 홀커버(120)와 고정너트(130) 그리고 주입지그{연결소켓(140), 주입구(150), 고정캡(160)} 및 호스 어댑터(170)를 모두 조립한 상태로 중공바(110)를 천공홀(P) 속에 투입하여 할 수도 있다. 즉, 본 발명의 일실시 예에 따른 터널 및 지반보강용 고강도 GFRP 중공바의 정착 시공방법 및 고강도 GFRP 중공바의 정착 시공장치(100)는 중공바(110)에 홀커버(120) 및 고정너트(130), 연결소켓(140), 주입구(150), 고정캡(160), 호스 어댑터(170)의 구성요소를 현장에서 순서대로 조립하거나 또는 일부 구성요소{연결소켓(140), 주입구(150), 고정캡(160), 레듀셔(175)} 및 호스 어댑터(170)를 1차 조립한 상태로 중공바(110)와 현장 설치할 수도 있어 매우 실용적이고 작업성이 우수하다.
100: 터널 및 지반보강용 고강도 GFRP 중공바의 정착 시공장치
110: 중공바 115: 앵커
120: 홀커버 130: 고정너트
140: 연결소켓 150: 주입구
160: 고정캡 170: 호스 어댑터
200: 글로져 G: 그라우트
P: 천공홀

Claims (4)

  1. 보강지반(B)의 천공홀(P) 내에 시공되는 터널 및 지반보강용 고강도 GFRP 중공바의 정착 시공장치에 있어서,
    상기 천공홀(P) 내에 삽입하여 부분적으로 노출되며 둘레면에 나선부(111)가 형성된 중공형 중공바(110);
    상기 중공바(110)에 끼워져 천공홀(P)을 덮는 홀커버(120);
    상기 중공바(110)에 나선부(111)를 따라 조립하여 상기 홀커버(120) 외측에 밀착하는 고정너트(130);
    상기 중공바(110)의 내측 주입통로(112)에 일단이 삽입되는 연결소켓(140);
    상기 연결소켓(140)의 타단에 나사 결합하는 주입구(150);
    상기 주입구(150)가 관통 삽입하여 슬라이딩되며 일측의 암나사부(161)를 상기 나선부(111)에 조립하여 내측에 수용되는 상기 연결소켓(140)의 타측 단부에 밀착하여 상기 중공바(110)에 고정시키는 고정캡(160);
    상기 주입구(150)와 그라우트 호스(GH)를 연결하기 위한 호스 어댑터(170);로 구성된 것을 특징으로 하는 터널 및 지반보강용 고강도 GFRP 중공바의 정착 시공장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 중공바(110)의 선단부에 결합하여 천공홀(P) 내면에 고정시키기 위한 고정돌기(116)들이 둘레면에 형성된 앵커(115);를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 터널 및 지반보강용 고강도 GFRP 중공바의 정착 시공장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 주입통로(112)의 입구에 삽입하여 그라우트(G)의 유출을 차단하는 클로져(200);를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 터널 및 지반보강용 고강도 GFRP 중공바의 정착 시공장치.
  4. 보강지반(B)의 천공홀(P)에 시공되는 터널 및 지반보강용 고강도 GFRP 중공바의 정착 시공방법에 있어서,
    상기 천공홀(P) 내에 삽입하여 부분적으로 노출되며 둘레면에 나선부(111)가 형성된 중공형 중공바(110); 상기 중공바(110)에 끼워져 천공홀(P)을 덮는 홀커버(120); 상기 중공바(110)에 나선부(111)를 따라 조립하여 상기 홀커버(120) 외측에 밀착하는 고정너트(130); 상기 중공바(110)의 내측 주입통로(112)에 일단이 삽입되는 연결소켓(140); 상기 연결소켓(140)의 타단에 나사 결합하는 주입구(150); 상기 주입구(150)가 관통 삽입하여 슬라이딩되며 일측의 암나사부(161)를 상기 나선부(111)에 조립하여 내측에 수용되는 상기 연결소켓(140)의 타측 단부에 밀착하여 상기 중공바(110)에 고정시키는 고정캡(160); 상기 주입구(150)와 그라우트 호스(GH)를 연결하기 위한 호스 어댑터(170);를 포함하여,
    상기 천공홀(P)에 중공바(110)를 삽입하여 상기 천공홀(P) 외측으로 부분 노출되는 중공바(110)에 홀커버(120)를 끼워 천공홀(P)을 덮고 상기 중공바(110)의 나선부(111)를 따라 조립하여 상기 홀커버(120)를 고정시키는 제 2 단계(S2);
    상기 중공바(110)의 주입통로(112)에 연결소켓(140)의 선단 삽입부(141)를 삽입하고, 상기 연결소켓(140)의 타단 암나사부(142)에 주입구(150)의 선단 숫나사부(151)가 나사 결합되며, 상기 주입구(150)에 끼워져 슬라이딩되는 고정캡(160) 일측의 암나사부(161)를 상기 나선부(111)에 조립하여 상기 고정캡(160)이 내측에 수용되는 상기 연결소켓(140)의 타측 단부에 밀착하면서 상기 중공바(110)에 고정하고, 상기 주입구(150)에 연결되는 호스 어댑터(170)를 통해 그라우트 호스(GH)가 접속 가능한 제 3 단계(S3);
    상기 주입구(150) 및 호스 어댑터(170) 그리고 상기 중공바(110)를 통해 천공홀(P)에 그라우트(G)를 주입하는 제 4 단계(S4);
    상기 중공바(110)에서 상기 연결소켓(140) 및 고정캡(160) 그리고 호스 어댑터(170) 및 그라우트 호스(GH)를 분리한 후, 상기 주입통로(112)를 막아 그라우트 유출을 차단하는 제 5 단계(S5);로 이루어지는 것을 특징으로 하는 터널 및 지반보강용 고강도 GFRP 중공바의 정착 시공방법.
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