KR20230076276A - 경사사면 보강기구 및 보강공법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 경사사면이 붕괴되는 것을 방지하기 위해 경사사면에 사용되는 경사사면 보강기구 및 보강공법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 불안정한 경사사면을 안정시킴으로써 사면의 붕괴를 근본적으로 차단할 수 있는 경사사면 보강기구 및 보강공법에 관한 것이다.

Description

경사사면 보강기구 및 보강공법{Device for reinforcing sloped ground and method of reinforcing sloped ground by using the same}

본 발명은 경사사면이 붕괴되는 것을 방지하기 위해 경사사면에 사용되는 경사사면 보강기구 및 보강공법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 불안정한 경사사면을 안정시킴으로써 사면의 붕괴를 근본적으로 차단할 수 있는 경사사면 보강기구 및 보강공법에 관한 것이다.

일반적으로 산악지형에 도로, 철도 등을 개설하는 경우나 단지를 조성하는 경우에 있어서는 산비탈면을 절취 또는 발파와 같은 방법에 의하여 일정 부분 절취해 냄으로써 도로나 단지 등이 형성될 수 있는 공간을 확보하게 되며, 이와 같은 토목 시공의 결과 산비탈 측면은 소정의 경사각을 갖는 경사사면으로서 존재하게 된다.

상기와 같이 이루어진 경사사면의 경우 별다른 보강 조치 없이 그대로 방치하게 되면, 폭우나 지진 등과 같은 여러 가지 자연 재해의 발생에 의하여 외부 하중이 증가하거나 지반이 약화됨으로써 낙석이나 토사 유실과 같은 현상이 일어날 우려가 있으며, 심한 경우에는 사면이 붕괴됨으로써 대형 참사로 이어질 수 있는 위험이 있게 된다.

따라서, 이러한 사면 붕괴 등으로 인한 피해를 미연에 방지하기 위하여 상기와 같은 경사면 상에는 다양한 형태의 보호 및 보강 공법이 행해짐이 일반적이다.

이러한 보강 공법은 일반적으로 나대지 경사면의 일부분을 깎아내어 그 부분에 잡석층을 뒷채움시킨 다음, 그 잡석층의 전방에 배수구를 형성시킨 대형 콘크리트 옹벽을 설치함으로써 수압은 감소시키고 콘크리트 옹벽에 의하여 배면의 토압이 지지되도록 한 방식이 있다.

또 다른 방식으로는, 착암기나 보링기를 사용하여 나대지 경사면에 다수 개의 구멍을 천공시키고, 이와 같이 천공된 구멍을 통하여 락앵커나 소일네일(soil nail)을 삽입시킴과 동시에 구멍을 통하여 삽입된 락앵커나 소일네일의 외측에 레진 또는 모르타르층을 그라우팅에 의하여 형성시킨 다음, 락앵커나 소일네일의 선단부가 돌출되는 경사면상에 숏크리트(shotcrete)를 일정한 두께로 타설함으로써, 경사면의 일부 토사를 하나의 보강단위체로 형성시켜 배면의 토압을 지지하도록 한 것이 알려져 있다.

그러나, 상기와 같은 종래의 콘크리트 옹벽은 나대지 경사면을 따라 비교적 대형의 콘크리트 옹벽을 설치하여야 할 뿐만 아니라, 콘크리트의 타설 후 콘크리트 옹벽이 충분히 굳어지기까지 빗물에 의한 표면유실, 하중이나 충격에 의한 콘크리트의 오손 및 파손 등이 발생하지 않도록 매우 엄격히 보호하고 관리하여야 하는 문제가 있었다.

또한, 시공이 완료된 후에도 시간의 경과에 따른 콘크리트 옹벽의 균열현상을 수시로 점검하여 그에 따른 적절한 보수작업을 해야 함으로써, 그 시공 및 유지관리에 매우 많은 비용이 소요되는 문제점이 있었다. 아울러, 시공할 수 있는 콘크리트 옹벽의 높이에 제한을 받기 때문에 경사면의 높이가 높을수록 콘크리트 옹벽을 시공하기가 어려운 문제점이 있었다.

더욱이, 콘크리트 옹벽과 숏크리트의 표면 자체에는 초, 목본식물이 생육할 수 없기 때문에 자연친화적이지 못하고, 외관상으로도 자연의 전체적인 경관을 해치는 요인으로 작용하는 문제점이 있었으며, 숏크리트의 상면에 일정 두께로 식생토를 도포하여 초, 목본식물을 심어놓더라도 초, 목본식물의 뿌리성장이 숏크리트에 의하여 제한을 받기 때문에 초, 목본식물이 잘 자라지 못하고 쉽게 고사하는 문제점이 있었다.

이에 따라 최근에는 경사사면을 PEM(Prestressed Earth Method) 옹벽시공방식으로 처리하는 추세이다. 이러한 PEM 옹벽시공방식은 소일네일에 공장 제작된 콘크리트 판을 볼트를 이용하여 고정시키는 방식이나, 이러한 방식은 소일네일 시공 시 시공위치 및 경사각이 정밀하지 않으면 판넬 고정 시 인접 판넬 간의 중복문제가 발생되어 시공이 어려우며, 시공기간이 많이 소요된다는 문제점이 있었다. 즉, 콘크리트 판에 대한 소일네일의 각도가 비가동적이므로 시공이 어려웠으며, 콘크리트 판의 자중이 크므로 시공이 어려웠다.

한편, 산악 지역에 도로나 철도 공사를 수행하는 경우에 도로나 철도의 좌우에 옹벽을 설치하는 방법 등으로 산사태나 낙석의 발생을 방지하는 것이 필수적이며, 그 후위부에 성토재로 뒷채움을 수행하여 침하 및 붕괴를 방지하게 된다. 이와 같이 연약 지반 상에 축조된 구조물의 안정성을 위하여 연약 지반을 보강할 경우나, 또는 지중에 설치된 구조물을 보호하기 위하여 지중 구조물 주변을 보강할 경우나, 또는 교대 및 옹벽의 후위부를 보강할 경우와 같은 다양한 경우에 일반적인 성토재로 뒷채움을 수행하게 된다.

일반적인 연약지반 안정화 공법에서 일반적인 성토재로서 암, 풍화토를 주재료로 사용하고 있으며 성토재의 건조단위중량이 1.8 ton/m³으로 연약 지반 상에 성토될 경우에 그 하중에 의한 침하량이 크게 발생되는 문제점이 있다. 또한 장기적인 잔류 침하량도 크게 발생하여 침하량을 관리하기 위한 추가적인 별도의 안정화 공법이 필요하게 되며 그에 따른 공사 기간의 연장이 불가피하게 되는 문제점이 있다.

또한, 기존에는 옹벽이나 교대의 축조 시 그 후위부의 뒷채움재로서 일반 토사를 그대로 사용하여 왔다. 그러나 일반 토사의 경우에 비중이 크기 때문에 큰 토압이 옹벽에 작용하게 되어 옹벽이 무너지는 문제가 있었고, 기존 구조물 등의 지반에 채움 주입 후 외기에 접하고 있어 건조 우려가 있는 곳에서도 그라우트 중 수분 이후 강도 저하가 거의 없으면서, 지하 구조물의 안정을 위해 조기 강도도 충분한 그라우트재 개발이 필요하다.

또한, 종래의 그라우트, 특히 규산계 그라우트에서는 경화제로 사용되는 알칼리 성분의 용탈로 인하여 부피가 감소되는 문제가 발생하므로, 이에 대한 개선이 필요하다.

1. 한국 공개특허 제10-2006-0023600호 2. 한국 등록특허 제10-0420472호 3. 한국 등록특허 제10-10427020호 4. 한국 공개특허 제10-2002-0018684호 5. 한국 등록실용신안 제20-0352267호

따라서, 본 발명은 도로 측방 등에 위치한 사면을 견고하게 보강함으로써 그 지지력을 극대화시켜 토압이나 수압의 상승으로 인해 지반 거동이 크게 발생하더라도 사면이 붕괴되는 것을 억제시킬 수 있으면서, 기존 구조물 등의 지반에 채움 주입 후 외기에 접하고 있어 건조 우려가 있는 곳에서도 그라우트 중 수분 이후 강도 저하가 거의 없고, 지하 구조물의 안정을 위해 조기 강도도 충분할 뿐 아니라, 시간 경과 후에도 체적이 감소하지 않는 그라우트재를 이용한 경사사면 보강기구 및 이를 이용한 경사사면 보강공법을 제공하고자 한다.

본 발명의 일 측면은 지반 자체의 전단강도를 증대시키기 위해 경사사면의 경사면에 수직방향으로 그 선단이 삽입되고, 상기 선단에 대응되는 후단이 경사사면의 외부로 노출되는 복수 개의 수평 바; 길이 방향을 따라 복수 개의 체결 홈이 형성되고, 상기 경사사면의 경사면을 따라 동일선상에 배치된 복수 개의 수평 바의 후단을 상기 체결 홈으로 내삽시켜 상기 수평 바를 경사사면에 고정시키는 수직 바; 상기 경사사면에 삽입된 수평 바의 외면과 상기 수평 바가 삽입될 수 있도록 경사사면에 천공된 수평바 삽입홀의 내주면 사이에 구비된 그라우트; 및 상기 수평 바의 외주면에 구비되어 상기 그라우트와의 접촉면적을 증가시키기 위한 방사형 돌기를 포함하는 경사사면 보강기구로서, 상기 복수 개의 수평 바는 수직 바에 의해 지면 방향으로 끌어당겨져 전체적으로 하부 방향으로 이동되며, 상기 수직 바는 수평 바가 지면 방향으로 끌어당겨진 상태를 유지하도록 그 말단이 지면에 결합되어 고정되며, 상기 그라우트는 (a) 물 30-80 중량% 및 시멘트 20-70 중량%로 구성된 A액, 및 (b) 물 10-55 중량%, 경화제 40-85 중량%, 무기 산화물 첨가제 1-5 중량%, 유기 고분자 첨가제 1-3 중량%, 유리 비드 1-3 중량%로 구성된 B액을 부피비 5-7 : 1로 포함하는 2액형 뒤채움용 그라우트 조성물을 서로 혼합하여 형성되고, 상기 무기 산화물은 실리카, 알루미나, 지르코니아, 산화티탄, 산화아연, 산화게르마늄, 산화인듐 및 산화주석 중에서 선택된 1종 이상이고, 상기 유기 고분자 첨가제는 폴리실란 및 폴리실록산 중에서 선택된 1종 이상인 경사사면 보강기구에 관한 것이다.

본 발명의 다른 측면은 경사사면에 일정간격으로 수평 바 삽입홀을 천공하고, 상기 수평 바 삽입홀에 수평 바를 삽입하는 단계; 상기 수평 바 삽입홀의 내주면과 수평 바의 외면 사이에 그라우트 조성물을 투입하고, 상기 그라우트를 형성시키는 단계; 상기 경사사면의 경사면을 따라 동일선상으로 배치되며 그 후단이 경사사면의 외부로 노출된 복수 개의 수평 바를 길이 방향을 따라 복수 개의 체결 홈이 형성된 수직 바의 체결 홈에 결합시키는 단계; 및 상기 수직 바를 지면 방향으로 끌어 당겨 수직 바의 하단을 지면에 고정시키는 단계를 포함하는 경사사면 보강공법으로서, 상기 그라우트 조성물은 (a) 물 30-80 중량% 및 시멘트 20-70 중량%로 구성된 A액, 및 (b) 물 10-55 중량%, 경화제 40-85 중량%, 무기 산화물 첨가제 1-5 중량%, 유기 고분자 첨가제 1-3 중량%, 유리 비드 1-3 중량%로 구성된 B액을 부피비 5-7 : 1로 포함하는 2액형 뒤채움용 그라우트 조성물이고, 상기 무기 산화물은 실리카, 알루미나, 지르코니아, 산화티탄, 산화아연, 산화게르마늄, 산화인듐 및 산화주석 중에서 선택된 1종 이상이고, 상기 유기 고분자 첨가제는 폴리실란 및 폴리실록산 중에서 선택된 1종 이상인 경사사면 보강공법에 관한 것이다.

본 발명에 의한 경사사면 보강기구를 사용하면, 토압이나 수압의 상승으로 인해 지반 거동이 발생되더라도 지반 자체의 전단강도를 증대시켜 경사사면의 붕과를 억제시킬 수 있으면서, 기존 구조물 등의 지반에 채움 주입 후 외기에 접하고 있어 건조 우려가 있는 곳에서도 그라우트 중 수분 이후 강도 저하가 거의 없고, 지하 구조물의 안정을 위해 조기 강도도 충분할 뿐 아니라, 시간 경과 후에도 체적이 감소하지 않는 효과를 달성할 수 있다.

도 1은 경사사면에 시공된 본 발명에 따른 경사사면 보강기구의 일 실시예를 나타내는 시공단면도이다.
도 2는 경사사면에 시공된 본 발명에 따른 경사사면 보강기구의 다른 실시예를 나타내는 시공단면도이다
도 3은 경사사면에 시공된 본 발명에 따른 경사사면 보강기구의 또 다른 실시예를 나타내는 시공단면도이다
도 4는 본 발명에 따른 경사사면 보강공법을 설명하기 위한 순서도이다.

본 발명의 일 측면은

지반 자체의 전단강도를 증대시키기 위해 경사사면의 경사면에 수직방향으로 그 선단이 삽입되고, 상기 선단에 대응되는 후단이 경사사면의 외부로 노출되는 복수 개의 수평 바;

길이 방향을 따라 복수 개의 체결 홈이 형성되고, 상기 경사사면의 경사면을 따라 동일선상에 배치된 복수 개의 수평 바의 후단을 상기 체결 홈으로 내삽시켜 상기 수평 바를 경사사면에 고정시키는 수직 바;

상기 경사사면에 삽입된 수평 바의 외면과 상기 수평 바가 삽입될 수 있도록 경사사면에 천공된 수평바 삽입홀의 내주면 사이에 구비된 그라우트; 및

상기 수평 바의 외주면에 구비되어 상기 그라우트와의 접촉면적을 증가시키기 위한 방사형 돌기를 포함하는 경사사면 보강기구로서,

상기 복수 개의 수평 바는 수직 바에 의해 지면 방향으로 끌어당겨져 전체적으로 하부 방향으로 이동되며, 상기 수직 바는 수평 바가 지면 방향으로 끌어당겨진 상태를 유지하도록 그 말단이 지면에 결합되어 고정되며,

상기 그라우트는 하기 A액과 하기 B액을 부피비 5-7 : 1로 포함하는 2액형 뒤채움용 그라우트 조성물을 서로 혼합하여 형성되고,

(a) 물 30-80 중량% 및 시멘트 20-70 중량%로 구성된 A액, 및

(b) 물 10-55 중량%, 경화제 40-85 중량%, 무기 산화물 첨가제 1-5 중량%, 유기 고분자 첨가제 1-3 중량%, 유리 비드 1-3 중량%로 구성된 B액,

상기 무기 산화물은 실리카, 알루미나, 지르코니아, 산화티탄, 산화아연, 산화게르마늄, 산화인듐 및 산화주석 중에서 선택된 1종 이상이고,

상기 유기 고분자 첨가제는 폴리실란 및 폴리실록산 중에서 선택된 1종 이상인 경사사면 보강기구에 관한 것이다.

본 발명의 다른 측면은 경사사면에 일정간격으로 수평 바 삽입홀을 천공하고, 상기 수평 바 삽입홀에 수평 바를 삽입하는 단계;

상기 수평 바 삽입홀의 내주면과 수평 바의 외면 사이에 그라우트 조성물을 투입하고, 상기 그라우트를 형성시키는 단계;

상기 경사사면의 경사면을 따라 동일선상으로 배치되며 그 후단이 경사사면의 외부로 노출된 복수 개의 수평 바를 길이 방향을 따라 복수 개의 체결 홈이 형성된 수직 바의 체결 홈에 결합시키는 단계; 및

상기 수직 바를 지면 방향으로 끌어 당겨 수직 바의 하단을 지면에 고정시키는 단계를 포함하는 경사사면 보강공법으로서,

상기 그라우트 조성물은 하기 A액과 하기 B액을 부피비 5-7 : 1로 포함하는 2액형 뒤채움용 그라우트 조성물이고,

(a) 물 30-80 중량% 및 시멘트 20-70 중량%로 구성된 A액, 및

(b) 물 10-55 중량%, 경화제 40-85 중량%, 무기 산화물 첨가제 1-5 중량%, 유기 고분자 첨가제 1-3 중량%, 유리 비드 1-3 중량%로 구성된 B액,

상기 무기 산화물은 실리카, 알루미나, 지르코니아, 산화티탄, 산화아연, 산화게르마늄, 산화인듐 및 산화주석 중에서 선택된 1종 이상이고,

상기 유기 고분자 첨가제는 폴리실란 및 폴리실록산 중에서 선택된 1종 이상인 경사사면 보강공법에 관한 것이다.

본 발명에 이용되는 물은 청수가 바람직하고, A액에 있어서 물의 함량이 80 중량%를 초과하는 경우에는, 전체 고형분 함량이 너무 적어 경화 후 강도가 낮아 그라우트재로서의 기능이 떨어지는 단점이 있고, 물의 함량이 30 중량% 미만의 경우에는 전체 용액의 농도가 너무 높아 압송이 어렵고 B액과 혼합이 어려워지는 문제점이 있을 수 있다.

일 구현예에 따르면, 상기 시멘트는 포틀랜드 시멘트이거나, 또는 포틀랜드 시멘트에 슬래그 파우더, 플라이 애쉬, 칼슘 화합물 중에서 선택된 1종 이상의 첨가제가 혼합된 기능성 시멘트이다.

A액에서 시멘트 함량은 20-70 중량%이어야 한다. 더욱 바람직하게는 25-60 중량%이다. 시멘트의 함량이 20 중량% 미만이면 강도가 약해 그라우트재로서의 기능이 발휘되지 못하고 70 중량%를 초과하면 A액의 유동성이 약해 장거리 압송이 곤란한 문제가 발생할 수 있다.

본 발명에서, 용어 "가소성" 또는 "가소상태"는 정치하고 있으면 자기유동성이 없지만 가압하면 유동성을 가지는 액체와 고체의 중간 상태를 의미한다.

본 발명에서, 용어 "경화제"는 당업계에서 그라우트 공법을 실시하는 과정에서 액체 또는 겔 상태로서 혼합용액의 강도가 발현되게 하기 위해 사용되는 물질을 의미한다.

일 구현예에 따르면, 상기 경화제는 규산 나트륨, 또는 규산 칼륨 중에서 선택된 1종 이상일 수 있다. 본 발명에서 B액의 경화제는 A액을 급결시키는 역할을 수행한다.

경화제의 함량은 B액 총 중량을 기준으로 40-85 중량%이고, 85 중량%를 초과하게 되면 겔화 시간이 느려지고 가소상태가 짧아지는 문제가 있으며, 40 중량% 미만이면 강도가 낮아 뒤채움 성능이 떨어지는 문제가 발생할 수 있다.

본 발명에서 사용 가능한 경화제 중 하나인 규산소다 또는 규산 나트륨은 KS규격(KS M 1415)에 따른 규산소다 1호, 2호 및 3호 등을 포함한다. 뿐만 아니라, 본 발명에서 사용 가능한 경화제에는 일반적으로 사용되는 규산소다 3호를 물로 희석 사용하거나 규산소다 제조공정에서 황산 등의 강산이나 개미산 등의 약산인 산성용액을 넣어 일부 중화시킨 특수 규산소다 용액을 모두 포함한다. 나아가서, 본 발명에서 사용 가능한 특수 규산소다 용액 경화제에는 대한민국 등록특허 제10-1224848호에 따른 경화제뿐 아니라, 이와 달리 공사현장이 아닌 규산소다 제조공정 중에 산성용액을 혼합하여 제조된 경화제도 포함한다.

또 다른 구현예에 따르면, 상기 조성물은 A액 및 B액을 부피비 5-7 : 1로 포함한다. A액과 B액의 부피비가 5 : 1 미만이면 B액의 농도가 너무 높아져 겔화 시간이 길어지는 원인이 될 수 있고, 부피비 7 : 1을 초과하는 경우에는 초기 강도가 너무 낮아 지하수압에 의해 씻겨나갈 수 있는 단점이 있다.

또 다른 구현예에 따르면, 상기 조성물은 겔화 시간이 20초 이내이고, 보다 바람직하게는 1-10초이고, 가장 바람직하게는 3-10초이다. A액과 B액이 혼합되어 겔화 시간이 20초보다 늦어지면 지하수가 흐르는 지하공동에 그라우트재가 주입될 때 가소 상태가 아닌 액상으로 주입되기 때문에 쉽게 유실되어 공동 채움이 되지 않는 문제점이 있을 수 있다.

또 다른 구현예에 따르면, 상기 조성물은 가소성 유지시간이 15-30분이고, 보다 바람직하게는 20-25분이다. 가소상태가 15분보다 짧으면 가소상태 유지시간이 짧아 뒤채움재가 지반의 깊은 공극까지 충분히 채워지기 전에 더 이상 유동하지 않고 굳어버리므로 공극이 그대로 남게 되는 단점이 있으며, 가소 상태가 30분보다 길어지게 되면 겔 강도가 너무 약해져 한정주입이 어렵고 재료의 손실이 많아지는 문제점이 있다.

또 다른 구현예에 따르면, 상기 조성물은 1시간 강도가 20-300 kPa이고, 보다 바람직하게는 30-200 kPa이다. 초기 강도인 1시간 강도가 20 kPa 미만일 경우에는 고수압의 지하수에 의해 가소 상태가 깨어지고 지하수에 씻겨나가므로 지하수의 흐름을 차단하기 어려운 문제점이 있으며, 300 kPa를 초과하면 가소상태 유지시간이 짧아져서 지하의 빈 공극을 완전히 메우기가 어려운 단점이 있다.

또 다른 구현예에 따르면, 상기 조성물은 28일 강도는 1.5-5 MPa이고, 보다 바람직하게는 1.7-4 MPa이다. 그라우트재의 28일 강도가 1.5 MPa 미만일 경우에는 지하구조물을 외부압력으로부터 보호하는 힘이 약하며, 5 MPa를 초과하는 경우에는 강도가 지나치게 높아 지하구조물의 재시공 과정에 어려움을 겪게 되는 문제점이 있다.

여러 종류의 물질과 다양한 조성 변경을 통해 수많은 실험을 수행한 결과, 위에 기재된 성분 모두를 위 기재된 수치 범위 내에서 혼합하여 사용 경우에야 비로소 위와 같은 그라우트의 물성이 나타날 뿐 아니라, 시간이 지남에 따라 체적이 미세하게 증가하는 것이 관찰될 정도로 체적감소 현상이 전혀 발생되지 않았으며, 다만 위 기재된 성분 중 하나라도 누락되거나 또는 위 기재된 수치 범위 밖의 조성을 사용하는 경우에는 위와 같은 조성물의 물성과 상기와 같은 체적변화 안정성은 동시에 달성될 수 없음을 확인하였다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들에 의한 경사사면 보강기구 및 보강공법을 상세하게 설명한다.

도 1은 경사사면에 시공된 본 발명에 따른 경사사면 보강기구의 일 실시예를 나타내는 시공단면도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 경사사면 보강기구는 지반 자체의 전단강도를 증대시키기 위해 일부가 경사사면에 노출되도록 경사사면에 삽입되는 복수 개의 수평 바(10), 및 상기 수평 바(10)의 정착력을 보강하기 위해 동일선상으로 서로 이웃한 수평 바(10)에 결합되는 수직 바(20)를 포함하며, 선택적으로 수평 바(10)와 수직 바(20)의 사이에 구비되어 수평토압을 분산시키는 차단판(미도시)을 더 포함할 수 있다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 경사사면 보강기구는 복수 개의 수평 바(10)를 포함한다.

상기 수평 바(10)는 경사사면에 위치한 지반 자체의 전단강도를 증대시키기 위해 구비되는 것으로서, 이를 위해 경사사면에 선단이 삽입되되 상기 선단에 대응되는 후단이 경사사면의 외부로 노출되도록 경사사면에 시공된다.

그리고 수평 바(10)로는 시멘트, 모르타르 등의 그라우트에 의해서 고정되는 소일 네일(soil nail) 또는 락 볼트(rock bolt)를 사용할 수 있고, 기계적인 체결구조가 적용된 볼트를 사용할 수 있다. 또한, 수평 바(10)로는 일반적인 강봉이나 철근이 사용될 수 있으나 그 재질에 제한이 있는 것은 아니며 설계치내에서 허용되는 것이 사용될 수 있다. 이때, 수평 바(10)의 설치 위치는 지반조건에 따라 임의로 설계될 수 있다

이와 같이 그라우트가 사용되는 경우에는 상기 그라우트와의 접촉면적을 증가시키기 위해 외주면에 방사형 돌기가 구비된 수평 바(10)를 사용할 수도 있다.

아울러, 수평 바(10)는 경사사면의 경사면에 수직방향으로 삽입되는 것이 바람직하다. 이는 경사사면의 경사면을 따라 설치되는 수직 바(20)에 수평 바(10)를 수직으로 결합시켜 수직 바(20)로부터 수평 바(10)에 제공되는 지지력을 극대화시키기 위함이다.

한편, 상기 수평 바(10)에는 도 2와 같이 그 후단과 선단 사이에 원추형 플랜지(12)가 구비될 수 있다. 이러한 원추형 플랜지(12)는 수평 바(10)가 경사사면의 내부로 삽입되는 과정에서 물리적 저항력을 최소화시키고, 상기 수평 바(10)를 경사사면의 외부로 이탈되는 과정에서 물리적 저항력을 최대화시키기 위해 수평 바(10)의 선단에서 후단 방향으로 외경이 확대되는 외형을 갖도록 형성된다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 경사사면 보강기구는 복수 개의 수직 바(20)를 포함한다.

상기 수직 바(20)는 경사사면에 삽입된 수평 바(10)에 수압이나 토압이 작용하는 경우에도 수평 바(10)가 경사사면으로부터 이탈되지 않도록 경사사면에 대한 수평 바(10)의 고정력을 보강하기 위한 것으로, 이를 위해 경사사면의 경사면을 따라 동일선상으로 배치된 복수 개의 수평 바(10)에 결합되어 수평 바(10)를 경사사면에 고정시킨다. 이때, 수직 바(20)는 경사사면의 경사면을 따라 상하 방향이나 좌우 방향으로 배치된 복수 개의 수평 바(10)에 결합될 수도 있지만, 전체적으로 격자형의 배치를 갖도록 상하 방향 및 좌우 방향으로 배치된 수평 바(10)에 결합될 수도 있다.

본 발명에 따른 수직 바(20)는 복수 개의 수평 바(10)가 결합될 수 있도록 길이 방향을 따라 복수 개의 체결 홈(미도시)이 형성된다. 이때, 상기 체결 홈은 수평 바(10)의 후단을 내삽시켜 수평 바(10)에 지지력을 제공할 수 있도록 수평 바(10) 후단의 외경과 동일한 내경을 갖도록 형성될 수 있다.

또한, 상기 수직 바(20)는 복수 개의 체결 홈을 길이 방향을 따라 구비할 수 있다면 어떠한 외형으로 형성되어도 무방하지만, 사면(slope)에 대한 접촉면적을 증가시키기 위해 직육면체형으로 형성되는 것이 바람직하다. 이러한 수직 바(20)는 주로 점토사면을 보강하는데 사용될 수 있다.

본 발명에 따른 수직 바(20)는 도 2에 도시된 바와 같이 각 수평 바(10)의 후단에 연결되는 복수 개의 T자관(22)과, 상기 T자관(22)의 양 측에 삽입되어 서로 이웃한 T자관(22)을 연결하는 단봉(24)으로 구성될 수 있다. 이러한 수직 바(20)는 수평 바(10)와의 결합력을 향상시키는 한편 다양한 길이의 경사사면에 적용될 수 있다.

본 발명에 따른 수직 바(20)는 도 3에 도시된 바와 같이 와이어로 구성될 수 있다. 이러한 수직 바(20)는 굴곡이 일정치 않은 점토사면 및 암반사면에 삽입된 복수 개의 수평 바(10)를 결합시키기 위한 것으로, 직진성을 가지는 직육면체형 수직 바를 대체하기 위한 구성이다. 예를 들면, 와이어로 구성된 수직 바(20)는 짧은 길이의 와이어 복수 개를 각 수평 바(10)에 결합시켜 사용할 수도 있지만, 단일의 와이어를 복수 개의 수평 바(10)에 결합시켜 사용할 수도 있다.

본 발명에 따른 경사사면 보강기구는 차단판을 더 포함할 수 있다.

상기 차단판은 경사사면에 접촉되어 수평토압을 분산시키기 위한 것으로서, 이를 위해 수직 바(20)와 경사사면 사이에 위치하며 수평 바(10)와 이웃한 수평 바(10)에 관통되어 고정된다.

이와 같이 차단막으로 경사사면을 덮은 후 모서리의 각 지점에 수평 바(10)를 결합시켜여 고정시키면, 차단막은 불규칙한 경사사면의 표면을 압박할 것이므로 수평 바(10) 및 수직 바(20)와 더불어 사면의 활동을 억지할 수 있게 된다.

도 4는 본 발명에 따른 경사사면 보강공법을 설명하기 위한 순서도이며, 도 4를 참조하여 전술한 구성요소를 포함하는 경사사면 보강기구를 이용한 경사사면 보강공법을 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 경사사면 보강공법은 경사사면에 일정간격으로 수평 바 삽입홀을 천공하고 상기 수평 바 삽입홀에 수평 바(10)를 삽입하는 제1 단계와, 상기 수평 바 삽입홀의 내주면과 수평 바(10)의 외면 사이에 그라우트를 투입하고 상기 그라우트를 경화시키는 제2 단계와, 상기 경사사면의 경사면을 따라 동일선상으로 배치되며 그 후단이 경사사면의 외부로 노출된 복수 개의 수평 바(10)를 수직 바(20)에 결합시키는 제3 단계, 및 상기 수직 바(20)를 지면 방향으로 끌어 당겨 수직 바(20)의 하단을 지면에 고정시키는 제4 단계를 포함한다.

상기 제1 단계에서는 사면의 보강이 필요한 곳에 천공기를 이용하여 일정 간격으로 다수의 수평 바 삽입홀을 천공하는 과정을 수행한다. 이어서, 수평 바 삽입홀의 내부에 수평 바(10)를 삽입 설치하는 과정을 수행한다. 이때, 수평 바(10)의 선단이 안쪽 지반에 접촉될 때까지 수평 바(10)를 삽입시킨다.

상기 제2 단계에서는 수평 바(10) 설치 후 별도의 그라우팅관을 통해 수평 바(10)의 외면과 삽입홀의 내주면 사이에 그라우트를 주입하는 과정을 수행한다. 이때, 수평 바(10)의 외면과 삽입홀의 내주면 사이에 그라우트가 충분히 주입되면 그라우트의 주입을 정지한다. 이어서, 그라우팅관을 삽입홀의 외부로 이탈시킨다.

이후 그라우트가 경화되면 그라우트의 압착력 및 수평 바(10)와 그라우트의 마찰력 등에 의해 수평 바(10)가 삽입홀에 견실하게 정착된다.

상기 제3 단계에서는 서로 이웃한 수평 바(10)의 후단에 콘크리트나 플라스틱 재질의 차단판을 삽입하고, 경사사면의 동일선상, 바람직하게는 상하 방향에 배치된 복수 개의 수평 바(10)를 수직 바(20)에 결합시키는 과정을 수행한다.

이와 같이 제3 단계에서는 복수 개의 수평 바(10)와 수직 바(20)에 의해 고정된 차단판을 사면에 고정시킴으로써 수평토압을 분산시킬 수 있게 된다.

상기 제4 단계는 경사사면에 삽입된 수평 바(10)의 고정력을 향상시키기 위한 단계로, 수평 바(10)와 결합된 수직 바(20)를 지면 방향으로 끌어 당김으로써 수평 바(10)도 전체적으로 하부 방향으로 이동시켜 수평 바(10)의 하부에 위치한 점토가 단단히 다져지게 한다.

이와 같이, 수평 바(10)의 하부에 위치한 점토가 다져지게 되면 상기 점토에 의한 수평 바(10)의 고정력이 증가되어 지반 거동이 발생되어도 수평 바(10)의 이동성이 줄어들게 된다.

이러한 경사사면 보강공법을 통해 경사사면 보강기구를 경사사면에 시공되면, 토압이나 수압의 상승으로 인해 지반 거동이 크게 발생하더라도 경사사면의 붕괴를 막거나 지연시킬 수 있다.

실시예

이하 본 발명을 실시예에 의거하여 더욱 구체적으로 설명하겠는 바, 본 발명이 다음 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.

실시예 1

물 : 시멘트를 50 : 50의 중량비로 혼합하여 A액을 제조하였다. 물 : 경화제 : 실리카와 알루미나의 중량비 1:1 혼합물 : 폴리실록산 : 유리 비드를 30 : 60 : 5 : 2.5 : 2.5의 중량비로 혼합하여 B액을 제조하였다. 제조된 A액과 B액은 부피비로 6:1의 비율로 혼합하여 그라우트를 형성시켰다.

비교예 1

물 : 경화제 : 폴리실록산 : 유리 비드를 35 : 60 : 2.5 : 2.5의 중량비로 혼합하여 B액을 제조한 점을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 그라우트를 형성시켰다.

비교예 2

물 : 경화제 : 실리카와 알루미나의 중량비 1:1 혼합물 : 유리 비드를 32 : 60 : 5 : 3의 중량비로 혼합하여 B액을 제조한 점을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 그라우트를 형성시켰다.

비교예 3

물 : 경화제 : 실리카와 알루미나의 중량비 1:1 혼합물 : 폴리실록산을 32 : 60 : 5 : 3의 중량비로 혼합하여 B액을 제조한 점을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 그라우트를 형성시켰다.

비교예 4

물 : 경화제 : 실리카와 알루미나의 중량비 1:1 혼합물 : 폴리실록산 : 유리 비드를 20 : 50 : 10 : 5 : 5의 중량비로 혼합하여 B액을 제조한 점을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 그라우트를 형성시켰다.

시험예 1 및 비교시험예 1-4

실시예 1 및 비교예 1-4에서 형성시킨 그라우트에 대해서 다음과 같이 특성을 분석하였다.

(1) 겔화 시간의 측정

세로로 긴 비닐봉투에 A액 350 g을 넣고 A액 높이 정도에서 비닐봉투를 꼬아 접어 준 후 비율에 맞춰 B액을 넣어 A액과 B액이 분리되도록 하고, 비닐봉투 입구를 조여주었다. 겔 타임 시작과 동시에 A액과 B액 사이를 잡고 있던 손을 놓으면서 비닐봉투를 세로로 잡고 아래위로 흔들어 주면서 A액과 B액이 만나 반응하여 더 이상의 유동성이 느껴지지 않고 멈출 때의 시간을 겔 타임으로 정하였다.

(2) 가소 상태 유지 시간

겔 타임을 측정한 후, 5분 후에 비닐봉투 아래쪽 끝단 모서리를 지름 2 cm 정도로 잘라내고 비닐봉투를 양손으로 짤 때 토출되는 재료가 끊어짐과 부스러짐 없이 가소상태로 빠져 나오는지 확인하였다.

(3) 1축 압축강도의 측정

압축강도를 측정하기 위하여 가로세로 50 mm ㅧ 50 mm의 큐빅 몰드로 시편을 만들어 KS L 5105 수경성 시멘트 모르타르의 압축 강도 시험 방법을 따라 측정하였다.

(4) 체적변화성 평가

수중 및 공기 중 양생을 통한 체적 변형량을 측정하였다. 체적 변형량은 공시체 제작 후 7일 동안 기중 건조시키면서 공시체의 직경 및 높이의 변화를 측정하여 시간경과에 따른 공시체의 체적 변화를 관찰함으로써 측정하였다.

그 결과, 아래 표에 제시한 바와 같이, 실시예 1은 비교예 1-4에 비해 겔화 시간이 크게 짧아 채움 공정 중 유실의 우려를 크게 낮출 수 있을 뿐 아니라, 가소상태 유지시간이 크게 길어서 시공 중 충분한 작업시간이 확보 가능하다는 점을 확인할 수 있었다.

또한, 실시예 1에서는 체적 변화가 거의 없는 반면, 비교예 1-4에서는 상당한 정도의 체적 감소가 관찰되었으며, 특히 비교예 4에서 비교에 1-3에 비해서도 상대적으로 큰 폭의 체적 감소를 확인할 수 있었다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

10 : 수평 바 12 : 원추형 플랜지
20 : 수직 바 22 : T자관
24 : 단봉

Claims (2)

1. 지반 자체의 전단강도를 증대시키기 위해 경사사면의 경사면에 수직방향으로 그 선단이 삽입되고, 상기 선단에 대응되는 후단이 경사사면의 외부로 노출되는 복수 개의 수평 바;
   길이 방향을 따라 복수 개의 체결 홈이 형성되고, 상기 경사사면의 경사면을 따라 동일선상에 배치된 복수 개의 수평 바의 후단을 상기 체결 홈으로 내삽시켜 상기 수평 바를 경사사면에 고정시키는 수직 바;
   상기 경사사면에 삽입된 수평 바의 외면과 상기 수평 바가 삽입될 수 있도록 경사사면에 천공된 수평바 삽입홀의 내주면 사이에 구비된 그라우트; 및
   상기 수평 바의 외주면에 구비되어 상기 그라우트와의 접촉면적을 증가시키기 위한 방사형 돌기를 포함하는 경사사면 보강기구로서,
   상기 복수 개의 수평 바는 수직 바에 의해 지면 방향으로 끌어당겨져 전체적으로 하부 방향으로 이동되며, 상기 수직 바는 수평 바가 지면 방향으로 끌어당겨진 상태를 유지하도록 그 말단이 지면에 결합되어 고정되며,
   상기 그라우트는 하기 A액과 하기 B액을 부피비 5-7 : 1로 포함하는 2액형 뒤채움용 그라우트 조성물을 서로 혼합하여 형성되고,
   (a) 물 30-80 중량% 및 시멘트 20-70 중량%로 구성된 A액, 및
   (b) 물 10-55 중량%, 경화제 40-85 중량%, 무기 산화물 첨가제 1-5 중량%, 유기 고분자 첨가제 1-3 중량%, 유리 비드 1-3 중량%로 구성된 B액,
   상기 무기 산화물은 실리카, 알루미나, 지르코니아, 산화티탄, 산화아연, 산화게르마늄, 산화인듐 및 산화주석 중에서 선택된 1종 이상이고,
   상기 유기 고분자 첨가제는 폴리실란 및 폴리실록산 중에서 선택된 1종 이상인 경사사면 보강기구.
2. 경사사면에 일정간격으로 수평 바 삽입홀을 천공하고, 상기 수평 바 삽입홀에 수평 바를 삽입하는 단계;
   상기 수평 바 삽입홀의 내주면과 수평 바의 외면 사이에 그라우트 조성물을 투입하고, 상기 그라우트를 형성시키는 단계;
   상기 경사사면의 경사면을 따라 동일선상으로 배치되며 그 후단이 경사사면의 외부로 노출된 복수 개의 수평 바를 길이 방향을 따라 복수 개의 체결 홈이 형성된 수직 바의 체결 홈에 결합시키는 단계; 및
   상기 수직 바를 지면 방향으로 끌어 당겨 수직 바의 하단을 지면에 고정시키는 단계를 포함하는 경사사면 보강공법으로서,
   상기 그라우트 조성물은 하기 A액과 하기 B액을 부피비 5-7 : 1로 포함하는 2액형 뒤채움용 그라우트 조성물이고,
   (a) 물 30-80 중량% 및 시멘트 20-70 중량%로 구성된 A액, 및
   (b) 물 10-55 중량%, 경화제 40-85 중량%, 무기 산화물 첨가제 1-5 중량%, 유기 고분자 첨가제 1-3 중량%, 유리 비드 1-3 중량%로 구성된 B액,
   상기 무기 산화물은 실리카, 알루미나, 지르코니아, 산화티탄, 산화아연, 산화게르마늄, 산화인듐 및 산화주석 중에서 선택된 1종 이상이고,
   상기 유기 고분자 첨가제는 폴리실란 및 폴리실록산 중에서 선택된 1종 이상인 경사사면 보강공법.

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