KR100597117B1 - 사면보강공법용 네일장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 설치 및 해체가 용이하고 경제적인 쏘일 네일링 공법용 제거식 네일장치를 개시한다. 본 발명에 따른 네일장치는 네일, 가스튜브 및 피복재를 기본 구성으로 한다. 가스튜브는 네일의 외면상에 길이방향으로 배치되고 그 내부에 가스가 밀봉되어 형성된다. 또한, 피복재는 네일 및 가스튜브를 둘러싸도록 형성된다. 이러한 구성의 네일장치는 설치시 가스튜브의 내부에 밀봉된 가스의 내압에 의하여 여유공간이 확보된다. 네일장치를 둘러싸는 시멘트 밀크가 경화되면서 발생하는 압력에도 가스튜브의 체적이 크게 수축되지 않으며, 피복재는 네일에 밀착되므로 네일의 표면 굴곡이 그대로 드러나게 된다. 따라서, 설치시에는 네일장치와 그라우팅재와의 부착력이 충분히 유지되어 요구되는 인발저항력이 발현된다. 또한, 제거시에는 가스튜브를 개봉하여 가스를 배출하면 네일을 인발할 때 필요한 공간이 확보되므로 네일을 용이하게 제거할 수 있다.

쏘일 네일, 이형철근, 가스튜브

Description

사면보강공법용 네일장치{NAIL DEVICE FOR METHOD OF SLOPE REINFORCEMENT}

도 1a는 본 발명에 따른 네일장치를 시공한 흙막이벽의 부분단면도이다.

도 1b는 본 발명에 따른 네일장치의 요부를 도시한 확대단면도이다.

도 2a 내지 도 2d는 본 발명에 따른 네일장치의 제작방법을 설명하기 위한 도면이다.

도 3a는 본 발명에 따른 네일장치가 지반에 시공된 상태의 종단면도이고, 도 3b는 상기 네일장치를 지반으로부터 제거하기 위하여 가스튜브에 밀봉된 가스를 배출한 상태의 종단면도이다.

도 4a 및 도 4b는 가스튜브를 다양한 위치에 배치한 실시예를 도시한 종단면도이다.

도 5a 및 도 5b는 본 발명에 따른 네일장치의 일단부에 공간확보부재를 부착하는 상태를 도시한 개요도이다.

본 발명은 토목 또는 건축의 각종 터파기 공사에서 지반의 굴착 사면을 안정시키기 위한 사면보강공법에 사용되는 네일장치에 관한 것이다. 보다 자세히 설명 하면, 쏘일 네일링(Soil Nailing) 공법에서 보강재로 사용되는 네일로서, 시공상태에서는 그라우팅재와의 마찰저항력을 충분히 제공하여 견고하게 고정되며, 제거시에는 보다 적은 힘으로 간편하게 인출될 수 있는 제거식 네일장치에 관한 것이다.

쏘일 네일링 공법은 보강재를 프리스트레싱 없이 비교적 촘촘한 간격으로 삽입하여 원 지반의 전체적인 전단강도를 증대시키고 발생 변위를 가능한 억제하여 굴착공사 도중이나 완료 후에 예상되는 이완을 제한하는 공법이다. 쏘일 네일링 공법에 따른 흙막이벽의 시공은 지반조건, 시공방법, 장비 및 굴착순서에 따라 상당한 차이가 있지만 일반적인 시공방법을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 원지반이 자립할 수 있을 정도의 깊이로 굴착한다. 다음으로, 보강재를 삽입하기 위하여 천공을 실시한다. 천공은 지반굴착 후 바로 천공하는 방법과 굴착지반의 안정을 위하여 쇼크리트 타설 후 천공하는 방법이 있다. 천공이 끝난 후에는, 흙막이벽을 지보하기 위한 보강재를 삽입하게 된다. 통상 시공에 사용되는 네일은 이형철근이 주로 사용되지만, 필요에 따라서는 강재 파이프, 여러가닥의 강선을 꼬아서 제조한 강연선, 섬유강화플라스틱(FRP) 재질의 파이프 또는 봉 등 다양한 형상 및 재질의 보강재를 사용할 수 있다. 네일이 설치된 후에는 천공 내부벽의 붕괴를 최소화하기 위해 곧 바로 그라우팅을 실시한다. 그 후, 천공홀에 삽입되어 고정된 네일의 외부 노출부분에 플레이트를 끼우고 네일의 두부에 너트를 결합하여 네일을 견고하게 지지한다. 이와 같이 일층의 흙막이 벽을 시공한 후에 다시 지반을 굴착하고 네일을 장착함으로써 흙막이벽을 완성하게 된다.

쏘일 네일링 공법에 사용된 네일이 대지경계선을 지나 설치되어 타인의 용지 를 침범하게 되는 경우에는 공사 후에 이를 제거하여야 한다. 그러나, 그라우팅으로 인하여 네일의 제거가 매우 까다로울 뿐만 아니라 어떤 경우에는 네일의 제거가 거의 불가능한 경우도 있다. 특히, 흙막이벽의 붕괴를 막기 위해 요구되는 인발저항력을 제공하는 보강재로서 이형철근이 주로 사용되는데, 그라우팅재와의 부착력이 매우 강하다는 이형철근의 장점은 제거의 측면에서는 오히려 단점으로 작용한다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 여러가지 방식의 제거식 쏘일네일 장치가 개발되어 왔다. 예컨대, 네일로서 나사산이 형성된 철근을 사용하여 나사 풀림 조작을 통해 네일을 제거하는 방식이 개발되었다. 또한 나사 풀림 조작을 원활히 하기 위하여 네일 표면에 그리스 또는 우지제 등의 윤활제를 도포하는 방식도 개발되었다. 나아가, 네일과 결합되는 고정자 소켓을 네일과 함께 그라우팅재에 고정하고 제거시에는 네일을 고정자 소켓으로부터 90도 정도로 회동조작하여 인출하는 방식도 개발되었다.

그러나, 이러한 방식의 제거식 쏘일 네일링 공법은 여러가지 단점을 가지고 있어서 상용화되고 있지 못하다. 즉, 나사산이 형성된 철근을 사용하는 경우에는 네일이 완전히 제거될 때까지 나사 풀림 조작을 계속적으로 하여야 한다는 불편함이 있다. 또한, 네일 표면에 그리스 또는 우지제 등을 도포한 경우에는 제거 후에 그리스 또는 우지제 등이 잔류하게 되므로 지중오염의 문제까지 야기한다. 나아가, 상술한 방법의 제거식 네일장치들은 네일의 설치 및 해체가 그리 용이하지 않으며, 무엇보다도, 네일에 나사산을 형성하는 경우에는 제조단가가 비싸지게 되는 단점이 있다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로써, 설치 및 해체가 용이하고 경제적인 제거식 네일장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한 설치시에 그라우팅재와의 부착력이 충분히 유지되어 요구되는 인발저항력을 발현할 수 있는 제거식 네일장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 사면보강공법용 네일장치는, 네일, 가스튜브 및 피복재를 기본 구성으로 한다. 여기서, 가스튜브는 네일의 외면상에 길이방향으로 배치되고 그 내부에 가스가 밀봉되어 형성된다. 또한 피복재는 네일 및 가스튜브를 둘러싸도록 형성된다. 이러한 구성의 네일장치는 설치시 가스튜브에 내부에 밀봉된 가스의 내압에 의하여 여유공간이 확보되며, 네일장치를 둘러싸는 시멘트 밀크가 경화되면서 발생하는 압력에도 가스튜브의 체적이 크게 수축되지 않는다. 따라서, 제거시에 가스튜브를 개봉하면 네일을 인출할 때 필요한 공간이 확보되므로 네일을 용이하게 제거할 수 있게 된다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하도록 하겠다.

도 1a에서 도시한 흙막이벽은 통상의 쏘일 네일링 공법에 따른 흙막이벽의 시공방법에 의하여 구축된다. 즉, 지반(104)이 자립할 수 있을 정도로 굴착한 후, 천공홀(101)을 형성하고 그 내부에 본 발명에 따른 네일장치(100)를 삽입한다. 그 후, 천공홀(101)의 내부를 그라우팅재(102)로 충진한다. 다음으로, 쇼크리트 타설에 의해 전면판(110)을 설치하고, 천공홀(101)에 삽입되어 고정된 네일(120)의 외부 노출부분에 플레이트(106)을 끼우고 네일(120)의 두부에 너트(108)를 결합한다. 이러한 방식으로 설치된 본 발명에 따른 네일장치(100)는 통상의 쏘일 네일링 공법용 보강재로서 효과적으로 기능하게 된다.

도 1b에는 본 발명에 따른 네일장치의 횡단면을 도시하였다. 본 발명의 네일장치는 네일(120), 가스튜브(140) 및 피복재(160)를 기본구성으로 한다. 네일(120)로서는 철근, 강재 파이프, 강연선 등의 강봉이 사용될 수 있으며, 경우에 따라서는 섬유강화플라스틱(FRP) 재질의 보강재가 사용될 수 있다. 특히, 그라우팅재와의 부착력을 강화하기 위하여 이형철근을 사용하는 것이 바람직하고, 강봉에 나사산을 형성한 나선형 볼트를 사용하는 것도 무방하다.

다음으로, 도 2a 내지 도 2d를 통해 본 발명의 네일장치의 제조방법을 상세히 설명한다. 여기서는 네일(120)로서 이형철근을 사용하는 경우를 예를 들어 설명하겠지만, 앞에서 언급한 바와 같이 네일의 종류에는 제한을 두지 않는다.

먼저, 도 2a에 도시한 바와 같은 이형철근(120)을 준비한다. 상기 이형철근(120)은 그라우팅재와의 부착력을 강화하기 위하여 길이방향으로 형성된 리브(122) 및 원주방향으로 형성된 마디(124)를 포함한다. 다음으로, 도 2b에 도시한 바와 같은 가스튜브(140)를 준비한다. 가스튜브(140)는 이형철근(120)의 길이에 따른 적정한 길이로 제작된다. 또한 가스튜브(140)는 내부를 가스(gas; 142)로 충진하여 밀봉된다. 이렇게 준비한 가스튜브(140)를 도 2c와 같이 이형철근(120)의 외주면에 길이방향으로 나란하게 배치한다. 그 후, 도 2d에서와 같이, 피복재를 사용하여 이형철근(120) 및 가스튜브(140)를 일체로 씌우게 된다.

본 발명에 사용되는 가스튜브(140)는 네일(120)의 길이에 따른 적정한 길이를 가지며 가늘고 긴 형상으로 제조되는 것이 바람직하다. 가스튜브의 단면적은 네일의 단면적에 따라 적정한 크기를 갖는다. 또한, 가스튜브는 유연성이 있는 합성수지 등의 재질로 제조되어 가스가 방출되었을 때 부피가 수축될 수 있는 것이 바람직하다. 가스튜브는 공기(air) 등과 같은 가스로 압입되어 밀봉되는데, 밀봉방식으로는 예컨대 열융착기를 사용할 수도 있다. 또한, 융착부위가 취약하여 높은 외압을 받았을 때 쉽게 찢어지는 것을 방지하기 위하여 고무패드 등을 융착부위에 덧대어 고정하는 것도 바람직하다.

아울러, 본 발명에 따른 네일장치는 피복재를 사용하므로 네일장치가 그라우팅재에 매설된 상태에서 네일을 회전시키거나 이동시키는 것이 보다 용이하게 된다. 이러한 피복재(160)는 이형철근(120)에 밀착되는 것이 바람직하다. 배후지반의 주동토압에 대응하기 위해 요구되는 네일의 마찰저항력을 얻기 위해서는 네일의 표면에 이형철근의 마디와 같은 굴곡부가 형성되어 있는 것이 바람직하다. 따라서, 이형철근(120)에 피복재(160)를 씌우더라도 마디(124)의 굴곡이 그대로 드러날 수 있어야 한다. 피복재(160)로는 PVC 필름, 라텍스, 고무재질 등의 합성수지 재질을 사용하는 것이 바람직하고, 제작의 간편성을 위해서 열에 의해 수축하는 수축필름을 사용하는 것이 더욱 바람직하다. 또한, 비닐 랩 등과 같은 필름 형태의 피복재를 사용하여 네일과 가스튜브를 테이핑하여 피복하는 것도 가능하다.

다음으로, 도 3a 및 도 3b를 통해 그라우팅재에 매설된 네일을 제거하는 방법에 대하여 설명한다. 도 3a에서 보듯이, 가스튜브(140)는 이형철근(120)의 일측에 배치되어 있다. 가스튜브(140)는 가스가 밀봉되어 있으므로 그라우팅재가 경화할 때 발생하는 압력에도 체적이 크게 변화하지 않고 유지될 수 있다. 네일을 제거할 때에는 가스튜브(140)의 일단부를 개방하여 가스를 방출하게 되고, 그에 따라 가스튜브(140)가 차지하고 있던 공간을 통해 이형철근(120)의 제거에 필요한 여유공간을 확보하게 된다.

도 3b에 도시한 바와 같이, 가스튜브(140)를 개방한 후에는 이형철근(120)을 돌려서 일측에 확보된 여유공간으로 이동시킨다. 종래의 쏘일 네일링 공법에서 이형철근을 제거하기 어려웠던 이유 중에 하나는, 이형철근에 형성된 마디 및 리브로 인하여 이형철근을 둘러싸고 있던 그라우팅재 매트릭스(102)에 형성된 요철(도시하지 않음)로 인한 것이다. 이러한 요철은 네일이 쉽게 빠지지 않도록 의도적으로 형성시킨 것이나 제거에 있어서는 장애물로 작용한다. 본 발명에 따른 네일장치는 이형철근(120)에 형성된 마디가 상기 그라우팅재 매트릭스(102)에 형성된 요철에 걸리지 않고 쉽게 빠져나올 수 있는 여유공간을 제공함으로써 보다 적은 힘으로도 이형철근을 인발할 수 있게 된다.

도 4에는 가스튜브를 다양한 위치에 배치한 상태를 도시하였다. 도 4a 및 도 4b에서 보듯이, 두 개의 가스튜브를 사용하여 이형철근(120)의 양측에 배치시킴으로써 이형철근(120)이 빠져나올 수 있는 여유공간을 양쪽에 확보하는 것도 가능하다. 이형철근(120)에 형성된 리브(122)는 길이방향으로 형성되어 있으므로, 이 를 둘러싸는 그라우팅재 매트릭스(102)에는 리브(122)에 해당하는 오목부(도시하지 않음)가 길이방향으로 길게 형성되어 있다. 즉, 이형철근(120)이 그라우팅재 매트릭스(102)에 매설된 상태에서는 이형철근(120)의 리브(122)가 그라우팅재 매트릭스(102)에 형성된 상기 오목부에 둘러싸여 있게 된다. 이형철근(120)을 제거할 때에는 좌우로 비틀어서 회전시킨 다음 인출하게 되는데, 이 때 리브(122)가 상기 오목부에 걸려서 잘 돌아가지 않게 된다. 따라서, 도 4a 및 도 4b에 도시한 바와 같이, 가스튜브(140)를 리브(122)의 주위에서 리브(122)를 둘러싸도록 배치하거나 리브(122)의 일측에서 인접하게 배치하면, 이형철근(120)을 좌우로 회전시키기 위한 여유공간을 확보할 수 있으므로 보다 용이하게 인출할 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 네일장치는 천공홀에 삽입된 후 상기 천공홀을 그라우팅재로 충진하게 된다. 따라서 설치상태에서는 네일장치가 그라우팅재에 견고히 고정된다. 앞에서 설명한 바와 같이, 네일장치는 네일(120)을 제거하기 위해서 가스튜브(140)에 의해 확보된 여유공간을 이용하게 된다. 그러나, 경우에 따라서는 가스튜브(140)에 의해 확보된 여유공간이 충분하지 않을 수 있으며, 이 때 그라우팅재 매트릭스(102)에 형성된 요철에 이형철근의 마디(124)의 일부분이 걸릴 수 있다. 그러므로, 네일(120)의 외부 노출부분에 충격을 가함으로써, 그라우팅재 매트릭스에 형성된 요철을 부분적으로 파쇄하면 보다 쉽게 네일(120)을 인출해 낼 수 있다.

이 때, 네일장치의 일단부가 그라우팅재 매트릭스에 연접해 있으면, 그라우팅재 매트릭스의 견고함으로 인해 네일(120)의 두부를 타격하더라도 네일(120)이 쉽게 이동하지 않는다. 따라서, 네일장치가 천공홀에 삽입되는 쪽 단부에 네일(120)이 길이방향으로 이동할 수 있는 여유공간을 확보함으로써, 네일(120)의 두부를 타격할 때 네일(120)이 길이방향으로 소정의 길이만큼 이동하면서 마디(124)가 그라우팅재 매트릭스의 상기 요철부를 파쇄하게 된다. 그리하여, 보다 적은 힘으로도 네일(120)을 인출할 수 있게 된다. 본 발명에 따른 네일장치는 네일(120)이 길이방향으로 이동될 수 있는 여유공간을 확보하기 위한 수단으로서 공간확보부재를 포함한다.

도 5에는 본 발명에 따른 네일장치의 일단에 부착된 공간확보부재(180)를 장착하는 상태를 도시하였다. 도 5a에는 네일 및 가스튜브를 피복재로 씌워서 제작된 네일장치(100)의 일단부에 공간확보부재(180)를 부착하는 경우이고, 도 5b는 네일(120)의 일단부에 부착되어 가스튜브(140)와 함께 피복재(160)로 씌우는 경우이다. 도 5b와 같이 제작된 경우에는 네일(120)을 인출한 후에 공간확보부재(180)를 피복재(180)와 함께 제거할 수 있으므로 지중에 부산물이 남지 않는다. 이러한 공간확보부재(180)는 제거시 네일(120)의 두부를 타격하였을 때 체적이 감소하여 네일(120)이 이동될 수 있는 여유공간이 확보된다. 따라서, 설치시에는 일정한 부피를 차지하고 있으나 해체시 네일(120)의 두부를 타격하였을 때 쉽게 부피가 축소될 수 있는 재료라면 공간확보부재(180)로 사용될 수 있다. 예컨대, 스티로폼 등의 합성수지나 기타 쿠션재 등이 이용될 수 있으며 재료 및 형상에는 한정을 두지 않는다.

본 발명은 공사 완료 후에 이형철근을 제거할 수 있기 때문에 대지경계선 및 향후 굴착예정선을 침범하여도 민원발생 및 토지점용료 부과문제 또는 인접구조물의 시공시 장애가 발생하지 않는 제거식 네일장치를 제공한다. 본 발명에 따른 네일장치는 네일의 길이방향으로 부착되고 소정의 가스가 압입되어 밀봉된 가스튜브를 사용함으로써, 설치시에는 네일의 인발저항력이 충분히 유지되게 하고 제거시에는 네일이 쉽게 일출될 수 있는 여유공간을 확보한다. 가스튜브는 네일장치를 둘러싸는 시멘트 밀크가 경화되면서 발생하는 압력에도 체적이 크게 수축되지 않으며, 피복재는 네일에 밀착되므로 네일의 표면 굴곡이 그대로 드러나게 된다. 따라서, 설치시에는 네일장치와 그라우팅재와의 부착력이 충분히 유지되어 요구되는 인발저항력이 발현된다. 또한, 제거시에는 가스튜브를 개봉하여 가스를 배출하므로 네일을 인출할 때 필요한 여유공간을 확보하여 네일을 용이하게 제거할 수 있다. 그리하여, 네일장치를 설치하거나 해체하는 것이 용이하고 또한 제조 단가가 낮은 제거식 네일장치를 제공할 수 있다.

지금까지 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 예시하여 본 발명의 구성의 특징 및 효과를 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위내에서 변형된 형태로 구현가능함을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 여기서 설명한 본 발명의 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 하고, 본 발명의 범위는 상술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (14)

1. 네일;

   상기 네일의 외면상에 길이방향으로 배치되고 그 내부에 가스가 밀봉된 가스튜브; 및

   상기 네일 및 상기 가스튜브를 둘러싸는 피복재;

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 사면보강공법용 네일장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 가스튜브는 합성수지로 제조된 것을 특징으로 하는 사면보강공법용 네일장치.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 가스는 상기 가스튜브 내에 압입되어 밀봉되는 것을 특징으로 하는 사면보강공법용 네일장치.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 가스는 공기인 것을 특징으로 하는 사면보강공법용 네일장치.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 네일은 철근, 강연선 및 강재 파이프 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 사면보강공법용 네일장치.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 네일은 그 외주연에 나사산이 형성된 것을 특징으로 하는 사면보강공법용 네일장치.
7. 제 1 항에 있어서,

   상기 네일은 마디 및 리브가 형성된 이형철근인 것을 특징으로 하는 사면보강공법용 네일장치.
8. 제 7 항에 있어서,

   상기 가스튜브는 상기 이형철근의 상기 리브에 인접하게 배치된 것을 특징으로 하는 사면보강공법용 네일장치.
9. 제 8 항에 있어서,

   상기 가스튜브는 상기 이형철근의 상기 리브를 둘러싸도록 배치되는 것을 특징으로 하는 사면보강공법용 네일장치.
10. 제 1 항에 있어서,

    상기 피복재는 상기 네일의 표면에 밀착되는 것을 특징으로 하는 사면보강공법용 네일장치.
11. 제 10 항에 있어서,

    상기 피복재는 열에 의해 수축하는 수축필름인 것을 특징으로 하는 사면보강공법용 네일장치.
12. 제 10 항에 있어서,

    상기 피복재는 필름으로 테이핑되어 형성되는 것을 특징으로 하는 사면보강공법용 네일장치.
13. 제 1 항에 있어서,

    상기 네일이 길이방향으로 이동될 수 있는 여유공간을 확보하는 공간확보부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 사면보강공법용 네일장치.
14. 제 13 항에 있어서,

    상기 공간확보부재는 상기 네일의 일단부에 부착되고 상기 네일 및 상기 가스튜브와 함께 상기 피복재에 의해 피복되는 것을 특징으로 하는 사면보강공법용 네일장치.

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