KR100632977B1 - 플라즈마 앵커공법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 사면보호, 옹벽 및 굴착면 등에 앵커, 양압력이나 부력방지 목적의 기초 슬라브 앵커를 고정시키기 위하여, 앵커의 정착부분을 기존의 그라우팅제를 사용하지 않고 플라즈마 토치와 플라즈마 용융보조재를 이용하는 것으로, 천공기를 사용하여 정착부분의 토사 및 암반에 천공 시공한후에, 세라믹관 또는 세라믹코팅 보호케이싱을 설치한 다음, 플라즈마 반응 용융보조재를 투입시킨 후, 용융하여 마그마화 한 후, 단열성 세라믹 또는 세라믹코팅재로 이루어진 인장재(20)를 앵커 정착부에 삽입, 고정하여 암석화된 정착부를 형성하고 앵커정착부에 앵커를 고정하여 보다 강력해진 영구적인 앵커를 설치하는 공법으로 본 출원인이 명명한 플라즈마 앵커공법에 관한 것이다.
플라즈마 앵커공법. 플라즈마. 용융보조재. 세라믹관. 플라즈마토치.

Description

플라즈마 앵커공법{The method of plasma anchor in the construction}
도1은 본 발명의 플라즈마 앵커공법(지반이 암반) 상세도
도2는 본 발명의 플라즈마 앵커공법(지반이 토사) 상세도
도3은 본 발명의 플라즈마 앵커공법 제1공정 상세도
도4는 본 발명의 플라즈마 앵커공법 제2공정 상세도
도5는 본 발명의 플라즈마 앵커공법 제3공정 상세도
도6은 본 발명의 플라즈마 앵커공법 제4공정 상세도
도7은 본 발명의 플라즈마 앵커공법 제5공정 상세도
도8은 본 발명의 앵커정착부 단면 상세도
도9는 종래의 그라우트 앵커공법의 다양한 시공상태도
도10은 종래의 그라우트 앵커공법 분류 상세도
도11은 종래의 그라우트 앵커공법 순서도
도12는 종래의 그라우트 앵커의 헤드 상세도
도13은 종래의 그라우트 앵커 시공된 측단면 상세도
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
세라믹관 또는 세라믹코팅관(1), 돌기(11), 하부만션(12), 지압링(13), 자수튜브(14), 피복재(15), 인장재(20), 전기공급관(30), 냉각수공급관(31), 플라즈마 매질 (압축공기, 아르곤가스 등)주입관(32), 플라즈마토치(35), 천공된공간(36), 용융플라즈마(37), 앵커헤드(41), 앵커헤드플레이트(42), 천공 드릴헤드(60), 암반층(100), 토사층(101), 구축물(200), 플라즈마 용융보조제(110), 마그마(암석)화부(120), 암반과 용융보조제의 마그마화부(120-1), 토사와 용융보조제의마그마화부 (120-2), 앵커체(180), 앵커정착부(A), 자유길이부(B), 앵커헤드부(C)
본 발명은 플라즈마 앵커공법으로서, 보다 상세히 설명하면, 사면보호, 옹벽 및 굴착면 등에 앵커, 양압력이나 부력방지 목적의 기초 슬라브 앵커를 고정시키기 위하여, 앵커의 정착부분을 기존의 그라우팅재를 사용하지 않고 플라즈마 토치를 이용하여 정착부분의 토사 및 암반에 천공시공한후에, 세라믹관 또는 세라믹코팅 보호케이싱을 설치한 다음, 플라즈마 용융보조재를 투입시킨 후, 용융하여 마그마화 한 후, 단열성 세라믹이나 세라믹코팅재로 이루어진 인장재(20)를 앵커 정착부에 삽입, 고정하여 암석화된 정착부를 형성하고 앵커정착부에 앵커를 고정하여 보다 강력해진 영구적인 앵커를 설치하는 공법으로 본 출원인이 명명한 플라즈마 앵커공법에 관한 것이다.
소일 및 록 앵커는 기초공사 분야에 프리스트렛싱 기법을 도입한 것이다. 첫 시도는 1930년에 되었다고 하나 60년대에야 실용화되었고 그 이후 앵커 기술은 급격히 개발되어 왔다. 이는 주로 사면보호, 옹벽 및 굴착면 앵커, 양압력이나 부력 방지 목적의 기초 슬라브 앵커 등에 사용된다. 이는 또한 시공 방법에 중대한 변화를 가져왔으며, 예를 들어 암반 굴착 때 록 앵커로 사용하여 지보공을 필요 없게 하였다.
댐의 증축 및 보강공사는 작용력 1,000Ton 이상의 앵커가 개발되지 않았더라면 막대한 물량의 공사를 생각하지 않고는 거의 상상하기조차 어려웠을 것이다. 이외에도 많은 공사가 앵커를 사용하여 안정처리 문제를 훌륭히 경제적으로 해결해 왔다.
일반적으로 앵커 공법은 토목이나 건축의 구조물을 지반에 정착시키기 위하여 고강도의 강재로 연결하여 그 강재에 높은 긴장력을 도입하여 구조물에 횡방향 또는 연직방향의 구속력 또는 선행 하중을 가하기 위한 효과적인 공법으로 근래에 국내외에서 활발히 사용되고 있다. 그라운드 앵커는 그 말뜻과 같이 지반에 박는 못이란 의미이며 지반과 구조물을 하나의 집합체로 묶는 효과를 발휘하며 일반적으로 강선과 시멘트 그라우트로 구성되어 있다. 앵커는 가설 토류벽의 지보공, 영구 앵커 토류벽, 송전탑 기초, 댐의 보강, 지하구조물의 부력앵커, 사면보강 등 도9와 같이 다양하게 사용된다.
그라운드 앵커는 크게 정착되는 지반의 종류에 따라 암반앵커(Rock anchor) 또는 그라운드 앵커(Ground anchor)로 분류되며 설치되는 방향에 따라 타이백(tieback) 또는 타이다운(tiedown)으로 분류된다. 주입되는 그라우트 압력에 따라 저압형 앵커 그리고 고압형 앵커로 분류되며, 지반의 종류(또는앵커체의 모양)에 따라 직선 샤프트형, 단구근형(single underreamed), 복구근형(multi- underreamed), 포스트 그라우트형(post grouted)으로 분류한다. 또 앵커 그라우트 체에 긴장력이 가해지는 방식에 따라 인장형 앵커 또는 압축형 앵커로 분류된다. 근래에 많이 사용되고 있는 압축형 제거 앵커(Extractable Compression Anchor)는 인장형 앵커 비하여 부식 방지등 성능이 우수하며 영구 앵커로 많이 사용된다. 또한 시공 후 지반 내에 강선이 제거가 되지 않는 것을 해결하여 인접지의 지하 보상권에 대한 대민, 대관에 문제를 해결하는데 효과가 있으며 최근 연구 결과 정착장 길이가 짧은 앵커는 자유장의 강성 값이 작게 되므로 일반 구조물에서 변형을 작게 하는 효과가 있다고 한다.
그라운드앵커(Ground Anchor)의 분류는 상기 분류 외에 그라우트 방식이나 기타 긴장형태에 따라 구분하는 경우가 있으나, 포괄적인 분류는 사용기간에 의한 분류와 정착지반의 지지 방식에 의한 분류가 대표라고 할 수 있다. 앵커의 공용기간이 12~24개월 미만, 그 중요도가 가설과 같이 임시적으로 사용되는 앵커에 대해서는 가설앵커, 공용기간이 영구적이거나, 그 중요도가 상당한 경우에는 영구앵커로 분류한다. 정착지반의 지지방식에 의한 분류는 도10과 같으며 그라운드 앵커공법의 순서는 도11에 도시된 바와 같다.
그라운드앵커(이하 앵커)는 크게 두부, 자유부, 정착부로 구성된다.
두부(Anchor Head) : 앵커에 발휘되는 높은 하중을 고정하기 위해 필요하며, 고정방식에 따라 종류를 나눌 수 있다. 표준형, 재긴장형, 긴장완화형이 있다.
표준형이라 함은 일반적으로 쓰이는 쐐기(wedge)식 정착구이며, 일단 인장하여 정착하면 재긴장이나 긴장완화가 어려운 방식이다. 흔히, 가설앵커에서 많이 쓰이고 있다.
도12에 도시된 정착구(앵커헤드)는 가설현장에 흔히 볼 수 있는 타입이다. 사실, 설치한 방법은 좋은 방법이 아니다. 앵커헤드에는 국부지압응력이 발생하므로, 별도의 플레이트(plate)를 먼저 설치하여 띠장(wale, H-Beam을 주로 사용함)의 변형을 막아주어야 한다. 둥근 부분을 앵커헤드라고 부르며, 4개의 웨지(쐐기, wedge)와 결합이 된다.
(강선 수에 따라 변화) 앵커헤드의 강종은 SMC45C를 사용하며, 웨지는 SNCM23(열처리)을 사용한다.
웨지는 내부에 탭(이빨)을 만들어 강선을 붙잡는다. 예전에는 수입산을 사용하기도 하였으나, 현재는 국산의 좋은 자재가 많으므로, 제품을 구입하기가 용이하다. 물론 재질이나 강도면에서도 전혀 하자가 없다.
상기 3부분에 대한 도식을 표현하면 도13(종래의 그라운드앵커)과 같다.
그러나 상기와 같은 종래의 앵커공법은 시멘트(콘크리트)몰탈을 사용하여 앵커를 고정하므로 습기가 많은 곳이나 날씨(특히, 겨울철)에는 사용하기 어려우며, 특히, 그라우트제[시멘트(콘크리트)몰탈]이 경화되기까지 기다려야 하며, 현장에서 그라우트제[시멘트(콘크리트)몰탈]을 공급하기 위한 레미콘믹서, 공급펌프등의 장치가 필요하며, 그라우트제[시멘트(콘크리트)몰탈]을 지반에 삽입시키기 위하여 천공의 길이가 길어야 하기 때문에 천공시공시간이 장기화되는 문제점이 있어 왔다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 장치가 간단한 토치와, 시멘트(콘크리트)몰탈 대신 적정온도에서 용융되는 플라즈마 반응 용융보조재를 주입하기 위해, 세라믹관 또는 세라믹으로 코팅된 케이싱관을 이용하여, 설치하고자 하는 위치에 세라믹관 또는 세라믹코팅 보호용케이싱관을 설치하고, 내부에 전기공급관 냉각수공급관, 플라즈마 매질 공급관을 삽입 설치하고, 상기 세라믹관 하부 끝단에 플라즈마 토치를 설치한 후에 관내로 플라즈마 반응 용융조조재를 공급한 후에 플라즈마토치를 이용하여 주입된 플라스마 용융보조재를 용융시켜 주위 암반, 토사 및 플라즈마 용융보조재를 함께 마그마화(암석화)시킨 다음, 보호용 케이싱관을 제거하고, 세라믹관의 하부에 앵커정착부를 설치하고, 앵커정착부에 인장재(20)를 삽입 설치한 다음, 최상부에 앵커두부로 마감하여 앵커를 시공하는 것으로, 플라즈마매질 및 용융보조제와 플라즈마토치를 사용함으로서, 습기 또는 날씨와 관계없이 시공할 수 있으며, 냉각수로 단시간 내에 냉각시켜, 기다리는 시간을 단축하고, 시공길이를 종래의 그라우트앵커공법보다 짧게 할 수 있어 지반천공시간을 단축할 수 있는 앵커시공의 경제화를 이룩한 플라즈마앵커공법을 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명인 플라즈마 앵커공법은 5단계의 공정으로 나누어 시공된다.
첫 번째 공정은 앵커체를 설치할 위치에 천공기를 사용하여 소정의 각도로 앵커정착부가 위치할 정착지반까지 천공함과 동시에 굴착공 보호용 케이싱(CASING)관을 내열성이 강한 세라믹관이나 세라믹코팅 특수강관으로 설치하였다(도3참조). 두 번째 공정은 앵커정착부가 위치할 부위를 보다 짧은 시간 내에 간편하게 마그마화시키기 위하여 암석이나 토사에 비해 용융온도가 낮고 냉각된 후 고결강도가 높은 재료를 분말상 또는 액체상태나 GEL TYPE으로 용융되기 쉬운 상태의 플라즈마 용융보조제(예 철광석 분말 등)를 앵커정착부 위치까지 주입하였다(도4참조).
세 번째 공정은 시판중인 소형의 플라스마 토치를 플라스마 용융보조재가 주입된 앵커정착부의 초입까지 삽입하여, 암석(ROCK) 또는 토사(SOIL)와 혼합된 플라스마 반응 용융보조재를 마그마화하는 공정으로, 플라즈마 토치를 내열성이 강한 세라믹관이나 세라믹코팅 특수강관의 전방부에 삽입하고, 설치된 세라믹관이나 세라믹코팅 특수강관의 내부를 통하여 현장에 설치된 발전기와 냉각수 순환펌프에서 플라스마토치 구동용 전력과 플라스마 토치, 냉각용 냉각수를 공급하고, 플라스마 매질 저장고에서 아르곤가스나 압축공기 등의 플라즈마 매질을 공급하였다(도5참조).
앵커정착부 위치의 암반 또는 토사와 플라즈마 용융보조재가 열에 의한 마그마化가 이루어지면 플라즈마 토치를 앵커주입공 밖으로 제거한 후,
네 번째 공정은, 도6에 도시된바와 같이, 인장재(20)를 삽입 설치한다. 마그마화된 암반 또는 토사와 플라즈마 용융보조재는 매우 높은 고열로 인해 인장 앵커 체를 손상시킬 위험이 크기 때문에 방사온도계를 이용하여 천공 정착부의 내부 온도를 측정하여 마그마화된 암반 또는 토사와 플라즈마 용융보조재의 온도가 내열성의 세라믹으로 표면이 코팅되어 있는 앵커정착재가 손상되지 않을 정도의 섭씨 1000도 내외로 냉각된 것을 확인한 후, 인장재(20)를 삽입 설치하여 서서히 냉각시켜 앵커체가 완전히 정착될 수 있도록 한다.
다섯 번째 공정은 앵커정착재가 완전히 암석화된 지반에 정착된 후, 케이싱관을 인발하고 앵커정착체의 인장작업을 거쳐 앵커체 두부 처리작업을 수행하여 앵커공정을 마무리하였다(도7참조).
앵커정착부는 자수튜브 및 지압링, 하부만션 등이 포함된 앵커정착재가 고열에 손상되지 않도록 내열성이 강한 단열형 세라믹 정착재로 외부를 보호하도록 하였으며, 암석화된 주위 지반과 보다 강한 결속력을 가질 수 있도록 세라믹 정착재의 외부둘레를 돌기형으로 처리하였다.
본 발명의 앵커정착부(A)와 자유길이부(B), 앵커헤드부(C)사이의 인장재(20)는 앵커두부(ANCHOR HEAD)로부터의 인장력을 가하고, 플라즈마 반응 용융보조재와 함께 암석화된 앵커체에 전달시키기 위한 부재로서 앵커정착부(A)로부터 앵커헤드부(C)까지 일체화시켜 연결하게 되고, 일반적으로 인장재의 재료로는 PC 강 STRAND, PC 강봉, PC 강 복합 STRAND 등의 PC강재가 사용되는데, 그 중에서도 PC 강 STRAND 가 주류를 이루고 있다.
앵커정착부(A)는 플라즈마 용융보조재가 외부에 설치된 용융보조재 주입펌프에 의해 앵커정착부까지 주입된 후, 자수튜브(14) 및 지압링(13), 하부만션(12) 등이 포함된 고열에 손상되지 않도록 앵커정착부(A)에 내열성이 강한 단열형 세라믹재질로 표면에 코팅되어 외부를 보호하도록 한 인장재(20)가 삽입, 설치되어 앵커체(180)를 형성하게 된다.
앵커정착부(A)에 사용되는 세라믹정착재(50)는 플라즈마 열에 의한 손상을 방지하기 위한 목적으로 사용되고,
자유길이부(B)측의 인장재(20) 표면에 피복된 피복재(15)는 부식을 방지하기 위해 사용되는 재료로서 부식방지재라고도 하며, 인장재(20) 외부에 특수 SHEATH 를 씌우고 그 내외에 GREESE 상태의 OIL을 사용한다.
앵커헤드부(C)까지의 처리작업이 마무리되면 앵커두부에 부식방지 처리된헤드캡(HEAD CAP)을 씌운 후, 플라즈마 앵커공정을 완료하게 된다.
본 플라즈마 앵커공법(PL앵커공법)은 기존의 그라운드앵커공법에 비해 다음과 같은 특징을 지니고 있다.
첫 번째, 특징은 기존의 그라운드앵커가 정착부에 그라우트제를 주입하여 주위 지반과 앵커체의 결속력을 증대시키는 방법을 사용하였으나, 본 플라즈마 앵커공법은 앵커체의 정착부와 결속되는 주위 지반을 플라즈마토치의 열에 의해 플라즈 마 용융보조재와 함께 일시 용융한 후 다시 암석화시켜 기존의 그라우트제주입 앵커공법에 비해 지지력 및 결속력을 크게 증가시킬 수 있을 뿐 아니라, 앵커 정착부의 강도를 증가시켜 영구적으로 앵커 능력을 발휘할 수 있도록 하였다.
두 번째, 특징은 주위 지반이 토사일 경우, 토사(SOIL)를 플라즈마 용융보조재와 함께 용융하여 인위적으로 영구적인 암반형 앵커지지부를 만들 수 있어, 기존의 그라운드앵커공법들에 비해 정착부의 길이를 짧게 할 수 있기 때문에 궁극적으로 전체 앵커체의 길이를 짧게 할 수 있어 비용을 절감할 수 있다.
이하 본 발명을 실시예를 통하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
실시예
제1공정(천공 및 케이싱공정)
도3에 도시된 바와 같이, 앵커체(180)를 설치할 위치에 천공기를 사용하여 소정의 각도로 앵커정착부(A)가 위치할 정착지반까지 천공드릴헤드(60)를 이용하여 천공함과 동시에 플라즈마 토치를 삽입하여 플라즈마 열을 가하기 위한 보호용 세라믹관 또는 세라믹코팅관(1)을 설치한 후에,
재2공정(플라즈마(용융보조재) 주입공정)
도4에 도시된 바와 같이, 세라믹관 또는 세락믹코팅관(1)의 내부에, 3개의 관인 전공급관(30), 냉각수공급관(31) 및 플라즈마 매질 주입관(32)을 하부까지 연결 삽입되어 설치하고, 세라믹관 또는 세라믹코팅관(1)의 하부 전방끝단에는 플라즈마토치(35)를 설치하고, 그 하부외측에는 일정간격(천공된 공간(36))을 유지하게 하여 삽입 장착한 다음,
앵커정착부(A)가 위치할 부위를 보다 짧은 시간내에 간편하게 마그마화시키기 위하여 암석이나 토사에 비해 용융온도가 낮고 냉각된 후 고결강도가 높은 재료로 분말상 또는 액체상태나 겔상태(GEL TYPE)의 용융되기 쉬운 상태의 플라즈마 용융보조제(예 철강석 분말 등)를 앵커정착부(A) 위치까지 주입한 다음,
제3공정(플라즈마(용융보조재) 및 주위지반 용융공정)
도5에 도시된 바와같이 시판중인 소형의 플라즈마 토치(35)를 플라즈마 용융보조재(110)가 주입된 앵커정착부(A)의 초입까지 삽입하여, 암석(ROCK) 또는 토사(SOIL)와 혼합된 플라즈마 용융보조재를 마그마화(120)하는 공정으로,
내열성이 강한 세라믹이나 세라믹코팅 특수강의 재질인 세라믹관 또는 세라믹코팅관(1)을 천공 정착부의 전방부에 설치하고, 설치된 세라믹관 또는 세라믹코팅관(1)의 내부를 통하여 현장에 설치된 발전기에 의해 전기는 전기공급관(30)을 통하여, 냉각수는 냉각수 순환펌프를 이용하여 냉각수공급관(31)을 통해 공급하여 각각 플라즈마토치 구동용 전력과 플라즈마 토치(35)의 냉각용 냉각수를 공급하고, 플라즈마 매질 저장고에서 아르곤가스나 압축공기 등의 플라즈 마 매질을 공급한다.
앵커정착부(A) 위치의 암반 또는 토사와 플라즈마 용융보조재가 플라즈마 열에 의한 마그마화(120)가 이루어지면 플라즈마 토치(35)를 앵커주입공 밖으로 제거한 후,
제4공정(앵커체삽입공정)
도6에 도시한 바와 같이, 자유길이부(B)에는 피복재(15)가 앵커정착부(A)에는 세라믹재질로 코팅된 인장재(20)를 삽입 설치하기 위하여,
마그마화된 암반 또는 토사와 플라즈마 반응 용융보조재는 매우 높은 고열로 인해 인장앵커체를 손상시킬 위험이 크기 때문에 방사온도계를 이용하여 천공 정착부의 내부 온도를 측정하여 마그마화된 암반 또는 토사와 플라즈마 용융보조재의 앵커정착부(A)측에 내열성의 세라믹재질로 코팅되어 있는 인장재(20)가 손상되지 않을 정도의 섭씨 1000도 내외로 냉각된 것을 확인한 후, 인장재(20)를 반 마그마화된 마그마화부(120)에 삽입하여 서서히 냉각시켜 인장재(20)가 앵커체(180)에 완전히 정착될 수 있도록 한 다음,
앵커정착부(A)는 자수튜브(14) 및 지압링(13), 하부만션(12) 등이 포함된 인장재(20)가 고열에 손상되지 않도록 내열성이 강한 단열형 세라믹재질로 표면에 코팅되어 외부를 보호하도록 하였으며, 암석화된 주위 지반과 보다 강한 결속력을 가질 수 있도록 외부둘레에는 일부 다사 돌출된 돌기(11)로 구성되어 인장재(20)가 반 마그마화된 마그마화부(120)에 삽입하여 서서히 냉각시켜 앵커체(180)가 완전히 정착되는 구조이다.
제5공정(케이싱인발 및 인장,앵커두부설치공정)
도7에 도시된 바와 같이 앵커정착부(A)가 완전히 암석화된 지반에 정착된 후, 보호용 세라믹관 또는 세라믹코팅관(1)을 인발하고 앵커정착부(A)에 인장재(20)를 연결하고 앵커헤드부(C)를 관통하여 별도의 앵커헤드플레이트(plate)(42)를 먼저 설치하여 띠장(wale, H-Beam을 주로 사용함)의 변형을 막아주며, 앵커헤드플레이트 (42)와 그 상부의 둥근 형태의 앵커헤드(41)에 4개의 웨지(쐐기, wedge)와 결합 시킨 다음, 상기 웨지는 내부에 탭(이빨)을 만들어 인장재(20)를 고정시켜 앵커헤드부(C) 처리작업을 수행한 다음, 플라즈마 앵커를 고정하였다.
이하 도면을 참고하여 본 발명의 장치를 설명하면 다음과 같다.
도1은 본 발명의 플라즈마 앵커공법(지반이 암반) 상세도, 도2는 본 발명의 플라즈마 앵커공법(지반이 토사) 상세도, 도3은 본 발명의 플라즈마 앵커공법 제1공정 상세도, 도4는 본 발명의 플라즈마 앵커공법 제2공정 상세도, 도5는 본 발명의 플라즈마 앵커공법 제3공정 상세도, 도6은 본 발명의 플라즈마 앵커공법 제4공정 상세도, 도7은 본 발명의 플라즈마 앵커공법 제5공정 상세도, 도8은 본 발명의 앵커정착부 단면 상세도, 도9는 종래의 그라우트 앵커공법의 다양한 시공상태도, 도10은 종래의 그라우트 앵커공법 분류 상세도, 도11은 종래의 그라우트 앵커공법 순서도, 도12는 종래의 그라우트 앵커의 헤드 상세도, 도13은 종래의 그라우트 앵커 시공된 측단면 상세도를 도시한 것이며, 세라믹관 또는 세라믹코팅관(1), 보호케이싱(2), 돌기(11), 하부만션(12), 지압링(13), 자수튜브(14), 피복재(15), 인장재(20), 전기공급관(30), 냉각수공급관(31), 플라즈마 매질 주입관(32), 플라즈마토치(35), 천공된공간(36), 용융플라즈마(37), 앵커헤드(41), 앵커헤드플레이트 (42), 세라믹정착재(50), 천공드릴헤드(60), 암반층(100), 토사층(101), 구축물(200), 플라즈마 반응 용융보조재(110), 마그마(암석)화부(120), 암반과 용융보조제의 마그마화부(120-1), 토사와 용융보조제의마그마화부(120-2), 앵커체 (180), 앵커정착부(A), 자유길이부(B), 앵커헤드부(C)를 나타낸 것임을 알 수 있다.
구조를 살펴보면, 도1내지 도8에 도시된 바와 같이, 내열성 세라믹 또는 세라믹코팅 특수강 재질이며, 내부에 인장재(20)가 삽입되는 세라믹관 또는 세라믹코팅관(1)과, 상기 세라믹관 또는 세라믹코팅관(1)의 상부에 형성된 앵커헤드부(C)와, 상기 세라믹관(1)의 중간부를 형성하는 자유길이부(B)와, 상기 세라믹관 또는 세라믹코팅관(1)의 말단부에 형성된 앵커정착부(A)로 구성되어 있으며,
상기 세라믹관 또는 세라믹코팅관(1) 내부에 삽입되어 암반 및 토사층을 굴 착하는 천공드릴헤드(60)와, 상기 세라믹관 또는 세라믹코팅관(1)의 내부에 외부로부터 상부에서 하부까지 삽입되는 전기공급관(30), 냉각수공급관(31) 및 플라즈마매질주입관(32)과, 상기 세라믹관 또는 세라믹코팅관(1)의 하부 일측에 삽입되어 있고, 상기 전기공급관(30), 냉각수공급관(31) 및 플라즈마매질주입관(32)의 끝단에 형성된 플라즈마토치(35)로 구비되어 있고,
상기 앵커정착부(A)는 세라믹재질로 표면이 코팅되어 있으며, 세라믹관 또는 세라믹코팅관(1)의 하부에 형성된 공간부에 마그마화부(120)에 삽입되어 세라믹재질로 코팅된 앵커정착부(A) 인장재(20)의 일단을 고정시키는 앵커체(180)를 포함하여 구성되어 있는 구조인 플라즈마 앵커공법에 사용되는 장치에 관한 것이다.
상기 앵커정착부(A)는 도1내지 도8에 도시된 바와 같이 자수튜브(14) 및 지압링(13), 하부만션(12) 등이 구비되어 인장재(20)가 고열에 손상되지 않도록 내열성이 강한 세라믹재질 코팅으로 인장재 외부를 보호하도록 하였으며, 암석화된 주위 지반과 보다 강한 결속력을 가질 수 있도록 세라믹재질이 코팅된 외부둘레에는 일부 다사 돌출된 돌기(11)로 구성되어 인장재(20)가 반 마그마화된 마그마화부 (120)에 삽입하여 서서히 냉각시켜 앵커체(180)가 완전히 정착되는 구조이다.
상기에서 세라믹재질로 코팅된 인장재(20)는 도8에 도시된 바와 같이, 외부에 다수 돌출되어 형성된 돌기(11)와, 상기 인장재(20)의 끝단 외부에 형성된 자수튜브(14)와, 상기 자수튜브(14)의 하부에 형성된 지압링(13)과, 상기 지압링(13)의 끝단에 형성된 하부만션(12)으로 구성되어 있음을 알 수 있다.
상기 앵커헤드부(C)는 중앙에 통공이 형성된 원판형 플레이트형상의 앵커헤드플레이트(plate)(42)와, 상기 앵커헤드플레이트(42)의 상부에 형성되며, 둥근 부분인 앵커헤드(41)와, 상기 앵커헤드(41)의 내측 일측에 부착된 웨지(미도시)와, 상기 웨지의 다른 일측은 내부에 탭(이빨)이 형성되어 인장제(20)에 고정된 구조인 통상의 앵커헤드부(C)의 구조인 것이다.
상기와 같은 본 발명은 앵커체의 앵커정착부와 결속되는 주위 지반을 주입된 플라즈마 용융보조재와 함께 플라즈마 열에 의해 일시 용융한 후 다시 암석화시켜, 기존의 그라우트제주입 앵커공법에 비해 지지력 및 결속력을 크게 증가시킬 수 있을 뿐 아니라, 앵커 정착부의 강도를 증가시켜 영구적으로 앵커 능력을 발휘할 수 있도록 하였고, 앵커정착부의 천공굴착주위 토사(SOIL)를 용융하여 인위적으로 영구적인 암반형 앵커지지부를 만들 수 있어, 기존의 그라운드앵커공법들에 비해 정착부의 길이를 짧게 할 수 있기 때문에 궁극적으로 전체 앵커체의 길이를 짧게 할 수 있어 지반 천공(굴착)시간을 단축하였고, 습기를 비롯한 외부기후조건 등에 관계없이 시공할 수 있으며, 냉각수로 단시간 내에 냉각시켜, 기다리는 시간을 단축하여 앵커시공의 경제화를 이룩한 장점이 있는 것이다.

Claims (9)

  1. 플라즈마 앵커공법에 있어서,
    제1공정(천공 및 케이싱공정)
    앵커체(180)를 설치할 위치에 천공기를 사용하여 소정의 각도로 앵커정착부(A)가 위치할 정착지반까지 천공드릴헤드(60)를 이용하여 천공함과 동시에 플라즈마 토치를 삽입하여 플라즈마 열을 가하기 위한 보호용 세라믹관 또는 세라믹코팅관(1)을 설치한 후에,
    재2공정(플라즈마(용융보조재) 주입공정)
    세라믹관 또는 세락믹코팅관(1)의 내부에, 3개의 관인 전공급관(30), 냉각수공급관(31) 및 플라즈마 매질 주입관(32)을 하부까지 연결 삽입되어 설치하고, 세라믹관 또는 세라믹코팅관(1)의 하부 전방끝단에는 플라즈마토치(35)를 설치하고, 그 하부외측에는 일정간격(천공된 공간(36))을 유지하게 하여 삽입 장착한 다음,
    앵커정착부(A)가 위치할 부위를 보다 짧은 시간내에 간편하게 마그마화시키기 위하여 암석이나 토사에 비해 용융온도가 낮고 냉각된 후 고결강도가 높은 재료로 분말상 또는 액체상태나 겔상태(GEL TYPE)의 용융되기 쉬운 상태의 플라즈마 용융보조제(예 철강석 분말 등)를 앵커정착부(A) 위치까지 주입한 다음,
    제3공정(플라즈마(용융보조재) 및 주위지반 용융공정)
    시판중인 소형의 플라즈마 토치(35)를 플라즈마 용융보조재(110)가 주입된 앵커정착부(A)의 초입까지 삽입하여, 암석(ROCK) 또는 토사(SOIL)와 혼합된 플라즈마 용융보조재를 마그마화(120)하는 공정으로,
    내열성이 강한 세라믹이나 세라믹코팅 특수강의 재질인 세라믹관 또는 세라믹코팅관(1)을 천공 정착부의 전방부에 설치하고, 설치된 세라믹관 또는 세라믹코팅관(1)의 내부를 통하여 현장에 설치된 발전기에 의해 전기는 전기공급관(30)을 통하여, 냉각수는 냉각수 순환펌프를 이용하여 냉각수공급관(31)을 통해 공급하여 각각 플라즈마토치 구동용 전력과 플라즈마 토치(35)의 냉각용 냉각수를 공급하고, 플라즈마 매질 저장고에서 아르곤가스나 압축공기 등의 플라즈마 매질을 공급하고,
    앵커정착부(A) 위치의 암반 또는 토사와 플라즈마 용융보조재가 플라즈마 열에 의한 마그마化(120)가 이루어지면 플라즈마 토치(35)를 앵커주입공 밖으로 제거한 후,
    제4공정(앵커체삽입공정)
    자유길이부(B) 측에 피복재(15)가 앵커정착부(A)에는 세라믹재질로 코팅된 인장재(20)를 삽입 설치하기 위하여,
    마그마화된 암반 또는 토사와 플라즈마 반응 용융보조재는 매우 높은 고열로 인해 앵커체를 손상시킬 위험이 크기 때문에 방사온도계를 이용하여 천공 정착부의 내부 온도를 측정하여 마그마화된 암반 또는 토사와 플라즈마 용융보조재의 온도가 앵커정착부(A)측에 내열성의 피세라믹재질로 코팅되어 있는 인장재(20)가 손상되지 않을 정도의 섭씨 1000도 내외로 냉각된 것을 확인한 후, 인장재(20)를 반 마그마화된 마그마화부(120)에 삽입하여 서서히 냉각시켜 인장재(20)가 앵커체(180)에 완전히 정착될 수 있도록 한 다음,
    제5공정(케이싱인발 및 인장,앵커두부설치공정)
    앵커정착재(A)가 완전히 암석화된 지반에 정착된 후, 보호용 세라믹관 또는 세라믹코팅관(1)을 인발하고 앵커정착부(A)에 인장재(20)를 연결하고 앵커헤드부(C)를 관통하여 별도의 앵커헤드플레이트(plate)(42)를 먼저 설치하여 띠장(wale, H-Beam을 주로 사용함)의 변형을 막아주며, 앵커헤드플레이트(42)와 그 상부의 둥근 형태의 앵커헤드(41)에 4개의 웨지(쐐기, wedge)와 결합 시킨 다음, 상기 웨지는 내부에 탭(이빨)을 만들어 인장재(20)를 고정시켜 앵커헤드부(C) 처리작업을 수행한 다음, 앵커를 고정함을 특징으로 하는 플라즈마 앵커공법.
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  7. 앵커를 고정시키는 공법에 사용되는 장치에 있어서, 플라즈마 토치를 삽입하여 플라즈마 열을 가하기 위한 보호용 내열성 세라믹 또는 세라믹코팅 특수강 재질이며, 상기 세라믹관 또는 세라믹코팅관(1)의 상부에 형성된 앵커헤드부(C)와, 상 기 세라믹관 또는 세라믹코팅관(1)의 중간부를 형성하는 자유길이부(B)와, 상기 세라믹관(1)의 말단부에 형성된 앵커정착부(A)로 구성되어 있으며,
    상기 세라믹관 또는 세라믹코팅관(1)의 내부에 삽입되어 암반 및 토사층을 굴착하는 천공드릴헤드(60)와, 상기 세라믹관 또는 세라믹코팅관(1)의 외부에서 상부로부터 하부까지 삽입되는 전기공급관(30), 냉각수공급관(31) 및 플라즈마매질주입관(32)과, 상기 세라믹관 또는 세라믹코팅관(1)의 하부 일측에 삽입되어 있고, 상기 전기공급관(30), 냉각수공급관(31) 및 플라즈마매질주입관(32)의 끝단에 형성된 플라즈마토치(35)로 구비되어 있고,
    상기 앵커정착부(A)의 인장재는 세라믹재질로 표면이 코팅되어 있으며, 세라믹관 또는 세라믹코팅관(1)의 하부에 형성된 공간의 마그마화부(120)에 삽입되어 세라믹재질로 코팅된 인장재(20)의 일단을 고정시키는 앵커체(180)로 구비되어 있으며,
    상기 앵커헤드부(C)는 중앙에 통공이 형성된 원판형 플레이트형상의 앵커헤드플레이트(42)와, 상기 앵커헤드플레이트(42)의 상부에 형성되며, 둥근 부분인 앵커헤드(41)와, 상기 앵커헤드(41)의 내측 일측에 부착된 웨지(미도시)와, 상기 웨지의 다른 일측은 내부에 탭(이빨)이 형성되어 인장재(20)에 고정된 구조를 포함하여 구성되어 있음을 특징으로 하는 플라즈마 앵커공법에 사용되는 장치.
  8. 청구항 7에 있어서, 상기 세라믹관 또는 세라믹코팅관(1)은 내부에 삽입되어 암반 및 토사층을 굴착하는 천공드릴헤드(60)과, 상기 세라믹관 또는 세라믹코팅관(1)의 외부에서 상부로부터 하부까지 삽입되는 전기공급관(30), 냉각수공급관(31) 및 플라즈마주입관(32)과, 상기 세라믹관(1)의 하부 일측에 삽입되어 있고, 상기 전기공급관(30), 냉각수공급관(31) 및 플라즈마주입관(32)의 끝단에 형성된 플라즈마토치(35)를 포함하여 구성되어 있음을 특징으로 하는 플라즈마 앵커공법에 사용되는 장치.
  9. 청구항 7에 있어서, 상기 앵커정착부(A)에 세라믹재질로 코팅된 인장재(20)는 외부에 다수 돌출되어 형성된 돌기(11)와, 상기 인장재(20)의 외부에 형성된 자수튜브(14)와, 상기 자수튜브(14)의 하부에 형성된 지압링(13)과, 상기 지압링(13)의 끝단에 형성된 하부만션(12)을 포함하여 구성되어 있음을 특징으로 하는 플라즈마 앵커공법에 사용되는 장치.
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