KR100871467B1 - 지압형 앵커 및 이 시공방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 지압형 앵커 및 이 시공방법에 관한 것으로, 인장재의 인장시 쐐기윙이 지중에 박혀 그라우트를 타설하지 않아도 앵커를 정착할 수 있으며, 인장재의 초기 인장 이전에 쐐기윙이 지중에 정착되어 앵커의 슬립이 발생되지 않도록 정착부를 지지하고, 공기를 단축함을 목적으로 한다.

본 발명에 의한 지압형 앵커는, 후방으로 갈수록 외경이 점진적으로 작아지는 테이퍼형의 정착헤드(10)와; 상기 정착헤드의 둘레부에 원주방향을 따라 배열되면서 슬라이딩 가능하게 지지되어 상기 정착헤드의 인장시 벌어져 지중에 박혀 지압하는 다수의 쐐기윙(20)과; 상기 정착헤드의 둘레부에 전후진 가능하게 연결되며 상기 쐐기윙을 전진시켜 지중에 박혀 고정되도록 하는 정착편(30)과; 상기 정착헤드의 후방에 전후진 가능하게 연결되며 상기 정착편을 전진시킴과 아울러 상기 정착헤드를 인장시켜 상기 쐐기윙을 작동시키는 다수의 인장재(40)를 포함하여 구성된다.

앵커, 쐐기윙, 인장재, 패커

Description

지압형 앵커 및 이 시공방법{Ground pressure anchor and constructing method thereof}

본 발명은 지압형 앵커 및 이 시공방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 인장재의 인장에 의해 쐐기윙이 벌어지면서 지중에 박혀 지압력을 발생함으로써 그라우트를 타설하지 않아도 충분한 지압력을 통해 지반을 보강할 수 있으며, 인장재의 초기 인장 이전에 쐐기윙이 지중에 박혀 정착함으로써 앵커가 인발되지 않고 정착력을 확보할 수 있는 지압형 앵커 및 이 시공방법에 관한 것이다.

일반적으로, 앵커는 절개지 등에서의 절개면의 붕괴방지 및 사면안정, 빌딩 또는 댐 등과 같은 대형 구조물의 지하수에 의한 부상방지, 대형 건물의 지하층 토목 공사시 굴착벽면의 붕괴방지 등에 사용되며, 또한 지진 발생지 등의 건축물이나 대형 철탑 시공시 구축물의 이동이나 왜곡을 방지하기 위해 설치되는 것이다.

굴착공법은 붕괴염려가 있는 지반에 천공기를 이용하여 굴착공을 천공하고, 이 구멍에 그라우트 호스(grout hose)와 복수개의 인장재 및 내하체를 하나의 유닛 으로 마련하여 삽입한 다음, 그라우트 호스를 통해 그라우트(grout)를 주입하며, 주입된 그라우트가 내하체와 함께 양생되면 인장재의 다른 한쪽끝단에 고정구를 체결한 후 강연선 내의 인장재를 유압장비 등을 사용하여 인장하여 대상 구조물을 안정시키는 것이다.

이와 같은 앵커는 그라우팅의 지압력 또는 지반과의 마찰력에 의하여 표면으로부터의 인장력을 지지하게 된다.

이러한 굴착공법에서 앵커의 구성요소는 소요응력을 발휘하는 정착부, 이 정착장에서 발휘되는 응력을 전달하는 자유부, 소요응력을 구조체에 작용토록 하는 고정구로 구분된다. 이들 구성요소 중 정착부는 지반과 시멘트 그라우트, 시멘트 그라우트와 인장재의 부착저항에 의해 결정된다. 상기 굴착공법에 사용되는 자유부는 예컨대 주로 다수의 강선이 꼬여있는 와이어로프가 피복된 인장재로 이루어질 수 있다.

그러나, 종래 기술에 따른 앵커는 다음과 같은 문제점이 있다.

종래 기술에 의한 앵커는 그라우트의 지압력에 의해 인발에 대한 버팀강성을 부여하는 것인데, 지반의 상태에 따라 앵커가 삽입된 굴착공의 주변에는 다수의 절리가 존재한다. 따라서, 그라우트는 주입압력에 의해 충진되는 것이기 때문에 상기 굴착공에 주입될 때 절리를 통해 상기 굴착공에서 누출되어 상기 굴착공 내부의 충진율이 낮아짐으로써 지반을 실질적으로 보강하지 못하고 있다. 이때, 상기 절리가 일부분에만 형성된다 하여도 상기 굴착공 내부의 전영역이 하나의 공간이기 때문에 굴착공의 전영역에 충진된 그라우트 내부에 공극이 발생되어 보강이 이루어지지 않 게 된다. 여기서, 굴착공 내부의 강도를 측정할 방법이 없기 때문에 공극이 존재하는 상태를 인지하지 못하고 공사를 진행하게 되고, 결국 지반 붕괴로 인한 대형 사고가 발생될 수 있다.

그리고, 앵커의 외주면이 대개 평평한 면이기 때문에 그라우트와 앵커 사이에 이탈현상이 발생되므로 인장재의 인장시 앵커가 굴착공에서 인발되고, 결과적으로 지반이 붕괴되는 단점도 있다.

또한, 선단 정착부에서 집중적인 하중을 받게 되어 구조적으로 안정하지 못한 문제점이 있어 정착부의 길이를 길게 하였다. 하지만 정착부가 길어지면 단가 및 시공상의 어려움 등의 문제점이 있다.

이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 앵커가 인발될수록 지중에 대한 버팀력이 커지도록 하며, 쐐기와 지반과의 마찰력 증대를 통해 지반을 더욱 견고하게 보강할 수 있도록 한 지압식 영구 앵커가 제안된 바 있다.

종래 기술에 의한 앵커는, 예컨대, 지반 내의 굴착공 안쪽에 삽입되는 정착 헤드와; 선단부가 상기 정착 헤드에 고정되며 후단부가 굴착공 외부의 지압수단에 연결되는 하나 이상의 인장재와; 상기 인장재의 도중에 설치되어 굴착공을 밀폐하는 패커와; 상기 인장재의 인장시 벌어지면서 굴착공에 박히는 쐐기로 구성된다.

종래 기술에 의한 쐐기식 앵커는 굴착공에 삽입될 때에는 패커와 쐐기가 굴착공에 간섭되지 않도록 패커는 수축된 상태이고 쐐기는 인장재측으로 밴딩된 상태이다. 이 상태에서 패커를 먼저 팽창시켜 패커와 굴착면의 마찰력에 의해 앵커를 굴착공에 지지한 후 인장재를 인장하여 쐐기가 벌어지도록 함으로써 시공되는 것이 다.

그러나, 종래 기술에 의한 앵커에 따르면 다음과 같은 문제점이 있다.

쐐기가 벌어지기 위해서는 앵커가 굴착공에서 인발되지 않도록 지지되어야 하며, 이와 같은 인발에 대한 버팀력은 패커에 의해 이루어지는 것이다. 그러나, 패커는 마찰력에 의해서만 굴착공에 지지되는 것이기 때문에 인장재의 인장시 앵커가 굴착공에서 인발되는 문제점이 있다. 특히, 인장재에 의한 인발력이 패커의 마찰력보다 크기 때문에 앵커의 인발이 빈번하게 일어나고 있다.

또한, 패커의 마찰력에 의해 앵커가 인발되지 않는다고 가정하더라도 패커를 팽창하기 위해서는 패커 내부에 유체(에어, 시멘트 밀크 등)를 주입하여야 하므로, 유체, 주입펌프, 압력게이지 등에 따른 비용이 소요되고, 패커의 팽창을 위한 작업시간이 필요하므로 전체적인 공기가 길어지는 문제점도 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그라우트의 마찰력에 의하지 아니하고 지반에 쐐기식으로 박히는 쐐기윙의 지압력에 의해 앵커를 지중에 정착하며, 쐐기윙을 정착하기 위한 인장재의 초기 인장 이전에 쐐기윙을 지중에 정착하여 앵커가 인발되지 않도록 하고 양생 등의 기간을 단축할 수 있는 지압형 앵커를 제공하는데 그 목적이 있다.

전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 지압형 앵커는, 인장재의 인장시 지중을 향해 벌어지면서 쐐기식으로 박혀 고정되는 다수의 쐐기윙과; 상기 인장재의 인장 이전에 상기 쐐기윙을 지중에 정착하는 정착편을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 무패커 쐐기식 지압 앵커에 의하면, 인장재의 인장에 의해 쐐기윙이 벌어지면서 지중에 박혀 지압력을 발생함으로써 그라우트를 타설하지 않아도 충분한 지압력을 통해 지반을 보강할 수 있으며, 인장재의 초기 인장 이전에 정착편에 의해 쐐기윙이 지중에 박혀 고정됨으로써 인장재의 인장시 쐐기윙의 슬립이 발생되지 않고 정착됨으로써 큰 지압력에 의해 지반을 보강할 수 있다.

그리고, 정착편에 의해 쐐기윙이 지중에 정착되어 종래 패커처럼 유체를 주입하는 시간, 양생하는 시간 등이 없어지므로 공기를 단축할 수 있다.

도 1과 도 2에서 보이는 것처럼, 본 발명에 의한 지압형 앵커(100)는, 정착헤드(10)와; 정착헤드(10)의 둘레부에 배치되며 정착헤드(10)에 인장력이 가해질 때 정착헤드(10)의 둘레를 향해 벌어져 지중에 박혀 지압하는 다수의 쐐기윙(20)과; 쐐기윙(20)이 지압력에 의해 지중에 박히도록 하는 정착편(30)과; 정착헤 드(10)의 후방에 연결되며 정착편(30)과 정착헤드(10)를 작동하여 쐐기윙(20)이 지압력에 의해 지중에 정착되도록 하는 다수의 인장재(40)로 구성된다.

정착헤드(10)는 인장재(40)의 인장에 의해 후진(지상측으로 인발되는 방향)함에 따라 쐐기윙(20)이 벌어질 수 있도록 예컨대 후방으로 갈수록 외경이 점진적으로 작아지는 테이퍼 형상의 경사 안내면(11)이 형성된 구조이다.

정착헤드(10)는 인장재(40)가 연결되는데, 인장재(40)는 정착편(30)을 전진(굴착공(A)의 안쪽 방향)시킴과 아울러 정착헤드(10)를 후진시키는 동작을 수행함에 따라 이러한 동작이 가능하도록 인장재 하우징(50)이 갖추어진다.

인장재 하우징(50)은 인장재(40)가 연결됨과 아울러 정착편(30)이 이탈되지 않도록 수용되는 구조이며, 예컨대, 전방을 향해 개방된 원통형 본체(51), 본체(51)의 중앙에 형성되며 정착헤드(10)의 후방에 형성된 볼트부(12)가 나사 체결되는 보스(52), 보스(52)의 둘레부에 원주방향을 따라 형성되며 인장재(40)가 직선 왕복 이동 가능하게 관통되는 다수(인장재(40)의 수량과 동일)의 통공(53)(도 3에 도시됨)으로 이루어질 수 있다.

인장재 하우징(50)은 정착헤드(10)와 일체로 형성될 수도 있지만, 일체형의 경우에는 정착편(30)의 조립 등이 어렵고 일부분의 파손이 전체를 교체하여야 하는 경제적 부담이 일어날 수 있으므로 분리형으로 형성되는 것이 바람직하다.

쐐기윙(20)은 다수개(도면에는 2개를 예로 들어 도시함)가 정착헤드(10)의 둘레부에 원주방향을 따라 배열되어 원의 형태를 이루다가 정착헤드(10)에 인장력이 가해질 때 지중을 향해 벌어짐으로써 지중에 박혀 지압력에 의해 정착헤드(10) 를 정착하는 것이며, 내주면에는 정착헤드(10)의 경사 안내면(11)과 대응되는 제1경사 안내면(21)(후방으로 갈수록 내경이 점진적으로 작아지는 형태)이 형성된다.

이와 같은 구조의 쐐기윙(20)들은 인장 이전에는 정착헤드(10)에서 분리되지 않아야 할 것이며, 이를 위하여 하나 이상의 밴드(13)에 의해 정착헤드(10)에서 분리되지 않도록 지지된다. 물론, 쐐기윙(20)은 인장재(40)의 인장시 정착헤드(10)에서 벌어져야 할 것이므로 밴드(13)는 인장력에 의해 끊어질 수 있는 강도로 이루어진다.

정착편(30)은 쐐기윙(20)의 후방에 설치되어 쐐기윙(20)이 지중에 박히도록 하는 것이며, 쐐기윙(20)의 정착을 위한 것이라기보다는 인장재(40)의 인장시 쐐기윙(20)이 굴착공(A)에서 인발되지 않도록 유도하는 것이다.

정착편(30)은 원통형이며 인장재 하우징(50)의 내부에 전후진 이동 가능하게 삽입되어 인장재(40)에 의해 전진하면서 쐐기윙(20)들을 전진시켜 쐐기윙(20)이 지중에 박히도록 하며, 바람직하게 쐐기윙(20)의 후방 내주면에는 제2경사 안내면(22)이 형성되고, 정착편(30)의 선단부에는 제2경사 안내면(22)에 대응되는 경사 안내면(31)이 형성될 수 있다.

도면에서는 정착편(30)이 원통형으로 형성된 것으로 도시되었지만, 도 6에서 보이는 것처럼, 정착편(30)은 호형상 단면으로 형성된 다수개(쐐기윙(20)의 수량과 동일한 수량)이면서 정착헤드(10)의 경사 안내면(11)을 타고 슬라이딩되는 경사 안내면(32)이 내주면에 형성된 것일 수도 있다. 즉, 이와 같은 구성에 따르면, 정착편(30)이 전진하면서 정착헤드(10)의 경사 안내면(11)을 타고 벌어지게 되어 굴착 공(A)에 마찰 또는 지중에 박혀 고정됨으로써 쐐기윙(20)의 인발을 막을 수 있다.

이와 같은 구성은 각각의 정착편(30)들이 각각 대응되는 쐐기윙(20)을 작동하도록 구성된 것이며, 다수의 정착편(30)은 동시에 동작할 수도 있고 서로 시간차를 두고 동작할 수도 있다.

이와 같은 실시예의 정착편(30)에 의하면, 정착헤드(10)의 인발시 경사 안내면(11)을 타고 벌어지게 되어 지중에 박힘으로써 정착력을 더욱 크게 할 수도 있다.

인장재(40)는 선단부에 이탈방지구(41)가 형성되어 인장재 하우징(50)의 통공(53)에 이탈되지 않도록 지지되며, 정착편(30)을 전진시키는 한편, 인장재 하우징(50)을 통해 정착헤드(10)를 인장하여 쐐기윙(20)들이 지중에 정착되도록 한다.

이와 같이 구성된 본 발명에 의한 지압형 앵커 시공방법은 다음과 같다.

(S10) 굴착공 천공.

굴착기를 이용하여 지중에 굴착공(A)을 천공한다. 지반의 상태에 따라 앵커(100)의 수량과 인장력이 달라질 것이며, 앵커(100)의 설계수량에 따라 굴착공(A)을 천공한다.

(S20) 지압형 앵커 삽입.

본 발명에 의한 앵커(100)를 굴착공(A)에 각각 삽입한다.

쐐기윙(20)들은 밴드(13)에 의해 정착헤드(10)측에 지지되어 앵커(100)를 굴착공(A)에 삽입할 때 간섭이 일어나지 않는다(도 3참고).

(S30) 앵커 고정.

앵커(100)는 인장재(40)의 인장력에 의해 쐐기윙(20)이 쐐기식으로 지중에 박힘으로써 정착될 수 있는 것이며, 인장재(40)의 인장시 앵커(100)의 정착부(정착헤드(10), 쐐기윙(20))가 인발되지 않도록 버팀력을 부여하여야 하며, 이 버팀력은 정착편(30)에 의해 이루어지는 것이다.

인장재(40)를 타격하는 등의 방법에 의해 정착편(30)을 전진시키면, 정착편(30)에 의해 쐐기윙(20)들이 정착헤드(10)의 둘레부로 벌어져 지중에 박히게 된다. 구체적으로 설명하면, 정착편(30)이 전진하면 쐐기윙(20)의 제1경사 안내면(21)과 정착헤드(10)의 경사 안내면(11)에 의해 쐐기윙(20)이 정착헤드(10)를 따라 전진하면서 벌어지게 된다. 이때, 정착편(30)의 경사 안내면(31)과 쐐기윙(20)의 제2경사 안내면(22)에 의해 쐐기윙(20)의 전진과 벌어짐이 자연스럽게 이루어질 수 있다(도 4참고). 이때, 밴드(13)가 끊어져 쐐기윙(20)의 구속을 해제할 수 있다. 정착편(30)은 정착헤드(10)의 경사 안내면(11)을 따라 전진하다가 외주면이 굴착공(A)의 벽면에 지지됨으로써 마찰력에 의해 굴착공(A)에 지지될 수도 있다.

즉, 쐐기윙(20)이 지면과의 마찰력에 의해 버팀력을 발생(종래 패커방식)하는 것이 아니라 지중에 박히는 지압력에 의해 버팀력을 발생하는 것이다.

(S40) 정착.

도 5와 같이, 인장재(40)를 인장하면, 인장재 하우징(50)과 정착헤드(10)가 지상측으로 인발(후진)되며, 이때, 정착헤드(10)의 경사 안내면(11)과 쐐기윙(20)의 제1경사 안내면(21)의 경사관계에 의해 쐐기윙(20)은 인발되지 않고 벌어지게 된다.

인장재(40)에 의한 긴장력이 설계 긴장력의 100%로 도달할 때까지 인장재(40)를 인장한다. 인장재(40)의 인장이 완료되면 앵커(100)의 정착부(정착헤드(10), 쐐기윙(20))이 지중에 정착되어 지반이 안정적으로 보강된다.

이로써, 본 발명에 의한 지압형 앵커의 시공방법이 완료되며, 굴착공(A)의 입구를 밀봉하기 위하여 밀봉재(시멘트 밀크 등)를 주입 양생할 수 있다. 여기서, 밀봉재는 앵커의 정착과 전혀 무관한 것이며, 단지 굴착공(A)의 입구를 막아 이물질로부터 굴착공(A)을 보호하기 위함이다.

한편, 완공 후 인장재가 인장될 경우 쐐기윙(20)이 쐐기식으로 지중에 박히기 때문에 정착부가 지중에서 인발되지 않고 지압력이 더 커지게 된다.

도 1은 본 발명에 의한 지압형 앵커의 결합 사시도.

도 2는 본 발명에 의한 지압형 앵커의 분해 사시도.

도 3 내지 도 5는 본 발명에 의한 지압형 앵커의 작동 상태도.

도 6과 도 7은 각각 본 발명에 의한 지압형 앵커에 적용된 정착편의 다른 실시예가 적용된 분해 사시도와 단면도.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명>

10 : 정착헤드, 20 : 쐐기윙

30 : 정착편, 40 : 인장재

50 : 인장재 하우징,

Claims (6)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 후방으로 갈수록 외경이 점진적으로 작아지는 테이퍼형의 정착헤드(10)와;

   상기 정착헤드의 둘레부에 원주방향을 따라 배열되면서 슬라이딩 가능하게 지지되어 상기 정착헤드의 인장시 벌어져 지중에 박혀 지압하며 경사안내면(22)이 형성된 다수의 쐐기윙(20)과;

   2개 이상의 호형상으로 분할 형성되어 상기 정착헤드의 둘레부에 전후진 가능하게 연결되며 상기 쐐기윙을 전진시켜 지중에 박혀 고정되도록 하며 경사안내면(31)이 형성된 정착편(30)과;

   상기 정착헤드의 후방에 전후진 가능하게 연결되며 상기 정착편을 전진시킴과 아울러 상기 정착헤드를 인장시켜 상기 쐐기윙을 작동시키는 다수의 인장재(40)와;

   상기 정착헤드의 후방에 형성되며 내부에 상기 정착편이 전후진 가능하게 삽입되고 상기 인장재가 연결되는 인장재 하우징(50)이 포함된 것을 특징으로 하는 지압형 앵커.
5. 청구항 4에 있어서, 상기 인장재 하우징은, 전방을 향해 개방된 원통형 본체(51), 상기 본체의 중앙에 형성되며 상기 정착헤드의 후방에 형성된 볼트부(12)가 나사 체결되는 보스(52), 상기 보스의 둘레부에 원주방향을 따라 형성되며 상기 인장재가 직선 왕복 이동 가능하게 관통되는 다수의 통공(53)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 지압형 앵커.
6. 지중에 굴착공을 천공하는 제1단계와;

   청구항 5에 의한 지압형 앵커(100)를 상기 제1단계에 의해 형성된 굴착공에 삽입하는 제2단계와;

   상기 제2단계 이후 상기 지압형 앵커의 인장재를 통해 정착편을 전방으로 밀어 쐐기윙이 벌어지면서 지중에 박히도록 하는 제3단계와; 그리고,

   상기 제3단계 이후 상기 지압형 앵커의 인장재를 인장하여 쐐기윙이 지중을 향해 벌어지도록 함으로써 상기 지압형 앵커를 지중에 정착하는 제4단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 지압형 앵커 시공 방법.

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