KR101264396B1 - 교량의 교각 내진 보강 공법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기 설치된 교량의 교각 보강을 위해 나선형 보강재를 사용하여 기존 교량의 구조와 결속되도록 함으로써, 콘크리트 접합성 향상 및 내진 성능의 향상이 이루어질 수 있도록 하는 교량의 교각 내진 보강 공법을 제공한다.
이를 위해 본 발명은 교량의 기존 교각에 대한 내진 보강을 수행하는 공법에 있어서, 상기 기존 교각의 기초 부위까지 터파기를 진행하고, 교각 표면의 치핑 및 치핑부의 면정리를 수행하는 단계와, 상기 기존 교각의 둘레를 따라 일정 간격으로 다수개의 수직 배근용 나선형 보강재를 수직으로 고정 설치하는 단계, 상기 기존 교각 및 상기 다수개의 수직 배근용 나선형 보강재를 따라 상기 교각 기초의 상면으로부터 나선 모양으로 서로 일정 간격을 두고 나선 권취용 나선형 보강재를 권취하여 감아 올리는 나선 모양 배근 공정을 수행하는 단계 및, 상기 다수의 수직 배근용 나선형 보강재 및 상기 나선 권취용 나선형 보강재가 배근된 시공부 둘레로 거푸집을 설치하여 내부에 콘크리트 모르타르를 타설하고, 일정 기간 경과 후 콘크리트 모르타르의 고형화가 완료되면 상기 거푸집을 제거하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

Description

교량의 교각 내진 보강 공법{Method for Reinforcing Earthquake-Resistant of Bridge Pier}

본 발명은 기존 교량의 내진 성능을 향상시키기 위한 보강 공법에 관한 것으로서, 교량의 교각 보강시 신구 콘크리트 간의 접합성 향상과, 공사후 교각 기초에 악영향을 주지 않으면서 내진 성능이 향상될 수 있도록 하는 교량의 교각 내진 보강 공법에 관한 것이다.

일반적으로, 우리나라의 경우에는 지진 발생률이 극히 낮으므로 내진 설계에 대한 필요성을 갖지 못함으로 인해, 기존에 축조된 전국의 다수 교량들에는 내진 설계가 전혀 이루어지지 않은 상태에서 설계되어 공용화되고 있는 상태이다.

하지만, 근래에는 우리나라의 국토에도 지진에 의한 피해의 가능성이 높은 지역으로 판명되고 있고, 실제로 몇몇 지역에서는 실제적인 지진이 발생하는 사건이 보고되고 있어서, 우리나라의 경우에도 지진의 피해에 안전한 지역이 아니라는 사실이 증명되고 있다.

이에 따라, 지진 발생의 경우에 가장 심각한 피해가 우려되는 기존 축조 교량에 대해 추가적인 내진 보강을 진행하여 내진 성능을 향상시킬 필요가 있는 바, 기존 교량의 내진 성능을 향상시키는 공법으로는, 교량의 교각에 대한 강성을 보강하는 공법이 대표적으로 이용되고 있다.

즉, 도 1에 도시된 바와 같이, 교량(10)을 지탱하고 있는 다수개의 교각(20)의 경우에는, 지진 발생시에 지반으로부터 전달되는 강한 진동에 의한 직접적인 충격이 가장 먼저 가해지고, 특히 각 교각(20)의 하부(25)(교각 기초와 결합되어 있는 일정 영역) 부분에는 가장 큰 충격량이 가해질 수 있는 취약 부분에 해당된다.

현재 적용되고 있는 교량 교각의 강성을 보강하는 공법으로는 섬유 쉬트를 이용한 교각 기둥의 강성 보강 공법과, 강판 피복(Steel Jacket)에 의한 보강 공법, 콘크리트 피복(Concret Jacket)에 의한 보강 공법 등이 주로 적용되고 있다.

섬유 쉬트를 이용한 보강 공법은 기존 콘크리트 교각의 바탕면을 세척 처리후에 고강도 접착제를 사용하여 FRP 소재로 이루어진 섬유 쉬트를 다층으로 부착하여 구조룸의 연성과 내하력 및 내구성을 향상시키고자 하는 것이다.

그러나, 이러한 섬유 쉬트를 이용한 보강 공법의 경우는 섬유 쉬트라는 쉬트 특성의 재료를 부착해야 하므로 시공전에 균열 보수 및 표면 처리가 정밀하게 이루어져야 하는 선처리 상의 불리함이 있고, 섬유 쉬트를 다층으로 시공해야 하기 때문에 각 섬유 쉬트의 접착 시공시마다 정밀성이 요구되어 시공 오차 발생시 재접착 과정이 반복되는 만큼 시공 기간이 길어지고, 고가격대의 섬유 쉬트를 이용해야 하므로 공사비가 상승한다는 문제점이 있다.

한편, 강판 피복에 의한 보강 공법의 경우에는 기존 교각에 철재 강판을 용접에 의해 씌워 설치한 다음에, 강판과 교각 사이에 무수축 모르타르나 에폭시를 다량으로 그라우팅 충전하여 교각 기둥의 연성도를 보강하기 위한 것이다.

그러나, 이러한 강판 피복에 의한 보강 공법에서는 하천의 교각에 강판을 사용하여 시공이 이루어지므로 철재 강판의 부식이 우려되어 녹방지 도장 등의 방수 처리를 추가적으로 수행해야 하고, 녹방지 도장 처리에도 불구하고 지속적인 유지 관리가 요구되어 그에 따른 유지관리 비용이 추가된다는 불리함이 있다.

더구나, 강판의 설치시 용접으로 연결시키기 때문에 용접 연결부에 대한 신뢰성이 저하되고, 보강 이후에 철재 강판에 의한 교각의 중량 증가로 교각 기초의 내하력에 악영향을 미칠 수 있다는 문제점이 있다.

또한, 콘크리트 피복에 의한 보강 공법은 기존 교각의 외면에 띠철근을 전체적으로 배근하고 콘크리트를 보완 타설하여 교각의 단면을 증가시킴에 의해, 휨강도, 휨 변형 능력 및 전단 강도를 보강하기 위한 것이다.

그러나, 이러한 콘크리트 피복에 의한 보강 공법의 경우에는 단지 띠철근을 배근하고 콘크리트를 타설하는 공정에 따라 신구 콘크리트 간의 접합 신뢰성이 저하될 수 밖에 없고, 공사 기간이 상대적으로 길며, 교각 단면의 증가 기법으로 인해 보강 작업 이후 교각 중량의 증가로 교각 기초의 내하력에 악영향을 줄 수 있다는 문제점이 있다.

이에, 상기한 기존 교량의 교각 보강 공법에서 나타나는 문제점들을 해결할 수 있는 것으로서, 콘크리트의 접합성 향상과 더불어 공사 기간의 단축이 가능하고, 공사후 교각 자체에 악영향을 주지 않으면서 내진 성능이 향상될 수 있는 획기적인 보강 공법의 개발이 절실히 요구된다.

따라서, 본 발명은 상기한 종래의 문제점들을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 그 목적은 기 설치된 교량의 교각 보강을 위해 나선형 보강재를 사용하여 기존 교량의 구조와 결속되도록 함으로써, 콘크리트 접합성 향상 및 내진 성능의 향상이 이루어질 수 있도록 하는 교량의 교각 내진 보강 공법을 제공하는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따르면, 교량의 기존 교각에 대한 내진 보강을 수행하는 공법에 있어서, 상기 기존 교각의 기초 부위까지 터파기를 진행하고, 교각 표면의 치핑 및 치핑부의 면정리를 수행하는 단계와, 상기 기존 교각의 둘레를 따라 일정 간격으로 다수개의 수직 배근용 나선형 보강재를 수직으로 고정 설치하는 단계, 상기 기존 교각 및 상기 다수개의 수직 배근용 나선형 보강재를 따라 상기 교각 기초의 상면으로부터 나선 모양으로 서로 일정 간격을 두고 나선 권취용 나선형 보강재를 권취하여 감아 올리는 나선 모양 배근 공정을 수행하는 단계 및, 상기 다수의 수직 배근용 나선형 보강재 및 상기 나선 권취용 나선형 보강재가 배근된 시공부 둘레로 거푸집을 설치하여 내부에 콘크리트 모르타르를 타설하고, 일정 기간 경과 후 콘크리트 모르타르의 고형화가 완료되면 상기 거푸집을 제거하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 교량의 교각 내진 보강 공법을 제공한다.

이상과 같이 본 발명에 따르면, 기존에 설치된 교량의 교각에 대해 내진 성능 향상을 위한 보강을 진행하는 경우에, 나선형 보강재를 나선 모양으로 다층 배근하여 기존 교각의 철근과 결속되도록 하고, 나선형 보강재를 교각 둘레를 따라 다수개 수직 배근한 상태에서, 콘크리트 타설을 진행할 수 있도록 함에 따라, 인장 강도 및 변형율, 내부식성, 부착 강도가 우수한 나선형 보강재를 사용함에 의해, 간편한 성형성에 의해 공사가 용이하여 전반적인 공사 기간의 단축이 가능하고, 콘크리트와의 결합성이 탁월하여 신구 콘크리트와의 결합성이 향상될 수 있다.

또한, 공사후 부식 및 내부 균열의 우려가 없으므로 사후 유지 관리가 불필요하여 추가 비용 발생의 우려가 없으며, 보강후 교각 중량의 증가치가 크지 않아서 교각 기초의 내하력에 악영향을 끼치지 않으면서, 기존 공법보다 내진 성능이 크게 향상될 수 있다는 효과를 갖게 된다.

도 1은 일반적인 교량의 교각 구조를 개략적으로 나타낸 도면,
도 2는 본 발명에 따른 내진 보강 공법이 적용된 교량의 교각 구조를 나타낸 부분 절개 사시도,
도 3a 내지 도 3f는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 교량의 교각 내진 보강 공법이 진행되는 과정을 순차적으로 보여주는 도면,
도 4는 본 발명의 공법에 적용되는 나선형 보강재의 수직 배근 상태를 구체적으로 나타낸 도면,
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 공법에 적용되는 나선형 보강재의 나선 모양 배근 및 결속 상태를 구체적으로 나타낸 도면이다.

이하, 상기한 바와 같이 구성된 본 발명에 대해 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 내진 보강 공법이 적용된 교량의 교각 구조를 나타낸 부분 절개 사시도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 내진 보강 공법이 적용된 교량의 교각 구조는,

기존 교각(20)에서 지진 발생시 내진 성능이 가장 떨어지는 부위인 하부(즉, 교각의 기초와 결합되는 하부의 일정 높이 부분)에는 본 발명의 공법이 적용된 내진 보강 시공부(100)가 형성된다.

상기 내진 보강 시공부(100)의 내측에는 기존 교각(20) 내부에 배근되어 있는 철근(30)의 일단과 고정적으로 결속된 상태에서, 상기 기존 교각(20)의 원통 형상을 따라 최하측으로부터 나선 모양으로 서로 일정 간격을 두고 권취되어 감겨 올라가는 나선 권취용 나선형 보강재(112)가 배치되고, 상기 기존 교각(20)의 원통 형상 둘레를 따라 일정 간격으로 수직으로 배근되는 수직 배근용 나선형 보강재(110)가 배치된다.

한편, 상기 나선 권취용 나선형 보강재(112)와, 상기 수직 배근용 나선형 보강재(110)의 배치가 이루어지면, 그 배치부에 신규 콘크리트 모르타르를 타설하여 상기 기존 교각(20)의 콘크리트와 신구 콘크리트와의 결합을 도모하게 된다.

여기서, 상기 나선 권취용 나선형 보강재(112)와, 수직 배근용 나선형 보강재(110)가 적용되는 나선형 보강재는, 내부식성이 강한 아연합금 재질로 이루어진 것으로서 그 형상이 길이 방향을 따라 직선으로 연장되는 중앙 부재(120)를 중심으로 나선 부재(122)가 나선 형상으로 규칙적으로 감겨 올라가 있는 형태로 이루어져 있다.

따라서, 나선형 보강재는 그 재질 및 형상에 의해, 내부식성이 강하고, 콘크리트와의 부착 강도가 커서 두 재료 사이의 균열이 발생하지 않고 일체화가 가능하다. 더구나, 나선형 보강재와 콘크리트는 온도팽창계수가 각각 "αc=1.0~1.3×10-6 /℃" 및 "αh=1.0~1.2×10-6 /℃" 로서, 온도팽창계수가 거의 동일하기 때문에, 온도 변화에 의해 발생되는 각 재료 간의 응력이 무시될 수 있어서 탁월한 결합성을 가질 수 있게 되는 것이다.

또한, 나선형 보강재는 상기 중앙 부재(120) 및 나선 부재(122)가 일체화된 나선 형상의 특성에 따라 가공성이 우수하여 큰 외력을 가하지 않고서도 원하는 형태로 변형 가공이 가능하다.

이어, 상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 공법 진행 과정에 대해 도 3a 내지 도 3f와, 도 4, 도 5a 및 도 5b의 도면을 각각 참조하여 상세히 설명한다.

먼저, 도 3a에 도시된 바와 같이 내진 보강할 교각(20)의 주변으로 교각 기초(40)의 상면까지 터파기를 실시하여 일정 영역의 작업 공간(130)을 확보한다.

그 상태에서, 도 3b에 도시된 바와 같이, 상기 교각 기초(40)의 위치로부터 일정 보강 높이까지 상기 교각(20)의 목표로 하는 표면(132)을 치핑 기구(134)를 이용하여 치핑하는 작업을 진행하게 된다.

상기 치핑 작업이 완료되면, 도 3c에 도시된 바와 같이 그라인더(136)를 이용하여 상기 교각(20)의 치핑부를 고르게 면정리하는 작업을 수행하게 된다.

상기와 같이 치핑부의 면정리가 완료되면, 도 3d에 도시된 바와 같이 상기 교각(20)의 치핑부의 원통형 둘레를 따라 일정 간격으로 수직 배근용 나선형 보강재(110)를 수직으로 고정 설치하게 된다. 상기 각 수직 배근용 나선형 보강재(110)의 고정 설치 방법은 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 교각 기초(40)의 상면을 일정 깊이까지 천공하여 상기 수직 배근용 나선형 보강재(112)의 하부를 일부 삽입한 다음에, 해당 나선형 보강재(110)의 하부가 삽입된 천공부 내부의 빈공간에 에폭시(142)를 주입하여 고정 설치부(138)를 형성함에 의해 가능하다.

그 다음에, 상기 수직 배근용 나선형 보강재(110)의 설치가 완료되면, 도 3e에 도시된 바와 같이 상기 나선 권취용 나선형 보강재(112)를 상기 교각(20)의 원통 형상을 따라 상기 교각 기초(40)의 상면으로부터 나선 모양으로 서로 일정 간격을 두고 권취하여 감아 올리는 나선 모양 배근 공정을 수행하게 되는데, 상기 나선 권취용 나선형 보강재(112)의 나선 모양 배근 영역 내측에는 상기 교각(20)의 하부를 포함하여 다수의 수직 배근용 나선형 보강재(110)가 포함된다.

한편, 상기 나선 권취용 나선형 보강재(112)는 일측 종단을 고정시킨 상태에서 나선 모양으로 배근을 진행할 필요가 있는 바, 그 고정 방식은 각각 도 5a 및 도 5b에 나타난 바와 같다.

그 일예로서, 도 5a에 도시된 바와 같이, 상기 기존 교각(20)의 하측 내부를 일정 깊이까지 천공하여 삽입 구멍(144)을 형성한 다음에, 상기 삽입 구멍(144)의 내측으로 상기 나선 권취용 나선형 보강재(112)의 일측 종단부(112a)를 삽입하고, 해당 보강재의 종단부(112a)와 삽입 구멍(144) 사이의 공간에 에폭시(146)를 주입하여 고형화시킬 수 있도록 하는 것이다.

그 다른 예로서는, 도 5b에 도시된 바와 같이, 상기 기존 교각(20)의 하측 일부를 치핑 처리하여 해당 교각(20) 내부의 기존 철근(30)이 노출되도록 치핑부(148)를 형성한 다음에, 상기 나선 권취용 나선형 보강재(112)의 일측 종단부(112a)를 상기 교각(20)의 철근(30)에 다겹으로 권취하여 고정시킬 수 있도록 하는 것이다.

상기 나선 권취용 나선형 보강재(112)의 나선 모양으로의 배근이 완료되면, 도 3f에 도시된 바와 같이 시공부 둘레로 거푸집(140)을 설치한 다음에, 다수의 수직 배근용 나선형 보강재(110) 및 상기 나선 권취용 나선형 보강재(112)가 배근된 내측으로 콘크리트 모르타르를 타설하는 작업을 수행한다.

일정 기간 경과 후에, 콘크리트 모르타르의 고형화가 완료되면 상기 거푸집(140)을 제거하여 내진 보강 작업을 마무리하게 된다.

상기에서 본 발명의 특정한 실시예가 설명 및 도시되었지만, 본 발명이 당업자에 의해 다양하게 변형되어 실시될 가능성이 있는 것은 자명한 일이다. 이와 같은 변형된 실시예들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안되며, 본 발명에 첨부된 청구범위 안에 속한다고 해야 할 것이다.

20:교각, 30:철근,
40:교각 기초, 100:내진보강 시공부,
110:수직 배근용 나선형 보강재, 112:나선 권취용 나선형 보강재,
120:중앙 부재, 122:나선 부재,
130:작업 공간, 132:표면,
138:고정 설치부, 140:거푸집,
142,146:에폭시, 144:삽입 구멍,
148:치핑부.

Claims (3)

1. 교량의 기존 교각에 대한 내진 보강을 수행하는 공법에 있어서,
   상기 기존 교각의 기초 부위까지 터파기를 진행하고, 교각 표면의 치핑 및 치핑부의 면정리를 수행하는 제1단계와;
   상기 기존 교각의 둘레를 따라 일정 간격으로 다수개의 수직 배근용 나선형 보강재를 수직으로 고정 설치하는 제2단계;
   상기 기존 교각 및 상기 다수개의 수직 배근용 나선형 보강재를 따라 상기 교각 기초의 상면으로부터 나선 모양으로 서로 일정 간격을 두고 나선 권취용 나선형 보강재를 권취하여 감아 올리는 나선 모양 배근 공정을 수행하는 제3단계; 및
   상기 다수의 수직 배근용 나선형 보강재 및 상기 나선 권취용 나선형 보강재가 배근된 시공부 둘레로 거푸집을 설치하여 내부에 콘크리트 모르타르를 타설하고, 일정 기간 경과 후 콘크리트 모르타르의 고형화가 완료되면 상기 거푸집을 제거하는 제4단계를 포함하여 이루어지며,
   상기 다수의 수직 배근용 나선형 보강재 및 상기 나선 권취용 나선형 보강재는 아연합금 재질로 이루어지고, 그 형상이 길이 방향을 따라 직선으로 연장되는 중앙 부재를 중심으로 나선 부재가 나선 형상으로 규칙적으로 감겨 올라가 있는 형태로 이루어지는 것을 특징으로 하는 교량의 교각 내진 보강 공법.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 제2단계는, 상기 교각 기초의 상면을 일정 깊이까지 천공하여 상기 수직 배근용 나선형 보강재의 하부를 일부 삽입하고, 상기 수직 배근용 나선형 보강재의 하부가 삽입된 천공부 내부의 빈공간에 에폭시를 주입하여 고정 설치하도록 이루어진 것을 특징으로 하는 교량의 교각 내진 보강 공법.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 제3단계는, 상기 기존 교각의 하측 내부에 삽입 구멍을 형성하여 상기 나선 권취용 나선형 보강재의 일측 종단부를 삽입하고, 상기 나선 권취용 나선형 보강재의 종단부와 삽입 구멍 사이의 공간에 에폭시를 주입하여 고형화시키거나, 상기 기존 교각 내부의 기존 철근이 노출되도록 치핑부를 형성하고, 상기 나선 권취용 나선형 보강재의 일측 종단부를 상기 기존 철근에 다겹으로 권취하여 고정시키는 것 중의 어느 하나에 의해 상기 나선 권취용 나선형 보강재의 일측 종단부를 고정하도록 이루어진 것을 특징으로 하는 교량의 교각 내진 보강 공법.
   
   
   

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