KR101648836B1

KR101648836B1 - 압입강관체 및 이를 이용한 지중구조물 시공방법

Info

Publication number: KR101648836B1
Application number: KR1020160012992A
Authority: KR
Inventors: 김진수
Original assignee: 원하종합건설 주식회사; 김진수
Priority date: 2016-02-02
Filing date: 2016-02-02
Publication date: 2016-08-18

Abstract

압입강관체가 개시된다. 압입강관체는 다수의 격실로 형성된 압입강관체에 있어서, 압입강관체의 양측부에 형성되어 인접 압입강관체와 측방연결되는 측방격실; 양 측방격실 사이에 형성되어 작업을 수행할 수 있는 공간을 제공하는 내측격실; 인접한 압입강관체의 측방격실을 가이드 하여 측방연결시키며, 측방격실의 단부 상하부에 상하로 이격 설치되는 가이드판; 측방격실의 상하부에 측방격실의 길이방향으로 일정한 간격으로 형성된 관통홀을 관통하여 매입되며, 인접한 압입강관체의 각 측방격실에 의해 측방연결된 측방연결부에 작용하는 지중하중의 크기에 맞추어 긴장시켜 상기 측방연결부를 강결하는 긴장재;를 포함한다.

Description

압입강관체 및 이를 이용한 지중구조물 시공방법{UNDER-GROUND PUSHING PIPE AND UNDER-GROUND STRUCTURE CONSTRUCTION METHOD THEREWITH}

본 발명은 압입강관체를 지중에 압입하고 상기 압입된 각각의 강관압입체의 측방연결부를 P.C 강봉을 이용하여 서로 강결하는 것으로서, 더욱 구체적으로는 서로 인접하는 압입강관체 내의 측방 격실내에 콘크리트를 타설하고 상기 측방 격실을 관통하여 매입되도록 설치된 P.C 강봉을 각각의 측방연결부에 작용하는 지중하중의 크기에 맞추어 긴장시켜 측방 연결부를 강결하는 것으로 구조적 신뢰성이 높고 현장관리가 용이한 압입강관체 및 이를 이용한 지중구조물 시공방법에 관한 것이다.

현재 보편적으로 적용되고 있는 대표적인 비개착식 지중구조물의 시공방법으로 강관루프 공법을 들 수 있다.

이러한 강관루프 공법은 일반적으로 도 1a와 같이 구조물이 형성될 지중에 미리 가설용 소형 강관(10,10a)을 순차적으로 압입 연결하여, 단순히 구조체를 형성할 공간을 확보하고, 추진강관에 의해 확보된 내부공간에는 철근을 배근하고 콘크리트를 타설하여 가설구조물로 이용하거나, 본 구조물로 이용하는 것을 목적으로 하는 지중구조물(지하터널 등) 시공 공법이다.

이러한 강관루프 공법은 다양한 구성으로 소개되어 있다. 예컨대, 다발형 강관체들의 측면이 서로 접촉된 상태로 정렬된 상태에서 그 내부의 배근공을 통하여 철근을 배근하고 콘크리트를 타설하여 횡방향 강성이 확고해지도록 함으로써 별도의 횡방향 지지보 없이도 시공이 가능하도록 한 강관 루프구조체도 소개되어 있다.(특허 10-0911457호, UPRS공법)

보다 구체적으로 살펴보면, UPRS 공법은 도 1b와 같이 압입된 강관체(40) 내부에 철근을 설치된 예와 같이 다발 강관체로 확보된 내부공간에 개착구조물과 같은 방식으로 강관체 내 수십 톤의 구조용 철근(50)을 배근하여 구조물을 축조하는 기술로서, 강관체 내에 철근을 배근하기 위해서는 강관체 측면의 개구부인 배근공의 횡 간격과 다발강관체의 개방된 크기에 맞추어 대략 1m-1.5m 길이로 재단된 중량의 철근을 강관 내부로 운반해야 하고, 상기 운반된 철근을 강관체 측부의 배근공을 횡단하여 장대와 같이 길게 연속되도록 커플러로 연결하여 철근을 설치해야 한다.

이에, 전술한 UPRS 공법은 좁은 강관내 공간에서의 인력으로 행해지는 배근작업이 쉽지 않아 안전사고의 우려가 높고, 다발 강관체 내에 추가로 다량의 철근자재가 설치되어야 하므로 매우 비경제적이라는 단점이 있었다.

또한, 상기 UPRS 공법은, 강관체 압입 시 강관 일측에 형성된 가이드부가 강관 타측의 절개부 밑으로 단순히 삽입, 비구속된 상태에서 강관체가 압입되는 개념으로, 압입과정에서 폭이 넓은 강관체의 좌우 쏠림현상으로 강관체의 이탈 우려가 높다는 문제점이 있었다.

나아가 다른 종래 비개착 방식의 강관루프 공법으로 “병렬형 추진강관 조립체 및 그를 이용한 지중 구조체의 시공방법”(특허 제0995384호)로 소개되어 있는데, 이는 STS공법으로 상용되는 기술이다. 상기 STS 공법은 도 1c와 같이 지중에 구축할 구조물의 형상에 맞추어 병렬형 추진강관 조립체(70, 병렬강관)을 압입 추진한 후, 추진강관 조립체의 횡방향 연결부에 정착판이 결합된 보강철근(60)을 설치하고, 콘크리트를 타설하여 강관루프 구조체를 축조하는 것이다.

즉, 상기 STS 공법은 상호 인접하도록 추진된 강관조립체 간의 횡방향 연결부에 정착판이 결합된 보강철근을 일정한 간격으로 설치하여 연결부를 강결시키는 것이 기술적 특징으로, 강관 양측은 이러한 연결구조에 적합하도록 외주면 상하에 날개판이 구비되는 구조형태를 갖는다.

그러나, 상기 STS 공법은 연결부가 정착판이 결합된 형태의 보강철근을 포함하는 구조로 형성됨에 따라 강관측벽을 관통하는 다량의 철근을 설치하는 데에 제약이 따르게 되므로 연결부에서 큰 강성을 확보가 어려워 주로 가설구조에 사용될 수 밖에 없다는 문제점이 있었다.

또 다른 종래 비개착 방식의 강관루프 공법으로 “강관과 세그먼트를 이용한 지하구조물 축조공법”특허 제10-0904857)로 소개되어 있는데, 이는 강관과 세그먼트를 지중구조체로 형성하는 비개착공법이다. 상기 지하구조물 축조공법은 세그먼트 양측에 날개형 이음부를 일체형성하고 강연선 혹은 강봉이 내부중앙에 길이방향으로 관통 삽입된 쉬스관으로 세그먼트를 관통하여 결속한 다음, 그 내부에 콘크리트를 타설하고 양측의 강관 내부에서 강연선을 긴장하고 정착시키는 기술로서, 지중에 형성된 슬래브와 벽체부에 P.C 강연선을 설치하여 프리스트레스를 도입하는 것을 특징으로 하는 공법이다.

그러나, 상기 지하구조물 축조공법은 양측부의 협소한 강관 내에서 각각의 세그먼트를 횡단하는 P.C강선을 설치해야 할 뿐만 아니라, 슬래브나 벽체 등 부재단위로 강선 긴장 시 부재 중앙부에 과도한 솟음이 발생하게 되어 벽체와 상부 슬래브가 연결되는 우각부 등에 2차 손상이 발생하게 된다. 또한 양측 강관 내의 정착블록을 형성하기 위해 별도의 거푸집작업과 콘크리트 타설작업 등 작업이 번거로울 뿐만 아니라 강선의 설치 및 긴장작업이 이루어지는 양측강관의 경우 구경이 매우 커지게 되므로 강관압입 시 지반침하가 발생하게 되는 문제점이 있었다.

전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 비개착식 지중구조물의 루프구성에 있어서 측방 연결부의 갯수가 감소되도록 복수의 강관형태로 하되, 인접한 압입강관체의 각 측방격실을 관통하여 다수의 P.C 강봉을 설치하고 측방격실 내에 콘크리트를 타설하고 각각의 P.C 강봉을 긴장시켜 각 연결부를 강결하는, 압입 강관체 및 이를 이용한 지중구조물 시공방법 제공을 해결하고자 하는 기술적 과제로 한다.

본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 각 압입강관체의 측방연결부에 작용하는 지중하중의 크기에 맞추어 상기 측방연결부에 프리스트레스를 가하여 강결시킴으로써, 연결부의 구조적 신뢰성과 작업성을 동시에 확보할 수 있는 압입 강관체 및 이를 이용한 지중구조물 시공방법 제공을 해결하고자 하는 기술적 과제로 한다.

본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 종래의 기술에서의 상부슬래브 부위와 벽체 단위로 강관 내 강연선을 설치하고 강관의 양단에서 일괄적으로 프리스트레스를 도입함으로써, 지중하중에 적절히 대응하는 프리스트레스의 도입이 곤란하고, 슬래브나 벽체 등 부재단위로 강선 긴장 시 솟음으로 인해 벽체와 상부 슬래브가 연결되는 우각부 등에 2차 손상 뿐만 아니라 협소한 공간에서의 강선설치의 어려움 등의 문제점을 해소하는, 압입강관체 및 이를 이용한 지중구조물 시공방법 제공을 해결하고자 하는 기술적 과제로 한다.

본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 서로 인접한 각 압입강관체의 양 측부를 횡방향으로 각각 강결시켜 강관체 자체를 구조부재로 이용함으로써, 종래의 압입강관체 내에 철근배근을 배근하던 것에 비해 작업이 용이할 뿐만 아니라 자재비용을 대폭 감소시켜 공사비를 절감할 수 있는, 압입강관체 및 이를 이용한 지중구조물 시공방법 제공을 해결하고자 하는 기술적 과제로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 과제해결수단은 다음과 같다.

첫째, 본 발명에 따른 압입강관체는, 양측부에 형성된 측방격실, 중앙부의 내측격실로 구성된다. 내측격실을 중심으로 내측격실의 좌측에는 좌측 측방격실이 연결되고, 내측격실의 우측에는 우측 측방격실이 연결 형성된다. 또한, 내측격실은 1개 혹은 2개로 구성 될 수있으며, 원형 단면 또는 사각형 단면으로 형성될 수 있다.

둘째, 본 발명에 따른 강관체의 측방격실의 연직판 상하부에는 다수의 관통홀이 형성되고, 측방으로 서로 인접하도록 압입강관체가 압입이 되며, 상호 밀착된 압입강관체의 좌측 및 우측 측방격실을 횡방향으로 관통하는 P.C 강봉이 설치된다.

셋째, 상기 측방격실에 콘크리트를 타설하고 나서 P.C 강봉을 긴장하여 측방격실의 외측 연직판에 정착시킨다. 이때, P.C 강봉의 긴장은 토오크렌치를 사용하여 너트형 정착구를 회전시켜 긴장한다. 이 경우, 내측격실 내부에서 PC 강봉의 설치와 긴장작업이 수행된다.

전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 수단으로서, 본 발명에 따른 다수의 격실로 형성된 압입강관체에 있어서, 압입강관체의 양측부에 형성되어 인접 압입강관체와 측방연결되는 측방격실; 양 측방격실 사이에 형성되어 작업을 수행할 수 있는 공간을 제공하는 내측격실; 인접한 압입강관체의 측방격실을 가이드 하여 측방연결시키며, 측방격실의 단부 상하부에 상하로 이격 설치되는 가이드판; 상기 측방격실의 상하부에 상기 측방격실의 길이방향으로 일정한 간격으로 형성된 관통홀을 관통하여 설치되며, 인접한 압입강관체의 각 측방격실에 의해 측방연결된 측방연결부에 작용하는 지중하중의 크기에 맞추어 P.C 강봉을 긴장시켜 상기 측방연결부를 강결하는 긴장재;를 포함할 수 있다.

상기 내측격실은 원형단면 또는 직사각형 단면으로서 적어도 하나 이상의 격실로 형성되며, 상기 내측격실의 각 격실의 횡방향 폭은 상기 측방격실의 횡방향 폭보다 크게 형성될 수 있다.

연직판을 포함하는 좌측 측방격실은 직사각형 단면으로 형성되고, 연직판을 포함하는 우측 측방격실은 직사각형 단면으로 형성되는 것도 물론 가능하다.

상기 긴장재는 상기 측방연결부의 폭에 대응하는 크기로 형성되어 각 관통홀을 관통하는 P.C 강봉; 상기 P.C 강봉의 긴장에 의한 프리스트레스를 연직판과 충전된 콘크리트로 분산시키는 지압판; 및 상기 P.C 강봉의 양 단부에 형성된 너트형 정착구;를 포함할 수 있다.

한편, 전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 다른 수단으로서, 본 발명에 따른 압입가관체를 이용한 지중구조물 시공방법은, (a) 박스형태나 아치터널 등의 지중구조체의 단면형태를 고려하여 지중에 압입강관체를 순차적으로 각각 압입시키는 단계; (b) 상호 인접한 측방격실이 측방연결된 측방연결부의 관통홀에 내측격실을 통하여 긴장재를 설치하는 단계; (c) 상기 측방격실에 콘크리트를 타설 후, 긴장재를 긴장시켜 상기 측방연결부를 강결시키는 단계;를 포함할 수 있다.

상기 (c) 단계에서, 상기 측방연결부의 상하부에 설치된 긴장재의 상하부의 긴장력을 상이하게 조절함으로써, 상기 측방연결부에는 상시 압축응력만이 작용하도록 할 수 있다.

본 발명은 다수의 격실로 구성된 압입강관체를 사용하기 때문에 관 압입시 발생 할 수 있는 추진관의 축방향 좌굴 등에 유리하여 보다 효과적인 강관루프구조물의 시공이 가능하다.

또한, 본 발명은 각각의 측방연결부를 P.C 강봉으로 강결시켜 압입강관체 자체를 구조부재로 이용하는 기술로서 종래의 압입강관체 내에 철근배근을 배근하던 것에 비해 작업이 간편할 뿐만 아니라 자재비용을 대폭 감소시켜 공사비를 절감할 수 있는 경제적인 루프구조체의 설계 및 시공이 가능하다.

또한, 본 발명은 입강관체의 측방연결부에 긴장력 도입시 지중하중에 대응하는 크기의 하중으로 긴장력을 도입하게 되므로 지중하중 작용시 연결부에는 압축응력만이 작용하게 되며, 그 결과 연결부 하부의 벌어짐이나 찢어짐, 이에 따른 2차적인 응력집중에 의한 파괴가 발생하지 않아 구조적으로 안전한 루프를 형성하게 된다.

또한, 압입된 압입강관체간의 측방연결은 콘크리트가 충전된 상태에서 인접한 측방격실을 관통하여 설치된 P.C 강봉을 긴장하여 측방격실의 연직판에 정착시켜 각각의 연결부를 강결하는 방식으로 종래의 현장용접연결이나 철근배근 등 기타 방식보다 시공성과 현장적용성이 우수하다.

도 1a 및 도 1b,도1c 는 종래 강관루프구조체의 연결구성 사시도 및 단면도,
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 실시예에 따른 압입강관체의 구성사시도,
도 2c는 본 발명의 실시예에 따른 압입강관체의 단면도,
도 3a는 본 발명의 실시예에 따른 압입강관체의 연결부 상세도,
도 3b는 본 발명의 실시예에 따른 연결부의 응력도를 나타내는 개념도,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 압입강관체의 시공순서도를 나타낸다.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

< 본 발명에 따른 압입강관체(100)>

도 2a 및 도 2b는 본 발명의 압입강관체(100)의 구성사시도를 도시한 것이다.

도 2a를 참조하면, 상기 압입강관체(100)는 양측부의 측방격실(110,120), 중앙부의 내측격실(130) 및 가이드판(140)과 연직판에 설치되는 관통홀(160)을 포함하며, 종방향으로 일정한 연장길이(L)을 가지도록 형성되며, 추진잭에 의해 지중에 1개씩 인접하여 압입된다.

즉, 압입강관체(100)는 연직판에 의해 각각의 격실이 구분되는 폐쇄형 다중격실을 갖는 박스단면 형상으로, 좌우측에는 측방연결기능의 측방격실(110,120)이 형성되고, 중심부에는 작업공간기능의 내측격실(130)이 설치된다.

측방격실(110,120)은 직사각형 단면으로 형성되고, 내측격실(130)은 원형단면 형상의 제1 내측격실(131)과 사각형단면 형상의 제2 내측격실(133)로 각각 형성되며 이러한 압입강관체(100)는 종방향으로 일정한 연장길이(L)를 가지도록 형성됨을 알 수 있다.

이때 좌측 측방격실(110)은 내측 및 외측 연직판(115,117)을 포함하며, 내측 및 외측 연직판(115,117)에 의해 사각형 단면을 형성한다. 우측 측방격실(120)은 내측 및 외측 연직판(125,127)을 포함하는 직사각형 단면으로 형성된다.

좌측 측방격실(110)과 인접한 제1 내측격실(131)은 원형단면 형상으로 형성되며, 좌측이 원주의 일부가 절개되며, 절개부의 상하 이격거리는 내측 및 외측 연직판(115,117)의 높이와 일치한다. 또한, 제1 내측격실(131)과 인접한 제2 내측격실(133)도 연직판(115,117)과 동일한 높이를 갖는 사각단면형상으로 형성된다. 즉, 각각의 격실을 구분하고 있는 연직판의 높이는 모두 동일하며, 각각의 격실들은 서로 연쇄적으로 연결됨으로써, 일체로 형성된다.

제1 및 제2 내측격실(131,133)의 각 횡방향 폭은 양 측방격실(120,130)의 횡방향 폭보다 크도록 형성된다. 예를 들어, 제1 및 제2 내측격실의 각 횡방향 폭은 양 측방격실(120,130)의 횡방향 폭의 2배로 형성될 수 있다.

이러한 구성에 의해, 본 발명은 다수의 격실로 구성된 압입강관체를 사용하기 때문에 관 압입시 발생할 수 있는 추진관의 축방향 좌굴 등에 유리하여 보다 효과적인 강관루프구조물의 시공이 가능하다.

또한, 본 발명은 내측격실의 횡방향 폭이 양 측방격실의 횡방향 폭보다 크도록 형성되므로, 추후 인접한 양 측방격실로 형성되는 측방연결부의 횡방향 폭에 대응하는 길이로 형성되는 긴장재를 내측격실에서 용이하게 운반 및 설치할 수 있다.

압입강관체의 측방격실의 연직판(115,117,125,127)의 상하에는 관통홀(160)이 다수 개 형성된다.

즉, 상기 연직판(115,117,125,127)의 상하부에는 양 측방격실(110,120)을 관통하여 다수의 관통홀(160)이 길이방향으로 일정한 간격으로 이격되도록 형성되며 긴장재(150)의 P.C강봉(151)이 관통홀(160)를 각각 관통하도록 설치된다.

이러한 관통홀(160)은 강관체의 제작시 공장에서 설치되거나, 강관체의 압입 후 현장에서 천공하여 설치하는 것도 가능하다.

압입강관체(100)의 일측 단부, 즉 우측 측방격실(120)의 단부의 상하부에는 가이드판(140)이 각각 부착되어 일정한 연장길이(L)를 가지도록 형성되며, 상하로 이격 설치된 가이드판(140)은 인접 압입강관체 압입 시 좌측 측방격실(110)을 적절하게 유도하여 측방연결시키는 역할을 하게 된다.

이에 압입강관체의 일측은 ㄷ자 형상의 단면으로 형성되며, 타측은 상하 이격된 가이드판(140)에 맞추어 압입이 되도록 직사각형 형상으로 단면이 형성되는 것을 알 수 있다. 도 2b를 참조하면, 선 압입된 압입강관체(100)의 상하 가이드판(140)에 다른 압입강관체의 좌측부, 즉 좌측 측방격실(110)이 가이드 되어 압입된다.

먼저 압입이 완료된 압입강관체의 우측 측방격실(110)과 우측 측방격실(110)에 형성된 가이드판(140)에 의하여 가이드되어 압입이 완료된 다른 압입강관체의 좌측 측방격실(110)은 상호 인접하게 된다. 압입이 완료된 상태에서 각각의 관통홀(160)은 긴장재(150)의 P.C 강봉(151)이 관통할 수 있는 상태로 횡방향으로 정렬하게 된다. 이에 따라, 인접한 좌측 및 우측 측방격실(120,130) 및 긴장재(150)를 포함하는 측방연결부(170)가 형성된다.

도 2c는 본 발명의 실시예에 따른 압입강관체의 단면도를 나타낸 것이다.

도 2a 및 도 2b에서는 압입강관체의 내측격실(130)은 2개의 원형 단면과 사각형 단면형상으로 예시하였으나, 도 2c를 참조하면 내측격실(130)은 1개로 형성되는 것도 가능하며, 측방격실과 동일하게 사각형 단면으로 형성하는 것도 가능하다. 즉, 내측격실은 2개로 형성되되, 모두 원형 단면으로 형성되거나 모두 사각형 단면으로 형성될 수 있으며, 어느 하나는 원형 단면으로 다른 하나는 직사각형 단면으로 형성될 수 있다. 또한, 내측격실은 1개로 형성되되, 원형 단면으로 형성되거나 사각형 단면으로 형성될 수 있다.

이 경우에도, 내측격실(130)의 횡방향 폭은 양 측방격실(110,120)의 횡방향 폭보다 크도록 형성되며, 바람직하게는 내측격실(130)의 횡방향 폭은 양 측방격실(120,130)의 횡방향 폭의 2배로 형성될 수 있다.

도 3a는 본 발명의 실시예에 따른 압입강관체의 연결부 상세도를 나타내며, 도 3b는 본 발명의 실시예에 따른 연결부의 응력도를 나타내는 개념도이다.

본 발명의 압입강관체는 도 3a와 같이 인접한 각각의 측방격실로 형성되는 측방연결부(170)을 관통하여 설치된 P.C 강봉(151)과 너트형 정착구(155)를 포함한 긴장재(150)에 의해 강결된다.

이에 상기 P.C 강봉(151)의 양단부에는 나사산(미도시)이 형성되며, 강봉의 길이는 측방연결부(170), 즉 인접한 2개의 측방격실 횡방향 폭에 양측의 정착물의 설치길이가 포함되며, P.C 강봉(151)의 길이가 종래발명에 비해 짧게 형성되어 압입강관체 내에서의 운반이나 설치가 용이하게 된다.

또한, 인접한 각각의 측방격실을 관통하여 설치된 P.C 강봉(151)의 양단부에는 정착구(155)와 지압판이 조립, 설치되며, 이러한 작업은 내측격실 공간에서 이루어지게 된다.

또한, 내측격실공간에서의 P.C 강봉(151)의 긴장작업은 측방격실(110,120) 내에 채워진 콘크리트가 적절한 강도가 발현된 상태에서 수행이 되며, P.C 강봉(151)을 설계하중 값에 맞추어 각각 긴장시켜 측방격실 외측에 형성된 내측 연직판(115,125)에 P.C 강봉(151)을 각각 정착시키게 된다.

즉, P.C 강봉(151)의 긴장작업은 측방격실(110,120) 내에 콘크리트가 밀실하게 채워진 상태에서 수행 되며, P.C 강봉(151)의 양단부의 너트형 정착구(155)를 토오크렌치를 사용하여 회전시켜 긴장시키게 된다. 이러한 P.C 강봉(151)의 긴장에 의한 프리스트레스가 지압판(153)에 의해 내측 연직판(115,125)과 충전된 콘크리트부로 넓게 분산되어, 인접한 측방격실(110,120)을 상호 압착시키면서 연결부(170)를 강결시키게 된다.

이에, 너트형 정착구(155)는 P.C 강봉(151)에 도입되는 긴장력을 견딜 수 있도록 견고한 재질로 제조되어야 하며, 이에 P.C 강봉(151)에 가하는 긴장력에 너트형 정착구(155)는 파손되지 않고, P.C 강봉(151)을 정착한 이후에도 측방연결부(170)는 긴장력을 유지할 수 있게 된다.

본 발명의 실시예에 따른 연결부 A-A단면에서의 하중별 응력도는 도 3b와 같다.

좌측의 응력도는 프리스트레스 도입 시 측방연결부(A-A단면)의 응력 상태를 보여주는 것으로서, 본 발명의 실시예에서는 하부의 P.C 강봉(151)을 좀 더 긴장시켜 하부가 상부보다 더 큰 사다리꼴형태로 압축응력이 도입된 것을 알 수 있다.

중앙부의 응력도는 상재 하중에 의해 연결부(A-A단면)에 발생한 휨응력을 나타낸 것으로서, 중립축 아래로는 인장응력이, 중립축 위로는 압축응력이 각각 중립축으로부터 선형으로 증가하는 것을 보여주고 있다.

또한, 우측의 응력도는 연결부(A-A단면)에서 상기 P.C 강봉(151)의 긴장시의 응력과 상재하중에 의한 응력을 합한 결과를 나타내는 것으로, 도시된 바와 같이 단면 전체에 걸쳐 압축응력만 발생하게 된다.

본 실시예에서는 하부 긴장재의 프리스트레스 도입하중의 크기를 상부보다 더 크도록 예시하였으나, 측방연결부에 작용하는 지중하중의 크기에 따라, 상, 하부에 동일한 프리스트레스를 도입하거나, 보다 큰 프리스트레스가 상부의 P.C 강봉(151)에 도입되도록 하는 것도 가능하다.

이러한 구성에 의해 본원발명의 측방연결부는 지중하중에 대응하는 크기의 하중으로 긴장력을 도입하게 되어, 연결부(A-A단면)에는 상시 압축응력만이 작용하게 되어, 연결부 하부의 벌어짐이나 찢어짐, 그 외 응력집중에 의한 손상이 발생하지 않아 구조적으로 확실한 연결구조를 형성하게 되며, 이로 인해 안전한 강관루프를 제공하게 된다.

또한, 본 발명의 P.C 강봉(151)을 이용한 압입강관체의 측방연결방식은 각각의 측방부에 작용하는 지중하중에 일치하도록 긴장력을 설계함으로써, 캠버 발생과 오버 스트레스의 발생을 미연에 방지할 수 있으며, 강관압입체 자체를 구조체로 활용하게 되므로 매우 경제적인 루프압입강관구조를 제공할 수 있다.

또한, 본 발명의 P.C 강봉(151)을 이용한 압입강관체의 측방연결방식은, 종래의 기술에서의 상부슬래브 부위와 벽체 단위로 강관 내 강연선을 설치하고 양단에서 일괄적으로 프리스트레스를 도입함으로써 지중하중의 크기에 대응하는 프리스트레스의 도입이 곤란한 문제점과 슬래브나 벽체 등 부재단위로 강선 긴장 시 상향 솟음이 발생하여 벽체와 상부 슬래브가 연결되는 우각부 등에 2차 손상 뿐 만 아니라 협소한 공간에서의 강선설치의 어려움 등의 문제점이 해소되게 된다.

또한, 본 발명은 각각의 압입강관체의 측방연결부를 강결하는 방식으로 종래의 현장용접연결이나 철근배근 등 기타 방식보다 시공성과 현장적용성이 우수하다.

< 본 발명에 따른 압입강관체(100)의 시공방법>

도 4a 및 도 4b는 본 발명에 따른 압입강관체의 시공방법을 나타낸다.

본 발명에서는 박스 형상의 지중구조체의 시공방법을 예시하였으나 아치터널 등의 시공도 가능함을 알 수 있다.

도 4a를 참조하면, 지중구조체의 박스 단면형태를 고려하여, 대상지반에 횡방향 및 상하방향으로 압입강관체(100)를 접합,연결하게 된다.

우선, 슬래브 루프(A1)가 좌측이나 우측단에 해당하는 대상지반에 ㄱ자 형상의 압입강관체(100a)를 압입한 후, 다른 압입강관체(100b)의 좌측 측방격실(110)이 우측 측방격실(120)에 가이드 되도록 다른 압입강관체(100b)를 압입한다. 압입강관체는 목적 구조물의 크기에 따라 다수 개로 압입될 수 있다. 이에 슬래브 루프(A1)가 형성된다.

이후, ㄱ자 형상의 압입강관체(100a)의 하측에 형성된 측방격실에 다른 압입강관체(100b)를 연직방향으로 연속하여 압입한다. 이에, 양 벽체부(A2)가 형성된다.

또한, 아치터널 등의 형상에서는 본 발명의 실시예와는 다르게 슬래브 루프(A1)와 벽체부(A2)로 구분되지 않고 연속적으로 아치형태로 연결하여 압입되는 것을 알 수 있다.

각 압입강관체를 압입한 후, 내측격실(130)을 이용하여 상호 인접한 각 측방격실(110,120)에 의해 측방연결된 측방연결부(170)의 관통홀(160)을 관통하여 P.C 강봉(151)을 설치한다.

이후, 상기 P.C 강봉(151)이 설치된 측방격실(110,120) 내에 콘크리트를 밀실하게 타설한다.

이어, 측방연결부(170) 내에 콘크리트가 밀실하게 채워진 후, 내측격실(130) 공간에서 상기 P.C 강봉(151)의 단부에 지압판과 정착판을 설치하고 토오크렌치를 사용하여 P.C 강봉(151)을 긴장시켜 정착한다. 이때 도입하는 긴장력은 게이지 메터로 적절하게 측정관리 하며, P.C 강봉(151)의 긴장순서는 슬래브루프의 중앙부에서 바깥으로 진행하는 것이 바람직하다.

이에, 너트형 정착구(155)의 반력이 지압판(153)을 통해 측방연결부(170) 내에 충전된 콘크리트부로 분산되게 되고, 인접한 측방격실(110,120)을 상호 압착시키면서 측방연결부(170)를 강결시키게 된다.

이후, 도 4b와 같이 슬래브 루프(A1)와 양 벽체부(A2)로 형성되는 각 압입강관체의 나머지 공간인 내측격실에 추가로 콘크리트를 충전한다.

이에, 본 발명은 입강관체의 측방연결부에 긴장력 도입시, 지중하중에 대응하는 크기의 하중으로 긴장력을 도입하게 되므로 지중하중이 작용하더라도 측방연결부에는 압축응력만이 작용하게 된다. 이에 따라, 연결부 하부의 벌어짐이나 찢어짐, 이에 따른 2차적인 응력집중에 의한 파괴가 발생하지 않아 구조적으로 안전한 루프를 형성하게 된다.

또한, 본 발명의 P.C 강봉을 이용한 압입강관체의 측방연결방식은 각각의 측방부에 작용하는 지중하중에 대응하도록 긴장력을 설계함으로써, 캠버 발생과 오버스트레스의 발생을 미연에 방지할 수 있으며, 강관압입체 자체를 구조체로 활용하게 되므로 매우 경제적인 루프압입강관구조를 제공하게 된다.

또한, 본 발명에 따른 압입강관체간의 측방연결은 콘크리트가 충전된 인접한 측방격실을 관통하여 설치된 P.C 강봉을 긴장하여 측방격실의 내측 연직판에 각각 정착시켜 각 측방연결부를 강결하는 방식으로, 종래의 현장용접연결이나 철근배근 등 기타 방식보다 시공성과 현장적용성이 우수하다.

또한, 본 발명에 의하면 P.C 강봉을 이용한 압입강관체의 측방연결은, 종래의 기술에서의 상부슬래브 부위와 벽체 단위로 강관 내 강연선을 설치하고 양단에서 일괄적으로 프리스트레스를 도입함으로써, 지중하중의 크기에 대응하는 프리스트레스의 도입이 곤란한 문제점과 슬래브나 벽체 등 부재단위로 강선 긴장 시 상향 솟음이 발생하여 벽체와 상부 슬래브가 연결되는 우각부 등에 2차 손상 뿐만 아니라 협소한 공간에서의 강선설치가 어렵게 되는 등의 문제점을 해소하게 된다.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100: 압입강관체
110: 우측 측방격실 120: 좌측 측방격실
130: 내측격실 140: 가이드판
150: 긴장재 160: 관통홀
170: 측방연결부

Claims

다수의 격실로 형성된 압입강관체에 있어서,
압입강관체(100)의 양측부에 형성되어 인접 압입강관체와 측방연결되는 측방격실(110,120);
양 측방격실(110,120) 사이에 형성되어 작업을 수행할 수 있는 공간을 제공하는 내측격실(130);
인접한 압입강관체의 측방격실(110)을 가이드 하여 측방연결시키며, 측방격실(120)의 단부 상하부에 상하로 이격 설치되는 가이드판(140); 및
상기 측방격실(110,120)의 상하부에 상기 측방격실(110,120)의 길이방향으로 일정한 간격으로 형성된 관통홀(160)을 관통하여 설치되며, 인접한 압입강관체의 각 측방격실(110,120)에 의해 측방연결되며, 콘크리트가 먼저 타설된 측방연결부(170)에 작용하는 지중하중의 크기에 맞추어 긴장시켜 상기 측방연결부(170)를 강결하는 긴장재(150);를 포함하며,
상기 인접한 압입강관체의 내측격실(130)의 작업을 수행할 수 있는 공간을 이용하여 내측격실의 횡방향 폭보다 작은 측방연결부(170)들을 강결시켜 긴장재 긴장 시 압입강관체의 캠버발생과 오버 스트레스의 발생을 방지하도록 하는 압입강관체.
제1항에 있어서,
상기 내측격실(130)은 원형단면 또는 직사각형 단면으로서 적어도 하나 이상의 격실로 형성되도록 하는 압입강관체.
제1항에 있어서,
연직판(115,117)을 포함하는 좌측 측방격실(110)은 직사각형 단면으로 형성되고, 연직판(125,127)을 포함하는 우측 측방격실(120)은 직사각형 단면으로 형성되는 것을 특징으로 하는 압입강관체.
제1항에 있어서,
상기 긴장재(150)는 상기 측방연결부(170)의 폭에 대응하는 크기로 형성되어 각 관통홀을 관통하는 P.C 강봉(151); 상기 P.C 강봉(151)의 긴장에 의한 프리스트레스를 연직판(115,125)과 충전된 콘크리트로 분산시키는 지압판; 및 상기 P.C 강봉(151)의 양 단부에 형성된 너트형 정착구(155);를 포함하는 것을 특징으로 하는 압입강관체.
(a) 박스형태나 아치터널 등의 지중구조체의 단면형태를 고려하여 지중에 압입강관체(100)를 순차적으로 각각 압입시키는 단계;
(b) 상호 인접한 측방격실(110,120)이 측방연결된 측방연결부(170)의 관통홀(160)에 내측격실(130)을 통하여 긴장재(150)을 설치하는 단계;
(c) 상기 측방격실(110,120)에 콘크리트를 타설 후, 긴장재(150)을 긴장시켜 상기 측방연결부(170)를 강결시키는 단계; 및
(d) 슬래브 루프(A1)와 양 벽체부(A2)로 형성되는 각 압입강관체의 나머지 공간인 내측격실(130)에 콘크리트를 충전시키는 단계;를 포함하며,
상기 (a) 단계의 압입강관체(100)는 압입강관체(100)의 양측부에 형성되어 인접 압입강관체와 측방연결되는 측방격실(110,120); 양 측방격실(110,120) 사이에 형성되어 작업을 수행할 수 있는 공간을 제공하는 내측격실(130); 인접한 압입강관체의 측방격실(110)을 가이드 하여 측방연결시키며, 측방격실(120)의 단부 상하부에 상하로 이격 설치되는 가이드판(140); 및 상기 측방격실(110,120)의 상하부에 상기 측방격실(110,120)의 길이방향으로 일정한 간격으로 형성된 관통홀(160)을 관통하여 설치되며, 인접한 압입강관체의 각 측방격실(110,120)에 의해 측방연결되며, 콘크리트가 먼저 타설된 측방연결부(170)에 작용하는 지중하중의 크기에 맞추어 긴장시켜 상기 측방연결부(170)를 강결하는 긴장재(150);를 포함하며,
상기 인접한 압입강관체의 내측격실(130)의 작업을 수행할 수 있는 공간을 이용하여 내측격실의 횡방향 폭보다 작은 상기 측방연결부(170)들을 강결시켜 긴장재 긴장 시 압입강관체의 캠버발생과 오버 스트레스의 발생을 방지하도록 하는 압입강관체를 이용한 지중구조물 시공방법.
제5항에 있어서,
상기 (c) 단계에서, 상기 측방연결부의 상하부에 설치된 긴장재(150)의 상하부의 긴장력을 상이하게 조절함으로써, 상기 측방연결부(170)에는 상시 압축응력만이 작용하도록 하는 것을 특징으로 하는 압입강관체를 이용한 지중구조물 시공방법.