KR101876289B1 - 보강블럭을 구비하는 옹벽패널 구조체 및 이를 이용한 옹벽패널 시공방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 패널몸체(P);와 상기 패널몸체의 후면에 구비되어 상기 패널몸체의 강도를 보강하는 보강블럭(100);으로 이루어지고, 상기 보강블럭은 상기 패널몸체의 보강재 관통구 후면에 일체로 결합되고, 상기 보강재 관통구와 대응되는 블럭 관통구를 구비하고, 상기 블럭 관통구를 둘러싸는 상기 보강블럭의 상면에는 패널몸체의 후면과 경사지는 경사면을 포함하는 것을 특징으로 하는 경사면을 가진 보강블럭을 구비하는 옹벽패널을 제공한다.
본 발명은 상기 구성에 의해서 옹벽패널의 전면에 미리 성형한 보강블럭을 옹벽패널 성형시 주형틀에서 콘크리트와 일체로 성형되도록 함으로써 옹벽에 작용하는 집중하중에 저항력을 향상시킬 수 있고, 또한, 본 발명은 패널의 전·후면을 보강재 설치 경사에 수직한 경사를 갖도록 용이하게 변경하여 제조가능한 패널제작용 주형틀을 제공하는 유리한 효과가 발생한다.

Description

보강블럭을 구비하는 옹벽패널 구조체 및 이를 이용한 옹벽패널 시공방법{RETAINING WALL PANEL WITH REINFORCEMENT BLOCK AND METHOD FOR CONSTRUCTING RETAINING WALL PANEL USING THE SAME}

본 발명은 옹벽패널의 강도 보강을 요하는 중앙 부위에 미리 블럭화하여 제작한 보강블럭을 구비한 옹벽패널 및 시공방법에 관한 것이며, 상세하게는 옹벽패널의 후면에 경사면을 가진 보강블럭을 옹벽패널을 제조시에 일체로 성형하여 제작한 옹벽패널이며, 이를 통해 옹벽패널의 강도상 취약부에 경사면을 가진 보강블록을 구비하도록 하는 기술에 관한 것이다.

토목 공사에서 토사의 성토 및 절토 과정에서 조성되는 경사면은 불안정하기 때문에 옹벽을 설치하여 붕괴를 방지하게 된다. 옹벽을 시공하는 방법 중 다수의 옹벽패널을 폭방향과 높이 방향을 따라서 연결하여 옹벽을 시공하는 방법이 있는데, 옹벽패널을 이용한 옹벽 시공방법 다수의 옹벽패널을 적층하고, 옹벽패널을 경사면을 형성하는 지반에 매립되어 고정된 철근과 같은 철근부재와 결합한 후, 옹벽패널과 경사면 사이를 토사나 잡석 등으로 채워서 옹벽을 설치한다.

이러한 옹벽에 대한 종래기술로서 등록특허 제10-1477560호에는 옹벽패널을 이용한 옹벽 시공방법에 대한 기술이 개시되어 있고, 등록특허 제10-1477560호에는 옹벽패널 전면에 자연석재를 장착하는 방식이 기재되어 있다. 그리고, 특허 제10-1531811호를 보면 옹벽패널 전면에 자연석재가 장식되는 내용이 개시되어 있다.

옹벽패널은 사면를 보강하기 위하여 설치되는 네일 또는 앵커와 조합하여 사용되며, 콘크리트 패널 옹벽은 일반적으로 패널을 관통하여 보강재를 결합시키게 되며, 옹벽 패널을 이용한 옹벽이 시공 후 자립할 수 있는 가장 큰 요인은 패널이 전도되려고 하는 힘을 패널 후면의 보강재가 받쳐서 저항하기 때문이다. 이는 패널의 관점에서 보면 보강재가 설치되어 있는 패널 관통부를 중심으로 집중하중이 작용하고 있다고 볼 수 있으며 이를 도 1과 같이 표현할 수 있다. 도 1에서 패널(P)이 안정적으로 자립하기 위해서는 배면토압(F2)과 보강재(S)의 저항력(F1) 힘이 동일해야 할 것이다. 앞서 설명한 바와 같이 결국 패널에는 보강재 저항력(F1)이 집중하중으로 작용하게 되는데, 이때 패널의 거동을 실험과 수치해석으로 보면 도 2와 도 3과 같은 결과를 보여준다. 즉, 패널의 중앙부에서 약45도 각도의 전형적인 전단파괴가 발생하였으며(도 2 참조), 수치해석에서는 외부의 집중하중이 보강재 주변(정확히는 콘크리트 파괴를 유발할 수 있는 역량을 갖는 인장응력이 발생하는 노랑색 분포구역)에 대부분 분포함을 확인할 수 있었다(최대인장응력기준 인장응력 비율 적색 82~100%, 노랑색 64~82%, 녹색 45~64%, 연녹색 23~45%, 하늘색 0~23%)(도 3 참조). 이러한 결과는 실험을 통하여 확인한 하부에 발생한 파괴경계선의 범위와도 유사하였다.

패널를 옹벽구조물로 사용하기 위해서는 결국 패널에 작용하는 집중하중에 충분한 저항능력을 확보하여야 할 것이며 옹벽의 높이가 높아질수록 집중하중의 크기는 비례하여 크게 되므로 더욱 중요하다고 하겠다.

콘크리트 패널의 저항능력을 향상시켜주는 방법에는 여러 가지 방법이 있을 수 있겠으나 패널 제작의 주재료이면서 건설용 자재중 내구성 및 경제성 측면에서 가장 우수한 콘크리트와 철근만을 대상으로 해결방안을 모색하게 된다면 가장 쉽게 적용 가능한 방법이 패널 두께 또는 콘크리트 배합강도를 증가시키고 철근 배근 방법을 개량하는 방법일 것이나, 패널 전체에 대하여 이러한 단순한 개량 방법은 패널의 생산원가가 급격하게 증가하고 패널 무게의 증가로 운반비가 상승하며 시공성이 떨어지는 문제가 있다.

패널 시공방법에 관한 사항을 보면, 도 1에서는 보강재가 수평하게 설치되어 패널과 보강재가 직각으로 교차하여 보강재와 패널을 연결하기 위하여 사용하는 전·후면의 지압판 또는 고정판 설치에 지장이 없으나 사면에 설치되는 보강재(S, 네일, 락볼트 또는 앵커 등)는 이론적으로 상향으로 설치하는 것이 좋으나 여러 부정적인 요소와 그라우트 주입의 어려움 등으로 일반적으로 수평면을 기준으로 하향으로 설치하며 “건설공사 비탈면 설계기준 및 해설서(2011, 한국시설안전공단)”에서는 약5~20°하향 각도를 가장 권장하고 있다(도 4 참조).

이에 따라 공장에서 제작된 패널과 현장에서 시공된 보강재의 설치각도 차이가 많이 발생하게 되는 경우 연결을 위한 시공 지체나 조립이 부실하여 시공 중 패널의 유격 및 변형 등의 하자 발생의 원인이 될 수 있다. 현재 시공되는 패널들은 전면부의 경우 보강재의 각도에 따라 일부 각도를 주도록 창작되어 있는 경우도 있으나 후면(배면)부의 경우 평면형으로 되어있다. 이것은 패널이 공장제작 제품으로 대량 반복 생산을 위해서는 강재 거푸집을 이용하는데 제품별 특징을 전면에 부각하기 위하여 전면을 기준으로 형틀을 제작하고 후면(배면)은 자유면(대기접합면)이거나 탈영이 쉽도록 평면으로 거푸집을 제작하여 콘크리트를 타설하게 되므로 후면(배면)는 평평하게 제작될 수밖에 없다.

따라서 옹벽패널에서 전면만 일부경사를 갖는 패널의 지압판 설치면에 보강재를 설치하게 되는 경우 전면은 보강재의 설치 경사에 일치하겠으나 후면는 보강재가 수평으로 설치되는 경우(도 1 처럼)를 제외하고는 일치하기가 어려워 후면(배면)을 고정하는 지압판을 설치하지 않거나 공사를 위하여 임시로 고정하는 수준의 시공만을 실시하게 된다.

앞서 언급만 바와 같이 패널이 안정적인 상태를 보이는 것은 토압과 보강재의 힘이 동일하기 때문인데 패널과 보강재가 견고하게 결속되어 있지 못하면 뒤채움량 변화에 따른 토압변화, 인접 패널 연결시 충격등 시공중 여러 하중이 패널의 변위 유발 원인으로 작용하게 된다. 또한, 패널과 보강재의 느슨한 고정으로 시공중 큰 변형이 육안으로 관측되지 않더라도 작은 변형들이 누적되어 구조물의 장기적인 안정성을 떨어뜨리며 경우에 따라서는 누적된 변형으로 인하여 재시공 또는 붕괴의 원인이 될 수 있는 등 문제가 있다.

본 발명은 본 발명의 목적은 패널에 작용하는 집중하중에 저항할 수 있는 능력을 효율적으로 향상시킨 보강블럭을 구비하는 옹벽패널을 제공하는 것이며,

본 발명은 옹벽패널의 전·후면 모두가 보강재 설치 각도에 수직한 경사를 갖도록 지압판을 설치할 수 있도록 옹벽패널의 후면에 필요한 경사각을 갖는 보강블럭을 구비하는 옹벽패널을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 패널몸체(P);와 상기 패널몸체의 후면에 구비되어 상기 패널몸체의 강도를 보강하는 보강블럭(100);으로 이루어지고, 상기 보강블럭은 상기 패널몸체의 보강재 관통구 후면에 일체로 결합되고, 상기 보강재 관통구와 대응되는 블럭 관통구를 구비하고, 상기 블럭 관통구를 둘러싸는 상기 보강블럭의 상면에는 패널몸체의 후면과 경사지는 경사면을 포함하는 것을 특징으로 하는 경사면을 가진 보강블럭을 구비하는 옹벽패널을 제공한다.

상기 보강블럭은, 상기 패널몸체의 후면보다 돌출한 제1몸체와 패널몸체에 매립되는 제2몸체로 이루어지고, 상기 제2몸체는 패널몸체 성형과정에서 패널몸체와 일체로 성형된다.

상기 보강블럭은, 블럭몸체(110)와, 상기 블럭몸체에서 방사상으로 연장되되 두께가 감소하면서 연장되는 연장부로 이루어지거나, 블럭몸체(110)와, 상기 블럭몸체에서 방사상으로 연장되어 형성되는 가지부(111,112,113,114)로 이루어질 수 있다.

또한, 본 발명은 상기 보강블럭의 블럭몸체 내부에 매립되어 강도를 보강하는 원형철근(130)과 절곡철근(140)를 포함하고, 상기 절곡철근의 절곡부가 상기 원형철근에 걸쳐져서 블럭몸체에 매립될 수 있다.

상기 보강블럭의 블럭 관통구에는 관통 파이프(150)가 구비될 수 있고, 상기 보강블럭은 일반콘크리트 또는 초고성능 콘크리트로 제조된다.

또한, 본 발명은 절토부의 절취면에 천공부를 천공하는 단계; 상기 천공부에 철근부재를 돌출되도록 설치하는 철근부재 설치 단계; 상기 절토부의 전방에 상기 경사면을 가진 보강블럭을 구비한 옹벽패널을 설치하는 옹벽패널 설치 단계; 상기 철근부재의 끝단에 옹벽패널을 결합시키는 철근부재 결합 단계; 및 상기 패널몸체와 절토부 사이의 공간으로 뒤채움 부재를 채우는 뒤채움 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 옹벽 시공방법을 제공한다.

본 발명은 상기 구성에 의해서 옹벽패널의 전면에 미리 성형한 보강블럭을 옹벽패널 성형시 주형틀에서 콘크리트와 일체로 성형되도록 함으로써 옹벽에 작용하는 집중하중에 저항력을 향상시킬 수 있고,

또한, 본 발명은 패널의 전·후면이 보강재 설치 각에 대해 수직한 각도를 갖도록 용이하게 변경하여 제조가능한 패널제작용 주형틀을 제공하는 유리한 효과가 발생한다.

도 1은 옹벽패널에 작용하는 힘을 보여주는 그림이며,
도 2 내지 도 3은 종래 기술에 따른 옹벽패널의 취약부분을 보여주는 실험결과이며,
도 4는 옹벽패널의 일반적인 시공모습으로 보강재가 후면에서 하향경사져서 매립된 모습이며,
도 5는 본 발명에 따른 옹벽패널의 측단면도의 일 예이며,
도 6은 본 발명에 따른 옹벽패널의 측단면도이며, 내부를 보여주는 단면도이며,
도 7은 본 발명에 따른 옹벽패널 보강블럭의 정면도이며,
도 8은 도 7의 보강블럭의 단면도이며,
도 9 내지 도 10은 본 발명에 따른 옹벽패널 보강블럭의 일부 구성의 모습이며,
도 11은 본 발명에 따른 보강블럭을 이용한 시공예를 보여준다.

본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예로부터 더욱 명백해질 것이다. 또한, 사용된 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로써, 이는 사용자 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서의 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 5는 본 발명에 따른 옹벽패널의 측단면도의 일 예이며, 도 6은 본 발명에 따른 옹벽패널의 측단면도이며, 내부를 보여주는 단면도이며, 도 7은 본 발명에 따른 옹벽패널 보강블럭의 정면도이며, 도 8은 도 7의 보강블럭의 단면도이며, 도 9 내지 도 10은 본 발명에 따른 옹벽패널 보강블럭의 일부 구성의 모습이다.

일반적으로 옹벽패널은 일정 형상을 갖는 주형틀에 콘크리트를 타설하여 일정한 형상으로 성형되는 제품이며, 본 발명에 따른 옹벽패널은 위 도 2에서 살펴본 바와 같이 강도가 취약한 부분을 보강하는 보강블럭(100)을 별도로 제작한 후 이를 옹벽패널 성형과정에서 일체로 성형하도록 한 것이다. 즉, 강도 보강용 보강블럭을 미리 블럭제작하는 것이며, 또한 보강블럭에서 보강재(도 1의 S)가 설치되는 면을 보강재와 수직한 면을 이루도록 경사지게 설치하는 것이 특징이다.

본 발명은 이를 위해 옹벽패널을 제조하는 과정에서 기 성형한 보강블럭(100)을 주형틀의 바닥에서 일정 간격 이격시킨 상태에서 고정하고 여기에 콘크리트를 타설하는 것이며, 보강블럭 이격을 위한 보조형틀을 사용한다. 상기 보강블럭(100)에는 보강재(도 1의 S)가 삽입되는 통로인 관통구가 형성되어 있는데, 이 관통구에는 미리 매립되어 성형된 관통파이프(150)가 구비될 수 있다. 물론, 관통파이프 없이 상기 보강블럭(100)에 관통공이 형성된 상태로 제작될 수도 있을 것이다.

본 발명의 상기 보강블럭은 옹벽패널 성형 전에 미리 블럭 형태로 성형되어 대량 생산되어 있게 되는데, 이때 보강블럭은 일반콘크리트 또는 초고성능 콘크리트로 미리 제조된다. 높은 강도가 필요한 경우에는 초고성능 콘크리트로 보강블럭을 제작하는 것이 좋으나, 옹벽패널의 두께가 어느 정도 두꺼워서 보강이 크게 요구되지 않는 경우에는 일반 콘크리트로 보강블럭을 제작할 수도 있을 것이다.

본 발명에 따른 옹벽패널을 구체적으로 살펴보면, 패널몸체(P)와 상기 패널몸체의 후면에 구비되어 상기 패널몸체의 강도를 보강하는 보강블럭(100)으로 이루어진다. 여기서 '후면'이라 하면, 옹벽패널이 시공된 시공현장에서 옹벽패널이 향하는 면을 전면이라 하고, 옹벽패널이 보강재가 매립되는 사면을 향하는 방향을 후면이라 한다.

본 발명의 옹벽패널은, 상기 보강블럭(100)이 미리 제작된 상태로 주형틀에 투입된 후 콘크리트 타설하여 패널몸체와 일체로 제작되기 때문에, 패널몸체의 후면(도 6의 P3)보다 외부로 돌출한 제1몸체(100-1)와 패널몸체에 매립되는 제2몸체(100-2)로 이루어지고(도 6), 상기 제2몸체는 패널몸체 성형과정에서 주형틀 내부로 들어가서 고정된 상태에서 콘크리트가 타설되어 패널몸체와 일체로 성형된다.

본 발명의 상기 보강블럭은 상기 패널몸체의 후면에 결합되되, 보강재(도 1의 S)가 관통하는 관통구(P1)의 후면 부위에서 상기 패널몸체에 일체로 결합되며, 블럭 관통구(도 7의 120)은 상기 보강재 관통구(P1)와 대응되는 위치에 위치하여, 이 곳을 통해 보강재가 삽입된다.

상기 보강블럭은 도 7에 도시된 바와 같이, 가운데 부분의 블럭몸체(110)와 상기 블럭몸체에서 방사상으로 연장되어 형성되는 가지부(111,112,113,114)로 이루어질 수 있다. 다만, 보강블럭의 형태가 이러한 형태로 한정되는 것은 아니며, 상기 보강블럭은 전체적으로 원판형태이면서 상하로 두께를 갖는 형태일 수도 있고, 이 경우, 상기 보강블럭은, 가운데 부분의 블럭몸체(110)와 상기 블럭몸체에서 방사상으로 연장되되 두께가 감소하면서 연장되는 연장부로 이루어질 수도 있을 것이다.

그리고, 상기 보강블럭의 후면에는, 상기 패널몸체의 후면과 이루는 각도가 소정 각도(θ)로 경사진 경사면을 포함한다(도 5 참조). 이것은 종래 기술에서 설명한 바와 같이 보강재를 시공하는 경우에 보강재와 수직한 면을 갖도록 하기 위함이다. 즉, 도 11을 참조하면, 절토 과정에서 조성되는 경사면에 옹벽패널을 시공하는 경우 옹벽패널의 전후면에 보강재(S)를 위치한 후 볼트(B1, B2)로 고정하게 되는데, 이때 패널몸체와 볼트 사이에 고정판(10, 20)을 배치하게 되는데, 상기 고정판(10, 20)이 보강재와 수직하게 정확하게 위치하는 것이 강도 상 유리하고 이를 위해 고정판(20)이 위치하는 상기 보강블럭의 후면이 상기 패널몸체의 후면과 이루는 각도가 소정 각도(θ)로 경사지게 한 것이다.

그리고, 본 발명의 상기 보강블럭의 블럭몸체 내부에는 강도 보강을 위해 철근을 매립하여 형성할 수 있으며, 그 예로서 원형철근(130)과 절곡철근(140)를 구비할 수 있다. 상기 절곡철근(140)은 제1부(141)와 제2부(142)로 이루어지고 이들 사이에 절곡부(143)가 있어서 소정각도로 절곡되며, 상기 절곡부가 상기 원형철근에 걸쳐져서 블럭몸체에 매립될 수 있다. 그리고, 상기 절곡철근(140)의 제2부(142)는 상기 블럭몸체에서 외부로 돌출되도록 형성된다. 이것은 블럭몸체가 옹벽패널의 패널몸체에 매립되는 과정에서 상기 제2부가 강도상 취약한 파괴경계면(도 2)에 걸쳐서 매립되도록 함으로써 강도를 효과적으로 보강하기 위함이다.

도 11은 본 발명에 따른 보강블럭을 이용한 시공예를 보여준다. 도 11을 참조하여 시공과정을 간략히 보면, 원지반(400)을 절취한 후 기초 공사 및 사면 보강재(S) 설치공사를 실시한다. 그 후 패널(P)과 보강재(S)을 결합하는 과정과 뒤채움재(500) 공사를 실시하게 된다. 이 과정에서 사용되는 옹벽패널은 본 발명에 따른 보강블럭(100)을 구비한 옹벽패널(P)을 사용하며, 또한, 원지반(400)과 뒤채움재(500) 사이에도 본 발명에 따른 보강블럭(100)을 사용하여 견고하게 시공할 수 있게 된 모습을 보여준다.

도 11에 도시된 시공의 과정을 간단히 살펴보면, 절토부의 절취면에 천공부를 천공하는 단계; 상기 천공부에 철근부재를 돌출되도록 설치하는 철근부재 설치 단계; 상기 절토부의 전방에 상기 경사면을 가진 보강블럭을 구비한 옹벽패널을 설치하는 옹벽패널 설치 단계; 상기 철근부재의 끝단에 옹벽패널을 결합시키는 철근부재 결합 단계; 및 상기 패널몸체와 절토부 사이의 공간으로 뒤채움 부재를 채우는 뒤채움 단계를 포함하는 옹벽 시공방법이다. 즉, 본 시공방법은 옹벽패널을 본 발명에 따른 보강블럭을 갖는 옹벽패널을 활용하여 시공한다는 것이 가장 큰 특징이다. 상기 철근부재는 일반적으로 보강재라고 부르는 것으로 락볼트 내지 영구앵커 등이 될 수 있다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims (8)

1. 초고성능 콘크리트 재질로 기 성형된 보강블럭(100)이 주형틀에 설치되고, 상기 주형틀에 콘크리트가 주입되어 상기 보강블럭과 패널몸체(P)가 일체로 성형된 옹벽패널;
   상기 보강블럭의 보강재 관통구와 상기 패널몸체의 보강재 관통구를 관통하여 배치되는 보강재(S);
   상기 패널몸체 일면과 상기 보강블럭의 일면에 구비되는 고정판(10,20); 및
   상기 고정판(10,20)의 외측에 각각 구비되어 상기 보강재를 옹벽패널에 고정하는 볼트(B1,B2);를 포함하고,
   상기 고정판이 배치되는 패널몸체의 일면과 보강블럭의 일면은,
   상기 패널몸체의 후면과 소정 각도(θ)로 경사진 상태로 서로 평행하며, 동시에 상기 보강재와 수직하며,
   상기 보강블럭과 패널몸체가 일체로 성형되는 과정은,
   초고성능 콘크리트로 보강블럭이 제조되는 제1단계;
   상기 보강블럭이 옹벽패널 성형용 주형틀 바닥에서 일정 간격 이격시켜 고정되는 제2단계; 및
   상기 주형틀에 콘크리트가 주입되어 상기 보강블럭과 일체로 패널몸체(P)가 성형되는 제3단계;로 이루어지고,
   상기 제2단계에서, 상기 보강블럭의 일부는 상기 주형틀에서 성형되는 패널몸체(P) 보다 높이 돌출되도록 고정되고, 상기 패널몸체의 보강재 관통구는 상기 보강블럭의 보강재 관통구에 대응되는 위치에 형성되는 것을 특징으로 하는 옹벽패널 구조체.
2. 삭제
3. 제1항에 기재된 옹벽패널 구조체를 이용한 옹벽 시공방법으로서,
   절토부의 절취면에 천공부를 천공하는 단계;
   상기 천공부에 철근부재가 돌출되도록 설치하는 철근부재 설치 단계;
   상기 절토부의 전방에 상기 보강블럭을 구비한 옹벽패널을 설치하는 옹벽패널 설치 단계;
   상기 철근부재의 끝단에 옹벽패널을 결합시키는 철근부재 결합 단계; 및
   상기 패널몸체와 절토부 사이의 공간으로 뒤채움 부재를 채우는 뒤채움 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 옹벽 시공방법.
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제
8. 삭제

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