KR101912346B1 - 지반보강구조물 및 그 시공방법 - Google Patents

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Abstract

표층에 연약한 토사층(11)이 형성되어, 대구경 굴착이 곤란한 지반(10)에도 설치가 가능한 본 발명의 지반보강구조물은 51~61mm의 직경으로 형성되는 소구경 천공부(A)에 삽입설치되되, 수압에 의해 팽창되는 팽창형강관(110); 팽창형강관(110)의 후단에 결합되는 정착부재(120);를 구비한 지반보강재(100)를 포함하고, 팽창형강관(110)은 토사층(11)에 삽입형성되고, 정착부재(120)는 암층(12)에 삽입 형성된다.
이 경우, 본원발명의 지반보강구조물은 암층(12) 구간에 정착부재(120)가 고정되기 때문에 고정력이 우수하다.
또한, 본원발명의 지반보강구조물은 천공부를 소구경으로 형성하고, 직경이 작은 팽창형강관이 삽입되기 때문에 천공부의 붕괴를 방지할 수 있다.

Description

지반보강구조물 및 그 시공방법{SLOP REINFORCING STRUCTURE AND CONSTRUCTION METHOD THEREOF}
본 발명은 건설분야에 관한 것으로서, 상세하게는 지반보강구조물 및 그 시공방법에 관한 것이다.
지반보강구조물은 지반(사면, 터널, 흙막이 가시설 등)의 강성증대를 위해 설치하는 구조물로서, 약 110mm의 직경으로 지반을 천공하고, 천공부에 지반보강재를 삽입하는 공정으로 설치된다.
기존의 지반보강구조물은 강관, 강봉, 철근 등을 천공부에 삽입하고, 그라우트를 천공부에 충전하여 지반보강구조물을 형성하였다. 그러나 지반의 표층이 연약한 토사층으로 형성된 지반에는 적용하기 어려운 문제가 있다.
우선, 연약한 토사층에 삽입 고정되는 지반보강구조물은 설치시 지반변형이 발생하여 정착력이 손실되는 문제가 발생한다.
특히, 그라우트 충전시 연약한 토사층이 붕괴되어 고정력이 손실되는 문제가 있다.
뿐만아니라, 기존 지반보강구조물은 천공의 직경이 약 110mm로서, 천공홀의 직경은 넓지만 앵커체로 삽입되는 강관, 강봉, 철근의 직경은 좁기 때문에 정착력이 약하고, 천공홀의 붕괴가 쉽게 유발된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 도출된 것으로서, 지반 천공 직경을 최소화 하고, 연약한 토사층과 암층에 결합하여 지반의 강성을 향상시킬 수 있는 지반보강구조물 및 그 시공방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기 과제의 해결을 위하여, 표층에 연약한 토사층(11)이 형성되어, 대구경 굴착이 곤란한 지반(10)에도 설치할 수 있는 본 발명의 지반보강구조물은 51~61mm의 직경으로 형성되는 소구경 천공부(A)에 삽입설치되되, 수압에 의해 팽창되는 팽창형강관(110); 상기 팽창형강관(110)의 후단에 결합되는 정착부재(120);를 구비한 지반보강재(100)를 포함하고, 상기 팽창형강관(110)은 상기 토사층(11)에 삽입형성되고, 상기 정착부재(120)는 암층(12)에 삽입 형성된다.
상기 팽창형강관(110)은 전단부에서 후단부를 따라 직경이 작아 지는 것을 특징으로 하는 지반보강구조물.
상기 팽창형강관(110)은 전단부에서 후단부를 따라 점진적으로 직경이 작아 지는 것이 바람직하다.
상기 천공부(A)와 상기 지반보강재(100)의 사이 구간에 그라우트(200)를 충전하기 위해 상기 지반보강재(100)의 외주면을 따라 그라우트 주입관(210)이 결합된 것이 바람직하다.
상기 그라우트(200) 충전시 상기 그라우트(200)가 천공부 외부로 흘러내리는 것을 방지하기 위하여, 상기 팽창형강관(110)의 외주면에 설치되어 상기 천공부(A)의 입구를 봉쇄하는 패킹장치(130)를 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기 패킹장치(130)에는 상기 주입관(210)이 관통하는 관통공(131); 충전이 완료된 상기 그라우트(200)가 분출되는 것을 확인할 수 있는 그라우트 분출공(132);이 형성된 것이 바람직하다.
상기 정착부재(120)는 케이블, 강섬유, 고강도 플라스틱, 강봉 또는 강관으로 형성된 것이 바람직하다.
상기 정착부재(120)는 강관이고, 상기 정착부재(120)의 외주면에는 그라우트 유입공(121)이 형성되며, 상기 팽창형강관(110)과 상기 정착부재(120)의 외주면을 따라 설치된 그라우트 주입관(210)을 통해 주입된 그라우트(200)가 상기 천공부(A)와 상기 복합지반 보강재(100)의 외측에 충전됨과 아울러, 상기 유입공(121)을 통해 상기 정착부재(120)의 내측에 충전되는 것이 바람직하다.
상기 정착부재(120)는 강봉이고, 상기 강봉의 외주면에는 스크류(122)가 형성된 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 지반보강구조물 설치방법은 상기 암층(12)까지 51~61mm의 직경으로 상기 천공부(A)를 형성하는 지반천공단계; 상기 정착부재(120)가 상기 암층(12)에 삽입되도록 상기 지반보강재(100)를 설치하는 복합지반보강재설치단계; 상기 천공부(A)와 상기 지반보강재(100)의 사이 구간에 상기 그라우트(200)를 충전하는 그라우트 충전단계; 수압을 이용하여 상기 팽창형강관(110)을 팽창시키는 팽창형강관팽창단계;를 포함한다.
본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 지반보강구조물 설치방법은 상기 암층(12)까지 51~61mm의 직경으로 상기 천공부(A)를 형성하는 지반천공단계; 상기 정착부재(120)가 상기 암층(12)에 삽입되도록 상기 지반보강재(100)를 설치하는 복합지반보강재설치단계; 상기 천공부(A)와 상기 지반보강재(100)의 사이 구간과 상기 정착부재(120)의 내부에 상기 그라우트(200)를 충전하는 그라우트 충전단계; 수압을 이용하여 상기 팽창형강관(110)을 팽창시키는 팽창형강관팽창단계;를 포함한다.
본 발명의 지반보강구조물은 천공홀의 직경이 좁기 때문에 연약한 토사층의 붕괴를 방지할 수 있다.
본 발명의 지반보강구조물은 연약한 토사층이 형성된 지반의 암층에 고정설치 되기 때문에 연약한 토사층이 형성된 지반의 강성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 지반보강구조물이 설치된 측면도.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 정착부재 측면도.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 정착부재 측면도.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 패킹장치가 결합된 팽창형 강관 사시도.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 패킹장치 단면도.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 소구경으로 천공되는 지반천공단계 공정도.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 지반보강재설치단계 초기 공정도
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 지반보강재설치단계 완료 공정도.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 그라우트 충전단계 공정도.
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 팽창형강관 측면도.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 팽창형 강관 측면도.
본 발명의 지반보강구조물 및 그 시공방법의 실시 예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면 번호를 부여하고 이에 대해 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
또한, 이하 사용되는 제1, 제2 등과 같은 용어는 동일 또는 상응하는 구성 요소들을 구별하기 위한 식별 기호에 불과하며, 동일 또는 상응하는 구성 요소들이 제1, 제2 등의 용어에 의하여 한정되는 것은 아니다.
또한, 결합이라 함은, 각 구성 요소 간의 접촉 관계에 있어, 각 구성 요소 간에 물리적으로 직접 접촉되는 경우만을 뜻하는 것이 아니라, 다른 구성이 각 구성 요소 사이에 개재되어, 그 다른 구성에 구성 요소가 각각 접촉되어 있는 경우까지 포괄하는 개념으로 사용하도록 한다.
이하, 첨부표 및 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 지반보강구조물 및 그 시공방법에 관하여 상세히 설명한다.
도 1에 나타난 방향을 기준으로 전후상하의 방향을 정의한다.
표층에 연약한 토사층(11)이 형성되어, 대구경 굴착이 곤란한 지반(10)에도 설치가 가능한 본 발명의 지반보강구조물은 51~61mm의 직경으로 형성되는 소구경 천공부(A)에 삽입설치되되, 수압에 의해 팽창되는 팽창형강관(110); 팽창형강관(110)의 후단에 결합되는 정착부재(120);를 구비한 지반보강재(100)를 포함하고, 팽창형강관(110)은 토사층(11)에 삽입형성되고, 정착부재(120)는 암층(12)에 삽입 형성된다.
이 경우, 본원발명의 지반보강구조물은 팽창형강관(110)과 팽창형 강관보다 작은 직경으로 형성되는 정착부재(120)가 결합된 복합형 지반보강재로서, 지반보강의 효과를 극대화한다..
우선 본원발명의 지반보강구조물은 암층(12) 구간에 정착부재(120)가 고정되기 때문에 고정력이 우수하다.
또한, 본원발명의 지반보강구조물은 천공부를 소구경으로 형성하고, 팽창 후 천공직경에 공극이 발생하지 않도록 팽창되는 팽창형강관이 설치되기 때문에 팽창형강관의 팽창직후 부터 지반효과가 발생하여 천공부의 붕괴를 방지할 수 있다.
본 발명은 팽창형강관(110)이 팽창하면서 그라우트를 가압하는 효과가 발생하기 때문에 정착부재(120) 주변에 충전된 그라우트를 더욱 밀실하게 만들고, 천공부의 균열부와 정착부재(120) 내측에 그라우트 충전이 이루어지게 된다.
아울러, 본 발명의 지반보강구조물은 팽창형강관이 팽창하면서, 정착부재(120)가 천공부의 중앙에 위치하도록 설치되기 때문에 정착부재의 중앙부 설치를 위한 별도의 스페이서를 필요로 하지 않는다.
팽창형강관(110)은 전단부에서 후단부를 따라 점진적으로 직경이 작아 지는 것이 바람직하다.
이 경우, 도 10과 도 11과 같이 팽창형강관의 기하학적 특징에 의해 팽창형강관이 팽창하면서 천공홀에 충전된 그라우트를 천공홀의 후단부로 밀어내기 때문에 천공부에 그라우트를 밀실하게 충전할 수 있다.
천공부(A)와 지반보강재(100)의 사이 구간에 그라우트(200)를 충전하기 위해 지반보강재(100)의 외주면을 따라 그라우트 주입관(210)이 결합된 것이 바람직하다.
이 경우 주입관(210)은 지반보강재(100)의 외주면을 따라 정착부재(120)의 끝부분 까지 연결되어 있기 때문에 그라우트(200)를 정착부재(120)의 끝부분부터 충전할 수 있다.
그라우트(200) 충전시 그라우트(200)가 천공부 외부로 흘러내리는 것을 방지하기 위하여, 팽창형강관(110)의 외주면에 설치되어 천공부(A)의 입구를 봉쇄하는 패킹장치(130)를 더 포함하는 것이 바람직하다.
이 경우, 그라우트(200) 충전시 천공부(A)의 외부로 그라우트(200)가 이탈되는 것을 방지할 수 있다.
패킹장치(130)에는 주입관(210)이 관통하는 관통공(131); 충전이 완료된 그라우트(200)가 분출되는 것을 확인할 수 있는 그라우트 분출공(132);이 형성된 것이 바람직하다.
이 경우, 패킹장치(130)는 천공부(A)의 입구를 봉쇄하도록 설치되기 때문에 천공부 내부에 그라우트(200) 충전이 완료되면 그라우트(200)는 분출공(132)으로 분출하게 된다.
따라서 그라우트(200) 충전 정도를 파악하기 용이하다.
정착부재(120)는 케이블, 강섬유, 고강도 플라스틱, 강봉 또는 강관으로 형성된 것이 바람직하다.
이 경우, 정착부재(120)는 암층(12)에 형성되어 그라우트(200)로 고정되기 때문에 케이블, 강섬유, 고강도 플라스틱, 강봉 또는 강관을 사용할 수 있다.
정착부재(120)는 강관이고, 정착부재(120)의 외주면에는 그라우트 유입공(121)이 형성되며, 팽창형강관(110)과 정착부재(120)의 외주면을 따라 설치된 그라우트 주입관(210)을 통해 주입된 그라우트(200)가 천공부(A)와 복합지반 보강재(100)의 외측에 충전됨과 아울러, 유입공(121)을 통해 정착부재(120)의 내측에 충전되는 것이 바람직하다.
이 경우, 유입공(121)이 형성된 정착부재(120)의 내부에 그라우트(200)가 충전되기 때문에 정착부재(120)를 암층(12)에 더욱 견고하게 고정시킬 수 있다.
정착부재(120)는 강봉이고, 강봉의 외주면에는 스크류(122)가 형성된 것이 바람직하다.
이 경우, 도 3과 같이 정착부재(120)의 외주면에 스크류(122)가 형성되어 있기 때문에 그라우트(200) 충전이후, 그라우트(200)와 정착부재(120)의 결합력을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 지반보강구조물 설치방법은 암층(12)까지 51~61mm의 직경으로 상기 천공부(A)를 형성하는 지반천공단계; 정착부재(120)가 암층(12)에 삽입되도록 지반보강재(100)를 설치하는 지반보강재설치단계; 천공부(A)와 지반보강재(100)의 사이 구간에 그라우트(200)를 충전하는 그라우트 충전단계; 수압을 이용하여 팽창형강관(110)을 팽창시키는 팽창형강관팽창단계;를 포함한다.
이 경우, 지반천공단계는 51~61mm의 직경으로 천공되기 때문에 지반의 붕괴를 방지할 수 있다.
또한 암층(12)까지 천공된 천공부에 지반보강재(100)가 설치되고, 그라우트(200) 충전되기 때문에 암층(12)과 정착부재(120)의 결합력이 우수하다.
본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 지반보강구조물 설치방법은 암층(12)까지 51~61mm의 직경으로 천공부(A)를 형성하는 지반천공단계; 정착부재(120)가 암층(12)에 삽입되도록 지반보강재(100)를 설치하는 지반보강재설치단계; 천공부(A)와 지반보강재(100)의 사이 구간과 정착부재(120)의 내부에 그라우트(200)를 충전하는 그라우트 충전단계; 수압을 이용하여 팽창형강관(110)을 팽창시키는 팽창형강관팽창단계;를 포함한다.
이 경우, 그라우트(200) 충전단계 이후 팽창형강관(110)이 팽창되기 때문에 천공부 내부에 충전되는 그라우트(200)가 더욱 밀실하게 충전된다.
A : 천공부 10 : 지반
11 : 토사층 12 : 암층
100 : 지반보강재 110 : 팽창형강관
120 : 정착부재 122 : 스크류
121 : 유입공 123 : 전단보강재
130 : 패킹장치 131 : 관통공
132 : 분출공 200 : 그라우트
210 : 주입관

Claims (11)

  1. 표층에 연약한 토사층(11)이 형성되어, 대구경 굴착이 곤란한 지반(10)에 설치되는 지반보강구조물로서,
    51~61mm의 직경으로 형성되는 소구경 천공부(A)에 삽입설치되되,
    수압에 의해 팽창되는 팽창형강관(110);
    상기 팽창형강관(110)의 후단에 결합되는 정착부재(120);를 구비한 지반보강재(100)를 포함하고,
    상기 팽창형강관(110)은 상기 토사층(11)에 삽입형성되고,
    상기 정착부재(120)는 암층(12)에 삽입 형성되되,
    상기 천공부(A)와 상기 지반보강재(100)의 사이 구간에 그라우트(200)를 충전하기 위해 상기 지반보강재(100)의 외주면을 따라 그라우트 주입관(210)이 결합되고,
    상기 그라우트(200) 충전시 상기 그라우트(200)가 천공부 외부로 흘러내리는 것을 방지하기 위하여, 상기 팽창형강관(110)의 외주면에 설치되어 상기 천공부(A)의 입구를 봉쇄하는 패킹장치(130)가 설치되며,
    상기 패킹장치(130)에는
    상기 주입관(210)이 관통하는 관통공(131);
    충전이 완료된 상기 그라우트(200)가 분출되는 것을 확인할 수 있는 그라우트 분출공(132);이 형성된 것을 특징으로 하는 지반보강구조물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 팽창형강관(110)은
    전단부에서 후단부를 따라 직경이 작아 지는 것을 특징으로 하는 지반보강구조물.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 정착부재(120)는 케이블, 강섬유, 고강도 플라스틱, 강봉 또는 강관으로 형성된 것을 특징으로 하는 지반보강구조물.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 정착부재(120)는 강관이고,
    상기 정착부재(120)의 외주면에는 그라우트 유입공(121)이 형성되며,
    상기 팽창형강관(110)과 상기 정착부재(120)의 외주면을 따라 설치된 그라우트 주입관(210)을 통해 주입된 그라우트(200)가 상기 천공부(A)와 상기 복합지반 보강재(100)의 외측에 충전됨과 아울러, 상기 유입공(121)을 통해 상기 정착부재(120)의 내측에 충전되는 것을 특징으로 하는 지반보강구조물.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 정착부재(120)와 상기 그라우트(200)의 결합력을 향상시키기 위해,
    상기 정착부재(120)는
    한 쌍의 상기 유입공(121)을 관통하여 결합된 말굽형 전단보강재(123)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 지반보강구조물.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 정착부재(120)는 강봉이고,
    상기 강봉의 외주면에는 스크류(122)가 형성된 것을 특징으로 하는 지반보강구조물.
  10. 제6항 또는 제9항의 지반보강구조물 설치방법으로서,
    상기 암층(12)까지 51~61mm의 직경으로 상기 천공부(A)를 형성하는 지반천공단계;
    상기 정착부재(120)가 상기 암층(12)에 삽입되도록 상기 지반보강재(100)를 설치하는 지반보강재설치단계;
    상기 천공부(A)와 상기 지반보강재(100)의 사이 구간에 상기 그라우트(200)를 충전하는 그라우트 충전단계;
    수압을 이용하여 상기 팽창형강관(110)을 팽창시키는 팽창형강관팽창단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 지반보강구조물 설치방법.
  11. 제7항, 제8항 중 어느 한 항의 지반보강구조물 설치방법으로서,
    상기 암층(12)까지 51~61mm의 직경으로 상기 천공부(A)를 형성하는 지반천공단계;
    상기 정착부재(120)가 상기 암층(12)에 삽입되도록 상기 지반보강재(100)를 설치하는 지반보강재설치단계;
    상기 천공부(A)와 상기 지반보강재(100)의 사이 구간과 상기 정착부재(120)의 내부에 상기 그라우트(200)를 충전하는 그라우트 충전단계;
    수압을 이용하여 상기 팽창형강관(110)을 팽창시키는 팽창형강관팽창단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 지반보강구조물 설치방법.
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