KR102110577B1 - 내진 흙막이 구조체 - Google Patents

Abstract

본 발명의 내진 흙막이 구조체는 토사의 무너짐을 방지하기 위하여 지중으로 설치되고, 대응되는 측에 가이드홈이 마련된 파일들과, 상기 파일들에 양단부가 지지되며 철판을 이루어진 토류판과, 상기 각 파일들을 지지하는 띠장부재를 포함하며, 상기 파일과 토류판 및 띠장부재의 적어도 일측에 설치되어 지진의 발생 시 상기 파일의 배열방향으로의 진동에 따른 이동변위를 흡수하기 위한 지진충격완충유닛을 구비한다.

Description

내진 흙막이 구조체{The land-side protection wall structure}

본 발명은 토목, 건축현장에서 터파기 시 굴착구간의 흙벽이 무너지는 것을 방지하기 위하여 설치되는 흙막이 구조체에 관한 것으로, 더 상세하게는 지진에 의한 진동 및 충격을 흡수할 수 있는 내진 흙막이 구조체에 관한 것이다.

일반적으로, 우리나라의 토지이용 실태는 주로 대도시에 집중되고, 가용 토지의 부족으로 인해 도심지의 고층화와 고밀도화는 가속되고 있는 실정이다. 고층화 및 고밀도화 된 토지의 이용에 따라 지하 구조물의 규모가 커지면서 인근 건축물과의 근접시공이 불가피하게 되어, 지하 구조물의 터파기 공사 시에 인접한 도로의 침하를 비롯하여 주변 건물의 기울어짐과 균열 및 붕괴가 빈번히 발생되고, 이로 인한 재산상의 손실을 비롯하여 민원의 다발과 민형사상의 분쟁으로 많은 사회적 문제가 발생되고 있다.

따라서, 지하 굴착 시 흙막이용 구조물을 시공하는 공법과 부재의 선정이 매우 중요한 요소로 부각되고 있다.

종래의 터파기 공사 시에서는 굴착구간의 흙벽의 붕괴를 방지하기 위하여 토류벽이 설치되는데 상기의 토류벽은 소정 간격으로 H형강을 수직하게 설치하고, 그 사이에 수직하게 철판이 설치되거나 소정의 면적을 가지는 플레이트들이 적층되어 이루어진다.

상기의 철판으로 이루어진 토류판을 지지하기 위하여 수직 H형강을 가로지르는 방향으로 띠장부재가 설치되며, 이러한 띠장부재를 지지하기 위하여 버팀보가 설치된다. 상기 버팀보로서는 주로 H 형강을 이용하며, 필요한 경우 다수개의 H 형강을 연결하여 사용한다. 상기 버팀보는 전체 굴착면의 가로 및 세로 방향으로 설치되며, 그 설치 개수도 상당히 많다.

그러나 상기와 같이 흙막이 구조체를 설치한다 하여도 지진 또는 일측으로 하중이 집중되거나 측압이 발생되는 경우, 이에 따른 변위량을 흡수하지 못하고 무너지는 문제점이 있다.

특히, 지진이 발생되는 경우, 진동이 흙막이가 설치되는 방향으로 작용하게 되면 설치방향으로의 완충부를 가지고 있지 않으므로 튕그러지거나 토압과의 복합적인 작용을 인하여 무너지는 문제점이 있다. 이러한 흙막이의 무너짐은 공사현장에서 대형사고로 이어질 수 있다.

대한민국 공개특허 제10-2016-0050480호에는 굴착면 그라우팅에 의한 수동저항력 증대 흙막이 벽체 시공방법이 게시되어 있다.

대한민국 공개특허 제10-2016-0050480호 : 굴착면 그라우팅에 의한 수동저항력 증대 흙막이 벽체 시공방법

본 발명의 해결하고자 하는 기술과제는 지진으로 인하여 흙막이 벽체의 설치방향으로 작용하는 외력을 흡수할 수 있어 무너짐을 방지할 수 있는 내진 흙막이 구조체를 제공함에 있다.

본 발명의 해결하고자 하는 다른 기술과제는 흙막이 벽체를 지지하는 버팀보를 생략함으로써 넓은 작업 공간을 확보할 수 있는 내진 흙막이 구조체를 제공함에 있다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 내진 흙막이 구조체는 토사의 무너짐을 방지하기 위하여 지중으로 설치되고, 대응되는 측에 가이드홈이 마련된 파일들과, 상기 파일들에 양단부가 지지되며 철판을 이루어진 토류판과, 상기 각 파일들을 지지하는 띠장부재를 포함하며,

상기 파일과 토류판 및 띠장부재의 적어도 일측에 설치되어 지진의 발생 시 상기 파일의 배열방향으로의 진동에 따른 이동변위를 흡수하기 위한 지진충격완충유닛을 구비한다.

본 발명에 있어서, 상기 지진충격완충유닛은 상기 파일의 가이드홈 내면에 설치되어 토류판 측방향으로의 가압력에 의해 변형되어 이동변위를 흡수하는 변위흡수부재를 구비한다. 상기 변위흡수부재는 탄성력을 가지는 합성수지로 이루어질 수 있으며, 파일의 가이드홈의 대응되는 단부에 용접되어 토류판의 측방향의로 이동변위 발생시 소성변형되는 판부재로 이루어진다.

그리고 본 발명에 따른 상기 지진충격완충유닛은 토류판이 제 1,2부재로 이루어지며 상기 제 1,2부재가 길이 방향으로 중첩되며, 이들의 사이에 마찰부재가 삽입되고, 상기 제1,2부재의 중첩부위 및 상기 마찰부재에 길이 방향의 직각 방향으로 장공들이 형성되어 상기 제1,2부재의 중첩부와 상기 마찰부재가 결합부재에 의해 결합된다.

상기 띠장부재에는 길이 방향으로 신축되는 변위흡수부를 더 구한다. 상기 변위흡수부는 띠장부재가 제1띠장부재와 제2띠장부재로 이루어지며, 상기 제1,2띠장부재의 상호 대응되는 면에 가이드봉의 양단부가 슬라이딩 가능하게 지지되고, 이들의 사이에 탄성스프링이 설치된다.

본 발명에 따른 내진 흙막이 구조체에 의하면 지진, 외부의 충격 또는 일부분에 작용하는 집중적인 토압에 의해 파일의 배열방향으로의 이동변위량을 흡수하여 흙막이 구조체가 무너지는 것을 방지할 수 있다.

또한, 파일들의 사이에 철판으로 이루어진 토류판의 삽입 시 파일의 간격의 불균일로 인하여 토류판이 변형되거나 삽입되지 않은 문제점을 근본적으로 해결할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 내진 흙막이 구조체를 도시한 사시도,
도 2은 도 1에 도시된 내진 흙막이 구조체의 지진충격완충유닛을 나타내 보인 사시도,
도 3은 도 1에 도시된 내진 흙막이 구조체의 지진충격완충유닛을 나타내 보인 사시도,
도 4는 띠장부재에 설치되는 변위흡수부를 발췌하여 도시한 사시도,
도 5 및 도 6은 본 발명에 따른 내진 흙막이 구조체의 다른 실시예들을 나타내 보인 사시도.

본 발명은 내진 흙막이 구조체에 과한 것으로, 일 실시예를 도 1 내지 도 4에 나타내 보였다.

도면을 참조하면, 본 발명의 내진 흙막이 구조체(10)는 굴착대상지에 배치되며 지중으로 삽입되며 양측에 길이 방향으로 가이드홈(24)이 형성된 복수의 파일(20)들과, 파일(20)들의 대응되는 측에 형성된 가이드홈(24)들에 양측이 지지되어 굴착부의 흙이 무너지는 것을 방지하는 토류판(30)과, 상기 파일들에 양단부가 지지되며 철판을 이루어진 토류판과, 상기 각 파일들을 지지하는 띠장부재(40)을 포함한다. 그리고 상기 파일(20)과 토류판(30)의 적어도 일측에 설치되어 지진의 발생 시 상기 파일의 배열방향으로의 진동에 따른 이동변위를 흡수하기 위한 지진충격완충유닛(60)(70)을 구비한다.

상술한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 내진 흙막이 구조체를 구성요소별로 보다 상세하게 설명하면 다음가 같다.

상기 굴삭대상지를 굴착할 때 형성되는 굴착면에 대향하도록 설치되는 파일(20)은 상호 대향하고 상하로 연장된 제1수평부(21) 및 제2수평부(22)와 상기 제1 및 제2수평부(21,22)의 중앙부분을 연결하는 수직부(23)를 포함한다. 상기 파일(20)은 수직부(23)에 의해 양측에 각각 후술할 토류판(30)의 일단이 삽입되는 가이드홈(24)가 형성되어 있다. 상기 제1 및 제2수평부(21)(22)는 별도로 구분하지 않으나 설명의 편의를 위하여 이하에서는 굴착과정에서 형성된 굴착면을 향하여 배치되는 부분을 제1수평부(21)라 한다.

파일(20)들은 굴착대상지에 상호 소정간격으로 이격되게 배치되며 지중으로 압입시키는 압입수단을 통해 지중으로 삽입된다. 상기 파일(20)들은 굴착대상지에서 파일(20)들을 잇는 연장선이 소정의 곡률을 갖는 곡선 형태를 이루도록 배치되도록 함이 바람직하다.

상기 파일(10)들 사이에는 토압에 의해 굴착된 공간(S)을 향하여 굴착면이 붕괴하는 것을 방지할 수 있게 파일(10)들의 길이방향을 따라 상하로 복수의 토류판(30)들이 적층되어 있다.

상기 토류판(30)은 상호 인접하게 이격 배치된 양측 파일(20)의 가이드홈(24)에 양단이 각각 끼움결합되어 있다. 상기 토류판(30)은 양측 파일(20)들의 수직부(23) 사이의 간격보다 다는 짧고, 제1수평부(21) 또는 제2수평부(22) 사이의 간격보다는 길게 형성되어 있어 굴착된 공간(S)측으로 토압이 작용하더라도 제2수평부(22)에 걸림지지되어 굴착된 공간(S)측으로 밀려나지 않으며, 굴착면이 붕괴하는 것을 방지한다. 이러한 토류판(30)은 철판과 같은 금속판 또는 합성수지 판으로 이루어질 수도 있다. 상기 토류판은 도 6에 도시된 바와 같이 시트파일로 이루어질 수도 있다.

띠장부재(40)는 도 1 및 도 4에 도시된 바와 같이 토류판(30)에 파일(20)이 견디지 못할 정도의 토압이 작용하여 파일(20)이 휘어지는 것을 방지할 수 있게 파일(20)에 결합되어 버팀목 역할을 하는 것으로서, 굴착면에 대향하도록 배치되어 있는 상기 파일(20)의 제2수평부(22)에 각각 결합되어 있다.

상기 띠장부재(40)는 파일(20)의 연장방향과 직교하는 방향으로 연장되어 있고, 파일(20)의 연장방향으로 소정간격 이격되게 배치되어 있다.

상기 띠장부재(40)는 복수의 파일(20)들이 각각 결합 될 수 있도록 소정의 곡률로 휘어지게 형성될 수 있다. 즉, 상기 띠장부재(40)는 파일(20)들의 배치 형상과 대응하는 형상으로 형성되어 있다. 상기 띠장부재(40)는 통상적으로 사용하는 H 형강을 적용할 수 있으나 도시된 바와 같이 파일(20)들의 배치형상에 따라 호 형상으로 형성할 수 있도록 판상의 것을 적용하는 것이 바람직하다. 상기 띠장부재(40)와 파일(20)은 용접 결합할 수도 있고, 도시된 바와 다르게 볼트를 통해 체결할 수도 있다.

한편, 상기 띠장부재(40)에는 길이 방향으로 신축되는 변위흡수부(50)를 더 구한다. 상기 변위흡수부(50)는 띠장부재(40)가 제 1띠장부재(41)와 제 2띠장부재(42)로 분리되고, 제1,2띠장부재(41)(42)의 의 상호 대응되는 면에 가이드봉(51)의 양단부가 가능하게 지지되고, 상기 제1,2띠장부재(41)(42) 사이의 가이드봉(51)에는 탄성스프링(52)가 설치된다. 상기 제1,2띠장부재(41)(42)의 대응되는 측에 가이드봉(51)의 설치는 제1,2띠장부재(41)(42)의 대응되는 면에 고정판(54)(55)이 설치되고, 이 고정판(54)(55)에 각각 가이드봉(51)의 양측이 슬라이딩 가능하게 설치된다. 여기에서 가이드봉(51)의 양단부에는 가이드봉(51)의 단부가 고정판(54)(55)로부터 이탈되는 것을 방지하기 위하여 헤드부(51a)가 설치될 수 있다. 그리고 상기 제1,2띠장부재(41)(41)의 양단부에는 소성변형이 가능한 완충판부재(56)가 설치될 수 있는데, 이 완충판부재(56)에는 코러게이트형 주름이 형성될 수도 있다.

상기 띠장부재(40)는 도 5에 도시된 바와 같이, 호 형상으로 볼록하게 돌출된 부분이 굴착면을 향하여 배치되어 있으므로 굴착면으로부터 토압이 작용할 때 기존의 평판형으로 형성된 띠장부재 구조보다 토압에 대한 저항력을 향상시킬 수 있다.

상기 띠장부재(40)의 양단에는 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이 토류판(30)에 파일(20)이 견뎌낼 수 없을 정도의 큰 토압이 작용하여 파일(20)이 휘어지거나, 휘어지는 파일(20)에 의해 띠장부재(40)의 형상의 변형되는 것을 방지하는 연결부재(100)에 의해 연결될 수도 있다. 상기 연결부재(100)는 파일(20)의 제2수평부(12)와 띠장부재(40)가 결합되어 있는 지점에서 굴착된 공간(S) 내측을 향하여 토압이 작용할 때 띠장부재(40)가 굴착된 공간(S) 내측으로 인입되게 변형되거나, 공간 내측을 향하여 인입되면서 띠장부재(40)의 양단이 서로 멀어지는 방향으로 벌어지는 것을 방지한다. 즉, 상기 연결부재(100)는 띠장부재(40)의 양단이 토압에 의해 상호 멀어지는 방향으로 벌어지려는 인장력이 작용할 때 띠장부재(40)의 양단이 벌어지지 않도록 지지함으로써 띠장부재(40)의 형상을 파일(20)들의 배치형상과 대응하도록 유지시키며, 결과적으로 띠장부재(40)가 파일(20)들에 각각 결합되어 있는 상태를 유지시킨다. 상기 연결부재(100)는 띠장부재(40)의 양단에 일단이 각각 결합되어 있는 와이어 또는 강봉으로 이루어질 수 있고, 상기 와이어에는 턴버클이 설치될 수 있다. 상기 턴버클의 회전방향에 따라 상기 강봉 단부 사이의 거리를 조절할 수 있다. 상기 연결부재(100)는 토압에 의해 인장력이 작용하게 되므로 연신율이 작고 인장 강도가 큰 소재를 사용하는 것이 바람직하다.

한편, 상기 지진충격완충유닛은 파일(20)과 토류판(30)에 설치될 수 있는데, 먼저 파일(20)에 설치된 실시예를 도 2에 나타내 보였다.

도면을 참조하면, 지진충격완충유닛(60)은 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 파일(20)의 가이드홈(24)의 내면 즉, 수직부(23)과 제 1,2수평부(21)(22)에 의해 형성된 가이드홈(24)의 내면에 설치되어 토류판(30)의 측 방향으로의 가압력에 의해 변형되어 이동변위를 흡수하는 변위흡수부재(61)를 구비한다. 상기 변위흡수부재(61)는 탄성력을 합성수지, 판스프링로 이루어질 수 있다. 그러나 이에 한정되지 않고, 도 3에 도시된 바와 같이 제1,2수평부(21)(22)의 대응되는 측에 양단부가 고정 또는 가접되어 토류판의 측 방향의 이동변위에 대응하여 소성 변형되는 판부재(62)로 이루어질 수 있다.

도 2 및 도 3에는 상기 지진충격완충유닛의 다른 실시 예를 나타내 보였다.

본 발명에 따른 지진충격완충유닛은 토류판(31)이 길이방향으로 절단된 제1,2부재(31,32)와, 길이방향으로 중첩된 제1,2부재(31,32)의 사이에 삽입된 마찰부재(71)와, 제1,2부재(31,32)와 마찰부재(71)를 결합하는 결합부재(73)를 구비한다. 상기 제1,2부재(31)(32)의 중첩부위 및 마찰부재(71)에 길이 방향의 직각 방향으로 장공(72)들이 형성되고. 상기 제1,2부재(31)(32)의 중첩부위와 마찰부재(71)가 결합부재(73)에 의해 결합된다. 상기 결합부재(73)은 볼트와 너트로 이루어질 수 있다. 도면에 있어서, 미설명 부호 G는 파일에 토류판을 설치한 다음 토류판의 후방에 굴착된 흙을 뒷 채움하여 형성된 지반일 수 있다.

상술한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 내진 흙막이 구조체의 작용을 설명하면 다음과 같다.

먼저 상기 굴착대상지의 설정된 영역의 가장자리를 따라 파일(20)을 소정의 간격 즉, 토류판(20)을 감안하여 시공한다. 이때에 상기 파일(20)들의 가이드홈(24)는 대향될 수 있도록 한다. 상기와 같이 파일(20)의 시공이 완료되면, 굴착작업을 진행하면서 상기 파일(20)들의 가이드홈(24)에 토류판(30)의 양측 가장자리가 지지되도록 삽입한다. 이러한 작업은 굴삭 작업이 진행되는 동안 이루어지고, 굴착 깊이가 깊어짐에 따라 상기 파일(30)들은 도 1 및 도 5, 6에 도시된 바와 같이 변위흡수부(50)가 설치된 띠장부재(40)를 파일 길이 직각 방향을 설치한다.

상기와 같이 파일(20)들의 사이에 토류판(30)을 설치하는 과정에서 상기 파일의 간격이 상부와 하부가 다른 경우, 이들의 사이로 삽입되는 토류판(30)은 제 1,2부재(31)(32)의 중첩부위가 상대적으로 슬립되면서 삽입될 수 있다.

상술한 바와 같이, 흙막이 구조체(10)의 설치가 완료된 상태에서 토목 도는 건축공사를 수행할 수 있다.

이러한 공사를 수행하는 과정에서 지진이 발생되거나 특정부위에 토압이 증가하는 경우, 파일(20)의 배열방향으로 작용하는 변위량은 먼저, 토류판(30)으 제 1,2부재(31)(32)의 중첩부에 설치되는 마찰부재(73)와의 마찰력을 극복하고 제1,2부재(31)(32)가 슬립 됨으로써 이루어진다. 그리고 상기 토류판(30)에 의해 흡수되지 못한 변위량은 파일(20)의 각 가이드홈(24)에 형성된 변위흡수부재(61)(62)가 탄성 또는 소성변형 되면서 흡수된다.

상기 과정에서 상기 띠장부재(40)에 설치된 변위흡수부(50)는 상기 파일(20)들의 이송변위를 흡수하게 된다. 즉, 띠장부재(40)의 제1띠장부재(41)의 사이에 설치된 가이드 봉(50)이 탄성스프링(52)의 장력을 이기고, 제1,2띠장부재(41)(42)에 대해 상대이동함과 아울러 완충판부재(56)가 변형되면서 이동변위를 흡수하게 된다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 내진 흙막이 구조체는 파일 또는 토류판, 띠장부재에 지진, 토압, 외압이 작용하는 경우, 이에 의한 이동변위를 흡수할 수 있으므로 파일과 토류판이 무너지는 것을 방지할 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명에 따른 흙막이 구조체는 도면에 도시된 일 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.

따라서 본 발명의 진정한 기술적인 보호 범위는 첨부된 청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.

10 : 흙막이 구조체 20 : 파일
21 : 제1수평부 22 : 제2수평부
23 : 수직부 24 : 가이드홈
30 : 토류판 31 : 제1부재
32 : 제2부재 40 : 띠장부재
50 : 변위흡수부 60 : 지진충격완충유닛
61,62 : 변위흡수부재 71 : 마찰부재
72 : 장공 73 : 결합부재

Claims (6)

1. 토사의 무너짐을 방지하기 위하여 지중으로 설치되고, 대응되는 측에 가이드홈이 마련된 파일들과, 상기 파일들에 양단부가 지지되며 철판을 이루어진 토류판과, 상기 각 파일들을 지지하는 띠장부재를 포함하며,
   상기 파일과 토류판 및 띠장부재의 적어도 일측에 설치되어 지진의 발생 시 상기 파일의 배열방향으로의 진동에 따른 이동변위를 흡수하기 위한 지진충격완충유닛을 구비하고,
   상기 지진충격완충유닛은
   상기 파일의 가이드홈 내면에 설치되어 토류판의 측방향으로의 가압력에 의해 변형되어 이동변위를 흡수하는 변위흡수부재를 구비하고,
   상기 변위흡수부재는
   탄성력을 합성수지 또는 파일의 가이드홈의 대응되는 단부에 용접되어 토류판의 측방향 이동변위에 의해 소성 변형되는 판부재로 이루어진 것을 특징으로 하는 내진 흙막이 구조체.
2. 삭제
3. 삭제
4. 토사의 무너짐을 방지하기 위하여 지중으로 설치되고, 대응되는 측에 가이드홈이 마련된 파일들과, 상기 파일들에 양단부가 지지되며 철판을 이루어진 토류판과, 상기 각 파일들을 지지하는 띠장부재를 포함하며,
   상기 파일과 토류판 및 띠장부재의 적어도 일측에 설치되어 지진의 발생 시 상기 파일의 배열방향으로의 진동에 따른 이동변위를 흡수하기 위한 지진충격완충유닛을 구비하고,
   상기 지진충격완충유닛은
   상기 토류판이 제1,2부재로 이루어지며 상기 제1,2부재가 길이 방향으로 중첩되어 이들의 사이에 마찰부재가 삽입되고, 상기 제1,2부재의 중첩부위 및 상기 마찰부재에 길이 방향의 직각 방향으로 장공들이 형성되어 상기 제1,2부재의 중첩부위와 상기 마찰부재가 결합부재에 의해 결합된 것을 특징으로 하는 내진 흙막이 구조체.
5. 토사의 무너짐을 방지하기 위하여 지중으로 설치되고, 대응되는 측에 가이드홈이 마련된 파일들과, 상기 파일들에 양단부가 지지되며 철판을 이루어진 토류판과, 상기 각 파일들을 지지하는 띠장부재를 포함하며,
   상기 파일과 토류판 및 띠장부재의 적어도 일측에 설치되어 지진의 발생 시 상기 파일의 배열방향으로의 진동에 따른 이동변위를 흡수하기 위한 지진충격완충유닛을 구비하고,
   상기 띠장부재에는 길이 방향으로 신축되는 변위흡수부를 더 구비하며,
   상기 변위흡수부는
   상기 띠장부재가 제1띠장부재와 제2띠장부재로 이루어지며, 상기 1,2띠장부재의 상호 대응되는 면에 가이드봉의 양단부가 가능하게 지지되고, 이들의 사이에 탄성스프링이 설치된 것을 특징으로 하는 내진 흙막이 구조체.
6. 제 5에 있어서,
   상기 변위흡수부는 제1,2띠장부재의 대응되는 단부를 연결하며 길이 방향으로 이송변위의 흡수 시 소성변형되는 완충판부재를 더 구비한 것을 특징으로 하는 내진 흙막이 구조체.

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