KR20100052398A - 나사산돌기의 중공형 철근 및 앵커체 - Google Patents

Abstract

본 발명은 건설에서 사용하는 이형철근의 표면을 연속 등 간격의 일부 나사산식하여 가공하는 것과 이를 이용하여 터널과 지반보강에 사용하는 Ground Anchor, Soil Nail, Earth Anchor, 록-볼트 등에 관한 사항으로 기존의 앵커체와는 다른 형상으로 고안하여 시공성을 향상하며, 단면 2차 모멘트를 증가시켜 구조적 안전성을 증대하였고, 표면적이 증가하여 접착력의 증가와 앵커체의 중앙 홀을 이용하여 안전하고 확실하게 그라우트의 주입과 주입상태를 확인하고 할 수 있는 특장점을 지닌다.

앵커체, 마이크로파일, 중공이형철근, 록-볼트

Description

나사산돌기의 중공형 철근 및 앵커체{Partial Thread Hollow Section Rebar and Anchor}

건설산업 및 광공업의 지반보강에 사용하는 Earth Anhor, Soil Nail, Micro Pile, Rock Bolt에 사용되는 Bolt의 재료의 형상과 그 설계 및 시공에 관한 것이다.

건설산업과 광공업의 터널 및 지반구조물의 보강에 사용되는 지반보강 재료의 구조형상 및 설계시공에 관한 사항이다.

터널 및 지하공간, 지반 구조물 등에 설치하는 록-볼트, Ground Anchor, Soil Nail등에는 수많은 공법이 있다. 특히 지중에 매설되어 터널 및 지하공간, 지반 구조체의 보강공법으로 사용되는 것은 정착부의 그라우트 주입과 그라우트의 강도, 접착력, 접착 단면적 등 여러 가지 요소에 대하여 충분하고도 안전한 검토가 필요하다.

본 발명에서 해결하고자 하는 사항은 이러한 지반 보강재료들이 확실하게 시공되어 터널 및 지하공간, 지반 구조물의 내구력 증대와 생애주기를 연장하는데 필수적으로 필요한 그라우트와 볼트(앵커)의 균일한 접착상태, 접착강도, 피복두께 등이 중요한 요소들이다.

기존의 록-볼트 및 앵커체의 단면형은 도-4와 같이 원형철근(Round Bar)의 부재에 그라우트 관(Grout Tube)이 설치될 홈을 파고 양 끝단에 나사산을 가공하여 선단에는 정착을 위한 웨지 및 확장-쉘(Wedge & Expension Shell)을 장착하고 또 다른끝단에는 워셔, 너트를 사용하여 지압판을 고정한다. 또 다른 형식은 도-3, 도-5와 같이 이형철근(대나무 마디모양 또는 물고기 뼈(Fish Bone) 형상의 철근을 사용하고 철근에 도-3과 같이 그라우트 관이 설치될 홈을 파거나, 도-5와 같이 철제 깃(Steel Collar)위에 고무 씰(Rubber Seal)을 설치하고 씰의 구멍에 그라우트 관을 장착하여 사용하고 있다.

그러나 볼트 및 앵커 철근에 그라우트 관(Grout Tube)을 부착하여 시공하는 경우 기존 자재들은 단면 2차 모멘트가 작아서 잘 휘어지고 구부러지며, 변형이 되는 현상이 발생한다. 이러한 현상으로 인하여 시공중 볼트 및 앵커 철근과 그라우트 관(Grout Tube)이 분리되며, 지반 여건상 천공 홀에 시공중 회전하여 삽입하거나, 회전 및 진동을 주어 시공하는 관계로 그라우트 관의 탈락과 손상이 많으며, 손상과 탈락된 그라우트 관은 훼손을 입어 제 기능을 발휘하지 못한다.

이러한 문제점을 해결하고자 국내에서는 도-2(등록신용신안 20-0238664)와 같이 볼트 및 앵커 철근을 표면을 연속된 나사산형식으로 하고 측면에 2개의 나란한 홈을 파서 그라우트 관이 설치되게 하였고, 해외의 경우 도-7, 도-8과 같은 단면 형태의 제품이 있다.

그러나, 앞서 언급한 모든 형식은 별도의 나사산을 가공하고 볼트 및 앵커 철근에 그라우트 관이 설치될 홈을 가공하여야 한다. 또한 그라우트 주입 관, 그라우트 확인 관을 각각 장착하여 시공하게 된다.

이러한 그라우트 관 부착방식의 볼트 및 앵커는 시공중 그라우트 관의 파손 및 손상 과 함께 그라우트 관의 내경(Inner Diameter)이 대개 협소하여 원활한 주입이 되지 않으며, 단면적이 작은 관계로 그라우트의 입도, 점도, 농도에 제한을 받으며, 주입 압력을 상당히 높여도 실제 그라우트가 원활한 주입이 되지 않으며, 이 결과 품질저하가 현저하게 나타난다.

이러한 현상을 개선하고자 해외에서는 도-6과 같은 볼트 및 앵커체 중앙에 구멍이 있는 중공 이형 또는 , 도-9, 도-10과 같은 중공 나사산형 볼트 및 앵커를 사용하고 있다.

상기의 중공 이형, 중공 나사산형 앵커체는 시공성이 우수하고, 표면적이 커서 Grout와 접착면적이 크며, 자천공(自 穿孔 : Self Drilling)이 가능하며, 중앙의 홀을 통하여 양질의 그라우트를 입도, 점도, 농도에 관계없이 주입하여 설치할 수 있는 장점이 있다.

그러나, 중공 이형 볼트 및 앵커체는 별도의 정밀한 나사산을 가공하여 열처리 등의 공정을 거치지 않으면 자천공이 불가하며, 중공 나사산형 볼트 및 앵커체는 정밀가공과 열처리를 거친 제품으로 가격이 매우 높은 단점과 함께, 볼트 및 앵커체 중앙의 홀을 형성하고 외곽부 나사산 부분이 확대로 인하여 암반 및 지반사이의 그라우트 이동과 충진이 충실하게 되지 못하는 문제점이 있다.

이러한 문제점을 해결하고자, 본 연구에서는 도-1, 도-14와 같은 앵커체를 중공형으로 하여 외부 표면에 나사산 돌기를 설치하였다. 나사산의 돌기 형태는 간격과 pitch가 일정하여야 하며, 그 형상에는 제한이 없다. 이러한 나사산식 돌기는 표면적을 증대시켜 그라우트와 볼트 및 앵커체의 접착면적을 증대시키는 효과가 있다.

앵커체 표면의 나사산의 일정부분을 제거하여 시공 정착시 주입되는 그라우트의 주입과 자 천공 시에 물과 공기, 이수가 통과하게 하여 자 천공(自 穿孔)시 원활한 깨어진 암석파편과 암석 분말의 제거가 용이하게 하였다.

볼트 및 앵커체는 중공(中空 : Hollow, Tube)형태로 하여 그라우트의 주입과 주입 확인을 하며, 자 천공시에 물과 공기, 이수가 통과할 수 있는 통로를 제공한다.

또한 중공형태로 하여 동일 중량의 철근에 비하여 단면 2차 모멘트를 상승시켜 앵커체의 휨과 구부러짐 현상을 감소시키며, 중공형태로 주입 관 및 확인 관의 기능을 한다.

본 발명에서는 제조상 경제적이며 대량 생산이 가능한 돌기가 일부 일정하게 제거된 나사산 형태의 철근 단면과 전체가 나사산인 중공형 단면의 장점을 도입한 새로운 형식의 앵커체를 고안 하였다.

본 발명의 효과는 다음과 같다.

첫째, 종래의 원형 및 이형 철근을 사용하였을 경우에 비하여 본 발명의 중공 나사산 형태의 단면이 표면적이 증대되어 그라우트와의 접착면적이 증대된다.

둘째, 종래의 원형 및 이형 철근은 그라우트의 주입과 확인을 위하여 별도의 주입 관과 확인 관을 설치하며, 주입 관과 확인 관의 설치를 위하여 앵커체에 별도의 그라우트 관의 설치를 위한 홈을 가공하게 되나, 본 발명에서와 같은 중공 나사산 볼트 및 앵커체는 그라우트의 주입과 확인을 위하여 별도의 관의 설치나, 관 설치를 위한 홈의 가공이 없다.

셋째, 종래의 원형 및 이형 철근을 사용하였을 경우에 비하여 본 발명의 중공 나사산 형태의 단면 2차 모멘트가 증가 되어 구조적으로 안정하다.

넷째, 일반 원형 및 이형 철근을 사용하였을 경우에는 자천공 시공을 할 수 없으나, 본 본 발명은 중공형으로 자천공이 가능하다.

다섯째, 기존 사용되는 중공 나사산 볼트 및 앵커체는 정밀가공과 열처리가 필요하나, 본 발명은 돌기가 허용 공차 이내의 등 간격과 Pitch의 확보만이 필요하다. 제작상 경제적이고, 대량생산이 가능하다.

여섯째, 기존 중공 나사산 볼트 및 앵커체는 전체적으로 나사산이 있으나, 본 발명은 나사산의 일부를 제거하여 그라우트의 성분내의 입도, 점도와 액성을 다양하게 선택하여 충실한 충진과 접착을 할 수 있게 하였다.

첨부한 도면과 각 부분과 상세도를 통하여 본 발명을 설명한다.

도-1은 본 발명의 대표 단면을 표시한 것으로 앵커체의 중앙에는 홀이 형성되어 있고 외부에는 나사산 형태의 돌기가 형성되어 있다. 그라우트와의 부착면적을 증대하기 위하여 표면에는 나사산 형태의 돌기를 형성하고 중앙에 홀을 두어 단면 2차 모멘트를 증대하였다. 일부의 나사산을 제거한 방식으로 기존 중공형태의 전체적으로 나사산이 형성된 앵커체에 비하여 그라우트의 원활한 이동과 충진이 가능하게 하였다.

도-2(등록실용신안 20-0238664)는 기존의 환봉형 나사산 단면으로 그라우트 관이 설치될 앵커체 측면 2개소에 대하여 나사산과 앵커체 몸체까지 가공하여 그라우트 관이 위치할 홈을 파서 가공한 단면이다.

그러나 본 발명의 앵커체는 중앙의 홀을 이용하므로 별도의 이러한 문제를 해결하기 위하여 본 발명에서는 제조상 경제적이며 대량 생산이 가능한 돌기가 일부 일정하게 제거된 나사산 형태의 철근 단면과 전체가 나사산인 중공형 단면의 장점을 도입한 새로운 형식의 앵커체를 고안 하였다.

또한 본 발병은 천공 홀이 자립이 불가능한 지반 또는 암반에 대하여 자천공(Self Drilling)을 할 수 있도록 나사산 형태의 돌기가 형성하였다. 앵커체의 정착은 그 방법에 현재에 사용하고 있는 도-3, 도-4, 도-5, 도-6와 기존 모든 정착법과 함께, 도-11, 도-12에는 본 발명의 정착방법중 일부를 소개하였다.

앵커체가 소정의 길이가 넘을 시에는 도-13과 같은 연결 Sleeve 또는 Coupling을 사용하여 또 다른 앵커체를 연결하여 설치 심도를 깊게 할 수 있다.

도-1은 본 발명의 대표도.

도-2는 기존 실용신안 20-0238664의 대표단면.

도-3은 이형단면에 홈을 판 록-볼트와 그라우트주입관 상세도.

도-4는 환봉단면에 홈을 판 록-볼트와 그라우트 주입관 상세도.

도-5는 철근 양끝에 나사산 가공과 측변에 그라우트 관 부착도.

도-6은 이형 중공단면 양끝에 나사산 가공과 측변에 그라우트 관 부착도.

도-7은 이형 나사산철근(Thread Bar Bolt)과 너트 및 지압판 사진.

도-8은 이형 나사산철근(Thread Bar Bolt)과 너트 및 지압판 사진.

도-9는 나사산이 가공된 중공바(Threaded Hollow Bar) 록-볼트 및 부품사진.

도-10은 나사산 중공바(Threaded Hollow Bar)의 표면과 단면 투시도.

도-11은 본 고안에 의한 전면접착 록-볼트 시공도.

도-12는 본 고안에 의한 선단 또는 선단 일부접착 록-볼트 시공도.

도-13은 앵커체를 서로 연결하는 Sleeve.

도-14는 앵커체의 외곽 돌기 나사산의 형태와 일정 피치간격(C)를 도시.

도-15는 앵커체의 순 외곽 직경과 나사산형 돌기의 외부직경.

Claims (4)

1. 표면의 돌기가 그림-14와 같이 나사산형태로 등 간격(C)을 이루는 이형 단면으로 일부의 나사산이 일정하게 제거된 형식의 중공 환봉 또는 나사산돌기의 중공형 철근 및 앵커체.
2. 중공 이형철근으로 그림-14와 같이 표면에 돌기가 일정한 등 간격(C)을 이루는 나사산식으로 되어 있으며, 일부의 나사산이 일정하게 제거된 형상.
3. 중공 관(Tube, Pipe) 형식으로 그림-14와 같이 표면에 돌기가 일정한 등 간격(C)을 이루는 나사산식으로 되어 있으며, 일부의 나사산이 일정하게 제거된 형상.
4. 청구항 1,2,3의 요건을 지닌 단면으로 재료는 금속, 비금속, 복합재료를 포함한 자연과 가공하여 얻을 수 있는 모든 물질.

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