KR100729720B1 - 흙과 물에 친화력이 있고 마찰력을 향상시킨 토목섬유 - Google Patents

Abstract

본 발명은 보강토 옹벽의 성토 과정에서 층상으로 매설되는 보강재의 인발 저항력을 극도로 증대시킬 수 있는 구성으로 된 토목섬유를 제공하는 것으로, 흙과 물에 친화력이 있는 마찰입자를 보강재의 표면에서 일부가 외부로 노출한 채로 매립 부착되게 한 구성으로 되어서 상기 마찰입자가 성토되는 흙속에서 큰 인발 저항력을 나타내도록 하여 보강토 옹벽의 성토 층을 안정화시키는 구성으로 된 것이다.

토목섬유, 지오그리드, 성토 보강재, 지오텍스타일,

Description

흙과 물에 친화력이 있고 마찰력을 향상시킨 토목섬유{geo-synthetics having affinity for water and soil and improving the friction}

도 1은 토목섬유를 포함한 보강토 옹벽의 축조 예를 나타내는 사시도.

도 2는 본 발명에 관련된 토목섬유의 제조공정을 설명하는 사시도.

도 3은 본 발명에 관련된 토목섬유의 모식도.

도 4는 도 3의 A-A선에 따른 단면도.

도 5는 본 발명에 관련된 토목섬유에 양생층이 추가된 단면도.

도 6은 본 발명에 관련된 토목섬유로서 격자상으로 형성된 보강재에 적용시킨 예를 나타내는 평면도.

도 7은 도 6의 B-B선에 따른 단면도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10: 보강재 12: 공급 롤

14: 히팅 터널 16: 면 성형 롤러

18: 롤 커터 20: 마찰입자 공급수단

22: 마찰입자 24: 가압 롤러

26: 감기 롤 28: 작은 틈

30: 양생 층 32: 격자공

미국특허 제4,374,798호, 유럽특허 출원 제A-0 374 365호, 한국 특허등록 제137014호,

본 발명은 지오그리드(geo-grid), 또는 지오텍스타일(gyo-textile) 등의 토목섬유(geo-synthetics)에 관한 것으로서, 특히 매설되고나면 보강토의 흙과 물에 친화하여 성토 층의 안정성을 향상시키는 것을 특징으로 하는 흙과 물에 친화력이 있는 토목섬유에 관한 것이다.

흙은 본질적으로 결속력이 약하여 쉽게 부스러지므로 작은 외력에도 쉽게 변형하는 취약성이 있다. 이 때문에 토목공사에서 성토되는 흙을 잘 다져 밀도를 증가시켜 주어도 흙 본래의 강도는 획기적으로 개선되지 않는다.

그러나 흙 속에 연속성을 갖는 판이나 띠 또는 줄기 형태로 성형한 보강재를 층상으로 매설하면서 성토하면 흙 입자와 보강재 표면 사이로 마찰력이 생겨 상기 성토 층의 안정화를 도모할 수 있다.

즉, 흙속에 연속성을 갖는 보강재가 수평방향으로 삽입되어 있다면, 흙 입자와 보강재의 경계면에서 마찰력이 발생할 것이며, 이 마찰력은 흙 입자의 수평이동을 구속하는 힘으로 작용하게 될 것이다.

이때에 흙 입자를 수평이동시키려는 힘보다 흙 입자와 보강재의 경계면에서 의 마찰력이 더 크다면, 흙 입자는 경계면에서 미끄러지지 않을 것이며, 이때에 동원된 수평력은 모두 보강재가 받게 될 것이다.

따라서 수평 변형량은 이때에 동원된 수평력의 크기와 보강재의 강성에 따라 결정되며 흙과는 무관하게 된다.

결론적으로, 흙 입자와의 사이에 큰 마찰력을 일으키고 강성 또한 충분히 커서 변형이 작게 발생하는 보강재를 매설하면서 성토하면 흙의 결속력을 크게 개선할 수 있으며, 이에 관련하는 기술로 종래부터 지오그리드, 지오텍스타일 등의 토목섬유가 사용되고 있다.

토목섬유를 사용하여 축조되는 보강토 옹벽은 기존 콘크리트 옹벽에 필수적인 콘크리트 타설 작업이 필요치 않고, 성토재의 포설 및 다짐, 보강재의 포설, 벽면재의 조립 등과 같은 단순 작업을 반복 시공하기 때문에, 특수한 시공 장비를 갖추지 않아도 단기간에 용이하게 할 수 있다. 또한 콘크리트 옹벽은 자체중량과 강성으로 토압에 저항하는 구조인데 비하여 보강토 옹벽은 소형 벽면재와 보강재의 연결, 그리고 보강재와 흙 사이의 마찰력으로 저항하는 구조이기 때문에, 기초지반에 다소의 부등침하가 발생하여도 벽면재와 보강재의 기능이 손상되지 않고 대처할 수 있는 장점이 있다.

또 보강재로 축조되는 보강토 옹벽은 전통적인 중력식 옹벽이나 부벽식 옹벽 등에 비해도 경제적인 것으로 평가되고 있다. 특히 기초지반이 연약한 경우나 층고가 높은 옹벽의 경우에는 상당한 공비 절감효과를 얻을 수 있다.

도 1은 상술한 보강재로 축조된 보강토 옹벽의 시공 예를 보여 주고 있다.

옹벽 전체는 벽돌로 축조된 벽체를 나타내는 전면 판(2)으로 마감 처리되고 이 전면 판(2)과 시공부위(4) 사이에는 보강재(6)가 층을 이루어 다수 결속되고 성토(8)에 의해 매설되어서 국부적인 흙의 이완이 발생하지 않게 막아주게 된다.

이러한 구성으로 되는 보강토 옹벽에서 성토(8)를 이루는 뒤 채움 흙은 보강재(6)의 계면에서 높은 마찰 저항을 일으킬 수 있는, 예를 들면 내부 마찰각이 큰 사질토로 채우는 것이 좋다.

보강재(6)는 토압에 변형되지 않는 강성과, 흙과 큰 마찰 저항을 일으킬 수 있는 표면을 가진 것이어야 한다.

초기에는 보강재(6)를 철재로 만들었으나 흙속에서 부식을 일으키는 문제 때문에 최근에는 합성수지로 된 지오그리드나 지오텍스타일 등의 토목섬유가 주로 채용되고 있다.

상기 지오그리드는 종래부터 여러 종류가 제안되어 있으나, 보통은 플라스틱 격자 내부에 특정 모양의 구멍이 형성된 보강재를 신장하여 얇은 시트로 성형한 플라스틱 격자구조물로 되고, 이 구조물은 적어도 두 개의 대향 면 상에 분자구조적으로 방향성 있는 섬유로 된 그물눈을 가지며, 이 구조물 내의 이음매가 적어도 부분적으로는 분자구조적인 방향성을 나타내는 특징을 구비하고 있다.

합성수지로 된 지오그리드나 지오텍스타일의 예는 미국특허 제4,374,798호, 유럽특허 출원 제A-0 374 365호, 그리고 한국특허 등록 제137014호에 개시되어 있다.

개시된 지오그리드는 격자 상의 그물 눈을 통해 성토가 상하로 통하고, 각 그물 눈은 오목한 모양으로 되어 그 표면적이 넓게 형성되어 있음에 따라 성토 층과 큰 마찰력을 일으킬 수 있다.

그러나 합성수지, 플라스틱은 계면이 평활하여 흙과 물에 대한 친화력이 없기 때문에 성토 층 내부에 매설된 후에는 흙과 잘 융화되지 않은 채로 남아있게 된다.

이 때문에, 호우가 내리는 장마철이나 쌓인 눈, 또는 지중의 얼음이 녹아내리는 해빙기에는 성토 층에 다량의 물이 스며들면서 흙과 지오그리드 사이를 분리시켜 붕괴를 촉발하는 경우가 있다.

본 발명의 목적은 성토 중에 층상으로 매설되는 보강재가 합성수지, 플라스틱을 원료로 한 것일지라도 성토되는 흙속에서 물을 흡수하면서 흙과 엉겨 붙을 수 있도록 흙과 물에 친화력이 있는 토목섬유를 제공하여, 보강토 옹벽의 안정성을 향상시키고자 함에 있다.

상기 목적을 구현하는 본 발명은, 흙과 물에 친화력이 있는 마찰입자를 보강재의 표면에 부착하여 일부가 외부로 노출한 채로 매립되게 한 구성으로 되어서 상기 마찰입자가 흙속에서 상당한 인발 저항력을 나타냄에 따라 성토 층을 안정화 시키는 것이다.

본 발명에서, 상기 보강재는 합성수지에 의해 격자모양으로 형성된 것, 합성수지에 의해 기다란 판상으로 형성된 것, 합성수지에 의해 표면에 무수히 작은 틈 이 형성된 것으로 할 수 있다.

또, 상기 마찰입자는 입도(粒度) 조절된 마사, 모래, 깬 자갈 중에서 선택된 1종, 또는 이들을 적당히 혼합하여 사용할 수 있다.

성토 층의 안정성을 더욱 강화시키기 위하여, 상기 마찰입자의 상면에 양생 층을 더 적층 형성해 놓을 수 있다.

양생 층은 수분이 가해지면 흙과 함께 굳어지는 성질을 나타내는 것으로, 석고, 소일 시멘트 등이 적합하다.

또, 양생 층은 에폭시 수지로 된 접착제를 개재하여 상기 마찰입자의 상면으로 피복될 수 있다.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부 도면 도 2 ~ 도 4에 따라 상세히 설명한다.

도 2에서 보강재(10)는 고농축 폴리프로필렌을 소재로 하여 미리 만들어진 시트이다. 이것은 공급 롤(12)에 감긴 상태로 제조 공정에 투여된다.

상기 공급 롤(12)에서 풀려나오는 보강재(10)는 히팅 터널(14)을 통과하면서 그 내부의 고온 분위기에 의해 가온 되면서 표면이 녹기 시작함에 따라 가소성(可塑性)을 띄게 된다.

보강재(10)는 이 상태로 1쌍의 면 성형 롤러(16) 사이를 통과하게 되고, 통과된 보강재(10)의 표면은 면 성형 롤러(16)에 눌려져 소정의 패턴을 갖추게 된다.

상기 면 성형 롤러(16)에 의해 부여되는 패턴은 사방 연속으로 무수히 뚫려져 있는 작은 틈이나 면적 증대를 도모하기 위한 요철 모양이 주로 적용된다.

예시한 실시 예는 면 성형 롤러(16)에 의해 소정 패턴이 부여된 보강재(10)가 롤 커터(18)를 경유함으로써 길이방향에 따라 몇 가닥의 스트립으로 절단되는 예로 설명하고 있으나, 상기 롤 커터(18)는 좁은 폭으로 절단될 때에만 사용되는 장치이므로 생략될 수도 있다.

다시 보강재(10)는 마찰입자 공급수단(20)의 하측을 통과함으로써 그 위로 낙하 되는 마찰입자(22)가 표면에 잔존한 채로 이송되고, 마지막으로 대향 배치된 1쌍의 가압 롤러(24) 사이를 통과함에 따라, 상기 마찰입자(22)는 가소성을 띈 표면으로 눌려져 매립되면서 감기 롤(26)에 감겨 본 발명의 목적물로 되는 토목섬유로 회수된다.

상기 보강재(10)의 두께는 너무 얇으면 인장강도가 약해질 뿐만 아니라 표면에 마찰입자(22)를 매립시켜 부착하기도 곤란해지므로 적당한 두께의 것을 채용해야 한다.

또 두께가 두꺼우면 인장강도가 증대되고 마찰입자(22)의 매립도 양호하게 되지만 너무 두꺼우면 감아 놓기가 불편하므로 미리 일정 길이로 절단해 두고 사용하면 좋다.

도 3은 본 발명에 관련된 토목섬유의 구성을 나타내는 평면도로서, 보강재(10)의 양 표면에 마찰입자(22)가 무수히 매설된 상태를 보여주고 있다.

또 상기 마찰입자(22)는 입도 조절된 마사(磨砂), 모래, 깬 자갈 등의 천연물질 중에서 선택적으로 사용할 수 있다.

예시한 보강재(10)는 도 1에 도시한 성토 층(8)과의 결합력을 증대시키기 위 하여 표면에 무수히 작은 틈(28)이 관통 형성될 수 있다.

상기 작은 틈(28)은 도 4로 나타낸 바와 같이 가운데가 좁고 양 표면 측이 넓게 확장된 단면으로 형성됨이 통상이다.

더 바람직하게, 본 발명은 도 4에 도시한 구성의 보강재(10)에 상기 마찰입자(22)와 흙 사이의 결합력을 증대시키기 위하여, 도 5로 나타낸 바와 같이 양생 층(30)을 더 적층 할 수 있다.

여기서, 양생 층(30)은 흙과 함께 수분이 가해지면 굳어지는 성질을 가진 석고나 소일 시멘트가 적합하다.

또, 상기 양생 층(30)을 형성하게 되는 석고나 소일 시멘트가 마찰입자(22)의 상면에서 떨어지지 않고 잘 피복되어 있도록 하기 위하여 접착제가 병용될 수 있으며, 이때 사용할 수 있는 접착제로는 에폭시수지를 들 수 있다.

상기와 같이 형성되는 양생 층(30)은 보강재(10)가 도 1에 도시한 성토 층(8)으로 매설되면 흙속에 함유된 수분을 빨아 들이면서 주변 흙과 엉켜 응고되면서 상기 성토 층(8)과 일체화하게 된다.

도 6은 합성수지에 의해 격자모양으로 형성된 보강재에 본 발명을 적용시킨 예를 보여주고 있다.

격자모양으로 된 보강재(10)의 표면에도 마찰입자(22)가 부착되고, 이것은 흙과 보강재 사이의 마찰각을 증가시켜 인발 저항력을 증대시켜주게 된다.

또, 격자모양으로 된 보강재(10)는 도 7로 나타낸 바와 같이 넓게 확장된 격자공(32)에 흙이 충분히 충전되기 때문에 보강토 옹벽에 최적하게 이용할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 합성수지, 플라스틱을 원료로 하여 성형되는 토목섬유일지라도, 그 표면에 입도 조절된 마사, 모래, 깬 자갈 등의 천연물질로 되는 마찰입자가 일체로 부착되어 있음에 따라, 옹벽 성토 층의 흙과 친화력을 갖게 되고, 흙과 보강재 사이의 마찰각이 현저하게 증가 되므로 인발 저항력이 증대되어 성토 층의 안정성을 향상시켜 주게 된다.

특히, 마찰입자의 표면에 수분이 첨가되면 굳어지는 양생 층을 더 형성한 구조는 흙에 함유된 수분을 흡수하면서 흙과 엉겨 붙기 때문에 성토되는 보강토 옹벽의 안정성을 대폭 향상시켜 주게 된다.

더 구체적으로 본 발명은 다음과 같은 이점과 장점을 가진다.

본 발명의 토목섬유에서, 마찰입자를 갖춘 보강재는 기존 보강재에 비해 인발 저항력이 크므로 성토 층에 매설되는 길이를 짧게 해도 충분한 안정성을 유지할 수 있다.

게다가 보강재 길이에 제한이 있는 지형에서의 시공 시에 보강 앵커와 같은 별도의 보강공법을 병행하지 않아도 되므로 공기 단축과 시공비 절감효과를 기대할 수 있고, 보강토 옹벽의 성토 층 점유 면적도 줄어들게 되므로 여유부지가 증대되는 이점이 있다.

또 본 발명의 토목섬유는 보강토 옹벽 외에 쌓기부의 보강재로도 활용 가능하다.

이 경우에 쌓기부로 매설되는 보강재의 포설 층수를 줄여도 안정성이 확보되 어 비용 절감 효과를 얻을 수 있고, 또 쌓기 비탈면의 경사도를 크게 할 수 있어서 쌓기 상부나 하부의 부지 이용을 도모할 수 있음은 물론, 쌓기 여유부지가 좁은 장소에서도 시공 가능한 장점이 있다.

Claims (6)

1. 삭제
2. 보강토 옹벽의 성토 층 내로 매설되어 큰 인발 저항력을 나타내는 보강재에 있어서,

   상기 보강재의 표면으로 흙과 물에 친화력이 있는 마찰입자가 일부를 외부로 노출한 채로 무수히 매립 부착됨과 아울러 상기 보강재는 표면에 무수히 관통 형성된 작은 틈을 갖춘 구성으로 되어 있음을 특징으로 하는 흙과 물에 친화력이 있는 토목섬유.
3. 삭제
4. 청구항 2에 있어서,

   상기 마찰입자의 상면에는 수분이 가해지면 흙과 함께 굳어지는 양생 층이 더 적층 된 구성으로 됨을 특징으로 하는 흙과 물에 친화력이 있는 토목섬유.
5. 청구항 4에 있어서,

   상기 양생 층은 석고 또는 소일 시멘트를 함유한 것임을 특징으로 하는 흙과 물에 친화력이 있는 토목섬유.
6. 청구항 4에 있어서,

   상기 양생 층은 에폭시 수지로 된 접착제에 의해 상기 마찰입자의 상면으로 피복되는 구성으로 됨을 특징으로 하는 흙과 물에 친화력이 있는 토목섬유.

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