KR200167837Y1 - 석축 보강 구조 및 신설 옹벽구조 - Google Patents

Abstract

본 고안은 콘크리트로 된 역삼각뿔을 이용하여 기존 석축을 보강하는 구조 에 관한 것으로, 기존 석축에 콘크리트 역삼각뿔을 설치하여 콘크리트 역삼각뿔의 자중이 석축으로 향하는 성질을 이용하여 기존 석축의 지지력을 높이는 기존 석축의 보강 구조에 관한 것이다.

본 고안은 기존 석축(1)의 기초(2)를 관통하여 지지 말뚝(12)을 심고, 상기 말뚝(12)이 꼭지점이 되는 콘크리트 역삼각뿔(11)을 상기 기존 석축(1)과 일체가 되도록 형성되는 기존 석축의 보강구조를 제공한다.

또한 본 고안은 옹벽 하단부 경질지반(3a)을 굴착할 때 경사면을 그대로 둔 채 설치된 기초(2), 역삼각뿔(31)을 가진 경사면 옹벽(30), 상기 경질지반(3a) 상부의 연약지반(3b)에 도달하여 완만하게 정리된 경사면, 상기 경사면 옹벽 후면에 설치된 짐받이 콘크리트(32), 상기 짐받이 콘크리트 위에 경사지게 메워진 워 잡석, 그리고 상기 역삼각뿔(31)을 가지게 완성된 신설 경사면 옹벽의 구조도 제공한다.

Description

석축 보강 구조 및 신설 옹벽구조{The SEN Retaining Wall}

본 고안은 콘크리트로 된 역삼각뿔을 이용하여 기존 석축을 보강하는 구조에 관한 것이다. 더욱 구체적으로, 기존 석축에 콘크리트 역삼각뿔을 설치하고 콘크리트 역삼각뿔의 자중이 기존 석축으로 향하는 성질을 이용하여 기존 석축의 지지력을 높이는 석축의 보강 구조에 관한 것이다.

제1도는 기존 석축의 단면도이다.

석축(1)은 돌로 쌓아 만든 축대로 경사지의 비탈면에 견치석ㆍ각석 등을 쌓아올려 토사의 붕괴를 방지하는 구조물이다. 석축의 하단에는 기초(2)를 설치하고 그 위에 돌을 쌓아 지반(3)의 토압을 견디는 구조를 가진다.

견치석의 뒷면을 시멘트 모르타르나 콘크리트로 채워가며 쌓는 찰쌓기식 석축은 중력식 옹벽의 역할을 어느 정도 기대할 수 있으나 견치석의 뒷면을 잡석이나 흙으로 채워가며 쌓는 메쌓기 석축은 토압을 지탱할 능력이 거의 없다. 이와 같이 종래에 쌓는 석축 그 자체는 구조적으로 별로 큰 내력을 기대할 수 없는 것이어서 경질지반을 경사지게 절단한 면이 우수에 노출되었을 때에 씻기거나 풍화하는 것을 방지하는 표면보호재의 역할을 기대하는 정도이다.

석축을 쌓는 경사각은 지반 종류에 따라 달라지며, 만약 흙의 안식각과 같은 경사각으로 쌓는다면 붕괴의 위험이 없는 것은 당연하나 안전 위주로 경사각을 완만하게 하면 석축의 높이가 높아짐에 따라 대지의 활용도가 떨어지므로 위험을 무릅쓰고 급경사를 고집하는 경향이 있어 붕괴할 위험이 많다.

근래에 와서는 석축을 쌓는 공사비가 상승하여 석축을 신축하는 일이 거의 없지만 노후화된 기존 석축을 원상으로 보수하는 일도 쉽지 않은 형편이다. 따라서 기존 석축을 보강하거나, 신축하는 경사지에 적용할 신공법의 옹벽 기술이 요청된다. 그리고 석축의 경사로 인한 대지가 잠식된 것을 활용할 수 있는 옹벽 기술도 요청된다.

고안자는 기존 석축을 보강하여 안정성을 증가시키고 대지의 활용도를 높일 수 있는 기존 석축 보강 방법을 개발하였다.

또한 고안자는 신축 옹벽의 경사각을 크게(경사가 급하게) 하여 토공사의 양을 줄일 수 있는 신설 옹벽의 구조도 개발하였다.

본 고안의 목적은 기존 석축을 보강하는 구조를 제공하는 것이다.

본 고안의 다른 목적은 경사면을 보강하는 신설 옹벽의 구조를 제공하는 것이다.

제1도는 기존 석축의 단면도이다.

제2도는 본 고안으로 기존 석축을 보강하는 구조의 개념도이다

제3도는 본 고안으로 기존 석축을 보강하는 구조의 보강도면이다.

제4도는 제3도의 A-A 단면도이다.

제5도는 본 고안의 변형예로서 신설 옹벽의 단면도이다.

* 도면의 주요 부호 설명 *

1: 기존 석축 2: 기초

3: 지반 11: 콘크리트 역삼각뿔

12: 말뚝 13: 콘크리트 슬래브

21: 기둥 22: 프레임

23: 타이 빔 24: 수평철근

25: ㅅ-자형 철근 26: 리브 라스(Rib Lath)

30: 신설 옹벽

31: 콘크리트 역삼각뿔 32: 짐받이 콘크리트

33: 옹벽 상단 슬래브 34: 키(key)

첨부한 도면에 따라 본 고안을 상세하게 설명한다.

제2도는 본 고안으로 기존 석축을 보강하는 구조의 개념도이다.

본 고안의 보강 구조에서는 기존 석축(1)의 경사면을 기준면으로 활용한다. 원래 석축에서 경사각은 필수적이며, 경사각의 크기는 석축 뒷면의 토질과 석축 높이에 따라 달라지는데 석축을 축조한 후 짧은 기간이라도 붕괴하지 않고 견딜 수 있다면 그 경사각은 적정 값에 근접한다는 것을 뜻한다. 따라서 석축 하단에 연직 방향으로 세우는 면과 기존 석축 경사면 사이에 생기는 역삼각형 쐐기(C₀-C₁-B₀-A₀, C₁-C₂-B₁-A_{1, ....}) 단면을 가진 무거운 질량의 강체를 제작하여 부착한다면 기존 석축의 안전성을 높이게 된다.

기존 석축의 기초나 지반이 약하면 쐐기의 중량으로 인하여 기초가 침하할 우려가 있다. 따라서 강체의 중량을 지지수단을 사용하여 직접 경질 지반에 전달되게 한다면 침하할 우려는 없어지고 강체가 경사면에 놓이게 됨으로 생기는 수평분력은 지지체가 부담하게 된다.

본 고안에서는 강체로서 콘크리트 역삼각뿔(11)을 형성하고 역삼각뿔의 꼭지점에 기존 석축(1)의 기초(2)를 관통하여 지지수단인 말뚝(12)을 설치하여 해결한다.

석축은 견치석이 경사각을 가지고 누워 있어 뒷면 흙을 누르는 힘이 석축 배면의 흙이 절토면을 경계로 하여 미끄러져 내리려는 힘보다 클 때 안전성이 보장된다. 그러므로 석축을 쌓은 후 무너지지 않고 버티고 있을 때 석축 경사면을 눌러 주면 눌러 준 만큼 석축에 여력이 생기는 것은 당연하다.

석축을 누르는 방법에서 옹벽 전체를 삼각형 단면을 가진 콘크리트로 덮을 수 있지만 콘크리트 량이 많아지고 효율도 떨어진다. 효율(즉 모멘트)을 높이기 위해서는 A₀점을 기준으로 할 때 A₀-B₀선에서 될 수 있는 대로 먼 곳에 무게 중심이 있어야 한다. 그리고 옹벽은 대체로 단조롭기 때문에 주변 경관과 어울리지 못하는 점을 고려할 필요가 있다. 효율성을 살리고 미관을 고려할 때 가장 최적의 형태로 콘크리트 역삼각뿔이 도출된다.

역삼각뿔 형상을 가진다면 연속된 삼각기둥 형상에 비해 콘크리트 량은 1/3이지만 모멘트는 2/3에 이르므로 2배의 효율을 가진다. 그리고 콘크리트 역삼각뿔의 표면의 질감에 변화를 주거나 색깔을 달리함으로서 조형 효과도 가져온다.

그리고 역삼각뿔의 상단에 콘크리트 슬래브(13)로서 바닥을 형성하면 석축 위 대지가 부족한 것을 확장하여 활용할 수 있는 수단도 제공한다.

제3도는 본 고안으로 기존 석축을 보강하는 구조의 보강도면이고, 제4도는 제3도의 A-A 단면도이다. 제3도와 제4도를 참조하며 보강 구조 및 그 공사방법을 설명한다.

기존 석축(1)이 설치된 기초(2)를 관통하여 적당한 간격마다 구멍을 뚫고(core boring) 경질지반까지 천공한다. 천공한 구멍에 시멘트 모르터를 넣고 지지용 말뚝(12)을 박고 기둥(21)을 연장설치한다.

기존 석축(1)의 경사면에 기둥(21)과 삼각뿔이 만들어지도록 강관, 각관, 형강, 채널 등의 철재로 된 프레임(22)를 설치하고 프레임의 끝을 삼각형 타이 빔(23)으로 연결한다. 상기 기둥(21)과 프레임(22)과 타이 빔(23)으로 만들어지는 삼각뿔의 경사면 평면에 수평철근(24)을 배근한다. 수평철근은 철재에 일정 간격으로 구멍을 뚫어 볼트와 너트를 사용하여 프레임에 고정시켜도 된다. 수평철근과 교차하여 수직철근(도시하지 않음)을 배근한다.

기둥(21)과 프레임(22)과 타이 빔(22)으로 만들어지는 삼각뿔 표면에 ㅅ-자형으로 가공한 철근(25)을 배근하고 상기 ㅅ-자형 철근(25) 위에 리브 라스(26, Rib Lath)를 설치한다.

상기 기둥(21)과 프레임(22)과 타이 빔(23)을 만들어지는 삼각뿔 표면 외의 다른 경사면에는 리브 라스(26)를 부착한다.

상기 리브 라스(26)가 부착된 경사면에 리브 라스를 거푸집으로 하여 경사면과 리브 라스 사이에 콘크리트를 타입한다.

기둥(21)과 프레임(22)과 타이 빔(22)을 만들어지는 삼각뿔 표면에 ㅅ-자형으로 가공한 철근(25)을 배근하고 상기 ㅅ-자형 철근(25) 위에 리브 라스(26, Rib Lath)를 설치한 부위에 리브 라스를 거푸집으로 삼아 콘크리트를 타설하여 콘크리트 역삼각뿔(11)을 형성시킨다.

콘크리트 역삼각뿔(11)의 표면과 다른 경사면에 쇼트크리트(Shotcrete)를 쏘아붙이고 필요시 표면을 색상으로 처리한다.

역삼각뿔(11)의 상단 즉 옹벽의 상단에 콘크리트 슬래브(13)를 더 만들면 한정된 대지를 활용하고 슬래브(13)의 자중과 적재하중은 석축의 안정에 기여하게 된다.

본 고안의 보강법은 구체예에 의해 설명했지만 본 고안에서 형성시키는 역삼각뿔은 기존 석축의 경사도, 지반 상태 등에 따라 석축 경사각이 지나치게 작은 때(즉 완만한 때)는 기둥을 연직방향이 아닌 경사를 가지도록 설치하여 시각적인 안정감을 주고 콘크리트 사용량을 줄일 수 있다. 그리고 기존 석축의 높이가 높아 한 번에 역삼각뿔을 형성할 수 없을 때에는 2-3단으로 축조해도 무방하다.

제5도는 본 고안의 변형예로서 신설 옹벽의 단면도이다.

본 변형예는 기존 석축에 안전성을 추가하는 보강 공법과는 달리 옹벽을 신축할 때 역삼각뿔 콘크리트 덩어리와 상부 슬래브의 하중 외에 적극적으로 옹벽에 하중을 추가하는 방법이다.

재래식 일반 옹벽은 옹벽 뒷면과 흙의 안식각 사이 쐐기 형태의 흙이 미끄러져 내리려는 것을 방지해야 하므로 역T형 옹벽이나 L형 옹벽은 기초 위에 흙을 메워 그 무게로서 토압을 상쇄시킨다. 따라서 역T형 옹벽이나 L형 옹벽은 기초 길이가 클수록 안전하게 되는데 그 목적을 위하여 옹벽 뒷면 흙파기 량이 많아지는 부작용이 있다. 그리고 기초 길이가 길면 모멘트 값이 커져서 단면이 커지며 공사비가 추가되는 단점이 있다.

위 단점을 해소하면서 좋은 효과를 얻기 위하여 신설 옹벽(30)은 옹벽 하단부 경질지반(3a)을 굴착할 때 경사면을 그대로 둔 채 공사해 올라가다가 상부 연약지반(3b)에 도달하면 경사면을 완만하게 정리한 후 경사면 콘크리트 옹벽 후면에 철근콘그리트 기초 겸 슬래브를 부착하여 짐받이 콘크리트(32)로 활용하는 것이다. 이것은 마치 지게의 짐받이와 같은 원리로 별도 거푸집을 설치하지 않아도 되므로 시공이 간편하다. 슬래브와 그 위에 메우는 흙은 지지점인 A에서 멀기 때문에 안전성을 확보하는 데 효과가 크다.

본 변형예에서 콘크리트 역삼각뿔(31)을 형성하는 것은 보강 공법과 마찬가지이고 신설공법일 경우에는 처음부터 기초의 크기를 알맞게 설계할 수 있으므로 별도의 말뚝(12)을 설치하지 않아도 되지만 기초의 크기를 줄이기 위해 말뚝을 설치해도 무방하다.

본 변형예에서는 옹벽의 상단에 슬래브(33)를 설치하는 것은 필수적이지만 신설하는 구조물이므로 상기 슬래브(33)의 옹벽의 반대쪽에 키(34, key)를 추가로 더 설치하면 옹벽의 안전성이 더 보장되고 상기 키(34)를 옹벽 위 대지에 신설되는 구조물의 일부로 활용하면 구조물의 하중까지 옹벽의 안전에 기여하게 된다.

본 고안은 기존 석축 위에 콘크리트로 된 역삼각뿔을 형성시킴으로서 기존 석축을 효과적으로 보강할 수 있다. 기존 석축이 대개 건축물이 밀집하고 대지가 좁은 지역에 있어 철거하고 다시 설치하기가 매우 곤란했지만 본 고안을 사용하면 쉽게 보강할 수 있다. 그리고 기존 석축이나 옹벽이 밋밋한 형태를 가져 도시 미관상 호감을 주지 않는데 비해 본 고안의 형태는 삼각뿔 형태를 가져 돌출감과 질감이 있고 각 면을 여러 가지 색깔로 처리할 수 있어 도시 미관을 좋게 하는 효과도 있다. 또한 옹벽 상부를 대지로 활용할 수 있는 수단도 제공하게 되었다.

신설 옹벽에 적용하는 변형예는 흙파기 량을 대폭 줄이며 옹벽 상부의 대지의 활용도를 높이고 옹벽 상부에 설치되는 구조물의 하중을 옹벽 구조에 활용함으로서 경제적으로 옹벽을 건설할 수 있게 되었다.

Claims (4)

1. 기존 석축(1)의 기초(2)를 관통하여 설치된 지지 말뚝(12); 및

   상기 기존 석축(1)과 일체가 되도록 형성되고 상기 말뚝(12)이 꼭지점이 되는 콘크리트 역삼각뿔(11);

   로 이루어지는 것을 특징으로 하는 기존 석축의 보강구조.
2. 제1항에서, 상기 콘크리트 역삼각뿔(11)은 상기 기존 석축(1)의 경사면에 기둥(21)과 프레임(22)을 설치하고 상기 철재(12)의 끝을 타이 빔(23)으로 연결하여 형성한 역삼각뿔;

   상기 기둥(21)과 상기 프레임(22)과 상기 타이 빔(22)으로 만들어지는 역삼각뿔의 경사면 평면에 배근된 수평철근 및 수직철근;

   상기 기둥(21)과 상기 프레임(22)과 상기 타이 빔(23)을 만들어지는 역삼각뿔의 표면에 돌출 배근된 ㅅ-자형 철근(25);

   상기 ㅅ-자형 철근(25) 위에 설치된 리브 라스(26, Rib Lath); 그리고

   상기 ㅅ-자형 철근(25)을 배근한 내부 공간에 타설된 콘크리트;

   로 이루어진 콘크리트 역삼각뿔(11)인 것을 특징으로 하는 기존 석축의 보강구조.
3. 제3항에서, 상기 기존 석축(1)의 경사면에서 상기 기둥(21)과 상기 프레임(22)과 상기 타이 빔(23)을 만들어지는 경사면 평면 외의 경사면에 부착한 리브 라스(26); 그리고

   상기 리브 라스(26)가 부착된 경사면에 상기 리브 라스(26) 사이에 타설된 콘크리트;

   를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기존 석축의 보강구조.
4. 옹벽 하단부 경질지반(3a)을 굴착할 때 경사면을 그대로 둔 채 설치한 기초(2);

   상기 기초(2)에서 설치된 역삼각뿔(31)을 가진 경사면 옹벽(30);

   상기 경질지반(3a) 상부에 설치되고, 상기 경사면 옹벽 후면에 설치된 짐받이 콘크리트(32);

   상기 짐받이 콘크리트(32) 위를 덮는 잡석 또는 흙; 그리고

   상기 짐받이 콘크리트 위로 계속 설치되고, 상기 역삼각뿔(31)을 가진 경사면 옹벽;

   으로 구성된 신설 옹벽의 구조.