KR20090130515A

KR20090130515A - 지반정착 앵커시스템 및 이를 이용한 연약지반 앵커구조체시공방법

Info

Publication number: KR20090130515A
Application number: KR1020080056197A
Authority: KR
Inventors: 공현석; 이규상
Original assignee: 주식회사 포스코건설; (주)신화소일테크
Priority date: 2008-06-16
Filing date: 2008-06-16
Publication date: 2009-12-24

Abstract

본 발명은 연약지반에서 사용 가능한 앵커구조체를 개발하기 위해 천공홀 벽면에 직각으로 압력을 가하여 강도 및 마찰력을 증가시켜 인발저항력을 증대시키도록 한 지반정착 앵커시스템 및 이를 이용한 연약지반 앵커구조체 시공방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 지반정착 앵커시스템은 적어도 한 개 이상의 내하체와, 상기 내하체의 선단에 감기며 일정한 길이를 갖는 긴장강선과, 상기 내하체와 긴장강선을 상호 고정하도록 내하체에 설치되는 결속구와, 상기 내하체의 소정의 위치에 길이방향으로 설치되는 주입관 및 배출관과, 상기 내하체와 주입관 및 배출관을 상호 고정하도록 내하체에 고정 설치되는 결속구와, 상기 내하체와 긴장강선과 주입관 및 배출관을 감싸도록 섬유로 이루어진 섬유정착보강재로 구성되는 앵커구조체와; 상기 앵커구조체의 주입관에 연결되며, 고압의 그라우팅액을 공급하는 그라우팅펌프와; 상기 앵커구조체의 배출관에 연결되며, 섬유정착보강재가 고압의 그라우팅액 주입압에 의해서 파열되지 않도록 그라우팅액의 압력을 조절하기 위한 압력제어부로 구성됨을 특징으로 한다.

또한, 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 지반정착 앵커시스템을 이용한 연약지반 앵커구조체 시공방법은 대상 연약지반을 일정한 간격을 두고 케이싱과 굴착장비를 이용하여 천공하여 천공홀을 형성하는 단계; 상기 천공홀내에 삽입된 케이싱내로 1차로 그라우팅액을 주입하는 단계; 상기 그라우팅액이 충전된 천 공홀에 지반정착 앵커시스템의 앵커구조체를 삽입하는 단계; 상기 천공홀에 삽입된 케이싱의 선단부를 앵커구조체의 정착지지부 길이만큼 인발한 후, 인발된 케이싱에 가압캡을 설치하고, 상기 가압캡을 통해 가압으로 그라우팅액을 주입하여 천공홀 내부와 앵커구조체 사이를 충전시키면서 단계적으로 케이싱을 인발 제거하는 단계; 상기 앵커구조체의 주입관을 통하여 그라우팅액을 고압으로 주입하여 상기 앵커구조체의 섬유정착보강재를 팽창시켜 상기 섬유정착보강재를 천공홀에 밀착시킨 후, 상기 앵커구조체의 배출관을 통하여 그라우팅액의 배출을 확인한 후, 압력게이지의 차단밸브를 폐쇄하여 그라우팅액의 배출을 차단하는 단계; 상기 천공홀에 밀착된 섬유정착보강재에 그라우팅액을 저압으로 재주입한 후, 상기 섬유정착보강재를 팽창시키며 그라우팅액을 경화시키는 단계; 상기 앵커구조체의 긴장강선에 인장력을 주어 일정량을 인장시키는 과정을 반복수행하여 전체 긴장강선을 인장하는 단계; 상기 인장된 긴장강선을 순차적으로 정착구에 정착 고정하고, 긴장강선과 주입관 및 배출관을 정리하는 단계로 이루어짐을 특징으로 한다.

지반정착 앵커시스템, 연약지반, 정착구조체, 시공방법

Description

지반정착 앵커시스템 및 이를 이용한 연약지반 앵커구조체 시공방법{Foundation fixed anchor system and the soft foundation anchor construction technique for which this was used}

본 발명은 지반정착 앵커시스템 및 이를 이용한 연약지반 앵커구조체 시공방법에 관한 것으로, 특히 실트층이나 점토층, 투수성이 큰 모래 자갈층 및 쓰레기 매립층과 같은 연약지반에 적용하여 시공성, 경제성 및 안정성을 확보할 수 있는 어스앵커공법이다.

국내외적으로 건축 및 토목공사의 기초시공을 위한 굴착공사에 적용되는 지보공법으로는 버팀보(Strut)공법과 어스앵커(Earth Anchor)공법이 일반적으로 널리 사용되고 있다.

버팀보공법은 소규모 현장이 아닌 경우에는 어스앵커공법에 비하여 시공성, 경제성이 떨어지고 공사기간이 길어 건축공사 등의 타 공정과의 간섭이 발생하는 등 불리한 요인이 있다.

이러한 이유로 최근에는 굴착공사시 버팀보공법보다는 어스앵커공법을 선택하고자 하는 추세이다.

그러나 실트 및 점토층, 느슨한 사질토 및 매립층 등에 어스앵커공법을 적용할 경우 천공시 연약지반교란에 의한 원지반 강도저하, 지하수 및 수압에 의한 그라우팅 공사의 어려움, 간극을 통한 그라우팅액 유실 등으로 기대한 마찰력을 발휘하지 못하여 어스앵커 수량 및 정착구조체의 길이가 증가하는 문제가 발생하고 있다.

특히, 대규모 굴착공사가 연약지반에서 이루어질 경우, 어스앵커공법의 단점을 극복하고자 하는 공법들이 국내외에서 개발되고 있다.

우리나라는 국토의 3면이 바다이고 강과 하천이 발달하여 연약지반을 접하는 경우가 많다.

최근에는 해안 매립을 통한 개발이 시행되는 경우가 많은 데, 그 예로 인천 및 서해안지역의 송도, 청라지구, 시화호 유역이 이에 해당되며, 남해안에는 부산신항만, 녹산국가산업단지 등이 대표적인 경우이다.

이러한 해안매립지뿐만 아니라 서해안 및 남해안에 인접한 육지에 분포하고 있는 연약지반도 급속히 개발되고 있다.

이러한 매립지 및 연약지반의 특징은 N값이 10 이하로 매우 느슨하며, 비배수전단강도(undrained shear strength, Su)도 약 3.0tf/m² 내외로 매우 작다.

또한, 연약지반 내의 지하수위가 높아 천공시 아칭효과(arching effect)가 발휘되지 못하여 공벽이 붕괴되거나 이완되는 경우가 빈번하다.

그리고 공극이 큰 매립층 및 자갈 전석층에서는 그라우팅액이 바로 지층 속 으로 유실되어 정착구조체가 완전하게 형성되지 않기 때문에 정착구조체의 취약부분에서 국부적인 파괴가 시작될 수 있으며, 이는 시공완료 후 진행성 파괴로 진전하여 붕괴 사고로 이어지는 경우가 발생한다.

점토 및 실트층과 같은 연약지반에서는 2차 가압주입으로 인해 연약지반에 인장균열이 자주 발생하게 되며, 이러한 인장균열에 의한 공극을 채우기 위해 과도한 그라우팅액이 요구되어 비경제적 시공으로 이어진다.

또한, 연약지반에서는 연약지반 자체의 강도가 작고 느슨하여 2차 가압주입시 지반이 팽창되었다가 케이싱 제거시 압력해제에 따른 수축이 발생하여 그라우팅액과 지반 사이에서 충분한 마찰력이 발휘되기 어렵다.

따라서 연약한 실트, 점토층, 투수성이 큰 모래 자갈, 전석층 및 쓰레기 매립층과 같은 연약지반에서도 적용하여 시공성, 경제성 및 안정성을 확보할 수 있는 어스앵커공법의 개발이 절실히 필요하다.

국내에서는 해안매립지 및 연약지반에서의 개발 면적이 급격하게 증가하고 있다.

이는 국토의 효율적 이용이나 공사의 시공성, 경제성 및 안정성 측면에서도 연약지반에서 시공할 수 있는 앵커의 필요성이 절실히 요구되고 있다.

따라서 기술개발을 통한 시장성은 2007년 건설백서 기준으로 볼 때 건축공사 기성실적이 74조 원이므로 금액 대비 1%로만 보더라도 연간 7천400 억 원에 달한다.

또한, 해외에서는 중동 아랍에미리트 두바이의 해안매립지반이 최근 급속하 게 개발되고 있으며 향후 몇십 년간은 지속적인 개발이 예상된다. 뿐만 아니라 지리적 특성상 연약지반이 발달한 태국 및 베트남도 최근 국내 대형 건설사들이 진출하여 초고층 건물 및 신도시를 개발하고 있으므로 그 수요는 향후 지속적으로 증가할 것이다.

이에, 본 발명은 상기한 바와 같은 제문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 연약지반에서 사용 가능한 앵커구조체를 개발하기 위해 천공홀 벽면에 직각으로 압력을 가하여 강도 및 마찰력을 증가시켜 인발저항력을 증대시키도록 한 지반정착 앵커시스템 및 이를 이용한 연약지반 앵커구조체 시공방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 지반정착 앵커시스템은 적어도 한 개 이상의 내하체와, 상기 내하체의 선단에 감기며 일정한 길이를 갖는 긴장강선과, 상기 내하체와 긴장강선을 상호 고정하도록 내하체에 설치되는 결속구와, 상기 내하체의 소정의 위치에 길이방향으로 설치되는 주입관 및 배출관과, 상기 내하체와 주입관 및 배출관을 상호 고정하도록 내하체에 고정 설치되는 결속구와, 상기 내하체와 긴장강선과 주입관 및 배출관을 감싸도록 섬유로 이루어진 섬유정착보강재로 구성되는 앵커구조체와; 상기 앵커구조체의 주입관에 연결되며, 고압의 그라우팅액을 공급하는 그라우팅펌프와; 상기 앵커구조체의 배출관에 연결되며, 섬유정 착보강재가 고압의 그라우팅액 주입압에 의해서 파열되지 않도록 그라우팅액의 압력을 조절하기 위한 압력제어부로 구성됨을 특징으로 한다.

또한, 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 지반정착 앵커시스템을 이용한 연약지반 앵커구조체 시공방법은 대상 연약지반을 일정한 간격을 두고 케이싱과 굴착장비를 이용하여 천공하여 천공홀을 형성하는 단계; 상기 천공홀내에 삽입된 케이싱내로 1차로 그라우팅액을 주입하는 단계; 상기 그라우팅액이 충전된 천공홀에 지반정착 앵커시스템의 앵커구조체를 삽입하는 단계; 상기 천공홀에 삽입된 케이싱의 선단부를 앵커구조체의 정착지지부 길이만큼 인발한 후, 인발된 케이싱에 가압캡을 설치하고, 상기 가압캡을 통해 가압으로 그라우팅액을 주입하여 천공홀 내부와 앵커구조체 사이를 충전시키면서 단계적으로 케이싱을 인발 제거하는 단계; 상기 앵커구조체의 주입관을 통하여 그라우팅액을 고압으로 주입하여 상기 앵커구조체의 섬유정착보강재를 팽창시켜 상기 섬유정착보강재를 천공홀에 밀착시킨 후, 상기 앵커구조체의 배출관을 통하여 그라우팅액의 배출을 확인한 후, 압력게이지의 차단밸브를 폐쇄하여 그라우팅액의 배출을 차단하는 단계; 상기 천공홀에 밀착된 섬유정착보강재에 그라우팅액을 저압으로 재주입한 후, 상기 섬유정착보강재를 팽창시키며 그라우팅액을 경화시키는 단계; 상기 앵커구조체의 긴장강선에 인장력을 주어 일정량을 인장시키는 과정을 반복수행하여 전체 긴장강선을 인장하는 단계; 상기 인장된 긴장강선을 순차적으로 정착구에 정착 고정하고, 긴장강선과 주입관 및 배출관을 정리하는 단계로 이루어짐을 특징으로 한다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 지반정착 앵커시스템 및 이를 이용한 연약지반 앵커구조체 시공방법은 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 경제성에 있어서, 본 발명은 연약지반에서 최대의 인발저항력을 발휘할 수 있도록 정착구조체를 개량하여 기존의 앵커공법을 적용하였을 경우보다 총 앵커 설치수량을 감소시켜 공사비를 절감하는 것이다.

이를 위해 신축성이 있으면서 3～5kg/cm² 정도의 압력에도 견딜 수 있는 투수성이 있는 섬유정착보강재를 정착구조체에 포대 형태로 씌우는 방법으로 앵커를 개발하였다.

이는 앵커를 천공홀에 삽입한 후 섬유정착보강재 내부에 그라우팅액을 일정한 압력으로 주입하여 시공하는 앵커공법이다.

섬유정착보강재 내부에 그라우팅을 할 경우 섬유정착보강재는 팽창하여 정착 앵커구조체 외부 그라우팅액을 밀어내어 주변지반을 압축시킴으로써 지반과의 부착면적을 확대하게 되어 결과적으로 앵커 구조체가 큰 인발저항력을 발휘하게 된다.

따라서 이러한 연약지반용 앵커를 개발할 경우 기존의 일반앵커보다 재료비 및 시공원가는 다소 증가하나 정착구조체의 길이 및 총 시공 수량이 많은 폭으로 감소하여 전체 공사비가 감소된다.

둘째, 시공성에 있어서, 본 발명은 경제성이나 안정성 확보 측면에서 유리할지라도 시공성이 떨어질 경우 현장적용에 문제가 발생할 것이다.

따라서 본 발명을 개발함에 있어 섬유정착보강재로 보강된 정착앵커구조체를 시공하기 위하여 사용되는 주입관, 배출관, 그라우팅액 배출압력 측정 등의 방법을 명확하게 제시하고자 하며, 일반앵커와 비교하여 시공순서를 최대한 감소시키면서 최대의 효과를 얻을 수 있는 시공방법이다.

셋째, 시공품질의 확보에 있어서, 본 발명은 섬유정착보강재 내부에 고압 그라우팅을 실시할 경우 섬유정착보강재가 팽창하여 정착 앵커구조체 외부 그라우팅액을 밀어내어 주변지반을 압축시킴과 동시에 천공된 천공홀의 지반과 밀착하게 될 것이므로 큰 인발저항력의 증가를 가져올 수 있도록 품질관리를 수행해야 한다.

이러한 품질관리 수행을 위하여 주입압 뿐만 아니라 배출관 출구에 그라우팅액의 압력을 측정할 수 있는 특수한 압력게이지를 장착하여 섬유정착보강재 내부에서 배출되는 배출압을 이용한 정착지지체의 품질관리기술을 개발하고자 한다.

또한, 섬유정착보강재로 보강된 정착 앵커구조체를 개발할 경우 기존의 일반앵커와는 다른 방법으로 설계 및 시공이 이루어져야 한다.

이하, 본 발명을 첨부한 예시도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 지반정착 앵커시스템을 도시한 개략도이며, 도 2는 본 발명에 따른 지반정착 앵커시스템의 섬유정착보강재를 도시한 예시도이며, 도 3은 도 2의 A-A선 단면도이며, 도 4는 도 2의 B-B선 단면도이며, 도 5는 본 발명에 따른 지반정착 앵커시스템의 내하체를 도시한 예시도이며, 도 6은 본 발명에 따른 지반정착 앵커시스템의 주입관 설치위치를 확대 도시한 상세도이며, 도 7은 본 발명에 따른 지반정착 앵커시스템의 배출관 설치위치를 확대 도시한 예시도이며, 도 8은 본 발명에 따른 지반정착 앵커시스템의 가압캡 부분을 확대 도시한 상세도이며, 도 9는 본 발명에 따른 지반정착 앵커시스템의 압력제어부를 도시한 상세도이다.

이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 지반정착 앵커시스템은 적어도 한 개 이상의 내하체(110)와, 상기 내하체(110)의 선단에 감기며 일정한 길이를 갖는 긴장강선(120)과, 상기 내하체(110)와 긴장강선(120)을 상호 고정하도록 내하체(110)에 설치되는 결속구(130)와, 상기 내하체(110)의 소정의 위치에 길이방향으로 설치되는 주입관(140) 및 배출관(150)과, 상기 내하체(110)와 주입관(140) 및 배출관(150)을 상호 고정하도록 내하체(110)에 고정 설치되는 결속구(130)와, 상기 내하체(110)와 긴장강선(120)과 주입관(140) 및 배출관(150)을 감싸도록 섬유로 이루어진 섬유정착보강재(160)로 구성되는 앵커구조체(100)와; 상기 앵커구조체(100)의 주입관(140)에 연결되며, 고압의 그라우팅액(G)을 공급하는 그라우팅펌프(200)와; 상기 앵커구조체(100)의 배출관(150)에 연결되며, 섬유정착보강재(160)가 고압의 그라우팅액(G) 주입압에 의해서 파열되지 않도록 그라우팅액(G)의 압력을 조절하기 위한 압력제어부(300)로 구성된다.

즉, 본 발명에 따른 지반정착 앵커시스템(S)은 연약한 정착범위(170)에 앵커구조체(100)가 제대로 정착되도록 하기 위한 앵커구조체(100)와 그라우팅펌프(200) 및 압력제어부(300)가 유기적으로 결합되어 이루어진 시스템이다.

여기서, 상기 앵커구조체(100)는 한 개 이상의 각각의 내하체(110)의 선단을 각각의 긴장강선(120)으로 감으면서, 상기 내하체(110)와 긴장강선(120)을 결속 구(130)로 상호 고정하고, 긴장강선(120)이 일정한 길이로 연장되도록 하여, 앵커구조체(100)의 정착부에 주입관(140)과 배출관(150)을 소정의 위치에 배치하고, 이들과 내하체(110)를 결속구(130)로 고정한 다음, 일정한 간격을 두고 배치된 각각의 내하체(110)와 내하체(110)에 고정된 긴장강선(120)과 내하체(110)에 설치된 주입관(140) 및 배출관(150)을 섬유로 이루어진 포대형상의 섬유정착보강재(160)가 포함되면서 상기 섬유정착보강재(160)의 상부를 긴장강선(120), 주입관(140) 및 배출관(150)과 밀실하게 결속 고정되도록 한 것이다.

또한, 상기 섬유정착보강재(160)는 인발저항력 향상 및 그라우팅액(G) 손실을 막기 위하여 개발된 것으로, 포대형상으로 내하체(110)를 감쌀 수 있도록 한 것이며, 재질은 신축성이 있고 3～5kg/cm² 정도의 압력에도 견딜 수 있는 섬유재질의 것을 사용하여 섬유정착보강재(160)의 내부에 가압충전된 그라우팅액(G)에 포함된 수분이 섬유정착보강재(160)의 외부로 일부 탈수되어 물 시멘트비(w/c)가 저하되면서 앵커구조체(100)의 그라우팅액(G) 강도가 증대 및 촉진될 수 있도록 한 것이다.

그리고, 상기 주입관(140)은 섬유정착보강재(160) 내부에 그라우팅액(G)을 고압으로 가압주입하여 섬유정착보강재(160) 내부가 밀실하게 충전되도록 하는 역할을 하며, 천공홀(420) 끝단에 설치된 내하체(110)의 상부에 주입관(140)의 입구인 선단부가 배치되도록 한 지름 15～16mm의 관으로, 섬유정착보강재(160) 내부의 제1내하체(110)에서 n번째 내하체(110)까지 설치된 주입관(140)에 0.5～1.0m 간격으로 양방향 구멍을 천공한 분출공(142)을 다수 형성하여 가압시 섬유정착보강 재(160) 내부에 균일한 가압 그라우팅이 되도록 한다.

또한, 상기 배출관(150)은 섬유정착보강재(160) 내부에 그라우팅액(G)을 고압으로 가압주입시 섬유정착보강재(160) 내부가 밀실하게 충전되었는지의 여부를 확인하기 위한 직경 15～16mm의 관으로서, 충전된 그라우팅액(G)이 배출관(150)에 설치된 압력제어부(300)의 압력게이지(340)에 일정압력이 가해지도록 주입하여 앵커구조체(100)가 팽창되도록 한 것이다.

한편, 상기 압력제어부(300)는 배출관(150)에 일측이 연결되는 T형 엘보우(310)와; 상기 T형 엘보우(310)의 타측에 연결되는 차단밸브(320)와; 상기 T형 엘보우(310)의 상부에 연결되는 압력센서(330)와; 상기 압력센서(330)의 상단에 연결 설치되는 압력게이지(340)로 구성된다.

상기한 압력제어부(300)는 배출관(150)에 설치되며, 섬유정착보강재(160)가 고압의 그라우팅액(G) 주입압에 의해서 파열되지 않도록 그라우팅액(G)의 압력을 측정할 수 있도록 하였으며, 배출압력을 조절하여 최적의 앵커구조체(100)가 형성될 수 있도록 하는 역할을 한다.

또한, 그라우팅액(G)을 고압주입하여 천공홀(420)과 앵커구조체(100) 사이에 그라우팅액(G)을 효과적으로 충천하기 위하여 개발된 가압캡(430)은 케이싱(410) 두부에 설치된다.

이하, 상기한 바와 같은 구성으로 이루어진 본 발명에 따른 지반정착 앵커시스템을 이용한 연약지반 앵커구조체 시공에 대해 설명한다.

도 10a 내지 도 10g는 본 발명에 따른 지반정착 앵커시스템을 이용한 연약지 반 앵커구조체 시공과정을 도시한 공정도이다.

이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 지반정착 앵커시스템을 이용한 연약지반 앵커구조체 시공방법은 대상 연약지반(400)을 일정한 간격을 두고 케이싱(410)과 굴착장비를 이용하여 천공하여 천공홀(420)을 형성하는 단계; 상기 천공홀(420)내에 삽입된 케이싱(410)내로 1차로 그라우팅액(G)을 주입하는 단계; 상기 그라우팅액(G)이 충전된 천공홀(420)에 지반정착 앵커시스템(S)의 앵커구조체(100)를 삽입하는 단계; 상기 천공홀(420)에 삽입된 케이싱(410)의 선단부를 앵커구조체(100)의 정착지지부 길이만큼 인발한 후, 인발된 케이싱(410)에 가압캡(430)을 설치하고, 상기 가압캡(430)을 통해 가압으로 그라우팅액(G)을 주입하여 천공홀(420) 내부와 앵커구조체(100) 사이를 충전시키면서 단계적으로 케이싱(410)을 인발 제거하는 단계; 상기 앵커구조체(100)의 주입관(140)을 통하여 그라우팅액(G)을 고압으로 주입하여 상기 앵커구조체(100)의 섬유정착보강재(160)를 팽창시켜 상기 섬유정착보강재(160)를 정착범위(170)에 밀착시킨 후, 상기 앵커구조체(100)의 배출관(150)을 통하여 그라우팅액(G)의 배출을 확인한 후, 압력게이지(340)의 차단밸브(320)를 폐쇄시켜 그라우팅액(G)의 배출을 차단하는 단계; 상기 천공홀(420)에 밀착된 섬유정착보강재(160)에 그라우팅액(G)을 저압으로 재주입한 후, 상기 섬유정착보강재(160)를 팽창시키며 그라우팅액(G)을 경화시키는 단계; 상기 앵커구조체(100)의 긴장강선(120)에 인장력을 주어 일정량을 인장시키는 과정을 반복수행하여 전체 긴장강선(120)을 인장하는 단계; 상기 인장된 긴장강선(120)을 순차적으로 정착구(440)에 정착 고정하고, 긴장강선(120)과 주입관(140) 및 배출 관(150)을 정리하는 단계로 이루어진다.

여기서, 상기 지반정착 앵커시스템(S)은 적어도 한 개 이상의 내하체(110)와, 상기 내하체(110)의 선단에 감기며 일정한 길이를 갖는 긴장강선(120)과, 상기 내하체(110)와 긴장강선(120)을 상호 고정하도록 내하체(110)에 설치되는 결속구(130)와, 상기 내하체(110)의 소정의 위치에 길이방향으로 설치되는 주입관(140) 및 배출관(150)과, 상기 내하체(110)와 주입관(140) 및 배출관(150)을 상호 고정하도록 내하체(110)에 고정 설치되는 결속구(130)와, 상기 내하체(110)와 긴장강선(120)과 주입관(140) 및 배출관(150)을 감싸도록 섬유로 이루어진 섬유정착보강재(160)로 구성되는 앵커구조체(100)와; 상기 앵커구조체(100)의 주입관(140)에 연결되며, 고압의 그라우팅액(G)을 공급하는 그라우팅펌프(200)와; 상기 앵커구조체(100)의 배출관(150)에 연결되며, 섬유정착보강재(160)가 고압의 그라우팅액(G) 주입압에 의해서 파열되지 않도록 앵커구조체(100)의 시공환경에 적합한 압력범위를 예정하고, 그라우팅액(G)의 압력을 조절하기 위한 압력제어부(300)로 구성된다.

특히, 상기 섬유정착보강재(160)는 전체적으로 포대형상으로 이루어지며, 3～5kg/cm² 압력에도 견딜 수 있고, 투수성이 있는 섬유재질로 구성된다.

또한, 상기 압력제어부(300)는 배출관(150)에 일측이 연결되는 T형 엘보우(310)와; 상기 T형 엘보우(310)의 타측에 연결되는 차단밸브(320)와; 상기 T형 엘보우(310)의 상부에 연결되는 압력센서(330)와; 상기 압력센서(330)의 상단에 연 결 설치되는 압력게이지(340)로 구성되며, 주입관(140)을 통하여 앵커구조체(100) 내부로 주입된 그라우팅액(G)은 앵커구조체(100) 내부를 모두 채운 후 배출관(150)으로 흘러나오며, 압력제어부(300)의 차단밸브(320)를 개폐에 의해서 압력게이지(340)에 압력을 작용하여, 섬유정착보강재(160) 내부의 앵커구조체(100)의 시공환경에 적절하게 예정한 압력을 조절한다.

그리고, 상기 주입관(140)은 천공홀(420) 끝단에 설치된 내하체(110)의 상부에 설치되며, 지름 14～16mm의 관으로 이루어지고, 상기 주입관(140)에는 0.5～1.0m 간격으로 양방향으로 천공된 분출공(142)이 다수 개 형성되어, 가압시 섬유정착보강재(160) 내부에 균일하게 가압 그라우팅 되도록 구성된다.

또한, 상기 배출관(150)은 섬유정착보강재(160) 입구에서 내부쪽으로 0.5～1.0m의 위치에 배치된다.

그리고, 상기 앵커구조체(100) 시공환경에 적합한 압력범위는 배출측 압력게이지(340)를 제어하는바, 전응력 6∼30tf/㎡ 범위에 주입압력 0.5∼4㎏/㎠ 범위로 설정한다.

즉, 본 발명에 따른 지반정착 앵커시스템을 이용한 연약지반 앵커구조체 시공방법은 기존 일반앵커공법의 대안으로 개발한 것으로, 앵커구조체(100)는 한 개 이상의 각각의 내하체(110)의 선단을 각각의 긴장강선(120)으로 감으면서, 상기 내하체(110)와 긴장강선(120)을 결속구(130)로 상호고정하면서 긴장강선(120)의 연장부가 일정한 길이가 되도록 하고, 각각의 내하체(110)에 주입관(140)과 배출관(150)을 소정의 위치에 배치하고, 이들과 내하체(110)를 결속구(130)로 고정 한 다음, 일정한 간격을 두고 배치된 각각의 내하체(110)와 내하체(110)에 고정된 긴장강선(120)과 내하체(110)에 설치된 주입관(140) 및 배출관(150)을 섬유로 이루어진 포대형상의 섬유정착보강재(160)의 포대 내부에 포함되도록 하면서 포대형상의 섬유정착보강재(160)의 상부를 긴장강선(120), 주입관(140) 및 배출관(150)과 밀실하게 결속, 고정한 조립체이다.

여기서, 상기 섬유정착보강재(160)는 포대형상으로 내하체(110)를 감쌀 수 있도록 제작한 것이며, 재질은 투수성이 있고, 신축성이 있는 3～5kg/cm² 정도의 압력에도 견딜 수 있는 섬유재질의 것을 사용하여 섬유정착보강재(160)의 내부에 가압충전된 그라우팅액(G)에 포함된 수분이 섬유정착보강재(160)의 외부로 일부 탈수되어 물시멘트비(w/c)가 저하되면서 섬유정착보강재(160)와 결합된 부분에서 먼저 겔화되므로 내부의 그라우트 가압력에 상승작용을 하게 되어 앵커구조체(100)의 그라우팅액(G) 강도가 증대 및 수화가 촉진될 수 있도록 한 것이다.

또한, 상기 섬유정착보강재(160)는 직경이 160mm이며, 두께는 0.5mm 정도로 앵커구조체(100)의 길이에 따라서 사용되는 보강재의 길이를 조정할 수 있으며, 고압으로 그라우팅액(G)을 주입할 경우 매듭에서 그라우팅액(G)이 손실되지 않도록 2겹 재봉하여야 한다.

그리고, 천공홀(420) 끝단에 설치된 제1내하체(110)의 상부에 위치한 주입관(140)을 이용하여 섬유정착보강재(160) 내부에 그라우팅액(G)을 주입할 경우 섬유정착보강재(160)가 팽창하여 섬유정착보강재(160)로 보강된 앵커구조체(100) 외부의 그라우팅트액과 연약한 정착범위(170)에 직각방향으로 압력을 가하게 된다.

이러한 현상은 주변의 연약한 정착범위(170)을 압밀시켜 강도증가를 가져온다.

또한, 이러한 강도증가는 연약한 정착범위(170)와 앵커구조체(100)와의 마찰력을 증가시켜 앵커구조체(100)의 인발저항력을 증가시키게 된다.

따라서 섬유정착보강재(160)는 압력제어부(300)와 함께 본 발명의 핵심기술이라 할 수 있다.

또한, 배출관(150)에 설치된 압력제어부(300)은 섬유정착보강재(160)가 고압의 그라우팅액(G) 주입압에 의해서 파열되지 않도록 그라우팅액(G)의 압력을 측정할 수 있도록 개발되었으며, 배출압력을 조절하여 최적의 앵커구조체(100)의 구근이 형성될 수 있도록 하는 역할을 한다.

압력제어부(300)는 토입자에 존재하는 그라우팅액(G)의 압력을 측정해야 하므로 특수제작 되었으며, 배출관(150)에 설치된다.

따라서, 주입관(140)을 통하여 앵커구조체(100) 내부로 주입된 그라우팅액(G)은 앵커구조체(100)의 내부를 모두 채운 후 배출관(150)으로 흘러나오게 된다.

이때 상기 압력제어부(300)의 차단밸브(320)를 닫을 경우 압력게이지(340)에 압력이 작용하며, 이 압력으로 섬유정착보강재(160) 내부의 압력을 조절하여 최적의 앵커구조체(100)를 형성시킨다.

또한, 상기 주입관(140)은 섬유정착보강재(160) 내부에 그라우팅액(G)을 고 압으로 가압주입하여 섬유정착보강재(160) 내부가 밀실하게 충전되도록 하는 역할을 하며, 천공홀(420) 끝단에 설치된 제1내하체(110)의 상부에 주입관(140)의 입구인 선단부가 배치되도록 개발된 지름 14～16mm의 관이다.

또한, 섬유정착보강재(160) 내부의 제1내하체(110)에서 n내하체(110)까지 설치된 관에 0.5～1.0m 간격으로 양방향 구멍을 천공한 분출공(142)을 다수개 형성하여 가압시 섬유정착보강재(160) 내부에 균일하게 가압 그라우팅되도록 한 주입관(140)이다.

그리고, 상기 배출관(150)은 섬유정착보강재(160) 내부에 그라우팅액(G)을 고압으로 가압주입시 섬유정착보강재(160) 내부가 밀실하게 충전되었는지의 여부를 확인하기 위한 직경 14～16mm의 관으로서, 주입압력과 동일한 압력으로 배출관(150)을 그라우팅액(G)이 분출되는 것을 육안으로 확인될 때 압력제어부(300)의 차단밸브(320)를 개폐하면서 그라우팅액(G)의 압력을 조절한다.

또한, 배출관(150)은 섬유정착보강재(160)의 포대형상의 입구에서 포대 내부쪽으로 0.5～1.0m의 위치에 배치되어 있으며, 배출관(150)의 출구는 압력제어부(300)에 장착되어 있다.

이하, 적정주입압력 결정방법에 대해 설명한다.

섬유정착보강재(160)의 파열압력은 천공된 지반의 수압 및 강도특성에 따라서 결정될 것으로 판단되고, 지반의 강도는 천공방법 및 유효응력에 의해서 영향을 받는다.

또한, 지반의 강도를 나타내는 N치, 수압과 섬유정착보강재(160) 파열압력의 상관관계를 도출하고자 하였으나 앞에서 언급하였듯이 시험지반의 N치 범위가 매우 좁아(5∼7 사이) 그 경향을 정확하게 분석하기 어려웠다.

일반적으로 연약지반의 강도는 심도(유효응력)에 따라 증가하며 수압 또한 섬유정착보강재(160)를 팽창시키는데 영향을 미칠 것이므로 유효응력 및 수압을 모두 포함하고 있는 전응력을 이용하여 섬유정착보강재(160) 파열압력을 예측하는 것이 합리적일 것으로 판단되어 본 발명에서는 이를 이용하여 섬유정착보강재(160) 파열압력을 예측할 수 있는 그래프를 제시하였다.

섬유정착보강재(160) 파열압력을 측정한 후, 이 자료를 전응력에 따라 나타낸 결과를 이용하여 주입압력 관리를 위한 다음 그래프를 제시하였다.

또한, 본 발명에서는 관리압력을 제안하기 위하여 최적주입압력(관리압력) 확인시험을 수행하여 아래의 그래프를 도출하였다.

<주입압력 관리도표>

최적주입압력을 얻기 위하여 동일한 전응력에서 파열압력 이하로 압력을 변경하며 가압을 수행하였으며, 가압 후 설계 인발력까지 인발시험을 실시하여 인발력을 검토하였다.

시험결과 섬유정착보강재(160) 파열압력에서부터 파열압력의 약 1/3 범위까지의 압력을 주입압력으로 사용할 경우 설계인발력을 확보할 수 있었다.

따라서 앞의 표의 ZONE-2를 관리압력을 사용할 경우 앵커의 품질을 확보할 수 있을 것으로 판단되며, 제시한 관리도표 영역별 특징은 다음과 같다.

ZONE-1: 저주입압력 영역 → 적정주입압력 이하로 설계인발력을 확보할 수 있는 정착장의 구근직경을 확보하지 못하므로 ZONE-1 이상으로 주입압력을 이용하여 앵커를 시공해야 한다.

ZONE-2: 관리압력 영역 → 최적의 정착장 구근직경을 확보할 수 있는 섬유정착보강재(160) 내부 그라우트 주압압력으로 최소 0.6㎏/㎠부터 섬유정착보강재(160) 파열압력선 이하까지의 압력을 의미함. 또한, 앞의 관리도표에서 점선으로 표시된 관리압력영역(ZONE-2)의 하한선은 현장시공 경험을 바탕으로 상한선의 1/3 정도로 결정하였음.

ZONE-3: 파열주의압력 영역 → 섬유정착보강재가 파열될 가능성이 있는 압력영역으로 주입시 이 영역 이하로 관리해야 함.

ZONE-4: 파열압력 영역 → 주입압력이 이 영역 내에 존재할 경우 섬유정착보강재가 파열되어 균일한 직경의 정착체가 형성되지 않을 가능성이 있으며, 자갈 및 전석층에서는 시멘트밀크가 지반의 공극으로 유실될 가능성이 있으므로 주의해야 함.

상기한 바와 같은 구성 및 시공으로 이루어진 본 발명에 따른 지반정착 앵커시스템 및 이를 이용한 연약지반 앵커구조체 시공방법은 앵커구조체(100)의 정착체 역할을 하는 섬유정착보강재(160)의 팽창을 통해 연약지반(400)과 그라우팅액(G) 사이의 마찰력을 이용하여 정착력을 발휘하기 때문에 일반 지중 앵커에서 정착을 위한 가압주입시 발생하는 지반의 인장 균열의 발생을 최소화할 수 있는 작용효과 가 있다.

또한, 상기 섬유정착보강재(160)에 의한 폐합식 주입 그라우팅이기 때문에 공극이 큰 부분에서 그라우팅액(G)의 유실을 최소화할 수 있으므로 일반 지중 앵커에 비해 경제적인 시공이 가능하며, 주입재 유실이 없고 섬유정착보강재(160) 팽창에 의하여 마찰력이 증가하기 때문에 일반적인 가압주입 그라우팅보다 확실한 정착력을 확보할 수 있는 작용효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 지반정착 앵커시스템을 도시한 개략도,

도 2는 본 발명에 따른 지반정착 앵커시스템의 섬유정착보강재를 도시한 예시도,

도 3은 도 2의 A-A선 단면도,

도 4는 도 2의 B-B선 단면도,

도 5는 본 발명에 따른 지반정착 앵커시스템의 내하체를 도시한 예시도,

도 6은 본 발명에 따른 지반정착 앵커시스템의 주입관 설치위치를 확대 도시한 상세도,

도 7은 본 발명에 따른 지반정착 앵커시스템의 배출관 설치위치를 확대 도시한 예시도,

도 8은 본 발명에 따른 지반정착 앵커시스템의 가압캡 부분을 확대 도시한 상세도,

도 9는 본 발명에 따른 지반정착 앵커시스템의 압력제어부를 도시한 상세도,

도 10a 내지 도 10g는 본 발명에 따른 지반정착 앵커시스템을 이용한 연약지반 앵커구조체 시공과정을 도시한 공정도.

-도면의 주요부분에 대한 부호의 설명-

100: 앵커구조체 110: 내하체

120: 긴장강선 120-1: 제1 긴장강선

120-2: 제2 긴장강선 130: 결속구

140: 주입관 142: 분출공

150: 배출관 160: 섬유정착보강재

170: 정착범위 200: 그라우팅펌프

300: 압력제어부 310: T형 엘보우

320: 차단밸브 330: 압력센서

340: 압력게이지 400: 연약지반

410: 케이싱 420: 천공홀

430: 가압캡 440: 정착구

450: 지압판 G: 그라우팅액

S: 지반정착 앵커시스템

Claims

적어도 한 개 이상의 내하체(110)와, 상기 내하체(110)의 선단에 감기며 일정한 길이를 갖는 긴장강선(120)과, 상기 내하체(110)와 긴장강선(120)을 상호 고정하도록 내하체(110)에 설치되는 결속구(130)와, 상기 내하체(110)의 소정의 위치에 길이방향으로 설치되는 주입관(140) 및 배출관(150)과, 상기 내하체(110)와 주입관(140) 및 배출관(150)을 상호 고정하도록 내하체(110)에 고정 설치되는 결속구(130)와, 상기 내하체(110)와 긴장강선(120)과 주입관(140) 및 배출관(150)을 감싸도록 섬유로 이루어진 섬유정착보강재(160)로 구성되는 앵커구조체(100)와;

상기 앵커구조체(100)의 주입관(140)에 연결되며, 고압의 그라우팅액(G)을 공급하는 그라우팅펌프(200)와;

상기 앵커구조체(100)의 배출관(150)에 연결되며, 섬유정착보강재(160)가 고압의 그라우팅액(G) 주입압에 의해서 파열되지 않도록 그라우팅액(G)의 압력을 조절하기 위한 압력제어부(300)로 구성됨을 특징으로 하는 지반정착 앵커시스템.
제 1항에 있어서,

상기 주입관(140)은 천공홀(420) 끝단에 설치된 내하체(110)의 상부에 설치되며, 지름 14～16mm의 관으로 이루어지고, 상기 주입관(140)에는 0.5～1.0m 간격으로 양방향으로 천공된 분출공(142)이 다수 개 형성됨을 특징으로 하는 지반정착 앵커시스템.
제 1항에 있어서,

상기 배출관(150)은 섬유정착보강재(160) 입구에서 내부 쪽으로 0.5～1.0m의 위치에 배치됨을 특징으로 하는 지반정착 앵커시스템.
제 1항에 있어서,

상기 섬유정착보강재(160)는 전체적으로 포대형상으로 이루어지며, 3～5kg/cm² 압력에도 견딜 수 있는 섬유재질로 구성됨을 특징으로 하는 지반정착 앵커시스템.
제 1항에 있어서,

상기 압력제어부(300)는 배출관(150)에 일측이 연결되는 T형 엘보우(310)와; 상기 T형 엘보우(310)의 타측에 연결되는 차단밸브(320)와; 상기 T형 엘보우(310)의 상부에 연결되는 압력센서(330)와; 상기 압력센서(330)의 상단에 연결 설치되는 압력게이지(340)로 구성됨을 특징으로 하는 지반정착 앵커시스템.
대상 연약지반(400)을 일정한 간격을 두고 케이싱(410)과 굴착장비를 이용하여 천공하여 천공홀(420)을 형성하는 단계;

상기 천공홀(420)내에 삽입된 케이싱(410)내로 1차로 그라우팅액(G)을 주입 하는 단계;

상기 그라우팅액(G)이 충전된 천공홀(420)에 지반정착 앵커시스템(S)의 앵커구조체(100)를 삽입하는 단계;

상기 천공홀(420)에 삽입된 케이싱(410)의 선단부를 앵커구조체(100)의 정착지지부 길이만큼 인발한 후, 인발된 케이싱(410)에 가압캡(430)을 설치하고, 상기 가압캡(430)을 통해 가압으로 그라우팅액(G)을 주입하여 천공홀(420) 내부와 앵커구조체(100) 사이를 충전시키면서 단계적으로 케이싱(410)을 인발 제거하는 단계;

상기 앵커구조체(100)의 주입관(140)을 통하여 그라우팅액(G)을 고압으로 주입하여 상기 앵커구조체(100)의 섬유정착보강재(160)를 팽창시켜 상기 섬유정착보강재(160)를 천공홀(420)에 밀착시킨 후, 상기 앵커구조체(100)의 배출관(150)을 통하여 그라우팅액(G)의 배출을 확인한 후, 압력게이지(340)의 차단밸브(320)를 폐쇄시켜 그라우팅액(G)의 배출을 차단하는 단계;

상기 천공홀(420)에 밀착된 섬유정착보강재(160)에 그라우팅액(G)을 저압으로 재주입한 후, 상기 섬유정착보강재(160)를 팽창시키며 그라우팅액(G)을 경화시키는 단계;

상기 앵커구조체(100)의 긴장강선(120)에 인장력을 주어 일정량을 인장시키는 과정을 반복수행하여 전체 긴장강선(120)을 인장하는 단계;

상기 인장된 긴장강선(120)을 순차적으로 정착구(440)에 정착 고정하고, 긴장강선(120)과 주입관(140) 및 배출관(150)을 정리하는 단계로 이루어짐을 특징으로 하는 지반정착 앵커시스템 및 이를 이용한 연약지반 앵커구조체 시공방법.
제 6항에 있어서,

상기 지반정착 앵커시스템(S)은 적어도 한 개 이상의 내하체(110)와, 상기 내하체(110)의 선단에 감기며 일정한 길이를 갖는 긴장강선(120)과, 상기 내하체(110)와 긴장강선(120)을 상호 고정하도록 내하체(110)에 설치되는 결속구(130)와, 상기 내하체(110)의 소정의 위치에 길이방향으로 설치되는 주입관(140) 및 배출관(150)과, 상기 내하체(110)와 주입관(140) 및 배출관(150)을 상호 고정하도록 내하체(110)에 고정 설치되는 결속구(130)와, 상기 내하체(110)와 긴장강선(120)과 주입관(140) 및 배출관(150)을 감싸도록 섬유로 이루어진 섬유정착보강재(160)로 구성되는 앵커구조체(100)와; 상기 앵커구조체(100)의 주입관(140)에 연결되며, 고압의 그라우팅액(G)을 공급하는 그라우팅펌프(200)와; 상기 앵커구조체(100)의 배출관(150)에 연결되며, 섬유정착보강재(160)가 고압의 그라우팅액(G) 주입압에 의해서 파열되지 않도록 앵커구조체(100)의 시공환경에 적합한 압력범위를 예정하고, 그라우팅액(G)의 압력을 조절하기 위한 압력제어부(300)로 구성됨을 특징으로 하는 지반정착 앵커시스템을 이용한 연약지반 앵커구조체 시공방법.
제 7항에 있어서,

상기 섬유정착보강재(160)는 전체적으로 포대형상으로 이루어지며, 투수성이 있고, 3～5kg/cm² 압력에도 견딜 수 있는 섬유재질로 구성됨을 특징으로 하는 지반정착 앵커시스템을 이용한 연약지반 앵커구조체 시공방법.
제 7항에 있어서,

상기 압력제어부(300)는 배출관(150)에 일측이 연결되는 T형 엘보우(310)와; 상기 T형 엘보우(310)의 타측에 연결되는 차단밸브(320)와; 상기 T형 엘보우(310)의 상부에 연결되는 압력센서(330)와; 상기 압력센서(330)의 상단에 연결 설치되는 압력게이지(340)로 구성되며, 주입관(140)을 통하여 앵커구조체(100) 내부로 주입된 그라우팅액(G)은 앵커구조체(100) 내부를 모두 채운 후 배출관(150)으로 흘러나오며, 압력제어부(300)의 차단밸브(320)를 개폐에 의해서 압력게이지(340)에 압력을 작용하여, 섬유정착보강재(160)의 내부의 앵커구조체(100)의 시공환경에 적절하게 예정한 압력을 조절함을 특징으로 하는 지반정착 앵커시스템을 이용한 연약지반 앵커구조체 시공방법.
제 7항에 있어서,

상기 주입관(140)은 천공홀(420) 끝단에 설치된 내하체(110)의 상부에 설치되며, 지름 14～16mm의 관으로 이루어지고, 상기 주입관(140)에는 0.5～1.0m 간격으로 양방향으로 천공된 분출공(142)이 다수 개 형성되어, 가압시 섬유정착보강재(160) 내부에 균일하게 가압 그라우팅 되도록 구성됨을 특징으로 하는 지반정착 앵커시스템을 이용한 연약지반 앵커구조체 시공방법.
제 7항에 있어서,

상기 배출관(150)은 섬유정착보강재(160) 입구에서 내부쪽으로 0.5～1.0m의 위치에 배치됨을 특징으로 하는 지반정착 앵커시스템을 이용한 연약지반 앵커구조체 시공방법.
제 7항에 있어서,

상기 앵커구조체(100) 시공환경에 적합한 압력범위는 배출측 압력게이지(340)를 제어하는바, 전응력 6∼30tf/㎡ 범위에 주입압력 0.5∼4㎏/㎠ 범위로 설정함을 특징으로 하는 지반정착 앵커시스템을 이용한 연약지반 앵커구조체 시공방법.