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과제기본정보

확공비트를 이용한 앵커두부처리 개선 방법1년차

사업개요
사업개요에 대한 사업명, 분류코드(기술분류), 과제명, 주관연구기관, 총괄연구 책임자(성명, 소속, 전화번호), 총 연구기간, 당해연도 연구기간 정보제공
사업명 국토교통기술사업화지원 과제번호 10TRPI-C057181-01
국가과학표준분류 1순위 건설 교통 | 건설시공 재료 | 토목시공기술 적용분야 건설업
2순위 None | None | None 실용화대상여부 실용화
3순위 None | None | None 과제유형 개발
과제명 확공비트를 이용한 앵커두부처리 개선 방법
주관연구기관 (주) 세종이엔씨
총괄연구 책임자 성명 민경남
소속 (주) 세종이엔씨 직위 대표이사
기관 대표번호 042-828-6262 FAX 042-826-6261
총 연구기간 2010-12-29 ~ 2012-03-28
당해연도 연구기간 2010-12-29 ~ 2011-08-28

(단위:원)

년도별 정부출연금, 기업부담금, 계 정보제공
년도 정부출연금 기업부담금
현금 현물 소계
1차년도 78,801,000 6,567,000 45,967,000 52,534,000 131,335,000
과제기본정보의 연구개발개요, 최종목표, 연구내용 및 범위 정보제공
연구개발개요 현재 개발된 기술은 기존 수압판의 문제점을 해결하기 위하여 대안으로 나온 시제품과 기술로 확공비트를 개발하여 수압구조물이 필요없는 앵커두부처리 방법에 관한 시험시공을 성공적으로 완료하였다.
흑운모화강암의 경암과 연암파쇄대를 대상으로 시험한 결과 경암에서는 완전한 형상이 형성되었으며, 연암파쇄대에서는 표면 확공이 가능하였으나 암질의 균열에 의한 표면 탈락이 일부 발생한 것을 확인하였다.
확공에 의한 표면 근입의 직경은 350mm 이며, 형태는 원형으로 근입 깊이는 250mm 까지 하였다. 근입 속도는 평균5분이 소요되었다.
하지만 이기술의 현장 적용과 시장 진출을 위해서는 다음과 같은 추가적인 기술개발과 장치의 개선이 필요하다.
① 외경이 확대된 확공비트의 설계와 제작
② 개발된 비트의 암종별 암질별 천공 효율성과 시공성 개선
③ 확공 천공에 의한 지압판 근입의 정량적인 해석
④ 확대된 천공경에 맞는 지압판 설계 및 제작
최종목표 (주)세종이엔씨가 개발한 제품과 시험시공 결과를 토대로 확공비트의 외경을 크게하여 최종적으로는 암반에서 전면판 크기의 수압구조물을 대체할 수 있는 확공비트를 개발한다. 그리고 암질별, 암종별 시공성을 검토하고 파쇄대와 풍화대까지 적용가능한 공법을 개발한다. 확공된 앵커두부의 근입에 의한 효과 검증은 계측과 수치해석을 통해 실제 현장지반과 모델링 결과를 비교분석하고 확공경에 맞는 지압판 시스템을 개발한다. 추가 개발된 제품과 공법으로 앵커가 적용된 현장에 우선적으로 적용할 수 있도록 공정을 개선하고 경제성을 분석하여 시장진입을 실시한다.
최종성과는 확공비트의 성능을 개선한 제품개발 단계와 이를 이용한 공정개발이다.
연구내용 및 범위 지압판 설계에 관해 현재까지 나와 있는 모델은 건설교통부 제정 건설공사 비탈면 설계기준에 있다. 그 내용은 다음과 같다.
“지압판을 단순보 또는 탄성지반상의 보로 가정하고 구조해석을 실시하여 부재를 설계한다”
이러한 모델조건을 토대로 수행한 수치해석 모델링을 별도로 수행하였다. 모델링에는 범용 지반해석 프로그램(FEM)인 PLAXIS-2D이용하였고 일반 사면 앵커용 수압판 설치형태와 개량형(확공후 지압판 설치) 설치방법 2가지에 대하여 모형화하였다. 또한 수압판에 앵커 긴장력을 동일하게 300kN(30tonf)을 적용하여 지반(암반)응력분포현황을 비교하였다. 검토방법은 일반 수압판의 경우 콘크리트재료로 모형화 시킨 후 하중을 재하하였으며, 확공후의 지압판은 지중에 일정깊이 천공후 지압판(PLATE)을 근입 시킨 후 긴장력을 적용하였다.
해석결과 기존 수압판은 앵커 긴장하중 재하시 지표면의 굴곡으로 인하여 양쪽 끝단에서 일부 응력집중 현상이 발생하였다. 확공에 의한 지압판의 근입은 지압판 설치위치가 평탄하여 하중을 지중에 직접적으로 전달하여 긴장하중이 지중(암반)에 균등하게 전달되고 있는 것으로 나타났다.
일반 수압판 적용은 설계강도를 확보하지 못하거나, 콘크리트 양생이 불량하여 암반 표면에 콘크리트 수압판의 밀착이 확실하지 않을 경우 편심하중 및 접촉면에서 전단응력 발생으로 긴장력이 지반에 정확히 전달하기가 어려울 것으로 사료된다.
상기와 같이 콘크리트 양생 불량 및 접촉면에서의 거동특성을 정확히 모사화 시킨 해석모델을 고려한다면 실제 시공시 발생되는 문제점을 도출해 낼 수 있을 것으로 보인다.
그리고 3차원해석과 접촉면 요소를 공학적으로 설명할 수 있는 모델이 필요하며, 요철각도 등 여러 가지 경우에 대해서도 고려해 볼 필요가 있으므로 이에대한 더 많은 연구와 모델정립 등의 후속연구가 진행되어야 할 것으로 보인다
건설기술연구개발사업 주요내용
건설기술연구개발사업 주요내용의 구분, 연구개발목표, 연구개발 내용 및 방법 정보제공
구분 연구개발목표 연구개발 내용 및 방법
1차년도 확공의 적용성과 그 효과 분석, 제품제작 및 시험시공, 시장 진출을 도모 (특허등록까지 완료) (주)세종이엔씨 : 확공비트 개발 (확공비트 개발 및 효율성, 시공성 검토)
(주)나노지오이엔씨 : 두부처리 (매입형 수압판 개발 및 두부마감)
충북대학교 산학협력단 : 효과검증 (효과검증 및 계측)
-세부 내역-
확공비트 개발(특허등록) : 확공비트 최대크기 500mm, 경량이고 완충기가 장착되어 내구성 향상
: 효율성, 시공성 검토 (천공속도와 형상 파쇄대에서의 효율성)
효과검증 : 인장시험에 의한 성능시험, 수치해석
계측 : 변형율계 설치
매입형 지압판 개발 (특허등록) : 재긴장과 가인장이 가능한 지압판
두부마감처리 : 캡마감, 공벽보호, 미관, 부분녹화 가능한 녹색기술구현
연구성과 기술적 기대성과 ① 지압판의 지표면 근입으로 뒤채움이나 수압판, 숏크리트 같은 추가 공종이 필요하지 않아 공사비가 대폭 절감되고 공기도 단축된다.
② 앵커의 축선과 지압판이 수직을 유지하고 반력이 지반에 고루 전달되어 구조적으로 가장 안정하다.
③ 천공에 의한 근입으로 인장에 의한 암반 블록의 표면침하나 변형 발생이 현저히 저감된다.
④ 표면근입으로 앵커두부가 돌출되지 않아 미관이 기존 앵커구조물에 비해 크게 개선된다.
⑤ 매입에 따른 강선부식의 문제로부터 자유롭다.
사회 경제적 파급효과 본 기술은 고경사면에 시공되는 대형 콘크리트 블록을 제거함에 따라 심리적인 안정성 확보는 물론 기존 수압판의 공간과 굴착부를 활용하여 녹화를 고려할 수 있는 기회를 부여함으로써 녹색 도로 건설에 크게 이바지 할 수 있어 정부의 추진방향과 부합하는 정책적인 효과를 얻을 수 있다. 현재 앵커를 설계하고 시공함에 있어 수압구조물의 영향 및 역할에 대한 시방사항이 명확하지 않으므로 이에 대한 전반적인 검토를 유발하여 수압구조물의 정확한 기능과 역할을 밝힐 수 있는 기회를 제공할 것이다.
또한 최근 개발되고 있는 앵커에 비해 자재와 공정이 대폭 축소되어 경제적인 측면에서도 최소한의 비용으로 최대의 효과를 거둘 수 있는 신개념의 공법 개발에 신호탄이 될 수 있을 것이다. 기술적으로도 복잡해진 단면과 공정을 통해앵커력을 확보하자면 정착부에서 앵커효과를 발휘할 수 있도록 고품질의 자재 확보가 필요하며 시공시에는 반드시 숙련된 기술자가 요구되고 있으나 본 공법에서는 공정이 단순하여 대폭 삭감이 가능할 것이다.
따라서 본 공법이 현장에 적용될 경우 일반 앵커를 그대로 적용하면서 추가적인 자재나 특수 그라우팅, 수압판 없이 기존 공법의 효과를 상회하거나 최소한 동일한 인발저항효과를 거둠으로써 그라운드 영구앵커의 신개념 설계법이 확립될 수 있을 것으로 기대되며, 유사한 공정을 갖는 다양한 보강공법(soil nail, rockbolt 등)에 별다른 어려움 없이 적용이 가능하므로 기술적인 파급효과가 클 것으로 판단된다.
활용방안 본 연구에서는 기존의 확공비트를 이용한 앵커공법이 드러내고 있는 단점을 극복하기 위하여 다양한 직경의 bit typ개발된 기술은 최근 앵커공법과 같이 별도의 보강체나 공정이 추가되지 않으므로 경제성이 확보되어 공사비의 제약이 큰 공사에 효과적으로 사용이 가능하며, 암질이 불량하거나 고경사로 수압판의 설치가 거의 불가능하거나 대형 장비의 진입이 불가능한 현장에서는 그 어떤 공법보다도 활용성이 클 것으로 판단된다. 따라서 기술의 특성상 비용이나장비와 같은 시공성의 제약이 큰 현장을 중심으로 활용방안을 수립한다면 새로운 시장을 개척하지 않더라도 연착륙이 가능할 것이다.
또한 앵커뿐만이 아니라 쏘일네일링이나 락볼트, 각종 그라우팅 공법 등 유사한 공정을 가지고 있는 공법에도 동일하게 적용이 가능하므로 비교적 손쉽게 시장성을 확대시킬 수 있을 것이며, 노두면의 지질학적 현황과 공법, 목적에 따라 다양한 형태와 크기, 재질의 확공비트와 매입형 지압판과 같은 부속장치가 필요하므로 이를 통하여 새로운 제품군의 창출이 가능하다.
핵심어
핵심어의 구분, 핵심어, 핵심어1~핵심어5 정보제공
핵심어 핵심어1 핵심어2 핵심어3 핵심어4 핵심어5
국문 앵커두부 확공비트 수압구조물 지압판 근입
영문 Anchor Head Zone Expanded Bit Concrete Block Bearing Plate Embedment
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