암반에서 확공을 이용한 지압형 앵커시스템● 회사명 : (주)세종이엔씨 ● 특허 제10-0993575호, 특허 제10-1016407호● 철도시설공단 등록번호 2011-0002 ● 분야 : 토질 ● 등록기간 : 2014-11-27 1. 공법 개요 확공비트를 이용하여 암반 정착부를 확공하고, 앵커시공시 문제발생이 가장 많은 앵커두부를 근입 처리하는 기술 앵커정착부의 부착파괴와 앵커두부에서 발생하는 안정성, 시공성을 개선하기 위하여 정착부 확공비트와 두부처리 확공비트를 이용 앵커정착부 길이를 줄이면서 충분한 안정성을 발휘할 수 있는 장점이 있고, 앵커두부에서는 수압구조물이 필요없는 새로운 개념의 앵커시스템2. 공법의 특징1) 신기술 구성 ○ 앵커체 구조 : 타격바, 확장쐐기, 확장날개로 구성되어 지압력 발휘 확실 ○ 두부처리 구조 : 지압판, 탄성받침대, 역류방지장치만으로 심플한 구성(수압구조물 배제) ○ 정착부 확공비트(158mm) : Overburden Bit를 이용하여 암반부 확공 가능(114158mm) ○ 두부 확공비트(400mm) : 앵커 두부처리를 위해 400mm의 새로운 확공비트 개발2) 신기술 특징① 그라우팅 전 인장 ○ 확공지압형 앵커 그라우트체 파괴 및 균열방지로 그라우트 품질향상 진행성 파괴 사전 예방 콘크리트 양생기간 불필요로 공기단축(10일 이상) ○ 기존 앵커 그라우팅후 인장으로 그라우트 파괴 및 균열 발생 진행성 파괴로 인한 앵커의 장기적 내구성 저하② 지표근입 지압판 ○ 확공지압형 앵커 앵커두부 확공굴착으로 지압판을 지표내로 근입시킴 격자블럭, 수압판 등의 구조물 불필요 낙석, 낙반에 의한 파손 미발생 불평탄면 시공시에도 숏크리트, 뒤채움 등의 추가 공종 불필요 지표면과의 밀착효과가 우수해 인장하중이 지중에 등분포로 작용 표면식생공 설치가 용이해 친환경적인 시공을 수행할 수 있음 ○ 기존 앵커 앵커 긴장을 위해 필요한 수압 구조물이 지표로 노출됨 격자블럭, 수압판 등의 수압구조물 설치 필요 낙석, 낙반에 의한 파손 발생 불평탄면 시공시 숏크리트, 뒤채움 등 추가 공종 발생으로 시공성 저하 편심에 의한 집중하중으로 수압 구조물 파손 우려 수압구조물의 지표노출로 표면식생공 적용 어려움3. 기존 공법과의 비교 기존 공법과의 비교 구분 확공지압형 앵커 인장형 앵커 압축형 앵커 공 법 개 요 확공형 선단장치 효과로 정착부 전단저항력 증가 암반확공 정착부에 확장체가 거치되어 지압력 발휘 지표근입 지압판 적용 으로 수압구조물 불필요 그라우트체의 부착력에 의하여 인장력에 대응하는 앵커공법으로 자재비가 저렴 하고 시공실적이 가장 많음 격자블럭, 전면판 등의 수압구조물 설치 자유장을 선단까지 연장 시켜 고정체에 압축력이 발휘되도록 하는 공법 격자블럭, 전면판 등의 수압구조물 설치 특 징 확공에 의한 지압력으로 인발에 저항 그라우트 전 인장이 가능 하여 진행성파괴 발생 방지 정착장 감소 효과 앵커두부의 지표근입으로 환경성 개선 정밀시공 필요 그라우트체와 공벽사이의 마찰력으로 인발에 저항 그라우팅 후 인장으로 진행성파괴에 취약 정착장 4m 이상 수압구조물 지표돌출로 환경성 불리 자재비 저렴 그라우트체와 공벽사이의 마찰력과 고정체의 압축 력으로 인발에 저항 그라우팅 후 인장으로 진행성파괴에 취약 정착장 4m 이상 수압구조물 지표돌출로 환경성 불리 자재비 고가 현 장 적용성 구조적 안정성이 우수한 공법으로 현장 적용성 양호 대규모 파괴가 발생한 암반 비탈면 적용성 우수 앵커공법 도입 초기에 활용성이 높았으나 현재 감소 추세임 인장형에 비해 앵커의 안정성이 좋아 최근에 활용도가 높아지고 있음 경제성 1.0 1.2 1.4 4. 시공천공- 정착부 확공- 두부 확공- 앵커체 삽입- 지압판 설치- 인장- 그라우팅- 보호캡 설치5. 경제성, 시공성, 안전성, 유지관리성1) 경제성① 신기술 적용현장 공사비 분석 비탈면 보강공법- 확공지압형 앵커- 12.7mm, 4연선- C.T.C 3.0m 2.5m- 길이(L) = 8.0, 10.0m- 수량 : 48공(456m) 공사비 분석표 구분 규격 단위 신청기술 기존기술 증감액 비고 수량 금액 수량 금액 합 계 63,403,536 78,569,928 감15,166,392 약 24% 감소 천공 114mm m 408 20,465,688 552 27,688,872 감7,223,184 정착장 감소 (3m) 정착부 확공천공 158mm m 48 3,430,080 - - 증3,430,080 연암굴착 앵커두부 확공천공 400mm 개소 48 7,177,680 - - 증7,177,680 연암굴착 수압판 설치 개소 - - 48 16,800,000 감16,800,000 기성제품 사용 기준 앵커체 조립 및 설치 12.7mm, 4연선 m 456 16,443,360 600 25,085,856 감8,642,496 그라우팅 m 408 4,791,960 552 3,395,904 증1,396,056 콘 조립 및 인장 공 48 11,094,768 48 5,599,296 증5,495472 ② 생애주기비용(LCC) 및 가치향상 효과 [단위:억원] 생애주기비용(LCC) 및 가치향상 효과 [단위:억원] 구분 생애주기비용(LCC) 절감 가 치 향 상 건설사업 비 용 유지관리 비 용 LCC 비용 절감액 절감율 성능 점수 가치 점수 가치 향상도 신기술 0.63 0.93 1.56 0.60 38.4% 93.8 93.8 77.7% 기존기술 0.79 1.37 2.16 73.1 52.8 2) 시공성① 앵커두부앵커에서 발생하는 문제의 대부분은 정착장과 앵커두부에서 발생한다. 앵커 두부에서 발생하는 문제점은 수압판 설계단면력 부족, 수압판 고정을 위한 콘크리트 강도 부족, 불규칙한 암반 표면에 시공된 수압판의 응력집중에 의한 파손 등으로 확인되었으며, 또한, 비탈면의 경관성을 떨어뜨리고 숏크리트, 전면판, 뒤채움 등의 추가 공종이 수반되어 공사비 상승의 주된 원인으로 작용하고 있어 이에 대한 대책이 시급한 실정이다. 따라서 본 신기술에서는 앵커두부를 지표내로 근입시켜 상기한 문제점들을 해결하였다.② 그라우팅 전 인장신청기술은 천공단계에서 정착부 확공과 앵커두부 처리를 위한 공정이 추가로 필요하지만, 초기단계에서 소요된 천공시간은 앵커두부의 수압구조물(숏크리트, 뒤채움, 거푸집, 격자블럭, 전면판 등) 설치를 위한 별도의 소요시간이 필요없어 두부처리 시간이 대폭 단축되므로, 전체 공정에서는 공사기간이 단축되는 효과를 누릴 수 있다.또한, 그라우팅작업 후에 그라우트가 양생되는 기간인 10일 이상을 대기 하였다가 인장을 수행하는 기존 앵커와 달리, 천공작업후 곧바로 앵커체 인장을 수행할 수 있으므로 공정간 별도의 대기시간이 불필요해, 그라우트 양생기간을 최소 10일이상 단축할 수 있다.기존에 앵커시공을 위해 크레인 등 대형장비가 2, 3번에 걸쳐 투입되던 것을, 단 1번의 장비 투입으로 모든 공정을 수행할 수 있도록 하여 추가적인 공기단축 효과를 확보하여 시공성이 향상되었다.3) 유지관리① 슬립 및 부착파괴 예방울산~포항간 복선전철, 동해남부선 등의 지질조건은 퇴적암, 특히 이암이 많이 분포하는 지역으로 아래와 같이 슬립파괴나 그라우트와 지반사이의 부착파괴가 자주 발생한다. 이러한 현상은 그라우트의 수분에 의해 열화현상(스웰링)이 공벽에 작용하여 지반의 인발저항력이 저하되어 비탈면 붕괴로 이어지게 된다.확공지압형 앵커에서는 정착장을 확공하여 지반을 지지기구로 사용하기 때문에 이러한 문제점들을 예방할 수 있다.② 지진동 대처능력 우수지표면에 근입되어 설치되는 앵커두부처리는 열차진동 및 지진동에 대처가 뛰어 나고 상부의 낙석, 낙반으로 부터 피해를 최소화 할 수 있어 유지관리나 보수, 점검에 유리하다. 또한 앵커두부에 녹화도 가능해 기존 수압구조물보다 경관성이 개선되며, 지표면과 밀착효과가 좋아 지압판 분리로 인한 피해를 사전에 예방할 수 있다.6. 시공실적 시공실적 공사명 발주처 공사기간 공사비 비고 중군도로 위험도로 선형 개량공사 중 사면보강 공사 전라북도청 2009.5.10 ~ 2009.5.25 30,000,000원 시공완료 신봉 삼정백조아파트뒤 옹벽 보수보강공사 청주시청 2010.7.8 ~ 2010.8.4 56,466,000원 시공완료 대산고 옹벽 및 비탈사면 복구 건설공사 충남교육청 2011.3.28 ~ 2011.9.7 1,559,031,000원 시공완료 신양~신풍도로건설공사 중 국도 32호선 비탈면 보강공사 대전지방 국토관리청 2011.4.11 ~ 2011.4.29 1,797,400,000원 시공완료 영순 농공단지 비탈면 보강공사 문경시청 2011.9.10 ~ 2011.9.30 24,200,000원 시공중 당진대전선 88.1k(대전) 절토사면 보강공사 한국도로공사 2008.9.13.~ 2008.10.15. 127,000,000원 기술이전 (기술료) 7. 활용전망1) 국내 건설공사 활용방안 ○ 사면보강 사면보강용 앵커공법 : 붕괴사면 보강, 절토사면 보강, 산사태 방지를 위한 보강 지압판을 사용하고 있는 사면보강 공법에 지표 근입을 이용한 적용성 확대 ○ 옹벽보강 사면에서 옹벽과 병용되어 아래와 같은 효과 발휘 가능 - 지진력 또는 풍력에 대한 전도 안정성 확보 - 연약지반 상부에 설치된 옹벽의 연직방향 지지력 확보 -편토압에 의한 미끄럼 방지 - 수평 방향의 지지(활동)에 대한 안정성 확보 ○ 부상방지 앵커 댐의 여수로 유입부 하부에서 발생하는 부상방지 연약지반 토사에 설치되는 U-type 또는 박스구조물 하부 부상방지 응용분야 대구경 확공비트 개발로 마이크로파일 등의 기초보강분야로의 진출 송전철탑 기초보강, 긴급시공이 필요한 공사 사면보강을 위해 일반적으로 활용되고 있는 쏘일네일링, 록볼트 공법에서 정착부 안정성 증대 방안으로 활용2) 사업화 및 기술이전 암반 확공굴착 및 지반보강 분야 틈새시장 창출 발주처, 시공사 등에 기술 우수성 홍보 해외 특허를 통한 동남아시장 부상방지 앵커 시장진출 모색 희망업체에 대해 확공지압형 앵커의 설계 및 시공기법 전수3) 해외시장 수출 전망본 기술은 순수 국내기술로써 해외시장을 개척하기 위해서 일본과 중국에 해외특허를 출원한 상태이며, 해외특허의 등록이 완료되면 신기술의 홍보와 더불어 국가사업 및 주요관청의 사업계획 분석을 통해 해외사업 분야 동반진출 추진을 위한 마케팅을 수행을 통한 해외시장 진출 전망은 매우 밝을 것으로 전망된다. 해외 등록 특허 현황 구분 특허번호 명칭 국가명 비고 특허 제10-0998072호 확공지압형 앵커구조 일본 출원완료 특허 제2011-0024097호 완충기능을 갖는 천공장치 및 이를 이용한 앵커 시공방법 중국 출원완료 4) 활용분야사면보강, 옹벽보강, 부상방지앵커, 가시설앵커5) 기술홍보 및 기술이전 건설교통 RD 정책인프라사업 기술사업화 연구과제 수행 2011 국토해양 Technology Fair 참가 : 부스설치 및 발표를 통한 기술홍보 청봉건설과 기술사용계약 체결 : 10년간 기술사용료 15억원8. 기대효과본 기술은 암반에서 확공을 이용하여 앵커정착부에서는 역학적인 안정성이 높은 지압형 앵커를 도입하였고, 앵커두부에서는 지압판을 지표내로 근입시켜서 숏크리트, 뒤채움, 수압구조물 등이 필요없는 구조적 안정성과 경제성이 향상된 공법이다.1) 개선내용 ○ 정 착 부 확공비트의 개발(114mm158mm) 지압력 발휘에 적합한 앵커체 개발 지압형앵커 시스템 도입으로 역학적 안정성 확실 ○ 앵커두부 확공비트의 개발(400mm) 탄성받침대, 역류방지장치, 원형지압판 제작 슬립 및 부착파괴 예방, 지진동 대처능력 우수 앵커두부의 지표근입으로 구조적 안정성 확실 ○ 시공순서 확공을 이용한 앵커시공으로 그라우트 전 인장 가능 시공성 개선으로 공기단축과 그라우트 품질향상2) 기대효과 ○경제성 정착장 감소(4.0m- 1.0m) 숏크리트, 뒤채움, 수압구조물 불필요 유지관리비용 절감 ○안정성 정착부 확공에 의한 역학적 안정성 확실 앵커두부 근입에 의한 구조적 안정성 확실 지반과 일체거동으로 지진동 저항성 우수 ○품질향상 진행성 파괴 방지 강연선 신율유지에 의한 장기적인 앵커력 확보 인장후 그라우팅으로 그라우트 품질 향상 ○ 시공성 개선 인장 후 즉시 그라우팅 가능(공기단축 10일이상) 앵커두부처리 기계화로 시공성 향상(수압구조물 미설치)[출처 : 한국철도시설공단 등록신기술자료]