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공종:건축공사:토공및흙막이:흙막이가시설:락볼트

락볼트

개요

락볼트는 암반자체가 주요한 지보재로서 암반이 본래 가지고 있는 강도를 유지시키는데 목적이 있으며 그 주요 역할은 다음과 같다.

  • 절취된 암반 노출 면에 잔존해 있으면서 낙하 혹은 활동을 야기시킬 수 있는 부석의 변위억제
  • Shotcrete와 함께 작용하여 암반에 구속을 주므로 내구력을 증가시킴
  • 암반의 균열과 절리를 따라 발생하는 활동을 방지

락볼트의 작용원리

  • 불안정한 암괴를 매다는 지보 기능
  • 암반과의 일체화 작용
  • 층상의 암반에서 보 형성 작용
  • 인장 볼트를 사용하였을 때 아치형성 작용 주입되었을 때 암반보강 기능

락볼트의 종류

락볼트는 많은 종류가 있으나 그 정착방식과 주입 재료에 따라 다음과 같이 분류할 수 있다.

  • ROCK BOLT
    1. 선단 정착형
      • Wedge형
      • Resin형
      • Expansion형
    2. 전면 접착형
      • Resin형
      • 충진형(Cenment Mortar)
      • 주입형(Cement Milk)
    3. 혼합형

선단 정착형

이 형식은 선단을 정착시킨 후 프리스트레스를 주어 붕락을 방지하여 절리와 균열이 적은 경암층이나 중경암층에 주로 사용된다.

전면 접착형

전면 접착형 록볼트의 접착재료는 레진, Cement Mortar 및 Cement Milk가 있으며 각각의 사용재료에 따라 레진형, 충진형, 주입형으로 구분된다.

구 분 개 요
레진형 * 레진과 경화제가 혼합된 capsule type
* 보통 레진과 발포성 레진으로 구분
충진형 * 천공-모르타르 충진-록볼트 타입 순으로 시공
* 보통 cement를 사용하는 SN록볼트와 초조강 cement를 사용하는 AS볼트가 있다.
주입형 * 시멘트 밀크와 급결제를 혼합 후 주입
* SN볼트의 시공이 어렵거나 불가능한 경우로써 갱내로 유입되는 용수량이 많을 경우 또는 공내에 암 파편으로 인해 주입호스를 삽입하기 어렵거나 함몰되기 쉬운 경우 등에 적용

혼합형

선단 정착형의 록볼트에 시멘트 밀크 등을 주입하여 전면 접착형으로 하는 방식이다. 선단 정착형 록볼트의 부식방지 및 지보효과의 확대를 목적으로 사용되고 있으나 널리 사용되고 있지는 않다.

재료

Rock bolt의 기계적 성질 (일반적 경우)

직 경 기 호 항 복 점
(kg/mm2)
인장강도
(kg/mm2)
연 신 율 비 고
25m/m이상 SD35 35이상 50이상 18%이상 단 변위량이 20m/m이상인
경우 항복점이 50kg/mm2
이상인 제품 사용

Rock bolt 길이 및 레진

구 분 표준단면
표준단면
표준단면
표준단면
표준단면
표준단면
천정부 측벽부 천정부 측벽부 천정부 측벽부 천정부 측벽부 천정부 측벽부 천정부 측벽부
길 이
(m)
3 3 3 3 4 4 4 4 4 4 4 5
접착재료
(Resin)
3 1 3 1 4 1 4 1 4 1 4 1

접착재료

접착재료의 선정은 조기접착력이 크고, 취급이 간단하여야 하며 내구성 및 경제성이 양호해야 한다.

[ 시멘트몰탈형과 레진형 비교 ]

구분 시멘트 몰탈 레진
특징 전면 접착식 무인장 전면 접착식 인장
인발하중 비교 20 ~ 80톤 12톤 내외
장점 * 견고하고 내구성이 뛰어남
* 부식이나 마모의 영향이 적음
* 가격이 저렴함
* 다양한 암반조건에서 높은 락볼트 강도를 얻을 수 있음
* 설치가 편리하고 시공이 간편
* 설치 직후 바로 보강효과를 얻을 수 있음
단점 * 설치 직후 락볼트의 완저한 설치강도를 기대할 수 없음1)
* 시멘트 몰탈의 품질확인 및 유지 곤란
* 가격이 물탈방식에 비해 고가
* 레진의 장기간 보관이 곤란
* 노출된 사면에 사용시 환경오염의 문제 있음
적용 일반사면 외 터널 외

수지(resin)형

  • Resin은 polyester resin계 및 동등 이상의 재질이어야 하며 캡슐(capsule)형태로 제공되어야 한다.
  • 제조업자가 표시한 보관기간이 지난 resin을 사용하여서는 안되며 용수, 염수, 산, 약알카리성에 대하여 영향을 받지 않아야 한다.
  • Resin은 인발에 대한 저항강도가 규정된 볼트의 강도보다 적어도 20%이상 크다는 것을 확신할 수 있는 충분한 강도특성이 있어야 하며 조기에 접착력을 발휘하여야 한다.
  • Resin은 팽창성 접착제로서 직경 26mm이상의 것이라야 하고 resin의 조합은 선단에 2배 팽창이 되어야 하고 용수에서 초기강도가 높아야 한다.
  • resin에 발포성을 가한 발포성 resin을 사용할 때는 발포배율에 따른 접착력의 감소를 반드시 점검하여야 한다.

시멘트 몰탈(cement mortar)형

  • 시멘트 몰탈의 배합은 소요강도보다 시공성에 중점을 두어 결정한다. 몰탈 배합비는 시멘트 365kg, 모래 1,176kg, 혼화제21.4kg, 급결재4.3kg이다.
  • 몰탈 용의 모래는 직경 2mm이하로 입도분포가 좋아야 하며 모래의 표면수량에 따라서 수량을 조정하여야 한다.
  • 몰탈 용의 시멘트는 보통시멘트와 초조강 시멘트 등을 사용할 수 있으며 보통시멘트 사용시 반드시 초기에 접착능력을 발휘할 수 있도록 급결작업을 할 수 있는 캡슐형 급결재 또는 동등이상의 품질을 가진 급결재를 사용해야 한다.
  • 조강시멘트 사용시는 첨가제로서 지연제를 사용하여 몰탈 경화시간을 조정하되 시공관리에 특별히 유의하여야 한다. 몰탈에 의한 그라우트는 용수, 염수, 산, 알칼리성에 대하여 영향을 받지 않아야 한다.

부속부품

  • 모든 형태의 플레이트(Bearing Plate)는 지반의 변형을 구속하는 효과를 충분히 발휘하고 지반의 붕락방지 등의 목적을 달성하기 위한 조절을 할 수 있어야 하며 이러한 조절에 의하여 암석이나 콘크리트 표면의 형태에 관계없이 표면에 완전히 밀착시킬 수 있는 것이어야 한다.
  • 베어링 플레이트가 숏크리트를 뚫고 들어가거나 혹은 너트가 플레이트를 뚫고 들어가기 전에 앵커가 미리 파괴될 수 있도록 플레이트의 치수와 두께가 강재의 강도 및 숏크리트의 강도와 잘 조화되어야 한다.

시공

시공계획

  • 락볼트공의 시공에 있어서는 시공관리자, 공사공정표, 사용기계의 종류 및 주요재원, 사용재료, 정착방법, 정착에 필요한 응고시간 등을 기재한 시공계획서를 감독원에게 제출하여 승인을 받아야 한다.
  • 락볼트는 반드시 2~3종류를 선정하여 시험시공, 인발시험 등을 행하여 그 결과를 제출하여 감독원의 승인을 얻은 후에 시공하여야 한다.

시공방법

  • 락볼트의 정착은 지질상태, 시공방법, 사용목적 등을 고려하여 충분한 정착력을 얻도록 시공하여야 한다.
  • 락볼트 사용할 때에는 현장부근에서 시공장소와 유사한 지질조건을 갖는 장소에서 현장시험을 행하여 락볼트 강도를 확인하고 시험성적을 제출하여 감독원의 승인을 얻어야 한다.
  • 락볼트는 숏크리트의 경화 후 될 수 있는 대로 빠른 시기에 시공하여야 한다.
  • 천공구멍은 소정의 위치에 구멍 지름으로 굴착면에 직각되게 소요의 깊이까지 똑바로 천공하여 락볼트 삽입 전에 돌가루 등이 남아있지 않도록 유의하여야 한다.
  • 락볼트는 삽입 전에 녹, 기타의 이물질이 부착되지 않도록 청소하여야 한다.
  • 경사방향 락볼트의 시공에 있어서는 소정의 각도를 확보하여야 한다. 단, 지질의 상황에 따라 곤란할 때는 감독원의 지시를 받아야 한다.
  • 락볼트에 대한 베어링 플레이트의 경사진 양이 지시된 양을 초과하면 플레이트의 경사진 양이 지시된 양보다 작게 하기 위하여 급결성 모르트판을 지압판 밑에 받침대로 설치하여야 한다.
  • 용수가 많은 곳에서는 수위의 저하, 수발고의 설치, 공수를 한곳으로 유도하는 방법 등을 현장실정에 맞도록 채택하여 배수하고 락볼트 공을 시공하여야 한다.
  • 베어링 플레이트, 와샤, 너트는 볼트의 극한강도와 조화되도록 조립하여야 한다.

유형별 시공순서

흙막이가시설160.jpg

  • 수지형(Resin)형
    • 천공
      천공지름은 보통 resin일 때는 볼트지름 + (6~8mm), 발포성 resin일 때는 볼트지름 + (10~15mm)이어야 하며, 그 깊이는 설계 깊이에 대하여 ±50mm이내의 오차이어야 한다.
    • resin 삽입
      체적계산에 의하여 적절한 양의 resin을 삽입한다. 점보드릴로 천공할 경우(ψ45m/m)에는 ψ32m/m 이상의 레진을 사용한다.
      • 3개 사용시 순서 : 급결용, 선단용, 충진용 순으로 삽입
      • 4개 사용시 순서 : 급결용, 선단용, 충진용, 충진용 순으로 삽입
    • 락볼트 삽입
      오가 픽크햄머와 드리프터 등을 이용하여 1,000rpm이상으로 20~30초간 볼트를 회전하면서 삽입한다.
    • 볼트 조이기
      볼트 삽입 후 현장실험에 의해 확인된 경화시간 이후에 행하여야 한다.
  • 몰탈형
    • 천공
      천공지름은 볼트지름 + (10~16mm)이어야 하며, 그 깊이는 설계 깊이에 대하여( - )50mm에서 ( + )100mm이내의 오차이어야 한다.
    • 몰탈 주입
      몰탈 주입 시 저압 피-더(3kg/cm2)를 사용한다. 특히 캡슐형 선단 급결재를 사용할 때에는 1차 몰탈 압입 및 구멍선단에 급결재 캡슐을 끼워서 1차 몰탈 속으로 넣으면서 2차 몰탈 주입을 행하여야 한다.
    • 볼트 삽입
      픽크햄머, 드리프터와 가이셀 등을 이용하여 볼트를 박아 넣는다.
    • 볼트 조이기
      볼트 삽입 후 현장실험에 의해 확인된 경화시간 이후에 행하여야 한다.

접착제의 시공

천공 후 접착제의 충전은 공저까지 충분히 하여야 하며, 볼트 삽입 시 공내에 공극이 남지 않도록 주의하여야 한다.

시공기계

  • 락볼트 시공을 위하여 천공장에 따라 싱커(sinker), 크로라드릴 또는 점보드릴을 사용해야 한다.
  • 락볼트 삽입장비는 1,000rpm이상의 air auger를 사용하여야 한다.

프리스트레스(Prestress)

전면접착형일 경우에는 프리스트레스를 도입하지 않는다.

락볼트의 추가 시공

락볼트공의 시공방법으로는 system bolting을 원칙으로하나, 인발시험, 락볼트 축력측정 등의 계측결과로부터 다음 사항에 해당할 때에는 락볼트의 추가시공을 행한다.

  • 터널벽면의 변형이 락볼트 길이의 약 6%가 된다고 판단되는 경우
  • 락볼트의 인발시험 결과로부터 충분한 인발내력이 얻어지지 않는 경우
  • 락볼트 길이의 반 이상으로부터 지반 심부까지의 사이에 축력분포의 peak치가 존재하는 경우
  • 소성영역의 확대가 락볼트 길이를 넘는다는 판단되는 경우

시험기준

Rock bolt 인발시험

  • 목적 : Rock bolt의 정착효과 확인
  • 계측기기 : Center Hole Jack and Pump 20T 이상 용량, 변위 측정기
  • 측정방법
    • 지질상황에 따라 가능한 한, 불량한 암반에 인발시험 Blot를 선정(50본당 1본 원칙) 한다.
    • 인발시험용 Bolt에는 Shotcrete 부착영향을 없애야 한다.
    • 반력판은 Bolt 축에 직각으로 부착 시킨다.
    • 계측기로 Bolt에 하중을 1톤/분 단위로 가하여 Bolt를 인발하여 변위와 장력과의 관계 및 인발저항을 구한다.
    • 정착효과 발생 즉시 시행한다.

평가기준

하중 - 변위곡선을 그려 인발내력을 구한다. 인발내력은 하중 - 변위 곡선에서 A영역 직선부의 접선과 C영역 접선과의 교점(D)이다. 즉, C영역은 Bolt의 정착효과를 기대할 수 없는 영역으로 기대할 수 있는 영역은 D까지 이다. 일반적으로 Rock Bolt의 항복점내력은 17톤 이상 나오는 Rock Bolt를 사용한다.

암반강도가 낮아서 소정의 인발 저항이 얻어지지 않으면 Rock bolt 길이를 길게 할 필요가 있다.

Rock bolt의 인발시험 기준

  • Rock bolt의 인발시험은 터널연장 20m마다 천정, 아치, 측벽 각 1개씩(50본당 1회) 실시하며, 락볼트의 정착효과는 원지반의 강도 이외에 공벽의 상태, 정착방식 등의 조건에 지배되므로 시공에 앞서 사전 시험을 하며 인발내력을 확인해야 한다.
  • 인발시험은 정착효과를 확인하기 위하여 실시하는 것이므로, 사전시험에 의하여 설정된 인발내력의 80%에 달하면 합격한 것으로 한다.
    • 예) ψ = 25mm(SD 35)일 경우
    • Py = 35kg/mm2이므로
    • Py = 35×506.7 = 17.7ton
    • 0.8Py = 17.7×0.8 = 14.2ton
1)
시멘트 양생기간이 필요
공종/건축공사/토공및흙막이/흙막이가시설/락볼트.txt · 마지막으로 수정됨: 2016/06/06 13:16 저자 bluetree