KR0136958B1 - 지반 강화 매립말뚝공법 - Google Patents

Abstract

진동과 소음공해 발생이 적은 매립말뚝공법에 탁월한 지반 강화효과를 겸비시키기 위하여 외주에 노즐(8)이 다수 장착된 피씨말뚝을 미리 뚫려진 말뚝공(6)에 매설하여 놓고, 상기한 피씨말뚝(2)의 내부 중공(10)을 통해 그라우팅재를 주입하거나 또는 유체압에 의해 팽창되는 패커(12)를 삽입하여 일정의 공간(14)이 형성되게 한 후에, 패커(12)를 관통하여 설치된 관체(16)로 그라우팅재를 주입시켜서 피씨말뚝(2)이 매설된 부근의 지반을 그라우팅처리하여 지반을 안정화시키는 지반 강화 매설말뚝공법.

Description

지반 강화 매립말뚝공법

제 1도는 본 발명의 방법에 의한 말뚝 그라우팅의 예를 나타내는 단면도로서,

[a]도는 싱글 패커 적용시의 상태도,

[b]도는 더블 패커 적용시의 단면도,

제 2도는 제1도에 묘사된 패커의 작용과정을 나타내는 개략도로서,

[a]도는 팽창전의 상태도,

[b]도는 팽창후의 상태도,

[c]도는 그라우팅시의 상태도.

제 3도는 제1도에 묘사된 말뚝의 주요부 구조를 나타내는 단면도.

제 4도는 제3도의 Ⅰ, Ⅱ, Ⅲ 표시선에 따른 단면도로서,

[a]도는 Ⅰ-Ⅰ선 단면도,

[b]도는 Ⅱ-Ⅱ선 단면도,

[c]도는 Ⅲ-Ⅲ선 단면도.

제 5도는 제3도에 묘사된 노즐이 설치되는 부분을 나타내는 단면도.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

2 : 피씨말뚝4 : 지반6 : 말뚝공

8 : 노즐10 : 중공12 : 관체

14 : 공간16 : 관체20 : 체크볼

본 발명은 지상 구조물의 기초공사에 시행되는 지반 강화 말뚝공법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 지반에 말뚝공을 뚫고 말뚝을 매립할 때에 그라우팅을 병행하여 지반의 강화를 꾀하는 지반 강화 매립말뚝공법에 관한 것이다.

지상 구조물이 세워질 지점의 기초 지반이 견고하지 못한 경우에는 지반을 강화시킨 다음에 지상 건조물을 축성해야 한다.

기초 지반의 강화를 도모하는 방법으로서, 대개는 깊은 기초형태 중의 하나인 말뚝 기초가 적용되고 있다.

말뚝 기초는 설치방법에 따라 크게 항타말뚝(Driven Pile), 매립말뚝과 현장타설말뚝(In-situ Bored Pile)으로 구분되며, 각 설치방법에 따른 말뚝의 장 단점 및 시공상의 난이도와 기타의 특징으로 정리하면 다음과 같다.

(장점)

항타말뚝 : ①시공이 용이하다 ②한개 한개의 지지력을 체크할 수가 있다

③ 직경당 말뚝의 지지력은 가장 크다

매립말뚝 : ① 진동 소음이 비교적 작다 ② 소직경부터 1m 전후의 대직경까지 시공이 가능하다

현장타설말뚝 : ① 진동 소음이 비교적 작다 ② 대직경 말뚝의 시공이 가능하다 ③ 말뚝의 길이 변경이 용이하다

(단점)

항타말뚝 : ① 진동 소음이 크다 ② 대직경 말뚝의 시공이 어렵다

매립말뚝 : ① 시공방법, 시공자에 의한 균형이 크다 ② 이토 및 이수의 처리가 곤란하다 ③ 비교적 새로운 공법이므로 숙련자가 드물다 ④ 말뚝의 지지력이 작다 ⑤ 지반조건에 따라 시공방법이 바뀌어야 한다.

현장타설말뚝 : ① 시공자에 의한 차이가 크다 ② 말뚝의 지지력이 작다 ③ 소직경 말뚝의 시공에 문제가 있는 공법이 많다 ④ 이토 및 이수의 처리가 곤란하다 ⑤ 말뚝체에 결손이 생기는 수가 있다 ⑥ 지반조건에 따라 시공방법을 바꿀 필요가 있다

(시공 관리의 난이도)

항타말뚝 : 비교적 용이하다

매립말뚝 : 어렵다

현장타설말뚝 : 어럽다

(기타 특징)

항타말뚝 : ① 지반이 경사진 경우에 말뚝의 파손, 구부러짐이 생긴다

② 선단폐쇄 말뚝 사용시는 세사(細沙), 실트(沈泥) 발생에 의한 리바운드가 커서 항타가 곤란하게 되는 경우가 있다

③ 전석층 또는 호박돌층이 있는 지반에서는 말뚝의 파손, 구부러짐이 심하다

매립말뚝 : ① 피압수를 가진 사층에서는 보일링이 생긴다

② 전석층이나 호박돌층이 있는 지반에서는 시간이 많이 걸리고 시고이 불가능하게 되는 경우도 있다

현장타설말뚝 : ① 피압수를 가진 사층에서는 보일링이 생긴다

② 수위가 낮은 모래 자갈층에서는 이수가 유출되어 공벽의 붕괴가 발생한다

③ 경사된 지반의 시공시 말뚝이 구부러진다

④ 전석층이나 호박돌층이 있는 지반에서는 굴착에 시간이 많이 든다

⑤ 지하수류가 있는 지반에서는 시멘트분이 유출된다.

상술한 각종의 말뚝공법은 초기에 피씨말뚝(Pre-Stressed Concrete Pile)을 지반에 그대로 때려 박는 항타말뚝방법이 보편적으로 적용되었다.

그러나 이 방법은 다른 말뚝방법보다 많은 장점을 가지고 있으나, 말뚝항타시 발생하는 진동 및 소음 공해로 인하여, 도심지 내에서는 거의 기피되고 있는 공법이다.

매립말뚝은 먼저 지반에 말뚝공을 뚫고, 여기에 말뚝을 매립하는 방법으로서, 항타말뚝의 시공시에 나타나는 진동, 소음을 근본적으로 해결하는 장점이 있지만, 지반에 먼저 뚫려지는 말뚝공의 내경이 말뚝의 직경보다 크기 때문에 매립된 말뚝과 지중과의 마찰력을 거의 기대할 수 없게 되고, 말뚝공을 뚫을 때에 바닥에 생기는 스라임(Slime)을 완벽하게 제거할 수 없어서 말뚝 선단의 지지력이 좋지 않게 되어 지반 강화의 효과가 항타말뚝에 비하여 좋지 않게 된다.

따라서 본 발명의 목적은 시공시에 진동 및 소음 발생이 적은 매립말뚝공법의 장점을 이어 받고, 지반의 강화효과는 항타말뚝공법에 버금가게 할 수 있는 지반 강화 매립말뚝공법을 제공함에 있다.

상기의 목적에 따라 본 발명은 지반에 미리 말뚝공을 뚫고 여기에 말뚝을 매립하는 매립말뚝공법에 있어서, 외주면 소정위치마다 노즐이 장착된 말뚝을 상기한 말뚝공에 매립하고, 지상으로 노출된 말뚝의 상단부 중공으로 패커를 삽입하여 소정위치에서 내부의 중공이 외부와 차단되게 한 다음, 패커의 중심을 통해 그라우팅을 행함으로써 매립된 말뚝의 외주에 장착된 노즐을 통하여 주변의 지중이 그라우팅처리됨에 따라 지반이 강화되게 함을 특징으로 한다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면에 따라 상세히 설명한다.

제1도는 본 발명에 관련된 공법의 시공예를 나타내는 도면으로서, [a]도는 싱글 패커 사용에 의한 적용예를, [b]도는 더블 패커 사용에 의한 적용예를 각각 묘사하고 있다.

통상의 피씨말뚝(2)은 지반(4)에 미리 뚫려진 말뚝공(6)으로 삽입되어서 매립되며, 도시한 실시예는 선단폐쇄형 피씨말뚝을 보여 주고 있다.

상기한 피씨말뚝(2)의 외주면에는 소정위치마다 노즐(8)이 장착된 것이다.

피씨말뚝(2)의 매립이 종료되면, 그 상단부를 커팅하여 내부의 중공(10)이 확실하게 드러나도록 조치한다.

다음에, 중공(10)을 통하여 통상의 패커(12)를 삽입시켜서 일정위치로 높이게 하고 패커(12)를 팽창시키면, 중공(10)은 외부와 차단된 공간(14)으로 된다.

패커(12)는 공압, 수압, 또는 유압 등의 유체압력의 주입에 의해 팽창되는 고무 등의 신축성 재질로 된 것이므로 제2도 [a]의 도시와 같이 비팽창된 상태에서는 피씨말뚝(2)의 중공(10)으로 자유로히 삽입될 수 있다. 또 패커(12)에 유체압을 가하여 부풀리면 제2도 [b]의 도시와 같이 피씨말뚝(2)의 내주면에 밀착하여 밀봉시키게 되므로 피씨말뚝(2)의 내부에는 외부와 차단된 공간(14)이 생기게 된다.

상기한 공간(14)은 오직 패커(12)의 중심을 관통하여 설치된 관체(16)에 의해 외부로 열려질 뿐이다.

관체(16)는 그라우팅 설비와 접속되어서 그라우팅재, 예를 들면 시멘트, 물, 급결제나 포옴 등이 제3도 [c]의 도시와 같이 상기한 피씨말뚝(2)의 내부 중공(10)으로 공급된다.

피씨말뚝(2)의 중공(10)은 패커(12)에 의해 외부와 차단된 공간(14)을 형성하고 있으므로 주입되는 그라우팅재는 외주면의 노즐(8)을 통해 말뚝공(6)의 내주면으로 분출된다.

만약, 피씨말뚝(2)의 길이가 비교적 짧은 것일 때는 제1도 [a]도의 도시와 같이 하나의 패커(12)만을 삽입 설치하여도 시공이 가능하다.

그러나 피씨말뚝(2)의 길이가 10m 이상이거나 또는 선단개방 말뚝인 경우에는 제2도 [b]의 도시와 같이 피씨말뚝(2)의 중공(10)에 패커(12)를 두개 삽입 설치하여 그 도중에 외부와 차단된 공간(14)이 형성되게 한다.

외부에서 공급되어 노즐(8)을 통해 지반(4)으로 분출되는 그라우팅재는 지반(4)의 말뚝공(6) 내주면과 피씨말뚝(2)의 외주면 사이로 충전됨은 물론, 피씨말뚝(2)의 선단부 하측에 존재하는 슬라임(9)으로도 침투되어서 그라우팅된다.

그라우팅재의 공급압력은 패커(12)의 팽창압력보다 작게 해야만 패커(12)를 통한 그라우팅재의 누설 방지와, 중공(10) 내부에서 패커(12)가 움직이지 않게 할 수 있다.

그라우팅재로서 물을 사용하면 매립을 위해 피씨말뚝(2)의 외주측에 투입된 토사가 침하되어 다져지게 됨으로써 피씨말뚝(2)과 토사간의 마찰력이 증대된다.

또, 시멘트나 포옴을 사용하면 피씨말뚝(2)과 말뚝공(6) 사이의 공간으로 충전된 다음, 시간이 지나 응고되어서 피씨말뚝(2)의 지지력이 강화되게 한다.

그라우팅재로서 급결제를 사용하면, 피씨말뚝(2)와 말뚝공(6) 사이의 공간으로 투입된 토사 및 지반(4)으로 침투하여 이들이 응결되게 함으로써 피씨말뚝(2)과 지반(4) 사이의 마찰력 및 지지력을 증대시키게 된다.

한편, 그라우팅재는 피씨말뚝(2)의 중공(10)을 통해 직접 공급되어도 무방하다.

본 발명에 적용되는 피씨말뚝(2)의 노즐(8)은 제3도의 도시와 같이 되어서 체크밸브의 기능을 갖는다.

노즐(8)은 이미 완성된 피씨말뚝(2)에 삽입 설치되는 것과, 피씨말뚝(2)의 제조와 함께 설치되는 2가지 형태로 만들 수 있다.

이미 완성된 피씨말뚝(2)에 삽입 설치되는 노즐(8)은 제3도의 좌측에 도시되어 있는 바와 같이 외주면에 톱니상의 나사면(18)을 가지고 있다.

또, 노즐(8)의 출구측 직경은 입구측 직경보다 넓게 되어 있고, 그 내부에는 체크볼(20)이 자유롭게 수용되어서 좁은 직경의 입구를 막아 줄 수 있게 되어 있다.

상기한 체크볼(20)은 봉상의 가아드(22)에 의해 보호되어서 외부로 이탈하지 않게 되어 있다.

피씨말뚝(2)에서 노즐(8)의 설치부위는 지반의 조건에 따라 적당히 결정될 수 있다.

노즐(8)은 제4도 [a]로 묘사하고 있드시 출구측의 외곽은 사각형태로 되어있고, 가아드(22)는 일자형 또는 십자형으로 된다.

또, 체크볼(20)의 직경은 출구의 직경보다 작고 입구의 직경보다는 크게 되어서자유로운 상태로 수용된다.

노즐(8)의 입구측은 그 외곽이 원형으로 된다.

이와 같은 구조로 된 노즐(8)을 이미 완성된 피씨말뚝(2)에 설치하는 방법은 먼저 노즐(8)의 설치부위를 선정하여 표시하고, 금속탐지기 등으로 표시된 설치부위에 철근이 존재하는가의 여부를 파악한 다음, 타정기로 노즐(8)을 사출하여 타입하는 방법과, 전동드릴로 말뚝공을 뚫은 다음에 때려 박아 넣는 방법으로 설치한다.

상기한 후자의 방법으로 노즐(8)을 설치할 때는 에폭시 그라우팅을 노즐(8)의 외주면 틈새로 주입하여 막아 주거나 혹은 노즐(8)의 외경보다 약간 작은 치수로 말뚝공을 뚫고 타입해도 된다.

피씨말뚝(2)의 제조과정에서 노즐(8)을 설치하는 경우에 적합한 구조의 노즐(8)은 제3도의 우측에 도시되어 있다.

이 노즐(8)은 피씨말뚝(2)의 철근 사이로 고정되는 소(24)에 나사결합하게 되어 있다.

소(24)은 제5도의 도시와 같이 외주면에 피씨말뚝(2)의 콘크리트와 견고하게 접합될 수 있게 하는 휜(fin)을 다수 보유하고 있다.

소켓(24)의 중심에 형성된 말뚝공은 콘크리트 타설전에 폴리스티렌 폼을 채워 넣어서 피씨말뚝(2)의 제조시에 말뚝공이 막하지 않게 하는 것이 좋다.

상기한 폴리스티렌 포옴은 노즐(8)의 나사 결합에 의해 파괴 제거된다.

노즐(8)의 체크볼(20)은 지반(4)측으로 주입된 그라우팅재가 피씨말뚝(2)의 중공(10)으로 역류되는 것을 막아준다.

상술한 바와 같은 본 발명은 피씨말뚝의 주변을 그라우팅함으로서 미리 뚫려진 말뚝공과 피씨말뚝 사이의 틈새에 존재하는 토사를 다지거나 서로 일체로 응결되게 함으로써 말뚝공을 뚫음에 따라 조성되는 주변의 이완된 원래의 지반이 갖는 강도정수 이상이 되게 하는 것이므로 진동과 소음 공해가 적은 장점을 그대로 유지하면서 말뚝의 지지력을 크게 향상시켜 주는 이점이 있다.

게다가 말뚝의 선단측 하부에 존재하는 슬라임까지 그라우팅처리되기 때문에 선단 지지력이 불확실한 종래의 방법과는 전혀 차원이 다른 견고성을 나타내므로 특히 모래층 지반의 안정화에 탁월하다.

Claims (2)

1. 지반에 미리 말뚝공을 뚫고 여기에 말뚝을 매립하는 매립말뚝공법에 있어서,

   외주면 소정위치마다 노즐(8)이 장착된 피씨말뚝(2)을 상기한 말뚝공(6)에 매립하고, 지상으로 노출된 피씨말뚝(2)의 상단부 중공(10)으로 그라우팅재를 주입시키거나 또는 상기한 중공(10)의 내부로 하나 이상의 패커(12)를 삽입 설치하여 상기한 중공(10)의 내부 소정위치에서 외부와 차단된 공간(14)이 형성되게 한 다음, 상기한 패커(12)의 중심을 관통하여 설치된 관체(16)를 경유하여 그라우팅재를 주입함으로써 매립된 피씨말뚝(2)의 외주에 장착된 노즐(8)을 통하여 분출된 그라우팅재가 주변의 지반을 그라우팅처리되게 함을 특징으로 하는 지반 강화 매립말뚝공법.
2. 제1항에 있어서,

   노즐(8)은 출구측에 체크볼(20)을 갖춘 실질적인 체크밸브이고, 패커(12)는 유체압에 의해 팽창되는 유연한 고무로 되어 있음을 특징으로 하는 지반 강화 매립말뚝공법.