KR0144777B1 - 나선홈내기용 오거드릴과, 이 오거드릴로 지중 홀의 주벽에 나선홈을 시공하는 방법 및 나선홈에 의해 지지력이 보강된 지중말뚝 - Google Patents

Abstract

[목적]

본 발명은 매입말뚝의 지지력중에서 주면마찰력을 증대시키기 위하여 지중 홀의 주벽에 연속적으로 다짐이된 나선홈을 형성되게 함으로써 말뚝의 주면 마찰력을 증가시킴과 동시에 경제적 시공을 가능케하고, 오거드릴의 회전시에 지중 홀의 주벽을 밀어서 다지는 방법으로 나선홈을 낼 수 있는 오거드릴과, 이 오거드릴로 나선홈을 시공하는 방법 및 나선홈이 주어진 지중 홀로 부터 주면지지력이 향상된 지중말뚝을 제공하기 위한 것이다.

[구성]

지중 홀의 주벽(21)쪽을 바라보는 비트(3)의 외측면에 여굴폭 [b=(dh-ds)/2]와 동일 또는 이것에 버금가는 팁의 반경(rt)을 가진 반원구상의 홈팁(5)이 부착된 오거드릴로 지중 홀을 천공하는 과정에서는 상기 홈팁(5)에 의해 원심방향으로 주벽(21)을 자연스럽게 밀어내 다져주되 홈은 가급적 형성되지 않도록 하고 오거드릴(1)의 인발과정에서는 일정한 속도로 인발하면서 오거드릴(1)의 회전에 의한 원심력과 진동으로 홈팁(5)의 회전 반경이 커지게 해 지중 홀의 주벽(21)에 소정의 피치를 갖는 비삭성식 나선홈(22)을 형성하도록 인발하는 것이다.

Description

나선홈내기용 오거드릴과, 이 오거드릴로 지중 홀의 주벽에 나선홈을 시공하는 방법 및 나선홈에 의해 지지력이 보강된 지중말뚝

제1도는 본발명에 사용되는 오거드릴의 요부 정면도

제2도는 일실시예에 의한 비트의 사시도

제3도는 다른 실시예에 의한 비트의 사시도

제4도는 본발명의 오거드릴로 천공한 지중 홀의 측면도

제5도는 천공시 진동과 구동력의 작용에 의한 오거드릴의 변위에 따른 여굴발생원리를 예시한 단면도

제6도는 제4도의 A부 상세도

제7도는 천공후 오거드릴을 인발할 때에 나선홈이 형성되는 모습을 예시한 지중 홀의 측면도

제8도는 오거드릴 인발시 회전할 때의 원심력과 진동에 의한 오거드릴 선단부의 편심회전에 따른 팁의 나선홈 형성 원리를 예시한 단면도

제9도는 제7도의 B부 상세도

제10도는 오거드릴로 천공을 완료한 주벽의 단면도

제11도는 제 10도의 C부 상세도

제12도는 팁을 가진 오거드릴로 천공한 지중홀의 실물사진

제13도는 제10도의 지중홀에서 얻은 지중말뚝의 부분확대사진

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 오거드릴 2 : 나선익

3 : 비트 4 : 절삭팁

5 : 홈팁 6 : 보조팁

11 : 지반반력 12 : 천공구동력

13 : 인발구동력 21 : 주벽

22 : 나선홈 b : 여굴폭

de : 확공의 직경 dh : 천공직경

ds : 드릴직경 rt : 홈팁의 반경

δ : 변위량 θ : 편심각

본발명은 지중 홀에 나선홈을 셩성하는 장치와 이 장치로 나선홈을 내는 방법, 및 나선홈에 의해 형성되는 지중말뚝에 관한 것이며, 구체적으로는 매입말뚝의 지지력중에서 주면마찰력을 증대시키기 위해서 지중 홀의 주벽에 연속적으로 다짐이된 나선홈을 형성되게 함으로써 말뚝의 주면 마찰력을 증가시킴과 동시에 경제적 시공을 가능케하고, 오거드릴의 회전시에 밀어다져진 나선홈을 지중홀에 형성하는 장치와 이 장치로 나선홈을 내는 방법 및 나선홈이 형성된 지중말뚝의 발명을 목적으로 하는 것이다.

매입말뚝공법중에서도 특히 많이 사용되고 있는 SIP(Soil cement Injected Precast Pile)공법을 본발명에서도 주로 전제하고 있는 바, 이 SIP공법은 오거드릴로 지중에 홀을 천공하고, 이 수직갱의 갱저에 시멘트 페이스트를 주입한 다음 PC말뚝을 삽입하여 가볍게 항타(경타)하고, 이어서 말뚝과 갱벽과의 사이에 시멘트 페이스트를 타설하여 양생하는 것이다.

이러한 SIP공법은 오거드릴로 선굴착하므로서 처음부터 말뚝을 항타하는 공법에 비해 지반의 진동과 소음이 현저히 감소되므로 주변 건물에 피해가 적고 민원도 크게 줄어드는등의 효과가 있어 현존하는 말뚝박기공법중에서는 특히 도심현장에서의 지반구축공법으로서는 더할 나위없이 훌륭한 말뚝박기공법이라고 말할 수 있다.

그런데, SIP공법을 적용하기 위해 오거드릴로 천공한 지중 홀(수직갱)의 주벽은 천편일률적으로 민밋하다. 이 때문에 설사 SIP공법으로 시공했더라도 말뚝의 주면마찰력을 높이는데는 한계를 느껴왔다.

그래서 일찌기 매입말뚝의 주면마찰력을 높이려고 지중 홀의 주벽에 홈을 형성하는 장치 또는 공법이 제안된 적이 있다. 예를들면, 일본국 실개소 52-32904호, 특개평 2-54019호, 특개평 2-213514호 등이다. 이들 선행기술의 공통점은 한결같이 수직갱의 주벽에 소정의 높이차이를 두고서 복수의 환상홈을 깎아내고 말뚝을 삽입한 후에 시멘트 페이스트를 주입해 양생하는 것이다.

그러나, 이런 방법으로 수직갱의 주벽에 홈을 형성하는 것은 지중 홀내에서 홈의 간격이 커 주면마찰력이 크지않을 뿐만아니라 다음과 같은 시공상의 난점때문에 실용화에는 상당한 연구가 따라야할 것으로 보인다.

첫째, 확경홈을 내는 장치는 확경홈형성용 날의 부착과, 이 날을 접고 펼치는 부수장치도 갖는 만큼 구조가 복잡하여 제작성 및 조작성에 문제가 있고, 확경홈을 내는 작업을 하던 도중에 하자발생이 우려되며, 고가여서 경제적으로 불리하다.

둘째, 오거드릴로 천공한 후에 확경홈을 내기위한 작업이 별도로 속행되어야 하므로 시공성이 나쁘다.

셋째, 천공주벽을 깎아내서 홈을 형성하는 방식을 취함으로써 지중 홀의 원지반이 교란된다. 이 때문에 주면마찰력에 손실이 오고, 칩(토사)이 지중 홀의 바닥에 쌓임으로써 말뚝의 선단지지력에도 악영항을 끼친다.

넷째, 개개의 홈은 동축상에서 적당한 높이차를 두고 위치하는 독립형인 바, 주벽과 말뚝과의 사이로 주입된 후 양생된 시멘트 페이스트의 주면 마찰력은 원주에다 홈 표면적의 증가분을 곱한 정도로 늘어난 것에 불과하므로 주면장이 길다고 볼 수 없기때문에 주변마찰력의 증가는 별로 도움이 되지 않는다.

따라서, 본발명의 목적은, 지중 홀의 주벽과 지중 홀에 삽입된 PC 말뚝과의 사이로 주입되어 양생된 시멘트 페이스트의 주면마찰을 높임으로써 결과적으로 당해 말뚝의 주면마찰력향상을 가져오게 되는 홈을 지중 홀의 주벽을 다져서 형성하므로써 홈의 윤곽이 뚜렷하고 칩의 발생도 줄여서 지중홀의바닥에 덜 고이게 하여 말뚝의 선단지지력도 감소시키지 않게하는 것이다.

본발명의 다른 목적은, 상기 홈을 하나로 이어지게 연속적으로 다져서 나선홈으로 형성하는 방법을 제공함이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 상기 나선홈에 의하여 조성되는 시멘트 페이스트가 요철형의 특이한 주면형상을 지니게 함으로써 주면마찰력이 증대된 지중말뚝을 제공하는데 있다.

본발명의 기술적 구성을 구체적으로 나타내면 다음과 같다.

본발명은 오거드릴의 선단하부에 배치된 비트중에서 가장 바깥쪽에 위치한 비트중의 1개의 외면에다가 지중 홀의 주벽을 눌러다져서 홈을 낼 수 있는 팁을 부착한 오거드릴을 제공한다.

본발명은 지반의 천공시 직경에 대한 길이의 비율 즉, 세장비가 큰 오거드릴이 선단부인 하단부는 지반에 놓인채 상단부에서는 지반의 굴착을 위해 내리누르면서 회전하는 힘을 가해야 되는 기계적인 특성상 원심력과 진동 그리고 지반흙과 오거드릴의 비트 및 나선익과의 사이에 큰 마찰저항이 작용하는 등의 복합적인 요인으로 인하여 오거드릴의 중간부분이 휘어지게 되어 오거드릴의 드릴직경(ds)크기로 천공을 실시하여도 오거드릴의 중간 분분에는 본체에 고정되어 설치된 흔들림방지의 여유폭 정도로 변위량(δ)이 발생하게 되며 이정도에 해당되는 크기의 여굴폭(b)이 추가적으로 수반되어 친공직경(dh)크기로 천공된다.

「SIP 시공 말뚝의 지지력 특서에 관한 연구」 - 이명환 외 1 인, 한국지 반공학회, 대한건축학회 공동주최 1993년도 봄 학술발표회 - 에 의해서도 밝혀졌듯이, 말뚝직경 + 100 mm짜리 오거드릴로 굴착한 경우 형성된 소일 시멘트 또는 시멘트 페이스트의 벽두께는 64-75mm로 조사되고 있어 여유폭의 반경 50mm를 제외하면 여굴로 인한 시멘트 페이스트의 벽두께는 25mm 정도 되는 것으로 나타났다.

따라서, 천공작업시 오거드릴의 선단부인 비트의 외측측면부에 여굴폭(b)이내의 크기로 팁을 부착하면 천공작업 과정에서 오거드릴의 선단부가 제일먼저 지반과 접하여 지반반력을 받으면서 천공에 착수되므로 드릴직경(ds)보다 팁의 반경크기만큼 크게 확경된 나선홈이 형성되어도 후속되는 오거드릴 중간부분의 변위량(δ)이 여굴폭(b)을 형성하게 되어 최종적으로는 천공된 홀의 주벽에는 나선홈이 형성되지 않고 주벽을 다져주는 정도에서 천공이 실시된다.

여기서, 팁의 형상은 반구형, 반타원구형 또는 이와 유사한 모서리가 없는 둥근 형상으로 하고, 구면이 원심방향으로 놓이게 하였으며, 여기서는 이들을 포함하여 반구형으로 표현하기로 한다.

한편, 팁의 부착방법은 비트의 외측측면부에 용접하거나 팁의 반구를 통상의 나사못의 두부로 간주하는 형태로 하여 비트의 몸체에 구멍을 내어 팁을 나사체결식으로 고정 해체가 용이하게 제작하거나 제조공장에서 비트의 일부로서 일체로 제작하여 사용할수 있도록 하되 비트와 수명을 같게 하도록 하였다.

본발명은 이 점을 고려하여 천공시에는 팁의 반경크기를 여굴폭(b) 이내로 한정시켜 부착함으로써 천공시에는 지반상의 지중 홀의 주벽을 교란시키지 않도록하고, 오거드릴을 인발할 시에는 지중 홀의 주벽은 나선익상의 일부에 남아있는 굴착된 토사를 제외하고는 배토된 상태의 빈공간이 되는데, 오거드릴이 회전할 때의 원심력과 진동및 거의 무시할 수 있을 정도의 작아진 회전저항때문에 흔들림방지내의 여유공간 폭만큼 오거드릴이 어느정도는 편심각(θ)을 갖고 오거드릴의 상단부에 위치한 구동장치의 상향으로 작용하는 인발구동력에 의하여 회전하게 된다.

따라서, 흔들림방지로부터 수 m 내지는 10-20m정도 떨어진 오거드릴의 선단 측면부, 즉 팁이 부착된 비트의 바깥부분은 지중 홀의 주벽과 연속적으로 접촉하면서 편심된 상태로 회전과 동시에 인발되어 지중 홀의 천공직경 [ dh : 오거드릴의 나선익 직경(ds)+여굴폭(b)x2] 의 2배인 여굴폭(d) 보다도 팁의 반경크기만큼큰 회전반경에 의하여 확경직경(de)의 자국이 남는다. 이 자국은 팁이 지나가면서 눌러다지는 작용에 의하여 형성되는 일종의 나선홈이다.

여기서, ds : 드릴직경

b : 여굴폭

dh : 천공직경

δ : 변위량

rt : 팁의 반경

de : 확경직경

θ : 편심각이다.

다시말해서, 천공시에는 나선홈이 형성되지 않고 주벽이 될 부분을 다져주는 상태로 되고 인발시에만 여굴의 크기 이하로 제한된 팁의 크기만큼의 나선홈이 연속적으로 형성되게 되며, 이 나선홈에 지중 홀의 주벽과 PC말뚝 주위의 공간으로 타설한 시멘트 페이스트의 일부가 들어가 박혀서 양생되어 나선홈의 주면형상을 가진 지중말뚝이 형성된다.

이렇게 굳은 콘크리트 부분은 지중 홀의 주벽에 대한 주면마찰력을 증가시키며, 이는 다시 말뚝과 주벽과의 주면마찰력을 간접적으로 강화하는 것이나 마찬가지로 되어 결국 말뚝에 대한 지지력을 높이는 결과를 가져오는 것이다.

이하, 바람직한 실시예에 바탕늘 두고 작성한 첨부도면에 따라 구체적으로 본발명을 설명한다.

제1도는 본발명에 의한 오거드릴(1)의 선단부를 나타낸 사시도이다. 이 오거드릴(1)은 주면에 나선익(2)을 갖고 또한 나선익(2)의 선단하부에는 하나 이상의 비트(3)가 부착되어 있다.

비트(3)는 제2도및 제3도에 자세히 도시돼 있다. 이 그림에서, 개개의 비트(3) 선단에는 절삭팁(4)이 부착되어 있고, 외측면에는 홈팁(5)이 부착되어 있다.

홈팁(5)은 도면에서는 반구형으로 나타나 있으나 이것에 한정하는 것은 아니며, 반타원구형, 또는 이와 유사한 모서리가 없는 둥근형상으로 하고 구면이 원심방향으로 놓이게 하였으며, 여기서는 이들을 포함하여 반구형으로 표현하기로 한다. 이런 형상의 홈팁(5)은 오거드릴(1)과 일체된 나선익(2)이 회전할 때 지중 홀의 주벽을 깎아내는 것이 아니라 이것이 지나가는 주변의 토사나 잔돌같은 것을 방사방향으로 밀어내서 다지는 이른바 비삭성식으로 홈을 내게된다. 이에따라 홈의 주변은 그 체적에 상응하는 만큼 다져지면서 형성될 수 있다.

홈팁(5)은 지중 홀을 천공할 때 칩의 양을 줄이며, 선명하고 매끈하게 형성된다. 그래서 천공 및 인발이 완료된 지중 홀에 PC 말뚝을 삽입하고 지중 홀과 PC말뚝과의 사이에 남는 공간에 시멘트 페이스트를 주입하면 시멘트 페이스트가 양생되기 전에는 시멘트 페이스트의 일부가 홈으로 유입돼 나중에 이것이 굳으면 지중 홀에 대하여 앵커의 역할을 하게 된다. 이는 시멘트 페이스트층을 통해서 PC 말뚝에 대한 주면지지력을 높여주는 결과로까지 발전하게 되는 것이다.

상기 보조팁(6)은 어느 것이나 절삭팁(4)과 같거나 그것에 버금가는 고강도 특수강이면 더욱 좋다. 제2도에 나타난 바와같이 강도가 절삭팁(4)에 비해 다서 떨어지는 금속제로 하는 경우외에 제3도에 나타난 바와같이 텅스텐강처럼 강도가 아주 높은 특수강제 보조팁(6)을 홈팁(5)의 외측단면에 부착할 수도 있다. 이 경우, 홈팁(5)의 최측단면은 보조팁(6)을 부착하기 좋게 평탄면으로 가공하고 또한 보조팁(6)의 이면도 이에 맞춰 가공해야 한다.

절삭팁(4)과 보조팁(6)을 동일재질로 제작하면 사용수명이 같아질 수 있으므로 비트(3)를 교체할 때 일시 작업이 가능하므로 편리하다.

비트(3)에 홈팁(5)을 부착하는 방법은 바이트(3)의 외측측면부에 용접하는 방법과, 홈팁(5)의 반구를 통상의 나사못의 두부로 간주하는 형태로 하여 비트(3)의 몸체에 구멍을 내어 홈팁(5)을 나사체결식으로 고정, 해체가 용이하게 제작하는 방법과, 제조공장에서 비트(3)와 홈팁(5)을 일체로 제작하는 방법들이 있을수 있고, 홈팁(5)에 보조팁(6)을 부착하는 방법은 용접이 바람직하다.

제4도는 본발명의 오거드릴로 지중홀을 천공한 경우의 측면도이고, 제5도는 천공시 진동과 구동력의 작용에 의한 오거드릴의 변위에 따른 여굴발생 원리를 예시한 단면도이며, 제6도는 제4도의 A부 상세도이다.

지반의 천공시에는 장비의 본체(1)에 고정된채 상, 하방향으로만 작동될 수 있는 구동장치(9)에 고정된 오거드릴(1)의 선단부인 하단부는 지반에 놓인채 상단부에서는 지반의 굴착을 위해 내리누르면서 회전하는 힘을 가해야 하기 때문에 오거드릴(1)의 상단부인 구동장치(9)에는 천공구동력(12)이 하향으로 작용하고, 지반과의 접촉부인 하단부에는 지반이 받는 지반반력(11)이 상향으로 작용하여 흔들림방지구(10)의 여유폭 정도로 변위량 (δ)가 발생하게 되며, 이 정도에 해당되는 크기의 여굴폭(b)이 추가적으로 수반되어 천공직경(dh)크기로 천공된다.

따라서, 천공작업시 오거드릴(1)의 선단부인 비트(3)의 외측측면부에 여굴폭(b) 이내의 크기로 홈팁(5)을 부착하면 천공작업과정에서 오거드릴(1)의 선단부가 제일먼저 지반과 접하며 지반반력(11)을 받으면서 천공에 착수되므로 드릴직경(ds) 보다도 홈팁(5)의 반경크기만큼 크게 확정된 나선홈(22)이 형성되어도 후속되는 오거드릴(1) 중간부분의 변위량(δ)만큼 여굴폭(b)을 형성하게 되고 최종적으로는 천공될 홀의 주벽(21)에는 나선홈(22)이 형성되지 않고 다만 주벽(21)을 다져주는 정도에서 천공작업을 마친다.

제7도는 천공 후 오거드릴을 인발할 때에 나선홈이 형성되는 모습을 예시한 지중홀의 측면도이고, 제8도는 오거드릴 인발시 회전할 때의 원심력과 진동에 의한 오거드릴 선단부의 편심회전에 따른 팁의 나선홈 형성원리를 예시한 단면도이며, 제9도는 제7도의 B부 상세도이다.

본발명은 천공시에는 홈팁(5)의 반경(rt)의 크기를 여굴폭(b)이내로 한정시켜 부착함으로써 천공시에는 지반상의 홀의 주벽(21)을 교란시키지 않도록 하고, 오거드릴(1)을 인발할시에는 오거드릴(1)의 회전에 의해 천공시 발생한 토사의 배토작업이 계속적으로 이루어져 지중홀의 주벽(21)은 나선익(2) 상의 일부에 남아 있는 굴착된 토사를 제외하고는 배토된 상태의 빈공간이 되는데, 오거드릴(1)이 회전할 때의 원심력과 진동및 거의 무시할 수 있을 정도의 작아진 회전 저항때문에 흔들림방지구(10)내의 여유공간폭만큼 오거드릴(1)이 다소 편심된 상태로 편심각(θ)을 갖고 오거드릴(1)의 상단부에 위치한 구동장치(9)의 상향으로 작용하는 인발구동력(13)에 의하여 회전하게 된다.

따라서, 흔들림방지구(10)로 부터 수 m 내지는 10-20m 정도 떨어진 오거드릴(1)의 선단측면부, 즉 홈팁(5) 또는 보조팁(6)이 부착된 비트(3)의 바깥부분은 지중홀의 주벽(21)과 연속적으로 접촉하면서 편심된 상태로 회전함과 동시에 인발되어 지중홀의 천공직경(dh)보다도 홈팀(5)의 반경(rt) 크기 만큼 큰 회전반경에 의하여 확장직경(de)의 자국이 남는다. 이 자국은 홈팁(5)이 지나가면서 놀러 다지는 작용에 의하여 형성되는 일종의 나선홈(22)이다.

여기서, 나선홈(22)의 깊이는 최대 홈팁(5)의 크기인데, 지반의 종류, 함수비의 정도등에 따라 다소 차이는 있을수 있고, 오거드릴(1)의 인발속도는 인위적으로 일정한 속도가 유지되도록 하기 때문에 나선홈(22)의 피치는 제12도 및 제13도에서 보는바와 같이 대체적으로 규칙적인 형태로 단일홈이 형성된다.

다시말해서 천공시에는 나선홈(22)이 형성되지 않고, 주벽(21)이 될 부분을 다져주는 상태로 되고, 인발시에만 여굴폭(b) 이하로 제한된 홈팁(5)의 반경(rt) 만큼의 나선홈(22)이 연속적으로 형성되게 되며, 이 나선홈(22)에 지중 홀의 주벽(21)과 PC 말뚝 주위의 공간으로 타설한 시멘트 페이스트의 일부가 들어가 박혀서 양생되어 나선홈(22)의 주면 형상을 가진 지중말뚝이 형성되는 것이다.

제10도는 상기의 방법으로 나선홈(22)이 형성된 지중 홀의 주벽(21)을 예시하고, 제11도는 제10도의 C부를 확대도시한 것이다. 니산흠(22)은 지중 홀의 주벽(21)에서 홈팁(5) 또는 홈팁(5)에 보조팁(6)을 합친 것의 체적범위내로 형성되며, 나선홈(22)의 단면적만큼 주벽쪽으로 밀려들어간다. 다시말해서 나선홈(22)쪽 주벽이 칩의 발생이 거의없이 밀도높게 다져지는 것이다.

이상의 설명에 있어서, 홈팁(보조팁 포함)을 적용함에 있어 유의할 점을 다음에 열거한다.

첫째, 반구형 홈팁(5)의 반경(rt)이 여굴폭(b)보다도 큰 경우 (rt b)에는 천공과 인발할 때에 모두 나선형의 홈 (22)이 형성되므로 나선홈의 피치가 너무 촘촘해지거나 불규칙적 혹은 이미 형성된 나선홈을 교란시킬 우려가 있다.

둘째, 굴착시에는 홈이 생기지 않고 인발시에 한하여 홈이 생기게 하는 방법과, 굴착시에는 홈이 생기고 인발시에는 홈이 생기지 않게하는 방법을 상정할 수도 있으나, 이 두가지 방법 모두 굴착장비가 복잡해지고 시공성 저하가 우려된다.

셋째, 구상(球狀) 홈팁(5)의 중심선상에 측을 부착하여 홈팁(5)이 자체적으로 회전하면서 홈을 형성하도록 설치하는 것 역시 장비의 복잡화 내지는 조잡화가 우려된다.

구상 홈팁, 각형 홈팁 등은 실용성, 경제성, 시공성, 기술성의 관점에서 반구형 홈팁(5)보다도 여러모로 불리하므로 본발명에서는 다루지 않았다.

본발명의 오거드릴을 사용하여 현장에서 지중 홀을 시험굴착한 후 시공된 지중말뚝을 시험한 결과, 다음과 같은 점을 확인할 수 있었다.

1. 시험조건

지반 조건 : 주로 실트질 모래로 구성된 매립토층 및 풍화토층과 풍화암층

말뚝의 종류 : 직경 400mm PC 말뚝

천공 직경 : 말뚝 직경 + 100mm(총500mm직경)

천공깊이 : 9m

말뚝길이 : 약 9m

재하시험장치 : Pile Driving Analyzer(PDA) - Model PAK, Serial No.1218 (미합중국 Pile Dynamics, Inc제)

홈팁 : 반경 35mm의 반구형

여기서, 홈팁(5)의 반경(rt)을 최대 여굴폭으로 조사된 25mm 이내로 하기위하여, 중고 천공장비의 경우에는 오거드릴(1)중에서 나선익(2)의 측면부에 비해 비트(3)의 측면부의 마모가 더 심한 점을 고려하여 홈팁(5)의 반경(rt : 여굴폭 25mm와 동일)에 바이트 측면부의 예상평균마모두께(10mm)를 더하여 실제홈팁의 반경을 35mm로 계획하였다.

2. 시험결과

(1) 종래의 공법과 본발명에 의한 천공면의 형상

종래 공법의 지중 홀의 주벽은 민밋한데 대하여, 본발명의 공법으로 천공한 지중 홀의 주벽은 나선홈이 거의 일정한 피치로 매끈한 상태로 형성되었다.

즉, 종래의 방법으로 시공한 지중 홀은 민밋하고 실축된 직경이 약 160cm였음에 대하여, 본발명에 의한 지중 홀은 제12,13도에 나타난 바와같이 나선홈(22)이 형성되었고, 실측된 홈(22)의 돌출반경은 약 2.2cm, 피치는 약 13cm, 돌출부의 확경직경은 약 167cm로서, 종래의 공법에 의한 지중홀과는 사뭇 다른 차이점이 있는 것으로 확인되었다.

(2)종래의 공법과 본발명에 의해 시공한 말뚝이 재하시험결과

등재하시험을 통하여 주면마찰력과 선단지지력으로 구분하고, 동일한 지반조건하에서 지지력을 비교한 바에 따르면, 홈팁(5)을 부착해 천공한 지중 홀에 PC 말뚝을 삽입하고 시멘트 페이스트를 타설하여 양생한 경우의 주면마찰력은 무려 40-50% 높게, 그리고 전체지지력은 대략 20-30% 증대된 것으로 나타났다.

이상 설명한 바와같이 지중 홀의 주벽에 천공후 오거드릴을 인발하는 과정에서 나선형의 홈을 형성한 다음에 PC말뚝을 삽입하고 시멘트 페이스트를 타설하여 양생하는 것을 골자로 하는 본발명은 말뚝의 지지력증대로 시공품질향상에 기여하고, 동일 소요지지력을 얻기 위한 동일조건하에서라면 말뚝의 길이를 줄일 수 있어 원가도 절감할 수 있다.

비트의 외면에 간단한 구조의 홈팁을 부착하면 천공작업 후 인발할 때 저절로 확경되므로 별도의 확경장비와 추가확경작업이 불필요하므로 시공성이 좋고 경제적시공이 가능하다.

또, 나선형의 홈을 형성할 때 홈을 원심방향으로 자연스럽게 밀어내서 다지는 이른바 비삭성식으로 홈을 형성하므로 오거드릴이 상하, 좌우 어느 방향으로 회전하더라도 지중 홀 주벽의 지반이 깎이지도 긁히지도 않아 칩이 거의 발생되지 않으므로 나선형 홈내기후에 별도로 칩을 수거하는 후속 작업이 불필요함은 물론 지중 홀의 바닥에 칩이 쌓일 염려가 없으므로 말뚝의 선단지지력이 저하될 소지도 없다. 게다가 흠부분의 지반이 단단해져서 주면마찰력도 크게 증가된다.

또한, 홈팁이 모가 난 부분이 없는 반구형이므로 잔돌이나 자갈이 혼합된 지반에서도 밀어내서 다지므로 잔돌이나 자갈이 빠져나와서 지중 홀의 바닥에 쌓여 문제가 되는 것도 현저히 개선된다.

그리고, 홈이 전체적으로 이어져 하나의 나선형 홈을 형성함으로써 지중 홀의 주벽과 굳은 시멘트 페이스트간의 확경부에 대한 주면마찰력이 직경과 나선홈간의 간격의 대각선거리 즉, 평방근의 길이에 확경으로 인한 표면적의 증가폭을 곱한 정도로 대폭 증가한다.

Claims (3)

1. PC말뚝을 삽입하기 위해 오거드릴(1)의 나선익(2)의 드릴직경(ds)에 의하여 지중홀의 천공직경(dh)의 지중 홀을 천공(ds dh)하는 것에 있어서, 오거드릴(1)의 하단 나선익(2)의 선단부에 수개의 비트(3)를 일체로 형성하고, 하나의 비트(3)의 외측면부상에 여굴폭[b=(dh-ds)/2]와 거의 동일한 크기의 반경(rt)을 갖는 반구상의 홈팁(5)또는 홈팁 (5) 과 보조팁(6)을 부착하며, 오거드릴(1)의 회전축의 회전과 함께 홀이 천공되는 작업과정에서는 상기 홈팁(5) 또는 홈팁(5)과 보조팁(6)에 의해 원심방향으로 주벽을 자연스럽게 밀어 다져주되 나선홈(22)이 거의 형성되지 않도록 하고, 회전축의 인발작업과정에서는 오거드릴(1)이 회전할때의 원심력과 진동에 의해 편심각(θ)을 갖고 인발되면서 홈팁(5) 또는 홈팁(5)과 보조팁 (6)에 의해 홀의 주벽(21)에 비삭성식의 나선홈(22)이 형성되는 것을 특징으로 하는 오거드릴.
2. 지중 홀의 주벽(21)쪽을 바라보는 비트(3)의 외측면에 여굴폭 [b = (dh-ds)/2=b]와 동일 또는 이것에 버금가는 팁의 반경(rt)을 가진 반원구상의 홈팁(5)이 부착된 오거드릴로 지중 홀을 천공하는 과정에서는 상기 홈팁(5)에 의해 원심방향으로 주벽(21)을 자연스럽게 밀어내 다져주되 홈은 가급적 형성되지 않도록 하고 오거드릴(1) 인발과정에서는 일정한 속도로 인발하면서 오거드릴(1)의 회전에 의한 원심력과 진동으로 홈팁(5)의 횐전반경이 커지게 해 지중 홀의 주벽(21)에 소정의 피치를 갖는 비삭성식 나선홈(22)을 형성하도록 인발하는 것을 특징으로 하는 지중 홀에 다짐 나선홈을 시공 하는 방법.
3. 지중 홀의 주벽(21)쪽을 바라보는 비트(3)의 외측면에 여굴폭 [b = (dh-ds)/2=b]과 동일 또는 이것에 버금가는 팁의 반경(rt) 을 가진 반원구상의 홈팁(5)이 부착된 오거드릴로 지중 홀을 천공한 후 인발과정에서 오거드릴(1)의 회전에 의한 원심력과 진동으로 홈팁(5)의 회전반경이 커지게 해 지중 홀의 주벽(21)에 소정의 피치를 갖는 비삭성식 나선홈(22)을 형성하고 여기에 PC 말뚝을 삽입한 다음 지중 홀과 말뚝 사이의 공간에 시멘트 페이스트를 타설, 양생시켜 말뚝의 주면에 상기 나선홈(22)에 대응하는 나선형 시멘트 콘크리트가 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 지중말뚝.