KR0176306B1 - 케이싱을 이용한 말뚝박기 공법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 무굴착, 저소음, 저진동, 저매연, 저렴한 공사비용의 효과를 구현할 수 있는 케이싱을 이용한 말뚝박기 공법에 관한 것으로, 이는 외주연에 길이방향으로 나선형의 스크류와 하단 외경에 다수의 비트가 구비되는 케이싱 부재의 하부에 슈판을 끼워 수직방향으로 세우고, 상기 케이싱부재의 상단에 크레인으로서 오거를 연결하여 회전력을 가함으로써 케이싱부재가 굴진되도록하여 발생이토를 배출시키도록 하며, 슈판이 선단 지지층에 도달되면 케이싱부재내로 콘크리트 말뚝을 삽입하여 그라우트를 충진한 후 케이싱부재를 인발하여 콘크리트 말뚝을 양생시키도록 하는 구성이다.

Description

케이싱을 이용한 말뚝박기 공법

제1도는 본 발명을 적용하여 시공하는 실시상태를 보인 구성도.

제2도는 본 발명의 구성을 분리하여 보인 구성도.

제3도는 본 발명 제2도의 요부구성만을 일부 절결하여 보인 분리사시도.

제4도는 본 발명의 조립상태에 따른 구성도.

제5도는 본 발명의 사용상태를 보인 실시도로서 굴착시의 상태도.

제6도는 본 발명의 사용상태를 보인 실시도로서 말뚝이 삽입되는 상태도.

제7도는 본 발명의 사용상태를 보인 실시도로서 시공이 완료된 상태도.

제8도는 본 발명에 따른 시공을 완료하고 지하층을 구축하기 위해 절토를 한 상태도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 크레인 2 : 지지축

10 : 케이싱부재 11 : 스크류

12 : 걸림홈 13 : 비트

20 : 슈판 21 : 걸림턱

22 : 구멍 23 : 돌기

24 : 압축공기공급관 30 : 오거

40 : 콘크리트 말뚝 41 : 단부

본 발명은 케이싱(CASING)을 이용한 말뚝박기 공법에 관한 것으로, 특히 구조물을 건축하기에 의하여 콘크리트 말뚝을 지반에 박는 공법에 있어 기존의 직타시공법과 달리 케이싱을 이용한 시공법의 장점을 모두 수용하여 말뚝의 두부가 지하구조물의 바닥에 위치하도록 시공하는 신공법에 관한 것이다.

일반적으로 어떤 건축구조물을 건축하려면 구조물이 침하되지 않도록 그 기초공사가 필요에 따라 선행되어야만 하는데, 이러한 기초공사는 여러 가지의 연약지반 대책공법에 의해 시공되었다.

상기와 같은 기초공사에 있어서, 콘크리트 말뚝을 지반에 박는 공법은 지금까지도 여러종류가 알려져 실제로 널리 시행되고 있는 것이었으며, 콘크리트 말뚝을 해머로 때려 박는 직향타공법이 주로 사용되고 있다.

그러나, 상기와 같은 직항타공법은 항타기 등의 특수장비를 이용하여 콘크리트 말뚝을 단순히 지반에 항타하여 박는 공법임으로써 시공시에는 소음과 매연이 발생되어 환경을 파괴함과 동시에 주변의 심한 진동을 주어 인근 시설물에 위해를 초래하여 민원의 대상이 됨은 물론 직항타함으로써 말뚝 두부가 손상 혹은 중파되는 문제점을 안고 있는 것이다.

더욱이, 근래에는 인구증가 및 도시집중화 현상으로 일정한 공간에 최대의 인원이 주거 및 생활할 수 있는 건물이 축조되면서 지하층의 활용이 상대적으로 커지게 됨으로써 현 지반선 이하에 건축물(지하층)을 건축하는 것이 필연적으로 요구되고 있는 것이었고, 이러한 건축물을 시공할 경우 종래의 공법으로는 많은 어려움이 야기되었다.

즉, 이러한 경우 두가지 방법이 있을 수 있는데, 먼저 현재의 지반고에서 말뚝을 시공하는 방법일 경우에는 지면에서 일정길이의 말뚝을 박은 다음, 지하건축물을 구축하기 위하여 포크레인 등의 장비로 지하 구조물의 깊이만큼 절토하여야 하는 것이었고, 이때 이미 박혔던 말뚝들의 상부가 굴착시 장애물이 됨으로써 터파기 작업의 어려움을 겪게 되는 문제점과 더불어 현지반고에서 지하구조물 깊이만큼의 말뚝을 절단하여야 함으로써 절단작업 및 폐말뚝의 처리가 곤란한 등의 문제점이 있는 것이었다.

또한, 지하구조물의 깊이만큼 절토후 말뚝을 시공하는 방법일 경우에는 말뚝을 박기 위한 항타장비를 절토면까지 이동을 시켜야 함으로써 이의 이동작업이 용이하지 않을 뿐아니라 말뚝시공의 종료후 장비의 철수에도 상당한 공간과 시간이 필요하게 되는 등의 어려움이 있었다.

그리고, 상기와 같은 문제점은 특히 주변의 공사 활용면적이 협소한 경우에나 선굴착 말뚝박기를 완료후 장비 인양이 곤란한 조건하에서는 시공의 어려움이 더욱 가중되는 것이었다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 당해기술분야에서는 다양한 노력이 지속적으로 이루어졌으며, 그 결과로서 콘크리트 말뚝의 관입방식이 개발되었다.

이러한 종래의 콘크리트 말뚝의 관입방식중 하나는 1989년 2월 3일자로 대한민국 특허청에 특허출원 제1378호로 출원되어 1993년 1월 28일자에 특허공고 제628호로 공고되었다.

이 종래의 말뚝관입방식은 말뚝 본체를 수납한 케이싱의 하단에 선단 비트부(2)를 장치하고 케이싱의 외면에 충진제 공급공을 갖는 나선형돌조를 돌착하여 상측의 충진제 공급공 입구에 결합관을 돌성하고 말뚝을 수장한 케이싱과 하단의 선단비트부 및 상단고정원판을 연결봉으로 조립시켜 조립된 상태에서 케이싱을 회전시켜 관입한 후 연결봉을 풀고 케이싱을 역회전시켜 뽑아내면서 나선형 돌조 속의 충진제 공급공을 통하여 선택된 충진제를 매립된 말뚝외주의 나선형공간에 강제적으로 주입시키는 것이다.

그러나, 상기와 같은 종래의 말뚝관입방식은 상술한 직항타공법의 문제점을 극복할 수 있으나 케이싱내에 수납되는 콘크리트 말뚝이 원통형상으로 되어 있어 하단부가 뾰족하게 형상된 일반적으로 널리 사용되는 기성 콘크리트 말뚝을 사용할 수 없기 때문에 콘크리트 말뚝을 별도로 제작하거나 기성 콘크리트 말뚝의 하단부를 절단하여 사용하여야 함으로 말뚝제작에 따른 제작비용 또는 기성말뚝을 가공하는 공정이 추가되어 공사비용 및 공사기간이 늘어나고, 상기 나선형 돌조내의 충진제공급공을 통하여 케이싱을 뽑아 내면서 말뚝외주의 공간에 충진제를 동시에 충진시킬 수 있도록하여 일괄작업에 의한 작업성을 향상시킨 것으로 볼 수는 있으나 나선형의 긴 경로와 작은 직경을 갖는 충진제공급공을 통하여 충진제가 강제적으로 주입되어 충진되기 때문에 충진제공급공이 충진제 또는 이물질에 의해 막히기 쉬워 원활한 충진작업이 이루어지지 못하기 때문에 실질적인 작업시간이 길고 충진제의 충진상태로 양호하지 못할 뿐만 아니라 작업종료 후 상기 충진제공급공내에 잔류하는 충진제를 제거하기가 매우 곤란하고 충진제공급내에 잔류하는 충진제가 경화되어 케이싱 자체를 교환하여야 함으로 케이싱의 수명이 매우 짧다는 문제점이 있었다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 고려하여 이루어진 새로운 공법의 무항타식 말뚝박기 공법으로서, 그 목적은 무공해, 저소음, 주면 마찰력의 증대, 무굴착 말뚝을 필요한 깊이(지하 구조물의 바닥)이하에 신속하고 용이하게 심어 놓으면서도 충진제의 충진상태가 매우 양호하여 기초가 견고하고 전용 말뚝을 제작 및 가공 없이 일반적인 기성 콘크리트 말뚝을 사용함은 물론 케이싱 부재를 반 영구적으로 사용함으로서 공사비용이 절감과 공사기간의 단축 및 장비의 유지보수 비용을 현저히 절감하는 등의 실시효과를 확실이 거둘수 있는 케이싱을 이용한 말뚝박기 공법을 제공함에 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 지반을 구축하기 위하여 콘크리트 말뚝을 박는 공법에 있어서, 외주연에 길이방향을 따라 형성되는 나선형의 스크류와 하단부의 외주연에 장착되는 다수개의 비트와 하단부 내주연에 요부지게 형성되는 복수개의 걸림홈을 구비하는 케이싱 부재의 하단부에 슈판을 끼워 케이싱 부재를 수직으로 세우는 단계와; 수직으로 세워진 상기 케이싱 부재의 상단부에 크레인의 오거를 연결한 후 회전력을 가하여 케이싱 부재가 굴진시키는 동시에 굴진에 의해 발생되는 발생이토를 상기 스크류에 의해 배출시키는 단계와; 상기 슈판이 선단 지지층에 도달되면 케이싱 부재의 상단부로부터 오거를 제거한 후 케이싱 부재의 상단부를 통하여 콘크리트 말뚝을 삽입하고 슈판을 케이싱 부재의 하단부로부터 분리시키는 단계와; 케이싱 부재의 상단부를 통하여 상기 케이싱 부재의 내주면과 콘크리트 말뚝의 외주면 사이의 공간에 그라우트를 충진시키는 단계와; 상기 케이싱 부재의 상단부에 재차 오거를 연결한 후 케이싱 부재에 역회전력을 가하여 케이싱 부재를 인발하는 단계로 구성되어 콘크리트 말뚝의 두부가 현 지반고 이하 구조물의 바닥 기초면에 위치되도록 하는 것을 특징으로 하는 케이싱을 이용한 말뚝박기 공법에 의해 달성될 수 있다.

즉, 본 발명은 케이싱부재와 슈판, 그리고 그라우트(GROUT)를 이용하여 연약지반에 말뚝을 박기위한 구멍을 시굴후 콘크리트 말뚝을 지하의 필요한 깊이에 말뚝두부가 위치하도록 삽입하고, 이의 말뚝과 구멍사이의 공간에 그라우트를 주입하여 양생하는 방법으로 지반을 구축할 수 있도록 하는 것이 특징인 것이다.

계속해서 본 발명을 첨부된 도면에 의하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

첨부도면의 제1도는 본 발명을 적용하여 현장에서 작업하는 실시도를 나타내고 있음과 동시에 제2도는 본 발명의 실시예를 적합한 구성을 나타내고 있으며, 이의 도면중 부호 10은 케이싱(CASING)부재를 표시하고 있다.

상기 케이싱부재(10)는 일정길이를 갖는 원통형으로 구비되면서도 외연의 전체면에는 스크류(11)가 일체형으로 구비되어 있고, 하단부의 내경에는 후술할 슈(SHOE)판이 삽입체결되어 걸려질 수 있는 걸림홈(12)이 구비되면서도 그 외연에는 굴착을 위한 비트(BIT)(13)가 다수개로 고정 설치되어 있다.

이때 상기 비트(13)는 케이싱부재(10)에 용접의 방법으로 고정설치되는 것임과 동시에 공지된 일반적인 구조를 적용한 것으로서, 케이싱부재(10)가 회전됨에 따라 땅을 굴착하게 된다.

또한 상기 케이싱부재(10)의 하부 내경에는 슈판(20)이 체결된다.

상기 슈판(20)는 첨부도면의 제3도에서 더욱 상세히 나타난 바와 같이 케이싱부재(10)의 내경에 맞는 크기의 원판형으로 구비되어 있고, 이의 외연에는 케이싱부재(10)의 걸림홈(12)에 억지끼움식으로 삽탈되는 걸림턱(21)이 일체형으로 구비되어 있으며, 또한 내부 중심부에는 상, 하로 연통되는 구멍(22)이 뚫려있음과 동시에 저면에는 삼각형상의 돌기(23)가 일체로 구비되어 있다.

이의 돌기(23)는 케이싱부재(10)의 비트(13)와 마찬가지로 토석층을 절단 천공하는 기능을 갖고 있으므로 부착 위치 및 수량은 작업여건에 맞게 설정되는 것이며, 또한 상기 슈판(20)은 케이싱부재(10)에 억지끼움되어 있음으로써 일단 케이싱부재(10)에 조립된 후에는 굴진 종료때 까지 횡력 등의 외압에 의해서 요동하지 않도록 버틸 수 있고, 지중에 박힐 때 토석층과의 마찰로 인해 일그러지거나 변형되는 일이 없도록 충분한 강도와 적당한 두께를 가지는 것이 바람직하다 할 것이다.

그리고, 상기 케이싱부재(10)는 그 상단이 크레인(CRANE)의 오거(AUGER)(30)에 체결되어 회전력을 발휘하여 굴착을 하는 것으로서, 이때 상기 오거(30)에는 미도시된 콤프레샤에 의해 압축되는 공기를 케이싱부재(10)내로 공급하도록 하는 압축공기공급관(24)이 체결되어 있다.

즉, 상기 압축공기공급관(24)을 통해 압축공기가 케이싱부재(10)내로 공급되어지면, 이의 압축공기는 케이싱부재(10) 내경을 통해 그 하부에 체결되는 슈판(20)의 구멍(22)을 통해 굴착지점으로 강하게 공급됨으로써 굴착시 발생이토가 구멍(22)을 통해 내부로 유입되는 것을 방지하게 될뿐아니라 굴착시 발생되는 발생이토를 케이싱의 이연 스크류를 따라 지상으로 배출시키는 것이다.

또한, 상기한 케이싱부재(10)는 첨부도면의 제1도에서 보는 바와 같이 크레인(1)의 지지축(2)에 수직으로 체결하여 사용되는 것이며, 이의 상단에는 회전력을 발생시키는 오거(30)가 체결되어 이의 회전력으로 회전작동되어 지는 것이다.

다음은 본 발명을 이용하여 현장에서 말뚝을 박은 작업과정을 첨부된 도면의 제1도 및 제5도에서 제7도를 참고하여 설명하기로 한다.

먼저, 제1도에서와 같이 말뚝(40)을 박을 자리를 정하고 그 자리에 슈판(20)을 돌기(21)가 하향으로 위치하도록하여 세운다.

이어서 크레인(1)의 지지축(2)을 수직방향으로 위치시킨 다음 크레인(1)의 오거(30)에 케이싱부재(10)의 상단을 조립하고, 이의 케이싱부재(10)의 하단부를 슈판(20)에 끼워맞춤한다.

이때 상기 케이싱부재(10)의 하부 내경에는 걸림홈(12)이 구비되어 있음으로써 슈판(20)이 케이싱부재(10)의 내경에 맞추어져 억지끼움식으로 체결되면서도 상기 걸림홈(12)에 슈판(20)의 걸림턱(21)이 끼워져 고정된다.

이로써 현장에서의 콘크리트 말뚝박기에 대한 작업준비가 완료된다.

이와 같이 말뚝박기 작업준비가 완료된 후에 크레인(1)의 오거(30)를 가동시키게 되면, 이에 조립된 케이싱부재(10)가 제5도에서와 같이 회전작동되면서 굴진되어 지는 것이고, 이에 따라 상기 케이싱부재(10)의 하부 끝단에 고정된 비트(13)가 굴착을 하게 된다.

이때 발생되는 발생이토는 회전되는 케이싱부재(10) 외연의 스크류(11)를 타고 지상으로 배출되어 지는 것이고, 이와 동시에 도면에 미도시된 콤프레샤가 작동되어 압축공기를 압축공기공급관(24)을 통하여 케이싱부재(10)내로 공급하게 된다.

따라서 압축공기는 케이싱부재(10)내를 거쳐 슈판(20)의 중심 구멍(22)을 통하여 강력한 힘으로 하향 공급됨으로써 굴착시 발생되는 발생이토가 케이싱부재(10) 내부로 유입되는 것을 방지하게 될뿐아니라 케이싱부재(10) 외연의 스크류(11)를 따라서 외부로 배출되는 발생이토의 배출을 용이하도록 하는 것이다.

이와 같은 방법으로 케이싱부재(10)의 하단 슈판(20)이 선단 지지층에 도달하면(목적 지점까지 굴착 완료되면) 오거(30)를 케이싱부재(10)로부터 통상적인 방법으로 분리시킨 후 첨부도면의 제6도에서 보는 바와 같이 필요로 하는 길이(지지층에서 구조물 바닥까지의 길이)의 원통형으로 제조된 콘크리트 말뚝(40)을 케이싱부재(10)내에 삽입하게 된다.

이의 말뚝(40)은 케이싱부재(10) 내부에 삽입되는 순간 자체 중량에 의해 그 하방으로 자연낙하되어 지면서 케이싱부재(10) 하단부에 체결된 슈판(20)위에 안착되어 진다.

이때 말뚝(40)은 낙하되는 힘에 의해 슈판(20)을 순간적이고도 강하게 하방으로 밀게 됨으로써 케이싱부재(10)에 걸려져 조립되어 있는 슈판(20)을 케이싱부재(10)로부터 분리시키게 되는 것이다.

이어서 제7도에서 보는 바와 같이 상기 케이싱부재(10)의 상단부에 다시 오거(30)를 연결하여 이를 역회전작동시켜 케이싱부재(10)를 인발하게 되는데, 이같이 케이싱부재(10)를 인발하기 전에 지상에서 케이싱부재(10)와 콘크리트 말뚝(40) 사이의 공간에 그라우트(G)를 충진하게 된다.

이때 상기 그라우트(G)는 통상적으로 알려져 사용되는 것으로서, 예를들어 시멘트에 적정량의 물을 혼합한 것이다.

계속해서 케이싱부재(10)를 완전히 인발완료하여 말뚝(40)을 지중에 구축하게 되는 것이다.

그러므로 상기와 같은 본 발명의 공법으로 콘크리트 말뚝을 필요한 깊이의 지중에 삽입함에 따라 기존의 직항타식으로 박히는 콘크리트 말뚝에 비해 여러 가지 장점을 얻을 수가 있게 되는 것이다.

즉, 본 발명은 현지반고에서 시공을 함으로써 장비의 투입 및 철수에 전혀 문제가 없을뿐아니라 지지층에서 지하구조물의 바닥까지만 말뚝이 시공됨으로써 폐말뚝이 발생되지 않고 장애물이 없음으로써 터파기 작업이 용이하여 공기단축 및 비용절감에도 커다란 효과를 가지게 된다.

종래의 직항타식 공법의 경우 콘크리트 말뚝의 손실율이 무려 20-25%이던 것에 비해 5%내외로 크게 감소되었고, 말뚝의 주면마찰력도 월등히 증대되며, 무굴착시공에 따른 저소음, 저진동, 저매연 등의 실시효과를 가지게 되는 것이다.

Claims (2)

1. 지반을 구축하기 위하여 콘크리트 말뚝을 박는 방법에 있어서, 외주연에 길이방향을 따라 형성되는 나선형의 스크류와 하단부의 외주연에 장착되는 다수개의 비트와 하단부 내주연에 요부지게 형성되는 복수개의 걸림홈을 구비하는 케이싱 부재의 하단부에 슈판을 끼워 케이싱 부재를 수직으로 세우는 단계와; 수직으로 세워진 상기 케이싱 부재의 상단부에 크레인의 오거를 연결한 후 회전력을 가하여 케이싱 부재가 굴진시키는 동시에 굴진에 의해 발생되는 발생이토를 상기 스크류에 의해 배출시키는 단계와; 상기 슈판이 선단 지지층에 도달되면 케이싱 부재의 상단부로부터 오거를 제거한 후 케이싱 부재의 상단부를 통하여 콘크리트 말뚝을 삽입하고 슈판을 케이싱 부재의 하단부로부터 분리시키는 단계와; 케이싱부재의 상단부를 통하여 상기 케이싱 부재의 내주면과 콘크리트 말뚝의 외주면 사이의 공간에 그라우트를 충진시키는 단계와; 상기 케이싱 부재의 상단부에 재차 오거를 연결한 후 케이싱 부재에 역회전력을 가하여 케이싱 부재를 인발하는 단계로 구성되어 콘크리트 말뚝의 두부가 현 지반고 이하 구조물의 바닥 기초면에 위치되도록 하는 것을 특징으로 하는 케이싱을 이용한 말뚝박기 공법.
2. 제1항에 있어서, 상기 슈판(20)은 원판형으로서 하면 중심부에 관통형성되는 구멍(22)과 상기 케이싱 부재(10)의 걸림홈(13)과, 억지끼움식으로 삽입체결되도록 외주면에 돌출형성되는 복수개의 걸림턱(21)과, 삼각형상을 갖고 하면 연부를 따라 형성되는 다수개의 돌기(23)를 구비하는 것을 특징으로 하는 케이싱을 이용한 말뚝박기 공법.