KR100228223B1 - 돌기 부착형 말뚝과 이를 이용한 나선 돌기형 선굴착 말뚝의 시공방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 돌기 부착형 강관말뚝과 그것을 이용한 나선 돌기형 선굴착 말뚝의 시공법에 관한 것으로, 교반빔과 돌기가 부착된 말뚝을 충전재가 주입된 굴착공에 회전ㆍ삽입함에 의하여 시공하는 선굴착 말뚝의 시공방법에 있어서, 말뚝에 교반빔과 돌기를 설치하는 공정과, 상기 교반빔과 돌기가 부착된 말뚝을 충전재가 주입된 굴착공에 회전ㆍ삽입하므로써 굴착공벽에 일정형상의 돌기를 성형하는 공정과 상기의 말뚝이 굴착공 저면에 도달한 후에도 말뚝을 일정기간 계속 회전함에 의하여 굴착공 저면을 교반시키고 교반빔이 지지층에 도달되도록 하는 공정으로 이루어져서 된 것이다.

Description

돌기 부착형 말뚝과 이를 이용한 나선 돌기형 선굴착 말뚝의 시공방법

본 발명은 돌기 부착형 말뚝과 이를 이용한 나선 돌기형 선굴착 말뚝의 시공방법에 관한 것으로, 특히 오거(auger)를 이용하여 지반을 천공하므로써 성형되는 굴착공에 교반빔과 두 개의 돌기가 부착된 말뚝을 회전 삽입하여 말뚝을 지지층에 확실히 도달시킴과 동시에 말뚝의 주면부에 일정 간격으로 돌기를 성형시킴으로써 선굴착 말뚝의 선단 지지력과 주면 마찰력을 증대시킬 수 있도록 한 것이다.

일반적으로 선굴착 말뚝은 오거(10)에 의하여 천공된 굴착공에 양질의 충진재(30)를 주입하고 기성(旣成)말뚝(40)을 삽입하는 것으로, 지지력을 발현시키는 방법에 따라서 크게 침설방식과 경타방식으로 구분된다.

이와 같은 선굴착 말뚝 공법을 제1도와 제2도를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

제1(a)~(g)도는 침설방식에 의한 선굴착 말뚝의 시공순서를 나타내는 단면도이며, 제2(a)~(h)도는 경타방식에 의한 선굴착 말뚝 공법의 시공순서를 나타내는 단면도이다.

침설방식의 경우, 제1(a)도와 같이 오거(10)를 소정의 위치에 설치하고, 제1(b)도 및 제1(c)도와 같이 소정의 깊이까지 지반(20)를 천공한다.

오거(10)를 이용하여 소정의 깊이까지 천공이 끝나면 제1(d)도와 같이 굴착공에 충진재(30)를 주입하면서 오거(10)를 인발한다.

제1(e)도와 같이 지반(20)의 천공과 충전재(30)의 주입이 완료되면 제1(f)~(g)도와 같이 자중에 의하여 기성말뚝(40)를 굴착공에 삽입한다.

이러한 방식은 말뚝의 시공시 발생할 수 있는 소음과 진동을 근원적으로 차단하므로써 건설공해를 완전히 배제할 수 있기 때문에 현재 국내에서 많이 사용되고 있다.

경타방식의 경우, 침설방식과 동일하게 제2(a)~(g)도와 같이 소정의 깊이까지 오거(10)로 지반(20)를 천공하고 굴착공에 충전재(30)를 주입한 후 기성말뚝(40)을 굴착공에 삽입한다.

그 후 선굴착 말뚝의 선단 지지력을 증대시키기 위하여 굴착공에 삽입된 기성말뚝(40)이 소정의 선단부 지지층에 도달될 수 있도록 햄머(50)를 이용하여 기성말뚝(40)을 가볍게 타격하여 박으므로써 선굴착 말뚝의 시공을 완료한다.

그러나 종래의 선굴착 말뚝의 공법은 충전재(30)의 주입과정과 지지력의 발현과정에서 말뚝의 지지력을 구성하는 주면 마찰력과 선단 지지력을 극대화시킬 수 없는 몇가지 문제점을 갖고 있다.

침설방식의 경우에 지반(20)을 천공하는 과정에서 발생하는 슬라임(slime)의 대부분은 굴착공 밖으로 배토되지만, 그중의 일부는 굴착공의 저면에 잔존하게 된다.

이러한 상태에서 충전재(30)를 주입하고 기성말뚝(40)을 삽입하여 경화시키므로써 선굴착 말뚝이 슬라임위에 떠있는 형상이 되므로 말뚝의 선단부가 매우 취약하게 된다.

따라서 침설방식에 의한 선굴착 말뚝은 선단 지지력보다는 주로 주변 마찰력에 의하여 하중을 지지하게 되며, 말뚝을 해머(50)에 의하여 직접 타입하는 직항타 말뚝보다 지지력에 상당히 작아져서 상대적으로 경제성이 떨어지고 있다.

그리고 경타방식의 경우는 침설방식의 경우와 마찬가지로 굴착공의 저면에 약간의 슬라임이 존재하게 되지만 충전재(30)가 주입된 굴착공에 기성말뚝(40)을 삽입한 후에 기성말뚝(40)을 햄머(50)로 지지층까지 타입하게 되므로 침설방식의 경우보다 지지력이 상당히 커지게 된다.

그러나 이러한 방식은 말뚝의 지지력을 증대시키기 위하여 햄머(50)로 기성말뚝(40)을 항타하기 때문에 말뚝을 직접 햄머(50)로 타입하는 직항타 말뚝보다는 작지만 상당한 크기의 소음과 진동이 발생하게 되므로 완벽한 저소음ㆍ저진동 공법으로 보기에는 다소 어려움이 따르게 된다.

한편, 최근들어 선굴착 말뚝의 지지력을 증대시키기 위하여 많은 연구들이 수행되고 있으며, 그 결과 침설방식의 선굴착 말뚝을 발전시킨 이형(異形) 선굴착 말뚝 공법이 개발되기도 하였다.

이 공법은 오거(10)의 굴삭날 측면에 반구 형상의 비트를 부착시킨 상태에서 지반을 천공하여 굴착공의 공벽에 나선형의 홈을 성형하고, 여기에 충전재(30)를 주입한 후 기성말뚝(40)을 삽입하고 경화시키므로써 충전재(30)와 지반(20)간의 마찰계수를 높여서 선굴착 말뚝의 주면 마찰력을 증대시키는 것을 특징으로 하고 있다.

그러나 이 공법에서도 기존의 침설방식 선굴착 말뚝이 갖는 굴착공 저면의 슬라임 문제를 해결하지 못하였을 뿐 아니라, 오거(10)에 부착된 반구형상의 비트가 오거(10)의 공내 진입시와 후퇴시 모든 경우에 굴착공의 공벽에 홈을 성형하므로써 굴착공벽에 일정한 형상의 돌기를 성형하기가 곤란하게 된다.

또한 굴착공에 충전재(30)가 주입되지 않은 상태에서 오거(10)의 굴삭날 측면에 부착된 비트에 의하여 굴착공에 홈이 형성되므로 비트에 의한 홈의 성형과정에서 굴착공벽의 교란을 더욱 유발시킬 수 있다는 단점을 갖고 있다.

연구 보고에 의하면 침설방식 선굴착 말뚝은 항타과정의 생략으로 소음ㆍ진동 측면에서 만족할만한 결과를 주는 반면, 경타방식의 선굴착 말뚝은 직항타 공법 보다는 작지만 침설방식에 비해서는 상당한 크기의 소음과 진동을 유발시키는 것으로 알려져 있다.

그리고 지반의 착공시에 발생하는 지반의 교란과 굴착공 저면에 존재하는 슬라임의 불완전한 처리로 인하여 선굴착 말뚝 (특히 침설방식 선굴착 말뚝)은 햄머로 말뚝을 타입하여 시공하는 직항타 말뚝에 비하여 지지력이 상당히 작게된다.

또한 선굴착 말뚝의 시공비는 디젤햄머를 이용한 직항타 공법의 약 10배 정도가 소요되기 때문에 기초 공사의 경제성을 크게 낮추고 있다.

이처럼 높은 시공비와 낮은 지지력 문제가 공사 전체에 심각한 영향을 주고 있음에도 불구하고, 최근들에 도심지에서의 공사가 증가하면서 각종 건설 공해로 인한 민원 발생의 소지를 없애기 위하여 저소음ㆍ저진동 말뚝 공법의 일종인 선굴착 말뚝 공법의 사용은 계속해서 증가하고 있는 실정이다.

따라서, 경타방식의 선굴착 말뚝이 갖는 소음ㆍ진동 문제를 해결하고 선굴착 말뚝의 지지력을 증대시키므로써 현재보다 경제성을 향상시킬 수 있는 선굴착 말뚝의 개발이 절실히 요구되고 있다.

본 발명에 의한 나선 돌기형 선굴착 말뚝 공법이 이러한 요구를 충족시킬 수 있는 대안중의 하나이다.

말뚝의 지지력은 선단 지지력과 주면 마찰력으로 구성되며 이들 두가지 성분중 선단 지지력 성분이 주면 마찰력 성분보다 매우 큰 것이 일반적이지만, 국내에서 많이 사용되는 침설방식의 선굴착 말뚝은 굴착공 저면에 잔존하는 슬라임으로 인하여 선단 지지력이 매우 작게 된다.

또한 말뚝의 선단부에 충전재를 주입하여 고결시킨 선굴착 말뚝의 경우에 말뚝의 선단 지지력이 극대화되기 위해서는 말뚝의 선단부가 굴착공 저면으로부터 말뚝직경의 2~4배 떨어져야 하는바 말뚝이 굴착공의 저면에 근접해 있는 경우에는 기성말뚝의 아래 존재하는 충전재의 파괴로 인하여 지지력이 기성말뚝의 단면부에만 작용하게 된다.

그리고 말뚝이 굴착공의 저면에서 상당 거리만큼 떨여져 있는 경우에는 말뚝의 선단부가 충전재에 의하여 지지되므로 충전재에 의하여 형성된 단면 전체에 지지력이 발휘되므로 전자의 경우보다 선단 지지력이 커지게 된다.

이처럼 종래 방식에 의한 선굴착 말뚝의 선단 지지력이 작은 것은 굴착공 저면에 잔존하는 슬라임에 의한 영향도 있지만 기성말뚝의 선단부를 굴착공의 저면과 거리를 두지 못하고 바로 굴착공의 저면에 앉히기 때문이기도 하다.

그러나 나선 돌기형 선굴착 말뚝 공법에서는 선단부에 교반빔이 부착된 말뚝을 사용하기 때문에 굴착공 저면에 잔존하는 슬라임을 충전재와 충분히 혼합시키므로써 선굴착 말뚝을 지지층에 확실히 도달시킬 수 있게 되며 동시에 교반빔에 의하여 말뚝의 선단부가 굴착공 저면으로부터 말뚝직경의 약 2배 가량 떨어지게 되므로 종래 방식의 선굴착 말뚝보다 선단 지지력을 증대시킬 수 있다.

그리고 나선 돌기형 선굴착 말뚝 공법은 말뚝을 굴착공에 회전ㆍ삽입하는 과정에서 굴착공벽에 일정 형상의 나선형 돌기가 성형되므로써 말뚝의 주면 마찰력은 물론 인발 저항력 측면에서도 종래 방식에 의한 선굴착 말뚝에 비하여 상당히 유리하게 된다.

한편 오거를 이용하여 지반을 굴착하는 동안 지반의 굴착으로 인한 굴착공벽의 느슨해짐은 막을 수 없게 된다.

이로 인하여 일반 선굴착 말뚝의 주면 마찰력은 직항타 말뚝에 비하여 더욱 작아지게 된다. 그러나 나선 돌기형 선굴착 말뚝에서는 충전재가 굴착공에 주입된 상태에서 돌기 부착형 말뚝을 회전ㆍ삽입하여 굴착공벽에 돌기를 성형하므로 종래의 방식에 비해서 굴착공벽의 이완을 다소 줄일 수 있게 된다. 따라서 나선 돌기형 선굴착 말뚝은 종래 방식의 선굴착 말뚝에 비하여 말뚝의 선단 지지력 뿐만 아니라 주면 마찰력 성분도 증대시키는 효과를 가져올 수 있다.

본 발명은 상기의 공법들이 갖는 문제점들을 감안하여 이를 해소하고자 발명한 것으로, 선굴착 말뚝의 지지력을 증대시키기 위하여 기성말뚝과 교반빔 그리고 두 개의 돌기로 구성된 돌기 부착형 말뚝을 제공하고 이를 이용하여 선굴착 말뚝을 시공하므로써 선굴착 말뚝의 지지력을 증대시킬 수 있고 동시에 선굴착 말뚝의 시공시에 발생할 수 있는 항타에 의한 소음과 진동을 완전히 배제할 수 있는 나선 돌기형 선굴착 말뚝의 시공방법을 제공하고자 하는 것이 그 목적이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 돌기 부착형 말뚝은, 기성 강관말뚝의 선단부나 기성 고강도 콘크리트 말뚝의 하단면 금구에 십자형의 교반빔이 고착되고, 이 교반빔에 대칭으로 두개의 원뿔형 돌기가 고착되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 나선 돌기형 선굴착 말뚝 시공방법은 일반 오거를 이용하여 지반을 천공한 후 오거의 선단부를 통하여 굴착공에 충전재를 주입하면서 오거를 인발하는 공정과, 선단부에 교반빔과 두개의 돌기를 부착한 돌기부착형 말뚝을 굴착공에 회전ㆍ삽입하여 굴착공벽에 일정 형상의 돌기를 성형하면서 굴착공 저면까지 말뚝을 도달시키는 공정과, 굴착공의 저면에 도달한 말뚝을 압입하면서 계속 회전시켜서 교반빔이 굴착공 저면의 슬라임과 충전재를 충분히 혼합시키는 공정을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하고 있다.

제1(a)~(g)도는 침설방식에 의한 선굴착 말뚝의 시공순서를 나타내는 단면도.

제2(a)~(h)도는 경타방식에의한 선굴착 말뚝의 시공순서를 나타내는 단면도.

제3(a)(b)도는 나선 돌기형 선굴착 말뚝의 시공에 사용되는 돌기 부착형 강관말뚝의 사시도 및 일부 절개 사시도.

제4(a)(b)도는 나선 돌기형 선굴착 말뚝의 시공에 사용되는 돌기 부착형 고강도 콘크리트 말뚝의 사시도 및 일부 절개 사시도.

제5(a)~(h)도는 돌기 부착형 말뚝을 이용한 나선 돌기형 선굴착 말뚝의 시공순서를 나타내는 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 오거(auger) 20 : 지반

30 : 충전재 40 : 기성(旣成)말뚝

50 : 햄머 60 : 강관말뚝

70 : 교반빔 80 : 돌기

90 : 고강도 콘크리트 말뚝

100 : 고강도 콘크리트 말뚝에 사용되는 상단면 금구

110 : 고강도 콘크리트 말뚝에 사용되는 하단면 금구

본 발명은 제3도와 제4도에서 도시된 바와 같이 돌기 부착형 강관말뚝은 크게 강관말뚝(60)이나 고강도 콘크리트 말뚝(90), 교반빔(70), 돌기(80)로 구성되어 있다. 돌기(80)는 십자형 교반빔(70)에 대칭으로 고착되며, 돌기(80)가 부착된 교반빔은 강관말뚝(60)의 경우에는 말뚝의 선단부에 용접되고 고강도 콘크리트 말뚝(90)의 경우에는 말뚝의 하단면 금구(110)에 용접되어 진다.

이때 조립이 완료된 돌기(80) 끝부분 간의 수평거리는 오거(10)에 의하여 천공되는 굴착공의 직경보다 크게 한다.

이상에서 언급된 방법으로 제작된 돌기 부착형 말뚝을 이용한 나선 돌기형 선굴착 말뚝의 시공순서는 제5도와 같다.

먼저 오거(10)를 소정의 위치에 설치하고 지반(20)의 붕괴를 방지하기 위하여 굴착액을 주입하면서 소정의 깊이까지 지반(20)를 천공한다.(제6(a)~(c)도). 오거(10)를 이용하여 소정의 깊이까지 천공이 완료되면, 오거(10)의 선단부를 통하여 굴착공에 충전재(30)를 주입하면서 오거(10)를 천천히 인발한다(제6(d)~(e)도) 그후 돌기 부착형 말뚝을 충전재(30)가 주입된 굴착공에 회전시키면서 삽입한다(제6(f)~(g)도). 돌기 부착형 강관말뚝이 굴착공의 저면에 도달하면 말뚝을 계속 회전시키면서 교반빔(70)에 의하여 굴착공 저면의 슬라임과 충전재(30)가 완전히 혼합되도록 한다(제6(h)도).

이상에서 언급한 바와 같이 본 발명에서는 선굴착 말뚝의 시공에 교반빔(70)과 두 개의 돌기(80)가 부착된 말뚝을 사용하기 때문에 종래의 선굴착 말뚝이 갖고 있는 몇가지 문제점을 제거할 수 있게 된다.

침설방식의 선굴착 말뚝에 비해서는 굴착공 저면의 잔존하는 슬라임을 교반빔(70)에 의하여 충전재(30)와 잘 혼합시키므로써 선굴착 말뚝을 지지층에 확실하게 도달시킬 수 있고, 동시에 교반빔(70)에 의하여 강관말뚝의 선단부를 굴착공의 저면으로부터 말뚝직경의 약 2배 이상 떨어뜨리므로써 말뚝의 선단 지지력을 증대시킬 수 있게 된다.

또한 돌기 부착형 말뚝을 굴착공에 회전 삽입하면서 굴착 공벽에 일정형상의 돌기를 성형하므로써 말뚝의 주면 마찰력을 증대시킬 수 있게 된다.

경타방식의 선굴착 말뚝에 비해서는 기성(旣成) 말뚝의 항타 과정이 생략하므로 항타로 인한 소음과 진동의 발생을 근원적으로 차단할 수 있다.

또한 교반빔(70)에 의하여 강관말뚝의 선단부를 굴착공의 저면으로부터 말뚝직경의 약 2배 떨어뜨리므로써 말뚝의 선단 지지력을 증대시킬 수 있게 된다.

뿐만 아니라 항타과정의 생략으로 시공과정에서 항타기의 사용이 배제되므로 선굴착 말뚝의 시공비가 절감될 수 있다.

그리고 나선 돌기형 선굴착 말뚝은 교반빔에 의하여 강관말뚝이 지지층에 확실히 지지되고, 교반빔(70)에 부착되는 돌기에 의하여 선굴착 말뚝의 주면에 돌기가 설치되기 때문에 지지력 측면에서도 경타방식에 의한 선굴착 말뚝보다 유리하다.

이상과 같은 본 발명의 나선 돌기형 선굴착 말뚝은 말뚝의 선단 지지력과 주면 마찰력을 향상시키므로써 선굴착 말뚝의 경제성을 증진시킬 수 있으며, 항타로 인한 일체의 소음과 진동을 완전히 제거하므로써 도심지 공사에서 민원발생의 소지를 없애는데 크게 기여할 수 있는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 교반빔(70)과 돌기(80)가 부착된 말뚝을 이용하여 선굴착 말뚝을 시공하는데 있어서, 두개의 돌기(80)가 십자형 교반빔(70)에 대칭으로 고착되고, 돌기(80)가 부착된 교반빔(70)이 강관말뚝(60)의 선단부나 고강도 콘크리트 말뚝(90)의 하단면 금구(110)에 고착되는 것을 특징으로 하는 돌기 부착형 말뚝.
2. 교반빔(70)과 돌기(80)가 부착된 말뚝을 회전ㆍ삽입함에 의하여 시공하는 선굴착 말뚝의 시공방법에 있어서, 오거(10)로 소정의 깊이까지 지반(20)를 천공하는 공정과 천공된 굴착공에 오거(10)의 선단부를 통하여 충전재(30)를 주입하면서 오거(20)를 인발하는 공정과, 충전재(30)가 주입된 굴착공에 교반빔(70)과 돌기(80)가 부착된 돌기 부착형 말뚝을 회전하면서 삽입하는 공정과, 돌기 부착형 말뚝을 굴착공의 저면에 도달한 후에도 계속 회전시켜서 말뚝에 부착된 교반빔(70)을 지지층에 도달시키는 공정을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 나선 돌기형 선굴착 말뚝의 시공방법.