KR100315483B1 - 가압팽창멤브레인과 수압선단처리장치를 이용한 현장타설말뚝장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가압 팽창 멤브레인과 수압 선단 처리 장치를 이용한 현장타설말뚝 장치에 관한 것으로, 몰탈 주입시 팽창막 내부의 공기를 배출시키기 위한 몰탈배출관이 형성되는 팽창막을 이용한 현장타설말뚝 장치를 형성함에 있어서, 지반과의 마찰력을 증대시키기 위하여 표면처리되는 팽창막과; 상기 팽창막을 고정하면서 몰탈주입관과 몰탈배출관을 지지하기 위한 한쌍의 고정캡과; 상기 고정캡이 일정한 거리를 유지할 수 있도록 지지하는 지지수단과; 상기 고정캡에 팽창막을 고정하기 위한 팽창막고정수단과; 연속오거로 천공된 천공홀 내의 잔유물을 배출시키기 위한 고압수분사수단과; 상기 고압수분사수단에 의하여 발생된 잔유물을 배출시키기 위한 잔유물배출수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 것이다.

Description

가압 팽창 멤브레인과 수압 선단 처리 장치를 이용한 현장타설말뚝 장치{insert pile}

본 발명은 매입말뚝을 시공하면서 발생하는 진동 및 소음을 최소화하기 위해 오거를 이용하여 지반을 천공한 후 몰탈 또는 콘크리트를 타설하는 기존의 현장타설말뚝에 기반을 둔 공법에 있어서 지반의 천공에 따른 주변지반의 이완으로 인해 감소하는 지지력을 보강하기 위해 팽창체로 제작되는 팽창막에 몰탈을 압력 주입하여 팽창막을 팽창시키므로서 주면지지력을 증대시키고, 오거 굴착시 선단에 잔존하는 잔유물을 고압수를 이용하여 배출한 후 배출된 공간에 몰탈을 가압 주입하여 말뚝체 선단에 프리스트레싱을 가하므로서 극한선단지지력에 도달하는데 필요한 말뚝 변위를 줄일 수 있도록 개선된 가압 팽창 멤브레인과 수압 선단 처리 장치를 이용한 현장타설말뚝 장치에 관한 것이다.

근래에 도심지에서 그 필요성이 증대되고 있는 현장타설말뚝공법은 일반적으로 지반에 홀을 천공한 후 몰탈 또는 콘크리트를 타설하여 소요의 지지력을 확보하고자 하는 저소음, 저진동 공법이다. 하지만 이러한 현장타설말뚝공법은 기존의 타입말뚝에 비해 천공주변지반의 이완으로 인한 지지력 감소현상과 말뚝체의 적정 강도 및 단면 확보의 어려움으로 품질유지가 매우 어려운 실정이다. 따라서 이러한 현장타설말뚝의 단점을 극복하기 위해 여러 가지 대안이 나오고 있는데 그 중 하나가 바로 가압 팽창 멤브레인으로 구성된 팽창체를 이용하는 방법이다.

도 1a 및 도 2b는 종래에 가압 팽창 멤브레인으로 구성되는 팽창체를 이용하는 방법을 나타내고 있다.

도 1a는 미국 특허 제5465535호에 알려진 종래 현장타설말뚝용 팽창체의 일례를 나타낸 단면도이다. 이 도면을 참조하면 종래 기술에서는 다단으로 연결된 강봉(100)의 한쪽 단부에 강판(steel plate)으로 만든 팽창막(101)을 부착하여 천공홀에 삽입한 후 팽창막(101) 내부로 몰탈이 주입되도록 하는 것이다.

이러한 종래 기술은 우선 팽창막의 소재가 강재로 형성되어 있으므로 주입재, 타설재 또는 지반과의 표면마찰각이 작게 나타나고, 팽창막 내부에 몰탈이 주입되면서 팽창막 내부에서 압축되는 공기가 배출될 수 있는 수단이 형성되어 있지않기 때문에 팽창막 내부에 갇혀있는 공기가 주입재의 지지력을 저하시키는 원인이 되고있다.

도 1b는 일본국 평8-209688호에 알려진 종래 현장타설말뚝용 팽창체의 또다른 일례를 나타낸 단면도이다. 이 종래 기술은 기성말뚝(200)에 직접 팽창막(201)을 부착하는 것인데, 기성말뚝(200) 내부에 타설공(202)을 형성하여야 하고, 팽창막(201)이 투수성이기 대문에 말뚝체의 외주면에서부터 중심까지의 몰탈 품질의 균질성이 떨어지는 문제점이 있다.

현장타설말뚝의 경우 선단부를 처리함에 있어서는 선단부의 잔유물을 배출시키기 위하여 현재 에어 리프트 방식이나 펌프를 이용한 흡입 방식 등을 이용하고 있는데, 이러한 방식에서는 아직까지 니토, 또는 벤토나이트 등과 같은 잔유물을 완전히 배출시키지 못하여 말뚝체의 품징 저하에 따른 지지력 감소 현상이 발생하고 있다.

상기한 문제점을 보완하기 위하여 본 발명에서는 종래의 현장타설말뚝용 팽창체와는 달리 팽창막을 합성섬유 또는 고분자계열의 막 등을 이용하여 가공성과 몰탈의 가압 주입을 용이하게 하고, 팽창막에 표면처리를 하여 주입재, 타설재 또는 지반과의 마찰력을 증대시켜 말뚝체와 지반과의 주면 마찰력보다 큰 부착력을 발휘할 수 있도록 하였다.

이러한 표면처리방법은 고분자계열의 재료를 팽창막 표면에 분사하거나, 표면에 접착제를 분사한 후 모래를 도포하는 방법 등을 사용한다. 또한 지름이 천공홀과 비슷한 크기로 제작된 상·하부고정캡과 이를 연결하는 보강철근으로 팽창체의 뼈대를 구성하여 말뚝매입공법의 기성말뚝과 같이 기본적인 말뚝체 단면을 확보할 수 있도록 하였으며, 몰탈 주입시 말뚝체의 품질을 저하시킬 수 있는 팽창막 내부의 공기가 외부로 빠져나갈 수 있도록 팽창체 내부에서 외부로 공기가 배출되는 통로를 형성하는 몰탈배출관을 형성하였다. 또한 종래에 현장타설말뚝에서 잔유물 배출을 위해 사용하던 에어리프트 방식이나, 펌프를 이용한 흡입방식 등과는 달리 지상에 마련한 펌프를 이용하여 주입되는 고압수를 팽창막 하단부에 형성된 다공판의 경사진 구멍을 통해 일정 속도로 회전 분사하여 잔유물이 외부로 배출되게 함으로서 종전의 방식 보다 더욱 효과적인 잔유물 배출을 기대할 수 있으며, 사질토와 같이 비교적 느슨한 지반의 경우는 선단부 확대구근을 형성시킬 수도 있게 하는 것이며, 잔유물을 제거한 공간에는 몰탈을 가압 주입하여 말뚝체 선단에 프리스트레싱을 가하므로서 극한선단지지력에 도달하는데 필요한 말뚝 변위를 줄일 수 있다.

도 1a은 종래의 현장타설말뚝용 팽창체의 단면도

도 1b는 종래의 현장타설말뚝용 팽창체의 다른예를 나타낸 단면도

도 2는 본 발명의 일부를 절개한 사시도

도 3은 본 발명의 주요부 단면도

도 4는 본 발명의 다공판의 평면도

도 5는 본 발명에서 팽창막 하부고정캡에 고정되는 상태의 일부 확대 단면도

도 6a 6b 6c는 본 발명에 의한 시공 순서도

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 몰탈주입관의 단부에 팽창막이 형성되고, 몰탈 주입시 팽창막 내부의 공기를 배출시키기 위한 몰탈배출관이 형성되는 팽창막을 이용한 현장타설말뚝 장치를 형성함에 있어서, 지반과의 마찰력을 증대시키기 위하여 표면처리되는 팽창막과; 상기 팽창막을 고정하면서 몰탈주입관과 몰탈배출관을 지지하기 위한 한쌍의 고정캡과; 상기 고정캡이 일정한 거리를 유지할 수 있도록 지지하는 지지수단과; 상기 고정캡에 팽창막을 고정하기 위한 팽창막고정수단과; 연속오거로 천공된 천공홀 내의 잔유물을 배출시키기 위한 고압수분사수단과; 상기 고압수분사수단에 의하여 발생된 잔유물을 배출시키기 위한 잔유물배출수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 것이다.

팽창막의 표면처리는 고분자계열의 재료를 팽창막의 표면에 분사하거나, 팽창막의 표면에 접착제를 분사한 다음 모래를 도포하는 방법이 있을 수 있으며, 이러한 표면처리에 의하여 천설된 지반에 삽입되는 팽창막은 주입재, 타설재, 지반과의 마찰력을 증대시켜서 말뚝체와 지반과의 주면마찰력 보다 큰 부착력을 발휘할 수 있게 된다.

한쌍의 고정캡은 팽창막의 양쪽단부를 각각 고정하는 상부고정캡과 하부고정캡으로 구성되어 지지수단에 의하여 팽창막이 내부 공간을 형성할 수 있도록 일정한 거리를 유지하게 되며, 상부고정캡의 외주가 매입공법의 기성말뚝과 같이 기본적인 말뚝체의 역할을 수행할 수 있도록 현장에서 오거로 천공되는 천공홀에 근접하는 직경을 가지도록 형성되어 기본적인 말뚝체의 단면을 가지게 된다.

지지수단은 상부고정캡과 하부고정캡 사이에 지지되는 다수개의 보강철근으로 구성된다.

팽창막고정수단은 상부고정캡과 하부고정캡의 외주면에 홈을 형성하고, 고무링을 끼워 넣은 후 팩킹을 하기 위하여 실리콘과 같은 접착제를 바르게 되며, 그 위에 팽창막을 덮고 강선을 이용하여 조여준다. 또한 팽창막 위로 상부고정캡과 하부고정캡의 단부에 보강링을 설치하여 팽창막이 이탈하는 것을 방지한다.

이 보강링은 팽창막이 형성하는 공간 내에 위치하는 상부고정캡과 하부고정캡의 단부로부터 팽창막의 안쪽 공간을 향하여 팽창막이 가압될 수 있도록 놓여져강선의 조임력과 협력하게 된다.

고압수분사수단은 고정캡을 관통하는 고압수주입관과, 경사진 다수의 고압수분사공이 형성되어 하부고정캡의 아래쪽에서 하부고정캡과 적정한 공간을 두고 설치되는 다공판으로 구성된다.

잔유물배출수단은 다공판과 하부고정캡 및 상부고정캡을 관통하여 외부로 인출되는 잔유물배출관으로 구성된다.

이와 같은 본 발명에 의하면 팽창체 내부로 주입되는 몰탈이 몰탈배출관으로 배출되어 팽창체 내부에 공기가 존재하지 않게 되어 주입재의 품질을 양호하게 할 수 있게 되면서, 고분자계열의 재료 표면에 분사하거나, 표면에 접착제를 분사한 다음 모래를 도포하는 방법으로 팽창막 표면을 표면처리 함으로서 주입재, 타설재, 또는 지반과의 표면 마찰각이 크게 나타나고, 다공판을 이용하여 회전분사되는 고압수로 잔유물을 배출할 수 있는 특징을 가진다.

본 발명을 실현하기 위한 구체적인 실시예를 첨부된 도면에 의하여 설명하면 다음과 같다.

도 2 내지 도 5는 본 발명의 실시예를 보여주고 있다.

도면에서 참조되는 바와 같이 본 발명은 몰탈주입관(1), 몰탈배출관(2), 그리고 몰탈주입관(1)과 몰탈배출관(2)의 단부에 팽창체(3)가 형성되는 기본적인 구성체를 형성하게 된다.

몰탈주입관(1)은 팽창체(3) 내부로 몰탈을 배출하는 몰탈주입구(4)가 형성되고, 다른 한쪽의 단부, 즉 지상쪽을 향하여 놓여지게 되는 단부에는 몰탈의 유입을차단할 수 있도록 개폐밸브(5)가 형성되는 공지의 구조를 가지고 있다.

몰탈배출관(2)은 팽창체(3) 내부로 충입되는 몰탈이 정정한 압력하에서 외부로 배출될 수 있도록 몰탈배출구(6)가 형성되어 있고, 지상쪽의 단부에는 배출되는 몰탈을 차단하고 배출시킬 수 있도록 개폐밸브(7)가 형성되는 공지의 구조를 가지고 있다.

몰탈주입관(1)과 몰탈배출관(2)은 강관, 또는 연성튜브로 만들어질 수 있다.

팽창체(3)는 기본적인 가압 팽창 멤브레인으로 되는 팽창막(8)과, 상기 팽창막(8)을 설치하기 위한 상부고정캡(9), 하부고정캡(10), 지지수단, 팽창막고정수단, 그리고 고압수분사수단, 잔유물배출수단을 포함하여 구성된다.

팽창막(8)은 적정한 강성을 가지는 합성섬유류 또는 고분자 계열의 막을 이용하는 것이 바람직하며, 팽창막과 지면과의 마찰력을 증진시키기 위하여 표면처리된다.

표면처리는 고분자 계열의 재료를 팽창막(8) 표면에 분사하거나, 팽창막(8)의 표면에 접착제를 분사한 다음 모래를 도포하여 모래가 접착제에 의하여 팽창막(8)의 표면에 부착되게 하는 것이다.

이러한 팽창막(8)은 몰탈의 주입이 완료된 다음 자유상태에서 천공된 홀 직경의 2∼3배 정도까지 펴질 수 있는 크기로 하고, 양쪽 단부는 주름진 형태로 하여 팽창막고정수단에 의하여 상부고정캡(9)과 하부고정캡(10)에 고정된다.

상부고정캡(9)과 하부고정캡(10)은 지지수단에 의하여 일정한 거리를 유지하게 되어 팽창막(8)에 의한 내부 공간을 형성시키게 되고, 대략 중앙 부위에는 개폐밸브(18)를 구비하는 고압수주입관(19)이 관통되게 설치되어 있다.

지지수단은 상부고정캡(9)과 하부고정캡(10)의 안쪽면에 서로 마주보는 다수개의 삽입홈(11)(12)을 형성하여 상기 삽입홈(11)(12)에 양쪽 단부가 삽입되는 다수개의 보강철근(13)을 입설함으로서 적정한 간격을 형성하게 한다.

팽창막고정수단은 상부고정캡(9)과 하부고정캡(10)의 외주면에 환형의 홈(20)(21)을 형성하여 고무링(22)(23)을 끼워 넣은 다음 팩킹을 하기 위하여 실리콘과 같은 접착제(24)(25)를 바르고, 그 위에 팽창막(8)을 덮어서 강선(26)(26a)(27)(27a)을 이용하여 조여줌으로서 팽창막(8)의 양쪽 단부가 상부고정캡(9)과 하부고정캡(10)에 밀착 고정되게 한다.

또한 상부고정캡(9)과 하부고정캡(10)의 단부를 덮고 있는 팽창막(8) 외부로부터 팽창막이 형성하는 공간을 향하여 조여질 수 있도록 보강링(28)(29)을 설치하여, 이 보강링(28)(29)과 강선(26)(26a)(27)(27a)이 상호 협력하여 팽창막(8)이 상부고정캡(9)과 하부고정캡(10)으로부터 이탈하는 것을 방지하고 몰탈 충입에 따르는 충분한 기밀성을 가지게 된다.

상부고정캡(9)과 하부고정캡(10)에 팽창막(8)이 고정되는 상태를 구체적으로 설명하기 위하여 하부고정캡(10)에서 고정되는 상태를 도 5에서 구체적으로 나타내고 있다.

이 도면을 참조하면 고무링(23)은 접착제(25)가 채워지는 홈(21)의 중앙 부위에 놓여지게 되고, 팽창막(8)의 내측면은 상부고정캡(9)과 하부고정캡(10)의 외주면에 놓여지면서 접착제(25)와 고무링(23)에 접촉하는 상태에 있게 되며, 두 개의 강선(27)(27a)은 팽창막(8)이 접착제(25)에 접촉하는 부위의 바깥쪽에서 접착제(25)를 가압하는 방향으로 조여진다. 이때 고무링(23)은 강선(27)(27a)의 조임력에 의하여 팽창막(8)에 밀착된다.

하부고정캡(10)의 아래쪽 공간에는 적정한 공간(30)을 두고 다공판(31)이 놓여진다.

다공판(31)은 고압수주입관(19)으로부터 공급되는 고압수가 회전하며 배출될 수 있도록 경사진 다수의 고압수분사공(32)이 형성되며, 고압수분사공(32)을 통하여 분사되는 고압수가 천공된 홀내의 잔유물과 함께 지상으로 배출될 수 있도록 한쪽으로는 잔유물배출공(33)이 형성되는데, 상기 잔유물배출공(33)은 상부고정캡(9)과 하부고정캡(10)을 관통하여 지상으로 인출되는 잔유물배출관(34)이 접속되어 있다.

이와 같은 본 발명의 시공은 크게 현장타설말뚝용 팽창체를 제작하는 단계와 팽창체를 이용하여 현장타설말뚝을 형성하는 단계로 나누어질 수 있다.

우선 팽창체를 제작하는 단계는: 다공판(30)을 하부고정캡(10)에 접합하는 단계, 상·하부고정캡(9)(10)과 보강철근(13)을 이용하여 뼈대를 형성하는 단계, 몰탈주입관(1) 및 몰탈배출관(2)과 고압수주입관(19) 및 잔유물배출관(34)을 상·하부고정캡(9)(10)에 고정시키는 단계, 팽창막(8)의 안밖을 표면처리하는 단계, 평면형의 팽창막(8)을 주름진 튜브형으로 봉합하는 단계, 튜브형의 팽창막(8)을 상·하부고정캡(9)(10)에 부착하여 팩킹하는 단계를 포함한다.

팽창체를 이용하여 현장타설말뚝을 형성하는 단계는: 연속오거(50)를 이용하여 지반(51)을 천공하여 천공홀(52)을 형성하는 단계(도6a), 상기 단계에서 형성된 천공홀(52)에 팽창체(3)를 거치시키는 단계(도6b), 트래미를 이용하여 팽창체(3) 외부에 몰탈 또는 콘크리트를 타설하는 동시에 몰탈주입관(1)을 통해 적정 압력으로 팽창체(3) 내부에 몰탈을 가압주입하는 단계(도6c), 몰탈 또는 콘크리트를 양생시킨 후 천공홀(52) 선단의 잔유물(53)을 제거하기 위하여 고압수(54)를 분사하는 단계(도6d), 잔유물이 배출된 천공홀(52) 선단의 공간에 몰탈을 압력주입하는 단계(도6e)를 포함한다.

상기와 같은 절차에 의해 수행되는 본 발명은 다음과 같은 효과를 갖게 된다.

첫째, 폐쇄된 팽창막에 몰탈을 압력주입하므로서 말뚝체와 주변지반과의 마찰력을 증대시킨다.

둘째, 팽창막 표면에 고분자계열의 재료를 분사하거나, 접착제를 분사한 후 모래를 도포하는 방법 등을 사용하여, 팽창막과 지반, 주입재 또는 타설재와의 마찰력을 증진시킨다.

셋째, 팽창막에 배출관을 연결하므로서 몰탈을 압력주입시 팽창막 내부의 공기가 빠져나가 말뚝체 품질을 확보할 수 있다.

넷째, 몰탈주입관과 배출관 상부에 개폐밸브를 설치하여 몰탈 압력 주입후 압력손실을 방지할 수 있다.

다섯째, 말뚝설치 과정중 타설압 및 타설량을 측정하여 주면지지력을 개략적으로 평가할 수 있다.

여섯째, 말뚝체 크기의 상·하부고정캡을 이용하여 팽창체의 뼈대를 형성하므로서 기본적인 말뚝체 단면을 확보할 수 있다.

일곱째, 고압수를 다공판을 통해 일정 속도로 회전분사시키므로서 선단부에 잔존하는 잔유물을 효과적으로 제거할 수 있다.

여덟째, 잔유물 제거후 몰탈을 가압주입하여 말뚝체 선단부에 프리스트레싱을 가하므로서 말뚝의 극한지지력에 도달하는데 필요한 말뚝변위를 줄일 수 있다.

아홉째, 고압수 주입관을 선단부 몰탈 주입관으로도 사용하기 때문에 추가적인 주입관이 필요없다.

Claims (8)

1. 몰탈주입관의 단부에 팽창막이 형성되고, 몰탈 주입시 팽창막 외부의 공기를 배출시키기 위한 몰탈배출관이 형성되는 팽창막을 이용한 현장타설말뚝 장치를 형성함에 있어서,

   지반과의 마찰력을 증대시키기 위하여 표면처리되는 팽창막과;

   상기 팽창막을 고정하면서 몰탈주입관과 몰탈배출관을 지지하기 위한 한쌍의 고정캡과;

   상기 고정캡이 일정한 거리를 유지할 수 있도록 지지하는 지지수단과;

   상기 고정캡에 팽창막을 고정하기 위한 팽창막고정수단과;

   연속오거로 천공된 천공홀 내의 잔유물을 배출시키기 위한 고압수분사수단과;

   상기 고압수분사수단에 의하여 발생된 잔유물을 배출시키기 위한 잔유물배출수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 가압 팽창 멤브레인과 수압 선단 처리 장치를 이용한 현장타설말뚝 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 팽창막의 표면처리는 고분자계열의 재료를 팽창막의 표면에 분사하는 것을 특징으로 하는 가압 팽창 멤브레인과 수압 선단 처리 장치를 이용한 현장타설말뚝 장치.
3. 제 1 항에 있어서, 팽창막의 표면처리는 팽창막의 표면에 접착제를 분사한 다음 모래를 도포하는 것을 특징으로 하는 가압 팽창 멤브레인과 수압 선단 처리 장치를 이용한 현장타설말뚝 장치.
4. 제 1 항에 있어서, 고정캡은 팽창막의 양쪽단부를 각각 고정하는 상부고정캡과 하부고정캡으로 구성되어 지지수단에 의하여 팽창막이 내부 공간을 형성할 수 있도록 일정한 거리를 유지하게 되며, 상부고정캡의 외주가 매입공법의 기성말뚝과 같이 기본적인 말뚝체의 역할을 수행할 수 있도록 현장에서 오거로 천공되는 천공홀에 근접하는 직경을 가지도록 형성되는 것을 특징으로 하는 가압 팽창 멤브레인과 수압 선단 처리 장치를 이용한 현장타설말뚝 장치.
5. 제 1 항에 있어서, 지지수단이 상부고정캡과 하부고정캡 사이에 지지되는 다수개의 보강철근으로 되는 것을 특징으로 하는 가압 팽창 멤브레인과 수압 선단 처리 장치를 이용한 현장타설말뚝 장치.
6. 제 1 항에 있어서, 팽창막고정수단은 상부고정캡과 하부고정캡의 외주면에 형성한 홈에 삽입된 고무링과 접착제 위에 팽창막이 밀착되도록 강선으로 조여주게되고, 팽창막이 형성하는 내부 공간 내에 위치하는 상부고정캡과 하부고정캡의 단부로부터 팽창막의 안쪽 공간을 향하여 팽창막이 가압될 수 있도록 놓여지는 보강링을 포함하는 것을 특징으로 하는 가압 팽창 멤브레인과 수압 선단 처리 장치를이용한 현장타설말뚝 장치.
7. 제 1 항에 있어서, 고압수분사수단은 고정캡을 관통하는 고압수주입관과, 경사진 다수의 고압수분사공이 형성되어 하부고정캡의 아래쪽에서 하부고정캡과 적정한 공간을 두고 설치되는 다공판으로 구성되는 것을 특징으로 하는 가압 팽창 멤브레인과 수압 선단 처리 장치를 이용한 현장타설말뚝 장치.
8. 제 1 항에 있어서, 잔유물배출수단은 다공판과 하부고정캡 및 상부고정캡을 관통하여 외부로 인출되는 잔유물배출관으로 되는 것을 특징으로 하는 가압 팽창 멤브레인과 수압 선단 처리 장치를 이용한 현장타설말뚝 장치.