KR100381454B1 - 차수재 주입홈을 갖는 강널 말뚝 및 차수재 주입 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 토목 구조물 중 강널 말뚝의 차수재 주입 방법에 관한 것으로서, 상세하게는 강널 말뚝 항타 후에 주변의 이완·파쇄된 지반 및 강널 말뚝간의 연결부 틈사이에 차수재를 주입하여 외부로부터의 물 유입을 차단함으로써 강널 말뚝 구조체 내부의 건조 상태를 유지하기 위한 것이다.

기존의 강널 말뚝 차수 공법이 말뚝의 항타 작업과 차수 작업이 별도로 이루어져 고가의 공사비 및 별도의 작업 공기를 소요하고도 차수의 성능이 떨어지는 문제점을 노출하였으나, 강널 말뚝의 제작 및 항타 작업시부터 차수 작업이 용이하도록 고려하여 공사비의 절감과 작업 공기 및 품질의 향상을 도모하기 위한 공법이다. 즉, 고압수 병용 압입 공법에 의한 강널 말뚝 항타시에는 토사 및 암반의 파쇄 목적으로 사용된 워터 제트 파이프(22)를 항타 완료후 차수재 주입 파이프로 병행 사용하고, 일반 강널 말뚝 항타 공법시에는 차수재 주입용 파이프를 강널 말뚝의 항타전에 미리 설치하고, 말뚝의 항타로 인하여 파쇄 및 이완된 지반에 차수재를 주입(34)하여 불투수층을 형성한다. 또한 강널 말뚝간의 연결부 틈 사이에는 차수재 주입용 파이프를 삽입할 수 있는 공간을 갖추도록 강널 말뚝의 단면형상을 개선하여 이 공간을 통하여 차수재를 주입함으로써 강널 말뚝 연결부의 차수성을 확보한다.

Description

차수재 주입홈을 갖는 강널 말뚝 및 차수재 주입 방법{The sheet pile with water proof grouting groove and injection method of water proof grouting}

본 발명은 토목 구조물의 일부인 강널 말뚝의 차수 방법에 관한 것으로서, 상세하게는 강널 말뚝의 항타전에 차수재 주입용 파이프를 미리 설치하거나 강널 말뚝의 항타를 용이하게 하기 위하여 사용되는 고압수 분사용 파이프를 차수재 주입용 파이프로 병용 사용하여 차수재를 투입하고, 강널 말뚝의 형상을 변화시켜 강널 말뚝간의 연결부에 차수재 주입을 가능케 함으로써, 강널 말뚝 구조체 내부로의 물 유입을 차단하는 방법에 관한 것이다.

수중 공사나 지하 수위 이하의 작업에 있어서 강널 말뚝의 역할은 외부 하중을 지탱하는 강성 구조체의 기능과 외부의 물 유입을 차단하는 차수벽의 역할을 수행하게 되는데 특히 차수벽의 역할은 내부 구조물의 품질 및 작업의 가능 여부를 결정짓는 중요한 요소이다.

강널 말뚝의 차수는 크게 말뚝 선단부의 이완된 지반을 통한 물 유입을 차단하는 것과 강널 말뚝간의 연결부 틈새를 통한 물 유입을 차단하는 것으로 나뉠 수 있다. 강널 말뚝 선단부 주변 지반의 차수성을 확보하는 방법으로서 종래에는 타입이 완료된 강널 말뚝의 외측지반에 일정 간격의 수직공을 천공하여 수직공 내로 파이프를 삽입하고 그 파이프를 통하여 고압의 차수재를 지반에 투입하는 공법이 이용되어 왔으나 별도의 천공에 따른 과다한 공사비와 작업 공기가 소요되며 차수재의 주입이 강널 말뚝의 선단부와 정확히 일치하지 않아 불필요한 범위까지 차수재를 주입하게 되어 차수의 효율성이 떨어지는 문제점을 노출하였다.

강널 말뚝간 연결 부위의 차수성을 확보하는 방법으로는 말뚝의 항타전 한쪽 강널 말뚝의 연결 부위에 액상의 수팽창성 차수재를 도포하여 경화시킨 후 말뚝을 항타하면 물과 접한 수팽창성 차수재의 부피가 팽창하여 파일 연결 부위의 틈을 메꿔 차수성을 확보하는 방법이 이용되어 왔으나, 이 방법에 있어서는 강널 말뚝이 연결 시공되기 전에 차수재가 팽창하게 되고 다음 강널 말뚝의 타입시 마찰에 의하여 이미 팽창되어진 차수재가 깎여 나감에 따라 강널 말뚝 연결부의 차수 성능이 현저히 저하되어, 강널 말뚝 구조체 완성 후에도 강널 말뚝 구조체 내부의 목적구조물 완성시까지 대량의 양수작업을 지속적으로 시행하여야 하므로 고가의 양수비가 소요되며, 작업 능률 및 작업 속도가 저하되고 콘크리트 타설시에는 내부로 유입된 물이 굳지 않은 콘크리트중의 시멘트 페이스트와 콘크리트 골재를 분리시켜 콘크리트의 강도 및 내구성을 저하시키는 문제점을 야기하였다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로써, 첫째, 지중에 관입된 파일 선단부 주변에서 이완 및 파쇄된 지반을 통하여 유입되는 물을 차단함에 있어서, 별도의 천공 작업을 생략하고도 차수 그라우팅 재료의 주입범위가 강널 말뚝 선단부에 정확히 위치하여 효율적인 지반 차수 그라우팅을 시행할 수 있도록 하며, 둘째, 강널 말뚝간 연결부 틈새에 말뚝의 항타 완료후 차수재를 주입할 수있도록 하여 차수의 효과를 높이는데 있다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 강널 말뚝 차수 방법의 실시를 나타낸 사시도

도 2는 고압수 병용 압입 공법에서 차수재 주입 방법을 나타낸 측면도

도 3은 본 발명의 차수재 주입 파이프 설치 방법을 나타낸 사시도 및 단면도

도 4는 차수재 주입홈을 갖춘 강널 말뚝의 단면도

도 5는 강널 말뚝간 연결부의 차수재 주입예를 나타낸 사시도

< 도면의 주요부분에 대한 설명>

1: 강널 말뚝 2: 고압수 발생장치

3: 지반 그라우팅용 차수재 주입설비 4: 차수재 주입봉

5: 수팽창 차수재 21: 고압수 파이프 연결용 아답타

22: 고압수 분사파이프 23: 분사로 이완·파쇄된 지반

31: 차수재 파이프 연결용 아답타

32: 지반 그라우팅용 차수재 주입 파이프

33: 마찰저항 철판

34: 지반 차수 그라우팅 시공 부위

41: 수팽창성 차수재 연결용 아답타

42: 수팽창성 차수재 주입 파이프

43: 주입봉 이음구

도 1은 본 발명인 차수재 주입 파이프 및 차수재 주입홈을 갖춘 강널 말뚝 차수 공법의 실시를 나타낸 사시도이다. 이에 따르면 본 발명은 크게 강널 말뚝 측면의 고압수 분사 파이프(22) 상단부에 아답타(21)를 설치하여 파이프 내로 고압수와 차수재를 번갈아 주입할 수 있도록 하는 장치와, 강널 말뚝 연결부에 차수재 주입 파이프 삽입용 홈을 갖추어 차수재를 주입하는 장치로 이루어져 있다. 즉, 강널 말뚝에 설치된 고압수 분사 파이프(22)를 통하여 말뚝 선단부로 고압수가 분사되어 말뚝 선단 주변 지반을 파쇄하여 항타가 완료되면, 고압수 파이프 연결용 아답타(21)를 차수재 파이프 연결용 아답타(31)로 교체하여 고압수 분사 파이프를 차수재 주입용 파이프로 이용하여 파쇄된 주변 지반에 차수 그라우팅(34)을 실시하고, 강널 말뚝의 연결부 공간내로 파이프(42)를 삽입하여 강널 말뚝의 연결부 틈에 차수재를 주입하는 일련의 작업을 나타내고 있다.

도 2는 도 1에 의한 공법 중 고압수 병용 압입 공법에 의한 강널 말뚝 항타시의 주변 지반 차수공법 주요부를 나타낸 측면도로서 강널 말뚝 측면에 별도의 차수재 주입 파이프를 설치하지 않고 고압수 분사용 파이프(22) 상단부에 아답타(21)를 설치하여 차수재 주입 파이프로 병용 사용할 수 있도록 한 것이다. 강널 말뚝의 항타시에는 배관 파이프를 통하여 파일 선단부로부터 고압수가 분출되어 파일하단의 토사 및 암판을 파쇄함으로써 파일이 지중으로 용이하게 관입되나 항타 이후에는 파쇄 및 이완된 암반을 통하여 물이 관입되는 수로가 된다. 따라서 항타 이후에는 고압수 주입용 아답타(21)를 차수재 주입용 아답타(31)로 교체후 파일 선단부로 소정압력의 차수재를 주입하여 주변의 이완·파쇄된 지반을 불투수층(34)으로 만들고 종국에는 물이 관입되는 수로를 차단하게 된다.

도 3은 고압수 병용 압입 공법을 적용하지 않은 재래식 강널 말뚝 항타시의 차수공법 주요부를 나타낸 사시도 및 단면도로써 말뚝의 항타전 강널 말뚝의 굴곡이진 코너부에 차수재 주입용 파이프(32)를 용접하여 고정시키고 말뚝의 항타 완료후 기 설치된 파이프를 통하여 강널 말뚝 선단 주변부의 지반에 차수재를 주입토록 한다. 이 경우 말뚝의 항타시 주변 지반의 마찰 저항으로 인하여 차수재 주입 파이프가 강널 말뚝으로부터 이탈되거나 굴곡될 염려가 있으므로 파이프의 하단에 마찰저항 철판(33)을 설치하여 주변 지반과의 마찰력은 철판이 1차적으로 분담토록 하여 차수재 주입 파이프에 가해지는 마찰력을 완화시키도록 하였다.

도 4는 강널 말뚝과 강널 말뚝간의 연결부 틈을 차수하기 위한 차수재 주입홈을 갖춘 강널 말뚝의 단면도로서, 강널 말뚝 연결부에 차수재 주입 파이프(42) 삽입용 홈을 갖추도록 하여 소요 수량의 말뚝 항타 후 차수재 주입 파이프를 홈을 통하여 강널 말뚝의 선단부까지 삽입한 후 일정 압력의 차수재가 주입되는 상태에서 차수재 주입 파이프를 일정 속도로 상승시켜 강널 말뚝의 연결 부위 하단으로부터상단까지 균질한 차수재가 삽입되고, 삽입되어진 차수재는 물과 반응하여 팽창함으로써 강널 말뚝간 연결부의 틈을 완전히 메꾸어 물이 침투할 수 없도록 한다.

차수재 주입용홈을 갖추도록 하는 방법으로는 도 4에 나타난 바와 같이 강널 말뚝 좌우 연결부의 길이를 비대칭으로 함으로써 가능토록 하였다. 즉 종래의 강널 말뚝은 좌측 연결부의 길이[a]와 우측 연결부의 길이[b]를 동일하게 하여 가급적 틈이 없는 연결이 되도록 하였으나 개선된 강널 말뚝의 경우 좌측 연결부[a1]과 우측 연결부[b1]의 길이를 다르게 하여 강널 말뚝간의 연결후에 좌·우측 연결부의 길이차(b1 - a1) 만큼의 공간이 생기도록 하고 그 공간을 차수재 주입 파이프의 삽입용 홈으로 한 것이다.

도 5는 강널 말뚝간 연결부 틈을 차수하는 방법 중 파이프를 이용하지 않고, 차수재가 도포된 강봉을 연결부 홈에 삽입하여 차수하는 방법의 실시예로서 강널 말뚝의 형상은 도4에서 나타낸 바와 동일하나 차수재 주입 방법을 달리한 것이다. 즉, 가늘고 긴 강봉의 외측에 수팽창성의 차수재를 도포하여 경화시키고 강널 말뚝의 항타가 완료된 후 별도의 차수재 주입설비 없이 강봉을 삽입함으로써 차수 작업을 완료토록 한다. 차수용 강봉은 압축 및 휨 변형에 대한 저항성을 높이도록 윈형이나 십자형 단면형상을 갖도록 하고 규칙적인 굴곡을 주어 굴곡면의 파진부위에 수팽창성의 차수재를 도포하도록 한다. 또한 차수용 강봉의 상단부와 하단부에는 암나사와 수나사를 두어 소요의 길이로 용이하게 연결하여 사용할 수 있을 뿐만 아니라 최하단 강봉에는 원뿔형의 쐐기를 연결하여 삽입시 마찰 저항을 줄일 수 있도록 한 것을 특징으로 한다.

이와 같이 구성된 본 발명은 수상 및 지하 수위 이하의 구조물 시공에서 강널 말뚝 벽체의 차수성을 높이는 공법으로서, 강널 말뚝 벽체 외측에 별도의 그라우팅용 구멍을 천공하지 않는데 따른 공사비 절감 및 작업 기간의 단축을 도모할 수 있으며, 차수성을 향상시켜 강널 말뚝 벽체 내부에서 고품질의 구조물을 시공할 수 있는 작업 환경 제공을 있다. 또한 육상 구조물의 경우 주변 지반으로부터의 지하수 유입을 감소시켜 지반 침하량을 감소시키고 이에 따른 주변 구조물의 균열발생 억제하고, 강널 말뚝 벽체 내부로의 물 유입량을 감소시켜 벽체 내부 구조물 작업기간중의 양수 비용 절감 등의 효과를 기대할 수 있다.

Claims (5)

1. 수중 공사나 지하 수위 이하 토목 작업에 사용되는 강널 말뚝에 있어서,

   좌측 연결부(a1)와 우측 연결부(b1)의 길이차로 일정 공간의 파이프 삽입용 홈이 구비된 강널 말뚝(1);

   강널 말뚝(1) 측면에 위치한 고압수 분사 파이프(22);

   상기 고압수 분사 파이프(22) 상단에 연결되어 교환 가능토록 구성되어 파이프 내로 고압수와 차수재를 번갈아 주입할 수 있는 고압수 파이프 연결용 아답타(21)와 차수재 파이프 연결용 아답타(31);

   상기 강널 말뚝(1)의 절곡된 코너부에 용접 고정되는 차수재 주입용 파이프(32);

   상기 차수재 주입용 파이프(32) 하단에 설치된 마찰 저항 철판(33);을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 차수재 주입홈을 갖는 강널 말뚝
2. 수중 공사나 지하 수위 이하 토목 작업에 사용되는 강널 말뚝에 있어서,

   상기 강널 말뚝에 설치된 고압수 분사 파이프(22)를 통해 말뚝 선단 주변을 파쇄하여 항타하는 단계;

   고압수 파이프 연결용 아답타(21)를 차수재 파이프 연결용 아답타(31)로 교체하여 파쇄된 주변 지반에 차수 그라우팅(34)을 실시하는 단계;

   강널 말뚝의 일정 공간 연결부에 파이프(42)를 삽입하여 강널 말뚝의 연결부틈에 차수재를 주입하는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 강널 말뚝 차수재 주입 방법
3. 제 2항에 있어서,

   상기 고압수 분사 파이프(22)와 아답타(21)(31)를 사용하지 않는 경우,

   강널 말뚝의 절곡된 코너부에 차수재 주입용 파이프(32)를 용접 고정시키고, 파이프 하단에 마찰 저항 철판(33)을 구비하여 항타 완료 후 파이프(32)를 통해 강널 말뚝 선단 주변부 지반에 차수재를 주입하는 것을 특징으로 하는 강널 말뚝 차수재 주입 방법
4. 제 2항에 있어서,

   상기 고압수 분사 파이프(22)와 아답타(21)(31)를 사용하지 않는 경우,

   가늘고 긴 차수재 주입봉(4) 외측에 수팽창성의 차수재(5)를 미리 도포하여 경화시키고, 강널 말뚝의 항타 완료 후 별도의 차수재 주입 설비없이 주입봉(4)을 삽입하여 차수 작업을 실시하는 것을 특징으로 하는 강널 말뚝 차수재 주입 방법
5. 제 4항에 있어서,

   상기 차수재 주입봉(4)은 규칙적 절곡부를 갖는 원형이나 십자형 단면 형상을 가지고 있으며, 상단부와 하단부에 서로 연장 연결 가능한 나사산 형태의 이음구(43)가 형성되며, 최하단 주입봉(4)은 원뿔형 쐐기를 연결하는 것을 특징으로 하는 강널 말뚝 차수재 주입 방법