KR100396393B1 - 원추형 선단이 형성된 스크류의 말뚝공법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 토목공사에서 지반의 기초를 다지기 위하여 시공되는 말뚝의 선단부를 원추형으로 형성하여 그 외주면으로 부터 상부의 일정구간에 나선형 돌기를 구비되게 성형한 후 상기 말뚝의 외경에 비해 직경이 작은 굴착공을 지반에 굴착하여 이에 콘크리트 몰탈을 투입한 상태에서 상기 말뚝을 회전·압입시켜 시공할 수 있게 한 원추형 선단이 형성된 스크류의 말뚝공법에 관한 것으로,

즉, 말뚝의 선단부가 원추형이고 그 선단부의 외주면으로부터 상부측 일정구간에 나선형의 돌기가 부착된 나사형태의 선단 원추형 스크류말뚝을 성형하고, 상기 선단 원추형 스크류말뚝의 외경보다 직경이 작은 굴착공을 천공하여 이에 일정량의 시멘트밀크를 주입한 후 그 굴착공에 선단 원추형 스크류말뚝을 삽입하여 회전·압입함으로써, 굴착공에 스크류말뚝을 압입함으로써 말뚝이 지반에 관입되는 동안 발생하는 마찰저항을 저감시켜서 스크류 말뚝공법의 시공성을 개선하면서 동시에 굴착공보다 큰 직경의 말뚝이 굴착공에 압입될 때 발생하는 주변지반의 다짐으로 인한 주면마찰력의 증가와 말뚝의 관입으로 인해 굴착공 저면의 시멘트밀크가 지반에 주입되어 고결되므로써 말뚝의 선단지지력을 증대시키는 역할을 하는 것이다.

Description

원추형 선단이 형성된 스크류의 말뚝공법{PILE DRIVING-IN METHOD USING SCREW TYPE PILE WITH CONICAL END}

본 발명은 원추형 선단이 형성된 스크류의 말뚝공법, 보다 상세하게는 토목공사에서 지반의 기초를 구축하기 위하여 시공되는 말뚝의 선단부를 원추형으로 형성하여 그 외주면으로부터 상부의 일정구간에 나선형 돌기를 구비되게 성형한 후 상기 말뚝의 외경에 비해 직경이 작은 굴착공을 지반에 굴착하여 이에 콘크리트 몰탈을 투입한 상태에서 상기 말뚝을 회전·압입시킴으로써, 말뚝의 주변지반을 견고하게 다져지도록 하여 밀착력을 증대시킴과 동시에 말뚝 선단부의 지반에 콘크리트 몰탈을 주입되게 하여 지반의 지지력을 보강할 수 있게 한 원추형 선단이 형성된 스크류의 말뚝공법에 관한 것이다.

일반적으로, 공해문제에 대한 사회적 관심이 고조되면서 건설현장에서 발생되는 소음이나 진동 등도 주변환경을 저해하는 공해로 규정되면서 말뚝을 이용한 기초공사에서 햄머로 말뚝을 타격하여 설치하는 직항타공법의 사용은 급격히 감소하는 반면, 소음과 진동을 감소시킬 수 있는 소위 저공해 말뚝공법의 사용은 점차 확대되고 있는 추세이다.

저공해 말뚝공법은 크게 기성(旣成)말뚝을 이용하는 공법과 굴착공에 철근과 시멘트를 주입하여 현장에서 말뚝을 성형하는 현장타설 말뚝으로 구분되며, 또한 기성말뚝을 이용하는 공법은 콘크리트 몰탈(이하, '시멘트 밀크'라 함)이 주입된 굴착공에 기성(旣成)말뚝을 삽입 혹은 삽입 후 타격하여 시공하는 선굴착 말뚝공법과 나사모양의 말뚝을 지반에 회전·압입하는 스크류 말뚝공법으로 구분할 수 있다.

상기 선굴착 말뚝공법은 오거(Auger)를 이용하여 기성(旣成)말뚝보다 직경이 크게 천공된 굴착공에 시멘트 밀크를 주입하고 이에 기성(旣成)말뚝을 삽입 혹은 삽입 후 타격하는 것으로, 지지력을 발현시키는 방법에 따라서 크게 침설방식과 경타방식으로 구분되며, 이와 같은 종래의 선굴착 말뚝공법의 일예를 도 1a 내지 1f를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

즉, 상기 도 1a 에서부터 1e 까지의 공정은 선굴착 말뚝공법에서 침설방식에 의한 시공순서를 나타내는 것이며, 도 1f는 상기 침설방식 이후의 경타방식에 의한 선굴착 말뚝공법의 시공순서를 나타내는 것이다.

침설방식의 경우, 도 1a 및 1b 에서와 같이 오거(1)를 이용하여 소정의 깊이까지 지반(2)을 굴착한 후, 도 1c 처럼 굴착공에 시멘트밀크(3)를 주입하면서 오거(1)를 인발한다.

이처럼 지반(2)의 굴착과 도 1d와 같이 시멘트밀크의 주입이 완료되면, 도 1e에서와 같이 자중에 의하여 기성말뚝(4)을 굴착공에 삽입한 후 고결시키므로써 시공을 완료하게 된다.

그리고 경타방식은 상기 도 1a 에서부터 1e 까지의 침설방식과 동일하게 시멘트밀크(3)가 주입된 굴착공에 기성말뚝(4)을 삽입한 후, 1f에서와 같이 선굴착 말뚝의 선단지지력 증대를 위하여 굴착공에 삽입된 기성말뚝(4)을 햄머(5)로 가볍게 두드려 박으므로써 선굴착 말뚝의 시공을 완료하게 된다.

한편, 도 2는 종래의 저공해 말뚝공법의 다른 예인 스크류 말뚝공법을 나타낸 것으로, 말뚝의 선단부에 지반 굴삭용 금구(6)가 부착되고 측면에는 나선형돌기(7)가 부착된 선단 평면형 스크류말뚝(A)을 지반에 회전· 압입시키는 방법으로 시공하는 것인바, 즉 지반의 소정의 위치에 선단 평면형 스크류말뚝(A)을 거치하고 그 말뚝에 회전력과 압축력을 동시에 가해서 말뚝(A)을 소정의 깊이까지 도달키는 것이다.

그러나 상기 선굴착 말뚝공법과 스크류 말뚝공법은 시공과정에서 발생하는 몇가지 문제점으로 인하여 말뚝의 지지력을 구성하는 주면마찰력과 선단지지력이 극대화되지 못하고 있다.

예컨데 선굴착 말뚝공법 중 침설방식의 경우에는 지반을 천공하는 과정에서 발생하는 슬라임(slime, 혹은 흙 부스러기)의 상당량이 굴착공의 저면에 잔존하는 상태에서 시멘트밀크를 주입하고 기성 말뚝을 삽입함으로써, 말뚝이 슬라임 위에 떠있는 형상이 되므로 말뚝의 선단부가 매우 취약하게 되어 선단지지력이 작게되며, 굴착공을 성형하는 동안에 주변 지반이 느슨해짐으로써 말뚝의 주면 마찰력 또한 작아져서 말뚝을 햄머로 타입하여 시공하는 직항타 말뚝에 비해 지지력이 상당히 작게 된다.

그리고, 선굴착 말뚝공법 중 경타방식의 경우도 침설방식과 마찬가지로 굴착공의 저면에 슬라임이 존재하게 되지만 충전재가 주입된 굴착공에 기성말뚝을 삽입한후 최종적으로 말뚝을 햄머로 타입하게 되므로 비록 침설방식의 경우보다 선단 지지력은 상당히 커지게 되었으나, 침설방식과 마찬가지로 굴착공을 성형하는 동안 발생하는 주변 지반의 느슨해짐으로 인하여 직항타 말뚝보다 주면마찰력이 작게 된다.

또한 경타방식은 말뚝의 지지력을 증대시키기 위하여 기성말뚝을 햄머로 항타하기 때문에 말뚝을 햄머로 직접 타입하는 직항타 말뚝에 버금가는 크기의 소음과 진동이 발생하는 단점이 있다.

한편, 스크류 말뚝공법은 선단부에 지반 굴착용 금구가 부착된 선단 평면형 스크류말뚝을 지반에 회전 압입하는 방법으로 시공하기 때문에 말뚝 시공시 발생하는 소음 진동을 최대한 억제할 수 있고, 선굴착 말뚝공법과 같이 굴착공을 필요치 아니하기 때문에 주변 지반의 이완으로 인한 말뚝의 지지력 감소를 방지할 수 있으며, 더욱이 말뚝이 지반에 회전.압입될때 말뚝의 체적만큼 주변지반이 외부로 밀리면서 지반이 원래보다 조밀하게 되므로 말뚝의 지지력이 선굴착 말뚝공법보다 크게 된다.

그러나 지반을 천공하지 않은 상태에서 말뚝을 회전.압입시키므로 말뚝의 선단부와 주면부에 작용하는 마찰저항이 커지게 되며, 이 때문에 말뚝을 소정의 깊이까지 설치하기 위해서는 기존보다 상당히 큰 크기의 구동력을 갖는 시공장비가 필요하게 되었으며, 이에 따라 시공장비의 구동력이 크지 않은 경우와 비교적 단단한 지반에서는 그 시공이 쉽지 않은 문제점이 있었다.

본 발명은 상기 저공해 말뚝공법, 즉 선굴착 말뚝공법과 스크류 말뚝공법의 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로, 그 목적은 말뚝의 선단지지력과 시공성을 향상시킴과 아울러 저소음으로 간단하게 시공할 수 있는 원추형 선단이 형성된 스크류의 말뚝공법을 제공하는데 있다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 말뚝의 선단부가 원추형이고 그 선단부의 외주면으로부터 상부측 일정구간에 나선형의 돌기가 부착된 나사형태의 선단 원추형 스크류말뚝을 성형하고, 상기 선단 원추형 스크류말뚝의 외경보다 직경이 작은 굴착공을 천공하여 이에 일정량의 시멘트밀크를 주입한 후 그 굴착공에 선단 원추형 스크류말뚝을 삽입하여 회전·압입함으로써, 굴착공에 스크류말뚝을 압입함으로써 말뚝이 지반에 관입되는 동안 발생하는 마찰저항을 저감시켜서 스크류 말뚝공법의 시공성을 개선하면서 동시에 굴착공보다 큰 직경의 말뚝이 굴착공에 압입될 때 발생하는 주변지반의 다짐으로 인한 주면마찰력의 증가와 말뚝의 관입으로 인해 굴착공 저면의 시멘트밀크가 지반에 주입되어 고결되므로써 말뚝의 선단지지력을 증대시키는 역할을 하는 것을 특징으로 한다.

도 1a 내지 1f는 종래의 침설방식과 경타방식에 의한 선굴착 말뚝공법의 시공상태를 나타낸 단면구성도,

도 2a 내지 2c는 종래의 다른 예인 선단 평면형 스크류 말뚝공법의 시공과정을 나타낸 단면구성도,

도 3a 및 3b는 본 발명의 실시예의 선단 원추형 스크류말뚝을 나타낸 측면도와 그 사시도,

도 4a 내지 4e는 본 발명의 선단 원추형 스크류말뚝을 이용한 선굴착 스크류 말뚝공법의 시공순서를 나타내는 설명도이다.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

1 : 오거(auger) 2 : 지반

3 : 시멘트밀크 4 : 기성(旣成)말뚝

5 : 햄머 6 : 지반 굴삭용 금구

7, 20 : 나선형 돌기 10 : 말뚝본체

11 : 몸체 12 : 선단부

이하, 본발명인 원추형 선단이 형성된 스크류의 말뚝공법을 첨부도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 3a 및 3b는 본 발명의 실시예의 선단 원추형 스크류말뚝을 나타낸 측면도와 그 사시도이고, 도 4a 내지 4e는 본 발명의 선단 원추형 스크류말뚝을 이용한 선굴착 스크류 말뚝공법의 시공순서를 나타내는 설명도로서, 본 발명의 말뚝본체(10)는 원기둥 형태로 된 몸체(11)의 선단부(12)가 원추형으로 되고, 이 선단부(12)의 외주면으로부터 몸체(11)의 일정부위까지 나선형 돌기(20) 형성되어 선단 원추형 스크류말뚝을 구성하고 있다.

상기 말뚝본체(10)는 그 몸체(11)에 형성된 나선형 돌기(20)에 의해 나사못을체결하는 원리와 마찬가지로 지반에 회전.압입함으로써 소정의 심도까지 관입되며, 말뚝을 설치할때 발생하는 지반과 돌기간의 마찰저항을 감소시키기 위하여 상기 나선형 돌기(20)를 몸체(11)의 선단부(12)에 제한되게 형성시켰다.

또한 말뚝본체(10)의 선단부를 쐐기형상으로 성형함으로써 다음에서 설명할 지반에 시공하는 공정에서와 같이 몸체(11)의 외경에 비해 직경이 작은 굴착공을 형성하여 이에 말뚝본체(10)를 압입할때 굴착 공벽이 반경방향으로 원할히 밀리면서 주변지반을 다져지도록 하여 말뚝의 주변마찰력을 증대시키게 된 것이다.

상기 말뚝본체(10)의 시공공정은 우선, 도 4a 내지 4b에서와 같이 통상의 오거(1)를 이용하여 지반에 수직으로 향하게 소정 깊이까지 굴착공을 천공한 후 오거(1)의 선단부를 통하여 굴착공 저면에 일정량의 시멘트 밀크(3)를 주입하고 오거(1)를 천천히 인발한다.

이때 오거(1)에 의해 천공되는 굴착공의 내경이 말뚝본체(10)의 몸체(11) 외경보다 클 경우에는 종래의 선굴착 말뚝공법의 일예인 침설방식의 경우와 같이 말뚝의 선단지지력이 작게됨과 아울러 굴착공을 성형하는 동안에 주변 지반이 느슨해짐으로써 말뚝의 주면마찰력이 떨어지게되므로 말뚝의 선단지지력과 주면마찰력을 향상시키기 위해서는 반드시 굴착공의 내경이 몸체(11)의 외경보다 작게 해야 한다.

그러므로, 굴착공보다 직경이 큰 말뚝본체(10)를 나사식으로 회전시키면서압입하여 굴착공에 말뚝을 관입시키게 됨으로써, 적은 힘으로도 관입작업이 가능한 반면, 몸체(11)에 일체로 형성된 나선형 돌기(20)에 의해 굴착공벽이 외곽으로 밀리면서 주변 지반이 다져지게 되어 말뚝의 주면마찰력이 커지게 된다.

상기 말뚝본체(10)의 관입작업이 계속적으로 진행되어 원추형으로 된 선단부(12)가 굴착공의 하부에 이미 주입되어 있던 시멘트 밀크(3)와 접하는 순간부터(도 4d참조) 말뚝이 굴착공에 관입되는 체적만큼 시멘트 밀크가 주변 지반의 틈새 등으로 침투되어 최종적으로 말뚝의 관입이 종료될때 도4e에서와 같이 확산되면서 주변지반을 고경시키기 때문에 주변 지반의 강도가 증가하여 말뚝의 선단지지력이 증가하게 되는 것이다.

이와 같은 본 발명의 원추형 선단이 형성된 스크류의 말뚝공법은 말뚝의 외경보다 직경이 작고 일정량의 시멘트 밀크가 주입된 굴착공에 말뚝 선단부가 원추형이고 그표면에 나선형 돌기가 부착된 선단 원추형 스쿠류 말뚝을 회전.압입하여 시공함으로써, 기존의 말뚝 주면이 평평한 선굴착 말뚝보다 주면마찰력이 커지게 되며, 말뚝 직경보다 작은 크기의 굴착공에 선단 원추형 스크류말뚝을 회전 압입시키므로 기존의 스크류 말뚝공법보다 관입저항이 작아서 시공성이 크게 향상될 수 있을 뿐만 아니라 말뚝이 관입되면서 굴착공벽을 반경방향으로 밀어내어 주변지반을 조밀하게 하기 때문에 선굴착 말뚝공법에 비해 주면마찰력을 더욱 증가시킬 수 있는 효과가 있다.

또한 굴착공에 일정량의 시멘트 밀크를 주입한 후 말뚝을 회전.압입시키기 때문에 말뚝이 지반에 관입되는 과정에서 일정 깊이 이하 부터는 말뚝이 관입됨에 따라 시멘트 밀크에 상당한 크기의 압력이 가해지게 되므로 시멘트 밀크가 말뚝 선단부 주위의 지반으로 침투하게 되고 이처럼 지반에 시멘트 밀크가 침투하게 되면 시멘트 밀크가 고결된 후에는 지반의 강도가 급격히 증가하게 되므로 선굴착 스크류 말뚝의 선단지지력을 증대시킬 수 있는 장점도 있다.

Claims (1)

1. 지반의 기초를 구축하기 위해 설치되는 말뚝본체(10)를 선단부(12)가원추형으로된원기둥의 몸체(11)로 형성하되, 상기 선단부(12)의 외주면으로 부터 몸체(11)의 일정부위까지 나선형 돌기(20)를 구비한 선단 원추형 스크류말뚝을 형성하고,

   상기 말뚝본체(10)를 설치하기 위해 그 몸체(11)의 외경에 비해 직경이 작은 크기의 굴착공을 통상의 오거(1)를 이용하여 지반의 소정 깊이까지 천공하며,

   상기 천공이 완료된 굴착공에 일정량의 시멘트 밀크(3)를 주입한 후 시멘트 밀크(3)가 주입된 굴착공에 상기 말뚝본체(10)를 회전.압입하며,

   상기 말뚝본체(10)의 회전.압입에 의해 굴착공에 주입된 시멘트 밀크(3)가 주변지반으로 침투하여 주변지반을 고결시키게 된 것을 특징으로 하는 원추형 선단이 형성된 스크류의 말뚝공법.