KR100411662B1 - 타입과 천공을 병행한 프리스트레스트 콘크리트 말뚝의시공방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 공장 제작한 PHC말뚝을 현장으로 운반한 후, PHC말뚝의 선단이 지반의 최종 지지층에 도달하여 근입될 때까지 시공하는 말뚝공사에 관한 것으로;

본 발명은 기성의 PHC말뚝을 지반의 최종 지지층까지 관입시키는 작업을 수행함에 있어, 지표면에서 지반을 천공하지 않은 상태에서, 먼저 항타에 의한 PHC말뚝의 타입 작업을 수행하다가, 타입 작업 도중 지반의 중간에서 단단한 층을 만나게 되어 과도한 항타력에 의해 PHC말뚝이 손상될 우려가 있을 경우, 항타 작업을 멈추고 PHC말뚝의 중공부 안으로 굴착장비를 넣은 다음, 중간의 단단한 층을 관통할 때까지 소규모로 천공한 후, 다시 항타 작업을 진행하여 PHC말뚝을 지반의 최종 지지층까지 근입시키는 것을 특징으로 하는 프리스트레스트 콘크리트 말뚝의 시공방법을 제공하며;

본 발명에 의하면 말뚝의 손상이 방지되고, 말뚝 주면의 지반 마찰력 및 선단 지지력을 극대화시키어 고품질의 말뚝기초를 얻을 수 있을 뿐만 아니라, 공기가 단축되고 공사비가 저렴하여 여타 기성 말뚝보다 여러 면에서 상대적으로 우수한 PHC말뚝의 적극적인 사용을 도모하여 주는 효과가 있다.

Description

타입과 천공을 병행한 프리스트레스트 콘크리트 말뚝의 시공방법 {Construction Method of Prestressed spun High strength Concrete Pile}

본 발명은 상부에 축조되는 구조물의 하중을 지반의 중간층을 관통하여 최종지지층에 전달시키기 위한 기성 콘크리트 말뚝의 시공방법에 관한 것으로, 특히 PHC말뚝의 관입 경로중 지반의 중간에 단단한 층이 있을 경우, 말뚝이 손상되는 것을 방지하고 지반과의 말뚝 주면 마찰력을 최대한 확보시키면서 관입시키기 위한 타입과 천공을 병행한 프리스트레스트 콘크리트 말뚝의 시공방법에 관한 것이다.

주지된 바와 같이 기성 말뚝의 시공은, 항타기를 이용해 지반의 최종 지지층까지 말뚝을 타입시키는 타입(打翔) 공법과, 어스오거(earth-auger) 등의 굴착장비로 지반을 먼저 천공하고 말뚝을 삽입하는 프리보링(preboring) 공법이 있다.

상기한 타입공법에 의한 말뚝은 공기가 빠르고, 공사비가 저렴하며, 시공 후 말뚝 주면의 마찰력이 크게 확보되는 등의 장점이 있다.

그러나, 타입공법에 의한 말뚝은 말뚝의 선단이 지반의 최종 지지층에 도달하기 이전의 항타 작업 도중, 지반의 중간에 단단한 층이 존재할 경우, 큰 항타력이 소요되므로 말뚝이 손상될 우려가 있고, 이로 인해 목표한 최종 지지층까지 관입시키는 것이 곤란한 단점이 있었다.

즉, 종래의 타입공법에 의한 말뚝은 지지력을 극대화하는데 한계가 따를 수밖에 없었으며, 상부구조물의 설계하중을 차질없이 완벽하게 지지하기 위해서는 필요이상 많은 수의 말뚝들이 소요되므로 말뚝의 자재비와 시공비가 높아지는 것이 불가피했고, 공기도 길어져 전체 공사비가 증가되는 보다 큰 문제점이 있었다.

이에 따라 지반의 중간에 단단한 층이 존재할 가능성이 높은 지역의 경우에는 상기한 프리보링 공법을 통해 말뚝을 시공하고 있다.

종래 프리보링 공법에 의한 말뚝은, 도1의 도시와 같이 먼저 어스오거 등의 굴착장비를 이용해 말뚝의 외경 크기 만한 천공부(1)를 지반(2)의 최종 지지층까지 먼저 굴착한 후, 그 천공부(1)에 기성 말뚝(3)을 삽입한 다음, 말뚝의 주변을 그라우트하여 소정의 지지력을 확보하는 작업을 통해 시공되어진다.

그러나, 프리보링 공법에 의한 말뚝의 경우에는, 말뚝이 설치되는 전체 깊이에 걸쳐 처음부터 끝까지 천공하기 때문에 굴착량이 많을 뿐만 아니라, 무조건 선 천공후 말뚝을 삽입하므로, 현장여건상 지반의 지층변화가 심한 점을 고려할 때 공사비 낭비 요소가 매우 큰 문제점이 있었다.

또한, 천공부의 굴착시 지표부에서 지하수 등에 의한 공벽 붕괴가 발생할 우려가 높기 때문에 공벽 붕괴를 방지시키기 위한 케이싱을 설치해야 하는 등 별도의 조치가 필요하고, 굴착작업에 많은 시간이 소요됨으로써 공기가 길어지는 문제점이 있었다.

특히, 말뚝의 주변을 그라우트하여 보강하고는 있으나, 말뚝이 설치되는 전체 깊이에 걸쳐 천공하고 그 천공부의 직경이 말뚝의 직경과 거의 같기 때문에, 말뚝의 주면과 주변지반 사이의 마찰력 감소가 불가피하여 말뚝 지지력이 약한 단점이 있었다.

한편, 기성 콘크리트 말뚝 중 한 종류인 PHC말뚝(Prestressed spun High strength Concrete Pile)은, 외력에 의하여 일어나는 응력을 소정의 한도까지 상쇄할 수 있도록 그 응력의 분포와 크기를 정하여 콘크리트 말뚝 제조시 인공적으로 프리스트레스를 주어 휨에 저항하고 압축강도를 800㎏/㎠이상으로 하여 제작한 고강도 콘크리트 말뚝이다.

이러한, PHC말뚝은 여타 기성 말뚝보다 휨에 대한 저항성·강성 및 내구성이 크며 변형량이 작을 뿐만 아니라, 말뚝 1본당 허용지지력이 크고 상부에 시공되는 기초콘크리트와의 이음시공이 용이하여서, 경제적인 설계가 가능하고 공기가 짧으며, 공사비가 저렴한 등의 장점이 있다.

그런데, 앞서 설명한 바와 같은 기성 말뚝의 시공에서 나타나는 문제들로 인해 현재에는 PHC말뚝 시공이 적극적으로 이루어지지 못하고 있는 실정이다.

따라서, 여타 기성 말뚝보다 상대적으로 지지력이 탁월하면서도 공사비가 저렴하고 시공이 용이한 PHC말뚝의 적극적인 사용을 유도하기 위해서는, 지표와 최종 지지층 사이의 중간지반에 단단한 층이 존재할 경우 발생하는 상기 종래 공법들의 문제점들을 해소하여 주는 기술개발이 피할 수 없는 과제로 남아 있다.

이에 따라, 본 발명은 상기한 종래 공법들의 제 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로, 본 발명의 목적은 기성된 PHC말뚝을 지반의 최종 지지층까지 관입시키는 작업을 수행함에 있어, 지반 마찰력을 크게 얻을 수 있는 타입 공법과 말뚝의 관입이 수월하여 파손염려가 없는 보링 공법을 적절히 병행함으로써, 말뚝의 손상을 방지하고, 말뚝 주면의 지반 마찰력을 최대한 확보시키며, 공기를 단축시키고,공사비를 절감시킬 수 있게 하여 주는 타입과 천공을 병행한 프리스트레스 콘크리트 말뚝의 시공방법을 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 지표면에서 지반을 천공하지 않은 상태에서, 먼저 항타에 의한 PHC말뚝의 타입 작업을 수행하다가, 타입 작업 도중 지반의 중간에서 단단한 층을 만나게 되어 과도한 항타력에 의해 PHC말뚝이 손상될 우려가 있을 경우, 항타 작업을 멈추고 PHC말뚝의 중공부 안으로 굴착장비를 넣은 다음, 중간의 단단한 층을 관통할 때까지 소규모로 천공한 후, 다시 항타 작업을 진행하여 PHC말뚝을 지반의 최종 지지층까지 근입시키는 것을 특징으로 하는 기술구성을 제공한다.

도1은 종래 프리보링 공법에 의한 기성 콘크리트 말뚝의 시공예를 나타낸 도면

도2는 본 발명의 시공방법에서 사용되는 PHC말뚝의 구조를 나타낸 종단면도

도3 내지 도5는 본 발명에 따라 시행되는 PHC말뚝의 시공과정을 나타낸 도면

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10:PHC말뚝 11:중공부 12:선단 슈

20:단단한 중간층 30:천공부 40:최종 지지층

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 기술구성을 구체적으로 설명한다.

본 발명은 공장 제작한 PHC말뚝(10)을 현장으로 운반한 후, PHC말뚝(10)의 선단이 지반의 최종 지지층에 도달하여 근입될 때까지 시공하는 말뚝공사의 방법을 제공한다.

본 발명을 수행함에 있어서, 상기 PHC말뚝(10)은 도2의 도시와 같이 그 중공부(11)의 상하부가 개방된 것을 사용한다.

그리고 이 PHC말뚝(10)은 그 선단 슈(12)가 양쪽으로 경사지는 테이퍼형의 구조로 제작된 것을 사용함이 바람직하다.

그 이유는 말뚝 타입시 선단 저항을 가급적 적게 받도록 하는 한편, 시공후지반 마찰력을 최대한 확보할 수 있게 하기 위함이다.

본 발명의 시공방법은, 우선 지반을 천공하지 않은 상태에서 지표부로부터 항타기를 이용한 PHC말뚝(10)의 타입 작업을 수행한다.

이와 같은 타입 작업을 진행하다가, 도3의 도시와 같이 PHC말뚝(10)의 항타 작업 도중 지반의 중간에 단단한 중간층(20)이 있어 항타에 의한 PHC말뚝(10)의 손상이 우려되는 경우에는 항타 작업을 중단한다.

그리고, PHC말뚝(10)의 중공부(11)를 통해 오거나 팁퍼 등을 이용한 굴착장비를 PHC말뚝(10)의 선단부가 박혀 있는 지반 중간의 단단한 중간층(20)까지 진입시킨다.

그리고 나서, 굴착장비를 가동시켜 지반 중간의 단단한 중간층(20)을 완전히 관통할 때까지 굴착하는 작업을 통해 도4의 도시와 같은 천공부(30)를 형성한다.

이때, 상기 천공부(30)는 PHC말뚝의 중공부(11) 직경과 거의 대등한 직경으로 형성한다.

다음으로, 천공장비를 철수하고 다시 항타 작업을 진행하며, 항타 작업 도중 최종 지지층에 도달하기 이전 또다시 단단한 중간층을 만날 경우 상기와 같은 천공작업과 항타 작업을 반복 실시한다.

본 발명은 위와 같은 천공과 타입 작업을 병행하여서, 도5의 도시와 같이 PHC말뚝(10)의 선단이 최종 지지층(40)에 도달하여 근입될 때까지 시공한다.

상기와 같이 실시되는 본 발명은 PHC말뚝(10) 선단부의 단단한 중간층(20)이 선 굴착되어 있으므로 항타 에너지를 적게 하고도 PHC말뚝(10)의 관입이 비교적 용이하며, 항타로 인한 말뚝 손상을 방지시키면서 보다 효과적으로 소정의 근입 심도까지 관입할 수 있다.

또한, 천공부(30)의 직경이 말뚝의 외경보다 작아 PHC말뚝(10)의 외주면과 주변의 지반면에 의해 작용하는 주면 마찰력을 크게 얻을 수 있다.

상기와 같이 이루어지는 본 발명은 PHC말뚝을 이용한 말뚝시공에 있어서 다음과 같은 효과를 나타낸다.

첫째, 항타 도중 중간의 단단한 지층을 PHC말뚝 내부를 통해 선 굴착한 다음 PHC말뚝을 다시 항타하므로 타입이 용이할 뿐만 아니라, 말뚝의 선단을 지반의 견고한 최종 지지층에 무난하게 도달시킬 수 있다.

둘째, 내부 굴착폭이 작아 PHC말뚝과 주변 지반 사이의 마찰력을 최대한 확보할 수 있다.

셋째, 기존공법에 비해 오거나 팁퍼 등의 굴착장비에 의한 굴착량이 작아 공사비가 저렴하다.

넷째, PHC말뚝을 지반 중간의 단단한 층 상부까지 먼저 항타한 후 내부 굴착하므로 공벽 붕괴 등의 염려가 없어 공사가 지연되지 않는다.

다섯째, 현장의 지반 변화에 따라 PHC말뚝을 단단한 층 상부까지 항타하다가타입이 곤란한 경우에만 천공한 후 손쉽게 항타하므로 공사비를 크게 절감시켜 준다.

이상과 같이 본 발명은 말뚝의 손상이 방지되고, 말뚝 주면의 지반 마찰력 및 선단 지지력을 극대화시키어 고품질의 말뚝기초를 얻을 수 있을 뿐만 아니라, 공기가 단축되고 공사비가 저렴하여 여타 기성 말뚝보다 여러 면에서 상대적으로 우수한 PHC말뚝의 적극적인 사용을 도모하여 주는 매우 유용한 발명이다.

Claims (3)

1. 공장 제작한 PHC말뚝(10)을 현장으로 운반한 후, PHC말뚝(10)의 선단이 지반의 최종 지지층에 도달하여 근입될 때까지 시공하는 말뚝공사에 있어서;

   상기 PHC말뚝(10)은 그 중공부(11)의 상하부가 개방되는 것을 사용하며, 지반을 천공하지 않은 상태에서 먼저 항타에 의한 PHC말뚝(10)의 타입 작업을 수행하다가, PHC말뚝(10)의 항타 작업 도중 지반의 중간에 단단한 층이 있어 항타에 의한 PHC말뚝(10)의 손상이 우려되는 경우;

   PHC말뚝(10)의 항타 작업을 중지하고, PHC말뚝(10)의 중공부(11)를 통해 오거나 팁퍼 등을 이용한 굴착장비를 PHC말뚝(10) 선단부가 박혀 있는 지반 중간의 단단한 층까지 진입시키고, 굴착장비를 가동시켜 지반 중간의 단단한 층을 완전히 관통할 때까지 굴착하는 작업을 통해 천공부(30)를 형성한 다음, 천공장비를 철수하고 다시 항타 작업을 진행하여서, PHC말뚝(10)의 선단이 최종 지지층에 도달하여 근입될 때까지 시공하는 것을 특징으로 하는 타입과 천공을 병행한 프리스트레스트 콘크리트 말뚝의 시공방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 PHC말뚝(10)은 그 선단 슈(12)가 테이퍼형 구조로 제작된 것임을 특징으로 하는 타입과 천공을 병행한 프리스트레스트 콘크리트 말뚝의 시공방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 천공부(30)는 PHC말뚝의 중공부(11) 직경과 거의 대등한 직경으로 형성함을 특징으로 하는 타입과 천공을 병행한 프리스트레스트 콘크리트 말뚝의 시공방법.