KR100450444B1 - 프리스트레스트 콘크리트 말뚝과 앵커체를 조합한 말뚝시공방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 상부에 축조되는 구조물의 하중을 지반의 중간층을 관통하여 최종 지지층에 전달시키기 위한 말뚝의 시공방법에 관한 것으로;

본 발명의 목적은 지반의 견고한 지층이 깊은 곳에 존재하여서 지중으로 깊숙하게 관입되는 말뚝의 시공성을 우수하게 개선하고 구조적 강성을 효율적으로 확보시킴으로써 경제성을 제고하여 주는 프리스트레스트 콘크리트 말뚝과 앵커체를 조합한 말뚝 시공방법을 제공하는데 있으며,

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 최종 지지층까지 도달시키는데 어려움이 있는 PHC말뚝을 깊숙이 박지 않고 모멘트 및 전단력이 크게 작용하게 되는 말뚝의 상부부분만 커버하도록 시공하고, 나머지 최종 지지층까지의 하부부분은 지반과의 접착력이 커서 큰 축력을 감당할 수 있는 앵커체로 시공하되, 그 앵커체를 PHC말뚝과 일체화시키면서 PHC말뚝의 선단 중공부를 통해 두부쪽까지 연장 형성하는 것을 기술구성상의 특징으로 하며;

말뚝의 지지력 및 구조적 강성을 충족시켜 줄 뿐만 아니라, 고품질의 말뚝을 효율적인 시공비용으로 얻게 하여 주는 효과가 있다.

Description

프리스트레스트 콘크리트 말뚝과 앵커체를 조합한 말뚝 시공방법 {Construction Method of Complex Pile Consisting Prestressed spun High strength Concrete Pile and Anchor}

본 발명은 상부에 축조되는 구조물의 하중을 지반의 중간층을 관통하여 최종 지지층에 전달시키기 위한 말뚝의 시공방법에 관한 것으로, 특히 지반의 견고한 지층이 깊은 곳에 존재하여서 지중으로 깊숙하게 관입되는 말뚝의 시공성을 우수하게 개선하고 구조적 강성을 효율적으로 확보하기 위한 프리스트레스트 콘크리트 말뚝과 앵커체를 조합한 말뚝 시공방법에 관한 것이다.

주지된 바와 같이, 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 허용 지지력이 크고 상부에 시공되는 기초콘크리트와의 이음시공이 용이하여서, 경제적인 설계가 가능하고 공기가 짧으며, 공사비가 저렴한 등의 장점이 있다.

도1은 종래 공법을 통해 시공되어진 PHC말뚝의 일 시공예를 도시하고 있는 것으로, PHC말뚝(1)의 선단을 최종 지지층(2)까지 근입시키고, 두부를 상부구조물 (3)과 결합해 일체화시킨 구조를 보여 주고 있다.

이 시공예의 경우 지반의 견고한 지층이 깊은 곳에 존재하여서 PHC말뚝(1) 1개만으로는 최종 지지층(2)까지 도달치 않기 때문에 선단 PHC말뚝(1a) 위에 연결 PHC말뚝(1b)을 대고 연결철판(1c)들의 용접을 통해 중간에서 이음 시공한 것을 나타내고 있다.

이와 같은 PHC말뚝의 시공을 포함한 종래 기성 말뚝의 시공은, 항타기를 이용해 기성 말뚝을 지반의 최종 지지층까지 강제로 타입시키는 타입(打翔) 공법과, 어스오거(earth-auger) 등의 굴착장비로 지반을 먼저 천공하고 그 천공부에 기성 말뚝을 삽입한 다음 말뚝의 주변을 그라우트하여 소정의 지지력을 확보하는 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.

상기한 프리보링 공법에 의한 말뚝의 시공은, 지반에 단단한 층이 존재할 가능성이 높거나 소음·진동 등의 공해로 인해 항타 작업이 곤란한 경우, 또는 선단 지지력이 중요한 경우 유효한 공법이다.

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.

한편으로, 상기와 같은 타입 공법과 프리보링 공법에 의한 말뚝 시공은 공통적으로, 견고한 최종 지지층이 기성 말뚝의 길이보다도 더 깊은 곳에 존재할 경우 말뚝의 관입 작업 도중 이음 시공해야 하는데, 이 이음 시공작업이 대단히 난해할 뿐만 아니라, 이음부위가 시공되어진 말뚝의 구조적 약점으로 작용하는 등 바람직스럽지 못한 결과를 초래하게 된다.

이에 따라 현재에는 상기와 같은 기성 말뚝의 시공에서 나타나는 문제들로 인해 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.

본 발명은 상기한 종래 공법들의 제 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로, 본 발명의 목적은 지반의 견고한 지층이 깊은 곳에 존재하여서 지중으로 깊숙하게 관입되는 말뚝의 시공성을 우수하게 개선하고 구조적 강성을 효율적으로 확보시킴으로써 경제성을 제고하여 주는 프리스트레스트 콘크리트 말뚝과 앵커체를 조합한 말뚝 시공방법을 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 지반의 견고한 지층까지 내려 깊숙하게 설치되는 말뚝을 시공함에 있어서,a) 선단부와 두부쪽이 개방되는 중공부를 가지도록 기성된 PHC말뚝을 소정 심도의 지중으로 관입시켜 설치하는 PHC말뚝 시공단계;b) PHC말뚝의 중공부를 통해 오거나 팁퍼 등을 이용한 굴착장비를 넣고 가동시켜 설정된 최종 지지층까지 굴착하는 작업을 통해 천공부를 형성하는 하부지반 천공단계;c) PHC말뚝의 중공부와 지반의 천공부 내로 강봉을 삽입하는 강봉 설치단계;d) 천공부의 저부까지 콘크리트 주입용 트레미관을 넣고 그 트레미관을 통해 일반 콘크리트를 주입하면서 트레미관을 상부로 서서히 빼내 PHC말뚝의 두부부근까지 일반 콘크리트를 타설하여 강봉이 설치된 천공부와 중공부내에 앵커체를 형성하는 앵커체 형성단계;를 순차적으로 수행하여서 이루어짐을 기술구성상의 기본적인 특징으로 한다.즉, 본 발명은 최종 지지층까지 도달시키는데 어려움이 있는 PHC말뚝을 깊숙이 박지 않고 모멘트 및 전단력이 크게 작용하게 되는 말뚝의 상부 부분만 커버하도록 시공하고, 나머지 최종 지지층까지의 하부부분은 지반과의 접착력이 커서 큰 축력을 감당할 수 있는 앵커체로 시공하되, 그 앵커체를 PHC말뚝과 일체화시키면서 PHC말뚝의 선단 중공부를 통해 두부쪽까지 연장 형성하는 것을 특징으로 하는 기술구성을 제공한다.

도1은 종래 공법에 따른 PHC말뚝의 시공예를 나타낸 도면

도2는 본 발명의 시공방법에서 사용되는 PHC말뚝의 구조를 나타낸 종단면도

도3 내지 도7은 본 발명에 따른 말뚝의 시공과정을 나타낸 도면

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10:PHC말뚝 11:중공부 12:선단 슈

20:강봉 21:간격유지재 30:앵커체

31:일반 콘크리트 32:급결콘크리트 100:최종 지지층

200:천공부 300:상부구조물

본 발명에 의한 프리스트레스트 콘크리트 말뚝과 앵커체를 조합한 말뚝 시공방법은, 지반의 견고한 지층이 깊은 곳에 존재하여서 지중으로 깊숙하게 관입되는 말뚝을 시공함에 있어서, a) PHC말뚝 시공단계 - b) 하부지반 천공단계 - c) 강봉 설치단계 - d) 앵커체 형성단계를 순차적으로 수행하여서 이루어진다.

위와 같은 단계에 따른 본 발명을 수행함에 있어서, 상기 PHC말뚝(10)은 도2의 도시와 같이 선단부와 두부쪽이 개방되는 중공부(11)를 가지도록 기성 제작된 것을 사용한다. 그리고, 이 PHC말뚝(10)은 그 선단 슈(12)가 내측으로 경사지는 테이퍼형의 구조로 제작된다.

도3 내지 도6는 상기와 같은 구조로 제작된 PHC말뚝을 사용하여서 본 발명에 의한 프리스트레스트 콘크리트 말뚝과 앵커체를 조합한 말뚝 시공방법을 각 단계별로 나누어 예시하고 있다.

이들 도면을 참조하여 본 발명의 시공방법을 상세히 설명한다.

a) PHC말뚝 시공단계는, 도3의 도시와 같이 선단부와 두부가 개방되는 중공부(11)를 가지도록 기성의 PHC말뚝(10)을 소정 심도의 지중으로 관입시켜 설치하는 작업을 통하여 수행된다.

이와 같이 설치되는 PHC말뚝(10)은 이음시공 없이 말뚝 1개를 이용한 것으로, 항타 작업을 통해 시공하는 것이 유리하며, 그 상부의 두부를 추후 수행되는 상부구조물을 연결 시공할 수 있도록 상부구조물의 설계위치보다 높게 돌출시켜 설치한다.

b) 하부지반 천공단계는, 도4의 도시와 같이 a)단계를 통해 설치된 PHC말뚝 (10)의 중공부(11)를 통해 오거나 팁퍼 등을 이용한 굴착장비를 넣고 가동시켜 설정된 최종 지지층(100)까지 굴착하는 작업을 통해 천공부(200)를 형성하는 단계이다.

이때, 상기 천공부(200)는 PHC말뚝(10)의 중공부(11)로부터 일직선으로 뻗어 내려가면서 중공부(11)의 직경과 거의 대등한 직경으로 형성한다.

c) 강봉 설치단계는, 도5의 도시와 같이 상기 b)단계를 거쳐 형성된 지반의 천공부(200)와 PHC말뚝(10)의 중공부(11) 내로 강봉(20)을 삽입하는 작업을 통하여 이루어진다.

이때, 강봉(20)의 외주면에는 길이방향을 따라 시멘트밀크 압송용 호스(미도시)를 설치하고, 그 시멘트밀크 압송용 호스를 강봉(20)과 함께 천공부(200)내로 삽입 설치한다. 시멘트밀크 압송용 호스는 길이가 다른 여러 개의 관을 이용하여 그 출구가 다단으로 위치되도록 설치하거나, 또는 하나의 호스에 그 분출구가 일정높이마다 형성된 것을 사용하여도 무방하다.

강봉(20)은 상부구조물의 압축력을 지반으로 전달하기 위한 것으로, 큰 압축력을 받아 줄 수 있도록 충분히 두꺼운 단면을 가지면서, 도면에 나타내지는 않았지만 정착력을 크게 하기 위해 외주면에 나선돌기가 형성된 것을 사용하는 것이 바람직하며, 단위체로 제작된 여러 개가 연결되어 일연체를 이루면서 소요길이로 연장된다.

그리고, 강봉(20)의 일정높이 마다에는 간격유지재(21)를 장착하여서, 상기 PHC말뚝(10)의 중공부(11)와 지반의 천공부(200)내에서 중심이 유지되도록 한다.

d) 앵커체 형성단계는, 상기 c)단계를 통해 강봉(20)이 설치되어진 천공부 (200)와 중공부(11)내에 콘크리트를 밀실하게 주입하여서 앵커체(30)를 형성하는 단계이다.

이 앵커체 형성단계는, 먼저 도6의 도시와 같이 먼저 천공부의 저부까지 콘크리트 주입용 트레미관을 넣고 그 트레미관을 통해 일반 콘크리트를 주입하면서 트레미관을 상부로 서서히 빼내어 PHC말뚝(10)의 두부부근까지 일반 콘크리트(31)를 타설하고, 타설된 일반 콘크리트 상부에 급결콘크리트(32)를 타설하여 밀폐한 후에,

다음으로, 도7의 도시와 같이 상기 c) 강봉 설치단계를 통해 삽입되어진 시멘트밀크 압송용 호스(미도시)를 통해 먼저 타설되어진 일반콘크리트 타설부에 시멘트밀크를 여러 차례 강제로 압력 주입시키는 작업을 통해 일반콘크리트 타설부의 공극 및 천공부의 지반 주변 공극을 메워가면서 보다 단단한 앵커체(30)를 형성한다.

이와 같은 앵커체의 시공은 앵커체(30)의 마찰력 및 선단 지지력을 증대시켜 주고, 앵커체의 대부분을 가격이 싼 일반콘크리트로 시공하여 공사비 저렴화를 도모한다.

본 발명은 상기와 같은 일련의 단계에 따른 작업을 수행하여서, PHC말뚝과 앵커체가 일체로 조합된 말뚝을 시공하게 된다.

본 발명에 따라 위와 같이 시공되는 말뚝은 추후 연결 시공되어지는 상부구조물(300)의 하중을 PHC말뚝 →PHC말뚝 중공부내 채움 콘크리트 →강봉 →앵커체 →지반으로 전달시키게 된다.

즉, 본 발명에 의한 말뚝은 상부구조물의 모멘트 및 전단 응력이 가장 크게 작용하게 되는 지표면 부근에는 구조적 강성이 큰 PHC말뚝이 설치되어서 저항하여 주고, 축력이 크게 작용하는 깊은 지중에는 지반과의 접착력이 큰 앵커체가 설치되어서 상부구조물에서 작용하는 축력에 저항하여 준다.

상기와 같이 이루어지는 본 발명은 말뚝시공에 있어서 다음과 같은 효과를 가진다.

첫째, 말뚝 길이가 짧아 저렴한 비용으로 공사할 수 있으면서도 소요 지지력을 능률적으로 확보할 수 있기 때문에 매우 경제적이다,.

둘째, 모멘트 및 전단력이 큰 지표부근엔 단면이 큰 PHC말뚝을 사용하여 강성을 증진시키고, 지반과의 접착력이 커서 큰 축력을 받을 수 있는 앵커체를 지중속 깊이 형성하여 상부구조물에서 발생하는 축력에 저항시킨 견고한 말뚝 구조를 제공한다.

셋째, PHC말뚝을 깊이 박지 않으므로 단단한 층을 항타할 필요가 없어 시공성이 대단히 우수하다.

넷째, PHC말뚝을 깊이 항타할 필요가 없으므로 PHC말뚝의 손상을 원천적으로 방지할 수 있다.

이상과 같이, 본 발명은 지반의 견고한 지층이 깊은 곳에 존재하여서 지중으로 깊숙하게 관입되는 말뚝의 지지력 및 구조적 강성을 충족시켜 줄 뿐만 아니라, 효율적인 시공비용으로 고품질의 말뚝을 확보하여 주는 매우 유용한 발명이다.

Claims (3)

1. 지반의 견고한 지층까지 내려 깊숙하게 설치되는 말뚝을 시공함에 있어서,

   a) 선단부와 두부쪽이 개방되는 중공부(11)를 가지도록 기성된 PHC말뚝(10)을 소정 심도의 지중으로 관입시켜 설치하는 PHC말뚝 시공단계;

   b) PHC말뚝(10)의 중공부(11)를 통해 오거나 팁퍼 등을 이용한 굴착장비를 넣고 가동시켜 설정된 최종 지지층까지 굴착하는 작업을 통해 천공부(200)를 형성하는 하부지반 천공단계;

   c) PHC말뚝(10)의 중공부(11)와 지반의 천공부(200) 내로 강봉(20)을 삽입하는 강봉 설치단계;

   d) 천공부(200)의 저부까지 콘크리트 주입용 트레미관을 넣고 그 트레미관을 통해 일반 콘크리트를 주입하면서 트레미관을 상부로 서서히 빼내 PHC말뚝(10)의 두부부근까지 일반 콘크리트(31)를 타설하여 강봉(20)이 설치된 천공부(200)와 중공부(11)내에 앵커체(30)를 형성하는 앵커체 형성단계;를 순차적으로 수행하여서 이루어짐을 특징으로 하는 프리스트레스트 콘크리트 말뚝과 앵커체를 조합한 말뚝 시공방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 천공부(200)는 PHC말뚝(10)의 중공부(11) 직경과 거의 대등한 직경으로 형성함을 특징으로 하는 프리스트레스트 콘크리트 말뚝과 앵커체를 조합한 말뚝 시공방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 c) 강봉 설치단계에서 강봉(20)의 외주면에 길이방향을 따라 시멘트밀크 압송용 호스를 설치하고, 그 시멘트밀크 압송용 호스를 강봉 (20)과 함께 천공부(200)내로 삽입 설치하며;

   상기 d) 앵커체 형성단계에서 타설된 일반 콘크리트 상부에 급결콘크리트 (32)를 타설하여 밀폐한 후에, 상기 시멘트밀크 압송용 호스를 통해 먼저 타설되어진 일반콘크리트 타설부에 시멘트밀크를 여러 차례 압력 주입시키는 작업을 더 수행하여 앵커체(30)의 마찰력 및 선단지지력을 증대시켜 줌을 특징으로 하는 프리스트레스트 콘크리트 말뚝과 앵커체를 조합한 말뚝 시공방법.