KR100455064B1

KR100455064B1 - 선단부재의 선 항타를 통한 프리스트레스트 콘크리트말뚝의 시공방법

Info

Publication number: KR100455064B1
Application number: KR10-2001-0028148A
Authority: KR
Inventors: 이윤주
Original assignee: (주)종합건축사사무소환경건축
Priority date: 2001-05-22
Filing date: 2001-05-22
Publication date: 2004-11-09
Also published as: KR20020089031A

Abstract

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

본 발명은 기성된 PHC말뚝을 지반의 최종 지지층까지 관입시키는 작업을 수행함에 있어, PHC말뚝의 항타 작업을 시작하기 이전, PHC말뚝의 선단부에 강재로 된 선단부재를 장착하고, 항타에 의한 PHC말뚝의 타입 작업을 수행하다가, PHC말뚝의 타입 도중 지반의 중간에서 단단한 층을 만나게 되어 과도한 항타력에 의해 PHC말뚝이 손상될 우려가 있는 경우, PHC말뚝의 항타 작업을 멈추고, 선단부재를 선 타입하여 중간의 단단한 층을 관통시킨 후, 다시 PHC말뚝의 항타 작업을 재개하여 PHC말뚝을 지반의 최종 지지층까지 근입시키는 것을 특징으로 하는 프리스트레스트 콘크리트 말뚝의 시공방법을 제공하며;

본 발명에 의하면 말뚝의 손상이 방지되고, 말뚝 주면의 지반 마찰력을 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

선단부재의 선 항타를 통한 프리스트레스트 콘크리트 말뚝의 시공방법 {Construction Method of Prestressed spun High strength Concrete Pile}

본 발명은 상부에 축조되는 구조물의 하중을 지반의 중간층을 관통하여 최종 지지층에 전달시키기 위한 기성 콘크리트 말뚝의 시공방법에 관한 것으로, 특히 PHC말뚝의 타입 도중 지반의 중간에서 단단한 층을 만났을 경우, 말뚝이 손상되는 것을 방지하면서 목표한 최종 지지층까지 관입시키기 위한 선단부재의 선(先) 항타를 통한 프리스트레스트 콘크리트 말뚝의 시공방법에 관한 것이다.

주지된 바와 같이 기성 말뚝의 시공은, 어스 오거(earth-auger) 등의 굴착장비로 지반을 먼저 천공하고 그 천공부에 기성 말뚝을 삽입한 다음 말뚝의 주변을 그라우트하여 소정의 지지력을 확보하는 프리보링(preboring) 공법과, 항타기를 이용해 기성 말뚝을 지반의 최종 지지층까지 강제로 타입시키는 타입(打翔) 공법이 있다.

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 말뚝 시공의 경우, 천공작업에 따른 공기 지연, 공사비 낭비 요소가 큰 등의 문제점이 있을 뿐만 아니라, 특히 말뚝의 주변을 그라우트하여 보강하고는 있으나 말뚝의 주면과 주변지반 사이의 마찰력 감소가 불가피하여 말뚝의 전체적인 지지력이 약한 단점이 있었다.

따라서, 기성 말뚝의 시공은 가능한 한 상기한 타입 공법에 의하여 시공하는것이, 공기가 빠르고, 공사비가 저렴하며, 시공 후 말뚝 주면의 마찰력이 크게 확보되는 등의 장점이 있어 여러 면에서 유리하다.

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, 타입되는 말뚝의 선단 지지력을 최대한 확보하기 위해서는 말뚝 선단부를 보다 견고한 최종 지지층까지 근입시키는 것이 필요한데, 말뚝의 선단부가 최종 지지층에 도달하기 이전에 지반의 강도가 급격히 증대될 경우에는 선단부의 지반 저항에 따른 부하가 크게 걸리기 때문에, 지나치게 큰 타격에너지를 가하면 말뚝의 조직파괴가 초래되고, 반대로 작은 타격에너지를 가하면 견고한 최종 지지층까지의 말뚝 관입이 불가능한 문제점이 있었다.

따라서, 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.

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 인공적으로프리스트레스를 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 기성의 PHC말뚝을 지반의 최종 지지층까지 관입시키는 작업을 지반 마찰력을 크게 얻을 수 있는 타입 공법으로 수행하되, PHC말뚝의 타입 도중 지반의 중간에서 단단한 층을 만났을 경우, 말뚝이 손상되는 것을 방지하면서 이를 관통하여 목표한 최종 지지층까지 충분히 관입시킴으로써, 말뚝의 보다 견고한 지지력을 확보하여 줄 뿐만 아니라, 공기를 단축시키고 공사비를 절감시켜 줄 수 있는 선단부재의 선항타를 통한 프리스트레스트 콘크리트 말뚝의 시공방법을 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 중공부를 갖는 PHC말뚝의 선단부에 강재로 만든 선단부재를 장착하고, PHC말뚝의 선단이 지반의 최종 지지층에 도달하여 근입될 때까지 타입시공하는 말뚝공사에 있어서;상기 선단부재는 그 상면 중앙에서 일체로 뻗어 오르는 중심축부를 갖는 것을 이용해, 그 중심축부를 상기 PHC말뚝의 선단쪽에서 중공부 안으로 끼워서 접속시키고, PHC말뚝의 항타에 의한 타입 작업을 시작하며, PHC말뚝의 타입 작업을 진행하는 도중 지반의 중간에 단단한 층이 있어 항타에 의한 PHC말뚝의 손상이 우려되는 경우;PHC말뚝의 항타를 중지하고, PHC말뚝의 두부쪽에서 중공부안에 강재로 제작된 타격에너지 전달부재를 넣어 상기 선단부재에 접속시키고 그 타격에너지 전달부재의 상부가 PHC말뚝 두부위로 노출되게 한 다음, 타격에너지 전달부재를 타격하여 선단부재가 지반 중간의 단단한 층을 완전히 관통할 때까지 먼저 타입시킨 후, 다시 PHC말뚝의 항타 작업을 진행하여서, PHC말뚝의 선단이 상기 선단부재(20)와 함께 최종 지지층에 도달하여 근입될 때까지 시공한 다음;상기 선단부재와 연결되어 있는 타격에너지 전달부재를 PHC말뚝의 중공부에서 들어내 제거하는 것을 기술구성상의 기본적인 특징으로 한다.즉, 본 발명은 PHC말뚝의 항타 작업을 시작하기 이전, PHC말뚝의 선단부에 강재로 된 선단부재를 장착하고, 항타에 의한 PHC말뚝의 타입 작업을 수행하다가, PHC말뚝의 타입 도중 지반의 중간에서 단단한 층을 만나게 되어 과도한 항타력에 의해 PHC말뚝이 손상될 우려가 있는 경우, PHC말뚝의 항타 작업을 멈추고, 선단부재를 선 타입하여 중간의 단단한 층을 관통시킨 후, 다시 PHC말뚝의 항타 작업을 재개하여 PHC말뚝을 지반의 최종 지지층까지 근입시키는 것을 특징으로 하는 기술구성을 제공한다.

도1은 본 발명에서 사용되는 시공 부재들을 나타낸 분리 사시도

도2 내지 도7은 본 발명에 따라 시행되는 PHC말뚝의 시공과정을 나타낸 도면

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1:단단한 중간층 2:최종 지지층 10:PHC말뚝

11:중공부 20:선단부재 21:역 원추부

22:중심축부 30:타격에너지 전달부재 31:단위 강봉체

32:암나사홀 40:양중용 로드 41:수나사부

42:고리 43:원형판 50:크레인 줄

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 기술구성을 구체적으로 설명한다.

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

본 발명에서 상기 PHC말뚝(10)은 도1의 도시와 같이 그 중공부(11)의 상하부가 개방된 것을 사용하며, PHC말뚝(10)의 타입 작업을 시작하기 이전 PHC말뚝(10)의 선단부에 강재로 만든 선단부재(20)를 장착한다.

상기 선단부재(20)는 도1의 도시와 같이, 선단이 뾰족하며 상면이 상기 PHC말뚝의 외경과 거의 대등한 직경으로 형성되는 역 원추부(21)와, 그 역 원추부(21)의 상면 중앙에서 일체로 솟아오르면서 상기 PHC말뚝(10)의 중공부(11) 직경과 거의 대등한 직경의 원형관 형상으로 형성되는 중심축부(22)로 구성된다.

이와 같이 구성되는 선단부재(20)는 그 중심축부(22)가 상기 PHC말뚝(10)의 선단쪽에서 중공부(11) 안으로 알맞게 끼워져 접속된다.

본 발명의 시공방법은, 상기와 같이 PHC말뚝(10)의 선단부에 강재로 만든 선단부재(20)를 장착한 상태에서 지표부로부터 항타기를 이용한 PHC말뚝(10)의 타입 작업을 시작한다

이와 같은 PHC말뚝(10)의 타입 작업을 진행하다가, 도2의 도시와 같이 PHC말뚝(10)의 항타 작업 도중 지반의 중간에 단단한 중간층(1)이 있어 항타에 의한 PHC말뚝(10)의 손상이 우려되는 경우, PHC말뚝(10)의 항타 작업을 중단한다.

그리고, 도3의 도시와 같이 PHC말뚝(10)의 두부쪽에서 중공부(11)안에 강재로 제작된 타격에너지 전달부재(30)를 넣어 상기 선단부재(20)에 접속시키고 그 타격에너지 전달부재(30)의 상부가 PHC말뚝(10) 두부위로 노출되게 한다.

상기 타격에너지 전달부재(30)는 도1의 도시와 같이, 상기 중공부의 직경과 거의 대등한 직경을 갖고 그것들끼리 암수 결합되는 여러 개의 단위 강봉체(31)로 분할 제작된다.

즉, 상기 선단부재(20)에 접속되는 최하부의 단위 강봉체(31)는 상하단부가 모두 수컷형으로 제작되며, 그 위로 연결 접속되는 단위 강봉체(31)는 하단부가 암컷형으로 이루어지고 상단부는 수컷형으로 이루어지는 형태로 제작되어서, 여러 개의 단위 강봉체(31)들을 상하로 암수 결합하여 접속시키면서 소요 길이로 연장시킬 수 있도록 되어 있다.

그리고, 단위 강봉체(31)들은 그 상면의 중앙에서 속으로 수직하게 파고 들어간 암나사홀(32)이 형성된다.

이 암나사홀(32)은 지상에서 상기 단위 강봉체(31)들을 PHC말뚝의 중공부 내부로 넣어 설치하거나 제거할 때 이용하기 위한 것으로, 하단부에 수나사부(41)가 형성되어 있는 양중용 로드(40)의 상부를 크레인 줄(50)에 걸고, 그 양중용 로드 (40)의 수나사부(41)를 상기 단위 강봉체(31)의 암나사홀(32)에 나사 결합시킨 후 양중하기 위함이다.

상기 양중용 로드(40)는 도4의 도시와 같이, 크레인 줄(50)에 걸기 위한 고리(42)가 그 로드의 상단부에 형성되며, 상기 수나사부(41)의 상부에 위치하여 로드의 외주면을 따라 일체로 형성되면서 상기 PHC말뚝(10)의 중공부(11) 직경과 거의 같은 직경으로 형성되는 원형판(43)이 구비된다.

이 원형판(43)은 PHC말뚝(10)의 중공부(11)내에서 중심을 잡아 강봉체(31)의 암나사홀(32)에 양중용 로드(40)의 수나사부(41)를 원활하게 결합시키기 위한 것이다.

상기와 같이 타격에너지 전달부재(30)를 설치하고 나서는, 지상에서 타격에너지 전달부재(30)를 타격하여 도4의 도시와 같이, 선단부재(20)가 지반 중간의 단단한 층을 완전히 관통할 때까지 먼저 타입시킨다.

이때, 상기 선단부재(20)가 지반 중간의 단단한 층을 관통할 때까지 단위 강봉체(31)들을 상부로 계속 연결하면서 타격한다.

타격에너지 전달부재(30)의 타격에 의해 선단부재(20)가 지반 중간의 단단한 층을 완전히 관통하면 도5의 도시와 같이, PHC말뚝(10)의 상부로 노출되어 있는 최상단의 단위 강봉체(31)에 양중용 로드(40)를 결합한 후 크레인 장비로 양중하여 최상단 단위 강봉체(31)를 제거한다.

그리고 나서, 다시 PHC말뚝(10)의 항타 작업을 시작하여 PHC말뚝(10)과 선단부재(20)를 접촉시키면서 함께 타입하며, PHC말뚝(10)의 항타 작업 도중 최종 지지층(2)에 도달하기 이전 또다시 단단한 중간층을 만날 경우 상기와 같은 선단부재 (20)의 선 타입 작업과 PHC말뚝(10)의 후 타입 작업을 반복 실시한다.

본 발명은 위와 같은 선단부재(20)의 선 타입 작업과 PHC말뚝(10)의 후 타입 작업을 병행하여서, 도6의 도시와 같이 PHC말뚝(10)의 선단이 상기 선단부재(20)와 함께 최종 지지층(2)에 도달하여 근입될 때까지 시공한다.

PHC말뚝(10)의 선단이 상기 선단부재(20)와 함께 최종 지지층에 도달하여 근입된 후에는, 상기 선단부재(20)까지 연결되어 있는 나머지 단위 강봉체(31)들에 양중용 로드(40)를 결합하면서 크레인 장비로 양중하여서, 도7의 도시와 같이 타격에너지 전달부재(30)를 이루는 단위 강봉체(31)들을 PHC말뚝(10)의 중공부(11)에서 완전히 제거하여 공사를 마무리하게 된다.

상기와 같이 실시되는 본 발명은 PHC말뚝(10) 선단부의 단단한 중간층(1)이 선단부재(20)에 의해 선 관통되어 공동부가 형성되어 있으므로 항타 에너지를 적게하고도 PHC말뚝(10)의 타입이 비교적 용이하며, 항타로 인한 말뚝 손상을 방지시키면서 보다 효과적으로 소정의 근입 심도까지 관입할 수 있다.

또한, 전체적으로 타입 공법에 의해 말뚝을 시공하므로 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 강재로 만든 선단부재로 선 관통하여 공동부를 형성한 다음 PHC말뚝을 다시 항타하므로, 타입이 용이할 뿐만 아니라 PHC말뚝의 손상없이 지반 중간의 단단한 층을 무난히 관통시킬 수 있다.

둘째, 말뚝의 선단을 지반의 견고한 최종 지지층에 도달시킬 수 있을 뿐만 아니라, PHC말뚝의 선단부가 강재 선단부재로 덮여 있어 말뚝의 선단 지지력을 크게 얻을 수 있다

셋째, 전체적으로 지반 교란이 적은 타입 공법에 의해 말뚝을 시공하므로 PHC말뚝의 외주면과 주변의 지반면에 의해 작용하는 주면 마찰력을 크게 확보할 수 있다.

넷째, 지반의 중간에 단단한 층이 존재하더라도 프리보링 공법보다 상대적으로 공기가 빠르고, 공사비가 저렴한 타입 공법을 무리없이 적용시킬 수 있게 되므로, 전체적인 공사비를 크게 절감시킬 수 있다.

다섯째, 타격에너지 전달부재의 경우 회수하여 재사용이 가능함으로써 경제적이다.

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

중공부(11)를 갖는 PHC말뚝(10)의 선단부에 강재로 만든 선단부재(20)를 장착하고, PHC말뚝(10)의 선단이 지반의 최종 지지층에 도달하여 근입될 때까지 타입시공하는 말뚝공사에 있어서;

상기 선단부재(20)는 그 상면 중앙에서 일체로 뻗어 오르는 중심축부(22)를 갖는 것을 이용해, 그 중심축부(22)를 상기 PHC말뚝(10)의 선단쪽에서 중공부(11) 안으로 끼워서 접속시키고, PHC말뚝(10)의 항타에 의한 타입 작업을 시작하며, PHC말뚝(10)의 타입 작업을 진행하는 도중 지반의 중간에 단단한 층이 있어 항타에 의한 PHC말뚝(10)의 손상이 우려되는 경우;

PHC말뚝(10)의 항타를 중지하고, PHC말뚝(10)의 두부쪽에서 중공부(11)안에 강재로 제작된 타격에너지 전달부재(30)를 넣어 상기 선단부재(20)에 접속시키고 그 타격에너지 전달부재(30)의 상부가 PHC말뚝(10) 두부위로 노출되게 한 다음, 타격에너지 전달부재(30)를 타격하여 선단부재(20)가 지반 중간의 단단한 층을 완전히 관통할 때까지 먼저 타입시킨 후, 다시 PHC말뚝(10)의 항타 작업을 진행하여서, PHC말뚝(10)의 선단이 상기 선단부재(20)와 함께 최종 지지층에 도달하여 근입될 때까지 시공한 다음;

상기 선단부재(20)와 연결되어 있는 타격에너지 전달부재(30)를 PHC말뚝(10)의 중공부(11)에서 들어내 제거하는 것을 특징으로 하는 선단부재의 선 타입을 통한 프리스트레스트 콘크리트말뚝의 시공방법.
제1항에 있어서, 상기 선단부재(20)는, 선단이 뾰족하며 상면이 상기 PHC말뚝의 외경과 거의 대등한 직경으로 형성되는 역 원추부(21)와, 그 역 원추부(21)의상면 중앙에서 일체로 뻗어 오르면서 상기 PHC말뚝(10)의 중공부(11) 직경과 거의 대등한 직경으로 형성되는 중심축부(22)로 구성되고, 그 중심축부(22)가 상기 PHC말뚝(10)의 선단쪽에서 중공부(11) 안으로 끼워져 접속되는 것을 특징으로 하는 선단부재의 선 타입을 통한 프리스트레스 콘크리트 말뚝의 시공방법.
제1항에 있어서, 상기 타격에너지 전달부재(30)는 상기 중공부의 직경과 거의 대등한 직경을 갖고 그것들끼리 암수 결합되는 여러 개의 단위 강봉체(31)로 분할 제작되어서 상기 선단부재(20)가 지반 중간의 단단한 층을 관통할 때까지 그 단위 강봉체(31)들을 상부로 계속 연결하면서 타격하며,

타격에너지 전달부재(30)의 타격에 의해 선단부재(20)가 지반 중간의 단단한 층을 완전히 관통하면 PHC말뚝(10)의 상부로 노출되어 있는 최상단의 단위 강봉체 (31)를 제거한 다음 PHC말뚝(10)의 항타 작업을 다시 시작하고,

PHC말뚝(10)의 선단이 상기 선단부재(20)와 함께 최종 지지층에 도달하여 근입된 후에 상기 선단부재(20)까지 연결되어 있는 나머지 단위 강봉체(31)들을 PHC말뚝(10)의 중공부(11)에서 들어내 제거하는 것을 특징으로 하는 선단부재의 선 타입을 통한 프리스트레스트 콘크리트말뚝의 시공방법.
제3항에 있어서, 상기 타격에너지 전달부재(30)를 이루는 단위 강봉체(31)들은 그 상면의 중앙에서 속으로 수직하게 파고 들어간 암나사홀(32)이 형성되며, 상기 단위 강봉체(31)들을 설치하거나 제거 할 때, 하단부에 수나사부(41)가 형성되어 있는 양중용 로드(40)의 상부를 크레인 줄에 걸고, 그 양중용 로드(40)의 수나사부(41)를 상기 단위 강봉체(31)의 암나사홀(32)에 나사 결합시킨 후 양중함을 특징으로 하는 선단부재의 선 타입을 통한 프리스트레스트 콘크리트 말뚝의 시공방법.