KR100475978B1

KR100475978B1 - 토목섬유 팩으로 강화된 다짐말뚝을 이용한 연약지반의지지력 증대 시스템 및 이의 시공방법

Info

Publication number: KR100475978B1
Application number: KR10-2002-0042687A
Authority: KR
Inventors: 강현준
Original assignee: 강현준
Priority date: 2002-07-19
Filing date: 2002-07-19
Publication date: 2005-03-10
Anticipated expiration: 2022-07-19
Also published as: KR20040008946A

Abstract

본 발명은 해안, 강안, 호안등과 같은 연약지반 또는 철도 및 도로제방이 설치되는 지반이 연약지반일 경우 지반의 지지력을 증대하여 기초지반이 구조물을 충분히 지지할 수 있게 연약지반(A)의 지지력을 증대시키는 방법으로서, 특히 주된 개량대상 지반인 해안등에서 시공시 연약지반(A)의 하단부에 개폐장치가 설치된 대구경의 강관(12)을 바지선(22) 위에 설치된 진동압입기(21)에 의해 연약지반(A)에 압입하고 강관(12)내부에 토목섬유로서 하부가 밀폐된 토목섬유 팩(10)을 삽입하고, 바지선(22)상에 설치된 백호우(20)를 이용하여 모래, 자갈, 깬자갈(2) 중에서 어느 하나를 토목섬유 팩(10)의 내부에 호퍼를 이용하여 충전하고, 강관(12)의 하단부에 설치된 개폐장치를 해제시킨 후에 진동압입기(21)를 이용하여 강관(12)을 인발하면서 도입되는 진동에 의해 토목섬유 팩(10) 내부에 충전된 충전물이 조밀하게 다짐이 된 다짐말뚝(11)을 형성하고 그 위에 일정 두께의 모래를 포설하여 모래 포설층(13)을 형성하고 그 상부에 토목섬유의 매트 보강재(14)를 일정한 면이 되도록 연속하여 포설한 후에 성토(B)를 하고 구조물을 설치하도록 한 연약지반의 지지력 증대에 관한 시공방법이다.

Description

토목섬유 팩으로 강화된 다짐말뚝을 이용한 연약지반의 지지력 증대 시스템 및 이의 시공방법{System for enhancing bearing power of soft ground using hardening pile reinforced with public works textile pack and construction method thereof}

본 발명은 해안, 강안, 호안등과 같은 연약지반 또는 철도 및 도로제방이 설치되는 지반이 연약지반일 경우 구조물을 지지할 수 있게 기초지반의 지지력을 충분히 강화하고 나서 그 위에 구조물을 설치할 수 있게 연약지반의 지지력을 증대하기 위하여 적용하는 연약지반의 지지력 증대시스템 및 그 시공방법에 관한 것이다.

바닷가의 갯벌, 강안, 호안과 같은 연약지반 또는 철도 및 도로제방이 설치되는 특히 해안등의 연약지반에 하단부에 개폐장치가 설치된 대구경의 강관을 바지선 위에 설치된 진동압입기에 의해 연약지반에 압입하고 강관내부에 토목섬유로서 하부가 밀폐된 토목섬유 팩을 삽입하고, 바지선상에 설치된 백호우를 이용하여 모래, 자갈, 깬자갈 중에서 어느 하나를 토목섬유 팩의 내부에 호퍼를 이용하여 충전하고, 강관의 하단부에 설치된 개폐장치를 해제시킨 후에 진동압입기를 이용하여 강관을 인발하면서 도입되는 진동에 의해 토목섬유 팩 내부에 충전된 충전물이 조밀하게 다짐이 된 다짐말뚝을 형성하고 그 위에 일정 두께의 모래를 포설하여 모래 포설층을 형성하고 그 상부에 토목섬유의 매트 보강재를 일정한 면이 되도록 연속하여 포설한 후에 성토를 하고 구조물을 설치하도록 한 토목섬유 팩으로 강화된 다짐말뚝을 이용한 연약지반의 지지력 증대 시스템 및 이의 시공방법에 관한 것으로서, 일명 GCC(Geotextile Coated Column) 기초 시스템이라고 한다.

본 발명은 다짐말뚝이 구축된 기초지반에 구조물의 하중을 전이시키기 위하여 연약지반을 개량하여 지지력을 강화하여 부등침하에 의한 구조물의 파괴로 인하여 발생하는 심각한 사고를 미연에 방지함과 동시에 본 시공방법을 구현하므로서 보다 효율적인 시공과 시공관리를 통하여 공사비의 절감과 공사기간의 단축을 달성하는데 본 발명의 목적이 있다.

본 발명은 특히 개량대상지반이 해안등의 연약지반인 관계로 인하여 바닷물의 들고나감과 작업일정에 밀접한 관계가 있다. 바닷물이 들어와야 바지선을 띄워 작업위치에 고정배치하고 바닷물이 나가도 갯벌에서 바지선 위에 설치된 시공장비인 진동압입기와 백호우가 다짐말뚝 시공작업을 계속할 수 있기 때문이다. 따라서 다음 바닷물이 다시 들어 올 때까지 다짐말뚝 시공작업을 중단없이 실시하기 위하여 바지선의 길이와 시공장비인 백호우와 진동압입기의 대수 및 바지선 측면에 배치되는 모래 적재함의 수를 충분히 계산하여 결정하여야 한다.

또한, 연약지반의 지지력 증대를 위하여 사용되는 다짐말뚝을 형성하고 있는 토목섬유 팩의 역할은 토목섬유 팩의 내부에 충전된 충전물이 연약지반으로 분산되는 것을 막아주면서 다짐말뚝 단면의 형상을 유지시켜 주는 역할을 하는 것이다.

종래에는 연약지반에 토목섬유를 포설하고 그 위에 구조물을 구축하거나, 연약지반 위에 일정하중의 중량물을 상재하여 연약지반에 함유된 물이 배출되어 압밀침하된 후에 구조물을 설치하는 방법을 사용하여 왔으나 이는 시간과 비용이 많이 소요되고 공사기간이 장기화 되는 문제점이 있었다. 다른 방법으로서 연약지반에 모래기둥을 만들어 모래기둥 중앙에 필름을 설치하여 연약지반에 함유된 물이 필름을 통하여 밖으로 배출되도록 하는 방법이 사용되고 있으나 이 또한 여러 가지 문제점이 상존하고 있는 것이 사실이다.

본 발명은 이상과 같은 문제점을 감안하여 제안된 연약지반의 지지력 증대를 위한 시스템 및 이의 시공에 관한 것으로서, 작업방법이 단순하면서 이에 따른 작업시간이 단축되어 비용과 공기가 절감되는 방법이며, 특히, 연약지반에 설치되는 다짐말뚝의 경우 진동압입기가 진동을 이용하여 강관을 인발할 때 강관내부에 있는 토목섬유 팩 내부의 충전물 등이 조밀하게 다져지며, 하중이 재하되었을 때 다짐말뚝을 감싸고 있는 토목섬유 팩으로 다짐말뚝의 기능이 충분히 발휘되도록 시공하는 방법이다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 갯벌과 같은 연약지반(A) 위에 구조물을 설치할 때 지반의 지지력을 증대하기 위하여 적용하는 연약지반(A)의 지지력 증대에 관한 방법으로서, 연약지반(A)에 하단부에 이중 개폐장치가 설치된 일정구경의 강관(12)을 삽입한 후에 강관(12) 내부에 토목섬유로 제작되며 하부가 밀폐된 팩(10)을 삽입하고 토목섬유 팩(10) 내부에 모래, 자갈, 깬자갈(2)중 어느 한가지를 충전한 후에 강관(12)의 하단부에 설치되어 있는 이중 개폐장치를 해제시키고 나서 강관(12)을 인발하면서 도입되는 진동에 의하여 토목섬유 팩(10) 내부에 충전된 충전물이 다짐이되도록 하여 연약지반(A)의 지지력을 증대시키는 토목섬유 팩(10)으로 강화된 다짐말뚝을 이용한 연약지반의 지지력 증대 시스템 및 이를 이용한 시공방법에 관한 것이다.

본 발명의 주된 작업이 갯벌에서 작업을 실시하는 관계로 인하여 바닷물이 들어와야 바지선(22)을 띄워 작업위치에 바지선(22)을 고정배치할 수 있으며, 바닷물이 나갈 경우에도 갯벌위의 바지선(22) 위에 설치된 시공장비인 진동압입기(21)와 백호우(20)가 다짐말뚝(11) 작업을 할 수 있기 때문이다. 이러한 일련의 작업이 바닷물의 들고 나감에 따라 연속적으로 이뤄지게 된다. 따라서, 효율적인 일련의 작업이 진행되기 위하여 바지선(22)의 길이와 시공장비인 백호우(20)와 진동압입기(21)의 대수 및 바지선(22) 측면에 배치되는 모래 적재함(23)의 수를 면밀하게 검토하여 결정하여야 한다. 진동압입기(21)가 연약지반(A)에 구멍을 천공하면서 강관(12)을 굴진시키고 그 내부에 토목섬유 팩(10)을 삽입하고 토목섬유 팩(10) 내부에 백호우(20)를 이용하여 바지선(22) 측면에 배치된 모래적재함(23)의 모래를 호퍼를 이용하여 토목섬유 팩(10) 내부로 투입을 하게되는 것이다. 이런 작업이 왼료되면 강관(12)의 하단부에 설치된 개폐장치를 해제하여 진동압입기(21)가 강관(12)을 인발하게 되는데, 이때 진동압입기(21)에 도입되는 진동이 강관(12)을 인발하면서 강관(12)내부에 토목섬유 팩(10)에 충전되어 있는 모래, 자갈, 깬자갈중 어느 하나의 충전물이 조밀하게 압밀이 진행되어 다짐말뚝(11)의 지지력이 증대되게 된다.

또한, 본 발명은 육상의 연약지반에서도 작업이 가능하다는 점이며 이때에는 해상에서 작업할 수 있게하는 바지선을 이용하는 것을 제외하고는 모든 장비 및 시공방법을 그대로 적용시공할 수 있다.

이하, 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 종래의 기술을 나타낸 평면도로서 연약지반(A)에 모래기둥을 형성하고 그 중앙에 필름(1)을 삽입하여 연약지반(A)에 함유된 물이 필름(1)을 따라 외부로 배출되게 하여 연약지반(A)을 개량하는 것을 나타낸 도면이다.

도 2는 본 발명의 다짐말뚝(11) 시공 단면도로서 연약지반(A)에 강관(12)을 진동압입기(21)로 압입시켜 형성된 강관(12)내부의 구멍에 하부가 밀폐된 토목섬유로 제작된 팩(10)을 밀어 넣고 그 내부에 바지선(22)에 설치된 백호우(20)를 이용하여 바지선(22) 측면에 배치된 모래 적재함(23)의 모래, 자갈, 깬자갈(2)중 한가지를 호퍼를 사용하여 투입하여 형성된 다짐말뚝(11)을 보여 주는 도면으로서, 다짐말뚝(11) 상부에 모래등을 이용하여 50㎝정도의 두께를 갖는 모래를 포설하는 모래 포설층(13)을 형성하고, 그 위에 토목섬유로된 매트 보강재(14)를 일정한 면으로 연속적으로 포설하고, 그 위에 구조물을 구축하게 된다. 본 발명에서 사용하는 팩의 토목섬유 종류는 지오텍스타일로서 인장강도가 200 ~ 400kN/m정도이다. 토목섬유의 종류는 지오텍스타일 이외에 마대등 현장여건에 따라 선택적으로 사용할 수 있다. 또한, 매트 보강재(14)는 매우 높은 강도의 토목섬유인 지오텍스타일이 사용되며, 그 인장강도는 500 ~ 1000kN/m이 사용된다. 본 매트 보강재(14)는 상부 성토 제방 및 구조물 하중으로 인한 부등침하 방지 및 토목섬유 팩 보강 다짐말뚝으로 하중전이를 유도하는 기능이외에 구조물의 구축을 위하여 성토부(B)를 시공할 때 흙등의 운반을 위한 차량등의 하중에 의하여 본 매트 보강재(14)가 파손되는 일이 없도록하기 위하여 상기와 같이 높은 강도의 인장력이 요구되는 것이다.

또한, 본 공법에서 사용되는 강관(12)은 직경이 800mm정도의 대구경의 강관(12)을 사용하며 강관(12) 하단부에 이중 개폐장치를 부착하여 연약지반(A)에 압입되게 된다. 강관(12)이 지중에 압입되는 압입량은 유압을 이용한 진동압입기(21)를 이용하며 진동주기는 30 ~ 40Hertz이다. 이때 강관(12)에 작용되는 압입량은 진동압입기(21)의 자중과 부가적인 프리스트레스로 이루어 지게 된다.

도 3은 본 발명의 다짐말뚝(11) 시공단면 배치도를 보여 주는 도면으로서 대상지반의 설계강도 및 하중조건에 따라 효율적인 설계, 시공을 위하여 주로 삼각형의 배치를 하여 효율적인 압밀침하를 진행시키고 있으나 현장여건과 효과적인 압밀침하를 고려하여 사각형 또는 그 이외의 다각형의 형태로 시공을 할 수도 있다.

도 4와 도 5는 본 발명의 바지선(22)과 바지선(22)상의 시공장비 및 모래적재함(23)이 배치된 평면도와 바지선(22)상에서 연약지반(A)에 다짐말뚝(11)을 시공하는 작업도로서, 본 공법이 주로 갯벌에서 시공되는 관계로 바닷물의 만조시에만 바지선(22)의 이동이 가능하므로 바지선(22)의 작업위치로의 이동은 만조시에만 이루어진다. 이러한 이유로 인하여 바지선(22)의 작업위치 이동은 조수의 영향을 받게되며 본 공법의 작업 효율을 높이기 위하여 바지선(22)은 가능한 동체가 긴 것을 사용하게 되는데 이것은 바지선(22) 이동이 불가능한 즉 바닷물이 빠져 나간 시간동안 동체길이 부분의 측면 갯벌에서 바지선상에 설치된 진동압입기(21)와 백호우(20)를 이용하여 다짐말뚝(11) 시공을 최대한 많이 해야하기 때문이다.

바지선(22)의 동체의 길이는 작업량에 영향을 줄 수 있으므로 때로는 여러척의 바지선을 연결하여 사용할 수 있다. 또한, 이때 선상에서 다짐말뚝(11) 구축을 위한 작업이 시행되는데 최대 가능한 다짐말뚝(11)의 시공열은 3 ~ 5열 정도이며, 이는 바지선(22)상에 설치된 시공장비인 백호우(20)와 진동압입기(21)의 최대 팔길이를 고려한 작업범위인 것이다. 이러한 시공계획에 맞춰 각각의 다짐말뚝(11)의 위치는 계획된 배치간격과 시공위치를 정확히 유지하여야 하며 시간에 따라 변화하는 수위에 맞추어 계획된 시공심도를 유지할 수 있는 시공관리시스템이 도입되어야 한다. 따라서, 각 바지선(22)과 진동압입기(21)에는 위치추적장치인 GPS시스템이 장착되어 있으며, 장비운전자들은 내부에 설치되어 있는 디지털 스크린 화면을 통하여 설계평면도와 GPS시스템에서 측정된 위치정보를 조합하여 설계와 일치하는 위치에 시공하도록 하고 있다. 또한, 매 시공위치별로 시공위치와 시공심도가 자동적으로 작성되는 컴퓨터 시스템을 도입하여 시공관리자의 정확한 관리 및 검측이 가능하도록 하였다.

또한, 다짐말뚝(11)을 채우기 위하여 사용되는 충전재의 용량은 각각의 다짐말뚝(11) 단위 길이당 0.5㎥정도로, 각 바지선(22)에서 소요되는 모래, 자갈, 깬자갈(2)중 한가지의 충전재를 모래적재함(23)에 선적되어 예인선으로 운반된다.

도 6은 본 발명의 연약지반(A) 상에 다짐말뚝(11) 시공을 완료하고 그 위에 성토(B)를 하고 구조물을 설치한 단면도로서 다짐말뚝(11) 시공부의 상부에 일정 높이의 모래 포설층(13)을 형성하고 그 위에 매트 보강재(14)를 설치한 후에 본 공사인 성토(B)등의 토목 구조체를 시공하고 그 위에 구조물을 설치하게 된다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 연약지반의 지지력을 증대하기 위하여 토목섬유 팩으로 보강된 다짐말뚝을 시공하는 방법으로, 지표상부에 수위가 위치하는 해안, 강안 등의 현장여건에 제한 없이 바지선상에서 일련의 작업을 실시 할 수 있어 공사기간 및 그에 따른 공사비 절감을 가져오는 시스템으로, 기존에 유효한 기능이 있던 다짐말뚝의 단점이었던 다짐말뚝 주위로 확산되는 벌징(BULGING) 현상을 방지하기 위하여 토목섬유 팩으로 보강하여 그 기능이 충분히 발휘되도록 함으로서 공학적, 경제적으로 향상된 연약지반 개량 시스템이라 할 수 있다.

도 1은 종래의 기술을 나타낸 평면도.

도 2는 본 발명의 다짐말뚝 시공 단면도.

도 3은 본 발명의 다짐말뚝 시공단면의 배치도.

도 4는 본 발명의 바지선과 바지선상의 시공장비 및 모래적재함이 배치된 평면도.

도 5는 본 발명의 바지선상에서 연약지반에 다짐말뚝을 시공하는 작업도.

도 6은 본 발명의 연약지반 상에 다짐말뚝 시공을 완료하고 그 위에 성토를 하고 구조물을 설치한 단면도.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

A : 연약지반 B : 성토부

1 : 필름 2 : 모래, 자갈, 깬자갈

10 : 토목섬유 팩 11 : 다짐말뚝

12 : 강관 13 : 모래 포설층

14 : 매트 보강재 20 : 백호우

21 : 진동 압입기 22 : 바지선

23 : 모래 적재함 30 : 바지선 본체

Claims

바지선을 이용하여 연약지반에 지지력 증대를 위하여 제공되는 시스템으로서, 연약지반(A)에 압입되는 일정직경의 강관(12)과 내부의 충전물이 외부로 빠져나가지 못하게 함과 동시에 조밀한 다짐에 의하여 다짐말뚝의 형상을 유지하기 위하여 강관(12)내부에 삽입되는 하부가 밀폐된 토목섬유 팩(10)과 토목섬유 팩(10) 내부에 호퍼를 이용하여 모래, 자갈, 깐자갈(2) 중에서 어느 하나를 투입하여 형성된 다짐말뚝(11)과 이들 다짐말뚝(11) 상부에 일정두께로 포설된 모래 포설층(13)과 모래 포설층 상부에 일정한 면으로 연속적으로 포설된 매트 보강재(14)로 이루어진 연약지반의 지지력증대 시스템에 있어서,

직경 600 ~ 1000mm인 상기 강관을 연약지반에 삽입할 때 상기 강관 하단부에 설치된 이중개폐장치를 폐쇄하고, 지중에 삽입된 상기 강관을 인발할 때 상기 강관(12)의 하단부에 설치된 이중개폐장치를 해제한 후에 인발하여 지오텍스타일로서 200 ~ 400kN/m의 인장강도를 갖는 토목섬유 팩(10)의 내부에 충전물이 충전된 다짐말뚝(11)을 형성하고, 그 위에 두께 40 ~ 70㎝의 모레포설층(13)과 그 위에 지오텍스타일로서 500 ~ 1000kN/m의 인장강도를 갖는 매트보강재(14)가 포설된 것에 특징이 있는 토목섬유 팩으로 강화된 다짐말뚝을 이용한 연약지반의 지지력증대 시스템.
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연약지반의 지지력을 강화하기 위한 시공방법으로서, 연약지반에 삽입된 강관의 내부에 내부의 충전물이 외부로 빠져 나가지 못하게 함과 동시에 조밀한 다짐에 의하여 다짐말뚝의 형상을 유지하기 위하여 강관(12) 내부에 하부가 밀폐된 토목섬유팩(10)을 삽입하는 단계;

상기 강관 내부의 토목섬유 팩 내에 모래, 자갈, 깬자갈(2) 중어느 하나를 충전물로서 토목섬유 팩(10)내부에 투입하는 단계;

상기 충전물을 투입하면서 진동압입기로 인발함과 동시에 진동에 의하여 충전물을 조밀하게 다짐하는 하여 다짐말뚝을 형성하는 단계;

다짐말뚝 상부에 일정두께로 포설된 모래포설층과 모래 포설층 상부에 연속적인 일정한 면으로 포설된 토목섬유인 매트보강재를 포설하고, 그 상부에 구조물을 설치하는 연약지반의 지지력 증대 시스템의 시공방법에 있어서,

일정길이의 바지선을 시공위치에 설치하고, 바지선 측부에 일정개수의 모래적재함을 설치하는 단계;

바지선 위에 설치된 진동주기가 30 ~ 40Hertz인 진동압입기를 이용하여 하단부에 설치된 이중개폐장치를 페쇄한 후에 직경이 600 ~ 1000mm인 강관을 삽입하여 다짐말뚝을 설치하는 단계;

바지선 위에 설치된 진동압입기를 이용하여 강관을 인발할 때 하단부에 설치된 이중 개폐장치를 해제한 후에 인발하는 단계;

바지선 상에 작업하는 시공장비인 백호우와 진동압입기의 팔길이를 고려하여 바지선 길이부분의 측면에 다짐말뚝 구축범위내에서 다짐말뚝을 형성하고 두께가 40 ~ 70㎝인 모래 포설층과 그 위에 지오텍스타일로서 인장강도가 500 ~ 1000kN/m인 토목섬유매트보강재를 포설하는 단계로 이루어진 것에 특징이 있는 토목섬유 팩으로 강화된 다짐말뚝을 이용한 연약지반의 지지력 증대 시스템의 시공방법.
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청구항 6항에 있어서,

상기 바지선(22)에서 다짐말뚝(11) 시공가능 범위의 시공열은 3 ~ 5열로서 바지선(22)상에 설치된 시공장비인 백호우(20)와 진동압입기(21)의 최대 팔길이를 고려한 범위인 것을 특징으로 하는 토목섬유 팩으로 강화된 다짐말뚝을 이용한 연약지반의 지지력 증대 시스템의 시공방법.
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