KR100481149B1 - 콘크리트주입박관말뚝(Concrete Filled Thin Tube Pile, CFTTP) 공법 - Google Patents

Abstract

말뚝 길이가 6m 미만일 경우 내림기초나 환토, 지반개량, 지반다짐 대신 적용할 수 있는 간접기초지정이 본 발명의 콘크리트주입박관말뚝(이하 CFTTP(1))이다.

연약지반에 짧은 박관(2)을 박아 내부를 콘크리트로 채우고 필요시 다져서 굴대받이(3)를 형성하는 것이 CFTTP(1) 공법이다. 아연도금한 박관(2)을 땅에 세우고 상단 구멍을 통하여 임시말뚝(6)을 삽입하여 박으면 관입지지 밴드(10)로 지지된 박관(2)이 임시말뚝(6)과 동시에 박히며, 임시말뚝(6)을 회수하면 땅속에 속 빈 박관(2)이 남게 된다.

박관(2)이 전부 관입 되었음에도 불구하고 말뚝지지력이 부족하면 관입지지 밴드(10)의 관통볼트(13)를 제거한 상태에서 말뚝박기를 계속하여 임시말뚝(6)을 소정의 깊이까지 관입 시켰다가 인발한 구멍에 콘크리트를 주입시키면 CFTTP(1)가 생성된다. 만약 임시말뚝(6)을 박는 깊이가 너무 깊어지면 도중에 인발하고 박관(2) 내부에 콘크리트를 채우고 임시말뚝(6)으로 콘크리트를 다지면 박관(2) 끝에서부터 아래로는 콘크리트 굴대받이(3)가 형성되며 다지는 과정에서 생긴 박관(2) 내의 공간을 콘크리트로 채우면 보강된 CFTTP(1)가 조성된다. 이 때 필요하면 재하시험으로 지지력을 확인한다.

박관(2)은 구멍이 쉽게 무너지는 것을 방지하고, 말뚝이 횡력을 받을 때 단면 내에 생기는 인장응력에 대응하며, 굴대받이(3)를 위하여 콘크리트를 다져 넣는 압력으로 콘크리트가 상부로 분출되는 것을 방지하는 역할을 한다. 박관(2)은 상부 연약층에만 짧게 관입하므로 아연도금피막이 별로 손상되지 않으며, 만약 후에 손상되어 녹이 나서 없어진다 해도 말뚝 내력이 부족하지 않도록 콘크리트 단면을 여유 있게 산정한다.

관입지지 밴드(10)는 임시말뚝(6)이 2m, 3m 박히는 지점에 관통볼트(13)와 채움볼트(12)를 사용하여 탈착 하지만 공사 수량이 많으면 관입지지 밴드(10)를 고정식으로 용접한 임시말뚝(6)과, 관입지지 밴드(10) 없는 다짐 전용 임시말뚝(6)을 별도 준비하여 시공할 수도 있다.

일반 제자리말뚝은 오거드릴로 선굴착한 후 콘크리트를 부어넣는 것이나, 재하시험을 거치지 않으면 지지력을 알 수 없다. 오거드릴로 뚫은 구멍에 콘크리트를 채우면 그 부분이 경질화된 말뚝으로 조성되지만 말뚝주변의 마찰력 증대 효과는 기대할 수 없다. 따라서 오거를 경질지반까지 관입시켜야 하므로 공사비가 증가하는 단점이 있다. 또한 오거드릴로 뚫으면 구멍이 쉽게 무너지며, 구멍에다 케이싱을 박으려면 구멍 주변 흙이 케이싱 내부로 들어가고 케이싱 주변 마찰 내력은 기대할 수 없다. 따라서 지반을 다지는 효과가 있고, 짧은 길이로도 큰 지지력이 확보되는 값싸고 간편한 제자리말뚝 공법이 필요하다.

CFTTP(1)를 사용하면 기성 말뚝을 잘라 버리는 낭비를 막을 수 있고, 임시말뚝(6)을 박는 과정에서 말뚝 각 각의 지지력이 확인되며, 만약 경질지반 깊이가 깊어서 소정의 지지력을 확보할 수 없으면 콘크리트를 다져 넣는 방법으로 굴대받이(3)를 조성하여 지지력을 향상시킨다.

관입지지 밴드(10)는 임시말뚝 적당한 위치에 구멍을 뚫어 조성한 슬리브 파이프(14) 양면에 맞대서 Ω밴드(11) 채움볼트와 관통볼트로 고정한 것이다.

Description

콘크리트주입박관말뚝(Concrete Filled Thin Tube Pile, CFTTP) 공법{Concrete Filled Thin Tube Pile, CFTTP}

기초 바닥 면의 지반이 연약하면 직접기초 대신 말뚝기초로 설계한다. 그러나 말뚝 길이가 6m 미만일 경우는 내림기초나 환토, 지반개량, 지반다짐 등의 방법을 적용하는 것이 일반화되어 있다. 그러나 이들 공법 모두는 시공이 까다롭고 공사비도 적지 않으므로 기초 공법의 사각지대로 남아 있다.

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길이 6m 미만의 말뚝은 생산되지도 않으므로 경질지반 레벨이 들쭉날쭉 고르지 못한 지반에 기성 제품 말뚝을 박다가 남은 만큼 잘라버리는 낭비를 감수하는 방법도 있겠으나, 아무도 이런 공법을 시도하지 않는 실정에 있다.

사전에 지반조사를 하여 지반 상태를 개략적으로 파악한다 해도 실제로 말뚝을 박아보면 소요 지지력이 확보되는 말뚝 길이가 같지 않으므로 공사 범위와 물량을 사전 파악하는 것이 어렵다. 따라서 이를 극복하기 위하여 6m 미만의 간접기초지정으로 개발한 것이 본 발명의 CFTTP(1)이다.

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메운 지 오래 되지 않은 땅 또는 연약지반에 짧은 박관(2)을 박아 내부를 콘크리트로 채우고, 필요하면 다져서 굴대받이(3)를 형성하는 것이 CFTTP(1) 공법이다.

말뚝을 박고자 하는 위치에 내경 255mm, 두께 2∼3mm 아연도금한 박관(2)을 세우고 그 상단 구멍을 통하여 외경 250mm 임시말뚝(6)을 삽입하고 해머로 말뚝을 박으면 임시말뚝(6) 적당한 위치에 정착한 관입지지 밴드(10)로 저지된 박관(2)이 임시말뚝(6)과 동시에 땅속으로 박히게 되며, 임시말뚝(6)을 회수하면 땅속에는 속이 빈 박관(2)이 남게 된다.

임시말뚝(6)을 박는 과정에서 박관(2)이 전부 관입 되었어도 소정의 말뚝지지력이 확보되지 않을 경우는 관입지지 밴드(10)의 관통볼트(13)를 제거한 상태에서 말뚝박기를 계속하여 박관(2)을 제자리에 남겨둔 채 임시말뚝(6)만 소정의 깊이까지 관입 시켰다가 인발하여 조성된 구멍에 콘크리트를 주입시키면 CFTTP(1)가 생성된다. 그러나 만약 임시말뚝(6)을 박는 깊이가 너무 깊어져서 부담이 될 경우는 도중에 인발하고 내부에 콘크리트를 채우고 임시말뚝(6)으로 콘크리트를 다져 넣으면 박관(2) 끝에서부터 아래로는 콘크리트가 연약지반을 비집고 스며들어 굴대받이(3)가 형성된다.

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다짐이 끝나면 박관(2) 내의 빈 공간을 콘크리트로 채워 보강된 CFTTP(1)를 완성한다. 이렇게 임시말뚝(6)을 박는 과정에서 말뚝의 지지력이 확보되지 않았을 경우는 굴대받이(3)의 마찰저항과 단면이 커졌음으로 인한 지지력 상승이 소정의 값을 만족하는지를 재하시험으로 확인한다.

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박관(2)의 길이는 2∼3m로 하여 만약 길이가 남는 경우는 상황에 따라 임시말뚝(6)을 제거한 후 잘라내거나 박관(2)만 해머로 박는다. 박관(2)은 메운 땅 또는 연약지반의 특성상 임시말뚝(6)으로 말뚝구멍을 조성하여 콘크리트를 부어넣는 과정에서 흙이 쉽게 무너지는 것을 방지하고, 말뚝이 횡력이 작용할 경우 단면 내에 발생하는 인장응력에 대응하며, 콘크리트를 다져 넣는 과정에서 다짐 압력이 상부 연약지반으로 손실되어 콘크리트가 분출되는 것을 방지하는 역할을 한다. 박관(2)은 상부 연약층에만 짧게 관입하며 또한 말뚝타입 에너지의 대부분을 임시말뚝(6)이 부담하여 큰 저항 없이 관입 되므로 아연도금피막이 별로 손상되지 않으며, 또한 만약 손상도어 녹이 나서 없어져도 말뚝 내력이 부족하지 않을 정도로 콘크리트 단면을 여유 있게 산정한다.

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직경 255mm(콘크리트 28일 압축강도 240kgf/㎠)인 CFTTP(1)의 장기허용지지력을 30tf 정도로 한다.

관입지지 밴드(10)는 임시말뚝(6)이 2m, 3m 박히는 지점에 관통볼트(13)와 채움볼트(12) 및 관통볼트(13)를 마련하여 탈착할 수 있도록 하지만 공사 수량이 많으면 각각 2m, 3m 길이의 위치에 관입지지 밴드(10)를 고정식으로 용접한 임시말뚝(6)과, 길이 6m 정도의 관입지지 밴드(10)가 없는 다짐 전용 임시말뚝(6)을 별도로 준비하여 시공할 수도 있다.

메운 땅이나 연약지반 깊이가 깊지 않은 경우의 기초 방식이 오히려 까다로운 편이다. 말뚝을 박다가 길이가 남으면 잘라내는 것도 낭비지만 길이가 6m 미만인 것은 생산하지도 않는 것이 문제다. 따라서 기성제품 대신 제자리말뚝을 시공할 경우 일반적으로는 오거드릴로 선굴착한 후 콘크리트를 부어넣는 공법을 적용하고 있으나, 이는 재하시험을 거치지 않고서는 지지력을 알아낼 수 없는 단점이 있다. 더구나, 지반 상태가 고르지 않아서 말뚝 길이가 다를 때는 길이별로 재하시험을 하지 않으면 불안하기는 마찬가지다.

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오거드릴은 지반에 구멍을 뚫는 과정에서 제거된 흙 대신 콘크리트를 채워 말뚝을 조성한 것이므로 그 부분이 경질화된 말뚝으로 조성되지만 말뚝주변 지반 밀도가 증가하여 마찰력이 증대되는 효과를 기대할 수 없다. 따라서 말뚝의 마찰저항을 무시하고 경질지반까지 관입시켜 지지말뚝이 되게 하는 것이 안전한데 경질 지반이 깊으면 공사비가 증가하는 단점이 있다. 또한 연약지반은 오거드릴로 뚫은 구멍이 쉽게 무너지며, 이를 방지하기 위하여 케이싱을 박으려면 과정에서 구멍 주변 흙이 케이싱 내부로 들어가서 재차 오거드릴을 작동시켜야 하는 단점이 있으며 당연히 케이싱 주변 마찰 내력은 기대할 수 없게 된다. 따라서 지반을 다지는 효과를 얻으며, 말뚝 박는 과정에서 지지력을 확인하면서, 짧은 길이로도 큰 지지력이 확보되는 값싸고 간편한 제자리말뚝 공법이 필요하다.

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말뚝을 박고자 하는 지반에 아연도금한 짧은 박관(2)을 세우고 그 상단 구멍을 통하여 임시말뚝(6)을 삽입하고 해머로 말뚝을 박으면 임시말뚝(6) 적당한 위치에 정착한 관입지지 밴드(10)로 저지된 박관(2)이 임시말뚝(6)과 동시에 땅속으로 박히게 되며, 임시말뚝(6)을 회수하면 땅속에는 속이 빈 박관(2)이 남게 된다.

임시말뚝(6)을 박는 과정에서 박관(2)이 전부 관입 되었어도 소정의 말뚝지지력이 확보되지 않을 경우는 관입지지 밴드(10)의 관통볼트(13)를 제거한 상태에서 말뚝박기를 계속하여 박관(2)을 제자리에 남겨둔 채 임시말뚝(6)만 소정의 깊이까지 관입 시켰다가 인발하여 조성된 구멍에 콘크리트를 주입시키면 CFTTP(1)가 생성된다. 그러나 만약 임시말뚝(6)을 박는 깊이가 너무 깊어져서 부담이 될 경우는 임시말뚝(6)을 도중에 인발하고 내부에 콘크리트를 채우고 임시말뚝(6)으로 콘크리트를 다져 넣으면 박관(2) 끝에서부터 아래로는 콘크리트가 연약지반을 비집고 스며들어 굴대받이(3)가 형성된다.

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다짐이 끝나면 박관(2) 내의 빈 공간을 콘크리트로 채워 한결 보강된 CFTTP(1)를 완성한다. 임시말뚝(6)을 박는 과정에서 말뚝의 지지력이 확보되지 않았을 경우는 굴대받이(3)의 마찰저항과 단면이 커졌음으로 인한 말뚝 단부지지력 상승이 소정의 값을 만족하는지를 재하시험으로 확인한다.

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박관(2)의 내경은 250mm 내외이고 길이는 2∼3m로 하여 남는 길이는 잘라 내거나 임시말뚝(6)을 제거한 채로 해머로 박아 레벨을 맞춘다.

두꺼운 철판을 내경 250mm보다 조금 크게 반원형으로 구부리고 양끝을 외곽 직각방향으로 구부려 날개(15)를 조성한 두 개의 Ω밴드(11)의 중앙에 직경 50mm 관통볼트(13)용 구멍을 뚫고 양 날개(15)에 각각 2 개씩의 9mm 채움볼트(12) 구멍을 뚫어 엄지말뚝 양면에 마주보고 채움볼트(12)를 채우고 슬리브 파이프(14)를 통하여 관통볼트(13)로 고정시키는 것이 관입지지 밴드(10)이다.

CFTTP(1)를 사용하면 기성제품 말뚝을 잘라 버리는 낭비를 막을 수 있고, 임시말뚝(6)을 박는 과정에서 말뚝 각 각의 지지력이 확인되며, 만약 경질지반 깊이가 깊어서 지반 마찰력에 의존하는 것이 합리적이라 판단되면 임시말뚝(6)으로 콘크리트를 다져 넣는 방법으로 굴대받이(3)를 조성하여 지지력이 상승되는 효과가 있다.

도 1은 CFTTP(1)의 단면도이다.

도 2는 CFTTP(1)를 사용한 기초의 평면도이다.

도 3은 CFTTP(1)를 시공을 위한 임시말뚝(6) 관입을 표시하는 측면도이다.

도 4a는 관입지지 밴드(10)의 입면도이다.

도 4b는 관입지지 밴드(10)의 평면도이다.

＜도면의 부호에 대한 간단한 설명＞

1 : 콘크리트주입박관말뚝(Concrete Filled Thin Tube Pile, CFTTP)

2 : 박관(Thin Tube) 3 : 굴대받이(Pedestal)

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4 : 기초판 5 : 기둥

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6 : 임시말뚝(Temporary Pile) 7 : 말뚝신(Pile Shoe)

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8 : 말뚝머리(Pile Head) 10: 관입지지 밴드

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11: Ω밴드 12: 채움볼트

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13: 관통볼트 14: 슬리브 파이프

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15: 날개

Claims (5)

1. 상단에 관입지지 밴드(10)를 정착한 임시말뚝(6) ;

   상기 임시말뚝(6)은 상단의 적당한 위치에 구멍을 뚫어 슬리브 파이프(14)를 부착하고 상단의 원형강관 말뚝머리(8)와 하단에 원추형의 말뚝신(7)을 포함하며 ; 및

   박관(2) 내부에 삽입하여 일체로 지반에 삽입하고 임시말뚝(6)만 회수하여 조성된 구멍에 콘크리트를 채우는 것을 특징으로 하는 콘크리트주입박관말뚝 공법
2. 제1항에 있어서 관입지지 밴드(10)는 철판을 반원형으로 제작하고 양끝을 외곽 직각방향으로 구부려 날개(15)를 조성한 두 개의 Ω밴드(11) ;

   상기 Ω밴드의 중앙에 관통볼트용 구멍을 뚫고 양 날개(15)에 각각 2 개씩의 채움볼트(12) 구멍을 뚫어 양면에 마주보고 채움볼트(12)를 채우고, 슬리브 파이프(14)를 통하여 관통볼트(13)로 고정시키는 것을 특징으로 하는 콘크리트주입박관말뚝 공법
3. 제1항에 있어서 박관(2) 내부의 임시말뚝(6)을 도중에 인발하고 내부에 콘크리트를 채우고 임시말뚝(6)으로 콘크리트를 다져 박관(2) 하단 밑의 콘크리트가 연약지반을 비집고 스며들게 하여 굴대받이(3)를 조성하는 것을 특징으로 하는 콘크리트주입박관말뚝 공법
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