KR100528814B1 - 다수개의 강널말뚝을 이용한 비부착 폐합단면 기둥 압입 시공방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 교량용 기초 및 기둥, 건축물의 기초로 활용되는 여러 개의 강널말뚝(sheet pile)(11)을 비부착 상태로 결합부재(12)의 홈을 따라 끼워서 폐합시켜 이루어진 기둥 또는 파일을 유압잭을 이용하여 지반에 밀어 넣는 방법에 관한 것이다. 이를 위해 본 발명은 (a) 다수개의 강널말뚝(sheet pile)(11)을 비부착 상태로 결합부재(12)의 홈을 따라 끼워서 폐합시켜 하나의 기둥을 구성하고 지반에 위치시키는 단계; (b) 상기 다수개의 강널말뚝으로 형성되는 기둥을, 유압잭 및 클램프가 연결되어 있는 구조체의 하중에 의해 지반에 소정 깊이 삽입하는 단계; 및 (c) 각각의 강널말뚝을 상부에서 잡고있는 클램프 및 상기 클램프와 한조를 이루는 유압잭들로 구성된 구조체를 이용하여, 각각의 강널말뚝을 상기 결합부재의 홈을 따라 하나씩 차례대로 지반으로 밀어넣고, 밀어넣어지는 강널말뚝을 잡고있는 클램프를 제외한 다른 클램프가 잡고 있는 강널말뚝들의 지반과의 마찰력에 의해 밀어넣어지는 강널말뚝의 유압잭에 의한 반력을 지지하도록 하는 단계;를 포함하는 다수개의 강널말뚝을 이용한 비부착 폐합단면 기둥 압입 시공방법을 제공한다.

Description

다수개의 강널말뚝을 이용한 비부착 폐합단면 기둥 압입 시공방법{construction method for Reorganized column using sheet piles}

본 발명은 교량용 기초 및 기둥, 건축물의 기초로 활용되는 여러 개의 강널말뚝(sheet pile)(11)을 비부착 상태로 결합부재(12)의 홈을 따라 끼워서 폐합시켜 이루어진 기둥 또는 파일을 유압잭을 이용하여 지반에 밀어 넣는 방법을 개발하여 친환경적이고 경제적인 시공이 가능하게 하는데 목적이 있다.

합성형 기둥의 개발과 성능 향상에 관한 연구가 최근 국내/외적으로 활발하게 진행되고 있으며 이러한 결과로써 콘크리트 충진된 강합성 기둥의 효율성에 관한 다수의 논문이 발표되고 있고 또한 현장실무에도 적용되고 있다. 콘크리트 충진 강 합성 기둥을 상부 하중을 지반으로 전달하는 파일로 사용하는 경우에는 지반의 지질조사 결과에 따라 지반 보링 혹은 굴착을 실시한 후에 중공 강재 기둥을 설치하고 내부에 콘크리트를 타설함으로써 콘크리트 충진 강 합성 파일을 시공하는 것이 일반적인 방법이 된다.

상부하중을 하부 지반으로 전달하는 파일의 시공에서 콘크리트 충진 강 합성 파일을 시공하는 경우에는 지반의 성질조사 결과에 따라 지반 보링 혹은 굴착을 실시한 후에 중공 강 기둥을 설치하고 내부에 콘크리트를 타설하는 과정으로 수행되며, 일반 콘크리트 파일이나 강합성 기둥의 경우에는 보링 혹은 항타를 통해 시공하는 것이 일반적이다. 이러한 시공방법은 항타로 인한 소음과 진동으로 인해 큰 민원을 야기하고, 가교 등을 위한 일시적 파일의 시공에서는 파일의 철거 후에 지반훼손 문제를 야기하며, 도심지의 시공에서는 교통통제와 장시간의 시공으로 인한 복잡한 민원을 야기하게 된다.

기존의 시공 방법을 이용할 시에는 표층의 지반을 넓게 걷어내고 보링이나 굴착을 하여 많은 작업 공간이 필요하다. 또 대용량의 장비를 이용하고 굴착과 타입과 타설의 여러공정을 거처야 하기 때문에 작업 효율이 떨어지는 문제가 있다. 특히 도심지 공사의 경우 이러한 제약 조건들에 의해 원만한 시공이 힘들다는 문제가 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 다음과 같다.

지반 교란이 없는 친환경적인 기초 공법의 발명과 이에 따른 실제 시공에서 좁은 작업 공간이나 도심지에서도 빠른 공사 기간을 가질 수 있는 시공성이 좋고 경제적인 하부기초 및 기둥 공법을 발명하는데 그 주안점을 두고 있다.

본 발명은 (a) 다수개의 강널말뚝(sheet pile)(11)을 비부착 상태로 결합부재(12)의 홈을 따라 끼워서 폐합시켜 하나의 기둥을 구성하고 지반에 위치시키는 단계; (b) 상기 다수개의 강널말뚝으로 형성되는 기둥을, 유압잭 및 클램프가 연결되어 있는 구조체의 하중에 의해 지반에 소정 깊이 삽입하는 단계; 및 (c) 각각의 강널말뚝을 상부에서 잡고있는 클램프 및 상기 클램프와 한조를 이루는 유압잭들로 구성된 구조체를 이용하여, 각각의 강널말뚝을 상기 결합부재의 홈을 따라 하나씩 차례대로 지반으로 밀어넣고, 밀어넣어지는 강널말뚝을 잡고있는 클램프를 제외한 다른 클램프가 잡고 있는 강널말뚝들의 지반과의 마찰력에 의해 밀어넣어지는 강널말뚝의 유압잭에 의한 반력을 지지하도록 하는 단계;를 포함하는 다수개의 강널말뚝을 이용한 비부착 폐합단면 기둥 압입 시공방법을 제공한다. 바람직하게는 강널말뚝의 하부 끝단이 시공하는 지질에 따라 반원형, 끝이 뾰족한 형상 또는 톱날 형상 중 어느 한 형상을 갖는 것이 가능하다. 또한 바람직하게는 상기 (c) 단계를 통해 기둥을 지반에 관입한 후, 지반 상부로 노출된 부분에 콘크리트 채움(22)을 함으로서 지반 노출부를 보강하는 것을 특징으로 한다. 본 발명의 다수개의 강널말뚝을 이용한 비부착 폐합단면 기둥 압입 시공방법은, 기둥의 단면 형상에 따라 여러 개의 강널말뚝(11)을 결합하여 폐합 기둥단면을 구성([도2])하여 기둥이 설치되는 흙 지반에 위에 위치시킨다. 그후, 강널말뚝의 상부로부터 압력을 가하여 순차적으로 윤번에 따라 각 강널말뚝을 지반 속으로 밀어 넣는다. 상기 강널말뚝(11)은 강재 결합부재(12)를 통해 조립되어 강 기둥(10)을 형성하며, 이 강 기둥(10)이 지반에 관입되고, 관입된 강재 기둥 내부에 지반에 노출된 부분에만 콘크리트를 타설한다. 이로써, 외력에 저항하게 하는 지반 무 보링 콘크리트 충진 강합성 기둥의 시공법을 개발함으로써 기존 파일 시공법이 갖는 문제를 개선하고자 한다.본 발명에 의한 다수개의 강널말뚝을 이용한 비부착 폐합단면 기둥 압입 시공방법은 아래와 같은 단계로 진행된다. a) 도 1(a)에서와 같이 강재 결합부재(12)의 홈을 따라 끼워 폐합시킨 강널말뚝(11)을 지반 위에 위치시키고 각각의 강널말뚝을 각각의 유압잭과 잭에 연결된 클램프(집게)를 이용하여 지반 관입 작업을 준비한다. 도 2에서와 같이 강재 결합부재(12)에 의해 폐합시킨 강널말뚝(11)은 강재 결합부재(12)에 슬라이드될 수 있도록 끼워진다. 이러한 강재 결합부재(12)와 강널말뚝(11)의 결합으로 형성되는 강 기둥(10)은 도 3에서와 같이 그 개수에 따라 여러가지 형상으로 만들어질 수 있으며, 이는 지지해야할 하중의 크기에 따라 조절할 수 있다. 상기와 같이 만들어진 강 기둥(10)을 지반위에 위치시킨다. 지반 위에 강 기둥(10)을 위치시키는데에는 기둥을 바로 세울수 있는 여러 다양한 구조물들이 가능할 것이다.지반 관입작업의 준비를 위해 세워진 각 강널말뚝의 최상단부에 유압잭의 끝단에 연결되어 있는 클램프를 연결한다. 유압잭은 강널말뚝(11)을 밀어누르기 위하여 강널말뚝의 개수와 동일한 개수로 설치된다. 이때 유압잭은 각각의 강널말뚝(11)을 밀어낼수 있는 구조의 유압잭이면 가능다.이 때 여러 개의 유압잭은 하나의 구조체에 고정시켜 크레인에 부착시킨다. b) 이러한 준비가 완료되면 도 1(b)와 같이 하나의 유압잭에 힘을 가하여 지반에 밀어넣는 작업을 시작한다. b-1) 첫 관입 시에는 장비의 무게를 이용하여 밀어넣게 된다. 지반 관입작업의 준비를 위해 세워진 각 강널말뚝들, 즉 강널말뚝들이 이루고 있는 강기둥(10)의 최상단부에 유압잭이 연결되어 있는 구조체를 위치시키고, 세워진 강 기둥(10)을 구조체의 무게에 의해 누르게 된다. 이에 의해 강 기둥(10)의 하부 끝단은 지반에 어느정도 밀어넣어진다. b-2) 첫 관입이 끝난 후(도 1(a)) (b)작업을 수행하게 되는데, 이경우 구조체에 연결된 하나의 유압잭이 하나의 강널말뚝(11)을 밀어넣게 된다. 이때 밀어넣는 하나의 강널말뚝 이외의 나머지 강널말뚝은 제자리를 유지한채로 지지역할을 하게 된다. 즉, 밀어넣어지는 강널말뚝을 제외한 나머지 강널말뚝들은 소정 부분 지반에 밖혀있으며, 이 지반과의 마찰력에 의해 지지부의 역할을 하게 된다. 이에 따라 나머지 강널말뚝들을 잡고 있는 클램프가 하나의 강널말뚝을 밀어넣는 유압잭의 반력을 지지하게 되고, 유압잭은 하나의 강널말뚝을 도 1(b)와 같이 지반에 밀어넣을 수 있게 된다. 이와 같이 (b)의 작업을 수행할 때에는 밀어넣는 하나의 강널말뚝 이외의 나머지 강널말뚝을 잡고 있는 유압잭들에 매달린 강널말뚝의 지반에 의한 마찰력 때문에 관입이 가능하므로 장비의 자체 무게와는 무관한 작업, 즉 유압잭의 밀어넣는 힘에 의한 관입작업이 된다.그후, 도 1(c)에서와 같이 다른 강널말뚝을 나머지 3개의 강널말뚝을 잡고있는 유압잭의 클램프에 의해 반력을 지지한채로 밀어넣게 된다. 다시 도 1(d)와 같이 이러한 작업을 순차적으로 반복하게 된다.따라서 여러 개의 유압잭들로 구성된 장비와 강널말뚝 결합체의 무게만을 지탱할 수 있는 장비가 필요하므로 기존 시공에 사용되는 타입용 장비에 비해 그 용량이 줄어들게 된다. 이는 작업 공간의 감소와 현장 접근성이 용이해지는 장점이 있다.강널말뚝을 폐합시켜 구성한 기초 또는 기둥은 지지해야 할 하중의 크기에 따라 도 3과 같이 강널말뚝의 개수를 조절함으로서 그 적용이 가능하게 된다.본 발명을 실트층, 전석층 등의 여러 가지 지반에 적용하기 위하여 도 4와 같이 강널말뚝의 하단부 형상을 변화시켜서 시공하는 방법이 가능하다. 또 본 발명 공법이 기초나 기둥으로 사용될 때 지반 상부로 노출되어 있는 부분의 보강과 차량 등의 충돌에 대비해서 도 5와 같이 지반 노출부에 대해서는 콘크리트 채움(22)을 수행한다. 본 발명은 지반을 교란시키지 않고 유압을 통해 순차적으로 압입하는 공법이므로 기초 하단에서 지반선(21)까지의 흙은 이동 없이 채워져 있는 형상이므로 지반위로 나오는 부분이 없을 경우에는 콘크리트 채움(22)이 필요 없게 된다.

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본 발명은 기둥단면을 단면의 형상에 따라 여러 개의 강널말뚝(11)으로 구성하고 각 강널말뚝의 상부에 압력을 가하여 차례로 유압을 이용하여 지반 내부로 밀어 넣으므로 항타로 인한 소음/진동이 없으며, 지반의 보링이 없으므로 파일의 해체 이후에 지반을 손실하지 않고, 지반굴착을 요하지 않으므로 빠른 시공성과 이에 따른 경제성이 확보되므로 도심지 공사에서도 효율적인 공법이 되는 장점을 갖는다. 건축물의 기초로 이용되는 파일이 아닌 교량등의 교각으로 이용되는 경우에는 차량의 충돌 등에 대비하여 지반 위로 노출된 부분에 대해서 콘크리트를 채워 넣음으로서 충분한 강성을 확보할 수 있다. 도심지 시공을 실시할 경우에도 파일이 설치될 면적 외에는 표층을 걷어낼 필요가 없으므로 유리한 공법이다.

도 1은 본 발명에 의해 시공 되는 순서를 보인 사시도

도 2는 본 발명의 구성을 개념적으로 보인 단면도

도 3은 본 발명에 의해 적용될 수 있는 여러 단면 형상의 예를 보인 단면도

도 4는 본 발명에 의해 적용될 수 있는 강널말뚝의 하단부 처리 예를 보인 정면도

도 5는 본 발명에 의해 시공된 기초 및 기둥의 형상으로 지반선 위로는 콘크리트 채움을 한 상태도

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

10 : 다수개의 강널말뚝으로 구성된 기둥 또는 기초

11 : 강널말뚝(sheet pile) 12 : 강재 결합부재

21 : 지반선 22 : 콘크리트 채움

23 : 기둥 또는 기초의 단면

[도 1]

(a) : 강널말뚝 압입을 위한 준비 상태

(b) : 첫 번째 강널말뚝 압입한 상태

(c) : 두 번째 강널말뚝 압입한 상태

(d) : 세 번째 강널말뚝 압입한 상태

(e) : 네 번째 강널말뚝 압입한 상태로 다음 단계 압입을 위한 준비 상태

[도3]

(a) : 두개의 강널말뚝으로 구성된 비부착 폐합단면 파일 및 기둥의 단면도

(b) : 세개의 강널말뚝으로 구성된 비부착 폐합단면 파일 및 기둥의 단면도

(c) : 네개의 강널말뚝으로 구성된 비부착 폐합단면 파일 및 기둥의 단면도

(d) : 다섯개의 강널말뚝으로 구성된 비부착 폐합단면 파일 및 기둥의 단면도

(e) : 여섯개의 강널말뚝으로 구성된 비부착 폐합단면 파일 및 기둥의 단면도

[도4]

(a) : 하단면이 타원형인 강널말뚝의 정면도

(b) : 하단면이 톱날형인 강널말뚝의 정면도

(c) : 하단면이 칼날형인 강널말뚝의 정면도

(d) : 하단면의 중앙이 뾰족한 형상인 강널말뚝의 정면도

Claims (6)

1. (a) 다수개의 강널말뚝(sheet pile)(11)을 비부착 상태로 결합부재(12)의 홈을 따라 끼워서 폐합시켜 하나의 기둥을 구성하고 지반에 위치시키는 단계;

   (b) 상기 다수개의 강널말뚝으로 형성되는 기둥을, 유압잭 및 클램프가 연결되어 있는 구조체의 하중에 의해 지반에 소정 깊이 삽입하는 단계; 및

   (c) 각각의 강널말뚝을 상부에서 잡고있는 클램프 및 상기 클램프와 한조를 이루는 유압잭들로 구성된 구조체를 이용하여, 각각의 강널말뚝을 상기 결합부재의 홈을 따라 하나씩 차례대로 지반으로 밀어넣고, 밀어넣어지는 강널말뚝을 잡고있는 클램프를 제외한 다른 클램프가 잡고 있는 강널말뚝들의 지반과의 마찰력에 의해 밀어넣어지는 강널말뚝의 유압잭에 의한 반력을 지지하도록 하는 단계;

   를 포함하는 다수개의 강널말뚝을 이용한 비부착 폐합단면 기둥 압입 시공방법.
2. 제 1항에 있어서, 강널말뚝의 하부 끝단이 시공하는 지질에 따라 반원형, 끝이 뾰족한 형상 또는 톱날 형상 중 어느 한 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 다수개의 강널말뚝을 이용한 비부착 폐합단면 기둥 압입 시공방법.
3. 제 1항에 있어서, 상기 (c) 단계를 통해 기둥을 지반에 관입한 후, 지반 상부로 노출된 부분에 콘크리트 채움(22)을 함으로서 지반 노출부를 보강하는 것을 특징으로 하는 다수개의 강널말뚝을 이용한 비부착 폐합단면 기둥 압입 시공방법.
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