KR100538739B1

KR100538739B1 - 흙막이용 파일 및 이를 이용한 흙막이 공법

Info

Publication number: KR100538739B1
Application number: KR10-2002-0056534A
Authority: KR
Inventors: 길병옥
Original assignee: 길병옥
Priority date: 2002-09-17
Filing date: 2002-09-17
Publication date: 2005-12-23
Also published as: KR20040026026A

Abstract

본 발명은 파일 내측으로 다수의 유입공을 형성하고 상기 유입공의 하단부에는 노즐부를 형성하여 상기 노즐부를 통하여 혼합이수를 분출토록 함으로서 차수의 효과를 갖는 동시에 흙막이 공사를 이루어 지반의 붕괴 및 침하현상을 방지하고 공기의 단축 및 시공비용을 절감할 수 있는 흙막이용 파일 및 이를 이용한 흙막이 공법에 관한 것으로, 지하구조물을 위한 터파기 공사에 사용되는 차수 및 흙막이용 파일을 형성함에 있어서, 파일의 내측에 세로방향으로 다수의 유입공이 형성되고, 각 유입공의 하단부로 노즐부를 형성하되, 파일의 하단부와 관통되게 형성되어 있으며 상기 파일의 외측으로 좌,우측에 결합돌기와 결합홈이 세로방향으로 형성되며 파일의 하단부에 경사부가 구성된 것으로, 상기와 같이 구성된 파일을 연속적으로 연결되게 하여 지반에 매설하는 흙막이 공법에 있어서, 혼합이수를 저장탱크에 저장하는 공정과, 기설치된 고정설치대에 파일을 세우는 공정과, 파일의 상단부에 상하운동작용을 하는 바이브레이터를 고정설치시키는 공정과, 초고압펌프에 의해 혼합이수를 파일에 형성된 유입공으로 유입시키는 공정과, 유입된 혼합이수가 유입공의 노즐부를 통하여 지반에 고압분사되는 공정과, 혼합이수가 고압분사되어 지층 또는 암반층을 파쇄하면서 파일의 상부에 설치된 바이브레이터의 상하운동작용에 의해 파일이 지반에 압입하여 설치되는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

흙막이용 파일 및 이를 이용한 흙막이 공법 {PILE FOR SHEET-PILE WALL AND CONSTRUCTION METHOD USING THAT}

본 발명은 건축 및 토목공사의 터파기 공사를 시행함에 있어서, 가장자리의 토사 및 지반이 붕괴되거나 침하되어 흘러내리는 것을 방지하기 위하여 설치되는 파일의 구조와 이를 이용한 공법에 관한 것이다.

이를 좀 더 상세히 설명하면,

지하구조물을 위한 터파기 공사에 사용되는 차수 및 흙막이용 파일을 형성함에 있어서, 파일 내측으로 다수의 유입공을 형성하고 상기 유입공의 하단부에는 노즐부를 형성하여 상기 노즐부를 통하여 혼합이수를 지반에 고압분사함으로서 차수의 효과와 흙막이 공사를 동시에 이루어 토사 및 지반의 붕괴 및 침하현상을 방지함은 물론, 공기의 단축 및 시공비용을 절감할 수 있는 흙막이용 파일 및 이를 이용한 흙막이 공법에 관한 것이다.

일반적으로 우리나라의 토지이용 실태는 주로 대도시에 집중되고, 가용 토지의 부족으로 인해 도심지의 고층화와 고밀도에 따라 지하 구조물의 규모가 커지면서 인근 건축물과의 근접시공이 불가피하게 되어, 지하 구조물의 터파기 공사시에 인접한 도로의 침하를 비롯하여 주변 건물의 기울어짐과 균열 및 붕괴가 빈번히 발생되고, 이로 인한 재산상의 손실을 비롯하여 민원의 다발과 분쟁으로 인한 사회적 문제가 발생되어 터파기 공사시 시행되는 흙막이 공사에 대한 공법과 부재의 선정이 매우 중요한 요소로 부각되고 있는 것으로,

이하에서는 각종 토목공사를 실시할 때에 토사가 흘러내리거나 지반이 붕괴되는 것을 방지하기 위하여 제안되었던 다방면의 흙막이 공법을 개략적으로 살펴보기로 한다.

우선, C.I.P(CAST-IN-PLACED-PILE) 공법은 주열식으로 철근콘크리트 기둥을 현장에서 타설하여 설치하는 것으로서, 이는 철근콘크리트기둥을 설치할때 마다 기둥설치공을 뚫어 거푸집을 설치하고, 철근을 설치한 상태에서 시멘트,자갈, 모래등으로 된 몰타르를 충진시켜 고형화된 후에 거푸집을 제거하여야 하는 일련의 과정을 반복적으로 실시하여야 하므로, 설치기간이 장시간 소요되고, 기둥과 기둥사이가 밀폐되지 못하고 누수되는 현상이 발생되어 재차 차수공사를 별도로 시행해야 하는 문제점이 있었다.

또 다른 흙막이 공법으로 H파일 토류벽공법이 사용되는 바, 일반적으로 개착식공법으로서 H파일을 직타하여 설치하거나 굴삭용천공기에 의해 수직공을 뚫어 주고 그 수직공에 H파일을 삽입하여 설치한 후에 터파기를 하는 공법으로서, 이는 토류판을 강성체로 하여 토류벽으로서의 역할은 기대할 수 있으나 토질조건으로 볼때는 침수현상이 발생되고, 차수효과를 기대할 수 없으면, 상부와 두부의 변위가 상대적으로 커서 배면부지반의 이완현상이 크게 발생되는 문제점이 있었다.

그리고, SCW(SOIL CEMENT WALL)병용 H파일토류벽공법에 관한 것으로, H파일 토류벽에 차수효과와 토류벽의 지반이 이완되는 것을 방지할 수 있도록 적용되는 공법으로서, H파일을 직타하여 설치하되, H파일은 가능한한 근접되게 설치하고 토류판을 설치한 상태에서 H파일의 배면에 안정제주입공을 중첩되게 뚫어준 후에 흙이나 시멘트를 혼합시켜서 된 안정제를 주입시켜 고형화한 것으로, H파일 및 토류판으로 되는 벽체와 지중에 연속된 주열벽체가 이중으로 형성되므로 차수효과는 뛰어나지만 H파일을 직타할 시에 소음이 극심하게 발생되며, 크레인과 믹서,펌프와 같은 대형장비를 구비하고 시공함으로서, 비용이 많이 소요되고, 시공효율이 낮아 공기가 길어질뿐만 아니라 시공비용이 많이 소요되는 문제점이 있었다.

시트파일공법은 크레인을 이용한 바이브로 햄머에 의해 시트파일을 직타하여 지반에 강제삽입시키도록 하는 공법이 있다.

이는, 강널말뚝을 설치하여 차수벽과 토류벽의 역할을 동시에 하도록 하는 공법으로서, 재질적인 강도와 내구성이 우수한 시트파일을 사용할 경우에는 연속벽형 강성체로서의 토류벽 역활을 충분히 할 수 있으며, 강널말뚝의 재질이 수밀성을 갖도록 함으로서 접촉부의 수밀성이 우수하여 차수효과를 얻을 수 있으나, 상기에 기술한 바와 같이 직타시 소음이 극심하게 발생되며, 진동이 심하게 발생되어 2차 인발시 침하현상이 발생되는 문제점이 있었다.

이와 같이, 흙막이 공사를 실시할때 종래의 공법들은 강제적으로 직타함으로서 소음이 심하고, 공기의 일정과 시공비용이 많이 소요되는 것이며, 누수로 인한 차수공사가 별도로 진행되어야 하는 번거러움이 있는 것이다.

본 발명은 상기와 같이 기존의 다양한 공법들의 실시로 인한 차수 및 주변의 침하를 방지하기 위하여 별도의 차수공사를 진행함으로서 시공비용이 많이 소요되는 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 파일을 지반에 압입하는 과정과 압입후에 발생되는 지하수와 토사의 흘러내림을 막기 위한 흙막이 공사과 차수공사를 동시에 이루어 공기의 단축은 물론 시공비용을 절감할 수 있는 흙막이용 파일 및 이를 이용한 흙막이 공법을 제공함에 목적이 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 혼합이수를 지반에 고압으로 분사하여 지층을 파쇄하면서 바이브레이터의 상하운동에 의해 파일을 지반에 압입토록 함으로서 소음의 발생을 현저하게 감소시키고, 혼합이수에 의한 분진의 발생을 부가적으로 억제할 수 있으며, 파일을 각각 끼워맞춤방식으로 하여 공사면적에 비례하게 파일이 사용됨으로서 불필요한 자재의 낭비를 줄일 수 있는 흙막이용 파일 및 이를 이용한 흙막이 공법을 제공함에 목적이 있다.

본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위한 흙막이용 파일 및 이를 이용한 흙막이 공법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 지하구조물을 위한 터파기 공사에 사용되는 차수 및 흙막이용 파일을 형성함에 있어서, 파일의 내측에 세로방향으로 다수의 유입공이 형성되고, 각 유입공의 하단부로 노즐부를 형성하되, 파일의 하단부와 관통되게 형성되어 있으며 상기 파일의 외측으로 좌,우측에 결합돌기와 결합홈이 세로방향으로 형성되며 파일의 하단부가 경사부로 구성되어진 것을 특징으로 한다.

또한, 파일의 정면부와 후면부에 세로방향으로 다수의 요입부를 형성하여 차수효과가 뛰어나도록 하며, 바이브레이터가 고정설치되는 파일의 상단부와 상기 파일을 지반에 압입할시 파일의 경사부가 파손되는 것을 방지할 수 있도록 상기 경사부가 각각 철재으로 구성되어지는 것이 바람직하다.

그리고, 상기와 같이 구성된 파일을 연속적으로 연결되게 하여 지반에 매설하는 흙막이 공법에 있어서, 벤토나이트와 시멘트 및 물을 혼합하여 된 혼합이수를 저장탱크에 저장하는 공정과, 기설치된 고정설치대에 파일을 세우는 공정과, 파일의 상단부에 상하운동하는 바이브레이터를 고정시키는 공정과, 초고압펌프에 의해 혼합이수를 유입공으로 유입시키는 공정과, 유입된 혼합이수가 유입공의 노즐부를 통하여 지반에 고압분사되는 공정과, 혼합이수가 고압분사되면서 지층을 파쇄하면서 파일의 상부에 설치된 바이브레이터의 상하운동에 의해 파일을 지반에 압입하여 설치하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명인 흙막이용 파일 및 이를 이용한 흙막이 공법의 바람직한 일실시예를 설명하기로 한다.

첨부도면 도 1은 본 발명인 파일의 제1실시예를 보인 사시도이며, 도 2와 도 3은 파일의 단면도이고, 도 4와 도 5는 또 다른 파일의 형상을 보인 사시도이며, 도 6은 본 발명인 파일이 지반에 압입하는 공정을 보인 개략적인 도면이고, 도 7은 파일에 차수되는 상태를 보인 횡단면도이며, 도 8은 본 발명의 사용상태를 보인 개략적인 사시도이다.

본 발명인 흙막이용 파일은 지하구조물을 위한 터파기 공사에 사용되는 차수 및 흙막이용 파일을 형성함에 있어서, 파일(10)의 내측에 세로방향으로 다수의 유입공(20)이 형성되고, 각 유입공(20)의 하단부로 노즐부(30)를 형성하되, 파일(10)의 하단부와 관통되게 형성되어 있으며 상기 파일(10)의 외측으로 좌,우측에 결합돌기(40)와 결합홈(50)이 세로방향으로 형성되며 파일(10)의 하단부가 경사부(60)로 이루어진 구성을 갖는다.

우선, 도 1에서 보여지는 제 1실시예의 파일(10)의 본체는 가로 300~400mm,세로 6~12m의 크기로 강선이 들어간 콘크리트체로 구성하여 흙막이 공사시 지반의 무게를 견고하게 버틸 수 있도록 하며, 파일의 하단부의 일정부위는 경사부(60)를 갖도록 형성하여 상기 파일(10)을 지반에 압입할 시에 원활하게 압입될 수 있도록 형성한다.

그리고, 상기 파일(10)에 형성된 유입공(20)은 지름이 대략 50mm정도의 크기로 형성되고 파일(10)의 크기와 풍화암, 연암 및 경암등 지하암반층에 따라 유입공(20)의 갯수를 달리하여 형성될 수 있으며, 적어도 2개 이상 형성되어지는 것이 바람직하다. 또한, 상기 유입공(20)의 하단부에 양측으로 형성되는 노즐부(30)는 도 2 내지 도 3에서 보여지는 바와 같이, 파일(10)의 하단부로 갈수록 최대한 지름이 작도록 형성되어 상기 파일(10)의 하단부와 관통된다.

파일(10)의 외측으로 좌,우측에 형성된 결합돌기(40)와 결합홈(50)을 각각 원형형상으로 하며, 특히 결합돌기(40)는 결합홈(50)보다 작게 형성하여 또 다른 파일(10)에 형성된 결합돌기(40)가 결합홈(50)에 용이하게 끼움결합될 수 있도록 하여 빠른시간내에 연속적인 시공이 가능한 것이다.

도 4는 본 발명인 파일의 또 다른 실시예로서, 파일(10)의 정면부와 후면부에 세로방향으로 다수의 요입부(70)를 형성하여 파일(10)을 지반에 압입할 시에 지반에 함유된 지하수등이 상기 요입부를 따라 지반의 상부로 원활하게 배출되는 것이다.

또한, 도 5에서 보여지는 바와 같이 파일(10)의 상단부 일정부위와 하단부의 경사부(60)를 철재(80a)(80b)로 형성하되, 상기 파일(10)의 형상과 모양을 동일하게 형성하고 파일(10) 상단부의 철재(80)는 파일의 유입공(20)과 대응되는 위치에 구멍(20a)을 천공하며, 파일(10) 하단부에 형성되는 철판(80a) 또한, 노즐부(30)의 구멍과 대응되는 위치에 구멍(30a)을 천공한다.

따라서, 파일(10)의 상단부에 고정설치되는 바이브레이터(90)의 상하운동시 파일(10)의 상단부가 파손되는 것을 방지하고, 상기 바이브레이터(90)의 상하운동과 혼합이수(100)가 고압분사되면서 파일(10)이 지반에 압입될시 상기 파일(10)의 하단부가 파손되는 것을 미연에 방지하게 된다.

한편, 지반의 모서리부를 시공할 경우에는 파일(10)의 형상을 ㄴ자형상으로 파일(10)을 제작하여 시공이 가능한 것이다.

이하, 상기와 같이 구성된 본 발명의 파일을 이용한 흙막이 설치공법에 대하여 설명한다.

파일을 연속적으로 연결되게 하여 지반에 매설하는 흙막이 공법에 있어서, 벤토나이트와 시멘트 및 물을 혼합하여 된 혼합이수(100)를 저장탱크(110)에 저장하는 공정과, 기설치된 고정설치대(120)에 파일(10)을 세우는 공정과, 파일(10)의 상단부에 상하운동작용을 하는 바이브레이터(90)를 고정설치하는 공정과, 초고압 펌프(130)에 의해 혼합이수(100)를 유입공(20)으로 유입시키는 공정과, 유입된 혼합이수(100)가 유입공(20)의 하단부에 형성된 노즐부(30)를 통하여 지반에 고압분사되는 공정과, 혼합이수(100)가 고압분사되면서 지층를 파쇄하면서 파일(10)의 상부에 설치된 바이브레이터(90)의 상하운동작용에 의해 파일(10)이 지반에 압입되어 설치되는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 혼합이수는 대략 벤토나이트 50kg, 시멘트 80kg, 물 500(L)리터의 혼합비율로 혼합되어 저장탱크에 저장된다.

그리고, 저장탱크(110)와 초고압펌프(130) 및 파일(10)의 유입공(20)은 고압호오스(도면에 도시하지 않음)로 각각 연결되어 있으며, 상기 초고압 펌프(130)의 가동에 의해 저장탱크(110)에 저장된 혼합이수(100)가 고압호오스를 통하여 파일(10)의 내측에 형성된 유입공(20)으로 유입된다.

여기서, 초고압펌프의 압력은 400kg/cm²정도이며, 토질의 상태에 따라 압력을 조절하여 사용할 수 있다.

따라서, 상기와 같이 유입공(20)으로 유입된 혼합이수(100)는 도 6에서 보여지는 바와 같이, 유입공(20)의 하단부에 양측으로 형성된 노즐부(30)를 통하여 지반으로 고압분사되면서 지층 또는 지하암반층을 파쇄한다. 이때 파일(10)의 상단부에 고정설치된 바이브레이터(90)는 구동모터(도면에 도시하지 않음)의 작동에 의해 상하운동작용을 하면서 지반에 파일(10)을 압입하게 된다.

상기 파일의 상단부에 고정설치되어 상하운동작용을 하는 바이브레이터(90)는 종래의 공지된 기술에 의한다.

이하에서는 본 발명인 흙막이용 파일 및 이를 이용한 흙막이 공법의 작용효과를 설명하기로 한다.

먼저, 혼합이수(100)가 초고압펌프(130)에 의해 유입공(20)으로 유입되어 노즐부(30)를 통하여 지반으로 고압분사되고 파일(10)이 압입되는 과정에서 지반에 함유되어 있는 지하수등과 지반을 파쇄한 혼합이수(100)등은 파일(10)의 면을 따라 지반의 상부로 배출된다.

여기서, 파일(10)의 정면부와 후면부에 요입부(70)가 각각 형성된 파일(10)의 경우에는 상기 지하수와 지반을 파쇄한 혼합이수(100)가 상기 요입부(70)를 따라 보다 효율적으로 배출할 수 있는 것이다.

따라서, 파일(10)을 압입하는 과정에서 지반에 함유된 지하수등과 혼합이수(100)를 지반의 상부로 배출함으로서 지반의 붕괴 및 침수등을 1차적으로 방지하게 된다.

그리고, 도 7에서 보여지는 바와 같이 지반에 파일(10)이 연속적으로 압입되면 결합돌기(40)와 결합홈(50)사이의 틈새부(140)와 파일(10)의 정면부와 후면부에 형성된 요입부(70)로 지하수등과 지층을 파쇄시킨 혼합이수(100)가 유입되어 고이게 되고, 이때 혼합이수(100)는 벤토나이트와 시멘트 및 물로 구성됨으로서 일정시간이 흐르면 지하수와 혼합이수(100)가 혼합되어 고형화되면서 지반의 붕괴 및 침하를 2차적으로 방지하게 된다.

따라서, 본 발명인 흙막이용 파일 및 이를 이용한 흙막이 공법은 연약지반에서의 굴토공사를 비롯하여 암반층이 존재하는 지층을 비롯하여 교각설치공사, 항만물막이공사, 터파기 공사시 누수 및 지반의 침하가 있는 모든 공사에 적용될 수 있는 것이다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 흙막이용 파일 및 이를 이용한 흙막이 공법은 지반에 파일을 압입할 시 파일의 정면부와 후면부에 형성된 다수의 요입부를 통하여 지반에 함유된 지하수등과 지반을 파쇄시킨 혼합이수를 1차적으로 배출함으로서 지반의 붕괴 및 침하를 1차적으로 방지하게 되고, 파일을 압입한 후에는 상기 요입부와 파일과 파일을 결합할 때 결합돌기와 결합홈에 사이의 틈새부로 잔재된 지하수등과 혼합이수가 유입되어 고형화되면서 지반의 붕괴 및 침하를 2차적으로 방지함으로서 안전한 시공이 가능한 것이다.

따라서, 차수효과와 흙막이 공법을 동시에 행함으로서 공사기간이 단축되고 그로 인해 시공비용의 절감을 가져오는 효과가 있으며, 파일을 지반에 삽입시 바이브레이터의 상하운동작용과 혼합이수를 고압분사하여 지층 또는 암반층을 파쇄하면서 지반에 압입됨으로서 소음의 발생이 현저히 감소됨은 물론, 부가적으로 혼합이수에 의해 분진발생을 억제함으로서 환경친화적인 효과를 안출할 수 있는 것이다.

도 1은 본 발명인 파일구조의 제1실시예를 보인 사시도.

도 2는 본 발명의 A-A선 단면도.

도 3은 본 발명의 B-B선 단면도.

도 4는 본 발명인 파일구조의 제2실시예를 보인 사시도.

도 5는 본 발명인 파일구조의 제3실시예를 보인 사시도.

도 6은 흙막이 공사를 위한 파일을 지반에 압입하는 공정을 보인 개략적으로 도시한 도면.

도 7은 파일이 지반에 압입되어 차수되어지는 상태를 보인 횡단면도.

도 8은 파일이 연속적으로 시공된 상태를 보인 개략적인 요부사시도.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

10: 파일 20: 유입공

30: 노즐부 40: 결합돌기

50: 결합홈 60: 경사부

70: 요입부 80a,80b: 철재

90: 바이브레이터 100: 혼합이수

110: 저장탱크 120: 고정설치대

130: 초고압펌프 140: 틈새부

Claims

지하구조물을 위한 터파기 공사에 사용되는 차수 및 흙막이용 파일을 형성함에 있어서, 파일의 내측에 세로방향으로 다수의 유입공이 형성되고, 각 유입공의 하단부로 노즐부를 형성하되, 파일의 하단부와 관통되게 형성되어 있으며 상기 파일의 외측으로 좌,우측에 결합돌기와 결합홈이 세로방향으로 형성되며 파일의 하단부가 경사부로 구성되고, 파일의 정면부와 후면부에 다수의 요입부가 세로방향으로 형성되어 있어, 상기 요입부 및 결합돌기와 결합홈이 이루는 틈새부를 통하여 벤토나이트, 시멘트, 물로 이루어진 혼합이수가 유입되고, 상기 혼합이수가 일정시간이 흘러 고형화됨으로서 지반의 붕괴 및 침하를 방지하는 것을 특징으로 흙막이용 파일.
제 1항에 있어서, 상기 유입공의 하단부에 형성된 노즐부가 양측으로 형성되는 것을 특징으로 하는 흙막이용 파일.
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제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 파일의 상단부 일정부위와 파일 하단부의 경사부위가 철재로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 흙막이용 파일.
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