KR100555210B1 - 바이브로 햄머를 사용한 현장 타설 콘크리트 말뚝용 강관케이싱 선단장치 및 이를 이용한 현장 타설 콘크리트 말뚝시공방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 토목공사 등에서 사용되는 강관 케이싱을 바이브로 햄머를 이용하여 지중에 관입시공하는 것에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 강관의 관입시 가해지는 외력과 지중의 장애물에 의한 선단부의 변형 및 파손을 줄이고 반복 사용할 목적으로 강관 케이싱의 선단부에 선단장치가 장착된 강관 케이싱을 바이브로 햄머를 이용하여 지중에 관입시공하여 현장 타설 콘크리트 말뚝을 시공하는 방법에 관한 것이다.

이에 본 발명은, 강관 케이싱의 선단부에 장착되어 상기 강관 케이싱의 지중(地中)관입을 용이하게 그리고 자체의 반복사용을 가능하게 하는 선단장치에 있어서 상하로 관통된 강제(鋼製) 원통관의 하단 테두리를 따라 다수 개의 삽날 형상의 돌출부가 하방으로 서로 균일한 간격을 이루며 형성되는 것을 특징으로 하는 강관 케이싱 선단장치를 제공한다.

또한, 본 발명은 이러한 강관 케이싱 선단장치가 강관 하단 바깥둘레를 따라 지그재그로 강관표면에 직접 육성용접 하여 장착하는 강관 케이싱을 제공한다.

상기한 강관 케이싱을 바이브로 햄머를 이용하여 지중에 관입한 후에 이를 인발하여 형성된 인발공에 콘크리트를 타설양생하여 현장 타설 콘크리트 말뚝을 시공하는 방법에 관한 것이다.

바이브로 햄머, 강관 케이싱, 선단장치, 육성용접, 삽날형상, 현장 타설 콘크리트 말뚝

Description

바이브로 햄머를 사용한 현장 타설 콘크리트 말뚝용 강관 케이싱 선단장치 및 이를 이용한 현장 타설 콘크리트 말뚝 시공방법 {Steel pipe casing for cast-in-place concrete pile using vibro hammer and method for constructing cast-in-place concrete pile using the same}

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 삽날 형상 선단장치가 장착된 강관 케이싱을 도시한 사시도.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 삽날 형상 선단장치의 일부를 도시한 부분 상세도.

도 3은 본 발명의 일시시예에 따른 삽날 형상 선단장치의 돌출부 및 오목부의 윤곽을 설명하기 위한 도면.

도 4는 본 발명의 일시시예에 따른 삽날 형상 선단장치의 오목부에 자갈 등의 장애물이 부딪혔을 때의 모습을 도시한 개략도.

도 5는 바이브로 햄머를 사용하여 강관 케이싱을 지중에 관입시공하는 도면.

도 6은 종래의 슈가 자갈등의 장애물에 부딪혔을 때의 모습을 도시한 개략 도.

도 7은 종래의 슈가 장착된 강관말뚝을 도시한 사시도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

10 : 강관 케이싱 12 : 선단장치 12a : 돌출부

12b : 골 14 : 용접부분 15 : 바이브로 햄머

17 : 파일 클램프 18 : 진동기 19 : 지반

본 발명은 토목공사등에서 지반의 지지력을 강화하기 위하여 현장 타설 콘크리트 말뚝 시공을 위하여 사용되는 강관 케이싱에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 강관이 지중에 관입시 가해지는 외력과 지중의 토사나 장애물의 저항에 기인하는 강관 케이싱의 선단부의 변형 및 파손을 줄이고 반복사용 할 목적으로 강관 케이싱의 선단부에 장착되는 선단장치와 이를 장착한 강관 케이싱을 바이브로 햄머를 사용하여 형성하는 현장 타설 콘크리트 말뚝의 시공방법에 관한 것이다.

일반적으로 교량(橋梁)의 교각(橋脚) 또는 교대(橋臺)등과 같은 토목 구조물의 시공시 그 구조물이 지반으로부터 충분한 지지력을 얻을 수 있도록 지중(地中)에 각종 말뚝을 관입시켜 지반의 지지력을 증대시킨다.

그 중 강관 케이싱은 강판(鋼板)으로 제작된 원통 모양의 말뚝으로서, 구조물의 기초말뚝용이나 항만 시설에서 잔교식 또는 돌핀식 구조에 많이 사용된다. 이러한 강관 케이싱을 사용함에 있어서 시공성을 고려하여 선단장치부를 개방하거나 지질 조건등을 고려하여 이를 폐쇄할 수 있으며, 특수한 토질에서는 특수 선단장치로 보강하여 사용하기도 한다.

기초말뚝으로서 사용되는 강관 케이싱에 있어서 선단장치는 강관의 지중에 관입시 강관에 가해지는 외력과 지중의 토사나 자갈, 괴석 등과 같은 장애물의 저항에 기인하는 강관 선단부의 변형이나 파손을 줄이고 , 말뚝의 관입속도를 높여주는 역할을 한다.

특히, 외력이 진동형태로 가해지는 바이브로 햄머공법에서는 진동의 발생정도를 줄여줄 수 있는 선단장치가 필요하다.

도 7을 참조하면, 종래의 슈의 한 형태로 띠 형상의 슈가 강관말뚝의 선단부에 장착되어 사용되어 왔다.

상기 종래의 슈(42)는 강관말뚝과 동일 또는 유사한 재질을 가지고 상기 강관말뚝의 두께보다 더 두꺼운 강철띠로 만들어진 고리의 형상으로 이루어지며, 이러한 슈(42)는 상기 강관말뚝(40)의 선단부에 용접으로 접합하여 장착되었다.

그러나, 단순한 강철띠의 형상의 슈(42)를 강관말뚝(40)의 선단부에 덧대어 부착함에 따라 강철띠 두께만큼 강관말뚝(40)의 반지름이 켜져 결과적으로 관입되는 총 단면적이 증가하고, 또한 이러한 단면들이 각각 동일 평면상에 위치하므로 슈와 강관 선단부의 단면 상의 모든 점들이 동시에 관입되는 결과를 낳는다. 따라서, 관입 되는 말뚝과 토사 사이의 저항력이 증가하는 문제점이 있다.

또한, 강철띠의 면적만큼 슈 부분의 연면적이 증가하므로, 강관말뚝 외주면과 토사 사이의 마찰력도 증가하게 되어 결과적으로 관입효율이 저하되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로, 그 목적은 강관 케이싱의 선단부에 장착되어 상기 강관 케이싱의 지중(地中) 관입시 선단부의 변형 또는 파손을 방지하면서 이 선단부가 순차적으로 관입됨으로써 관입효율이 향상되고 말뚝 시공기간을 단축시킬 수 있는 강관 케이싱 선단장치 및 이를 이용한 현장 타설 콘크리트 말뚝 시공방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 강관 케이싱의 선단부가 순차적으로 관입되면서 관입 과정 중 지중의 장애물을 절단하면서 관입할 수 있으며 격한 마찰환경에서도 반복 사용이 가능한 강관 케이싱 선단장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 상기한 바와 같은 반복사용이 가능한 선단장치를 장착한 강관 케이싱을 제공하는 것이다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 강관 케이싱의 선단부에 장착되어 상기 강관 케이싱의 지중(地中) 관입을 용이하게 하는 선단장치에 있어서,

상하로 관통된 강제(鋼製) 원통관의 하단 테두리를 따라 다수 개의 삽날 형상의 돌 출부가 하방으로 서로 균일한 간격을 이루며 형성되는 것을 특징으로 하는 강관 케이싱 선단장치 및 이를 이용한 현장 타설 콘크리트 말뚝 시공방법을 제공한다.

상기 각각의 삽날 형상의 돌출부는 그 폭(w)이 상기 원통관의 바깥면 둘레 길이의 1/13 내지 1/19의 범위에 속하도록 형성되는 것이 바람직하며, 그 높이(h)는 상기 원통관의 바깥면 둘레 길이의 1/13 내지 1/19의 범위에 속하도록 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 각각의 삽날 형상의 돌출부는 장축 길이가 단축 길이의 1.5배 내지 3배의 범위에 속하는 타원의 일부를 윤곽선으로 하여 형성될 수 있으며, 상기 각각의 삽날 형상의 돌출부 사이에 형성되는 골은 상기 돌출부의 윤곽선과 접하는 원호(圓弧) 형상으로 이루어지도록 할 수 있다.

본 발명은 상기한 바와 같은 강관 케이싱 선단장치가 강관 하단 바깥둘레를 따라 지그재그로 육성용접하여 장착되는 강관 케이싱을 제공한다.

상기 강관 케이싱 선단장치는 강관의 하단 외주면에 표면경화용 용접재료로 강관 두께의 1/5 내지 1/2의 범위에 속하는 두께로 육성용접하여 삽날 형상의 돌출부로 가공됨으로써 형성될 수 있다.

상기한 선단장치가 장착된 강관 케이싱을 바이브로 햄머를 사용하여 형성한 현장 타설 콘크리트 말뚝의 시공방법은

상기 강관 케이싱 선단부에 선단장치가 장착된 강관 케이싱을 관입시공할 위치를 선정하는 단계;

해당 위치에 강관 케이싱 선단부에 선단장치가 장착된 강관 케이싱을 거치 하고 파일 클램프를 이용하여 강관 케이싱을 바이브로 햄머에 고정시키는 단계;

바이브로 햄머의 진동기를 이용하여 강관 케이싱 선단부에 선단장치가 장착된 강관 케이싱을 지중에 관입하는 단계;

강관 케이싱 선단부에 선단장치가 장착된 강관 케이싱을 계획된 지중의 깊이까지 관입한 후에 강관 케이싱 내의 토사를 제거하는 단계;

토사를 제거한 강관 케이싱 내에 조립된 철근을 삽입한 후에 단계적으로 콘크리트를 타설하면서 바이브로 햄머를 이용하여 강관 케이싱 선단부에 선단장치가 장착된 강관 케이싱을 단계적으로 인발하는 단계; 및

강관 케이싱 선단부에 선단장치가 장착된 강관 케이싱을 완전히 인발하여 지중에 현장 타설 콘크리트 말뚝을 형성하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 일시시예를 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 일시시예에 따른 삽날 형상의 선단장치가 장착된 강관 케이싱을 도시한 사시도이다.

도시된 바와 같이 강관 케이싱(10)의 일측 전단부에는 지중(地中) 관입을 용이하게 하는 선단장치(12)가 장착된다. 상기 강관 케이싱 선단장치(12)는 상하 관통의 강제 (鋼製) 원통관으로 그 하단에는 테두리를 따라 다수 개의 삽날 형상의 돌출부(12a)가 형성된다.

상기 강제 원통관은 밑면 반경에 대한 높이의 비가 1이하인 키낮은 원통형 상이며, 상기 삽날 형상의 돌출부(12a)는 다수개가 하방으로 서로 균일한 간격을 이루며 형성되는 것이 바람직하다.

삽날 형상의 돌출부(12a)에 대하여 도 2 및 도 3을 참조하여 더욱 상세하게 살펴보면 다음과 같다.

각각의 삽날 형상의 돌출부(12a)는 그 폭(w) 상기 원통관의 바깥면 둘레 길이의 1/13 내지 1/19의 범위에 속하도록 형성하는 것이 바람직하다. 이 때, 상기 돌출부(12a)의 폭(w)은 도 2에 나타낸 바와 같이, 각 돌출부(12a) 사이에 형성되는 골(12b)과 그 이웃하는 골 사이의 직선거리를 상기 돌출부(12a)의 폭으로 할 수 있고, 이웃하는 돌출부의 마루간의 직선거리는 그 폭으로 할 수도 있다.

또한, 상기 각각의 삽날 형상의 돌출부(12a)의 높이도 상기 원통관의 바깥면 둘레길이의 1/13 내지 1/19의 범위에 속하도록 형성하는 것이 바람직하다.

일례로, 상기 각각의 삽날 형상의 돌출부(12a)의 폭과 높이를 상기 강관 케이싱 선단장치를 형성하는 강재 원통관의 안쪽면 둘레길이의 1/16로 할 수 있다.

상기 각각의 삽날 형상의 돌출부(12a)는 선단장치가 장착된 강관 케이싱에 외력이 가해졌을 때 땅속으로 쉽게 들어갈 수 있도록 전체적으로 곡선을 이루도록 형성된다.

특히, 상기 삽날 형상의 돌출부(12a)는 도 3에 나타낸 바와 같이 타원(E)의 일부를 윤곽선으로 하여 형성될 수 있다. 이 때, 상기 타원(E)은 그 장축 길이(l)가 단축 길이(s)의 1.5배 내지 3배의 범위에 속하는 것이 바람직하다. 일례로 장축 길이(l)의 2배가 되는 타원(E)을 윤곽선으로 하여 그 타원(E)을 단축방향으로 2등분한 2분 타원의 형상으로 상기 돌출부(12a)를 형성할 수 있다.

상기 각각의 돌출부(12a) 사이에 형성되는 골(12b)은 상기 돌출부(12a)의 윤곽선과 접하는 원(C)의 일부인 원호(圓弧)형상을 따라 이루어질 수 있다. 이때, 상기 골(12b)의 윤곽선이 되는 원(C)의 지름(d)은 상기 돌출부(12a)의 윤곽선이 되는 타원의 단축 길이(s)의 1/4 내지 1/6의 범위에 속하도록 형성하는 것이 바람직하다. 일례로, 상기 원(C)의 지름(d)을 상기 타원(E)의 단축 길이(s)의 1/5이 되도록 골(12b)을 형성할 수 있다.

상기에서 설명한 바와 같은 선단장치(12)는 강관 케이싱(10)의 하단 바깥둘레를 따라 용접으로 접합하여 토목공사 등의 현장에서 사용된다.

이러한 선단장치(12)의 제작방법을 상세히 설명하면 다음과 같다.

즉, 상기 강관 케이싱(10)과 동일한 외경 및 두께와 재질의 강제(鋼製) 원통관 표면에 표면경화용 용접재료를 이용하여 강관 두께의 1/3 내지 1/4의 범위에 속하는 두께로 육성용접 한다. 이 때, 강제(鋼製) 원통관의 길이는 상기 선단장치(12)의 삽날 형상의 돌출부 높이(h)의 3배 이상 되는 것이 바람직하다.

상기 용접은 상기 원통관의 바깥둘레를 따라 지그재그(zigzag)로 이동하면서 촘촘히 용접한다. 또한, 그 용접한 강도를 더욱 높일 수 있도록 상기 원통관의 가장 자리 바로 안쪽을 따라서도 용접을 할 수 있다.

상기 선단장치(12)의 표면의 육성용접 부분(14)은 표면경화용 용접재료로 용접됨으로써, 강관 케이싱보다 표면의 강도, 경도 및 내마모성이 우수하게 된다. 따라서, 강관 케이싱의 선단부가 지중 토사나 자갈 등의 장애물에 의해 변형되거나 파손되 는 것을 방지하여 관입을 용이하게 하는 동시에 상기 선단장치(12)의 반복 사용 회수를 증가시킬 수 있다.

이러한 육성용접 작업시에는 용접 금속이 모재(강관)쪽으로 희석되어 표면경화 효과가 감소되지 않도록 하는 것이 바람직하며, 용접열에 의한 응력의 차이로 돌출부나 그 주변이 변형되지 않도록 용접순서등을 고려하여 용접하는 것이 바람직하다.

상기 용접으로 제작된 육성용접부를 미리 설정해 놓은 치수에 따라 삽날 형상의 돌출부가 골을 갖도록 가공한다. 이 때에도 상기 육성 용접부의 표면경화 효과가 저하되지 않도록 그 가공방법 및 순서를 정하는 것이 바람직하다.

이렇게 제작된 선단장치(12)를 강관 케이싱(10)에 장착할 때에는 그 선단장치(12)의 상단(삽날 형상의 돌출부(12a)가 형성되지 않은 부분)을 상기 강관케이싱(10)의 선단부에 맞대어 놓고 용접하여 접합한다.

이상 설명한 바와 같은 본 발명의 일시예에 따른 삽날 형상의 선단장치가 장착된 강관 케이싱의 작용을 설명하면 다음과 같다.

바이브로 햄머공법에서 강관 케이싱(10)을 땅 속으로 관입시키기 위하여 수직으로 외력을 가할 때, 본 발명에 따르는 선단장치(12)의 돌출부(12a)는 삽날 형상을 하고 있어서 선단부가 쐐기와 같은 역할을 함에 따라 상기 강관케이싱(10)의 관입이 용이해진다.

특히, 삽날 형상의 돌출부(12a)는 부분에 따라 순차적으로 관입되면서 상기 돌출부(12a) 사이의 골(12b)에 도 4와 같이 자갈이나 괴석 등의 장애물이 끼었을 때 작두와 같은 역할을 한다. 즉, 선단장치(12)에 가해지는 외력에 의해 장애물이 양쪽의 돌출부와 두 개의 점에서 접하게 됨으로써 장애물을 절단하려는 힘, 방향이 서로 다른 두 점에서 동시에 작용하는 상태가 되고, 이 힘들은 돌출부가 하부로 내려올수록 돌출부 사이의 간격이 좁아짐에 따라 증가하여 장애물을 쉽게 절단할 수 있게 된다. 그 결과, 상기 강관 케이싱의 관입속도를 빠르게 하며, 또한 진동이 적게 발생되도록 한다.

반면에 종래의 슈(42)는, 도 6에서 보는 바와 같이 지중 장애물과 접했을 때 강관의 선단부나 슈의 선단부가 직선형태로 되어 있어 장애물이 한 점에서만 접하게 되고 장애물을 절단하려는 힘이 이 한 점에만 작용하게 되어, 본 고안의 슈(12)에 형성되는 골(12b)과 같은 작두 역할을 하지 못하게 된다. 따라서 장애물의 절단이 지연되고 절단이 지연되는 만큼 말뚝의 관입이 지연됨으로써 외력이 가해지는 시간의 증가로 인하여 결과적으로 진동의 발생이 증가하게 된다.

도 5는 바이브로 햄머를 사용하여 강관 케이싱을 지중에 관입시공하는 도면이다.

상기 강관 케이싱 선단부에 선단장치가 장착된 강관 케이싱을 지반에 관입시공할 위치를 선정하는 단계를 거쳐 해당 위치에 강관 케이싱 선단부에 선단장치가 장착된 강관 케이싱을 거치하고 강관 케이싱의 상단부의 강관을 파일 클램프를 이용하여 바이브로 햄머에 고정시킨 후에 바이브로 햄머에 장착된 진동기를 이용하여 강관 케이싱 선단부에 선단장치가 장착된 강관 케이싱을 계획된 지중의 깊이까지 관입한 후에 강관 케이싱내의 토사를 제거하고 강관 케이싱내에 콘크리트 말뚝의 형상으로 조립된 철근을 삽입한 후에 콘크리트를 단계적으로 타설하면서 강관 케이싱을 바이브로 햄머를 이용하여 강관 케이싱 선단부에 선단장치가 장착된 강관 케이싱을 단계적으로 콘크리트의 타설 순서와 동일하게 인발하여 인발이 완료되면 현장 타설 콘크리트 말뚝이 시공되도록 하는 것이다.

이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니고 명세서의 특허청구범위, 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 강관 케이싱 선단장치에 의하면, 다수 개의 삽날 형상의 돌출부가 형성된 선단장치를 강관 케이싱의 하단에 용접으로 접합하여 사용함으로써, 강관 케이싱의 관입속도가 증가되고 관입시 발생하는 진동이 저감되며, 따라서 인접 말뚝에 대한 영향이 줄어들고 시공기간을 단축시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 선단장치의 표면에 표면경화용 용접재료로 육성용접하여 강관 케이싱에 접합함으로써, 표면의 강도, 경도 및 내마모성이 향상되어, 강관 케이싱의 선단부의 손상 및 파손을 방지할 수 있고, 강관 케이싱의 반복 사용 회수를 증가시킬 수 있으며, 따라서 강관 케이싱의 소비량을 절감할 수 있는 등 경제적인 효과를 얻을 수 있다.

Claims (12)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제
8. 상하로 관통된 강재원통관의 하단테두리를 따라 폭(w)이 상기 원통관의 바깥면 둘레길이의 1/13 내지 1/19의 범위에 속하는 다수개의 삽날형상의 돌출부가 하방으로 서로 균일한 간격을 이루며 형성된 강관케이싱 선단부에 설치된 선단장치가 장착된 강관 케이싱을 관입시공할 위치를 선정하는 단계;

   해당 위치에 강관 케이싱 선단부에 선단장치가 장착된 강관 케이싱을 거치하고 파일 클램프를 이용하여 강관 케이싱을 바이브로 햄머에 고정시키는 단계;

   강관케이싱 선단부에 선단장치가 장착된 강관케이싱을 바이브로 햄머를 이용하여 계획된 지중의 깊이까지 관입한 후에 강관케이싱내의 토사를 제거하는 단계;

   토사를 제거한 강관케이싱내에 조립된 철근을 삽입한 후에 단계적으로 콘크리트를 타설하면서 바이브로 햄머를 이용하여 강관케이싱 선단부에 선단장치가 장착된 강관케이싱을 단계적으로 인발하는 단계; 및

   강관케이싱 선단부에 선단장치가 장착된 강관케이싱을 완전히 인발하여 지중에 현장타설콘크리트 말뚝을 형성하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 바이브로 햄머를 사용한 현장타설 콘크리트 말뚝용 강관 케이싱 선단장치를 이용한 현장타설 콘크리트 말뚝시공방법.
9. 삭제
10. 삭제
11. 제 8항에 있어서,

    상기 각각의 삽날 형상의 돌출부는 그 폭(w)이 상기 원통관의 바깥면 둘레 길이의 1/13 내지 1/19의 범위에 속하는 것을 특징으로 하는 바이브로 햄머를 사용한 현장 타설 콘크리트 말뚝용 강관 케이싱 선단장치를 이용한 현장 타설 콘크리트 말뚝 시공방법.
12. 제 8항에 있어서,

    상기 각각의 삽날 형상의 돌출부는 장축 길이(l)가 단축 길이(s)의 1.5배 내지 3배의 범위에 속하는 타원의 일부를 윤곽선으로 하여 형성되는 것을 특징으로 하는 바이브로 햄머를 사용한 현장 타설 콘크리트 말뚝용 강관 케이싱 선단장치를 이용한 현장 타설 콘크리트 말뚝 시공방법.

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