KR100566068B1 - 스크류 말뚝 및 이를 이용한 말뚝공법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 의한 스크류 말뚝은, 토목공사에서 지반의 기초를 다지기 위하여 시공되는 말뚝에 관한 것으로, 연속선상에 형성되는 나선형 돌기(23)로 이루어지는 다수개의 스크류부(23a~23d)가 몸체(21)의 외주면 여러 개소에 단속적으로 형성되고, 상기 말뚝본체(20)의 하단에 교반판(22)이 돌출되어 형성되되, 교반판(22)의 일단이 최하부 스크류부(23a)의 나선형 돌기(23)와 연속적으로 형성된다.

또한, 본 발명에 의한 스크류 말뚝을 이요한 말뚝공법은, 스크류 말뚝의 몸체(21) 직경보다 작은 크기의 굴착공을 통상의 오거(1)를 이용하여 지반의 소정 깊이까지 천공하는 공정; 상기 굴착공에 일정량의 시멘트 밀크(3)를 주입하면서 오거(1)를 인발하는 공정; 상기 굴착공 내부의 시멘트 밀크(3) 표면까지 말뚝본체(20)를 회전하면서 압입하는 공정; 및 상기 말뚝본체(20)를 계속 회전하면서 압입함으로써 교반판(22)에 의하여 교반된 슬라임과 시멘트 밀크(3)를 주변 지반으로 침투시켜 주변 지반을 고결시키는 공정으로 이루어진다.

최하부 스크류부, 교반판, 관통구, 중공부

Description

스크류 말뚝 및 이를 이용한 말뚝공법{SCREW PILE AND PILING METHOD USING IT}

도 1a와 도 1b는 종래의 선단 원추형 스크류 말뚝을 나타낸 측면도와 사시도.

도 2a 내지 도 2e는 종래의 선단 원추형 스크류 말뚝을 이용한 말뚝공법의 시공순서를 나타내는 설명도.

도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 실시예에 의한 스크류 말뚝을 나타낸 측면도, 사시도 및 저면도.

도 4a 내지 도 4e는 본 발명의 실시예에 의한 스크류 말뚝을 이용한 말뚝공법의 시공순서를 나타내는 설명도.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

20 : 말뚝본체 21 : 몸체

22 : 교반판 23 : 나선형 돌기

23a~23b : 스크류부 24 : 연결판

25 : 중공부 26 : 관통구

본 발명은 토목공사에서 지반의 기초를 구축하기 위하여 시공되는 스크류 말뚝 및 이를 이용한 말뚝공법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 말뚝 선단에 교반판이 구비되고 스크류가 말뚝 몸체의 여러 곳에 분산 형성된 스크류 말뚝을 시멘트 밀크가 주입된 굴착공에 회전, 압입시킴으로써 지반을 견고하게 다짐과 동시에 지반의 지지력을 보강시킬 수 있는 말뚝공법에 관한 것이다.

최근에 환경문제에 대한 사회적 관심이 고조되면서 건설현장에서 발생되는 소음과 진동이 많은 문제를 일으킴에 따라 말뚝을 이용한 기초공사에서 해머로 말뚝을 타격하여 설치하는 직항타공법의 사용은 급격히 감소하는 반면, 소음과 진동을 감소시킬 수 있는 저공해 말뚝공법의 사용은 계속 증가하고 있는 실정이다.

이러한 저공해 말뚝공법은 크게 기성(旣成)말뚝을 이용하는 공법과, 굴착공에 철근과 시멘트를 주입하여 현장에서 말뚝을 성형하는 현장타설말뚝으로 구분된다.

본 발명은 기성말뚝을 이용하는 공법에 관한 것으로, 이 공법은 다시 시멘트밀크가 주입된 굴착공에 기성(旣成)말뚝을 삽입 혹은 삽입 후 타격하여 시공하는 선굴착 말뚝공법과, 나사모양의 말뚝을 지반에 회전 압입하는 스크류 말뚝공법으로 구분할 수 있는데 본 발명은 그 중 후자에 관한 것이다.

스크류 말뚝공법은, 말뚝의 선단부에 지반 굴삭용 금구가 부착되고 측면에는 나선형 돌기가 부착된 선단 평면형 스크류 말뚝을 지반에 회전, 압입시키는 방법으로 시공하는 것인바, 즉 지반의 소정의 위치에 선단 평면형 스크류 말뚝을 거치하 고 그 말뚝에 회전력과 압축력을 동시에 가해서 말뚝을 소정의 깊이까지 도달키는 것이다.

이러한 스크류 말뚝공법은 선단부에 지반 굴착용 금구가 부착된 선단 평면형 스크류 말뚝을 지반에 회전 압입하는 방법으로 시공하기 때문에 말뚝 시공시 발생하는 소음 진동을 최대한 억제할 수 있고, 선굴착 말뚝공법과 같이 굴착공을 필요치 아니하기 때문에 주변 지반의 이완으로 인한 말뚝의 지지력 감소를 방지할 수 있으며, 더욱이 말뚝이 지반에 회전, 압입될 때 말뚝의 체적만큼 주변지반이 외부로 밀리면서 지반이 원래보다 조밀하게 되므로 말뚝의 지지력이 선굴착 말뚝공법보다 크게 된다.

그러나 지반을 천공하지 않은 상태에서 말뚝을 회전, 압입시키므로 말뚝의 선단부와 주면부에 작용하는 마찰저항이 커지게 되며, 이 때문에 말뚝을 소정의 깊이까지 설치하기 위해서는 기존보다 상당히 큰 크기의 구동력을 갖는 시공장비가 필요하게 되었으며, 이에 따라 시공장비의 구동력이 크지 않은 경우와 비교적 단단한 지반에서는 그 시공이 쉽지 않은 문제점이 있었다.

이러한 문제점을 해결하기 위한 본 출원인의 공개특허 특2002-0031004(발명의 명칭 : 원추형 선단이 형성된 스크류의 말뚝공법)를 첨부 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 1a와 도 1b에 도시된 원추형 선단이 형성된 스크류 말뚝은, 말뚝본체(10)의 선단부(12)가 원추형으로 된 원기둥의 몸체(11)로 형성되어 있으며, 선단부(12)의 외주면으로부터 몸체(11)의 일정부위까지 나선형 돌기(13)가 구비되어 있다.

이러한 스크류 말뚝을 이용한 말뚝공법은, 도 2a 내지 도 2e에 도시된 바와 같이, 말뚝본체(10)를 설치하기 위해 그 몸체(11)의 외경에 비해 직경이 작은 크기의 굴착공을 통상의 오거(1)를 이용하여 지반(2)의 소정 깊이까지 천공한 다음, 굴착공에 일정량의 시멘트 밀크(3)를 주입한 후 시멘트 밀크(3)가 주입된 굴착공에 상기 말뚝본체(10)를 회전, 압입함으로써 시멘트 밀크(3)가 주변 지반으로 침투하여 주변 지반을 고결시켜 지반(2)의 기초를 구축하게 된다.

그러나, 종래의 스크류 말뚝을 이용한 말뚝공법에 의하면 다음과 같은 문제점이 있었다.

즉, 스크류 말뚝의 몸체(11)의 선단부(12)부터 일정부위까지만 나선형 돌기(13)가 형성되어 있어 지중에 단단한 부분이 있는 경우 스크류 말뚝이 비스듬하게 관입되는 경우가 발생할 수 있으며, 나선형 돌기(13)가 선단부(12)에만 집중적으로 형성되어 관입저항이 상당히 크다는 문제점이 있었다.

또한, 시멘트 밀크(3)가 주입된 굴착공에 말뚝본체(10)의 관입시 발생되는 슬라임(slime; 흙부스러기)이 시멘트 밀크(3) 표면에 낙하되고, 이러한 슬라임은 말뚝본체(10)가 굴착공의 저면에 도달할 동안 시멘트 밀크(3)에 제대로 혼합되지 않음으로써 주면 지반이 균일하게 고결되지 않게 된다.

또한, 지하수가 용출되는 지반의 경우 굴착공에 고이는 지하수로 인하여 시멘트 밀크(3)의 적정 혼합비율에 영향을 미칠 뿐만 아니라, 지하수를 흡수한 굴착공 내부의 주변 지반의 약화로 인하여 주변 지반이 제대로 고결되지 않아 선단 지지력이 현저히 감소된다는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술에 있어서의 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로, 스크류를 말뚝본체의 선단을 포함한 여러 개소에 설치하여 말뚝본체를 수직하게 지지함과 동시에 관입 저항을 감소시킬 수 있으며, 말뚝본체의 선단에 교반판을 설치하여 슬라임과 시멘트 밀크를 균일하게 교반시킬 수 있는 한편, 말뚝본체 선단을 통하여 말뚝본체 내부의 중공부로 지하수가 스며들도록 하는 스크류 말뚝 및 이를 이용한 말뚝공법을 제공함에 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 스크류 말뚝은, 지반의 기초를 구축하기 위하여 설치되도록 원기둥 몸체의 외주면에 나선형 돌기가 형성된 말뚝에 있어서,

연속선상에 형성되는 나선형 돌기(23)로 이루어지는 다수개의 스크류부(23a~23d)가 몸체(21)의 외주면 여러 개소에 단속적으로 형성되고, 상기 말뚝본체(20)의 하단에 교반판(22)이 돌출되어 형성되되, 교반판(22)의 일단이 최하부 스크류부(23a)의 나선형 돌기(23)와 연속적으로 형성된다.

바람직하게는, 상기 교반판(22)은 말뚝본체(20)의 하단 중앙을 중심으로 대칭이 되는 경사면을 구비하며, 교반판(22) 양단은 최하부 스크류부(23a)에 형성된 서로 다른 2선의 나선형 돌기(23)와 연속적으로 형성된다.

보다 바람직하게는, 상기 스크류부(23a~23d)는 말뚝본체(20)의 선단으로부터 4~6m 이내에 형성되며, 상기 나선형 돌기(23)가 형성된 스크류부(23a~23d)의 길 이는 최하부 스크류부(23a)가 최대가 되도록 하고, 상기 말뚝본체(20) 내부에는 상부가 개구된 중공부(25)가 형성되고, 말뚝본체(20) 하단에 형성된 다수개의 관통구(26)는 중공부(25)와 연통되어 형성된다.

또한, 본 발명의 스크류 말뚝공법은, 본 발명에 의한 스크류 말뚝의 몸체(21) 직경보다 작은 크기의 굴착공을 통상의 오거(1)를 이용하여 지반의 소정 깊이까지 천공하는 공정; 상기 굴착공에 일정량의 시멘트 밀크(3)를 주입하면서 오거(1)를 인발하는 공정; 상기 굴착공 내부의 시멘트 밀크(3) 표면까지 말뚝본체(20)를 회전하면서 압입하는 공정; 및 상기 말뚝본체(20)를 계속 회전하면서 압입함으로써 교반판(22)에 의하여 교반된 슬라임과 시멘트 밀크(3)를 주변 지반으로 침투시켜 주변 지반을 고결시키는 공정을 포함하여 이루어진다.

이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 실시예에 의한 스크류 말뚝의 정면도, 사시도 및 저면도이고, 도 4a 내지 4e는 본 발명의 스크류 말뚝을 이용한 말뚝공법의 시공순서를 나타내는 설명도이다.

본 발명의 실시예에 따른 스크류 말뚝은 도 3a와 도 3b에 도시된 바와 같이, 원기둥 몸체(21)의 외주면에 연속선상에 형성되는 나선형 돌기(23)로 이루어지는 다수개의 스크류부(23a~23d)가 몸체(21)의 외주면 여러 개소에 단속적으로 형성된다.

여기서 스크류부(23a~23d)는 설명의 편의상 최하부 스크류부의 도면부호를 23a, 최상부 스크류부를 23d로 표시하였으며, 스크류부의 개수는 시공 여건에 따라 변경이 가능한 부분이며 본 발명은 이에 한정되지 않음은 물론이다.

이때 각각의 스크류부(23a~23d)에 형성된 나선형 돌기(23)는 연속선상에 형성되는 것이 바람직한데, 이는 말뚝본체(20)의 회전, 압입시 나선형 돌기(23)에 가해지는 마찰 저항을 감소시키기 위함이다.

또한, 상기 몸체(21)의 외주면 전체에 나선형 돌기(23)를 형성하지 않고 스크류부(23a~23d)를 단속적으로 형성한 이유는 말뚝본체(20)의 회전, 압입시 발생되는 지반과 나선형 돌기(23)간의 접촉 면적의 축소로 마찰 저항을 감소시킴과 아울러, 나선형 돌기(23)로 인한 지반의 교란을 최소화하기 위한 것이다.

그리고 상기 말뚝본체(20)의 하단에는 시멘트 밀크를 교반시킬 수 있도록 교반판(22)이 돌출되어 형성되어 있으며, 이 교반판(22)의 일단은 최하부 스크류부(23a)의 나선형 돌기(23)와 연속적으로 형성된다.

상기 교반판(22)은 말뚝본체(20)의 하단 중앙을 중심으로 대칭이 되는 한쌍의 경사면이 구비되고, 교반판(22) 양단이 최하부 스크류부(23a)에 형성된 서로 다른 2선의 나선형 돌기(23)와 연속적으로 형성되는 것이 바람직하다. 이때 상기 교반판(22)의 경사면은 말뚝본체(20)의 회전 방향을 향하게 기울어지도록 형성되어 굴착공 내부의 슬라임과 시멘트 밀크(3)를 교반시키게 된다.

특히, 2선으로 된 나선형 돌기(23)는 1선으로 된 경우에 비하여 말뚝본체(20)가 굴착공에 압입될 때 굴착공벽이 반경반향으로 원활이 밀려서 변지반이 다져지도록 함으로써 말뚝의 주면마찰력을 증대시키는 역할을 하며, 관입 저항이 2개의 나선형 돌기(23)에 분산되어 전체 관입 저항을 낮출 수 있기 때문이다.

본 발명의 일실시예에 따른 교반판(22)은 도 3c에 도시된 바와 같이, 말뚝본체(20) 하단 중앙에 수직하게 돌출된 연결판(24)의 양측으로 경사지게 형성할 수도 있으나, 본 발명은 이에 한하는 것은 아니며, 도시되어 있지는 않으나 별도의 연결판(24) 없이 말뚝본체(20)의 하단 중앙을 중심으로 교반판(22)이 대칭이 되도록 형성할 수도 있음은 물론이다.

상기 스크류부(23a~23d)는 주면마찰력의 대부분이 집중되는 말뚝본체(20) 선단으로부터 4~6m 이내에 형성되는 것이 바람직하다. 만약 4m 미만인 경우 말뚝본체(20)의 압입이 완료된 상태에서 주면마찰력이 약하며, 6m 초과인 경우 필요한 주면마찰력 이상을 유지할 수는 있으나 말뚝본체(20)의 회전 압입시 관입 저항이 너무 커져 시공성이 급격히 떨어지게 되기 때문이다.

본 발명의 일실시예에 의하면, 길이 12m의 말뚝본체(20) 선단부터 5m 이내에 2선의 나선형 돌기(23)가 형성된 스크류부(23a~23d)를 설치하였으며, 그 중 1m까지는 최하부 스크류부(23a)를 설치하고, 그 상부에 해당되는 스크류부(23b~23d)는 1m, 1.5m, 1.5m씩 이격하여 설치하였으며, 최하부 스크류부(23a)에 해당되는 나선형 돌기(23)의 회전수를 다른 스크류부(23b~23d)에 비하여 크게 하였다.

상기 나선형 돌기(23)가 형성된 스크류부(23a~23d)의 길이는 최하부 스크류부(23a)가 최대인 것이 바람직한데, 이는 실질적인 관입 저항이 최하부 스크류부(23a)에 집중되며 상부로 갈수록 관입 저항이 점차로 작아지기 때문이며, 최하부 스크류부(23a) 이외의 스크류부(23b~23d)는 주로 말뚝본체(20)가 수직으로 관입되는 것을 보조하는 역할을 하므로 그 길이가 작아도 무방하기 때문이다.

한편, 도 3b에 도시된 상기 말뚝본체(20) 내부의 중공부(25)는 도 3에 도시된 말뚝본체(20) 하단의 다수개의 관통구(26)와 연통되어 굴착공에 고인 지하수가 관통구(26)를 통하여 중공부(25)에 수용될 수 있도록 하는 것이 바람직하다. 도 3c에 의하면 교반판(22)의 양측으로 각각 2개의 관통구(26)가 설치되어 있으나 본 발명은 이에 한하는 것은 아니며 관통구의 크기나 개수는 시공여건에 따라 변경할 수 있다.

이는 지하수가 용출되는 지반의 경우 말뚝본체(20)가 회전, 압입시 굴착공에 고인 지하수를 말뚝본체(20) 내부의 중공부(25)로 유도함으로써 시멘트 밀크(3)의 고결작용을 원활히 하기 위함이다.

상기와 같이 구성된 스크류 말뚝을 이용한 말뚝공법을 도 4a 내지 도 4e를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

스크류 말뚝 직경보다 작은 크기의 굴착공을 도 4a와 같은 통상의 오거(1)를 이용하여 지반의 소정 깊이까지 천공한 다음, 도 4b와 같이 굴착공에 일정량의 시멘트 밀크(3)를 주입하면서 오거(1)를 인발한 후, 도 4c 및 4d와 같이 굴착공 내부의 시멘트 밀크(3) 표면까지 스크류 말뚝을 회전하면서 압입한다.

그 후 상기 스크류 말뚝을 계속 회전하면서 압입하게 되면 말뚝본체(20)의 하단에 형성된 교반판(22)에 의하여 굴착공에 주입된 시멘트 밀크(3)와 슬라임을 교반시키게 되고, 교반된 시멘트 밀크(3)가 최하부 스크류부(23a)의 주변 지반으로 침투되면서 주변 지반이 고결되기 때문에 주변 지반의 강도가 증가하여 말뚝의 선 단지지력이 증대된다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 형태에 관해 설명하였으나, 이는 단지 예시적인 것이며 본 발명의 기술적 사상의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이며, 본 발명에 개시된 내용과 동일한 기능을 하는 한 균등 수단으로 볼 수 있음이 자명하므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시 형태에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구범위 뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명의 스크류 말뚝 및 이를 이용한 말뚝공법을 사용하면, 말뚝본체의 선단을 포함한 여러 개소에 스크류부를 분산 설치하여 종래의 스크류 말뚝공법에 버금가는 주면마찰력을 유지하면서도 관입저항을 낮추어 시공성을 현저히 향상시킬 수 있다.

또한, 말뚝본체의 선단에 교반판을 설치하여 슬라임과 시멘트 밀크를 균일하게 교반시킴으로써 주변 지반에 대한 시멘트 밀크의 고결작용을 균일하게 하며, 말뚝본체 선단의 관통구로 유입되는 지하수가 중공부에 스며들게 되어 물기가 주변 지반으로 흡수되어 발생되는 지반의 약화를 최소화하는 효과가 있게 된다.

Claims (6)

1. 삭제
2. 연속선상에 형성되는 나선형 돌기(23)로 이루어지는 다수개의 스크류부(23a~23d)가 몸체(21)의 외주면 여러 개소에 단속적으로 형성되고, 말뚝본체(20)의 하단에 교반판(22)이 돌출되어 형성되되, 교반판(22)의 일단이 최하부 스크류부(23a)의 나선형 돌기(23)와 연속적으로 형성된 스크류 말뚝에 있어서,

   상기 교반판(22)은 말뚝본체(20)의 하단 중앙을 중심으로 대칭이 되는 경사면을 구비하며, 교반판(22) 양단은 최하부 스크류부(23a)에 형성된 서로 다른 2선의 나선형 돌기(23)와 연속적으로 형성됨을 특징으로 하는 스크류 말뚝.
3. 제2항에 있어서,

   상기 스크류부(23a~23d)는 말뚝본체(20)의 선단으로부터 4~6m 이내에 형성됨을 특징으로 하는 스크류 말뚝.
4. 제2항에 있어서,

   상기 나선형 돌기(23)가 형성된 스크류부(23a~23d)의 길이는 최하부 스크류부(23a)가 최대인 것을 특징으로 하는 스크류 말뚝.
5. 제2항에 있어서,

   상기 말뚝본체(20) 내부에는 상부가 개구된 중공부(25)가 형성되고, 말뚝본체(20) 하단에 형성된 다수개의 관통구(26)는 중공부(25)와 연통되어 형성됨을 특징으로 하는 스크류 말뚝.
6. 통상의 오거(1)를 이용하여, 제2항 기재의 스크류 말뚝 몸체(21) 직경 보다 작은 크기의 굴착공을 지반의 소정 깊이까지 천공하는 공정;

   상기 굴착공에 일정량의 시멘트 밀크(3)를 주입하면서 오거(1)를 인발하는 공정;

   상기 굴착공 내부의 시멘트 밀크(3) 표면까지 말뚝본체(20)를 회전하면서 압입하는 공정; 및

   상기 말뚝본체(20)를 계속 회전하면서 압입함으로써 교반판(22)에 의하여 교반된 슬라임과 시멘트 밀크(3)를 주변 지반으로 침투시켜 주변 지반을 고결시키는 공정을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 스크류 말뚝 공법.

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