KR100617949B1 - 케이슨을 이용한 연약지지층의 말뚝기초 시공방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 케이슨 내부를 굴착하여 외부의 연약 토사층과의 단차에 의한 히빙 현상, 보일링 현상, 분사 현상, 피핑 현상 등이 발생하지 않게 케이슨 내부에 잡석을 일정 두께로 깔고 그 상면에 프리케스트 콘크리트 패널을 설치한 후 수중 콘크리트를 타설하는 케이슨을 이용한 연약지지층의 말뚝기초 시공방법을 개시한다.

이와 같은 본 발명은 구조물을 시공하고자 하는 하상을 준설하고, 각 로드별로 하부케이슨을 조립하여 침설하며, 조립된 케이슨의 바라스트 탱크 내부에 물을 채워 상부케이슨을 침설하고, 케이슨 내부에 모래를 채워 자연침하시켜 이를 다짐작업을 하고, 작업선에 말뚝기초 시공장비를 설치하여 말뚝기초를 시공하며, 케이슨 내부의 모래를 샌드 펌프를 이용하여 모래를 제거하고, 준설된 하상에 잡석을 채우고 잡석의 빈 공간에 모래를 채워 평탄작업을 한 후 프리케스트 콘크리트 패널을 설치하며, 말뚝기초를 연결밴드로 체결한 후 레벨링 콘크리트를 타설하고, 상기 케이슨과 레벨링 콘크리트 사이에 수밀튜브를 설치하여 가압펌프로 이를 팽창시켜 외부 유입수를 차단시키며, 케이슨 내부의 물을 배수시겨 건식상태를 확보한 상태에서 말뚝 두부를 정리하고, 이에 교각 기초 및 교각을 시공하며, 케이슨 내부에 물을 채워 바라스트 내부에 물을 배수시켜 케이슨을 인양하고, 케이슨을 로드별로 해체하여 이를 이동시키며, 교각기초 및 교각 주변에 세굴방지공을 설치한다.

이와 같은 본 발명은 연약한 지지층에 잡석과 프리케스트 콘크리트 패널을 설치하여 히빙, 보일링, 분사 현상 등의 발생을 방지하게 되고, 이로 인하여 공사를 순조롭게 진행하게 되므로 공사기간을 단축시킴은 물론 케이슨의 전도 등에 의한 안전사고를 방지하게 되는 효과가 있는 것이다.

케이슨, 연약지지층, 말뚝기초, 프리케스트 콘크리트 패널

Description

케이슨을 이용한 연약지지층의 말뚝기초 시공방법{Pile Groups Construction Method of Weak Bedding Bone Using Caission}

도1은 본 발명의 케이슨을 이용한 연약지지층의 말뚝기초 시공방법을 나타낸 흐름도.

도2a는 본 발명 하부 케이슨을 조립하여 이를 침설시킨 상태를 나타낸 단면도.

도2b는 본 발명 상부 케이슨을 조립하여 이를 침설하고 케이슨 내부를 굴착한 상태를 나타낸 단면도.

도2c는 본 발명 케이슨 내부에 모래를 채운 상태를 나타낸 단면도.

도2d는 본 발명 케이슨 내부의 모래를 다짐하여 말뚝기초를 시공한 상태를 나타낸 단면도.

도2e는 본 발명 케이슨 내부에 프리케스트 콘크리트 패널을 시공하여 연결밴드로 체결한 다음 레벨링 콘크리트를 타설한 상태의 단면도.

도2f는 케이슨 내부에 수밀튜브를 팽창시켜 외부 유입수를 차단한 다음 배수한 상태의 단면도

도2g는 말뚝의 두부를 정리하고 교각기초 및 교각을 시공한 단면도.

도2h는 케이슨 내부에 물을 채워 바라스트 탱크를 배수하고 케이슨을 인양한 상태의 단면도.

도2i는 세굴 방지공을 설치하고 하상을 원상 복귀시킨 단면도.

도3은 본 발명에 의한 시공방법으로 교각이 시공된 상태의 단면도.

도4은 도3의 확대단면도.

도5은 본 발명 각형 프리케스트 콘크리트 패널이 설치된 상태의 평면도.

도6는 본 발명 원형 프리케스트 콘크리트 패널이 설치된 상태의 평면도.

도7은 본 발명이 연약지지층에 수중구조물을 설치한 다른 실시예를 나타낸 단면도.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

10: 작업선 11: 하부케이슨

12: 상부케이슨 13: 말뚝기초

14: 샌드펌프 15: 잡석

16: 프리케스트 콘크리트 패널 17: 연결밴드

18: 레벨링 콘크리트 19: 수밀튜브

20: 모터 펌프 21: 교각기초

22: 교각 23: 모래

30: 철근 40: 세굴방지공

본 발명은 케이슨을 이용한 연약지지층의 말뚝기초 시공방법에 관한 것으로 특히 케이슨 내부를 굴착하여 외부의 연약 토사층과의 단차에 의한 히빙 현상, 보일링 현상, 분사 현상, 피핑 현상 등이 발생하지 않도록 잡석을 일정 두께로 깔고 그 상면에 프리케스트 콘크리트 패널을 설치한 후 수중 콘크리트를 타설하는 케이슨을 이용한 연약지지층의 말뚝기초 시공방법에 관한 것이다.

주지하는 바와 같이 케이슨(Caisson)은 육상 또는 수상에서 건조된 콘크리트 블럭으로 케이슨의 자중 또는 재하중에 의하여 소정의 깊이까지 침하시키는 방법으로, 깊은 기초 중 지지력과 수평저항력이 가장 큰 기초시공법이다.

이러한 케이슨은 시공법에 따라 오픈 케이슨(Open Caisson), 공기 케이슨(Pneumatic caisson), 박스 케이슨(Box caisson) 등이 있다.

케이슨 공법은 사전에 구축한 통상의 구체 저면의 흙을 케이슨 내부에서 굴착 및 배출하면서 이것을 침하시켜 구축, 굴착, 침하의 작업 사이클을 반복해서 소정의 지지층에 도달시키는 기초공법으로, 크램셀버킷, 샌드펌프 등을 사용해서 수중에서 굴착해서 토사를 배출한다.

이러한 굴착, 침하작업은 지상에서의 기계작업이므로 깊은 케이슨을 침설할 수 있고 목적지반까지 침하시킨 케이슨은 그 저부에 콘크리트를 쳐서 경화 후 콘크리트, 모래, 자갈 등의 속채움을 한다.

케이슨은 높이 2~3m 정도로 구분하여 제작하는데 이를 1로드(Rod)라 하고, 1로드를 침하시킨 다음 잇따라 제2로드를 조립하여 작업한다.

그러나 이런 케이슨 공법은 연약지지층에 말뚝의 확대기초를 시공하기 위해 서 하상(河床)을 굴착하게 되면 케이슨의 외부 퇴적층 하상고와 케이슨의 내부 하상고의 단차에 의해 토압이나 수압이 발생하여 수중 구조물을 시공하기 전에 케이슨 내부에 히빙(heaving) 현상, 보일링(boiling) 현상, 분사(boiling & quic sand) 현상, 피핑(piping) 현상 등이 발생하는 문제점이 있었다.

상기 히빙 현상은 케이슨 바깥쪽의 흙이 안으로 밀려 들어와 굴착 바닥면이 불룩하게 솟아오르는 것이고, 보일링 현상은 모래 지반을 굴착할 때 굴착 바닥면으로 뒷면의 모래가 솟아 오르며, 피핑 현상은 케이슨 배면의 지하수가 케이슨 지반토와 함께 유실되어 지반 내에 파이프(pipe) 모양의 수로가 형성되어 지반이 파괴되고, 분사 현상은 모래 지반에서 수두차에 의해 상향의 간극 수압이 발생하여 흙이 위로 솟구쳐 오르는 것이다.

이들을 방지하기 위해서는 지하수가 흘러들지 못하도록 막고, 강성이 높은 케이슨의 근입 깊이를 충분히 깊게 하거나, 케이슨을 불투수성의 점토질 지층까지 깊게 근입하고, 방축널의 아래쪽에 배수시설을 하여 굴착 바닥면의 수압을 낮추어야 하는 것이다.

이와 함께 액상 물유리, 시멘트, 벤토나이트 등을 섞어 1, 1.5, 3 쇼트 방식으로 불량지지층에 주입하는 그라우팅(grouting) 공법을 시행하거나 불량지지층을 양질의 모래로 치환하였다.

이와 같이 히빙 현상, 보일링 현상, 피핑 현상, 분사 현상 등에 의하여 불량지지층을 보완하는 작업을 시행하므로 구조물을 시공하는데 공사기간이 오래 걸리게 되고, 시멘트, 고결재 등을 주입하는 그라우팅 공법을 시행함으로써 공사에 소 요되는 비용이 증가하게 되며, 특히 대형 안전사고가 발생하는 문제점이 있었다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명은 연약지지층에 침설되는 케이슨 내부에 잡석과 모래를 깔고 그 상면에 기 제작된 프리케스트 콘크리트 패널을 설치함으로써 케이슨 내부에 발생하는 히빙 현상, 보일링 현상, 분사 현상, 피핑 현상 등이 발생하지 않는 케이슨을 이용한 연약지지층의 말뚝기초 시공방법을 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 구조물을 시공하고자 하는 하상을 준설하고 각 로드별로 하부케이슨을 조립하여 케이슨 내의 바라스트 탱크에 물을 주입시켜 침설시키는 단계와, 상기 하부케이슨으로부터 연장되는 상부케이슨을 각 로드별로 조립시킨 후 바라스트 탱크에 물을 주입시켜 침설시키는 단계와, 상부케이슨 침설이 완료되면 케이슨 내부에 가물막이를 굴착시켜 침설하고 가물막이가 이루어진 케이슨 내부에 모래를 채우는 단계와, 이후 케이슨 내부의 모래를 자연침하시킨 후 이를 다지는 다짐작업을 하는 단계와, 작업선 상에 말뚝기초을 항타하는 말뚝기초 시공장비를 설치하여 말뚝기초를 시공하는 단계와, 케이슨 내부에 채워진 모래를 작업선 상에 설치된 샌드펌프로 제거하는 단계와, 모래가 제거된 케이슨 내부에 잡석을 일정 높이로 깔고 잡석 사이의 공극에 가는 모래를 채우는 단계와, 기 제작되어 분할된 프리케스트 콘크리트 패널을 잡석 표면에 설치하는 단계와, 프리케스트 콘크리트 패널 상부로 돌출된 말뚝기초를 연결밴드로 결속하고 프 리케스트 콘크리트 패널 사이의 틈새 및 그 상면에 일정 두께로 레벨링 콘크리트를 타설하는 단계와, 상기 케이슨과 레벨링 콘크리트 사이에 수밀튜브를 설치한 후 팽창시켜 외부의 유입수가 차단된 상태에서 케이슨 내부의 물을 모터펌프로 배수시키는 단계와, 케이슨 내부가 건식상태로 된 후 말뚝기초의 두부를 정리하고 말뚝기초의 상면에 교각기초 및 교각을 시공하는 단계와, 케이슨 내부에 물을 채운 후 바라스트 탱크의 물을 배수시켜 케이슨을 인양하여 해체시키는 단계와, 교각기초 및 교각의 주변침하 및 부등침하를 방지하는 세굴방지공을 설치한 후 하상을 원상복귀시키는 단계로 이루어진 케이슨을 이용한 연약지지층의 말뚝기초 시공방법을 제안한다.

이와 같은 본 발명은 케이슨의 침설시에 발생하는 히빙 현상, 보일링 현상 등을 간편하게 방지하게 되고, 이로 인하여 공사기간을 단축시킴은 물론 공사에 소요되는 인건비 등을 절감하며, 케이슨의 전도 등에 의한 안전사고를 방지하게 되는 것이다.

이하, 본 발명의 실시예를 도면을 참조하여 설명한다.

도시된 바와 같이 본 발명은 구조물을 시공하고자 하는 하상을 준설하고, 각 로드별로 하부케이슨(11)을 조립하여 침설하며, 조립된 케이슨의 바라스트 탱크 내부에 물을 채워 상부케이슨(12)을 침설하고, 케이슨(11,12) 내부에 모래(23)를 채워 자연침하시켜 이를 다짐작업을 하고, 말뚝기초 시공장비를 설치하여 말뚝기초(13)를 시공하며, 케이슨(11,12) 내부의 모래를 샌드 펌프(14)를 이용하여 모래(23)를 제거하고, 준설된 하상에 잡석을 채우고 잡석(15)의 빈 공간에 모래(23)를 채워 평탄작업을 한 후 프리케스트 콘크리트 패널(16)을 설치하며, 말뚝기초(13)를 연결밴드(17)로 체결하고 레벨링 콘크리트(18)를 타설하고, 상기 케이슨(11,12)과 레벨링 콘크리트 사이에 수밀튜브(19)를 설치하여 가압펌프로 이를 팽창시켜 외부 유입수를 차단시키며, 케이슨 내부의 물을 배수시겨 건식상태를 확보한 상태에서 말뚝 두부를 정리하고, 이에 교각 기초(21) 및 교각(22)을 시공하며, 케이슨 내부에 물을 채워 바라스트 내부에 물을 배수시켜 케이슨(11,12)을 인양하고, 케이슨(11,12)을 로드별로 해체하여 이를 이동시키며, 교각기초(21) 및 교각(22) 주변에 세굴방지공(40)을 설치한 후 하상을 원상복귀시킨다.

이와 같은 본 발명은 먼저 수중구조물을 시공하고자 하는 구조물의 크기 및 규격에 맞는 프리케스트 콘크리트 패널(16)을 육상에서 미리 제작하게 되는데, 도5 내지 도6에 도시된 바와 같이 각형 또는 원형의 케이슨 내부에 삽입이 용이하도록 이를 소정의 크기로 분할편으로 제작된다.

이와 같이 프리케스트 콘크리트 패널(16)의 제작이 완료되면 케이슨 및 기타 수중구조물의 설치에 필요한 장비 등을 구비하여 수중구조물을 시공하고자 하는 작업현장으로 이동시킨다.

이러한 상태에서 도2a에서와 같이 불균등한 하상(河床)을 준설하여 그 저면을 평탄하게 고른 후 작업선(10)에서 로드별로 하부케이슨(11)을 수상에서 조립하고(S100), 하부케이슨(11) 내의 바라스트 탱크 내부에 물을 주입한 후 이를 침설시킨다(S101).

이후 도2b에서와 같이 수상에서 상부케이슨(12)을 로드별로 조립이 완료되면 바라스트 탱크 내부에 물을 주입하고 이러한 상부케이슨(12)을 침설한다(S102).

이러한 상부케이슨(12)의 침설이 완료되면 케이슨(11,12) 내면에 가물막이를 굴착시켜 이를 침설하고(S103), 가물막이가 이루어진 케이슨(11,12) 내부에 잔모래(23)를 채운다(S104).

이후 케이슨(11,12) 내부에 모래(23)를 자연침하시킨 후 이를 다지는 작업을 도2c에서와 같이 하고(S105), 케이슨 내부에 모래(23)가 다져진 후 도2d에서와 같이 작업선(10) 상면에 말뚝기초(13)를 항타하는 말뚝기초장비를 설치하여 말뚝기초(13)을 다수개 시공한다(S106)

이렇게 말뚝기초(13)가 시공된 후 샌드 펌프(14, sand pump)를 설치하여 케이슨(11,12) 내부의 모래(23)를 제거하고, 모래(23)가 제거된 케이슨(11,12) 내부에 잡석(15)을 채워 이를 평탄하게 고르는 작업을 한다(S107).

이러한 케이슨(11,12) 내부에 기 제작된 프리케스트 콘크리트 패널(16)을 도2e와 같이 설치하고, 각각 분할된 프리케스트 콘크리트 패널(16)의 설치 상태를 견고하게 하기 위해 프리케스트 콘크리트 패널(16)은 그 내부에 상부로 돌출되는 철근(30)을 배치시켜 이 철근(30)에 연결밴드(17)를 결속한 후 프리케스트 콘크리트 패널(16) 상면에 일정 두께로 수중 콘크리트와 수중 불분리성 콘크리트로 이루어진 레벨링 콘크리트(18)를 타설하여 양생한다(S108).

이후 도2f에서와 같이 상부케이슨(12)과 레벨링 콘크리트(18) 사이에 수밀튜브(19)를 설치하여 케이슨(11,12)의 외부로부터 외부 유입수가 유입되는 것을 차단시키고, 이와 같이 외부 유입수가 차단된 상태에서 케이슨(11,12) 내부의 물을 배 수시키는 모터펌프(20)를 설치하여 물을 배수시킨다(S109).

이렇게 케이슨(12) 내부의 물이 배수된 건식 상태인 도2g에서와 같이 말뚝기초(13)의 두부(頭部)를 깨끗이 정리하고, 이 말뚝기초(13)의 상면에 교각기초(21)와 교각(22)을 시공한다(S110).

이러한 교각(22)의 시공이 완료되면 다시 도2h에서와 같이 케이슨(11,12) 내부에 물을 채운 후 바라스트 탱크 내부의 물을 배수시키고(S111), 케이슨(11,12)을 인양하여 이를 해체한 후 이동시킨다(S112)

이후 도2i에서와 같이 수중구조물인 교각기초 등의 주변에 교각기초의 주변 침하 및 부등침하를 방지하는 세굴방지공(40)을 설치하고, 이후 하상을 원상으로 복귀시킨다(S113).

또한, 본 발명의 다른 실시예를 나타낸 도7에서와 같이, 케이슨(11,12) 내부에 투입된 모래(23)를 샌드 펌프(14)로 제거한 후 이에 잡석(15)을 깔고서 기 제작된 프리케스트 콘크리트 패널(16)을 설치하고, 그 상면에 철근(30)을 깔고서 그 위에 수중 콘크리트와 수중 불분리성 콘크리트로 이루어진 레벨링 콘크리트(18)을 시공한 후 그 상면에 수중구조물인 교각기초(21) 및 교각(22)을 시공한다.

이와 같이 이루어진 본 발명은 케이슨 내부에 모래(23)를 넣어 채운 후 말뚝기초(13)를 시공하고, 이후 샌드 펌프(14)로 모래(23)를 제거하여 하상에 잡석을 채워 하상에서 발생하는 히빙 현상, 보일링 현상, 피핑 현상이 발생하지 않도록 함은 물론 기 제작된 프리케스트 콘크리트 패널(16)을 설치함으로써 케이슨 내부와 외부의 높이 단차에 의하여 발생하는 작업상의 문제들을 해결하게 된다.

이와 같은 본 발명은 말뚝기초가 시공되는 그 하상의 지지층에 잡석, 모래를 깔아서 그 상면에 프리케스 콘트리트 패널을 설치하여 케이슨 내부에 발생하는 히빙 현상, 보일링 현상, 분사 현상 등을 방지하게 되고, 교각기초 및 교각의 설치가 용이함은 물론 교각기초 및 교각의 시공에 소요되는 인건비를 절약하게 하고, 이와 더불어 공사기간을 단축시키게 되는 효과가 있는 것이다.

Claims (2)

1. 구조물을 시공하고자 하는 하상을 준설하고 각 로드별로 하부케이슨을 조립하여 케이슨 내의 바라스트 탱크에 물을 주입시켜 침설시키는 단계와,

   상기 하부케이슨으로부터 연장되는 상부케이슨을 각 로드별로 조립시킨 후 바라스트 탱크에 물을 주입시켜 침설시키는 단계와,

   상부케이슨 침설이 완료되면 케이슨 내부에 모래를 채우는 단계와,

   이후 케이슨 내부의 모래를 자연침하시킨 후 이를 다지는 다짐작업을 하는 단계와,

   작업선 상에 말뚝기초를 항타하는 말뚝기초 시공장비를 설치하여 말뚝기초를 시공하는 단계와,

   케이슨 내부에 채워진 모래를 작업선 상에 설치된 샌드펌프로 제거하는 단계와,

   모래가 제거된 케이슨 내부에 잡석을 일정 높이로 깔고 잡석 사이의 공극에 가는 모래를 채우는 단계와,

   기 제작되어 분할된 프리케스트 콘크리트 패널을 잡석 표면에 설치하는 단계와,

   프리케스트 콘크리트 패널 상부로 돌출된 말뚝기초를 연결밴드로 결속하고 프리케스트 콘크리트 패널 사이의 틈새 및 그 상면에 일정 두께로 레벨링 콘크리트를 타설하는 단계와,

   상기 케이슨과 레벨링 콘크리트 사이에 수밀튜브를 설치한 후 팽창시켜 외부의 유입수가 차단된 상태에서 케이슨 내부의 물을 모터펌프로 배수시키는 단계와,

   케이슨 내부가 건식상태로 된 후 말뚝기초의 두부를 정리하고 말뚝기초의 상면에 교각기초 및 교각을 시공하는 단계와,

   케이슨 내부에 물을 채운 후 바라스트 탱크의 물을 배수시켜 케이슨을 인양하여 해체시키는 단계와,

   교각기초 및 교각의 주변침하 및 부등침하를 방지하는 세굴방지공을 설치한 후 하상을 원상복귀시키는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 케이슨을 이용한 연약지지층의 말뚝기초 시공방법.
2. 청구항1에 있어서,

   케이슨 내부의 모래를 샌드펌프로 제거한 후 이에 잡석을 깔고서 기 제작된 프리케스트 콘크리트 패널을 설치하고 이 상면에 철근을 깔고서 레벨링 콘크리트를 시공하는 것을 특징으로 하는 케이슨을 이용한 연약지지층의 말뚝기초 시공방법.

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