KR100645319B1 - 개량된 연약지반에서의 가물막이 케이슨을 이용한 말뚝기초시공방법 - Google Patents

개량된 연약지반에서의 가물막이 케이슨을 이용한 말뚝기초시공방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 실트질, 점성토, 클로이드질, 뻘층 등의 연약한 지반의 지지력을 개량시키고 가물막이 케이슨을 설치하여 수중구조물을 안전하게 시공할 수 있도록 하는 개량된 연약지반에서의 수밀케이슨을 이용한 말뚝기초 시공방법을 개시한다.
본 발명은 수중의 토질상태나 지지력의 정도에 따라 연약지반 개량을 가물막이 주변 또는 전체에 개량지반 방식과 공정을 달리함으로써 공사기간이나 공사비용을 절감할 수 있도록 하기 위한 것이다. 이를 위하여 본 발명은 수중에 가물막이 케이슨을 침설시켜 이에 레벨링(Level Ring)콘크리트를 타설 양생하고, 수밀튜브를 설치하여 외수의 유입을 차단한 다음 가물막이 케이슨 내부의 물을 배수시켜 건식상태에서 푸팅 및 교각을 시공하는 공지의 것에 있어서, 연약지반을 지반개량장비로 소정 직경으로 굴착한 구멍에 모래다짐말뚝을 시공하거나, 혼합고화말뚝으로 개량지반을 하되, 가물막이 케이슨에 부착된 지지대가 설치되는 가물막이 케이슨 둘레에 개량지반하는 단계와, 상기 굴착장비로 개량하지 않는 내측의 연약지반을 굴착하여 외부로 반출하면서 이와 동시에 자중으로 침설시켜 가물막이 케이슨의 날끝이 굴착제거지반층에 근입되어 가물막이 케이슨의 외측에 부착된 지지대가 개량지반 상에 안정되게 설치하는 단계와, 상기 가물막이 케이슨 상면에 작업대를 설치하고 이에 말뚝시공장비로 말뚝기초를 양호한 지지층에 시공하는 단계로 이루어지는 개량된 연약지반에서의 가물막이 케이슨을 이용한 말뚝기초 시공방법을 제안한다.
이와 같이 하여 본 발명은 수중의 연약지반을 간단하게 개량함으로써 연약지 반에서의 건식가물막이 케이슨의 설치와 구조물 시공을 용이하게 할 수 있으며, 실트질, 점성토 등의 연약지반 또는 클로이드질, 뻘층 등의 불량한 연약지반의 지지력을 높여 수중구조물을 안전하게 시공할 수 있고, 또한, 이들 연약지반에서 별도의 침하공법이나 그라우팅 공법 등을 시공하지 않고 수중구조물을 설치함으로써 공사기간을 획기적으로 단축시킬 수 있음은 물론 공사비용을 절감할 수 있는 유용한 효과가 있다.
가물막이 케이슨, 연약지반, 개량지반, 지반개량장비, 말뚝시공장비, 작업대

Description

개량된 연약지반에서의 가물막이 케이슨을 이용한 말뚝기초 시공방법{Pile Foundation Construction Method using Temporary Cofferdam Caisson of Improved for Weakness Ground}
도1은 일반적인 말뚝기초 시공방법을 보인 단면도.
도2는 본 출원인에 의한 연약지지층의 말뚝기초 시공방법을 보인 것으로,
a)는 수중구조물이 시공된 상태를 보인 단면도.
b)는 수중구조물이 시공된 상태를 보인 평단면도.
도3은 본 발명의 모래다짐말뚝 또는 혼합고화말뚝이 시공됨을 보인 것으로,
a)는 모래다짐말뚝을 시공하는 상태를 보인 단면도.
b)는 혼합고화말뚝을 시공하는 상태를 보인 단면도.
도4는 본 발명의 제1실시예로써 연약지반의 부분적인 개량에 의한 말뚝기초 시공방법에 관한 것으로,
(a)는 작업선의 시공상태를 보인 단면도.
(b)는 가물막이 케이슨 침설상태를 보인 단면도.
(c)는 말뚝기초의 시공상태를 보인 단면도.
(d)는 레벨링 콘크리트의 시공상태를 보인 단면도.
(e)는 가물막이 케이슨의 건식상태를 보인 단면도.
(f)는 가물막이 케이슨 외측에 개량지반이 시공된 상태를 보인 평단면도.
(g)는 푸팅 및 교각의 시공상태를 보인 단면도.
(h)는 가물막이 케이슨의 철거상태를 보인 단면도.
(i)는 수중구조물의 시공 완료된 상태를 보인 단면도.
도5는 본 발명의 제2실시예로써 불량한 연약지반의 전면 개량에 의한 말뚝기초 시공방법에 관한 것으로,
(a)는 말뚝기초의 시공상태를 보인 단면도.
(b)는 연약지반의 개량상태를 보인 단면도.
(c)는 가물막이 케이슨의 침설상태를 보인 단면도.
(d)는 지지대 및 작업대의 설치상태를 보인 단면도.
(e)는 개량지반을 보인 평단면도.
(f)는 (e)의 평단면도.
(g)는 레벨링 콘크리트의 시공상태를 보인 단면도.
(h)는 가물막이 케이슨의 건식상태를 보인 단면도.
(i)는 수중구조물의 시공상태를 보인 단면도.
(j)는 수중구조물의 시공 완료된 상태를 보인 단면도.
도6은 본 발명의 제3실시예로써 제1실시예 내지 제2 실시예의 중간 정도 지지력을 가지는 연약지반의 전면 개량에 의한 말뚝기초 시공방법에 관한 것으로,
(a)는 연약지반의 1차 개량상태를 보인 단면도.
(b)는 가물막이 케이슨의 시공상태를 보인 단면도.
(c)는 말뚝시공장비의 설치상태를 보인 단면도.
(d)는 연약지반의 2차 개량상태를 보인 단면도.
(e)는 개량된 지반상태를 보인 단면도.
(f)는 (e)의 평단면도.
(g)는 레벨링 콘크리트를 보인 단면도.
(h)는 가물막이 케이슨의 건식상태를 보인 단면도.
(i)는 수중구조물의 시공상태를 보인 단면도.
(j)는 수중구조물의 시공 완료된 상태를 보인 단면도.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
1. 모래다짐말뚝 2: 혼합고화말뚝
3: 모래주입장치 4: 중공로드
5: 회전장치 6: 파이프
7: 배출공 8: 고화재 주입장치
9: 교반날개 9a: 배출공
10: 가물막이 케이슨 11: 작업선
12: 지반개량장비 13: 지지대
14: 작업대 15: 말뚝시공장비
16: 말뚝기초 17: 레벨링(Level Ring)콘크리트
18: 수밀튜브 19: 푸팅(교각기초)
20: 교각 21: 세굴방지공
22: 굴착장비
a: 연약지반 b, b1: 개량지반
c: 굴착제거 지반층 d: 지지층
본 발명은 개량된 연약지반에서의 가물막이 케이슨을 이용한 말뚝기초 시공방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 세립토인 실트(Silt)질, 점성토나 미세한 토립자인 클로이드(Colloid)질, 뻘층 등의 연약한 지반을 안정화시킨 다음 케이슨을 설치하여 수중구조물의 시공시에 지반의 침하 없이 안전하게 시공할 수 있도록 하는 개량된 연약지반에서의 가물막이 케이슨을 이용한 말뚝기초 시공방법에 관한 것이다.
주지하는 바와 같이 연약지반은 세립토인 실트(Silt)질, 점성토나 더욱 불량한 클로이드(Colloid)질, 뻘층 등에 도로, 교량, 구조물 등을 시공하기 위하여 드레인 공법, 진동다짐 공법, 약액 주입공법, 치환공법 등으로 연약지반을 개량한 다음 수중구조물을 시공한다.
이와 같이 연약지반에서 수중구조물을 시공하게 되는데, 이러한 수중구조물 시공의 대표적인 예로 '널말뚝을 이용한 연약지반 말뚝기초 시공방법'이 주로 이용되고 있으며, 이를 도1에 도시하였다.
도시된 바와 같이 시트파일(100)을 항타하여 강선(101)과 볼트(102)로 결속 하고, 이들을 버팀목(103)으로 연결하여 물막이를 한 다음 말뚝기초(104)를 항타하여 그 위에 푸팅(105)을 시공하며, 이에 교각(106) 등의 수중구조물을 시공하게 된다.
이와 같은 종래의 널말뚝을 이용한 연약지반 말뚝기초 시공방법은 연약지반에 시트파일(100)의 확대기초를 시공하기 위하여 하상을 굴착하면 시트파일(100)의 외부 하상고와 내부 하상고의 단차에 의하여 토압이나 수압으로 수중구조물 시공 전에 시트파일(100) 내부에 히빙 현상, 보일링 현상, 분사 현상, 피빙 현상 등이 발생하여 가물막이와 구조물 시공시에 침하나 변형이 발생하며, 이에 따라 연약지반이 붕괴되기도 한다.
이러한 경우 종래에는 불량지지층을 양질의 모래로 치환하거나, 시멘트, 고결재 등으로 연약지반에 주입하는 그라우팅 개량공법을 사용하게 되는데, 이러한 치환공법이나 그라우팅 개량공법 등을 시행하므로 공사에 소요되는 비용이나 시간이 많이 소요됨은 물론 수질오염이 발생하게 되는 등의 문제점이 있었다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 출원인은 연약지반에 수중구조물을 안정적으로 시공하기 위한 것으로, 대한민국 특허출원 제2004-101793호(발명의 명칭: 케이슨을 이용한 연약지지층의 말뚝기초 시공방법, 이하 '인용발명'이라 함)를 출원한 바 있으며, 이를 도2a 및 도2b에 도시하였다.
도시된 바와 같이 인용발명은 각 로드(rod)별로 다수의 블럭이 조립된 케이슨(200) 내의 바라스트(ballast) 탱크(209)에 물을 주입시켜 수중에 침설시키는 단계와, 하부케이슨에 연장된 상부케이슨을 로드별로 조립시킨 후 바라스트(ballast) 탱크(209)에 물을 주입시켜 지지층에 근입시키는 단계와, 케이슨(200) 내부 공간에 모래를 채우고 다짐작업하는 단계와, 작업선에 말뚝기초 시공장비를 설치하여 양호한 지지층(d)에 말뚝기초(201)를 시공하는 단계와, 케이슨(200) 내부의 채워진 모래를 샌드펌프로 제거하는 단계와, 케이슨(200) 내부에 잡석(202)을 일정 높이로 깔고 잡석(202) 사이의 공극에 가는 모래를 채우는 단계와, 분할된 프리케스트 콘크리트 패널(203)을 설치하는 단계와, 프리케스트 콘크리트 패널(203) 상부로 돌출된 말뚝기초(201)를 연결밴드(204)로 결속하고 프리케스트 콘크리트 패널(203) 사이의 틈새 및 상면에 레벨링(Level Ring)콘크리트(205)를 타설하는 단계와, 레벨링 콘크리트(205)와 케이슨(200) 사이 요입부에 수밀튜브(206)를 끼워 팽창시켜 외수를 차단하고 물을 배수시키는 배수단계와, 말뚝기초(201) 두부를 정리하고 교각기초(207) 및 교각(208)을 시공하는 단계와, 바라스트(ballast)탱크(209)의 물을 배출시켜 케이슨(200)을 인양하는 단계와, 세굴방지공을 설치한 후 원상 복귀시키는 단계로 이루어진다.
이와 같은 인용발명은 기초지반이 대체로 양호한 사질토나, 사질토가 혼합된 점성토층에는 전면적인 기초지반의 개량 없이 적용이 가능하지만, 수중 구조물을 설치한 주변의 기초지반이 불량한 실트(Silt)질, 점성토, 이보다 더욱 불량한 클로이드(Colloid)질, 뻘층으로 이루어져 있을 경우에는 기초지반을 개량하지 않고는 가물막이나 수중구조물의 침하나 변형 등으로 수중 구조물 시공이 어려우며, 이러한 토질에서는 지반개량을 최소화하거나 별도의 치환공법 등을 추가로 작업하여야 하는 문제점이 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명의 제1 목적은 수중 연약지반의 토질상태나 지지력의 정도에 따라 가물막이 케이슨의 주변 또는 전체의 연약지반을 개량하는 방법과 가물막이 케이슨 설치공정을 변경함으로써 공사기간 및 공사비용을 절감할 수 있도록 하는 개량된 연약지반에서의 가물막이 케이슨을 이용한 말뚝기초 시공방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 제2 목적은 가물막이 케이슨 상단에 작업대를 설치함으로써 가물막이 케이슨 내부 공간을 토사 채움이나 제거작업 없이 간편한 공정으로 이루어지는 개량된 연약지반에서의 케이슨을 이용한 말뚝기초 시공방법을 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명의 제3 목적은 외부 토압이나 수압에도 토사층의 지반침하나 지반융기 등의 피빙 현상, 보일링 현상 등이 발생하는 것을 방지함은 물론 말뚝시공 장비 등 많은 하중을 적재하고도 견딜 수 있는 안전하고 일체화된 강성 구조체로 수중에 내구성이 우수한 말뚝기초 구조물을 가물막이 케이슨의 건식공간에서 안전하게 시공할 수 있는 개량된 연약지반에서의 케이슨을 이용한 말뚝기초 시공방법을 제공하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 수중에 가물막이 케이슨을 침설시켜 이에 레벨링(Level Ring)콘크리트를 타설 양생하고, 수밀튜브를 설치하여 외수의 유입을 차단한 다음 가물막이 케이슨 내부의 물을 배수시켜 건식상태에서 푸팅 및 교각을 시공하는 공지의 것에 있어서, 연약지반을 지반개량장비로 소정 직경으로 굴착한 구멍에 모래다짐말뚝을 시공하거나, 혼합고화말뚝으로 개량지반을 하되, 가물막이 케이슨에 부착된 지지대가 설치되는 가물막이 케이슨 둘레에 개량지반하는 단계와, 상기 굴착장비로 개량하지 않는 내측의 연약지반을 굴착하여 외부로 반출하면서 이와 동시에 자중으로 침설시켜 가물막이 케이슨의 날끝이 굴착제거지반층에 근입되어 가물막이 케이슨의 외측에 부착된 지지대가 개량지반 상에 안정되게 설치하는 단계와, 상기 가물막이 케이슨 상면에 작업대를 설치하고 이에 말뚝시공장비로 말뚝기초를 양호한 지지층에 시공하는 단계로 이루어지는 개량된 연약지반에서의 가물막이 케이슨을 이용한 말뚝기초 시공방법을 제안한다.
이와 같이 하여 본 발명은 연약지반을 간편하게 개량함으로써 연약지반에서의 수중구조물 설치를 용이하게 시공할 수 있으며, 실트질, 점성토 등의 연약지반 또는 클로이드질, 뻘층 등의 불량한 연약지반의 지지력을 높여 수중구조물을 안전하게 시공할 수 있고, 또한, 이들 연약지반에서 별도의 침하공법이나 그라우팅 공법 등을 시공하지 않고 내구성이 우수한 수중구조물을 설치함으로써 공사기간을 획기적으로 단축시킬 수 있음은 물론 공사비용을 절감할 수 있는 유용한 효과가 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다.
본 발명의 제1실시예는 실트(silt)질, 점성토 등 세립토질로 지지력이 다소 불량한 연약지반에 적용되는 것으로, 이를 도4a 내지 도4i에 도시하였으며, 본 발명의 제2실시예는 클로이드(colloid)질, 뻘층 등 충적토나 유기질의 미세한 흙으로 지지력이 더욱 불량한 기초지반일 경우에 적용되는 것으로, 이를 도5a 내지 도5j에 도시하였고, 본 발명의 제3실시예는 연약지반의 지지력 상태가 상기 제1실시예와 제2실시예 중간일 경우에 적용되는 것으로, 이를 도6a 내지 도6j에 도시하였다.
특히, 본 발명에 의한 개량지반(b,b1)을 시공하는 방법은 모래다짐말뚝(1)을 시공하는 방법과, 혼합고화말뚝(2)을 시공하는 방법이 있으며, 이를 도3a 및 도3b로 도시하였다.
도시된 바와 같이 실트질, 점성토 등의 세립토질과 클로이드질, 뻘층 등의 충적토나 유기질 또는 상기 세립토질과 충적토, 유기질 사이의 중간 정도 지지력을 가지는 연약지반을 개량하기 위한 것으로, 도3a에 도시된 바와 같이 모래다짐말뚝(1) 시공방법은 작업선(11)의 지반개량장비(12)로 연약지반(a)의 지지층(d)에 도달하는 구멍을 굴착하고, 지반개량장비(12)를 철거한 다음 작업선(11)에 모래가 저장된 모래주입장치(3)를 설치하고, 중공로드(4)를 회전장치(5)에 회전 가능하게 설치하며, 상기 모래주입장치(3)와 중공로드(4)를 파이프(6)로 연결한다.
이와 같이 모래주입장치(3)와 중공로드(4)가 연결된 상태에서 중공로드(4)를 굴착된 구멍의 선단 부분에까지 투입시키고, 모래주입장치(3)를 가동시켜 모래가 중공로드(4)로 공급되게 함과 동시에 회전장치(5)를 작동시킴으로써 중공로드(4)를 회전시킨다. 이렇게 모래주입장치(3)로부터 공급된 모래는 파이프(6)를 통과하여 중공로드(4)의 내부로 공급되고, 중공로드(4)의 하부 선단에 형성된 배출공(7)을 통하여 굴착된 구멍에 배출되어 다져짐과 함께 회전하는 중공로드(4)가 상승하면서 굴착 구멍으로부터 배출됨으로써 모래다짐말뚝(1)을 시공하게 된다.
또한, 도3b에 도시된 바와 같이 혼합고화말뚝(2)은 실트질, 점성토 등의 세립토질과 클로이드질, 뻘층 등의 충적토나 유기질 또는 상기 세립토질과 충적토, 유기질 사이의 중간 정도 지지력을 가지는 연약지반(a)에 작업선(11)의 지반개량장비(12)로 지지층(d)에 도달하는 구멍을 굴착하고, 작업선(11)에 설치된 지반개량장비(12)를 철거한 다음 이에 고화재가 저장된 고화재 주입장치(8)를 설치함은 물론 회전장치(5)에 중공로드(4)를 회전 가능하게 설치하며, 고화재 주입장치(8)로부터 중공로드(4)에 고화재가 공급되도록 파이프(6)를 연결한다.
이와 함께 굴착 구멍에 투입되는 고화재는 SiO2(실리카), Al2O3(알루미나), CaO(석회), MgO(산화 마그네슘)을 일정한 비율로 혼합시켜 연약지반(a)을 경화시키도록 하는 것이다.
이와 같은 중공로드(4)를 굴착된 구멍의 선단 부분에까지 투입시키고, 고화재 주입장치(8)로부터 중공로드(4)에 고화재가 공급되도록 가동시킴은 물론 회전장치(5)를 작동시켜 중공로드(4)를 회전시키면서 고화재 주입장치(8)로부터 파이프(5)를 통과한 고화재가 중공로드(4)의 선단부에 형성된 교반날개(9)의 배출공(9a)을 통하여 배출된다.
이렇게 배출된 고화재는 다층으로 형성된 교반날개(9)의 배출공(9a)으로 배출되면서 다져짐은 물론 연약지반(a)을 경화시키면서 회전 상승하는 중공로드(4)가 배출됨으로써 혼합고화말뚝(2)을 시공하게 되는 것이다.
특히, 본 발명은 연약지반(a)을 개량한 개량지반(b)으로 시공하기 위하여 상 기의 모래다짐말뚝(1)을 시공할 수도 있고, 혼합고화말뚝(2)을 시공할 수 있는 것으로, 이는 작업현장 및 작업여건에 따라 선택적으로 시공되는 것이다.
먼저 본 발명의 제1실시예는 토질이 실트(silt)질, 점성토 등 세립토질로 지지력이 다소 불량한 연약지반에 적용되는 경우로, 가물막이 케이슨(10)이 설치되는 외측 연약지반(a)을 지반개량한 후 내측에 가물막이 케이슨(10)을 굴착, 침설하여 지지대를 개량지반(b)상에 정착시켜 수중구조물을 건식상태에서 시공하는 것으로, 도4a 내지 도4i를 참조하여 설명한다.
도4a에 도시된 바와 같이 지반개량장비(12)가 탑재된 작업선(11)을 수중구조물 시공 장소로 이동한다. 이어서 일정한 규모와 크기의 가물막이 케이슨(10)을 설치하도록 가물막이 케이슨(10)의 외측에 있는 불량한 연약지반(a)을 지반개량장비(12)로 굴착하되, 이때 소정 직경으로 굴착한 구멍에 모래다짐말뚝(1)을 시공하거나, 혼합고화말뚝(2)으로 개량지반(b) 작업을 하며, 이러한 지반개량 구간을 도4f에서와 같이 2중 또는 3중으로 연결 폐합시켜 일체화시킨 개량지반(b)을 형성한다.
이러한 연약지반(a)의 지반개량이 완료되면, 도4b에서와 같이 지지대(13)가 부착된 가물막이 케이슨(10)을 이동하여 개량된 연약지반(a)의 내측 즉, 모래다짐말뚝(1)이나 혼합고화말뚝(2)이 시공되지 않은 굴착제거지반층(c)을 크램셀 등의 굴착장비(22)로 굴착하여 외부로 반출하며, 이와 동시에 가물막이 케이슨(10) 내의 바라스트(ballast)탱크(10b)에 물을 주입하여 증가된 자중으로 가물막이 케이슨(10)의 날끝(10a)을 연약지반(a)에 계획 깊이까지 침설시키면, 케이슨(10) 외측면에 부착된 지지대(13)를 개량지반(b) 상에 안착시키고, 가물막이 케이슨(10)을 수 평상태로 유지시킨다.
이어서 가물막이 케이슨(10) 상면에 작업대(14)를 설치하고, 이에 말뚝시공장비(15)를 설치하며, 이를 이용하여 다수개의 말뚝기초(16)를 양호한 지지층(d)의 소정 깊이까지 도4c와 같이 근입한 다음 말뚝기초(16) 시공이 완료되면 가물막이 케이슨(10) 상면의 작업대(14)를 철거시킨다.
이와 같이 말뚝기초(16) 시공이 완료되면 푸팅(확대기초)이 설치되는 계획 깊이의 바닥면을 평탄하게 고르고, 이에 레벨링(Level Ring)콘크리르(17)를 타설하여 도4d에서와 같이 케이슨(10)의 날끝(10a) 높이만큼 양생시킨다.
이와 같이 레벨링(Level Ring)콘크리트(17)가 시공 완료되면, 레벨링(Level Ring)콘크리트(17)와 가물막이 케이슨(10) 사이의 날끝(10a) 요입부에 수밀튜브(18)를 설치하고, 공기를 주입하여 이를 팽창시킴으로써 도4e에서와 같이 가물막이 케이슨(10) 내부에 외수의 유입을 차단시킨다. 이어서 가물막이 케이슨(10) 상면에 펌프(19)를 설치하여 케이슨(10) 내부의 물을 배수시켜 건식상태로 작업공간을 확보하며, 도4f는 도4e의 평단면도를 나타낸 것이다.
이어서 말뚝기초(16)의 두부를 평탄하게 고르고, 건식상태에서 푸팅(20) 및 교각(21)을 도4g에서와 같이 시공하며, 푸팅(20) 및 교각(21)의 시공 완료 후 케이슨(10) 내부의 수밀튜브(18)를 수축시켜 가물막이 케이슨(10) 내부에 외수가 유입되게 하고, 가물막이 케이슨(10)의 바라스트(ballast)탱크(10b) 내부에 채워진 물을 배출하여 가물막이 케이슨(10)을 부상시킴으로써 도4h에서와 같이 케이슨(10)을 철거한다.
아울러 푸팅(20) 주변에 잔골재, 모래 등을 푸팅(20)의 상부까지 도4i에서와 같이 하상을 덮어 복구함으로써 세굴방지공(22)을 설치하여 수중구조물의 시공을 완료하게 된다.
또한, 본 발명의 제2실시예는 토질이 클로이드(colloid)질, 뻘층 등 충적토나 유기질의 미세한 흙으로 지지력이 아주 불량한 연약지반에 적용하는 경우로 개량구간에 가물막이 케이슨이 침설되는 깊이의 표층 흙을 사전에 굴착, 제거하고 말뚝용 케이싱을 박아 연약지반을 전면 개량하여 수중구조물을 건식상태에서 시공하는 것으로, 이를 도5a 내지 도5j를 참조하여 설명한다.
도시된 도5a에서와 같이 말뚝시공장비(15)를 작업선(11)에 탑재하고, 수중구조물 시공하고자 하는 위치로 이동하여 1차로 연약지반(a)에 다수의 말뚝기초(16)를 매설하고, 이어서 도5b에서와 같이 지반개량장비(12)로 말뚝기초(16) 주변을 가물막이 케이슨(10)의 근입 깊이까지 개량지반(b)의 상부 연약층(a)인 굴착제거 지반층(c) 전체를 굴착하여 외부로 반출시키며, 하부의 연약지반(a) 전체를 지반개량장비(12)로 소정의 직경으로 굴착한 구멍에 잘 다져진 모래다짐말뚝(1)을 시공하거나, 혼합고화말뚝(2)을 시공하여 연약지반(a)에 개량지반(b)을 형성한다.
이어서 도5c에서와 같이 가물막이 케이슨(10)을 이동시켜 바라스트(ballast)탱크(10b)에 물을 주입하여 자중을 높여 개량지반(b) 상면에 침설시키고, 상기 가물막이 케이슨(10)의 외측 굴착제거 지반층(c)의 빈 공간에 양질의 토사를 채워 지반의 지지력을 높인 다음 지지대(13)를 설치하여 지반층(c1)에 안착시키고서 이에 가물막이 케이슨(10)을 고정시킨다.
아울러 가물막이 케이슨(10)의 상면에 작업대(14)를 설치하고, 이에 말뚝시공장비(15)를 설치하여 도5d에서와 같이 다수의 1차 개량지반(b)에 근입된 말뚝기초(16)를 연장하여 2차로 양호한 지지층(d)에 더욱 깊이 근입시키며, 이와 같이 말뚝기초(16)가 시공된 상태를 도5e와 같이 시공한다. 이러한 지반개량 평면상태는 도5f에서와 같이 개량지반(b)이 가물막이 케이슨(10)의 내측 및 외측으로 다수의 모래다짐말뚝(1) 또는 혼합고화말뚝(2)으로 연결, 폐합시켜 일체화를 이룬 형태를 나타내었다.
이어서 말뚝기초(16) 시공이 완료되면 가물막이 케이슨(10) 상면의 작업대(14)를 철거하고, 도5g에서와 같이 푸팅(20)이 설치되는 계획 깊이까지 지반을 평탄하게 고르고, 이에 레벨링(Level Ring)콘크리트(17)를 타설하여 양생시킨다.
아울러 가물막이 케이슨(10)의 날끝(10a) 요입부에 수밀튜브(18)를 설치하고, 공기를 주입하여 팽창시킴으로써 도5h에서와 같이 외수 유입을 차단시킨 다음 펌프(19)를 설치하여 가물막이 케이슨(10) 내부의 물을 배수시켜 건식상태로 작업공간을 확보한다.
이와 같은 건식상태에서 도5i에서와 같이 말뚝기초(16)의 두부를 평탄하게 정리하고, 이에 푸팅(20) 및 교각(21)을 시공하며, 도5j에서와 같이 수밀튜브(18)를 수축시켜 가물막이 케이슨(10) 내부에 외수가 유입되게 하고, 바라스트(ballast)탱크(10b)의 물을 배출시켜 가물막이 케이슨(10)을 부상시켜 철거한다.
이어서 푸팅(20) 주변에 토사를 채움으로 하상을 덮어 복구함으로써 세굴방지공(22)을 형성하여 수중구조물의 시공을 완료하게 된다.
또한, 본 발명의 제3실시예는 지반의 지지력이 다소 불량한 실트(silt)질, 점성토 등 세립토질의 경우와 지지력이 아주 불량한 클로이드(colloid)질, 뻘층 등 충적토나 유기질의 미세한 토질과의 중간의 지지력을 가지는 경우로, 먼저 1차로 가물막이 케이슨(10)이 지지되는 외측을 우선 지반개량하고, 말뚝기초(16)를 시공한 후 가물막이 케이슨(10) 내측을 2차로 지반개량하는 즉, 연약지반의 개량을 1차와 2차로 분리하여 시공하는 것으로, 이를 도6a 내지 도6j에 도시하였다.
도시된 도6a에서와 같이 지반개량장비(12)를 작업선(11)에 탑재하고, 수중구조물을 시공하고자 하는 위치로 이동하여 일정한 규모와 크기를 가지는 가물막이 케이슨(10)이 설치되도록 가물막이 케이슨(10)이 지지되는 외측에 있는 연약지반(a)을 지반개량장비(12)로 소정 직경으로 굴착한 구멍에 모래다짐말뚝(1)을 시공하거나, 혼합고화말뚝(2)을 시공하며, 이러한 지반개량은 2중, 3중으로 모래다짐말뚝(1) 또는 혼합고화말뚝(2)으로 연결 폐합시켜 일체화한 형태로 1차 개량지반(b)을 시공한다.
이어서 도6b에서와 같이 지지대(13)가 부착된 가물막이 케이슨(10)을 이동시켜 개량된 연약지반(a)의 내측 즉, 모래다짐말뚝(1)이나 혼합고화말뚝(2)이 시공되지 않은 굴착제거지반층(c)을 크램셀 등의 굴착장비(22)로 굴착하여 외부로 반출하며, 이와 동시에 가물막이 케이슨(10) 내의 바라스트(ballast)탱크(10b)에 물을 주입하여 증가된 자중으로 가물막이 케이슨(10)의 날끝(10a)을 연약지반(a)의 계획 깊이까지 침설시키며, 가물막이 케이슨(10) 측면에 부착된 지지대(13)를 개량지반(b) 상에 안착시켜 가물막이 케이슨(10)을 수평상태로 유지시킨다.
아울러 가물막이 케이슨(10)의 상면에 작업대(14)를 설치하고, 이에 말뚝시공장비(15)를 설치하여 다수의 말뚝기초(16)를 양호한 지지층(d)에 일정 깊이만큼 근입되도록 도6c에서와 같이 시공한다.
이어서 가물막이 케이슨(10) 하부의 연약지반(a)을 2차 지반개량 작업을 하게 되는데, 작업대(14)에 지반개량장비(12)를 설치하고, 푸팅(19)이 설치될 가물막이 케이슨(10) 내부 말뚝기초(16) 주변의 연약지반(a)을 굴착하여 가물막이 케이슨(10) 외부로 반출시키고, 이에 지지력이 좋은 토사를 채움 또는 개량재 등을 투입하여 도6d에서와 같이 연약지반(a)을 2차 개량지반(b1)으로 전환시키며, 이러한 개량지반(b,b1)의 시공상태를 도6e의 단면도로 나타내었으며, 또한 도6f의 평단면도로 나타낸 개량지반(b)은 가물막이 케이슨(10) 내측, 외측에 다수의 모래다짐말뚝(1) 또는 혼합고화말뚝(2)으로 연결 일체화시킨 상태를 나타내었다.
이와 같이 2차 지반개량(b1)이 완료되면 가물막이 케이슨(10)에 설치된 작업대(14)를 철거하고, 푸팅(20)이 설치되는 계획 깊이까지 지반을 평탄하게 골라 바닥면에 레벨링(Level Ring)콘크리트(17)를 도6g에서와 같이 타설하여 양생시킨다.
이어서 가물막이 케이슨(10)의 날끝(10a) 요입부에 수밀튜브(18)를 설치하고 이를 팽창시킴으로써 외수의 유입을 차단하게 되고, 펌프(19)로 케이슨(10) 내부의 물을 배수시켜 도6h에서와 같이 건식 상태의 작업공간을 확보한다.
아울러 가물막이 케이슨(10) 내부의 말뚝기초(16) 두부를 정리하고, 도6i에서와 같이 푸팅(20) 및 교각(21)을 시공하며, 수밀튜브(18)를 수축시켜 가물막이 케이슨(10) 내부로 외수가 유입되게 함은 물론 바라스트(ballast)탱크(10b)의 물을 배출시킴으로써 가물막이 케이슨(10)을 부상시켜 철거하고, 푸팅(20)의 주변에 토사 등을 채움으로써 세굴방지공(22)을 설치하여 도6j에서와 같이 하상을 덮어 복구시켜 수중구조물 시공을 완료하게 된다.
이와 같이 하여 본 발명은 연약지반을 간편하게 개량함으로써 연약지반에서의 수중구조물 설치를 용이하게 시공할 수 있으며, 실트질, 점성토 등의 연약지반 또는 클로이드질, 뻘층 등의 연약지반의 지지력을 높여 수중구조물을 안전하게 시공할 수 있고, 또한, 이들 연약지반에서 별도의 침하공법이나 그라우팅 공법 등을 시공하지 않고 수중구조물을 설치함으로써 공사기간을 획기적으로 단축시킬 수 있음은 물론 공사비용을 절감할 수 있으며, 연약지반을 다양한 형태로 개량시킴으로써 연약지반에 구애받지 않고 수중구조물을 설치할 수 있는 유용한 효과가 있다.

Claims (6)

  1. 수중에 가물막이 케이슨(10)을 침설시켜 이에 레벨링(Level Ring)콘크리트(17)를 타설 양생하고 수밀튜브(18)를 설치하여 외수의 유입을 차단한 다음 가물막이 케이슨(10) 내부의 물을 배수시켜 건식상태에서 푸팅(20) 및 교각(21)을 시공하는 공지의 것에 있어서,
    연약지반(a)을 지반개량장비(12)로 소정 직경으로 굴착한 구멍에 모래다짐말뚝(1)을 시공하거나, 혼합고화말뚝(2)으로 개량지반(b)을 하되, 가물막이 케이슨(10)에 부착된 지지대(13)가 설치되는 가물막이 케이슨(10) 둘레에 개량지반(b)하는 단계와,
    상기 굴착장비(23)로 개량하지 않는 내측의 연약지반(a)을 굴착하여 외부로 반출하면서 이와 동시에 자중으로 침설시켜 가물막이 케이슨(10)의 날끝(10a)이 굴착제거지반층(c)에 근입되어 가물막이 케이슨(10)의 외측에 부착된 지지대(13)가 개량지반(b)상에 안정되게 설치하는 단계
    상기 가물막이 케이슨(10) 상면에 작업대(14)를 설치하고 이에 말뚝시공장비(15)로 말뚝기초(16)를 양호한 지지층(d)에 시공하는 단계로 이루어짐을 특징으로 하는 개량된 연약지반에서의 가물막이 케이슨을 이용한 말뚝기초 시공방법.
  2. 수중에 가물막이 케이슨(10)을 침설시켜 이에 레벨링(Level Ring)콘크리트(17)를 타설 양생하고 수밀튜브(18)를 설치하여 외수의 유입을 차단한 다음 가물막 이 케이슨(10) 내부의 물을 배수시켜 건식상태에서 푸팅(20) 및 교각(21)을 시공하는 공지의 것에 있어서,
    지반의 토질이 미세한 클로이드(colloid)질, 뻘층 등의 불량한 연약지반에 수중구조물을 시공하고자 위치로 이동하여 연약지반(a)에 1차로 말뚝기초(16)를 근입시키는 단계와,
    상기 말뚝기초(16)의 주변 및 가물막이 케이슨(10)이 설치되는 상부의 굴착제거지반층(c)을 제거하는 단계와,
    가물막이 케이슨(10)의 내측 하부의 연약지반(a)을 굴착하며 이에 모래다짐말뚝(1) 또는 혼합고화말뚝(2)으로 전면 개량지반(b) 하는 단계와,
    상기 가물막이 케이슨(10)을 자중으로 침설시켜 가물막이 케이슨(10) 날끝(10a)이 개량지반(b) 상에 거치하고 가물막이 케이슨(10) 외측에 굴착 제거된 지반층(c) 빈 공간에 양질의 토사로 채우고 가물막이 케이슨(10) 외측에 설치한 지지대(13)로 지반층(c1)에 안정되게 설치하는 단계와,
    상기 가물막이 케이슨(10) 상면에 작업대(14)를 설치하고 이에 말뚝시공장비(15)로 1차의 개량지반(b)에 근입된 말뚝기초(16)를 연장하여 2차로 양호한 지지층(d)에 더욱 깊이 근입시키는 단계로 이루어짐을 특징으로 하는 개량된 연약지반에서의 가물막이 케이슨을 이용한 말뚝기초 시공방법.
  3. 수중에 가물막이 케이슨(10)을 침설시켜 이에 레벨링(Level Ring)콘크리트(17)를 타설 양생하고, 수밀튜브(18)를 설치하여 외수의 유입을 차단한 다음 가물 막이 케이슨(10) 내부의 물을 배수시켜 건식상태에서 푸팅(20) 및 교각(21)을 시공하는 공지의 것에 있어서,
    지반의 토질이 세립토인 실트(silt)질, 점성토질과 클로이드(colloid)질, 뻘층의 중간 정도 지지력을 가지는 연약지반에 수중구조물을 설치하고자 하는 위치로 이동하여 지반개량장비(12)로 연약지반(a)을 굴착하며 이에 모래다짐말뚝(1) 또는 혼합고화말뚝(2)을 시공하여 개량하되, 지지대(13)가 지지 설치되도록 가물막이 케이슨(10)의 둘레만큼 1차 개량지반(b)하는 단계와,
    가물막이 케이슨(10) 외측에 부착된 지지대(13)가 개량지반(b)상에 안정되게 설치하는 단계와,
    양호한 지지층(d)에 말뚝기초(16)를 근입하는 단계와,
    상기 가물막이 케이슨(10)의 작업대(14)에서 지반개량장비(12)로 교각푸팅(19)이 설치되는 하부의 말뚝기초(16)주변 연약지반(a)을 굴착하며 이에 모래다짐말뚝(1) 또는 혼합고화말뚝(2)을 시공하는 2차 개량지반(b1)을 형성시키는 단계로 이루어짐을 특징으로 하는 개량된 연약지반에서의 가물막이 케이슨을 이용한 말뚝기초 시공방법.
  4. 제1항 내지 제3항의 어느 한 항에 있어서,
    상기 모래다짐말뚝(1)은 연약지반(a)의 지지층(d)에 도달하도록 개량지반장비(12)로 구멍을 굴착하고, 저장된 모래를 공급하도록 설치된 모래주입장치(3)와, 굴착된 구멍에 모래가 투입되도록 설치되는 중공로드(4)와, 상기 중공로드(4)의 상 부에 설치되어 중공로드(4)를 회전 상승되도록 설치되는 회전장치(5)와, 상기 모래주입장치(3)로부터 중공로드(4)에 모래가 공급되도록 파이프(6)를 연결함으로써 중공로드(4)에서 배출된 모래를 채워 다짐으로써 시공됨을 특징으로 하는 개량된 연약지반에서의 가물막이 케이슨을 이용한 말뚝기초 시공방법.
  5. 제1항 내지 제3항의 어느 한 항에 있어서,
    상기 혼합고화말뚝(2)은 연약지반(a)의 지지층(d)에 도달하도록 개량지반장비(12)로 구멍을 굴착하고, 저장된 고화재를 공급하도록 설치된 고화재 주입장치(8)와, 굴착된 구멍에 고화재가 투입되도록 설치되는 중공로드(4)와, 상기 중공로드(4)의 상부에 설치되어 중공로드(4)를 회전 상승되도록 설치되는 회전장치(5)와, 상기 고화재 주입장치(3)로부터 중공로드(4)에 고화재가 공급되도록 파이프(6)를 연결함으로써 상기 중공로드(4)의 교반날개(9) 사이에 형성된 배출공(9a)에서 배출된 고화재를 채워 다짐으로써 시공됨을 특징으로 하는 개량된 연약지반에서의 가물막이 케이슨을 이용한 말뚝기초 시공방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 고화재는 실리카(SiO2), 알루미나(Al2O3), 석회(CaO), 산화 마그네슘(MgO)를 혼합한 것을 특징으로 하는 개량된 연약지반에서의 가물막이 케이슨을 이용한 말뚝기초 시공방법.
KR1020050074984A 2005-08-16 2005-08-16 개량된 연약지반에서의 가물막이 케이슨을 이용한 말뚝기초시공방법 KR100645319B1 (ko)

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