KR100646320B1 - 전기적 처리를 이용한 말뚝기초공법 - Google Patents

Abstract

1. 청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야

본 발명은 말뚝기초공법에 관한 것이다.

2. 발명이 해결하려고 하는 기술적 과제

연약지반에 시공되어지는 말뚝기초공법에 있어서, 말뚝의 전기적 처리에 의해 말뚝 주변 흙의 강도를 증진시키고, 말뚝의 주면마찰력과 선단지지력을 증가시켜, 궁극적으로 말뚝의 총 지지력을 증가시킬 수 있는 전기적 처리를 이용한 말뚝기초 공법을 제공한다.

3. 발명의 해결방법의 요지

본 발명은 연약지반에 시공되어지는 말뚝기초공법에 있어서, 배치계획에 따라 다수의 말뚝을 타입장비를 이용하여 타입하는 제 1단계; 상기 말뚝들 사이에 배치계획에 따라 음전극 유공파이프를 말뚝의 근입 깊이까지 타입하는 제 2단계; 지표면에 수평 배수층을 시공하는 제 3단계; 상기 음전극 유공파이프에는 음극을 접속하고, 상기 말뚝에는 양극을 접속시키는 제 4단계; 요구되는 말뚝의 지지력을 얻을 때까지 전원을 공급하는 제 5단계를 포함하되, 상기 제 1단계는 콘크리트 말뚝과 같이 양(+)전극재로서 사용이 불가능한 말뚝의 경우, 홈형 띠장 양전극재를 세로 또는 가로 방향으로 다수개 설치하여 타입하거나, 상기 콘크리트 말뚝 선단부에 스틸 캐핑 양전극재를 설치하여 타입하는 것을 특징으로 한다.

4. 발명의 중요한 용도

점성토, 실트질토, 유기성토 등 지지력이 약한 연약지반에 지상구조물을 건설하고자 할 때, 말뚝을 지반 내에 박아 상부 구조물의 하중을 지중 깊이 전달함으로써, 상부 구조물을 지지하고 침하를 방지하는 말뚝기초공법에 이용된다.

말뚝기초, 전기적 처리, 유공파이프

Description

전기적 처리를 이용한 말뚝기초공법 {Construction method of pile foundation using electrokinetics treatment}

도 1a ~ 도 1e는 본 발명에 의한 말뚝기초의 시공도이다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 단일말뚝기초의 배치평면도이다.

도 3은 본 발명의 또다른 일실시예에 의한 군말뚝기초의 배치평면도이다.

도 4는 본 발명에 의한 음전극 유공파이프의 상세도이다.

도 5a ~ 5b는 본 발명에 의해 양(+)전극재가 설치된 말뚝의 사시도이다.

도 6은 본 발명의 일실시예에 의한 전기적 처리 전 · 후의 말뚝 지지력 변화를 도시한 그래프이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

10 : 말뚝 11 : 홈형 띠장 양(+)전극재

12 : 스틸 캐핑형 양(+)전극재 20 : 음전극 유공파이프

21 : 다공질 필터 22 : 전선연결장치

30 : 수평 배수층 40 : 전선 케이블

50 : 발전기

본 발명은 점성토, 실트질토, 유기성토 등 지지력이 약한 연약지반에 지상구조물을 건설하고자 할 때, 말뚝을 지반 내에 박아 상부 구조물의 하중을 지중 깊이 전달함으로써, 상부 구조물을 지지하고 침하를 방지하는 말뚝기초공법에 관한 것이다.

일반적으로 말뚝기초공법은 가능한 경질의 토층이나 기반암까지 근입시키도록 시공해야 하지만, 해안지역이나 하구언 등과 같이 연약층의 두께가 아주 깊은 지역에서는 시공상 많은 어려움이 따른다.

특히, 상기와 같은 지역에서는 파일의 길이가 길면 구조물의 하중에 의해 좌굴의 위험성이 있을 뿐만 아니라, 시공장비 및 공사비 증가 등의 문제로 말뚝의 근입 깊이를 깊게 할 수 없게 되어 말뚝의 선단이 기반암이나 경질 토층에 미치지 못하게 되는 시공사례가 많았다.

이렇듯 부득이 말뚝의 선단부가 기반암이나 경질토층까지 도달하지 못하는 경우에는, 직경이 증가된 말뚝을 사용하거나 말뚝의 수를 증가시키는 방법을 채택하여 말뚝의 지지력을 크게 하는 것이 일반적인 대책이었다.

그러나, 상기와 같이 직경이 증가된 말뚝을 사용하거나 말뚝의 수를 증가시키는 종래의 공법은 시공장비가 비대해지고 공사비가 증가하는 등의 문제가 여전히 남아 있게 된다.

한편, 말뚝의 주면마찰력과 총지지력을 증가시키려는 또다른 일환으로, 말뚝의 재질을 개선시키거나, 말뚝의 표면처리 등 말뚝 자체를 개선하려는 사례 또한 많이 시도된 바 있다.

그 일예로, 말뚝의 표면처리 방법으로는 말뚝의 길이방향으로 몇 곳에 마디를 둔 것(마디말뚝, nodular pile)과, 말뚝 형상을 원형에서 기어(gear)형으로 제작한 것이 있었으나, 마디말뚝은 지반내 타입시 마디의 훼손이 발생할 수 있고 지반내 타입 공정이 매우 어려운 문제점이 있었으며, 기어형 마찰말뚝은 말뚝 표면과 흙과의 접촉면을 증가시켜 마찰지지력을 크게 하나 신뢰성의 부족과 말뚝이음부 용접이 어려운 시공상의 문제점이 있었다.

또한, 말뚝의 재질 개선 방법으로는, 직물로 된 자루를 지반내에 먼저 삽입한 후, 삽입된 자루에 콘크리트를 주입하여 말뚝을 타설하거나 말뚝표면에 직물을 부착하여 지반에 설치하는 방법이 시도된 바 있으나, 이 또한 주입자루 혹은 표면에 부착된 직물이 말뚝시공시 파단되는 경우가 발생되어 지지력 증강에 오히려 악영향을 미치게 되거나, 주입재의 과다사용으로 공사비의 증가를 초래하는 문제점이 발생하게 되었다.

따라서, 본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로, 연약지반에 시공되어지는 말뚝기초공법에 있어서, 말뚝의 전기적 처리에 의해 말뚝 주변 흙의 강도를 증진시키고, 말뚝의 주면마찰력과 선단지지력을 증가시켜, 궁극적으로 말뚝의 총 지지력을 증가시킬 수 있는 전기적 처리를 이용한 말뚝기초 공법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 말뚝기초공법에 있어서, 말뚝에 양전극을 연결하고, 인접한 곳에 음전극 유공파이프을 타입하여 음전극을 연결함으로써, 양전극의 말뚝 주변의 물이 음전극의 유공파이프 주변으로 이동함과 동시에, 양전극의 말뚝 주변에서 발생되는 전기분해작용을 통하여 상기 말뚝의 지지력을 증대시키는 것을 목적으로 한다.

이에 따른 전기적 처리를 이용한 말뚝기초공법은, 배치계획에 따라 다수의 말뚝을 타입장비를 이용하여 타입하는 제 1단계; 상기 말뚝들 사이에 배치계획에 따라 음전극 유공파이프를 말뚝의 근입 깊이까지 타입하는 제 2단계; 지표면에 수평 배수층을 시공하는 제 3단계; 상기 음전극 유공파이프에는 음극을 접속하고, 상기 말뚝에는 양극을 접속시키는 제 4단계; 요구되는 말뚝의 지지력을 얻을 때까지 전원을 공급하는 제 5단계를 포함하되, 상기 제 1단계는 콘크리트 말뚝과 같이 양(+)전극재로서 사용이 불가능한 말뚝의 경우, 홈형 띠장 양전극재를 세로 또는 가로 방향으로 다수개 설치하여 타입하거나, 상기 콘크리트 말뚝 선단부에 스틸 캐핑 양전극재를 설치하여 타입하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 일실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1a ~ 도 1e는 본 발명에 의한 말뚝기초의 시공도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 단일말뚝기초의 배치평면도이며, 도 3은 본 발명의 또다른 일실시예에 의한 군말뚝기초의 배치평면도, 도 4는 본 발명에 의한 음전극 유공파이프의 상세도이며, 도 5a ~ 5b는 본 발명에 의해 양(+)전극재가 설치된 말뚝의 사시도이 고, 도 6은 본 발명의 일실시예에 의한 전기적 처리 전 · 후의 말뚝 지지력 변화를 도시한 그래프이다.

도 1a는 다수의 말뚝을 배치계획에 따라 타입하는 단계를 도시한 것으로, 상부 구조물의 하중에 의해 결정되는 설계하중과 지반조건에 의해 말뚝의 지지력 및 배치계획이 결정되면, 상기 배치계획에 따라 다수의 말뚝(10)을 타입장비(60)를 이용하여 타입하게 된다.

도 1b는 상기 말뚝들 사이에 음전극 유공파이프를 타입하는 단계를 도시한 것으로, 배치계획에 따라 타입장비(60)를 이용하여 상기 단계에 의해 미리 타입된 말뚝(10)들 사이에 음전극 유공파이프(20)를 상기 말뚝(10)의 근입 깊이까지 타입하게 된다.

이때, 상기 음전극 유공파이프(20)의 지중근입 방법은 항타에 의한 방법, 시추보링에 의한 방법 및 압입식 방법 등이 이용된다.

도 1c는 수평 배수층 시공 및 전선망 설치 단계를 도시한 것으로, 지표면에 배수를 위한 배수층(30)을 수평으로 시공하고, 상기 말뚝(10)과 상기 음전극 유공파이프(20)에 전선을 연결하기 위한 전선 케이블(40)을 설치하게 된다.

이때, 상기 배수층은 본 발명의 작용에 의해 양(+)전극 주변에서 음(-)전극인 음전극 유공파이프(20)로 이동되어 지표면으로 올라온 물을 배수해주는 역할을 하게 된다.

도 1d는 음전극 유공파이프와 말뚝에 전극을 접속시키는 단계로, 상기 음전극 유공파이프(20)에는 발전기(50)의 음극을 접속하고, 상기 말뚝(10)에는 상기 발 전기(50)의 양극을 접속시키게 된다.

이때, 상기 음전극 유공파이프(20)와 말뚝(10)에는 전극연결장치(도 4의 22)를 미리 설치하여, 전극을 용이하게 접속시킬 수 있게 한다.

이후, 상기 말뚝(10)에 요구되는 지지력을 얻을 때까지 발전기(50)를 가동함으로써, 본 발명에 의한 전기적 처리를 이용한 말뚝기초공법은 완료되어진다.

이때, 말뚝의 지지력을 얻을 때까지 발전기를 가동시킴에 있어, 보다 정밀한 시공을 위해서는 각종 계측기기들과 안전장치들을 설치하고, 전선의 연결 상태와 각종 부속기기의 상태를 점검하는 것이 바람직하다.

도 1e는 전선망 제거 및 음전극 유공파이프(20)의 인발 단계로, 상기 말뚝(10)에 요구되는 지지력이 충족되어지면, 발전기(50)의 전원을 내리고 전선망을 제거한 후, 상기 음전극 유공파이프(20)를 인발하게 된다.

한편, 상기에 의해 인발된 음전극 유공파이프(20)는 다음 현장에서 재활용 가능하다. 그러나, 도 1e 단계는 선택단계로서, 음전극 유공파이프(20)를 인발하는데 드는 비용이 상기 음전극 유공파이프(20)를 재활용함으로써 얻는 효율보다 더 클 경우에는 생략할 수 있다.

상기의 단계에 의해 시공되는 본 발명의 말뚝기초공법은, 말뚝(10)에는 양(+)전극을 연결하고, 인접한 곳에 타입한 음전극 유공파이프(20)에는 음(-)전극을 연결하여 전극을 줌으로써, 양(+)전극인 말뚝(20) 주변의 물이 음(-)전극의 음전극 유공파이프(20) 주변으로 이동하게 되고, 이같은 전극에 의한 물의 이동과, 양(+)전극의 말뚝(10) 주변에서 발생되는 전기분해작용에 의해, 말뚝주변 흙의 강 도와 말뚝 주면과 흙 사이의 마찰력이 증가하게 되어 결국 상기 말뚝(10)의 지지력을 증대시킬 수 있게 되는 효과가 발생하게 된다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 단일말뚝기초의 배치평면도를 도시한 것으로, 연접한 4개의 말뚝(10) 중앙부에 음전극 유공파이프(20)가 배치되도록 연속하여 시공하게 된다.

이때, 상기 음전극 유공파이프(20)와 상기 말뚝(10)간의 이격 거리는 적용 전압, 전해질의 종류와 농도, 현장의 여건과 경제적 여건 등을 고려하여 결정되어지며, 보통 90 ~ 200cm로 시공되어진다.

도 3은 본 발명의 또다른 일실시예에 의한 군말뚝기초의 배치평면도를 도시한 것으로, 다수개의 말뚝(10)군 외측 둘레에 상기 음전극 유공파이프(20)를 사각형 모양으로 배치되도록 시공하게 된다.

이때, 상기 음전극 유공파이프(20)와 상기 말뚝(10)간의 이격 거리는 적용 전압, 전해질의 종류와 농도, 현장의 여건과 경제적 여건 등을 고려하여 결정되어지며, 보통 90 ~ 200cm로 시공되어진다.

도 4는 본 발명에 의한 음전극 유공파이프의 상세도를 도시한 것으로, 상기 음전극 유공파이프(20)는 두부에 설치된 소켓형 전선연결장치(22)와, 몸체에 형성된 다공질 필터(21)를 구비한다.

상기 소켓형 전선연결장치(22)는 전극을 용이하게 접속시킬 수 있게 하는 장치이며, 상기 다공질 필터(21)는 본 발명의 작용에 의해 양(+)전극 주변의 물이 음(-)전극인 상기 음전극 유공파이프(20)로 이동할 때, 흙 입자와 이물질을 걸러주 어 음전극 유공파이프의 막힘을 방지하는 역할을 하게 된다.

도 5a ~도 5b는 본 발명에 의해 양(+)전극재가 설치된 말뚝의 사시도를 도시한 것으로, 철근콘크리트 말뚝과 같이 양(+)전극재로서 사용이 불가능한 말뚝의 경우, 상기 말뚝(10)에 아연판, 동판, 강판, 금속판 등과 같이 전기를 통할 수 있는 양(+)전극재를 설치하게 된다.

도 5a는 상기 말뚝(10)에 홈형 띠장 양(+)전극재(11)를 세로 또는 가로 방향으로 다수개 설치한 것을 도시한 것이며, 도 5b는 상기 말뚝(10) 선단부에 스틸 캐핑(steel capping)형 양(+)전극재(12)를 설치한 것을 도시한 것이다.

도 6은 본 발명의 일실시예에 의한 전기적 처리 전 ·후의 말뚝 지지력 변화를 도시한 그래프로서, 도면에 도시된 바와 같이, 말뚝에 전기적 처리를 하기 전 말뚝의 지지력인 초기 마찰력은 1kg으로 나타났으나, 전기적 처리에 의해 전압을 12시간 적용 후에는 마찰력의 증가가 최대 7.8kg으로 나타남으로써, 전기적 처리에 의한 말뚝의 마찰력이 약 8배 정도 증가한 것으로 나타났다.

또한, 선단지지력은 전압 적용 전후로 1.7kg에서 최대 9.8kg으로 증가하여 약 6배의 증가가 발생되었으며, 말뚝의 총지지력은 약 4배 정도 증가한 것으로 나타났다.

한편, 상술한 본 발명은 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 또한, 도 6은 준설점토인 특정지반에 대해 실험한 것으로 대상 지반과 적용시간에 따라 지지력 증가비율은 다소 다르게 나타날 수 있으리라는 것은 본 발명이 속하는 기술분야 에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

따라서, 상기와 같은 본 발명에 의하면, 말뚝에 양전극을 연결하고, 인접한 곳에 음전극 유공파이프을 타입하여 음전극을 연결함으로써, 말뚝 주변 흙의 강도를 증진시키고, 말뚝의 주면마찰력과 선단지지력을 증가시켜, 궁극적으로 말뚝의 총 지지력을 증가시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 음전극 유공파이프를 인발할 경우, 상기 음전극 유공파이프를 여러 번에 걸쳐 재활용하여 사용할 수 있게 되어 경제성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (7)

1. 연약지반에 시공되어지는 말뚝기초공법에 있어서,

   배치계획에 따라 다수의 말뚝을 타입장비를 이용하여 타입하는 제 1단계;

   상기 말뚝들 사이에 배치계획에 따라 음전극 유공파이프를 말뚝의 근입 깊이까지 타입하는 제 2단계;

   지표면에 수평 배수층을 시공하는 제 3단계;

   상기 음전극 유공파이프에는 음극을 접속하고, 상기 말뚝에는 양극을 접속시키는 제 4단계;

   요구되는 말뚝의 지지력을 얻을 때까지 전원을 공급하는 제 5단계를 포함하되,

   상기 제 1단계는

   콘크리트 말뚝과 같이 양(+)전극재로서 사용이 불가능한 말뚝의 경우, 홈형 띠장 양전극재를 세로 또는 가로 방향으로 다수개 설치하여 타입하거나,

   상기 콘크리트 말뚝 선단부에 스틸 캐핑 양전극재를 설치하여 타입하는 것을 특징으로 하는 전기적 처리를 이용한 말뚝기초공법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 1 및 제 2단계는

   단일말뚝의 경우, 연접한 4개의 상기 말뚝 중앙부에 상기 음전극 유공파이프가 배치되도록 연속하여 시공하는 것을 특징으로 하는 전기적 처리를 이용한 말뚝기초공법.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 제 1 및 제 2단계는

   군말뚝의 경우, 다수개의 말뚝군 외측 둘레에 상기 음전극 유공파이프를 사각형 모양으로 배치하여 시공하는 것을 특징으로 하는 전기적 처리를 이용한 말뚝기초공법.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 제 2단계는

   음전극 유공파이프에 이물질에 의한 폐색방지와 배수를 위해 다공질 필터를 미리 설치하여 두는 것을 특징으로 하는 전기적 처리를 이용한 말뚝기초공법.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 제 4단계는

   상기 말뚝과 상기 음전극 유공파이프의 두부에 형성된 소켓형 전선연결장치에 전극을 접속시키는 것을 특징으로 하는 전기적 처리를 이용한 말뚝기초공법.
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