KR100675524B1 - 내부공간을 가지는 시트파일 및 이의 사용방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 내부공간을 가지는 시트파일 및 이의 사용방법에 관한 것으로, 저비용으로 원하는 깊이까지 보다 빨리 땅에 박아 넣을 수 있는 시트파일 및 이의 사용방법을 제공하는 것이 목적이다.

상단에는 진동해머를 장착하는 진동해머 장착부가 있고, 좌우 양단에는 상단부터 하단까지 이웃하는 시트파일과 서로 맞물려 연결되도록 걸림턱이 형성되어 있고, 진동해머 장착부의 바로 아래부터 하단까지 상단은 물 또는 압축공기 주입구를 제외한 부분은 막혀 있고 하단은 열려 있는 물 또는 압축공기가 주입되는 공간이 형성되어 있는 시트파일.

본 발명의 시트파일은 공사가 완료된 후, 시트파일이 존재하던 공간에 모래를 효과적으로 채워 넣을 수 있으므로 주변의 땅이 침하하는 것을 방지할 수 있고, 지질이 연약한 곳에서는 필요한 경우 내부 공간을 통하여 자갈 등을 다져 넣어 지반의 지질을 개량할 수 있는 등의 효과가 있다.

시트파일, 진동해머, 지하수, 터파기

Description

내부공간을 가지는 시트파일 및 이의 사용방법 {sheet pile having an inner space and using method of the same}

도 1a는 기존의 U자형 시트파일의 단면도이고, 도 1b는 이를 연결된 상태의 단면도이다.

도 2와 도 3은 본 발명 시트파일의 일실시예로, 도 2는 단면도이고, 도 3a와 도 3b는 각각 상부와 하부의 사시도이다.

도 4 내지 도 7은 본 발명 시트파일의 사용방법을 설명하기 위한 도면으로, 도 4는 시트파일을 박아 넣을 때 물 또는 압축공기의 흐름을 나타낸 단면도이고, 도 5는 시트파일을 박아 넣은 후, 아래쪽에 자갈을 채우고 다지는 과정을 나타낸 단면도이고, 도 6은 시트파일의 내부공간으로 스며든 지하수를 퍼 올리는 과정을 나타낸 단면도이고, 도 7은 공사가 완료되어 시트파일을 뽑아낼 때 시트파일이 차지하던 공간을 모래로 채우면서 뽑아내는 과정이다.

도 8a부터 도 8d는 본 발명의 개념을 적용한 여러 가지 다른 형태의 시트파일의 단면도이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

11: 종래의 시트파일 12: 내부 공간

13: 시트파일에 붙인 철판 14: 진동해머 장착부

15: 걸림턱 16: 물 또는 압축공기 주입구

17: 마구리 철판 21: 진동해머

31: 컴프레서 32: 물탱크

33, 37: 게이트밸브 34: 체크밸브

35: 압력계 36: 호스

41: 자갈 42: 추

43: 로프 44: 모래

45: 이중호스 46: 제트펌프 헤드

47: 컴프레서 48: 깔때기

a, b: 물 또는 압축공기의 흐름 (a는 안쪽, b는 바깥쪽)

본 발명은 시트파일 및 이의 사용방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 터파기 공사를 할 때 공사장 이웃의 흙이 무너지지 않고 물이 스며 나오지 않도록 막아주는 내부공간을 가지는 시트파일 및 이의 사용방법에 관한 것이다.

지하철 또는 고층건물을 신축하기 위해 터파기 공사를 할 때 흙막이 공법으로는 H-빔 (H-beam)을 땅에 박고 빔과 빔 사이에 나무 패널을 끼워 넣는 공법이 가장 일반적으로 채택되고 있는데 이 방법에 의하면 흙이 무너져 내리는 것은 막을 수 있지만 물이 스며 나오는 것은 막을 수 없어 주변의 지하수위가 낮아져 건물이 기울거나 공사현장이 갯벌 등을 매립한 매립지인 경우에는 물이 너무 많이 스며 나와 공사에 지장을 초래하는 문제점이 있다.

그리하여 도 1a에 도시한 U자형 시트파일이 개발되어 사용되고 있는데 도 1b와 같은 형태로 연결하여 사용하며 흙과 물을 동시에 막을 수 있다.

그러나 이러한 U자형 시트파일은 사용하는 진동해머 (파일의 상단을 잡고 상하로 진동을 주면서 파일이 땅속으로 박는 기계)의 성능과 지반의 조건에 따라 다르지만 기껏해야 20m 정도만 박아 넣을 수 있다. 왜냐하면 지반과의 접촉 면적이 커서 마찰력이 크고, 또 강재의 탄성에 의해 전달되는 진동해머의 충격이 하부에 제대로 전달되지 않기 때문이다.

따라서 시트파일을 깊이 박아야 하는 경우, 보조 공법으로 시트파일을 박을 자리에 미리 구멍을 뚫어놓고 시트파일을 박아 넣는 오거병용공법이 있는데 이는 비용과 시간이 많이 들고 구멍이 있던 부분의 흙이 느슨해져 나중에 부마찰력 (흙이 침하하면서 시트파일을 아래로 잡아당기는 힘)이 생기는 단점이 있다.

다른 방법으로는 시트파일의 선단에 노즐을 장착하여 150kg/㎠ 정도의 고압수로 선단부의 지반을 부수면서 시트파일을 삽입하는 워터제트 방식이 있으나 이는 풍화암 정도의 단단한 곳에 사용하기 위해 개발된 방법으로 진동해머만 사용하는 것과 비교해서 비용이 네 배 정도 들어가므로 지반이 그다지 단단하지 않은 곳에서는 오히려 비경제적이고, 물 사용량이 300ℓ/min 로 많아서 주변 지반을 교란시키고, 공사장 주변이 난잡해진다는 단점이 있다.

본 발명의 목적은 저비용으로 원하는 깊이까지 보다 빨리 땅에 박아 넣을 수 있는 시트파일 및 이의 사용방법을 제공하는 것이다.

상단에는 진동해머를 장착하는 진동해머 장착부가 있고, 좌우 양단에는 상단부터 하단까지 이웃하는 시트파일과 서로 맞물려 연결되도록 걸림턱이 형성되어 있고, 진동해머 장착부의 바로 아래부터 하단까지 상단은 물 또는 압축공기 주입구를 제외한 부분은 막혀 있고 하단은 열려 있는 물 또는 압축공기가 주입되는 공간이 형성되어 있는 시트파일.

이하, 본 발명의 구성을 도면을 사용하여 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명 시트파일의 일실시예의 단면도이다. 도 1에 도시된 종래의 시트파일(11)과 비교할 때, 물 또는 압축공기가 주입되는 내부 공간(12)이 있는 것이 특징이다. 이는 도 2에서 보는 바와 같이 종래의 시트파일에 철판(13)을 용접하여 제작할 수도 있고, 도 3에서 보는 바와 같이 일체형으로 제작할 수도 있다.

도 3a와 3b는 각각 본 발명 시트파일의 상부와 하부의 사시도이다. 상부의 상단에는 진동해머 장착부위(14)가 있고, 좌우 양단에는 상단부터 하단까지 이웃하는 시트파일과 서로 맞물려 연결되도록 걸림턱(15)이 형성되어 있고, 진동해머 장착부의 바로 아래부터 하단까지는 상단은 물 또는 압축공기 주입구(16)를 제외한 부분은 마구리 철판(17)으로 막혀 있고, 하단(보이지 않음)은 열려 있는, 물 또는 압축공기가 주입되는 내부 공간(12)이 형성되어 있는 것이 특징이다.

상기 시트파일은 사용처에 따라 달라지지만 하나의 길이는 대략 10∼30m이고, 도 2의 단면도를 가지는 시트파일 외에 도 8a∼8d의 단면을 가지는 여러 가지 다른 형태의 시트파일을 제작할 수도 있다.

이하, 상기 본 발명 시트파일의 사용방법을 도 4 내지 도 7을 사용하여 설명한다. 도 4는 시트파일을 박아 넣을 때 물 또는 압축공기의 흐름을 나타낸 단면도이고, 도 5는 시트파일을 박아 넣은 후, 아래쪽에 자갈을 채우고 다지는 과정을 나타낸 단면도이고, 도 6은 시트파일의 내부공간으로 스며든 지하수를 퍼 올리는 과정을 나타낸 단면도이고, 도 7은 공사가 완료되어 시트파일을 뽑아낼 때 시트파일이 차지하던 공간을 모래로 채우면서 뽑아내는 과정이다.

우선, 시트파일을 지반에 박아 넣는 방법은, 시트파일 상단의 진동해머 장착부(14)에 진동해머(21)를 장착하고, 컴프레서(31)로 물 또는 압축공기 주입구(16)를 통하여 물 또는 압축공기를 주입하면서 진동해머로 진동을 가한다.

이렇게 하면, 도 4에 도시된 바와 같이, 시트파일 내부에 주입된 물 또는 압축공기가 시트파일 선단부의 흙을 밖으로 배출하여 (물 또는 압축공기의 흐름을 화살표로 표시함. 도면부호 a와 b)) 시트파일 선단부의 지반이 다져지지 않을 뿐 아니라 시트파일과 지반 사이의 마찰력이 감소시켜 시트파일이 쉽게 박히게 된다.

실제로 물을 주입하면서 실시해 본 결과, 종래의 시트파일에 비해 작업 속도가 2배 이상 빨라진 것을 확인할 수 있었다.

물을 주입하는 장치는 이를테면, 도 4와 같이 구성할 수 있는데 컴프레서 (31)를 물탱크(32)와 연결하고, 두 개의 라인을 뽑아 시트파일 쪽의 라인은 물을 차단하는 게이트밸브(33)와 물이 역방향으로 흐르지 못하게 하는 체크밸브(34)와 압력계(35)를 거쳐 물 또는 압축공기 주입구(16)에 호스(36)로 연결하고, 물탱크 쪽의 라인은 게이트밸브(37)를 거쳐 물탱크로 연결하여 주입압력을 조절한다.

상기 본 발명의 방법은 물을 사용한다는 점에서 워터제트 방식과 비슷한데, 워터제트 방식에서는 지반을 순전히 물의 힘으로 파쇄하는데 반해, 본 발명에서는 물은 선단부의 지반이 다져지는 것을 방지하고 시트파일과 지반 사이의 마찰력을 줄이는 역할을 할 뿐 지반은 진동해머의 충격으로 파쇄한다는 점에서 다르다. 따라서 물 사용량이 워터제트 방식의 1/3 정도에 불과하고, 또 현장 여건에 따라 물 대신 압축공기를 사용할 수 있다는 점이 워터제트 방식과 다르다.

일단 시트파일을 지반에 박은 후에는 시트파일이 넘어지지 않도록 버팀 시설을 해야 한다. 특히, 도로의 경우에는 차량이 통행할 수 있도록 통상 복공판으로 덮는데 이 때 시트파일이 더 깊이 침하하면 안 된다. 그래서 지반이 약한 경우에는 시트파일을 단단한 지반이 나올 때까지 깊게 박아 넣어야 하는데 이 방법이 경제적이지 않을 수가 있다.

이 경우, 본 발명의 시트파일은, 도 5에 도시된 바와 같이, 시트파일의 내부 공간에 자갈(41)을 넣고 추(42)를 로프(43)에 매달아 다짐으로써 연약한 지반의 지지력을 강화할 수 있다.

매립지 등 공사 현장의 토사에 물이 많은 경우에는 유동성이 있어 자체 지지력이 작고, 또 단위부피당 무게가 무겁기 때문에 시트파일에 가해지는 토압이 높고, 또 질퍽거려 공사하기도 어렵다.

이러한 경우에는 지하수의 수위를 낮추는 것이 바람직한데 시트파일을 지반에 박아 넣은 후, 시트파일 내부 공간의 아래쪽에 적당한 높이로 모래(44)를 채우고, 스며 올라오는 물을 퍼내면 지하수의 수위를 낮출 수 있다.

도 6에 도시된 바와 같이, 이중호스(45) 끝에 제트펌프헤드(46)를 달아 적당한 깊이까지 넣은 후, 컴프레서(47)로 압축공기를 주입하면 외부호스와 내부호스의 사이로 물과 공기가 올라와 물을 밖으로 빼낼 수도 있다.

공사가 완료된 후에는 시트파일을 철거하는데 종래의 시트파일은 판형이어서 시트파일이 차지하고 있던 공간을 토사로 적절하게 채우기 어려워 그 공간이 공동으로 남아 있다가 추후 함몰하는 등의 문제가 많이 발생한다.

그러나 본 발명의 시트파일을 사용할 경우에는 깔때기(48)를 이용하여 모래를 내부 공간에 투입하면서 시트파일을 올렸다 내렸다 하면서 뽑아 올리면 모래가 바닥에서 다져지기 때문에 시트파일이 있었던 공간을 적절하게 메울 수 있다. 이 과정을 도 7에 도시하였다.

본 발명의 시트파일은 땅에 박아 넣을 때 시트파일과 지반과의 경계면에 물 또는 공기가 흐르므로 마찰력이 줄어들고, 시트파일 선단부의 지반이 다져지지 않 으므로 쉽게 박아 넣을 수 있다. 따라서 동일한 지질 조건에서는 진동 해머의 충격량을 적게 할 수 있으므로 공사장의 진동과 소음을 줄일 수 있다.

또, 공사가 완료되어 시트파일을 제거할 때에는 종래의 시트파일이 존재하던 공간에 진공이 생겨 뽑아내기가 어려운데 반해 본 발명의 시트파일은 그 내부에 물 또는 공기가 존재하던 빈 공간이 있어 뽑아내기가 쉽고, 물 또는 압축공기가 차지하던 공간과 시트파일이 존재하던 공간에 모래를 효과적으로 채워 넣을 수 있으므로 주변의 땅이 침하하는 것을 방지할 수 있다.

그 밖에, 지질이 연약한 곳에서는 필요한 경우 내부 공간을 통하여 자갈 등을 다져 넣어 지반의 지질을 개량할 수 있고, 원하는 경우에는 내부 공간을 통하여 물을 퍼 올려 시트파일 주변의 지하수위를 낮출 수도 있으며, 시트파일의 단면이 파이프 형태가 되는 만큼 지지력도 강해진다.

Claims (5)

1. 상단에는 진동해머를 장착하는 진동해머 장착부가 있고, 좌우 양단에는 상단부터 하단까지 이웃하는 시트파일과 서로 맞물려 연결되도록 걸림턱이 형성되어 있고, 진동해머 장착부의 바로 아래부터 하단까지 상단은 물 또는 압축공기 주입구를 제외한 부분은 막혀 있고 하단은 열려 있는 물 또는 압축공기가 주입되는 공간이 형성되어 있는 시트파일.
2. 시트파일 상단의 진동해머 장착부에 진동해머를 장착하고, 펌프 또는 컴프레서로 물 또는 압축공기 주입구를 통하여 물 또는 압축공기를 주입하면서 진동해머로 진동을 가하여 시트파일을 땅에 박고, 깔때기를 이용하여 모래를 시트파일의 내부 공간에 투입하면서 파일을 올렸다 내렸다 하면서 뽑아 올려 시트파일이 있었던 공간을 메우면서 시트파일을 뽑는 시트파일의 사용방법.
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