KR100714060B1

KR100714060B1 - 이단지지 파일의 시공방법

Info

Publication number: KR100714060B1
Application number: KR1020050126903A
Authority: KR
Inventors: 송기용
Original assignee: 송기용
Priority date: 2005-12-21
Filing date: 2005-12-21
Publication date: 2007-05-02

Abstract

본 발명은 기초 또는 지반의 내력을 보강하기 위해 지중에 매설되는 파일로서 선단부와 후단부 사이에 이들보다 큰 외경을 갖는 중간확대부를 마련함으로 지지력을 이단으로 분산시켜 지지효과를 극대화한 이단지지 파일을 교차지반에 굴착을 겸한 직타공법으로 적용하는 이단지지파일의 시공방법에 관한 것이다.

본 발명은 굳기에 따라 지표면에서부터 순차적으로 제1연약층, 중간층, 제2연약층, 지지층을 포함하여 구성되되 상기 제1연약층과 제2연약층은 파일의 직타가 가능하나 상기 중간층과 지지층은 파일의 직타가 곤란한 굳기로 이루어진 교차지반의 내력을 보강하기 위해, 상기 제2연약층 두께 이상의 길이를 가지는 선단부; 상기 선단부에서 이어지며 선단부 외경보다 큰 외경을 가지는 중간확대부; 및, 상기 중간확대부에서 이어지며 중간확대부 외경보다 작은 외경을 가지는 후단부;를 포함하여 구성된 이단지지 파일을 지중에 매설하는 방법으로서,

(a)상기 이단지지 파일의 중간확대부 직경보다 크게 지반을 중간층까지 굴착하고 충진재를 충진하는 단계; (b)굴착 지반 내에 상기 이단지지 파일을 삽입하는 단계; 및, (c)상기 이단지지 파일을 직타하여 이단지지 파일의 선단부를 제2연약층에 관입시킨 후 경타하여 지지층에 정착시키는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 이단지지 파일의 시공방법을 제공한다.

이단지지, 파일, 직타, 굴착, 지지력

Description

이단지지 파일의 시공방법{Construction method of two-step supporting pile}

도 1은 종래의 헤드확장형 파일을 도시한 도면이다.

도 2는 본 발명에 적용되는 이단지지 파일의 개념도이다.

도 3은 본 발명에 적용되는 이단지지 파일의 실시예의 단면도이다.

도 4 및 도 5는 본 발명에 적용되는 이단지지 파일의 실시예와 이의 시공방법을 도시한 도면이다.

도 6 및 도 7은 본 발명에 적용되는 이단지지 파일의 다른 실시예와 이의 시공방법을 도시한 도면이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10: 이단지지 파일 11: 선단부

12: 중간확대부 13: 후단부

20: 충진재

E1: 제1연약층 E2: 중간층

E3: 제2연약층 E4: 지지층

본 발명은 이단지지 파일의 시공방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 기초 또는 지반의 내력을 보강하기 위해 지중에 매설되는 파일로서 선단부와 후단부 사이에 이들보다 큰 외경을 갖는 중간확대부를 마련함으로 지지력을 이단으로 분산시켜 지지효과를 극대화한 이단지지 파일을 교차지반에 굴착을 겸한 직타공법으로 적용하는 이단지지파일의 시공방법에 관한 것이다.

일반적으로 구조물의 기초를 안전하게 지탱하기 위하여 기초를 보강하거나 지반의 내력을 보강하는 지정공사가 행해진다. 지정공사는 구체적인 방식에 따라 다짐지정(잡석지정, 모래지정, 자갈지정 등), 뗏목지정, 피어지정, (기성)파일지정, 제자리콘크리트파일지정으로 구분되며, 구조물의 하중, 지반 조건, 시공 여건 등을 고려하여 선택된다. 이중 파일지정은 가장 보편적으로 사용되는 방법으로, 파일을 지중에 매설하여 파일 선단의 선단지지력과 파일 측면의 마찰지지력으로 내력을 발휘하도록 하는 방식이다.

파일지정은 그 시공법에 따라 직타공법, 굴착공법으로 구분된다. 직타공법은 파일을 세운 다음 위에서 타격하여 지반에 강제로 관입시키는 방법이다. 항타에너지에 의하여 강제로 삽입될 때 파일축이 주변의 흙을 밀어 밀착시키면서 관입 되므로 파일의 외부 지지력이 좋다는 이점이 있는 반면, 수직 관입에 어려움이 있고 연약층의 지반에만 제한적으로 적용가능하며 진동과 소음으로 도심지에의 적용이 곤란하다는 시공상의 단점이 있다.

굴착공법은 굴착기로 미리 지반을 굴착한 후 파일을 관입하는 방법(물론, 시멘트 그라우트와 같은 고결재로 파일 선단부만을 고정하거나, 콘크리트와 충진재를 채워 파일 전체를 고정할 수도 있음)으로, 직타공법의 시공상의 문제점을 해결하므로 많이 이용된다. 그러나, 굴착공법에 의해 관입된 파일은 지반을 파일의 직경보다 크게 굴착한 후 관입되기 때문에 측면마찰력을 크게 발휘하지 못하고 주로 선단지지력만을 발휘하게 되므로, 굴착공법은 직타공법에 비해 주변마찰력을 상실한다고 할 수 있다.

한편, 일반적으로 파일은 강재, 콘크리트재 등의 재료를 단일형상으로 제작하여 사용된다. 다만, 최근에는 단일형상 파일의 지지력 향상을 위해 도 1과 같은 헤드확장형 파일이 제안되고 있다. 헤드확장형 파일은 선단부에 파일의 직경보다 큰 직경을 갖는 보강부를 장착하여 선단부의 직경을 확대시킨 형태의 파일로서, 선단면과 지반과의 접지면적을 확장시켜 선단지지력을 증대시킨 것이다.

그러나, 이와 같은 헤드확장형 파일은 선단면이 확장되는 형태이기 때문에 직타공법을 적용하여 시공하는 경우에는 항타에너지가 분산되어 파일 관입이 용이하지 않다는 문제를 가지며, 굴착방법을 적용하여 시공하는 경우에는 굴착하여 파일을 관입시킨 후 경타하여 지지층에 정착시키게 되는데 경타시 선단면 아래 지반 을 다지는 것이 되어 파일 정착이 곤란하다는 문제를 갖는다.

삭제

본 발명의 목적은 이단지지파일을 교차지반에 굴착을 겸한 직타공법으로 적용함으로 중간의 굳기가 단단한 층을 중간지지층으로 활용할 수 있게 된 이단지지 파일의 시공방법을 제공하는 것이다.

삭제

상기한 목적달성을 위해 본 발명은, 굳기에 따라 지표면에서부터 순차적으로 제1연약층, 중간층, 제2연약층, 지지층을 포함하여 구성되되 상기 제1연약층과 제2연약층은 파일의 직타가 가능하나 상기 중간층과 지지층은 파일의 직타가 곤란한 굳기로 이루어진 교차지반의 내력을 보강하기 위해, 상기 제2연약층 두께 이상의 길이를 가지는 선단부; 상기 선단부에서 이어지며 선단부 외경보다 큰 외경을 가지는 중간확대부; 및, 상기 중간확대부에서 이어지며 중간확대부 외경보다 작은 외경을 가지는 후단부;를 포함하여 구성된 이단지지 파일을 지중에 매설하는 방법으로서,
(a)상기 이단지지 파일의 중간확대부 직경보다 크게 지반을 중간층까지 굴착하고 충진재를 충진하는 단계; (b)굴착 지반 내에 상기 이단지지 파일을 삽입하는 단계; 및, (c)상기 이단지지 파일을 직타하여 이단지지 파일의 선단부를 제2연약층에 관입시킨 후 경타하여 지지층에 정착시키는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 이단지지 파일의 시공방법을 제공한다.

이하, 첨부한 도면 및 바람직한 실시예에 따라 본 발명을 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 적용되는 이단지지 파일의 개념도로, 본 발명의 이단지지 파일(10)은 도시하고 있는 바와 같이 선단부(11)와 후단부(13) 중간에 이들보다 외경이 큰 중간확대부(12)가 마련되도록 구성된다는데 특징이 있다. 즉, 지지력의 증대를 위해 종래에는 선단부를 확대시켰으나, 본 발명에서는 선단부(11)는 그대로 두고 중간부분을 확대시켜 단차를 형성하도록 한 것이다. 그 결과 파일 지지력은 선단부(11)와 중간확대부(12)로 분산시킬 수 있게 된다.

도 3은 본 발명에 적용되는 이단지지 파일의 실시예의 단면도로서, 분리된 두개의 부재로서 이단지지 파일을 제작하는 방법을 보여준다.

도 3(a)는 콘크리트로 제작되는 파일로서, 헤드확장형 파일처럼 헤드를 확장시킨 파일을 제작한 후 확장된 헤드에 선단부(11)를 이어서 제작한 것이며, 확장된 헤드가 곧 중간확대부(12)가 된다. 중간확대부(12)와 선단부(11)의 이음을 위해 중간확대부(12) 내부를 단턱으로 제작한 후 선단부(11)가 중간확대부(12)의 단턱에 수용되도록 구성하고 있다.

도 3(b)는 강관으로 제작되는 파일로서, 양면에 쐐기가 형성된 소정 두께의 강재플레이트가 두 개의 분리된 강관을 연결하도록 제작된 것이며, 강재플레이트가 곧 중간확대부(12)가 된다. 강재플레이트의 쐐기를 분리된 두 개의 강관에 각각 수용되도록 배치한 후 강재플레이트와 강관을 서로 용접하도록 구성하고 있으며, 그 결과 강재플레이트를 중심으로 하나의 강관은 선단부(11)가 되고 다른 하나의 강관은 후단부(13)가 되어 본 발명의 이단지지 파일(10)이 완성된다.

물론 도 3(b)과 같은 구조는 콘크리트 파일로도 제작할 수 있다. 즉, 통상 콘크리트 파일을 제작할 때 선단부에 보강판을 덧대어 제작하게 되는데 보강판을 선단부보다 확장시켜 헤드확장형 파일처럼 제작하고, 이렇게 제작된 헤드확장형 파일과 보강판이 덧대어진 콘크리트 파일(헤드확장형 파일로도 제작가능)을 보강판이 서로 맞닿도록 배치한 후 보강판을 용접접합하면 도 3과 같은 구조의 이단지지 파 일이 완성되는 것이다. 이렇게 완성된 이단지지 파일은 보강판이 강재플레이트로서 역할하여 곧 중간확대부가 될 것이다.

도 4 내지 도 7은 이단지지 파일의 실시예와 이의 시공방법을 도시한 도면으로, 도 4 및 도 5의 이단지지 파일(10)은 각각 선단부(11)의 길이와 선단부(11)에서 중간확대부(12)로 이어지는 형태에 따라 각각 구분되며, 도 6 및 도 7의 이단지지 파일의 시공방법은 직타단계의 포함여부에 따라 각각 구분된다.

도 4의 이단지지 파일(10)은 선단부(11)의 길이가 짧은 형태(대략 10~50㎝)로서, 선단부(11)에서 중간확대부(12)로 경사지게 이어지도록 형성된 예이다.

이와 같은 형태의 이단지지 파일(10)은 일반적인 지반에 굴착공법으로 적용할 때 종래의 헤드확장형 파일에 비해 유리하다. 왜냐하면 굴착 후 파일을 관입하고 나면 파일을 경타하여 지지층에 정착시키게 되는데, 도 5에서와 같이 경타시 선단부(11)가 지반을 압밀하면서 지지층에 안정적으로 정착하게 될 것이기 때문이다. 즉, 굴착 지반 내에는 잔토가 남아있기 쉬우며 한편으로 지지층이 불균일할 수 있으므로 이단지지 파일(10)을 경타하면 선단부(11)와 중간확대부(12)는 잔토와 함께 지지층을 압밀하게 되고 그 결과 선단부(11)는 지지층에 정착하게 되는 것이다. 이러한 선단부(11)의 정착을 고려할 때, 굴착공법에 적용되는 이단지지 파일(10)은 도 3과 같이 중간확대부(12)가 선단부(11)에서 경사지게 이어지도록 형성된 것을 채택하는 것이 선단부(11)가 쐐기역할을 하면서 정착할 수 있게 하여 더욱 바람직 할 것이다.

이로써, 선단부(11)와 중간확대부(12)는 단차를 형성하면서 지중에 매설되고, 선단부(11)는 물론 중간확대부(12) 또한 지반과 접지되므로 지지력은 선단부(11)와 중간확대부(12)로 분산될 것인 바 파일의 지지효과는 향상된다.

굴착공법에 의한 시공은 도 5에서와 같이 굴착기로 굴착하고, 굴착 지반 내에 충진재(20)를 충진한 후 파일을 관입시키고 이어 파일을 경타하여 지지층에 정착시키는 방법으로 진행된다. 다만, 상기 과정을 거치면서 충진재(20)가 손실될 수 있으므로, 이 경우에는 경타 후에 굴착 지반 내에 충진재(20)를 추가적으로 보충하여 밀실하게 마무리하도록 한다.

도 6의 이단지지 파일은 선단부(11)의 길이가 긴 형태의 것으로서, 선단부(11)에서 중간확대부(12)로 수직으로 이어지도록 형성된 예이다. 이와 같은 형태의 이단지지 파일(10)은 도 7과 같이 교차지반에 굴착공법과 직타공법을 겸하는 혼합공법으로 적용할 때 유리하게 적용할 수 있다. 즉, 후단부(13)와 중간확대부(12)는 굴착된 구간에 관입되도록 하고, 선단부(11)는 직타하여 관입되도록 하는 것이다. 이로써 직타구간의 선단부(11)는 선단지지력과 함께 측면의 마찰지지력을 발휘하게 될 것이고, 굴착구간의 중간확대부(12) 또한 지반 중간에서 지반과 맞닿아 선단지지력을 발휘하게 될 것인 바, 파일의 지지력은 분산되어 더욱 효과적이게 될 것으로 기대된다.

해안이나 매립지 등은 지표면에서 깊어질수록 굳기가 연속적으로 증가하는 형태로 조성되지 못하고 깊은 곳보다 얕은 곳이 더 단단하여 굳기가 불연속적인 교차지반으로 형성되기 쉽다. 즉, 도 7(a)와 같이 굳기에 따라 지표면에서부터 순차적으로 제1연약층(E1), 중간층(E2), 제2연약층(E3), 지지층(E4)을 포함하여 구성되되 상기 제1연약층(E1)과 제2연약층(E3)은 파일의 직타가 가능하나 상기 중간층(E2)과 지지층(E4)은 파일의 직타가 곤란한 굳기로 이루어질 수 있는 것이다. 이러한 교차지반에는 중간층(E2)의 존재로 파일을 직타공법으로 시공하기 곤란할 것이고, 굴착공법만으로 진행하기에도 대형장비의 요구 등 무리가 따른다. 이에, 본 발명에서는 도 6과 같이 선단부(11)가 제2연약층(E3) 두께 이상의 길이를 가지는 이단지지 파일(10)을 준비하고, 굴착을 중간층(E2)까지 이루어지도록 한 후 이단지지 파일(10)을 직타하여 이단지지 파일의 선단부(11)를 제2연약층(E2)에 관입 통과시키고 이어 경타하여 지지층(E4)에 정착시킬 것을 제안하고 있다.

이로써 중간확대부(12) 또한 중간층(E2)에 정착하게 되므로 중간층(E2)은 중간확대부(12)를 지지하는 중간지지층으로 역할하게 될 것이고, 나아가 침하가 발생한다면 중간확대부(12)는 중간층(E2)에 걸리는 걸림턱으로 작용하여 침하를 억제하는 역할을 하게 된다. 이러한 중간확대부(12)의 역할을 고려할 때, 혼합공법에 적용되는 이단지지 파일(10)은 도 5와 같이 중간확대부(12)가 선단부(11)에서 수직으로 이어지도록 형성된 것이 바람직하다.

혼합공법에 의한 시공은 도 7에서와 같이 굴착기로 굴착하고, 굴착 지반 내에 충진재(20)를 충진한 후 파일을 관입시키고 이어 파일을 직타하고 다시 경타하여 지지층(E4)에 정착시키는 방법으로 진행된다. 다만, 상기 과정을 거치면서 충 진재(20)가 손실될 수 있으므로, 이 경우에는 경타 후에 굴착 지반 내에 충진재(20)를 추가적으로 보충하여 밀실하게 마무리하도록 한다.

이상과 같은 본 발명에 따르면, 기초 또는 지반의 내력을 보강하기 위해 지중에 매설되는 파일로서 선단부와 후단부 사이에 이들보다 큰 외경을 갖는 중간확대부를 마련함으로 지지력을 이단으로 분산시켜 지지효과를 극대화할 수 게 된다. 또한, 선단부를 그대로 둔 채 중간확대부를 마련함으로 굴착 후 경타시에 지반이 다져지면서 선단부가 정착되어 파일 정착에 유리할 것으로 기대되며, 이러한 이단지지 파일을 교차지반에 굴착을 겸한 직타공법으로 적용함으로 중간의 굳기가 단단한 층을 중간 지지층으로 활용할 수 있을 것이다.

Claims

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굳기에 따라 지표면에서부터 순차적으로 제1연약층, 중간층, 제2연약층, 지지층을 포함하여 구성되되 상기 제1연약층과 제2연약층은 파일의 직타가 가능하나 상기 중간층과 지지층은 파일의 직타가 곤란한 굳기로 이루어진 교차지반의 내력을 보강하기 위해, 상기 제2연약층 두께 이상의 길이를 가지는 선단부; 상기 선단부에서 이어지며 선단부 외경보다 큰 외경을 가지는 중간확대부; 및, 상기 중간확대부에서 이어지며 중간확대부 외경보다 작은 외경을 가지는 후단부;를 포함하여 구성된 이단지지 파일을 지중에 매설하는 방법으로서,

(a)상기 이단지지 파일의 중간확대부 직경보다 크게 지반을 중간층까지 굴착하고 충진재를 충진하는 단계;

(b)굴착 지반 내에 상기 이단지지 파일을 삽입하는 단계; 및,

(c)상기 이단지지 파일을 직타하여 이단지지 파일의 선단부를 제2연약층에 관입시킨 후 경타하여 지지층에 정착시키는 단계;

를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 이단지지 파일의 시공방법.