KR100728103B1

KR100728103B1 - 토목구조물 지중파일용 오거 및 그것을 이용한 지중파일시공방법

Info

Publication number: KR100728103B1
Application number: KR1020060112939A
Authority: KR
Inventors: 이용준
Original assignee: (주) 경화엔지니어링
Priority date: 2006-11-15
Filing date: 2006-11-15
Publication date: 2007-06-13

Abstract

본 발명은 토목구조물 지중파일용 오거 및 그것을 이용한 지중파일 시공방법에 관한 것으로, 굴착공의 굴착작업과 파일의 매립 작업을 동시에 진행하여 파일 시공 작업을 단순화하고, 토사 배출량을 줄일 수 있도록 하며, 크레인에 연결되는 칼럼(10)과; 상기 칼럼에 승강 가능하게 장착되는 굴착모터(20)와; 상기 굴착모터로부터 동력을 전달받아 회전하며 외주면에 토사배출띠가 형성된 굴착케이싱(30)과; 상기 칼럼에 승강 가능하게 장착되며 상기 굴착케이싱의 외주부에 끼워진 관형 파일의 상단부를 고정하는 파일 홀더(50)와; 상기 굴착케이싱의 하단부에 설치되어 지반을 굴착하는 굴착캠(40)을 포함하고, 상기 굴착캠은, 상기 굴착케이싱의 하단부에 장착되는 몸체(41), 상기 굴착케이싱의 정,역회전에 따라 자유단부가 상기 몸체로부터 출몰하는 다수의 비트(42)를 포함하며, 이에 의하여, 상기 비트가 상기 굴착케이싱의 정회전시 상기 파일의 외부로 돌출되어 굴착하고 역회전시 상기 파일의 안쪽에 삽입되어 상기 파일이 상기 지중에 박히도록 구성된다.

오거, 파일, 굴착, 비트

Description

토목구조물 지중파일용 오거 및 그것을 이용한 지중파일 시공방법{AUGER FOR ENGINEERING WORK UNDERGROUND PILE AND METHOD FOR CONSTRUCTING UNDERGROUND PILE USING IT}

도 1은 본 발명에 의한 토목구조물 지중파일용 오거의 설치 상태도.

도 2는 본 발명에 의한 토목구조물 지중파일용 오거에 적용된 굴착캠의 저면 사시도.

도 3a와 도 3b는 각각 본 발명에 의한 토목구조물 지중파일용 오거에 적용된 굴착캠의 작동을 보인 저면도.

도 4는 본 발명에 의한 토목구조물 지중파일용 오거에 적용된 굴착캠의 다른 예시도.

도 5와 도 6은 본 발명에 의한 토목구조물 지중파일용 오거를 이용한 지중파일 시공 공정도.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명>

10 : 칼럼, 20 : 굴착모터

30 : 굴착케이싱, 40 : 굴착캠

42 : 비트, 50 : 파일 홀더,

본 발명은 토목구조물 지중파일용 오거 및 그것을 이용한 지중파일 시공방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 굴착공의 굴착작업과 파일의 매립 작업을 동시에 진행하여 파일 시공 작업을 단순화하고, 토사 배출량을 줄일 수 있도록 한 토목구조물 지중파일용 오거 및 그것을 이용한 지중파일 시공방법에 관한 것이다.

현대의 건축물은 날로 고층화 및 대형화는 추세에 있으며, 이러한 고층의 건축물은 자중에 의한 수직하중이나 풍력을 크게 작용받게 되는 바, 이러한 건축물은 지층을 관통하여서 지반층에 받쳐지는 지지말뚝으로 지지되는 구조로서 시공되었다.

이와 같이 고층의 건축물을 시공함에 있어 필수적으로 할 수 있는 말뚝공사는 항타기 등으로 타격하여 지중에 말뚝을 직접적으로 박아넣는 충격식과, 오거(Auger)를 회전시켜 굴착공을 천공한 후 그 굴착공 내에 말뚝을 근입하는 천공식으로서 대별된다. 충격식 말뚝공사는 주로 경암지반의 건축물 공사에 적용되는 반면에, 천공식 말뚝공사는 연약지반의 건축물 공사에 주로 적용되며 소음 발생을 방지할 수 있는 이점을 가지는 것으로 알려져 있다. 상기한 바와 같이 연약지반에 적용되는 천공식 말뚝공사는, 굴착장비에 장착된 오거로서 지중 굴착작업을 수행하여서 지지말뚝을 근입시킬 수 있도록 지반층까지 천공하고, 천공된 굴착공으로부터 오거를 인발한 후에 그 굴착공 내에 지지말뚝을 근입시켜서 설치하게 됨으로써, 기 성말뚝 설치작업 중에 소음 발생을 방지할 수 있는 이점을 가지게 되었다.

종래 기술에 의한 오거의 작동을 간략히 설명하면, 굴착케이싱을 회전 및 하강시켜 상기 굴착케이싱 하단에 설치된 굴착캠에 의해 굴착공을 천공하며, 그 과정에서 굴착공 내의 토사가 상기 굴착케이싱 외주면에 형성된 토사배출띠를 통해 지상으로 배출된다. 이처럼 굴착작업을 완료한 후 상기 굴착공 내에서 상기 굴착케이싱을 인출하고, 상기 굴착공에 파일을 근입한 후 시멘트 페이스트를 주입하여 상기 파일을 매립한다.

그러나, 종래 기술에 의한 오거는 다음과 같은 문제점이 있다.

파일의 매립을 위한 작업이 굴착공 굴착 및 파일 매립의 공정으로 구분되어 반드시 굴착공을 먼저 굴착한 후 상기 굴착공에서 굴착케이싱을 인출하고, 이어서, 이 굴착공(굴착케이싱이 인출된 빈 상태) 내에 파일을 근입한 후 시멘트 페이스트를 주입하여 매립하여야 하므로 작업이 번거로워 공기가 길어지는 문제점이 있다.

그리고, 굴착공의 굴착시 발생된 토사의 전량이 지상으로 배출되어 배출된 토사의 처리(운반 등)를 위한 부대비용이 증가되는 문제점도 있다.

본 발명은 상기한 종래 문제점을 해결하기 위한 것으로, 굴착공의 굴착작업과 파일의 매립 작업을 동시에 진행하여 파일 시공 작업을 단순화할 수 있는 토목구조물 지중파일용 오거 및 그것을 이용한 파일 시공방법을 제공하려는데 그 목적이 있다.

그리고, 본 발명의 다른 목적은 굴착공의 굴착시 발생되는 토사의 배출량을 줄여 배출 토사의 처리를 위한 비용을 절감하려는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 토목구조물 지중파일용 오거는, 굴착모터에 의해 양방향으로 회전하는 굴착케이싱과; 상기 굴착케이싱의 하단부에 장착되어 상기 굴착케이싱의 회전에 의해 상기 굴착케이싱의 외부로 돌출되어 지반을 굴착하는 굴착캠과; 상기 굴착케이싱의 둘레부에 결합되어 상기 굴착케이싱과 함께 지중 내에 삽입되는 파일을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

도 1에서 보이는 것처럼, 본 발명에 의한 토목구조물 지중파일용 오거(100)는, 크레인 등의 중장비(1)에 연결되는 칼럼(10)과, 칼럼(10)에 승강 가능하게 장착되는 굴착모터(20)와, 굴착모터(20)에 축 결합되어 굴착모터(20)에 의해 회전하는 한편 칼럼(10)에 승강 가능하게 연결되며 외주면에 나선형 토사배출띠(31)가 형성된 굴착케이싱(30)과, 굴착케이싱(30)의 하단부에 설치되어 지반을 굴착하는 굴착캠(40)과, 그리고, 칼럼(10)에 승강 가능하게 장착되며 지중에 매립될 관형 파 일(이하 강관 파일로 칭함)(2)을 고정하는 파일 홀더(50)로 구성되며, 이하 각 구성요소를 구체적으로 설명한다.

칼럼(10)은 유압실린더(3)를 통해 각도 조절 가능하게 중장비(1)에 연결되는 것으로, 전면에 굴착모터(20)와 파일 홀더(50)의 승강을 안내하는 가이드레일(11)이 형성된다. 굴착케이싱(30)은 칼럼(10)에 승강가능하게 설치되는 것으로, 굴착케이싱(30)의 승강을 위한 승강수단은 예컨대, 2개의 승강모터(60), 각각의 승강모터(60)에 축 결합되는 권취드럼(61), 권취드럼(61)에 감기며 단부가 굴착모터(20)와 파일 홀더(50)에 각각 연결되어 굴착모터(20)와 파일 홀더(50)를 승강시키는 와이어(62)(권취드럼(61)에 감기거나 풀리는 모든 것이 사용 가능)로 구성될 수 있다. 즉, 도면에는 하나만 도시되었지만 2개의 승강수단이 각각 굴착케이싱(30)과 강관 파일(2)을 승강시키는 것이다.

굴착모터(20)는 굴착케이싱(30)을 양방향으로 회전시켜 후술하는 굴착캠(40)의 비트(42)의 회전에 의한 추진력에 의해 굴착공을 천공하도록 하는 것으로, 칼럼(10)의 가이드레일(11)에 승강 가능하게 연결되며, 일방향(설명의 편의를 위해 정방향으로 칭함)으로 회전하여 굴착을 진행하며 강관 파일(2)의 매립시 반대방향(역방향)으로 회전하여 강관 파일(2)의 내부에서 인출된다.

상술한 유압실린더(3), 굴착모터(20), 승강모터(60)는 크레인(1)의 운전실에 설치된 조작부에서 조정되도록 구성된다.

굴착케이싱(30)은 원통형이면서 외주면에 토사배출띠(31)가 형성되며 그 외경이 강관 파일(2)의 내경보다 작게 형성된 구조이며, 그 상단부가 굴착모터(20)에 축 결합되어 굴착모터(20)의 회전력에 의해 양방향으로 회전한다.

도 2에서 보이는 것처럼, 굴착캠(40)은 굴착케이싱(30)의 하단부에 장착되는 몸체(41), 몸체(41)의 정,역회전에 따라 몸체(41)에 대해 출몰하여 굴착하는 다수의 비트(도면에는 3개로 도시됨)(42)로 구성된다.

비트(42)는 일측 단부가 몸체(41)에 힌지(43) 결합되며 타측의 자유단부에 지반을 용이하게 굴착할 수 있도록 후크 타입의 레이크(42a)가 형성된다.

비트(42)는 몸체(41) 내에서 일정 궤적 안에서만 동작하여야 하므로 비트(42)의 동작을 구속하기 위한 스토퍼가 형성된다. 상기 스토퍼는 다양한 형태가 가능할 것이지만, 예를 들어 비트 구동홈(44)일 수 있다. 즉, 비트 구동홈(44)의 양측에 각각 비트(42)의 회전을 구속하는 스토퍼용 걸림턱(44a,44b)이 형성되어 비트(42)가 비트 구동홈(44) 내에서만 회전하게 되는 것이다.

본 발명은 굴착공의 천공과 함께 강관 파일(2)을 굴착공에 삽입할 수 있는 것인바, 굴착과정과 굴착케이싱(30)의 인출시 굴착캠(40)과 강관 파일(2)간에 간섭이 일어나지 않아야 할 것이며, 즉, 도 3a에서와 같이, 굴착시에는 비트(42)가 몸체(41)로부터 돌출되어야 하고, 도 3b와 같이, 굴착케이싱(30)의 인출시에는 비트(42)가 몸체(41)의 안쪽에 삽입되어 몸체(41)의 외주면보다 돌출되지 않는다.

이를 위하여 예컨대, 도 3a와 도 3b에서와 같이, 비트 구동홈(44)의 양측 변의 길이(D1,D2)가 서로 다르도록 비트 구동홈(44)의 형상을 설계한다. 여기서, 비트(42)의 크기와 비트 구동홈(44)의 양측 변의 길이에 따라 비트(42)가 출몰할 수 있는 것이므로 비트(42)와 비트 구동홈(44)을 구체적인 수치로 한정하지는 않는다.

다르게는 도 4에 도시된 것처럼, 비트 구동홈(44)을 제1걸림턱(44a)에서 제2걸림턱(44b)으로 갈수록 점진적으로 경사지게 형성하여 비트(42)를 출몰 가능하게 할 수 있다. 즉, 제1걸림턱(44a)의 길이(L1)보다 제2걸림턱(44b)의 길이(L2)가 길기 때문에 비트(42)가 제1걸림턱(44a)에 접하면 자유단부가 몸체(41)보다 돌출되며 제2걸림턱(44b)에 접하면 몸체(41) 안쪽으로 삽입된다. 이 경우 비트 구동홈(44)의 경사는 비트(42)의 길이, 비트 구동홈(44)의 궤적과 밀접한 관계를 맺고 있는 것으로서, 상기한 요소들과 함께 적절히 조절될 수 있다.

비트(42)는 굴착케이싱(30)의 인출시 몸체(41) 안쪽으로 복귀되도록 복귀수단이 더 갖추어질 수 있다. 상기 복귀수단은 자체 탄성력을 갖고 있는 스프링이 사용된다.

파일 홀더(50)는 칼럼(10)의 가이드레일(11)에 승강 가능하게 연결되며 강관 파일(2)의 상단부를 고정하여 굴착케이싱(30)과 다른 승강수단(상술한 승강모터, 권취드럼, 와이어로 구성됨)에 의해 강관 파일(2)을 승강시킨다. 파일 홀더(50)는 굴착캠(40)의 비트(42)의 작동시 간섭되지 않도록 강관 파일(2)을 고정하는 것으로, 그 고정구조는 공지된 것이므로 구체적으로 설명하지는 않는다.

도면 중 미설명 부호 45는 굴착시 중심을 잡기 위해 돌출 형성된 센터이며, 44c는 비트(42)의 레이크(42a)가 안착되는 안착홈이다.

본 발명에 의한 토목구조물 지중파일용 오거를 이용한 지중파일 시공방법을 설명하면 다음과 같다.

(S10) 강관 파일 고정. 굴착케이싱(30)의 둘레부에 강관 파일(2)을 끼운 후 강관 파일(2)의 상단부를 파일 홀더(50)에 고정한다. 강관 파일(2)을 고정한 후 중장비(1)의 운전실에서 조작부를 통해 유압실린더(3)를 작동하여 칼럼(10)을 지면에 대해 수직으로 세운다. 이렇게 되면 굴착케이싱(30)과 강관 파일(2)이 지면에 대해 수직을 유지하게 된다(도 1 참조). 이때, 굴착시 발생되는 토사의 배출을 위하여 파일 홀더(50)는 굴착케이싱(3)의 상단부로부터 일정 거리 이격된 곳에 배치되며, 굴착캠(40)의 비트(42)는 미도시된 복귀수단에 의해 도 3b와 같이 제2걸림턱(44b)에 접하여 몸체(41)의 안쪽에서 외부로 돌출되지 않은 상태이다.

(S20) 굴착. 굴착모터(20)를 통해 굴착케이싱(30)을 정방향으로 회전시키면 굴착케이싱(30)은 강관 파일(2) 내부에 공회전하게 된다. 굴착케이싱(30)이 정회전하게 되면 원심력에 의해 비트(42)는 힌지(43)의 안내를 받아 비트 구동홈(44) 내에서 회전하다가 제1걸림턱(44a)에 접하게 된다. 이처럼 비트(42)가 회전하게 되면 비트(42)의 자유단부인 레이크(42a)가 강관 파일(2)의 외경보다 돌출되어 굴착을 진행하게 된다. 이와 같이 굴착케이싱(30)이 정회전함에 따라 비트(42)에 의해 굴착공이 생성된다. 이때, 강관 파일(2)과 굴착공의 사이에는 틈이 형성된다.

이어서, 승강모터(60)를 통해 굴착케이싱(30)과 파일 홀더(50)를 하강시켜 굴착과 함께 진입이 동시에 이루어지도록 한다(도 5 참조).

굴착시 지반 내의 토사 중 일부는 굴착케이싱(30)의 토사배출띠(31)를 통해 지상으로 이동하여 배출되고, 일부 토사는 강관 파일(2)과 굴착공 사이의 틈으로 배출되어 강관 파일(2)과 굴착공 사이에는 토사가 채워지게 된다. 따라서, 강관 파일(2)이 강관 파일(2)과 굴착공 사이에 채워진 토사에 의해 지지되어 굴착공 내에 서 움직이지 않게 된다.

(S30) 강관 파일 매립. 굴착이 완료되면 굴착모터(20)를 통해 굴착케이싱(30)을 역방향으로 회전시킨다. 굴착케이싱(30)이 역회전하면 도 3a의 상태에서 비트(42)가 도 3b와 같이 회전하여 몸체(41)의 안쪽에서 외부로 돌출되지 않는다.

비트(42)가 몸체(41) 안쪽으로 배치되면 굴착케이싱(30)과 강관 파일(2)간에 간섭이 일어나지 않으며, 이어서, 승강수단을 통해 굴착케이싱(30)과 파일 홀더(50)를 상승시키면 굴착케이싱(30)이 굴착공에서 인출되며, 강관 파일(2)은 굴착공 내에 삽입된 상태를 유지한다.

이로써, 강관 파일(2)의 시공작업을 종료한다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 토목구조물 지중파일용 오거 및 그것을 이용한 지중파일 시공방법에 의하면, 굴착공의 굴착과 강관 파일의 삽입이 한 번의 공정을 통해 이루어져 파일의 시공작업이 단순화됨에 따라 공기를 단축할 수 있다.

그리고, 굴착시 발생되는 일부 토사가 강관 파일과 굴착공 사이에 채워져 토사 배출량이 적어지기 때문에 지상으로 배출되는 토사의 처리(운반 등)를 위한 비용을 절감할 수 있는 등의 효과가 있다.

이상, 본 발명을 본 발명의 원리를 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 그와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용으로 한정되는 것이 아니다. 오히려, 첨부된 청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.

Claims

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크레인에 연결되는 칼럼과; 상기 칼럼에 승강 가능하게 장착되는 굴착모터와; 상기 굴착모터로부터 동력을 전달받아 회전하며 외주면에 토사배출띠가 형성된 굴착케이싱과; 상기 칼럼에 승강 가능하게 장착되며 상기 굴착케이싱의 외주부에 끼워진 관형 파일의 상단부를 고정하는 파일 홀더와; 상기 굴착케이싱의 하단부에 설치되어 지반을 굴착하는 굴착캠을 포함하고,

상기 굴착캠은, 상기 굴착케이싱의 하단부에 장착되는 몸체, 상기 몸체의 저면에 형성되는 호형 단면의 비트 구동홈, 상기 비트 구동홈의 내부에 힌지 결합되며 상기 굴착케이싱의 정,역회전에 따라 자유단부가 상기 몸체로부터 출몰하는 다수의 비트를 포함하며, 이에 의하여, 상기 비트가 상기 굴착케이싱의 정회전시 상기 파일의 외부로 돌출되어 굴착하고 역회전시 상기 파일의 안쪽에 삽입되어 상기 파일이 상기 지중에 박히도록 구성되는 토목구조물 지중파일 오거에 있어서,

상기 비트 구동홈은 바닥면이 일측으로 갈수록 경사지게 형성되어 양측 변의 길이가 서로 다르며 상기 비트는 상기 비트 구동홈의 경사진 바닥면을 따라 회전하면서 상기 굴착캠에서 출몰하는 것을 특징으로 하는 토목구조물 지중파일 오거.
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