KR100729380B1 - 강관말뚝체결장치 및 보조말뚝을 이용한 항타공법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 강관말뚝체결장치 및 보조말뚝을 이용한 항타공법에 관한 것으로, 보조말뚝을 이용한 항타공법에 이용되며, 강관말뚝 형태의 보조말뚝; 상기 보조말뚝의 하단부에 마련되어 지중에 타입되는 강관말뚝 형태의 본말뚝과 상기 보조말뚝과의 체결 및 체결해제가 가능한 체결부;를 포함하여 이루어지는 강관말뚝체결장치에 있어서: 상기 체결부는, 상기 보조말뚝의 하단부로부터 연장되도록 마련되어, 상기 본말뚝의 일단이 상기 보조말뚝의 하단부에 접촉되도록 상기 본말뚝을 가이드하는 상광하협의 가이드부; 상기 보조말뚝의 하단부 내측에 마련되는 구동부; 상기 구동부의 일단에 마련되어 상기 구동부의 작동에 의하여 상기 보조말뚝의 하단부에 일단이 접촉되어 있는 상기 본말뚝의 내벽면을 밀착하여 체결시키거나 그 체결을 해제하는 체결구;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본말뚝, 보조말뚝, 항타

Description

강관말뚝체결장치 및 보조말뚝을 이용한 항타공법 {PILING METHOD AND PILE CONNECTOR THEREOF}

도 1은 일반적으로 말뚝체결장치 및 말뚝시공방법이 적용되는 일예를 보인 잔교식 접안시설의 단면도,

도 2는 각종 토목공사에 널리 적용되는 일반적인 널말뚝의 단면도,

도 3은 지상에 건축물을 구축하기 위한 종래 기초공사의 일예를 보인 단면도,

도 4는 본 발명의 바람직한 제 1 실시예에 따른 말뚝체결장치의 사시도,

도 5는 도 3의 말뚝체결장치와 이에 삽입되는 본말뚝간의 연결부분의 부분 절개 측면도,

도 6은 도 4의 말뚝체결장치의 보호덮개의 사시도,

도 7은 본말뚝과 연결된 도 3의 말뚝체결장치가 진동햄머에 고정된 상태를 나타내는 사시도,

도 8은 본 발명의 바람직한 제 2 실시예에 따른 말뚝체결장치와 이에 연결되는 본말뚝을 간략화한 단면도,

도 9는 도 8의 말뚝체결장치를 이용하여 본말뚝을 진동햄머로 타입하는 모습을 보인 시공도,

도 10은 본 발명의 바람직한 제 3 실시예에 따른 강관말뚝체결장치와 이에 연결되는 본말뚝을 간략화한 단면도,

도 11은 도 10의 보조말뚝과 체결부를 도시한 사시도.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100 : 말뚝체결장치 110 : 유압실린더

115 : 피스톤 로드 120 : 프레임

122 : 실린더 고정링 124 : 실린더 고정브라켓

130 : 케이싱 135 : 본말뚝 수용부

140 : 보조말뚝 150 : 회전식 체결구

152 : 제 1 수평봉 154 : 제 2 수평봉

160 : 유압호스 162 : 유압케이블

170 : 보호덮개 180 : 본말뚝

190 : 진동햄머 192 : 파일 클램프

300 : 말뚝체결장치 310 : 유압실린더

315 : 피스톤로드 320 : 고정브라켓

330 : 가이드부 331 : 공간부

340 : 보조말뚝 350a,350b : 체결구

352,354 : 제 1,2 연결구 351a,351b : 접촉구

356a,356b : 연결봉 380 : 본말뚝

본 발명은 지상 또는 해상에서 지중으로 강관말뚝을 타입하는 시공방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 종래보다 훨씬 간편하고 신속하게 강관말뚝을 시공할 수 있도록 하는 항타공법 및 강관말뚝체결장치에 관한 것이다.

일반적으로 각종 건축 및 토목공사에서는 건축물이나 구조물 등을 떠받치는 연약지반 등을 개량하기 위하여 말뚝공사를 시행하게 되는데 이러한 말뚝(pile)에는 주로 콘크리트 말뚝이나 강말뚝 등이 사용된다. 강말뚝으로는 H형 강말뚝이나 강관말뚝이 주로 사용되는데 이러한 강말뚝은 큰 항타응력에 견딜 수 있고, 자갈층이나 약한 암반층을 관통할 수 있으며, 지지력이 크다는 장점이 있다.

또한, 상기 말뚝 외에 널말뚝(sheet pile)은 흙막이벽으로 사용될 뿐만 아니라 차수성이 좋아서 물막이 공사에도 많이 사용되며, 소형 선박의 정박시설이나 대형 부두시설과 같은 항만구조물을 위한 연속벽을 세우는 데도 사용되고 있다.

도 1은 본 발명의 말뚝체결장치 및 말뚝시공방법이 적용되는 일예를 보인 잔교식 접안시설의 단면도이다. 도시한 바와 같이, 잔교식 접안시설은 강관말뚝 (steel pipe pile)의 기초위에 콘크리트로 상판(20)을 형성한 것인데, 상기 상판(20)에는 계선주(22)와 방충재(24)가 설치되는 것이 보통이다.

잔교식 접안시설에는 각종 화물선 등이 정박하여 콘테이너 등을 하역하게 되는데 화물선 등은 보통 그 크기가 대형인 경우가 많기 때문에 상기 잔교식 접안시설 주변은 일정한 수심을 유지해야 한다. 그런데, 잔교식 접안시설 근처의 화물선 등이 정박하는 위치의 해저면(50)은 수중에서의 각종 변화로 인하여 해마다 약간씩 상승하여 결과적으로 수심이 낮아지는 것이 보통이다. 또한 최근 점차 대형화 되어가는 선박의 크기 및 증가하는 교역량 등을 감안하면 낮은 수심은 선박 등의 접안시설로서는 치명적인 약점이라 할 것이다. 그리하여 상기 접안시설 부근의 해저면(50)을 각종 준설선(dredger)을 이용하여 준설하는 증심준설공사가 필요하게 되었다. 준설선을 이용하여 해저면(50)을 도시한 준설면(55)까지 준설하는 경우 상기 접안시설의 하부에 매설되는 피복석(30) 및 기초사석(35)이 유실되어 기초가 취약해진다는 문제가 발생하므로 통상적으로 널말뚝(40)을 시공하여 상기 피복석(30) 및 기초사석(35)의 유실을 방지하고 있다. 도 2는 상기와 같은 경우에 널리 사용되는 강널말뚝 및 강관널말뚝의 단면도이다.

그런데, 상기 널말뚝의 항타를 수행하기 위하여는 수면위에서 상기 널말뚝을 타격하여야 하며, 따라서 널말뚝의 항타가 가능한 널말뚝의 길이는 적어도 타입되는 길이와 타입되는 지점의 상부 수심의 깊이를 더한 길이이어야 한다. 이에 반해 타입된 후의 널말뚝은 수중으로 돌출될 필요가 없으며, 돌출된 부분이 있으면 곤란한 경우가 발생한다. 따라서 종래에는 두개의 널말뚝(40)을 용접하여 항타 인입한 후 수중에서 해저면 위로 돌출한 부위를 절단하는 방식으로 공사를 진행하였다. 그러나, 이러한 방법은 널말뚝간의 용접 및 타입후의 널말뚝의 절단작업에 소요되는 시간이 만만치 않아 공기가 길어지게 되어 공사비가 증가한다는 치명적인 단점을 가지며, 또한 작업자의 안전에도 문제가 많다. 또한 절단작업에 의하여 제거된 널말뚝의 경우 훼손되어 최종적으로는 더 이상 사용할 수 없게 되므로 공사비의 증가 를 가져오게 된다.

도 3은 지상에 건축물을 구축하기 위한 종래 기초공사의 일예를 보인 단면도이다. 최근 토지 이용의 극대화를 추구하기 위하여 해안지역을 매립하거나 연약지반을 개량하여 그 위에 건축물이나 구조물을 축조하는 경우가 많아지고 있는 실정인데, 보통 지상건물의 공사는 먼저 말뚝기초를 형성한 후 그 위에 건축물을 축조하게 되어 그다지 어렵지 않으나 지하공간을 확보하기 위하여 굴착공사를 하는 경우에는 지중에 인입한 말뚝(80)이 보통 군말뚝으로 시공되므로 장비사용의 제약 등으로 인한 어려움이 따른다.

일반적으로 연약지반에 지하 구조물을 구축하기 위한 방법은 크게 두가지로 분류할 수 있는데, 첫째는 차수를 위한 조치를 취한 후 원하는 지하 깊이까지 굴착을 먼저 수행하고 항타장비가 진입할 수 있도록 지반을 보강한 다음 말뚝을 시공하는 방법이 있다. 이러한 공법에서는 해안가의 지반처럼 매우 연약한 지반 상에서는 항타장비의 중량 및 크기에 따른 지반의 확보가 어려워 공사전에 치밀한 사전계획 및 토질에 대한 정확한 자료조사가 수반되어야 한다.

둘째는 우선 지상에서 말뚝기초를 시공한 후 일정 깊이로 굴착하는 공법이 있다. 이러한 공법은 전술한 공법에 비하여 개념상으로 단순하고 용이하다는 장점은 있으나 실제로는 말뚝의 절단작업과 굴착작업을 반복하게 되어 공기가 길어지게 되고 그에 따라 공사비가 상승한다는 단점이 있다. 특히 후자의 공법은 지반이 약하여 터파기를 시행한 후 항타작업을 수행할 수 없는 현장에서 주로 적용하기 위한 공법으로서 종래에는 흙을 걷어내면서 땅속에 박아 놓은 강관말뚝을 산소용접기나 기타의 방법으로 절단하고 굴착하는 작업을 반복하는 방식을 택하였다. 즉, 강관말뚝을 항타하여 시공하는 단계와, 상기 강관말뚝의 돌출된 상부를 절단하는 단계와, 이 상태에서 1차적인 터파기를 하는 단계를 포함하는 터파기와 절단작업이 반복하여 수행된다. 이와 같은 공법에서는 반복되는 굴착 및 절단작업에 의하여 잘려진 말뚝조각들을 재활용할 수 없게 되어 재료의 낭비를 가져와 공사자재비의 상승요인이 되고, 공기가 길어지며 수 회의 터파기를 위한 포크레인 등의 장비가 투입되어야 하는 등 공사의 효율성이 매우 떨어진다는 문제가 있다.

따라서 본 발명은 전술한 종래의 문제점에 착안하여 이를 해결하고자 안출한 것으로서, 본 발명의 목적은 종래의 말뚝공사에 있어서 비효율적인 말뚝간의 용접 및 절단작업을 생략할 수 있게 하여 공기를 단축하고 아울러 작업자의 안전을 확보할 수 있으며, 자재비를 절약하기 위한 것이다.

상기의 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, 보조말뚝을 이용한 항타공법에 이용되며, 강관말뚝 형태의 보조말뚝; 상기 보조말뚝의 하단부에 마련되어 지중에 타입되는 강관말뚝 형태의 본말뚝과 상기 보조말뚝과의 체결 및 체결해제가 가능한 체결부;를 포함하여 이루어지는 강관말뚝체결장치에 있어서: 상기 체결부는, 상기 보조말뚝의 하단부로부터 연장되도록 마련되어, 상기 본말뚝의 일단이 상기 보조말뚝의 하단부에 접촉되도록 상기 본말뚝을 가이드하는 상광하협의 가이드부; 상기 보조말뚝의 하단부 내측에 마련되는 구동부; 상기 구동부의 일단에 마련되어 상기 구동부의 작동에 의하여 상기 보조말뚝의 하단부에 일단이 접촉되어 있는 상기 본말뚝의 내벽면을 밀착하여 체결시키거나 그 체결을 해제하는 체결구;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기에 있어서, 상기 구동부는 피스톤 로드가 구비된 유압실린더인 것이 바람직하다.

상기에 있어서, 상기 체결구는 상기 피스톤 로드의 직선왕복운동에 의하여 회전하여 상기 본말뚝의 내벽면을 밀착하여 체결시키거나 그 체결을 해제시키는 회전식 체결구인 것이 바람직하다.

상기에 있어서, 상기 유압실린더는 상기 보조말뚝의 하단부 내부에 삽입되어 마련되며, 상기 가이드부는 상광하협의 판재 한쌍이 십자 형태로 교차되도록 배치되고, 상기 가이드부의 상부에는 상기 피스톤 로드가 직선왕복운동 할 수 있도록 공간부가 형성되는 것이 바람직하다.

본 발명의 다른 사상으로, 상기의 강관말뚝체결장치 중 어느 하나의 강관말뚝체결장치를 상기 본말뚝에 체결하는 단계; 항타장비로 상기 강관말뚝체결장치를 타격하여 상기 본말뚝을 지중에 타입하는 단계; 상기 강관말뚝체결장치와 상기 본말뚝간의 체결을 해제하여 상기 강관말뚝체결장치를 상기 본말뚝으로부터 분리하는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 및 이하에서 본말뚝과 보조말뚝을 체결한다 함은 용접과 같이 본말뚝과 보조말뚝이 일체로 형성되는 결합방법을 제외한 것이다. 본 발명의 기술적 특징은 용접 및 절단 작업을 시행하지 않고서도 보조말뚝을 이용하여 본말뚝을 시공할 수 있음에 특징이 있기 때문이다.

이하에서는 본 발명의 기술적 사상을 그 바람직한 실시예와 첨부한 도면을 참조하여 보다 상세하게 기술한다. 이하의 도면에서 동일한 참조부호는 동일한 기능과 작용을 하는 동일한 부재를 의미하는 것으로 한다.

도 4는 본 발명의 바람직한 제 1 실시예에 따른 말뚝체결장치의 사시도이며 도 5는 도 3의 말뚝체결장치와 이에 삽입되는 본말뚝간의 연결부분의 부분 절개 측면도이다.

본 발명의 제 1 실시예에 따른 말뚝체결장치(100)는 크게 케이싱(130), 보조말뚝(140), 프레임(120) 및 구동부를 포함하여 구성된다. 본 발명에서의 구동부는 수중에서 사용하기 적합한 유압실린더를 사용하는 것이 바람직하며, 제 1 실시예에서는 유압실린더(110)를 사용하는 것으로 설명하기로 한다.

상기 케이싱(130)은 상기 보조말뚝(140) 하단부의 외측면과 결합하는데 상기 케이싱(130) 내측면의 일부가 상기 보조말뚝(140) 하단부의 외측면의 일부와 겹치도록 용접 등으로 결합된다. 상기 보조말뚝(140)의 내측면에는 금속재 프레임(120)이 마련되어 상기 보조말뚝(140)에 결합되며, 상기 프레임(120)에는 유압실린더(110)가 실린더 고정링(122) 및 실린더 고정브라켓(124)을 이용하여 고정된다.

상기 유압실린더(110)는 그 내부의 피스톤(미도시)에 연결되는 피스톤 로드(115)를 포함하며, 피스톤 로드(115)는 유압에 의해 직선왕복운동을 하도록 구성되는 것이 바람직하다.

상기 피스톤 로드(115)에는 회전식 체결구(150)가 연결된다. 상기 회전식 체결구(150)는 상기 피스톤 로드(115)의 직선운동에 의하여 소정 각도로 회전할 수 있도록 상기 피스톤 로드(115) 및 상기 프레임(120)에 회전가능하게 결합된다. 즉, 상기 피스톤 로드(115)는 제 1 수평봉(152)에 결합되며 상기 제 1 수평봉(152)은 상기 회전식 체결구(150)에 회전가능하게 결합된다. 상기 회전식 체결구(150)는 제 2 수평봉(154)에 의하여 상기 프레임(120)에 회전가능하게 결합된다. 따라서, 상기 피스톤 로드(115)가 유압에 의하여 직선운동을 하게 되면 이에 연결된 상기 회전식 체결구(150)는 상기 제 2 수평봉(154)을 축으로 하여 회전운동을 하게 된다.

도면에서 미설명된 부호 160 및 162는 각각 유압호스 및 유압케이블을 나타낸 것이다.

상기 말뚝체결장치(100)의 작동원리를 도 4 및 도 5를 참조하여 설명하면 다음과 같다. 먼저, 지중에 타입되기 위한 본말뚝(180)의 하단부를 도 4의 본말뚝 수용부(135)에 삽입한 후 상기 유압실린더(110)를 작동하면, 상기 피스톤 로드(115)가 전진하면서 상기 회전식 체결구(150)를 일정각도로 회전시키게 된다. 상기 회전식 체결구(150)가 회전하면, 상기 회전식 체결구(150)의 하면이 상기 본말뚝(180)의 상면을 압박하여 상기 본말뚝(180)이 상기 회전식 체결구(150)의 하면과 상기 케이싱(130)의 내측면에 밀착됨으로써 상기 본말뚝(180)을 상기 말뚝체결장치(100)에 결합시키게 되는 것이다. 이때 상기 본말뚝(180)의 상단면은 상기 보조말뚝(140)의 하단면에 밀착하게 되어 후술하는 항타 공정에서 진동햄머에 의하여 상기 보조말뚝에 가해지는 충격이 상기 본말뚝에 전달될 수 있게 된다.

도 6은 도 4의 말뚝체결장치의 보호덮개의 사시도이다. 상기 보호덮개(170)는 상기 말뚝체결장치(100) 내부의 상기 유압실린더(110) 및 상기 유압케이블(162) 등을 보호하기 위한 것이다.

도 7은 본말뚝과 연결된 도 3의 말뚝체결장치가 진동햄머에 고정된 상태를 나타내는 사시도이다. 도면에 도시한 바와 같이, 상기 본말뚝(180)은 상기 말뚝체결장치(100)에 전술한 방법으로 연결되며 상기 말뚝체결장치(100)의 보조말뚝(140)의 머리부는 진동햄머(190)의 파일 클램프(192)에 밀착고정된다. 이제 상기 진동햄머(190)를 작동시키면 상기 진동햄머(190)의 진동충격에 의하여 상기 본말뚝(180)이 지중에 인입되는 것이다. 상기 본말뚝(180)을 지중에 모두 인입한 후 상기 유압실린더(110)를 다시 작동하면 상기 피스톤 로드(115)가 다시 후진하면서 상기 회전식 체결구(150)를 초기 방향과 반대방향으로 회전시켜 상기 본말뚝(180)과 상기 말뚝체결장치(100)간의 체결이 해제된다. 이후 상기 말뚝체결장치(100)를 본 말뚝에서 분리하면 하나의 말뚝시공이 완결된다.

전술한 바와 같이 본 발명에 의한 말뚝체결장치(100)를 사용하게 되면 말뚝을 연속하여 지중 또는 해저면에 인입하는 경우 말뚝끼리 용접하여 연결할 필요가 없을 뿐만 아니라 용접 후 연결한 말뚝을 절단하는 과정이 필요없게 된다. 따라서 말뚝의 용접 및 절단에 소요되는 시간을 대폭 줄일 수 있어 공기단축에 따른 공사비절감의 효과가 있다. 또한 말뚝의 용접 및 절단에 따른 위험이 제거되어 작업자의 안전에도 유리하다는 장점이 있다.

상기에서는 본 발명의 기술적 특징을 설명함에 있어서 수중에 강널말뚝 (steel sheet pile)을 시공하는 경우를 예로 들어 설명하였으나 본 발명의 기술적 특징은 다른 형태의 말뚝공사에도 널리 적용될 수 있으며 다음에 기술하는 말뚝체결장치도 그러한 것들 중의 하나이다.

상기 도 3과 관련하여 전술한 바와 같이 지상이나 지중에 건축물이나 구조물을 축조하는 경우에 종래처럼 터파기와 강말뚝을 절단하는 과정을 되풀이 하게 되면 공사기간이 길어져 공사비의 상승원인이 되며 아울러 작업자의 안전에도 문제가 있게된다.

따라서 전술한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명에서는 다음과 같은 말뚝체결장치를 제공한다. 도 8은 본 발명의 바람직한 제 2 실시예에 따른 말뚝체결장치와 이에 연결되는 본말뚝을 간략화한 단면도이다. 본 발명의 제 2 실시예에 따른 말뚝체결장치(200)는 주로 강관말뚝(steel pipe pile)의 시공에 적용되는 것으로 그 구성은 상기 제 1 실시예의 그것과 크게 다르지 않다. 다만 본말뚝(280)과 상기 말뚝체결장치(200)의 보조말뚝(240)이 강관말뚝이라는 점과 유압실린더(210)의 피스톤 로드(215)에 연결되는 회전식 체결구(250, 250a)가 상하로 두개가 구비된다는 점에서 차이가 있다. 즉, 상기 말뚝체결장치(200)는 본말뚝(280)과 보조말뚝(240)이 모두 강관말뚝인 경우에 주로 적용되는 것이므로 상기 제 1 실시예와는 달리 두 개의 회전식 체결구(250,250a)에 의하여 상기 본말뚝(280)이 상기 말뚝체결장치(200)에 체결되는데, 이는 상기 말뚝체결장치(200)의 상기 보조말뚝(240)에 후술할 진동햄머를 연결하여 항타할 때 항타의 충격력이 한쪽으로 치우치지 않고 고르게 상기 본말뚝(280)까지 전달되도록 하기 위한 것이다. 또한 미도시한 프레임이 상기 보조말뚝(240)의 내측면에 고정되며 상기 유압실린더(210)는 상기 프레임에 고정된다.

또한 제 2 실시예에서는 케이싱(230)이 실린더형상을 가지며 상기 케이싱의 양단은 경사지도록 테이퍼(235,235a)가 형성되는 것이 바람직한데, 이는 상기 말뚝체결장치(200)를 이용하여 지중에 본말뚝(280)을 항타 인입하는 경우 상기 본말뚝(280)의 머리부가 지상에 드러나지 않도록 완전히 인입되는 것을 좀 더 용이하게 하기 위한 것이다. 즉, 상기 테이퍼(235,235a)를 상기 케이싱(230)에 형성함으로써 상기 말뚝체결장치(200)의 일부가 지중에 인입되는 경우에도 인입저항이 감소되어 말뚝체결장치(200)의 파손을 막을 수 있는 것이다.

제 2 실시예의 작동원리를 설명하면 전술한 제 1 실시예에서와 마찬가지로 먼저 본말뚝(280)의 상단부를 상기 케이싱(230) 내부로 삽입한 후 상기 유압실린더(210)를 작동하여 상기 유압실린더(210) 내부의 피스톤(미도시)에 연결된 상기 피스톤 로드(215)가 직선운동을 하게 되면 상기 피스톤 로드(215)와 상기 프레임에 회전가능하게 결합되는 상기 상·하부 회전식 체결구(250,250a)가 각각 소정각도 회전하면서 삽입된 상기 본말뚝(280)의 상단부 내측면을 압박하여 상기 케이싱(230)에 밀착시키게 된다. 이때 상기 본말뚝(280)의 상단면은 상기 보조말뚝(240)의 하단면에 접촉하게 되며 따라서 진동햄머 등의 항타장비로 상기 보조말뚝(240)을 항타하는 경우 그 충격력이 그대로 상기 본말뚝(280)에 전달될 수 있게 된다.

도 9는 도 8의 말뚝체결장치를 이용하여 본말뚝을 진동햄머로 타입하는 모습 을 보인 시공도이다. 도시한 바와 같이 연약지반 등을 개량하기 위하여 말뚝을 인입시공하고 난 후 다시 터파기 등을 반복해야하는 종래의 경우와는 달리 본 발명에서는 상기 본말뚝(280)을 원하는 깊이로 항타 인입한 후 유압실린더(210)에 의하여 상기 말뚝체결장치(200)와 상기 본말뚝(280)의 결합을 해제한 후 상기 말뚝체결장치(200)를 상기 본말뚝(280)에서 분리하면 말뚝시공이 간단하게 끝난다. 따라서 종래에 비하여 공정자체가 매우 단순화되며 공정시간이 대폭 단축되는 효과가 있다. 도면의 미설명 부호 290 및 292는 각각 진동햄머 및 파일 클램프를 나타낸 것이다.

이하에서는 본 발명의 말뚝체결장치(100,200)를 사용하여 말뚝 또는 널말뚝을 시공하는 방법에 대하여 기술한다. 여기에서는 설명의 편의를 위하여 해저에 제 1 실시예에 의한 강널말뚝을 시공하는 경우를 예로 들어 설명한다.

지중 또는 수중의 해저면 아래에 말뚝을 인입하기 위하여는 먼저 지중에 인입하기 위한 본말뚝(180,280)을 말뚝 인입위치에 설치해야 한다. 예를 들어, 수면 아래의 해저면에 강널말뚝 타입공사를 하는 경우에는 상기 본말뚝(180)을 잔교식 접안시설 등에 설치되는 안내보(미도시)에 고정하여 그 위치를 설정할 수 있다. 다음으로 인접한 널말뚝의 연결부를 끼우고 기울어지지 않도록 소정의 높이까지 연직으로 내려야 한다. 이때 맨 처음 세운 말뚝은 다음으로 이어지는 널말뚝의 기준이 되므로 트랜시트 등으로 위치와 경사를 정확히 유지해야 한다.

다음으로 상기 말뚝체결장치(100)에 상기 본말뚝(180)의 상단부를 삽입하여 상기 본말뚝(180)을 상기 말뚝체결장치(100)에 결합한다. 상기 본말뚝(180)의 상단 부는 전술한 것처럼 유압실린더(110)의 동작에 의하여 상기 케이싱(130)에 결합될 수 있다.

이어서 상기 말뚝체결장치(100)의 상기 보조말뚝(140) 머리부를 외부의 항타장비의 햄머에 고정한다. 상기 햄머는 진동햄머(190)인 것이 바람직하며 이 경우 상기 보조말뚝(140)은 상기 진동햄머(190)의 파일클램프(192)에 밀착고정된다.

다음으로 상기 진동햄머(190) 등으로 상기 보조말뚝(140)을 타격하여 상기 말뚝체결장치(100)에 결합된 상기 본말뚝(180)을 지중에 인입한다. 상기 말뚝체결장치(100)에 결합되는 상기 본말뚝(180)의 상단면은 상기 보조말뚝(140)의 하단면과 접촉하므로 상기 보조말뚝(140)에 항타에 의한 충격을 가하면 그 충격력은 그대로 상기 본말뚝(180)에 전해지게 되고 따라서 상기 본말뚝(180)을 원하는 깊이까지 시공할 수 있게 된다.

마지막으로 상기 말뚝체결장치(100)와 상기 본말뚝(180)의 결합을 해제하여 상기 말뚝체결장치(100)를 상기 본말뚝(180)과 분리한다. 즉, 상기 본말뚝(180)을 원하는 위치에 원하는 깊이로 타입한 후에 상기 유압실린더(110)를 동작시키면 상기 유압실린더(110)의 피스톤 로드(115) 및 이에 연결되는 상기 회전식 체결구(150)에 의하여 상기 말뚝체결장치(100)와 상기 본말뚝(180)의 결합이 해제된다. 이후 상기 말뚝체결장치(100)를 상기 진동햄머(190) 등에 로프 등으로 연결하여 상기 말뚝체결장치(100)를 들어올리면 상기 말뚝체결장치(100)가 상기 본말뚝(180)으로부터 분리된다.

시공할 말뚝의 개수가 여러개인 경우에는 위의 공정을 반복하여 수행하면 된 다.

한편, 본 발명의 제 3 실시예에 의한 강관말뚝체결장치를 살펴보기로 한다. 도 10은 본 발명의 바람직한 제 3 실시예에 따른 강관말뚝체결장치와 이에 연결되는 본말뚝을 간략화한 단면도이고, 도 11은 도 10의 보조말뚝과 체결부를 도시한 사시도이며, 특히, 도 11은 체결구(350a,350b,350c,350d)와 연결구(352,354) 및 가이드부(330) 간의 결합관계를 상세히 도시하기 위하여 가이드부(330)가 보조말뚝(340)에 고정되기 위한 고정브라켓(320) 등을 생략하여 도시하였음을 유의하기 바란다.

본 발명의 제 3 실시예에 따른 말뚝체결장치(300)는 강관말뚝(steel pipe pile)의 시공에 적용된다.

도 10에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 말뚝체결장치(300)는 크게 보조말뚝(340)과 체결부를 포함하여 구성된다. 체결부는 다시 가이드부(330) 및 구동부 및 체결구(350a,350b,350c,350d)를 포함하여 구성된다. 본 발명에서의 구동부는 수중에서 사용하기 적합한 유압실린더를 사용하는 것이 바람직하며, 제 3 실시예에서는 구동부로서 유압실린더(310)를 사용하는 것으로 설명하기로 한다. 유압실린더(310)는 그 내부의 피스톤(미도시)에 연결되는 피스톤 로드(315)를 포함하며, 피스톤 로드(315)는 유압에 의해 직선왕복운동을 하도록 구성되는 것이 바람직하다. 또한, 유압실린더(310)에는 유압호스 및 유압케이블 등이 연결되며, 본 명세서의 도면에서는 유압호스 및 유압케이블 등을 생략하여 유압실린더 (310)를 간략하게 도시하였다.

가이드부(330)는 보조말뚝(340)의 하단부로부터 연장되도록 마련된다. 가이드부(300)의 형상은 상광하협의 형상으로, 본말뚝(380)의 일단이 보조말뚝(340)의 하단부에 접촉될 수 있도록 본말뚝(380)을 가이드한다. 제 3 실시예에서 가이드부(330)는, 도 11에 도시한 바와 같이, 상광하협의 판재 한쌍의 십자 형태로 교차되도록 배치되어 있으며, 이러한 가이드부의 형상은 본말뚝(380)이 보조말뚝(340)의 하단부에 접촉될 수 있도록 가이드할 수 있는 상광하협의 형상이면 되므로, 실시예에 따라 가이드부의 형상을 다양하게 변경하여 실시할 수 있을 것이다.

본 실시예에서와 같이 판재 한쌍이 십자 형태로 배치되어 있는 가이드부(330)의 각 판재의 상단에는 체결브라켓(333)이 용접 등으로 고정되어 있으며, 이 체결브라켓(333)에는 볼트(334)가 마련되어 있다. 체결브라켓(333)에 마련되어 있는 볼트(334)가 보조말뚝(340)의 하단부 내벽면에 고정 설치되어 있는 고정브라켓(320)에 체결됨으로써, 가이드부(330)는 보조말뚝(340)의 하단부에 고정된다.

또한, 체결브라켓(333)에는 유압실린더(310)가 고정 설치되며, 유압실린더(310)의 피스톤 로드(315)가 본 명세서의 도면 상에서 상하로 운동할 수 있도록 체결브라켓(333)의 중간에는 관통공(335)이 형성되어 있다. 또한, 가이드부(330)의 상부에는 유압실린더(310)의 피스톤 로드(315)가 직선왕복운동 할 수 있도록 공간부(331)가 형성되어 있다.

유압실린더(310)의 피스톤 로드(315)에는 연결구가 연결되어 있으며, 연결구에는 체결구가 회전가능하게 연결되어 있다. 제 3 실시예에서는 한쌍의 판재가 삽 자 형태로 교차되도록 배치되어 있는 가이드부(330)에 의해 분할된 네 개의 공간에 각각 하나씩 배치되도록 네 개의 체결구(350a,350b,350c,350d)가 구비되어 있는 것으로 설명하기로 하며, 체결구의 개수 및 배치는 가이드부의 형상 및 실시예에 따라 다양하게 변경하여 실시할 수 있음은 물론이다. 피스톤 로드(315)에 연결된 연결구는 제 1 연결구(352) 및 제 2 연결구(354)로 구성되어, 제 1,2 연결구(352,354)는 십자 형태로 배치되어 있다.

제 1 연결구(352)에는 수평방향으로 긴 슬롯(352a)이 형성되어 있어, 제 1 연결구(352)의 전면의 우측 및 후면의 좌측에는 각각 한 개의 체결구(350a,350b)가 슬롯(352a)을 따라 수평방향으로 슬라이딩 가능하도록 연결된다. 또한, 체결구(350a,350b)는 가이드부(330)에 연결봉(356a,356b)에 의해 회전가능하게 결합된다. 이로써, 유압에 의해 피스톤 로드(315)가 수직방향으로 직선운동을 하게 되면, 피스톤 로드(315)에 연결된 제 1 연결구(352)도 수직방향으로 직선운동을 하게 되고, 이에 의해 체결구(350a,350b)는 가이드부(330)에 연결된 연결봉(356a,356b)을 축으로 하여 회전운동을 하게 되며, 이 때 체결구(350a,350b)는 제 1 연결구(352)의 슬롯(352a)을 따라 수평방향으로 슬라이딩된다.

제 1 연결구(352)와 십자 형태로 배치된 제 2 연결구(354)의 전방의 좌측면 및 후방의 우측면에도 각각 한 개의 체결구(350c,350d)가 슬롯(352a)을 따라 슬라이딩 가능하도록 연결되어 있으며, 제 2 연결구(354)에 연결된 체결구(350c,350d)는 상기에서 설명한 제 1 연결구(352)에 연결된 체결구(350a,350b)와 동일하므로 상세한 설명은 생략한다.

체결구(350a, 350b, 350c, 350d)의 일단에는 소정의 각도로 회전이 가능하도록 접촉구(351a, 351b, 351c, 351d)가 각각 연결되어 있으며, 접촉구(351a, 351b, 351c, 351d)는 본말뚝(380)의 내벽면에 접촉되는 면적을 넓힐 수 있도록 가급적 넓은 면적을 가지도록 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 접촉구(351a, 351b, 351c, 351d)가 본말뚝(380)의 내벽면에 접촉되는 면에는 밀착력을 높이기 위하여 요철부를 형성할 수 있다.

상기에서 설명한 제 3 실시예의 구성 중 유압실린더(310)는 가이드부(330)의 상부에 배치되는 것으로 설명하였지만, 유압실린더(310)가 가이드부(330)의 내측으로 배치될 수도 있음은 물론이며, 이처럼 실시예에 따라 유압실린더(310)의 위치는 바뀔 수 있음을 유의하기 바란다.

제 3 실시예의 작동원리를 설명하면, 먼저 본발뚝(380)의 상단부가 보조말뚝(340)의 하단부에 접촉되도록 한다. 이때, 보조말뚝(340)의 하단부에 마련된 가이드부(330)에 의해 본말뚝(380)은 가이드되어 용이하게 보조말뚝(340)의 하단부와의 접촉이 이루어질 수 있으며, 제 1,2 연결구(352,354)에 연결된 네 개의 체결구(350a,350b,350c,350d)는 가이드부(330)의 내측에 위치하므로 본말뚝(380)의 상단부가 보조말뚝(340)의 하단부에 접촉되도록 할 때 오직 가이드부(330)에 의해서만 가이드되며, 체결구(350a,350b,350c,350d)는 본말뚝(380)의 내측면에 부딪히지 않는다.

본말뚝(380)의 상단부가 보조말뚝(340)의 하단부에 접촉된 후 유압실린더(310)를 작동하여 유압실린더(310) 내부의 피스톤에 연결된 피스톤 로드(315)가 하 방으로 직선운동을 하게 되면, 피스톤 로드(315)에 연결된 제 1,2 연결구(352,354)에 수평방향으로 슬라이딩 가능하도록 연결되고 가이드부(330)에 회전가능하게 결합된 네 개의 체결구(350a, 350b, 350c, 350d)가 가이드부(300)에 결합된 연결봉(356a,356b)를 축으로 하여 각각 소정각도 회전하게 되고, 체결구(350a, 350b, 350c, 350d)의 일단에 연결된 접촉구(351a, 351b, 351c, 351d)가 본말뚝(380)의 내측면에 밀착된다. 이로써, 본말뚝(380)의 상단면과 보조말뚝(340)의 하단면이 접촉된 상태로 결합되며, 진동햄머 등의 항타장비로 상기 보조말뚝(340)을 항타하는 경우 그 충격력이 그대로 상기 본말뚝(380)에 전달될 수 있게 된다.

이와 같이 구성된 강관말뚝체결장치를 이용하여 본말뚝을 진동햄머로 타입하는 방법은 상기 제 1,2 실시예의 상세한 설명과 도 9를 참조하기 바란다.

상기에서 기술한 본 발명의 말뚝체결장치(100,200,300)는 상기에 기술한 경우 뿐만 아니라 하천 등에 설치되는 교각 등의 기초로서 말뚝시공을 하는 경우에도 적용될 수 있음은 물론이다.

이제까지 본 발명의 요지를 바람직한 실시예들을 중심으로 기술하였는데, 상기 본 발명에 의한 말뚝체결장치는 그 기술적 사상을 공유하는 범위내에서 다양한 변형과 조정이 가능하며 이러한 변형예들이 본 발명의 기술적 특징을 그 요지로 한다면 이는 본 발명의 권리범위에 속한다고 할 것이다.

전술한 본 발명의 강관말뚝체결장치를 사용하여 말뚝공사를 하는 경우 종래와는 달리 말뚝을 서로 연결하기 위한 용접 및 절단작업이 생략되며 그에따라 공기단축과 자재비의 절감, 그에 따른 공사비의 대폭적인 절감을 이룰 수 있다.

특히 수중에서의 절단작업으로 인하여 야기되는 작업자의 안전상의 위험이 제거되어 안전사고를 미연에 방지할 수 있게 된다.

Claims (5)

1. 보조말뚝을 이용한 항타공법에 이용되며, 강관말뚝 형태의 보조말뚝; 상기 보조말뚝의 하단부에 마련되어 지중에 타입되는 강관말뚝 형태의 본말뚝과 상기 보조말뚝과의 체결 및 체결해제가 가능한 체결부;를 포함하여 이루어지는 강관말뚝체결장치에 있어서:

   상기 체결부는,

   상기 보조말뚝의 하단부로부터 연장되도록 마련되어, 상기 본말뚝의 일단이 상기 보조말뚝의 하단부에 접촉되도록 상기 본말뚝을 가이드하는 상광하협의 가이드부;

   상기 보조말뚝의 하단부 내측에 마련되는 구동부;

   상기 구동부의 일단에 마련되어 상기 구동부의 작동에 의하여 상기 보조말뚝의 하단부에 일단이 접촉되어 있는 상기 본말뚝의 내벽면을 밀착하여 체결시키거나 그 체결을 해제하는 체결구;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 강관말뚝 체결장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 구동부는 피스톤 로드가 구비된 유압실린더인 것을 특징으로 하는 강관말뚝 체결장치.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 체결구는 상기 피스톤 로드의 직선왕복운동에 의하여 회전하여 상기 본말뚝의 내벽면을 밀착하여 체결시키거나 그 체결을 해제시키는 회전식 체결구인 것을 특징으로 하는 강관말뚝 체결장치.
4. 제 2 항에 있어서,

   상기 유압실린더는 상기 보조말뚝의 하단부 내부에 삽입되어 마련되며,

   상기 가이드부는 상광하협의 판재 한쌍이 십자 형태로 교차되도록 배치되고,

   상기 가이드부의 상부에는 상기 피스톤 로드가 직선왕복운동 할 수 있도록 공간부가 형성된 것을 특징으로 하는 강관말뚝 체결장치.
5. 지반의 개량 등을 위하여 보조말뚝을 이용하여 본말뚝을 지중에 타입하기 위한 말뚝의 시공방법에 있어서,

   제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 하나의 강관말뚝체결장치를 상기 본말뚝에 체결하는 단계;

   항타장비로 상기 강관말뚝체결장치를 타격하여 상기 본말뚝을 지중에 타입하는 단계;

   상기 강관말뚝체결장치와 상기 본말뚝간의 체결을 해제하여 상기 강관말뚝체결장치를 상기 본말뚝으로부터 분리하는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 보조말뚝을 이용한 항타공법.

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