KR100735671B1 - 성형폭약을 이용한 강관말뚝 절단방법 - Google Patents

Abstract

1. 청구범위에 기재된 고안이 속한 기술분야

본 발명은 성형폭약을 이용한 강관말뚝 절단방법에 관한 것이다.

2. 고안이 해결하려고 하는 기술적 과제

본 발명은 성형폭약을 이용하여 지중에 타입된 강관말뚝을 절단함에 있어서, 상기 성형폭약을 별도의 고정장치 없이 간단하고 용이하게 강관말뚝 내부에 장착할 수 있으며, 성형폭약 발파시 소음 및 진동을 최소화할 수 있도록 한 성형폭약을 이용한 강관말뚝 절단방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

3. 고안의 해결방법의 요지

본 발명은 지중 강관말뚝 절단방법에 있어서, 성형폭약(10)을 성형폭약 장착구(20)에 장착하고, 상기 성형폭약(10)에 전기뇌관(15)을 설치하는 단계; 상기 성형폭약 장착구(20) 내부에 충진재(30)를 채워 성형폭약 발파시 발생되는 소음 및 진동을 제어하는 단계; 상기 성형폭약 장착구(20)를 강관말뚝(1) 내부로 삽입하여 말뚝 절단 위치까지 이송시키는 단계; 및 상기 성형폭약(10)을 발파하여 상기 강관말뚝(1)을 절단하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

4. 고안의 중요한 용도

타입말뚝공법에서 지중강관말뚝을 절단하는 데 이용된다.

타입말뚝공법, 강관말뚝, 성형폭약, 절단

Description

성형폭약을 이용한 강관말뚝 절단방법{Method for cutting under steel pile using shaped charge}

도 1은 본 발명에 따른 성형폭약을 도시한 것이다.

도 2는 본 발명에 따른 성형폭약의 에너지 발생 모식도를 도시한 것이다.

도 3은 본 발명에 따른 성형폭약의 고속기류(Jet)에 의한 절단 모식도이다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 성형폭약 장착구의 사시도이다.

도 5는 본 발명의 또다른 일실시예에 따른 성형폭약 장착구의 사시도이다.

도 6a ~ 도 6c는 본 발명에 따른 강관말뚝 절단방법의 시공단계를 도시한 것이다.

도 7은 도 6c의 수직 단면 확대도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1 : 강관말뚝 10 : 성형폭약

11 : 외피(Sheath) 12 : 공동라이너

13 : 폭약 15 : 전기뇌관

20 : 성형폭약 장착구 21 : 가이드 몸체

22 : 폭약 장착홈 23 : 뇌관 삽입구

24 : 연결고리 25 : 이송줄

26 : 삽입 및 심도 확인 장치

30 : 충진재

본 발명은 지중강관말뚝의 절단 방법에 관한 것으로, 자세하게는 성형폭약을 이용하여 지중강관말뚝을 절단하는 방법에 관한 것이다.

일반적으로 말뚝 타입이 완료되면 구조물 계획고까지 지반을 굴착하게 되는 데, 이때 굴착되는 깊이만큼 미리 말뚝을 절단하는 작업을 선행하게 된다.

그러나 상기 말뚝 절단작업은, 절단대상 말뚝의 지중 심도가 깊지 않거나 인접 말뚝간 이격거리가 충분히 확보된 경우를 제외하고는 지반굴착과 말뚝절단을 순차적으로 병행하면서 구조물 계획고까지 도달하기가 쉽지 않다. 이는, 대부분의 말뚝기초가 군말뚝(무리말뚝, Group pile)으로 시공됨에 따라 말뚝 사이로 굴착장비를 진입시키기가 곤란하여 지상에 노출된 말뚝을 조금씩 국부적으로 절단할 수밖에 없기 때문이다.

상기와 같은 종래 지중강관말뚝 절단 방법을 보다 구체적으로 살펴보면, 크 게 인력절단 방법과 기계식 절단방법, 및 로봇을 이용한 절단 방법으로 대별된다.

상기 인력 절단방법은 지상부 파일을 산소절단하고, 터파기를 한 후 노출 파일을 산소절단하는 일련의 과정을 반복하여 소정하는 위치까지 절단하게 되는 방법이다. 그러나 이같은 인력 절단방법은, 절단속도가 저하되고, 사전 지반굴착에 의하지 않고서는 말뚝절단이 불가능하며, 토사 붕괴 우려에 따른 굴착심도 한계로 절단길이를 축소시킴에 따라 절단된 말뚝을 재활용할 수 없고, 우기철에는 절단 작업을 할 수 없는 단점이 있다.

상기 기계식 절단방법은 크레인을 사용하여 크레인 작업반경 이내의 파일 내부에 절단 장치를 삽입한 후, 물을 분사시키면서 절단 블래이드(Blade)를 고속회전시켜 강관말뚝을 절단하는 방법이다. 이같은 기계식 절단방법은 강관말뚝 1개당 절단 장비(Crane + Cutting Blade)가 고중량(약 1톤)인 관계로 시공성이 저하되고, 최대 8.5m 이상은 절단이 불가능할 뿐만 아니라, 절단장비가 고가(3억원/대)이고 현장 투입에 제약(국내 2대 보유)이 많은 단점이 있다.

상기 로봇에 의한 절단방법은 지상에서 플라즈마 절단기(로봇)를 강관말뚝 내부로 진입시켜 화염에 의해 말뚝을 절단하는 방법이다. 그러나, 상기 로봇에 의한 절단방법 또한 말뚝내 지하수위 존재시 절단이 불가능하고, 우기철 작업시 제약이 따르며, 절단시간은 고속이나 로봇을 말뚝내에 설치하는 준비시간이 과다하게 소요되어 공기단축을 위해서는 다수의 로봇을 투입해야하는 단점이 있다.

이에 본 출원인은 상기와 같은 종래의 지중강관말뚝 절단 방법에서의 문제점을 해결하기 위하여, 국내 실용신안등록 제0367843호 및 국내 특허출원 제10-2004- 0057484호에서 성형폭약을 이용하여 지중강관말뚝을 절단하기 위한 장치 및 방법을 개시한 바 있다.

그러나, 상기와 같이 성형폭약을 이용하여 지중강관말뚝을 절단하는 경우에는 성형폭약의 발파시 발생되는 소음 및 진동으로 인해 인근주민의 민원을 야기하게 될 가능성이 높다. 이에 상기 국내 특허출원 제10-2004-0057484호에서는 성형폭약의 발파시 발생되는 소음 및 진동을 저감시키기 위한 대책으로 강관말뚝 상단부에 흡음마개를 설치하여 소음을 저감하는 방법을 개시하고 있다.

그러나, 상기 흡음마개는 성형폭약이 설치된 위치에서 일정 거리 이상 떨어진 강관말뚝의 최상단에 설치되는 것으로 폭발시 발생되는 소음을 원천적으로 차단하지는 못할 뿐만 아니라, 덮개식으로 형성됨으로써 밀실하게 제조되지 못한 경우 소음저감효과가 확연하게 저감되는 한계가 있었다.

또한, 상기 국내 실용신안등록 제0367843호에 개시된 강관말뚝 절단용 성형폭약 장착장치는 여러 구성요소들을 조립식으로 구성함으로써 제조 및 설치가 다소 번거로웠으며, 장치가 편심에 의해 일측으로 기울어지게 삽입되는 것을 방지하기 위해서는 별도로 다수개의 가이드 플레이트를 설치하게 되어 장치가 복잡해지는 단점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 성형폭약을 이용하여 지중에 타입된 강관말뚝을 절단함에 있어서, 상기 성형폭약을 별도의 고정장치 없이 간단하고 용이하게 강관말뚝 내부에 장착할 수 있으며, 성형폭약 발파시 발생되는 소음 및 진동을 최소화할 수 있도록 한 성형폭약을 이용한 강관말뚝 절단방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 지중 강관말뚝 절단방법에 있어서, 성형폭약(10)을 성형폭약 장착구(20)에 장착하고, 상기 성형폭약(10)에 전기뇌관(15)을 설치하는 단계; 상기 성형폭약 장착구(20) 내부에 충진재(30)를 채워 성형폭약 발파시 발생되는 소음 및 진동을 제어하는 단계; 상기 성형폭약 장착구(20)를 강관말뚝(1) 내부로 삽입하여 말뚝 절단 위치까지 이송시키는 단계; 및 상기 성형폭약(10)을 발파하여 상기 강관말뚝(1)을 절단하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

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이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 성형폭약을 도시한 것이고, 도 2는 본 발명에 따른 성형폭약의 에너지 발생 모식도를 도시한 것이며, 도 3은 본 발명에 따른 성형폭약의 고속기류(Jet)에 의한 절단 모식도이다. 또한, 도 4 및 도 5는 본 발명의 일실 시예에 따른 성형폭약 장착구의 사시도이고, 도 6a ~ 도 6c는 본 발명에 따른 강관말뚝 절단방법의 시공단계를 도시한 것이며, 도 7은 도 6c의 수직 단면 확대도를 도시한 것이다.

각종 토목·건축 구조물의 기초에 사용되는 말뚝기초는 시공방법에 따라 현장타설말뚝과 타입말뚝으로 구분되며, 타입말뚝공법을 사용재료에 따라 구분하면 콘크리트말뚝과 강관말뚝으로 구분된다.

본 발명의 적용대상은 타입말뚝공법에서 강관말뚝을 대상으로 하고 있으며, 말뚝 항타작업이 종료된 상태에서 구조물 기초 콘크리트 타설 계획고(≒말뚝 절단예정선)가 지반고보다 아래인 경우에 한하여 적용된다. 그러나, 해상공사에 사용되는 강관말뚝에서 절단계획 위치가 수면 아래인 경우에도 응용할 수 있다.

다이너마이트, 에멀젼 폭약 등과 같은 상업용 폭약은 주로 암반이나 콘크리트를 대상으로 한 파쇄목적으로 사용되어 왔으며, 최근에는 아파트, 교량, 일반 건축물 등과 같은 구조물 해체에 있어서도 소량의 폭약을 장착하여 구조물의 주요 부위만을 절단시킴으로서 자중에 의해 구조물을 붕괴 해체시키는 발파해체공법이 시행되고 있다.

성형폭약(Shaped charge)이란 특수 목적을 위하여 용도에 맞게 모양과 성분 배합을 한 폭약으로 금속 라이너를 사용한 노이만(Neuman)효과 및 먼로(Monroe)효과를 이용하여 폭약의 힘을 중앙에 집중시킴으로써 극히 한정된 부분만을 절단 또는 파괴시키는 폭약이다.

도 1은 본 발명에 따른 성형폭약을 도시한 것으로, 상기 성형폭약(10)은 휨 선형 성형폭약(FLSC : Flexible Linear Shaped Charges)으로서 우레탄 재질의 외피(Sheath, 11)와, 구리 및 알미늄으로 형성된 공동라이너(Cavity linear, 12)와, RDX, PETN, HNS 등의 폭약(13), 및 전기충격으로 상기 폭약(13)을 폭발시키기 위한 전기뇌관(15)으로 구성되며, 상기 공동라이너의 사잇각(14)은 45°~ 90°로 이뤄진 것이다.

이하, 첨부된 도 2 ~ 도 3을 참고하여 성형폭약의 먼로 효과에 의해 강재말뚝이 절단되는 메커니즘을 설명하면 다음과 같다.

성형폭약의 발파시 기폭에 의해 극한 가스(Gas)가 발생되는데, 이때 도 2에 도시된 성형폭약의 에너지 발생 모식도에서와 같이 수평성분 충격파(16)는 서로 충돌하여 상쇄되지만 수직성분 충격파(17)는 중심축을 따라 서로 축적 및 중첩됨으로써 압력이 극한 상태에 도달하게 되어 에너지를 발생하게 된다.

이후, 도 3에 도시된 바와 같이 상기 성형폭약의 분해로 형성된 에너지 집중과 라이너에서 생긴 금속분자들의 조합으로 인해 고속기류(Jet) 즉, 충격파가 발생하게 되고, 이렇게 발생된 충격파는 일정한 방향으로 방출되면서 목표물에 핀홀(Pin hole)을 형성시킴으로써 강관말뚝을 절단하게 된다.

이하에서는, 도 4를 참고하여 상기 성형폭약(10)을 강관말뚝(1) 내에 설치하기 위한 성형폭약 장착구(20)의 구성을 상세히 설명하고자 한다.

본발명의 일실시예에 따른 성형폭약 장착구(20)는 강관말뚝(1)의 내경보다 작은 직경을 가지며 하단부가 폐쇄된 원통형 가이드 몸체(21)와, 상기 가이드 몸체(21)의 외주 둘레에 띠형상으로 ㄷ자형의 홈이 형성된 폭약 장착홈(22)과, 상기 폭 약 장착홈(22)의 내부 일면에 천공되어 전기뇌관(15)이 삽입되는 전기뇌관 삽입구(23), 및 상기 가이드 몸체(21)의 상단에 형성된 연결고리(24)와 상기 연결고리(24)에 연결고정된 이송줄(25)로 구성된다.

상기 가이드 몸체(21)는 강관말뚝(1)의 내부에 삽지될 수 있도록 강관말뚝(1)의 내경보다 다소 작은 직경(바람직한 실시예로는 약 10mm 미만)을 가지는 원통형으로 형성됨으로써 상기 성형폭약 장착구(20)를 말뚝 하부로 이송시 편심을 방지하게 된다.

또한 상기 원통형의 가이드 몸체(21)는 하단부를 폐쇄하여 내부에 모래 등의 충진재(30)를 충진할 수 있도록 구성된 것으로, 상기 모래 등의 충진재(30)는 상기 성형폭약 장착구(20)에 장착된 성형폭약(10), 특히 폭발을 일으키는 전기뇌관(15) 주변을 밀폐하여 성형폭약 발파시 발생되는 소음 및 진동을 원천적으로 저감시킬 수 있게 된다.

상기 폭약 장착홈(22)은 상기 가이드 몸체(21)의 외주면을 따라 띠형상으로 ㄷ자형의 홈이 형성된 것으로, 상기 ㄷ자형 홈 내부에 성형폭약(10)을 삽지하여 상기 성형폭약(10)의 유동 및 이탈을 방지하게 된다.

이때, 상기 폭약 장착홈(22)의 ㄷ자형 홈 깊이(T₁)는 도 7에 도시된 바와 같이 상기 성형폭약(10)의 두께(T₂)보다 작게 설계(바람직한 실시예로는 약 5mm 이상)됨으로써, 상기 성형폭약 장착구(10)는 별도의 고정장치가 없더라도 상기 강관말뚝(1) 내벽에 상기 성형폭약(10)의 외피(11)가 압축되면서 밀착고정된다.

그러나, 강관말뚝(1) 내벽에 밀착고정되는 상기 성형폭약(10)의 밀착력은 모래 등의 충진재(30)가 충진된 상기 성형폭약 장착구(20)의 자중보다 작게 설계됨으로써, 별도의 삽입장치가 없더라도 상기 성형폭약 장착구(20)가 그 자체의 자중에 의해 강관말뚝(1)의 내벽을 따라 하부로 이송가능하게 된다. 한편, 상기 성형폭약 장착구(10)가 자중에 의해 말뚝의 소정 위치까지 이송되면 후술하는 이송줄(25)을 상부에서 고정함으로써 상기 성형폭약 장착구(10)가 더이상 자중에 의해 하부로 이송되지 않게 된다.

상기 전기뇌관 삽입구(13)는 상기 폭약 장착홈(12)의 ㄷ자형 홈 내부 일면에 천공된 것으로, 상기 폭약 장착홈(12)에 성형폭약(20)을 장착시 전기뇌관(15)이 삽입될 수 있도록 소정 크기의 통공으로 형성된다. 이때, 전기뇌관 삽입구(13)에 삽입된 전기뇌관(15)의 돌출 부위는 성형폭약 장착구(10)의 내부에서 슬릿폼을 뿌려 후충진되는 모래 등의 충진재(30)로부터 보호하는 것이 바람직하다.

상기 연결고리(24)는 이송줄(25)을 연결고정하기 위해 상기 가이드 몸체(21) 상단에 다수개 형성된 것으로, 상기 성형폭약 장착구(20)가 강관말뚝 내부의 소정위치까지 이송되면, 상부에서 상기 이송줄(25)을 고정하여 더이상 상기 성형폭약 장착구(20)가 자중에 의해 하부로 이송되지 않도록 한다.

또한, 바람직한 실시예로는 상기 이송줄(25)의 연결부위에 별도의 삽입 및 심도확인 장치(26)를 설치함으로써, 상기 성형폭약 장착구(20)가 정확한 강관말뚝의 절단 위치에 도달하면 이를 상부에서 확인할 수 있도록 함과 동시에 수동 또는 자동으로 상기 이송줄(25)의 풀림을 방지하여 고정할 수 있도록 한다.
상기 삽입 및 심도확인장치(26)로는 심도측정장치로 통상적으로 이용되는 압력센서를 이용한 심도측정장치, 또는 레이저 빔을 이용한 심도측정장치를 이용할 수 있다. 이때, 상기 압력센서를 이용한 심도측정장치는 상기 이송줄(25)의 연결부위에 압력센서를 부착한 후 상기 압력센서로부터 측정된 측정값을 데이터 분석하여 말뚝 심도를 계산하고 표시는 장치이고, 상기 레이저 빔을 이용한 심도측정장치는 상기 이송줄(25)의 연결부위에 빛을 반사하는 부구체를 설치하고, 말뚝 상부에는 레이저 빔 발생기를 설치한 후 레이저 빔 발생기로부터 부구체를 향하여 레이저 빔을 발산시켜 상기 부구체로부터 반사되는 레이저 빔의 도달시간을 감지하여 말뚝 심도를 계산하고 표시하는 장치이다. 한편, 상기 삽입 및 심도확인장치(26)는 상기한 압력센서를 이용한 심도측정장치나 레이저 빔을 이용한 심도측정장치에 한정되는 것은 아니다.

한편, 강관말뚝(1)에 상기 성형폭약 장착구(20)를 이송시키는 방법에 있어서, 상기한 일실시예와는 달리, 강관말뚝(1) 내부에 밀착고정되는 상기 성형폭약(10)의 밀착력을 충진재(30)가 충진된 상기 성형폭약 장착구(20)의 자중보다 크게 설계한 후 종래의 삽입장치를 이용하여 상기 성형폭약 장착구(20)를 강관말뚝(1)의 소정 위치까지 이송시킬 수도 있다.

도 5는 본 발명에 따른 또다른 일실시예를 도시한 것으로, 본 실시예에서는 상기 가이드 몸체(21)의 내부 중앙에 하단부가 개방된 작은 직경의 원통형 홀(27)을 형성함으로써, 말뚝 내부에 지하수위가 존재할 경우에도 상기 성형폭약 장착구(20)를 강관말뚝(1) 내부로 용이하게 이송시킬 수 있게 한 것이다.

이하, 도 6a ~ 도 6c를 참고하여 본 발명의 일실시예에 따른 성형폭약을 이용한 지중 강관말뚝 절단방법을 설명하면 다음과 같다.

도 6a는 성형폭약을 성형폭약 장착구에 장착하는 단계를 도시한 것으로, 현장에서 말뚝타입이 완료되면 상기 성형폭약(10)을 성형폭약 장착구(20)의 폭약 장착홈(22)에 장착한다. 이때, 상기 성형폭약(10)의 전기뇌관(15)은 상기 폭약 장착홈(22)에 형성된 뇌관 삽입구(23)에 삽지하여 발파기에 연결하고, 상기 전기뇌관(15)의 돌출 부위는 성형폭약 장착구(10)의 내부에서 슬릿폼을 뿌려 후충진되는 모래 등의 충진재(30)로부터 보호한다.

도 6b는 성형폭약 발파시 발생되는 소음 및 진동을 제어하는 단계를 도시한 것으로, 상기 성형폭약(10)이 장착완료되면 상기 성형폭약 장착구(20) 내부에 모래 등의 충진재(30)를 채워 성형폭약 발파시 발생되는 소음 및 진동을 제어할 수 있도 록 한다.

도 6c는 상기 성형폭약 장착구를 말뚝 절단 위치까지 이송시키는 단계를 도시한 것으로, 상기 성형폭약 장착구(20) 내부에 충진재(30)가 충진되면 상기 성형폭약 장착구(20)를 강관말뚝(1) 내부로 삽입하여 자중에 의해 하부로 이송시킨다. 이후, 삽입 및 심도 확인 장치(26)를 통하여 상기 성형폭약 장착구(20)가 말뚝의 절단위치까지 도달된 것이 확인되면, 수동 또는 자동으로 이송줄(25)의 풀림을 정지하고 고정시킨다.

이때, 상기 성형폭약 장착구(20)는 가이드 몸체(21)가 강관말뚝(1)의 내경보다 작은 직경(바람직한 실시예로는 약 10mm 미만)으로 설계되고, 상기 폭약 장착홈의 ㄷ자형 홈 깊이(T₁)는 상기 성형폭약의 두께(T₂)보다 작게 설계되되 그 값이 상기 가이드 몸체(21)의 직경과 강관말뚝(1)의 내경의 차이값의 반이상(바람직한 실시예로는 약 5mm 이상)이 되게 설계됨으로써, 별도의 고정장치가 없더라도 상기 강관말뚝(1) 내면에 밀착고정된다.

이후, 상기 성형폭약(10)을 발파하여 지중에 매입된 상기 강관말뚝(1)을 절단하고, 절단된 상기 강관말뚝(1)은 인발한다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 지반을 굴착하지 아니한 상태에서 타입된 말뚝을 계획고까지 1회에 절단시켜 회수할 수 있어, 후속공종 조기 착수 및 회 수된 말뚝의 재활용률 증대로 인해 공정 및 원가관리 측면에서 매우 유리한 이점이 있다.

또한, 성형폭약을 강관말뚝 내부에 별도의 고정장치 없이 간단하고 용이하게 장착할 수 있으며, 성형폭약 발파시 발생되는 소음을 최소화할 수 있는 효과가 있다.

또한, 수중말뚝공법에서와 같이 말뚝 내부에 지하수위가 존재할 경우에도 강관말뚝 내부에 상기 성형폭약을 간단하고 용이하게 장착할 수 있는 효과가 있다.

Claims (5)

1. 지중 강관말뚝 절단방법에 있어서,

   성형폭약(10)을 성형폭약 장착구(20)에 장착하고, 상기 성형폭약(10)에 전기뇌관(15)을 설치하는 단계;

   상기 성형폭약 장착구(20) 내부에 충진재(30)를 채워 성형폭약 발파시 발생되는 소음 및 진동을 제어하는 단계;

   상기 성형폭약 장착구(20)를 강관말뚝(1) 내부로 삽입하여 말뚝 절단 위치까지 이송시키는 단계; 및

   상기 성형폭약(10)을 발파하여 상기 강관말뚝(1)을 절단하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 성형폭약을 이용한 지중 강관말뚝 절단방법.
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