KR100758113B1

KR100758113B1 - 케이싱 로테이터를 이용한 수중 암반에서의 현장타설대구경 말뚝 시공방법

Info

Publication number: KR100758113B1
Application number: KR1020060108316A
Authority: KR
Inventors: 김지용
Original assignee: 김지용
Priority date: 2006-11-03
Filing date: 2006-11-03
Publication date: 2007-09-11

Abstract

본 발명은 케이싱 로테이터를 이용한 수중 암반에서의 현장타설 대구경 말뚝 시공방법에 관한 것으로서, 상세하게는 케이싱 로테이터를 이용하여 수중의 암반에서도 RCD 장비를 통해서 암반굴착이 가능하도록 함으로써 별도의 특수 공법 또는 특수 장비를 이용하지 않고도 암반에 기초말뚝을 형성할 수 있도록 하여 이에 의해 공기 단축과 공사비 절감의 효과를 얻을 수 있도록 한 수중 암반에서의 현장타설 대구경 말뚝 시공방법을 제공한다.

Description

케이싱 로테이터를 이용한 수중 암반에서의 현장타설 대구경 말뚝 시공방법{CAST-IN-PLACE LARGE DIAMETER PILING METHOD BY CASING ROTATOR IN UNDERWATER ROCK CONDITIONS}

도 1은 케이싱 로테이터 및 해머그라브의 사용상태를 나타낸 도면.

도 2는 RCD 장비의 구성 및 사용상태를 나타낸 도면.

도 3 내지 도 12는 본 발명에 따른 케이싱 로테이터를 이용한 수중 암반에서의 현장타설 대구경 말뚝 시공방법을 나타낸 시공순서도.

도 13은 본 발명에 따른 케이싱 로테이터를 이용한 수중 암반에서의 현장타설 대구경 말뚝 시공 순서를 나타낸 플로우차트.

<도면의 주요부분에 대한 부호설명>

10. 바지선 11. 로테이터 브래킷 또는 파일 재킷

20. 케이싱 로테이터 30. 로테이터 케이싱

31. 비트(bit) 40. 암반

41. 굴착공 50. 치즐(chisel)

60. 해머그라브 70. 영구 케이싱

80. 콘크리트 트리미관 81. RCD 장비

90. 철근망 200. 케이싱 로테이터

221. 유압 실린더 300. 해머 그라브

310. 몸체부 320. 조우(Jaw)

400. RCD 장비 410. 구동부

411. 기어박스 412. 케이싱 클램프

413. 석션 라인 420. 착공부

421. 드릴파이프 422. 스테빌라이져

423. 비트바디

본 발명은 케이싱 로테이터를 이용한 수중 암반에서의 현장타설 대구경 말뚝 시공방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 케이싱 로테이터를 이용하여 수중의 암반에서도 RCD 장비를 통해서 암반굴착이 가능하도록 함으로써 별도의 특수 공법 또는 특수 장비를 이용하지 않고도 암반에 기초말뚝을 형성할 수 있도록 하여 이에 의해 공기 단축과 공사비 절감의 효과를 얻을 수 있도록 한 수중 암반에서의 현장타설 대구경 말뚝 시공방법에 관한 것이다.

일반적으로 흙, 모래, 자갈 또는 풍화암 등으로 이루어진 다층 또는 단층의 지반에 교량기초, 대형건물 기초, 프란트 및 탱크 기초를 조성하기 위하여 대구경 현장타설 말뚝이 시공되고 있다.

여기서, 상기 대구경 현장타설 말뚝을 시공하기 위해서는 여러 가지의 장비를 필요로 하게 되는데, 이하에서는 그 중 대표적인 장비에 대해서만 설명을 하기로 한다.

통상, 대구경 현장타설 말뚝의 시공 장비로는 케이싱 로테이터(Casing Rotator)와 로테이터 케이싱(Rotator Casing) 및 해머 그라브(Hammer Grab)와 RCD(Reverse Circulation Drill) 장비가 주로 이용되고 있다.

우선, 상기 케이싱 로테이터(Casing Rotator)(200)는, 도 1에서 보는 바와 같이, 로테이터 케이싱(140)을 클램핑한 후 한쪽 방향으로 지속적으로 360도 회전하며 상기 로테이터 케이싱(140)을 지중으로 압입 또는 인발할 수 있도록 구성되어 있고, 상기 케이싱 로테이터(200)의 네 모서리부에는 각각 강력한 유압실린더(221)가 장착되어 있어, 케이싱(140)의 압입 및 인발 효율이 매우 우수하다.

그리고, 상기 케이싱 로테이터(200)에 클램핑되는 로테이터 케이싱(Rotator Casing)(140)은 그 하단에 다수의 비트가 형성되어 있어 이 비트에 의해서 상기 로테이터 케이싱(140)의 회전시 견고한 지반이나 암석을 절삭할 수 있게 된다.

한편, 상기 해머 그라브는 현장에서 주로 이용되고 있는 굴착기로서, 도 1에서 보는 바와 같이, 이 해머 그라브(Hammer Grab)(300)는 내부에 다수의 풀리(Pulley)가 설치되어 있는 몸체부(310)와, 상기 몸체부(310)의 하단에 형성된 조 우(Jaw)(320)로 이루어진다. 상기 조우(320)는 상기 몸체부(310)의 하단 양쪽에 대칭적으로 설치되어 상기 풀리를 거쳐 연결된 와이어에 의해 개폐 동작을 하도록 구성되어 있으며, 상기 해머 그라브(300)의 몸체부(310)는 와이어를 통해 크레인(101)에 연결되게 된다.

다음으로, 상기 RCD 장비(400)에 대해 설명한다.

상기 RCD 장비(400)는 도 2에서 보는 바와 같이, 기어박스(411), 케이싱 클램프(412), 석션라인(413) 등으로 이루어진 구동부(410)와, 상기 구동부(410)의 하부에 연결되는 드릴파이프(421), 상기 드릴파이프(421)의 휨 방지를 위한 스테빌라이져(422), 상기 드릴 파이프(421)의 하단에 장착되고 다수의 비트가 형성된 비트바디(423)로 이루어진 착공부(420)로 구성되어 있다.

또한, 상기 RCD 장비(400)는 케이싱(140) 상단에 RCD 구동부(410)를 거치한 후 필요 심도까지 드릴 파이프(421)를 연결하며, 이 드릴 파이프(421)의 하단에 장착된 비트 바디(423)를 회전시켜 암반을 갈아 굴착하여 순환수와 함께 파석을 공기압을 통해 역 순환시켜 지상으로 배출시키도록 구성된 장비이다.

그러나, 이상과 같은 장비를 이용하여 해상이나 하천 수중에 각종 구조물, 즉 교량, 저장탱크, 기타 대형구조물 등을 시공하고자 할 때 우선적으로 건물기초말뚝을 형성하여야 하는데, 이때 영구 케이싱(Permanent Steel Casing)을 강바닥이나 해저에 설치한 후 이 영구 케이싱 상부에 암반굴착장비, 즉 RCD(Reverse Circulation Drill) 장비를 설치하여 암반굴착을 하여야 하나, 지반의 토사층이 낮 거나 지반에 암반이 노출되어 있는 경우에는 영구 케이싱의 거치가 불가능하여 RCD 장비를 이용한 기초말뚝의 시공이 불가능하였다.

또한, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 화약을 이용하여 암반을 파쇄함으로써 암반을 굴착하는 시공방법이 있으나, 이는 작업이 어렵고 정밀하지도 않을 뿐 아니라 환경파괴의 우려가 있으며, 인접 구조물이 있는 경우는 진동으로 인한 피해 우려가 있어 매우 제한적인 문제점이 있다.

따라서, 이와 같은 문제점을 해결할 수 있는 친환경적이고 시공방법이 간단하며 경제적인, 수중 암반에서의 현장타설 대구경 말뚝 시공방법이 요구되고 있는 실정이다.

따라서, 본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 케이싱 로테이터를 이용하여 수중의 암반에서도 RCD 장비를 통해서 암반굴착이 가능하도록 하여 별도의 특수 공법 또는 특수 장비를 이용하지 않고도 암반에 기초말뚝을 형성할 수 있도록 함으로써 이는 친환경적 공법으로서 공기 단축과 공사비 절감의 효과를 얻을 수 있도록 하는데 그 목적이 있다.

상기 목적은, 바지선에 로테이터 브래킷 또는 파일 재킷을 설치하고, 이 로테이터 브래킷 또는 파일 재킷에 로테이터 케이싱을 설치하는 단계와, 상기 로테이 터 케이싱으로 암반을 압입 절삭하는 단계와, 절삭된 암반을 파쇄하는 단계 및 파쇄암을 제거하는 단계와, 암반의 굴착공에 영구 케이싱 거치 및 이 영구 케이싱에 콘크리트 트리미관을 설치하는 단계와, 영구 케이싱의 하단에 고정용 콘크리트를 타설하여 이 영구 케이싱을 고정하는 단계와, 상기 영구 케이싱에 RCD 장비를 설치하여 고정용 콘크리트 및 그 하단부 암반을 굴착하는 단계와, 상기 영구 케이싱 내부에 철근망을 삽입하고 파일 콘크리트를 타설하여 현장타설 대구경 말뚝을 형성하는 단계로 이루어지는 케이싱 로테이터를 이용한 수중 암반에서의 현장타설 대구경 말뚝 시공방법에 의해 달성된다.

이하에서, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 구성을 상세히 설명하기로 한다.

본 발명상의 케이싱 로테이터를 이용한 수중암반에서의 현장타설 대구경 말뚝 시공방법은 도 3 내지 도 12에서 보는 바와 같이 10단계의 공정으로 이루어진다.

제 1단계는 도 3에서 보는 바와 같이, 해상 또는 수상에서 대구경 말뚝을 시공하고자 하는 위치에 바지선(10)을 고정시키고, 이 바지선(10)에 로테이터 브래킷 또는 파일 재킷(11)을 설치한 후 이 로테이터 브래킷 또는 파일 재킷(11)에 케이싱 로테이터(20)를 설치한다.

제 2단계는 도 4에서 보는 바와 같이, 상기 케이싱 로테이터(20)에 로테이터 케이싱(30)을 설치하고, 상기 케이싱 로테이터(20)를 가동시켜 상기 로테이터 케이싱(30)이 수중 암반(40)에 압입 회전되도록 함으로써 상기 로테이터 케이싱(30)의 하단에 형성된 외부돌출형, 하향돌출형, 그리고 내부돌출형 비트(31)에 의해 암반(40)이 절삭되도록 한다.

제 3단계는 도 5에서 보는 바와 같이, 암반(40)을 절삭하면서 삽입된 로테이터 케이싱(30)을 다시 그 절삭된 깊이만큼 인발한 후 상기 로테이터 케이싱(30)의 내부로 치즐(chisel)(50)을 낙하하여 로테이터 케이싱(30) 저면의 암반(40)을 파쇄한다. 여기서 상기 제 2단계에서 로테이터 케이싱(30)에 의해 암반(40)의 표면에 이미 원형의 절삭홈이 형성되어 있으므로 그 절삭홈의 깊이만큼 암반(40)은 쉽게 파쇄되게 된다.

제 4단계는 도 6에서 보는 바와 같이, 해머그라브(60)를 이용하여 상기 로테이터 케이싱(30) 하부의 파쇄암을 제거한다.

제 5단계는 도 7에서 보는 바와 같이, 상기 제 2단계 내지 제 4단계를 반복적으로 수행하여 수중의 암반(40)을 소정깊이까지 굴착한다.

제 6단계는 도 8에서 보는 바와 같이, 상기 로테이터 케이싱(30)의 내부에 영구 케이싱(70)을 삽입하고, 이 영구 케이싱(70)의 내부에는 이를 고정키 위한 콘크리트를 타설하기 위해 콘크리트 트리미관(80)을 설치한다. 이때 상기 영구 케이싱(70)의 외주면에는 상기 로테이터 케이싱(30)의 내주면과 일정 간격을 유지하기 위한 스페이서 바(71)가 형성된다.

제 7단계는 도 9에서 보는 바와 같이, 상기 콘크리트 트리미관(80)을 통해 영구 케이싱(70)의 내부로 콘크리트를 타설하여 암반(40)에 형성된 굴착공(41)의 내ㆍ외부에 콘크리트를 채움으로써 상기 굴착공(41)에 삽입된 영구 케이싱(70)의 하단부가 콘크리트에 잠기도록 한다. 이때 콘크리트가 타설됨과 동시에 상기 로테이터 케이싱(30)을 소정 높이까지 인발하여 타설된 콘크리트가 암반 굴착공(41)의 내주면에 접촉될 수 있도록 한다.

제 8단계는 도 10에서 보는 바와 같이, 상기와 같이 암반 굴착공(41)에 타설된 콘크리트가 양생되면 상기 영구 케이싱(70)의 상부에 RCD 장비(81)를 거치한다.

다음에, 상기 RCD 장비(81)로써 상기 영구 케이싱의 하단 내부에 양생된 콘크리트를 관통하고 필요 심도까지 암반(40)의 굴착을 실시한다. 이때 상기 영구 케이싱(70)의 하단부는 그 외주면이 콘크리트에 의해 암반(40)의 굴착공(41)에 고정되기 때문에 영구 케이싱(70)의 움직임이 전혀 발생하지 않으므로 용이하게 RCD 장비(81)를 통한 굴착작업을 실시할 수 있게 된다.

제 9단계는 도 11에서 보는 바와 같이, 바지선(10)의 로테이터 브래킷 또는 파일 재킷(11)으로부터 케이싱 로테이터(20)와 로테이터 케이싱(30)을 해체하고 상기 영구 케이싱(70)의 내부로 철근망(90)을 삽입한 후 그 영구 케이싱(70)의 내부로 파일 콘크리트를 타설한다.

제 10단계는 도 12에서 보는 바와 같이, 상기 파일 콘크리트가 양생되면 바지선(10)으로부터 상기 영구 케이싱(70)의 상부를 고정하고 있던 로테이터 브래킷 또는 파일 재킷(11)을 해체하여 하나의 현장타설 대구경 말뚝이 완성되도록 한다.

이상과 같은 제 단계를 통해서 수중 및 육상노출의 암반에서 RCD 장비를 이용하여 현장타설 대구경 말뚝을 용이하게 형성할 수 있다.

한편, 본 발명에 적용되는 바지선으로는 잭업바지선(Jack-up Barge)을 이용함이 바람직하다. 그 이유는 상기 잭업바지선은 해상에서 작업시 해수면의 높낮이 또는 파랑에 의한 위치변동이 발생하지 않기 때문에 정확하고도 정밀하게 현장타설 대구경 말뚝을 시공할 수 있기 때문이다.

또한, 본 발명에 적용되는 로테이터 케이싱은 그 하단에 형성되는 비트를 외부로 돌출되는 비트와 하향으로 돌출되는 비트, 그리고 내부로 돌출되는 비트의 세 종류가 순차적으로 다수 배열되도록 형성으로써 암반 굴착효율을 더욱 향상시킴과 아울러 암반에 좀더 큰 폭의 원형 절삭홈을 형성시킬 수 있다.

이상과 같은 본 발명은 수중뿐 아니라 육상에서도 적용이 가능할 뿐만 아니라 본 발명은 케이싱 상단에 RCD 장비 외에도 각종 장비를 거치하여 작업할 수 있어 깊은 심도에서도 대구경 말뚝의 시공이 용이하며 공기 단축과 공사비 절감의 효과를 얻을 수 있을 뿐 아니라 작업이 진행되는 공정을 직접 확인할 수 있어 확실하고도 정밀한 시공이 가능하다.

또한, 이상과 같은 본 발명은 매우 친환경적이고 시공방법이 비교적 간단하며 경제적이어서 교량용 기초 말뚝공사, 각종 해상구조물의 기초 말뚝공사, 풍력발전소 기초공사, 대형 가스 및 유류 탱크기초 말뚝공사 등에 널리 적용할 수 있다.

Claims

바지선(10)에 로테이터 브래킷 또는 파일 재킷(11)을 설치하고, 이 로테이터 브래킷 또는 파일 재킷(11)에 케이싱 로테이터(20)를 설치하는 단계;

상기 케이싱 로테이터(20)에 로테이터 케이싱(30)을 설치하고, 이 로테이터 케이싱(30)을 수중 암반(40)에 압입 회전시켜 상기 로테이터 케이싱(30)의 하단에 형성된 외부돌출형, 하향돌출형 및 내부돌출형 비트(31)에 의해 암반(40)을 절삭하는 단계;

암반(40)을 절삭하면서 삽입된 로테이터 케이싱(30)을 그 삽입된 깊이만큼 인발한 후 상기 로테이터 케이싱(30)의 내부로 치즐(chisel)(50)을 낙하하여 로테이터 케이싱(30) 저면의 암반(40)을 파쇄하는 단계;

해머그라브(60)를 이용하여 상기 로테이터 케이싱(30) 하부의 파쇄암을 제거하는 단계;

상기 암반(40)의 절삭단계, 암반(40)의 파쇄단계, 파쇄암의 제거단계를 반복적으로 수행하여 수중의 암반(40)을 소정깊이까지 굴착하는 단계;

상기 로테이터 케이싱(30)의 내부에 간격유지용 스페이서 바(71)가 형성된 영구 케이싱(70)을 삽입하고, 이 영구 케이싱(70)의 내부에는 콘크리트 트리미관(80)을 설치하는 단계;

상기 콘크리트 트리미관(80)을 통해 영구 케이싱(70)의 내부로 일정 량의 콘크리트를 타설하여 암반(40)에 형성된 굴착공(41)의 내ㆍ외부에 콘크리트를 채움으 로써 상기 굴착공(41)에 삽입된 영구 케이싱(70)의 하단부가 콘크리트에 잠기도록 하여 고정시키는 단계;

상기 암반 굴착공(41)에 타설된 콘크리트가 양생되면 상기 영구 케이싱(70)의 상부에 RCD 장비(81)를 거치하고, 이 RCD 장비(81)를 통해 상기 영구 케이싱의 하단 내부에 양생된 콘크리트를 관통시키며 필요 심도까지 암반(40)을 굴착하는 단계;

바지선(10)의 로테이터 브래킷 또는 파일 재킷(11)으로부터 케이싱 로테이터(20)와 로테이터 케이싱(30)을 해체하고 상기 영구 케이싱(70)의 내부로 철근망(90)을 삽입한 후 그 영구 케이싱(70)의 내부로 파일 콘크리트를 타설하는 단계;

상기 파일 콘크리트가 양생되면 바지선(10)으로부터 상기 영구 케이싱(70)의 상부를 고정하고 있는 로테이터 브래킷 또는 파일 재킷(11)을 해체하는 단계;로 이루어지는 것을 특징으로 하는 케이싱 로테이터를 이용한 수중 암반에서의 현장타설 대구경 말뚝 시공방법.