KR100762991B1 - 고강도 몰탈을 충진하는 기성말뚝 매입공법 - Google Patents

고강도 몰탈을 충진하는 기성말뚝 매입공법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 연속오거, 케이싱오거 또는 해머빗트를 크레인에 장착하여 지반을 천공하고, 말뚝을 천공홀에 관입하기 전과 후에 고유동성, 재료분리 저항성, 고강도 및 부착강도가 큰 성질을 갖는 몰탈을 주입하되 말뚝을 항타(杭打) 또는 경타(輕打)시공을 하지 않고 압입 또는 회전압입 시켜 소음과 지반진동 발생이 적고, 시멘트밀크(시멘트페이스트) 대신 고강도 몰탈을 말뚝의 선단부와 말뚝의 주면부에 충진 함으로써 말뚝의 선단부와 주면부 지지력이 크게 향상되고, 큰 연직압축과 인발지지력 및 수평지지력을 기초말뚝 설계와 시공에 적용할 수 있어 말뚝 개수 뿐만 아니라 말뚝 길이도 줄일 수 있고, 시공이 간편하여 공사기간 단축이 가능하므로 공사비를 크게 절감하여 매우 경제적이며, 기성말뚝을 사용하지만 항타 또는 경타시공을 하지 않기 때문에 소음과 지반진동으로 인한 민원발생을 방지하고, 아울러 말뚝본체에 균열, 절단 등 물성변화가 없어 장기적으로 안정성 확보가 가능한 고강도 몰탈을 충진하는 기성말뚝 매입공법에 관한 것으로,
더욱 상세하게는, 느슨 내지 조밀한 매립층이나 퇴적층, 풍화잔류토층이나 풍화암반과 같이 오거스쿠류와 빗트만으로 굴착이 가능하며, 지하수가 많지 않아 천공후 말뚝을 삽입하기 전에 천공홀이 붕괴되지 않는 매립층, 퇴적층, 풍화잔류토층 및 풍화암반으로 이루어진 지반에 말뚝을 시공하는 공법으로는, 건축물 또는 토목구조물이 축조될 지반과 지지층을 빗트가 선단에 부착된 오거스쿠류를 이용하여 천공홀을 형성하는 천공단계와, 오거스쿠류 또는 별도의 몰탈공급장치를 통해 천공 홀의 하부에 말뚝선단지지력 확보를 위한 고강도몰탈을 충진하는 선단부몰탈충진단계와, 오거스쿠류를 이용하여 선단부몰탈이 충진된 천공홀에 말뚝을 압입이나 회전시켜 관입하는 말뚝관입단계와, 말뚝관입단계에서 천공홀에 관입된 말뚝의 상부를 오거스쿠류로 지지하고, 천공홀에 관입된 말뚝의 주변으로 마찰지지력 확보를 위한 주면부몰탈을 오거스쿠류 또는 별도의 몰탈공급장치를 이용하여 재 충진하는 주면부몰탈충진단계와, 선단부몰탈 및 주면부몰탈이 경화되는 양생단계로 구성되는 것을 특징으로 한다.
매입말뚝공법, 기성말뚝, 오거스쿠류, 케이싱스쿠류, 빗트, 해머빗트, 천공홀, 드라이 몰탈, 혼화재, 유동화제, 고강도몰탈, 몰탈 주입장치, 압입 또는 회전압입, 경타

Description

고강도 몰탈을 충진하는 기성말뚝 매입공법{Precast piling method injected with high-strength mortar}
도 1은 본 발명에 따른 고강도 몰탈을 충진하는 기성말뚝 매입공법의 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 고강도 몰탈을 충진하는 기성말뚝 매입공법의 순서도,
도 3은 본 발명에 따른 제1실시 예의 고강도 몰탈을 충진하는 기성말뚝 매입공법의 구성도,
도 4는 본 발명에 따른 제1실시 예의 고강도 몰탈을 충진하는 기성말뚝 매입공법의 순서도,
도 5는 본 발명에 따른 제2실시 예의 고강도 몰탈을 충진하는 기성말뚝 매입공법의 구성도,
도 6은 본 발명에 따른 제2실시 예의 고강도 몰탈을 충진하는 기성말뚝 매입공법의 순서도,
도 7은 본 발명에 따른 제3실시 예의 고강도 몰탈을 충진하는 기성말뚝 매입공법의 구성도,
도 8은 본 발명에 따른 제3실시 예의 고강도 몰탈을 충진하는 기성말뚝 매입 공법의 순서도,
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
11,21,31,41 : 천공홀 12,22,32,42 : 오거스쿠류
12a,22a : 빗트 13,23,33,43 : 선단부몰탈
14,24,34,44 : 말뚝 15,25,35,45 : 주면부몰탈
16,27,36,47 : 보호판 17,37,48 : 고압호스
38,49 : 토사 26,46 : 케이싱스쿠류
32a,42a : 에어해머 S11,S21,S31,S41 : 천공단계
S12,S22,S32,S42 : 선단부몰탈충진단계
S13,S23,S33,S43 : 말뚝관입단계
S14,S34 : 주면부몰탈충진단계
S24,S44 : 스쿠류케이싱인발 및 주면부몰탈재충진단계
S15,S25,S35,S45 : 양생단계
S36,S46 : 토사되메우기단계
G : 지반 g : 지지층
본 발명은 연속오거, 케이싱오거 또는 해머빗트를 크레인에 장착하여 지반을 천공하고, 기성말뚝을 천공홀에 관입하기 전과 후에 고유동성과 고강도를 갖는 몰탈을 주입하되 말뚝을 항타 또는 경타시공을 하지 않고 압입 또는 회전압입 시켜 소음과 지반진동 발생이 적고, 시멘트밀크(시멘트페이스트) 대신 고강도 몰탈을 말뚝의 선단부와 말뚝의 주면부에 충진 함으로써 말뚝의 선단부와 주면부 지지력이 크게 향상되고, 큰 연직압축지지력과 인발지지력 및 수평지지력을 기초말뚝 설계와 시공에 적용할 수 있어 말뚝 개수 뿐만 아니라 말뚝 길이도 줄일 수 있고, 시공이 간편하여 공사기간 단축이 가능하므로 공사비를 크게 절감하여 매우 경제적이며, 기성말뚝을 사용하지만 항타 또는 경타시공 하지 않기 때문에 민원발생을 방지하고, 말뚝본체에 균열, 절단 등 물성변화가 없어 장기적으로 안정성 확보 가능한 고강도 몰탈을 충진하는 기성말뚝 매입공법에 관한 것이다.
일반적으로 건축물이나 토목구조물이 축조되는 지반 중 느슨한 지반이나 연약한 지반은 건축물이나 토목구조물의 하중으로 인하여 지반침하나 측방유동이 발생될 수 있으며, 이를 방지하고 건축물이나 토목구조물의 안정성을 장기간 확보하기위해 지반 내에 인위적으로 기성말뚝을 타입, 압입, 회전관입, 낙하 및 최종 경타하여 기성말뚝공사를 시행하게 된다.
아울러, 국내외에서 일반적으로 적용하고 있는 기성말뚝 시공법으로는 항타공법과 매입공법이 있으며, 항타공법은 기성말뚝을 항타하는 해머 형식에 따라 항타식과 진동식으로 구분된다.
즉, 항타식은 주로 낙하에너지에 의해 말뚝을 지반에 관입시키는 방식이며, 진동식은 진동발생기로 발생된 왕복운동에 의해 항타시 발생되는 주변지반과의 마 찰력을 작게 하고 진동력에 의해 말뚝에 발생한 관성력을 이용하여 말뚝을 지반에 관입시키는 방식이다.
그러나, 이러한 항타식 말뚝공법은 주로 낙하에너지에 의해 말뚝을 지반에 관입시키는 방식으로, 해머의 효율 및 항타 도중에 발생하는 말뚝의 응력이 달라지기 때문에 지지력도 달라지는 문제가 있으며, 항타공사로 인한 소음과 지반진동은 민원발생의 원인이 되고, 말뚝을 항타시공하기 어려운 자갈, 호박돌 및 핵석이 분포되어있는 지층은 물론이고 쓰레기가 매립된 지층에 적용이 불가능한 문제점이 있었다.
이러한, 항타식 말뚝공법을 개선하고자 개발된 기성말뚝 매입공법은 선단에 Ring bit를 부착한 말뚝 내부에 어스오거(Earth Auger)나 에어해머(Rock or Hammer bit) 등의 굴착장비를 넣고 말뚝선단부의 지반을 굴착하면서 말뚝을 회전관입 시공하는 중굴공법, 오거 등으로 지반을 미리 굴착하고 나서 기성말뚝을 압입, 회전관입, 낙하, 최종 경타(輕打) 또는 항타하여 시공하는 선굴착(Preboring)공법, 그리고 말뚝을 지반 내에 회전압입 함에 따라 기성말뚝 항타시 가장 문제가 되는 소음과 지반진동을 최소화할 수 있는 회전압입공법 등이 있다.
한편, 중공공법의 특징은 저소음, 저진동으로 말뚝시공이 가능하며, 모든 지반의 굴착이 가능하고, 케이싱스쿠류를 사용하기 때문에 천공홀 벽이 붕괴되지 않으며, 지하수위가 높은 지반에서도 지하수에 의한 영향을 받지 않는 장점이 있는 반면, 시멘트밀크 충진이나 콘크리트 타설방식을 이용하여 시공할 경우에는 비록, 말뚝본체의 손상이 작지만 설계지지력 확보를 위한 시공관리는 타격식에 비해 어려 운 문제점이 있었다.
또한, 선굴착방식을 이용하는 시공법은 굴착토사 배출 여부에 따라 배토방식과 비배토 방식으로 구분되며, 시멘트페이스트 또는 시멘트밀크 충진 여부 및 최종 말뚝안착방식에 따라 다음과 같이 3가지로 분류된다. 이 공법 들은 국내에서 주로 이용되고 있는 대표적인 선굴착 공법이다.
(1) SIP(Soil-cement Injected Precast pile) 공법은 말뚝직경보다 100mm정도 큰 직경을 갖는 연속날개 또는 교반용 날개를 부착한 오거로 지반을 선굴착 한 후 굴착공 내에 시멘트밀크를 충진하고 오거날개를 상하로 회전시켜 굴착공 내의 토사와 교반한 후 말뚝을 삽입하고 드롭 또는 유압해머로 최종 경타방식으로 말뚝을 시공하는 방식으로, 지반진동이나 소음을 감소시킬 수 있으나 경타시 발생되는 소음과 지반진동이 불가피한 문제점이 있었다.
또한, SIP 공법은 선굴착의 영향으로 인한 굴착공벽의 지반교란과 원지반의 지중응력 이완, 부적절한 시멘트밀크배합은 물론이고 충진과 교반을 충분히 시행하지 않고, 지지층 확인이 어렵기 때문에 작은 말뚝지지력을 사용하는 실정이다. 특히 빈배합의 시멘트밀크를 충진하거나, 말뚝과 천공홀 사이의 공극을 충진하지 않을 경우 또는 투수성이 큰 모래자갈층에는 시멘트밀크가 유실되고, 충진이불가능하기 때문에 마찰지지력이 현저히 떨어지며, 지하수위가 높은 모래, 자갈퇴적층이나 연약한 점성토에서 공벽 붕괴시 본 공법은 적용이 곤란한 문제점이 있었다.
(2) SAIP(Special Auger & soil-cement Injected Precast pile) 공법은 말뚝 항타시 발생되는 소음과 지반진동을 최소화하고, 기존 매입공법(SIP)의 문제점인 굴착배토시 굴착공벽 붕괴시 말뚝 삽입 불가능 및 지반지지력 저감 문제점을 다소 개선한 공법이다.
이러한, SAIP공법은 말뚝직경보다 100mm정도 큰 오거(Special auger) 외부에는 나선형 날개(Spiral rib)를, 하부에는 개폐식 슈(Shoe)를 장착하거나 사장용 슈를 설치하여 굴착한 후 오거 내부에 말뚝을 낙하시키는 공법으로, 나선형 날개가 클수록 굴착효율은 높지만 천공홀 주변지반을 많이 교란시켜 마찰지지력이 감소된다. 특히 빈배합의 시멘트밀크를 충진하거나, 말뚝과 천공홀 공극을 충진하지 않을 경우, 투수성이 큰 모래자갈층에는 시멘트밀크 충진이 불가능하여 마찰지지력이 현저히 떨어지는 문제점이 있으며, 오거 선단에 고정시킨 개폐식 슈 사용시 오거 인발할 때 쌓이는 슬라임(Slime)으로 인해 선단지지력이 감소되며, 기성말뚝을 낙하시키므로 균열, 절단 등이 발생되어 말뚝시공된 상태를 판단하는 건전도가 저하되는 문제점이 있었다.
(3) SDA(Separated Doughnut Auger) 공법은 상호 역회전하는 상부(내측) 오거와 말뚝직경보다 50mm정도 큰 하부(외측) 케이싱스쿠류에 의한 독립된 2중 굴진식을 채택하여 굴진함에 따라 굴착효율이 높으며 공벽이 유지되고, 이때의 굴착된 토사는 오거와 압축공기를 이용하여 배토함으로써 토사나 암편을 육안으로 관찰하여 각 지층 확인 및 지지층 결정이 용이하다.
그러나, SDA공법은 말뚝 선단 및 주면에 시멘트밀크를 충분히 충진하면 선단 및 마찰지지력 확보가 용이하지만 빈배합의 시멘트밀크를 충진하거나, 말뚝과 천공홀 공극을 충진하지 않을 경우, 또한 투수성이 큰 모래자갈층에는 시멘트밀크 가 유실되기 때문에 충진이 불가능하여 마찰지지력이 현저히 떨어진다. 연약점성토지반에서도 마찰지지력은 현저히 떨어지는 문제점이 있어왔다.
그리고, 상기한 모든 공법들에 사용되는 시멘트밀크는 일반적으로 시멘트와 물을 빈배합(W/C=83%, 물 : 710kg, 시멘트: 859kg)한 것으로서, 시멘트 페이스트(cement paste 혹은 시멘트풀)이라고도 지칭된다.
이러한, 시멘트밀크는 충진되는 지반내부에 지하수를 많이 함유하거나, 대수층이 있을 경우 또는 흙 입자들 간의 공극이 큰 지반에 충진하게 되면 시멘트밀크가 양생되기 전에 유실되어 지지력이 감소되며, 유실이 적은 지반에서도 더욱더 묽은 상태로 즉, 빈배합으로 변화되어 마찰지지력이 감소되고, 말뚝과 천공홀 사이의 공간이 충진되지 않기 때문에 지반이 측방유동되고 장기침하되며, 말뚝은 수평변위가 발생되어 말뚝의 연직지지력은 물론이고 수평지지력이 떨어지는 문제점이 있었다.
즉, 시멘트밀크를 주입하여 시공하는 매입말뚝은 연직지지력은 물론이고 수평지지력도 현저히 작아지게 된다. 따라서, 큰 연직하중이 작용하는 구조물에는 말뚝 본수가 많아지게 되고, 큰 수평하중이 작용하는 구조물에는 매입말뚝공법을 적용하기 어려운 문제점이 있었다.
상기와 같은, 말뚝공법으로 시공되는 매입말뚝의 지지력 산정방식은 건설교통부 제정 "구조물기초설계기준"에 '선단지지력과 마찰지지력의 합'으로 명기되어 있지만, 상기에서 지적된 여러 가지 문제점을 고려하여 항타말뚝에 비해 현저히 작은 지지력을 채택하도록 제안하고 있다.
현재 국내에서 사용되는 말뚝지지력을 산정하는 제안식은 현저히 작은 설계지지력을 적용하고 있지만, 민간 공사 발주 분야에서는 특별한 기준 없이 항타말뚝보다 작은 설계지지력 값을 채택하고 있는 실정이다. 다음은 기성말뚝 매입공법의 설계지지력을 산정하는 국내설계기준이다.
아래의 식은 중굴(속파기)공법에 대해서 제시된 말뚝의 지지력산정을 위한 방정식이다.
Figure 112006056778317-pat00001
여기서 ;
Figure 112006056778317-pat00002
: 말뚝의 축방향 극한지지력(t),
Figure 112006056778317-pat00003
: 선단극한지지력
Figure 112006056778317-pat00004
,
Figure 112006056778317-pat00005
: 마찰극한지지력
Figure 112006056778317-pat00006
,
Figure 112006056778317-pat00007
: 말뚝선단 지반의 평균 N치,
Figure 112006056778317-pat00008
: 말뚝주면 지반의 평균 N치,
Figure 112006056778317-pat00009
: 선단지지력계수,
Figure 112006056778317-pat00010
: 마찰지지력계수,
Figure 112006056778317-pat00011
: 단위선단지지력(t/㎡),
Figure 112006056778317-pat00012
: 말뚝 선단면적(㎡),
Figure 112006056778317-pat00013
: 단위주면마찰력(t/㎡),
Figure 112006056778317-pat00014
: 말뚝 마찰지지 면적(㎡)을 나타낸다.
아울러, 말뚝의 장기 연직허용지지력을 산정하는 방정식은 아래와 같다.
Figure 112006056778317-pat00015
여기서 ;
Figure 112006056778317-pat00016
: 말뚝의 장기 연직허용지지력,
Figure 112006056778317-pat00017
: 안전율을 나타낸다.
그리고, 아래의 <표 1>은 상기에 기술된 말뚝지지력산정 방정식을 사용하면 매입말뚝의 지지력은 작아질 수 밖에 없는 시험치를 나타내는 것이다.
즉, 선굴착공법으로 시공된 말뚝의 지지력은 항타말뚝의 1/3~1/2(선단지지 력) 또는 1/2(마찰지지력)로 감소시켜 적용하고, 중굴공법으로 시공하는 말뚝 역시 항타말뚝에 비해 상대적으로 감소시켜 적용하도록 나타내고 있다.
아울러, 현재 국내에서 적용하고 있는 매입말뚝의 설계지지력(허용연직지지력)은 직경 400mm PHC말뚝의 경우 예를 들면, 말뚝본체의 허용내력(耐力)이 105t/본(A type, 105t에는 안전율이 4.8정도가 적용된 것임) 이지만 실제 설계에는 허용지지력으로 50t/본~70t/본, 즉 허용내력의 48~67% 정도만 이용하고 있는 실정이다. 또한 직경 508mm 강관말뚝의 경우 예를 들면, 말뚝본체의 허용내력(耐力)이 206.6t/본(SPS400, 두께 12mm) 이지만 실제 설계에는 허용지지력으로 70t/본~110t/본, 즉 허용내력의 34~53% 정도만 이용하고 있는 실정이다.
이러한, 말뚝의 지지력도 풍화암반내 수m 또는 연암반까지 시공하여 대부분 선단지지력 확보에 의존하고 있기 때문에 말뚝길이가 증가함에 따라 매우 비경제적인 설계와 시공을 하고 있는 실정이다.
특히, 건축현장(주로 아파트, 오피스텔, 관공서, 상가, 주차장 등)은 주로 연직하중과 말뚝의 연직지지력에 의해 말뚝의 개수가 결정되고, 그 사용하는 말뚝수량이 매우 많은 편이기 때문에 본 시공법을 적용하면 그 효과가 매우 커질 수 있다.
<표 1> 선 굴착 및 중굴말뚝 지지력 산정식
지지력 산정법 선단지지력(QP, t) 주면마찰력 (Qs, t) 안전율
구조물기초 설계기준 해설 (선 굴착 공법) QP≤30NbAP (항타말뚝) x1/3~1/2 QS=nN´AS, n=0.2 (항타말뚝, nN'≤10t/m2)x1/2 3
도로교 표준 시방서 (중굴공법) QP=qpAP * 최종 타격방식 qp=30Nb, Nb≤40(≤1200t/m2) * cement milk 교반방식 qp=15Nb(≤750 t/m2) : 모래층 qp=20Nb(≤1000t/m2) :모래·자갈층 * 콘크리트 타설방식 qp=300 t/m2 : 모래·자갈층 및 모래층(Nb≥30) qp=3qu : 단단한 점성토층 QS=Asfs 사질토 : 0.1N´(≤5) 점성토 : 0.5C 또는 0.5N´(≤10) 선단지지말뚝 : 3, 마찰말뚝 : 4
여기서 Nb : 말뚝선단부근의 보정 N치 Ap : 말뚝의 선단 면적(m2) N´: 말뚝 주면지반의 평균 N치 As : 말뚝의 주면적(m2) C : 점성토의 전단강도 qu : 1축압축강도
즉, 느슨한 지반이나 지하수가 많고 투수성이 큰 모래자갈층에서는 유실이 쉽게 되는 시멘트밀크를 대체할 수 있는 시멘트혼합물이 절실히 요구되고 있다. 또한, 말뚝을 지반에 설치하기 위한 경타나 항타로 인한 소음 및 진동에 대한 민원 해소, 지반교란 및 지중응력 이완 방지, 시멘트밀크 배합비 기준이 명확하지 않아 지지력을 작게 산정하여 적용하는 문제와 시멘트밀크 충진에 대한 품질관리의 어려움에 대한 개선이 요구되어 종래의 매입말뚝공법의 단점을 보완하면서 큰 연직 및 수평지지력을 확보할 수 있는 새로운 말뚝공법의 개발이 필요하게 되었다.
이에 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 감안하여 안출한 것으로 지반내에 흐르는 지하수나 공극에 의해 유실되기 쉽고, 말뚝과 천공홀 사이 공극에 충진이 어려운 시멘트밀크 충진방식 대신 유동성이 커서 시공성이 좋으며, 고강도 및 수중불분리가 되지 않는 몰탈을 사용함으로써 천공홀과 말뚝사이를 몰탈이 유실되지 않는 상태로 충진할 수 있기 때문에 큰 연직, 수평 및 인발지지력 확보가 용이하여 기성말뚝의 재료가 갖고 있는 내력(耐力)을 충분히 활용할 수 있도록 개선된 고강도 몰탈을 충진하는 기성말뚝 매입공법을 제공하는데 목적이 있다.
그리고, 본 발명의 또 다른 목적은 고유동성 및 고강도 몰탈을 사용하여 모든 지반에 적용가능하며, 말뚝이 지반에 관입된 전체 면적에서 말뚝의 지지력이 발휘될 수 있어 말뚝 갯수 뿐만 아니라 길이도 줄일 수 있으며, 시공이 간단하여 공사기간 단축이 가능하므로 시멘트밀크를 주입하는 종래 매입공법에 비해 공사비를 크게 절감하여 매우 경제적으로 개선된 고강도 몰탈을 충진하는 기성말뚝 매입공법을 제공하는데 목적이 있다.
아울러, 기성말뚝을 사용하지만 항타 또는 경타시공방식을 이용하지 않고, 압입이나 회전관입 방식을 이용하여 말뚝본체에 균열, 절단 등 물성변화가 없어 장기적으로 안정성 확보에 유리하며, 소음과 지반진동이 발생되지 않는 저소음·저진동 시공이 가능하도록 개선된 고강도 몰탈을 충진하는 기성말뚝 매입공법을 제공하는데 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 느슨 내지 조밀한 매립층이나 퇴적층, 풍화잔류토층이나 풍화암반과 같이 오거스쿠류와 빗트만으로 굴착이 가능하며, 지하수가 많지 않아 천공후 말뚝을 삽입하기 전에 천공홀이 붕괴되지 않는 매 립층, 퇴적층, 풍화잔류토층 및 풍화암반으로 이루어진 지반에 말뚝을 시공하는 공법에 있어서, 건축물 또는 토목구조물이 축조될 지반과 지지층을 빗트가 선단에 부착된 오거스쿠류를 이용하여 천공홀을 형성하는 천공단계와, 오거스쿠류 또는 별도의 몰탈공급장치를 통해 천공홀의 하부에 말뚝선단지지력 발휘를 위한 고강도몰탈을 충진하는 선단부몰탈충진단계와, 오거스쿠류를 이용하여 선단부몰탈이 충진된 천공홀에 말뚝을 압입이나 회전시켜 관입하는 말뚝관입단계와, 말뚝관입단계에서 천공홀에 관입된 말뚝의 상부를 오거스쿠류로 지지하고, 천공홀에 관입된 말뚝의 주변으로 마찰지지력 확보를 위해 오거스쿠류(12)의 중공부 또는 별도의 몰탈공급장치를 이용하여 주면부몰탈을 재 충진하는 주면부몰탈충진단계와,, 선단부몰탈 및 주면부몰탈이 경화되는 양생단계로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 조밀한 매립층이나 퇴적층, 풍화잔류토층이나 풍화암반과 같이 오거스쿠류와 빗트로 굴착이 가능하지만, 지하수가 많은 매립층, 연약점성토층, 모래자갈층 및 풍화잔류토층과 같이 천공 후 말뚝을 삽입하기 전에 천공홀이 붕괴되는 쉬운 지반에 말뚝을 시공하는 공법에 있어서, 건축물 또는 토목구조물이 축조될 지반과 지지층을 비트가 선단에 부착된 오거스쿠류 및 케이싱스쿠류를 이용하여 천공홀을 형성하는 천공단계와, 오거스쿠류를 통해 천공홀의 하부에 말뚝선단지지력 발휘를 위한 고강도몰탈을 충진하는 선단부몰탈충진단계와, 오거스쿠류를 이용하여 선단부몰탈이 충진된 천공홀에 말뚝을 압입이나 회전시켜 관입하는 말뚝관입단계와, 말뚝관입단계에서 천공홀에 관입된 말뚝의 상부를 오거스쿠류로 압입한 상태에서 케이싱스쿠류를 인발하는 동시에, 천공홀에 관입된 말뚝의 주면마찰지지력 발휘를 위해 오거스쿠류의 중공부로 주면부몰탈을 몰탈공급장치를 이용하여 재 충진하는 케이싱스쿠류인발 및 주면부몰탈충진단계와, 선단부몰탈 및 주면부몰탈이 경화되는 양생단계로 구성되는 것을 특징으로 한다.
아울러, 쓰레기나 전석 매립층, 자갈 전석이 있는 퇴적층, 풍화잔류토층이나 풍화암반 내에 핵석이 분포되어 있거나, 기반암과 같이 오거스쿠류와 빗트로 천공이 불가능하여 보다 강력한 굴진력이 필요하고, 천공 후 말뚝을 삽입하기 전에 천공홀이 붕괴되지 않을 때 적용가능하며, 지하층이나 지하구조물 기초말뚝을 시공할 때 말뚝길이를 줄여 지하 터파기공사를 원활히 하고자 말뚝의 상단을 미리 기초시공높이에 맞춰서 시공할 필요가 있는 지반에 말뚝을 시공하는 공법에 있어서, 에어해머가 선단에 부착된 오거스쿠류를 이용하여 천공홀을 형성하는 천공단계와, 오거스쿠류를 제거 후, 몰탈공급장치를 이용하여 천공홀의 하부에 기초가 되는 선단부몰탈을 충진하는 선단부몰탈충진단계와, 선단부몰탈이 충진된 천공홀에 말뚝을 압입이나 회전시켜 관입하는 말뚝관입단계와, 말뚝관입단계에서 천공홀에 관입된 말뚝의 상부를 오거스쿠류로 지지하며, 천공홀에 관입된 말뚝의 주변으로 마찰지지력 발휘를 위한 주면부몰탈을 몰탈공급장치를 이용하여 재 충진하는 주면부몰탈충진단계와, 선단부몰탈 및 주면부몰탈이 경화되는 양생단계와, 양생단계를 거친 후 말뚝이 관입된 천공홀의 상부에 토사를 매립하는 토사 되메우기단계로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 쓰레기나 전석 매립층, 자갈 전석이 있는 퇴적층, 풍화잔류토층이나 풍화암반 내에 핵석이 분포되어 있거나, 기반암과 같이 오거스쿠류와 빗트로 천공 이 불가능하여 보다 강력한 굴진력이 필요하고, 천공 후 말뚝을 삽입하기 전에 천공홀이 붕괴될때 적용가능하며, 지하층이나 지하구조물 기초말뚝을 시공할 때 말뚝길이를 줄여 지하 터파기공사를 원활히 하고자 말뚝의 상단을 미리 기초시공높이에 맞춰서 시공할 필요가 있는 조건의 지반에 말뚝을 시공하는 공법에 있어서, 에어해머가 선단에 부착된 오거스쿠류와 케이싱스쿠류를 이용하여 천공홀을 형성하는 천공단계와, 오거스쿠류를 인발 후, 천공홀의 하부에 몰탈공급장치를 이용하여 선단부몰탈을 충진하는 선단부몰탈충진단계와, 오거스쿠류를 이용하여 선단부몰탈이 충진된 천공홀에 말뚝을 압입이나 회전시켜 관입하는 말뚝관입단계와, 천공홀에 관입된 말뚝의 상부를 오거스쿠류로 지지하며 케이싱스쿠류를 인발는 동시에, 천공홀에 관입된 말뚝의 주변으로 마찰지지력 발휘를 위한 주면부몰탈을 몰탈공급장치를 이용하여 재 충진하는 케이싱스쿠류인발 및 주면부몰탈충진단계와, 선단부몰탈 및 주면부몰탈이 경화되는 양생단계와, 말뚝이 관입된 천공홀의 상부에 토사를 매립하는 토사되메우기단계로 구성되는 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 말뚝은 H형 말뚝, 강관말뚝, 콘크리트말뚝, 복합말뚝, 이형말뚝, 강봉 중 어느 하나로 사용되도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 선단부몰탈 및 주면부몰탈은 모래와 시멘트와 큰강도 및 큰부착력 발현을 위한 혼화재, 재료분리와 수중분리방지용 혼화재와 시공성을 위한 유동화제로 조성되는 드라이 몰탈과 물을 혼합하여 만들어진다.
아울러, 상기 선단부몰탈 및 주면부몰탈은 지반의 내부에 투수성이 매우 큰 모래자갈층과 같은 대수층에서도 유실되지 않고, 강 말뚝 또는 콘크리트 말뚝의 표면에 잘 부착될 수 있도록 팽창재, 유동화제, 수중불분리제, 재료불분리제가 혼합되어 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 선단부몰탈(13,23,33,43) 및 주면부몰탈(15,25,35,45)은 오거스쿠류의 중공부를 통해 말뚝의 선단부나 주면부에 주입하거나 호스를 통해 주입해야하므로 고강도 몰탈의 교반, 압송 및 충진이 용이할 수 있도록 유동성이 커야하기 때문에 흐름치가 160∼200mm 되어야 하는 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 선단부몰탈 및 주면부몰탈은 양생 후 3일 경과된 때의 강도가 200∼250kg/cm2 이며, 양생기간이 7일 경과된 때의 강도가 300∼350kg/cm2 되고, 양생기간이 28일 경과된 때의 강도가 400∼450kg/cm2 의 양생강도가 발현되는 고강도 몰탈로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 말뚝은 압입 또는 회전시켜 관입하는 방식뿐만 아니라 경타 방식으로 말뚝을 관입할 수도 있도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 보호판의 크기는 말뚝의 상단부와 동일한 모양과 크기로 형성되며, 오거스쿠류의 지지력에 파손이나 변형되지 않는 두께로 형성된 나무판, 철판, 고무판, 플라스틱판 중 하나로 구성되는 것을 특징으로 한다.
이에 상기한 바와 같은 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
첨부된 도 1은 본 발명에 따른 고강도 몰탈을 충진하는 기성말뚝 매입공법의 구성도이며, 도 2는 본 발명에 따른 고강도 몰탈을 충진하는 기성말뚝 매입공법의 순서도이고, 도 3은 본 발명에 따른 제1실시 예의 고강도 몰탈을 충진하는 기성말뚝 매입공법의 구성도이며, 도 4는 본 발명에 따른 제1실시 예의 고강도 몰탈을 충진하는 기성말뚝 매입공법의 순서도이고, 도 5는 본 발명에 따른 제2실시 예의 고강도 몰탈을 충진하는 기성말뚝 매입공법의 구성도이며, 도 6은 본 발명에 따른 제2실시 예의 고강도 몰탈을 충진하는 기성말뚝 매입공법의 순서도이고, 도 7은 본 발명에 따른 제3실시 예의 고강도 몰탈을 충진하는 기성말뚝 매입공법의 구성도이며, 도 8은 본 발명에 따른 제3실시 예의 고강도 몰탈을 충진하는 기성말뚝 매입공법의 순서도이다.
도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 고강도 몰탈을 충진하는 기성말뚝 매입공법은 느슨 내지 조밀한 매립층이나 퇴적층, 풍화잔류토층이나 풍화암반과 같이 오거스쿠류와 빗트만으로 굴착이 가능하며, 지하수가 많지 않아 천공후 말뚝을 삽입하기 전에 천공홀이 붕괴되지 않는 매립층, 퇴적층, 풍화잔류토층 및 풍화암반으로 이루어진 지반에 말뚝을 시공하는 공법으로서 공법의 단계로는 천공단계(S11), 선단부몰탈충진단계(S12), 말뚝관입단계(S13), 주면부몰탈충진단계(S14), 양생단계(S15)로 이루어진다.
상기 천공단계(S11)는 구조물이 축조될 지반(G)과 지지층(g)을 오거스쿠 류(12)를 이용하여 천공홀(11)을 형성하는 단계로서, 직경의 크기에 제한을 받지 않으며, 빗트(12a)가 선단에 부착된 오거스쿠류(12)를 이용하여 천공이 가능하다.
즉, 지반(G)은 느슨하거나 연약한 지층을 지칭하며, 지지층(g)은 지반(G)하부에 위치되는 조밀하거나 단단한 지층 또는 암반층을 지칭하는 것으로, 천공단계(S11)에서는 천공홀(11)을 지지층(g)에 0~5m깊이까지 만들 수 있도록 천공하는 것이다.
이러한, 천공단계(S11)를 통한 천공작업시 천공홀(11)은 천공홀(11)에 관입될 말뚝(14)의 직경보다 50~100mm정도 크게 지반을 천공하여, 말뚝(14)이 관입된 천공홀(11)과 말뚝(14)사이에는 빈공간이 형성되도록 천공홀(11)을 천공하는 것이다.
또한, 천공단계(S11)를 통한 천공작업시 천공홀(11)이 수직하게 천공되는지 확인하기 위하여 천공장비(굴착기와 같은 장비)에 장착된 수평기(도시하지 않음)와 별도로 제작한 내림추(도시하지 않음)를 이용하여 천공작업 동안 지속적으로 천공홀(11)이 수직으로 천공되는지를 관측하여야 한다.
그리고, 선단부몰탈충진단계(S12)는 천공단계(S11)에서 천공홀(11)이 지반(G)의 지지층(g)까지 도달되게 천공하는 작업이 마무리되면 시행하는 작업으로서, 오거스쿠류(12) 또는 별도의 몰탈공급장치를 통해 천공홀(11)의 하부에 주입하는 선단부몰탈(13)은 천공홀(11) 내부에 말뚝을 관입할 경우 선단부몰탈(13)이 천공홀(11)의 입구를 통해 지반(G)의 상부로 흘러넘치지 않을 정도의 양으로 충진한다.
아울러, 오거스쿠류(12)는 천공홀(11)에 선단부몰탈(13)을 주입할 수 있도록, 내부가 중공(中孔)되게 형성된 것을 사용한다.
한편, 말뚝관입단계(S13)는 오거스쿠류(12)를 이용하여 선단부몰탈(13)이 충진된 천공홀(11)에 말뚝(14)을 압입이나 회전시켜 관입하는 단계이다.
이때, 오거스쿠류(12)는 말뚝(14)의 상부의 파손 및 변형을 방지하기 위해 얹혀지는 보호판(16)의 상부를 지지하는 동시에 말뚝(14)을 하향으로 압입하면서 회전시켜 말뚝(14)의 파손과 변형을 방지하며 관입력을 향상시켜 천공홀(11)에 관입시키는 것이다.
그리고, 보호판(16)의 크기는 말뚝(14)의 상단부와 동일한 모양과 크기로 형성하며, 오거스쿠류(12)의 지지력에 파손이나 변형되지 않는 두께로 형성된 나무판, 철판, 고무판, 플라스틱판 중 하나로 구성할 수 있다.
아울러, 보호판(16)은 기성말뚝을 천공홀(11)바닥에 압입 시킬때 오거스쿠류(12)와 비트(12a)에 의해 말뚝 상부가 파손 또는 변형되는 것을 방지할 목적으로 사용한다.
또한, 말뚝관입단계(S13)에서는 말뚝(14)의 관입으로 인하여 천공홀(11)에 충진된 선단부몰탈(13)은 말뚝(14)의 부피만큼 천공홀(11)을 따라 상부로 이동하여 말뚝(14)의 주면과 천공홀(11)의 내벽에 부착되게 되는 것이다.
이후, 주면부몰탈충진단계(S14)는 말뚝관입단계(S13)에서 천공홀(11)에 관입된 말뚝(14)의 상부에 고정된 보호판(16)의 상부를 오거스쿠류(12)로 지지하고, 천공홀(11)에 관입된 말뚝(14)의 주변으로 말뚝(14)의 주면마찰력 확보 및 발휘를 위 한 주면부몰탈(15)을 오거스쿠류(12) 또는 별도의 몰탈공급장치를 이용하여 재 충진하는 단계이다.
아울러, 주면부몰탈(15)은 천공홀(11)을 형성하기 위한 천공장비와는 별도로 몰탈을 배합, 교반, 공급하는 몰탈공급장비가 별로도 있어, 몰탈공급장비에 연결되어 몰탈을 공급받아 이송 후 천공홀(11)에 삽입하여 충진 할 수 있는 고압호스(17)로 구성된 것을 사용한다.
즉, 말뚝관입단계(S13)에서 말뚝(14)을 관입하더라도 선단부몰탈(13)이 천공홀(11)을 모두 충진시키지 못할 경우에는 고압호스(17)를 이용하여 말뚝(14)의 상부에 얹혀진 보호판(16)을 오거스쿠류(12)로 지지한 상태에서 주면부몰탈(15)을 충진시켜 말뚝(14)과 천공홀(11) 사이의 빈 공간을 충진시키게 되는 것이다.
아울러, 말뚝(14)이 관입된 천공홀(11)에 주면부몰탈(15)을 주입할 경우, 말뚝(14)이 수직으로 직립될 수 있도록 오거스쿠류(12)로 지지하는 것이다.
마지막으로, 양생단계(S15)는 선단부몰탈(13) 및 주면부몰탈(15)이 경화되는 단계를 거쳐 고강도 몰탈을 충진하는 기성말뚝 매입공법이 완료되는 단계이다.
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 제 1실시 예로서의 고강도 몰탈을 충진하는 기성말뚝 매입공법은 조밀한 매립층이나 퇴적층, 풍화잔류토층이나 풍화암반과 같이 오거스쿠류와 빗트로 굴착이 가능하지만, 지하수가 많은 매립층, 연약점성토층 및 모래자갈층과 같이 천공 후 말뚝을 삽입하기 전에 천공홀이 붕괴되는 쉬운 지반에 말뚝을 시공하는 공법으로서 공법의 단계로는 천공단계(S21), 선단부몰탈충진단계(S22), 말뚝관입단계(S23), 케이싱스크류인발 및 말뚝주면부몰탈충진단계(S24), 양생단계(S25)로 이루어진다.
이러한, 천공단계(S21)는 구조물이 축조될 지반(G)과 지지층(g)을 빗트 (22a)가 선단에 부착된 오거스쿠류(22) 및 케이싱스쿠류(26)를 이용하여 천공홀(21)을 형성하는 단계이다.
즉, 천공하는 지반(G)의 토질에 따라서 굴착, 배토시 천공홀(21)이 붕괴될 우려가 있는 연약 지층이나 모래의 함유가 많은 지층 또는 지하수가 많은 지층에 이용되며, 케이싱스쿠류(26)를 오거스쿠류(22)와 동시에 지반(G)에 삽입시키며 상호 다른 방향으로 역회전하면서 지반(G)과 지지층(g)을 굴진하게 되는 것이다.
아울러, 케이싱스쿠류(26)의 선단에는 지반(G)을 굴착할 수 있는 비트(도면상 미도시)가 형성되어 있어 지반(G)과 지지층(g)을 천공가능하고, 천공홀(21)의 내벽이 무너지는 것을 방지하며 천공작업을 수행하는 것이다.
그리고, 선단부몰탈충진단계(S22)는 천공단계(S21)에서 천공홀(21)이 지반(G)의 지지층(g)까지 도달되게 천공하는 작업이 마무리되면 시행하는 작업으로서, 오거스쿠류(22)를 통해 천공홀(11)의 하부에 선단부몰탈(23)을 말뚝길이에 변화될 수 있으나, 말뚝을 천공홀(21) 내부에 관입할 경우 선단부몰탈(23)이 천공홀(21)의 입구를 통해 지반(G)의 상부로 흘러넘치지 않을 정도의 양으로 충진한다.
그리고, 말뚝관입단계(S23)는 말뚝관입단계(S13)에서와 동일한 방식으로 오거스쿠류(22)를 이용하여 말뚝(24)의 상부에 안치된 보호판(27)의 상부를 지지하면서 선단부몰탈(23)이 충진된 천공홀(21)에 말뚝(24)을 압입이나 회전시켜 관입하는 단계이다.
이후, 케이싱스쿠류인발 및 주면부몰탈충진단계(S24)는 말뚝관입단계(S23)에서 천공홀(21)에 관입된 말뚝(24)의 상부를 오거스쿠류(22)로 지지하며 케이싱스쿠류(26)를 인발하는 동시에 천공홀(21)에 관입된 말뚝(24)의 주변으로 말뚝(24)의 주면 마찰지지력의 확보 및 발휘를 위한 주면부몰탈(25)을 재 충진하는 단계이다.
이때, 오거스쿠류(22)에는 중앙이 주면부몰탈(25)을 공급할 수 있도록 중공부가 형성되어 있어, 말뚝(24)의 상부를 지지하면서 주면부몰탈(25)을 천공홀(21)의 빈공간에 주입하는 동시에, 주면부몰탈(25)이 충진되는 속도에 맞추어 오거스쿠류(22)로 말뚝(24)의 상부를 지지하면서 케이싱스쿠류(26)를 지반(G)의 외부로 인발하는 인발과 몰탈 충진이 동시에 이루어지는 것이다.
마지막으로, 양생단계(S25)는 선단부몰탈(23) 및 주면부몰탈(25)이 경화되는 단계를 통해 고강도 몰탈을 충진하는 기성말뚝 매입공법이 완료된다.
도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 제 2실시 예로서의 고강도 몰탈을 충진하는 기성말뚝 매입공법은 쓰레기나 전석 매립층, 자갈 전석이 있는 퇴적층, 풍화잔류토층이나 풍화암반 내에 핵석이 분포되어 있거나, 기반암과 같이 오거스쿠류와 빗트로 천공이 불가능하여 보다 강력한 굴진력이 필요하고, 천공 후 말뚝을 삽입하기 전에 천공홀이 붕괴되지 않을 때 적용가능하며, 지하층이나 지하구조물 기초말뚝을 시공할 때 말뚝길이를 줄여 지하 터파기공사를 원활히 하고자 말뚝의 상단을 미리 기초시공높이에 맞춰서 시공할 필요가 있는 지반에 말뚝을 시공하는 공법으로서, 공법의 단계로는 천공단계(S31), 선단부몰탈충진단계(S32), 말뚝관입단계(S33), 주면부몰탈충진단계(S34), 양생단계(S35), 토사되메우기단계(S36)로 이루 어진다.
이러한, 천공단계(S31)는 구조물이 축조될 지반(G)을 선단에 에어해머(32a)가 부착된 오거스쿠류(32)를 이용하여 천공홀(31)을 형성하는 단계이다.
이때, 오거스쿠류(32)의 선단에 부착된 에어해머(32a)는 지반(G)의 내부 지층이 자갈, 전석 및 핵석 등과 같이 경질의 지층일 경우, 또는, 지지층(g)이 기반암인 경우에는 압축공기와 해머의 충격력을 이용하여 기반암을 파쇄하며, 에어해머(32a)의 선단부에서 압축공기가 뿜어져 나오게 형성되어 자갈, 전석, 핵석 및 암반의 파쇄력과 굴착력을 증진시키고, 압축공기를 이용하여 배토가 원활히 이루어지도록 구성된 것이다.
그리고, 선단부몰탈충진단계(S32)는 오거스쿠류(32)를 인발 후, 몰탈을 공급하는 장비를 통해 천공홀(31)의 하부에 선단부몰탈(33)을 충진하는 단계이다.
아울러, 에어해머(32a)는 선단부몰탈(33)을 주입할 수 있는 구조로 구성되지 않아, 별도로 선단부몰탈(33)을 고압으로 천공홀(31)에 주입가능한 장비를 이용하여 충진하게 된다.
즉, 선단부몰탈(33)은 천공홀(31)을 형성하기 위한 천공장비와는 별도로 몰탈을 배합, 교반, 공급하는 몰탈공급장비가 별로도 있어, 몰탈공급장비에 연결되어 몰탈을 공급받아 이송 후 천공홀(31)에 삽입하여 충진 할 수 있는 고압호스(37)로 구성된 것을 사용한다.
이후, 말뚝관입단계(S33)는 오거스쿠류(32)를 이용하여 선단부몰탈(33)이 충진된 천공홀(31)에 말뚝(34)을 압입이나 회전시켜 관입하는 단계이다.
이때, 말뚝(34)의 상부에는 나무판이나 철판으로 구성가능한 보호판(36)이 안치되어 있어 오거스쿠류(32)를 이용하여 지지할 경우 말뚝(34)의 파손 및 변형을 방지하게 된다.
또한, 주면부몰탈충진단계(S34)는 말뚝관입단계(S33)에서 천공홀(11)에 관입된 말뚝(34)의 상부를 오거스쿠류(32)로 지지하며, 천공홀(31)에 관입된 말뚝(34)의 주변으로 마찰지지를 위한 주면부몰탈(35)을 별도의 몰탈공급장비에 고압호스(37)를 천공홀(31) 내에 삽입하여 재 충진하는 단계이다.
이때, 오거스쿠류(32)를 이용하여 말뚝(34)을 지지하는 것은 선단부몰탈(33)이나 주면부몰탈(35)이 경화되지 않아 말뚝(34)이 일측으로 기울여져 경사지는 것을 방지하며, 수직으로 고정하기 위한 것이다.
그리고, 양생단계(S35)는 선단부몰탈(33) 및 주면부몰탈(35)이 경화되는 단계이다.
마지막으로, 토사되메우기단계(S36)는 말뚝(34)이 관입된 천공홀(31)의 상부에 토사(38)를 매입하는 단계로서, 말뚝(34)이 천공홀(31)에 관입되면 말뚝(34)의 상부로 빈 공간이 발생되는데, 이러한, 천공홀(31)에 토사(38)를 매립하여 현장을 주행하는 장비나, 차량, 근로자들의 안전을 위해 마무리를 하는 단계이다.
아울러, 토사되메우기단계(S36)는 지하층공사를 위한 터파기 공사 때 미리 시공된 말뚝이 장비와 간섭되지 않도록 하기 위해 공삭공(空削孔)개념으로 시공하는 것이며, 말뚝 자재비를 절약하고 굴토공사가 용이하여 공기 단축가능하고, 아울러 말뚝의 건전도를 확보할 수 있기 때문에 건축물이나 토목구조물이 장기적으로 안정성을 확보할 수 있도록 하는 것이다.
도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 제 3실시 예로서의 고강도 몰탈을 충진하는 기성말뚝 매입공법은 쓰레기나 전석 매립층, 자갈 또는 전석이 있는 퇴적층, 풍화잔류토층이나 풍화암반 내에 핵석이 분포되어 있거나, 기반암과 같이 오거스쿠류와 빗트로 천공이 불가능하여 보다 강력한 굴진력이 필요하고, 천공 후 말뚝을 삽입하기 전에 천공홀이 붕괴될때 적용가능하며, 지하층이나 지하구조물 기초말뚝를 시공할 때 말뚝길이를 줄여 지하 터파기공사를 원활히 하고자 말뚝의 상단을 미리 기초시공높이에 맞춰서 시공할 필요가 있는 지반에 말뚝을 시공하는 공법으로서, 공법의 단계는 천공단계(S41), 선단부몰탈충진단계(S42), 말뚝관입단계(S43), 케이싱스쿠류인발 및 주면부몰탈충진단계(S44) 양생단계(S45), 토사되메우기단계(S46)로 이루어진다.
이러한, 천공단계(S41)는 천공단계(S31)에서 사용되는 에어햄머(42a)가 선단에 부착된 오거스쿠류(42)와 케이싱스쿠류(46)를 이용하여 천공홀(41)을 형성하는 단계이다.
그리고, 선단부몰탈충진단계(S42)는 오거스쿠류(42)와 에어해머(42a)를 인발 후 천공홀(41)의 하부에 몰탈을 공급하는 장비를 통해 말뚝 선단부몰탈(43)을 충진하는 단계이다.
즉, 선단부몰탈(43)은 천공홀(41)을 형성하기 위한 천공장비와는 별도로 몰탈을 배합, 교반, 공급하는 몰탈공급장비가 별로도 있어, 몰탈공급장비에 연결되어 몰탈을 공급받아 이송 후 천공홀(41)에 삽입하여 충진 할 수 있는 고압호스(48)로 구성된 것을 사용한다.
또한, 말뚝관입단계(S43)는 오거스쿠류(42)를 이용하여 선단부몰탈(43)이 충진된 천공홀(41)에 말뚝(44)을 압입이나 회전시켜 관입하는 단계이다.
이때, 말뚝(44)의 상부에는 나무판이나 철판으로 구성 가능한 보호판(47)을 안치하고 오거스쿠류(42)와 에어해머(42a)를 이용하여 지지할 경우 말뚝(44)의 파손 및 변형을 방지하게 된다.
한편, 케이싱스쿠류 인발 및 주면부몰탈충진단계(S44)는 말뚝관입단계(S43)에서 천공홀(41)에 관입된 말뚝(44)의 상부를 오거스쿠류(42)와 에어해머(42a)로 지지하며, 케이싱스쿠류(46)를 인발하고, 케이싱스쿠류(46) 인발 후 천공홀(41)에 관입된 말뚝(44)의 주변으로 마찰지지를 위한 주면부몰탈(45)을 별도의 몰탈공급장비에 연결되어 몰탈을 공급받아 이송 후 천공홀(41)에 삽입하여 충진 할 수 있는 고압호스(48)를 천공홀(41)의 입구에 삽입하여 재 충진하는 단계이다.
그리고, 양생단계(S45)는 선단부몰탈(43) 및 주면부몰탈(45)이 경화되는 단계이다.
마지막으로, 토사되메우기단계(S46)는 양생단계(S45)를 거친 후, 말뚝(44)이 관입된 천공홀(41)의 상부에 토사(49)를 매입하는 단계로서, 말뚝(44)이 천공홀(41)에 관입되면 말뚝(44)의 상부로 빈 공간이 발생되는, 이러한, 천공홀(41)에 토사(49)를 매립하여 현장을 주행하는 장비나, 차량, 근로자들이 안전을 위해 마무리를 하는 단계이다.
아울러, 토사되메우기단계(S46)는 지하층공사를 위한 터파기 공사 때 미리 시공된 말뚝이 간섭되지 않도록 하기 위해 공삭공(空削孔)개념으로 시공하는 것이며, 말뚝 자재비를 절약하고 굴토공사가 용이하여 공기 단축가능하고, 아울러 말뚝의 건전도를 확보할 수 있기 때문에 건축물이나 토목구조물이 장기적으로 안정성을 확보할 수 있도록 하는 것이다.
또한, 말뚝(14,24,34,44)은 압입 또는 회전시켜 관입하는 방식뿐만 아니라 경타방식으로 말뚝을 관입할 수도 있도록 구성될 수 있다.
즉, 상기와 같은 고강도 몰탈을 충진하는 기성말뚝 매입공법은 소음과 지반진동이 발생 되더라도 환경적으로 문제가 없을 경우에는 말뚝(14,24,34,44)을 압입 또는 회전이나 압입하여 관입하는 방법대신 경타하는 방식을 이용할 수 있다.
아울러, 상기의 고강도 몰탈을 충진하는 기성말뚝 매입공법에서 사용되는 말뚝(14,24,34,44)은 H형 말뚝, 강관말뚝, 콘크리트말뚝, 복합말뚝, 이형말뚝, 강봉 등 모든 기성말뚝을 사용하는 것이다.
이러한, 기성말뚝의 특징을 살펴보면 다음과 같다.
먼저, H형 말뚝은 'H'형 단면을 갖는 강철말뚝으로, 말뚝이 기둥으로서 지상에 돌출하거나 강한 타입을 필요로 하는 경우에 매우 효과적이며, 또한, 지지말뚝으로서 관입에 의한 흙의 배제가 적기 때문에 비교적 조밀한 간격을 두고 타설할 수 있는 특징이 있는 것을 사용하는 것이 바람직하다.
더불어, H형 말뚝은 강재(鋼材)의 허용압축응력이나 인장응력이 크기 때문에 암반이나 조밀한 지반에 시공되면 압축 또는 인발지지력이 매우 큰 장점이 있다.
그리고, 강관말뚝(Steel pipe pile)은 선단부를 폐색한 폐단말뚝과 폐색하지 않은 개관말뚝이 있으며, 어떤 형식의 말뚝도 변형량이 적고, 허용지지력이 큰 특징이 있다.
아울러, 강관말뚝은 직경과 두께 및 길이를 무제한으로 변경하여 시공할 수 있으며, 재질의 강도가 크고 휨강성이 커서 연직지지력은 물론이고 수평저항력이 큰 것을 사용한다.
또한, 강관말뚝은 본 시공법으로 시공 후 강관말뚝 내부도 고강도 몰탈을 채우면 내력(耐力)은 물론이고 허용응력이 증가되어 더욱 큰 연직하중과 수평하중 및 모멘트하중을 지지할 수 있다.
한편, 콘크리트말뚝(concrete pile)은 재료비가 강관말뚝보다 저렴하고 취급이 용이하여 근래에 가장 많이 사용하는 말뚝이며, 직경, 형상 및 길이 등을 다양하게 할 수 있다. 특히 고강도콘크리트말뚝(PHC)을 본 공법으로 시공하게 되면 강도와 내력이 크기 때문에 재료비가 3~5정도 비싼 강관말뚝을 대체할 수 있어 재료비를 포함한 공사비를 크게 절감할 수 있다.
특히, 위에 언급한 모든 말뚝의 형상을 이형(異形)으로 제작한 이형말뚝(말뚝표면에 다양한 형상의 돌기를 만들어 붙이거나 마디를 만들 경우)은 마찰지지력을 크게 향상시킬 수 있기 때문에 말뚝의 지지력 증가로 인한 말뚝본수와 길이를 감소시켜 공사비를 절감할 수 있다.
아울러, 강봉은 재료가 갖는 내력과 응력이 크기 때문에 고강도몰탈과 함께 사용되면 시공이 간편하고 작은 직경으로도 큰 허용지지력을 얻을 수 있는 특징이 있다. 즉, 강봉은 (fy = 5000 또는 5500kg/cm2)은 직경 32~100mm 정도가 되는 것으로써 허용인장 및 압축응력이 크기 때문에 큰 연직지지력과 인발지지력이 요구되는 건축물이나 토목구조물의 기초말뚝으로 사용될 수 있으므로 안정성을 확보하고, 공사비를 절감할 수 있다.
그리고, 상기 선단부몰탈(13,23,33,43) 및 주면부몰탈(15,25,35,45)은 모래와 시멘트와 큰강도 및 큰부착력 발현을 위한 혼화재, 재료분리와 수중분리방지용 혼화재와 시공성을 위한 유동화제로 조성되는 드라이 몰탈과 물을 혼합하여 만들어진다.
또한, 상기 선단부몰탈(13,23,33,43) 및 주면부몰탈(15,25,35,45)은 지반(G)의 내부에 투수성이 매우 큰 모래자갈층과 같은 대수층에서도 유실되지 않고, 강말뚝(14,24,34,44) 또는 콘크리트말뚝(14,24,34,44)의 표면에 잘 부착될 수 있도록 팽창재, 유동화제, 재료불분리제, 수중불분리제가 혼합되어 구성되어진다.
한편, 선단부몰탈(13,23,33,43) 및 주면부몰탈(15,25,35,45)은 오거스쿠류의 중공부를 통해 말뚝의 선단부나 주면부에 주입하거나 호스를 통해 주입해야하므로 고강도 몰탈의 교반, 압송 및 충진이 용이할 수 있도록 유동성이 커야하기 때문에 흐름치가 160∼200mm 되도록 하는 것이 바람직 하다.
그리고, 선단부몰탈(13,23,33,43) 및 주면부몰탈(15,25,35,45)의 배합비는 말뚝이 시공되는 지반의 입도분포, 상대밀도, 컨시스턴시, 함수비, 투수성 등에 따라 달리 적용해야하며, 배합비 기준은 유동성이 좋아 시공시의 교반, 압송 및 충진이 용이하도록 구성된다.
또한, 선단부몰탈(13,23,33,43) 및 주면부몰탈(15,25,35,45)은 재료불분리 및 수중불분리용 혼화재를 첨가하여 지반(G)의 내부에 투수성이 매우 큰 모래자갈층과 같은 대수층에서도 유실되지 않고, 강말뚝(14,24,34,44) 또는 콘크리트말뚝(14,24,34,44)의 표면에 잘 부착될 수 있도록 구성된다.
또한, 선단부몰탈(13,23,33,43) 및 주면부몰탈(15,25,35,45)은 양생 후 3일 경과된 때의 강도가 200∼250kg/cm2 되며, 양생기간이 7일 경과된 때의 강도가 300∼350kg/cm2 되고, 양생기간이 28일 경과된 때의 강도가 400∼450kg/cm2 의 양생강도가 나타나는 고강도 몰탈로 구성된 것이다.
이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예를 예를 들어 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시 예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.
이상에서와 같이 본 발명은 지반을 선굴착하여 천공홀을 시공 후 몰탈을 충진하고, 기성말뚝을 몰탈이 충진된 천공홀에 삽입하여 몰탈과 기성말뚝을 통한 말 뚝의 지지력을 증대시키도록 구조가 개선되는 효과가 있다.
또한, 지반을 천공하고 기성말뚝을 천공홀에 삽입하기 전, 후에 고유동성, 고부착력, 고강도 몰탈을 말뚝의 선단부와 말뚝의 주면부에 충진 함으로써 말뚝의 선단부와 주변부 지지력이 크게 향상되어 큰 연직압축과 인발지지력 및 수평지지력을 기초말뚝 설계와 시공에 적용할 수 있도록 기초구조가 개선되는 효과가 있다.
아울러, 기존 말뚝시공법이 말뚝의 허용연직지지력으로 기성말뚝의 허용내력의 34~67%정도만 이용하고 있는 것과는 달리, 고강도 몰탈을 충진하는 기성말뚝 매입공법은 기성말뚝의 재료가 갖고 있는 내력을 100% 활용할 수 있기 때문에 말뚝 개수 뿐만 아니라 길이도 줄일 수 있고, 시공이 간단하여 공사기간 단축이 가능하므로 공사비를 크게 절감할 수 있는 효과가 있다.
그리고, 기성말뚝의 내력을 충분히 활용할 수 있을 뿐만 아니라 큰 연직 및 인발지지력과 수평지지력을 확보할 수 있어, 말뚝수요가 많은 아파트나 오피스텔과 같이 연직하중이 큰 건축물 기초공법으로 적용 가능한 이점이 있으며, 또한, 큰 수평하중과 모멘트가 작용함에 따라 주로 강관말뚝을 주로 사용하는 철도 및 도로교량기초 공법에서도 고강도 몰탈을 충진하면 콘크리트말뚝으로 대체사용이 가능하므로 말뚝재료비 절감에 따른 공사비가 크게 개선되는 효과가 있다.
또한, 고강도 몰탈은 부착력이 커서 강관말뚝 표면에 고강도 몰탈이 장기간 부착됨에 따라 부식을 방지할 수 있기 때문에 설계내력 검토시 부식치를 공제할 필요가 없어 경제적인 설계와 시공이 가능하고, 콘크리트말뚝은 내염 또는 내황산 대책이 필요 없어 기초말뚝이 장기적인 안정성을 확보할 수 있도록 개선되는 효과가 있다.
한편, 항타 또는 경타 시공을 하지 않기 때문에 말뚝본체에 균열이 발생되거나 심하게는 절단 되는 등 말뚝체의 물성변화가 없어 장기적으로 안정성 확보에 유리하며, 소음과 지반진동에 따른 민원이 발생되지 않도록 저소음·저진동 시공이 가능하도록 개선되는 효과가 있다.

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  7. 건축물 또는 토목구조물이 축조될 지반과 지지층을 비트가 선단에 부착된 오거스쿠류를 이용하여 천공홀을 형성하는 천공단계와, 오거스쿠류 또는 별도의 몰탈공급장치를 통해 천공홀의 하부에 말뚝선단지지력 발휘를 위한 고강도몰탈을 충진하는 선단부몰탈충진단계와, 오거스쿠류와 빗트를 이용하여 선단부몰탈이 충진된 천공홀에 말뚝을 압입이나 회전시켜 관입하는 말뚝관입단계와, 말뚝관입단계에서 천공홀에 관입된 말뚝의 상부를 오거스쿠류와 빗트로 지지하고, 천공홀에 관입된 말뚝의 주변으로 마찰지지력 확보를 위해 오거스쿠류의 중공부 또는 별도의 몰탈공급장치를 이용하여 주면부몰탈을 재충진하는 주면부몰탈충진단계와, 선단부몰탈 및 주면부몰탈이 경화되는 양생단계로 이루어진 고강도 몰탈을 충진하는 기성말뚝 매입공법에 있어서,
    선단부몰탈(13,23,33,43) 및 주면부몰탈(15,25,35,45)은,
    지반(G)의 내부에 투수성이 매우 큰 모래자갈층과 같은 대수층에서도 유실되지 않고, 강말뚝(14,24,34,44) 또는 콘크리트말뚝(14,24,34,44)의 표면에 잘 부착될 수 있도록 팽창재, 유동화제, 재료불분리제, 수중불분리제가 혼합되어 구성되는 것을 특징으로 하는 고강도 몰탈을 충진하는 기성말뚝 매입공법.
  8. 건축물 또는 토목구조물이 축조될 지반과 지지층을 비트가 선단에 부착된 오거스쿠류를 이용하여 천공홀을 형성하는 천공단계와, 오거스쿠류 또는 별도의 몰탈공급장치를 통해 천공홀의 하부에 말뚝선단지지력 발휘를 위한 고강도몰탈을 충진하는 선단부몰탈충진단계와, 오거스쿠류와 빗트를 이용하여 선단부몰탈이 충진된 천공홀에 말뚝을 압입이나 회전시켜 관입하는 말뚝관입단계와, 말뚝관입단계에서 천공홀에 관입된 말뚝의 상부를 오거스쿠류와 빗트로 지지하고, 천공홀에 관입된 말뚝의 주변으로 마찰지지력 확보를 위해 오거스쿠류의 중공부 또는 별도의 몰탈공급장치를 이용하여 주면부몰탈을 재충진하는 주면부몰탈충진단계와, 선단부몰탈 및 주면부몰탈이 경화되는 양생단계로 이루어진 고강도 몰탈을 충진하는 기성말뚝 매입공법에 있어서,
    선단부몰탈(13,23,33,43) 및 주면부몰탈(15,25,35,45)은,
    오거스쿠류의 중공부를 통해 말뚝의 선단부나 주면부에 주입하거나 호스를 통해 주입해야하므로 고강도 몰탈의 교반, 압송 및 충진이 용이할 수 있도록 유동성이 커야하기 때문에 흐름치가 160∼200mm 되어야 하는 것을 특징으로 하는 고강도 몰탈을 충진하는 기성말뚝 매입공법.
  9. 건축물 또는 토목구조물이 축조될 지반과 지지층을 비트가 선단에 부착된 오거스쿠류를 이용하여 천공홀을 형성하는 천공단계와, 오거스쿠류 또는 별도의 몰탈공급장치를 통해 천공홀의 하부에 말뚝선단지지력 발휘를 위한 고강도몰탈을 충진하는 선단부몰탈충진단계와, 오거스쿠류와 빗트를 이용하여 선단부몰탈이 충진된 천공홀에 말뚝을 압입이나 회전시켜 관입하는 말뚝관입단계와, 말뚝관입단계에서 천공홀에 관입된 말뚝의 상부를 오거스쿠류와 빗트로 지지하고, 천공홀에 관입된 말뚝의 주변으로 마찰지지력 확보를 위해 오거스쿠류의 중공부 또는 별도의 몰탈공급장치를 이용하여 주면부몰탈을 재충진하는 주면부몰탈충진단계와, 선단부몰탈 및 주면부몰탈이 경화되는 양생단계로 이루어진 고강도 몰탈을 충진하는 기성말뚝 매입공법에 있어서,
    선단부몰탈(13,23,33,43) 및 주면부몰탈(15,25,35,45)은,
    양생 후 3일 경과된 때의 강도가 200∼250kg/cm2 이며, 양생기간이 7일 경과된 때의 강도가 300∼350kg/cm2 이고, 양생기간이 28일 경과된 때의 강도가 400∼450kg/cm2 의 양생강도가 발휘되는 고강도 몰탈로 구성되는 것을 특징으로 하는 고강도 몰탈을 충진하는 기성말뚝 매입공법.
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  12. 건축물 또는 토목구조물이 축조될 지반과 지지층을 비트가 선단에 부착된 오거스쿠류를 이용하여 천공홀을 형성하는 천공단계와, 오거스쿠류 또는 별도의 몰탈공급장치를 통해 천공홀의 하부에 말뚝선단지지력 발휘를 위한 고강도몰탈을 충진하는 선단부몰탈충진단계와, 오거스쿠류와 빗트를 이용하여 선단부몰탈이 충진된 천공홀에 말뚝을 압입이나 회전시켜 관입하는 말뚝관입단계와, 말뚝관입단계에서 천공홀에 관입된 말뚝의 상부를 오거스쿠류와 빗트로 지지하고, 천공홀에 관입된 말뚝의 주변으로 마찰지지력 확보를 위해 오거스쿠류의 중공부 또는 별도의 몰탈공급장치를 이용하여 주면부몰탈을 재 충진하는 주면부몰탈충진단계와, 선단부몰탈 및 주면부몰탈이 경화되는 양생단계로 이루어지며; 상기 말뚝관입단계에서 말뚝을 관입하더라도 선단부몰탈이 천공홀을 모두 충진시키지 못할 경우에는 고압호스를 이용하여 말뚝의 상부에 얹혀진 보호판을 오거스쿠류로 지지한 상태에서 주면부몰탈을 충진시켜 말뚝과 천공홀 사이의 빈공간을 충진시키는 고강도 몰탈을 충진하는 기성말뚝 매입공법에 있어서,
    상기 보호판(16)의 크기는,
    말뚝(14)의 상단부와 동일한 모양과 크기로 형성되며, 오거스쿠류(12)의 지지력에 파손이나 변형되지 않는 두께로 형성된 나무판, 철판, 고무판, 플라스틱판 중 하나로 구성되는 것을 특징으로 하는 고강도 몰탈을 충진하는 기성말뚝 매입공법.
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