KR100871882B1 - 이형단면을 적용한 파일시공방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 지반 깊이 또는 지반 형태에 따라 서로 다른 단면크기를 가지는 봉 형태의 보강체를 포함하여 구성되는 파일을 지반에 설치함으로서 보다 효율적이고 경제적으로 시공할 수 있는 파일시공방법에 관한 것으로서, 상기 보강체는 봉 형태로서 지반의 심도에 따라 서로 다른 단면크기를 형성되도록 하고, 지반 상부에 유공관 및 케이싱을 더 형성시켜 특히 내진설계에 적합한 이형단면을 적용한 파일시공방법이 제공되도록 한 것이다.

지반보강, 마이크로 파일, 이형단면

Description

이형단면을 적용한 파일시공방법{PILE CONSTRUCTION METHOD BY MULTI SECTION SEGMENT PILE}

도 1a 및 도 1b는 종래 파일 및 그 시공예를 도시한 것이다.

도 2a, 도 2b, 도 2c, 도 2d는 본 발명에 따른 파일시공방법을 순서대로 도시한 것이다.

도 3a, 도 3b 및 도 3c는 본 발명에 따른 보강체의 예 및 그 연결구를 함께 도시한 것이다.

도 4a, 도 4b 및 도 4c는 본 발명에 따른 연결구의 다른 예를 함께 도시한 것이다.

도 5a 및 도 5b는 본 발명에 따른 파일을 지반의 형태에 따라 시공한 예를 도시한 것이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100:천공기 200:지반

210:천공홀 300:케이싱

400:보강체 500:유공관

600:그라우팅재 700:기초판

본 발명은 파일시공방법에 관한 것이다. 더욱 구체적으로 지반에 인위적으로 형성시킨 천공홀에 보강체를 삽입시킨 후, 천공홀에 그라우팅재를 충진 시켜, 지반보강, 하부기초 또는 기 설치된 구조물의 보수보강용 파일시공방법에 관한 것이다.

도 1a 및 도 1b는 종래 특히 마이크로 파일용 보강체(10)를 지반(20)에 설치한 상태를 단면도로 도시한 것이다.

상기 보강체(10)는 통상 대구경 파일(강관파일, PHC 파일 등)과는 달리 그 직경이 상대적으로 작은 봉 형태로 형성되어 지반(20)에 미리 형성시킨 천공홀(21)에 삽입, 고정된다.

상기 보강체(10)는 봉 형태로서 외주면에 나사부(THREAD)를 형성시키되, 에폭시 코팅과 같은 표면 보호층이 외주면에 더 형성된다.

이러한 보강체(10)는 소정의 길이를 가지되 동일한 직경을 가진 다수의 보강체를 커플러(11)를 이용하여 연결시켜 가면서 지반(20)에 소요 깊이까지 삽입시키는 방식으로 시공된다.

이에 상기 보강체(10)의 시공방법을 도 1b를 기준으로 살펴보면, 다음과 같다.

먼저, 지반(20)에 소형 크롤러드릴과 같은 천공장비를 이용하여 보강체(10)를 삽입시킬 수 있을 정도의 홀(21,천공홀)을 형성시키게 된다.

이때, 지반의 상부가 토사층일 경우 천공홀이 붕괴될 우려가 있어 강관인 케 이싱(22)을 함께 지반에 삽입시키되 상기 케이싱(22)은 지반 표층으로부터 지반 표층 하부 일정깊이에만 형성되도록 설치한다. 이러한 의미에서 상기 케이싱(22)이 설치된 구간을 케이싱 설치구간이라 한다.

다음으로는 보강체(10) 다수를 커플러(11)를 이용하여 연결시켜 가면서 천공홀(21) 선단까지 삽입되도록 전체 길이를 세팅한 후, 센터라이저(보강체가 천공홀 중심에 배치되도록 하는 수단으로서 간단하게는 철근을 이용할 수 있다.)를 이용하여 보강체(10)를 천공홀(21)의 중앙에 세팅시켜 놓게 된다.

이때 상기 천공홀(21) 내부에서 보강체(10)가 천공 내측면으로부터 일정한 거리를 유지하도록 하는 간격재(12,스페이서)를 설치하기도 한다.

다음으로는 천공홀(21)에 모르타르를 포함하는 그라우팅재(30)를 주입호스 또는 트레미 관 등으로 주입시켜 천공홀 내부가 그라우팅재로 충진되도록 하며, 이로서 보강체(10)는 지반(20)에 삽입, 고정되어 설치된다.

이때 상기 보강체(10)의 머리부는 지반 상부로 돌출되어 구조물 기초판(40,베이스콘크리트)에 매립되도록 하게 되는데,

이를 위해 보강체(10) 두부에는 앵커플레이트(41)를 체결시키고, 상기 앵커플레이트 상면 및 저면에 락너트(42)를 함께 체결시켜 상기 앵커플레이트가 베이스콘크리트에 일종의 고정구 역할을 하도록 함으로서 보강체(10)와 베이스콘크리트(40)가 서로 일체화되도록 한다.

이때, 상기 보강체(10) 두부를 감싸도록 보강철근(43)을 추가로 설치하기도 한다.

위와 같이 설치되는 보강체(10)는 통상 지반 상부를 구성하는 케이싱설치구간을 통해 지지층 하단까지 도달하도록 하는 길이를 가지도록 설계하는데,

통상은 관행적으로 동일한 직경을 가진 보강체(10)를 다수 연결하여 시공하는 것이 일반적이었으며, 이에 보강체(10)의 직경은 최대 작용하중에 저항할 수 있는 직경으로 정해질 수밖에 없었다.

하지만, 지반은 심도에 따라 지반의 지내력이 상이하여 굳이 고가의 보강체(10)를 동일 직경으로 시공할 필요가 없음에도 불구하고, 하중에 따른 최대 직경을 가지도록 설계된 보강체(10)를 그대로 이용함에 따라 비효율적이며 고비용적인 단면설계 및 시공이 이루어져 오히려 그 사용을 제한하는 요인으로 작용한다는 문제점이 있었다.

또한, 보강체 상단부에는 지진하중과 같이 수평방향으로 상당한 하중이 가해지게 되는데, 이러한 지진하중에 저항하기 위한 내진성능을 확보하기 위해서는 추가로 보강체(10)의 단면크기를 증가시켜야 하는 등 그 이용에 있어 비경제적인 요인을 제거할 필요성이 있었다.

본 발명은 상기 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서 본 발명의 목적은 고가인 파일용 보강체를 보다 효율적으로 설계할 수 있도록 함으로서 경제적이고 효율적인 지반보강, 하부기초 또는 기설치된 구조물의 보수보강이 가능한 이형단면을 적용한 파일시공방법을 제공하는 것이라 할 수 있다.

상기 기술적과제를 달성하기 위하여 본 발명에 의한 파일시공방법은

첫째, 파일용 보강체(400)를 지반 심도에 따라 단면크기가 서로 다른 보강체로 제작된 것을 이용할 수 있도록 하였다.

이때, 상기 보강체(400)는 지반보강, 하부기초 또는 기설치된 구조물의 보수보강용으로 사용되는 봉 형태의 부재로서, 바람직하게는 외주면에 나사부가 형성된 이형강봉(400a), 원형강봉(400b), 또는 이형철근(400c)이 보강체가 될 수 있다.

이때, 상기 보강체(400)의 단면크기는 전장에 걸쳐 적어도 2단 이상의 이형단면으로 서로 연결될 수 있도록 하였다.

둘째, 상기 단면크기가 다른 봉 형태의 보강체는 통상의 커플러와 같은 연결구로 체결하기가 어려우므로 서로 다른 직경을 가진 보강체가 하나의 연결구로 서로 연결될 수 있거나, 서로 삽입되도록 하는 연결구를 이용할 수 있도록 하였다.

셋째, 단면크기가 다른 보강체를 이용함에 있어 내진설계에 적합하도록 특히 지반 상부 표층에는 그라우팅재와 연통되는 유공관을 더 설치하도록 함으로서 상기 유공관이 파일(보강체)의 내진성능을 향상시킬 수 있도록 하여 보다 효율적이고 경제적인 파일 시공이 가능하도록 하였다.

본 발명을 보다 명확하고 용이하게 설명하기 위해서 이하 본 발명의 최선의 실시예를 첨부도면에 의하여 상세하게 설명하며, 본 발명에 따른 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으므로, 본 발명의 범위가 아래에서 설명되는 실시예에 한정되지 않는다.

도 2a, 도 2b, 도 2c 및 도 2d는 본 발명에 따른 파일시공방법의 순서를 개 략적으로 도시한 것이다.

도 3a, 도 3b 및 도 3c는 본 발명에 따른 파일로 사용되는 예 및 그 연결구를 도시한 것이다.

도 4a, 도 4b 및 도 4c는 본 발명에 따른 연결구의 다른 예를 도시한 것이다.

도 5a 및 도 5b는 본 발명에 따른 파일 시공예를 도시한 것이다.

먼저, 도 2a와 같이 소형 천공기(100, 예컨대 크롤러 드릴)를 이용하여 본 발명의 파일을 설치해야 할 지반(200)에 소정의 깊이를 가진 천공홀(210)을 형성시키게 된다.

이러한 천공홀(210)은 통상의 지반을 경우를 기준으로 한다면, 토사층을 경유하여 지지층까지 연장되어 형성된다.

이때 상기 토사층에 형성된 천공홀(210) 내측으로 토사가 붕괴되는 현상이 발생할 수 있으므로 강관으로 통상 제작되는 케이싱(300)을 설치할 필요가 있다.

이에 상기 천공홀(210)을 형성시킬 때, 케이싱(300)이 지반 상부 토사층에 위치하도록 설치하며, 케이싱(300)이 설치되는 구간을 케이싱설치구간이라 한다.

이러한 케이싱(300)이 지반(200)에 설치되도록 함과 동시에 최종 심도까지 천공홀(210)을 형성시킨 다음에는

도 2b와 같이 지반 심도에 따라 단면크기가 다르도록 형성된 파일의 보강체(400:410,420)를 천공홀(210)에 삽입시키게 된다.

이러한 보강체(400)는 본 발명에 있어 3가지 타입을 이용할 수 있으며 이는 도 3a, 도 3b 및 도 3c를 기준으로 살펴본다.

상기 도 3a의 경우에는 파일이 외주면에 나사부가 형성된 이형강봉(400a)인 경우를 도시한 것으로서 원형 봉 형태를 가지게 되며, 외주면에는 통상 나사부(430a, THREAD)가 형성되어 있으며, 표면 부식을 방지하기 위하여 통상은 에폭시를 코팅하기도 하지만 이러한 에폭시 코팅은 다소 비용이 고가라는 문제점 때문에 본 발명에서는 방청유(440a)를 도포시킴으로서 보다 경제적인 보강체로서 이용 가능하도록 하였다.

이러한 보강체는 파일 전장에 걸쳐 적어도 2단 이상으로 서로 다른 직경을 가진 이형단면의 보강체(410a,420a)가 서로 연결된 것을 이용하게 되며 본 발명에서는 2단의 경우를 기준으로 살펴본다.

먼저, 지반 상부의 케이싱설치구간은 그 하부의 지지층과 비교해서 지반 지내력이 작으므로 이에 적합한 직경을 가진 상부 보강체(410a)를 이용하도록 한다.

이때 상부 보강체(410a)와 연결되는 하부 보강체(420a)가 설치되는 지반은 지지층으로서 적어도 케이싱설치구간 보다는 그 지내력이 더 크므로 상부 보강체(410a)보다는 작은 직경으로 형성시켜도 충분하므로, 결국

하부 보강체(420a)의 단면크기를 줄일 수 있도록 함으로서 고가인 파일용 보강체 사용량을 대폭적으로 줄일 수 있게 된다.

나아가 지진하중은 통상 지반 상부에 수평방향으로 작용하기 때문에 상부 보강체(410a)의 직경(단면크기)을 지진하중에 충분히 저항할 수 있도록 하되, 하부 보강체(420a)의 직경은 그대로 유지함으로서 더욱 더 효율적이고 경제적인 보강체 이용이 가능하게 된다.

이러한 상부 및 하부 보강체(410a,420a)의 직경은 천공홀의 깊이에 따라 서로 다르지만 대부분 다수의 보강체를 연결시켜 가면서 시공하는 것이 일반적이므로 도 3a와 같이 상부 및 하부 보강체의 연결단부가 각각 체결될 수 있는 연결구(450a)를 준비하게 된다.

이러한 연결구(450a)는 상부 보강체(410a)의 직경에 맞는 체결소켓(451a)과 하부 보강체(420a)의 직경에 맞는 체결소켓(452a)이 양 단 내측면에 형성된 커플러를 이용할 수 있으며, 이로서 서로 직경이 다른 2단 형태의 보강체를 용이하게 제작할 수 있게 된다.

상기 도 3b의 경우에는 보강체로서 원형단면의 강봉(400b)을 이용하는 경우를 도시한 것인데, 보강체 외주면에 나사부를 형성시키는 비용은 다소 고가이기 때문에 동일한 보강효과라면 보다 가격이 저렴한 원형단면의 강봉을 이용할 수 있음을 도시한 것으로서, 이러한 강봉은 그 제작 시 외주면에 나사부가 형성되도록 할 수도 있으나, 통상의 강봉을 이용한다면 연결구와 연결되는 부위만 추가적으로 나사부(430b)를 형성시키는 것이 바람직할 것이다.

이에 역시, 상부 보강체(410b)와 하부 보강체(420b)로 구분되어 서로 연결구(450b)에 의하여 2단으로 연결되며, 방청유(440b)를 외면에 코팅시킬 수 있을 것이다.

상기 도 3c의 경우에는 보강체로서 이형철근(400c)을 이용하는 경우를 도시한 것인데, 이형철근은 기존 판매되는 것 또는 주문 제작이 가능한 범위에서 소요 의 직경을 가지도록 제작할 수 있으므로 비용절감을 위해 이형철근(400c)을 이용할 수 있음을 도시한 것이며,

이러한 이형철근은 당초 마디와 리브가 형성되어 있으므로 달리 보강체에 나사부를 형성시키지 않고, 연결구(450c)를 이용할 수 있도록 연결단부에만 나사부(430c)가 형성될 수 있도록 함이 바람직 할 것이다.

역시 방청유(440c)를 이형철근 외면에 코팅시킬 수 있다.

나아가, 달리 도시하지 않았지만 상기 보강체(400)의 경우 상부보강체는 이형강봉으로 하부보강체는 원형강봉으로 하든지, 그 역으로 하든지 보강체(400)는 도 3a, 도 3b 및 도 3c에 도시된 것을 서로 조합하여 사용할 수도 있다.

따라서, 본 발명의 보강체(400)는 이형강봉(400a), 원형강봉(400b) 또는 이형철근(400c)이 이용될 수 있으며, 이는 현장 여건, 설계 여건, 비용적인 측면을 고려하여 선택할 수 있을 것이며, 이외 봉 형태의 보강체라면 상기 이형강봉(400a), 원형강봉(400b) 또는 이형철근(400c) 이외 예컨대 FRP(섬유강화폴리머) 보강체 등도 배제하는 것은 아니다.

이에 상기 서로 다른 단면크기를 가진 2단의 보강체(400)가 준비되면, 천공홀(210)의 선단까지 삽입하게 된다.

이러한 보강체(400)는 천공홀 중앙에 위치하도록 해야 하므로 통상 이용되는 간격재(460,스페이서)를 보강체(400)에 다수를 서로 이격시켜 더 설치할 수 있을 것이다.

특히 도 4a, 도 4b 및 도 4c는 보강체로서 이형강봉, 원형강봉, 이형철 근(400a,400b,400c)을 구성하는 상부 보강체(410a,410b,410c) 및 하부 보강체(420a,420b,430c)를 서로 연결시킴에 있어서, 연결구로서 커플러를 이용하는 것이 아니라, 상부 보강체 저면에 홈으로서 삽입부(411a,411b,411c)를 형성시키되, 하부 보강체 상면에 돌출부(421a,421b,421c)를 형성시켜, 상기 돌출부가 삽입부에 삽입되도록 함으로서 상부 보강체와 하부보강체가 서로 연결될 수 있음을 보인 것이다.

다음으로는 도 2c와 같이 유공관(500)을 케이싱(300) 내측으로 지반 상부에 삽입시켜 놓게 된다.

이러한 유공관(500)은 원형 강관에 다수의 구멍을 형성시켜 놓은 것으로서, 이러한 구멍을 통해 천공홀에 충전되는 그라우팅재(600)가 연통되면서 유공관이 그라우팅재(600)에 의하여 보강체(400)와 일체화되어 지반 표층에 수평방향으로 작용하는 모든 하중에 저항할 수 있도록 하게 된다.

통상 국내에서 구조물에는 내진설계는 반영되고 있지만, 파일과 그 파일의 두부와 일체화되는 기초판에 대해서는 내진설계가 반영되고 있지 않은 형편이므로,

본 발명에서는 이러한 내진설계에 적합하도록 보강체의 직경을 증가시키는 것이 아니라, 저렴하게 제작이 가능하며 설치도 비교적 용이한 유공관(500)을 보강체(400)와 함께 이용하여 지반 상부에 설치되도록 함으로서 경제적이고 효율적인 내진설계가 가능하도록 하게 된다.

이때, 보강체(400)는 케이싱(300), 유공관(500) 내측 중앙부에 세팅되도록 하는데 이를 위해 보강체 상단측면에 접하면서 케이싱 상단에 지지되는 센터라이저 용 철근을 설치하는 것이 바람직하다.

다음으로는 도 2d와 같이, 케이싱(300) 내측에 모르타르와 같은 통상의 그라우팅재(600)를 충진 시키게 된다.

이러한 그라우팅재(600)는 미 도시된 콤프레셔에 연결된 주입호스를 천공홀 내측에 삽입시켜 천공홀 선단으로부터 상단까지 차오르도록 함으로서 천공홀(210) 충진이 가능하며, 경우에 따라서는 트레미관을 이용할 수도 있을 것이다.

이러한 작업이 끝나면, 보강체(400)는 천공홀(210) 중앙부에 그라우팅재(600)와 고정되어 그 설치가 완료될 수 있게 되며, 이때 유공관(500)이 설치되어 있는 경우에는 보강체(400), 그라우팅재(600)는 유공관과 함께 서로 일체화되어 하중에 대해 저항할 수 있게 된다.

이때, 보강체(400)의 두부는 최종적으로 구조물 기초판(700,베이스 콘크리트)에 매립되는데,

이러한 기초판(700)과의 일체성을 확보하기 위하여 종래 사용된 앵커플레이트(710,체결플레이트)를 보강체의 두부에 체결시켜 놓고, 앵커플레이트(체결플레이트) 상부면 및 저면에 락너트(720,체결너트)를 함께 체결시켜 상기 앵커플레이트(체결플레이트)가 일종의 고정구 역할을 할 수 있도록 한다.

필요에 따라서는 도 1b와 같이 보강철근을 상기 앵커플레이트(체결플레이트) 주위에 추가로 설치할 수 있을 것이다.

이렇게 고정구 역할을 하는 앵커플레이트(체결플레이트), 락너트의 설치가 완료되면, 이들이 매립되도록 기초판 콘크리트를 타설함으로서 최종 파일시공이 완 성될 수 있도록 한다.

도 5a는 특히 상부 보강체(400)가 하부 보강체보다 직경(단면크기)이 크도록 형성시킨 보강체(400)를 구조물 하부 기초지반(200a)에 설치하는 경우를 단면도로 도시한 것이고,

도 5b는 지반 중 사면(200b)에 본 발명에 따른 보강체(400)를 설치한 경우를 도시한 것인데, 하부 보강체가 오히려 상부보강체보다 직경이 크도록 형성되어 있음을 확인할 수 있다.

즉, 사면(200b)인 경우에는 그 파괴양상이 파괴활동면(C)를 따라 사면이 붕괴되는 것이 일반적이므로, 이러한 파괴활동면(C)에 위치하는 보강체가 더 큰 하중(전단응력)을 받게 된다. 이에 하중이 크게 작용하는 부위에 설치되는 파일의 직경을 더 크게 형성시킬 필요가 있어,

결국, 사면보강의 목적으로 설치된 하부 보강체가 상부 보강체 보다 더 큰 직경을 가지도록 세팅되도록 한다.

본 발명에 의하여 보강체의 단면크기를 달리하여 지반보강을 하는 경우, 종래 불필요하게 과다 계상되는 파일공사비를 보다 절감시킬 수 있도록 할 수 있으며, 유공관을 함께 사용함으로서 내진보강이 가능하도록 할 수 있으므로 구조적으로도 보다 안전하면서 경제적인 파일시공에 의한 지반보강이 가능하게 되며, 본 발명에 따른 파일시공방법은 지반보강, 기초구조물보강 등에 적용이 가능하다.

앞에서 설명되고, 도면에 도시된 본 발명의 일 실시예는 본 발명의 기술적사 상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 변경하는 것이 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 된다.

Claims (7)

1. 지반에 천공홀을 형성시키고,

   상기 천공홀에 보강체를 삽입, 고정시키되, 상기 보강체는 봉 형태로서, 직경을 포함하는 단면크기가 지반의 심도에 따라 다르도록 형성되도록 하고,

   상기 천공홀 내부에 그라우팅재가 충진되도록 하여 파일을 완성시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이형단면을 적용한 파일시공방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 보강체는 단면크기가 다른 보강체가 서로 연결되어 설치되도록 하되,

   연결구인 커플러에 의하여 보강체가 서로 연결되도록 하거나,

   연결구로서 보강체에 각각 돌출부 및 삽입부를 형성시켜 상기 돌출부가 삽입부에 삽입되도록 함으로서 보강체가 서로 연결되도록 하는 것을 특징으로 이형단면을 적용한 파일시공방법.
3. 제 2항에 있어서, 상기 보강체는 적어도 동일한 이형강봉, 원형강봉 및 이형철근 중 어느 하나로 하거나, 서로 다른 이형강봉, 원형강봉 및 이형철근을 조합 사용하여 단면크기가 다른 보강체로 제작될 수 있는 것을 특징으로 하는 이형단면을 적용한 파일시공방법.
4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 보강체는

   설치되는 지반에 따라 상부의 단면크기가 크고, 하부의 단면크기가 작거나,

   상부의 단면크기가 작고, 하부의 단면크기가 크도록 형성되는 것을 특징으로 하는 이형단면을 적용한 파일시공방법.
5. 삭제
6. 삭제
7. 제 4항에 있어서, 상기 지반 상부에는 천공홀 내측에 강관을 포함하는 케이싱이 더 삽입 설치되도록 하여, 상기 케이싱 내측에 보강체가 배치되도록 하되, 상기 그라우팅재가 충진되기 이전에 유공관이 천공홀에 추가로 더 삽입되도록 하는 단계가 더 추가되어, 유공관이 천공홀 또는 케이싱 내부에 충진된 그라우팅재와 일체화 되도록 하는 것을 특징으로 하는 이형단면을 적용한 파일시공방법.

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