KR100913346B1 - 지반보강용 말뚝과 팽이말뚝부를 이용한 지반보강방법 - Google Patents

지반보강용 말뚝과 팽이말뚝부를 이용한 지반보강방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 지반보강용 말뚝을 선 시공한 후, 원관부, 원추부 및 하단삽입부로 구성된 팽이말뚝부를 말뚝의 상단머리부에 삽입시키고, 상기 팽이말뚝부에 채움재를 형성시킴으로서 보다 효율적인 팽이말뚝 시공이 가능한 지반보강용 말뚝과 팽이말뚝부를 이용한 지반보강방법에 관한 것이다.
팽이말뚝, 연약지반, 말뚝

Description

지반보강용 말뚝과 팽이말뚝부를 이용한 지반보강방법{GROUND REINFORCING METHOD USING PILE AND TOP PILE REINFORCING MEMBER}
본 발명은 지반보강용 말뚝과 팽이말뚝부를 이용한 지반보강방법에 관한 것이다. 더욱 구체적으로 종래 팽이말뚝이 지반 하부까지 효율적으로 보강하지 못한다는 문제점을 해결할 수 있도록 지반보강용 말뚝을 먼저 설치한 이후, 팽이말뚝부를 상기 지반보강용 상단머리부에 일체화시킨 지반보강용 말뚝과 팽이말뚝부를 이용한 지반보강방법에 관한 것이다.
도 1a, 도 1b 및 도 1c는 종래 현장타설형 팽이말뚝(10) 및 시공단면도를 도시한 것이다.
먼저 상기 팽이말뚝(10) 도 1a 및 도 1b와 같이 전체적으로 팽이 형태로 제작되는데 콘크리트를 포함하는 여러 재질로 제작된다.
구체적으로 살펴보면 폐쇄된 쐐기형 선단부(11)가 하단에 형성되는 말뚝부(12)와 상기 말뚝부 상단으로부터 확장 연장된 원추부(13)와 상기 원추부(13) 상단의 원관부(14)로 크게 구성되도록 한다.
이때 운반, 시공 상의 문제 때문에 상기 말뚝부(12)의 높이는 25cm 정도로 비교적 짧게 형성되도록 하게 되며, 원추부와 원관부 전체의 높이도 25cm 정도로 형성되도록 한다.
이에 도 1c와 같이, 팽이말뚝(10)을 현장에 운반한 후 상기 말뚝부(12)가 지반(A)에 삽입되도록 하여 먼저 설치하게 된다.
이때, 팽이말뚝(10)을 병렬로 서로 연결되도록 하여 다수를 서로 연결시키게 된다. 통상은 와이어를 이용하여 팽이말뚝의 원관부(14) 상단 측면부를 서로 기계적으로 이어주게 된다.
다음으로는 팽이말뚝(10) 내부에 콘트리트 또는 모르타르를 포함하는 채움재(20)가 타설되어 일체되도록 한다. 상기 채움재(20)도 또한 운반 문제 때문에 현장에서 채워지도록 하는 것이 일반적이다.
다음으로는 팽이말뚝(10) 원추부(13) 주위에 쇄석(30)을 채워 넣고 팽이말뚝(10) 상부에 기초콘크리트(40)를 형성시키게 된다.
이때 상기 기초콘크리트(40)와 충진재(20)의 일체화를 증진시키기 위하여 반원형의 연결철근(15)이 충진재(20) 상면으로부터 돌출되도록 하게 된다.
또한, 상기 원관부(14)와 원추부(13)는 일체로 제작하되, 선단부(11)가 형성된 하단부(12)를 서로 분리하여 팽이말뚝을 제작하는 경우도 소개되어 있다.
하지만, 이러한 팽이말뚝(10)의 문제점은 그 제작의 용이성, 운반 및 시공성을 차치하더라도, 팽이말뚝(10)의 말뚝부(12) 높이가 너무 작게 설계된다는 것이다.
이에 팽이말뚝(10)의 선단부는 설치되는 지반 하부까지 말뚝부가 다다르지 못하기 때문에 팽이말뚝(10)이 설치되는 지반이 연약지반 일 경우에는 그다지 효율성이 없다는 문제점이 있었다.
즉, 연약지반에 설치되는 말뚝은 연약지반 하부의 견질층(예컨대 풍화토층)까지 말뚝부의 선단부가 지지되도록 해야 하는데, 팽이말뚝(10)의 말뚝부(12)는 지반에 삽입되는 깊이가 크지 않아 연약지반에 있어서는 전혀 효용성이 없다는 문제점이 있었다.
이에 본 발명은 특히 연약지반에 있어 팽이말뚝을 이용하도록 하되 지반보강 효과를 충분히 확보할 수 있는 수단을 구비한 지반보강용 말뚝과 팽이말뚝부를 이용한 지반보강방법을 제공함을 그 기술적 과제로 한다.
종래 지반을 보강을 위해 사용되는 가장 통상적인 방법은 강관, PHC 말뚝, FRP 말뚝, 나무 말뚝 또는 합성말뚝을 연약지반에 항타, 압입 등의 방법으로 시공하는 방법이다.
즉, 이러한 종래의 강관, PHC 말뚝,FRP 말뚝, 나무 말뚝 또는 합성말뚝과 같은 말뚝 시공을 배제하고서는 지반보강효과를 검증받기에는 한계가 있을 수밖에 없다.
이에 본 발명은 상기 강관, PHC 말뚝, FRP 말뚝, 나무 말뚝 또는 합성말뚝과 같은 종래의 말뚝을 그대로 시공하고, 여기에 팽이말뚝을 적용하는 방법이 제공되도록 하였다.
이에 먼저, 다양한 형태의 종래 지반 보강용 말뚝을 먼저 시공하고 나서, 상기 말뚝 상단부가 팽이말뚝에 삽입되도록 하여 서로 일체화되도록 함을 그 핵심적 기술적 구성으로 한다.
본 발명에 의하여, 팽이말뚝은 지반 보강을 위한 선시공된 말뚝에 적용할 수 있도록 함으로서 보다 현실적이고 효과적인 지반보강이 가능함을 알 수 있으며, 이에 특히 연약지반에 있어 보다 효율적인 지반보강효과를 가질 수 있게 된다.
앞에서 설명되고, 도면에 도시된 본 발명의 일 실시예는 본 발명의 기술적사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의하여만 제한되고, 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.
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.
먼저, 지반(A)에 말뚝(100)을 선 시공하게 된다. 이때 지반(A)은 특히 연약지반에 있어 본 발명에 대한 효과가 증진될 수 있게 된다.
말뚝(100)은 통상의 지반보강을 위한 콘크리트 말뚝, 나무 말뚝과 같이 속이 채워진 말뚝(100a)을 사용(실시예 1)할 수 있고, FRP 말뚝, 강관 말뚝과 같이 속이 채워지지 않은 관형 말뚝(100b)을 사용(실시예 2)할 수도 있다. 이를 기준으로 본 발명은 아래와 같이 실시예 1과 실시예2로 구분될 수 있다.
< 실시예 1: 속이 채워진 말뚝(100a)을 사용할 경우>
이에 지반(A)에 상기 말뚝(100a)을 선 시공하게 되며, 소정의 간격으로 말뚝(100a)이 설치되도록 함을 도 2에서 확인할 수 있다.
이러한 말뚝(100a)은 지반(A)의 상방으로 그 상단머리부(110a)가 돌출되도록 시공되어야 하며, 지반(A)에 천공홀을 형성시키고 그 천공홀 내부에 말뚝(100a)을 관입시키는 방법을 이용할 수도 있고, 지반(A)에 항타기를 이용하여 지반에 관입시키는 방법을 이용할 수도 있을 것이다.
이에 말뚝(100a)의 상기 상단머리부(110a)에는 본 발명의 팽이말뚝부(200)가 삽입되어 세팅되도록 한다.
상기 팽이말뚝부(200)를 팽이말뚝으로 지칭하지 않는 이유는 도 1a 및 도 1b와 같이, 말뚝부(12)와 그 선단부(11)를 포함하여 구성되지 않기 때문이다.
즉, 본 발명에서는 종래의 팽이말뚝의 일부를 이용할 뿐이라는 점에서 종래의 팽이말뚝과 상이하다는 점을 고려하여 그 명칭을 팽이말뚝부(200)로 지칭되도록 하였다.
이에 팽이말뚝부(200)는 도 2와 같이 상,하면이 개방되며, 원관부(210), 원추부(220) 및 하단삽입부(23)를 포함하여 구성되며, 그 재질은 통상의 콘크리트 재질 바람직하게는 프리캐스트 제품으로 제작해도 상관은 없으나, 바람직하게는 그 중량 감소를 위하여 수지재질로 제작하는 것이 바람직하다.
예컨대, 그 재질을 통상의 폴리에틸렌수지, 폴리스틸렌수지, ABS수지, EPS재질로 할 수 있으며, 나아가 금속류, 비금속류 및 목재류 중 적어도 하나로 형성되도록 할 수 있을 것이다.
이때, 원관부(210)는 도 2와 같이 원형단면으로 형성되도록 하되 그 외주면에는 다른 팽이말뚝부(200)와의 연결을 위하여 두께가 더 두껍게 형성된 연결측면부(211)가 형성되도록 하여 연결용 볼트 및 너트를 이용하여 다른 팽이말뚝부와의 연결에 따른 변형 및 파손의 우려가 해소될 수 있도록 하게 된다.
이는 팽이말뚝부(200)를 서로 연결시킴에 있어 그 고정성과 시공성 및 유지관리에 매우 뛰어난 효과가 발휘됨을 알 수 있다.
상기 원관부(210)의 하부로 연속하여 하방으로 경사져 연장되도록 하되, 원관부의 직경에 맞추어 상광하협 형태로 형성되도록 한 것이 원추부(220)이며, 원관부(210)와 동일한 재질로 형성되도록 한다.
상기 원추부(220)의 하단에는 소정의 직경을 가진 역시 원형단면으로 형성된 하단삽입부(230)가 형성되도록 한다.
이러한 하단삽입부(230)도 상기 말뚝(100a)의 상단머리부(110a)가 삽입되어 지지되도록 그 뚜께를 다소 두껍게 하는 것이 바람직하다.
본 발명에서는 팽이말뚝부(200)의 원관부(210), 원추부(220) 및 하단삽입부(230)를 별도로 지칭하였으나, 그 제작에 있어서는 일체로 한꺼번에 제작될 수 있도록 한다.
위와 같이 팽이말뚝부(200)가 준비되면, 도 3과 같이 팽이말뚝부(200)를 현장에서 선시공된 말뚝(100a)의 상단머리부(110a)가 팽이말뚝부(200)의 하단삽입부(230)에 삽입시키게 되며, 삽입된 팽이말뚝부(200)는 그 하단삽입부(230)의 저면이 지반(A)에 지지되도록 함으로서 그 자립에 의한 세팅이 가능하도록 한다.
이러한 팽이말뚝부(200)는 말뚝(100a) 마다 설치해야 하므로 말뚝(100a)의 상단머리부(110a) 각각에 팽이말뚝부(200)를 설치하되, 각각의 팽이말뚝부(200)를 서로 연결시키게 된다.
이러한 연결은 위에서 살펴본 팽이말뚝부(200) 원관부(210)에 형성된 연결측면부(211)에 연결용 볼트 및 너트를 체결되도록 하여 이루어지도록 함이 바람직하다.
즉, 통상은 편의성 때문에 와이어를 종래 이용하고 있었으나 그 와이어 체결 후 마감문제도 있어 체결에 의한 연결성능을 충분히 확보할 수 있도록 연결용 볼트 및 너트를 이용하게 된다.
이에 각각 설치된 팽이말뚝부(200)는 서로 연결되어 후술되는 채움재 타설 등에 의하여 그 세팅 위치의 변동 등을 막을 수 있게 된다.
다음으로는 팽이말뚝부(200)를 구성하는 원관부(210)와 원추부(220) 내부에 콘크리트와 같은 채움재(300)를 도 3과 같이 채워 넣게 된다.
이러한 채움재(300)는 콘크리트 이외 무수축 모르타르 등이 이용될 수 있으며, 도 1c와 같이 연결철근이 상방으로 돌출되어 노출되도록 함이 바람직하며 후술되는 바와 같이 채움재(300)와 팽이말뚝부(200)를 미리 일체화시키는 경우에는 상기 연결철근이 채움재(300)와 팽이말뚝부(200)와 함께 일체로 제작되도록 한다.
이로서, 상기 채움재(300)는 팽이말뚝부(200) 내부에 채워져 말뚝(100a)의 상단머리부(110a)와 함께 일체화되도록 할 수 있음을 알 수 있다.
말하자면, 말뚝(100a), 팽이말뚝부(200)가 서로 일체화되어 작용하중을 말뚝 의 선단부로 전달하는 구조체로 작용되도록 하는 것이다.
이에 의하면, 팽이말뚝부(200)가 종래의 팽이말뚝과 같은 형태를 취하면서도, 종래의 말뚝부가 지반의 하부에 까지 도달 될 수 있도록 하는 효과를 가질 수 있게 되어 지반보강의 효과를 증진시킬 수 있게 된다.
나아가 상기 채움재(300)의 경우 현장에서 팽이말뚝부(200)에 채워 넣는 방법도 있으나, 보다 신속한 시공을 위해서 팽이말뚝부(200) 내부에 미리 채움재가 채워진 상태로 한 다음, 현장에서는 말뚝(100a)의 상단머리부(110a)에 삽입되도록 설치할 수도 있다.
이럴 경우 현장의 채움재 준비 및 시공공종이 생략될 수 있으므로 보다 신속한 시공이 가능하게 되며, 이러한 상기 삽입 설치에 의한 팽이말뚝부(200)와 말뚝(100a)과의 일체성 확보를 위하여 팽이말뚝부(200) 내부로의 말뚝(100a) 상단머리부(110a)의 삽입깊이를 좀 더 크도록 함이 바람직하다.
또한 상기 말뚝(100a)의 상단머리부(110a)가 팽이말뚝부(200)의 하단삽입부(230) 내측으로 용이하게 삽입될 수 있도록 미리 블럭 아웃된 공간인 하단부가 형성 되도록 하며 상기 공간은 말뚝의 상단머리부가 충분히 삽입될 수 있는 직경과 깊이를 가지도록 한다.
이러한 팽이말뚝부(200) 설치가 완료되면 팽이말뚝부(200) 주위에 도 1c와 같이 쇄석을 채워 넣고, 팽이말뚝부(200) 상면에 기초용 콘크리트를 타설하는 방법으로 최종 지반보강이 가능하도록 하게 된다
< 실시예 2: 속이 채워지지 않은 관형말뚝(100b)을 사용할 경우>
실시예 2는 실시예 1과 비교하여 말뚝(100) 이용에 있어 도 3의 강관과 같이 속이 채워지지 않은 관형말뚝(100b)을 이용한다는 점과, 속이 채워지지 않은 관형말뚝(100b)을 이용함에 따라 그 내부로 채움재(300)가 채워지는 것을 방지하기 위하여 상단마감용 캡(400)을 이용한다는 점에 특히 그 차이가 있으며 도 4a 내지 도 4c를 기준으로 살펴본다.
이에 지반(A)에 상기 속이 채워지지 않은 관형말뚝(100b)을 선 시공하게 되며, 역시 소정의 간격으로 관형말뚝(100b)이 설치되도록 함을 도 4a에서 확인할 수 있다.
이러한 관형말뚝(100b)도 지반(A)의 상방으로 그 상단머리부(110b)가 돌출되도록 시공하게 된다.
역시 관형말뚝(100b)의 상기 상단머리부(110b)에는 도 4b와 같이 본 발명의 원관부(210), 원추부(220) 및 하단삽입부(230)를 포함하여 구성된 팽이말뚝부(200)가 삽입되어 세팅되도록 한다.
즉, 도 4a와 같이 팽이말뚝부(200)를 현장에서 선시공된 관형말뚝(100b)의 상단머리부(110b)가 팽이말뚝부(200)의 하단삽입부(230)에 삽입시키게 되며, 삽입된 팽이말뚝부(200)는 그 하단삽입부(230)의 저면이 지반(A)에 지지되도록 함으로서 그 자립에 의한 세팅이 가능하도록 한다.
이때, 도 4c와 같이 관형말뚝(100b)의 상단머리부(110b)를 단척지도록 형성시킬 수 있으며, 이러한 단턱진 부위(120b)에 팽이말뚝부(200)의 하단삽입부(230)의 저면이 걸쳐지도록 설치함으로서 지반(A)에 팽이말뚝부가 지지되도록 할 수도 있다.
이러한 팽이말뚝부(200)도 관형말뚝(100b) 마다 설치해야 하므로 관형말뚝(100b)의 상단머리부(110b) 각각에 팽이말뚝부(200)를 설치하되, 각각의 팽이말뚝부(200)를 서로 연결시키게 된다.
이러한 연결은 위에서 살펴본 팽이말뚝부(200) 원관부(210)에 형성된 연결용 볼트 및 너트를 이용하게 된다.
다음으로 팽이말뚝부(200)를 구성하는 원관부(210)와 원추부(220) 내부에 콘크리트와 같은 채움재(300)를 채워 넣게 된다.
이러한 채움재(300)는 콘크리트 이외 무수축 모르타르 등이 이용될 수 있으며, 상기 채움재(300)가 관형말뚝(100b)의 내부에 까지 채워지지 않도록 마감용 캡(400)이 씌워지도록 한다.
이에 관형말뚝(100b), 팽이말뚝부(200)가 서로 일체화되어 작용하중을 말뚝의 선단부로 전달하는 구조체로 작용되도록 하게 된다.
역시 상기 채움재(300)의 경우 현장에서 팽이말뚝부(200)에 채워 넣는 방법도 있으나, 보다 신속한 시공을 위해서 도 4b와 같이 미리 팽이말뚝부(200) 내부에 채움재가 채워진 상태(프리캐스트 제품화)로 한 다음, 현장에서는 관형말뚝(100b)의 상단머리부(110b)에 삽입되도록 설치할 수도 있을 것이다.
이러한 팽이말뚝부(200) 설치가 완료되면 역시 팽이말뚝부(200) 주위에 도 1c와 같이 쇄석을 채워 넣고, 팽이말뚝부(200) 상면에 기초용 콘크리트를 타설하는 방법으로 최종 지반보강이 가능하도록 하게 된다.
도 1a, 도 1b 및 도 1c는 종래의 팽이말뚝 및 그 시공단면도를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 말뚝과 팽이 말뚝부의 시공사시도를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 실시예 1에 의한 말뚝과 팽이 말뚝부의 시공단면도를 도시한 것이다.
도 4a, 도 4b 및 도 4c는 실시예 2에 의한 시공단면도, 팽이 말뚝부 및 다른 시공단면도를 도시한 것이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100,100a,100b:말뚝
200:팽이말뚝부 211:연결측면부
210:원관부 220:원추부
230:하단삽입부 300:채움재
A:지반

Claims (8)

  1. 별도로 지반(A)에 천공홀을 형성시키고 그 천공홀 내부에 지반보강용 말뚝을 관입시키거나 지반(A)에 항타기를 이용하여 지반에 지반보강용 말뚝을 관입시키고,
    상기 지반보강용 말뚝의 상단머리부가 지반 상부로 돌출되도록 한 상태에서, 상기 상단머리부가, 상, 하면이 개방되며 원관부와 일체로 형성된 원추부와 하단삽입부를 포함하여 구성된 팽이말뚝부의 하단삽입부에 삽입되도록 하고,
    상기 팽이말뚝부의 원관부와 원추부 내부에 콘크리트를 포함하는 채움재를 형성시켜 서로 일체화되도록 하는 단계를 포함하며,
    상기 지반보강용 말뚝은 강관을 포함하는 속이 빈 관형말뚝 또는 콘크리트 말뚝을 포함하는 속이 채워진 말뚝인 지반보강용 말뚝과 팽이말뚝부를 이용한 지반보강방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 말뚝과 팽이말뚝부가 설치된 이후 팽이말뚝부와 지반상부면 사이 공간에 쇄석을 형성시키고, 상기 팽이말뚝부 상부에 기초콘크리트를 형성시키는 단계가 더 포함되는 지반보강용 말뚝과 팽이말뚝부를 이용한 지반보강방법.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 팽이말뚝부는 프리캐스트 콘크리트 제품으로 제작된 것을 이용하거나, 그 재질이 폴리에틸렌수지, 폴리스틸렌수진, ABS수지, EPS, 금속류, 비금속류 및 목재류 중 적어도 하나로 형성되도록 하는 지반보강용 말뚝과 팽이말뚝부를 이용한 지반보강방법.
  4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 원관부 외주면에는 볼트 및 너트 체결에 의한 하중 집중에 저항하도록 두껍게 형성된 연결측면부가 더 형성되는 지반보강용 말뚝과 팽이말뚝부를 이용한 지반보강방법.
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