KR100934196B1 - 양방향 압력식 소구경 파일 및 이를 이용한 부력방지 공법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기본적으로 지반의 지지력에 대한 보강 작용을 수행할 뿐만 아니라 주면마찰력에 의해 앵커처럼 작용하여 부력방지 작용도 수행하는 양방향 압력식 소구경 파일 및 이를 이용한 부력방지 공법을 제공하기 위한 것이다.

이를 위해, 본 발명은 지반에 형성되는 천공홀(1) 내부로 삽입되되, 상기 지반 상부로 두부가 노출되도록 설치되는 고강도 강재(2)와; 발포우레탄 주입시 상기 천공홀(1) 입구를 밀폐하도록 상기 강재(2) 상에 설치되는 발포우레탄 패커(3)와; 상기 발포우레탄 패커(3) 내부로 발포우레탄 약액을 충진하도록 설치되는 약액주입호스(33)와; 상기 발포우레탄 패커(3)를 관통하여 강재 정착부에 시멘트밀크를 가압 충진하도록 설치되는 그라우팅호스(34)와; 상기 발포우레탄 패커(3)를 관통하여 강재 정착부에 시멘트밀크와 같은 그라우트 약액이 주입될 때 상기 강재 정착부의 공기를 외부로 배출하기 위한 공기배출용 호스(35)와; 상기 천공홀(1) 외부로 노출된 강재(2)의 두부의 원하는 위치에 결합되며, 철근콘크리트 구조물 내에 정착되는 두부정착판(4)을 포함하여 구성되는 양방향 압력식 소구경 파일 및 이를 이용한 부력방지 공법이 제공된다.

양방향, 압력식, 소구경, 패커, 지반, 양압력, 부력

Description

양방향 압력식 소구경 파일 및 이를 이용한 부력방지 공법{pressure type small pile for bearing bidirectional applied force and preventive methods for the buoyancy in construction using the same}

본 발명은 양방향 압력식 소구경 파일 및 이를 이용한 부력방지 공법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 지반의 지지력을 보강함과 더불어 상기 지반에 설치된 구조물에 작용하는 부력에 저항할 수 있도록 지지력을 높인 양방향 압력식 소구경 파일 및 그 시공방법에 관한 것이다.

일반적으로, 지하주차장, 지하차도, 지하상가, 지하보도 등의 구조물 조성에 있어서는 비 등으로 인한 지하수위 상승으로 인해 구조물에 양압력(부력)이 작용할 경우를 대비하여 이 양압력을 견딜 수 있도록 하는 처리를 해야 한다.

이러한 양압력의 처리를 위한 대책으로는 사하중에 의한 방법, 영구배수공법, 영구 앵커에 의한 방법 등이 있으나 각각의 단점으로 인해 적용이 어려운 경우가 있다.

먼저, 사하중에 의한 방법은 구조물 자중이 부력보다 크도록 해야하므로 기초 슬라브 두께가 증가하게 되고, 굴착깊이 증가로 공사비나 공기면에서 불리하며, 2중 슬라브 기초인 경우 시공공정이 복잡하고 공기 연장되어, 부력이 크거나 구조물이 크고 중요한 경우 적용이 어렵다는 문제점이 있다.

다음으로, 다른 방식의 양압력 처리 방법으로서 구조물 기초 하부로 침투 유입하는 지하수를 배수하여 부력을 감소시키는 영구배수공법 (Exterial Drainage & Permanent Under Drainage System)이 있으나, 이는 내부로의 지하수 유입량이 적을 때는 적합하지만 지하수 유입량이 많은 경우에는 적용이 곤란하다는 문제점과, 유지 관리 측면에서 정전이나 펌프 고장에 대한 대비가 필요하다는 단점이 있으며, 지하수위 저하로 인접지반 침하, 지하수 고갈로 주위 식생 및 생태계 등 환경 오염, 필터층이나 관막힘 등으로 인한 장기 배수 성능의 저하, 지하수 유입량 산정 어려움 및 이에 따른 유지관리비 과다 지출, 도심지 지하수 처리기준의 엄격화에 지하수 저하 공법의 배제 등의 문제점을 안고 있다.

그리고, 영구 앵커에 의한 방법은 부력방지용 록앵커(Rock Anchor)를 설치하는 것으로서, 강선을 이용해서 암반에 상기 강선의 정착단이 정착되도록 한 다음에 상기 강선을 당겨 텐션을 준 상태에서 지압판으로 고정을 함으로써 양압력에 저항하도록 하는데, 이는 앵커의 용량 및 시공간격 등의 선택이 용이하나, 긴장력에 의한 하중증가로 인해 말뚝 설치 수가 증가함에 따라 공사비 증가 및 공기 연장으로 비경제적이고, 일방향 거동으로 인해 지지력이 감소하는 단점이 있으며, 장기적 관점에서 강선의 부식 및 이완 우려가 있으며, 유지 및 관리를 위해 장기적 계측과 재인장(再引張)이 반드시 필요하나 시행이 잘 되는 않아 유지 관리면에서 불리하게 되는 등의 문제점이 있다.

한편, 일반적으로 모든 건물은 기초 지반이 그 건물을 지지하기 위한 충분한 지지력을 가져야 하며, 그렇지 않으면 기초 지반의 최상부 또는 심층부에서 침하가 일어나 그 위에 세워진 건물의 안정성에 지대한 영향을 미치게 된다.

그러므로 건물을 세우기 전에는 반드시 지질학적 조사 및 토질조사와 같은 적합한 제반조사를 통해서 지반의 지지력이 건물에 의해 지반에 작용하는 중량 또는 하중을 충분히 견딜 수 있는지를 조사할 필요가 있으며, 매립지, 압밀되지 않은 지반, 유기질층을 분해시키는 지반, 토탄지, 습지, 수분함량에 상당한 변화가 있는 지반, 공극이 많이 있거나 불균일한 지반 등의 경우에는 기초 지반의 지지력이 충분하지 않으므로 기초 지반에 더 큰 지지력이 요구된다.

또한, 지상 구조물의 기초를 튼튼히 하기 위해 연약지반에 다수의 말뚝{Pile}을 박는다거나 폭넓고 깊게 흙을 파내고 철근콘크리트로 기초를 만든 후 그 위에 구조물을 시공하게 되는데, 작업장 주변에 다양한 구조물과 시설이 들어서 있는 경우에는 상기 기초를 튼튼히 하기 위한 여건이 형성되지 못하는 경우가 많으며, 지하 매설물의 위치 등을 정확히 알지 못하면서 폭넓게 기초를 팔 경우 전기나 가스배관과 같은 시설물의 파손을 초래하기도 한다.

이에, 상기와 같은 점들을 고려하여 기초 지반에 대한 지지력을 확보하기 위한 방법으로 말뚝 기초 보강법을 이용하고 있음은 주지의 사실이고, 이와 더불어 기초 지반에 유압드릴이나 각종 천공기의 로드(Rod) 및 비트(Bit)를 이용하여 천공작업을 수행하고, 그 천공된 홀에 철근과 같은 강관을 삽입한 후, 보강액(그라우팅액)을 주입하는 그라우팅 공법 등을 비롯한 다양한 공법들이 제안되었으며, 그 중 에서도 마이크로파일(Micro pile)이 대표적이라 할 수 있다.

마이크로 파일은 대형 말뚝을 넣을 정도는 아니고 소규모 지지력을 받으면 될 때 대형 말뚝 대용으로 적용하게 되는데, 상기 마이크로 파일은 50년대 이탈리아의 Lizzi에 의해 제안된 뿌리 말뚝 기초로서 현재 유럽과 미국을 중심으로 기초시스템으로 사용되거나 교량, 댐, 건물등의 보강 목적으로 그 사용이 증가하고 있는 추세이다.

지하철 구조물, 터널, 그리고 기초구조물 등의 시공시 기존 상부 구조물의 침하 및 기초의 보강 또는 대용으로 마이크로 파일 공법이 대안으로 선택되어 많이 적용되고 있다.

그러나, 상기 마이크로 파일 공법은 마이크로 파일의 주면마찰력만으로 부력에 저항해야 하는데, 무압 그라우팅으로 그라우팅 품질이 불량하여 부력에 대한 저항력이 미약하여 부력 저항용으로는 그 활용이 미미한 실정이다.

또한, 상기 마이크로 파일 공법은 보강재 성능(인발력) 부족으로 인한 설치 본 수의 증가로 시공성 측면에서도 불리하다는 단점이 있다.

즉, 기존의 마이크로 파일은 지하차도나 지하주차장 등의 구조물의 조성에 있어서, 지하차도 지하주차장이 조성된 지반의 침하에 대해서는 효과적으로 작용하게 되나 지하수위 상승에 의해 구조물에 작용하는 양압력에 대해서는 효과적으로 역할하지 못하며, 따라서 기존의 경우에는 지하차도나 지하주차장 등의 구조물 조성시, 지반 보강을 위해 마이크로 파일을 시공하는 것과는 별도로 수압에 의한 양압력을 극복할 수 있도록 부력 방지용 앵커를 시공하는 등의 처리가 수반되어야 한 다.

본 발명은 상기한 제반 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 기본적으로 지반의 지지력에 대한 보강 작용을 수행할 뿐만 아니라 주면마찰력에 의해 부력방지 작용도 수행함으로써, 부력에 대한 안정성 및 지지력을 동시에 확보할 수 있으며, 안정성과 시공성 및 경제성 측면에서 효과적인 양방향 압력식 소구경 파일 및 이를 이용한 부력방지 공법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 지반에 형성되는 천공홀 내부로 삽입되되, 상기 지반 상부로 두부가 노출되도록 설치되는 고강도 강재와; 발포우레탄 주입시 상기 천공홀 입구를 밀폐하도록 상기 강재 상에 설치되는 발포우레탄 패커와; 상기 발포우레탄 패커 내부로 발포우레탄 약액을 충진하도록 설치되는 약액주입호스와; 상기 발포우레탄 패커를 관통하여 강재 정착부에 시멘트밀크와 같은 그라우트약액을 가압 충진하도록 설치되는 그라우팅호스와; 상기 발포우레탄 패커를 관통하여 강재 정착부에 시멘트밀크가 주입될 때 상기 강재 정착부의 공기를 외부로 배출하기 위한 공기배출용 호스와; 상기 천공홀 외부로 노출된 강재의 두부의 원하는 위치에 결합되며, 철근콘크리트 구조물 내에 정착되는 두부정착판;을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 양방향 압력식 소구경 파일이 제공된다.

한편, 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 형태에 따르면, 지반에 소정 길이의 천공홀을 형성하는 단계와; 상기 천공홀을 통해 고강도 강재, 발포우레탄 패커, 우레탄 약액 주입용 약액주입호스, 시멘트밀크 주입용 그라우팅호스, 공기배출용 호스를 구비한 발포우레탄 패커를 설치하되, 상기 고강도 강재는 두부가 지반 외부로 노출되도록 설치하는 단계와; 상기 발포우레탄 패커 내부에 우레탄 약액을 주입하는 단계와; 상기 발포우레탄 패커 내부에 주입된 우레탄 약액이 발포 팽창하여 상기 발포우레탄 패커가 천공홀을 밀폐하는 단계와; 상기 발포우레탄 패커 하부측의 강재 정착부에 시멘트밀크를 가압 충진하는 압력 그라우팅을 수행하는 단계와; 상기 강재 정착부의 압력 그라우팅에 의한 정착 완료 후에 지반의 천공홀 외부로 노출되는 강재의 두부에 두부정착판을 설치하는 단계와; 상기 두부정착판이 철근콘크리트 구조물에 정착이 되도록 지하차도나 지하주차장등의 철근콘크리트 구조물을 조성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 양방향 압력식 소구경 파일을 이용한 부력방지 공법이 제공된다.

본 발명의 양방향 압력식 소구경 파일은, 지반의 지지력에 대한 보강 작용을 수행할 뿐만 아니라 주면마찰력에 의해 앵커처럼 작용하여 부력방지 작용을 수행하게 된다.

또한, 본 발명의 부력방지 공법은 소구경 파일을 이용하되 압력식 그라우팅에 의해 시공하는 부력방지 방법으로서, 시공이 용이하여 짧은 공기로 공사를 완료할 수 있어 경제적이고, 장기적 관점에서 부력 방지를 위해 앵커를 시공할 때와는 달리, 강선의 부식 및 이완 우려가 없으며, 유지 및 관리 측면서의 장기적 계측과 재인장(再引張)이 불필요하므로 유지 관리가 용이하다.

본 발명의 소구경 파일에 의한 부력방지 공법은 앵커를 활용한 공법과 비교하여, 프리-스트레스를 부여하여 변위를 억제할 필요가 없는 장점이 있으며, 압력식 그라우팅의 경우 중력식에 비하여 지지 효과가 향상되어 이를 부력방지용 대체 공법으로 적용시 그 활용성이 매우 높을것으로 기대된다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면 도 1 내지 도 4를 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 양방향 압력식 소구경 파일을 적용하여 지반의 안정보강을 수행한 상태를 나타낸 시공 상태도이고, 도 2는 도 1의 두부정착판을 나타낸 사시도로서, 본 발명의 양방향 압력식 소구경 파일은, 지반에 형성되는 천공홀(1) 내부로 삽입되되, 상기 지반 상부로 두부가 노출되도록 설치되는 고강도 강재(2)와; 발포우레탄 주입시 상기 천공홀(1) 입구를 밀폐하도록 상기 강재(2) 상에 설치되는 발포우레탄 패커(3)와; 상기 발포우레탄 패커(3) 내부로 발포우레탄 약액을 충진하도록 설치되는 약액주입호스(33)와; 상기 발포우레탄 패커(3)를 관통하여 강재 정착부에 시멘트밀크와 같은 그라우트 약액을 가압 충진하도록 설치되는 그라우팅호스(34)와; 상기 발포우레탄 패커(3)를 관통하여 강재 정착부에 그라우트약액이 주입될 때 상기 강재 정착부의 공기를 외부로 배출하기 위한 공기배출용 호스(35)와; 상기 천공홀(1) 외부로 노출된 강재(2)의 두부의 원하는 위치에 결합되며, 철근콘크리트 구조물(C) 내에 정착되는 두부정착판(4)을 포함하여 구성된다.

이때, 상기 패커(3)는, 강재(2)의 길이방향으로 상호 소정의 간격을 두고 끼워지는 어퍼 및 로우어 패킹(31a, 31c)과, 상기 어퍼 및 로우어 패킹(31a, 31c)에 결합되어 상기 패킹(31a, 31c)들 사이에 발포우레탄 주입공간을 형성하는 부직포등의 재질로 된 천부재(31b)로 이루어진다.

그리고, 상기 고강도 강재(2)의 외주면상에는 나선형 돌기(20)가 형성되고, 상기 고강도 강재의 두부에 결합되는 두부정착판(4)에 형성된 통공 내주면에는 상기 고강도 강재의 나선형 돌기에 형합하는 나선형 홈(40)이 형성된다.

한편, 상기 두부정착판(4)에는 철근콘크리트 구조물(C) 시공시 콘크리트와의 결합력이 크게 증대되어 충격이나 진동으로부터 보다 안전한 결합 상태를 유지할 수 있도록 하는 요홈(41)이 구비된다.

그리고, 상기 강재(2)의 정착부 선단에는 강재(2)와 천공홀(1) 내면의 간격 유지를 위한 간격재(6)가 설치된다.

한편, 두부 부식방지 방안으로서, 강재 및 두부정착판에 방청을 위해 에폭시가 1~2mm 코팅됨이 바람직하다.

그리고, 상기 강재의 길이 연장을 위한 커플러(도시는 생략함)가 구비될 수 있는데, 상기 커플러는 강재(2)의 나선형 돌기(20)에 형합하는 나선형홈이 양단부 내주면에 형성된 구조를 이루도록 구성된다.

이와 같이 구성된 본 발명의 양방향 압력식 소구경 파일을 이용한 지반의 안정보강 공법의 시공 과정을 도 3a 내지 도 3f를 참조하여 각 단계 별로 상세히 살펴본다.

먼저, 도 3a에 도시한 바와 같이, 본 발명의 양방향 압력식 소구경 파일을 설치할 지반을 착암기나 보링기를 이용하여 천공하여 천공홀을 형성한다.

이 후, 도 3b에 도시한 바와 같이, 천공홀(1)을 통해 고강도 강재(2), 발포우레탄 패커(3), 우레탄 약액 주입을 위한 약액주입호스(33), 그라우트약액 주입용 그라우팅호스(34), 공기배출용 호스(35)를 구비한 발포우레탄 패커를 설치한다.

그리고, 상기 발포우레탄 패커 설치후에는, 도 3c에 도시한 바와 같이, 약액주입호스(33)를 통해 어퍼 및 로우어 패킹(31a, 31c) 사이 공간에 발포우레탄 약액을 주입한다. 이때, 상기 발포우레판 약액은 겔화되는 속도가 매우 빨라 약액이 주입된 후 불과 수 분(分)이 경과되면 겔 상태가 되어 부피 팽창이 일어나고, 그로 인해 천부재(31b)가 팽창하여 상기 천부재의 직경이 천공홀(1)의 내주면과 긴밀하게 밀착되게 된다.

이어서, 도 3d에 도시한 바와 같이, 상기 그라우트약액 주입용 그라우팅호스(34)를 통해 시멘트밀크(Cement milk)와 같은 그라우트 약액을 강재 정착부로 주입한다. 이때 상기 그라우팅호스(34)의 말단은 천공홀(1)의 바닥면 근처에 위치하므로 그라우팅호스(34)를 통해 주입되는 그라우트 약액은 천공홀(1)의 저면에서부터 충진된다.

상기 그라우트 약액이 천공홀(1)의 저면에서부터 상기 패커(6)의 하단에 이르기까지 충분히 충진되고 나면, 상기 그라우트 약액이 충진되는 과정에서 발생된 공기나 이물질 등은 공기배출용 호스(35)를 통해서 천공홀(1)의 외부로 배출된다.

따라서, 상기 공기 및 이물질이 용이하게 외부로 배출되기 위해서는 상기 공 기배출용 호스(35)의 말단이 상기 패커의 하단 가까이에 위치하는 것이 좋다. 이때, 이물질 배출 후에는 곧 바로 공기배출용 호스(35)를 막아 밀폐시킨 후 압력 그라우팅을 실시한다.

상기 그라우트 약액은 소정의 압력으로 주입하며, 상기 그라우트 약액은 시멘트 그라우트가 바람직하다. 이때, 시멘트 그라우트는 물과 시멘트의 중량비(w%)는 0.45~0.55의 범위로 조절한다.

이와 같이 본 발명의 소구경 파일 시공방법은 그라우트 약액을 압력으로 주입하기 때문에 지반의 공극 및 절리면을 따라 그라우트 약액이 스며들게 되어 보강 효과의 효율을 극대화시킬 수 있음은 물론, 종래 중력식 그라우팅은 수축 현상을 방지하기 위해 3~6번의 그라우팅을 반복하여 실시하기 때문에 많은 시간이 소요되는 반면에 본 발명은 한 번의 그라우팅으로 천공홀(1)내에 그라우팅을 완료하므로 그 만큼 공정시간을 단축시키는 효과를 발휘한다.

상기와 같이 그라우팅이 완료되면, 도 3e에 도시한 바와 같이, 천공홀을 통해 지반 외부로 노출된 강재의 두부에 두부정착판을 설치한다. 이때 상기 두부정착판은 고강도 강재(2)의 두부 외주면상에 나사결합되는데, 나중에 철근콘크리트 구조물(C)과의 정착을 고려하여 상기 천공홀(1)로부터 일정 높이 이격된 상태를 이루도록 설치한다.

이 후, 상기 지반 위로 지하차도나 지하주차장 등의 조성을 위한 철근콘크리트 구조물(C)을 시공하는 과정에서, 도 3f에 도시한 바와 같이, 상기 두부정착판(4)은 철근콘크리트 구조물(C) 내부에 함몰되어 정착된다.

상기의 시공 과정에서, 본 발명의 양방향 압력식 소구경 파일은 구조 해석 결과에 따라 암반에 정착시킬 수도 있고, 그렇게 하지 않을 수도 있다.

상기한 바와 같이 시공된 본 발명의 양방향 압력식 소구경 파일의 작용은 다음과 같다.

본 발명의 양방향 압력식 소구경 파일은, 지반과의 주면마찰력으로 인해 일부 암반에 정착하는 정도면 앵커 대용으로도 사용할 수 있게 되는데, 본 발명은 일반 중력시 그라우팅 시공이 아닌 압력식 그라우팅 시공에 의해 지반 보강이 이루어짐으로 인해 주면마찰력이 매우 큰 상태가 된다.

즉, 본 발명은 소구경 파일을 이용한 압력식 그라우팅 시공에 의해, 일반 중력식 그라우팅 시공시와는 달리, 그라우팅 횟수를 줄이면서도 매우 우수한 그라우팅 품질을 얻을 수 있으며, 토사지반의 유효경이 증가하고, 불연속면의 충전이 이루어짐으로써 주면마찰력을 현저히 높일 수 있게 된다.

따라서, 본 발명에 따른 양방향 압력식 소구경 파일은 지반의 지지력에 대한 보강 작용을 수행할 뿐만 아니라, 주면마찰력에 의해 앵커처럼 작용하여 부력방지 작용을 수행하게 된다.

[실시예2]

도 4를 참조하여 본 발명의 두부정착판의 다른 실시예에 대해 설명한다.

도 4는 본 발명의 두부정착판의 다른 실시예를 나타낸 분해사시도로서, 본 실시예에 따른 두부정착판(4)은, 강재(2)의 외주면상에 밀착시 합체되어 조임너트(50) 체결을 위한 나사부(51a)를 형성하게 되는 복수개로 분할된 구조의 잠금부재(51)와, 상기 잠금부재(51)의 합체시 나사부(51a)에 체결되어 강재(2)에 가해진 인장력이 유지되도록 하는 조임너트(50)를 포함하여 구성된다.

상기 잠금부재(51)는 복수개로 분할되어 합체시 내부에 통공을 형성하는 구조로서, 몸체 상단부에는 조임너트(50)가 체결되는 나사부(51a)가 형성되고, 상기 잠금부재(51)의 나사부(51a)를 포함하는 내주면 상에는 강재(2)의 외면에 형성된 나선형 마디에 형합하는 형합홈(51b)이 형성된다. 이에 따라, 일단 잠금너트가 체결되면 상기 잠금부재(51) 내주면의 형합홈(51b)과 마디의 간섭작용에 의해 강재(2)가 잠금부재(51)로부터 슬립되는 현상이 방지됨으로써 상기 강재(2)에 가해진 인장력이 풀리는 현상은 발생하지 않게 된다.

한편, 상기 잠금부재(51)의 분할된 몸체 내주면에는 조임너트(50) 체결시 잠금부재(51)와 강재(2)와의 한층 견고한 압착을 위해 우레탄부재와 같은 강질의 탄성부재(미도시)가 구비될 수 있다.

본 발명의 권리는 위에서 설명된 실시예들로 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.

예컨대, 상기 강재에 삽입되는 두부정착판의 내면에 강재 외주면에 형성되는 나선형 돌기에 형합하는 나선형홈을 두지 않는 대신에, 상기 강재의 나선형 돌기에 형합하는 나선형홈을 가짐으로써 강재에 조립되어 두부정착판 상하부에서 조임에 따라 상기 두부정착판을 고정하는 잠금너트를 설치할 수도 있음은 물론이다.

본 발명에 의한 부력저항공법은 앵커를 활용한 공법과 비교하여, 프리-스트레스를 부여하여 변위를 억제할 필요가 없는 장점이 있으며, 압력식 그라우팅의 경우 중력식에 비하여 지지 효과가 향상되므로, 기존 부력방지용 대체 공법으로서 그 활용성이 매우 높을 것으로 기대된다.

즉, 기존의 경우에는 지하차도나 지하주차장 등의 구조물 조성시, 지반 보강을 위해 말뚝을 시공하는 것과는 별도로 수압에 의한 양압력을 극복할 수 있도록 부력 방지용 앵커를 시공하는 등의 처리가 수반되어야 하고, 이러한 앵커 시공은 유지 및 관리 측면서의 장기적 계측과 재인장(再引張)이 필수적이어서 유지 관리에서 불리하지만, 본 발명의 양방향 압력식 소구경 파일 및 이를 이용한 부력방지 공법은 기본적으로 지반의 지지력에 대한 보강 작용을 수행할 뿐만 아니라 주면마찰력에 의해 앵커처럼 부력에 저항하는 작용도 수행하며, 대형장비가 접근할 수 없는 현장에 기초 지지력 확보를 위한 시공이 가능하므로 그 적용성이 더 광범위하다.

또한, 본 발명은 소구경 암반층 지지 말뚝기초로서, 혹은 연약지반 말뚝기초로서 적용시, PHC 말뚝 혹은 콘크리트 기초의 절감을 통한 공사비 절감에 기여할 수 있을 뿐만 아니라, 그라우팅 혹은 앵커 설치 및 긴장 등에 따른 시간을 절감하여 공기 단축에 기여할 수 있는 등 산업상 이용 가능성이 매우 높다.

도 1은 본 발명의 양방향 압력식 소구경 파일을 적용하여 지반의 안정보강을 수행한 상태를 나타낸 시공 상태를 나타낸 개략도

도 2는 도 1의 두부정착판을 나타낸 사시도

도 3a 내지 도 3f는 양방향 압력식 소구경 파일을 이용한 지반의 안정보강 공법을 설명하기 위한 각 단계별 상태를 나타낸 개략도

도 3a는 천공홀을 형성한 모습을 나타낸 상태도이고,

도 3b는 소구경 파일용 패커를 설치한 상태를 나타낸 것이고,

도 3c는 발포 우레탄 주입 후를 나타낸 상태도이고,

도 3d는 그라우팅관을 통해 그라우트약액이 주입된 후의 상태도

도 3e는 지반 상부로 노출된 강재의 두부에 두부정착판이 설치된 상태도

도 3f는 콘크리트 구조물이 조성되어 두부정착판이 콘크리트 구조물 내부에 정착 완료된 후의 상태도

도 4은 본 발명의 두부정착판의 다른 실시예를 나타낸 분해사시도

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1: 천공홀 2: 고강도 강재

30: 발포우레탄 패커 33: 약액주입호스

34: 그라우팅호스 35: 공기배출용 호스

4: 두부정착판 C: 철근콘크리트 구조물

Claims (8)

1. 지하 구조물 조성을 위해 지반에 형성되는 천공홀(1) 내부로 삽입되되, 상기 지반 상부로 두부가 노출되도록 설치되는 고강도 강재(2)와;

   발포우레탄 주입시 상기 천공홀(1) 입구를 밀폐하도록 상기 강재(2) 상에 설치되어 주면마찰력을 제공하는 발포우레탄 패커(3)와;

   상기 발포우레탄 패커(3) 내부에 형성되는 주입 공간에 발포우레탄 약액을 충진하도록 설치되는 약액주입호스(33)와;

   상기 발포우레탄 패커(3)를 관통하도록 설치되되, 상기 천공홀 내부의 공간인 강재 정착부에 시멘트밀크와 같은 그라우트 약액을 가압 충진하도록 호스 단부가 천공홀 내부 끝단에 위치하도록 설치되는 그라우팅호스(34)와;

   상기 발포우레탄 패커(3)를 관통하도록 설치되되, 상기 강재 정착부에 그라우트약액이 주입될 때 상기 강재 정착부에 잔류하던 공기를 외부로 배출하도록 설치되는 공기배출용 호스(35)와;

   상기 천공홀(1) 외부로 노출된 강재(2)의 두부에 결합되되 상기 천공홀로부터 일정 높이 이격된 상태를 이루는 위치에 결합되며, 지하수위 상승으로 인해 구조물에 부력이 작용할 수 있는 지하주차장, 지하차도, 지하상가, 지하보도와 같은 지하구조물을 이루는 콘크리트 구조물(C) 내에 정착되는 두부정착판(4)을 포함하여 구성되되,

   상기 발포우레탄 패커(3)는 강재(2)의 길이방향으로 상호 소정의 간격을 두고 끼워지는 어퍼 및 로우어 패킹(31a, 31c)과, 상기 어퍼 및 로우어 패킹(31a, 31c)에 결합되어 상기 패킹(31a, 31c)들 사이에 발포우레탄 주입공간을 형성하는 천부재(31b)로 이루어지고,

   상기 고강도 강재(2)의 외주면상에는 나선형 돌기(20)가 형성되고, 상기 고강도 강재의 두부에 결합되는 두부정착판(4)에 형성된 통공 내주면에는 상기 고강도 강재의 나선형의 돌기에 형합하는 나선형 홈(40)이 형성되며,

   상기 두부정착판(4)은, 강재(2)에 밀착시 합체되어 조임너트(50) 체결을 위한 나사부(51a)를 형성하는 복수개로 분할된 구조의 잠금부재(51)와, 상기 잠금부재(51)의 합체시 나사부(51a)에 체결되어 두부정착판을 이루도록 하는 조임너트(50)를 포함하여 구성되며,

   상기 두부정착판(4)에는 콘크리트 구조물(C)과의 결합력이 크게 증대되어 충격이나 진동으로부터 보다 안전한 결합 상태를 유지할 수 있도록 하는 요홈(41)이 구비되는 것을 특징으로 하는 양방향 압력식 소구경 파일.
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6. 지반에 소정 길이의 천공홀(1)을 형성하는 단계와;

   상기 천공홀(1)을 통해 고강도 강재(2), 발포우레탄 패커(3), 우레탄 약액 주입용 약액주입호스(33), 그라우트약액 주입용 그라우팅호스(34), 공기배출용 호스(35)를 구비한 발포우레탄 패커를 설치하되, 상기 고강도 강재(2)는 두부가 지반 외부로 노출되도록 설치하는 단계와;

   상기 발포우레탄 패커(3) 내부에 우레탄 약액을 주입하는 단계와;

   상기 발포우레탄 패커(3) 내부에 주입된 우레탄 약액이 발포 팽창하여 상기 발포우레탄 패커(3)가 천공홀(1)을 밀폐하는 단계와;

   상기 발포우레탄 패커(3) 하부측의 강재 정착부에 시멘트밀크와 같은 그라우트 약액을 가압 충진하는 압력 그라우팅을 수행하는 단계와;

   상기 강재 정착부의 압력 그라우팅에 의한 정착 완료 후에 지반의 천공홀(1) 외부로 노출되는 강재의 천공홀로부터 일정 높이 이격된 상태를 이루는 위치의 두부에 두부정착판(4)을 설치하는 단계와;

   상기 두부정착판(4)이 철근콘크리트 구조물(C) 내부에 정착이 되도록 지하차도나 지하주차장 등의 철근콘크리트 구조물(C)을 조성하는 단계;를 포함하되,

   상기 천공홀(1) 외부로 노출되는 강재(2)에 두부정착판(4)을 설치하는 단계는,

   몸체 상단부에 조임너트(50) 체결을 위한 나사부(51a)가 구비되고, 상기 나사부(51a)를 포함한 내주면 상에는 강재(2)의 외면에 형성된 나선형 마디에 형합하는 형합홈(51b)이 구비된 분할 구조의 잠금부재(51)를 서로 형합되도록 상기 강재(2)의 외주면 상에 밀착하는 단계와,

   상기 잠금부재(51)의 나사부(51a)에 조임너트(50)를 체결하여 상기 잠금부재(51)를 강재 두부의 원하는 위치에 정착시키는 단계를 포함하고,

   상기 천공홀(1) 외부로 노출되는 강재(2)에 두부정착판(4)을 설치하는 단계는, 강재(2)에 두부정착판(4)을 삽입한 상태에서 상기 두부정착판(4) 상하부에서 잠금너트를 조여 두부정착판을 고정하여서 됨을 특징으로 하는 청구항1의 양방향 압력식 소구경 파일을 이용한 부력방지 공법.
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