KR100937170B1 - 마이크로 파일을 시공함에 있어서 지반의 직진 천공공법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 마이크로 파일을 시공함에 있어서 지반의 직진 천공공법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 가이드 롯트와 날개 롯트를 이용하여 지반 천공에 따른 천공홀의 직선을 확보하기 위한 천공공법에 관한 것이다.

본 발명에 따른 마이크로 파일을 시공함에 있어서 지반의 직진 천공공법은, (a) 타격 또는 회전압입에 의해 아웃케이싱을 소정 깊이까지 삽입하고(또는 삽입하면서) 상기 아웃케이싱 내부의 토사를 공기압 또는 수압을 이용하여 배토시키는 공정과; (b) 상기 아웃케이싱의 내경 보다 수십mm 내지 수mm 적은 외경을 갖는 다수개의 가이드 롯트를 연속적으로 천공 해머(Hammer)에 연결시킨 후 상기 천공 해머에 의해 (a)공정에 연이어 지반을 천공시키는 공정과; (c) 상기 (b)공정에 따라 천공 깊이가 소정 깊이에 도달하면 상기 가이드 롯트에 수십mm의 외경을 갖는 다수개의 베이스 롯트를 순차적으로 연결시키면서 천공시키는 공정과; (d) 상기 (c)공정에 따라 천공 깊이가 소정 깊이에 도달하면 상기 가이드 롯트와 동일한 외경을 갖으며 복수개의 날개부를 갖는 날개 롯트를 연결시켜 천공작업을 진행하는 공정;를 포함하여 이루어진다.

마이크로 파일, 기초 지반, 가이드 롯트, 날개 롯트, 베이스 롯트

Description

마이크로 파일을 시공함에 있어서 지반의 직진 천공공법{Straight drilling method of ground for micro-pile construction}

본 발명은 마이크로 파일을 시공함에 있어서 지반의 직진 천공공법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 가이드 롯트와 날개 롯트를 이용하여 지반 천공에 따른 천공홀의 직진성을 확보하기 위한 천공공법에 관한 것이다.

마이크로 파일(micro pile)이란 일반적으로 지중에 형성된 마이크로 파일체와 주면지반마찰력에 의하여 구조물에 발생하는 인발력 또는 압축력 또는 동시에 겸하여 대항할 수 있는 소구경의 파일(일반적으로 직경이 300mm 이하)을 지칭하는 것이다.

기본적으로 기초지반을 천공하고 그 심부에 심재인 강봉을 삽입하며, 천공홀 내에 삽입된 심재와 천공홀 사이의 공간은 시멘트 밀크(cement milk) 또는 몰탈(mortar)을 주입 또는 충진하여 양생함으로써 마이크로 파일체를 형성한다.

기초지반의 천공 깊이가 깊게 천공되는 경우 천공 해머에 연결된 롯트를 연 속적으로 연결하여 천공이 이루어지는 데, 천공해머 상단과 장비의 연결부까지의 거리가 길어지면 길수록(천공 심도가 깊어지면 깊어질수록) 그 사이에 연결된 연결부재(롯트)가 강성이 약해져 중심축을 유지하기 힘들게 되어 기초지반의 천공이 직진성을 확보하지 못한채 천공이 이루어지는 문제가 생긴다.

천공홀이 직진성을 확보하지 못하면 그 내부에 삽입되는 마이크로파일의 심재가 직진성을 유지하지 못한채로 삽입이 되어 하중전달의 감소원인이 될뿐만 아니라 마이크로파일 심재 외부에 삽입되는 보조 강관의 삽입이 불가능하여 작업공정의 큰 문제를 가져오게 된다. 특히, 기존건물 리모델링시 요구되는 뜬구조 기초의 경우에는 기둥구조체로서 역할을 하여야 하는 보조강관의 지중설치가 필수적인 점을 고려할 때, 원활한 보조강관을 삽입하기 위해서는 직진성을 유지하는 천공은 안정성과 경제적인 시공을 위해서는 반드시 실현되어야 할 시공법이다.

상술한 종래의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 마이크로 파일체를 삽입하기 위해 수십미터의 깊이로 천공되는 경우에도 천공홀의 직진성을 확보할 수 있는 천공공법을 제안하고자 한다.

또한, 확보된 직진 천공홀을 기초로 하여 지중앵커파일체 또는 보조 강관 삽입을 용이하게 하여 마이크로 파일의 기계적 하중강도를 높일 수 있고 건축물의 리모델링시 요구되는 뜬구조의 지중 기둥구조체 형성 및 기초공사가 가능한 시공법의 기틀을 마련하고자 한다.

상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 마이크로 파일을 시공함에 있어서 지반의 직진 천공공법은, (a) 타격 또는 회전압입에 의해 아웃케이싱을 소정 깊이까지 삽입하고(또는 삽입하면서) 상기 아웃케이싱 내부의 토사를 공기압 또는 수압을 이용하여 배토시키는 공정과; (b) 상기 아웃케이싱의 내경 보다 수십mm 내지 수mm 적은 외경을 갖는 다수개의 가이드 롯트를 연속적으로 천공 해머(Hammer)에 연결시킨 후 상기 천공 해머에 의해 (a)공정에 연이어 지반을 천공시키는 공정과; (c) 상기 (b)공정에 따라 천공깊이가 소정 깊이에 도달하면 상기 가이드 롯트에 수십mm의 외경을 갖는 다수개의 베이스 롯트를 순차적으로 연결시키면서 천공시키는 공정과; (d) 상기 (c)공정에 따라 천공깊이가 소정 깊이에 도달하면 상기 가 이드 롯트와 동일한 외경을 갖으며 복수개의 날개부를 갖는 날개 롯트를 연결시켜 천공작업을 진행하는 공정;를 포함하여 이루어진다.

여기서, 상기 (d)공정후, (e) 상기 날개 롯트와 소정간격으로 이격시켜 상기 날개 롯트를 더 장착시키되, 상기 베이스 롯트를 상기 날개 롯트간 연결체로하여 계속적으로 천공이 이루어지는 공정;를 더 포함할 수 있다.

여기서, 상기 가이드 롯트 및 날개 롯트는 공기압을 상기 천공 해머에 전달할 수 있는 소정의 내경홀을 갖게 구성할 수 있다.

여기서, 상기 날개 롯트의 날개는 90도 간격으로 형성하는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 가이드 롯트 및 날개 롯트는 한쪽은 숫나사이고 다른 한쪽은 암나사로 형성하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 따른 마이크로 파일을 천공함에 있어서 지반의 직진 천공공법은, 가이드 롯트를 천공 해머에 연속적으로 다수개 연결하여 천공시키고, 소정 깊이로 천공이 이루어진 후 최후단에 위치한 상기 가이드 롯트에 다수개의 베이스 롯트를 순차적으로 연결하면서 천공시키며, 소정 깊이로 천공이 이루어진 후 상기 베이스 롯트에 날개 롯트를 소정간격으로 이격시켜 계속적으로 천공하는 천공공법이며, 상기 가이드 롯트 및 날개 롯트의 외경은 천공 해머의 외경과 유사하며, 상기 베이스 롯트의 외경은 70 내지 90mm 정도이고, 상기 날개 롯트는 복수개의 날개부를 갖는 형상이며 상기 베이스 롯트를 연결체로 하여 소정 간격 이격배치되도록 하여 지반의 직진성홀을 천공할 수 있도록 구현할 수 있다.

상술한 본 발명의 구성에 따르면, 마이크로 파일체을 시공함에 있어서 수십미터의 깊이로 천공되는 천공홀의 직진성을 확보할 수 있어 지중앵커 파일체 또는 보조 강관 삽입을 용이하게 하여 마이크로 파일의 기계적 하중강도를 높일 수 있고 건축물의 리모델링시 요구되는 뜬구조의 지중 기둥구조체 형성 및 기초공사 등의 공사를 원활하게 수행하게 할 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 마이크로 파일을 시공함에 있어서 지반의 직진 천공공법 및 작용효과를 살펴본다.

도 1a 내지 도 1e는 본 발명에 따른 마이크로 파일을 시공함에 있어서 지반의 직진 천공공법의 공정순서도를 도시한 것이며, 도 2 및 도 3은 각각 가이드 롯트 및 날개 롯트를 도시한 것이다.

일반적으로 기초 지반은 점토, 모래 등에 의해 구성된 연약지반층(101)과 암반에 의해 구성된 지지지반층(102)으로 구분되며, 마이크로 파일체 삽입을 위해 연약지반층(101)에는 강관을 삽입한 후 강관 내부의 토사를 배토시키게 된다.

도 1a를 참조하면, 먼저 아웃케이싱(강관, 103))을 삽입하게 되며, 아웃케이싱(103)의 삽입은 타격이나 회전압입에 의해 이루어진다. 삽입깊이는 천공된 홀이 붕괴가 발생하지 않는 지층까지이며 대부분이 연약지반층(101)전까지 삽입이 이루어진다. 그 후 드릴 해머 선단의 공기 구멍을 통해서 주입된 공기압 또는 관내부 로 주입되는 수압을 이용하여 아웃케이싱(103) 내부의 토사를 배토한다. 아웃케이싱(103)의 삽입과 배토공정은 별개로 순차적으로 진행될 수도 있고 병행하여 진행될 수도 있다.

도 1b 및 도 1c를 참조하면, 아웃케이싱(103)의 삽입 및 배토공정이 완료된 후, 아웃케이싱(103) 선단부를 장비에서 고정(106)시킨 후 천공해머(104)에 가이드 롯트(105)를 연속적으로 연결시켜 아웃케이싱(103) 내부로 삽입시킨다.

여기서, 가이드 롯트(105)는 다수개가 암수커넥터에 의해 연결되며, 가이드 롯트(105)의 외경은 천공해머의 외경과 거의 유사하고 아웃케이싱(103)의 내경보다 약간 적게 제작된다. 즉, 아웃케이싱(103)의 내경과 가이드 롯트(105)의 차이가 수십mm 내지 수mm 정도 차이가 나게 함으로써 아웃케이싱(103)을 가이드관으로 이용하여 천공시 중심축을 유지하면서 직진성 확보가 가능하게 하도록 한다. 또한, 가이드 롯트(105)의 수는 2 내지 5개 정도(그 길이에 따라 다르지만)로 제한하는 것이 바람직하며, 이는 전체 천공깊이 전길이에 가이드롯트(105)를 사용하게 되면 중량이 너무 무거워져 천공장비에 무리한 힘이 가해질 수 밖에 없기 때문이다. 따라서 적당한 수의 조정이 필요하며 천공깊이가 깊어짐에 따라 중심축 유지를 위해 날개 롯트를 천공깊이에 따라 중간 중간에 설치하게 되는 데 이는 하기에서 다시 설명하기로 한다. 가이드 롯트(105)는 도 2에서 보듯이 몸체(201)와 그 몸체(201) 상하단에 형성된 암수 커넥터(202, 203) 및 내부의 유압 및 공기압의 통로인 관통홀이 형성된다.

예를 들면, 마이크로 파일을 시공함에 있어서 아웃케이싱(103)의 내경이 200mm 인 경우, 이때 천공해머(104)의 외경은 181mm 정도이다. 따라서, 아웃케이싱(103)의 내경보다 작고 천공해머(104)의 외경 보다 같거나 약간 적게 가이드 롯트(105)의 외경을 설게할 수 있으며 이때에는 178mm 정도의 외경을 갖도록 설계할 수 있다.

아웃케이싱(103)의 내경과 천공해머(104) 및 가이드 롯트(105)의 외경의 차이에서 발생되는 공간은 천공해머(104)의 천공작업시 발생되는 토사의 배출로로 이용된다.

도 1d를 참조하면, 천공해머(104) 및 가이드 롯트(105)는 장비로부터 전달되는 유압 또는 공기압에 의해 천공이 지지지반층(102)에서 이루어지면서 그 깊이가 계속 깊어진다.

천공깊이가 깊어짐에 따라 천공해머(104)와 장비와의 연결을 위해 최상단 가이드 롯트(105) 위에는 베이스 롯트(107)가 다수개 연속적으로 암수커넥터에 의해 연결되어 천공작업이 이루어진다.

베이스 롯트(107)는 그 외경이 아웃케이싱(103)에 비해 상당히 작아(일반적으로 외경 75mm 정도) 장비에 무리한 힘을 가하지 않게 되나 이 역시 그 길이가 길어지면 아웃케이싱(103)과 베이스 롯트(107)간의 공간이 커져 천공시 중심축 유지가 어려워지는 문제가 있다. 따라서, 소정깊이로 천공이 이루어진 상태에서 베이스 롯트(107) 위에 날개 롯트(108)를 연결하고 다시 그 위에 베이스 롯트(107)를 연결하여 천공을 지속시키되 날개 롯트(108)를 일정 간격만큼 이격되는 상태에서 계속 배치시켜 베이스 롯트(107) 사이 사이에 날개 롯트(108)를 배치시킨다.

즉, 날개 롯트(108)는 도 3에서 보듯이 몸체(301)에는 4개의 날개(302)가 있고 상하단에 암수 커넥터(303, 304)가 연결되며 내부는 유압 및 공기압의 통로인 홀이 관통된 구조를 갖는다. 날개(302)의 외경은 가이드 롯트(105)의 외경과 동일하게 형성되며, 이러한 외경에 따라 천공시 중간 중간에 배치시켜 아웃케이싱(103)과 천공홀 외벽을 가이드관으로 하여 천공작업의 중심축 유지를 작업이 완료될 때까지 가능하게 하도록 한다. 또한 날개 롯트(108)는 날개(302)와 날개(302) 사이의 공간이 충분히 확보되어 있어 하부층으로부터 천공되어 배토되는 토사의 유통로를 충분히 확보할 수 있도록 한다.

이러한 도 1a 내지 도 1d 공정에 따라 최소 수십m까지 천공되는 천공홀의 직진성이 확보될 수 있게 된다.

이렇게 확보된 직진 천공홀에는 도 1e를 참조하면, 지지지반층(102)에 삽입되는 수십m 길이의 보조강관(110)을 천공홀에 삽입하는데 문제가 되지 않으며, 또한 연약지반층(101)과 지지지반층(102)에 결쳐 삽입되는 마이크로 파일체(109)의 삽입 또한 직선으로 삽입되어(삽입된 후 시멘트 밀크(cement milk) 또는 몰탈(mortar)을 충진하는 그라우팅(Grouting) 공정 및 건조가 이루어진다) 하중전달의 기능을 충분히 발휘할 수 있게 된다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였지만, 상술한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

도 1a은 본 발명의 제1 실시예에 따른 보강용 마이크로 파일의 시공공법의 공정도를 도시한 것이다.

도 1b는 본 발명의 제2 실시예에 따른 보강용 마이크로 파일의 시공공법의 공정도를 도시한 것이다.

도 2는 본 발명의 제3 실시예에 따른 보강용 마이크로 파일의 시공공법의 공정도를 도시한 것이다.

도 3은 본 발명의 제4 실시예에 따른 보강용 마이크로 파일의 시공공법의 공정도를 도시한 것이다.

도 4는 제1 실시예의 다른 실시예를 도시한 것이다.

도 5는 제2 실시예의 다른 실시예를 도시한 것이다.

도 6은 제1 실시예의 또 다른 실시예를 도시한 것이다.

도 7는 제2 실시예의 또 다른 실시예를 도시한 것이다.

Claims (6)

1. (a) 타격 또는 회전압입에 의해 아웃케이싱을 소정 깊이까지 삽입하고(또는 삽입하면서) 상기 아웃케이싱 내부의 토사를 공기압 또는 수압을 이용하여 배토시키는 공정과;

   (b) 상기 아웃케이싱의 내경 보다 수십mm 내지 수mm 적은 외경을 갖는 다수개의 가이드 롯트를 연속적으로 천공 해머(Hammer)에 연결시킨 후 상기 천공 해머에 의해 (a)공정에 연이어 지반을 천공시키는 공정과;

   (c) 상기 (b)공정에 따라 천공깊이가 소정 깊이에 도달하면 상기 가이드 롯트에 수십mm의 외경을 갖는 다수개의 베이스 롯트를 순차적으로 연결시키면서 지반을 천공시키는 공정과;

   (d) 상기 (c)공정에 따라 천공깊이가 소정 깊이에 도달하면, 상기 아웃케이싱의 내경 보다 수십mm 내지 수mm 적은 직경을 갖는 복수개의 날개부가 달린 날개 롯트를 상기 베이스 롯트에 연결시켜 지반을 천공시키는 공정;를 포함하는, 마이크로 파일을 시공함에 있어서 지반의 직진 천공공법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 (d)공정후,

   (e) 상기 날개 롯트와 소정간격으로 이격시켜 상기 날개 롯트를 더 장착시키되, 상기 베이스 롯트를 상기 날개 롯트간 연결체로하여 계속적으로 천공이 이루어 지는 공정;를 더 포함하는, 마이크로 파일을 시공함에 있어서 지반의 직진 천공공법.
3. 제2항에 있어서,

   상기 가이드 롯트 및 날개 롯트는 공기압을 상기 천공 해머에 전달할 수 있는 소정의 내경홀을 갖는, 마이크로 파일을 시공함에 있어서 지반의 직진 천공공법.
4. 제3항에 있어서,

   상기 날개 롯트의 날개는 90도 간격으로 형성된, 마이크로 파일을 시공함에 있어서 지반의 직진 천공공법.
5. 제4항에 있어서,

   상기 가이드 롯트 및 날개 롯트는 한쪽은 숫나사이고 다른 한쪽은 암나사인, 마이크로 파일을 시공함에 있어서 지반의 직진 천공공법.
6. 가이드 롯트를 천공 해머에 연속적으로 다수개 연결하여 천공시키고, 소정 깊이로 천공이 이루어진 후 최후단에 위치한 상기 가이드 롯트에 다수개의 베이스 롯트를 순차적으로 연결하면서 천공시키며, 소정 깊이로 천공이 이루어진 후 상기 베이스 롯트에 날개 롯트를 소정간격으로 이격시켜 계속적으로 천공하는 천공공법 이며,

   상기 가이드 롯트 및 날개 롯트의 외경은 천공 해머의 외경과 유사하며, 상기 베이스 롯트의 외경은 70 내지 90mm 정도이고, 상기 날개 롯트는 복수개의 날개부를 갖는 형상이며 상기 베이스 롯트를 연결체로 하여 소정 간격 이격배치되는, 마이크로 파일을 시공함에 있어서 지반의 직진 천공공법.

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