KR100952731B1 - 말뚝 시공용 가이드장치 및 이를 이용한 암반 굴착방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 말뚝을 시공한 굴착공이나 케이싱 내에 설치되는 가이드장치 및 암반 굴착방법이다. 본 발명에서는 복수의 강관을 복수의 가이드판에 수직하게 설치한 가이드장치에 의해 암반굴착비트가 수직도를 유지할 수 있도록 하고, 암반층의 타격 위치와 개소를 조절할 수 있어 불필요한 타격과 그에 따른 소음 및 진동을 줄일 수 있다. 또한, 암반 굴착 방법은, 대구경의 굴착장비(30)로 굴착공 또는 케이싱(4)의 내부의 토사를 암반층(3) 상부면까지 굴착하는 공정(공정(a)); 상기 굴착장비(30)를 제거하는 공정(공정(b)); 복수의 소구경의 강관이 수직하게 설치된 가이드 장치를 상기 굴착공 또는 케이싱(4)의 내부에 삽입하여 설치하는 공정(공정(c)); 상기 복수의 강관에 소구경의 암반굴착비트(40)를 진입시켜 굴착공 또는 케이싱(4) 내부의 암반층(3)의 여러 지점을 파쇄하는 공정(공정(d)); 상기 굴착공 또는 케이싱(4)으로부터 상기 암반굴착비트(40)와 가이드장치(1)를 제거하는 공정(공정(e)); 상기 굴착공 또는 케이싱(4)에 다시 대구경의 굴착장비(30)를 삽입하여, 상기 공정에서 파쇄된 파석을 제거하면서 암반층(3)을 더 굴착하는 공정(공정(f)); 설계 심도까지 상기 공정(c) 내지 공정(f)를 반복하는 공정;을 포함한다.

가이드장치, 강관, 암반층, 암반굴착비트, 굴착, 말뚝, R.C.D, P.R.D

Description

말뚝 시공용 가이드장치 및 이를 이용한 암반 굴착방법 {Guide Device for Construction of Pile and Excavation Method Using the Same}

본 발명은 말뚝 시공을 위한 가이드장치와 이를 이용한 암반 굴착방법에 관한 것으로, 구체적으로 말뚝을 시공하기 위하여 토사를 굴착한 대구경의 굴착공 내에 가이드장치를 설치하고, 상기 가이드장치 내부에 소구경의 암반굴착비트를 삽입하여 복수의 지점에서 암반층을 미리 파쇄할 수 있도록 하는 가이드장치 및 이를 이용한 암반 굴착방법에 관한 것이다. 본 발명에서는 가이드장치에 의해 소구경의 암반굴착비트가 수직도를 유지할 수 있도록 하고, 암반층의 타격 위치와 타격 개소를 조절할 수 있어 불필요한 타격과 그에 따른 소음 및 진동을 줄일 수 있다.

건축물이나 교각의 기초공사에서 설치하는 현장말뚝은 지하 암반층 속까지 대구경의 구멍을 파고, 구멍 내부에 철근 콘크리트를 타설하여 설치한다.
현장말뚝의 시공에 적용하는 종래의 다양한 공법들 중에서 흔히 사용하는 공법 중의 하나인 R.C.D(Reverse Circulation Drill) 공법 등에서는, 드릴로 대구경의 구멍(굴착공)을 파고, 굴착공 내부에 철근망을 삽입한 후, 콘크리트를 타설하여 현장 말뚝을 만든다. 이러한 공법들은 시공 속도가 빠르고 경제적이며. 케이싱이나 튜브를 설치할 필요가 없다는 장점이 있다.

이러한 R.C.D 공법을 포함하여 현장말뚝용 굴착공을 시공하기 위한 종래의 공법에 있어서는, 토사층 아래에 암반층이 존재하는 경우, 지표 토사층으로부터 암반층 내부까지 연속하는 굴착공을 형성하기 위하여 굴착공 내에 드러난 암반층에 설계 구경(대구경)에 대응하는 암반굴착비트를 타격 또는/및 회전시켜 암반층을 파쇄해 들어가고, 발생되는 파석은 지상으로 배출하게 된다.

그러나, 이와 같이, 암반굴착비트를 사용하여 암반층을 파쇄하는 경우, 타격 과정에서 소음과 진동이 발생하게 되고, 도심지 공사의 경우 이러한 소음 및 진동으로 인하여 주변 구조물의 피해와 민원이 발생하는 문제점이 있었다.

또한, 굴착공 내의 임의의 위치에 암반굴착비트가 낙하할 경우, 굴착장비의 비트에 대응하는 위치가 아닌 곳의 암반이 파쇄되어, 굴착장비를 이용한 암반층의 굴착 작업의 효율이 떨어질 수 있다.

한편, 소음 및 진동을 감소시키기 위하여 자유 낙하식 암반굴착비트가 아닌, 유압식이나 공압식 암반굴착비트를 사용하는 경우에도, 암반의 절리와 불연속면 등에 의하여 암반굴착비트가 정확한 굴진경로를 이탈하는 문제점이 있었다.

본 발명은 위와 같이 종래 기술이 가지는 한계 및 문제점을 극복하기 위하여 개발된 것으로서, 암반층을 굴착함에 있어서, 굴착장비의 비트에 대응하는 위치의 암반을 집중적으로 파쇄하여 굴착 효율을 높이는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 가이드장치를 통해 설계 심도까지 암반굴착비트의 수직도를 유지하면서 의도하는 정확한 지점에서 암반층을 파쇄할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.

위와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는, 케이싱을 설치하면서 대구경의 굴착장비로 굴착공 내부의 토사를 암반층 상부면까지 굴착하고; 상기 굴착장비를 제거한 후, 가이드판과 강관을 포함하여 구성되며, 상기 가이드판에는 하나 이상의 삽입공이 형성되어 있고, 상기 가이드판은 두 개 이상 수직으로 나란하게 이격되어 배치되며, 상기 가이드판에서 서로 대응하는 위치에 형성된 각 삽입공에 중공의 관 형상을 갖는 상기 강관이 삽입되어 고정됨으로써, 상기 강관이 상기 가이드판에 고정 설치된 가이드장치를 상기 케이싱 내부에 설치하고; 상기 가이드장치의 강관 내에 소구경의 암반굴착비트를 진입시켜 암반층을 파쇄하며; 암반층의 파쇄가 완료되면, 상기 암반굴착비트와 가이드장치를 제거하고; 상기 굴착공 내부에 대구경의 굴착장비를 배치하여, 상기 파쇄된 암반층을 더 굴착하는 것을 특징으로 하는 암반 굴착방법을 제공한다.

여기서, 상기 강관의 내부에는 상기 강관의 내경보다 작은 외경을 갖는 중공관을 삽입하고, 상기 중공관을 타격하여 상기 암반층에 닿게 하거나 상기 암반층에 상기 중공관 하단의 일부가 매립되도록 하며, 상기 중공관 내부로 암반굴착비트를 삽입하여 암반층을 타격하도록 할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 가이드장치는, 현장말뚝의 사이즈에 대응하는 대구경의 굴착공이나 케이싱의 내공에 삽입하여 소구경의 암반굴착비트의 진입을 안내하기 위한 말뚝 시공용 가이드장치로서, 상, 하 방향으로 서로 이격되어 배치되고, 그의 외측 둘레면이 상기 대구경의 굴착공이나 케이싱의 내측 벽면에 접하는 상태로 설치되는 복수의 가이드판과; 상기 대구경의 굴착공이나 케이싱의 내측에 있는 암반의 복수의 지점을 파쇄하기 위한 상기 소구경의 암반굴착비트의 삽입 및 굴진을 안내하기 위해, 상기 상, 하의 가이드판들을 수직하게 관통하여 상기 가이드판에 고정되는 형태로 상기 가이드판의 복수의 지점에 배열되는 복수의 강관을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 굴착장비의 암반굴착비트를 설계된 정확한 위치로 조준하여 암반을 집중적으로 파쇄할 수 있어, 굴착장비의 굴착 효율을 높일 수 있다.

또한, 본 발명은 암반굴착비트를 수직하게 작동시켜, 수직도를 유지하면서 암반층을 파쇄할 수 있다.

이하 첨부도면을 참고하여 본 발명의 구체적인 실시예들을 살펴봄으로써 본 발명의 구성에 대하여 설명한다.

도 1a에는 본 발명에 따른 말뚝 시공용 가이드장치(1)의 개략적인 사시도가 도시되어 있고, 도 1b에는 도 1a의 가이드장치(1)의 또 다른 실시예를 보여주는 일부 사시도가 도시되어 있다. 본 발명의 가이드장치(1)는 소구경의 암반굴착비트(40)(도 2 참조)의 삽입을 가이드 하여 정확한 타격 위치와 타격 개소(지점)로 안내하기 위한 것으로, 가이드판(10)과 강관(20)을 포함하여 구성된다. 상기 가이드판(10)은, 상기 강관(20)을 고정하는 한편, 그의 외측 둘레가 대구경(실제 말뚝의 직경에 상응한다)의 굴착공 또는 케이싱(4, 도 2 참조)의 내측 벽면에 접함으로써 상기 강관(20)이 수직하게 설치되도록 잡아준다. 또한, 상기 강관(20)은 소구경의 암반굴착비트(40)(도 2의 (c), (d) 참조)를 삽입하기 위한 안내 통로가 된다.

상기 가이드판(10)에는 삽입공(11)이 형성되는데, 상기 삽입공(11)에는 상기 강관(20)이 삽입되어 고정된다. 상기 강관(20) 및 삽입공(11)의 개수, 위치 및 배치(배열) 형태는, 현장의 지반 조건이나 굴착공의 크기의 대소에 따라 다양하게 선택할 수 있다. 즉, 상기 강관(20)의 개수와 배열 형태는 도 1a 및 도 1b에 도시된 실시예에 한정되는 것이 아니라, 암반의 상황이나 작업 환경 등의 조건에 맞추어 다양한 개수와 다양한 배열 형태로 설치할 수 있는 것은 당연하다. 예를 들어, 굴착공 또는 케이싱(4, 도 2 참조)의 내공 중심부에 하나의 강관(20)을 설치하고, 상기 중심부측 강관(20)의 둘레에 복수개(예; 3개)의 강관(20)을 동일 반경에 서로 동일한 간격(즉, 사이각)을 유지하는 형태, 굴착공이나 케이싱(4)(도 2 참조)의 내공에 서로 등간격을 이루어 3곳 ~ 6곳에 설치하는 등, 임의의 배열방식으로 자유롭게 설정할 수 있다.

상기 강관(20)은 중공의 관(管) 형상으로 이루어져서 상기 가이드판(10)의 삽입공(11)에 삽입되고 용접 등의 방법에 의해 고정된다. 상기 가이드판(10)은 두 개 이상이 나란한 상태로(평행하게) 상, 하 방향으로 이격되어 배치되고, 상, 하의 가이드판(10)에 수직 방향으로 일치하는 위치에 형성된 삽입공(11)들에 각각 상기 복수의 강관(20)이 삽입되도록 하여, 복수의 강관(20)이 모두 동일한 방향, 즉 동일하게 수직한 방향을 향하여 배치되도록 한다.
한편, 상기 강관(20)과 가이드판(10)의 고정 방법에는 제한이 없으나, 도 1b에서 보듯이, 상기 강관(20)의 외주면에는 날개판(21)이 형성되고, 상기 날개판(21)과 가이드판(10)을 용접하는 등의 방법으로 상기 가이드판(10)의 삽입공(11)에 상기 강관(20)을 고정시킬 수도 있다.

상기 강관(20)들이 모두 평행하게 배치·고정되면, 후술하는 바와 같이, 상기 가이드장치(1)를 암반층(3) 상의 굴착공이나 케이싱(4, 도 2 참조) 내공에 삽입함으로써 상기 강관(20)들을 기준평면에 수직하게, 바꾸어 말하면 굴착공이나 케이싱(4, 도 2 참도)에 평행하게 설치할 수 있다. 따라서, 상기 강관(20) 내부로 암반굴착비트(40)를 삽입하면, 상기 암반굴착비트(40)는 기준평면으로부터 수직하게 암반층(3)을 타격하고 파쇄할 수 있어, 굴착장비(30)를 이용한 수직 굴착이 실현된다.

한편, 도 1b에서 보듯이, 상기 강관(20) 내부에는 상기 강관(20)의 내경보다 작은 외경을 갖는 중공관(22)을 더 배치할 수 있다. 이에 의하면, 상기 중공관(22) 내부로 암반굴착비트(40)를 삽입하여 암반층(3)을 파쇄하도록 할 수 있다. 상기 강관(20)이 고정되어 있는 가이드장치(1)가 굴착공 내의 암반층(3) 상면에 놓일 때, 상기 암반층(3)의 상태나 굴곡 등에 따라, 복수의 강관(20) 중 어느 것은 그의 하단이 암반층(3)에 닿지 않은 채로 배치될 수 있다. 이때, 도시된 바와 같이, 복수의 강관(20) 중 바닥에 닿지 않은 강관(20)의 내부에 중공관(22)을 삽입하면, 가이드장치(1)에 고정되지 않은 상기 중공관(22)이 자중에 의해 암반층(3)까지 도달하여 접하게 되어 암반굴착비트(40)를 안정적으로 안내할 수 있다. 또한, 필요한 경우 중공관(22) 자체를 타격하여 암반층(3)에 중공관(22)의 하단 일부가 매립되도록 할 수도 있다. 이와 같이 하여, 중공관(22)의 하단이 암반층(3)과 접하거나 매립되면, 설계심도까지 작업하는 동안 중공관(22) 내에 삽입되는 암반굴착비트(40)의 수직도를 안정적으로 유지할 수 있다.

한편, 상술한 토사층(2) 굴착에 사용되는 굴착장비(30, 도 2의 (a) 참조)로서는, 또한 상기한 가이드 장치(10)의 강관(20)이나 중공관(22)을 사용하여 암반층(3)의 복수 지점을 파쇄한 이후에 본래의 대구경의 굴착공 또는 케이싱(4)(도 2 참조)의 내부를 굴착하기 위한 굴착 장비(30)로서는, 굴착공 또는 케이싱(4)(도 2 참조)의 구경의 크기에 맞추어서 공지의 오거드릴(Augerdrill), 해머그랩(Hammer grab) 등을 사용할 수 있다. 이러한 굴착장비(30)는 토질이나 현장 여건, 굴착 규모, 장비 여건 등에 적합한 것으로 자유롭게 선택하여 사용할 수 있다.

도 2의 (a) 내지 (f)에는 순서대로 본 발명의 가이드장치(1)를 이용한 암반 굴착방법을 보여주는 개략적인 단면도가 도시되어 있다. 도 1a 및 도 1b를 병행하여 참조하면서 암반굴착방법의 공정을 설명한다.
[공정(a)]
먼저, 도 2의 (a)에서 보듯이, 토사층(2)의 굴착에 있어서는 케이싱(4)을 설치하면서 굴착장비(30)를 이용하여 케이싱(4) 내부의 토사층(2)을 굴착한다.
상기 케이싱(4)은 토사층(2)의 굴착공을 유지하기 위한 구조물로서, 굴착시의 교란이나 지하수로 인하여 굴착공이 무너지는 것을 방지하게 된다. 상기 케이싱(4)은 굴착과 동시에 자중이나 인위적인 진동 또는 압력에 의하여 관입되는 것이 일반적이나, 경우에 따라서는 굴착 전에 타입되거나 굴착 후에 삽입되는 등 굴착과는 별도로 관입될 수도 있다.

[공정(b)]
공정(a)에서 토사층(2)을 굴착한 후에는, 도 2의 (b)와 같이, 굴착장비(30)를 굴착공 밖으로 인발하여 제거한다.
[공정(c)]
이어서, 도 2의 (c)와 같이, 본 발명의 가이드장치(1)를 상기 굴착공 내부에 삽입하여 배치한다.
이러한 공정(c)에 있어서, 도 2의 (c)에서 보듯이 상기 가이드 장치(1)의 외측 둘레면은 케이싱(4)의 내측 벽면에 접하면서 삽입되어 가이드 장치(1) 전체 및 그에 설치된 강관(20)들이 수직한 상태를 유지하게 된다. 여기서, 상기 가이드장치(1)는 굴착공이나 케이싱(4)의 내공 형태에 따라 다양한 형태로 제작될 수 있다. 예를 들어, 굴착공이나 케이싱(4)의 내공이 원형이면 가이드판(10)도 원형의 형태를, 굴착공이나 케이싱(4)의 내공이 사각형이면 가이드판(10)도 사각형의 형태로 제작된다.
이렇게 하여 가이드장치(1)를 설치하면, 앞에서 이미 설명한 것처럼, 보통은 암반층(3)의 표면 굴곡에 따라 복수의 강관(20) 중 일부만이 암반층(3)에 닿게되고 나머지의 강관(20)은 암반층(3)에 닿지 못하게 된다.
이와 같이 가이드판(1) 아래로 돌출된 강관(20) 중 일부의 강관(20)의 하단부가 암반층(3)에 닿지 않는 경우에는, 해당 강관(20)의 내부에 중공관(22, 도 1b 참조)을 추가로 삽입하여 암반층(3)과 중공관(22)의 하단이 접하도록 할 수 있다.
이 경우에는, 상기 중공관(22)을 타격하여 상기 암반층(3)에 중공관(22) 하단의 일부를 매립할 수도 있다. 이와 같이 하여, 중공관(22) 또는 강관(20)의 하단이 암반층(3)과 접하게 되면, 앞에서 설명한 바와 같이 중공관(22) 또는 강관(20) 안에 삽입되는 암반굴착비트(40)는 암반층(3) 상부까지 수직도를 유지하게 됨으로써 설계 심도까지 계획된 경로를 이탈하지 않고 목표하는 지점을 정확하게 파쇄 및 굴진해 나갈 수 있다.

[공정(d)]
이와 같이 하여, 도 2의 (d)와 같이, 소구경의 암반굴착비트(40)를 상기 강관(20) 또는 중공관(22) 내부로 진입시켜, 암반층(3)을 파쇄한다.
그러면, 강관(20)이 배치된 지점의 암반층(3) 부분을 기점으로 균열이 발생하면서 파쇄된다.
상기 암반굴착비트(40)를 이용한 파쇄 또는 타격작업은 각 강관(20) 또는 중공관(22) 별로 차례대로 수행하거나 동시에 수행할 수 있다.
[공정(e)]
이렇게 하여, 파쇄 또는 타격작업이 모두 끝난 후에는 도 2의 (e)와 같이 암반굴착비트(40)를 강관(20) 또는 중공관(22) 밖으로 인발하여 제거한다.

[공정(f)]
이와 같이, 대구경의 굴착공 또는 케이싱(4) 내부의 암반층(3)을 복수의 지점에서 소구경의 암반굴착비트(40)로 파쇄한 상태에서, 상기 굴착공 또는 케이싱(4) 내부에 대구경의 굴착장비(30)를 배치하여, 도 2의 (f)와 같이 이미 일차적으로 일부 파쇄된 암반층(3)의 파석을 제거하면서 굴착을 진행한다.
이렇게 함으로써, 설계 심도까지 힘들이지 않고 굴착할 수 있으며, 그에 따라 토사층(2)과 암반층(3)을 연속하는 굴착공을 쉽게 형성할 수가 있다.

도 1a는 본 발명의 말뚝 시공용 가이드장치의 개략적인 사시도이고, 도 1b는 도 1a의 가이드장치의 또 다른 실시예를 보여주는 일부 사시도이다.

도 2의 (a) 내지 (f)는 순서대로 본 발명의 가이드장치를 이용한 암반 굴착방법을 보여주는 개략적인 단면도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 가이드장치 2 토사층

3 암반층 4 케이싱

10 가이드판 11 삽입공

20 강관 21 날개판 22 중공관

30 굴착장비 40 암반굴착비트

Claims (5)

1. 현장말뚝의 사이즈에 대응하는 대구경의 굴착공 또는 케이싱(4)의 내공에 삽입하여, 소구경의 암반굴착비트(40)의 진입을 안내하기 위한 말뚝 시공용 가이드장치로서,

   상, 하 방향으로 서로 이격되어 배치되고, 그의 외측 둘레면이 상기 대구경의 굴착공 또는 케이싱(4)의 내측 벽면에 접하는 상태로 설치되는 복수의 가이드판(10)과,

   상기 대구경의 굴착공 또는 케이싱(4)의 내측에 있는 암반의 복수의 지점을 파쇄하기 위한 상기 소구경의 암반굴착비트(40)의 삽입 및 굴진을 안내하기 위해, 상기 상, 하의 가이드판(10)들을 수직하게 관통하여 상기 가이드판(10)에 고정되는 형태로 상기 가이드판(10)의 복수의 지점에 배열되는 복수의 강관(20)을 포함하는 것을 특징으로 하는 말뚝 시공용 가이드장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 복수의 강관(20) 중 어느 하나 이상의 강관(20)의 내부에는 강관(20)의 내경보다 작은 외경을 갖는 중공관(22)이 더 설치되는 것을 특징으로 하는 말뚝 시공용 가이드장치.
3. 삭제
4. 대구경의 굴착장비(30)로 굴착공 또는 케이싱(4)의 내부의 토사를 암반층(3) 상부면까지 굴착하는 공정(공정(a));

   상기 굴착장비(30)를 제거하는 공정(공정(b));

   청구항 제1항 또는 제2항에 기재된 가이드 장치(1)의 가이드판(10)을 상기 굴착공 또는 케이싱(4)의 내벽을 따라 삽입시켜 복수의 소구경의 강관(20) 중 어느 하나 이상의 강관(20)을 굴착공 또는 케이싱(4)의 바닥에 닿게 설치하는 공정(공정(c));

   상기 가이드장치(1)의 복수의 강관(20)에 소구경의 암반굴착비트(40)를 진입시켜 굴착공 또는 케이싱(4) 내부의 암반층(3)의 여러 지점을 파쇄하는 공정(공정(d));

   상기 굴착공 또는 케이싱(4)으로부터 상기 암반굴착비트(40)와 가이드장치(1)를 제거하는 공정(공정(e));

   상기 굴착공 또는 케이싱(4)에 다시 대구경의 굴착장비(30)를 삽입하여, 상기 공정(e)에서 파쇄된 파석을 제거하면서 암반층(3)을 더 굴착하는 공정(공정(f));

   설계 심도까지 상기 공정(c) 내지 공정(f)를 반복하는 공정;을 포함하는 것을 특징으로 하는 암반 굴착방법.
5. 제4항에 있어서,

   상기 공정(d)에서, 상기 복수의 강관(20) 중 어느 하나 이상의 강관의 내부에, 강관(20)의 내경보다 작은 외경을 갖는 중공관(22)을 삽입하여 암반층(3)에 닿게 하거나 또는 중공관(22)을 타격하여 중공관(22) 하단의 일부를 암반층(3)에 매립한 상태에서 중공관(22)의 내부로 소구경의 암반굴착비트(40)를 삽입하여 암반층(3)을 타격하는 공정을 병행하는 것을 특징으로 하는 암반 굴착방법.

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