KR100970440B1 - 선단부 타설후 보강재 관입식 현장타설말뚝공법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 철골 보강재가 매입(埋入)된 현장타설말뚝의 시공방법에 관한 것으로, 케이싱을 지반에 관입(貫入)시키며 굴착장치를 굴진하여 계획 심도에 이르는 굴착공을 형성한 후 케이싱 상단을 지면에 고정한 상태에서 추가 굴착 및 추가 굴착공에 대한 콘크리트 타설을 실시하고, 선단에 관입부재가 접합된 철골 보강재를 굴착공에 투입하여 관입부재가 추가 굴착공에 타설된 콘크리트에 관입된 상태로 양생하며, 추가 굴착공의 콘크리트 양생이 완료되면 케이싱을 인발함과 동시에 콘크리트를 타설하여 말뚝을 완성하는 것이다.

본 발명을 통하여, 철골 보강재가 말뚝 선단부 선타설 콘크리트에 안정적으로 관입되어 현장타설말뚝의 시공 정도(精度)를 제고할 수 있으며, 말뚝 계획심도 구간내 콘크리트의 일체성을 유지하여 구조적 안정성을 확보할 수 있고, 선타설 콘크리트에 보강재를 관입시킴에 있어서 필수적으로 수반되었던 케이싱 상단부 절단공정을 생략할 수 있으므로 공정 간소화 및 자재 절감 효과를 얻을 수 있다.

현장타설, 철골, 콘크리트

Description

선단부 타설후 보강재 관입식 현장타설말뚝공법{BEAM PENETRATING AFTER LOWER PART CASTING TYPE CAST-IN-PLACE PILE METHOD}

본 발명은 철골 보강재가 매입(埋入)된 현장타설말뚝을 시공함에 있어서, 일단 말뚝의 선단부에 콘크리트를 타설한 후 보강재 및 케이싱을 지면에 고정한 상태로 양생하고, 선단부의 양생이 완료되면 케이싱을 인발하면서 말뚝의 나머지 부분에 콘크리트를 타설하는 선단부 선타설식 말뚝공법에 관한 것으로, 케이싱을 지반에 관입(貫入)시키며 굴착장치를 굴진하여 계획 심도에 이르는 굴착공을 형성한 후 케이싱 상단을 지면에 고정한 상태에서 추가 굴착 및 추가 굴착공에 대한 콘크리트 타설을 실시하고, 선단에 관입부재가 접합된 철골 보강재를 굴착공에 투입하여 관입부재가 추가 굴착공에 타설된 콘크리트에 관입된 상태로 양생하며, 추가 굴착공의 콘크리트 양생이 완료되면 케이싱을 인발함과 동시에 콘크리트를 타설하여 말뚝을 완성하는 것이다.

현장타설말뚝은 기성(旣成)말뚝과 대비되는 말뚝기초의 일종으로서, 미리 천 공된 굴착공 내부로 콘크리트를 타설한 후 양생하여 구성하게 되며, 기성말뚝과는 달리 지반에 완성된 말뚝 구조체를 타입(打入)하는 공정이 불필요하므로, 항타(杭打)과정에서 유발되는 소음이나 진동을 방지할 수 있는 장점이 있다.

일반적으로 말뚝기초는 선단지지력과 주면(柱面)마찰력에 의하여 말뚝 상부 구조물의 하중이나 지하수로 인한 지중구조물의 부압(浮壓)에 저항하게 되므로, 암반층 이상의 굴착심도를 확보하거나, 암반층이 지나치게 깊은 경우 소정길이 이상의 근입장(根入長)을 확보하여야 한다.

또한 말뚝은 단순히 상부 하중을 지반에 전달하는 구조체로서 거동하는 것 뿐 아니라 그 자체가 일종의 장주(長柱)형 구조물로서 축방향 압축, 횡방향 휨 및 좌굴응력에 저항하여야 하는 바, 통상 콘크리트 본체 내부에 보강재로서 철근 또는 철골이 매입된 구조를 가진다.

이러한 철근 또는 철골 및 콘크리트 복합구조는 현장타설말뚝에서도 동일하게 적용되어, 현장타설말뚝은 일단 굴착공을 형성한 후 철골 보강재를 굴착공에 투입한 상태에서 트레미(tremie)를 통하여 말뚝 하부에서 상부로 콘크리트를 타설하는 방식으로 시공된다.

즉, 현장타설말뚝의 시공을 위한 굴착공은 토사층에서의 공벽유지를 위하여 케이싱의 관입과 동시에 굴착공을 형성하는 방식으로 천공되는데, 일단 계획심도에 굴착공이 도달하면 케이싱은 존치한 상태에서 굴착장치를 철수한 후 철골 보강재 및 트레미를 투입하고, 이후 케이싱과 트레미를 서서히 인발 및 인양-해체함과 동시에 콘크리트를 타설하여 말뚝을 구성하게 되는 것이다.

이때 형강(形鋼) 등의 철골 보강재는 하단은 굴착공 말단부에 접하고 상단은 크레인과 강선으로 연결되어 거치된 상태로 콘크리트가 타설되는데, 트레미의 투입, 인양 및 해체과정은 물론 콘크리트 타설 완료 후 양생과정에서 보강재의 위치나 각도가 변경될 가능성이 매우 크며, 따라서 시공의 정도(精度)확보가 극히 어려운 문제점이 있었다.

이에, 도 1에서와 같이, 일단 말뚝의 선단부에 콘크리트를 타설한 후 보강재(13) 및 케이싱(10)을 지면에 고정한 상태로 양생하고, 선단부의 양생이 완료되면 케이싱(10)을 인발하면서 말뚝의 나머지 부분에 콘크리트를 타설하는 선단부 선타설식 말뚝공법이 개발되어 현장타설말뚝 시공의 고질적인 문제점이었던 콘크리트 타설 및 양생간 보강재(13)의 정위치 이탈을 어느정도 해결할 수 있었다.

이러한 선단부 선타설식 말뚝공법의 시공과정을 도 1을 통하여 약술하면 다음과 같다.

우선 케이싱(10)을 관입시킴과 동시에 계획심도(L)에 이르는 굴착공을 형성하고, 굴착공 형성이 완료되면 케이싱(10)을 소폭 인발하면서 트레미(22)를 통하여 말뚝 선단부에 콘크리트를 일부 타설한다.

선단부 콘크리트 타설이 완료된 직후, 타설된 콘크리트의 양생이 진행되기 전 케이싱지지대(11)를 신속하게 체결하여 소폭 인발된 상태의 케이싱(10)을 지면에 고정하고, 인발된 케이싱(10)의 상단 일부를 절단하여 제거한 후 보강재지지대(12)를 신속하게 설치한다.

케이싱지지대(11)와 보강재지지대(12)는 도 2에서와 같이 케이싱(10)과 보강 재(13)를 각각 지면과 케이싱(10) 상단에 고정하는 장치로서, 케이싱지지대(11)는 지표면에 노출된 케이싱(10)의 상단부에 결합되어 케이싱(10)의 자중을 지면에 분산함으로써 케이싱(10)의 침하를 방지하는 기능을 수행하며, 보강재지지대(12)는 케이싱(10) 상단에 결합되는 외곽부와 보강재(13) 상단부에 체결되는 내부 프레임으로 구성되어 보강재(13)가 케이싱(10) 내에서 정확한 위치를 유지할 수 있도록 지지하는 기능을 수행한다.

케이싱지지대(11)의 설치, 케이싱(10) 상단부의 절단 해체 및 보강재지지대(12)의 설치가 완료되면 보강재지지대(12)를 통과하여 보강재(13)를 굴착공내부에 투입하되 보강재(13)의 선단부가 기 타설된 선단부 콘크리트에 관입되도록 하는데, 이때 콘크리트의 양생이 진행된 상태라면 보강재(13)의 선단부 콘크리트내 관입이 어려우므로, 전술한 케이싱지지대(11) 설치 내지 보강재지지대(12)설치공정이 신속하게 완료되어야 한다.

보강재(13)가 관입된 상태로 선타설 선단부 콘크리트의 양생이 완료되면 케이싱지지대(11) 및 보강재지지대(12)를 해체한 후, 케이싱(10)을 인발함과 동시에 콘크리트를 타설하여 말뚝을 완성하게 된다.

이렇듯, 말뚝의 선단부 일부에 콘크리트를 선타설하고 이를 통하여 보강재(13)를 부분 고정한 상태에서 후속공정을 진행함으로써 현장타설말뚝의 시공 정도 및 구조적 안정성이 일층 향상되었으나, 이러한 선단부 선타설식 말뚝공법은 다음과 같은 심각한 문제점을 가지고 있다.

우선, 케이싱(10) 굴착공을 계획심도(L)까지 형성한 후, 케이싱(10)을 소폭 인발하면서 선단부에 콘크리트를 타설하고, 이후 보강재(13)를 관입 설치하여 양생한 후 콘크리트를 재타설하여 전체 말뚝을 구성하게 되는 바, 계획심도(L) 구간 즉, 소요 근입장(根入長) 내부에 재료적 불연속면이 존재할 수 밖에 없다.

콘크리트의 선타설 및 후타설로 발생된 경계면은 일종의 콜드조인트(Cold Joint)로 작용하여 콘크리트의 일체성(Monolithic)을 저해하게 되며, 이러한 콜드조인트가 계획심도(L) 내부에 존재함으로써 설계시 고려한 지지력을 발휘하지 못하는 심각한 문제점을 야기할 수 있는 것이다.

특히, 선단부 선타설식 말뚝공법은 말뚝 선단부를 경질지반에 도달시키기 어려운 경우에 주로 적용되는 바, 선단지지력에 비하여 주면마찰력이 주효할 수 밖에 없으며, 따라서 말뚝을 횡단하는 콜드조인트는 주면마찰력 전달에도 장애물로 작용할 수 없어 그 심각성을 더하게 된다.

또한, 선단부에 콘크리트를 선타설하는 공정과 타설된 콘크리트에 보강재(13)를 관입시키는 공정 사이에, 케이싱지지대(11)를 설치하고 케이싱(10) 상단 부를 절단 및 제거하며, 보강재지지대(12)를 설치하는 공정이 진행될 뿐 아니라, 선단부 콘크리트의 선타설 작업 자체에 있어서도 케이싱(10)의 인발과 콘크리트의 타설을 병행하여야 하는 바, 타설된 콘크리트에 보강재(13)를 관입하기 까지 상당한 시간이 소요될 수 밖에 없으며, 그에 따라 콘크리트의 유동성이 저하되어 보강재(13)의 원활한 관입이 어려운 문제점이 있었다.

이에 보강재(13)를 목표 심도까지 관입시키지 못하고 단순 거치와 다름없는 상태로 후속공정을 진행할 수 밖에 없으며, 이는 또 다른 시공품질 저하 및 구조적 안정성 저하를 야기하게된다.

뿐만 아니라 케이싱(10)은 최종 존치시키는 부재가 아니라 인발 후 재사용이 가능함에도 불구하고, 선단부 선타설시 소폭 인발한 케이싱(10)의 상단을 보강재지지대(12)의 설치 및 보강재(13)의 투입을 위하여 절단할 수 밖에 없는 심각한 문제점이 있었다.

본 발명은 전술한 문제점을 감안하여 창안한 것으로, 보강재(13)가 매입되는 현장타설말뚝공법에 있어서, 케이싱(10)을 관입(貫入)시키며 굴착장치(21)를 굴진하여 굴착공을 형성하는 단계와, 계획심도에 이르는 굴착공 굴착이 완료되면 지표면에 노출된 케이싱(10)의 상단부에 케이싱지지대(11)를 설치하여 케이싱(10)의 침하를 억제하는 단계와, 굴착장치(21)를 굴진하여 계획심도 이하의 추가 굴착공을 형성하는 단계와, 추가 굴착공 형성이 완료되면 굴착장치(21)를 철수하는 단계와, 추가 굴착공에 콘크리트를 타설하는 단계와, 케이싱(10) 상단에 보강재지지대(12)를 설치하는 단계와, 하단에 관입부재(14)가 접합된 보강재(13)를 굴착공에 투입하여 관입부재(14)가 추가 굴착공에 타설된 콘크리트에 관입되는 단계와, 보강재(13) 상단부가 보강재지지대(12)에 의하여 고정된 상태로 추가 굴착공 콘크리트를 양생하는 단계와, 추가 굴착공 콘크리트의 양생이 완료되면 케이싱지지대(11) 및 보강재지지대(12)를 해체한 후 케이싱(10)을 인발하면서 굴착공 내부에 콘크리트를 타설하는 단계로 이루어짐을 특징으로 하는 선단부 타설후 보강재 관입식 현장타설말뚝공법이다.

본 발명을 통하여, 철골 보강재가 말뚝 선단부 선타설 콘크리트에 안정적으로 관입되어 현장타설말뚝의 시공 정도(精度)를 제고할 수 있으며, 말뚝 계획심도 구간내 콘크리트의 일체성을 유지함으로써 구조적 안정성을 확보할 수 있을 뿐 아니라, 선타설 콘크리트에 보강재를 관입시킴에 있어서 필수적으로 수반되었던 케이싱 상단부 절단공정을 생략할 수 있으므로 공정을 간소화하고 공기를 단축하며 자재를 절감하는 효과를 얻을 수 있다.

본 발명의 상세한 수행과정을 첨부된 도면을 통하여 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 발명의 전반적인 수행과정을 공정별로 도시한 설명도로서, 동 도 면을 통하여 알 수 있는 바와 같이, 우선 현장타설말뚝의 계획 지점에 굴작장치를 굴진함과 동시에 케이싱(10)을 관입함으로써 굴착공을 형성한다.

굴착공이 계획심도(L)에 도달하면 굴착장치(21) 굴진을 일시 중단한 상태에서, 지표면에 노출된 케이싱(10)의 상단부에 케이싱지지대(11)를 설치하여 케이싱(10)의 침하를 억제한다.

이후 굴착장치(21)의 굴진을 속행하여 계획심도(L) 이하 소정 깊이의 추가 굴착공을 형성한 후, 굴착장치(21)를 철수하고 트레미(tremie)(22)를 투입하여 추가 굴착공에 콘크리트를 타설한다.

추가 굴착공에 콘크리트를 타설한 직후 지표면에 노출된 케이싱(10)의 상단에 보강재지지대(12)를 신속하게 체결하고, 보강재지지대(12)를 통과하여 굴착공 하부로 보강재(13)를 투입함으로써 보강재(13)의 하단이 타설된 추가 굴착공 콘크리트에 관입되도록 한다.

이때 추가 굴착공 콘크리트에 보강재(13)가 원활하게 관입될 수 있도록, 도 4에서와 같이, 보강재(13)의 하단에는 보강재(13)의 단면보다 작은 단면을 가지는 관입부재(14)를 접합한다.

관입부재(14)는 도 4에서와 같이 보강재(13)의 하단에 고장력볼트 또는 용접을 통하여 접합되는데, 도시된 실시예에서와 같이 관입부재(14)의 선단부를 예리하게 가공하여 일층 원활한 콘크리트내 관입이 가능하도록 할 수 있다.

이러한 추가 굴착공 및 이에 타설되는 콘크리트와 관입부재(14)는 모두 현장타설말뚝의 계획심도(L) 이하에 구성되는 것으로, 이들 모두는 완성된 현장타설말 뚝의 지지력에 악영향을 끼치지 않으면서도 시공중 보강재(13)의 설치 위치 및 각도를 효과적으로 유지하는 역할을 수행할 수 있다.

한편, 추가 굴착공에 콘크리트를 타설하는 공정과 케이싱(10) 상단에 보강재지지대(12)를 설치하는 공정에 있어서, 보강재지지대(12)는 일종의 프레임 구조체로서 추후 보강재지지대(12)를 통과하여 보강재(13)가 굴착공 내부로 투입될 수 있도록 제작되는 것이므로, 트레미(tremie)(22) 또한 보강재지지대(12)를 통과하여 굴착공 내부로 투입될 수 있는 바, 보강재지지대(12)를 먼저 설치한 후 추가 굴착공에 콘크리트를 타설함으로써, 콘크리트 타설 직후 곧바로 보강재(13)를 관입시켜 보강재(13)의 원활한 콘크리트내 관입을 도모할 수도 있다.

보강재(13)의 관입부재(14)가 관입된 상태로 추가 굴착공 콘크리트의 양생이 완료되면, 케이싱지지대(11)와 보강재지지대(12)를 해체한 후 케이싱(10)을 인발함과 동시에 굴착공 내부에 콘크리트를 타설함으로써, 콘크리트 내부에 보강재(13)가 매입된 현장타설말뚝을 완성한다.

이렇듯, 계획심도(L) 이하의 추가 굴착공 형성 및 관입부재(14)를 통한 보강재(13)의 콘크리트내 관입을 통하여, 현장타설말뚝의 시공 정도(精度)를 제고할 수 있으며, 말뚝 계획심도(L) 구간내 콘크리트의 일체성을 유지함으로써 구조적 안정성을 확보할 수 있을 뿐 아니라, 선타설 콘크리트에 보강재(13)를 관입시킴에 있어서 필수적으로 수반되었던 케이싱(10) 상단부 절단공정을 생략할 수 있으므로 공정을 간소화하고 공기를 단축하며 자재를 절감하는 효과를 얻을 수 있다.

도 1은 종래기술의 시공과정 설명도

도 2는 케이싱지지대 및 보강재지지대의 설치상태 예시도

도 3은 본 발명의 시공과정 설명도

도 4는 본 발명의 관입부재 접합상태 사시도

<도면의 주요부분에 대한 부호설명>

10 : 케이싱(casing)

11 : 케이싱지지대

12 : 보강재지지대

13 : 보강재

14 : 관입부재

21 : 굴착장치

22 : 트레미(tremie)

Claims (1)

1. 보강재(13)가 매입되는 현장타설말뚝공법으로서, 굴착공 하측 일부에 콘크리트를 타설하되, 하단에 관입부재(14)가 접합된 보강재(13) 선단 일부가 매입된 상태로 양생한 후, 양생이 완료되면 케이싱(10)을 인발하면서 굴착공의 나머지 부분에 콘크리트를 타설하여 말뚝을 완성하는 현장타설말뚝공법에 있어서,

   케이싱(10)을 관입(貫入)시키며 굴착장치(21)를 굴진하여 굴착공을 형성하는 단계와;

   계획심도에 이르는 굴착공 굴착이 완료되면 지표면에 노출된 케이싱(10)의 상단부에 케이싱지지대(11)를 설치하여 케이싱(10)의 침하를 억제하는 단계와;

   이후 굴착장치(21)를 굴진하여 계획심도 이하의 추가 굴착공을 형성하는 단계와;

   추가 굴착공 형성이 완료되면 굴착장치(21)를 철수하는 단계와;

   이후 추가 굴착공에 콘크리트를 타설하는 단계와;

   이후 케이싱(10) 상단에 보강재지지대(12)를 설치하는 단계와;

   이후 하단에 관입부재(14)가 접합된 보강재(13)를 굴착공에 투입하여 관입부재(14)가 추가 굴착공에 타설된 콘크리트에 관입되는 단계와;

   보강재(13) 상단부가 보강재지지대(12)에 의하여 고정된 상태로 추가 굴착공 콘크리트를 양생하는 단계와;

   추가 굴착공 콘크리트의 양생이 완료되면 케이싱지지대(11) 및 보강재지지대(12)를 해체한 후 케이싱(10)을 인발하면서 굴착공 내부에 콘크리트를 타설하는 단계로 이루어짐을 특징으로 하는 선단부 타설후 보강재 관입식 현장타설말뚝공법.

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