KR100971531B1 - 팽창성 구조물보강용 조성물을 이용한 말뚝시공방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 팽창성 구조물보강용 조성물을 이용하여 말뚝을 시공하는 방법에 관한 것으로서, 케이싱 내부에 주입된 팽창성 구조물보강용 조성물, 철근과 같은 말뚝보강체, 규사를 포함하는 말뚝골재가 합성되어 말뚝본체를 구성하고, 상기 팽창성 구조물보강용 조성물은 주위 지반에 혼입되어 시간이 경과함에 따라 팽창 경화됨에 따라 본 발명에 의한 말뚝은 마찰말뚝으로서 기능을 확보할 수 있게 된다.

말뚝, 팽창, 보강

Description

팽창성 구조물보강용 조성물을 이용한 말뚝시공방법{PILE CONSTRUCTION METHOD USING EXTENSIBLE COMPOSITION FOR REINFORCING STRUCTURE}

본 발명은 팽창성 구조물보강용 조성물을 강제 주입하여 시간이 경과함에 따라, 상기 주입된 조성물이 팽창되어 침하된 구조물을 인상시키는 팽창성 구조물보강용 조성물을 지반보강을 위한 말뚝(PILE)에 적용한 팽창성 구조물보강용 조성물을 이용한 말뚝시공방법에 관한 것이다.

최근 경제성장과 더불어, 공장, 창고, 점포, 주택 등의 건축구조물이나, 도로, 공원, 다리, 공항 등의 토목구조물이 전역에 걸쳐 구축되어 있지만, 다양한 원인에 기인한 지반침하나, 부실한 시공 등으로 인해 이러한 구조물이 영향을 받아 발생하는 피해가 많이 발생되고 있다.

예를 들어, 연약한 지반대에서 공장용수로써 지하수를 대량으로 퍼 올리거나, 지하터널의 개발에 따른 대량의 용수(湧水), 해역매립지나 대규모 조성지에 있어서 토양의 다짐 부족 등에 의해, 광범위한 지반침수가 여러 지역에서 발생하고 있다.

이에 구조물이 구축되어 있는 일대에서 지반침하가 발행한 경우, 예를 들어, 주택 등이 기울어지거나, 도로의 단차에 의해 차량의 주행에 악영향을 주는 등의 문제가 있다.

그 밖에, 구조물이 지반침하에 의해 기울어지면, 구조물 내에 설치된 기계에 영향을 줄 수 있으며, 구조물 내의 선반이 기울어짐에 따라 하역작업에 악영향을 주는 문제도 발생할 수 있다.

이와 같은 문제에 대처하기 위한 방법으로 예를 들어, 지반침하에 의한 구조물의 경사를 수복하기 위하여, 구조물을 부수고 재건축하는 방법, 침하, 웅덩이, 단차 등이 발생한 구조물의 표면에 수지모르타르(MORTAR)등을 주입하여 표면 처리하는 방법, 기울어진 구조물의 하방 지반을 파내고 구조물과 지중 지지층과의 사이에 지지부재를 압입하여, 지지부재로 구조물을 잭업(jack up) 시킨 후, 구조물과 지반의 사이에 생긴 공극에 콘크리트나 수지모르타르를 주입하여 이것을 메우는 방법(일본공개특허 특개평10-183661호)등이 소개되어 있다.

이에 특히 침하, 웅덩이, 단차 등이 발생하거나, 그 하방 지반과의 사이에 공극이 발생한 건물의 바닥이나 도로, 활주로, 슬래브 등의 구조물을 재구축, 이동 혹은 이설 등을 하지 않고, 주입하는 것만으로, 단기간에 소정의 높이까지 상승시켜서 평평하게 복원하거나, 보강할 수 있는 조성물을 출원인은 개발한 바 있다.

즉, 상기 조성물은 도 1과 같이 폴리에스테르 폴리올 및 폴리에테르 폴리올로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 1종이상과 MDI 이소시아네이트가 0.9~1.1:1.4~1.7의 중량비율로 포함되는 것이 이용되는데 이러한 조성물은 소정의 시간이 경과함에 따라 지반에서 팽창되어 침하된 지반을 상승시키는 작용을 가지게 된다.

이에 이러한 조성물을 이용하여 구조물을 보강하는 방법은 구조물 자체의 공극 또는 구조물과 지반사이의 공극에, 주입건(10)을 이용하여 상기 조성물 을 강제 주입하고, 이것을 팽창시켜, 소정의 높이까지 상승시키거나 공간을 메우도록 하고 방식을 따르게 된다.

이러한 조성물에 의한 구조물 보강은 침하, 웅덩이, 단차, 지반과 구조물 사이에 발생한 공극 등을 저렴한 비용으로 단기간 내에 복원 보강할 수 있으며, 얻어진 복원 보강부위가 우수한 압축강도를 보인다는 장점이 있다.

위에서 살펴본 상기 조성물은 지반 공극에 주입하는 방식이 아닌 지반보강용 말뚝시공에도 매우 유용하게 이용될 수 있음을 고려하여 본 발명은 팽창성 지반보강용 조성물을 특히 말뚝시공에 응용하기 위한 방법을 제공함을 그 기술적 과제로 한다.

상기 기술적과제를 달성하기 위하여 본 발명은

첫째, 폴리에스테르 폴리올 및 폴리에테르 폴리올로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 1종이상과 MDI 이소시아네이트가 0.9~1.1:1.4~1.7의 중량비율로 포함된 팽창성 구조물보강용 조성물을 이용하되, 상기 조성물이 규사 또는 석분과 같은 말뚝용골재와 함께 케이싱 내부에서 말뚝본체로 기능하도록 함과 더불어 케이싱 내부에는 철근을 포함하는 말뚝보강체가 미리 설치되도록 하여 상기 조성물이 말뚝 보강체와 함께 합성되도록 하였다.

둘째, 상기 조성물은 주입관을 이용 유공관 형태의 케이싱을 이용하여 천공홀 선단으로부터 상단에 이르러 케이싱 주위 지반에 강제 혼입되도록 함으로서, 조성물이 시간이 경과함에 따라 팽창되면서 경화되어 팽창 경화된 말뚝은 일종의 마찰말뚝으로 작용할 수 있도록 하였다.

본 발명에 의한 말뚝은 팽창성 지반보강용 조성물에 의하여 주위 지반에 팽 창되면서 경화되어 조성되므로 말뚝 자체로서 작용하는 하중에 저항할 수 있을 뿐만 아니라, 상기 팽창과정에서 주위 지반을 압밀시키는 작용을 하므로 지반을 보강 외 개량의 효과가 있으며, 주위 지반과의 마찰 말뚝으로서 작용하중 저항효과가 매우 커지게 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, 본 발명에 사용되는 팽창성 지반보강용 조성물을 살펴보면 다음과 같다.

<팽창성 지반보강용 조성물>

본 발명에서의 팽창성 구조물보강용 조성물은

폴리에스테르 폴리올 및 폴리에테르 폴리올로 이루어지는 그룹으로부터 선택 된 1종이상과 MDI 이소시아네이트로 구성되거나, 폴리에스테르 폴리올 및 폴리에테르 폴리올로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 1종 이상, 과 MDI 이소시아네이트로 구성된다.

먼저, 폴리에스테르 폴리올 및 폴리에테르 폴리올로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 1종이상과 MDI 이소시아네이트로 구성된 경우, 배합비율은 0.9~1.1:1.4~1.7의 범위가 바람직한데,

폴리에스테르 폴리올 및 폴리에테르 폴리올로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 1종이상과 MDI 이소시아네이트는 반응시간, 팽창율 및 강도를 고려하여 볼 때 상기 배합비율이 가장 적절하다.

즉, 폴리에스테르 폴리올 및 폴리에테르 폴리올로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 1종이상의 비율에 비해 MDI 이소시아네이트의 비율이 상기 배합비를 초과하게 되면 목적하는 정도의 반응시간, 팽창율, 강도를 동시에 얻을 수 없어 바람직하지 않다.

이때, 상기 배합비율에 의한 조성물은 시공과정에 있어 규사와 같은 말뚝용골재가 더 포함되도록 하는데 이는 상기 말뚝용골재가 말뚝의 압축강도를 증대시킬 수 있기 때문이다.

즉, 팽창성 구조물보강용 조성물에 있어 폴리에스테르 폴리올 및 폴리에테르 폴리올로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 1종 이상과 MDI 이소시아네이트만을 사용하였을 때에 비하여 말뚝용골재 그 자체 강도를 고려하면 말뚝용 골재가 포함된 팽창성 구조물보강용 조성물은 경화된 후 압축강도가 증대 될 것이며, 말뚝용골재가 차지하는 용적이 크기 때문에 동일한 보강체적을 기준으로 비용은 절감효과를 볼 수 있다.

이 같은 혼합비는 전체 혼합물을 100으로 환산 시 각 성분별 중량%는 폴리에스테르 폴리올 및 폴리에테르 폴리올로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 1종이상, 22-32%, MDI 이소시아네이트 40-48%, 그리고 규사 22-32% 정도인 것이 바람직하다.

한편, 상기 규사는 80%이하를 석분으로 대체하여 사용할 수 있으며 사용되는 석분은 규사를 첨가할 때와 동일 내지는 유사한 효과를 보이며, 규사와 유사한 입경을 갖는 것을 사용하는 것이 보다 바람직하다.

상기 팽창성 지반보강용 조성물을 구성하는 각 조성물은 별도의 공급장치(팽창성 지반보강용 조성물을 위한 별도의 배합장치를 갖춘 차량이 현재 이용되고 있음)를 이용하여 배합이 이루어지고, 그 배합은 후술되는 바와 같이 주입건(161)에 주입이 완료되기 전에 행해지게 된다.

<팽창성 지반보강용 조성물을 이용한 말뚝 시공방법>

위에서 살펴본 팽창성 지반보강용 조성물을 이용한 말뚝 시공방법을 살펴보면 다음과 같다.

먼저 도 2a와 같이, 보강할 대상이 되는 지반(A)에 말뚝용 천공홀(110)을 비트가 선단에 달리 천공기를 이용하여 소정의 직경을 가지도록 형성시키게 된다.

다음으로는 도 2b와 같이, 상기 천공홀(110)에 유공관인 케이싱(120)을 삽입하게 된다.

이러한 케이싱(120)은 강관을 이용할 수 있으며, 상단부터 하단까지 다수의 유공(121)이 형성되도록 한 유공관으로 제작한 것을 이용하게 된다.

이러한 케이싱(120)은 천공홀(110)이 붕괴되지 않도록 하는 역할을 하게 되며 그 내부에 후술되는 바와 같이 위에서 살펴본 팽창성 지반보강용 조성물(200)이 충전되며,

나아가 상기 팽창성 지반보강용 조성물은 규사 또는 석분과 같은 말뚝용골재(150)와 철근을 포함하는 말뚝보강체(140)와 함께 말뚝을 구성하게 된다.

상기 유공(121)은 후술되는 바와 같이 팽창성 지반보강용 조성물이 주위 지반에 압입될 수 있도록 형성된 관통공의 역할을 하게 된다.

다음으로는 도 2c와 같이 케이싱(120) 내부에 주입관(130)을 삽입시키게 된다.

상기 주입관(130)은 소정의 직경을 가지는 동 파이프를 이용할 수 있으며, 팽창성 지반보강용 조성물(200)을 케이싱(120) 내부에 충전되도록 하는 관 역할을 하게 된다.

이러한 주입관(130)은 케이싱 선단부까지 하단이 닿을 정도로 충분히 삽입되도록 하되, 필요한 경우 스페이서를 이용하여 케이싱 내부 개략 중앙에 세팅되도록 할 수 있다.

이러한 주입관(130)은 후술되는 바와 같이 인발장치(170)에 의하여 상방으로 인발되면서 팽창성 지반보강용 조성물(200)을 케이싱(120) 내부로 충전시키는 기능을 가지게 된다.

도 2c에는 1개의 주입관(130)이 설치됨을 보였으나 천공홀의 직경 등을 고려할 경우 2개 이상 설치될 수도 있다.

다음으로는 도 2d와 같이 케이싱(120) 내부의 주입관(130) 주면에 철근와 같은 말뚝보강체(140)를 삽입시키게 된다.

이러한 말뚝보강체(140)는 수직철근의 형태로 설치될 수 있으며, 수직철근을 감싸는 원형띠철근이 함께 일체화된 것을 이용할 수도 있다.

이러한 말뚝보강체(140)는 미리 현장 부근에서 제작되어 케이싱(120) 내부에 삽입 설치될 수 있도록 하게 되며, 케이싱(120) 전체 길이에 걸쳐 설치되도록 할 수도 있으나 필요에 따라서는 케이싱 일부 길이에만 설치할 수도 있을 것이다.

다음으로는 도 2e와 같이 케이싱(120) 내부에 규사 또는 석분과 같은 말뚝용골재(150)를 충진 시키게 된다.

이러한 말뚝용골재(150)는 규사(콩자갈)를 이용함으로서 말뚝의 압축강도를 증가시키기 위해 사용되는 것으로 본 발명에 있어 먼저 케이싱(120) 내부에 충전시켜 후술되는 팽창성 지반보강용 조성물(200)과 믹싱되어 케이싱과 함께 말뚝본체로서 형성된다.

이러한 말뚝용골재(150)는 결국 철근과 같은 말뚝보강체(140)와 주입관(130)이 함께 매립되도록 하여 최종 말뚝을 구성하는 조성물이 되도록 하게 된다.

위에서 살펴본 것과 같이, 석분은 규사의 전체 또는 일부분을 대체할 수 있도록 배합될 수 있다.

다음으로는 도 2f와 같이 주입관(130)에 주입건(161)을 장착시키고, 상기 주입건(161)에 연결된 주입호수(162)를 통해 팽창성 지반보강용 조성물(200)이 케이싱(120) 하단부로부터 강제적으로 믹싱되도록 한다.

즉, 주입건(161)은 미 도시된 컴프레셔에 의하여 팽창성 지반보강용 조성물(200)을 주입관(130) 선단부로 압송하게 되며, 이러한 압송된 팽창성 지반보강용 조성물(200)은 미리 케이싱(120)에 채워진 말뚝용골재(150)와 함께 믹싱 되면서 최종 케이싱(120)의 유공(121)을 통해 주위 지반에 압입되어 혼입된다.

이때 주위 지반의 공극에는 미리 충진된 직경이 작은 말뚝용골재가 일부가 팽창성 지반보강용 조성물(200)과 함께 혼입되어 주위 지반을 효과적으로 보강할 수 있도록 할 수도 있다.

이에 본 발명은 시공방법적인 측면에서 이러한 말뚝용골재(150)가 케이싱(120) 내부에 먼저 충전되도록 하는데 이는 말뚝의 경우 그 차지하는 체적이 크기 때문에 미리 팽창성 지반보강용 조성물(200)과 믹싱 시킬 경우 그 믹싱 시간이 길 수밖에 없기 때문에

시간이 경화함에 따라 팽창하는 팽창성 지반보강용 조성물(200)의 특성상 말뚝용으로 사용하기 위해서는 미리 말뚝용골재(150)를 케이싱(120) 내부에 충전시켜 놓고 1차적으로 팽창성 지반보강용 조성물(200)과 믹싱 시키고,

이러한 팽창성 지반보강용 조성물(200) 및/또는 말뚝용골재가 주입압에 의하여 케이싱(120)을 통해 주위 지반으로 강제 혼입되어 최종 팽창 후 경화되도록 함으로서 최종 본 발명의 말뚝이 마찰말뚝으로 작용하도록 하는 것이다.

다음으로는 도 2g와 같이 주입관(130)을 인발장치(170)를 이용하여 상방으로 인발시키면서 주입건(161)을 통해 케이싱(120) 내부에 팽창성 지반보강용 조성물(200)을 계속 충전시키면서, 결국 도 2h, 도 2i 및 도 2j와 같이 팽창성 지반보 강용 조성물(200)이 케이싱(120) 주위 지반에 강제 혼입되도록 하게 된다.

최종 팽창성 지반보강용 조성물(200)의 주입이 완료되면 주입관(130)과 인발장치(170)를 제거하여 말뚝을 완성시키게 된다.

이때, 위에서 살펴본 말뚝보강체(140)의 경우 구조물 기초구조물과의 연결을 위한 두부보강재로서 이용이 가능하게 된다.

이로서, 본 발명에 의한 말뚝은 케이싱(120) 내부에서 말뚝용골재(150)와 믹싱되어 팽창, 경화되면서 말뚝본체가 형성되면서, 주위지반에 강제 혼입된 팽창성 지반보강용 조성물(200)도 함께 팽창 경화되면서 주위지반과의 마찰말뚝으로서 작용하게 된다.

도 1은 종래의 팽창성 지반보강용 조성물의 주입도를 도시한 것이다.

도 2a, 도 2b, 도 2c, 도 2d, 도 2e, 도 2f, 도 2g, 도 2h, 도 2i 및 도 2j는 본 발명에 의한 말뚝의 시공순서도를 개략 도시한 것이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

A:지반 110:천공홀

120:케이싱 130:주입관

140:말뚝보강체(철근) 150:말뚝용골재(규사 또는 석분)

161:주입건 162:주입호스

170:인발장치 200:팽창성 지반보강용 조성물

Claims (4)

1. 폴리에스테르 폴리올 및 폴리에테르 폴리올로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 1종이상과 MDI 이소시아네이트가 0.9~1.1:1.4~1.7의 중량비율로 포함된 팽창성 구조물보강용 조성물을 이용한 지반보강용 말뚝 시공방법으로서,

   지반에 형성된 천공홀에 관통홀이 형성된 케이싱을 삽입하면서 팽창성 구조물보강용 조성물용 주입관을 삽입된 케이싱 내부에 삽입하고,

   상기 케이싱 내부에 주입관이 매립되도록 규사 또는 석분을 포함하는 말뚝용 골재를 채워 넣고,

   상기 주입관에 공급된 팽창성 구조물보강용 조성물이 케이싱 내부로부터 케이싱 주위 지반에 강제 주입되도록 하여, 시간이 경과함에 따라 팽창성 구조물보강용 조성물과 말뚝용골재가 천공홀 내부 및 하단부로부터 상단부에 걸쳐 팽창되면서 말뚝이 형성되도록 하는 단계를 포함하며,

   상기 말뚝용 골재를 채워 넣기 이전에 케이싱 내부에 철근을 포함한 말뚝보강체를 삽입시키고, 상기 팽창성 구조물보강용 조성물의 각 조성물은 별도의 공급장치를 이용하여 배합이 이루어지고, 그 배합은 주입이 완료되기 전에 행함을 특징으로 하는 팽창성 구조물보강용 조성물을 이용한 말뚝시공방법.
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