KR101051878B1 - 분사형 굴착 비트를 이용한 파일 시공 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 분사형 굴착 비트를 이용한 파일 시공 장치에 관한 것으로, 파일의 내부를 통하여 굴진 중굴하여 파일을 시공할 수 있으며, 무용접 방식으로 종류가 서로 다른 파일을 복합적으로 서로 연결하여 시공하기 위한 것이다. 본 발명에 따르면, 파일의 내부에 굴착 로드가 삽입된 상태에서 파일 및 굴착 로드의 상부는 각각 하부 오거 및 상부 오거에 장착되고, 파일의 하부로 돌출된 굴착 로드의 하단부에 분사형 굴착 비트가 체결된다. 분사형 굴착 비트는 지면을 굴착하는 고정 비트가 본체에 설치되고, 고정 비트가 설치된 본체 부분에 고압 공기, 고압수 또는 시멘트 밀크를 분사하는 분사 노즐이 일체로 형성되어, 고정 비트가 지면을 굴착하면 분사 노즐에서 분사되는 분사물에 의해 굴착공을 확대하여 파일을 시공한다. 이로 인해 직경이 700 내지 1200㎜인 대구형의 파일을 시공할 수 있다. 또한 복수의 파일을 연결할 때 접속 플레이트와 접속 볼트를 이용한 볼트 체결 방식을 이용하기 때문에, 종류가 서로 다른 파일을 복합적으로 서로 연결하여 시공할 수 있고, 조립성이 우수하며 작업 공정을 간소화할 수 있다.

Description

분사형 굴착 비트를 이용한 파일 시공 장치{Apparatus for constructing pile using spray type excavating bit}
본 발명은 파일 시공 기술에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 파일의 내부를 통하여 굴진 중굴하여 파일 시공하며 무용접 방식으로 종류가 서로 다른 파일을 복합적으로 서로 연결하여 시공할 수 있는 분사형 굴착 비트를 이용한 파일 시공 장치에 관한 것이다.
일반적으로 연약지반에 건축물을 축조하기 위해서는 우선적으로 건축물의 지주를 안전하게 지지할 수 있는 고강도를 가진 원주형 또는 직사각형의 파일(pile)이나 물을 차단하기 위한 차수벽 등의 보강체를 시공하여 연약지반을 보강한다.
특히 파일을 이용한 시공 방법은 지상에 축조되는 구조물의 하중을 지중에 전달시키기 위한 공법으로, 지반의 견고한 지지층에 파일을 견고히 관입하여 시공성을 우수하게 개선하고 구조적 강성을 효율적으로 확보하기 위하여 스틸 파일(steel pile), 콘크리트 파일(concrete pile), 합성 파일 등을 이용하여 시공한다.
이와 같은 파일을 시공하는 방법은 항타기를 이용해 파일을 지반의 최종 지지층까지 강제로 타입시키는 타입 공법과, 어스오거(Earth-Auger) 등의 굴착장비로 지반을 먼저 천공하여 굴착공을 형성하고, 그 굴착공에 파일을 삽입한 다음 파일의 주변을 그라우팅하여 소정의 지지력을 확보하는 프리보링(Preboring) 공법이 있다.
타입 공법에 의한 파일 시공은 공기가 빠르고, 공사비가 저렴하며, 시공 후 파일 주면의 마찰력이 크게 확보되는 등의 장점이 있다. 하지만 타입 공법에 의한 파일은 파일의 선단이 지반의 최종 지지층에 도달하기 이전의 항타 작업 도중, 지반의 중간에 단단한 층이 존재할 경우, 큰 항타력이 소요되므로 파일이 손상될 우려가 있다. 이로 인해 목표한 최종 지지층까지 관입시키는 것이 곤란한 단점이 있다. 즉, 종래의 타입 공법에 의한 파일은 지지력을 극대화하는데 한계가 따를 수밖에 없다. 또한 상부구조물의 설계하중을 차질없이 완벽하게 지지하기 위해서는 필요이상 많은 수의 파일들이 소요되므로 파일의 자재비와 시공비가 높아지는 것이 불가피하고, 공기도 길어져 전체 공사비가 증가하는 요인으로 작용한다.
그리고 프리보링 공법에 의한 파일의 시공은, 지반에 단단한 층이 존재할 가능성이 높거나, 소음, 진동 등의 공해로 인해 항타 작업이 곤란한 경우, 또는 선단 지지력이 중요한 경우 유효한 공법이다. 프리보링 공법에 의한 파일 시공의 경우에는 파일이 설치되는 전체 깊이에 걸쳐 처음부터 끝까지 굴착하기 때문에 굴착량이 많을 뿐만 아니라, 무조건 선 굴착후 파일을 삽입하므로, 현장 여건상 지반의 지층변화가 심한 점을 고려할 때 공사비 낭비 요소가 매우 큰 문제점이 있다. 굴착시 지표부에서 지하수 등에 의한 공벽 붕괴가 발생할 우려가 높기 때문에 공벽 붕괴를 방지시키기 위한 케이싱을 설치해야 하는 등 별도의 조치가 필요하고, 굴착작업에 많은 시간이 소요됨으로써 공기가 길어진다.
또한 타입 공법과 프리보링 공법에 의한 파일 시공은 관입되는 파일 보다 목표하는 지지층이 깊은 경우, 파일 관입 작업 도중 이음 시공이 요구되나 이러한 이음 시공 작업으로 용접 방식은 작업시간이 많이 소요되고 난이도 있는 숙련성을 요구한다.
또한 이와 같은 파일은 지반을 굴착하는 파일 시공 장치를 사용하여 시공하며, 이때 굴착 로드에 장착된 굴착 비트를 통해 지반을 굴착한 후 파일을 시공한다. 그러나 이러한 종래의 굴착 비트는 선단이나 후단이 모두 동일한 직경으로 굴착이 이루어져 시공되는 파일의 직경도 일정하다. 이에 따라 파일의 선단부의 지지력이 양호하지 못하여 연약지반의 보강을 효과적으로 할 수 없게 되는 문제점이 있다.
따라서 본 발명의 목적은 파일의 내부를 통하여 굴진 중굴하여 파일을 시공할 수 있는 분사형 굴착 비트를 이용한 파일 시공 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 무용접 방식으로 종류가 서로 다른 파일을 복합적으로 서로 연결하여 시공할 수 있는 분사형 굴착 비트를 이용한 파일 시공 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 굴착 비트로 굴착시 굴착공을 굴착 비트의 외경보다는 크게 확장하여 굴착할 수 있는 분사형 굴착 비트를 이용한 파일 시공 장치를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 크레인, 하부 오거, 상부 오거 및 분사형 굴착 비트를 포함하는 분사형 굴착 비트를 이용한 파일 시공 장치를 제공한다. 상기 크레인은 일측에 지면에 수직 방향으로 설치된 리더를 구비한다. 상기 하부 오거는 상기 리더에 설치되어 상기 리더를 따라 상하로 이동하며, 하부에 적어도 하나의 파일이 체결된다. 상기 상부 오거는 상기 하부 오거 상부의 상기 리더에 설치되어 상기 리더를 따라 상하로 이동하며, 하부에 상기 하부 오거에 결합된 파일에 삽입되는 굴착 로드가 체결되며, 상기 굴착 로드를 회전시킨다. 그리고 상기 분사형 굴착 비트는 상기 파일의 하부로 돌출된 상기 굴착 로드의 말단에 체결되며, 상기 상부 오거를 통하여 상기 굴착 로드로 전달되는 회전력에 의해 굴착하면서 상기 굴착 로드 밖으로 분사물을 고압으로 분사하여 굴착 반경을 확대하여 굴착공을 형성한다.
본 발명에 따른 분사형 굴착 비트를 이용한 파일 시공 장치에 있어서, 상기 분사형 굴착 비트는, 일측이 굴착 로드에 연결되며, 상기 굴착 로드로부터 회전력을 전달받아 회전하는 본체와, 상기 본체의 하단부에 설치된 고정 비트와, 상기 고정 비트가 설치된 상기 본체의 부분에 설치되어 고압 공기, 고압수 또는 시멘트 밀크를 상기 본체의 외측면 밖으로 분사하는 복수의 분사 노즐을 포함한다.
본 발명에 따른 분사형 굴착 비트를 이용한 파일 시공 장치에 있어서, 상기 분사 노즐에서 고압 분사되는 상기 분사물은, 고압 공기, 고압수 또는 시멘트 밀크를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 분사형 굴착 비트를 이용한 파일 시공 장치에 있어서, 상기 하부 오거에 일렬로 체결되는 복수의 파일을 포함할 수 있다. 상기 복수의 파일은 상기 하부 오거에 체결되는 상부 파일과, 상기 상부 파일의 하부에 체결되는 적어도 하나의 중간 파일과, 상기 적어도 하나의 중간 파일의 최하부에 체결되는 하부 파일을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 분사형 굴착 비트를 이용한 파일 시공 장치에 있어서, 상기 하부 파일 및 중간 파일은 콘크리트 파일이고, 상기 상부 파일은 스틸 파일일 수 있다.
그리고 본 발명에 따른 분사형 굴착 비트를 이용한 파일 시공 장치에 있어서, 상기 하부 파일, 중간 파일 및 상부 파일의 양단부에는 연결 밴드가 형성되어 있으며, 상기 하부 파일, 중간 파일 및 상부 파일의 서로 접하는 연결 밴드의 외측면을 복수의 접속 플레이트로 둘러싼 후 접속 볼트로 체결하여 연결될 수 있다.
본 발명에 따르면, 복수의 고정 비트 사이의 본체 부분에 고압 공기, 고압수, 시멘트 밀크를 분사하는 분사 노즐이 설치되어 있기 때문에, 고정 비트의 회전과 함께 분사 노즐에서 고압수나 시멘트 밀크와 같은 분사물을 분사하면서 굴착할 수 있어 굴착 비트의 외경보다는 크게 확장 굴착을 효과적으로 수행할 수 있다.
또한 복수의 파일의 양단을 서로 연결할 때, 복수의 접속 플레이트 및 접속 볼트를 이용한 볼트 체결 방식을 이용하여 연결하기 때문에, 무용접 방식으로 종류가 서로 다른 파일을 복합적으로 서로 연결하여 시공할 수 있다. 특히 접속 플레이트와 볼트를 이용하여 파일을 연결하기 때문에, 조립성이 우수하고, 작업 공정을 간소화할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 파일 시공은 파일의 내부를 통하여 파일과 함께 굴진 중굴하여 파일을 시공하기 때문에, 700mm 내지 1200mm의 대구경의 파일도 시공할 수 있을 뿐만 아니라 파일 시공의 공기와 공사비도 줄일 수 있다.
또한 복수의 파일을 조합하여 시공할 때, 지반의 견고한 지지층에는 선단 지지력이 우수한 콘크리트 파일을 이용하여 시공하고, 휨모멘트, 축력 및 전단력이 크게 작용하는 지면에 근접하는 부분에는 스틸 파일을 시공함으로써, 기존 보다 적은 파일을 사용하면서 지반을 안정적으로 보강할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 분사형 굴착 비트를 이용한 파일 시공 장치를 보여주는 도면이다.
도 2는 도 1의 A 부분의 확대도이다.
도 3은 도 1의 분사형 굴착 비트를 보여주는 정면도이다.
도 4는 도 3의 저면도이다.
도 5는 도 1의 파일 간의 결합 상태를 도시한 분해 사시도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 분사형 굴착 비트를 이용한 파일 시공 방법에 따른 흐름도이다.
도 7 내지 도 19는 도 6의 파일 시공 방법에 따른 단계들을 보여주는 도면들이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 하기의 설명에서는 본 발명의 실시예에 따른 동작을 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며, 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않도록 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.
이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념으로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 하나의 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 분사형 굴착 비트를 이용한 파일 시공 장치를 보여주는 도면이다. 도 2는 도 1의 A 부분의 확대도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 파일 시공 장치(100)는 파일(19)의 내부를 통하여 분사형 굴착 비트(20)를 이용하여 굴진 중굴하여 파일(19)을 지중의 지지층에 시공하는 장치이다.
본 실시예에 따른 파일 시공 장치(100)는 리더(11; leader)를 갖는 크레인(12; crane), 하부 오거(13; bottom auger), 상부 오거(15; top auger) 및 분사형 굴착 비트(20)를 포함하여 구성된다. 그 외 분사형 굴착 비트(20)로 고압 공기, 고압수 또는 시멘트 밀크를 제공하는 제공부를 더 포함할 수 있다.
크레인(12)에는 일측으로 지면(71)에 수직한 방향으로 일정 높이의 리더(11)가 설치된다. 리더(11)는 하부 오거(13) 및 상부 오거(15)의 상하 이동을 안내한다. 예컨대 리더(11)로는 수직 길이가 30m인 리더가 사용될 수 있으며, 이것에 한정되는 것은 아니다.
하부 오거(13)는 리더(11)에 설치되어 리더(11)를 따라 상하로 이동하며, 하부에 적어도 하나의 파일(19)이 체결된다. 즉 하부 오거(13)는 시공할 파일(19)이 연결되는 부분으로서, 분사형 굴착 비트(20)의 굴착에 따라 파일(19)을 굴착공(73) 아래로 이동시키는 기능을 수행한다. 이때 하부 오거(13)에는 모터가 설치되어 있으며, 그 모터의 구동에 따라 파일(19)을 일정 속도로 회전시키면서 형성된 굴착공(73)을 따라서 아래로 이동시킨다.
상부 오거(15)는 하부 오거(13) 상부의 리더(11)에 설치되며, 리더(11)를 따라 상하로 이동한다. 상부 오거(15)는 하부에 하부 오거(13)에 결합된 파일(19)에 삽입되는 굴착 로드(17)가 체결된다. 상부 오거(15)는 체결된 굴착 로드(17)에 회전력을 전달하여 분사형 굴착 비트(20)를 구동시킨다. 이때 상부 오거(15)에는 모터가 설치되어 있으며, 그 모터의 구동에 따라 굴착 로드(17)를 정회전(반시계방향) 또는 역회전(시계방향)시키면서 파일(19) 시공을 수행한다.
이때 하부 및 상부 오거(13,15)는 리더(11)를 따라서 이동할 때, 파일(19)을 굴착공(73)에 삽입할 때는 아래로 같이 이동하지만, 하부 및 상부 오거(13,15)는 서로 독립적으로 이동할 수 있다.
굴착 로드(17)는 외주면에 스크루 날개(17d)가 길이 방향으로 나선형으로 형성되어 있기 때문에, 굴착시 발생되는 토사를 시공하는 파일(19)의 내부를 통하여 밖으로 배출시킨다.
그리고 분사형 굴착 비트(20)는 파일(19)의 하부로 둘출된 굴착 로드(17)의 말단에 체결된다. 따라서 분사형 굴착 비트(20)는 굴착 로드(17)를 통하여 회전력을 전달받아 굴착 시공을 수행한다. 이때 분사형 굴착 비트(20)는 굴착 로드(17)를 통하여 전달되는 고압 공기, 고압수 또는 시멘트 밀크와 분사물을 분사하면서 굴착 시공을 수행한다.
특히 분사형 굴착 비트(20)는 굴착 로드(17)의 회전 방향에 따라 분사물을 분사하거나 분사를 중단한다. 즉 파일 시공을 위해 굴착 로드(17)가 정회전할 때, 분사형 굴착 비트(20)는 파일(19)을 안정적으로 설치할 수 있도록 분사물을 고압 분사하면서 굴착 반경을 확대하여 굴착을 수행한다. 이때 분사형 굴착 비트(20)의 회전 반경은 파일(19)의 외경에 대응되게 확대될 수 있다. 그리고 굴착을 완료한 후 이후에는 굴착 로드(17)를 역회전시키면 분사물의 분사가 중단되고, 상부 오거(15)를 리더(11)를 따라 상승시켜 파일(19)의 내부를 통하여 파일(19) 밖으로 인발한다. 즉 분사형 굴착 비트(20)는 파일(19)의 내부를 통하여 외부로 인발할 수 있도록, 분사형 굴착 비트(20)의 크기는 파일(19)의 내부 홀의 크기보다는 작은 것을 사용하는 것이 바람직하다.
이와 같이 본 실시예에 따른 분사형 굴착 비트를 이용한 파일 시공 장치는 파일의 내부를 통하여 파일과 함께 굴진 중굴하여 파일을 시공하기 때문에, 700mm 내지 1200mm의 대구경의 파일도 시공할 수 있을 뿐만 아니라, 파일 시공의 공기와 공사비도 줄일 수 있다.
이와 같은 본 실시예에 따른 분사형 굴착 비트(20)에 대해서 도 2 내지 도 4를을 참조하여 설명하면 다음과 같다. 여기서 도 3 및 도 4는 도 1의 분사형 굴착 비트(20)를 보여주는 도면들이다.
분사형 굴착 비트(20)는 굴착 로드(도 2의 17)의 회전 방향에 따라 분사물을 분사하거나 분사를 중단하는 분사 노즐(50)을 포함하는 굴착 비트로서, 본체(30), 고정 비트(40) 및 분사 노즐(50)을 포함하여 구성된다.
본체(30)는 일측이 굴착 로드(17)에 연결되며, 굴착 로드(17)로부터 회전력을 전달받아 회전한다. 이때 본체(30)는 일정 길이를 갖는 관 형상으로, 일측 즉, 상단부에 굴착 로드(17)가 연결되는 체결부(31)를 포함한다.
고정 비트(40)는 본체(10)의 하단부에 설치된다. 이때 고정 비트(40)는 비트 날개(41) 및 복수의 비트(43)를 포함한다. 비트 날개(41)는 본체(30)의 외주면에 설치되며, 굴착 로드(17)의 스크루 날개(17a)의 나선 방향에 대응되게 형성된다. 복수의 비트(43)는 비트 날개(41)의 하단부에 설치된다. 이때 비트 날개(43)는 본체(30)의 외주면에 한 쌍이 설치될 수 있으며, 고정 비트(40)는 본체(30)의 회전에 따라 본체(30) 하부를 굴착한다.
그리고 분사 노즐(50)은 고정 비트(40)가 설치된 본체(30)의 부분에 설치되며, 고압 공기, 고압수 또는 시멘트 밀크와 같은 분사물을 본체(30)의 외측면 밖으로 분사한다. 이때 분사 노즐(50)은 본체(30)에 한 쌍이 설치될 수 있으며, 한 쌍의 비트 날개(41) 사이로 본체(30) 부분이 외부로 노출되는 부분에 설치될 수 있다. 한 쌍의 분사 노즐(50)은 본체(30)의 회전축을 중심으로 서로 반대되는 위치에 설치될 수 있다.
특히 분사 노즐(50)은 굴착 로드(17)의 회전 방향에 따라 개폐되어 분사물을 분사하거나 분사를 중단한다. 예컨대 굴착하기 위해서 굴착 로드(17)가 정회전하는 경우, 분사 노즐(50)은 분사물을 분사한다. 굴착을 완료한 이후에 분사형 굴착 비트(20)를 인발하기 위해서 역회전하는 경우, 분사 노즐(50)은 차단되어 분사물의 분사를 중단한다.
이와 같은 본 실시예에 따른 분사형 굴착 비트(20)의 역회전 및 정회전에 따른 작동 관계를 설명하면 다음과 같다.
먼저 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 굴착 로드(17)에 연결된 본체(30)가 정회전하면, 고정 비트(40)는 정회전하면서 굴착하고, 분사 노즐(50)은 분사물을 분사하여 굴착공(73)의 크기를 확대한다. 이로 인해 분사형 굴착 비트(20)는 파일의 외경(R2)보다는 크게 굴착공(73)을 형성할 수 있다. 이때 굴착공(73)의 크기는 분사 노즐(50)에서 분사되는 분사물의 종류와 분사압으로 조절할 수 있다.
반대로 굴착 로드(17)에 연결된 본체(30)가 역회전하면, 고정 비트(40)는 역회전하면서 굴착을 중단하고, 분사 노즐(50)은 분사물을 분사를 중단한다. 이때 분사형 굴착 비트(20)를 파일(19)의 내부를 통하여 인발할 수 있도록, 고정 비트(40)의 회전 반경은 파일(19)의 내경(R1)보다는 작다.
한편 굴착공(73)에 시공되는 파일(19)은, 도 19에 도시된 바와 같이, 하부 파일(19a), 중간 파일(19b) 및 상부 파일(19c)을 포함한다. 하부 파일(19a) 및 중간 파일(19b)로는 콘크리트 파일이 사용되고, 상부 파일(19c)로는 스틸 파일이 사용될 수 있다. 이와 같이 복수의 파일(19)을 조합하여 시공하는 이유는, 지반의 견고한 지지층에는 선단 지지력이 우수한 콘크리트 파일을 이용하여 시공하고, 휨모멘트, 축력 및 전단력이 크게 작용하는 지면에 근접하는 부분에는 스틸 파일을 시공함으로써, 기존 보다 적은 파일을 사용하면서 지반을 안정적으로 보강할 수 있기 때문이다.
또한 복수의 파일(19)의 양단을 서로 연결할 때, 도 5에 도시된 바와 같이, 접속 플레이트(12)를 이용한 볼트 체결 방식을 이용하기 때문에, 무용접 방식으로 종류가 서로 다른 파일(19a,19b)을 복합적으로 서로 연결하여 시공할 수 있다. 즉 하부 파일(19a), 중간 파일(19b) 및 상부 파일의 양단부에는 하부 연결 밴드(18) 및 상부 연결 밴드(16)가 형성되어 있다. 하부 파일(19a), 중간 파일(19b) 및 상부 파일의 서로 접하는 상부 및 하부 연결 밴드(16,18)의 외측면을 복수의 접속 플레이트(12)를 둘러싼 후 접속 볼트(14)로 체결하여 연결할 수 있다. 예컨대 도 5에서는 하부 파일(19a)의 상부 연결 밴드(16)와 중간 파일(19b)의 하부 연결 밴드(18)를 복수의 접속 플레이트(12) 및 접속 볼트(14)로 체결하여 연결한 상태를 도시하였다. 이와 같이 복수의 파일(19a,19b)을 접속 플레이트(12) 및 접속 볼트(14)를 이용하여 무용접 방식으로 연결하기 때문에, 조립성이 우수하고, 작업 공정을 간소화할 수 있다.
한편 하부 오거(13)에 파일(19)의 상단부를 결합할 때도, 파일(19)을 연결할 때와 같이 접속 플레이트(12) 및 접속 볼트(14)를 이용할 수 있다. 이때 하부 오거(13)에 직접 파일(19)의 상단부를 결합할 수도 있지만, 조인트를 매개로 하부 오거(13)에 파일(19)을 결합할 수 있다. 이 경우 조인트와 파일(19)의 상부 연결 밴드(16)가 접속 플레이트(12) 및 접속 볼트(14)를 이용하여 연결된다.
이와 같은 본 실시예에 따른 분사형 굴착 비트(20)를 이용한 파일 시공 방법을 도 1 내지 도 19를 참조하여 설명하면 다음과 같다. 여기서 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 분사형 굴착 비트(20)를 이용한 파일 시공 방법에 따른 흐름도이다. 도 7 내지 도 19는 도 6의 파일 시공 방법에 따른 단계들을 보여주는 도면들이다.
먼저 도 1에 도시된 바와 같이, S81단계에서 파일(19)을 시공할 곳으로 본 실시예에 따른 파일 시공 장치(100)를 투입하는 단계로부터 시작한다. 즉 리더(11)에 하부 오거(13) 및 상부 오거(15)가 설치된 크레인(12)을 파일(19)을 시공할 위치로 이동시킨다. 아울러 복수의 굴착 로드(17), 분사형 굴착 비트(20), 분사형 굴착 비트(20)로 고압 공기, 고압수 또는 시멘트 밀크를 제공하는 제공부를 투입한다.
이어서 S82단계에서 파일 시공 장치(100)로 시공할 복수의 파일(19)을 반입한다. 이때 복수의 파일(19)은 복수의 콘크리트 파일과 스틸 파일을 포함한다. 도 21에 도시된 바와 같이, 시공될 복수의 파일(19) 중 맨 아래쪽에 위치하는 파일을 하부 파일(19a), 지면(71)에 근접하는 위치하는 파일을 상부 파일(19c), 그리고 하부 파일(19a)과 상부 파일(19c)을 서로 연결하는 파일을 중간 파일(19b)이라 한다. 파일(19)이 시공되는 깊이에 따라 적어도 하나의 파일(19)이 사용될 수 있다. 하부 및 중간 파일(19a,19b)로는 콘크리트 파일이 사용되고, 상부 파일(19c)로는 스틸 파일이 사용될 수 있다. 여기서 콘크리트 파일로는 PHC(Prestressed spun High strength Concrete Pile)가 사용될 수 있다.
다음으로 도 1 및 도 7에 도시된 바와 같이, S83단계에서 파일 시공 장치(100)에 분사형 굴착 비트(20), 하부 굴착 로드(17a) 및 하부 파일(19a)을 장착한다. 즉 하부 오거(13)에 하부 파일(19a)의 상단부를 결합한다. 하부 오거(13) 및 하부 파일(19a)에 삽입된 하부 굴착 로드(17a)의 상단부를 하부 오거(13)의 상부에 위치하는 상부 오거(15)에 결합한다. 하부 파일(19a)의 하부로 돌출된 하부 굴착 로드(17a)의 하단부에 분사형 굴착 비트(20)를 장착한다.
예컨대 하부 파일(19a) 및 하부 굴착 로드(17a)가 하부 오거(13) 및 상부 오거(15)에 설치될 때, 보조 크레인을 이용하여 하부 파일(19a)에 하부 굴착 로드(17a)가 삽입된 상태로 인양되어 하부 오거(13) 아래로 이동할 수 있다. 이와 같이 이동된 상태에서, 하부 오거(13)에 하부 파일(19a)의 상단부가 결합된다. 하부 오거(13)를 통하여 상부 오거(15)를 향하여 돌출된 하부 굴착 로드(17a)의 상단부는 상부 오거(15)에 결합된다. 그리고 하부 파일(19a)의 하부로 돌출된 하부 굴착 로드(17a)에 분사형 굴착 비트(20)를 장착한다.
다음으로 도 7 내지 도 10에 도시된 바와 같이, S84단계에서 분사형 굴착 비트(20)를 정회전으로 굴착하면서 하부 파일(19a)을 압입한다. 즉 분사형 굴착 비트(20)가 상부 오거로부터 구동력을 전달받아 정회전을 시작하면서 아래로 이동하면, 고정 비트(40)에 의한 지면(71)에 대한 굴착이 시작된다. 아울러 분사 노즐(50)에서 분사물이 고압으로 분사되어 고정 비트(40)에 의해 형성될 굴착공(73)의 크기를 확대시킨다. 그리고 하부 오거가 굴착공(73)에 하부 파일(19a)을 압입하여 시공한다.
이때 S84단계에서 분사형 굴착 비트(20)는 분사 노즐(50)을 통하여 분사물로서 고압 공기, 고압수 또는 시멘트 밀크를 분사할 수 있다. 예컨대 고압 공기 또는 고압수를 굴착공(73)의 내벽에 분사하여 지반을 교란함으로써, 굴착공(73)의 확대를 용이하게 할 수 있다. 분사 노즐(50)로 분사되는 고압 공기 또는 고압수의 분사 세기는 토질과 굴착공(73)의 확장 크기를 고려하여 결정된다. 분사 세기는 30 내지 100kg/cm2 사이에서 결정될 수 있다.
또는 시멘트 밀크를 분사하여 굴착공(73)의 대상지반을 균일하게 개량시켜 반영구적인 차수벽을 형성하거나, 연약지반을 보강할 수 있다.
그리고 하부 오거는 하부 파일(19a)을 굴착공(73)에 용이하게 압입할 수 있도록, 하부 파일(19a)을 정회전시키면서 굴착공(73)에 압입할 수 있다.
한편 S84단계를 수행하기 이전에, 분사형 굴착 비트(20)는 분사 노즐(50)을 통하여 고압공기를 분사시켜 분사 노즐(50)의 상태를 확인하는 단계를 수행할 수 있다. 즉 실제 굴착 및 파일 시공을 하기 전에 분사형 굴착 비트(20)의 상태를 확인하기 위해서, 분사 노즐(50)을 통하여 고압공기를 분사시켜 분사 노즐(50)의 상태를 확인할 수 있다. 또한 분사형 굴착 비트(20)를 정회전 또는 역회전시키면서, 상부 오거에서 분사형 굴착 비트(20)로 구동력이 정확히 전달되어 고정 비트(40)와 분사 노즐(50)이 정상적으로 동작하는 지를 확인할 수 있다.
다음으로 S85단계에서 하부 오거를 하부 파일(19a)에서 분리하고, 상부 오거를 하부 굴착 로드(17a)에서 분리한다. 즉 하부 파일(19a)의 시공을 완료한 이후에, 중간 파일(19b)을 연결하여 시공하기 위해서, 하부 오거를 하부 파일(19a)에서 분리한 후 리더를 따라 상승시킨다. 또한 상부 오거를 하부 굴착 로드(17a)에서 분리한 후 리더를 따라 상승시킨다. 이때 하부 파일(19a)과 하부 오거 사이에 중간 파일(19b) 및 중간 굴착 로드(17b)를 개재하여 연결할 수 있도록, 하부 파일(19a)에 대한 하부 오거의 위치는 중간 파일(19b) 및 중간 굴착 로드(17b)의 길이 보다는 높은 위치이다. 통상적으로 중간 굴착 로드(17b)의 길이가 중간 파일(19b)의 길이보다 길기 때문에, 하부 파일(19a)에 대한 하부 오거는 중간 굴착 로드(17b)의 길이보다는 높은 곳에 위치시킨다.
다음으로 도 11에 도시된 바와 같이, S86 단계에서 하부 굴착 로드(17a)의 상단부에 중간 굴착 로드(17b)를 연결한다. 이어서 도 5 및 도 11에 도시된 바와 같이, S87단계에서 접속 플레이트(12)로 하부 파일(19a)에 중간 파일(19b)을 연결한다. 즉 보조 크레인을 이용하여 중간 파일(19b)의 내부에 중간 굴착 로드(17b)가 삽입된 상태에서 하부 파일(19a) 상부로 위치시킨다. 중간 굴착 로드(17b)의 하단부를 하부 굴착 로드(17a)의 상단부에 결합한다. 중간 파일(19b)의 하부 연결 밴드(18)를 하부 파일(19a)의 상부 연결 밴드(16) 위에 정렬한 상태에서 복수의 접속 플레이트(12) 및 접속 볼트(14)를 이용하여 체결한다. 중간 파일(19b)의 상단부를 하부 오거에 결합하고, 중간 굴착 로드(17b)의 상단부를 상부 오거에 결합한다.
다음으로 도 12 및 도 13에 도시된 바와 같이, S88단계에서 분사형 굴착 비트(20)를 정회전으로 회전시켜 굴착하고 중간 파일(19b)을 압입한다. 이때 S88단계에 따른 중간 파일(19b)의 시공은 S84단계에 따른 상부 파일(19a)의 시공과 동일한 방식으로 수행되기 때문에 상세한 설명은 생략한다.
다음으로 S89단계에서 하부 오거를 중간 파일(19b)에서 분리하고, 상부 오거를 중간 굴착 로드(17b)에서 분리한다. 이때 S89단계는 S85단계와 동일한 방식으로 수행되기 때문에 상세한 설명은 생략한다. 이때 중간 파일(19b)과 하부 오거 사이에 상부 파일(19c) 및 상부 굴착 로드(17c)를 개재하여 연결할 수 있도록, 중간 파일(19b)에 대한 하부 오거의 위치는 상부 파일(19c) 및 상부 굴착 로드(17c)의 길이 보다는 높은 위치이다.
다음으로 도 14에 도시된 바와 같이, S90단계에서 상부 굴착 로드(17c)를 중간 굴착 로드(17b)에 연결한다. 이때 S90단계는 S86단계와 동일한 방식으로 수행되기 때문에 상세한 설명은 생략한다.
다음으로 도 14에 도시된 바와 같이, S91단계에서 접속 플레이트로 중간 파일(19b)에 상부 파일(19c)을 연결한다. 이때 S91단계는 S87단계와 동일한 방식으로 수행되기 때문에 상세한 설명은 생략한다.
다음으로 도 15 및 도 16에 도시된 바와 같이, S92단계에서 분사형 굴착 비트(20)를 정회전으로 회전시켜 굴착하고 상부 파일(19c)을 압입한다. 이때 S92단계는 S88단계와 동일한 방식으로 수행되기 때문에 상세한 설명은 생략한다. 하부 파일(19a)의 하단부는 지지층(75) 부분에 형성된 굴착공(73)의 선단부에 삽입된다.
다음으로 도 16에 도시된 바와 같이, S93단계에서 분사형 굴착 비트(20)가 분사 노즐(50)을 통하여 시멘트 밀크(97)를 분사하여 굴착공(73)의 하단부를 그라우팅한다. 즉 상부 파일(19c)까지 시공을 완료한 이후에, 지지층(75)에 대한 복수의 파일(19a,19b,19c)의 지지력을 확보하기 위해서 그라우팅을 수행한다.
이어서 도 17 및 도 18에 도시된 바와 같이, S94단계에서 분사형 굴착 비트(20)를 역회전으로 축소시킨 후 분사형 굴착 비트(20), 굴착 로드(17a,17b,17c)를 인발한 후 해체한다. 이때 고정 비트(40)의 회전 반경은 파일(19)의 내경(R1)보다는 작다. 따라서 분사형 굴착 비트(20)를 파일(19a,19b,19c)의 내부를 통하여 인발할 수 있다.
다음으로 도 18에 도시된 바와 같이, 상부 오거가 리더를 따라서 상승하면, 복수의 파일(19a,19b,19c)의 내부를 통하여 분사형 굴착 비트(20) 및 복수의 굴착 로드(17a,17b,17c)가 복수의 파일(19a,19b,19c)로부터 인발된다.
이어서 상부 오거에서 분사형 굴착 비트(20) 및 복수의 굴착 로드(17a,17b,17c)를 해체한다. 아울러 하부 오거를 상부 파일(19c)에서 분리한다. 이때 상부 파일(19c)의 상부는 지면(71)에서 일정 높이로 돌출된 상태를 갖는다.
그리고 도 19에 도시된 바와 같이, S95단계에서 상부 파일(19c)을 경타하여 파일 시공을 완료한다. 즉 지면(71)에서 돌출된 상부 파일(19c)의 상부를 유압 헤머로 경타하여 그라우팅된 굴착공(73)이 형성된 지지층(75)에 하부 파일(19a)의 하단부를 안착시킨다.
한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다. 한편 본 실시예에서는 건축 현장의 지면에 파일을 시공하는 예를 개시하였지만 이것에 한정되는 것은 아니다. 예컨대 육상교량, 고층건축물, 플랜트, 항만 등 대구경의 파일 시공이 필요한 곳에 적용할 수 있다.
11 : 리더 12 : 접속 플레이트
13 : 하부 오거 14 : 접속 볼트
15 : 상부 오거 16 : 상부 연결 밴드
17 : 굴착 로드 18 : 하부 연결 밴드
19 : 파일 19a : 하부 파일
19b : 중간 파일 19c : 상부 파일
20 : 분사형 굴착 비트 30 : 본체
31 : 체결부 40 : 고정 비트
41 : 비트 날개 43 : 비트
50 : 분사 노즐 71 : 지면
73 : 굴착공 75 : 지지층
97 : 시멘트 밀크 100 : 파일 시공 장치

Claims (6)

  1. 일측에 지면에 수직 방향으로 설치된 리더를 구비하는 크레인;
    상기 리더에 설치되어 상기 리더를 따라 상하로 이동하며, 하부에 일렬로 복수의 파일이 체결되는 하부 오거;
    상기 하부 오거 상부의 상기 리더에 설치되어 상기 리더를 따라 상하로 이동하며, 하부에 상기 하부 오거에 결합된 파일에 삽입되는 굴착 로드가 체결되며, 상기 굴착 로드를 회전시키는 상부 오거;
    상기 파일의 하부로 돌출된 상기 굴착 로드의 말단에 체결되며, 상기 상부 오거를 통하여 상기 굴착 로드로 전달되는 회전력에 의해 굴착하면서 상기 굴착 로드 밖으로 분사물을 고압으로 분사하여 굴착 반경을 확대하여 굴착공을 형성하는 분사형 굴착 비트;를 포함하고,
    상기 하부 오거에 일렬로 체결되는 상기 복수의 파일은,
    상기 하부 오거에 체결되는 상부 파일;
    상기 상부 파일의 하부에 체결되는 적어도 하나의 중간 파일; 및
    상기 적어도 하나의 중간 파일의 최하부에 체결되는 하부 파일;을 포함하고,
    상기 하부 파일 및 중간 파일은 콘크리트 파일이고, 상기 상부 파일은 스틸 파일인 것을 특징으로 하는 분사형 굴착 비트를 이용한 파일 시공 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 분사형 굴착 비트는,
    일측이 굴착 로드에 연결되며, 상기 굴착 로드로부터 회전력을 전달받아 회전하는 본체;
    상기 본체의 하단부에 설치된 고정 비트; 및
    상기 고정 비트가 설치된 상기 본체의 부분에 설치되어 고압 공기, 고압수 또는 시멘트 밀크를 상기 본체의 외측면 밖으로 분사하는 복수의 분사 노즐;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 분사형 굴착 비트를 이용한 파일 시공 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 분사 노즐에서 고압 분사되는 상기 분사물은,
    고압 공기, 고압수 또는 시멘트 밀크를 포함하는 것을 특징으로 하는 분사형 굴착 비트를 이용한 파일 시공 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 리더에 상기 하부 오거 및 상기 상부 오거가 설치된 상기 크레인을 상기 복수의 파일을 시공할 위치로 투입한 상태에서, 상기 하부 오거에 상기 하부 파일의 상단부를 결합하고, 상기 하부 오거 및 상기 하부 파일에 삽입된 하부 굴착 로드의 상단부를 상기 하부 오거의 상부에 위치하는 상기 상부 오거에 결합하고, 상기 하부 파일의 하부로 돌출된 상기 하부 굴착 로드의 하단부에 상기 분사형 굴착 비트를 장착하고,
    상기 분사형 굴착 비트가 상기 상부 오거로부터 구동력을 전달받아 정회전하면서 고압으로 분사물을 분사하여 상기 분사형 굴착 비트의 외경보다는 크게 확장 굴착하여 굴착공을 형성하고, 상기 하부 오거가 상기 굴착공에 상기 하부 파일을 압입하여 시공하고,
    상기 하부 오거를 상기 하부 파일에서 분리하고, 상기 상부 오거를 상기 하부 굴착 로드에서 분리한 후, 상기 중간 파일의 내부에 중간 굴착 로드가 삽입된 상태로 상기 하부 파일 상부로 위치시킨 상태에서, 상기 중간 굴착 로드의 하단부를 상기 하부 굴착 로드의 상단부에 결합하고, 상기 중간 파일의 하단부를 상기 하부 파일의 상단부에 결합하고, 상기 중간 파일의 상단부를 상기 하부 오거에 결합하고, 상기 중간 굴착 로드의 상단부를 상기 상부 오거에 결합한 다음, 상기 분사형 굴착 비트가 상기 상부 오거로부터 구동력을 전달받아 정회전하면서 고압으로 분사물을 분사하여 상기 분사형 굴착 비트의 외경보다는 크게 확장 굴착하여 굴착공을 형성하고, 상기 하부 오거가 상기 굴착공에 상기 중간 파일을 압입하여 시공하고,
    상기 하부 오거를 상기 중간 파일에서 분리하고, 상기 상부 오거를 상기 중간 굴착 로드에서 분리한 후, 상기 상부 파일의 내부에 상부 굴착 로드가 삽입된 상태로 상기 중간 파일 상부로 위치시킨 상태에서, 상기 상부 굴착 로드의 하단부를 상기 중간 굴착 로드의 상단부에 결합하고, 상기 상부 파일의 하단부를 상기 중간 파일의 상단부에 결합하고, 상기 상부 파일의 상단부를 상기 하부 오거에 결합하고, 상기 상부 굴착 로드의 상단부를 상기 상부 오거에 결합한 다음, 상기 분사형 굴착 비트가 상기 상부 오거로부터 구동력을 전달받아 정회전하면서 고압으로 분사물을 분사하여 상기 분사형 굴착 비트의 외경보다는 크게 확장 굴착하여 굴착공을 형성하고, 상기 하부 오거가 상기 굴착공에 상기 상부 파일을 압입하여 시공하고,
    상기 분사형 굴착 비트가 시멘트 밀크를 상기 굴착공의 하단부의 내벽에 분사하여 그라우팅한 후, 상기 상부 오거가 상기 분사형 굴착 비트를 역회전시켜 상기 분사형 굴착 비트 및 상기 굴착 로드를 상기 복수의 파일을 통하여 인발한 다음, 상기 상부 파일에서 상기 하부 오거를 분리한 후 상기 상부 파일의 상부를 경타하여 상기 하부 파일의 하단부를 그라우팅된 지지층에 안착시키는 것을 특징으로 하는 분사형 굴착 비트를 이용한 파일 시공 장치.
  5. 삭제
  6. 제4항에 있어서,
    상기 하부 파일, 중간 파일 및 상부 파일의 양단부에는 연결 밴드가 형성되어 있으며,
    상기 하부 파일, 중간 파일 및 상부 파일의 서로 접하는 연결 밴드의 외측면을 복수의 접속 플레이트로 둘러싼 후 접속 볼트로 체결하여 연결하는 것을 특징으로 하는 분사형 굴착 비트를 이용한 파일 시공 장치.
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