KR101112149B1 - 마이크로 파일 공법 - Google Patents

마이크로 파일 공법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 천공 홀의 깊이방향을 향하여 고압수를 분사하는 고압수 분사단계와; 굴착장치에 의해 지반을 굴착하여 천공 홀을 형성하는 굴착단계와; 상기 천공 홀 주변 지중에 고압으로 그라우트재를 분사하여 지중 파일을 구축하는 지중 파일 구축 단계와; 상기 천공 홀에 마이크로 파일 관을 설치하는 마이크로 파일 관 설치단계와; 상기 마이크로 파일 관의 내부에 봉을 삽입하고, 그라우트재를 주입하여 심을 구축하는 심 구축 단계를 포함하는 마이크로 파일 공법을 제시함으로써, 기초구조물로서 충분한 강도를 보유하면서도 마이크로 파일의 길이를 단축할 수 있도록 하고, 보다 구조적 안정성을 확보할 수 있도록 한다.
기초 파일, 마이크로 파일, 굴착, 그라우트재

Description

마이크로 파일 공법{MICRO-PILE METHOD}
본 발명은 토목 분야의 기초구조물을 시공하는 공법에 관한 것으로서, 상세하게는 소구경인 마이크로 파일과 고압분사 그라우팅을 이용하는 마이크로 파일 공법에 관한 것이다.
마이크로 파일 공법은 소구경의 파일(일반적으로 직경이 300mm 이하)을 의미하며, 기존의 마이크로 파일은 파일체의 선단지지력 보다는 주면 마찰력에 의하여 기초 구조물로서의 지지력을 확보하는 것이다. 이 공법에 따른 마이크로 파일은 시공시 적은 공간을 차지함에 비해 파일체가 비교적 큰 하중을 지지할 수 있는 장점을 가지므로, 공간적 제약으로 인하여 대형장비의 진입이 불가능한 조건에 주로 적용된다.
도 1은 종래의 마이크로 파일 공법을 설명하기 위한 구성도이다.
도시된 바와 같이, 기본적으로 기초지반의 천공 홀(1)에 마이크로 파일 관(10)이 설치되고, 그 마이크로 파일 관(10)의 내부에 파일체인 봉(20)이 삽입됨 과 아울러 그라우트재(30)가 양생됨으로써, 마이크로 파일(MP)이 시공된다.
기초지반은 점토, 모래 등에 의해 구성된 토사층(2)과 암반에 의해 구성된 암반층(3)으로 나누어 볼 수 있는데, 상기 마이크로 파일 관(10)이 없다고 가정하는 경우 천공 홀(1)이 붕괴되어 봉(20)의 삽입이 어렵고, 그라우트재(30)의 주입이 어려워질 우려가 있고, 이러한 경우 파일의 지지력을 결정할 암반층(3)과의 부착력이 적어진다. 따라서, 상기 마이크로 파일 관(10)은 토사층(2) 구간에만 근입되는 구성을 취한다.
마이크로 파일(20)이 토사층(2)에 근입된 구간(지표면으로부터 a-a선까지의 구간)은 강도를 발휘할 수 없다는 전제 하에 자유장이라 칭하고, 암반층(3)에 근입된 구간(a-a선 아래)이 기초구조물로서 실제 강도를 발휘한다는 전제 하에 정착장이라 칭한다.
상부의 하중에 대하여 저항할 수 있는 강도를 갖는 것은 암반층(3)이므로, 구조물 전체의 안정성을 담보하기 위해서는, 마이크로 파일(MP)의 하단이 암반층(3)의 소정 심도까지 근입될 것이 요구된다.
그런데, 기초지반의 성질에 따라 토사층(2)의 깊이가 과도한 경우, 상기 정착장의 깊이까지 확보하기 위해서는, 마이크로 파일(MP)의 심도 깊이가 과도하게 된다. 이는 세장비, 좌굴 현상 등 구조적 안정성에 대한 정밀한 검토가 요구되는 바 , 이를 해결하기 위한 방안이 절실히 요청되어 오고 있는 실정이었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 기초구조물로서 충분한 강도를 보유하면서도, 마이크로 파일의 심도 깊이를 단축할 수 있는 마이크로 파일 공법을 제공함을 그 목적으로 한다.
본 발명은 상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 굴착장치에 의해 지반을 굴착하여 천공 홀을 형성하는 굴착단계와; 상기 천공 홀 주변 지중에 고압으로 그라우트재를 분사하여 지중 파일을 구축하는 지중 파일 구축 단계와; 상기 천공 홀에 마이크로 파일 관을 설치하는 마이크로 파일 관 설치단계와; 상기 마이크로 파일 관의 내부에 봉을 삽입하고, 그라우트재를 주입하여 심을 구축하는 심 구축 단계를 포함하는 마이크로 파일 공법을 제시한다.
상기 지중 파일 구축 단계는 상기 굴착 단계와 동시에 진행될 수 있다.
상기 지중 파일 구축 단계시 그라우트재 분사 압력은 상기 심 구축 단계시 그라우트재 주입 압력보다 고압인 것이 바람직하다.
상기 굴착단계는 선단에 굴착용 비트가 장착된 굴착장치에 의해 이루어지고; 상기 지중 파일 구축 단계는 상기 굴착장치의 둘레부에 형성된 그라우트재 분사용 노즐로부터 그라우트재를 분사함으로써 이루어질 수 있다.
상기 마이크로 파일 관 설치 단계는 상기 지중 파일 구축 단계와 동시에 진 행될 수 있다.
상기 봉의 길이는 상기 천공 홀의 깊이와 대략 동일할 수 있다.
상기 천공 홀은 상기 마이크로 파일 관의 길이보다 깊게 형성될 수 있다.
상기 천공 홀은 토사층을 넘어 암반층까지 형성되고, 상기 지중 파일은 토사층까지 구축될 수 있다.
상기 굴착 단계 전에 진행되어, 상기 천공 홀의 깊이방향을 향하여 고압수를 분사하는 고압수 분사단계를 더 포함할 수 있다.
상기 굴착단계는 선단에 굴착용 비트가 장착된 굴착장치에 의해 이루어지고; 상기 고압수 분사단계는 상기 굴착용 비트의 심부에 형성된 고압수 분사용 노즐로부터 고압수가 분사됨으로써 이루어질 수 있다.
상기 굴착단계는 선단에 굴착용 비트가 장착된 굴착장치에 의해 이루어지고; 상기 고압수 분사단계는 상기 굴착용 비트의 주위부에 형성된 고압수 분사용 노즐로부터 고압수를 분사함으로써 이루어질 수 있다.
본 발명은 기초구조물로서 충분한 강도를 보유하면서도, 마이크로 파일의 길이를 단축할 수 있는 마이크로 파일 공법을 제공한다.
또한 본 발명은 지중 파일의 균일도를 일정하게 하여, 보다 구조적 안정성을 확보할 수 있는 마이크로 파일 공법을 제공한다.
도 2는 본 발명에 의한 마이크로 파일 공법을 설명하기 위한 구성도이고, 도 3 내지 도 5는 본 발명에 의한 마이크로 파일 공법을 설명하기 위한 모식도이다.
도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 마이크로 파일 공법은 기본적으로, 굴착장치(150)에 의해 지반(100)을 굴착하여 천공 홀(102)을 형성하는 굴착단계(도 3 및 도 4); 천공 홀(102) 주변 지중에 고압으로 그라우트재(a)(이하, 이해의 편의를 위해 지중 파일 그라우트재라 한다)를 분사하여 지중 파일(110)을 구축하는 지중 파일 구축단계(도 3 및 도 4); 천공 홀(102)에 마이크로 파일 관(120)을 설치하는 마이크로 파일 관 설치단계(도 4); 마이크로 파일 관(120) 내부에 봉(130)을 삽입하고, 그라우트재(b)(이하, 이해의 편의를 위해 심 구축 그라우트재라 한다)를 주입하여 심을 구축하는 심 구축단계;를 포함한다.
따라서, 지중 파일(110)을 마이크로 파일 관(120)과 심의 구성인 마이크로 파일(MP)과 밀착시켜 폭넓게 구축함으로써 지중 파일(110)이 암반과 같은 역할을 담당할 수 있도록 한 것으로서, 마이크로 파일(MP)의 주면 마찰력에 의한 기초 지지력을 확보하는 것은 물론, 지중 파일(110)의 선단 지지력까지 기초 지지력으로 확보할 수 있다.
이는 마이크로 파일(MP)의 시공 깊이 길이에 대한 강도가 종전보다 강화되기 때문에 마이크로 파일(MP)의 심도 깊이를 종전보다 짧게 할 수 있고, 보다 구조적 안정성을 확보할 수 있다는 효과를 얻는다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명에 의한 마이크로 파일 공법의 구체적인 실시 예에 대하여 설명한다.
상기 굴착단계는 어느 방식을 사용하든 무방하나, 선단에 굴착용 비트(152)가 장착된 굴착장치(150)에 의해 이루어지도록 하는 것이 작업의 효율성 측면에서 바람직하다.
굴착용 비트(152)는 회전식 비트, 타격식 비트 기타 어떤 방식을 사용하더라도 관계없다.
굴착용 비트(152)는 천공 홀(102) 형성 완료 후 마이크로 파일 관(120)을 통해서 천공 홀(102)로부터 후퇴하기 쉽도록, 마이크로 파일 관(120)을 통과할 수 있도록 구성될 수 있다. 물론, 굴착용 비트(152)가 천공 홀(102)로부터 후퇴한 후, 마이크로 파일 관 설치단계를 진행한다면 굴착용 비트(152)가 마이크로 파일 관(120)의 크기, 구조와 상관없이 구성되어도 무방하다.
천공 홀(102)은 지중 파일(110)이 암반 역할을 담당하기 때문에 지반 특성, 토사층 깊이, 지중 파일(110)의 크기 등을 고려하여 토사층(100A)에만 형성될 수도 있고, 토사층(100A)을 넘어 암반층(100B)까지 형성될 수도 있다. 천공 홀(102)이 암반층(100B)까지 형성된다면, 마이크로 파일(MP)이 보다 견실하게 시공되어 지지력 측면에서 바람직할 수 있다.
상기 지중 파일 구축단계는 위 굴착단계에 의해 형성된 천공 홀(102)의 벽면을 향하여 지중 파일 그라우트재(a)를 분사하는 방식을 취하는 것이 바람직하다. 그러면, 천공 홀(102)을 유지하면서 지중 파일(110)을 천공 홀(102) 주변에 구축할 수 있고, 굴착용 비트(152)에 의한 굴착 작업을 방해하지 않는다.
지중 파일 구축단계도 위 굴착장치(150)와 별도의 장치에 의해 이루어질 수도 있으나, 굴착장치(150)의 둘레부에 그라우트재 분사용 노즐(154)을 형성하고, 이로부터 고압의 지중 파일 그라우트재(a)가 분사되는 구성을 취하는 경우, 위 굴착단계와 지중 파일 구축단계가 사실상 동시에 이루어질 수 있다는 측면에서 바람직하다.
지중 파일 그라우트재(a)의 분사 압력은 지반 특성, 토사층 깊이, 지중 파일(110) 크기 등을 고려하여 적정하게 결정할 수 있는데, 지중 파일 그라우트재(a)를 천공 홀(102) 주변 지중에 필요한 직경으로 형성하기에 충분하면 된다.
지중 파일(110)은 천공 홀(102)과 함께 암반층(100B)까지 구축될 수도 있으나, 암반층(100B)이 단단하기 때문에 지중 파일(110)을 암반층(100B)까지 구축하기 어렵고 지지 특성 효과가 크게 향상되지 않기 때문에, 지반이 약한 토사층(100A)에만 구축하는 것이 바람직하다.
상기 마이크로 파일 관 설치단계는 위 굴착단계와 지중 파일 구축단계 완료 후 진행되어도 무방하나, 지중 파일(110)이 견고해질 때까지 지중 파일(110) 형태를 유지시킬 수 있다는 점, 지중 파일(110)과 마이크로 파일(MP)이 일체적 구조로서 거동하여 구조적 안정성을 증대시킬 수 있다는 점, 그리고 전체 시공 시간을 단축할 수 있다는 점에서, 위 지중 파일 구축단계와 사실상 동시에 이루어지는 것이 바람직하다.
마이크로 파일 관(120)의 길이와 천공 홀(102) 깊이는 대략 동일하여도 무방하나, 마이크로 파일 관(120)이 토사층(100A)까지만 설치되어도 충분하므로, 천공 홀(102)이 암반층(100B)까지 형성된 경우, 천공 홀(102)이 마이크로 파일 관(120)의 길이보다 깊게 형성되는 것이 바람직하다.
마이크로 파일 관(120)의 삽입 및 굴착에 의해 발생한 슬라임(slime) 배출이 보다 용이하도록 하기 위해서, 마이크로 파일 관(120)이 회전되면서 삽입될 수 있다. 다만, 굴착용 비트(152)가 회전식 비트인 경우, 그 회전식 비트와 마이크로 파일 관(120)의 회전 방향이 동일하면, 천공부에서 물림현상(zamming)이 발생하여 굴진 속도를 저하하는 요인이 될 수 있다. 따라서, 굴착용 비트(152)의 회전방향과 마이크로 파일 관(120)의 회전방향은 상호 반대방향이 되도록 하는 것이 바람직하다.
상기 심 구축단계는, 위 굴착단계와, 지중 파일 구축단계, 그리고 마이크로 파일 관 설치단계 모두 완료된 후, 굴착장치(150)를 천공 홀(102)로부터 후퇴시켜서 마이크로 파일 관(120) 내부가 텅 빈 상태에서 진행한다.
봉(130)의 길이는 천공 홀(102)의 깊이보다 짧아도 무방하나, 봉(130)의 설치가 용이하다는 점에서, 마이크로 파일(MP)이 보다 강화될 수 있다는 점에서, 천공 홀(102)의 깊이와 대략 동일하는 것이 바람직하다.
봉(130) 삽입 전에 심 구축 그라우트재(b)가 주입되거나, 봉(130)이 삽입되는 것과 동시에 심 구축 그라우트재(b)가 주입되면, 봉(130)을 삽입하기 어렵고 봉(130)을 정확하게 위치시키기 어려우므로, 심 구축 그라우트재(b)의 주입은 봉(130) 삽입 후 진행되는 것이 바람직하다.
위 지중 파일 구축단계와 달리, 심 구축 그라우트재(b)를 마이크로 파일 관(120) 내부에서 양생시키기만 하면 되므로, 심 구축 그라우트재(b)의 주입 압력은 지중 파일 그라우트재(a) 분사 압력보다는 작을 수 있다.
한편, 굴착단계 이전에는, 천공 홀의 깊이방향을 향하여 고압수(w)를 분사하는 고압수 분사단계가 진행될 수 있다.
그러면, 굴착 및 지중 파일 그라우트재(a) 분사 작업 이전에, 미리 지반(100)에 고압수(w)를 분사하여, 지반(100)의 응집력을 약하게 하거나, 예비적인 굴착을 수행함으로써, 본 굴착시 굴진 속도를 일정하게 유지할 수 있다.
이는 지중 파일 그라우트재(a) 분사작업시 지중 파일 그라우트재(a)의 분사가 천공 홀(102)의 모든 영역에 걸쳐 일정하게 이루어질 수 있도록 하므로, 그라우팅에 의해 형성된 지중 파일(110)의 균일도를 일정하게 할 수 있고, 결국 지중 파일(110) 및 이를 기초로 시공된 구조물의 구조적 안정성을 확보할 수 있다는 효과를 얻도록 한다.
고압수 분사단계는 위 굴착장치(150)와 별도의 장치에 의해 이루어질 수도 있으나, 굴착용 비트(152)의 심부(또는 주위부)에 고압수 분사용 노즐(156)을 형성하고, 이로부터 고압수(w)가 분사되는 구성을 취하는 경우, 고압수(w) 분사에 의한 예비적 굴착과 굴착용 비트(152)에 의한 본 굴착이 사실상 동시에 이루어지도록 할 수 있다는 측면에서 바람직하다.
한편, 굴착용 비트(152)의 심부에 고압수 분사용 노즐(156)이 형성된 구성을 취하기 위해서는, 굴착용 비트(152)가 회전식 비트의 구성을 취하는 것이 장비 구현의 용이성 측면에서 더욱 바람직하다.
이상은 본 발명에 의해 구현될 수 있는 바람직한 실시 예의 일부에 관하여 설명한 것에 불과하므로, 주지된 바와 같이 본 발명의 범위는 위의 실시 예에 한정되어 해석되어서는 안 될 것이며, 위에서 설명된 본 발명의 기술적 사상과 그 근본을 함께 하는 기술적 사상은 모두 본 발명의 범위에 포함된다고 할 것이다.
도 1은 종래의 마이크로 파일 공법을 설명하기 위한 구성도.
도 2는 본 발명에 의한 마이크로 파일 공법을 설명하기 위한 구성도.
도 3 내지 도 5는 본 발명에 의한 마이크로 파일 공법을 설명하기 위한 모식도.
**도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명**
a : 지중 파일 그라우트재 b : 심 구축 그라우트재
w : 고압수 100 : 지반
100A : 토사층 100B : 암반층
102 : 천공 홀 110 : 지중 파일
120 : 마이크로 파일 관 130 : 봉
150 : 굴착장치 152 : 굴착용 비트
154 : 그라우트재 분사용 노즐 156 : 고압수 분사용 노즐

Claims (11)

  1. 선단에 굴착용 비트가 장착된 굴착장치에 의해 지반을 굴착하여 천공 홀을 형성하는 굴착단계와;
    상기 천공 홀 주변 지중에, 굴착장치의 둘레부에 형성된 그라우트재 분사용 노즐로부터 그라우트재를 상기 천공 홀의 둘레벽면을 향하여 고압으로 분사하여, 지중 파일을 구축하는 지중 파일 구축 단계와;
    상기 천공 홀에 마이크로 파일 관을 설치하는 마이크로 파일 관 설치단계와;
    상기 마이크로 파일 관의 내부에 봉을 삽입하고, 그라우트재를 주입하여 심을 구축하는 심 구축 단계를 포함하고,
    상기 굴착 단계, 마이크로 파일 관 설치 단계 및 지중 파일 구축 단계는 동시에 진행되는 마이크로 파일 공법.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 지중 파일 구축 단계시 그라우트재 분사 압력은 상기 심 구축 단계시 그라우트재 주입 압력보다 고압인 마이크로 파일 공법.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 봉의 길이는 상기 천공 홀의 깊이와 동일한 마이크로 파일 공법.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 천공 홀은 상기 마이크로 파일 관의 길이보다 깊게 형성되는 마이크로 파일 공법.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 천공 홀은 토사층을 넘어 암반층까지 형성되고, 상기 지중 파일은 토사층까지 구축되는 마이크로 파일 공법.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 굴착 단계 전에 진행되어, 상기 천공 홀의 깊이방향을 향하여 고압수를 분사하는 고압수 분사단계를 더 포함하는 마이크로 파일 공법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 굴착단계는 선단에 굴착용 비트가 장착된 굴착장치에 의해 이루어지고;
    상기 고압수 분사단계는 상기 굴착용 비트의 심부에 형성된 고압수 분사용 노즐로부터 고압수가 분사됨으로써 이루어지는 마이크로 파일 공법.
  11. 청구항 9에 있어서,
    상기 굴착단계는 선단에 굴착용 비트가 장착된 굴착장치에 의해 이루어지고;
    상기 고압수 분사단계는 상기 굴착용 비트의 주위부에 형성된 고압수 분사용 노즐로부터 고압수를 분사함으로써 이루어지는 마이크로 파일 공법.
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