KR101131769B1

KR101131769B1 - 콘크리트 충전 말뚝을 이용한 교대의 시공방법

Info

Publication number: KR101131769B1
Application number: KR1020100010650A
Authority: KR
Inventors: 류제홍
Original assignee: 류제홍
Priority date: 2010-02-04
Filing date: 2010-02-04
Publication date: 2012-04-05
Also published as: KR20110090706A

Abstract

본 발명은 콘크리트 충전 말뚝을 이용한 교대의 시공방법에 관한 것으로서, (a) 대상지반의 지지층까지 중공의 말뚝을 항타하고 상기 말뚝의 내부를 굴착하는 단계; (b) 상기 말뚝의 내부를 상기 말뚝 상단으로부터 일정 깊이 만큼 비워둔 채로 콘크리트로 충전하여 콘크리트 충전 말뚝을 형성하는 단계; (c) 상기 말뚝의 두부 주위의 대상지반을 굴착하여 상기 말뚝에 연결되는 교좌부를 위한 터파기를 수행하는 단계; (d) 상기 말뚝의 두부와 상기 교좌부가 형성되는 위치에 철근을 배근하는 단계; 및 (e) 상기 철근이 배근된 위치에 콘크리트를 타설하여 상기 말뚝의 두부를 충전함과 동시에 콘크리트 구체로 이루어진 상기 교좌부를 형성하여, 상기 교좌부와 상기 말뚝이 상기 타설된 콘크리트에 의해 일체화된 교대를 완성하는 단계;를 포함하며, 본 발명에 따르면 배면 토압을 감소시키고 사용되는 콘크리트의 양을 줄여 공사비를 절감하며 공기를 단축시킬 수는 교대 시공방법을 제공할 수 있다.

Description

콘크리트 충전 말뚝을 이용한 교대의 시공방법{METHOD FOR CONSTRUCTING ABUTMENT USING CONCRETE FILLED TUBE}

본 발명은 콘크리트 충전 말뚝을 이용한 교대의 시공방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 구조적 안정성을 확보하면서 공기를 단축하고 콘크리트 사용량을 줄여 공사비를 절감시킬 수 있는 콘크리트 충전 말뚝을 이용한 교대의 시공방법에 관한 것이다.

교대란 일반적으로 교량의 양 끝에 있는 지지대로서 상부에서 가해지는 수직 및 수평 하중을 지반에 전달하는 동시에 배후에서 발생하는 토압에 저항하는 역할을 하는 교량의 구조물을 일컫는다.

LH공사(구 토지공사)에서 1985년부터 2008년까지 기 건설되었거나 건설중인 교량의 개소수는 대략 764개소로 단지 내 소교량이 매우 많음을 알 수 있다. 이들 교량중 대부분은 단지 내 소하천을 횡단하는 교량으로 하천설계기준의 개정으로 하천제체 내에는 구조물을 설치하지 않도록 규정되어 있어 과거 제외지 끝에 교대를 설치하여 교량연장을 최소화하는 것이 불가능해진 실정이다. 또한 택지개발이나 신도시개발의 특성상 단지 내 또는 지구외 연결 교량의 경우 택지조기공급에 따른 간선시설 조기 건설 요구로 공기단축의 압박을 심하게 받고 있어 철근콘크리트 교대의 공기를 감안하면, 공기 단축을 위한 방안이 절실하다.

도 5는 종래의 철근 콘크리트 교대(1)의 일 예를 도시한 도면이다.

상기 교대(1)는 크게 기초부(2), 상기 기초부로부터 상향으로 연장 형성된 구체부(3), 상기 구체부의 상부에 형성되며 상부구조(7)가 안착되는 교좌부(5), 및 상기 구체부(3)의 양측으로부터 연장된 날개부(6)를 포함하여 이루어진다. 그리고, 기초부(2)에는 대상지반의 지지층과 상기 교대를 연결시키는 파일(4)이 설치되어 상기 교대를 지반에 고정시킨다.

이러한 교대는 통상 철근콘크리트 구조물로서 시공하게 되는데, 철근을 배근하고 거푸집을 이용하여 콘크리트를 타설함으로써 시공하는 것이 일반적이다.

하지만, 이와 같이 구성되는 종래의 교대는,

첫째, 배면토압을 지지해야 하므로 교대의 구체부를 소형으로 설계하기 어렵고,

둘째, 교대를 설치하기 위해 다량의 제방을 터파기 함으로써 토공량이 증가하고 이는 제방의 안전성을 위협하는 요인이 되며,

셋째, 교대를 시공하기 위한 철근콘크리트의 타설 및 양생으로 공기를 단축시키기 어렵고, 사용되는 콘크리트의 양에 따른 공사비의 절감에 한계가 있다는 문제점이 있었다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 가해지는 배면 토압을 감소시키고 사용되는 콘크리트의 양을 줄여 공사비를 절감하며 공기를 단축시킬 수 있는 콘크리트 충전 말뚝을 이용한 교대의 시공방법을 제공하는 것이다.

본 발명은 상기 과제를 달성하기 위하여,

(a) 대상지반의 지지층까지 중공의 말뚝을 항타하고 상기 말뚝의 내부를 굴착하는 단계;

(b) 상기 말뚝의 내부를 상기 말뚝 상단으로부터 일정 깊이 만큼 비워둔 채로 콘크리트로 충전하여 콘크리트 충전 말뚝을 형성하는 단계;

(c) 상기 말뚝의 두부 주위의 대상지반을 굴착하여 상기 말뚝에 연결되는 교좌부를 위한 터파기를 수행하는 단계;

(d) 상기 말뚝의 두부와 상기 교좌부가 형성되는 위치에 철근을 배근하는 단계; 및

(e) 상기 철근이 배근된 위치에 콘크리트를 타설하여 상기 말뚝의 두부를 충전함과 동시에 콘크리트 구체로 이루어진 상기 교좌부를 형성하여, 상기 교좌부와 상기 말뚝이 상기 타설된 콘크리트에 의해 일체화된 교대를 완성하는 단계;를 포함하는 콘크리트 충전 말뚝을 이용한 교대의 시공방법을 제공한다.

여기서, 상기 (b) 단계에서, 상기 일정 깊이는 실질적으로 1m 및 상기 말뚝의 외경값 중 최대값인 것이 바람직하다.

또한, 상기 말뚝이 상기 교좌부의 폭 방향으로 복수개 이격되어 설치되도록 상기 (a) 단계 및 상기 (b) 단계를 반복적으로 수행할 수 있다.

또한, 상기 (d) 단계에서 철근을 배근하는 방법은, 보강철근을 상기 말뚝의 두부에 삽입하고, 상기 보강철근이 상기 교좌부의 교좌면까지 연장되도록 배근하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 보강철근은 나선형으로 배근되어 있는 것이 바람직하다.

또한, 상기 (d) 단계에서 상기 철근을 배근하는 방법은, 환형판의 둘레에 형성된 관통홈에 U자형 보강철근을 끼워 상기 말뚝의 두부에 삽입하고, 상기 환형판을 상기 말뚝의 상단과 결합하여 상기 U자형 보강철근이 상기 말뚝의 두부로부터 상기 교좌부의 교좌면까지 연장되어 배열하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 (e) 단계에서 타설된 콘크리트가 양생된 이후, 상기 교좌부 상에 교좌장치를 이용하여 상부구조를 거치하는 단계를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 말뚝의 중심 축선과 상기 교좌장치의 중심 축선이 서로 일치하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 콘크리트 충전 말뚝을 이용한 교대는 말뚝의 항타 기간 및 콘크리트 구체의 타설 등에 최소의 기간이 소요되므로 종래의 철근콘크리트 교대에 비해 공기 단축 효과가 매우 뛰어나다.

또한, 콘크리트 충전 말뚝에는 대부분 압축력만 작용하므로, 철근콘크리트 교대 설계 시 대부분을 차지하는 배면 토압이 발생하지 않는다. 그리고, 철근콘크리트 교대와 비교시 구체공사를 위한 콘크리트량이 불필요해짐에 따라 공사비가 매우 절감되는 장점이 있다.

아울러, 도로의 임시개통 등 긴급한 공사가 필요할 경우 교대를 우선 시공하고 상부구조를 가설교량 형식으로 운용한 후, 상부구조의 완성 후에도 상기 교대를 활용할 수 있으므로, 가설교량의 설치 비용이 매우 절감된다.

나아가, 종래의 교대 공사를 위해서는 제방을 터파기 함으로써 토공량이 증가하고 제방 안전성에 문제가 발생하는 경우가 있었으나, 본 발명에 따른 교대 시공방법은 교량 공사시에도 제방을 자연상태로 유지함에 따라 자연친화적인 점을 살릴 수 있고, 하천제체의 안정성에도 유리하다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 시공방법에 의해 시공된 교대의 개략 구조도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 시공방법의 순서도를 나타낸 도면이다.
도 3a 내지 도 3f는 본 발명의 일 실시예에 따른 시공방법을 단계별로 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 시공방법에 의해 시공된 교량의 개략 구조도이다.
도 5는 종래 철근콘크리트 교대의 개략 구조도이다.

이하, 바람직한 실시예를 들어 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 그러나 이들 실시예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이에 의하여 제한되지 않는다는 것은 당업게의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 콘크리트 충전 말뚝을 이용한 교대의 시공방법에 의해 시공된 교대(100)를 도시한 도면이다.

본 발명에 따른 교대(100)는 크게 내부에 콘크리트가 충전된 말뚝(10)과 상기 말뚝의 두부에 연결형성된 교좌부(20)를 포함한다. 그리고, 상기 말뚝(10)의 두부와 상기 교좌부(20) 내부에는 서로 연결된 철근이 배근되어 연결부의 구조 강도가 보강된다. 여기서, 말뚝(10)은 중공의 강관인 것이 바람직하다.

중공의 말뚝(10) 내부에 콘크리트를 충전하게 되면, 콘크리트에 구속을 가해 콘크리트의 구속효과(confinement effect)를 얻을 수 있으며, 이로 인해 강관 내부에 충전된 콘크리트의 응력상태는 3축응력 상태에 가깝게 되어, 구조적 안정성을 극대화 할 수 있다.

따라서, 본 발명에 따라 시공된 교대(100)를 구성하는 콘크리트가 충전된 말뚝(10)은 도 4에 도시된 종래의 교대에서 구체부(3), 기초부(2) 및 기둥(4)의 역할을 동시에 수행할 수 있게 된다. 여기서, 상기 말뚝은 도 1에 도시된 바와 같이 교좌부(20)의 폭 방향으로 복수개가 이격되게 구비되는 것이 바람직하다.

즉, 교좌부(20) 하부에 콘크리트 구체로 형성된 구체부 또는 기초부를 형성하지 않고서도 하나 이상의 콘크리트가 충전된 말뚝(10)이 이들의 역할을 충분히 대신할 수 있는 것이다.

이와 같이 구성되는 교대(100)는, 대상지반의 토공량을 최소화할 수 있으며, 배면 토압을 거의 받지 않는다. 그리고, 콘크리트 양을 줄여 공사비를 절감시킬 수 있을 뿐 아니라, 콘크리트 양생에 필요한 시간을 줄여 공기를 더욱 단축시킬 수 있다.

이하에서는 도 1에 도시된 콘크리트 충전 말뚝을 이용한 교대(100)의 시공방법을 각 단계별로 설명하고자 한다.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 콘크리트 충전 말뚝을 이용한 교대(100)의 시공방법은, 대상지반의 지지층까지 중공의 말뚝을 항타하고 상기 말뚝의 내부를 굴착하는 단계(S10); 상기 말뚝의 내부를 상기 말뚝 상단으로부터 일정 깊이 만큼 비워둔 채로 콘크리트로 충전하여 콘크리트 충전 말뚝을 형성하는 단계(S20); 상기 말뚝의 두부 주위의 대상지반을 굴착하여 상기 말뚝에 연결되는 교좌부를 위한 터파기를 수행하는 단계(S30); 상기 말뚝의 두부와 상기 교좌부가 형성되는 위치에 철근을 배근하는 단계(S40); 및 상기 철근이 배근된 위치에 콘크리트를 타설하여 상기 말뚝의 두부를 충전함과 동시에 콘크리트 구체로 이루어진 상기 교좌부를 형성하여, 상기 교좌부와 상기 말뚝이 상기 타설된 콘크리트에 의해 일체화된 교대를 완성하는 단계(S50)를 포함한다.

도 3a 내지 도 3f를 참조하여 상술한 시공방법을 단계별로 설명하면 다음과 같다.

도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 말뚝항타 및 내부굴착 단계(S10)를 도시한 도면이다.

본 발명에 사용되는 말뚝(10)은 중공의 강관인 것이 바람직하며, 설치되는 교량의 크기 또는 대상 지반의 조건에 따라 말뚝의 직경, 두께 또는 길이는 변경될 수 있다.

대상지반(G)으로의 말뚝의 항타는 통상적으로 현장타설 말뚝항타기를 이용하여 말뚝을 대상지반(G)의 지지층(B) 까지 항타하여 지지력을 확보한다.

또한, 말뚝 내부를 콘크리트로 충전시키기 위해 말뚝의 내부 굴착이 이루어지며, 이를 위해 고압의 분출수를 이용할 수 있다.

말뚝을 대상지반의 지지층까지 항타하고, 말뚝 내부를 굴착한 후 콘크리트로 말뚝의 내부를 충전하는 단계가 수행된다(S20).

도 3b를 참조하면, 말뚝 내부의 콘크리트(C)의 충전은, 말뚝 두부에 철근을 배근하기 위해 말뚝 상단으로부터 일정 깊이(h)만큼 비워둔 채로 이루어지는 것이 바람직하다.

여기서, 상술한 깊이(h)는 후술할 교좌부(20)와의 관계에서 말뚝(10)의 두부가 고정단이 되도록 하기 위해, 실질적으로 1m 및 상기 말뚝의 외경값 중 최대값인 것이 바람직하다. 만약, 상기 깊이(h)가 1m 또는 말뚝의 외경에 미치지 못한다면 말뚝의 두부가 교좌부에 대해 고정단이 될 수 없으므로, 구조적으로 불안정해 진다. 따라서, 상기 깊이(h)가 실질적으로 1m 만큼 되도록 말뚝의 일부를 비워둔 채로 콘크리트를 충전시키거나, 만약 말뚝의 외경이 상술한 깊이보다 더 크다면 적어도 말뚝의 외경 만큼 비워둔 채로 콘크리트를 충전시킨다.

상술한 말뚝 항타 및 내부 굴착 단계(S10) 및 말뚝 충전(S20) 단계는 도 1에 도시된 바와 같이, 말뚝이 교좌부(20)의 폭 방향으로 복수개 이격되어 설치되도록 반복 수행될 수 있다. 말뚝의 설치 개수 및 그 간격은 이 분야의 통상의 지식을 가진 자가 교량의 설계 조건 및 대상지반의 조건에 따라 적절히 설계하여 결정할 수 있다.

다음으로, 상기 말뚝(10)에 연결되며 교량의 상부구조가 거치될 교좌부를 위한 대상지반의 터파기를 수행한다(S30).

터파기 단계(S30)는 교좌부(20)를 위한 거푸집을 설치하는 공간을 확보하는 공정이다. 도 3c를 참조하면, 본 발명에 따른 터파기 단계(S30)는 종래의 경우와 달리 대상지반(G)의 일부에서만 이루어지며, 따라서 터파기 토공량(V)을 종래에 비해 획기적으로 감소시킬 수 있어 환경 친화적인 이점을 제공할 수 있다.

터파기 단계가 완료되면, 상기 말뚝(10)의 두부와 교좌부(20)가 형성되는 위치에 철근을 배근한다(S40).

도 3d에는 본 발명의 일 실시예에 따라 말뚝의 두부 및 교좌부가 형성될 위치에 철근을 배근하는 방법의 일 예가 도시되어 있다.

도 3d의 (a)에 도시된 바와 같이, 보강철근을 나선형으로 배근한 나선철근(11a)을 말뚝의 두부에 삽입하고, 이 나선철근을 교좌부(20)의 교좌면(21)까지 연장시켜 철근을 배근한다. 이 때, 보강철근이 말뚝에 삽입되는 길이는 말뚝 두부의 깊이(h), 즉 실질적으로 1m 및 말뚝의 외경 중 최대값과 동일한 것이 바림직하다. 이와 같이 보강철근을 교좌부의 교좌면까지 연장하게 되면 보강철근으로 인해 말뚝이 교좌면까지 연결되는 효과가 생기고, 보강철근으로 인해 콘크리트에 구속효과가 발생하여 강도가 증가될 뿐 아니라, 교좌면으로부터의 상부반력이 말뚝에 효과적으로 전달되어 구조적 안정성을 확보할 수 있다.

상술한 나선철근(11a) 이외에도 교좌부가 형성될 공간에는 다수개의 보강철근(12)이 격자형으로 배근될 수 있다.

말뚝의 두부 및 교좌부가 형성될 위치에서 철근의 배근 방법은 도 3d의 (b) 및 (c)와 같이 이루어질 수도 있다. 즉, 이 배근방법은 U자형 보강철근(11b)과 환형판(13)을 이용하여 배근된 철근과 말뚝을 결합시키는 방법이다.

즉, 환형판(13)의 둘레에 형성된 관통홈(15)에 U자형 보강철근(11b)을 복수개 삽입하여 고정하고, 환형판을 상기 말뚝의 상단과 결합하여 상기 U자형 보강철근이 상기 말뚝의 두부로부터 상기 교좌부의 교좌면까지 연장되도록 배열하는 것이다. 이 경우, 환형판의 보강을 위해 보강판(14)이 십자형으로 환형판 내부에 부착될 수 있다. 이와 같은 배근 방법은 환형판을 통해 배근되는 보강철근이 말뚝에 연결 설치되므로, 교대의 구조적 강성을 더욱 증대시킬 수 있다.

배근이 완료되면, 배근된 위치에 콘크리트를 타설하여 교대를 완성한다(S50). 즉, 거푸집 내부로 콘크리트를 타설하여 말뚝의 두부를 충전함과 동시에 콘크리트 구체로 이루어진 교좌부(20)를 형성하여, 교좌부와 말뚝이 타설된 콘크리트 및 배근된 철근에 의해 일체화된 교대가 완성된다.

교좌부(20)는 교좌면(21)을 갖는 베이스부(22)와 상기 베이스부로부터 상향으로 연장되어 배면 토압을 지지하는 측벽부(23)를 구비하도록 단면이 "L"자형인 것이 바람직하다.

교좌부(20)는 배면토사를 막아주는 역할을 하고, 말뚝 두부를 연결해 줌으로써 말뚝 두부의 과도한 변위를 방지할 수 있다.

교좌부(20)는 콘크리트가 충전된 말뚝의 두부 일부가 삽입되도록 형성되는 것이 바람직하며, 말뚝의 두부가 상기 교좌부에 삽입되는 길이는 대략 10cm 정도인 것이 바람직하다.

교좌부와 말뚝을 포함하는 교대가 완성된 이후, 도 3f에 도시된 바와 같이 교좌면에 교좌장치(31)를 설치하고 상부구조(30)를 거치하는 단계가 더 수행될 수 있으며, 이를 통해 완성된 교량의 모습을 도 4에 도시하였다. 여기서 설명되지 않은 도면부호 "40"은 교각을 나타낸다.

상부구조를 교좌장치를 이용하여 교좌부에 거치할 때, 말뚝의 중심 축선과 교좌장치(31)의 중심 축선이 서로 일치하도록 하여 오정렬에 따른 편심 발생을 최소화시키도록 한다.

본 발명의 단순한 변형 또는 변경은 모두 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 용이하게 실시될 수 있으며, 이러한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 영역에 포함되는 것으로 볼 수 있다.

Claims

(a) 대상지반의 지지층까지 중공의 말뚝을 항타하고 상기 말뚝의 내부를 굴착하는 단계;
(b) 상기 말뚝의 내부를 상기 말뚝 상단으로부터 일정 깊이 만큼 비워둔 채로 콘크리트로 충전하여 콘크리트 충전 말뚝을 형성하는 단계;
(c) 상기 말뚝의 두부 주위의 대상지반을 굴착하여 상기 말뚝에 연결되는 교좌부를 위한 터파기를 수행하는 단계;
(d) 상기 말뚝의 두부와 상기 교좌부가 형성되는 위치에 철근을 배근하는 단계; 및
(e) 상기 철근이 배근된 위치에 콘크리트를 타설하여 상기 말뚝의 두부를 충전함과 동시에 콘크리트 구체로 이루어진 상기 교좌부를 형성하여, 상기 교좌부와 상기 말뚝이 상기 타설된 콘크리트에 의해 일체화된 교대를 완성하는 단계;를 포함하는 콘크리트 충전 말뚝을 이용한 교대의 시공방법.
제1항에 있어서,
상기 (b) 단계에서, 상기 일정 깊이는 실질적으로 1m 및 상기 말뚝의 외경값 중 최대값인 것을 특징으로 하는 콘크리트 충전 말뚝을 이용한 교대의 시공방법.
제1항에 있어서,
상기 말뚝이 상기 교좌부의 폭 방향으로 복수개 이격되어 설치되도록 상기 (a) 단계 및 상기 (b) 단계를 반복적으로 수행하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 충전 말뚝을 이용한 교대의 시공방법.
제1항에 있어서,
상기 (d) 단계에서 철근을 배근하는 방법은,
보강철근을 상기 말뚝의 두부에 삽입하고, 상기 보강철근이 상기 교좌부의 교좌면까지 연장되도록 배근하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 충전 말뚝을 이용한 교대의 시공방법.
제4항에 있어서,
상기 보강철근은 나선형으로 배근되어 있는 것을 특징으로 하는 콘크리트 충전 말뚝을 이용한 교대의 시공방법.
제1항에 있어서,
상기 (d) 단계에서 상기 철근을 배근하는 방법은,
환형판의 둘레에 형성된 관통홈에 U자형 보강철근을 끼워 상기 말뚝의 두부에 삽입하고, 상기 환형판을 상기 말뚝의 상단과 결합하여 상기 U자형 보강철근이 상기 말뚝의 두부로부터 상기 교좌부의 교좌면까지 연장되어 배열하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 충전 말뚝을 이용한 교대의 시공방법.
제1항에 있어서,
상기 (e) 단계에서 타설된 콘크리트가 양생된 이후, 상기 교좌부 상에 교좌장치를 이용하여 상부구조를 거치하는 단계를 더 포함하는 콘크리트 충전 말뚝을 이용한 교대의 시공방법.
제7항에 있어서,
상기 말뚝의 중심 축선과 상기 교좌장치의 중심 축선이 서로 일치하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 충전 말뚝을 이용한 교대의 시공방법.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따라 시공된 콘크리트 충전 말뚝을 이용한 교대.