KR101214375B1 - 백호 진동다짐 팽이말뚝기초 공법 - Google Patents

Abstract

구조설계를 하는 과정에서 접하는 기초 지반 중에는 직접기초로 설계하기에는 지내력이 부족하고 말뚝을 박기에는 부담스러운 연약지반이 많다. 이 같은 지반을 보강하는 재래 전통 방법은 지반치환이나 쇄석다짐인데 최근 이를 공업화한 것이 팽이말뚝기초다. 팽이말뚝기초는 그 어떤 첨단이론으로 설명한다고 해도 상기 지반치환이나 쇄석다짐 공법과 다름없이 지반보강 범위가 팽이말뚝기초 하단까지의 연약지반을 팽이말뚝 상호간의 사이 빈 공간을 쇄석으로 채우는 것 이상의 효과는 기대할 수 없다. 그럼에도 불구하고 팽이말뚝기초의 지반보강 효과가 지대한 것처럼 오해하는 근본적인 이유는 [도 3]과 같이 평판재하시험으로 지내력을 평가할 때의 지압판이 팽이말뚝기초 평면의 일부에만 얹히도록 하여 실제 연약지반에서의 지압면적이 크게 늘어나는데 기인하는 것이다[도 4]. 그러므로 지반보강 최하단 직하의 지내력보다 큰 상재하중이 광범위하게 등분포될 경우는 팽이말뚝기초의 지반보강효과를 기대할 수 없고 넓은 바닥에 소규모 집중하중이 간헐적으로 작용하는 용도의 건축물에서만 유용한 것이다.

또한 일반적으로 연약지반의 굴토표면은 직하 원지반 보다는 교란되어 있는 것이 대부분이며 그 부분에 물기가 스며들면 더더욱 큰 침하의 요인이 되는데 상기 3종의 지반보강 공법들 모두는 굴토공사 과정에서 교란된 지반 사이사이에 보다 치밀한 다른 재료를 끼워 넣어 국부대량침하요인을 제거하는 효과가 있는 것으로 평가할 수 있다. 그런데 상기 3종의 지반보강 공법 중에서는 팽이말뚝기초 공법이 가 장 비싸므로 이에 대응하는 보다 합리적이고 간단한 방법으로 백호 진동다짐 팽이말뚝기초 공법을 제시한다. 백호 진동다짐 팽이말뚝기초의 또 다른 장점은 백호를 활용하여 연약지반을 팽이형태로 다지는 과정에서 느슨한 원지반의 밀도를 증가시켜 다소나마 지내력을 증대시키는 효과도 기대할 수 있는 것이다.

백호 진동다짐 팽이말뚝기초 공법은 보강지정레벨에 모래, 쇄석을 깔고 백호에 부착한 팽이폼을 [도 1]에 표시된 시공순서에 따라 ㄹ형으로 진동 다짐하여 팽이형태의 공간을 조성하면서 거기에 모래+쇄석 또는 콘크리트를 채우고 나서 그 위에 일정두께의 콘크리트를 더 부어넣은 것이다. 상기 방법으로 조성한 백호 진동다짐 팽이말뚝기초 위에 철근콘크리트 기초공사를 하는 것은 일반 공법과 동일하다.

Description

백호 진동다짐 팽이말뚝기초 공법{Backhoe Vibrating Method of Top Pile Foundation}

서해안과 남해안의 일부 임해지역을 제외한 대부분의 국내 지반은 연약지반 지층의 두께가 별로 두껍지 않은 편이다. 따라서 층수가 많지 않은 건물의 기초방식으로 말뚝을 박지 않고 연속기초나 매트기초 등 기초 저면적 확대방법을 적용할 수가 있다. 이 때 가장 기본이 되는 것은 우선 기초공사를 위하여 굴토한 바닥이 곤죽이 되지 않도록 조치를 취해야 작업자의 출입이 가능해 지는데 이런 지반에 대책 없이 직접기초 공사를 강행하는 것은 불안하기도 하지만 공사의 질적 저하와 아울러 실제로도 기초의 장기침하량이 커지는 원인이 된다. 연약지반 뿐만 아니라 암반이라고 해도 굴토면은 원지반보다 연약해지는데 그 원인이 지반교란이다. 특히 교란된 연약지반 굴토면에 물이 스며들면 지내력을 기대할 수 없을 정도의 곤죽이 되고 만다. 그래서 이를 걷어내면 그 하부가 또다시 곤죽으로 변하는 악순환이 계속되는 것이다. 따라서 상기와 같은 연약지반은 배수를 병행하면서 굴토 하자마자 경질재료로 채워줘야 한다.

상기 공법에서 가장 보편화된 것은 연약지반의 기초 바닥면 밑을 더 걷어내 고 그 자리에 양질의 토사를 채우는 지반치환방식과 쇄석다짐이 보편화 된 전통적인 재래식 지반보강공법이다. 이렇게 하면 치환한 양질의 토사나 다짐한 쇄석지정의 두께와 이들의 내부마찰각의 크기에 따라 그 지정 위에 작용하는 집중하중을 하부 연약지반에 전달하는 면적이 커지는 효과가 있다. 또한 상기 공법은 연약지반 굴토면에 양질의 토사 또는 이보다 치밀하고 마찰각이 큰 다른 재료를 끼워넣는 효과가 있으므로 국부대량침하요인이 제거된다고 평가할 수 있다.

팽이말뚝기초는 위 지반치환과 쇄석다짐 방법을 공업화한 것인데 팽이말뚝의 크기가 쇄석보다는 크므로 팽이말뚝 상호간의 사이에 채우는 쇄석과의 마찰내력이 커서 상재하중 분산 능력이 다소 큰 장점이 있는 반면 공사비가 올라가는 단점이 있다. 그런데 팽이말뚝기초의 지반보강효과가 지대한 것처럼 오해하는 근본적인 이유는 [도 3]과 같이 평판재하시험으로 지내력을 평가할 때의 지압판이 팽이말뚝기초 평면의 일부에만 얹히도록 하여 실제·연약지반에서의 지압면적이 크게 늘어나는데 기인하는 것이다. 그러므로 지반보강 최하단 직하의 지내력보다 큰 상재하중이 광범위하게 등분포될 경우는 팽이말뚝기초의 지반보강효과를 기대할 수 없고 넓은 바닥에 소규모 집중하중이 간헐적으로 작용하는 용도의 건축물에서만 유용한 것이다.

팽이말뚝기초공법은 시공 편의상 압입식, 거치식 및 용기 거치식 등 몇 가지 다른 방법을 활용하고 있다[도 2]. 상기 압입식과 거치식의 팽이말뚝은 공장제작 팽이말뚝을 사용하는 것인데 말뚝부를 땅에 박아 시공하는 것이 압입식이고 박지 않고 그대로 얹어서 시공하는 것이 거치식이다. 또한 용기 거치식은 합성수지로 제 작한 팽이 형태의 영구거푸집을 땅에 박지 않고 그대로 얹은 상태에서 콘크리트를 현장타설 하는 방법이다.

팽이말뚝기초의 시공 방법은 압입식이든 거치식이든 불문하고 팽이말뚝 상호간의 빈 공간에 쇄석을 다져 넣는 작업을 해야 한다. 그런데 팽이 몸체의 각도가 45°라고 해도 팽이말뚝이 설치되어 있는 상태에서 쇄석을 팽이말뚝 몸체 하부에 밀실하게 다져넣는 작업이 어려운 일이며 이는 후에 기초 침하의 원인이 된다. 또한 팽이말뚝기초의 원래 시공 방법은 말뚝부위를 땅에 박는 압입식임에도 불구하고 시공 편의상 거치식을 적용하는 것은 말뚝부위 삽입으로 얻을 수 있는 연약지반 횡다짐 효과를 포기하는 것이어서 아쉬운 일이며 또한 거치식은 말뚝부위 높이만큼 쇄석다짐량이 증가하는 단점이 있다.

따라서 팽이말뚝을 압입하는 효과를 활용하면서도 간편하며 원지반 다짐효과가 확실한 방법, 또한 공장제작 팽이말뚝을 현장 반입하는 어려움을 해소하는 방법이 필요하다.

팽이말뚝을 공사현장 제자리말뚝으로 시공하되 별도 거푸집이 불필요한 방법을 적용한다. 보강하고자 하는 지반 대부분은 점토질이어서 물기를 머금고 있으면 잘 다져지지 않는 경향이 있으므로 팽이폼으로 잘 다져질 수 있도록 다지기 작업을 하기 전에 잡석을 깔아두기로 한다. 강판 또는 강봉을 사용하여 팽이 형태로 제작한 팽이폼을 백호에 부착하여 지반의 지내력의 크기에 따라 진동다짐 시간을 조정하여 팽이말뚝의 형태의 제자리거푸집인 팽이기초공(팽이 형태로 파인 구덩이)을 조성할 수 있다.

백호에 장착한 팽이폼으로 연약지반을 진동다짐 하면 수평상태를 유지하던 원지반에 팽이 형태의 구멍만큼 주변 땅이 다져지는 효과가 있다. 땅이 다져지면 흙의 밀도가 커지는 만큼 지내력이 상승한다.

기존 팽이말뚝기초는 공장에서 제작한 팽이 형태의 콘크리트 덩어리나 합성수지 거푸집에 콘크리트를 현장타설한 팽이들 사이에 쇄석을 다져넣는 작업을 해야 하는데 그 쇄석다짐작업의 신빙성에 의심이 가지만 본 진동다짐은 그같은 불확실 요인이 없으므로 확실한 다짐 효과를 기대할 수 있다.

도 1은 본 발명의 백호 진동다짐 팽이말뚝기초 공법에 의하여 시공된 팽이말뚝기초의 평면도와 단면도이다.
본 발명의 백호 진동다짐 팽이말뚝기초 공법은 (a) 보강하고자 하는 지반을 기초 저면 아래로 굴토하는 단계; (b) 굴토한 굴토면에 잡석을 투입하여 까는 단계; (c) 상기 잡석이 깔린 굴토면에 백호 단부에 부착된 상광하협 형태의 팽이폼을 삽입하여 진동다짐함으로써, 상광하협 형태의 팽이기초공을 조성하는 단계; (d) 상기 팽이기초공에 콘크리트 또는 쇄석, 모래 혼합물을 다져 넣는 단계; 및 (e) 상기 콘크리트 또는 쇄석, 모래 혼합물이 채워진 팽이기초공의 인접한 위치에 (c) 단계 및 (d) 단계를 반복하여 복수의 팽이기초공을 조성하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 보강하고자 하는 지반의 기초 저면보다 15cm 정도 아래로까지 굴토를 한 후((a) 단계), 10cm 정도 두께로 잡석을 깔고 나서((b) 단계), 팽이폼을 부착한 백호로 진동 다짐하여 상광하협의 팽이 형태 구멍인 팽이기초공이 조성되면((c) 단계), 팽이기초공에 콘크리트 또는 쇄석+모래를 다져 넣는 순서로 이루어진다((d) 단계). 상기 작업을 평면상 ㄹ형으로 연이어서 시행하면 [도 1]에서와 같이 팽이말뚝기초 또는 팽이말뚝지정이 조성된다((d) 및 (e) 단계).
상기 채우는 콘크리트나 쇄석의 상단 위치는 기초 저면까지로 한다. 상기 팽이기초공이 조성되는 대로 콘크리트나 쇄석을 다져넣는 이유는 빈 팽이기초공을 방치한 채로 바로 옆을 팽이폼으로 진동다짐하면 먼저 조성된 팽이기초공이 손상될 수 있기 때문이며 콘크리트나 쇄석다짐 한 바로 옆을 팽이폼으로 진동 다짐하는 진동은 먼저 다져넣은 콘크리트나 쇄석의 간접 다짐효과도 기대할 수 있다. 다만 토질의 상태에 따라 상기 팽이폼으로 진동 다짐하는 과정에서 주변 땅이 위로 솟아오르는 경향이 있을 수 있으므로 사전 시험다짐을 한 후 그 솟아오르는 높이를 감안하여 굴토면 레벨을 정하여야 한다.

상기 방법으로 지반보강을 한 백호진동다짐 팽이말뚝기초는 [도 4]와 같이 원지반의 하중 지지면적을 증대시키는 효과가 있고 보강하지 않았을 경우 기초 직하 원지반교란 및 수분유입으로 인한 곤죽상태로 인한 침하요인을 제거하는 역할을 한다.

도 1은 본 발명의 백호 진동다짐 팽이말뚝기초 공법에 의하여 시공된 팽이말뚝기초의 평면도와 단면도이다.

도 2는 팽이말뚝기초의 종류를 도시하는 단면도이다.

도 3은 팽이말뚝기초의 내력판정을 위한 기존 평판재하시험 방법을 도시하는 평면도이다.

도 4는 팽이말뚝기초의 유효폭 결정 방법을 도시하는 단면도이다.

Claims (1)

1. 백호 진동다짐 팽이말뚝기초 공법에 있어서,

   (a) 보강하고자 하는 지반을 기초 저면 아래로 굴토하는 단계;

   (b) 굴토한 굴토면에 잡석을 투입하여 까는 단계;

   (c) 상기 잡석이 깔린 굴토면에 백호 단부에 부착된 상광하협 형태의 팽이폼을 삽입하여 진동다짐함으로써, 상광하협 형태의 팽이기초공을 조성하는 단계;

   (d) 상기 팽이기초공에 콘크리트 또는 쇄석, 모래 혼합물을 다져 넣는 단계; 및

   (e) 상기 콘크리트 또는 쇄석, 모래 혼합물이 채워진 팽이기초공의 인접한 위치에 (c) 단계 및 (d) 단계를 반복하여 복수의 팽이기초공을 조성하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 백호 진동다짐 팽이말뚝기초 공법.

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