KR101272190B1 - 현장타설 콘크리트 말뚝의 선단지지력 발현 확인과 선단지지력 보강을 위한 선단 가압장치, 이를 구비한 현장타설 콘크리트 말뚝 및 그 시공방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 현장타설 콘크리트 말뚝의 선단 가압장치와 이를 구비한 현장타설 콘크리트 말뚝, 그리고 그 시공방법에 관한 것으로서, 구체적으로는 현장타설 콘크리트 말뚝을 시공함에 있어서, 현장타설 콘크리트 말뚝의 지중공 저면 방향 선단에 구비되어, 그라우팅재를 현장타설 콘크리트 말뚝의 선단에 주입하여 경화시키고, 경화된 그라우팅재를 가압함으로써 현장타설 콘크리트 말뚝의 선단지지력을 보강함과 동시에 현장타설 콘크리트 말뚝이 설계하중 이상의 지지력을 발현하는지를 용이하게 확인할 수 있도록 하는 선단 가압장치와, 이를 구비한 현장타설 콘크리트 말뚝, 그리고 그 시공방법에 관한 것이다.

Description

현장타설 콘크리트 말뚝의 선단지지력 발현 확인과 선단지지력 보강을 위한 선단 가압장치, 이를 구비한 현장타설 콘크리트 말뚝 및 그 시공방법{Tip Pressure Device for Concrete Pile and Construction Method of Concrete Pile having Tip Pressure Device}

본 발명은 현장타설 콘크리트 말뚝의 선단 가압장치와 이를 구비한 현장타설 콘크리트 말뚝, 그리고 그 시공방법에 관한 것으로서, 구체적으로는 현장타설 콘크리트 말뚝을 시공함에 있어서, 현장타설 콘크리트 말뚝의 지중공 저면 방향 선단에 구비되어, 그라우팅재를 현장타설 콘크리트 말뚝의 선단에 주입하고, 주입된 그라우팅재를 지중공 저면 방향으로 가압하여 밀어냄으로써 현장타설 콘크리트 말뚝의 선단지지력을 보강함과 동시에 현장타설 콘크리트 말뚝이 설계하중 이상의 지지력을 발현하는지를 용이하게 확인할 수 있도록 하는 선단 가압장치와, 이를 구비한 현장타설 콘크리트 말뚝, 그리고 그 시공방법에 관한 것이다.

현장타설 콘크리트 말뚝(이하, "현장타설 말뚝"이라 약칭함)은, 지중공에 타설 된 콘크리트와 지중공의 지반 간의 주변마찰력과, 콘크리트 선단(지반 방향의 단부)에서의 지반 지지력에 의해, 말뚝 상부에 재하되는 하중을 지반으로 전달하게 된다.

현장타설 말뚝의 설치를 위한 지중공을 천공하는 과정에서 슬라임 등이 지중공에 존재하게 되고, 이러한 슬라임 등으로 인하여 지중공의 저면(현장타설 말뚝의 선단부분 지반)은 견고하지 않은 상태가 된다. 즉, 슬라임 등의 존재로 인하여 지중공의 저면은 그 지반이 무른 상태가 되므로, 현장타설 말뚝에 하중이 재하되더라도 말뚝의 선단지지력이 즉시 발현되지 않는다. 이와 같이 현장타설 말뚝의 선단지지력은 주변마찰력과는 시차를 두고 발현되는 특성을 가지고 있음에도 불구하고 현장타설 말뚝을 설계할 때에는 주변마찰력과 선단지지력을 합하여 현장타설 말뚝의 강도를 산정하게 되는바, 현실과 이론에 상당한 괴리가 있는 상황이다.

현장타설 말뚝을 시공한 후에는, 현장타설 말뚝이 설계된 것과 동등하거나 또는 그보다 더 큰 지지력을 발현하는지를 판단하기 위한 현장타설 말뚝의 지지력 적합시험(예를 들면, 하중 재하시험 등)을 수행하게 된다. 현장타설 말뚝의 두부에 상부로부터 시험 하중을 가하면서 현장타설 말뚝이 정상 상태를 유지하는지를 확인함으로써, 현장타설 말뚝에 가해진 시험 하중이 해당 현장타설 말뚝의 설계 지지력 이상이 되는지의 여부를 확인하게 된다. 즉, 현장타설 말뚝의 설계 지지력 이상이 되는 하중을 가해도 현장타설 말뚝이 정상 상태를 유지하게 되면, 현장타설 말뚝이 설계지지력 이상을 발휘한 것으로 보아, 정상 시공된 현장타설 말뚝으로 판정하게 되는 것이다. 현장타설 말뚝이 정상상태를 유지하는지는, 현장타설 말뚝에 매립되는 철근망에 스트레인 게이지를 부착하는 등의 방법을 통해서, 미리 현장타설 말뚝 내에 변형 측정센서를 매설해두어 현장타설 말뚝의 변형률을 정확하게 측정하거나 또는 현장타설 말뚝의 수직 변위량을 LVDT 등의 변위 측정 장치로 측정하는 등의 방법으로 확인하게 된다.

그러나 시공된 현장타설 말뚝이 설계 지지력 이상의 지지력을 발휘하는 지를 판단하는 지지력 적합 시험을 수행하기 위해서는 위와 같이 현장타설 말뚝의 두부에 상부로부터 시험 하중을 가해야 하며, 이를 위해서는 하중을 가할 수 있는 장치를 현장타설 말뚝 상부에 설치해야 하는데, 이러한 하중 재하 장치 설치에는 많은 비용과 시간이 소요된다.

특히, 이러한 현장타설 말뚝의 지지력 적합 시험은, 단지 현장타설 말뚝이 발휘하는 지지력이 설계된 값 이상 인지의 여부만을 확인하는 것임에도 불구하고, 시험 하중을 현장타설 말뚝의 두부에서 시험 하중을 가하기 위한 설비 등에 너무 많은 비용과 시간이 소요되어 말뚝 시공의 경제성을 악화시키는 원인이 되고 있다.

본 발명은 위와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 개발된 것으로 구체적으로는, 현장타설 말뚝을 시공함에 있어서 현장타설 말뚝의 시공완료 즉시 선단지지력이 발휘될 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.

또한 본 발명은 지중공 저면의 지반면에 대한 보강을 통하여 현장타설 말뚝의 선단지지력을 더 증대시킴과 동시에, 하중을 현장타설 말뚝의 상부로부터 재하하지 않고서도 현장타설 말뚝의 지지력 적합 시험을 수행할 수 있도록 함으로써, 그에 소요되는 비용과 시간을 절감할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에서는 위와 같은 목적을 달성하기 위하여, 현장타설 콘크리트 말뚝의 지중공 저면 방향 선단에 구비되는 선단 가압장치로서; 상판, 상기 상판과 일체로 결합되는 관 형태의 수직부재, 및 탄성연결부재에 의해 상기 수직부재와 연결되어 상기 수직부재의 단면을 폐쇄하는 가압판부재를 포함하여 구성되고; 상기 상판에는 채움재가 주입되는 채움재 주입구가 형성되어 있으며; 상기 수직부재는 선단 그라우팅재가 주입되는 측면 주입공이 형성되어 있고; 상기 상판과 수직부재와 탄성연결부재와 가압판부재에 의해 만들어지는 공간은 밀폐된 내부 공간이 되고, 상기 가압판부재의 외면과 수직부재에 의해 만들어진 공간은 지중공의 저면 방향으로 개방되어 있는 외측 공간이 되며; 상기 상판 위로 콘크리트가 타설되어 말뚝이 형성된 상태에서, 선단 그라우팅재가 측면 주입공을 통해서 외측 공간에 채워지고, 채움재가 채움재 주입구를 통해서 내부 공간에 채워지면서 상기 가압판부재가 상기 선단 그라우팅재를 지중공의 저면 방향으로 밀어내어 가압함과 동시에 상판 위의 콘크리트에도 상승압력이 작용하게 하여, 현장타설 콘크리트 말뚝의 선단지지력이 발현되도록 하고, 선단지지력의 발현을 확인할 수 있게 하는 것을 특징으로 하는 현장타설 콘크리트 말뚝의 선단 가압장치가 제공된다.

이러한 본 발명의 선단 가압장치에서, 상기 가압판부재의 하면에는, 수직부재에 의해 둘러싸여 있는 내부공간의 단면 전부를 가로막을 수 있는 크기의 그라우팅재 침투방지판이 더 구비되어 있어, 상기 외측공간에 선단 그라우팅재가 채워진 상태에서 선단 그라우팅재의 상면은 상기 그라우팅재 침투방지판과 접하게 되고, 탄성연결부재가 선단 그라우팅재에 닿지 않게 되는 구성을 가질 수도 있으며, 이 경우 상기 탄성연결부재는 확장이 가능한 주름 부재로 구성될 수 있다.

한편, 본 발명에서는 지중공 내에는 말뚝 보강용 철근이 배치되어 있고, 상기 말뚝 보강용 철근의 하단에는 상기한 선단 가압장치가 위치하고 있어, 지중공의 저면을 마주하도록 상기 선단 가압장치가 배치된 상태로 상기 말뚝 보강용 철근이 콘크리트에 매립되어 형성되는 구성을 가지는 것을 특징으로 하는 현장타설 콘크리트 말뚝이 제공된다.

또한 본 발명에서는 지반을 천공하여 말뚝 시공용 지중공을 형성하는 단계; 상기한 구성의 선단 가압장치를, 지중공에 삽입하여 상기 지중공의 저면에 설치하고, 상기 선단 가압장치의 상부로는 말뚝 보강용 철근을 지중공에 삽입 설치하는 단계; 상기 지중공에 콘크리트를 타설하여 상기 상판 위쪽의 지중공 내부를 콘크리트로 채워 경화시켜 현장타설 콘크리트 말뚝을 형성하는 단계; 상기 그라우팅재 주입관과 측면 주입공을 통해 선단 그라우팅재를 외측 공간에 채우는 단계; 및 상기 채움재 주입관과 채움재 주입구를 통해 채움재를 내측 공간에 주입하여 채워서 상기 선단 그라우팅재를 지중공의 저면 방향으로 밀어내어 가압함과 동시에 상판 위의 콘크리트에도 상승압력이 작용하는 단계를 포함함으로써, 현장타설 말뚝의 시공이 완료되면 즉시 선단지지력이 발휘될 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 현장타설 콘크리트 말뚝의 시공방법이 제공된다.

이러한 본 발명의 시공방법에서는, 채움재를 내부 공간에 주입하는 단계에서, 채움재를 가압 주입하면서, 현장타설 콘크리트 말뚝이 정상 상태를 유지하는 상태에서의 채움재의 주입 압력이, 말뚝의 설계 하중에 해당하는 압력을 현장타설 콘크리트 말뚝에 가할 수 있도록 하는 계산된 채움재의 주입 압력 이상인지의 여부를 판단함으로써, 현장타설 콘크리트 말뚝이 설계 지지력 이상을 발휘하도록 정상 시공된 것인지를 판정하는 작업을 더 수행하여, 현장타설 콘크리트 말뚝의 지지력 적합 시험을 병행할 수 있게 된다.

본 발명에 따르면, 선단 그라우팅재가 지중공의 저면에 닿은 상태로 경화된 상태에서 채움재의 주입에 의해 가압판부재가 하강하여 선단 그라우팅재를 지중공의 저면 방향으로 가압하게 되므로, 그에 따라 지중공의 저면 즉, 말뚝의 선단부 지반이 다져진 상태가 된다. 따라서 현장타설 말뚝의 제작이 완료되면, 말뚝의 시공 즉시 현장타설 말뚝의 선단지지력이 발휘되는 효과가 나타나며, 주변마찰력과 선단지지력을 합하여 현장타설 말뚝의 강도를 산정하게 되는 설계 상태와 말뚝의 시공완료 상태가 부합되는 장점이 있다.

또한 본 발명에 의하면, 현장타설 말뚝의 두부에 상부로부터 시험 하중을 가하기 위한 별도의 하중 재하 장치 설치 없이도 지중공의 최저부 지반면의 보강과 동시에 현장타설 말뚝의 지지력 적합 여부 시험을 간편하게 수행할 수 있게 된다. 따라서 하중 재하 장치 설치에 소요되는 많은 비용과 시간을 절약할 수 있게 되는 효과가 발휘된다.

도 1은 현장타설 말뚝을 본 발명의 시공방법에 따라 시공하는 과정에서 선단 가압장치를 지중공에 설치한 상태를 보여주는 지중 단면도이다.
도 2는 도 1의 원 A부분의 개략적인 상세 단면도이다.
도 3은 도 1에 도시된 단계에 후속하여 선단 가압장치 위쪽에 콘크리트를 타설하여 말뚝을 시공한 상태를 보여주는 지중 단면도이다.
도 4는 도 3의 원 C 부분의 개략적인 상세 단면도이다.
도 5 및 도 6은 각각 도 4에 대응되는 도 3의 원 C 부분의 개략적인 상세 단면도이다.
도 7은 도 2의 원 B부분에서 현장타설 말뚝의 시공과정에서 가압판부재와 탄성연결부재가 변형되는 과정을 보여주는 개략도이다.
도 8 및 도 9는 각각 본 발명의 또다른 실시예를 보여주는 도 4 및 도 6에 대응되는 단면도이다.
도 10 및 도 11은 각각 본 발명의 또다른 실시예를 보여주는 도 8 및 도 9에 대응되는 단면도이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다. 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 하나의 실시예로서 설명되는 것이며, 이것에 의해 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용이 제한되지 않는다.

다음에서는 첨부도면을 참조하여 현장타설 말뚝을 본 발명의 시공방법에 따라 시공하는 과정을 설명한다.

도 1에는 현장타설 말뚝을 본 발명의 시공방법에 따라 시공하는 과정에서 선단 가압장치(1)를 지중공에 설치한 상태를 보여주는 지중 단면도가 도시되어 있다. 도면에 도시된 것처럼, 우선 지반을 천공하여 말뚝 시공용 지중공(10)을 형성한다. 이와 같이 지중공(10)이 형성된 후에는 지중공(10)의 최저부 즉, 현장타설 말뚝의 선단부가 되는 위치에서 지중공(10)의 저면을 덮도록 본 발명에 따른 선단 가압장치(1)를 설치하고, 그 상부로는 말뚝 보강용 철근을 지중공(10)에 삽입 설치한다. 상기 말뚝 보강용 철근은 도면에 도시된 것처럼 철근망(4) 형태로 제작하여 설치할 수 있다. 상기 말뚝 보강용 철근은 미리 선단 가압장치(1)의 상면에 결합하는 것이 시공상 유리한데, 말뚝 보강용 철근의 하단부를 상기 선단 가압장치(1)의 상판(11)에 나사 결합 또는 용접 결합 등의 방법을 통해 결합하여 조립체를 만들고, 이러한 선단 가압장치(1)와 말뚝 보강용 철근의 조립체를 지중공(10)에 삽입함으로써 상기 선단 가압장치(1)와 말뚝 보강용 철근을 동시에 지중공(10)에 배치시킬 수 있어 시공이 편리하게 된다.

도 2에는 도 1의 원 A부분의 개략적인 상세 단면도가 도시되어 있다. 도 2에서 편의상 철근망(4)은 도시를 생략하였다. 도 2에 도시된 것처럼, 본 발명에 따른 선단 가압장치(1)는, 상판(11), 상기 상판(11)과 일체로 결합되는 관 형태의 수직부재(13), 및 탄성연결부재(15)에 의해 상기 수직부재(13)와 연결되어 상기 수직부재(13)의 단면을 폐쇄하는 가압판부재(14)를 포함하여 구성된다. 상기 수직부재(13)는 상판(11)의 하면에 결합되어 있고 지중공(10)의 저면을 향하여 연장되어 있다. 따라서 상판(11)과 수직부재(13)에 의해 공간이 만들어지는데, 상기 탄성연결부재(15)와 상기 가압판부재(14)에 의해 상기 공간은 폐쇄된다. 따라서 상기 상판(11)과 수직부재(13), 그리고 가압판부재(14)에 의해 만들어지는 공간은 밀폐된 내부 공간(16)이 되며, 상기 가압판부재(14)의 외면과 수직부재(13)에 의해 만들어진 공간은 지중공(10)의 저면 방향으로 개방되어 있는 외측 공간(17)이 된다.

한편, 상기 수직부재(13)의 하단부 즉, 지중공(10)의 저면 방향의 단부는 아래로 내려갈수록 두께가 얇아지게 구성될 수도 있다. 이와 같이 수직부재(13)의 하단부에서 두께가 얇아지게 되면, 본 발명의 선단 가압장치(1)가 지중공(10)의 저면에 박혀서 용이하게 고정되는 효과가 발휘된다.

도면에 도시된 것처럼, 상기 상판(11)에는 채움재의 주입을 위한 채움재 주입구(110)가 형성되어 있어, 지중공(10)의 외부로부터 연결되는 채움재 주입관(3)이 상기 채움재 주입구(110)와 연결된다. 상기 수직부재(13)에는 선단 그라우팅재(32)의 주입을 위한 측면 주입공(12)이 형성되어 있으며, 지중공(10)의 외부로부터 연결되는 그라우팅재 주입관(7)이 상기 측면 주입공(12)과 연결된다.

후술하는 것처럼 상기 상판(11)과 수직부재(13)와 탄성연결부재(15)와 가압판부재(14)에 의해 만들어지는 밀폐된 내부 공간(16)에는 채움재가 상기 채움재 주입관(3)을 통해 주입되어 채워지는데, 채움재가 상기 내부 공간(16)에 용이하게 그리고 충실하게 채워질 수 있도록 공기 배출관(6)이 상기 상판(11)에 연결될 수도 있다. 즉, 도면에 도시된 것처럼 외부로 노출되는 공기 배출관(6)이 상기 상판(11)의 연통공(111)과 연결되어 내부 공간(16)과 연통될 수 있는 것이다. 물론 상기 공기 배출관(6)은 생략될 수 있다.

상기 가압판부재(14)는 후술하는 것처럼 지중공(10)의 저면에 채워지는 선단 그라우팅재(32)를 가압하게 되는 부재로서, 도면에 도시된 실시예와 같이 강성을 가지는 판 부재로 이루어질 수 있다. 탄성연결부재(15)의 양단이 각각 수직부재(13)와 가압판부재(14)에 결합된다. 구체적으로 상기 탄성연결부재(15)의 일단은 수직부재(13)에 내삽되는 형태로 즉, 수직부재(13)에 매립되어 있는 형태로 결합될 수 있으며, 탄성연결부재(15)의 타단 역시 상기 가압판부재(14)의 측면에서 내부에 매립된 형태로 결합될 수 있다. 그러나 이에 한정되지 아니하며 다양한 형태로 탄성연결부재(15)의 양단이 각각 수직부재(13)와 가압판부재(14)에 결합될 수 있다.

상기 수직부재(13)와 가압판부재(14)를 연결해주는 위와 같은 탄성연결부재(15)는 변형이 가능한 탄성재질로 이루어질 수 있다. 특히, 도 1 내지 도 7에 도시된 실시예의 경우, 상기 탄성연결부재(15)는 구부림이 가능한 탄성재질(예를 들어, 고무판, 합성수지판, 알루미늄판 등)로 이루어져 있다. 도 7에는 도 2의 원 B부분에서 현장타설 말뚝의 시공과정에서 가압판부재(14)와 탄성연결부재(15)가 변형되는 과정을 보여주는 개략도가 도시되어 있다. 이와 같은 탄성연결부재(15)는, 도 7에 도시된 것처럼 초기상태에서는 가압판부재(14)가 상판(11)에 인접한 위치에 있도록 위치(도 7의 (a)로 표시된 위치)하고 있다가, 상판(11)과 마주하고 있는 가압판부재(14)의 면 즉, 가압판부재(14)의 내면에 압력이 가해지게 되면 가압판부재(14)가 지중공(10)의 저면 방향으로 움직이면서 상기 탄성연결부재(15)는 도 7의 (b) 및 (c)로 도시된 상태로 반대 방향으로 구부러지도록 변형된다. 이를 위하여 상기 탄성연결부재(15)는 구부러지는 형상이 변화될 수 있도록, 그 양단부가 수직부재(13) 및 가압부재(13) 각각에 대해 회전가능하게 결합될 수 있다. 그러나 본 발명에서 상기 탄성연결부재(15)는 이에 한정되지 않고 후술하는 것처럼 다양한 구성으로 대체될 수 있다.

도 3에는 도 1에 도시된 단계에 후속하여 선단 가압장치 위쪽에 콘크리트를 타설하여 말뚝을 시공한 상태를 보여주는 지중 단면도가 도시되어 있는데, 앞서 설명한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명의 선단 가압장치(1)와 말뚝 보강용 철근이 지중공(10)에 설치된 후에는, 도 3에 도시된 것처럼 트레미관 등을 이용하여 종래와 마찬가지로 상기 상판(11) 위쪽의 지중공(10) 내부에 콘크리트(5)를 채워 경화시킨다.

도 4에는 도 3의 원 C 부분의 개략적인 상세 단면도가 도시되어 있다. 도 4에서도 편의상 철근망(4)은 도시를 생략하였다. 말뚝 보강용 철근이 매립되도록 콘크리트(5)가 선단 가압장치(1)의 상판(11) 위로 타설되어 경화됨으로써 말뚝이 형성된 후에는 도 4에 도시된 것처럼, 그라우팅재 주입관(7)으로 모르타르, 콘크리트 등과 같은 선단 그라우팅재(32)가 공급되어 상기 수직부재(13)의 측면 주입공(12)을 통해서 상기 가압판부재(14)의 외면과 지중공(10)의 저면 사이에서 수직부재(13)에 의해 둘러싸여 형성되는 외측 공간(17)에 채워진다. 이 때, 선단 그라우팅재(32)의 일부는 지중공(10)의 저면에서 지반에 스며들 수도 있다.

도 5 및 도 6은 각각 도 4에 대응되는 개략적인 상세 단면도인데, 앞서 도 4와 관련하여 설명한 것처럼, 외측 공간(17)에 선단 그라우팅재(32)가 채워진 후에는, 후속하여 도 5 및 도 6에 도시된 것처럼, 채움재 주입관(3)으로 채움재가 공급되고, 상판(11)의 채움재 주입구(110)를 통해서 내부 공간(16)으로 채움재(31)가 유입되어 내부 공간(16)을 채우게 된다. 상기 채움재로는 선단 그라우팅재와 마찬가지로 모르타르, 콘크리트 등이 사용될 수 있다. 내부 공간(16)에 채움재(31)가 채워질 때, 내부 공간(16)에 공기가 채워져 있는 경우에는 채움재(31)의 주입이 용이하지 않을 수 있는데, 앞서 설명한 것처럼 공기 배출관(6)이 상판(11)에 연통되어 있는 경우, 채움재(31)를 내부 공간(16)에 주입함과 동시에 공기 배출관(6)을 통해서 내부 공간(16) 내의 공기를 배출시킴으로써 채움재(31)가 내부 공간(16)에 용이하게 채워질 수 있다.

이와 같이 탄성연결부재(15)의 양단이 각각 수직부재(13)와 가압판부재(14)에 견고하게 연결되어 있고, 탄성연결부재(15)와 가압판부재(14)에 의해 압력 누출이 되지 아니하도록 밀폐된 내부 공간(16)이 형성된 상태에서, 상기 내부 공간(16)에 채움재(31)가 채워지면, 채움재(31)가 채워짐에 따라 내부 공간(16) 내의 압력이 높아지게 되고, 그에 따라 탄성연결부재(15)가 변형되면서 가압판부재(14)가 외측 공간(17)에 채워져 있던 선단 그라우팅재(32)를 가압하게 된다. 이 때, 탄성연결부재(15) 역시 변형하여 하나의 막(멤브레인)처럼 기능하여 선단 그라우팅재(32)에 밀착되어 선단 그라우팅재(32)를 가압하게 된다. 즉, 도 5 및 도 6에 도시된 것처럼 상기 가압판부재(14)의 외면과 밀착되어 있던 선단 그라우팅재(32)가, 가압판부재(14)에 의해 가해지는 힘과, 상기 탄성연결부재(15)가 선단 그라우팅재(32)와 접하면서 가해지는 힘에 의하여, 지중공(10)의 저면 방향으로 밀려가게 되는 것이다. 따라서 지중공(10)의 저면은 선단 그라우팅재(32)에 의해 강한 압력을 받게 된다. 지중공(10)의 저면은, 구멍 형성시에 발생한 토사, 슬라임 등에 의해 무른 상태에 있었으나, 위와 같이 선단 그라우팅재(32)를 통해서 전달되는 압력에 의하여 다져지게 된다.

또한 지중공(10)의 저면이 가압에 의해 다져지고, 내부 공간(16)에 충분한 압력으로 채움재(31)가 채워진 상태로 경화되면, 말뚝의 시공 즉시부터 현장타설 말뚝의 선단지지력이 발휘된다. 그러므로 말뚝의 시공완료 상태가, 주변마찰력과 선단지지력을 합하여 현장타설 말뚝의 강도를 산정하게 되는 설계 상태와 부합되는 장점이 있다. 특히, 지중공의 저면을 가압하여 다지는 과정에서 가압판부재(14)가 직접 지중공 저면에 닿는 것이 아니라, 선단 그라우팅재(32)를 가압하게 되면 충분하므로, 가압판부재(14)가 과도하게 움직일 필요가 없으며, 그에 따라 전단연결부재(15)에 손상 발생 가능성이 없어지는 효과가 발휘된다.

위와 같이 내부 공간(16)에 채움재(31)가 채워져서 가압판부재(14)가 선단 그라우팅재(32)를 가압하는 단계에서 상기 공기 배출관(6)은 폐쇄된다. 한편, 이와 같이 선단 그라우팅재(32)를 지중공(10)의 저면으로 밀어주는 힘은 지중공(10)의 저면을 다져주는 힘으로 작용함과 동시에 선단 가압장치(1)의 상판(11)에도 상승력으로 작용하게 된다. 가압판부재(14)가 선단 그라우팅재(32)를 지중공(10) 저면 방향으로 가압하고 있지만, 선단 그라우팅재(32)가 더 이상 지중공(10)의 저면으로 밀려가지 않은 상태에서 추가적으로 내부 공간(16)에 더 주입되는 채움재에 의한 압력은 선단 가압장치(1) 상부의 말뚝에 대해 하부로부터 상부로 가해지는 힘으로 작용하게 된다. 즉, 가압판부재(14)에 대한 채움재의 가압 압력은 결국 말뚝에 대한 하부로부터 상부로의 작용력이 되는 것이다. 이 때, 현장타설 말뚝에 대하여 채움재의 주입압력(P1)은 현장타설 말뚝에 가해지는 압력(P2)과 같다. 현장타설 말뚝의 하부로부터 작용하게 되는 작용력(F1)과 현장타설 말뚝이 가지는 말뚝 지지력(F2)은 파스칼의 정리에 따라 아래의 수학식 1과 같은 관계를 갖는다.

여기서 A1은 채움재 주입관(3)의 단면적으로서 기지의 채움재 주입관(3)의 직경(d)으로부터 구해지는 기지의 값이고, A2는 말뚝의 단면적으로서 기지의 현장타설 말뚝 직경(D)으로부터 구해지는 기지의 값이다.

따라서 시공되는 현장타설 말뚝에 요구되는 설계하중 값을 수학식 1의 F2에 대입하여, 이러한 설계하중에 해당하는 압력을 현장타설 말뚝에 가할 수 있도록 하는 채움재의 주입 압력을 산정한다. 위와 같이 본 발명의 선단 가압장치(1)를 이용하여 제작된 현장타설 말뚝에 실제로 가해진 채움재의 주입 압력과, 산정된 채움재의 주입 압력을 비교할 수 있게 된다.

구체적으로, 상기 채움재 주입관(3)의 압력을 측정할 수 있는 압력계를 설치하여, 위에서 설명한 것처럼 채움재(31)를 내부 공간(16)에 주입할 때, 채움재(31)의 주입 압력을 상승시키면서 압력계로 주입 압력을 측정함과 동시에 현장타설 말뚝이 정상 상태를 유지하는지를 확인한다. 측정되는 채움재(31)의 주입 압력이, 말뚝의 설계하중에 해당하는 압력을 현장타설 말뚝에 가할 수 있도록 계산된 채움재의 주입 압력 이상이 되어도 현장타설 말뚝이 정상 상태를 유지하는 경우에는, 해당 현장타설 말뚝이 설계 지지력 이상을 발휘하는 것으로 보아 정상 시공된 현장타설 말뚝으로 판정하게 되는 것이다.

현장타설 말뚝의 정상상태를 유지하는지를 관찰하는 방법으로는, 지상으로 돌출된 현장타설 말뚝 부분의 수직 변위량을 LVDT 등의 변위 측정장치로 측정하여 수직 변위량이 허용치 이내에 있는지를 판단하는 방법이나, 현장타설 말뚝에 매립되는 말뚝 보강용 철근에 스트레인 게이지를 부착하거나 기타 현장타설 말뚝의 변형 측정 센서를 현장타설 말뚝에 매설해두어 현장타설 말뚝의 변형률을 정확하게 측정하여 측정된 변형률이 허용치 이내에 있는지를 판단하는 방법 등 다양한 방법을 이용할 수 있다.

이와 같이, 본 발명에서는 현장타설 말뚝의 두부에 상부로부터 시험 하중을 가하기 위한 별도의 하중 재하 장치 설치 없이도 지중공(10)의 저면의 보강과 동시에 현장타설 말뚝의 선단지지력 적합 여부 시험을 간편하게 수행할 수 있게 된다. 따라서 하중 재하 장치 설치를 위해 소요되는 많은 비용과 시간을 절약할 수 있게 되는 효과가 발휘된다.

도 8 및 도 9에는 각각 본 발명의 또다른 실시예를 보여주는 도 4 및 도 6에 대응되는 단면도가 도시되어 있다. 도 8 및 도 9에 각각 도시된 현장타설 말뚝에 구비된 본 발명의 선단 가압장치(1)에서는 가압판부재(14)의 하면에 그라우팅재 침투방지판(19)이 더 구비되어 있다. 상기 그라우팅재 침투방지판(19)은 상기 가압판부재(14)보다 더 큰 크기의 판부재로 이루어지며, 바람직하기로는 수직부재(13)에 의해 둘러싸여 있는 내부공간(16)의 단면 전부를 가로막을 수 있는 크기를 가진다. 따라서 선단 가압장치(1)의 외측공간(17)에 선단 그라우팅재(32)가 채워진 상태에서 선단 그라우팅재(32)의 상면은 상기 그라우팅재 침투방지판(19)과 접하면서 평평한 면을 이루게 되고, 탄성연결부재(15)가 직접 선단 그라우팅재(32)에 닿지 않게 된다. 그러므로 가압판부재(14)가 용이하게 하향으로 움직여서 선단 그라우팅재(32)를 밀어 낼수 있도록 탄성연결부재(15)의 변형이 더욱 원활하게 이루어지게 된다.

도 10 및 도 11에는 각각 본 발명의 또다른 실시예를 보여주는 도 8 및 도 9에 대응되는 단면도가 도시되어 있다. 도 10 및 도 11에 도시된 현장타설 말뚝에 구비된 본 발명의 선단 가압장치(1)에서는, 앞서 설명한 도 8 및 도 9에 도시된 실시예와 마찬가지로 가압판부재(14)의 하면에 그라우팅재 침투방지판(19)이 구비되어 있으며, 이에 더하여 상기 탄성연결부재(15)가 주름 부재로 이루어져 있다. 이와 같이 탄성연결부재(15)가 주름이 접혀 있는 부재로 이루어지게 되면, 탄성연결부재(15)를 이루는 재질 자체가 신축이 가능하지 않거나 매우 어려운 특성을 가지고 있다고 하더라도 탄성연결부재(15) 자체는 확장이 가능하게 된다. 따라서 내부 공간(16)에 채움재(31)가 채워져서 가압판부재(14)가 지중공(10)의 저면 방향으로 움직일 수 있는 범위가 더 증가하게 되며, 지중공(10)의 저면이 가압되어 변형되는 범위가 크더라도 충분한 가압력으로 선단 그라우팅재(32)가 지중공(10)의 저면을 가압할 수 있게 되는 효과가 발휘된다.

1: 선단 가압장치
11: 상판
12: 수직부재
13: 가압판부재

Claims (7)

1. 현장타설 콘크리트 말뚝의 지중공 저면 방향 선단에 구비되는 선단 가압장치(1)로서;
   상판(11), 상기 상판(11)과 일체로 결합되는 관 형태의 수직부재(13), 및 탄성연결부재(15)에 의해 상기 수직부재(13)와 연결되어 상기 수직부재(13)의 단면을 폐쇄하는 가압판부재(14)를 포함하여 구성되고;
   상기 상판(11)에는 채움재(31)가 주입되는 채움재 주입구(110)가 형성되어 있으며;
   상기 수직부재(13)에는 선단 그라우팅재(32)가 주입되는 측면 주입공(12)이 형성되어 있고;
   상기 상판(11)과 수직부재(13)와 탄성연결부재(15)와 가압판부재(14)에 의해 만들어지는 공간은 밀폐된 내부 공간(16)이 되고, 상기 가압판부재(14)의 외면과 수직부재(13)에 의해 만들어진 공간은 지중공(10)의 저면 방향으로 개방되어 있는 외측 공간(17)이 되며;
   상기 상판(11) 위로 콘크리트가 타설되어 말뚝이 형성된 상태에서, 선단 그라우팅재(32)가 측면 주입공(12)을 통해서 외측 공간(17)에 채워지고, 채움재(31)가 채움재 주입구(110)를 통해서 내부 공간(16)에 채워지면서, 상기 가압판부재(14)가 상기 선단 그라우팅재(32)를 지중공(10)의 저면 방향으로 밀어내어 가압함과 동시에 상판(11) 위의 콘크리트에도 상승압력이 작용하게 하여, 현장타설 콘크리트 말뚝의 선단지지력이 발현되도록 하고, 선단지지력의 발현을 확인할 수 있게 하는 것을 특징으로 하는 현장타설 콘크리트 말뚝의 선단 가압장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 가압판부재(14)의 하면에는, 수직부재(13)에 의해 둘러싸여 있는 내부공간(16)의 단면 전부를 가로막을 수 있는 크기의 그라우팅재 침투방지판(19)이 더 구비되어 있어, 상기 외측공간(17)에 선단 그라우팅재(32)가 채워진 상태에서 선단 그라우팅재(32)의 상면은 상기 그라우팅재 침투방지판(19)과 접하게 되고, 탄성연결부재(15)가 선단 그라우팅재(32)에 닿지 않게 되는 구성을 가지는 것을 특징으로 하는 현장타설 콘크리트 말뚝의 선단 가압장치.
   
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 탄성연결부재(15)는 확장이 가능한 주름 부재로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 현장타설 콘크리트 말뚝의 선단 가압장치.
   
4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 탄성연결부재(15)는 그 일단이 수직부재(13)의 내부에 매립되는 형태로 수직부재(13)와 결합되고, 타단도 상기 가압판부재(14)의 측면에서 가압판부재(14)의 내부에 매립된 형태로 결합되어 있으며;
   채움재(31)가 내부 공간(16)에 채워지게 되면, 상기 탄성연결부재(15)도 변형하여 선단 그라우팅재(32)에 밀착되어 선단 그라우팅재(32)를 가압하게 되는 구성을 가지는 것을 특징으로 하는 현장타설 콘크리트 말뚝의 선단 가압장치.
   
5. 지중공(10)에 수직하게 콘크리트가 타설되어 구축되는 현장타설 콘크리트 말뚝으로서,
   지중공(10) 내에는 말뚝 보강용 철근이 배치되어 있고, 상기 말뚝 보강용 철근의 하단에는 청구항 1 또는 청구항 2에 의한 선단 가압장치(1)가 배치되어 있으며;
   지중공(10)의 저면을 마주하도록 상기 선단 가압장치(1)가 배치된 상태로 상기 선단 가압장치(1) 상부로 콘크리트가 타설되어 상기 말뚝 보강용 철근이 콘크리트(5)에 매립되어 있는 구성을 가지는 것을 특징으로 하는 현장타설 콘크리트 말뚝.
   
6. 지반을 천공하여 말뚝 시공용 지중공(10)을 형성하는 단계;
   상판(11), 상기 상판(11)과 일체로 결합되는 관 형태의 수직부재(13), 및 탄성연결부재(15)에 의해 상기 수직부재(13)와 연결되어 상기 수직부재(13)의 단면을 폐쇄하는 가압판부재(14)를 포함하여 구성되고, 상기 상판(11)에는 지중공(10)의 외부로부터 연결되는 채움재 주입관(3)이 연결되어 채움재(31)가 주입되는 채움재 주입구(110)가 형성되어 있으며, 상기 수직부재(13)에는 지중공(10)의 외부로부터 연결되는 그라우팅재 주입관(7)이 연결되어 선단 그라우팅재(32)가 주입되는 측면 주입공(12)이 형성되어 있고, 상기 상판(11)과 수직부재(13)와 탄성연결부재(15)와 가압판부재(14)에 의해 만들어지는 공간은 밀폐된 내부 공간(16)이 되고, 상기 가압판부재(14)의 외면과 수직부재(13)에 의해 만들어진 공간은 지중공(10)의 저면 방향으로 개방되어 있는 외측 공간(17)이 되는 구성을 가지는 선단 가압장치(1)를, 지중공(10)에 삽입하여 상기 지중공(10)의 저면에 설치하고, 상기 선단 가압장치(1)의 상부로는 말뚝 보강용 철근을 지중공(10)에 삽입 설치하는 단계;
   상기 지중공(10)에 콘크리트를 타설하여 상기 상판(11) 위쪽의 지중공(10) 내부를 콘크리트(5)로 채워 경화시켜 현장타설 콘크리트 말뚝을 형성하는 단계;
   상기 그라우팅재 주입관(7)과 측면 주입공(12)을 통해 선단 그라우팅재(32)를 외측 공간(17)에 채우는 단계; 및
   상기 채움재 주입관(3)과 채움재 주입구(110)를 통해 채움재(31)를 내측 공간(16)에 주입하여 채워서 상기 가압판부재(14)가 상기 선단 그라우팅재(32)를 지중공(10)의 저면 방향으로 밀어내어 가압함과 동시에 상판(11) 위의 콘크리트에도 상승압력이 작용하는 단계를 포함함으로써, 현장타설 말뚝의 시공이 완료되는 즉시 선단지지력이 발휘될 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 현장타설 콘크리트 말뚝의 시공방법.
   
7. 제6항에 있어서,
   채움재(31)를 내부 공간(16)에 주입하는 단계에서, 채움재(31)를 가압 주입하면서 현장타설 콘크리트 말뚝이 정상 상태를 유지하는 상태에서의 채움재(31)의 주입 압력이, 말뚝의 설계 하중에 해당하는 압력을 현장타설 콘크리트 말뚝에 가할 수 있도록 하는 계산된 채움재의 주입 압력 이상인지의 여부를 판단함으로써, 현장타설 콘크리트 말뚝이 설계 지지력 이상을 발휘하도록 정상 시공된 것인지를 판정하는 작업을 더 수행하여, 현장타설 콘크리트 말뚝의 지지력 적합 시험을 병행할 수 있는 것을 특징으로 하는 현장타설 콘크리트 말뚝의 시공방법.
   
   

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