KR101272191B1 - 주름형 팽창부재를 이용하여 현장타설 콘크리트 말뚝의 선단지지력 발현 확인과 선단지지력 보강이 가능한 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 구비되며, 주름져 있어 확장이 가능한 주름형 팽창부재를 내장하고 있어, 그라우팅재를 현장타설 콘크리트 말뚝의 선단에 주입하여 경화시키고, 주름형 팽창부재에 채움재를 주입하여 팽창시킴으로써, 경화된 그라우팅재를 가압하여 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

주름형 팽창부재를 이용하여 현장타설 콘크리트 말뚝의 선단지지력 발현 확인과 선단지지력 보강이 가능한 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 구비되며, 주름져 있어 확장이 가능한 주름형 팽창부재를 내장하고 있어, 그라우팅재를 현장타설 콘크리트 말뚝의 선단에 주입하고, 주름형 팽창부재에 채움재를 주입하여 팽창시킴으로써, 주입되어 있던 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 상기 상판과 상기 수직부재에 의해 형성되는 내부 공간에 구비되어 있으며 주름진 측벽을 가지고 있는 밀봉된 주머니 형태의 주름형 팽창부재를 포함하여 구성되고; 상기 상판에는 채움재가 주입되는 채움재 주입구가 형성되어 있고 상기 채움재 주입구는 상기 주름형 팽창부재와 연통되어 있으며; 상기 수직부재에는 선단 그라우팅재가 주입되는 측면 주입공이 형성되어 있고; 상기 주름형 팽창부재의 하부 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 채워져 경화되고, 채움재가 채움재 주입구를 통해서 주름형 팽창부재 내에 채워지면서 주름진 측벽이 펴져서 주름형 팽창부재가 팽창하여 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 주름형 팽창부재의 하부 외면 아래에는, 수직부재에 의해 둘러싸여 있는 내부공간의 단면 전부를 가로막을 수 있는 크기의 접촉평판이 더 구비되어 있어, 상기 외측공간에 선단 그라우팅재가 채워진 상태에서 선단 그라우팅재의 상면은 상기 접촉평판과 접하게 되고, 주름형 팽창부재가 선단 그라우팅재에 닿지 않게 되는 구성을 가질 수도 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 주름형 팽창부재에 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 주름형 팽창부재에 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 주입된 상태에서 채움재의 주입에 의해 주름형 팽창부재가 팽창하면서 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.

특히, 주름형 팽창부재는 주름을 가지고 있어 채움재가 채워지는 량과 압력에 따라 필요한 만큼 충분히 확장될 수 있으므로, 채움재가 내부에 채워져서 확장될 때 주름형 팽창부재 자체의 탄성 변형으로 인하여 두께가 얇아져서 취약한 부분이 존재하게 되는 문제가 발생되지 않게 된다. 더 나아가, 본 발명에서는 주름형 팽창부재가 직접 지중공 저면에 접촉하는 것이 아니라, 선단 그라우팅재와 접촉하게 되므로, 지중공 저면에 날카로운 암석 등이 존재하여도 그로 인하여 주름형 팽창부재가 손상되거나 또는 파손되는 문제가 발생되지도 않게 된다.

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.

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 상기 상판(11)과 상기 수직부재(13)에 의해 형성되는 내부 공간(16)에 구비되어 있는 주름형 팽창부재(20)를 포함하여 구성된다. 상기 수직부재(13)는 상판(11)의 하면에 결합되어 있고 지중공(10)을 향하여 연장되어 있다. 따라서 상판(11)과 수직부재(13)에 의해 지중공(10)의 저면 방향으로는 개방된 내부 공간이 만들어지는데, 상기 내부 공간에는 주름형 팽창부재(20)가 위치하는 것이다. 상기 주름형 팽창부재(20)의 아래 방향 즉, 지중공(10)의 저면 방향으로 하부 외면 아래에는 상기 내부 공간의 단면을 폐쇄하는 접촉평판(19)이 더 구비될 수 있다. 상기 접촉평판(19)의 존재하는 경우에는, 수직부재(13)의 내부가 지중공(10)의 저면 방향으로 두 개의 영역으로 구분되어, 상판(11)과 접촉평판(19) 사이는 내부 공간이 되고 접촉평판(19)과 지중공(10)의 저면 사이는 외측 공간(17)이 된다. 상기 접촉평판(19)은 생략할 수도 있다. 접촉평판(19)이 구비되어 있지 아니한 경우에는, 상기 주름형 팽창부재(20)의 하부 외면(하부판)과 수직부재(13)에 의해 만들어진 공간이 지중공(10)의 저면 방향으로 개방되어 있는 외측 공간(17)에 해당한다.

상기 주름형 팽창부재(20)는 주머니 형태의 부재로서 도면에 도시된 것처럼, 상부판, 하부판 및 상부판과 하부판 사이의 주름진 측벽으로 구성될 수 있다. 상기 상부판은 상판(11)의 하면과 마주하게 되며, 하부판은 상기 접촉평판(19)과 부착될 수 있다. 그러나 주름형 팽창부재(20)의 하부판이 반드시 상기 접촉평판(19)과 부착되지 아니하여도 무방하다.

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 연결되며, 상기 채움재 주입구(110)는 상기 주름형 팽창부재(20)와 연통된다. 따라서 채움재 주입관(3)으로 채움재가 공급되면 채움재 주입구(110)를 통해서 밀봉된 주머니 형태의 주름형 팽창부재(20)의 내부가 채움재로 채워진다. 채움재가 채워지면서 주름형 팽창부재(20)의 주름진 측벽이 펴지게 되고, 그에 따라 하부판이 지중공의 저면 방향으로 움직이게 된다. 채움재가 상기 밀봉된 주름형 팽창부재(20)의 내부에 용이하게 그리고 충실하게 채워질 수 있도록 공기 배출관(6)이 상기 상판(11)에 형성된 연통공(111)과 연결되고, 상기 연통공(111)이 상기 주름형 팽창부재(20)와 연통되어, 주름형 팽창부재(20) 내부의 공기가 연통공(111)을 통해 공기 배출관(6)으로 배출되도록 구성될 수도 있다. 물론 상기 공기 배출관(6)은 생략될 수 있다.

한편, 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. 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.

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 주름형 팽창부재(20)의 하부판 외면과 지중공(10)의 저면 사이(접촉평판이 구비된 경우에는 접촉평판과 지중공 저면 사이)에서 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 는 도 4에 대응되는 개략적인 상세 단면도인데, 앞서 도 4와 관련하여 설명한 것처럼, 외측 공간(17)에 선단 그라우팅재(32)가 채워진 후에는, 후속하여, 도 5에 도시된 것처럼, 채움재 주입관(3)으로 채움재가 공급되고, 상판(11)의 채움재 주입구(110)를 통해서 주름형 팽창부재(20)의 내부로 채움재(31)가 유입되어 주름형 팽창부재(20)의 내부를 채우게 된다. 상기 채움재로는 선단 그라우팅재와 마찬가지로 모르타르, 콘크리트 등이 사용될 수 있다. 주름형 팽창부재(20)에 채움재(31)가 채워질 때, 주름형 팽창부재(20)에 공기가 채워져 있는 경우에는 채움재(31)의 주입이 용이하지 않을 수 있는데, 앞서 설명한 것처럼 공기 배출관(6)이 상판(11)을 통해 주름형 팽창부재(20)에 연통되어 있는 경우, 채움재(31)를 주름형 팽창부재(20)에 주입함과 동시에 공기 배출관(6)을 통해서 주름형 팽창부재(20) 내의 공기를 배출시킴으로써 채움재(31)가 주름형 팽창부재(20)에 용이하게 채워질 수 있다.

채움재가 채워지면서 주름형 팽창부재(20)의 주름진 측벽이 펴지게 되고, 그에 따라 하부판이 지중공의 저면 방향으로 움직이게 된다. 그에 따라 외측 공간(17)에 채워져 있던 선단 그라우팅재(32)를 가압하게 된다. 즉, 도 5에 도시된 것처럼 상기 외측 공간(17)에 채워져 있던 선단 그라우팅재(32)가 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. 계속하여 채움재가 채워지면 도 6에 도시된 것처럼,주름형 팽창부재(20)의 주름져 있던 측벽이 더 펴지게 되고, 그에 따라 선단 그라우팅재(32)는 지중공(10)의 저면 방향으로 더 밀어내진다.

또한 지중공(10)의 저면이 가압에 의해 다져지고, 주름형 팽창부재(20)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 주름형 팽창부재(20)가 직접 지중공 저면에 닿는 것이 아니라, 선단 그라우팅재(32)를 가압하게 되면 충분하므로, 지중공 저면에 날카로운 암석 조각 등이 존재하더라도 그로 인하여 주름형 팽창부재(20)가 손상되지 않게 된다. 또한 주름형 팽창부재(20)는 측벽에 주름이 잡혀 있었던 것이므로, 주름이 펴지면서 충분한 길이로 팽창된다. 즉, 주름형 팽창부재(20) 자체의 탄성 변형으로 인하여 두께가 얇아지는 것이 아니라 주름이 펴지면서 팽창하는 것이다. 따라서 탄성 변형으로 인한 두께가 저하되어 취약한 부분이 발생하게 되는 것을 사전에 방지할 수 있게 된다.

위와 같이 주름형 팽창부재(20)에 채움재(31)가 가득 채워져서 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. 주름형 팽창부재(20)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 주름형 팽창부재(20)에 더 주입되는 채움재에 의한 압력은 선단 가압장치(1) 상부의 말뚝에 대해 하부로부터 상부로 가해지는 힘으로 작용하게 된다. 즉, 주름형 팽창부재(20)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 주름형 팽창부재(20)의 내부에 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.

필요에 따라 구비될 수 있는 접촉평판(19)은 수직부재(13)에 의해 둘러싸여 있는 내부공간(16)의 단면 전부를 가로막을 수 있는 크기를 가지는 것이 바람직한데, 이와 같은 접촉평판(19)이 구비되어 있는 경우, 선단 가압장치(1)의 외측공간(17)에 선단 그라우팅재(32)가 채워진 상태에서 선단 그라우팅재(32)의 상면은 상기 접촉평판(19)과 접하면서 평평한 면을 이루게 되고, 주름형 팽창부재(20)가 직접 선단 그라우팅재(32)에 닿지 않게 된다. 주름형 팽창부재(20)의 주름진 측벽에 선단 그라우팅재(32)가 묻어서 경화되는 경우에는 주름이 펴지는데 지장이 발생할 수 있지만, 접촉평판(19)이 구비되면 선단 그라우팅재(32)가 주름형 팽창부재(20)에 묻지 않게 되므로, 주름진 측벽이 용이하게 펼쳐지게 된다.

1: 선단 가압장치
11: 상판
12: 수직부재

Claims (5)

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 상기 상판(11)과 상기 수직부재(13)에 의해 형성되는 내부 공간에 구비되어 있으며 주름진 측벽을 가지고 있는 밀봉된 주머니 형태의 주름형 팽창부재(20)를 포함하여 구성되고;
   상기 상판(11)에는 채움재(31)가 주입되는 채움재 주입구(110)가 형성되어 있고 상기 채움재 주입구(110)는 상기 주름형 팽창부재(20)와 연통되어 있으며;
   상기 수직부재(13)에는 선단 그라우팅재(32)가 주입되는 측면 주입공(12)이 형성되어 있고;
   상기 주름형 팽창부재(20)의 하부 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 주름형 팽창부재(20) 내에 채워지면서 주름진 측벽이 펴져서 주름형 팽창부재(20)가 팽창하여 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 주름형 팽창부재(20)의 하부 외면 아래에는, 수직부재(13)에 의해 둘러싸여 있는 내부공간(16)의 단면 전부를 가로막을 수 있는 크기의 접촉평판(19)이 더 구비되어 있어, 상기 외측공간(17)에 선단 그라우팅재(32)가 채워진 상태에서 선단 그라우팅재(32)의 상면은 상기 접촉평판(19)과 접하게 되고, 주름형 팽창부재(20)가 선단 그라우팅재(32)에 닿지 않게 되는 구성을 가지는 것을 특징으로 하는 현장타설 콘크리트 말뚝의 선단 가압장치.
   
3. 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.
   
4. 지반을 천공하여 말뚝 시공용 지중공(10)을 형성하는 단계;
   상판(11), 상기 상판(11)과 일체로 결합되는 관 형태의 수직부재(13), 및 상기 상판(11)과 상기 수직부재(13)에 의해 형성되는 내부 공간에 구비되어 있으며 주름진 측벽을 가지고 있는 밀봉된 주머니 형태의 주름형 팽창부재(20)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 있고 상기 채움재 주입구(110)는 상기 주름형 팽창부재(20)와 연통되어 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 주름형 팽창부재(20)의 하부 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 주름형 팽창부재(20)에 주입하여 채워서 주름진 측벽이 펴지면서 주름형 팽창부재(20)가 팽창하여 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.
   
5. 제4항에 있어서,
   채움재(31)를 주름형 팽창부재(20)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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