KR101392995B1 - 차수 향상을 위한 흙막이 공법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 파일용 천공홀의 일부를 활용하여 별도의 천공이 필요없이 그라우팅용 천공홀로 사용 가능하게 하여 시공이 간편하고 공사비가 절감되는 흙막이 공법을 제공하는데 그 목적이 있다. 상기한 목적을 달성하기 위하여, 천공장비를 이용하여 목표심도까지 파일용 천공홀을 형성하는 천공단계; 상기 파일용 천공홀의 일측에 컷오프 케이싱을 설치하여 그라우팅용 천공홀을 구획하는 컷오프 케이싱 설치단계; 상기 파일용 천공홀에 콘크리트를 주입하여 콘크리트를 타설하는 콘크리트 타설단계; 및 상기 그라우팅용 천공홀에 그라우팅재가 주입되어 지하수를 차단하는 그라우팅재 주입단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 흙막이 공법이 개시된다

Description

차수 향상을 위한 흙막이 공법{Construction method for retaining of earth }

본 발명은 토목, 건설현장에서 사용되는 흙막이 공법에 관한 것으로, 구체적으로는 차수 그라우팅 시공시 시공이 간편하고 차수능력이 향상되며 공사비를 대폭 절감시킬 수 있는 차수향상을 위한 흙막이 공법에 관한 것이다.

일반적으로, 토목 및 건설현장에서 지반붕괴와 지하수용출을 차단할 목적으로 토류판 공법, 시트파일 공법, 주열식 흙막이 공법, 슬러리윌 공법 등 다양한 형태의 흙막이 공법이 사용되고 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 일 예로 주열식 흙막이 공법(Cast In Place Pile)을 설명하면, 어스드릴을 이용하여 지반을 소정의 직경으로 계획 심도까지 파일용 천공홀(10)을 주열식으로 천공하여 보강형 H형강(21)이나 철근망(22)을 삽입한 후 그 안에 콘크리트 타설하여 현장타설 콘크리트 말뚝을 조성한 후 벽체의 강성을 이용한 안전한 지하 터파기를 도모하는 공법이다.

이러한 주열식 흙막이 공법은 터파기 장소가 한정되어 있는 도심지 지하구조물 구축시 저소음으로 안전한 공사를 수행하기 위한 흙막이 공법이다.

그러나, 도심지 터파기 공사 중 지하수 유출로 인한 공사장 내 피해 및 주변 지반의 침하 및 붕괴를 억제키 위하여 콘크리트 말뚝 배면에 그라우팅용 천공홀(30)을 천공하여 차수 그라우팅을 별도로 시공하여야 하기 때문에 공사기간이 비교적 길어지고 공사비용이 증가하는 원인이 되고 있다.

즉, 말뚝과 말뚝 사이의 틈새로 유출되는 지하수를 차단키 위하여 별도의 그라우팅용 천공홀(30)을 1열 내지 2열로 시공한 후 차수 그라우팅을 실시하여야 하기 때문에 공사기간 및 비용이 증가하는 문제가 있다.

한편, 도 2에 도시된 바와 같이, 천공된 파일용 천공홀(10)에 철근망(21) 삽입시 맨젯튜브(40)를 바로 삽입후 콘크리트(50) 타설을 시행하는 경우 그라우팅재 주입구인 맨젯튜브(40) 주위가 매립되어 추후 차수 그라우팅 실시시 콘크리트(50)로 인해 주입효과가 발생하지 않는 문제가 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출한 것으로서, 파일용 천공홀의 일부를 활용하여 별도의 천공이 필요없이 그라우팅용 천공홀로 사용 가능하게 하여 시공이 간편하고 공사비가 대폭 절감되는 흙막이 공법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적들을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 흙막이 공법은 천공장비를 이용하여 목표심도까지 파일용 천공홀을 형성하는 천공단계; 상기 파일용 천공홀의 일측에 컷오프 케이싱을 설치하여 그라우팅용 천공홀을 구획하는 컷오프 케이싱 설치단계; 상기 파일용 천공홀에 콘크리트를 주입하여 콘크리트를 타설하는 콘크리트 타설단계; 및 상기 그라우팅용 천공홀에 그라우팅재가 주입되어 지하수를 차단하는 그라우팅재 주입단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 파일용 천공홀에 철근망이나 H형강의 보강재를 삽입하여 말뚝 형성시 말뚝의 강도를 보강하는 보강재 삽입단계를 더 포함한다.

또한, 상기 천공단계에서 지반이 약한 경우 공벽 형성을 보조하기 위해 천공 케이싱을 삽입하는 천공 케이싱 삽입단계와, 상기 콘크리트 타설단계 이후에 상기 천공 케이싱을 제거하는 천공 케이싱 제거단계를 더 포함한다.

한편, 상기 보강재 삽입단계와 상기 컷오프 케이싱 설치단계에서 상기 보강재 일측에 상기 컷오프 케이싱을 고정하여 상기 보강재와 상기 컷오프 케이싱을 동시에 삽입한다.

바람직하게는, 상기 컷오프 케이싱은 형상복원소재로 형성되어 상기 천공 케이싱의 제거시 상기 파일용 천공홀 내주면에 밀착되는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 보강재 일측에 그라우팅재가 주입되는 맨젯튜브가 더 고정되어 동시에 삽입되는 것을 특징으로 한다.

더욱 바람직하게는, 상기 컷오프 케이싱 설치단계 이후에 그라우팅용 천공홀 내에 콘크리트가 침범하는 것을 방지하기 위해 충진재가 주입되는 충진재 주입단계를 더 포함하고, 이후 그라우팅재의 고압 주입시 상기 충진재가 밀려나오는 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 충진재 주입단계에서 상기 충진재는 모래나 벤토나이트 또는 우레탄인 것을 특징으로 한다.

이에 따라, 본 발명에 따른 흙막이 공법에서는 파일용 천공홀의 일부를 활용하여 그라우팅용 천공홀로 사용함으로써, 별도의 그라우팅용 천공홀을 시공할 필요가 없게 된다. 따라서, 시공이 간편하고 공사비용도 대폭 절감되는 효과가 있다.

또한, 그라우팅재의 주입방향을 말뚝과 말뚝 사이의 필요로 하는 부분에 자유롭게 집중시킬 수 있으므로 동일한 주입수량으로 최대한의 주입효과를 얻을 수 있다.

도 1은 종래의 실시예에 따른 주열식 흙막이 공법을 도시한 단면도이다.
도 2는 종래의 다른 실시예에 따른 주열식 흙막이 공법을 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 흙막이 공법의 시공 순서도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 콘크리트 타설후 단면도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 천공 케이싱의 설치 및 해체 과정을 보여주는 단면도이다.
도 6는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 콘크리트 타설후 단면도이다.
도 7은 본 발명의 H형강 적용시를 보여주는 단면도와 A-A′단면도이다.
도 8은 본 발명에 따른 흙막이 공법의 시공과정을 보여주는 작업 상태도이다.
도 9는 본 발명에 따른 흙막이 공법이 주열식 공법에 적용된 대표적인 사례도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 흙막이 공법을 상세하게 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 흙막이 공법의 시공 순서도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 콘크리트 타설후 단면도이고, 도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 천공 케이싱의 설치 및 해체 과정을 보여주는 단면도이다.

도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 흙막이 공법은 파일용 천공홀을 형성하는 천공단계(S100), 그라우팅용 천공홀을 구획하는 컷오프 케이싱 설치단계(S200), 콘크리트를 타설하는 콘크리트 타설단계(S300) 및 지하수를 차단하기 위한 그라우팅재 주입단계(S400)를 포함한다.

먼저, 천공단계(S100)는 로타리식 굴착기나 오거보링기 등의 천공장비를 이용하여 목표심도까지 원형의 파일용 천공홀(100)을 형성한다.

도 5를 참조하면, 파일용 천공홀(100) 형성시 지반의 약한 구조 등으로 인해 파일용 천공홀(100) 형성이 어려운 경우 바람직하게는, 천공단계(S100)에서 파일용 천공홀(100) 형성을 보조하기 위해 천공 케이싱(110)을 삽입하는 천공 케이싱 삽입단계(S110)를 더 포함할 수 있다.

천공 케이싱(110)은 스틸재질로 단면모양이 링형상이고, 긴 원통형 모양으로 천공시 파일용 천공홀(100)을 가이드하고, 천공후에는 파일용 천공홀(100)에 삽입되어 파일용 천공홀(100) 주변의 지반침하 및 붕괴를 방지하게 된다.

바람직하게는, 파일용 천공홀(100)에 철근망이나 H형강 등의 보강재(200)를 삽입하여 말뚝 형성시 말뚝의 강도를 보강하는 보강재 삽입단계(S120)를 더 포함한다.

이러한 보강재 삽입단계(S120)에서 철근망이나 H형강 등의 보강재(200)를 파일용 천공홀(100)이나 천공 케이싱(110)이 설치된 경우 천공 케이싱(110) 내부에 삽입시 중간 중간에 스페이서(120)를 사용하여 보강재(200)를 파일용 천공홀(100)의 중심에 맞춰 설치하게 된다.

그리고, 컷오프 케이싱(cutoff-casing) 설치단계(S200)는 파일용 천공홀(100)의 일측에 컷오프 케이싱(300)을 설치하여 이미 형성된 파일용 천공홀(100)의 일부를 그라우팅용 천공홀(400)로 구획한다.

이 컷오프 케이싱(300)은 스틸 또는 폴리에틸렌 소재 등의 다양한 소재로 만들어지고, 단면모양이 대략 ∪관 형태로 형성된다. 이 컷오프 케이싱(300)의 양단이 파일용 천공홀(100)의 내주면에 밀착되면서 파일용 천공홀(100)과 그라우팅용 천공홀(400)로 구획된다.

한편, 컷오프 케이싱(300)은 플렉시블한 소재로 구비되고, 형상복원이 가능하게 형성되어 파일용 천공홀(100)에 삽입후 파일용 천공홀(100)의 내주면에 밀착된다. 스틸로 구비되는 경우는 경첩을 사용하여 좌우로 움직여 상기 파일용 천공홀(100)의 내주면에 밀착될 수 있도록 한다.

그리고, 바람직하게는 보강재(200) 준비시 보강재(200)의 일측에 컷오프 케이싱(300)을 벤딩 고정한다. 또한, 컷오프 케이싱(300)의 내부에 그라우팅재가 주입되는 맨젯튜브(manjet tube, 500)가 구비되어 마찬가지로 보강재(200)에 벤딩 고정된다.

맨젯튜브(500)는 폴리에틸렌 소재의 호스로 일단에 개구형 슬리브(미도시)가 설치되어 추후 이 맨젯튜브(500)를 통해 그라우팅용 천공홀(400)에 그라우팅재가 주입된다.

이후, 보강재(200) 삽입시 컷오프 케이싱(300)과 맨젯튜브(500)가 파일용 천공홀(100)에 동시에 삽입되어 설치된다.

또한, 컷오프 케이싱(300)은 스페이서(120)를 대신하여 보강재(200)를 파일용 천공홀(100)의 중심에 맞춰 지지하는 역할도 동시에 수행할 수 있다.

도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 콘크리트 타설후 단면도이고, 도 7은 본 발명의 H형강 적용시를 보여주는 단면도와 A-A′단면도이다.

도 6에 도시된 바와 같이, 컷오프 케이싱 설치단계(S200) 이후에 파일용 천공홀(100)에 구획된 그라우팅용 천공홀(400) 내에 콘크리트(700)가 침범하는 것을 방지하기 위해 충진재(600)가 주입되는 충진재 주입단계(S210)를 더 포함할 수 있다.

이 충진재(600)는 추후 그라우팅재의 고압 주입시 충진재(600)가 밀려나오도록 모래나 벤토나이트 또는 우레탄 등으로 충진되어 콘크리트(700) 주입시 컷오프 케이싱(300) 내부를 실링하는 역할을 수행하게 된다.

이 충진재(600)는 컷오프 케이싱(300)과 맨젯튜브(500) 사이의 공간에 별도의 충진재 주입튜브(610)를 통해 주입된다.

그리고, 콘크리트 타설단계(S300)는 파일용 천공홀(100)에 콘크리트(700)를 주입하여 콘크리트(700)를 타설하여 경화시킨다.

콘크리트(700) 타설은 모래, 자갈, 시멘트 등을 혼합하여 현장에서 타설하는 방법과 레미콘을 이용하여 타설하는 방법을 현장에 맞게 선택하여 타설할 수 있다.

한편, 천공 케이싱(110)을 선택적으로 설치한 경우는 콘크리트 타설단계(S300) 이후에 이 천공 케이싱(110)을 제거하는 천공 케이싱 제거단계(S310)를 더 포함한다.

이후, 그라우팅재 주입단계(S400)는 맨젯튜브(500)를 통해 그라우팅용 천공홀(400)에 그라우팅재가 주입되어 지하수를 차단한다. 이러한 차수 그라우팅은 지하구조의 시공을 위한 지하굴착에 따른 토사의 안정과 주변 지반의 지하수위 저하를 막아 주위건물 및 지반 침하를 방지하게 된다. 그라우팅재는 통상의 불안정화한 물유리(규산소다)를 주입한다.

이러한 그라우팅재 주입은 고압의 가압방식으로 맨젯튜브(500)의 하단에 설치된 개구형 슬리브를 통해 아래쪽부터 주입된다. 이때, 콘크리트(700) 침투를 방지하기 위해 설치되어 있던 충진재(600)는 위로 밀려 올라오면서 제거되고, 이 공간을 그라우팅재가 주입되면서 주변지반의 공극을 메우게 된다.

이러한 구성의 본 발명에 따른 흙막이 공법을 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 8은 본 발명에 따른 흙막이 공법의 시공과정을 보여주는 작업 상태도이고, 도 9는 본 발명에 따른 흙막이 공법이 주열식 공법에 적용된 대표적인 사례도이다.

도시된 바와 같이, 우선 장비 및 자재 준비가 완료되면 보링기 등의 천공장비를 이용하여 파일용 천공홀(100)을 천공하게 된다. 천공시 연약한 지반구조 등으로 인해 천공 케이싱(110)의 설치가 필요한 경우에는 천공과 동시에 천공 케이싱(110)을 동시에 삽입하면서 천공하게 된다.

그리고, 철근망이나 H형강 등의 보강재(200)에 컷오프 케이싱(300)과 맨젯튜브(500)를 벤딩 고정하여 조립하게 된다.

이후, 파일용 천공홀(100)에 크레인 등을 이용하여 보강재(200), 컷오프 케이싱(300), 맨젯튜브(500)를 동시에 건입하게 된다. 이때 컷오프 케이싱(300)은 플렉시블하고, 형상복원이 가능한 소재로 형성되어 파일용 천공홀(100)의 주변지반 또는 천공 케이싱(110)의 내주면에 강하게 밀착되면서 삽입되어 추후 콘크리트(700) 타설시 콘크리트(700)가 침투할 수 있는 공극 발생을 1차적으로 최소화하게 된다.

이렇게 파일용 천공홀(100)의 일부를 컷오프 케이싱(300)이 구획함으로써, 그라우팅용 천공홀(400)이 형성되게 된다.

설치가 완료되면, 별도의 충진재 주입튜브(610)를 그라우팅용 천공홀(400)에 설치후 모래, 벤토나이트, 우레탄 또는 다공질 스펀지 등의 충진재(600)를 주입하여 컷오프 케이싱(300) 내부를 실링하게 된다. 따라서, 추후 콘크리트(700) 타설시 컷오프 케이싱(300) 내부로 콘크리트(700)의 침투를 2차적으로 방지하게 된다.

이후, 파일용 천공홀(100)에 현장 타설방식이나 레미콘 타설방식으로 콘크리트(700)를 주입한다.

한편, 천공 케이싱(110)이 설치된 경우에는 콘크리트(700) 주입이 완료되면 천공 케이싱(110)을 제거하게 된다. 이때, 천공 케이싱(110) 제거시 발생될 수 있는 공극은 컷오프 케이싱(300)이 원래 형상으로 펴지면서 파일용 천공홀(100)의 주변지반과 밀착되어 공극을 최소화하게 된다.

또한, 그라우팅용 천공홀(400)에 충진재(600)가 이미 충진되어 콘크리트(700)의 침투를 방지하는 실링 역할을 수행하게 된다.

그리고, 콘크리트(700) 타설시 맨젯튜브(500) 주위가 매립되는 기존의 문제를 완전히 해결하게 된다.

이후 콘크리트(700) 양생 및 경화가 완료되면 맨젯튜브(500)를 통해 그라우팅용 천공홀(400) 내부에 그라우팅재를 주입하게 된다.

그라우팅재는 고압의 가압방식으로 맨젯튜브(500) 하단의 개구형 슬리브를 통해 아래쪽부터 주입되면서 충진재(600)가 위쪽으로 터져나오면서 주입된다.

이러한 차수 그라우팅 작업을 통해 주변지반의 공극을 메우게 되어 지하수가 유출되는 것을 방지하게 된다.

그리고, 도 9를 참조하면, 주열식 흙막이 공법의 경우 1열 또는 2열의 다양한 형태로 차수 그라우팅을 적용할 수 있다. 특히, 2열 주입의 경우 별도의 그라우팅용 천공홀을 천공하는 기존의 방식과 혼용하여 적용할 수도 있다.

또한, 그라우팅용 천공홀(400)의 위치를 파일과 파일 사이의 차수가 필요한 부분에 자유롭게 집중시켜 동일한 주입수량으로 차수 그라우팅 효과를 극대화할 수 있다.

결론적으로, 파일용 천공홀(100)의 일부를 컷오프 케이싱(300)으로 구획하여 그라우팅용 천공홀(400)로 사용이 가능하여 별도의 그라우팅용 천공작업이 필요없다.

또한, 컷오프 케이싱(300)은 플렉시블한 형상복원 소재로 형성되고, 컷오프 케이싱(300) 내부에 충진재(600)가 충진되어 콘크리트(700) 타설시 맨젯튜브(500)가 매립되는 것을 방지한다.

이후 고압 및 가압방식의 그라우팅재 주입으로 인해 충진재(600)는 제거되고, 그라우팅용 천공홀(400)에 그라우팅재가 주입되어 주변지반의 공극을 메우게 된다.

이상에서는, 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 대해서 도시하고 설명하였다. 그러나, 본 발명은 상술한 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상의 요지를 벗어남이 없이 얼마든지 다양하게 변경실시할 수 있을 것이다.

S100 : 천공단계 S110 : 컷오프 케이싱 삽입단계
S120 : 보강재 삽입단계 S200 :컷오프 케이싱 설치단계
S210 : 충진재 주입단계 S300 : 콘크리트 타설단계
S310 : 천공 케이싱 제거단계 S400 : 그라우팅재 주입단계
100 : 파일용 천공홀 110 : 천공 케이싱
120 : 스페이서 200 : 보강재
300 : 컷오프 케이싱 400 : 그라우팅용 천공홀
500 : 맨젯튜브 600 : 충진재
610 : 충진재 주입튜브 700 : 콘크리트

Claims (8)

1. 천공장비를 이용하여 목표심도까지 파일용 천공홀을 형성하는 천공단계;
   상기 파일용 천공홀에 철근망이나 H형강의 보강재를 삽입하여 말뚝 형성시 말뚝의 강도를 보강하는 보강재 삽입단계;
   상기 파일용 천공홀의 일측에 구비되어 상기 파일용 천공홀과 그라우팅용 천공홀을 구획하는 컷오프 케이싱을 설치하는 컷오프 케이싱 설치단계;
   상기 그라우팅용 천공홀 내에 콘크리트가 침범하는 것을 방지하기 위해 충진재가 주입되는 충진재 주입단계;
   상기 파일용 천공홀에 콘크리트를 주입하여 콘크리트를 타설하는 콘크리트 타설단계; 및
   상기 그라우팅용 천공홀에 그라우팅재가 주입되어 지하수를 차단하는 그라우팅재 주입단계;를 포함하되,
   상기 보강재는 삽입시 중간에 스페이서를 사용하여 상기 파일용 천공홀의 중심에 맞춰 삽입설치되도록 하고,
   상기 보강재의 일측에는 상기 컷오프 케이싱이 벤딩고정되고, 상기 컷오프 케이싱의 내부에는 그라우팅제가 주입되는 멘젯튜브(manjet tube)가 구비되어 상기 보강재에 벤딩 고정되는 구조를 가지며,
   상기 충진재는 상기 멘젯튜브와 상기 컷오프 케이싱의 사이의 공간인 상기 멘젯튜브의 외측 및 상기 컷오프케이싱의 안쪽 공간에 충진됨을 특징으로 하는 흙막이 공법.
2. 삭제
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 천공단계에서 지반이 약한 경우 공벽 형성을 보조하기 위해 천공 케이싱을 삽입하는 천공 케이싱 삽입단계와, 상기 콘크리트 타설단계 이후에 상기 천공 케이싱을 제거하는 천공 케이싱 제거단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 흙막이 공법.
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 보강재 삽입단계와 상기 컷오프 케이싱 설치단계에서 상기 보강재 일측에 상기 컷오프 케이싱을 고정하여 상기 보강재와 상기 컷오프 케이싱을 동시에 삽입하는 것을 특징으로 하는 흙막이 공법.
5. 청구항 3에 있어서,
   상기 컷오프 케이싱은 형상복원소재로 형성되어 상기 천공 케이싱의 제거시 상기 파일용 천공홀 내주면에 밀착되는 것을 특징으로 하는 흙막이 공법.
6. 삭제
7. 청구항 1에 있어서,
   상기 충진재는 상기 그라우팅재 주입단계에서 그라우팅재의 고압 주입시 밀려나오는 것을 특징으로 하는 흙막이 공법.
8. 청구항 1 또는 청구항 7에 있어서,
   상기 충진재는 모래, 벤토나이트, 우레탄 또는 다공질 스펀지인 것을 특징으로 하는 흙막이 공법.

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