KR101544139B1 - 압력 그라우팅에 의한 토사 정착형 마이크로파일 및 이의 시공방법 - Google Patents

압력 그라우팅에 의한 토사 정착형 마이크로파일 및 이의 시공방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 패커부재로 압축력을 받는 마이크로파일 상단을 밀폐함으로써, 주변 지반의 압밀 충전에 따른 주면 마찰력 증가로 토사 지반의 경우에도 상부 하중을 효과적으로 지지할 수 있는 압력 그라우팅에 의한 토사 정착형 마이크로파일 및 이의 시공방법에 대한 것이다.
본 발명의 압력 그라우팅에 의한 토사 정착형 마이크로파일은 토사 지반에서 상부구조물에 의한 압축력을 지반으로 전달하기 위한 압력 그라우팅에 의한 토사 정착형 마이크로파일에 관한 것으로, 천공홀 내에 근입되는 마이크로파일 본체; 천공홀 상부에서 마이크로파일 본체 외주면 상단에 구비되는 것으로 내부에 제1주입재가 채워져 팽창됨으로써 천공홀 내부를 밀폐하는 튜브형의 섬유패커인 패커부재; 상기 패커부재 내에 제1주입재를 주입하기 위해 패커부재 일측에 결합되는 팽창주입관; 천공홀 내부에 제2주입재를 주입하기 위해 마이크로파일 본체 측면에 결합되어 마이크로파일 본체 하단까지 연장되는 메인주입관; 및 상광하협의 콘 형상으로 중앙에 결합공이 형성되어, 상기 결합공이 상기 마이크로파일 본체 하부 외주면에 나사 결합되고, 메인주입관이 관통되는 관통공이 상하로 형성되는 것으로 복수 개가 상하로 일정 간격 이격되도록 구비되는 주면콘; 으로 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

압력 그라우팅에 의한 토사 정착형 마이크로파일 및 이의 시공방법{Micropile fixed in the soil by Pressure Injection Grouting and Construction Method thereof}
본 발명은 패커부재로 압축력을 받는 마이크로파일 상단을 밀폐함으로써, 주변 지반의 압밀 충전에 따른 주면 마찰력 증가로 토사 지반의 경우에도 상부 하중을 효과적으로 지지할 수 있는 압력 그라우팅에 의한 토사 정착형 마이크로파일 및 이의 시공방법에 대한 것이다.
마이크로파일 공법은 소규모 천공장비를 이용하여 지지층까지 소정 깊이의 천공홀을 형성한 다음 천공홀 내부를 저압으로 그라우팅 하여 소구경 현장타설 말뚝을 형성하는 공법이다.
이러한 마이크로파일 공법은 천공홀을 통하여 주입된 그라우트재가 연약지반을 보강하는 효과를 얻을 수 있고, 소규모 장비를 사용하므로 협소한 공간에서 시공이 용이한 장점 등으로 인하여 널리 사용되고 있다.
도 1은 지반에 설치된 종래 마이크로파일의 실시예를 도시하는 단면도이다.
도 1에서 볼 수 있는 바와 같이, 종래에는 천공홀(11) 내에 마이크로파일 본체(31)를 삽입한 다음 천공홀(11) 내부를 그라우팅 한다.
그러나 상기 마이크로파일은 다른 기초공법과는 달리 선단 지지력보다는 마이크로파일 외주면과 지반 간에 발생하는 주면 마찰력만을 고려하여 지지력을 산정하며, 풍화함 이상의 암반층에 대해서만 주면 마찰력을 고려한다.
따라서 토사 지반의 경우 주입재와 천공홀 내 마찰력 부족으로 주면 마찰력이 크지 않아 주면 마찰력을 무시하므로, 지지력 확보를 위해 파일 길이를 증가시켜야 하는 등의 단점이 있었다.
이에 앵커나 쏘일 네일링, 부력 방지용 마이크로파일(등록특허 제10-934196호) 등의 기술을 이용하여 패커에 의해 지반 주변을 밀폐하고 주입재를 주입하는 방법이 제안되었다.
그러나 상기 기술들은 자재 및 시공 과정이 복잡하고 공사비 및 공사기간이 증가되는 단점이 있었다.
특히, 상기 등록특허의 경우 약액 주입시 패커 상하단에 설치되는 상하 패킹이 팽창되어 간격이 벌어질 염려가 있어 이들의 간격 유지가 어렵고, 패커와 지반(1) 사이의 공간으로 약액이 누출되면 약액의 팽창압이 떨어지는 문제점 있었다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 압축력을 받는 마이크로파일 상단을 밀폐하여 주입재가 주변 지반을 압밀하도록 함으로써, 토사 지반의 경우에도 주면 마찰력 증가로 충분한 파일 지지력을 확보할 수 있는 압력 그라우팅에 의한 토사 정착형 마이크로파일 및 이의 시공방법을 제공하고자 한다.
본 발명은 마이크로파일 상단을 확실히 밀폐할 수 있어 주입재의 누출 염려가 없고, 시공 과정이 간단하여 공기 및 공사비를 절감하면서 용이하게 적용할 수 있는 압력 그라우팅에 의한 토사 정착형 마이크로파일 및 이의 시공방법을 제공하고자 한다.
바람직한 실시예에 따른 본 발명은 토사 지반에서 상부구조물에 의한 압축력을 지반으로 전달하기 위한 압력 그라우팅에 의한 토사 정착형 마이크로파일에 관한 것으로, 천공홀 내에 근입되는 마이크로파일 본체; 천공홀 상부에서 마이크로파일 본체 외주면 상단에 구비되는 것으로 내부에 제1주입재가 채워져 팽창됨으로써 천공홀 내부를 밀폐하는 튜브형의 섬유패커인 패커부재; 상기 패커부재 내에 제1주입재를 주입하기 위해 패커부재 일측에 결합되는 팽창주입관; 천공홀 내부에 제2주입재를 주입하기 위해 마이크로파일 본체 측면에 결합되어 마이크로파일 본체 하단까지 연장되는 메인주입관; 및 상광하협의 콘 형상으로 중앙에 결합공이 형성되어, 상기 결합공이 상기 마이크로파일 본체 하부 외주면에 나사 결합되고, 메인주입관이 관통되는 관통공이 상하로 형성되는 것으로 복수 개가 상하로 일정 간격 이격되도록 구비되는 주면콘; 으로 구성되는 것을 특징으로 하는 압력 그라우팅에 의한 토사 정착형 마이크로파일을 제공한다.
다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 상기 천공홀의 상부 토사층에는 케이싱이 설치되고, 상기 패커부재는 케이싱 내에 설치되는 것을 특징으로 하는 압력 그라우팅에 의한 토사 정착형 마이크로파일을 제공한다.
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아울러 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 상기 압력 그라우팅에 의한 토사 정착형 마이크로파일의 시공방법에 관한 것으로, (a) 지중에 천공홀을 천공하는 단계; (b) 천공홀 내에 상기 압력 그라우팅에 의한 토사 정착형 마이크로파일을 근입하는 단계; (c) 팽창주입관을 통해 패커부재 내로 제1주입재를 주입하여 패커부재를 팽창시킴으로써 천공홀 상부를 밀폐하는 단계; 및 (d) 메인주입관을 통해 천공홀 내로 제2주입재를 주입하여 마이크로파일 본체 주면 지반을 가압 압밀하면서 확공 그라우트 구근을 형성하는 단계; 를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 압력 그라우팅에 의한 토사 정착형 마이크로파일의 시공방법을 제공한다.
다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 상기 패커부재 내에 주입되는 제1주입재에는 급결제가 혼합되는 것을 특징으로 하는 압력 그라우팅에 의한 토사 정착형 마이크로파일의 시공방법을 제공한다.
본 발명에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 패커부재가 마이크로파일 상단을 밀폐하므로, 제2주입재가 천공홀 내 주변 지반을 압밀하면서 충전될 수 있다. 따라서 확공 그라우트 구근 형성에 따른 주면 마찰력 증가로 파일 지지력이 향상되므로, 주면 마찰력을 고려하여 마이크로파일의 지지력을 산정할 수 있다. 따라서 토사 지반의 경우에도 마이크로파일의 길이를 증가시킬 필요 없이 상부 하중을 지지할 수 있어 경제적이다.
둘째, 튜브형의 패커부재는 팽창 전 부피가 작아 천공홀의 크기에 상관없이 설치할 수 있으며, 제1주입재를 주입하여 팽창되더라도 패커부재의 외형을 안정적으로 유지할 수 있다. 따라서 패커부재가 마이크로파일 상단을 확실히 밀폐하므로 제2주입재가 누출되지 않는다.
셋째, 천공홀 내에 마이크로파일을 근입한 다음 제1주입재로 천공홀 상부를 밀폐하고 천공홀 내에 제2주입재를 주입하는 과정을 통하여 시공이 진행되므로, 작업이 간단하여 공기 및 공사비 단축이 가능하고 시공성이 향상된다.
도 1은 지반에 설치된 종래 마이크로파일의 실시예를 도시하는 단면도.
도 2는 지반에 설치된 본 발명 압력 그라우팅에 의한 토사 정착형 마이크로파일의 단면도.
도 3은 케이싱이 구비된 본 발명 압력 그라우팅에 의한 토사 정착형 마이크로파일의 단면도.
도 4는 주면콘이 결합된 본 발명 압력 그라우팅에 의한 토사 정착형 마이크로파일의 단면도.
도 5는 주면콘이 결합된 본 발명 압력 그라우팅에 의한 토사 정착형 마이크로파일의 사시도.
도 6은 주면콘의 실시예를 도시하는 사시도.
도 7은 패커부재의 확대사시도.
도 8은 본 발명 압력 그라우팅에 의한 토사 정착형 마이크로파일의 시공방법의 단계별 공정을 도시하는 도면.
이하, 첨부한 도면 및 바람직한 실시예에 따라 본 발명을 상세히 설명한다.
도 2는 지반에 설치된 본 발명 압력 그라우팅에 의한 토사 정착형 마이크로파일의 단면도이다.
본 발명은 토사 지반(1)에서 상부구조물(2)에 의한 압축력을 지반(1)으로 전달하기 위한 압력 그라우팅에 의한 토사 정착형 마이크로파일(3)에 관한 것이다.
도 2에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명의 압력 그라우팅에 의한 토사 정착형 마이크로파일은 천공홀(11) 내에 근입되는 마이크로파일 본체(31); 천공홀(11) 상부에서 마이크로파일 본체(31) 외주면 상단에 구비되는 것으로 내부에 제1주입재(41)가 채워져 팽창됨으로써 천공홀(11) 내부를 밀폐하는 튜브형의 섬유패커인 패커부재(32); 상기 패커부재(32) 내에 제1주입재(41)를 주입하기 위해 패커부재(32) 일측에 결합되는 팽창주입관(33); 천공홀(11) 내부에 제2주입재(42)를 주입하기 위해 마이크로파일 본체(31) 측면에 결합되어 마이크로파일 본체(31) 하단까지 연장되는 메인주입관(34); 및 상광하협의 콘 형상으로 중앙에 결합공(361)이 형성되어, 상기 결합공(361)이 상기 마이크로파일 본체(31) 하부 외주면에 나사 결합되고, 메인주입관(34)이 관통되는 관통공(362)이 상하로 형성되는 것으로 복수 개가 상하로 일정 간격 이격되도록 구비되는 주면콘(36); 으로 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 마이크로파일 본체(31)는 천공홀(11)의 깊이에 따라 복수 개가 커플러(37)에 의해 길이 방향으로 결합되어 천공홀(11) 내에 삽입될 수 있다.
마이크로파일 본체(31)는 외주면에 나사산이 형성된다. 나사산은 제2주입재(42)가 경화하면서 마찰력에 의하여 마이크로파일(3)의 지지력을 강화시키며 커플러(37)에 의하여 상하 마이크로파일 본체(31)의 이음을 원활하게 한다.
상기 마이크로파일 본체(31)는 통상 직경 300㎜ 이하이나 50~200㎜의 것을 많이 이용하며, 경우에 따라 반드시 이 범위 내의 직경에 국한되는 것은 아니다.
마이크로파일 본체(31) 상단에는 결합볼트에 의하여 베어링 플레이트를 결합하며, 이들은 상부 기초 콘크리트에 묻혀 일체화 된다.
상기 패커부재(32)는 마이크로파일 본체(31) 외주면 상단에 구비되며, 튜브형의 섬유패커로 팽창 전에는 부피가 작아 천공홀(11)의 크기에 상관없이 용이하게 설치할 수 있다.
상기 패커부재(32)는 패커부재(32) 일측에 결합된 팽창주입관(33)을 통한 제1주입재(41)의 주입에 따라 팽창되어 천공홀(11) 상단을 밀폐하며, 제1주입재(41)가 주입되어 팽창되더라도 외형이 안정적으로 유지된다.
패커부재(32)는 내부에 채워지는 제1주입재(41)와 함께 지반(1) 내에 영구 존치된다.
본 발명에서는 토사 지반(1)을 정착지반으로 하는 소구경 현장타설 말뚝 공법인 마이크로파일에서, 압축력을 받는 마이크로파일(3)의 상단 부분의 천공홀(11)을 패커부재(32)에 주입되는 제1주입재(41)로 밀폐하고 메인주입관(34)을 통하여 천공홀(11) 내에 제2주입재(42)를 그라우팅 한다.
따라서 천공홀(11) 내부 그라우팅시 천공홀(11) 상부가 밀폐되어 있으므로, 제2주입재(42)가 주변 지반(1)을 압밀하면서 밀실하게 충전된다. 이에 따라 마이크로파일(3) 외주면과 지반(1) 간의 주면 마찰력이 증가하여 파일 지지력이 향상된다.
천공홀(11) 내부 그라우팅이 완료된 후에는 상기 마이크로파일 본체(31) 상단에 상부구조물(2)인 기초 부분을 시공한다.
도 2에서 스페이서(38)는 마이크로파일(3)과 천공홀(11) 사이의 간격을 유지한다.
따라서 마이크로파일 본체(31) 근입시 천공홀(11)과의 사이에 틈새가 발생하여 기울어지는 것을 방지할 수 있어, 마이크로파일 본체(31)를 편심 없이 천공홀(11) 중심에 위치시켜 수직도를 유지할 수 있다.
상기 스페이서(38)는 마이크로파일 본체(31)의 길이 방향을 따라 일정 간격 이격되도록 복수 개 위치시킬 수 있으며, 천공홀(11)의 직경보다 작아 천공홀(11) 내부로 용이하게 근입할 수 있도록 한다.
도 3은 케이싱이 구비된 본 발명 압력 그라우팅에 의한 토사 정착형 마이크로파일의 단면도이다.
도 3에서와 같이, 상기 천공홀(11)의 상부 토사층에는 케이싱(35)이 설치되고, 상기 패커부재(32)는 케이싱(35) 내에 설치되도록 구성할 수 있다.
마이크로파일(3)은 천공홀(11) 천공 후 근입되므로, 이 과정에서 천공홀(11) 상부에 위치하는 토사층이 붕괴될 우려가 있다.
따라서 붕괴 우려가 있는 토사층 부분에 케이싱(35)을 설치하고 마이크로파일(3)을 근입하도록 한다. 물론, 토사층의 붕괴 우려가 없는 경우에는 케이싱(35) 없이 바로 마이크로파일(3)을 근입할 수 있다.
도 4는 주면콘이 결합된 본 발명 압력 그라우팅에 의한 토사 정착형 마이크로파일의 단면도이고, 도 5는 주면콘이 결합된 본 발명 압력 그라우팅에 의한 토사 정착형 마이크로파일의 사시도이며, 도 6은 주면콘의 실시예를 도시하는 사시도이다.
도 4 및 도 5에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명의 토사 정착형 마이크로파일은 상광하협의 콘 형상으로 중앙에 결합공(361)이 형성되어, 상기 결합공(361)이 상기 마이크로파일 본체(31) 하부 외주면에 나사 결합되는 주면콘(36)을 포함하여 구성된다.
상기 주면콘(36)은 상광하협의 콘 형상으로 하부로 갈수록 단면적이 작아지도록 외주면에 경사면이 형성된다.
상기 주면콘(36)은 도 4에서와 같이 상부 하중에 의한 응력을 마이크로파일(3)의 측 방향으로 전달하여 구근을 가압하여 응력 구근을 생성하므로, 주면 마찰력이 증가하여 토사층의 지지력 증가에 효과적이다.
상기 주면콘(36)은 마이크로파일 본체(31)의 길이 방향을 따라 복수 개가 상하로 일정 간격 이격되도록 구비된다.
주면콘(36)이 추가됨에 따라 응력 구근의 개수가 증가되면 주면 마찰력이 증가로 파일 지지력이 보다 향상된다.
또한, 도 6에서 볼 수 있는 바와 같이, 상기 주면콘(36)에는 메인주입관(34)이 관통되는 관통공(362)이 상하로 형성된다.
상기 관통공(362)은 메인주입관(34)을 마이크로파일 본체(31)에 고정한다.
상기 관통공(362)은 도 6에서와 같이 결합공(361)의 내주면 일측에 홈 형상으로 구성하거나, 결합공(361)과는 별도로 주면콘(36) 상하를 관통하도록 형성할 수 있다.
이 경우, 지반(1) 상부에서 마이크로파일 본체(31)에 주면콘(36)을 설치하고, 주면콘(36)의 관통공(362)에 메인주입관(34)이 관통되도록 연결한 다음, 마이크로파일 본체(31) 전부를 천공홀(11) 내에 근입하는 순서로 시공을 진행할 수 있다.
도 7은 패커부재의 확대사시도이다.
본 발명에서 상기 패커부재(32)는 섬유패커로 구성된다.
섬유 재질의 패커부재(32)는 자유롭게 재단이 가능하고, 튜브 형상으로 제작하는 것이 매우 용이하다. 또한, 마이크로파일 본체(31)나 천공홀(11)의 지름 변화에 따라 크기를 자유롭게 변경할 수 있고, 비용이 저렴하며 마이크로파일(3) 외부에 설치하는 것이 편리하다.
아울러 섬유패커는 내부에 제1주입재(41)가 주입되어 팽창되면 지반(1)과의 마찰력이 커지므로 주면 마찰력 증대에도 효과적이다.
상기 패커부재(32)는 탄성이 우수한 팽창성 재질의 우레탄계 섬유 등을 이용할 수 있다.
도 7에서와 같이, 상부에서 주입되는 제1주입재(41)가 패커부재(32) 내부로 원활하게 주입될 수 있도록 팽창주입관(33) 하단을 패커부재(32) 상부면에 위치시키도록 한다.
도 8은 본 발명 압력 그라우팅에 의한 토사 정착형 마이크로파일의 시공방법의 단계별 공정을 도시하는 도면이다.
본 발명 압력 그라우팅에 의한 토사 정착형 마이크로파일의 시공방법은 앞서 설명한 본 발명 압력 그라우팅에 의한 토사 정착형 마이크로파일(3)의 시공방법에 관한 것이다.
본 발명의 압력 그라우팅에 의한 토사 정착형 마이크로파일의 시공방법에서는 우선 (a) 지중에 천공홀(11)을 천공하는 단계부터 시작된다(도 8의 (a)).
상기 (a) 단계에서는 오거 등의 천공장비를 이용하여 지반(1)을 굴착하여 천공홀(11)을 형성한다. 이후 천공홀(11) 내부의 슬라임을 처리하는 공정이 수반되기도 한다.
그리고 (b) 천공홀(11) 내에 본 발명 압력 그라우팅에 의한 토사 정착형 마이크로파일(3)을 근입하고(도 8의 (b)), (c) 팽창주입관(33)을 통해 패커부재(32) 내로 제1주입재(41)를 주입하여 패커부재(32)를 팽창시킴으로써 천공홀(11) 상부를 밀폐한다(도 8의 (c)).
상기 (b) 단계에서는 패커부재(32)가 팽창하여 마이크로파일 본체(31) 상단과 천공홀(11) 사이의 공간을 차단하여 밀폐할 수 있도록, 상기 패커부재(32)의 상단이 지반(1) 상면 이하에 위치되도록 설치함이 바람직하다.
상기 (c) 단계에서 상기 패커부재(32) 내에 주입되는 제1주입재(41)에는 급결제를 혼합할 수 있다.
제1주입재(41)에 급결제를 혼합하면 패커부재(32) 내 제1주입재(41)를 먼저 경화시켜 천공홀(11) 상단을 밀폐한 다음, 천공홀(11) 내부에 제2주입재(42)를 주입하여 제대로 주변 지반(1)을 가압·압밀할 수 있다.
다음으로, (d) 메인주입관(34)을 통해 천공홀(11) 내로 제2주입재(42)를 주입하여 마이크로파일 본체(31) 주면 지반(1)을 가압 압밀하면서 지반에 확공 그라우트 구근을 형성한다(도 8의 (d)).
상기 제2주입재(42)는 지반(1)을 가압하면서 압밀하기 때문에 일정한 양생 기간을 거치면 지반(1) 내에 도 8의 (d)에서와 같은 확공 그라우트 구근을 형성하여 파일 지지력을 향상시킨다.
1: 지반 11: 천공홀
2: 상부구조물 3: 마이크로파일
31: 마이크로파일 본체 32: 패커부재
33: 팽창주입관 34: 메인주입관
35: 케이싱 36: 주면콘
361: 결합공 362: 관통공
37: 커플러 38: 스페이서
41: 제1주입재 42: 제2주입재

Claims (8)

  1. 토사 지반(1)에서 상부구조물(2)에 의한 압축력을 지반(1)으로 전달하기 위한 압력 그라우팅에 의한 토사 정착형 마이크로파일(3)에 관한 것으로,
    천공홀(11) 내에 근입되는 마이크로파일 본체(31);
    천공홀(11) 상부에서 마이크로파일 본체(31) 외주면 상단에 구비되는 것으로 내부에 제1주입재(41)가 채워져 팽창됨으로써 천공홀(11) 내부를 밀폐하는 튜브형의 섬유패커인 패커부재(32);
    상기 패커부재(32) 내에 제1주입재(41)를 주입하기 위해 패커부재(32) 일측에 결합되는 팽창주입관(33);
    천공홀(11) 내부에 제2주입재(42)를 주입하기 위해 마이크로파일 본체(31) 측면에 결합되어 마이크로파일 본체(31) 하단까지 연장되는 메인주입관(34); 및
    상광하협의 콘 형상으로 중앙에 결합공(361)이 형성되어, 상기 결합공(361)이 상기 마이크로파일 본체(31) 하부 외주면에 나사 결합되고, 메인주입관(34)이 관통되는 관통공(362)이 상하로 형성되는 것으로 복수 개가 상하로 일정 간격 이격되도록 구비되는 주면콘(36); 으로 구성되는 것을 특징으로 하는 압력 그라우팅에 의한 토사 정착형 마이크로파일.
  2. 제1항에서,
    상기 천공홀(11)의 상부 토사층에는 케이싱(35)이 설치되고, 상기 패커부재(32)는 케이싱(35) 내에 설치되는 것을 특징으로 하는 압력 그라우팅에 의한 토사 정착형 마이크로파일.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제1항 또는 제2항에 의한 압력 그라우팅에 의한 토사 정착형 마이크로파일(3)의 시공방법에 관한 것으로,
    (a) 지중에 천공홀(11)을 천공하는 단계;
    (b) 천공홀(11) 내에 제1항 또는 제2항에 의한 압력 그라우팅에 의한 토사 정착형 마이크로파일(3)을 근입하는 단계;
    (c) 팽창주입관(33)을 통해 패커부재(32) 내로 제1주입재(41)를 주입하여 패커부재(32)를 팽창시킴으로써 천공홀(11) 상부를 밀폐하는 단계; 및
    (d) 메인주입관(34)을 통해 천공홀(11) 내로 제2주입재(42)를 주입하여 마이크로파일 본체(31) 주면 지반(1)을 가압 압밀하면서 확공 그라우트 구근을 형성하는 단계; 를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 압력 그라우팅에 의한 토사 정착형 마이크로파일의 시공방법.
  8. 제7항에서,
    상기 패커부재(32) 내에 주입되는 제1주입재(41)에는 급결제가 혼합되는 것을 특징으로 하는 압력 그라우팅에 의한 토사 정착형 마이크로파일의 시공방법.
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