KR101618786B1

KR101618786B1 - 선단 확경 말뚝을 이용하여 말뚝 기초지반을 보강하는 시공방법 및 선단 확경 말뚝용 확경구

Info

Publication number: KR101618786B1
Application number: KR1020150021971A
Authority: KR
Inventors: 임성대
Original assignee: (주)삼일이엔씨
Priority date: 2014-02-14
Filing date: 2015-02-13
Publication date: 2016-05-19
Also published as: KR20150097405A

Abstract

본 발명은 말뚝 본체 하부의 확장체를 회전절삭과 동시에 확장함으로써, 확경구가 말뚝 외경부와 지반 내벽 사이를 폐쇄하여 하부 슬라임의 상승을 방지함과 함께 천공홀 바깥의 원지반에 지지되게 하여 주변 지반의 밀도를 크게 증가시켜 말뚝의 기초지반을 보강할 수 있는 선단 확경 말뚝을 이용하여 말뚝 기초지반을 보강하는 시공방법 및 선단 확경 말뚝용 확경구에 대한 것이다.
본 발명의 선단 확경 말뚝을 이용하여 말뚝 기초지반을 보강하는 시공방법은 내부가 빈 관 형상의 말뚝 본체 및 말뚝 본체 하부에 결합되어 지름이 확장되는 확경구로 구성되는 선단 확경 말뚝을 이용하는 것으로, (a) 상기 선단 확경 말뚝을 지중에 관입하는 단계; 및 (b) 확경구의 확장체를 말뚝 중심축을 중심으로 회전시키면서, 하단이 원뿔 형상인 가압체를 확경구의 상부관통공을 통해 연결부재 내에 삽입하여 확장체의 가압부 후단 경사면을 가압하여 확장체를 확장시킴으로써 지반 내벽과 말뚝 외경부 사이 공간의 일부 또는 전부를 폐쇄하는 단계; 를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

선단 확경 말뚝을 이용하여 말뚝 기초지반을 보강하는 시공방법 및 선단 확경 말뚝용 확경구{Construction Method for Reinforcing Foundation ground using Piles with Extended head and Extending device for Piles}

본 발명은 말뚝 본체 하부에 위치되는 확장체를 회전절삭과 동시에 확장함으로써, 확경부가 말뚝 외경부와 지반 내벽 사이를 폐쇄하여 하부 슬라임의 상승을 방지함과 함께 천공홀 바깥의 원지반에 지지되게 하여 주변 지반의 밀도를 크게 증가시켜 말뚝의 기초지반을 보강할 수 있는 선단 확경 말뚝을 이용하여 말뚝 기초지반을 보강하는 시공방법 및 선단 확경 말뚝용 확경구에 대한 것이다.

각종 건축·토목 구조물의 기초 및 고정용으로 지중에 설치되는 말뚝은 선단부에서 주로 압축력을 받도록 설계된다.

이러한 말뚝을 효율적으로 사용하기 위해서는 말뚝 선단부 주변 지반을 견고하게 보강함으로써, 말뚝에 극한 하중이 작용하더라도 말뚝 지지 지반이 항복하거나 파괴되지 않게 하여야 한다.

따라서 말뚝의 충분한 지지력 확보를 위하여 말뚝 선단부의 확장을 통하여 선단지지력을 증가시키는 방법이 이용되고 있다(등록특허 제 10-1150854호 등).

한편, 말뚝은 주로 지중의 천공홀에 근입하는 방법으로 시공되는데, 천공홀의 바닥 지반에는 천공시 슬라임이 발생한다. 대부분의 슬라임은 천공과정 및 회수과정에서 아주 강한 유체를 이용하여 배출처리를 수행하지만, 일부 잔여슬라임은 천공 후 천공홀 바닥지반에 쌓이게 된다.

이와 같이 천공홀 바닥 지반에 쌓인 잔여슬라임은 시간이 지남에 따라 말뚝과 천공홀 사이의 빈틈으로 상승할 수 있으며, 이에 따라 지반 침하 및 말뚝의 허용지지력 감소를 초래하여 구조물의 안전성을 저하시킬 수 있다.

본 발명은 확경구를 확장하여 천공홀과 말뚝 사이의 빈 공간을 폐쇄함으로써, 천공홀 하부의 잔여슬라임이 상승하는 것을 방지하여 종래의 말뚝 시공방법에 비해 말뚝 기초지반의 밀도를 크게 증가시켜 말뚝 침하를 방지할 수 있는 선단 확경 말뚝을 이용하여 말뚝 기초지반을 보강하는 시공방법 및 선단 확경 말뚝용 확경구를 제공하고자 한다.

본 발명은 말뚝 확대부 형성 전후에 가압체의 관입에 의해 말뚝의 기초지반 밀도를 추가로 증가시키는 선단 확경 말뚝을 이용하여 말뚝 기초지반을 보강하는 시공방법 및 선단 확경 말뚝용 확경구를 제공하고자 한다.

바람직한 실시예에 따른 본 발명은 내부가 빈 관 형상의 말뚝 본체 및 말뚝 본체 하부에 결합되어 지름이 확장되는 확경구로 구성되는 선단 확경 말뚝을 이용하여 말뚝 기초지반을 보강하는 시공방법에 관한 것으로, 상기 확경구는 말뚝 본체 하부에 결합되는 것으로 중앙에 상부관통공이 형성된 상부가이드부재; 상기 상부가이드부재 하부에 상부가이드부재와 일정 간격 이격되도록 구비되는 것으로 중앙에 하부관통공이 형성된 하부가이드부재; 상기 상부가이드부재와 하부가이드부재를 연결하는 것으로 상부관통공에 연통되도록 결합되고, 외주면에 복수의 진출입공이 형성된 연결부재; 및 상기 연결부재 외측의 상부가이드부재와 하부가이드부재 사이에 설치되는 것으로 외측에 절삭팁이 결합된 호 형상의 날개부 및 상기 날개부 후단에 구비되는 것으로 후단 상부에 경사면이 형성되고 상기 연결부재의 진출입공에 각각 삽입되는 가압부로 구성되어 방사상으로 배치되는 복수의 확장체; 로 구성되고, 상기 시공방법은 (a) 상기 선단 확경 말뚝을 지중에 관입하는 단계; 및 (b) 상기 확장체를 말뚝 중심축을 중심으로 회전시키면서, 하단이 원뿔 형상인 가압체를 확경구의 상부관통공을 통해 연결부재 내에 삽입하여 확장체의 가압부 후단 경사면을 가압하여 확장체를 확장시킴으로써 지반 내벽과 말뚝 외경부 사이 공간의 일부 또는 전부를 폐쇄하는 단계; 를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 선단 확경 말뚝을 이용하여 말뚝 기초지반을 보강하는 시공방법을 제공한다.

다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 상기 (a) 단계에서 선단 확경 말뚝은 지반에 천공홀을 형성한 후에 천공홀 내에 관입되는 것을 특징으로 하는 선단 확경 말뚝을 이용하여 말뚝 기초지반을 보강하는 시공방법을 제공한다.

다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 상기 (a) 단계에서 천공홀 형성과 함께 케이싱을 지반에 삽입하고, 선단 확경 말뚝을 케이싱 내에 삽입한 후 확경구의 확장체가 케이싱 하부에 위치하도록 선단 확경 말뚝을 경타하고, 가압체로 확장체의 가압부 후단을 가압하여 확장체의 날개부가 케이싱 외측으로 돌출되도록 부분 확장하며, 상기 (b) 단계에서 케이싱을 하부로 압입하여 확장체의 날개부와 결합시키고 케이싱을 회전시켜 확장체를 회전시키면서 확장체를 확장시켜 지반 내벽과의 사이를 밀폐하는 것을 특징으로 하는 선단 확경 말뚝을 이용하여 말뚝 기초지반을 보강하는 시공방법을 제공한다.

다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 상기 (a)단계에서 선단 확경 말뚝은 타입, 압입 또는 회전 관입 중 어느 한 방법에 의해 지중에 관입되는 것을 특징으로 하는 선단 확경 말뚝을 이용하여 말뚝 기초지반을 보강하는 시공방법을 제공한다.

바람직한 실시예에 따른 본 발명은 말뚝 본체 및 말뚝 본체 하부에 결합되어 지름이 확장되는 확경구로 구성되는 선단 확경 말뚝을 이용하여 말뚝 기초지반을 보강하는 시공방법에 관한 것으로, 상기 확경구는 말뚝 본체 하부에 결합되는 것으로 중앙에 상부관통공이 형성된 상부가이드부재; 상기 상부가이드부재 하부에 상부가이드부재와 일정 간격 이격되도록 구비되는 것으로 중앙에 하부관통공이 형성된 하부가이드부재; 상기 상부가이드부재와 하부가이드부재를 연결하는 것으로 상부관통공에 연통되도록 결합되고, 외주면에 복수의 진출입공이 형성된 연결부재; 및 상기 연결부재 외측의 상부가이드부재와 하부가이드부재 사이에 설치되는 것으로 외측에 절삭팁이 결합된 호 형상의 날개부 및 상기 날개부 후단에 구비되는 것으로 후단 상부에 경사면이 형성되고 상기 연결부재의 진출입공에 각각 삽입되는 가압부로 구성되어 방사상으로 배치되는 복수의 확장체; 로 구성되고, 상기 시공방법은 (a) 지반에 천공홀을 형성하고 천공홀 내에 상기 확경구를 삽입하고, 확경구 상부를 경타하는 단계; (b) 상기 확장체를 말뚝 중심축을 중심으로 회전시키면서, 하단이 원뿔 형상인 가압체를 확경구의 상부관통공을 통해 연결부재 내에 삽입하여 확장체의 가압부 후단 경사면을 가압하여 확장체를 확장시킴으로써 지반 내벽과 말뚝 외경부 사이 공간을 밀폐하는 단계; 및 (c) 상기 확경구 상부에 말뚝 본체를 설치하는 단계; 를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 선단 확경 말뚝을 이용하여 말뚝 기초지반을 보강하는 시공방법을 제공한다.

다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 상기 (c) 단계는 확경구 상부에 보강재를 설치하고 콘크리트를 타설하거나, 확경구 상부에 기성 말뚝 본체를 결합하여 말뚝 본체를 설치하는 것을 특징으로 하는 선단 확경 말뚝을 이용하여 말뚝 기초지반을 보강하는 시공방법을 제공한다.

다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 상기 (a) 단계에서 확경구 삽입 전에 천공홀 형성과 함께 케이싱을 삽입하는 것을 특징으로 하는 선단 확경 말뚝을 이용하여 말뚝 기초지반을 보강하는 시공방법을 제공한다.

다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 상기 가압체의 외주면에는 속이 빈 관 형상으로 장비와 연결되어 회전하는 회전부가 구비되고, 상기 회전부의 하단부가 확경구 상부에 결합되는 것을 특징으로 하는 선단 확경 말뚝을 이용하여 말뚝 기초지반을 보강하는 시공방법을 제공한다.

다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 상기 상부가이드부재 상면으로 걸림돌기가 돌출 형성되고, 회전부 하단에는 상기 걸림돌기가 삽입되어 걸리는 걸림턱이 형성되어 회전부의 회전력이 전달되는 것을 특징으로 하는 선단 확경 말뚝을 이용하여 말뚝 기초지반을 보강하는 시공방법을 제공한다.

다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 상기 걸림돌기는 상부가이드부재의 상부관통공 주위에 돌출 형성되고 상기 연결부재는 상부가이드부재와 고정 결합되어, 회전부의 회전시 확경구가 회전하여 확장체가 회전하는 것을 특징으로 하는 선단 확경 말뚝을 이용하여 말뚝 기초지반을 보강하는 시공방법을 제공한다.

다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 상기 걸림돌기는 연결부재의 상단에 형성되어 상부가이드부재의 상부관통공 상부로 돌출되고 상기 연결부재는 상부가이드부재와 회전 가능하게 분리 구성되어, 상기 회전부가 확경구의 연결부재를 회전시킴으로써 확장체가 회전하는 것을 특징으로 하는 선단 확경 말뚝을 이용하여 말뚝 기초지반을 보강하는 시공방법을 제공한다.

다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 상기 확경구의 상면에는 걸림홈이 형성되고, 회전부 하단에는 상기 걸림홈에 삽입되어 걸리는 걸림돌기가 돌출 형성되어 회전부의 회전력이 전달되는 것을 특징으로 하는 선단 확경 말뚝을 이용하여 말뚝 기초지반을 보강하는 시공방법을 제공한다.

다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 상기 상부가이드부재의 중앙 상면에는 상부관통공과 연통되는 것으로 가압체와 회전부 사이에 삽입되는 가압체가이드관이 구비되는 것을 특징으로 하는 선단 확경 말뚝을 이용하여 말뚝 기초지반을 보강하는 시공방법을 제공한다.

다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 상기 확장체의 날개부 상면에는 길이 방향으로 가이드돌부가 돌출 형성되고 상기 케이싱 하단에는 상기 가이드돌부가 삽입되어 걸리는 걸림턱이 형성되어, 상기 케이싱의 회전력이 확장체로 전달되는 것을 특징으로 하는 선단 확경 말뚝을 이용하여 말뚝 기초지반을 보강하는 시공방법을 제공한다.

다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 상기 (b) 단계 이후에 가압체를 하부관통공을 관통하여 말뚝 하단까지 관입하여 말뚝 하부 지반을 다지는 작업을 반복하는 (b') 단계가 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 선단 확경 말뚝을 이용하여 말뚝 기초지반을 보강하는 시공방법을 제공한다.

다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 상기 확경구의 하부가이드부재 하부에는 하부로 갈수록 지름이 작아지는 원추형 관입부가 결합되는 것을 특징으로 하는 선단 확경 말뚝을 이용하여 말뚝 기초지반을 보강하는 시공방법을 제공한다.

다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 상기 (b') 단계에서는, 상기 하부관통공을 통해 말뚝 하부에 채움재가 채워지는 것을 특징으로 하는 선단 확경 말뚝을 이용하여 말뚝 기초지반을 보강하는 시공방법을 제공한다.

다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 상기 확경구의 상부가이드부재는 말뚝 본체보다 직경이 큰 것을 특징으로 하는 선단 확경 말뚝을 이용하여 말뚝 기초지반을 보강하는 시공방법을 제공한다.

바람직한 실시예에 따른 본 발명은 말뚝 본체 하단에 결합되어 말뚝의 선단을 확장하기 위한 선단 확경 말뚝용 확경구에 관한 것으로, 말뚝 본체 하부에 결합되는 것으로 중앙에 상부관통공이 형성된 상부가이드부재; 상기 상부가이드부재 하부에 상부가이드부재와 일정 간격 이격되도록 구비되는 것으로 중앙에 하부관통공이 형성된 하부가이드부재; 상기 상부가이드부재와 하부가이드부재를 연결하는 것으로 상부관통공에 연통되도록 결합되고, 외주면에 복수의 진출입공이 형성된 연결부재; 및 상기 연결부재 외측의 상부가이드부재와 하부가이드부재 사이에 설치되는 것으로 외측에 절삭팁이 결합된 호 형상의 날개부 및 상기 날개부 후단에 구비되는 것으로 후단 상부에 경사면이 형성되고 상기 연결부재의 진출입공에 각각 삽입되는 가압부로 구성되어 방사상으로 배치되는 복수의 확장체; 로 구성되되, 상기 상부가이드부재 상면에는 걸림돌기 또는 걸림홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 선단 확경 말뚝용 확경구를 제공한다.

다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 상기 확경구의 상면에는 걸림돌기와 걸림홈 중 걸림돌기가 형성되되, 상기 걸림돌기는 상부가이드부재 상면의 상부관통공 주위에 돌출 형성되는 것을 특징으로 하는 선단 확경 말뚝용 확경구를 제공한다.

다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 상기 확경구의 상면에는 걸림돌기와 걸림홈 중 걸림돌기가 형성되되, 상기 걸림돌기는 상부가이드부재의 상부관통공 상부로 돌출되도록 연결부재 상단에 구비되고, 상기 연결부재는 상부가이드부재와 회전 가능하게 분리 구성되는 것을 특징으로 하는 선단 확경 말뚝용 확경구를 제공한다.

다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 상기 상부가이드부재의 중앙 상면에는 상부관통공과 연통되는 가압체가이드관이 구비되는 것을 특징으로 하는 선단 확경 말뚝용 확경구를 제공한다.

본 발명에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 확경구를 확장하여 천공홀과 말뚝 사이의 빈 공간을 폐쇄함으로써, 천공홀 하부의 잔여슬라임 상승으로 인한 말뚝 침하를 예방할 수 있다. 따라서 지반 침하를 줄일 수 있을 뿐만 아니라 말뚝 선단 면적 이상으로 말뚝을 지지하는 하부 지반이 보강됨에 따라 말뚝 허용지지력 증가로 말뚝 사용 본수를 감소시킬 수 있다.

둘째, 확경구 경타에 의해 현장타설말뚝의 선단지지력을 극대화할 수 있다.

셋째, 말뚝 본수의 획기적인 감소에 따라 말뚝 배치간격에 따른 기초 규격이 작아져 말뚝 공사 이외의 건축 비용이 추가로 절감되고 폐기물 처리비용과 함께 민원 발생도 크게 감소시킬 수 있다.

도 1은 본 발명 선단 확경 말뚝을 이용하여 말뚝 기초지반을 보강하는 시공방법의 실시예를 나타내는 도면.
도 2는 일체형 확경구의 실시예를 도시하는 사시도.
도 3은 막음부재가 구비된 확경구를 도시하는 사시도.
도 4는 확경구와 결합된 회전부를 나타내는 사시도.
도 5는 케이싱의 회전에 의하여 확장체를 확장시키는 본 발명 선단 확경 말뚝을 이용하여 말뚝 기초지반을 보강하는 시공방법을 나타내는 도면.
도 6은 케이싱을 확장체의 날개부와 결합하는 과정을 나타내는 도면.
도 7은 선단 확경 말뚝을 직항타하여 실시되는 본 발명 선단 확경 말뚝을 이용하여 말뚝 기초지반을 보강하는 시공방법을 나타내는 도면.
도 8은 본 발명 선단 확경 말뚝을 이용하여 말뚝 기초지반을 보강하는 시공방법의 다른 실시예를 나타내는 도면.
도 9는 분리형 확경구의 실시예를 도시하는 사시도.
도 10은 본 발명 선단 확경 말뚝을 이용하여 말뚝 기초지반을 보강하는 시공방법의 또 다른 실시예를 나타내는 도면.
도 11은 원추형 관입부가 구비된 확경구를 도시하는 저면사시도.
도 12는 가압체가 가압체가이드관을 따라 이동하여 확경구를 가압하는 과정을 나타내는 도면.
도 13은 말뚝 하부에 채움재를 채워넣어 말뚝 기초지반을 보강하는 과정을 나타내는 도면.

이하, 첨부한 도면 및 바람직한 실시예에 따라 본 발명을 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명 선단 확경 말뚝을 이용하여 말뚝 기초지반을 보강하는 시공방법의 실시예를 나타내는 도면이고, 도 2는 일체형 확경구의 실시예를 도시하는 사시도이다.

본 발명의 선단 확경 말뚝을 이용하여 말뚝 기초지반을 보강하는 시공방법은 내부가 빈 관 형상의 말뚝 본체(10) 및 말뚝 본체(10) 하부에 결합되어 지름이 확장되는 확경구(20)로 구성되는 선단 확경 말뚝을 이용하여 말뚝 기초지반을 보강하는 시공방법에 관한 것이다.

본 발명은 천공홀 바닥 지반에 쌓인 잔여슬라임의 밀도를 높여 천공홀 바닥 지반을 보강함으로써 말뚝의 침하를 방지하고자 한다.

상기 말뚝 본체(10)는 기성콘크리트 말뚝 또는 강관 말뚝을 이용할 수 있다.

또한, 상기 말뚝 본체(10)는 후술할 도 8에서와 같이 현장타설말뚝으로 구성할 수도 있다.

도 2의 (a) 내지 (c)에서 볼 수 있는 바와 같이, 상기 확경구(20)는 말뚝 본체(10) 하부에 결합되는 것으로 중앙에 상부관통공(211)이 형성된 상부가이드부재(21); 상기 상부가이드부재(21) 하부에 상부가이드부재(21)와 일정 간격 이격되도록 구비되는 것으로 중앙에 하부관통공(221)이 형성된 하부가이드부재(22); 상기 상부가이드부재(21)와 하부가이드부재(22)를 연결하는 것으로 상부관통공(211)에 연통되도록 결합되고, 외주면에 복수의 진출입공(231)이 형성된 연결부재(23); 및 상기 연결부재(23) 외측의 상부가이드부재(21)와 하부가이드부재(22) 사이에 설치되는 것으로 외측에 절삭팁(T)이 결합된 호 형상의 날개부(241) 및 상기 날개부(241) 후단에 구비되는 것으로 후단 상부에 경사면이 형성되고 상기 연결부재(23)의 진출입공(231)에 각각 삽입되는 가압부(242)로 구성되어 방사상으로 배치되는 복수의 확장체(24); 로 구성된다.

상기 확경구(20)는 별도의 확공드릴 없이 말뚝 선단에 말뚝 본체(10)보다 지름이 확장된 말뚝 확대부를 신속하게 형성하며, 상부가이드부재(21), 하부가이드부재(22), 연결부재(23) 및 복수의 확장체(24)를 포함하여 구성된다.

상기 상하부가이드부재(21, 22)는 상하로 일정 간격 이격되어 배치되는 것으로, 확장체(24)의 탈락을 방지함과 동시에 확장체(24)의 수평 방향 확장을 가이드 한다.

상기 하부가이드부재(22)는 후술할 가압체(30)가 충분히 하향 이동할 수 있도록 중앙에 하부관통공(221)이 형성될 수 있다. 이에 따라 하부가이드부재(22) 하부로 가압체(30)가 관입되면서 확장체(24)가 상하부가이드부재(21, 22) 외측으로 돌출되어 말뚝 확대부를 형성함과 동시에 하부 지반 밀도를 증가시킨다.

상기 복수의 확장체(24)는 방사상으로 확장하여 말뚝 확대부를 형성한다.

따라서 확경구(20)를 이용하여 선단지지력 추가 확보로 말뚝의 허용지지력을 증가시킬 수 있다. 이에 따라 말뚝의 본당 허용지지력이 크게 증가되므로, 말뚝 수량의 최소화 및 굴착 심도의 최적화로 경제적인 시공이 가능하다. 아울러 말뚝 확대부 체적만큼만 국부적으로 확장 천공되므로 지반 천공량을 최소로 할 수 있다. 따라서 뛰어난 경제성으로 각종 건축·토목 구조물의 기초용 말뚝에 광범위하게 적용할 수 있다.

상기 확장체(24)는 가압부(242)와 날개부(241)로 구성되며, 날개부(241) 외측에는 지반을 확경 절삭하는 절삭팁(T)이 결합된다.

상기 절삭팁(T)은 확장체(24)의 날개부(241) 외측에 일체로 돌출되게 형성되거나, 날개부(241) 외측에 결합하여 형성할 수 있다.

상기 절삭팁(T)은 원하는 치수대로 지반을 절삭하여 설계된 치수의 말뚝 확대부 단면을 형성할 수 있다. 따라서 최소의 절삭작업량과 최소의 확장체(24) 수량으로 말뚝 지지력과 인발저항력을 크게 증가시킬 수 있다.

상기 확장체(24)는 말뚝 시공 완료 후 확대된 상태로 말뚝 확대부의 영구적인 보강재 역할을 한다.

그리고 상기 시공방법은 (a) 상기 선단 확경 말뚝을 지중에 관입하는 단계; 및 (b) 상기 확장체(24)를 말뚝 중심축을 중심으로 회전시키면서, 하단이 원뿔 형상인 가압체(30)를 확경구(20)의 상부관통공(211)을 통해 연결부재(23) 내에 삽입하여 확장체(24)의 가압부(242) 후단 경사면을 가압하여 확장체(24)를 확장시킴으로써 지반 내벽과 말뚝 외경부 사이 공간의 일부 또는 전부를 폐쇄하는 단계; 를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기 (a) 단계에서는 말뚝 본체(10) 저면에 확경구(20)가 결합된 선단 확장 말뚝을 지중에 관입한다(도 1의 (a)).

이때, 확경구(20) 상단에 가압체(30)가 위치되도록 한다.

상기 (a) 단계에서 선단 확경 말뚝은 지반에 천공홀(1)을 형성한 후에 천공홀(1) 내에 관입될 수도 있다.

이후, 도 1의 (b) 내지 (c)에서 볼 수 있는 바와 같이, 상기 확장체(24)를 말뚝 중심축을 중심으로 회전시키면서 가압체(30)를 연결부재(23) 내에 삽입하여 확장체(24)를 확장시키는 (b) 단계를 실시한다.

이로써, 확장체(24)가 지반 내벽과 말뚝 외경부 사이 공간을 일부 또는 전부 폐쇄하게 된다. 따라서 하부슬라임이나 선단 지반 보강을 위하여 채워지는 채움재가 천공홀(1)과 말뚝 본체(10) 외경부 사이 빈틈으로 상승하는 것이 방지되므로, 천공홀(1) 바닥 주변 지반의 밀도를 높여 말뚝 침하를 예방할 수 있어 말뚝 기초지반 보강이 가능하다.

일부 천공홀(1) 바닥의 잔여슬라임이 연약한 경우에는 말뚝 본체(10)의 외경부와 천공홀(1) 사이의 공간을 일부 개방하여 잔여슬라임을 빠져나가게 한 다음, 속경성의 경화 가능한 접합채움재로 잔여슬라임이 빠져나간 공간을 채울 수도 있다. 물론, 압축공기나 펌프로 제공되는 압력수 또는 접합채움재 등의 슬라임배출용 유체를 이용하여 잔여슬라임을 외부로 배출하거나 시멘트 그라우트와 같은 접합채움재를 압력 주입하여 절삭슬라임을 밀어내도록 하는 것도 가능하다.

아울러 도 3에서와 같이 인접하는 확장체(24) 사이에 막음부재(26)를 구비하는 경우에는 지반 내벽과 말뚝 외경부 사이 공간을 완전히 밀폐할 수 있으므로 보다 충실한 지반 보강이 가능하다.

상기 가압체(30)는 말뚝 본체(10) 내에서 상하로 이동 가능하며, 상부의 무게추나 해머에 의한 타격 또는 진동에 의하여 하강하면서 확장체(24)의 가압부(242) 후단을 수평 방향으로 가압하여 확장시킨다.

본 발명에서는 말뚝 본체(10)를 회전시키는 것이 아니라 확장체(24)를 회전시킴으로써 선단마찰력에 의한 말뚝 본체(10)의 비틀림을 제거할 수 있다.

이러한 확장체(24)의 회전은 도 1, 도 11 등에서와 같이 가압체(30) 외측에 회전부(50)를 장착하고 회전부(50)를 확경구(20)에 결합하여 확경구(20)를 회전시키거나 도 5 등에서와 같이 케이싱(40)을 확장체(24)에 결합하여 케이싱(40)을 회전시킴으로써 확장체(24)를 회전시킬 수 있다.

특히, 후술할 도 8의 실시예에서와 같이 확경구(20)가 말뚝 본체(10)와 분리되어 확경구(20)만 회전되는 경우에는 말뚝 본체(10)의 비틀림이 전혀 없다.

상기 (b) 단계 이후에는 도 1의 (d)에서와 같이, 가압체(30)를 잔여슬라임이 쌓인 천공홀(1) 바닥면 측으로 보다 하향 이동시켜 잔여슬라임과 하부 지반을 가압하도록 함으로써, 주변 지반의 밀도를 증가시킬 수 있다.

나아가 가압체(30)를 회수한 다음 모래, 자갈 등의 말뚝 지지력 채움재나 속경성 및 팽창성 그라우트와 같은 경화 가능한 접합 채움재를 충전할 수 있으며, 다시 가압체(30)로 지반을 타격 또는 압입 등으로 가압하여 잔여슬라임과 하부 지반의 밀도를 더욱 증가시킴으로써, 말뚝 하단부를 고결체로 만들어 말뚝의 침하를 최소화할 수 있다.

특히, 가압체(30) 회수 후 팽창성 그라우트를 지반에 충전하는 경우에는 확경구(20) 하부와 천공홀(1) 원지반 상면에 주입된 팽창성 그라우트가 경화되면서 팽창하여 지반 강성이 증대되므로, 침하량을 최소화할 수 있다.

그리고 시멘트 그라우트를 지반에 충전하는 경우에는 경제적이면서 압력 주입시 틈새를 잘 파고들어 잔여슬라임과 혼합되어 높은 강도를 가질 수 있어 매우 효과적이다.

지반에 충전되는 채움재는 잔여슬라임의 두께와 원지반의 상태를 고려하여 양과 범위를 조절하여야 한다.

상기 가압체(30)는 지중에 존치하여 확장체(24)와 함께 지반을 영구적으로 보강하도록 할 수도 있다.

한편, 도 2의 (c)에서 볼 수 있는 바와 같이, 상기 확장체(24)의 가압부(242)는 후단 상부에 경사면이 형성된다. 이 경우 하단이 원뿔 형상으로 구성된 가압체(30)가 가압부(242)의 경사면을 타고 하향 이동하면서 연결부재(23) 내로 삽입되어 가압부(242) 후단 경사면을 가압하면 확장체(24)의 날개부(241)가 외부로 돌출된다.

도 2는 연결부재(23)가 상부가이드부재(21)와 고정 결합된 일체형 확경구의 실시예를 도시한다.

도 4 등과 관련하여 후술하겠지만 본 발명에서는 가압체(30)의 외주면에 구비된 회전부(50)의 하단부를 확경구(20) 상부에 결합하고, 상기 회전부(50)를 회전시켜 확경구(20)가 회전하도록 구성할 수 있다.

그리고 상기 회전부(50)와 확경구(20)의 결합을 위하여 상부가이드부재(21) 상면과 회전부(50) 하단에는 각각 걸림돌기(25)와 걸림턱(51)을 형성하거나 반대로 각각 걸림턱과 걸림돌기를 형성하고, 이들이 상호 걸리도록 결합함으로써 회전부(50)의 회전력이 확경구(20)로 전달되도록 할 수 있다.

이때, 도 2의 (a) 및 (b)에서와 같이 상기 걸림돌기(25)는 상부가이드부재(21)의 상부관통공(211) 주위에 돌출 형성되고 상기 연결부재(23)는 상부가이드부재(21)와 고정 결합되어, 회전부(50)의 회전시 확경구(20)가 회전하여 확장체(24)가 회전하도록 할 수 있다.

이 경우 도 1의 실시예에서는 상부가이드부재(21)가 말뚝 본체(10) 하부에 결합되므로, 확경구(20)의 회전시 말뚝 본체(10)도 같이 회전된다.

여기에서 상기 확경구(20)의 상부가이드부재(21)는 말뚝 본체(10)보다 큰 직경을 갖도록 구성할 수 있다.

말뚝 본체(10) 하단에 확경구(20)가 구비된 선단 확경 말뚝을 지중에 관입하는 도 1의 실시예의 경우, 말뚝 본체(10)의 직경보다 상부가이드부재(21)의 직경을 크게 하면, 기성 말뚝 본체(10)의 경타 작업 중 말뚝 본체(10)의 외경부가 지반 내벽에 직접 접하지 않는다. 따라서 확경구(20)의 회전시 말뚝 본체(10)의 마찰 저항에 의한 파손이나 변형을 방지할 수 있다.

상기 하부가이드부재(22)의 직경은 상부가이드부재(21)와 동일하게 할 수 있으나, 상부가이드부재(21)보다 작게 하면 말뚝 경타시 관입이 보다 용이하다.

도 3은 막음부재가 구비된 확경구를 도시하는 사시도이다.

도 3에서와 같이, 상기 상부가이드부재(21)와 하부가이드부재(22)의 사이에는 양 측면과 내측이 개방된 ㄷ 형상으로 형성되어 내부에 인접하는 확장체(24)의 날개부(241) 측부가 수납되는 막음부재(26)가 더 구비될 수 있다.

상기 막음부재(26)는 상하부가이드부재(21, 22) 사이에 위치되었다가, 확장체(24)가 상하부가이드부재(21, 22) 외부로 돌출될 때 확장체(24)의 가압에 의해 상하부가이드부재(21, 22)의 외부로 같이 돌출된다.

이에 따라 확장체(24)의 확장 후 인접 확장체(24) 사이의 공간에 막음부재(26)가 위치되게 되므로, 평면에서 보아 틈새 없는 연속적인 말뚝 확대부 형성이 가능하다.

따라서 확장체(24)와 막음부재(26)에 의하여 말뚝 외주면과 천공홀(1) 사이의 공간이 차단되므로, 말뚝 외주면과 천공홀(1) 사이로 잔여슬라임이 상승하여 말뚝이 침하되는 현상을 방지할 수 있다.

도 4는 확경구와 결합된 회전부를 나타내는 사시도이다.

도 4에서와 같이, 상기 가압체(30)의 외주면에는 속이 빈 관 형상으로 장비와 연결되어 회전하는 회전부(50)가 구비되고, 상기 회전부(50)의 하단부가 확경구(20) 상부에 결합될 수 있다.

상기 회전부(50)는 상단에 연결조인트(52)가 결합될 수 있다.

상기 연결조인트(52)는 지상 장비 또는 파일 내부에 삽입된 회전모터와 결합하여 회전부(50)를 회전시킨다.

즉, 상기 회전부(50)는 확장체(24)를 회전시키기 위한 것으로, 회전부(50)는 가압체(30) 외측에 장착되어 확경구(20)를 회전시켜 확장체(24)를 회전시킨다.

상기와 같은 회전부(50)의 구성은 말뚝 본체(10)의 선후 시공 여부에 관계없이 도 1, 도 8의 실시예에 모두 적용 가능하다.

아울러 상기 회전부(50)는 도 2의 일체형 확경구 또는 도 9의 분리형 확경구에 모두 결합 가능하다.

이때, 상기 상부가이드부재(21) 상면으로 걸림돌기(25)가 돌출 형성되고, 회전부(50) 하단에는 상기 걸림돌기(25)가 삽입되어 걸리는 걸림턱(51)이 형성되어 회전부(50)의 회전력이 확경구(20)에 전달되도록 구성할 수 있다.

특히, 상기 걸림턱(51)의 일측면은 수직하게 형성하여 걸림돌기(25)와 맞물리도록 하고 걸림턱(51)의 타측면은 하부로 갈수록 폭이 좁아지도록 경사지게 형성하면, 상부가이드부재(21) 상부에 불순물이 있더라도 걸림턱(51)에 걸림돌기(25)가 용이하게 삽입되어 걸릴 수 있다.

도면에는 미도시되었으나, 도 4의 실시예와 달리 상기 확경구(21)의 상면에 걸림홈이 형성되고, 회전부(50) 하단에는 상기 걸림홈에 삽입되어 걸리는 걸림돌기가 돌출 형성되어 회전부(50)의 회전력이 확경구(20)에 전달되도록 구성하는 것도 가능하다.

상기 걸림홈은 상부가이드부재(21) 상면 또는 연결부재(23) 상단에 형성할 수 있다.

도 5는 케이싱의 회전에 의하여 확장체를 확장시키는 본 발명 선단 확경 말뚝을 이용하여 말뚝 기초지반을 보강하는 시공방법을 나타내는 도면이다.

도 5는 케이싱(40)을 회전시킴으로써 확장체(24)를 회전시키는 경우에 대한 실시예이다.

선단 확경 말뚝을 지중에 관입하는 상기 (a) 단계에서는 천공홀(1) 형성과 함께 케이싱(40)을 지반에 삽입하고 말뚝 본체(10)와 확경구(20)로 구성된 선단 확경 말뚝을 케이싱(40) 내에 삽입한 후(도 5의 (a)), 확경구(20)의 확장체(24)가 케이싱(40) 하부에 위치하도록 선단 확경 말뚝을 경타한 다음(도 5의 (b)), 가압체(30)로 확장체(24)의 가압부(242) 후단을 가압하여 확장체(24)의 날개부(241)가 케이싱(40) 외측으로 돌출되도록 부분 확장할 수 있다(도 5의 (c)).

도 5의 (c)에서는 말뚝 본체(10) 내부로 가압체(30) 삽입하고 내부 해머비트를 작동하여 확장체(24)의 회전 없이 확장체(24)를 방사상으로 일정 길이만큼 확장한다.

그리고 상기 (b) 단계에서는 케이싱(40)을 하부로 압입하여 확장체(24)의 날개부(241)와 결합시킨다(도 5의 (d)).

이 경우, 확장체(24)의 날개부(241)가 외부로 돌출된 상태에서 케이싱(40) 하부 선단과 확장체(24)의 날개부(241)가 상호 결합된다.

이와 같은 케이싱(40) 하부 선단은 날개부(241) 사이의 공간에 결합되거나, 케이싱(40) 하단에 형성된 걸립턱(41)이 날개부(241) 상면에 형성된 가이드돌부(243)와 결합되어 케이싱(40) 하단과 날개부(241)가 결합될 수 있다.

다음으로, 상기 케이싱(40)을 회전시켜 확장체(24)를 회전시키면서 확장체(24)를 확장시켜 지반 내벽과의 사이를 밀폐하도록 구성할 수 있다(도 5의 (e)).

즉, 도 5의 (e)에서 케이싱(40)을 회전하면 확장체(24)가 회전하면서 가압체(30) 내부 해머비트를 작동하여 말뚝 확대부를 형성할 수 있다.

상기 케이싱(40)은 말뚝 지지력의 금속 재질로 콘크리트 재질의 말뚝 본체(10)와는 달리 회전시 지반과의 마찰력으로 인한 비틀림이 발생하지 않는다.

마지막으로 도 5의 (f)에서와 가압체(30)를 회수하는 단계가 추가될 수 있다.

상기 확장체(24)는 말뚝 시공 완료 후 확대된 상태로 말뚝 확대부를 영구적으로 보강한다.

도 6은 케이싱을 확장체의 날개부와 결합하는 과정을 나타내는 도면이다.

앞서 도 5의 (d)에서 상기 확장체(24)의 날개부(241)가 외부로 돌출된 상태에서 케이싱(40) 하부 선단과 확장체(24)의 날개부(241)가 상호 결합되어, 도 5의 (e)에서와 같이 케이싱(40)을 회전시켜 확장체(24)를 회전시키는 실시예에 대하여 전술하였다.

이와 같은 케이싱(40) 하부 선단과 확장체(24)의 날개부(241)의 결합을 위하여, 도 6의 (a) 내지 (b)에서와 같이 상기 확장체(24)의 날개부(241) 상면에는 길이 방향으로 가이드돌부(243)를 돌출 형성하고 상기 케이싱(40) 하단에는 상기 가이드돌부(243)가 삽입되어 걸리는 걸림턱(41)을 형성할 수 있다.

상기 가이드돌부(243)는 확장체(24)의 확장 방향을 안내함과 동시에 확장체(24)를 케이싱(40) 하단과 결합한다.

이로써, 케이싱(40)이 확장체(24)에 물려 케이싱(40)의 회전력이 확장체(24)로 전달되므로, 확장체(24)를 회전시킬 수 있다.

상기와 같이 확장체(24)의 가이드돌부(243)와 케이싱(40)의 걸림턱(41)이 결합하여 케이싱(40)을 회전시킴으로써 확장체(24)를 회전시키는 실시예는 도 2와 같은 일체형 확경구, 도 9와 같은 분리형 확경구에 모두 적용 가능하다. 특히, 일체형 확경구의 경우 말뚝 본체(10)와 함께 회전할 수도 있다.

도 7은 선단 확경 말뚝을 직항타하여 실시되는 본 발명 선단 확경 말뚝을 이용하여 말뚝 기초지반을 보강하는 시공방법을 나타내는 도면이다.

선단 확경 말뚝을 지중에 관입하는 상기 (a)단계에서, 선단 확경 말뚝은 타입, 압입 또는 회전 관입 중 어느 한 방법에 의해 지중에 관입될 수 있다.

이중 도 7은 천공홀(1)을 사전에 형성하지 않고 선단 확경 말뚝을 직항타 하여 지중에 관입하는 경우에 대한 실시예이다.

이 경우, 우선 도 7의 (a)에서와 같이 해머 등을 이용하여 확경구(20)가 장착된 선단 확경 말뚝을 지지층에 도달할 때까지 타격하여 지중에 관입한다.

그리고 말뚝 본체(10) 내부에 가압체(30)를 삽입하고(도 7의 (b)), 가압체(30)를 확경구(20)의 상부관통공(211)을 통해 연결부재(23) 내에 삽입하여 확장체(24)의 가압부(242) 후단을 가압하여 확장체(24)를 확장시킴으로써 지반 내벽과 말뚝 외경부 사이 공간을 폐쇄한다(도 7의 (c) 내지 (d)).

이후, 가압체(30)를 회수한다(도 7의 (e)).

도 8은 본 발명 선단 확경 말뚝을 이용하여 말뚝 기초지반을 보강하는 시공방법의 다른 실시예를 나타내는 도면이다.

도 1의 실시예의 경우 말뚝 본체(10)와 확경구(20)로 구성된 선단 확경 말뚝을 지중에 삽입한 다음 확장체(24)를 회전시키는 반면, 도 8의 실시예는 말뚝 본체(10)와 별도로 확경구(20)만 먼저 지반에 삽입·회전시켜 지반을 확경 절삭한 다음 말뚝 본체(10)를 나중에 설치한다는 점에서 서로 구분된다.

도 8에서 도시된 본 발명의 선단 확경 말뚝을 이용하여 말뚝 기초지반을 보강하는 시공방법은 말뚝 본체(10) 및 말뚝 본체(10) 하부에 결합되어 지름이 확장되는 확경구(20)로 구성되는 선단 확경 말뚝을 이용하여 말뚝 기초지반을 보강하는 시공방법에 관한 것이다.

도 1의 실시예에서와 마찬가지로 상기 확경구(20)는 말뚝 본체(10) 하부에 결합되는 것으로 중앙에 상부관통공(211)이 형성된 상부가이드부재(21); 상기 상부가이드부재(21) 하부에 상부가이드부재(21)와 일정 간격 이격되도록 구비되는 것으로 중앙에 하부관통공(221)이 형성된 하부가이드부재(22); 상기 상부가이드부재(21)와 하부가이드부재(22)를 연결하는 것으로 상부관통공(211)에 연통되도록 결합되고, 외주면에 복수의 진출입공(231)이 형성된 연결부재(23); 및 상기 연결부재(23) 외측의 상부가이드부재(21)와 하부가이드부재(22) 사이에 설치되는 것으로 외측에 절삭팁(T)이 결합된 호 형상의 날개부(241) 및 상기 날개부(241) 후단에 구비되는 것으로 후단 상부에 경사면이 형성되고 상기 연결부재(23)의 진출입공(231)에 각각 삽입되는 가압부(242)로 구성되어 방사상으로 배치되는 복수의 확장체(24); 로 구성된다.

상기 확경구(20)의 각 구성 및 역할에 대해서는 전술한 바와 같다.

그리고 상기 시공방법은 (a) 지반에 천공홀(1)을 형성하고 천공홀(1) 내에 상기 확경구(20)를 삽입하고, 확경구(20) 상부를 경타하는 단계로부터 시작된다(도 8의 (b) 및 (c)).

확경구(20) 상부를 경타하는 경우 하부 지반을 다짐으로써 선단 지지력을 증가시킬 수 있다.

상기 확경구(20)의 상부가이드부재(21) 외측 상부에는 슬라임유입방지부(29)를 돌출 형성할 수 있다. 상기 슬라임유입방지부(29)는 확경구(20)의 경타 및 말뚝 확대부 형성 작업 중 발생하는 슬라임이 유입되는 것을 방지하여 양질의 말뚝을 형성하도록 한다.

상기 (a) 단계에서는 확경구(20) 삽입 전에 천공홀(1) 형성과 함께 케이싱(40)을 삽입할 수 있다(도 8의 (a)). 이 경우 확경구(20) 삽입 후 확경구(20)의 확장체(24)가 케이싱(40) 하부에 위치하도록 확경구(20) 상부를 경타한다.

그리고 (b) 상기 확장체(24)를 말뚝 중심축을 중심으로 회전시키면서, 하단이 원뿔 형상인 가압체(30)를 확경구(20)의 상부관통공(211)을 통해 연결부재(23) 내에 삽입하여 확장체(24)의 가압부(242) 후단 경사면을 가압하여 확장체(24)를 확장시킴으로써 지반 내벽과 말뚝 외경부 사이 공간을 밀폐한다(도 8의 (d) 및 (e)).

이때, 상기 확경구(20)를 회전시키면서 가압체(30) 내부의 해머비트를 작동하여 말뚝 확대부를 형성한다.

상기 (a) 단계에서 케이싱(40)을 삽입한 경우에는 케이싱(40)이 확장체(24)에 물려 확장체(24)를 회전시킬 수 있다.

이를 위하여 앞서 도 6에서 설명한 바와 같이, 상기 확장체(24)의 날개부(241) 상면에는 길이 방향으로 가이드돌부(243)가 돌출 형성되고 상기 케이싱(40) 하단에는 상기 가이드돌부(243)가 삽입되어 걸리는 걸림턱(41)이 형성될 수 있으며, 케이싱(40)이 확장체(24)와 결합함으로써 케이싱(40)의 회전력이 확장체(24)로 전달된다.

마지막으로 (c) 상기 확경구(20) 상부에 말뚝 본체(10)를 설치한다(도 8의 (f)).

상기 (c) 단계에서는 확경구(20) 상부에 보강재(11)를 설치하고 콘크리트(12)를 타설하거나, 확경구(20) 상부에 기성 말뚝 본체(10)를 결합하여 말뚝 본체(10)를 설치할 수 있다.

즉, 말뚝 본체(10)로 현장타설말뚝 또는 기성 말뚝을 이용할 수 있다. 도 8의 (f)에서는 현장타설말뚝이 말뚝 본체(10)인 경우를 도시하였으며, 이 경우 콘크리트(12) 타설 전에 철근이나 PC 강봉 등의 보강재(11)를 미리 설치할 수 있다.

상기 보강재(11)는 확경구(20)에 미리 결합된 상태로 확경구(20)와 함께 천공홀(1) 내에 삽입될 수 있다.

상기 (a) 단계에서 확경구(20) 삽입 전에 천공홀(1) 형성과 함께 케이싱(40)을 삽입한 경우에는 도 8의 (g)에서와 같이 현장타설말뚝 콘크리트 타설 후 케이싱(40)을 인발하여 회수하는 단계가 추가될 수 있다.

도 9는 연결부재가 상부가이드부재와 분리 구성된 분리형 확경구의 실시예를 도시하는 사시도이다.

앞서 살펴본 바와 같이, 본 발명에서는 가압체(30)의 외주면에 구비된 회전부(50)의 회전에 의하여 확경구(20)가 회전할 수 있으며, 상부가이드부재(21) 상면과 회전부(50) 하단에 각각 형성된 걸림돌기(25)와 걸림턱(51) 또는 걸림턱과 걸림돌기의 결합에 의하여 회전부(50)의 회전력이 확경구(20)로 전달되도록 할 수 있다.

이때, 도 9에서와 같이, 상기 걸림돌기(25)는 연결부재(23)의 상단에 형성되어 상부가이드부재(21)의 상부관통공(211) 상부로 돌출되고 상기 연결부재(23)는 상부가이드부재(21)와 회전 가능하게 분리 구성되어, 상기 회전부(50)가 확경구(20)의 연결부재(23)를 회전시킴으로써 확장체(24)가 회전하도록 구성할 수 있다.

상기 확장체(24), 하부가이드부재(22) 및 연결부재(23)는 상부가이드부재(21)와 별개로 분리되어 회전하므로, 가이드돌부(243)를 확장체(24) 하부로 돌출 형성하여 확장체(24)의 확장 방향을 안내하면서 가이드돌부(243)와 상부가이드부재(21)가 서로 간섭되지 않도록 구성함이 바람직하다.

상기 걸림돌기(25) 외측에는 상부가이드부재(21) 상면에 걸리는 걸림턱(251)을 외측으로 연장 형성할 수 있으며, 이 경우 걸림턱(251)에 의하여 연결부재(23)가 상부가이드부재(21)로부터 이탈되지 않는다.

말뚝 본체(10) 하부에 확경구(20)가 결합된 도 1의 실시예의 경우, 상부가이드부재(21)를 말뚝 본체(10)와 일체로 고정 결합할 수 있다.

PHC 말뚝의 경우 별도의 선단 강판이 있으면 선단 강판을 상부가이드부재(21)에 용접할 수 있다. 그리고 PC 강봉은 상부가이드부재(21)에 고정하여 정착할 수 있다.

도 2에 도시된 일체형 확경구와 달리 분리형 확경구는 말뚝 본체(10)와 별도로 확경구(20)만 회전하게 된다. 따라서 상부가이드부재(21)의 직경을 말뚝 본체(10)의 직경보다 크게 제작할 필요가 없으며, 상부가이드부재(21)의 직경과 말뚝 본체(10)의 직경을 동일하게 구성하여도 무방하다.

도 10은 본 발명 선단 확경 말뚝을 이용하여 말뚝 기초지반을 보강하는 시공방법의 또 다른 실시예를 나타내는 도면이고, 도 11은 하부에 원추형 관입부가 구비된 확경구를 도시하는 저면사시도이다.

본 발명의 선단 확경 말뚝을 이용하여 말뚝 기초지반을 보강하는 시공방법에서는 상기 (b) 단계 이후에 가압체(30)를 하부관통공(221)을 관통하여 말뚝 하단까지 관입하여 말뚝 하부 지반을 다지는 작업을 반복하는 (b') 단계가 더 포함될 수 있다.

즉, 도 10의 (a) 내지 (b)에서와 같이 가압체(30)를 연결부재(23) 내에 삽입하여 확장체(24)를 확장시킨 후, 도 10의 (c)에서와 같이 가압체(30)를 하부관통공(221)을 관통하여 말뚝 하단까지 더욱 관입시킬 수 있다.

이로써, 가압체(30)가 말뚝 하부 지반을 다지면서 잔여슬라임이나 원지반 구성물질들이 외측으로 밀려나게 되므로, 지반 밀도가 증가되어 지지력을 향상시킬 수 있다.

한편, 도 10 내지 도 11에서 볼 수 있는 바와 같이, 상기 확경구(20)의 하부가이드부재(22) 하부에는 하부로 갈수록 지름이 작아지는 원추형 관입부(27)가 결합될 수 있다.

상기 원추형 관입부(27)는 하부가이드부재(22) 하부에 하부관통공(221)과 연통되도록 결합되는 것으로, 측면 및 하면이 폐쇄된 원추 형상으로 이루어져 말뚝이 지반에 쉽게 근입될 수 있도록 구성할 수 있다.

상기 원추형 관입부(27)는 하부가이드부재(22)와 고정 결합하거나, 가압체(30)의 가압에 의해 하부가이드부재(22)로부터 분리되도록 하부가이드부재(22)에 결합할 수 있다.

말뚝 선단 확경 과정에서 원추형 관입부(27)의 역할은 다음과 같다.

도 10의 (a)에서 볼 수 있는 바와 같이, 가압체(30)의 가압 초기에는 원추형 관입부(27)에 의하여 하부슬라임이 확경구(20) 내로 유입되는 것을 방지할 수 있다.

그리고 가압체(30)가 하부로 이동하여 확장체(24)가 확장된 직후에는 가압체(30)가 하부관통공(221)을 폐쇄하므로, 하부슬라임이 확경구(20) 내부로 유입되지 않는다(도 10의 (b)).

이후 도 10의 (c)에서와 같이 가압체(30)가 보다 하향 이동하여 원추형 관입부(27)가 하부가이드부재(22)로부터 탈락하면, 압축공기, 물 등의 압력유체가 하부가이드부재(22)와 원추형 관입부(27) 사이로 배출되므로 절삭슬라임의 배출을 도울 수 있을 뿐 아니라 원추형 관입부(27)가 하부 지반을 다져 지지력을 향상시킨다.

상기 가압체(30)는 회수 가능하며, 가압체(30)의 회수 후 모래, 자갈 등의 경질 채움재나 속경성 및 팽창성 그라우트와 같은 경화 가능한 접합 채움재를 지중에 충전할 수 있다.

도 12는 가압체가 가압체가이드관을 따라 이동하여 확경구를 가압하는 과정을 나타내는 도면이다.

도 12에서 볼 수 있는 바와 같이, 상기 상부가이드부재(21)의 중앙 상면에는 상부관통공(211)과 연통되는 것으로 가압체(30)와 회전부(50) 사이에 삽입되는 가압체가이드관(28)이 구비될 수 있다.

상기 가압체가이드관(28)은 가압체(30) 하향 이동시 가압체(30)와 확경구(20)의 중심선이 일치하도록 가압체(30)를 안내한다(도 12의 (a) 및 (b)). 아울러 상기 가압체가이드관(28)은 상부관통공(211)을 통해 확경구(20) 내로 이물질이 침투하는 것을 방지한다.

상기 가압체(30)와 확경구(20)는 중심선이 일치하여야 회전부(50) 하단부에 형성된 걸림턱(51)에 상부가이드부재(21) 상면에 형성된 걸림돌기(25)가 삽입되어, 회전부(50)와 확경구(20)가 정확하게 결합될 수 있다(도 12의 (c)).

이와 같이 회전부(50)와 확경구(20)가 결합되면, 회전부(50)가 회전하면서 확장체(24)를 확장한다(도 12의 (d) 및 (e)).

도 13은 말뚝 하부에 채움재를 채워넣어 말뚝 기초지반을 보강하는 과정을 나타내는 도면이다.

본 발명에서 상기 (b') 단계에서는 상기 하부관통공(221)을 통해 말뚝 하부에 채움재(F)가 채워지도록 할 수 있다.

상기 (b') 단계에서는 가압체(30)를 연결부재(23) 내에 삽입하여 확장체(24)를 확장시킨 후 가압체(30)를 하부관통공(221)을 관통하여 말뚝 하단까지 더욱 관입한다(도 13의 (b)). 이와 같은 가압체(30)를 통한 지반 다짐으로 지반 밀도를 증가시켜 지지력을 향상시킬 수 있다.

그리고 가압체(30)를 상부로 이동시킨 다음(도 13의 (c)), 하부관통공(221)을 통해 가압체(30)가 회수되고 형성된 말뚝 하부의 빈 공간에 채움재(F)를 주입한다(도 13의 (d)).

다음으로, 가압체(30)를 다시 하부관통공(221)을 관통하여 말뚝 하단까지 관입한다(도 13의 (e) 및 (f)).

상기와 같이 가압체(30) 회수, 채움재(F) 주입 또는 가압체(30) 회수, 채움재(F) 주입, 가압체(30) 다짐의 과정을 반복하면 잔여슬라임의 밀도를 증가시켜 고결체로 만들어 말뚝 침하를 최소화할 수 있다.

특히, 해머비트의 타격으로 가압체(30)를 관입하면 채움재(F)를 다지는 동안 해머비트의 진동 충격이 계속 가해지므로 말뚝의 기초지반을 훨씬 더 치밀하게 다질 수 있다.

아울러 상기 하부가이드부재(22) 하부에 원추형 관입부(27)가 설치된 경우에는 원추형 관입부(27)를 분리형으로 제작하여 하부가이드부재(22)와 원추형 관입부(27) 사이 공간으로 채움재(F)가 배출되도록 할 수 있다. 상기 원추형 관입부(27)가 하부가이드부재(22)와 일체로 제작된 경우에는 원추형 관입부(27)에 별도의 배출공을 형성하여 채움재(F)를 배출하는 것도 가능하다.

말뚝 하부에 채움재(F)를 채우고 다지기를 완료한 후에는 말뚝 내부에 시멘트 그라우트 등을 채워 그라우트 양생 후 말뚝에 압축 하중 작용시 채움재(F) 부분이 상승하는 것을 방지하도록 하는 것이 바람직하다.

이상, 본 발명의 선단 확경 말뚝을 이용하여 말뚝 기초지반을 보강하는 시공방법에 대하여 살펴보았다.

또한, 본 발명은 선단 확경 말뚝용 확경구를 포함한다.

본 발명의 선단 확경 말뚝용 확경구는 말뚝 본체(10) 하단에 결합되어 말뚝의 선단을 확장하기 위한 것으로, 말뚝 본체(10) 하부에 결합되는 것으로 중앙에 상부관통공(211)이 형성된 상부가이드부재(21); 상기 상부가이드부재(21) 하부에 상부가이드부재(21)와 일정 간격 이격되도록 구비되는 것으로 중앙에 하부관통공(221)이 형성된 하부가이드부재(22); 상기 상부가이드부재(21)와 하부가이드부재(22)를 연결하는 것으로 상부관통공(211)에 연통되도록 결합되고, 외주면에 복수의 진출입공(231)이 형성된 연결부재(23); 및 상기 연결부재(23) 외측의 상부가이드부재(21)와 하부가이드부재(22) 사이에 설치되는 것으로 외측에 절삭팁(T)이 결합된 호 형상의 날개부(241) 및 상기 날개부(241) 후단에 구비되는 것으로 후단 상부에 경사면이 형성되고 상기 연결부재(23)의 진출입공(231)에 각각 삽입되는 가압부(242)로 구성되어 방사상으로 배치되는 복수의 확장체(24); 로 구성되되, 상기 상부가이드부재(21) 상면에는 걸림돌기(25) 또는 걸림홈이 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 상부가이드부재(21), 하부가이드부재(22), 연결부재(23) 및 확장체(24)의 역할은 앞서 본 발명 선단 확경 말뚝을 이용하여 말뚝 기초지반을 보강하는 시공방법과 관련하여 서술한 내용과 같다.

상기 선단 확경 말뚝용 확경구는 가압체(30)의 외주면에 결합되는 회전부(50)와의 결합을 위하여 상부가이드부재(21) 상면에 걸림돌기(25) 또는 걸림홈이 형성된다.

이때, 상기 상부가이드부재 상면에 걸림돌기(25)가 형성된 경우, 상기 걸림돌기(25)는 도 2에서와 같이 상부가이드부재(21) 상면의 상부관통공(211) 주위에 돌출 형성되도록 일체로 구성하거나 도 9에서와 같이 상부가이드부재(21)의 상부관통공(211) 상부로 돌출되도록 연결부재(23) 상단에 구비되고, 상기 연결부재(23)는 상부가이드부재(21)와 회전 가능하게 분리 구성할 수 있다.

아울러 도 12에서와 같이 상기 상부가이드부재(21)의 중앙 상면에는 상부관통공(211)과 연통되는 가압체가이드관(28)을 구비함으로써, 가압체(30)의 하향 이동을 안내하여 가압체(30)와 확경구(20)의 중심선을 일치시키도록 할 수 있다.

1: 천공홀 10: 말뚝 본체
11: 보강재 12: 콘크리트
20: 확경구 21: 상부가이드부재
211: 상부관통공 22: 하부가이드부재
221: 하부관통공 23: 연결부재
231: 진출입공 24: 확장체
241: 날개부 242: 가압부
243: 가이드돌부 25: 걸림돌기
251: 걸림턱 26: 막음부재
27: 원추형 관입부 28: 가압체가이드관
29: 슬라임유입방지부 30: 가압체
40: 케이싱 41: 걸림턱
50: 회전부 51: 걸림턱
52: 연결조인트 F: 채움재
T: 절삭팁

Claims

내부가 빈 관 형상의 말뚝 본체(10) 및 말뚝 본체(10) 하부에 결합되어 지름이 확장되는 확경구(20)로 구성되는 선단 확경 말뚝을 이용하여 말뚝 기초지반을 보강하는 시공방법에 관한 것으로,
상기 확경구(20)는 말뚝 본체(10) 하부에 결합되는 것으로 중앙에 상부관통공(211)이 형성된 상부가이드부재(21); 상기 상부가이드부재(21) 하부에 상부가이드부재(21)와 일정 간격 이격되도록 구비되는 것으로 중앙에 하부관통공(221)이 형성된 하부가이드부재(22); 상기 상부가이드부재(21)와 하부가이드부재(22)를 연결하는 것으로 상부관통공(211)에 연통되도록 결합되고, 외주면에 복수의 진출입공(231)이 형성된 연결부재(23); 및 상기 연결부재(23) 외측의 상부가이드부재(21)와 하부가이드부재(22) 사이에 설치되는 것으로 외측에 절삭팁(T)이 결합된 호 형상의 날개부(241) 및 상기 날개부(241) 후단에 구비되는 것으로 후단 상부에 경사면이 형성되고 상기 연결부재(23)의 진출입공(231)에 각각 삽입되는 가압부(242)로 구성되어 방사상으로 배치되는 복수의 확장체(24); 로 구성되고,
시공방법은
(a) 상기 선단 확경 말뚝을 지중에 관입하는 단계; 및
(b) 상기 확장체(24)를 말뚝 중심축을 중심으로 회전시키면서, 하단이 원뿔 형상인 가압체(30)를 확경구(20)의 상부관통공(211)을 통해 연결부재(23) 내에 삽입하여 확장체(24)의 가압부(242) 후단 경사면을 가압하여 확장체(24)를 확장시킴으로써 지반 내벽과 말뚝 외경부 사이 공간의 일부 또는 전부를 폐쇄하는 단계; 를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 선단 확경 말뚝을 이용하여 말뚝 기초지반을 보강하는 시공방법.
제1항에서,
상기 (a) 단계에서 선단 확경 말뚝은 지반에 천공홀(1)을 형성한 후에 천공홀(1) 내에 관입되는 것을 특징으로 하는 선단 확경 말뚝을 이용하여 말뚝 기초지반을 보강하는 시공방법.
제2항에서,
상기 (a) 단계에서 천공홀(1) 형성과 함께 케이싱(40)을 지반에 삽입하고, 선단 확경 말뚝을 케이싱(40) 내에 삽입한 후 확경구(20)의 확장체(24)가 케이싱(40) 하부에 위치하도록 선단 확경 말뚝을 경타하고, 가압체(30)로 확장체(24)의 가압부(242) 후단을 가압하여 확장체(24)의 날개부(241)가 케이싱(40) 외측으로 돌출되도록 부분 확장하며,
상기 (b) 단계에서 케이싱(40)을 하부로 압입하여 확장체(24)의 날개부(241) 와 결합시키고 케이싱(40)을 회전시켜 확장체(24)를 회전시키면서 확장체(24)를 확장시켜 지반 내벽과의 사이를 밀폐하는 것을 특징으로 하는 선단 확경 말뚝을 이용하여 말뚝 기초지반을 보강하는 시공방법.
제1항에서,
상기 (a)단계에서 선단 확경 말뚝은 타입, 압입 또는 회전 관입 중 어느 한 방법에 의해 지중에 관입되는 것을 특징으로 하는 선단 확경 말뚝을 이용하여 말뚝 기초지반을 보강하는 시공방법.
말뚝 본체(10) 및 말뚝 본체(10) 하부에 결합되어 지름이 확장되는 확경구(20)로 구성되는 선단 확경 말뚝을 이용하여 말뚝 기초지반을 보강하는 시공방법에 관한 것으로,
상기 확경구(20)는 말뚝 본체(10) 하부에 결합되는 것으로 중앙에 상부관통공(211)이 형성된 상부가이드부재(21); 상기 상부가이드부재(21) 하부에 상부가이드부재(21)와 일정 간격 이격되도록 구비되는 것으로 중앙에 하부관통공(221)이 형성된 하부가이드부재(22); 상기 상부가이드부재(21)와 하부가이드부재(22)를 연결하는 것으로 상부관통공(211)에 연통되도록 결합되고, 외주면에 복수의 진출입공(231)이 형성된 연결부재(23); 및 상기 연결부재(23) 외측의 상부가이드부재(21)와 하부가이드부재(22) 사이에 설치되는 것으로 외측에 절삭팁(T)이 결합된 호 형상의 날개부(241) 및 상기 날개부(241) 후단에 구비되는 것으로 후단 상부에 경사면이 형성되고 상기 연결부재(23)의 진출입공(231)에 각각 삽입되는 가압부(242)로 구성되어 방사상으로 배치되는 복수의 확장체(24); 로 구성되고,
시공방법은
(a) 지반에 천공홀(1)을 형성하고 천공홀(1) 내에 상기 확경구(20)를 삽입하고, 확경구(20) 상부를 경타하는 단계;
(b) 상기 확장체(24)를 말뚝 중심축을 중심으로 회전시키면서, 하단이 원뿔 형상인 가압체(30)를 확경구(20)의 상부관통공(211)을 통해 연결부재(23) 내에 삽입하여 확장체(24)의 가압부(242) 후단 경사면을 가압하여 확장체(24)를 확장시킴으로써 지반 내벽과 말뚝 외경부 사이 공간을 밀폐하는 단계; 및
(c) 상기 확경구(20) 상부에 말뚝 본체(10)를 설치하는 단계; 를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 선단 확경 말뚝을 이용하여 말뚝 기초지반을 보강하는 시공방법.
제5항에서,
상기 (c) 단계는 확경구(20) 상부에 보강재(11)를 설치하고 콘크리트(12)를 타설하거나, 확경구(20) 상부에 기성 말뚝 본체(10)를 결합하여 말뚝 본체(10)를 설치하는 것을 특징으로 하는 선단 확경 말뚝을 이용하여 말뚝 기초지반을 보강하는 시공방법.
제5항에서,
상기 (a) 단계에서 확경구(20) 삽입 전에 천공홀(1) 형성과 함께 케이싱(40)을 삽입하고, 확경구(20) 삽입하는 것을 특징으로 하는 선단 확경 말뚝을 이용하여 말뚝 기초지반을 보강하는 시공방법.
제1항 또는 제5항에서,
상기 가압체(30)의 외주면에는 속이 빈 관 형상으로 장비와 연결되어 회전하는 회전부(50)가 구비되고, 상기 회전부(50)의 하단부가 확경구(20) 상부에 결합되는 것을 특징으로 하는 선단 확경 말뚝을 이용하여 말뚝 기초지반을 보강하는 시공방법.
제8항에서,
상기 상부가이드부재(21) 상면으로 걸림돌기(25)가 돌출 형성되고, 회전부(50) 하단에는 상기 걸림돌기(25)가 삽입되어 걸리는 걸림턱(51)이 형성되어 회전부(50)의 회전력이 전달되는 것을 특징으로 하는 선단 확경 말뚝을 이용하여 말뚝 기초지반을 보강하는 시공방법.
제9항에서,
상기 걸림돌기(25)는 상부가이드부재(21)의 상부관통공(211) 주위에 돌출 형성되고 상기 연결부재(23)는 상부가이드부재(21)와 고정 결합되어, 회전부(50)의 회전시 확경구(20)가 회전하여 확장체(24)가 회전하는 것을 특징으로 하는 선단 확경 말뚝을 이용하여 말뚝 기초지반을 보강하는 시공방법.
제9항에서,
상기 걸림돌기(25)는 연결부재(23)의 상단에 형성되어 상부가이드부재(21)의 상부관통공(211) 상부로 돌출되고 상기 연결부재(23)는 상부가이드부재(21)와 회전 가능하게 분리 구성되어, 상기 회전부(50)가 확경구(20)의 연결부재(23)를 회전시킴으로써 확장체(24)가 회전하는 것을 특징으로 하는 선단 확경 말뚝을 이용하여 말뚝 기초지반을 보강하는 시공방법.
제8항에서,
상기 확경구(20)의 상면에는 걸림홈이 형성되고, 회전부(50) 하단에는 상기 걸림홈에 삽입되어 걸리는 걸림돌기가 돌출 형성되어 회전부(50)의 회전력이 전달되는 것을 특징으로 하는 선단 확경 말뚝을 이용하여 말뚝 기초지반을 보강하는 시공방법.
제8항에서,
상기 상부가이드부재(21)의 중앙 상면에는 상부관통공(211)과 연통되는 것으로 가압체(30)와 회전부(50) 사이에 삽입되는 가압체가이드관(28)이 구비되는 것을 특징으로 하는 선단 확경 말뚝을 이용하여 말뚝 기초지반을 보강하는 시공방법.
제3항 또는 제5항에서,
상기 확장체(24)의 날개부(241) 상면에는 길이 방향으로 가이드돌부(243)가 돌출 형성되고 상기 케이싱(40) 하단에는 상기 가이드돌부(243)가 삽입되어 걸리는 걸림턱(41)이 형성되어, 상기 케이싱(40)의 회전력이 확장체(24)로 전달되는 것을 특징으로 하는 선단 확경 말뚝을 이용하여 말뚝 기초지반을 보강하는 시공방법.
제1항 또는 제5항에서,
상기 (b) 단계 이후에 가압체(30)를 하부관통공(221)을 관통하여 말뚝 하단까지 관입하여 말뚝 하부 지반을 다지는 작업을 반복하는 (b') 단계가 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 선단 확경 말뚝을 이용하여 말뚝 기초지반을 보강하는 시공방법.
제15항에서,
상기 확경구(20)의 하부가이드부재(22) 하부에는 하부로 갈수록 지름이 작아지는 원추형 관입부(27)가 결합되는 것을 특징으로 하는 선단 확경 말뚝을 이용하여 말뚝 기초지반을 보강하는 시공방법.
제15항에서,
상기 (b') 단계에서는, 상기 하부관통공(221)을 통해 말뚝 하부에 채움재(F)가 채워지는 것을 특징으로 하는 선단 확경 말뚝을 이용하여 말뚝 기초지반을 보강하는 시공방법.
제1항에서,
상기 확경구(20)의 상부가이드부재(21)는 말뚝 본체(10)보다 직경이 큰 것을 특징으로 하는 선단 확경 말뚝을 이용하여 말뚝 기초지반을 보강하는 시공방법.
말뚝 본체(10) 하단에 결합되어 말뚝의 선단을 확장하기 위한 선단 확경 말뚝용 확경구에 관한 것으로,
말뚝 본체(10) 하부에 결합되는 것으로 중앙에 상부관통공(211)이 형성된 상부가이드부재(21);
상기 상부가이드부재(21) 하부에 상부가이드부재(21)와 일정 간격 이격되도록 구비되는 것으로 중앙에 하부관통공(221)이 형성된 하부가이드부재(22);
상기 상부가이드부재(21)와 하부가이드부재(22)를 연결하는 것으로 상부관통공(211)에 연통되도록 결합되고, 외주면에 복수의 진출입공(231)이 형성된 연결부재(23); 및
상기 연결부재(23) 외측의 상부가이드부재(21)와 하부가이드부재(22) 사이에 설치되는 것으로 외측에 절삭팁(T)이 결합된 호 형상의 날개부(241) 및 상기 날개부(241) 후단에 구비되는 것으로 후단 상부에 경사면이 형성되고 상기 연결부재(23)의 진출입공(231)에 각각 삽입되는 가압부(242)로 구성되어 방사상으로 배치되는 복수의 확장체(24); 로 구성되되,
상기 확경구(20)의 상면에는 걸림돌기(25) 또는 걸림홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 선단 확경 말뚝용 확경구.
제19항에서,
상기 확경구(20)의 상면에는 걸림돌기(25)와 걸림홈 중 걸림돌기(25)가 형성되되, 상기 걸림돌기(25)는 상부가이드부재(21) 상면의 상부관통공(211) 주위에 돌출 형성되는 것을 특징으로 하는 선단 확경 말뚝용 확경구.
제19항에서,
상기 확경구(20)의 상면에는 걸림돌기(25)와 걸림홈 중 걸림돌기(25)가 형성되되, 상기 걸림돌기(25)는 상부가이드부재(21)의 상부관통공(211) 상부로 돌출되도록 연결부재(23) 상단에 구비되고, 상기 연결부재(23)는 상부가이드부재(21)와 회전 가능하게 분리 구성되는 것을 특징으로 하는 선단 확경 말뚝용 확경구.
제19항에서,
상기 상부가이드부재(21)의 중앙 상면에는 상부관통공(211)과 연통되는 가압체가이드관(28)이 구비되는 것을 특징으로 하는 선단 확경 말뚝용 확경구.