KR101662694B1 - 내부굴착에 의한 phc 말뚝의 시공방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 PHC 말뚝의 하부 선단부에 설치되는 선단부 굴착비트, PHC 말뚝의 상단부에 조립되는 드라이브 연결부재, 케이싱 회전 드라이브(drive for rotating casing) 및 오거 회전 드라이브(drive for rotating auger)를 이용하여 PHC 말뚝과 오거를 서로 반대 방향으로 회전시키면서 지반에 압입시켜 관입 설치함으로써, 저진동 및 저소음으로 PHC 말뚝을 경제적이고 효율적으로 시공할 수 있게 하는 내부굴착에 의한 PHC 말뚝의 시공방법에 관한 것이다.

Description

내부굴착에 의한 PHC 말뚝의 시공방법{Construction Method for PHC Pile by Inner Excavation}

본 발명은 중공형 프리스트레스트 콘크리트 말뚝(Pretensioned spun high strength concrete pile/ 이하, "PHC 말뚝"이라고 함)을 시공하는 방법에 관한 것으로서, 구체적으로는 PHC 말뚝의 하부 선단부에 설치되는 선단부 굴착비트, PHC 말뚝의 상단부에 조립되는 드라이브 연결부재, 케이싱 회전 드라이브(drive for rotating casing) 및 오거 회전 드라이브(drive for rotating auger)를 이용하여 PHC 말뚝과 오거를 서로 반대 방향으로 회전시키면서 지반에 압입시켜 관입 설치함으로써, 저진동 및 저소음으로 PHC 말뚝을 경제적이고 효율적으로 시공할 수 있게 하는 "내부굴착에 의한 PHC 말뚝의 시공방법"에 관한 것이다.

PHC 말뚝을 시공하는 보편적인 종래 기술은 "항타시공방법"과 "선굴착 매입공법"이다. 항타시공방법은 항타기를 이용하여 PHC 말뚝의 상부 두부를 직항타하여 PHC 말뚝을 지반에 삽입 설치하는 방법인데, 시공 과정에서 큰 소음과 진동이 발생하게 되며, 자갈이나 전석층이 지반 내에 두껍게 분포할 경우에는 시공이 곤란하다는 문제점이 있다.

선굴착 매입공법은, 오거(auger/나선형 회전천공기)를 이용하여 지반을 굴착하여 연직한 구멍으로 이루어진 천공부를 형성한 후, PHC 말뚝을 천공부 내에 삽입 배치하는 방법이다. 대한민국 공개특허공보 제10-2011-0087175호에는 종래 기술에 의한 선굴착 매입공법에 의해 PHC 말뚝을 시공하는 내용이 개시되어 있다. 그런데 이러한 종래의 선굴착 매입공법은 시공과정이 복잡하다는 단점이 있다. 또한 종래의 선굴착 매입공법에서는 PHC 말뚝의 직경보다 더 큰 직경으로 천공하게 되므로, PHC 말뚝을 천공부 내에 배치하기 전에 시멘트 밀크를 천공부 내에 주입하여야 하며, 이로 인하여 시공 과정이 복잡해져서 공기가 길어지고 시공비가 증가되는 문제가 발생할 뿐만 아니라, PHC 말뚝의 외면과 지반 천공부 내면 사이의 간격에 주입된 시멘트 밀크가 지반내로 유출됨으로 인하여 환경오염 등의 문제도 야기되는 단점이 있다.

한편, 강관말뚝의 경우에는, 강관말뚝의 상단부에는 강관말뚝을 회전시킬 수 있는 케이싱 회전 드라이브에 결합하고, 오거 회전 드라이브에 결합된 오거를 강관말뚝의 내부에는 삽입하여, 케이싱 회전 드라이브와 오거 회전 드라이브를 각각 작동시켜 오거와 강관말뚝을 서로 반대 방향으로 회전시키면서 오거로 지반을 굴착하여 지반에 천공부를 형성하고 강관말뚝을 천공부에 배치한 후, 오거를 인발하는 형태로 강관말뚝을 시공하는 "내부굴착방법"을 이용할 수 있다.

이러한 내부굴착방법은 진동 및 소음이 적으며 모든 지층에 사용할 수 있고, 원하는 지지층까지의 근입이 수월하다는 장점이 있다. 그러나 내부굴착방법에서는 오거의 회전 방향과 반대 방향으로 말뚝을 회전시켜야 하므로, 두께가 강관말뚝보다 매우 두꺼운 PHC 말뚝에는 직접적으로 적용할 수 없다. 부재의 두께가 얇은 강관말뚝의 경우에는 케이싱 회전 드라이브에 강관말뚝의 상단부를 체결하여 강관말뚝을 회전시키는 것이 용이하지만, 현재 상용되어 있는 케이싱 회전 드라이브로는 부재의 두께가 큰 PHC 말뚝의 상단부에 결합하는 것이 사실상 불가능하다. 고가의 비용을 들여서 두꺼운 PHC 말뚝에 체결될 수 있는 케이싱 회전 드라이브를 제작하였다고 할지라도, PHC 말뚝의 두꺼운 본체 두께로 인하여 PHC 말뚝을 단순히 회전시켜서는 지반에 관입 설치되기 어렵다. 이러한 이유 때문에 종래 기술에 의한 "내부굴착방법"은 강관말뚝의 시공에만 이용되고 있는 실정이다.

대한민국 공개특허공보 제10-2011-0087175호(2011. 08. 02. 공개).

본 발명은 위와 같은 종래 기술의 한계 및 문제점을 극복하기 위하여 개발된 것으로서, 강관말뚝보다 본체의 두께가 더 두꺼운 PHC 말뚝을 시공함에 있어서도 종래의 강관말뚝을 시공하던 내부굴착방법을 적용함으로써, 단순한 과정을 통해서 저진동 및 저소음으로 PHC 말뚝을 시공할 수 있도록 하는 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.

구체적으로 본 발명은 강관말뚝에 적용되던 종래의 내부굴착공법을 PHC 말뚝의 시공에 적용하되, 강관말뚝을 회전시켜서 지반에 압입하는데 사용하던 케이싱 회전 드라이브를 이용하여 강관말뚝보다 상대적으로 더 두꺼운 본체를 가지는 PHC 말뚝을 오거의 회전방향과 반대 방향으로 회전시키면서 용이하게 지반에 압입시키되, PHC 말뚝 하부의 선단부에는 굴착비트(bit)를 설치하여 PHC 말뚝이 회전함에 따라 PHC 말뚝의 본체 하부의 지반 부분이 굴착되도록 함으로써, PHC 말뚝의 두꺼운 본체 두께에도 불구하고 PHC 말뚝이 원하는 심도까지 용이하게 지중에 설치될 수 있도록 하는 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.

위와 같은 과제를 달성하기 위하여 본 발명에서는, PHC 말뚝의 두부에는 강관으로 이루어진 드라이브 연결부재를 조립결합하고, PHC 말뚝의 하부 선단부에는 선단부 굴착비트를 설치하며, 오거가 PHC 말뚝의 중공 내에 삽입 배치된 상태로 오거와 드라이브 연결부재를 각각 오거 회전 드라이브와 케이싱 회전 드라이브에 결합하여 오거와 PHC 말뚝을 지반에 연직하게 위치시키는 단계; 오거 회전 드라이브와 케이싱 회전 드라이브를 회전 구동시켜서, 오거와 PHC 말뚝이 서로 반대 방향으로 회전하도록 하여, 오거가 지반을 굴착함과 동시에 선단부 굴착비트가 PHC 말뚝의 본체 하면에 위치하는 지반을 굴착하여 오거와 PHC 말뚝이 지반 내에 근입되도록 하는 단계; 및 PHC 말뚝이 설계 심도까지 근입된 후에는 오거를 제거하고, 드라이브 연결부재를 PHC 말뚝으로부터 분리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 PHC 말뚝의 시공방법이 제공된다.

이러한 본 발명에 따른 PHC 말뚝의 시공방법에서 오거와 PHC 말뚝을 지반에 연직하게 위치시키는 단계를 수행함에 있어서, 보조천공부를 지반에 천공하고, 보조천공부 내에 강관말뚝으로 이루어진 가이드 케이싱을 삽입하며, 하부 서단부에 선단부 굴착비트가 구비된 PHC 말뚝을 임시로 보조천공부 내에 삽입 배치한 상태에서 PHC 말뚝의 두부에 드라이브 연결부재를 조립 결합하고 오거를 PHC 말뚝의 중공 내에 관통 배치한 상태에서 오거와 드라이브 연결부재를 각각 오거 회전 드라이브와 케이싱 회전 드라이브에 결합하는 단계; 및 PHC 말뚝과 오거를 보조천공부로부터 인발한 후, PHC 말뚝을 시공하려는 시공위치에서 오거와 PHC 말뚝을 지면 위에 연직하게 세워서 위치시키는 단계를 포함할 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 PHC 말뚝 시공방법에서, 오거와 PHC 말뚝을 지반에 연직하게 위치시키는 단계를 수행함에 있어서, 상기한 바와 달리, 오거 회전 드라이브를 이용하여 오거를 회전시켜 지중에 근입시키는 단계; 오거를 오거 회전 드라이브와 분리시킨 상태에서, 드라이브 연결부재 및 선단부 드릴비트가 구비된 PHC 말뚝의 중공 내부에 오거가 위치하도록 PHC 말뚝을 지면에 연직 설치하는 단계; 드라이브 연결부재를 케이싱 회전 드라이브의 결합부와 조립 결합한 후, 케이싱 회전 드라이브를 회전 구동시켜서 선단부 굴착비트가 PHC 말뚝의 본체 하면에 위치하는 지반을 굴착하여, PHC 말뚝의 중공 내에 삽입 배치되어 있던 오거의 상단부가 상부에 돌출되어 노출될 때까지 PHC 말뚝이 지반 내에 근입되도록 하는 단계; 및 오거의 상단을 오거 회전 드라이브에 결합하는 단계를 포함할 수도 있다.

상기한 본 발명의 시공방법에서는, 드라이브 연결부재는 원통형의 강관부재로 이루어질 수 있고, 드라이브 연결부재의 하단에는, 관통공이 형성되어 있고 PHC 말뚝의 상면에 밀착하여 PHC 말뚝과 결합하게 되는 하부 결합플랜지가 링 형상으로 구비될 수 있으며, PHC 말뚝의 본체 상면에는 판부재로 이루어지고 결합공이 형성되어 있는 링 형상의 좌판이 구비될 수 있는데, 이 경우 오거와 PHC 말뚝을 지반에 연직하게 위치시키는 단계에서 드라이브 연결부재를 PHC 말뚝에 조립 결합할 때에는, 결합공과 관통공이 연통되도록 하부 결합플랜지를 PHC 말뚝의 상면 위에 놓은 상태에서 볼트부재를 관통공에 관통시켜 결합공에 체결하게 될 수 있다.

본 발명의 시공방법에 의하면 기존의 강관말뚝에 적용되던 내부굴착공법을 PHC 말뚝에도 적용하여 PHC 말뚝을 강관말뚝처럼 회전시키면서 압입하여 지중에 근입 시공할 수 있으며, 특히 강관말뚝을 종래의 내부굴착공법에 의해 시공하기 위하여 사용되던 케이싱 회전 드라이브를 구비한 천공장치를 그대로 PHC 말뚝의 시공에도 이용할 수 있게 된다.

그러므로 본 발명에 의하면 종래의 선굴착 매입공법에 비하여, 천공과정에서 반출되는 토사량이 줄어들게 되어 친환경적인 작업이 이루어질 수 있고 반출 토사의 처리에 따른 시공비용도 크게 절감할 수 있으며, 공정 단순화를 통한 시공 효율성 향상, 공기 단축 및 시공비 절감 효과가 발휘된다.

특히 본 발명에서는 PHC 말뚝이 회전 근입을 통해서 PHC 말뚝의 외면이 지반의 천공부 내면과 밀착된 상태로 시공되므로, PHC 말뚝의 외면과 지반 천공부 내면 사이에 시멘트 밀크를 채울 필요가 없으며, 그에 따라 시멘트 밀크 주입 비용을 절감할 수 있고 시멘트 밀크의 지반내 유출로 인한 환경오염 야기 문제도 예방할 수 있게 되어 친환경적인 말뚝 시공이 가능하게 된다.

또한 본 발명의 시공방법은 종래의 항타시공방법에 비하여 항타 진동이나 소음의 발생도 크게 줄일 수 있게 되어 주변 환경에 대한 악영향도 최소화할 수 있게 되며, 지중에 자갈이나 전석층이 지반 내에 두껍게 분포할 경우에도 용이하게 PHC 말뚝을 시공할 수 있게 되는 장점을 가진다.

도 1 및 도 2는 각각 본 발명에 따라 PHC 말뚝의 상단부에 드라이브 연결부재를 조립하는 상태를 바라보는 방향을 달리하여 보여주는 개략적인 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명에서 드라이브 연결부재가 PHC 말뚝에 조립되기 전의 상태를 보여주는 도 1의 선 A-A에 따른 개략적인 반단면 사시도이다.
도 4는 본 발명에서 드라이브 연결부재가 PHC 말뚝에 조립된 후의 상태를 보여주는 도 1의 선 A-A에 따른 개략적인 반단면 사시도이다.
도 5는 드라이브 연결부재를 구비한 PHC 말뚝이 천공장치에 결합 설치된 상태를 보여주는 개략적인 사시도이다.
도 6은 본 발명에서 오거 회전 드라이브에 오거가 결합되어 있고 케이싱 회전 드라이브에 드라이브 연결부재 및 PHC 말뚝이 결합되어 있는 상태를 보여주는 개략적인 단면도이다.
도 7은 케이싱 회전 드라이브에 구비된 결합부에 드라이브 연결부재가 조립 결합되는 구성의 일예를 보여주는 개략적인 사시도이다.
도 8은 도 7의 상태에 후속하여 결합부에 드라이브 연결부재가 조립 결합된 후의 상태를 보여주는 개략적인 사시도이다.
도 9는 본 발명에서 드라이브 연결부재의 결합돌기가 결합부의 연직결합슬롯에 삽입되는 상태를 보여주는 개략적인 사시도이다.
도 10은 본 발명에서 드라이브 연결부재의 결합돌기가 수평결합슬롯을 따라 이동하여 드라이브 연결부재가 결합부에 조립된 상태를 보여주는 개략적인 사시도이다.
도 11 내지 도 15는 각각 본 발명의 제1실시예에 따른 시공방법에 의해 PHC 말뚝을 시공하는 과정을 순차적으로 보여주는 개략적인 단면도이다.
도 16 및 도 17은 각각 본 발명의 제2실시예에 따른 시공방법에 의해 PHC 말뚝을 시공하는 과정을 순차적으로 보여주는 개략적인 단면도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 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.

앞서 설명한 것처럼 본 발명에서는 마치 종래 기술의 내부굴착공법에서 강관말뚝과 오거를 각각 케이싱 회전 드라이브와 오거 회전 드라이브를 이용하여 서로 반대되는 방향으로 회전시키면서 강관말뚝과 오거를 지중에 압입 배치하는 것처럼, 케이싱 회전 드라이브와 오거 회전 드라이브를 이용하여 PHC 말뚝을 오거와 반대되는 방향으로 회전시켜서 지중에 압입 배치하게 된다. 이 때, 비록 PHC 말뚝의 본체가 강관말뚝의 본체보다 더 두껍지만, 강관말뚝을 회전시키는데 이용되는 케이싱 회전 드라이브를 PHC 말뚝의 회전에 이용함으로써, 별도의 케이싱 회전 드라이브를 구비하지 않고서도, 종전에 강관말뚝의 내부굴착공법에 이용되는 케이싱 회전 드라이브를 사용할 수 있도록 하며, 이를 통해서 시공비를 절약하게 된다.

이를 위하여 본 발명의 시공방법에서는, 우선 케이싱 회전 드라이브에 조립결합될 드라이브 연결부재(2)를 PHC 말뚝(1)의 상단부에 일체로 결합 설치한다. 도 1 및 도 2에는 각각 PHC 말뚝(1)의 상단부에 드라이브 연결부재(2)를 조립하는 상태를 바라보는 방향을 달리하여 보여주는 개략적인 사시도가 도시되어 있다. 도 3 및 도 4에는 각각 도 1의 선 A-A에 따른 개략적인 반단면 사시도가 도시되어 있는데, 도 3에는 드라이브 연결부재(2)가 PHC 말뚝(1)에 조립되기 전 상태가 도시되어 있고 도 4에는 조립 후 상태가 도시되어 있다.

도 1 내지 도 4에 도시된 것처럼, 드라이브 연결부재(2)는 원통형상의 관부재로 이루어지는데, 드라이브 연결부재(2)의 하단에는 PHC 말뚝(1)의 상면에 밀착하여 PHC 말뚝(1)과 결합하게 되는 하부 결합플랜지(21)가 판형 링 형태로 구비되어 있다. 따라서 하부 결합플랜지(21)가 PHC 말뚝(1)의 상면 위에 놓인 상태에서 드라이브 연결부재(2)와 PHC 말뚝(1)은 분해가 가능한 상태로 조립 결합된다. 도면에 예시된 것처럼 PHC 말뚝(1)의 본체(10) 상면에는 판부재로 이루어진 링 형상의 좌판(11)이 배치되며, 이러한 좌판(11)에는 볼트가 결합될 수 있는 결합공(12)이 형성되어 있다. PHC 말뚝(1) 내에 배치된 긴장재를 긴장한 후, 그 긴장재의 단부를 정착시키기 위한 정착구멍이 PHC 말뚝(1)의 좌판(11)에 존재하는데, 이러한 정착구멍이 상기한 결합공(12)을 겸할 수도 있다.

한편, 드라이브 연결부재(2)에서, 판부재로 이루어진 링 형상의 하부 결합플랜지(21)에는 결합공(12)에 대응되는 위치에 관통공(22)이 형성되어 있다. 결합공(12)과 관통공(22)이 연통되도록 하부 결합플랜지(21)가 PHC 말뚝(1)의 상면 위에 놓인 상태에서 볼트부재(23)가 관통공(22)을 관통하여 결합공(12)에 체결됨으로써, 드라이브 연결부재(2)와 PHC 말뚝(1)은 분해가 가능한 상태로 조립 결합된다.

드라이브 연결부재(2)는, 기존의 강관말뚝과 결합되어 강관말뚝을 역회전시키는데 이용되는 공지의 케이싱 회전 드라이브에 분해 조립가능하게 결합된다. 드라이브 연결부재(2)는 원통형의 강관부재로 이루어져 있으므로, 종래 기술에 의해 강관말뚝을 내부굴착방법에 의해 시공할 때, 강관말뚝을 공지의 케이싱 회전 드라이브에 조립하는 것과 동일한 방식으로 드라이브 연결부재(2)도 공지의 케이싱 회전 드라이브에 분해 가능하게 조립 결합할 수 있다. 이러한 드라이브 연결부재(2)는 PHC 말뚝(1)과 분해가능하도록 조립 결합되므로, 후술하는 것처럼 PHC 말뚝(1)의 시공이 완료된 후에는 PHC 말뚝(1)으로부터 분리시켜 또다른 PHC 말뚝의 시공에 재사용할 수 있다.

도 5에는 드라이브 연결부재(2)가 PHC 말뚝(1)에 결합된 상태에서, 오거 회전 드라이브(40)과 케이싱 회전 드라이브(50)를 구비한 천공장치에 결합된 상태를 보여주는 개략적인 사시도가 도시되어 있다. 도 6에는 오거 회전 드라이브(40)에 오거(4)가 결합되어 있고 케이싱 회전 드라이브(50)에 드라이브 연결부재(2) 및 PHC 말뚝(1)이 결합되어 있는 상태를 보여주는 개략적인 단면도가 도시되어 있다. 도면에 도시된 것처럼 본 발명에 따라 PHC 말뚝(1)을 시공하기 위해서는, PHC 말뚝(1)에 드라이브 연결부재(2)가 결합된 상태에서, 드라이브 연결부재(2)를 케이싱 회전 드라이브(50)에 조립 결합하게 되며, 지반을 천공하여 천공부를 형성하게 되는 오거(4)는 그 상단이 오거 회전 드라이브(40)에 결합된 상태로 PHC 말뚝(1)의 중공 내에 관통 배치된다.

도 7에는 공지의 케이싱 회전 드라이브(50)에 구비된 결합부(51)에 본 발명에 따른 드라이브 연결부재(2)가 조립 결합되는 구성의 일예를 보여주는 개략적인 사시도가 도시되어 있으며, 도 8에는 도 7의 상태에 후속하여 결합부(51)에 드라이브 연결부재(2)가 조립 결합된 후의 상태를 보여주는 개략적인 사시도가 도시되어 있다. 도 9에는 드라이브 연결부재(2)의 결합돌기(20)가 결합부(51)의 연직결합슬롯(52)에 삽입되는 상태를 보여주는 개략적인 사시도가 도시되어 있고, 도 10에는 결합돌기(20)이 수평결합슬롯(53)을 따라 이동하여 드라이브 연결부재(2)가 결합부(51)에 견고하게 조립된 상태를 보여주는 개략적인 사시도가 도시되어 있다.

도 1 내지 도 10에 예시된 것처럼, 드라이브 연결부재(2)의 외면에는 결합돌기(20)가 돌출 구비되어 있다. 공지의 케이싱 회전 드라이브(50)에 구비되는 결합부(51)는, 드라이브 연결부재(2)와 마찬가지로 원통형 부재로 이루어지는데, 결합부(51)의 내경은 드라이브 연결부재(2)의 외경과 동일하거나 그보다 조금 크다. 도면에 예시된 실시예의 경우, 결합부(51)에는 연직결합슬롯(52)과 수평결합슬롯(53)으로 이루어져 T자 형태로 절취된 슬롯이 형성되어 있다. 도 7에서는 T자형 슬롯을 보여주기 위하여 편의상 T자형 슬롯을 외부에서 덮게 되는 덮개판(54)이 결합부(51)로부터 분리된 상태로 도시하였으며, 결합부(51)가 결합되어 결합부(51)를 회전 구동시키는 케이싱 회전 드라이브(50)의 도시는 생략하였다. 도 9 및 도 10에서는 편의상 덮개판(54)을 완전히 생략하여 도시하였다.

따라서 위와 같은 구성에서는 드라이브 연결부재(2)의 상단을 결합부(51)에 삽입시키면 도 9에 도시된 것처럼, 결합돌기(20)가 연직결합슬롯(52)으로 삽입되며, 결합돌기(20)가 수평결합슬롯(52)에 위치한 상태에서 결합부(51) 또는 드라이브 연결부재(2)를 회전시키게 되면, 도 10에 도시된 것처럼 결합돌기(20)가 수평결합슬롯(52)을 따라 이동하게 되어 드라이브 연결부재(2)가 결합부(51)에 견고하게 조립된다. 분해할 때에는 위와 반대의 작업을 수행하면 된다. 이와 같이 본 발명에서는 드라이브 연결부재(2)가 결합부(51)에 분해가능하게 조립되는데, 위에서 설명한 방식을 분해 조립 방식의 일예이며 이에 한정되는 것은 아니다.

한편, 본 발명에서 아직 본격적인 지반 천공 작업이 시작되기에 앞서, PHC 말뚝(1) 하부의 선단부에는 선단부 굴착비트(3)가 구비된다. 도 1 및 도 2에 예시된 것처럼, 판부재로 이루어진 링 형상의 하부좌판(13) 하면에 선단부 굴착비트(3)가 일체로 결합되고, 이러한 하부좌판(13)이 PHC 말뚝(1)의 본체(10) 하면에 체결볼트(130)에 의해 조립 결합됨으로써, PHC 말뚝(1)의 본체(10) 하부의 선단부에 선단부 굴착비트(3)가 구비될 수 있다. 이 때, PHC 말뚝(1)의 본체(10) 하면에서, 체결볼트(130)가 결합되는 구멍은, PHC 말뚝(1) 내에 배치되는 긴장재를 정착하기 위한 정착구멍일 수도 있지만, 긴장재를 정착하기 위한 정착구멍과 별도로 하부좌판(13)에 추가로 형성한 구멍일 수도 있다. 물론 PHC 말뚝(1)의 본체(10) 하부의 선단부에 선단부 굴착비트(3)가 구비되는 구체적인 방법은 이에 한정되지 않고, 다양하게 변화될 수도 있다.

이러한 선단부 굴착비트(3)는 PHC 말뚝(1)이 케이싱 회전 드라이브(50)에 조립 결합되기 전에 미리 PHC 말뚝(1) 하부의 선단부에 조립 설치되는 것이 바람직하지만, 필요에 따라서는 PHC 말뚝(1)이 케이싱 회전 드라이브(50)에 조립 설치되어 연직 배치된 상태에서 PHC 말뚝(1) 하부의 선단부에 조립 설치될 수도 있다. 이와 같이, 본 발명에서는 PHC 말뚝(1)의 본체(10) 하부의 선단부에 선단부 굴착비트(3)가 구비되어 있으므로, 후술하는 것처럼 PHC 말뚝(1)이 회전하게 되면 선단부 굴착비트(3)가 지반을 굴착하게 되어, PHC 말뚝(1)이 지반에 관입된다.

다음에서는 PHC 말뚝(1)을 지반에 관입 설치하는 구체적인 과정에 대해 설명한다.

도 11 내지 도 15에는 각각 본 발명의 제1실시예에 따른 시공방법에 의해 PHC 말뚝(1)을 시공하는 과정을 순차적으로 보여주는 개략적인 단면도가 도시되어 있다.

앞서 살펴본 것처럼 본 발명의 시공방법에 따라 PHC 말뚝을 지중에 관입 설치하기 위해서는 우선적으로 드라이브 연결부재(2)와 선단부 굴착비트(3)를 각각 PHC 말뚝(1)에 결합하여야 하며, 드라이브 연결부재(2)를 천공장치의 케이싱 회전 드라이브(50)와 조립 결합하여야 한다. PHC 말뚝(1)은 그 길이가 대략 10 내지 15m 정도의 긴 길이를 가지는 경우가 많으므로 PHC 말뚝(1)을 연직하게 세운 상태에서 PHC 말뚝(1) 상단의 높은 위치에서 드라이브 연결부재(2)를 케이싱 회전 드라이브(50)와 조립 결합하는 작업을 수행하는데 어려움이 존재할 수 있다.

이러한 경우에는 도 11에 도시된 것처럼, 실제 PHC 말뚝(1)을 시공할 위치의 부근에 보조천공부(6)을 지반에 천공함으로써, 보조천공부(6)를 이용하여 드라이브 연결부재(2)를 PHC 말뚝(1)의 상단에 용이하게 조립 결합할 수도 있다. 구체적으로 도 11의 (a)에 도시된 것처럼 실제 PHC 말뚝(1)을 시공할 위치의 부근에 보조천공부(6)을 지반에 천공한다. 보조천공부(6)의 공벽이 무너지지 않도록 하기 위하여 필요에 따라서는 보조천공부(6) 내에 강관말뚝으로 이루어진 가이드 케이싱(61)을 삽입해둔다. 보조천공부(6)은 깊게 천공하지 않아도 무방하다. 보조천공부(6)을 천공해둔 후에는, 시공하고자 하는 PHC 말뚝(1)을 임시로 보조천공부(6) 내에 삽입 배치한다. 후속하여 도 12의 (a)에 도시된 것처럼 보조천공부(6) 내에 위치한 PHC 말뚝(1)의 두부에 드라이브 연결부재(2)를 조립 결합한다. PHC 말뚝(1)이 보조천공부(6) 내에 위치한 상태에서는, 지면에서부터 PHC 말뚝(1)의 두부까지의 높이가 원래 PHC 말뚝(1)의 연직 길이보다 낮아지게 되므로, PHC 말뚝(1)의 두부에 드라이브 연결부재(2)를 조립 설치하는 작업이 상대적으로 수월하게 된다.

PHC 말뚝(1)의 두부에 드라이브 연결부재(2)를 조립 결합된 후에는, 도 12의 (b)에 도시된 것처럼 오거(4)를 PHC 말뚝(1)의 중공 내에 관통 배치하고, 오거(4)의 상단 및 드라이브 연결부재(2)를 각각 오거 회전 드라이브 및 케이싱 회전 드라이브에 조립 결합한다.

후속하여 도 13의 (a)에 도시된 것처럼 천공장치를 이용하여 PHC 말뚝(1)과 오거(4)를 보조천공부(6)로부터 인발한 후, 도 13의 (b)에 도시된 것처럼 PHC 말뚝(1)을 시공하려는 시공위치에서 오거(4)와 PHC 말뚝(1)을 지면 위에 연직하게 세워서 위치시킨다.

도 11 내지 도 13을 참조하여 설명한 보조천공부(6)를 이용하는 단계는 필요에 따라 채택할 수 있는 선택적인 과정이므로, 경우에 따라서는 생략할 수도 있다. 예를 들어, PHC 말뚝(1)을 가로로 지면에 뉘어서 배치한 상태에서 드라이브 연결부재(2)와 선단부 굴착비트(3)를 설치한 후, PHC 말뚝(1)을 연직하게 세워서 오거(4)를 PHC 말뚝(1)의 중공 내에 관통 배치시켜서 오거(4)를 오거 회전 드라이브(40)에 결합시키면서, 케이싱 회전 드라이브(50)의 결합부(51)에 드라이브 연결부재(2)를 조립 결합함으로써, 도 13의 (b)에 도시된 것처럼 오거(4)와 PHC 말뚝(1)이 지면 위에 연직하게 세워져 있는 관입 전 상태를 만들 수도 있는 것이다.

도 14에는 도 13의 (b)의 단계에 후속하여 오거(4)와 PHC 말뚝(1)의 회전 관입 과정에 대한 개략적인 단면도가 도시되어 있다.

중공 내에 오거(4)가 관입 배치된 PHC 말뚝(1)이 지면 위에 연직하게 세워져 있는 상태 즉, 도 13의 (b)에 도시된 상태에서 오거 회전 드라이브(40)과 케이싱 회전 드라이브(50)를 각각 서로 다른 방향으로 회전 구동시킨다. 그에 따라 도 14에 도시된 것처럼, 오거(4)가 지반을 굴착 천공하여 지반으로 삽입되는데, 오거(4)의 회전 굴착과 병행하여, 케이싱 회전 드라이브(50)가 회전 구동됨에 따라 PHC 말뚝(1)도 회전하게 되며, PHC 말뚝(1)의 하부 선단부에는 선단부 굴착비트(3)가 구비되어 있으므로 PHC 말뚝(1)이 회전함에 따라 선단부 굴착비트(3)에 의해 PHC 말뚝(1) 본체 하면에서 지반이 굴착되면서 PHC 말뚝(1) 역시 지반 내로 근입된다.

종래의 내부굴착공법에서는 강관말뚝의 본체 두께가 얇기 때문에 강관말뚝을 오거와 반대로 회전시키면서 지반방향으로 가압하게 되면 강관말뚝도 지반 내에 용이하게 근입된다. 그러나 PHC 말뚝(1)을 그 본체의 두께가 강관말뚝보다 월등히 두껍기 때문에 종래의 내부굴착공법을 무작정 PHC 말뚝(1)에 적용하여 PHC 말뚝(1)을 오거와 반대방향으로 회전시키더라도, PHC 말뚝(1)이 쉽게 지반에 관입될 수 없다. 왜냐하면 PHC 말뚝(1)의 본체 두께로 인하여 본체 아래쪽에 위치하는 지반은 오거(4)에 의해 굴착되지 않고 존재하게 되고, 이렇게 굴착되지 않은 지반으로부터 PHC 말뚝(1)의 본체에 큰 저항력이 발생하기 때문이다.

그러나 위에서 살펴본 것처럼 본 발명에서는 선단부 굴착비트(3)를 PHC 말뚝(1)이 하부 선단부에 설치한 상태에서 PHC 말뚝(1)을 오거와 반대방향으로 회전시키게 된다. 따라서 PHC 말뚝(1)이 회전함에 따라 PHC 말뚝(1)의 선단부에서는 선단부 굴착비트(3)가 PHC 말뚝(1)의 본체 하면에 위치하는 지반(오거에 의해 굴착되지 않은 잔류 부분)을 굴착하게 되고, 그에 따라 PHC 말뚝(1)이 용이하게 지반에 근입되는 것이다. 그러므로 본 발명에서는 PHC 말뚝(1)의 중공 내부에 위치하는 정도의 작은 크기를 가지는 오거(4)로도 PHC 말뚝(1)을 용이하게 시공할 수 있으며, 지중에서 오거의 단면이 확장되는 형태의 것을 구태여 사용할 필요가 없다.

이와 같은 시공과정에서 선단부 굴착비트(3)에 의해 굴착된 부분에는 PHC 말뚝(1)의 자중이 작용하여 쉽게 PHC 말뚝(1)이 하향 관입되지만, 필요에 따라서는 강관말뚝을 회전 관입할 때처럼 인위적으로 PHC 말뚝(1)에 하향 압력을 줄 수도 있다.

오거(4)와 PHC 말뚝(1)을 서로 반대 방향으로 회전시키면서 하향 가압하여 지중의 원하는 위치 즉, 설계 심도까지 근입시키게 되는데, 설계 심도까지의 근입이 완료된 후에는 도 15의 (a)에 도시된 것처럼 PHC 말뚝(1)은 지중에 남겨둔 채로 오거(4)를 상향 인발하여 제거한다. 후속하여 도 15의 (b)에 도시된 것처럼 드라이브 연결부재(2)를 PHC 말뚝(1)으로부터 분리한다. 이 때 추가적으로 드라이브 연결부재(2)를 결합부(51)로부터 분리할 수도 있다. 이로써 PHC 말뚝(1)의 시공이 기본적으로는 완료되는데, 필요한 경우에는 도 15의 (c)에 도시된 것처럼, 드라이브 연결부재(2)의 제거 후에 PHC 말뚝(1)의 두부를 경타하거나 PHC 말뚝(1)의 중공 내부에 그라우팅 밀크, 무수축 콘크리트, 무수축 모르타르 등의 충진재(9)를 주입하여 채울 수도 있다. 두부 경타 작업과 충진재 주입 작업은 어느 하나만 수행할 수도 있고 2가지 작업 모두를 수행할 수도 있다. 물론 두부 경타 작업과 충진재 주입 작업은 필요하지 않은 경우에 생략할 수도 있다.

도 16 및 도 17에는 본 발명의 제2실시예에 따른 시공방법에 의해 PHC 말뚝(1)을 시공하는 과정을 순차적으로 보여주는 개략적인 단면도가 도시되어 있다. 도 16 및 도 17에서는 편의상 오거 회전 드라이브(40)와 케이싱 회전 드라이브(50)의 도시를 생략하였다.

도 16 및 도 17에 도시된 제2실시예의 경우에는, 앞서 제1실시예에서 채택하였던 보조천공부(6)를 이용한 단계가 필요하지 않다. 구체적으로 도 16의 (a)에 도시된 것처럼 오거 회전 드라이브(40)을 이용하여 오거(4)를 회전시켜 지중에 근입시킨다. 후속하여 오거(4)를 오거 회전 드라이브(40)와 분리시킨 상태에서, 도 16의 (b)에 도시된 것처럼, 드라이브 연결부재(2) 및 선단부 드릴비트(3)가 구비된 PHC 말뚝(1)을 오거(4)의 상부에서부터 거치하여 오거(4)가 PHC 말뚝(1)의 중공 내부에 배치되도록 PHC 말뚝(1)을 지면에 연직하게 세워 설치한다. 드라이브 연결부재(2)를 케이싱 회전 드라이브(50)의 결합부(51)와 조립 결합한 후, 케이싱 회전 드라이브(50)를 회전 구동시키게 되며, 그에 따라 PHC 말뚝(1)이 회전하면서 가압되어 PHC 말뚝(1)이 지반 내로 근입된다. 도 16의 (c)에는 PHC 말뚝(1)이 지반에 근입되는 과정이 도시되어 있다. 앞서 설명한 것처럼 본 발명에서는 PHC 말뚝(1)의 하부 선단부에 선단부 굴착비트(3)가 구비되어 있으므로, 케이싱 회전 드라이브(50)의 회전 구동에 의해 PHC 말뚝(1)이 회전하게 되면, 회전PHC 말뚝(1)의 선단부 하면에 존재하는 지반이 선단부 굴착비트(3)에 의해 굴착되면서 PHC 말뚝(1)이 매우 용이하게 지반에 근입된다.

이와 같은 PHC 말뚝(1)이 압입 회전에 의해 지반에 근입되어, PHC 말뚝(1)의 중공 내에 삽입 배치되어 있던 오거(4)의 상단부가 상부에 돌출되어 노출되면, 오거(4)의 상단을 오거 회전 드라이브(40)에 결합하고, 도 17에 도시된 것처럼 오거 회전 드라이브(40)과 케이싱 회전 드라이브(50)를 각각 회전 구동시켜서 오거(4)와 PHC 말뚝(1)을 서로 반대 방향으로 회전시키면서 하향 가압하여 PHC 말뚝(1)을 지중의 원하는 위치까지 근입시킨다.

원하는 지중 심도까지 PHC 말뚝(1)의 근입이 완료되면, 앞서 살펴본 제1실시예와 관련한 도 15의 (a)에 도시된 것처럼 PHC 말뚝(1)은 지중에 남겨둔 채로 오거(4)를 상향 인발하여 제거하며, 도 15의 (b)에 도시된 것처럼 드라이브 연결부재(2)와 PHC 말뚝(1)의 분리 및 드라이브 연결부재(2)와 케이싱 회전 드라이브(50)의 분리 작업을 수행한다. 필요한 경우에는 앞서 제1실시예의 도 15의 (c)와 관련하여 설명한 것처럼, 드라이브 연결부재(2) 제거 후의 PHC 말뚝 두부 경타 및 PHC 말뚝(1) 중공 내부의 충진재 주입의 작업을 더 수행할 수도 있다. 기타 사항은 앞서 살펴본 제1실시예와 동일하므로 반복 설명을 생략한다.

이와 같이 본 발명의 시공방법에 의하면 기존의 강관말뚝에 적용되던 내부굴착공법을 PHC 말뚝에도 적용하여 PHC 말뚝을 강관말뚝처럼 회전시키면서 압입하여 지중에 근입 시공할 수 있다. 즉, 강관말뚝을 종래의 내부굴착공법에 의해 시공하기 위하여 사용되던 케이싱 회전 드라이브를 구비한 천공장치를 그대로 PHC 말뚝의 시공에도 이용할 수 있는 것이다. 따라서 종래 기술에 비하여 다음과 같은 장점을 가지게 된다.

우선 종래의 선굴착 매입공법과 비교하여 보면, 종래의 선굴착 매입공법에서는 PHC 말뚝을 천공부에 용이하게 설치하기 위해서 PHC 말뚝의 직경보다 약 50 내지 100mm 정도 큰 직경으로 지반을 천공하게 된다. 반면에 본 발명에서는 PHC 말뚝이 지반에 회전 근입되므로, 지중에 형성되는 구멍의 크기가 기존 선굴착 매입공법의 경우보다 작다. 천공부의 직경이 작아지면 그만큼 천공과정에서 반출되는 토사량이 줄어들게 되어 친환경적인 작업이 이루어질 수 있고 반출 토사의 처리에 따른 시공비용도 크게 절감할 수 있게 되는 장점이 있다.

또한 종래의 선굴착 매입공법에서는 <지반의 천공>, <공벽 보호용 강관케이싱 근입>, <PHC 말뚝의 강관케이싱 내 삽입배치>, <강관케이싱의 인발 제거>라는 다수개의 공정이 반드시 수행되어야 하므로 공정이 복잡하고 그만큼 공기가 길어지는 문제가 있지만, 본 발명에서는 위와 같은 다수개의 공정 없이, PHC 말뚝을 직접 회전 압입하여 지중에 근입하는 단순한 공정만을 가지게 되므로, 종래의 선굴착 매입공법에 비하여 공사 과정이 크게 단순화되고, 그 만큼 시공의 효율성이 향상됨과 동시에 공기 단축 및 시공비 절감의 효과를 발휘하게 된다.

특히, 본 발명에서는 PHC 말뚝의 외면과 지반 천공부 내면 사이에 시멘트 밀크를 채울 필요가 없다는 장점이 있다. 종래의 선굴착 매입공법에서는 천공부의 직경이 PHC 말뚝의 외경보다 커서 PHC 말뚝의 외면과 지반 천공부 내면 사이에 간격이 존재하므로 그 간격에 시멘트 밀크를 채워서 PHC 말뚝과 지반의 주면마찰력을 확보하게 되는데, 이와 같은 시멘트 밀크의 주입은 결국 추가적인 비용을 유발하게 될 뿐만 아니라 지하수에 의한 시멘트밀크의 지반 유출로 인하여 환경오염을 야기할 수 있다. 그러나 본 발명에서는 PHC 말뚝이 회전 근입을 통해서 PHC 말뚝의 외면이 지반의 천공부 내면과 밀착된 상태로 시공되므로, PHC 말뚝의 외면과 지반 천공부 내면 사이에는 간격이 실질적으로 존재하지 않으며, 그에 따라 PHC 말뚝의 외면과 지반 천공부 내면 사이에 시멘트 밀크를 채울 필요가 없다. 따라서 본 발명에 의하면 시멘트 밀크 주입을 위한 비용을 절감할 수 있게 되고, 시멘트 밀크의 지반내 유촐로 인한 환경오염 야기 문제도 예방할 수 있게 되어 친환경적인 말뚝 시공이 가능하게 된다.

한편, 본 발명에 의하면 PHC 말뚝을 강관말뚝처럼 압입회전에 의해 지중에 근입 설치할 수 있으므로, 종래의 항타시공방법에 비하여 항타 진동이나 소음의 발생도 크게 줄일 수 있게 되어 주변 환경에 대한 악영향도 최소화할 수 있게 되며, 지중에 자갈이나 전석층이 지반 내에 두껍게 분포할 경우에도 용이하게 PHC 말뚝을 시공할 수 있게 되는 장점을 가진다.

1: PHC 말뚝
2: 드라이브 연결부재
3: 선단부 굴착비트
4: 오거
10: 본체
11: 좌판
12: 결합공
20: 결합돌기
21: 하부 결합플랜지
22: 관통공
23: 볼트부재
40: 오거 회전 드라이브
50: 케이싱 회전 드라이브
51: 결합부

Claims (5)

1. PHC 말뚝(1)의 두부에는 강관으로 이루어진 드라이브 연결부재(2)를 조립결합하고, PHC 말뚝(1)의 하부 선단부에는 선단부 굴착비트(3)를 설치하며, 오거(4)가 PHC 말뚝(1)의 중공 내에 삽입 배치된 상태로 오거(4)와 드라이브 연결부재(2)를 각각 오거 회전 드라이브(40)와 케이싱 회전 드라이브(50)에 결합하여 오거(4)와 PHC 말뚝(1)을 지반에 연직하게 위치시키는 단계;
   오거 회전 드라이브(40)와 케이싱 회전 드라이브(50)를 회전 구동시켜서, 오거(4)와 PHC 말뚝(1)이 서로 반대 방향으로 회전하도록 하여, 오거(4)가 지반을 굴착함과 동시에 선단부 굴착비트(3)가 PHC 말뚝(1)의 본체 하면에 위치하는 지반을 굴착하여 오거(4)와 PHC 말뚝(1)이 지반 내에서 원하는 설계 심도까지 근입되도록 하는 단계; 및
   PHC 말뚝(1)이 설계 심도까지 근입된 후에는 PHC 말뚝(1)은 지중에 남겨둔 채로, 오거(4)만을 상향 인발하여 제거하고, 드라이브 연결부재(2)를 PHC 말뚝(1)으로부터 분리하는 단계를 포함하며;
   PHC 말뚝(1)의 하부 선단부에 선단부 굴착비트(3)를 설치함에 있어서는, 하면에 선단부 굴착비트(3)가 일체로 결합되어 있는 판부재로 이루어진 링 형상의 하부좌판(13)을, 체결볼트(130)를 이용하여 PHC 말뚝(1)의 본체(10) 하면에 조립 결합하며;
   오거(4)와 PHC 말뚝(1)을 지반에 연직하게 위치시키는 단계에는,
   보조천공부(6)를 지반에 천공하고, 보조천공부(6)의 공벽이 무너지지 않도록 하기 위하여 보조천공부(6) 내에 강관말뚝으로 이루어진 가이드 케이싱(61)을 삽입한 후, 하부 선단부에 선단부 굴착비트(3)가 구비된 PHC 말뚝(1)을 임시로 보조천공부(6) 내에 삽입 배치한 상태에서 PHC 말뚝(1)의 두부에 드라이브 연결부재(2)를 조립 결합하고 오거(4)를 PHC 말뚝(1)의 중공 내에 관통 배치한 상태에서 오거(4)와 드라이브 연결부재(2)를 각각 오거 회전 드라이브(40)와 케이싱 회전 드라이브(50)에 결합하는 단계; 및
   PHC 말뚝(1)과 오거(4)를 보조천공부(6)로부터 인발한 후, PHC 말뚝(1)을 시공하려는 시공위치에서 오거(4)와 PHC 말뚝(1)을 지면 위에 연직하게 세워서 위치시키는 단계가 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 PHC 말뚝의 시공방법.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   드라이브 연결부재(2)는 원통형의 강관부재로 이루어지며;
   드라이브 연결부재(2)의 하단에는, 관통공(22)이 형성되어 있고 PHC 말뚝(1)의 상면에 밀착하여 PHC 말뚝(1)과 결합하게 되는 하부 결합플랜지(21)가 링 형상으로 구비되어 있으며;
   PHC 말뚝(1)의 본체(10) 상면에는 결합공(12)이 형성되어 있으며;
   오거(4)와 PHC 말뚝(1)을 지반에 연직하게 위치시키는 단계에서 드라이브 연결부재(2)를 PHC 말뚝(1)에 조립 결합할 때에는, 결합공(12)과 관통공(22)이 연통되도록 하부 결합플랜지(21)를 PHC 말뚝(1)의 상면 위에 놓은 상태에서 볼트부재(23)를 관통공(22)에 관통시켜 결합공(12)에 체결하는 것을 특징으로 하는 PHC 말뚝의 시공방법.
5. 삭제

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