KR101726229B1 - 바이브레이션 해머를 이용한 파일의 시공장치 및 이를 이용한 파일 시공공법 - Google Patents

바이브레이션 해머를 이용한 파일의 시공장치 및 이를 이용한 파일 시공공법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 바이브레이션 해머를 이용한 파일 시공장치와 이를 이용한 시공공법을 게시한다.
본 발명의 파일 시공장치는 리드 또는 붐에 설치되는 것으로, 구동축에 진동 및 회전력을 제공하는 바이브레이션 해머와, 상기 바이브레이션 해머의 구동축과 결합되며 외주면에 나선형의 깃이 형성되는 파일과, 바이브레이션 해머에 의해 상기 파일의 진동으로 파일의 외주면과 나선형 깃의 외주면의 주위에 형성된 공간부에 그라우팅재 또는 결착재를 공급하기 상기 구동축과 파일의 길이 방향으로 제 1중공부와 제 2중공부가 각각 형성된다.

Description

바이브레이션 해머를 이용한 파일의 시공장치 및 이를 이용한 파일 시공공법{Vibration hammer of a boring machine and boring method using the same}
본 발명은 파일의 시공장치 및 이를 이용한 파일시공 공법에 관한 것으로, 더 상세하게는 외주면에 나선형의 블레이드가 형성된 스크류 파일 또는 스크류 타입의 시트파일, 헬리컬 파일 등이 구조물의 기초파일, 지반의 지주 등으로 이용할 수 있도록 시공할 수 있는 바이브레이션 해머를 이용한 파일의 시공장치 및 이를 이용한 파일 시공방법에 관한 것이다.
일반적으로 고층 건축물이나 철근 콘크리트 구조물 등을 축조할 경우에는 그 기초를 견고히 하기 위하여 지반에 PHC 파일 또는 H형 빔을 박아서 매설하는 방법으로 기초공사를 시행하고 있으며, 상기 파일 등의 시공은 건축물 및 구조물 등을 축조하는데 있어서는 매우 중요한 공사이다.
상기 파일을 시공하는 방법으로는 타설시공법과 굴착시공법 등이 알려져 있다. 상기 타설시공법은 크롤러주행 장치에 수직으로 설치된 리더(Leader)의 상부에 권양로우프에 의해 승강되는 중량체인 해머를 이용하여 파일을 타발하거나 컴프레셔의 압축공기를 이용하여 해머를 승강시켜 파일을 타발함으로써 파일을 지반에 시공하는 공법이다. 그리고 후자의 굴착시공법은 파일연결부에 장착된 스크류 파일을 회전작동시켜 지반을 굴착하여 파일공을 형성시킨 후 스크류 파일을 역회전시켜 굴착된 파일공에서 빼낸 다음 파일공에 시공을 위한 파일을 삽입시키거나 혹은 관입된 스크류 파일 자체를 지반기초보강용 파일로 사용하는 공법이다.
한편, 지상의 건축물 구조물이나 토목구조물의 하중이 상대적으로 크지 않은 경우, 구조물을 지지하는 헬리컬 파일이 이용된다. 이 헬리컬 파일은 지반을 미리 천공하지 않는 비천공/ 비배토 방식의 말뚝이다.
상술한 바와 같이 외주면에 나선형의 블레이드가 형성된 스크류 파일이나 플레이트 바가 나선형으로 꼬인 헬리컬 파일은 시공하는 과정에서 단순히 회전력이나 하중을 이용하여 지반에 시공하는 구조를 가지고 있으므로 파일의 지지력이 상대적으로 높지 않다. 파일의 지지력은 지반과 파일의 마찰력에 의해 결정되는데, 시공되는 과정에서 지반의 굴삭되어 마찰력이 상대적으로 떨어지게 된다.
대한민국 등록특허공보 제10-0388263호(2003. 06. 19. 공고)에는 이러한 헬리컬 파일의 일예가 개시되어 있으며, 대한민국 공개특허 제 2012-0126703호(2012. 11. 21)에는 스크류 파일 시공방법이 게시되어 있다. 그리고 특허등록 제 1191286호(2012.10.09)에는 상부지반 주면 마찰력 증가를 위한 이중 헬리컬 파일의 시공공법이 게시되어 있다. 공개 특허 제 2004-004961호에는 스크류가 구비된 기초파일의 기술적 구성이 게시되어 있다.
게시된 상기 스크류 파일 시공방법은 천공기를 이용하여 지반의 최상층에 위치한 매립층을 천공하여 천공부를 형성하는 제1단계와; 상기 천공부에 스크류파일을 삽입하고 스크류파일 단부의 토출공을 통하여 공기를 분사하면서 스크류파일을 회전구동시켜 상기 매립층의 하측에 위치한 지반의 일부를 천공하는 제2단계와; 회전구동되는 스크류파일의 그라우팅공을 통하여 그라우팅재가 토출되도록 하여 지반을 그라우팅하면서 상기 지반의 저항력에 의하여 발생하는 상기 스크류파일의 토크치를 활용하여 지지층을 판별한 후 상기 지지층까지 상기 스크류파일을 관입하는 제3단계와를 포함한다.
상술한 바와 같이 구성된 종래의 스크류 파일의 시공방법은 스크류 파일을 회전구동시켜 지반을 천공하고, 스크류 파일에 형성된 그라우팅공을 통하여 그라우팅재을 주입하게 되므로 스크류파일의 그라우팅공과 지반에 형성되는 천공될 홀의 내주면과의 유격이 발생되지 않아 실질적으로 그라우팅재가 그라우팅공을 통하여 원활하게 배출되지 않게 되는 문제점이 있다.
특히, 상술한 바와 같은 스크류 파일의 건축물 또는 토목건축물의 지반파일로 이용되는 경우, 그라우팅재의 배출이 원활하게 이루어지지 못함으로 인하여 파일의 지지력이 상대적으로 악화되는 문제점이 있다. 또한 파일의 시공 시 회전력과 파일의 시공방향으로 단순히 압력을 가하여 시공하게 되므로 시공성에 따른 효율이 저하되고, 스크류 파일을 연속하여 시공하지 않은 경우, 스크류 파일의 외주면이 지반 즉, 천공된 홀의 내조면에 밀착되어 잼이 발생되는 문제점이 있다. 이러한 잼의 발생은 지속적인 천공홀의 작업을 어렵게하며, 나아가서는 파일의 시공에 따른 효율이 저하되는 문제점이 있다.
본 발명의 해결하고자 하는 기술적 과제는 스크류 파일 또는 헬리컬 파일, 시트파일 등의 시공 시 파일과 지반이 결착되는 잼의 발생을 근본적으로 줄일 수 있으며, 지반에 형성된 홀과 파일 외주면관의 간격을 넓혀 그라우팅재의 유입이 원활하게 이루어짐으로써 지반과의 결합력을 높일 수 있는 바이브레이션 해머를 이용한 파일의 시공장치 및 이를 이용한 파일 시공공법을 제공함에 있다.
본 발명의 해결하고자 하는 기술적 과제는 회전력과, 길이 방향으로의 회전 및 가압력과 진동을 시공되는 스크류 파일에 인가되도록 함으로써 파일의 압입력을 높일 수 있는 바이브레이션 해머를 이용한 파일의 시공장치 및 이를 이용한 파일 시공공법을 제공함에 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 바이브레이션 해머를 이용한 파일 시공장치는 리드 또는 붐에 설치되는 것으로, 구동축에 진동 및 회전력을 제공하는 바이브레이션 해머와
상기 바이브레이션 해머의 구동축과 결합되며 외주면에 나선형의 깃이 형성되는 파일을 포함하며, 바이브레이션 해머에 의해 상기 파일의 진동으로 파일의 외주면과 나선형 깃의 외주면 주위에 형성된 공간부에 그라우팅재 또는 결착재를 공급하기 위해 상기 구동축과 파일의 길이 방향으로 제 1중공부와 제 2중공부가 각각 형성된 것을 그 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 파일의 단부측에 비트가 설치될 수 있으며, 상기 비트와 파일의 외주면에는 상기 제 2중공부와 연통되는 배출공들이 형성된다. 그리고 상기 제1중공부가 형성된 구동축에는 상기 제1,2중공부 및 배출공들을 통하여 공간부에 그라우팅재인 모르타르를 공급하기 위한 그라우팅재공급유닛을 더 구비한다.
대안으로 상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 전공기의 리드에 설치된 바이브레이션 해머의 구동축에 외주면에 나선형의 깃이 형성된 파일을 장착하는 파일 장착단계와;
상기 바이브레이션 해머의 구동축을 회전시킴과 아울러 진동시킴으로써 상기 파일을 지반에 시공하여 파일 및 나선형 깃의 외주면과 천공된 홀의 내주면 사이에공간부가 형성될 수 있도록 하는 파일시공단계와;
상기 바이브레이션해머의 구동축과 파일의 길이 방향으로 각각 형성된 제 1중공부와 제 2중공부 및 제2중공부와 연통될 수 있도록 파일의 하면과 외주면에 형성된 배출공을 통하여 그라우팅재를 주입하는 그라우팅재 주입단계와;
상기 바이브레이션해머의 구동축과 파일을 분리하고 공간부에 주입된 그라우팅재를 경화시키는 경화단계를 구비한 것을 그 특징으로 한다.
본 발명에 따른 바이브레이션 해머를 이용한 파일의 시공장치 및 이를 이용한 파일 시공공법은 지반에 파일의 시공 시 잼 현상의 발생을 방지할 수 있으며, 파일의 시공과 동시에 그라우팅 작업이 이루어질 수 있으므로 시공성을 향상시킬 수 있다. 특히, 파일을 건설 및 토목공사의 지반파일로 이용할 수 있으므로 파일을 재시공할 필요가 없다. 또한 파일이 건축물 또는 토목건축물의 지반파일로 이용되는 경우, 그라우팅재의 배출이 원활하게 이루어지지 못함으로 인하여 파일의 지지력이 상대적으로 약회되는 문제점을 근본적으로 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 바이브레이션 해머에 의해 파일이 시공되는 상태를 나타내 보인단면도,
도 2는 본 발명에 따른 바이브레이션 해머의 일부절제 측면도,
도 3은 바이브레이션 해머에 의해 파일의 시공 시 공간부가 형성된 것을 나타내 보인 단면도,
도 4는 지반에 파일의 시공과 동시에 그라우팅재가 주입된 상태를 나타내 보인 단면도,
도 5는 바이브레이션 해머에 지반에 시공된 파일들을 나타내 보인 일부절제 사시도,
도 6은 본 발명에 따른 바이브레이션 해머를 이용한 파일 시공방법을 나타내 보인 블록도.
본 발명의 바이브레이션 해머를 이용한 파일의 시공장치 및 이를 이용한 파일 시공공법은 파일의 시공성과 그라우팅 작업에 따른 작업공수를 줄일 수 있는 것으로, 그 일 실시예를 도 1 내지 도 5에 나타내 보였다.
도면을 참조하면, 본 발명에 따른 바이브레이션 해머를 이용한 파일의 시공장치는 천공기(10)의 리드(11) 또는 붐에 설치되는 것으로, 피스톤에 진동 및 회전력을 제공하는 바이브레이션 해머(20)와, 상기 바이브레이션 해머(20)의 진동 및 회전하는 구동축(22)과 결합되며 천공을 위한 진동 및 회전력을 제공받는 것으로, 외주면에 나선형의 깃(53)이 형성되는 파일(50)을 구비한다.
상기 바이브레이션 해머(20)는 메인본체(21)에 설치되어 천공을 위한 파일(50)과 연결된 구동축(22)을 이용하여 파일에 충격력을 제공하기 위한 타격 유닛과, 상기 메인본체(21)에 설치되며 구동축(22)을 정, 역회전시키는 회전유닛(24)을 구비한다. 한편, 상기 구동축(22)에는 길이 방향으로 제1중공부(23)가 형성된다.
이러한 바이브레이션 해머는 본 발명인이 출원하여 등록받은 대한민국 특허등록 제 1056444호(2011.08.05.)에 게시되어 있다.
그리고 상기 바이브레이션 해머(20)의 구동축(22)과 결합되는 파일(50)은 길이 방향으로 제 2중공부(51)가 형성된 파일본체(52)와, 상기 파일본체(52)의 외주면에 나선형의 형상으로 형성된 깃(53)을 구비한다. 상기 파일본체(52)의 외주면에는 상기 제 2중공부(51)와 연통되는 배출공(55)이 형성된다. 상기 배출공(55)은 그라우팅재 또는 결착재가 원활히 배출될 수 있도록 형성함이 바람직하며, 상기 배출공(55)는 상기 파일본체(52)와 깃(53)을 관통하여 형성될 수 있다.
상기 바이브레이션 해머(20)의 구동축(22)과 비트가 형성된 파일(50)에는 이들을 연결하는 파일들이 설치될 수 있는데, 이 파일은 비트가 형성된 파일의 외주면에 형성된 나선형의 깃과 연속하여 파일본체의 외주면에 나선이 형성된다.
상기 바이브레이션 해머(20)에 의해 지반(100)에 시공되는 파일은 소정의 직경을 가지는 관상의 파일 또는 시트파일이 이루어질 수 있다.
그리고 상기 바이브레이션 해머(20)의 구동축은 상단부측에는 로터리 조인트(61)가 설치되고, 이 로터리조인트는 그라우팅재 또는 모르타르, 결착재를 펌핑하기 위한 그라우팅재공급유닛(60)과 공급호스에 의해 연결된다. 상기 그라우팅재공급유닛(60)은 도면에는 도시되어 있지 않으나 모르타르펌프를 더 구비할 수 있으며, 파일의 단부에 비트에 설치될 수도 있다.
그리고 본 발명에 따른 바이브레이션 해머를 이용한 파일의 시공장치를 이용한 파일 시공공법을 바이브레이션 해머를 이용한 시공장치의 작용과 더블어 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 파일 시공공법은 도 6에 도시된 바와 같이 건축구조물, 토목구조물, 조형물, 태양광 발전장치의 설치는 위한 파일을 지반(100)에 설치(시공)하기 위한 것으로, 천공기의 리드에 설치된 바이브레이션 해머(20)의 구동축(22)과 외주면에 나선형(52)의 깃을 가지는 파일(50)을 결합하는 파일 장착단계(110)와, 상기 바이브레이션 해머(20)의 구동축(22)을 회전시킴과 아울러 진동시킴으로써 상기 파일(50)을 지반에 시공하여 파일(50) 및 나선형 깃(53)의 외주면과 천공된 홀의 내주면 사이에 공간부(200)가 형성될 수 있도록 하는 파일시공단계(120)를 구비한다.
상기 파일 장착단계(100)는 천공기를 파일(50)의 시공위치로 이송시킨 후, 이의 리드에 설치되는 바이브레이션 해머(20)의 구동축(22)에 파일(50)을 결합한다. 그리고 상기 구동축(22)의 상단부에 설치된 로터리 조인트(61)와 그라우팅재공급유닛(60)을 공급관에 의해 연결한다.
그리고 상기 파일시공단계(120)는 바이브레이션해머(20)의 구동축(22)을 상하방향으로 진동시킴과 아울러 회전시킴으로써 파일(50)의 주위에 형성되는 상기 공간부(200)은 가능한 한 상하방향으로의 폭을 넓게 형성함이 바람직하다. 상기 공간부(200)를 상대적으로 넓게 형성하기 위해서는 회전수을 줄이고 천공기의 리드를 따라 하강하는 바이브레이션 해머(20)의 이송량을 크게 하는 단계로 이루어질 수 있다. 그리고 상기 파일 시공단계(120)는 파일(50)을 시공방향으로 이송시키면서 파일(50)을 연속 또는 간헐적으로 회전시키는 회전단계를 구비할 수 있다.
상기와 같이 지반(100)에 시공이 이루어진 상태에서, 상기 바이브레이션 해머의 구동축(22)과 파일(50)의 길이 방향으로 각각 형성된 제 1,2중공부(23)(51)와 상기 제 2중공부(51)와 연통될 수 있도록 파일의 하면과 외주면에 형성된 배출공(55)을 통하여 그라우팅재를 주입하는 그라우팅재 공급단계(130)를 수행한다.
상기 그라우팅재공급단계(130)는 그라우팅을 위한 모르타르, 결착재 등을 그라우팅재공급유닛(60)을 이용하여 고압으로 주입한다. 이와 같이 주입된 모르타르는 상기 공간부(200)를 채움과 아울러 공간부(200)가 연결된 틈새를 통하여 주입되게 된다.
상기와 같이 그라우팅재공급단계(130)가 완료되면, 바이브레이션 해머(50)의 구동축(22)과 파일(50)을 분리하고, 공간부(200)에 주입된 그라우팅재를 경화시키는 경화단계(140)를 수행한다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 바이브레이션 해머를 이용한 파일의 시공장치 및 이를 이용한 파일 시공공법은 지반(100)에 파일(50)의 시공과 동시에 그라우팅이 가능하므로 작업성을 향상시킬 수 있으며, 특히, 지반(100)에 파일의 시공 시 지반과 잼이 발생되는 것을 근본적으로 방지할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
20: 바이브레이션 해머
50:파일
60;그라우팅재공급유닛
200:공간부

Claims (5)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 천공기의 리드에 설치된 바이브레이션 해머의 구동축에 파일본체의 외주면에 나선형의 깃이 형성된 파일을 장착하는 파일 장착단계와;
    상기 바이브레이션 해머의 구동축을 회전시킴과 아울러 길이 방향으로 진동시킴으로써 상기 파일을 지반에 시공하며, 파일본체 및 나선형 깃의 외주면과 천공된 홀의 내주면 사이에 진동으로 인한 공간부가 형성될 수 있도록 하는 파일시공단계와;
    상기 바이브레이션해머의 구동축 상부와 공급호스에 의해 연결된 그라우팅재공급유닛으로부터 공급되는 그라우팅재가 구동축과 파일의 길이 방향으로 각각 형성된 제 1중공부와 제 2중공부 및 파일의 하면과 외주면에 상기 제 2중공부와 연통되도록 형성된 배출공들을 통하여 상기 진동으로 형성된 공간부에 주입되도록 하는 그라우팅재 주입단계와,
    상기 바이브레이션해머의 구동축과 파일을 분리하고 공간부에 주입된 그라우팅재를 경화시키는 경화단계를 구비한 것을 특징으로 하는 바이브레이션 해머를 이용한 파일 시공공법.
  5. 제 4항에 있어서,
    파일 시공단계에 있어서, 바이브레이션 해머에 의해 파일을 간헐적으로 회전시키고, 파일을 진동시키면서 이송시키는 단계를 더 구비한 것을 특징으로 하는 바이브레이션 해머를 이용한 파일 시공공법.
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