KR101793980B1 - 연약지반용 기초말뚝 및 이를 이용한 시공방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 연약지반용 기초말뚝을 이용한 시공방법은 굴착기에 의해 굴착공을 굴착하면서 굴착깊이에 따른 지반강도를 측정하는 단계와; 파이프 형태의 몸체와, 상기 몸체를 이루는 벽면에 원주방향 및 길이방향으로 균등간격으로 배치되며, U자형으로 절개되어 이루어진 게이트부와, 상기 게이트부의 U자형으로 절개된 부분을 밀폐하는 마감부를 포함하여 이루어진 기초말뚝을 상기 굴착공에 삽입하는 단계와; 원주방향으로 배치된 게이트부를 개방하기 위한 실린더가 구비된 가압부재를 기초말뚝 내부로 삽입하는 단계와; 상기 가압부재의 실린더를 작동시켜 그라우트재를 투입하여 할 깊이의 게이트부를 기초말뚝 외측으로 변형시키는 단계와; 상기 가압부재를 기초말뚝 내부로부터 인출한 후 그라우트재를 투입하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

연약지반용 기초말뚝 및 이를 이용한 시공방법{Pole For Reinforcing Soft Ground And Construction Method Using The Same}

본 발명은 연약지반용 기초말뚝 및 이를 이용한 시공방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 깊이에 따라 지반의 강도가 상이한 경우에 그라우트재의 공급을 조절할 수 있는 연약지반용 기초말뚝 및 이를 이용한 시공방법에 관한 것이다.

통상, 연약지반을 보강하기 위해 설치되는 기초말뚝은 소음과 진동을 피하기 위해 굴착공을 굴착한 후 기초말뚝을 굴착공에 삽입하게 된다. 기초말뚝(1)에는 도 1과 같이 길이 방향 및 원주 방향으로 배열된 배출공(10)을 구비하고 있는데, 상기 배출공(10)은 도 2와 같이 굴착공(30)에 삽입된 기초말뚝(1) 내부로 주입된 그라우트재(20)를 기초말뚝(1) 외부의 연약지반 쪽으로 배출시키는 역할을 하게 된다.

그런데, 연약지반이라 할지라도 깊이에 따라 지반의 강도가 다른 경우가 많은데, 균일하게 배열된 배출공을 통해 그라우트재를 배출시키면 보강이 필요한 곳에 더 많은 그라우트재를 주입하기 힘들고 또한 필요없는 부위에 그라우트재가 배출되므로 비용이나 공사기간의 면에서도 바람직하지 못하다. 대한민국 등록특허 10-0616359호에서는 배출공을 상하 구간 정도에 형성하는 것이 개시되어 있지만, 깊이에 따른 지반강도가 상하만 약한 경우는 극히 드물기 때문에 범용성이 부족한 문제점이 있었다. 또한 대한민국 등록특허 10-0674264호에서는 깊이가 깊을수록 배출공의 직경을 크게 하는 것이 개시되어 있지만, 깊은 곳의 지반강도가 제일 연약할 경우에만 필요한 것이어서 범용성은 여전히 부족한 문제점이 있다. 앞서 설명한 선행기술들은 시공현장에서 배출공의 크기 및 배치를 결정할 수 있는 것이 아니고 기초말뚝의 제조공장에서 미리 결정되어 생산되는 것이며, 또한 굴착공을 시공하는 과정에서야 깊이에 따른 지반의 강도분포를 알 수 있기 때문에 배출공의 크기 및 배치를 필요에 따라 조절할 수 없는 문제점이 있었다.

KR 10-0616359 B, 2006.8.30., 청구항 6 KR 10-0674264 B, 2007.1.24., 실시예 1

본 발명은 상기 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로 기초말뚝이 삽입된 연약지반의 깊이에 따라 그라우트재의 선택적 투입이 가능한 연약지반용 기초말뚝과 이러한 기초말뚝을 이용한 시공방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 연약지반용 기초말뚝은
파이프 형태의 몸체와,
상기 몸체를 이루는 벽면에 원주방향 및 길이방향으로 균등간격으로 배치되며, 몸체 벽면을 관통하여 절개한 부분이 U자형 테두리를 이루며 가압부재에 의해 영구변형이 발생하게 되는 게이트부(12)와;

상기 몸체의 절개된 부분을 실리콘으로 충진시켜 밀폐하여 이루어진 것으로, 게이트부가 영구 변형될 때 게이트부로부터 분리되는 마감부(14)를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

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상기 몸체의 일 선단은 원추형으로 가공되는 것도 바람직하다.

상기 연약지반용 기초말뚝을 이용한 시공방법은 다음과 같다.
굴착기에 의해 굴착공을 굴착하면서 굴착깊이에 따른 지반강도를 측정하는 단계와;
파이프 형태의 몸체와, 상기 몸체를 이루는 벽면에 원주방향 및 길이방향으로 균등간격으로 배치되며 몸체 벽면을 관통하여 절개한 부분이 U자형 테두리를 이루며 가압부재에 의해 영구변형이 발생하게 되는 게이트부(12)와, 상기 몸체의 절개된 부분을 실리콘으로 충진시켜 밀폐하여 이루어진 것으로, 게이트부가 영구 변형될 때 게이트부로부터 분리되는 마감부(14)를 포함하여 이루어진 기초말뚝을 상기 굴착공에 삽입하는 단계와;
원주방향으로 배치된 게이트부를 개방하기 위한 실린더가 구비된 가압부재를 기초말뚝 내부로 삽입하는 단계와;
기초말뚝 내부에서 상기 가압부재가 그라우트재를 투입하여 할 게이트부의 위치에 달하면 가압부재의 실린더를 작동시켜 게이트부를 기초말뚝 외측으로 변형시키는 단계와;

상기 가압부재를 기초말뚝 내부로부터 인출한 후 그라우트재를 투입하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

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본 발명의 또 다른 시공방법은 다음과 같다.
파이프 형태를 구비하며 일단이 원추형으로 가공된 몸체와, 상기 몸체를 이루는 벽면에 원주방향 및 길이방향으로 균등간격으로 배치되며 몸체 벽면을 관통하여 절개한 부분이 U자형 테두리를 이루며 가압부재에 의해 영구변형이 발생하게 되는 게이트부(12)와, 상기 몸체의 절개된 부분을 실리콘으로 충진시켜 밀폐하여 이루어진 것으로, 게이트부가 영구 변형될 때 게이트부로부터 분리되는 마감부(14)를 포함하여 이루어진 기초말뚝을 항타기에 의해 연약지반에 삽입하면서, 기초말뚝의 삽입깊이에 따른 지반강도를 측정하는 단계와;
원주방향으로 배치된 게이트부를 개방하기 위한 실린더가 구비된 가압부재를 기초말뚝 내부로 삽입하는 단계와;
기초말뚝 내부에서 상기 가압부재가 그라우트재를 투입하여 할 게이트부의 위치에 달하면 가압부재의 실린더를 작동시켜 게이트부를 기초말뚝 외측으로 영구 변형시키는 단계와;

상기 가압부재를 기초말뚝 내부로부터 인출한 후 그라우트재를 투입하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

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본 발명에 의하면 연약지반 중 지반강도가 약한 부위에만 그라우트재를 투입하는 것이 가능하고, 또한, 각 깊이에서의 그라우트재의 투입량도 자유롭게 조절가능하며 그라우트재에 의한 환경오염도 방지할 수 있는 효과가 있다.

도 1,2 는 종래기술을 설명하기 위한 도.
도 3은 본 발명 일 실시예 말뚝의 형태를 나타낸 도.
도 4 및 도 5는 본 발명 일 실시예 시공방법을 설명하기 위한 도.
도 6은 본 발명에 사용되는 가압부재의 형태를 나타낸 도.

이하, 본 발명을 그 실시예에 따라 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.

도 3은 본 발명 일 실시예의 기초말뚝이다. 도 3에 도시된 기초말뚝들은

파이프 형태의 몸체와, 상기 몸체를 이루는 벽면에 원주방향 및 길이방향으로 균등간격으로 배치되며, U자형으로 절개되어 이루어진 게이트부(12)와; 상기 게이트부(12)의 U자형으로 절개된 부분을 밀폐하는 마감부(14)를 포함하여 이루어져 있다. 도 3(a)의 기초말뚝(1)은 몸체의 양단이 개방되어 있어 굴착기(100)에 의해 굴착된 굴착공(30)에 삽입하는 것인 반면, 도 3(b)의 기초말뚝(1)은 몸체의 일단이 원추형으로 가공된 것으로 항타기에 의해 연약지반으로 삽입되기 위한 것이다.

게이트부(12)는 산소나 레이저 절단기 등에 의해 U자형으로 절개될 수 있는데, V자형으로 절개되거나 도 3 (c) (d)와 같이 어떠한 임의의 형상으로 절개되더라도 몸체부에서 분리되지 않고 이후 설명하는 바와 같이 기초말뚝의 외측으로 변형될 수 있는 것이라면 모두 가능하며, 이러한 형상을 모두 U자형이라 하기로 한다.

또한 도 3(e) 와 같이 게이트부(12) 중 몸체와 연결되는 측에는 노치(16)가 가공되어 게이트부(12)가 외측으로 변형되는 것이 보다 용이하게 하는 것도 가능하다.

게이트부(12)를 일정부분 둘러싸는 상기 절개부위는 점성유체였다가 일정 분위기(공기, 온도, 자외선 등)하에서 고체화되는 물질(예를 들어, 실리콘 등)에 밀폐되어 마감부(14)를 이룬다.

도 3(a)는 게이트부(12)가 기초말뚝(1)의 길이방향으로, 도 3(b)는 게이트부(12)가 기초말뚝(1)의 원주방향으로 변형될 수 있도록 형성된 점에서 차이가 있지만, 게이트부(12)의 변형되는 방향은 본 발명의 기술적 사상을 구현하는데 크게 의미가 없다.

다음은 상기 본 발명의 기초말뚝을 사용하여 연약지반에 기초를 시공하는 공법에 대하여 설명한다.

먼저 도 4에 도시된 바와 같이 굴착기(100)를 사용하여 굴착공(30)을 굴착한다. 굴착기(100)의 드릴(110)을 일정한 가압력 및 일정 속도로 회전시킴에 따라 지반강도를 알 수 있게 되는데, 지반이 무른 경우 단위 시간당 굴착되는 양이 크며, 지반의 강도가 강할수록 단위시간당 굴착량이 적게 된다. 이를 통해 깊이에 따른 지반강도를 파악할 수 있게 된다.

기초말뚝의 선단이 원추형으로 가공된 기초말뚝인 경우, 항타 작업에 의해 말뚝을 연약지반에 삽입하는 것이 가능한데, 이 경우 일정 항타력으로 기초말뚝을 항타하면서 일회당 삽입되는 깊이를 측정하면, 연약지반의 깊이에 따른 지반강도를 파악할 수 있게 된다.

이후, 굴착공(30)의 굴착이 완료되면, 도 5(a)와 같이 기초말뚝(1)을 굴착공(30)에 삽입한다.

기초말뚝(1)의 삽입이 완료되면 깊이에 따른 지반강도를 참고하여 어느 깊이의 게이트부를 어느 정도로 개방할 것인가를 결정하게 된다.

이후, 도 6과 같은 가압부재(200)를 기초말뚝(1) 내로 삽입하게 된다.

가압부재(200)는 기초말뚝(1) 내로 삽입될 때 와이어(410)와 체결되는 지지대(210)와 원형 측면을 따라 등간격으로 설치된 실린더(220)와, 상기 실린더(220)을 원형측면을 따라 돌출하거나 회수하기 위한 유압포트(230)를 포함하여 이루어져 있다. 가압부재(200) 내에서 실린더(220)의 작동을 위한 유압회로 등은 당업자라면 충분히 이해할 수 있는 것이므로 설명을 생략한다.

기초말뚝(1) 내부로 삽입되는 가압부재(200)를 와이어(410)에 매달아 내리며 가압부재(200)의 깊이를 조절하기 위한 장치 및 가압부재(200)에 유압라인(420)을 통해 유압을 공급하기 위한 유압공급원은 도시하지 않더라도, 당업자라면 충분히 구현할 수 있을 것이다.

도 5(c)와 같이 가압부재(200)가 그라우트재(20)를 투입하여 할 깊이에 달하면, 실린더(220)가 돌출되어 원주방향으로 배치된 게이트부(12)들을 기초말뚝(1)의 외측으로 영구 변형시켜 개방하게 된다. 게이트부(12)와 마감부(14)는 이러한 변형에 의해 서로 분리되며, 게이트부(12)의 변형에 의해 생긴 공간을 통해 이후 설명될 그라우트재(20)가 연약지반을 향해 배출된다.

실린더(220)의 돌출 정도에 따라 게이트부(12)의 변형 정도가 달라지게 되고, 게이트부(12)의 변형 정도를 조절하여 각 깊이에 따라 그라우트재(20)가 배출되는 양을 조절할 수 있게 된다.

게이트부(12)의 변형정도는 가압부재(200)의 상면에 장착된 라이트 부착 카메라(250)에 의해 화상분석에 의해 측정이 가능하며, 가압부재(200)의 위치는 가압부재의 상면에 광반사 테이프로 부착된 표시부(260)에 의해 지상에서 기초말뚝 내를 육안으로 관찰하면서 제어할 수 있음은 당연하다 할 것이다. 표시부(260)는 광반사 테이프 대신 레이저 포인터나 LED 램프 등에 의해 이루어질 수도 있다.

본 발명에 따라 그라우트재(20)는 도 5(d)에 도시된 바와 같이 필요에 따라 임의의 위치에 임의의 양만큼 주입이 가능하게 되며, 이에 따라 그라우트재에 따른 환경오염도 방지할 수 있고 적당량의 그라우트재를 투입하여 비용 절감의 효과도 얻을 수 있다.

1 : 기초말뚝 10 : 배출공 12 : 게이트부 14 : 마감부
20 : 그라우트재 30 : 굴착공 100 : 굴착기 110 : 드릴
200 : 가압부재 220 : 실린더

Claims (4)

1. 파이프 형태의 몸체와,
   상기 몸체를 이루는 벽면에 원주방향 및 길이방향으로 균등간격으로 배치되며, 몸체 벽면을 관통하여 절개한 부분이 U자형 테두리를 이루며 가압부재에 의해 영구변형이 발생하게 되는 게이트부(12)와;
   상기 몸체의 절개된 부분을 실리콘으로 충진시켜 밀폐하여 이루어진 것으로, 게이트부가 영구 변형될 때 게이트부로부터 분리되는 마감부(14)를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 연약지반용 기초말뚝.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 몸체의 일측 선단은 원추형으로 가공되는 것을 특징으로 하는 연약지반용 기초말뚝.
   
3. 굴착기에 의해 굴착공을 굴착하면서 굴착깊이에 따른 지반강도를 측정하는 단계와;
   파이프 형태의 몸체와, 상기 몸체를 이루는 벽면에 원주방향 및 길이방향으로 균등간격으로 배치되며 몸체 벽면을 관통하여 절개한 부분이 U자형 테두리를 이루며 가압부재에 의해 영구변형이 발생하게 되는 게이트부(12)와, 상기 몸체의 절개된 부분을 실리콘으로 충진시켜 밀폐하여 이루어진 것으로, 게이트부가 영구 변형될 때 게이트부로부터 분리되는 마감부(14)를 포함하여 이루어진 기초말뚝을 상기 굴착공에 삽입하는 단계와;
   원주방향으로 배치된 게이트부를 개방하기 위한 실린더가 구비된 가압부재를 기초말뚝 내부로 삽입하는 단계와;
   기초말뚝 내부에서 상기 가압부재가 그라우트재를 투입하여 할 게이트부의 위치에 달하면 가압부재의 실린더를 작동시켜 게이트부를 기초말뚝 외측으로 변형시키는 단계와;
   상기 가압부재를 기초말뚝 내부로부터 인출한 후 그라우트재를 투입하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 연약지반용 기초말뚝을 이용한 시공방법.
   
4. 파이프 형태를 구비하며 일단이 원추형으로 가공된 몸체와, 상기 몸체를 이루는 벽면에 원주방향 및 길이방향으로 균등간격으로 배치되며 몸체 벽면을 관통하여 절개한 부분이 U자형 테두리를 이루며 가압부재에 의해 영구변형이 발생하게 되는 게이트부(12)와, 상기 몸체의 절개된 부분을 실리콘으로 충진시켜 밀폐하여 이루어진 것으로, 게이트부가 영구 변형될 때 게이트부로부터 분리되는 마감부(14)를 포함하여 이루어진 기초말뚝을 항타기에 의해 연약지반에 삽입하면서, 기초말뚝의 삽입깊이에 따른 지반강도를 측정하는 단계와;
   원주방향으로 배치된 게이트부를 개방하기 위한 실린더가 구비된 가압부재를 기초말뚝 내부로 삽입하는 단계와;
   기초말뚝 내부에서 상기 가압부재가 그라우트재를 투입하여 할 게이트부의 위치에 달하면 가압부재의 실린더를 작동시켜 게이트부를 기초말뚝 외측으로 영구 변형시키는 단계와;
   상기 가압부재를 기초말뚝 내부로부터 인출한 후 그라우트재를 투입하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 연약지반용 기초말뚝을 이용한 시공방법.

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