KR101794112B1 - 선단 확장 강관을 이용한 회전 압입식 파일 시공장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 말뚝 시공시 선단 확장과 동시에 말뚝을 회전시키되 자중에 의해 말뚝이 압입되어 말뚝을 시공할 수 있는 선단 확장 강관을 이용한 회전 압입식 파일 시공장치에 관한 것으로, 중공홀을 포함한 제2 로드와 선단 확장부, 제1, 2 비트날을 포함하는 제2 비트로 구성된 제2 오거와 상기 제2 로드의 중공홀 내에서 폐색효과를 방지하기 위해 형성하는 제1 오거의 구성으로 이루어져 있어, 지면에 설치하는 상부 구조물을 지지하기 위한 말뚝 시공시 선단 확장을 통한 지지력 향상과 더불어 지반 상태에 따라 제1, 2 오거를 복합적으로 사용하거나 또는 단일로 사용함으로써 시공성 및 시공비용을 줄일 수 있고, 지반 굴착과 동시에 말뚝 관입 시공시 발생하는 폐색효과를 방지하여 시공을 향상시킴은 물론, 지반을 굴착하는 제2 비트의 구조적 안정성을 통해 말뚝 시공이 연속적으로 이루어질 수 있는 선단 확장 강관을 이용한 회전 압입식 파일 시공장치를 제공한다.

Description

선단 확장 강관을 이용한 회전 압입식 파일 시공장치{Rrotating-press type pile construction device by using tip-enlarged pile}

본 발명은 선단 확장을 통해 말뚝을 시공하기 위한 선단 확장 강관을 이용한 회전 압입식 파일 시공장치에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 말뚝 시공시 선단 확장과 동시에 말뚝을 회전시키되 자중에 의해 말뚝이 압입되어 말뚝을 시공할 수 있는 선단 확장 강관을 이용한 회전 압입식 파일 시공장치에 관한 것이다.

지반 위에 직접 구조물을 건설할 때에는 그 지반이 안정된 것이라야 한다. 지반이 예상되는 구조물에 대하여 안정되지 못할 때는 지반개량을 실시한다.

도로, 철도 등을 연약지반 위에 만들 경우에 흙쌓기를 가장 많이 실시한다. 흙쌓기의 기초가 되는 연약지반의 개량에는 주로 샌드드레인공법에 의해 점토층을 압밀탈수(壓密脫水)하여 토질의 강도를 증가시키는 방법이 사용된다. 이 공법은 단순히 점토층의 밀도를 높일 뿐이지만 둑쌓기의 침하량이 감소되고 또 지반의 파괴를 방지할 수 있다.

근래에는 이 샌드드레인에 각종 고결약제(固結藥劑)를 가하여 주위 지반의 화학적인 경화를 더하거나 샌드드레인을 강하게 다져서 점토층의 적극적인 압밀탈수와 샌드드레인 자신의 강화를 꾀한 것 등 샌드드레인의 아류공법(亞流工法)이 많이 사용되고 있다. 또 특히 연약한 토탄지(土炭地) 등에서 둑을 만들 경우에는 토탄층을 직접 강화 안정시키기는 곤란하므로 이것을 제거하고 모래 등 양질의 재료로 대치하는 치환개량공법이 실시되는 경우도 있는데, 이것 역시 일종의 지반개량이다.

이와 같은 지반개량작업은 주로 흙쌓기에 많이 적용하며, 대부분은 지반개량을 하지 않고 말뚝(Pile)을 관입하여 기초지반을 지지시키는 방법을 취하고 있다. 이미 설치된 구조물의 기초지반이 각종 영향으로 약화되거나 인접 지반의 굴착 등으로 피해가 예상될 때는, 말뚝(Pile)을 직접 관입하여 보강할 수는 없으므로, 지반 자체를 강화해야 할 경우가 종종 생긴다. 이럴 때 일반적으로 사용하는 방법이 주입공법이다.

시멘트와 약액(藥液)을 지반 속에 압력으로 주입하여 안정시키는 것인데, 모래지반에는 효과가 있으나 주입이 곤란한 점토나 실트질(質)의 세립토(細粒土) 지반에는 별로 효과가 없다. 특히 점토지반에 유효한 방법으로는 지반에 직류전압을 가하여 탈수와 전기화학적인 안정을 기하는 전기침투공법과, 지반 속에 연기통로를 굴착하고 그 주위를 높은 열로 용융고화시키는 소결공법(燒結工法) 등이 있으나 잘 쓰이지 않고 있다. 기타 지반의 동결공법(凍結工法), 배수공법 등이 있다.

한편, 말뚝을 타입하는 방식에는 향타, 매입, 오거 천공 후 향타, 천공 후 현장타설 등 다양한 시공방법이 있고, 이때에, 말뚝의 재질은 콘크리트 말뚝, 강관 말뚝 등 다양하게 이용하게 된다.

상기 항타공법은 말뚝재료와 구조적 지지성능면에서 우수한 특성을 보임으로써 토목구조물의 기초 공법에 관련하여 종래에 가장 선호되던 공법이다. 그러나, 항타말뚝 시공시에 발생하는 타격에너지로 인한 진동과 소음 등 건설환경 공해요인으로 인해 공사현장 주변의 각종 구조물들의 내구성에 심각한 피해를 초래하고 있으며, 사람들의 일상적인 생활을 침해할 뿐만 아니라 가축용 시설물이 인접한 지역의 경우 가축의 폐사 요인이 되는 문제점이 있다. 1994년 건설공사에 대한 소음 및 진동규제법이 공포된 이후 국민들의 환경권 요구문제가 건설공사에서 가장 두드러진 난제중의 하나로 인식되고 있으며, 말뚝 시공 시 발생되는 소음 및 진동은 대표적인 민원의 대상이 되고 있다. 따라서, 대도시뿐만 아니라 도시 외곽지역, 민가에서 벗어난 지역에서 조차 항타공법이 가지고 있는 소음, 진동, 매연 등 건설공해 문제점으로 인해 사용이 제한되고 있는 추세이다. 특히, 이로 인한 민원 문제가 발생할 경우 공사 중 매입공법으로 설계변경을 해야하는 등 시공상 막대한 지장을 초래하는 경우가 빈번히 발생하고 있다. 이에 따라 항타공법의 적용성이 지속적으로 감소되고 있으며 대신 각종 저진동·저소음 공법으로 전환되고 있는 실정이다.

상기한 항타공법과는 다르게 원지반을 천공하여 기성말뚝을 매입하는 종래의 매입말뚝공법은 천공장비를 이용하여 지지층의 지반까지 천공 후, 천공장비의 노즐을 이용하여 선단용 그라우트를 실시한다. 주면 고정용 그라우트를 주입하면서 천공용 로드를 천천히 뽑아 올린 후, 땅 속에 뚫어놓은 천공홀 사이로 기성말뚝(콘크리트, 강관)을 삽입한다. 그리고, 말뚝의 지지력을 확보하기 위하여 별도의 항타기 또는 경량 항타램을 이용하여 최종 관입용 항타작업을 실시하는 일련의 과정으로 시공한다.

상기 매입말뚝공법의 다른 예로서, 지반 천공시, 나선형 로드가 부착된 오거를 사용하여 천공하고, 천공종료 후 선단과 주면에 그라우트를 동시에 실시하는 공법도 제안되어 있다.

상기한 매입말뚝공법은 천공으로 인한 슬러지 등이 외부로 배출되지 않고 말뚝 선단 지지층에 약 50 ∼ 100cm 가량 가라앉아 있어 말뚝의 설계지지력을 발휘하기가 곤란한 문제점이 있다. 상기한 문제점을 내포하고 있음에도 불구하고 매입말뚝 시공법은 강관말뚝의 시공 시 발생하는 소음과 진동을 배제할 수 있다는 장점이 있어 현재 국내에서 많이 사용되고 있다.

위와 같은 종래의 강관말뚝 매입공법에 의하면, 선단지지력 보다는 주로 주면 마찰력에 의하여 강관말뚝에 가해지는 하중을 지지하게 되며, 강관말뚝을 해머로 직접 타격하여 매설하는 시공법에 비하여 지지력이 상당히 작아진다는 문제점이 있고 시공비는 약 10배에 달하며 경제성이 취약해지는 단점이 있다. 즉, 상기 강관말뚝 매입공법은 상대적으로 높은 시공비, 비경제성, 그리고 낮은 지지력을 가지는 한계에도 불구하고 소음과 진동 등 건설환경공해 규제법 때문에 저소음 저진동의 장점을 통해 민원발생의 소지를 없앨 수 있다는 목적으로 현재 그 적용이 증가하고 있는 실정이다. 종래의 강관말뚝 매입공법에 의하여 시공된 말뚝의 경우, 강관말뚝에 재하되는 축하중과 휨모멘트에 의한 응력을 주로 강관말뚝의 내력으로 지탱하였는데, 강관말뚝만으로 말뚝 자체의 내력을 증가시키려면 직경과 두께가 큰 것을 이용하여야 한다. 그런데, 강관말뚝은 고가의 강재로 제작되므로 종래의 시공법에서와 같이 강관말뚝의 직경과 두께를 증가시켜 강관말뚝의 내력을 증가시키는 경우 재료비가 많이 소요되는 단점이 있다. 또한, 강관말뚝을 회전, 압입하여 관입시키는 경우, 지표하부 지층에 자갈층이나 단단한 점토층, 또는 단단한 사질토층, 풍화토층 등과 같이 회전·압입에 의한 관입시공성이 낮은 지층이 존재할 경우 시공기간이 길어지고 강관 선단부가 파손을 입는 등 시공상에 어려움이 큰 문제점을 내포하고 있다.

한편, 대한민국 등록특허 제10-1144312호(이하, '특허문헌 1'이라 함.)에서는 강관 말뚝의 선단부를 확장하기 위한 확대장치가 장착된 강관말뚝을 회전, 압입에 의해 관입시키고 강관 내부는 중굴 굴착을 통해서 내부 천공함으로써 진동 및 소음을 발생을 억제시키고 강관 말뚝 관입 시공 효율성을 향상시킬 수 있는 시공방법을 제안한 바 있다.

이를 위해 상기 특허문헌 1에서는 내부에 중공부를 형성하고 있는 강관 말뚝 몸체를 구비히고, 상기 강관 말뚝 몸체 내부의 중공부에 삽입하는 오거를 구성하고 있으며, 강관 말뚝 몸체 선단에는 디스크 판 형태로 이루어진 소정 기울기만큼 비스듬히 위치하는 반원 디스크판을 형성하되, 반원 디스크의 측면에는 톱니날을 구비함으로써 강관 말뚝 몸체를 회전시켜 관입시킴과 동시에 중공부에 배치된 오거를 통해 중공부 내부로 유입되어 마찰력에 의해 단단해진 토사를 다시 한번 굴착할 수 있도록 구성되어 있다.

(특허문헌 1) KR10-1144312 B1 강관 말뚝 선단확대장치 및 그를 이용한 강관말뚝 시공방법

하지만 상술한 특허문헌 1은 구조적 안정성이 결여되어 실제 시공시 다음과 같은 문제점이 발생하게 되었다.

우선, 상술한 강관 말뚝 몸체 선단에 결합되어 있는 디스크 판 형태로 이루어진 반원 디스크판은 강관 말뚝 몸체 최 선단에 결합된 구조로 이루어져 있으며, 측면에 톱니날을 구비하여 오거의 작동과 함께 강관 말뚝 몸체 및 반원 디스크판이 회전하면서 지반 굴착과 더불어 선단 확장이 이루어지는 구조로 이루어져 있다.

그런데, 상술한 반원 디스크판은 강관 말뚝 몸체 선단에 용접으로 결합이 이루어져 있기 때문에 상술한 바와 같이 반원 디스크판이 회전하여 선단 확장시공이 이루어지게 되면 하중량이 많아지게 되어 강관 말뚝 몸체 선단에서 탈락됨으로서 선단 확장 시공이 원활히 이루어지지 못하는 문제가 발생하게 된다.

또한, 위의 특허문헌 1은 지반이 무른 연약지반 또는 저심도로 말뚝 시공을 할 경우에도 필수적으로 오거를 이용하여야 하기 때문에 작업과정이 매우 복잡함은 물론, 그로인한 시공비가 상승되는 문제가 발생하게 된다.

즉, 연약지반에 말뚝 시공시 강관 말뚝 몸체를 회전시켜 지반 굴착과 더불어 강관 말뚝 몸체를 관입시키는 과정에서 강관 말뚝 몸체의 중공부로 유입되는 토사가 마찰력에 의해 다져지게 되어 단단하게 되면 강관 말뚝 몸체의 선단 부분의 중공부에 토사가 단단해져 폐색효과가 발생할 수 있으며, 이로 인해 더 이상 깊은 심도로 강관 말뚝 몸체의 관입이 어려워지게 된다.

따라서, 위의 특허문헌 1은 연약지반이든 다단한 지반이든 간에 무조건 오거를 사용하여야 하는 문제가 발생하게 되는 것이다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명에 따른 선단 확장 강관을 이용한 회전 압입식 파일 시공장치는 지면에 설치하는 상부 구조물을 지지하기 위한 말뚝 시공시 선단 확장을 통한 지지력 향상과 더불어 지반 상태에 따라 제1, 2 오거를 복합적으로 사용하거나 또는 단일로 사용함으로써 시공성 및 시공비용을 줄일 수 있는 선단 확장 강관을 이용한 회전 압입식 파일 시공장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 제2 오거만을 사용하거나 또는 제1, 2 오거를 동시에 사용할 때에 폐색효과를 방지하여 말뚝 시공의 시공성을 향상시킴은 물론, 고심도, 다단한 지반, 연약 지반에 말뚝 시공이 원활히 이루어질 수 있도록 하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 지반 굴착과 동시에 말뚝 시공시 구조적 안정성을 도모하여 구성요소들의 파손에 따른 작업이 지연되는 현상을 방지할 수 있도록 하는데 있다.

본 발명은 말뚝으로 이용하는 제2 오거의 선단에 선단 확장부와 제1, 2 비트날을 포함하는 제2 비트를 결합하여 선단확장과 더불어 말뚝 시공이 이루어져 지반 지지력을 향상시키면서 말뚝 시공을 실시할 수 있다.

그리고 말뚝으로 이용하는 제2 오거의 선단에 비트 몸체에 결합된 제1, 2 비트날을 포함하는 제2 비트를 형성하여 지반이 무른 시공위치에 말뚝 시공시 별도의 천공작업 없이도 말뚝을 형성할 수 있다.

또한, 제2 오거의 중공홀 선단에 형성한 축관부와 비트 몸체에 편심된 상태로 결합한 제2 비트날에 의해 폐색효과를 방지할 수 있어 고심도로 말뚝 시공이 가능하다.

그리고 제2 오거의 제2 로드에 제2 비트의 고정 결합시 파이프 형태로 이루어진 비트 몸체를 결합한 후 용접 결합을 통해 결합하여 제2 로드와 제2 비트의 고정 결합이 견고하고, 특히, 비트 몸체에 선단 확장부, 제1, 2 비트날을 순차적으로 형성한 구조로 이루어져 있어 제1, 2 비트날이 지반을 굴착한 후에 선단 확장부가 지반 굴착범위를 확장시키는 구조로 이루어져 있어 과부하에 의한 파손을 방지할 수 있다.

또한, 제2 오거의 제2 로드와 제2 오거 드라이브의 결합시 제2 로드 후단의 보강을 실시한 상태에서 간단한 구조로 제2 오거 드라이브에 결합하는 구조로 결합부를 형성함으로써 제2 오거의 회전 구동시 제2 로드의 파손을 방지함은 물론, 제2 로드와 제2 오거 드라이브의 결합이 용이하여 작업자의 편의성을 향상시킬 수 있다.

그리고 제2 로드 후단에 형성하는 결합부에 로드 결합홀을 형성하여 고심도로 말뚝을 시공할 경우 작업자가 간단하게 제2 로드를 연장할 수 있어 작업자의 편의성을 향상시킴은 물론, 말뚝 연장에 따른 작업시간을 단축할 수 있다.

아울러, 단단한 지반이거나 고심도로 말뚝을 시공하여야 할 경우 제2 로드 내측에 형성한 중공홀에 제1 오거를 배치하여 폐색효과를 방지함으로써 깊은 깊이로 말뚝을 시공할 수 있는 유용한 발명이다.

도 1은 본 발명에 따른 선단 확장 강관을 이용한 회전 압입식 파일 시공장치를 도시한 정면도.
도 2는 도 1의 A부 상세도.
도 3은 도 1의 B부 상세도.
도 4는 도 3의 저면도.
도 5는 본 발명에 따른 제2 비트를 도시한 사시도.
도 6은 제2 오거를 이용한 말뚝 시공상태를 도시한 상태도.
도 7은 제1, 2 오거를 이용한 말뚝 시공상태를 도시한 상태도.

이하, 첨부된 도면을 이용하여 본 발명의 구성에 대해 보다 구체적으로 살펴보도록 한다.

우선, 도 1에서 도시된 바와 같이 몸체부(10)에는 상, 하 이동이 가능하면서 회전 가능한 형태의 제1, 2 오거 드라이브(11, 12)가 형성되어 있다.

이러한, 몸체부(10)의 구성은 통상적은 구성으로서 본 발명에서는 상세한 설명은 생략하도록 한다.

다음으로, 제1 오거(40)는 도 1에서와 같이 상기 몸체부(10)의 제1 오거 드라이브(11)에 결합하여 상, 하 이동과 더불어 회전력을 전달받아 지반을 굴착할 수 있는 구성이다.

따라서, 상기 제1 오거(40)는 제1 오거 드라이브(11)에 결합하는 제1 로드(20)가 수직 방향으로 길게 연장되는 형태로 결합되고, 제1 로드(20)의 선단에는 도 2에서와 같이 지반을 굴착할 수 있도록 제1 비트(30)가 결합되는 형태로 이루어진다.

다음으로, 제2 오거(70)는 도 1에서와 같이 몸체부(10)의 제2 오거 드라이브(12)에 결합하여 상, 하 이동 가능하면서 제2 오거 드라이브(12)에 의해 회전할 수 있도록 구성된다.

이러한, 제2 오거 드라이브(70)는 제2 로드(50)와 제2 로드(50) 선단에 결합하는 제2 비트(60)로 이루어져 있다.

상기 제2 로드(50)는 몸체부(10)의 제2 오거 드라이브(12)에 결합하기 위한 구성으로서 후단에 결합부(51)에 형성되어 있고, 내측에는 중공홀(52)이 타공되어 대략 파이프와 유사한 형상으로 형성되어, 상술한 제1 오거(40)의 제1 로드(20) 및 제1 비트(30)가 중공홀(52) 내부에 배치되며, 이때에, 제1 오거(40)의 제1 비트(30)는 제2 로드(50) 내부의 중공홀(52) 내에만 배치되도록 구성된다.

여기서, 상술한 결합부(51)는 도 2에서와 같이 제2 로드(50)의 외경보다 더 두껍도록 보강부(51a)가 형성되고, 보강부(51a)의 외주면으로는 다수의 키(52b)에 형성된 구조로 이루어져 있다.

특히, 상술한 결합부(51)의 보강부(51a)는 제2 로드(50) 후단에 결합시 용접과 같은 접합방법을 통해 결합하도록 하며, 제2 로드(50)의 후단면보다 상측으로 더 돌출되도록 결합하여 제2 로드(50)의 후단면 및 보강부(51a)에 의해 내부에 로드 결합홀(51c)이 형성될 수 있도록 구성된다.

또한, 몸체부(10)의 제2 오거 드라이브(12)에는 키(51b)와 결합하기 위해 수직방향으로 연장되는 제1 결합홀(12a)과 제1 결합홀(12a)에 연결되되 수평방향으로 연장되는 제2 결합홀(12b)로 구성되어 있으며, 특히, 제2 결합홀(12b)의 연장방향은 제2 오거 드라이브(12)에 의해 지반을 굴착하기 위해 회전하는 제2 오거(70)의 회전방향과 동일한 방향으로 연장하는 것이 좋다.

그리고 상술한 제2 오거(70)를 구성하는 제2 로드(50)에 형성된 중공홀(52) 중 선단 일부에는 중공홀(52)의 직경보다 더 작은 직경으로 이루어지는 축관부(52a)가 더 구성될 수 있다.

한편, 제2 오거(70)를 구성하는 제2 비트(60)는 제2 로드(50)의 선단에 용접과 같은 접합 방법에 의해 고정 결합되어 제2 오거(70)가 제2 오거 드라이브(12)에 의해 회전할 때에 지반을 굴착하여 몸체부(10)의 제2 오거 드라이브(12)의 중량에 의해 하측 방향으로 압입시키는 구성이다.

상기와 같은 제2 비트(60)는 도 3 내지 도 5에서와 같이 제2 로드(50)의 선단에 결합하되 내부가 중공형태로 이루어져 대략 파이프 형상으로 이루어지는 비트 몸체(61)가 형성되고, 상기 비트 몸체(61)의 후단부 외주면으로는 반원구 형상으로 이루어진 1개소 이상의 선단 확장부(62)가 일정 각도 틀어진 상태로 결합되어 있다.

여기서, 상기 선단 확장부(62)는 제2 오거(70)의 회전시 지반을 굴착할 수 있는 방향으로 각도를 틀어서 결합하도록 한다.

또한, 상기 비트 몸체(61)의 선단면에는 제1 비트날(63)이 등간격으로 2개소 형성되어 있으며, 제2 비트날(64)은 한쌍의 제1 비트날(63)을 연결할 수 있도록 구성된다.

여기서, 상기 제2 비트날(64)은 비트 몸체(61) 및 제1 비트날(63)에 용접을 통해 결합하도록 하며, 제2 비트날(64)의 날 부분은 W자 형태로 형성하도록 한다.

특히, 상술한 제1 비트날(63)은 비트 몸체(61)의 가상의 중심축을 중심으로 등간격으로 형성하고, 제2 비트날(64)은 제1 비트날(63)의 두께 만큼 이격된 위치에 형성되어 비트 몸체(61)의 가상의 중심축에서 편심된 형태로 결합하는 것이 바람직하다.

상기와 같은 구성으로 이루어진 본 발명에 따른 선단 확장 강관을 이용한 회전 압입식 파일 시공장치의 작용효과에 대해 살펴보도록 한다.

본 발명에 따른 선단 확장 강관을 이용한 회전 압입식 파일 시공장치(100)는 말뚝을 형성하고자 하는 지반의 단단한 정도에 따라 선택적으로 오거를 운용할 수 있으며, 특히, 연약지반에 말뚝 형성시 말뚝 선단을 지지하는 지반과의 지반 지지력 향상 및 폐색효과를 방지하여 고심도로 말뚝시공을 실시할 수 있다.

이하에서는 본 발명의 작용효과에 대해 보다 구체적으로 살펴보도록 한다.

본 발명에 따른 선단 확장 강관을 이용한 회전 압입식 파일 시공장치(100)는 지반을 굴착하기 위한 제1, 2 오거(40, 70)가 구성되어 지반 굴착과 동시에 말뚝인 제1 로드(20)를 압입시키도록 작용하게 된다.

1. 제2 오거(도 1 및 도 6 참조.)

상기 제2 오거(70)는 몸체부(10)의 제2 오거 드라이브(12)에 결합되어 제1 오거 드라이브(12)의 회전력을 전달받아 회전하여 지반을 굴착하도록 작동한다.

이러한, 제2 오거(70)는 전술한 바와 같이 제2 로드(50) 선단에 고정 결합하는 제2 비트(60)로 구성되어 있으며, 제2 비트(60)에는 제1, 2 비트날(63, 64)이 비트 몸체(61)에 결합되어 있다.

따라서, 제2 오거 드라이브(12)에 의해 회전력을 전달받게 되면 제2 로드(50) 및 이에 고정결합되어 있는 제2 비트(60)가 회전하면서 비트 몸체(61) 외주면에 고정 결합된 제1 비트날(63)이 회전하여 지반을 원형 형상으로 굴착작업이 이루어지게 된다.

이와 동시에 제1 비트날(63) 사이에 형성되어 있는 단면이 W자 형태로 이루어진 제2 비트날(64)도 같이 회전하게 되어 지반 굴착작업이 이루어지게 된다.

특히, 상술한 제1 비트날(63)은 제2 오거(70)의 회전에 의해 원형 형상으로 지반을 반복적으로 굴착하게 작용하고, 내측에 형성되어 있는 제2 비트날(64)은 제1 비트날(63) 내측에서 지반을 굴착함으로써 굴착의 효율성을 높일 수 있게 된다.

여기서, 상술한 제2 비트날(64)은 비트 몸체(61)의 가상의 중심선에서 편심된 위치에 배치되어 있다.

따라서, 제2 비트날(64)은 지반 굴착작업과 동시에 굴착된 토사를 제2 오거(70)가 회전하는 방향으로 이동시키는 역할을 수행하여 제2 오거(70)가 지반 굴착을 하면서 몸체부(10)의 자중에 의해 제2 오거(70)가 하측 방향으로 압입될 때에 굴착된 토사가 제2 로드(50) 내측의 중공홀(52) 내부에 유입되어 발생하는 폐색효과를 미연에 방지할 수 있다.

폐색효과란 말뚝을 지반 속에 박아 넣을때 말뚝 속에 흙이 들어와서 말뚝과의 사이에 마찰이 생겨 마치 말뚝 끝이 폐색된 것과 같은 거동을 나타내는 것으로서, 1차로 제1, 2 비트날(63, 64)에 의해 굴착된 토사는 제2 오거(70)의 압입 작용에 의해 제2 로드(50)의 중공홀(52)에 채워지게 된다.

이때에, 본 발명에서의 제2 비트날(64)은 비트 몸체(61)의 가상의 중심선에서 편심된 상태로 결합되어 있어 제2 오거(70)가 회전하는 방향으로 토사를 교반시키게 되고, 이렇게 교반작용을 통해 입자 형태를 유지하는 토사는 제2 로드(50)의 중공홀(52)에 채워지는 과정에서 최대한 입자 형태를 유지한 상태에서 중공홀(52)에 채워지기 때문에 폐색효과를 최대한 지연시킬 수 있는 작용효과를 얻을 수 있게 되는 것이다.

한편, 본 발명에서는 제2 로드(50)에 형성된 중공홀(52) 중 선단에 중공홀(52)보다 직경이 작은 형태인 축관부(52a)가 형성되어 있다.

상기 축관부(52a)는 제2 오거(70)가 지반 굴착과 동시에 압입되는 과정에서 중공홀(52) 내부로 유입되는 토사의 마찰력을 낮추도록 작용하여 이 또한 폐색효과를 지연시킬 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

즉, 앞서 설명한 바와 같이 제2 오거(70)의 회전에 의해 제2 오거(70)가 지반을 굴착하여 형성된 토사는 제2 오거(70)가 압입되는 과정에서 중공홀(52)의 선단과의 마찰에 의해 토사가 중공홀(52) 선단을 막을 수 있다.

하지만, 본 발명에서는 중공홀(52)보다 작은 직경으로 이루어진 축관부(52a)를 선단에 형성하였기 때문에 축관부(52a)에서 마찰력에 의해 토사가 단단해진 상태에서 제2 오거(70)가 지속적으로 압입되면 마찰력에 의해 단단해졌던 토사가 축관부(52a)보다 직경이 큰 중공홀(52) 내부로 유입되어 덩어리 형태의 흙이 입자 형태가 되어 폐색효과를 방지할 수 있으며, 이로 인해 고심도로 말뚝인 제2 로드(50)를 압입시켜 형성시킬 수 있게 된다.

한편, 상술한 제2 비트(60)의 후단에는 반원구 형상으로 이루어진 선단 확장부(62)가 형성되어 있어 제2 오거(70)의 회전에 의한 굴착이 이루어지는 과정에서 굴착 직경을 확장시킬 수 있도록 작용하게 된다.

특히, 상술한 선단 확장부(62)는 제2 오거(70)가 지반 굴착을 위해 회전하는 방향으로 회전할수록 지반을 굴착할 수 있는 형태로 각도가 틀어져 결합되어 있어 제2 비트(60)에 의한 굴착시 굴착 직경을 더 크게 형성할 수 있음은 물론, 말뚝인 제2 로드(50)의 시공 완료 후 지면과 맞닿는 단면적이 많아지게 되어 지면에 설치되는 상부 구조물에서 발생하는 하중량을 분산하는 효과를 얻을 수 있어 큰 지지력을 형성할 수 있는 작용효과를 얻을 수 있게 된다.

한편, 상술한 제2 비트(60)는 제2 로드(50)에 결합시 파이프 형상으로 이루어진 비트 몸체(61)를 결합한 후 이를 용접을 통해 결합하고, 비트 몸체(61)에 선단 확장부(62) 및 제1, 2 비트날(63, 64)을 용접을 통해 결합한 구조로 이루어져 있어, 제2 오거(70)를 통한 지반 굴착 작업시 굴착을 위한 구성인 선단 확장부(62) 및 제1, 2 비트날(63, 64)에 많은 하중이 가해지더라도 결합이 견고하여 파손이 줄어드는 효과를 얻을 수 있다.

즉, 종래 기술에서 언급한 특허문헌 1의 경우 강관말뚝몸체 선단에 반경 디스크판을 용접으로 연결한 구조로 이루어져 있고, 반경 디스크판 내에 톱니날을 형성해 지반 굴착 작업이 이루어지기 때문에 반경 디스크판에 걸리는 하중량이 높아지게 되어 단단한 지반을 굴착할 경우 강관말뚝몸체에서 반경 디스크판이 탈락되는 현상이 발생하게 된다.

하지만, 본 발명은 파이프 형태의 비트 몸체(61)에 제2 로드(50)를 삽입한 후 제2 로드 선단에서 용접을 통해 결합하여 결합력이 우수함은 물론, 비트 몸체(61) 선단면에 제1, 2 비트날(63, 64)을 제2 로드(50)와 견고하게 고정결합한 비트 몸체(61)에 용접을 통해 결합하고, 선단 확장을 위한 선단 확장부(62)를 비트 몸체(61)의 후단에 결합하는 구조로 이루어져 제1, 2 비트날(63, 64)이 1차로 굴착한 공간에 선단 확장부(62)가 굴착 단면을 확장하도록 작용하여 선단 확장부(62)에 과부하가 발생하지 않도록 하여 파손이 발생하지 않으면서 지반 굴착 및 선단확장 작업이 이루어질 수 있는 효과를 얻을 수 있게 되는 것이다.

한편, 본 발명에서는 상술한 제2 로드(50) 후단에 결합하는 결합부(51)를 통해 제2 로드(50)의 변형이 발생하지 않으면서 결합이 용이한 구조로 형성함으로써 결합력 향상과 더불어 제2 로드(50)의 변형을 방지할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

즉, 말뚝으로 이용하고자 하는 제2 로드(50)는 직경이 커지게 되면 두께를 얇게 형성하게 된다.

따라서, 제2 오거 드라이브(12)에 결합한 후 제2 오거 드라이브(12)를 회전시키게 되면 지반과의 마찰력에 의해 많은 하중이 제2 오거 드라이브(12)와 제2 로드(50)가 결합된 부분에 가해지게 된다.

이에 본 발명에서는 제2 로드(50)의 후단에 파이프 형태로 이루어진 보강부(51a)를 결합한 후 이를 용접 결합하여 제2 로드(50)의 후단을 보강함과 동시에 보강부(51a) 외측에 다수의 키(51b)를 형성함으로써 제2 오거 드라이브(12)의 회전력에 의해 제2 오거(70)가 회전할 때에 제2 로드(50)에 가해지는 하중량에 의한 제2 로드(50)의 변형을 방지할 수 있다.

또한, 상기 결합부(51)에 형성된 키(51b)와 결합하기 위해 제2 오거 드라이브(12)에는 수직방향으로 연장되는 제1 결합홀(12a)과 제1 결합홀(12a)과 연결되되 제2 오거(70)가 회전하는 수평방향으로 연장되는 제2 결합홀(12b)을 형성한 구조로 이루어져 있어, 제2 오거(70)가 회전하게 되면 자연스럽게 제2 오거 드라이브(12)에 제2 오거(70)가 결합되어 결합된 상태를 유지할 수 있기 때문에 작업자의 편의를 도모할 수 있게 된다.

한편, 통상적으로 말뚝은 지반의 상태에 따라 고심도로 형성하여야할 경우가 발생하게 된다. 그런데, 이러한 말뚝을 수송하기 위한 차량은 길이가 한정되어 있어 고심도로 말뚝을 시공하여야 할 경우에는 다수의 말뚝을 수직방향으로 연결하여사용하여야만 한다.

본 발명에서는 상술한 결합부(51)를 구성하는 파이프 형태의 보강부(51a)를 제2 로드(50)의 후단에 결합할 때에 제2 로드(50)의 후단면 보다 더 상측으로 연장된 형태로 결합하여 로드 결합홀(51c)을 형성하고 있다.

따라서, 말뚝인 제2 로드(50)의 삽입과정에서 제2 로드(50)의 길이를 연장하고자 할 경우에는 현장에서 제2 비트(60)가 결합되지 않은 제2 로드(50)를 로드 결합홀(51c)에 안착시킨 후 용접함으로써 간단하게 제2 로드(50) 길이를 연장할 수 있어 시공자들의 편의성을 향상시킬 수 있게 된다.

2. 제1 오거(도 1 및 도 7 참조.)

본 발명에서의 제1 오거(40)는 지반의 단단한 정도에 따라 사용할 수도 있고 사용하지 않을 수도 있다.

상술한 제1 오거(40)는 몸체부(10)의 제1 오거 드라이브(11)에 결합하는 제1 로드(20)와 제1 로드(20) 선단에 용접을 통해 결합하는 제1 비트(30)로 구성되어 있으며, 특히, 제1 로드(20) 및 제1 비트(30)는 제2 오거(70)의 제2 로드(50)에 형성되어 있는 중공홀(52)에 삽입되며, 이때에, 제1 비트(30) 선단은 제2 오거(70)의 제2 로드(50)까지, 보다 구체적으로는, 제2 로드(50)에 고정 결합한 제2 비트(60)와 간섭이 발생하지 않는 높이에 배치되어 필요에 따라 사용하게 된다.

즉, 지반이 무를 경우에는 제2 오거(70) 단독 사용만으로도 시공이 가능하게 되지만, 지반이 단단하거나 또는 고심도까지 말뚝 시공이 이루어져야 할 경우에는 상술한 바와 같이 제2 로드(50)의 중공홀(52)에 제1 오거(40)를 삽입하여 사용할 수 있는 것이다.

본 발명에서 제1 오거(40)를 사용하여야 할 경우에는 제2 오거(70)를 이용한 지반 굴착과 동시에 제1 오거(40)도 작동시켜 사용하여야만 한다.

본 발명에서의 제2 오거(70)는 앞서 설명한 바와 같이 폐색효과를 방지하기 위해 다양한 구성을 형성하고 있다.

하지만, 고심도로 말뚝을 형성하여야 하거나 또는 지반이 단단할 경우 제2 오거(70)가 압입되는 깊이가 깊어질수록 폐색현상은 불가피하게 발생하게 된다.

이럴 경우 제2 오거(70)를 통해 지반 굴착과 동시에 압입이 이루어질 때에 제2 로드(50) 내부에서 제1 오거(40)를 작동시키게 되면, 제2 오거(70)의 제2 비트날(64)의 토사 교반과정 및 중공홀(52) 선단에 형성된 축관부(52a)를 통한 폐색효과 방지를 위한 작용이 시너지 효과를 발휘하여 폐색효과를 방지할 수 있게 된다.

즉, 상술한 제1 오거(40)는 중공홀(52) 내부에서 회전하여 제1 비트(30)가 중공홀(52)에서 마찰력에 의해 단단해진 토사를 다시한번 굴착하도록 작동하여 위와 같은 효과를 얻을 수 있는 것이다.

상술한 바와 같이 본 발명은 제2 오거(70)를 통해 말뚝 시공시 폐색효과 방지 및 선단 확장을 통한 지반 지지력을 향상시킬 수 있음은 물론, 구조적 안정성으로 인해 작업자의 편의성과 시공 연속성을 실시할 수 있고, 제1 오거(40)의 구동시에는 지반이 단단하거나 고심도로 말뚝을 시공할 경우에도 폐색효과를 방지하여 말뚝시공을 원활히 실시할 수 있는 효과를 얻을 수 있게 되는 것이다.

상술한 실시 예는 본 발명의 바람직할 일 실시 예에 대해 기재한 것이지만 본 발명은 이에 한정되지 않고 본 발명의 기술적인 사상에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태로 변경하여 실시할 수 있음을 명시한다.

10 : 몸체부
11 : 제1 오거 드라이브
12 : 제2 오거 드라이브 12a : 제1 결합홀 12b : 제2 결합홀
40 : 제1 오거
20 : 제1 로드
30 : 제1 비트
70 : 제2 오거
50 : 제2 로드
51 : 결합부 51a : 보강부 51b : 키 51c : 로드 결합홀
52 : 중공홀 52a : 축관부
60 : 제2 비트
61 : 비트 몸체 62 : 선단 확장부 63 : 제1 비트날 64 : 제2 비트날
100 : 선단 확장 강관을 이용한 회전 압입식 파일 시공장치

Claims (5)

1. 제1, 2 오거 드라이브(11, 12)를 포함하고 있는 몸체부(10);
   상기 몸체부(10)의 제1 오거 드라이브(11)에 결합하는 제1 로드(20) 및 제1 로드(20) 선단에 결합하는 제1 비트(30)로 구성된 제1 오거(40);
   상기 몸체부(10)의 제2 오거 드라이브(12)에 결합하는 결합부(51)가 후단에 형성되고, 내부에는 제1 오거(40)가 배치될 수 있는 중공홀(52)을 형성한 제2 로드(50)와 상기 제2 로드(50)의 선단에 결합하며 내부가 중공형태로 이루어진 파이프 형상의 비트 몸체(61)와 비트 몸체(61)의 외주면에 고정결합되는 반원 형상으로 이루어지되 회전시 지반을 굴착할 수 있도록 수평방향에서 일정 각도 틀어진 상태로 결합되는 선단 확장부(62)와 비트 몸체(61)의 외주면에서 하측 방향으로 연장되는 제1 비트날(63)과 상기 제1 비트날(63)과 인접한 위치에 형성되되 비트 몸체(61)의 하측 중앙에 W자 형태로 형성되는 제2 비트날(64)로 구성된 제2 비트(60)로 이루어진 제2 오거(70);로 구성되되,
   상기 제1 오거(40)의 제1 비트(30)는 제2 오거(70)의 제2 로드(50) 선단면보다 더 높은 위치에 배치되어 제1 오거(40)를 통한 지반 굴착시 제2 로드(50) 내부에 형성된 중공홀(52)로 유입되는 토사를 굴착하여 제2 오거(70)가 고심도까지 굴착할 수 있도록 구성되어 있으며,
   상기 제2 오거(70)의 제2 로드(50)에 형성된 중공홀(52) 중 제2 비트(60)가 결합하는 선단부의 중공홀(52) 일부에는 선단부의 직경이 중공홀(52)의 직경보다 작아지도록 형성되는 축관부(52a)가 형성되는 것에 특징이 있는 선단 확장 강관을 이용한 회전 압입식 파일 시공장치.
   
2. 제 1항에 있어서, 상기 제2 오거(70)의 제2 로드(50)에 형성된 결합부(51)는 제2 로드(50) 후단에 보강부(51a) 및 보강부(51a) 외주면에 형성되는 키(51b)로 이루어져 있고, 상기 결합부(51)에 결합하는 제2 오거 드라이브(12)에는 키(51b)가 결합할 수 있도록 수직방향으로 연장되는 제1 결합홀(12a)과 제1 결합홀(12a)에서 수평방향으로 연장되되, 제2 오거(70)가 회전하는 방향의 수평방향으로 연장되는 제2 결합홀(12b)이 구성되어 제2 오거(70)를 통한 지반 굴착시에 제2 오거 드라이브(12)와 제2 오거(70)가 결합된 상태를 유지하도록 구성되는 것에 특징이 있는 선단 확장 강관을 이용한 회전 압입식 파일 시공장치.
   
3. 제 2항에 있어서, 상기 제2 오거(70)의 제2 로드(50)에 형성된 결합부(51)의 보강부(51a)는 제2 로드(50)의 직경보다 더 큰 직경으로 형성되되, 제2 로드(50)의 후단면보다 더 상측으로 돌출되어 내부에 로드 결합홀(51c)을 형성하도록 구성되는 것에 특징이 있는 선단 확장 강관을 이용한 회전 압입식 파일 시공장치.
   
4. 삭제
5. 제 1항에 있어서, 상기 제2 비트(60)에 형성되는 제1 비트날(63)은 비트 몸체(61)의 가상의 중심선을 중심으로 등간격으로 2개소 형성하고, 제2 비트날(64)은 한쌍의 제1 비트날(63)을 연결하되 비트 몸체(61)의 가상의 중심선에서 편심되도록 형성하여 제2 오거(70) 회전시 제2 비트(64)는 편심된 상태로 지반 굴착 및 굴착된 토사를 제2 오거(70)가 회전하는 방향으로 이동시키도록 구성되는 것에 특징이 있는 선단 확장 강관을 이용한 회전 압입식 파일 시공장치.
   
   
   

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