KR101841250B1 - 토사 겔화에 의한 비배토 파일 시공 방법 - Google Patents

토사 겔화에 의한 비배토 파일 시공 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 교반장비의 회전 관입에 따라 이완된 토사를 겔화제와 교반하여 형성된 겔화된 토사에 파일을 근입하여 지지 지반에 안착시킴으로써, 파일 매입 시공시 굴착토가 발생하지 않아 주변 지반에 미치는 영향을 최소화함과 동시에 파일 시공 기간을 크게 단축할 수 있는 토사 겔화에 의한 비배토 파일 시공 방법에 대한 것이다.
본 발명은 지반에 파일을 근입하기 위한 것으로, (a) 파일이 시공될 위치를 측량하는 단계; (b) 파일 시공 지점에 배토용 연속 스크류가 형성되는 배토굴착부가 하부에 배치되고, 상기 배토굴착부의 상부에 교반날개가 형성되는 교반부가 배치되는 교반장비를 회전 관입하여 지면에서 일정 깊이까지 상부의 토사가 제거된 공간부가 형성하는 한편, 상기 교반장비로 지지 지반까지 지반 내 토사를 이완시키면서, 상기 교반장비로 겔화제를 분사하여 상기 이완된 토사와 겔화제를 교반함으로써 토사를 일시적으로 겔(gel)화시키는 단계; (c) 상기 교반장비를 제거하고 겔화된 토사 내에 파일을 자중에 의해 근입하여 지지 지반 상에 안착시키는 단계; 및 (d) 겔화된 토사를 양생하여 상기 파일을 고정하는 단계; 를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

토사 겔화에 의한 비배토 파일 시공 방법{Construction method of non-displacement pile by gelled soil}
본 발명은 교반장비의 회전 관입에 따라 이완된 토사를 겔화제와 교반하여 형성된 겔화된 토사에 파일을 근입하여 지지 지반에 안착시킴으로써, 파일 매입 시공시 굴착토가 발생하지 않아 주변 지반에 미치는 영향을 최소화함과 동시에 파일 시공 기간을 크게 단축할 수 있는 토사 겔화에 의한 비배토 파일 시공 방법에 대한 것이다.
파일 시공 방법은 크게 파일을 지반에 타격하는 항타에 의한 시공 방법과 지반 선천공 후 파일을 근입시키는 매입 공법 등이 있다.
상기 항타 공법에 의한 파일공사는 시공이 빠르고 간편하나 소음 및 진동이 많이 발생하고 관입 가능한 구간에 한계가 있다. 더욱이 최근에는 소음과 진동 규제가 강화되는 추세에 따라 각종 건설 토목 현장에서는 매입 공법에 의한 파일공사가 증가하고 있다.
상기 파일 매입 공법에서는 우선 굴착장비(4)로 지반(1)을 굴착하여 지중에 천공홀(11)을 형성한다(도 1의 (a)). 천공홀(11) 형성시에는 굴착 토사(12)가 외부로 배출된다.
그리고 천공홀(11) 내에 채움재(2)를 그라우팅한 다음(도 1의 (b)), 천공홀(11) 내에 파일(3)을 근입하고(도 1의 (c)), 잔여 공간에 채움재(2)를 그라우팅하는 과정을 통하여 파일 시공을 완료한다(도 1의 (d)).
한편, 해마다 각종 국가산업단지, 공항 건설 등을 위하여 해안 매립 공사가 다수 진행되고 있다.
이와 같이 매립지 또는 해안가 주변의 연약지반에서 대규모 건설공사가 진행되는 경우, 이러한 지역에서는 기초 시공시 매입말뚝의 설치를 위한 지반 천공 과정에서 현장 발생토가 대량으로 발생한다.
그런데 이러한 매립지의 펄이나 슬러리와 같은 현장 발생토는 일반적인 토사와는 달리 폐기물로 처리하거나 일정한 과정을 거쳐 재활용 처리하여야 하므로, 이들 토사로 인한 2차 오염 피해 또는 처리 공간의 한계와 처리 비용에 따른 부담이 상당하다.
즉, 파일 매입 공법은 필연적으로 굴착 토사가 발생하므로, 폐토사 반출을 위한 공사비가 발생하게 마련이다. 아울러 파일과 천공홀 사이에 시멘트 페이스트 주입에 따른 비용이 추가된다.
뿐만 아니라 천공홀 천공시 토사가 제거되므로, 천공홀의 공벽이 노출됨에 따라 공벽 주변의 토사가 이완되어 마찰력이 저하되는 문제가 있다. 아울러 천공홀 형성으로 인하여 지하 수위가 이동하거나 주변 지반이 침하되는 문제가 발생할 수 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 파일을 매입 시공함에 있어 굴착토가 발생하지 않고 공벽이 노출되지 않으며, 주변 지반에 미치는 영향을 최소화할 수 있는 토사 겔화에 의한 비배토 파일 시공 방법을 제공하고자 한다.
본 발명은 파일 시공 기간을 크게 단축할 수 있는 토사 겔화에 의한 비배토 파일 시공 방법을 제공하고자 한다.
바람직한 실시예에 따른 본 발명은 지반에 파일을 근입하기 위한 것으로, (a) 파일이 시공될 위치를 측량하는 단계; (b) 파일 시공 지점에 배토용 연속 스크류가 형성되는 배토굴착부가 하부에 배치되고, 상기 배토굴착부의 상부에 교반날개가 형성되는 교반부가 배치되는 교반장비를 회전 관입하여 지면에서 일정 깊이까지 상부의 토사가 제거된 공간부가 형성하는 한편, 상기 교반장비로 지지 지반까지 지반 내 토사를 이완시키면서, 상기 교반장비로 무기결합재 35~60중량%, 물 20~45중량% 및 분산제 0.15~7중량%를 포함하여 구성되되, 상기 무기결합재는 전체 무기결합재의 중량 대비 SO3 7~15중량%, Al2O3 8~15중량% 및 CaO 45~55중량%가 포함되는 겔화제를 현장 토사 100중량부 대비 150 내지 320중량부 분사하여 상기 이완된 토사와 겔화제를 교반함으로써 토사를 일시적으로 겔(gel)화시키는 단계; (c) 상기 교반장비를 제거하고 겔화된 토사 내에 파일을 자중에 의해 근입하여 지지 지반 상에 안착시키는 단계; 및 (d) 겔화된 토사를 양생하여 상기 파일을 고정하는 단계; 를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 토사 겔화에 의한 비배토 파일 시공 방법을 제공한다.
삭제
삭제
다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 상기 교반장비의 배토굴착부와 교반부의 사이에는 배토용 연속 스크류와 반대 방향으로 배치되는 비배토 역스크류가 형성되는 역순환부가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 토사 겔화에 의한 비배토 파일 시공 방법을 제공한다.
삭제
다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 상기 교반장비의 상단에는 교반장비의 회전 토크를 측정하는 토크 센서가 구비되어, 상기 (b) 단계에서는 토크 센서에서 측정된 토크치가 설정된 목표 토크치 이하로 내려갈 때까지 교반 작업을 반복하는 것을 특징으로 하는 토사 겔화에 의한 비배토 파일 시공 방법을 제공한다.
다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 상기 교반장비에는 고압공기 또는 고압수 중 적어도 어느 하나 이상을 분사하는 분사노즐이 구비되어, 상기 분사노즐을 통한 고압분사에 의해 토사가 이완되는 것을 특징으로 하는 토사 겔화에 의한 비배토 파일 시공 방법을 제공한다.
다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 상기 파일의 하단에는 파일의 본체보다 지름이 큰 확장보강판이 결합되는 것을 특징으로 하는 토사 겔화에 의한 비배토 파일 시공 방법을 제공한다.
다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 상기 (c)단계에서, 상기 파일은 복수의 유닛파일을 길이 방향으로 연결하여 시공되는 것을 특징으로 하는 토사 겔화에 의한 비배토 파일 시공 방법을 제공한다.
다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 상기 복수의 유닛파일은 조인트 부재에 의해 상호 결합되되, 상기 조인트 부재는 파일의 외측으로 돌출되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 토사 겔화에 의한 비배토 파일 시공 방법을 제공한다.
다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 상기 (c) 단계에서, 상기 파일 시공 지점의 지면 상부에는 상기 유닛파일의 근입을 가이드하는 파일가이드구가 설치되되, 상기 파일가이드구에는 상기 조인트 부재의 돌출된 부위가 선택적으로 걸려 지지되는 고정 부재가 구비되는 것을 특징으로 하는 토사 겔화에 의한 비배토 파일 시공 방법을 제공한다.
다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 상기 유닛파일은 중공의 콘크리트파일 본체, 상기 콘크리트파일 본체의 하단에 볼트 결합되는 하부캡 및 상기 콘크리트파일 본체의 상단에 볼트 결합되는 상부캡으로 구성되는 것을 특징으로 하는 토사 겔화에 의한 비배토 파일 시공 방법을 제공한다.
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본 발명에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 파일을 매입 시공함에 있어 교반장비의 회전 관입에 따라 이완된 토사를 겔화제와 교반하여 형성된 겔화된 토사에 파일을 자중에 의해 근입하여 지지 지반에 안착시킬 수 있다. 이에 따라 굴착토가 발생하지 않으므로 굴착토에 의한 환경오염 문제가 발생하지 않는다. 아울러 굴착토 처리에 따른 노력과 시간을 절감할 수 있어 작업성 및 경제성 향상은 물론 공기 단축이 가능하다.
둘째, 파일이 매입되는 지반의 성질을 일시적으로 바꿔주면서 파일을 매입하기 때문에 종래 천공홀 형성에 따른 공벽 노출이나 이로 인한 토사 이완의 문제가 없으며, 주변 지반에 미치는 영향을 최소화할 수 있다.
셋째, 지반 겔화 및 파일 근입의 2단계로 파일 매입 시공을 완료할 수 있어 종래 파일과 천공홀 사이에 시멘트 페이스트를 처리하는 공정이 생략되므로 파일 시공 기간을 크게 단축할 수 있다.
넷째, 파일 시공 지점에 지면으로부터 일정 깊이만큼 공간부를 형성하는 경우, 파일 부피로 인하여 겔화된 토사가 지면으로 넘쳐흐르지 않도록 여유 공간을 확보할 수 있다.
도 1은 종래 파일 시공 방법을 도시하는 도면.
도 2는 본 발명 토사 겔화에 의한 비배토 파일 시공 방법의 단계별 공정을 도시하는 도면.
도 3은 공간부가 형성된 경우, 본 발명 토사 겔화에 의한 비배토 파일 시공 방법의 (b) 단계 및 (c) 단계를 도시하는 도면.
도 4는 일실시예에 의한 교반장비를 도시하는 사시도.
도 5는 도 4에 도시된 교반장비를 이용한 시공 방법을 도시하는 도면.
도 6은 역순환부가 구비된 교반장비의 사시도.
도 7은 다른 실시예에 의한 교반장비를 이용한 시공 방법을 도시하는 도면.
도 8은 분사노즐이 구비된 교반장비의 사시도.
도 9는 일실시예에 의한 파일을 지중에 근입한 상태를 도시하는 도면.
도 10은 파일가이드구를 이용한 유닛파일의 시공 과정을 도시하는 도면.
도 11은 유닛파일의 실시예를 도시하는 사시도.
이하, 첨부한 도면 및 바람직한 실시예에 따라 본 발명을 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명 토사 겔화에 의한 비배토 파일 시공 방법의 단계별 공정을 도시하는 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명 토사 겔화에 의한 비배토 파일 시공 방법은 지반(1)에 파일(3)을 근입하기 위한 것으로, (a) 파일(3)이 시공될 위치를 측량하는 단계; (b) 파일(3) 시공 지점에 배토용 연속 스크류(611)가 형성되는 배토굴착부(61)가 하부에 배치되고, 상기 배토굴착부(61)의 상부에 교반날개(631)가 형성되는 교반부(63)가 배치되는 교반장비(6)를 회전 관입하여 지면에서 일정 깊이까지 상부의 토사가 제거된 공간부(12)가 형성하는 한편, 상기 교반장비(6)로 지지 지반까지 지반(1) 내 토사를 이완시키면서, 상기 교반장비(6)로 무기결합재 35~60중량%, 물 20~45중량% 및 분산제 0.15~7중량%를 포함하여 구성되되, 상기 무기결합재는 전체 무기결합재의 중량 대비 SO3 7~15중량%, Al2O3 8~15중량% 및 CaO 45~55중량%가 포함되는 겔화제를 현장 토사 100중량부 대비 150 내지 320중량부 분사하여 상기 이완된 토사와 겔화제를 교반함으로써 토사를 일시적으로 겔(gel)화시키는 단계; (c) 상기 교반장비(6)를 제거하고 겔화된 토사(5) 내에 파일(3)을 자중에 의해 근입하여 지지 지반 상에 안착시키는 단계; 및 (d) 겔화된 토사(5)를 양생하여 상기 파일(3)을 고정하는 단계; 를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명 토사 겔화에 의한 비배토 파일 시공 방법은 지반(1)에 파일(3)을 근입하기 위한 것으로, (a) 파일(3)이 시공될 위치를 측량하는 단계로부터 시작된다.
다음으로, (b) 파일(3) 시공 지점에 교반장비(6)를 회전 관입하여 지지 지반까지 지반(1) 내 토사를 이완시키면서, 상기 교반장비(6)로 겔화제를 분사하여 상기 이완된 토사와 겔화제를 교반함으로써 토사를 겔(gel)화시킨다(도 2의 (a)).
즉, 상기 (b) 단계에서는 교반장비(6)를 회전 관입하면서 겔화제를 분사한다.
상기 교반장비(6)의 회전 관입에 의하여 이완된 지반 내 토사가 겔화제와 교반되어 겔화된 토사(5)가 형성된다.
상기 겔화제는 이완된 토사를 일시적으로 점성과 탄성이 증가하도록 겔(gel)화하는 것으로, 후술할 (c) 단계에서 겔화된 토사(5) 내에 파일(3)을 근입한 후에 겔화된 토사(5)는 경화되어 파일(3)을 지지한다.
상기 겔화제와 토사의 교반은 겔화제와 토사를 혼합하여 고화토를 형성하기 위한 것이 아니라 토사의 컨시스턴시(consistency)를 증가시켜 토사가 일시적으로 액상 한계(liquid limit)를 넘도록 함으로써 파일(3) 근입이 용이한 유동성이 큰 액상의 상태로 만들기 위한 것이다.
즉, 겔화제와 토사의 교반에 따라 토사는 일시적으로 액상의 상태로 되었다가 일정 시간 경과 후에 고결되어 파일(3)을 지지한다.
이때, 토사의 겔화 정도는 파일(3)의 자중 및 지름에 따라 다르게 하여야 한다. 즉, 파일(3)의 자중이나 지름이 큰 경우에는 토사를 더욱 겔화하여 자중에 의한 파일(3) 근입이 가능하도록 한다.
주로 점토층과 같은 연약지반에서 토사의 겔화가 더욱 용이하여 본 발명의 적용성이 우수하다.
그리고 (c) 상기 교반장비(6)를 제거하고 겔화된 토사(5) 내에 파일(3)을 자중에 의해 근입하여 지지 지반 상에 안착시키며(도 2의 (b)), (d) 겔화된 토사(5)를 양생하여 상기 파일(3)을 고정한다(도 2의 (c)).
상기 파일(3)은 PHC 파일, 강관 파일, 콘크리트 파일, H 빔 등일 수 있다.
상기 (c) 단계에서 파일(3)을 자중에 의해 근입한 후에는 파일(3) 상단에 압력을 가하여 파일(3)을 지지 지반 상에 안착 가능하다.
왜냐하면 자중에 의해 파일(3)이 지반(1)에 근입되더라도 파일(3) 선단과 지지 지반 사이의 겔화된 토사(5)에 의해 파일(3) 선단이 제대로 지지 지반 상에 안착되지 않는 경우가 발생할 수 있다.
따라서 경타 또는 오거에 의한 압입에 의해 파일(3) 선단이 하부의 겔화된 토사(5)를 뚫고 지지 지반 상에 안착되도록 구성할 수 있다.
이와 같이, 본 발명에서는 파일(3)을 매입 시공함에 있어 겔화된 토사(5)에 직접 파일(3)을 자중에 의해 근입하므로 굴착토가 발생하지 않는다. 따라서 굴착 토사의 배출이 없으므로 천공홀 형성에 따른 공벽 노출이나 공벽 이완의 문제가 없어 주면 마찰력 확보가 용이하고 주변 지하 수위에 변화가 없다.
아울러 굴착 토사 처리나 천공홀과 파일(3) 사이에 그라우팅 공정이 생략되므로 파일(3)의 시공 시간을 크게 단축할 수 있다.
즉, 기존에는 그라우팅되는 채움재(2)의 높이가 높으면 파일(3) 근입이 어려우므로, 1차로 채움재(2)를 주입한 후 파일(3)을 경타에 의해 근입하였다. 그리고 파일(3)의 근입 후에 다시 나머지 채움재(2)를 그라우팅해야 하므로 시공이 번거로웠다.
그러나 본 발명에서는 기존 지반 굴착과 토사 제거, 채움재 그라우팅 및 파일 근입의 공정을 지반 겔화 및 파일 근입의 2단계로 완료할 수 있다. 따라서 시공 단계가 단축되고 이에 따라 시공 시간 또한 크게 단축된다.
상기 겔화제는 무기결합재 35~60중량%, 물 20~45중량% 및 분산제 0.15~7중량%를 포함하여 구성 가능하다.
상기 무기결합재는 겔화된 토사(5)가 다시 고결되도록 한다.
상기 무기결합재는 35중량% 미만이면 겔화된 토사(5)의 양생 및 고결 후 강도 발현이 어렵고, 60중량%를 초과하면 함수량이 떨어져 토사 겔화에 장애가 된다.
상기 물은 토사의 컨시스턴시와 직접적으로 관련이 있다.
함수량이 20중량% 미만이면 토사가 겔화되기 어렵고, 45중량%를 초과하면 양생 또는 고결 시간이 지연되거나 고결 후 토사의 강도가 떨어져 파일(3)의 주면 마찰력이 감소된다.
상기 분산제는 교반에 의해 분쇄된 토사 입자가 다시 응집되는 것을 방지한다.
상기 분산제는 분산제로서의 기능을 하기 위해서 0.15중량% 이상 혼입되어야 하며, 7중량% 초과시에는 토사의 고결을 지연시키고 강도 저하에 영향을 미친다.
아울러 상기 겔화제는 현장 토사 100중량부 대비 150 내지 320중량부가 투입되도록 구성함이 바람직하다.
상기 겔화제는 토질이나 파일(3)의 중량 등에 따라 투입량이 결정되는 것으로, 토사 겔화 및 양생 시간을 고려하면 상기 수치 범위가 적정하다.
상기 겔화제가 150중량부 미만이면 토사 겔화가 이루어지기 어렵고, 320중량부를 초과하면 필요 이상의 양으로 양생 시간이 지나치게 소요되어 비경제적이다.
또한, 상기 무기결합재는 전체 무기결합재의 중량 대비 SO3 7~15중량%, Al2O3 8~15중량% 및 CaO 45~55중량%가 포함되도록 구성할 수 있다.
상기 SO3는 에트링자이트 수화물의 생성을 통해 흙과의 결속력을 높이고 구성을 치밀하게 하기 위한 것이다.
상기 SO3가 7중량% 미만이면 초기 강도 발현이 낮아지고, 15중량%를 초과하면 에트링자이트 수화물에서 급속하게 모노설페이트 수화물로 전이되는 현상이 발생하여 과팽창으로 인한 균열의 우려가 있다.
상기 Al2O3는 강도에 기여한다.
상기 Al2O3가 8중량% 미만이면 알칼리 성분의 부족으로 강도 발현이 어렵고, 15중량%를 초과하면 반응이 과도하게 빨라져 유동성이 떨어진다.
상기 CaO는 물과 반응하여 겔화된 토사(5)의 양생 후 토사의 경도를 강화한다.
상기 CaO가 45중량% 미만이면 충분한 경도 확보가 어렵고, 55중량%를 초과하면 겔화된 토사(5)의 양생 후 pH 값이 적정 수준 이상으로 높아진다.
도 3은 공간부가 형성된 경우, 본 발명 토사 겔화에 의한 비배토 파일 시공 방법의 (b) 단계 및 (c) 단계를 도시하는 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 상기 (b) 단계에서, 파일(3) 시공 지점은 지면에서 일정 깊이까지 상부의 토사가 제거된 공간부(12)가 형성되도록 구성할 수 있다.
교반장비(6)에 의한 토사 이완시 이완된 토사가 배토되지 않는다 하더라도 파일(3)을 근입하면 파일(3) 부피로 인해 겔화된 토사(5)가 지면 상부로 흘러 넘치게 된다. 이에 따라 다른 작업에 방해되거나 유출수 처리 작업의 번거로움, 환경오염 등의 각종 민원 문제를 발생시킬 수 있다.
따라서 파일(3) 시공 지점에 미리 일정 깊이 공간부(12)를 형성하여 상부 토사를 제거하고 소정의 여유 공간을 확보함으로써, 파일(3) 근입 후 겔화된 토사(5)가 지면으로 넘치지 않도록 구성할 수 있다.
상기 공간부(12)의 부피는 지반(1)에 근입되는 파일(3)의 부피에 겔화제의 부피 및 토사 이완으로 인한 토사의 부피 증가분을 더한 부피 이상이 되도록 함이 바람직하다.
공간부(12) 형성시 상기 (b) 단계는 별도의 장비에 의해 토사를 제거하여 공간부(12)를 형성한 다음(도 3의 (a)), 공간부(12) 내로 교반장비(6)를 투입하여 공간부(12) 하부의 토사를 이완시키며(도 3의 (b)), 교반장비(6)로 겔화제를 분사하여 이완된 토사와 겔화제를 교반하여 토사를 겔화시키는 과정(도 3의 (c))으로 구성할 수 있다.
이후, 겔화된 토사(5) 내에 파일(3)을 자중에 근입하여 안착시키고(도 3의 (d)), 겔화된 토사(5)를 양생하여 파일(3)을 고정한다.
상기 교반장비(6)의 상단에는 교반장비(6)의 회전 토크를 측정하는 토크 센서가 구비되어, 상기 (b) 단계에서는 토크 센서에서 측정된 토크치가 설정된 목표 토크치 이하로 내려갈 때까지 교반 작업을 반복하도록 구성할 수 있다.
상기 겔화된 토사(5)는 파일(3)의 자중에 따라 유동성에 차이가 있다. 즉, 파일(3)의 자중이 작을수록 큰 유동성이 필요하다.
상기 겔화된 토사(5)는 교반 시간 또는 교반 속도에 의해 유동성에 영향을 미치므로, 요구되는 유동성에 따라 교반 시간을 조절할 수 있다.
즉, 오래 교반할수록 유동성이 커지므로, 요구되는 유동성이 확보될 때까지 교반을 지속한다.
이때, 겔화된 토사(5)의 유동성을 별도로 시험할 수도 있다. 그러나 이러한 시험은 시간이 많이 소요되므로, 교반장비(6)의 회전 저항, 즉 토크치에 의해 유동성을 체크한다.
이에 따라 파일(3) 자중에 의하여 목표 토크치를 설정하고, 교반 작업 중 토크 센서에서 측정된 토크치가 설정된 목표 토크치 이하가 되면 요구되는 유동성을 확보한 것으로 보아 교반 작업을 정지할 수 있다.
도 4는 일실시예에 의한 교반장비를 도시하는 사시도이고, 도 5는 도 4에 도시된 교반장비를 이용한 시공 방법을 도시하는 도면이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 상기 교반장비(6)는 배토용 연속 스크류(611)가 형성되는 배토굴착부(61)가 하부에 배치되고, 상기 배토굴착부(61)의 상부에 교반날개(631)가 형성되는 교반부(63)가 배치되도록 구성할 수 있다.
상기 교반장비(6)는 원통형 관으로 구성할 수 있으며, 원통형 관 하부에 배치되는 배토굴착부(61)와 상부에 배치되는 교반부(63)로 구성 가능하다.
상기 배토굴착부(61)는 지반(1)을 굴착하면서 토사를 외부로 배토한다.
상기 배토굴착부(61)의 선단에는 굴착비트(66)가 결합될 수 있다.
상기 배토굴착부(61)는 하단의 굴착비트(66) 및 외주면에 형성된 배토용 연속 스크류(611)를 이용하여 지반(1)을 굴착하며, 굴착된 상부 토사는 배토용 연속 스크류(611)에 의하여 지면 상부로 배토되면서 지면에서 일정 깊이까지 공간부(12)를 형성한다(도 5의 (a)).
상기 배토굴착부(61)의 길이는 공간부(12)의 길이보다 짧게 형성함이 바람직하다.
상기 배토굴착부(61)가 상부 토사를 제거하여 공간부(12)가 형성된 후에는 교반장비(6) 상부의 교반부(63)가 공간부(12)의 하부로 관입되면서 배토 없이 공간부(12) 하부의 토사를 교반한다(도 5의 (b)).
이때, 상기 배토굴착부(61)가 공간부(12) 하부로 관입되면서 하부의 토사가 상부로 이동하더라도 교반부(63)에 의해 토사의 상부 이동이 저지되므로, 공간부(12)를 충분히 확보할 수 있다.
상기와 같이 배토굴착부(61)와 교반부(63)를 포함하여 구성되는 교반장비(6)를 이용하면 별도의 굴착장비 없이도 공간부(12) 형성 작업을 수행할 수 있으며, 공간부(12)를 확보하면서 하부 토사를 교반할 수 있다.
상기 교반장비(6)의 원통형 관으로는 겔화제가 공급된다.
공급된 겔화제는 원통형 관과 연통되는 복수의 분사구(632)를 통하여 지중에 분사된다.
상기 분사구(632)는 원통형 관의 길이 방향을 따라 상호 이격되도록 복수 개 형성될 수 있다. 아울러 겔화제를 골고루 분사할 수 있도록 상기 분사구(632)는 평면에서 보아 2지점 이상 형성될 수 있다.
도 6은 역순환부가 구비된 교반장비의 사시도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 상기 교반장비(6)의 배토굴착부(61)와 교반부(63)의 사이에는 배토용 연속 스크류(611)와 반대 방향으로 배치되는 비배토 역스크류(621)가 형성되는 역순환부(62)가 더 구비될 수 있다.
상기 배토굴착부(61)에 의해 선단의 토사가 상부로 이동하면 하부에 공동이 발생할 수 있다.
따라서 역순환부(62)에 의하여 상부로 이동하는 토사를 다시 하부로 이동시킨다.
이에 따라 상기 배토굴착부(61)와 역순환부(62)에 의해 토사 및 겔화제가 상하로 교반되므로, 교반장비(6) 선단에 공동이 발생하지 않는다.
상기 비배토 역스크류(621)는 배토용 연속 스크류(611)와 달리 교반장비(6)의 회전에 따라 토사가 상부로 이동하지 않도록 스크류를 불연속, 즉 단속(斷續)적으로 형성함이 바람직하다.
도 7은 다른 실시예에 의한 교반장비를 이용한 시공 방법을 도시하는 도면이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 상기 교반장비(6)는 파일(3) 시공 지점의 상부 토사를 굴착 및 배토하여 공간부(12)를 형성하기 위한 것으로 외주면에 배토용 연속 스크류(641)가 형성된 배토용 스크류케이싱(64) 및 상기 배토용 스크류케이싱(64)의 내부에 상하 이동 및 회전 가능하게 구비되어 공간부(12) 하부 토사를 이완 및 겔화제와 교반시키기 위해 외주면에 교반날개(651)가 형성된 비배토 교반로드(65)로 구성할 수 있다.
상기 교반장비(6)는 도 4 내지 도 6에 도시된 실시예와 달리 배토용 스크류케이싱(64)과 비배토 교반로드(65)를 포함하여 구성 가능하다.
상기 배토용 스크류케이싱(64)과 비배토 교반로드(65)는 동시에 파일(3) 시공 지점에 회전 관입한다.
상기 배토용 스크류케이싱(64)은 외주면에 배토용 연속 스크류(641)가 형성된다. 상기 배토용 스크류케이싱(64)은 지반(1) 상부 토사를 굴착하면서 배토용 연속 스크류(641)에 의하여 외부로 배토하여 지면에서 일정 깊이까지 공간부(12)를 형성한다.
상기 배토용 스크류케이싱(64)은 공간부(12) 깊이까지만 지반(1)을 굴토한다.
상기 비배토 교반로드(65)는 배토용 스크류케이싱(64)의 내부에서 상하 이동 및 회전 가능하게 구비된다.
상기 비배토 교반로드(65)는 배토용 스크류케이싱(64)과 별개로 회전한다.
상기 비배토 교반로드(65)는 원통형 관으로 구성할 수 있으며, 원통형 관 외주면에는 교반날개(651)가 구비되고 선단에는 굴착비트(66)가 결합될 수 있다.
상기 비배토 교반로드(65)의 원통형 관으로는 겔화제가 공급된다.
공급된 겔화제는 원통형 관과 연통되는 복수의 분사구(632)를 통하여 지중에 분사된다.
상기 비배토 교반로드(65)는 하단의 굴착비트(66)에 의하여 지반(1)을 굴착할 수 있으며, 하강하면서 회전하여 교반날개(651)가 파일(3) 시공 지점의 토사를 이완시킨다. 아울러 비배토 교반로드(65)의 원통형 관을 통하여 분사되는 겔화제를 토사와 교반하여 토사를 겔화시킨다.
도 8은 분사노즐이 구비된 교반장비의 사시도이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 상기 교반장비(6)에는 고압공기 또는 고압수 중 적어도 어느 하나 이상을 분사하는 분사노즐(633)이 구비되어, 상기 분사노즐(633)을 통한 고압분사에 의해 토사가 이완되도록 구성할 수 있다.
상기 교반장비(6)를 회전할 때 분사노즐(633)을 통하여 공기 또는 물을 지중에 고압 분사하면 상기 (b) 단계에서 주변 토사의 이완이 보다 용이하다.
이에 따라 교반장비(6)의 지반(1) 관입이나 토사와 겔화제의 교반이 더욱 수월하다.
도 9는 일실시예에 의한 파일을 지중에 근입한 상태를 도시하는 도면이다.
도 9에 도시된 바와 같이, 상기 파일(3)의 하단에는 파일(3)의 본체보다 지름이 큰 확장보강판(35)이 결합될 수 있다.
상기 확장보강판(35)은 파일(3) 하단에 용접 고정할 수 있다.
상기 확장보강판(35)은 파일(3)의 선단 면적을 증가시켜 선단 지지력을 향상시킨다.
아울러 상기 (c)단계에서, 상기 파일(3)은 복수의 유닛파일(3', 3")을 길이 방향으로 연결하여 시공할 수 있다.
지지 지반의 깊이가 깊은 경우에는 복수의 유닛파일(3', 3")을 상하로 연결하여 파일 시공을 진행할 수 있다.
이때, 상기 복수의 유닛파일(3', 3")은 조인트 부재(34)에 의해 상호 결합되되, 상기 조인트 부재(34)는 파일(3)의 외측으로 돌출되도록 형성할 수 있다.
상기 조인트 부재(34)는 외경이 유닛파일(3', 3")보다 큰 보강판을 이웃하는 유닛파일(3', 3") 사이에 용접하여 위치시킬 수 있다. 또는 콘크리트 재질의 유닛파일 상단 외주면을 따라 결합된 강플레이트에 링 형상의 보강띠를 결합하여 조인트 부재(34)를 형성할 수 있다.
상기 조인트 부재(34)는 파일(3) 측면에 돌출 형성되어 파일 지지력을 향상시킨다.
도 10은 파일가이드구를 이용한 유닛파일의 시공 과정을 도시하는 도면이다.
도 10에 도시된 바와 같이, 상기 (c) 단계에서, 상기 파일(3) 시공 지점의 지면 상부에는 상기 유닛파일(3', 3")의 근입을 가이드하는 파일가이드구(7)가 설치되되, 상기 파일가이드구(7)에는 상기 조인트 부재(34)의 돌출된 부위가 선택적으로 걸려 지지되는 고정 부재(71)가 구비되도록 구성할 수 있다.
본 발명에서는 일반적인 파일 시공 방법과는 달리 파일(3)이 겔화된 토사(5) 내로 자중에 의해 근입된다.
이에 따라 근입 깊이가 유닛파일(3' 또는 3")의 길이보다 깊은 경우, 유닛파일(3' 또는 3")을 별도로 고정하지 않으면 유닛파일(3' 또는 3")이 지지 지반까지 근입되어 버리기 때문에 유닛파일(3', 3")을 서로 이음하기 불가능하다.
따라서 복수의 유닛파일(3', 3")을 조인트 부재(34)에 의하여 상호 이음할 경우에는 파일가이드구(7)를 이용하여 지반(1)에 먼저 근입되는 유닛파일(3')을 일시적으로 지지시킨다.
즉, 하부의 유닛파일(3')을 지반(1)에 먼저 자중에 의해 근입한 다음(도 10의 (a), 파일가이드구(7)의 고정 부재(71)에 의하여 먼저 근입된 유닛파일(3')의 상단에 결합된 조인트 부재(34)를 지지하여 하부 측 유닛파일(3')의 상단이 지면 상부로 돌출되도록 임시로 고정한다(도 10의 (b)).
그리고 먼저 근입된 유닛파일(3')의 상단에 상부의 유닛파일(3")을 결합한 후(도 10의 (c)), 파일가이드구(7)의 고정 부재(71)의 고정을 해제하여 상하 이음된 유닛파일(3', 3")을 하부로 근입시킨다(도 10의 (d)).
다시 말하면 상하 유닛파일(3', 3")의 이음부에서 조인트 부재(34)가 파일(3) 외측으로 돌출되므로, 고정 부재(71)로 조인트 부재(34)의 돌출된 부분을 고정하였다가(도 10의 (b) 및 (c)) 상하 유닛파일(3', 3")의 이음 후 지반(1)에 근입시에는 고정 부재(71)의 고정을 해제하여 지반(1)에 근입하는 순서로 시공을 진행할 수 있다(도 10의 (d)).
도 11은 유닛파일의 실시예를 도시하는 사시도이다.
도 11에 도시된 바와 같이, 상기 유닛파일(3', 3")은 중공의 콘크리트파일 본체(31), 상기 콘크리트파일 본체(31)의 하단에 볼트 결합되는 하부캡(32, 32a) 및 상기 콘크리트파일 본체(31)의 상단에 볼트 결합되는 상부캡(33, 33a)으로 구성할 수 있다.
PHC 파일 등 일반적인 파일은 하부에 마밀라슈(mamilla shoe)나 플랫슈(flat shoe)와 같은 선단슈가 결합되고, 상부에는 경타나 항타 등의 충격으로부터 두부를 보호하기 위한 헤드캡이 결합된 상태로 제작된다. 그리고 파일을 이어 사용하는 경우 중간에 위치되는 파일은 이음을 위한 하부캡과 상부캡이 결합된다.
이에 따라 복수의 유닛파일(3', 3")을 길이 방향으로 연결하여 파일 시공을 진행하는 경우에는 선단슈와 헤드캡, 하부캡과 상부캡, 하부캡과 헤드캡, 선단슈와 상부캡이 결합된 파일을 각각 제조하여 공급하여야 한다.
그러나 현장마다 복수의 파일(3)은 근입 깊이가 각각 다르므로, 상기와 같이 여러 가지 타입의 파일 수요를 정확하게 예측하기 어려워 재고 관리에 어려움이 있다.
그러므로 선단슈와 하부캡 또는 헤드캡과 상부캡을 콘크리트파일 본체(31)와 상호 선택적으로 결합 가능하게 구성하고, 콘크리트파일 본체(31)의 상부와 하부에 각각 필요한 부재를 골라 결합하도록 하였다. 이에 따라 파일 생산성을 제고하고 재고 관리가 용이하다.
여기에서 상기 하부캡(32, 32a)은 중간 파일의 이음을 위한 하부캡(32)은 물론 선단의 선단슈(32a)를 포함하는 개념이다.
즉, 하부 유닛파일(3')의 경우 상기 하부캡(32a)은 착탈형 마밀라슈 또는 플랫슈로 구성할 수 있다. 특히, 하부 유닛파일(3') 하단의 하부캡(32a)은 지름이 콘크리트파일 본체(31)보다 큰 확장형 보강판일 수 있다.
상기 상부캡(33, 33a) 역시 중간 파일의 이음을 위한 상부캡(33)은 물론 파일 두부를 보호하기 위한 헤드캡(33a)을 포함하는 개념이다.
상기 하부캡(32, 32a) 또는 상부캡(33, 33a)은 필요에 따라 적합한 것을 선택하여 콘크리트파일 본체(31)의 양단에 볼트 결합할 수 있다.
1: 지반 11: 천공홀
12: 공간부 13: 굴착 토사
2: 채움재 3: 파일
3', 3": 유닛파일 31: 콘크리트파일 본체
32, 32a: 하부캡 33, 33a: 상부캡
34: 조인트 부재 35: 확장보강판
4: 굴착장비 5: 겔화된 토사
6: 교반장비 61: 배토굴착부
611: 배토용 연속 스크류 62: 역순환부
621: 비배토 역스크류 63: 교반부
631: 교반날개 632: 분사구
633: 분사노즐 64: 배토용 스크류케이싱
641: 배토용 연속 스크류 65: 비배토 교반로드
651: 교반날개 66: 굴착비트
7: 파일가이드구 71: 고정 부재

Claims (15)

  1. 지반(1)에 파일(3)을 근입하기 위한 것으로,
    (a) 파일(3)이 시공될 위치를 측량하는 단계;
    (b) 파일(3) 시공 지점에 배토용 연속 스크류(611)가 형성되는 배토굴착부(61)가 하부에 배치되고, 상기 배토굴착부(61)의 상부에 교반날개(631)가 형성되는 교반부(63)가 배치되는 교반장비(6)를 회전 관입하여 지면에서 일정 깊이까지 상부의 토사가 제거된 공간부(12)가 형성하는 한편, 상기 교반장비(6)로 지지 지반까지 지반(1) 내 토사를 이완시키면서, 상기 교반장비(6)로 무기결합재 35~60중량%, 물 20~45중량% 및 분산제 0.15~7중량%를 포함하여 구성되되, 상기 무기결합재는 전체 무기결합재의 중량 대비 SO3 7~15중량%, Al2O3 8~15중량% 및 CaO 45~55중량%가 포함되는 겔화제를 현장 토사 100중량부 대비 150 내지 320중량부 분사하여 상기 이완된 토사와 겔화제를 교반함으로써 토사를 일시적으로 겔(gel)화시키는 단계;
    (c) 상기 교반장비(6)를 제거하고 겔화된 토사(5) 내에 파일(3)을 자중에 의해 근입하여 지지 지반 상에 안착시키는 단계; 및
    (d) 겔화된 토사(5)를 양생하여 상기 파일(3)을 고정하는 단계; 를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 토사 겔화에 의한 비배토 파일 시공 방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에서,
    상기 교반장비(6)의 배토굴착부(61)와 교반부(63)의 사이에는 배토용 연속 스크류(611)와 반대 방향으로 배치되는 비배토 역스크류(621)가 형성되는 역순환부(62)가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 토사 겔화에 의한 비배토 파일 시공 방법.
  5. 삭제
  6. 제1항에서,
    상기 교반장비(6)의 상단에는 교반장비(6)의 회전 토크를 측정하는 토크 센서가 구비되어, 상기 (b) 단계에서는 토크 센서에서 측정된 토크치가 설정된 목표 토크치 이하로 내려갈 때까지 교반 작업을 반복하는 것을 특징으로 하는 토사 겔화에 의한 비배토 파일 시공 방법.
  7. 제1항에서,
    상기 교반장비(6)에는 고압공기 또는 고압수 중 적어도 어느 하나 이상을 분사하는 분사노즐(633)이 구비되어, 상기 분사노즐(633)을 통한 고압분사에 의해 토사가 이완되는 것을 특징으로 하는 토사 겔화에 의한 비배토 파일 시공 방법.
  8. 제1항에서,
    상기 파일(3)의 하단에는 파일(3)의 본체보다 지름이 큰 확장보강판(35)이 결합되는 것을 특징으로 하는 토사 겔화에 의한 비배토 파일 시공 방법.
  9. 제8항에서,
    상기 (c)단계에서, 상기 파일(3)은 복수의 유닛파일(3', 3")을 길이 방향으로 연결하여 시공되는 것을 특징으로 하는 토사 겔화에 의한 비배토 파일 시공 방법.
  10. 제9항에서,
    상기 복수의 유닛파일(3', 3")은 조인트 부재(34)에 의해 상호 결합되되, 상기 조인트 부재(34)는 파일(3)의 외측으로 돌출되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 토사 겔화에 의한 비배토 파일 시공 방법.
  11. 제10항에서,
    상기 (c) 단계에서, 상기 파일(3) 시공 지점의 지면 상부에는 상기 유닛파일(3', 3")의 근입을 가이드하는 파일가이드구(7)가 설치되되, 상기 파일가이드구(7)에는 상기 조인트 부재(34)의 돌출된 부위가 선택적으로 걸려 지지되는 고정 부재(71)가 구비되는 것을 특징으로 하는 토사 겔화에 의한 비배토 파일 시공 방법.
  12. 제9항에서,
    상기 유닛파일(3', 3")은 중공의 콘크리트파일 본체(31), 상기 콘크리트파일 본체(31)의 하단에 볼트 결합되는 하부캡(32, 32a) 및 상기 콘크리트파일 본체(31)의 상단에 볼트 결합되는 상부캡(33, 33a)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 토사 겔화에 의한 비배토 파일 시공 방법.
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 삭제
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