KR101847906B1 - 동반 관입형 말뚝용 복합 관체 및 이를 이용한 현장타설 말뚝 공법 - Google Patents

동반 관입형 말뚝용 복합 관체 및 이를 이용한 현장타설 말뚝 공법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 각종 구조물의 기초로 활용되는 말뚝에 관한 것으로, 말뚝 시공을 위하여 지반에 우선 관입되는 관체(管體)를 존치관(存置管)(10)과 회수관(回收管)(20)으로 복합 구성하되, 프리캐스트 콘크리트(precast concrete)로 제작된 존치관(10) 내부에 존치관(10) 내경과 일치하는 외경의 강제(鋼製) 회수관(20)을 삽입하고, 존치관(10)과 회수관(20)의 결속 상태를 지상에서 조절할 수 있도록 함으로써, 지반의 굴착시 존치관(10)과 회수관(20)으로 구성된 복합 관체가 통반 관입된 후, 복합 관체가 목표 심도에 도달하면 회수관(20)만을 인발하여 회수하고, 존치관(10) 내부에 콘크리트를 타설하여 말뚝을 완성하는 것이다.
본 발명을 통하여, 이중 케이싱 적용 현장타설 말뚝의 시공에 있어서, 지반에 존치되는 존치관(10)의 소재로서 프리캐스트 콘크리트를 적용할 수 있으며, 이로써 공사비를 획기적으로 절감하면서도, 굴착 및 콘크리트 타설간 굴착공 공벽 유지가 곤란한 지반에서도 현장타설 말뚝의 안정적인 시공이 가능한 효과를 얻을 수 있다.

Description

동반 관입형 말뚝용 복합 관체 및 이를 이용한 현장타설 말뚝 공법{SIMULTANEOUS PENETRATION TYPE COMPOSITE CASING FOR PILE AND CAST IN PLACE PILE CONSTRUCTION METHOD USING THE SAME}
본 발명은 각종 구조물의 기초로 활용되는 말뚝에 관한 것으로, 말뚝 시공을 위하여 지반에 우선 관입되는 관체(管體)를 존치관(存置管)(10)과 회수관(回收管)(20)으로 복합 구성하되, 프리캐스트 콘크리트(precast concrete)로 제작된 존치관(10) 내부에 존치관(10) 내경과 일치하는 외경의 강제(鋼製) 회수관(20)을 삽입하고, 존치관(10)과 회수관(20)의 결속 상태를 지상에서 조절할 수 있도록 함으로써, 지반의 굴착시 존치관(10)과 회수관(20)으로 구성된 복합 관체가 통반 관입된 후, 복합 관체가 목표 심도에 도달하면 회수관(20)만을 인발하여 회수하고, 존치관(10) 내부에 콘크리트를 타설하여 말뚝을 완성하는 것이다.
현장타설 말뚝은 기성(旣成) 말뚝을 지반에 타입(打入)하는 전통적인 말뚝 시공 기법을 탈피하여, 지반에 수직 굴착공을 천공한 후, 굴착공에 콘크리트를 타설 및 양생하여 말뚝 기초를 구축하는 것으로, 대구경 말뚝의 효율적인 시공이 가능할 뿐 아니라, 타입식에 비하여 소음 및 진동이 저감되는 장점을 가진다.
현장타설 말뚝의 일반적인 시공과정은 굴착간 공벽(孔壁)을 유지하는 케이싱의 하단부 지반을 굴착하여 굴착공의 천공 및 케이싱의 지반 관입을 동시에 수행하고, 케이싱이 목표 심도에 도달하면 케이싱 내부에 철근망 등을 투입한 후, 콘크리트를 타설 및 양생함으로써 말뚝 본체를 완성하는 과정으로 진행되는데, 지반에 관입된 케이싱은 말뚝의 외부 보강체로서 존치하거나, 콘크리트의 완전 양생전 인발하여 회수하게 된다.
즉, 현장타설 말뚝에 있어서 굴착공의 공벽을 유지하는 케이싱은 영구 존치되거나 회수되어 재사용되는 방식으로 구분될 수 있는데, 통상적인 현장타설 말뚝용 케이싱으로는 고가의 대구경 강관(鋼管)이 적용되는 바, 콘크리트 타설 후 회수되는 것이 공사비 절감에 유리하다.
그러나, 토질 및 지하수 조건 등 지반 특성이 열악하여 말뚝 본체 콘크리트의 완전 양생 이전에 케이싱을 인발하면 급격한 공벽 붕괴 또는 양생 조건의 파괴가 우려되거나, 말뚝 구축 개소의 제한 또는 재하 조건상 말뚝 단면에 대한 고도의 정밀도 확보가 요구되는 경우에는 케이싱의 존치가 불가피한 경우가 있다.
이에, 케이싱을 이중으로 구성하고, 이중으로 구성된 케이싱 중 하나를 영구 존치함으로써 말뚝 시공 전과정에서 공벽을 유지하는 공법이 개발되었으며, 관련 종래기술로는 공개특허 제2013-0002797호 및 특허 제1252247호를 들 수 있다.
우선, 공개특허 제2013-0002797호는 일단 외부 케이싱을 부분 관입시킨 후, 내부 케이싱을 외부 케이싱 내부로 투입하여, 내부 케이싱의 하단부가 외부 케이싱 하단 내주면에 형성된 걸림턱을 타격하면서 내부 케이싱과 외부 케이싱을 관입시킨 후, 목표 심도에 도달하면 내부 케이싱을 회수하는 것이다.
즉, 공개특허 제2013-0002797호는 내부 케이싱이 외부 케이싱 내부에 삽입될 뿐, 내부 케이싱과 외부 케이싱이 역학적으로 일체화되는 구조가 아니라 실질적으로는 분리된 상태로 개별 관입되는 구조로서, 굴진과정에서 내부 케이싱과 외부 케이싱간 접촉부에 반복적인 진동 및 충격이 가해짐은 물론, 내부 케이싱의 타격 과정에서 외부 케이싱에 심각한 충격이 가해질 수 밖에 없어, 시공 과정에서 외부 케이싱에 심각한 손상이 유발된다.
특히, 취성 파괴의 우려가 큰 콘크리트는 존치용 외부 케이싱의 재료로서 적용이 근본적으로 불가능한 바, 고가의 강관 케이싱을 적용할 수 밖에 없으며, 따라서 공사비 절감 효과도 미미한 문제점이 있다.
이에, 특허 제1252247호에서와 같이, 내부 케이싱이 아닌 외부 케이싱을 인발하여 회수하는 방식이 개발되었으나, 이는 외부 케이싱의 인발 직후 주변 지반이 붕락되면서 심각한 교란이 유발됨에 따라, 즉각적인 초기 침하가 불가피하여 시공 정도(精度) 확보가 지난(至難)할 뿐 아니라, 주면마찰(周面摩擦) 역시 저하될 수 밖에 없어, 결국 말뚝 지지력이 약화되는 심각한 문제점이 있다.
본 발명은 전술한 문제점을 감안하여 창안된 것으로, 현장타설 말뚝 시공용 공벽 유지 관체를 외부의 존치관(10)과 내부의 회수관(20)으로 구성하되, 굴착공 굴착시에는 존치관(10)과 회수관(20)이 상호 견고하게 결속되어 지반에 동반 관입되고, 굴착이 완료된 후에는 존치관(10)과 회수관(20)간 결속 상태를 지상에서 해제한 후 회수관(20)을 용이하게 인발할 수 있도록 한 것이며, 특히, 존치관(10)과 회수관(20)이 긴밀하게 일체화되어 존치관(10)의 취성 파괴가 방지됨에 따라 존치관(10)의 소재로서 프리캐스트 콘크리트를 적용할 수 있도록 한 것이다.
즉, 본 발명은 현장타설 말뚝의 굴착공 공벽을 유지하는 말뚝용 관체에 있어서, 프리캐스트 콘크리트 관체로서 상단부에 관벽을 관통하는 다수의 삽입공(11)이 형성되는 존치관(10)과, 존치관(10)의 내경과 외경이 일치하는 강제 관체로서 상단부에 다수의 결합공(21)이 형성된 회수관(20)으로 구성되며, 존치관(10)에 회수관(20)이 삽입되되, 회수관(20)의 하단이 존치관(10)의 하단에 위치하면 회수관(20)의 결합공(21)과 존치관(10)의 삽입공(11)이 일치되어, 삽입공(11)에 삽입된 결합핀(31)이 결합공(21)에 결합됨으로써, 존치관(10)과 회수관(20)이 결속됨을 특징으로 하는 동반 관입형 말뚝용 복합 관체이다.
또한, 현장타설 말뚝의 굴착공 공벽을 유지하는 말뚝용 관체에 있어서, 프리캐스트 콘크리트 관체인 존치관(10)과, 존치관(10)의 내경과 외경이 일치하는 강제 관체인 회수관(20)이 구성되며, 존치관(10)의 하단 내주면에는 다수의 결속봉(47)이 중심측으로 돌출되되, 결속봉(47)은 평면상 방사상으로 배치되고, 회수관(20)의 하단부에는 회수관(20) 중심축과 평행한 방향의 종홈(26)과, 회수관(20) 중심축과 교차하는 방향의 횡홈(27)으로 구성된 굴곡절개홈(25)이 형성되어, 회수관(20)의 존치관(10)내 삽입시 결속봉(47)이 종홈(26)에 진입한 후, 회수관(20)을 회전시킴에 따라 결속봉(47)이 횡홈(27)에 결합되어, 존치관(10)과 회수관(20)의 하단부가 결속됨을 특징으로 하는 동반 관입형 말뚝용 복합 관체이다.
또한, 상기 동반 관입형 말뚝용 복합 관체를 이용한 현장타설 말뚝 공법에 있어서, 존치관(10)의 삽입공(11)과 존치관(10)에 삽입된 회수관(20)의 결합공(21)에 결합핀(31)을 결합하여 존치관(10)과 회수관(20)을 결속한 상태로 회수관(20)의 상단을 파일드라이버(90)의 케이싱구동부(93)에 장착하고, 회수관(20) 내부로 굴착기(91)를 진입시켜, 굴착공을 굴착하고 존치관(10)과 회수관(20)을 지반에 동반 관입시키는 상단결속관입단계(S11)와, 존치관(10)과 회수관(20)이 목표 심도에 도달하면 결합핀(31)을 분리하는 상단분리단계(S21)와, 존치관(10)이 지반에 존치된 상태에서 케이싱구동부(93)를 상승시켜 회수관(20)을 인발하는 회수단계(S30)와, 존치관(10) 내부에 콘크리트를 타설하는 타설단계(S40)로 이루어짐을 특징으로 하는 동반 관입형 말뚝용 복합 관체를 이용한 현장타설 말뚝 공법이다.
또한, 상기 동반 관입형 말뚝용 복합 관체를 이용한 현장타설 말뚝 공법에 있어서, 존치관(10)의 결속봉(47)을 회수관(20)의 횡홈(27)에 결합하여 존치관(10)과 회수관(20)을 결속한 상태로 회수관(20)의 상단을 파일드라이버(90)의 케이싱구동부(93)에 장착하고, 회수관(20) 내부로 굴착기(91)를 진입시켜, 굴착공을 굴착하고 존치관(10)과 회수관(20)을 지반에 동반 관입시키는 하단결속관입단계(S12)와, 존치관(10)과 회수관(20)이 목표 심도에 도달하면 케이싱구동부(93)를 소폭 회전시켜 결속봉(47)이 종홈(26)에 위치하도록 하는 하단분리단계(S22)와, 존치관(10)이 지반에 존치된 상태에서 케이싱구동부(93)를 상승시켜 회수관(20)을 인발하는 회수단계(S30)와, 존치관(10) 내부에 콘크리트를 타설하는 타설단계(S40)로 이루어짐을 특징으로 하는 동반 관입형 말뚝용 복합 관체를 이용한 현장타설 말뚝 공법이다.
본 발명을 통하여, 이중 케이싱 적용 현장타설 말뚝의 시공에 있어서, 지반에 존치되는 존치관(10)의 소재로서 프리캐스트 콘크리트를 적용할 수 있으며, 이로써 공사비를 획기적으로 절감하면서도, 굴착 및 콘크리트 타설간 굴착공 공벽 유지가 곤란한 지반에서도 현장타설 말뚝의 안정적인 시공이 가능한 효과를 얻을 수 있다.
특히, 굴착공의 굴착시에는 존치관(10)과 회수관(20)의 긴밀한 결속을 유지하여 존치관(10)의 손상을 억제하고, 굴착이 완료된 후에는 복잡한 작업 없이도 지상에서 존치관(10)과 회수관(20)의 결속을 간편하게 해제할 수 있어, 시공 편의성을 제고하고 공기를 단축할 수 있다.
도 1은 본 발명 존치관 및 회수관의 파일드라이버 장착 구조도
도 2는 본 발명 존치관 및 회수관의 분해 사시도
도 3은 본 발명의 시공 과정 설명도
도 4는 본 발명의 연결형 존치관 및 회수관 분해 사시도
도 5는 본 발명의 연결형 존치관 및 회수관 상세도
도 6은 본 발명 존치관 및 회수관 하단부 결속 방식 설명도
도 7은 본 발명 존치관의 금구 발췌 사시도
도 8은 본 발명 존치관의 수용링, 결합링 및 상단링 부분절단 분해 사시도
도 9는 본 발명의 하단부 결속형 존치관 및 회수관 적용 실시예의 시공 과정 설명도
본 발명의 상세한 구성 및 수행 과정을 첨부된 도면을 통하여 설명하면 다음과 같다.
우선 도 1은 본 발명의 공벽 유지용 관체가 파일드라이버(90)에 장착된 상태를 도시한 것으로, 도시된 바와 같이, 본 발명은 프리캐스트 콘크리트(precast concrete)로 제작된 존치관(存置管)(10) 내부에 강제(鋼製) 회수관(回收管)(20)이 삽입된 상태로 파일드라이버(90)의 케이싱구동부(93)에 장착되며, 존치관(10)과 회수관(20)은 결합핀(31)을 통하여 상호 결속된다.
즉, 본 발명은 현장타설 말뚝의 굴착공 공벽을 유지하는 말뚝용 관체로서, 도 2에서와 같이, 관벽(管壁)을 관통하는 다수의 삽입공(11)이 상단부에 평면상 방사상으로 천공되는 존치관(10)과, 존치관(10)의 내경과 외경이 일치하는 강제 관체로서 상단부에 다수의 결합공(21)이 형성된 회수관(20)으로 구성되며, 존치관(10)에 회수관(20)이 삽입되되, 회수관(20)의 하단이 존치관(10)의 하단에 위치하면 회수관(20)의 결합공(21)과 존치관(10)의 삽입공(11)이 일치되어, 삽입공(11)에 삽입된 결합핀(31)이 결합공(21)에 결합됨으로써, 존치관(10)과 회수관(20)이 상호 결속되는 것이다.
이렇듯, 프리캐스트 콘크리트 관체인 존치관(10) 내부에 강관(鋼管)인 회수관(20)을 삽입하여 결속하되, 존치관(10)의 내경과 회수관(20)의 외경을 일치하도록 형성함으로써, 존치관(10)의 내주면에 회수관(20)의 외주면이 긴밀하게 밀착됨과 동시에, 존치관(10)의 상단부에 결합핀(31)을 결합하여 존치관(10)이 회수관(20)에 견고하게 고정되도록 함으로써, 외층의 콘크리트와 내층의 강철이 복합된 복합재료 관체를 형성할 수 있다.
또한, 결합핀(31)과 결합공(21)에는 각각 수나사와 암나사를 형성하여 존치관(10)과 회수간(20) 사이의 일층 긴밀한 결속을 도모할 수도 있다.
즉, 존치관(10)의 내주면과 회수관(20)의 외주면이 긴밀하게 밀착됨으로써, 시공중 발생될 수 있는 충격 및 휨응력에 효과적으로 대처할 수 있으며, 존치관(10)의 내주면과 회수관(20)의 외주면간 불필요한 활동(sliding)은 결합핀(31)으로 억제되어 존치관(10)과 회수관(20)이 역학적으로 일체화된 관체로서 거동하는 것이다.
특히, 도 1의 상부 타원내 확대부에서와 같이, 결합핀(31)을 통하여 존치관(10)과 회수관(20)이 결속된 상태에서 파일드라이버(90)의 케이싱구동부(93)에 강관인 회수관(20)의 상단부가 장착되는데, 이는 일반적인 강관 케이싱의 장착 방식과 동일한 바, 본 발명의 적용을 위하여 파일드라이버(90) 등 장비를 개조할 필요가 없다.
도 1에 예시된 자주식 파일드라이버(90)는 현장타설 말뚝 시공시 케이싱 관입 및 굴착공 굴착을 수행하는 일반적인 장비로서, 회수관(20) 상단부가 장착되어 회수관(20)을 회전 및 승강 구동하는 케이싱구동부(93)와 케이싱구동부(93) 및 회수관(20) 내부에 투입되는 굴착기(91)를 회전 및 승강 구동하는 굴착기구동부(92)가 구성되며, 이들 케이싱구동부(93) 및 굴착기구동부(92)는 리더(leader)(95)에 장착되어 승강된다.
도 2에서와 같이, 프리캐스트 콘크리트 관체인 존치관(10)에는 선단링(40), 보강재(59) 및 삽입공(11) 슬리브(sleeve) 등 다양한 금구(金具)가 매입(埋入) 내지 접합될 수 있으며, 이들 금구는 지반내 관입 과정에서의 존치관(10) 손상을 방지하고, 존치관(10)의 내충격성을 확보하며, 존치관(10)과 회수관(20)간의 견고한 결속이 가능하도록 하는 역할을 수행한다.
우선 말뚝의 선단부를 형성하는 존치관(10)의 하단에는 금속제 선단링(40)이 접합되는데, 선단링(40)은 존치관(10)의 지반 관입시 굴착공 선단부 지반과 직접 접촉하는 부분으로서, 프리캐스트 콘크리트인 존치관(10)은 강관에 비하여 굴착시 가해지는 충격에 약할 수 밖에 없으므로, 존치관(10) 선단에 금속제 선단링(40)을 구성함으로써 존치관(10)의 내충격성을 개선할 수 있다.
또한, 선단링(40) 상측으로 연결되는 메쉬형 보강재(59)는 프리캐스트 콘크리트인 존치관(10)의 구조적 강성을 보완할 수 있을 뿐 아니라, 내충격성을 확보하고 취성 파괴를 억제할 수 있으며, 결합핀(31)이 결합되어 존치관(10)과 회수관(20)을 상호 결속하는 삽입공(11) 역시, 프리캐스트 콘크리트인 존치관(10)의 관벽이 단순 천공되는 것이 이나라, 슬리브 형태의 금구가 존치관(10) 콘크리트에 매입되어 삽입공(11)을 형성하게 되는 바, 삽입공(11) 주변 콘크리트의 파손을 억제하고, 삽입공(11)과 결합핀(31)간의 일층 정밀한 결합이 가능하게 된다.
선단링(40), 보강재(59) 및 삽입공(11) 슬리브 등의 금구는 존치관(10)의 프리캐스트 콘크리트 성형시 몰드(mold) 내부에 투입하는 방식으로 매입 내지 접합할 수 있으며, 도 2의 발췌부에 도시된 바와 같이, 선단링(40), 보강재(59) 및 삽입공(11) 슬리브가 모두 연결된 상태로 매입됨으로써, 콘크리트와 금구간 부착력이 배가되어 일층 견고한 매입 구조가 형성될 수 있다.
이렇듯, 프리캐스트 콘크리트제 존치관(10)과 강제 회수관(20)이 긴밀하게 결속된 본 발명의 말뚝용 복합 관체를 통하여, 취성 파괴 등 종래 콘크리트 케이싱의 문제점을 해결할 수 있으며, 현장타설 말뚝 시공에 있어서 굴착공 공벽을 안정적으로 유지하면서도 완성된 말뚝의 주면마찰력을 극대화할 수 있을 뿐 아니라, 강제 회수관(20)의 용이한 회수가 가능하여 공사비의 절감이 가능하다.
도 3은 이러한 본 발명의 존치관(10) 및 회수관(20) 복합 관체를 이용하여 현장타설 말뚝을 시공하는 과정을 도시한 것으로, 도시된 바와 같이, 본 발명 공법은 존치관(10)의 삽입공(11)과 존치관(10)에 삽입된 회수관(20)의 결합공(21)에 결합핀(31)을 결합하여 존치관(10)과 회수관(20)을 결속한 상태로 회수관(20)의 상단을 파일드라이버(90)의 케이싱구동부(93)에 장착하고, 회수관(20) 내부로 굴착기(91)를 진입시켜, 굴착공을 굴착함과 동시에 존치관(10)과 회수관(20)을 지반에 동반 관입시키는 상단결속관입단계(S11)로 개시된다.
즉, 도 1에서와 같이, 상단부가 결합핀(31)으로 상호 결속된 존치관(10) 및 회수관(20)을 파일드라이버(90)의 케이싱구동부(93)에 장착하되, 강관인 회수관(20)의 상단부를 케이싱구동부(93)에 장착하고, 존치관(10)은 회수관(20) 상단의 케이싱구동부(93)에서 소폭 이격되도록 결속하게 되며, 이때 도 1의 하부 타원내 확대부에서와 같이, 존치관(10)의 하단과 회수관(20)의 하단 위치가 일치되면서 복합 관체의 선단을 형성하게 된다.
또한, 오거(auger) 등의 굴착기(91)는 상단이 굴착기구동부(92)와 연결된 상태로 케이싱구동부(93)를 통과하여 회수관(20) 내부로 진입하게 되는데, 이로써 굴착기(91)에 의한 지반의 굴착과, 회수관(20) 및 존치관(10)의 지반내 압입이 동시에 수행될 수 있다.
특히, 결합핀(31)에 의하여 회수관(20)에 결속된 존치관(10)의 활동(sliding) 및 임의 회전이 억제되므로, 케이싱구동부(93)에 의한 회수관(20) 및 존치관(10)의 지반내 압입과 동시에 회수관(20)과 존치관(10)의 동반 회전 역시 가능하며, 굴착기(91)의 회전과 역방향으로 회수관(20)을 회전시킴으로써 굴착 및 배토 효율을 확보할 수 있다.
굴착기(91)의 굴진 및 존치관(10) 및 회수관(20)의 동반 관입이 진행되어 존치관(10)과 회수관(20)이 목표 심도에 도달하면 굴착기(91) 가동을 중지하고 존치관(10) 상단의 결합핀(31)을 분리하는 상단분리단계(S21)가 수행된다.
상단분리단계(S21)를 통하여 존치관(10)과 회수관(20)간의 결속이 해제된 후, 존치관(10)이 지반에 존치된 상태에서 케이싱구동부(93)를 상승시켜 회수관(20)을 인발하는 회수단계(S30)가 수행되며, 이로써 존치관(10)에 의하여 공벽이 안정적으로 유지된 굴착공이 완성된다.
이후, 존치관(10) 내부에 콘크리트를 타설하는 타설단계(S40)가 수행됨으로써, 본 발명이 적용된 현장타설 말뚝이 완성되는데, 도 3의 우단에서와 같이, 타설단계에서는 보강용 철근 등을 존치관(10) 내부에 건입하는 등의 작업이 추가될 수 있으며, 도면상 표현되지는 않았으나 콘크리트 타설의 사전 조치로서 존치관(10) 내부의 슬라임(slime)을 제거하거나 존치관(10)의 두부(頭部)를 정리하는 등의 작업이 수행될 수 있다.
한편, 장연장(長延長)의 말뚝의 시공에 본 발명을 적용하는 경우, 존치관(10)과 회수관(20)의 결속 및 존치관(10)의 구성에 있어서 다음과 같은 애로점이 있을 수 있다.
우선, 본 발명의 존치관(10)과 회수관(20)은 존치관(10)의 내주면에 회수관(20)의 외주면이 긴밀하게 밀착되어 외력에 저항하게 되지만, 회수관(20)과 존치관(10)간의 축방향 활동 및 회수관(20)과 존치관(10)이 동심(同心)의 중심축을 축으로 회전하는 활동은 존치관(10) 상단의 결합핀(31)에 의하여 억제되므로, 존치관(10)의 연장이 길어지면 굴착기(91)의 회전 및 배토과정 또는 케이싱구동부(93)에 의한 회수관(20)의 회전과정에서 존치관(10)에 비틀림 응력이 과도하게 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 존치관(10)은 프리캐스트 콘크리트로 제작되는 바, 단일 존치관(10) 연장에 제한이 있을 수 밖에 없으며, 존치관(10)의 연장이 길어지면 회수관(20)의 회수과정에서 회수관(20) 외주면과 존치관(10) 내주면간 과도한 마찰력이 작용할 수 있다
이에, 본 발명에서는 도 4 및 도 5에서와 같이, 존치관(10)의 하단부와 회수관(20)의 하단부에 각각 결속봉(47) 및 굴곡절개홈(25)을 형성하여, 존치관(10)의 하단부와 회수관(20)의 하단부를 상호 결속하되, 존치관(10)과 회수관(20)의 지반내 관입 상태에서도 존치관(10) 하단부 결속 상태를 지상에서 간편하게 조절할 수 있도록 하였고, 존치관(10)의 하단과 상단에 각각 수용링(41)과 상단링(50)을 형성하여 다수의 존치관(10)을 연결하여 사용할 수 있도록 하였으며, 회수관(20)의 외주면에 나선홈(28)을 형성하여 존치관(10)의 내주면과 회수관(20)의 외주면 사이로 윤활액을 주입할 수 있도록 하였다.
우선, 도 6은 존치관(10) 하단부와 회수관(20)간 결속 조절 수단인 결속봉(47) 및 굴곡절개홈(25)을 도시한 것으로, 존치관(10)의 하단 내주면에는 다수의 결속봉(47)이 중심측으로 돌출되되, 결속봉(47)은 평면상 방사상으로 배치되고, 회수관(20)의 하단부에는 회수관(20) 중심축과 평행한 방향의 종홈(26)과, 회수관(20) 중심축과 교차하는 방향의 횡홈(27)으로 구성된 굴곡절개홈(25)이 형성되어, 동 도면의 좌측에 도시된 바와 같이 회수관(20)의 존치관(10)내 삽입시 결속봉(47)이 종홈(26)에 진입한 후, 동 도면의 우측에 도시된 바와 같이 회수관(20)을 회전시킴에 따라 결속봉(47)이 횡홈(27)에 결합되어, 존치관(10)과 회수관(20)의 하단부가 긴밀하게 결속된다.
존치관(10)의 하단부에 형성되는 결속봉(47)은 내측으로 소폭 돌출된 금속제 봉체로서, 도시된 실시예에서는 후술할 수용링(41)이 존치관(10) 하부 콘크리트에 매입, 접합되고, 내주면에 다수의 결속봉(47)이 형성된 금속제 환체(環體)인 결합링(45)이 수용링(41)에 볼트로 결합되는 방식으로 결속봉(47)이 형성되고 있으나, 도 1 및 도 2에 예시된 바 있는 선단링(40) 내주면에 결속봉(47)이 돌출 형성되도록 구성할 수도 있다.
회수관(20) 하단에 절개 형성되는 굴곡절개홈(25)은 그 사전적 의미에서와 같이, 굴곡이 형성된 절개홈으로서, 도 6에서와 같이, 회수관(20) 중심축과 평행한 방향 즉, 종방향의 종홈(26)과, 회수관(20) 중심축과 교차하는 방향 즉, 횡방향의 횡홈(27)으로 구성되며, 굴곡절개홈(25)의 폭은 결속봉(47)의 직경과 일치하도록 형성된다.
또한, 다수의 결속봉(47)과 다수의 굴곡절개홈(25)이 평면상 등각(等角) 방사상(放射狀)으로 배치되는데, 결속봉(47)과 굴곡절개홈(25)이 동수(同數)로 형성되어, 회수관(20)의 존치관(10)내 삽입시 하나의 굴곡절개홈(25)과 결속봉(47)의 평면상 위치를 일치시키면 나머지 굴곡절개홈(25) 및 결속봉(47)의 역시 일치하게 된다.
따라서, 도 6의 좌측에 도시된 바와 같이, 굴곡절개홈(25)의 종홈(26)이 결속봉(47)에 우선 결합되도록 회수관(20)을 존치관(10)에 진입시킨 후, 결속봉(47)이 종홈(26) 상단의 횡홈(27) 연결부에 도달하면, 회수관(20)을 소폭 회전시킴으로써 결속봉(47)이 횡홈(27)에 진입하여 회수관(20)과 존치관(10)이 상호 결속되며, 도 6에 도시되지는 않았으나, 이후 역방향으로 회수관(20)을 회전시켜 결속봉(47)을 종홈(26) 상단에 위치시키면 회수관(20)과 존치관(10)의 결속이 해제된다.
이러한, 존치관(10)의 결속봉(47) 및 회수관(20)의 굴곡절개홈(25)을 통한 결속 및 결속의 해제는 존치관(10)과 회수관(20)이 모두 지반내 관입된 상태에서도 파일드라이버(90)의 케이싱구동부(93) 등을 활용하여 지상에서 회수관(20)을 소폭 회전시키는 간단한 조작으로 수행할 수 있다.
한편, 본 발명의 존치관(10) 상단 및 하단에는 각각 상단링(50) 및 수용링(41)이 매입, 접합되어 도 4 및 도 5에서와 같이, 다수의 존치관(10)을 연결하여 사용할 수 있는데, 이들 상단링(50) 및 수용링(41)은 전술한 선단링(40)과 같은 매입 금구로서 도 7에서와 같이 보강재(59)와 접합된 상태로 존치관(10)의 프리캐스트 콘크리트 성형시 매설될 수 있다.
존치관(10)의 하단에 설치되는 수용링(41)은 도 7 및 도 8에서와 같이, 금속제 환체(環體)로서 하단부에 확경된 선단플랜지(42)가 형성되며, 이로써 존치관(10)의 하단부가 수용링(41) 본체 및 수용링(41)의 선단플랜지(42)로 피복되어, 전술한 선단링(40)과 같은 내충격 효과를 얻을 수 있다.
도 5 및 도 7에서와 같이 존치관(10)의 상단에 설치되는 상단링(50) 역시 금속제 환체로서, 상단링(50)의 외경은 수용링(41)의 내경과 일치하도록 형성되어, 상단링(50)이 수용링(41)에 삽입 결합됨으로써 다수의 존치관(10)이 연결되며, 상단링(50)의 외주면에는 상단플랜지(52)가 돌출 형성되어, 상단링(50)과 수용링(41)의 결합시 상단플랜지(52) 상면이 선단플랜지(42) 저면에 밀착되면서 결합과정에서 발생될 수 있는 존치관(10) 콘크리트의 손상을 방지하고, 긴밀한 접합면을 형성하게 된다.
또한, 수용링(41)과 상단링(50)이 결합된 상태에서, 도 5 및 도 8에서와 같이, 볼트가 체결되어 연결 대상 존치관(10)이 고정되는데, 동 도면에 도시된 바와 같이, 볼트가 관통하는 부위의 수용링(41) 내주면에는 치합요부(43)를 형성하고, 볼트가 체결되는 부위의 상단링(50) 외주면에는 상기 치합요부(43)와 일치하는 형상의 치합돌부(63)를 형성함으로써, 수용링(41)과 상단링(50)간 긴밀한 결합을 도모한다.
특히, 존치관(10) 상단 상단링(50)의 치합돌부(63)에 형성되는 볼트 체결공은 치합돌부(63)를 완전히 관통하도록 형성하여, 전술한 결합핀(31) 체결용 삽입공(11)으로 활용할 수 있으며, 이로써 콘크리트제 존치관(10) 본체 관벽을 관통하는 삽입공(11)을 형성하지 않고도 결합핀(31)을 체결할 수 있다.
한편, 존치관(10) 하단에 설치되는 수용링(41)에는 타 존치관(10) 상단의 상단링(50) 뿐 아니라, 결속봉(47)이 형성된 결합링(45)이 결합될 수도 있으며, 이로써 다수의 존치관(10)을 연결함에 있어서, 최 하단 존치관(10)으로서 결속봉(47)이 형성된 별도 규격의 존치관(10)을 제작하지 않고도 간편하게 결속봉(47)을 적용할 수 있다.
즉, 도 5 및 도 8에서와 같이, 내주면에 다수의 결속봉(47)이 형성된 금속제 환체로서 외경이 상기 수용링(41)의 내경과 일치하는 결합링(45)이 수용링(41)에 결합되는 것으로, 도시된 실시예에서와 같이, 결합링(45)의 외주면에도 치합돌부(63)를 형성하여 결합링(45)의 치합돌부(63)가 수용링(41)의 치합요부(43)에 결합된 후, 이들 치합요부(43) 및 치합돌부(63)에 볼트를 체결함으로써, 결속봉(47) 형성 결합링(45)을 존치관(10)에 견고하게 설치할 수 있는 것이다.
이렇듯, 결속봉(47)이 구성된 존치관(10)과 굴곡절개홈(25)이 형성된 회수관(20)을 통하여, 굴착을 선도하는 존치관(10) 하단부가 회수관(20)에 견고하게 결속됨에 따라, 일층 안정적인 굴착공 형성이 가능한데, 이를 활용한 현장타설 말뚝의 시공 과정이 도 9에 도시되어 있다.
도 9에 도시된 바와 같이, 결속봉(47) 및 굴곡절개홈(25)이 적용된 본 발명의 공법은 존치관(10)의 결속봉(47)을 회수관(20)의 횡홈(27)에 결합하여 존치관(10)과 회수관(20)을 결속한 상태로 회수관(20)의 상단을 파일드라이버(90)의 케이싱구동부(93)에 장착하고, 회수관(20) 내부로 굴착기(91)를 진입시켜, 굴착공을 굴착하고 존치관(10)과 회수관(20)을 지반에 동반 관입시키는 하단결속관입단계(S12)로 개시된다.
즉, 도 6에서와 같이, 회수관(20) 굴곡절개홈(25)의 종홈(26)이 결속봉(47)에 우선 결합되도록 회수관(20)을 존치관(10)에 진입시킨 후, 결속봉(47)이 종홈(26) 상단의 횡홈(27) 연결부에 도달하면, 회수관(20)을 소폭 회전시킴으로써 결속봉(47)이 횡홈(27)에 진입하여 회수관(20)과 존치관(10)이 상호 결속되도록 하고, 결속된 존치관(10) 및 회수관(20)을 파일드라이버(90)의 케이싱구동부(93)에 장착하되, 강관인 회수관(20)의 상단부를 케이싱구동부(93)에 장착하여 굴착공을 굴착하는 것이다.
이후, 존치관(10)과 회수관(20)이 목표 심도에 도달하면 케이싱구동부(93)를 소폭 회전시켜 결속봉(47)이 종홈(26)에 위치하도록 하는 하단분리단계(S22)가 수행되는데, 굴착공 하단으로 별도의 장비를 투입하거나 작업자를 투입하는 과정 없이 전적으로 지상에서 작업이 가능하며, 케이싱구동부(93)를 소폭 회전시키는 간단한 조치만으로 회수관(20)의 회전을 통한 결속봉(47)과 굴곡절개홈(25)의 분리가 수행될 수 있다.
이러한 회수관(20)과 존치관(10)간 결속 해제 작업에 있어서는 도 5에서와 같이, 회수관(20) 상단부와 존치관(10) 상단에 각각 지시선(69)을 사전 표시함으로써, 존치관(10) 결속봉(47)의 굴곡절개홈(25)내 위치를 지상에서 용이하게 확인할 수 있다.
존치관(10)의 하단에서 회수관(20)이 분리되면, 존치관(10)이 지반에 존치된 상태에서 케이싱구동부(93)를 상승시켜 회수관(20)을 인발하는 회수단계(S30)가 수행되며, 이어서 존치관(10) 내부에 콘크리트를 타설하는 타설단계(S40)가 수행됨으로써, 본 발명의 동반 관입형 말뚝용 복합 관체를 이용한 현장타설 말뚝이 완성된다.
특히, 결속봉(47) 및 굴곡절개홈(25)을 활용하여 존치관(10)의 하단을 회수관(20) 하단에 결속함과 동시에, 전술한 결합핀(31)을 활용하여 존치관(10)의 상단 역시 회수관(20)의 상단에 결속함으로써, 존치관(10)의 상, 하 양단이 견고하게 결속된 상태로 일층 안정적인 굴착을 수행할 수도 있다.
한편, 전술한 바와 같이, 존치관(10)의 총 연장이 확장되어 존치관(10)의 내주면과 회수관(20)의 외주면간 접촉면이 확대되면, 회수관(20)의 회수 과정에서 작용하는 마찰력이 증가하여 회수관(20)의 인발이 곤란할 수 있는 바, 본 발명에서는 도 4 및 도 5에서와 같이, 회수관(20)의 외주면에 나선홈(28)을 형성함으로써, 회수관(20)의 인발 회수 직전에 회수관(20) 외주면과 존치관(10) 내주면 사이에 윤활액을 주입함으로써, 회수관(20)의 원활한 인발이 가능하도록 한다.
회수관(20) 외주면에 형성되는 나선홈(28)은 도 4에서와 같이 회수관(20)과 존치관(10)의 지반내 완전 관입시에도 지상에 노출되는 회수관(20)의 상단부에서, 회수관(20)의 하단부에 이르는 경로로 형성되며, 따라서, 지상에 노출된 회수관(20)의 나선홈(28)으로 윤활액을 주입하면 나선홈(28)을 따라 회수관(20) 하단부로 윤활액이 이송된 후, 회수관(20) 외주면과 존치관(10) 내주면 사이의 미세한 간극을 따라 윤활액이 나선홈(28) 주변으로 확산되면서, 회수관(20)과 존치관(10)간 마찰을 저감하게 된다.
10 : 존치관
11 : 삽입공
20 : 회수관
21 : 결합공
25 : 굴곡절개홈
26 : 종홈
27 : 횡홈
28 : 나선홈
31 : 결합핀
40 : 선단링
41 : 수용링
42 : 선단플랜지
43 : 치합요부
45 : 결합링
47 : 결속봉
50 : 상단링
52 : 상단플랜지
59 : 보강재
63 : 치합돌부
69 : 지시선
90 : 파일드라이버
91 : 굴착기
92 : 굴착기구동부
93 : 케이싱구동부
95 : 리더
S11 : 상단결속관입단계
S12 : 하단결속관입단계
S21 : 상단분리단계
S22 : 하단분리단계
S30 : 회수단계
S40 : 타설단계

Claims (4)

  1. 현장타설 말뚝의 굴착공 공벽을 유지하는 말뚝용 관체에 있어서,
    프리캐스트 콘크리트 관체로서 상단부에 관벽을 관통하는 다수의 삽입공(11)이 형성되는 존치관(10)과;
    존치관(10)의 내경과 외경이 일치하는 강제 관체로서 상단부에 다수의 결합공(21)이 형성된 회수관(20)으로 구성되며;
    존치관(10)에 회수관(20)이 삽입되되, 파일드라이버(90)의 케이싱구동부(93)에 회수관(20)의 상단부가 장착되고, 회수관(20)의 하단이 존치관(10)의 하단에 위치하면 회수관(20)의 결합공(21)과 존치관(10)의 삽입공(11)이 일치되어, 삽입공(11)에 삽입된 결합핀(31)이 결합공(21)에 결합됨으로써, 존치관(10)과 회수관(20)이 결속되며, 존치관(10)과 회수관(20)이 목표 심도에 도달하면 결합핀(31)을 분리된 후 존치관(10)이 지반에 존치된 상태에서 회수관(20)은 인발됨을 특징으로 하는 동반 관입형 말뚝용 복합 관체.
  2. 현장타설 말뚝의 굴착공 공벽을 유지하는 말뚝용 관체에 있어서,
    프리캐스트 콘크리트 관체인 존치관(10)과, 존치관(10)의 내경과 외경이 일치하는 강제 관체인 회수관(20)이 구성되며;
    존치관(10)의 하단 내주면에는 다수의 결속봉(47)이 중심측으로 돌출되되, 결속봉(47)은 평면상 방사상으로 배치되고;
    회수관(20)의 하단부에는 회수관(20) 중심축과 평행한 방향의 종홈(26)과, 회수관(20) 중심축과 교차하는 방향의 횡홈(27)으로 구성된 굴곡절개홈(25)이 형성되어;
    회수관(20)의 존치관(10)내 삽입시 결속봉(47)이 종홈(26)에 진입한 후, 회수관(20)을 회전시킴에 따라 결속봉(47)이 횡홈(27)에 결합되어, 존치관(10)과 회수관(20)의 하단부가 결속되되, 파일드라이버(90)의 케이싱구동부(93)에 회수관(20)의 상단부가 장착되고, 존치관(10)과 회수관(20)이 목표 심도에 도달하면 케이싱구동부(93)를 소폭 회전시켜 결속봉(47)이 종홈(26)에 위치하도록 한 후, 존치관(10)이 지반에 존치된 상태에서 회수관(20)은 인발됨을 특징으로 하는 동반 관입형 말뚝용 복합 관체.
  3. 청구항 1의 동반 관입형 말뚝용 복합 관체를 이용한 현장타설 말뚝 공법에 있어서,
    존치관(10)의 삽입공(11)과 존치관(10)에 삽입된 회수관(20)의 결합공(21)에 결합핀(31)을 결합하여 존치관(10)과 회수관(20)을 결속한 상태로 회수관(20)의 상단을 파일드라이버(90)의 케이싱구동부(93)에 장착하고, 회수관(20) 내부로 굴착기(91)를 진입시켜, 굴착공을 굴착하고 존치관(10)과 회수관(20)을 지반에 동반 관입시키는 상단결속관입단계(S11)와;
    존치관(10)과 회수관(20)이 목표 심도에 도달하면 결합핀(31)을 분리하는 상단분리단계(S21)와;
    존치관(10)이 지반에 존치된 상태에서 케이싱구동부(93)를 상승시켜 회수관(20)을 인발하는 회수단계(S30)와;
    존치관(10) 내부에 콘크리트를 타설하는 타설단계(S40)로 이루어짐을 특징으로 하는 동반 관입형 말뚝용 복합 관체를 이용한 현장타설 말뚝 공법.
  4. 청구항 2의 동반 관입형 말뚝용 복합 관체를 이용한 현장타설 말뚝 공법에 있어서,
    존치관(10)의 결속봉(47)을 회수관(20)의 횡홈(27)에 결합하여 존치관(10)과 회수관(20)을 결속한 상태로 회수관(20)의 상단을 파일드라이버(90)의 케이싱구동부(93)에 장착하고, 회수관(20) 내부로 굴착기(91)를 진입시켜, 굴착공을 굴착하고 존치관(10)과 회수관(20)을 지반에 동반 관입시키는 하단결속관입단계(S12)와;
    존치관(10)과 회수관(20)이 목표 심도에 도달하면 케이싱구동부(93)를 소폭 회전시켜 결속봉(47)이 종홈(26)에 위치하도록 하는 하단분리단계(S22)와;
    존치관(10)이 지반에 존치된 상태에서 케이싱구동부(93)를 상승시켜 회수관(20)을 인발하는 회수단계(S30)와;
    존치관(10) 내부에 콘크리트를 타설하는 타설단계(S40)로 이루어짐을 특징으로 하는 동반 관입형 말뚝용 복합 관체를 이용한 현장타설 말뚝 공법.
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