KR102146926B1 - 보강재의 적용길이를 최소화하도록 하는 마이크로파일 공법 - Google Patents

보강재의 적용길이를 최소화하도록 하는 마이크로파일 공법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 보강재의 적용길이를 최소화하도록 하는 마이크로파일 공법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 보강재를 케이싱의 전체 길이에 구성하지 않고 암반부 마찰저항구간 및 케이싱의 하단부로부터 일정거리 상부까지의 부착저항력 구간에만 구성하도록 함으로써, 보강재와 그라우팅간의 부착력, 케이싱의 재료하중 및 구속압을 활용하여 하중지지능력을 유지하면서도 보강재의 적용길이를 최소화 할 수 있도록 하는 마이크로파일 공법에 관한 것이다.
본 발명의 바람직한 일 실시예는 (a) 천공과 동시에 케이싱을 토사층과 암반층의 경계부(BL) 까지 근입하는 단계; (b) 케이싱 하부로 암반층의 일정 깊이까지 천공하는 단계; (c) 암반층의 경계부에서부터 하부로 일정깊이 까지의 암반부 마찰저항구간 및 케이싱의 하단부로부터 일정거리 상부까지의 부착저항력 구간에 위치하도록 보강재를 케이싱의 내부로 삽입하여 설치하는 단계; (d) 케이싱의 내부에 그라우트재를 주입하여 그라우팅을 실시하는 단계; (e) 케이싱의 두부를 정리하는 단계;를 포함하여 이루어진다.

Description

보강재의 적용길이를 최소화하도록 하는 마이크로파일 공법{Constructing method of micropile}
본 발명은 보강재의 적용길이를 최소화하도록 하는 마이크로파일 공법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 보강재를 케이싱의 전체 길이에 구성하지 않고 암반부 마찰저항구간 및 케이싱의 하단부로부터 일정거리 상부까지의 부착저항력 구간에만 구성하도록 함으로써, 보강재와 그라우팅간의 부착력, 케이싱의 재료하중 및 구속압을 활용하여 하중지지능력을 유지하면서도 보강재의 적용길이를 최소화 할 수 있도록 하는 마이크로파일 공법에 관한 것이다.
현재 적용되고 있는 마이크로파일의 구성요소는 케이싱, 보강재(thread bar) 및 그라우팅으로 구성되어 있으나, 구조적 활용에서는 토사지반의 공벽 유지를 통한 보강재 설치 및 그라우팅 주입에 활용하는 케이싱의 활용도는 낮고, 보강재에 대한 의존성이 커서 연약지반의 경우 저항심도 확보를 위해서 보강재의 길이가 증가할 뿐만 아니라 케이싱과 보강재의 중복 사용으로 인한 문제점이 있었다.
본 발명의 배경이 되는 기술로는 특허등록 제0666678호 "선단지지 라운드 플레이트를 가지는 마이크로파일"(특허문헌 1)가 있다.
상기 배경기술에서는 '연약지반 및 암반층을 뚫어 형성된 천공홀에 연약지반까지 삽입되고 그라우팅액을 유출시키기 위해 측면에 마련된 유출홈을 가지는 케이싱과, 상기 케이싱 및 천공홀의 내부에 삽입되고 외주면에 마찰력 증대 및 커플링을 위해 나사산이 형성되는 시텍바(Sitec Bar)와, 상기 시텍바의 최하단부에 설치되며 시텍바의 직경보다 크고, 상기 천공홀의 직경보다 작은 직경을 가지는 선단지지라운드 플레이트를 포함하는 마이크로파일'을 제안하여 종래의 마이크로파일의 선단에 라운드플레이트를 설치하여 선단지지를 가능하게 하여 전체길이를 줄이도록 한다.
그러나 상기 배경기술 역시 보강재에 대한 의존성이 커서 연약지반의 경우 저항심도 확보를 위해서 보강재의 길이가 증가할 뿐만 아니라 케이싱과 보강재의 중복 사용으로 인한 문제점이 있었다.
특허등록 제0666678호 "선단지지 라운드 플레이트를 가지는 마이크로파일"
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 보강재와 그라우팅간의 부착력, 케이싱의 재료하중 및 구속압을 활용하여 하중지지능력을 유지하면서도 보강재의 적용길이를 최소화 할 수 있도록 하는 보강재의 적용길이를 최소화하도록 하는 마이크로파일 공법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 (a) 천공과 동시에 케이싱을 토사층과 암반층의 경계부(BL) 까지 근입하는 단계; (b) 케이싱 하부로 암반층의 일정 깊이까지 천공하는 단계; (c) 암반층의 경계부에서부터 하부로 일정깊이 까지의 암반부 마찰저항구간 및 케이싱의 하단부로부터 일정거리 상부까지의 부착저항력 구간에 위치하도록 보강재를 케이싱의 내부로 삽입하여 설치하는 단계; (d) 케이싱의 내부에 그라우트재를 주입하여 그라우팅을 실시하는 단계; (e) 케이싱의 두부를 정리하는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 보강재의 적용길이를 최소화하도록 하는 마이크로파일 공법을 제공하고자 한다.
또한, (c) 단계에서, 케이싱의 상단부로부터 일정거리 하부까지의 부착저항력 구간에 위치하도록 보강재를 케이싱의 내부로 삽입하여 설치하는 것을 특징으로 하는 보강재의 적용길이를 최소화하도록 하는 마이크로파일 공법을 제공하고자 한다.
또한, (c) 단계에서, 보강재에는 케이싱의 내부의 일정 높이에 1개 또는 그 이상의 판 형상의 부착력 강화 플레이트가 형성되는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 보강재의 적용길이를 최소화하도록 하는 마이크로파일 공법을 제공하고자 한다.
또한, (a) 단계에서, 케이싱의 하단부에서 일정 높이 상부의 내주면에는 내측으로 돌출하도록 인발 강화링부가 형성되고, (c) 단계에서, 케이싱의 하부에 위치하는 보강재의 부착력 강화 플레이트의 하부면이 인발 강화링부의 상부에 안착되도록 설치되는 것을 특징으로 하는 보강재의 적용길이를 최소화하도록 하는 마이크로파일 공법을 제공하고자 한다.
또한, (c) 단계에서, 케이싱의 상부에 위치하는 보강재의 일정 높이에는 보강재 고정플레이트가 구성되고, 보강재 고정플레이트는 케이싱의 상단부에 위치하여 고정되는 것을 특징으로 하는 보강재의 적용길이를 최소화하도록 하는 마이크로파일 공법을 제공하고자 한다.
또한, (d) 단계에서, 그라우트재는 콘크리트 인 것을 특징으로 하는 보강재의 적용길이를 최소화하도록 하는 마이크로파일 공법을 제공하고자 한다.
본 발명의 보강재의 적용길이를 최소화하도록 하는 마이크로파일 공법은 보강재를 케이싱의 전체 길이에 구성하지 않고 암반부 마찰저항구간 및 케이싱의 하단부로부터 일정거리 상부까지의 부착저항력 구간에만 구성하도록 함으로써, 보강재와 그라우팅간의 부착력, 케이싱의 재료하중 및 구속압을 활용하여 하중지지능력을 유지하면서도 보강재의 적용길이를 최소화 할 수 있도록 하는 효과가 있다.
또한, 지하차도나 지하주차장에서는 부력앵커의 인장력 추가 없이 저항이 가능하며, 압축하중과 병행하여 인발저항이 가능하며, 리모델링 기초, 교량기초 보강 등과 같은 협소구간에서의 말뚝 보강시에 지하공사시 1~2m단위의 보강재 결합을 생략할 수 있으며, 기존 공법대비 시공성 개선으로 공기를 단축할 수 있으며, 준설매립지 소규모 건축물, 항만 배후단지 시설물 등과 같은 매립부지에서의 소구경 말뚝으로 사용되어 보강재 길이 단축효과 큰 매우 유용한 효과가 있다.
본 명세서에서 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 첨부한 도면에 기재된 사항에만 한정되어서 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 보강재의 적용길이를 최소화하도록 하는 마이크로파일 공법을 순서대로 도시한 도이다.
도 2는 본 발명의 보강재의 적용길이를 최소화하도록 하는 마이크로파일 공법의 기본 개념을 개략적으로 도시한 도이다.
도 3 내지 도 6은 본 발명의 다양한 실시예를 도시한 도이다.
도 7은 본 발명의 보강재 고정플레이트를 도시한 평면도이다.
아래에서 본 발명은 첨부된 도면에 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되지만 제시된 실시 예는 본 발명의 명확한 이해를 위한 예시적인 것으로 본 발명은 이에 제한되지 않는다.
이하 바람직한 실시예에 따라 본 발명의 기술적 구성을 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 보강재의 적용길이를 최소화하도록 하는 마이크로파일 공법을 순서대로 도시한 도이고, 도 2는 본 발명의 보강재의 적용길이를 최소화하도록 하는 마이크로파일 공법의 기본 개념을 개략적으로 도시한 도이다.
먼저, 도 1a 에서와 같이, 천공과 동시에 케이싱(10)을 토사층과 암반층의 경계부(BL) 까지 근입하도록 한다(a).
오거 등의 장비를 이용하여 지중에 파일공을 천공하며, 이때, 파일공의 붕괴를 막기 위하여 천공과 동시에 케이싱(10)을 삽입한다. 케이싱(10)은 목적상 붕괴가 우려되는 토사층에만 설치되어도 무방하므로 하부가 토사층과 암반층의 경계부(BL)에 대응하도록 삽입 설치되며, 이때 케이싱(10)은 일부분이 암반층에 삽입될수 있다.
이후, 도 1b에서와 같이, 케이싱(10) 하부로 암반층의 일정 깊이까지 천공하도록 한다(b).
토사층 안에만 파일공이 형성되고 케이싱(10)이 삽입되었기 때문에, 파일공이 암반층까지 연속되도록 공지의 다양한 드릴 장비를 케이싱(10) 내부에 삽입하여 암반층을 굴착함으로써 암반층 안에 케이싱(10)과 연통하는 홀을 일정 깊이로 형성하여 파일공을 완성한다.
이후, 도 1c에서와 같이, 케이싱(10)의 내부로 보강재(20)를 삽입하여 설치하도록 한다(c).
보강재(20)는 암반층의 경계부(BL)에서부터 하부로 일정깊이 까지의 암반부 마찰저항구간(L1) 및 케이싱(10)의 하단부로부터 일정거리 상부까지의 부착저항력 구간(L2)에 위치하도록 보강재(20)를 케이싱(10)의 내부로 삽입하여 설치한다.
따라서, 보강재(20)는 암반층의 경계부(BL)에서부터 하부로 일정깊이 까지의 암반부 마찰저항구간(L1) 및 케이싱(10)의 하단부로부터 일정거리 상부까지의 부착저항력 구간(L2)에만 위치하도록 하여, 보강재(20)와 그라우트재(30) 간의 부착력, 케이싱(10)의 재료하중 및 구속압을 활용하여 기존 보강재의 적용길이를 최소화하도록 한 것이다.
이때, 보강재(20)에는 별도의 간격재(70)가 설치될 수 있다.
도 2를 참고하여 본 발명의 하중저항 메커니즘을 설명하면 다음과 같다
P < Pb(rock) + Ps(rock)
P < Pa(bar)
P < Fb(bound)
P < Pa(casing)+ Fa(grouting)
여기서, P = 압축 또는 인발 하중, Pa(bar) = 보강재의 허용 하중, Pa(casing) = 케이싱의 허용 하중, Ps(rock) = 암반부 마찰저항, Pb(rock) = 선단부 지지력, Fa(grouting) =그라우팅체의 허용 하중, Fb(bound) = 그라우팅과 보강재의 부착력
이후, 도 1d에서와 같이, 케이싱(10)의 내부에 그라우트재(30)를 주입하여 그라우팅을 실시하도록 한다(d).
케이싱(10)에 그라우트재(30)를 주입하여 그라우팅 하도록 한다.
그라우트재(30)는 시멘트 밀크 등 다양한 그라우트재를 사용할 수 있으며, 특히 무근 콘크리트를 적용하여 CFT기둥형태로 형성되도록 함으로써, 말뚝 본체의 강성을 증대시키도록 할 수 있다.
마지막으로, 케이싱(10)의 두부를 정리하도록 한다(e).
두부 정리 및 기초 콘크리트(2) 타설 공정은 종래와 동일하며, 케이싱(10)의 상단부에는 지압판(11)이 구성되도록 할 수 있다.
도 3 내지 도 6은 본 발명의 다양한 실시예를 도시한 도이다.
도 4 및 도 5에서와 같이, (c) 단계에서, 케이싱(10)의 상단부로부터 일정거리 하부까지의 부착저항력 구간(L3)에 위치하도록 보강재(20)를 케이싱(10)의 내부로 삽입하여 설치하도록 할 수 있다.
또한, 도 3에서와 같이, (c) 단계에서, 보강재(20)에는 케이싱(10)의 내부의 일정 높이에 1개 또는 그 이상의 판 형상의 부착력 강화 플레이트(40)가 형성되도록 할 수 있다.
부착력 보강 플레이트(40)는 판 형상으로 보강재(20)의 일정 높이에 1개가 구성되거나 등간격 또는 부등간격으로 복수개가 형성되도록 할 수도 있다.
이와 같이, 부착력 강화 플레이트(40)를 구성하도록 보강재(20)의 부착력을 강화시킬 수 있으며, 특히, 보강재(20)의 부착저항 길이를 감소시킬 수 있다.
부착력 강화 플레이트(40)는 도 3에 도시된 바와 같이, 케이싱(10)의 하부에만 보강재(20)가 구성되는 경우 하부 보강재(20)에 형성될 수 있으며, 도 4 및 도 5에서와 같이, 보강재(20)가 케이싱(10)의 상부와 하부에 모두 형성되는 경우에는 도 4에서와 같이, 하부의 보강재(20)에만 형성되도록 하거나 도 5에서와 같이, 상부 및 하부 보강재(20)에 모두 형성되도록 할 수도 있다.
이와 같이, 설계하중의 크기에 따라서 말뚝머리와 부착방식을 조합하여 사용이 가능하다.
또한, 도 6에서와 같이, (a) 단계에서, 케이싱(10)의 하단부에서 일정 높이 상부의 내주면에는 내측으로 돌출하도록 인발 강화링부(12)가 형성되도록 하고, (c) 단계에서, 케이싱(10)의 하부에 위치하는 보강재(20)의 부착력 강화 플레이트(40)의 하부면이 인발 강화링부(12)의 상부에 안착되도록 설치되도록 할 수 있다.
인발 강화링부(12)는 링형상으로 케이싱(10)의 내주면에 설치되며, 이와 같이, 케이싱(10)의 내부에 인발 강화링부(12)가 형성되도록 하여 보강재(20)의 부착력 강화 플레이트(40)가 안착되어 지지되도록 함으로써 인발 저항력을 강화하도록 할 수 있다.
도 7은 본 발명의 보강재 고정플레이트를 도시한 평면도이다.
도 4 및 도 5에서와 같이, (c) 단계에서, 케이싱(10)의 상부에 위치하는 보강재(20)의 일정 높이에는 보강재 고정플레이트(21)가 구성되고, 보강재 고정플레이트(21)는 케이싱(10)의 상단부에 위치하여 고정되도록 할 수 있다.
도 7에서와 같이, 보강재 고정플레이트(21)는 사각형 형상의 판재로 이루어지거나 이외에도 원형의 판재로 이루어질 수 있으며 케이싱(10)의 상단부에 안착되어 보강재(20)가 고정되도록 한다.
이때, 보강재 고정플레이트(21)에는 각각 그라우트재 주입홀(211)과 오버플로우홀(212)이 통공되어 형성될 수 있다.
이와 같은 보강재 고정플레이트(21)가 구성되는 경우에는 지압판(11)은 케이싱(10)의 상단부에서 일정거리 이격되어 상부에 위치하도록 케이싱(10)의 상부에 위치하는 보강재(20)의 상단부에 설치되도록 할 수 있다.
상기와 같은 본 발명의 보강재의 적용길이를 최소화하도록 하는 마이크로파일 공법은 보강재를 케이싱의 전체 길이에 구성하지 않고 암반부 마찰저항구간 및 케이싱의 하단부로부터 일정거리 상부까지의 부착저항력 구간에만 구성하도록 함으로써, 보강재와 그라우팅간의 부착력, 케이싱의 재료하중 및 구속압을 활용하여 하중지지능력을 유지하면서도 보강재의 적용길이를 최소화 할 수 있도록 하는 효과가 있다.
또한, 지하차도나 지하주차장에서는 부력앵커의 인장력 추가 없이 저항이 가능하며, 압축하중과 병행하여 인발저항이 가능하며, 리모델링 기초, 교량기초 보강 등과 같은 협소구간에서의 말뚝 보강시에 지하공사시 1~2m단위의 보강재 결합을 생략할 수 있으며, 기존 공법대비 시공성 개선으로 공기를 단축할 수 있으며, 준설매립지 소규모 건축물, 항만 배후단지 시설물 등과 같은 매립부지에서의 소구경 말뚝으로 사용되어 보강재 길이 단축효과 큰 매우 유용한 효과가 있다.
지금까지 본 발명은 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되었지만 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 제시된 실시 예를 참조하여 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형 및 수정 발명을 만들 수 있을 것이다. 본 발명은 이와 같은 변형 및 수정 발명에 의하여 제한되지 않으며 다만 아래에 첨부된 청구범위에 의하여 제한된다.
10 : 케이싱
12 : 인발 강화링부
20 : 보강재
21 : 보강재 고정플레이트
211 : 그라우트재 주입홀
212 : 오버플로우홀
30 : 그라우트재
40 : 부착력 강화 플레이트

Claims (6)

  1. (a) 천공과 동시에 케이싱(10)을 토사층과 암반층의 경계부(BL) 까지 근입하는 단계;
    (b) 케이싱(10) 하부로 암반층의 일정 깊이까지 천공하는 단계;
    (c) 암반층의 경계부(BL)에서부터 하부로 일정깊이 까지의 암반부 마찰저항구간(L1) 및 케이싱(10)의 하단부로부터 일정거리 상부까지의 부착저항력 구간(L2)에 위치하도록 보강재(20)를 케이싱(10)의 내부로 삽입하여 설치하는 단계;
    (d) 케이싱(10)의 내부에 그라우트재(30)를 주입하여 그라우팅을 실시하는 단계;
    (e) 케이싱(10)의 두부를 정리하는 단계;를 포함하여 이루어지고,
    (c) 단계에서,
    케이싱(10)의 상단부로부터 일정거리 하부까지의 부착저항력 구간(L3)에 위치하도록 보강재(20)를 케이싱(10)의 내부로 삽입하여 설치하는 것을 특징으로 하는 보강재의 적용길이를 최소화하도록 하고,
    (c) 단계에서,
    보강재(20)에는 케이싱(10)의 내부의 일정 높이에 1개 또는 그 이상의 판 형상의 부착력 강화 플레이트(40)가 형성되고,
    (a) 단계에서,
    케이싱(10)의 하단부에서 일정 높이 상부의 내주면에는 내측으로 돌출하도록 인발 강화링부(12)가 형성되고,
    (c) 단계에서,
    케이싱(10)의 하부에 위치하는 보강재(20)의 부착력 강화 플레이트(40)의 하부면이 인발 강화링부(12)의 상부에 안착되도록 설치되고,
    (c) 단계에서,
    케이싱(10)의 상부에 위치하는 보강재(20)의 일정 높이에는 보강재 고정플레이트(21)가 구성되고,
    보강재 고정플레이트(21)는 케이싱(10)의 상단부에 위치하여 고정되고,
    상기 보강재(20)에는 간격재(70)가 설치되고,
    P = 압축 또는 인발 하중, Pa(bar) = 보강재의 허용 하중, Pa(casing) = 케이싱의 허용 하중, Ps(rock) = 암반부 마찰저항, Pb(rock) = 선단부 지지력, Fa(grouting) =그라우팅체의 허용 하중, Fb(bound) = 그라우팅과 보강재의 부착력일 때,
    P < Pb(rock) + Ps(rock)
    P < Pa(bar)
    P < Fb(bound)
    P < Pa(casing)+ Fa(grouting)
    인 것을 특징으로 하는 보강재의 적용길이를 최소화하도록 하는 마이크로파일 공법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 청구항 1에 있어서,
    (d) 단계에서,
    그라우트재(30)는 콘크리트 인 것을 특징으로 하는 보강재의 적용길이를 최소화하도록 하는 마이크로파일 공법.
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