KR102224524B1 - 지중 관체 부분 확경 장치를 이용한 현장타설 합성 말뚝 공법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 분출구(21)가 형성되고 분출구(21)와 연결된 압송관(41)이 내장되어 관체(管體)(10) 내부에서 이동되는 이동체(20)와, 이동체(20)의 양 단부에 형성되어 관체(10)의 일부 구간을 밀봉하는 밀봉체(30) 등으로 구성되는 지중 관체 부분 확경 장치 및 이를 이용한 현장타설 합성 말뚝 공법으로서, 지반에 관입된 관체(10) 내부로 지중 관체 부분 확경 장치를 투입한 후 가동하여 관체(10)에 확경부(11)를 형성하는 것이다.
본 발명을 통하여, 현장타설 합성 말뚝의 외주면에 요철을 형성함으로써 말뚝과 지반간 견고한 결합 구조를 구축할 수 있으며, 이로써 말뚝의 지지력을 획기적으로 향상시킬 수 있다.

Description

지중 관체 부분 확경 장치를 이용한 현장타설 합성 말뚝 공법{COMPOSITE CAST IN PLACE PILE METHOD USING PARTIALLY EXPANDING APPARATUS FOR UNDERGROUND PIPE}

본 발명은 분출구(21)가 형성되고 분출구(21)와 연결된 압송관(41)이 내장되어 관체(管體)(10) 내부에서 이동되는 이동체(20)와, 이동체(20)의 양 단부에 형성되어 관체(10)의 일부 구간을 밀봉하는 밀봉체(30) 등으로 구성되는 지중 관체 부분 확경 장치 및 이를 이용한 현장타설 합성 말뚝 공법으로서, 지반에 관입된 관체(10) 내부로 지중 관체 부분 확경 장치를 투입한 후 가동하여 관체(10)에 확경부(11)를 형성하는 것이다.

현장타설 말뚝은 기성(旣成) 말뚝과 대비되는 말뚝기초의 일종으로서, 도 1에서와 같이, 기 천공된 굴착공 또는 기 관입된 케이싱(19) 내부로 콘크리트를 타설한 후 양생하여 구성하게 되며, 기성 말뚝과는 달리 지반에 완성된 말뚝 구조체를 타입(打入)하는 공정이 불필요하므로, 항타(杭打)과정에서 유발되는 소음이나 진동을 방지할 수 있는 장점이 있다.

일반적으로 말뚝기초는 선단지지력(先端支持力)과 주면마찰력(柱面摩擦力)에 의하여 말뚝 상부 구조물의 하중이나 지하수로 인한 지중구조물의 부압(浮壓)에 저항하게 되므로, 소기의 지지력을 발현하는 암반층 이상의 굴착심도를 확보하거나, 암반층이 지나치게 깊은 경우 소정길이 이상의 근입장(根入長)을 확보하여야 한다.

또한 말뚝은 단순히 상부 하중을 지반에 전달하는 구조체로서 거동하는 것 뿐 아니라 그 자체가 일종의 장주(長柱)형 구조물로서 축방향 압축, 횡방향 휨 및 좌굴응력에 저항하여야 하는 바, 도 1에서와 같이, 통상 콘크리트 본체 내부에 보강재로서 철근(99) 또는 철골을 매입하게 된다.

한편, 이러한 보강재 구성 현장타설 말뚝의 일종으로서 강관(鋼管)을 지반에 관입시킨 후 강관을 존치한 상태에서 콘크리트를 타설 및 양생하는 현장타설 강관 합성 콘크리트 말뚝이 개발된 바 있으며, 관련 종래기술로서 공개특허 제2018-9196호 등을 들 수 있다.

공개특허 제2018-9196호를 비롯한 종래의 현장타설 합성 말뚝은 주 보강재가 말뚝에 매입되는 전통적인 현장타설 말뚝과 달리 보강재인 강관이 말뚝을 피복하는 구조를 가지는 것으로, 지반에 관입된 강관이 타설되는 콘크리트의 거푸집 역할과 보강재 역할을 겸비하게 되며, 매입식 보강재에 비하여 말뚝 구조체 자체의 구조적 강성 확보에는 유리한 것으로 알려져 있다.

전통적인 현장타설 말뚝에서는 도 1에서와 같이, 굴착장비(90)에 장착된 오거 등의 굴진체(91)를 이용하여 지반을 굴착, 천공하되, 굴진체(91)의 굴진과 동반하여 굴착공의 공벽을 유지하는 케이싱(19)이 관입되고, 케이싱(19) 하단이 목표 심도에 도달하면 굴진체(91)를 철수하고 철근(99) 등의 보강재를 케이싱(19) 내부로 투입한 후, 도면상 도시되지는 않았으나 굴착공 내부로 콘크리트를 타설하는 것으로, 이때 케이싱(19)은 콘크리트의 타설 직전에 인발되거나, 콘크리트의 타설과 동시에 인발되거나 또는 콘크리트의 타설이 완료된 직후 인발되는 방식으로 회수된다.

즉, 전통적인 현장타설 말뚝의 시공에 있어서 케이싱(19)은 공벽 유지 목적으로 활용되는 임시 구조물로서 최종 단계에서 회수되어 재사용되는 반면, 현장타설 강관 합성 말뚝에 있어서 강관은 보강재로서 영구 존치되는 차이점이 있는 것이다.

이러한 전통적인 케이싱(19) 회수형 현장타설 말뚝과 현장타설 강관 합성 말뚝은 어느 한쪽이 절대적으로 유리한 공법이라 할 수는 없는 것으로, 각각의 장단점을 감안하여 제반 여건에 따라 적용되는 공법이라 할 수 있다.

우선, 전통적인 케이싱(19) 회수형 현장타설 말뚝은 타설되는 콘크리트와 지반이 직접 접촉되는 구조로서 완성된 말뚝에 있어서 주면마찰력 확보가 용이할 뿐 아니라, 고가 자재인 케이싱(19)의 회수 및 재사용을 통하여 공사비를 절감할 수 있는 반면, 말뚝 구조체 자체의 강성이 상대적으로 취약하고, 케이싱(19)의 인발 및 재사용 공정의 수행 과정에서 시공 속도가 저하되는 문제점이 있다.

반면, 현장타설 강관 합성 말뚝은 전술한 바와 같이 말뚝 구조체 자체의 구조적 강성 확보에 유리한 바, 선단지지력이 충분히 확보되는 지반에서는 말뚝의 단면적을 축소하거나 시공 본수를 감축할 수 있으나, 말뚝과 지반간 접촉면이 강관 표면에 형성되는 바 주면마찰력 확보에 있어서 불리하다.

특히, 현장타설 강관 합성 말뚝의 시공에 있어서, 최초 굴착공 천공시 굴진체(91)와 동반 관입되는 케이싱(19)과 말뚝 보강용 강관이 별도로 구성될 수 있으며, 이 경우 케이싱(19) 내부로 보강용 강관을 투입한 후, 케이싱(19)을 인발, 철수하게 되는데, 이렇듯 굴진용 케이싱(19)과 보강용 강관이 별도로 구성되면 강관과 굴착공 공벽간 공동이 형성되거나, 말뚝 주변 지반에 상당한 교란이 유발될 수 밖에 없는 바, 실질적인 주면마찰력은 기대할 수 없게 된다.

본 발명은 전술한 문제점을 감안하여 창안된 것으로, 지반에 관입된 상태의 관체(10) 내부로 투입되는 중공체로서 하단은 폐합되고, 압송관(41) 및 구동관(42)이 내장되며, 측면에는 압송관(41)과 연결된 분출구(21)가 형성되는 이동체(20)와, 이동체(20)의 양 단부에 설치되는 환형 낭체로서, 상기 구동관(42)과 연결되고 내주면이 이동체(20)의 외주면에 밀착되는 밀봉체(30)로 구성되어, 지반에 관입된 상태의 관체(10) 내부로 이동체(20)가 투입된 후 구동관(42)으로 작동유체가 공급됨에 따라 밀봉체(30)가 팽창되면서 이동체(20) 양 단부 밀봉체(30) 사이의 관체(10) 내부 공간이 밀폐되고, 압송관(41)으로 가압유체가 공급됨에 따라 관체(10)가 확경됨을 특징으로 하는 지중 관체 부분 확경 장치이다.

또한, 지반에 관입된 상태의 관체(10) 내부로 투입되는 관상(管狀)의 중공체(中空體)로서 양단이 개방되고 개방된 양 단부에 외측으로 외경이 첨차 축소되는 내측지지부(22)가 형성되고, 압송관(41) 및 구동관(42)이 내장되며, 측면에는 압송관(41)과 연결된 분출구(21)가 형성되는 이동체(20)와, 이동체(20)의 개방된 양단에 각각 설치되는 원반체로서 이동체(20)측으로 외경이 점차 축소되고 이동체(20)측 면에는 결합관(24)이 형성되어 결합관(24)이 이동체(20) 내부로 삽입되는 외측지지부(23)와, 상기 내측지지부(22)와 외측지지부(23) 사이에 설치되는 환체(環體)인 밀봉체(30)와, 이동체(20)에 내장되어 구동관(42)이 연결되고 이동체(20) 양단에 설치된 외측지지부(23)를 연결하는 구동체(50)로 구성되어, 지반에 관입된 상태의 관체(10) 내부로 이동체(20)가 투입된 후 구동관(42)으로 작동유체가 공급되어 구동체(50)가 수축됨에 따라 이동체(20) 양단의 외측지지부(23)가 상호 근접되면서 내측지지부(22)와 외측지지부(23) 사이의 밀봉체(30)가 팽창되어 양측 밀봉체(30) 사이의 관체(10) 내부 공간이 밀폐되고, 압송관(41)으로 가압유체가 공급됨에 따라 관체(10)가 확경됨을 특징으로 하는 지중 관체 부분 확경 장치이다.

또한, 상기 지중 관체 부분 확경 장치를 이용한 현장타설 합성 말뚝 공법에 있어서, 지반에 관체(10)를 관입시키는 단계와, 관체(10)가 목표 심도에 도달하면 관체(10) 내부로 밀봉체(30)가 수축된 상태의 지중 관체 부분 확경 장치를 투입하는 단계와, 지중 관체 부분 확경 장치의 밀봉체(30)를 팽창하여 관체(10) 일부 구간을 밀폐하는 단계와, 압송관(41)으로 가압유체를 공급하여 분출구(21)로 분출된 가압유체가 관체(10)를 확경하여 확경부(11)를 형성하는 단계와, 밀봉체(30)를 수축한 후 지중 관체 부분 확경 장치를 관체(10) 외부로 철수하는 단계와, 관체(10)에 콘크리트를 타설 및 양생하는 단계로 이루어짐을 특징으로 하는 지중 관체 부분 확경 장치를 이용한 현장타설 합성 말뚝 공법이다.

본 발명을 통하여, 현장타설 합성 말뚝의 외주면에 요철을 형성함으로써 말뚝과 지반간 견고한 결합 구조를 구축할 수 있으며, 이로써 말뚝의 지지력을 획기적으로 향상시킬 수 있다.

특히, 말뚝을 구성하는 관체(10)가 지반에 관입된 상태에서 관체(10)를 부분 확경(擴徑) 변형시킬 수 있으므로, 관체(10)의 확경 부위가 주변 지반을 압축하면서 지반 조직이 치밀화될 수 있으며, 치밀화된 지반에 관체(10)의 확경 부위가 결합됨으로써, 일층 강화된 결속력이 발현될 수 있다.

이로써, 현장타설 합성 말뚝 특유의 구조적 강성을 유지하면서도 주면마찰력 내지 결속력을 획기적으로 향상시킬 수 있어, 말뚝 기초의 성능을 제고하고 상부 구조물의 안정성을 확보할 수 있다.

도 1은 종래의 현장타설 말뚝 시공 과정 설명도
도 2는 본 발명의 시공 과정 설명도
도 3은 본 발명 장치의 작동 방식 설명도
도 4는 본 발명 장치의 사시도
도 5는 본 발명 장치의 대표 단면도
도 6은 본 발명 장치의 단계별 작동 상태 설명도
도 7은 본 발명 장치의 변형된 실시예 부분 절단 분해 사시도
도 8은 도 7 실시예의 이동 상태 대표 단면도
도 9는 도 7 실시예의 밀봉 상태 대표 단면도

본 발명의 상세한 구성 및 수행 과정을 첨부된 도면을 통하여 설명하면 다음과 같다.

우선, 도 2는 본 발명의 시공 과정을 도시한 것으로, 도시된 바와 같이, 지반에 관입된 관체(10) 내부로 이동체(20) 및 밀봉체(30) 등으로 구성된 본 발명의 지중 관체 부분 확경 장치를 투입하여 관체(10)에 확경부(11)를 형성한 후, 관체(10) 내부에 콘크리트를 타설 및 양생함으로써 본 발명이 적용된 현장타설 말뚝이 완성된다.

즉, 본 발명은 사전에 부분 확경(擴徑) 내지 변형된 관체(10)를 지반에 타입하거나, 굴착공을 부분적으로 추가 굴착함으로써 현장타설 말뚝에 요철을 형성하는 것이 아니라, 관체(10)가 지반에 관입된 상태에서 관체(10) 내부로 지중 관체 부분 확경 장치를 투입하여 관체(10)를 내측에서 외측으로 가압함으로써 해당 부위에 확경부(11)를 형성하는 것이다.

따라서, 사전에 요철 가공된 관체(10)를 지반에 관입시키는 경우 불가피한 극심한 관입 저항, 주변 지반의 교란 및 이로 인한 주면마찰력 상실이 본 발명에서는 일체 수반되지 않으며, 관체(10)의 존치 상태에서 현장타설 말뚝에 부분적인 확대부 내지 요철을 형성할 수 있는 바, 종래기술에서는 현장타설 말뚝의 부분 확경이 불가능하였던 연약지반 등의 악조건에서도 적용이 가능하다.

종래의 부분 확경식 현장타설 말뚝은 케이싱(19) 없이도 자력으로 굴착공의 공벽이 유지되는 지반에 한하여 적용 가능한 것으로, 공벽 지반이 노출된 상태의 굴착공에 특수 굴착기를 투입하여 굴착공 일부 구간의 공벽에 대한 측방 추가 굴착을 실시하는 방식으로 진행되었는 바, 사실상 극히 안정적인 암반 지반에 대하여만 적용이 가능하였다.

특히, 굴착공 공벽에 대한 측방 추가 굴착과정에서 발생되는 토사 및 슬라임(slime) 등의 배토가 곤란하여, 이들 토사 및 슬라임이 굴착공 하단에 잔류될 수 밖에 없었으며, 이는 현장타설 말뚝의 구조체 자체의 강도는 물론 선단지지력을 심각하게 훼손하는 요인으로 작용하였을 뿐 아니라, 공벽의 측방 굴착시 상당한 진동 및 충격이 수반될 수 밖에 없는 바, 상부 지반의 붕락이 빈발하는 심각한 문제점이 있었다.

반면, 본 발명에서는 도 2 및 도 3에서와 같이, 관체(10)가 지반에 관입된 상태에서 관체(10) 및 굴착공에 대한 부분 확경이 진행되는 바, 굴착공 공벽 유지 여부 등 지반 조건에 관계 없이 적용이 가능할 뿐 아니라, 배토 및 붕락 관련 문제가 전혀 발생되지 않으며, 동 도면에서와 같이 다수의 확경부(11)를 자유롭게 형성할 수 있다.

이렇듯, 본 발명은 도 3에서와 같이, 지반에 관입된 상태의 관체(10) 내부로 이동체(20) 및 밀봉체(30) 등으로 구성되는 지중 관체 부분 확경 장치를 투입하여 이동체(20)에서 분출되는 가압유체가 관체(10)를 내측에서 외측으로 가압하여 강제 변형시킴으로써 단면이 확대된 확경부(11)를 형성하는 것으로, 이러한 본 발명 지중 관체 부분 확경 장치의 기본 구성이 도 4 및 도 5에 도시되어 있다.

도 4 및 도 5에서와 같이, 본 발명의 지중 관체 부분 확경 장치는 관상(管狀)의 중공체(中空體)로서 하단은 폐합되고, 압송관(41) 및 구동관(42)이 내장되며, 측면에는 압송관(41)과 연결된 분출구(21)가 형성되는 이동체(20)와, 이동체(20)의 양 단부에 설치되는 환형(環形) 낭체(囊體)로서, 상기 구동관(42)과 연결되고 내주면이 이동체(20)의 외주면에 밀착되는 밀봉체(30) 등으로 구성된다.

본 발명 지중 관체 부분 확경 장치의 이동체(20)는 도 2 및 도 3에서와 같이, 지반에 관입된 상태의 관체(10) 내부로 투입되는 본 발명 확경 장치의 본체로서, 상부에 로드(95)가 연결되어 지상과 연결되며, 밀봉체(30)가 수축된 상태에서는 밀봉체(30) 및 이동체(20)를 비롯한 본 발명 확경 장치의 평면상 최대폭이 관체(10)의 내경 미만으로 설정되므로 관체(10) 내부에서 자유로운 이동이 가능하다.

이동체(20)의 양 단부 즉, 관체(10)가 지반에 수직으로 관입된 경우 이동체(20)의 상단부 및 하단부에 각각 설치되는 밀봉체(30)는 도 4 및 도 5에서와 같이, 중공(中空)의 환형 낭체로서, 밀봉체(30)를 발췌할 경우 도넛(doughnut) 형태의 튜브(tube)를 형성하게 되며, 수축 및 팽창이 가능한 신축성 소재가 적용된다.

도 4 및 도 5에서와 같이, 이동체(20)의 밀봉체(30) 결합부에는 외측지지부(23) 및 내측지지부(22)로 구성된 V자형 요입 축경부(縮徑部)가 형성되어, 밀봉체(30)가 외측지지부(23) 및 내측지지부(22)에 밀착되면서 밀봉체(30)의 이동체(20) 이탈이 억제됨과 동시에 밀봉체(30) 내주면과 이동체(20) 외주면간 기밀이 확보된다.

즉, 본 발명 지중 관체 부분 확경 장치의 이동체(20) 양 단부의 밀봉체(30) 결합부에는 V자형 경사면인 외측지지부(23) 및 내측지지부(22)가 형성되고, 이들 외측지지부(23) 및 내측지지부(22) 사이에 신축성 환형 낭체인 밀봉체(30)가 긴밀하게 결합되는 것으로, 도 5에서와 같이, 이동체(20)에 내장되는 배관인 구동관(42)과 밀봉체(30) 내부가 연결된다.

이러한 본 발명 지중 관체 부분 확경 장치의 밀봉체(30)는 구동관(42)으로부터 공급되는 작동유체가 공급 또는 흡출됨에 따라 팽창 또는 수축되는데, 도 5에서와 같이, 이동체(20)의 양 단부에 각각 별도의 밀봉체(30)가 설치되는 바, 일측 밀봉체(30)에는 구동관(42)이 직결되고 타측 밀봉체(30)는 연결관(43)을 경유하여 연결되어 단일 구동관(42)을 통하여 양측 밀봉체(30)를 동시에 구동할 수 있게 된다.

즉, 본 발명의 지중 관체 부분 확경 장치에는 상단부와 하단부에 각각 별도의 밀봉체(30)가 구성되는 바, 이들 밀봉체(30)를 구동하기 위하여 각각 별도의 구동관(42)을 독립적으로 연결할 수도 있으나, 도 5에서와 같이, 로드(95)에 내장된 구동관(42)이 이동체(20) 내부로 진입하는 도면상 상측의 부위의 이동체(20)에 설치되는 밀봉체(30)는 구동관(42)에 직결하되, 하측 밀봉체(30)는 구동관(42)과 직결하지 않고 상측 밀봉체(30)와 하측 밀봉체(30)를 연결하는 연결관(43)을 통하여 작동유체가 전달될 수 있도록 한 것이다.

도 5에 도시된 실시예에 있어서 구동관(42)을 통하여 가압, 공급되는 작동유체는 상측 밀봉체(30) 내부로 우선 유입되어 충만된 후, 상측 밀봉체(30)에서 배출된 작동유체가 연결관(43)을 경유하여 하측 밀봉체(30)에 공급되는 방식으로 상, 하 양측의 밀봉체(30) 모두가 작동유체로 충만될 수 있으며, 일단 상, 하 양측 밀봉체(30)가 작동유체로 충만된 후 작동유체를 통한 가압이 지속됨에 따라 작동유체의 압력이 상, 하 양측 밀봉체(30)에 균일하게 작용하여 상, 하 양측 밀봉체(30)가 모두 팽창하게 된다.

작동유체의 가압에 따라 팽창된 밀봉체(30)는 작동유체의 압력이 해제되거나 작동유체가 흡출되면 자체 탄성에 의하여 수축되며, 이렇듯 지상과 연결된 구동관(42)을 통하여 작동유체를 가압하거나 작동유체의 가압 상태를 해제하는 간단한 조작만으로 관체(10)내 밀봉체(30)의 수축 및 팽창을 자유롭게 조절할 수 있다.

밀봉체(30)를 구동하는 작동유체로는 통상의 유압기계에서 활용되는 광유계 작동유를 비롯하여 다양한 유체가 적용될 수 있으며, 도면상 도시되지는 않았으나 이동체(20)에 내장되어 밀봉체(30)에 연결되는 구동관(42)은 지상의 유압펌프 등 작동유체 가압수단에 연결된다.

도 2 내지 도 5에서와 같이, 본 발명 지중 관체 부분 확경 장치의 이동체(20) 상단부는 로드(95)에 연결되고 있는데, 로드(95)는 지상의 장비와 이동체(20)를 연결하는 연속관으로서, 다수의 단위 로드(95)가 연결되는 방식으로 총 연장이 조절될 수 있으며, 도 4 및 도 5에서와 같이 이동체(20) 내장 배관인 압송관(41) 및 구동관(42)이 로드(95)에 내장되어 지상과 연결된다.

다만, 도면상 도시된 연속관 형태의 로드(95) 외에도 강연선(鋼撚線) 또는 체인 등의 선재(線材)를 통하여 지상의 장비와 이동체(20)가 연결될 수도 있으며, 이 경우 압송관(41) 및 구동관(42) 등의 배관은 선재에 간헐적으로 결속된 상태로 연결될 수 있다.

한편, 전술한 바와 같이, 본 발명의 이동체(20)에는 구동관(42)외에도 별도 배관인 압송관(41)이 내장되며, 압송관(41)은 이동체(20) 측면에 형성된 분출구(21)와 연결되어, 압송관(41)으로 압송된 가압유체가 분출구(21)를 통하여 분출됨에 따라 밀봉 상태의 관체(10) 부위가 확대 변형된다.

즉, 도 6의 좌측에 도시된 바와 같이 지반에 관입된 상태의 관체(10) 내부로 이동체(20)가 투입된 후, 동 도면의 중앙에 도시된 바와 같이 구동관(42)으로 작동유체가 가압, 공급됨에 따라 밀봉체(30)가 팽창되면서 이동체(20) 양 단부 밀봉체(30) 사이의 관체(10) 내부 공간이 밀폐되고, 동 도면의 우측에 도시된 바와 같이 압송관(41)으로 가압유체가 공급됨에 따라 관체(10)가 확경 변형되는 것이다.

압송관(41)으로 공급되는 가압유체로는 전술한 구동관(42)에서와 같은 광유 등의 작동유가 적용될 수도 있으나, 가압유체는 관체(10)의 확경이 완료된 후 회수되지 않고 지반으로 침투될 가능성이 높으므로 지반 오염을 방지하고 공사비를 절감하기 위하여 가압유체로서 물을 적용하는 것이 바람직하다.

한편, 도 7 내지 도 9는 내부에 공동이 형성되지 않은 밀봉체(30)가 적용된 실시예로서, 동 실시예에 있어서 밀봉체(30)는 밀봉체(30) 내부로 주입되는 작동유체에 의하여 팽창되는 것이 아니라 경사가 형성된 밀봉체(30) 내주면이 압박되면서 밀봉체(30)의 외경이 확대되는 방식으로 팽창 작동하게 되며, 이로써 일층 강력한 밀봉이 가능하다.

이러한 도 7 실시예에 있어서, 이동체(20)는 지반에 관입된 상태의 관체(10) 내부로 투입되는 관상(管狀)의 중공체(中空體)로서, 이동체(20)의 양단은 개방되고 개방된 양 단부에 외측으로 외경이 첨차 축소되는 내측지지부(22)가 형성된다.

또한, 이동체(20)에는 압송관(41) 및 구동관(42)이 내장되며, 이동체(20)의 측면에는 압송관(41)과 연결된 분출구(21)가 형성된다.

도 7 및 도 8에서와 같이, 이동체(20)의 개방된 양단에 각각 설치되는 원반체로서 이동체(20) 측으로 외경이 점차 축소되고 이동체(20) 측 면에는 결합관(24)이 형성되어 결합관(24)이 이동체(20) 내부로 삽입되는 외측지지부(23)가 구성되는데, 이동체(20) 양단에 각각 설치되는 외측지지부(23)는 상호 대칭을 이루며, 따라서 이동체(20) 양측에 각각 외측지지부(23)가 결합되면 내측지지부(22)와 외측지지부(23)가 V자형 요입 축경부(縮徑部)를 형성하게 된다.

이러한 상기 내측지지부(22)와 외측지지부(23) 사이에는 내부에 작동유체 주입용 공동이 형성되지 않은 환체(環體)인 밀봉체(30)가 결합되는데, 내측지지부(22)와 외측지지부(23)가 형성하는 V자형 요입 축경부에 대응되는 V자형 경사면이 밀봉체(30)의 내주면도 형성된다.

또한, 이동체(20)에 내장되어 구동관(42)이 연결되고 이동체(20) 양단에 설치된 외측지지부(23)를 연결하는 구동체(50)가 구성되는데, 도 7 및 도 8에 도시된 실시예에서는 구동체(50)로서 한쌍의 구동관(42)이 연결된 복동식 유압실린더가 적용되었으며, 구동관(42)을 통하여 작동유체가 공급됨에 따라 구동체(50)가 신축되고, 구동체(50)가 신축됨에 따라 이동체(20) 양단의 외측지지부(23)들이 상호 이격 및 근접된다.

따라서, 도 8에서와 같이, 이동체(20) 양단의 외측지지부(23)가 상호 이격되어, 밀봉체(30)가 수축된 상태로 이동체(20)가 지반에 관입된 관체(10) 내부에 투입된 후, 도 9에서와 같이 구동관(42)으로 작동유체가 공급되어 구동체(50)가 수축됨에 따라 이동체(20) 양단의 외측지지부(23)가 상호 근접되면서 내측지지부(22)와 외측지지부(23) 사이의 밀봉체(30)가 팽창되어 양측 밀봉체(30) 사이의 관체(10) 내부 공간이 밀폐될 수 있다.

도 8에서와 같이 이동체(20) 양단의 밀봉체(30)가 팽창되면서 관체(10) 내주면에 압착된 후, 동 도면상 도시되지는 않았으나 압송관(41)으로 가압유체가 공급됨에 따라 관체(10)가 확경되어 해당 부위의 관체(10)에 확경부(11)가 형성된다.

전술한 바와 같은 본 발명의 지중 관체 부분 확경 장치를 활용하여 지반에 관입된 상태의 관체(10)에 외측으로 돌출된 확경부(11)를 형성할 수 있으며, 이로써 해당 관체(10)가 피복 보강재로 적용되는 현장타설 합성 말뚝에 있어서, 주면마찰력을 비롯한 지지력을 획기적으로 제고할 수 있는데, 이러한 본 발명의 현장타설 합성 말뚝 공법의 수행 과정을 설명하면 다음과 같다.

우선, 도 2의 좌단부에 도시된 바와 같이, 지반에 관체(10)를 관입시키는 단계가 수행된다.

관체(10)의 지반 관입은 다양한 방식으로 수행될 수 있는데, 도 1에 도시된 바와 같이 굴진체(91)와 동반 관입되는 케이싱(19)을 지반에 존치하여 관체(10)로 활용하는 방식은 물론, 케이싱(19) 내부로 별도의 관체(10)를 투입한 후 관체(10)만을 존치한 채 케이싱(19)을 인발하는 방식도 가능하며, 케이싱(19)의 인발 직후 공벽의 일시 또는 장기 유지가 가능한 지반에서는 케이싱(19)을 우선 인발한 후 굴착공 내부로 관체(10)를 투입하는 방식의 적용도 가능하다.

또한, 본 발명에 있어서 적용되는 관체(10)의 소재로는 일반적인 케이싱(19) 또는 지중 압입관에서와 같은 강철은 물론, 전성(展性) 또는 연성(延性)이 풍부한 다양한 금속이 적용될 수 있으며, 이 밖에도 확경부(11)의 형성이 용이하고 공벽 유지가 가능한 합성수지 등의 다양한 소재가 적용될 수도 있다.

관체(10)가 목표 심도에 도달하면 관체(10) 내부로 밀봉체(30)가 수축된 상태의 지중 관체 부분 확경 장치를 투입하는 단계가 수행되며, 밀봉체(30)가 수축된 상태에서는 본 발명 지중 관체 부분 확경 장치의 평면상 최대 폭이 관체(10)의 내경 미만으로 설정되므로 지중 관체 부분 확경 장치의 원활한 관체(10)내 투입이 가능하다.

관체(10)에 투입된 지중 관체 부분 확경 장치가 확경부(11) 형성 계획 지점에 도달하면, 지중 관체 부분 확경 장치의 밀봉체(30)를 팽창하여 관체(10) 일부 구간을 밀폐하는 단계가 수행된다.

즉, 이동체(20) 상단부의 밀봉체(30)와 하단부의 밀봉체(30)를 동시에 팽창시켜 이들 양측 밀봉체(30) 사이의 관체(10) 내부 공간을 밀폐하는 것이다.

이후, 압송관(41)으로 가압유체를 공급하여 분출구(21)로 분출된 가압유체가 관체(10)를 확경하여 확경부(11)를 형성하는 단계가 수행되는데, 일단 1개소의 확경부(11) 형성이 완료된 후에는 밀봉체(30)를 수축하고 지중 관체 부분 확경 장치를 이동한 후, 밀봉체(30)의 팽창 및 가압유체의 압송 주입을 재차 수행하는 방식으로 도 2의 중앙부에서와 같이 다수의 확경부(11)를 반복 형성할 수 있다.

전체 확경부(11)의 형성이 완료되면 밀봉체(30)를 수축한 후 지중 관체 부분 확경 장치를 관체(10) 외부로 철수하는 단계가 수행되고, 이어서 관체(10)에 콘크리트를 타설 및 양생하는 단계가 수행됨으로써, 본 발명의 지중 관체 부분 확경 장치를 이용한 현장타설 합성 말뚝 공법이 완료된다.

10 : 관체
11 : 확경부
19 : 케이싱
20 : 이동체
21 : 분출구
22 : 내측지지부
23 : 외측지지부
24 : 결합관
30 : 밀봉체
41 : 압송관
42 : 구동관
43 : 연결관
50 : 구동체
90 : 굴착장비
91 : 굴진체
95 : 로드
99 : 철근

Claims (2)

1. 지반에 관입된 상태의 관체(10) 내부로 투입되는 중공체로서 하단은 폐합되고, 압송관(41) 및 구동관(42)이 내장되며, 측면에는 압송관(41)과 연결된 분출구(21)가 형성되는 이동체(20)와, 이동체(20)의 양 단부에 설치되는 환형 낭체로서, 상기 구동관(42)과 연결되고 내주면이 이동체(20)의 외주면에 밀착되는 밀봉체(30)로 구성되어, 지반에 관입된 상태의 관체(10) 내부로 이동체(20)가 투입된 후 구동관(42)으로 작동유체가 공급됨에 따라 밀봉체(30)가 팽창되면서 이동체(20) 양 단부 밀봉체(30) 사이의 관체(10) 내부 공간이 밀폐되고, 압송관(41)으로 가압유체가 공급됨에 따라 관체(10)가 확경되는 지중 관체 부분 확경 장치를 이용한 현장타설 합성 말뚝 공법에 있어서,
   지반에 관체(10)를 관입시키는 단계와;
   관체(10)가 목표 심도에 도달하면 관체(10) 내부로 밀봉체(30)가 수축된 상태의 지중 관체 부분 확경 장치를 투입하는 단계와;
   지중 관체 부분 확경 장치의 밀봉체(30)를 팽창하여 관체(10) 일부 구간을 밀폐하는 단계와;
   압송관(41)으로 가압유체를 공급하여 분출구(21)로 분출된 가압유체가 관체(10)를 변형 확경하여 확경부(11)를 형성하는 단계와;
   밀봉체(30)를 수축한 후 지중 관체 부분 확경 장치를 관체(10) 외부로 철수하는 단계와;
   관체(10)에 콘크리트를 타설 및 양생하는 단계로 이루어짐을 특징으로 하는 지중 관체 부분 확경 장치를 이용한 현장타설 합성 말뚝 공법.
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