KR102259389B1 - 계단형 말뚝 시공장치 및 계단형 말뚝 시공방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 계단형 말뚝 시공장치 및 계단형 말뚝 시공방법에 관한 것으로, 계단형 말뚝 시공장치는, 봉형상으로 이루어지며, 내부에 고화제가 이동할 수 있는 중공부가 형성되어 있고, 하부에 상기 중공부와 연통되어 있는 제1분사공이 마련되어 있는 로드; 상기 로드의 하부에 결합되며, 회전에 의해 지반을 굴착할 수 있는 굴착부; 및 상기 굴착부 상부에서 상기 로드 측면에 나선 형태로 결합되는 오거 스크류; 상기 로드 측면에서부터 돌출되는 교반축과, 상기 교반축 끝단에 마련되는 교반 날개를 포함하여 이루어진 날개부;를 포함하며, 상기 교반축의 길이가 동일한 1개 이상의 상기 날개부가 구비된 연속부가 형성되되, 상기 연속부는 상기 로드의 상부에서 하부로 가면서 상기 로드를 따라 복수 개가 형성되며, 복수 개의 상기 연속부에 구비된 상기 교반축의 길이는 상기 로드의 상부에서부터 하부로 갈수록 작아지는 것을 특징으로 하며, 계단형 말뚝 시공방법은 천공 단계, 고화제 주입 단계, 굴착토사-고화제 교반 단계, 말뚝 형성 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 것이다.

Description

계단형 말뚝 시공장치 및 계단형 말뚝 시공방법 {Construction apparatus of stepped pile and Construction method of stepped pile}

본 발명은 계단형 말뚝 시공장치 및 계단형 말뚝 시공방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 선단에 굴착부가 결합된 로드의 측면을 따라 연장되는 오거 스크류를 통해 천공홀 형성과정에서 발생하는 현장 굴착토사와 로드의 중공부를 통해 주입된 고화제를 천공홀 내에서 깊이 방향으로 교반할 수 있으며, 교반축의 길이가 동일한 1개 이상의 날개부가 구비된 연속부를 형성하되 연속부의 교반축 길이를 로드의 상부에서부터 하부로 갈수록 작아지게 함으로써 계단형의 말뚝을 시공할 수 있는 계단형 말뚝 시공장치와 이를 이용한 계단형 말뚝 시공방법에 관한 것이다.

강도가 크지 않은 지반에 구조물을 시공할 경우 구조물의 하중을 단단한 지지층에 전달해서 구조물을 안정적으로 지지하기 위해 말뚝을 사용하고 있다. 일반적으로 구조물을 지지하기 위한 기초로 PHC 말뚝이나 강관말뚝과 같은 기성말뚝이 시공되고, 이때 발생하는 소음과 진동으로 인해 민원이 빈번하게 발생한다. 그 결과 최근들어 구조물의 하중이 크지 않은 경우, 기성말뚝 대신 지반을 천공하는 과정에서 발생한 굴착토사와 고화제를 교반하여 깊이방향으로 직경이 동일한 원통형의 말뚝 구조물을 형성하는 시공방법이 개발되어 건설 현장에서 사용되고 있다. 그러나 이러한 말뚝 구조물은 다음과 같은 문제점을 갖고 있다.

말뚝 구조물을 시공하는 경우, 천공홀 내부에 위치하는 현장 굴착토사와 고화제가 교반되는데, 이 때 지표면으로부터의 깊이에 따라 강도가 다른 굴착토사와 고화제가 혼합되기 때문에 말뚝 구조물의 강도가 깊이에 따라 달라져서 말뚝 구조물이 구조적으로 안정하지 못하게 되는 문제점이 발생한다.

구체적으로, 지반은 일반적으로 깊이에 따라 강도가 다른 토사로 구성되어 있어서 굴착토사와 고화제를 혼합한 말뚝 구조물 시공 시 현장 굴착토사와 고화제를 제대로 교반하더라도, 교반이 동일 심도에서만 이루어지므로 심도에 따라 고화제와 교반되는 굴착토사의 종류가 달라져서 말뚝 구조물의 상,하부에서 강도 차이가 발생하는 문제점이 있다.

또한, 말뚝 구조물 상부에 하향의 압축하중이 작용하면, 말뚝 구조물과 지반 사이에는 하중 작용방향과 반대방향으로 상향의 주면마찰력이 작용하게 된다. 이러한 주면마찰력은 말뚝 구조물 상부에서 하부로 갈수록 말뚝을 통해 전달되는 하중을 경감시키기 때문에, 말뚝 구조물을 통해 전달되는 하중은 상부에서 하부로 갈수록 작게 된다. 따라서 말뚝 구조물에 전달되는 깊이별 하중 크기를 고려할 때 말뚝은 직경이 동일한 원통형보다 하부로 갈수록 직경이 작아지는 것이 시공 재료의 최적화 측면에서 유리하게 된다.

그러나 종래의 말뚝 구조물은 상부에서 하부에 이르기까지 직경이 동일한 원통형으로 이루어져 있어 말뚝 상부를 하중에 적합한 단면으로 형성하면 말뚝 하부는 하중에 비해 큰 단면을 갖게 되어 재료의 낭비가 발생하고, 말뚝 하부를 하중에 적합한 단면으로 형성하면 말뚝 상부가 하중에 비해 단면이 작아 구조적으로 취약하게 되는 문제점이 있다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 더욱 상세하게는 선단에 굴착부가 결합된 로드의 측면을 따라 연장되는 오거 스크류를 통해 천공홀 형성과정에서 발생하는 현장 굴착토사와 로드의 중공부를 통해 주입된 고화제를 천공홀 내에서 깊이 방향으로 교반할 수 있으며, 교반축의 길이가 동일한 1개 이상의 날개부가 구비된 연속부를 형성하되 연속부의 교반축 길이를 로드의 상부에서부터 하부로 갈수록 작아지게 함으로써 계단형의 말뚝을 시공할 수 있는 계단형 말뚝 시공장치와 이를 이용한 계단형 말뚝 시공방법에 관한 것이다.

상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 계단형 말뚝 시공장치는, 봉형상으로 이루어지며, 내부에 고화제가 이동할 수 있는 중공부가 형성되어 있고, 하부에 상기 중공부와 연통되어 있는 제1분사공이 마련되어 있는 로드; 상기 로드의 하부에 결합되며, 회전에 의해 지반을 굴착할 수 있는 굴착부; 및 상기 굴착부 상부에서 상기 로드 측면에 나선 형태로 결합되는 오거 스크류; 상기 로드 측면에서부터 돌출되는 교반축과, 상기 교반축 끝단에 마련되는 교반 날개를 포함하여 이루어진 날개부;를 포함하며, 상기 교반축의 길이가 동일한 1개 이상의 상기 날개부가 구비된 연속부가 형성되되, 상기 연속부는 상기 로드의 상부에서 하부로 가면서 상기 로드를 따라 복수 개가 형성되며, 복수 개의 상기 연속부에 구비된 상기 교반축의 길이는 상기 로드의 상부에서부터 하부로 갈수록 작아지며, 상기 날개부는 상기 오거 스크류가 연속되지 않는 부분을 통해 상기 로드 측면에 결합되되, 상기 날개부에 의해 상기 오거 스크류가 연속되도록 배치되며, 상기 오거 스크류와 상기 날개부는 동일한 나선상에 배치되면서, 상기 날개부의 상기 교반축 끝단은 상기 오거 스크류보다 돌출되는 것을 특징으로 하는 것이다.

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상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 계단형 말뚝 시공장치의 상기 날개부의 상기 교반 날개는, 상기 교반축의 끝단에서 상기 교반축의 외측을 향하는 방향으로 하향 경사를 형성하면서 연장되며, 상기 교반축과 상기 교반 날개가 형성하는 각도는 95도 내지 120도일 수 있다.

상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 계단형 말뚝 시공장치의 상기 교반 날개는, 상기 교반축에 결합되는 몸체와, 상기 몸체의 일단에 구비되며, 상기 몸체보다 강도가 큰 재질로 이루어진 절삭부를 포함할 수 있으며, 상기 로드 측면에는, 상기 중공부와 연통되며, 상기 고화제를 상기 로드 외부로 분사할 수 있는 제2분사공이 마련될 수 있다.

상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 계단형 말뚝 시공장치의 상기 오거 스크류는 상기 로드 측면을 따라 연장되되, 상기 오거 스크류 중간에 상기 오거 스크류가 마련되지 않는 1개 이상의 절단부가 마련될 수 있으며, 적어도 하나 이상의 상기 절단부를 중심으로 상, 하부에 있는 상기 오거 스크류의 나선 방향이, 동일하거나 서로 반대일 수 있다.

상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 계단형 말뚝 시공장치의 상기 절단부에는, 사각판 형상으로 이루어지되, 일단에 칼날이 구비된 복수 개의 파쇄 날개가 설치될 수 있다.

상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 상기 오거 스크류의 직경은 상기 로드의 길이를 따라 일정하되, 상기 굴착부의 폭보다 작거나 같을 수 있다.

상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 상기 오거 스크류의 직경은 상기 로드의 하부에서는 상기 굴착부의 폭보다 작거나 같고, 상기 로드의 하부에서 상부로 가면서 점진적으로 커지되, 천공홀의 직경 보다는 작을 수 있다.

상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 계단형 말뚝 시공방법은, 계단형 말뚝 시공장치를 이용하여, 계단 형태로 직경이 좁아지는 천공홀을 형성하는 천공 단계; 상기 계단형 말뚝 시공장치를 통해 상기 천공 단계에서 발생한 굴착토사에 고화제를 주입하는 고화제 주입 단계; 상기 계단형 말뚝 시공장치를 통해 상기 굴착토사와 상기 고화제를 교반하는 굴착토사-고화제 교반단계; 상기 굴착토사-고화제 교반단계를 거친 상기 굴착토사와 상기 고화제가 교반된 혼합물을 경화시켜 말뚝을 형성하는 말뚝 형성단계;를 포함하여 이루어지며, 상기 계단형 말뚝 시공장치는, 봉형상으로 이루어지며, 내부에 고화제가 이동할 수 있는 중공부가 형성되어 있고, 하부에 상기 중공부와 연통되어 있는 제1분사공이 마련되어 있는 로드; 상기 로드의 하부에 결합되며, 회전에 의해 지반을 굴착할 수 있는 굴착부; 및 상기 굴착부 상부에서 상기 로드 측면에 나선 형태로 결합되는 오거 스크류; 상기 로드 측면에서부터 돌출되는 교반축과, 상기 교반축 끝단에 마련되는 교반 날개를 포함하여 이루어진 날개부;를 포함하며, 상기 교반축의 길이가 동일한 1개 이상의 상기 날개부가 구비된 연속부가 형성되되, 상기 연속부는 상기 로드의 상부에서 하부로 가면서 상기 로드를 따라 복수 개가 형성되며, 복수 개의 상기 연속부에 구비된 상기 교반축의 길이는 상기 로드의 상부에서부터 하부로 갈수록 작아지며, 상기 날개부는 상기 오거 스크류가 연속되지 않는 부분을 통해 상기 로드 측면에 결합되되, 상기 날개부에 의해 상기 오거 스크류가 연속되도록 배치되며, 상기 오거 스크류와 상기 날개부는 동일한 나선상에 배치되면서, 상기 날개부의 상기 교반축 끝단은 상기 오거 스크류보다 돌출되는 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명은 교반축의 길이가 동일한 1개 이상의 날개부가 구비된 연속부를 형성하고, 연속부의 교반축 길이를 하부로 갈수록 작게 함으로써 계단형 말뚝을 시공할 수 있는 계단형 말뚝 시공장치 및 이를 이용한 계단형 말뚝 시공방법에 관한 것으로, 오거 스크류를 이용하여 천공과정에서 발생한 굴착토사와 고화제를 천공홀의 깊이방향으로 효과적으로 교반함으로써 깊이 방향으로 강도가 균일한 계단 형상의 토사-고화제 혼합 말뚝을 시공할 수 있는 장점이 있다.

본 발명은 오거 스크류를 로드 측면을 따라 연장하되, 천공홀이 시작되는 지면으로부터 일정 깊이 아래까지 연장함으로써, 천공홀 형성 과정에서 발생하는 현장 굴착토사와 고화제가 교반된 혼합물이 천공홀 외부로 배출되지 않고 천공홀 내부에서 깊이 및 반경 방향으로 효과적으로 교반될 수 있는 장점이 있다.

본 발명은 교반축의 끝단에서 교반축의 외측을 향하는 방향으로 하향 경사로 연장되는 교반 날개와, 상기 교반 날개가 지반과 접촉되는 부분에 강도가 큰 재질로 이루어진 절삭부를 추가함으로써 교반 날개의 손상을 방지할 수 있는 장점이 있다.

본 발명은 오거 스크류 중간에 마련된 1개 이상의 절단부에 복수개의 파쇄 날개를 설치하여 굴착토사-고화재 혼합물 내부에 있을 수 있는 토사 덩어리를 더욱 잘게 파쇄함으로써 굴착토사와 고화제의 교반정도를 높이고 혼합물의 강도를 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명은 오거 스크류에 형성되는 교란홀을 통해 고화제와 교반된 굴착토사 혼합물에 와류를 형성할 수 있으며, 이를 통해 고화제와 굴착토사의 교반 효과를 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 계단형 말뚝 시공장치와 계단형 말뚝의 형상을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 계단형 말뚝 시공장치의 사시도를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 교반축과 교반 날개를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 계단형 말뚝 시공장치의 오거 스크류에 교란홀이 형성된 것을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 계단형 말뚝 시공장치의 오거 스크류에 절단부가 마련된 것을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 계단형 말뚝 시공장치의 절단부를 중심으로 오거 스크류의 나선방향이 반대로 되는 것을 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 계단형 말뚝 시공방법의 공정도이다.

본 발명은 계단형 말뚝 시공장치 및 계단형 말뚝 시공방법에 관한 것으로, 선단에 굴착부가 결합된 로드의 측면을 따라 연장되는 오거 스크류를 통해 천공홀 형성과정에서 발생하는 현장 굴착토사와 로드의 중공부를 통해 주입된 고화제를 천공홀 내에서 교반함에 있어, 교반축의 길이가 동일한 1개 이상의 날개부가 구비된 연속부를 형성하되 연속부의 교반축 길이를 로드의 상부에서부터 하부로 갈수록 작아지게 함으로써 따라 계단형 말뚝을 시공할 수 있는 계단형 말뚝 시공장치와 이를 이용한 계단형 말뚝 시공방법에 관한 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세하게 설명하기로 한다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 계단형 말뚝 시공장치는, 로드(110), 굴착부(120), 오거 스크류(130), 날개부(140)를 포함한다.

상기 로드(110)는 봉형상으로 이루어지고, 내부에 고화제가 이동할 수 있는 중공부(111)가 형성되어 있으며, 하부에는 상기 중공부(111)와 연통되면서 고화제를 천공홀 내부로 분사할 수 있는 제1분사공(112)이 마련되어 있다.

상기 로드(110)는 상기 원통형 말뚝 시공장치(100)의 기본 축이 되는 것으로, 후술할 상기 굴착부(120), 상기 오거 스크류(130), 상기 날개부(140)는 상기 로드(110)를 축으로 회전될 수 있는 것이다.

상기 로드(110)의 측면에는 상기 중공부(111)와 연통되며, 고화제를 상기 로드(110) 외부로 분사할 수 있는 제2분사공(150)이 마련될 수 있다. 상기 제2분사공(150)은 상기 제1분사공(112)과 함께 천공홀 내부에 고화제를 분사하는데 사용될 수 있는 것이다. 즉, 상기 제1분사공(112)은 상기 로드(110)의 하부에서, 상기 제2분사공(150)은 상기 로드(110)의 측면에서 고화제를 분사할 수 있는 것이다. 상기 제2분사공(150)은 필요에 따라서는 복수 개가 형성될 수 있다.

상기 굴착부(120)는 상기 로드(110)의 하부에 결합되며, 회전에 의해 지반(G)을 굴착할 수 있는 것이다. 구체적으로 상기 굴착부(120)에는 날개 형상으로 돌출되는 굴착비트(121)가 마련될 수 있다. 상기 굴착부(120)가 회전하면, 상기 굴착비트(121)도 함께 회전하게 되고, 상기 굴착비트(121)가 지면을 파고들면서 지반을 굴착하여 천공홀을 형성할 수 있게 된다.

상기 오거 스크류(130)는 상기 굴착부(120)의 상부에서 상기 굴착부(120)와 이격되어 배치되며, 상기 로드(110) 측면에 나선형태로 결합되는 것이다. 상기 오거 스크류(130)는 나선형상으로 상기 로드(110)의 측면을 감싸면서 상기 로드(110) 측면을 따라 연장되되, 직경이 상기 굴착부(120)의 폭보다 작거나 같고, 천공홀이 시작되는 지면(S)과 거리를 두고 지면의 하부까지 연장될 수 있는 것이다.

상기 오거 스크류(130)의 직경은 상기 로드(110)의 길이를 따라 일정하되, 상기 굴착부(120)의 폭보다 작거나 같을 수 있다. 이를 통해 상기 오거 스크류(130)에 의해 상,하부로 이송된 굴착토사-고화제 혼합물이 상기 오거 스크류(130)와 천공홀 내벽 사이 공간을 통해 하,상부로 순환되어 깊이방향의 교반이 효과적으로 이루어질 수 있는 것이다.

또한, 상기 오거 스크류(130)의 직경은 상기 로드(110)의 하부에서는 상기 굴착부(120)의 폭보다 작거나 같지만, 상기 로드(110)의 하부에서 상부로 가면서 점진적으로 커지되, 천공홀의 직경보다 작게 할 수도 있는 것이다. 구체적으로, 상기 오거 스크류(130)의 최대 직경이 지표면에서 천공홀의 직경(도 1을 기준으로, 천공홀의 최상부 직경)보다 작게 할 수도 있는 것이다. 이를 통해 천공홀의 하부에 비해 굴착토사-고화제 혼합물의 양이 많은 천공홀 상부에서 상기 오거 스크류(130)의 직경을 크게 하여 혼합물의 상,하부 순환을 촉진함으로써 굴착토사와 고화제의 교반효과를 높일 수 있는 것이다.

구체적으로, 도 1을 참조하면, 상기 오거 스크류(130)는 현장토사와 고화제를 상,하로 교반할 수 있는 것으로, 고화제가 심도에 따라 다른 종류의 토사와 교반되어 심도별로 강도특성이 다른 토사-고화제 혼합물을 상기 오거 스크류(130)의 나선 방향을 따라 위아래로 상승 또는 하강시켜 교반시킴으로써 깊이방향으로 강도가 균일한 토사-고화제 혼합물을 형성할 수 있는 것이다.

상기 날개부(140)는 상기 로드(110) 측면으로부터 돌출되는 교반축(141)과 상기 교반축(141) 끝단에 마련되는 교반 날개(142)를 포함한다. 구체적으로, 상기 날개부(140)는 상기 로드(110)의 길이 방향을 따라, 상기 로드(110)의 상부에서부터 하부까지 복수 개가 마련될 수 있는 것이다. 복수 개의 상기 날개부(140)는 상기 로드(110)의 측면에 지그재그 방향으로 배치될 수 있는 것으로, 상기 로드(110)를 위에서 바라보았을 때 상기 날개부(140)는 'ㅡ'자 형상, 삼발이 형상, 십자 형상으로 배치될 수 있다.

도 1을 참조하면, 상기 교반축(141)의 길이가 동일한 1개 이상의 상기 날개부(140)가 구비된 연속부(140a)가 형성될 수 있다. 여기서, 상기 연속부(140a)는 상기 교반축(141)의 길이가 동일한 1개 이상의 상기 날개부(140)가 모여 있는 부분을 나타낸다.

상기 연속부(140a)는 상기 로드(110)의 상부에서 하부로 가면서 상기 로드(110)를 따라 복수 개가 형성될 수 있으며, 복수 개의 상기 연속부(140a)에 구비된 상기 교반축(141)의 길이는 상기 로드(110) 상부에서부터 하부로 갈수록 작아질 수 있다.

즉, 상기 교반축(141)의 길이가 동일한 상기 날개부(140)가 상기 로드(110)를 따라 상부에서 하부로 연장되다가, 상기 교반축(141)의 길이가 작아진다. 이후, 다시 상기 교반축(141)의 길이가 동일한 상기 날개부(140)가 상기 로드(110)를 따라 하부로 연장되다가, 상기 교반축(141)의 길이는 또 다시 작아진다.

이와 같이 상기 교반축(141)의 길이가 동일한 상기 날개부(140)가 상기 로드(110)를 따라 상부에서 하부로 연장되다가 상기 교반축(141)의 길이가 작아지고, 길이가 작아진 상기 교반축(141)이 상기 로드(110)를 따라 또 다시 하부로 연장되면, 도 1과 같이 계단형으로 직경이 작아지는 계단형 말뚝(160)을 시공할 수 있게 된다.

도 2를 참조하면, 상기 날개부(140)는 상기 로드(110)에 나선 형태로 결합되는 상기 오거 스크류(130)의 나선상에 배치함으로써 오거 스크류(130)가 연속되도록 하는 것이 바람직하다. 구체적으로, 상기 날개부(140)는 상기 오거 스크류(130)가 형성하는 나선 위에(나선상에) 상기 날개부(140)가 배치될 수 있다.

즉, 상기 오거 스크류(130)는 연속되지 않고, 중간에 연속되지 않는 부분이 존재하며, 연속되지 않는 부분에 상기 날개부(140)가 배치됨으로써 상기 오거 스크류(130)가 연속될 수 있는 것이다. 이와 같이 상기 오거 스크류(130)와 상기 날개부(140)가 동일한 나선상에 배치되면, 상기 오거 스크류(130)가 상기 날개부(140)의 보강리브 역할을 하면서 지반 천공시 상기 날개부(140)에 작용하는 저항력으로 인해 상기 날개부(140)가 변형되는 것을 방지할 수 있고, 동시에 상기 오거 스크류(130)의 나선간 공간을 최대한 확보함으로써 오거 스크류(130)을 통한 굴착토사-고화제 혼합물의 상부 이동이 원활해질 수 있다.

도 3을 참조하면, 상기 날개부(140)의 상기 교반 날개(142)는 상기 교반축(141)의 끝단에서 상기 교반축(141)의 외측을 향하는 방향으로 하향 경사를 형성하면서 연장될 수 있다. 상기 교반 날개(142)는 상기 교반축(141)과 수직하게 형성될 수도 있으나, 이와 같이 형성되면 지반 굴착중에 상기 교반 날개(142)와 천공홀 벽면간의 마찰로 인해 상기 교반 날개(142)의 손상이 빈번하게 발생하는 문제점이 있다.

이를 방지하기 위해, 상기 교반 날개(142)는 상기 교반축(141)의 끝단에서 상기 교반축(141)의 외측 방향으로 하향 경사를 형성하면서 연장될 수 있고, 상기 교반축(141)과 상기 교반 날개(142)가 형성하는 각도는 95도 내지 120도 인 것이 바람직하다. 여기서, 상기 교반축(141)의 외측이라 함은, 상기 교반 날개(142)가 배치되는 위치에서 상기 로드(110)가 위치하는 방향의 반대 방향이다.

상기 교반축(141)과 상기 교반 날개(142)가 형성하는 각도가 95도 보다 작으면, 굴착 도중 상기 교반 날개(142)의 손상이 빈번하게 발생된다. 또한, 상기 교반축(141)과 상기 교반 날개(142)가 형성하는 각도가 120도 보다 크면, 상기 교반 날개(142)의 내측이 하부 상기 연속부(140a)에 위치한 길이가 작은 교반축(141)에 부착된 교반 날개(142)의 외측보다 외부에 위치하게 되므로, 상기 교반 날개(142)의 내측면이나 교반축(141)에 의해 지반이 절삭되어 상기 교반 날개(142)와 상기 교반축(141)의 손상이 빈번하게 발생할 수 있다.

상기 교반축(141)의 끝단에서 상기 교반축(141)의 외측을 향하는 방향으로 상기 교반 날개(142)가 하향 경사를 형성하면서 지반을 굴착하기 위해서, 상기 교반 날개(142)는 상기 교반축(141)에 결합되는 몸체(143)와 상기 몸체(143)보다 강도가 큰 재질로 이루어진 절삭부(144)를 포함하는 것이 바람직하다.

상기 교반축(141)의 끝단에서 상기 교반축(141)의 외측을 향하는 방향으로 상기 교반 날개(142)가 하향 경사를 형성하면, 상기 교반 날개(142)의 일단만 지반에 접촉하게 된다. 도 3을 참조하면, 상기 몸체(143)는 상기 교반축(141)과 결합되는 부분이며, 상기 절삭부(144)는 지반과 접촉하는 부분이 된다. 상기 절삭부(144)는 지반과 접촉되기 때문에, 상기 절삭부(144)는 상기 몸체(143) 보다 강도가 큰 재질로 이루어질 수 있다.

이와 같이 상기 교반축(141)의 끝단에서 상기 교반축(141)의 외측을 향하는 방향으로 상기 교반 날개(142)에 하향 경사를 형성하면서, 상기 몸체부(143)보다 강도가 큰 재질로 이루어진 상기 절삭부(144)를 구비하면, 상기 교반 날개(142)의 손상을 방지하면서 지반을 굴착할 수 있다.

도 4를 참조하면, 상기 오거 스크류(130)에는 상기 오거 스크류(130)를 관통하는 교란홀(133)이 형성될 수 있다. 상술한 바와 같이 상기 오거 스크류(130)를 통해 토사-고화제 혼합물이 상부로 이동한 후 상기 오거 스크류(130)와 천공홀 공벽 사이의 공간으로 하부로 이동하는 방법을 통해 상하로 교반될 수 있는데, 상기 오거 스크류(130)를 통해 토사-고화제 혼합물이 상부로 이동하는 과정에서 교란홀(133)에 의해 혼합물에 와류가 형성되어 토사와 -고화제의 교반 효과를 향상시킬 수 있다.

상기 교란홀(133)은 토사-고화제 혼합물에 와류를 형성하기 위한 것으로, 상기 오거 스크류(130)에 일정한 간격으로 배치될 수 있으나, 상기 교란홀(133)을 통해 와류를 효과적으로 형성시키기 위해서는 상기 교란홀(133)이 상기 오거 스크류(130)에 불규칙적으로 형성되는 것이 바람직하다.

도 5 및 도 6을 참조하면, 상기 오거 스크류(130)는 상기 로드(110)의 측면을 따라 연장되되, 상기 오거 스크류(130)의 중간에는 상기 오거 스크류(130)가 마련되지 않는 1개 이상의 절단부(132)가 마련될 수 있다. 도 5 및 도 6 에서는 상기 절단부(132)를 나타내기 위해 상기 날개부(140)를 생략하여 도시하였으나, 도 5 및 도 6의 계단형 말뚝 시공 장치에는 상기 날개부(140)가 구비될 수 있는 것이다.

상기 절단부(132)는 상기 오거 스크류(130)가 연장되지 않는 부분이다. 상기 오거 스크류(130)에서 상기 절단부(132)를 마련하는 것은, 현장 굴착토사와 고화제의 상하방향 교반 효과를 높이기 위함이다. 상기 오거 스크류(130)에 상기 절단부(132)가 마련되지 않으면, 현장 굴착토사와 고화제 혼합물은 상기 오거 스크류(130)를 따라 계속 상승 또는 하강할 수 있게 된다.

그러나 상기 절단부(132)가 마련되면, 현장 굴착토사와 상기 고화제 혼합물은 상기 오거 스크류(130)가 없는 상기 절단부(132)에서 상승 또는 하강이 중단될 수 있게 된다. 즉, 상기 절단부(132)를 통해 현장 굴착토사와 고화제 혼합물이 계속 상승 또는 하강하는 것을 방지할 수 있게 되고, 이를 통해 상기 절단부(132)를 중심으로 구역별로 현장 굴착토사와 고화제 혼합물을 상하방향으로 효과적으로 교반할 수 있게 된다.

도 6을 참조하면, 나선 형상으로 이루어지는 상기 오거 스크류(130)의 나선 방향은 상기 절단부(132)를 중심으로 서로 반대일 수 있다. 구체적으로, 적어도 하나 이상의 상기 절단부(132)를 중심으로 상, 하부에 있는 상기 오거 스크류(130)의 나선 방향이 서로 반대일 수 있는 것이다.

상기 절단부(132)는 복수 개가 마련될 수 있는데, 상기 절단부(132)를 중심으로 상, 하부에 있는 상기 오거 스크류(130)의 나선 방향은 서로 동일할 수도 있는 것이며, 서로 반대 방향일 수도 있는 것이다. 상기 절단부(132)를 중심으로 상기 오거 스크류(130)의 나선 방향은 필요에 따라 변경될 수 있다.

이와 같이 상기 오거 스크류(130)의 나선 방향을 상기 절단부(132)를 중심으로 변경하면, 현장토사와 고화제의 교반 효과를 높일 수 있는 장점이 있다. (일 방향으로 회전하는 상기 오거 스크류(130)에 비하여, 일 방향과 타 방향으로 동시에 회전하는 상기 오거 스크류(130)는 현장 굴착토사와 고화제 혼합물에 와류를 만들어 교반 효과를 더 높일 수 있게 된다.)

또한, 상기 절단부(132)에는 굴착토사-고화제 혼합물 내부에 있을 수 있는 토사 덩어리를 더욱 잘게 파쇄할 수 있는 파쇄 날개(미도시)가 구비될 수 있다. 상기 파쇄 날개는 사각판 형상으로 이루어지는 것으로, 사각판 형상의 일단에는 날카로운 단면이 형성된 칼날이 구비될 수 있다.

구체적으로, 상기 파쇄 날개는 직사각형의 철판으로 구성될 수 있으며, 직사각형의 일 단면은 날카로운 단면으로 이루어질 수 있다. 상기 파쇄 날개는 상기 절단부(132)에서 상기 로드(110)에 결합될 수 있는 것으로, 상기 로드(110)와 함께 회전하면서 굴착토사-고화재 혼합물 내부에 있을 수 있는 토사 덩어리를 파쇄할 수 있다.

상술한 계단형 말뚝 시공장치를 이용한 계단형 말뚝 시공방법은 다음과 같다. 도 7을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 계단형 말뚝 시공방법은 천공 단계(S100), 고화제 주입 단계(S200), 굴착토사와 고화제 교반 단계(S300), 말뚝 형성 단계(S400)를 포함하여 이루어진다. 후술할 계단형 말뚝 시공방법의 계단형 말뚝 시공장치는, 상술한 계단형 말뚝 시공장치와 동일한 것이므로, 상세한 설명은 생략한다.

상기 천공 단계(S100)는 계단형 말뚝 시공장치를 이용하여 계단 형태로 직경이 좁아지는 천공홀을 형성하는 단계이다. 계단 형태의 천공홀은 단단한 풍화토나 풍화암까지 천공될 수 있다.

상술한 바와 같이 계단형 말뚝 시공장치는 상기 교반축(141)의 길이가 동일한 1개 이상의 상기 날개부(140)가 구비된 연속부(140a)가 형성될 수 있다. (상기 연속부(140a)는 상기 교반축(141)의 길이가 동일한 1개 이상의 상기 날개부(140)가 모여 있는 부분을 나타낸다.) 상기 연속부(140a)는 상기 로드(110)의 상부에서 하부로 가면서 상기 로드(110) 따라 복수 개가 형성될 수 있으며, 상기 연속부(140a)의 상기 교반축(141)의 길이는 상기 로드(110) 상부에서부터 하부로 갈수록 작아진다.

즉, 상기 교반축(141)의 길이가 동일한 상기 날개부(140)는 상기 로드(110)를 따라 상부에서 하부로 연장되다가, 상기 교반축(141)의 길이가 작아진다. 이후, 길이가 작아진 동일 길이의 교반축(141)이 상기 로드(110)를 따라 상부에서 하부로 다시 연장되다가, 상기 교반축(141)길이가 또 다시 작아진다.

이와 같이 상기 연속부(140a)가 상기 로드(110)를 따라 상부에서 하부로 가면서 복수 개 형성되고, 상기 로드(110)를 따라 상부에서 하부로 가면서 상기 연속부(140a)의 교반축(141) 길이가 작아지므로, 상기 천공 단계(S100)에서 도 1과 같은 계단 형태로 직경이 좁아지는 천공홀을 시공할 수 있게 된다.

상기 고화제 주입 단계(S200)는 상기 계단형 말뚝 시공장치를 통해 상기 천공 단계(S100)에서 발생한 굴착토사에 고화제를 주입하는 단계이다. 상기 계단형 말뚝 시공장치에는 고화제를 주입할 수 있는 홀(제1분사공(112), 제2분사공(150))이 형성되어 있으며, 상기 홀을 통해 상기 천공홀 내부로 고화제가 주입된다. 구체적으로, 상기 천공 단계(S100)에서 계단 형상의 천공홀이 단단한 풍화토나 풍화암까지 천공될 때 발생하는 상기 굴착토사에 고화제를 주입한다. 여기서, 상기 고화제 주입 단계(S200)는 상기 천공단계(S100)와 함께 진행될 수도 있다.

상기 굴착토사와 고화제 교반 단계(S300)는 상기 천공 단계(S100)에서 발생한 굴착토사와 상기 고화제 주입 단계(S200)에서 천공홀에 주입한 고화제를 상기 굴착부(120)와 상기 오거 스크류(130), 상기 날개부(140)를 이용해서 상하좌우 방향으로 교반하는 단계이다.

구체적으로 상기 굴착부(120)와 날개부(140)는 일정 깊이에서 굴착토사와 고화제를 교반하는 역할을 하며, 상기 오거 스크류(130)는 상기 굴착부(120)와 상기 날개부(140)에 의해 교반된 굴착토사-고화제 혼합물을 상하방향으로 교반해서 토사-고화제 혼합 말뚝의 강도가 길이 방향으로 일정하도록 하는 역할을 하게 된다.

상기 말뚝 형성 단계(S400)는 상기 계단형 말뚝 시공장치를 통해 상기 굴착토사와 고화제를 교반한 후 이 혼합물을 경화시켜 말뚝을 형성하는 단계이다. 상기 계단형 말뚝 시공장치에는 상기 굴착토사와 고화제를 교반할 수 있는 상기 굴착부(120), 상기 오거 스크류(130), 상기 날개부(140) 등이 마련될 수 있으며, 이를 통해 상기 굴착토사와 고화제를 상하좌우로 교반하여 강도가 균일한 계단형 형상의 말뚝을 형성하게 된다.

상술한 본 발명의 실시 예에 따른 계단형 말뚝 시공장치 및 계단형 말뚝 시공방법은 다음과 같은 효과가 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 계단형 말뚝 시공장치 및 계단형 말뚝 시공방법은 교반축의 길이가 동일한 1개 이상의 날개부가 구비된 연속부를 형성하고, 연속부의 교반축 길이를 하부로 갈수록 작게 함에 따라 계단형 말뚝을 천공할 수 있는 장점이 있다. 또한, 본 발명의 실시 예에 따른 계단형 말뚝 시공장치 및 계단형 말뚝 시공방법은 오거 스크류를 이용하여 천공과정에서 발생한 굴착토사와 고화제를 천공홀의 깊이방향으로 효과적으로 교반함으로써 깊이 방향으로 강도가 균일한 계단 형상의 토사-고화제 혼합 말뚝을 시공할 수 있는 장점이 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 계단형 말뚝 시공장치 및 계단형 말뚝 시공방법은 오거 스크류를 로드 측면을 따라 연장함으로써, 천공홀 형성 과정에서 발생하는 현장 굴착토사와 고화제가 교반된 혼합물이 천공홀 내부에서 깊이 및 반경 방향으로 효과적으로 교반할 수 있는 장점이 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 계단형 말뚝 시공장치 및 계단형 말뚝 시공방법은 교반축의 끝단에서 교반축의 외측 방향으로 하향 경사로 연장되는 교반 날개와 강도가 큰 재질로 이루어지고, 교반 날개에 고정되어 지반과 접촉되는 절삭부를 통해 교반 날개의 손상을 방지할 수 있는 장점이 있다. 또한, 본 발명의 실시 예에 따른 계단형 말뚝 시공장치 및 계단형 말뚝 시공방법은 오거 스크류에 형성되는 교란홀을 통해 토사-고화제 혼합물에 와류를 형성시킬 수 있으며, 이를 통해 토사-고화제의 교반 효과를 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 계단형 말뚝 시공장치 및 계단형 말뚝 시공방법은 오거 스크류 중간에 마련된 1개 이상의 절단부에 설치되는 복수 개의 파쇄 날개를 통해 토사-고화재 혼합물 내부에 있을 수 있는 토사 덩어리를 더욱 잘게 파쇄함으로써 굴착토사와 고화제 교반정도를 높이고 혼합물의 강도를 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

상술한 본 발명의 실시 예에 따르면 다음과 같이 변형되어 사용되는 것도 가능하다. 상기 교반축의 상, 하면에는 교반 갈귀가 형성될 수도 있다. 상기 교반 갈귀는 상기 교반축의 상면 또는 하면에 선택적으로 마련되거나, 상기 교반축의 상면 및 하면에 동시에 마련될 수 있는 것으로, 상기 교반축의 상, 하면에서 돌출되는 돌기 형상으로 이루어져 있다. 구체적으로 상기 교반 갈귀는 상기 교반축의 상, 하면에서 복수 개의 돌기가 돌출되는 형상으로, 머리빗 형상으로 이루어질 수 있다. 상기 교반 갈귀는 토사-고화제 혼합물 내부에 존재할 수 있는 토사 덩어리를 파쇄하기 위한 것으로, 복수 개의 돌기가 돌출되는 머리빗 형상의 상기 교반 갈귀를 통해 토사 덩어리를 잘게 파쇄할 수 있는 장점이 있다.

이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되지 않으며, 본 발명의 범주를 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 많은 변형이 제공될 수 있다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위를 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

110...로드 111...중공부
112...제1분사공 120...굴착부
121...굴착비트 130...오거 스크류
131...종단부 132...절단부
133...교란홀 140...날개부
140a...연속부 141...교반축
142...교반 날개 143...몸체
144...절삭부 150...제2분사공
160...계단형 말뚝

Claims (11)

1. 천공홀 형성과정에서 발생한 굴착토사와 고화제를 교반시켜 토사-고화제 혼합 말뚝을 만들기 위한 계단형 말뚝 시공장치에 있어서,
   봉형상으로 이루어지며, 내부에 고화제가 이동할 수 있는 중공부가 형성되어 있고, 하부에 상기 중공부와 연통되어 있는 제1분사공이 마련되어 있는 로드;
   상기 로드의 하부에 결합되며, 회전에 의해 지반을 굴착할 수 있는 굴착부; 및
   상기 굴착부 상부에서 상기 로드 측면에 나선 형태로 결합되는 오거 스크류;
   상기 로드 측면에서부터 돌출되는 교반축과, 상기 교반축 끝단에 마련되는 교반 날개를 포함하여 이루어진 날개부;를 포함하며,
   상기 교반축의 길이가 동일한 1개 이상의 상기 날개부가 구비된 연속부가 형성되되, 상기 연속부는 상기 로드의 상부에서 하부로 가면서 상기 로드를 따라 복수 개가 형성되며,
   복수 개의 상기 연속부에 구비된 상기 교반축의 길이는 상기 로드의 상부에서부터 하부로 갈수록 작아지며,
   상기 날개부는 상기 오거 스크류가 연속되지 않는 부분을 통해 상기 로드 측면에 결합되되, 상기 날개부에 의해 상기 오거 스크류가 연속되도록 배치되며,
   상기 오거 스크류와 상기 날개부는 동일한 나선상에 배치되면서, 상기 날개부의 상기 교반축 끝단은 상기 오거 스크류보다 돌출되는 것을 특징으로 하는 계단형 말뚝 시공장치.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 오거 스크류에는,
   상기 오거 스크류를 관통하는 교란홀이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 계단형 말뚝 시공장치.
4. 제1항에 있어서,
   상기 날개부의 상기 교반 날개는,
   상기 교반축의 끝단에서 상기 교반축의 외측을 향하는 방향으로 하향 경사를 형성하면서 연장되며,
   상기 교반축과 상기 교반 날개가 형성하는 각도는 95도 내지 120도인 것을 특징으로 하는 계단형 말뚝 시공장치.
5. 제4항에 있어서,
   상기 교반 날개는,
   상기 교반축에 결합되는 몸체와, 상기 몸체의 일단에 구비되며, 상기 몸체보다 강도가 큰 재질로 이루어진 절삭부를 포함하는 것을 특징으로 하는 계단형 말뚝 시공장치.
6. 제1항에 있어서,
   상기 오거 스크류는 상기 로드 측면을 따라 연장되되, 상기 오거 스크류 중간에 상기 오거 스크류가 마련되지 않는 1개 이상의 절단부가 마련되는 것을 특징으로 하는 계단형 말뚝 시공장치.
7. 제6항에 있어서,
   적어도 하나 이상의 상기 절단부를 중심으로 상, 하부에 있는 상기 오거 스크류의 나선 방향이, 동일하거나 서로 반대인 것을 특징으로 하는 계단형 말뚝 시공장치.
8. 제7항에 있어서,
   상기 절단부에는,
   사각판 형상으로 이루어지되, 일단에 칼날이 구비된 복수 개의 파쇄 날개가 설치되는 것을 특징으로 하는 계단형 말뚝 시공장치.
9. 제1항에 있어서,
   상기 오거 스크류의 직경이 상기 로드의 길이를 따라 일정하되, 상기 굴착부의 폭보다 작거나 같은 것을 특징으로 하는 계단형 말뚝 시공장치.
10. 제1항에 있어서,
    상기 오거 스크류의 직경이 상기 로드의 하부에서는 상기 굴착부의 폭보다 작거나 같고,
    상기 오거 스크류의 직경이 상기 로드의 하부에서 상부로 가면서 점진적으로 커지되, 천공홀의 직경 보다는 작은 것을 특징으로 하는 계단형 말뚝 시공장치.
11. 천공홀 형성과정에서 발생한 굴착토사와 고화제를 교반시켜 토사-고화제 혼합 말뚝을 만들기 위한 계단형 말뚝 시공방법에 있어서,
    계단형 말뚝 시공장치를 이용하여, 계단 형태로 직경이 좁아지는 천공홀을 형성하는 천공 단계;
    상기 계단형 말뚝 시공장치를 통해 상기 천공 단계에서 발생한 굴착토사에 고화제를 주입하는 고화제 주입 단계;
    상기 계단형 말뚝 시공장치를 통해 상기 굴착토사와 상기 고화제를 교반하는 굴착토사-고화제 교반단계;
    상기 굴착토사-고화제 교반단계를 거친 상기 굴착토사와 상기 고화제가 교반된 혼합물을 경화시켜 말뚝을 형성하는 말뚝 형성단계;를 포함하여 이루어지며,
    상기 계단형 말뚝 시공장치는,
    봉형상으로 이루어지며, 내부에 고화제가 이동할 수 있는 중공부가 형성되어 있고, 하부에 상기 중공부와 연통되어 있는 제1분사공이 마련되어 있는 로드; 상기 로드의 하부에 결합되며, 회전에 의해 지반을 굴착할 수 있는 굴착부; 및 상기 굴착부 상부에서 상기 로드 측면에 나선 형태로 결합되는 오거 스크류; 상기 로드 측면에서부터 돌출되는 교반축과, 상기 교반축 끝단에 마련되는 교반 날개를 포함하여 이루어진 날개부;를 포함하며, 상기 교반축의 길이가 동일한 1개 이상의 상기 날개부가 구비된 연속부가 형성되되, 상기 연속부는 상기 로드의 상부에서 하부로 가면서 상기 로드를 따라 복수 개가 형성되며, 복수 개의 상기 연속부에 구비된 상기 교반축의 길이는 상기 로드의 상부에서부터 하부로 갈수록 작아지며,
    상기 날개부는 상기 오거 스크류가 연속되지 않는 부분을 통해 상기 로드 측면에 결합되되, 상기 날개부에 의해 상기 오거 스크류가 연속되도록 배치되며,
    상기 오거 스크류와 상기 날개부는 동일한 나선상에 배치되면서, 상기 날개부의 상기 교반축 끝단은 상기 오거 스크류보다 돌출되는 것을 특징으로 하는 계단형 말뚝 시공방법.

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