KR102288469B1 - 이중 튜브강체를 이용한 지중구조물 시공방법 및 이를 이용하여 시공된 지중구조물 - Google Patents

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Abstract

외부튜브에 철근조립체와 내부튜브를 삽입 설치한 후, 지중에 먼저 시공하고, 콘크리트를 외부튜브 내부에 먼저 충전시키고, 내부튜브를 통해 천공홀 하방으로 추가 천공한 후, 선단강재를 내부튜브를 통해 추가 삽입하여 지중벽체와 같은 지중구조물(A)을 연속시공하는 이중 튜브강체를 이용한 지중구조물 시공방법 및 이를 이용하여 시공된 지중구조물이 개시된다.

Description

이중 튜브강체를 이용한 지중구조물 시공방법 및 이를 이용하여 시공된 지중구조물{UNDERGROUND STRUCTURE CONSTRUCTION METHOD WITH DOUBLE CONCRETE TUBE AND UNDERGROUND STRUCTURE CONSTRUCTED USING THE SAME}
본 발명은 이중 튜브강체를 이용한 지중구조물 시공방법에 관한 것이다. 더욱 구체적으로 외부튜브에 철근조립체와 내부튜브를 삽입 설치한 후, 지중에 먼저 시공하고, 콘크리트를 외부튜브 내부에 먼저 충전시키고, 내부튜브를 통해 천공홀 하방으로 추가 천공한 후, 선단강재를 내부튜브를 통해 추가 삽입하여 지중벽체와 같은 지중구조물(A)을 연속시공하는 이중 튜브강체를 이용한 지중구조물 시공방법 및 이를이용하여 시공된 지중구조물에 관한 것이다.
도 1a는 종래 지오튜브 시공예시도를 도시한 것이다.
즉, 지중에 케이싱(20)을 이용하여 하방으로 굴착하여 천공홀을 시공하고,
상기 천공홀 내부에, 지오튜브(60) 내측에 스페이서에 의하여 삽입 세팅되는 철근조립체(70)를 삽입한 후, 철근조립체(70)가 매립되도록 콘크리트를 충전시킨 후, 케이싱을 인발하여 지중에 철근조립체(70)가 내부에 매립된 철근콘크리트 파일을 시공하고 있음을 알 수 있다.
상기 케이싱(20)은 천공홀 시공 시 공벽을 유지를 위한 것으로서 지오튜브(60)를 사용함으로서 케이싱에 직접 콘크리트가 접하지 않기 때문에 인발 저항을 감소시킬 수 있고, 철근조립체(70)를 지오튜브(20)와 일체로 천공홀(H) 삽입시킬 수 있기 때문에 관입저항을 최소화시키면서, 콘크리트 타설 시 거푸집 역할과 철근조립체의 부상 방지 역할도 할 수 있기 때문이다.
이러한 지오튜브(60)는 토목시공에서 일반적으로 사용되고 있는 재질로서 포설이 용이하고 고강도의 기능을 갖는 PET. PP를 사용하여 주로 제작하나, 함석, PVC, FRP 중 어느 하나의 기타 재질도 사용 가능하며, 단면형상이 원형관, 파형관, 나선관, 평활관, 주름관 등을 사용하되 원형관 형상이 통상 이용될 수 있다고 소개되어 있다.
도 1b는 종래 지오튜브(60)와 케이싱(20)의 삽입시공예시도이다.
즉, 케이싱(20)은 통상 강관을 이용하고, 지오튜브(60)는 강재가 아닌 플렉서블한 재질을 이용하기 때문에 롤러와 같은 슬라이딩장치(61)를 이용하여 스페이서 역할도 하면서 삽입시공의 효율성을 높이고 있음을 알 수 있다.
즉, 종래 지오튜브(60)를 이용한 지중구조물 시공은 파일, 지중벽체를 시공함에 있어 철근조립체와 콘크리트 충전을 위한 일종의 거푸집으로 사용하고 있음을 알 수 있는데 천공홀을 지중의 토사층, 암반층까지 미리 굴착 시공해야 하고, 암반층까지 철근조립체가 위치하도록 하여 콘크리트를 천공홀에 충전 및 양생시겨, 결국 파일, 지중벽체의 하단이 암반층에 선단 지지 되도록 시공하고 있음을 알 수 있다.
이때 콘크리트 충전 시, 철근조립체의 부력에 의한 부상 방지 문제도 있지만, 천공홀을 동일한 직경으로 암반층까지 연속시공 하는 것은 굴착장비의 대형화 및 공기지연 요소가 될 수밖에 없고, 지오튜브(60)는 통상 케이싱 삽입 깊이 정도까지 연장된 것을 이용하지만 케이싱 하방의 천공홀 공벽 유지가 필요 하는등 안전관리 문제도 고려해야 함을 알 수 있다.
나아가 종래 지오튜브(60)는 하부가 모두 개방되도록 하여 천공홀에 삽입 시공되고 있었는데, 트레미관을 이용하여 지오튜브(60) 내측에 충전시킬 경우, 천공홀을 통하여 지하수등이 유입되어 콘크리트의 물/시멘트비가 변경되는 등의 문제로 콘크리트 지중구조물 품질관리에 한계가 있었다.
0001)대한민국 특허 제 10-1664368호(발명의 명칭: 지오튜브를 이용한 현장타설말뚝의 두부정리부위를 지상화하여 시공하는 방법, 공개일자: 2016년10월24일) 0002)대한민국 특허 제 10-1972381호(발명의 명칭: 지오튜브와 매트를 이용한 일체형 블럭보강 현장타설 말뚝 구조 및 그 시공방법, 공개일자: 2019년04월25일)
이에 본 발명은 지오튜브 사용과 천공홀의 깊이도 최소화시켜 시공하되, 내부튜브를 이용하여 외부튜브의 하부가 폐색되고, 상부가 개방된 이중 튜브강체를 제공함으로서 이중 튜브강체 시공 시, 지하수등의 유입으로 인한 품질관리 문제를 해결할 수 있는 이중 튜브강체를 이용한 지중구조물 시공방법 및 이를 이용하여 시공된 지중구조물 제공을 해결하고자 하는 기술적 과제로 한다.
또한 본 발명은 외부튜브의 하부가 폐색되고, 상부가 개방된 이중 튜브강체를 관통하는 내부튜브를 이용하여 천공홀 하방으로 H형 강재등과 같은 선단강체를 추가 시공할 수 있도록 함으로서 경제적이고 효과적인 지중구조물(A) 시공이 가능한 이중 튜브강체를 이용한 지중구조물 시공방법 및 이를 이용하여 시공된 지중구조물 제공을 해결하고자 하는 기술적 과제로 한다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 이중 튜브강체를 이용한 지중구조물 시공방법 및 이를 이용하여 시공된 지중구조물은, (a) 철근조립체가 내측에 위치하며, 철근조립체를 관통하여 내부튜브가 설치되며 내부튜브의 선단부가 하부와 연결되어 상부는 개방되고 하부가 폐색되는 외부튜브를 천공홀(H)에 삽입시키는 단계; 및 (b) 상기 외부튜브 내측에 콘크리트를 충전시키되, 내부튜브에는 채워지지 않도록 하여 이중 튜브강체를 천공홀(H)에 밀착 형성시키는 단계;c) 상기 내부튜브를 이용하여 천공홀(H) 선단으로부터 더 하방의 지중으로 천공홀(H2)를 형성시킨 후, 선단강재를 천공홀(H2)에 삽입시키는 단계; 및 (d) 상기 선단강재가 삽입된 천공홀(H2)과 내부튜브에 콘크리트를 충전시켜 선단강체를 형성시키는 단계;를 포함하며, 상기 (b) 단계의 이중 튜브강체는 하부가 폐색된 외부튜브 내측에 콘크리트가 타설되어 외부튜브와 접하는 천공홀(H)에는 콘크리트가 노출되지 않는 이중 튜브강체를 이용하며, 상기 (d) 단계의 선단강체와 이중 튜브강체와 일체화되어 상기 선단강체가 일체화된 이중 튜브강체를 측방으로 서로 연속되도록 시공하여 지중구조물(A)를 시공하게 된다.
본 발명에 의하면 외부튜브는 예컨대 토사층에 위치하도록 하고, 외부튜브 내측에 세칭되는 내부튜브를 이용하여 토사층 하부의 암반층까지 연장되도록 선단 강체를 시공하고, 내부튜브는 최종 마감하여 선단 강체와 이중 튜브강체를 서로 일체화시켜 시공함으로서, 토상층과 암반층에 지중구조물을 보다 신속하게 시공할 수 있어 공기단축도 가능하여 경제적인 지중구조물(A) 시공이 가능하게 된다.
또한 본 발명에 의하면 외부튜브는 상부는 개방되고 하부는 내부튜브의 선단과 연결되어 폐색시킴에 따라 지하수등의 유입에 의하여 품질관리에 영향을 받지 않는 콘크리트 충전 효과를 확보할 수 있어 보다 효과적인 지중구조물 시공이 가능하게 된다.
도 1a는 종래 지오튜브 시공예시도를 도시한 것이다.
도 1b는 종래 지오튜브와 케이싱의 삽입시공예시도이다.
도 2a, 도 2b, 도 2c, 도 2d는 본 발명의 이중 튜브강체를 이용한 지중구조물 시공방법의 시공순서도,
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 이중 튜브강체용 외부튜브와 철근조립체의 구성예시도 및 지중구조물(A) 시공예시도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
[ 본 발명의 이중 튜브강체(100)를 이용한 지중구조물(A) 시공방법]
도 2a, 도 2b, 도 2c, 도 2d는 본 발명의 이중 튜브강체(100)를 이용한 지중구조물(A) 시공방법의 시공순서도, 도 3a 및 도 3b는 본 발명의 이중 튜브강체용 외부튜브와 철근조립체의 구성예시도 및 지중구조물(A) 시공예시도를 도시한 것이다.
즉, 상기 이중 튜브강체(100)를 이용한 지중구조물 시공방법은 지중에 이중 튜브강체(100)를 시공하면서, 이중 튜브강체(100) 내측 하방으로 선단강체(200)를 추가로 시공하여 예컨대 암반층에는 선단강체(200)가 시공되고, 암반층 상부 토사층에는 이중 튜브강체(100)가 시공되도록 하되, 상기 선단강체(200)와 이중 튜브강체(100)가 일체화되도록 하여, 이중 튜브강체(100)를 암반층까지 안정적으로 선단 지지가 가능한 지중구조물(A) 시공이 가능하도록 한 것이다.
이때 상기 이중 튜브강체(100)는 외부튜브(110) 내측에 철근조립체(120)과 내부튜브(140)가 삽입 설치되도록 하되, 내부튜브(140) 선단과 외부튜브(110) 하부가 서로 연결되어 내부튜브(140)의 하부는 개방되도록 하되, 상부는 개방되고 하부는 폐색되는 외부튜브(110)에 의하여, 충전된 콘크리트가 천공홀(H) 외벽으로 팽창하면서 밀착시켜 시공할 수 있게 되며, 천공홀(H)을 통한 지하수등이 충전된 콘크리트로 유입되지 않기 때문에 품질관리가 가능한 콘크리트 말뚝체등에 의한 지중구조물(A) 시공이 가능하게 된다.
이에 상기 이중 튜브강체(100)를 이용한 지중구조물(A) 시공방법을 살펴보면,
먼저, 도 2a와 같이 천공홀(H)을 지반(G) 굴착을 통해 시공한 후, 미리 제작된 이중 튜브강체(100)를 천공홀(H)에 일정깊이로 시공하고, 콘크리트(130) 충전을 위해 트레미관(150)을 이중 튜브강체(100) 내부에 위치하도록 설치하게 된다.
이때 천공홀(H)의 공벽 유지를 위하여 케이싱(C)을 함께 시공할 수 있으며, 이중 튜브강체(100)는 미리 삽입 깊이를 고려하여 제작한 것을 이용하게 된다.
이러한 이중 튜브강체(100)는 도 3a와 같이, 외부튜브(110) 내부에 미리 철근조립체(120)를 일체화시켜 함께 천공홀(H)에 삽입시킬 수 있도록 하면서, 철근조립체(120)를 관통하도록 내부튜트(140)를 설치하고, 상기 내부튜브(140)의 선단 외측과 외부튜브(110)를 서로 연결시켜 이중 튜브강체(100)의 하부는 폐색되고 상부는 개방되도록 한 것이다.
이에, 도 3a를 기준으로 상기 외부튜브(110) 내부에 미리 철근조립체(120)와 내부튜브(140)를 어떻게 조립시키는 가를 살펴보면 다음과 같다.
먼저 상기 철근조립체(120)는 도 3a와 같이, 천공홀(H)의 단면형태에 맞추어 다수의 길이방향 철근(121)과 길이방향 철근(121)을 서로 구속하면서 형태를 유지하는 나선형 스트럽철근(122)을 포함하게 되며, 일정한 길이로 제작하게 된다.
도 3a에는 원형 단면의 철근조립체(120)가 도시되어 있으나 다양한 단면 형태로 제작이 가능할 것이다.
다음으로 도 3a와 같이, 외부튜브(110) 내측에 위치하도록 상기 철근조립체(120)를 외부튜브(110)에 삽입시키게 된다.
상기 외부튜브(110)는 철근조립체(120)를 내측에 수용하는 크기의 단면형태로서 통상은 원형 단면의 지오튜브를 이용할 수 있다.
이러한 지오튜브는 다양한 크기와 단면으로 제작할 수 있는데, PE, PVC 주름관, 박판의 스테인레스관, 파이프등 기성 제품을 이용해도 상관없다.
이때 상기 철근조립체(120)의 외측면에는 스페이서를 설치하여 외부튜브(110) 내측 중앙에 철근조립체(120)가 배치될 수 있도록 하게 된다.
다음으로는 도 3a와 같이, 상기 철근조립체(120)의 중앙에 내부튜브(140)가 미리 삽입되도록 하여 내부튜브(140) 선단부를 외부튜브(110)와 서로 연결시키게 된다.이에 외부튜브(110)의 내측으로 충전되는 콘크리트(130)가 유입되지 않도록 하고, 상기 내부튜브(140)를 통해 선단강체(200)를 삽입 시공할 수 있게 된다.
이때 내부튜브(140)는 외부튜브(110)와 대비하여 직경이 작게 형성된 관부재를 이용하거나 역시 지오튜브와 같이 PE, PVC 주름관, 박판의 스테인레스관, 파이프등 기성 제품을 이용해도 상관없다.
이때 상기 내부튜브(140)와 외부튜브(110) 사이에는 콘크리트(130) 충전을 위한 트레미관(150)을 추가로 설치하고, 트레미관(150)의 선단부는 외부튜브(110)의 내측 하부까지만 연장되도록 세팅하게 된다.
이에 트레미관(150)과 함께 이중 튜브강체(100)는 케이싱(C) 설치 심도를 지나 지반 하방으로 천공홀(H)의 선단부까지 삽입 시공되도록 하게 된다.
다음으로, 도 2b와 같이 콘크리트(130)를 트레미관(150)을 통해 천공홀(H)에 충전시켜 이중 튜브강체(100)를 지반의 천공홀(H)에 밀착되도록 형성시키고 케이싱(C)을 인발시키게 된다.
즉, 트레미관(150)의 두부로부터 콘크리트(130)를 고압으로 외부튜브(110) 내측으로 충전시키게 되면 외부튜브(110) 내측 선단으로부터 상방으로 타설된 콘크리트(130)가 채워지면서 외부튜브(110)를 팽창시켜 천공홀(H)에 밀착 설치할 수 있게 되고, 내부튜브(140)에는 달리 콘크리트(130)가 채워지지 않게 된다.이로서 이중 튜브강체(100)는 하부가 폐색된 외부튜브(110) 내측에 콘크리트(130)가 타설되어 외부튜브(110)와 접하는 천공홀(H)에는 콘크리트(130)가 노출되지 않아 지하수등에 의한 영향을 받지 않게 된다.
이에 콘크리트(130)가 완전히 양생 되기 이전에 케이싱(C)과 트레미관(150)을 인발시켜 재사용이 가능하도록 하게 되며, 철근조립체(120)는 외부튜브(110) 내측에서 충전된 콘크리트(130)에 매립되어 합성 됨으로서 서로 일체화되게 된다.
다음으로, 도 2c와 같이 콘크리트(130)가 충전되어 양생된 상태에서 내부튜브(140)를 통해 천공홀(H) 선단으로부터 더 하방의 지중으로 천공홀(H2)를 추가로 형성시킨 후, 선단강재(210)를 천공홀(H2)에 삽입시키게 된다.
내부튜브(140)는 외부튜브(110) 보다 직경이 작게 형성되어 있고, 콘크리트(130)가 충전되지 않은 상태이므로, 미 도시한 굴착기를 내부튜브(140) 내측으로 삽입하여 천공홀(H) 선단으로부터 더 하방의 지중으로 천공홀(H2)를 형성시키고, 상기 천공홀(H2)에 H형 강재와 같은 선단강재(210)를 삽입시켜 천공홀(H2) 내측과 천공홀(h1) 선단부로부터 상방으로 선단강재(210)가 연장되도록 세팅시키게 된다.
다음으로, 도 2d와 같이 내부튜브(140) 내측으로 역시 콘크리트(130)를 충전시켜 최종 선단강체(200)를 형성시키면서 이중 튜브강체(100)와 일체화시키고 이러한 선단강체(200)가 일체화된 이중 튜브강체(100)를 측방으로 서로 연속적으로 시공하게 된다.
상기 내부튜브(140)는 선단강재(210)만 삽입된 상태이므로 역시 콘크리트(130)를 내부튜브(140)에 충전시켜 선단강재(210)가 내부튜브(140)에 콘크리트(130)에 의하여 매립되도록 하여 최종 선단강재(210), 내부튜브(140), 이중 튜브강체(100)는 서로 일체화된다. 이에 내부튜브(140)는 주름관등을 이용하여 일체화가 용이하도록 하는 것이 바락직하다.
[ 본 발명의 이중 튜브강체를 이용한 지중구조물(A)]
이에, 도 3b와 같이 선단강체(200)가 일체화된 이중 튜브강체(100)는 측방으로 서로 연속시공함에 있어 측면차수재(220)를 매개로 하여 지중구조물(A)이 시공되도록 함으로서 차수성을 확보할 수 있도록 하고, 선단강체(200)가 일체화된 이중 튜브강체(100)는 원형 또는 사각단면으로 연속형성될 수 있음을 알 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 이중 튜브강체 110: 외부튜브
120: 철근조립체 121: 길이방향 철근
122: 스트럽철근 130: 콘크리트
140: 내부튜브 150: 트레미관
200: 선단강체 210: 선단강재
220: 측면차수재

Claims (6)

  1. (a) 철근조립체(120)가 내측에 위치하며, 철근조립체(120)를 관통하여 내부튜브(140)가 설치되며 내부튜브(140)의 선단부가 하부와 연결되어 내부튜브(140)의 하부는 개방되도록 하되, 상부는 개방되고 하부는 폐색되는 외부튜브(110)를 천공홀(H)에 삽입시키는 단계; 및
    (b) 상기 외부튜브(110) 내측에 콘크리트(130)를 충전시키되, 내부튜브(140)에는 채워지지 않도록 하여 이중 튜브강체(100)를 천공홀(H)에 밀착 형성시키는 단계;
    (c) 상기 내부튜브(140)를 이용하여 천공홀(H) 선단으로부터 더 하방의 지중으로 천공홀(H2)를 형성시킨 후, 선단강재(210)를 천공홀(H2)에 삽입시키는 단계; 및
    (d) 상기 선단강재(210)가 삽입된 천공홀(H2)과 내부튜브(140)에 콘크리트(130)를 충전시켜 선단강체(200)를 형성시키는 단계;를 포함하며,
    상기 (b) 단계의 이중 튜브강체(100)는 하부가 폐색된 외부튜브(110) 내측에 콘크리트가 타설되어 외부튜브(110)와 접하는 천공홀(H)에는 콘크리트(130)가 노출되지 않는 이중 튜브강체를 이용하며,
    상기 (d) 단계의 선단강체(200)와 이중 튜브강체(100)와 일체화되어 상기 선단강체(200)가 일체화된 이중 튜브강체(100)를 측방으로 서로 연속되도록 시공하여 지중구조물(A)를 시공하는 이중 튜브강체를 이용한 지중구조물 시공방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 외부튜브(110)는 지오튜브를 포함하며, 상기 내부튜브(140)는 외부튜브(110) 보다 직경이 작은 주름관을 포함하는 이중 튜브강체를 이용한 지중구조물 시공방법.
  4. (a) 철근조립체(120)가 내측에 위치하며, 철근조립체(120)를 관통하여 내부튜브(140)가 설치되며 내부튜브(140)의 선단부가 하부와 연결되어 내부튜브(140)의 하부는 개방되도록 하되, 상부는 개방되고 하부는 폐색되는 외부튜브(110)를 천공홀(H)에 삽입시키는 단계; 및
    (b) 상기 외부튜브(110) 내측에 콘크리트(130)를 충전시키되, 내부튜브(140)에는 채워지지 않도록 하여 이중 튜브강체(100)를 천공홀(H)에 밀착 형성시키는 단계;
    (c) 상기 내부튜브(140)를 이용하여 천공홀(H) 선단으로부터 더 하방의 지중으로 천공홀(H2)를 형성시킨 후, 선단강재(210)를 천공홀(H2)에 삽입시키는 단계; 및
    (d) 상기 선단강재(210)가 삽입된 천공홀(H2)과 내부튜브(140)에 콘크리트(130)를 충전시켜 선단강체(200)를 형성시키는 단계;를 포함하며,
    상기 (b) 단계의 이중 튜브강체(100)는 하부가 폐색된 외부튜브(110) 내측에 콘크리트가 타설되어 외부튜브(110)와 접하는 천공홀(H)에는 콘크리트(130)가 노출되지 않는 이중 튜브강체를 이용하며,
    상기 (d) 단계의 선단강체(200)와 이중 튜브강체(100)와 일체화되어 상기 선단강체(200)가 일체화된 이중 튜브강체(100)를 측방으로 서로 연속되도록 시공하여 지중구조물(A)를 시공하는
    이중 튜브강체를 이용한 지중구조물 시공방법에 의하여 시공된 지중구조물.
  5. 삭제
  6. 제4항에 있어서,
    상기 선단강체(200)가 일체화된 이중 튜브강체(100)는 측방으로 측면차수재(220)를 설치하여 서로 연속시공되는 이중 튜브강체를 이용한 지중구조물 시공방법에 의하여 시공된 지중구조물.
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