KR102315113B1

KR102315113B1 - 주면 마찰력 및 선단 지지력 증가를 위한 헬리컬 파일 및 그 시공방법

Info

Publication number: KR102315113B1
Application number: KR1020210021744A
Authority: KR
Inventors: 김형남
Original assignee: 주식회사 삼보지반기술
Priority date: 2021-02-18
Filing date: 2021-02-18
Publication date: 2021-10-20

Abstract

본 발명은 본 발명은 주면 마찰력 및 선단 지지력 증가를 위한 헬리컬 파일 및 그 시공방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 헬리컬 파일의 강성 확보와 함께 그라우팅재의 주입 편의성 향상과 헬리컬 파일을 타격시켜 선단이 암반층에 고정되도록 함으로써 선단 지지력을 향상시킬 수 있도록 발명한 것이다.
본 발명의 구성은, 중공의 파이프 형상을 갖고, 복수개를 상호 연결시켜 형성되는 파일본체(110)와;
상기 파일본체(110)의 최하단에 연결되며, 내면에 동력전달홀더(122)를 갖는 중앙격벽(121)이 구비되고, 상기 중앙격벽(121)을 기준으로 상측 외면에 복수개의 그라우팅재 이동홀(123)을 형성되며 하측 외면에 나선형 원판(124)이 복수개 형성된 관입추진부(120)와;
상기 파일본체(110)의 중공 내부에서 복수개를 상호 연결시켜 형성되고, 최상단부는 회전모터(P1)와 분리 가능하게 연결되며, 최하단부는 관입추진부(120)의 동력전달홀더(122)에 연결되어 상기 파일본체(110) 및 관입추진부(120)를 회전시키는 동력전달축(130)과;
상기 관입추진부(120)의 나선형 원판(124)과 그라우팅재 이동홀(123) 사이에는 상측 방향으로 공벽지지관(141)이 연장되어 내부공간을 갖고 상측이 개구되게 구비한 그라우팅 공간형성기(140)와;
상기 관입추진부(120)의 중앙격벽(121)을 기준으로 하측 공간에 삽입되어, 첨탑형상의 센터노크(152)가 구비된 선단확장캡(151)이 관입추진부(120)의 하측 선단에 결합되어 고정되는 내부중량체파일(150);을 포함해 구성된다.

Description

주면 마찰력 및 선단 지지력 증가를 위한 헬리컬 파일 및 그 시공방법 {Helical pile and construction method for increasing peripheral friction and tip bearing capacity}

본 발명은 주면 마찰력 및 선단 지지력 증가를 위한 헬리컬 파일 및 그 시공방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 헬리컬 파일의 직경을 그라우팅재를 사용하여 전심도 일정한 두께로 증가시켜 주면마찰력이 증가되며, 헬리컬 파일을 타격시켜 선단이 암반층에 고정되도록 함으로써 선단 지지력을 향상시킬 수 있도록 발명한 것이다.

건축물이나 토목구조물이 지반 위에서 안전하게 지지될 수 있도록 하기 위해, 상부구조물의 하중을 지지하면서 상기 하중을 지반으로 전달하기 위해 지반 속으로 파일(Pile)을 설치하게 되는데, 파일에 타격을 가하는 타격방식과 파일을 회전 및 압입하는 헬리컬 방식이 주로 사용되어 왔다.

상기 헬리컬 파일(Helical Pile) 방식은 일반적으로 파이프 형태로 된 샤프트와 다수의 나선형 원판이 적절한 간격을 두고 구비되는 나선형원판, 지압판 등을 포함해 구성되는데, 유압 모터를 이용한 회전력(Torque Force)을 이용하여 샤프트에 구비된 나선형원판을 회전시켜 지반 속에 관입됨으로써 구조물의 하중을 지지한다.

상기와 같이 일반적으로 적용되는 헬리컬 파일의 구조 및 시공방법에 대해서 도 1을 참조해 설명하면 다음과 같다.

종래의 헬리컬 파일(10)은 다수의 나선형원판(14)이 구비된 관입추진부(13)와 파일본체(11)를 결합시키는 연결커플러(12)로 크게 구성되며, 지상부에 설치된 회전 모터(P1)에 의해 파일본체(11)가 회전함에 따라 선단부의 나선형원판(14)이 지반을 전단시키면서 파고들어가 파일본체가 연직하게 지중에 삽입 설치된다.

즉, 회전 모터(P1)에 의해 회전하여 회전력을 가하게 되면, 파일본체(11) 및 나선형원판(14)이 회전하면서 지반에 대해서는 전단력을 발생시킴과 동시에 하향력을 발생시키게 되고, 그에 따라 파일본체(11)가 지중으로 관입되고, 이후 파일본체(11)의 하부관과 상부관을 순차적으로 연결하면서 관입시키고, 레미콘 및 시멘트 모르타르 등을 이용하여 관의 내부 및 외부에 그라우팅(Grouting)을 하고, 파일의 두부 정리 후 지압판을 설치하는 순서로 시공하게 된다.

이러한, 헬리컬 파일은 나선형원판에 의해 대부분의 지지력이 발현되기 때문에 제작비용과 공사비용을 절감하기 위해 파일본체의 직경 및 두께 등을 줄여 시공하는 경우가 많은데, 파일본체의 직경이 줄어들면서 마찰력이 저하되어 압축력 뿐만 아니라 지진, 풍하중 등과 같은 수평하중에 대한 저항능력이 낮아지는 단점이 있었고, 파일의 직경을 크게 하는 경우에는 경제성이 저하되는 문제점이 있었다.

또, 상기 파일본체의 하부관과 상부관의 연결방식으로 용접에 의해 부착시키거나 나사산을 형성해 나사 결합하는 방식, 연결커플러를 이용해 결합하는 방식 등을 사용하고 있으나, 이러한 방식으로는 헬리컬 파일을 회전 관입할 때 회전력에 의해 하부관과 상부관의 연결부가 파손되어 파일의 회전 관입이 진행되지 않는 경우가 발생하였고, 지중에서 파일의 연결부가 파손된 경우에는 이들을 제거 및 재시공하기 위해 지반을 굴착시켜 제거해야 하므로 시공비용이 상승하고 공기가 지연되는 등의 문제점이 있었다.

그리고, 헬리컬 파일은 선단지지력에 비해서 파일본체에서 발생되는 주면 마찰력이 매우 작아 나선형 원판에서 발현되는 선단 지지력만으로는 상부구조물을 지탱할 수 있는 지지력을 높이는데 기술적인 한계가 있었다.

또, 지상에 설치된 회전모터의 회전력에 의해서, 관입추진부를 암반층까지 설치하여 충분한 선단지지력이 발현되도록 시공해야함에도 파일본체를 회전시키는 동력의 작용점(회전중심점)은 파일본체의 상부 이므로, 헬리컬 파일 시공과정에서 상당히 큰 비틀림 모우멘트가 발생하여 파일본체의 비틀림 파괴가 발생하는 폐단이 있었다.

따라서, 종래에는 나선형 원판 보다는 직경이 훨씬 작은 직경의 고강도 연결 파일을 사용하여 비틀림 모우멘트에 대응토록 하였으나, 그럼에도 불구하고 타공법에서 적용되는 선단지지층으로 풍회암 또는 연암과 같은 암반층까지는 근입시킬 수 없었던 근본적인 기술적 한계를 갖고 있었다.

또, 파일본체의 직경이 작아 마찰력은 작은 상태에서 암반층과 같은 매우 단단한 층에 설치되지 못하는 나선형 원판으로 인해 타공방식에 비해 초기 침하량과 최종 침하량이 도 2에서와 같이 비교적 크게 발생하였다.

또한, 상기 헬리컬 파일의 시공 가능심도는 일반적으로 풍화토층에 설치되며, 말뚝설치 때 발생하는 과도한 비틀림 모우멘트에 대응하고자 항복강도가 일반 강관말뚝 보다 2배 이상인 고가의 파일 재료를 사용함에 따라 주면 마찰력 증가 및 침하량을 줄이기 위한 헬리컬 파일 직경을 크게 할 경우 타공법과 비교시 경쟁력이 상실되는 문제점이 있었다.

그리고, 상기와 같이 파일본체가 작은 직경을 갖고 있는 경우에는 상부쪽에서 구조물의 하중 재하 시 좌굴의 위험성이 커져 구조적 안정성을 해치는 문제점이 있었다.

대한민국 등록특허공보 제10-1447080호. 비틀림 손상 방지 및 좌굴 방지 구조의 헬리컬 파일 및 그 시공방법 (등록일자 2014년 09월 26일)

상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명은 헬리컬 파일의 파일본체를 가격이 저렴한 일반강관을 사용할 수 있는 기술을 적용하여 재료비와 시공비를 절감하면서도, 지중 관입 추진부 상단에서 파일본체의 주면 마찰력 증가를 위한 그라우팅재를 주입하여 말뚝 직경의 확장을 통한 주면 마찰력을 증가시키면서도 말뚝에 작용하는 축력을 감소시키는데 그 목적이 있다.

또, 헬리컬 파일의 관입추진부를 암반층에 근입시켜 지지되게 함으로써, 선단지지력을 크게 증가시키면서도 경제성을 확보할 수 있고, 전체적인 침하량을 크게 감소시키도록 하는데 그 목적이 있다.

이와 같은 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명은,

중공의 파이프 형상을 갖고, 복수개를 상호 연결시켜 형성되는 파일본체(110)와;

상기 파일본체(110)의 최하단에 연결되며, 내면에 동력전달홀더(122)를 갖는 중앙격벽(121)이 구비되고, 상기 중앙격벽(121)을 기준으로 상측 외면에 복수개의 그라우팅재 이동홀(123)을 형성되며 하측 외면에 나선형 원판(124)이 복수개 형성된 관입추진부(120)와;

상기 파일본체(110)의 중공 내부에서 복수개를 상호 연결시켜 형성되고, 최상단부는 회전모터(P1)와 분리 가능하게 연결되며, 최하단부는 관입추진부(120)의 동력전달홀더(122)에 연결되어 상기 파일본체(110) 및 관입추진부(120)를 회전시키는 동력전달축(130)과;

상기 관입추진부(120)의 나선형 원판(124)과 그라우팅재 이동홀(123) 사이에는 상측 방향으로 공벽지지관(141)이 연장되어 내부공간을 갖고 상측이 개구되게 구비한 그라우팅 공간형성기(140)와;

상기 관입추진부(120)의 중앙격벽(121)을 기준으로 하측 공간에 삽입되어, 첨탑형상의 센터노크(152)가 구비된 선단확장캡(151)이 관입추진부(120)의 하측 선단에 결합되어 고정되는 내부중량체파일(150)을; 포함해 구성된다.

또, 상기 동력전달축(130)은, 상면에 요형상의 암결합홀더(133a)가 형성되고, 하면에 철형상의 수결합홀더(133b)가 형성되어 복수개를 요철 결합시켜 길이방향으로 연결하며, 중앙에 길이방향으로 그라우팅재공급홀(134a)이 형성된 연결축(131)과;

상기 동력전달축(130)의 최하부에서 연결축(131)에 요철 결합되며, 하부 외면에는 관입추진부(120)의 동력전달홀더(122)와 조립되게 동력전달끼움부(132a)를 형성하고, 상기 동력전달끼움부(132a)의 상부 위치에서 그라우팅재공급홀(134a)을 통해 유입된 그라우팅재를 외측으로 배출하는 그라우팅재분기홀(134b)이 구비된 출력축(132)을 포함해 구성된다.

또한, 상기 그라우팅 공간형성기(140)는, 관입추진부(120)의 그라우팅재 이동홀(123) 보다 더 연장되게 공벽지지관(141)을 형성하고, 상기 관입추진부(120)와 공벽지지관(141) 사이의 내부공간에 당김와이어(146)에 연결된 토사배출기(145)가 이동가능하게 설치된다.

그리고, 상기 동력전달축(130)은, 최상단부의 회전모터(P1)를 분리하고, 천공기용 햄머장치(P2)와 연결되어 타격에너지를 내부중량체파일(150)에 전달시켜 암반을 관통시켜 단단한 지지층까지 근입토록 한다.

본 발명은, 중공의 파이프 형상을 갖고, 복수개를 상호 연결시켜 형성되는 파일본체(110)와;

상기 관입추진부(120)의 중앙격벽(121)을 기준으로 하측 공간에 삽입되어, 첨탑형상의 센터노크(152)가 구비된 선단확장캡(151)이 관입추진부(120)의 하측 선단에 결합되어 고정되는 내부중량체파일(150)을; 포함해 구성된 헬리컬 파일(100)을 지중을 향해 연직하게 배치하는 헬리컬 파일 배치단계(S10);

내부공간으로 그라우팅재가 수용되고, 컴프레서(220)의 작동으로 에어를 공급받는 그라우팅 챔버(210)를 상기 헬리컬 파일(100)의 둘레에 설치하는 그라우팅 챔버 준비단계(S15);

상기 헬리컬 파일(100)을 회전모터(P1)의 동력으로 회전시켜 나선형 원판(124)이 구비된 관입추진부(120)와 함께 파일본체(110)가 지반으로 관입되는 헬리컬 파일 설치단계(S20);

상기 관입추진부(120)와 함께 그라우팅 공간형성기(140)가 관입되면서 공벽지지관(141)이 그라우팅재 투입공간(S1)을 형성하는 공벽형성단계(S30);

상기 헬리컬 파일(100)의 작동으로 관입추진부(120) 선단이 암반에 접촉하는 헬리컬 파일 암반밀착단계(S40);

상기 파일본체(110)가 관입되면서 그라우팅재 투입공간(S1)으로 그라우팅 챔버(210)에 수용된 그라우팅재를 투입하는 그라우팅재 투입단계(S50);

상기 헬리컬 파일의 동력전달축(130)과 연결된 회전모터(P1)를 분리하고, 천공기용 햄머장치를 연결하는 작동부 교체단계(S60);

상기 햄머장치가 작동하며 동력전달축(130)을 매개체로 하여 관입추진부(120)의 내부에 구비된 내부중량체파일(150)을 타격해 암반을 파쇄하며 근입되는 암반층 근입단계(S70)를 포함해 구성된다.

또, 상기 공벽형성단계(S30)에는, 관입추진부(120)와 공벽지지관(141) 사이의 내부공간에 위치한 토사배출기(145)가 당김와이어(146)에 의해 승강 또는 하강 이동되면서 그라우팅재 투입공간(S1)의 내벽면을 다듬는 공벽마감단계(S35)를 더 포함해 구성된다.

또한, 상기 그라우팅재 투입단계(S50)는, 그라우팅 챔버(210)에 수용된 그라우팅재를 중력 및 에어컴프레서(220)에서 공급된 공기압을 이용해 그라우팅재 투입공간(S1)으로 그라우팅재를 투입하는 외측투입단계(S52)와;

그라우팅 펌프(a1)를 통해 동력전달축(130)의 그라우팅재공급홀(134a)로 공급하고, 상기 그라우팅재공급홀(134a)과 연결된 그라우팅재 분기홀(134b)을 통해 파일본체(110)와 동력전달축(130) 사이의 공간과 그라이팅재 이동홀(!23)을 통해 공벽형성기(!40)로 그라우팅재를 투입하는 내측투입단계(S54)로 구성된다.

그리고, 상기 그라우팅재 투입단계(S50)에는, 그라우팅 챔버(210)에 구비된 높이측정센서(213)에 의해 수용된 그라우팅재의 높이변화를 측정하여 그라우팅재 투입공간(S1)으로 투입된 그라우팅재 투입량을 계산하여 깊이별 그라우팅재의 형상을 파악하는 그라우팅재 형상파악단계(S56)가 더 포함되어 달성한다.

이러한 본 발명에 의하면, 헬리컬 파일의 파일본체를 가격이 저렴한 일반강관을 사용할 수 있어 재료비와 시공비를 절감하면서도, 지중 관입추진부 상단에서 파일본체의 주면 마찰력 증가를 위한 그라우팅재를 주입하여 말뚝 직경의 확장 및 지지력을 향상시킬 수 있다.

또, 헬리컬 파일의 시공으로 파일본체를 회전시킬 때 파일 회전동력의 작용점인 회전중심을 나선형 원판이 부착된 관입추진부를 지중에서 회전시킴으로써, 헬리컬 파일이 깊은 심도로 지중에 설치되더라도 회전중심점과 관입추진부의 거리가 짧기 때문에 시공 중 파일본체에 발생하는 비틀림 파괴를 방지할 수 있어 헬리컬 파일의 시공 편의성이 향상됨과 아울러 헬리컬 파일의 직경 및 두께를 작게 하여 비용을 절감할 수 있다.

또한, 헬리컬 파일의 내,외부에 그라우팅재가 투입되어 마찰력 증가에 따라 파일본체의 좌굴에 대해 큰 보강을 할 수 있게 되므로 상재하중이 재하되더라도 파일본체에 좌굴이 발생하는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.

그리고, 헬리컬 파일의 관입추진부를 암반층에 근입시켜 지지되게 함으로써, 선단지지력을 크게 증가시키면서도 경제성을 확보할 수 있고, 전체적인 침하량을 크게 감소시킬수 있는 효과 등도 있다.

도 1은 종래 헬리컬 파일의 설치상태를 개략적으로 도시한 사시도.
도 2는 본 발명인 헬리컬 파일의 개략 단면도.
도 3은 본 발명의 구성인 파일본체에 대한 분해 사시도.
도 4는 본 발명의 구성인 동력전달축에 대한 분해 사시도.
도 5는 본 발명의 구성인 관입추진부의 확대 단면도.
도 6은 본 발명인 주면 마찰력 및 선단 지지력 증가를 위한 헬리컬 파일의 시공방법을 도시한 순서도.
도 7 내지 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 헬리컬 파일의 설치상태를 순차적으로 도시한 개략 단면도.
도 11은 본 본 발명의 구성인 그라우팅공간형성기의 실시예를 도시한 정면도.

본 발명인 주면 마찰력 및 선단 지지력 증가를 위한 헬리컬 파일 및 그 시공방법은 헬리컬 파일의 강성 확보와 함께 그라우팅재의 주입 편의성 향상과 헬리컬 파일을 타격시켜 선단이 암반층에 고정되도록 함으로써 선단 지지력을 향상시킬 수 있도록 한 발명이다.

이하 본 발명에 따른 주면 마찰력 및 선단 지지력 증가를 위한 헬리컬 파일 및 그 시공방법은 다양한 구성을 갖고 제작 가능하며, 상기의 구성을 첨부된 도면을 참고로 하여 상세히 기술되는 실시 예들에 의해 그 특징들을 이해할 수 있을 것이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 실시 예들을 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2 내지 도 5는 본 발명인 에 대해 설명하는 것으로서, 먼저 본 발명은 헬리컬 파일(100)의 선단지지력과 주변마찰력을 증가시키기 위한 것이며, 지상부에서 크레인에 수직하게 세워진 리더와 회전모터(P1)에 헬리컬 파일(100)이 연결되거나 또는 햄머장치(P2)가 연결되는데, 상기 헬리컬 파일(100)을 작동시키기 위한 크레인 및 회전모터(P1)와 햄머장치(P2)의 구성은 공지된 기술이므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.

본 발명은 도 2에서와 같이 크게 중공의 파이프 형상을 갖고, 복수개를 상호 연결시켜 형성되는 파일본체(110)와, 상기 파일본체(110)에 연결되는 관입추진부(120)와, 상기 파일본체(110) 내부에 위치하여 관입추진부(120)에 연결되는 동력전달축(130)과, 상기 관입추진부(120)의 외면에 구비되는 그라우팅 공간형성기(140)와, 관입추진부(120)의 내부에서 암반을 파쇄하기 위한 내부중량체파일(150)을 포함해 구성된다.

상기 파일본체(110)는, 도 3에서와 같이 중공의 파이프 형상을 갖고, 복수개를 상호 연결시키는데, 상기 결합 방식을 나사형식으로 할 경우에 파일 설치방향과 반대방향으로 회전모터가 회전될 때 나사의 풀림을 방지하기 위해 풀림방지핀(115)을 암,수 나사에 삽입하도록 한다.

또, 동력전달축(130)은, 도 4에서와 같이 상기 파일본체(110)의 중공 내부에서 복수개를 상호 연결시켜 형성되는데, 최상단부는 회전모터(P1)와 분리 가능하게 연결되며, 최하단부는 관입추진부(120)의 동력전달홀더(122)에 끼워지는 동력전달끼움부(132a)가 구비된다.

여기에서, 동력전달축(130)은, 복수개의 상호 연결되는 연결축(131)과, 상기 연결축(131)의 최하부에 연결되는 출력축(132)으로 구분된다.

상기 연결축(131)은 상면에 요형상의 암결합홀더(133a)가 형성되고, 하면에 철형상의 수결합홀더(133b)가 형성되어 복수개를 요철 결합시켜 길이방향으로 연결하며, 중앙에 길이방향으로 그라우팅재공급홀(134a)이 형성된다.

또, 상기 출력축(132)은 상기 연결축(131)의 최하부에서 요철 결합되며, 하부 외면에는 관입추진부(120)의 동력전달홀더(122)와 조립되게 동력전달끼움부(132a)를 형성하고, 상기 동력전달끼움부(132a)의 상부 위치에서 그라우팅재공급홀(134a)을 통해 유입된 그라우팅재를 외측으로 배출하는 그라우팅재분기홀(134b)이 구비되게 구성한다.

이때, 상기 암결합홀더(133a)와 수결합홀더(133b)는 사각형상을 갖고 요철 결합되어 회전모터(P1)의 구동력을 용이하게 전달 할 수 있도록 하는데, 상기 사각형상이 아닌 삼각 내지 팔각 형상 중에서 어느 하나의 형상을 갖게 하는 것도 본 발명에 포함되며, 상기 요철결합부에는 축고정핀(131a)을 삽입해 상호 결속되게 함으로써, 지상부 회전력을 지하부 홀더로 이동시켜 파일본체(110)에 비틀림 모우멘트를 받지 않도록 한다.

상기와 같이 동력전달축(130)의 출력축(132)이 관입추진부(120)의 동력전달홀더(122)에 조립되어 회전모터(P1)의 회전력으로 상기 파일본체(110) 및 관입추진부(120)를 회전시키는데, 상기 관입추진부(120)에 복수로 설치된 나선형 원판(124)이 지반속으로 회전하며서 파고들어 견고한 지반까지 설치하며, 심도가 깊어짐에 따라 관입추진부(120)의 상측에 연결된 파일본체(110) 및 동력전달축(130)을 나사, 볼트, 핀 결합 등의 방식으로 연결한다.

상기 관입추진부(120)는, 도 5에서와 같이 파일본체(110)의 최하단에 연결되며, 내면에 동력전달홀더(122)를 갖는 중앙격벽(121)이 구비되고, 상기 중앙격벽(121)을 기준으로 상측 외면에 복수개의 그라우팅재 이동홀(123)을 형성하며 하측 외면에 나선형 원판(124)이 복수개 형성된다.

또, 상기 관입추진부(120)의 중앙격벽(121)을 기준으로 하측 공간에는 내부중량체파일(150)이 삽입되고, 첨탑형상의 센터노크(152)가 저면에 구비된 선단확장캡(151)이 관입추진부(120)의 하측 선단에 결합되어 상기 내부중량체파일(150)이 고정되도록 한다.

따라서, 상기 동력전달축(130)의 최상단부에 천공기용 햄머장치(P2)가 연결된 상태에서 상기 햄머장치(P2)의 타격에너지가 동력전달축(130)을 매개체로 내부중량체파일(150)에 충격을 전달시켜 암반을 파쇄하도록 하며, 상기 센터노크(152)를 통해 보다 용이하게 암반을 파쇄하도록 구성한다.

그리고, 상기 관입추진부(120)의 나선형 원판(124)과 그라우팅재 이동홀(123) 사이에는 상측 방향으로 공벽지지관(141)이 연장 형성되어 내부공간을 갖고 상측이 개구되게 구비한 그라우팅 공간형성기(140)가 더 형성된다.

즉, 헬리컬 파일이 지반에 연직되게 하강하면서 나선형 원판(124)에 의해 밀려난 지반이 상기 헬리컬 파일방향으로 이동하여도 상기 그라우팅 공간형성기(140)의 공벽지지관(141)에 막히게 되면서 그라우팅재 투입공간(S1)이 형성되어 진다.

또, 상기 그라우팅 공간형성기(140)는, 관입추진부(120)의 그라우팅재 이동홀(123) 보다 더 연장되게 공벽지지관(141)을 형성하는데, 상기 관입추진부(120)와 공벽지지관(141) 사이의 내부공간에 당김와이어(146)에 연결된 토사배출기(145)가 이동가능하게 설치되도록 한다.

따라서, 상기 그라우팅 공간형성기(140)를 통해 형성한 그라우팅재 투입공간(S1)은 시간이 경과함에 따라 공벽이 수축할 수 있기 때문에 계획심도까지 관입추진부(120)가 시공된 후에는, 상기 그라우팅 공간형성기(140)의 내부에서 당김와이어(146)에 연결된 토사배출기(145)를 지상부에서 유압 및 전동 윈치로 당김와이어(146)를 인발하여 그라우팅재 투입공간(S1) 내부로 함돌된 토사를 제거할 수 있도록 한다.

또한, 그라이팅공간형성기(140)의 원활한 지반관입을 위해 공벽유지관(!41) 외주벽면에 연속적인 나선형원판(142)을 더 설치하는 것도 본 발명에 포함된다.

이하, 상기와 같이 구성된 주면 마찰력 및 선단 지지력 증가를 위한 헬리컬 파일의 시공방법에 대해 도 6 내지 도 10을 참조해 설명하면 다음과 같다.

먼저, 본 발명에 적용되는 헬리컬 파일(100)의 구성은 파일본체(110)와 관입추진부(120) 및 동력전달축(130), 그라우팅 공간형성기(140), 내부중량체파일(150)을 포함한 것으로 상세한 내부 구성은 전술(前述)된 내용이므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.

따라서, 도 6 및 도 7에서와 같이 상기와 같이 구성된 헬리컬 파일(100)을 먼저 지중을 향해 연직하게 배치하는 헬리컬 파일 배치단계(S10)를 준비한다.

그리고, 그라우팅 챔버 준비단계(S15)는, 헬리컬 파일(100)을 중심으로 그 둘레에 그라우팅 챔버(210)를 형성하여 내부공간으로 그라우팅재가 수용되도록 하고, 상기 그라우팅 챔버(210)의 일측으로 컴프레서(220)에 의해 에어를 공급받을 수 있도록 한다.

또, 그라우팅 챔버(210)에는 일측에 개폐밸브(212)가 포함된 그라우팅호퍼(211)가 구비되며, 내부공간으로 수용되는 그라우팅재의 높이를 외부에서 수치화하여, 상기 내부공간의 체적을 측정할 수 있도록 높이측정센서(213)를 구비한다.

헬리컬 파일 설치단계(S20)는, 상기와 같이 헬리컬 파일(100)이 지중을 향해 연직하게 배치된 상태에서, 회전모터(P1)의 동력으로 회전시켜 나선형 원판(124)이 구비된 관입추진부(120)와 함께 파일본체(110)가 지반으로 관입되는 단계이다.

공벽형성단계(S30)는, 상기 관입추진부(120)와 함께 그라우팅 공간형성기(140)가 관입되면서 공벽지지관(141)이 그라우팅재 투입공간(S1)을 형성하는 단계이다.

이때, 상기 공벽형성단계(S30)에서, 관입추진부(120)와 공벽지지관(141) 사이의 내부공간에 위치한 토사배출기(145)가 당김와이어(146)에 의해 승강 또는 하강 이동되면서 그라우팅재 투입공간(S1)의 내벽면을 다듬는 공벽마감단계(S35)를 더 포함하는 것도 본 발명에 포함된다.

헬리컬 파일 암반밀착단계(S40)는, 도 8에서와 같이 상기 헬리컬 파일(100)의 작동으로 관입추진부(120) 선단이 암반에 접촉하는 단계이며, 상기 헬리컬 파일(100)의 구조적인 특성으로 암반에 근입되지 못하고 암반상부에 접촉된 상태이다.

상기 공벽마감단계(S35)는, 공벽형성단계(S30) 중에 시행 되거나, 암헬리컬 파일 암반밀착단계(S40) 이후에 헬리컬 파일(100)의 회전이 중지된 상태에서 시행될 수도 있음을 밝혀둔다.

그리고, 그라우팅재 투입단계(S50)는, 상기와 같이 파일본체(110)가 관입되고 그라우팅재 투입공간(S1)의 공벽을 토사배출기(145)가 마감한 상태에서 상기 그라우팅재 투입공간(S1)으로 그라우팅 챔버(210)에 수용된 그라우팅재를 투입하는 단계이다.

또, 상기 그라우팅재 투입단계(S50)는, 그라우팅 챔버(210)에 수용된 그라우팅재를 중력 및 에어컴프레서(220)에서 공급된 공기압을 이용해 그라우팅재 투입공간(S1)으로 그라우팅재를 투입하는 외측투입단계(S52)와, 그라우팅 펌프(a1)를 통해 동력전달축(130)의 그라우팅재공급홀(134a)로 공급하고, 상기 그라우팅재공급홀(134a)과 연결된 그라우팅재 분기홀(134b)을 통해 파일본체(110)와 동력전달축(130) 사이의 공간으로 그라우팅재를 투입하는 내측투입단계(S54)로 구성할 수 있다.

즉, 헬리컬 파일(100)의 관입추진부(120)가 땅속에 근입됨에 따라 그라우팅 공간형성기(140)에서 만들어진 그라우팅재 투입공간(S1)은 2가지 방법으로 그라우팅재를 투입할 수 있다.

일 실시 방법으로는, 지상부에 설치된 그라우팅 챔버(210)를 땅속에 30 내지 50cm 근입시킨 후 그라우팅 챔버(210)에 그라우팅재를 공급한 다음에 상기 그라우팅재 투입공간(S1)으로 그라우팅 챔버(210)에 수용된 그라우팅재를 중력 또는 에어컴프레서(220)에서 고압의 공기압을 공기투입구(214)를 통해 공급받아 충분한 압력으로 상기 그라우팅재 투입공간(S1)에 그라우팅재가 투입되도록 한다.

이때, 상기 그라우팅 챔버(210)에 컴프레서(220)의 공기압을 투입시킬 때에는 그라우팅호퍼(211)에 구비된 개폐밸브(212)를 폐쇄하여 그라우팅 챔버(210)를 밀봉시킨 다음에 공기압을 투입하도록 한다.

그리고, 관입추진부(120)의 근입 심도가 증가함에 따라 투입되는 그라우팅재는 그라우팅 챔버(210)내에 설치된 그라우팅 높이측정센서(213)를 통해서 측정하는데, 상기 그라우팅 챔버(210)네에 수용된 그라우팅재의 측정된 높이변화를 통해서 그라우팅재 투입량을 계산할 수 있으며, 상기 계산된 투입량을 통해 파일본체(110)를 감싸고 있는 그라우팅재의 깊이별 형상을 파악할 수 있도록 있다.

즉, 상기 그라우팅재 투입단계(S50)에는, 그라우팅 챔버(210)에 구비된 높이측정센서(213)에 의해 수용된 그라우팅재의 높이변화를 측정하여 그라우팅재 투입공간(S1)으로 투입된 그라우팅재 투입량을 계산하여 깊이별 그라우팅재의 형상을 파악하는 그라우팅재 형상파악단계(S56)가 더 포함된다.

또, 다른 실시 방법으로는, 동력전달축(130)의 중심부에 형성된 그라우팅재공급홀(134a)에 그라우팅 펌프(a1)를 이용해 그라우팅재를 주입하여, 상기 동력전달축(130)의 최하단에 연결된 그라우팅재 분기홀(134b)로 배출시켜 관입추진부(120)와 동력전달축(130) 사이의 내부에 충진되도록 한다.

여기에서, 상기 관입추진부(120)의 그라우팅재 이동홀(123)을 통해 관입추진부(120)와 동력전달축(130) 사이의 충진되는 그라우팅재가 외부로 배출되어 관입추진부(120) 및 그라우팅 공간형성기(140)의 내부공간에 충진되는 것도 가능하다.

작동부 교체단계(S60)는, 헬리컬 파일(100)의 관입추진부(120) 선단이 암반에 접촉된 상태에서 도 9에서와 같이 상기 헬리컬 파일의 동력전달축(130)과 연결된 회전모터(P1)를 분리하고, 천공기용 햄머장치(P2)를 연결하는 단계이며, 상기 햄머장치(P2)의 구성은 공지의 기술이므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.

암반층 근입단계(S70)는, 도 10에서와 같이 상기 햄머장치(P2)가 작동하며 동력전달축(130)을 매개체로 하여 관입추진부(120)의 내부에 구비된 내부중량체파일(150)을 타격해 암반을 파쇄하며 근입하는 단계이다.

이때, 상기 관입추진부(120)의 하면에 조립된 선단확장캡(151)의 센터노크(152)는 첨탑형상으로 성형되어, 상기 내부중량체파일(150)의 타격력이 센터노크(152)를 통해 암반의 일점부에 집중되게 함으로써, 암반에 보다 용이하게 센터노크(152)를 포함한 내부중량체파일(150)이 근입될 수 있도록 한다.

즉, 헬리컬 파일의 나선형 원판(124)은 암반과 같은 단단한 지층은 설치가 불가능한데 이를 보완하기 위해 관입추진부(120)의 내부공간에 선단지지력 증가를 위한 내부중량체파일(150)을 삽입하고, 동력전달축(130)의 상부를 해머 및 항타기를 이용해서 연암과 같은 단단한 지층까지 타격해 설치한다. 이때에는, 관입추진부(120)의 외측에 구비된 나선형 원판(124)이 암반에 부딪혀 제거되면서 관입추진부(120)만 단단한 지층에 근입되어 진다

또, 상기 관입추진부(120) 및 파일본체(110)의 내부공간은, 동력전달축(130)의 인발과 동시에 그라우팅재를 투입하여 내부를 충진하도록 하는 것도 본 발명에 포함되어, 이를 통해 실제 하중재하 시 관입추진부(120) 및 파일본체(110)의 내부로 함몰되지 않도록 한다.

이상에서와 같이 상술한 실시 예는 본 발명의 가장 바람직한 예에 대하여 설명한 것이지만 상기 실시 예에만 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형이 가능하다는 것은 당업자에게 있어서 명백한 것이다.

100. 헬리컬 파일 110. 파일본체
120. 관입추진부 121. 중앙격벽
130. 동력전달축 131. 연결축
132. 출력축 140. 그라우팅 공간형성기
141. 공벽지지관 150. 내부중량체파일
210. 그라우팅 챔버 S1. 그라우팅재 투입공간
P1. 회전모터 P2. 햄머장치
S10. 헬리컬 파일 배치단계 S15. 그라우팅 챔버 준비단계
S20. 헬리컬 파일 설치단계 S30. 공벽형성단계
S40. 헬리컬 파일 암반밀착단계
S50. 그라우팅재 투입단계 S60. 작동부 교체단계
S70. 암반층 근입단계

Claims

중공의 파이프 형상을 갖고, 복수개를 상호 연결시켜 형성되는 파일본체(110)와;
상기 파일본체(110)의 최하단에 연결되며, 내면에 동력전달홀더(122)를 갖는 중앙격벽(121)이 구비되고, 상기 중앙격벽(121)을 기준으로 상측 외면에 복수개의 그라우팅재 이동홀(123)을 형성되며 하측 외면에 나선형 원판(124)이 복수개 형성된 관입추진부(120)와;
상기 파일본체(110)의 중공 내부에서 복수개를 상호 연결시켜 형성되고, 최상단부는 회전모터(P1)와 분리 가능하게 연결되며, 최하단부는 관입추진부(120)의 동력전달홀더(122)에 연결되어 상기 파일본체(110) 및 관입추진부(120)를 회전시키는 동력전달축(130)과;
상기 관입추진부(120)의 나선형 원판(124)과 그라우팅재 이동홀(123) 사이에는 상측 방향으로 공벽지지관(141)이 연장되어 내부공간을 갖고 상측이 개구되게 구비한 그라우팅 공간형성기(140)와;
상기 관입추진부(120)의 중앙격벽(121)을 기준으로 하측 공간에 삽입되어, 첨탑형상의 센터노크(152)가 구비된 선단확장캡(151)이 관입추진부(120)의 하측 선단에 결합되어 고정되는 내부중량체파일(150)을 포함해 구성된 것을 특징으로 하는 주면 마찰력 및 선단 지지력 증가를 위한 헬리컬 파일.
제 1항에 있어서,
상기 동력전달축(130)은,
상면에 요형상의 암결합홀더(133a)가 형성되고, 하면에 철형상의 수결합홀더(133b)가 형성되어 복수개를 요철 결합시켜 길이방향으로 연결하며, 중앙에 길이방향으로 그라우팅재공급홀(134a)이 형성된 연결축(131)과;
상기 동력전달축(130)의 최하부에서 연결축(131)에 요철 결합되며, 하부 외면에는 관입추진부(120)의 동력전달홀더(122)와 조립되게 동력전달끼움부(132a)를 형성하고, 상기 동력전달끼움부(132a)의 상부 위치에서 그라우팅재공급홀(134a)을 통해 유입된 그라우팅재를 외측으로 배출하는 그라우팅재분기홀(134b)이 구비된 출력축(132)을 포함해 구성된 것을 특징으로 하는 주면 마찰력 및 선단 지지력 증가를 위한 헬리컬 파일.
제 1항에 있어서,
상기 그라우팅 공간형성기(140)는,
관입추진부(120)의 그라우팅재 이동홀(123) 보다 더 연장되게 공벽지지관(141)을 형성하고, 상기 관입추진부(120)와 공벽지지관(141) 사이의 내부공간에 당김와이어(146)에 연결된 토사배출기(145)가 이동가능하게 설치된 것을 특징으로 하는 주면 마찰력 및 선단 지지력 증가를 위한 헬리컬 파일.
제 1항에 있어서,
상기 동력전달축(130)은,
최상단부의 회전모터(P1)를 분리하고, 천공기용 햄머장치와 연결되어 타격에너지를 내부중량체파일(150)에 전달시켜 암반을 파쇄하게 구성된 것을 특징으로 하는 주면 마찰력 및 선단 지지력 증가를 위한 헬리컬 파일.
중공의 파이프 형상을 갖고, 복수개를 상호 연결시켜 형성되는 파일본체(110)와;
상기 파일본체(110)의 최하단에 연결되며, 내면에 동력전달홀더(122)를 갖는 중앙격벽(121)이 구비되고, 상기 중앙격벽(121)을 기준으로 상측 외면에 복수개의 그라우팅재 이동홀(123)을 형성되며 하측 외면에 나선형 원판(124)이 복수개 형성된 관입추진부(120)와;
상기 파일본체(110)의 중공 내부에서 복수개를 상호 연결시켜 형성되고, 최상단부는 회전모터(P1)와 분리 가능하게 연결되며, 최하단부는 관입추진부(120)의 동력전달홀더(122)에 연결되어 상기 파일본체(110) 및 관입추진부(120)를 회전시키는 동력전달축(130)과;
상기 관입추진부(120)의 나선형 원판(124)과 그라우팅재 이동홀(123) 사이에는 상측 방향으로 공벽지지관(141)이 연장되어 내부공간을 갖고 상측이 개구되게 구비한 그라우팅 공간형성기(140)와;
상기 관입추진부(120)의 중앙격벽(121)을 기준으로 하측 공간에 삽입되어, 첨탑형상의 센터노크(152)가 구비된 선단확장캡(151)이 관입추진부(120)의 하측 선단에 결합되어 고정되는 내부중량체파일(150)을; 포함해 구성된 헬리컬 파일(100)을 지중을 향해 연직하게 배치하는 헬리컬 파일 배치단계(S10);
내부공간으로 그라우팅재가 수용되고, 컴프레서(220)의 작동으로 에어를 공급받는 그라우팅 챔버(210)를 상기 헬리컬 파일(100)의 둘레에 설치하는 그라우팅 챔버 준비단계(S15);
상기 헬리컬 파일(100)을 회전모터(P1)의 동력으로 회전시켜 나선형 원판(124)이 구비된 관입추진부(120)와 함께 파일본체(110)가 지반으로 관입되는 헬리컬 파일 설치단계(S20);
상기 관입추진부(120)와 함께 그라우팅 공간형성기(140)가 관입되면서 공벽지지관(141)이 그라우팅재 투입공간(S1)을 형성하는 공벽형성단계(S30);
상기 헬리컬 파일(100)의 작동으로 관입추진부(120) 선단이 암반에 접촉하는 헬리컬 파일 암반밀착단계(S40);
상기 파일본체(110)가 관입되면서 그라우팅재 투입공간(S1)으로 그라우팅 챔버(210)에 수용된 그라우팅재를 투입하는 그라우팅재 투입단계(S50);
상기 헬리컬 파일의 동력전달축(130)과 연결된 회전모터(P1)를 분리하고, 천공기용 햄머장치를 연결하는 작동부 교체단계(S60);
상기 햄머장치가 작동하며 동력전달축(130)을 매개체로 하여 관입추진부(120)의 내부에 구비된 내부중량체파일(150)을 타격해 암반을 파쇄하며 근입되는 암반층 근입단계(S70)를 포함해 구성된 것을 특징으로 하는 주면 마찰력 및 선단 지지력 증가를 위한 헬리컬 파일의 시공방법.
제 5항에 있어서,
상기 공벽형성단계(S30)에는,
관입추진부(120)와 공벽지지관(141) 사이의 내부공간에 위치한 토사배출기(145)가 당김와이어(146)에 의해 승강 또는 하강 이동되면서 그라우팅재 투입공간(S1)의 내벽면을 다듬는 공벽마감단계(S35)를 더 포함해 구성된 것을 특징으로 하는 주면 마찰력 및 선단 지지력 증가를 위한 헬리컬 파일의 시공방법.
제 5항에 있어서,
상기 그라우팅재 투입단계(S50)는,
그라우팅 챔버(210)에 수용된 그라우팅재를 중력 및 에어컴프레서(220)에서 공급된 공기압을 이용해 그라우팅재 투입공간(S1)으로 그라우팅재를 투입하는 외측투입단계(S52)와;
그라우팅 펌프(a1)를 통해 동력전달축(130)의 그라우팅재공급홀(134a)로 공급하고, 상기 그라우팅재공급홀(134a)과 연결된 그라우팅재 분기홀(134b)을 통해 파일본체(110)와 동력전달축(130) 사이의 공간과 그라이팅재 이동홀(!23)을 통해 공벽형성기(!40)로 그라우팅재를 투입하는 내측투입단계(S54)로 구성되는 것을 특징으로 하는 주면 마찰력 및 선단 지지력 증가를 위한 헬리컬 파일의 시공방법.
제 5항에 있어서,
상기 그라우팅재 투입단계(S50)에는,
그라우팅 챔버(210)에 구비된 높이측정센서(213)에 의해 수용된 그라우팅재의 높이변화를 측정하여 그라우팅재 투입공간(S1)으로 투입된 그라우팅재 투입량을 계산하여 깊이별 그라우팅재의 형상을 파악하는 그라우팅재 형상파악단계(S56)가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 주면 마찰력 및 선단 지지력 증가를 위한 헬리컬 파일의 시공방법.