KR102437030B1 - 확대선단보강부가 구비된 회전관입형 복합 강관말뚝 및 이의 시공 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 강관말뚝 본체 하부에 절삭 및 분쇄된 지반과 주입재를 혼합하여 형성된 원기둥 형상의 강화원지반을 포함하는 확대선단보강부가 구비됨으로써, 지지강판이 암반층인 지지지반까지 관입되지 않으면서도 기존 말뚝보다 큰 지지력을 얻을 수 있는 확대선단보강부가 구비된 회전관입형 복합 강관말뚝에 대한 것이다.
본 발명 확대선단보강부가 구비된 회전관입형 복합 강관말뚝은 회전 관입에 의해 지반에 관입되는 복합 강관말뚝에 관한 것으로, 지반에 관입되는 원통 형상의 강관말뚝 본체; 상기 강관말뚝 본체의 하부에 돌출 형성되는 지지강판; 및 상기 강관말뚝 본체와 지지강판 하부의 지반을 절삭 및 분쇄하여 주입재를 혼합함으로써 형성되는 것으로 상기 지지강판보다 지름이 크게 형성되는 원기둥 형상의 강화원지반과, 상기 강관말뚝 본체의 하단에 결합되어 상기 강화원지반의 중앙에 구비되는 지지강관과, 상기 지지강관의 측면에 돌출 형성되는 것으로 내부에 주입재공급로가 길이 방향으로 구비되고, 일측에는 상기 주입재공급로와 연통되며, 절삭암의 외측으로 갈수록 토출 면적이 증가하도록 형성되어 분쇄된 지지지반 측으로 주입재를 주입하기 위한 토출부가 형성된 절삭암을 포함하는 확대선단보강부; 로 구성된다.

Description

확대선단보강부가 구비된 회전관입형 복합 강관말뚝 및 이의 시공 방법{A combined driving steel pile with enlarged reinforcing member and construction method thereof}

본 발명은 강관말뚝 본체 하부에 절삭 및 분쇄된 지반과 주입재를 혼합하여 형성된 원기둥 형상의 강화원지반을 포함하는 확대선단보강부가 구비됨으로써, 지지강판이 암반층인 지지지반까지 관입되지 않으면서도 기존 말뚝보다 큰 지지력을 얻을 수 있는 확대선단보강부가 구비된 회전관입형 복합 강관말뚝에 대한 것이다.

헬리컬 파일은 파일 본체 외주면에 나선형의 원판인 헬릭스(helix)가 일정 간격으로 3개 정도 구비되는 강관 파일이다. 헬리컬 파일은 지반에 파일을 회전 관입한 후 파일 내부에 시멘트 그라우트를 채워 시공하며, 하중 재하 시 나선형 원판에 의해 직접 지지되는 선단지지력과 시공 후 압축 또는 인발력 작용 시 상하 나선형 원판 사이에 있는 원통 형상의 지반과 인접하는 주변 지반 사이에서 발현되는 주면마찰력으로 지지력을 발휘한다.

이러한 헬리컬 파일은 소음 및 진동이 적고, 경제성과 시공성이 우수하여 구조물 신축이나 리모델링 공사 시 기초 보강 등에 많이 사용된다.

헬리컬 파일은 통상 백호 등의 소규모 장비에 유압장비를 장착하여 지반 내에 회전 관입함으로써 시공된다. 이에 파일의 길이가 3m 이내로 제한되는 경우가 많으며, 관입 심도에 따라 다수의 헬리컬 파일을 연결하여 사용한다.

건축물 지지 용도로 헬리컬 파일을 사용하는 경우, 보통 200~350㎜ 직경 범위의 헬릭스를 사용한다. 이때, 최하단에 위치하는 헬릭스는 풍화암 이상의 단단한 암반층에 지지시켜야 하는데, 헬릭스가 구비된 상태에서 파일 선단을 풍화암까지 관입하는 것이 용이하지 않아 파일 지지력 확보에 어려움이 있다. 또한, 연약지층을 통과하는 지층에 직경이 작은 헬리컬 파일을 사용할 경우, 헬리컬 파일의 좌굴 발생 우려가 있다.

한편, 종래 마이크로파일은 헬리컬 파일에 비해 파일 지지력에 대한 신뢰성이 높다. 반면, 지반 선천공 후 마이크로파일을 시공하므로 별도의 천공기가 필요하고, 천공 작업 시 발생하는 부상토에 대한 처리 공정이 필요하여 시공이 번거로우며 공사비가 많이 소요되는 단점이 있다.

또한, 마이크로파일은 풍화토 등 연약지반 구간에서 공벽 보호를 위한 케이싱이 필요하여 경제성이 떨어지고, 마이크로파일의 직경 이상으로 풍화암에 천공홀을 형성해야 하므로 해머 타격이 불가피하여 민원 발생 우려가 있다.

KR 10-2007-0014547 A1

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 강관말뚝 본체 하부에 돌출 구비된 지지강판이 암반층인 지지지반까지 관입되지 않으면서도 하부의 확대선단보강부에 의해 기존 말뚝보다 큰 지지력을 얻을 수 있는 확대선단보강부가 구비된 회전관입형 복합 강관말뚝을 제공하고자 한다.

바람직한 실시예에 따른 본 발명은 회전 관입에 의해 지반에 관입되는 복합 강관말뚝에 관한 것으로, 지반에 관입되는 원통 형상의 강관말뚝 본체; 상기 강관말뚝 본체의 하부에 돌출 형성되는 지지강판; 및 상기 강관말뚝 본체와 지지강판 하부의 지반을 절삭 및 분쇄하여 주입재를 혼합함으로써 형성되는 것으로 상기 지지강판보다 지름이 크게 형성되는 원기둥 형상의 강화원지반과, 상기 강관말뚝 본체의 하단에 결합되어 상기 강화원지반의 중앙에 구비되는 지지강관과, 상기 지지강관의 측면에 돌출 형성되는 것으로 내부에 주입재공급로가 길이 방향으로 구비되고, 일측에는 상기 주입재공급로와 연통되며, 절삭암의 외측으로 갈수록 토출 면적이 증가하도록 형성되어 분쇄된 지지지반 측으로 주입재를 주입하기 위한 토출부가 형성된 절삭암을 포함하는 확대선단보강부; 로 구성되는 것을 특징으로 하는 확대선단보강부가 구비된 회전관입형 복합 강관말뚝을 제공한다.

삭제

다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 상기 토출부는 상기 절삭암의 일측에 길이 방향으로 상호 이격되도록 형성되는 적어도 3개 이상의 토출공으로 형성되는 것을 특징으로 하는 확대선단보강부가 구비된 회전관입형 복합 강관말뚝을 제공한다.

다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 상기 토출부는 상기 절삭암의 일측이 절개되어 절삭암의 길이 방향으로 길게 형성되는 것을 특징으로 하는 확대선단보강부가 구비된 회전관입형 복합 강관말뚝을 제공한다.

삭제

다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 상기 절삭암은 2개가 좌우 대칭으로 구비되고, 상기 토출공의 수평 간격은 80㎜ 이하인 것을 특징으로 하는 확대선단보강부가 구비된 회전관입형 복합 강관말뚝을 제공한다.

다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 상기 절삭암의 상부 또는 하부에는 절삭암의 길이 방향으로 상호 이격되어 돌출되는 것으로 상기 주입재공급로와 연통되어 토출부의 토출 방향으로 보조토출공이 형성된 토출돌부가 구비되는 것을 특징으로 하는 확대선단보강부가 구비된 회전관입형 복합 강관말뚝을 제공한다.

다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 상기 확대선단보강부의 연직 투영 면적은 지지강판의 연직 투영 면적의 3배 이상인 것을 특징으로 하는 확대선단보강부가 구비된 회전관입형 복합 강관말뚝을 제공한다.

다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 상기 절삭암 위치의 지지강관 외측에는 인발저항 지지강판이 구비되는 것을 특징으로 하는 확대선단보강부가 구비된 회전관입형 복합 강관말뚝을 제공한다.

다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 절삭 및 분쇄된 지반으로 토출되는 주입재는 팽창성 주입재인 것을 특징으로 하는 확대선단보강부가 구비된 회전관입형 복합 강관말뚝을 제공한다.

다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 상기 확대선단보강부가 구비된 회전관입형 복합 강관말뚝을 시공하기 위한 것으로, (a) 상기 강관말뚝 본체를 회전 관입하여 절삭암을 지지지반 상부까지 도달시키는 단계; 및 (b) 상기 강관말뚝 본체를 회전 관입하여 절삭암으로 지지지반을 상기 지지강판보다 큰 지름으로 절삭 및 분쇄하는 한편, 상기 토출부를 통해 절삭 및 분쇄된 지지지반에 주입재를 주입하고 혼합하여 원기둥 형상의 강화원지반을 형성함으로써 강화원지반 내부에 지지강관이 구비된 확대선단보강부를 형성하는 단계; 로 구성되는 것을 특징으로 하는 확대선단보강부가 구비된 회전관입형 복합 강관말뚝의 시공 방법을 제공한다.

다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 상기 (b) 단계에서, 상기 지지지반은 지지강판의 연직 투영 면적의 3배 이상의 지름으로 절삭 및 분쇄되는 것을 특징으로 하는 확대선단보강부가 구비된 회전관입형 복합 강관말뚝의 시공 방법을 제공한다.

다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 상기 토출부에서 주입되는 주입재의 양이 주입재 토출 위치의 회전 반경에 비례하는 것을 특징으로 하는 확대선단보강부가 구비된 회전관입형 복합 강관말뚝의 시공 방법을 제공한다.

다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 상기 강관말뚝 본체의 회전 관입을 위한 오거드라이버와 강관말뚝 본체의 상단 사이에는 스위벨이 구비되어, 상기 (b) 단계에서, 상기 강관말뚝 본체의 회전 관입에 의해 지지지반을 절삭 및 분쇄하면서 스위벨을 통해 주입재가 공급되는 것을 특징으로 하는 확대선단보강부가 구비된 회전관입형 복합 강관말뚝의 시공 방법을 제공한다.

다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 상기 주입재는 주제와 경화제가 혼합된 팽창성 주입재로, 상기 지지강관의 내부에는 주제가 수용된 주제수용부와 경화제가 수용된 경화제수용부로 구성되는 주입재 공급부가 구비되어, 상기 (b) 단계에서, 상기 강관말뚝 본체를 회전하여 지지지반을 절삭 및 분쇄하면서 주입재 공급부에서 토출부를 통해 주입재를 주입하는 것을 특징으로 하는 확대선단보강부가 구비된 회전관입형 복합 강관말뚝의 시공 방법을 제공한다.

다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 상기 지지강관은 강관말뚝 본체의 하단 내부에 상하로 이동 가능하게 구비되어, 상기 (a) 단계에서, 상기 지지강관이 강관말뚝 본체의 하단 내부에 수용된 상태에서 강관말뚝 본체를 회전 관입하여 지중의 지지지반까지 도달시킨 후, 상기 (b) 단계에서, 상기 지지강관을 강관말뚝 본체의 하부로 하강시키면서 하부의 지지지반에 회전 관입하여 지지지반을 절삭 및 분쇄하는 것을 특징으로 하는 확대선단보강부가 구비된 회전관입형 복합 강관말뚝의 시공 방법을 제공한다.

본 발명에 따르면 하부에 지지강판이 돌출 형성된 강관말뚝 본체 하부에 절삭 및 분쇄된 지반과 주입재를 혼합하여 형성된 원기둥 형상의 강화원지반을 포함하는 확대선단보강부가 구비된 회전관입형 복합 강관말뚝을 제공할 수 있다.

이에 따라 첫째, 강관말뚝 본체 하부에 강관말뚝 본체보다 직경이 크고 풍화함 이상의 높은 지지력을 발휘하는 확대선단보강부가 구비되므로, 말뚝 선단을 풍화암까지 관입하지 않더라도 기존 말뚝에 비해 큰 허용 연직지지력을 얻을 수 있다. 이에 기존 헬리컬 파일 이상의 충분한 지지력 확보가 가능하다.

둘째, 강관말뚝 본체 하부의 지지강판이 직경이 크고 지지력이 큰 확대선단보강부에 의해 지지되므로, 지지강판 1개만으로 충분한 허용 연직지지력을 확보할 수 있다. 이에 말뚝 시공 시 관입 저항을 크게 줄일 수 있고, 지지강판 부착 비용을 줄여 원가 절감이 가능하다.

셋째, 강관말뚝 본체 하부에 강화된 확대선단보강부를 형성하기 위해 지지지반을 절삭 및 분쇄하여 주재료로 사용하므로 경제적이며, 비배토 회전 관입 공법으로 시공되므로 현장이 깨끗하고, 소음과 진동이 거의 발생하지 않아 민원 발생 염려가 없다.

넷째, 절삭암에 형성된 다수의 토출공들이 각각 강화 대상 원지반의 분담 체적에 대응되는 양만큼 주입재를 주입하게 되므로 맥상 주입 염려가 없고, 이에 따라 신뢰성 있는 확대선단보강부를 형성할 수 있다.

다섯째, 관입 저항이 적어 직경이 큰 강관말뚝 본체를 사용할 수 있으므로, 연약층을 통과하는 경우에도 좌굴 우려가 없다.

여섯째, 강화원지반 하부에 인발저항 지지강판을 추가로 설치할 경우, 인발 저항이 가능하여 부력 방지용 말뚝 등으로 사용할 수 있다.

도 1은 본 발명 회전관입형 복합 강관말뚝을 도시하는 단면도.
도 2는 지지강관과 절삭암이 구비된 강관말뚝 본체를 도시하는 사시도.
도 3은 지지강관과 절삭암이 구비된 실시예를 도시하는 단면도.
도 4는 지지강관과 절삭암이 구비된 강관말뚝 본체를 도시하는 단면도.
도 5 및 도 6은 다른 실시예에 의한 절삭암이 구비된 강관말뚝 본체를 도시하는 사시도.
도 7은 절삭암의 토출부 배치 상태를 도시하는 사시도.
도 8은 내부에 유입방지망이 구비된 절삭암을 도시하는 단면도.
도 9는 절개형 토출부가 구비된 실시예를 도시하는 사시도.
도 10은 토출공별 주입재의 주입 분담 면적을 도시하는 단면도.
도 11은 토출돌부가 구비된 실시예를 도시하는 정면도.
도 12는 확대선단보강부의 크기 관계를 나타내는 단면도.
도 13은 인발저항 지지강판이 구비된 실시예를 도시하는 단면도.
도 14는 본 발명 회전관입형 복합 강관말뚝의 시공 방법을 도시하는 도면.
도 15는 스위벨이 구비된 실시예를 도시하는 단면도.
도 16은 미회수용 주입재 공급부가 구비된 실시예를 도시하는 단면도.
도 17은 회수용 주입재 공급부가 구비된 실시예를 도시하는 단면도.
도 18은 이동식 지지강관이 구비된 실시예를 도시하는 정면도.
도 19는 절첩식 절삭암이 구비된 실시예를 도시하는 정면도.
도 20은 확장형 절삭암이 구비된 실시예를 도시하는 정면도.

이하, 첨부한 도면 및 바람직한 실시예에 따라 본 발명을 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명 회전관입형 복합 강관말뚝을 도시하는 단면도이다.

도 1 등에 도시된 바와 같이, 본 발명 확대선단보강부가 구비된 회전관입형 복합 강관말뚝은 회전 관입에 의해 지반(1)에 관입되는 복합 강관말뚝에 관한 것으로, 지반(1)에 관입되는 원통 형상의 강관말뚝 본체(2); 상기 강관말뚝 본체(2)의 하부에 돌출 형성되는 지지강판(3); 및 상기 강관말뚝 본체(2)와 지지강판(3) 하부의 지반을 절삭 및 분쇄하여 주입재를 혼합함으로써 형성되는 것으로 상기 지지강판(3)보다 지름이 크게 형성되는 원기둥 형상의 강화원지반(41)을 포함하는 확대선단보강부(4); 로 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 강관말뚝 본체(2) 하부에 돌출 구비된 지지강판(3)이 암반층인 지지지반(12)까지 관입되지 않으면서도 하부의 확대선단보강부(4)에 의해 기존 말뚝보다 큰 지지력을 얻을 수 있는 확대선단보강부가 구비된 회전관입형 복합 강관말뚝을 제공하기 위한 것이다.

본 발명 확대선단보강부가 구비된 회전관입형 복합 강관말뚝은 회전 관입에 의해 지반(1)에 관입되는 것으로, 상부의 강관말뚝 본체(2)와 하부의 확대선단보강부(4)를 포함하여 구성된다.

상기 복합 강관말뚝의 초기 관입 시나 회전관입 작업 중 관입 속도를 높이고자 하는 경우에는 지상의 장비로 말뚝을 가압하여 압입하는 방법으로 회전 관입하면 말뚝의 관입을 보다 용이하게 실시할 수 있다.

상기 강관말뚝 본체(2)는 원통 형상으로, 상부의 연약지반(11)을 관통하여 하부의 지지지반(12) 상부까지 관입되는 것이 바람직하나 경우에 따라서는 토사층까지 관입될 수도 있다.

상기 지지지반(12)은 주로 N치 15/30~50/30 범위의 단단한 토사층 이상 지반이다.

상기 지지강판(3)은 강관말뚝 본체(2)의 하부에 돌출 형성된다.

상기 지지강판(3)은 강관말뚝 본체(2)의 외주면에 형성되는 헬릭스(helix) 형태인 것이 바람직하나, 경우에 따라 강관말뚝 본체(2)의 하부에 부착되는 원형의 강판이거나 다수의 강판을 경사지게 부착하여 형성될 수도 있다.

상기 확대선단보강부(4)는 강관말뚝 본체(2)와 지지강판(3)의 하부에 구비된다.

상기 확대선단보강부(4)는 지지강판(3)보다 지름이 크게 형성되는 원기둥 형상의 강화원지반(41)을 포함하여 구성된다.

상기 강화원지반(41)은 강관말뚝 본체(2)와 지지강판(3) 하부의 지반을 절삭 및 분쇄한 후 주입재를 주입하여 혼합 강화한 것이다.

상기 강화원지반(41)은 풍화암 이상의 강성을 갖는다.

상기 강화원지반(41)은 외경이 지지강판(3)의 외경보다 크게 형성되어, 지지강판(3)의 하면이 강화원지반(41)의 상부에 지지됨으로써 선단지지력을 발휘한다.

이에 따라 상기 강화원지반(41)이 단단한 토사층 또는 암반층인 지지지반(12) 내에 형성되는 경우, 말뚝에 압축력 작용 시 주변 지지지반(12)에 의해 강화원지반(41)에 3축 압축력이 작용하여 강화원지반(41)의 강도가 크게 증가하고 연직지지력이 향상된다.

구체적으로 말뚝 상부에서 연직하중 작용 시 강관말뚝 본체(2)의 하중은 지지강판(3)을 통해 하부의 확대선단보강부(4)로 전달된다. 그리고 확대선단보강부(4)를 구성하는 원기둥 형상의 강화원지반(41) 외주면과 주변 지반 사이의 주면마찰력 및 강화원지반(41) 하단의 선단지지력에 의해 하중을 하부 지반으로 원활하게 전달한다.

상기 주입재는 팽창재로 구성될 수 있다.

상기 강화원지반(41)과 주변 지반 사이에 주면마찰력을 충분히 발휘하기 위해 강화원지반(41)의 높이는 지지강판(3) 외경의 2배 이상으로 구성하는 것이 바람직하다.

상기 확대선단보강부(4)는 강관말뚝 본체(2)의 독립기초 역할을 한다. 여기에서 강관말뚝 본체(2)에 작용하는 연직하중은 지지강판(3)에 의해 하부 연직 방향으로만 전달되는 것이 아니라 하부 외측으로 확대되면서 응력이 분산된다.

따라서 확대선단보강부(4)가 강관말뚝 본체(2)의 연직하중으로 인한 응력을 원활하게 지지지반(12)으로 전달하도록 강화원지반(41)의 지름을 지지강판(3)보다 크게 확대 형성한다.

즉, 확대선단보강부(4)는 각 강관말뚝 본체(2)의 확대기초 역할을 한다.

물론, 확대선단보강부(4)의 선단지지력 위주로 지지되는 경우에는 강화원지반(41)의 높이가 지지강판(3) 외경 이상이면 충분하다.

본 발명에 따르면 강관말뚝 본체(2)의 하부에 강관말뚝 본체(2)보다 직경이 크고 풍화암 이상의 높은 지지력을 발휘하는 확대선단보강부(4)가 구비되므로, 기존 말뚝에 비해 큰 허용 연직지지력을 얻을 수 있다. 따라서 기존 마이크로파일 이상의 충분한 지지력 확보가 가능하다.

또한, 강관말뚝 본체(2) 하부의 지지강판(3)이 직경이 크고 지지력이 큰 확대선단보강부(4)에 의해 지지되므로, 지지강판(3) 1개만으로 충분한 허용 연직지지력을 확보할 수 있다. 이에 말뚝 시공 시 관입 저항을 크게 줄일 수 있고, 지지강판(3) 부착 비용을 줄여 원가 절감이 가능하다.

아울러 강관말뚝 본체(2)의 하부에 강화된 확대선단보강부(4)를 형성하기 위해 하부 지지지반(12)을 절삭 및 분쇄하여 강화원지반(41)의 주재료로 사용하므로 경제적이며, 비배토 회전 관입 공법으로 시공되므로 현장이 깨끗하고, 소음과 진동이 거의 발생하지 않아 민원 발생 염려가 없다.

뿐만 아니라 관입 저항이 적어 직경이 큰 강관말뚝 본체(2)를 사용할 수 있으므로, 연약층을 통과하는 경우에도 말뚝의 좌굴 우려가 없다.

도 2는 지지강관과 절삭암이 구비된 강관말뚝 본체를 도시하는 사시도이고, 도 3은 지지강관과 절삭암이 구비된 실시예를 도시하는 단면도이며, 도 4는 지지강관과 절삭암이 구비된 강관말뚝 본체를 도시하는 단면도이다. 그리고 도 5 및 도 6은 다른 실시예에 의한 절삭암이 구비된 강관말뚝 본체를 도시하는 사시도이다.

도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 확대선단보강부(4)에는 상기 강관말뚝 본체(2)의 하단에 결합되어 상기 강화원지반(41)의 중앙에 구비되는 지지강관(42)과 상기 지지강관(42)의 측면에 돌출 형성되는 것으로 내부에 주입재공급로(431)가 길이 방향으로 구비되고, 일측에는 상기 주입재공급로(431)와 연통되어 분쇄된 지지지반(12) 측으로 주입재를 주입하기 위한 토출부(432)가 형성된 적어도 2 이상의 절삭암(43)이 더 포함될 수 있다.

상기 확대선단보강부(4)에는 강관말뚝 본체(2)의 하단에 결합되어 강화원지반(41)의 중앙에 구비되는 원통 형상의 지지강관(42)이 구비될 수 있다.

상기 지지강관(42)은 확대선단보강부(4)의 심재 역할을 하여 확대선단보강부(4)의 지지력을 향상시킨다.

상기 지지강관(42)은 선단이 하부 지반에 직접 지지되어, 지지강관(42)의 선단지지력에 의해 하중을 지반으로 원활하게 전달한다.

상기 확대선단보강부(4)가 단단한 토사층이나 풍화암 등의 지지지반(12)에 형성되는 경우, 지지강관(42)이 지지지반(12)에 관입될 때 말뚝의 관입 저항이 크다. 그러므로 관입 저항을 줄이기 위해 상기 지지강관(42)의 직경은 강관말뚝 본체(2)의 직경보다 크지 않게 구성하는 것이 바람직하다.

특히, 상기 지지강관(42)은 강화원지반(41)과 일체화되어 상부 연직하중을 지지하는 역할만 하면 충분하다. 따라서 관입 저항을 최소화하면서도 지지지반(12) 관입에 문제가 없고, 심재의 역할을 충분히 수행할 수 있도록 지지강관(42)의 직경은 강관말뚝 본체(2) 직경의 0.5~1.0배 범위의 것을 사용함이 바람직하다.

다만, 복합 강관말뚝을 부력 저항용 말뚝으로 사용하는 경우에는 지지강관(42)을 강관말뚝 본체(2)의 직경과 동일하게 형성하는 것이 바람직하다. 이 경우 지지강관(42)은 강관말뚝 본체(2)의 하단에서 연장되어 일체로 형성될 수 있다.

상기 지지강관(42)은 회전에 의한 지반 관입이 용이하도록 외주면을 나사형으로 형성할 수 있다.

상기 지지강관(42)의 선단에는 지반 관입이 용이하도록 원추형의 첨단부(421)가 구비될 수 있다.

상기 강관말뚝 본체(2)의 하부에 형성되는 강화원지반(41)은 강관말뚝 본체(2)의 시공 전, 지반(1)을 미리 굴착하여 강관말뚝 본체(2)가 시공될 위치의 하부 지반을 절삭 및 분쇄하고 주입재를 주입하여 먼저 형성할 수 있다. 이후, 상기 강관말뚝 본체(2)를 관입하여 강화원지반(41) 상부에 지지시킬 수 있다.

그러나 이러한 과정은 장비가 추가로 투입되고 공기가 많이 소요된다.

따라서 상기 강관말뚝 본체(2)의 하단에 일체로 구비되는 지지강관(42)을 이용하여 강관말뚝 본체(2) 시공 시 확대선단보강부(4)를 동시에 시공하는 것이 바람직하다.

이를 위해 상기 지지강관(42)의 측면에는 적어도 2 이상의 절삭암(43)을 돌출 형성할 수 있다.

이에 따라 상기 강관말뚝 본체(2)의 회전 관입 시, 지지강관(42)이 동시에 회전하면서 절삭암(43)이 지지강관(42) 주변의 지반(1)을 절삭 및 분쇄한다.

상기 강화원지반(41)의 지름이 지지강판(3)의 지름보다 크게 형성되도록 상기 절삭암(43)은 최종 형성될 강화원지반(41)의 외경과 대응되는 길이가 되게 회전 반경을 지지강판(3)보다 크게 형성한다(도 3).

상기 절삭암(43)은 납작하고 일단이 경사진 블레이드 형태 또는 파이프 형상으로 형성될 수 있다.

상기 절삭암(43)의 일측에는 주입재가 토출되는 토출부(432)가 형성된다.

상기 절삭암(43)에 의해 주변 지반을 절삭 및 분쇄한 후 상기 토출부(432)를 통해 분쇄된 지반 측으로 주입재를 주입하여 강화원지반(41)을 형성할 수 있다.

구체적으로 단단한 토사층이나 풍화암층과 같은 지지지반(12)에 강화원지반(41)을 형성할 경우, 절삭암(43)과 지지강관(42)은 지지지반(12)을 절삭하면서 일정 깊이로 회전 관입된다. 이후, 상기 지지강관(42)을 정방향 및 역방향으로 반복 회전하여 절삭된 지반을 분쇄한다. 그리고 분쇄된 원지반의 미세 공극에 주입재를 주입하여 원지반보다 강화된 말뚝 지지력을 갖는 강화원지반(41)을 형성한다.

이를 위해 상기 지지강관(42)은 내부가 빈 원통 형상이고, 상기 절삭암(43)의 내부에는 지지강관(42)의 내부와 연통되는 주입재공급로(431)가 절삭암(43)의 길이 방향으로 길게 형성되며, 상기 절삭암(43)의 일측에는 주입재공급로(431)와 연통되는 토출부(432)가 형성된다.

상기 절삭암(43)의 상면 또는 하면에는 분쇄팁(433)이 돌출 형성될 수 있다.

상기 분쇄팁(433)이 절삭암(43)의 상면에 돌출 형성된 경우, 분쇄팁(433)에 의해 절삭암(43) 상부의 절삭된 지반이 균질하게 분쇄될 수 있다.

상기 분쇄팁(433)이 절삭암(43)의 하면에 돌출 형성된 경우, 분쇄팁(433)이 원지반에 다수의 홈을 형성하여 절삭암(43)에 의한 절삭을 용이하게 하는 파일럿절삭팁의 역할을 할 수 있다.

복합 강관말뚝 관입 시 편심을 방지하면서 균질한 품질의 확대선단보강부(4)를 확보하기 위해 상기 절삭암(43)은 2개 이상이 지지강관(42)을 중심으로 동일한 각도로 구비되는 것이 바람직하다.

도 5에는 위치와 길이가 다른 원형강관으로 이루어진 절삭암(43)이 4개 배치된 실시예가 도시된다. 도 5에 도시된 바와 같이, 길이가 긴 한 쌍의 절삭암(43)을 하부에 배치하고, 길이가 짧은 한 쌍의 절삭암(43)을 하부의 절삭암(43)과 직교하도록 상부에 배치하면, 하부에서 지반을 절삭한 후 상부의 짧은 절삭암(43)에서 절삭된 지반을 분쇄하기 용이하다.

도 6에는 사각강관으로 구성된 절삭암(43)이 2개 배치된 실시예가 도시된다.

한편, 도 2 등에 도시된 바와 같이, 상기 토출부(432)는 상기 절삭암(43)의 일측에 길이 방향으로 상호 이격되도록 형성되는 적어도 3개 이상의 토출공(432a)으로 구성될 수 있다.

상기 토출부(432)는 절삭암(43) 내부의 주입재공급로(431)에서 절삭암(43)의 외측으로 연통되는 토출공(432a)들로 형성될 수 있다. 상기 토출공(432a)들은 복수 개가 절삭암(43)의 일측에 길이 방향으로 상호 이격되도록 형성된다.

상기 주입재가 절삭 및 분쇄된 지지지반(12) 전체에 골고루 주입되도록 상기 토출공(432a)은 3개 이상 구비되는 것이 바람직하다.

도 2, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 절삭암(43)은 2개가 좌우 대칭으로 구비되고, 상기 토출공(432a)의 수평 간격은 80㎜ 이하로 구성할 수 있다.

복합 강관말뚝 회전 관입 시, 편심을 방지하면서도 관입 저항을 최소화하기 위해 상기 절삭암(43)은 2개를 좌우 대칭으로 배치하는 것이 바람직하다.

그런데 일반적으로 건축물 지지를 위해 사용되는 헬리컬 파일에서, 헬릭스의 피치(pitch)는 헬릭스의 직경에 상관없이 통상 100~160㎜ 범위로 이루어지며, 복합 강관말뚝 1회전 시 상기 피치만큼 관입된다. 이때, 상기 절삭암(43)이 좌우 대칭으로 2개 배치되면, 복합 강관말뚝의 회전 관입에 따라 토출부(432) 1개가 주입재를 주입하여 분담하는 원지반의 높이는 1/2피치인 50~80㎜가 된다. 그리고 주입재가 절삭 및 분쇄된 지반에 골고루 균등 주입되기 위해서는 1개의 토출공(432a)이 분담하는 수직 높이와 수평 폭을 동일하게 유지하는 것이 바람직하다.

따라서 토출공(432a)의 수평 간격을 80㎜ 이하로 형성하면, 1개의 토출공(432a)에서 토출되는 주입액이 수평 및 수직 방향으로 고르게 균등 주입되어 강화원지반(41)의 품질을 향상시킬 수 있다.

도 7은 절삭암의 토출부 배치 상태를 도시하는 사시도이다.

도 7에 도시된 바와 같이, 상기 절삭암(43)의 토출부(432)는 절삭암(43)의 회전 방향 배면 측에 형성될 수 있다.

강관말뚝 회전 시 절삭암(43)의 회전 방향 배면 즉, 절삭 압력을 받는 면의 배면 측은 수압 외에는 압력을 받지 않을 뿐 아니라 절삭암(43)의 회전에 따라 순간적으로 공간이 발생한다.

따라서 절삭 압력을 받는 면의 배면 측에 토출부(432)가 구비되면 주입재의 토출이 용이하므로, 회전에 의해 강관말뚝이 관입되면서 절삭암(43)의 토출부(432)에서 주입재가 절삭 분쇄된 지반에 골고루 주입된다. 이에 확대선단보강부(4)의 품질을 일정 이상으로 균일하게 확보할 수 있다.

도 8은 내부에 유입방지망이 구비된 절삭암을 도시하는 단면도이다.

도 8에 도시된 바와 같이, 상기 주입재공급로(431)의 내부에는 절삭암(43)의 외부에서 절삭 및 분쇄된 지반 등 이물질이 유입되는 것을 방지하기 위한 유입방지망(434)이 구비될 수 있다.

상기 유입방지망(434)은 주입재공급로(431)의 내경과 대응되는 외경을 갖는 원통 형상으로 구성될 수 있으며, 부직포와 같은 섬유망, 메쉬망, 철망, 타공 파이프 등으로 형성 가능하다.

도면에는 도시되지 않았으나, 절삭암(43)의 토출공(432a)과 대응되는 위치에 구멍이 형성된 파이프 형태의 이물질 유입방지구를 절삭암(43)의 주입재공급로(431) 내부에 설치하고, 토출공(432a)과 이물질 유입방지구의 구멍이 일치하지 않도록 서로 엇갈리게 배치하면 강관말뚝을 회전관입하여 지지지반(12)에 도달할 때까지 외부 이물질이 유입되는 것을 완전히 차단할 수 있다.

강관말뚝 하단이 지지지반(12)에 도달한 후에는 주입재의 주입압력 또는 주입건(453)의 선단에 부착한 쐐기 등을 이용하여 이물질 유입방지구를 외측으로 슬라이딩 이동시킴으로써 이물질 유입방지구의 구멍과 토출공(432a)의 위치를 일치시킨 상태에서 주입재를 주입하면서 말뚝을 회전관입하면 지하수가 있는 조건에서도 고품질의 확대선단보강부(4)를 형성할 수 있다.

특히, 절삭암(43)의 토출공(432a)과 이물질 유입방지구에 형성된 구멍의 크기와 위치를 적절하게 조절하면 토출공(432a)을 순차 개방되도록 할 수 있어 확대선단보강부(4)를 원기둥, 원추형 등 다양한 형상으로 형성할 수 있어 경제성과 안전성을 더욱 향상시킬 수 있다.

도 9는 절개형 토출부가 구비된 실시예를 도시하는 사시도이다.

도 9에 도시된 바와 같이, 상기 토출부(432)는 상기 절삭암(43)의 일측이 절개되어 절삭암(43)의 길이 방향으로 길게 형성될 수 있다.

상기 주입재가 절삭 및 분쇄된 지지지반(12) 내부에 연속적으로 골고루 주입되도록 상기 토출부(432)는 절삭암(43) 특히, 주입재공급로(431)의 일측이 외측으로 절개되어 절삭암(43)의 길이 방향으로 길게 연속 형성될 수 있다.

이에 따라 절삭암(43)의 회전에 따라 절삭 및 분쇄되는 지지지반(12) 전체에 빈 곳 없이 균일하게 주입재를 연속 주입 가능하다.

도 10은 토출공별 주입재의 주입 분담 면적을 도시하는 단면도이다.

도 9, 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 토출부(432)는 절삭암(43)의 외측으로 갈수록 토출 면적이 증가할 수 있다.

상기 확대선단보강부(4)는 강관말뚝 본체(2)의 하부에 구비되어 강관말뚝 본체(2)의 연직하중을 지반(1)으로 전달하는 독립기초 역할을 한다. 이때, 연직하중에 의한 응력을 분산하여 지반으로 원활하게 전달하기 위해서는 확대선단보강부(4)의 강화원지반(41) 전체가 균등한 강도를 가져야 한다.

그런데 절삭암(43)은 회전하면서 토출부(432)를 통하여 주입재를 주입하는데, 절삭암(43)의 회전운동 궤적은 회전 반경이 클수록 늘어난다. 그러므로 절삭암(43)의 회전 중심 즉, 지지강관(42)의 중심으로부터 거리가 멀어질수록 주입재 토출 지점이 움직이는 궤적이 증가한다. 이에 따라 토출부(432)의 각 토출 지점에서 동일한 양의 주입재가 토출되면 동일한 양의 주입재가 더 넓은 면적에 주입되어야 하므로, 토출 지점이 멀어질수록 단위 면적당 투입되는 주입재 양이 줄어든다.

이에 강화원지반(41) 형성을 위해 절삭 및 분쇄되는 원통형의 지지지반(12) 전체 어느 부위에서도 동일한 양의 주입재가 주입되도록 절삭암(43)의 외측으로 갈수록 주입재 토출 면적을 증가시킬 수 있다.

상기 토출 면적은 토출부(432)에서 주입되는 주입재의 양이 주입재 토출 위치의 회전 반경에 비례하도록 점진적으로 증가되게 구성할 수 있다.

이를 위해 상기 토출부(432)가 주입재공급로(431)에서 절개 형성된 경우에는 외측으로 갈수록 절개된 상하 폭을 증가시킬 수 있다(도 9). 상기 토출부(432)가 복수의 토출공(432a)으로 형성된 경우, 외측으로 갈수록 토출공(432a)의 지름을 점차 증가시킬 수 있다(도 10).

도 11은 토출돌부가 구비된 실시예를 도시하는 정면도이다.

도 11에 도시된 바와 같이, 상기 절삭암(43)의 상부 또는 하부에는 절삭암(43)의 길이 방향으로 상호 이격되어 돌출되는 것으로, 상기 주입재공급로(431)와 연통되어 토출부(432)의 토출 방향으로 보조토출공(436)이 형성된 토출돌부(435)가 구비될 수 있다.

상기 절삭암(43)의 상부 또는 하부로 주입재를 추가 주입함으로써 주입재를 보다 균등하게 절삭 및 분쇄된 지지지반(12) 측에 주입하도록 절삭암(43)의 상부 또는 하부에 토출돌부(435)를 형성하고, 상기 토출돌부(435)의 일측에 보조토출공(436)을 형성할 수 있다.

상기 보조토출공(436)은 토출부(432)와 동일한 방향 즉, 절삭암(43)의 회전 방향 배면 측에 형성되는 것이 바람직하다.

상기 토출부(432)가 토출공(432a) 타입인 경우, 개별 토출공(432a)의 위치마다 토출돌부(435)를 형성할 수 있다.

상기 토출돌부(435)는 절삭암(43)의 길이 방향으로 상호 이격되도록 돌출되므로 분쇄팁의 역할을 같이 한다.

도 12는 확대선단보강부의 크기 관계를 나타내는 단면도이다.

도 12에 도시된 바와 같이, 상기 확대선단보강부(4)의 연직 투영 면적은 지지강판(3)의 연직 투영 면적의 3배 이상으로 구성할 수 있다.

상기 확대선단보강부(4)는 개별 강관말뚝의 확대기초 역할을 한다.

이때, 상기 확대선단보강부(4)의 전단 파괴 방지를 위해 확대선단보강부(4)의 높이(h)는 지지강판(3)의 직경(d) 이상으로 형성하는 것이 바람직하다. 그리고 강관말뚝 시공 완료 후 지지강관(42)에 의해 전해지는 상부 연직하중이 확대선단보강부(4)를 통해 분산되는 각도(θ)는 20° 이상으로 볼 수 있다.

따라서 확대선단보강부(4)의 높이가 지지강판(3)의 직경과 동일한 경우(h=d), 지지강판(3)의 분산된 하중을 확대선단보강부(4)가 온전히 분담하기 위해서는 확대선단보강부(4)의 지름(D)이 다음 식을 만족해야 한다.

이 경우 확대선단보강부(4)의 연직 투영 면적은 지지강판(3)의 연직 투영 면적의 약 3배가 된다.

이와 같이, 확대선단보강부(4)의 연직 투영 면적을 지지강판(3)의 연직 투영 면적의 3배 이상 즉, 지름 1.73배 이상으로 형성하면 확대선단보강부(4)의 응력 전달이 가장 효율적이다.

보강 대상 원지반의 N치가 풍화암의 1/3에 미치지 못하는 경우, 확대선단보강부(4)의 높이를 지지강판(3)의 직경보다 크게 설정하고, 확대선단보강부(4)의 연직 투영 면적도 지지강판(3)의 연직 투영 면적의 3배 이상이 되도록 보강하는 것이 바람직하다.

도 13은 인발저항 지지강판이 구비된 실시예를 도시하는 단면도이다.

도 13에 도시된 바와 같이, 상기 절삭암(43) 위치의 지지강관(42) 외측에는 인발저항 지지강판(44)이 구비될 수 있다.

부력 저항 말뚝 등으로 사용되어 강관말뚝에 인발 하중이 작용하는 경우, 지지강판(3)이 강화원지반(41)의 상부에만 구비되면 인발 저항력이 부족할 수 있다.

따라서 상기 강화원지반(41)의 하부에 인발저항 지지강판(44)을 추가로 구비함으로써, 확대선단보강부(4)의 상면 지압 및 외주면의 주면마찰력에 의해 인발력에 저항하도록 할 수 있다.

상기 확대선단보강부(4)는 인발저항 지지강판(44)보다 지름이 크게 형성된다. 이에 지압력과 주면마찰력이 커 큰 인발 하중에 대해서도 안정적인 지지가 가능하다.

상기 확대선단보강부(4)의 저면은 절삭암(43)의 위치와 동일하므로, 상기 인발저항 지지강판(44)은 절삭암(43)의 높이에 형성한다.

상기 일반저항 지지강판(44)은 나선 형태로 형성할 수 있다. 여기에서 절삭암(43)이 지지강관(42)의 좌우로 2개 배치되는 경우, 하나는 인발저항 지지강판(44)의 상부 위치에, 나머지 하나는 인발저항 지지강판(44)의 하부 위치에 배치하여 좌우 절삭암(43)을 동일 높이에 구비할 수 있다.

상기 절삭암(43)은 인발저항 지지강판(44)의 돌출 폭보다 길이를 길게 형성한다.

절삭 및 분쇄된 지반으로 토출되는 주입재는 팽창성 주입재일 수 있다.

상기 주입재로 시멘트 페이스트나 기타 고화재를 사용하여 절삭 및 분쇄된 지반과 혼합하여 강화원지반(41)을 형성할 수 있다. 이 경우 주입재를 주변 지반으로 주입하기 위해 일정한 크기의 주입압을 가하여야 하므로, 별도의 주입장비가 필요하다.

뿐만 아니라 주입재의 압력 주입 시, 주변 토층의 약한 쪽으로 주입재가 빠져나가면서 분쇄된 지지지반(12)에 주입재가 골고루 주입되기 어렵다.

이에 별도의 압력 주입을 위한 주입장비 없이도 주입재가 절삭암(43)에서 토출되어 절삭 및 분쇄된 지반에 균등하게 주입되도록 팽창성 주입재를 사용할 수 있다.

팽창성 주입재는 자체 팽창 압력에 의해 토출부(432)를 통해 절삭암(43)에서 토출되고, 절삭 및 분쇄된 지반의 공극을 채워 강화원지반(41)을 형성한다.

상기 팽창성 주입재는 고결 시간이 매우 빨라 시공 완료 후 보강 여부를 바로 확인 가능하다.

상기 팽창성 주입재로 우레탄계 팽창재를 사용할 수 있다. 우레탄계 팽창재는 배합 성분과 배합비 및 반응 시 온도 등에 따라 공기 중에서 8~30배 정도로 부피가 팽창된다. 우레탄계 팽창재를 연약지반에 주입하면, 팽창재가 연약지반 내의 물과 공기를 외측으로 밀어내고 공극을 채우면서 매우 큰 강성을 갖는 강화원지반(41)을 형성한다.

상기 주입재는 주제와 경화제의 혼합에 의해 팽창이 이루어지는 2액형으로 구성될 수 있다.

다만, 지지지반(12)의 구성 성분이 콘크리트의 주재료인 모래 또는 자갈층이고, 지하수의 이동 속도가 느린 경우에는 제한적으로 주입재로 시멘트 그라우트를 사용할 수 있다. 이때, 시멘트 그라우트의 비율이 40~50% 이상을 차지하도록 절삭암(43)을 이용하여 절삭 및 분쇄된 지지지반(12)을 주변으로 밀어내게 시공하는 것이 바람직하다.

지하수위가 지지지반(12) 아래에 위치하는 경우 지연성 팽창 반응이 가능한 주제와 경화제를 혼합하여 주입재를 제조한 후 지상에서 강관말뚝 상부를 통해 주입재를 공급하면 주입재가 지지강관(42)과 절삭암(43)의 주입재공급로(431)까지 채워지게 되는데, 이 상태에서 강관말뚝을 회전관입하기만 하면 주입재가 절삭분쇄된 원지반에 골고루 주입되면서 확대선단보강부(4)가 형성된다.

도 14는 본 발명 회전관입형 복합 강관말뚝의 시공 방법을 도시하는 도면이다.

본 발명 확대선단보강부가 구비된 회전관입형 복합 강관말뚝의 시공 방법은 도 1 내지 도 13을 참고하여 전술한 본 발명 확대선단보강부가 구비된 회전관입형 복합 강관말뚝을 시공하는 방법에 대한 것이다.

본 발명에서는 먼저 (a) 상기 강관말뚝 본체(2)를 회전 관입하여 절삭암(43)을 지지지반(12) 상부까지 도달시킨다(도 14의 (a)).

다음으로, (b) 상기 강관말뚝 본체(2)를 회전 관입하여 절삭암(43)으로 하부 지지지반(12)을 절삭 및 분쇄한다. 여기서 절삭 및 분쇄되는 하부의 지반은 단단한 토사층 또는 풍화암 이상의 암반층인 지지지반(12)이다.

상기 절삭암(43)은 회전 반경이 지지강판(3)의 외경보다 길게 형성되므로, 절삭 및 분쇄되는 지지지반(12)은 지지강판(3)의 외경보다 지름이 큰 원기둥 형상으로 형성된다.

상기 강관말뚝 본체(2) 하부의 절삭 및 분쇄된 지반에는 절삭암(43)의 토출부(432)로부터 주입되는 주입재를 혼합하여 형성되는 원기둥 형상의 강화원지반(41)이 형성된다(도 14의 (b)).

상기 강관말뚝 본체(2)의 회전 관입 후에는 강관말뚝 본체(2) 하부의 지지강관(42)이 강화원지반(41)의 중앙에 관입되어 상기 지지강관(42)과 강화원지반(41)에 의해 확대선단보강부(4)가 형성된다.

상기 강관말뚝 본체(2) 하부의 지반은 지지강판(3) 하부의 폐쇄된 공간 내에서 절삭 및 분쇄되므로 매우 치밀한 상태이다. 따라서 남은 공극에 주입재가 주입되면 당초 지반보다 2배 이상의 지지력을 발휘할 수 있으며, 단단한 토사층 지반인 경우 풍화암 이상, 풍화암 지반인 경우 풍화암 내지 연암에 가까운 지지층을 형성할 수 있다.

상기 주입재는 절삭암(43)에 의해 지반의 절삭 및 분쇄가 완료된 후 주입될 수 있다. 이 경우 강관말뚝을 정방향 및 역방향으로 반복 회전하면서 상호 왕복 이동시켜야 하는 번거로움이 있다. 그러므로 지반을 절삭 및 분쇄하면서 동시에 절삭 및 분쇄된 지반에 주입재를 주입하면, 공기 단축이 가능하고 시공이 편리하다.

상기 (b) 단계에서는, 유량계(미도시)를 설치하여 주입재의 주입량을 실시간 확인하면서 주입재를 주입할 수 있다.

상기 주입재가 주제와 경화제가 혼합된 팽창성 주입재인 경우, 각각 주제와 경화제의 유출량을 실시간 확인하면서 주입 가능하다.

아울러 별도의 수신기를 설치하여 상기 유량계의 신호를 외부에서 확인할 수도 있다.

상기 (b) 단계에서, 상기 지지지반(12)은 지지강판(3)의 연직 투영 면적의 3배 이상의 지름으로 절삭 및 분쇄될 수 있다(도 12).

상기 토출부(432)는 절삭암(43)의 외측으로 갈수록 토출 면적이 증가하도록 형성되어, 상기 토출부(432)에서 주입되는 주입재의 양이 주입재 토출 위치의 회전 반경에 비례하도록 구성할 수 있다(도 9, 도 10).

도 15는 스위벨이 구비된 실시예를 도시하는 단면도이다.

도 15에 도시된 바와 같이, 상기 강관말뚝 본체(2)의 회전 관입을 위한 오거드라이버(5)와 강관말뚝 본체(2)의 상단 사이에는 스위벨(6)이 구비되어, 상기 (b) 단계에서, 상기 강관말뚝 본체(2)의 회전 관입에 의해 지지지반(12)을 절삭 및 분쇄하면서 스위벨(6)을 통해 주입재를 공급할 수 있다.

상기 주입재를 지상에서 별도의 공급라인에 의해 공급하는 경우, 강관말뚝 본체(2)를 회전 관입하여 하부 지지지반(12)을 절삭 및 분쇄하면서 동시에 주입재를 주입하기 위해 강관말뚝 본체(2) 상단에 스위벨(6, swivel)이 구비될 수 있다.

구체적으로 외부에서 주입재를 스위벨(6) 내부의 연결관(미도시)을 통하여 강관말뚝 본체(2)의 내부에 구비된 주입재공급관(21)으로 공급할 수 있다. 상기 주입재공급관(21)은 절삭암(43) 내부의 주입재공급로(431)와 연결되어, 주입재가 주입재공급로(431)를 경유하여 토출부(432)로 토출될 수 있다.

상기 주입재의 주입을 완료한 후에는 스위벨(6) 측으로 공압과 클리너를 공급하여, 주입재가 연결관 내부에서 경화되어 폐색되는 것을 방지할 수 있다.

도 16은 미회수용 주입재 공급부가 구비된 실시예를 도시하는 단면도이고, 도 17은 회수용 주입재 공급부가 구비된 실시예를 도시하는 단면도이다.

도 16, 도 17에 도시된 바와 같이, 상기 주입재는 주제와 경화제가 혼합된 팽창성 주입재로, 상기 지지강관(42)의 내부에는 주제가 수용된 주제수용부(451)와 경화제가 수용된 경화제수용부(452)로 구성되는 주입재 공급부(45)가 구비되어, 상기 (b) 단계에서, 상기 강관말뚝 본체(2)를 회전하여 지지지반(12)을 절삭 및 분쇄하면서 주입재 공급부(45)에서 토출부(432)를 통해 주입재를 주입할 수 있다.

스위벨(6)과 같은 별도의 연결부재 없이도 강관말뚝 본체(2)를 회전 관입하면서 동시에 주입재를 주입할 수 있다. 이를 위해 상기 지지강관(42)의 내부에 주입재 공급부(45)를 구비할 수 있다.

상기 주입재 공급부(45)는 강관말뚝 시공 전에 미리 지지강관(42) 내부에 수용 가능하다. 이 경우 주입재가 주입재 공급부(45) 내부에서 미리 경화될 수 있으므로, 주입재를 주제와 경화제가 혼합되어 경화되는 2액형으로 구성할 수 있다.

이에 따라 상기 지지강관(42) 및 절삭암(43)이 하부 지지지반(12)에 도달하여 지지지반(12)을 절삭 및 분쇄하기 시작하면, 주입재 공급부(45) 하단의 주입건(453)을 작동하여 주제와 경화제를 동시에 주입재공급로(431)로 공급할 수 있다.

상기 주입건(453)에는 지상으로 인출되는 트리거와이어(454)가 연결되어, 외부에서 트리거와이어(454)를 당겨 주입건(453)을 작동할 수 있다.

상기 주입재 공급부(45)는 지지강관(42)의 내부에 고정되어 1회용으로 사용될 수 있다.

또한, 도 16에 도시된 바와 같이, 상기 트리거와이어(454)를 인양와이어로 활용하여, 주입재의 주입 완료 후 인양와이어를 당겨 주입재 공급부(45)를 회수할 수도 있다. 이 경우 상기 강관말뚝 본체(2)의 상부 내측에 거치부(22)를 설치하여 강관말뚝 시공 중에 트리거와이어(454)의 상단을 임시 고정할 수 있다(도 17).

상기 주입재 공급부(45)를 회수하여 재사용하는 경우, 주입재의 주입 완료 후 공압과 클리너로 즉시 관을 청소한다. 이에 상기 주입재 공급부(45)에는 클리너 주입관(455)이 구비될 수 있다. 아울러 상기 주입건(453)과 클리너 주입관(455)을 작동하기 위한 배터리(456)가 구비될 수 있다.

주입재의 주입량 확인을 위한 유랑계가 주입건(453)의 입구에 구비된 경우, 유량계의 신호를 외부로 송신하기 위한 통신선을 트리거와이어(454)의 내부 또는 외부에 구비할 수 있다.

도 18은 이동식 지지강관이 구비된 실시예를 도시하는 정면도이고, 도 19는 절첩식 절삭암이 구비된 실시예를 도시하는 정면도이다.

도 18, 도 19에 도시된 바와 같이, 상기 지지강관(42)은 강관말뚝 본체(2)의 하단 내부에 상하로 이동 가능하게 구비되어, 상기 (a) 단계에서, 상기 지지강관(42)이 강관말뚝 본체(2)의 하단 내부에 수용된 상태에서 강관말뚝 본체(2)를 회전 관입하여 지중의 지지지반(12)까지 도달시킨 후, 상기 (b) 단계에서, 상기 지지강관(42)을 강관말뚝 본체(2)의 하부로 하강시키면서 하부의 지지지반(12)에 회전 관입하여 지지지반(12)을 절삭 및 분쇄할 수 있다.

상기 지지강관(42)이 강관말뚝 본체(2)의 하단에 일체로 형성되어 강관말뚝 본체(2)가 상부의 연약지반(11)에 관입되고 지지강관(42)이 하부의 지지지반(12)에 관입되면, 말뚝 회전 관입 시 관입 저항이 클 수 있다.

이에 상기 지지강관(42)을 강관말뚝 본체(2)의 하단 내부에 수납할 수 있다.

이에 따라 도 18의 (a)과 같이, 지지강관(42)이 강관말뚝 본체(2)의 내부에 수납되어 외부로 돌출되지 않은 상태로 강관말뚝 본체(2)를 시공할 수 있다. 이후, 도 18의 (b)와 같이, 지지강관(42)을 회전 하강시켜 강관말뚝 본체(2)의 하부로 돌출시키면서 하부의 강화원지반(41)을 형성할 수 있다.

상기 지지강관(42)의 외주면에 절삭암(43)이 형성된 경우, 상기 절삭암(43)은 지지강관(42)의 외주면에 절첩 가능하게 결합할 수 있다.

이에 도 19에서와 같이, 상기 절삭암(43)을 하부로 회전시켜 수직인 상태로 강관말뚝 본체(2)의 내부에 수납하였다가 지지강관(42)을 하강시키면, 절삭암(43)이 하부 지반(1)에 지지되면서 자연스럽게 수평 방향으로 펼쳐지게 구성할 수 있다. 이 경우, 상기 절삭암(43)은 수평 상태에서 더 회전하지 않도록 회전각을 제한할 수 있다.

도 20은 확장형 절삭암이 구비된 실시예를 도시하는 정면도이다.

도 20에 도시된 바와 같이, 상기 절삭암(43)은 고정암(43a)과 상기 고정암(43a)에서 인출입 가능하게 고정암(43a)과 결합되는 가변암(43b)으로 구성할 수 있다.

이 경우 필요에 따라 절삭암(43)의 길이를 수평 방향으로 확장할 수 있다.

1: 지반 11: 연약지반
12: 지지지반 2: 강관말뚝 본체
21: 주입재공급관 22: 거치부
3: 지지강판 4: 확대선단보강부
41: 강화원지반 42: 지지강관
421: 첨단부 43: 절삭암
43a: 고정암 43b: 가변암
431: 주입재공급로 432: 토출부
432a: 토출공 433: 분쇄팁
434: 유입방지망 435: 토출돌부
436: 보조토출공 44: 인발저항 지지강판
45: 주입재 공급부 451: 주제수용부
452: 경화제수용부 453: 주입건
454: 트리거와이어 455: 클리너 주입관
456: 배터리 5: 오거드라이버
6: 스위벨

Claims (16)

1. 회전 관입에 의해 지반(1)에 관입되는 복합 강관말뚝에 관한 것으로,
   지반(1)에 관입되는 원통 형상의 강관말뚝 본체(2);
   상기 강관말뚝 본체(2)의 하부에 돌출 형성되는 지지강판(3); 및
   상기 강관말뚝 본체(2)와 지지강판(3) 하부의 지반을 절삭 및 분쇄하여 주입재를 혼합함으로써 형성되는 것으로 상기 지지강판(3)보다 지름이 크게 형성되는 원기둥 형상의 강화원지반(41)과, 상기 강관말뚝 본체(2)의 하단에 결합되어 상기 강화원지반(41)의 중앙에 구비되는 지지강관(42)과, 상기 지지강관(42)의 측면에 돌출 형성되는 것으로 내부에 주입재공급로(431)가 길이 방향으로 구비되고, 일측에는 상기 주입재공급로(431)와 연통되며, 절삭암(43)의 외측으로 갈수록 토출 면적이 증가하도록 형성되어 분쇄된 지지지반(12) 측으로 주입재를 주입하기 위한 토출부(432)가 형성된 절삭암(43)을 포함하는 확대선단보강부(4); 로 구성되는 것을 특징으로 하는 확대선단보강부가 구비된 회전관입형 복합 강관말뚝.
   
2. 삭제
3. 제1항에서,
   상기 토출부(432)는 상기 절삭암(43)의 일측에 길이 방향으로 상호 이격되도록 형성되는 적어도 3개 이상의 토출공(432a)으로 형성되는 것을 특징으로 하는 확대선단보강부가 구비된 회전관입형 복합 강관말뚝.
   
4. 제1항에서,
   상기 토출부(432)는 상기 절삭암(43)의 일측이 절개되어 절삭암(43)의 길이 방향으로 길게 형성되는 것을 특징으로 하는 확대선단보강부가 구비된 회전관입형 복합 강관말뚝.
   
5. 삭제
6. 제3항에서,
   상기 절삭암(43)은 2개가 좌우 대칭으로 구비되고, 상기 토출공(432a)의 수평 간격은 80㎜ 이하인 것을 특징으로 하는 확대선단보강부가 구비된 회전관입형 복합 강관말뚝.
   
7. 제1항에서,
   상기 절삭암(43)의 상부 또는 하부에는 절삭암(43)의 길이 방향으로 상호 이격되어 돌출되는 것으로 상기 주입재공급로(431)와 연통되어 토출부(432)의 토출 방향으로 보조토출공(436)이 형성된 토출돌부(435)가 구비되는 것을 특징으로 하는 확대선단보강부가 구비된 회전관입형 복합 강관말뚝.
   
8. 제1항에서,
   상기 확대선단보강부(4)의 연직 투영 면적은 지지강판(3)의 연직 투영 면적의 3배 이상인 것을 특징으로 하는 확대선단보강부가 구비된 회전관입형 복합 강관말뚝.
   
9. 제1항에서,
   상기 절삭암(43) 위치의 지지강관(42) 외측에는 인발저항 지지강판(44)이 구비되는 것을 특징으로 하는 확대선단보강부가 구비된 회전관입형 복합 강관말뚝.
   
10. 제1항에서,
    절삭 및 분쇄된 지반으로 토출되는 주입재는 팽창성 주입재인 것을 특징으로 하는 확대선단보강부가 구비된 회전관입형 복합 강관말뚝.
    
11. 제1항에 의한 확대선단보강부가 구비된 회전관입형 복합 강관말뚝을 시공하기 위한 것으로,
    (a) 상기 강관말뚝 본체(2)를 회전 관입하여 절삭암(43)을 지지지반(12) 상부까지 도달시키는 단계; 및
    (b) 상기 강관말뚝 본체(2)를 회전 관입하여 절삭암(43)으로 지지지반(12)을 상기 지지강판(3)보다 큰 지름으로 절삭 및 분쇄하는 한편, 상기 토출부(432)를 통해 절삭 및 분쇄된 지지지반(12)에 주입재를 주입하고 혼합하여 원기둥 형상의 강화원지반(41)을 형성함으로써 강화원지반(41) 내부에 지지강관(42)이 구비된 확대선단보강부(4)를 형성하는 단계; 로 구성되는 것을 특징으로 하는 확대선단보강부가 구비된 회전관입형 복합 강관말뚝의 시공 방법.
    
12. 제11항에서,
    상기 (b) 단계에서, 상기 지지지반(12)은 지지강판(3)의 연직 투영 면적의 3배 이상의 지름으로 절삭 및 분쇄되는 것을 특징으로 하는 확대선단보강부가 구비된 회전관입형 복합 강관말뚝의 시공 방법.
    
13. 제11항에서,
    상기 토출부(432)에서 주입되는 주입재의 양이 주입재 토출 위치의 회전 반경에 비례하는 것을 특징으로 하는 확대선단보강부가 구비된 회전관입형 복합 강관말뚝의 시공 방법.
    
14. 제11항에서,
    상기 강관말뚝 본체(2)의 회전 관입을 위한 오거드라이버(5)와 강관말뚝 본체(2)의 상단 사이에는 스위벨(6)이 구비되어,
    상기 (b) 단계에서, 상기 강관말뚝 본체(2)의 회전 관입에 의해 지지지반(12)을 절삭 및 분쇄하면서 스위벨(6)을 통해 주입재가 공급되는 것을 특징으로 하는 확대선단보강부가 구비된 회전관입형 복합 강관말뚝의 시공 방법.
    
15. 제11항에서,
    상기 주입재는 주제와 경화제가 혼합된 팽창성 주입재로, 상기 지지강관(42)의 내부에는 주제가 수용된 주제수용부(451)와 경화제가 수용된 경화제수용부(452)로 구성되는 주입재 공급부(45)가 구비되어,
    상기 (b) 단계에서, 상기 강관말뚝 본체(2)를 회전하여 지지지반(12)을 절삭 및 분쇄하면서 주입재 공급부(45)에서 토출부(432)를 통해 주입재를 주입하는 것을 특징으로 하는 확대선단보강부가 구비된 회전관입형 복합 강관말뚝의 시공 방법.
    
16. 제11항에서,
    상기 지지강관(42)은 강관말뚝 본체(2)의 하단 내부에 상하로 이동 가능하게 구비되어,
    상기 (a) 단계에서, 상기 지지강관(42)이 강관말뚝 본체(2)의 하단 내부에 수용된 상태에서 강관말뚝 본체(2)를 회전 관입하여 지중의 지지지반(12)까지 도달시킨 후,
    상기 (b) 단계에서, 상기 지지강관(42)을 강관말뚝 본체(2)의 하부로 하강시키면서 하부의 지지지반(12)에 회전 관입하여 지지지반(12)을 절삭 및 분쇄하는 것을 특징으로 하는 확대선단보강부가 구비된 회전관입형 복합 강관말뚝의 시공 방법.

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