KR102456328B1 - 연약지반 상 파일 항타력 증대를 위한 항타 장비 및 파일 시공 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 연약지반 상 파일 항타력 증대를 위한 항타 장비 및 파일 시공 방법에 관한 것으로, 해머의 낙하하중과 압입력(와이어의 당김에 의한 힘)을 이용하여 파일의 항타 속도와 관입력을 증가함으로써 해머를 경량화하여도 파일을 시공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 의한 연약지반 상 파일 항타력 증대를 위한 항타 장비는, 마스터에 형성된 레일에 승강 가능하게 장착되는 활차(30)와; 상기 활차를 통해 승강 가능하게 설치되며 파일의 두부를 타격하여 지중에 삽입 시공하는 해머(40)와; 상기 해머를 항타 방향으로 낙하시키는 해머 항타수단(50)과; 상기 해머를 파일 방향으로 당기는 해머 당김수단(60)과; 상기 해머 항타수단과 해머 당김수단의 사이에서 상기 해머 항타수단과 해머 당김수단을 상기 해머의 항타 방향과 반대 방향으로 완충하는 완충수단(70)을 포함하여, 상기 해머는 상기 완충수단의 완충력을 받아 구동하는 상기 해머 항타수단에 의한 낙하하중 및 상기 해머 당김수단에 의한 당김력으로 파일을 지중에 항타 시공한다.

Description

연약지반 상 파일 항타력 증대를 위한 항타 장비 및 파일 시공 방법{Pile driving machine and pile construction method to increase pile driving power on soft ground}

본 발명은 연약지반 보강을 위한 파일 항타 장비에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 해머의 낙하하중과 압입력(와이어의 당김에 의한 힘)을 이용하여 파일을 시공하는 연약지반 상 파일 항타력 증대를 위한 항타 장비 및 파일 시공 방법에 관한 것이다.

이 부분은 본 출원 내용과 관련된 배경 정보를 제공할 뿐 반드시 선행기술이 되는 것은 아니다.

일반적으로 건축 토목 구조물을 건축하기에 앞서 구조물이 침하하지 않도록 지중에 파일을 설치하는 기초공사가 필연적이다.

이러한 기초공사는 파일을 해머로서 지반에 직접 때려 박는 항타공법과, 스크류관을 이용하여 먼저 지반에 구멍을 뚫은 다음 이의 구멍에 파일을 박는 오거방법 등이 알려져 있다.

일 예로, 연약지반에서 PHC(Pretensioned Spun High Strengthed Concrete) 파일은 시공시 해머 항타에 의해 발생하는 응력이 연약층 통과시 파일 선단에서 압축파가 인장파로 변환되면서 인장균열 및 손상이 발생한다. 따라서 파일 손상을 방지하기 위하여 선굴착 후 말뚝을 시공하는 매입공법을 대부분 적용하고 있다.

연약 지반상에서 PHC 파일 시공을 위하여 선굴착후 매입공법 시공 장비는 굴착 오거 및 대형 해머를 장착하므로 대형 항타 장비를 이용한다. 대형 항타 장비의 경우 대부분 해외에서 수입한 장비를 사용하고 있다.

국내의 경우, 대부분 유압 해머(5∼10Ton)로 항타 장비가 제한적이나, 해외설계 및 시공사례를 보면 항타장비 조합의 다양화로 대심도 연약지반에서도 항타에 의한 시공이 가능한 것으로 조사되기도 하였다.

그러나, 종래의 항타 장비는 해머의 자중과 낙하력만을 이용한 방식이기 때문에 해머의 자중을 무겁게 할 수밖에 없고 결국 파일 두부에 과다한 타격력이 작용하여 파일 두부 또는 파일에 손상이 발생하는 문제점이 있고, 따라서, 파일의 재시공 또는 손상된 두부 보강 등의 문제점이 발생한다.

항타 장비의 배경기술을 확인할 수 있는 특허문헌으로 등록특허 제10-1811921호는, 안내레일이 구비된 리더; 상기 안내레일에 접촉되어 상기 안내레일을 따라 이동되는 가이드부; 및 일단에 와이어가 연결되어 상방향의 인력을 제공받고, 상기 가이드부에 적어도 일부가 삽입 가능하게 이루어지는 본체부를 구비하는 해머;를 포함하되, 상기 가이드부에 상기 본체부의 적어도 일부가 삽입되어 미리 정해진 곳에 위치된 상태에서 상기 가이드부의 내면과 상기 본체부의 외면 사이의 유격의 최소값은 0보다 크고, 상기 인력이 감소되면 상기 해머 및 상기 가이드부가 낙하를 개시하되, 상기 해머가 상기 가이드부보다 빠른 속도로 낙하하며, 상기 해머가 상승함에 따라 상기 해머가 상기 가이드부를 기준으로 하는 최고점에 도달되면 상기 가이드부가 상기 해머에 의해 지지되고, 상기 해머가 더 상승하면 상기 해머와 상기 가이드부가 함께 상승하고, 상기 해머와 상기 가이드부 사이의 마찰력은 상기 가이드부와 상기 안내레일 사이의 마찰력보다 작고, 상기 가이드부는, 상기 해머가 삽입된 상태에서 상기 해머의 수평방향 이동범위를 제한하는 가이드봉; 및 일측은 상기 안내레일에 이동가능하게 결합되고 타측은 상기 가이드봉에 결합되는 레일결합부;를 포함하고, 상기 해머는, 상기 본체부가 상기 가이드봉을 기준으로 최고점에 위치되면 상기 가이드봉을 지지하는 가이드봉 지지부;를 더 포함하는 항타장치이다.

한편, 해머의 자중과 낙하력에 의한 두부 손상의 문제점을 해결하기 위한 논문으로 "연약지반상 PHC파일 항타력 증대장치 개발에 관한연구"(디지털융복합연구 제18권 제10호, 2020.02.28.)가 있다. 상기 논문은 해머의 타격력과 와이어 로프의 압입력을 이용하여 파일 항타 속도와 항타 관입력을 증가시키는 것으로 해머의 자중을 줄일 수 있어 파일의 두부 손상을 줄이는 등의 효과가 있지만 두부 손상의 효과가 약하고 해머의 연결부 및 해머에 손상이 발생하는 문제점이 있다.

등록특허 제10-1811921호

본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 해머의 낙하하중과 압입력(와이어의 당김에 의한 힘)을 이용하여 파일의 항타 속도와 관입력을 증가함으로써 해머를 경량화하여도 파일을 시공하는 연약지반 상 파일 항타력 증대를 위한 항타 장비 및 파일 시공 방법을 제공하려는데 그 목적이 있다.

본 발명에 의한 연약지반 상 파일 항타력 증대를 위한 항타 장비는, 마스터에 형성된 레일에 승강 가능하게 장착되는 활차와; 상기 활차에 연결되는 항타 유도블록과; 상기 항타 유도볼록에 연결되는 해머와; 상기 항타 유도블록에 연결되어 상기 항타 유도블록의 하강을 통해 상기 해머를 자중에 의해 항타 방향으로 떨어뜨리는 해머 항타수단과; 상기 항타 유도블록을 상기 해머의 항타방향으로 당겨 압입력을 부여하는 해머 당김수단을 포함하여 해머의 낙하하중과 당김력의 복합력으로 파일을 항타 시공하는 것을 특징으로 한다.

상기 해머 당김수단은 상기 항타 유도블록에 연결되는 당김 블록, 일측이 상기 당김 블록에 연결되며 권취드럼을 통해 상기 해머를 항타 방향으로 당기는 당김 와이어, 상기 항타 유도블록과 상기 당김 블록의 사이에 장착되는 완충댐퍼를 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 담김 블록을 상기 항타 유도블록에 고정한다.

본 발명에 의한 연약지반 상 파일 항타력 증대를 위한 항타 장비 및 파일 시공 방법에 의하면, 해머를 파일의 두부쪽으로 강제로 당겨 파일의 압입력을 발생하고 이 압입력과 해머의 낙하하중을 이용하여 파일을 시공함으로써 해머의 중량을 기존보다 더 가볍게 그리고 최소화 할 수 있어 기존에 사용하는 항타 전용기 보다 동일 직경의 PHC 파일 시공 시 소형 항타기 및 해머를 이용할 수 있으며, 일반 굴착기에도 장착하여 시공이 가능하다. 따라서 해외에서 수입하는 장비의 국산화가 가능하고, 또한 대심도 연약지반에서도 항타력을 증대시켜 기존항타 장비 보다 소형 해머를 이용할 수 있으므로 최종 항타 시 파일 두부 손상을 최소화 할 수 있다.

그리고, 최종 항타 시 반발력이 심한 지층에서도 말뚝의 Rebound를 최소화하여 시공 속도를 향상 시킬 수 있다. 특히, 해머의 항타 시공 시 해머와 활차 사이에서 충격을 흡수함으로써 해머 등의 손상을 방지하고 또한 말뚝의 Rebound가 발생한다 하더라도 완충댐퍼가 충격을 흡수하여 말뚝의 Rebound와 그에 따른 충격도 줄여주어 장비의 손상을 막고 파일을 안전하고 빠르게 시공하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 의한 연약지반 상 파일 항타력 증대를 위한 항타 장비의 구성도.
도 2는 본 발명에 의한 연약지반 상 파일 항타력 증대를 위한 항타 장비에 적용된 항타 유도블록과 당김 블록 및 완충수단의 사시도.
도 3은 본 발명에 의한 연약지반 상 파일 항타력 증대를 위한 항타 장비에 적용된 당김 블록의 승강을 위한 레일을 보인 평면도.
도 4는 본 발명에 의한 연약지반 상 파일 항타력 증대를 위한 항타 장비에 적용된 항타 유도블록과 당김 블록 및 완충수단의 다른 예를 보인 정면도.
도 5는 본 발명에 의한 연약지반 상 파일 항타력 증대를 위한 항타 장비에 적용된 당김 블록의 고정수단을 보인 정면도.

하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 1에서 보이는 바와 같이, 본 발명에 의한 연약지반 상 파일 항타력 증대를 위한 항타 장비는, 붐(11)을 갖는 차량(10), 붐(11)에 연결되며 레일(21)을 갖는 마스터(20), 마스터(20)의 레일(21)에 승강 가능하게 탑재되는 활차(30), 파일의 두부를 타격하여 시공하는 해머(40), 해머(40)를 파일의 두부를 향해 낙하시키는 해머 항타수단(50), 해머(40)를 파일의 두부를 향해 당기는 해머 당김수단(60), 완충수단(70)으로 구성된다.

전술한 구성에서 차량(10), 마스터(20), 활차(30), 해머(유압해머 등)(40)는 기존의 항타 장비와 동일하므로 구체적인 설명을 생략한다.

도 1과 도 2에서 보이는 것처럼, 해머 항타수단(50)은 해머(40)의 낙하수단이며, 즉, 파일의 두부를 타격하여 시공하기 위하여 해머(40)를 상부로 들어올린 후 파일을 향해 낙하시키는 것이며, 항타와이어 권취드럼(51), 항타 유도블록(52) 및 항타 와이어(53)로 구성된다.

항타와이어 권취드럼(51)은 일방향 회전을 통해 항타 와이어(53)를 감아 항타 유도블록(52)을 상부로 들어올리고 반대 방향의 회전을 통해 항타 와이어(53)를 풀어 항타 유도블록(52)을 하부로 낙하시킨다. 항타와이어 권취드럼(51)은 도면에 마스터(20)에 설치된 것으로 도시되었으나 이에 한정되는 것은 아니다.

항타 유도블록(52)은 활차(30)에 고정되어 활차(30)와 함께 승강하면서 해머(40)를 같은 방향으로 승강시키고 세부 구성은 활차 연결부(52-1), 해머 장착부(52-2) 및 서포트부(52-3)로 구성될 수 있다. 항타 유도블록(52)은 활차 연결부(52-1)와 서포트부(52-3)가 활차(30)에 체결구(볼트와 너트, 클램프 등)를 통해 고정된다.

활차 연결부(52-1)는 활차(30)에 고정되며 항타 와이어(53)가 연결되고, 해머 장착부(52-2)는 활차 연결부(52-1)의 일측에 연결되며 해머(40)가 분리 가능하게 장착(볼팅 등)되며, 서포트부(52-3)는 해머 장착부(52-2)의 저부에 형성되며 해머 당김수단(60)의 당김 블록(61)의 저부에 배치되어 당김 블록(61)을 하부에서 지지한다.

활차 연결부(52-1)와 해머 장착부(52-2) 및 서포트부(52-3)는 동일한 크기와 형태이고, 활차 연결부(52-1)와 서포트부(52-3)가 해머 장착부(52-2)의 도면 기준 좌측의 상부와 하부에 각각 돌출 형성되는 구조로 이루어져, 이들의 사이에 당김 블록(61)과 완충수단(70)이 장착되는 공간이 마련된다.

서포트부(52-3)는 당김 블록(61)과 완충수단(70)이 하부로 이탈되지 않도록 하고 또한 당김 블록(61)의 당김력이 항타 유도블록(52)에 전달되도록 하는 기능도 한다.

서포트부(52-3)는 당김 와이어(62)가 관통 배선되는 배선홀이 구비된다.

이러한 구성의 항타 유도블록(52)은 활차 연결부(52-1)와 해머 장착부(52-2) 및 서포트부(52-3)가 일체형인 것, 조립형인 것 모두가 가능하다.

항타 유도블록(52)은 활차(30)와 일체인 것도 가능하다.

항타 와이어(53)는 일측이 항타와이어 권취드럼(51)에 연결되고 타측이 항타 유도블록(52)의 활차 연결부(52-1)에 연결되어 항타와이어 권취드럼(51)에 의해 항타 유도블록(52)을 들어올리고 해머(40)가 자중에 의해 파일을 향해 낙하하도록 한다.

항타 와이어(53)는 항타 유도블록(42) 대신 활차(30)에 고정되는 것도 가능하다.

해머 당김수단(60)은 해머(50)를 파일을 시공하기 위한 방향으로 당기는 것이며, 당김 블록(61)과 당김 와이어(62), 당김와이어 권취드럼(63)으로 이루어진다.

당김 블록(61)은 항타 유도블록(52)의 활차 연결부(52-1)와 서포트부(52-3) 사이에 개재되며 당김 와이어(62)에 의해 서포트부(52-3)에 당김력을 전달하여 항타 유도블록(52)을 하부로 당기고 따라서 해머(40)를 하부로 당긴다.

당김 블록(61)은 활차(30)와 항타 유도블록(42)이 고정 상태이므로 활차(30) 또는 항타 유도블록(52)에 슬라이딩 가능하게 연결(예를 들어 돌기와 홈에 의한 슬라이딩 가능하게 연결)되는 것도 가능하고, 이렇게 되면 당김 블록(61)이 활차(30) 또는 항타 유도블록(52)에 지지되는 상태에서 하부로 이동하기 때문에 해머(40)를 안정적으로 당겨 하강시킬 수 있다. 예를 들어 도 3에서 보이는 것처럼, 항타 유도블록(52)의 좌우 양쪽에 각각 레일(54)이 볼트 등을 통해 조립되고 당김 블록(61)과 레일(54) 사이에는 당김 블록(61)의 원활한 승강을 위하여 돌기(61a)와 홈(54a)에 의한 슬라이딩 구조가 포함된다.

당김 와이어(62)는 일측이 당김와이어 권취드럼(63)에 연결되는 한편 타측이 당김 블록(61)에 연결되어 당김와이어 권취드럼(63)에 감기면서 당김 블록(61)을 하부로 당긴다. 당김 와이어(62)는 손상으로 인한 교체를 위하여 당김와이어 권취드럼(63)과 당김 블록(61)에 분리 가능하게 연결된다.

당김와이어 권취드럼(63)은 당김 와이어(62)를 감아 당김 블록(61)을 하부로 당겨 해머(40)가 파일을 타격하도록 하고 해머(40)가 상부로 올라갈 때 당김 블록(61)이 해머(40)의 상승을 간섭하지 않도록 한다(예를 들어 당김 와이어 해제 상태). 즉, 항타와이어 권취드럼(51)과 당김와이어 권취드럼(63)은 서로 반대 방향의 힘을 이용하여 해머(40)를 상승 및 하강시킨다.

완충수단(70)은 해머 항타수단(50)의 항타 유도블록(52)과 해머 당김수단(60)의 당김 블록(61)의 사이에 설치되어 항타 유도블록(52)과 당김 블록(61)이 완충력을 통해 구동하도록 하며, 당김 블록(61)을 기준으로 하여 상하부에 각각 설치되는 제1,2완충댐퍼(71,72)로 구성된다.

제1완충댐퍼(71)는 항타 유도블록(52)의 활차 연결부(52-1)와 당김 블록(61)의 사이에 개재되고, 제2완충댐퍼(72)는 당김 블록(61)과 항타 유도 블록(52)의 서포트부(52-3) 사이에 개재되어 해머(40)가 파일을 타격할 때 항타 유도블록(52)과 당김 블록(61)이 서로 충돌하지 않도록 보호한다.

제1,2완충댐퍼(71,72)는 쇽업소버(에어식 등), 고무 등의 블록, 코일스프링 등이며, 쇽업소버나 블록의 경우 당김 와이어(62)가 관통 배선되는 배선홀이 구비된다.

전술한 항타 유도블록(52)과 당김 블록(61) 및 완충댐퍼(70)는 도 4의 형태로도 실시 가능하다.

본 발명에 의한 연약지반 상 파일 항타력 증대를 위한 항타 장비를 이용한 파일 시공 방법은 다음과 같다.

제1단계. 파일 거치.

파일의 선단부가 지반(지중)에 지지되도록 하여 파일을 거치한다.

제2단계. 파일 항타.

가. 해머 상승.

해머 항타수단(50)의 항타와이어 권취드럼(51)이 항타 와이어(53)를 감하 항타 유도블록(52)과 해머(40)를 상부로 올리고, 이 때, 해머 당김수단(60)의 당김 와이어(62)는 자유상태이거나 당김와이어 권취드럼(63)이 당김 와이어(62)를 풀어 해머(40)의 상승이 방해되지 않는다.

나. 해머 하강.

당김와이어 권취드럼(63)은 당김 와이어(62)를 강제로 감아 당김 블록(61)을 강제로 하강시키고, 당김 블록(61)은 제2완충패드(72)를 압축시키면서 항타 유도블록(52)을 하강시키고, 따라서, 해머(40)가 강제로 하강하여 파일의 두부를 타격하게 된다. 이 때, 해머 항타수단(50)의 항타 와이어(53)는 자유상태이거나 항타와이어 권취드럼(51)이 항타 와이어(53)를 풀어 해머(40)는 자유낙하 상태이므로 해머(40)의 낙하하중이 더해져 파일의 두부를 타격하고, 파일은 지중으로 압입된다.

상기 해머 상승과 해머 하강을 반복하면서 파일을 지중에 시공한다.

한편, 본 발명은 필요 시 해머 항타수단(50)만으로 파일을 시공할 수 있도록 당김 블록(61)을 고정하는 구성이 포함될 수도 있다.

예를 들어, 당김 블록(61)에는 볼트관통홀(61b)이 형성되며 항타 유도블록(52)에는 볼트관통홀(61b)과 통하는 너트부(52a)가 포함되고, 고정 볼트(64)가 볼트관통홀(61b)을 관통한 후 너트부(52a)에 체결됨으로써 당김 블록(61)을 항타 유도블록(52)에 고정한다.

물론, 이 때, 당김 와이어(62)는 당김 블록(61)에서 제거된다.

10 : 차량, 20 : 마스터
30 : 활차, 40 : 해머
50 : 해머 항타수단, 51 : 항타와이어 권취드럼
52 : 항타 유도블록, 52-1 : 활차 연결부
52-2 : 해머 장착부, 52-3 : 서포트부
53 : 항타 와이어, 54 : 레일
60 : 해머 당김수단, 61 : 당김 블록
62 : 당김 와이어, 63 : 당김와이어 권취드럼
64 : 고정볼트,
70 : 완충수단, 71,72 : 제1,2완충댐퍼

Claims (5)

1. 마스터에 형성된 레일에 승강 가능하게 장착되는 활차(30)와;
   상기 활차를 통해 승강 가능하게 설치되며 파일의 두부를 타격하여 지중에 삽입 시공하는 해머(40)와;
   상기 해머를 항타 방향으로 낙하시키는 해머 항타수단(50)과;
   상기 해머를 파일 방향으로 당기는 해머 당김수단(60)과;
   상기 해머 항타수단과 해머 당김수단의 사이에서 상기 해머 항타수단과 해머 당김수단을 상기 해머의 항타 방향과 반대 방향으로 완충하는 완충수단을 포함하여, 상기 해머는 상기 완충수단의 완충력을 받아 구동하는 상기 해머 항타수단에 의한 낙하하중 및 상기 해머 당김수단에 의한 당김력으로 파일을 지중에 항타 시공하며,
   상기 해머 항타수단은 상기 활차에 고정되는 한편 상기 해머가 장착되는 항타 유도블록(52)을 포함하고,
   상기 해머 당김수단은 상기 항타 유도블록에 승강 가능하게 설치되는 당김 블록(61), 당김와이어 권취드럼(63) 및 일측이 상기 당김와이어 권취드럼에 고정되는 한편 타측이 상기 당김 블록에 고정되어 상기 당김 블록을 통해 상기 항타 유도블록을 하부로 당기는 당김 와이어(62)를 포함하며,
   상기 완충수단은 상기 당김 블록의 상부와 하부에 각각 설치되는 제1,2완충댐퍼(71,72)를 포함하는 것을 특징으로 하는 연약지반 상 파일 항타력 증대를 위한 항타 장비.
2. 삭제
3. 청구항 1에 있어서, 상기 항타 유도블록의 좌우 양쪽에 각각 조립되는 레일(54)을 포함하고, 상기 당김 블록은 상기 레일에 승강 가능하게 연결되어 상기 레일을 따라 승강하는 것을 특징으로 하는 연약지반 상 파일 항타력 증대를 위한 항타 장비.
4. 청구항 1에 있어서, 상기 당김 블록에 관통 형성되는 볼트관통홀(61b), 상기 항타 유도블록에 형성되는 너트부(52a), 상기 볼트관통홀을 관통한 후 상기 너트부에 나사 체결되어 상기 당김 블록을 상기 항타 유도블록에 고정하는 고정 볼트(64)를 포함하는 것을 특징으로 하는 연약지반 상 파일 항타력 증대를 위한 항타 장비.
5. 파일의 선단부를 거치하는 제1단계와;
   청구항 1에 의한 연약지반 상 파일 항타력 증대를 위한 항타 장비의 해머를 상승과 하강을 반복시켜 상기 연약지반 상 파일 항타력 증대를 위한 항타 장비의 해머 항타수단에 의한 해머의 낙하하중과 상기 해머 당김수단에 의한 해머의 당김력을 통해 상기 파일을 지중에 시공하는 제2단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 연약지반 상 파일 항타력 증대를 위한 항타 장비를 이용한 파일 시공 방법
   

Images