KR102600437B1 - 파일의 시공방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 작업대상 지반을 대상으로, 파일 동재하시험에 의해 파일(100)에 작용하는 항타에너지에 대응하는 단위 근입심도당 항타수를 결정하는 항타수 결정단계; 상기 작업대상 지반에 대하여, 본파일(110)을 항타하여 설계심도까지 근입하는 기본 항타단계; 상기 본파일(110)에 작용하는 항타에너지에 대응하는 단위 근입심도당 항타수 만큼 항타를 실시하는 추가 항타단계; 상기 추가 항타단계에 의한 실제 근입심도가 상기 단위 근입심도보다 큰지 작은지 여부를 확인하는 지지력 확인단계; 상기 실제 근입심도가 상기 단위 근입심도보다 큰 경우, 상기 추가 항타단계를 반복하는 반복 항타단계; 상기 실제 근입심도가 상기 단위 근입심도보다 작은 경우, 항타작업을 종료하는 종료단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 파일의 시공방법을 제시함으로써, 파일의 항타 작업 시 지지력을 정확하게 확인할 수 있고, 안전한 작업이 가능하도록 한다.

Description

파일의 시공방법{CONSTRUCTION METHOD FOR PILE}
본 발명은 건설 기술분야에 관한 것으로서, 상세하게는 파일의 시공방법에 관한 것이다.
지반에 대하여 파일을 항타하여 관입하는 작업을 종료하기 위해서는, 파일이 설계심도까지 관입됨을 확인하는 것만으로는 부족하고, 파일의 지지력이 설계지지력 이상인지 여부를 확인하여야 한다.
종래에는 이를 위하여, 설계심도까지 관입된 파일에 대하여 추가 항타를 실시하고, 추가 항타에 의해 이루어진 관입량이 설계기준에 속하는지 여부를 확인하는 방식을 사용한다.
구체적으로, 파일의 표면에 눈금종이를 부착하고, 작업자가 필기구를 들고 눈금종이에 댄 상태에서, 장비에 의해 복수회에 걸쳐 항타를 실시하면서, 눈금종이에 그려진 형태에 의해 추가 항타에 의한 관입량을 확인한다.(도 1,2)
이는 다음과 같은 문제가 지적되었다.
첫째, 특별한 장비 없이 작업자가 필기구를 든 상태에서 확인작업이 이루어지므로, 정확한 측정값을 기대하기 어렵다.
둘째, 장비에 의한 파일의 항타 작업이 이루어지는 영역 내에서 작업이 이루어지므로, 대단히 위험하다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 도출된 것으로서, 파일의 항타 작업 시 지지력을 정확하게 확인할 수 있고, 안전한 작업이 가능한 파일의 시공방법을 제시하는 것을 그 목적으로 한다.
상기 과제의 해결을 위하여, 본 발명은 작업대상 지반을 대상으로, 파일 동재하시험에 의해 파일(100)에 작용하는 항타에너지에 대응하는 단위 근입심도당 항타수를 결정하는 항타수 결정단계; 상기 작업대상 지반에 대하여, 본파일(110)을 항타하여 설계심도까지 근입하는 기본 항타단계; 상기 본파일(110)에 작용하는 항타에너지에 대응하는 단위 근입심도당 항타수 만큼 항타를 실시하는 추가 항타단계; 상기 추가 항타단계에 의한 실제 근입심도가 상기 단위 근입심도보다 큰지 작은지 여부를 확인하는 지지력 확인단계; 상기 실제 근입심도가 상기 단위 근입심도보다 큰 경우, 상기 추가 항타단계를 반복하는 반복 항타단계; 상기 실제 근입심도가 상기 단위 근입심도보다 작은 경우, 항타작업을 종료하는 종료단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 파일의 시공방법을 제시한다.
상기 항타수 결정단계는, 시험파일(120)에 대하여 가속도계(121) 및 변형률계(122)를 부착하고, 상기 작업대상 지반에 대하여 상기 시험파일(120)을 항타하면서, 파일항타분석기(123)에 의해 상기 시험파일(120)에 발생하는 변형 및 응력파를 측정하는 측정단계; 상기 작업대상 지반의 설계지지력을 얻기 위해 필요한 항타수를 결정하기 위하여, 상기 변형 및 응력파의 해석에 의해, 상기 시험파일(120)에 작용하는 항타에너지에 대응하는 단위 근입심도당 항타수를 연산하는 해석단계;를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 측정단계는 PDA(pile driving analyzer)에 의해 수행되고, 상기 해석단계는 CAPWAP(Case Pile Wave Analysis Program), GRLWEAP에 의해 수행되는 것이 바람직하다.
상기 추가 항타단계는, 추가 항타작업에 앞서, 상기 본파일(110)의 표면에 단위 근입심도의 상단 및 하단을 확인할 수 있는 표지부(200)를 형성하되, 상기 본파일(110)의 항타작업을 가이드하도록 설치된 가이드부재(300)의 상단에 상기 단위 근입심도의 하단이 위치하도록 하는 표지부 부착단계;를 포함하고, 상기 지지력 확인단계는, 상기 추가 항타단계 이후, 상기 표지부(200)의 단위 근입심도의 상단이 상기 가이드부재(300)의 상단보다 하부에 위치하면, 상기 실제 근입심도가 상기 단위 근입심도보다 큰 것으로 해석하고, 상기 표지부(200)의 단위 근입심도의 상단이 상기 가이드부재(300)의 상단보다 상부에 위치하면, 상기 실제 근입심도가 상기 단위 근입심도보다 작은 것으로 해석하는 근입심도 측정단계;를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 표지부(200)는 상하방향 길이(L)가 상기 단위 근입심도와 동일한 스티커인 것이 바람직하다.
상기 표지부(200)는 복수회에 걸쳐 부착되는 1차 표지부(210) 및 2차 표지부(220)를 포함하고, 상기 반복 항타단계는, 상기 본파일(110)의 표면에 상기 2차 표지부(220)를 부착하되, 상기 가이드부재(300)의 상단에 상기 2차 표지부(220)의 하단이 위치하도록 하는 추가 표지부 부착단계;를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명은 파일의 항타 작업 시 지지력을 정확하게 확인할 수 있고, 안전한 작업이 가능한 파일의 시공방법을 제시한다.
도 1은 종래의 파일 시공방법의 공정도.
도 2는 종래의 파일 관입량 확인을 위한 눈금종이.
도 3 이하는 본 발명의 실시예를 도시한 것으로서,
도 3은 파일 동재하시험의 구성도.
도 4는 PDA에 의한 파일의 지지력 분석결과의 캡쳐사진.
도 5는 PDA에 의한 항타 응력 분석결과의 캡쳐사진.
도 6은 PDA에 의한 다양한 결과값의 분석결과의 캡쳐사진.
도 7은 CAPWAP에 의한 분석결과의 캡쳐사진.
도 8은 CAPWAP 데이터를 활용한 GRLWEAP에 의한 분석결과의 캡쳐사진.
도 9는 파일에 작용하는 항타에너지에 대응하는 단위 근입심도당 항타수의 그래프.
도 10 내지 12는 본 발명의 표지부에 관한 실시예의 공정도.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 관하여 상세히 설명한다.
도 3 이하에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 파일의 시공방법은 기본적으로 파일 동재하시험기술 및 이를 위해 개발되어 있는 장치를 활용한 것으로서, 먼저 이들에 관하여 설명한다.
파일 동재하시험은 항타 시에 발생하는 충격파의 전달에 대한 파동방정식을 이론적 근거로 하여 미국 오하이오주의 케이스 웨스턴 대학교에서 1964년에 개발되었다.
이 시험은 파일에 변형과 충격파 전달속도를 측정할 수 있는 장치를 설치한 후, 파일이 타격관입되는 과정에서 파일에 발생하는 변형과 응력파를 파일항타분석기(PDA : pile driving analyzer)에 의해 측정하고, 측정값을 CAPWAP(Case Pile Wave Analysis Program)에 의해 해석하여, 그 결과로부터 파일의 지지력, 파일에 전달되는 응력분포, 파일에 발생하는 압축력과 인장력, 응력파의 전달속도 등을 얻을 수 있도록 한다.
도 3은 파일 동재하시험의 구성도로서, 크레인(10)에 장착된 항타용 햄머(20)에 의해 시험파일(120)을 항타하는 공정을 도시한 것이다.
도 4,5,6은 PDA에 의한 측정 및 해석결과의 예시로서, 도 4는 파일의 지지력에 관한 것이고, 도 5는 항타 응력에 관한 것이며, 도 6은 다양한 결과값을 나타낸 것이다.
도 7은 CAPWAP에 의한 분석결과의 예시이다.
파일항타분석기에는 상술한 PDA 이외에도, 표 1에 나타난 바와 같이 다양한 장치가 개발되어 있다.
GRLWEAP은 항타 시에 사용되는 말뚝 및 항타장비의 제원과 현장 지반 특성치로부터, 동적 이론을 이용하여 말뚝의 지지력을 예측하는 말뚝 항타해석 프로그램이다.
이는 말뚝 길이에 따른 지지력과 항타수의 관계를 파악할 수 있도록 하고, 항타 장비의 적절한 조합을 가능하게 해주므로, 소요의 관입깊이와 지지력을 만족하도록 항타 되었는지 여부, 항타를 위한 말뚝의 최소 단면 결정, 말뚝 내의 과응력 발생 여부 등을 검토할 수 있도록 한다.
도 8은 CAPWAP 데이터를 활용한 GRLWEAP에 의한 분석결과의 예시이다.
도 9는 GRLWEAP에 의한 분석결과로서, 파일에 작용하는 항타에너지에 대응하는 단위 근입심도당 항타수의 그래프이다.
위의 선은 시공 중 동재하시험(Initial Driving Test)에 관한 것이고, 아래의 선은 재항타 동재하시험(Restrike Driving Test)에 관한 것이다.
x축은 항타용 햄머의 낙하고(Stroke)에 관한 것으로서, 항타장비에 의해 파일에 작용하는 항타에너지를 의미한다.
y축은 단위 근입심도당 항타수(Blow Count)에 관한 것으로서, 파일이 단위 근입심도(도 9의 경우 0.3m) 만큼 관입되는데 필요한 항타수를 의미한다.
예컨대, 시공 중 동재하시험에서 낙하고가 7.5ft인 경우, 34회 항타 시 근입심도가 0.3m 이하이면, 파일이 설계지지력을 갖는 것이 된다.
시공 중 동재하시험에서 낙하고가 10ft인 경우, 20회 항타 시 근입심도가 0.3m 이하이면, 파일이 설계지지력을 갖는 것이 된다.
본 발명에 의한 파일의 시공방법은 상술한 파일 동재하시험기술 및 이를 위해 개발되어 있는 장치를 활용한 것으로서, 다음 공정에 의해 이루어진다.
첫째, 작업대상 지반을 대상으로, 파일 동재하시험에 의해 파일에 작용하는 항타에너지에 대응하는 단위 근입심도당 항타수를 결정한다.
실제로 시공될 본파일(110)과 동일한 재질, 구조, 규격을 갖는 시험파일(120)에 대하여 가속도계(121) 및 변형률계(122)를 부착하고, 작업대상 지반에 대하여 시험파일(120)을 항타하면서, 파일항타분석기(123)에 의해 시험파일(120)에 발생하는 변형 및 응력파를 측정한다.(도 3)
작업대상 지반의 설계지지력을 얻기 위해 필요한 항타수를 결정하기 위하여, 변형 및 응력파의 해석에 의해, 시험파일(120)에 작용하는 항타에너지에 대응하는 단위 근입심도당 항타수를 연산한다.(도 9)
위 측정 및 해석작업에는 상술한 PDA(pile driving analyzer), CAPWAP(Case Pile Wave Analysis Program), GRLWEAP 등의 장치(프로그램)가 사용되며, 그 작업에 의해 도 9와 같은 그래프(항타에너지에 대응하는 단위 근입심도당 항타수)가 도출된다.
즉, 다수의 파일의 항타작업이 이루어지는 작업대상 지반을 대상으로, 시험파일(120)의 동재하시험을 실시하고, 위 측정 및 해석작업을 거치게 되면, 당해 작업대상 지반에 대하여 본파일(110)(시험파일(120)과 동일)을 항타 시공하는 경우, 그 본파일(110)이 설계지지력을 갖도록 하기 위하여 필요한 구체적 항타 작업량(항타에너지에 대응하는 단위 근입심도당 항타수)을 알 수 있게 된다.
도 9의 그래프를 예로 들어 설명하면, 시험시공에 사용된 항타장비의 낙하고가 7.5ft인 경우, 34회 항타 시 근입심도가 0.3m 이하이어야, 시험파일(120)이 설계지지력을 갖는 것이 된다.
위 항타장비의 낙하고가 10ft인 경우, 20회 항타 시 근입심도가 0.3m 이하이어야, 시험파일(120)이 설계지지력을 갖는 것이 된다.
여기서, 시험파일(120)과 본파일(110)의 항타작업은 모두 동일한 항타장비에 의해 수행하는 것을 전제로 하는 경우, 양 작업의 항타고가 동일하면 항타에너지도 동일한 것으로 볼 수 있다.
둘째, 위와 같이 결정된 단위 근입심도당 항타수를 기초로, 본파일(110)을 시공한다.
작업대상 지반에 대하여, 본파일(110)을 항타하여 일단 설계심도까지 근입한다.
본파일(110)에 작용하는 항타에너지에 대응하는 단위 근입심도당 항타수 만큼 항타를 실시한다.
즉, 위에서 설명한 바와 같이, 시험파일(120)이 설계지지력을 갖기 위해 필요한 구체적 항타 작업량(항타에너지에 대응하는 단위 근입심도당 항타수)을 본파일(110)에 대하여 그대로 적용한다.
도 9의 그래프를 예로 들어 설명하면, 항타장비(시험시공에 사용된 것과 동일한 것)의 낙하고가 7.5ft인 경우, 34회 항타 시 근입심도가 0.3m 이하이어야, 본파일(110)이 설계지지력을 갖는 것이 되므로, 34회 항타를 실시한다.
추가 항타단계(34회 항타)에 의한 실제 근입심도가 단위 근입심도(0.3m)보다 큰지 작은지 여부를 확인한다.
실제 근입심도가 단위 근입심도(0.3m)보다 큰 경우에는, 본파일(110)이 설계심도까지 근입되었음에 불구하고 설계지지력을 갖지 못했다는 의미가 되므로, 위 추가 항타단계를 반복하여야 한다.
실제 근입심도가 단위 근입심도(0.3m)보다 작은 경우라면, 본파일(110)이 설계지지력 이상의 지지력을 확보하였다는 의미가 되므로, 항타작업을 종료한다.
이하, 추가 항타단계에 의한 실제 근입심도가 단위 근입심도(0.3m)보다 큰지 작은지 여부를 쉽게 확인하도록 하기 위한 수단에 관하여 설명한다.
추가 항타작업에 앞서, 본파일(110)의 표면에 단위 근입심도(0.3m)의 상단 및 하단을 확인할 수 있는 표지부(200)를 형성하되, 본파일(110)의 항타작업을 가이드하도록 설치된 가이드부재(300)의 상단에 단위 근입심도의 하단이 위치하도록 한다.(도 10)
표지부(200)는 단위 근입심도(0.3m)의 상단 및 하단을 확인할 수 있는 구성이면, 필기구에 의해 본파일(110)의 표면에 눈금을 기입하는 방식, 종이 등을 부착하는 방식 등 어느 것이나 관계없다.
표지부(200)로서 상하방향 길이(L)가 단위 근입심도(0.3m)와 동일한 스티커를 사용하는 경우, 다수의 본파일(110)에 대하여 스티커를 일정 위치에 부착하는 것만으로 표지부 형성작업이 완료되므로, 시공성이 우수하다는 장점이 있다.
도 10은 본파일(110)의 항타작업을 가이드하도록 설치된 원형 강관 구조의 가이드부재(300)의 상단에 표지부(200)인 스티커의 하단(단위 근입심도(0.3m)의 하단)이 위치한 상태를 도시한 것이다.(도 10)
추가 항타작업이 복수회에 걸쳐 이루어지는 경우, 1차 표지부(210), 2차 표지부(220) 등 복수의 표지부(200)를 사용한다.
본파일(110)에 1차 표지부(210)를 부착한 상태에서 추가 항타작업을 실시한 이후, 1차 표지부(210)의 상단(단위 근입심도의 상단)이 가이드부재(300)의 상단보다 하부에 위치하면(함몰되어 보이지 않으면), 실제 근입심도가 단위 근입심도보다 큰 것(설계지지력 이하)으로 해석하고, 상기 추가 항타작업을 실시한다.(도 11)
이 추가 항타작업에 의한 근입심도를 확인하기 위하여, 본파일(110)의 표면에 추가로 2차 표지부(220)를 부착하되, 가이드부재(300)의 상단에 2차 표지부(220)의 하단이 위치하도록 한다.(도 11)
이 상태에서 추가 항타작업을 실시한 이후, 2차 표지부(220)의 상단(단위 근입심도의 상단)이 가이드부재(300)의 상단보다 상부에 위치하면(추가 항타작업이 완료되었음에 불구하고, 표지부(200)가 보이면), 실제 근입심도가 단위 근입심도보다 작은 것(설계지지력 이상)으로 해석하고, 항타작업을 종료한다.(도 12)
이상은 본 발명에 의해 구현될 수 있는 바람직한 실시예의 일부에 관하여 설명한 것에 불과하므로, 주지된 바와 같이 본 발명의 범위는 위의 실시예에 한정되어 해석되어서는 안 될 것이며, 위에서 설명된 본 발명의 기술적 사상과 그 근본을 함께 하는 기술적 사상은 모두 본 발명의 범위에 포함된다고 할 것이다.
100 : 파일 110 : 본파일
120 : 시험파일 121 : 가속도계
122 : 변형률계 123 : 파일항타분석기
200,210,220 : 표지부 300 : 가이드부재

Claims (6)

  1. 작업대상 지반을 대상으로, 파일 동재하시험에 의해 파일(100)에 작용하는 항타에너지에 대응하는 단위 근입심도당 항타수를 결정하는 항타수 결정단계;
    상기 작업대상 지반에 대하여, 본파일(110)을 항타하여 설계심도까지 근입하는 기본 항타단계;
    상기 본파일(110)에 작용하는 항타에너지에 대응하는 단위 근입심도당 항타수 만큼 항타를 실시하는 추가 항타단계;
    상기 추가 항타단계에 의한 실제 근입심도가 상기 단위 근입심도보다 큰지 작은지 여부를 확인하는 지지력 확인단계;
    상기 실제 근입심도가 상기 단위 근입심도보다 큰 경우, 상기 추가 항타단계를 반복하는 반복 항타단계;
    상기 실제 근입심도가 상기 단위 근입심도보다 작은 경우, 항타작업을 종료하는 종료단계;를 포함하고,
    상기 항타수 결정단계는,
    시험파일(120)에 대하여 가속도계(121) 및 변형률계(122)를 부착하고, 상기 작업대상 지반에 대하여 상기 시험파일(120)을 항타하면서, 파일항타분석기(123)에 의해 상기 시험파일(120)에 발생하는 변형 및 응력파를 측정하는 측정단계;
    상기 작업대상 지반의 설계지지력을 얻기 위해 필요한 항타수를 결정하기 위하여, 상기 변형 및 응력파의 해석에 의해, 상기 시험파일(120)에 작용하는 항타에너지를 의미하는 항타용 햄머의 낙하고에 대응하는 단위 근입심도당 항타수를 연산하는 해석단계;를 포함하고,
    상기 측정단계는 PDA(pile driving analyzer)에 의해 수행되고,
    상기 해석단계는 CAPWAP(Case Pile Wave Analysis Program), GRLWEAP에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 파일의 시공방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 추가 항타단계는,
    추가 항타작업에 앞서, 상기 본파일(110)의 표면에 단위 근입심도의 상단 및 하단을 확인할 수 있는 표지부(200)를 형성하되, 상기 본파일(110)의 항타작업을 가이드하도록 설치된 가이드부재(300)의 상단에 상기 단위 근입심도의 하단이 위치하도록 하는 표지부 부착단계;를 포함하고,
    상기 지지력 확인단계는,
    상기 추가 항타단계 이후, 상기 표지부(200)의 단위 근입심도의 상단이 상기 가이드부재(300)의 상단보다 하부에 위치하면, 상기 실제 근입심도가 상기 단위 근입심도보다 큰 것으로 해석하고, 상기 표지부(200)의 단위 근입심도의 상단이 상기 가이드부재(300)의 상단보다 상부에 위치하면, 상기 실제 근입심도가 상기 단위 근입심도보다 작은 것으로 해석하는 근입심도 측정단계;를
    포함하는 것을 특징으로 하는 파일의 시공방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 표지부(200)는 상하방향 길이(L)가 상기 단위 근입심도와 동일한 스티커인 것을 특징으로 하는 파일의 시공방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 표지부(200)는 복수회에 걸쳐 부착되는 1차 표지부(210) 및 2차 표지부(220)를 포함하고,
    상기 반복 항타단계는,
    상기 본파일(110)의 표면에 상기 2차 표지부(220)를 부착하되, 상기 가이드부재(300)의 상단에 상기 2차 표지부(220)의 하단이 위치하도록 하는 추가 표지부 부착단계;를
    포함하는 것을 특징으로 하는 파일의 시공방법.
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