KR102793163B1 - 지반보강 및 지지력을 향상시키는 고강도 phc 파일의 스마트 지반보강 공법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 지반의 케이싱 천공홀에 근입된 고강도 PHC 파일을 통해 지중에 그라우팅재를 압밀주입 또는 그라우팅 패커를 이용하여 주입 고결될 수 있도록 하되, 침입 효과가 크고 불필요하게 고강도 PHC 파일에 잔존하는 그라우팅재를 최소화시켜 경제적 시공성을 갖도록 한 지반의 보강 공법을 제공한다. 본 발명의 적절한 실시 형태에 따르면, 지반보강 및 지지력을 향상시키는 고강도 PHC 파일의 스마트 지반보강 공법에 따르면, (a) 지반의 시공위치에 케이싱 천공을 실시하여 일정 깊이의 천공홀을 형성시키는 단계와; (b) 상기 천공홀에 고강도 PHC 파일을 관입시켜 놓는 단계와; (c) 고강도 PHC 파일의 원주방향에 배열된 그라우팅주입관에 그라우팅재를 압밀주입 또는 그라우팅 패커로 주입시키는 단계와; (d) 상기 고강도 PHC 파일의 그라우팅 토출구를 통해 토출된 그라우팅재를 지중에 침투시켜 고강도 PHC 파일의 외주면 주변부에 지중고결층을 형성시키는 단계;를 포함하되, 상기 고강도 PHC 파일에는 파일몸체의 상단에 그라우팅 주입구가 노출되어 원형 배열되어 매설된 복수개 이상의 그라우팅주입관, 그라우팅주입관에 연통되어 파일몸체의 반경방향으로 그라우팅재를 토출시킬 수 있는 그라우팅 토출구를 갖고 시공되는 것을 특징으로 한다.

Description

지반보강 및 지지력을 향상시키는 고강도 PHC 파일의 스마트 지반보강 공법{Smart Ground Reinforcement Method of High Strength PHC File to Improve Ground Reinforcement and Support}

본 발명은 지반의 보강 공법에 관한 것으로, 특히 지반의 천공홀에 근입된 고강도 PHC 파일에 설치된 강관을 통해 지중에 흙입자간의 공극으로 그라우팅을 압밀 주입하여 지반이 고결될 수 있도록 하여 다양한 지질 조건에 적용할 수 있고, 특정환경에서 안정화된 이상적인 지반보강이 될 수 있으며, 부동침하방지 및 안전성을 확보할 수 있고 지지력을 향상시켜 지반보강에 강력한 유연성으로 경제적 시공성을 갖도록 한 지반의 보강 공법에 관한 것이다.

일반적으로 지반 보강공법은 지반의 부등침하 및 토질안정 등의 목적으로 연약 지반의 보강 할 부위에 천공장비를 이용하여 드릴천공 후 주입관을 설치하고, 주입관을 통해 그라우트재를 주입하여 지중에 침입 고결시켜 지반을 강화하는 공법이다. 이때 흙 속의 물이나 공기를 밀어내고 공극을 채워 흙이 압밀해지면서, 전단응력에 대한 지내력을 동시에 증가시켜 지반이 강화된다. 이 경우, 주입관을 설치하기 위해서는 별도의 그라우팅 천공홀을 별도의 천공장비를 이용하여 천공하는 작업이 이루어지기 때문에 작업중 소음과 매연이 발생되고, 불필요한 연료손실로 인하여 에너지 낭비가 커진다.

따라서 연약지반의 보강시 그라우팅 천공홀의 천공작업이 불필요하면서, 그라우팅 작업을 효율적으로 개선하여 작업의 편의성과 안전성으로 보다 친환경적인 공사를 진행할 수 있으며, 토지 지내력이 충분하여 건물(구조체)의 지지력을 충분히 확보할 수 있는 공법이 필요하다.

본 발명의 배경이 되는 기술로는 한국 등록특허 등록번호 제10-2512238호로서, '차수 및 지반 보강을 위한 친환경 고내구성 그라우팅 시공방법'이 제안되어 있다. 이는 시멘트 밀크와 겔화 반응제를 혼합한 혼합물을 지반에 주입관을 통해 주입시켜 지반을 보강한다. 그러나 상기 배경기술은 주입관을 설치하기 위한 별도의 많은 천공홀을 드릴작업으로 천공하여야 하기 때문에 작업중 소음과 매연이 발생되고, 연료손실이 커져 에너지를 절감하기 어렵다.

본 발명의 다른 배경기술로는 한국 공개특허 공개번호 제10-2014-0137571호(특허문헌 2)로서, '그라우팅 확산형 말뚝 및 이를 이용한 지반 보강 방법'이 제안되어 있다. 이는 지중에 말뚝 본체를 근입시킨 후 말뚝 본체에 외부로 돌출 설치된 노즐을 통해 지반에 주입재를 주입시켜서 지반을 보강하는 방법이다. 그러나 상기 배경기술은 말뚝 본체에 노즐의 설치가 어렵고, 주입재의 주입을 위해 말뚝 본체의 상부에 별도의 패커 설치가 필요하며, 말뚝 본체의 내부에 많은 주입재가 충진되어 남게 됨으로써 경제성이 떨어진다.

한국 등록특허 등록번호 제10-2512238호 한국 공개특허 공개번호 제10-2014-0137571호

본 발명은 지중에 흙입자간의 공극으로 그라우팅을 압밀 주입하여 지반이 고결될 수 있도록 하여 다양한 지질 조건에 적용할 수 있고, 특정환경에서 안정화된 이상적인 지반보강이 될 수 있으며, 부동침하방지 및 안전성을 확보할 수 있고 지지력을 향상시켜 지반보강에 강력한 유연성으로 경제적 시공성을 갖도록 한 지반의 보강 공법을 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명의 적절한 실시 형태에 따르면, 지반보강 및 지지력을 향상시키는 고강도 PHC 파일의 스마트 지반보강 공법에 따르면, (a) 지반의 시공위치에 케이싱 천공을 실시하여 일정 깊이의 천공홀을 형성시키는 단계와; (b) 상기 천공홀에 고강도 PHC 파일을 관입시켜 놓는 단계와; (c) 고강도 PHC 파일의 원주방향에 배열된 그라우팅주입관에 그라우팅재를 주입압력을 갖고 강제로 주입시키는 단계와; (d) 상기 고강도 PHC 파일의 그라우팅 토출구를 통해 토출된 그라우팅재를 지중에 침투시켜 고강도 PHC 파일의 외주면 주변부에 지중고결층을 형성시키는 단계;를 포함하되, 상기 고강도 PHC 파일에는 파일몸체의 상단에 그라우팅 주입구가 노출되어 원형 배열되어 매설된 복수개 이상의 그라우팅주입관, 그라우팅주입관에 연통되어 파일몸체의 반경방향으로 그라우팅재를 토출시킬 수 있는 그라우팅 토출구를 갖고 시공되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 (d)단계 후, 고강도 PHC 파일의 파일 중공부에 현장콘크리트를 타설하여 지지력을 보강하는 단계;가 더 실시되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 (d)단계 후, 고강도 PHC 파일의 파일 중공부에 파일 중공부의 내경과 동일한 직경을 갖는 강관을 삽입시킨 후, 현장콘크리트를 강관의 내부에 타설하여 지지력을 보강하는 단계;가 더 실시되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 (d)단계 후, 고강도 PHC 파일의 파일 중공부에 띠철근에 원형 배열되어 접합된 주철근을 갖는 원형 철근망을 삽입시킨 후, 원형 철근망이 매설되도록 현장콘크리트를 파일 중공부에 타설하여 지지력을 보강하는 단계;가 더 실시되는 것을 특징으로 한다.

또한, 천공홀의 근입 깊이에 따른 원형 철근망(60)의 설치길이가 길어지는 경우, 추가적으로 설치되는 원형 철근망 양쪽 주철근을 철근 커플러로 연결하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 파일몸체에는 그라우팅주입관의 설치에 따른 단면손실을 보강하기 위해 삼각형태로 가공된 철근을 한 쌍으로 하여 서로 어긋나게 배치하여 접합시킨 파일 보강대가 고강도 PHC 파일의 길이방향을 따라 일정 간격을 두고 더 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 (b) 단계에서, 천공홀의 근입 깊이가 깊을 경우 고강도 PHC 파일을 추가적으로 연결 설치하는 단계가 더 포함된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 지반보강 및 지지력을 향상시키는 고강도 PHC 파일의 스마트 지반보강 공법에 따르면, 고강도 PHC 파일을 통한 그라우팅 주입으로 지반보강을 하고, 강관 속에 채워진 그라우팅이 강관내에서 양생되어 지지력을 구조체에 더욱 보강할 수 있으며, 선단지지력이 증가되어 설치본수가 감소되고, 공사기간의 단축과 공사비 저감, 작업중 소음과 매연 및 연료손실을 최소화하여 에너지를 절약할 수 있는 친환경적인 공사가 된다.

또한, 다양한 지형과 지질조건에 적용될 수 있으며, 특정환경에서도 안정적인 지반 보강이 가능하며 강력한 유연성을 갖는다.

또한, 그라우팅 흙입자간의 공극을 충진하여 지반을 고결시키는 것으로서, 부동침하방지, 지지력 증대, 안전성 확보, 전단강도 확보 및 건축물 강성 확보가 가능하다.

또한, 고강도 PHC 파일을 이용한 그라우팅 주입으로 지반을 보강, 지반침하방지 주입관의 일정 두께로 마이크로 강관 역할까지 가능한 것이 특징이다.

또한, 지반의 보강과 함께 고강도 PHC 파일이 설치되어 토지 지내력이 충분해 짐으로써 건물(구조체)의 지지력을 충분히 확보할 수 있다.

더욱이, 그라우팅 주입이 고강도 PHC 파일내 그라우팅주입관을 통해 이루어져 침입 효과가 크고, 불필요하게 고강도 PHC 파일에 잔존하는 그라우팅재를 최소화시켜 경제적 시공성을 갖는다.

본 명세서에서 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 첨부한 도면에 기재된 사항에만 한정되어서 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 고강도 PHC 파일을 통한 그라우팅 주입으로 지중을 고결시키는 시공상태도.
도 2는 지반의 천공 시공 후 배열 예시도.
도 3 내지 도 6은 본 발명에 따른 천공홀에 고강도 PHC 파일을 설치한 후 그라우팅 주입에 따른 침입 및 고결과정을 나타낸 다양한 시공예시도.
도 7은 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 고강도 PHC 파일의 사시도.
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 실시 예에 따른 고강도 PHC 파일에 설치된 그라우팅주입관의 다양한 배치상태도.
도 9a는 본 발명의 실시 예에 따른 고강도 PHC 파일에 파일 보강대가 추가적으로 설치된 예시도.
도 9b는 도 9a의 파일 보강대에 주철근이 추가적으로 설치된 예시도.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 상,하부측 고강도 PHC 파일간의 연결상태도.
도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 고강도 PHC 파일에 추가적으로 설치되는 원형 철근망의 길이 증설에 따른 주철근이 철근커플러로 연결된 예시도.
도 12는 본 발명에 적용되는 그라우팅주입관의 다양한 예시도.

아래에서 본 발명은 첨부된 도면에 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되지만 제시된 실시 예는 본 발명의 명확한 이해를 위한 예시적인 것으로 본 발명은 이에 제한되지 않는다.

본 발명에 따른 지반의 보강은 도 1과 같이 천공홀(102)에 설치된 고강도 PHC 파일(10)에 그라우팅재를 압밀 또는 그라우팅패커를 이용하여 주입하며, 지중에 그라우팅재의 침투와 고결을 통해 이루어지도록 한다. 이때 고강도 PHC 파일(10)의 원주방향에 배열된 복수개 이상의 그라우팅주입관(20)에 그라우팅재의 주입이 이루어져 지반의 보강이 실시된다. 그라우팅주입관(20)의 다양한 형태가 도 12에 예시되어 있다.

여기서 지반(100)의 보강은 다양한 지질조건에 적용할 수 있으며 특정환경에서도 안정화된 이상적인 지반보강이 될 수 있으며, 지지력을 향상시켜 지반보강에 강력한 유연성을 갖는다.

케이싱 천공

먼저, 도 2와 같이 지반(100)의 시공위치에 케이싱 천공을 실시하여 일정 깊이의 천공홀(102)을 형성시키다. 케이싱 천공 작업은 다양한 천공장비를 통해 이루어질 수 있다.

고강도 PHC 파일의 관입

도 3과 같이 천공홀(102)에 고강도 PHC 파일(10)을 관입시켜 놓는다. 고강도 PHC 파일(10)은 기중기 등의 인양장비를 통해 이루어질 수 있다.

여기서, 도 7, 도 8a 및 도 8b와 같이 고강도 PHC 파일(10)에는 파일몸체(12)의 상단에 그라우팅 주입구(201)가 노출되어 원형 배열되어 매설된 복수개 이상의 그라우팅주입관(20), 그라우팅주입관(20)에 연통되어 파일몸체(12)의 반경방향으로 그라우팅재를 토출시킬 수 있는 그라우팅 토출구(202)를 갖고 시공된다.

이때 도 9와 같이 파일몸체(12)에는 그라우팅주입관(20)의 설치에 따른 단면손실을 보강하기 위해 삼각형태로 가공된 철근을 한 쌍으로 하여 서로 어긋나게 배치하여 접합시킨 파일 보강대(30)가 고강도 PHC 파일(10)의 길이방향을 따라 일정 간격을 두고 더 설치될 수 있으며, 파일 중공부에 현장타설 콘크리트를 타설하여 지지력을 한층 강화시킬 수 있다. 파일 보강대(30)에는 도 9b와 같이 내접되어 원형 배열된 주철근(31)이 더 설치될 수 있다.

여기서, 천공홀(102)의 근입 깊이가 깊을 경우, 고강도 PHC 파일(10)을 추가적으로 연결 설치된다. 고강도 PHC 파일(10과 10)간의 연결은 도 10과 같이 예로 알려진 연결블록을 이용한 무용접 고장력 수직볼트 이음 방식이 될 수 있으나 이러한 연결방법에 한정되는 것은 아니다.

따라서 고강도 PHC 파일(10)은 복수개 이상이 연결되어 연암층(지지암반)에 도달될 수 있다.

그라우팅재의 주입

도 4와 같이 고강도 PHC 파일(10)의 원주방향에 배열된 그라우팅주입관(20)에 그라우팅재를 압밀 또는 그라우팅 패커를 이용하여 주입시키는 단계를 갖는다.

시멘트, 그라우트 약액 등등의 그라우트 조성물이 배합되어 그라우트믹서펌프에 의해 고강도 PHC 파일(10)의 그라우팅 주입구(201)를 통하여 그라우팅재가 압밀 또는 그라우팅 패커를 이용하여 주입된다.

이때 그라우팅재의 주입압력, 주입량, 주입시간 등의 데이타를 디지털화하여 현장의 시공품질을 관리함이 바람직하다.

한편, 그라우팅재의 주입 단계에서는 여러곳의 천공홀(102)에 근입된 고강도 PHC 파일(10)을 순차적으로 그라우팅재의 주입을 실시하여 공기를 단축시킴이 바람직하다.

지중고결층의 형성

도 3과 같이 고강도 PHC 파일(10)의 그라우팅 토출구(202)를 통해 토출된 그라우팅재를 지중에 침투시켜 고강도 PHC 파일(10)의 외주면 주변부에 지중고결층(110)을 형성시킨다.

본 실시 예에서 고강도 PHC 파일(10)의 그라우팅 토출구(202)는 복수의 형태로 배열된 상태임으로 고강도 PHC 파일(10)의 둘레에 방사방향으로 확장해나가면서 지중고결층(110)을 형성한다.

한편, 본 공법에서 도 4와 같이 그라우팅재의 주입 및 고강도 PHC 파일(10)의 파일 중공부(10a)에 현장콘크리트를 타설하여 지지력을 보강하는 단계가 더 실시될 수 있다.

또한, 본 공법에서 도 5와 같이 그라우팅재의 주입 및 고강도 PHC 파일(10)의 파일 중공부(10a)에 파일 중공부(10a)의 내경과 동일한 직경을 갖는 강관(50)을 삽입시킨 후, 현장콘크리트를 강관(50)의 내부에 타설하여 지지력을 보강하는 단계가 더 실시될 수 있다.

또한, 본 공법에서 도 6과 같이 그라우팅재의 주입 및 고강도 PHC 파일(10)의 파일 중공부(10a)에 띠철근(601)에 원형 배열되어 접합된 주철근(602)을 갖는 원형 철근망(60)을 삽입시킨 후, 원형 철근망(60)이 매설되도록 현장콘크리트를 파일 중공부에 타설하여 지지력을 보강하는 단계가 더 실시될 수 있다.

이때 천공홀(102)의 근입 깊이에 따른 원형 철근망(60)의 설치길이가 길어지는 경우, 추가적으로 설치되는 원형 철근망(60)은 도 11과 같이 양쪽 주철근(602와 602)을 철근 커플러(603)로 연결하여 이루어질 수 있다.

한편, 고강도 PHC 파일(10)에는 도 5a와 같이 강관(50)이 일체형으로 포함되어 시공될 수 있다.

또한, 고강도 PHC 파일(10)에는 도 6a와 같이 원형 철근망(60)이 일체형으로 포함되어 시공될 수 있다.

이와 같이 본 공법에서는 고강도 PHC 파일(10)을 이용한 그라우팅 주입으로 지반보강을 하고, 선행작업으로 강관 속에 채워진 그라우팅이 강관내에서 양생되어 지지력을 구조체에 더욱 보강할 수 있으며, 선단지지력이 증가되어 설치본수가 감소되고, 공사기간의 단축과 공사비 저감이 가능하다. 별도의 그라우팅 천공홀 천공 작업이 생략되어 작업중 소음과 매연 및 연료손실을 최소화하여 에너지를 절약할 수 있는 친환경적인 공사가 된다.

또한, 다양한 지형과 지질조건에 적용될 수 있으며, 특정환경에서도 안정적인 지반 보강이 가능하며 강력한 유연성을 갖는 것이 특징이다.

또한, 그라우팅 흙입자간의 공극을 충진하여 지반을 고결시키는 것으로서, 부동침하방지, 지지력 증대, 안전성 확보, 전단강도 확보, 건축물 강성 확보 등의 장점을 갖는다.

지금까지 본 발명은 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되었지만 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 제시된 실시 예를 참조하여 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형 및 수정 발명을 만들 수 있을 것이다. 본 발명은 이와 같은 변형 및 수정 발명에 의하여 제한되지 않으며 다만 아래에 첨부된 청구범위에 의하여 제한된다.

10: 고강도 PHC 파일
10a: 파일 중공부
20: 그라우팅주입관
201: 그라우팅 주입구
202: 그라우팅 토출구
30: 파일 보강대
31: 주철근
50: 강관
60: 원형 철근망
110: 지중고결층

Claims (9)

1. (a) 지반(100)의 시공위치에 케이싱 천공을 실시하여 일정 깊이의 천공홀(102)을 형성시키는 단계와;
   (b) 상기 천공홀(102)에, 파일몸체(12)의 상단에 그라우팅 주입구(201)가 노출되게 원형 배열된 복수개 이상의 그라우팅주입관(20)이 매설되고, 그라우팅주입관(20)에 연통되어 파일몸체(12)의 반경방향으로 그라우팅재를 토출시킬 수 있는 그라우팅 토출구(202)가 형성되며, 그라우팅주입관(20)의 설치에 따른 단면손실을 보강하기 위해 삼각형태로 가공된 철근을 한 쌍으로 하여 서로 어긋나게 배치하여 접합시킨 파일 보강대(30)가 길이방향을 따라 일정 간격을 두고 설치된 고강도 PHC 파일(10)을 관입시켜 놓는 단계와;
   (c) 고강도 PHC 파일(10)의 원주방향에 배열된 그라우팅주입관(20)에 그라우팅재를 주입하는 단계와;
   (d) 고강도 PHC 파일(10)의 그라우팅 토출구(202)를 통해 토출된 그라우팅재를 지중에 침투시켜 고강도 PHC 파일(10)의 외주면 주변부에 지중고결층(110)을 형성시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 지반보강 및 지지력을 향상시키는 고강도 PHC 파일의 스마트 지반보강 공법.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 (d)단계 후,
   고강도 PHC 파일(10)의 파일 중공부(10a)에 현장콘크리트를 타설하여 지지력을 보강하는 단계;가 더 실시되는 것을 특징으로 하는 지반보강 및 지지력을 향상시키는 고강도 PHC 파일의 스마트 지반보강 공법.
3. 제 1항에 있어서,
   상기 (d)단계 후,
   고강도 PHC 파일(10)의 파일 중공부(10a)에 파일 중공부(10a)의 내경과 동일한 직경을 갖는 강관(50)을 삽입시킨 후, 현장콘크리트를 강관(50)의 내부에 타설하여 지지력을 보강하는 단계;가 더 실시되는 것을 특징으로 하는 지반보강 및 지지력을 향상시키는 고강도 PHC 파일의 스마트 지반보강 공법.
4. 제 1항에 있어서,
   상기 (d)단계 후,
   고강도 PHC 파일(10)의 파일 중공부(10a)에 띠철근(601)에 원형 배열되어 접합된 주철근(602)을 갖는 원형 철근망(60)을 삽입시킨 후, 원형 철근망(60)이 매설되도록 현장콘크리트를 파일 중공부에 타설하여 지지력을 보강하는 단계;가 더 실시되는 것을 특징으로 하는 지반보강 및 지지력을 향상시키는 고강도 PHC 파일의 스마트 지반보강 공법.
5. 제 4항에 있어서,
   천공홀(102)의 근입 깊이에 따른 원형 철근망(60)의 설치길이가 길어지는 경우, 추가적으로 설치되는 원형 철근망(60)은 양쪽 주철근(602와 602)을 철근 커플러(603)로 연결하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 지반보강 및 지지력을 향상시키는 고강도 PHC 파일의 스마트 지반보강 공법.
6. 삭제
7. 제 1항에 있어서,
   상기 (b) 단계에서,
   천공홀(102)의 근입 깊이가 깊을 경우 고강도 PHC 파일(10)을 추가적으로 연결 설치하는 단계가 더 포함된 것을 특징으로 하는 지반보강 및 지지력을 향상시키는 고강도 PHC 파일의 스마트 지반보강 공법.
8. 제 1항에 있어서,
   상기 (b) 단계에서,
   고강도 PHC 파일(10)에는 원형 철근망(60)이 일체형으로 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 지반보강 및 지지력을 향상시키는 고강도 PHC 파일의 스마트 지반보강 공법.
9. 제 1항에 있어서,
   상기 (b) 단계에서,
   고강도 PHC 파일(10)에는 강관(50)이 일체형으로 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 지반보강 및 지지력을 향상시키는 고강도 PHC 파일의 스마트 지반보강 공법.

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