KR20080027481A - 다점 암반 시추를 통한 지반천공 공법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 말뚝기초의 시공 등을 위한 지반천공시 암반층의 천공에 있어서, 계획 천공지점에 다수의 시추공을 방사상으로 형성한 후, 본굴착을 실시함으로써 암반굴착으로 인한 소음, 진동 및 분진을 감소시키고 굴착장비의 수명을 연장할 수 있도록 한 것이다.

본 발명을 통하여 대구경 지반천공에 있어서, 소형 암반시추 장비만으로도 암반의 본굴착시 우수한 효율을 달성할 수 있으며, 이로써 예비굴착 공정에서의 소모품 비용을 절감하고, 굴착비트 교체 등으로 인한 공기지연을 예방하는 효과를 얻을 수 있다.

다점(多點), 암반, 시추

Description

다점 암반 시추를 통한 지반천공 공법{Ground boring method using multi-point rock boring}

본 발명은 말뚝기초의 시공 등을 위한 지반천공시 암반층의 천공에 있어서, 계획 천공지점에 다수의 시추공을 방사상으로 형성한 후, 본굴착을 실시함으로써 암반굴착으로 인한 소음, 진동 및 분진을 감소시키고 굴착장비의 수명을 연장할 수 있도록 한 것이다.

지반천공은 말뚝기초의 시공, 지하구조물 시공을 위한 토류벽 가설 또는 연약지반 개량을 위한 압밀촉진 등의 목적으로 지반에 수직 또는 수직에 근사한 방향의 굴착공을 형성하는 것으로서, 지반의 특성이나 소요심도에 따라서 다양한 장비와 공법이 적용된다.

이러한 다양한 지반천공 유형 중에서, 말뚝기초의 시공을 위한 지반천공이 대표적이라 할 수 있으며, 말뚝기초는 선단지지력과 주면(柱面)마찰력에 의하여 말뚝상부 구조물의 하중이나 지하수로 인한 지중구조물의 부압(浮壓)에 저항하게 되 므로, 통상 말뚝기초용 지반천공은 암반층 이상의 굴착심도를 필요로 하게 된다.

지반은 토질이나 지질, 절·성토상태 및 인위적인 개량상태에 따라 다양한 물리적 특성을 가지게 되며, 굴착구간의 지반특성에 따라 굴착장비 및 굴진속도 등이 결정된다.

도 1은 전형적인 지층구조를 가지는 지반의 천공 및 현장타설말뚝의 시공과정을 나타낸 도면으로서, 케이싱(Casing)(30)을 관입시키며 토사굴착장비(21)로 토사층(11)을 굴착하여 암반층(12)에 도달하면, 토사굴착장비(21)를 인발하고 암반굴착비트(22)를 케이싱(30) 내부로 진입시켜 암반층(12)을 설계심도까지 굴착하고, 굴착공 내부로 철근(31)을 삽입한 후 트레미관(32)을 통하여 콘크리트(33)를 타설하면서 케이싱(30)을 인발함으로써 현장타설말뚝을 완성하게 된다.

이렇듯 일반적인 지반천공에 있어서는 암반층(12)의 굴착이 토사층(11)에 형성된 굴착공과 같은 직경의 대형 암반굴착비트(22)로 한번에 이루어지게 되므로, 암반층(12)의 굴착과정에서 발생되는 소음과 진동이 클 수 밖에 없었으며, 도심지 공사의 경우 이러한 굴착과정의 소음 및 진동으로 인하여 주변 구조물의 피해를 유발할 뿐 아니라, 암반의 절리와 불연속면 등에 의하여 암반굴착비트(22)가 정확환 굴진경로를 이탈하는 경우가 빈발하는 등 많은 문제점이 있었다.

이에, 도 2에서와 같이, 토사층(11)의 굴착후 케이싱(30)을 통하여 토사층(11)의 공벽을 유지하면서 암반층(12)을 굴착함에 있어서 일단 중심부에 소구경의 예비굴착을 설계심도까지 실시하여 예비굴착공을 형성한 후, 이 예비굴착공을 따라 계획 굴착직경에 해당하는 암반굴착비트(22)를 사용하여 본굴착을 실시함으로 써, 소음과 진동을 최소화함과 동시에, 굴착의 정밀도 또한 확보할 수 있도록 한 암반 이중굴착식 천공법이 개발되어 전술한 문제점들을 상당부분 해결할 수 있었다.

최근 구조물의 대형화 추세에 따라 지반천공의 소요 직경이 과거에 비하여 비약적으로 확대된 바, 예비굴착공의 직경 또한 확대될 수 밖에 없으므로 예비굴착단계에서도 대용량의 굴착장비가 투입되고 소형암반굴착비트(23) 또한 그 용량 및 규모가 확대되고 있다.

특히 예비굴착공의 소요 구경이 소형암반굴착비트(23)의 최대 구경을 초과할 경우 시공이 불가능할 뿐 아니라, 예비굴착공의 구경이 확대됨에 따라 굴착시 소형암반굴착비트(23)에 가해지는 충격 및 피로하중이 기하급수적으로 증가하게 되어 소형암반굴착비트(23)의 수명이 급격히 단축되며, 따라서 전체 공기가 연장되고 소모품 비용이 증액되는 심각한 문제점이 발생되고 있다.

본 발명은 전술한 문제점을 감안하여 창안한 것으로, 공벽 유지를 위한 케이싱(30)을 관입시키며 토사굴착장비(21)로 케이싱(30) 내부의 토사를 암반층(12) 상부면까지 굴착하여 토사층(11)에 굴착공을 형성하는 토사층굴착단계와, 케이싱(30) 내부로 암반시추장치(24)를 투입하여 암반층(12)에 소형시추공(39)을 형성하는 암반시추단계와, 소형시추공(39) 형성이 설계심도까지 완료되면 케이싱(30) 내부로 암반층(12)의 최종 굴착계획 직경에 해당하는 암반굴착장비를 진입시켜 설계심도까지 암반층(12)을 굴착하는 본굴착단계가 포함되는 암반 시추를 통한 지반천공 공법 에 있어서, 상기 암반시추단계는 케이싱(30) 내부로 암반시추장치(24)를 투입하여 암반층(12)에 다수의 소형시추공(39)을 형성하되, 이들 소형시추공(39)들을 케이싱(30)의 중심축을 중심으로 방사상(放射狀)으로 배열됨을 특징으로 하는 다점 암반 시추를 통한 지반천공 공법이다.

또한, 상기 암반시추단계는 중심관(41) 및 중심관(41)과 평행한 다수의 외측관(42)이 중심관(41)을 축으로 방사상으로 연결되고, 외측관(42)에는 다수의 지지판(43)이 연결되되 이들 지지판(43)의 외측면이 케이싱(30)의 내주면에 접하도록 구성된 유도장치(40)를 케이싱(30)에 투입하는 유도장치투입단계와, 투입된 유도장치(40)의 중심관(41) 및 외측관(42) 내부로 암반시추장치(24)를 순차적으로 투입하여 암반층(12)에 다수의 소형시추공(39)을 형성하는 시추공형성단계와, 시추공형성이 완료되면 유도장치(40)를 인발하는 유도장치인발단계로 이루어짐을 특징으로 하는 다점 암반 시추를 통한 지반천공 공법이다.

본 발명을 통하여 대구경 지반천공에 있어서, 소형 암반시추 장비만으로도 암반의 본굴착시 우수한 효율을 달성할 수 있으며, 이로써 예비굴착 공정에서의 소모품 비용을 절감하고, 굴착비트 교체 등으로 인한 공기지연을 예방하는 효과를 얻을 수 있다.

본 발명의 상세한 구성 및 수행과정을 첨부된 도면을 통하여 설명하면 다음과 같다.

우선 도 3은 본 발명의 시공과정을 도시한 것으로, 동 도면을 통하여 알 수 있는 바와 같이, 본 발명은 토사굴착, 암반시추 및 암반 본굴착의 순서로 진행된다.

토사층(11)의 굴착은 공벽 유지를 위하여 케이싱(30)을 관입시키면서 암반층(12) 상부면이 노출될 수 있도록 진행되며, 토사층(11)에 굴착공 형성이 완료되면 케이싱(30) 내부로 암반시추장치(24)를 투입하여 노출된 암반층(12)에 다수의 소형시추공(39)을 형성하게 된다.

소형시추공(39)들은 굴착계획면에 최대한 균일하게 배열되어야 할 뿐 아니라, 케이싱(30)의 중심축, 즉 최종 계획 굴착공의 중심선을 중심으로 방사상(放射狀)으로 배열되어야 하는데, 이는 소형시추공(39)이 굴착계획면의 일부에 편중될 경우 추후 암반 본굴착시 불규칙인 굴착이 이루어지게 되어 불요(不要) 진동을 유발하고 굴착장비에 과다한 충격을 가할 수 있기 때문이다.

소형시추공(39) 형성이 설계심도까지 완료되면 도 4에서와 같이, 케이싱(30) 내부로 암반층(12)의 최종 굴착계획 직경에 해당하는 암반굴착장비를 진입시켜 설계심도까지 암반층(12)을 굴착하여 소기의 굴착공을 완성하게 된다.

도 5는 케이싱(30)의 직경 즉 최종 계획 굴착공의 구경에 따른 소형시추공(39)의 배열상태를 예시한 것으로, 동 도면을 통하여 알 수 있는 바와 같이, 케이싱(30)의 직경이 상대적으로 대구경인 경우에도 소형시추공(39)의 직경은 확장하 지 않고 소형시추공(39)의 개소수를 증가시킴으로써 이후 원활한 암반 본굴착이 가능하게 된다.

한편, 도 6은 소형시추공(39)의 형성시 유도장치(40)를 적용하여 정확한 시공이 가능하도록 한 것으로, 도 7에서와 같은 유도장치(40)를 케이싱(30)에 투입한 후, 유도장치(40)의 중심관(41) 및 외측관(42)에 순차적으로 시추장비를 투입하여 소형시추공(39)을 형성함으로써, 정확한 위치에 정확한 방향으로 소형시추공(39)을 형성할 수 있도록 한 것이다.

이러한 유도장치(40)는 도 7에 도시된 바와 같이, 중심관(41) 및 중심관(41)과 평행한 다수의 외측관(42)이 중심관(41)을 축으로 방사상으로 연결되고, 외측관(42)에는 다수의 지지판(43)이 연결되되 이들 지지판(43)의 외측면이 케이싱(30)의 내주면에 접하도록 구성되며, 케이싱(30) 내부로 투입시 중심관(41)과 케이싱(30)이 동심(同心)이 된다.

도시된 실시예에서는 지지판(43)이 호형(弧形)으로 구성되는데, 이들 지지판(43)의 외주면은 케이싱(30)의 내주면에 접하도록 구성되며, 이로써 케이싱(30)에 투입시 유도장치(40)의 수평이동이 억제될 수 있다.

도 1은 일반적인 지반천공 및 현장타설 말뚝 시공과정 설명도

도 2는 암반 이중굴착을 통한 대구경 지반천공과정 설명도

도 3은 본 발명을 통한 대구경 지반천공과정 설명도

도 4는 본 발명의 암반 본굴착 상황 설명도

도 5는 본 발명의 케이싱 직경별 소형시추공 배치 예시도

도 6은 유도장치가 적용된 본 발명의 소형시추공 형성과정 설명도

도 7은 본 발명의 유도장치 일 실시예 사시도

<도면의 주요부분에 대한 부호설명>

11 : 토사층

12 : 암반층

21 : 토사굴착장비

22 : 암반굴착비트

23 : 소형암반굴착비트

24 : 암반시추장치

30 : 케이싱

31 : 철근

32 : 트레미관

33 : 콘크리트

40 : 유도장치

41 : 중심관

42 : 외측관

43 : 지지판

Claims (2)

1. 공벽 유지를 위한 케이싱(30)을 관입시키며 토사굴착장비(21)로 케이싱(30) 내부의 토사를 암반층(12) 상부면까지 굴착하여 토사층(11)에 굴착공을 형성하는 토사층굴착단계와, 케이싱(30) 내부로 암반시추장치(24)를 투입하여 암반층(12)에 소형시추공(39)을 형성하는 암반시추단계와, 소형시추공(39) 형성이 설계심도까지 완료되면 케이싱(30) 내부로 암반층(12)의 최종 굴착계획 직경에 해당하는 암반굴착장비를 진입시켜 설계심도까지 암반층(12)을 굴착하는 본굴착단계가 포함되는 암반 시추를 통한 지반천공 공법에 있어서,

   상기 암반시추단계는 케이싱(30) 내부로 암반시추장치(24)를 투입하여 암반층(12)에 다수의 소형시추공(39)을 형성하되, 이들 소형시추공(39)들을 케이싱(30)의 중심축을 중심으로 방사상(放射狀)으로 배열됨을 특징으로 하는 다점 암반 시추를 통한 지반천공 공법.
2. 제1항에 있어서, 암반시추단계는 중심관(41) 및 중심관(41)과 평행한 다수의 외측관(42)이 중심관(41)을 축으로 방사상으로 연결되고, 외측관(42)에는 다수의 지지판(43)이 연결되되 이들 지지판(43)의 외측면이 케이싱(30)의 내주면에 접하도록 구성된 유도장치(40)를 케이싱(30)에 투입하는 유도장치투입단계와;

   투입된 유도장치(40)의 중심관(41) 및 외측관(42) 내부로 암반시추장치(24) 를 순차적으로 투입하여 암반층(12)에 다수의 소형시추공(39)을 형성하는 시추공형성단계와;

   시추공형성이 완료되면 유도장치(40)를 인발하는 유도장치인발단계로 이루어짐을 특징으로 하는 다점 암반 시추를 통한 지반천공 공법.

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