KR20090050562A

KR20090050562A - 테이퍼형 강관을 이용한 긴 말뚝 시공법

Info

Publication number: KR20090050562A
Application number: KR1020070117074A
Authority: KR
Inventors: 백규호
Original assignee: 백규호
Priority date: 2007-11-16
Filing date: 2007-11-16
Publication date: 2009-05-20

Abstract

본 발명은 지지층의 심도가 깊은 연약지반에서 직경이 다른 다수개의 말뚝을 서로 연결해서 지반에 설치하는 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 상단부보다 하단부의 직경이 작은 테이퍼형 강관의 하단부에는 테이퍼형 강관의 하단부와 직경이 동일한 말뚝의 머리부를 연결하고, 그 상단에는 테이퍼형 강관의 상단부와 직경이 동일한 말뚝의 선단부를 연결하는 방법으로 직경이 다른 다수개의 말뚝을 테이퍼형 강관을 이용해서 연결한 후 이것을 지반에 설치하는 방법에 관한 것이다.

이를 위하여 본 발명에서는 지지층의 깊이가 깊은 연약지반에 직경이 다른 다수개의 말뚝을 연결해서 시공함에 있어서, 소구경의 하부말뚝을 먼저 지반에 타입하는 단계와, 상기 하부말뚝의 머리부에 하단부 직경은 하부말뚝의 직경과 동일하고 상단부 직경은 하부말뚝의 직경보다 큰 테이퍼형 강관의 하단부를 상기 하부말뚝의 머리부에 용접 등의 방법을 이용해서 연결하는 단계, 상기 테이퍼형 강관의 상단부에 테이퍼형 강관의 상단부와 직경이 동일한 대구경 말뚝의 선단부를 용접 등의 방법을 이용해서 연결하는 단계, 상기 단계 후 테이퍼형 강관에 의해 소구경의 하부말뚝과 대구경의 상부말뚝이 연결되어 일체화된 말뚝을 해머를 이용해서 하부말뚝의 선단이 계획 깊이에 도달할 때까지 타입하는 단계로 이루어지는 것에 특징이 있다.

긴 말뚝, 이음시공, 테이퍼형 강관, 연약지반

Description

테이퍼형 강관을 이용한 긴 말뚝 시공법 {The installation method of long piles using steel pipe with taper shape}

말뚝은 구조물에 작용하는 하중을 지반 내에 존재하는 암반과 같은 지지층에 전달하는 역할을 하는 것으로, 일반적으로 연약지반과 같이 지지층의 깊이가 깊은 경우에는 직경이 동일한 말뚝을 다수개 연결해서 시공하고 있다.

그 일례로서 도 1에서와 같이 지지층의 깊이가 깊어서 직경이 동일한 다수개의 말뚝을 연결해서 지반에 설치하는 과정을 살펴보면, 먼저 도 1의 (가)에서와 같이 말뚝의 길이 방향으로 직경이 일정한 하부말뚝(2)의 머리부를 해머(5)로 가격함으로써 하부말뚝(2)을 소정의 깊이까지 관입시킨다. 그 다음 도 1의 (나)에서와 같 이 하부말뚝(2)의 머리부에 하부말뚝과 직경이 동일한 중간말뚝(3)을 올려놓고 이들 두 개의 말뚝을 용접이나 기계식 이음 등과 같은 방법에 의해 연결하게 된다. 이후 도 1의 (다)에서와 같이 하부말뚝(2)과 중간말뚝(3)의 연결이 완료된 상태에서 해머(5)로 중간말뚝(3)의 머리부를 가격해서 말뚝을 지반(1)에 소정의 깊이까지 관입시킨다. 또 다시 도 1의 (라)에서와 같이 중간말뚝(3)의 머리부에 중간말뚝(3)과 직경이 동일한 상부말뚝(4)을 용접 등의 방법을 이용해서 연결한다. 그런 후 도 1의 (마)에서와 같이 상부말뚝(4)의 머리부를 해머(5)로 가격해서 하부말뚝(2)의 선단부를 계획한 깊이까지 관입시킴으로써 연약지반에서 말뚝의 시공을 완료하게 된다.

그러나 이러한 공정에 의해 시공되는 긴 말뚝 시공법은 말뚝에 의해 발휘되는 지지력에 비해 많은 재료비가 소요될 뿐만 아니라 항타에 의한 말뚝의 관입성능이 우수하지 못해서 연약지반의 중간 깊이에 중간지지층이 존재하는 경우 말뚝이 중간지지층을 관통하도록 말뚝에 과도한 타격을 가하는 과정에서 말뚝의 머리부가 파손되기도 한다. 그리고 연약지반에 말뚝이 설치된 경우 주변지반이 압밀 침하됨으로써 말뚝을 아래 방향으로 끌어내리는 부마찰력이 말뚝의 주면에 발생하게 되는데, 이 부마찰력이 거의 말뚝의 전 길이에 걸쳐 발생하게 되어 실제로 하중을 지지할 수 있는 말뚝의 유효 지지력이 매우 작게 된다. 또한 강관말뚝을 매입공법으로 시공한 경우에 강관말뚝과 말뚝 주변에 충진되는 시멘트밀크간의 부착력이 크지 않아서 말뚝에 하중이 가해질 때 지반과 시멘트밀크 사이에서 파괴가 발생하지 않고 강관 말뚝과 시멘트밀크 사이에서 파괴가 발생함으로써 지지력이 크게 약화되는 문 제점이 발생하게 된다.

본 발명은 테이퍼의 형상을 갖는 강관으로 직경이 다른 다수개의 말뚝을 서로 연결해서 지반에 설치하는 방법으로, 기존의 시공방법과 달리 상부말뚝보다 직경이 작은 소구경 말뚝을 하부말뚝으로 사용함으로써 말뚝의 마찰저항이 감소하여 항타관입성이 향상됨은 물론 말뚝의 항타 관입 시 말뚝 내부로 유입되는 흙에 의해 말뚝 선단부가 막히는 폐색효과의 증대와 말뚝 주변지반의 다짐정도 증대에 의해 말뚝 지지력이 증가되며, 말뚝의 재료비 절감이 가능하고, 강관말뚝을 매입공법으로 시공할 때 강관말뚝과 말뚝 주변에 충진되는 시멘트밀크간의 부착력이 커져서 말뚝의 지지력이 증대되고, 연약지반에서 말뚝에 유발되는 부마찰력의 크기를 감소시켜서 말뚝의 유효 지지력 증대 효과를 얻을 수 있도록 하는 테이퍼형 강관을 이용한 긴 말뚝 시공법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 지지층의 깊이가 깊은 연약지반에 직경이 다른 다수개의 말뚝을 연결해서 시공함에 있어서, 소구경의 말뚝을 해머를 이용해서 지반에 타입하는 단계와, 상기 소구경 말뚝의 머리부에 하단부 직경은 상기 소구경 말뚝의 직경과 동일하고 상단부 직경은 소구경 말뚝보다 커서 테이퍼 형상을 갖는 강관의 하단부를 용접 등의 방법에 의해 연결하는 단계, 상기 테이퍼형 강관의 상단부에 테이퍼형 강관의 상단부와 직경이 동일한 중구경 말뚝의 선단부를 용접 등의 방법에 의해 연결하는 단계, 상기 단계 후 테이퍼형 강관에 의해 소구경 말뚝과 중구경 말뚝이 연결되어 일체화된 상태에서 해머로 중구경 말뚝의 머리부를 가격해서 말뚝을 지반에 타입하는 단계, 하단부 직경은 상기 중구경 말뚝의 직경과 동일하고 상단부 직경은 중구경 말뚝의 직경보다 큰 테이퍼형 강관의 하단부를 상기 중구경 말뚝의 머리부에 용접 등의 방법에 의해 연결하는 단계, 상기 테이퍼형 강관의 상단부에 테이퍼형 강관의 상단부와 직경이 동일한 대구경 말뚝을 용접 등의 방법으로 연결하는 단계, 소구경 말뚝과 중구경 말뚝, 대구경 말뚝이 직경이 다른 두 개의 테이퍼형 강관에 의해 연결된 상태에서 해머로 대구경 말뚝의 머리부를 타격해서 소구경 말뚝의 선단부가 계획한 깊이까지 관입되도록 하는 단계로 이루어지는 것에 특징이 있다.

본 발명은 테이퍼 형상을 갖는 강관으로 직경이 다른 다수개의 말뚝을 연결해서 지반에 설치하는 방법으로, 직경이 동일한 말뚝을 다수개 연결해서 시공하는 기존의 시공법과 달리 상부말뚝보다 직경이 작은 소구경 말뚝을 하부말뚝으로 사용함으로써 말뚝의 마찰저항이 감소하여 항타관입성이 향상되고, 말뚝의 항타 관입 시 말뚝 내부로 유입되는 흙에 의해 말뚝 선단부가 막히는 폐색효과가 커짐은 물론 테이퍼형 강관에 의해 말뚝 주변의 많은 흙들이 방사방향으로 밀려나서 말뚝 주변지반의 다짐정도가 커짐에 따라 말뚝의 지지력이 증대될 수 있다. 기존의 연구결과에 따르면 이러한 효과에 의해 테이퍼형 말뚝의 연직지지력과 수평지지력은 길이 방향으로 직경이 동일한 원통형말뚝에 비해 각각 100％와 70％ 큰 것으로 보고되었 다. 또한 소구경 말뚝을 하부말뚝으로 사용함에 따라 말뚝의 재료비 절감이 가능하고, 강관말뚝을 매입공법으로 시공할 때 테이퍼형 강관부가 걸림턱 역할을 해서 강관말뚝과 말뚝 주변에 충진되는 시멘트밀크간의 부착력이 커짐에 따라 말뚝의 지지력이 증대되며, 연약지반에서 테이퍼형 강관부에는 부마찰력이 발생하지 않음에 따라 부마찰력의 크기를 감소시켜서 말뚝의 유효 지지력 증대를 가져올 수 있다.

종래기술의 문헌정보

[문헌1] El Naggar, M. H.와 Wei, J. Q., Response of tapered piles subjected to lateral loading, Canadian Geotechnical Journal, 1999, Vol. 36, 52-71쪽

[문헌2] Sakr, K., El Naggar, M. H.와 Nehdi, M., Load transfer of FRP composite tapered piles in dense sand, Canadian Geotechnical Journal, 2004, Vol. 41, 70-88쪽

본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2는 테이퍼형 강관(11, 13)을 이용해서 직경이 다른 세 개의 말뚝(10, 12, 14)을 연결시킨 상태를 나타낸 예시도로서, 연결이 완료된 긴 말뚝은 소구경의 하부말뚝(10)과 중구경의 중간말뚝(12)이 하단부 직경은 하부말뚝(10)의 직경과 동일하고 상단부 직경은 중간말뚝(12)의 직경과 동일한 하부 테이퍼형 강관(11)에 의해 연결되어 있고, 중간말뚝(12)과 대구경의 상부말뚝(14)은 하단부 직경이 중간말 뚝(12)의 직경과 동일하고 상단부 직경은 상부말뚝(14)의 직경과 동일한 상부 테이퍼형 강관(13)에 의해 연결된 구조를 갖고 있다. 이때 상부말뚝(14)과 중간말뚝(12), 하부말뚝(10)은 고강도 콘크리트말뚝이나 강관말뚝 중 어느쪽도 될 수 있으며, 말뚝(10, 12, 14)과 테이퍼형 강관(11, 13)의 연결은 용접이나 각종 기계식 이음 등에 의해 이루어질 수 있다.

도 3은 테이퍼형 강관(11, 13)을 이용하여 직경이 다른 세 개의 말뚝을 연결해서 연약지반에 시공하는 방법을 나타낸 공정도로서,

먼저 도 3의 (가)에서와 같이 소구경의 하부말뚝(10)을 해머(5)를 이용해서 지반에 타입하고,

도 3의 (나)에서와 같이 상기 하부말뚝(10)의 머리부에 하단부 직경은 하부말뚝(10)의 직경과 동일하고 상단부 직경은 하부말뚝의 직경보다 큰 하부 테이퍼형 강관(11)의 하단부를 용접 등의 방법을 이용해서 연결한 다음,

상기 하부 테이퍼형 강관(11)의 상단부에 하부 테이퍼형 강관(11)의 상단부와 직경이 동일한 중간말뚝(12)의 선단부를 용접 등의 방법에 의해 연결한 후,

도 3의 (다)에서와 같이 하부 테이퍼형 강관(11)에 의해 소구경의 하부말뚝(10)과 중구경의 중간말뚝(12)이 연결되어 일체화된 상태에서 해머(5)로 중간말뚝(12)의 머리부를 가격해서 말뚝을 지반에 추가로 타입하게 된다.

그 다음 도 3의 (라)에서와 같이 하단부 직경은 상기 중간말뚝(12)의 직경과 동일하고 상단부 직경은 중간말뚝(12)의 직경보다 큰 상부 테이퍼형 강관(13)의 하단부를 상기 중간말뚝(12)의 머리부에 용접 등의 방법에 의해 연결하고,

연속해서 상기 상부 테이퍼형 강관(13)의 상단부에 상부 테이퍼형 강관(13)의 상단부와 직경이 동일한 대구경의 상부말뚝(14)을 용접 등의 방법으로 연결한 후,

도 3의 (마)에서와 같이 하부말뚝과 중간말뚝, 상부말뚝이 하부 및 상부 테이퍼형 강관(11, 13)으로 연결되어 일체화된 상태에서 해머(5)로 상부말뚝(14)의 머리부를 가격함으로써 하부말뚝(10)의 선단부가 지반 내에 소정의 깊이까지 도달하도록 하는 공정으로 긴 말뚝의 시공이 완료된다.

한편 도 4는 상기 발명의 변형된 사례를 나타낸 예시도로서, 말뚝이 지반에 타입될 때 주변지반의 다짐도를 높여서 말뚝의 주면마찰력을 증대시키기 위해서 하부말뚝(10)의 선단부에 상단부 직경은 하부말뚝(10)과 동일하고 하단부 직경은 하부말뚝(10)보다 작은 선단 테이퍼형 강관(15)을 용접 등의 방법에 의해 결합시켜서 시공한 것이다.

이상과 같이 테이퍼형 강관을 이용해서 직경이 다른 다수개의 말뚝을 용접 등의 방법으로 연결하여 지반에 설치하는 과정에서 테이퍼형 강관의 사용 개수를 변경하거나 테이퍼형 강관의 위치(하부말뚝의 선단 혹은 직경이 다른 두 개의 말뚝 사이)를 변경하는 등의 변형은 본 발명의 범위를 벗어날 수 없다.

또한 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 내에 있게 된다.

도 1은 동일 직경의 말뚝을 다수개 연결해서 지반에 긴 말뚝을 시공하는 방법을 나타낸 공정도.

도 2는 테이퍼형 강관으로 직경이 다른 세 개의 말뚝을 연결해서 시공한 긴 말뚝의 상태를 나타낸 예시도.

도 3은 테이퍼형 강관으로 직경이 다른 세 개의 말뚝을 연결해서 지반에 시공하는 방법을 나타낸 공정도.

도 4는 테이퍼형 강관이 하부말뚝의 선단에 결합된 상태를 나타낸 예시도.

＜도면의 주요부분에 대한 부호의 설명＞

(1) : 지반 (2) : 동일 직경의 하부말뚝

(3) : 동일 직경의 중간말뚝 (4) : 동일 직경의 상부말뚝

(5) : 해머 (10) : 소구경의 하부말뚝

(11) : 하부 테이퍼형 강관 (12) : 중구경의 중간말뚝

(13) : 상부 테이퍼형 강관 (14) : 대구경의 상부말뚝

(15) : 선단 테이퍼형 강관

Claims

연약지반에서 직경이 다른 다수개의 말뚝을 연결해서 긴 말뚝으로 시공함에 있어서,

소구경의 하부말뚝을 해머를 이용해서 지반에 일정 깊이까지 타입하는 단계,

상기 하부말뚝의 머리부에 하단부 직경은 하부말뚝의 직경과 동일하고 상단부 직경은 하부말뚝보다 큰 테이퍼형 강관의 하단부를 용접 등의 방법에 의해 연결하는 단계,

상기 테이퍼형 강관의 상단부에 테이퍼형 강관의 상단부와 직경이 동일한 중간말뚝의 선단부를 용접 등의 방법을 이용해서 연결하는 단계,

테이퍼형 강관에 의해 직경이 다른 하부말뚝과 중간말뚝이 용접 등의 방법에 의해 연결되어 일체화된 상태에서 해머로 일체화된 말뚝의 머리부를 가격해서 소정의 깊이까지 말뚝을 타입하는 단계,

상기 단계 후 하부말뚝의 선단부가 계획하는 깊이에 도달될 때까지 상기의 두 번째부터 네 번째 단계를 따라 하단부 직경이 중간말뚝의 직경과 동일하고 상단부 직경은 중간말뚝 직경보다 큰 테이퍼형 강관과 직경이 테이퍼형 강관의 상단부와 동일한 상부말뚝을 중간말뚝에 연속해서 연결한 후 연결이 완료된 말뚝을 해머로 지반에 타입하는 과정이 반복해서 이루어지는 것을 특징으로 하는 테이퍼형 강관을 이용한 긴 말뚝 시공법.
하부말뚝의 선단에 상단부 직경은 하부말뚝과 동일하고 하단부 직경은 하부말뚝보다 작은 선단 테이퍼형 강관의 상단부를 용접 등의 방법으로 연결한 후 선단에 테이퍼형 강관이 결합된 하부말뚝을 해머를 이용해서 소정의 깊이까지 타입하는 단계,

상기 하부말뚝의 머리부에 하단부 직경은 하부말뚝의 직경과 동일하고 상단부 직경은 하부말뚝보다 큰 테이퍼형 강관의 하단부를 용접 등의 방법에 의해 연결하는 단계,

상기 테이퍼형 강관의 상단부에 테이퍼형 강관의 상단부와 직경이 동일한 중간말뚝의 선단부를 용접 등의 방법에 의해 연결하여 일체화하는 단계,

테이퍼형 강관에 의해 직경이 다른 두 개의 말뚝이 용접 등의 방법에 의해 연결되어 일체화된 상태에서 해머로 일체화된 말뚝의 머리부를 가격해서 소정의 깊이까지 말뚝을 지반에 타입하는 단계,

상기 단계 후 하부말뚝의 선단부에 결합된 테이퍼형 강관이 계획하는 깊이에 도달될 때까지 상기의 두 번째부터 네 번째 단계를 따라 하단부 직경이 중간말뚝의 직경과 동일하고 상단부 직경은 중간말뚝 직경보다 큰 테이퍼형 강관과 직경이 테이퍼형 강관의 상단부와 동일한 상부말뚝을 중간말뚝에 연속해서 연결한 후 연결이 완료된 말뚝을 해머로 지반에 타입하는 과정이 반복해서 이루어지는 것을 특징으로 하는 테이퍼형 강관을 이용한 긴 말뚝 시공법.