KR20100079506A

KR20100079506A - 현장타설 콘크리트말뚝 선단부 포스트그라우팅 장치 및 이를 이용한 현장타설 콘크리트말뚝 선단보강 그라우팅 방법

Info

Publication number: KR20100079506A
Application number: KR1020080138022A
Authority: KR
Inventors: 권오성; 이종성
Original assignee: 대림산업 주식회사
Priority date: 2008-12-31
Filing date: 2008-12-31
Publication date: 2010-07-08
Anticipated expiration: 2028-12-31
Also published as: KR101069815B1

Abstract

본 발명은 현장타설 콘크리트말뚝(Cast-in-place Concrete Pile)의 선단지지력을 강화하고 말뚝의 침하량을 감소시키기 위해 현장타설 콘크리트말뚝 선단부 접촉지반을 그라우팅하는 방법과 상기 그라우팅 방법에 사용되는 현장타설말뚝용 선단부 포스트그라우팅(Post Grouting) 장치에 관한 것이다.

본 발명의 선단부 포스트그라우팅 장치는 현장타설말뚝 보강철근망에 부착되어 지표부근에서 말뚝선단부까지 그라우트를 이송하는 짝수개의 이송관(주입관과 유출관으로 구성) 및 팩커와, 말뚝 선단부에 L형의 연결구에 의해 주입관과 유출관에 양 끝단이 연결되는 멘젯튜브로 이루어지는 형태의 구조체이다.

이러한 선단부 포스트그라우팅 장치를 이용한 현장타설말뚝 선단지지력 강화를 위한 포스트그라우팅 방법은, 통상적인 대구경 현장타설 콘크리트말뚝의 시공절차에 따라 천공홀에 포스트그라우팅장치가 부착된 보강철근망 삽입, 콘크리트 타설 및 양생 후, 기 설치된 그라우트 주입장치를 통한 선단보강 그라우팅 공정이 추가됨에 따라 말뚝 선단부 지반의 지지력을 강화시켜 선단부 연약화로 인한 말뚝의 지지력 감소 및 침하량 증대의 문제점을 해소할 수 있고, 또한 그라우팅 공정 중 간단한 계측을 통해 말뚝의 말뚝의 축방향 지지력을 확인할 수 있는 간이 말뚝 정재하시험의 역할을 할 수 있다.

현장타설 콘크리트말뚝, 선단부 포스트 그라우팅, 선단지지력, 멘젯튜브

Description

현장타설 콘크리트말뚝 선단부 포스트그라우팅 장치 및 이를 이용한 현장타설 콘크리트말뚝 선단보강 그라우팅 방법{Post grouting system of Cast-in-place concrete piles and the post grouting method for increasing end bearing capacity at pile base}

본 발명은 현장타설 콘크리트말뚝의 지내력을 향상시키기 위한 장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 현장타설 콘크리트말뚝의 시공을 위해 마련된 천공홀에 포스트 그라우팅장치를 부가하여 현장타설 콘크리트말뚝(Cast-in-place Concrete Pile) 선단부의 지지력을 강화하고 말뚝의 침하량을 감소시키기 위한 현장타설 콘크리트말뚝용 선단부 포스트그라우팅(Post Grouting) 장치 및 그를 이용한 현장타설 콘크리트말뚝 선단보강 그라우팅 방법에 관한 것이다.

국내의 일반적인 현장타설 콘크리트말뚝 시공방법은 해머그래브(Hammer grab), RCD(Reverse circulation drilling)장비 등의 굴착장비와 보호 케이싱(Casing)을 이용하여 설계심도까지 선굴착하고, 에어리프팅(Air lifting), 석 션(Suction pumping) 등의 작업을 통하여 선단부 굴착슬라임을 제거하고, 보강철근망을 천공홀 내에 삽입한 후 트레미관을 통해 콘크리트를 타설, 양생하여 콘크리트 말뚝을 시공하는 일련의 공정으로 이루어져 있다.

한편, 선(先)천공 현장타설말뚝 공법으로 시공된 말뚝의 단위 면적당 극한선단 지지력은 극한주면마찰력의 20배 이상의 큰 값을 보이고 있다. 그러나, 이러한 큰 선단 지지력은 시공기술상의 다양한 문제와 토질역학적 메커니즘으로 인해 실제적으로는 전면적인 사용이 불가능하다.

선단 지지력의 전면적인 사용을 불가능하게 하는 시공상의 주요 원인은 첫째, 말뚝의 설치를 위한 지반 굴착시 말뚝 선단부 지반의 응력 해방으로 인해 선단부가 연약화되고, 둘째, 굴착 후 말뚝 선단부에 잔존하는 슬라임(slime)으로 인해 침하량이 증대되는 점 등을 들 수 있다.

기존의 연구에 따르면 선(先) 천공 현장타설 말뚝의 선단 지지력이 극한까지 발휘되기 위해서는 말뚝 직경의 10～15% 정도의 변위가 발생하여야 선단지지력이 충분히 발현된다. 반면, 말뚝이 지지하는 상부 구조물의 사용성(serviceability), 즉 허용 침하량 기준은 일반적으로 말뚝 직경의 1% 내외로 규정되어 있으므로 상부하중 재하시 말뚝의 극한선단지지력에 도달하기 전 즉 선단지지력이 충분히 발현되기 전에 허용침하량 기준을 초과하게 된다.

이상에서 알 수 있는 바와 같이 현장타설말뚝 공법의 경우, 선천공에 따른 선단부 연약화 및 토질역학적 메커니즘상의 문제로 인해 상부구조물의 사용성 측면에서 선단 지지력을 극한까지 사용할 수 없는 경우가 대부분이다.

상기의 문제점을 극복하기 위한 종래의 기술로서 말뚝 선단부를 그라우팅하는 토우그라우팅(Toe grouting) 방법을 들 수 있으며, 이에 대하여 도1을 참조하여 설명한다.

도1은 종래기술에 따른 토우그라우팅 방법을 설명하기 위한 개략도이다.

도면에 도시한 바와 같이, 통상적으로 현장타설 콘크리트말뚝에 적용되는 토우그라우팅 방법은 말뚝 타설 전 철근망에 그라우팅 이송관을 부착하여 함께 매입하거나, 콘크리트 타설 및 양생에 의해 형성되어진 말뚝체(102)에 수직천공하여 그라우팅 주입부(104)를 생성한 후, 말뚝 선단 하부 지반을 말뚝 직경의 1～2배 정도 추가천공한다. 상기 그라우팅 주입관(104) 내에 팩커(106)를 설치한 후, 저압그라우팅장비(108)를 통하여 주입관(104)에 그라우트(110)를 공급하여 선단지반에 대한 보강그라우팅을 수행하게 된다.

그러나, 상기의 과정을 거쳐 말뚝의 선단부를 그라우팅하는 토우 그라우팅 방법은 그라우팅을 위한 추가적인 말뚝선단 하부지반에 대한 천공작업이 필요하며, 말뚝 선단부 전면적에 대해 그라우팅체(14)가 균일하게 분포되지 못하고, 0.5 MPa 내외의 저압에 해당하는 그라우팅압을 적용하므로 지반보강효과가 떨어진다는 단점이 있다.

상기의 단점을 보완하기 위해서 대한민국 등록특허공보 등록번호 제10-0549456호의 “현장타설말뚝용 철근망 조립 구조체”가 제안된바 있다. 상기 특허에는 말뚝에 설치된 철근망 조립체에 팩커주입용 파이프를 설치하고, 상기 팩커주입용 파이프의 선단과 주면부에 그라우팅 토출구를 가진 원형의 멘젯튜브를 말뚝의 길이방향에 직각으로 설치한 구조가 제시되어 있으며, 이 특허는 주입관(팩커주입용 파이프)을 통하여 공급된 그라우트재를 수직방향에 간격을 두고 설치된 멘젯튜브에 분배하여 말뚝 선단부와 지반 접촉면에 그라우팅함으로써 말뚝의 주면부 마찰력과 선단부 지지력을 강화하는 장치가 제안되어 있다.

그러나, 상기 장치는 1개의 주입관(팩커주입용 파이프)을 사용하고, 별도의 그라우팅 유출관이 없기 때문에 1회 주입양생 후 주입관이 막혀 그라우팅 주입에 의한 선단지반 보강효과가 부족하더라도 향후 추가 주입이 불가능하며, 주입압 및 주입방법에 대한 기준이 명시되지 않아 실제 현장에 적용이 어렵다는 단점을 가지고 있었다.

따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 제반 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 현장타설 콘크리트말뚝의 선단지반 보강 그라우팅시 별도의 추가천공이 필요하지 않으며, 압력을 달리하는 수 회의 그라우팅 주입을 가능하게 하여 말뚝 선단부 전 면적에 걸쳐 고압의 그라우팅재를 고르게 공급함으로써 말뚝 선단부 지반의 지지력을 강화시키고 허용 침하량 이내에서 말뚝 선단지지력의 발현을 극대화할 수 있는 현장타설 콘크리트말뚝의 선단부 포스트그라우팅 장치 및 그를 이용한 현장 타설 콘크리트말뚝 선단보강 그라우팅 방법을 제공함에 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 고압 그라우팅에 의해 말뚝을 상향으로 밀어올림으로써 향 후 상재하중 재하시 말뚝의 주면 마찰력을 증가시키고, 그라우팅 도중 그라우팅압 측정과 그라우팅압에 따른 말뚝의 변위 계측을 통해 말뚝의 하중-침하 거동 및 예상되는 말뚝의 축방향 지지력을 확인할 수 있는 간이 정재하시험의 효과를 얻을 수 있는 현장타설 콘크리트 말뚝의 선단부 포스트그라우팅 장치 및 그를 이용한 현장타설 콘크리트말뚝 선단보강 그라우팅 방법을 제공함에 다른 목적이 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 현장타설말뚝을 설치하기 위해 시추된 천공홀에 삽입되는 보강철근망; 상기 천공홀의 두부에서 선단부에 이르도록 수직으로 내려져 설치되며 그라우트재를 주입하기 위한 주입관; 상기 천공홀의 두부에서 선단부에 이르도록 수직으로 내려져 설치되며, 그 선단부가 주입관에 연결되어 상기 주입관에 주입된 그라우트재의 유출여부를 확인하기 위한 유출관; 양단부가 주입관과 유출관의 선단부에 각각 연결되어 상기 보강철근망의 선단부에 설치되며, 주입관을 통해 주입된 그라우트재를 말뚝 선단에 인접한 지반을 향하여 분출시키기 위한 다수의 토출구가 형성되어 있는 멘젯튜브; 상기 주입관 및 유출관 각각과 멘젯튜브를 연결하기 위한 연결수단; 상기 주입관의 두부에 연결되어 그에 고압으로 그라우트재를 주입하기 위한 그라우트주입장비; 및 상기 주입관 및 유출관에 내장되며, 주입관 및 유출관에 고압을 주입하기 위한 팩커를 포함하는 현장타설말뚝 선단부 포스트그라우팅장치를 제공한다.

또한, 본 발명은 현장타설 콘크리트 말뚝의 보강을 위해 마련된 보강철근망 의 선단부에 고무링밴드를 구비한 멘젯튜브를 설치하되, 상기 멘젯튜브의 양단부를 주입관 및 유출관에 연결하는 제1 단계; 상기 멘젯튜브와 주입관 및 유출관이 설치된 보강철근망을 선(先) 천공된 천공홀의 상단으로부터 선단부에 이르기까지 내려 안착하는 제2 단계; 트레미관을 통해 현장타설 콘크리트 타설 및 양생의 순서로 말뚝체를 형성하는 제3 단계; 저압의 청수를 주입관을 통해 주입하여 주입된 청수가 유출관으로 유출되는지 확인하여 막힘 여부를 확인하는 제4 단계; 상기 주입관 및 유출관의 말뚝 두부(지표면)측 단부에 고압의 그라우팅 적용을 위한 팩커와 그라우팅압력 측정을 위한 압력게이지를 설치하는 제5 단계; 및 상기 주입관을 통하여 설정압력 범위 내에서 압력을 달리하여 그라우팅재를 적어도 1회이상 주입하여 현장타설말뚝 선단부에 위치한 멘젯튜브의 토출구를 통해 말뚝 선단에 인접한 지반으로 그라우트재를 주입하여 충전하는 제6 단계를 포함하는 현장타설 콘크리트말뚝 선단부 포스트그라우팅 장치를 이용한 현장타설말뚝 선단보강 그라우팅 방법을 제공한다.

상기한 구성을 갖는 본 발명에 따르면, 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 현장타설 콘크리트말뚝 시공 후 말뚝선단 하부 인접 지반에 그라우팅을 수행함으로써 말뚝 선단부 지반의 지지력을 강화시켜 종래의 선천공 현장타설 콘크리트말뚝에서의 선단부 연약화 및 이로 인한 지지력 감소와 침하량 증대의 문제점을 해소할 수 있다.

둘째, 현장타설 콘크리트 말뚝용 보강철근망에 멘젯튜브의 양단에 주입관과 유출관을 각각 설치한 후 선(先) 천공홀에 안착함으로써 그라우팅 주입 전 또는 주입 후 청수를 주입을 통한 주입관 청소가 가능할 뿐만 아니라, 주입관의 막힘 여부, 그리고 그라우팅 주입 및 일정시간 경과 후 그라우트재의 재주입이 가능하여 그라우트재의 선단부 지반에 충실하고 고르게 주입시킬 수 있다.

셋째, 말뚝의 선단부에서 양방향(상하 방향)으로 작용하는 고압의 그라우팅압 측정과 그라우팅압력에 따른 말뚝의 변위 계측을 통해, 본 발명이 적용되는 모든 포스트 그라우팅 현장타설 콘크리트말뚝에 대해 말뚝의 하중-침하 거동 및 예상되는 말뚝의 축방향 지지력을 확인할 수 있는 간이 정재하시험의 역할을 할 수 있게 되어 말뚝 기초에 적용되는 안전율을 기준 안전율 이하로 낮출 수 있고, 이에 따른 추가적인 비용을 절감할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

이하, 첨부된 도1 내지 도8을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

본 발명의 현장타설 콘크리트말뚝의 선단부 포스트그라우팅 장치 및 그를 이용한 현장타설 콘크리트말뚝 선단보강 그라우팅 방법은 현장타설말뚝의 시공시 천공홀 선단부에 멘젯튜브와 그라우트재 주입관 및 유출관을 설치하여 포스트 그라우팅을 실시하여 콘크리트말뚝 선단의 인접 지반으로 균일하게 그라우트재가 충진되도록 함으로써 말뚝 선단부 지반의 지지력을 강화시킬 수 있도록 구현한 것이다.

도2는 본 발명에 의한 현장타설말뚝 선단부 포스트그라우팅 장치의 일실시예 구성을 나타낸 개략도로서, 말뚝의 현장타설 콘크리트 보강용 철근망에 부착되어 선(先)천공홀에 보강철근망 삽입 공정시 함께 매입되는 상태를 보여주고 있다.

즉, 본 발명의 일실시예에서는 도면에 도시한 바와 같이, 현장타설 콘크리트말뚝을 설치하기 위해 시추된 천공홀(2)에 삽입되며 주철근(4a)과 띠철근(4b)을 엮어 형성된 보강철근망(4)과; 상기 천공홀(2)의 두부에서 선단부에 이르도록 수직으로 내려져 설치되며 그라우트재를 주입하기 위한 주입관(6)과; 상기 천공홀(2)의 두부에서 선단부에 이르도록 수직으로 내려져 설치되며, 상기 주입관(6)에 주입된 그라우트재의 유출여부를 확인하기 위한 유출관(8)과; 양단부가 주입관(6)과 유출관(8)의 선단부에 각각 연결되어 상기 보강철근망(2)의 선단부에 설치되며, 주입관(6)을 통해 주입된 그라우트재를 말뚝 선단에 인접한 지반을 향하여 분출시키기 위한 다수의 토출구(10a)가 형성되어 있는 멘젯튜브(10)와; 상기 주입관(6) 및 유출관(8) 각각과 멘젯튜브(10)를 연결하기 위한 L형 연결관(12)과; 상기 주입관(6)의 두부에 연결되어 그에 고압으로 그라우트재를 주입하기 위한 그라우트주입장비(14); 및 상기 주입관(6) 및 유출관(8)에 내장되며, 주입관(6) 및 유출관(8)에 고압을 주입하기 위한 팩커(16)를 포함한다.

본 발명에서 상기 주입관(6)과 유출관(8)은 한조의 이송관(5)으로 구성된다.

또한, 본 발명은 상기 멘젯튜브(10)의 외주면에 간격을 두고 설치되며, 토출구와 연통하되 그라우트재 주입 압력의 제공여부에 따라 개폐되는 토출막이 형성되어 있는 고무링밴드(18)와; 상기 주입관(6) 및 유출관(8)의 두부측 지표면에 설치 되며, 주입관(6)에 주입되는 그라우트재의 압력을 측정하기 위한 압력게이지(20)와; 지표면에서 멘젯튜브(10)상에 이르도록 수직으로 내려져 설치되며, 단부가 상기 멘젯튜브(10)의 상면에 접촉되며 그라우팅 압력에 의한 콘크리트 말뚝의 상방향 인발변위를 따라 승강되어 인발변위를 감지하는 변위봉(22); 상기 변위봉(22)에 연결되며, 변위봉(22)의 변위를 감지하여 콘크리트 말뚝의 상방향 인발변위를 계측하는 변위계(24) 및 상기 변위계(24)를고정하기 위한 레퍼러스(reference) 빔(26)을 포함한다.

여기서, 상기 변위계(24)는 디지탈변위 계측기 또는 다이얼 게이지로 이루어질 수 있다.

미설명부호 28은 그라우트체이고, 30은 말뚝을 나타낸다.

본 발명의 실시예에서, 상기 주입관(6) 및 유출관(8)은 따로 정해져 있는 것은 아니며, 한쪽 관으로 그라우트재를 주입할 경우 다른쪽 관은 유출관의 역할을 하게 되고 서로 반대의 역할을 수행하는 것도 가능하다. 추가적으로 국내의 일반적인 현장타설 콘크리트말뚝 품질관리기준에 의하면 총 말뚝 개수의 30% 정도에 대해 현장타설 콘크리트품질 확인을 위한 건전도 시험을 실시하도록 규정하고 있으며, 이때 시험용 탐측관을 말뚝 직경에 따라 다수개 매설하도록 되어 있는 바, 건전도 시험을 수행하는 말뚝에 대해서는 건전도시험용 탐측관을 그라우트 주입관으로 전용함으로써 비용 절감을 이룰 수 있다.

멘젯튜브(10)에 대하여 도3 및 도4를 참조하여 좀더 상세하게 설명한다

도3a 및 도3b는 본 발명으 요부인 멘젯튜브의 구성을 나타낸 제1 및 제2 예 시도로서, 도3a는 루프형 멘젯튜브의 형상도, 도3b는 U형 멘젯튜브의 형상도이고, 도4는 본 발명의 요부인 멘젯튜브과 고무링밴드의 결합 상세도를 각각 나타낸다.

도면에 도시한 바와 같이, 멘젯튜브(10)는 L형 연결구(12)를 매개로 주입관(6) 및 유출관(8)과 말뚝의 길이방향에 직각(수평방향)으로 연결된다.

또한, 상기 멘젯튜브 토출구(10a)는 그라우팅재가 고르게 하부지반으로 분사되도록 일정 간격으로 하향으로 형성된다. 또한 도4에 도시한 바와 같이, 상기멘젯튜브(10)에 간격을 두고 설치되는 고무링밴드(18)는 자전거타이어를 잘라놓은 형태의 토출막(18a)이 형성되며, 토출구(10a)와 연통되어 있다. 상기 토출막(18a)은 주입관(6)을 통해 그라우트 주입 압력이 가해지면 토출막(18a)이 열려져 그라우팅재가 말뚝의 선단에 인접한 지반으로 분사되고, 상기 그라우트 주입 압력이 제거되면 토출막(18a)이 닫혀져 일단 주입된 그라우팅재가 역류하지 않도록 작동하는 일방향 밸브의 역할을 하게 된다.

상기와 같이 구성된 멘젯튜브(10)는 루프형 또는 U형 타입으로 구성될 수 있다.

즉, 도3a에 도시한 바와 같이, 말뚝의 직경이 상대적으로 크지 않아 한조의 이송관 및 멘젯튜브(10)를 이용하여 말뚝의 전 면적을 커버하는 것이 가능한 경우에는 루프 형태로 튜브를 보강철근망(4) 외주면에 배치한다. 또한, 도3b에 도시한 바와 같이 말뚝의 직경이 비교적 큰 경우 한조의 이송관 및 멘젯튜브(10)를 이용하여 말뚝의 전 면적, 특히 말뚝 단면의 중심부까지를 커버하는 것이 어려울 것으로 판단되는 경우에는, 다수의 그라우팅시스템을 이용하여 U자형태로 튜브들을 보강철 근망(4) 선단 내부에 등간격으로 배치한다.

도3b에서와 같이 U형 멘젯튜브가 다수개 설치되는 경우에는 그라우트재의 주입은 주입관별로 순차적으로 실시할 수도 있으며, 상기 한조의 이송관(5)을 다수의 U형 멘젯튜브에 각각에 대응하는 갯수로 이루어지되, 상기 그라우트주입장비는 다수의 이송관(5)에 대응하여 연결하기 위한 다수의 연결관을 구비할 수 있다. 이 경우에 그라우트주입장비에 탑재된 주입펌프(도시하지 않음)에서 연결관을 이송관(5)의 개수만큼 분할하는 대신 고용량의 펌프를 이용하여 동시에 실시하게 된다.

상기와 같이 구성된 포스트 그라우팅 장치를 이용하여 현장타설말뚝 선단부 보강그라우팅 방법에 대하여 도2를 참조하면서 설명한다.

본 발명에 따른 현장타설말뚝 선단부 포스트그라우팅 장치를 이용한 말뚝 선단부 지반지지력 강화를 위한 그라우팅 방법 적용을 위해 먼저 멘젯튜브(10)를 현장타설 콘크리트 보강철근망(4)의 최하단부에 부착한다. 멘젯튜브(10)의 부착이 완료되면, L형 연결관(12)을 이용해 말뚝 길이방향의 그라우트 이송관(5)의 주입과(6) 및 유출관(8) 각각과 말뚝 길이방향에 직각방향으로 설치된 멘젯튜브(10)를 결합하여 현장타설 콘크리트말뚝 포스트그라우팅의 설치를 완료한다. 말뚝 설치를 위한 선(先)천공홀에 상기 현장타설말뚝의 포스트그라우팅 장치가 결합된 보강철근망(4)을 삽입하여 안착시킨다. 다음, 상기 천공홀(2)의 하단부까지 트레미관(도시하지 않음)을 삽입한 후 콘크리트 타설 및 양생에 의해 말뚝의 시공이 완료된다.

콘크리트 타설 중 타설압에 의하여 굳지않은 콘크리트가 예기치 못하게 이송관 내부로 침입하거나 이물질이 침입하는 것을 막기 위해 이송관(5) 및 멘젯튜 브(10) 내부는 미리 청수로 채운 후 마개(도시하지 않음) 등으로 단부를 막는 조치를 수행한다.

이렇게 하여 포스트그라우팅 장치를 부착한 현장타설말뚝의 시공이 완료되면, 저압의 청수를 주입관(6)을 통해 주입하고, 상기 청수가 유출관(8)으로 유출되는지 확인하여 한조의 이송관(5)의 막힘 여부를 판단한다. 이송관(5) 내의 막힘이 없음이 확인되면, 이송관(5)의 주입관(6) 상부측에 팩커(16)와 압력게이지(20)를 설치한다. 그리고, 주입관(6)을 통하여 그라우트재를 주입하여 이송관(5) 내의 청수를 그라우트재로 치환하는 작업을 유출관(8)측 단부로 그라우트재가 유출될 때까지 실시한다. 이를 통해 그라우트재의 이송관(5)내 충진이 확인되면, 유출관(8)측 상부에도 주입관측 단부와 동일하게 팩커(16)와 압력게이지(20)를 설치한다.

그리고 나서, 고압 그라우팅장비(14)를 가동시켜 설정압력 범위 내에서 압력을 달리하여 고압의 그라우팅을 1회～수회 실시한다. 이에 따라, 현장타설말뚝 선단부에 결합된 루프형 또는 U자형 멘젯튜브(10)의 토출구(10a)를 통해 그라우팅재를 토출시켜 말뚝 선단부에 인접한 지반 내로 그라우팅재를 주입 충전하게 된다.

여기서, 상기와 같은 멘젯튜브(10)를 통한 그라우팅재의 주입에 있어서, 고무링밴드(18)에 의해 그라우트가 시간차를 두고 지반에 주입된다. 즉, 주입관(16)에 주입 압력이 가해지면 멘젯튜브(10)의 토출구(10a)와 함께 고무링밴드의 토출막(18a)이 함께 열려 그라우팅재가 주입되고, 주입 압력이 제거되면 토출막(18a)이 토출구(10a)를 닫아 일단 주입된 그라우팅재가 역류하지 않게 된다. 이러한 일방향 밸브의 역할을 하는 고무링밴드(18)가 상기 멘젯튜브(10)의 토출부(10a)에 더 설치 됨으로써 그라우트의 연속적, 또는 시간차를 둔 반복주입이 가능하게 된다.

설정압력까지 그라우트 주입이 완료되면, 마지막으로 이송관(5) 내의 그라우트가 굳기 전 청수를 투입하여 관내 그라우트재를 제거함으로써 향후 추가주입이 필요할 경우 주입통로를 확보하게 된다.

또한 포스트그라우팅을 위한 설계 그라우트압은 그라우트 실시 전, 말뚝이 설치되는 현장의 지반조건, 지하수위, 포스트 그라우팅 전후의 예상되는 말뚝 지지력 증가정도, 장비의 한계 등을 고려하여 상한값과 하한값을 추정한 후 상하한 범위 내에서 결정하게 된다. 즉, 적용 그라우팅압력은 하한값 측면에서 말뚝 선단 위치에서의 정수압과, 그라우트재의 지반으로 침투시의 침투저항력의 합보다 커야 그라우트재의 주입이 가능하다(정수압 + 그라우트 침투저항 < 그라우트압). 상한값 측면에서 그라우트압에 의해 말뚝을 상향으로 밀어올리려는 힘이 말뚝의 총 인발저항력 보다는 작아야 말뚝의 뽑힘 현상을 방지할 수 있다(그라우트압 < 말뚝의 인발저항력÷ 말뚝 단면적 ). 상기와 같이 적용가능한 그라우트압력의 상하한치 이내에서 설계그라우트압이 결정되어야 포스트그라우팅에 의한 말뚝 지지력 보강효과가 적절히 발현될 수 있다.

한편, 국내의 일반적인 보강 그라우팅 펌프의 가압범위는 1MPa 내외인 반면, 길이 30m 이상의 장말뚝 시공이 일반화되어 국내 실정상 그라우트압의 하한치가 펌프의 가압 한계를 초과하는 경우가 대부분이므로, 본 발명의 포스트그라우팅을 위한 가압펌프 및 부대설비는 일반적인 저압식 그라우트장비가 아닌 그라우트압의 설계하한치 이상의 성능을 발휘할 수 있는 고압식 그라우트장비를 사용함으로써 충분 한 보강효과를 구현한다.

또한, 바람직하게는 그라우팅압을 달리하는 주입재의 반복 충진 중, 말뚝 두부와 말뚝 선단부의 변위 측정을 위한 변형봉(22) 및 변위계(24)를 설치하고, 말뚝 외부에는 상기 변위계(24)로부터 감지된 변위를 측정하기 위한 변위계측 시스템(도시하지 않음)을 설치하여, 그라우팅압에 따른 현장타설말뚝의 상방향 인발 변위를 계측한다. 즉, 그라우팅압의 증가 또는 감소에 따른 말뚝의 인발(상향) 변위는 말뚝에 인접한 레퍼런스(reference) 빔(26) 또는 고정점에 설치된 변위계(또는 다이얼 게이지)(24)를 이용하여 측정하게 된다. 이때, 그라우팅압의 증가에 따른 말뚝의 계측 인발 변위가 말뚝주면 지반 파괴시의 말뚝-지반 간 상대 변위(일반적으로 1cm 내외)를 초과할 경우에는 설계 그라우팅압 이전이라도 그라우팅 작업을 종료한다. 이는 그라우팅압에 따른 말뚝 인발변위가 과도하게 발생하게 되면 말뚝 주면부 지반 파괴로 인한 주면마찰력 감소 효과로 인해 오히려 말뚝의 지지력에 안좋은 영향을 미칠 가능성이 있기 때문이다.

도5는 그라우팅된 현장타설콘크리트 말뚝의 변위 및 하중양상을 나타낸 상태를 보여주는 도면이다.

도면에 도시한 바와 같이, 그라우팅압 적용에 따라 선단부 지반은 압축되며, 말뚝(30)에는 상향의 힘을 받아 변위가 발생하게 된다. 또한, 말뚝(30) 선단부의 그라우팅체(28)는 현장타설말뚝의 외경보다 어느 정도 확장되는 것을 기대할 수 있다. 도면에서 점선 화살표는 현장타설말뚝의 인발변위와 선단부 지반의 압축변위 방향을 나타내고, 실선 화살표는 그라우팅압에 저항하는 지반 저항력의 방향을 나 타낸다.

도6 내지 도8은 본 발명에 따른 포스트그라우팅 방법의 적용 전후의 선단지지력과 선단침하량의 상관 관계 및 주면마찰력과 주면 변위의 상관 관계의 변화를 보여주는 도면이다.

도6을 참조하면, 현장타설 콘크리트말뚝 시공 후, 포스트(post) 그라우팅을 적용한 경우는 그라우팅압에 의해 말뚝의 선단 지반 및 굴착 슬라임이 압축되어, 향후 상부 하중 재하시 동일 하중에서 말뚝 시공 후, 포스트(post) 그라우팅을 적용하지 않은 경우에 비해 침하량이 현저히 줄어든 것을 알 수 있다.

도7을 참조하면, 현장타설 콘크리트말뚝 시공 후 포스트(post) 그라우팅을 적용한 경우, 그라우팅압에 의해 말뚝이 상향으로 인발됨에 따라 말뚝 주면지반에 부(-)의 마찰력이 발현된 이후, 하향의 상재하중이 작용함에 따라 말뚝의 겉보기 주면마찰력이 증대되는 것을 알 수 있다.

도8을 참조하면, 현장타설 콘크리트말뚝 시공 후 포스트(post) 그라우팅을 적용한 경우, 그라우팅압에 의해 말뚝의 선단부 그라우팅체가 종형 기초의 형상을 띠며 확장됨에 따라 말뚝 선단부의 면적 증가로 인해 선단 지지력이 증대되는 것을 알 수 있다.

또한, 도면에 의해 예시되지는 않았지만, 본 발명의 그라우팅 방법의 적용에 의한 말뚝 선단부 그라우팅압에 따른 말뚝의 상향 변위 계측 결과, 그리고 그라우트 주입량 계측을 통하여, 일반적인 양방향 재하시험(또는 O-cell 시험)의 해석방법을 적용하게 되면, 말뚝 두부에서의 하중-침하 곡선을 얻을 수 있다. 이는 포스 트 그라우팅을 적용하는 모든 말뚝에 대해 정재하시험을 하는 것과 동일한 효과를 얻을 수 있음을 의미한다.

이상의 설명에서와 같이, 본 발명에 따른 현장타설말뚝 선단부 포스트그라우팅(Post Grouting) 시스템 및 이를 이용한 현장타설말뚝 선단보강 그라우팅 방법은, 선(先)천공 현장타설 콘크리트말뚝의 시공 후 말뚝선단과 인접한 지반에 그라우팅을 수행함으로써 말뚝 하단부 지반의 지지력을 강화시켜 종래의 선천공 현장타설콘크리트 말뚝에서의 선단부 연약화 및 이로 인한 지지력 감소와 침하량 증대의 문제점을 해소할 수 있다.

또한, 말뚝의 선단부에서 양방향(상하 방향)으로 작용하는 고압의 그라우팅압 측정과 그라우팅압에 따른 말뚝의 변위 계측, 그리고 압력단계별 그라우트 주입량 측정을 통해, 본 발명이 적용되는 모든 포스트 그라우팅 말뚝에 대해 말뚝의 하중-침하 거동 및 예상되는 말뚝의 축방향 지지력을 확인할 수 있는 간이 정재하시험의 역할을 함에 따라 말뚝 기초에 적용되는 안전율을 기준 안전율 이하로 낮출 수 있고, 이에 따른 추가비용 절감의 효과를 얻을 수 있다.

이상, 바람직한 실시예를 통하여 본 발명에 관하여 상세히 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변경, 응용될 수 있음은 당업자에게 자명하다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 다음의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

도1은 종래기술에 따른 토우그라우팅 방법을 설명하기 위한 개략도.

도2는 본 발명에 의한 현장타설말뚝 선단부 포스트그라우팅 장치의 일실시예 구성을 나타낸 개략도.

도3a 및 도3b는 본 발명으 요부인 멘젯튜브의 구성을 나타낸 제1 및 제2 예시도로서, 도3a는 루프형 멘젯튜브의 형상도, 도3b는 U형 멘젯튜브이 형상도.

도4는 본 발명의 요부인 멘젯튜브과 고무링밴드의 결합 상세도.

도5는 그라우팅된 현장타설콘크리트 말뚝의 변위 및 하중양상을 나타낸 상태도.

도6 및 도8은 본 발명에 따른 현장타설말뚝 선단보강 그라우팅 방법에서 그라우팅 전후의 선단지지력과 선단침하량의 상관관계 변화를 나타낸 그래프도.

도7은 본 발명에 따른 현장타설말뚝 선단보강 그라우팅 방법이 적용되어 그라우팅 전후의 주면 마찰력과 주면 변위의 상관관계를 나타낸 그래프도.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

2: 천공홀 4: 보강철근망

5: 이송관 6: 주입관

8: 유출관 10: 멘젯튜브

12: L형 연결관 14: 그라우트주입장비

16: 팩커 18: 고무링밴드

20: 압력게이지 22: 변위봉

24: 변위계 26: 레퍼런스 빔

28: 그라우트체 30: 말뚝

Claims

현장타설말뚝을 설치하기 위해 시추된 천공홀에 삽입되는 보강철근망;

상기 보강철근망에 부착되어 말뚝 두부에서 선단부에 이르도록 연직으로 설치되며 그라우트재를 주입하기 위한 주입관;

상기 보강철근망에 부착되어 말뚝 두부에서 선단부에 이르도록 연직으로 설치되며, 그 선단부가 주입관에 연결되어 상기 주입관에 주입된 그라우트재의 유출여부를 확인하기 위한 유출관;

양단부가 주입관과 유출관의 선단부에 각각 연결되어 상기 보강철근망의 선단부에 설치되며, 주입관을 통해 주입된 그라우트재를 말뚝 선단에 인접한 지반을 향하여 분출시키기 위한 다수의 토출구가 형성되어 있는 멘젯튜브;

상기 주입관 및 유출관 각각과 멘젯튜브를 연결하기 위한 연결수단;

상기 주입관의 두부에 연결되어 그에 고압으로 그라우트재를 주입하기 위한 그라우트주입장비; 및

상기 주입관 및 유출관의 지표측 단부에 설치되며, 주입관 및 유출관에 고압을 주입하기 위한 팩커

를 포함하는 현장타설말뚝 선단부 포스트그라우팅장치.
제 1 항에 있어서,

상기 멘젯튜브의 외주면에 간격을 두고 설치되며, 토출구와 연통하되 그라우트재 주입 압력의 제공여부에 따라 개폐되는 토출막이 형성되어 있는 고무링밴드를 더 포함하는 현장타설말뚝 선단부 포스트그라우팅장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

지표면에서 멘젯튜브상에 이르도록 수직으로 내려져 설치되며, 단부가 상기 멘젯튜브의 상면에 접촉되어 천공홀에 설치되는 콘크리트 말뚝이 그라우팅 압력에 의해 상방향 인발변위를 따라 승강되어 인발변위를 감지하는 변위봉; 및

상기 변위봉에 연결되며, 변위봉의 변위를 감지하여 콘크리트 말뚝의 상방향 인발변위를 계측하는 인발계측수단

을 포함하는 현장타설말뚝 선단부 포스트그라우팅장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 주입관 및 유출관의 두부측 지표면에 설치되며, 주입관과 유출관 상단부의 압력을 측정하기 위한 압력게이지를 더 포함하는 현장타설말뚝 선단부 포스트그라우팅장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 멘젯튜브가 루프형상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 현장타설말뚝 선단부 포스트그라우팅장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 멘젯튜브가 다수의 U형관으로 이루어져 보강철근망 선단 내부에 배열되며, 상기 주입관 및 유출관은 다수의 U형 멘젯튜브에 각각에 대응하는 갯수로 이루어지며, 상기 그라우트주입장비는 다수의 주입관에 대응하여 연결되기 위한 다수의 연결관을 포함하는 것을 특징으로 하는 현장타설말뚝 선단부 포스트그라우팅장치.
현장타설 콘크리트 말뚝의 보강을 위해 마련된 보강철근망의 선단부에 고무링밴드를 구비한 멘젯튜브를 설치하되, 상기 멘젯튜브의 양단부를 주입관 및 유출관에 연결하는 제1 단계;

상기 멘젯튜브와 주입관 및 유출관이 설치된 보강철근망을 선(先) 천공된 천공홀의 상단으로부터 선단부에 이르기까지 내려 안착하는 제2 단계;

트레미관을 통해 현장타설 콘크리트 타설 및 양생의 순서로 말뚝체를 형성하는 제3 단계;

저압의 청수를 주입관을 통해 주입하여 주입된 청수가 유출관으로 유출되는 지 확인하여 막힘 여부를 확인하는 제4 단계;

상기 주입관 및 유출관의 말뚝 두부(지표면)측 단부에 고압의 그라우팅 적용을 위한 팩커와 그라우팅압력 측정을 위한 압력게이지를 설치하는 제5 단계; 및

상기 주입관을 통하여 설정압력 범위 내에서 압력을 달리하여 그라우팅재를 적어도 1회 이상 주입하여 현장타설 콘크리트말뚝 선단부에 위치한 멘젯튜브의 토출구를 통해 말뚝 선단에 인접한 지반으로 그라우트재를 주입하여 충전하는 제6 단계

를 포함하는 현장타설 콘크리트말뚝 선단부 포스트그라우팅 장치를 이용한 현장타설말뚝 선단보강 그라우팅 방법.
제 7 항에 있어서,

상기 제6 단계는 그라우트 주입 완료 후 주입관 내의 그라우트가 굳기 전, 청수를 투입하여 관내 그라우트재를 제거함으로써 향후 추가주입이 필요할 경우 주입통로를 확보하는 제8 단계를 더 포함하는 현장타설말뚝 선단부 포스트그라우팅 장치를 이용한 현장타설말뚝 선단보강 그라우팅 방법.
제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,

상기 제6 단계는 멘젯튜브의 토출구에 설치된 고무링밴드의 작용을 통하여 주입 압력이 가해지면 주입관 통로를 열어 그라우팅재가 주입되도록 하고, 주입 압력이 제거되면 주입관 통로를 닫아 일단 주입된 그라우팅재가 역류하지 않도록 하는 과정을 더 포함하는 현장타설말뚝 선단부 포스트그라우팅 장치를 이용한 현장타설말뚝 선단보강 그라우팅 방법.
제 7 항 또는 제 8 항에 있어서.

상기 제6 단계는

지표면에 변위계를 설치하고, 멘젯튜브의 상단에 변위봉을 설치하여 압력을 달리하는 수 회의 그라우트재 주입시 그라우팅압력 적용에 따른 말뚝두부와 선단의 상방향 인발 변위를 계측하는 과정을 더 포함하는 현장타설말뚝 선단부 포스트그라우팅 장치를 이용한 현장타설말뚝 선단보강 그라우팅 방법.