KR20100086146A - 다짐굴착을 이용한 복합말뚝 시공방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 하부에 쇄석말뚝을 시공하고 그 상부에 강관파일이나 콘크리트 파일 등을 시공하여 쇄석말뚝과 깊은 기초의 장점을 모두 구현할 수 있는 복합말뚝의 시공방법에 관한 것으로서, 연약지반의 소정 지점까지 케이싱 오거를 회전시켜 지반을 천공 및 굴착하는 단계와, 상기 천공 및 굴착된 구멍의 하부에 다짐재를 일정높이로 충전하는 단계와, 상기 충전된 다짐재를 해머를 낙하시켜 다지는 단계와, 상기 다짐재의 충전 및 해머에 의한 다짐을 복수회 반복하여 쇄석말뚝의 구근을 형성하는 단계와, 상기 구근의 상부에 기성파일을 관입하고 기성파일과 천공 및 굴착된 구멍과의 사이에 시멘트 페이스트를 충진하는 단계로 구성되어, 양호한 지반의 깊이가 깊고 슬라임 등이 많이 발생하는 경우에 다짐굴착에 의해 하부에 쇄석말뚝을 시공하고 그 상부에 강관파일이나 콘크리트 파일 등을 시공하여 연약지반의 필요구간에 선단지반을 개량하고 기성파일의 이음길이를 줄일 수 있으며 기성파일의 선단효과를 개선할 수 있다.

쇄석말뚝, 기성파일, 다짐, 굴착, 복합말뚝

Description

다짐굴착을 이용한 복합말뚝 시공방법{CONSTRUCTION METHOD FOR COMPOSITE PILE USING DIGGING AND HARDENNING}

본 발명은 다짐굴착을 이용한 복합말뚝 시공방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 하부에 쇄석말뚝을 시공하고 그 상부에 강관파일이나 콘크리트 파일 등을 시공하여 쇄석말뚝과 깊은 기초의 장점을 모두 구현할 수 있는 복합말뚝의 시공방법에 관한 것이다.

일반적으로, 건물이나 구조물을 세우는 경우, 지반의 조건이나 건물 또는 구조물의 하중에 따라 상부 구조물을 지지하기 위하여 연약 지반을 보강하는 기초 공사를 하고 있다.

연약지반의 개량공법으로는 선행재하공법, 치환공법, 배수공법, 진동다집공법 등의 다양한 공법이 있고, 근래에는 모래다짐말뚝공법이 도입되고 있다. 그러나, 최근 양질의 모래자원부족과 단가상승으로 인하여, 모래 대신에 자갈이나 쇄석 또는 슬래그를 사용하는 경우가 많으며 특히 쇄석말뚝공법이 자주 이용되고 있다.

쇄석말뚝공법은 비교적 강성이 크고 압축성이 작은 조립질 재료를 연약한 점 성토지반 및 느슨한 사질토 지반에 치환율 10~35%로 다져 시공하므로 연약한 점성토 지반에서는 기초지반의 지지력 증가와 침하량 감소, 압밀배수에 의한 지반개량효과를 얻으며, 사질토 지반에서는 지진 발생시 액상화방지에 효과적인 공법이다.

이러한 쇄석말뚝공법은, 도 1에 나타낸 바와 같이, 연약지반을 소정깊이까지 천공하고 케이싱을 소정깊이까지 관입한 후, 케이싱 파이프내에 쇄석을 공급하고, 해머 등의 다짐기구에 의해 높은 다짐에너지를 이용하여 쇄석을 다짐한 후 케이싱을 인발한다.

쇄석말뚝은 보통 4 ~ 10m의 깊이로 시공하고, 개량깊이가 10m보다 크면 깊은 말뚝의 시공에 비해 비경제적이다. 따라서, 양호한 지반의 깊이가 깊은 경우 쇄석말뚝을 시행하기가 곤란하다는 문제점이 있었다.

또한, 쇄석말뚝의 경우 수직축하중에 대해서는 지지력이 크나, 횡방향력에 대한 저항력이 약하고, 특히 도 3에 나타낸 바와 같이, 말뚝머리가 자유로운 경우 상부에 수평지반 반력계수가 커지게 되는 바, 쇄석말뚝의 경우 특히 문제가 된다.

한편, 콘크리트 파일이나 강관파일 또는 PHC파일 등을 이용하여 연약지반을 보강하는 경우, 도 2에 나타낸 바와 같이, 선단지반이 양호하지 않고, 양호한 지반의 깊이가 매우 깊은 곳에 위치하는 경우에는 파일길이가 길어지게 되고, 슬라임 등이 많아 시공이 불량한 경우 등에는 그냥 다질 경우 슬라임 등에 의한 쿠션작용 등을 일으켜 파일(2)이 하중을 제대로 받지 못하게 되거나 침하가 과다하게 일어나는 등의 문제점이 있다.

본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하고자 하는 것으로서, 선단지반이 양호하지 않고, 양호한 지반의 깊이가 매우 깊은 곳에 위치하는 경우에는 파일길이가 길어지게 되고, 슬라임 등이 많아 시공이 불량한 경우에 하부에 쇄석말뚝을 시공하여 슬라임에 의한 쿠션작용을 방지하고, 그 상부에 강관파일, 콘크리트파일, PHC파일 등의 기성파일을 시공하여, 지반의 필요구간에 선단지반을 개량하고 기성파일의 이음길이를 줄일 수 있으며 기성파일의 선단효과를 개선하는 복합말뚝 시공방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 의한 복합말뚝 시공방법은, 연약지반의 소정 지점까지 케이싱 오거를 회전시켜 지반을 천공 및 굴착하는 단계와, 상기 천공 및 굴착된 구멍의 하부에 다짐재를 일정높이로 충전하는 단계와, 상기 충전된 다짐재를 해머를 낙하시켜 다지는 단계와, 상기 다짐재의 충전 및 해머에 의한 다짐을 복수회 반복하여 쇄석말뚝의 구근을 형성하는 단계와, 상기 구근의 상부에 기성파일을 관입하고 기성파일과 천공 및 굴착된 구멍과의 사이에 시멘트 페이스트를 충진하는 단계로 구성되는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 다짐재는 쇄석, 모래, 자갈, 폐콘크리트로 이루어진 군으로부터 어느 하나 이상을 혼합하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 해머를 낙하시켜 다지는 단계와, 상기 다짐재의 충전 및 해머에 의한 다짐을 복수회 반복하는 대신에 기성파일을 근입한 후 기성말뚝을 항타하여 쇄석말뚝의 구근을 형성하고 다짐재에 기성말뚝을 근입시키는 단계를 더욱 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 쇄석말뚝의 구근을 형성한 후 상기 기성파일을 관입하기 전에 상기 구근에 시멘트페이스트를 충진하는 단계를 더욱 구비하는 것을 특징으로 한다.

상기 기성파일은 콘크리트파일, PHC파일, 강관파일, FRP파일, 선단확장형 파일 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 양호한 지반의 깊이가 깊고 슬라임 등이 많이 발생하는 경우에 다짐굴착에 의해 하부에 쇄석말뚝을 시공하고 그 상부에 강관파일이나 콘크리트 파일 등을 시공하여 연약지반의 필요구간에 선단지반을 개량하고 기성파일의 이음길이를 줄일 수 있으며 기성파일의 선단효과를 개선할 수 있고, 선단부에 말뚝하중에 대한 응력전달길이 만큼 치환 및 다짐을 실시하여 지반을 보강하기 때문에 말뚝의 지지력 상승에 효과적이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 다짐굴착을 이용한 복합말뚝의 시공방법에 대하여 상세하게 설명한다.

도 4는 본 발명에 의한 복합말뚝의 시공을 나타내는 도면, 도 5는 복수개의 복합말뚝의 시공을 나타내는 도면, 도 6은 본 발명에 의한 복합말뚝의 시공 흐름도이다.

도 4 내지 도 5에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 의한 다짐굴착을 이용한 복합말뚝의 시공은 우선, 연약지반의 소정 지점까지 케이싱 오거를 회전시켜 지반을 천공 및 굴착한다.

예를 들어, 지표면으로부터 40m까지는 점토와 모래와 자갈의 혼합층이고, 40~60m까지는 점토질층이고, 60m부터는 풍화암층인 경우, 종래에는 양호한 지반인 60m까지 지반을 천공굴착한 후, 기성파일을 관입시켜 파일을 설치하여야 하였다.

그러나, 본 발명에서는 40~60m 사이의 일정지점, 예를 들면 42m 지점 정도까지만 천공 및 굴착하고, 이 지점에 쇄석말뚝의 구근을 형성한다. 즉, 양호한 지반의 깊이가 너무 깊어서 양호한 지반까지 천공 굴착하는 경우 비용이 많이 발생하고, 양호한 지반의 상층에 연약지반이 일정한 지질층, 예컨대 점토질층이 일정깊이로 계속되는 경우 점토질층의 상부까지만 천공하고 여기에 쇄석말뚝의 구근을 형성하여, 상기 쇄석말뚝의 구근이 양호한 지반으로서 기능하도록 선단지반을 개량하는 것이다.

상술한 바와 같이, 점토질층의 상부까지 천공한 후, 천공된 구멍구멍 다짐재(10)를 일정높이로 충전한다. 여기서, 상기 다짐재는 쇄석이나, 자갈, 모래, 폐콘크리트의 하나 이상의 혼합물로 이루어진다. 또한, 상기 다짐재에는 경 화제나 팽창제 등의 화학첨가제를 더욱 혼합할 수도 있다.

그런 다음, 상기 충전된 다짐재를 해머(11)를 자유낙하시켜 충분히 다진다.

그런 다음, 상기 다짐재의 충진 및 해머에 의한 다짐을 복수회 반복하여 쇄석말뚝의 구근을 형성한다. 상기 복수의 반복 충진 및 반복 다짐에 의해 상기 다짐재는 천공된 구멍으로부터 점토질층으로 파고 들어가 쇄석말뚝의 구근을 형성하게 된다. 이에 따라 천공된 후 점토질층으로부터 흘러내려 발생한 슬라임이 상기 다짐재와 함께 쇄석말뚝의 구근에 포함되므로, 종래의 기성파일을 시공하는 경우 슬라임에 의한 쿠션작용을 염려할 필요가 없고, 점토질층을 파고 들어간 쇄석말뚝의 구근에 의해 과도한 침하를 방지할 수 있게 된다.

여기서, 상기 구근의 형성깊이는 대략 0.5 ~ 2m의 범위내에서 연약지반의 지질층과 기성파일에 작용하는 하중을 고려하여 적절하게 선택할 수 있다. 상기 구근의 형성깊이가 0.5m이하이면 구근으로서의 기능을 발휘할 수 없고, 2m 초과인 경우 충진 및 다짐에 비용이 많이 들고 2m인 구근에 비해 초과되는 기능을 발휘하지 못한다.

한편, 구근의 형성깊이가 얕은 경우, 상기 해머를 낙하시켜 다지는 단계와, 상기 다짐재의 충전 및 해머에 의한 다짐을 복수회 반복하는 대신에 기성파일을 근입한 후 기성말뚝을 항타하여 쇄석말뚝의 구근을 형성하고 다짐재에 기성말뚝을 근입시킬 수 있다. 이로써, 말뚝자체의 항타에 의해 근입효과와 다짐효과를 동시에 발휘할 수 있다.

또한, 상기 쇄석말뚝의 구근을 형성한 후 상기 기성파일을 관입하기 전에 상기 구근에 시멘트페이스트를 충진할 수 있다. 상기 다짐재는 해머에 의해 다짐되어 공극이 최소화되어 있지만, 상기 구근은 쇄석, 모래, 자갈, 폐콘크리트, 경화제, 팽창제 등으로 구성되어 있고, 상기 천공된 구멍으로 흘러내린 슬라임 등이 상기 쇄석 등의 공극의 일부에 채워져 있기 때문에, 상기 구근에 시멘트 페이스트를 충진하여 쇄석, 자갈 등의 골재 등을 더욱 긴밀하게 연결하여 구근의 지지력을 더욱 향상시키도록 구성할 수 있다.

상기한 바와 같이, 본 발명에 의하면 선단부에 말뚝하중에 대한 응력전달길이 만큼 치환 및 다짐을 실시하여 지반을 보강하기 때문에 말뚝의 지지력 상승에 효과적이다.

또한, 상기 시멘트 페이스트의 충진은 다짐된 구근의 상부면으로부터 약간 올라온 높이까지 충진되도록 충분히 충진하여, 관입되는 기성파일의 설치가 용이하도록 한다.

그런 다음, 상기 구근의 상부에 기성파일을 관입하고 기성파일과 천공 및 굴착된 구멍과의 사이에 시멘트 페이스트를 충진한다. 여기서, 상기 기성파일은 PC파일, PHC파일, 강관파일, FRP파일을 사용할 수 있고, 바람직하게는 파일선단에 파일의 직경보다 큰 직경을 가지는 보강판이 장착된 선단확장형 파일을 사용한다.

상기 예에서와 같이, 지표면으로부터 40~60m의 점토질층의 상부까지만 굴착하고 쇄석말뚝을 형성한 후 기성파일을 시공함으로써, 종래에는 지표면으로부터 60m지점까지 기성파일을 설치하여야 하는 반면에, 본 발명에서는 쇄석말뚝의 구근의 상부높이인 40m정도까지만 기성파일을 설치하면 충분하므로, 20m의 기성파일을 절감할 수 있다.

또한, 천공된 구멍을 파고 들어가 형성된 쇄석말뚝의 구근에 의해 기성파일의 선단효과를 더욱 개선할 수 있고, 이에 따라 상부하중을 지반에 효과적으로 전달할 수 있다.

한편, 말뚝을 복수개 설치하여야 하는 대규모 공사인 경우, 다짐장비의 경로와, 다짐 작업의 효율을 높이기 위하여, 도 5에 나타낸 바와 같이, 천공 및 굴착되고 쇄석말뚝의 구근을 형성한 후에 임시로 천공 및 굴착된 구멍의 상부를 폐쇄한다. 그런 다음, 예를 들면 도 5에 나타낸 바와 같은 경로를 따라 인접한 천공된 구멍에 쇄석말뚝의 구근을 형성하고 상부를 폐쇄한다.

천공 및 굴착된 구멍에 쇄석말뚝의 구근의 형성이 일정 정도 진행되면, 폐쇄된 천공 구멍을 개방한 후, 기성파일을 설치하고, 복수의 기성파일을 이음 시공한 후, 이음설치된 기성파일의 주면과 천공 및 굴착된 구멍과의 사이에 시멘트 페이스트를 충진한다.

이로써, 대규모 공사인 경우 보다 효과적으로 복합말뚝의 시공을 완료할 수 있다.

본 명세서에 첨부된 도면은 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 명확 하게 나타내고 있는 것에 불과하며, 본 발명의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 변형예와 구체적인 실시예는 모두 본 발명의 기술적 사상의 범위에 포함되는 것은 자명하다.

도 1은 종래기술에 의한 쇄석말뚝의 시공을 나타내는 도면이다.

도 2는 연약지반에서의 파일시공시의 슬라임 발생을 나타내는 도면이다.

도 3은 말뚝머리가 자유로운 경우의 수평지반 반력계수의 분포를 나타내는 도면이다.

도 4는 본 발명에 의한 복합말뚝의 시공을 나타내는 도면이다.

도 5는 복수개의 복합말뚝의 시공을 나타내는 도면이다.

도 6은 본 발명에 의한 복합말뚝의 시공 흐름도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 다짐재

11 : 해머

20 : 기성파일

Claims (5)

1. 연약지반의 소정 지점까지 케이싱 오거를 회전시켜 지반을 천공 및 굴착하는 단계와,

   상기 천공 및 굴착된 구멍의 하부에 다짐재를 일정높이로 충전하는 단계와,

   상기 충전된 다짐재를 해머를 낙하시켜 다지는 단계와,

   상기 다짐재의 충전 및 해머에 의한 다짐을 복수회 반복하여 쇄석말뚝의 구근을 형성하는 단계와,

   상기 구근의 상부에 기성파일을 관입하고 기성파일과 천공 및 굴착된 구멍과의 사이에 시멘트 페이스트를 충진하는 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 다짐굴착을 이용한 복합말뚝의 시공방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 다짐재는 쇄석, 모래, 자갈, 폐콘크리트로 이루어진 군으로부터 어느 하나 이상을 혼합하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 다짐굴착을 이용한 복합말뚝의 시공방법.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 해머를 낙하시켜 다지는 단계와, 상기 다짐재의 충전 및 해머에 의한 다짐을 복수회 반복하는 대신에 기성파일을 근입한 후 기성말뚝 을 항타하여 쇄석말뚝의 구근을 형성하고 다짐재에 기성말뚝을 근입시키는 단계를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 다짐굴착을 이용한 복합말뚝의 시공방법.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 쇄석말뚝의 구근을 형성한 후 상기 기성파일을 관입하기 전에 상기 구근에 시멘트페이스트를 충진하는 단계를 더욱 구비하는 것을 특징으로 하는 다짐굴착을 이용한 복합말뚝의 시공방법.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 기성파일은 콘크리트파일, PHC파일, 강관파일, FRP파일, 선단확장형 파일 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 다짐굴착을 이용한 복합말뚝의 시공방법.

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