KR20120102480A - 선단 지지력이 강화된 ｐｈｃ 말뚝 및 이를 이용한 ｐｈｃ 말뚝 매입 공법 - Google Patents

선단 지지력이 강화된 ｐｈｃ 말뚝 및 이를 이용한 ｐｈｃ 말뚝 매입 공법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 선단 지지력이 강화된 PHC 말뚝 및 이를 이용한 PHC 말뚝 매입 공법에 관한 것으로, 구체적으로는 선단에 지지층 관입용 삽입관이 부착되어 있는 PHC 말뚝으로서, 상기 지지층 관입용 삽입관은 천공홀 바닥에 형성되는 슬라임 두께와 슬라임 하부의 느슨해진 지지층의 두께를 합한 길이보다 그 길이가 길거나 같고, 상기 지지층 관입용 삽입관의 외경은 상기 PHC 말뚝의 외경보다 크거나 같거나 작은 것을 특징으로 하는 선단 지지력이 강화된 PHC 말뚝 및 이를 이용한 PHC 말뚝의 매입 공법을 제공한다.
본 발명은 항타 또는 경타를 동반한 매입 말뚝 공법에서 PHC 말뚝의 선단에 지지층 관입용 삽입관을 결합하여 합성함으로써 항타 또는 경타 시 발생되는 관입 저항을 작게 해서 지지층 관입용 삽입관이 슬라임과 슬라임 하부의 느슨한 지지층을 관통하여 단단한 지지층까지 쉽게 도달하도록 하여 우수한 선단 지지력을 확보할 수 있으며, 항타에 따른 소음과 진동의 발생을 최소화하여 도심지에서도 시공이 가능한 획기적인 기술이다.

Description

선단 지지력이 강화된 ＰＨＣ 말뚝 및 이를 이용한 ＰＨＣ 말뚝 매입 공법{PHC pile with improved end bearing capacity and piling method of PHC pile using the same}
본 발명은 선단 지지력이 강화된 PHC 말뚝 (Pretensioned spun high strength concrete piles) 및 이를 이용한 PHC 말뚝 매입 공법에 관한 것으로, 항타 또는 경타를 동반한 매입 말뚝 공법에서 PHC 말뚝의 선단에 지지층 관입용 삽입관을 합성함으로써 항타 또는 경타 시 발생되는 관입 저항을 감소시켜 천공홀 하부의 단단한 지지층까지 말뚝 선단이 쉽게 도달하여 우수한 선단 지지력을 확보할 수 있도록 하는 선단 지지력이 강화된 PHC 말뚝 및 이를 이용한 PHC 말뚝 매입 공법에 관한 것이다.
일반적으로 말뚝 기초 시공 방법은 말뚝을 공장에서 제작하여 사용하는 기성 말뚝 공법과 현장에서 말뚝을 직접 제작해서 시공하는 현장 타설 말뚝 공법으로 분류된다. 이 중에서 기성 말뚝 공법은 말뚝을 지반에 직접 항타하여 설치하는 항타 말뚝 공법과 지반에 천공홀을 굴착한 후 시멘트 밀크를 주입한 천공홀에 말뚝을 매입하는 매입 말뚝 공법으로 나눌 수 있다. 이러한 다양한 시공방법은 각 시공현장의 상황이나 용도에 따라 적절하게 선택된다.
상기 항타 말뚝 공법은 말뚝을 직접 타격하는 방식과 선굴착 후 직타하는 방식으로 나뉘는데 주변 지반이 단단하게 다짐되어 지지력이 강해지는 장점은 있으나, 강한 타격으로 인해 시공 중에 발생하는 소음 및 진동이 커서 도심지와 축사가 인접한 곳에서는 그 사용이 제한되는 등의 단점이 있다. 따라서, 이와 같은 소음, 진동의 문제를 줄이기 위하여 매입 말뚝 공법이 사용되는데, 매입 말뚝 공법은 항타 말뚝 공법에 비해 말뚝의 관입이 용이한 반면 천공홀을 굴착하는 동안 발생하는 천공홀 저면의 슬라임으로 인해 말뚝의 선단 지지력이 작다는 단점을 갖고 있으므로 경제성 확보를 위해서는 말뚝의 선단 지지력이 우수하도록 시공하는 것이 중요하다.
이러한 매입 말뚝 공법의 한 예로 PHC 말뚝을 이용한 SIP(soil cement injected precast pile)공법이 있는데, SIP 공법은 오거(auger) 등 굴착 장비를 이용해서 지지층까지 선굴착하여 천공홀을 형성하고, 천공홀에 시멘트 밀크를 주입한 후 말뚝을 삽입하고 해머로 경타 처리하고 양생함으로써 시공이 완료된다.
여기서 상기 오거를 통한 천공홀의 형성 시 천공홀의 하부 바닥에 슬라임이 잔류되고 또한 슬라임 하부의 지지층 또한 일정깊이까지 느슨해져서 PHC 말뚝의 선단 지지력이 저하되는 문제점이 있다.
한편 SIP 공법에서 이러한 선단 지지력 저하 문제를 개선하기 위해 대한민국 등록특허 제0661123호와 같이 PHC 말뚝의 선단에 선단 확장 보강판을 부착하여 말뚝의 선단면적을 확장한 상태로 말뚝을 시공하는 공법이 개발되었다.
그러나 선단 확장 보강판이 부착된 PHC 말뚝을 시공할 경우에는 경타에 의해 압축된 슬라임과 접하는 선단 면적이 증가하거나 슬라임을 관통해서 슬라임 저면의 지지층에 접하는 선단 면적이 증가해서 선단 지지력이 일부 향상될 수 있으나, 선단 면적이 넓어진 만큼 관입에 따른 저항도 커지기 때문에 경타를 하는 경우에는 말뚝의 선단이 슬라임을 관통하지 못하고 슬라임의 상부에 놓여지게 되고, 말뚝을 항타하더라도 선단확장 보강판이 슬라임과 슬라임 하부의 느슨해진 지지층을 뚫고 단단한 지지층까지 도달하지 못하기 때문에 실질적으로 선단 지지력의 향상에는 한계가 있어 우수한 선단 지지력을 얻을 수 없는 문제점이 있다. 또한 선단 확장 보강판이 천공홀 바닥에 형성되는 슬라임과 슬라임 하부의 느슨해진 지지층을 뚫고 단단한 지지층까지 도달할 수 있도록 말뚝을 매우 큰 에너지로 항타할 경우에는 말뚝을 보다 강하고 많은 횟수로 항타해야 하기 때문에 항타 시 발생하는 소음과 진동에 의해 민원이 발생하여 도심에서는 시공이 어려우며 시공에 따른 비용이나 시간도 증가하는 문제점이 있다.
관련된 종래 기술로는 대한민국 등록특허 제0720946호와 같이 수평하중을 받는 말뚝을 경제적으로 시공하기 위해 하부에 설치되는 콘크리트 말뚝과 상부에 설치되는 강관 말뚝을 일체로 연결한 복합 말뚝에 있어서, 말뚝의 관입을 위해 강관 말뚝의 두부를 항타할 때 강관 말뚝의 단부와 연결된 콘크리트 말뚝의 두부가 항타 응력에 의해 파손되는 것을 방지하기 위하여 접합구조를 개선한 말뚝에 관하여 제안하고 있다. 그러나 여기에 기재된 기술은 수평하중이 작게 작용하는 하부는 콘크리트 말뚝을 사용하고 수평하중이 크게 작용하는 상부는 강관 말뚝을 사용해서 수평하중이 작용하는 말뚝을 경제적으로 시공하고자 하는 기술인 반면, 본 발명은 PHC 말뚝의 선단에 짧은 길이의 지지층 관입용 삽입관을 부착해서 연직방향의 선단 지지력을 강화하는 기술로, 종래기술과는 말뚝의 구조와 효과에서 큰 차이가 있다.
또한, 대한민국 등록특허 제0798647호, 대한민국 공개특허 제2009-0103192호, 대한민국 공개특허 제2011-0000170호 등에서는 길이가 짧은 기성 말뚝을 서로 연결시켜 지지층의 깊이가 깊은 지반에 사용하기 위한 기술로 기성 말뚝을 연결하는 이음 장치에 관하여 다양한 방법을 제안하고 있으나, 여기에 기재된 기술들은 그 목적이 기성 말뚝을 서로 연결시켜 현장에서 그 시공 길이를 증가시키기 위한 기술로서 본 발명과 같이 매입 말뚝 시공법에서 선단 지지력을 강화하기 위한 본 발명의 목적과는 차이가 있다.
종래 기술에서도 매입 말뚝 시공법에서 선단 지지력을 강화하기 위한 일부 기술이 제안된 바는 있으나, 그 효과가 크지 않고 실제 시공이 매우 복잡하여 실제 적용 가능성이 낮은 문제가 있었다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점 및 한계를 극복하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 제1과제는 PHC 말뚝의 선단에 짧은 길이의 지지층 관입용 삽입관을 부착하여 말뚝 항타 시 관입에 따른 저항을 줄여줌에 따라 지지층 관입용 삽입관이 슬라임과 슬라임 하부의 느슨해진 지지층을 관통하여 단단한 지지층까지 쉽게 도달하여 지지됨으로써 선단 지지력이 증대되고 항타에 따른 소음과 진동의 발생을 최소화하여 도심지에서도 시공이 가능한 선단 지지력이 강화된 PHC 말뚝을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 제2과제는 선단에 짧은 길이의 지지층 관입용 삽입관을 부착해서 선단 지지력이 강화된 PHC 말뚝을 이용한 PHC 말뚝 매입 공법을 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 본 발명의 제1과제를 달성하기 위하여 본 발명은
선단에 지지층 관입용 삽입관이 부착되어 있는 PHC 말뚝으로서,
상기 지지층 관입용 삽입관은 천공홀 바닥에 형성되는 슬라임의 두께와 슬라임 하부의 느슨해진 지지층의 두께를 합한 길이보다 그 길이가 길거나 같고,
상기 지지층 관입용 삽입관의 외경은 상기 PHC 말뚝의 외경보다 크거나 같거나 작은 것을 특징으로 하는 선단 지지력이 강화된 PHC 말뚝을 제공한다.
또한, 상기 본 발명의 제2과제를 달성하기 위하여 본 발명은,
구조물이 축조될 지반을 굴착장비로 굴착하여 지지층까지 천공홀을 형성하는 단계(S100);
상기 형성된 천공홀에 시멘트 밀크를 충전하는 단계(S110);
청구항 1에 따른 선단에 지지층 관입용 삽입관이 부착되어 있는 PHC 말뚝을 시멘트 밀크가 충전되어 있는 천공홀에 삽입하는 단계(S120);
상기 PHC 말뚝의 두부를 항타하여 상기 지지층 관입용 삽입관이 천공홀 바닥에 형성되는 슬라임과 슬라임 하부의 느슨해진 지지층을 관통하여 단단한 지지층까지 관입되어 안착될 수 있도록 하는 단계(S130); 및
상기 천공홀에 충전된 시멘트 밀크를 경화시키는 단계(S140)
를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 선단 지지력이 강화된 PHC 말뚝 매입 공법을 제공한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, PHC 말뚝의 선단에 부착되어 합성되는 지지층 관입용 삽입관에 의해 PHC 말뚝의 항타에 따른 관입저항을 줄여주어 PHC 말뚝의 항타 시 발생하는 진동과 소음이 저감되어 도심지에서 시공이 유리하다. 또한, 작은 항타 에너지와 타격 횟수로도 말뚝을 설계 심도까지 타입할 수 있어 공사비용과 시간을 줄일 수 있고, 경타에 의해 상기 지지층 관입용 삽입관이 슬라임과 슬라임 하부의 느슨한 지지층을 관통하여 단단한 지지층에 안착됨으로써 말뚝의 선단 지지력이 증대되어 안정적인 지지구조를 형성할 수 있는 매우 유용한 발명이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 PHC 말뚝 매입 공법의 시공과정을 나타낸 예시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 지지층 관입용 삽입관이 부착되어 있는 PHC 말뚝의 선단부를 나타낸 예시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 지지층 관입용 삽입관이 부착되어 있는 PHC 말뚝의 선단부를 나타낸 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 지지층 관입용 삽입관이 부착되어 있는 PHC 말뚝에서 삽입관을 지지하기 위한 보강부재를 삽입관 내측에 설치한 상태를 나타낸 예시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 지지층 관입용 삽입관이 부착되어 있는 PHC 말뚝에서 삽입관을 지지하기 위한 보강부재를 삽입관 외측에 설치한 상태를 나타낸 예시도이다.
도 5a는 본 발명의 일 실시예에 따른 지지층 관입용 삽입관이 부착되어 있는 PHC 말뚝에서 말뚝의 외경보다 직경이 큰 삽입관을 지지하기 위한 보강부재를 삽입관 상부에 설치한 상태를 나타낸 예시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 지지층 관입용 삽입관이 부착되어 있는 PHC 말뚝에서 지지층 관입용 삽입관의 내부에 십자(+)형 내삽식 선단슈장치가 포함된 것을 나타내는 도면이다.
도 6a는 도 6에 따라 십자(+)형 내삽식 선단슈장치가 포함된 삽입관이 부착된 PHC 말뚝을 선단 하부에서 바라본 것을 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 PHC 말뚝의 지지층 관입용 삽입관이 슬라임과 슬라임 하부의 느슨해진 지지층을 관통하여 단단한 지지층까지 도달한 상태를 나타낸 예시도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 선단 지지력이 강화된 PHC 말뚝 매입 공법의 시공과정을 나타내는 순서도이다.
이하 본 발명에 관하여 더욱 구체적으로 설명한다.
본 발명에 따른 PHC 말뚝의 구조는
선단에 지지층 관입용 삽입관이 부착되어 있는 PHC 말뚝으로서,
상기 지지층 관입용 삽입관은 슬라임의 두께와 슬라임 하부의 느슨해진 지지층의 두께를 합한 길이보다 그 길이가 길거나 같고,
상기 지지층 관입용 삽입관의 외경은 상기 PHC 말뚝의 외경보다 크거나 같거나 작은 것을 특징으로 한다.
이 때, PHC 말뚝에 지지층 관입용 삽입관이 부착되는 방식은 용접에 의한 방식과 나사 연결 방식(예를 들어, 말뚝 선단캡에 수나사를 가공한 돌출부를 형성하고 삽입관에 암나사를 형성해서 이들을 연결하는 방식 또는 삽입관 두부에 볼트홀이 성형된 환형 강판을 부착하고 이 환형 강판을 말뚝 선단캡에 형성된 볼트홀에 볼트를 이용해서 연결하는 방식을 포함함)을 포함해서 대한민국 등록특허 제0798647호, 대한민국 공개특허 제2009-0103192호, 대한민국 공개특허 제2011-0000170호 등 기존의 말뚝 이음 장치를 그대로 또는 이를 응용하여 사용할 수 있으며, 본 발명에서는 이에 관해서 특별히 제한하지 않는다.
또한, 상기 슬라임의 두께와 슬라임 하부의 느슨해진 지지층의 두께는 시공 현장에 따라 달라질 수 있으므로 본 발명에서 이에 관하여 구체적, 수치적으로 한정하지는 않으며, 현장 조건에 따라 변형이 가능한 것으로 이해되어야 한다. 다만, 본 발명에 따른 상기 지지층 관입용 삽입관은 그 길이가 슬라임의 두께와 슬라임 하부의 느슨해진 지지층의 두께를 합한 길이와 최소한 같거나 긴 것이 바람직하다. 이는 이 길이가 너무 짧을 경우 선단 지지력의 증대를 위해 지지층 관입용 삽입관에 비해 관입저항이 큰 PHC 말뚝 본체가 슬라임과 슬라임 하부의 느슨해진 지지층에 관입되어야 하므로 항타에 따른 에너지 소모 및 항타 횟수가 불필요하게 많아 질 수 있기 때문이다. 다만, 본 발명에서 상기 지지층 관입용 삽입관의 길이가 슬라임의 두께와 슬라임 하부의 느슨해진 지지층의 두께를 합한 길이와 같다는 의미는 정확히 일치하는 것 뿐만 아니라 다소 그 길이가 짧더라도 PHC 말뚝 두부의 항타에 의하여 쉽게 단단한 지지층까지 삽입관이 관입될 수 있는 길이도 포함되며, 이 모두 본 발명의 범위에 속하는 것으로 해석되어야 한다.
또한, 상기 지지층 관입용 삽입관의 외경은 상기 PHC 말뚝의 외경보다 크거나 같거나 작은 것으로 정의하였으나, 그 외경이 특별히 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니며, 슬라임층이나 슬라임 하부의 느슨한 지지층을 원활하게 뚫고 들어가서 단단한 지지층에 삽입이 용이한 형태는 모두 포함되는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명에 있어서, 상기 지지층 관입용 삽입관은 강관, H형강, 강화 플라스틱관 또는 강화 목관인 것이 바람직하나, 삽입관의 재료나 형태에 특별히 한정을 두는 것은 아니며, PHC 말뚝에 연결하여 사용할 수 있고 PHC 말뚝의 하중 및 항타에 따른 응력을 견디고 지지층에 단단히 고정될 수 있는 재료는 일반적으로 포함되는 것으로 해석되어야 한다. 또한, 지지층 관입용 삽입관의 단면 형태는 일반적으로 원형인 것이 바람직하나, 타원형, 사각형, 삼각형, 오각형 이상의 다각형, 별모양, H모양 등 다양하게 변형이 가능하며, 이 모두 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
본 발명에 있어서, 상기 지지층 관입용 삽입관에는 PHC 말뚝과의 결합 강도가 향상될 수 있도록, 지지층 관입용 삽입관의 내측, 외측 또는 양측에 상기 PHC 말뚝의 선단캡과 결합되는 보강부재가 더 설치될 수 있다. 이러한 보강부재는 PHC 말뚝의 선단캡과 상기 지지층 관입용 삽입관의 결합각에 위치하며 하나로 연결되어 있는 일체형이거나 결합각 둘레를 따라 일정 간격으로 배치된 분리형일 수 있다. 이러한 보강부재는 PHC 말뚝의 항타시 지지층 관입용 삽입관이 휘거나 파손되는 것을 방지하는 역할을 한다.
본 발명에 있어서, 상기 지지층 관입용 삽입관의 내부, 특히 선단 또는 두부 내부에는 내삽식 선단슈장치가 더 포함될 수 있다. 이러한 내삽식 선단슈장치는 삽입관의 선단 또는 두부 내부에 고정 설치되어 삽입관의 내부로 유입되는 지반 즉 관내토와의 마찰력이 발현되도록 하여 유효 마찰 면적을 증가시켜서 관내토에 의한 삽입관의 막힘현상을 향상시키고, 그로 인해 말뚝 선단지반과 주변 지반의 다짐 정도를 증대시키는 역할을 함으로써 PHC 말뚝의 선단 지지력과 주면 마찰력을 더욱 증가시킬 수 있다. 특히 상기 내삽식 선단슈장치가 삽입관의 두부 내부에 고정 설치되는 경우에는 유효 마찰 면적의 증가를 통해 관내토에 의한 삽입관의 막힘 현상을 향상시키는 역할을 하면서 동시에 PHC 말뚝 항타시 지지층 관입용 삽입관이 휘거나 파손되는 것을 방지하는 보강부재의 역할도 하게 된다.
이 때, 상기 내삽식 선단슈장치의 단면 형태는 일반적으로 십자(+)모양인 것이 바람직하나, 모양, 모양, 또는 모양 등 말뚝의 관입 성능에는 큰 영향을 주지 않으면서 관내토와의 마찰력을 증대시킬 수 있는 형태는 제한없이 선택되어 사용될 수 있으며, 이 모두 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
본 발명은 상기 특징을 갖는 PHC 말뚝을 매입 말뚝 공법에 사용하는 것을 포함한다. 본 발명에 따른 매입 말뚝 공법은 구체적으로,
구조물이 축조될 지반을 굴착장비로 굴착하여 지지층까지 천공홀을 형성하는 단계(S100);
상기 형성된 천공홀에 시멘트 밀크를 충전하는 단계(S110);
본 발명에 따른 선단에 지지층 관입용 삽입관이 부착되어 있는 PHC 말뚝을 시멘트 밀크가 충전되어 있는 천공홀에 삽입하는 단계(S120);
상기 PHC 말뚝의 두부를 항타하여 상기 지지층 관입용 삽입관이 천공홀 바닥에 형성되는 슬라임과 슬라임 하부의 느슨해진 지지층을 관통하여 단단한 지지층까지 관입되어 안착될 수 있도록 하는 단계(S130); 및
상기 천공홀에 충전된 시멘트 밀크를 경화시키는 단계(S140)
를 포함하여 구성된다.
상세한 내용은 상기 본 발명에 따른 선단에 지지층 관입용 삽입관이 부착되어 있는 PHC 말뚝을 기술하는 부분에서 설명된 것과 같으며, 이에 관해서는 중복하여 설명하지는 않으나 본 발명에 따른 선단 지지력이 강화된 PHC 말뚝의 매입 공법에 관한 발명에도 그대로 적용되는 것으로 해석되어야 한다.
이하에서는 도면을 참조하면서 본 발명의 PHC 말뚝의 매입 공법에 관하여 구체적으로 설명한다.
본 발명에 따른 PHC 말뚝의 매입 공법은 구조물이 축조될 지반을 스크류 오거(200)와 같은 굴착장비를 이용해 지지층까지 굴진하여 천공홀(120)을 형성하는 천공홀 형성단계(S100)와, 이렇게 천공홀(120)이 형성되면 천공홀(120)의 내부에 시멘트 밀크(300)를 주입하고, 시멘트 밀크(300)를 원지반토와 충분히 교반하면서 스크류 오거(200)를 인발하는 시멘트 밀크 충전단계(S110)와, 이후 선단에 지지층 관입용 삽입관(410)이 부착되어 있는 PHC 말뚝(400)을 시멘트 밀크(300)가 충전되어 있는 천공홀(120)에 삽입하는 말뚝 설치단계(S120)와, 이후 상기 PHC 말뚝(400)의 두부를 항타하여 상기 지지층 관입용 삽입관(410)을 천공홀(120) 바닥에 형성되는 슬라임(130)과 슬라임(130) 하부의 느슨해진 지지층(140)을 관통하여 교란되지 않은 단단한 지지층(110)까지 관입시켜 안착되도록 하는 최종 관입단계(S130)와, 상기 천공홀(120)에 충전된 시멘트 밀크(300)가 경화되는 양생단계(S140)를 포함하여 구성된다.(도 1 참조)
상기 천공홀 형성단계(S100)는 지반(100)을 지나 단단한 지지층(110)까지 천공하는 것으로, 지반(100)은 느슨하거나 연약한 지층을 지칭하며, 단단한 지지층(110)은 지반(100) 하부에 위치하는 조밀하거나 단단한 지층 또는 암반층을 지칭하는 것이다.
상기 천공홀 형성단계(S100)에서 형성되는 천공홀(120)은 PHC 말뚝(400)의 연직 설치가 가능하여 PHC 말뚝(400)을 통한 안정적인 하중 지지가 이루어질 수 있도록 연직으로 굴착해야 한다.
또한 이러한 천공홀(120)은 관입하고자 하는 PHC 말뚝(400)의 직경보다 크게 형성하여, PHC 말뚝(400)이 삽입된 천공홀(120)과 PHC 말뚝(400) 사이에 빈공간이 형성되도록 하여 시멘트 밀크(300)가 채워질 수 있도록 한다.
또한 상기 천공홀(120) 형성 시 천공홀(120)의 공벽을 유지할 수 있도록 케이싱(도시없음)을 삽입하면서 굴착할 수도 있다.
한편 상기 시멘트 밀크(300)는 천공홀(120)의 선단부에 주입되는 선단용 시멘트밀크(310)와 주면부에 위치할 수 있도록 하는 주면용 시멘트 밀크(320)를 구분하여 주입할 수 있으며, 상기 선단용 시멘트밀크(310)는 선단 지지력의 향상을 위하여 상기 주면용 시멘트밀크(320)보다 강도가 높도록 구성할 수 있다.
상기 PHC 말뚝(400)은 선단에 부착되는 선단캡(401)에 상기 지지층 관입용 삽입관(410)이 부착된다.(도 2 참조)
이러한 지지층 관입용 삽입관(410)은, PHC 말뚝(400)의 제조 시 선단캡(401)에 일체로 형성되도록 하여 결합하거나, 또는 시공 조건에 따라 슬라임(130)과 느슨해진 지지층(140)의 두께를 예측하여 슬라임(130)과 느슨해진 지지층(140)의 두께보다 길게 현장에서 볼팅 등으로 직접 조립하거나 용접하여 결합할 수 있다.
상기 지지층 관입용 삽입관(410)은 PHC 말뚝(400)의 관입 시 발생되는 저항을 줄여 주면서 PHC 말뚝(400)이 단단한 지지층까지 쉽게 관입될 수 있도록 PHC 말뚝(400)보다 직경이 크거나 같거나 작은 통상의 강관이나 H형강 등으로 구성된다.(도 3 ~ 도 5a 참조)
또한 상기 지지층 관입용 삽입관(410)은 슬라임(130)과 슬라임(130) 하부의 느슨해진 지지층(140)의 두께를 합한 길이보다 같거나 길게 형성하여 단단한 지지층(110)에 견고히 안착되어 고정될 수 있도록 한다.
이렇게 지지층 관입용 삽입관(410)을 강관이나 H형강 등으로 구성함으로서 단단한 지지층(110) 관입을 위한 PHC 말뚝(400)의 항타 횟수와 항타 에너지를 줄일 수 있어 항타로 인한 진동과 소음을 최소화해서 민원 발생을 줄여줄 수 있다.
따라서 도심지에서의 시공이 유리해지고 시공속도 또한 빨라져 공기를 단축시킬 수 있다.
또한 최종 관입단계(S130)에서 지지층 관입용 삽입관(410)이 천공홀 바닥에 형성되는 슬라임(130)과 슬라임 하부의 느슨해진 지지층(140)을 관통하여 단단한 지지층(110)에 안착됨으로써, 선단 지지력이 매우 향상되어 PHC 말뚝(400)의 상부에 작용하는 하중을 안정적으로 지지할 수 있음은 물론 말뚝의 설치개수를 줄여서 공사비를 절감할 수 있게 된다.
한편 상기 지지층 관입용 삽입관(410)은 도 4, 5 및 5a에서와 같이 상기 PHC 말뚝(400)과의 결합강도가 향상될 수 있도록, 지지층 관입용 삽입관(410)의 내측, 외측 또는 양측으로 상기 PHC 말뚝(400)의 선단캡(401)과 연결되는 다수의 보강부재(420)를 더 설치할 수 있다.
이러한 보강부재(420)는 지지층 관입용 삽입관(410)의 내측 또는 외측 둘레를 따라 일정간격 또는 일체형으로 배치되도록 설치되어 PHC 말뚝(400)의 항타시 지지층 관입용 삽입관(410)이 휘거나 파손되는 것을 방지해준다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 지지층 관입용 삽입관이 부착되어 있는 PHC 말뚝에서 지지층 관입용 삽입관의 내부에 십자(+)형 내삽식 선단슈장치(430)가 포함된 것을 나타내는 도면이고, 도 6a는 도 6에 따라 십자(+)형 내삽식 선단슈장치(430)가 포함된 삽입관(410)이 부착된 PHC 말뚝(400)을 선단 하부에서 바라본 것을 나타내는 도면이다. 이러한 내삽식 선단슈장치(430)로 인하여 관내토와의 마찰력이 발현됨으로써 유효 마찰 면적을 증가시켜 관내토에 의한 삽입관의 막힘 현상을 향상시키고, 그로 인해 선단 지반과 주변 지반의 다짐 정도를 증대시켜 PHC 말뚝의 선단 지지력과 주면 마찰력을 더욱 증가시킬 수 있다. 더욱이 내삽식 선단슈장치가 지지층 관입용 삽입관의 두부 내부에 고정 설치되는 경우에는 유효 마찰 면적의 증가를 통해 관내토에 의한 삽입관의 막힘 현상 향상 뿐만 아니라 PHC 말뚝 항타시 지지층 관입용 삽입관이 휘거나 파손되는 것을 방지하는 보강부재의 역할도 기대할 수 있다.
본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 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 범위 내에 있게 된다.
100 : 지반 110 : 단단한 지지층
120 : 천공홀 130 : 슬라임
140 : 느슨해진 지지층 200 : 스크류 오거
300 : 시멘트 밀크 310 : 선단용 시멘트 밀크
320 : 주면용 시멘트 밀크 400: PHC 말뚝
401 : 선단캡 410 : 지지층 관입용 삽입관
420 : 보강부재 430 : 십자(+)형 내삽식 선단슈장치

Claims (12)

  1. 선단에 지지층 관입용 삽입관이 부착되어 있는 PHC 말뚝으로서,
    상기 지지층 관입용 삽입관은 천공홀 바닥에 형성되는 슬라임의 두께와 슬라임 하부의 느슨해진 지지층의 두께를 합한 길이보다 그 길이가 길거나 같고,
    상기 지지층 관입용 삽입관의 외경은 상기 PHC 말뚝의 외경보다 크거나 같거나 작은 것을 특징으로 하는 선단 지지력이 강화된 PHC 말뚝.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 지지층 관입용 삽입관은 강관, H형강, 강화 플라스틱관 또는 강화 목관인 것을 특징으로 하는 선단 지지력이 강화된 PHC 말뚝.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 지지층 관입용 삽입관의 내측, 외측 또는 양측으로 상기 PHC 말뚝의 선단캡과 결합되는 보강부재가 더 설치된 것을 특징으로 하는 선단 지지력이 강화된 PHC 말뚝.
  4. 청구항 3에 있어서, 상기 보강부재는 PHC 말뚝의 선단캡과 상기 지지층 관입용 삽입관의 결합각에 위치하며 하나로 연결되어 있는 일체형 또는 분리형인 것을 특징으로 하는 선단 지지력이 강화된 PHC 말뚝.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 지지층 관입용 삽입관의 선단 또는 두부 내부에 내삽식 선단슈장치가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 선단 지지력이 강화된 PHC 말뚝.
  6. 청구항 5에 있어서, 상기 내삽식 선단슈장치의 단면 형태는 십자(+)모양, 모양, 모양, 또는 모양인 것을 특징으로 하는 선단 지지력이 강화된 PHC 말뚝.
  7. 구조물이 축조될 지반을 굴착장비로 굴착하여 지지층까지 천공홀을 형성하는 단계(S100);
    상기 형성된 천공홀에 시멘트 밀크를 충전하는 단계(S110);
    청구항 1에 따른 선단에 지지층 관입용 삽입관이 부착되어 있는 PHC 말뚝을 시멘트 밀크가 충전되어 있는 천공홀에 삽입하는 단계(S120);
    상기 PHC 말뚝의 두부를 항타하여 상기 지지층 관입용 삽입관이 천공홀 바닥에 형성되는 슬라임과 슬라임 하부의 느슨해진 지지층을 관통하여 단단한 지지층까지 관입되어 안착될 수 있도록 하는 단계(S130); 및
    상기 천공홀에 충전된 시멘트 밀크를 경화시키는 단계(S140)
    를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 선단 지지력이 강화된 PHC 말뚝 매입 공법.
  8. 청구항 7에 있어서, 상기 지지층 관입용 삽입관은 강관, H형강, 강화 플라스틱관 또는 강화 목관인 것을 특징으로 하는 선단 지지력이 강화된 PHC 말뚝 매입 공법.
  9. 청구항 7에 있어서, 상기 지지층 관입용 삽입관의 내측, 외측 또는 양측으로 상기 PHC 말뚝의 선단캡과 결합되는 보강부재가 더 설치된 것을 특징으로 하는 선단 지지력이 강화된 PHC 말뚝 매입 공법.
  10. 청구항 9에 있어서, 상기 보강부재는 PHC 말뚝의 선단캡과 상기 지지층 관입용 삽입관의 결합각에 위치하며 하나로 연결되어 있는 일체형 또는 분리형인 것을 특징으로 하는 선단 지지력이 강화된 PHC 말뚝 매입 공법.
  11. 청구항 7에 있어서, 상기 지지층 관입용 삽입관의 선단 또는 두부 내부에 내삽식 선단슈장치가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 선단 지지력이 강화된 PHC 말뚝 매입 공법.
  12. 청구항 11에 있어서, 상기 내삽식 선단슈장치의 단면 형태가 십자(+)모양, 모양, 모양, 또는 모양인 것을 특징으로 하는 선단 지지력이 강화된 PHC 말뚝 매입 공법.

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