KR20120119581A - 선단지반의 발파 굴착에 의한 대구경 강관말뚝의 시공방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 풍력발전기 등의 지지하기 위하여 설치되는 대구경 강관파일의 하단부를 지중의 암반에 관입하여 고정함으로써 강관파일을 수직하게 설치함에 있어서, 지중의 암반을 발파에 의하여 수직하게 굴착하여 대구경 강관파일의 하단부가 설치될 수 있는 공간을 확보함으로써, 대구경의 강관파일의 하단부가 지중의 암반에 관입되어 고정되어 있는 상태로 용이하게 설치할 수 있도록 하는 선단지반의 발파 굴착에 의한 대구경 강관파일의 시공방법에 관한 것이다.
본 발명에서는 중공의 강관말뚝(1) 하단부 선단에는, 원형 링 형상의 판부재로 이루어진 선단 확장판(11)이 구비되어 있으며; 외부 케이싱(25)을 토사층(200)에 관입하고 외부 케이싱(25)의 내경 안쪽에 존재하는 토사를 굴착하여 토사층 관입구멍(20)을 형성하는 단계와, 암반(100)에 복수개의 외측 가이드홀(101a)과 복수개의 장약홀(102)을 동심원 형태로 천공하는 단계와, 장약홀(102)에 폭약(103)을 채워 발파시킴으로써, 링 형태의 영역에서 암반(100)이 발파되어 분쇄됨으로써 암반 관입구멍(21)을 형성하는 단계; 상기 선단 확장판(11)이, 상기 암반 관입구멍(21)으로 삽입되어 위치시켜 강관파일(1)을 직립하여 설치하는 단계와, 상기 강관말뚝(1)의 중공 내부와, 강관말뚝(1) 외부의 빈 공간에 채움재(300)를 채워서 경화시킴으로써, 강관말뚝(1)의 하단부가 토사층(200)과 암반(100)에 관입된 상태로 암반(100)에 견고하게 고정되도록 하는 것을 특징으로 하는 강관파일의 시공방법이 제공된다.

Description

선단지반의 발파 굴착에 의한 대구경 강관파일의 시공방법{Constructing Method of Steel Pile in Sea Ground}

본 발명은 풍력발전기 등의 지지하기 위하여 설치되는 대구경 강관파일을 지중 암반에 관입하여 고정 설치하는 시공방법에 관한 것으로서, 구체적으로는 대구경의 강관파일 하단부를 지중의 암반에 관입하여 고정함으로써 강관파일을 수직하게 설치함에 있어서, 지중의 암반을 발파에 의하여 수직하게 굴착하여 대구경 강관파일의 하단부가 설치될 수 있는 공간을 확보함으로써, 대구경의 강관파일의 하단부가 지중의 암반에 관입되어 고정되어 있는 상태로 용이하게 설치할 수 있도록 하는 선단지반의 발파 굴착에 의한 대구경 강관파일의 시공방법에 관한 것이다.

강관말뚝 중에는 강관말뚝의 길이 방향으로 작용하는 수직하중을 지지하여 수직하중을 지반에 전달하는 역할보다도 수평하중 즉, 강관말뚝의 전도 모멘트에 대해 저항하도록 지반에 견고하게 고정되어 수평하중을 지반에 전달하는 역할이 더 중요한 경우가 있다. 풍력발전기를 지지하는 강관말뚝이 이러한 경우의 대표적인 예인데, 풍력발전기를 지지하도록 수직하게 직립하여 세워지는 강관말뚝의 경우, 최상단에 설치되는 풍력발전기의 자중이 강관말뚝에 작용하므로, 이러한 자중 즉, 수직하중을 지반에 전달하는 역할도 수행하여야 하지만, 바람 등에 의한 상당히 큰 수평하중이 강관말뚝에 작용하게 되므로, 이러한 수평하중을 지반에 전달하고 수평하중으로 인한 전도 모멘트에 대해 충분한 저항력을 발휘하는 것이 더욱 중요하다. 이와 같이, 수평하중의 전달과 전도 모멘트에 대해 큰 저항력을 발휘하기 위해서는 강관말뚝의 하단부가 무른 토사층에 관입되어 있는 것만으로는 충분하지 않고, 토사층 아래에 위치하는 암반에 소정 깊이로 관입되어 견고하게 고정되어야 한다.

일반적으로는 강관말뚝을 항타함으로써 그 하단부가 암반에 관입되도록 할 수 있다. 그런데 강관말뚝을 해상에 설치하는 경우 즉, 강관말뚝의 하단부를 해저면에 관입하여 설치하는 경우에는 환경적인 문제 및 항타 장비로 인한 제약이 있다. 강관말뚝을 항타할 때에는 큰 소음과 충격파가 발생하게 되는데, 강관말뚝의 하단부를 수중에 잠기도록 하여 해저에 존재하는 암반에 관입할 때에는 항타시 발생하는 소음과 충격파로 인하여 돌고래 등과 같은 수중 생물에 매우 좋이 않은 영향을 끼치게 된다. 이러한 이유에서 최근에는 해상에서의 강관말뚝을 항타하여 설치할 때 발생하는 소음과 충격파에 대해 강한 규제가 이루어지고 있다. 즉, 높은 세기의 지속적인 항타가 실질적으로 불가능한 것이다. 따라서 현재의 소음 및 충격파 발생 규제 하에서는, 해저의 토사층 아래에 위치하는 암반 내에 충분한 깊이로 강관말뚝의 하단부가 관입할 수 있을 정도로 강관말뚝을 항타하여 시공하는 것이 매우 어렵다.

한편, 천공장비를 이용하여 암반에, 강관말뚝의 하단부가 삽입될 수 있을 정도의 직경을 가지는 관입구멍을 천공하는 방안을 생각해볼 수 있지만, 통상 풍력발전기를 지지하도록 수직하게 직립하여 세워지는 강관말뚝은 그 직경이 5m에 이를 정도로 대구경이고 이러한 대구경의 강관말뚝이 관입되려면 암반에는 더 큰 직경의 구멍이 형성되어야 하는데, 현재로서는 이와 같이 직경이 5m 또는 그 이상에 이르는 대구경의 관입구멍을 수중에서 수직하게 천공할 수 있는 장비가 존재하지 아니하는 실정이다. 설사 이와 같이 5m 이상의 대구경을 천공할 수 있는 장비를 개발한다고 하더라도, 대구경의 강관말뚝 하단이 관입될 수 있을 만한 큰 직경의 관입구멍을 강관말뚝의 고정에 필요한 정도의 깊이로 해저면의 단단한 암반에 천공하는 작업은 상당한 작업시간이 소요될 뿐만 아니라 비용도 많이 소요되는 문제를 야기하게 된다.

본 발명은 위와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 개발된 것으로서, 구체적으로는 대구경의 강관말뚝 하단이 관입될 수 있는 대구경의 관입구멍을 해저면의 암반에 용이하게 형성하고, 대구경의 강관말뚝 하단이 암반에 형성된 관입구멍에 삽입되어 견고하게 고정되도록 함으로써, 해상에서도 대구경의 강관말뚝을 이용한 풍력발전기 등의 구조물을 용이하게 설치할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.

위와 같은 과제를 달성하기 위하여 본 발명에서는, 중공이 형성되어 있는 강관말뚝의 하단부가 토사층과 그 아래의 암반층 내에 관입되어 고정되도록 강관말뚝을 시공하는 방법으로서, 상기 강관말뚝의 하단부 선단에는, 중앙에 관통공이 형성되어 있는 원형 링 형상의 판부재로 이루어진 선단 확장판이 일체로 구비되어 있으며; 강관으로 이루어진 외부 케이싱을 토사층에 관입하고 상기 외부 케이싱의 내경 안쪽 토사를 굴착하여 토사층 관입구멍을 형성하는 단계와, 상기 외부 케이싱의 내면을 따라가면서 암반에 복수개의 외측 가이드홀을 동심원 형태로 수직하게 천공하고, 상기 외측 가이드홀에 의한 동심원의 직경보다 작지만 선단 확장판의 관통공의 직경보다 큰 직경을 가지는 동심원 형태로 복수개의 장약홀을 천공하는 단계와, 링 형상의 암반 관입구멍을 형성하기 위하여 장약홀에 폭약을 채워 발파시킴으로써, 복수개의 외측 가이드홀을 서로 잇도록 외측 파괴경계선이 형성되게 함과 동시에 외측 파괴경계선 안쪽으로 링 형태의 영역에서 암반이 발파되어 분쇄되도록 하는 단계와, 링형태의 영역으로 발파된 후 동심원의 중심 위치에 잔류하게 되는 암반 코어부(110)가 선단 확장판의 관통공을 관통하여 강관말뚝의 하단부에서 중공 내부에 위치하고, 링형상으로 발파되어 형성된 상기 암반 관입구멍으로 상기 선단 확장판이 삽입되어 위치하도록 상기 강관파일의 하단부를 상기 토사층 관입구멍과 상기 암반 관입구멍으로 삽입하여 배치함으로써 강관파일을 직립하여 설치하는 단계와, 상기 암반 코어부와 상기 강관말뚝의 중공 내면 사이의 빈 공간 및 강관말뚝의 외면과 상기 암반 관입구멍 사이의 빈 공간에 채움재를 채워서 경화시키는 단계를 포함함으로써, 강관말뚝의 하단부가 토사층과 암반에 관입된 상태로 암반에 견고하게 고정되도록 하는 것을 특징으로 하는 강관파일의 시공방법이 제공된다.

위와 같은 본 발명에서, 상기 외측 가이드홀 및 장약홀의 천공단계에서, 상기 선단 확장판의 관통공 직경 이하의 직경을 가지는 동심원 형태로 추가적인 복수개의 내측 가이드홀을 암반에 천공할 수도 있다.

또한 상기한 본 발명의 시공방법에서, 상기 선단 확장판의 관통공 직경이 강관말뚝의 중공 내경과 동일하여, 상기 선단 확장판에 형성된 관통공의 가장자리에 강관말뚝의 선단이 일체로 결합되어 있는 구성을 가질 수도 있고, 이와 달리, 상기 강관말뚝의 외경이 선단확장판의 외경과 동일하여 상기 강관말뚝의 선단이 상기 선단 확장판의 외측 가장자리에 결합되어 있는 구성을 가질 수도 있다.

더 나아가 상기한 본 발명에서는, 채움재와 강관말뚝간의 견고한 결합을 위하여 강관말뚝의 외면이나 내면 중 어느 한 면 또는 두 면 모두에 돌기부가 각각 일체로 돌출된 상태로 구비되어 있을 수도 있다.

본 발명에 의하면, 강관말뚝의 하단부를 항타에 의해 강제적으로 암반에 관입하는 것이 아니라, 강관말뚝의 관입 설치에 필요한 최소한의 면적으로 암반을 발파하여 암반 관입구멍을 형성하고, 이러한 암반 관입구멍에 강관말뚝의 하단부를 위치시키므로, 항타에 부여되는 환경적인 규제에 위반되지 않으면서도 대구경을 가지는 강관말뚝의 하단부를 견고하게 암반에 관입시켜 고정할 수 있게 되는 효과가 발휘된다.

특히, 본 발명에서는 강관말뚝의 하단부가 관입되는 암반 관입구멍을 발파에 의해 링형상으로 만들 수 있으므로, 강관말뚝의 선단에 링형상의 선단 확장판을 일체로 부착한 채로 강관말뚝을 암반에 관입 설치할 수 있으며, 따라서 선단 확장판의 구비를 통하여 전도 모멘트에 대한 대구경 강관말뚝의 강성을 더욱 증가시킬 수 있게 되는 효과가 발휘된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 대구경 강관말뚝의 개략적인 단면 사시도이다.
도 2 내지 도 8은 각각 도 1에 도시된 강관말뚝이 본 발명에 따른 방법에 의해 암반에 고정되어 설치되는 각 단계를 보여주는 개략적인 단면도이다.
도 9는 본 발명의 또다른 일 실시예에 따른 대구경 강관말뚝의 개략적인 단면 사시도이다.
도 10은 도 9에 도시된 실시예에 따른 강관말뚝을 암반 관입구멍에 관입하여 설치한 상태를 보여주는 도 8에 대응되는 개략적인 강관말뚝 설치 단면도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 하나의 실시예로서 설명되는 것이며, 이것에 의해 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용이 제한되지 않는다.

도 1에는 본 발명의 일 실시예에 따른 대구경의 강관말뚝(1)의 개략적인 단면 사시도가 도시되어 있으며, 도 2 내지 도 8에는 각각 도 1에 도시된 강관말뚝(1)이 본 발명에 따른 방법에 의해 암반(100)에 고정되어 설치되는 각 단계를 보여주는 개략적인 단면도가 도시되어 있다.

도면에 도시된 것처럼, 본 발명에서 강관말뚝(1)은 중앙에 중공을 가지고 있는 관부재로 이루어지는데, 도면에 도시된 것처럼, 강관말뚝(1)의 하단부 선단에는 선단 확장판(11)이 일체로 구비될 수 있다. 상기 선단 확장판(11)은 중앙에 관통공(10)이 형성되어 있는 원형 링 형상의 판부재로 이루어질 수 있으며, 도면에 도시된 것처럼, 강관말뚝(1)의 하단부 외면과 선단 확장판(11) 사이에는 수직 보강리브(12)가 일체로 구비될 수도 있다. 물론 본 발명에서 강관말뚝(1)의 선단에 상기한 선단 확장판(11)이 구비되어 있지 아니하여도 무방하다.

도 1 내지 도 8에 도시된 실시예에서는 관통공(10)의 직경이 강관말뚝(1)의 중공 내경과 동일하여, 상기 선단 확장판(11)에 형성된 관통공(10)의 가장자리에 강관말뚝(1)의 선단(가장 끝단)이 일체로 결합되어 있으나, 본 발명에서 강관말뚝(1)과 선단 확장판(11)의 결합구조는 이에 한정되지 아니하며, 후술하는 것처럼, 강관말뚝(1)의 외경이 선단확장판(11)의 외경과 동일하여 강관말뚝(1)의 선단이 선단 확장판(11)의 외측 가장자리에 결합될 수도 있고, 도면에는 도시되지 아니하였지만 관통공(110)의 직경이 강관말뚝(1)의 중공 내경보다 더 작아서 강관말뚝(1)의 선단이 선단 확장판(11)의 상면에서, 관통공(10)과 외측 가장자리 사이의 위치에 결합될 수도 있다.

한편, 후술하는 것처럼, 본 발명에서는 강관말뚝(1)의 하단부에서는 강관말뚝(1)의 외면 또는 내면에 콘크리트 등의 채움재가 채워지게 되는데, 채움재와 강관말뚝(1)간의 견고한 결합을 위하여 강관말뚝(1)의 외면이나 내면 중 어느 한곳 또는 두 곳 모두에 각각 돌기부(13)가 일체로 돌출된 상태로 구비될 수 있다. 도면에 도시된 실시예에서는 돌기부(13)가 띠형상으로 이루어져 있지만, 돌기부(13)의 형상과 구성은 이에 한정되지 아니한다. 따라서 스터드 및 기타 다양한 형상과 구성을 가지는 부재가 돌기부(13)로서 강관말뚝(1)에 구비될 수 있다.

다음에서는 도 2 내지 도 8을 참조하여 위와 같은 구조를 가지는 대구경의 강관말뚝(1)을 토사층 아래의 암반에 관입하여 설치하는 본 발명의 시공방법에 대해 설명한다.

우선 도 2에 도시된 것처럼, 강관말뚝(1)의 외경 이상의 직경으로 토사층을 굴착하여 토사층 관입구멍(20)을 형성한다. 이러한 토사층 관입구멍(20)을 형성할 때에는 외부 케이싱(25)을 이용할 수 있다. 즉, 강관말뚝(1)의 외경 이상의 내경을 가지는 강관으로 이루어진 외부 케이싱(25)을 토사층(200)에 관입하고, 외부 케이싱(25)의 내경 안쪽에 존재하는 토사는 굴착기 등의 굴착장비를 이용하여 퍼냄으로써 외부 케이싱(25)의 내경 안쪽을 빈공간으로 만들게 된다. 상기 외부 케이싱(25)은 항타 등의 방법을 통해서 토사층(200)에 관입시킬 수 있다. 비록 외부 케이싱(25)을 항타하여 관입할 때, 항타에 따른 소음 및 충격파가 발생하지만, 토사층(200)은 암반(200)에 비하여 상대적으로 무른 상태이므로 환경영향을 고려하여 정해진 항타 강도의 허용치 내에서 항타를 수행할 수 있다. 외부 케이싱(25)을 토사층(200)에 관입함에 있어서, 항타 허용치 내에서 가능한 외부 케이싱(25)의 선단이 암반(100)에도 관입되도록 하는 것이 바람직하다.

위와 같이, 외부 케이싱(25)이 토사층(200)에 관입 설치고 상기 외부 케이싱(25)의 내경 안쪽의 토사가 굴착되어 암반(100)이 노출되면, 강관말뚝(1)의 하단부가 암반에 필요한 깊이로 관입될 수 있도록 강관말뚝(1)의 원주를 따라 암반(100)을 발파하여 암반 관입구멍(21)을 형성한다. 즉, 강관말뚝(1)의 선단이 놓이게 되는 위치 즉, 강관말뚝(1)의 원주 형상의 위치에, 발파를 위한 장약홀을 암반(100)에 천공하고, 장약홀에 폭약을 장약하여 발파함으로써 강관말뚝(1)의 원주 형상에 맞추어서 암반(100)을 발파하게 되는 것이다. 상기 장약홀은 드릴링 머신 등과 같은 공지의 천공기를 이용하여 형성할 수 있다.

도면에 도시된 것처럼, 강관말뚝(1)의 선단에 링 형상의 선단 확장판(11)이 구비되어 있는 경우에는, 선단 확장판(11)이 삽입될 수 있을 정도의 면적 이상의 크기와 형상으로 암반(100)을 발파하여, 강관말뚝(1)의 길이 방향으로 바라본 평면 형상이 링 형상의 선단 확장판(11)이 삽입될 정도의 크기와 형태를 가지도록 암반 관입구멍(21)을 형성하게 된다. 즉, 암반 관입구멍(21) 역시 평면에서 볼 때 링형상을 가지고 있되, 암반 관입구멍(21)을 이루는 링의 폭이 선단 확장판(11)을 이루는 링의 폭(도 1에서 D로 표시된 폭) 이상이면 충분한 것이다.

이러한 링 형상의 암반 관입구멍(21)을 형성하기 위하여 본 발명에서는, 외부 케이싱(25)의 내경 안쪽이 굴착된 상태에서, 도 3에 도시된 것처럼 가이드홀(guide hole)과 발파를 위한 장약홀을 암반(100)에 천공한다. 도 4에는 도 3의 선 A-A에 따라 바라본 개략적인 평단면도가 도시되어 있다. 도 3 및 도 4에 도시된 것처럼, 외부 케이싱(25)의 내면을 따라가면서 암반(100)에 복수개의 외측 가이드홀(101a)을 동심원 형태로 수직하게 천공한다. 아울러, 외측 가이드홀(101a)에 의한 동심원보다 작은 직경을 가지는 동심원 형태로 복수개의 장약홀(102)을 암반(100)에 천공한다. 장약홀(102)이 배치되어 이루는 동심원의 직경은 선단 확장판(11)의 관통공(110)의 직경보다 크다. 후술하는 것처럼, 장약홀(102)에 폭약을 장약하고 발파하게 되면, 장약홀의 폭파 반경에 따라 링 형상으로 암반(100)이 발파되는데, 암반(100)에서 링 형상으로 발파된 영역의 내측 링 부분이 원형이 되도록 하기 위하여 필요하다면 추가적으로 선단 확장판(11)의 관통공(110) 직경 이하의 동심원 직경을 가지도록 복수개의 내측 가이드홀(101b)을 동심원 형태로 천공할 수도 있다. 이러한 외측 가이드홀(101a), 내측 가이드홀(101b), 및 장약홀(102)은 드릴링 머신 등과 같은 공지의 천공기를 이용하여 형성할 수 있다.

장약홀(102)에는 폭발을 위한 폭약(103)이 장약된다. 반면에 상기 외측 가이드홀(101a)과 내측 가이드홀(101b)은 발파되는 영역의 경계를 형성하기 위한 구멍으로서, 내부에는 폭약이 장약되지 않는 것이 일반적이다. 즉, 발파가 이루어지면 복수개의 외측 가이드홀(101a) 사이에는 균열이 발생하게 되어 복수개의 외측 가이드홀(101a)을 서로 잇도록 동심원 형태의 외측 파괴경계선이 형성되며, 내측 가이드홀(101b)에서도 이와 마찬가지로 복수개의 내측 가이드홀(101b)을 서로 이어주도록 동심원 형태의 내측 파괴경계선이 형성되는 것이다. 따라서 외측 가이드홀(101a)을 형성하게 되면 암반(100)을 링형상의 영역으로 발파할 때, 링형상의 외측 파괴경계선이 일정한 원형으로 되도록 할 수 있으며, 내측 가이드홀(101b)을 추가로 더 천공하게 되면 위와 같이 내측 파괴경계선이 형성되므로, 강관말뚝(1)의 중심 위치에서 불필요하게 암반이 과도하게 발파되는 것을 방지하고, 원형의 내측 파괴경계선과 외측 파괴경계선 사이의 영역만이 발파되어 암반(100)에 링형상의 암반 관통구멍(21)을 용이하게 형성할 수 있게 된다.

장약홀(102)에 채워진 폭약(103)을 발파시키게 되면, 복수개의 외측 가이드홀(101a)을 서로 잇도록 외측 파괴경계선이 형성되게 함과 동시에 외측 파괴경계선 안쪽으로 링 형태의 영역에서 암반(100)이 발파되어 분쇄된다. 복수개의 내측 가이드홀(101b)도 천공되어 있는 경우에는, 발파에 의해 복수개의 내측 가이드홀(101b)이 서로 이어지도록 내측 파괴경계선이 형성되면서, 복수개의 외측 가이드홀(101a)을 서로 이은 외측 파괴경계선과 복수개의 내측 가이드홀(101b)을 서로 이은 내측 파괴경계선 사이에 존재하는 링 형태의 영역에서 암반(100)이 발파되어 분쇄된다. 분쇄된 암편은 흡입이나 퍼내기 등의 방법을 통하여 제거하게 된다. 도 5에는 1차의 발파가 이루어져 암반(100)에 링형상의 암반 관입구멍(21)이 형성된 상태가 도시되어 있다. 만일 1차의 발파를 통해서 강관말뚝(1)의 하단부가 삽입되어야 할 충분한 깊이의 암반 관입구멍(21)이 형성되지 아니하는 경우에는, 앞서 설명한 방식으로 외측 가이드홀(101a), 내측 가이드홀(101b), 및 장약홀(102)을 다시 천공하고, 장약홀(102)에 폭약을 채워 발파하는 과정을 필요한 만큼 반복하여 수행함으로써, 도 6에 도시된 것처럼, 링형상의 암반 관입구멍(21)을 충분한 깊이로 형성한다. 도면에서 부재번호 110은 링형상의 영역으로 발파된 후 동심원의 중심 위치에 잔류하게 되는 암반 부분에 해당하는 암반 코어부(110)이다.

이와 같은 과정을 통해서 암반(100)에 암반 관입구멍(21)이 필요한 깊이로 발파 형성되면, 도 7에 도시된 것처럼, 강관말뚝(1)의 하단부가 상기 토사층 관입구멍(20)과 상기 암반 관입구멍(21)으로 삽입되어 배치된다. 도면에 도시된 것처럼, 강관말뚝(1)의 선단에 선단 확장판(11)이 결합되어 있는 경우에는, 암반 코어부(110)가 선단 확장판(11)이 관통공(10)을 관통하여 강관말뚝(1)의 하단부에서 중공 내부에 위치하게 되며, 링형상의 선단 확장판(11)은 링형상으로 발파되어 형성된 상기 암반 관입구멍(21)으로 삽입되어 위치하게 된다. 이와 같이, 강관말뚝(1)의 하단부가 암반(100) 내에 형성된 암반 관입구멍(21)에 삽입되어 암반(100) 내에 소정 깊이로 위치함으로써 강관파일(1)이 직립하여 설치된 후에는 도 8에 도시된 것처럼, 강관말뚝(1)의 중공 내부로 콘크리트 등의 채움재(300)를 타설하여 암반 코어부(110)와 강관말뚝(1)의 중공 내면 사이의 빈 공간을 채움재(300)가 채우도록 한다. 특히, 도 1 내지 도 8에 도시된 실시예에서는 강관말뚝(1)의 외면과 상기 암반 관입구멍(21) 사이에는 빈 공간이 존재하게 되므로, 이러한 빈 공간에도 채움재(300)를 채워서 경화시킴으로써, 강관말뚝(1)의 하단부가 암반(100)에 관입된 상태로 암반(100)에 견고하게 고정되도록 한다. 필요하다면, 도면에 도시된 것처럼, 암반 코어부(110)의 위쪽으로 강관말뚝(1)의 중공 내에 소정 높이로 채움재(300)를 채울 수도 있다.

이와 같이 본 발명에서는 강관말뚝(1)의 하단부를 항타에 의해 강제적으로 암반(100)에 관입하는 것이 아니라, 강관말뚝(1)의 관입 설치에 필요한 최소한의 면적으로 암반(100)을 발파하여 강관말뚝(1)의 하단 고정을 위하여 필요한 깊이의 암반 관입구멍(21)을 형성하고, 이러한 암반 관입구멍(21)에 강관말뚝(1)의 하단부를 위치시키는 것이다. 따라서 본 발명에 의하면, 항타에 부여되는 환경적인 규제에 위반되지 않으면서도 대구경을 가지는 강관말뚝(1)의 하단부를 견고하게 암반(100)에 관입시켜 고정할 수 있게 된다.

특히, 위와 같이 강관말뚝(1)의 하단부가 관입되는 암반 관입구멍(21)을 발파에 의해 링형상으로 만들 수 있으므로, 강관말뚝(1)의 선단에 링형상의 선단 확장판(11)이 부착된 경우, 선단 확장판(11)이 일체로 부착한 채로 강관말뚝(1)을 암반(100)에 관입 설치할 수 있으며, 따라서 선단 확장판(11)의 구비를 통하여 전도 모멘트에 대한 대구경 강관말뚝(1)의 강성을 더욱 증가시킬 수 있게 되는 추가적인 장점이 발휘된다.

도 9에는 본 발명의 또다른 일 실시예에 따른 대구경 강관말뚝(1)의 개략적인 단면 사시도가 도시되어 있고, 도 10에는 도 9에 도시된 실시예에 따른 강관말뚝(1)을 암반 관입구멍(21)에 관입하여 설치한 상태를 보여주는 도 8에 대응되는 개략적인 강관말뚝 설치 단면도가 도시되어 있다.

도 9 및 도 10에 도시된 실시예가 도 1 내지 도 8에 도시된 실시예와 다른 점은, 강관말뚝(1)의 선단이 선단 확장판(11)에 결합되는 위치이다. 즉, 도 1 내지 도 3에 도시된 실시예에서는 관통공(10)의 직경이 강관말뚝(1)의 중공 내경과 동일하여, 상기 선단 확장판(11)의 관통공(10)의 가장자리에 강관말뚝(1)의 선단이 일체로 결합되어 있지만, 도 9 및 도 10에 도시된 실시예에서는, 강관말뚝(1)의 외경이 선단확장판(11)의 외경과 동일하여 강관말뚝(1)의 선단이 선단 확장판(11)의 외측 가장자리에 결합되어 있는 것이다. 도 9 및 도 10에 도시된 실시예는 도 1 내지 도 8에 도시된 실시예에 비하여 강관말뚝(1)의 외경을 더 증가시킬 수 있으므로, 더 큰 대구경 강관말뚝(1)의 사용시에 더 유리하다.

도 9에 도시된 실시예의 경우, 강관말뚝(1)의 하단부가 암반(100) 내에 형성된 암반 관입구멍(21)에 삽입되어 암반(100) 내에 소정 깊이로 위치하게 된 후에는 도 10에 도시된 것처럼, 암반 코어부(110)와 강관말뚝(1)의 중공 내면 사이에는 도 1 내지 도 8에 도시된 실시예보다 더 넓은 빈 공간이 존재하게 되는데, 이렇게 암반 코어부(110)와 강관말뚝(1)의 중공 내면 사이에 존재하게 되는 빈 공간에는 채움재(300)가 채워진다. 이 경우, 중공 내부에 채워진 채움재(300)와 강관말뚝(1)간의 견고한 결합을 위한 돌기부(13)는 강관말뚝(1)의 내면에 구비된다.

한편, 암반 관입구멍(21)에서 강관말뚝(1)의 외면과, 암반 관입구멍(21)의 내면사이도 틈이 존재할 수 있는데, 이러한 틈에도 채움재(300)가 채워지도록 강관말뚝(1)에는 측면방향으로 채움재유출공(120)이 관통 형성될 수 있다. 따라서 강관말뚝(1)의 중공 내부에 채움재(300)가 채워질 때, 채움재(300)가 상기 채움재유출공(120)을 통해서 강관말뚝(1)의 외면쪽으로 흘러가서 강관말뚝(1)의 외면과, 암반 관입구멍(21)의 내면 사이의 틈을 채우게 되어, 강관말뚝(1)의 하단부가 암반 관입구멍(21)에서 더욱 견고하게 고정된다.

도 9 및 도 10에 도시된 실시예와 관련하여 기타 구성, 즉 보강리브, 암반 관입구멍(21)의 형성, 발파 등의 구성은 앞서 설명한 도 1 내지 도 8의 실시예에 대한 내용이 동일하게 적용되므로 이에 대한 반복 설명은 생략한다.

위와 같은 방식으로 강관말뚝(1)의 하단을 암반(100) 내에 관입 설치한 후에는, 외부 케이싱(25)은 인발하여 제거하게 된다. 도 8 및 도 10은 외부 케이싱(25)이 인발되어 제거된 상태로 도시되어 있다.

1: 강관말뚝
11: 선단 확장판
100: 암반
101a: 외측 가이드홀
101b: 내측 가이드홀
102: 장약홀
200: 토사층

Claims (6)

1. 중공이 형성되어 있는 강관말뚝(1)의 하단부가 토사층(200)과 그 아래의 암반층(100) 내에 관입되어 고정되도록 강관말뚝(1)을 시공하는 방법으로서,
   관부재로 이루어진 외부 케이싱(25)을 토사층(200)에 관입하고 상기 외부 케이싱(25)의 내경 안쪽 토사를 굴착하여 토사층 관입구멍(20)을 형성하는 단계와;
   상기 외부 케이싱(25)의 내측 위치에서 상기 강관말뚝(1)의 선단이 놓이게 되는 원주를 따라 동심원 형태로 복수개의 장약홀을 천공하는 단계와;
   장약홀에 폭약을 채워 발파시켜 암반(100)이 분쇄되도록 하여 강관말뚝(1)의 원주 형상에 대응되는 동심원 형태의 암반 관입구멍(21)을 형성하는 단계와;
   상기 강관파일(1)의 하단부를 상기 토사층 관입구멍(20)과 상기 암반 관입구멍(21)으로 삽입하여 강관파일(1)을 직립되게 설치하는 단계와;
   발파 후 잔류하는 암반 코어부(110)가 강관말뚝(1)의 중공 내에 위치한 상태에서, 상기 암반 코어부(110)와 상기 강관말뚝(1)의 중공 사이의 빈 공간 및 강관말뚝(1)의 외면과 상기 암반 관입구멍(21) 사이의 빈 공간에 채움재(300)를 채워서 경화시키는 단계를 포함함으로써,
   강관말뚝(1)의 하단부가 토사층(200)과 암반(100)에 관입된 상태로 암반(100)에 견고하게 고정되도록 하는 것을 특징으로 하는 강관파일의 시공방법.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 강관말뚝(1)의 하단부 선단에는, 중앙에 관통공(10)이 형성되어 있는 원형 링 형상의 판부재로 이루어진 선단 확장판(11)이 일체로 구비되어 있으며;
   장약홀에 폭약을 채워 발파하기 전에, 상기 외부 케이싱(25)의 내면을 따라가면서 암반(100)에 복수개의 외측 가이드홀(101a)을 동심원 형태로 천공하는 단계를 수행하며;
   장약홀에 채워진 폭약이 발파하게 되면, 복수개의 외측 가이드홀(101a)이 서로 이어지도록 하여 외측 파괴경계선을 형성함과 동시에, 상기 외측 파괴경계선 안쪽으로 링 형태의 영역에서 암반(100)이 분쇄되도록 함으로써, 암반 관입구멍(21)을 상기 선단 확장판(11)이 삽입될 수 있는 링 형상으로 형성하며;
   강관파일(1)을 직립하여 설치할 때에는, 상기 암반 코어부(110)가 선단 확장판(11)의 관통공(10)을 관통하여 강관말뚝(1)의 하단부에서 중공 내부에 위치하게 만들면서 링 형상의 상기 암반 관입구멍(21)으로 상기 선단 확장판(11)을 삽입하여, 상기 강관파일(1)의 하단부를 상기 암반 관입구멍(21)에 위치시키는 것을 특징으로 하는 강관파일의 시공방법.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 외측 가이드홀(101a) 및 장약홀(102)의 천공단계에서, 상기 선단 확장판(11)의 관통공(110) 직경 이하의 직경을 가지는 동심원 형태로 추가적인 복수개의 내측 가이드홀(101b)을 암반(100)에 천공하는 것을 특징으로 하는 강관파일의 시공방법.
   
4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
   상기 선단 확장판(11)의 관통공(10) 직경이 강관말뚝(1)의 중공 내경과 동일하여, 상기 선단 확장판(11)에 형성된 관통공(10)의 가장자리에 강관말뚝(1)의 선단이 일체로 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 강관파일의 시공방법.
   
5. 제2항 또는 제3항에 있어서,
   상기 강관말뚝(1)의 외경이 선단확장판(11)의 외경과 동일하여 상기 강관말뚝(1)의 선단이 상기 선단 확장판(11)의 외측 가장자리에 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 강관파일의 시공방법.
   
6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   채움재(300)와 강관말뚝(1)간의 견고한 결합을 위하여 강관말뚝(1)의 외면이나 내면 중 어느 한 면 또는 두 면 모두에 돌기부(13)가 각각 일체로 돌출된 상태로 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 강관파일의 시공방법.

Images