KR20120126704A - 스크류파일 시공방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스크류파일 시공방법에 관한 것으로서, 천공기를 이용하여 지반의 최상층에 위치한 매립층을 천공하여 천공부를 형성하는 제1단계와; 상기 천공부에 스크류파일을 삽입하고 스크류파일 단부의 토출공을 통하여 공기를 분사하면서 상기 스크류파일을 회전하여 상기 매립층의 하측에 위치한 지반에 상기 스크류파일을 관입하는 제2단계와; 상기 매립층의 하측에 위치한 지반의 저항력에 의하여 발생하는 상기 스크류파일의 토크치를 활용하여 지지층을 판별한 후 상기 스크류파일이 더 이상 관입되지 않으면 그라우팅공을 통하여 그라우팅액이 토출되도록 하여 지반을 그라우팅하면서 상기 스크류파일을 일정 높이 인발하는 제3단계와; 일정 높이로 상기 스크류파일이 인발되면 지속적으로 지반을 그라우팅하면서 상기 스크류파일을 다시 관입시키는 제4단계를; 포함하여 진행함으로써, 스크류파일을 일정 깊이로만 지반에 관입하더라도 지반에 대한 스크류파일의 선단지지력을 향상시키고, 그에 따라 스크류파일을 지반으로 관입하는데 소요되는 시간과 노력을 현저하게 줄일 수 있는 효과가 있다.

Description

스크류파일 시공방법{CONSTRUCTION METHOD OF SCREW FILE}

본 발명은 스크류파일 시공방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 스크류파일을 일정 깊이로만 지반에 관입하더라도 지반에 대한 스크류파일의 선단지지력을 향상시킬 수 있는 스크류파일 시공방법에 관한 것이다.

일반적으로 고층 건축물이나 철근 콘크리트 구조물 등을 축조할 경우에는 그 기초를 견고히 하기 위하여 지반에 PHC 파일 또는 H형 빔을 박아서 매설하는 방법으로 기초공사를 지행하고 있으며, 상기 파일 등의 시공은 건축물 및 구조물 등을 축조하는데 있어서는 매우 중요한 공사이다.

상기 파일을 시공하는 방법으로는 타설시공법과 굴착시공법 등이 소개된 바 있다.

전자의 타설시공법은 크롤러주행 장치에 수직으로 설치한 리더(Leader)의 상부에 설치된 권양로우프를 이용하여 중량체의 해머를 상승시켰다가 낙하시켜 파일을 타발하여 삽입시키는 방법과 콤푸레샤의 압축공기를 이용하여 해머를 상승시켰다가 하강시키면서 파일을 타설하여 지반에 삽입시키는 공법이다.

그리고, 후자의 굴착시공법은 파일연결부에 장착된 스크류 파일을 회전작동시켜 지반을 굴착하여 파일공을 형성시킨 다음 스크류 파일을 역회전시켜 굴착된 파일공에서 빼낸 다음 파일공에 파일을 삽입시키거나 혹은 관입된 스크류 파일 자체를 지반 기초 보강용으로 사용하는 공법이다.

그런데 이러한 스크류 파일을 이용하여 지반의 기초 공사를 수행시에 스크류 파일을 지반의 암반층까지 관입시켜야만 지반에 대한 스크류 파일의 선단지지력을 높일 수 있으므로, 스크류 파일을 지반에 관입시키는데 장시간이 소요될 뿐만 아니라, 스크류 파일을 관입시키는데 노력과 비용이 배가된다고 하는 문제가 있다.

본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 스크류파일을 일정 깊이로만 지반에 관입하더라도 지반에 대한 스크류파일의 선단지지력을 향상시키고, 그에 따라 스크류파일을 지반으로 관입하는데 소요되는 시간과 노력을 현저하게 줄일 수 있는 스크류파일 시공방법을 제공하는 데 있다.

본 발명은 상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 창출된 것으로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 스크류파일 시공방법은, 천공기를 이용하여 지반의 최상층에 위치한 매립층을 천공하여 천공부를 형성하는 제1단계와; 상기 천공부에 스크류파일을 삽입하고 스크류파일 단부의 토출공을 통하여 공기를 분사하면서 상기 스크류파일을 회전하여 상기 매립층의 하측에 위치한 지반에 상기 스크류파일을 관입하는 제2단계와; 상기 매립층의 하측에 위치한 지반의 저항력에 의하여 발생하는 상기 스크류파일의 토크치를 활용하여 지지층을 판별한 후 상기 스크류파일이 더 이상 관입되지 않으면 그라우팅공을 통하여 그라우팅액이 토출되도록 하여 지반을 그라우팅하면서 상기 스크류파일을 일정 높이 인발하는 제3단계와; 일정 높이로 상기 스크류파일이 인발되면 지속적으로 지반을 그라우팅하면서 상기 스크류파일을 다시 관입시키는 제4단계를; 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 제2단계와 상기 제3단계 사이에는 지반의 상측으로 노출되는 상기 스크류파일의 선단에 새로운 스크류파일을 고정 결합하는 단계를 포함할 수 있다.

그리고, 상기 제3단계와 상기 제4단계는 상기 그라우팅액과 지반이 균일하게 교반되도록 반복적으로 수행할 수 있다.

또한, 상기 제4단계 이후에는 상기 스크류파일의 내부와, 상기 스크류파일이 관입된 지반과 상기 지반에 관입된 스크류파일 사이의 공간에 그라우팅액을 충진하여 그라우팅할 수 있다.

아울러, 상기 지반 외측으로 노출되는 상기 스크류파일의 선단에 두부정리 플레이트를 설치하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 스크류파일 시공방법은 스크류파일을 일정 깊이로만 지반에 관입하더라도 지반에 대한 스크류파일의 선단지지력을 향상시키고, 그에 따라 스크류파일을 지반으로 관입하는데 소요되는 시간과 노력을 현저하게 줄일 수 있는 효과가 있다.

도 1은 천공기를 이용하여 지반의 매립층에 천공부를 형성하는 구조를 도시한 평면도이고,
도 2는 스크류파일을 천공부에 삽입하여 공기를 분사하면서 지반을 천공하는 구조를 도시한 평면도이며,
도 3은 모래질자갈층의 일정부분까지 스크류파일이 관입되면 지반을 그라운팅하면서 스크류파일을 인발하는 구조를 도시한 평면도이고,
도 4는 인발된 스크류파일을 관입하면서 지반을 지속적으로 그라운팅하는 구조를 도시한 평면도이며,
도 5는 시공이 완료된 스크류파일의 선단부에 두부정리 플레이트를 설치한 구조를 도시한 평면도이고,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 스크류파일 시공방법을 순차적으로 기재한 시공 흐름도이다.

이하, 본 발명에 따른 스크류파일에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 천공기를 이용하여 지반의 매립층에 천공부를 형성하는 구조를 도시한 평면도이고, 도 2는 스크류파일을 천공부에 삽입하여 공기를 분사하면서 지반을 천공하는 구조를 도시한 평면도이며, 도 3은 모래질자갈층의 일정부분까지 스크류파일이 관입되면 지반을 그라운팅하면서 스크류파일을 인발하는 구조를 도시한 평면도이고, 도 4는 인발된 스크류파일을 관입하면서 지반을 지속적으로 그라운팅하는 구조를 도시한 평면도이며, 도 5는 시공이 완료된 스크류파일의 선단부에 두부정리 플레이트를 설치한 구조를 도시한 평면도이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 스크류파일 시공방법을 순차적으로 기재한 시공 흐름도이다.

도 1 내지 도 5에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 스크류파일 시공방법은 천공기(300)를 이용하여 지반의 최상층에 위치한 매립층(4)을 천공하여 천공부(4a)를 형성하는 제1단계와, 천공부(4a)에 스크류파일을 삽입하고 스크류파일 단부의 토출공을 통하여 공기를 분사하면서 상기 스크류파일을 회전하여 상기 매립층(4)의 하측에 위치한 지반에 상기 스크류파일을 관입하는 제2단계와, 상기 매립층(4)의 하측에 위치한 지반의 저항력에 의하여 발생하는 상기 스크류파일의 토크치를 활용하여 지지층을 판별한 후 상기 스크류파일이 더 이상 관입되지 않으면 그라우팅공(130)을 통하여 그라우팅액이 토출되도록 하여 지반을 그라우팅하면서 상기 스크류파일을 일정 높이 인발하는 제3단계와, 일정 높이로 상기 스크류파일이 인발되면 지속적으로 지반을 그라우팅하면서 상기 스크류파일을 다시 관입시키는 제4단계를 포함하여 구성되어 있다.

우선, 본 발명의 일 실시예에 따른 스크류파일 시공방법에 사용되는 스크류파일의 구조를 살펴보면 다음과 같다.

스크류파일은 내부에 중공이 형성되고 일측 단부에 상기 중공과 연통되며 상기 중공보다 작은 직경을 갖는 토출공이 관통 형성되며 측면에 복수의 그라우팅공이 둘레 방향을 따라 소정 거리 이격되도록 관통 형성된 관상의 로드부와, 상기 로드부의 외주면에 상기 로드부의 길이 방향을 따라 나선 형상으로 형성되어 부착되는 나선부를 포함하여 구성되어 있다.

로드부(100)는 지반을 천공시에 로드부(100)의 단부를 통하여 물이나 혹은 공기등의 유체를 분출함으로써 천공 작업을 용이하게 할 수 있도록 그 중심에 길이 방향을 따라 연장 형성되어 유체가 이동하는 경로를 형성하는 중공(110)이 구비되어 있다.

중공(110)을 통하여 공기가 지반으로 주입되면 지반이 약화되므로 천공작업을 더욱 원활하게 진행할 수 있게 되며, 그와 동시에 천공 토사를 후술할 나선부(200)로 신속하게 이동시키므로 원활한 배토가 이루어질 수 있도록 한다.

중공(110)은 상술한 바와 같이 지반 천공 및 파일 설치 단계에서는 공기나 유체의 주입 통로로 이용되고, 그 후 그라우팅 단계에서는 그라우팅액의 주입 통로로 이용된다.

그리고, 로드부(100)의 일측 단부에는 중공(110)과 연통되어 공기나 수분 등의 유체를 외부로 토출시키는 토출공(120)이 형성되어 있으며, 로드부(100) 측면에는 스크류파일로 지반을 천공하면서 그라우팅액을 천공된 지반으로 주입할 수 있도록 하는 복수의 그라우팅공(130)이 관통 형성되어 있다.

로드부(100)의 외주면에는 나선 형상으로 형성되어 고정 결합되는 나선부(200)가 구비되는데, 나선부(200)는 지반을 천공시에 회전에 의하여 로드부(100)가 용이하게 지반으로 삽입될 수 있도록 하고, 스크류파일에 의하여 천공되는 지반의 천공 지름을 확대시킬 수 있는 역할과 더불어 지반에 대한 스크류파일의 주면마찰력을 향상시키는 역할을 한다.

이러한 구성을 갖는 스크류파일을 이용한 본 발명의 일 실시예에 따른 스크류파일 시공방법은 다음과 같다.

일반적으로 지반은 최하측에 위치하는 암반층(1)의 상측에서부터 순차적으로 모래질자갈층(2), 실트질모래층(3), 매립층(4)이 순차적으로 적층되며, 우선, 도 1에 도시한 바와 같이, 별도의 천공기를 이용하여 대략적으로 5 m 정도의 깊이를 갖는 매립층(4)을 천공하여 일정한 직경(본 실시예에서는 8 인치)을 갖는 천공부(4a)를 형성한다.

그리고, 도 2에 도시한 바와 같이, 천공부(4a)에 스크류파일을 삽입하고 스크류파일 단부의 토출공(120)을 통하여 공기를 분사하면서 스크류파일을 14 RPM 정도의 속도로 회전시켜서 매립층(4)의 하층에 위치한 실트질모래층(3)의 일정 깊이까지 천공한다.

스크류파일을 회전시키는 회전속도는 실트질모래층(3)의 경도에 따라서 조절될 수 있는데 실트질모래층(3)의 경도가 높으면 회전속도를 높이고, 경도가 낮으면 회전속도를 줄여서 스크류파일이 손상되지 않는 범위 내에서 회전시키면서 천공하는 것이 바람직하다.

상기 스크류파일이 실트질모래층(3)을 일정 깊이로 천공한 후에 지반의 상측으로 노출되는 상기 스크류파일의 선단에 새로운 스크류파일을 고정 결합시키게 된다.

상기 스크류파일에 새로운 스크류파일을 고정 결합시키는 방법은 다양하게 실시가능하지만, 본 실시예에서는 스크류파일의 선단에 플랜지 형상의 부재를 마련하고, 상기 플랜지 형상의 부재를 볼트와 너트를 이용하여 상호 체결하는 방법에 의하여 스크류파일을 상호 결합시키게 된다.

새로운 스크류파일이 고정 결합되면 지속적으로 중공(120)을 통하여 공기를 분사하면서 모래질자갈층(2)의 일정 깊이까지 천공을 하게 되는데, 스크류파일의 길이가 짧으면 또 다른 스크류파일을 스크류파일의 선단부에 고정 결합시켜서 스크류파일의 길이가 지반으로 돌출되도록 여유를 갖도록 한다.

스크류파일의 중공(120)을 통하여 공기를 분사하는 것은 실트질모래층(3) 뿐만 아니라 모래질자갈층(2)의 사이 사이에 공기가 주입되도록 하여 지반의 저항력을 줄여서 스크류파일의 천공을 용이하도록 하기 위함이다.

도 3에 도시한 바와 같이, 스크류파일이 모래질자갈층(2)의 일정 깊이까지 천공되도록 한 후에는 중공(110)을 통하여 그라우팅액을 주입하여 회전구동되는 스크류파일의 중공(120)과 그라우팅공(130)을 통하여 그라우팅액이 토출되도록 하면서 스크류파일을 회전시켜 일정 높이로 인발시킨다.

그리고, 스크류파일의 선단지지력을 확보할 수 있는 일정한 길이에 걸쳐서 지반이 그라우팅되면 지속적으로 중공(120)과 그라우팅공(130)을 통하여 지반을 그라우팅하면서 스크류파일을 다시 지반으로 관입시킨다.

이러한 과정은 여러번에 걸쳐 반복적으로 수행함으로써 그라우팅액과 지반이 효과적으로 교반되도록 하여 스크류파일의 선단지지력을 확보할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

스크류파일을 하강시키면서 지반을 그라우팅하는 작업에 의하여 모래질자갈층(2) 상부의 경도가 약하게 되면 일정 깊이 더 깊게 스크류파일이 관입되어 원하는 만큼의 스크류파일의 선단지지력이 확보한다.

그리고, 상기 스크류파일의 내부와, 상기 스크류파일이 관입된 지반과 상기 지반에 관입된 스크류파일 사이의 공간에 그라우팅액을 충진하여 그라우팅함으로써 스크류파일을 지반에 시공하는 과정이 완료된다.

그리고, 도 5에 도시한 바와 같이, 스크류파일이 지반에 완전히 관입되어 지반의 외부로 노출되는 스크류파일의 선단에는 별도의 두부정리 플레이트(140)를 설치하여 지반의 기초 공사를 마무리하게 된다.

아래의 [표 1]은 본 발명의 일 실시예에 따른 스크류파일 시공방법에 의하여 스크류파일을 지반에 시공한 후, 하중-침하량 분석 및 전 침하량 및 잔류 침하량 을 조사한 결과를 기재한 것이다.

재하 최대 하중 (ton)	최종 침하량 (mm)	항복하중에 의한 분석법(하중-변형)
		P - S		logP - logS		S - logt		P - dS/ d(logt)	최소항복 하중(ton)
110.0	23.73	항복 하중 (ton)	침하량 (mm)	항복 하중 (ton)	침하량 (mm)	항복 하중 (ton)	침하량 (mm)	항복 하중 (ton)	항복 하중 (ton)
		110.0	23.73	110.0	23.73	110.0	23.73	110.0	110.0

본 실험에 사용된 스크류파일의 규격은 로드부 직경 76.3 mm, 관입길이 18 m, 스크류 직경 152.6 mm(로드부의 하부11 m만 설치)이며, 상기 스크류파일에 대한 압축(정재하)시험을 통하여 위 표와 같은 결과를 얻었다.

[표 1]에 기재된 바와 같이, 항복하중은 P-S, LogP-LogS, S-Logt,P-dS/d(logt)의 분석법에 따르면 최대 시험 하중 이내에서 항복 하중이나 극한 하중이 발견되지 않았으며, 최종침하량은 23.73 mm로 나타났다. 최대 시험 하중 110 ton에 안전율(2.0)을 고려한 허용지지력은 55.0 ton으로 판단된다.

그리고, 침하량은 23.73 mm로 침하량(25.4mm) 까지 변위가 발생하지 않아 판정에서는 제외하였으며, 잔류침하량(12.7mm)도 기준치 이내의 변위만 발생하여 판정에서는 제외하였으며, 설계 하중인 55 ton 일 때의 변위량은 약 8.9mm 정도 발생하여 전침하량에 대한 Terzaghi/Peck와 뉴욕시 기준과, 잔류침하량에 대한 보스톤 건축기준을 충분히 만족하는 것으로 나타났다.

본 시험의 결과 스크류파일의 허용지지력은 위의 분석결과 중 최소값인 55ton으로 설계지지력 55ton을 충분히 만족하는 것으로 나타났다.

본 시험의 결과 스크류파일의 허용지지력은 위의 분석결과 중 최소값인 26.25ton이 허용지지력으로 판단되어 잔류침하량에 대한 보스톤 건축기준을 충분히 만족하는 것으로 나타났다.

이상, 본 발명의 스크류파일을 바람직한 실시예를 통해 설명하였으나 이는 발명의 이해를 돕고자 하는 것일 뿐, 본 발명의 기술적 범위를 이에 한정하고자 하는 것이 아님은 물론이다.

본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 않고도 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 다양한 변형이나 개조가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경이나 개조는 청구범위의 해석상 본 발명의 기술적 범위 내에 있음은 말할 나위가 없다.

1 : 암반층 2 : 모래질자갈층
3 : 실트질모래층 4 : 매립층
100 : 로드부 110 : 중공
120 : 토출공 130 : 그라우팅공
200 : 나선부 300 : 천공기

Claims (5)

1. 천공기를 이용하여 지반의 최상층에 위치한 매립층을 천공하여 천공부를 형성하는 제1단계와;
   상기 천공부에 스크류파일을 삽입하고 스크류파일 단부의 토출공을 통하여 공기를 분사하면서 상기 스크류파일을 회전하여 상기 매립층의 하측에 위치한 지반에 상기 스크류파일을 관입하는 제2단계와;
   상기 매립층의 하측에 위치한 지반의 저항력에 의하여 발생하는 상기 스크류파일의 토크치를 활용하여 지지층을 판별한 후 상기 스크류파일이 더 이상 관입되지 않으면 그라우팅공을 통하여 그라우팅액이 토출되도록 하여 지반을 그라우팅하면서 상기 스크류파일을 일정 높이 인발하는 제3단계와;
   일정 높이로 상기 스크류파일이 인발되면 지속적으로 지반을 그라우팅하면서 상기 스크류파일을 다시 관입시키는 제4단계를;
   포함하는 것을 특징으로 하는 스크류파일 시공방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제2단계와 상기 제3단계 사이에는 지반의 상측으로 노출되는 상기 스크류파일의 선단에 새로운 스크류파일을 고정 결합하는 단계를 포함한 것을 특징으로 하는 스크류파일 시공방법.
3. 제1항에 있어서,
   상기 제3단계와 상기 제4단계는 상기 그라우팅액과 지반이 균일하게 교반되도록 반복적으로 수행되는 것을 특징으로 하는 스크류파일 시공방법.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제4단계 이후에는 상기 스크류파일의 내부와, 상기 스크류파일이 관입된 지반과 상기 지반에 관입된 스크류파일 사이의 공간에 그라우팅액을 충진하여 상기 스크류파일 자체의 하중을 증가시키는 것을 특징으로 하는 스크류파일 시공방법.
5. 제4항에 있어서,
   상기 지반 외측으로 노출되는 상기 스크류파일의 선단에 두부정리 플레이트를 설치하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스크류파일 시공방법.

Images