KR20130069337A - 말뚝이나 인장부재의 지지력 확대를 위해 천공확장부에 접합채움재를 타설하는 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 건설공사용 말뚝이나 인장부재를 정치한 확대부 시공을 위해 지반을 깊이방향으로 천공한 천공홀에 확공부를 형성하고 접합 채움재를 타설하는 방법에 있어서, 확공부의 현장상태에 따라 천공홀의 확공부에 확공지반을 지지하기 위한 확공지반 지지체를 선택적으로 설치하는 과정과, 상기 천공홀의 확공부의 바닥부를 제1 접합채움재로 타설하는 과정과, 말뚝이나 인장부재의 선단바닥부 하부에 결합부재를 장치한 상태로 상기 확공부의 바닥까지 말뚝이나 인장부재를 내려 제1 접합채움재 상에 정치하는 과정과, 확공부내 타설된 제1 접합채움재 상에 상기 제1 접합채움재보다 낮은 강도의 제2 접합채움재로 확공부에 마감 타설하는 과정으로 이루어지게 하여서 말뚝이나 인장부재의 지지력 확대가 가능케 한다.

Description

말뚝이나 인장부재의 지지력 확대를 위해 천공확장부에 접합채움재를 타설하는 방법{METHOD FOR PLACING ADHESIVE FILLING INTO THE EXPANDED DRILL HOLE TO INCREASE BEARING CAPACITY OF PILES AND TENTION MEMBERS}

본 발명은 구조물의 기초나 지반과 관련된 건설분야에서의 시공방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 천공홀 선단부 확장을 통하여 압축말뚝의 경우에는 말뚝 선단에 확대 기초부를 형성하여 말뚝의 지지력을 개선하고 인장을 받는 말뚝이나 앵커의 경우에는 천공홀 선단부에 고정정착부를 형성하여 인발저항력을 획기적으로 개선하기 위한 시공에 있어 그 확공부를 효과적으로 타설하는 방법에 관한 것이다.

일반적으로 건설분야에서는 구조물의 기초에 사용되는 압축을 받는 말뚝이나 부력방지앵커, 사면안정 및 기타 지반 관련 구조물에 사용되는 앵커 또는 인발에 저항하는 말뚝과 같은 인장부재의 시공을 위해 주로 천공길이 전체를 같은 직경으로 천공하고 있다.

이렇게 같은 직경으로 천공하면 천공작업은 단순하고 쉬우나 대부분 구조부재의 확실한 지지가 가능한 풍화암이나 연암과 같은 견고한 지반까지 깊이 천공해야 한다.

특히, 말뚝(기성말뚝, 현장타설말뚝, 기둥과 일체인 단일말뚝 등)과 같은 압축부재의 경우 견고한 지반까지 깊이 천공하더라도 천공 선단부의 면적이 작아 구조부재는 충분히 외력을 견디더라도 이를 지지하는 지반이 먼저 항복(허용지지력 초과)하게 된다.

또 앵커 또는 인장말뚝과 같은 인장부재의 경우에는 이미 뚫린 구멍에 인장부재가 삽입되어 있는 형태이므로 인장부재에 인발에 저항할 수 있는 인발저항력이 너무 작아 대부분 인장부재를 견고한 암반층까지 천공 및 삽입한 다음 공내에 2중 3중으로 시멘트 그라우트 등의 주입재를 주입하고 양생함으로써 마찰저항이나 부착저항력을 증가시켜 인발저항력을 확보하게 된다.

주로 천공홀의 작은 직경 내에서 필요한 만큼의 인발저항력을 확보하여야 하므로 천공길이가 길어지고 인장부재의 구조와 시공순서가 복잡하며 주입재의 양이 과다해 공사비가 커지고 지중의 자연환경 훼손도 많아지며 특히 주입재에 포함된 환경오염성분이 지하수를 타고 주변 일대를 오염시키게 되는 문제가 있었다.

건설공사에 있어서 말뚝에 확대 기초부를 형성하거나 인장부재에 확대된 고정정착부를 형성하면 위 언급한 문제나 단점을 해소할 수 있으며 말뚝의 경우에는 말뚝 지지력이 확실히 개선되고 앵커와 같은 인장부재의 경우에도 인발저항력이 획기적으로 개선되는 효과가 있다.

이러한 개선된 시공방법의 일 예로서 본원출원인이 특허권자인 국내 등록특허 제10-1011143호 "말뚝 선단의 기초부 형성과 인장부재의 고정정착부 형성을 위한 시공방법 및 그를 위한 공벽확장용 도구"가 있다.

이러한 개선된 시공방법의 또 다른 일예로서 본원 출원인이 특허권자인 국내 등록특허 제10-1027963호 "건설공사용 말뚝 및 인장부재를 위한 천공확대부 콘크리트 시공방법"이 있다.

말뚝의 확대기초부나 인장부재의 확대된 고정정착부를 구성하기 위해서는 천공홀의 선단에 확공부를 미리 형성해야 하는데, 선단 확공부가 형성되면 확공 천장부가 존재하므로 확공시 발생된 슬라임 배출이 일반적인 수직천공 개소에 비해서 불리하며, 확공부에 굳지 않은 콘크리트를 일반적인 방법으로 타설하는 경우 슬라임의 침투로 인하여 말뚝선단 확대기초부의 품질을 보장하기 어려워질 수 있다.

또한, 확공부는 공벽이 이완되거나 무너지기 쉬우므로 확공벽 지지체를 설치하면 이를 방지할 수 있지만 확공부 바닥에 남은 슬라임은 지지력에 나쁜 영향을 미칠 수 있고 기초 침하의 원인이 되기도 하므로 현장 여건에 맞는 적절한 타설방법이 절실히 요구된다.

따라서 본 발명의 목적은 구조물의 기초나 지반과 관련된 시공에 있어 말뚝의 허용지지력이나 인장부재의 인발저항력이 개선될 수 있도록 말뚝이나 인장부재에서의 선단에 미리 설계한 규격으로 확대받침부를 시공함에 있어 천공 확장된 확공부에 접합채움재를 현장 조건에 따라 적응적으로 타설할 수 있는 방법을 제공함에 있다.

상기한 목적에 따라 본 발명은, 건설공사용 말뚝이나 인장부재를 정치한 확대부 시공을 위해 지반을 깊이방향으로 천공한 천공홀에 확공부를 형성하고 접합 채움재를 타설하는 방법에 있어서, 확공부의 현장상태에 따라 천공홀의 확공부에 확공지반을 지지하기 위한 확공지반 지지체를 선택적으로 설치하는 과정과, 상기 천공홀의 확공부의 바닥부를 타설 28일 경과 후 압축강도가 30MPa~300MPa가 되는 고강도 접합채움재로 타설하는 과정과, 말뚝이나 인장부재의 선단바닥부 하부에 결합부재를 장치한 상태로 상기 확공부의 바닥까지 말뚝이나 인장부재를 내려 고강도 접합채움재 상에 정치하는 과정과, 확공부내 타설된 고강도 접합채움재 상에 상기 고강도 접합채움재와는 다른 접합채움재로 확공부에 마감 타설하는 과정으로 이루어짐을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시 구성으로서, 건설공사용 말뚝이나 인장부재를 정치한 확대부 시공을 위해 지반을 깊이방향으로 천공한 천공홀에 확공부를 형성하고 접합 채움재를 타설하는 방법에 있어서, 확공부의 현장상태에 따라 천공홀의 확공부에 확공지반을 지지하기 위한 확공지반 지지체를 선택적으로 설치하는 과정과, 상기 천공홀의 확공부의 바닥부를 타설 28일 경과 후 압축강도가 30MPa~300MPa가 되는 고강도 접합채움재로 타설하는 과정과, 현장타설말뚝용 철근망의 선단바닥부 하부에 결합부재를 장치한 상태로 상기 확공부의 바닥까지 상기 현장타설말뚝용 철근망을 내려 접합채움재 상에 정치하는 과정과, 확공부내 타설된 고강도 접합채움재 상에 상기 접합채움재와는 다른 접합채움재로 확공부에 마감 타설하는 과정으로 이루어짐을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시 구성으로서, 건설공사용 말뚝이나 인장부재를 정치한 확대부 시공을 위해 지반을 깊이방향으로 천공한 천공홀의 선단에 확공부를 형성하고 접합 채움재를 타설하는 방법에 있어서, 확공벽 유지가 가능한 확공도구로 상기 천공홀의 선단을 확공함과 동시에 천장을 갖는 확공부의 상부 원지반과 주변을 받침지지하여 미리 설계한 확공부 규격을 확보하는 과정과, 확공도구 외측면과 확공지반면 사이의 틈으로 접합채움재를 압입 타설하여 확공부 주변지반의 공극을 채우고, 공극이 채워짐에 따라 점차 확공도구를 축소하면서 생겨진 공극에 접합채움재를 연속적으로 압입 타설하여 이미 확보된 확공부의 규격이 유지되게 하면서 확공부에 접합 채움재를 만충전하는 과정으로 이루어짐을 특징으로 한다.

본 발명에서의 접합 채움재는 그라우트, 몰탈, 콘크리트중 하나 이상으로 사용함을 특징으로 한다.

본 발명은 지중 천공홀의 선단에 일정한 규격과 일정한 강도를 가지는 신뢰성 있는 확장 구조체를 형성하므로 선단부의 지지력을 크게 개선하는 방법에 있어 확공부 내측과 주변지반을 효과적으로 보강할 수 있어 말뚝이나 앵커의 경제성과 주변 지중환경에 미치는 영향을 개선하는데에 크게 기여할 수 있다.

특히, 확장 구조체를 형성함에 있어 고강도 접합채움재를 내설한 발룬을 말뚝선단부에 부착하는 경우에는 발룬 내부의 접합채움재가 굳은 후 압축강도 뿐만 아니라 휨인장강도 및 부착강도도 매우 우수하여 마치 말뚝 선단에 접합채움재 두께의 1/3~1/5 두께의 보강강판이 부착된 것과 같은 효과를 발휘할 수도 있다. 이럴 경우 작은 발룬 두께로도 지지지반으로의 응력전달이 확실하므로 확공부의 높이를 작게 할 수 있고 암반 천공량과 처리할 배토량이 줄어든다. 또 말뚝 선단부에 설치되는 고강도 접합채움재가 채워진 발룬을 적용하므로 접합채움재에 이물질이 유입되거나 골재가 분리되는 현상이 없어 지중에 타설된 접합채움재의 품질이 지상에서와 마찬가지로 확보될 수 있다. 발룬을 설치한 후 발룬 내부의 접합채움재가 굳기 전에 지상에서 말뚝에 고하중을 가할 수 있어 바닥에 남아 있는 잔여 슬라임 내의 물이나 압축성 슬라임은 상부로 배출되어 장기 침하를 방지할 수 있으며 설계한 치수대로 말뚝의 확대받침 두께(발룬 두께)가 유지되므로 구조 안전성이 보장되는 것이다.

그리고 대부분의 작업이 지상에서 조립으로 이루어진 후 선단부에 설치만 하면 되므로 타설 호스나 트레미관의 설치와 청소 등이 필요 없는 매우 간편하고 경제적이며 친환경적인 공법이라 할 수 있다.

도 1 내지 도 8은 본 발명의 말뚝이나 인장부재의 지지력 확대를 위해 천공확장된 확공부에 접합채움재를 타설하는 방식의 다양한 실시예도,
도 9는 접합 채움재 타설용 발룬의 단면 사시도,
도 10은 도 9의 접합 채움재 타설용 발룬의 정단면도,
도 11은 발룬을 사용하지 않고 접합채움재를 타설하는 본 발명의 다른 실시예도,
도 12는 발룬을 사용하지 않고 본 발명의 말뚝이나 인장부재의 확공부에 접합채움재를 타설하는 시공 절차의 또 다른 실시예도.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예들을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1 내지 도 8, 도 11, 도 12는 본 발명의 말뚝이나 인장부재의 지지력 확대를 위해 천공확장부에 접합채움재를 타설하는 방식의 다양한 실시예도로서, 건설공사용 말뚝이나 인장부재를 정치한 확대부 시공을 위해 지반을 깊이방향으로 천공한 천공홀에 확공부를 형성하고 그 확공부에 본 발명에 따라 접합 채움재를 타설하는 다양한 방식을 보여주는 것이다.

본 발명에서 언급하는 '접합 채움재'는 콘크리트, 몰탈, 그라우트 또는 그 균등물로서 타설방식으로 건설용 기초부를 형성할 때 사용되는 결합 재료를 의미함을 이해하여야 한다.

또 상기 접합 채움재를 본 발명에서 고강도로 구현함에 있어, 콘크리트, 몰탈, 그라우트의 각각을 형성하는 결합재의 일부나 전부를 고분자 화학구조를 갖는 폴리머로 대체시켜서 접합채움재(본 명세서에서는 "폴리머 접합채움재"라 함)를 사용할 수 있다.

본 발명의 폴리머 접합채움재중 폴리머 콘크리트는 제조방법에 따라 폴리머시멘트 콘크리트(PCC: Polymer Cement Concrete), 폴리머 콘크리트(PC: Polymer Concrete), 폴리머 함침콘크리트(PIC: Polymer Impregnated Concrete) 등이 있다. 폴리머 콘크리트는 조기에 고강도를 나타내어 부재단면을 작게 할 수 있어 경량화가 가능하고, 수밀성과 기밀성 면에서 거의 완전한 구조이므로 흡수 및 투수에 대한 저항성과 기체의 투과에 대한 저항성이 우수하다는 등의 특징이 있다.

본 발명에서는 천공홀(4)의 확공부(22)에 접합채움재(12)를 타설하되 크게는 발룬(26)을 이용하여 타설하는 방식(도 1 내지 도 8)과 발룬(26)을 이용하지 않고 타설하는 방식(도 11, 도 12)을 모두 사용하고 있다. 천공홀(4)의 확공부(22)에 타설된 접합채움재(12)는 굳어서 말뚝이나 인장부재의 지지를 위한 확장구조체가 된다. 확장구조체는 건설용 말뚝의 경우에는 선단에 형성되는 확대받침부가 되어서 말뚝의 지지력을 개선하게 되고, 인장을 받는 말뚝이나 앵커의 경우에는 천공홀 선단부에 선단에 주로 형성되는 고정정착부가 되어서 인발저항력을 획기적으로 개선하게 된다.

천공홀(4)의 확공부(22)는 암반층이나 토사층 등의 땅속 지지층(2)에 형성되는 것이며, 바람직하게는 천공홀(4)의 선단에 위치된다.

먼저 발룬(26)을 이용하여 천공홀(4)의 확공부(22)에 접합채움재(12)를 타설하는 방식에 대해서 설명한다.

첨부 도면들에서 도 11, 도 12의 타설 방식을 제외하고는 모두 접합채움재용 발룬(26)을 이용한다. 도 1 내지 도 5에서, (a)는 천공홀(4)의 확공부(22)에 발룬(26)을 넣은 초기상태를 나타낸 것이고, (b)는 발룬(26)을 말뚝이나 인장부재(18)로 눌러서 발룬(26)과 그 발룬(26)내에 채워진 접합채움재(12)가 확공부(22) 바닥에서 방사상으로 확장된 상태를 나타낸 것이다.

접합채움재용 발룬(26)은 말뚝이나 인장부재(18)의 선단바닥부(24) 하부에 접합이나 체결 등을 통해서 장착한다. 발룬(26)은 낙하산줄, 방탄복 등에 사용되는 아라미드섬유사와 같은 종류나 토목섬유와 같은 종류의 보강용 섬유를 그대로 사용하거나 방사상 방향으로 늘어날 수 있도록 주름형성 및 벌키(bulky)성을 갖도록 직조하여서 사용할 수 있으며, 필요에 따라 상기 보강용 섬유 내에는 탄력 팽축이 가능한 고무층이 내피로서 접착 형성된 복합소재로 발룬(26)을 구성하는 것이 바람직할 수도 있다.

접합채움재용 발룬(26)은 내부에 접합채움재(12)가 충진되거나 충진될 수 있으며 확장시 중심부에는 천공이나 확공시에 발생된 슬라임이 외부로 배출될 수 있는 통로가 되는 중앙슬라임배출구(38)가 형성되며, 그 외주부에도 홈형태의 다수 슬라임 배출구(40)가 배열 형성된다.

발룬(26)은 형태변형이 가능하고 확장시 확공부(22)의 외곽 측벽까지 밀착될 수 있는 표면적을 가져야 하며, 발룬(26)내에 접합채움재(12)를 주입한 후에 발룬내부를 감압형성하거나 발룬이 방사상 확장시 터지거나 쉽게 끊어지거나 벗겨질 수 있는 끈이나 외피재 등으로 된 초기형상 유지부재로 발룬을 감싸는 등의 방법으로 천공홀(4)을 충분히 통과할 수 있는 초기의 축소직경을 갖도록 모양을 만들어야 한다.

말뚝이나 인장부재(18)의 선단바닥부(24)에는 선단바닥부(24)과 발룬(26)내 접합채움재(12)간을 접합채움재(12) 경화시 튼튼히 결합하는 다수 결합부재(28)가 하방으로 연장되어 발룬(26)내에 위치된다.

도 1 및 도 2의 예시에서는 천공홀(4)을 통해 투입될 시 발룬(26)의 초기 높이는 확공부(22)의 높이 내외가 되게 형성되며, 발룬(26)의 바닥부에는 발룬바닥 지지판(32)이 선택적으로 장착된다.

특히 도 2의 경우에는 도 1와는 다르게 발룬(26)의 중앙 슬라임배출구(38)에 슬라임배출이 더욱 잘 될 수 있도록 하기 위해 강성 관재인 중심관(36)이 삽입 설치된다.

도 3의 예시에서는 도 1 및 도 2에서와 같이 초기에 발룬(26)내에만 접합채움재(12)를 채워넣는 방식을 사용하지 않는다. 도 3에서는 접합채움재(12)의 일부를 발룬(26) 외부 즉 말뚝이나 인장부재(18)의 관체내 선단에 쌓아 두었다가 상기 관체내에 삽입된 접합채움재 압밀판(25)으로 압박하게 되면 발룬(26) 상부에 있던 접합채움재(12)가 선단바닥부(24)에 형성된 주입공(24a)을 통해서 발룬(26)내에 주입되게 하는 것이다.

도 4에 도시된 접합채움재 타설방식에서는 발룬(26)의 구조가 도 2와는 다소 다른 구성을 갖는다. 도 4의 발룬(26)은 수평팽축발룬(26a)과 수직팽축발룬(26b)이 상하로 일체형이 되게 형성한 구조이다.

도 4의 발룬(26) 구조에서는, 천공홀(4)의 확공부(22) 바닥까지 말뚝이나 인장부재(18)를 내린 다음(도 4의 (a)참조), 말뚝이나 인장부재(18)를 눌러 주게되면 바닥에 놓인 발룬(26)의 수직팽축발룬(26b)이 상하방향으로 먼저 압축되면서 수직팽축발룬(26b)에 있던 접합채움재(12)가 수평팽창발룬(26a)으로 이동하게 된다. 그에 따라 발룬(26)의 수평팽창발룬(26a)이 확공부(22) 외곽까지 방사상으로 확장되어 확장된 발룬(26)내 접합채움재(12)가 확공부(22)의 규격을 유지하면서 확공부(22)의 바닥부에 완전히 채워지게 한다(도 4의 (b) 참조).

도 4의 발룬(26)에서 수평팽축발룬(26a)은 수평방향으로 주름형성되고 수직팽축발룬(26b)은 수직방향으로 주름형성된 것이고, 수평팽축발룬(26a)의 하측에 수직팽축발룬(26b)이 위치되는 것이 기초의 안정성 관점에서는 더 낫다. 즉 발룬(26)내의 접합채움재(12)와 선단바닥부(24) 간을 연결하는 결합부재(28)가 수평팽축발룬(26a)이 수직팽축발룬(26b)의 위쪽에 형성될 때에 주름이 펴진 상태이므로 접합채움재(12) 경화시 더욱 튼튼히 서로 결합될 수 있는 것이다.

절삭비트 출몰형 확공도구로 천공홀(4)의 선단에 확공부(22)를 형성하게 되면, 확공부(22)의 바닥에는 도 4에서와 같이 자연스럽게 요홈이 형성될 수 있으며, 이 경우에는 확공부(22)의 바닥요홈에 수직팽축발룬(26b)이 압축된 상태로 수납될 수 있다.

도 5에서는 천공홀(4)의 확공부(22) 바닥에 요홈이 형성될 경우 도 2와 같은 구조에서 발룬(26)의 하단바닥에 발룬바닥지지블록(34)과 지지판(32)으로 고정하여서 요홈 깊이만큼 돋우어 주는 일예를 보여주고 있다.

도 1 내지 도 5의 경우에는 확공도구로 천공홀(4)의 선단에 확공부(22)를 형성한 후 확공부(22)의 상부 원지반을 관형케이싱(6)에 선단에 장치한 확공지반 지지체(20)로 받침한 상태로 상태에서 타설작업하는 것을 일예로 설명하였지만, 도 6에서는 확공지반 지지체(20)가 없는 경우에도 가능함을 설명하기 위한 예시도이다.

또 도 6에서는 말뚝이나 인장부재(18)의 선단바닥부(24)의 외곽저면부에 판형 변형방지부재(48)를 동심배열로 힌지 연결한 구성을 함께 보여주고 있다.

상기 변형방지부재(48)는 말뚝이니 인장부재(18) 근입하는 초기에는 발룬(26)에 수직으로 접혀있다가 발룬(26)이 방사상으로 확장되면 날개 펼치듯 펼쳐져서 수평상태로 있게 되고, 이렇게 수평으로 편상태로 더 이상 젖혀지지 않고 그 위에 몰탈과 같은 다른 접합채움재(30)가 추가 타설되면서 매립된다. 이러한 변형방지부재(48)가 날개를 펼쳐 수평상태를 지지하므로 인해서 확공부(22) 하부의 접합채움재(12)가 상부에서 받는 고하중에 따른 변형 발생을 사전에 방지하도록 해준다.

상기 변형방지부재(48)는 도 6의 구조에 일예로 설명하였지만, 도 1 내지 도 5와, 도 7 내지 도 9의 구조에도 적용가능함을 이해여야 한다.

도 6에 도시된 확공지반 지지체(20)가 필요 없는 경우는 확공부(22)가 형성되는 땅속 지지층(2)이 확공부 형성시 무너질 염려가 없는 신선한 암반층일 경우이다.

도 7의 경우는 도 2와 같은 구조에 기성의 말뚝이나 인장부재(18)를 사용하지 않고 그 대신에 현장타설말뚝용 철근망(42)으로 대체한 본 발명의 실시 일예를 보여주는 것이다.

상기 현장타설말뚝용 철근망(42)으로 대체하는 것은 도 2의 구조 뿐만 아니라 도 1, 도 3 내지 도 5의 구조에도 마찬가지로 적용할 수 있음은 이 기술분야의 당업자에게 자명한 것임을 이해하여야 한다.

도 8의 경우는 말뚝이나 인장부재(18)의 선단바닥부(24) 하부에 빈 발룬(26)을 장착한 일예이다. 도 8의 (a)에서와 같이, 말뚝이나 인장부재(18)의 선단바닥부(24) 하부에 장치한 빈 발룬(26)을 천공홀(4)의 확공부(22) 바닥까지 내린 다음 빈 발룬(26)내에 경화가능한 접합채움재(12)를 공급튜브(46)를 통해서 주입하여 발룬(26)내에 접합채움재(12)를 충진완료시킨다. 접합채움재(12)를 충진 완료시킨 후에는 공급튜브(46)에 장치된 밸브수단을 이용해서 접합채움재(12)가 공급튜브(46)로 역류하여 올라오지 못하도록 막는다.

그후에는 도 8의 (b)와 같이 확공부(22) 바닥에 놓인 발룬(26)을 말뚝이나 인장부재(18)를 이용해 눌러주므로 발룬(26)과 그 내부의 접합채움재(12)가 방사상으로 확장되어 확공부(22)의 바닥 외곽까지 발룬(26)과 발룬(26)내 접합채움재(12)가 꽉 차게 되는 것이다.

도 9 및 도 10에서는 확공부(22)의 바닥에 방사상으로 확장된 발룬(26)의 사시단면도와 정단면도이며, 발룬(26)내에는 접합채움재(12)가 충진되어 있다.

도 9 및 도 10에서는, 말뚝이나 인장부재(18)의 선단바닥부(24)가 강재인 바닥판재로 형성된 구성을 보여주고 있고, 상기 바닥판재 외곽이 접합재나 용접 등을 통한 접합부(44) 형성으로 접합채움재용 발룬(26)과 이음 연결되게 하여 발룬(26)내의 접합채움재(12)가 선단바닥부(24)의 판재 저면과 직접 접촉되게 구성한다.

그렇게 되면 콘크리트와 같은 접합채움재(12)가 경화되면 결합부재(28)뿐만 아니라 강재인 선단바닥부(24) 저면과 단단히 고정되는 효과가 있다.

본 발명에 따라 말뚝이나 인장부재(18)의 선단바닥부(24)의 하부에 장착된 발룬(26)내에 들어가는 접합채움재(12)는 콘크리트, 몰탈, 그라우트 등이 될 수 있으며, 타설 28일 경과 후 압축강도가 30MPa~300MPa가 되는 고강도 재료를 사용하는 것이 바람직하고, 40MPa~200MPa가 되는 고강도 재료를 사용하는 것이 더욱 바람직하다. 상기 접합채움재(12)는 고강도를 위해서 폴리머 접합채움재로 사용되는 것이 좋다.

상기와 같이 고강도 재료로 된 접합채움재(12)가 발룬 내부에서 굳은 후에는 압축강도 뿐만 아니라 휨인장강도와 부착강도까지도 매우 우수하여 마치 말뚝 선단에 접합채움재(12) 두께의 1/3~1/5 두께의 보강강판이 부착된 것과 같은 효과를 발휘한다. 이러한 효과를 발휘하면 발룬(26)의 두께로도 지지지반으로의 응력전달이 확실하므로 확공부(22)의 높이를 낮게 할 수 있고 암반 천공량과 처리할 배토량을 줄어들게 할 수 있다.

본 발명과 같이 말뚝 선단부에 설치되는 고강도 접합채움재(12)가 채워진 발룬(26)을 적용하게 되면, 접합채움재(12)가 발룬(26)으로 감싸져 보호되므로 접합채움재(12)에 이물질이 유입되거나 골재가 분리되는 현상이 없어진다. 그러므로 지중의 확공부(22)에 타설된 접합채움재(12)의 품질이 지상에서와 마찬가지로 확보되는 이점도 있다.

상기와 같이 발룬(26)을 사용하여 고강도의 접합채움재(12)를 천공홀(4)의 선단 확공부(22)에 타설한 후에는, 발룬(26) 내부의 접합채움재(12)가 굳기 전에 지상에서 말뚝에 고하중을 가할 수 있어 확공부(22)의 바닥에 남아 있는 잔여 슬라임 내의 물이나 압축성 슬라임이 발룬(26)에 형성된 중앙 슬라임배출구(38)나 측면 슬라임배출구(40)을 통해서 배출되므로 장기 침하를 방지할 수 있으며, 설계한 치수대로 말뚝의 확대받침 두께(발룬 두께)가 유지되므로 구조 안전성이 보장될 수 있다.

더욱 바람직하게는 본 발명에서는 말뚝이나 인장부재(18)의 선단 보강판(24)의 하부에 장착한 발룬(26)을 천공홀(4)을 통해 확공부(22)로 투입할 시, 발룬(26)의 바닥부에 회수가능하게 관측장비를 설치를 한다.

그래서 확공부(22)가 미리 설계한 규격대로 제대로 확대 천공되었는지 또 잔여 슬라임이 확공부(22)에 어느 정도 남아 있는지를 상기 관측장비를 이용해 촬영이나 계측을 통해 알 수 있고, 확대 천공과 슬라임 배출이 제대로 이루어졌으면 그 관측장비를 회수를 한 다음, 발룬(26)의 확공부(22)의 바닥에 닿게 하면 된다.

발룬(26)을 방사상 확장시켜서 발룬(26)내에 고강도 접합채움재(12)를 천공홀(4)의 선단 확공부(22)의 바닥부에 일정 두께로 타설한 후에는, 발룬(26) 상에 고강도의 접합채움재(12)보다 구조성능이 낮은 몰탈이나 그라우트의 접합채움재(30)로 추가 타설을 해줌으로써 확공부(22)의 타설을 마감한다.

상기와 같이 확공부(22)에 2차에 걸쳐서 접합채움재(12)를 타설하게 되면 일정한 규격과 일정한 강도를 갖는 확장구조체가 형성되고, 선단부의 지지력이 크게 개선된다.

한편 도 11에서는 발룬(26)을 사용하지 않고 접합채움재(12)를 타설하는 방식이다. 도 11에 관련된 아래 설명에서는, 접합채움재(12)를 제1 접합채움재(12)로 표현하는데 이는 다른 접합채움재(30)와 구분하기 위함이며, 또 다른 접합채움재(30)는 제1 접합채움재(12)와 구별되도록 제2 접합채움재(30)로 표현하고 있음을 이해하여야 한다.

발룬(26)을 사용하지 않는 도 11에서의 접합채움재(12) 타설방법은, 확공부(22)의 현장상태에 따라 천공홀(4)의 확공부(22)에 확공지반을 지지하기 위한 확공지반 지지체(20)를 선택적으로 설치하는 과정과, 천공홀(4)의 확공부(22)의 바닥부를 제1 접합채움재(12)로 즉 바람직한 일 예로서 타설 28일 경과 후 압축강도가 30MPa~300MPa가 되는 고강도 접합채움재로 타설하는 과정과, 말뚝이나 인장부재(18)의 선단바닥부(24) 하부에 결합부재(28)를 장치한 상태로 확공부(22)의 바닥까지 말뚝이나 인장부재(18)를 내려 상기 타설된 제1 접합채움재(12) 상에 정치하는 과정과, 확공부(22)내 타설된 제1 접합채움재(12) 상에 제1 접합채움재(12)보다 강도가 낮은 몰탈이나 그라우트와 같은 제2 접합채움재(30)로 마감 타설하는 과정으로 이루어지게 하는 방식이다.

도 12도 도 11과 마찬가지로 발룬(26)을 사용하지 않고 접합채움재(12)를 직접 타설하는 또 다른 실시예이다. 도 12에서는 확공부(22)의 무너짐을 최소화하기 위해 확공도구를 이용해 접합채움재(12)를 타설하는 방식을 이용하다.

도 12에서도 도 1 내지 도 5, 도 7 내지 도 8에 도시된 확공지반 지지체(20)를 선택적으로 사용할 수 있음을 이해하여야 한다.

도 12를 참조하면, 도 12의 (a)와 같이 지반을 천공하고 천공홀(4)에 관형 케이싱(6)을 설치한다. 그 다음에는 도 12의 (b)에서와 같이, 공벽확장이 가능한 드릴이나 워터제트방식 절삭기계 등과 같은 확공도구(10)를 천공홀(4)의 선단에 위치시키고, 그 다음에는 도 12의 (c)에서와 같이 천공홀(4)의 선단을 확공도구(10)를 이용하여서 천공 확장하여 확공부(22)를 형성하고 확공도구(10)의 절삭에 따라 발생하는 슬라임(slim)을 외부로 배출한다.

확공도구(10)는 본체를 구성하는 회전체 상측을 원추형으로 경사 형성하는 것이 바람직하며, 이는 확공에 의해 형성된 확공부(22)의 상측 원지반의 무너짐을 가능한 한 줄일 수 있는 천장부 모양 형성에 유용하다.

도 12의 (a) ~ (c)의 과정은 도 1 내지 도 11에도 공통적으로 적용되는 것이며, 이러한 확공도구(10)를 이용해서 형성된 확공부 상측 즉 천장부는 원추형으로 형성되며, 원추형으로 경사진 천장을 갖게 됨에 따라 도 12의 실시예에 따라 타설되는 접합 채움재(12)를 확공부(22)의 외곽부터 먼저 주입하는데 무리가 없게 한다.

확공도구(10)는 절삭시 확공부의 상부 원지반을 받침한 상태로 절삭할 수 있는 구조가 더욱 바람직하고, 확공부가 형성되는 땅속 위치가 확공부 형성시 무너질 염려가 적은 암반층이나 단단한 토사층일 경우에는 상부 원지반의 받침지지를 하지 않아도 되는 확공도구 구조로도 가능하다.

도 12의 실시예에서는 확공도구(10)로 천공홀(4)의 선단에 확공부(22)를 형성한 후에는 확공도구(10)를 축소시키지 않은 상태 즉 확공도구(10)의 확장 상태에서 고강도와 같은 접합 채움재(12)를 확공지반면과 절삭가동이 중지된 확공도구(10) 사이의 틈으로 압입 타설하여서 확공부의 외곽 규격이 설계한 그대로 유지될 수 있게 해준다.

상기의 '확공지반면'은 원추형태로 경사진 확공부(22)의 천장과 확공측벽중 어느 하나 이상을 의미하며, 확공지반면과 아직 축소되지 않은 확공도구(10) 사이의 틈으로 접합 채움재(12)를 압입 타설함에 따라 그 접합 채움재(12)는 천공홀(4) 선단에 형성된 확공부(22)의 외곽부터 채워진다.

확대상태의 확공도구(10)와 확공지반면 사이의 틈으로의 압입타설이 수월할 수 있도록 필요에 따라서는 확공도구(10)의 상측 근접부 위치의 연결대에 환형 막음판을 출몰 가능케 설치하여 접합채움재(12)가 천공홀(4) 상측으로 밀려 올라오는 것을 방지케 할 수도 있다.

확공부(22)의 외곽에는 여굴부분이나 틈과 같은 공극이 생길 수 있는데 본 발명에서와 같이 확공도구(10)와 확공지반면 사이의 틈으로 접합 채움재(12)를 압압 타설하게 되면 이러한 공극까지 접합 채움재(12)로 모두 메워지는 효과를 거둘 수 있다.

접합 채움재(12)의 압입 타설방식은 타설높이와 팽창성을 이용한 중력타설방식과, 펌프나 별도의 가압장치를 이용한 압력타설방식 모두를 의미하는 것이며, 본 발명에 따라 확공부(22)에 채워지는 접합 채움재(12)는 장기허용 압축하중 확보를 위해 타설 28일 경과후 압축강도가 30MPa~300MPa인 고강도 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 상기 접합 채움재(12)는 그라우트재, 몰탈, 콘크리트중 하나로 사용될 수도 있고 필요에 따라서는 2개 이상의 재질로 사용될 수 있다.

통상의 그라우트재는 강도가 낮고 시멘트 용출현상 등으로 인해 말뚝이나 인장부재의 지지력 지하의 요인이 되기 때문에 확공부(22)의 확대기초용 본체로는 사용되지 않을 수 있다.

하지만 본 발명에서는 확공도구(10)와 확공부(22)의 지반면 사이의 틈으로 접합 채움재(12)를 압압 타설하는 초기에 그라우트재를 사용할 수 있으며 이렇게 초기에 그라우트재를 사용하면 확공도구(10)와 확공지반면 사이의 틈을 통한 주입이 아주 수월하고 확공부 주변 지반의 균열이나 틈의 공극으로 그라우트재가 쉽게 주입되면서 지반 강화와 함께 확공부의 타설도 치밀하게 이루어지게 하는 것이다. 이렇게 그라우트재 타설로 확공부 틈 있는 외곽을 치밀하게 메운 후에는 굳지 않은 콘크리트를 천공홀(4)의 확공부에 타설하여 충전을 하게 되면, 그라우트재와 콘크리트로 된 2개 재질의 접합 채움재(12)를 사용하는 것이다.

도 12의 (e)에서와 같이, 접합 채움재(12)를 확공부의 외곽부터 채워가며 이미 확보된 확공부의 규격이 유지되게 하고 또 점차 확공도구(10)를 축소시켜주며 접합 채움재(12)를 타설한다. 또 확공도구(10)가 완전 축소되면 도 12의 (f)에서와 같이 확공도구(10)를 회수하면서 확공부 심부까지 접합 채움재(12)를 만충전한다.

상기와 같은 과정으로 접합 채움재(12)의 타설이 완료되면 설계된 규격과 일정한 강도를 가지는 신뢰성 있는 확장 구조체(4) 즉 압축말뚝용 확대받침부 또는 인장부재용 확대 고정정착부가 형성될 수 있다.

확공도구(10)를 회수한 후, 도 12의 (g)와 같이 압축말뚝이나 인장부재를 천공홀(4)에 근입하며 관형 케이싱(6)도 제거한다. 또 바람직하게는 확공부에 형성된 확대부 콘크리트(또는 몰탈, 그라우트)와 같은 확장 구조체(14)내에는 보강재(16)를 설치한다.

상기한 본 발명의 다양한 접합채움재 타설방법은 지중 천공홀의 선단에 설계한 치수대로의 규격과 설계한 강도를 가지는 신뢰성 있는 확장 구조체를 형성하므로 선단부의 지지력을 크게 개선할 수 있다.

상술한 본 발명의 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 여러 가지 변형이 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 실시할 수 있다. 따라서 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 의하여 정할 것이 아니고 특허청구범위 및 그 특허청구범위와 균등한 것에 의해 정해 져야 한다.

(2)-- 지지층 (4)-- 천공홀
(6)-- 관형 케이싱 (10)-- 확공도구
(12)(30)-- 접합 채움재 (14)-- 확장구조체
(16)-- 보강재 (18)-- 말뚝이나 인장부재
(20)-- 확공지반 지지체 (22)-- 확공부
(24)-- 선단바닥부 (24a)-- 주입공
(25)-- 접합채움재 압밀판 (26)-- 접합채움재용 발룬
(26a)-- 수평팽창발룬 (26b)-- 수직팽창발룬
(28)-- 결합부재 (32)-- 발룬바닥 지지판
(34)-- 발룬바닥 지지블록 (36)-- 중심관
(38)-- 중앙 슬라임배출구 (40)-- 측면 슬라임배출구
(42)-- 현장타설말뚝용 철근 (44)-- 접합부
(46)-- 공급튜브 (48)-- 변형방지부재

Claims (5)

1. 건설공사용 말뚝이나 인장부재를 정치한 확대부 시공을 위해 지반을 깊이방향으로 천공한 천공홀에 확공부를 형성하고 접합 채움재를 타설하는 방법에 있어서,
   확공부의 현장상태에 따라 천공홀의 확공부에 확공지반을 지지하기 위한 확공지반 지지체를 선택적으로 설치하는 과정과,
   상기 천공홀의 확공부의 바닥부를 제1 접합채움재로 타설하는 과정과,
   말뚝이나 인장부재의 선단바닥부 하부에 결합부재를 장치한 상태로 상기 확공부의 바닥까지 말뚝이나 인장부재를 내려 제1 접합채움재 상에 정치하는 과정과,
   확공부내 타설된 제1 접합채움재 상에 상기 제1 접합채움재보다 낮은 강도의 제2 접합채움재로 확공부에 마감 타설하는 과정으로 이루어짐을 특징으로 하는 말뚝이나 인장부재의 지지력 확대를 위해 천공확장부에 접합채움재를 타설하는 방법.
   
2. 건설공사용 말뚝이나 인장부재를 정치한 확대부 시공을 위해 지반을 깊이방향으로 천공한 천공홀에 확공부를 형성하고 접합 채움재를 타설하는 방법에 있어서,
   확공부의 현장상태에 따라 천공홀의 확공부에 확공지반을 지지하기 위한 확공지반 지지체를 선택적으로 설치하는 과정과,
   상기 천공홀의 확공부의 바닥부를 제1 접합채움재로 타설하는 과정과,
   현장타설말뚝용 철근망의 선단바닥부 하부에 결합부재를 장치한 상태로 상기 확공부의 바닥까지 상기 현장타설말뚝용 철근망을 내려 제1 접합채움재 상에 정치하는 과정과,
   확공부내 타설된 제1 접합채움재 상에는 상기 제1 접합채움재보다 강도가 낮은 제2 접합채움재로 확공부에 마감 타설하는 과정으로 이루어짐을 특징으로 하는 말뚝이나 인장부재의 지지력 확대를 위해 천공확장부에 접합채움재를 타설하는 방법.
   
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 접합 채움재를 그라우트, 몰탈, 콘크리트중 하나 이상으로 사용함을 특징으로 하는 말뚝이나 인장부재의 지지력 확대를 위해 천공확장부에 접합채움재를 타설하는 방법.
   
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 접합 채움재는 타설 28일 경과 후 압축강도가 30MPa~300MPa가 되는 고강도 접합채움재임을 특징으로 하는 말뚝이나 인장부재의 지지력 확대를 위해 천공확장부에 접합채움재를 타설하는 방법.
   
5. 건설공사용 말뚝이나 인장부재를 정치한 확대부 시공을 위해 지반을 깊이방향으로 천공한 천공홀의 선단에 확공부를 형성하고 접합 채움재를 타설하는 방법에 있어서,
   확공벽 유지가 가능한 확공도구로 상기 천공홀의 선단을 확공함과 동시에 천장을 갖는 확공부의 상부 원지반과 주변을 받침지지하여 미리 설계한 확공부 규격을 확보하는 과정과,
   확공도구 외측면과 확공지반면 사이의 틈으로 접합채움재를 압입 타설하여 확공부 주변지반의 공극을 채우고, 공극이 채워짐에 따라 점차 확공도구를 축소하면서 생겨진 공극에 접합채움재를 연속적으로 압입 타설하여 이미 확보된 확공부의 규격이 유지되게 하면서 확공부에 접합 채움재를 만충전하는 과정으로 이루어짐을 특징으로 하는 말뚝이나 인장부재의 지지력 확대를 위해 천공확장부에에 접합채움재를 타설하는 방법.

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