KR20140014739A - 말뚝 최하단부에 복수의 요철 단면 형상을 가지는 말뚝 및 이를 이용한 말뚝 시공 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 말뚝 최하단부에 복수의 요철 단면 형상을 가지는 말뚝 및 이를 이용한 말뚝 시공 방법에 관한 것으로서 구조물을 지반에 지지시키는 기초말뚝을 시공하기 위한 말뚝 및 이를 이용한 공법에 관한 것이며, 또한 말뚝 최하단부의 단면 형상이 폐색된 중공형 말뚝과 원주 둘레로 형성된 스틸 조각이 일체화된 구조로 형성되어 있는 것을 특징으로 스틸 조각 일체형 강관 말뚝 구조체 및 이를 이용한 말뚝 시공 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 시멘트계 충전부의 하단에서부터 지지파일 하단까지의 거리를 적절하게 유지할 수 있으므로 파일 침하를 최소화할 수 있고, 시멘트계 충전부와 지지파일 사이의 슬립 발생을 방지함으로써 일체화 거동을 할 수 있도록 함과 동시에 선단부 면적을 확대함으로써 선단지지력을 더욱 향상시킬 수 있어 경제적이며 안정적인 시공이 가능하다.

Description

말뚝 최하단부에 복수의 요철 단면 형상을 가지는 말뚝 및 이를 이용한 말뚝 시공 방법{Pile with non-closed channel shape of plural non-flat in the end of pile and method of construction of pile by using the same}

본 발명은 말뚝 최하단부에 복수의 요철 단면 형상을 가지는 말뚝 및 이를 이용한 말뚝 시공 방법에 관한 것으로서 구조물을 지반에 지지시키는 기초말뚝을 시공하기 위한 말뚝 및 이를 이용한 공법에 관한 것이며, 구체적으로는 하중에 대한 지지력 및 설계 효율을 향상시킬 수 있고 시공시의 소음 발생을 최소화할 수 있는 선단 스틸 조각이 부착된 말뚝을 이용한 말뚝 시공 방법에 관한 것이다.

일반적으로 건물이나 구조물을 세우는 경우, 지반의 조건이나 구조물의 하중에 따라 상부의 구조물을 지지하기 위하여 지반을 보강하는 기초공사를 한다. 상기한 바와 같이 지반공사에 따른 파일 기초는 설치된 파일이 두부를 구조물에 연결시키는 기초공법으로, 파일을 재질에 따라 분류하면, 강관 파일, 콘크리트 파일, 합성 파일 등으로 구분할 수 있고, 시공법에 따라 분류하면 타입공법, 매입공법, 현장타설공법 등으로 나눌 수 있다.

이 중 타입공법은 파일을 세운 다음 위에서 파일을 타격하여 파일을 지반에 강제로 근입시키는 것으로, 항타 에너지에 의하여 강제로 지반에 삽입될 때 파일축이 주변의 흙을 밀어 밀착시키며 근입되므로 파일의 외부 지지력이 좋고 시공이 간편하다. 그러나, 타입공법은 깊게 파일을 설치하고자 할 때에는 수직 근입에 어려움이 있고, 진동과 소음이 과도하게 발생하여 도심에서의 시공이 제한되고 있다.

한편, 매입 공법은 선굴착에 의해 미리 지반에 천공홀을 형성하고, 시멘트 충전재를 천공홀의 반쯤 주입한 다음 파일을 천공홀에 삽입 고정하는 것으로, 타입 공법의 여러 문제점을 해결하고 있다. 그 결과, 현재 도심지에서의 파일 기초는 매입 공법이 주로 이용되고 있다.

도 1은 파일의 자체 내력과 시공된 파일의 시공 내력의 관계를 보여주는 파일 내력의 개념도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 파일(2)은 구조물(4)의 하중(PF)은 구조물(4)의 하부에 근입된 다수의 파일(2) 시공 내력에 의하여 지지된다. 상기 근입된 파일(2)의 시공 내력은 파일 선단의 선단지지력(TF)과 파일 측면의 주변마찰력(SF)의 합으로 이루어진다. 그런데, 대부분 파일 자체의 내력은 높지만 시공성 등으로 파일의 시공 내력이 낮아진다. 특히, 매입 공법의 경우, 지반을 파일의 직경보다 크게 천공한 후, 제작된 파일을 천공에 근입 설치하고, 파일과 지반 사이에 충전재(cement paste)를 주입하여 주변 마찰력을 높여 주기는 하지만, 시공 후의 테스트는 주변마찰력이 아주 미미하고 대부분의 시공 내력이 선단지지력에 의존하고 있음을 보여 주었다. 따라서, 매입 공법에서, 시공 내력이 파일 자체 내력에 가깝게 하여, 파일의 사용 효율성을 높일 필요가 있다.

이와 같이 선단지지력을 강화하기 위하여 대한민국 등록특허 제0661123호에서는 PHC 말뚝의 선단에 선단 확장 보강판을 부착하여 말뚝의 선단면적을 확장한 상태로 말뚝을 시공하는 공법을 제안하였다. 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 있으며, 지지력의 품질이 저하되는 문제점을 안고 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 도심지에서는 민원 발생으로 인해 시공이 어려우며 시공에 따른 비용이나 시간도 증가하는 문제점이 있다.

또한, 기존 매입 공법의 또 하나의 문제점은 구조물의 하중이 인가되면 파일과 소일 시멘트(soil cement) 경계면에서 슬립(slip)이 발생하면서 구조물의 하중이 좁은 면적의 콘크리트 파일 하단부에 집중 인가됨으로써 지반이 침하되지 않고 견딜 수 있는 힘, 즉 지반 허용 하중이 감소된다는 것이다.

즉, 파일과 소일 시멘트의 경계면에서 슬립이 발생하지 않을 경우 파일과 소일 시멘트는 일체가 되어 구조물의 하중이 상대적으로 넓은 면적의 소일 시멘트의 하단부에 인가됨으로써 지반의 허용 하중이 크게 확보될 수 있는데, 종래의 파일은 파일과 소일 시멘트의 경계면에서 슬립이 발생하면서 지반의 허용 하중이 콘크리트 파일의 허용 하중보다 작아져 설계 효율이 떨어지는 결과가 초래되었고, 슬립이 발생하지 않더라도 일반적으로 지반의 허용 하중이 콘크리트 파일의 허용 하중의 60% 안팎에 불과하여 콘크리트 재료에 대한 설계 효율이 낮은 단점이 있었다.

이러한 문제를 해결하기 위하여 본 발명자들은 선행 특허(대한민국 등록 특허 제1082519호)를 통해 내부에 중공부가 형성된 원기둥의 관 형상으로 구비되는 고정부재와; 상기 고정부재와 일체로 기둥 형상을 이루고 측부로 노출된 외주면이 상기 고정부재의 외주면과 평평하게 구비되도록 하는 지지파일; 및 상기 고정부재의 외주면에 고정 설치되어 상기 지지 파일의 반경 방향으로 돌출되게 구비됨으로써 시멘트계 충전부에 대한 지지파일의 슬립을 방지하는 보강부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 파일을 제안한 바 있다.(도 2 참조) 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 선행특허 제1082519호에서는 지지파일(300)의 외주면에 설치된 보강부재(400, 500)들로 인해 시멘트계 충전부와의 부착력이 증대되어 슬립이 방지됨으로써 지반의 허용 하중이 증대되고 이에 따라 콘크리트 파일의 강도에 따른 허용 하중을 최대로 활용할 수 있어 설계효율을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 타격 시공을 하지 않고도 충분한 허용 하중을 확보할 수 있어 시공 중의 소음 및 진동 발생을 최소화할 수 있는 것을 그 특징 및 장점으로 한다.

그러나, 상기 본 발명자의 선행특허 제1082519호에서는 파일과 시멘트계 충전부 사이의 부착력 증대는 효과적이나 시멘트계 충전부의 하단에서부터 지지파일 하단까지의 거리를 적절하게 유지하기 위한 구체적인 방안에 관해서는 검토가 부족하였고 또한, 선단부 면적 확대에 따른 선단 지지력 향상 방안에 관해서는 충분한 검토가 없었다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점 및 한계를 극복하고 본 발명자들이 기존에 발표한 기술을 더욱 발전시켜 더욱 안정적인 기초 파일과 그 시공 공법을 제안하기 위한 것이다. 따라서 본 발명이 해결하고자 하는 제1과제는 시멘트 충전부와 지지파일 사이의 슬립 발생을 방지함으로써 일체화 거동을 할 수 있도록 함과 동시에 시멘트 충전부의 하단에서부터 지지파일 하단까지의 거리를 적절하게 유지하기 위한 보다 개선된 말뚝을 제공하는 것이며, 본 발명이 해결하고자 하는 제2과제는 상기 본 발명에서 새로이 제안된 말뚝을 이용하여 선단지지력을 더욱 향상시킬 수 있는 말뚝 시공 방법을 제공하는 것이다. 또한, 매입공법, 항타공법 등 다양한 시공공법에 적용성이 우수한 구조를 갖는 말뚝 구조체를 제공하는 것이다.

상기한 바와 같은 본 발명의 제1과제를 달성하기 위하여 본 발명은

말뚝 본체 최하단부에 단면 형상이 폐색된 중공형 말뚝과 상기 중공형 말뚝의 원주 둘레로 스틸 조각(steel parts)이 균일 간격으로 복수의 요철을 형성하여 말뚝 본체와 일체화된 구조로 형성되어 있는 것을 특징으로 스틸 조각 일체형 말뚝 구조체 및 상기 구조체를 포함하는 말뚝을 제공한다.

또한, 상기한 바와 같은 본 발명의 제2과제를 달성하기 위하여 본 발명은

(a)시공하고자 하는 위치의 지중에 회전식 굴착장비를 이용하여 지지층까지 관입하여 천공홀을 형성하는 단계(S100);

(b)상기 회전식 굴삭장비를 인발하면서 상기 천공홀의 선단부에 시멘트 충전재(C)를 주입하는 단계(S110);

(c)상기 시멘트 충전재(C)가 주입된 선단부 상부에 시멘트 충전재(D)를 주입하는 단계(S120); 및

(d)말뚝 본체를 선단부의 바닥면으로부터 부상시킨 상태로 투입하는 단계(S130); 및

(e)시멘트 충전재(C,D)를 양생시키는 단계(S140)

를 포함하며, 상기 (d)에서 말뚝 본체를 선단부의 바닥면으로부터 부상시키는 것은 말뚝 최하단부의 단면 형상이 폐색된 중공형 말뚝과 상기 중공형 말뚝의 원주 둘레로 스틸 조각이 일체화된 구조로 형성되어 있는 것을 특징으로 스틸 조각 일체형 말뚝 구조체를 사용함으로써 수행하는 것을 특징으로 하는 말뚝 시공 방법을 제공한다.

본 발명에 따른 말뚝 선단부 확장 시공 공법의 장점은 다음과 같다.

1. 우선, 기존 본 발명자들의 선행특허에서 검토가 부족했던 문제인 시멘트계 충전부의 하단에서부터 지지파일 하단까지의 거리 유지 문제를 해결하여 그 거리를 안정적으로 유지할 수 있게 됨으로써 지지파일 하측 부분의 하중 집중에 따른 침하 문제를 최소화할 수 있다.

2. 또한, 파일 선단부의 면적을 확대함으로써 선단지지력을 향상시킬 수 있고, 고강도 소일 시멘트를 지지층 위에 안착시킴으로써 선단 슬라임으로 인한 지지력 약화의 문제도 방지할 수 있다.

3. 또한, 지지파일의 외주면에 설치된 부강부재들로 인해 시멘트계 충전부와의 부착력이 증대되어 슬립 발생이 방지됨으로써 일체화 거동이 가능하게 됨에 따라 지반의 허용 하중이 증대되고, 이에 따라 콘크리트 파일의 강도에 따른 허용 하중을 최대한 활용할 수 있어 설계 효율을 향상시킬 수 있다.

4. 또한, 말뚝 최하단부에는 단면 형상이 폐색된 중공형 말뚝과 그 원주 둘레로 형성된 스틸 조각이 일체화된 구조로 형성되어 있는 스틸 조각 일체형 강관말뚝 구조체를 사용함으로써 안정성, 시공성, 품질성을 극대화시키고, 폐색된 중공형단면부(L2)와 원주 둘레로 형성된 폐색되지 않은 스틸 조각부(L1)를 일체형 구조로 가지는 것을 특징하는 것을 사용함으로 인해, 원주 둘레로 형성된 폐색되지 않은 스틸 조각부(L1)에서는 말뚝 본체를 선단부의 바닥면으로부터 안전하게 부상시키는 기능을 하고 되고, 폐색된 중공형 단면부(L2)에서는 관내가 폐색되어 말뚝 본체의 지지력을 극대화시킬 수 있다. 특히, 폐색된 중공형 단면부(L2) 길이의 구간 내에 시멘트계 충진재 내부 전단저항부재를 구비함으로써 시멘트계 충진재 내부의 전단저항력을 증대시켜 선단확경시 고지지력의 확보가 가능하다.

도 1은 일반적인 파일의 자체 내력과 시공된 파일의 시공 내력의 관계를 보여주는 파일 내력의 개념도이다.
도 2는 본 발명자들이 선행 특허(대한민국 등록 특허 제 1082519호)를 통해 제안한 슬립 방지용 보강부재를 구비한 콘크리트 파일이 시공된 상태를 나타내는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 말뚝 시공 방법을 나타내는 공정 예시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 말뚝 시공 방법의 시공과정을 나타내는 순서도이다.
도 5a 내지 도 5d는 본 발명의 일 실시예에 따른 스틸 조각이 말뚝의 최하단부에 부착되고 연결 부재에 의해 서로 연결되어 있는 몇 가지 예를 나타내는 사시도이고, 5e 및 5f는 그 저면도이다.
도 6a 및 도 6b는 각각 본 발명의 다른 실시예에 따른 스틸 조각이 말뚝의 최하단부에 부착되고 연결 부재에 의해 서로 연결되어 있는 것을 나타내는 사시도 및 저면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 말뚝 시공 방법에 사용되는 회전식 굴착장비의 선단에 구비된 선단부 직경 확장 및 교반 장치의 예시도이다.
도 8a 내지 도 8d는 본 발명의 일 실시예에 따른 말뚝 시공 방법에 따라 말뚝 시공이 완료된 상태의 몇 가지 예를 나타내는 단면도이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 파일이 시공된 상태에서 파일에 하중이 인가되었을 때에 작용하는 힘의 분포를 도시한 개략적인 단면도이다. 도 9에서의 오른쪽 확대도는 폐색 단면형상을 갖춘 파일 구조체에서 선단저항력이 발현되고 있음을 설명하고 있는 확대 단면도이다.
도 10은 스틸 조각 형태를 구비한 일체형 강관말뚝(21‘)의 사용 예를 나타내고 있는 단면도이다.
도 11a와 11b는 도 10에서 설명한 스틸 조각 형태를 구비한 일체형 강관말뚝(21‘)에 있어서, 연결부재(22)와 시멘트계 충진재 내부 전단저항부재(24)의 사용 예를 구분하여 설명하고 있는 단면도이다.
도 12은 본 발명에 따른 파일 시공에 있어서, 시멘트계 충전부의 하단에서 지지파일 하단까지의 거리에 따른 침하량을 지지파일의 직경과의 비를 중심으로 비교한 실험 결과 그래프이다.

이하 본 발명에 관하여 도면을 참조하여 더욱 구체적으로 설명한다. 이해를 돕기 위하여 아래에서는 본 발명에 따른 말뚝 시공 방법을 먼저 설명하고 상기 방법을 설명하는 중에 본 발명에 따른 스틸 조각 일체형 말뚝 구조체에 관하여 구체적으로 설명한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 말뚝 시공 방법을 나타내는 공정도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 말뚝 시공 방법의 시공과정을 나타내는 순서도이다. 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 말뚝 시공 방법은

(a)시공하고자 하는 위치의 지중에 회전식 굴착장비(10)를 이용하여 지지층까지 관입하여 천공홀(11)을 형성하는 단계(S100);

(b)상기 회전식 굴삭장비(10)를 인발하면서 상기 천공홀(11)의 선단부에 시멘트 충전재(C)를 주입하는 단계(S110);

(c)상기 시멘트 충전재(C)가 주입된 선단부 상부에 시멘트 충전재(D)를 주입하는 단계(S120); 및

(d)말뚝 본체(20)를 선단부의 바닥면으로부터 부상시킨 상태로 투입하는 단계(S130); 및

(e)시멘트 충전재(C,D)를 양생시키는 단계(S140)

를 포함하며, 상기 (d)에서 말뚝 본체를 선단부의 바닥면으로부터 부상시키는 것은 말뚝 최하단부의 단면 형상이 폐색된 중공형 말뚝과 상기 중공형 말뚝의 원주 둘레로 스틸 조각이 일체화된 구조로 형성되어 있는 것을 특징으로 스틸 조각 일체형 말뚝 구조체를 사용함으로써 수행하는 것을 특징으로 한다. 이 때 상기 스틸 조각은 연결부재(22)에 의해 서로 연결되어 있는 것이 바람직하다. 다만, 상기 연결부재(22)는 상기 스틸 조각의 구조적 안정성이 확보되는 구조인 경우에는 생략해서 사용할 수 있다. 예를 들어 강관 말뚝의 하부만을 스틸 조각 형태로 부분적으로 절단하여 선단부로 사용하는 경우와 같이 별도의 연결부재 없이도 스틸 조각의 구조적 안정성이 확보될 수 있다면 상기 연결부재는 생략할 수 있으며, 이 또한 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다. (도 10 참조)

본 발명에서 상기 (a)의 천공홀 형성 단계(S100)는 지반을 지나 단단한 지지층까지 천공하는 것으로, 지반은 느슨하거나 연약한 지층을 지칭하며, 단단한 지지층은 지반 하부에 위치하는 조밀하거나 단단한 지층 또는 암반층을 지칭하는 것이다.

상기 천공홀 형성 단계(S100)에서 형성되는 홀(11)은 말뚝 본체(20)의 연직 설치가 가능하여 말뚝 본체(20)를 통한 안정적인 하중 지지가 이루어질 수 있도록 연직으로 굴착한다.

또한 이러한 홀(11)은 관입하고자 하는 말뚝 본체(20)의 직경보다 크게 형성하여, 말뚝 본체(20)가 삽입된 홀(11)과 말뚝 본체(20) 사이에 빈공간이 형성되도록 하여 시멘트 충전재가 채워질 수 있도록 한다.

또한 상기 홀(11) 형성 시 홀(11)의 공벽을 유지할 수 있도록 케이싱(도시없음)을 삽입하면서 굴착할 수도 있다.

그리고, 지반조건 및 설계조건에 따라 시멘트 충전재(C)와 시멘트 충전재(D)는 동일한 강도의 충진재를 설계자가 적절하게 사용할 수 있다.

본 발명에서는 상기 (d)에서 말뚝 본체를 선단부의 바닥면으로부터 부상시킨 채로 양생하는 것을 특징으로 하며, 이와 같이 말뚝 본체를 부상시키는 방법은 말뚝 본체의 최하단부에 말뚝의 원주 둘레로 서로 분리된 스틸 조각(21)이 부착되어 있고 상기 스틸 조각(21)은 연결부재(22)에 의해 서로 연결되어 있는 말뚝을 사용함으로써 수행하는 것이 바람직하다.

본 발명자들은 선행특허(대한민국 등록 특허 제 1082519호)에서 제2실시예로서 시멘트계 충전부가 설치홈에 충전된 후 양생이 완료될 때까지 콘크리트 파일을 지지파일의 최하단부에 위치한 체결부재에 고정된 안내부재에 의해 지지파일의 하단이 설치홈의 바닥면으로부터 부상된 상태로 유지될 수 있는 것으로 설명하고 있다. 그러나, 이와 같이 체결부재에 안내 부재를 고정하기 위해서는 복잡한 구조의 체결부재를 사용해야 하므로 실제 현장에서는 이와 같은 안내부재의 부착이 용이하지 않고 이러한 체결부재를 제조하기 위해서는 경제성도 떨어지며, 또한 안내부재로서 막대형 철근을 체결부재에 삽입하여 사용하므로 말뚝의 하중을 견뎌내기 어려워 말뚝의 부상 상태를 안정적으로 유지하고 시멘트계 충전부 하단으로부터 지지파일 하단까지의 거리를 일정하게 유지하기 어려운 면이 있음을 발견하였다. 따라서 본 발명자들은 현장 작업성을 용이하게 하고 경제성을 증대시키기 위하여 현장 작업 말뚝이 아닌 기성 말뚝을 이용하는 방법을 개발하였다. 즉, 본 발명자들의 선행특허(대한민국 등록 특허 제 1082519호)의 제2실시예에 기재된 것과 같은 지지파일의 최하단부에 위치한 체결부재에 안내부재를 현장에서 삽입하는 것이 아니라, 기성 말뚝의 하부 최하단부에 스틸 보강 부재(미도시)를 부착하고(PHC 말뚝의 경우는 선단에 스틸 보강부재가 구비되어 있으므로 별도의 보강 부재 부착 작업을 필요하지 않을 수 있다) 여기에 소정 두께와 길이를 갖는 스틸 조각(21)을 용접 등의 방법으로 부착함으로써 상기 목적 달성이 가능하게 됨을 발견하였다. 즉, 스틸 조각(21)을 파일의 재료하중을 견딜 수 있는 정도로 기성 말뚝의 최하단부에 부착함으로써 작업성을 개선하였고 또한, 말뚝의 하중을 견뎌낼 수 있도록 하여 말뚝의 부상 상태를 안정적으로 유지하고 시멘트계 충전부 하단으로부터 지지파일 하단까지의 거리를 일정하게 유지할 수 있도록 하였다. 이 때 상기 스틸 조각(21)은 강도 향상을 위하여 연결 부재(22)에 의해 서로 연결되도록 하여 안정성과 작업성을 더욱 향상시켰다. 이 때 상기 말뚝의 최하단부에 말뚝의 원주 둘레로 부착되는 스틸 조각은 2~10개로서 서로 대칭형으로 부착되어 있는 것이 구조 안정성 및 작업성을 위하여 선호된다.

도 5a 내지 도 5d는 본 발명의 일 실시예에 따른 스틸 조각(21)이 말뚝 본체(20)의 최하단부에 부착되고 연결 부재(22)에 의해 서로 결합되어 있는 몇 가지 예를 나타내는 사시도이고, 5e 및 5f는 그 저면도이다. 도 5a 내지 도 5f에서 보는 바와 같이 말뚝 본체(20)의 최하단부의 강재 부분에 부착된 스틸 조각(21)은 설계에서 요구되는 길이 및 폭을 정하여 부착될 수 있다. 이때 강관을 이용하여 스틸 조각(21)을 제조할 경우에는 강관을 원주 둘레로 길이 방향으로 분할하여 얻어지는 장봉 또는 단봉형 스틸 조각을 사용할 수 있으며, 이 경우 하나의 강관으로 여러 개의 스틸 조각을 제조할 수 있으므로 경제적이다. 상기 스틸 조각은 길이 방향으로 길게 형성된 직사각형 형태 또는 안쪽으로 약간 굴곡이 형성된 직사각형 형태가 바람직하나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고 다양한 변형이 가능하다.

본 발명에서 상기 연결 부재(22)는 말뚝 하중에 의하여 스틸 조각이 직경 방향으로 부풀어져 변형되는 것을 방지하는 지지대의 역할, 즉 스틸 조각(21)의 보강재로서 역할을 하는 동시에, 스틸 조각(21)내부의 폐색 효과는 기대하기 어려운 구조이기는 하나, 주면의 시멘트 충전재(C)와의 마찰력을 증대시켜 말뚝 선단부가 일체화 거동을 하도록 하는 역할도 할 수 있다.

본 발명에서 상기 스틸 조각은 그 외부 둘레, 내부 둘레 또는 양쪽에 원형 또는 나선형 등으로 부착된 연결부재(22)에 의해 서로 연결되어 있는 것이 바람직하다. 상기 연결 부재(22)는 스틸 조각 외부 둘레, 내부 둘레 또는 양쪽에 철근 등을 이용하여 원형 또는 나선형 등으로 용접 부착할 수 있으며, 설계에 따라 하나 이상의 연결 부재가 부착될 수 있다. 도 5a 내지 도 5f에서 스틸 조각(21)은 말뚝본체(20)의 외주면 형상에 일치하도록 부착되어 있는 것으로 도시되었으나 반드시 이와 같이 해야 할 필요는 없고 스틸 조각(21)의 재료 하중이 말뚝 본체(20)의 재료 하중을 견딜 수 있는 범위에서 막대형 스틸 조각을 부착하는 등 설계 변경이 가능하다.

도 6a 및 도 6b는 각각 본 발명의 다른 실시예에 따른 스틸 조각(21)이 말뚝 본체(20)의 최하단부에 부착되고 연결 부재(22)에 의해 서로 결합되어 있는 것을 나타내는 사시도 및 저면도이다. 도 6a 및 도 6b에서와 같이, 연결 부재를 철근 등을 이용하여 스틸 조각(21)의 외부 둘레, 내부 둘레 등에 원형 또는 나선형 등으로 부착하지 않고 스틸 조각(21) 간을 연결부재(22)에 의하여 직접 용접 등의 방법으로 부착하는 것도 가능하다.

본 발명에서 상기 스틸 조각(21)을 말뚝 최하부 보강 부재에 부착하는 것은 용접에 의하는 방법, 볼팅에 의하는 방법 등 기존 부착 방법은 제한없이 사용 가능하다. 다만, 말뚝 본체(21)의 하부가 강관일 경우에는 별도의 스틸 조각을 부착하는 것 외에 기존 강관의 하부를 빗 형태로 절단하여 측면 여백이 존재하도록 하는 것을 포함한다.

본 발명에서 상기 말뚝 본체(20)은 기존의 콘크리트 말뚝, 강관 말뚝, PHC 말뚝, 복합 말뚝 등 종류를 제한하지 않으며, 시공 목적이나 용도에 따라 다양한 말뚝을 응용하여 사용할 수 있다.

본 발명에 따른 말뚝 시공 방법에서는 별도의 항타나 경타를 필요로 하지 않으나, 현장에 따라 항타나 경타를 수행하는 경우에는 상기 스틸 조각이 지지층에 관입되어 말뚝의 지지력을 더욱 향상시키는 역할도 하게 된다.

본 발명에서, 상기 (a)단계에서 상기 회전식 굴착 장비(10)를 이용하여 지지층까지 관입하여 천공홀(11)을 형성함에 있어서는 선단부 직경 확장 및 교반 장치(12)를 구비한 회전식 굴착 장비(10)를 사용하여 천공홀 선단부의 직경을 확장할 수 있다. 이와 같이 천공홀 선단부의 직경이 확장될 경우에는 일체화된 말뚝의 선단 지지력이 더욱 증대되는 효과를 볼 수 있다.

본 발명에서 사용되는 선단부 직경 확장 및 교반 장치(12)를 구비한 회전식 굴착 장비(10)는 (a)단계에서 지지층까지 관입된 후에 상기 선단부 직경 확장 및 교반 장치(12)의 날개(13)를 펴고 상기 회전식 굴착 장비(10)를 회전 승하강시키면서 지지층의 측면을 굴삭 및 교반함으로써 천공홀(11)의 선단부 직경을 확장한다. 상기 회전식 굴착 장비(예, 스크류 오거)의 선단에 구비되는 상기 선단부 직경 확장 및 교반 장치(12)는 날개(13)가 펼쳐지면 지지층 측면을 강하게 밀착하여 상기 회전식 굴착장비의 승하강에 따라 지지층 측면을 굴착한다. 이 때 지지층 측면이 굴착됨에 따라 상기 선단부 직경 확장 및 교반 장치(12)의 밀착력은 유압식 또는 기계식 작동에 의해 일정하게 유지된다.

본 발명에서 선단부 확장은 상기 (a)단계에서 천공홀을 형성하는 과정에서 진행될 수도 있으나, 일단 (a)단계에서 천공홀 확장 후 (b)단계에서 선단부 직경 확장과 동시에 시멘트계 충전재(C)을 주입하면서 천공홀의 선단부 직경을 확장하는 것도 가능하다. 이 경우에는 선단부 직경 확장 및 교반 장치를 구비한 회전식 굴착 장비를 사용하여 상기 선단부 직경 확장 및 교반 장치의 날개를 펴고 상기 회전식 굴착 장비를 회전 승하강시키면서 선단부 직경 확장시 선단부 지반과 상기 시멘트계 충전재(C)를 혼합 및 교반할 수 있다. 따라서 상기 선단부 직경 확장 및 교반 장치는 선단부의 굴삭과 함께 소일 시멘트를 균일하게 교반하는 역할도 하게 된다.

본 발명에서 상기 회전식 굴착장비(예, 스크류 오거)의 선단에 구비되는 상기 선단부 직경 확장 및 교반 장치(12)는 기계식으로 굴착 날개가 확장되는 것도 가능하나, 현장 작업성 및 밀착 안정성 등을 위해서는 유압에 의해 굴착 날개가 확장되는 것이 더욱 바람직하다. 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 말뚝 시공 방법에 사용되는 상기 회전식 굴착장비의 선단에 구비된 선단부 직경 확장 및 교반 장치(12)의 몇 가지 예를 나타내는 예시도이다. 도 7에 나타난 바와 같이 선단부 직경 확장 및 교반 장치(12)는 유압 또는 기계적 작동에 의해 날개(13)가 양 측면으로 확장되어 굴삭장비의 승하강과 함께 지지층 측면을 굴삭하여 선단부를 확장하는 역할을 한다. 또한, 상기 (b)단계에서 선단부 직경 확장과 동시에 시멘트계 충전재(C)를 주입하면서 천공홀의 선단부 직경을 확장하며, 선단부 직경 확장 및 교반 장치를 구비한 회전식 굴착 및 교반 장비를 사용하여 상기 선단부 직경 확장 및 교반 장치의 날개를 펴고 상기 회전식 굴착 및 교반 장비를 회전 승하강시키면서 선단부 직경 확장시 선단부 지반과 상기 시멘트계 충전재(C)를 혼합 및 교반하여 소일 시멘트(soil cement)를 형성하는 역할도 하게 된다. 이 경우에는 오거 선단에 형성된 시멘트계 충전재 주입홀(14) 뿐만 아니라 선단부 직경 확장 및 교반 장치(12)의 날개(13) 부근에 형성된 시멘트계 충전재 주입홀(14‘)을 통해 시멘트계 충전재가 주입되며, 2축으로 구비된 회전 장치를 구비하여 상기 날개(13)가 서로 반대 방향으로 회전할 수 있게 함과 동시에 시멘트계 충전재 주입홀(14, 14‘)이 각각 서로 반대 방향으로 회전하며 시멘트계 충전재를 주입함으로써 소일 시멘트의 형성을 더욱 원활하고 균일하게 할 수 있다.

이때, 상기 선단부 직경 확장 및 교반 장치(12)에 있어서 교반되는 날개(13)의 개수, 형태, 위치 등과 시멘트계 충전재 주입홀(14, 14’)의 개수, 홀 크기, 위치 등은 적용 용도나 설계 등에 따라 변경이 가능하다.

본 발명의 상기 (b)단계에서 상기 시멘트 충전재는 홀(11)의 선단부에 주입되는 선단용 시멘트 충전재(C)와 주면부에 위치할 수 있도록 하는 주면용 시멘트 충전재(D)를 구분하여 주입할 수 있으며, 상기 선단용 시멘트 충전재(C)는 선단 지지력의 향상을 위하여 상기 주면용 시멘트 충전재(D)보다 강도가 높도록 구성할 수 있다. 즉 상기 (c)단계의 시멘트 충전재(C)는 고강도 시멘트 충전재이고 상기 (d)단계의 시멘트 충전재는 일반 시멘트 충전재인 것을 사용할 경우 안정성과 경제성을 모두 얻을 수 있다. 그러나, 반드시 시멘트 충전재 C와 D가 구별되어야 하는 것은 아니고 동일 재료를 사용하는 것도 본 발명의 범위에 포함된다.

본 발명에서 상기 (d)단계의 말뚝은 선단부의 바닥면으로부터 말뚝의 외주면, 내주면 또는 그 양면에 시멘트 충전재와의 부착력 강화를 위한 보강 부재(400, 500)가 설치되어 있는 말뚝을 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 말뚝의 구조에 관해서는 본 발명자들이 선행특허(대한민국 등록특허 제1082519호)에서 제안한 파일을 그대로 사용할 수 있으므로 본 발명에서는 별도의 상세한 설명은 생략하나, 상기 선행특허에 기재된 내용은 인용에 의하여 본 발명에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

상기 본 발명자들의 선행특허(대한민국 등록특허 제1082519호)에서는 말뚝에 관하여 콘크리트 파일에 관해서만 설명하고 있으나, 본 발명에서 말하는 말뚝 본체(20)는 콘크리트 말뚝뿐만 아니라 강관 말뚝이나 PHC 말뚝, 복합말뚝 등도 가능하므로 말뚝의 종류에 관해서는 특별히 한정하지 않는 것으로 해석되어야 한다.

도 8a 내지 도 8d는 본 발명의 일 실시예에 따른 말뚝 시공 방법에 따라 말뚝 시공이 완료된 상태의 몇 가지 예를 나타내는 단면도이다.

도 8a에서 보는 바와 같이, 말뚝 본체(20)의 선단부에 스틸 조각(21)이 부착되어 안정한 부상 상태를 유지한 채 말뚝 본체가 시멘트 충전부와 강한 일체화된 결합을 이루고 있으며, 또한, 바람직한 일 실시예에 따라 선단부가 확장되어 있어 선단 지지력이 증대되며 아울러 파일과 시멘트 충전부간에 보강부재(400, 500)에 의하여 강하게 결합되어 슬립이 일어나지 않으므로 침하가 최소화될 수 있어 일체화된 거동이 가능하다. 또한, 고강도 시멘트 충전재에 의해 소일 시멘트를 형성하고 있으므로 선단부 슬라임에 의한 지지력 저하의 문제도 해결할 수 있다.

도 8b는 말뚝 본체로서 구체적으로 콘크리트 말뚝(20‘)을 사용하고 말뚝과 시멘트 충전부 간에 별도의 보강부재가 내재되지 않은 경우를 나타낸다. 또한, 도 8c는 말뚝 본체로서 구체적으로 강관 말뚝(20“)을 사용하고 말뚝과 시멘트 충전부 간에 별도의 보강부재가 내재되어 있지 않으며, 연결부재(22)가 나선형으로 구비된 것을 나타낸다. 또한, 도 8d는 말뚝 본체로서 콘크리트 말뚝(20’)과 강관 말뚝(20”)이 결합된 이질재료의 합성 말뚝을 사용하고 강관 말뚝(20“)의 둘레에는 시멘트계 충전재 내부 전단저항부재(24)가 부착되어 있으며, 강관 말뚝(20“)의 선단에 스틸 조각(21)이 부착되어 있는 것을 나타낸다. 이때 강관말뚝(20“)의 선단에 부착되어 있는 스틸 조각(21)의 둘레에는 연결부재(22)가 나선형 또는 원형으로 부착되어 시멘트계 충진재 내부 전단저항부재(24)와 다른 용도인 스틸 조각(21) 보강의 연결부재로 사용되고 있는 것을 나타낸다.

상기 시멘트계 충전재 내부 전단저항부재(24)는 상부 파일 하중과 시멘트계 충전재 사이의 전단력을 증대시키는 역할을 하여 확장된 소일 시멘트와 파일이 일체 거동을 가능하게 하도록 한다. 즉, 상기 시멘트계 충전재 내부 전단저항부재(24)는 말뚝 본체의 외주면, 내주면 또는 그 양면에 시멘트 충전재와의 부착력 강화를 위하여 설치되는 보강 부재(400, 500)과 동일한 역할을 한다. 상기 이때 시멘트계 충전재 내부 전단저항부재(24)의 단면 형상은 원형, 사각형 등이 가능하고 강관 외주면 또는 내주면에 부착되는 형태는 원형이나 나선형 등으로 변형이 가능하다.

도 8a 내지 도 8d는 본 발명의 일 실시예에 따른 말뚝 시공 방법에 의하여 시공이 완료된 상태의 예를 몇가지 나타내고 있으나, 이 밖에도 용도 및 목적에 따라 다양한 변형 및 응용이 가능할 것이다.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 파일이 시공된 상태에서 파일에 하중이 인가되었을 때에 작용하는 힘의 분포를 도시한 개략적인 단면도이다.

파일에 하중이 인가될 때 각 경계면에서 작용하는 힘은 크게 다섯 가지로 구분될 수 있는데, 상기 다섯 가지는 파일의 외주면과 시멘트계 충전부의 부착력에 의한 지지력(A), 파일의 내주면과 시멘트계 충전부의 부착력에 의한 지지력(B), 파일 하단의 보강지지체에 작용하는 지지력(C), 시멘트계 충전부의 측면과 지반 사이에 작용하는 마찰력에 의해 인가되는 시멘트계 충전부의 측면 하강력(D) 및 시멘트계 충전부의 바닥면에 대한 지반의 지지력에 의해 인가되는 시멘트계 충전부의 바닥면 하강력(E)이다.

이 때 A+B+C≥D+E가 성립하면 파일의 각 구성요소들의 경계면에 작용하는 지지력(A, B, C)이 시멘트계 충전부와 지반의 경계면에서 작용하는 하강력(D, E)보다 더 크므로 파일과 시멘트계 충전부의 경계면에서 슬립이 발생하지 않는다. 따라서 이 경우 하중이 인가되면 파일은 일체로서 거동하게 되고, 시멘트계 충전부(CF)와 지반(G)의 측부 경계면에서 슬립이 일어나면서 그 하중이 넓은 면적을 갖는 시멘트계 충전부(CF)의 바닥면에 안정적으로 인가된다.

반면에 A+B+C＜D+E가 되면, 파일의 각 구성요소들의 경계면에 작용하는 지지력(A, B, C)이 시멘트 충전부와 지반의 경계면에서 작용하는 하강력(D, E)보다 더 작으므로, 파일과 시멘트계 충전부(CF)의 경계면에서 슬립이 발생하게 된다. 따라서 이 경우 하중이 인가되면 파일은 일체로서 거동하지 못하고, 파일과 시멘트계 충전부(CF)의 경계면에서 슬립이 일어나면서 그 하중이 좁은 면적의 파일의 하면에 인가된다.

따라서 A+B+C≥D+E인 경우, 파일에 인가된 하중이 넓은 면적을 갖는 시멘트 충전부의 바닥면에 안정적으로 인가되면서, 지반의 허용 하중을 충분히 확보할 수 있으므로, 이러한 수식이 만족되도록 시멘트 충전부의 필요 강도 등과 같은 각종 파라미터들의 수치를 설계 적용하는 것이 바람직하다. 본 발명에서, 말뚝 본체의 부상 목적으로 구비되는 선단부 스틸 조각(21)은 강관과 같이 폐색되어 있지 않으므로 관입토에 따른 폐색 효과가 발현되지 않는다. 따라서 선단 저항력은 도 9의 확대도에서 나타나는 바와 같이 말뚝 본체 하단의 보강지지체에 직접 작용하는 지지력(C)에 의해서만 영향을 받는다. 도 8d를 참조하면, 도 8d의 경우에는 강관(20“) 내부에 폐색효과가 발현되는데, 도 9의 말뚝 본체 하단에 직접 작용하는 지지력(C)에 의해 발현되는 것과 동일한 효과가 있다.

도 10은 스틸 조각 형태를 구비한 일체형 강관 말뚝(21‘)을 나타내고 있다. 좀 더 구체적으로 설명하자면, 도 10에 표시된 것처럼, L은 스틸 조각 형태를 구비한 일체형 강관 말뚝 구조체(21‘)의 길이를 나타내고 있으며, 여기서 L은 스틸 조각 형태를 구비한 폐색되지 않은 스틸 조각부(L1) 길이와 관내가 폐색된 중공형 단면부(L2) 길이를 합친 일체형 강관 말뚝 구조체로 구성되어 있다. 특히, 스틸 조각 형태의 L1은 스틸 조각부(H1)와 스틸 공간부(H2)로 구성된 구조로 형성되어 있으며, H1과 H2의 원호길이는 적절하게 설계할 수 있다. 또한 L1과 L2의 길이도 적절하게 설계할 수 있다. 본 발명의 도 10에서는 일정한 두께를 가지고 있는 중공 형상의 원형 단면인 스틸 조각 형태를 구비한 일체형 강관 말뚝 구조체를 도시하고 있지만, 일정한 두께를 가지는 중공 형상의 사각 말뚝인 경우에도 동일한 스틸 조각 형태를 구비한 L1 길이와 사각 말뚝 L2 길이를 합친 일체형 강관 말뚝 구조체로 구성될 수 있으며, L1과 L2의 단면 형상이 서로 다른 경우의 조합에 대해서도 일체형 말뚝 구조체로 구성될 수 있다. 도 10에 나타나는 바와 같이, 스틸 조각 형태를 구비한 일체형 강관 말뚝 구조체(21‘)의 경우에는 연결부재(22)가 반드시 존재하지 않더라도 구조적으로 안정성이 확보된다면 기본적으로 설계 적용될 수 있다. 스틸 조각을 별도 용접 등을 통해 연결시키지 않고 일체형 구조로 사용함으로써 제작의 용이성, 구조적 안정성, 시공의 품질확보성에 있어서 본 발명에서 추구하는 동일한 효과를 얻게 되는 것이다.

여기서, 스틸 조각 형태라고 함은 복수의 요철이 말뚝 본체 또는 중공형 말뚝의 둘레방향으로 균일한 간격의 배치를 가지고 일체화된 구조로 형성되어 있는 형상을 의미한다. 좀 더 상세히 설명하자면, 상기 말뚝의 길이방향을 따라 복수의 장공 또는 단공이 소정의 균일간격으로 형성되어 있는 형상을 의미하는 것이다.

도 11a는 도 10에서 설명한 스틸 조각 형태를 구비한 일체형 강관 말뚝 구조체(21‘)에서, 스틸 조각 형태를 구비한 L1 길이 구간 내에 연결부재(22)를 구비함으로써 구조적 안정성을 극대화한 구성의 예를 설명하고 있다.

도 11a에서 상기 연결부재(22)는 말뚝 하중에 의하여 스틸 조각이 직경 방향으로 부풀어져 변형되는 것을 방지하는 지지대의 역할, 즉 구조적 안정성을 위해 스틸 조각(21)의 보강재로서 역할을 주로 한다. 단, 강관 말뚝 자체로서는 강관의 단면형상이 폐색된 구조가 아니므로, 도 11a의 L1 구간의 내부에서는 폐색 효과를 기대하기 어렵다.

반면, 도 11b는, 스틸 조각 형태를 구비한 일체형 강관 말뚝 구조체(21‘)에서 관내가 폐색되어 있는 강관 말뚝 L2 길이의 구간내에 시멘트계 충진재 내부 전단저항부재(24)를 구비함으로써 폐색효과를 기대할 수 있는 것을 나타낸다. 즉, 중공형 말뚝과 일체형으로 조합된 스틸 조각(21)의 L1 길이를 가지는 스틸 조각 형태를 구비한 일체형 강관 말뚝 구조체(21‘)를 사용함으로써 L2 구간의 폐색 효과를 기대할 수 있다. 본 발명에서 시멘트계 충진재 내부 전단저항부재(24)는 원형 또는 사각형, 직사각형과 같은 띠형상의 원형배치나 스크류 배치 등 전단저항부재로서 역할을 할 수 있는 형상과 배치 구조는 어떠한 경우라도 변경 사용할 수 있다. 연결부재(22) 역시 구조적 안정성을 확보 할 수 있는 것이라면, 단면 형상과 배치 구조는 적절하게 변경 사용할 수 있다. 또한, 상기 전단저항부재와 상기 연결부재는 독립적으로 사용되고 되고 일체형으로 연결된 것을 사용해도 된다.

이상의 도 10 및 도 11a, 도 11b에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에서 말뚝 최하단부에는 단면 형상이 폐색된 중공형 말뚝과 원주 둘레로 형성된 스틸 조각이 일체화된 구조로 형성되어 있는 것을 특징으로 스틸 조각 일체형 강관 말뚝 구조체(21‘)로 이루어져 있으며, 이러한 상기 스틸 조각 일체형 강관 말뚝 구조체(L)는 폐색된 중공형 단면부(L2)와 원주 둘레로 형성된 폐색되지 않은 스틸 조각부(L1)를 일체형 구조로 가지고 있고, 원형 또는 사각 형상과 같은 시멘트계 충전재 내부 전단저항부재를 포함한다다. 또한, 본 발명의 일 실시예에서 상기 시멘트계 충전재 내부 전단저항부재(24)는 상기 폐색된 스틸부(L2)의 외부 둘레, 내부 둘레 또는 양쪽에 원형 또는 나선형으로 부착되어 있다.

도 12은 본 발명에 따른 파일 시공에 있어서, 시멘트계 충전부의 하단에서 지지파일 하단까지의 거리에 따른 침하량을 지지파일의 직경과의 비를 중심으로 비교한 실험 결과 그래프이다. 도 12에 도시한 그래프와 같이 시멘트계 충전부(CF)의 하단에서 지지파일 하단까지의 거리(L)가 지지파일의 직경(Dp)과 관계가 있음을 확인하였다. 도 12에 도시된 바와 같이, 시멘트계 충전부(CF)의 하단에서 지지파일 하단까지의 거리(L)가 지지파일의 직경(Dp)보다 작아질수록(L/Dp＜0.5), 지지파일의 직경에 대한 침하량이 가파르게 증가하고 있고, 그 기울기는 L/Dp≥0.5이 되면서 완만해진다.

따라서 시멘트계 충전부(CF)의 하단에서 지지파일 하단까지의 거리(L)는 지지파일의 직경(Dp)보다 최소한 같거나 크게 구비되는 것이 바람직하다. 그러나, L/Dp가 1.5 이상이 되면 그 침하량 감소에 비해 시멘트계 충전부(CF)의 높이가 과도하게 크게 되어 그 비용 및 부피 측면에서 비효율적인 문제점이 있다.

그러므로 시멘트계 충전부(CF)의 하단에서 지지파일 하단까지의 거리(L)는 지지파일의 직경(Dp)의 0.5 내지 1.5배로 구비되는 것이 가장 바람직하다.

본 발명자들의 선행특허(대한민국 등록특허 제1082519호)에서는 시멘트계 충전부(CF)의 하단에서 지지파일 하단까지의 거리(L)가 지지파일의 직경(Dp)의 1.0배 이상일 경우에 효과가 있는 것으로 결과가 나왔으나, 본 발명에서는 이를 0.5배 이상인 경우까지 확대하였다. 통상 침하량/Dp가 0.05 이하일 경우 안정적인 것으로 판단하는데, 기존 기술에서는 말뚝의 부상 안정성이 부족하고 선단부분에서의 확경 효과가 없었으므로 L/Dp를 최소 1.0 이상을 유지해야 하였으나, 본 발명에서는 말뚝의 부상 안정성을 향상시키고 선단부분에서의 확경 효과로 인해 L/Dp를 0.5배까지 낮추는 것이 가능해졌다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 말뚝 시공 방법을 이용하면, 시멘트계 충전부의 하단에서부터 지지파일 하단까지의 거리를 안정적으로 유지할 수 있게 됨으로써 지지파일 하측 부분의 하중 집중에 따른 침하 문제를 최소화할 수 있고, 파일의 외주면에 설치된 보강부재들로 인해 시멘트계 충전부(CF)와의 부착력이 증대되어 슬립 발생이 방지됨으로써 지반의 허용하중이 증대되고, 이에 따라 콘크리트 파일의 강도에 따른 허용하중을 최대한 활용할 수 있어 설계효율을 향상시킬 수 있으며 타격 시공을 하지 않고도 충분한 허용하중을 확보할 수 있어 시공 중의 소음 및 진동 발생을 최소화할 수 있다. 또한, 파일 선단부의 면적을 확대함으로써 선단지지력을 향상시킬 수 있고, 고강도 소일 시멘트를 지지층 위에 안착시킴으로써 선단 슬라임으로 인한 지지력 약화의 문제도 방지할 수 있다.

본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

10 : 회전식 굴착 장비 11 : 천공홀
12 : 선단부 직경확장 장치 13 : 날개
14, 14‘: 시멘트계 충전재 주입홀
20 : 말뚝 본체 20‘: 콘크리트말뚝
20“: 강관말뚝 21 : 스틸 조각
21‘: 스틸 조각 형태를 구비한 일체형 강관말뚝 구조체
22 : 연결 부재
24 : 시멘트계 충전재 내부 전단저항부재
400, 500 : 보강 부재

Claims (15)

1. 말뚝 본체 최하단부에 단면 형상이 폐색된 중공형 말뚝과 상기 중공형 말뚝의 원주 둘레로 스틸 조각이 균일 간격으로 복수의 요철을 형성하여 말뚝 본체와 일체화된 구조로 형성되어 있는 것을 특징으로 스틸 조각 일체형 말뚝 구조체.
   
2. 청구항 1에 있어서, 상기 스틸 조각은 연결부재에 의해 서로 연결되어 있는 것을 특징으로 스틸 조각 일체형 말뚝 구조체.
   
3. 청구항 1에 있어서, 상기 스틸 조각 일체형 말뚝 구조체(L)는 폐색된 중공형단면부(L2)와 원주 둘레로 형성된 폐색되지 않은 스틸 조각부(L1)를 일체형 구조로 가지며, 시멘트계 충전재 내부 전단저항부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 스틸 조각 일체형 말뚝 구조체.
   
4. 청구항 3항에 있어서, 상기 시멘트계 충전재 내부 전단저항부재는 상기 폐색된 중공형 단면부(L2)의 외부 둘레, 내부 둘레 또는 양쪽에 원형 또는 나선형으로 부착되는 것을 특징으로 하는 스틸 조각 일체형 말뚝 구조체.
   
5. 청구항 1 내지 4 중 어느 한 항의 말뚝 구조체를 말뚝 본체 최하단부에 포함하는 것을 특징으로 하는 말뚝.
   
6. (a)시공하고자 하는 위치의 지중에 회전식 굴착장비(10)를 이용하여 지지층까지 관입하여 천공홀(11)을 형성하는 단계(S100);
   (b)상기 회전식 굴삭장비(10)를 인발하면서 상기 천공홀(11)의 선단부에 시멘트 충전재(C)를 주입하는 단계(S110);
   (c)상기 시멘트 충전재(C)가 주입된 선단부 상부에 시멘트 충전재(D)를 주입하는 단계(S120); 및
   (d)말뚝 본체(20)를 선단부의 바닥면으로부터 부상시킨 상태로 투입하는 단계(S130); 및
   (e)시멘트 충전재(C,D)를 양생시키는 단계(S140)
   를 포함하며, 상기 (d)에서 말뚝 본체를 선단부의 바닥면으로부터 부상시키는 것은 말뚝 최하단부의 단면 형상이 폐색된 중공형 말뚝과 상기 중공형 말뚝의 원주 둘레로 스틸 조각이 일체화된 구조로 형성되어 있는 것을 특징으로 스틸 조각 일체형 말뚝 구조체을 사용함으로써 수행하는 것을 특징으로 하는 말뚝 시공 방법.
   
7. 청구항 6에 있어서, 상기 말뚝 본체(20)를 선단부의 바닥면으로부터 부상시키는 것은 말뚝 본체의 최하단부에 말뚝의 원주 둘레로 서로 분리된 스틸 조각이 부착되어 있고 상기 스틸 조각은 연결부재에 의해 서로 연결되어 있는 말뚝을 사용함으로써 수행하는 것을 특징으로 하는 말뚝 시공 방법.
   
8. 청구항 6에 있어서, 상기 말뚝의 최하단부에 말뚝의 원주 둘레로 부착된 스틸 조각은 2~10개로서 서로 대칭형으로 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 말뚝 시공 방법.
   
9. 청구항 6에 있어서, 상기 스틸 조각은 그 외부 둘레, 내부 둘레 또는 양쪽에 원형 또는 나선형으로 부착된 연결부재(22)에 의해 서로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 말뚝 시공 방법.
   
10. 청구항 6에 있어서, 상기 스틸 조각은 연결부재에 의하여 상기 스틸 조각 간이 직접 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 말뚝 시공 방법.
    
11. 청구항 6에 있어서, 상기 (b)단계에서 선단부 직경 확장과 동시에 시멘트계 충전재(C)를 주입하면서 천공홀의 선단부 직경을 확장하며, 선단부 직경 확장 및 교반 장치를 구비한 회전식 굴착 장비를 사용하여 상기 선단부 직경 확장 및 교반 장치의 날개를 펴고 상기 회전식 굴착 장비를 회전 승하강시키면서 선단부 직경 확장시 선단부 지반과 상기 시멘트계 충전재(C)를 혼합 및 교반하여 소일 시멘트(soil cement)를 형성하는 것을 특징으로 하는 말뚝 시공 방법.
    
12. 청구항 11에 있어서, 오거 선단에 형성된 시멘트계 충전재 주입홀(14) 및 선단부 직경 확장 장치(12)의 날개(13) 부근에 형성된 시멘트계 충전재 주입홀(14‘)을 통해 시멘트계 충전재가 주입되며, 2축으로 구비된 회전 장치를 구비하여 상기 날개(13)가 서로 반대 방향으로 회전할 수 있게 함과 동시에 시멘트계 충전재 주입홀(14, 14‘)이 각각 서로 반대 방향으로 회전하며 시멘트계 충전재를 주입함으로써 소일 시멘트를 형성하는 것을 특징으로 하는 말뚝 시공 방법.
    
13. 청구항 11에 있어서, 상기 선단부 직경 확장 장치는 유압 또는 기계식으로 의해 굴착 날개를 확장시키는 것을 특징으로 하는 말뚝 시공 방법.
    
14. 청구항 6에 있어서, 상기 (b)단계의 시멘트 충전재(C)는 고강도 시멘트 충전재이고 상기 (c)단계의 시멘트 충전재는 일반 시멘트 충전재인 것을 특징으로 하는 말뚝 시공 방법.
    
15. 청구항 6에 있어서, 상기 말뚝 본체는 선단부의 바닥면으로부터 말뚝의 외주면, 내주면 또는 그 양면에 시멘트 충전재와의 부착력 강화를 위한 보강 부재가 설치된 말뚝을 사용하는 것을 특징으로 하는 말뚝 시공 방법.

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