KR20140029093A - 비용접 결합된 케이싱 - Google Patents

Abstract

본 발명은 비용접 결합된 케이싱에 관한 것으로, 그 목적은 지반굴착 장비의 리더 길이보다 더 깊은 심도로 매립되어야 하는 말뚝 시공시 선 삽입되는 케이싱의 상부에 후 삽입되는 케이싱 하부를 비용접 방식으로 결합시켜 신속하게 굴착 후 말뚝을 매립 시공할 수 있고, 상하 케이싱 간의 결합부위가 유격을 가져 토압에 의한 휨 변형을 최소화한 비용접 결합된 케이싱을 제공하는 데 있다.
본 발명의 구성은 지반 굴착 공사에 사용되는 케이싱에 있어서, 하부에 원통형 키홈 체결구가 형성된 제 2 케이싱과; 상기 키홈 체결구에 삽입되어 결합되는 키가 상부에 형성된 제 1 케이싱;으로 구성되되, 상기 키홈 체결구는 키가 삽입 체결되도록 하단 일지점을 개방하여 상부방향으로 형성한 수직키홈과, 이 수직키홈의 상단부에서 좌우방향으로 형성한 수평키홈과, 수평키홈의 양측단에서 하부방향으로 형성한 케이싱이탈방지홈으로 구성되고, 하부면에는 마모방지용 비트가 복수개 배열되어 구성된 비용접 결합된 케이싱을 발명의 특징으로 한다.

Description

비용접 결합된 케이싱{Non welding type linked casing}

본 발명은 비용접 결합된 케이싱에 관한 것으로, 자세하게는 말뚝을 연약 지반 등의 매립지나 건축물 기초공사를 위해 지반에 매립하기 위해 2대의 지반굴착장비를 이용 장심도 케이싱을 비용접된 상태로 유격을 가지게 결합시킨 후 스크류와 함께 굴착하여 지반굴착장비의 리더 길이보다 더 깊게 케이싱을 삽입하여 말뚝을 매립 시공시 사용되는 비용접 결합된 케이싱에 관한 것이다.

일반적으로 연약 지반 보강 또는 건축 구조물의 기초공사를 위해 말뚝(Pile)을 지반에 시공하는데, 이러한 말뚝 시공방법으로는 지반에 직접 말뚝을 타설 시공하는 방법과 지반을 굴착하여 말뚝을 매립하는 방법이 대표적이다.

먼저, 말뚝을 지반에 직접 타설 시공하는 방법은 해머 등의 중량체를 권양 로프 또는 유압유니트의 유압을 이용하여 상승시켰다가 하강시켜 말뚝 상부를 타격하여 말뚝을 지반에 타설하는 방법이다. 하지만 이러한 방법은 진동이나 소음 및 분진 등과 같은 환경적인 문제점 때문에 점차 그 사용이 적어지고 있다.

상기 지반을 굴착하여 말뚝을 매립하는 방법은 상기한 말뚝의 직접 타설시의 문제점 때문에 최근에 각광받고 있는 방법인데, 이 방법은 지반 굴착 장비를 이용하여 스크류가 지반을 천공하여 천공홀에 말뚝을 매립하는 방법이다. 이때 천공된 지반의 붕괴를 막기 위해 케이싱이 사용된다. 지반 굴착장비의 구성은 크레인 등의 중장비에 기립 설치되어 있는 리더에 스크류오거와 케이싱오거가 설치되고, 스크류오거와 케이싱오거 하부에 각각 스크류와 케이싱이 장치되어 서로 다른 방향으로 회전하면서 지반을 굴착하게 된다. 즉, 케이싱이 지반에 삽입되면서 그와 반대방향으로 회전하는 스크류가 케이싱 내부의 토사를 밖으로 배출하도록 구성된다. 이후 필요한 깊이로 천공되면 스크류를 인발 후 말뚝을 매립하고, 이후 케이싱을 인발하면 된다.

다만, 현재의 굴착시공의 경우 케이싱의 장착 한계로 인해 시공 효율이 많이 떨어지는 문제점이 있다. 즉, 해안가나 매립지역의 오거 천공작업시 지중 안으로 케이싱을 설치할 때, 지역의 특성상 파일이 설치되는 경질지반의 깊이가 깊은 관계로 파일공 또한 깊게 천공해야 하는데, 현재 국내에서 시공시 사용되는 굴착장비 리더의 최대 길이가 45m 내외 정도이고, 일반적인 케이싱의 길이가 29m 정도여서 50m 이상의 깊이를 가지는 천공홀을 굴착하기 위해서는 단일 케이싱을 가지고는 불가능하다는 문제점이 있다.

물론 케이싱의 길이를 긴 것을 주문 제작할 수도 있으나, 실제 케이싱을 지지하는 상용 굴착 장비의 리더길이가 45m 내외 정도이고, 케이싱을 장치하여 회전시키는 케이싱오거 길이가 8m 정도 되기 때문에 실제 케이싱이 굴착할 수 있는 깊이는 약 37m 정도가 최대 천공 깊이다.

이때문에 실제 현장에서는 단일 케이싱으로 확보될 만큼만 굴착 후 말뚝을 매립후 말뚝 상부를 항타기 등으로 타격하여 경질 지반까지 말뚝을 매립하거나, 삽입된 케이싱 상부에 필요한 길이만큼 별도 케이싱을 용접하여 케이싱 길이를 확보후 추가적으로 케이싱을 삽입 굴착후 말뚝을 매립하곤 하였다.

하지만 상기 단일 케이싱과 말뚝 타격 방법을 혼합한 방법은 상하 케이싱을 용접하여 연결하는 공정은 필요없지만 케이싱 공정 후 추가적으로 말뚝을 직접 타격하는 방법이 사용됨으로써 결국 종래 지반에 직접 말뚝을 타설 시공하는 방법과 같이 진동이나 소음 및 분진 등과 같은 환경적인 문제점이 다시 나타난다는 단점이 있고,

또한 상기 상하 케이싱을 용접하는 방법은 용접에 따른 시공시간이 늘어나게 되고 작업성 또한 좋지 않게 되는 등 시공성이 크게 떨어지는 단점과, 용접에 의해 일체화된 케이싱이 그 길이로 인해 중간 부분이 측토압에 취약하여 지중에서 일측방향으로 휘어져 나중에 매립되는 말뚝과의 접촉이 일어나 말뚝 매립이 어렵거나 케이싱 인발이 어려워 진다는 구조적 문제점을 가지고 있다.(도 7 참조)

한편, 이러한 문제점을 해결하기 위한 선행 기술로 대한민국 특허 등록 제 10-1044485호(명칭: 장심도 케이싱)와 10-1126152호(명칭 : 이중관 멀티 케이싱 및 시공방법)가 있다.

먼저, 10-1044485호는 오거 머신을 이용한 지반 천공시 길이 확장이 가능한 케이싱을 이용하여 천공 깊이에 따라서 적절하게 길이를 늘려가면서 작업을 수행할 수 있는 새로운 형태의 케이싱 수단 및 시공법을 구현함으로써, 원활한 시공이 가능하고, 시공 시간을 줄일 수 있는 등 시공 효율 향상과 더불어 공기를 단축할 수 있는 장심도 케이싱 및 시공방법을 제공하는데 그 목적으로 제공된 발명으로, 그 구성은 오거의 리더측에 결합되어 회전가능하고 외주면에는 키 홈을 갖는 다수의 키 체결구가 길이방향으로 따라 일정 간격으로 배치되어 있는 형태로 이루어진 내부 케이싱과, 상기 내부 케이싱의 외부에 슬라이드 가능한 구조로 결합되며 내주면 상단에 고정 형성되어 있는 키를 통해 내부 케이싱의 각 키 체결구에 선택적으로 체결가능한 외부 케이싱과, 상기 외부 케이싱의 상단부 외주 둘레에는 천공 완료 후 케이싱 축소시 지면의 지지판에 걸려지면서 외부 케이싱이 지면으로 딸려 들어가는 것을 막아주는 멈춤링을 포함하되, 상기 내부 케이싱의 키 체결구는 외부 케이싱의 키가 지나다닐 수 있도록 직선상으로 터져 있는 형태로 이루어진 절개부와, 상기 절개부의 한쪽 옆에 키를 걸어줄 수 있는 수평의 키 홈과, 상기 키 홈을 중심으로 상기 절개부의 양단에는 외부 케이싱의 키가 체결을 위해 진입할 때의 방향을 유도해주는 좌우 대칭형태로 서로 벌어지는 방향의 경사면으로 이루어지는 키 안내부로 이루어져, 지반의 천공 깊이에 따라 내외부 케이싱의 길이를 확장하여 지반을 천공할 수 있도록 된 장심도 케이싱과 이 장심도 케이싱을 이용한 시공방법을 특징으로 한다.

하지만 상기와 같은 구조를 가지는 선행 기술은 케이싱 구조가 안테나와 구조와 같이 구성된 다단 구조여서 내부케이싱에 삽입되는 말뚝과 비교시 키 체결구와 키 두께를 포함한 외부케이싱의 직경이 더 커질 수밖에 없는 구조를 가져, 이로부터 천공되는 천공홀의 직경이 말뚝 직경에 비해 커지게 되어 굴착된 홀에 매립된 말뚝을 고정시키기 위한 그라우팅재의 장입량이 많아져 전체적인 시공비와 시공시간이 늘어날 수 밖에 없다. 예를 들어 직경 500mm의 말뚝을 매립한다고 할 때 일반적으로 케이싱은 보통 558mm의 내경과 12mm의 두께를 가지는 내부 케이싱이 사용되는데, 선행기술은 이 내부 케이싱과 함께 이를 수납 및 체결을 위한 키 체결구를 포함하는 구조상 적어도 700mm 정도의 외부 케이싱이 필요할 것으로 보여 이러한 케이싱을 매립하기 위해서는 말뚝 직경 대비 필요 이상의 천공홀을 굴착해야 한다는 문제점이 있다.

또한 내부케이싱과 외부케이싱을 키 체결구와 키를 이용하여 길이를 가변시키는 공정 역시 1차 천공 작업이 완료된후 지반 밑에 삽입된 외부케이싱에서 내부케이싱을 지반 상부로 들어올려 이를 다시 케이싱오거에 장치하면서 키 체결구와 키를 이용하여 길이를 확정 후, 다시 하강시켜 굴착하는 공정이 필요하고, 이때 최대 확장 길이가 아닌 길이로 가변할 경우 키체결구의 키홈에 외부케이싱의 내경쪽에 형성된 키가 정확히 고정되어 지지되지 않으면 내부 케이싱이 회전시 키 체결구의 개방된 부분으로 빠질수 있다는 구조적인 문제점이 있어 원활한 굴착 작업이 어려울 수 있다는 단점을 가진다.

또한 외부케이싱과 내부케이싱이 키 체결구와 키에 의해 유격이 거의 없는 상태로 수납되거나 신장되는 구조로 보여 확장된 길이가 토압에 취약하여 굴착과정또는 천공홀 굴착후 전체 외부케이싱과 내부케이싱이 일체로 토압에 노출되어 중심부가 휘어질 수 있다. 휘어질 경우 전술한 바와 같이 나중에 말뚝 매립시 끼임 현상이 일어나 말뚝 매립이 어렵거나 케이싱 인발이 어려워 질수도 있다.

한편, 선행기술 10-1044485호는 상기한 10-1044485호의 구조에서 더 신장될수 있는 구조를 가지는 안테나식 다단 케이싱 구성으로, 이 역시 내부케이싱에 삽입되는 말뚝과 비교시 키 체결구와 키 두께를 포함한 외부케이싱의 직경이 더 커질 수밖에 없어 이로부터 천공되는 천공홀의 직경이 말뚝 직경에 비해 커지게 되어 천공홀에 삽입된 말뚝을 고정시키기 위한 그라우팅재의 장입량이 많아져 전체적인 시공비와 시공시간이 늘어날 수 밖에 없고, 또한 일체형 다단 구조는 여전히 토압에 의한 휨 변형에 취약할 수 밖에 없다는 구조적 문제점을 가진다.

국내특허등록공보 등록번호 10-1044485(2011.06.20.) 국내특허등록공보 등록번호 10-1126152(2012.03.06.) 국내특허등록공보 등록번호 10-1005375(2010.12.24.) 국내실용신안등록공보 등록번호 20-0315734(203.05.27)

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 지반굴착 장비의 리더 길이보다 더 깊은 심도로 매립되어야 하는 말뚝 시공시 선 삽입되는 케이싱의 상부에 후 삽입되는 케이싱 하부를 비용접 방식으로 결합시켜 신속하게 굴착 후 말뚝을 매립 시공할 수 있고, 상하 케이싱 간의 결합부위가 유격을 가져 토압에 의한 휨 변형을 최소화한 비용접 결합된 케이싱을 제공하는 데 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하고 종래의 결점을 제거하기 위한 과제를 수행하는 본 발명은 지반 굴착 공사에 사용되는 케이싱에 있어서, 하부에 원통형 키홈 체결구가 형성된 제 2 케이싱과; 상기 키홈 체결구에 삽입되어 결합되는 키가 상부에 형성된 제 1 케이싱;으로 구성되되,

상기 키홈 체결구는 키가 삽입 체결되도록 하단 일지점을 개방하여 상부방향으로 형성한 수직키홈과, 이 수직키홈의 상단부에서 좌우방향으로 형성한 수평키홈과, 수평키홈의 양측단에서 하부방향으로 형성한 케이싱이탈방지홈으로 구성되고, 하부면에는 마모방지용 비트가 복수개 배열되어 구성된 것을 특징으로 하는 비용접 결합된 케이싱을 제공함으로써 달성된다.

본 발명은 바람직한 실시예로, 상기 키홈 체결구에 형성된 수직키홈, 수평키홈, 케이싱이탈방지홈으로 이루어진 연결홈 구조가 키홈체결구의 둘레를 따라 일정 간격으로 복수개 배열되어 형성되고, 이에 체결되는 키가 제 1 케이싱에 복수개 형성할 수 있다.

본 발명은 바람직한 실시예로, 상기 제 2 케이싱 하부에 형성한 키홈 체결구의 내경이 여기에 삽입되는 상부에 키가 형성된 제 1 케이싱의 외경보다 크게 하여 유격을 가지도록 할 수 있다.

본 발명은 바람직한 실시예로, 상기 수직키홈이 형성된 키홈 체결구의 둘레 방향에 키 삽입시 간섭되지 않을 정도로 바깥쪽으로 덧대어져 돌출 형성된 보강용 곡률판재를 더 포함하여 구성할 수 있다.

상기와 같이 본 발명은 연약 지반 보강 또는 건축 구조물의 기초공사를 위한 말뚝(Pile) 시공시 지반굴착 장비의 리더 길이보다 더 깊은 심도로 케이싱을 삽입하는 굴착 공사시 2대의 지반굴착장비에 설치된 오거(Auger)에 케이싱과 스크류를 각각 설치후 순차로 번갈아가면서 케이싱을 지반에 굴착 삽입함으로써 케이싱과 스크류 설치 시간을 획기적으로 줄였고, 경우에 따라서는 2대의 지반굴착장비가 번갈아 작업시 유휴 시간 동안에 추가 굴착 지점에서 굴착작업을 할 수 있어 전체 말뚝 시공 공기를 앞당길 수 있다는 장점과,

또한 굴착 공사시 2대의 지반굴착장비의 오거(Auger)에 케이싱과 스크류를 설치하여 순차로 케이싱을 지반에 삽입시 선 삽입되는 케이싱의 상부와 후 삽입되는 케이싱을 비용접 방식으로 결합시켜 신속하게 굴착후 말뚝을 시공할 수 있다는 장점과,

또한 비용접 결합된 2단 케이싱을 이용 굴착시 상부 케이싱과 하부 케이싱간의 결합부위가 유격을 가지도록 구성함으로써 종래 용접되어 일체형으로 형성된 다단 케이싱 또는 비유격 결합된 다단케이싱에서 발생하던 토압에 의한 휨 변형을 방지하고, 오히려 매립되는 비용접 결합된 케이싱이 유격 때문에 토압에 의해 수직도가 개선되도록 함으로써 말뚝 매립과 케이싱 인발 작업시 말뚝과 케이싱간의 끼임 현상을 방지하였다는 장점과,

또한 비용접 결합된 2단 케이싱을 이용 굴착시 상부 케이싱과 하부 케이싱의 직경 차이를 최소화해 말뚝과 천공홀 공간을 메우는 그라우팅재 장입량을 최소화하여 공기를 앞당김과 동시에 자재비 절약에 따른 시공비용을 절감하였다는 장점을 가진 가진 유용한 발명으로 산업상 그 이용이 크게 기대되는 발명이다.

도 1a은 본 발명의 한 실시예에 따른 비용접 결합된 케이싱 구조를 보인 분해 사시도이고,
도 1b는 본 발명의 한 실시예에 따른 비용접 결합된 케이싱의 키홈 체결구의 보강구조를 포함한 구조를 보인 분해 사시도이고,
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 비용접 결합된 케이싱 구조를 보인 정면도이고,
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 비용접 결합된 상하 케이싱에 가해지는 측토압에 의한 케이싱의 변형 여부를 도시한 예시도이고,
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 비용접 결합된 케이싱을 이용한 말뚝 시공 흐름을 보인 순서도이고,
도 5a 내지 5h는 본 발명의 한 실시예에 따른 공정별 작업을 보인 예시도이고,
도 6은 본 발명의 한 실시예에 따른 힌지 회전에 의해 지지대가 분리되는 케이싱 추락방지 스톱퍼를 보인 예시도이고,
도 7은 종래 용접 결합된 다단 케이싱 사용시 지중 토압에 의한 케이싱 변형을 보인 예시도이다.

이하 본 발명의 실시 예인 구성과 그 작용을 첨부도면에 연계시켜 상세히 설명하면 다음과 같다. 또한 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.

도 1a는 본 발명의 한 실시예에 따른 비용접 결합된 케이싱 구조를 보인 분해 사시도이고, 도 1b는 본 발명의 한 실시예에 따른 비용접 결합된 케이싱의 키홈 체결구의 보강구조를 포함한 구조를 보인 분해 사시도이고, 도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 비용접 결합된 케이싱 구조를 보인 정면도이다.

도시된 바와 같이 본 발명에 따른 비용접 결합된 케이싱 결합체는 하부를 이루는 제 1 케이싱(10)과; 제 1 케이싱의 상부에 비용접 결합되는 제 2 케이싱(20)으로 구성된다.

상기 제 2 케이싱(20) 하부에는 원통형 키홈 체결구(21)가 용접 구성되고, 이 제 2 케이싱(20) 하부에 결합되는 제 1 케이싱(10)의 상부에는 키홈 체결구(21)에 삽입되어 결합되는 키(11)가 용접 구성된다.

상기 키홈 체결구(21)는 하단 일지점을 개방하여 상부방향으로 형성한 수직키홈(22)과, 이 수직키홈의 상단부에서 좌우방향으로 형성한 수평키홈(23)과, 수평키홈(23)의 양측단에서 하부방향으로 형성한 케이싱이탈방지홈(24)으로 구성된다.

상기와 같이 구성된 키홈체결구는 수직키홈(22)에 제 1 케이싱(10)의 키(11)를 삽입시켜 제 1 케이싱(10)과 제 2 케이싱(20)을 결합시키고, 이후 일측방향으로 제 2 케이싱(20)을 회전시키게 되면 키(11)가 수평키홈(23)의 일측 또는 타측면에 부딪혀서 제 2 케이싱(20)의 회전력을 전달하여 상하로 결합된 제 1 케이싱(10)과 제 2 케이싱(20)이 연동하여 회전하면서 지반을 굴착하여 삽입되게 된다.

상기 케이싱이탈방지홈(24)은 제 1 케이싱(10)과 제2 케이싱을 지반 밖으로 인발시 제 1 케이싱이 굴착된 천공홀로 낙하되는 사고를 방지하기 위해 사용되는 홈이다. 이와 같은 케이싱이탈방지홈(24) 없이 수평키홈(23)만 있으면 제 1 케이싱을 상부로 인발시 제 1 케이싱(10)의 키(11)가 수직키홈(22)에 위치하게 되면 하중에 의해 굴착된 천공홀로 낙하하게 되는 사고가 발생하여 제 1 케이싱(10)의 인발에 많은 시간이 소요되거나, 인발이 불가능할 수 있다. 하지만 본 발명에 따른 케이싱이탈방지홈(24)이 있으면 제 1 케이싱(10)의 키(11)가 여기에 삽입되어 인발됨으로써 제 1 케이싱(10)이 하부로 낙하하는 것을 방지하게 된다.

상기 키(11)는 2개 이상의 복수로 제 1 케이싱 둘레에 구성할 수 있다. 이 경우 키홈 체결구(21)에 형성된 수직키홈(22), 수평키홈(23) 및 케이싱이탈방지홈(24)의 개수도 늘어나게 된다. 즉, 키홈 체결구(21)에 형성된 수직키홈(22), 수평키홈(23), 케이싱이탈방지홈(24)으로 이루어진 연결홈 구조가 키홈체결구의 둘레를 따라 일정 간격으로 복수개 배열되어 형성할 수 있다. 이와 같이 구성하면 키(11)와의 체결력이 증대되어 안정적인 회전 굴착 및 인발이 가능하게 된다.

상기 제 1 케이싱의 하부는 지반 굴착을 위해 다이아몬드 재질의 비트(12)가 둘레 및 하부에 복수개 배열된 링비트(13)가 형성된다. 이와 같은 링비트가 형성됨으로 인해 굴착시 지반과 접촉하는 제 1 케이싱의 하부 마모를 방지하면서 굴착이 원활하게 이루어지게 된다.

또한 본 발명은 제 2 케이싱의 하부에 형성된 키홈 체결구(21)의 하부면(저면)에도 다이아몬드 재질의 비트(25)를 복수개 배열하여 구성하였다. 이와 같이 구성함으로써 키를 수납하여 체결하기 위해 둘레방향으로 약간 돌출된 키홈 체결구(21)의 하부면과 마찰하는 지반에 의한 마모를 방지하면서 굴착하게 된다.

또한, 본 발명은 제 2 케이싱(20) 하부에는 형성된 원통형 키홈 체결구(21)의 직경이 제 2 케이싱(20) 및 제 1 케이싱(10) 보다 직경을 크게 형성하였다. 이와 같이 구성함으로써 원통형 키홈 체결구(21)에 체결되어 비용접 결합되는 제 1 케이싱(10)간에는 유격이 발생하게 되는데, 이와 같은 유격은 지중에서 삽입된 케이싱에 가해지는 측방향 토압에 의한 케이싱의 측방향 변형을 예방토록 하였다.

한편, 본 발명은 도 1b에 도시된 바와 같이 상기 제 2 케이싱 키홈 체결구(21)에 키(11)가 삽입되어 체결하도록 절개 형성된 수직키홈(22) 부위가 굴착 및 회전시 벌어지지 않고 내구성을 가지게 보강용 곡률판재(26)로 보강하여 구성할 수도 있다.

즉, 수직키홈이 형성된 키홈 체결구(21)의 둘레 방향에 키(11) 삽입시 간섭되지 않을 정도로 바깥쪽으로 돌출 형성된 보강용 곡률판재(26)를 덧대어 강성을 보강토록 하였다.

이때 보강용 곡률판재는 두께가 두꺼운 하나의 곡률판재를 이용 그 단면 형상을 키(11)가 통과되는 공간을 형성하여 가공하여 구비할 수도 있고, 복수개의 곡률판재를 다단 용접하여 다단으로 키가 통과되는 공간을 만들어 구성할 수도 있다. 여기서 곡률판재라 함은 최종 형상을 말하는 것으로 처음부터 곡률인 판재를 사용하거나 탄력성있는 평판을 곡률 가공후 용접하여 곡률판재로 구성할 수도 있다.

도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 비용접 결합된 상하 케이싱에 가해지는 측토압에 의한 케이싱의 변형 여부를 도시한 예시도이다.

도시된 바와 같이 본 발명은 제 2 케이싱(20) 하부에 형성된 원통형 키홈 체결구(21)와 제 1 케이싱(10) 간의 유격 때문에 굴착 작업시 지중에서 제 1 케이싱(10) 및 제 2 케이싱(20)에 가해지는 측토압이 분할되어 작용함으로써 케이싱이 휘어지는 현상을 방지할 수 있게 된다.

만약 종래처럼 상하 케이싱이 일체로 용접되거나 안테나식으로 결합된 경우 그 상하 길이가 길게 되어 케이싱에 가해지는 측토압에 의해 케이싱의 중앙부에 휘어짐이 발생할 수 있다. 이러한 현상이 발생하면 말뚝 삽입시 케이싱에 말뚝이 끼여 매립에 어려움이 있고, 또한 케이싱 인발시에도 휘어진 곳에서 케이싱과 말뚝이 끼여 있으므로 말뚝이 함께 인발되거나 케이싱 인발에 많은 시간과 어려움이 생길수 있다.

하지만 본 발명은 측토압이 오히려 유격을 가지는 곳인 원통형 키홈 체결구(21)와 제 1 케이싱(10) 부분의 비용접 결합부를 통과하게 되어 압력이 고르게 분산될 수 있어 굴착시 수직도를 더 좋게 하면서도 휘어지는 현상을 예방할 수 있게 된다.

또한 본 발명은 제 1 케이싱(10)과 제 2 케이싱(20)의 직경이 동일하거나 거의 차이가 없게 구성함으로써 불필요한 지반의 천공을 방지하였다. 즉, 케이싱에 의한 천공홀과 말뚝간의 직경차이가 크기 않아 시공비와 경우에 따라 장입되는 그라우팅재의 장입량을 절감하게 된다.

도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 비용접 결합된 케이싱을 이용한 말뚝 시공 흐름을 보인 순서도이고, 도 5a 내지 5h는 본 발명의 한 실시예에 따른 공정별 작업을 보인 예시도이다.

먼저, 본 발명에 사용되는 제 1, 2 지반굴착장비(1, 2)는 일반적인 지반굴착장비와 같이 험지 주행이 가능한 궤도 주행방식 등을 구비한 크레인(100)과, 크레인의 백스테이(101)에 지지되어 기립 설치되는 리더(102)와, 리더에 설치된 굴착을 위한 스크류 오거(103) 및 케이싱 오거(104)로 구성되어 상기 스크류오거 및 케이싱 오거에 각각 스크류 및 케이싱이 부착되어 지반을 굴착하게 된다. 굴착시 케이싱 내부에 스크류가 삽입되어 회전 굴착되는 케이싱의 반대방향으로 스크류가 회전하여 케이싱 내 토사를 외부로 배출하게 된다. 이와 같은 지반 굴착장비의 구성이나 작동은 일반적인 것이므로 구체적인 설명은 생략한다. 또한 도면 번호는 도 1, 2에 나타난 번호를 참조한다.

도시된 바와 같이 본 발명의 시공방법은, 먼저 제 1 케이싱(10)과 제 1 스크류(30)가 부착된 제 1 지반굴착장비(1)와 제 2 케이싱(20)과 제 2 스크류(40)가 부착된 제 2 지반굴착장비(2)를 준비하는 단계(S101)가 선행된다. 물론 이때 말뚝을 인양한 크레인(3)도 준비되어야 한다.

이후 제 1 지반굴착장비(1)를 천공지점에 위치시켜 소정의 깊이까지 결합된 제 1 케이싱(10)과 제 1 스크류(30)를 회전 굴착시켜 지반에 삽입시킨 후, 결합을 해제하여 물러나는 단계(S102)를 수행한다.

이후 제 2 지반굴착장비(2)가 진입하여 제 1 스크류(30) 상부에 제 2 스크류(40)를 연결하고, 제 1 케이싱(10) 상부에 형성된 키(11)에 제 2 케이싱(20) 하부의 키홈 체결구(21)를 유격을 가진 상태로 비용접 결합 후, 재차 소정의 깊이까지 회전 굴착하는 단계(S103)를 수행한다.

이후 제 2 지반굴착장비(2)가 제 2 케이싱(20)을 분리하여 지반에 남겨놓고 제 1, 2 스크류를 인발후, 제 1 스크류(30)는 지반에 삽입된 제 2 케이싱(20) 상단에 스크류 추락방지 스톱퍼(60)를 설치하여 걸쳐 놓은 후, 제 2 스크류(40)만 분리 인발하여 물러나는 단계(S104)를 수행한다.

이후 제 1 지반굴착장비(1)가 진입하여 제 1 스크류 추락방지 스톱퍼에 걸쳐진 제 1 스크류(30)를 인발하여 물러나는 단계(S105)를 수행한다.

이후 말뚝 삽입용 크레인이 굴착지점에 진입하여 제 1, 2 케이싱 내부에 수직도를 유지하면서 말뚝을 삽입하고 물러나는 단계(S106)를 수행한다.

이후 제 2 지반굴착장비(2)가 삽입된 2 케이싱을 들어올려 제 1 케이싱(10) 상단에 형성된 키(11)가 키홈 체결구(21)의 케이싱이탈방지홈(24)에 위치토록 한 후 제 1, 2 케이싱을 인발하여, 제 1 케이싱(10)의 상부를 지반으로부터 일정 높이로 노출 인발한 상태에서 제 1 케이싱(10) 둘레에 케이싱 추락방지 스톱퍼(70)를 설치하여 제 1 케이싱(10)이 낙하하지 않도록 한 후, 제 1, 2 케이싱간을 분리하여 제 2 케이싱(20)만을 인발하여 물러나는 단계(S107)를 수행한다.

이후 제 1 지반굴착장비(1)가 굴착지점으로 진입하여 케이싱 추락방지 스톱퍼에 걸쳐진 제 1 케이싱(10)을 인발하여 물러나는 단계(S108);를 수행하여 본 발명을 완성한다.

이후 상기 전체 공정을 반복하여 다음 굴착지점에서 말뚝을 매립하는 공정을 진행한다.

한편, 도면에서는 미도시 되었으나 일반적으로 케이싱 인발시 천공홀과 말뚝 사이에는 유동상태의 콘크리트 및 토사에 의해 천공홀과 말뚝 사이의 공간이 메꾸어지기 때문에 말뚝의 수직성이 유지된다.

상기 제 1 지반굴착장비(1) 및 제 2 지반 굴착장비의 케이싱 오거와 스크류 오거에 장치되는 제 1, 2 케이싱과 제 1, 2 스크류는 제 1 케이싱(10) 내부에 제 1 스크류(30)가 위치하도록 설치되고, 제 2 케이싱(20) 내부에 제 2 스크류(40)가 위치하도록 설치되도록 제 1 지반굴착장비(1)와 제 2 지반 굴착장비의 케이싱 오거와 스크류 오거에 장치된다.

또한 상기 제 1 지반굴착장비(1) 및 제 2 지반 굴착장비는 작업시 교체 작업시의 편리를 위해 굴착 지점을 중심으로 서로 반대편에 있는 것이 같은 방향에 위치하는 것 보다 편리하다.

상기 케이싱 오거와 스크류 오거의 회전은 서로 반대방향으로 동시 회전토록 구성된다. 즉, 케이싱이 오른쪽 방향으로 회전하면 스크류는 왼쪽 방향으로 회전하면서 케이싱 내부 토사를 밖으로 배출시켜 천공홀을 형성하게 된다.

상기 제 1, 2 스크류 결합은 통상적인 스크류 결합방법으로 일체화 한다. 여기서 통상적인 결합예를 한 실시예에 따라 설명하면 상부 스크류 하부에 육각너트 홈이 형성되고, 하부 스크류의 상부에 육각볼트가 형성되고, 연결부를 2개정도의 핀으로 고정하는 방식이 있다.

상기 (S103)단계에서 소정의 깊이라는 것은 지반 하부의 경질 지반 또는 암석까지의 깊이로, 본 발명에서의 길이는 리더의 길이보다 깊은 50m 정도의 길이를 말한다. 물론 이와 같은 수치가 본 발명을 한정하지는 않는다.

또한 상기 제 2 지반굴착장비(2)가 집입하여 제 1 케이싱(10)과 제 2 케이싱(20)을 비용접 결합하는 방법은 제 1 케이싱(10)의 상부에 형성된 키(11)와 제 2 케이싱(20)의 하부에 형성된 키홈 체결구(21)를 결합시켜 비용접 결합시 이때 유격은 제 2 케이싱(20)의 하부에 형성된 키홈체결구의 내경이 하부 제 1 케이싱(10)의 외경보다 크고, 제 1 케이싱(10)의 외부에 형성된 키(11)가 제 2 케이싱(20) 하부에 형성된 키홈체결구에 형성된 수직키홈(22), 수평키홈(23) 및 케이싱 이탈방지 키홈보다 작게 형성함으로써 유격을 가지게 된다. 물론 이와 같은 유격을 가지더라도 키(11)가 각 키(11)에 물려 있기 때문에 회전하는데는 전혀 문제가 없다.

제 1 케이싱(10)에 형성된 키(11)는 케이싱이 부착된 케이싱 오거가 회전시 제 2 케이싱(20) 하부에 형성된 키홈체결구의 수평키홈(23)의 일측 또는 타측에 위치하게 되어 회전시 지속적인 회전력을 전달하게 된다. 이러한 수평키홈(23)은 기본적으로 인발시 키(11)가 걸려 제 1 케이싱(10)의 낙하를 방지하게 된다. 다만 인발시 키(11)가 수직키홈(22)에 위치시 낙하할수 있기 때문에 본 발명은 수평키홈(23)의 양측끝단 하부방향으로 각각 케이싱 이탈방지 키홈을 형성하여 인발토록 하였다. 이 케이싱 이탈방지 키홈에 키(11)가 위치하게 되면 인발시 회전하더라도 키(11)가 수직키홈(22)쪽으로 이동할 수가 없게 되어 안정적으로 인발이 이루어지게 된다.

상기 (S104)단계에서 제 2 지반굴착장비(2)가 삽입된 제 2 스크류(40)를 인발시 제 1 스크류(30)의 상단부가 노출되게 인발한 상태에서 제 2 케이싱(20) 상단에 스크류 추락방지 스톱퍼를 설치하는데, 이러한 스톱퍼는 2개 이상의 핀 또는 쇠막대 등으로 스크류날을 지지케 하면 된다.

또한 상기 제 2 지반굴착장비(2)가 제 1, 2 케이싱을 인발후 지반으로부터 일정 높이로 노출 인발된 제 1 케이싱(10) 둘레에 설치하는 케이싱 추락방지 스톱퍼(70)는 제 1 케이싱(10) 상단부에 형성된 키(11)가 걸쳐 질 수 있는 2개 이상의 핀 또는 쇠막대로 구성된 케이싱 추락방지 스톱퍼 또는 힌지 회전에 의해 지지대가 분리되는 케이싱 추락방지 스톱퍼 등으로 지지하여 낙하하지 않도록 하면 된다.

특히, 힌지 회전에 의해 지지대가 분리되는 케이싱 추락방지 스톱퍼를 도 6을 참조하여 설명하면, 도시된 바와 같이 지반에 지지되는 "H"빔 등의 형강으로 이루어지고 일방향이 개방된"ㄷ"자형 지지빔(71)과, 지지빔의 상부에 용접 또는 볼트체결로 고정되어 제 1 케이싱의 일측 키를 지지하도록 반원형 내경부(721)가 형성된 고정형 지지대(72)와, 지지빔의 상부에서 고정형 지지대(72)와 마주보게 힌지(73)로 결합되어 제 1 케이싱의 타측 키를 지지하도록 반원형 내경부(731)가 형성된 회전형 지지대(74)와, 회전형 지지대에 형성된 홀과 이에 대응하는 지지빔에 형성된 홀간을 관통하여 회전형 지지대의 회전을 단속토록 하는 삽입형 핀(75)으로 구성된다.

이와 같이 구성된 한 실시예에 따른 케이싱 추락방지 스톱퍼(70)는 제 1 케이싱이 천공홀 상에서 추락되지 않도록 지지력을 제공한다. 즉, 케이싱 추락방지 스톱퍼(70)의 지지빔(71)의 개방구쪽을 인발된 제 1 케이싱에 접근시켜 일측 고정형 지지대(72)에 제 1 케이싱의 일측 키가 걸쳐져서 지지되도록 하고, 이후 회전형 지지대(74)를 힌지(73)를 중심으로 회전시킨 후 삽입형 핀(75)을 꽂으면 회전형 지지대의 회전이 단속되면서 제 1 케이싱의 타측 키가 걸쳐져서 지지케 된다.

특히, 본원발명의 케이싱 추락방지 스톱퍼를 구성하는 고정형 지지대(72)와 회전형 지지대(74)은 제 1 케이싱과 접하는 부분이 반원형 내경부(721, 731)가 형성되어 제 1 케이싱이 회전하더라도 항시 안정적으로 지지케 된다.

상기 말뚝은 강관말뚝 또는 복합말뚝을 사용하면 된다. 복합 말뚝을 사용하는 이유는 강관말뚝의 단가가 고가여서 상부 일지점만 강관으로 형성하고 그 하부는 콘크리트로 이루어진 복합말뚝이 저렴하기 때문이다. 복합 말뚝에서 강관은 말뚝 길이가 50m 기준시 6~7m 정도만 형성되면 지진 등의 충격파(면진)에 의한 상하진동에 충분히 대응할 수 있다. 그 이하 깊이는 상하 진동만 있으므로 콘크리트로도 충분히 대응하여 구조상 안정하게 된다.

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.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
(1) : 제 1 지반굴착장비 (2) : 제 2 지반굴착장비
(3) : 크레인 (10) : 제 1 케이싱
(11) : 키 (12) : 비트
(13) : 링비트 (20) : 제 2 케이싱
(21) : 키홈 체결구 (22) : 수직키홈
(23) : 수평키홈 (24) : 케이싱이탈방지홈
(25) : 비트 (26) : 보강용 곡률판재
(30) : 제 1 스크류 (40) : 제 2 스크류
(50) : 말뚝 (60) : 스크류 추락방지 스톱퍼
(70) : 케이싱 추락방지 스톱퍼 (71) : 지지빔
(72) : 고정형 지지대 (73) : 힌지
(74) : 회전형 지지대 (75) : 삽입형 핀
(100) : 크레인 (101) : 백스테이
(102) : 리더 (103) : 스크류 오거
(104) : 케이싱 오거 (721, 731) : 반원형 내경부

Claims (4)

1. 지반 굴착 공사에 사용되는 케이싱에 있어서,
   하부에 원통형 키홈 체결구가 형성된 제 2 케이싱과;
   상기 키홈 체결구에 삽입되어 결합되는 키가 상부에 형성된 제 1 케이싱;으로 구성되되,
   상기 키홈 체결구는 키가 삽입 체결되도록 하단 일지점을 개방하여 상부방향으로 형성한 수직키홈과, 이 수직키홈의 상단부에서 좌우방향으로 형성한 수평키홈과, 수평키홈의 양측단에서 하부방향으로 형성한 케이싱이탈방지홈으로 구성되고, 하부면에는 마모방지용 비트가 복수개 배열되어 구성된 것을 특징으로 하는 비용접 결합된 케이싱.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 키홈 체결구에 형성된 수직키홈, 수평키홈, 케이싱이탈방지홈으로 이루어진 연결홈 구조가 키홈체결구의 둘레를 따라 일정 간격으로 복수개 배열되어 형성되고, 이에 체결되는 키가 제 1 케이싱에 복수개 형성된 것을 특징으로 하는 비용접 결합된 케이싱.
   
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 제 2 케이싱 하부에 형성한 키홈 체결구의 내경이 여기에 삽입되는 상부에 키가 형성된 제 1 케이싱의 외경보다 크게 하여 유격을 가지도록 한 것을 특징으로 하는 비용접 결합된 케이싱.
   
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 수직키홈이 형성된 키홈 체결구의 둘레 방향에 키 삽입시 간섭되지 않을 정도로 바깥쪽으로 덧대어져 돌출 형성된 보강용 곡률판재를 더 포함하여 구성한 것을 특징으로 하는 비용접 결합된 케이싱.

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