KR20150035087A - 압력 재주입식 마이크로파일 및 이의 시공방법 - Google Patents

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KR20150035087A
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윤희경
백규호
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한국전력공사
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Abstract

압력 재주입식 마이크로파일 및 이의 시공방법에 대한 발명이 개시된다. 개시된 압력 재주입식 마이크로파일은: 천공된 굴착공에 삽입되고, 내부에 가압홀이 형성되는 중공형보강재와, 가압홀과 연통되도록 중공형보강재 둘레면에 형성되는 압력분출홀과, 중공형보강재의 가압홀로 고압의 그라우트재를 투입하는 가압용 주입결속구 및 중공형보강재의 둘레에 구비되어 압력분출홀을 통해 분출되는 그라우트재를 분기하여 분출하는 분기분출부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

압력 재주입식 마이크로파일 및 이의 시공방법{PRESSURE GROUTED MICRO-PILES AND INSTALLATION METHOD THEREOF }
본 발명은 압력 재주입식 마이크로파일 및 이의 시공방법에 관한 것으로서, 중공형보강재의 주변부의 거칠기를 크게 하여 중공형보강재와 그라우트재간의 부착력을 강화할 수 있는 압력 재주입식 마이크로파일 및 이의 시공방법에 관한 것이다.
일반적으로, 기초 지반에 대한 지지력을 확보하기 위한 방법으로 말뚝 기초 보강법을 이용하고 있다. 기초 지반에 유압드릴이나 각종 천공기의 로드(Rod) 및 비트(Bit)를 이용하여 천공작업을 수행하고, 그 천공된 홀에 철근과 같은 강관을 삽입한 후, 보강액(그라우팅액)을 주입하는 그라우팅 공법 등을 비롯한 다양한 공법들이 제안되었으며, 그 중 하나가 마이크로파일(Micro pile)이다.
마이크로 파일은 직경이 300mm이하의 소구경의 파일을 지칭하는 것으로서, 선단 지지보다는 주면 마찰력에 의하여 지지특성이 발휘되고 지반과 일체로 거동하여 지반개량효과도 얻을 수 있다는 것이다. 또한, 지반 그라우팅도 병행할 수 있으며, 소형장비를 사용하기 때문에 협소한 공간에서도 시공이 용이한 장점이 있다.
마이크로 파일은 파일체 구면의 마찰력에 의해 압축력과 인장력을 지지할 수 있는 파일로서 시공 목적에 따라 구조물 지지용, 지반 보강용, 인장용으로 구분할 수 있다.
현재 일반적으로 사용되는 중력식 마이크로 파일은 먼저 스크류오거를 사용해 지반에 굴착공을 통해 천공하고 보강재를 삽입한 후 굴착공 하단부에 위치시킨 주입호스를 통해 굴착공 하단부부터 상단부까지 그라우트재를 주입하는 1차 중력식 그라우팅을 완료하는 순서로 시공이 진행된다.
한편, 국내 등록실용신안 제0292844호(등록일:2002.10.09)에는 "나선형 중공파이프를 이용한 마이크로 파일"이 개시되어 있다.
본 발명의 목적은 중공형보강재의 내부 가압홀이 구비되어 2차 그라우팅을 위한 고압의 그라우트재를 주입할 수 있어 부품수를 줄이고, 고압의 그라우트재가 다방향으로 분출시킬 수 있어 거칠기를 향상시켜 중공형보강재와 그라우트재간의 부착력을 강화할 수 있는 압력 재주입식 마이크로파일 및 이를 이용한 시공방법을 제공하는데 있다.
본 발명에 따른 압력 재주입식 마이크로파일은: 천공된 굴착공에 삽입되고, 내부에 가압홀이 형성되는 중공형보강재와, 상기 가압홀과 연통되도록 상기 중공형보강재 둘레면에 형성되는 압력분출홀과, 상기 중공형보강재의 가압홀로 고압의 그라우트재를 투입하는 가압용 주입결속구 및 상기 중공형보강재의 둘레에 구비되어 상기 압력분출홀을 통해 분출되는 그라우트재를 분기하여 분출하는 분기분출부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 가압용 주입결속구는 상기 중공형보강재의 상단에 나사 결합되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 분기분출부는 상기 압력분출홀과 대응되는 위치에 구비되어 상기 중공형보강재 둘레를 감싸는 가압너트 및 상기 가압너트의 둘레면에 형성되는 복수개의 분기분출공을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 중공형보강재의 둘레면에는 나사산이 형성되고, 상기 가압너트는 상기 나사산에 나사 결합되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 중공형보강재는 연결부에 의해 또 다른 중공형보강재를 연결하여 길이확장이 가능한 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 연결부는 상기 중공형보강재의 단부에 접하고, 내부에 상기 가압홀과 연통되는 연통홀이 형성되는 연결보강재 및 상기 연결보강재의 상하단에 각각 구비되어 상기 중공형보강재에 나사 결합되는 연결너트를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 압력 재주입식 마이크로파일을 이용한 지반강화 시공방법은: (a) 굴착공을 천공하는 단계와, (b) 상기 굴착공에 삽입될 중공형보강재를 구비하는 단계와, (c) 상기 중공형보강재를 천공된 상기 굴착공에 삽입하는 단계와, (d) 상기 굴착공에 1차 그라우트재를 주입하는 단계 및 (e) 상기 1차 그라우트재가 일부 경화되면, 상기 중공형보강재의 가압홀을 통해 고압의 2차 그라우트재를 주입하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 (b)단계는 상기 중공형보강재의 압력분출홀과 대응되도록 분기분출공이 형성되는 가압너트를 결합하는 단계 및 상기 분기분출공으로 1차 그라우트재가 유입되는 것을 방지하도록 상기 분기분출공을 커버하는 단계를 포함한다.
또한, 상기 가압너트에는 상기 압력분출홀과 대응되는 분기분출공이 복수개 형성되어 상기 압력분출홀을 통해 분출되는 2차 그라우트재가 상기 분기분출공을 통해 다방향으로 분기되어 분출되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 압력 재주입식 마이크로파일 및 이의 시공방법은 중공형보강재의 내부 가압홀이 구비되어 2차 그라우팅을 위한 고압의 그라우트재를 주입할 수 있어 기존의 가압호스를 제거할 수 있어 부품수를 줄이고, 중공형보강재 외측에 주입되는 1차 그라우팅이 용이하며, 중공형보강재와 그라우트재간의 부착력이 향상되는 효과를 지닌다.
또한, 본 발명은 중공형보강재의 가압홀을 통해 주입된 고압의 그라우트재가 가압너트에 의해 다방향으로 분출될 수 있어 중공형보강재의 주변부 거칠기를 향상시켜 지지력을 향상시킬 수 있는 효과를 지닌다.
또한, 본 발명은 고압의 그라우트재를 분기하여 분출하는 분기분출공이 가압너트에 형성됨에 따라 중공형보강재의 압력분출홀을 최소화할 수 있어 중공형보강재의 강도 저하를 방지할 수 있다.
또한, 본 발명은 중공형보강재에 결속되는 가압용 결합구 및 가압너트가 나사 결합되는 구조에 의해 간편하고 견고하게 체결될 수 있어 작업성을 향상시키는 효과를 지닌다.
또한, 본 발명은 연결부에 의해 중공형보강재에 또 다른 중공형보강재를 연결하여 길이를 확장할 수 있는 효과를 지닌다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 압력 재주입식 마이크로파일의 분해사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 압력 재주입식 마이크로파일의 결합사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 압력 재주입식 마이크로파일의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 압력 재주입식 마이크로파일의 평단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 압력 재주입식 마이크로파일의 시공순서를 보인 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 압력 재주입식 마이크로파일의 사용상태 단면도를 보인 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 압력 재주입식 마이크로파일의 길이확장을 보인 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 압력 재주입식 마이크로파일의 시공방법을 보인 순서도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 압력 재주입식 마이크로파일 및 이의 시공방법의 일 실시예를 설명한다.
이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1 내지 도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 압력 재주입식 마이크로파일(100)은 중공형보강재(110), 압력분출홀(120), 가압용 주입결속구(130) 및 분기분출부(140)를 포함한다.
중공형보강재(110)는 천공된 굴착공에 삽입되고, 내부에 가압홀(115)이 형성된다. 가압홀(115)은 중공형보강재(110)의 중심부에 길이방향으로 외경의 1/2 이하의 직경으로 형성된다.
그리고, 압력분출홀(120)은 가압홀(115)과 연통되도록 중공형보강재(110) 둘레면에 형성되는 것으로 중공형보강재(110)의 하단부부터 일정거리 떨어진 곳에 방사상으로 일정거리를 유지하며 중공형보강재(110)의 중심부 방향으로 천공된다.
가압용 주입결속구(130)는 중공형보강재(110)의 가압홀(115)로 고압의 그라우트재를 투입하는 것으로서 상단은 그라우트재를 공급할 수 있는 가압용 주입호스와 연결되고, 하단은 중공형보강재(110)의 상단에 나사 결합된다. 가압용 주입결속구(130)의 나사결합은 중공형보강재(110)의 둘레면에 형성되는 나사산(117)에 의해 가능하다.
중공형보강재(110)의 둘레면에 형성되는 나사산(117)은 중공형보강재(110)와 굴착공벽 사이에 채워지는 그라우트재의 부착력을 향상시킬 수 있다.
분기분출부(140)는 중공형보강재(110)의 둘레에 구비되어 압력분출홀(120)을 통해 분출되는 그라우트재를 분기하여 분출하는 것이다. 이러한 분기분출부(140)는 압력분출홀(120)과 대응되는 위치에 구비되어 중공형보강재(110) 둘레를 감싸는 가압너트(142) 및 가압너트(142)의 둘레면에 형성되는 복수개의 분기분출공(144)을 포함한다.
중공형보강재(110)가 굴착공에 삽입될 때 가압너트(142)의 분기분출공(144)은 커버부재(145)에 의해 임시 밀봉된다. 커버부재(145)는 강도가 작은 비닐테이프로 이루어진다.
그리고, 가압너트(142)는 도 3과 도 4에서 도시된 바와 같이 상기 가압용 주입결속구(130)와 같이 중공형보강재(110)의 둘레면에 형성되는 나사산(117)에 의해 나사결합된다. 또한, 가압너트(142)와 중공형보강재(110) 사이에는 환형공간부(143)가 형성된다. 이 환형공간부(143)는 중공형보강재(110)의 압력분출홀(120)을 통해 분출되는 그라우트재가 모여 가압너트(142)의 분기배출공을 통해 분사되기 위한 구성이다.
한편, 도 7에서 도시된 바와 같이 중공형보강재(110)는 연결부(150)에 의해 또 다른 중공형보강재(110)를 연결하여 길이를 확장할 수 있다. 연결부(150)는 중공형보강재(110)의 단부에 접하고, 내부에 가압홀(115)과 연통되는 연통홀(153)이 형성되는 연결보강재(152) 및 연결보강재(152)의 상하단에 각각 구비되어 중공형보강재(110)에 나사 결합되는 연결너트(154)를 포함한다.
연결너트(154) 또한 상기 가압너트(142)와 같이 중공형보강재(110)의 둘레면에 형성되는 나사산(117)에 나사 결합되고, 연결보강재(152)에서는 이탈되지 않는다.
이하, 상기한 구조를 갖는 본 발명의 일 실시예에 따른 압력 재주입식 마이크로파일(100)의 작용 및 압력 재주입식 마이크로파일(100)을 이용한 지반강화 시공방법을 설명하면 다음과 같다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 압력 재주입식 마이크로파일의 시공순서를 보인 도면이고, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 압력 재주입식 마이크로파일의 시공방법을 보인 순서도이다.
도 5와 도 8을 참조하면, 먼저 지반강화가 필요한 지반에 오거를 이용해서 굴착공을 천공한다(S10). 굴착공은 내부에 삽입되는 중공형보강재(110)의 직경보다 큰 직경으로 형성된다.
오거에 의해 형성된 굴착공에 삽입될 중공형보강재(110)를 형성한다(S20). 중공형보강재(110)의 형성은 도 2와 도 3에서 도시된 바와 같이 중공형보강재(110)의 압력분출홀(120)과 대응되도록 분기분출공(144)이 형성되는 가압너트(142)를 결합하고(S22), 분기분출공(144)으로 1차 그라우트재가 유입되는 것을 방지하도록 분기분출공(144)을 커버한다(S24).
이를 자세히 설명하면, 중공형보강재(110)에는 내부에 가압홀(115)이 형성되고, 둘레면에는 가압홀(115)과 연통되는 압력분출홀(120)이 형성되어 있다. 이러한 압력분출홀(120)과 대응되도록 가압너트(142)가 나사산(117)에 의해 결합된다. 그리고, 가압너트(142)의 분기분출공(144)은 임시 밀봉되도록 커버부재(145)에 의해 커버된다.
중공형보강재(110)의 둘레면에 돌출 형성되는 나사산(117)은 중공형보강재(110)와 굴착공벽 사이에 주입되는 그라우트재의 부착력을 향상시킬 수 있다. 그리고, 중공형보강재(110)는 내부에 가압홀(115)이 형성됨에 따라 기존에 그라우팅을 위한 주입호스를 굴착공에 직접 삽입하지 않아도 되므로 부품수를 줄이고, 중공형보강재(110)와 그라우트재간의 부착력을 향상시킬 수 있다.
이는 기존의 가압호스가 결속선을 이용해서 보강재와 결합된 상태로 굴착공에 삽입되므로, 굴착공과 보강재 사이에 공간이 급격히 좁아져서 주입호스를 이용한 1차 중력식 그라우팅이 쉽지 않고, 가압호스와 보강재의 접촉면 주변에 1차 그라우팅된 그라우트재가 충전되지 않아 보강재와 그라우트재간 부착력이 저하되어 지지력이 약화될 수 있는데, 본 실시예는 중공형보강재(110)의 내부에 가압홀(115)이 형성되므로 이러한 문제를 해결할 수 있다.
한편, 중공형보강재(110)의 형성에 있어서, 도 7에서 도시된 바와 같이 중공형보강재(110)는 연결부(150)에 의해 길이가 확장될 수 있다. 이는 중공형보강재(110)의 길이를 계획한 길이로 구성하는 것으로서, 중공형보강재(110)와 또 다른 중공형보강재(110) 사이에 연결보강재(152)를 개재시킨 후 연결보강재(152)의 상하단에 구비되는 연결너트(154)를 각각의 중공형보강재(110)에 나사 결합하는 것으로 가능하다.
이처럼 중공형보강재(110)가 형성되면, 중공형보강재(110)를 천공된 굴착공에 삽입한다(S30). 그리고, 굴착공에 1차 그라우트재를 주입한다(S40). 1차 그라우트재는 별도의 주입호스에 의해 주입되며, 중공형보강재(110)가 굴착공에서 기립된 상태로 중공형보강재(110)와 굴착공벽 사이에 주입된다.
이때, 가압너트(142)의 분기분출공(144)은 강도가 작은 커버부재(145)에 의해 임시 밀봉된 상태이므로 중공형보강재(110)의 가압홀(115)로 1차 그라우트재가 유입되지 않는다.
1차 그라우트재가 일부 경화되면, 중공형보강재(110)의 가압홀(115)을 통해 고압의 2차 그라우트재를 주입한다(S50). 2차 그라우트재의 주입은 굴착공의 상단으로 노출되는 중공형보강재(110)의 상단에 가압용 주입호스와 연결되는 가압용 주입결속구(130)를 나사 결합한 후 가압홀(115)로 고압의 2차 그라우트재를 주입한다.
고압의 2차 그라우트재는 중공형보강재(110) 중심의 가압홀(115)과 압력분출홀(120)을 거쳐 가압너트(142) 내측에 형성된 환형공간부(143)를 채운 후 분기분출공(144)으로 전달되어 분기분출공(144)을 막고 있는 커버부재(145)를 뚫고 1차 그라우팅 된 1차 그라우트재에 균열을 발생시키면서 중공형보강재(110) 주변의 지반에 침투된다. 그 결과, 중공형보강재(110) 주변의 거칠기가 커지면서 지지력이 향상되는 것이다.
이처럼 가압너트(142)가 나사 결합된 중공형보강재(110)는 기존의 가압호스와 보강재의 기능을 겸비하도록 함으로써, 압력 재주입식 마이크로파일(100)의 시공성이 개선되고, 가압호스의 제거에 따른 재료비 절감이 가능하며, 중공형보강재(110)와 굴착공벽 사이의 공간에 그라우트재가 밀실하게 채워져 마이크로파일(100)의 지지력이 향상될 수 있다.
또한, 가압용 주입결속구(130)를 이용해서 고압의 그라우트재를 공급하는 가압용 주입호스와 중공형보강재(110)를 간편하고 견고하게 체결할 수 있게 되므로 압력 재주입이 용이하고 보다 높은 압력으로 그라우트재를 재주입하는 것이 가능하여 그라우트재의 지반 침투 효과가 커져서 마이크로파일(100)의 지지력이 더욱 향상될 수 있다.
더욱이, 압력분출홀(120)의 형성에 따른 중공형보강재(110)의 단면 감소로 인해 중공형보강재(110)의 강도가 저하되어 마이크로파일(100)의 인발지지력이 감소하는 것을 방지할 수 있고, 중공형 보강재에 형성하는 압력분출홀(120)의 개수는 최소화하면서 가압너트(142)에 형성되는 분기분출공(144)의 개수는 늘림으로써, 압력분출홀(120)로 인한 중공형보강재(110)의 단면 감소를 최소화하면서 고압의 그라우트재가 보다 많은 곳에서 지반에 침투되도록 해서 마이크로파일(100)의 지지력을 증대시킬 수 있다
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
100 : 압력 재주입식 마이크로파일 110 : 중공형보강재
115 : 가압홀 117 : 나사산
120 : 압력분출홀 130 : 가압용 주입결속구
140 : 분기분출부 142 : 가압너트
144 : 분기분출공 145 : 커버부재
150 : 연결부 152 : 연결보강재
153 : 연통홀 154 : 연결너트

Claims (9)

  1. 천공된 굴착공에 삽입되고, 내부에 가압홀이 형성되는 중공형보강재;
    상기 가압홀과 연통되도록 상기 중공형보강재 둘레면에 형성되는 압력분출홀;
    상기 중공형보강재의 가압홀로 고압의 그라우트재를 투입하는 가압용 주입결속구; 및
    상기 중공형보강재의 둘레에 구비되어 상기 압력분출홀을 통해 분출되는 그라우트재를 분기하여 분출하는 분기분출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 압력 재주입식 마이크로파일.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 가압용 주입결속구는 상기 중공형보강재의 상단에 나사 결합되는 것을 특징으로 하는 압력 재주입식 마이크로파일.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 분기분출부는 상기 압력분출홀과 대응되는 위치에 구비되어 상기 중공형보강재 둘레를 감싸는 가압너트; 및
    상기 가압너트의 둘레면에 형성되는 복수개의 분기분출공을 포함하는 것을 특징으로 하는 압력 재주입식 마이크로파일.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 중공형보강재의 둘레면에는 나사산이 형성되고;
    상기 가압너트는 상기 나사산에 나사 결합되는 것을 특징으로 하는 압력 재주입식 마이크로파일.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 중공형보강재는 연결부에 의해 또 다른 중공형보강재를 연결하여 길이확장이 가능한 것을 특징으로 하는 압력 재주입식 마이크로파일.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 연결부는 상기 중공형보강재의 단부에 접하고, 내부에 상기 가압홀과 연통되는 연통홀이 형성되는 연결보강재; 및
    상기 연결보강재의 상하단에 각각 구비되어 상기 중공형보강재에 나사 결합되는 연결너트를 포함하는 것을 특징으로 하는 압력 재주입식 마이크로파일.
  7. (a) 굴착공을 천공하는 단계;
    (b) 상기 굴착공에 삽입될 중공형보강재를 구비하는 단계;
    (c) 상기 중공형보강재를 천공된 상기 굴착공에 삽입하는 단계;
    (d) 상기 굴착공에 1차 그라우트재를 주입하는 단계; 및
    (e) 상기 1차 그라우트재가 일부 경화되면, 상기 중공형보강재의 가압홀을 통해 고압의 2차 그라우트재를 주입하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 압력 재주입식 마이크로파일의 시공방법.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 (b)단계는 상기 중공형보강재의 압력분출홀과 대응되도록 분기분출공이 형성되는 가압너트를 결합하는 단계; 및
    상기 분기분출공으로 1차 그라우트재가 유입되는 것을 방지하도록 상기 분기분출공을 커버하는 단계를 포함하는 압력 재주입식 마이크로파일의 시공방법.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 가압너트에는 상기 압력분출홀과 대응되는 분기분출공이 복수개 형성되어 상기 압력분출홀을 통해 분출되는 2차 그라우트재가 상기 분기분출공을 통해 다방향으로 분기되어 분출되는 것을 특징으로 하는 압력 재주입식 마이크로파일의 시공방법.
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