KR20150065129A

KR20150065129A - 자체확경말뚝 및 그 시공방법

Info

Publication number: KR20150065129A
Application number: KR1020140057529A
Authority: KR
Inventors: 임성대
Original assignee: (주)삼일이엔씨
Priority date: 2013-12-03
Filing date: 2014-05-14
Publication date: 2015-06-12
Also published as: KR20150065128A

Abstract

본 발명은 지중에 설치되는 말뚝에 있어서, 말뚝본체(100)의 일부에 말뚝확대부 형성이 가능한 확경구(2)(2a)(2b)를 구비하되, 상기 확경구(2)(2a)(2b)는 방사상 확장하여 말뚝확대부를 형성하는 다수의 확장체(6)들과 상기 다수 확장체(6)들의 확장방향을 안내함과 함께 상부하중을 말뚝확대부 하부지반으로 전달하는 확장지지부(12)로 구성하며, 상기 확장지지부(12)는 상부판체(14)와 하부판체(16) 및 중간지지부(18)로 구성하되 경화가능한 접합채움재를 형틀에 채워 경화 후 가공 또는 사출하여 한 몸으로 제작되며, 상기 다수의 확장체(6)들은 확장 전 상기 중간지지부(18) 외측의 확장체 수납공간(20)에 가득차도록 배치되고 확장체(6) 외측에는 확경절삭을 위한 회전절삭팁(4)이 장착되게 구성하여, 자체 확경이 가능한 말뚝을 사용하면 일반 토사층에서 단단한 암반층까지 다양한 지층에서 말뚝확대부를 형성하여 말뚝의 본당 허용지지력과 인발저항력을 크게 증가시킬 수 있으므로 말뚝의 시공 수량을 줄일 수 있으므로 공사비를 절감하고 공기를 단축시킬 뿐만 아니라 뛰어난 경제성으로 기존에 토공으로 처리하거나 직접기초로 하던 공사를 말뚝기초로 변경하는 등 말뚝의 적용범위가 매우 넓어질 수 있다.

Description

자체확경말뚝 및 그 시공방법{SELF-EXTENDING PILES AND CONSTRUCTION METHOD THEREOF}

본 발명은 건설 기초공사용이나, 구조물 고정용으로 사용되는 말뚝에 관한 것으로, 특히 설계된 규격대로 확경 드릴없이 말뚝 자체로 확경절삭과 확대부 형성이 가능하며, 토사층뿐만 아니라 단단한 암반층에서도 원하는 크기 만큼의 말뚝확대부 형성이 가능하여 지지력을 신뢰성있게 증가시킬 수 있도록 하는 말뚝에 관한 것이다.

일반적으로 건설구조물의 기초와 지상구조물이나 해양구조물의 기초 및 고정용으로 지중에 설치되는 말뚝은 선단부에서 주로 압축력을 받도록 설계되는데 재료 면에서 낭비가 큰 말뚝을 효율적으로 사용하기 위해서는 지층이 견고한 말뚝 선단부 주변을 확장하여 허용지지력을 증대시킬 필요가 있다.

그간 말뚝의 선단부를 확대하는 방법이 다수 있었는 바, 연약층에 설계 예측이 힘든 불규칙한 확대부를 말뚝 선단에 형성하는 경우가 있기도 하였다.

말뚝의 선단부를 확대하는 대부분의 경우는 풍화함 이상의 암반층까지 말뚝을 근입해야 하므로 직천공 드릴로 암반층까지의 수직천공을 완료하고 별도의 확공드릴로 천공홀의 선단을 확경하는 과정을 필요로 한다. 그 다음에는 천공홀 선단부에 있는 잔여슬라임을 깨끗이 제거하고 확경홀의 공벽 이완을 안정화시킨후 말뚝확대부 설치공간에 콘크리트를 타설한다. 그래서 천공홀에 근입된 말뚝의 선단에 확대된 콘크리트 보강부를 형성하는 것이다.

하지만 이러한 종래기술의 말뚝선단의 확대구조는 사용장비의 투입이 많고 천공량이 필요 이상으로 많아질 뿐만 아니라 선단부 확장을 위한 천공작업 중 확경홀의 공벽이 이완되거나 무너지는 것을 방지하기가 어려워 확경말뚝을 보편적으로 사용하기가 용이하지 않았다.

더욱이 말뚝확대부를 형성할 확경공간에는 절삭된 슬라임과 지하수가 자연스럽게 혼입되므로 여기에 타설되는 콘크리트의 품질은 말뚝확대부가 요구하는 수준을 보장하기 어려운 것이 또 하나의 문제이다.

종래 기술의 다른 사례로 보면, 말뚝본체의 선단부에 설치된 쐐기에 의해 확장체가 방사상 확장하여 말뚝확대부를 형성하는 경우가 있으나, 경질의 확장체가 확장완료된 후에 확장체들 간에 틈이 생겨 연속적인 말뚝확대부가 형성되지 않아 말뚝확대부의 지지면적이 제한되는 단점이 있고, 말뚝확대부에 콘크리트를 타설하더라도 확장체들 간에 슬라임이 들어차서 말뚝본체와 확장체가 일체화되지 않아 말뚝이 하중을 받으면 확장체가 덜렁거리게 되어 구조물 완성 후의 사용하중 재하시 말뚝의 침하량이 증가하는 문제가 있었다. 또한, 말뚝확대부를 형성한 후 콘크리트를 압력주입하더라도 확장체 사이의 틈으로 콘크리트가 새어나와 말뚝본체 외주면과 천공홀 사이로 올라옴에 따라 밀실하게 말뚝확대부를 형성할 수가 없었다.

그리고 쐐기작용에 의해 확장체가 확장되는 동안 말뚝본체의 선단부보다 점점 낮아지면서 방사상 확장되어 말뚝본체 하부의 직천공 부분과 말뚝확대부 중 어느 하나의 면적위주로 축력에 저항하게 되므로 실질적인 말뚝의 허용하중 증가가 이루어지기 어려웠다.

특히, 절삭팁을 가지는 확장체의 회전에 의해 지반을 절삭하는 구조가 아니라 확장체가 방사상으로 지반에 압입 또는 타입만 하는 형태여서 약한 지반위주로 적용이 가능하였다.

국내등록특허 제10-1011143호 "말뚝 선단의 기초부 형성과 인장부재의 고정정착부 형성을 위한 시공방법 및 그를 위한 공벽확장용 도구"

따라서 본 발명의 목적은 지중에 설치되는 말뚝의 허용지지력을 개선하기 위하여 토사층뿐만 아니라 단단한 암반층에도 미리 설계한 규격으로 최대면적의 말뚝확대부를 시공할 수 있는 자체확경말뚝 및 그 시공방법을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 확경절삭 기능을 가지되 확경과 동시에 확경홀을 지지할 수 있도록 하여서 확공홀의 이완이나 무너짐을 방지케 하는 말뚝과 그 시공방법을 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 확경절삭된 지반에 근입되는 확장체를 고강도 콘크리트와 같이 단단하면서도 값싼 재질로 구성하여 경제성이 뛰어난 말뚝과 그 시공방법을 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 확장체가 드릴비트와 같은 역할을 하여 단단한 암반에서도 확경이 가능하여 어떠한 지층에서도 말뚝확대부 형성이 가능한 말뚝과 시공방법을 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 말뚝확대부를 형성하기 위해 확장체를 방사상 확장시키는 가압력을 그라우트 압력으로 구성하여 확장체를 파손하는 일없이 강력한 압력으로 신속히 확경절삭할 뿐만 아니라 일체화된 말뚝확대부를 형성하게 하는 말뚝과 시공방법을 제공함에 있다.

상기한 목적에 따른 본 발명은, 말뚝본체(100)의 일부에 말뚝확대부 형성이 가능한 확경구(2)(2a)를 구비하되, 상기 확경구(2)(2a)는 방사상 확장하여 말뚝확대부를 형성하는 다수의 확장체(6)들과 상기 다수 확장체(6)들의 확장방향을 안내함과 함께 상부하중을 말뚝확대부 하부지반으로 전달하는 확장지지부(12)로 구성하며, 상기 확장지지부(12)는 상부판체(14)와 하부판체(16) 및 중간지지부(18)로 구성하되 경화가능한 접합채움재를 형틀에 채워 경화 후 가공 또는 사출하여 한 몸으로 제작되며, 상기 다수의 확장체(6)들은 확장 전 상기 중간지지부(18) 외측의 확장체 수납공간(20)에 가득차도록 배치되고 확장체(6) 외측에는 확경절삭을 위한 회전절삭팁(4)이 장착되게 구성함을 특징으로 한다.

또한 본 발명은, 지중에 설치되는 말뚝의 시공방법에 있어서, 지중의 천공홀에 말뚝확대부 형성을 위한 확경구(2)(2a)가 장착된 말뚝본체(100)를 근입하고 확경구(2)(2a)를 회전시키면서 가압체(26)나 그라우트 압력에 의해 확장체(6)들을 방사상 확장시켜 천공홀 주변지반을 확경절삭함으로써 말뚝확대부를 형성하여 말뚝의 지지면적이 증가되게 함을 특징으로 한다.

본 발명의 연속적인 말뚝확대부를 형성하는 자체확경말뚝을 사용하면 확대 대상 지반을 본 발명의 회전절삭팁이 장착된 확장체가 드릴비트 역할을 하여 일반 토사층에서 단단한 암반층까지 다양한 지층에서 말뚝확대부를 형성하여 말뚝의 본당 허용지지력을 크게 증가시킬 수 있으므로 말뚝의 시공 수량을 줄일 수 있다. 따라서 건축물이나 교량의 말뚝 공사비를 절감하고 공기를 단축시킬 뿐만 아니라 뛰어난 경제성으로 기존에 토공으로 처리하거나 직접기초로 하던 공사를 말뚝기초로 변경하는 등 말뚝의 적용범위가 매우 넓어질 수 있다.

또한, 말뚝본체의 일부에 구비된 확경구의 확장체에 장착된 회전절삭팁으로 확경절삭하는 동안 확경홀에 연속된 말뚝확대부가 곧바로 구성되므로 확경작업 중 확경홀의 공벽이 이완되거나 무너질 염려가 없으며, 말뚝 시공완료 후 최대면적의 연속적인 말뚝확대부 형성이 가능하여 최대의 말뚝지지력을 얻을 수 있다. 상기 절삭부는 과도한 절삭없이 정확하게 설계된 치수의 말뚝확대부 단면을 제공해 주므로 최소의 절삭작업량과 최소의 확장체 수량으로 지지력과 인발저항력을 크게 증가시킬 수 있다.

또한, 천공홀을 확경절삭하는 확경구를 콘크리트와 같은 값싼 소재로 형성함으로써 재료비를 절감할 수 있다.

또한 본 발명에 의해 확경구 내부에 완전하게 채워지는 경화가능한 접합채움재는 확경구의 모든 부재를 일체화하여 확경구를 구성하는 모든 부재의 내구력이 크게 개선된다.

또한 본 발명에 의해 기성말뚝뿐만 아니라 현장타설말뚝에도 연속적인 말뚝확대부 형성이 가능하여 안전하고 경제적인 시공이 가능해진다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 자체확경말뚝의 사시구성도,
도 2는 도 1의 확장상태를 보여주는 사시도,
도 3a 내지 3b는 본 발명의 확경구의 단면구성도,
도 4는 본 발명의 확장지지부 상세도,
도 5a 내지 도 5b는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 주확장체와 부확장체의 구성도,
도 6는 본 발명의 주확장체의 다른 실시 예를 보여주는 사시도,
도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 확경구의 사시구성도,
도 8a 내지 도 8b는 도 7의 단면도,
도 9는 가압체에 의해 확장체를 가압하는 구성을 보여주는 단면구성도.
도 10은 지상의 회전장비를 끼워 분리형 확경구에 회전력을 전달하기 위한 착탈걸림부를 도시한 도면,
도 11 내지 도 12는 말뚝확대부를 형성한 확경구의 상부에 말뚝본체를 결합하는 구성을 보여주는 도면.

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

도 1 내지 도 3b는 본 발명의 실시 예에 따른 자체확경말뚝의 확장 전과 확장 후의 상태를 보여주는 사시도와 단면 구성도이다.

본 발명의 자체확경말뚝은 강관말뚝, PHC말뚝, H형강말뚝, 합성말뚝, 복합말뚝과 같은 기성말뚝과 현장타설말뚝에도 적용이 가능하다.

본 발명에서는 지중에 말뚝을 설치함에 있어 말뚝본체(100)의 일부에 말뚝확대부 형성이 가능한 확경구(2)를 구비한다. 즉 본 발명의 말뚝은 말뚝본체(100)와, 말뚝본체(100)의 일부에, 바람직하게는 말뚝본체(100)의 선단에 장착되는 확경구(2)를 구성하여 확경구(2)에 의해 형성된 말뚝확대부를 통해 말뚝본체(100)의 지지력 외에 추가 지지력을 확보하는 것이다.

확경구(2)는 말뚝본체와 일체로 제직하거나 확경구(2) 제작후 말뚝본체(100)와의 결합을 통해서 일체로 거동하는 일체형으로 구성할 수 있고, 말뚝본체(100)와 분리된 분리형 확경구를 천공홀에 근입하여 독립적으로 말뚝확대부를 형성한 다음 상부에 기성말뚝이나 현장타설말뚝을 결합되게 하는 분리형으로 구성할 수도 있다.

기성말뚝본체와 확경구(2)를 일체로 제작하는 것은 기성말뚝 거푸집과 확경구 거푸집을 일체로 구성하면 일체제작이 가능하다. 특히 강선을 사용하지 않는 콘크리트 기성말뚝과 일체로 제작하는 것은 더욱 용이하다.

확경구(2)를 말뚝본체(100)와 결합하는 경우 말뚝본체(100)와 확경구(2)의 상대회전이 방지되게 결합하면 말뚝본체(100)의 회전에 의해 확경구(2)가 회전하게 되며, 베어링구조 등으로 상대회전이 가능하게 결합하여 확경구(2)만 별도로 회전시켜 확경절삭하는 것이다. 본 발명의 확경구(2)는 말뚝본체(100)의 선단부에 우선적으로 설치하며, 말뚝본체(100)의 선단부와 함께 다수의 확경구(2)를 말뚝본체(100) 상에 설치하여 말뚝의 허용 선단지지력을 추가로 증대시키는 것도 가능하다.

말뚝본체(100)와 일체 형성된 확경구(2)를 도 1 내지 도 2를 참조하여 설명하면, 본 발명의 상기 확경구(2)는 방사상 확장하여 말뚝확대부를 형성하는 다수의 확장체(6)들과 상기 다수 확장체(6)들의 확장방향을 안내함과 함께 상부하중을 말뚝확대부 하부지반으로 전달하는 확장지지부(12)로 구성하며, 상기 확장지지부(12)는 상부판체(14)와 하부판체(16) 및 중간지지부(18)로 구성하되, 경화가능한 접합채움재를 사용하여 한 몸으로 제작되며, 상기 다수의 확장체(6)들은 확장 전 상기 중간지지부(18) 외측의 확장체 수납공간(20)에 가득차도록 배치되고 확장체(6) 외측에는 확경절삭을 위한 회전절삭팁(4)이 장착되게 구성한다.

상기에서 설명하는 확장체 수납공간(20)에 가득차도록 배치되는 것은 주확장체(8) 만으로도 상당히 큰 말뚝확대부를 형성하는 것이며, 부확장체(10)의 추가면적으로 최대 면적의 말뚝확대부를 형성할 수 있는 것이다.

본 발명의 확장체(6)는 말뚝확대부를 포함한 말뚝의 시공이 완료되면 확대된 상태로 말뚝확대부의 영구적인 지지부재 역할을 담당한다.

본 발명의 말뚝확대부 일부를 구성하는 확경구(2)는 상,하부판체(14)(16)를 구비하고, 상기 상,하부판체(14)(16) 사이에 회전절삭팁(4)이 형성된 확장체(6)를 구성한다. 확경구(2)의 회전은 지상에서 말뚝본체(100)를 회전시키거나 별도로 확경구(2)만 회전시킬 수도 있다.

확장지지부(12)는 상부판체(14)와 하부판체(16) 및 중간지지부(18)로 구성되며, 경화가능한 접합채움재를 형틀에 채워 경화시킨 후 가공 또는 사출하여 한 몸으로 제작한다.

상기 경화가능한 접합채움재로는 시멘트 그라우트, 모르타르, 콘크리트, 에폭시, 액상의 고분자 물질, 금속분말, 암석분말 또는 금속과 암석 조각을 사용할 수 있으며, 초고강도 합금소재나 그래핀-금속 복합소재와 같은 나노기반 복합소재를 사용하면 확장체(6)의 강도가 높아지고 확장체(6)의 두께는 최소화되어 절삭량을 줄일 뿐만 아니라 거의 평면을 이루는 연속적인 말뚝확대부가 형성된다.

또한, 접합채움재 내부에는 철근과 같은 보강재를 설치하거나 섬유보강재를 골고루 분산시켜 주면 취성(파괴되는 성질)은 줄어들고 인성(변형을 하더라도 파괴되지 않는 성질)은 늘어나 확경구(2)의 구성 부재들이 충격에 의해 파손되는 것을 방지할 수 있다.

도 6에서와 같이 강재의 판체로 확장체(6)를 형성하는 것도 가능하며, 확장체(6)를 파괴강도가 2,000MPa 이상의 강도를 가지는 나노기반 복합소재를 사용하여 제작하면 확장체(6)의 두께를 10mm 이하로 형성하는 것도 가능해진다.

본 발명에서는 주확장체(8) 사이에 부확장체(10)를 구비하여 주확장체(8)의 확장시 생기는 빈틈에 부확장체(10)가 위치하도록 하여 확장체(6) 전체가 평면상 빈틈없는 말뚝확대부를 구성할 수 있도록 한다. 주확장체,부확장체(8)(10)가 평면상 빈틈없이 연속적으로 형성됨에 따라 말뚝확대부에 작용하는 큰 외력을 지지하는 것이 가능하며, 확장체(6)의 방사상 확장에 따라 생기는 확장체(6) 배면의 빈 공간에 채워지는 경화가능한 접합채움재가 연속된 말뚝확대부로 인해 새어나갈 빈틈이 없어져서 말뚝확대부 주변이 매우 치밀해진다.

실제 시험시공해 보았는데 연속적인 말뚝확대부를 형성하고 그라우트를 치밀하게 주입하고 하부지반에 채움재를 채워 밀도를 증가시키면서 다짐을 실시한 결과 일반 말뚝에 비해 말뚝의 허용 선단지지력이 2배 이상 증가하고, 말뚝의 침하량은 1/6 정도로 크게 감소함을 확인할 수 있었다.

도 5a 내지 5b를 참조하면, 주확장체(8)의 수평으로의 방사상 확장으로 인해 주확장체(8)의 상부에 형성된 부확장체 걸림홈(38)에 끼워진 부확장체(10)가 함께 방사상 확장되어 수평이동한다.

확경구(2)의 회전절삭을 위해 확경구(2)를 회전시키는 방법은 확경구(2)를 말뚝본체(100)와 일체로 형성하여 말뚝본체(100)를 직접 회전시키는 방법과 말뚝의 회전은 방지된 상태에서 확경구(2)만 회전시키는 방법이 있으며, 회전방향은 일방향으로 회전시키거나 정회전과 역회전을 반복하는 방법으로도 가능하다.

또한, 도 10에서와 같이 상부에 지상의 회전장비를 끼움결합할 수 있는 착탈걸림부(40)를 형성한 확경구(2b)를 분리형으로 제작한 다음, 회전장비를 상기 착탈걸림부(40)에 끼워 회전력을 전달함으로써 확경구(2b)를 회전시킬 수도 있다.

분리형 확경구(2b)에 의해 말뚝확대부 형성을 완료한 후에는 천공홀 내의 잔여슬라임과 이물질이 말뚝본체(100)로 유입되는 것을 방지한 상태에서 현장타설말뚝용 접합채움재를 분사하면서 회전장비를 지상으로 회수하게 된다.

상기 확장지지부(12)를 구성하는 부분 중 중간지지부(18)는 상부판체(14)와 하부판체(16) 사이에 위치하여 확장체 수납공간(20)을 형성함과 함께 상부하중을 하부지반에 전달한다.

확장지지부(12)가 한몸으로 제작된다는 것은 상부판체(14)와 하부판체(16) 및 중간지지부(18)를 각각 분리제작하여 접합하는 것이 아니라 부재 접합에 따른 취약부가 발생하지 않게 하나의 부재로 한꺼번에 제작하는 것이다.

본 발명에서는 확장지지부(12)를 한 몸으로 제작하기 위해 경화가능한 접합채움재를 형틀에 채운 다음 경화가 된 상태에서 가공 및 사출하거나 3D프린터를 이용하여 일체로 형성할 수 있다.

3D프린터를 이용하여 확장지지부(12)를 제작하는 경우, 경화가능한 접합채움재와 함께 3D프린터를 이용하여 형성할 수 있는 재료중 경제성이 있고 성능이 우수한 어떤 재료도 사용이 가능하다.

도 3a 내지 도 3b를 참조하면, 본 발명의 확장체(6)는 후미에 경사면(36)을 형성하며, 상기 경사면(36)을 가압하는 가압체(26)에 의해 방사상 확장하게 되어 있는데 후미에 경사면(36)이 없더라도 후미와 기계적으로 접촉하여 확장체(6)를 방사상 확장시킬 수도 있다.

상기 가압체(26)는 확장체(6)의 확장범위를 조절하기 위해 도 9에서와 같이 추가 가압부(28)를 형성하여 확장체(6)의 확장범위를 넓히는 것도 가능하다.

확장체(6)의 상부에는 확경구(2) 내부로 경화가능한 접합채움재를 주입하기 위한 접합채움재 자동공급실(22)과 접합채움재 자동공급라인(24)을 형성해 두고 접합채움재를 공급실에 미리 채운 상태에서 말뚝을 천공홀에 근입하면 확장체(6)가 방사상 확장함에 따라 생기는 빈 공간에 접합채움재가 자동으로 채워진다.

도 7 내지 도 8b은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 확경구(2a)의 사시구성도이다.

본 발명의 확경구(2a)는 하부를 원추형으로 형성하고, 원추형의 외면에는 나사부나 절삭팁을 형성하여 확경구(2a)의 회전으로 인해 천공홀 바닥면을 절삭하여 천공홀 바닥의 잔여슬라임층을 뚫고 원지반까지 근입할 수 있게 되며, 원지반까지 말뚝을 근입시킨 다음 말뚝확대부를 형성하기 위한 것이다.

도 7에 도시한 확경구(2a)의 단면도인 도 8a 내지 8b를 참조하면, 본 발명의 확경구(2a) 심부에는 확장체(6)를 방사상 확장시키기 위한 유체가 주입되는 슬라임배출용 유체 압력실(32)이 형성되며, 지상으로부터 유체 압력공급통로(30)를 통해 슬라임배출용 유체가 압력공급됨에 따라 확장체(6) 후미를 수평방향으로 밀어서 확장체(6)가 수평 방사상 이동하는 것이다.

슬라임배출용 유체 압력실(32)과 확장체 수납공간(20) 사이에 슬라임배출용 유체 이동통로(50)를 형성해 두면 상기 슬라임배출용 유체가 이동통로(50)를 통과하여 확경절삭된 슬라임을 신속히 배출시키는 것이다.

상기 이동통로(50)는 확장체(6) 후미부 측면에 형성하거나 후미부가 중간지지부(18)를 헐렁하게 통과하게 하여 구성할 수도 있다.

이동통로(50)는 경화가능한 접합채움재를 이용하여 확장체(6)를 밀어내는 경우에는 접합채움재 이동통로(50)의 역할도 하게 된다.

유체 압력실(32)로 공급되는 압력 유체가 접합채움재일 경우에는 접합채움재 압력실(33) 역할을 하며, 공급되는 접합채움재 압력에 의해 확장체(6)가 방사상 확장하면서 확경절삭과 함께 말뚝확대부를 형성하고, 말뚝확대부 주변에 접합채움재를 밀실하게 채움과 함께 확경홀의 바닥면에 고압으로 분사됨에 따라 지반을 견고히 다져 밀도를 높일 수 있다.

접합채움재 압력실(32)로 공급되는 접합채움재는 하부지반 밀도증가재 분사통로(44)를 통해 확경구(2a) 하부 지반으로 고압분사되어 천공홀 바닥지반의 밀도를 증가시킬 수 있다.

연속된 말뚝확대부를 형성하여 하부지반 채움재가 빠져나갈 틈을 없앤 다음 하부지반에 채움재를 채우면서 가압체(26)로 다지거나 말뚝확대부 하부지반에 골재나 접합채움재와 같은 채움재를 압력주입하여 하부지반의 밀도를 증가시키는 것도 가능하다.

본 발명의 확경구(2)(2a)에는 확장체(6)의 확장거리를 조절 및 제한할 수 있는 스토퍼(34)를 구비한다.

도 8b를 참조하면, 확경구(2a)의 확장체(6), 바람직하게는 주확장체(8)의 확장거리를 조절하기 위해 스토퍼(34)가 설치되는 공간부를 형성하여 상기 공간부 내에 위치하는 스토퍼(34)가 방사상 확장하는 확장체(6)의 걸림턱 역할을 하여 확장체(6)의 확장을 제한한다.

본 발명에서는 확장체(6)의 확장에 의한 말뚝확대부의 형성이 완료됨을 확인하기 위한 것이 필요하다. 이를 위해 본 발명에서는 확장체(6)의 이동거리를 확인하거나, 확장체(6)가 확장함에 따라 확경구(2)(2a)와 확장체(6)에 설치된 센서(미도시)의 접촉에 의해 확장체(6)의 확장이 완료됨을 확인하는 것과, 확장체(6)를 방사상 확장시키기 위해 하방으로 이동하며 가압하는 가압체(26)의 견인줄로부터 가압체(26) 선단부까지의 미리 정해진 위치가 말뚝의 미리 정해진 높이를 지나는 것을 확인하는 방법 등을 통해 확장이 완료됨을 지상에서 확인할 수 있다.

또한, 확장체(6)의 후미에 별도의 송출장치(미도시)를 구비하여 확장체(6)의 확장완료와 함께 완료음을 지상으로 송출하는 것도 가능하다. 일 예로서 확장체(6)의 후미에 각각 확장완료와 함께 알림음을 발생할 수 있는 장치(미도시)를 설치하여 각각의 알림음을 지상에서 확인함으로써 확장완료를 확인할 수 있다.

본 발명에서는 확경구(2)(2a)를 별도로 제작하고 확경구(2)(2a) 상부에 말뚝본체(100)를 결합하기 위한 결합부(42)를 구비한다.

상기 결합부(42)는 용접 또는 접찹제를 이용하여 결합하거나 결합핀을 형성하여 결합할 수도 있다.

도 11 내지 도 12는 확경구(2)(2a)의 상부에 기성말뚝 본체(100)를 결합하는 구성을 보여주는 것으로, 일 예로 도 11과 같이 말뚝본체(100)가 강관말뚝인 경우에는 확경구(2)(2a)의 상부판체(14) 상면의 강판(상부판체에 고정되어 있음)과 강관말뚝 선단부를 용접 접합하는 경우를 예시하였으며, 도 12와 같이 PHC말뚝인 경우에는 PHC말뚝의 바닥강판에 나사홈을 내고 볼트를 결합한 다음 확경구(2)(2a)의 상부판체(14)에 미리 형성되고 내부에 접찹제가 채워진 다수의 암나사 형성 파이프 내에 볼트를 끼워서 결합할 수 있는데, 접착면에는 강력 접착제를 골고루 도포하여 접착력을 증대시키는 것이 좋다.

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 정해져야 한다.

(2)(2a)(2b)-- 확경구 (4)-- 회전절삭팁
(6)-- 확장체 (8)-- 주확장체
(10)-- 부확장체 (12)-- 확장지지부
(14)-- 상부판체 (16)-- 하부판체
(18)-- 중간지지부 (20)-- 확장체 수납공간
(22)-- 접합채움재 자동공급실 (24)-- 접합채움재 자동공급라인
(26)-- 가압체 (28)-- 추가 가압부
(30)-- 유체 압력공급통로 (32)-- 슬라임배출용 유체 압력실
(33)-- 접합채움재 압력실 (34)-- 스토퍼
(36)-- 경사면 (38)-- 부확장체 걸림홈
(40)-- 착탈걸림부 (42)-- 결합부
(44)-- 하부지반 밀도증가재 분사통로 (46)-- 케이싱
(48)-- 이물질 유입방지부 (50)-- 이동통로
(100)-- 말뚝본체

Claims

지중에 설치되는 말뚝에 있어서,
말뚝본체(100)의 일부에 말뚝확대부 형성이 가능한 확경구(2)(2a)(2b)를 구비하되,
상기 확경구(2)(2a)(2b)는 방사상 확장하여 말뚝확대부를 형성하는 다수의 확장체(6)들과 상기 다수 확장체(6)들의 확장방향을 안내함과 함께 상부하중을 말뚝확대부 하부지반으로 전달하는 확장지지부(12)로 구성하며, 상기 확장지지부(12)는 상부판체(14)와 하부판체(16) 및 중간지지부(18)로 구성하되 경화가능한 접합채움재를 형틀에 채워 경화 후 가공 또는 사출하여 한 몸으로 제작되며, 상기 다수의 확장체(6)들은 확장 전 상기 중간지지부(18) 외측의 확장체 수납공간(20)에 가득차도록 배치되고 확장체(6) 외측에는 확경절삭을 위한 회전절삭팁(4)이 장착되게 구성함을 특징으로 하는 자체확경말뚝.
제1항에 있어서,
경화가능한 접합채움재는 모르타르, 콘크리트, 그라우트, 에폭시, 고분자 물질, 금속분말, 암석분말 중 어느 하나 이상을 포함함을 특징으로 하는 자체확경말뚝.
지중에 설치되는 말뚝에 있어서,
말뚝본체(100)의 일부에 말뚝확대부 형성이 가능한 확경구(2)(2a)(2b)를 구비하되,
상기 확경구(2)(2a)(2b)는 방사상 확장하여 말뚝확대부를 형성하는 다수의 확장체(6)들과 상기 다수 확장체(6)들의 확장방향을 안내함과 함께 상부하중을 말뚝확대부 하부지반으로 전달하는 확장지지부(12)로 구성하며, 상기 확장지지부(12)는 상부판체(14)와 하부판체(16) 및 중간지지부(18)로 구성하되 3D프린터를 사용하여 한 몸으로 제작되며, 상기 다수의 확장체(6)들은 확장 전 상기 중간지지부(18) 외측의 확장체 수납공간(20)에 가득차도록 배치되고 확장체(6) 외측에는 확경절삭을 위한 회전절삭팁(4)이 장착되게 구성함을 특징으로 하는 자체확경말뚝.
지중에 설치되는 말뚝에 있어서,
말뚝본체(100)의 일부에 말뚝확대부 형성이 가능한 확경구(2)(2a)(2b)를 구비하되,
상기 확경구(2)(2a)(2b)는 방사상 확장하여 말뚝확대부를 형성하는 다수의 확장체(6)들과 상기 다수 확장체(6)들의 확장방향을 안내함과 함께 상부하중을 말뚝확대부 하부지반으로 전달하는 확장지지부(12)로 구성하며, 상기 확장지지부(12)는 상부판체(14)와 하부판체(16) 및 중간지지부(18)로 구성하되, 상기 확장지지부(12)와 다수 확장체(6) 중 적어도 하나는 파괴강도 2,000MPa 이상인 나노기반 복합소재로 제작되며 상기 확장체(6)들은 확장 전 상기 중간지지부(18) 외측의 확장체 수납공간(20)에 가득차도록 배치되게 구성함을 특징으로 하는 자체확경말뚝.
제1항, 제3항, 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 확장체(6)들은 방사상 확장하여 틈새 있는 말뚝확대부를 형성하는 다수의 주확장체(8)들과, 상기 주확장체(8)들 사이에 위치하여 주확장체(8)들과 함께 평면상 연속된 말뚝확대부를 형성하게 하는 다수의 부확장체(8)들로 구성함을 특징으로 하는 자체확경말뚝.
제1항, 제3항, 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 확장지지부(12)의 심부에는 슬라임배출용 유체 압력실(32)을 구비하고 슬라임배출용 유체 압력실(32)과 확장체 수납공간(20) 사이에 슬라임배출용 유체 이동통로(50)를 형성하여 슬라임배출용 유체압력에 의해 상기 다수의 확장체(6)들이 방사상 확장됨과 함께 확경절삭된 슬라임을 신속히 배출하게 구성함을 특징으로 하는 자체확경말뚝.
제1항, 제3항, 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 확장지지부(12)의 심부에는 접합채움재 압력실(33)을 구비하고 접합채움재 압력실(33)과 확장체 수납공간(20) 사이에 접합채움재 이동통로(50)를 형성하여 상부에서 공급되는 경화가능한 접합채움재의 압력에 의해 상기 다수의 확장체(6)들이 방사상 확장됨과 함께 확장체(6)가 빠져나간 빈 공간에 접합채움재가 자동으로 채워지게 구성함을 특징으로 하는 자체확경말뚝.
제1항, 제3항, 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
확장체(6) 후미와의 접촉에 의해 상기 확장체(6)를 방사상 확장시키는 가압체(26)를 구비하되, 선택적으로 가압체(26)는 확장체(6)의 방사상 확장범위를 확대할 수 있는 추가 가압부(28)를 더 구비함을 특징으로 하는 자체확경말뚝.
제1항, 제3항, 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 확경구(2)(2a)(2b)의 상부에는 기성말뚝 본체(100)와의 결합을 위한 결합부(42)를 더 구비함을 특징으로 하는 자체확경말뚝.
제1항, 제3항, 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 확경구(2)(2a)(2b)의 하부는 원추형으로 형성하되, 선택적으로 상기 원추형의 외면에 나사부와 절삭팁 중 어느 하나 이상을 구비함을 특징으로 하는 자체확경말뚝.
제1항, 제3항, 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 확장지지부(12)는 기성말뚝 본체(100)와 일체로 제작되게 구성함을 특징으로 하는 자체확경말뚝.
지중에 설치되는 말뚝의 시공방법에 있어서,
지중의 천공홀에 말뚝확대부 형성을 위한 확경구(2)(2a)가 장착된 말뚝본체(100)를 근입하고 확경구(2)(2a)를 회전시키면서 가압체(26)에 의해 회전절삭팁(4)이 장착된 확장체(6)들을 방사상 확장시켜 천공홀 주변지반을 확경절삭함과 함께 말뚝확대부를 형성하여 말뚝의 지지면적이 증가되게 함을 특징으로 하는 자체확경말뚝의 시공방법.
지중에 설치되는 말뚝의 시공방법에 있어서,
지중의 천공홀에 말뚝확대부 형성을 위한 확경구(2)(2a)가 장착된 말뚝본체(100)를 근입하고 확경구(2)(2a)를 회전시키면서 접합채움재의 압력주입과 슬라임배출용 유체의 압력주입 중 어느 하나에 의해 회전절삭팁(4)이 장착된 확장체(6)들을 방사상 확장시켜 천공홀 주변지반을 확경절삭함과 함께 말뚝확대부를 형성하여 말뚝의 지지면적이 증가되게 함을 특징으로 하는 자체확경말뚝의 시공방법.
지중에 설치되는 말뚝의 시공방법에 있어서,
지중의 천공홀에 말뚝확대부 형성을 위한 분리형 확경구(2)(2a)(2b)를 근입하고 분리형 확경구(2)(2a)(2b)를 회전시키면서 가압체(26)에 의한 가압과, 접합채움재의 압력주입, 슬라임배출용 유체의 압력주입 중 어느 하나에 의해 회전절삭팁(4)이 장착된 확장체(6)들을 방사상 확장시켜 천공홀 주변지반을 확경절삭함과 함께 말뚝확대부를 형성한 다음 확경구의 상부에 현장타설말뚝을 시공하여 말뚝의 지지면적이 증가되게 함을 특징으로 하는 자체확경말뚝의 시공방법.
제14항에 있어서,
지상의 회전장비를 이물질 유입방지부(38)가 형성된 분리형 확경구(2b)의 착탈걸림부(40)에 끼워 분리형 확경구(2b)에 회전력을 전달하여 확경절삭함과 함께 말뚝확대부를 형성한 다음 천공홀 내의 잔여슬라임과 이물질이 말뚝본체(100)로 유입되는 것을 방지한 상태에서 현장타설말뚝용 접합채움재를 분사하면서 회전장비를 지상으로 회수함을 특징으로 하는 자체확경말뚝의 시공방법.
제12항 또는 제13항에 있어서,
주확장체(8)들과 부확장체(10)들로 이루어진 확장체(6)를 방사상 확장시켜 평면상 연속적인 말뚝확대부를 형성함으로써 말뚝의 지지면적이 증가되도록 함을 특징으로 하는 연속적인 말뚝확대부를 형성하는 자체확경말뚝의 시공방법.
제12항 또는 제13항에 있어서,
지반을 확경절삭함과 함께 말뚝확대부를 형성하여 말뚝본체 외경부와 주변지반 사이를 밀폐시킨 상태에서 골재와 경화가능한 접합채움재 중 어느 하나 이상을지반에 채워 하부지반의 밀도를 증가시키는 것을 특징으로 하는 자체확경말뚝의 시공방법.
제12항 내지 제 14항 중 어느한 항에 있어서,
확장체(6)의 이동거리를 감지하는 것과, 확장체(6)의 미리 정해진 부위가 확경구(2)(2a)(2b)의 미리 정해진 위치를 통과하는 것을 감지하는 것과, 가압체(26) 견인줄로부터 가압체(26) 선단부까지의 미리 정해진 위치가 말뚝의 미리 정해진 높이를 지나는 것을 확인하는 것과, 확장체(6)의 확장완료와 함께 완료음을 지상으로 송출하는 것 중 어느 하나의 방법으로 확장체(6)의 방사상 확장이 완료됨을 지상에서 확인함을 특징으로 하는 자체확경말뚝의 시공방법.