KR20170067531A - 매입 중공파일의 주면 마찰력 증대장치 및 그 시공방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 매입 중공파일의 주면 마찰력 증대장치 및 그 시공방법을 개시한 것으로, 이러한 본 발명은 지중에 매설되는 중공파일에 일정간격으로 장착홀을 천공한 후 이에 설계압력에 의해 개방되는 논리턴 밸브(non-return valve)를 적용한 것이며, 이에따라 지중에 매설되어 선단부의 지지력이 확보된 중공파일의 측면으로 시멘트풀 채움시 그 시멘트풀이 매입 중공파일의 외벽면을 따라 일정 간격으로 설치되는 논리턴 밸브의 선택적인 개방을 통해서 설계된 일정압력으로 균일하게 분출되도록 하여 중공파일의 측면에서 공극이 발생하는 것을 방지하고자 함이며, 이를 통해 중공파일을 지중에 깊게 매설하지 않고 일반적인 깊이로 중공파일을 매설하더라도 그 중공파일의 측면 지지력을 견고하게 확보할 수 있도록 하여, 중공파일의 지중 매설시 재료비와 공사비를 절감하고, 시공 기간을 단축할 수 있게 한 것이다.

Description

매입 중공파일의 주면 마찰력 증대장치 및 그 시공방법{Apparatus to upgrade friction capacity of imbeded hollow type pile and construction method using thereby}

본 발명은 매입 중공파일의 주면 마찰력을 증대시키기 위한 기술에 관한 것으로, 보다 상세하게는 지중에 매설되는 기성 콘크리트 파일, 강관 파일 및 고강도 프리스트레스트(PHC) 파일 등 매입 중공파일의 선단 지지력을 확보한 상태에서 중공파일의 측면으로 시멘트풀 채움시 시멘트풀이 매입 중공파일의 외벽면을 따라 일정 간격으로 설치되는 논리턴 밸브(non-return valve)를 통해 균일하게 분출 채움되도록 하며, 동시에 중공파일의 측면과 접하는 지반에서 공극이 발생하는 것을 방지하여 주면 마찰력을 확보하고, 이를 통해 중공파일이 견고하고도 안정된 지지력을 확보할 수 있도록 하는 매입 중공파일의 주면 마찰력 증대장치 및 그 시공방법에 관한 것이다.

일반적으로, 파일 또는 말뚝 설치시 주변 흙의 이동에 따라 지지력 발현의 차이를 나타나게 되는데, 타입말뚝은 말뚝이 설치되면서 흙이 주변으로 이동되므로 중간 조밀도 이하의 사질토의 경우 주변 지반이 다짐되어 지지력이 증가하는 반면, 현장타설말뚝 및 매입말뚝은 굴착시 주변 지반이 교란되고 이완되어 지지력이 감소하게 된다.

한편, 매입말뚝 공법에 사용되는 대표적인 파일로서, 고강도 프리스트레스트(PHC) 파일을 들수 있다. PHC파일이라 함은 이미 만들어진 파일의 하나로서, 고강도 프리스트레스트 파일의 약칭으로 사용되며, 파일에 압축력, 즉 프리스트레스를 가해 두어, 벤딩(bending)이나 인장력(引張力)에 약하다고 하는 콘크리트의 결점을 보완하는 파일(杭)을 일컫는다.

상기 PHC파일은 빌딩, 교량 등 각종 건축토목구조물을 시공할 때 약한 지반을 통과시켜 견고한 지반에 지지하기 위하여 지층에 선행 타공 타설하여 매설하고, 매설되는 PHC파일 위에 두부(상단)의 보강구조를 시설하고 기초 콘크리트구조물을 구축하여 상부구조체인 토목/건축구조물을 지탱되도록 하고 있으며, 이러한 PHC파일의 지지력 증대장치는 등록실용신안공보 제 20-0336229 호(공고일 2003.12.18), 등록실용신안공보 제 20-0373275 호(공고일 2005.01.14), 등록실용신안공보 제 20-0373276 호(공고일 2005.01.14), 공개특허공보 제 10-2007-0014547 호(공개일 2007.02.01)에 개시되어 있다.

즉, 선행기술들은 PHC파일에 대한 지지력 증대를 위해 PHC파일의 선단부에 폐쇄부재를 적용하거나, 또는 PHC파일의 둘레면에 돌출형의 돌륜부재를 적용하는 것이다.

그러나, PHC파일의 선단부에 폐쇄부재를 적용하는 것은 지중에 매설되는 PHC파일의 선단부에 대한 지지력만을 확보할 수 있을 뿐, PHC파일의 측면으로 시멘트풀을 채울 때 시멘트풀이 상부로부터 흘러들어가 자유 낙하하는 이외에 별도의 압축력이 가해지지 아니하므로 앞서 천공된 지반이 이완되어 있거나 지반 내에 공극이 발생하게 되면서 PHC파일과 그 주위에 채움되는 시멘트풀과의 마찰력이 저하되는 현상을 보이게 되는 것이며, 이에 따라 지상에서 PHC파일의 상단에 보강구조물을 시공시, 그 보강구조물의 하중으로 인해 지중에 매설되는 PHC파일의 지지력을 감소시키는 문제점이 있었다.

또한, PHC파일의 둘레면에 돌륜부재를 적용한다 하더라도, 이러한 돌륜부재는 PHC파일의 측면으로 시멘트풀의 채움시 공극이 발생하지 않는 것을 전제로 사용하는 것이므로, 지반 구조에 따라 시멘트풀 채움시에도 공극을 발생하는 경우 PHC파일과 채움된 시멘트풀과의 마찰력이 저하되며, 따라서 지상에서 PHC파일의 상단에 보강구조물 시공시 그 보강구조물의 하중으로 인해 지중에 매설되는 PHC파일의 지지력이 감소되는 문제가 있었다.

이에 종래에는 PHC파일의 측면 지지력 확보를 위해 지중으로 더 깊게 PHC파일을 매설하여 지반 안정층에 파일 선단이 지지되도록 하였지만, 이 경우 재료비와 공사비가 증대되고, 시공 기간이 증가할 수 밖에 없어 경제성이 크게 떨어지는 문제가 지적되고 있는 것이다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 개선하기 위한 것으로, 지중에 매설되는 중공파일에 일정간격으로 장착홀을 천공한 후, 이에 설계압력에 의해 개방되는 논리턴 밸브(non-return valve)를 적용함으로써, 지중에 매설되어 선단부의 지지력이 확보된 중공파일의 측면으로 시멘트풀 채움시 논리턴 밸브의 선택적 위치에서의 개방으로 인해 설계된 일정압력으로 시멘트풀이 균일하게 분출되도록 하려는 것이며, 이로 인하여 중공파일의 측면에서 공극이 발생하는 것을 방지하고, 이를 통해 지중에 깊게 매설하지 않고 일반적인 깊이로 중공파일을 매설하더라도 그 중공파일의 주면 마찰력을 견고하게 확보할 수 있도록 하는 매입 중공파일의 주면 마찰력 증대장치 및 그 시공방법을 제공함에 그 주된 목적이 있는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 지중에 매설되어 중공파일의 외측에 튜브형의 외부패커를 부가 설치하고, 이를 구간별 지층 상황을 고려한 높이에서 팽창시켜 차단된 공간을 제공함으로서 더욱 향상된 주면 지지력이 확보될 수 있도록 하는 매입 중공파일의 주면 마찰력 증대장치 및 그 시공방법을 제공하려는 것이다.

상기 목적 달성을 위한 본 발명 매입 중공파일의 주면 마찰력 증대장치는, 지중에 매설되고, 둘레면에 일정간격을 두고 분출홀이 관통되는 중공파일; 상하로 관통되는 관의 구조로 이루어지며 상기 분출홀에 견고하게 끼워져 고정되는 밸브몸체; 및, 상기 밸브몸체의 내면에 채움 설치되고, 상기 중공파일의 내부로 시멘트풀주입장치를 통해 시멘트풀 주입시 그 주입되는 시멘트풀의 주입압력에 따라 상기 중공파일의 외부 측면으로 주입된 시멘트풀이 분출되도록 상기 밸브몸체를 개방시키는 고무마개체; 를 포함하여 구성한 것이다.

본 발명의 일면에 따라, 상기 중공파일이 철근에 매설된 콘크리트 기둥으로 구성되고, 상기 콘크리트 기둥의 둘레면에는 일정간격을 두고 분출홀이 형성되며, 상기 분출홀에는 유도관이 장착 구성되고, 상기 유도관의 선단측에는 상기 고무마개체가 결합되는 상기 밸브몸체가 결합 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 일면에 따라, 상기 밸브몸체는 하부에 비해 상부가 넓은 경사진 벽면을 이룸으로서 밸브몸체의 내측에 고정된 고무마개체가 중공파일의 외측으로만 열리도록 구성한 것이다.

본 발명의 또 다른 일면에 따라, 상기 중공파일의 분출홀에 대한 내경은 이에 끼워져 고정되는 상기 밸브몸체의 하부 외경보다 크거나 같고 밸브몸체의 상부 외경보다는 작게 형성되어 밸브몸체의 삽입시 억지끼움되어 고정되도록 구성한 것이다.

본 발명의 또 다른 일면에 따라, 상기 중공파일의 선단측에는 중공파일의 내부로 이물질 유입을 차단하는 폐쇄부재를 결합 구성하는 것이다.

본 발명의 또 다른 일면에 따라, 지중에 매설되어 상기 중공파일의 외측에 튜브형의 외부패커를 부가 설치하고, 이를 구간별 지층 상황을 고려한 높이에서 팽창시켜 차단된 공간을 제공하며, 이를 통해 주면 지지력이 확보될 수 있도록 구성한다.

이같은 본 발명의 매입 중공파일의 주면 마찰력 증대장치 시공방법은 또한, 지반을 절개하는 제 1 공정; 중공파일의 분출홀에 논리턴 밸브를 끼움 결합하는 제 2 공정; 상기 제 2 공정으로부터 논리턴 밸브가 분출홀에 끼움된 중공파일의 선단측을 폐쇄부재로 폐쇄시킨 상태에서 상기 제 1 공정으로부터 절개된 지반에 삽입한 후, 상기 중공파일을 항타하여 지반내에 고정하는 제 3 공정; 및, 상기 중공파일의 내부로 시멘트풀주입기와 펌프를 이용하여 시멘트풀을 주입하면서 그 주입되는 시멘트풀의 주입압력에 따라 상기 논리턴 밸브를 개방시켜, 상기 중공파일의 외부 측면으로 시멘트풀을 분출시키면서 절개된 지반의 시멘트풀 채움이 이루어지도록 하는 제 4 공정; 을 포함하여 진행하는 것이다.

본 발명의 일면에 따라, 상기 제 4 공정의 시멘트풀 주입시, 상기 중공파일의 내부에는 패커를 가지면서 다수의 분출공이 형성되는 주입관을 투입하고, 상기 주입관은 상기 펌프에 연결 구성하면서, 상기 펌프의 펌핑동작으로부터 시멘트풀주입기의 시멘트풀이 상기 주입관으로 주입시, 상기 주입관을 승하강시키면서 패커가 상기 논리턴 밸브를 개방시켜, 상기 중공파일의 외부 측면으로 시멘트풀 분출이 이루어지도록 하는 공정; 을 더 포함하는 것이다.

본 발명의 다른 일면에 따라, 제 3 공정의 중공파일 지중 매설시, 상기 중공파일의 외측에 튜브형의 외부패커를 부가 설치하고, 외부패커를 구간별 지층 상황을 고려한 높이에서 팽창시켜 외측에 차단된 공간을 제공한 다음, 상기 중공파일의 내부로 상하 이격된 패커를 가지면서 패커 사이에 다수의 분출공이 형성되는 주입관을 투입하고, 상기 주입관을 통해 시멘트풀이 중공파일 외벽에 설치되는 상기 논리턴 밸브를 거쳐 중공파일 외부로 구간 분출되게 함으로서, 증대된 주면 지지력이 확보될 수 있도록 하는 공정; 을 더 포함한다.

이와 같이 본 발명은 지중에 매설되는 중공파일에 일정간격으로 장착홀을 천공한 후 이에 설계압력에 의해 개방되는 논리턴 밸브(non-return valve)를 적용한 것으로, 이를 통해 지중에 매설되어 선단부의 지지력이 확보된 중공파일의 측면으로 시멘트풀 채움시 그 시멘트풀 채움이 논리턴 밸브의 개방으로부터 설계된 일정압력에서 균일하게 이루어지도록 하여 중공파일의 측면에서 공극이 발생하는 것을 방지하고, 지중에 깊게 매설하지 않고 일반적인 깊이로 중공파일을 매설하더라도 그 중공파일의 측면 지지력을 견고하게 확보할 수 있도록 하면서, 중공파일의 지중 매설시 재료비와 공사비를 절감하고, 시공 기간을 단축하는 효과를 기대할 수 있는 것이다.

더욱이 본 발명은, 중공파일 지중 매설시, 상기 중공파일의 외측에 튜브형의 외부패커를 부가 설치하고, 외부패커를 구간별 지층 상황을 고려한 높이에서 팽창시켜 외측에 차단된 공간을 제공하게 됨으로서, 상기 주입관을 통해 시멘트풀이 중공파일 외벽에 설치되는 상기 논리턴 밸브를 거쳐 중공파일 외부로 구간 분출하게 되어, 더욱 증대되고 안정적인 주면 지지력이 확보될 수 있게 되는 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예로 지중에 매립되는 중공파일에 논리턴 밸브를 적용한 상태를 보인 분해사시도.
도 2는 본 발명의 실시예로 논리턴 밸브가 적용된 중공파일을 지중에 매설한 상태를 보인 단면 개략도.
도 3a는 본 발명의 실시예로 논리턴 밸브가 적용된 중공파일을 지중에 매설한 후 시멘트풀을 주입하는 상태를 보인 단면 개략도.
도 3b는 본 발명의 실시예로 논리턴 밸브가 적용된 중공파일 외측에 선택적으로 설치되는 튜브형 외부패커의 개략적인 사시도.
도 4는 본 발명의 다른실시예로 지중에 매립되는 콘크리트 기둥에 논리턴 밸브를 적용한 상태를 보인 단면 개략도.
도 5는 본 발명의 또 다른실시예로 지중에 매립되는 콘크리트 기둥에 논리턴 밸브를 적용한 상태를 보인 구조도.
도 6은 본 발명의 또 다른실시예로 논리턴밸브가 결합되는 링 타입 구조물에 대한 사시도.
도 7은 본 발명의 또 다른실시예로 도 6에 대한 확대사시도.
도 8은 본 발명의 또 다른실시예로 도 5에 대한 평단면 개략도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 실시예로 지중에 매립되는 중공파일에 논리턴 밸브를 적용한 상태를 보인 분해사시도이고, 도 2는 본 발명의 실시예로 논리턴 밸브가 적용된 중공파일을 지중에 매설한 상태를 보인 단면 개략도이며, 도 3a는 본 발명의 실시예로 논리턴 밸브가 적용된 중공파일을 지중에 매설한 후 시멘트풀을 주입하는 상태를 보인 단면 개략도. 도 3b는 본 발명의 실시예로 논리턴 밸브가 적용된 중공파일 외측에 선택적으로 설치되는 튜브형 외부패커의 개략적인 사시도.를 도시한 것이다.

첨부된 도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 매입 중공파일의 주면 마찰력 증대장치는, 중공파일(10)의 선단부에 폐쇄부재(13)를 개입시켜 상기 중공파일(10)의 선단부를 폐쇄한 후, 이를 지중에 매설시, 중공파일(10)의 선단부 지지력을 확장하고 연직 하중의 반력을 크게 하여 지지력을 향상시킨 상태에서, 상기 중공파일(10)의 측면으로 시멘트풀 주입이 이루어질 때 그 주입되는 시멘트풀에서의 공극을 방지시키도록 한 것이며, 이를 위해 본 발명의 실시예에서는 중공파일(10)의 둘레면에 일정간격을 두고 분출홀(11)을 천공하고, 상기 분출홀(11)에 밸브몸체(20)와 고무마개체(30)로 이루어진 논리턴 밸브(N1)를 결합 구성한 것이다.

여기서, 상기 중공파일(10)의 분출홀(11)에 대한 내경은 이에 끼워져 고정되는 상기 밸브몸체(20)의 하부 외경보다 크거나 같고 밸브몸체(20)의 상부 외경보다는 작게 형성되어 밸브몸체(20)의 삽입시 억지 끼움되어 고정되도록 구성한다.

상기 밸브몸체(20)는 또한, 상하로 관통되는 관의 구조로 이루어지며 그 측면에 하나 이상의 절개공(21)을 형성하면서 상기 분출홀(11)에 견고하게 끼워져 고정되도록 구성할 수 있다. 이때, 상기 밸브몸체(20)는 하부에 비해 상부가 넓은 경사진 벽면을 이룸으로서 밸브몸체(20)의 내측에 고정된 고무마개체(30)가 중공파일(10)의 외측으로만 열리도록 구성한다.

상기 고무마개체(30)는 상기 밸브몸체(20)의 내면에 채움 설치되고, 상기 밸브몸체(20)의 절개공(21)에 끼워지도록 외측에 고정날개부(31)를 형성하며, 상기 중공파일(10)의 내부로 시멘트풀주입기(100)를 통해 시멘트풀 주입시 그 주입되는 시멘트풀의 주입압력에 따라 상기 중공파일(10)의 외부 측면으로 주입된 시멘트풀이 분출되도록 상기 밸브몸체(20)로부터 개방되도록 구성하는 것인데, 이같은 밸브몸체(20)와 고무마개체(30)는 첨부 도면에 표현하고 있는 구성 이외에도 상기 중공파일(10)의 분출홀(11)에 억지 끼움되고 밸브몸체(20)의 내측에 고정된 고무마개체(30)가 중공파일(10)의 외측방향에 대하여 제한적으로 개방되는 구조라면 어떠한 구성을 이루고 있어도 무방하다.

지중에 매설되어 상기 중공파일(10)의 외측에는 도 3a 및 도 3b에 예시적으로 도시하는 바와같이 튜브형의 외부패커(105)를 부가적으로 설치할 수 있다.

이같은 튜브형의 외부패커(105)는 일측에 튜브팽창물 주입관(106)을 연장 설치하고 있는 것으로서, 상기 튜브형의 외부패커(105)를 상기 중공파일(10)의 하단에 결합하는 경우 외부패커(105)로부터 연장되는 상기 튜브팽창물 주입관(106)은 상부로 연결되어 지상으로 노출된다.

그리고 소정의 위치에 설치되는 상기 튜브팽창물 주입관(106)을 통해 상기 외부패커(105) 내부로 튜브팽창용 시멘트풀을 체워서 패커가 충분히 팽창되고 이를 통해 일정 높이의 간극이 차단되고 나면 지상으로 노출된 주입관의 단부를 접어 결속함으로서 외부패커(105)가 팽창된 상태를 유지할 수 있도록 하는 것이다.

이와 같이 구성되는 본 발명의 실시예에 따른 매입 중공파일의 주면 마찰력 증대장치는, 첨부된 도 1 내지 도 3에서와 같이 우선 중공파일(10)의 둘레면에 일정간격을 두고 분출홀(11)을 천공한다.

즉, 상기 중공파일(10)의 둘레면에 먼저 드릴(도시없음)을 이용하여 분출홀(11)을 천공하게 되는데, 이같은 분출홀(11)의 설치 간격은 지반의 안정화 정도에 따라 또는 균열의 정도에 따라 작업환경을 고려하여 가공하게 되는 것으로, 중공파일(10)의 직경을 고려하여 50~100㎝의 범위 내에서 형성된다.

이때, 상기 분출홀(11)은 중공파일(10)의 길이방향을 따라 4열로 배치되도록 하여 인접한 분출홀(12)이 충분히 이격될 수 있도록 한다.

상기 분출홀(11)에는 논리턴 밸브(N1)의 밸브몸체(20)를 삽입시키는 한편, 상기 밸브몸체(20)에 고무마개체(30)를 결합하여, 상기 분출홀(11)을 밀봉한다.

즉, 상기 밸브몸체(20)는 상하로 관통되는 관의 구조로 이루어지고 그 측면에는 하나 이상의 절개공(21)이 형성되며, 여기에 고무마개체(30)가 상방향으로만 선택적으로 열리도록 구성되고, 상기 분출홀(11)에 견고하게 끼워져 고정되는 상기 밸브몸체(20)는 하부에 비해 상부가 넓은 대략 10 내지 15 가량의 상측으로 경사진 벽면을 이룸으로서 밸브몸체(20)의 내측에 끼워져 고정되는 고무마개체(30)가 상기 중공파일(10)의 외측으로만 열리도록 설치하게 되는 것이다.

여기서, 상기 중공파일(10)의 둘레면에 천공되는 분출홀(11)의 내경은 또한, 이에 끼워져 고정되는 상기 밸브몸체(20)의 하부 외경보다 크거나 같고 밸브몸체(20)의 상부 외경보다는 작게 가공하여 밸브몸체(20) 삽입시 상기 밸브몸체(20)가 상기 중공파일(10)의 분출홀(11)에 억지끼움되도록 한다.

다음으로, 상기 밸브몸체(20)의 내면에 체워진 상태로 설치되는 상기 고무마개체(30)는 밸브몸체(20)의 절개공(21)에 끼워질 수 있도록 그 외측에 고정 날개부(31)를 형성한 것으로, 상기 고정 날개부(31)는 중공파일(10)을 통해 분출되는 시멘트풀의 송출압력에 1개 또는 2개, 4개의 형태로 설치되는데, 다른 형상 예로서 밸브몸체(20)의 내부를 가로지르는 일정 높이의 이탈방지용 벽을 통해 그 내측에 채움되는 고무마개체(30)가 일방으로 열리게 설치되어도 무방하다.

즉, 상기 밸브몸체(20)의 절개공(21)에 끼워져 지지되는 상기 고정 날개부(31)의 갯수가 많을수록 밸브몸체(20)에 설치된 고무마개체(30)는 고압에 의해서만 열리게 되는 것으로서, 대체로 동일한 조건의 경우, 단일 고정 날개부(31)가 5~10㎏/㎤의 압력에서 열리는데 비해, 2개의 고정 날개부(31)는 10~50㎏/㎤의 압력에서, 그리고 4개의 고정 날개부(31)는 대략 50㎏/㎤의 압력에서 열리게 된다.

다음으로, 중공파일(10)의 선단부를 폐쇄부재(13)를 통해 밀폐한 상태에서, 지반(200)을 절개한 후, 절개된 상기 지반(200)내에 상기 중공파일(10)을 매설 시공한다.

이후, 지상에 위치하는 상기 중공파일(10)에 호스를 이용하여 시멘트풀주입기(100)와 펌프(101)를 연결시킨 상태에서, 상기 시멘트풀주입기(100)에 수용된 시멘트풀을 펌프(101)를 통해 고압으로 펌핑하여, 고압으로 펌핑된 시멘트풀을 상기 중공파일(10)의 내부로 주입한다.

그러면, 상기 중공파일(10)의 내부로 주입되는 시멘트풀은 상기 밸브몸체(20)의 내면에 채워진 상태로 설치되는 고무마개체(30)를 밀게 되고, 이에 따라 상기 고무마개체(30)와 밸브몸체(20)의 사이에는 틈새가 발생하는 열림동작이 이루어진다.

이때, 상기 고무마개체(30)의 열림시, 상기 중공파일(10)내에 주입된 시멘트풀은 일정압력으로 중공파일(10)의 측면으로 분출되면서, 상기 시멘트풀은 지중에 매설된 중공파일(10)의 측면에서 공극없이 마찰력을 증대시킬 수 있으며, 따라서 상기 중공파일(10)과 상기 시멘트풀은 견고한 결합력을 유지할 수 있음은 물론, 지중에 매설된 상기 중공파일(10)의 지지력이 증대되면서, 상기 중공파일(10)을 항타한후에는 상기 중공파일(10)의 상단부에 상단 보강구조물을 개입한 후 기초콘크리트 구조물을 안정적으로 축조시킬 수 있게 되는 것이다.

여기서, 상기 중공파일(10)의 내부로 시멘트풀 주입을 중지하게 되면, 분사압력에 의해 상부로 들리어 졌던 상기 고무마개체(30)가 탄성복원력에 의해 다시 밸브몸체(20)에 닫힘상태로 신속히 복귀하게 되면서 시멘트풀의 분출을 효과적으로 차단하게 되는데, 이러한 차단효과는 상기 분출홀(11)에 끼워져 고정되는 상기 밸브몸체(20)가 대략 10 내지 15 가량 상측으로 경사진 벽면을 가짐으로서 더욱 바람직하게 이루어지는데, 상기 밸브몸체(20)의 내측에 끼워져 고정되는 고무마개체(30)의 상부가 하부에 비해 넓게 구성되어 있어 파이프 바깥쪽으로만 열리도록 구성하고 있기 때문인 것이다.

한편, 첨부된 도 3에서와 같이, 본 발명의 실시예에서는, 상기 중공파일(10)의 내부에 패커(103)를 가지면서 다수의 분출공(미도시)을 형성한 주입관(102)을 투입하고, 상기 주입관(102)은 상기 펌프(101)에 연결한 상태에서, 상기 펌프(101)를 동작시켜 시멘트풀주입기(100)의 시멘트풀을 상기 주입관(102)으로 주입한다.

이때, 상기 주입관(102)을 승하강시키면, 상기 주입관(102)에 형성된 상기 패커(103)가 상기 고무마개체(30)를 상기 밸브몸체(20)로부터 분리시키게 되고, 이에 따라 상기 주입관(102)을 통해 상기 중공파일(10)의 내부로 주입된 시멘트풀은 상기 고무마개체(30)를 열고 상기 중공파일(10)의 외부로 분출되면서, 상기 시멘트풀은 지중에 매설된 중공파일(10)의 측면에서 공극없이 마찰력을 증대시킬 수 있게 되는 것이다.

그러나, 본 발명의 주면 마찰력 증대장치를 시공하고자 하는 위치의 지층이 불안정하여 지하수에 의해 시멘트풀이 희석될 가능성 있는 연약 지반 또는 기타의 취약지반을 포함하고 있는 경우라면, 굴착면 외벽과 중공파일(10) 사이로 주입되는 시멘트풀이 일정한 위치에 체워지지 못하게 됨으로서 계획된 주면 마찰력을 제공할 수 없게 된다. 그러므로 이 경우, 지중에 매설되는 상기 중공파일(10)의 외측에 튜브형의 외부패커(105)를 부가 설치하는 것이 바람직하다.

이같은, 외부패커(105)를 구간별 지층 상황을 고려한 높이에서 팽창시켜 외측에 차단된 공간을 제공한 다음, 상기 중공파일(10)의 내부로 상하 이격된 패커(103)를 가지면서 패커(103) 사이에 다수의 분출공이 형성되어 있는 주입관(102)을 투입하고, 상기 주입관(102)을 통해 시멘트풀이 중공파일(10) 외벽에 설치되는 상기 논리턴 밸브(N1)를 거쳐 중공파일(10) 외부로 구간 분출되게 함으로서, 증대된 주면 지지력이 확보될 수 있도록 할 수 있는 것이다.

구간별 지층 상황에 따라 선택된 높이에 설치되는 상기 튜브형의 외부패커(105)는 일측에 연장 설치되어 있는 튜브팽창물 주입관(106)을 통해 외부패커(105)의 내부로 튜브팽창용 시멘트풀이 체워지게 되는 것이며, 패커가 충분히 팽창되고 이를 통해 일정 높이의 간극이 차단되고 나면 지상으로 노출된 주입관(106)의 단부를 접어 묶음줄로 결속하여 줌으로서 외부패커(105)가 팽창된 상태를 유지할 수 있도록 하고, 이어서 중공파일(10) 내부로 상비되는 상하 이격된 패커(103)를 가지는 주입관(102)을 통해 시멘트풀을 공급하게 되는 것인데, 이같은 시멘트풀은 중공파일(10)의 외부로 분출되어 팽창된 외부패커(105)의 하부에 충분한 압력으로 작용할 수 있게 됨으로서 외벽면에 깊이 침투하면서 중공파일(10)과 외벽면을 안정되고도 증대된 주면 지지력으로 결합시킬 수 있게 되는 것이다.

따라서 상기 중공파일(10)과 상기 시멘트풀은 견고한 결합력을 유지하며, 지중에 매설된 상기 중공파일(10)의 지지력을 증대시키게 되는 것이며, 상기 중공파일(10)을 항타한 후에는 상기 중공파일(10)의 상단부에 상측 보강구조물을 설치한 후 기초콘크리트 구조물을 안정적으로 축조시킬 수 있게 되는 것이다.

여기서, 상기 중공파일(10)의 분출홀(11)에 적용되는 논리턴 밸브(N1)를 밸브몸체(20)와 고무마개체(30)로 설명하였지만, 반드시 이러한 것에 한정하는 것은 아니며, 도면에는 도시하지 않았지만, 테이퍼진 독립 콘 형상부와 시멘트풀유도구멍이 형성된 플랜지 원판부를 일체화시킨 고무마개와, 주입구멍과 내측홈을 형성한 밸브몸체로 이루어지는 논리턴밸브(N1)를 적용할 수도 있는 것이다.

한편, 첨부된 도 4은 본 발명의 다른실시예로, 이는 중공파일(10)을 철근(12)에 매설되어 일정두께를 가지는 콘크리트 기둥(10A)으로 구성하고, 상기 콘크리트 기둥(10A)의 둘레면에 일정간격을 두고 분출홀(11A)을 형성시, 상기 분출홀(11A)에 유도관(40)을 장착 구성하고, 상기 유도관(40)의 선단측에는 논리턴 밸브(N1)에 포함되는 고무마개체(30)가 결합되는 밸브몸체(20)를 결합 구성하도록 한 것이다.

즉, 철근(12)이 매설되는 콘크리트 기둥(10A)을 일정두께를 가져, 본 발명의 실시예에 따른 논리턴 밸브(N1)인 밸브몸체(20)와 이에 결합되는 고무마개체(30)의 적용이 불가능한 것을 보완할 수 있도록 한 것으로, 이를 위해 일정두께를 가지는 상기 분출홀(11A)에 우선적으로 유도관(40)을 설치한 후, 상기 유도관(40)의 내부에 고무마개체(30)가 결합된 밸브몸체(20)를 결합 구성하는 것이며, 이하 본 발명의 실시예인 첨부된 도 1 내지 도 3에서와 그 작용효과는 동일하므로 중복되는 부분에 대하여는 동일부호로서 그 중복되는 설명은 생략하였다.

한편, 첨부된 도 5 내지 도 8은 본 발명의 또 다른실시예로, 이는 중공파일(10)을 철근(12)에 매설되어 일정두께를 가지는 콘크리트 기둥(10A)으로 구성시, 상기 콘크리트 기둥(10A)의 철근(12)의 상하측에 일정간격을 두고 링 타입의 구조물(300)을 설치하되, 상기 링 타입의 구조물(300)에는 복수의 유도관(301)을 돌출시키며, 상기 유도관(301)의 양끝단에는 각각 고무마개체(30)가 결합된 밸브몸체(20)를 포함하는 논리턴 밸브(N1,N2)를 결합 구성한 것이다.

즉, 본 발명의 또 다른실시예는 첨부된 도 4에서 유도관(40)의 어느 한 끝단에만 논리턴밸브(N1)을 설치할 때, 유도관(40)의 다른 끝단으로 타설되는 콘크리트가 유입되어 막힘이 발생하는 것을 방지하기 위함으로서, 이를 위해 철근(12)에 링 타입의 구조물(300)을 상하방향에서 일정간격을 두고 다단 설치한 상태에서, 상기 링 타입의 구조물(300)에 복수의 유도관(301)을 연장 구성하고, 상기 유도관(301)의 양끝단에 각각 밸브몸체(20)와 고무마개체(30)를 포함하는 논리턴밸브(N1,N2)를 각각 설치 구성한 것이며, 이하 본 발명의 실시예들인 첨부된 도 1 내지 도 4에서와 그 작용효과는 동일하므로 중복되는 부분에 대하여는 동일부호로서 그 중복되는 설명은 생략하였다.

이상에서 본 발명의 매입 중공파일의 주면 마찰력 증대장치 및 그 시공방법에 대한 기술사상을 첨부도면과 함께 서술하였지만, 이는 본 발명의 가장 양호한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다.

따라서, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와같은 변경은 청구범위 기재의 범위내에 있게 된다.

10; 중공파일 10A; 콘크리트 기둥
11,11A; 분출홀 12; 철근
13; 폐쇄부재 20; 밸브몸체
21; 절개공 30; 고무마개체
31; 고정날개부 40,301; 유도관
100; 시멘트풀주입기 101; 펌프
102; 주입관 103; 패커
200; 지반 300; 링 타입 구조물
N1,N2; 논리턴 밸브

Claims (10)

1. 지중에 매설되고, 둘레면에 일정간격을 두고 분출홀이 관통되는 중공파일;
   상하로 관통되는 관의 구조로 이루어지며 상기 분출홀에 견고하게 끼워져 고정되는 밸브몸체; 및,
   상기 밸브몸체의 내면에 채움 설치되고, 상기 중공파일의 내부로 시멘트풀주입장치를 통해 시멘트풀 주입시 그 주입되는 시멘트풀의 주입압력에 따라 상기 중공파일의 외부 측면으로 주입된 시멘트풀이 분출되도록 상기 밸브몸체를 개방시키는 고무마개체; 를 포함하여 구성하는 것을 특징으로 하는 매입 중공파일의 주면 마찰력 증대장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 중공파일이 철근에 매설된 콘크리트 기둥으로 구성되고, 상기 콘크리트 기둥의 둘레면에는 일정간격을 두고 분출홀이 형성되며, 상기 분출홀에는 유도관이 장착 구성되고, 상기 유도관의 선단측에는 상기 고무마개체가 결합되는 상기 밸브몸체가 결합 구성되는 것을 특징으로 하는 매입 중공파일의 주면 마찰력 증대장치.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 중공파일을 철근에 매설되어 일정두께를 가지는 콘크리트 기둥으로 구성시, 상기 콘크리트 기둥의 철근의 상하측에 일정간격을 두고 링 타입의 구조물을 설치하고,
   상기 링 타입의 구조물에는 복수의 유도관을 연장 구성하며, 상기 유도관의 양끝단에는 각각 밸브몸체와 고무마개체를 포함하는 논리턴 밸브를 결합 구성하는 것을 특징으로 하는 매입 중공파일의 주면 마찰력 증대장치.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 밸브몸체는 하부에 비해 상부가 넓은 경사진 벽면을 이룸으로서 밸브몸체의 내측에 고정된 고무마개체가 중공파일의 외측으로만 열리도록 구성하는 것을 특징으로 하는 매입 중공파일의 주면 마찰력 증대장치.
5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 중공파일의 분출홀에 대한 내경은 이에 끼워져 고정되는 상기 밸브몸체의 하부 외경보다 크거나 같고 밸브몸체의 상부 외경보다는 작게 형성되어 밸브몸체의 삽입시 억지끼움되어 고정되도록 구성하는 것을 특징으로 하는 매입 중공파일의 주면 마찰력 증대장치.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 중공파일의 선단측에는 중공파일의 내부로 이물질 유입을 차단하는 폐쇄부재를 결합 구성하는 것을 특징으로 하는 매입 중공파일의 주면 마찰력 증대장치.
7. 제 1 항에 있어서,
   지중에 매설되어 상기 중공파일의 외측에 튜브형의 외부패커를 부가 설치하고, 이를 구간별 지층 상황을 고려한 높이에서 팽창시켜 차단된 공간을 제공하며, 이를 통해 주면 지지력이 확보될 수 있도록 함을 특징으로 하는 매입 중공파일의 주면 마찰력 증대장치.
8. 지반을 절개하는 제 1 공정;
   중공파일의 분출홀에 논리턴 밸브를 끼움 결합하는 제 2 공정;
   상기 제 2 공정으로부터 논리턴 밸브가 끼움된 중공파일의 선단측을 폐쇄부재로 폐쇄시킨 상태에서 상기 제 1 공정으로부터 절개된 지반에 삽입한 후, 상기 중공파일을 항타하여 지반내에 고정하는 제 3 공정; 및,
   상기 중공파일의 내부로 시멘트풀주입기와 펌프를 이용하여 시멘트풀을 주입하면서 그 주입되는 시멘트풀의 주입압력에 따라 상기 논리턴 밸브를 개방시켜, 상기 중공파일의 외부 측면으로 시멘트풀을 분출시키면서 절개된 지반의 시멘트풀 채움이 이루어지도록 하는 제 4 공정; 을 포함하여 진행하는 것을 특징으로 하는 매입 중공파일의 주면 마찰력 증대장치 시공방법.
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 제 4 공정의 시멘트풀 주입시,
   상기 중공파일의 내부에는 패커를 가지면서 다수의 분출공이 형성되는 주입관을 투입하고, 상기 주입관은 상기 펌프에 연결 구성하면서,
   상기 펌프의 펌핑동작으로부터 시멘트풀주입기의 시멘트풀이 상기 주입관으로 주입시, 상기 주입관을 승하강시키면서 패커가 상기 논리턴 밸브를 개방시켜, 상기 중공파일의 외부 측면으로 시멘트풀 분출이 이루어지도록 하는 공정; 을 더 포함하여 진행하는 매입 중공파일의 주면 마찰력 증대장치 시공방법.
10. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
    제 3 공정의 중공파일 지중 매설시,
    상기 중공파일의 외측에 튜브형의 외부패커를 부가 설치하고,
    외부패커를 구간별 지층 상황을 고려한 높이에서 팽창시켜 외측에 차단된 공간을 제공한 다음,
    상기 중공파일의 내부로 상하 이격된 패커를 가지면서 패커 사이에 다수의 분출공이 형성되는 주입관을 투입하고,
    상기 주입관을 통해 시멘트풀이 중공파일 외벽에 설치되는 상기 논리턴 밸브를 거쳐 중공파일 외부로 구간 분출되게 함으로서, 증대된 주면 지지력이 확보될 수 있도록 하는 공정; 을 더 포함하는 매입 중공파일의 주면 마찰력 증대장치 시공방법.
    

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