KR20180062669A - 내진 및 지반강화용 마이크로파일 성형방법 및 상기 방법에 의하여 시공된 내진 및 지반강화용 마이크로파일 - Google Patents

Abstract

본 발명은 내진 및 지반강화용 마이크로파일 성형방법 및 상기 방법에 의하여 시공된 내진 및 지반강화용 마이크로파일에 관한 것으로, 지반의 지지력의 강약을 불문하고 모든 지반에 관계없이 지반의 보강작업이 가능하게 되며 지반을 보강하기 위한 마이크로파일의 성형작업이 용이하게 되어 작업의 진척속도가 빨라 시공기간이 단축되며 천공의 저면의 중앙에 수직으로 강봉을 용이하게 삽입시켜 고정시킬 수가 있게 되므로 설계강도까지 보장되어 강도가 제대로 발현되고 지진의 횡파로 인한 요동시에도 이러한 지진의 횡파를 용이하게 수직으로 매립된 강봉에서 흡수하게 되어 마이크로파일의 파괴를 최소한으로 하는 것이 가능하게 되어 내진용 구조로도 사용이 가능한 내진 및 지반강화용 마이크로파일 성형방법 및 상기 방법에 의하여 시공된 내진 및 지반강화용 마이크로파일을 포함하고,
지반을 비트로 천공하는 단계와, 천공된 지반에 비트내의 중앙공을 통하여 강봉을 천공의 중앙에 근입시키는 단계와, 천공의 중앙에 강봉이 근입된 상태에서 비트에 설치된 에어공급관에서 공급된 에어를 에어분사공을 통하여 분사함과 동시에 비트에 설치된 몰탈공급관을 통하여 공급된 몰탈을 몰탈분사노즐을 통하여 분사하면서 비트를 상승시켜서 그라우트구근을 형성시키는 단계를 포함하는 본 발명에 따른 내진 및 지반강화용 마이크로파일 성형방법에 의하여 그 목적이 달성된다.

Description

내진 및 지반강화용 마이크로파일 성형방법 및 상기 방법에 의하여 시공된 내진 및 지반강화용 마이크로파일 { Micropile and micropile molding method for earthquake-proof and strengthening ground }

본 발명은 내진 및 지반강화용 마이크로파일 성형방법 및 상기 방법에 의하여 시공된 내진 및 지반강화용 마이크로파일에 관한 것으로, 더욱 구체적으로 설명하면, 지반의 지지력의 강약을 불문하고 모든 지반에 관계없이 지반의 보강작업이 가능하게 되며 지반을 보강하기 위한 마이크로파일의 성형작업이 용이하게 되어 작업의 진척속도가 빨라 시공기간이 단축되며 천공의 저면의 중앙에 수직으로 강봉을 용이하게 삽입시켜 고정시킬 수가 있게 되므로 설계강도까지 보장되어 강도가 제대로 발현되고 지진의 횡파로 인한 요동시에도 이러한 지진의 횡파를 용이하게 수직으로 매립된 강봉에서 흡수하게 되어 마이크로파일의 파괴를 최소한으로 하는 것이 가능하게 되어 내진용 구조로도 사용이 가능한 내진 및 지반강화용 마이크로파일 성형방법 및 상기 방법에 의하여 시공된 내진 및 지반강화용 마이크로파일에 관한 것이다.

일반적으로 모든 건물은 기초 지반이 그 건물을 지지하기 위한 충분한 지지력을 가져야 하며, 그렇지 않으면 기초 지반의 최상부 또는 심층부에서 침하가 발생되어 상부에 세워진 건물의 안정성을 저해시키게 되므로 건물을 세우기 전에는 반드시 지질학적 조사 및 토질조사와 같은 적합한 제반조사를 통해서 지반의 지지력이 건물에 의해 지반에 작용하는 중량 또는 하중을 충분히 견딜 수 있는지를 조사할 필요가 있으며, 매립지, 압밀되지 않은 지반, 유기질층을 분해시키는 지반, 토탄지, 습지, 수분함량에 상당한 변화가 있는 지반, 공극이 많이 있거나 불균일한 지반 등의 경우에는 기초 지반의 지지력이 충분하지 않으므로 기초 지반에 더 큰 지지력이 요구되며, 또한, 지상 구조물의 기초를 튼튼히 하기 위해 연약지반에 다수의 파일(Pile)을 박는다거나 폭넓고 깊게 흙을 파내고 철근 콘크리트로 기초를 만든 후 그 위에 구조물을 시공하게 되는데, 작업장 주변에 다양한 구조물과 시설이 들어서 있는 경우에는 상기 기초를 튼튼히 하기 위한 여건이 형성되지 못하는 경우가 많으며, 지하 매설물의 위치 등을 정확히 알지 못하면서 폭넓게 기초를 팔 경우 전기나 가스배관과 같은 시설물의 파손을 초래하기도 한다.

이에, 상기와 같은 점들을 고려하여 기초 지반에 대한 지지력을 확보하기 위한 방법으로 말뚝 기초 보강법을 이용하고 있음은 주지의 사실이고, 이와 더불어 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 중에서도 마이크로파일(Micro pile)이 대표적이라 할 수 있다

종래의 마이크로파일의 시공방법은 크게 천공단계, 강봉 삽입, 설치단계, 그라우팅 단계 및 두부정리 단계로 나누어진다.

그러나, 종래의 마이크로파일 시공방법에 따르면, 기초 지반이 암반인 경우에만 시공이 가능하며, 토사층만이 존재하는 지반에 마이크로파일을 시공하는 경우에는 높은 지지력을 얻는 것이 불가능한 문제가 있으며, 또한, 마이크로파일을 구성하는 강봉은 그 길이에 비하여 직경이 작기 때문에 말뚝의 선단면적이 근입된 주변면적에 비하여 너무 작아 마이크로파일의 선단지지력은 일반적으로 설계에서 고려되지 않는 문제점이 있었다.

종래의 마이크로파일은, 도 1에 도시된 바와 같이, 마이크로파일의 시공상태가 도시된 도면으로서, 마이크로파일(10)은 일반적으로, 지반에 삽입된 강봉(11) 및 지반 상부로 노출된 강봉(11) 상부와 결합되어 강봉(11)이 지반 내부로 인입되는 것을 방지하는 두부(12)를 포함한다. 종래의 마이크로파일(10)의 시공방법에 의하면, 토사층만으로 구성된 연약지반(20)에서는 충분한 지지력을 갖는 마이크로파일(10)을 시공하는 것이 어려우므로, 마이크로파일(10)의 끝단이 암석층(30)에 고정될 것이 요구되었으며, 또한, 마이크로파일(10)의 선단면이 너무 작아서, 선단지지력이 설계에 반영되기 어려웠으며, 또한, 천공홀에 그라우트재(40)를 충전하기 위해 실시되는 그라우팅방법은 중력에 의한 그라우팅 방법으로 실시되어, 마이크로파일(10)의 시공기간이 길어지고, 시공된 마이크로파일(10)의 일정 품질의 일정성을 담보하기가 어렵다는 문제점이 있었다.

또한, 종래의 파형 마이크로파일은, 도 2에 도시된 바와 같이, 연약지반(20)과 같은 지반의 지중에 천공을 천공한 후에 500mm 와 300mm 를 상방으로 반복하면서 절삭과 동시에 그라우트재(40)를 충진시키고서 그 중앙에 강봉(11)을 타설하는 방법을 수행하고 있으나, 이와 같이 그라우트재(40)가 충진된 후에는 강봉(11)을 타설하여도 자갈층, 호박돌층 또는 모래층과 같은 지층에서는 강봉의 근입이 용이하게 수행되지를 않으므로, 타입이 시도되고 충분이 타입되지 않았던 강봉(11)을 다시 뽑고서, 뽑인 강봉(11)을 다시 기중기로 근입을 하여 수회를 하는 과정에서 수회를 하게 되면 꽈배기 형태의 그라우트재(40)가 손상되게 되는 것은 물론이고 중장비의 비용이 고가로 되어 비용이 고가로 소요되고 이와 같은 강봉(11)의 근입과정중에 강봉(11)이 수직으로 근입되지 않고 강봉(11)이 경사각도(θ)로 기울어진 상태로 근입되므로 지지하는 하중이 설계시 지지하는 설계하중보다 대단히 작게 되어 충분한 지반보강의 효과가 없게 되는 문제점이 있었다.

한국 등록특허 제10-1378814호

본 발명의 목적은, 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 지반의 지지력의 강약을 불문하고 모든 지반에 관계없이 지반의 보강작업이 가능하게 되어 지반에 대한 사전조사가 불필요하게 되며 지반을 보강하기 위한 마이크로파일의 성형작업이 용이하게 되어 작업의 진척속도가 빨라 시공기간이 단축되며 천공의 저면의 중앙에 수직으로 강봉을 용이하게 삽입시켜 고정시킬 수가 있게 되므로 설계강도가 그대로 발현되어 압축강도가 높아지게 되는 것은 물론이고 지진의 횡파로 인한 요동시에도 이러한 지진의 횡파를 용이하게 수직으로 매립된 강봉에서 흡수하게 되어 마이크로파일의 파괴를 최소한으로 하는 것이 가능하게 되어 내진용 구조로도 사용이 가능한 내진 및 지반강화용 마이크로파일 성형방법 및 상기 방법에 의하여 시공된 내진 및 지반강화용 마이크로파일을 제공하는 것이다.

본 발명의 이러한 목적은, 지반을 비트로 천공하는 단계와, 천공된 지반에 비트내의 중앙공을 통하여 강봉을 천공의 중앙에 근입시키는 단계와, 천공의 중앙에 강봉이 근입된 상태에서 비트에 설치된 에어공급관에서 공급된 에어를 에어분사공을 통하여 분사함과 동시에 비트에 설치된 몰탈공급관을 통하여 공급된 몰탈을 몰탈분사노즐을 통하여 분사하면서 비트를 상승시켜서 그라우트구근을 형성시키는 단계를 포함하는 본 발명에 따른 내진 및 지반강화용 마이크로파일 성형방법에 의하여 달성된다.

본 발명의 이러한 목적은, 중앙에 강봉이 먼저 근입되게 설치되고, 먼저 근입된 강봉의 주위에 그라우트구근이 형성된 본 발명에 따른 내진 및 지반강화용 마이크로파일에 의하여 달성된다.

본 발명에 따른 내진 및 지반강화용 마이크로파일 성형방법 및 상기 방법에 의하여 시공된 내진 및 지반강화용 마이크로파일은, 지반을 비트로 천공하는 단계와, 천공된 지반에 비트내의 중앙공을 통하여 강봉을 천공의 중앙에 근입시키는 단계와, 천공의 중앙에 강봉이 근입된 상태에서 비트에 설치된 에어공급관에서 공급된 에어를 에어분사공을 통하여 분사함과 동시에 비트에 설치된 몰탈공급관을 통하여 공급된 몰탈을 몰탈분사노즐을 통하여 분사하면서 비트를 상승시켜서 그라우트구근을 형성시키는 단계를 포함하여, 강봉을 정확하게 그라우트구근의 중앙에 배치시킬 수가 있게 되어 강봉에 의하여 마이크로파일을 강도가 보강되면서 지반의 지지력의 강약을 불문하고 모든 지반의 내부구성에 관계없이 지반의 보강작업이 가능하게 되며 지반을 보강하기 위한 마이크로파일의 성형작업이 용이하게 되어 작업의 진척속도가 빨라 시공기간이 단축되며 천공의 저면 중앙에 수직으로 강봉을 용이하게 삽입시켜 고정시킬 수가 있게 되므로 설계강도가 발현되어 압축강도가 증대되는 것은 물론이고 지진의 횡파로 인한 요동시에도 이러한 지진의 횡파를 용이하게 강봉체에서 흡수하게 되어 마이크로파일의 파괴를 최소한으로 하는 것이 가능하게 되어 내진용 구조로도 사용이 가능하다는 우수한 효과가 있다.

도 1은 종래의 마이크로파일의 시공상태가 도시된 종단면도
도 2는 종래의 다른 마이크로파일의 시공상태가 도시된 종단면도
도 3a, 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 내진 및 지반강화용 마이크로파일 성형방법의 공정도 및 시공순서가 도시된 도면
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 내진 및 지반강화용 마이크로파일 성형하는 3중관의 개략적인 종단면도
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 내진 및 지반강화용 마이크로파일이 도시된 개략적인 종단면도

본 발명의 일 실시예에 따른 내진 및 지반강화용 마이크로파일 성형방법은, 도 3a에 도시된 바와 같이, 지반(E)을 3중관(1)의 하단에 고정된 비트(2)로 천공하는 단계(S1)와, 천공이 형성된 지반(E)의 천공(E1)에 3중관(1)의 비트(2)내의 중앙공(3)을 통하여 강봉(11)을 천공(E1)의 중앙에 근입시키는 단계(S2)와, 천공(E1)의 중앙에 강봉(11)이 근입된 상태에서 3중관(1)에 설치된 에어공급관(4)에서 공급된 에어를 에어분사공(5)을 통하여 분사함과 동시에 3중관(1)에 설치된 몰탈공급관(6)을 통하여 공급된 몰탈을 몰탈분사공(7)을 통하여 분사하면서 3중관(1)을 상승시켜서 그라우트구근(G)을 형성시키는 단계(S3)를 포함한다.

상기 지반(E)의 천공작업은 3중관(1)의 상부에 형성된 상부 조립고정부(1a)에 건설중장비(T)가 연결되어 상기 3중관(1)을 회전시켜 굴착작업이 수행되게 되는 것이다.

상기 3중관(1)은, 도 4에 도시된 바와 같이, 건설중장비에 결합되는 상부 조립고정부(1a)와, 하단에는 초경합금이 부착된 비트(2)와, 상기 비트(2)의 중앙에 형성된 중앙공(3)과, 상기 비트(2)의 상부 조립고정부(1a)로 연장되는 중앙관(31)과, 상기 중앙관(31)의 외측에 배치되며 공기가 공급되는 에어공급관(4)과 상기 중앙관(31)의 외측에 배치되며 몰탈이 공급되는 몰탈공급관(6)과, 상기 에어공급관(4)과 몰탈공급관(6)이 내측에 배치되며 상기 상부 조립고정부(1a)로 연장되는 외관(8)과, 상기 외관(8)의 하부에 설치되며 에어와 몰탈을 분사하는 에어분사공(5)과 몰탈분사공(7)을 포함한다.

상기 강봉(11)의 근입은, 상기 3중관(1)의 하단에 고정된 비트(2)의 중앙에 형성된 중앙공(3)내에 강봉(11)을 삽입시킨 상태에서 건설중장비(T)의 햄머장치(도시되지 않음)로 강봉(11)의 상단을 가격하게 되면 강봉(11)의 예리한 하단부(11a)가 지반을 파고들어 근입이 되는 것이므로 강봉(11)의 예리한 하단부(11a)가 중앙관(3)내에서 정확하게 수직으로 고정되게 되므로 아무런 어려움이 없이 정확하게 강봉(11)을 수직으로 근입시키는 것이 가능하게 되는 것이다.

이러한 강봉(11)의 근입은, 시멘트가 포함된 몰탈이 공급되지 않은 천공(E1)이 빈 상태에서 천공(E1)의 저면 중앙에 용이하게 근입이 되는 것이므로 정확하게 수직을 유지한 상태에서 용이하게 근입작업을 수행할 수가 있게 되며, 강봉(11)이 수직을 유지한 상태에서 천공(E1)의 저면부에 정확한 근입이 가능하게 되므로 공기가 단축되는 것은 물론이고 정확한 수직상태의 강봉(11)의 근입이 이루어지므로 설계시의 설계강도가 충분하게 보장되게 되는 것이다.

또한, 3중관(1)의 하단부에 고정된 초경질합금으로 이루어진 비트(2)로 천공하는 작업을 수행하게 되므로 연약지반이 가능한 것은 물론이고 자갈이나 쇄석들로 이루어진 화산암과 같은 암반에서도 동일하게 사용할 수가 있으므로 지반의 종류에 관계없이 지반의 보강을 수행할 수가 있게 되는 것이다.

상기 비트(2)가 저면에 설치된 3중관(1)은, 도 4에 도시된 바와 같이, 저면에 비트(2)가 설치되고 중앙에는 비트(2)에 냉각수를 공급하는 중앙관(31)이 형성되고, 상기 3중관(1)의 측면에는 에어를 공급하는 에어공급관(4)과 몰탈을 공급하는 몰탈공급관(6)이 설치되고, 상기 3중관(1)의 하부에는 에어공급관(4)에 연결된 에어분사공(5)과 몰탈공급관(6)에 연결된 몰탈분사공(7)이 형성되어 있다.

상기 에어분사공(5)과 몰탈분사공(7)은, 몰탈분사공(7)이 중앙에 배치되고 에어분사공(5)이 상기 몰탈분사공(7)을 둘러싸는 형태로 형성되고, 이러한 상기 에어분사공(5)과 몰탈분사공(7)으로 이루어진 분사부(9)가 서로 상기 3중관(1)에서 서로 반대방향으로 대향되게 2개가 형성되고 상기 1개의 분사부(9)는 상방으로 2~3°도 상방경사지게 형성되고 다른 분사부(9)는 하방으로 2~3°도 하방경사지게 형성되어 분사되는 천공(E1)의 측면을 효과적으로 확장시키면서 몰탈을 효과적으로 분사시키는 구조를 갖게 되는 것이다.

이와 같은 구조를 갖는 본 발명에 따른 내진 및 지반강화용 마이크로파일 성형방법은, 도 3a,3b에 도시된 바와 같이, 지반(E)을 강화시킬 부분의 토지를 3중관(1)을 이용하여 소정의 깊이까지 비트(2)로 천공하게 되면 비트(2)가 지반(E)을 굴삭하면서 냉각수는 비트(2)의 중앙에 형성된 중앙공(3)을 통하여 공급되면서 비트의 절삭을 도와주는 단계(S1)를 통하여 소정의 깊이까지 천공(E1)을 뚫는다.

이와 같이 천공(E1)이 형성되면, 천공(E1)이 형성된 지반(E)의 천공(E1)에 3중관(1)의 비트(2)내의 중앙공(3)을 통하여 강봉(11)을 천공(E1)의 중앙에 비트(2)의 중앙공(3)을 통하여 배치시키고 강봉(11)의 수직도를 정확하게 잡은 다음에 강봉(11)의 상부에서 해머장치(도시않됨)로 강봉을 가격하여 강봉(11)의 예리한 하단부(11a)가 천공(E1)의 저면의 중앙에 충분하게 근입시키도록 한다.

이와 같이 강봉(11)이 천공(E1)의 저면의 중앙에 수직으로 근입되면, 천공(E1)의 중앙에 강봉(11)이 근입된 상태에서 3중관(1)에 연결되게 설치된 유압장치(도시되지 않음)에서 상기 3중관(1)의 에어공급관(4)과 몰탈공급관(6)에 에어와 몰탈을 공급하게 되면서 유압장치에서 공급된 에어를 에어분사공(5)을 통하여 분사함과 동시에 3중관(1)에 설치된 몰탈공급관(6)을 통하여 공급된 몰탈을 몰탈분사공(7)을 통하여 분사하면서 3중관(1)을 상승시켜서 그라우트구근(G)을 형성시키게 되는 것이다.

이와 같은 상태에서는 상기 3중관(1)에서 공급된 몰탈은 공급되는 단위면적당의 공급량에 따라서 달라지나, 일반적으로 그라우트구근(G)의 폭이 1000mm 일 경우에 높이가 1m 의 정도로 공급하는 경우에 약 25 ~ 30분정도가 소요되나, 본 발명에서는 동일한 조건에서 약 8분정도가 소요되므로 시공시간이 대폭적으로 단축되게 되는 것이다.

또한, 이와 같이 3중관(1)을 통하여 주입되는 몰탈의 주입시간이 다르므로, 경화되는 그라우트구근(G)의 경화부분의 높이가 다르게 되므로, 그라우트구근(G)의 측면은 서로 다른 시간대에 경화가 이루어지면서 그라우트구근(G)의 외표면상에는 천공(E1)의 측벽과 서로 다른 요철면이 형성되면서 마찰력이 극대화되는 그라우트구근(G)이 형성되는 것이 가능하게 되는 것이다.

이상과 같이 본 발명에 따른 내진 및 지반강화용 마이크로파일 성형방법 및 상기 방법에 의하여 시공된 내진 및 지반강화용 마이크로파일은, 지반의 지지력의 강약을 불문하고 모든 지반에 관계없이 지반의 보강작업이 가능하게 되며 지반을 보강하기 위한 마이크로파일의 성형작업이 용이하게 되어 작업의 진척속도가 빨라 시공기간이 단축되며 마이크로파일이 성형되기 전에 천공의 내측에 강봉을 용이하게 수직으로 삽입시켜 고정시킬 수가 있게 되므로 그라우트구근의 강도가 높아지게 되며 아울러 지진의 횡파로 인한 요동시에도 이러한 지진의 횡파를 용이하게 강봉에서 흡수하게 되어 마이크로파일의 파괴를 최소한으로 하는 것이 가능하게 되어 내진용 구조로도 사용이 가능하게 되는 것이다.

본 발명에 따른 내진 및 지반강화용 마이크로파일 성형방법 및 상기 방법에 의하여 시공된 내진 및 지반강화용 마이크로파일은, 동일한 방법을 지반강화산업에서 반복적으로 수행하는 것이 가능하므로 산업상 이용가능성이 있는 발명이라고 할 것이다.

E : 지반 E1 : 천공
T : 건설중장비 G : 그라우트구근
1 : 3중관 1a : 조립고정부
2 : 비트 3 : 중앙공
4 : 에어공급관 5 : 에어분사공
6 : 몰탈공급관 7 : 몰탈분사공
8 : 외관 9 : 분사부
10 : 마이크로파일 11 : 강봉
11a : 하단부 12 : 두부
20 : 연약지반 30 : 암석층
31 : 중앙관 40 : 그라우트재

Claims (2)

1. 내진 및 지반강화용 마이크로파일 성형방법에 있어서,
   상기 내진 및 지반강화용 마이크로파일 성형방법은, 지반(E)을 3중관(1)의 하단에 고정된 비트(2)로 천공하는 단계(S1)와,
   천공이 형성된 지반(E)의 천공(E1)에 3중관(1)의 비트(2)내의 중앙공(3)을 통하여 강봉(11)을 천공(E1)의 중앙에 근입시키는 단계(S2)와,
   천공(E1)의 중앙에 강봉(11)이 근입된 상태에서 3중관(1)에 설치된 에어공급관(4)에서 공급된 에어를 에어분사공(5)을 통하여 분사함과 동시에 3중관(1)에 설치된 몰탈공급관(6)을 통하여 공급된 몰탈을 몰탈분사공(7)을 통하여 분사하면서 3중관(1)을 상승시켜서 그라우트구근(G)을 형성시키는 단계(S3)를 포함하는 것을 특징으로 하는 내진 및 지반강화용 마이크로파일 성형방법
2. 제1항의 내진 및 지반강화용 마이크로파일 성형방법에 의하여 시공되어, 중앙에 강봉(11)이 먼저 근입되게 설치되고, 먼저 근입된 강봉(11)의 주위에 그라우트구근(G)이 형성된 것을 특징으로 하는 내진 및 지반강화용 마이크로파일

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