KR20190027403A - 케이싱 격리식 현장타설 말뚝 공법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 각종 구조물의 기초로 활용되는 현장타설 말뚝에 관한 것으로, 현장타설 말뚝의 보강재(20) 상단부에, 케이싱(10) 내주면에 밀착되는 격리관(25)을 설치하여, 케이싱(10)의 부분 인발 및 콘크리트의 타설시 케이싱(10)과 콘크리트간 접촉을 차단함으로써, 케이싱(10)의 최총 인발시의 인발저항을 저감하고, 현장타설 말뚝 본체 콘크리트 상단부의 파손 및 주변 공벽 여굴을 억제할 수 있도록 한 것이다.
본 발명을 통하여, 콘크리트 타설면이 지하에 위치하는 현장타설 말뚝의 시공에 있어서, 말뚝 본체 상단부 콘크리트의 파손 및 주변 공벽 여굴을 억제할 수 있어 현장타설 말뚝의 구조적 안정성 및 지지력을 제고할 수 있을 뿐 아니라, 케이싱(10)의 인발저항을 극소화할 수 있으므로 시공 편의성을 확보하고 공사비를 절감할 수 있다.

Description

케이싱 격리식 현장타설 말뚝 공법{CASING SEPARATING TYPE CAST IN PLACE PILE CONSTRUCTION METHOD}

본 발명은 각종 구조물의 기초로 활용되는 현장타설 말뚝에 관한 것으로, 현장타설 말뚝의 보강재(20) 상단부에, 케이싱(10) 내주면에 밀착되는 격리관(25)을 설치하여, 케이싱(10)의 부분 인발 및 콘크리트의 타설시 케이싱(10)과 콘크리트간 접촉을 차단함으로써, 케이싱(10)의 최총 인발시의 인발저항을 저감하고, 현장타설 말뚝 본체 콘크리트 상단부의 파손 및 주변 공벽 여굴을 억제할 수 있도록 한 것이다.

현장타설 말뚝은 기성(旣成) 말뚝을 지반에 타입(打入)하는 전통적인 말뚝 시공 기법을 탈피하여, 지반에 수직 굴착공을 천공한 후, 굴착공에 콘크리트를 타설 및 양생하여 말뚝 기초를 구축하는 것으로, 대구경 말뚝의 효율적인 시공이 가능할 뿐 아니라, 타입식에 비하여 소음 및 진동이 저감되는 장점을 가진다.

현장타설 말뚝의 일반적인 시공과정은 굴착간 공벽(孔壁)을 유지하는 케이싱(10)의 하단부 지반을 굴착하여 굴착공의 천공 및 케이싱(10)의 지반 관입을 동시에 수행하고, 케이싱(10)이 목표 심도에 도달하면 케이싱(10) 내부에 철근망 등의 보강재(20)를 투입한 후, 콘크리트를 타설 및 양생함으로써 말뚝 본체를 완성하는 과정으로 진행되는데, 지반에 관입되는 케이싱(10)으로는 고가의 대구경 강관(鋼管)이 적용되는 바, 콘크리트 타설 후 인발하여 회수하는 것이 공사비 절감에 유리하다.

이러한 현장타설 말뚝은 전체 구간을 일시에 타설하여 말뚝의 총 연장내 불연속면을 형성하지 않는 기본 방식 뿐 아니라, 일단 하부를 우선 타설한 후, 상부를 추가 타설하는 방식도 가능하며, 관련 종래기술로는 특허 제970440호 등을 들 수 있다.

특허 제970440호를 비롯한 종래의 다단 타설식 현장타설 말뚝 공법은 말뚝 하단부를 우선 성형하여 선단지지력을 개선할 수 있는 반면, 선행 타설시 콘크리트의 상단면이 케이싱(10)의 하단부에 형성됨으로 인하여, 말뚝 본체 콘크리트가 케이싱(10)에 부분 부착되는 문제점을 가진다.

이는 케이싱(10)의 인발시 말뚝 본체 상단부가 파손되는 심각한 결함을 야기할 뿐 아니라, 케이싱(10)의 인발저항을 배가하여 시공성을 저하시키게 되고, 특히, 말뚝 본체 상단부 주변 공벽에 과도한 여굴이 발생되어, 결국 완성된 구조물의 성능 및 안정성을 훼손하고, 막대한 공사비를 소모하는 심각한 문제를 야기한다.

본 발명은 전술한 문제점을 감안하여 창안된 것으로, 현장타설 말뚝 공법에 있어서, 케이싱(10)으로 공벽을 유지하며 굴착공을 형성하는 굴착단계(S11)와, 현장타설 말뚝 본체에 매입되는 보강재(20)를 굴착공으로 투입하되, 보강재(20)의 상단부에는 케이싱(10)의 내경과 외경이 일치하는 격리관(25)이 설치되는 건입단계(S12)와, 굴착공 내부에 콘크리트를 타설하고 케이싱(10)을 부분 인발하여 케이싱(10)의 하단부가 콘크리트 상단부에 위치하되 격리관(25)에 의하여 케이싱(10) 하단부 내주면과 콘크리트간 접촉이 차단되는 타설단계(S21)와, 케이싱(10) 하단부 내주면과 콘크리트간 접촉이 격리관(25)에 의하여 차단되고 케이싱(10) 상단부는 지면에 고정된 상태에서 콘크리트를 양생하는 양생단계(S30)와, 콘크리트의 양생이 완료되면 케이싱(10)을 완전히 인발하는 철수단계(S41)로 이루어짐을 특징으로 하는 케이싱 격리식 현장타설 말뚝 공법이다.

또한, 상기 양생단계(S30)는 지주(30)를 케이싱(10) 내부로 투입하여 지주(30) 하단부가 콘크리트에 매입되도록 하는 지주압입단계(S31)와, 케이싱(10) 상단부는 지면에 고정되고, 지주(30) 상단부는 케이싱(10) 상단에 고정된 상태에서 콘크리트를 양생하는 매입양생단계(S32)로 이루어짐을 특징으로 하는 케이싱 격리식 현장타설 말뚝 공법이다.

본 발명을 통하여, 콘크리트 타설면이 지하에 위치하는 현장타설 말뚝의 시공에 있어서, 말뚝 본체 상단부 콘크리트의 파손을 억제할 수 있어 현장타설 말뚝의 구조적 안정성 및 지지력을 제고할 수 있을 뿐 아니라, 케이싱(10)의 인발저항을 극소화할 수 있으므로 시공 편의성을 확보하고 공사비를 절감할 수 있다.

또한, 콘크리트의 완전 양생 이전에 지주(30) 등 상부 구조물 수직 부재를 매입할 수 있으므로, 말뚝과 상부 구조물간의 긴밀한 접합이 가능할 뿐 아니라, 고도의 일체화 시공이 가능하여, 전체 구조물의 안정성 및 내구성을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 단계별 대표 단면도
도 2는 본 발명의 장비 사용상태 예시도
도 3은 본 발명의 보강재 발췌 사시도
도 4는 본 발명의 격리관 기능 설명도
도 5는 본 발명의 케이싱간 연결부 예시도
도 6은 본 발명의 케이싱 고정방식 설명도
도 7은 본 발명의 지주 매입형 실시예 단계별 대표 단면도
도 8은 본 발명의 지주 고정방식 예시도

본 발명의 상세한 구성 및 수행과정을 첨부된 도면을 통하여 설명하면 다음과 같다.

우선 도 1은 본 발명의 전반적인 과정을 모식화하여 정리한 대표 단면도로서, 동 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명은 케이싱(10)으로 공벽을 유지하면서 케이싱(10) 내부 및 하측 지반을 굴착하여 굴착공을 형성하는 굴착단계(S11)로 개시된다.

도시된 실시예에서는 토사층과 암층으로 구성된 지반이 예시되어 있으며, 도 1의 좌단에서와 같이, 자력으로 공벽 유지가 불가능한 토사층에는 굴진과 동시에 케이싱(10)이 관입되어 공벽이 유지되고, 자력으로 공벽 유지가 가능한 암층에서는 케이싱(10)의 관입 없이도 굴착공의 형성이 가능하게 된다.

즉, 도 2의 좌단부에서와 같이 토사층의 굴착시에는 파일드라이버 등의 굴착 장비에 케이싱(10)을 결합한 상태에서 오거(91)를 장착하여 지반 굴착과 케이싱(10)의 관입을 동시에 수행하게 되며, 이후 굴착공 자력 유지가 가능한 암층에 도달하면 도 2의 중앙부에서와 같이 기 관입된 케이싱(10)은 존치한 상태에서 오거(91)를 철수하고 암반 파쇄용 비트(92)를 장착하여 굴착공을 추가 굴착하는 것이다.

첨부된 도면에 도시되지는 않았으나, 굴착단계(S11)에서는 굴착공의 천공 후, 굴착공 하단부를 정리하고, 슬라임 등 불순물을 제거하는 등의 공정이 동반 수행된다.

굴착단계(S11)가 완료되어 케이싱(10)으로 전체 또는 일부 공벽이 유지되는 굴착공이 완성되면, 도 1 및 도 2의 우단부에서와 같이, 현장타설 말뚝 본체에 매입되는 철근망 등의 보강재(20)가 굴착공으로 투입되는 건입단계(S12)가 수행되는데, 이때 보강재(20)의 상단부에는 도 3에서와 같이, 케이싱(10)의 내경과 외경이 일치하는 격리관(25)이 설치된다.

본 발명의 격리관(25)은 그 사전적 의미에서와 같이, 후술할 타설단계(S21) 및 양생단계(S30)에 있어서, 콘크리트와 케이싱(10) 내주면간의 직접 접촉을 차단하기 위한 것으로, 콘크리트와 케이싱(10) 하단부 내주면 사이에 격리관(25)이 위치함으로써, 도 4에서와 같이, 타설단계(S21)의 종료 시점 내지 양생단계(S30) 전반에 걸쳐 콘트리트의 상단면이 격리관(25) 내부에 위치하게 된다.

건입단계(S12)가 완료되면, 트레미(tremie) 등을 굴착공에 투입하여 굴착공 내부에 콘크리트를 타설하고, 케이싱(10)을 부분 인발하여 케이싱(10)의 하단부가 콘크리트 상단부에 위치하도록 하는 타설단계(S21)가 수행되는데, 이때 인발되던 케이싱(10)의 하단부가 콘크리트 상단부에 도달하면, 결국 도 4에서와 같이, 케이싱(10)의 하단부는 격리관(25) 내부에 형성된 콘크리트의 액위면 즉, 상단면 부근에 위치하게 되고, 따라서 격리관(25)에 의하여 케이싱(10) 하단부 내주면과 콘크리트간 접촉이 차단되는 것이다.

타설단계(S21)에 있어서, 콘크리트 타설 및 케이싱(10)의 부분 인발은 동시에 수행하거나, 또는 약간의 시차를 두고 수행할 수도 있는데, 콘크리트와 케이싱(10) 하단부 내주면이 상호 접촉된 상태로 장시간 방치되면, 케이싱(10)과 콘크리트간 부착력이 발생되어 후술할 철수단계(S41) 수행시 케이싱(10)의 원활한 인발이 어려울 뿐 아니라, 현장타설 말뚝 본체 콘크리트 상단부가 파손되는 문제가 발생될 수 있으나, 본 발명에서는 격리관(25)을 적용함으로써, 이러한 문제점을 일거에 해소할 수 있다.

특히, 케이싱의 초도 인발 및 최종 인발 과정에서 현장타설 말뚝 본체 콘크리트 상단부 주변 지반이 과도하게 여굴되면서 공벽이 붕괴되는 심각한 결함을 근본적으로 방지할 수 있다.

한편 도 1에서와 같이, 지상으로 인발된 부분의 케이싱(10)은 절단 또는 분리되어 제거되는데, 도 5에서와 같이, 단위 케이싱(10)간 연결 부위를 착탈형으로 구성함으로써, 용접 등 복잡한 작업 없이도 간편한 단위 케이싱(10)간 접합 및 분리가 가능하게 된다.

타설단계(S21)가 완료되면, 도 1에서와 같이, 지상으로 노출된 케이싱(10) 상단부를 지면에 고정한 상태에서 콘크리트를 양생하는 양생단계(S30)가 수행되는데, 말뚝 본체 콘크리트의 양생 이전에 케이싱(10)의 자중 또는 기타 외부 충격에 의하여 케이싱(10)이 하강하거나 위치가 변동되는 현상을 방지하기 위하여 케이싱(10)을 지면에 견고하게 고정하는 케이싱고정구(41)를 도 6에서와 같이 케이싱(10) 상단에 설치하게 된다.

도 6에서와 같이, 케이싱고정구(41)는 케이싱(10) 외주면과 부착되어 케이싱(10)의 자중을 지면에 분산하는 구조를 가진다.

이렇듯, 케이싱(10)이 견고하게 고정된 상태에서, 콘크리트의 양생이 완료되면, 케이싱고정구(41)를 해체하고 케이싱(10)을 지상으로 완전히 인발하여 제거하는 철수단계(S41)가 수행됨으로써, 본 발명이 적용된 현장타설 말뚝이 완성되는데, 도 1에 예시된 바와 같이, 철수단계(S41)에서는 케이싱(10)의 인발과 동시에 굴착공 내부로 토사를 투입하는 일종의 되메우기 공정을 실시함으로써, 도 1의 우단에서와 같이, 지주(30) 등을 설치하는 본 구조물의 시공에 앞서, 공벽의 붕괴로 인하여 주변 지반이 함몰되는 현상을 방지하게 된다.

한편, 본 발명에서는 굴착공내 콘크리트의 완전 양생 이전에 상부 구조물의 수직재인 지주(30) 등을 콘크리트에 압입함으로써, 말뚝 본체와 지주(30) 등 상부 구조물간의 긴밀하고 견고한 구조적 일체화를 도모할 수 있는데, 그 구체적인 실시예가 도 7 및 도 8에 도시되어 있다.

이러한 본 발명의 지주(30) 매입형 실시예에 있어서 양생단계(S30)는 도 7에서와 같이, 지주(30)를 케이싱(10) 내부로 투입하여 지주(30) 하단부가 콘크리트에 매입되도록 하는 지주압입단계(S31)와, 케이싱(10) 상단부는 지면에 고정되고, 지주(30) 상단부는 케이싱(10) 상단에 고정된 상태에서 콘크리트를 양생하는 매입양생단계(S32)로 이루어진다.

도 8은 매입양생단계(S32)의 수행시 지주(30)의 위치를 고정하는 지주고정구(42)가 설치된 상태를 예시한 것으로, 지주고정구(42)는 지주(30) 상단부를 케이싱(10) 상단에 고정함으로써, 콘크리트 양생중 지주(30)의 낙하를 억제하고 정확한 위치를 유지하게 된다.

10 : 케이싱
20 : 보강재
25 : 격리관
30 : 지주
41 : 케이싱고정구
42 : 지주고정구
91 : 오거
92 : 비트
S11 : 굴착단계
S12 : 건입단계
S21 : 타설단계
S30 : 양생단계
S31 : 지주압입단계
S32 : 매입양생단계
S41 : 철수단계

Claims (2)

1. 현장타설 말뚝 공법에 있어서,
   케이싱(10)으로 공벽을 유지하며 굴착공을 형성하는 굴착단계(S11)와;
   현장타설 말뚝 본체에 매입되는 보강재(20)를 굴착공으로 투입하되, 보강재(20)의 상단부에는 케이싱(10)의 내경과 외경이 일치하는 격리관(25)이 설치되는 건입단계(S12)와;
   굴착공 내부에 콘크리트를 타설하고 케이싱(10)을 부분 인발하여 케이싱(10)의 하단부가 콘크리트 상단부에 위치하되 격리관(25)에 의하여 케이싱(10) 하단부 내주면과 콘크리트간 접촉이 차단되는 타설단계(S21)와;
   케이싱(10) 하단부 내주면과 콘크리트간 접촉이 격리관(25)에 의하여 차단되고 케이싱(10) 상단부는 지면에 고정된 상태에서 콘크리트를 양생하는 양생단계(S30)와;
   콘크리트의 양생이 완료되면 케이싱(10)을 완전히 인발하는 철수단계(S41)로 이루어짐을 특징으로 하는 케이싱 격리식 현장타설 말뚝 공법.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   양생단계(S30)는 지주(30)를 케이싱(10) 내부로 투입하여 지주(30) 하단부가 콘크리트에 매입되도록 하는 지주압입단계(S31)와;
   케이싱(10) 상단부는 지면에 고정되고, 지주(30) 상단부는 케이싱(10) 상단에 고정된 상태에서 콘크리트를 양생하는 매입양생단계(S32)로 이루어짐을 특징으로 하는 케이싱 격리식 현장타설 말뚝 공법.

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