KR20190036318A

KR20190036318A - 테이퍼형 말뚝 시공장치 및 테이퍼형 말뚝 시공방법

Info

Publication number: KR20190036318A
Application number: KR1020170125411A
Authority: KR
Inventors: 백예지
Original assignee: 백예지
Priority date: 2017-09-27
Filing date: 2017-09-27
Publication date: 2019-04-04

Abstract

본 발명은 테이퍼형 말뚝 시공장치 및 테이퍼형 말뚝 시공방법에 관한 것으로, 테이퍼형 말뚝 시공장치는, 봉형상으로 이루어지며, 내부에 고화제가 이동할 수 있는 중공부가 형성되어 있고, 하부에 상기 중공부와 연통되어 있는 제1분사공이 마련되어 있는 로드; 상기 로드 하부에 결합되며, 회전에 의해 지반을 굴착할 수 있는 굴착부; 상기 굴착부 상부에 마련되고, 상기 로드 측면에 나선 형태로 결합되어 있는 오거 스크류; 및 상기 로드 측면에서부터 돌출되는 교반축과, 상기 교반축 끝단에 마련되며, 블레이드 형상으로 이루어진 교반날개를 포함하여 이루어진 날개부;를 포함하며, 상기 날개부는, 상기 로드의 상부에서부터 하부까지 상기 로드를 따라 복수 개가 마련되고, 상기 날개부의 상기 교반축은, 상기 로드의 상부에서부터 하부로 갈수록 길이가 일정비율로 짧아지는 것을 특징으로 하는 것이며, 테이퍼형 말뚝 시공방법은, 테이퍼 형상의 천공홀을 형성하는 천공 단계; 굴착 토사에 고화제를 주입하는 고화제 주입 단계; 상기 굴착 토사와 상기 고화제를 교반하여 토사-시멘트 혼합 말뚝을 형성하는 말뚝 형성단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 것이다.

Description

테이퍼형 말뚝 시공장치 및 테이퍼형 말뚝 시공방법 {Construction apparatus of Taper type pile and Construction method of Taper type pile}

본 발명은 테이퍼형 말뚝 시공장치 및 테이퍼형 말뚝 시공방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 교반축의 길이가 다른 복수 개의 날개부를 이용하여 천공홀 형성과정에서 발생한 현장 굴착토사와 고화제를 교반하고, 이를 통해 테이퍼 형상의 토사-시멘트 혼합 말뚝을 만들 수 있는 테이퍼형 말뚝 시공장치 및 테이퍼형 말뚝 시공방법에 관한 것이다.

강도가 크지 않은 지반에 구조물을 시공할 경우 구조물의 하중을 단단한 지지층에 전달해서 구조물을 안정적으로 지지하기 위해 말뚝을 사용하고 있다. 최근 들어 도심지 개발이 활발하게 진행되면서, 구조물을 지지하기 위해 PHC 말뚝이나 강관말뚝과 같은 기성 말뚝이 시공되고, 이때 발생하는 소음과 진동으로 인해 민원이 빈번하게 발생한다. 그 결과 구조물의 하중이 크지 않은 경우, 기성 말뚝 대신 지반 천공으로 과정에서 발생한 토사와 고화제를 교반하여 말뚝 구조물을 형성하는 시공방법이 개발되어 건설 현장에서 사용되고 있다.

일반적으로 토사와 고화제를 교반하여 말뚝 구조물을 시공하는 경우, 상부에서 하부까지 직경이 동일한 말뚝 구조물을 시공하거나 대한민국 등록특허 제10-1413719호와 같이 직경이 큰 대형 말뚝부의 하단에 하측으로 직경이 작은 소형 말뚝부를 연결한 말뚝 구조물을 시공하여 사용하고 있다. 그러나 이러한 말뚝 구조물은 다음과 같은 문제점이 있다.

말뚝 구조물 상부에 하향의 압축하중이 작용하면, 말뚝 구조물과 지반 사이에는 하중과 반대방향으로 상향의 주면 마찰력이 작용하게 된다. 이러한 주면 마찰력은 말뚝 구조물 상부에서 하부로 갈수록 말뚝으로 전달되는 하중을 경감시키기 때문에, 말뚝 구조물에 전달되는 하중은 상부에서 하부로 갈수록 작아지게 된다. 따라서 말뚝 구조물에 전달되는 깊이별 하중 크기를 고려할 때 말뚝은 직경이 동일한 원통형보다 하부로 갈수록 직경이 작아지는 테이퍼형일 때 시공 재료의 최적화 측면에서 유리하게 된다.

그러나 종래의 말뚝 구조물은 상부에서 하부에 이르기까지 직경이 동일하거나 직경이 다른 두 개의 말뚝 구조물로 이루어져 있어 말뚝 상부를 하중에 적합한 단면으로 형성하면 그 아래 깊이의 말뚝은 하중에 비해 큰 단면을 갖게 되어 재료의 낭비가 발생하고, 말뚝 하부를 하중에 적합한 단면으로 형성하면 말뚝 상부가 하중에 비해 단면이 작아 구조적으로 취약하게 되는 문제점이 있다.

또한, 상부가 연약한 점토층으로 구성된 지반에 말뚝 구조물이 시공된 경우, 지반에 추가 하중이 가해지거나 지하수위가 저하되면 연약 점토층이 압밀되면서 지반 침하가 발생하고, 이때 말뚝 구조물의 주면에는 하향으로 작용하는 부주면 마찰력이 발생한다. 이러한 부주면 마찰력은 말뚝에 하중으로 작용해서 말뚝으로 전달되는 하중을 증대시켜 말뚝을 구조적으로 취약하게 한다. 그래서 종래의 말뚝 구조물은 상부에서 하부에 이르기까지 동일한 직경으로 이루어져 있기 때문에 지반 침하 시 부주면 마찰력의 발생을 억제할 수 없어 말뚝의 단면을 더욱 크게 해야 하는 문제점이 있다.

또한, 지진이 발행하면 상부구조물에 작용하는 수평하중이 말뚝에 전달되어 지표면으로부터 일정깊이(일반적으로 말뚝 직경의 10~15배)까지 존재하는 말뚝에 큰 크기의 휨하중과 전단하중이 작용하는데, 기존의 토사-시멘트 혼합 말뚝은 내부에 보강재를 전혀 구비하지 않아 휨하중과 전단하중에 취약한 구조를 갖고 있을 뿐만 아니라 말뚝 구조물과 상부 구조물의 기초 사이에 강한 연결도 어려워 지진 시 상부구조물이 구조적으로 불안정하게 되는 문제점이 있다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로, 더욱 상세하게는 교반축의 길이가 다른 복수 개의 날개부를 이용하여 천공홀 형성과정에서 발생한 현장 굴착토사와 고화제를 교반하고, 이를 통해 테이퍼 형상의 토사-시멘트 혼합 말뚝을 만들 수 있는 테이퍼형 말뚝 시공장치 및 테이퍼형 말뚝 시공방법에 관한 것이다.

상술한 문제점을 해결하기 위한 테이퍼형 말뚝 시공장치는, 봉형상으로 이루어지며, 내부에 고화제가 이동할 수 있는 중공부가 형성되어 있고, 하부에 상기 중공부와 연통되어 있는 제1분사공이 마련되어 있는 로드; 상기 로드 하부에 결합되며, 회전에 의해 지반을 굴착할 수 있는 굴착부; 상기 굴착부 상부에 마련되고, 상기 로드 측면에 나선 형태로 결합되어 있는 오거 스크류; 및 상기 로드 측면에서부터 돌출되는 교반축과, 상기 교반축 끝단에 마련되며, 블레이드 형상으로 이루어진 교반날개를 포함하여 이루어진 날개부;를 포함하며, 상기 날개부는, 상기 로드의 상부에서부터 하부까지 상기 로드를 따라 복수 개가 마련되고, 상기 날개부의 상기 교반축은, 상기 로드의 상부에서부터 하부로 갈수록 길이가 일정 비율로 짧아지는 것을 특징으로 하는 것이다.

상술한 문제점을 해결하기 위한 테이퍼형 말뚝 시공장치에서 복수 개의 상기 날개부에 마련되어 있는 복수 개의 교반축은 수평 방향으로 연장되어 있고, 상기 교반날개는 상기 로드가 연장되는 축에 대하여 동일한 각도로 기울어져 있는 것이 바람직하며, 복수 개의 상기 날개부에 마련되어 있는 복수 개의 상기 교반축은 수평방향으로부터 하향 경사를 가지며 일정각도 기울어져 있고, 상기 교반날개는 상기 교반축에 수직으로 이루어지는 것이 바람직하다.

상술한 문제점을 해결하기 위한 테이퍼형 말뚝 시공장치에서 상기 교반날개는, 곡률이 형성된 원호형 단면을 갖는 블레이드 형상으로 이루어지며, 상기 원호형 단면의 곡률 중심은, 천공홀 내부에 위치하지만 상기 로드 및 상기 교반축 위에는 형성되지 않고, 상기 교반축에서 일정 각도로 회전된 지점에 형성되는 것이 바람직하다.

상술한 문제점을 해결하기 위한 테이퍼형 말뚝 시공장치의 상기 로드 측면에는, 상기 중공부와 연통되며, 상기 고화제를 상기 로드 외부로 분사할 수 있는 제2분사공이 마련되어 있는 것이 바람직하다.

상술한 문제점을 해결하기 위한 테이퍼형 말뚝 시공장치에서 상기 테이퍼형 말뚝 시공장치는 복수 개가 마련되며, 최하부에 배치되어 있는 상기 테이퍼형 말뚝 시공장치를 제1테이퍼형 말뚝 시공장치라 하고, 상기 굴착부와 상기 오거 스크류가 제거된 상기 테이퍼형 말뚝 시공장치를 제2테이퍼형 말뚝 시공장치라 하면, 상기 제1테이퍼형 말뚝 시공장치는 최하부에 배치되고, 상기 제2테이퍼형 말뚝 시공장치는 상기 제1테이퍼형 말뚝 시공장치 상부에 결합되는 것이 바람직하며, 상기 제2테이퍼형 말뚝 시공장치는 복수 개가 마련되어, 상기 제1테이퍼형 말뚝 시공장치 상부에 복수 개의 상기 제2테이퍼형 말뚝 시공장치가 결합되는 것이 바람직하다.

상술한 문제점을 해결하기 위한 테이퍼형 말뚝 시공장치는, 상기 제1테이퍼형 말뚝 시공장치와 상기 제2테이퍼형 말뚝 시공장치 사이에 결합되거나, 복수 개의 상기 제2테이퍼형 말뚝 시공장치 사이에 결합되는 연결 말뚝 시공장치를 더 포함하며, 상기 연결 말뚝 시공장치는, 봉형상으로 이루어지며, 내부에 고화제가 이동할 수 있는 연결 중공부가 형성되어 있고, 중간에 상기 연결 중공부와 연통되어 있는 연결 분사공이 마련되어 있는 연결 로드와, 상기 연결 로드 측면에서부터 돌출되는 연결 교반축과, 상기 연결 교반축 끝단에 마련되며, 블레이드 형상으로 이루어진 연결 교반날개를 포함하여 이루어진 연결 날개부;를 포함하며, 상기 연결 날개부는, 상기 연결 로드의 상부에서부터 하부까지 상기 연결 로드를 따라 복수 개가 마련되고, 복수 개의 상기 연결 날개부의 상기 연결 교반축은 길이가 동일하고, 상기 연결 교반날개는 상기 연결 로드가 연장되는 축의 방향과 평행하거나, 상기 연결 로드가 연장되는 축에 대하여 동일한 각도로 기울여져 있는 것이 바람직하다.

상술한 문제점을 해결하기 위한 테이퍼형 말뚝 시공방법은, 테이퍼형 말뚝 시공장치를 이용하여, 상부에서 하부로 갈수록 깊이에 비례하여 직경이 작아지는 테이퍼 형상의 천공홀을 형성하는 천공 단계; 상기 테이퍼형 말뚝 시공장치를 통해 상기 천공 단계에서 발생한 굴착 토사에 고화제를 주입하는 고화제 주입 단계; 상기 테이퍼형 말뚝 시공장치를 통해 상기 굴착 토사와 상기 고화제를 교반하여 토사-시멘트 혼합 말뚝을 형성하는 말뚝 형성단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 것이다.

상술한 문제점을 해결하기 위한 테이퍼형 말뚝 시공방법에서 상기 말뚝 형성단계를 통해 형성된 상기 토사-시멘트 혼합 말뚝 내부에는 철근망이 배치되며, 상기 철근망은, 상기 말뚝 상단에서부터 하부로 연장되는 것이 바람직하며, 상기 철근망은, 상기 말뚝 내부에서부터, 상기 말뚝 상단의 상기 말뚝 외부로 돌출연장 되는 것이 바람직하다.

상술한 문제점을 해결하기 위한 테이퍼형 말뚝 시공방법에서 상기 천공 단계는, 상기 말뚝 시공장치를 이용하여 상부에서 하부로 갈수록 깊이에 비례하여 직경이 작아지는 테이퍼 형상의 제1천공홀과, 상기 제1천공홀 상부에 마련되며, 동일한 직경으로 형성된 원통형의 제3천공홀과, 상기 제3천공홀 상부에 마련되며, 상부에서 하부로 갈수록 깊이에 비례하여 직경이 작아지는 테이퍼 형상의 제2천공홀을 형성하는 것이 바람직하다.

상술한 문제점을 해결하기 위한 테이퍼형 말뚝 시공방법에서 상기 제2천공홀과 상기 제3천공홀은 복수 개가 마련되며, 상기 제3천공홀은, 상기 제1천공홀과 상기 제2천공홀 사이에 마련되거나, 복수 개의 상기 제2천공홀 사이에 마련되는 것이 바람직하다.

상술한 문제점을 해결하기 위한 테이퍼형 말뚝 시공방법에서 상기 테이퍼형 말뚝 시공장치는, 봉형상으로 이루어지며, 내부에 고화제가 이동할 수 있는 중공부가 형성되어 있고, 하부에 상기 중공부와 연통되어 있는 제1분사공이 마련되어 있는 로드; 상기 로드 하부에 결합되며, 회전에 의해 지반을 굴착할 수 있는 굴착부; 상기 굴착부 상부에 마련되고, 상기 로드 측면에 나선 형태로 결합되어 있는 오거 스크류; 및 상기 로드 측면에서부터 돌출되는 교반축과, 상기 교반축 끝단에 마련되며, 블레이드 형상으로 이루어진 교반날개를 포함하여 이루어진 날개부;를 포함하여 이루어지며, 상기 날개부는, 상기 로드의 상부에서부터 하부까지 상기 로드를 따라 복수 개가 마련되고, 상기 날개부의 상기 교반축은, 상기 로드의 상부에서부터 하부로 갈수록 길이가 일정 비율로 짧아지며, 상기 천공 단계에서 상기 천공홀은, 상기 굴착부 및 상기 교반날개를 통해 형성되며, 상기 고화제 주입 단계에서 상기 고화제는 상기 제1분사공을 통해 주입되며, 상기 말뚝 형성단계에서 상기 굴착 토사와 상기 고화제는 상기 오거 스크류와 상기 교반축을 통해 교반되는 것이 바람직하다.

본 발명은 교반축의 길이가 다른 복수 개의 날개부를 이용하여 테이퍼 형상으로 지반을 천공하고, 천공과정에서 발생한 굴착 토사와 고화제를 교반함으로써 테이퍼 형상의 토사-시멘트 혼합 말뚝을 시공할 수 있는 장점이 있다.

본 발명은 주면이 연직에 대해 일정각도 기울어진 테이퍼 형상의 말뚝을 형성함에 따라 큰 하중이 작용하는 상단은 단면적을 크게, 작은 하중이 작용하는 하단은 단면적을 작게 함으로써 말뚝 재료를 최적화해서 사용하면서도 동시에 깊이에 따라 직경이 동일한 원통형 말뚝과 체적이 동일하더라도 원통형 말뚝 대비 향상된 지지력을 발휘하여 구조적으로 안전성을 확보할 수 있는 장점이 있다.

본 발명은 상부가 연약한 점토층으로 구성된 지반에서 연약 점토층의 압밀로 인한 지반 침하 시 말뚝 구조물의 주면에 하향의 부주면 마찰력이 발생하는 것을 최소화하여 부주면 마찰력으로 인해 말뚝 단면이 커지는 것을 억제할 수 있는 장점이 있다.

본 발명은 말뚝 내부에 일정깊이까지 철근망을 설치하여 지진 발행 시 말뚝에 작용하는 휨하중과 전단하중에 대해 말뚝의 구조적 안정성을 확보하고 동시에 말뚝 내부에 설치한 철근망을 상부구조물과 연결함으로써 지진 시 상부구조물의 변위 제어를 통해 구조 안정성도 높일 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 테이퍼형 토사-시멘트 혼합 말뚝 시공방법의 공정도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 테이퍼형 토사-시멘트 혼합 말뚝을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따라 테이퍼형 토사-시멘트 혼합 말뚝에 철근망이 삽입된 것을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따라 테이퍼형 토사-시멘트 혼합 말뚝에 철근망이 삽입되며, 철근망이 말뚝 상단 외부로 돌출된 것을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 테이퍼형 말뚝 시공장치의 사시도를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 테이퍼형 말뚝 시공장치의 측면도를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 테이퍼형 말뚝 시공장치의 단면도를 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시 예에 따라 복수 개의 테이퍼형 말뚝 시공장치가 연결된 것을 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시 예에 따라 복수 개의 테이퍼형 말뚝 시공장치와 연결 말뚝 시공장치가 연결된 것을 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시 예에 따라 복수 개의 테이퍼형 말뚝 시공장치가 다른 길이를 갖는 교반축으로 통해 연결된 것으로, 연결부 상부에 배치되는 테이퍼형 말뚝 시공장치의 최하단 교반축의 길이가 연결부 하부에 배치되는 테이퍼형 말뚝 시공장치의 최상단 교반축의 길이보다 긴 것을 나타내는 도면이다.

본 발명은 테이퍼형 말뚝 시공장치 및 테이퍼형 말뚝 시공방법에 관한 것으로, 교반축의 길이가 다른 복수 개의 날개부를 이용하여 테이퍼 형상의 천공홀을 형성하고, 이 때 발생한 현장 굴착 토사와 고화제를 교반해서 테이퍼 형상의 토사-시멘트 혼합 말뚝을 만들 수 있는 테이퍼형 말뚝 시공장치 및 테이퍼형 말뚝 시공방법에 관한 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세하게 설명하기로 한다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 테이퍼형 말뚝 시공방법은 천공 단계(S100), 고화제 주입 단계(S200), 말뚝 형성 단계(S300)를 포함하여 이루어진다. 본 발명의 테이퍼형 말뚝 시공방법은 테이퍼 형상의 천공홀을 형성하고, 이 때 발생한 현장 굴착 토사와 고화제를 교반하여 테이퍼 형상의 토사-시멘트 혼합 말뚝을 시공하는 것으로, 이를 위해 다양한 시공장치가 사용될 수 있다. 다만, 후술할 본 발명의 테이퍼형 말뚝 시공장치(100)를 이용하여 테이퍼 형상의 천공홀을 천공하고, 현장 굴착 토사와 고화제를 교반하여 테이퍼 형상의 말뚝을 시공하는 것이 바람직하다.

도 2를 참조하면, 상기 천공 단계(S100)는 테이퍼형 말뚝 시공장치를 이용하여 상부에서 하부로 갈수록 깊이에 비례하여 직경이 작아지는 테이퍼 형상의 천공홀을 형성하는 단계이다. 상기 천공 단계(S100)는 지반(G)을 테이퍼 형상으로 천공하는 것으로, 여기서 테이퍼 형상은 상부에서 하부로 갈수록 연속적으로 직경이 작아지는 것이다. 테이퍼형 천공은 단단한 풍화토나 풍화암까지 천공될 수 있다.

구체적으로, 테이퍼형 말뚝은, 주면이 연직에 대해 일정각도로 기울어진 말뚝으로, 주면이 연직에 대해 기울어진 각도는 0도 내지 5도인 것이 바람직하다. 주면이 연직에 대해 기울어진 각도가 5도 이상이면 지표면 위치에 형성되는 말뚝 상단의 직경이 너무 커지기 때문에 상부 구조물이 축조되는 제한된 면적에 상부 하중에 적합한 말뚝 수량을 배치하는 것이 어려울 수 있는 문제점이 있다. 따라서, 주면이 연직에 대해 기울어진 각도는 0도 내지 5도인 것이 바람직하다.

상기 고화제 주입 단계(S200)는 상기 테이퍼형 말뚝 시공장치를 통해 상기 천공 단계에서 발생한 굴착 토사에 고화제를 주입하는 단계이다. 상기 테이퍼형 말뚝 시공장치에는 고화제를 주입할 수 있는 홀이 형성되어 있으며, 상기 홀을 통해 상기 천공홀로 고화제가 주입된다. 구체적으로, 상기 천공 단계(S100)에서 테이퍼 형상의 천공홀이 단단한 풍화토나 풍화암까지 천공될 때 발생하는 상기 굴착 토사에 고화제를 주입한다.

상기 말뚝 형성 단계(S300)는 상기 테이퍼형 말뚝 시공장치를 이용해 상기 굴착 토사와 고화제를 교반하여 말뚝을 형성하는 단계이다. 상기 테이퍼형 말뚝 시공장치에는 상기 굴착 토사와 고화제를 교반할 수 있는 오거 스크류, 날개부 등이 마련될 수 있으며, 이를 통해 상기 굴착 토사와 고화제를 교반하여 테이퍼 형상의 말뚝(170)을 형성하게 된다.

도 3을 참조하면, 상기 말뚝(170) 내부에는 철근망(180)이 삽입될 수 있다. 상기 철근망(180)은 상기 굴착 토사와 고화제를 교반하고 나서 삽입될 수 있는 것으로, 상기 철근망(180)은 말뚝의 강성을 높여서 수평하중에 대한 말뚝의 저항력을 향상시키는 역할을 하는 것이다. 상기 철근망(180)은 상기 말뚝(170) 상단에서부터 하부로 연장될 수 있는 것으로, 상기 말뚝(170) 상단에서부터 수평하중이 전달되는 깊이(일반적으로 말뚝 직경의 10~15배)까지 연장되는 것이 바람직하다.

일반적으로 구조물에 수평하중이 작용할 경우, 수평하중이 말뚝에 전달되는 깊이는 지표면으로부터 일정 깊이까지이며, 지반과 말뚝의 특성에 의해 결정되는 이 깊이는 통상 말뚝 직경의 10~15배를 넘지 않는다. 따라서, 말뚝이 테이퍼 형상인 것을 고려할 때 말뚝에 작용하는 수평하중에 대한 말뚝의 저항력을 향상시키기 위해 상기 말뚝(170) 상단에서부터 5m 내지 10m 하부까지 상기 철근망(180)을 삽입하는 것이 바람직하다.

도 4를 참조하면, 상기 철근망(180)은 상기 말뚝(170) 내부에서부터, 상기 말뚝(170) 상단의 상기 말뚝(170) 외부로 돌출연장 될 수도 있다. 즉, 상기 철근망(180)은 상기 말뚝(170) 상단에서부터 하부로 5m 내지 10m 연장되며, 상기 말뚝(170) 상단으로부터 일부 돌출되는 것이다.

상기 말뚝(170) 상부에는 구조물이 올라가게 되는데, 구조물을 지반에 고정하지 않으면 지진 발생시 구조물의 수평 변위가 커질 위험성이 있다. 이를 방지하기 위해, 상기 철근망(180)을 상기 말뚝(170) 상단의 상기 말뚝(170) 외부로 돌출시킬 수 있다. 돌출된 상기 철근망(180)은 구조물의 바닥 콘크리트와 결합될 수 있고, 구조물과 결합된 상기 철근망(180)을 통해 지진 발생시 구조물의 수평 변위를 최소화 할 수 있게 된다.

도 9를 참조하면, 상기 천공 단계(S100)에서는 상기 테이퍼형 말뚝 시공장치를 이용하여 상부에서 하부로 갈수록 깊이에 비례하여 직경이 작아지는 테이퍼 형상의 제1천공홀(260)과, 상기 제1천공홀(260) 상부에 마련되며, 상부에서 하부까지 직경이 동일한 원통형의 제3천공홀(460)과, 상기 제3천공홀(460) 상부에 마련되며, 상부에서 하부로 갈수록 깊이에 비례하여 직경이 작아지는 테이퍼 형상의 제2천공홀(360)로 이루어진 천공홀을 형성할 수 있다.

구체적으로, 테이퍼 형상의 제1천공홀(260) - 원통형의 제3천공홀(460) - 테이퍼 형상의 제2천공홀(360)의 순서로 천공홀을 형성할 수 있다. 이와 같은 형상의 천공홀은 말뚝의 지지층이 깊은 깊이에 있을 때 형성할 수 있다. 말뚝의 지지층 깊이가 깊은 경우, 깊이에 비례하여 직경이 작아지는 테이퍼 형상으로 천공을 하면, 상부와 하부의 천공홀의 직경 차이가 상당히 커져서 지표면에 형성되는 천공홀 직경이 너무 커지게 된다. 이를 방지하기 위해 테이퍼 형상의 말뚝 사이에 일정한 직경으로 이루어진 원통형의 연결부를 형성할 수 있다.

이와 같이 천공홀을 형성하고 난 후 고화제를 주입하고, 천공홀 형성과정에서 발생한 굴착 토사와 고화제를 교반하여, 테이퍼 형상의 제1말뚝(270) - 일정한 직경을 갖는 원통형의 제3말뚝(470) - 테이퍼 형상의 제2말뚝(370)을 형성할 수 있다.

다만, 천공홀의 형상은 이에 한정되지 않으며, 다양한 형상으로 이루어질 수 있다. 구체적으로, 상기 제2천공홀(360)과 상기 제3천공홀(460)이 복수 개가 마련되며, 상기 제3천공홀(460)은 상기 제1천공홀(260)과 상기 제2천공홀(360) 사이에 마련되거나, 복수 개의 상기 제2천공홀(360) 사이에 마련될 수 있다.

즉, 상기 제1천공홀(260)이 최하단에 배치되고, 상기 제1천공홀(260) 상부에 복수 개의 상기 제2천공홀(360)과 상기 제3천공홀(460)이 조합되어 천공홀을 형성할 수 있다. (제1천공홀-제3천공홀-제2천공홀-제3천공홀-제2천공홀, 제1천공홀-제3천공홀-제2천공홀-제2천공홀, 제1천공홀-제2천공홀-제3천공홀-제2천공홀 등과 같이 다양한 형상의 천공홀이 형성될 수 있다.) 천공홀의 형상은 지지층의 심도가 깊은 경우, 중간인 경우, 얕은 경우 등 환경에 따라 그 형상이 변형되어 사용될 수 있다.

천공홀은 도 8 및 도 10과 같이 상기 제1천공홀(260)과 상기 제2천공홀(360)이 연속적으로 결합되어 이루어질 수 있다. 이때, 도 8과 같이 상기 제1천공홀(260) 최상단의 직경과, 상기 제2천공홀(360) 최하단의 직경이 동일하여 연속적인 테이퍼 형상이 이루어질 수도 있고, 도 10과 같이 상기 제1천공홀(260) 최상단의 직경 보다 상기 제2천공홀(360) 최하단의 직경이 크게 형성되어, 연속되지 않은 테이퍼 형상으로도 이루어질 수 있다.

상술한 테이퍼형 말뚝 시공방법은 테이퍼형 천공홀을 만들 수 있는 다양한 시공장치를 사용해서 이루어질 수 있다. 그러나 후술할 테이퍼형 말뚝 시공장치(100)를 사용하는 것이 바람직하며, 이하 테이퍼형 말뚝 시공장치(100)에 대해 상세하게 설명한다.

도 5를 참조하면, 상기 테이퍼형 말뚝 시공장치(100)는 로드(110), 굴착부(120), 오거 스크류(130), 날개부(140)를 포함하여 이루어진다.

상기 로드(110)는 봉형상으로 이루어지며, 내부에 고화제가 이동할 수 있는 중공부(111)가 형성되어 있는 것이다. 상기 로드(110) 하부에는 상기 중공부(111)와 연통되어 있으며, 고화제를 천공홀(160)로 분사할 수 있는 제1분사공(112)이 마련되어 있다.

상기 로드(110)는 상기 테이퍼형 말뚝 시공장치(100)의 기본 축이 될 수 있는 것이며, 후술할 상기 굴착부(120), 상기 오거 스크류(130), 상기 날개부(140)는 상기 로드(110)를 축으로 회전할 수 있는 것이다.

상기 로드(110)의 측면에는 상기 중공부(111)와 연통되며, 고화제를 상기 로드(110) 외부로 분사할 수 있는 제2분사공(150)이 마련될 수 있다. 상기 제2분사공(150)은 상기 제1분사공(112)과 함께 천공홀(160)에 고화제를 분사할 수 있는 것이다. 즉, 상기 제1분사공(112)은 상기 로드(110) 하부에서, 상기 제2분사공(150)은 상기 로드(110) 측면에서 고화제를 분사할 수 있는 것이다. 상기 제2분사공(150)은 필요에 따라서는 복수 개가 형성될 수 있다.

상기 굴착부(120)는 상기 로드(110) 하부에 결합되며, 회전에 의해 지반(G)을 굴착할 수 있는 것이다. 구체적으로 상기 굴착부(120)에는 날개 형상으로 돌출되는 굴착비트(121)가 마련될 수 있다. 상기 굴착부(120)가 회전하면, 상기 굴착비트(121)도 함께 회전하게 되고, 상기 굴착비트(121)가 지면을 파고들면서, 지반을 굴착하여 천공홀(160)을 형성할 수 있게 된다.

상기 오거 스크류(130)는 상기 굴착부(120) 상부에 마련되며, 상기 로드(110) 측면에 나선 형태로 결합되는 것이다. 상기 오거 스크류(130)는 나선형상으로 상기 로드(110) 측면을 감싸고 있는 것으로, 상기 굴착부(120)를 통해 굴착할 때 발생하는 굴착토사를 상부로 이동시키는 역할을 하는 것이다.

구체적으로, 상기 오거 스크류(130)는 상기 로드(110)를 축으로 회전하면서, 상기 굴착부(120)를 통해 지반(G)을 굴착할 때 발생한 토사를 상기 굴착부(120) 상부로 이동시키는 역할을 하게 된다. 이를 통해 굴착이 진행될수록 상기 굴착부(120) 하부에 쌓이는 굴착 토사를 상기 굴착부(120) 상부로 이동시킬 수 있게 되고, 원활하게 굴착을 진행시킬 수 있게 된다.

상기 날개부(140)는 상기 로드(110) 측면으로부터 돌출되는 교반축(141)과 상기 교반축(141) 끝단에 마련되며, 블레이드 형상으로 이루어진 교반날개(142)를 포함하여 이루어지는 것이다. 구체적으로, 상기 날개부(140)는 상기 로드(110)의 길이 방향을 따라, 상기 로드(110)의 상부에서부터 하부까지 복수 개가 마련될 수 있는 것이다. 복수 개의 상기 날개부(140)는 상기 로드(110)의 측면을 지그재그 방향으로 배치될 수 있는 것으로, 상기 로드(110)를 위에서 바라보았을 때 상기 날개부(140)는 십자 형상으로 배치될 수 있다.

도 6을 참조하면, 상기 날개부(140)는 상기 로드(110)를 축으로 회전할 수 있는 것으로, 상기 날개부(140)의 회전에 의해 지반(G) 내부를 굴착하면서 테이퍼 형상의 천공홀(160)을 형성할 수 있게 된다. 테이퍼 형상의 천공홀(160)을 형성하기 위해서는 복수 개의 상기 날개부(140)의 상기 교반축(141)은 상기 로드(110)의 상부에서 하부로 갈수록 길이가 일정 비율로 짧아지는 것이 바람직하다.

상기 교반축(141)의 길이가 상기 로드(110) 상부에서 하부로 갈수록 일정 비율로 짧아지게 형성됨에 따라 천공홀(160)은 상부에서 하부로 갈수록 깊이에 비례하여 직경이 작아지게 되고, 이를 통해 테이퍼 형상의 천공홀(160)을 형성할 수 있게 된다.

테이퍼 형상의 천공홀(160)을 형성하기 위해서 복수 개의 상기 날개부(140)에 형성되어 있는 블레이드 형상의 복수 개의 상기 교반날개(142)는 상기 로드(110)의 연장 축에 대하여 동일한 각도로 기울어지는 것이 바람직하다. 도 6을 참조하면, 상기 로드(110) 축을 중심으로 양쪽에 위치하는 상기 교반날개(142)는 동일한 선상의 천공홀(160) 공벽에 접할 수 있도록 동일한 각도로 기울어져 있을 수 있다. 이와 같이 복수 개의 상기 교반날개(142)가 동일한 각도로 기울어짐에 따라 테이퍼 형상의 천공홀(160)을 형성할 수 있게 된다. (이 때, 상기 교반축(141)은 수평 방향으로 연장되어 있다.)

복수 개의 상기 교반날개(142)가 상기 로드(110)의 연장 축에 대하여 기울어지는 각도는 필요한 테이퍼 형상에 따라 변경될 수 있다. 테이퍼 형상은 서로 상대하는 양측면이 대칭적으로 경사가 이루어져 있는 것으로(상단에서 하단으로 갈수록 경사가 형성), 상기 경사를 원하는 각도로 변경하기 위해 복수 개의 상기 교반날개(142)가 상기 로드(110)의 연장 축에 대하여 기울어지는 각도를 변경할 수 있다.

복수 개의 상기 날개부(140)의 상기 교반축(141)은 상기 로드(110)의 상부에서 하부로 갈수록 길이가 일정 비율로 짧아지도록 형성하고, 복수 개의 상기 날개부(140)에 형성된 복수 개의 상기 교반날개(142)를 동일한 각도로 기울임에 따라 도 6과 같은 테이퍼 형상의 천공홀(160)을 형성할 수 있게 된다.

다만, 상기 날개부(140)의 형상은 이에 한정되는 것은 아니며 다른 형상으로도 이루어질 수 있다. 구체적으로, 복수 개의 상기 날개부(140)에 마련되어 있는 복수 개의 상기 교반축(141)은, 수평방향으로부터 하향 경사를 가지며 일정각도로 기울어져 있고, 상기 교반날개(142)는 상기 교반축(141)에 수직으로 이루어질 수 있다. 이 경우, 테이퍼 형상의 경사는, 상기 교반축(141)이 수평 방향으로부터 하향 경사를 가지는 일정 각도와 동일하게 형성될 수 있다.

즉, 상기 교반축(141)을 수평방향과 평행하게 하고, 상기 교반날개(142)를 연직에 대해 일정각도로 기울이거나, 상기 교반축(141)을 수평방향으로부터 하향 경사로 일정 각도 기울이고, 상기 교반날개(142)를 상기 교반축(141)과 수직으로 이루어지게 함에 따라 경사를 갖는 테이퍼 형상의 천공홀을 형성할 수 있게 된다.

여기서, 테이퍼 형상이 기울어진 각도는 0도 내지 5도 일 수 있다. (테이퍼 형상이 기울어진 각도는, 토사-시멘트 혼합 말뚝이 형성되었을 때 주면이 연직에 대해 기울어진 각도와 동일한 것이다. 테이퍼 형상은 서로 상대하는 양측면이 대칭적으로 경사가 이루어져 있는 것이기 때문에, 일정각도가 형성된다.) 테이퍼 형상이 기울어진 각도가 5도 이상이면 지표면 위치에 형성되는 말뚝 상부의 직경이 너무 커지기 때문에 상부구조물이 축조되는 제한된 면적에 상부 하중에 적합한 말뚝 수량을 배치하는 것이 어렵게 되는 문제가 발생할 수 있다. 따라서, 테이퍼 형상이 기울어진 각도는 0도 내지 5도 인 것이 바람직하다.

상기 날개부(140)는 상기 로드(110)를 축으로 회전하면서 지반(G)을 테이퍼 형상으로 굴착할 수 있으나, 상기 날개부(140)를 통해 지반(G)에 형성된 테이퍼 형상의 공벽을 다짐할 수도 있다. 도 7을 참조하면, 상기 날개부(140)의 상기 교반날개(142)는 곡률이 형성된 원호형 단면을 갖는 블레이드 형상으로 이루어지고, 상기 원호형 단면의 곡률 중심은, 천공홀(160) 내부에 위치하지만 상기 로드(110) 및 상기 교반축(141) 위에는 형성되지 않고, 상기 교반축(141)에서 일정 각도로 회전된 지점에 형성되는 것이다.

이와 같이 상기 교반날개(142)를 형성하면, 상기 교반날개(142)의 원호형 단면 중 일측면은 천공홀(160)의 공벽과 접촉하게 되고, 상기 교반날개(142)의 원호형 단면 중 타측면은 천공홀(160)의 공벽과 접촉하지 않게 된다.

도 7을 참조하면, 상기 날개부(140)가 상기 교반날개(142)의 원호형 단면 중 천공홀(160)의 공벽에 접촉해 있는 일측면 부분 방향으로 회전하게 되면(도 7에서 반시계 방향으로 회전하면) 천공홀(160)의 공벽을 굴착하게 되고, 상기 날개부(140)가 상기 교반날개(142)의 원호형 단면 중 천공홀(160)의 공벽에 접촉하지 않은 타측면 부분 방향으로 회전하게 되면(도 7에서 시계 방향으로 회전하면) 천공홀(160)의 공벽을 다질 수 있게 된다.

말뚝을 시공하는 과정에서, 천공홀(160)을 형성하기 위해 지반(G) 내부를 굴착해야 하지만, 형성된 천공홀(160) 내부의 공벽이 무너지는 것을 방지하기 위해 천공홀(160)의 공벽을 다짐해야 할 필요가 있다. 본 발명은 상기 날개부(140)의 회전방향만 바꿈으로써 천공홀(160) 공벽의 굴착과 다짐을 모두 할 수 있는 장점이 있다.

상술한 테이퍼형 말뚝 시공장치(100)를 통해 상술한 테이퍼형 말뚝 시공방법을 진행할 수 있으며, 다음과 같은 과정을 통해 테이퍼형 말뚝 시공방법이 진행된다. 상기 테이퍼형 말뚝 시공장치(100)의 구성은 상술한 구성과 동일한 구성이므로, 그 상세한 설명을 생략한다.

도 1을 참조하면 테이퍼형 말뚝 시공방법은 천공단계(S100), 고화제 주입 단계(S200), 말뚝 형성단계(S300)를 포함하여 이루어진다.

도 5를 참조하면, 상기 천공단계(S100)에서는 상기 굴착부(120)에 의해 지반(G)이 굴착되고, 상기 교반날개(142)의 회전에 의해 테이퍼형 천공홀(160)이 형성된다. 이때, 상술한 바와 같이 수평방향으로 연장된 복수 개의 상기 교반축(141)이 상기 로드(110) 상부에서 하부로 갈수록 길이가 일정 비율로 짧아지며, 복수 개의 상기 교반날개(142)가 상기 로드(110)에 대하여 동일한 경사를 가지며 기울어지거나, 복수 개의 상기 교반축(141)이 수평방향으로부터 하향 경사를 가지며 일정각도 기울어져 있고, 상기 교반날개(142)는 상기 교반축(141)에 수직으로 이루어짐에 따라 테이퍼형 천공홀(160)을 형성할 수 있게 된다.

상기 고화제 주입 단계(S200)에서 고화제는 상기 제1분사공(112)을 통해 주입된다. 테이퍼 형상으로 이루어진 천공홀(160)에 상기 제1분사공(112)을 통해 고화제를 주입하면, 상기 굴착 토사와 고화제가 교반된다. 이때, 상기 로드(110)의 측면에 마련되어 있는 상기 제2분사공(150)을 상기 제1분사공(112)과 함께 사용하면, 고화제를 천공홀(160)의 여러 위치에 골고루 주입할 수 있어 토사와 시멘트가 균일하게 교반될 수 있게 된다.

상기 말뚝 형성 단계(S300)는 상기 굴착 토사와 고화제를 교반하여 말뚝(170)을 형성하는 단계이다. 상기 굴착 토사와 고화제를 교반하기(섞이게 하기) 위해서 상기 교반축(141)이 사용될 수 있으며, 상기 교반날개(142), 상기 오거 스크류(130), 상기 굴착부(120) 등도 사용될 수 있다. 상기 굴착 토사는 상기 고화제와 교반되어서 테이퍼 형상의 말뚝(170)을 형성하게 된다.

상기 말뚝(170) 내부에는 상기 철근망(180)이 삽입될 수 있다. 상기 철근망(180)은 상기 굴착 토사와 고화제를 교반하고 나서 삽입될 수 있는 것으로, 상기 철근망(180)은 말뚝의 강성을 높여서 수평하중에 대한 말뚝의 저항력을 향상시킬 수 있는 것이다. 상기 철근망(180)은 상기 말뚝(170) 상단에서부터 수평하중이 전달되는 깊이까지 연장되는 것이 바람직하며, 이 깊이는 통상 말뚝 직경의 10~15배를 넘지 않으므로 말뚝이 테이퍼 형상인 것을 고려할 때 철근망(180)은 상기 말뚝(170) 상단에서부터 5m 내지 10m 하부까지 연장되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 철근망(180)은 상기 말뚝(170) 내부에서부터, 상기 말뚝(170) 상단의 상기 말뚝(170) 외부로 돌출연장 될 수도 있다. (상기 철근망(180)이 삽입되는 효과는 상술한 효과와 동일하므로, 상세한 설명은 생략한다.)

이상에서 상기 테이퍼형 말뚝 시공장치(100)를 통해 테이퍼형 말뚝 시공방법을 설명하였다. 이러한 상기 테이퍼형 말뚝 시공장치(100)는 복수 개가 마련되어 사용될 수도 있으며, 중간에 연결 말뚝 시공장치(400)가 연결되어 사용될 수도 있다.

구체적으로, 말뚝을 지지할 수 있는 지지층이 얕은 깊이에 있는 경우, 지지층이 중간 깊이에 있는 경우, 지지층이 깊은 깊이에 있는 경우로 나누어서 사용될 수 있다.

말뚝을 지지할 수 있는 지지층이 얕은 깊이에 있는 경우는 도 5 및 도 6과 같이 하나의 상기 말뚝 시공장치(100)를 사용하여 시공한다. 말뚝을 지지할 수 있는 지지층이 얕은 깊이에 있는 경우의 시공방법은 상술한 시공방법과 동일하다.

말뚝을 지지할 수 있는 지지층이 중간 깊이에 있는 경우에는 복수 개의 상기 테이퍼형 말뚝 시공장치(100)를 사용하여 시공할 수 있다. 도 8을 참조하면, 상기 테이퍼형 말뚝 시공장치(100)는 복수 개가 마련되며, 최하부에 배치되어 있는 상기 테이퍼형 말뚝 시공장치(100)를 제1테이퍼형 말뚝 시공장치(200)라 하고, 상기 굴착부(120)와 상기 오거 스크류(130)가 제거된 상기 테이퍼형 말뚝 시공장치(100)를 제2테이퍼형 말뚝 시공장치(200)라 한다.(여기서 도면번호는 각 구성에 따라 서로 대응되는 번호로 이루어져 있다.)

상기 제1테이퍼형 말뚝 시공장치(200)는 최하부에 배치되며, 상기 제2테이퍼형 말뚝 시공장치(300)는 상기 제1테이퍼형 말뚝 시공장치(200) 상부에 연결되어 결합될 수 있다. 구체적으로 상기 제2테이퍼형 말뚝 시공장치(300)의 로드(310)는 상기 제1테이퍼형 말뚝 시공장치(200)의 로드(210)에 연결 결합될 수 있다. 이때, 상기 제2테이퍼형 말뚝 시공장치(300)는 상기 제1테이퍼형 말뚝 시공장치(200)와 결합을 위해 상기 굴착부(120)와 상기 오거 스크류(130)가 제거된 상태이다.

이와 같이 복수 개의 테이퍼형 말뚝 시공장치(100)를 사용하면, 테이퍼 형상의 천공홀을 더욱 깊게 형성할 수 있으며, 지지층이 중간 깊이에 있을 때 이와 같이 시공할 수 있다. 상기 제1테이퍼형 말뚝 시공장치(200)와 상기 제2테이퍼형 말뚝 시공장치(300)의 로드(210,310)에는 제2분사공(250,350)이 마련될 수도 있으며, 이와 같은 상기 제2분사공(250,350)을 통해 고화제를 천공홀(260, 360)에 용이하게 주입할 수도 있다.

말뚝을 지지할 수 있는 지지층이 깊은 깊이에 있는 경우에는 복수 개의 상기 테이퍼형 말뚝 시공장치(100)와 연결 말뚝 시공장치(400)를 사용하여 시공할 수 있다. 도 9를 참조하면, 상기 테이퍼형 말뚝 시공장치(100)는 복수 개가 마련되며, 최하부에 배치되어 있는 상기 테이퍼형 말뚝 시공장치(100)를 제1테이퍼형 말뚝 시공장치(200)라 하고, 상기 굴착부(120)와 상기 오거 스크류(130)가 제거된 상기 테이퍼형 말뚝 시공장치(100)를 제2테이퍼형 말뚝 시공장치(300)라 한다.(여기서 도면번호는 각 구성에 따라 서로 대응되는 번호로 이루어져 있다.)

상기 제1테이퍼형 말뚝 시공장치(200)는 최하부에 배치되고, 상기 제1테이퍼형 말뚝 시공장치(200) 상부에 상기 연결 말뚝 시공장치(400)를 배치한다. 여기서, 상기 연결 말뚝 시공장치(400)는 봉형상으로 이루어지며, 내부에 고화제가 이동할 수 있는 연결 중공부(411)가 형성되어 있는 연결 로드(410)와, 상기 연결 로드(410) 측면에서부터 돌출되는 연결 교반축(441)과, 상기 연결 교반축(441) 끝단에 마련되며, 블레이드 형상으로 이루어진 연결 교반날개(442)를 포함하여 이루어진 연결 날개부(440)를 포함하며, 상기 연결 날개부(440)는, 상기 연결 로드(410)의 상부에서부터 하부까지 상기 연결 로드(410)를 따라 복수 개가 마련되고, 복수 개의 상기 연결 날개부(440)의 상기 연결 교반축(441)은 길이가 동일하고, 상기 연결 교반날개(442)는 상기 연결 로드(410)가 연장되는 축의 방향과 평행하거나, 상기 연결 로드(410)가 연장되는 축에 대하여 동일한 각도로 기울어져 있는 것이다. (상기 연결 교반날개(442)가 상기 연결 로드(410)가 연장되는 축과 평행하면 연결 말뚝 주면이 매끈하게 형성되고, 상기 연결 교반날개(442)가 상기 연결 로드(410)가 연장되는 축에 대하여 동일한 각도로 기울어져 있으면 연결 말뚝의 주면에 돌기가 형성되어 주면 마찰력이 커지는 효과가 있다.)

즉, 상기 연결 말뚝 시공장치(400)는 상기 연결 교반축(441)의 길이가 동일하게 형성된 것으로, 테이퍼 형상의 천공홀이 아닌 직경이 동일하게 형성되어 있는 원통형의 천공홀을 형성할 수 있는 것이다.

상기 제1테이퍼형 말뚝 시공장치(200), 상기 제2테이퍼형 말뚝 시공장치(300), 상기 연결 말뚝 시공장치(400)의 배치는, 상기 제1테이퍼형 말뚝 시공장치(200)가 최하부에 배치되고, 상기 제1테이퍼형 말뚝 시공장치(200) 상부에는 연결 말뚝 시공장치(400)가 배치되고, 상기 제2테이퍼형 말뚝 시공장치(300)는 상기 연결 말뚝 시공장치(400) 상부에 결합되어 배치된다. (구체적으로 상기 제2테이퍼형 말뚝 시공장치(300)의 로드(310)는 상기 연결 말뚝 시공장치(400)의 연결 로드(410)에 연결 결합될 수 있으며, 상기 연결 말뚝 시공장치(400)의 연결 로드(410)는 상기 제1테이퍼형 말뚝 시공장치(200)의 로드(210)에 연결결합 될 수 있다. 이때, 상기 제2테이퍼형 말뚝 시공장치(300)는 상기 연결 말뚝 시공장치(400)와 결합을 위해 상기 굴착부와 상기 오거 스크류가 제거된 상태이다.) 상기 연결 말뚝 시공장치(400)의 상기 연결 로드(410)에는 연결 제2분사공(450)이 마련될 수도 있으며, 이와 같은 상기 연결 제2분사공(450)을 통해 고화제를 천공홀(460)에 용이하게 주입할 수도 있다.

이와 같이 복수 개의 테이퍼형 말뚝 시공장치와 연결 말뚝 시공장치(400)가 연결되면, 상기 천공 단계(S100)에서 상부에서 하부로 갈수록 깊이에 비례하여 직경이 작아지는 테이퍼 형상의 제1천공홀(260)과, 상기 제1천공홀(260) 상부에 마련되며, 동일한 직경으로 형성된 원통형의 제3천공홀(460)과, 상기 제3천공홀(460) 상부에 마련되며, 상부에서 하부로 갈수록 깊이에 비례하여 직경이 작아지는 테이퍼 형상의 제2천공홀(360)로 이루어진 천공홀을 형성할 수 있다.

구체적으로, 하부에서 상부로 가면서 테이퍼 형상의 제1천공홀(260) - 동일한 직경의 원통형의 제3천공홀(460) - 테이퍼 형상의 제2천공홀(360)의 순서로 천공홀을 형성할 수 있다. 말뚝의 지지층 깊이가 깊은 경우, 깊이에 비례하여 직경이 작아지는 테이퍼 형상으로 천공을 하면, 상부와 하부의 천공홀의 직경 차이가 상당히 커지게 된다. 이를 방지하기 위해 테이퍼 형상의 말뚝 사이에 동일한 직경으로 이루어진 원통형의 연결 말뚝을 상기 연결 말뚝 시공장치(400)를 통해 형성할 수 있다.

이와 같이 천공홀을 형성하고 난 후 고화제를 주입하고, 굴착토사와 고화제를 교반하여, 테이퍼 형상의 제1말뚝(270) - 동일한 직경을 갖는 원통형의 제3말뚝(470) - 테이퍼 형상의 제2말뚝(370)을 형성할 수 있다.

(상기 제1테이퍼형 말뚝 시공장치(200)도 상술한 테이퍼형 말뚝 시공장치(100)와 같이 로드(210), 중공부(211), 제1분사공(212), 굴착부(220), 굴착비트(221), 오거 스크류(230), 날개부(240), 교반축(241), 교반날개(242), 등이 마련될 수 있으며, 테이퍼형 말뚝 시공장치(100)의 구성과 동일한 구성이므로 상세한 설명은 생략한다. 상기 제2테이퍼형 말뚝 시공장치(300)도 상술한 테이퍼형 말뚝 시공장치(100)와 같이 로드(310), 중공부(311), 제2분사공(350), 날개부(340), 교반축(341), 교반날개(342), 등이 마련될 수 있으며, 테이퍼형 말뚝 시공장치(100)의 구성과 동일한 구성이므로 상세한 설명은 생략한다.)

상기 테이퍼형 말뚝 시공장치(100)가 복수 개 사용될 경우, 상기 제2테이퍼형 말뚝 시공장치(300)와 상기 연결 말뚝 시공장치(400)는 복수 개가 서로 조합되어 사용될 수도 있다. 구체적으로 상기 제1테이퍼형 말뚝 시공장치(200)는 최하부에 배치되고, 상기 제1테이퍼형 말뚝 시공장치(200) 상부에 복수개의 상기 제2테이퍼형 말뚝 시공장치(300)와 상기 연결 말뚝 시공장치(400)가 서로 조합되어 사용될 수 있다.

가령, 지지층이 중간 깊이에 있는 경우, 하부에서 상부로 가면서 상기 제1테이퍼형 말뚝 시공장치-상기 제2테이퍼형 말뚝 시공장치-상기 제2테이퍼형 말뚝 시공장치(제2테이퍼형 말뚝 시공장치 2개를 연결해서 사용)를 사용하거나, 상기 제1테이퍼형 말뚝 시공장치-상기 연결 말뚝 시공장치-상기 제2테이퍼형 말뚝 시공장치를 사용할 수도 있고, 지지층이 매우 깊은 깊이에 있는 경우에는 상기 제1테이퍼형 말뚝 시공장치-상기 연결 말뚝 시공장치-상기 제2테이퍼형 말뚝 시공장치-상기 연결 말뚝 시공장치-상기 제2테이퍼형 말뚝 시공장치를 사용할 수도 있다. (이외에도, 상기 제1테이퍼형 말뚝 시공장치-상기 연결 말뚝 시공장치-상기 제2테이퍼형 말뚝 시공장치-상기 제2테이퍼형 말뚝 시공장치, 상기 제1테이퍼형 말뚝 시공장치-상기 제2테이퍼형 말뚝 시공장치-상기 연결 말뚝 시공장치-상기 제2테이퍼형 말뚝 시공장치 등 다양한 조합이 사용될 수 있음은 물론이다.)

상기 제1테이퍼형 말뚝 시공장치(200)와 상기 제2테이퍼형 말뚝 시공장치(300)가 결합될 때, 상기 제1테이퍼형 말뚝 시공장치(200)와 상기 제2테이퍼형 말뚝 시공장치(300)에 의해 형성된 천공홀(260, 360)의 직경이 상기 제1, 2테이퍼형 말뚝 시공장치(200, 300)가 결합되는 곳에서 동일하게 형성될 수 있다.

즉, 상기 제1테이퍼형 말뚝 시공장치(200)에 의해 형성된 천공홀(260)에서 최상단의 직경과, 상기 제2테이퍼형 말뚝 시공장치(300)에 의해 형성된 천공홀(360)에서 최하단의 직경이 동일하게 형성되는 것이다. (이는 말뚝 직경의 연속성을 확보하고, 말뚝 직경이 급변하게 되면 그 부분이 하중 전달에 취약해 질 수 있기 때문에, 상기 제1테이퍼형 말뚝 시공장치(200)에 의해 형성된 천공홀(260)에서 최상단의 직경과, 상기 제2테이퍼형 말뚝 시공장치(300)에 의해 형성된 천공홀(360)에서 최하단의 직경을 동일하게 하는 것이다.)

또한, 도 10을 참조하면, 상기 제1테이퍼형 말뚝 시공장치(200)와 상기 제2테이퍼형 말뚝 시공장치(300)가 결합될 때, 상기 제1테이퍼형 말뚝 시공장치(200)와 상기 제2테이퍼형 말뚝 시공장치(300)에 의해 형성된 천공홀(260, 360)의 직경이 상기 제1, 2테이퍼형 말뚝 시공장치(200, 300)가 결합되는 곳에서 다르게 형성될 수도 있다.

즉, 도 10과 같이 상기 제1테이퍼형 말뚝 시공장치(200)에 의해 형성된 천공홀(260)에서 최상단의 직경이 상기 제2테이퍼형 말뚝 시공장치(300)에 의해 형성된 천공홀(360)에서 최하단의 직경보다 작도록 형성하여 도 10과 같은 말뚝을 형성할 수도 있다. 이는, 말뚝 본수가 수평하중에 의해 결정되는 경우 수평하중이 전달되는 깊이까지 직경을 크게 하면 휨하중이나 전단하중에 대한 말뚝의 구조 안정성을 향상시키면서 말뚝의 재료비는 최소화할 수 있기 때문에, 상기 제1테이퍼형 말뚝 시공장치(200)에 의해 형성된 천공홀(260)에서 최상단의 직경이 상기 제2테이퍼형 말뚝 시공장치(300)에 의해 형성된 천공홀(360)에서 최하단의 직경보다 작도록 형성하는 것이다.

상기 제1테이퍼형 말뚝 시공장치(200), 상기 연결 말뚝 시공장치(400), 상기 제2테이퍼형 말뚝 시공장치(300)가 결합될 때도, 상기 제1테이퍼형 말뚝 시공장치(200)와 상기 연결 말뚝 시공장치(400)가 결합되는 곳의 교반축(241,441) 길이와, 상기 연결 말뚝 시공장치(400)와 상기 제2테이퍼형 말뚝 시공장치(300)가 결합되는 곳의 교반축(441,341) 길이는 동일하게 형성될 수 있다.

즉, 상기 제1테이퍼형 말뚝 시공장치(200)에서 최상단에 마련되어 있는 교반축(241)과, 상기 연결 말뚝 시공장치(400)에서 최하단에 마련되어 있는 교반축(441)은 동일한 길이로 형성되어 있고, 상기 연결 말뚝 시공장치(400)에서 최상단에 마련되어 있는 교반축(441)과, 상기 제2테이퍼형 말뚝 시공장치(300)에서 최하단에 마련되어 있는 교반축(341)은 동일한 길이로 형성되어 있을 수 있다. (상기 연결 말뚝 시공장치(400)는 교반축(441)의 길이가 동일하게 형성되어 있는 것이다. 따라서, 최종적으로 상기 제1테이퍼형 말뚝 시공장치(200)의 최상단 교반축(241)과, 상기 연결 말뚝 시공장치(400)의 교반축(441), 상기 제2테이퍼형 말뚝 시공장치(300)의 최하단 교반축(341)의 길이가 동일하게 형성될 수 있다. 이와 같이, 상기 제1테이퍼형 말뚝 시공장치(200)의 최상단 교반축(241)과, 상기 연결 말뚝 시공장치(400)의 교반축(441), 상기 제2테이퍼형 말뚝 시공장치(300)의 최하단 교반축(341)의 길이가 동일하게 형성함에 따라, 테이퍼 형상의 말뚝과 원통형 형상의 연결말뚝의 직경이 연속성을 갖게 할 수 있다.)

또한, 상기 제1테이퍼형 말뚝 시공장치(200)는 최하부에 배치되고, 상기 제2테이퍼형 말뚝 시공장치(300)와 상기 연결 말뚝 시공장치(400)는 복수 개가 서로 조합되어 사용되는 경우에도 상술한 방법이 적용될 수 있음은 물론이다.

상술한 본 발명의 테이퍼형 말뚝 시공장치 및 테이퍼형 말뚝 시공방법은 다음과 같은 효과가 있다.

본 발명은 교반축의 길이가 다른 복수 개의 날개부를 이용하여 테이퍼 형상으로 지반을 천공하고, 천공과정에서 발생한 현장 굴착토사와 고화제를 교반함으로써 테이퍼 형상의 말뚝을 시공할 수 있는 장점이 있다.

또한, 주면이 연직에 대해 일정각도 기울어진 테이퍼 형상의 말뚝을 형성함에 따라 큰 하중이 작용하는 상단은 단면적을 크게, 작은 하중이 작용하는 하단은 단면적을 작게 해서 말뚝 재료를 최적화해 사용함으로써 재료비를 절감할 수 있으면서 동시에 깊이에 따라 직경이 동일한 원통형 말뚝과 체적이 동일하더라도 원통형 말뚝 대비 향상된 지지력을 발휘하여 구조적으로 안전성을 확보할 수 있는 장점이 있다.

본 발명은 테이퍼 형상의 말뚝을 형성함에 따라, 종래의 동일한 직경을 갖는 원통형 말뚝에 비해 주변 지반을 조밀하게 다짐하는 효과가 있으며, 종래의 동일한 직경을 갖는 원통형 말뚝에 비해 주면 마찰력이 상승하여 하중 지지능력이 향상되는 효과가 있다.

구체적으로, 종래의 동일한 직경을 갖는 원통형 말뚝은 말뚝 주면이 지반과 수직으로 접촉하기 때문에 연직하중에 의해 말뚝이 침하될 때 지반이 압축되기 어려웠으나, 테이퍼 형상의 말뚝은 주면이 경사져 있기 때문에 연직하중에 의해 말뚝이 침하될 때 테이퍼 경사를 통해 지반이 압축될 수 있게 된다. 이와 같이 테이퍼 경사로 지반이 압축되면 지반이 조밀하게 다져지는 효과가 있다. 따라서, 테이퍼 경사를 통해 지반을 압축시키고, 동시에 지반과 접촉하는 면적을 넓힘에 따라 주면 마찰력을 상승시킬 수 있게 되고, 이를 통해 하중 지지능력이 향상되는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 테이퍼 형상의 말뚝을 형성함에 따라 연약지반에서 하중으로 작용할 수 있는 부주면 마찰력을 감소시킬 수 있는 효과가 있다. 부주면 마찰력은 연약한 지반에서 침하가 일어날 때 발생할 수 있는 것으로, 지반이 침하하면서 지반과 말뚝 사이에 하향으로 작용하는 마찰력이 발생해서 말뚝을 하중 방향으로 잡아당기게 되는 것이다. 종래의 일정한 직경을 갖는 원통형 말뚝은 지반과 말뚝의 마찰력에 의해 부주면 마찰력이 발생할 수 있는 문제점 있었다. 그러나 본 발명의 테이퍼형 말뚝은, 주면이 경사져 있기 때문에 지반이 침하할 때 말뚝과 지반 사이에 마찰력이 작용하기 어렵게 되고, 이를 통해 부주면 마찰력을 최소화 할 수 있는 장점이 있다.

이와 함께, 복수 개의 테이퍼형 말뚝 시공장치를 사용함에 따라 테이퍼 형상의 천공홀 깊이를 손쉽게 조절할 수 있으며, 복수 개의 테이퍼형 말뚝 시공장치와 상기 연결 말뚝 시공장치를 사용함에 따라 지지층이 깊은 경우에도 시공이 가능하게 된다. 이를 통해 말뚝을 지지하는 지지층이 얕은 깊이에 있는 경우, 중간 깊이에 있는 경우, 깊은 깊이에 있는 경우 모두 시공이 가능한 장점이 있다.

상술한 본 발명의 실시 예에 따르면 다음과 같이 변형되어 사용되는 것도 가능하다. 상기 교반축(141)의 상, 하면에는 교반 갈귀가 형성될 수도 있다. 상기 교반 갈귀는 상기 교반축(141)의 상면 또는 하면에 선택적으로 마련되거나, 상기 교반축(141)의 상면 및 하면에 동시에 마련될 수 있는 것으로, 상기 교반축(141)의 상, 하면에서 돌출되는 돌기 형상으로 이루어져 있다. 구체적으로 상기 교반 갈귀는 상기 교반축(141)의 상, 하면에서 복수 개의 돌기가 돌출되는 형상으로, 머리빗 형상으로 이루어질 수 있다. 상기 교반 갈귀는 천공홀에 주입된 고화재 내부에 존재하는 토사 덩어리를 파쇄하기 위한 것으로, 복수 개의 돌기가 돌출되는 머리빗 형상의 상기 교반 갈귀를 통해 토사 덩어리를 잘게 파쇄할 수 있는 장점 있다.

이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되지 않으며, 본 발명의 범주를 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 많은 변형이 제공될 수 있다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위를 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

100...테이퍼형 말뚝 시공장치 110...로드
111...중공부 112...제1분사공
120...굴착부 121...굴착비트
130...오거 스크류 140...날개부
141...교반축 142...교반날개
150...제2분사공 160...천공홀
170...말뚝 180...철근
200...제1테이퍼형 말뚝 시공장치 260...제1천공홀
270...제1말뚝 300...제2테이퍼형 말뚝 시공장치
360...제2천공홀 370...제2말뚝
400...연결 말뚝 시공장치 460...제3천공홀
470...제3말뚝 S100...천공 단계
S200...고화제 주입 단계 S300...말뚝 형성 단계

Claims

천공홀 현성과정에서 발생한 굴착 토사와 시멘트를 교반시켜 토사-시멘트 혼합 말뚝을 만들기 위한 말뚝 시공장치에 있어서,
봉형상으로 이루어지며, 내부에 고화제가 이동할 수 있는 중공부가 형성되어 있고, 하부에 상기 중공부와 연통되어 있는 제1분사공이 마련되어 있는 로드;
상기 로드 하부에 결합되며, 회전에 의해 지반을 굴착할 수 있는 굴착부;
상기 굴착부 상부에 마련되고, 상기 로드 측면에 나선 형태로 결합되어 있는 오거 스크류; 및
상기 로드 측면에서부터 돌출되는 교반축과, 상기 교반축 끝단에 마련되며, 블레이드 형상으로 이루어진 교반날개를 포함하여 이루어진 날개부;를 포함하며,
상기 날개부는, 상기 로드의 상부에서부터 하부까지 상기 로드를 따라 복수 개가 마련되고, 상기 날개부의 상기 교반축은, 상기 로드의 상부에서부터 하부로 갈수록 길이가 일정 비율로 짧아지는 것을 특징으로 하는 테이퍼형 말뚝 시공장치.
제1항에 있어서,
복수 개의 상기 날개부에 마련되어 있는 복수 개의 상기 교반축은 수평 방향으로 연장되어 있고,
상기 교반날개는, 상기 로드가 연장되는 축에 대하여 동일한 각도로 기울어져 있는 것을 특징으로 하는 테이퍼형 말뚝 시공장치.
제1항에 있어서,
복수 개의 상기 날개부에 마련되어 있는 복수 개의 상기 교반축은, 수평방향으로부터 하향 경사를 가지며 일정각도 기울어져 있고,
상기 교반날개는 상기 교반축에 수직으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 테이퍼형 말뚝 시공장치.
제1항에 있어서,
상기 교반날개는,
곡률이 형성된 원호형 단면을 갖는 블레이드 형상으로 이루어지며,
상기 원호형 단면의 곡률 중심은, 천공홀 내부에 위치하지만 상기 로드 및 상기 교반축 위에는 형성되지 않고, 상기 교반축에서 일정 각도로 회전된 지점에 형성되는 특징으로 하는 테이퍼형 말뚝 시공장치.
제1항에 있어서,
상기 로드 측면에는,
상기 중공부와 연통되며, 상기 고화제를 상기 로드 외부로 분사할 수 있는 제2분사공이 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 테이퍼형 말뚝 시공장치.
제1항에 있어서,
상기 테이퍼형 말뚝 시공장치는 복수 개가 마련되며,
최하부에 배치되어 있는 상기 테이퍼형 말뚝 시공장치를 제1테이퍼형 말뚝 시공장치라 하고, 상기 굴착부와 상기 오거 스크류가 제거된 상기 테이퍼형 말뚝 시공장치를 제2테이퍼형 말뚝 시공장치라 하면,
상기 제1테이퍼형 말뚝 시공장치는 최하부에 배치되며, 상기 제2테이퍼형 말뚝 시공장치는 상기 제1테이퍼형 말뚝 시공장치 상부에 결합되는 것을 특징으로 하는 테이퍼형 말뚝 시공장치.
제6항에 있어서,
상기 제2테이퍼형 말뚝 시공장치는 복수 개가 마련되어,
상기 제1테이퍼형 말뚝 시공장치 상부에 복수 개의 상기 제2테이퍼형 말뚝 시공장치가 결합되는 것을 특징으로 하는 테이퍼형 말뚝 시공장치.
제7항에 있어서,
상기 제1테이퍼형 말뚝 시공장치와 상기 제2테이퍼형 말뚝 시공장치 사이에 결합되거나, 복수 개의 상기 제2테이퍼형 말뚝 시공장치 사이에 결합되는 연결 말뚝 시공장치를 더 포함하며,
상기 연결 말뚝 시공장치는,
봉형상으로 이루어지며, 내부에 고화제가 이동할 수 있는 연결 중공부가 형성되어 있는 연결 로드와, 상기 연결 로드 측면에서부터 돌출되는 연결 교반축과, 상기 연결 교반축 끝단에 마련되며, 블레이드 형상으로 이루어진 연결 교반날개를 포함하여 이루어진 연결 날개부;를 포함하며, 상기 연결 날개부는, 상기 연결 로드의 상부에서부터 하부까지 상기 연결 로드를 따라 복수 개가 마련되고, 복수 개의 상기 연결 날개부의 상기 연결 교반축은 길이가 동일한 것을 특징으로 하는 테이퍼형 말뚝 시공장치.
제8항에 있어서,
상기 연결 교반날개는,
상기 연결 로드가 연장되는 축의 방향과 평행하거나, 상기 연결 로드가 연장되는 축에 대하여 동일한 각도로 기울여져 있는 것을 특징으로 하는 테이퍼형 말뚝 시공장치.
천공홀 형성과정에서 발생한 굴착 토사와 시멘트를 교반시켜 토사-시멘트 혼합 말뚝을 만들기 위한 말뚝 시공방법에 있어서,
테이퍼형 말뚝 시공장치를 이용하여, 상부에서 하부로 갈수록 깊이에 비례하여 직경이 작아지는 테이퍼 형상의 천공홀을 형성하는 천공 단계;
상기 테이퍼형 말뚝 시공장치를 통해 상기 천공 단계에서 발생한 굴착 토사에 고화제를 주입하는 고화제 주입 단계;
상기 테이퍼형 말뚝 시공장치를 통해 상기 굴착 토사와 상기 고화제를 교반하여 토사-시멘트 혼합 말뚝을 형성하는 말뚝 형성단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 테이퍼형 말뚝 시공방법.
제10항에 있어서,
상기 말뚝 형성단계를 통해 형성된 상기 말뚝 내부에는 철근망이 배치되며,
상기 철근망은, 상기 말뚝 상단에서부터 하부로 연장되는 것을 특징으로 하는 테이퍼형 말뚝 시공방법.
제11항에 있어서
상기 철근망은,
상기 말뚝 내부에서부터, 상기 말뚝 상단의 상기 말뚝 외부로 돌출연장 되는 것을 특징으로 하는 테이퍼형 말뚝 시공방법.
제10항에 있어서,
상기 천공 단계는,
상기 말뚝 시공장치를 이용하여 상부에서 하부로 갈수록 깊이에 비례하여 직경이 작아지는 테이퍼 형상의 제1천공홀과,
상기 제1천공홀 상부에 마련되며, 동일한 직경으로 형성된 원통형의 제3천공홀과,
상기 제3천공홀 상부에 마련되며, 상부에서 하부로 갈수록 깊이에 비례하여 직경이 작아지는 테이퍼 형상의 제2천공홀을 형성하는 것을 특징으로 하는 테이퍼형 말뚝 시공방법.
제13항에 있어서,
상기 제2천공홀과 상기 제3천공홀은 복수 개가 마련되며,
상기 제3천공홀은,
상기 제1천공홀과 상기 제2천공홀 사이에 마련되거나, 복수 개의 상기 제2천공홀 사이에 마련되는 것을 특징으로 하는 테이퍼형 말뚝 시공방법.
제10항에 있어서,
상기 테이퍼형 말뚝 시공장치는,
봉형상으로 이루어지며, 내부에 고화제가 이동할 수 있는 중공부가 형성되어 있고, 하부에 상기 중공부와 연통되어 있는 제1분사공이 마련되어 있는 로드; 상기 로드 하부에 결합되며, 회전에 의해 지반을 굴착할 수 있는 굴착부; 상기 굴착부 상부에 마련되고, 상기 로드 측면에 나선 형태로 결합되어 있는 오거 스크류; 및 상기 로드 측면에서부터 돌출되는 교반축과, 상기 교반축 끝단에 마련되며, 블레이드 형상으로 이루어진 교반날개를 포함하여 이루어진 날개부;를 포함하여 이루어지며,
상기 날개부는, 상기 로드의 상부에서부터 하부까지 상기 로드를 따라 복수 개가 마련되고, 상기 날개부의 상기 교반축은, 상기 로드의 상부에서부터 하부로 갈수록 길이가 일정 비율로 짧아지며,
상기 천공 단계에서 상기 천공홀은, 상기 굴착부 및 상기 교반날개를 통해 형성되며,
상기 고화제 주입 단계에서 상기 고화제는 상기 제1분사공을 통해 주입되며,
상기 말뚝 형성단계에서 상기 굴착 토사와 상기 고화제는 상기 오거 스크류와 상기 교반축, 상기 교반날개를 통해 교반되는 것을 특징으로 하는 테이퍼형 말뚝 시공방법.