KR20210047205A

KR20210047205A - 지중 강관 다중 변형 장치

Info

Publication number: KR20210047205A
Application number: KR1020190130990A
Authority: KR
Inventors: 민병찬
Original assignee: 삼호엔지니어링 주식회사
Priority date: 2019-10-21
Filing date: 2019-10-21
Publication date: 2021-04-29
Also published as: KR102261901B1

Abstract

본 발명은 지반내 관입된 강관(鋼管)(10)에 투입되는 로드(15)에, 강관(10)과 직교하는 방향으로 신축(伸縮)되는 확경체(20)와, 확경체(20)의 단부에 설치되어 확경체(20)가 신축됨에 따라 강관(10)과 직교하는 방향으로 이동되는 압박체(30)가 로드(15)의 축방향으로 다수 장착되어 구성되는 지중 강관 다중 변형 장치 및 이를 이용한 강관말뚝 단면 확장 공법으로서, 지반에 관입된 강관(10) 내부로 지중 강관 다중 변형 장치를 투입한 후 가동하여 강관(10)에 다중 변형부(11)하고, 강관(10) 내부에 콘크리트를 타설하여 합성 강관말뚝을 형성하는 것이다.
본 발명을 통하여, 강관(10)이 지반에 관입된 상태에서 강관(10)의 단면을 확장할 수 있으므로 합성 강관말뚝의 지지력을 획기적으로 증대할 수 있을 뿐 아니라, 기존 노후 구조물의 보강, 시설물 하부 지하공간의 확장 및 뜬구조 역타공법 등 대구경 지상 굴착에 제한이 있으면서도 강관말뚝에 대한 고도의 지지력 발현이 요구되는 공사에 있어서 특히 우수한 효과를 얻을 수 있다.

Description

지중 강관 다중 변형 장치 및 이를 이용한 강관말뚝 단면 확장 공법{MULTI POINTS EXTENSION APPARATUS FOR UNDERGROUND STEEL PIPE AND STEEL PIPE PILE SECTION EXTENSION METHOD USING THE SAME}

본 발명은 지반내 관입된 강관(鋼管)(10)에 투입되는 로드(15)에, 강관(10)과 직교하는 방향으로 신축(伸縮)되는 확경체(20)와, 확경체(20)의 단부에 설치되어 확경체(20)가 신축됨에 따라 강관(10)과 직교하는 방향으로 이동되는 압박체(30)가 로드(15)의 축방향으로 다수 장착되어 구성되는 지중 강관 다중 변형 장치 및 이를 이용한 강관말뚝 단면 확장 공법으로서, 지반에 관입된 강관(10) 내부로 지중 강관 다중 변형 장치를 투입한 후 가동하여 강관(10)에 다중 변형부(11)하고, 강관(10) 내부에 콘크리트를 타설하여 합성 강관말뚝을 형성하는 것이다.

현장타설 말뚝은 기성(旣成) 말뚝과 대비되는 말뚝기초의 일종으로서, 도 1에서와 같이, 기 천공된 굴착공 또는 기 관입된 케이싱(19) 내부로 콘크리트를 타설한 후 양생하여 구성하게 되며, 기성 말뚝과는 달리 지반에 완성된 말뚝 구조체를 타입(打入)하는 공정이 불필요하므로, 항타(杭打)과정에서 유발되는 소음이나 진동을 방지할 수 있는 장점이 있다.

일반적으로 말뚝기초는 선단지지력(先端支持力)과 주면마찰력(柱面摩擦力)에 의하여 말뚝 상부 구조물의 하중이나 지하수로 인한 지중구조물의 부압(浮壓)에 저항하게 되므로, 소기의 지지력을 발현하는 암반층 이상의 굴착심도를 확보하거나, 암반층이 지나치게 깊은 경우 소정길이 이상의 근입장(根入長)을 확보하여야 한다.

또한 말뚝은 단순히 상부 하중을 지반에 전달하는 구조체로서 거동하는 것 뿐 아니라 그 자체가 일종의 장주(長柱)형 구조물로서 축방향 압축, 횡방향 휨 및 좌굴응력에 저항하여야 하는 바, 도 1에서와 같이, 통상 콘크리트 본체 내부에 보강재로서 철근(99) 또는 철골을 매입하게 된다.

한편, 이러한 보강재 구성 현장타설 말뚝의 일종으로서 강관(10)을 지반에 관입시킨 후 강관을 존치한 상태에서 콘크리트를 타설 및 양생하는 현장타설 강관 합성 콘크리트 말뚝이 개발된 바 있으며, 관련 종래기술로서 공개특허 제2018-9196호 등을 들 수 있다.

공개특허 제2018-9196호를 비롯한 종래의 현장타설 합성 강관말뚝은 주 보강재가 말뚝에 매입되는 전통적인 현장타설 말뚝과 달리 보강재인 강관(10)이 말뚝을 피복하는 구조를 가지는 것으로, 지반에 관입된 강관(10)이 타설되는 콘크리트의 거푸집 역할과 보강재 역할을 겸비하게 되며, 매입식 보강재에 비하여 말뚝 구조체 자체의 구조적 강성 확보에는 유리한 것으로 알려져 있다.

전통적인 현장타설 말뚝에서는 도 1에서와 같이, 굴착장비(90)에 장착된 오거 등의 굴진체(91)를 이용하여 지반을 굴착, 천공하되, 굴진체(91)의 굴진과 동반하여 굴착공의 공벽을 유지하는 케이싱(19)이 관입되고, 케이싱(19) 하단이 목표 심도에 도달하면 굴진체(91)를 철수하고 철근(99) 등의 보강재를 케이싱(19) 내부로 투입한 후, 도면상 도시되지는 않았으나 굴착공 내부로 콘크리트를 타설하는 것으로, 이때 케이싱(19)은 콘크리트의 타설 직전에 인발되거나, 콘크리트의 타설과 동시에 인발되거나 또는 콘크리트의 타설이 완료된 직후 인발되는 방식으로 회수된다.

즉, 전통적인 현장타설 말뚝의 시공에 있어서 케이싱(19)은 공벽 유지 목적으로 활용되는 임시 구조물로서 최종 단계에서 회수되어 재사용되는 반면, 현장타설 합성 강관말뚝에 있어서 강관(10)은 보강재로서 영구 존치되는 차이점이 있는 것이다.

이러한 전통적인 케이싱(19) 회수형 현장타설 말뚝과 현장타설 합성 강관말뚝은 어느 한쪽이 절대적으로 유리한 공법이라 할 수는 없는 것으로, 각각의 장단점을 감안하여 제반 여건에 따라 적용되는 공법이라 할 수 있다.

우선, 전통적인 케이싱(19) 회수형 현장타설 말뚝은 타설되는 콘크리트와 지반이 직접 접촉되는 구조로서 완성된 말뚝에 있어서 주면마찰력 확보가 용이할 뿐 아니라, 고가 자재인 케이싱(19)의 회수 및 재사용을 통하여 공사비를 절감할 수 있는 반면, 말뚝 구조체 자체의 강성이 상대적으로 취약하고, 케이싱(19)의 인발 및 재사용 공정의 수행 과정에서 시공 속도가 저하되는 문제점이 있다.

반면, 현장타설 합성 강관말뚝은 전술한 바와 같이 말뚝 구조체 자체의 구조적 강성 확보에 유리한 바, 선단지지력이 충분히 확보되는 지반에서는 말뚝의 단면적을 축소하거나 시공 본수를 감축할 수 있으나, 말뚝과 지반간 접촉면이 강관(10) 표면에 형성되는 바 주면마찰력 확보에 있어서 불리하다.

특히, 현장타설 합성 강관말뚝의 시공에 있어서, 최초 굴착공 천공시 굴진체(91)와 동반 관입되는 케이싱(19)과 말뚝 보강용 강관(10)이 별도로 구성될 수 있으며, 이 경우 케이싱(19) 내부로 보강용 강관(10)을 투입한 후, 케이싱(19)을 인발, 철수하게 되는데, 이렇듯 굴진용 케이싱(19)과 보강용 강관(10)이 별도로 구성되면 강관(10)과 굴착공 공벽간 공동이 형성되거나, 말뚝 주변 지반에 상당한 교란이 유발될 수 밖에 없는 바, 실질적인 주면마찰력은 기대할 수 없게 된다.

본 발명은 전술한 문제점을 감안하여 창안된 것으로, 지반에 관입된 강관(10) 내부로 투입되는 로드(15)에 장착되어 강관(10)과 직교하는 방향으로 신축되는 확경체(20)와, 확경체(20)의 단부에 설치되어 확경체(20)가 신축됨에 따라 강관(10)과 직교하는 방향으로 이동되는 압박체(30)로 구성되어, 확경체(20)가 수축된 상태로 강관(10) 내부로 투입된 후, 확경체(20)가 신장됨에 따라 압박체(30)가 강관(10)을 외측으로 압박하여 압박 부위의 강관(10)이 외측으로 확대되면서 돌출된 변형부(11)가 형성되는 지중 강관 변형 장치에 있어서, 다수의 확경체(20) 및 압박체(30)가 로드(15)의 축방향으로 등간격 장착되되, 로드(15)에는 로드(15)의 축방향으로 자유롭게 활동(sliding)되는 활동체(45)가 결합되고, 일단은 로드(15)에 힌지 연결되고 타단은 하부회동판(72)에 힌지 연결되는 상부회동판(71)과, 일단은 활동체(45)에 힌지 연결되고 타단은 상부회동판(71)에 힌지 연결되는 하부회동판(72)으로 확경체(20)가 구성되며, 확경체(20)의 상부회동판(71) 및 하부회동판(72)간 연결부에는 압박체(30)가 설치되고, 다수의 확경체(20) 중 최 하단 확경체(20)에는 로드(15)와 평행한 방향으로 상호 근접 및 이격되는 상부구동체(61) 및 하부구동체(62)가 설치되어, 최 하단 확경체(20)의 상부회동판(71) 일단은 상부구동체(61)에 힌지 연결되고 타단은 하부회동판(72)에 힌지 연결되며, 최 하단 확경체(20)의 하부회동판(72) 일단은 하부구동체(62)에 힌지 연결되고 타단은 상부회동판(71)에 힌지 연결되고, 상기 활동체(45) 및 하부구동체(62)는 연결봉(55)으로 연결되어, 상부구동체(61) 및 하부구동체(62)가 상호 근접 및 이격됨에 따라, 전체 확경체(20)가 신장 및 수축되면서 압박체(30)가 강관(10)과 직교하는 방향으로 이동됨에 특징으로 하는 지중 강관 다중 변형 장치이다.

또한, 상기 지중 강관 다중 변형 장치를 이용한 강관말뚝 단면 확장 공법에 있어서, 지반에 강관(10)을 관입시키는 단계와, 강관(10)이 목표 심도에 도달하면 강관(10) 내부로 전체 확경체(20)가 수축된 상태의 지중 강관 다중 변형 장치를 투입하는 단계와, 지중 강관 다중 변형 장치의 확경체(20)를 신장하여 압박체(30)가 강관(10)을 확대 변형시킴으로써 강관(10)에 변형부(11)를 형성하는 단계와, 확경체(20)를 수축한 후 지중 강관 다중 변형 장치를 강관(10) 외부로 철수하는 단계와, 강관(10)에 콘크리트를 타설 및 양생하는 단계로 이루어짐을 특징으로 하는 지중 강관 다중 변형 장치를 이용한 강관말뚝 단면 확장 공법이다.

본 발명을 통하여, 현장타설 합성 강관말뚝의 단면을 지중에서 확장할 수 있을 뿐 아니라, 외주면에 반복되는 요철을 형성함으로써 말뚝과 지반간 견고한 결합 구조를 구축할 수 있으며, 이로써 강관말뚝의 지지력을 획기적으로 증대시킬 수 있다.

특히, 강관말뚝을 구성하는 강관(10)이 지반에 관입된 상태에서 강관(10)의 단면을 확장할 수 있으므로, 기존 노후 구조물의 보강, 기설 시설물 하부 지하공간의 확장 및 뜬구조 역타공법 등 대구경 지상 굴착에 제한이 있으면서도 강관말뚝에 대한 고도의 지지력 발현이 요구되는 공사에 있어서 유리하다.

또한, 강관(10)의 돌출 부위가 주변 지반을 압축하면서 지반 조직이 치밀화될 수 있고, 치밀화된 지반에 강관(10)의 돌출 부위가 결합됨으로써, 일층 강화된 결속력이 발현될 수 있으며, 로드(15)에 다수 장착되어 일시에 구동되는 확경체(20) 및 압박체(30)를 통하여, 강관(10) 축방향으로 배열되는 다수의 돌출 부위를 일시에 형성할 수 있으므로 신속한 시공이 가능하다.

이로써, 현장타설 합성 강관말뚝 특유의 구조적 강성을 유지하면서도 주면마찰력 내지 결속력을 획기적으로 향상시킬 수 있어, 강관말뚝 기초의 성능을 제고하고 상부 구조물의 안정성을 확보할 수 있다.

도 1은 종래의 현장타설 말뚝 시공 과정 설명도
도 2는 본 발명의 시공 과정 설명도
도 3은 본 발명에 의한 지중 강관 변형 방식 설명도
도 4는 본 발명 확경장치의 수축 상태 사시도
도 5는 본 발명 확경장치의 확장 상태 사시도
도 6은 본 발명의 작동 방식 설명도
도 7은 본 발명 장치의 변형된 실시예 사시도

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

우선, 도 2는 본 발명의 시공 과정을 도시한 것으로, 도시된 바와 같이, 지반에 관입된 강관(10) 내부로, 로드(15)에 등간격(等間隔) 장착된 다수의 확경체(20) 및 압박체(30)로 구성된 본 발명의 지중 강관 다중 변형 장치를 투입하여 강관(10)에 다수의 변형부(11)를 형성한 후, 강관(10) 내부에 콘크리트를 타설 및 양생함으로써 본 발명이 적용된 현장타설 말뚝이 완성된다.

즉, 본 발명은 사전에 부분 확경(擴徑) 내지 변형된 강관(10)을 지반에 타입하거나, 굴착공을 부분적으로 추가 굴착함으로써 현장타설 말뚝에 요철을 형성하는 것이 아니라, 강관(10)이 지반에 관입된 상태에서 강관(10) 내부로 지중 강관 다중 변형 장치를 투입하여 강관(10)을 내측에서 외측으로 압박함으로써 해당 부위에 변형부(11)를 형성하는 것이다.

따라서, 사전에 요철 가공된 강관(10)을 지반에 관입시키는 경우 불가피한 극심한 관입 저항, 주변 지반의 교란 및 이로 인한 주면마찰력 상실이 본 발명에서는 일체 수반되지 않으며, 강관(10)의 존치 상태에서 현장타설 말뚝에 부분적인 확대부 내지 요철을 형성할 수 있는 바, 종래기술에서는 현장타설 말뚝의 부분 확경이 불가능하였던 연약지반 등의 악조건에서도 적용이 가능하다.

또한, 소구경 굴착 및 소형 강관(10)의 투입 후, 지중에서 강관(10)을 확장하는 방식으로 대구경 현장타설 합성 강관말뚝을 구축할 수 있으므로, 대구경 굴착공 형성이 근본적으로 불가능한 기설 구조물 하부 보강 공사, 기존 시설물 하부 지하공간의 개발 또는 뜬구조 역타공법 등의 수행에 있어서 특히 유리하다.

종래의 부분 확경식 현장타설 말뚝은 케이싱(19) 없이도 자력으로 굴착공의 공벽이 유지되는 지반에 한하여 적용 가능한 것으로, 공벽 지반이 노출된 상태의 굴착공에 특수 굴착기를 투입하여 굴착공 일부 구간의 공벽에 대한 측방 추가 굴착을 실시하는 방식으로 진행되었는 바, 사실상 극히 안정적인 암반 지반에 대하여만 적용이 가능하였다.

특히, 굴착공 공벽에 대한 측방 추가 굴착과정에서 발생되는 토사 및 슬라임(slime) 등의 배토가 곤란하여, 이들 토사 및 슬라임이 굴착공 하단에 잔류될 수 밖에 없었으며, 이는 현장타설 말뚝의 구조체 자체의 강도는 물론 선단지지력을 심각하게 훼손하는 요인으로 작용하였을 뿐 아니라, 공벽의 측방 굴착시 상당한 진동 및 충격이 수반될 수 밖에 없는 바, 상부 지반의 붕락이 빈발하는 심각한 문제점이 있었다.

반면, 본 발명에서는 도 2 및 도 3에서와 같이, 강관(10)이 지반에 관입된 상태에서 강관(10) 및 굴착공에 대한 부분 확대가 진행되는 바, 굴착공 공벽 유지 여부 등 지반 조건에 관계 없이 적용이 가능할 뿐 아니라, 배토 및 붕락 관련 문제가 전혀 발생되지 않으며, 동 도면에서와 같이 다수의 변형부(11)를 자유롭게 형성할 수 있다.

특히, 강관(10) 축방향으로 등간격 배열된 다수의 변형부(11)를 일거에 형성할 수 있으므로 신속한 시공이 가능하며 이로써 공기를 단축하고 공사비용 역시 절감할 수 있다.

이렇듯, 본 발명은 도 3에서와 같이, 지반에 관입된 상태의 강관(10) 내부로 로드(15)에 배열 장착된 다수의 확경체(20) 및 압박체(30)로 구성되는 지중 강관 다중 변형 장치를 투입하여 압박체(30)가 강관(10)을 내측에서 외측으로 압박하여 강제 변형시킴으로써 단면이 확대된 변형부(11)를 형성하는 것으로, 이러한 본 발명 지중 강관 다중 변형 장치의 기본 구성이 도 4 및 도 5에 도시되어 있다.

도 4 및 도 5는 각각 본 발명 확경장치의 수축 상태 및 확장 상태를 도시한 것으로, 이들 도면에서와 같이, 본 발명의 지중 강관 다중 변형 장치는 지반에 관입된 강관(10) 내부로 투입되는 로드(15)에 장착되어 강관(10)과 직교하는 방향으로 신축되는 확경체(20)와, 확경체(20)의 단부에 설치되어 확경체(20)가 신축됨에 따라 강관(10)과 직교하는 방향으로 이동되는 압박체(30)로 구성된다.

이러한 본 발명의 지중 강관 다중 변형 장치는 도 4에서와 같이 확경체(20)가 수축된 상태로 강관(10) 내부로 투입된 후, 도 5에서와 같이 확경체(20)가 신장됨에 따라, 도 3에서와 같이 압박체(30)가 강관(10)을 외측으로 압박하여 압박 부위의 강관(10)이 외측으로 확대되면서 돌출된 변형부(11)가 형성된다.

특히, 도 2 내지 도 6에서와 같이, 다수의 확경체(20) 및 압박체(30)가 로드(15)의 축방향으로 등간격 장착되어 다수의 변형부(11)를 일시에 형성할 수 있다.

도 4 및 도 5에서와 같이, 로드(15)에는 로드(15)의 축방향으로 자유롭게 활동(sliding)되는 활동체(45)가 결합되고, 일단은 로드(15)에 힌지 연결되고 타단은 하부회동판(72)에 힌지 연결되는 상부회동판(71)과, 일단은 활동체(45)에 힌지 연결되고 타단은 상부회동판(71)에 힌지 연결되는 하부회동판(72)으로 확경체(20)가 구성되며, 확경체(20)의 상부회동판(71) 및 하부회동판(72)간 연결부에는 압박체(30)가 설치된다.

또한, 다수의 확경체(20) 중 최 하단 확경체(20)에는 로드(15)와 평행한 방향으로 상호 근접 및 이격되는 상부구동체(61) 및 하부구동체(62)가 설치되어, 최 하단 확경체(20)의 상부회동판(71) 일단은 상부구동체(61)에 힌지 연결되고 타단은 하부회동판(72)에 힌지 연결되며, 최 하단 확경체(20)의 하부회동판(72) 일단은 하부구동체(62)에 힌지 연결되고 타단은 상부회동판(71)에 힌지 연결된다.

이렇듯, 본 발명의 지중 강관 다중 변형 장치는 로드(15)의 축방향으로 등간격 배치되는 다수의 확경체(20) 및 압박체(30)로 구성되는데, 이들 다수의 확경체(20)에 있어서, 활동체(45) 및 하부구동체(62)는 연결봉(55)으로 연결되어, 상부구동체(61) 및 하부구동체(62)가 상호 근접 및 이격됨에 따라, 전체 확경체(20)가 신장 및 수축되면서 압박체(30)가 강관(10)과 직교하는 방향으로 이동된다.

즉, 다수의 확경체(20)가 각각 별도의 구동 수단을 구비하는 것이 아니라, 최 하단 확경체(20)를 구동하는 하부구동체(62)가 전체 확경체(20)의 활동체(45)와 연결봉(55)으로 연결됨으로써, 단일 상부구동체(61) 및 하부구동체(62)의 구동력이 전체 확경체(20)로 전파될 수 있도록 구성된 것으로, 도 6에서와 같이, 최 하단 확경체(20)에 구성된 하부구동체(62)가 상승됨에 따라 연결봉(55)과 연결된 활동체(45)가 동반 상승되면서, 전체 확경체(20)가 일시에 구동되는 것이다.

도 4 및 도 5에 도시된 본 발명 지중 강관 다중 변형 장치에 있어서 확경체(20)는 좌, 우 한쌍이 구성되어 있으며 각각의 말단에 압박체(30)가 힌지 연결되는데, 압박체(30)는 평면상 완만하게 만곡된 판체이며, 동 도면에서와 같이, 상부회동판(71) 및 하부회동판(72)의 연결부에 압박체(30)를 장착함에 있어서는 상부회동판(71)과 하부회동판(72)을 연결하는 힌지와 동축(同軸)으로 연결되는 축교판(73)을 통하여 장착함으로써, 압박체(30)와 확경체(20)가 강관(10)과 평행한 회전축의 힌지로 연결될 수 있다.

여기서 강관(10)과 평행을 이룬다는 의미는 강관(10)의 중심축과 평행을 이룬다는 의미로서 수직으로 지반에 관입되는 강관(10)의 경우 상기 확경체(20)와 압박체(30)를 연결하는 힌지 역시 수직 회전축을 가지게 된다.

이렇듯, 압박체(30)와 확경체(20)를 강관(10)과 평행한 회전축의 힌지로 연결함으로써 확경체(20)에 대한 축방향 응력 이외의 응력 즉, 휨 또는 비틀림 응력의 형성을 최소화할 수 있는데, 이는 강관(10) 내주면의 곡면을 따라 압박체(30)가 자유롭게 회전 내지 활동(sliding)되면서 압박체(30)에 의한 압박력의 작용 중심선, 확경체(20)의 중심축 및 강관(10)의 평면상 중심이 자연스럽게 일치되기 때문이다.

만일, 압박체(30)와 확경체(20) 말단부가 강결된다면 확경체(20)의 중심축이 강관(10)의 중심에서 이탈될 경우 압박체(30)에 의한 압박력의 작용 중심선과 확경체(20)의 중심선간 경사가 형성되면서 확경체(20)에 휨 및 비틀림 응력이 형성될 수 밖에 없으며, 이는 확경체(20)의 성능 및 내구성을 잠식하는 요소로 작용하게 된다.

이렇듯, 본 발명 지중 강관 다중 변형 장치의 회동판 적용 실시예에서는 상부구동체(61) 및 하부구동체(62)가 상호 근접 및 이격됨에 따라 압박체(30)가 강관(10)과 직교하는 방향으로 이동되면서 강관(10)을 변형시키게 되는데, 도 7에서와 같이, 단일 상부구동체(61) 및 하부구동체(62)에 다수의 상부회동판(71) 및 하부회동판(72) 연결체를 평면상 방사상으로 구성할 수도 있어, 강관(10)에 변형부(11)를 형성함에 있어서 간소한 구성으로도 일층 효율적인 작동이 가능하다.

전술한 바와 같이, 본 발명 지중 강관 다중 변형 장치에서는 다수의 확경체(20)가 로드(15)에 장착되고 있는데, 로드(15)는 지상의 장비와 확경체(20)를 연결하는 연결관으로서, 다수의 단위 로드(15)가 연결되는 방식으로 총 연장이 조절될 수 있으며, 최 하단 확경체(20)의 상부구동체(61) 및 하부구동체(62)로서 유체압 실린더가 적용되는 경우 유체압 실린더의 작동유체 배관이 로드(15)에 내장될 수도 있다.

즉, 본 발명의 로드(15)는 전술한 활동체(45)가 결합되어 자유 활동(sliding)되는 유도 내지 지지 부재의 역할을 수행함과 동시에, 파일드라이버 또는 크레인 등의 지상 장비와 다수의 확경체(20)를 연결하는 구성으로서, 유압실린더를 구동하는 작동유체 배관 등이 내장될 수 있으며, 로드(15)를 통하여 지상으로 연결되는 작동유(作動油) 배관은 도면상 도시되지는 않았으나 작동유를 압송하는 유압 펌프 등과 연결되어 상부구동체(61) 및 하부구동체(62)를 구동하게 된다.

이렇듯, 본 발명의 지중 강관 다중 변형 장치를 활용하여 지반에 관입된 상태의 강관(10)에 외측으로 돌출된 변형부(11)를 다수 형성할 수 있으며, 이로써 해당 강관(10)이 피복 보강재로 적용되는 현장타설 합성 강관말뚝에 있어서, 주면마찰력을 비롯한 지지력을 획기적으로 제고할 수 있는데, 이러한 본 발명의 강관말뚝 단면 확장 공법의 수행 과정을 설명하면 다음과 같다.

우선, 도 2의 좌단부에 도시된 바와 같이, 지반에 강관(10)을 관입시키는 단계가 수행된다.

강관(10)의 지반 관입은 다양한 방식으로 수행될 수 있는데, 도 1에 도시된 바와 같이 굴진체(91)와 동반 관입되는 케이싱(19)을 지반에 존치하여 강관(10)으로 활용하는 방식은 물론, 케이싱(19) 내부로 별도의 강관(10)을 투입한 후 강관(10)만을 존치한 채 케이싱(19)을 인발하는 방식도 가능하며, 케이싱(19)의 인발 직후 공벽의 일시 또는 장기 유지가 가능한 지반에서는 케이싱(19)을 우선 인발한 후 굴착공 내부로 강관(10)을 투입하는 방식의 적용도 가능하다.

강관(10)이 목표 심도에 도달하면 강관(10) 내부로 확경체(20)가 수축된 상태의 본 발명 지중 강관 다중 변형 장치를 투입하는 단계가 수행되며, 확경체(20)가 수축된 상태에서는 본 발명 지중 강관 다중 변형 장치의 평면상 최대 폭이 강관(10)의 내경 미만으로 설정되므로 지중 강관 다중 변형 장치의 원활한 강관(10)내 투입이 가능하다.

강관(10)에 투입된 지중 강관 다중 변형 장치가 변형부(11) 형성 계획 지점에 도달하면, 지중 강관 다중 변형 장치의 확경체(20)를 신장하여 압박체(30)가 강관(10)을 확대 변형시킴으로써 강관(10)에 다수의 변형부(11)를 일거에 형성하는 단계가 수행된다.

일단 강관(10)의 특정 구간에 대한 다중 변형부(11) 형성이 완료된 후, 확경체(20)를 수축하고 지중 강관 다중 변형 장치를 이동한 후, 확경체(20)를 재차 신장하여 새로운 구간에 대한 다중 변형부(11)를 진행하는 방식으로 도 2의 중앙부에서와 같이 광범위한 구간에 대한 다중 변형부(11)를 형성할 수 있다.

전체 변형부(11)의 형성이 완료되면 확경체(20)를 수축한 후 지중 강관 다중 변형 장치를 강관(10) 외부로 철수하는 단계가 수행되고, 이어서 강관(10)에 철근(99) 케이지 또는 철골 등의 보강재를 건입하고 콘크리트를 타설 및 양생하는 단계가 수행됨으로써, 본 발명의 지중 강관 다중 변형 장치를 이용한 강관말뚝 단면 확장 공법이 완료된다.

10 : 강관
11 : 변형부
15 : 로드
19 : 케이싱
20 : 확경체
30 : 압박체
45 : 활동체
55 : 연결봉
61 : 상부구동체
62 : 하부구동체
71 : 상부회동판
72 : 하부회동판
73 : 축교판
90 : 굴착장비
91 : 굴진체
99 : 철근

Claims

지반에 관입된 강관(10) 내부로 투입되는 로드(15)에 장착되어 강관(10)과 직교하는 방향으로 신축되는 확경체(20)와, 확경체(20)의 단부에 설치되어 확경체(20)가 신축됨에 따라 강관(10)과 직교하는 방향으로 이동되는 압박체(30)로 구성되어, 확경체(20)가 수축된 상태로 강관(10) 내부로 투입된 후, 확경체(20)가 신장됨에 따라 압박체(30)가 강관(10)을 외측으로 압박하여 압박 부위의 강관(10)이 외측으로 확대되면서 돌출된 변형부(11)가 형성되는 지중 강관 변형 장치에 있어서,
다수의 확경체(20) 및 압박체(30)가 로드(15)의 축방향으로 등간격 장착되되, 로드(15)에는 로드(15)의 축방향으로 자유롭게 활동(sliding)되는 활동체(45)가 결합되고;
일단은 로드(15)에 힌지 연결되고 타단은 하부회동판(72)에 힌지 연결되는 상부회동판(71)과, 일단은 활동체(45)에 힌지 연결되고 타단은 상부회동판(71)에 힌지 연결되는 하부회동판(72)으로 확경체(20)가 구성되며, 확경체(20)의 상부회동판(71) 및 하부회동판(72)간 연결부에는 압박체(30)가 설치되고;
다수의 확경체(20) 중 최 하단 확경체(20)에는 로드(15)와 평행한 방향으로 상호 근접 및 이격되는 상부구동체(61) 및 하부구동체(62)가 설치되어, 최 하단 확경체(20)의 상부회동판(71) 일단은 상부구동체(61)에 힌지 연결되고 타단은 하부회동판(72)에 힌지 연결되며, 최 하단 확경체(20)의 하부회동판(72) 일단은 하부구동체(62)에 힌지 연결되고 타단은 상부회동판(71)에 힌지 연결되고;
상기 활동체(45) 및 하부구동체(62)는 연결봉(55)으로 연결되어, 상부구동체(61) 및 하부구동체(62)가 상호 근접 및 이격됨에 따라, 전체 확경체(20)가 신장 및 수축되면서 압박체(30)가 강관(10)과 직교하는 방향으로 이동됨에 특징으로 하는 지중 강관 다중 변형 장치.
청구항 1의 지중 강관 다중 변형 장치를 이용한 강관말뚝 단면 확장 공법에 있어서,
지반에 강관(10)을 관입시키는 단계와;
강관(10)이 목표 심도에 도달하면 강관(10) 내부로 전체 확경체(20)가 수축된 상태의 지중 강관 다중 변형 장치를 투입하는 단계와;
지중 강관 다중 변형 장치의 확경체(20)를 신장하여 압박체(30)가 강관(10)을 확대 변형시킴으로써 강관(10)에 변형부(11)를 형성하는 단계와;
확경체(20)를 수축한 후 지중 강관 다중 변형 장치를 강관(10) 외부로 철수하는 단계와;
강관(10)에 콘크리트를 타설 및 양생하는 단계로 이루어짐을 특징으로 하는 지중 강관 다중 변형 장치를 이용한 강관말뚝 단면 확장 공법.