KR20220061928A - 복합 강관말뚝용 절삭암, 확대선단보강부가 구비된 회전관입형 복합 강관말뚝 및 이의 시공 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 강관말뚝 하부에 절삭 및 분쇄된 지반과 주입재를 혼합하여 형성된 원기둥 또는 원뿔대 형상의 확대선단보강부가 구비됨으로써, 지지강판이 암반층인 지지지반까지 관입되지 않으면서도 기존 말뚝보다 큰 지지력을 얻을 수 있는 복합 강관말뚝용 절삭암, 확대선단보강부가 구비된 회전관입형 복합 강관말뚝 및 이의 시공 방법에 대한 것이다.
본 발명 복합 강관말뚝용 절삭암은 하부에 지지강판이 돌출 형성되어 지반에 회전 관입되는 강관말뚝의 상기 지지강판 하부 외측에 구비되어 주변 지반을 절삭 및 분쇄하고, 주입재를 혼합함으로써 지지강판보다 지름이 크게 형성되는 확대선단보강부를 형성하기 위한 것으로, 상기 절삭암은 적어도 2개 이상이 구비되고, 지지강판보다 회전 반경이 크게 형성되며, 내부 또는 외부에 주입재공급로가 길이 방향으로 구비되고, 일측에는 상기 주입재공급로와 연통되어 분쇄된 주변 지반으로 주입재를 주입하기 위한 토출부가 형성되는 것을 특징으로 한다.

Description

복합 강관말뚝용 절삭암, 확대선단보강부가 구비된 회전관입형 복합 강관말뚝 및 이의 시공 방법{Cutting arm, a combined driving steel pile with enlarged reinforcing apparatus and construction method thereof}

본 발명은 강관말뚝 하부에 절삭 및 분쇄된 지반과 주입재를 혼합하여 형성된 원기둥 또는 원뿔대 형상의 확대선단보강부가 구비됨으로써, 지지강판이 암반층인 지지지반까지 관입되지 않으면서도 기존 말뚝보다 큰 지지력을 얻을 수 있는 복합 강관말뚝용 절삭암, 확대선단보강부가 구비된 회전관입형 복합 강관말뚝 및 이의 시공 방법에 대한 것이다.

헬리컬 파일은 파일 본체 외주면에 나선형의 원판인 헬릭스(helix)가 일정 간격으로 3개 정도 구비되는 파일이다. 헬리컬 파일은 지반에 파일을 회전 관입한 후 파일 내부에 시멘트 그라우트를 채워 시공하며, 하중 재하 시 나선형 원판에 의해 직접 지지되는 선단지지력과 시공 후 압축 또는 인발력 작용 시 상하 나선형 원판 사이에 있는 원통 형상의 지반과 인접하는 주변 지반 사이에서 발현되는 주면마찰력으로 지지력을 발휘한다.

이러한 헬리컬 파일은 소음 및 진동이 적고, 경제성과 시공성이 우수하여 신축이나 리모델링 공사 시 기초 보강 등에 많이 사용된다.

헬리컬 파일은 통상 백호 등 소규모 장비에 유압장비를 장착하여 지반 내에 회전 관입함으로써 시공된다. 이에 파일의 길이가 3m 이내로 제한되는 경우가 많으며, 관입 심도에 따라 다수의 헬리컬 파일을 연결하여 사용한다.

건축물 지지 용도로 헬리컬 파일을 사용하는 경우, 보통 직경 200~350㎜ 범위의 헬릭스를 사용한다. 이때, 최하단에 위치하는 헬릭스는 풍화암 이상의 단단한 암반층에 지지시켜야 하는데, 헬릭스가 구비된 상태에서 파일 선단을 풍화암까지 근입하는 것이 용이하지 않아 파일 지지력 확보에 어려움이 있다. 또한, 연약지층을 통과하는 지층에 직경이 작은 헬리컬 파일을 사용할 경우, 헬리컬 파일이 좌굴될 우려가 있다.

한편, 종래 마이크로파일은 헬리컬 파일에 비해 파일 지지력에 대한 신뢰성이 높다. 반면, 지반 선천공 후 마이크로파일을 시공하므로 별도의 천공기가 필요하고, 천공 작업 시 발생하는 부상토에 대한 처리 공정이 필요하여 시공이 번거로우며 공사비가 많이 소요되는 단점이 있다.

또한, 마이크로파일은 풍화토 등 연약지반 구간에서 공벽 보호를 위한 케이싱이 필요하여 경제성이 떨어지고, 마이크로파일의 직경 이상으로 풍화암에 천공홀을 형성해야 하므로 해머 타격이 불가피하여 민원 발생 우려가 있다.

KR 10-2007-0014547 A1

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 강관말뚝의 하부에 돌출 구비된 지지강판이 암반층인 지지지반까지 관입되지 않으면서도 하부의 확대선단보강부에 의해 기존 말뚝보다 큰 지지력을 얻을 수 있는 확대선단보강부를 형성하기 위한 복합 강관말뚝용 절삭암, 확대선단보강부가 구비된 회전관입형 복합 강관말뚝 및 이의 시공 방법을 제공하고자 한다.

바람직한 실시예에 따른 본 발명은 하부에 지지강판이 돌출 형성되어 지반에 회전 관입되는 강관말뚝의 상기 지지강판 하부 외측에 구비되어 주변 지반을 절삭 및 분쇄하고, 주입재를 혼합함으로써 지지강판보다 지름이 크게 형성되는 확대선단보강부를 형성하기 위한 복합 강관말뚝용 절삭암에 관한 것으로, 상기 절삭암은 적어도 2개 이상이 구비되고, 지지강판보다 회전 반경이 크게 형성되며, 내부 또는 외부에 주입재공급로가 길이 방향으로 구비되고, 일측에는 상기 주입재공급로와 연통되어 분쇄된 주변 지반으로 주입재를 주입하기 위한 토출부가 형성되는 것을 특징으로 하는 복합 강관말뚝용 절삭암을 제공한다.

다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 상기 토출부는 상기 절삭암의 일측에 길이 방향으로 상호 이격되도록 형성되는 적어도 3개 이상의 토출공으로 형성되는 것을 특징으로 하는 복합 강관말뚝용 절삭암을 제공한다.

다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 상기 토출부는 상기 절삭암의 일측이 절개되어 절삭암의 길이 방향으로 길게 형성되는 것을 특징으로 하는 복합 강관말뚝용 절삭암을 제공한다.

다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 상기 절삭암의 토출부에는 이물질유입방지부가 구비되는 것을 특징으로 하는 복합 강관말뚝용 절삭암을 제공한다.

다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 상기 이물질유입방지부는 상기 토출부 측에 구비되는 망형 부재인 것을 특징으로 하는 복합 강관말뚝용 절삭암을 제공한다.

다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 상기 이물질유입방지부는 주입재가 주입되기 전까지 토출부를 폐쇄하고, 주입재 주입 시에는 토출부를 개방하는 것을 특징으로 하는 복합 강관말뚝용 절삭암을 제공한다.

다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 상기 이물질유입방지부는 주입재공급로의 내부에서 이동 가능한 파이프 형태로 형성되고, 상기 토출부와 대응되는 위치에 주입공이 형성되어 지반 절삭 시에는 주입공이 토출부와 어긋나게 위치되어 토출부가 폐쇄되고, 주입재 주입 시에는 주입공이 토출부와 일치하게 되어 토출부가 개방되는 것을 특징으로 하는 복합 강관말뚝용 절삭암을 제공한다.

다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 상기 토출부는 상기 절삭암의 일측에 길이 방향으로 상호 이격되도록 형성되는 적어도 3개 이상의 토출공으로 형성되고, 상기 주입공은 토출공과 대응되는 위치에 각각 형성되며, 상기 이물질유입방지부는 상기 주입재공급로의 내부에서 길이 방향으로 슬라이딩 이동 가능하게 구비되어 이물질유입방지부를 외측으로 슬라이딩 이동시킴으로써 주입공과 토출공의 위치를 일치시키는 것을 특징으로 하는 복합 강관말뚝용 절삭암을 제공한다.

다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 상기 절삭암은 강관 또는 블레이드 형상의 강봉인 것을 특징으로 하는 복합 강관말뚝용 절삭암을 제공한다.

다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 상기 이물질유입방지부는 내측 단부가 강관말뚝의 내부 중앙에 위치하고 내측 단부 상면에 경사면이 형성되어, 상기 강관말뚝 내부에서 상광하협 단면의 가압쐐기가 하강함에 따라 경사면을 가압하여 이물질유입방지부를 외측으로 슬라이딩 이동시키는 것을 특징으로 하는 복합 강관말뚝용 절삭암을 제공한다.

다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 상기 절삭암은 강관말뚝의 좌우에 대칭으로 구비되고, 좌우의 절삭암 내부에 구비된 이물질유입방지부는 내측 단부 하면에 가압쐐기에 의해 탈락 가능하게 고정되는 가고정핀이 결합되는 것을 특징으로 하는 복합 강관말뚝용 절삭암을 제공한다.

다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 상기 절삭암의 주입재공급로 내주면과 상기 이물질유입방지부의 외주면 중 어느 일측에는 가이드홈이 형성되고, 다른 일측에는 상기 가이드홈에 삽입되는 가이드돌부가 형성되어 이물질유입방지부의 직선 이동을 가이드하는 것을 특징으로 하는 복합 강관말뚝용 절삭암을 제공한다.

다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 상기 이물질유입방지부는 내측으로 갈수록 주입공의 폭을 토출공의 폭보다 더 크게 형성하여 이물질유입방지부를 외측으로 슬라이딩 이동시킴에 따라 내측 토출공부터 외측으로 순차적으로 개방되는 것을 특징으로 하는 복합 강관말뚝용 절삭암을 제공한다.

다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 상기 토출부는 상기 절삭암의 일측이 절개되어 절삭암의 길이 방향으로 길게 형성되고, 상기 주입공은 이물질유입방지부의 일측이 절개되어 이물질유입방지부의 길이 방향으로 길게 형성되며, 상기 이물질유입방지부는 상기 주입재공급로의 내부에서 회전 이동 가능하게 구비되어 이물질유입방지부를 회전시킴으로써 주입공과 토출부의 위치를 일치시키는 것을 특징으로 하는 복합 강관말뚝용 절삭암을 제공한다.

다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 상기 절삭암은 강관말뚝을 관통하여 좌우 절삭암이 서로 연결되는 것을 특징으로 하는 복합 강관말뚝용 절삭암을 제공한다.

다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 상기 토출부는 절삭암의 외측으로 갈수록 토출 면적이 증가하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 복합 강관말뚝용 절삭암을 제공한다.

다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 회전 관입에 의해 지반에 관입되는 복합 강관말뚝에 관한 것으로, 지반에 관입되는 강관말뚝; 상기 강관말뚝의 하부 외측에 돌출 형성되는 지지강판; 상기 지지강판에서 하부로 이격된 위치에서 상기 강관말뚝의 하부에 구비되는 상기 절삭암; 및 상기 지지강판 하부의 지반을 절삭 및 분쇄하여 주입재를 혼합함으로써 형성되는 것으로, 상기 지지강판보다 지름이 크게 형성되는 확대선단보강부; 로 구성되는 것을 특징으로 하는 확대선단보강부가 구비된 회전관입형 복합 강관말뚝을 제공한다.

다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 상기 확대선단보강부는 하부로 갈수록 지름이 커지는 원뿔대 형상인 것을 특징으로 하는 확대선단보강부가 구비된 회전관입형 복합 강관말뚝을 제공한다.

다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 상기 확대선단보강부가 구비된 회전관입형 복합 강관말뚝을 시공하기 위한 것으로, (a) 상기 강관말뚝을 회전 관입하여 절삭암을 지지지반 상부까지 도달시키는 단계; 및 (b) 상기 강관말뚝을 회전 관입하여 절삭암으로 지지지반을 상기 지지강판보다 큰 지름으로 절삭 및 분쇄하는 한편, 상기 토출부를 통해 절삭 및 분쇄된 지지지반에 주입재를 주입하고 혼합하여 원기둥 형상의 강화원지반을 형성함으로써 확대선단보강부를 형성하는 단계; 로 구성되는 것을 특징으로 하는 확대선단보강부가 구비된 회전관입형 복합 강관말뚝의 시공 방법을 제공한다.

다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 상기 절삭암에는 토출부를 선택적으로 폐쇄 및 개방시키는 이물질유입방지부가 구비되어, 상기 (a) 단계에서, 상기 이물질유입방지부에 의해 토출부가 폐쇄된 상태에서 강관말뚝이 회전 관입된 후, 상기 (b) 단계에서, 상기 이물질유입방지부에 의해 토출부가 개방된 상태에서 지지지반을 절삭 및 분쇄하면서 토출부를 통해 주입재가 주입되는 것을 특징으로 하는 확대선단보강부가 구비된 회전관입형 복합 강관말뚝의 시공 방법을 제공한다.

다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 상기 (b) 단계는 실시간 모니터링에 의해 주입재의 시간당 주입량을 일정하게 조절하는 것을 특징으로 하는 확대선단보강부가 구비된 회전관입형 복합 강관말뚝의 시공 방법을 제공한다.

다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 상기 (b) 단계는 주입재가 수용된 주입재 수용부를 상기 절삭암으로부터 일정한 높이의 강관말뚝 내부에 장착한 후 지지지반의 절삭 및 분쇄와 주입재 주입이 이루어지는 것을 특징으로 하는 확대선단보강부가 구비된 회전관입형 복합 강관말뚝의 시공 방법을 제공한다.

다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 상기 (b) 단계는 지연성 팽창 반응이 가능한 주제와 경화제를 혼합한 주입재를 강관말뚝의 내부에 투입한 후 지지지반의 절삭 및 분쇄와 주입재 주입이 이루어지는 것을 특징으로 하는 확대선단보강부가 구비된 회전관입형 복합 강관말뚝의 시공 방법을 제공한다.

다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 상기 강관말뚝은 원통 형상의 강관말뚝 본체와 상기 강관말뚝 본체의 하단에 인출입 가능하게 구비되는 것으로 외측에 상기 절삭암이 구비된 지지부재로 구성되어, 상기 (a) 단계는 상기 지지부재의 상부가 상기 강관말뚝 본체의 내부에 인입된 상태에서 이루어지고, 상기 (b) 단계는 상기 지지부재를 강관말뚝 본체의 하부로 인출하여 회전 하강시키면서 지지지반을 절삭 및 분쇄하는 것을 특징으로 하는 확대선단보강부가 구비된 회전관입형 복합 강관말뚝의 시공 방법을 제공한다.

본 발명에 따르면 하부에 지지강판이 돌출 형성된 강관말뚝 하부에 절삭 및 분쇄된 지반과 주입재를 혼합하여 형성된 원기둥 또는 원뿔대 형상의 강화원지반을 포함하는 확대선단보강부를 형성하기 위한 복합 강관말뚝용 절삭암, 확대선단보강부가 구비된 회전관입형 복합 강관말뚝 및 이의 시공 방법을 제공할 수 있다.

이에 따라 첫째, 강관말뚝 하부에 강관말뚝 및 지지강판보다 직경이 크고 풍화암 이상의 높은 지지력을 발휘하는 확대선단보강부가 구비되므로, 말뚝 선단을 풍화암까지 관입하지 않더라도 기존 말뚝에 비해 큰 허용 연직지지력을 얻을 수 있다. 이에 기존 헬리컬 파일 이상의 충분한 지지력 확보가 가능하다.

둘째, 강관말뚝 하부의 지지강판이 직경이 크고 지지력이 큰 확대선단보강부에 의해 지지되므로, 지지강판 1개만으로도 충분한 허용 연직지지력을 확보할 수 있다. 이에 말뚝 시공 시 관입 저항을 크게 줄일 수 있고, 지지강판 부착 비용을 줄여 원가 절감이 가능하다.

셋째, 강관말뚝 하부에 강화된 확대선단보강부를 형성하기 위해 지지지반을 절삭 및 분쇄하여 주재료로 사용하므로 경제적이며, 비배토 회전 관입 공법으로 시공되므로 현장이 깨끗하고, 소음과 진동이 거의 없어 민원발생 염려가 없다.

넷째, 절삭암에 형성된 토출부가 강화 대상 원지반의 분담 체적에 대응되는 양만큼 주입재를 주입하므로 맥상 주입 염려가 없고, 이에 따라 신뢰성 있는 확대선단보강부를 형성할 수 있다.

다섯째, 관입 저항이 적어 직경이 큰 강관말뚝을 사용할 수 있으므로, 연약층을 통과하는 경우에도 말뚝의 좌굴 우려가 없다.

여섯째, 토출부에 구비된 이물질유입방지부에 의해 지하수나 지층조건 변화에 관계없이 강관말뚝 하부에 고품질의 확대선단보강부를 형성할 수 있다.

도 1은 지지강판과 절삭암이 구비된 강관말뚝을 도시하는 사시도.
도 2는 절삭암이 구비된 복합 강관말뚝의 설치 상태를 도시하는 단면도.
도 3은 지지강판과 절삭암이 구비된 강관말뚝을 도시하는 단면도.
도 4는 주입재공급로가 절삭암 외측에 구비된 상태를 도시하는 사시도.
도 5 및 도 6은 다양한 실시예에 의한 절삭암이 구비된 강관말뚝을 도시하는 사시도.
도 7은 절삭암의 토출부 배치 상태를 도시하는 사시도.
도 8은 절개형 토출부가 구비된 실시예를 도시하는 사시도.
도 9 내지 도 11은 이물질유입방지부가 구비된 절삭암을 도시하는 평단면도.
도 12는 망형 부재인 이물질유입방지부가 구비된 절삭암을 도시하는 측단면도.
도 13의 (a)와 (b)는 각각 토출부 폐쇄 시 이물질유입방지부의 상태를 도시하는 정단면도와 평단면도.
도 14의 (a)와 (b)는 각각 토출부 개방 시 이물질유입방지부의 상태를 도시하는 정단면도와 평단면도.
도 15는 가압쐐기 구비 시 이물질유입방지부에 의한 토출부 폐쇄 상태를 도시하는 단면도.
도 16은 가압쐐기 구비 시 이물질유입방지부에 의한 토출부 개방 상태를 도시하는 단면도.
도 17의 (a)와 (b)는 각각 가고정핀에 의한 이물질유입방지부의 결합 및 해제 상태를 도시하는 단면도.
도 18은 가이드홈과 가이드돌부가 구비된 실시예를 도시하는 단면도.
도 19는 복수의 토출공이 순차 개방되는 과정을 도시하는 도면.
도 20은 원뿔대형 확대선단보강부가 구비된 복합 강관말뚝의 설치 상태를 도시하는 단면도.
도 21은 절개형 토출부 구비 시 이물질유입방지부에 의한 토출부 폐쇄 상태를 도시하는 사시도.
도 22는 절개형 토출부 구비 시 이물질유입방지부에 의한 토출부 개방 상태를 도시하는 사시도.
도 23은 좌우 일체형 절삭암이 구비된 복합 강관말뚝의 설치 상태를 도시하는 단면도.
도 24는 토출공별 주입재의 주입 분담 면적을 도시하는 평단면도.
도 25는 본 발명 회전관입형 복합 강관말뚝의 시공 방법을 도시하는 도면.
도 26은 자연유하에 의한 주입재의 투입 상태를 도시하는 단면도.
도 27은 인출입형 지지부재 구비 시 본 발명 회전관입형 복합 강관말뚝의 시공 방법을 도시하는 도면.

이하, 첨부한 도면 및 바람직한 실시예에 따라 본 발명을 상세히 설명한다.

도 1은 지지강판과 절삭암이 구비된 강관말뚝을 도시하는 사시도이고, 도 2는 절삭암이 구비된 복합 강관말뚝의 설치 상태를 도시하는 단면도이며, 도 3은 지지강판과 절삭암이 구비된 강관말뚝을 도시하는 단면도이다. 그리고 도 5 및 도 6은 다양한 실시예에 의한 절삭암이 구비된 강관말뚝을 도시하는 사시도이다.

도 1 내지 도 6 등에 도시된 바와 같이, 본 발명 복합 강관말뚝용 절삭암은 하부에 지지강판(3)이 돌출 형성되어 지반(1)에 회전 관입되는 강관말뚝(2)의 상기 지지강판(3) 하부 외측에 구비되어 주변 지반을 절삭 및 분쇄하고, 주입재를 혼합함으로써 지지강판(3)보다 지름이 크게 형성되는 확대선단보강부(4)를 형성하기 위한 것으로, 상기 절삭암(5)은 적어도 2개 이상이 구비되고, 지지강판(3)보다 회전 반경이 크게 형성되며, 내부 또는 외부에 주입재공급로(51)가 길이 방향으로 구비되고, 일측에는 상기 주입재공급로(51)와 연통되어 분쇄된 주변 지반으로 주입재를 주입하기 위한 토출부(52)가 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 강관말뚝(2)의 하부에 돌출 구비된 지지강판(3)이 암반층인 지지지반(12)까지 관입되지 않으면서도 하부에 기존 말뚝보다 큰 지지력을 얻을 수 있는 확대선단보강부(4)를 형성하기 위한 복합 강관말뚝용 절삭암(5, cutting arm)을 제공하기 위한 것이다.

상기 복합 강관말뚝은 강관말뚝(2), 상기 강관말뚝(2)의 하부 외주면에 구비되는 지지강판(3) 및 상기 강관말뚝(2)의 지지강판(3) 하부에 형성되어 지름이 확대된 확대선단보강부(4)로 구성된다.

상기 절삭암(5)은 강관말뚝(2)의 하부에 확대선단보강부(4)를 형성하기 위해 지지강판(3) 하부에서 강관말뚝(2) 외측에 구비된다.

상기 강관말뚝(2)은 회전 관입에 의해 지반(1)에 관입된다. 다만, 초기 관입 시 또는 회전 관입 중 관입 속도를 증가하려면, 지상에서 장비로 말뚝을 가압하여 압입하는 방법으로 회전 관입하여 보다 쉽게 말뚝을 관입할 수 있다.

상기 강관말뚝(2)은 원통 형상으로 상부의 연약지반(11)을 관통하여 하부의 지지지반(12) 상부까지 관입되는 것이 바람직하나 경우에 따라서는 토사층까지 관입될 수 있다.

상기 지지지반(12)은 주로 N치 15/30~50/30 범위의 단단한 토사층 이상 지반이다.

상기 지지강판(3)은 강관말뚝(2)의 하부에 돌출 형성되는데, 강관말뚝(2)의 하단에서 일정 높이 이격된 위치에 구비된다.

상기 지지강판(3)은 강관말뚝(2)의 외주면에 형성되는 헬릭스 형태인 것이 바람직하나, 경우에 따라 강관말뚝(2)의 하부에 부착되는 원형의 강판 또는 다수의 강판을 경사지게 부착하여 형성할 수 있다.

상기 확대선단보강부(4)는 강관말뚝(2)의 지지강판(3) 하부에 구비된다.

상기 확대선단보강부(4)는 지지강판(3)보다 지름이 큰 원기둥 또는 원뿔대 형상으로 구성될 수 있다.

상기 확대선단보강부(4)는 지지강판(3) 하부의 지반을 절삭 및 분쇄한 후 주입재를 주입하여 혼합 강화한 것이다.

상기 확대선단보강부(4)는 풍화암 이상의 강성을 갖는다.

상기 확대선단보강부(4)의 외경은 지지강판(3)의 외경보다 크며, 지지강판(3)의 하면이 확대선단보강부(4)의 상부에 지지되어 선단지지력을 발휘한다.

이에 따라 상기 확대선단보강부(4)가 단단한 토사층 또는 암반층인 지지지반(12) 내에 형성되는 경우, 말뚝에 압축력 작용 시 주변 지지지반(12)에 의해 확대선단보강부(4)에 3축 압축력이 작용하여 확대선단보강부(4)의 강도가 증가하고 연직지지력이 향상된다.

구체적으로 말뚝 상부에서 연직하중 작용 시, 강관말뚝(2)의 하중은 지지강판(3)을 통해 하부의 확대선단보강부(4)로 전달된다. 그리고 원기둥 또는 원뿔대 형상의 확대선단보강부(4) 외주면과 주변 지반 사이의 주면마찰력 및 확대선단보강부(4) 하단의 선단지지력에 의해 하중을 하부 지반으로 원활하게 전달한다.

상기 주입재는 팽창재로 구성될 수 있다.

상기 확대선단보강부(4)와 주변 지반 사이에 주면마찰력을 충분히 발휘하기 위해 확대선단보강부(4)의 높이는 지지강판(3) 외경의 2배 이상으로 구성하는 것이 바람직하다.

상기 확대선단보강부(4)는 강관말뚝(2)의 독립기초 역할을 한다. 상기 강관말뚝(2)에 작용하는 연직하중은 지지강판(3)에 의해 하부 연직 방향으로 바로 전달되는 것이 아니라 하부 외측으로 확대되면서 응력이 분산된다.

따라서 상기 확대선단보강부(4)가 강관말뚝(2)의 연직하중으로 인한 응력을 원활하게 지지지반(12)으로 전달하도록 확대선단보강부(4)의 지름을 지지강판(3)보다 크게 형성한다.

즉, 상기 확대선단보강부(4)는 각 강관말뚝(2)의 확대기초 역할을 한다.

물론, 상기 확대선단보강부(4)의 선단지지력 위주로 지지되는 경우에는 확대선단보강부(4)의 높이는 지지강판(3)의 외경 이상이면 충분하다.

상기 강관말뚝(2)의 하부는 지지강판(3)의 하부로 연장되어 확대선단보강부(4) 내부를 관통한다. 이에 상기 강관말뚝(2)의 하부는 확대선단보강부(4)의 심재 역할을 하여 확대선단보강부(4)의 지지력을 향상시킨다.

상기 강관말뚝(2)은 선단이 하부 지반에 직접 지지되어, 강관말뚝(2)의 선단지지력에 의해 하중을 지반으로 원활하게 전달한다.

상기 확대선단보강부(4)가 단단한 토사층이나 풍화암 등의 지지지반(12)에 형성되는 경우, 강관말뚝(2)이 지지지반(12)에 관입 시 말뚝 관입 저항이 크다. 이에 관입 저항을 줄이기 위해 강관말뚝(2)을 하단이 확대선단보강부(4)의 상부까지 구비되는 강관말뚝 본체(21)와 상기 강관말뚝 본체(21)의 하부에 구비되어 확대선단보강부(4) 내부를 관통하는 지지부재(22)로 구성하고, 상기 지지부재(22)의 직경을 강관말뚝 본체(21)의 직경보다 작게 구성할 수 있다.

이 경우 상기 지지부재(22)는 확대선단보강부(4)와 일체화되어 상부 연직하중을 지지하는 역할만 하면 충분하다. 따라서 관입 저항을 최소화하면서도 지지지반(12) 관입에 문제가 없고, 심재의 역할을 충분히 수행할 수 있도록 지지부재(22)의 직경은 강관말뚝 본체(21) 직경의 0.5~1.0배 범위의 것을 사용함이 바람직하다.

상기 지지부재(22)는 회전에 의한 지반 관입이 용이하고, 확대선단보강부(4)에 대한 주면마찰력을 증가할 수 있도록 외주면을 나사형으로 형성할 수 있다.

상기 지지부재(22)의 선단에는 지반에 쉽게 관입되도록 원추형의 첨단부(221)가 구비될 수 있다.

상기 절삭암(5)은 지지지반(12) 내에 확대선단보강부(4)를 형성하기 위한 것이다.

상기 절삭암(5)은 강관말뚝(2)의 지지강판(3) 하부에 지지강판(3)과 이격된 위치에 구비된다. 이때, 상기 지지강판(3)과 절삭암(5) 간의 이격거리가 확대선단보강부(4)의 높이가 된다.

상기 강관말뚝(2)이 강관말뚝 본체(21)와 지지부재(22)로 구성되는 경우, 상기 지지강판(3)은 강관말뚝 본체(21)의 하부 외측에 구비되고, 상기 절삭암(5)은 지지부재(22)의 하부 외측에 구비된다.

상기 절삭암(5)은 강관말뚝(2)의 측면에 적어도 2개 이상 돌출 형성된다.

상기 강관말뚝(2)의 회전 관입 시 복수의 절삭암(5)이 동시에 회전하면서 주변 지반을 절삭 및 분쇄한다.

상기 확대선단보강부(4)의 지름이 지지강판(3)의 지름보다 크도록 상기 절삭암(5)의 길이는 최종 형성될 확대선단보강부(4)의 외경과 대응되게 지지강판(3)보다 크게 형성한다(도 2).

상기 절삭암(5)은 납작하고 일단이 경사진 블레이드 형태 또는 파이프 형상 등으로 형성될 수 있다.

상기 절삭암(5)의 일측에는 주입재가 토출되는 토출부(52)가 형성된다.

상기 절삭암(5)에 의해 주변 지반을 절삭 및 분쇄한 후 상기 토출부(52)를 통해 분쇄된 지반 측으로 주입재를 주입하여 확대선단보강부(4)를 형성한다.

구체적으로 단단한 토사층이나 풍화암층과 같은 지지지반(12)에 확대선단보강부(4)를 형성할 경우, 절삭암(5)은 지지지반(12)을 절삭하면서 일정 깊이로 회전 관입된다. 이후, 상기 강관말뚝(2)을 정방향 및 역방향으로 반복 회전하여 절삭된 지반을 분쇄한다. 그리고 분쇄된 원지반의 미세 공극에 주입재를 주입하여 원지반보다 강화된 말뚝 지지력을 갖는 확대선단보강부(4)를 형성한다.

이를 위해 상기 강관말뚝(2)은 내부가 빈 원통 형상이고, 상기 절삭암(5)의 내부에는 강관말뚝(2)의 내부와 연통되는 주입재공급로(51)가 절삭암(5)의 길이 방향으로 길게 형성되며, 상기 절삭암(5)의 일측에는 주입재공급로(51)와 연통되는 토출부(52)가 형성된다.

상기 절삭암(5)의 상면 또는 하면에는 분쇄팁(53)이 돌출 형성될 수 있다.

상기 분쇄팁(53)이 절삭암(5)의 상면에 돌출 형성된 경우, 분쇄팁(53)에 의해 절삭암(5) 상부의 절삭된 지반이 균질하게 분쇄될 수 있다.

상기 분쇄팁(53)이 절삭암(5)의 하면에 돌출 형성된 경우, 분쇄팁(53)이 원지반에 다수의 홈을 형성하여 절삭암(5)에 의한 절삭을 용이하게 하는 파일럿절삭팁 역할을 할 수 있다.

상기 강관말뚝(2) 관입 시 편심을 방지하면서 균질한 품질의 확대선단보강부(4)를 형성하도록 상기 절삭암(5)은 2개 이상이 강관말뚝(2)을 중심으로 동일한 각도로 구비되는 것이 바람직하다.

도 4는 주입재공급로가 절삭암 외측에 구비된 상태롤 도시하는 사시도이다.

도 4에 도시된 바와 같이 상기 주입재공급로(51)는 절삭암(5)의 외측에 구비될 수도 있다.

도 5에는 위치와 길이가 다른 원형강관으로 이루어진 절삭암(5)이 4개 배치된 실시예가 도시된다. 도 5에 도시된 바와 같이, 길이가 긴 한 쌍의 절삭암(5)을 하부에 배치하고, 길이가 짧은 한 쌍의 절삭암(5)을 하부의 절삭암(5)과 직교하도록 상부에 배치하면, 하부에서 지반을 절삭한 후 상부의 짧은 절삭암(5)에서 절삭된 지반을 분쇄하기 용이하다.

도 6에는 사각강관으로 구성된 절삭암(5)이 2개 배치된 실시예가 도시된다.

본 발명에 따르면 절삭암(5)에 의해 강관말뚝(2)의 하부에 강관말뚝(2)보다 직경이 크고 풍화암 이상의 높은 지지력을 발휘하는 확대선단보강부(4)를 형성할 수 있다. 그러므로 기존 말뚝에 비해 큰 허용 연직지지력을 얻을 수 있으며, 마이크로파일 이상의 충분한 지지력 확보가 가능하다.

또한, 강관말뚝(2) 하부의 지지강판(3)은 직경이 크고 지지력이 큰 확대선단보강부(4)에 의해 지지된다. 그러므로 지지강판(3) 1개만으로도 충분한 허용 연직지지력을 확보할 수 있다. 이에 말뚝 시공 시 관입 저항을 크게 줄일 수 있고, 지지강판(3) 부착 비용을 줄여 원가 절감이 가능하다.

아울러 하부 지지지반(12)을 절삭 및 분쇄하여 확대선단보강부(4)의 주재료로 사용하므로 경제적이고, 비배토 회전 관입 공법으로 시공되므로 현장이 깨끗하며, 소음과 진동이 거의 발생하지 않아 민원 발생 염려가 없다.

뿐만 아니라 관입 저항이 적어 직경이 큰 강관말뚝(2)을 사용할 수 있으므로, 연약층을 통과하는 경우에도 말뚝의 좌굴 우려가 없다.

도 1 등에 도시된 바와 같이, 상기 토출부(52)는 상기 절삭암(5)의 일측에 길이 방향으로 상호 이격되도록 형성되는 적어도 3개 이상의 토출공(52a)으로 형성될 수 있다.

상기 토출부(52)는 절삭암(5) 내부의 주입재공급로(51)에서 절삭암(5)의 외측으로 연통되는 토출공(52a)들로 형성될 수 있다. 상기 토출공(52a)은 복수 개가 절삭암(5)의 일측에 절삭암(5)의 길이 방향을 따라 상호 이격되게 형성된다.

절삭 및 분쇄된 지지지반(12) 전체에 주입재가 골고루 주입되도록 토출공(52a)은 3개 이상 구비되는 것이 바람직하다.

도 1, 도 3 등에 도시된 바와 같이, 상기 절삭암(5)은 2개가 좌우 대칭으로 구비되고, 상기 토출공(52a)의 수평 간격은 80㎜ 이하로 구성할 수 있다.

강관말뚝 회전 관입 시, 편심을 방지하면서 관입 저항을 최소화하기 위해 상기 절삭암(5)은 2개를 좌우 대칭으로 배치하는 것이 바람직하다.

일반적으로 건축물 지지를 위해 사용되는 헬리컬 파일에서, 헬릭스의 피치(pitch)는 헬릭스의 직경에 상관없이 통상 100~160㎜ 범위로 이루어지며, 강관말뚝 1회전 시 피치만큼 관입된다. 이때, 상기 절삭암(5)이 좌우 대칭으로 2개 배치되면, 강관말뚝(2)의 회전 관입에 따라 토출부(52) 1개가 주입재를 주입하여 분담하는 원지반의 높이는 1/2 피치인 50~80㎜가 된다. 그리고 주입재가 절삭 및 분쇄된 지반에 골고루 균등 주입되기 위해서는 1개의 토출공(52a)이 분담하는 수직 높이와 수평 폭을 동일하게 유지하는 것이 바람직하다.

따라서 토출공(52a)의 수평 간격을 80㎜ 이하로 형성하면, 토출공(52a) 1개에서 토출되는 주입액이 수평 및 수직 방향으로 고르게 균등 주입되어 강화원지반의 품질을 향상시킬 수 있다.

도 7은 절삭암의 토출부 배치 상태를 도시하는 사시도이다.

도 7에 도시된 바와 같이, 상기 절삭암(5)의 토출부(52)는 절삭암(5)의 회전 방향 배면 측에 형성될 수 있다.

강관말뚝(2) 회전 시 절삭암(5)의 회전 방향 배면 즉, 절삭 압력을 받는 면의 배면 측은 수압 외에는 압력을 받지 않을 뿐 아니라 절삭암(5)의 회전에 따라 순간적으로 공간이 발생한다.

따라서 절삭 압력을 받는 면의 배면 측에 토출부(52)가 구비되면 주입재 토출이 용이하므로, 회전에 의해 강관말뚝(2)이 관입되면서 절삭암(5)의 토출부(52)에서 주입재가 절삭 및 분쇄된 지반에 골고루 주입된다. 이에 확대선단보강부(4)의 품질을 균일하게 확보할 수 있다.

도 8은 절개형 토출부가 구비된 실시예를 도시하는 사시도이다.

도 8에 도시된 바와 같이, 상기 토출부(52)는 상기 절삭암(5)의 일측이 절개되어 절삭암(5)의 길이 방향으로 길게 형성될 수 있다.

상기 주입재가 절삭 및 분쇄된 지지지반(12) 내부에 연속적으로 골고루 주입되도록 상기 토출부(52)는 절삭암(5) 특히, 주입재공급로(51)의 일측이 외측으로 절개되어 절삭암(5)의 길이 방향으로 길게 연속 형성될 수 있다.

이에 따라 절삭암(5)의 회전에 따라 절삭 및 분쇄되는 지지지반(12) 전체에 빈 곳 없이 균일하게 주입재를 연속 주입 가능하다.

도 9 내지 도 11은 이물질유입방지부가 구비된 절삭암을 도시하는 평단면도이다.

도 9 내지 도 11 등에 도시된 바와 같이, 상기 절삭암(5)의 토출부(52)에는 이물질유입방지부(6)가 구비될 수 있다.

상기 강관말뚝(2)을 회전 관입할 때, 또는 절삭암(5)에 의해 주변 지반을 절삭 및 분쇄할 때, 주변 토사나 지하수 또는 분쇄된 지반이 토출부(52)를 통해 절삭암(5) 내부로 유입될 수 있다. 이러한 이물질이 토출부(52)를 막으면 주입재 주입이 곤란하다.

따라서 이물질 유입을 방지하기 위해 상기 절삭암(5)의 토출부(52)에 이물질유입방지부(6)가 구비될 수 있다.

상기 이물질유입방지부(6)는 외부 압력에 의해 닫힌 상태가 유지되어 이물질의 유입을 방지하며, 주입재의 토출 압력에 의해 개방되거나 토출부(52)에서 탈락될 수 있다.

상기 이물질유입방지부(6)는 중앙이 외측으로 돌출된 형태로 구성되어, 외부 압력 작용 시 아치 효과에 의해 토출공(52a)이 폐쇄된 상태를 유지할 수 있다(도 9의 (a)). 상기 이물질유입방지부(6)는 내부에서 주입재의 토출 압력이 가해지면, 중앙부가 개방되어 토출공(52a)이 개방될 수 있다(도 9의 (b)).

상기 이물질유입방지부(6)는 토출공(52a)의 전면 일측에 일단이 고정된 상태에서 토출공(52a) 전면을 덮도록 구성될 수 있다(도 10의 (a)). 상기 이물질유입방지부(6)는 내부에서 주입재의 토출 압력이 가해지면, 일단을 기준으로 타단이 외측으로 회전하면서 토출공(52a)이 개방될 수 있다(도 10의 (b)).

상기 이물질유입방지부(6)는 테이퍼진 마개형으로 구성되어 외부 압력에 의해 절삭암(5) 내부로 빠지지 않게 구성될 수 있다(도 11의 (a)). 상기 이물질유입방지부(6)는 주입재의 유체압력에 의해 외부로 쉽게 탈락 가능하다(도 11의 (b)).

도면에는 도시되지 않았으나 이물질유입방지부(6)를 마개형으로 구성하고, 복수의 이물질유입방지부(6)에 와이어를 연결하여 토출공(52a) 개방 시 와이어를 당김으로써 복수의 이물질유입방지부(6)를 동시에 제거할 수도 있다.

상기 토출부(52)에 이물질유입방지부(6)가 구비되면, 지하수나 지층조건 변화에 관계없이 강관말뚝(2) 하부에 고품질의 확대선단보강부(4)를 확보할 수 있다.

도 12는 망형 부재인 이물질유입방지부가 구비된 절삭암을 도시하는 측단면도이다.

도 12에 도시된 바와 같이, 상기 이물질유입방지부(6)는 상기 토출부(52) 측에 구비되는 망형 부재로 구성될 수 있다.

망형 부재인 이물질유입방지부(6)는 주입재공급로(51)의 내경과 대응되는 크기의 외경을 갖는 원통 형상으로 구성될 수 있다.

망형 부재인 이물질유입방지부(6)는 부직포와 같은 섬유망, 메쉬망, 철망, 스테인레스 방충망, 타공 파이프 등으로 형성 가능하다.

망형 부재인 이물질유입방지부(6)는 지하수위의 영향을 받지 않는 경우에 사용하는 것이 바람직하며, 망눈의 규격은 관입 대상 지반의 종류에 따라 조절한다.

상기 이물질유입방지부(6)를 섬유망 등으로 구성하면, 주입재를 절삭 및 분쇄된 주변 지반에 주입하는 것은 허용하면서도 망눈 크기보다 미세한 외부 이물질이 토출부(52) 내부로 유입되는 것을 차단할 수 있다.

상기 이물질유입방지부(6)는 주입재가 주입되기 전까지 토출부(52)를 폐쇄하고, 주입재 주입 시 토출부(52)를 개방할 수 있다.

상기 확대선단보강부(4)의 주변에 지하수위가 존재하는 경우, 이물질유입방지부(6)를 망형 부재로 형성하면 지하수가 절삭암(5) 내부로 유입될 수 있다. 이 경우 주입재 주입 전까지 토출부(52)를 완전히 폐쇄하는 것이 바람직하다.

따라서 상기 토출부(52)를 선택적으로 폐쇄 또는 개방하도록 이물질유입방지부(6)를 구성할 수 있다.

즉, 상기 이물질유입방지부(6)는 강관말뚝(2)을 회전 관입할 때 토출부(52)를 일시적으로 폐쇄하였다가 주입재 주입 시에만 토출부(52)를 개방하여 주입재 토출을 허용할 수 있다.

상기 절삭암(5)으로 주변 지반을 절삭 및 분쇄 완료한 다음, 나중에 주입재를 주입하는 경우에는 지반의 절삭 및 분쇄 시에도 이물질유입방지부(6)가 토출부(52)를 폐쇄할 수 있다.

지반 절삭 및 분쇄와 주입재 주입이 동시에 이루어지는 경우에는 지반의 절삭 및 분쇄 시에도 토출부(52)를 개방할 수 있다.

도 13의 (a)와 (b)는 각각 토출부 폐쇄 시 이물질유입방지부의 상태를 도시하는 정단면도와 평단면도이고, 도 14의 (a)와 (b)는 각각 토출부 개방 시 이물질유입방지부의 상태를 도시하는 정단면도와 평단면도이다.

도 13, 도 14 등에 도시된 바와 같이, 상기 이물질유입방지부(6)는 주입재공급로(51)의 내부에서 이동 가능한 파이프 형태로 형성되고, 상기 토출부(52)와 대응되는 위치에 주입공(61)이 형성되어 지반 절삭 시에는 주입공(61)이 토출부(52)와 어긋나게 위치되어 토출부(52)가 폐쇄되고, 주입재 주입 시에는 주입공(61)이 토출부(52)와 일치하게 되어 토출부(52)가 개방될 수 있다.

상기 이물질유입방지부(6)가 토출부(52)를 선택적으로 폐쇄하고 개방할 수 있도록 이물질유입방지부(6)는 내부가 빈 파이프 형상으로 형성되어 주입재공급로(51)의 내부에 구비될 수 있다.

상기 이물질유입방지부(6)에는 토출부(52)와 대응되는 위치에 주입공(61)이 형성된다.

이에 따라 상기 주입공(61)과 토출부(52)의 위치가 어긋나게 이물질유입방지부(6)의 위치를 조절하여, 이물질유입방지부(6)가 토출부(52) 전체를 폐쇄하게 할 수 있다(도 13).

상기 이물질유입방지부(6)의 위치를 다시 조절하여 주입공(61)과 토출부(52)의 위치를 일치시키면, 주입재가 주입공(61)과 토출부(52)를 통해 외부로 주입될 수 있다(도 14).

도 13, 도 14에 도시된 바와 같이, 상기 토출부(52)는 상기 절삭암(5)의 일측에 길이 방향으로 상호 이격되도록 형성되는 적어도 3개 이상의 토출공(52a)으로 형성되고, 상기 주입공(61)은 토출공(52a)과 대응되는 위치에 각각 형성되며, 상기 이물질유입방지부(6)는 상기 주입재공급로(51)의 내부에서 길이 방향으로 슬라이딩 이동 가능하게 구비되어 이물질유입방지부(6)를 외측으로 슬라이딩 이동시킴으로써 주입공(61)과 토출공(52a)의 위치를 일치시킬 수 있다.

상기 토출부(52)가 토출공(52a)인 경우, 이물질유입방지부(6)의 주입공(61)은 토출공(52a)과 대응되는 위치에 형성할 수 있다.

그리고 상기 이물질유입방지부(6)는 절삭암(5)의 주입재공급로(51) 내부에서 주입재공급로(51)의 길이 방향을 따라 슬라이딩 이동 가능하게 구비할 수 있다.

이에 따라 처음에는 주입공(61)과 토출공(52a)이 어긋난 상태를 유지하여 토출공(52a)을 폐쇄하였다가(도 13), 주입재 주입 시점에서 이물질유입방지부(6)를 외측으로 슬라이딩 이동하여 주입공(61)과 토출공(52a)의 위치를 일치시킴으로써 토출공(52a)을 개방할 수 있다(도 14).

상기 절삭암(5)은 강관 또는 블레이드 형상의 강봉일 수 있다.

상기 절삭암(5)과 절삭암(5)이 결합되는 지지부재(22)를 강관 형상으로 구성하면 주입재공급로(51) 및 토출부(52) 형성이 용이하다(도 3 등).

또한, 상기 절삭암(5)과 지지부재(22)를 블레이드 형상의 강봉으로 구성하면 강관인 경우에 비해 관입 저항을 상당히 줄일 수 있어 시공 속도를 증가시킬 수 있고, 시공 가능한 범위를 넓힐 수 있다(도 8 등).

절삭암(5)과 지지부재(22)가 강봉 형상인 경우 상기 절삭암(5)과 지지부재(22)은 단조나 주물 등의 방식으로 일체로 제작될 수 있다.

특히, 주입재공급로(51)가 절삭암(5)의 외측에 구비되는 경우 구조성능이 우수한 단조 등에 의한 방법으로 일체로 제작하면 절삭암(5)의 두께를 줄일 수 있어 회전 관입 저항을 줄일 수 있고, 가공비를 절감할 수 있다.

다만 절삭암(5)의 길이가 길어 단조나 주물 제작이 어려운 경우 회전 압입 시 힘을 많이 받는 절삭암(5) 내측 부분만 지지부재(22)와 일체로 형성하고, 절삭암(5)의 외측 부분은 별도 제작하여 내측 부분과 용접으로 연결할 수 있다.

도 15 및 도 16은 각각 가압쐐기 구비 시 이물질유입방지부에 의한 토출부 폐쇄 상태와 개방 상태를 도시하는 단면도이다.

도 15, 도 16에 도시된 바와 같이, 상기 이물질유입방지부(6)는 내측 단부가 강관말뚝(2)의 내부 중앙에 위치하고 내측 단부 상면에 경사면이 형성되어, 상기 강관말뚝(2) 내부에서 상광하협 단면의 가압쐐기(7)가 하강함에 따라 경사면을 가압하여 이물질유입방지부(6)를 외측으로 슬라이딩 이동시킬 수 있다.

상기 이물질유입방지부(6)를 외측으로 슬라이딩 이동시키기 위해 이물질유입방지부(6)의 내측 단부를 강관말뚝(2)의 내부 중앙에 위치시키고, 이물질유입방지부(6)의 내측 단부 상면을 경사면으로 형성할 수 있다.

이때, 좌우 대칭으로 구비되는 절삭암(5) 내부에 위치된 이물질유입방지부(6)의 내측 단부를 서로 맞닿게 구성할 수 있다(도 15).

상기 강관말뚝(2)을 회전 관입하여 지지지반(12)에 도달시킨 후 상광하협 단면의 테이퍼진 가압쐐기(7)를 강관말뚝(2)의 내부에서 하강시키면, 상기 가압쐐기(7)가 양측 이물질유입방지부(6)의 경사진 내측 단부 상면을 가압하면서 이물질유입방지부(6)가 외측으로 슬라이딩 이동된다(도 16).

이에 따라 상기 주입공(61)의 위치가 토출공(52a)의 위치와 일치하게 되어 토출공(52a)이 개방된다.

상기 가압쐐기(7)는 주입재를 절삭암(5)의 주입재공급로(51)로 공급하기 위해 주입건(9) 하부에 구비될 수 있다.

상기 주입건(9)을 하강시키면, 가압쐐기(7)가 양측 이물질유입방지부(6)의 내측 단부를 가압하여 외측으로 슬라이딩 이동시킬 수 있다. 그리고 이격된 양측 이물질유입방지부(6) 사이에 주입건(9)이 삽입되어 양측 절삭암(5)의 주입재공급로(51)로 주입재를 공급할 수 있다.

도 17의 (a)와 (b)는 각각 가고정핀에 의한 이물질유입방지부의 결합 및 해제 상태를 도시하는 단면도이다.

도 17에 도시된 바와 같이, 상기 절삭암(5)은 강관말뚝(2)의 좌우에 대칭으로 구비되고, 좌우의 절삭암(5) 내부에 구비된 이물질유입방지부(6)는 내측 단부 하면에 가압쐐기(7)에 의해 탈락 가능하게 고정되는 가고정핀(62)이 결합될 수 있다.

상기 이물질유입방지부(6)는 절삭암(5)의 내부에 슬라이딩 이동 가능하게 구비될 수 있는데, 이 경우 이물질유입방지부(6)가 주입재 주입 전에 외력에 의해 이동하면 토출부(52)가 미리 개방되어 이물질이 절삭암(5) 내부로 유입될 수 있다.

따라서 주입재의 주입 전까지 이물질유입방지부(6)가 이동되지 않도록 양측 이물질유입방지부(6)의 내측 단부를 가고정핀(62)으로 임시 고정할 수 있다(도 17의 (a)).

상기 가고정핀(62)은 가압쐐기(7)의 가압에 의해 이물질유입방지부(6)에서 탈락되도록 이물질유입방지부(6)의 내측 단부 하부에 고정할 수 있다.

상기 가고정핀(62)은 가용접이나 접착제 등으로 이물질유입방지부(6)에 결합할 수 있다.

상기 가고정핀(62)은 가압쐐기(7)의 가압에 의해 하부로 탈락되어 이물질유입방지부(6)가 외측으로 슬라이딩 이동하는 것을 허용한다(도 17의 (b)).

도 18은 가이드홈과 가이드돌부가 구비된 실시예를 도시하는 단면도이다.

도 18에 도시된 바와 같이, 상기 절삭암(5)의 주입재공급로(51) 내주면과 상기 이물질유입방지부(6)의 외주면 중 어느 일측에는 가이드홈(G)이 형성되고, 다른 일측에는 상기 가이드홈(G)에 삽입되는 가이드돌부(P)가 형성되어 이물질유입방지부(6)의 직선 이동을 가이드할 수 있다.

상기 토출공(52a)을 개방하기 위해 주입공(61)과 토출공(52a) 사이 간격만큼 이물질유입방지부(6)를 슬라이딩 이동시킬 때, 상기 이물질유입방지부(6)가 정확하게 직선 운동하지 않고 주입재공급로(51)에서 회전하면 주입공(61)과 토출공(52a)의 위치가 서로 어긋나 토출공(52a)이 개방되지 않는다.

따라서 상기 이물질유입방지부(6)의 정확한 직선 운동을 가이드하기 위해 가이드홈(G)과 가이드돌부(P)를 형성할 수 있다.

즉, 상기 주입재공급로(51) 내주면과 이물질유입방지부(6) 외주면의 서로 대응되는 위치에 가이드홈(G)과 가이드돌부(P)를 형성하면, 가이드홈(G)과 가이드돌부(P)가 서로 맞물려 이물질유입방지부(6)가 직선 운동할 수 있다.

도 18에는 상기 절삭암(5)의 주입재공급로(51) 내주면에 가이드홈(G)이 형성되고, 이물질유입방지부(6)의 외주면에 가이드돌부(P)가 형성되었다. 반대로 상기 절삭암(5)의 주입재공급로(51) 내주면에 가이드돌부(P)가 형성되고, 이물질유입방지부(6)의 외주면에 가이드홈(G)이 형성될 수도 있다.

도 19는 복수의 토출공이 순차 개방되는 과정을 도시하는 도면이고, 도 20은 원뿔대형 확대선단보강부가 구비된 복합 강관말뚝의 설치 상태를 도시하는 단면도이다.

도 19에 도시된 바와 같이, 상기 이물질유입방지부(6)는 내측으로 갈수록 주입공(61)의 폭을 토출공(52a)의 폭보다 더 크게 형성하여, 이물질유입방지부(6)를 외측으로 슬라이딩 이동시킴에 따라 내측 토출공(52a)부터 외측으로 순차적으로 개방할 수 있다.

상기 지지강판(3)의 하중은 외측으로 일정 각도 확대되면서 분산된다.

그러므로 상기 확대선단보강부(4)에서 실질적으로 응력 전달에 기여하는 부분은 상부는 좁고 하부는 넓은 원뿔대 형상 부분이다(도 20).

그런데 전체 말뚝 공사 비용에서 주입재는 꽤 큰 비중을 차지하므로, 주입재의 주입량을 감소시키면 공사비 절감 폭을 증가시킬 수 있다.

이에 실제 응력 전달에 기여하는 부분에만 주입재를 주입하여 원뿔대 형상으로 확대선단보강부(4)를 형성하는 것이 경제적이다.

그러므로 상기 절삭암(5)에 의해 확대선단보강부(4) 형성 시, 상부에서는 내측의 토출공(52a)만 개방하고, 나머지 토출공(52a)은 폐쇄되도록 구성할 수 있다(도 19의 (b)). 이 경우 내측 토출공(52a)을 통해서만 주입재가 주입된다.

아울러 하부로 갈수록 순차적으로 내측에서 외측으로 인접하는 토출공(52a)들을 개방함으로써, 주입재의 주입 범위를 점차 확대할 수 있다(도 19의 (c) 내지 (e)).

이를 위해 각 토출공(52a)의 위치에 대응되게 주입공(61)이 구비된 이물질유입방지부(6)를 구성하되, 내측으로 갈수록 주입공(61)의 폭을 토출공(52a)의 폭보다 크게 형성할 수 있다.

이에 따라 상기 이물질유입방지부(6)를 외측으로 슬라이딩 이동하면, 주입공(61)의 폭이 넓어 토출공(52a)과 겹치는 내측부터 토출공(52a)이 개방된다. 그리고 이물질유입방지부(6)를 외측으로 더 슬라이딩 이동하면, 인접하는 주입공(61)이 토출공(52a)과 순차적으로 겹치면서 토출공(52a)이 점차 개방된다.

도 21 및 도 22는 각각 절개형 토출부 구비 시 이물질유입방지부에 의한 토출부 폐쇄 상태 및 개방 상태를 도시하는 사시도이다.

도 21, 도 22에 도시된 바와 같이, 상기 토출부(52)는 상기 절삭암(5)의 일측이 절개되어 절삭암(5)의 길이 방향으로 길게 형성되고, 상기 주입공(61)은 이물질유입방지부(6)의 일측이 절개되어 이물질유입방지부(6)의 길이 방향으로 길게 형성되며, 상기 이물질유입방지부(6)는 상기 주입재공급로(51)의 내부에서 회전 이동 가능하게 구비되어 이물질유입방지부(6)를 회전시킴으로써 주입공(61)과 토출부(52)의 위치를 일치시킬 수 있다.

상기 토출부(52)가 절삭암(5)의 일측을 절개하여 형성되는 절개형 토출부(52)인 경우, 토출부(52)는 절삭암(5)의 길이 방향으로 길게 연속 형성된다. 이 경우 상기 이물질유입방지부(6)를 주입재공급로(51)의 길이 방향을 따라 슬라이딩 이동시키면 토출부(52)를 선택적으로 폐쇄 또는 개방할 수 없다.

따라서 상기 이물질유입방지부(6)의 주입공(61)을 토출부(52)와 동일하게 이물질유입방지부(6)의 일측을 절개한 절개형으로 형성하여 C형 단면으로 형성할 수 있다.

C형 단면의 이물질유입방지부(6)를 회전하여 주입공(61)과 토출부(52)의 수직 위치를 서로 어긋나게 하면, 토출부(52)를 폐쇄할 수 있다(도 21).

상기 토출부(52) 개방 시에는 이물질유입방지부(6)를 다시 회전시켜 주입공(61)과 토출부(52)의 수직 위치를 서로 일치시킨다(도 22).

상기 이물질유입방지부(6)는 내측 단부를 강관말뚝(2)의 내부까지 연장할 수 있으며, 이 경우 가압쐐기(7) 등의 가압에 의해 이물질유입방지부(6)를 축 회전되게 구성할 수 있다.

도 23은 좌우 일체형 절삭암이 구비된 복합 강관말뚝의 설치 상태를 도시하는 단면도이다.

도 23에 도시된 바와 같이, 상기 절삭암(5)은 강관말뚝(2)을 관통하여 좌우 절삭암(5)이 서로 연결될 수 있다.

상기 절삭암(5)을 강관말뚝(2)의 외주면에 용접 등으로 결합하면, 절삭암(5)이 캔틸레버 구조를 갖게 되어 강관말뚝(2)과의 접합부에서 큰 모멘트가 작용한다. 이에 접합부 강성 유지를 위해 절삭암(5)의 단면을 증가시키고 용접살 면적을 충분히 확보해야 하는 등의 방법을 취해야 하므로, 강재량이 많이 소요되고 제작성이 떨어진다.

따라서 좌우 절삭암(5)을 하나로 일체 형성하고, 강관말뚝(2)을 관통하여 강관말뚝(2)의 좌우로 양측이 각각 돌출되게 구성할 수 있다. 이와 같이 양단 지지 구조로 절삭암(5)을 구성하면, 최소 단면으로 충분한 강성을 확보할 수 있다.

도 24는 토출공별 주입재의 주입 분담 면적을 도시하는 평단면도이다.

도 8, 도 24에 도시된 바와 같이, 상기 토출부(52)는 절삭암(5)의 외측으로 갈수록 토출 면적이 증가할 수 있다.

상기 확대선단보강부(4)는 강관말뚝(2)의 하부에 구비되어 강관말뚝(2)의 연직하중을 지반으로 전달하는 독립기초 역할을 한다. 이때, 연직하중에 의한 응력을 분산하여 지반으로 원활하게 전달하기 위해서는 확대선단보강부(4)의 강화원지반 전체가 균등한 강도를 가져야 한다.

그런데 절삭암(5)은 회전하면서 토출부(52)를 통하여 주입재를 주입하는데, 절삭암(5)의 회전운동 궤적은 회전 반경이 클수록 늘어난다. 그러므로 절삭암(5)의 회전 중심 즉, 강관말뚝(2)의 중심으로부터 거리가 멀어질수록 주입재 토출 지점이 움직이는 궤적이 증가한다. 이에 따라 토출부(52)의 각 토출 지점에서 동일한 양의 주입재가 토출되면 동일한 양의 주입재가 더 넓은 면적에 주입되어야 하므로, 토출 지점이 멀어질수록 단위 면적당 투입되는 주입재 양이 줄어든다.

이에 확대선단보강부(4) 형성을 위해 절삭 및 분쇄되는 원통형의 지지지반(12) 전체 어느 부위에서도 동일한 양의 주입재가 주입되도록 절삭암(5)의 외측으로 갈수록 주입재 토출 면적을 증가시킬 수 있다.

상기 토출 면적은 토출부(52)에서 주입되는 주입재의 양이 주입재 토출 위치의 회전 반경에 비례하도록 점진적으로 증가되게 구성할 수 있다.

이를 위해 상기 토출부(52)가 주입재공급로(51)에서 절개 형성된 경우에는 외측으로 갈수록 절개된 상하 폭을 증가시킬 수 있다(도 8).

상기 토출부(52)가 복수의 토출공(52a)으로 형성된 경우, 외측으로 갈수록 토출공(52a)의 지름을 점차 증가시킬 수 있다(도 13, 도 24 등).

도 2 등에 도시된 바와 같이, 본 발명 확대선단보강부가 구비된 회전관입형 복합 강관말뚝은 회전 관입에 의해 지반(1)에 관입되는 것으로, 지반(1)에 관입되는 강관말뚝(2); 상기 강관말뚝(2)의 하부 외측에 돌출 형성되는 지지강판(3); 상기 지지강판(3)에서 하부로 이격된 위치에서 상기 강관말뚝(2)의 하부에 구비되는 상기 절삭암(5); 및 상기 지지강판(3) 하부의 지반을 절삭 및 분쇄하여 주입재를 혼합함으로써 형성되는 것으로, 상기 지지강판(3)보다 지름이 크게 형성되는 확대선단보강부(4); 로 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명 확대선단보강부가 구비된 회전관입형 복합 강관말뚝은 도 1 내지 도 24를 참고하여 전술한 본 발명 복합 강관말뚝용 절삭암이 구비된 복합 강관말뚝에 대한 것이다.

상기 절삭암(5)은 적어도 2개 이상이 구비되고, 지지강판(3)보다 회전 반경이 크게 형성되며, 내부 또는 외부에 주입재공급로(51)가 길이 방향으로 구비되고, 일측에는 상기 주입재공급로(51)와 연통되어 분쇄된 주변 지반으로 주입재를 주입하기 위한 토출부(52)가 형성된다.

상기 확대선단보강부(4)는 하부로 갈수록 지름이 커지는 원뿔대 형상으로 구성될 수 있다.

상기 확대선단보강부(4)는 지지강판(3)보다 지름이 크게 형성되는 원뿔대 형상으로 구성할 수 있다.

상기 지지강판(3)의 하중은 외측으로 일정 각도 확대되면서 분산되므로, 실제 응력 전달에 기여하는 부분에만 주입재를 주입하여 원뿔대 형상으로 확대선단보강부(4)를 형성할 수 있다.

이 경우 주입재 주입량을 최소화하면서도 구조적으로 동일한 효과를 발휘하여 경제적인 단면 형성이 가능하다.

도 25는 본 발명 회전관입형 복합 강관말뚝의 시공 방법을 도시하는 도면이다.

본 발명 확대선단보강부가 구비된 회전관입형 복합 강관말뚝의 시공 방법은 전술한 본 발명 확대선단보강부가 구비된 회전관입형 복합 강관말뚝을 시공하는 방법에 대한 것이다.

본 발명 확대선단보강부가 구비된 회전관입형 복합 강관말뚝의 시공 방법에서는 먼저, (a) 상기 강관말뚝(2)을 회전 관입하여 절삭암(5)을 지지지반(12) 상부까지 도달시키는 단계가 실시된다(도 25의 (a)).

다음으로, (b) 상기 강관말뚝(2)을 회전 관입하여 절삭암(5)으로 지지지반(12)을 상기 지지강판(3)보다 큰 지름으로 절삭 및 분쇄하는 한편, 상기 토출부(52)를 통해 절삭 및 분쇄된 지지지반(12)에 주입재를 주입하고 혼합하여 원기둥 형상의 강화원지반을 형성함으로써 확대선단보강부(4)를 형성한다(도 25의 (b)).

여기에서 절삭 및 분쇄되는 지반은 단단한 토사층 또는 풍화암 이상의 암반층인 지지지반(12)이다.

상기 절삭암(5)은 회전 반경이 지지강판(3)의 외경보다 길게 형성되므로, 절삭 및 분쇄되는 지지지반(12)은 지지강판(3)의 외경보다 지름이 큰 원기둥 형상 등으로 형성된다.

상기 지지강판(3) 하부의 절삭 및 분쇄된 지반에는 절삭암(5)의 토출부(52)에서 주입되는 주입재를 혼합하여 형성되는 원기둥 또는 원뿔대 형상의 확대선단보강부(4)가 형성된다.

상기 강관말뚝(2)의 하부는 확대선단보강부(4)의 중앙에 관입되어 확대선단보강부(4)의 심재 역할을 한다.

상기 지지강판(3) 하부의 지반은 지지강판(3) 하부의 폐쇄된 공간 내에서 절삭 및 분쇄되므로 매우 치밀한 상태이다. 따라서 남은 공극에 주입재가 주입되면 당초 지반보다 2배 이상의 지지력을 발휘할 수 있으며, 단단한 토사층 지반인 경우 풍화암 이상, 풍화암 지반인 경우 풍화암 내지 연암에 가까운 지지층을 형성할 수 있다.

상기 주입재는 절삭암(5)에 의해 지반의 절삭 및 분쇄가 완료된 후 주입될 수 있다. 이 경우 강관말뚝(2)을 정방향 및 역방향으로 반복 회전하면서 상호 왕복 이동시켜야 하는 번거로움이 있다. 그러므로 지반을 절삭 및 분쇄하면서 동시에 절삭 및 분쇄된 지반에 주입재를 주입하면, 공기 단축이 가능하고 시공이 편리하다.

상기 (b) 단계에서, 상기 지지지반(12)은 지지강판(3)의 연직 투영 면적의 3배 이상의 지름으로 절삭 및 분쇄될 수 있다.

상기 토출부(52)는 절삭암(5)의 외측으로 갈수록 토출 면적이 증가하도록 형성되어, 상기 토출부(52)에서 주입되는 주입재의 양이 주입재 토출 위치의 회전 반경에 비례하도록 구성할 수 있다.

강관말뚝(2) 회전 관입 시 토출부(52)를 통해 주입재공급로(51) 내부에 이물질이 유입되거나 이물질에 의해 토출부(52)가 폐색될 수 있으므로 강력한 공기압이나 수압 또는 주입재 압력에 의해 주입재공급로(51) 또는 토출부(52)의 이물질을 제거할 수 있다.

또는 물과 같은 유체를 강관말뚝(2) 내부에 일정 높이로 채워 상시 내압을 유지하도록 함으로써 이물질이 절삭암(5) 내부로 유입되는 것을 방지할 수도 있다.

상기 절삭암(5)에는 토출부(52)를 선택적으로 폐쇄 및 개방시키는 이물질유입방지부(6)가 구비되어, 상기 (a) 단계에서, 상기 이물질유입방지부(6)에 의해 토출부(52)가 폐쇄된 상태에서 강관말뚝(2)이 회전 관입된 후, 상기 (b) 단계에서, 상기 이물질유입방지부(6)에 의해 토출부(52)가 개방된 상태에서 지지지반(12)을 절삭 및 분쇄하면서 토출부(52)를 통해 주입재가 주입될 수 있다.

상기 (b) 단계에서, 이물질유입방지부(6)가 마개형이면, 주입재의 주입압에 의해 이물질유입방지부(6)가 토출부(52)에서 탈락되며 개방될 수 있다.

상기 이물질유입방지부(6)가 절삭암(5) 내부에 구비되는 파이프형이면, 가압쐐기(7)의 가압에 의해 이물질유입방지부(6)를 이동시켜 이물질유입방지부(6)의 주입공(61)과 토출부(52) 위치를 일치시켜 토출부(52)를 개방할 수 있다.

상기 (b) 단계는 실시간 모니터링에 의해 주입재의 시간당 주입량을 일정하게 조절할 수 있다.

상기 (b) 단계에서는 유량계(미도시)를 설치하여 주입재의 주입량을 실시간으로 모니터링하면서 주입재를 주입할 수 있다.

상기 주입재가 주제와 경화제가 혼합된 팽창성 주입재인 경우, 각각 주제와 경화제의 유출량을 실시간 확인하면서 주입 가능하다.

아울러 별도의 수신기를 설치하여 상기 유량계의 신호를 외부에서 확인할 수도 있다.

또는, 상기 강관말뚝(2)을 회전 관입하여 하부 지지지반(12)을 절삭 및 분쇄하면서 동시에 주입재를 주입하기 위해 강관말뚝(2)의 상단에 스위벨(swivel)이 구비될 수 있다. 이 경우 오퍼레이터가 주입재의 유출량을 실시간으로 압력 조절함으로써, 확대선단보강부(4)의 균질한 품질을 확보할 수 있다.

절삭 및 분쇄된 지지지반(12)에 주입재를 균등하게 주입하기 위해 등압 또는 등속 주입 방법을 선택할 수 있다.

등압 주입은 주입재 수용부(8)에 주입재를 수용하여 주입재를 공급할 때, 주입재 수용부(8) 내부의 가스나 주입재 수용부(8) 상부에 가해지는 공기압 등을 이용하여 주입재를 압력 토출한다. 다만, 등압 주입은 외부 지하수의 압력이나 절삭 분쇄된 지반의 저항이 현장마다 달라 주입재 토출량을 일정하게 유지하기 어려울 수 있다.

등속 주입은 주입재 주입량을 일정하게 유지하기 위해 회전속도를 일정하게 유지할 수 있는 나사식 피스톤 등을 이용할 수 있다.

등속 주입은 주입재 수용부(8)에 나사식 피스톤을 결합하고 회전속도를 조절함으로써, 주입재의 단위시간당 토출량을 일정하게 유지할 수 있다. 이에 따라 고품질의 확대선단보강부(4)를 형성 가능하다.

상기 (b) 단계는 주입재가 수용된 주입재 수용부(8)를 상기 절삭암(5)으로부터 일정한 높이의 강관말뚝(2) 내부에 장착한 후 지지지반(12)의 절삭 및 분쇄와 주입재 주입이 이루어질 수 있다(도 15).

이는 주입재를 균등하게 주입하기 위한 다른 실시예이다.

별도의 주입압력을 가하지 않고 주입재를 일정 높이에서 투하하여 자연유하에 의해 주입할 수도 있다.

이 경우, 팽창재인 주입재가 채워지는 높이에 따른 위치에너지와 강관말뚝(2)의 회전에 따른 원심력에 의해 절삭 및 분쇄된 원지반 측으로 주입재를 균등 주입할 수 있다.

이를 위해 주입재가 수용된 주입재 수용부(8)를 절삭암(5)으로부터 일정 높이의 강관말뚝(2) 내부에 장착하여 일정한 주입압으로 주입재를 주입할 수 있다.

자연유하에 의한 주입재 주입 방법은 주변 지반에 지하수가 없는 경우에 사용하는 것이 바람직하다.

도 26은 자연유하에 의한 주입재의 투입 상태를 도시하는 단면도이다.

도 26에 도시된 바와 같이, 상기 (b) 단계는 지연성 팽창 반응이 가능한 주제와 경화제를 혼합한 주입재를 강관말뚝(2)의 내부에 투입한 후 지지지반(12)의 절삭 및 분쇄와 주입재 주입이 이루어질 수 있다.

별도의 주입재 수용부(8) 없이 주입재를 자연유하에 의해 직접 투하하여 공급할 수도 있다.

이때, 주입재의 위치에너지만으로는 필요한 주입압을 유지하기 어려우므로, 팽창성 주입재를 사용하여 주입재의 팽창압에 의해 자연 토출되게 할 수 있다.

이 경우 주입재의 토출량이나 토출압력을 조절할 필요가 없으므로, 주입재 주입 작업이 매우 간편하다.

다만, 상기 강관말뚝(2) 내부로 투하된 주입재가 모두 토출되기까지는 주입재가 경화하면 안 된다. 그러므로 지연성 팽창반응이 가능한 주입재를 사용함이 바람직하다.

도 27은 인출입형 지지부재 구비 시 본 발명 회전관입형 복합 강관말뚝의 시공 방법을 도시하는 도면이다.

도 27에 도시된 바와 같이, 상기 강관말뚝(2)은 원통 형상의 강관말뚝 본체(21)와 상기 강관말뚝 본체(21)의 하단에 인출입 가능하게 구비되는 것으로 외측에 상기 절삭암(5)이 구비된 지지부재(22)로 구성되어, 상기 (a) 단계는 상기 지지부재(22)의 상부가 상기 강관말뚝 본체(21)의 내부에 인입된 상태에서 이루어지고, 상기 (b) 단계는 상기 지지부재(22)를 강관말뚝 본체(21)의 하부로 인출하여 회전 하강시키면서 지지지반(12)을 절삭 및 분쇄할 수 있다.

말뚝의 관입 저항을 줄이기 위해 강관말뚝(2)을 하단이 확대선단보강부(4) 상부까지 구비되는 강관말뚝 본체(21)와 상기 강관말뚝 본체(21)의 하부에 구비되어 확대선단보강부(4) 내부를 관통하는 지지부재(22)로 구성하고, 상기 지지부재(22)의 직경을 강관말뚝 본체(21)의 직경보다 작게 구성할 수 있다.

이때, 상기 지지부재(22)를 강관말뚝 본체(21)의 하단에 인출입 가능하게 구비하여, 상기 (a) 단계에서는 지지부재(22)가 강관말뚝 본체(21)의 내부에 인입된 상태에서 강관말뚝(2)을 회전 관입할 수 있다(도 27의 (a)).

그리고 상기 (b) 단계에서는 강관말뚝 본체(21)는 정지한 상태에서 지지부재(22)만 하부로 인출하여 회전 하강시킬 수 있다(도 27의 (b)). 이때, 상기 절삭암(5)은 지지부재(22)에 결합되어, 지지부재(22)의 회전 관입에 따라 지지지반(12)을 절삭 및 분쇄하고 주입재를 주입하여 확대선단보강부(4)를 형성한다.

상기 지지부재(22)는 회전에 의한 지반 관입이 용이하고, 확대선단보강부(4)에 대한 주면마찰력을 증가시킬 수 있도록 외주면을 나사형으로 형성할 수 있다.

상기 지지부재(22)의 회전 관입을 가이드하기 위해 강관말뚝 본체(21)의 하단에는 상기 지지부재(22)가 나사 결합되는 가이드너트(23)가 구비될 수 있다.

상기 지지부재(22)의 상단에는 공구를 삽입하여 지지부재(22)를 회전시킬 수 있도록 공구삽입홈(미도시)이 형성될 수 있다.

상기 지지부재(22)는 강관말뚝 본체(21)의 회전 관입 시 수직도를 유지하고 회전 관입이 용이하도록 (a) 단계에서 하부 일정 길이가 강관말뚝 본체(21)의 하부로 돌출될 수 있다.

1: 지반 11: 연약지반
12: 지지지반 2: 강관말뚝
21: 강관말뚝 본체 22: 지지부재
221: 첨단부 23: 가이드너트
3: 지지강판 4: 확대선단보강부
5: 절삭암 51: 주입재공급로
52: 토출부 52a: 토출공
53: 분쇄팁 6: 이물질유입방지부
61: 주입공 62: 가고정핀
7: 가압쐐기 8: 주입재 수용부
9: 주입건 G: 가이드홈
P: 가이드돌부

Claims (24)

1. 하부에 지지강판(3)이 돌출 형성되어 지반(1)에 회전 관입되는 강관말뚝(2)의 상기 지지강판(3) 하부 외측에 구비되어 주변 지반을 절삭 및 분쇄하고, 주입재를 혼합함으로써 지지강판(3)보다 지름이 크게 형성되는 확대선단보강부(4)를 형성하기 위한 복합 강관말뚝용 절삭암(5)에 관한 것으로,
   상기 절삭암(5)은 적어도 2개 이상이 구비되고, 지지강판(3)보다 회전 반경이 크게 형성되며, 내부 또는 외부에 주입재공급로(51)가 길이 방향으로 구비되고, 일측에는 상기 주입재공급로(51)와 연통되어 분쇄된 주변 지반으로 주입재를 주입하기 위한 토출부(52)가 형성되는 것을 특징으로 하는 복합 강관말뚝용 절삭암.
   
2. 제1항에서,
   상기 토출부(52)는 상기 절삭암(5)의 일측에 길이 방향으로 상호 이격되도록 형성되는 적어도 3개 이상의 토출공(52a)으로 형성되는 것을 특징으로 하는 복합 강관말뚝용 절삭암.
   
3. 제1항에서,
   상기 토출부(52)는 상기 절삭암(5)의 일측이 절개되어 절삭암(5)의 길이 방향으로 길게 형성되는 것을 특징으로 하는 복합 강관말뚝용 절삭암.
   
4. 제1항에서,
   상기 절삭암(5)의 토출부(52)에는 이물질유입방지부(6)가 구비되는 것을 특징으로 하는 복합 강관말뚝용 절삭암.
   
5. 제4항에서,
   상기 이물질유입방지부(6)는 상기 토출부(52) 측에 구비되는 망형 부재인 것을 특징으로 하는 복합 강관말뚝용 절삭암.
   
6. 제4항에서,
   상기 이물질유입방지부(6)는 주입재가 주입되기 전까지 토출부(52)를 폐쇄하고, 주입재 주입 시에는 토출부(52)를 개방하는 것을 특징으로 하는 복합 강관말뚝용 절삭암.
   
7. 제6항에서,
   상기 이물질유입방지부(6)는 주입재공급로(51)의 내부에서 이동 가능한 파이프 형태로 형성되고, 상기 토출부(52)와 대응되는 위치에 주입공(61)이 형성되어 지반 절삭 시에는 주입공(61)이 토출부(52)와 어긋나게 위치되어 토출부(52)가 폐쇄되고, 주입재 주입 시에는 주입공(61)이 토출부(52)와 일치하게 되어 토출부(52)가 개방되는 것을 특징으로 하는 복합 강관말뚝용 절삭암.
   
8. 제7항에서,
   상기 토출부(52)는 상기 절삭암(5)의 일측에 길이 방향으로 상호 이격되도록 형성되는 적어도 3개 이상의 토출공(52a)으로 형성되고, 상기 주입공(61)은 토출공(52a)과 대응되는 위치에 각각 형성되며, 상기 이물질유입방지부(6)는 상기 주입재공급로(51)의 내부에서 길이 방향으로 슬라이딩 이동 가능하게 구비되어 이물질유입방지부(6)를 외측으로 슬라이딩 이동시킴으로써 주입공(61)과 토출공(52a)의 위치를 일치시키는 것을 특징으로 하는 복합 강관말뚝용 절삭암.
   
9. 제8항에서,
   상기 이물질유입방지부(6)는 내측 단부가 강관말뚝(2)의 내부 중앙에 위치하고 내측 단부 상면에 경사면이 형성되어, 상기 강관말뚝(2) 내부에서 상광하협 단면의 가압쐐기(7)가 하강함에 따라 경사면을 가압하여 이물질유입방지부(6)를 외측으로 슬라이딩 이동시키는 것을 특징으로 하는 복합 강관말뚝용 절삭암.
   
10. 제9항에서,
    상기 절삭암(5)은 강관말뚝(2)의 좌우에 대칭으로 구비되고, 좌우의 절삭암(5) 내부에 구비된 이물질유입방지부(6)는 내측 단부 하면에 가압쐐기(7)에 의해 탈락 가능하게 고정되는 가고정핀(62)이 결합되는 것을 특징으로 하는 복합 강관말뚝용 절삭암.
    
11. 제8항에서,
    상기 절삭암(5)의 주입재공급로(51) 내주면과 상기 이물질유입방지부(6)의 외주면 중 어느 일측에는 가이드홈(G)이 형성되고, 다른 일측에는 상기 가이드홈(G)에 삽입되는 가이드돌부(P)가 형성되어 이물질유입방지부(6)의 직선 이동을 가이드하는 것을 특징으로 하는 복합 강관말뚝용 절삭암.
    
12. 제8항에서,
    상기 이물질유입방지부(6)는 내측으로 갈수록 주입공(61)의 폭을 토출공(52a)의 폭보다 더 크게 형성하여 이물질유입방지부(6)를 외측으로 슬라이딩 이동시킴에 따라 내측 토출공(52a)부터 외측으로 순차적으로 개방되는 것을 특징으로 하는 복합 강관말뚝용 절삭암.
    
13. 제7항에서,
    상기 토출부(52)는 상기 절삭암(5)의 일측이 절개되어 절삭암(5)의 길이 방향으로 길게 형성되고, 상기 주입공(61)은 이물질유입방지부(6)의 일측이 절개되어 이물질유입방지부(6)의 길이 방향으로 길게 형성되며, 상기 이물질유입방지부(6)는 상기 주입재공급로(51)의 내부에서 회전 이동 가능하게 구비되어 이물질유입방지부(6)를 회전시킴으로써 주입공(61)과 토출부(52)의 위치를 일치시키는 것을 특징으로 하는 복합 강관말뚝용 절삭암.
    
14. 제1항에서,
    상기 절삭암(5)은 강관 또는 블레이드 형상의 강봉인 것을 특징으로 하는 복합 강관말뚝용 절삭암.
    
15. 제1항에서,
    상기 절삭암(5)은 강관말뚝(2)을 관통하여 좌우 절삭암(5)이 서로 연결되는 것을 특징으로 하는 복합 강관말뚝용 절삭암.
    
16. 제1항에서,
    상기 토출부(52)는 절삭암(5)의 외측으로 갈수록 토출 면적이 증가하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 복합 강관말뚝용 절삭암.
    
17. 회전 관입에 의해 지반(1)에 관입되는 복합 강관말뚝에 관한 것으로,
    지반(1)에 관입되는 강관말뚝(2);
    상기 강관말뚝(2)의 하부 외측에 돌출 형성되는 지지강판(3);
    상기 지지강판(3)에서 하부로 이격된 위치에서 상기 강관말뚝(2)의 하부에 구비되는 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 의한 절삭암(5); 및
    상기 지지강판(3) 하부의 지반을 절삭 및 분쇄하여 주입재를 혼합함으로써 형성되는 것으로, 상기 지지강판(3)보다 지름이 크게 형성되는 확대선단보강부(4); 로 구성되는 것을 특징으로 하는 확대선단보강부가 구비된 회전관입형 복합 강관말뚝.
    
18. 제17항에서,
    상기 확대선단보강부(4)는 하부로 갈수록 지름이 커지는 원뿔대 형상인 것을 특징으로 하는 확대선단보강부가 구비된 회전관입형 복합 강관말뚝.
    
19. 제17항에 의한 확대선단보강부가 구비된 회전관입형 복합 강관말뚝을 시공하기 위한 것으로,
    (a) 상기 강관말뚝(2)을 회전 관입하여 절삭암(5)을 지지지반(12) 상부까지 도달시키는 단계; 및
    (b) 상기 강관말뚝(2)을 회전 관입하여 절삭암(5)으로 지지지반(12)을 상기 지지강판(3)보다 큰 지름으로 절삭 및 분쇄하는 한편, 상기 토출부(52)를 통해 절삭 및 분쇄된 지지지반(12)에 주입재를 주입하고 혼합하여 원기둥 형상의 강화원지반을 형성함으로써 확대선단보강부(4)를 형성하는 단계; 로 구성되는 것을 특징으로 하는 확대선단보강부가 구비된 회전관입형 복합 강관말뚝의 시공 방법.
    
20. 제19항에서,
    상기 절삭암(5)에는 토출부(52)를 선택적으로 폐쇄 및 개방시키는 이물질유입방지부(6)가 구비되어,
    상기 (a) 단계에서, 상기 이물질유입방지부(6)에 의해 토출부(52)가 폐쇄된 상태에서 강관말뚝(2)이 회전 관입된 후,
    상기 (b) 단계에서, 상기 이물질유입방지부(6)에 의해 토출부(52)가 개방된 상태에서 지지지반(12)을 절삭 및 분쇄하면서 토출부(52)를 통해 주입재가 주입되는 것을 특징으로 하는 확대선단보강부가 구비된 회전관입형 복합 강관말뚝의 시공 방법.
    
21. 제19항에서,
    상기 (b) 단계는 실시간 모니터링에 의해 주입재의 시간당 주입량을 일정하게 조절하는 것을 특징으로 하는 확대선단보강부가 구비된 회전관입형 복합 강관말뚝의 시공 방법.
    
22. 제19항에서,
    상기 (b) 단계는 주입재가 수용된 주입재 수용부(8)를 상기 절삭암(5)으로부터 일정한 높이의 강관말뚝(2) 내부에 장착한 후 지지지반(12)의 절삭 및 분쇄와 주입재 주입이 이루어지는 것을 특징으로 하는 확대선단보강부가 구비된 회전관입형 복합 강관말뚝의 시공 방법.
    
23. 제19항에서,
    상기 (b) 단계는 지연성 팽창 반응이 가능한 주제와 경화제를 혼합한 주입재를 강관말뚝(2)의 내부에 투입한 후 지지지반(12)의 절삭 및 분쇄와 주입재 주입이 이루어지는 것을 특징으로 하는 확대선단보강부가 구비된 회전관입형 복합 강관말뚝의 시공 방법.
    
24. 제19항에서,
    상기 강관말뚝(2)은 원통 형상의 강관말뚝 본체(21)와 상기 강관말뚝 본체(21)의 하단에 인출입 가능하게 구비되는 것으로 외측에 상기 절삭암(5)이 구비된 지지부재(22)로 구성되어,
    상기 (a) 단계는 상기 지지부재(22)의 상부가 상기 강관말뚝 본체(21)의 내부에 인입된 상태에서 이루어지고,
    상기 (b) 단계는 상기 지지부재(22)를 강관말뚝 본체(21)의 하부로 인출하여 회전 하강시키면서 지지지반(12)을 절삭 및 분쇄하는 것을 특징으로 하는 확대선단보강부가 구비된 회전관입형 복합 강관말뚝의 시공 방법.

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