KR820002209B1 - 암반에의 항타공법(杭打工法) - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

암반에의 항타공법(抗打工法)

제1도는 진동항타기를 탑재한 작업선에 의한 본 발명의 암반에의 항타공법을 표시하는 설명도.

제2도 및 제3도는 말뚝을 H형강으로 한 경우에 도수관의 부착 상태를 표시하는 횡단면도.

제4도는 말뚝을 강관으로 한 경우에 도수관의 부착상태를 표시하는 횡단면도.

제5a도, 제5b도는 H형강에 도수관이 부설된 상태와 도수관의 상부를 체인으로 현수시킨 상태를 표시하는 사시도.

제6도는 도수관의 선단에 부착되는 노즐의 단면 사시도.

제7도 내지 제11도는 본 발명에 의한 항타상황을 표시하는 정면도.

제12도는 본 발명 실시예 의하여 암반에 각설된 H형강의 구멍의 정면도.

제13도는 제12도에 있어서의 (A)-(A')선 화살표에서 본 단면도.

본 발명은 암반에의 항타공법에 관한 것으로서 진동항타기와 고압수를 병용하여서 용이하게 암반에 말뚝을 때려박는 공법에 관한 것이다.

종래 건축, 토목 구조물의 기초용 말뚝 기둥 혹은 토양 보전판 등을 지반에 때려박을 경우주로 다음과 같은 방법의 사용되어 왔다.

(1) 중추(重錘)의 낙하 충격력에 의한 공법(드럽해머, 디젤해머, 스팀 또는 에어해머 등)

(2) 진동충격력에 의한 공법(바이브로 해머)

(3) 오오거(Auger)가공법.

(4) 위의 공법에 보조공법을 결합시킨 공법.

그러나 위와 같은 공법은 지반의 경도(硬度)에 따라 적용범위가 현저하게 달라진다.

예를들어 지반 경도를 엔값(N값 : 중량 63.5㎏의 해머를 75㎝높이에서 자유낙하시켜 표준 관입시험용 샘플러를 30㎝ 때려박는데 소요되는 타력수, 단단한 지반 일수록 수값이 커진다)으로 표시하면 위에 기술한 공법의 적용범위는 다음과 같다.

(1)의 공법은 해머의 상하 운동의 충격력을 이용하는 것이어서 그 적용 범위는 엔(N)값 50이하의 경우로 한정되어 있으며 엔값 50이상의 경질 지반에서는 타격력의 반발로 인해 말뚝이 구멍에서 튕겨 나오거나, 파손 되거나 혹은 말뚝이 구부러지므로 말뚝을 때려박는 것은 전혀 불가능하다.

(2)의 공법은 말뚝에 상하 진동을 주어 지반에 때려박는 공법이며, 무소음 항타 공법으로서 주목되었으나, 이익 적용범위는 엔값 30정도까지이고 경질지반에서는 (1)의 공법보다 떨어진다.

(3)의 공법은 드릴공법으로 말뚝의 회전에 의하여 말뚝을 지반에 관입시키는 방법이나 이의 적용범위는 더한층 좁으며, 엔값 20-30으로 경질반에서는 (2)의 공법보다도 더한층 떨어진다.

(4)의 공법은 말뚝에 도수관을 고정하여서 다량의 고압수를 도수관을 통해 분사시켜주어 말뚝선단 부근의 지반을 교반하여 지반의 경도를 낮추어서 말뚝의 관입을 용이하게 하는 공법이며, 예로서 (2)의 공법에 물(水)분사를 병용하는 공법에서는 1000-2000ℓ/min의 수량과 100-200㎏/㎠의 수압조건이 채용되고 있으며, 이의 적용범위는 엔값 40-50정도까지 높아지며 역시 (3)의 공법에 이를 병용하면 엔값 약 50까지 이용할 수 있도록 되어 있다.

그러나 엔값 50이상의 경질 지반, 특히 암반에 때려박는 공법은 실질적으로 불가능에 가깝고 말뚝이 암반에 관입되지도 않거나 말뚝선단이 파손되는 일이 많았다.

그렇지만 말뚝을 암반에서 때려박을 때에는 전기한(4)의 공법이 채용되는 바, 이 공법은 일반적으로 말뚝에도 수관을 고정하여 말뚝의 상하 운동에 따라 도수관도 같이 상하운동하도록 구성되어 있다.

그리하여 도수관에 고압수를 대량송수하면, 고압수의 분사에 따른 반발력이 상당히 크게 되어서 이로인해 말뚝의 타격방향과 반대방향의 힘이 작용하므로 항타작용이 현저히 악화되어 암반에서의 항타작용을 곤란하였다.

이와 같이 (1)-(3)의 모든 공법, 또는 이들 공법의 개량법에서도 이용범위가 지반의 엔 값이 대략 50이하인 경우에 한정되며, 따라서 엔값 50이상의 경질 지반, 특히 암반에 직접 말뚝을 때려 박는다는 것은 상식적으로 전혀 불가능하다고 인식되고 있으며, 부득이한 경우에는 보오링 머신 등을 사용하여 암반에 천공한 다음 말뚝을 세워 넣는 방법에 의존하고 있었으나, 이러한 작업은 번잡하며 더우기 수중의 암반에 말뚝을 때려 박을 경우에는 한층더 번잡하였다.

이와 같은 종래의 암반에의 항타공법에 비추어 본 발명의 목적은 전혀 불가능하다고 인식된 암반에 직접 말뚝을 때려박을 수 있는 공법을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 암반에 직접 H형강, I형강, 토사붕괴 방지용 강판을 용이하게 때려박음을 가능하게하여 작업능률이 높고, 경제적이며 또한 이용범위가 넓은 항타공법을 제공함에 있다.

본 발명의 또다른 목적은 이후의 기술에서 명백하게 될 것이다. 본 발명은 전기한 목적을 달성하기 위하여 말뚝에 수도관을 이동 자재하게 지지하고 말뚝 선단이 지반을 타격하여 파쇄된 암석을 말뚝의 선단부부근의 도수에서 분출하는 고압수로 배제하면서 진동 항타기로 말뚝을 때려박는 것을 특징으로 하는 공법이다.

즉, 본 발명의 항타공법은 말뚝에 상하 방향으로 자재하게 부착한 도수관에서 분사하는 고압수가 종래의 분사수(水)를 병용하는 공법에서 사용되는 고압수보다 낮은 압력으로 그리고 보다 적은수량으로 분사되는 것을 특징으로 하는 것이다.

이 결과 본 발명의 공법에서는 도수관은 상하방향으로 이동 자재하게 부착되고, 또한 수압이 필요이상으로 높지 않고 수량도 적게 분사되므로 도수관에서 고압수를 분사하였을 때 이로인한 역분사력(반발력)이 현저하게 감쇄되어 말뚝의 타격력을 실질적으로 때려박는데 이용할 수가 있으며, 또한 본 발명의 공법에서는 진동항타기가 말뚝 선단이 경질지반을 타격하여 반발되는 순간에 말뚝선단부의 파쇄된 토사를 제거, 청소하기 위하여 지반에 고압수를 분사하여 주므로 말뚝에 대한 타격력이 직접 암반에 작용하여 때려박는 작업을 실시할 수가 있는 것이다.

다시말해서 본 발명의 공법에서는 고압수에 의한 반발력을 가능한한 말뚝에 작용시키지 않도록 하고 동시에 말뚝 선단의 지반에는 파쇄된 암석이 존재않는 상태로 항상 보전하여 주므로 진동항타기에 의한 항타력이 말뚝선단에 존재하는 파쇄된 암석에 의해 약화되는 샌드쿠션(Sand Cushion)현상이 없이 항상 진동항타기의 항타력이 암반에 직접 작용하도록 되어 있다.

이러한 본 발명의 공법은 암반에서 직접 강관, H형강, I형강 또는 토사 붕괴 방지용 강판을 때려 박을 수가 있으며, 또한 암반과 말뚝 본체와의 간극이 적어서 주위의 암반을 과도하게 손상하는 일 없이 항타작업을 할수 있다.

이하 본 발명을 첨부된 도면에 따라 실시예로서 설명하면 다음과 같다.

도면 제1도의 표시와 같이 작업선(S)에 설치된 크레인(C)에 진동항타기(A)를 현수하여 말뚝(1)을 암반(4)에 때려박고 있는 경우, 말뚝(1)에는 도수관(2)이 설치되고, 이의 중간부가 말뚝(1)에 설치한 안내부재(3)에 지지되어 있으며, 고압수는 고압펌프(B)에 의해 도수관(2)으로 공급된다.

이때 말뚝(1)과 도수관(2)은 서로 고정되어 있지 않고 안내부재(3)에 의해 이탈되지 않도록 지지되어서 이 안내부재(3)와 말뚝(1)과의 사이를 상하방향 혹은 경우에 따라서는 상하 좌우로 이동할 수 있도록 구성되어 있다.

전기한 안내부재(3)는 도수관(2)의 선단에 설치된 노즐(5)이 암반 혹은 지반속으로 관입될 때까지 지지하는 부재이며, 말뚝에 때려 박혀 짐에 따라 안내부재(3)가 암반의 표면에 도달하면 여기에 걸려져서 자동적으로 벗겨진다.

이때 안내부재(3)가 말뚝(1)에 견고하게 고정되어 있으면 말뚝(1)의 타격력에 저항이 되므로 안내부재(3)를 지나치게 견고하게 고정하지 않는 편이 좋다.

여기서 본 발명의 항타법에서 채용되는 수량과 수압은 전술과 같은 종래의 분사수를 병용하는 항타법에 비교하여 현저하게 소량이고 저압이며 구체적으로 도수관 한개당 보통 20-40ℓ/min의 수량이고, 25-35ℓ/min의 수량이 가장 적합하다.

또 수압은 보통 30-60㎏/㎠이며, 40-50㎏/㎠이 가장 적합하지만, 이들 수량과 수압은 말뚝의 형상 크기 암반의 성질과 고려하여 결정한다.

이와 같이한 이유는 본 발명의 항타공법에 사용하는 고압수가 말뚝선단의 토질을 교란하여 말뚝의 관입을 용이하게 하는 것이 아니라, 말뚝 선단부근에 존재하는 파쇄된 암석을 배제하여 말뚝 선반과 암반 사이를 항상 청소한 상태로 보전하기 때문이다.

도면 제7도에서 제11도까지의 표시와 같이 항타하는 상황을 상세히 설명하면 도면 제7도의 표시와 같이 암반(4)위에 말뚝(1)을 달아 내린다. 말뚝(1)에는 도수관(2)이 안내부재(3)에 의하여 유동 가능하게 되어 있음과 아울러 체인, 로프 등의 가요지지부재(6)로서 아래로 매달리게 한 후 도수관(2)에 고압수를 공급하여 노즐(5)로 분산시키면서 말뚝(1)에 진동항타기(A)에 의한 타격력을 부여하면 말뚝(1)은 도면 제8도의 표시와 같이 말뚝(1)은 화살표 (G)의 방향으로 튀어오르며 동시에 도수관(2)도 상부방향으로 이동하는 바 그 자체중량으로 낙하된다.

다음에 도면 제9도의 표시와 같이 말뚝(1)의 선단이 암반(9)을 강타하여 그 선단에 때려 넘어지며 이때 도수관(2)도 뒤따라 하강하여 노즐(5)에서 분사하는 고압수로서 모래나 쇄석을 비산 배제시킨 다음도면 제10도와 같이 말뚝(1)이 상승한 구멍(4a)의 부근에 있는 모래나 파쇄된 암석(7)등 완충재로서 작용하는 재료를 전기한 구멍(4a)밖으로 배제한다.

이와 같은 항타 작업이 한층더 진행하면 도면 제11도와 같이 말뚝 (1)과 도수관(2)은 모두 암반중에 침입하며 암반(4)의 표면은 안내부재(3)의 취부 위치보다 상부에 있으므로 안내부재(3)는 자동적으로 탈락하고 있다.

이와 같이 본 발명의 항타공법을 실행하면 도면 제12도 및 제13도의 표시와 같이 구멍이 형성되면 도면 제12도의 표시에서 (2a), (2a')는 도수관(2)이 위치하였던 부분의 구멍이며 도수관(2)의 선단에 설치한 노즐(5)자체도 말뚝(1)에 의하여 형성된 구멍(1a)에 연속한 구멍(2a), (2a')을 형성하는 것을 알수 있다.

본 발명은 전기한 바와 같이 실시되는데 말뚝(1)선단의 암반(4)이 항상 청소된 상태에 있으므로, 진동항타기에서 말뚝(1)으로 가해진 항타력은 파쇄된 암석에 의한 완충 작용으로 약화되는 일이 전혀 없이 그대로 말뚝(1)선단에 타격되는 암반(4)에 작용하여 힘의 낭비가 없어진다.

그리고 도수관(2)으로 부터의 고압수의 수량이 적고 수압이 약할뿐만 아니라 도수관(2)이 말뚝(1)의 내측연부에 따라 이동 자재하게 부착되어 있으므로 도수관(2)에서 고압수를 분사하였을 때는 발생하는 반력이 말뚝에 미치는 영향이 감쇄되어 말뚝에 타격력이 직접 작용함과 아울러 말뚝(1)의 반발에 의한 상하운동으로 말뚝 선단부(1b)가 파손되는 일도없다.

이것이 본 발명의 항타공법의 원리이며, 이러한 원리에 기초하여 암반에 말뚝을 때려박는 것을 용이하게 할 수 있다.

이와 같은 본 발명의 항타공법을 용이하게 하기 위하여 또다시 항타 상황을 미세하게 관찰하여 설명하면 말뚝선단(1b)이 진동항타기에 의해 암반(4)을 타격하여 파쇄함과 동시에 반발될 때 말뚝 선단부(1b)와 파쇄된 암석(7)과의 사이에 어느 정도 거리가 생기게 된다.

이 순간에 도수관(2)으로 부터 고압수가 말뚝선단(1b)과 암반(4)에 분사하여 파쇄된 암석을 고압수로서 말뚝(1)의 안쪽 또는 바깥쪽에 따라서 제거되며, 도수관(2)은 분사력의 반발로 인해 상부방향으로 이동한다.

그후에 반발하였던 말뚝(1)은 재차 암반(4)에 때려 박혀져서 암반(4)을 파쇄하고 또다시 반발하며 이때 도수관(2)은 말뚝(1)에 잡아 당겨져서 아래 방향으로 이동한다.

즉, 다시말하면 말뚝(1)과 도수관(2)은 교대로 상하운동을 하면서 암반(4)에서 말뚝(1)의 항타 침입이 되며 동시에 파쇄된 암석이 고압수에 의해 구멍밖으로 배출되는 것이며, 본 발명의 공법에서 도수관(2)은 말뚝(1)에 알맞게 부착되며 말뚝(1)의 안쪽이 제일 적합한 것이다.

말뚝(1)의 안쪽이라 함은 말뚝(1)이 강관인 경우에는 횡단면 원형의 내부를 말하며 말뚝(1)이 H형강 또는 I형강일 때는 상대되는 플랜지부의 단부를 연결하는 4각형상의 내부 내지는 근처를 말하며 말뚝(1)이 토사붕괴방지용 강판일 때는 그 강판에 의하여 둘러쌓인 4각형상의 내부 내지는 근처를 말한다.

사용하는 도수관(2)의 갯수는 말뚝(1)의 형상이나 크기 및 암질에 따라 결정한다.

바꾸어말하면 한 개의 도수관(2)에서 분사되는 수량으로는 말뚝선단(1b)에 존재하는 파쇄된 암석을 제거할 수 없을 경우에는 도수관(2)의 갯수를 증가하여 분사수량을 확대하여 파쇄된 암석을 제거하여야 하기 때문이다.

본 발명의 항타방법에서 사용되는 말뚝(1)은 토사붕괴 방지용 강판, 강판, H형강, I형강 등 어느 것이나 사용될 수 있으며, 또한 제1도의 표시와 같이 작업선에 의한 해저의 암석에 대한 항타에만 한정되는 것이 아니며 육상에서의 항타작업에도 물론 사용될 수 있다.

도수관(2)은 도면 제2도 내지 제4도의 표시와 같이 말뚝(1)의 내측연부에 부착되며 도면 제2도의 표시는 말뚝(1)이 H형강인 경우에 웨브(8)와 평행하게 안내부재(3a) 및 (3b)를 각각 웨브(8)양측 플랜지(9), (10)에 고착하고 웨브(8)와 안내부재(3a), (3b)와의 사이에 형성된 빈틈에 도수관(2)을 유감한다.

다른 방법으로는 도면 제3도의 표시와 같이 웨브(8)와 플랜지(9)사이에 안내부재(3c)를 부착하여 생긴 빈틈에 도수관(2)을 유감하고 같은 방법으로 웨브(8)와 플랜지(10) 사이에 안내부재(3d)를 부착하여 생긴 빈틈에 도수관(2)을 유감한다.

말뚝(1)이 강관인 경우에는 도면 제4도의 표시와 같이 강관(11)의 내연에 따라서 서로 대향된 2개소에 안내부재(3e), (3f)를 부착하고 강관(11)의 내연과 안내부재(3e), (3f)에 의해 형성된 빈틈에 도입관(2)을 각각 유감한다.

안내부재는 말뚝(1)의 안쪽에 연속하여 설치해도 좋으며 한곳 또는 여러곳에 설치하여도 좋다. 또 체인이나 갈고리 등의 부착위치와 부착수도 특별히 한정되는 것은 아니며 적당히 선택할 수 있다.

전술한 바와 같이 도수관(2)은 말뚝(1)의 안쪽에 형성한 빈틈에 유감하는 경우나 체인등의 가요지지부재(6)로서 여유를 가지고 부착하는 경우, 도수관(2)의 선단은 말뚝(1)의 선단부(1b)에서 보통 1-4m상부에 보전하나 1.5-5m상부에 보전함이 최적하다.

도수관(2)의 첨단에는 노즐(5)이 부착되어 있으며 이 노즐(5)은 흔히 쓰이는 것을 그대로 사용할 수도 있으나 파쇄된 암석의 배제효과를 높이기 위해서는 특별히 검토된 특수분사 노즐을 사용하는 것이 좋다.

도면 제6도의 노즐(5)은 특수노즐의 한 형태를 표시하는 것이며, 노즐(5)에 있어서 a=5㎜, b=3㎜, c=10㎜, d=15㎜이다.

본 발명에서 말뚝으로 사용되는 H형강 I형강, 토사 붕괴방지용 강판 또는 강관의 굵기는 특별히 한정되지는 않지만 대형 말뚝보다는 소형 말뚝을 사용하는 것이 적합하며, 예컨대 강관인 경우에는 보통관의 외경이 15-25㎜내경이 5-20㎜이며, 외경이 18-23㎜, 내경이 8-18㎜인 경우가 적합하다.

또한 도면 제1도의 표시와 같이 해저의 암반(4)에 말뚝(1)을 때려 박을 경우, 해저의 암반(4)은 경사요철이 많으며 해류의 영향에 의해 말뚝(1)이 자립되지 않기 때문에 작업용비계를 가설하고 선상에서 말뚝(1)에 도수관(2)을 도면 제2도 내지 제4도의 표시와 같이 부착하고 고압펌프(B)를 구동시켜서 노즐(5)을 점검한 후에 말뚝(1)을 세워놓고 진동항타기(A)를 말뚝(1)의 상단에 부착하고 고압펌프(B)를 시동한후 진동항타기(A)를 시동시켜서 말뚝(1)을 때려박는 작업을 시작한다.

도수관(2)은 말뚝(1)에 고정시키지 않고 전술한 바와 같이 빈틈속에 이동자재하게 부착되어 있기 때문에 진동항타기(A)가 말뚝(1)을 암반등의 경질 지반에 때려박아서 반발되는 순간에 돌가루, 흙가루 등의 파쇄된 암석을 고압수로서 말뚝(1)의 안쪽 또는 바깥쪽에 따라 분사 비산시키고 도수관(2)은 진동정기구(안내부재)로서 형성된 공극내에서 혹은 체인에 현수된 범위내에서 수압에 의해 상하 좌우로 격심하게 요동하는 바 진동 항타기가 암반에 때려박을 때에는 말뚝 선단부(1b)의 암석분이 항상 제거되어 있으므로 샌드쿠션이 발생함이 없이 말뚝(1)의 타격 침입을 진행한다.

진동항타기의 출력은 말뚝의 종류와 크기 및 암질에 따라 적당하게 결정한다.

이와 같은 본 발명을 실시한 결과 주위의 암반을 과도하게 손상하지 않고 항타작업을 할수 있을 뿐만 아니라 육상은 물론 해상에서도 정확하게 작업을 할 수가 있으며 경사진 항타작업도 가능하여 암반지대의잔교(棧橋)방파제 건설, 가교공사, 건설공사, 항만설비 등의 광범위한 이용이 기대되고 또한 대단히 경제적이고 시공도 용이한 공법이다.

Claims (1)

1. 말뚝과 도수관으로부터 이루어진 것에, 그 도수관(2)은 전기한 말뚝(1)에 대하여 상, 하방향으로 이동가능하고 또한, 전기한 말뚝에 인접하여 활주 가능하도록 부착되어 있으며, 전기한 말뚝의 선단(16)을 진동항타기(A)에 의하여 엔(N)값 50이상의 경도를 보유하는 암반(4)에 박을 경우 그 암반을 파쇄하고, 이 파쇄된 암석(7)을 전기한 도수관으로부터의 분사수로서 배제하는 것에 의하여 암반중에 말뚝을 박는 것을 특징으로 하는 암반에의 항타공법.

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