WO2023106764A1 - 확대선단보강부가 구비된 회전관입형 복합 강관말뚝 및 이의 시공 방법 - Google Patents

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WO2023106764A1
WO2023106764A1 PCT/KR2022/019612 KR2022019612W WO2023106764A1 WO 2023106764 A1 WO2023106764 A1 WO 2023106764A1 KR 2022019612 W KR2022019612 W KR 2022019612W WO 2023106764 A1 WO2023106764 A1 WO 2023106764A1
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steel pipe
pipe pile
ground
support
injection material
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PCT/KR2022/019612
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임성대
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(주)삼일이엔씨
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Definitions

  • the present invention is provided with an enlarged tip reinforcement part including a cylindrical reinforced base formed by mixing the cut and pulverized ground and the injection material at the lower part of the steel pipe pile body, so that the support steel plate does not penetrate to the support ground, which is a rock layer, and is larger than the existing pile. It is about a rotary penetration type composite steel pipe pile equipped with an enlarged tip reinforcement capable of obtaining bearing capacity.
  • the helical pile is a steel pipe pile provided with about three helixes, which are helical disks, at regular intervals on the outer circumferential surface of the pile body.
  • the helical pile is constructed by rotating the pile into the ground and then filling the inside of the pile with cement grout.
  • the tip bearing capacity directly supported by the spiral disc when a load is applied and the cylindrical shape between the upper and lower spiral discs when the compression or pulling force is applied after construction is applied.
  • the bearing capacity is demonstrated by the circumferential frictional force developed between the ground and the adjacent ground.
  • helical piles have low noise and vibration, and are excellent in economic feasibility and constructability, so they are widely used for foundation reinforcement during new construction or remodeling of structures.
  • Helical piles are usually constructed by installing hydraulic equipment on small-scale equipment such as backhoes and rotating them into the ground. Therefore, the length of the pile is often limited to within 3m, and a number of helical piles are connected and used according to the depth of penetration.
  • helices in the diameter range of 200 to 350 mm are usually used.
  • the helix located at the bottom needs to be supported on a hard rock layer higher than the weathered rock, but it is difficult to secure the pile bearing capacity because it is not easy to penetrate the tip of the pile to the weathered rock in the state where the helix is provided.
  • a helical pile with a small diameter is used in the stratum passing through the soft stratum, there is a risk of buckling of the helical pile.
  • the conventional micropile has higher reliability for the pile bearing capacity than the helical pile.
  • the micropile is constructed after pre-drilling the ground, a separate drilling machine is required, and a treatment process for the floating soil generated during the drilling operation is required, which is cumbersome and requires a lot of construction cost.
  • the micropile requires a casing for protecting the hole wall in the soft ground section such as weathered soil, so the economy is poor, and since a drilling hole in weathered rock larger than the diameter of the micropile must be formed, hammer strikes are unavoidable, causing civil complaints.
  • the present invention is an enlarged tip that can obtain a larger bearing capacity than the existing pile by the enlarged tip reinforcing portion at the lower portion without the support steel plate protruding from the lower part of the steel pipe pile body penetrating to the support ground, which is the bedrock layer. It is intended to provide a rotary penetration type composite steel pipe pile equipped with a reinforcement part.
  • the present invention according to a preferred embodiment relates to a composite steel pipe pile penetrated into the ground by rotary penetration, comprising: a cylindrical steel pipe pile body penetrated into the ground; A support steel plate protruding from the lower part of the steel pipe pile body; And it is formed by cutting and pulverizing the ground under the steel pipe pile body and the support steel plate and mixing the injection material, and is coupled to the lower end of the steel pipe pile body to form a cylindrical reinforcement circle having a larger diameter than the support steel plate.
  • a support steel pipe provided in the center of the original ground, and an injection material supply path protruding from the side surface of the support steel pipe are provided in the longitudinal direction, communicate with the injection material supply path on one side, and discharge area toward the outside of the cutting arm.
  • an enlarged tip reinforcement part including a cutting arm formed so as to increase and having a discharge part for injecting the injection material into the pulverized support ground; It provides a rotary penetration-type composite steel pipe pile equipped with an enlarged tip reinforcement, characterized in that consisting of.
  • the discharge part is formed of at least three or more discharge holes formed to be spaced apart from each other in the longitudinal direction on one side of the cutting arm.
  • the present invention according to another preferred embodiment provides a rotary penetration type composite steel pipe pile equipped with an enlarged tip reinforcement, characterized in that the discharge part is formed long in the longitudinal direction of the cutting arm by cutting one side of the cutting arm.
  • the present invention according to another preferred embodiment provides a rotary penetration type composite steel pipe pile equipped with an enlarged tip reinforcement, characterized in that two cutting arms are provided symmetrically, and the horizontal interval of the discharge hole is 80 mm or less. .
  • an upper or lower portion of the cutting arm protrudes at a distance from each other in the longitudinal direction of the cutting arm, and is provided with a discharge protrusion formed with an auxiliary discharge hole in the discharge direction of the discharge unit in communication with the injection material supply passage It provides a rotary penetration type composite steel pipe pile equipped with an enlarged tip reinforcement, characterized in that.
  • the present invention according to another preferred embodiment provides a rotary penetration type composite steel pipe pile equipped with an enlarged tip reinforcement, characterized in that the vertical projected area of the enlarged tip reinforcement is at least three times the vertical projected area of the support steel plate.
  • the present invention according to another preferred embodiment provides a rotary penetration type composite steel pipe pile equipped with an enlarged tip reinforcement, characterized in that a pull-resistant support steel plate is provided outside the support steel pipe at the position of the cutting arm.
  • the present invention according to another preferred embodiment provides a rotary penetration type composite steel pipe pile equipped with an enlarged tip reinforcement, characterized in that the injection material discharged to the ground being cut and ground is a cement grout or an expansive injection material.
  • the present invention is for constructing a rotary penetration type composite steel pipe pile equipped with the expanded tip reinforcement, (a) rotating the steel pipe pile body to reach the cutting arm to the top of the support ground; And (b) rotationally penetrating the steel pipe pile body to cut and pulverize the supporting ground with a cutting arm to a larger diameter than the supporting steel plate, while injecting and mixing the injection material into the cutting and pulverized supporting ground through the discharge part and mixing to form a cylindrical shape.
  • step (b) the support base is cut and pulverized to a diameter three or more times the vertical projected area of the support steel plate, characterized in that the rotational penetration type composite equipped with an enlarged tip reinforcement.
  • step (b) the support base is cut and pulverized to a diameter three or more times the vertical projected area of the support steel plate, characterized in that the rotational penetration type composite equipped with an enlarged tip reinforcement.
  • the present invention according to another preferred embodiment provides a construction method for a rotary penetration type composite steel pipe pile equipped with an enlarged tip reinforcement, characterized in that the amount of injection material injected from the discharge portion is proportional to the radius of rotation of the injection material discharge position. .
  • the support steel pipe is provided to be movable up and down inside the lower end of the steel pipe pile body, and in the step (a), the steel pipe in a state where the support steel pipe is accommodated inside the lower end of the steel pipe pile body After rotating the pile body to reach the support ground of the ground, in step (b), while lowering the support steel pipe to the lower part of the steel pipe pile body, rotating the support ground at the bottom to cut and crush the support ground
  • step (a) the steel pipe in a state where the support steel pipe is accommodated inside the lower end of the steel pipe pile body After rotating the pile body to reach the support ground of the ground, in step (b), while lowering the support steel pipe to the lower part of the steel pipe pile body, rotating the support ground at the bottom to cut and crush the support ground
  • a rotary penetration type composite steel pipe pile equipped with an enlarged tip reinforcement part including a cylindrical reinforced base formed by mixing the cut and pulverized ground and the injection material in the lower part of the steel pipe pile body in which the support steel plate protrudes from the lower part.
  • the supporting steel plate at the lower part of the steel pipe pile body is supported by an enlarged end reinforcement part having a large diameter and a large bearing capacity, it is possible to secure sufficient allowable vertical bearing capacity with only one supporting steel plate. Accordingly, penetration resistance can be greatly reduced during pile construction, and cost can be reduced by reducing the cost of attaching the support steel plate.
  • the plurality of discharge holes formed in the cutting arm inject the injection material in an amount corresponding to the shared volume of the original ground to be strengthened, there is no fear of ripple injection, and thus a reliable enlarged tip reinforcement part can be formed.
  • a pull-out resistance support steel plate when a pull-out resistance support steel plate is additionally installed at the bottom of the reinforced ground, it can be used as a pile for preventing buoyancy because the pull-out resistance is possible.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing the rotary penetration type composite steel pipe pile of the present invention.
  • Figure 2 is a perspective view showing a steel pipe pile body equipped with a support steel pipe and a cutting arm.
  • Figure 3 is a cross-sectional view showing an embodiment provided with a support steel pipe and a cutting arm.
  • Figure 4 is a cross-sectional view showing a steel pipe pile body equipped with a support steel pipe and a cutting arm.
  • FIG. 5 and 6 are perspective views showing a steel pipe pile body provided with a cutting arm according to another embodiment.
  • Fig. 7 is a perspective view showing an arrangement of a discharge part of a cutting arm
  • Figure 8 is a cross-sectional view showing a cutting arm equipped with an inflow prevention net therein.
  • FIG. 9 is a perspective view showing an embodiment provided with a cutaway type discharge unit
  • 10 is a cross-sectional view showing an injection sharing area of an injection material for each discharge hole
  • FIG. 11 is a front view showing an embodiment provided with a discharge protrusion
  • Fig. 12 is a cross-sectional view showing the size relationship of an enlarged tip reinforcement part.
  • FIG. 13 is a cross-sectional view showing an embodiment provided with a pull-out resistance supporting steel plate.
  • FIG. 14 is a view showing the construction method of the rotary penetration type composite steel pipe pile of the present invention.
  • 15 is a front view showing an embodiment provided with a movable supporting steel pipe.
  • Fig. 16 is a front view showing an embodiment provided with a collapsible cutting arm
  • 17 is a front view showing an embodiment equipped with an expandable cutting arm
  • the rotary penetration type composite steel pipe pile having an enlarged tip reinforcement part of the present invention relates to a composite steel pipe pile penetrated into the ground by rotation penetration, a cylindrical steel pipe pile body penetrated into the ground; A support steel plate protruding from the lower part of the steel pipe pile body; And it is formed by cutting and pulverizing the ground under the steel pipe pile body and the support steel plate and mixing the injection material, and is coupled to the lower end of the steel pipe pile body to form a cylindrical reinforcement circle having a larger diameter than the support steel plate.
  • a support steel pipe provided in the center of the original ground, and an injection material supply path protruding from the side surface of the support steel pipe are provided in the longitudinal direction, communicate with the injection material supply path on one side, and discharge area toward the outside of the cutting arm.
  • an enlarged tip reinforcement part including a cutting arm formed so as to increase and having a discharge part for injecting the injection material into the pulverized support ground; It is characterized by consisting of.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing the rotary penetration type composite steel pipe pile of the present invention.
  • the rotary penetration type composite steel pipe pile provided with the enlarged tip reinforcement of the present invention relates to a composite steel pipe pile that penetrates the ground (1) by rotational penetration, and has a cylindrical shape that penetrates the ground (1).
  • An enlarged tip reinforcement part (4) comprising; It is characterized by consisting of.
  • the support steel plate 3 protruding from the lower part of the steel pipe pile body 2 does not penetrate to the support ground 12, which is a bedrock layer, but by the expanded tip reinforcement part 4 at the bottom, a greater bearing capacity than the existing pile can be obtained. It is to provide a rotary penetration-type composite steel pipe pile equipped with an enlarged tip reinforcement that can be provided.
  • the rotary penetration type composite steel pipe pile equipped with the expanded end reinforcement part of the present invention is penetrated into the ground (1) by rotation penetration, and is composed of an upper steel pipe pile body (2) and a lower expanded end reinforcement part (4). do.
  • the penetration of the pile can be more easily performed by pressing the pile by pressing the pile with equipment on the ground.
  • the steel pipe pile body 2 has a cylindrical shape, and it is preferable to penetrate the soft ground 11 at the top and penetrate to the upper support ground 12 at the bottom, but in some cases, it may penetrate the soil layer.
  • the supporting ground 12 is mainly a solid soil layer or higher ground with an N value in the range of 15/30 to 50/30.
  • the support steel plate 3 protrudes from the lower part of the steel pipe pile body 2.
  • the support steel plate 3 is preferably in the form of a helix formed on the outer circumferential surface of the steel pipe pile body 2, but in some cases, a circular steel plate attached to the lower part of the steel pipe pile body 2 or a plurality of steel plates It may also be formed by attaching it obliquely.
  • the enlarged tip reinforcement part 4 is provided in the lower part of the steel pipe pile body 2 and the support steel plate 3.
  • the enlarged front end reinforcement part 4 is configured to include a reinforcing original base 41 having a cylindrical shape having a diameter larger than that of the supporting steel plate 3.
  • the reinforcement source ground 41 is mixed and reinforced by injecting an injection material after cutting and pulverizing the ground under the steel pipe pile body 2 and the support steel plate 3.
  • the reinforcement base 41 has a stiffness higher than that of weathered rock.
  • the outer diameter of the reinforcement base 41 is larger than the outer diameter of the support steel plate 3, so that the lower surface of the support steel plate 3 is supported on the upper portion of the reinforcement base 41, thereby exhibiting end-bearing capacity.
  • the reinforcement source ground 41 is formed in the support ground 12, which is a hard soil layer or rock layer, when a compressive force is applied to the pile, a three-axis compressive force acts on the reinforcement source ground 41 by the surrounding support ground 12 to strengthen the reinforcement.
  • the strength of the original ground 41 is greatly increased and the vertical bearing capacity is improved.
  • the load of the steel pipe pile body 2 is transmitted to the expanded end reinforcement part 4 at the bottom through the support steel plate 3.
  • the load is smoothly transferred to the lower ground by the circumferential friction force between the outer circumferential surface of the cylindrical reinforced base 41 constituting the expanded tip reinforcement portion 4 and the surrounding ground and the tip bearing force of the lower end of the reinforced original base 41.
  • the injection material may be composed of an expandable material.
  • the height of the reinforcement base 41 is preferably configured to be at least twice the outer diameter of the support steel plate 3.
  • the expanded tip reinforcement part 4 serves as an independent foundation for the steel pipe pile body 2.
  • the vertical load acting on the steel pipe pile body 2 is not transmitted only in the lower vertical direction by the supporting steel plate 3, but the stress is dispersed as it expands to the outer side of the lower part.
  • the diameter of the reinforced original ground 41 is larger than the support steel plate 3 so that the expanded tip reinforcement part 4 smoothly transfers the stress caused by the vertical load of the steel pipe pile body 2 to the support ground 12. .
  • the enlarged tip reinforcement part 4 serves as an enlarged foundation for each steel pipe pile body 2.
  • the height of the reinforcement base 41 is greater than the outer diameter of the support steel plate 3.
  • the expanded tip reinforcement part 4 which has a larger diameter than the steel pipe pile body 2 and exerts a higher bearing capacity than weathered rock, is provided at the lower part of the steel pipe pile body 2, You can get it. Therefore, it is possible to secure sufficient bearing capacity more than the existing micropile.
  • the support steel plate 3 at the bottom of the steel pipe pile body 2 is supported by the enlarged end reinforcement part 4 having a large diameter and high bearing capacity, sufficient allowable vertical bearing capacity can be secured with only one support steel plate 3 there is. Accordingly, penetration resistance can be greatly reduced during pile construction, and cost reduction is possible by reducing the cost of attaching the support steel plate (3).
  • the steel pipe pile main body 2 having a large diameter can be used, so there is no risk of buckling of the pile even when passing through a soft layer.
  • Figure 2 is a perspective view showing a steel pipe pile body equipped with a support steel pipe and a cutting arm
  • Figure 3 is a cross-sectional view showing an embodiment provided with a support steel pipe and a cutting arm
  • Figure 4 is equipped with a support steel pipe and a cutting arm It is a cross-sectional view showing the steel pipe pile body.
  • Figures 5 and 6 is a perspective view showing a steel pipe pile body equipped with a cutting arm according to another embodiment.
  • the support steel pipe 42 coupled to the lower end of the steel pipe pile body 2 and provided in the center of the reinforcement source ground 41 and the It protrudes from the side of the support steel pipe 42, and has an injection material supply passage 431 in the longitudinal direction, and one side communicates with the injection material supply passage 431 to inject the injection material into the pulverized support ground 12 side.
  • At least two or more cutting arms 43 formed with a discharge part 432 for doing so may be further included.
  • the expanded tip reinforcement part 4 may be provided with a cylindrical supporting steel pipe 42 coupled to the lower end of the steel pipe pile body 2 and provided in the center of the reinforcement source ground 41.
  • the support steel pipe 42 serves as a core material for the expanded end reinforcement part 4 to improve the bearing capacity of the expanded end reinforcement part 4.
  • the front end of the support steel pipe 42 is directly supported on the lower ground, and the load is smoothly transferred to the ground by the support force of the front end of the support steel pipe 42.
  • the diameter of the support steel pipe 42 is not larger than the diameter of the steel pipe pile body 2.
  • the support steel pipe 42 is sufficient as long as it is integrated with the reinforcement base 41 to support the upper vertical load. Therefore, the diameter of the supporting steel pipe 42 is in the range of 0.5 to 1.0 times the diameter of the steel pipe pile body 2 so that there is no problem in penetrating the supporting ground 12 while minimizing the penetration resistance, and can sufficiently perform the role of the core material. This is preferable
  • the support steel pipe 42 when the composite steel pipe pile is used as a pile for buoyancy resistance, it is preferable to form the support steel pipe 42 to have the same diameter as the steel pipe pile body 2.
  • the support steel pipe 42 extends from the lower end of the steel pipe pile body 2 and may be integrally formed.
  • the support steel pipe 42 may have an outer circumferential surface formed in a screw shape to facilitate ground penetration by rotation.
  • a conical tip 421 may be provided at the front end of the support steel pipe 42 to facilitate ground penetration.
  • the reinforcement base ground 41 formed in the lower part of the steel pipe pile body 2 is pre-excavated in the ground 1 before the construction of the steel pipe pile body 2, and the lower ground at the location where the steel pipe pile body 2 is to be constructed. It can be formed first by cutting and grinding and injecting an injectable material. Thereafter, the steel pipe pile body 2 can be penetrated and supported on the upper portion of the reinforcement source ground 41.
  • At least two or more cutting arms 43 may be protruded from the side of the support steel pipe 42 .
  • the cutting arm 43 cuts and crushes the ground 1 around the support steel pipe 42 while the support steel pipe 42 rotates at the same time.
  • the cutting arm 43 has a radius of rotation such that the diameter of the reinforcement base 41 is larger than the diameter of the support steel plate 3 so that the length corresponds to the outer diameter of the reinforcement base 41 to be finally formed. ) is formed larger than (FIG. 3).
  • the cutting arm 43 may be formed in a blade shape or a pipe shape with a flat end and an inclined end.
  • a discharge portion 432 through which injection material is discharged is formed on one side of the cutting arm 43 .
  • the reinforcing original ground 41 may be formed by injecting an injection material into the pulverized ground through the discharge unit 432 .
  • the cutting arm 43 and the support steel pipe 42 are rotated and penetrated at a certain depth while cutting the support ground 12. . Thereafter, the cut ground is pulverized by repeatedly rotating the support steel pipe 42 in forward and reverse directions. And, by injecting the injection material into the fine pores of the pulverized raw ground, the reinforced raw ground 41 having a stronger pile bearing capacity than the original ground is formed.
  • the support steel pipe 42 has a hollow cylindrical shape, and an injection material supply passage 431 communicating with the inside of the support steel pipe 42 is provided inside the cutting arm 43 in the longitudinal direction of the cutting arm 43. It is formed long, and a discharge part 432 communicating with the injection material supply path 431 is formed on one side of the cutting arm 43.
  • a grinding tip 433 may protrude from an upper or lower surface of the cutting arm 43 .
  • the crushing tip 433 protrudes from the upper surface of the cutting arm 43, the ground cut above the cutting arm 43 can be homogeneously pulverized by the crushing tip 433.
  • the grinding tip 433 When the grinding tip 433 protrudes from the lower surface of the cutting arm 43, the grinding tip 433 forms a plurality of grooves in the ground to facilitate cutting by the cutting arm 43. can do.
  • two or more cutting arms 43 are provided at the same angle around the support steel pipe 42. Preferably do.
  • FIG. 5 shows an embodiment in which four cutting arms 43 made of circular steel pipes having different positions and lengths are disposed. As shown in FIG. 5, a pair of long cutting arms 43 are disposed on the lower side, and a pair of short cutting arms 43 are disposed on the upper side so as to be orthogonal to the lower cutting arms 43. If so, it is easy to crush the ground cut from the short cutting arm 43 at the top after cutting the ground from the lower part.
  • FIG. 6 shows an embodiment in which two cutting arms 43 made of square steel pipes are disposed.
  • the discharge part 432 may include at least three or more discharge holes 432a formed at one side of the cutting arm 43 to be spaced apart from each other in the longitudinal direction.
  • the discharge part 432 may be formed of discharge holes 432a communicating from the injection material supply path 431 inside the cutting arm 43 to the outside of the cutting arm 43 .
  • a plurality of the discharge holes 432a are formed on one side of the cutting arm 43 to be spaced apart from each other in the longitudinal direction.
  • three or more discharge holes 432a are provided so that the injection material is evenly injected throughout the cut and pulverized support ground 12 .
  • two cutting arms 43 may be symmetrically provided, and the horizontal spacing of the discharge holes 432a may be 80 mm or less.
  • the pitch of the helix is usually in the range of 100 to 160 mm regardless of the diameter of the helix, and is penetrated by the pitch during one rotation of the composite steel pipe pile.
  • one discharge unit 432 injects and shares the injection material according to the rotational penetration of the composite steel pipe pile, and the height of the ground ground is 50 to 80 mm, which is 1/2 pitch. becomes
  • the horizontal interval of the discharge hole 432a is formed to be 80 mm or less, the injection liquid discharged from one discharge hole 432a is evenly injected in the horizontal and vertical directions to improve the quality of the reinforcement base ground 41. there is.
  • Fig. 7 is a perspective view showing a state of arrangement of a discharge unit of a cutting arm.
  • the discharge part 432 of the cutting arm 43 may be formed on the rear side of the cutting arm 43 in the direction of rotation.
  • the back side of the rotation direction of the cutting arm 43 that is, the rear side of the side receiving the cutting pressure, receives no pressure other than water pressure, and a space is instantaneously generated according to the rotation of the cutting arm 43.
  • the discharge part 432 is provided on the back side of the surface receiving the cutting pressure, it is easy to discharge the injection material, so that the injection material is cut and pulverized by the discharge part 432 of the cutting arm 43 while the steel pipe pile is penetrated by rotation. is evenly injected into Accordingly, the quality of the enlarged tip reinforcement part 4 can be ensured uniformly over a certain level.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view showing a cutting arm equipped with an inflow prevention net therein.
  • an inflow prevention net 434 may be provided inside the injection material supply path 431 to prevent foreign substances such as ground cut and pulverized from the outside of the cutting arm 43 from entering. .
  • the inflow prevention net 434 may be configured in a cylindrical shape having an outer diameter corresponding to the inner diameter of the injection material supply path 431, and may be formed of a fiber net such as non-woven fabric, a mesh net, a wire mesh, a perforated pipe, or the like.
  • a pipe-shaped foreign substance inflow prevention port having a hole formed at a position corresponding to the discharge hole 432a of the cutting arm 43 is installed inside the injection material supply path 431 of the cutting arm 43, If the discharge hole 432a and the hole of the foreign matter inflow prevention device are arranged to be staggered so that they do not match, it is possible to completely block the inflow of foreign matter until the steel pipe pile is rotated and reaches the support base 12.
  • the foreign matter inflow prevention device is slid outward using the injection pressure of the injection material or the wedge attached to the front end of the injection gun 453, so that the hole and the foreign substance inflow prevention device are removed.
  • the discharge hole 432a of the cutting arm 43 and the hole formed in the foreign matter inflow prevention hole are properly adjusted, the discharge hole 432a can be opened sequentially, thereby expanding the reinforced tip portion 4. It can be formed in various shapes such as cylinder and cone, which further improves economic feasibility and safety.
  • FIG. 9 is a perspective view showing an embodiment provided with a cutaway type discharge unit.
  • the discharge part 432 may be formed long in the longitudinal direction of the cutting arm 43 by cutting one side of the cutting arm 43 .
  • the discharge part 432 cuts the cutting arm 43, in particular, one side of the injection material supply path 431 outward so that the injection material is continuously and evenly injected into the cut and pulverized support ground 12, so that the cutting arm 43 ) can be formed continuously in the longitudinal direction of
  • 10 is a cross-sectional view showing an injection sharing area of an injection material for each discharge hole.
  • the discharge area of the discharge portion 432 may increase toward the outside of the cutting arm 43 .
  • the expanded tip reinforcement part 4 is provided at the bottom of the steel pipe pile body 2 and serves as an independent foundation for transmitting the vertical load of the steel pipe pile body 2 to the ground 1. At this time, in order to distribute the stress caused by the vertical load and smoothly transfer it to the ground, the entire reinforcement base 41 of the extended tip reinforcement part 4 must have uniform strength.
  • the cutting arm 43 injects the injection material through the discharge unit 432 while rotating, and the trajectory of the rotational motion of the cutting arm 43 increases as the rotation radius increases. Therefore, as the distance from the center of rotation of the cutting arm 43, that is, the center of the support steel pipe 42 increases, the moving trajectory of the injection material discharge point increases. Accordingly, when the same amount of injection material is discharged from each discharge point of the discharge unit 432, the same amount of injection material must be injected into a wider area, so that the amount of injection material injected per unit area decreases as the discharge point becomes farther away.
  • the injection material discharge area can be increased toward the outside of the cutting arm 43 so that the same amount of injection material is injected at any part of the entire cylindrical support ground 12 that is cut and pulverized to form the reinforced base ground 41.
  • the discharge area may be configured so that the amount of injection material injected from the discharge unit 432 is gradually increased in proportion to the radius of rotation of the injection material discharge position.
  • the cut up and down widths may be increased toward the outside (FIG. 9).
  • the diameter of the discharge holes 432a may gradually increase toward the outside (FIG. 10).
  • FIG. 11 is a front view showing an embodiment provided with a discharge protrusion.
  • the upper or lower part of the cutting arm 43 protrudes apart from each other in the longitudinal direction of the cutting arm 43, and communicates with the injection material supply path 431 to discharge the discharge part 432
  • a discharge protrusion 435 in which an auxiliary discharge hole 436 is formed in the discharge direction of may be provided.
  • a discharge protrusion 435 is provided at the top or bottom of the cutting arm 43 so that the injection material is more evenly cut and pulverized to the side of the supporting ground 12.
  • an auxiliary discharge hole 436 may be formed on one side of the discharge protrusion 435 .
  • the auxiliary discharge hole 436 is preferably formed in the same direction as the discharge part 432 , that is, on the rear side of the rotating direction of the cutting arm 43 .
  • discharge protrusions 435 may be formed at positions of individual discharge holes 432a.
  • discharge protrusions 435 protrude to be spaced apart from each other in the longitudinal direction of the cutting arm 43, they serve as grinding tips.
  • Fig. 12 is a cross-sectional view showing the size relationship of the enlarged tip reinforcement part.
  • the vertically projected area of the enlarged tip reinforcement part 4 may be configured to be three times or more than the vertically projected area of the supporting steel plate 3.
  • the expanded tip reinforcement part 4 serves as an expanded foundation for individual steel pipe piles.
  • the height (h) of the enlarged tip reinforcement portion (4) is formed to be greater than the diameter (d) of the support steel plate (3) in order to prevent shear destruction of the enlarged tip reinforcement portion (4).
  • the angle ⁇ at which the upper vertical load transmitted by the support steel pipe 42 is dispersed through the expanded tip reinforcement part 4 can be seen as 20 ° or more.
  • the diameter (D) of the tip reinforcement part (4) must satisfy the following equation.
  • the vertically projected area of the enlarged tip reinforcement part 4 is about three times the vertically projected area of the supporting steel plate 3.
  • the vertically projected area of the enlarged end reinforcement part 4 is formed to be 3 times or more of the vertical projected area of the supporting steel plate 3, that is, 1.73 times or more in diameter, the stress transfer of the enlarged end reinforcement part 4 is most efficient. am.
  • the height of the expanded tip reinforcement part (4) is set larger than the diameter of the supporting steel plate (3), and the vertical projected area of the expanded tip reinforcement part (4) is also It is preferable to reinforce it so that it becomes 3 times or more of the vertical projected area of the support steel plate 3.
  • FIG. 13 is a cross-sectional view showing an embodiment provided with a pull-out resistance supporting steel plate.
  • a pull-resistance support steel plate 44 may be provided outside the support steel pipe 42 at the position of the cutting arm 43 .
  • the pull-out resistance may be insufficient if the support steel plate 3 is provided only on the top of the reinforcing base 41.
  • the enlarged front end reinforcement part 4 is formed to have a larger diameter than the pull-out resistance supporting steel plate 44. As a result, it is possible to stably support even with a large pull-out load due to the high pressure and surface friction.
  • the pull-out resistance supporting steel plate 44 is formed at the height of the cutting arm 43.
  • the general resistance supporting steel plate 44 may be formed in a spiral shape.
  • two cutting arms 43 are disposed on the left and right sides of the supporting steel pipe 42, one is located at the upper position of the pulling resistance supporting steel plate 44, and the other is located at the lower position of the pulling resistance supporting steel plate 44.
  • the left and right cutting arms 43 can be provided at the same height.
  • the cutting arm 43 is formed longer than the protruding width of the pull-out resistance support steel plate 44 .
  • the injection material discharged into the ground that has been cut and pulverized may be a cement grout or an expansive injection material.
  • the injection material is cement grout
  • the cement grout is injected into the steel pipe pile body (2) through the swivel attached to the auger driver, but compressed air is injected together through a pneumatic compressor (not shown) to reduce the rotational diameter of the cutting arm (43). It is possible to form an enlarged tip reinforcement portion 4 having a large diameter.
  • the reinforcing original ground 41 may be formed by mixing with the cut and pulverized ground using cement grout or other solidifying materials as the injection material.
  • cement grout or other solidifying materials as the injection material.
  • a certain amount of injection pressure must be applied to inject the injection material into the surrounding ground, so separate injection equipment may be required.
  • an expandable injection material can be used so that the injection material is discharged from the cutting arm 43 and equally injected into the ground that has been cut and pulverized without a separate injection equipment for pressure injection.
  • the expansive injection material is discharged from the cutting arm 43 through the discharge unit 432 by self-expanding pressure, and fills the voids of the ground that has been cut and pulverized to form the ground reinforcement 41.
  • the expansive injection material has a very fast solidification time, so it is possible to check whether or not reinforcement is immediately after completion of construction.
  • a urethane-based expandable material may be used as the expandable injection material.
  • the urethane-based expandable material expands in volume by about 8 to 30 times in air depending on the ingredients, the mixing ratio, and the reaction temperature.
  • the expansion material pushes water and air in the soft ground to the outside and fills the void to form the reinforcing original ground 41 having a very high rigidity.
  • the injection material may be composed of a two-component type in which expansion is made by mixing the main agent and the curing agent.
  • cement grout may be used as an injection material in a limited manner.
  • the injection material is cut with the support steel pipe 42 Up to the injection material supply path 431 of the arm 43 is filled. In this state, simply by rotating the steel pipe pile, the injection material is evenly injected into the ground ground where the injection material is cut and pulverized, and the expanded tip reinforcement part 4 is formed.
  • the main agent and the hardener are simultaneously injected into the steel pipe pile through the open upper part of the steel pipe pile body (2), and then the swivel (not shown) attached to the auger driver (not shown) is installed.
  • the swivel (not shown) attached to the auger driver (not shown) is installed.
  • the expanded tip reinforcement part 4 is formed.
  • FIG. 14 is a view showing the construction method of the rotary penetration type composite steel pipe pile of the present invention.
  • the construction method of the rotary penetration type composite steel pipe pile equipped with the expanded end reinforcement part of the present invention relates to the method of constructing the rotation penetration type composite steel pipe pile equipped with the expansion end reinforcement part of the present invention described above with reference to FIGS. 1 to 13.
  • the steel pipe pile body 2 is rotated and the lower support ground 12 is cut and pulverized with the cutting arm 43.
  • the lower ground to be cut and pulverized is the supporting ground 12, which is a hard soil layer or a bedrock layer of weathered rock or higher.
  • the support base 12 to be cut and pulverized is formed in a cylindrical shape with a larger diameter than the outer diameter of the support steel plate 3.
  • the ground under the steel pipe pile body 2 is in a very dense state because it is cut and pulverized in a closed space under the supporting steel plate 3. Therefore, when the injection material is injected into the remaining voids, the bearing capacity can be more than twice that of the original ground, and in the case of hard soil layer, it is possible to form a support layer that is more than weathered rock and close to weathered rock or soft rock in the case of weathered rock ground.
  • the injection material may be injected after cutting and grinding of the ground by the cutting arm 43 is completed. In this case, there is a hassle of reciprocating the reciprocal movement while repeatedly rotating the steel pipe pile in the forward and reverse directions. Therefore, if the injection material is injected into the cut and crushed ground at the same time as cutting and crushing the ground, it is possible to shorten the construction period and to make construction convenient.
  • the injection material may be injected while checking the injection amount of the injection material in real time by installing a flow meter (not shown).
  • injection material is an expandable injection material in which the main agent and the curing agent are mixed, it is possible to inject while checking the outflow amount of the main agent and the curing agent in real time.
  • a separate receiver may be installed to check the signal of the flowmeter from the outside.
  • the support base 12 may be cut and pulverized to a diameter three or more times the vertical projected area of the support steel plate 3 (FIG. 12).
  • the discharge part 432 is formed so that the discharge area increases toward the outside of the cutting arm 43, so that the amount of the injection material injected from the discharge part 432 is proportional to the rotation radius of the injection material discharge position. (Fig. 9, Fig. 10).
  • FIG. 15 is a front view showing an embodiment provided with a movable supporting steel pipe
  • FIG. 16 is a front view showing an embodiment provided with a collapsible cutting arm.
  • the support steel pipe 42 is provided to be movable up and down inside the lower end of the steel pipe pile body 2, and in the step (a), the support steel pipe 42 In the state accommodated inside the lower end of the steel pipe pile body 2, the steel pipe pile body 2 is rotated and penetrated to reach the underground support 12, and in the step (b), the support steel pipe 42 is inserted into the steel pipe While descending to the lower part of the pile body 2, the supporting ground 12 can be cut and pulverized by rotationally penetrating into the lower supporting ground 12.
  • the support steel pipe 42 is integrally formed at the lower end of the steel pipe pile body 2, so that the steel pipe pile body 2 penetrates the soft ground 11 at the top and the support steel pipe 42 penetrates the lower support ground 12 If penetrated, the penetration resistance may be large during pile rotation penetration.
  • the support steel pipe 42 can be accommodated inside the lower end of the steel pipe pile body 2.
  • the steel pipe pile body 2 can be constructed in a state where the support steel pipe 42 is accommodated inside the steel pipe pile body 2 and does not protrude to the outside. Then, as shown in (b) of FIG. 15, the support steel pipe 42 can be rotated and lowered to protrude to the lower part of the steel pipe pile body 2 while forming the lower reinforcement base 41.
  • the cutting arm 43 When the cutting arm 43 is formed on the outer circumferential surface of the supporting steel pipe 42, the cutting arm 43 may be coupled to the outer circumferential surface of the supporting steel pipe 42 in a foldable manner.
  • the cutting arm 43 when the cutting arm 43 is rotated downward and stored inside the steel pipe pile body 2 in a vertical state, and then the supporting steel pipe 42 is lowered, the cutting arm 43 is lowered. It can be configured to be naturally spread in the horizontal direction while being supported by the ground (1). In this case, the rotation angle of the cutting arm 43 may be limited so as not to further rotate in a horizontal state.
  • 17 is a front view showing an embodiment provided with an expandable cutting arm.
  • the cutting arm 43 may be composed of a fixed arm 43a and a variable arm 43b coupled to the fixed arm 43a so as to be drawn in and out of the fixed arm 43a. .
  • the length of the cutting arm 43 can be extended in the horizontal direction as needed.
  • the support steel plate at the bottom of the steel pipe pile body is provided with an expanded end reinforcement part having a large diameter and a large bearing capacity, so that a greater allowable vertical bearing capacity can be obtained compared to existing piles, and expansion Since it is supported by the tip reinforcement, it is possible to secure sufficient permissible vertical bearing capacity with only one support steel plate, greatly reducing penetration resistance during pile construction, and industrial applicability in that cost can be reduced by reducing the cost of attaching the support steel plate. there is.

Abstract

본 발명은 강관말뚝 본체 하부에 절삭 및 분쇄된 지반과 주입재를 혼합하여 형성된 원기둥 형상의 강화원지반을 포함하는 확대선단보강부가 구비됨으로써, 지지강판이 암반층인 지지지반까지 관입되지 않으면서도 기존 말뚝보다 큰 지지력을 얻을 수 있는 확대선단보강부가 구비된 회전관입형 복합 강관말뚝에 대한 것이다.

Description

확대선단보강부가 구비된 회전관입형 복합 강관말뚝 및 이의 시공 방법
본 발명은 강관말뚝 본체 하부에 절삭 및 분쇄된 지반과 주입재를 혼합하여 형성된 원기둥 형상의 강화원지반을 포함하는 확대선단보강부가 구비됨으로써, 지지강판이 암반층인 지지지반까지 관입되지 않으면서도 기존 말뚝보다 큰 지지력을 얻을 수 있는 확대선단보강부가 구비된 회전관입형 복합 강관말뚝에 대한 것이다.
헬리컬 파일은 파일 본체 외주면에 나선형의 원판인 헬릭스(helix)가 일정 간격으로 3개 정도 구비되는 강관 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 구조물 신축이나 리모델링 공사 시 기초 보강 등에 많이 사용된다.
헬리컬 파일은 통상 백호 등의 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 200~350㎜ 직경 범위의 헬릭스를 사용한다. 이때, 최하단에 위치하는 헬릭스는 풍화암 이상의 단단한 암반층에 지지시켜야 하는데, 헬릭스가 구비된 상태에서 파일 선단을 풍화암까지 관입하는 것이 용이하지 않아 파일 지지력 확보에 어려움이 있다. 또한, 연약지층을 통과하는 지층에 직경이 작은 헬리컬 파일을 사용할 경우, 헬리컬 파일의 좌굴 발생 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.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 강관말뚝 본체 하부에 돌출 구비된 지지강판이 암반층인 지지지반까지 관입되지 않으면서도 하부의 확대선단보강부에 의해 기존 말뚝보다 큰 지지력을 얻을 수 있는 확대선단보강부가 구비된 회전관입형 복합 강관말뚝을 제공하고자 한다.
바람직한 실시예에 따른 본 발명은 회전 관입에 의해 지반에 관입되는 복합 강관말뚝에 관한 것으로, 지반에 관입되는 원통 형상의 강관말뚝 본체; 상기 강관말뚝 본체의 하부에 돌출 형성되는 지지강판; 및 상기 강관말뚝 본체와 지지강판 하부의 지반을 절삭 및 분쇄하여 주입재를 혼합함으로써 형성되는 것으로 상기 지지강판보다 지름이 크게 형성되는 원기둥 형상의 강화원지반과, 상기 강관말뚝 본체의 하단에 결합되어 상기 강화원지반의 중앙에 구비되는 지지강관과, 상기 지지강관의 측면에 돌출 형성되는 것으로 내부에 주입재공급로가 길이 방향으로 구비되고, 일측에는 상기 주입재공급로와 연통되며, 절삭암의 외측으로 갈수록 토출 면적이 증가하도록 형성되어 분쇄된 지지지반 측으로 주입재를 주입하기 위한 토출부가 형성된 절삭암을 포함하는 확대선단보강부; 로 구성되는 것을 특징으로 하는 확대선단보강부가 구비된 회전관입형 복합 강관말뚝을 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 확대선단보강부가 구비된 회전관입형 복합 강관말뚝을 제공한다.
다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 상기 토출부는 상기 절삭암의 일측이 절개되어 절삭암의 길이 방향으로 길게 형성되는 것을 특징으로 하는 확대선단보강부가 구비된 회전관입형 복합 강관말뚝을 제공한다.
다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 상기 절삭암은 2개가 좌우 대칭으로 구비되고, 상기 토출공의 수평 간격은 80㎜ 이하인 것을 특징으로 하는 확대선단보강부가 구비된 회전관입형 복합 강관말뚝을 제공한다.
다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 상기 절삭암의 상부 또는 하부에는 절삭암의 길이 방향으로 상호 이격되어 돌출되는 것으로 상기 주입재공급로와 연통되어 토출부의 토출 방향으로 보조토출공이 형성된 토출돌부가 구비되는 것을 특징으로 하는 확대선단보강부가 구비된 회전관입형 복합 강관말뚝을 제공한다.
다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 상기 확대선단보강부의 연직 투영 면적은 지지강판의 연직 투영 면적의 3배 이상인 것을 특징으로 하는 확대선단보강부가 구비된 회전관입형 복합 강관말뚝을 제공한다.
다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 상기 절삭암 위치의 지지강관 외측에는 인발저항 지지강판이 구비되는 것을 특징으로 하는 확대선단보강부가 구비된 회전관입형 복합 강관말뚝을 제공한다.
다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 절삭 및 분쇄된 지반으로 토출되는 주입재는 시멘트 그라우트 또는 팽창성 주입재인 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 강관말뚝 본체를 회전 관입하여 절삭암을 지지지반 상부까지 도달시키는 단계; 및 (b) 상기 강관말뚝 본체를 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 강화원지반 내부에 지지강관이 구비된 확대선단보강부를 형성하는 단계; 로 구성되는 것을 특징으로 하는 확대선단보강부가 구비된 회전관입형 복합 강관말뚝의 시공 방법을 제공한다.
다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 상기 (b) 단계에서, 상기 지지지반은 지지강판의 연직 투영 면적의 3배 이상의 지름으로 절삭 및 분쇄되는 것을 특징으로 하는 확대선단보강부가 구비된 회전관입형 복합 강관말뚝의 시공 방법을 제공한다.
다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 상기 토출부에서 주입되는 주입재의 양이 주입재 토출 위치의 회전 반경에 비례하는 것을 특징으로 하는 확대선단보강부가 구비된 회전관입형 복합 강관말뚝의 시공 방법을 제공한다.
다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 상기 지지강관은 강관말뚝 본체의 하단 내부에 상하로 이동 가능하게 구비되어, 상기 (a) 단계에서, 상기 지지강관이 강관말뚝 본체의 하단 내부에 수용된 상태에서 강관말뚝 본체를 회전 관입하여 지중의 지지지반까지 도달시킨 후, 상기 (b) 단계에서, 상기 지지강관을 강관말뚝 본체의 하부로 하강시키면서 하부의 지지지반에 회전 관입하여 지지지반을 절삭 및 분쇄하는 것을 특징으로 하는 확대선단보강부가 구비된 회전관입형 복합 강관말뚝의 시공 방법을 제공한다.
본 발명에 따르면 하부에 지지강판이 돌출 형성된 강관말뚝 본체 하부에 절삭 및 분쇄된 지반과 주입재를 혼합하여 형성된 원기둥 형상의 강화원지반을 포함하는 확대선단보강부가 구비된 회전관입형 복합 강관말뚝을 제공할 수 있다.
이에 따라 첫째, 강관말뚝 본체 하부에 강관말뚝 본체보다 직경이 크고 풍화함 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 본체 하부의 지지강판이 직경이 크고 지지력이 큰 확대선단보강부에 의해 지지되므로, 지지강판 1개만으로 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 본체 하부에 강화된 확대선단보강부를 형성하기 위해 지지지반을 절삭 및 분쇄하여 주재료로 사용하므로 경제적이며, 비배토 회전 관입 공법으로 시공되므로 현장이 깨끗하고, 소음과 진동이 거의 발생하지 않아 민원 발생 염려가 없다.
넷째, 절삭암에 형성된 다수의 토출공들이 각각 강화 대상 원지반의 분담 체적에 대응되는 양만큼 주입재를 주입하게 되므로 맥상 주입 염려가 없고, 이에 따라 신뢰성 있는 확대선단보강부를 형성할 수 있다.
다섯째, 관입 저항이 적어 직경이 큰 강관말뚝 본체를 사용할 수 있으므로, 연약층을 통과하는 경우에도 좌굴 우려가 없다.
여섯째, 강화원지반 하부에 인발저항 지지강판을 추가로 설치할 경우, 인발 저항이 가능하여 부력 방지용 말뚝 등으로 사용할 수 있다.
도 1은 본 발명 회전관입형 복합 강관말뚝을 도시하는 단면도.
도 2는 지지강관과 절삭암이 구비된 강관말뚝 본체를 도시하는 사시도.
도 3은 지지강관과 절삭암이 구비된 실시예를 도시하는 단면도.
도 4는 지지강관과 절삭암이 구비된 강관말뚝 본체를 도시하는 단면도.
도 5 및 도 6은 다른 실시예에 의한 절삭암이 구비된 강관말뚝 본체를 도시하는 사시도.
도 7은 절삭암의 토출부 배치 상태를 도시하는 사시도.
도 8은 내부에 유입방지망이 구비된 절삭암을 도시하는 단면도.
도 9는 절개형 토출부가 구비된 실시예를 도시하는 사시도.
도 10은 토출공별 주입재의 주입 분담 면적을 도시하는 단면도.
도 11은 토출돌부가 구비된 실시예를 도시하는 정면도.
도 12는 확대선단보강부의 크기 관계를 나타내는 단면도.
도 13은 인발저항 지지강판이 구비된 실시예를 도시하는 단면도.
도 14는 본 발명 회전관입형 복합 강관말뚝의 시공 방법을 도시하는 도면.
도 15는 이동식 지지강관이 구비된 실시예를 도시하는 정면도.
도 16은 절첩식 절삭암이 구비된 실시예를 도시하는 정면도.
도 17은 확장형 절삭암이 구비된 실시예를 도시하는 정면도.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 확대선단보강부가 구비된 회전관입형 복합 강관말뚝은 회전 관입에 의해 지반에 관입되는 복합 강관말뚝에 관한 것으로, 지반에 관입되는 원통 형상의 강관말뚝 본체; 상기 강관말뚝 본체의 하부에 돌출 형성되는 지지강판; 및 상기 강관말뚝 본체와 지지강판 하부의 지반을 절삭 및 분쇄하여 주입재를 혼합함으로써 형성되는 것으로 상기 지지강판보다 지름이 크게 형성되는 원기둥 형상의 강화원지반과, 상기 강관말뚝 본체의 하단에 결합되어 상기 강화원지반의 중앙에 구비되는 지지강관과, 상기 지지강관의 측면에 돌출 형성되는 것으로 내부에 주입재공급로가 길이 방향으로 구비되고, 일측에는 상기 주입재공급로와 연통되며, 절삭암의 외측으로 갈수록 토출 면적이 증가하도록 형성되어 분쇄된 지지지반 측으로 주입재를 주입하기 위한 토출부가 형성된 절삭암을 포함하는 확대선단보강부; 로 구성되는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부한 도면 및 바람직한 실시예에 따라 본 발명을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명 회전관입형 복합 강관말뚝을 도시하는 단면도이다.
도 1 등에 도시된 바와 같이, 본 발명 확대선단보강부가 구비된 회전관입형 복합 강관말뚝은 회전 관입에 의해 지반(1)에 관입되는 복합 강관말뚝에 관한 것으로, 지반(1)에 관입되는 원통 형상의 강관말뚝 본체(2); 상기 강관말뚝 본체(2)의 하부에 돌출 형성되는 지지강판(3); 및 상기 강관말뚝 본체(2)와 지지강판(3) 하부의 지반을 절삭 및 분쇄하여 주입재를 혼합함으로써 형성되는 것으로 상기 지지강판(3)보다 지름이 크게 형성되는 원기둥 형상의 강화원지반(41)을 포함하는 확대선단보강부(4); 로 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 강관말뚝 본체(2) 하부에 돌출 구비된 지지강판(3)이 암반층인 지지지반(12)까지 관입되지 않으면서도 하부의 확대선단보강부(4)에 의해 기존 말뚝보다 큰 지지력을 얻을 수 있는 확대선단보강부가 구비된 회전관입형 복합 강관말뚝을 제공하기 위한 것이다.
본 발명 확대선단보강부가 구비된 회전관입형 복합 강관말뚝은 회전 관입에 의해 지반(1)에 관입되는 것으로, 상부의 강관말뚝 본체(2)와 하부의 확대선단보강부(4)를 포함하여 구성된다.
상기 복합 강관말뚝의 초기 관입 시나 회전관입 작업 중 관입 속도를 높이고자 하는 경우에는 지상의 장비로 말뚝을 가압하여 압입하는 방법으로 회전 관입하면 말뚝의 관입을 보다 용이하게 실시할 수 있다.
상기 강관말뚝 본체(2)는 원통 형상으로, 상부의 연약지반(11)을 관통하여 하부의 지지지반(12) 상부까지 관입되는 것이 바람직하나 경우에 따라서는 토사층까지 관입될 수도 있다.
상기 지지지반(12)은 주로 N치 15/30~50/30 범위의 단단한 토사층 이상 지반이다.
상기 지지강판(3)은 강관말뚝 본체(2)의 하부에 돌출 형성된다.
상기 지지강판(3)은 강관말뚝 본체(2)의 외주면에 형성되는 헬릭스(helix) 형태인 것이 바람직하나, 경우에 따라 강관말뚝 본체(2)의 하부에 부착되는 원형의 강판이거나 다수의 강판을 경사지게 부착하여 형성될 수도 있다.
상기 확대선단보강부(4)는 강관말뚝 본체(2)와 지지강판(3)의 하부에 구비된다.
상기 확대선단보강부(4)는 지지강판(3)보다 지름이 크게 형성되는 원기둥 형상의 강화원지반(41)을 포함하여 구성된다.
상기 강화원지반(41)은 강관말뚝 본체(2)와 지지강판(3) 하부의 지반을 절삭 및 분쇄한 후 주입재를 주입하여 혼합 강화한 것이다.
상기 강화원지반(41)은 풍화암 이상의 강성을 갖는다.
상기 강화원지반(41)은 외경이 지지강판(3)의 외경보다 크게 형성되어, 지지강판(3)의 하면이 강화원지반(41)의 상부에 지지됨으로써 선단지지력을 발휘한다.
이에 따라 상기 강화원지반(41)이 단단한 토사층 또는 암반층인 지지지반(12) 내에 형성되는 경우, 말뚝에 압축력 작용 시 주변 지지지반(12)에 의해 강화원지반(41)에 3축 압축력이 작용하여 강화원지반(41)의 강도가 크게 증가하고 연직지지력이 향상된다.
구체적으로 말뚝 상부에서 연직하중 작용 시 강관말뚝 본체(2)의 하중은 지지강판(3)을 통해 하부의 확대선단보강부(4)로 전달된다. 그리고 확대선단보강부(4)를 구성하는 원기둥 형상의 강화원지반(41) 외주면과 주변 지반 사이의 주면마찰력 및 강화원지반(41) 하단의 선단지지력에 의해 하중을 하부 지반으로 원활하게 전달한다.
상기 주입재는 팽창재로 구성될 수 있다.
상기 강화원지반(41)과 주변 지반 사이에 주면마찰력을 충분히 발휘하기 위해 강화원지반(41)의 높이는 지지강판(3) 외경의 2배 이상으로 구성하는 것이 바람직하다.
상기 확대선단보강부(4)는 강관말뚝 본체(2)의 독립기초 역할을 한다. 여기에서 강관말뚝 본체(2)에 작용하는 연직하중은 지지강판(3)에 의해 하부 연직 방향으로만 전달되는 것이 아니라 하부 외측으로 확대되면서 응력이 분산된다.
따라서 확대선단보강부(4)가 강관말뚝 본체(2)의 연직하중으로 인한 응력을 원활하게 지지지반(12)으로 전달하도록 강화원지반(41)의 지름을 지지강판(3)보다 크게 확대 형성한다.
즉, 확대선단보강부(4)는 각 강관말뚝 본체(2)의 확대기초 역할을 한다.
물론, 확대선단보강부(4)의 선단지지력 위주로 지지되는 경우에는 강화원지반(41)의 높이가 지지강판(3) 외경 이상이면 충분하다.
본 발명에 따르면 강관말뚝 본체(2)의 하부에 강관말뚝 본체(2)보다 직경이 크고 풍화암 이상의 높은 지지력을 발휘하는 확대선단보강부(4)가 구비되므로, 기존 말뚝에 비해 큰 허용 연직지지력을 얻을 수 있다. 따라서 기존 마이크로파일 이상의 충분한 지지력 확보가 가능하다.
또한, 강관말뚝 본체(2) 하부의 지지강판(3)이 직경이 크고 지지력이 큰 확대선단보강부(4)에 의해 지지되므로, 지지강판(3) 1개만으로 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 강관말뚝 본체(2)의 하부에 강화된 확대선단보강부(4)를 형성하기 위해 하부 지지지반(12)을 절삭 및 분쇄하여 강화원지반(41)의 주재료로 사용하므로 경제적이며, 비배토 회전 관입 공법으로 시공되므로 현장이 깨끗하고, 소음과 진동이 거의 발생하지 않아 민원 발생 염려가 없다.
뿐만 아니라 관입 저항이 적어 직경이 큰 강관말뚝 본체(2)를 사용할 수 있으므로, 연약층을 통과하는 경우에도 말뚝의 좌굴 우려가 없다.
도 2는 지지강관과 절삭암이 구비된 강관말뚝 본체를 도시하는 사시도이고, 도 3은 지지강관과 절삭암이 구비된 실시예를 도시하는 단면도이며, 도 4는 지지강관과 절삭암이 구비된 강관말뚝 본체를 도시하는 단면도이다. 그리고 도 5 및 도 6은 다른 실시예에 의한 절삭암이 구비된 강관말뚝 본체를 도시하는 사시도이다.
도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 확대선단보강부(4)에는 상기 강관말뚝 본체(2)의 하단에 결합되어 상기 강화원지반(41)의 중앙에 구비되는 지지강관(42)과 상기 지지강관(42)의 측면에 돌출 형성되는 것으로 내부에 주입재공급로(431)가 길이 방향으로 구비되고, 일측에는 상기 주입재공급로(431)와 연통되어 분쇄된 지지지반(12) 측으로 주입재를 주입하기 위한 토출부(432)가 형성된 적어도 2 이상의 절삭암(43)이 더 포함될 수 있다.
상기 확대선단보강부(4)에는 강관말뚝 본체(2)의 하단에 결합되어 강화원지반(41)의 중앙에 구비되는 원통 형상의 지지강관(42)이 구비될 수 있다.
상기 지지강관(42)은 확대선단보강부(4)의 심재 역할을 하여 확대선단보강부(4)의 지지력을 향상시킨다.
상기 지지강관(42)은 선단이 하부 지반에 직접 지지되어, 지지강관(42)의 선단지지력에 의해 하중을 지반으로 원활하게 전달한다.
상기 확대선단보강부(4)가 단단한 토사층이나 풍화암 등의 지지지반(12)에 형성되는 경우, 지지강관(42)이 지지지반(12)에 관입될 때 말뚝의 관입 저항이 크다. 그러므로 관입 저항을 줄이기 위해 상기 지지강관(42)의 직경은 강관말뚝 본체(2)의 직경보다 크지 않게 구성하는 것이 바람직하다.
특히, 상기 지지강관(42)은 강화원지반(41)과 일체화되어 상부 연직하중을 지지하는 역할만 하면 충분하다. 따라서 관입 저항을 최소화하면서도 지지지반(12) 관입에 문제가 없고, 심재의 역할을 충분히 수행할 수 있도록 지지강관(42)의 직경은 강관말뚝 본체(2) 직경의 0.5~1.0배 범위의 것을 사용함이 바람직하다.
다만, 복합 강관말뚝을 부력 저항용 말뚝으로 사용하는 경우에는 지지강관(42)을 강관말뚝 본체(2)의 직경과 동일하게 형성하는 것이 바람직하다. 이 경우 지지강관(42)은 강관말뚝 본체(2)의 하단에서 연장되어 일체로 형성될 수 있다.
상기 지지강관(42)은 회전에 의한 지반 관입이 용이하도록 외주면을 나사형으로 형성할 수 있다.
상기 지지강관(42)의 선단에는 지반 관입이 용이하도록 원추형의 첨단부(421)가 구비될 수 있다.
상기 강관말뚝 본체(2)의 하부에 형성되는 강화원지반(41)은 강관말뚝 본체(2)의 시공 전, 지반(1)을 미리 굴착하여 강관말뚝 본체(2)가 시공될 위치의 하부 지반을 절삭 및 분쇄하고 주입재를 주입하여 먼저 형성할 수 있다. 이후, 상기 강관말뚝 본체(2)를 관입하여 강화원지반(41) 상부에 지지시킬 수 있다.
그러나 이러한 과정은 장비가 추가로 투입되고 공기가 많이 소요된다.
따라서 상기 강관말뚝 본체(2)의 하단에 일체로 구비되는 지지강관(42)을 이용하여 강관말뚝 본체(2) 시공 시 확대선단보강부(4)를 동시에 시공하는 것이 바람직하다.
이를 위해 상기 지지강관(42)의 측면에는 적어도 2 이상의 절삭암(43)을 돌출 형성할 수 있다.
이에 따라 상기 강관말뚝 본체(2)의 회전 관입 시, 지지강관(42)이 동시에 회전하면서 절삭암(43)이 지지강관(42) 주변의 지반(1)을 절삭 및 분쇄한다.
상기 강화원지반(41)의 지름이 지지강판(3)의 지름보다 크게 형성되도록 상기 절삭암(43)은 최종 형성될 강화원지반(41)의 외경과 대응되는 길이가 되게 회전 반경을 지지강판(3)보다 크게 형성한다(도 3).
상기 절삭암(43)은 납작하고 일단이 경사진 블레이드 형태 또는 파이프 형상으로 형성될 수 있다.
상기 절삭암(43)의 일측에는 주입재가 토출되는 토출부(432)가 형성된다.
상기 절삭암(43)에 의해 주변 지반을 절삭 및 분쇄한 후 상기 토출부(432)를 통해 분쇄된 지반 측으로 주입재를 주입하여 강화원지반(41)을 형성할 수 있다.
구체적으로 단단한 토사층이나 풍화암층과 같은 지지지반(12)에 강화원지반(41)을 형성할 경우, 절삭암(43)과 지지강관(42)은 지지지반(12)을 절삭하면서 일정 깊이로 회전 관입된다. 이후, 상기 지지강관(42)을 정방향 및 역방향으로 반복 회전하여 절삭된 지반을 분쇄한다. 그리고 분쇄된 원지반의 미세 공극에 주입재를 주입하여 원지반보다 강화된 말뚝 지지력을 갖는 강화원지반(41)을 형성한다.
이를 위해 상기 지지강관(42)은 내부가 빈 원통 형상이고, 상기 절삭암(43)의 내부에는 지지강관(42)의 내부와 연통되는 주입재공급로(431)가 절삭암(43)의 길이 방향으로 길게 형성되며, 상기 절삭암(43)의 일측에는 주입재공급로(431)와 연통되는 토출부(432)가 형성된다.
상기 절삭암(43)의 상면 또는 하면에는 분쇄팁(433)이 돌출 형성될 수 있다.
상기 분쇄팁(433)이 절삭암(43)의 상면에 돌출 형성된 경우, 분쇄팁(433)에 의해 절삭암(43) 상부의 절삭된 지반이 균질하게 분쇄될 수 있다.
상기 분쇄팁(433)이 절삭암(43)의 하면에 돌출 형성된 경우, 분쇄팁(433)이 원지반에 다수의 홈을 형성하여 절삭암(43)에 의한 절삭을 용이하게 하는 파일럿절삭팁의 역할을 할 수 있다.
복합 강관말뚝 관입 시 편심을 방지하면서 균질한 품질의 확대선단보강부(4)를 확보하기 위해 상기 절삭암(43)은 2개 이상이 지지강관(42)을 중심으로 동일한 각도로 구비되는 것이 바람직하다.
도 5에는 위치와 길이가 다른 원형강관으로 이루어진 절삭암(43)이 4개 배치된 실시예가 도시된다. 도 5에 도시된 바와 같이, 길이가 긴 한 쌍의 절삭암(43)을 하부에 배치하고, 길이가 짧은 한 쌍의 절삭암(43)을 하부의 절삭암(43)과 직교하도록 상부에 배치하면, 하부에서 지반을 절삭한 후 상부의 짧은 절삭암(43)에서 절삭된 지반을 분쇄하기 용이하다.
도 6에는 사각강관으로 구성된 절삭암(43)이 2개 배치된 실시예가 도시된다.
한편, 도 2 등에 도시된 바와 같이, 상기 토출부(432)는 상기 절삭암(43)의 일측에 길이 방향으로 상호 이격되도록 형성되는 적어도 3개 이상의 토출공(432a)으로 구성될 수 있다.
상기 토출부(432)는 절삭암(43) 내부의 주입재공급로(431)에서 절삭암(43)의 외측으로 연통되는 토출공(432a)들로 형성될 수 있다. 상기 토출공(432a)들은 복수 개가 절삭암(43)의 일측에 길이 방향으로 상호 이격되도록 형성된다.
상기 주입재가 절삭 및 분쇄된 지지지반(12) 전체에 골고루 주입되도록 상기 토출공(432a)은 3개 이상 구비되는 것이 바람직하다.
도 2, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 절삭암(43)은 2개가 좌우 대칭으로 구비되고, 상기 토출공(432a)의 수평 간격은 80㎜ 이하로 구성할 수 있다.
복합 강관말뚝 회전 관입 시, 편심을 방지하면서도 관입 저항을 최소화하기 위해 상기 절삭암(43)은 2개를 좌우 대칭으로 배치하는 것이 바람직하다.
그런데 일반적으로 건축물 지지를 위해 사용되는 헬리컬 파일에서, 헬릭스의 피치(pitch)는 헬릭스의 직경에 상관없이 통상 100~160㎜ 범위로 이루어지며, 복합 강관말뚝 1회전 시 상기 피치만큼 관입된다. 이때, 상기 절삭암(43)이 좌우 대칭으로 2개 배치되면, 복합 강관말뚝의 회전 관입에 따라 토출부(432) 1개가 주입재를 주입하여 분담하는 원지반의 높이는 1/2피치인 50~80㎜가 된다. 그리고 주입재가 절삭 및 분쇄된 지반에 골고루 균등 주입되기 위해서는 1개의 토출공(432a)이 분담하는 수직 높이와 수평 폭을 동일하게 유지하는 것이 바람직하다.
따라서 토출공(432a)의 수평 간격을 80㎜ 이하로 형성하면, 1개의 토출공(432a)에서 토출되는 주입액이 수평 및 수직 방향으로 고르게 균등 주입되어 강화원지반(41)의 품질을 향상시킬 수 있다.
도 7은 절삭암의 토출부 배치 상태를 도시하는 사시도이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 상기 절삭암(43)의 토출부(432)는 절삭암(43)의 회전 방향 배면 측에 형성될 수 있다.
강관말뚝 회전 시 절삭암(43)의 회전 방향 배면 즉, 절삭 압력을 받는 면의 배면 측은 수압 외에는 압력을 받지 않을 뿐 아니라 절삭암(43)의 회전에 따라 순간적으로 공간이 발생한다.
따라서 절삭 압력을 받는 면의 배면 측에 토출부(432)가 구비되면 주입재의 토출이 용이하므로, 회전에 의해 강관말뚝이 관입되면서 절삭암(43)의 토출부(432)에서 주입재가 절삭 분쇄된 지반에 골고루 주입된다. 이에 확대선단보강부(4)의 품질을 일정 이상으로 균일하게 확보할 수 있다.
도 8은 내부에 유입방지망이 구비된 절삭암을 도시하는 단면도이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 상기 주입재공급로(431)의 내부에는 절삭암(43)의 외부에서 절삭 및 분쇄된 지반 등 이물질이 유입되는 것을 방지하기 위한 유입방지망(434)이 구비될 수 있다.
상기 유입방지망(434)은 주입재공급로(431)의 내경과 대응되는 외경을 갖는 원통 형상으로 구성될 수 있으며, 부직포와 같은 섬유망, 메쉬망, 철망, 타공 파이프 등으로 형성 가능하다.
도면에는 도시되지 않았으나, 절삭암(43)의 토출공(432a)과 대응되는 위치에 구멍이 형성된 파이프 형태의 이물질 유입방지구를 절삭암(43)의 주입재공급로(431) 내부에 설치하고, 토출공(432a)과 이물질 유입방지구의 구멍이 일치하지 않도록 서로 엇갈리게 배치하면 강관말뚝을 회전관입하여 지지지반(12)에 도달할 때까지 외부 이물질이 유입되는 것을 완전히 차단할 수 있다.
강관말뚝 하단이 지지지반(12)에 도달한 후에는 주입재의 주입압력 또는 주입건(453)의 선단에 부착한 쐐기 등을 이용하여 이물질 유입방지구를 외측으로 슬라이딩 이동시킴으로써 이물질 유입방지구의 구멍과 토출공(432a)의 위치를 일치시킨 상태에서 주입재를 주입하면서 말뚝을 회전관입하면 지하수가 있는 조건에서도 고품질의 확대선단보강부(4)를 형성할 수 있다.
특히, 절삭암(43)의 토출공(432a)과 이물질 유입방지구에 형성된 구멍의 크기와 위치를 적절하게 조절하면 토출공(432a)을 순차 개방되도록 할 수 있어 확대선단보강부(4)를 원기둥, 원추형 등 다양한 형상으로 형성할 수 있어 경제성과 안전성을 더욱 향상시킬 수 있다.
도 9는 절개형 토출부가 구비된 실시예를 도시하는 사시도이다.
도 9에 도시된 바와 같이, 상기 토출부(432)는 상기 절삭암(43)의 일측이 절개되어 절삭암(43)의 길이 방향으로 길게 형성될 수 있다.
상기 주입재가 절삭 및 분쇄된 지지지반(12) 내부에 연속적으로 골고루 주입되도록 상기 토출부(432)는 절삭암(43) 특히, 주입재공급로(431)의 일측이 외측으로 절개되어 절삭암(43)의 길이 방향으로 길게 연속 형성될 수 있다.
이에 따라 절삭암(43)의 회전에 따라 절삭 및 분쇄되는 지지지반(12) 전체에 빈 곳 없이 균일하게 주입재를 연속 주입 가능하다.
도 10은 토출공별 주입재의 주입 분담 면적을 도시하는 단면도이다.
도 9, 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 토출부(432)는 절삭암(43)의 외측으로 갈수록 토출 면적이 증가할 수 있다.
상기 확대선단보강부(4)는 강관말뚝 본체(2)의 하부에 구비되어 강관말뚝 본체(2)의 연직하중을 지반(1)으로 전달하는 독립기초 역할을 한다. 이때, 연직하중에 의한 응력을 분산하여 지반으로 원활하게 전달하기 위해서는 확대선단보강부(4)의 강화원지반(41) 전체가 균등한 강도를 가져야 한다.
그런데 절삭암(43)은 회전하면서 토출부(432)를 통하여 주입재를 주입하는데, 절삭암(43)의 회전운동 궤적은 회전 반경이 클수록 늘어난다. 그러므로 절삭암(43)의 회전 중심 즉, 지지강관(42)의 중심으로부터 거리가 멀어질수록 주입재 토출 지점이 움직이는 궤적이 증가한다. 이에 따라 토출부(432)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 강화원지반(41) 형성을 위해 절삭 및 분쇄되는 원통형의 지지지반(12) 전체 어느 부위에서도 동일한 양의 주입재가 주입되도록 절삭암(43)의 외측으로 갈수록 주입재 토출 면적을 증가시킬 수 있다.
상기 토출 면적은 토출부(432)에서 주입되는 주입재의 양이 주입재 토출 위치의 회전 반경에 비례하도록 점진적으로 증가되게 구성할 수 있다.
이를 위해 상기 토출부(432)가 주입재공급로(431)에서 절개 형성된 경우에는 외측으로 갈수록 절개된 상하 폭을 증가시킬 수 있다(도 9). 상기 토출부(432)가 복수의 토출공(432a)으로 형성된 경우, 외측으로 갈수록 토출공(432a)의 지름을 점차 증가시킬 수 있다(도 10).
도 11은 토출돌부가 구비된 실시예를 도시하는 정면도이다.
도 11에 도시된 바와 같이, 상기 절삭암(43)의 상부 또는 하부에는 절삭암(43)의 길이 방향으로 상호 이격되어 돌출되는 것으로, 상기 주입재공급로(431)와 연통되어 토출부(432)의 토출 방향으로 보조토출공(436)이 형성된 토출돌부(435)가 구비될 수 있다.
상기 절삭암(43)의 상부 또는 하부로 주입재를 추가 주입함으로써 주입재를 보다 균등하게 절삭 및 분쇄된 지지지반(12) 측에 주입하도록 절삭암(43)의 상부 또는 하부에 토출돌부(435)를 형성하고, 상기 토출돌부(435)의 일측에 보조토출공(436)을 형성할 수 있다.
상기 보조토출공(436)은 토출부(432)와 동일한 방향 즉, 절삭암(43)의 회전 방향 배면 측에 형성되는 것이 바람직하다.
상기 토출부(432)가 토출공(432a) 타입인 경우, 개별 토출공(432a)의 위치마다 토출돌부(435)를 형성할 수 있다.
상기 토출돌부(435)는 절삭암(43)의 길이 방향으로 상호 이격되도록 돌출되므로 분쇄팁의 역할을 같이 한다.
도 12는 확대선단보강부의 크기 관계를 나타내는 단면도이다.
도 12에 도시된 바와 같이, 상기 확대선단보강부(4)의 연직 투영 면적은 지지강판(3)의 연직 투영 면적의 3배 이상으로 구성할 수 있다.
상기 확대선단보강부(4)는 개별 강관말뚝의 확대기초 역할을 한다.
이때, 상기 확대선단보강부(4)의 전단 파괴 방지를 위해 확대선단보강부(4)의 높이(h)는 지지강판(3)의 직경(d) 이상으로 형성하는 것이 바람직하다. 그리고 강관말뚝 시공 완료 후 지지강관(42)에 의해 전해지는 상부 연직하중이 확대선단보강부(4)를 통해 분산되는 각도(θ)는 20° 이상으로 볼 수 있다.
따라서 확대선단보강부(4)의 높이가 지지강판(3)의 직경과 동일한 경우(h=d), 지지강판(3)의 분산된 하중을 확대선단보강부(4)가 온전히 분담하기 위해서는 확대선단보강부(4)의 지름(D)이 다음 식을 만족해야 한다.
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이 경우 확대선단보강부(4)의 연직 투영 면적은 지지강판(3)의 연직 투영 면적의 약 3배가 된다.
이와 같이, 확대선단보강부(4)의 연직 투영 면적을 지지강판(3)의 연직 투영 면적의 3배 이상 즉, 지름 1.73배 이상으로 형성하면 확대선단보강부(4)의 응력 전달이 가장 효율적이다.
보강 대상 원지반의 N치가 풍화암의 1/3에 미치지 못하는 경우, 확대선단보강부(4)의 높이를 지지강판(3)의 직경보다 크게 설정하고, 확대선단보강부(4)의 연직 투영 면적도 지지강판(3)의 연직 투영 면적의 3배 이상이 되도록 보강하는 것이 바람직하다.
도 13은 인발저항 지지강판이 구비된 실시예를 도시하는 단면도이다.
도 13에 도시된 바와 같이, 상기 절삭암(43) 위치의 지지강관(42) 외측에는 인발저항 지지강판(44)이 구비될 수 있다.
부력 저항 말뚝 등으로 사용되어 강관말뚝에 인발 하중이 작용하는 경우, 지지강판(3)이 강화원지반(41)의 상부에만 구비되면 인발 저항력이 부족할 수 있다.
따라서 상기 강화원지반(41)의 하부에 인발저항 지지강판(44)을 추가로 구비함으로써, 확대선단보강부(4)의 상면 지압 및 외주면의 주면마찰력에 의해 인발력에 저항하도록 할 수 있다.
상기 확대선단보강부(4)는 인발저항 지지강판(44)보다 지름이 크게 형성된다. 이에 지압력과 주면마찰력이 커 큰 인발 하중에 대해서도 안정적인 지지가 가능하다.
상기 확대선단보강부(4)의 저면은 절삭암(43)의 위치와 동일하므로, 상기 인발저항 지지강판(44)은 절삭암(43)의 높이에 형성한다.
상기 일반저항 지지강판(44)은 나선 형태로 형성할 수 있다. 여기에서 절삭암(43)이 지지강관(42)의 좌우로 2개 배치되는 경우, 하나는 인발저항 지지강판(44)의 상부 위치에, 나머지 하나는 인발저항 지지강판(44)의 하부 위치에 배치하여 좌우 절삭암(43)을 동일 높이에 구비할 수 있다.
상기 절삭암(43)은 인발저항 지지강판(44)의 돌출 폭보다 길이를 길게 형성한다.
절삭 및 분쇄된 지반으로 토출되는 주입재는 시멘트 그라우트 또는 팽창성 주입재일 수 있다.
주입재가 시멘트 그라우트인 경우 오거 드라이버에 부착 설치된 스위벨을 통해 강관말뚝 본체(2) 내부로 시멘트 그라우트를 투입하되 공압 콤프레셔(미도시)를 통해 압축공기를 함께 주입하면 절삭암(43)의 회전 직경보다 큰 직경을 가지는 확대선단보강부(4)를 형성할 수 있다.
이와 같이 상기 주입재로 시멘트 그라우트나 기타 고화재를 사용하여 절삭 및 분쇄된 지반과 혼합하여 강화원지반(41)을 형성할 수 있다. 그러나 경우에 따라 주입재를 주변 지반으로 주입하기 위해 일정한 크기의 주입압을 가하여야 하므로, 별도의 주입장비가 필요할 수 있다.
뿐만 아니라 주입재의 압력 주입 시, 주변 토층의 약한 쪽으로 주입재가 빠져나가면서 분쇄된 지지지반(12)에 주입재가 골고루 주입되기 어렵다.
이에 별도의 압력 주입을 위한 주입장비 없이도 주입재가 절삭암(43)에서 토출되어 절삭 및 분쇄된 지반에 균등하게 주입되도록 팽창성 주입재를 사용할 수 있다.
팽창성 주입재는 자체 팽창 압력에 의해 토출부(432)를 통해 절삭암(43)에서 토출되고, 절삭 및 분쇄된 지반의 공극을 채워 강화원지반(41)을 형성한다.
상기 팽창성 주입재는 고결 시간이 매우 빨라 시공 완료 후 보강 여부를 바로 확인 가능하다.
상기 팽창성 주입재로 우레탄계 팽창재를 사용할 수 있다. 우레탄계 팽창재는 배합 성분과 배합비 및 반응 시 온도 등에 따라 공기 중에서 8~30배 정도로 부피가 팽창된다. 우레탄계 팽창재를 연약지반에 주입하면, 팽창재가 연약지반 내의 물과 공기를 외측으로 밀어내고 공극을 채우면서 매우 큰 강성을 갖는 강화원지반(41)을 형성한다.
상기 주입재는 주제와 경화제의 혼합에 의해 팽창이 이루어지는 2액형으로 구성될 수 있다.
다만, 지지지반(12)의 구성 성분이 콘크리트의 주재료인 모래 또는 자갈층이고, 지하수의 이동 속도가 느린 경우에는 제한적으로 주입재로 시멘트 그라우트를 사용할 수 있다. 이때, 시멘트 그라우트의 비율이 40~50% 이상을 차지하도록 절삭암(43)을 이용하여 절삭 및 분쇄된 지지지반(12)을 주변으로 밀어내게 시공하는 것이 바람직하다.
지하수위가 지지지반(12) 아래에 위치하는 경우 지연성 팽창 반응이 가능한 주제와 경화제를 혼합하여 주입재를 제조한 후 지상에서 강관말뚝 상부를 통해 주입재를 공급하면 주입재가 지지강관(42)과 절삭암(43)의 주입재공급로(431)까지 채워지게 되는데, 이 상태에서 강관말뚝을 회전관입하기만 하면 주입재가 절삭분쇄된 원지반에 골고루 주입되면서 확대선단보강부(4)가 형성된다.
또는 강관말뚝 본체(2) 회전 관입 시공 후 강관말뚝 본체(2)의 개방된 상부를 통해 주제와 경화제를 강관말뚝 내부로 동시 투입한 다음 오거 드라이버(미도시)에 부착 설치된 스위벨(미도시)을 통해 압축공기를 주입하면서 강관말뚝을 회전 관입하면 강관말뚝 본체(2) 하부에 확대선단보강부(4)가 형성된다. 이 때 주제는 1분 내지 3분 정도 지연 경화반응을 하도록 성분을 조절한 것을 사용하는 것이 바람직하다.
도 14는 본 발명 회전관입형 복합 강관말뚝의 시공 방법을 도시하는 도면이다.
본 발명 확대선단보강부가 구비된 회전관입형 복합 강관말뚝의 시공 방법은 도 1 내지 도 13을 참고하여 전술한 본 발명 확대선단보강부가 구비된 회전관입형 복합 강관말뚝을 시공하는 방법에 대한 것이다.
본 발명에서는 먼저 (a) 상기 강관말뚝 본체(2)를 회전 관입하여 절삭암(43)을 지지지반(12) 상부까지 도달시킨다(도 14의 (a)).
다음으로, (b) 상기 강관말뚝 본체(2)를 회전 관입하여 절삭암(43)으로 하부 지지지반(12)을 절삭 및 분쇄한다. 여기서 절삭 및 분쇄되는 하부의 지반은 단단한 토사층 또는 풍화암 이상의 암반층인 지지지반(12)이다.
상기 절삭암(43)은 회전 반경이 지지강판(3)의 외경보다 길게 형성되므로, 절삭 및 분쇄되는 지지지반(12)은 지지강판(3)의 외경보다 지름이 큰 원기둥 형상으로 형성된다.
상기 강관말뚝 본체(2) 하부의 절삭 및 분쇄된 지반에는 절삭암(43)의 토출부(432)로부터 주입되는 주입재를 혼합하여 형성되는 원기둥 형상의 강화원지반(41)이 형성된다(도 14의 (b)).
상기 강관말뚝 본체(2)의 회전 관입 후에는 강관말뚝 본체(2) 하부의 지지강관(42)이 강화원지반(41)의 중앙에 관입되어 상기 지지강관(42)과 강화원지반(41)에 의해 확대선단보강부(4)가 형성된다.
상기 강관말뚝 본체(2) 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(43)에 의해 지반의 절삭 및 분쇄가 완료된 후 주입될 수 있다. 이 경우 강관말뚝을 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) 단계에서는, 유량계(미도시)를 설치하여 주입재의 주입량을 실시간 확인하면서 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.
상기 (b) 단계에서, 상기 지지지반(12)은 지지강판(3)의 연직 투영 면적의 3배 이상의 지름으로 절삭 및 분쇄될 수 있다(도 12).
상기 토출부(432)는 절삭암(43)의 외측으로 갈수록 토출 면적이 증가하도록 형성되어, 상기 토출부(432)에서 주입되는 주입재의 양이 주입재 토출 위치의 회전 반경에 비례하도록 구성할 수 있다(도 9, 도 10).
도 15는 이동식 지지강관이 구비된 실시예를 도시하는 정면도이고, 도 16은 절첩식 절삭암이 구비된 실시예를 도시하는 정면도이다.
도 15, 도 16에 도시된 바와 같이, 상기 지지강관(42)은 강관말뚝 본체(2)의 하단 내부에 상하로 이동 가능하게 구비되어, 상기 (a) 단계에서, 상기 지지강관(42)이 강관말뚝 본체(2)의 하단 내부에 수용된 상태에서 강관말뚝 본체(2)를 회전 관입하여 지중의 지지지반(12)까지 도달시킨 후, 상기 (b) 단계에서, 상기 지지강관(42)을 강관말뚝 본체(2)의 하부로 하강시키면서 하부의 지지지반(12)에 회전 관입하여 지지지반(12)을 절삭 및 분쇄할 수 있다.
상기 지지강관(42)이 강관말뚝 본체(2)의 하단에 일체로 형성되어 강관말뚝 본체(2)가 상부의 연약지반(11)에 관입되고 지지강관(42)이 하부의 지지지반(12)에 관입되면, 말뚝 회전 관입 시 관입 저항이 클 수 있다.
이에 상기 지지강관(42)을 강관말뚝 본체(2)의 하단 내부에 수납할 수 있다.
이에 따라 도 15의 (a)과 같이, 지지강관(42)이 강관말뚝 본체(2)의 내부에 수납되어 외부로 돌출되지 않은 상태로 강관말뚝 본체(2)를 시공할 수 있다. 이후, 도 15의 (b)와 같이, 지지강관(42)을 회전 하강시켜 강관말뚝 본체(2)의 하부로 돌출시키면서 하부의 강화원지반(41)을 형성할 수 있다.
상기 지지강관(42)의 외주면에 절삭암(43)이 형성된 경우, 상기 절삭암(43)은 지지강관(42)의 외주면에 절첩 가능하게 결합할 수 있다.
이에 도 16에서와 같이, 상기 절삭암(43)을 하부로 회전시켜 수직인 상태로 강관말뚝 본체(2)의 내부에 수납하였다가 지지강관(42)을 하강시키면, 절삭암(43)이 하부 지반(1)에 지지되면서 자연스럽게 수평 방향으로 펼쳐지게 구성할 수 있다. 이 경우, 상기 절삭암(43)은 수평 상태에서 더 회전하지 않도록 회전각을 제한할 수 있다.
도 17은 확장형 절삭암이 구비된 실시예를 도시하는 정면도이다.
도 17에 도시된 바와 같이, 상기 절삭암(43)은 고정암(43a)과 상기 고정암(43a)에서 인출입 가능하게 고정암(43a)과 결합되는 가변암(43b)으로 구성할 수 있다.
이 경우 필요에 따라 절삭암(43)의 길이를 수평 방향으로 확장할 수 있다.
본 발명의 확대선단보강부가 구비된 회전관입형 복합 강관말뚝은 강관말뚝 본체 하부의 지지강판이 직경이 크고 지지력이 큰 확대선단보강부가 구비되어 기존 말뚝에 비해 큰 허용 연직지지력을 얻을 수 있고, 확대선단보강부에 의해 지지되므로 지지강판 1개만으로 충분한 허용 연직지지력을 확보할 수 있어 말뚝 시공시 관입저항을 크게 줄일 수 있고, 지지강판 부착 비용을 줄여 원가 절감이 가능하다는 점에서 산업상 이용가능성이 있다.

Claims (12)

  1. 회전 관입에 의해 지반(1)에 관입되는 복합 강관말뚝에 관한 것으로,
    지반(1)에 관입되는 원통 형상의 강관말뚝 본체(2);
    상기 강관말뚝 본체(2)의 하부에 돌출 형성되는 지지강판(3); 및
    상기 강관말뚝 본체(2)와 지지강판(3) 하부의 지반을 절삭 및 분쇄하여 주입재를 혼합함으로써 형성되는 것으로 상기 지지강판(3)보다 지름이 크게 형성되는 원기둥 형상의 강화원지반(41)과, 상기 강관말뚝 본체(2)의 하단에 결합되어 상기 강화원지반(41)의 중앙에 구비되는 지지강관(42)과, 상기 지지강관(42)의 측면에 돌출 형성되는 것으로 내부에 주입재공급로(431)가 길이 방향으로 구비되고, 일측에는 상기 주입재공급로(431)와 연통되며, 절삭암(43)의 외측으로 갈수록 토출 면적이 증가하도록 형성되어 분쇄된 지지지반(12) 측으로 주입재를 주입하기 위한 토출부(432)가 형성된 절삭암(43)을 포함하는 확대선단보강부(4); 로 구성되는 것을 특징으로 하는 확대선단보강부가 구비된 회전관입형 복합 강관말뚝.
  2. 제1항에서,
    상기 토출부(432)는 상기 절삭암(43)의 일측에 길이 방향으로 상호 이격되도록 형성되는 적어도 3개 이상의 토출공(432a)으로 형성되는 것을 특징으로 하는 확대선단보강부가 구비된 회전관입형 복합 강관말뚝.
  3. 제1항에서,
    상기 토출부(432)는 상기 절삭암(43)의 일측이 절개되어 절삭암(43)의 길이 방향으로 길게 형성되는 것을 특징으로 하는 확대선단보강부가 구비된 회전관입형 복합 강관말뚝.
  4. 제2항에서,
    상기 절삭암(43)은 2개가 좌우 대칭으로 구비되고, 상기 토출공(432a)의 수평 간격은 80㎜ 이하인 것을 특징으로 하는 확대선단보강부가 구비된 회전관입형 복합 강관말뚝.
  5. 제1항에서,
    상기 절삭암(43)의 상부 또는 하부에는 절삭암(43)의 길이 방향으로 상호 이격되어 돌출되는 것으로 상기 주입재공급로(431)와 연통되어 토출부(432)의 토출 방향으로 보조토출공(436)이 형성된 토출돌부(435)가 구비되는 것을 특징으로 하는 확대선단보강부가 구비된 회전관입형 복합 강관말뚝.
  6. 제1항에서,
    상기 확대선단보강부(4)의 연직 투영 면적은 지지강판(3)의 연직 투영 면적의 3배 이상인 것을 특징으로 하는 확대선단보강부가 구비된 회전관입형 복합 강관말뚝.
  7. 제1항에서,
    상기 절삭암(43) 위치의 지지강관(42) 외측에는 인발저항 지지강판(44)이 구비되는 것을 특징으로 하는 확대선단보강부가 구비된 회전관입형 복합 강관말뚝.
  8. 제1항에서,
    절삭 및 분쇄된 지반으로 토출되는 주입재는 시멘트 그라우트 또는 팽창성 주입재인 것을 특징으로 하는 확대선단보강부가 구비된 회전관입형 복합 강관말뚝.
  9. 제1항에 의한 확대선단보강부가 구비된 회전관입형 복합 강관말뚝을 시공하기 위한 것으로,
    (a) 상기 강관말뚝 본체(2)를 회전 관입하여 절삭암(43)을 지지지반(12) 상부까지 도달시키는 단계; 및
    (b) 상기 강관말뚝 본체(2)를 회전 관입하여 절삭암(43)으로 지지지반(12)을 상기 지지강판(3)보다 큰 지름으로 절삭 및 분쇄하는 한편, 상기 토출부(432)를 통해 절삭 및 분쇄된 지지지반(12)에 주입재를 주입하고 혼합하여 원기둥 형상의 강화원지반(41)을 형성함으로써 강화원지반(41) 내부에 지지강관(42)이 구비된 확대선단보강부(4)를 형성하는 단계; 로 구성되는 것을 특징으로 하는 확대선단보강부가 구비된 회전관입형 복합 강관말뚝의 시공 방법.
  10. 제9항에서,
    상기 (b) 단계에서, 상기 지지지반(12)은 지지강판(3)의 연직 투영 면적의 3배 이상의 지름으로 절삭 및 분쇄되는 것을 특징으로 하는 확대선단보강부가 구비된 회전관입형 복합 강관말뚝의 시공 방법.
  11. 제9항에서,
    상기 토출부(432)에서 주입되는 주입재의 양이 주입재 토출 위치의 회전 반경에 비례하는 것을 특징으로 하는 확대선단보강부가 구비된 회전관입형 복합 강관말뚝의 시공 방법.
  12. 제9항에서,
    상기 지지강관(42)은 강관말뚝 본체(2)의 하단 내부에 상하로 이동 가능하게 구비되어,
    상기 (a) 단계에서, 상기 지지강관(42)이 강관말뚝 본체(2)의 하단 내부에 수용된 상태에서 강관말뚝 본체(2)를 회전 관입하여 지중의 지지지반(12)까지 도달시킨 후,
    상기 (b) 단계에서, 상기 지지강관(42)을 강관말뚝 본체(2)의 하부로 하강시키면서 하부의 지지지반(12)에 회전 관입하여 지지지반(12)을 절삭 및 분쇄하는 것을 특징으로 하는 확대선단보강부가 구비된 회전관입형 복합 강관말뚝의 시공 방법.
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