WO2023132434A1 - 확공 장치 및 이를 이용한 확공말뚝 시공 방법 - Google Patents

확공 장치 및 이를 이용한 확공말뚝 시공 방법 Download PDF

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WO2023132434A1
WO2023132434A1 PCT/KR2022/013719 KR2022013719W WO2023132434A1 WO 2023132434 A1 WO2023132434 A1 WO 2023132434A1 KR 2022013719 W KR2022013719 W KR 2022013719W WO 2023132434 A1 WO2023132434 A1 WO 2023132434A1
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hammer
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drilling
fluid pressure
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PCT/KR2022/013719
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정순용
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주식회사 이지지오텍
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    • E02D2250/0038—Production methods using an auger, i.e. continuous flight type

Definitions

  • the conventional hole expander auger needs to have a separate complex mechanical device or hydraulic device to expand or fold the expander auger, and because of this, the hollow part through which air usually passes is used as a space for the operation of the mechanical device or hydraulic device, or a complicated additional configuration.
  • the expanded part must be folded by forward rotation again after expansion perforation, but at this time, a malfunction that does not completely fold occurs, causing problems in the recovery stage. It happens.
  • FIG. 2 is a conventional expandable hammer structure, which is a view for explaining that a hole is expanded while an elevating block is raised.
  • the elevating block 400 is raised by the hydraulic cylinder 300 while the air is lifted. It is a structure in which the drilling radius of the hammer bit 220 is increased by pushing each of the hammers 200 outward, but there are the following problems during construction.
  • the present invention for solving the above conventional problems is a hole expansion device capable of widening the diameter by hitting the side of the lower end of a drill hole in a drilled ground using pneumatic or hydraulic fluid pressure and a method for constructing a drilled pile using the same. Its purpose is to provide
  • FIG. 1 is a view showing a conventional general pile construction device.
  • Figure 2 is a view for explaining that the expansion is made in a state in which the elevating block is raised as a conventional expandable hammer structure.
  • FIG 3 is a cross-sectional view showing a hole expansion device according to the present invention.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing a hole-reinforcement striking unit according to a first embodiment included in the hole-reinforcement device according to the present invention.
  • FIG. 7 is a perspective view showing a centralizer constituting the hole-reinforcement bit rotation preventing means included in the hole-reinforcement device according to the present invention.
  • FIG. 9 is a front view of embodiments of a hole-reinforcement bit constituting a hole-reinforcement striking unit included in a hole-reinforcement device according to the present invention.
  • FIG. 12 is a cross-sectional view showing a hole-reinforcement striking means of a third embodiment included in the hole-reinforcement device according to the present invention.
  • Fig. 13 is a diagram schematically showing the overall configuration of motion driving means for providing power to the hole-reinforcement striking means included in the hole-rearing device according to the present invention.
  • FIG. 14 is a cross-sectional view showing the drilled hole before and after the expansion in the pile expansion method using the expansion device according to the present invention.
  • FIG. 15 is a cross-sectional view showing a hole-reinforced pile constructed by a method of constructing a hole-reinforced pile using a hole-reinforcement device according to the present invention.
  • a device housing for achieving the above objects and other features of the present invention, a device housing; one or more hole-reinforcing means provided in the device housing and configured to enlarge the inner wall of the drilling hole with a blow of a hammer that moves linearly back and forth using fluid pressure as a driving source; and motion driving means configured to provide fluid pressure to the booster hitting means and to control a hitting position of the booster hitting means, wherein the booster hitting means includes: a pressure cylinder in which one or more fluid pressure inlets are formed; It is provided to be linearly movable in the pressure cylinder, an end having a plurality of carbide buttons on the cross section is exposed to the outside from one end of the pressure cylinder, and a reaming bit provided at one end of the following hammer, and the inside of the pressure cylinder characterized in that it includes a hammer provided to be linearly movable and which moves linearly back and forth with the fluid pressure acting through the at least one fluid pressure inlet to hit the reaming bit, and
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing a hole expansion device according to the present invention
  • FIG. 4 is a block diagram showing a hole expansion striking means of a first embodiment included in the hole expansion device according to the present invention
  • FIG. 5 is included in the hole expansion device according to the present invention. It is a cross-sectional view showing the punching means of the first embodiment.
  • FIG. 6 is an enlarged view of part “A” of FIG. 3, showing a hole expansion bit rotation prevention means included in the hole expander according to the present invention
  • FIG. 7 is a hole expansion bit rotation prevention means included in the hole expander according to the present invention.
  • FIG. 8 is a perspective view showing embodiments of a hole-reinforcement bit constituting a hole-reinforcement striking unit included in the hole-reamer device according to the present invention, and Fig. It is a view as viewed from the front of the embodiments of the hole-reinforcement bit constituting the hole-reinforcement striking means.
  • a hole expansion device is a hole expansion device used to expand the diameter of a drilled lower end of an excavated ground, and as shown in FIGS. 3 to 9, the device housing 100; one or more hole-reinforcing hitting means 200 provided in the device housing 100 and configured to expand an inner wall of a drilling hole by a blow of a hammer 230 that moves linearly back and forth using fluid pressure as a driving source; and a motion driving means 300 configured to provide fluid pressure to the booster hitting means 100 and to control a posture or a hitting position of the booster hitting means.
  • the device housing 100 comprises at its lower part a height-holding means 110 for holding the drilling device at a certain height from the bottom of the drilling.
  • the height maintaining means 110 may be configured in a rod shape as illustrated in the drawing, and may also be configured to be adjustable in length.
  • the height maintaining means 110 is formed in the form of a rod of a certain length to expand the hole at a certain height from the bottom of the drilling hole and is provided on the bottom surface of the device housing 100, and the length of the height maintaining means 110 after the hole is expanded. It is possible to expand the hole by changing the height, which can be expanded to a constant diameter by adjusting the length of the height maintaining means 110 or to form irregularities at regular intervals.
  • the apparatus housing 100 is provided therein, and one end of a hammer module constituting the hole-reinforcement striking means 200 to be described in detail below is exposed to the outside.
  • the upper end of the device housing 100 constitutes the above-described motion driving means 300, and when fluid pressure is supplied through the drilling equipment, that is, when the pressure fluid is supplied through the hollow part formed in the rod of the drilling equipment.
  • It is detachably coupled to the rod and includes a connection block body 120 formed with a communication passage receiving pressure fluid.
  • a pump may be further provided at one side of the lower end of the device housing 100 to discharge groundwater that interferes with the hole expansion operation to the outside.
  • the expansion hole striking means 200 is a pressure cylinder in which one or more fluid pressure inlets (in the drawing, the first fluid pressure inlet 211 and the second fluid pressure inlet 212) are formed ( 210), and is provided to be linearly movable in the pressure cylinder 210, and an end having a plurality of carbide buttons 221 on the cross section is exposed to the outside from one end of the pressure cylinder 210, and the following blow
  • the expansion bit 220 provided at one end of the hammer 230 and the pressure cylinder 210 are provided to be linearly movable, and the fluid pressure acting through the fluid pressure inlets 211 and 212 causes the back and forth linear Provided in the impact hammer 230 that moves and strikes the hole expansion bit 220, the piston 240 provided at the other end of the impact hammer 230, and the pressure cylinder 210 and the hole expansion bit 220 is configured to prevent the rotation of the impact hammer 230 in the forward and backward linear movement direction as a rotational axis and to
  • the punching unit 200 may further include a stopper 250 provided in the pressure cylinder 210 to limit a forward movement distance of the hammer 230 .
  • the first fluid pressure inlet 211 is formed so that fluid pressure is applied from the rear end of the hammer 230
  • the second fluid pressure inlet 212 is formed by the piston 240 and the stopper 250 ) can be formed so that fluid pressure is applied to the space between the
  • the reinforcing bit 220 is a component that directly strikes and pulverizes the ground or rock mass, and a plurality of cemented carbide buttons 211 are provided on the front side (hitting surface) to crush the ground or rock mass by hitting it.
  • the cross section viewed from the side may be formed in a form in which the width becomes narrower toward the front end.
  • the hole expansion bit 220 is formed in the form of a square block, and when viewed from the front, the central portion (central portion in the longitudinal direction) of the side where the cemented carbide button 211 is provided protrudes relatively more than both sides. do.
  • the surface of the side where the cemented carbide button 211 is provided may increase in steps or roundness from both sides toward the center, or may be formed in a combination of steps and rounds.
  • the drilling bit 230 may be formed so that the upper end and the lower end of the side facing the wall to be drilled are parallel to each other so that the upper end and the lower end of the drilling wall are parallel to each other.
  • the drilling bit 230 when viewed from the front, at least the top and bottom of the drilling bit 230 are cut parallel to the horizontal direction.
  • the drilling bit 230 is a trapezoid (including a quadrangle and a rectangle in which a pair of opposite sides are parallel), a parallelogram, and a hexagon when viewed from the front, but the upper and lower sides are lying in parallel. It may be formed in a form lying parallel to a horizontal plane, such as a sideways long hexagon.
  • FIG. 10 is a view schematically showing the shape of a hole expansion formed in a drilling hole in the case where the expansion bit is formed in a circular shape when viewed from the front in the hole expansion hitting unit.
  • FIG. 10 is a view schematically showing the shape of a hole expansion formed in a drilling hole in the case where the expansion bit is formed in a circular shape when viewed from the front in the hole expansion hitting unit.
  • protrusions of the same cross section can be formed at all angles with the center of the pile as an axis. It has the advantage of eliminating uncertainty about shape and dimensions.
  • the piston 240 is provided at the rear end of the impact hammer 230, and is provided to fit the pressure cylinder 210 having an inner diameter larger than the outer diameter of the body of the impact hammer 230, so that the first fluid pressure inlet 211
  • the pressure fluid entering into the power pushes and moves the hammer 230 forward, and when pressure comes in from the second fluid pressure inlet 212, the hammer 230 moves backward.
  • the stopper 250 is provided on a side eccentric to one side of the pressure cylinder 210 and serves to limit the moving distance of the hammer 230, and can limit the range of hole expansion.
  • the hole expansion bit rotation preventing means 280 is provided between the pressure cylinder 210 and the hole expansion bit 220 to prevent rotation of the impact hammer 230 using the forward and backward linear movement axis as a rotation axis and to prevent the impact hammer 230 from rotating. It is a component that is configured to allow forward and backward movement of the hole reinforcing bit 220, that is, to prevent rotation of an axis passing through the center of the hole reaming bit 220 as a rotational axis, and to allow forward and backward movement of the hammer 230.
  • the expansion bit rotation preventing means 280 includes a central riser 281 provided at one end of the pressure cylinder 210 and supported so that the hammer 230 can linearly move forward and backward;
  • One or more key grooves 282 formed on one end of the outer surface of the centralizer 281 and one end (front end) of the anti-rotation key 284 formed on the reaming bit 220 are fixed (eg, welded). etc.), and one end provided in the key groove 282 of the centralizer 281, and the other end provided in the fixing part 283 of the hole expansion bit 220 (284) ).
  • the centralizer 281 places one end of the hammer 230 having a diameter smaller than that of the piston 240 at the center of the pressure cylinder 210 .
  • the key groove 282 may be formed in plurality on the side surface (outer surface) of the centralizer 281 for stable and solid support.
  • the fixing part 283 is formed on the hole reinforcing bit 220 on the extension line at the position where the key groove 282 is formed in a state where the hole reinforcing bit 220 is mounted on the pressure cylinder 210.
  • One end of the anti-rotation key 284 is accommodated in the key groove 282 so that it can slide back and forth and cannot rotate, and the other end of the anti-rotation key 284 is attached to the fixing part 283 of the hole expansion bit 220. It is fixed (eg, welded) to restrict rotation of the centralizer 281 and the hole reaming bit 220, and allows the hammer 230 to slide back and forth.
  • the above-described hole-reinforcement bit rotation preventing means 280 may also be applied to a hole-reinforcement hitting means of another embodiment to be described below.
  • the above-described hole-reinforcement hitting means 200 is a device that repeatedly strikes the bit (reinforcement bit) 220 while the impact hammer 230 reciprocates by the high-pressure fluid injected from the rear end of the pressure cylinder 210.
  • It adopts the structure of a known air hammer using high-pressure compressed air, and uses an air hammer that uses high-pressure compressed air as a fluid pressure source, and in deep drilling with groundwater, high-pressure water is used as a fluid
  • a water hammer as a pressure source.
  • such an air hammer and a water hammer are collectively referred to as a striking hammer 230.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view showing the hole expansion hitting means of the second embodiment included in the hole expansion device according to the present invention.
  • the second fluid pressure inlet 212 is omitted, and the piston ( 240) and the stopper 250 may be configured with an elastic means 260 interposed therebetween.
  • the elastic means 260 may be composed of a helical compression spring, and when the fluid pressure decreases, the piston 240 is pushed by the restoring force of the spring, which is the elastic means 260, so that the hammer 230 moves backward. do.
  • FIG. 12 is a cross-sectional view showing a hole-reinforcement punching means of a third embodiment included in the hole-reinforcement device according to the present invention, with the hole-reinforcement bit 220 and the impact hammer 230 on both sides based on the center of the pressure cylinder 210.
  • the piston 240 and the stopper 250 may be configured to be symmetrically provided.
  • the meaning of being symmetrically provided means that the expansion bit 220, the impact hammer 230, the piston 240, and the stopper 250 are based on the center line of the pressure cylinder 210 (the center line dividing left and right) This means that it is configured on one side and the other side respectively.
  • the first fluid pressure inlet 211 is formed in the center of the pressure cylinder 210, and the second fluid pressure inlet 212 is formed between the piston 240 and the stopper 250, respectively.
  • the expansion bit is The impact hammer equipped with the reaming bit is retracted toward the rear end so as not to touch the inner wall, and the fluid pressure control through the first fluid pressure inlet 211 and the second fluid pressure inlet 212 functions as a retreat means. do.
  • the punching unit according to the third embodiment configured as described above can crush the ground or bedrock by hitting in both directions.
  • the motion driving means 300 configured to control the hitting direction of the boost hole hitting means 100 will be described in detail with reference to FIG. 13 .
  • FIG. 13 is a diagram schematically showing the entire configuration of motion driving means for providing power to the hole punching means included in the hole reinforcing device according to the present invention.
  • the motion driving means 300 includes a support structure provided on the ground ( 341), a driving motor 333 and a swivel 343 are provided, and the gear 332 of the driving motor 333 and the gear 331 of the upper end of the rod 344 are connected to rotate the rod 344 while rotating the rod. It is configured to supply fluid pressure through an internal communication passage.
  • gear 15 shows a bevel gear in which the gear 333 of the drive motor and the gear 331 of the upper end of the rod are in direct contact for power transmission, and sprockets and chains can be used, belts can be used, and various types of Gears can also be used for power transmission.
  • the motion driving means 300 includes a drive motor 333 provided on the support structure 341 provided on the ground to provide continuous or intermittent rotational force, and a rod 344 provided on the support structure 341 and provided on the ground. ), including a swivel 343 configured to supply fluid pressure, and a rod 344 whose upper end is connected to the lower part of the swivel 343 and whose lower end is coupled to the connection block 120 at the top of the device housing , While rotating the rod 344, the fluid pressure provided through the pneumatic compressor or the hydraulic compressor is configured to be supplied through the communication passage inside the rod.
  • the original letter 'S' represents the swivel 343, 'M' represents the drive motor 333, and 'F' represents the rod 344.
  • the rod 344 is connected to be used by extending to the depth of the drilling hole in the form of a pipe, and its lowermost part is coupled to the connection block body 120 at the upper end of the device housing 100.
  • the swivel 343 is capable of infinite rotation or at least 360 degrees of bi-directional reciprocating rotation and is configured to transmit fluid pressure.
  • Reference numeral 345 denotes an on/off valve
  • 346 denotes a bypass pipe bypassing the on/off valve 345 and connected in parallel.
  • the bypass pipe 346 is provided with a regulator 347 that lowers the pressure of the supplied fluid to a certain pressure and a backflow prevention valve 348, so that the on/off valve 345 is opened and closed to prevent the impact of the hammer. It will control movement and advance and retreat.
  • a blow hammer using pneumatic pressure as a fluid pressure is supplied to the air hammer by injecting a little lubricating oil into the air coming out of the pneumatic compressor to reduce friction inside the air hammer.
  • the discharge pressure of the pump injecting the lubricating oil must be greater than the pressure of the compressed air supplied from the pneumatic compressor, and the injection of the lubricating oil using such a pump has the advantage of reducing the volume of the entire system and facilitating control.
  • FIG. 14 is a cross-sectional view showing a drilled hole before and after expansion in a method for constructing a reinforced pile using a hole retarder according to the present invention, and FIG. am. 14 (a) is a cross-section in which a general perforation hole is formed, (b) is a cross-section in which the enlarged portion has a similar diameter by repeatedly expanding the hole several times while adjusting the height, and (c) is a cross-section in which the hole is enlarged to have irregularities.
  • a method for constructing a pile expansion using a hole expansion device is a method for constructing a hole expansion pile for expanding the diameter of a lower end of a drilled hole in an excavated ground, comprising: a first step of locating the above-described hole expansion device below a drilling hole to be expanded; The hole expansion device is continuously or intermittently rotated around the central axis of the drilling hole, and fluid pressure is supplied to the pressure cylinder of the hole expansion device to advance the hammer toward the inner wall of the drilling hole, while the blow of the hammer operated by the fluid pressure is used to expand the hole expansion bit.
  • a second step of expanding the diameter by crushing the inner wall of the temporary drilling hole ; a third step of retracting the hammer in a direction away from the inner wall of the drilling hole; a fourth step of moving the drilling device out of the drilling hole; and a fifth step of injecting an injection material (for example, a curable material such as cement milk, mortar, or concrete) into the drilling hole.
  • an injection material for example, a curable material such as cement milk, mortar, or concrete
  • the first step is to drill a hole in the ground to a predetermined depth using a drilling bit of the drilling equipment, retrieve the drilling bit, and then, as described above in the description of the operation driving means, the drilling equipment itself, or the support structure and the rod. It will be located in the position to be expanded through.
  • the first step it may be performed after a casing for preventing collapse of the hollow wall is installed in the upper soft ground.
  • the first step and the third step are performed in a state in which the hammer is retracted to move the drilling device up and down inside the drilling hole, and is performed in a state in which the drilling bit does not touch the inner wall of the drilling hole by retracting the hammer.
  • the height of the hole expansion device is set differently, that is, the height adjustment unit is repeatedly adjusted to expand the hole.
  • the height can be adjusted by moving the rod of the drilling equipment up and down, and in another embodiment, the height of the support frame 310 can be adjusted using the lifting means of the motion driving means 300, FIG.
  • the length of the rod 344 connected to the support structure 341 as in 20 the height of the drilling bit 220 can be directly controlled.
  • a plurality of holes can be expanded at different heights to form irregularities in the cross section of the bottom of the drilling hole, as shown in FIG. 14(b).
  • the cross section can be constantly expanded.
  • the second step may be performed by intermittently rotating the hole-reinforcement striking means.
  • the hammer is rotated at a certain angle in a state in which the hammer is retracted, and then the hammer is operated to repeat the process of expanding the inner wall of the drilling hole with the drilling bit. done to do
  • the second step may be performed by continuously rotating the hole-reinforcement striking means, and the continuous rotation of the hole-reinforcement means continuously rotates the hole-reinforcement striking means at a constant speed and simultaneously operates the hammer so that the hole-reinforcement bit strikes the inner wall of the drilling hole.
  • the friction reduction unit 600 reduces friction against the inner wall of the drilling hole during vertical movement and rotation of the punching unit. In particular, it is possible to prevent various members from being damaged by friction when the lower end of the device housing 100 is in contact with the inner wall of the drilling hole due to the verticality tolerance in the pre-drilling hole operation prior to the hole expansion, and the vertical or rotational movement. .
  • the method for constructing a reinforced pile of the present invention may further include removing slime remaining in the lower part of the drilling hole between the fourth and fifth steps.
  • the present invention can be applied to a drilling device for expanding a drilled ground and a facility including the same.

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Abstract

본 발명은 공압 또는 수압의 유체압력을 이용하여 천공된 지반의 천공홀 하단부 측면을 타격하여 직경을 넓힐 수 있으며, 특히 확공비트의 회전을 방지하여 보다 효율적인 확공을 행할 수 있도록 하는, 확공 장치 및 이를 이용한 확공말뚝 시공 방법에 관한 것이다.

Description

확공 장치 및 이를 이용한 확공말뚝 시공 방법
본 발명은 확공 장치 및 이를 이용한 확공말뚝 시공 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 공압 또는 수압의 유체압력을 이용하여 천공된 지반의 천공홀 하단부 측면을 타격하여 직경을 넓힐 수 있으며, 특히 확공비트의 회전을 방지하여 보다 효율적인 확공을 행할 수 있도록 하는, 확공 장치 및 이를 이용한 확공말뚝 시공 방법에 관한 것이다.
통상적으로 건축물의 기초 공사 시에는 먼저 굴착기로 지반을 뚫고 그 구멍으로 강관이나 철골과 함께 콘크리트를 채워 지반에 매입되는 기둥을 형성하는데, 건축물의 자중을 충분히 견디면서 지반의 침하를 방지하기 위해서는 가능한 구멍을 깊게 파거나 구멍의 직경을 확장하여야 한다.
도 1은 종래 일반적인 말뚝 시공 장치를 나타내는 도면으로서, 관련 기술인 대한민국 공개특허공보 제10-2011-0103787호와 같이, 확대구근을 형성할 때 원형관 안에 비트가 장착된 오거를 넣어 회전하면서 서로 상호 역회전하면서 관입하고, 이때 오거 끝에 부착된 비트는 땅을 굴착하고 굴착된 토사는 원형관 내부에 내삽된 굴착로드를 타고 올라와 외부로 배출된다. 이와 같이 말뚝 내경보다 조금 더 넓게 지반을 긁어내거나, 천공 종료 후 말뚝 선단 주변을 좀 더 넓게 굴착하기 위하여 확공비트 또는 확공오거가 적용되고 있다. 도 1에서 "A"부분이 해머나 비트가 스크류 구비의 로드의 하단부에서 교체되는 부분이다.
종래의 확공비트 또는 확공오거는 굴착로드의 측면에 확장구조체가 구비되고, 정역회전 혹은 확장을 위하여 별도로 구비된 기계적인 장치의 작동으로 펼쳐지는 구조로 구성된다.
그러나 종래의 확공오거는 확공오거를 펼치거나 접기 위해 별도의 복잡한 기계장치 혹은 유압장치를 구비해야만 하고, 이로 인해 통상 공기가 지나가는 중공부가 기계장치나 유압장치의 작동을 위한 공간으로 활용되거나 복잡한 추가적인 구성을 필요로 하는 문제점이 있으며, 정회전 시 접혀있고 역회전 시에 펼쳐지게 구성되어 있어 확공 천공 후 다시 정회전 하여 확장된 부분이 접혀야 하는데, 이때 완전하게 접히지 않는 오작동이 발생하여 회수 단계에서 문제가 발생하게 된다.
한편, 종래 해머를 이용한 굴착의 경우 구멍의 상단부와 하단부가 일률적인 직경을 가질 수 밖에 없어 깊고 큰 구멍을 굴착하기 위해서는 많은 시간과 비용이 소요되고 장비 또한 대형화되어야 하는 문제점이 있었다.
이러한 문제점은 굴착되는 구멍의 하단부만 국부적으로 확장할 수 있는 장비를 도입하여 해결할 수 있는데, 이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 "확장형 해머(등록특허 제10-0928029호)"가 제안된 바 있다.
도 2는 종래의 확장형 해머 구조로서 승하강블록이 상승한 상태로 확공이 이루어지는 것을 설명하기 위한 도면으로, "확장형 해머"의 경우, 유압실린더(300)에 의하여 승하강블록(400)이 상승하면서 에어해머(200) 각각을 외측으로 밀어내어 상기 해머비트(220)의 굴착 반경이 증가되는 구조인데 시공시 다음과 같은 문제점이 있다.
첫째, 승하강블록(400)의 승하강에 따라 에어해머(200)가 회동하여 해머본체(100)와 이루는 경사각이 변하게 되나 승하강블록(400)이 에어해머(200)의 각도 변화를 능동적으로 수용할 수 없어 승하강블록(400)의 외측면이 에어해머(200)의 외측면을 안정적으로 지지할 수 없고(승하강블록(400)의 외측면과 에어해머(200)의 외측면 사이에 면접촉이 발생하지 않고 선접촉 내지 점접촉이 발생하여 하중 전달에 문제가 있음), 작업시 떨림 현상이 심하게 발생하게 되는 문제점이 있다.
둘째, 해머가 확장할 때 해머본체(100)의 외벽에서 에어해머(200)이 벌어짐에 따라 에어해머(200)를 안정적으로 지지하는 장치가 없는 문제점이 있으며, 이러한 구조적인 불안정으로 인해 확공을 위한 타격 시 해머와 비트 등의 주요 구성요소에 편심이 가해져서 암반의 확공에는 활용할 수 없는 문제가 발생하였다.
셋째, 슬라임을 배출하는 별도의 수단이 구비되지 않아 작업 후 잔재를 청소하기가 어려운 문제점이 있다,
따라서 보다 효과적으로 확공을 할 수 있는 새로운 구조의 확공 장치에 대한 연구와 개발이 필요한 실정이다.
따라서, 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 본 발명은, 공압 또는 수압의 유체압력을 이용하여 천공된 지반의 천공홀 하단부 측면을 타격하여 직경을 넓힐 수 있는 확공 장치 및 이를 이용한 확공말뚝 시공 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명에 따르면, 굴착 천공홀 하단부의 직경을 확장시키기 위하여 이용되는 확공 장치로서, 장치 하우징; 상기 장치 하우징에 구비되며, 유체압력을 구동원으로 전후 선형 동작하는 타격 해머의 타격으로 천공홀 내벽을 확공하도록 구성되는 하나 이상의 확공 타격 수단; 및 상기 확공 타격 수단에 유체압력을 제공하며, 확공 타격 수단의 타격 위치를 제어하도록 구성되는 동작 구동 수단;을 포함한다.
본 발명에 따른 확공 장치 및 이를 이용한 확공말뚝 시공 방법에 의하면, 구동원인 유체압력을 효율적으로 제어함으로써 확공 장치의 동작을 신뢰성 있게 확보할 수 있고, 확공 타격 수단을 천공홀의 중심축을 회전축으로 다방향으로 타격하면서 확공할 수 있고, 특히 각각의 타격에서는 천공홀 내벽에 대하여 수직하게 타격함으로써 편심이 가해지지 않으며 회전이 방지되므로 시공 효율을 증대시킬 수 있으며, 확공 타격 수단의 타격 동작 시 이루어지는 유체압력원의 분배가 확공 타격 수단 자체에서 자동 제어됨으로써 동작 신뢰성을 확보하며, 균일한 확공을 실행할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래 일반적인 말뚝 시공 장치를 나타내는 도면이다.
도 2는 종래의 확장형 해머 구조로서 승하강블록이 상승한 상태로 확공이 이루어지는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 확공 장치를 나타내는 단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 확공 장치에 포함되는 제1 실시 예의 확공 타격 수단을 나타내는 구성도이다.
도 5는 본 발명에 따른 확공 장치에 포함되는 제1 실시 예의 확공 타격 수단을 나타내는 단면도이다.
도 6은 도 3의 "A"부의 확대도로서, 본 발명에 따른 확공 장치에 포함되는 확공비트 회전방지수단을 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명에 따른 확공 장치에 포함되는 확공비트 회전방지수단을 구성하는 센트럴라이저를 나타내는 사시도이다.
도 8은 본 발명에 따른 확공 장치에 포함되는 확공 타격 수단을 구성하는 확공 비트의 실시 형태들을 나타내는 사시도이다.
도 9는 본 발명에 따른 확공 장치에 포함되는 확공 타격 수단을 구성하는 확공 비트의 실시 형태들을 정면에서 바라본 도면이다.
도 10은 확공 타격 수단에 있어서 확공비트를 정면에서 바라볼 때 원형의 형태로 형성되는 경우에서 천공홀에 형성되는 확공 형태를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 11은 본 발명에 따른 확공 장치에 포함되는 제2 실시 예의 확공 타격 수단을 나타내는 단면도이다.
도 12는 본 발명에 따른 확공 장치에 포함되는 제3 실시 예의 확공 타격 수단을 나타내는 단면도이다.
도 13은 본 발명에 따른 확공 장치에 포함되는 확공 타격 수단에 동력을 제공하기 위한 동작 구동 수단의 전체 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 14는 본 발명에 따른 확공 장치를 이용한 확공말뚝 시공 방법에서 확공 전후의 천공홀을 나타내는 단면도이다.
도 15는 본 발명에 따른 확공 장치를 이용한 확공말뚝 시공 방법에 의해 시공된 확공 말뚝을 나타내는 단면도이다.
상기 본 발명의 목적들 및 다른 특징들을 달성하기 위한 본 발명에 따르면, 장치 하우징; 상기 장치 하우징에 구비되며, 유체압력을 구동원으로 전후 선형 동작하는 타격 해머의 타격으로 천공홀 내벽을 확공하도록 구성되는 하나 이상의 확공 타격 수단; 및 상기 확공 타격 수단에 유체압력을 제공하며, 확공 타격 수단의 타격 위치를 제어하도록 구성되는 동작 구동 수단;을 포함하고, 상기 확공 타격 수단은, 하나 이상의 유체압력 주입구가 형성되는 압력 실린더와, 상기 압력 실린더에서 선형 이동 가능하게 구비되고, 단면에 복수의 초경버튼을 갖는 단부가 상기 압력 실린더의 일단부에서 외측으로 노출되며, 하기 타격 해머의 일단부에 구비되는 확공비트, 및 상기 압력 실린더의 내부에 선형 이동 가능하게 구비되고, 상기 하나 이상의 유체압력 주입구를 통하여 작용하는 유체압력으로 전후 선형 이동하여 상기 확공비트를 타격하는 타격 해머와, 상기 타격 해머의 타단부에 구비되는 피스톤을 포함하는 것을 특징으로 하는 확공 장치가 제공된다.
본 발명의 추가적인 목적들, 특징들 및 장점들은 다음의 상세한 설명 및 첨부도면으로부터 보다 명료하게 이해될 수 있다.
본 발명의 상세한 설명에 앞서, 본 발명은 다양한 변경을 도모할 수 있고, 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는바, 아래에서 설명되고 도면에 도시된 예시들은 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 확공 장치 및 이를 이용한 확공말뚝 시공 방법에 대하여 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
먼저, 본 발명에 따른 확공 장치에 대하여 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 확공 장치를 나타내는 단면도이고, 도 4는 본 발명에 따른 확공 장치에 포함되는 제1 실시 예의 확공 타격 수단을 나타내는 구성도이며, 도 5는 본 발명에 따른 확공 장치에 포함되는 제1 실시 예의 확공 타격 수단을 나타내는 단면도이다. 도 6은 도 3의 "A"부의 확대도로서, 본 발명에 따른 확공 장치에 포함되는 확공비트 회전방지수단을 나타내는 도면이고, 도 7은 본 발명에 따른 확공 장치에 포함되는 확공비트 회전방지수단을 구성하는 센트럴라이저를 나타내는 사시도이고, 도 8은 본 발명에 따른 확공 장치에 포함되는 확공 타격 수단을 구성하는 확공 비트의 실시 형태들을 나타내는 사시도이며, 도 9는 본 발명에 따른 확공 장치에 포함되는 확공 타격 수단을 구성하는 확공 비트의 실시 형태들을 정면에서 바라본 도면이다.
본 발명에 따른 확공 장치는, 굴착 지반의 천공 하단부의 직경을 확장시키기 위하여 이용되는 확공 장치로서, 도 3 내지 도 9에 나타낸 바와 같이, 장치 하우징(100); 상기 장치 하우징(100)에 구비되며, 유체압력을 구동원으로 전후 선형 동작하는 타격 해머(230)의 타격으로 천공홀 내벽을 확공하도록 구성되는 하나 이상의 확공 타격 수단(200); 및 상기 확공 타격 수단(100)에 유체압력을 제공하며, 확공 타격 수단의 자세 또는 타격 위치를 제어하도록 구성되는 동작 구동 수단(300);을 포함한다.
상기 장치 하우징(100)은 그 하부에 천공 바닥면으로부터 확공 장치를 일정 높이로 유지시키기 위한 높이 유지 수단(110)을 포함한다.
상기 높이 유지 수단(110)은 도면에 예시한 바와 같이 막대 형태로 구성될 수 있으며, 또한 길이 조절 가능하게 구성될 수 있다.
이러한 높이 유지 수단(110)은 천공홀 바닥으로부터 일정 높이 이격되어 확공할 수 있도록 일정한 길이의 막대 형태로 형성되어 장치 하우징(100)의 바닥면에 구비되며, 확공 후 높이 유지 수단(110)의 길이를 변경하여 확공할 수 있는데, 이는 그 높이 유지 수단(110)의 길이를 조정하여 확공부 전체를 일정한 직경으로 확공하거나, 일정한 간격으로 요철을 형성하도록 확공할 수 있다.
또한, 상기 장치 하우징(100)은 그 내부에 구비되며, 아래에서 상세히 설명될 확공 타격 수단(200)을 구성하는 타격 해머 모듈의 일단부가 외부로 노출되도록 구성된다.
또한, 상기 장치 하우징(100)의 상단부에는 상기한 동작 구동 수단(300)을 구성하며, 유체압력을 천공 장비를 통해 공급되는 경우, 즉 압력 유체가 천공장비의 로드에 형성된 중공부를 통해 제공받는 경우, 로드에 착탈 가능하게 결합되며 압력 유체를 제공받는 연통로가 형성된 연결 블록체(120)을 포함한다.
상기 장치 하우징(100)의 하단 일측에는 확공 작업에 방해가 되는 지하수를 외부로 배출하는 펌프가 더 구비될 수 있다.
다음으로, 상기 확공 타격 수단(200)은, 제1 실시 예로서, 하나 이상의 유체압력 주입구(도면에서는 제1 유체압력 주입구(211)와 제2 유체압력 주입구(212))가 형성되는 압력 실린더(210)와, 상기 압력 실린더(210)에서 선형 이동 가능하게 구비되고, 단면에 복수의 초경버튼(221)를 갖는 단부가 상기 압력 실린더(210)의 일단부에서 외측으로 노출되게 구비되며, 하기 타격 해머(230)의 일단부에 구비되는 확공비트(220)와, 상기 압력 실린더(210) 내부에 선형 이동 가능하게 구비되고, 상기 유체압력 주입구(211, 212)를 통하여 작용하는 유체압력으로 전후 선형 이동하여 상기 확공비트(220)를 타격하는 타격 해머(230)와, 상기 타격 해머(230)의 타단부에 구비되는 피스톤(240), 및 상기 압력 실린더(210)와 확공 비트(220)에 구비되어 상기 타격 해머(230)의 전후 선형 이동하는 방향으로의 축을 회전축으로 하는 회전을 방지하고 타격 해머(230)의 전후 이동은 허용하도록 구성되는, 즉 확공비트(220)의 중심을 통과하는 축을 회전축으로 하는 회전을 방지하고, 타격 해머(230)의 전후 이동은 허용하도록 구성되는 확공비트 회전방지수단(280)을 포함한다. 또한, 상기 확공 타격 수단(200)은 상기 압력 실린더(210) 내에 구비되어 상기 타격 해머(230)의 전진 이동 거리를 제한하는 스토퍼(250)를 더 포함할 수 있다.
상기 압력 실린더(210)에서 제1 유체압력 주입구(211)는 타격 해머(230)의 후단부에서 유체압력이 인가되도록 형성되고, 제2 유체압력 주입구(212)는 피스톤(240)과 스토퍼(250) 사이의 공간으로 유체압력이 인가되도록 형성될 수 있다.
상기 확공비트(220)는 지반 혹은 암반을 직접 타격하여 분쇄하는 구성부로서, 정면(타격면)에는 복수의 초경버튼(211) 등이 구비되어 지반 혹은 암반을 타격하여 분쇄하도록 이루어진다.
여기에서, 상기 확공비트(220)는 도 8의 (a) 내지 (b)의 실시 형태들로 나타낸 바와 같이, 확공비트(220)의 바디는 원형이 아니고, 정면에서 볼 때 상하가 직선으로 잘린 형상이고, 측면에서 본 단면은 선단부로 갈수록 폭이 좁아지는 형태로 형성될 수 있다.
다시 말해서, 상기 확공비트(220)는 사각 블록 형태로 형성되되, 초경버튼(211)이 구비되는 측의 면은 정면에서 바라볼 때 중앙부(종방향으로의 중앙부)가 양측보다 상대적으로 돌출되게 형성된다.
상기 초경버튼(211)이 구비되는 측의 면은 양측에서 중앙부 측으로 갈수록 단차지게 증가하거나 라운드지게 증가하거나 또는 단차와 라운드진 형태가 복합된 형상으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 천공비트(230)는 천공할 벽면을 향하는 측의 상단과 하단이 평행하게 형성되어 천공 벽면의 상단과 하단이 평행하게 천공되도록 이루어질 수 있다.
다시 말해서, 상기 천공비트(230)는 정면에서 볼 때 적어도 상부와 하부는 수평방향과 평행하게 절단된 형태로 형성된다. 예를 들면, 도 9에 나타낸 바와 같이, 천공비트(230)는 정면에서 바라볼 때 사다리꼴(한 쌍의 대변이 평행한 사각형, 직사각형 포함), 평행사변형, 육각형이되 위아래가 평행하게 누운 형태이며 옆으로 긴 육각형 등 수평면에 평행하게 누운 형태의 것으로 형성될 수 있다.
상기 확공비트(220)가 상기와 같이 형성되는 이유에 대하여 도 10을 참고하여 설명한다. 도 10은 확공 타격 수단에 있어서 확공비트를 정면에서 바라볼 때 원형의 형태로 형성되는 경우에서 천공홀에 형성되는 확공 형태를 개략적으로 나타내는 도면으로서, 원형의 확공비트를 사용하는 경우, 도 10에 나타낸 바와 같이 여러 개의 원이 조금씩 중첩되어 돌기(P)를 형성하므로, 돌기(P)의 단면 모양과 깊이와 폭 등이 (말뚝 중심을 축으로) 각도에 따라 변하게 되고, 돌기(P)의 형상이 균일하지 않아서 말뚝 설계 시에 기준을 정하기 어려운 문제가 발생하며, 현장 시공 후에도 돌기 깊이 등의 측정이 매우 어려운 문제가 있다.
따라서, 아래에서 상세히 설명될 확공비트 회전방지수단(280)으로 확공비트(220)의 회전을 구속하게 되면, 일률적인 원형이 아닌 상기한 형상과 같이 '사다리꼴 단면과 사각형 정면 모양' 등 원하는 다양한 모양의 비트 머리를 활용할 수 있으므로 원하는 모양으로 일정한 단면의 돌기를 형성할 수 있다.
다시 말해서, 일반적인 원형이 아닌 상하가 직선으로 잘린 형상의 확공비트를 활용하면서 회전을 구속하여 천공하게 되면, 말뚝 중심을 축으로 모든 각도에서 동일한 단면의 돌기를 형성할 수 있으므로 말뚝의 설계 시 돌기의 모양과 치수에 대한 불확실성이 없어지는 이점이 있다.
계속해서, 상기 피스톤(240)은 타격 해머(230)의 후단부에 구비되고, 타격 해머(230)의 몸체 외경 보다 큰 내경의 압력 실린더(210)에 맞게 구비되어 제1 유체압력 주입구(211)로 들어오는 압력 유체를 동력으로 타격 해머(230)를 전방으로 밀어 이동시키며, 제2 유체압력 주입구(212)에서 압력이 들어올 경우에는 타격 해머(230)를 후방으로 이동되도록 한다.
상기 스토퍼(250)는 압력 실린더(210)의 일측으로 편심된 측에 구비되어 타격 해머(230)의 이동 거리를 제한하는 역할을 하는 것으로, 확공 범위를 제한할 수 있다.
또한, 상기 확공비트 회전방지수단(280)은 상기 압력 실린더(210)와 확공비트(220) 간에 구비되어 상기 타격 해머(230)의 전후 선형 이동축을 회전축으로 하는 회전을 방지하고 타격 해머(230)의 전후 이동은 허용하도록 구성되는, 즉 확공비트(220)의 중심을 통과하는 축을 회전축으로 하는 회전을 방지하고, 타격 해머(230)의 전후 이동은 허용하도록 구성되는 구성부이다.
구체적으로, 상기 확공비트 회전방지수단(280)은 상기 압력 실린더(210)의 일단부에 구비되고, 내측에서 상기 타격해머(230)가 전후 선형이동가능하게 지지되는 센트럴라이저(281)와, 상기 센트럴라이저(281)의 일단 외면에 형성되는 하나 이상의 키홈(282)과, 상기 확공비트(220)에 형성되어 하기 회전방지키(284)의 일단부(전단부)가 고정(예를 들면, 용접 등)되는 고정부(283), 및 일단부는 상기 센트럴라이저(281)의 키홈(282)에 구비되고, 타단부는 상기 확공비트(220)의 고정부(283)에 구비되는 회전방지키(284)를 포함한다.
상기 센트럴라이저(281)는 피스톤(240)보다 작은 직경인 타격해머(230)의 일단부를 압력 실린더(210) 중앙에 위치시킨다.
상기 키홈(282)은 안정적이고 견고한 지지를 위하여 센트럴라이저(281)의 측면(외면)에 복수 형성될 수 있다.
상기 고정부(283)은 확공비트(220)가 압력 실린더(210)에 장착된 상태에서 상기 키홈(282)이 형성된 위치에서 연장선 상의 확공비트(220)에 형성된다.
상기 회전방지키(284)의 일단부는 상기 키홈(282)에 전후 슬라이딩이 가능하고 회전이 불가능하게 수용되고, 회전방지키(284)의 타단부는 확공비트(220)의 고정부(283)에 고정(예를 들면, 용접 등)되어 센트럴라이저(281)과 확공비트(220)의 회전은 구속하고, 타격해머(230)의 전후 슬라이딩 이동은 허용한다.
상기한 확공비트 회전방지수단(280)은 아래에서 설명될 다른 실시 형태의 확공 타격 수단에도 적용될 수 있다.
상기에서 설명한 확공 타격 수단(200)은 압력 실린더(210)의 후단에서 주입되는 압력이 높은 유체에 의해 타격 해머(230)가 왕복 이동하면서 비트(확공비트)(220)를 반복적으로 타격하는 장치로서, 통상 고압의 압축공기를 이용하는 공지의 에어해머(air hammer)의 구조를 채용하는 것으로, 유체압력원으로 고압의 압축공기를 이용하는 에어해머를 사용하며, 지하수가 있는 깊은 천공에서는 고압의 물을 유체압력원으로 이용하는 워터해머를 이용하는 것이 가능하다. 본 발명에서는 이러한 에어 해머와 워터 해머를 타격 해머(230)로 통칭한다.
다음으로, 도 11은 본 발명에 따른 확공 장치에 포함되는 제2 실시 예의 확공 타격 수단을 나타내는 단면도로서, 상기한 제1 실시 예와 달리, 제2 유체압력 주입구(212)는 생략되고, 피스톤(240)과 스토퍼(250) 사이에 탄성 수단(260)이 개재되어 구성될 수 있다.
이러한 탄성 수단(260)은 나선형 압축 스프링으로 구성될 수 있으며, 유체압력이 감소하는 경우, 탄성 수단(260)인 스프링의 복원력으로 피스톤(240)을 밀어서 타격 해머(230)가 후방향으로 이동하도록 한다.
또한, 도 12는 본 발명에 따른 확공 장치에 포함되는 제3 실시 예의 확공 타격 수단을 나타내는 단면도로서, 압력 실린더(210)의 중심을 기준으로 양측에 확공비트(220)와 타격 해머(230)와 피스톤(240) 및 스토퍼(250)가 좌우 대칭되게 구비되어 구성될 수 있다. 여기에서, 좌우 대칭되게 구비된다는 의미는 확공비트(220)와 타격 해머(230)와 피스톤(240) 및 스토퍼(250)가 압력 실린더(210)의 센터라인(좌우로 나누는 중심라인)을 기준으로 일측과 타측에 각각 구성된다는 의미이다.
이때, 제1 유체압력 주입구(211)는 압력 실린더(210)의 중앙부에 형성되고, 제2 유체압력 주입구(212)는 각각 피스톤(240)과 스토퍼(250) 사이에 형성된다. 본 발명에서 상기 제1 유체압력 주입구(211)와 제2 유체압력 주입구(212)를 통한 유체압력의 압력 크기를 달리하여 타격 해머의 전진과 후퇴를 제어함으로서, 확공 종료 후 상기 확공비트가 천공홀의 내벽에 닿지 않도록 그 확공비트가 장착된 타격해머를 그 후단 방향으로 후퇴시키며, 이러한 제1 유체압력 주입구(211)와 제2 유체압력 주입구(212)를 통한 유체압력의 제어는 후퇴수단으로서 기능을 한다.
이와 같이 구성되는 제3 실시 예의 확공 타격 수단은, 양방향으로 타격하여 지반 또는 암반을 분쇄할 수 있다.
다음으로, 상기 확공 타격 수단(100)의 타격 방향을 제어하도록 구성되는 동작 구동 수단(300)에 대하여 도 13을 참조하여 상세히 설명한다.
도 13은 본 발명에 따른 확공 장치에 포함되는 확공 타격 수단에 동력을 제공하기 위한 동작 구동 수단의 전체 구성을 개략적으로 나타내는 도면으로, 상기 동작 구동 수단(300)은, 지상에 구비되는 지지구조체(341) 위에 구동 모터(333)와 스위벨(343)을 구비하고, 구동 모터(333)의 기어(332)와 로드(344)의 상단부의 기어(331)를 연결하여 로드(344)를 회전시키면서 로드 내부의 연통로를 통해 유체압력을 공급하도록 구성된다. 도 15의 실시예에서는 동력 전달을 위해 구동 모터의 기어(333)와 로드 상단부의 기어(331)가 직접 접촉하는 베벨기어를 나타내고 있으며, 스프라켓과 체인을 이용할 수 있고 벨트를 이용할 수도 있으며 다양한 형태의 기어 역시 동력 전달에 활용 할 수 있다.
다시 말해서, 상기 동작 구동 수단(300)은 지상에 구비되는 지지구조체(341)에 구비되어 연속 또는 단속 회전력을 제공하는 구동 모터(333)와, 상기 지지구조체(341)에 구비되며 하기 로드(344)에 유체압력을 공급하도록 구성되는 스위벨(343), 및 상단부가 상기 스위벨(343)의 하부에 연결되고 하단부는 장치 하우징의 상단의 연결 블록체(120)에 결합되는 로드(344)를 포함하여, 상기 로드(344)를 회전시키면서 공압 컴프레셔 혹은 수압 컴프레셔를 통해 제공되는 유체압력이 상기 로드 내부의 연통로를 통해 공급되도록 구성된다. 도면에서 원문자 'S'는 스위벨(343), 'M'은 구동 모터(333), 'F'는 로드(344)를 나타낸다.
상기 로드(344)는 파이프 형태로 천공홀의 깊이에 맞게 연장하여 활용할 수 있도록 연결하고, 그 최하부는 장치 하우징(100) 상단의 연결 블록체(120)에 결합된다.
상기 스위벨(343)은 무한 회전 혹은 적어도 360도 양방향 왕복회전 가능하고 유체압력을 전달할 수 있게 구성된다.
도면부호 345는 온/오프밸브이고, 346은 온/오프밸브(345)를 우회하여 병렬 연결되는 우회배관이다. 상기 우회배관(346)에는 공급되는 유체의 압력을 일정 압력으로 강하시키는 레귤레이터(347)와 역류방지밸브(348)를 구비하여, 상기 온/오프밸브(345)의 개방과 차단을 통해 타격해머의 작동 및 전진과 후퇴를 제어하게 된다.
상기한 본 발명에서, 공압을 유체압력으로 이용하는 타격해머는 에어 해머를 이용하는 경우 통상 에어해머 내부의 마찰 저감을 위해 공압 컴프레셔에서 나오는 공기에 약간의 윤활유를 주입하여 에어해머에 공급하게 되는데, 통상적으로 이용하는 오일러를 이용하거나 공압 컴프레셔와 스위벨 사이의 배관에 펌프에서 공급되는 윤활유를 강제 주입하는 주입구를 구비하는 것이 가능하다. 이때 윤활유를 주입하는 펌프의 토출 압력은 공압 컴프레셔에서 공급되는 압축공기의 압력 보다 커야 하고, 이러한 펌프를 이용한 윤활유의 주입은 전체 시스템의 부피를 줄이고 제어를 용이하게 하는 장점이 있다.
다음으로, 본 발명에 따른 확공 장치를 이용한 확공말뚝 시공 방법에 대하여 설명한다. 도 14는 본 발명에 따른 확공 장치를 이용한 확공말뚝 시공 방법에서 확공 전후의 천공홀을 나타내는 단면도이고, 도 15는 본 발명에 따른 확공 장치를 이용한 확공말뚝 시공 방법에 의해 시공된 확공 말뚝을 나타내는 단면도이다. 도 14의 (a)는 일반적인 천공홀이 형성된 단면이며, (b)는 높이를 조정하면서 여러번 반복 확공하여 확공된 부분이 비슷한 직경으로 확공된 단면이며, (c)는 요철을 가지도록 확공한 단면을 나타내고 있다. 도 14의 (a)는 일정한 직경으로 확공된 확공말뚝의 단면이며, (b)는 요철을 가지도록 확공된 확공말뚝의 단면이다. 도 14의 (a)와 같이 일정한 직경으로 확공된 경우 선단지지력이 증가하고, (b)와 같이 요철을 가지도록 확공된 경우는 마찰지지력이 급격히 증가하여 말뚝의 성능이 향상된다.
본 발명에 따른 확공 장치를 이용한 확공말뚝 시공 방법은, 굴착 지반의 천공 하단부의 직경을 확장시키기 위한 확공말뚝 시공 방법으로서, 상기한 확공 장치를 확공할 천공홀 하부에 위치시키는 제1 단계; 천공홀의 중심축을 중심으로 확공 장치를 연속적 혹은 단속적으로 회전시키고, 확공 장치의 압력 실린더에 유체압력을 공급하여 타격 해머를 천공홀 내벽 방향으로 전진시키면서 유체압력에 의해 작동하는 타격 해머의 타격으로 확공비트가 천공홀의 내벽을 분쇄하여 직경을 넓히는 제2 단계; 타격 해머를 천공홀 내벽에서 멀어지는 방향으로 후퇴시키는 제3 단계; 확공 장치를 천공홀 외부로 이동하는 제4 단계; 및 천공홀에 주입재(예를 들면, 시멘트 밀크, 몰탈, 콘크리트 등의 경화성 재료)를 주입하는 제5 단계;를 포함한다.
상기 제1 단계는, 천공 장비의 천공 비트를 이용하여 지반에 소정의 깊이까지 천공하고, 천공비트를 회수한 다음, 앞서 동작 구동 수단의 설명에서 설명한 바와 같이 천공 장비 자체, 또는 지지 구조체와 로드를 통해 확공할 위치에 위치되게 된다.
여기에서, 상기 제1 단계 이전에, 상부의 연약한 지반에서 공벽 붕괴를 방지하기 위한 케이싱이 설치된 후 실행될 수 있다.
또한, 제1 단계 및 제3 단계는 천공홀 내부에서 확공 장치의 상하 이동을 위하여 타격해머를 후퇴시킨 상태에서 이루어지는데, 타격 해머를 후퇴시켜서 확공 비트가 천공홀 내벽에 닿지 않은 상태에서 이루어진다.
상기 제2 단계는 확공 장치의 높이를 다르게 설정, 즉 높이 조절 수단의 조절을 반복하여 확공하도록 이루어진다. 또한, 일 실시 예에서는 천공 장비의 로드를 상하 이동하여 높이 조절이 가능하고, 다른 일 실시 예에서는 동작 구동 수단(300)의 인양수단을 이용하여 지지 프레임(310)의 높이를 조정할 수 있으며, 도 20에서와 같은 지지구조체(341)에 연결되는 로드(344)의 길이를 조정함으로써 직접 천공하는 확공비트(220)의 높이를 제어할 수 있다.
여기에서, 상기 제2 단계는 각각 다른 높이에서 복수의 확공을 실시하여 도 14의 (b)에 나타낸 바와 같이 천공홀 하부의 단면이 요철을 형성하도록 확공할 수 있고, 여러번 반복 확공하여 도 14의 (a)와 같이 단면이 일정하게 확공할 수 있다.
또한, 상기 제2 단계는 확공 타격 수단을 단속적으로 회전시켜서 실행될 수 있는, 이 경우 타격 해머를 후퇴시킨 상태에서 일정 각도 회전시킨 후 타격 해머를 작동하여 확공 비트가 천공홀 내벽을 확공하는 과정을 반복하도록 이루어진다.
또한, 상기 제2 단계는 확공 타격 수단을 연속적으로 회전시키면서 실행될 수 있는데, 확공 타격 수단의 연속적 회전은 확공 타격 수단을 일정 속도로 연속적으로 회전시키면서 동시에 타격 해머를 작동하여 확공 비트가 천공홀 내벽을 확공하도록 한다.
상기한 단계에서 확공 타격 수단은 상하 이동과 회전함에 있어 앞서 설명한 마찰저감수단(600)에 의해 천공홀 내벽에 대한 마찰을 줄이게 된다. 특히, 확공 이전의 선행 천공홀 작업에서 수직도의 허용오차로 인하여 장치하우징(100)의 하단이 천공홀 내벽에 접촉하여 상하 혹은 회전 이동 시 마찰에 의해 여러 부재가 손상을 입는 것을 방지할 수 있다.
한편, 본 발명의 확공 말뚝 시공 방법은, 상기 제4 단계와 제5 단계 사이에, 천공홀의 하부에 남아있는 슬라임을 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명은 천공된 지반을 확공하는 확공 장치 및 이를 포함하는 설비에 적용할 수 있다.

Claims (9)

  1. 굴착 천공홀 하단부의 직경을 확장시키기 위하여 이용되는 확공 장치로서,
    장치 하우징;
    상기 장치 하우징에 구비되며, 유체압력을 구동원으로 전후 선형 동작하는 타격 해머의 타격으로 천공홀 내벽을 확공하도록 구성되는 하나 이상의 확공 타격 수단; 및
    상기 확공 타격 수단에 유체압력을 제공하며, 확공 타격 수단의 타격 위치를 제어하도록 구성되는 동작 구동 수단;을 포함하고,
    상기 확공 타격 수단은, 하나 이상의 유체압력 주입구가 형성되는 압력 실린더와, 상기 압력 실린더에서 선형 이동 가능하게 구비되고, 단면에 복수의 초경버튼을 갖는 단부가 상기 압력 실린더의 일단부에서 외측으로 노출되며, 하기 타격 해머의 일단부에 구비되는 확공비트, 및 상기 압력 실린더의 내부에 선형 이동 가능하게 구비되고, 상기 하나 이상의 유체압력 주입구를 통하여 작용하는 유체압력으로 전후 선형 이동하여 상기 확공비트를 타격하는 타격 해머와, 상기 타격 해머의 타단부에 구비되는 피스톤을 포함하고,
    상기 압력 실린더와 확공비트에 구비되어 상기 확공비트의 회전을 방지하며, 상기 타격 해머의 전후 이동은 허용하도록 구성되는 확공비트 회전방지수단을 더 포함하며,
    상기 확공비트 회전방지수단은, 상기 압력 실린더의 일단부에 구비되고, 내측에서 상기 타격해머가 전후 선형이동가능하게 지지되는 센트럴라이저와, 상기 센트럴라이저의 일단부 외면에 형성되는 하나 이상의 키홈과, 상기 확공비트의 외면에 형성되는 고정부, 및 일단부는 상기 키홈에 구비되고, 타단부는 상기 고정부에 고정되는 회전방지키를 포함하는 것을 특징으로 하는
    확공 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 확공 타격 수단은, 상기 압력 실린더에 구비되어 상기 타격 해머의 전진 이동 거리를 제한하는 스토퍼, 및 상기 피스톤과 스토퍼 사이에 개재되어 구비되는 탄성 수단을 더 포함하며,
    상기 하나 이상의 유체압력 주입구는 상기 압력 실린더의 타단부에 형성되는 단일의 유체압력 주입구로 이루어지며, 상기 유체압력 주입구로 주입되는 유체의 압력이 높아지면 타격 해머를 압력실린더의 일단으로 전진시키고, 상기 유체압력 주입구로 주입되는 유체압력의 압력이 낮아지면 탄성수단의 복원력에 의해 타격해머를 압력실린더의 타단으로 후퇴시키도록 이루어지는 것을 특징으로 하는
    확공 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 확공비트는,
    초경버튼이 구비되는 측의 면을 정면에서 바라볼 때 세로방향의 중앙부가 양측보다 상대적으로 돌출되게 형성되는 것을 특징으로 하는
    확공 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 타격 해머의 타격과 타격이 멈춘 상태에서 상기 장치 하우징의 단속적인 일정각 회전을 반복하되, 상기 확공비트는 상하부가 수평적으로 잘린 원형 형상 혹은 사각 블록 형태로 구비되어, 말뚝 중심축을 중심으로 회전각도에 따른 확공된 돌기의 단면 형상이 일정하도록 하는 것을 특징으로 하는
    확공 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 확공비트는,
    천공할 벽면을 향하는 측의 상단과 하단이 평행하게 형성되어 확공된 벽면의 상단과 하단이 평행하게 천공되도록 이루어지는 것을 특징으로 하는
    확공 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 동작 구동 수단은,
    상기 장치 하우징의 상단부에 구비되고, 하기 로드에 착탈 가능하게 결합되며, 압력유체를 제공받는 연통로가 형성된 연결 블록체;
    지상에 구비되는 지지구조체에 구비되어 연속 또는 단속 회전력을 제공하는 구동 모터;
    상기 지지구조체에 구비되며 하기 로드에 유체압력을 공급하도록 구성되는 스위벨; 및
    상단부가 상기 스위벨의 하부에 연결되고 하단부는 상기 장치 하우징의 연결 블록체에 결합되는 로드;를 포함하여,
    상기 로드를 회전시키면서 공압 컴프레셔 혹은 수압 컴프레셔를 통해 제공되는 유체압력이 상기 로드와 연결 블록체의 연통로를 통해 상기 장치 하우징 측으로 공급되도록 구성되는 것을 특징으로 하는
    확공 장치.
  7. 굴착 지반의 천공 하단부의 직경을 확장시키기 위한 확공말뚝 시공 방법으로서,
    청구항 1에 따른 확공 장치를 확공할 천공홀 하부에 위치시키는 제1 단계;
    천공홀의 중심축을 중심으로 확공 장치를 연속적 혹은 단속적으로 회전시키고, 확공 장치의 압력 실린더에 유체압력을 공급하여 타격 해머를 천공홀 내벽 방향으로 전진시키면서 유체압력에 의해 작동하는 타격 해머의 타격으로 확공비트가 천공홀의 내벽을 분쇄하여 직경을 넓히는 제2 단계;
    타격 해머를 천공홀 내벽에서 멀어지는 방향으로 후퇴시키는 제3 단계; 및
    확공 장치를 천공홀 외부로 이동하는 제4 단계; 및 천공홀에 주입재를 주입하는 제5 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는
    확공말뚝 시공 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1 단계 이전에, 상부의 연약한 지반에서 공벽 붕괴를 방지하기 위한 케이싱이 설치된 후 실행되고,
    상기 제1 단계 및 제3 단계는 천공홀 내부에서 확공 장치의 상하 이동을 위하여 타격해머를 후퇴시켜 확공 비트가 천공홀 내벽에 닿지 않은 상태에서 이루어지며,
    상기 제4 단계와 제5 단계 사이에, 천공홀의 하부에 남아 있는 슬라임을 제거하는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는
    확공말뚝 시공 방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 제2 단계는 상기 확공 장치의 높이를 다르게 설정하면서 실행되며,
    상기 제2 단계에서 상기 확공 장치의 단속적 회전은 타격 해머를 후퇴시킨 상태에서 일정각도 회전시킨 후 타격해머를 작동하여 확공비트가 천공홀 내벽을 확공하는 과정을 반복하는 것을 특징으로 하는
    확공말뚝 시공 방법.
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