KR900005913B1 - 기초 말뚝 및 그 공법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

기초 말뚝 및 그 공법

제1도는 기초 말뚝을 박아 넣은 상태를 나타낸 단면도.

제2도는 심봉(芯棒)으로 말뚝의 헤드부를 쳐서 내린 상태를 나타낸 단면도.

제3도 내지 제5도는 말뚝끝과 헤드 사이를 절삭 장치로서 공동(空洞)으로 절삭하는 과정을 나타낸 단면도.

제6도는 공동내를 탐측하고 있는 상태를 나타낸 단면도.

제7도는 골조가설을 대략적으로 나타낸 단면도.

제8도는 가압파이프(H)를 삽입한 상태를 나타낸 단면도.

제9도는 콘크리이트 주입에 따라 철근 콘크리이트가 원추형으로 형성된 상태를 타나낸 단면도.

제10도 및 제11도는 토질 안정제 및 모르타르의 주입 상태를 각각 나타낸 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

P : 말뚝 본체 H : 회전체

10 : 말뚝(pile)헤드 11 : 심봉

12 : 회전체 13 : 절삭부재

14 : 둘레벽 15 : 모래자갈

16 : 공동 17 : 초음파장치

18 : 골조 19 : 관출구

20 : 콘크리이트부 21 : 거친땅

22 : 모르타르

본 발명은 하단을 원추형으로 부풀어지게 한 기초 말뚝 및 그 공법에 관한 것으로서, 특히 P.C(Prestressed Concrete) 말뚝을 흙속에 박아 넣은 뒤 그 하단에 큰 원추형상의 콘크리이트체를 형성시키고, 아울러 주위의 거친땅을 굳어지게 하며, 모르타르를 주입하여 지반을 안정시키는 기초 말뚝 및 그 공법에 관한 것이다.

종래로부터 말뚝 기초의 문제로서 지지말뚝을 땅속에 박아 넣는 일과 경질토층(硬質土層)에 정착시키는 일이 설계자의 가장 큰 고민거리였다.

이 기초 공사에 앞서 보오링(boring)으로 표본 추출 및 관입(貫入) 시험 등을 병행한 토질조사를 행하여 말뚝의 정착점을 결정해왔지만, 문제가 되는 것은 그 위치의 선택이다.

즉, 상부 건축물을 지지하고 침하를 방지하기 위해서는 견고한 경질토층이 무엇보다도 바람직하지만, 이러한 토층은 장소에 따라서는 지하 수십미터, 심지어는 100미터 이하의 깊이로 감추어져 있기 때문에 시공이 곤란하고 공사비가 많이 들기 때문에 흔히 말뚝수를 증가시켜 지표면에 가까운 아경질토층(亞硬質土層)을 채택하여, 부득이한 경우에는 지지력 qa값이 비교적 작은 연질토층을 선택해야 하는 실정이었다.

또, 지지말뚝은 하중이 거의 말뚝의 앞끝에서 지지되는 것이므로, 말뚝하단이 경질인 지면에 도달해야 할 것이지만, 견고한 경질 지반이라면 몰라도 사질층(砂質層) 또는 사질점토층을 부득이 선택하게된 경우에는 말뚝 끝부분 지지면의 흙의 허용지지력 qa값 이하로 하기 위하여 말뚝수와 말뚝지름을 늘리는 것이 도모되었다.

그런데, 이것은 재료비와 공사비가 증대되어 채산성이 맞지 않는 것은 물론이며, 과도하게 말뚝을 치는 충격과 선회진동으로 말뚝 둘레면의 흙의 조직을 교란시켜서 기초의 침하, 심지어는 부동침하(不同沈下)를 초래하는 원인이 되기도 하였었다.

또한, 말뚝 기초의 설계에 있어서, 말뚝 앞끝 지지면의 흙의 허용지지력 qa값에 적합한 말뚝수와 지름이 필요하고, 또한, 말뚝재질의 지지력 허용한도내에서 말뚝수가 적절하게 설계되어, 바꾸어 말하면 말뚝의 지지력 허용한도내에서 말뚝이 충분히 이용되는 것이 바람직하다.

그러나, 실무적으로는 양자를 함께 만족시키는 것은 매우 어렵고 자칫하면 말뚝 지지면이 낮은 지지력 qa값 때문에 말뚝의 지지력을 충분히 살릴 수 없는 실정이었다. 이것은 재료의 낭비를 초래하므로 장차 해결되어야 할 과제이다.

또한 종래부터 쓰여지고 있는 항타기로 직접 흙으로 박아 넣는 P.C 말뚝 및 강철 말뚝과 선회식 절삭장치로 보오링하여 흙속에 기둥모양의 구멍을 형성시켜 거기에 콘크리이트를 주입하여 말뚝을 성형시키는 현장제작 콘크리이트 말뚝과, 일단 강관을 흙속에 박아넣고 그것을 뽑아내면서 교체하여 그 공간을 콘크리이트 모르타르로 메워서 성형시키는 현장제작 공법의 하나인 받침대형(pedestal) 말뚝의 재질 및 그 말뚝을 박아 넣는 공법에 있어서는 다음과 같은 문제점을 들 수 있다.

즉, 첫 번째로는, 기초 말뚝의 최대의 목적은 상부로부터의 하중을 지반내의 일정깊이까지 전달시키는데 있다. 이 때문에 지지면의 지내력이 문제가 되며 지지면의 위치를 잘 선택해야 하는 것은 전술한 바와 같다.

여기에 지표면에 가까운 아경질토층을 부득이 선택한 경우 말뚝 및 강철 말뚝의 기초가 기초 공학상 반드시 피어(pier) 기초보다 우수하다고 할 수 없는 것은 말뚝의 지름이 물리적으로 한정되어 지지면에 하중이 점(點)으로써 작용하므로 피어 기초 보다 침하 혹은 부동침하를 일으키기 쉽기 때문이다.

또한 두 번째로는, 전술한 기초 말뚝은 콘크리이트 구근(球根)의 형성에 의해 작용면을 면형상으로 한 것을 특징으로 하지만 오히려 전술한 결점을 보충하기 위해서라기보다는 현장제작 콘크리이트 말뚝의 깊이가 제한되므로 허용 지지력 qa값이 작은 지지토층에 대응할 수 있도록 하기 위하여 말뚝 하단부를 구근형상으로 형성시킨 것이라고 생각되고 또, 말뚝자체의 지지력에도 제한이 있으므로, 경제적인 점을 제외하고는 큰 하중을 지탱하기에는 바람직한 것은 아니다.

본 발명은 전술한 바와 같이 결점 내지는 전술한 적당치 못한 점을 해소하기 위하여 제안되어진 것이다. 즉, 본 발명의 목적은 말뚝 하단부를 큰 원추형상의 콘크리이크체로 형성시켜 지지면의 지지압을 감소시키는 기초 말뚝 및 그 공법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 토질안정제 및 모르타르를 주입하여 지반주위의 거친땅을 굳게하는 일 및 말뚝 둘레면과 지반의 밀접화에 따른 지반의 지지력 및 마찰력을 증대시키는 기초 말뚝 및 그 공법을 제공하는데 있다.

그래서 본 발명은 코어(core)가 중공체이고 하단에 착탈이 가능한 가운데가 빈 원추형 말뚝헤드가 붙은 P.C 말뚝을 소정을 지반에 박아넣고, 심봉으로 말뚝헤드를 말뚝 본체로부터 분리하여 거의 말뚝 및 2m 정도인 곳까지 쳐내리고, 이어서 말뚝의 중공 부분을 통해 절삭 장치를 삽입하고, 그 장치의 회전축에 연계부착된 여러개의 강인한 가요성 코오드(cord)로 된 절삭부재를 말뚝헤드 상부부근에서 회전축의 고속회전에 따라 원심 회전시켜서 흙 둘레벽을 절삭한다.

그리고 물을 주입하여 절삭 작업을 보조하는 동시에 깎여진 흙을 수화(水化) 졸(sol) 형태로 형성하여 흡출펌프로 말뚝 밖으로 흡출시키면서 졸(sol)화 하지 않는 모래자갈을 아래쪽으로 침하시킴에 따라 말뚝 하단에 거의 원형의 공동을 형성하고, 철근 및 앵글을 조립하여서된 철재의 골조를 전술한 공동으로 끼워 넣고 공동 안에서 확장시켜 가설한 다음 가압 파이프를 병용하여 공동에 콘크리이트 모르타를 충전시키고 최후에 소정의 양생시간이 경과한 후 콘크리이크 모르타르가 응결하여 콘크리이트가 원추형으로 형성되었을 때 전술한 가압 파이프로 토질 안정제를 말뚝 및 혹주변의 거칠은 땅에 기압 주입하여 굳어지게 하고 그 위 모르타르로 하단부에서 윗쪽으로 가압 주입하여 주변의 틈새를 메워서 안정된 지반이 되도록 하는 것을 특징으로 하는 것이다.

전술한 기초 말뚝은 원형 콘크리트에 형상, 바람직하게는 부채꼴의 원추형상 또는 벨(bell) 형상이며, 그 제작 방법으로는 회전축에 부착된 절삭용 가용성 코오드의 길이를 적절히 조절함으로써 행해진다.

전술한 및 다른 목적과 특징은 그 실시예에 따라서 첨부 도면을 참조하여 설명하므로써 가일층 명확해질 것이다.

제1도 및 제2도에 있어서, "P"는 코어가 중공인 말뚝 본체, "10"은 말뚝본체(P) 하단에 착탈가능하도록 부착된 가운데가 빈원추형 말뚝헤드로서 이 말뚝을 항타기로 직접 소정의 지반에 박아넣은 후 말뚝헤드를 분리하기 위하여 심봉(11)을 통해서 헤머로 계속하여 말뚝헤드(10)를 타격한다.

제3도에 있어서 타격된 말뚝헤드(10)는 말뚝본체(P)에서 떨어져서 말뚝아래 2m 정도에 정착된다. "12"는 앞끝 부분이 회전체로서 와이어 로우프 군으로된 절삭부재(13)가 연계 부착된 둥근막대 형상의 절삭장치로, 말뚝의 중공 부분을 통해 말뚝헤드(10) 상부부근에 삽입된다.

"I"는 절삭장치가 회전할 수 있도록 지지하는 안정기이다. 제4도 및 제5도에 있어서, 아래로 내려간 만큼 코오드를 길게 한 절삭부재(13)를 전술한 절삭장치(12)의 회전축의 고속회전에 따라 원심 회전시킴으로써 흙 둘레벽(14)을 절삭파쇄힌다.

그리고, 물을 주입하여 절삭작업을 보조하는 동시에 절삭된 흙은 수화졸 형태로 형성시켜 이것들을 흡출펌프(도시하지 않음)로 말뚝 바깥으로 흡출시키면서 졸화하지 않는 모래자잘을 아래쪽(15)으로 침하시켜 각 와이어 로우프의 길이를 반지름으로 한 아래쪽이 큰 원추형상의 공동(16)을 형성한다.

제6도 및 제7도에 있어서, "17"은 초음파 장치로서, 전술한 절삭장치를 꺼집어 낸 뒤 공동(16)내를 통하여 공동의 용적 및 형상을 탐측하기 위하여 사용된다.

"18"은 철근, 또는 앵글을 위쪽에서 파이프등을 통해서 조작하므로써 공동안에서 확장시킬 수 있는, 자유롭게 접어 구부리고 조립할 수 있는 철재 골조로서 접어 구부린 상태로 하여 말뚝의 중공부분을 통하여 전술한 공동(16)에 끼워 넣고 나서 제7도와 같이 우산형상으로 펴서 넓힌다.

제8도 및 제9도에 있어서, "H"는 수직으로 공동(16)의 구석에 끼워 넣어진 가압 파이프로서, 콘크리이트 모르타르 충전시, 관 출구(19)가 막히지 않도록 물로 가압 평형시킴으로써 이 관출구의 유통을 유지하면서 콘크리이트 모르타르를 가압파이프 주위의 중공체 코어를 통해 공동(16)에 가득히 충전한다.

제10도 및 제11도에 있어서, 사선부분은 공동(16)내에 가득하게 충전된 콘크리이트부(20)를 나타낸 것으로서 4 내지 5시간 경과후에는 응결되어 아래쪽이 큰 원추형의 콘크리이트체로 형성된다.

이때, 전술한 가압파이프(H)로부터 토질안정제를 말뚝 및 콘크리이트체 주위의 거친땅(21)에 가압 주입하여 굳어지게 하고 난 직후에 모르타르로, "22"의 「X」표시로 나타낸 바와 같이 하단부에서 윗쪽으로 가압하여 보내고 주위의 틈새를 충전한다.

이와 같이 전술한 공법에 따라 말뚝을 형성할 경우 말뚝 선단의 작용면이 점에서 면으로 되어 흙 지지면의 지지압이 감소됨에 따라 말뚝 수 또는 구경을 늘리는 일없이 기초 말뚝을 지표면 가까이의 아경질토층, 또는 연질토층에 정착시킬 수가 있게 되어 기초 건축비를 대폭 감소시키는 동시에 지반의 안전에 기여하게 된다.

또, 본 공법에 따른 기초말뚝은 종래의 말뚝과 현장제작 콘크리이트 말뚝의 장점을 겸한 것으로서, 종래의 말뚝이 지닌 높은 지지력이 유지됨과 동시에 현장제작 구근 말뚝의 선단부에 비해 복수배로 확대된 선단부를 지니므로 지지력이 낮은 지반에 비교적 적은 말뚝수로 비교적 큰 하중을 지지할 수 있다.

또, 강인한 가요성 코오드로된 절삭부재를 채택하고, 적절히 축회전시키도록함에 따라 벽이 용이하게 절삭되어 종래의 구근말뚝과 같이 말뚝하단의 지반상황에 제약을 받는 일이 없다.

또한, 말뚝 하단의 콘크리이트체에 철근 또는 앵글을 조립한 골조를 직접 끼워 넣을 수가 있으므로 콘크리이트체가 보강되어 견고한 기둥뿌리를 구성할 수 있게 되어 상부 하중의 전달기능을 향상시킨다.

또한, 가압관을 말뚝 하단의 공동의 구석 깊숙히 침투성이 좋은 모래자갈 사이에 끼워 넣을 수가 있으므로 토질 안정제 및 모르타르를 용이하게 주입하여 지반 주변의 모든 거친땅을 굳어지게 할뿐만 아니라 틈새를 충전할 수 있으므로 지반의 안정성이 크게 높아진다.

Claims (7)

1. 코어가 중공체인 P.C(Prestressed concrete) 말뚝을 박아 넣은 후 그 중공 부분을 통해 전술한 말뚝 반지름 치수보다도 길며 각각의 일단부가 회전축에 연계 부착된 강연한 가요성 코오드군으로 된 절삭부재로, 회전 원심력에 따라 말뚝하단 주변의 흙을 절삭 확장시켜 형성된 전술한 코오드의 길이를 반지름으로 하는 원형 공동에 콘크리이트 모르타르를 충전하여 하단이 혹형상으로 부풀어지게 형성된 것을 특징으로 하는 기초 말뚝.
2. 제1항에 있어서, 전술한 말뚝 하단의 형성부가 원추형상 또는 벨형상으로 형성된 것을 특징으로 하는 기초 말뚝.
3. 제1항에 있어서, 전술한 원형의 공동은 사전에 우산형상으로 펼쳐진 철재 골조가 공동내에 내설되어 철근 콘크리이트 구조로 되는 것을 특징으로 하는 기초 말뚝.
4. 코어가 중공체이고, 하단에 착탈이 가능한 중공체 원추형의 말뚝헤드가 부착된 P.C 말뚝을 소정의 지반에 박아넣고, 심봉으로 중공체를 따라 말뚝헤드를 말뚝본체로부터 분리시켜 말뚝아래 2m 정도인 곳까지 쳐서 내리고, 이어서 말뚝의 중공체 코어에 절삭장치를 삽입하여 그 회전축의 선단부를 따라서 다수의 강인한 가요성 코오드가 연계 부착된 절삭부재를 말뚝헤드 상부부근에서 회전축의 고속회전으로 원심회전시켜서 그 둘레벽을 절삭, 파쇄하는 한편, 물을 주입하여 절삭작업을 보조하는 동시에 절삭된 흙을 수화졸(sol) 형태로 형성시켜 이들을 흡출하여서 졸화 되지 않는 모래자갈을 아래쪽으로 침하시킴에 따라 말뚝 하단에 거의 원형의 공동을 형성하고, 철근 또는 앵글을 조립하여 된 철재 골조를 전술한 공동에 끼워넣고 확장 가설한 다음 가압파이프를 병용하면서 공동속에 콘크리이트 모르타르를 충전시키고, 소정의 양생시간이 경과된 다음, 콘크리이트 모르타르가 응결하여 원형의 콘크리이트체로 성형되었을 때 전술한 가압파이프를 통해 토질안정제를 말뚝 및 원형의 콘크리이트체 주변의 거친 땅으로 가압주입시켜 굳어지게 하고, 그후, 모르타르로 하단부에서 윗쪽으로 가압주입하여 주변의 틈새를 메워서 안정된 지반을 형성하는 것을 특징으로 하는 기초 말뚝 공법.
5. 제4항에 있어서, 전술한 절삭장치의 회전축 하단부에 연계 부착된 절삭부재의 코오드는 와이어 로우프로 되고, 소정의 원추형상에 따라서 말뚝 반지름의 치수보다 큰 길이로 하는 것을 특징으로 하는 기초 말뚝 공법.
6. 제4항에 있어서, 전술한 철근 또는 앵글을 조립하여된 철재 골조는 접어 구부리는 것이 자유롭게 유산형태로 조립되고, 전술한 원형 공동에 삽입될 때 접은 상태로 되어 삽입후에 본래의 우산형태로 펴서 넓혀지는 것을 특징으로 하는 기초 말뚝 공법.
7. 제4항에 있어서, 전술한 절삭부재의 코오드 길이를 아래쪽으로 내려갈수록 길게 되도록 적절히 조절함에 따라 원추형상 또는 벨 형상의 공동으로 형성하여 된 것을 특징으로 하는 기초 말뚝 공법.

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