교반날개형 천공케이싱 및 이를 이용하여 기초말뚝 구근을 형성하는 시공방법{Drilling casing and Pile system}
도 1은 본 발명 한 실시예의 케이싱의 단면도 도 2는 본 발명 한 실시예의 구근 형성과정을 나타낸 단면도 도 3은 본 발명 한 실시예의 구근의 정단면도 및 평단면도 도 4는 본 발명 한 실시예의 파일시공 시스템의 공정도 도 5는 본 발명 다른 실시예의 구근 형성과정을 나타낸 단면도 도 6는 본 발명 실시예들에 의해 형성된 구근의 실물 사진 도 7은 본 발명 실시예들에 의해 형성된 구근의 단면 사진 <도면의 주요부분에 대한 부호설명> 10 : 케이싱 11 : 가이드슈 12 : 홈 13 : 돌기 20 : 교반날개 30 : 노즐체 31 : 노즐 32 : 비트 40 : 가이드슈노즐 50 : 구근 51 : 외부구근 52 : 내부구근 60 : 보강재
본 발명은 연약지반에 시멘트밀크를 교반하여 기초말뚝 구근을 형성하는 시공방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 소형 천공장비의 케이싱으로 연약지반을 비배토 천공하면서 내부로 시멘트밀크를 주입하여 연약지반과 교반시켜 외부구근을 형성하고, 이후 케이싱 내부로 보강재를 투입한 뒤 케이싱을 분리시키면서 내부구근이 형성되도록 하되 상기 내,외부구근이 일체감 있게 결합되어 하나의 구근으로 완성되도록 함으로써, 별도의 PHC 파일을 박을 필요 없이 지상 구조물을 지탱시킬 수 있으므로 공사기간이 획기적으로 단축되는 교반날개형 천공케이싱 및 이를 이용하여 기초말뚝 구근을 형성하는 시공방법에 관한 것이다. 일반적으로 연약지반에 세워지는 구조물을 지탱시키기 위하여 기초말뚝을 시공하는 공법으로 마이크로 파일(Micro-Pile) 공법이 사용된다. 이는 연약지반 천공 후 공극 확보를 위해 케이싱을 넣고 상기 케이싱 내부에 보강재와 시멘트밀크를 주입하여 구근을 형성한 뒤, 상기 케이싱 외부로 시멘트밀크를 재차 주입하여 토사와 상기 케이싱이 결합되도록 하는 공법이다. 그러나 상기 케이싱을 제거하지 않는 공법이므로 케이싱 외부의 연약지반 과 내부의 구근이 서로 분리되어 주변 마찰력이 떨어지는 단점이 있었다. 케이싱으로 연약지반을 천공한 뒤 내부로 PHC 파일을 설치하고 상기 PHC 파일과 연약지반 사이 공간을 시멘트밀크로 채운 뒤 상기 PHC 파일을 암반까지 박아 보강하는 SIP공법도 사용되고 있으나, 이것은 PHC 파일을 공장에서 미리 제작 운반한 뒤 적재 보관해야 되므로 장소를 많이 차지하고 운반 물류비가 증가되며, PHC 파일을 수직으로 세워 박기 위한 별도의 장비가 투입되어야 하므로 시공비가 증가되는 등의 단점이 있었다. 그리고 그라우트 분사 방법으로 구근을 확장하여 전단강도 증진 및 인장력이 증가되도록 하는 공법(JSP : Jumbo Special Pile)이 사용되고 있으나, 이는 사면이나 절취면을 보강하는 공법이므로 기초말뚝용으로 적합하지 않으며, 장비가 두 대 들어가 시공함으로 복잡하고, 시공에 많은 기술을 요하며 불량률이 높아 시공비가 증가되는 등의 단점이 있었다.
본 발명은 종래의 문제점을 감안하여 개발한 것으로서, 본 발명의 목적은 기존에 사용되는 소형장비의 천공용 케이싱 외부에 교반날개를 장착하여 연약지반을 천공하면서 상기 케이싱 상단부로부터 시멘트밀크를 주입하여 토사와 직접 비배토 교반으로 외부구근이 형성되도록 하고, 천공 후 상기 케이싱 내부로 보강재를 투입한 뒤 상기 케이싱을 빼내면서 시멘트밀크를 내부로 주입하여 내부구근이 형성되도록 하되 상기 내,외부구근이 교반에 의해 일체감있게 결합되어 하나의 PHC 파일형 구근이 형성되도록 한 교반날개형 천공케이싱 및 이를 이용하여 기초말뚝 구근을 형성하는 시공방법을 제공함에 있다. 본 발명의 다른 목적은 시멘트밀크의 물/시멘트비를 지반 조건에 따라 달리하며 경우에 따라 급결용 혼화재를 사용하여 공벽의 붕괴를 방지하면서 지중의 구 근 형성이 가능하도록 한 교반날개형 천공케이싱 및 이를 이용하여 기초말뚝 구근을 형성하는 시공방법을 제공함에 있다. 본 발명의 또 다른 목적은 외부 구조물의 하중조건에 따라 중공상의 소일네일, 앵커 강선, 철근 및 FRP 재료로 상기 보강재를 구성하거나 또는 철근 망 이나 강봉 등을 매입시켜 원하는 압축강도가 발생되도록 한 교반날개형 천공케이싱 및 이를 이용하여 기초말뚝 구근을 형성하는 시공방법을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 외부에 교반날개가 형성된 소형장비의 케이싱으로 연약지반을 천공하면서 내부로 시멘트밀크를 주입하여 상기 케이싱 외부로 토사와 직접 교반된 외부구근을 형성하고, 소요 깊이까지 천공 하면 상기 케이싱 내부로 보강재를 투입한 뒤 상기 케이싱을 역회전시켜 뽑으면서 시멘트밀크를 주입하여 상기 외부구근과 직접 교반 결합된 내부구근을 형성하여 상기 내,외부구근이 일체화된 하나의 구근이 지중에 형성되도록 한 특징이 있다. 이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면에 따라 상세히 설명하면 다음과 같다. 도 1은 본 발명 한 실시예의 케이싱의 단면도 이고, 도 2는 본 발명 한 실시예의 구근 형성과정을 나타낸 단면도 이며, 도 3은 본 발명 한 실시예의 구근의 정단면도 및 평단면도 이다. 본 발명 한 실시예는 일반적으로 사용하는 소형 천공장비의 케이싱(10)을 사용한다. 따라서 별도로 천공장비를 구축할 필요가 없으므로 경제적이다. 상기 케이싱(10)은 하단 외부에 교반날개(20)를 다단으로 장착한다. 이때 교반날개(20)들의 반경은 동일하게 형성되며, 연약지반에 세워지는 구조물의 하중을 지탱할 수 있는 구근이 형성되도록 상기 교반날개(20)의 반경이 결정된다. 본 발명 한 실시예는 300mm 이하의 소형 구근(50)의 형성에 적합한 것으로서, 케이싱(10) 역시 작은 직경의 것을 사용하면 되므로 소형 천공장비를 이용하여 지반을 비배토 천공할 수 있다. 상기 케이싱(10)의 하단에는 토사의 내부 유입을 막는 가이드슈(11)가 결합된다. 상기 가이드슈(11)는 상기 케이싱(10)에 형성된 홈(12)에 끼워지는 돌기(13)가 구비된 것으로 상기 케이싱(10)이 정회전되는 동안 이들이 결합되고, 역회전되면 상기 돌기(13)가 홈(12)에서 빠져 상기 가이드슈(11)가 상기 케이싱(10)에서 분리되는 구성이다. 그리고 상기 가이드슈(11)의 저면에는 시멘트밀크를 토출시키는 가이드슈노즐(40)이 구비된다. 상기 케이싱(10)의 하단으로 다수개의 노즐(31)이 형성된 노즐체(30)가 구비된다. 상기 노즐체(30)는 상기 케이싱(10) 내부로 공급되는 시멘트밀크를 지반으로 토출시켜 지반과 직접 교반되도록 하는 역할을 하는 것으로서, 노즐체(30)의 저면에는 지반을 파해치는 다수개의 비트(32)가 서로 엇갈리게 형성된다. 이처럼 구성된 본 발명 한 실시예의 천공 및 구근 형성과정을 도 4를 참조하여 설명하면 다음과 같다. 먼저 천공장비에 상기 케이싱(10)을 장착한 뒤 연약지반에서 천공을 실시한다. 상기 케이싱(10)에는 하단으로 노즐체(30) 및 다수개의 교반날개(20)들이 형성 된 것이므로 연약지반을 뚫고 내부로 상기 케이싱(10)이 들어간다. 상기 케이싱(10)은 2m 내외의 길이를 갖는 것이므로 소요 깊이까지 천공하기 위하여 다수개의 케이싱을 핀으로 연결하면서 천공을 계속한다. 이때 연결되는 케이싱에는 가이드슈(11) 및 노즐체(30)가 형성되지 않은 단순 원통 파이프의 형태를 갖는 것이다. 상기 케이싱(10)들이 연결되어 연약지반 내부로 들어가는 동안 시멘트밀크를 주입하여 노즐(31) 및 가이드슈노즐(40)에서 토출되도록 한다. 이때 교반날개(20)들에 의해 토출된 시멘트밀크와 연약지반의 토사가 함께 혼합되면서 외부구근(51)이 형성된다. 원하는 깊이로 천공되면 상기 케이싱(10) 내부로 보강재(60)를 투입하여 선단의 가이드슈(11)와 결합시키고 상기 케이싱(10)을 천공할때의 반대방향으로 회전시킨다. 상기 보강재(60)를 누른 상태로 상기 케이싱(10)을 반대로 회전시키면 돌기(13)가 홈(12)에서 이탈되면서 가이드슈(11)가 케이싱(10)에서 분리된다. 이후 상기 케이싱(10)을 계속 상승 시키면서 시멘트밀크를 노즐(31) 및 가이드슈노즐(40)로 공급하면 외부구근(51)에서 상기 케이싱(10) 내부의 보강재(60) 쪽으로 시멘트밀크가 흐르면서 내부구근(52)이 형성된다. 이때 내,외부구근(52)(51)은 교반날개(20)들에 의해 계속 혼합되면서 섞이는 것이므로 내,외부구근의 구분 없이 하나의 일체감 있는 구근(50)이 형성된다. 본 발명은 지반 조건에 따라 물/시멘트비를 조절하고 급결용 혼화제를 사용하여 지중의 공벽 붕괴를 막고 원하는 구근을 신속하게 형성할 수 있다. 그리고 외부의 하중 조건에 따라 앵커강선, 소일네일, 철근 및 FRP재료로 인장력을 보강할수 있으며, 철근망 또는 일반 강봉을 매입하여 보강재로 활용할 수도 있다. 도 3은 본 발명에 의해 형성된 구근의 단면도 이고, 도 6은 실물사진으로써, 연약지반 내부에 PHC 파일 형태의 구근(50)이 형성된 모습을 볼수 있으며, 보강재(60)는 구근(50)의 중앙에 정확하게 위치됨을 알 수 있다. 도 5는 본 발명 다른 실시예의 구근 형성과정을 나타낸 단면도 로써, 본 발명 다른 실시예는 소형 천공장비로 직경 300mm 이상의 대구경 구근을 형성할 수 있는 방법에 관한 것이다. 본 발명 다른 실시예는 케이싱(10)의 하단에 반경이 서로 다른 교반날개(20)를 적층하여 천공직경이 점차적으로 커져서 소형장비로 원하는 직경의 대구경 구근을 만들 수 있도록 한 것을 제외하곤 상기 본 발명 한 실시예와 동일 구성을 갖는다. 이처럼 구성된 본 발명 다른 실시예는 천공하는 동안 다단으로 반경이 점차 커지는 교반날개(20)들에 의해 연약지반이 대구경 형태로 천공되며 이때 시멘트밀크를 주입하면 토사와 교반되면서 대구경의 외부구근(51)이 케이싱(10)의 밖으로 형성된다. 원하는 깊이로 천공되면 상기 케이싱(10) 내부로 보강재(60)를 투입하여 선단의 가이드슈(11)와 결합시키고 상기 케이싱(10)을 반대로 회전시키면서 시멘트밀크를 주입하여 상기 외부구근(51)과 함께 내부구근(52)이 형성된 대구경의 구근(50)이 완성된다.
이상에서와 같이 본 발명에 따르면 소형 천공장비의 케이싱을 이용하여 연약지반을 천공하면서 내부로 시멘트밀크를 주입하여 비배토하면서 지중의 토사와 시멘트밀크가 직접 교반에 의해 외부구근이 형성되도록 하고, 이후 케이싱을 반대로 회전 분리시키면서 다시 시멘트밀크를 주입하여 상기 외부구근과 결합되는 내부구근을 형성하여 하나의 구근이 완성되도록 함으로써, 별도의 PHC 파일을 지중에 박지 않고도 지상의 구조물을 받쳐주는 기초말뚝의 구근이 만들어지도록 한 특징이 있다. 따라서 PHC 파일을 작업장 주위에 적재할 필요가 없으므로 장소를 적게 차지하며, PHC 파일을 공장에서 제작한 뒤 운반하지 않아도 되므로 운송비를 절감할 수 있으며, 소형 천공장비를 그대로 사용하여 구근을 형성하므로 별도로 장비를 제작할 필요가 없는 경제적인 효과가 있다. 그리고 대구경의 구근을 형성할 때 별도의 대구경 케이싱으로 천공하지 않더라도 소형 구근에서 사용중인 케이싱에 다단으로 반경이 커지는 교반날개를 장착하면 대구경의 구근을 형성할 수 있는 등의 효과도 있다. |
