KR102287362B1 - 저유동 몰탈을 이용한 phc파일의 선단 확대 보강 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 저유동 몰탈을 이용한 PHC파일의 선단 확대 보강 방법에 관한 것이다.
본 발명의 저유동 몰탈을 이용한 PHC파일의 선단 확대 보강 방법은, 내부에 중공부(1)가 형성되어 있는 PHC파일(2)을 지중에 삽입하는 파일설치단계와; 하단에 천공비트(42)가 장착된 롯드(41)가 구비된 천공기(40)를 준비한 후, 지중에 삽입된 PHC파일(2)의 중공부(1)를 통해 천공기(40)의 롯드(41)를 삽입하여 PHC파일(2) 하단으로부터 소정의 깊이까지 천공하여 하부천공홀(50)을 형성하는 천공단계와; 상기 롯드(41)를 상기 천공기(40)와 분리하고, 상기 롯드(41)에 주입장치(60)를 연결한 후, 상기 주입장치(60)를 통해 슬럼프 값이 50mm 이하의 저유동성 주입재를 비배출형으로 압입 주입하여 PHC파일(2)의 하부에 원주 형상의 구근(70)을 형성하는 주입단계와; 상기 롯드(41)를 인발하는 롯드인발단계;를 포함하여 구성된다.
본 발명에 의해 PHC 파일에 별도의 강재로 된 선단 보강 기구를 구비하지 않고도 원할하게 PHC 파일의 선단을 확대 보강할 수 있게 된다. 보다 구체적으로, JSP 공법이나 DCM 공법과 같은 지반 개량 공법에서 지반 개량을 위해 교반날을 사용하거나, 고압의 에어 분사 등으로 인해 지반의 교란이 발생하는 것을 감안하여 마치 가래떡과 같은 저유동성의 몰탈을 비배출형으로 압입 주입함으로써 PHC말뚝 주변의 지반 교란을 억제할 수 있게 되고, 시멘트 페이스트가 PHC파일 선단 주변에 비배출형 압입 주입됨으로 인해 PHC파일 선단 주변의 흙을 압축 강화시켜 주변지반의 밀도를 증가시켜 기반암의 깊이가 60m를 초과하는 경우 해당 깊이까지 PHC파일을 삽입하지 않고도 우수한 선단지지력을 확보할 수 있게 되며, PHC파일 하단에 밀폐형 선단슈가 장착되고, 천공비트는 선단슈를 뚫고 지중을 굴착함으로써 주입재의 주입에 따른 압력이 PHC파일의 중공부를 통해 중공부 내부로 유입되는 것을 최소화하여 구근 및 주변 지반의 밀도가 높게 유지될 수 있게 된다.

Description

저유동 몰탈을 이용한 PHC파일의 선단 확대 보강 방법{Reinforcement method fot tip of PHC pile using loe fluidity mortar}

본 발명은 PHC파일의 선단 확대 보강 방법에 관한 것으로, 특히 PHC파일 내부로 저유동 몰탈을 비배출형으로 압입 주입하여 PHC파일의 선단부 주변 및 하부에 원주형상의 구근을 형성함과 더불어 주변부의 흙을 압축 강화하여 주변 지반의 밀도를 증가시키도록 한, 저유동 몰탈을 이용한 PHC파일의 선단 확대 보강 방법에 관한 것이다.

종래에 지반을 보강하기 위해 콘크리트파일 또는 강재파일 등의 기성재파일을 지반에 설치하는 경우에, 파일 선단부의 지반이 연약한 경우에는 파일의 선단지지력도 낮아서, 그만큼 단위 파일이 담당할 수 있는 지지력도 작으므로, 소요의 설계하중을 지지하기 위해서는 파일의 설치개수도 증대되거나 파일의 심도를 증대시켜야 함에 따라 시공비가 증대되는 문제점이 있다.

한편, 근래에 파일의 선단지지력을 증대시키기 위해, 미리 파일을 설치할 부위를 굴착하고, 굴착공의 선단부에 콘크리트, 몰탈 또는 소일시멘트 등의 그라우팅재를 주입하여 구근을 형성하고 그 위에 파일을 설치하는 파일공법이 사용되고 있다.

이와 같이 굴착공의 선단에 그라우팅 구근을 형성하는 하나의 방법으로, 굴착비트에 확장가능한 커터날을 장착하여, 먼저 굴착비트로 소정의 깊이까지 지반을 굴착한 후에, 커터날을 확장시키고 회전시켜서 굴착공 선단부 둘레에 확장된 절삭부를 형성하여 여기에 그라우팅재를 주입하는 방법(DCM 공법, deep cement mixing method)이 사용된다.

하지만, 이러한 공법을 적용하기 위해 설치되는 장비는 페이스트의 주입, 에어의 공급, 교반날개의 회전이 모두 이루어져야 하므로 매우 큰 대형 장비로 이루어지게 되며, 확장 가능한 커터날은 매우 복잡한 구조와 높은 강도를 유지해야 한다.

최근 "확대 구근이 형성된 복합 파일 시공 방법"(한국 등록특허공보 제10-2185255호, 특허문헌 1)이 공개된 바 있다.

상기 특허문헌 1의 경우 천공홀 내부에 파일 본체를 근입시킨 후, 파일과 천공홀 사이의 공간에 고화체를 형성하여 시공 중 고화체를 매개로 파일 본체를 천공홀 내벽에 주면 마찰력에 의해 고정하고, 파일 본체의 중공을 통해 제트크라우팅 장비를 통해 주입재를 고압 분사하여 파일 하부에 확대 구근을 형성하는 방법이 공개되어 있다.

특허문헌 1에서는 초고압의 압축공기가 파일 선단 주변 지반을 파쇄하도록 하는데, 이 과정에서 대량의 슬라임이 발생하게 되어 이 슬라임에 대한 별도의 처리 공정 및 비용을 필요로 하게 된다.

뿐만 아니라, 이 방법의 경우 대수층이 존치 시 시공 효과가 떨어질 뿐만 아니라, 고압 분사에 의해 단위 시멘트 투입이 과다하게 이루어져 시공 비용이 증가하는 문제점도 있다.

더욱이, 고압 분사에 의해 PHC 파일 하부 지반이 연약해지는 상태를 갖게 되어 분사된 페이스트가 굳기 전 PHC파일 주위 원지반의 교란으로 인해 변위가 발생할 우려가 있으며, 시멘트 사용으로 장심도 시공 시 개량제의 수축 변형이 발생하는 문제점까지 있다.

특히, 특허문헌 1과 같은 공법에서 제트 그라우팅을 실시하기 위해서는 파일의 하단이 개방된 상태를 취하게 되며, 이로 인해 파일 하부에서 고압으로 시멘트 페이스트가 주입되면서 파일의 중공부 및 그 하부의 구근이 형성되는 부분이 모두 무른 상태가 되어 파일 측면의 둘레를 천공홀 벽면에 고정시키지 않을 경우 시공 중 파일이 유동하게 되는 현상이 발생하게 되는 바, 파일 외측 둘레에 고화체를 시공하고, 이를 경화시키는 공정이 무조건적으로 진행되어야 하므로 공기가 길어지는 문제점도 있다.

이에 따라, PHC파일 선단에 몰탈 주입을 통한 확대 구근을 형성하여 PHC파일을 보강함에 있어서 시공시 원지반 교란을 최소화하여 PHC파일의 변형을 방지하고, 소형 장비로도 시공이 가능한 공법의 개발이 필요한 실정이라 하겠다.

KR 10-2185255 (2020.11.25)

본 발명의 저유동 몰탈을 이용한 PHC파일의 선단 확대 보강 방법은 상기와 같은 종래 기술에서 발생하는 문제점을 해소하기 위한 것으로, PHC 파일에 별도의 강재로 된 선단 보강 기구를 구비하지 않고도 원할하게 PHC 파일의 선단을 확대 보강할 수 있게 하려는 것이다.

보다 구체적으로, JSP 공법이나 DCM 공법과 같은 지반 개량 공법에서 지반 개량을 위해 교반날을 사용하거나, 고압의 에어 분사 등으로 인해 지반의 교란이 발생하는 것을 감안하여 마치 가래떡과 같은 저유동성의 몰탈을 비배출형으로 압입 주입함으로써 PHC말뚝 주변의 지반 교란을 억제하려는 것이다.

뿐만 아니라 시멘트 페이스트가 PHC파일 선단 주변에 비배출형 압입 주입됨으로 인해 PHC파일 선단 주변의 흙을 압축 강화시켜 주변지반의 밀도를 증가시켜 기반암의 깊이가 60m를 초과하는 경우 해당 깊이까지 PHC파일을 삽입하지 않고도 우수한 선단지지력을 확보할 수 있게 하려는 것이다.

아울러, PHC파일 하단에 밀폐형 선단슈가 장착되고, 천공비트는 선단슈를 뚫고 지중을 굴착함으로써 주입재의 주입에 따른 압력이 PHC파일의 중공부를 통해 중공부 내부로 유입되는 것을 최소화하여 구근 및 주변 지반의 밀도가 높게 유지될 수 있게 하려는 것이다.

본 발명은 상기와 같은 과제를 해결하기 위하여, 내부에 중공부(1)가 형성되어 있는 PHC파일(2)을 지중에 삽입하는 파일설치단계와; 하단에 천공비트(42)가 장착된 롯드(41)가 구비된 천공기(40)를 준비한 후, 지중에 삽입된 PHC파일(2)의 중공부(1)를 통해 천공기(40)의 롯드(41)를 삽입하여 PHC파일(2) 하단으로부터 소정의 깊이까지 천공하여 하부천공홀(50)을 형성하는 천공단계와; 상기 롯드(41)를 상기 천공기(40)와 분리하고, 상기 롯드(41)에 주입장치(60)를 연결한 후, 상기 주입장치(60)를 통해 슬럼프 값이 50mm 이하의 저유동성 주입재를 비배출형으로 압입 주입하여 PHC파일(2)의 하부에 원주 형상의 구근(70)을 형성하는 주입단계와; 상기 롯드(41)를 인발하는 롯드인발단계;를 포함하여 구성된다.

상기한 구성에 있어서, 상기 PHC파일(2)은 하단에 선단슈(3)가 장착되어 있으며, 상기 천공단계는 상기 천공비트(42)로 선단슈(3)를 관통시켜 진행하는 것을 특징으로 한다.

또, 상기 천공비트(42)는 하부에 주입재가 배출될 수 있도록 내부가 빈 관 형태로 이루어져 있으며, 롯드(41)와 연결되는 지점으로부터 하방으로 확경되는 상부경사부(42a)가 형성되어 있고, 상기 상부경사부(42a)의 하단으로부터 하방으로 점차 축경되는 하부경사부(42b)가 형성되어 있어 상기 롯드인발단계는 천공단계에서 관통되어 형성된 선단슈(3)의 홀(3a)에 상부경사부(42a)가 지지되면서 롯드(41)가 인발되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 천공비트(42)의 외경은 상기 롯드(41)의 외경 보다 크게 이루어져 있으며, 상기 롯드(41)는 상부관(41a)과 하부관(41b)이 착탈 가능하게 연결된 구조로 이루어져 있고, 상기 롯드인발단계에서 상부관(41a)을 하부관(41b)으로부터 분리하여 상부관(41a)만 인발하고, 하부관(41b)은 상기 천공비트(42)와 함께 구근에 매립되어 있는 것을 특징으로 한다.

더하여, 상기 파일설치단계는 오우거(20)를 이용하여 지면을 굴착하면서 지중에 케이싱(10)을 삽입 시공하는 케이싱설치단계와; 상기 오우거(20)를 인발하면서 케이싱(10) 내부에 시멘트 페이스트(30)를 주입하는 오우거인발단계와; 상기 케이싱(10) 내부에 상기 PHC파일(2)을 삽입하는 파일삽입단계와; 상기 케이싱(10)을 인발하는 케이싱인발단계;로 진행되며, 상기 천공단계 및 주입단계는 상기 시멘트 페이스트(30)의 완전 경화 전에 진행되는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 케이싱설치단계에서 오우거(20)는 설계상 PHC파일(2)의 하단 위치보다 더 아래쪽의 설계상 하부천공홀(50) 깊이까지 삽입하는 것을 특징으로 한다.

또, 상기 PHC파일(2)이 삽입되는 깊이가 암반층보다 상부일 경우의 지반을 대상으로 하고, 상기 PHC파일(2)은 상기 암반층보다 낮은 깊이로 삽입 시공되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 천공단계는, 천공비트(42)로 하여금 PHC파일(2) 하부의 암반층에 도달하도록 하거나, 암반층으로부터 일정 깊이까지 천공하여, 상기 주입단계에 의해 형성된 구근(70)이 암반층으로부터 PHC파일(2)을 지지하도록 이루어진 것을 특징으로 한다.

더하여, 상기 저유동성 주입재는 시멘트, 석분, 토사가 물과 함께 혼합되어 제조된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의해 PHC 파일에 별도의 강재로 된 선단 보강 기구를 구비하지 않고도 원할하게 PHC 파일의 선단을 확대 보강할 수 있게 된다.

보다 구체적으로, JSP 공법이나 DCM 공법과 같은 지반 개량 공법에서 지반 개량을 위해 교반날을 사용하거나, 고압의 에어 분사 등으로 인해 지반의 교란이 발생하는 것을 감안하여 마치 가래떡과 같은 저유동성의 몰탈을 비배출형으로 압입 주입함으로써 PHC말뚝 주변의 지반 교란을 억제할 수 있게 된다.

뿐만 아니라 시멘트 페이스트가 PHC파일 선단 주변에 비배출형 압입 주입됨으로 인해 PHC파일 선단 주변의 흙을 압축 강화시켜 주변지반의 밀도를 증가시켜 기반암의 깊이가 60m를 초과하는 경우 해당 깊이까지 PHC파일을 삽입하지 않고도 우수한 선단지지력을 확보할 수 있게 된다.

아울러, PHC파일 하단에 밀폐형 선단슈가 장착되고, 천공비트는 선단슈를 뚫고 지중을 굴착함으로써 주입재의 주입에 따른 압력이 PHC파일의 중공부를 통해 중공부 내부로 유입되는 것을 최소화하여 구근 및 주변 지반의 밀도가 높게 유지될 수 있게 된다.

도 1은 본 발명에서 파일설치단계를 나타낸 단면순서도.
도 2는 본 발명에서 천공단계, 주입단계, 롯드인발단계가 진행되는 상태를 나타낸 단면 순서도.
도 3은 본 발명에서 천공단계, 주입단계, 롯드인발단계가 진행되는 상태를 보다 구체적으로 나타낸 요부 단면 순서도.
도 4는 본 발명에서 롯드의 하부관을 구근과 일체화시키는 사례를 나타낸 단면 순서도.
도 5는 본 발명에서 천공, 주입 단계가 이루어지는 것을 구체적으로 나타낸 도면.
도 6은 본 발명에서 구근을 암반층과 연결되도록 시공하는 상태를 나타낸 단면 순서도.

이하, 첨부된 도면을 통하여 본 발명의 저유동 몰탈을 이용한 PHC파일의 선단 확대 보강 방법에 대해 상세히 설명하기로 한다.

본 발명의 저유동 몰탈을 이용한 PHC파일의 선단 확대 보강 방법은 크게 파일설치단계, 천공단계, 주입단계 및 롯드인발단계를 포함하여 구성되어 있다.

1. 파일설치단계

내부에 중공부(1)가 형성되어 있는 PHC파일(2)을 지중에 삽입한다.

PHC파일(2)을 지중에 삽입하는 방법으로 파일을 항타하는 방식이 있으나, 매립지와 같은 연약 지반에서 파일을 항타 시공하는 경우 파일 체적만큼 지반이 밀려나 파일 공사 후 파일이 부러지거나, 떠서 올라와 있거나 밀리는 등의 현상이 발생한다.

따라서, 파일 시공은 케이싱을 삽입하고, 케이싱 내부로 파일을 삽입하는 방법이 적절하다.

이에 따라 파일설치단계는 케이싱설치단계, 오우거인발단계, 파일삽입단계, 케이싱인발단계로 구성됨이 바람직하다.

케이싱설치단계는 오우거(20)를 이용하여 지면을 굴착하면서 지중에 케이싱(10)을 삽입 시공하는 것으로 구성되고, 오우거인발단계는 상기 오우거(20)를 인발하면서 케이싱(10) 내부에 시멘트 페이스트(30)를 주입하는 것으로 진행된다.

이때, 오우거 인발 전에는 케이싱(10) 내부의 흙을 배토시켜 케이싱(10) 내부에 PHC파일(2)이 삽입되기 위한 공간을 형성한다.

케이싱(10)의 설치는 항타장비를 이용하여 진행한다.

통상 항타장비 한 대를 통한 케이싱(10)의 최대 삽입 깊이는 30 ~ 35m 정도가 되며, 두 대의 항타장비를 연결하는 경우 대략 60m까지 케이싱을 설치할 수 있다.

따라서, 케이싱(10)의 설치는 한 대 또는 두 대의 항타장비를 연결하여 60m까지 설치할 수 있다.

이때, 3대의 항타장비를 연결하는 것은 공사 비용이 막대하게 상승하게 되므로 적합하지 않다.

기반암(암반층)의 깊이가 70m 정도에 위치하는 경우 PHC파일(2)을 기반암까지 박아 넣어야 하는데, 본 발명에서는 두 대의 항타 장비를 이용하여 대략 50 ~ 60 m 정도까지 케이싱(10)을 설치하고, 내부에 PHC파일(2)을 삽입한 후 PHC파일(2)의 선단을 확대 보강하여 선단지지력을 확보하면 된다.

이때, 케이싱설치단계에서 오우거(20)는 설계상 PHC파일(2)의 하단 위치보다 더 아래쪽까지 굴착하도록 할 수 있다.

이는 설계상의 구근 위치에 대응되도록 후술하는 하부천공홀(50) 깊이까지 굴착하도록 하는 것이다.

다만, 하부천공홀(50)이 지층 표면으로부터 60m를 초과하는 깊이의 경우에는 후술하는 구근(70) 형성을 위해 사용되는 천공기(40)를 활용하게 된다.

케이싱의 설치 후 진행되는 파일삽입단계는 크레인 등의 장비를 이용하여 상기 케이싱(10) 내부에 상기 PHC파일(2)을 삽입하는 것으로 진행되며, 케이싱인발단계는 상기 케이싱(10)을 인발하는 것으로 진행된다.

이때, 시멘트 페이스트(30)를 주입하면서 케이싱(10)을 인발하는 것이 바람직하다.

케이싱(10)이 인발된 후에는 PHC파일(2)의 두부를 정리할 수 있다.

아울러, PHC파일(2)은 하단부에 비 개방형 선단슈(3)가 장착된 것이 바람직하다.

선단슈(3)가 장착되는 이유는 PHC파일(2)의 하부에서 강제 압입에 따른 구근형성시 발생하는 압력에 의해 토사나 주입재가 PHC파일(2) 내측으로 밀려들어와 구근 형성을 방해하는 것을 최소화하기 위함이다.

이때, 천공단계에서는 PHC파일(2)의 중공부(1) 내측으로 천공기(40)의 롯드(41) 및 천공비트(42)가 통과하여야 하는 바, 선단슈(3)의 내측 표면에는 천공비트(42)가 선단슈(3)를 쉽게 뚫고 나올 수 있도록 펀칭 장비 등을 통한 절개선(3c)이 형성되어 있는 것이 바람직하다.

여기서 절개선(3c)이라 함은 선단슈(3) 표면에 홈을 형성하거나, 미세한 홀을 형성하는 것을 의미한다 할 것이며, 그 위치는 정 중앙이 될 수도 있고, 천공비트(42)가 접촉되는 지점을 따라 원형으로 형성될 수도 있다 할 것이다.

상기한 공정은 PHC파일(2)이 삽입되는 깊이가 암반층보다 상부일 경우의 지반을 대상으로 함이 바람직하며, 상기 PHC파일(2)은 상기 암반층보다 낮은 깊이로 삽입 시공됨이 바람직하다.

2. 천공단계

도 2, 5에 도시되어 있는 바와 같이 하단에 천공비트(42)가 장착된 롯드(41)가 구비된 소형 천공기(40)를 준비한 후, 지중에 삽입된 PHC파일(2)의 중공부(1)를 통해 천공기(40)의 롯드(41)를 삽입하고, PHC파일(2) 하단으로부터 소정의 깊이까지 천공하여 하부천공홀(50)을 형성한다.

이때, 천공비트(42)를 통해 굴착이 이루어지되 배토는 아예 없거나 최소화하도록 하는 것이 바람직하다.

아울러, 롯드(41)를 인발하지 않고 롯드(41)를 통해 주입재를 공급할 수 있는데, 이 경우 롯드(41)와 연결된 천공비트(42)는 하부에 주입재가 배출될 수 있도록 내부가 빈 관 형태로 이루어져 있는 것이 바람직하다.

천공비트(42)는 롯드(41)와 동일한 외경을 갖도록 하고, 하단이 평평하게 형성되면서 쐐기형의 톱니 형태가 되도록 하거나 날카로운 절삭날로 이루어지도록 구성할 수 있다.

또는 하단이 점차 뾰족해지는 형상으로 형성될 수도 있다.

이때, 상기 PHC파일(2)은 하단에 선단슈(3)가 장착되어 있는 경우 천공단계는 상기 천공비트(42)로 선단슈(3)를 관통시켜 진행하게 된다.

도 3에는 선단슈(3)의 관통해 따라 선단슈(3)에 홀(3a)이 형성된 상태가 도시되어 있다.

그런데, 천공비트(42) 하단이 평평하게 이루어지는 경우 전술한 형상은 선단슈(3) 관통이 상대적으로 어려울 수 있다.

이러한 문제점을 해소하기 위하여 선단슈(3)는 하단부가 뾰족한 형상으로 형성되는 것이 바람직하다.

하지만 하단부로 갈수록 뾰족해지는 형상을 취하는 경우 천공비트(42)에 의해 굴착 및 교반되는 면적이 과도하게 작아져 주입재 주입시 매우 높은 주입압을 필요로 하게 되는 문제점이 있다.

따라서, 천공비트(42)는 적절한 면적으로 지반을 굴착하는 것이 바람직하다.

이에, 천공비트(42)의 외경은 롯드(41)보다는 크게 이루어지는 것이 바람직하며, 그 선단부는 뾰족한 형상으로 이루어지는 것이 바람직하다.

그런데, 이 경우 천공비트(42)가 선단슈(3)를 관통할 때 홀(3a) 주변이 하방으로 벌어지면서 벌어지는 융기부(3b)가 형성되기 쉽다.

그런데, 천공비트(42)로 선단슈(3)를 관통시킨 다음 계속 굴착하여 하부천공홀(50)을 형성한 다음 롯드(41)를 활용하여 주입재 공급을 개시하면서 롯드(41)를 상향이동시킨 후 롯드(41)를 인발하고자 하는 경우 천공시 형성된 융기부(3b)로 인해 천공비트(42)의 상향 이동이 원할히 이루어지기 쉽지 않다.

이러한 문제점을 해소하기 위하여 도 3에 도시되어 있는 바와 같이 롯드(41)와 연결되는 지점으로부터 하방으로 확경되는 상부경사부(42a)가 형성되어 있고, 상기 상부경사부(42a)의 하단으로부터 하방으로 점차 축경되는 하부경사부(42b)가 형성될 수 있다.

이 경우 롯드인발단계는 천공단계에서 관통되어 형성된 선단슈(3)의 홀(3a)주변의 융기부(3b)에 상부경사부(42a)가 지지되면서 롯드(41)가 원할하게 인발될 수 있게 된다.

뿐만 아니라, 상부경사부(43a)가 융기부(3b)에 지지된 상태에서 주입재의 주입이 이루어지고 있는 상태에서는 홀(3a)을 통해 주입재가 중공부(1) 내부로 유입되는 현상을 상당히 억제할 수 있게 되어 구근(70)을 PHC파일(2)의 하단으로부터 원거리에서부터 형성하다가 점차 PHC파일(2)과 최대한 근접한 지점에 도래하여 형성할 때 홀(3a)을 통해 중공부(1)로 유입됨으로 인해 주변 지반의 압축이 원할히 이루어지지 못하게 되는 현상을 최소화할 수 있게 된다.

도 3의 좌하단에는 상부경사부(43a)가 융기부(3b)에 지지된 상태에서의 주입재 공급이 이루어지는 상태가 도시되어 있다.

도 3의 좌하단 상태에서 주변 지반을 압축시키면서 구근(70)을 형성한 후 롯드(41)를 상향 이동시켜 천공비트(42)가 중공부(1) 내부에 위치한 상태에서 일정량의 주입재를 공급하게 되면 주입재는 중공부(1) 내부로 일정 높이까지 차오른 상태가 된 후 경화되게 된다.

이 경우 PHC파일(2) 하단의 구근(70)과 중공부(1) 내부에 충진된 주입재는 경화가 완료된 후 PHC파일(2)의 하부와 구근(70)을 일체로 연결해주게 된다.

이상과 같이 구성된 천공단계는 PHC파일(2) 시공시 투입된 시멘트 페이스트(30)가 완전히 경화된 후에 할 수도 있으나, 구근(70)을 PHC파일(2) 하단부에 일체화시키는 점을 감안할 때, 주입된 시멘트 페이스트(30)의 완전 경화 전에 시공됨이 시공 편의상이나, 일체화 면에서 보다 바람직하다.

본 발명에서는 제트 그라우팅과 같이 고압의 에어를 분사하지 않고, 선단슈(3)를 이용하여 중공부(1)를 최대한 밀폐시킨 상태에서 저유동성의 주입재를 압입시킴에 따라 PHC파일(2)의 하부 지반이 과도하게 물러 시공 중 PHC파일(2)의 유동이 잘 발생하지 않기 때문에 주입된 시멘트 페이스트(30)의 완전 경화 전에 시공이 이루어질 수 있게 된다.

한편, 천공단계는 도 6에 도시되어 있는 바와 같이 천공비트(42)로 하여금 PHC파일(2) 하부의 암반층에 도달하도록 하거나, 암반층 내부까지 천공하도록 구성될 수 있다.

이 경우에는 구근(70)이 지반으로부터 PHC파일(2)을 지지해주는 역할을 하게 해준다.

3. 주입단계

상기 롯드(41)를 상기 천공기(40)와 분리하고, 상기 롯드(41)에 주입장치(60)를 연결한 후, 상기 주입장치(60)를 통해 슬럼프 값이 50mm 이하의 저유동성 주입재를 비배출형으로 압입 주입하여 PHC파일(2)의 하부에 원주 형상의 구근(70)을 형성한다.

도 5에는 저유동성 주입재 공급을 위한 주입 설비가 도시되어 있다.

우선 주입재(65)가 야적된 상태에서 공장형 주입플랜트(66)나 차량탑재형 주입플랜트(67)에서 주입재(65)들을 혼합하여 믹스하여 준비한다.

이러한 플랜트는 시공 현장에서 주입펌프(62)와 배관 연결되고, 주입펌프(62)는 고압주입호스(61)를 통해 일명 인발쟉키로 불리는 리프트장치(64)와 연결된다.

리프트장치(64)는 롯드(41)와 연결되어 있으며, 롯드(41)를 상향 또는 하향 이동시킬 수 있도록 구성되어 있다.

도면에서 도면기호 '63'은 투입펌프(62) 작동을 위한 발전기(63)를 나타낸 것이다.

이러한 주입단계 역시 전술한 것처럼 PHC파일(2) 설치시 주입된 시멘트 페이스트(30)가 완전히 경화되기 전에 주입이 이루어지는 것이 바람직하다.

이는 구근(70), PHC파일(2) 및 주입재들이 완전히 일체화를 이룰 수 있게 해주게 된다.

천공단계에서 도 6에 도시되어 있는 바와 같이 천공비트(42)로 하여금 PHC파일(2) 하부의 암반층에 도달하도록 하거나, 암반층 내부까지 천공하도록 구성되는 경우는 도 6의 우측 도면에 나타난 바와 같이 암반층(4)과의 연결 지점부터 구근(70)을 형성하게 되는 바, 구근(70)이 암반층(4)으로부터 PHC파일(2)을 지지해주는 역할을 하게 해주게 된다.

이러한 역할을 하기 위해 저유동성 주입재는 통상의 주입재와 달리 시멘트, 석분, 토사를 적정량의 물과 함께 혼합하여 구성함으로써 토사와 석분이 시멘트와 결합되어 단단한 골조의 역할을 하여 암반층(4)을 통해 PHC파일(2)을 지지하도록 할 수 있다.

이를 위한 시멘트, 석분, 토사의 혼합비는 시멘트 100 중량부를 기준으로 석분 100 ~ 200 중량부, 토사 100 ~ 200 중량부로 구성될 수 있으며, 물은 저유동성을 만족하기 위해 적량으로 조절된다.

4. 롯드인발단계

주입재의 공급이 완료되면 리프트장치(64)를 이용하여 PHC파일(2)의 중공부(1)로부터 상기 롯드(41)를 인발함으로써 공정을 마무리한다.

이상과 같은 공정이 이루어지면 도 2의 우측에 도시되어 있는 바와 같이 PHC파일(2)의 하부에 원주 형상의 구근(70)이 단독 혹은 층을 이루어 형성되게 된다.

롯드(41)의 인발에 있어서 착공비트(42)와 롯드(41) 하부를 중공부(1)의 하부에 위치시키고, 구근(70)과의 일체화가 보다 잘 이루어지도록 할 수 있다.

이를 위해 도 4에 도시되어 있는 바와 같이 상기 롯드(41)는 상부관(41a)과 하부관(41b)이 착탈 가능하게 연결된 구조로 이루어져 있고, 상기 롯드인발단계에서 상부관(41a)을 하부관(41b)으로부터 분리하여 상부관(41a)만 인발하고, 하부관(41b)은 상기 천공비트(42)와 함께 구근(70)에 매립되되도록 구성될 수 있다.

상부관(41a)과 하부관(41b)은 상호 끼움식으로 연결되도록 하고 끼워지는 부분에 고정핀(41c)을 끼워 상호간에 고정 및 분리가 이루어지도록 할 수 있다.

이 경우 구근(70)과 PHC파일(2) 사이의 결합을 중공부(1) 내부로 주입되어 경화된 주입재 외에도 이 주입재에 매립된 롯드(41) 및 착공비트(42)를 통해서 이루어낼 수 있다.

특히, 전술한 것처럼 착공비트(42)의 외경이 롯드(41) 외경보다 크게 이루어지면서 상부경사부(42a)와 하부경사부(42b)가 형성된 경우 도 4의 우측 도면에 나타난 바와 같이 롯드(41) 인발 작업시 상부관(41a)만을 분리하여 인발하고, 하부관(41b)과 착공비트(42)는 인발하지 않음으로 인해 전술한 것처럼 융기부(31b)에 의한 착공비트(42) 인발시의 어려움이 발생하지 않게 된다.

본 발명은 기존에 PHC파일(2)이 시공된 모 현장에서 하부 구근(70)을 형성하는 것을 가정하여 허용 선단지지력을 계산해 보았다.

그 결과 보강 전 선단지지력 1,178 kN을 2,029kN까지 향상시킬 수 있음을 확인하였다.

따라서, 본 발명에 따른 공정이 적용되는 경우 암반층이 깊이 위치한 연약지반에서 2개를 초과하는 항타 장비를 구비할 필요 없이 소형 천공기(40)와 주입장치(60)를 이용하여 오우거로 암반층까지 굴착할 필요 없이 PHC파일(2)의 하부에 구근(70)을 형성하여 선단지지력을 확보할 수 있게 된다.

1 : 중공부 2 : PHC파일
3 : 선단슈 3a : 홀
3b : 융기부 3c : 절개선
4 : 암반층 10 : 케이싱
20 : 오우거 30 : 페이스트
40 : 천공기 41 : 롯드
41a : 상부관 41b : 하부관
41c : 고정핀 42 : 천공비트
42a : 상부경사부 42b : 하부경사부
50 : 하부천공홀 60 : 주입장치
61 : 고압주입호스 62 : 주입펌프
63 : 발전기 64 : 리프트장치
65 : 주입재 66 : 공장형 주입플랜트
67 : 차량탑재형 주입플랜트 70 : 구근

Claims (9)

1. PHC파일의 선단을 확대 보강하는 방법에 있어서,
   내부에 중공부(1)가 형성되어 있는 PHC파일(2)을 지중에 삽입하는 파일설치단계와;
   하단에 천공비트(42)가 장착된 롯드(41)가 구비된 천공기(40)를 준비한 후, 지중에 삽입된 PHC파일(2)의 중공부(1)를 통해 천공기(40)의 롯드(41)를 삽입하여 PHC파일(2) 하단으로부터 소정의 깊이까지 천공하여 하부천공홀(50)을 형성하는 천공단계와;
   상기 롯드(41)를 상기 천공기(40)와 분리하고, 상기 롯드(41)에 주입장치(60)를 연결한 후, 상기 주입장치(60)를 통해 슬럼프 값이 50mm 이하의 저유동성 주입재를 비배출형으로 압입 주입하여 PHC파일(2)의 하부에 원주 형상의 구근(70)을 형성하는 주입단계와;
   상기 롯드(41)를 인발하는 롯드인발단계;를 포함하여 구성되고,
   
   상기 PHC파일(2)은 하단에 선단슈(3)가 장착되어 있으며,
   상기 천공단계는 상기 천공비트(42)로 선단슈(3)를 관통시켜 진행하되,
   
   상기 천공비트(42)의 외경은 상기 롯드(41)의 외경 보다 크게 이루어져 있으며,
   상기 롯드(41)는 상부관(41a)과 하부관(41b)이 착탈 가능하게 연결된 구조로 이루어져 있고,
   상기 롯드인발단계에서 상부관(41a)을 하부관(41b)으로부터 분리하여 상부관(41a)만 인발하고, 하부관(41b)은 상기 천공비트(42)와 함께 구근에 매립되어 있는 것을 특징으로 하는,
   저유동 몰탈을 이용한 PHC파일의 선단 확대 보강 방법.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 제 1항에 있어서,
   상기 파일설치단계는
   오우거(20)를 이용하여 지면을 굴착하면서 지중에 케이싱(10)을 삽입 시공하는 케이싱설치단계와;
   상기 오우거(20)를 인발하면서 케이싱(10) 내부에 시멘트 페이스트(30)를 주입하는 오우거인발단계와;
   상기 케이싱(10) 내부에 상기 PHC파일(2)을 삽입하는 파일삽입단계와;
   상기 케이싱(10)을 인발하는 케이싱인발단계;로 진행되며,
   
   상기 천공단계 및 주입단계는 상기 시멘트 페이스트(30)의 완전 경화 전에 진행되는 것을 특징으로 하는,
   저유동 몰탈을 이용한 PHC파일의 선단 확대 보강 방법.
   
6. 제5항에 있어서,
   상기 케이싱설치단계에서 오우거(20)는 설계상 PHC파일(2)의 하단 위치보다 더 아래쪽의 설계상 하부천공홀(50) 깊이까지 삽입하는 것을 특징으로 하는,
   저유동 몰탈을 이용한 PHC파일의 선단 확대 보강 방법.
   
7. 제 1항에 있어서,
   상기 PHC파일(2)이 삽입되는 깊이가 암반층보다 상부일 경우의 지반을 대상으로 하고, 상기 PHC파일(2)은 상기 암반층보다 낮은 깊이로 삽입 시공되는 것을 특징으로 하는,
   저유동 몰탈을 이용한 PHC파일의 선단 확대 보강 방법.
   
8. 제 1항에 있어서,
   상기 천공단계는,
   천공비트(42)로 하여금 PHC파일(2) 하부의 암반층에 도달하도록 하거나, 암반층으로부터 일정 깊이까지 천공하여,
   상기 주입단계에 의해 형성된 구근(70)이 암반층으로부터 PHC파일(2)을 지지하도록 이루어진 것을 특징으로 하는,
   저유동 몰탈을 이용한 PHC파일의 선단 확대 보강 방법.
   
9. 제 8항에 있어서,
   상기 저유동성 주입재는 시멘트, 석분, 토사가 물과 함께 혼합되어 제조된 것을 특징으로 하는,
   저유동 몰탈을 이용한 PHC파일의 선단 확대 보강 방법.
   

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