KR101677235B1 - 연약지반 상에 부유식 말뚝을 이용하여 조성되는 성토체 구조물 및 그 시공 방법 - Google Patents

Abstract

기존의 강관 말뚝 공법에서 견고한 지지지반까지 선단지지하는 다수의 강관 말뚝 중에서 가장자리 부분을 제외한 안쪽 부분의 강관 말뚝에 대해 부력을 갖는 부유식 말뚝(Floating-Type Pile)을 설치하고, 이러한 부유식 말뚝 상호간을 연결하는 포스트텐션 방식의 강선 또는 긴장재를 설치함으로써, 소요되는 강관 말뚝의 수 또는 길이를 줄일 수 있고, 또한, 성토체 하중에 의한 강관 말뚝의 침하시 발생할 수 있는 압밀촉진 현상 및 과잉간극수압 발생 및 소산에 따른 부마찰력의 발생 등을 억제할 수 있는, 연약지반 상에 부유식 말뚝을 이용하여 조성되는 성토체 구조물 및 그 시공 방법이 제공된다.

Description

연약지반 상에 부유식 말뚝을 이용하여 조성되는 성토체 구조물 및 그 시공 방법 {EMBANKMENT STRUCTURE FOR CONSTRUCTING USING FLOATING-TYPE PILE ON SOFT GROUND, AND CONSTRUCTION METHOD FOR THE SAME}

본 발명은 연약지반 상의 성토체 구조물에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 연약지반(Soft Ground) 상부에 조성되는 성토체 구조물(예를 들면, 쌓기체 노반)에 있어서 연약지반 상에 부유식 말뚝(Floating-Type Pile)을 이용하여 조성되는 성토체 구조물 및 그 시공 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 건축 구조물의 기초지반으로서 충분한 지지력을 갖지 않은 지반을 연약지반이라 한다. 이러한 연약지반의 구성토층은 일반적으로 표준관입시험의 N값이 0~4인 부드럽고 압축성이 큰 점토, 실트, 피트 등으로 이루어지며, 예를 들면, 이러한 연약지반은 3각주, 드라운드 밸리(Drowned Valley) 등의 새로운 충적지에 많이 존재한다. 또한, N<10의 느슨한 모래층에 물을 포함한 것도 연약지반에 해당한다.

또한, 각종 구조물을 시공하려면 해당 구조물의 상재하중(Surface Load)을 안정적으로 지탱하면서 부등침하를 방지할 수 있도록 해당 구조물이 구축되는 연약지반에 대한 보강이 필수적으로 요구되며, 이에 따라 해당 구조물의 규모, 사용용도 및 상기 연약지반의 토층 구조에 따라 다양한 형태의 보강공법들이 선행기술로 개시되어 있다.

이러한 연약지반 대책 공법에는 개량 공법과 지지말뚝 공법으로 대별할 수 있다. 예를 들면, 개량 공법으로는 샌드드레인 공법, 연직드레인 공법, 페이퍼 드레인 공법, 팩드레인 공법, 모래다짐말뚝 공법, 동다짐 공법 및 압성토 공법 등이 있으며, 강관 말뚝 등을 이용하여 연약지반 하부의 견고한 지반에 말뚝을 지지시키고, 말뚝의 상부에 토목섬유를 부설하여 성토체 및 상부 구조물을 시공하는 공법이 있다. 이러한 연약지반 개량 공법에서, 개량 깊이가 지나치게 깊거나 개량 범위가 광범위한 경우, 매우 많은 시간과 비용이 소요되기 때문에 최근에는 건물이나 교각하부 기초 등에서 흔히 사용되고 있는 강관 말뚝 공법을 성토체의 지지를 위한 공법으로 활용하는 예가 늘고 있다.

구체적으로, 이러한 강관 말뚝 공법은 각종 천공기의 로드 및 비트 등을 이용하여 다수개의 강관파일이 지층 속으로 삽입되는 천공홀을 형성한 후, 강관의 내부에 몰탈 등과 같은 그라우팅재를 충진하여 경화시킴으로써 매우 높은 수직하중을 유지할 수 있으므로 널리 사용되고 있다. 또한, 이러한 강관 말뚝공법은 각종 구조물에 대한 상재하중을 지탱할 수 있는 지지력을 증대시키기보다는, 주로 토사의 측벽 하중을 지탱하여 토사의 붕괴를 방지하는 콘크리트 벽체를 구성하는 공법으로 널리 사용되고 있다.

전술한 강관 말뚝공법을 이용하여 구조물의 상재하중에 대한 지지력을 지탱하기 위해서는 해당 구조물을 지탱하기 위한 강관파일이 지층 아래로 매우 깊숙하게 삽입되어야 하고, 상기 강관파일을 삽입하기 위한 천공홀을 매우 깊이 천공하여야 함으로써 상기 천공홀의 깊이 증가에 비례하는 공사비와 공사기간이 늘어나는 문제점이 있었다.

특히, 상재하중이 높은 대형 구조물은 매우 높은 지지력이 요구되므로 해당 구조물의 단위 면적당 구조물을 지지하는 강관파일의 수량이 증대되어야 하므로 공사비가 증가되는 등의 문제점이 있었다.

도 1a 및 도 1b는 종래의 기술에 따른 강관 말뚝을 이용한 연약지반 보강 방법을 설명하기 위한 도면으로서, 도 1a는 사시도이고, 도 1b는 수직단면도이다.

도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이, 종래의 기술에 따른 강관 말뚝을 이용한 연약지반 보강 방법의 경우, 연약지반(10) 상에 다수의 강관 말뚝(20)이 일렬로 배치되고, 상기 강관 말뚝(20) 상부에 성토체(30) 및 상부구조물(40)이 적층 형성된다.

종래의 기술에 따른 강관 말뚝을 이용한 연약지반 보강 방법은, 연약지반 대책공법의 일종으로서, 성토체(또는 쌓기체) 및 궤도 하중을 강관 말뚝(20)을 통하여 견고한 지반으로 전달시킴으로써 연약지반의 압밀침하 발생을 억제할 수 있어서 장기 침하를 근본적으로 억제하는 능동적인 공법이다. 하지만, 연약지반(10)이 두꺼울 경우, 강관 말뚝(20)의 길이와 수량이 증가하게 되어 경제성 및 시공성에 불리해지는 측면도 있다.

또한, 지하수위의 변동에 따른 과잉 간극수압의 소산에 따른 부마찰력의 문제점 및 지하수위 아래에서 말뚝의 부식 문제 등 장기적인 측면에서 고려해야 할 사항이 많다.

따라서 연약지반(10)의 두께와 상관없이 강관 말뚝(20)의 길이를 최적화할 수 있고, 지하수위의 변동에도 영향이 없고, 연약지반(10)으로의 선행압밀하중을 줄임으로써 압밀침하에 의한 상부 성토체의 장기 침하를 억제할 수 있으며, 지하수위의 변동에 따른 부마찰력 및 말뚝의 부식 문제를 원천적으로 억제할 수 있는 쌓기 지지말뚝 공법의 개발이 필요한 실정이다.

한편, 도 2a 내지 도 2d는 종래의 기술에 따른 팽이말뚝을 이용한 연약지반 보강을 설명하기 위한 도면으로서, 도 2a는 팽이형 콘크리트 파일(40)의 단면도이고, 도 2b는 팽이형 콘크리트 파일(40)의 사진을 나타내며, 도 2c는 팽이형 콘크리트 파일(40)의 시공 단면도이고, 도 2d는 팽이형 콘크리트 파일(40)의 시공 평면도이다.

종래의 기술에 따른 팽이형 파일을 이용한 기초공법은 구조물의 기초지반 표면에 팽이형 콘크리트 파일(40)을 부설하는 공법으로서 톱 베이스(Top Base) 공법이라고 하며, 구체적으로, 도 2b 및 도 3c에 도시된 바와 같이, 팽이형 콘크리트 파일(40), 철근고리(50), 연결철근(60), 위치철근(70), 공극쇄석(80) 등을 포함하며, 연약지반에서 기초의 일부로 많이 사용되고 있다. 이러한 팽이형 파일을 이용한 기초공법은 지반에 대한 보강효과를 가짐과 동시에 하중을 분산시켜 지반에 전달함으로써 기초부분과 그 부근지반을 개량하는 경우와 유사한 효과를 나타낸다.

이러한 팽이형 파일을 이용한 기초공법은, 도 2c 및 도 2d에 도시된 바와 같이, 기초지반 표면에 파일의 위치확보도 겸한 정방형으로 된 위치철근(70)을 깔고 그 위에 팽이형 콘크리트 파일(40)을 나란히 부설한 후, 상기 팽이형 콘크리트 파일(40)을 걸기 위해 묻어둔 철근고리(50)에 연결철근(60)을 다시 정방형으로 결속하며, 상기 팽이형 콘크리트 파일(40)의 하부공간은 공극쇄석(80)으로 충진시키고 충분히 다짐하여 이루어진다.

이때, 연약지반에 사용되는 팽이형 콘크리트 파일(40)을 연결하기 위해 상하부에 철근을 사용한다. 즉, 철근을 이용해서 팽이형 파일들을 연결하게 되는데, 이는 재료비 및 가공비가 매우 비싸고, 또한 바닷가 근처에서는 철근이 부식될 우려도 있으며, 또한, 하부의 공극 쇄석(80)에 대한 구속 효과가 낮다는 단점이 있다. 또한, 팽이형 콘크리트 파일(40)이 설치되는 구간에 단차가 있는 경우에는 쇄석(80) 포설이 용이하지 않아서 시공성이 저하되고, 단차 구간 처리시 건축 공정에 영향을 받아 추가 공정이 필요하게 되며, 단차부 되메우기 구간의 지지력 확보 측면에서 불리하다는 단점이 있다.

대한민국 등록특허번호 제10-799848호(출원일: 2006년 11월 6일), 발명의 명칭: "결합구조를 보강한 현장 타설형 팽이파일" 대한민국 등록특허번호 제10-913346호(출원일: 2007년 8월 13일), 발명의 명칭: "지반보강용 말뚝과 팽이말뚝부를 이용한 지반보강방법" 대한민국 등록특허번호 제10-888668호(출원일: 2007년 6월 15일), 발명의 명칭: "지반보강 방법" 대한민국 공개특허번호 제2008-0108879호(공개일: 2008년 12월 16일), 발명의 명칭: "연약지반의 지지력 보강방법 및 이에 이용되는 보강구조물" 대한민국 등록특허번호 제10-1164989호(출원일: 2011년 12월 16일), 발명의 명칭: "지반 보강 구조물 조립체 및 그 시공 방법" 대한민국 등록특허번호 제10-1144505호(출원일: 2010년 6월 14일), 발명의 명칭: "팽이파일과 강관파일이 결합된 기초지반 안정화 공법" 대한민국 등록특허번호 제10-1073695호(출원일: 2008년 11월 26일), 발명의 명칭: "연약지반 성토시 강제 배수 및 동시 보강을 위한 연약지반 배수장치"

전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 기존의 강관 말뚝 공법에서 견고한 지지지반까지 선단지지하는 다수의 강관 말뚝 중에서 가장자리 부분을 제외한 안쪽 부분의 강관 말뚝에 대해 부력을 갖는 부유식 말뚝을 설치하고, 이러한 부유식 말뚝 상호간을 연결하는 포스트텐션 방식의 PC 강선 또는 긴장재를 설치함으로써 소요되는 강관 말뚝의 수 또는 길이를 줄일 수 있는, 연약지반 상에 부유식 말뚝을 이용하여 조성되는 성토체 구조물 및 그 시공 방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 성토체 하중에 의한 강관 말뚝의 침하시 발생할 수 있는 압밀촉진 현상 및 과잉간극수압 발생 및 소산에 따른 부마찰력의 발생 등을 억제할 수 있는, 연약지반 상에 부유식 말뚝을 이용하여 조성되는 성토체 구조물 및 그 시공 방법을 제공하기 위한 것이다.

전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 수단으로서, 본 발명에 따른 연약지반 상에 부유식 말뚝을 이용하여 조성되는 성토체 구조물은,
연약지반 상의 네 모서리에 타입하여 설치되는 제1 내지 제4 강관 말뚝; 상기 제1 내지 제4 강관 말뚝의 상단부에서 상기 제1 내지 제4 강관 말뚝 중에서 마주보는 강관 말뚝들 사이에 각각 설치되어 연약지반상에 매립되는 제1 내지 제4 래티스 거더; 상기 제1 내지 제4 강관 말뚝의 상단부에서 상기 제1 내지 제4 래티스 거더에 의해 구획된 구간에 설치되는 다수의 부유식 말뚝; 상기 부유식 말뚝의 측면을 각각 관통하는 관통홀(h1, h2)을 따라 긴장력을 도입하도록 상기 부유식 말뚝에 각각 체결되는 긴장재;를 포함하고, 상기 긴장재에 의해 상기 부유식 말뚝이 체결된 상태에서 노출된 표면상에 부설되는 보강재; 상기 보강재 상에 적층 시공되는 성토체; 및 상기 성토체 상에 적층 시공되는 상부구조물을 포함하며, 상기 부유식 말뚝은 부력을 이용할 수 있도록 내부가 중공으로 형성되는 직육면체 형상의 중공 하우징; 상기 중공 하우징의 덮개로서, 상기 보강재가 부설될 수 있도록 평탄하게 형성되는 상부 덮개; 및 상기 중공 하우징의 하부로부터 연장되도록 형성되는 사각뿔 형상의 선단슈;를 포함하고, 상기 부유식 말뚝은 부력을 이용할 수 있도록 그 내부가 중공으로 형성되며, 상기 긴장재는 포스트텐션 방식에 의하여 제1 내지 제4 래티스 거더에 단부가 긴장 및 정착되어, 래티스 거더와 부유식말뚝의 간격 유지 및 변형의 발생을 억제하고, 연약지반 하부로의 강관 말뚝의 침하를 억제함으로써 성토체 하중에 의한 강관 말뚝의 침하시 발생할 수 있는 압밀촉진 현상 및 과잉간극수압 발생 및 소산에 따른 부마찰력의 발생을 억제할 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.

삭제

여기서, 상기 긴장재는 상기 부유식 말뚝의 관통홀을 통하여 설치되고, 포스트텐션 방식에 의해 상기 부유식 말뚝이 좌우 또는 상하로 이동하지 않도록 긴장하여 정착시키는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 보강재는 토목섬유 또는 와이어 메쉬이고, 상기 토목섬유는 지오컴포지트 또는 지오그리드일 수 있다.

한편, 전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 다른 수단으로서, 본 발명에 따른 연약지반 상에 부유식 말뚝을 이용하여 조성되는 성토체 구조물의 시공 방법은, a) 연약지반 상의 네 모서리에 제1 내지 제4 강관 말뚝을 타입하여 설치하는 단계; b) 상기 제1 내지 제4 강관 말뚝들 중에서 마주보는 강관 말뚝들 사이에 각각 제1 내지 제4 래티스 거더를 연약지반상에 매립되도록 설치하는 단계; c) 상기 제1 내지 제4 래티스 거더에 의해 구획된 구간에 다수의 부유식 말뚝(140)을 설치하는 단계; d) 상기 부유식 말뚝(140)의 측면을 관통하는 각각의 관통홀(h1, h2)을 따라 긴장재를 연결하고 긴장력을 도입하는 단계; e) 상기 긴장재에 의해 상기 부유식 말뚝이 체결된 상태에서 노출된 표면상에 보강재를 부설하는 단계; 및 f) 상기 보강재 상에 성토체와 상부구조물을 설치하는 단계를 포함하며, 상기 c) 단계의 부유식 말뚝은, 부력을 이용할 수 있도록 내부가 중공으로 형성되는 직육면체 형상의 중공 하우징; 상기 중공 하우징의 덮개로서, 상기 보강재가 부설될 수 있도록 평탄하게 형성되는 상부 덮개; 및 상기 중공 하우징의 하부로부터 연장되도록 형성되는 사각뿔 형상의 선단슈;를 포함하고, 상기 (d) 단계에서, 상기 긴장재는 포스트텐션 방식에 의하여 제1 내지 제4 래티스 거더에 단부가 긴장 및 정착되어, 래티스 거더와 부유식말뚝의 간격 유지 및 변형의 발생을 억제하고, 연약지반 하부로의 강관 말뚝의 침하를 억제함으로써 성토체 하중에 의한 강관 말뚝의 침하시 발생할 수 있는 압밀촉진 현상 및 과잉간극수압 발생 및 소산에 따른 부마찰력의 발생을 억제할 수 있도록 하도록 하게 된다.

본 발명에 따르면, 기존의 강관 말뚝 공법에서 견고한 지지지반까지 선단지지하는 다수의 강관 말뚝 중에서 가장자리 부분을 제외한 안쪽 부분의 강관 말뚝에 대해 부력을 갖는 부유식 말뚝을 설치하고, 이러한 부유식 말뚝 상호간을 연결하는 포스트텐션 방식의 PC 강선 또는 긴장재(Tendon)를 설치함으로써 소요되는 강관 말뚝의 수 또는 길이를 획기적으로 줄일 수 있다.

본 발명에 따르면, 성토체 하중에 의한 강관 말뚝의 침하시 발생할 수 있는 압밀촉진 현상 및 과잉간극수압 발생 및 소산에 따른 부마찰력의 발생 등을 억제할 수 있다.

도 1a 및 도 1b는 종래의 기술에 따른 강관 말뚝을 이용한 연약지반 보강 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 2a 내지 도 2d는 종래의 기술에 따른 팽이말뚝을 이용한 연약지반 보강을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 연약지반 상에 부유식 말뚝을 이용하여 조성되는 성토체 구조물을 나타내는 사시도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 연약지반 상에 부유식 말뚝을 이용하여 조성되는 성토체 구조물에서 부유식 말뚝을 구체적으로 예시하는 도면이다.
도 5a 및 도 5b는 각각 본 발명의 실시예에 따른 연약지반 상에 부유식 말뚝을 이용하여 조성되는 성토체 구조물의 측면도 및 평면도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 연약지반 상에 부유식 말뚝을 이용하여 조성되는 성토체 구조물의 시공 방법을 나타내는 동작흐름도이다.
도 7a 내지 도 7f는 각각 본 발명의 실시예에 따른 연약지반 상에 부유식 말뚝을 이용하여 조성되는 성토체 구조물의 시공 과정을 예시하는 도면들이다.
도 8a 및 도 8b는 각각 본 발명의 실시예에 따른 연약지반 상에 부유식 말뚝을 이용하여 조성되는 성토체 구조물에서 보강재를 예시하는 도면이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

[연약지반 상에 부유식 말뚝을 이용하여 조성되는 성토체 구조물(100)]

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 연약지반 상에 부유식 말뚝을 이용하여 조성되는 성토체 구조물을 나타내는 사시도이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 연약지반 상에 부유식 말뚝을 이용하여 조성되는 성토체 구조물에서 부유식 말뚝을 구체적으로 예시하는 도면이고, 도 5a 및 도 5b는 각각 본 발명의 실시예에 따른 연약지반 상에 부유식 말뚝을 이용하여 조성되는 성토체 구조물의 측면도 및 평면도이다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 연약지반 상에 부유식 말뚝을 이용하여 조성되는 성토체 구조물(100)은, 제1 내지 제4 강관 말뚝(120), 제1 내지 제4 래티스 거더(130), 부유식 말뚝(140), 긴장재(150), 보강재(160), 성토체(170) 및 상부구조물(180)을 포함한다.

제1 내지 제4 강관 말뚝(120)은 도 5a에 도시된 바와 같이, 연약지반(110) 상의 네 모서리에 타입하여 기초지반까지 설치된다.

제1 내지 제4 래티스 거더(130)는 상기 제1 내지 제4 강관 말뚝(120)의 상단부에서 상기 제1 내지 제4 강관 말뚝(120)들 중에서 마주보는 강관 말뚝들 사이에 각각 설치된다.

부유식 말뚝(140)은 부력을 이용할 수 있도록 그 내부가 중공(中空)으로 형성되고, 상기 제1 내지 제4 강관 말뚝(120)의 상단부에서 상기 제1 내지 제4 래티스 거더(130)에 의해 구획된 구간에 다수 설치된다. 구체적으로, 상기 부유식 말뚝(140)은 기존의 팽이말뚝(Top Base)과 유사한 형태를 가지고 있으나, 도 4에 도시된 바와 같이, 예를 들면, 공병부대의 부교 원리를 응용하여 부력을 이용할 수 있도록 그 내부가 중공 타입의 중공 하우징(141)으로 제작하고, 이때, 상기 중공 하우징(141)은 사각형 또는 원형일 수 있지만 이에 국한되는 것은 아니다. 다만, 본 발명에서의 부유식 말뚝(140)은 도 4에 도시된 바와 같이 부력을 이용할 수 있도록 내부가 중공으로 형성되는 직육면체 형상의 중공 하우징(141)을 포함할 수 있다. 또한, 상기 부유식 말뚝(140)의 측면에는 강선 또는 긴장재(Tendon)를 설치할 수 있는 관통홀(h1, h2)이 뚫어져 있으며, 또한, 상기 부유식 말뚝(140)의 상부는 토목섬유인 상기 보강재(160)를 부설하고 쌓기가 가능하도록 상부 덮개(142)를 가진 구조로 되어 있다. 즉, 상기 상부 덮개(142)는 상기 중공 하우징(141)의 덮개로서, 상기 보강재(160)가 부설될 수 있도록 평탄하게 형성된다. 또한, 상기 부유식 말뚝(140)의 하면에는 중공 하우징(141)의 하부로부터 연장되도록 형성되는 사각뿔 형상의 선단슈(143)가 형성될 수 있다.

긴장재(150)는, 도 5b에 도시된 바와 같이, 상기 부유식 말뚝(140)의 측면을 각각 관통하는 관통홀(h1, h2)을 따라 긴장력을 도입하도록 상기 부유식 말뚝(140)에 각각 체결된다. 이에 따라 상기 긴장재(150)는 상기 부유식 말뚝(140)의 관통홀(h1, h2)을 통하여 설치되고, 포스트텐션(Post Tension) 방식에 의해 상기 부유식 말뚝(140)이 좌우 또는 상하로 이동하지 않도록 긴장하여 정착시킬 수 있다. 이때, 후술하는 도 7d에 도시된 바와 같이, 긴장재 정착 장치(151) 및 긴장력 도입 장치(152)로 이루어진 긴장 장치를 사용하여 긴장력을 도입할 수 있다는 점은 당업자에게 자명하다.

보강재(160)는 상기 긴장재(150)에 의해 상기 부유식 말뚝(140)이 체결된 상태에서 노출된 표면상에 부설된다. 예를 들면, 상기 보강재(160)는 토목섬유 또는 와이어 메쉬(Wire Mesh)이고, 상기 토목섬유는 지오컴포지트 또는 지오그리드일 수 있지만, 이에 국한되는 것은 아니다.

성토체(170)는 상기 보강재(160) 상에 적층 시공되고, 상부구조물(180)은 상기 성토체(170) 상에 적층 시공되며, 상기 상부구조물(180)은 궤도노반일 수 있지만, 이에 국한되는 것은 아니다.

본 발명의 실시예에 따른 연약지반 상에 부유식 말뚝을 이용하여 조성되는 성토체 구조물(100)은, 기존의 강관 말뚝 공법에서 견고한 지지지반까지 선단지지하는 다수의 강관 말뚝 중에서 가장자리 부분을 제외한 안쪽 부분의 강관 말뚝에 대해 부력을 갖는 부유식 말뚝(140)을, 도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이 설치하고, 이러한 부유식 말뚝 상호간을 연결하는 포스트텐션 방식의 PC 강선 또는 긴장재(Tendon)를 설치한다. 이에 따라 본 발명의 실시예에 따른 연약지반 상에 부유식 말뚝을 이용하여 조성되는 성토체 구조물(100)은 소요되는 강관 말뚝(120)의 수 또는 길이를 획기적으로 줄일 수 있다.

[부유식 말뚝을 이용하여 조성되는 성토체 구조물(100)의 시공 방법]

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 연약지반 상에 부유식 말뚝을 이용하여 조성되는 성토체 구조물의 시공 방법을 나타내는 동작흐름도이고, 도 7a 내지 도 7f는 각각 본 발명의 실시예에 따른 연약지반 상에 부유식 말뚝을 이용하여 조성되는 성토체 구조물의 시공 과정을 예시하는 도면들이다.

도 6, 도 7a 내지 도 7f를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 연약지반 상에 부유식 말뚝을 이용하여 조성되는 성토체 구조물의 시공 방법은, 먼저, 도 7a에 도시된 바와 같이, 연약지반(110) 상의 네 모서리에 제1 내지 제4 강관 말뚝(120a~120d)을 타입하여 설치한다(S110). 구체적으로, 조성될 성토체 구조물(100)의 하부에 일반적인 강관 말뚝(120a~120d) 등을 이용하여 연약지반(110) 아래의 견고한 지지지반까지 선단지지가 가능하도록 강관 말뚝(120a~120d)을 타입한다.

다음으로, 도 7b에 도시된 바와 같이, 상기 제1 내지 제4 강관 말뚝(120a~120d)들 중에서 마주보는 강관 말뚝들 사이에 각각 제1 내지 제4 래티스 거더(130a~130d)를 설치한다(S120). 구체적으로, 상기 강관 말뚝(120a~120d)과 강관 말뚝(120a~120d) 사이를 사각형을 유지할 수 있도록 래티스 거더(130a~130d)를 볼트 또는 용접(도시되지 않음)에 의해 고정한다.

다음으로, 도 7c에 도시된 바와 같이, 상기 제1 내지 제4 래티스 거더(130a~130d)에 의해 구획된 구간에 다수의 부유식 말뚝(140)을 설치하고(S130), 이후, 도 7d에 도시된 바와 같이, 상기 부유식 말뚝(140)의 측면을 관통하는 관통홀을 따라 긴장재(150)를 연결하고 긴장력을 도입한다(S140). 구체적으로, 상기 부유식 말뚝(140)을 설치한 후, 상기 부유식 말뚝(140)의 관통홀을 통하여 PC 강선 또는 긴장재(150)를 설치하고, 포스트텐션(Post Tension) 방식에 의해 상기 부유식 말뚝(140)이 좌우 또는 상하로 이동하지 않도록 긴장하여 정착한다. 구체적으로, 도 7d에 도시된 바와 같이, 긴장재 정착 장치(151) 및 긴장력 도입 장치(152)로 이루어진 긴장 장치에 의해서 래티스 거더(130)와 부유식 말뚝(140)의 간격 유지 또는 변형의 발생을 억제하고, 상기 부유식 말뚝(140)과 부유식 말뚝(140) 사이의 간격을 최대한 억제하기 위한 별도의 장치(도시되지 않음)를 설치하고 고정함으로써 성토체 구조물의 하중을 견딜 수 있다. 또한, 포스트 텐션에 의해 연약지반 하부로의 강관 말뚝(120)의 침하를 억제함으로써 성토체 하중에 의한 강관 말뚝(120)의 침하시 발생할 수 있는 압밀촉진 현상 및 과잉간극수압 발생 및 소산에 따른 부마찰력의 발생 등을 억제할 수 있다.

다음으로, 도 7e에 도시된 바와 같이, 상기 긴장재(150)에 의해 상기 부유식 말뚝(140)이 체결된 상태에서 노출된 표면상에 보강재(160)를 부설한다(S150). 구체적으로, 상기 부유식 말뚝(140)의 설치가 끝나면, 상기 부유식 말뚝(140)의 상부에 쌓기를 하기 위해 쌓기 흙의 유실이나 장비의 진입을 용이하기 위해 지오컴포지트 또는 지오그리드와 같은 토목섬유 또는 와이어 메쉬를 설치할 수 있다.

다음으로, 도 7f에 도시된 바와 같이, 상기 보강재(160) 상에 성토체(170)와 상부구조물(180), 예를 들면, 궤도노반을 설치한다(S160). 즉, 상기 토목섬유 또는 와이어 메쉬를 설치한 다음에 그 상부에 쌓기를 하여 성토체 구조물(100)을 완성하게 된다.

한편, 도 8a 및 도 8b는 각각 본 발명의 실시예에 따른 연약지반 상에 부유식 말뚝을 이용하여 조성되는 성토체 구조물에서 보강재를 예시하는 도면이다.

본 발명의 실시예에 따른 연약지반 상에 부유식 말뚝을 이용하여 조성되는 성토체 구조물에서, 도 8a에 도시된 바와 같이, 부유식 말뚝(140)과 부유식 말뚝(140) 사이는 고강도가 필요할 수 있고, 이에 따라 상기 부유식 말뚝(140)과 부유식 말뚝(140) 사이에 설치되는 보강재(160)는, 도 8b에 도시된 바와 같은 형태의 토목섬유 또는 와이어 메쉬로 보강할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 기존의 강관 말뚝 공법에서 견고한 지지지반까지 선단지지하는 다수의 강관 말뚝 중에서 가장자리 부분을 제외한 안쪽 부분의 강관 말뚝에 대해 부력을 갖는 부유식 말뚝을 설치하고, 이러한 부유식 말뚝 상호간을 연결하는 포스트텐션 방식의 PC 강선 또는 긴장재를 설치함으로써, 소요되는 강관 말뚝의 수 또는 길이를 줄일 수 있고, 또한, 성토체 하중에 의한 강관 말뚝의 침하시 발생할 수 있는 압밀촉진 현상 및 과잉간극수압 발생 및 소산에 따른 부마찰력의 발생 등을 억제할 수 있다.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100: 부유식 말뚝을 이용하여 조성되는 성토체 구조물
110: 연약지반(Soft ground, Poor subsoil)
120, 120a~120d: 강관 말뚝(지지 말뚝)
130, 130a~130d: 래티스 거더(Lattice Girder)
140: 부유식 말뚝
150: 긴장재
160: 보강재
170: 성토체
180: 상부구조물(궤도노반)
141: 중공 하우징
142: 상부 덮개
143: 선단슈
151: 긴장재 정착장치
152: 긴장력 도입장치

Claims (10)

1. 연약지반(110) 상의 네 모서리에 타입하여 설치되는 제1 내지 제4 강관 말뚝(120a~120d); 상기 제1 내지 제4 강관 말뚝(120a~120d)의 상단부에서 상기 제1 내지 제4 강관 말뚝(120a~120d) 중에서 마주보는 강관 말뚝들 사이에 각각 설치되어 연약지반상에 매립되는 제1 내지 제4 래티스 거더(130a~130d); 상기 제1 내지 제4 강관 말뚝(120a~120d)의 상단부에서 상기 제1 내지 제4 래티스 거더(130a~130d)에 의해 구획된 구간에 설치되는 다수의 부유식 말뚝(140);
   상기 부유식 말뚝(140)의 측면을 각각 관통하는 관통홀(h1, h2)을 따라 긴장력을 도입하도록 상기 부유식 말뚝(140)에 각각 체결되는 긴장재(150);를 포함하고,
   상기 긴장재(150)에 의해 상기 부유식 말뚝(140)이 체결된 상태에서 노출된 표면상에 부설되는 보강재(160); 상기 보강재(160) 상에 적층 시공되는 성토체(170); 및 상기 성토체(170) 상에 적층 시공되는 상부구조물(180)을 포함하며,
   상기 부유식 말뚝(140)은 부력을 이용할 수 있도록 내부가 중공으로 형성되는 직육면체 형상의 중공 하우징(141); 상기 중공 하우징(141)의 덮개로서, 상기 보강재(160)가 부설될 수 있도록 평탄하게 형성되는 상부 덮개(142); 및 상기 중공 하우징(141)의 하부로부터 연장되도록 형성되는 사각뿔 형상의 선단슈(143);를 포함하고, 상기 부유식 말뚝(140)은 부력을 이용할 수 있도록 그 내부가 중공으로 형성되며,
   상기 긴장재(150)는 포스트텐션 방식에 의하여 제1 내지 제4 래티스 거더(130a~130d)에 단부가 긴장 및 정착되어, 래티스 거더와 부유식말뚝의 간격 유지 및 변형의 발생을 억제하고, 연약지반 하부로의 강관 말뚝(120)의 침하를 억제함으로써 성토체 하중에 의한 강관 말뚝(120)의 침하시 발생할 수 있는 압밀촉진 현상 및 과잉간극수압 발생 및 소산에 따른 부마찰력의 발생을 억제할 수 있도록 하는 연약지반 상에 부유식 말뚝을 이용하여 조성되는 성토체 구조물.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 긴장재(150)는 상기 부유식 말뚝(140)의 관통홀(h1, h2)을 통하여 설치되고, 포스트텐션(Post Tension) 방식에 의해 상기 부유식 말뚝(140)이 좌우 또는 상하로 이동하지 않도록 긴장하여 정착시키는 것을 특징으로 하는 연약지반 상에 부유식 말뚝을 이용하여 조성되는 성토체 구조물.
5. 제1항에 있어서,
   상기 보강재(160)는 토목섬유 또는 와이어 메쉬(Wire Mesh)이고, 상기 토목섬유는 지오컴포지트 또는 지오그리드인 것을 특징으로 하는 연약지반 상에 부유식 말뚝을 이용하여 조성되는 성토체 구조물.
6. a) 연약지반(110) 상의 네 모서리에 제1 내지 제4 강관 말뚝(120a~120d)을 타입하여 설치하는 단계;
   b) 상기 제1 내지 제4 강관 말뚝(120a~120d)들 중에서 마주보는 강관 말뚝들 사이에 각각 제1 내지 제4 래티스 거더(130a~130d)를 연약지반상에 매립되도록 설치하는 단계;
   c) 상기 제1 내지 제4 래티스 거더(130a~130d)에 의해 구획된 구간에 다수의 부유식 말뚝(140)을 설치하는 단계;
   d) 상기 부유식 말뚝(140)의 측면을 관통하는 각각의 관통홀(h1, h2)을 따라 긴장재(150)를 연결하고 긴장력을 도입하는 단계;
   e) 상기 긴장재(150)에 의해 상기 부유식 말뚝(140)이 체결된 상태에서 노출된 표면상에 보강재(160)를 부설하는 단계; 및
   f) 상기 보강재(160) 상에 성토체(170)와 상부구조물(180)을 설치하는 단계를 포함하며, 상기 c) 단계의 부유식 말뚝(140)은, 부력을 이용할 수 있도록 내부가 중공으로 형성되는 직육면체 형상의 중공 하우징(141); 상기 중공 하우징(141)의 덮개로서, 상기 보강재(160)가 부설될 수 있도록 평탄하게 형성되는 상부 덮개(142); 및 상기 중공 하우징(141)의 하부로부터 연장되도록 형성되는 사각뿔 형상의 선단슈(143);를 포함하고,
   상기 (d) 단계에서, 상기 긴장재(150)는 포스트텐션 방식에 의하여 제1 내지 제4 래티스 거더(130a~130d)에 단부가 긴장 및 정착되어, 래티스 거더와 부유식말뚝의 간격 유지 및 변형의 발생을 억제하고, 연약지반 하부로의 강관 말뚝(120)의 침하를 억제함으로써 성토체 하중에 의한 강관 말뚝(120)의 침하시 발생할 수 있는 압밀촉진 현상 및 과잉간극수압 발생 및 소산에 따른 부마찰력의 발생을 억제할 수 있도록 하는 연약지반 상에 부유식 말뚝을 이용하여 조성되는 성토체 구조물의 시공 방법.
7. 삭제
8. 삭제
9. 제6항에 있어서,
   상기 d) 단계의 긴장재(150)는 상기 부유식 말뚝(140)의 관통홀(h1, h2)을 통하여 설치되고, 포스트텐션(Post Tension) 방식에 의해 상기 부유식 말뚝(140)이 좌우 또는 상하로 이동하지 않도록 긴장하여 정착시키는 것을 특징으로 하는 연약지반 상에 부유식 말뚝을 이용하여 조성되는 성토체 구조물의 시공 방법.
10. 제6항에 있어서,
    상기 e) 단계의 보강재(160)는 토목섬유 또는 와이어 메쉬(Wire Mesh)이고, 상기 토목섬유는 지오컴포지트 또는 지오그리드인 것을 특징으로 하는 연약지반 상에 부유식 말뚝을 이용하여 조성되는 성토체 구조물의 시공 방법.

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