KR20110052321A - 흙막이용 강관 말뚝 및 이를 이용한 흙막이 시공방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 건축 및 토목 공사의 터파기 공사를 시행함에 있어서, 가장자리의 토사 및 지반이 붕괴되거나 침하되어 흘러내리는 것을 방지하기 위하여 설치되는 강관 말뚝과 이를 이용한 흙막이 공법에 관한 것으로, 터파기 영역의 가장자리를 따라 일정 간격으로 케이스 내부에 삽입되는 오거를 이용해 지반을 굴착하여 다수개의 굴착공을 형성하는 단계; 상기 굴착공의 내부로 중공의 원통 형상의 강관 선단부 외측에 리브가 방사상으로 고정되고, 상기 리브의 저면에 도넛형의 지지력 확장판이 고정되며, 강관의 상단부 외측에는 'ㄴ'형상 또는 'ㄷ'형상의 가이드레일이 대칭적으로 고정된 강관 말뚝을 상기 굴착공에 삽입하는 단계; 상기 굴착공의 내측 하부에 콘크리트를 타설하여 콘크리트층을 형성하는 단계; 상기 케이스를 상부로 추출하면서 제거하고, 상기 콘크리트층을 양생하는 단계; 터파기가 진행됨에 따라 상기 강관 말뚝의 가이드레일에 토류판을 삽입하는 단계; 및 다수개의 상기 강관 말뚝 상단을 연결부재를 이용하여 서로 연결하는 단계;를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

터파기, 흙막이, H형 강재, 강관말뚝, 토류판

Description

흙막이용 강관 말뚝 및 이를 이용한 흙막이 시공방법{Steel pipe pile for sheet pile wall and construction method using that}

본 발명은 흙막이용 파일에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 건축 및 토목 공사의 터파기 공사를 시행함에 있어서, 가장자리의 토사 및 지반이 붕괴되거나 침하되어 흘러내리는 것을 방지하기 위하여 설치되는 강관 말뚝과 이를 이용한 흙막이 공법에 관한 것이다.

일반적으로, 건축물의 지하층이나 지하철 등 지하구조물들을 구축하기 위하여 그 지면의 하측으로 깊이를 갖는 터파기 공사를 행하고 있으며, 그 터파기 공사 시 토압에 의해 흙벽이 무너져 내리는 것을 방지하기 위하여 방호벽을 설치함과 아울러, 지반에서 용출되는 지하수가 공사구역으로 유입되는 것을 차단하도록 차수작업을 병행하여야 한다.

흙막이 공사는 터파기를 안전하게 하기 위한 수단으로 충분한 강도와 강성을 가져 작용하중에 견딜 수 있도록 설계되어야 한다. 이러한 흙막이 벽체 시공방법은 대표적으로 버팀보공법(Strut)과 어스앵커공법(Earth Anchor)으로 구분할 수 있다. 이 밖에도 Soil Nailing 공법이나 Raker 지지 방식에 의한 굴착이 있으며, 암반 지역에서는 어스 앵커 대신 Rock Bolt를 사용하기도 한다.

여기서 버팀보공법은 흙막이 벽체 간의 간격이 크지 않은 중규모 이하의 굴착공사에서 많이 사용되며, 버팀보의 좌굴을 방지하기 위해 중간 말뚝(Post Pile)을 시공해야 한다. 이 공법은 지층의 종류에 상관없이 적용할 수 있으며, 굴착 중 흙막이 벽체에 변형이 발생하여도 보강이 용이하다.

일반적인 버팀보공법의 흙막이 구조는 도 1에 도시된 바와 같이, 터파기 영역의 가장자리를 따라 다수개의 H형 강재를 일정 간격으로 지중 소정의 깊이까지 타입한 후, 내측의 영역에서 지면의 하측으로 깊이를 갖는 터파기 공사를 수행하게 된다. 작업장 내로 토압에 의해 토사가 유입되거나 지하수가 유입되는 것을 방지하도록 일정간격으로 배치된 상기 H형 강재(1)들 사이에 목재로 된 토류판(2)을 삽입하여 흙막이 구조물을 설치하게 된다. 상기 토류판(2)은 흙막이 구조물의 내측에서 터파기 공사를 진행함에 따라 H형 강재(1) 사이에 추가로 삽입하는 방식으로 터파기 공사와 함께 진행된다.

상기와 같은 종래의 기술에 따른 흙막이 구조는 일반적인 H형 강재(1)를 주로 사용하는데, 터파기 공사가 소정의 깊이로 진행될수록 절개된 외 측의 흙벽에 의하여 내측으로 강한 하중이 작용한다. 이러한 하중이 버팀보 기능을 하는 H형 강재(1)에 그대로 전달되는데, 종래의 기술에 따른 흙막이 공사의 H형 강재(1)는 단순히 지중에 타입 시공되어, H형 강재(1) 자체만으로는 강한 지지력이 확보되지 못 하는 문제점이 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 H형 강재(1)의 내측에는 도시된 바와 같이 보강재(3)가 더 시공되어야 한다. 그러나 이러한 보강재(3)는 공사 영역 내에서 오히려 큰 걸림돌이 되고, 작업 공간이 협소해짐에 따라 작업의 어려움을 초래하며, 자칫 이로 인하여 사고가 발생할 우려를 증가시키게 된다.

종래의 기술에 따른 H형 강재를 지중에 타입하는 흙막이 구조는 안정적인 지지력을 확보할 수 없으며, 보강재를 더 시공하는 경우 작업 공간의 구조를 복잡하게 하여 시공 작업을 어렵게 하는 문제점들이 있다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 내진성의 강관 말뚝을 이용하여 안정된 지지력을 확보하면서, 흙막이 시공 작업이 용이하게 이루어질 수 있는 흙막이용 강관 말뚝 및 이를 이용한 흙막이 시공방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 흙막이용 강관 말뚝은 중공의 원통 형상의 강관; 상기 강관의 선단부 외측에 적어도 두 개 이상이 방사상으로 고정되는 리브; 상기 강관의 선단부 저면과 상기 리브의 저면에 고정되는 도넛형의 확장판; 및 상기 강관의 외측에서 서로 대칭적으로 고정되는 'ㄴ'형상 또는 'ㄷ'형상의 가이드레일;을 포함하되, 상기 리브, 확장판이 고정된 상기 강관의 하측 매입부는 지중에서 콘크리트층에 의해 고정되고, 상기 가이드레일에는 토류판이 순차적으로 슬라이딩 삽입되며, 다수개의 상기 강관 상단은 연결부재에 의해 서로 연결되도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 강관 말뚝을 이용한 흙막이 시공방법은 터파 기 영역의 가장자리를 따라 일정 간격으로 케이스 내부에 삽입되는 오거를 이용해 지반을 굴착하여 다수개의 굴착공을 형성하는 단계; 상기 굴착공의 내부로 중공의 원통 형상의 강관 선단부 외측에 리브가 방사상으로 고정되고, 상기 리브의 저면에 도넛형의 지지력 확장판이 고정되며, 강관의 상단부 외측에는 'ㄴ'형상 또는 'ㄷ'형상의 가이드레일이 대칭적으로 고정된 강관 말뚝을 상기 굴착공에 삽입하는 단계; 상기 굴착공의 내측 하부에 콘크리트를 타설하여 콘크리트층을 형성하는 단계; 상기 케이스를 상부로 추출하면서 제거하고, 상기 콘크리트층을 양생하는 단계; 터파기가 진행됨에 따라 상기 강관 말뚝의 가이드레일에 토류판을 삽입하는 단계; 및 다수개의 상기 강관 말뚝 상단을 연결부재를 이용하여 서로 연결하는 단계;를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

상기와 같이 구성되는 내진성의 강관 말뚝을 이용함으로써, 강관 말뚝의 선단부가 지중으로 깊이 매설되어 안정된 지지력이 확보된다. 또한, 별도의 보강 버팀보가 시공되지 않아, 구조가 간단해질 수 있으며, 이로 인하여 작업이 원활하게 수행될 수 있는 효과를 나타낸다.

본 발명과 본 발명의 실시에 의해 달성되는 기술적 과제는 다음에서 설명하는 본 발명의 바람직한 실시예들에 의하여 보다 명확해질 것이다. 다음의 실시예들 은 단지 본 발명을 설명하기 위하여 예시된 것에 불과하며, 본 발명의 범위를 제한하기 위한 것은 아니다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 구체적으로 살펴보기로 한다.

본 발명의 실시예에 따른 흙막이 공사는 다수개의 내진성의 강관 말뚝(100)의 선단부를 지중 깊숙한 곳까지 매입하고, 터파기 공사에 따라 토류판(200)을 상기 강관 말뚝(100)의 가이드레일(160)로 삽입시키는 공정으로 이루어진다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 강관 말뚝을 나타낸 사시도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 강관 말뚝을 나타낸 일부 단면도이며, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 강관 말뚝의 지중 관입 상태를 나타낸 일부 단면도이다.

도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 강관 말뚝(100)은 원 기둥 형상의 강관(110) 선단부 외측에 고정되는 리브(120), 리브(120)의 저면에 고정되는 확장판(130)을 포함하여 이루어지는 내진 말뚝으로 구성된다.

이를 더욱 구체적으로 살펴보면, 전술한 강관(100)은 상측에서의 하중을 지지하기 위한 구성으로, 소정의 직경(Φ1)을 가지는 중공의 원통 형상으로 형성된다. 일반적인 강관 말뚝은 굴착공(2)의 직경보다 미세하게 작은 직경의 강관으로 구성되지만, 내진 말뚝은 굴착공(2)의 직경과 큰 차이가 나는 상대적으로 작은 직경의 강관으로 구성되어, 강관(110)과 굴착공벽과의 간격이 넓어 트레미관의 삽입이 가능하여 콘크리트 타설이 용이하게 이루어질 수 있다.

전술한 리브(120)는 복수개가 구비되어 강관(110)의 선단부 외측에 용접에 의해 고정되는 것으로, 강관(110)에 대하여 방사상으로 고정되며 그 저면이 강관(110)의 하단면과 일치된다.

이러한 리브(120)는 강관(110)에 대하여 확장판(130)을 지지해주며, 매입말뚝 시공시 굴착공의 하부에 콘크리트가 타설되어 형성되는 콘크리트층에 매설된다.

전술한 확장판(130)은 도넛형의 원판으로서, 리브(120)의 저면에 용접에 의해 고정되며 그 내경이 강관(110)의 내경과 일치하고 외경(Φ2)은 강관(110)의 외경보다 크며 굴착공(2)의 내경보다 미세한 차이로 작게 형성된다.

이처럼, 확장판(130)은 강관(110)의 선단부에 견고히 고정되고 그 외경이 강관의 외경보다 크게 형성됨으로써 강관의 선단부 직경을 확대시키는 역할을 한다.

따라서, 강관 말뚝(100)을 굴착공에 삽입 시공할 때 강관(110)과 굴착공(2)의 측벽 사이에 형성되는 간극이 확장판이 구비되지 않는 경우와 비교하여 강관(110)과 굴착공(2)의 측벽이 이루는 간극이 좁아지기 때문에 그만큼 강관의 선단부 지지력이 증대된다.

또한, 상기와 같은 구조의 강관 말뚝(100)은 강관(110)의 선단에 구비되는 리브(120)와 확장판(130)에 의하여, 종래에 비하여 상대적으로 작은 직경(Φ1)의 강관(110)으로 구성되더라도 동일한 강성을 나타낼 수 있다. 이로 인하여 최근 금속재료의 원자재 가격 상승에 따른 시공 비용의 증가 문제를 해결할 수 있다.

즉, Φ406, Φ812 직경의 강관으로 구성되는 내진 말뚝은 각각 일반적인 Φ506, Φ1500 직경의 PHC 말뚝에서 나타나는 강성과 동일하거나 그 이상의 강성을 나타낼 수 있다.

전술한 가이드레일(160)은 토류판(200)이 슬라이딩되면서 삽입되기 위한 구성으로, 토류판(200)이 용이하게 슬라이딩되고 토사의 압력에 의해 전방으로 밀려나는 것을 방지하기 위하여 'ㄴ'형상 또는 'ㄷ'형상의 슬라이딩 편으로 형성된다. 상기와 같은 구조에 가이드레일(160)은 강관 말뚝(100)의 전체 길이에 있어서, 강관 말뚝이 지중(10)으로 매입되는 부분을 제외한 상단 즉, 터파기가 행하여 지는 부분에서 강관 말뚝(100)의 양측에 대칭적으로 형성된다.

상기와 같이 본 발명의 실시예에 따른 강관 말뚝(100)은 도 2에 도시된 바와 같이, 지중에 매입되어 고정지지되는 하부 말뚝(A)과 터파기 공사에 따라 토류판이 설치되는 상부 말뚝(B)으로 구분이 된다. 즉, 하부 말뚝(A)은 선단부에 리브(120), 확장판(130)이 구비되어 지중(10) 깊은 곳에서 콘크리트층(3)에 의해 고정되어, 강관 말뚝(100)은 더욱 견고히 지지될 수 있으며, 상부 말뚝(B)은 가이드레이(160)을 따라 토류판(200)이 삽입되어 흙벽이 무너지는 것을 방지한다.

한편, 도시되지는 않았지만, 강관(110)의 선단부 내측에는 콘크리트(3)와 강관(110)의 결합력을 증대시키기 위하여 망 상의 철근 부재가 더 결합될 수 있다.

그리고, 도 4에 도시된 바와 같이 지중에 관입된 강관 말뚝의 내외부는 콘크리트(3)가 충전되는데, 상기 콘크리트(3)에는 강관의 부식을 방지하기 위한 방청혼화제가 혼합된다.

종래의 기술에 따른 강관 말뚝에 타설되는 콘크리트는 선단의 응력집중부에서 콘크리트와 강관의 분리가 발생되어 강관 말뚝의 강성에만 의존하지만, 본 발명 의 실시예서는 강관의 선단부에 결합되는 콘크리트(3)는 재료 분리가 없어, 콘크리트의 강성이 강관 말뚝으로 환산되어 강관 말뚝의 강성을 상승시키는데 기여하게 된다. 또한, 강관의 내외부에 충전되는 상기 콘크리트에 의해 고유치 주기의 증가 및 지진 내하력이 크게 향상된다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 강관 말뚝을 시공하는 과정을 나타낸 공정도이고, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 흙막이 시공 구조를 나타낸 사시도이며, 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 흙막이 시공 구조를 나타낸 정단면도이다.

상술한 바와 같은 구조의 내진성 강관 말뚝(100)은 매입 공법으로 시공되는데, 그 시공 과정을 도 5를 참조하여 살펴보면, 오거(1)를 이용해 지반을 굴착하여 굴착공(2)을 형성한다(a)(b). 이때, 굴착공(2)의 유지를 위하여 굴착과 동시에 케이스(4)를 삽입한다.

이어서 본 발명의 실시예에 따른 강관 말뚝(100)을 굴착공(2) 내로 관입시킨 후(c), 콘크리트(3)를 타설하여 지반 내의 강관 말뚝(100)이 콘크리트(3)에 매립되도록 한 후, 케이스(4)를 인출시킨다(d).

상기 콘크리트(3)는 강관 내부와 강관과 굴착공벽 사이 모두에 레미콘에 의한 콘크리트가 타설될 수 있으나, 강관과 굴착공벽 사이의 간격이 좁을 경우에는 상기 강관과 굴착공벽 사이에는 시멘트 몰탈로 충진될 수도 있다.

이때, 강관(110)의 선단부에 고정된 리브(120), 확장판(130)이 콘크리트(3)에 완전 매립되어 결합되고, 강관의 내외부는 콘크리트가 충진됨으로써, 콘크리트의 강성이 강관 말뚝으로 환산되어 강성이 상승됨으로 인하여, 본 발명의 실시예에 따른 Φ406, Φ812 직경의 강관 말뚝은 각각 종래의 기술에 따른 Φ506, Φ1500 직경의 강관 말뚝과 동일한 단면력을 나타낸다.

그리고, 강관(110)의 선단 저면에 고정되는 확장판(130)의 외경은 굴착공(2)의 직경보다 미세한 차이로 작게 형성되고, 콘크리트에 완전히 매립되어 결합됨으로써, 수평 하중에 의한 강관(110)의 선단부 유동이 방지되어 내진성을 확보할 수 있다.

터파기 공사를 진행할 일정 영역의 가장자리를 따라 상기와 같은 공정으로 일정 간격으로 강관 말뚝(100)을 매입하고, 콘크리트가 충분히 양생되는 소정의 시간 경과 후, 터파기를 진행한다. 터파기 진행과 동시에 강관 말뚝(100)의 가이드레일(160)을 따라 토류판(200)을 순차적으로 슬라이딩시키는 과정이 이루어짐으로써, 절개면의 흙벽이 무너져 내리는 것을 방지한다.

상기와 같은 반복적인 공정으로 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이 일정 깊이까지의 터파기 공사가 진행될 수 있다. 또한, 토사의 압력에 대한 지지력을 향상시키기 위하여 다수개의 강관 말뚝(100) 상단은 H 형강 등을 이용한 연결부재(300)에 의해 서로 연결되도록 구성될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 내진성의 강관 말뚝(100)을 사용함으로써, 지중에 매입된 강관 말뚝(100)이 안정적으로 고정 지지되므로, 별도의 측방 버팀 보강재가 시공되지 않아 공사가 안정적이고 효율적으로 진행될 수 있다.

이상에서 본 발명에 있어서 실시예를 참고로 설명되었으나, 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.

도 1은 종래의 기술에 따른 흙막이 시공 구조를 나타낸 도면,

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 강관 말뚝을 나타낸 사시도,

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 강관 말뚝을 나타낸 일부 단면도,

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 강관 말뚝의 지중 관입 상태를 나타낸 일부 단면도,

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 강관 말뚝을 시공하는 과정을 나타낸 공정도,

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 흙막이 시공 구조를 나타낸 사시도,

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 흙막이 시공 구조를 나타낸 정단면도.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **

100 : 강관 말뚝 110 : 강관

120 : 리브 130 : 확장판

160 : 가이드레일

200 : 토류판

300 : 연결부재

Claims (2)

1. 중공의 원통 형상의 강관;

   상기 강관의 선단부 외측에 적어도 두 개 이상이 방사상으로 고정되는 리브;

   상기 강관의 선단부 저면과 상기 리브의 저면에 고정되는 도넛형의 확장판; 및

   상기 강관의 외측에서 서로 대칭적으로 고정되는 'ㄴ'형상 또는 'ㄷ'형상의 가이드레일;을 포함하되,

   상기 리브, 확장판이 고정된 상기 강관의 하측 매입부는 지중에서 콘크리트층에 의해 고정되고, 상기 가이드레일에는 토류판이 순차적으로 슬라이딩 삽입되며, 다수개의 상기 강관 상단은 연결부재에 의해 서로 연결되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 흙막이용 강관 말뚝.
2. 터파기 영역의 가장자리를 따라 일정 간격으로 케이스 내부에 삽입되는 오거를 이용해 지반을 굴착하여 다수개의 굴착공을 형성하는 단계;

   상기 굴착공의 내부로 중공의 원통 형상의 강관 선단부 외측에 리브가 방사상으로 고정되고, 상기 리브의 저면에 도넛형의 지지력 확장판이 고정되며, 강관의 상단부 외측에는 'ㄴ'형상 또는 'ㄷ'형상의 가이드레일이 대칭적으로 고정된 강관 말뚝을 상기 굴착공에 삽입하는 단계;

   상기 굴착공의 내측 하부에 콘크리트를 타설하여 콘크리트층을 형성하는 단계;

   상기 케이스를 상부로 추출하면서 제거하고, 상기 콘크리트층을 양생하는 단계;

   터파기가 진행됨에 따라 상기 강관 말뚝의 가이드레일에 토류판을 삽입하는 단계; 및

   다수개의 상기 강관 말뚝 상단을 연결부재를 이용하여 서로 연결하는 단계;를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 절개지 옹벽 시공방법.

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