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단일현장타설말뚝을 이용한 교량기초의 설계 및 시공 사례
단일현장타설말뚝은 파일캡 형태의 말뚝기초 형식에 비해 휨강성이 작고, 형상비(aspect ratio)가 클. 경우 비지지 길이(unsupported length)가 비교적 길어 상부하중에 …
Source: www.koreascience.or.kr
Date Published: 7/7/2021
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대구경 현장타설 콘크리트 말뚝 – 기구미
① 현장타설 콘크리트 말뚝이란 현장에서 소정의 위치에 구멍을 뚫고 Con’c 또는 철근 Con’c를 타설해서 만드는 말뚝을 말한다.
Source: www.gigumi.com
Date Published: 11/7/2022
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- Author: Outside World
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- Date Published: 2021. 8. 4.
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[한방비교] 현장타설 말뚝 공법 3가지(feat. RCD, 어스드릴, 올케이싱)
구조물은 지반위에 어떻게 서있는걸까요? 작은 구조물의 경우 기초가 딱히 없이 구조물만 지반위에 덩그러니 있는경우가 있습니다. 우리는 그걸 흔히 직접기초라고 합니다. 구조물을 지반위에 직접 세워도 문제가 없는 기초인거죠. 그런데 만약 내가 만들 구조물이 연약지반에 있거나 굉장히 큰 구조물이라고 합시다. 아니면 수중에 설치해야하는 구조물일수도 있고요 지반에 닿지 않는 구조물일수도 있고요. 이런경우에는 어떻게 구조물을 변형없이 움직임없이 제대로 서게 만들수 있을까요? 바로 간접기초를 만들어 주는겁니다. 즉 전체를 지반에 붙여서 기초를 세우는게 아닌 일정한 거리를 두는 말뚝을 세우고 그 위에 기초를 올리는 거죠. 말뚝에는 현타말뚝 기성말뚝이라는게 있습니다. 쉽게 애기하면 현타말뚝은 구멍을 파서 콘크리트를 부어서 말뚝을 만드는것이고 기성말뚝은 공장에서 만들어진 기성품을 사오는 거에요. 글면 왜 현타말뚝을 사용할까요 그냥 공장에서 사용면 되는데. 그건 여러가지 이유가 있을수 있겠지만 가장 큰 이유는 경제성과 운반에 이유때문인것같습니다. 우리가 만약 3m짜리 두께의 30m되는 파일을 공장에서 생산했다고 합니다. 그 파일을 산골짜기에 있는 현장까지 나를수 있을가요? 쉽지 않겠죠. 그렇기 때문에 대규모 현장에서 큰 파일의 지지력을 요구하는 경우에는 현타말뚝을 사용하는 거죠.
1. 현장타설말뚝 일반사항
1) 현장 타설 말뚝이란 깊은 심도의 말뚝을 현장에서 직접 타설 시공한 말뚝을 말합니다.
2) 종류별 특징으로는 공벽의 안정성을 유지한는 방법에 따라서 분류되고 또는 굴착 방법에 차이로 분류가 될수 있습니다.
3) 현타 말뚝의 품질을 확인하기 위해서 검측봉을 이용하는 방법과 탄성파를 이용하는 방법 또한 지지력을 테스트트 하기위해 정재하, 동재하, 양방향 재하 시험이 있습니다.
2. 현장 타설말뚝과 기성 말뚝의 특징 비교
구분 현장타설말뚝 기성말뚝 비고 지지력 크다 보통 ※ 현장타설말뚝은 기성말뚝에서 요구되는 지지력 이상의 수준을 맞추기 위하여 현장제작되는 말뚝으로 대체적으로 대규모 파일임. 심도 깊음 낮음 규모 대구경 소구경 소음 작다 크다
3. 현장 타설말뚝의 종류 및 특징
분류 All Casing 공법 Earth Drill 공법 RCD 공법 굴착방법 해머그래브 Hammer Grab 을 이용하여 굴착공외로 흙을 배출 회전버켓을 이용하여 직접공외로 토사를 배출 각종회전비트를 사용하여 굴착하고 펌프에 의해 니수와 공외로 배출 공벽보험방법 전 길이에 의해 케이싱 튜브를 삽입하여 보호 표층은 케이싱으로 하고 안정액을 이용해 Mud Cake와 정수압으로 공벽보호 스탠드 파이프의 니수의 Mud cake와 정수압을 이용한 공벽 보험 케이싱 세움방법 전선회압입하여 설치 자중으로 설치 진동기로 설치 공내수 비수또는 청수이며 비순환방식 벤토나이트 또는 폴리머계 안정액으로 비순환 방식임 자연니수를 사용하고 역순환 방식임 시공방순서 1) 올케이싱 튜브 거치, 압입 2) 암반(Chisel),자갈(해머) 굴착
3) 올케이싱튜브 삽입 및 굴착 4) 검사 및 슬라임 제거 5) 철근망 건입 6) 트레미관 건입 7) 콘크리트 타설 8) 올케이싱 튜브 인발 9) 되메우기 10) 종료 1) 말뚝중심 고정 및 굴착 2) 표층 케이싱파이프 삽입 3) 안정액 주입 및 굴착 4) 검사 및 슬라임 제거 5) 철근망 건입 6) 트레미관 건입 7) 콘크리트 타설 8) 표층 케이싱튜브 인발 9) 되메우기 10) 종료 1) 스탠드파이프 건입 2) 버킷에 의한 굴착 3) 리버스 공법에 의한 굴착 4) 검사 및 슬라임 제거 5) 철근망 건입 6) 트레미관 건입 7) 콘크리트 타설 8) 스탠드 파이프 인발 9) 되메우기 10) 종료 시공시 유의사항 1) 시공관리 불량에 따른 말뚝형상과 콘크리트의 불량 2) 설계조사때와 실시공차이 지반차이로 굴착능력 저하 3) 시공관리 불량으로 철근부상 고려 1) 공내액 부적성 및 콘크리트 운송시간으로 콘크리트 불량 2) 근접시공 또는 투수로 인한 공벽붕괴 유의 3) 기계고장 및 지중장애물등으로 기구 매설주의 1) 연약지반에 따른 콘크리트 불량 2) 수두압 부족에 따른 공벽의 붕괴 3) 설계와 실시공 지반차이에 의한 굴착능력 저하
4. 현장 타설 말뚝의 품질 확인 방법
1) 검측공 이용
-타설시 검측 Tube를 삽입하고 초음파를 적용합니다. 이후 결함 상태를 확인합니다.
– 검측공 이용에 목표는 결함상태 확인에 있으며 지지력을 직접 확인하지는 못합니다.
2) 검측공 미이용
– 말뚝 표면에 임팩트(탄성파)를 이용하여 내부 손상 상태를 확인합니다. 하지만 압출강도 확인이 불가능 하며 철근에 의해 탄성파가 교란되기도 합니다.
3) 지지력 확인 방법
– 정재하 시험 : 반력 Pile을 이용한 실물재하 시험으로 0.25mm/hr속도로 8단계로 재하를 하게 됩니다. 시험값에 대한 신뢰성이 우수합니다. 하지만 시험기간이 길고 장비가 대형인 단점이 있스니다.
– 동재하 시험 : 시험기간이 빠르며 시험비용이 저가이지만 신뢰성이 부족합니다. 항타시 변형률계와 가속도계를 통해서 측정하고 Data를 분석합니다.
– 양방재하 : Oster Berg Cell시험을 통해서 지지력을 확인할수 있습니다. 정밀 계측은 가능 하나 비용이 고가이고 시험이 복잡합니다.
5. 현장타설말뚝 시공시 주의사항
– 철근 공상방지 : 현장타설말뚝의 경우 철근을 시공후 콘크리트를 타설하게 되는데 콘크리트 시공중에 철근이 공상 즉, 위로 올라가는 문제가 발생할수 있습니다. 그렇기 때문에 공상을 방지 하기위해 철근 이동을 구속하는 장치가 필요합니다.
– 슬라임 처리 : 콘크리트 타설 직전 Slime을 제거합니다. 슬라임 처리용 전용 버킷으로 긁어내며 수중 펌프를 구멍 밑에 가라앉게 하여 물을 순환시켜서 지상의 처리설비로 제거합니다. 콘크리트 타설용 트레미를사용하여 에어리프트, 리버스 서큘레이션 펌프 등으로 물과 함께 발아내어 처리합니다.
– 현타 말뚝에 대한 품질 확인후 그라우팅, 고압분사를 통한 보수를 실시하고 건전도 확보를 합니다.
– 지지력 확보가 불가능한 위치에 대해서는 Micro Pile시공을 통한 관리가 요구됩니다.
– 수중콘크리트 사용시 콘크리트 품질확보를 위하여 Tremie관을 사용해야합니다. 타설전에는 수중콘크리트 배합비, 운송시간, 품질확인이 필요하며 타설중에는 콘크리트 타설 위치와 타설속도 그리고 타설장비를 검토하여야 합니다. 또한 콘크리트 타설이 중단되지 않도록 합니다.
– 수직도 관리 : 말뚝은 구조물의 기초가 되기 때문에 지지력 확보가 중요합니다. 말뚝에 수직도가 확보되지 않았을시에는 지지력 확보가 어렵기 때문에 수직도 관리를 1/100내 또는 시방서에 맞추어 해주어야합니다.
– 붕괴 가능 지층의 경우 Casing을 이용하며 공벽 수위를 지하수위보다 높게 하여 선단지반의 교란을 방지합니다. 필요시 안정액을 사용합니다.
130. 현장타설콘크리트말뚝의 종류와 품질관리 및 건전도시험
130. 현장타설콘크리트말뚝의 종류와 품질관리 및 건전도시험
*토목시공72회2교시-4. 현장타설 콘크리트 말뚝의 콘크리트 품질관리에 대하여 기술하시오.
*시공79회4교시-1. 현장타설 콘크리트 품질관리의 중요성과 방법을 단계(타설전, 타설중,타설후)별로
기술하시오.
*92회1교시-12.현장 타설 콘크리트 말뚝의 건전도 시험
*92회2교시-2.초고층 건축물의 중. 대구경 현장 타설 콘크리트 말뚝의 종류 및 시공시 유의사항에 대하여 설명하시오.
*96회4교시-1. 대구경 콘크리트 현장말뚝 시공시 발생할 수 있는 하자발생유형 및 대책에 대하여 설명하시오. *105회1교시-PRD공법 *111회2교시-1. 현장타설말뚝 시공 시 수직 정밀도 확보방안과 공벽붕괴 방지대책에 대하여 설명하시오.
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[요약]1. 대구경 현장타설말뚝의 종류 PRD , Barrette , RCD , Benoto공법, Earth Drill공법 2. PRD (1)공법개요 -토사층의 굴착공을 Casing으로 보호하면서 Percussion식으로 천공하는 방식 -기초형상은 원형 (0.6~1m) -Bearing Capacity : 8MN/개소 이하 (2)특징 <장점> -암반에서의 천공성능우수 -적용 가능한 전체 지층에 대해 적용가능 <단점> -천공경에 제한 -천공 깊이가 깊어지면 오차의 폭이 커짐 3. Barrette (1)공법개요 -Bentonite이수를 이용하여 굴착공을 보호하며 회전형 Drum Bit를 이용하여 암층까지 굴착하는 공법 -기초형상은 사각형(2.4m*0.8~1.2m) -Bearing Capacity : 20~40MN/개소 (2)특징 <장점> -굴착기에 Inclinometer가 부착되어 굴착의 수직도 확보 유리 -Casing이 필요없고 연속벽 시공과 동시에 이루어 질 수 있어 공정관리 용이 <단점> -경암층의 굴착이 불가해 적용 불가 -RCD에 비해 철골의 수직도 관리 불리 4. RCD (1)공법개요 -Casing을 이용하여 굴착공을 보호하며 상부 연약층은 Bucket을 이용하여 굴착하고 암반층은 청수를 사용하여 회전식 Bit로 굴착 후 굴착토를 역배출시키는 공법 -Reverse Circulation Drill이용 -Drill Rod 끝에서 물을 빨아 올리면서 말뚝 구멍을 굴착하는 공법 -지름 0.8~3m, 심도 60m 이상의 말뚝형성 (2)특징 <장점> -장비가 상대적으로 경량 -시공속도가 빠름 -수상(해상)작업가능 -철골 설치 후 Casing을 이용해 철골을 고정하고 콘크리트 타설이 이루어져 철골의 수직도 확보 유리 -암반층의 대구경 천공 가능 <단점> -대량의 물필요 -RCD장비는 별도의 수직도 관리 계측기 필요 -경암층에서 천공속도 느림 -세사층 굴착이 가능하나, 호박돌 혹은 자갈층이 존재할 경우 굴착이 곤란 (3)시공순서 Stand Pipe삽입->굴착구,Slime순환장치조립->Rod연결굴착->Slime처리(1차)->철근망삽입->Tremie관설치, Suction pump설치->Slime처리(2차는 필요시)->Suction Pump제거, 콘크리트타설, Tremie관 인발->Stand Pipe인발 (4)시공시 유의사항 -정수압 0.02N/mm2이상 유지하며, 적절한 굴착속도를 유지하여 공벽붕괴 방지, 공벽의 수압유지가 핵심이다. -모래, 자갈층으로 공내수가 빠져나가는 경우 공벽붕괴 및 콘크리트페이스트의 유출로 말뚝불량이 발생할수 있으므로 공내수위는 2m이상 유지 -Stand Pipe인발시 공벽붕괴가 발생할수 있으므로 Tremie pipe를 남겨두어 2차충전을 준비하고 Caliber의 수직성 유지와 굴착속도를 적절히 유지해 구멍의 휨과 공벽붕괴 방지 -호박돌에 의한 굴착불능 및 흡수관 막힘에 유의 -가설물이나 구조룸에 인접하여 굴착시 얇은 공벽이 붕괴, 기구가 매립되어 시공이 불가능할수 있으므로 기구매립에 주의하며 최소 1m이상 이격시공해야 한다. 지하 구조물과 최소 1m이내에서는 All Casing공법을 적용 -철근 Cage의 철근이 너무 과다하면 콘크리트 말뚝의 콘크리트 타설불량 및 기초바닥 어려움이 발생 -트레미관의 선단을 콘크리트속에 최소 2m이상 매입하여 슬라임혼입을 방지해야 한다. 5. Benoto공법 (1)공법개요 -All casing공법으로 굴착깊이까지 Casing을 관입 -Casing 관입방법은 요동식 Oscilator이용방식과 유압식 Vibrator이용방식이 있다. -내부를 Hammer Grab으로 굴착 (2)특징 <장점> -큰지름 0.8~2.0m, 심도 20~50m까지 시공가능 -붕괴성 토질에 적합 -적용 지층이 넓음 -굴착중 지지층 확인이 용이 <단점> -굴착 속도가 느림 -사질토가 두꺼울 경우(5m이상)Casing인발이 어려움 (3)시공순서 굴착->Stand pipe삽입->Slime처리(1차)->철근망삽입->Tremie관 삽입->Slime처리(2차는 필요시)->콘크리트타설과 동시에 Casing인발 (4)시공시 유의사항 -장비가 중량이므로 지반안정에 특히 유의 -Casing Tube간의 연결을 확실히 할 것 -Casing의 삽입을 선행삽입, 유지 (히빙 및 보일링 방지) -하부 슬라임의 확실한 처리 -공내 수압 유지 : 말뚝 선단 및 주변의 지반이완 방지 6. Earth Drill공법 (1)공법개요 -회전식 Drilling Bucket을 이용 -Stand Pipe를 지표부에서 4~8m 정도까지 설치하여 연약지반 붕괴방지 -공벽 보호를 위해 안정액을 사용 (2)특징 -지름0.6~2.0m, 심도20~50m까지 말뚝형성 -제자리 현장타설 말뚝중 진동, 소음에 유리 -비교적 소형으로 굴착속도가 빠름 -좁은장소 시공가능 -지하수 없는 점성토에 적합 -붕괴되기 쉬운 모래층, 자갈층 및 견고한 지반에 부적합 (3)시공순서 굴착->Stand Pipe삽입->안정액주입-> 슬라임1차처리->철근망삽입->Tremie관 삽입->슬라임처리(2차는 필요시)->콘크리트 타설->Stand pipe인발 (4)시공시 유의사항 -공벽 붕괴 방지를 위한 안정액의 유지, 관리가 핵심 -안정액의 불안정으로 공벽붕괴가 될수 있다. 안정액이 성능저하(겔화)되거나 모래, 자갈층으로 유출되거나 모래층과 점토층간 부위에 Mud Cake형성의 미비로 공벽이 붕괴 -단단하거나 경사진 층의 굴착시 말뚝의 굴절발생하므로 굴착회전 및 속도를 느리게 하여 굴착 -N50이상의 연암등의 암반으로 분류된 지층에서 경사 각도 20도정도인 경우 특별한 굴착기 필요
[해설]1. 정의
현장타설말뚝이란‘미리 제작되어있는 콘크리트 말뚝을 박는 대신에 굴삭기계로 정해진 깊이까지 구멍을 파서, 그 속에 철근을 삽입하고 콘크리트를 타설하여 만든 말뚝’을 의미한다. 일반적인 말뚝박기 공법에 비해 소음이나 진동이 적으며 특히 대구경 말뚝의 시공이 가능한 장점이 있다.
2. 종류
시공 공법으로는 베노토(Benoto) 공법, RCD 공법, 어스드릴, 심초(深礎) 등이 있으며, All Casing 공법과 R.C.D 공법을 병행가능
2-1. 어스드릴공법
(1)정의
칼웰드공법이라고도 하며 회전식드릴버킷으로 필요한 깊이까지 굴착하고, 그 굴착공에 철근을 삽입하고 콘크리트를 타설하여 지름 1~2m정도의 파일을 형성하는 대구경말뚝시공법
(2)어스드릴장단점
(3)시공법
2-2. All Casing(Benoto) 공법
(1)개요
-프랑스의 Benoto사가 개발하여 사용하였기 때문에 Benoto공법이라 부르는 것으로, 굴착시 공벽붕괴를 방지하기 위해 Casign Tube를 좌우로 회전시키는 요동 압입장치(Oscillator)로 흙속에 삽입함과 동시에 굴착기(Hammer Grab, Chisel or Earth Drill 병용)로 그 내부를 굴착 배토하여 소정의 깊이까지 굴착 완료하고 Hole내의 Slime제거와 응력재(Steel Cage, 강관, H-Beam등)의 삽입과 Tremie Pipe에 의한 콘크리트를 타설하고 Oscillator로 Casing을 인발하여 현장타설 말뚝을 조성하는 공법이다.
(2) 공법의 특징
<장점>
① Casing을 사용하므로 공벽붕괴 위험이 없고, 주변지반에 주는 영향이 적어 기존 구조물의 근접 시공이 가능하다.
② 토질에 대한 적용성이 높아 암반을 제외한 모든 토질에 적합하다.
③ 굴착 중 배출하는 토사에 의해 지질조사 및 지지층을 확인할 수있다.
④ Con’c 타설시의 붕괴사고가 적고 철근피복 유지가 확실하다.
⑤ 비교적 저소음, 저진동 공법이다.
⑥ 기종에 따라 경사 말뚝시공이 가능하다(15도 전후)
<단점>
① Casing Tube의 요동, 인발 능력이 기종에 따라 한계가 있으며 모래층이 두꺼운 경우 Casing 인발이 곤란한 경우가 있다. 특히 지하수위 이하에 세사층이 두꺼운 경우 요동으로 물다짐되어 Casing Tube의 연발이 불가능할 때가 있다.
② Casing Tube를 인발할 때 철근이 따라 올라오는 경우가 있다.
③ 기계의 자중이 크며 요동반력이나 Casing Tube를 인발할 때 큰반력이 필요하므로 수상의 잔교상이나 복공에서의 시공이 적합하지 않다.
④ Hammer Grab 굴착시 낙하충격에 선단지반이 약화될 우려가 있다.
⑤ 굵은 자갈 또는 호발돌이 섞인 지층에는 Casing Tube의 압입이 어렵다. (3)시공법 2-3. RCD 공법
(1)개요 -역순환굴착 공법(Reverse Circulation Drill 공법 이하 RCD 공법)은 1954년 독일의 SALZ GITTER사에서 개발한 공법으로 현장타설말뚝 공법 중 가장 대구경이며 깊은 심도까지 시공할 수 있다. -본공법은 상부 8~10m정도의 Stand Pipe(Casing) 설치하고 그 이하는 2m 이상의 정수압과 굴착 중 발생되는 자연 이수에 의해 공벽을 유지하면서 굴착한다.
-굴착은 특수한 비트를 회전시켜 지반을 굴착하고 일반적인 Rotary Boring 방법에서 물의 흐름과 반대로 Drill ROD Pipe로 순환수와 함께 굴착토를 흡상하여 지상으로 배출하며 배출된 순환수는 침전지에서 토사를 침전시킨 후 다시 굴착공으로 순환시키는 공법이다. (2) 공법의 특징
<장점>
① 굴착장비를 오르내릴 필요 없이 연속굴착 진행으로 깊은 심도까지 굴착가능하고 심도가 깊을수록 타 공법보다 효율이 양호하다.
② 물을 이용하는 공법이고 나공 상태로 굴착하므로 수상 시공이 가능하다.
③ Benoto 공법은 세사층에 불리하지만 본 공법은 세사층 굴착이용이하며 특수한 비트에 의해서 연암층도 무진동으로 굴착 가능하다.
④ 기종에 따라서는 경사시공도 가능하다. <단점>
① 트릴파이프 직경(150~200mm)보다 큰 호박돌이 있는 경우 굴착 불가능하다. 이때는 RCD드릴비트를 꺼내고 Hammer Grab로 호박돌을 제거 후 작업을 계속할 수 있으나 능률이 현저히 저하된다.
② 지층조건이 따라서는 말뚝선단 및 주변지반이 이완되는 경향이있다.
③ 이수 순환설비를 위한 공간이 확보되어야 하고 굴착토 및 이수의 처리가 어렵고 현장이 더렵혀질 우려가 있다.
④ 정수압 또는 안정액만으로 공벽이 유지되지 않는 지층조건에서는 시공 곤란
2-4. PRD공법
3)시공순서
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[참조 서울시 전문시방서]1. 현장타설 콘크리트 말뚝
-지반에 구멍을 뚫고 그 구멍속에 철근 및 콘크리트를 넣어 지중에서 양생 제작 하는 말뚝으로 시공법에 따라 케이싱박기공 현장말뚝(driven cast-in-place pile) 과 R.C.D공법(reverse circulation drill method), 오거드릴공법(auger drill method)을 기본으로 한다.
– 저소음, 저진동 공법으로써 박기말뚝으로 시공하기 어렵거나 상부구조물의 대형화에 따라 대구경 또는 대심도 말뚝이 필요할 때 채택한다.
-현장치기 콘크리트말뚝은 그 시공법이 다양하고 각 공법마다 특허로 되어 있는 경우가 많고, 명칭도 다양하여 실제 현장에 적용함에 있어서는 적합한 공법인지 신중히 검토해야 한다.
2. 콘크리트 치기
(1) 말뚝의 굴진작업 완료 후 말뚝공내 물속에 떠있던 침전물이 가라 앉지 않도록 에어리프팅(Air Lifting)을 실시하여야 한다. 또한 에어 리프팅이 끝난 후 즉시 콘크리트를 칠 수 있도록 준비하여야 한다.
(2) 콘크리트 타설시는 콘크리트 운반계획을 수립하여 연속타설이 되도록 하여야 한다.
(3) 말뚝 공내 콘크리트 치기는 트레미 파이프를 사용하여야 하며 트레미 파이프의 하단은 말뚝바닥에서 20cm 이상 되지 않도록 하고 연속하여 콘크리트를 쳐야 한다.
(4) 콘크리트는 말뚝저면에 있을 수 있는 이물질을 밀어내며 쳐야하고 말뚝내에 골고루 채워질 수 있도록 유동성이 확보되어야 하며 콘크리트 치기시 슬럼프는 15 ~ 28 cm가 적당하다.
(5) 콘크리트 치기가 시작되면 콘크리트가 철근사이로 쉽게 흐를 수 있도록 정확한 속도로 1개의 말뚝` 을 연속적으로 쳐야 한다.
(6) 트레미관 인발시는 트레미관 선단부의 수중 노출로 콘크리트 재료분리가 발생하지 않도록 주의하여야 하며, 콘크리트의 묻힘 깊이를 확인하면서 인발하여야 한다.
(7) 콘크리트 치기가 끝난 후 케이싱 인발시 콘크리트가 서서히 내려 앉은 경우에 추가로 요구되는 콘크리트량을 고려하여야 한다.
(8) 콘크리트 치기가 완료된 후 계약자는 지체없이 케이싱을 인발하여야 한다. 시간의 지연으로 인하여 발생하는 문제는 계약자 부담으로 원상복구 하여야 한다.
(9) 케이싱의 과도한 인발로 인한 공벽붕괴에 주의하여야 한다.
(10) 콘크리트 타설시 철근망이 떠오르거나, 케이싱 인발시 철근망이 같이 따라 올라오는 것에 주의하여야 한다.
(11) 수중콘크리트 타설시 초기의 재료 분리방지를 위하여 트레미와 선단부분에 캡 또는 플랜지 등을 삽입하여야 한다.
[건축공사표준시방서 타설부분]
3. 현장타설 콘크리트말뚝 건전도시험
(1)적용범위
현장타설 콘크리트말뚝에 대한 콘크리트의 건전도 확인을 위하여 공대공 초음파 검사를 말뚝 전체길이에 대하여 적용한다.
(2)검사용 튜브 설치
-검사용 튜브의 내부는 녹발생, 막힘등의 손상이 없어야 하며, 연결부위는 커플링에 의한 나사 연결 방식으로 완전방수를 하여야 한다.
-검사용 튜브는 철근 케이지내에 표 5-1에 해당하는 수량을 결속하여 매설한다.
-검사용 튜브의 하단부는 철근 케이지 하부면과 가능한 한 일치시키되 말뚝 선단부의 지반조건을 고려하여, 철근 케이지 근입시 튜브가 휘어지거나 튜브의 하단부가 파열하지 않도록 5 ~ 10 cm 정도 짧게 설치할 수 있다.
-검사용 튜브와 튜브의 간격은 일정한 거리를 유지하여야 하며, 가급적 서로 평행을 이루도록 하여야 한다.
-검사용 튜브와 상단부는 검사가 용이하도록 현장타설 콘크리트 말뚝의 완성 마무리면 이상으로 돌출되도록 하여야 한다.
-검사용 튜브의 양단부(상 ㆍ하부)는 이물질이 유입하지 않도록 방수마개를 하여야 하며, 시공중에도 손상되지 않도록 주의하여야 한다.
표 5-1 원형말뚝의 크기와 검사용 튜브의 수
(3)검사 수량 및 시기
-현장타설 콘크리트말뚝에 대한 공대공 초음파검사 수량은 다음 표 5-2의 기준을 따른다.
표 5-2 공대공 초음파 검사 시험빈도
-공대공 초음파 검사는 콘크리트를 타설하고 7일이상 경과한 후 검사를 실시하여야 한다.
4. 검사방법
(1) 검사용 튜브 내부의 발신센서와 수신센서는 말뚝길이 방향과 직교하는 동일 평면상에 놓이도록 케이블의 인입ㆍ인발 길이를 조정하여야 한다.
(2) 초음파 발신 및 수신케이블의 길이는 검사대상 말뚝의 길이를 고려하여 충분한 길이를 확보하여야 한다.
(3) 초음파 검사의 측정심도는 초음파 발신과 동시에 기록하며, 말뚝의 선단부로부터 발신센서와 수신센서를 동시에 끌어올리면서 연속적으로 측정하여야 한다.
(4) 검사자는 한쌍의 발신센서 및 수신센서에 대하여 초음파 전파시간, 에너지 강도, 주시곡선의 형태(Waveform)로 말뚝심도에 따라 나타낸 프로파일(Profile)을 모니터 화면상 또는 프린트 출력을 통하여 측정한다.
(5) 검사가 끝난 후 검사용 튜브는 공사감독자의 검사에 대한 판정이 있을 때까지 이물질이 들어가지 않도록 보호덮개를 하여야 한다.
5. 건전도 판정
(1) 현장타설 콘크리트 말뚝의 건전도 판정은 일차적으로 표 5-3의 기준을 적용하여 검측경로가 다른 개개의 프로파일 그래프에 대한 심도별 결함점수를 산출한 다음 식(1)에 의거하여 심도별 전체 프로파일 그래프를 대상으로 한 평균 결함점수 계산결과를 공사감독자에게 제출한다.
(2) 상기 (1)항의 절차에 의한 판정결과, ‘양호’의 등급(평균결함점수 30점미만)에 해당하는 동시에 각 프로파일 그래프가 양호하여 보강이 필요하지 않는 경우 공사감독자는 수급인에게 해당말뚝의 후속공정을 진행하기에 앞서 검사용 튜브내의 물을 완전히 제거하고, 말뚝 콘크리트의 설계강도 이상으로 그라우팅(Grouting)을 실시하도록 하여야 한다.
(3) 상기 (1)항의 절차에 의한 판정결과, ‘결함의심’의 등급이하(평균결함점수 30점이상)인 경우에는 초음파 검사 전문가와 지반공학 및 구조공학 전문가의 자문을 받아 보강여부를 결정한다. 보강이 필요한 경우에는 아래 3.5.7의 절차를 따르며 보강비용은 수급인이 전액 부담한다.
6. 결함의 보강
(1) 보강이 필요한 것으로 판정된 말뚝의 결함위치와 불량원인을 조사하기 위해 수급인은 초음파 검사 전문가 및 공사감독자 입회하에 해당 말뚝에 대한 시추(coring)를 실시하여 원인을 규명하고, 추후 시공하는 말뚝의 시공과정에서 동일한 결함요인이 반복되지 않도록 이를 시공에 반영하여야 한다.
(2) 결함위치에 대한 보강은 지반공학 및 구조공학 전문가의 자문을 받아 그라우팅(Grouting), 마이크로 파일(Micro-Pile), 재시공 등의 적용 가능한 보강 대책을 수립하여 공사감독자의 승인을 받은 후 실시한다.
(3) 보강이 완료된 말뚝에 대하여 수급인은 정 또는 동재하시험을 실시하고, 해당 시험방법에 따른 판정결과를 첨부하여 공사감독자에게 시험 결과보고서를 제출하여야 한다.
대구경 현장타설 콘크리트 말뚝
▒ 기출문제
– 96회 4교시 1번 : 대구경 콘크리트 현장말뚝 시공 시 발생할 수 있는 하자발생유형 및 대책에 대하여 설명하시오.
– 92회 2교시 2번 : 초고층 건축물의 중·대구경 현장 타설 콘크리트 말뚝의 종류 및 시공 시 유의사항에 대하여 설명하시오
▒ 개요
① 현장타설 콘크리트 말뚝이란 현장에서 소정의 위치에 구멍을 뚫고 Con’c 또는 철근 Con’c를 타설해서 만드는 말뚝을 말한다.
② 구조물의 대형화로 인해 큰지지력이 요구되고, 건설공해(소음,진동)에 대처하기 위해 현장타설 콘크리트 말뚝의 사용이 늘어가고 있다.
▒ 현장타설말뚝의 분류
① 관입공법 : 콤프레솔 파일, 프랭키 파일, 심플렉스 파일, 페데스탈 파일, 레이몬드 파일
② 굴착공법 : Benoto 공법, Earth drill(Calweld) 공법, RCD(Reverse Circulation Drill)공법
③ 치환말뚝공법 : CIP(Cast in place), PIP(Packed in place), MIP(Mixed in place)
▒ Benoto(All Casing) 공법
1) 정의
① 프랑스 Benoto사가 개발하여 Benoto공법이라 한다.
② 공벽붕괴 방지를 위해 Casing tube를 요동압입장치로 관입시키면서 동시에 Hammer grab로 내부를 굴착, 공 내에 철근을 세운 후 Tremie pipe를 이용하여 콘크리트 타설
2) 특징
① 지름0.8~2.0m, 심도 20~50m까지 시공가능
② All Casing공법으로 공벽붕괴 위험 업음
③ 비교적 저소음, 저진동 공법으로 도심지내 시공 가능
④ 적용 지층이 넓음
⑤ 굴착 중 지지층 확인이 용이
⑥ 장비의 자중이 크고 요동반력이나 Casing tube 인발시 큰 반력을 필요
⑦ 모래층이 두꺼운 경우 Casing 인발 곤란
⑧ 굴착속도가 느림
3) 시공순서
Casing Tube 세우기 → Hammer Grab으로 굴착 → (동시에)Casing Tube 삽입 → 철근망 삽입 → Tremie pipe 설치 → 콘크리트 타설 → Casing Tube 인발
▒ Earth drill(Calweld)공법
1) 정의
① 미국 Calweld사가 고안·개발한 공법으로 칼웰드(Calweld)공법이라고도 한다.
② 회전식 Drilling Bucket으로 필요한 깊이까지 굴착, 공내에 철근을 세운 후 Tremie pipe를 이용하여 콘크리트 타설
2) 특징
① 지름0.6~2.0m, 심도 20~50m까지 시공가능
② 제자리 콘크리트 파일 중 진동·소음이 가장 작다
③ 기계가 비교적 소형으로 굴착속도 빠름
④ 좁은장소에서 작업이 가능하고 지하수위 없는 점성토에 적합
⑤ 붕괴하기 쉬운 모래층, 자갈층에는 부적당
⑥ Slime처리가 불확실하여 말뚝의 초기침하 우려
3) 시공순서
굴착 → Stand pipe 삽입 → 안정액 주입 → Slime 처리(1차) → 철근망 삽입 → Tremie pipe 설치 → Slime 처리(2차, 필요시) → 콘크리트 타설 → Stand pipe 인발
▒ RCD(Reverse Circulation Drill) 공법
1) 정의
① 독일의 Salz Gitter 사에서 개발한 공법으로 현장 타설 말뚝공법 중 가장 대구경 이며 깊은심도 시공
② 굴착시 굴착구멍 내에 지하수위보다 2m 이상 높게 물을 채우고 0.02N/㎟의 정수압으로 공벽 유지
③ Reverse Circulation Drill로 굴착하면서 드릴로드 끝에서 물을 빨아올려 굴착토사를 지상으로 올려 굴착하는 공법으로 역순환굴착공법 이라 한다.
2) 특징
① 지름0.8~3.0m, 심도 60m 이상 시공가능
② 지하수량이 많은 지역에서도 작업 가능
③ 깊은 심도 굴착가능
④ 시공속도 빠르고 유지비가 비교적 경제적
⑤ 다량의 물이 필요
⑥ 호박돌, 자갈층 굴착곤란
⑦ 배출 수량 관리가 적절치 못하면 공벽붕괴 원인
3) 시공순서
Stand pipe 삽입 → 순환장치 조립 → 굴착 → Slime 처리(1차) → 철근망 삽입 → Tremie pipe 설치 → Slime 처리(2차, 필요시) → 콘크리트 타설 → Stand pipe 인발
▒ 굴착공법별 특성비교
▒ 시공시 문제점 및 대책
▒ 연관문제
프리팩트 콘크리트 말뚝 – 안정액 – 일수현상
▒ 참고문헌(출처)
1) 건축시공기술 핸드북 / 나균석, 박광호
2) 건축기술지침 / (주)대우건설
현장타설말뚝에 대하여
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1. 현장타설말뚝 개요
타입말뚝은 가장 경제적이고 지지력을 확실하게 얻을 수 있는 말뚝으로 국내에서 널리 사용되고 있다. 그러나 타입말뚝은 항타시 발생하는 소음과 진동으로 인하여 도심지와 인구 밀집 지역이 인접해 있는 경우에는 많은 민원이 발생하므로 그 사용이 제한되고 있는 실정이다. 이러한 항타에 따른 소음과 진동 문제를 해결하고 구조물의 대형화로 인해 큰지지력이 요구되다보니 여러 선진국에서는 일찍부터 현장타설말뚝을 사용해 왔다.
현장타설말뚝은 천공된 구멍에 콘크리트를 타설함으로써 만들어지며 일명 피어기초라고도 한다. 현장타설말뚝은 현장에서 타설한 기초로서 시공 전에 굴착을 하여 최소 직경이 75cm 이상인 말뚝을 시공하므로서 지지력이 크고 말뚝개수가 줄어든다. 단, 현장타설말뚝은 비배토말뚝으로 주변마찰저항이 적고 주로 선단저항력으로 지지한다.
현장타설말뚝은 타입말뚝의 시공이 불가능하거나 용이하지 않은 지반 조건 즉 자갈, 전석층 또는 풍화암 등으로 이루어져 있을 때는 원하는 지지력을 확보할 수 있는 가장 확실한 방법으로 알려져있다.
2. 현장타설말뚝 장단점
1) 장점
① 하중규모가 매우 크고 근입심도가 깊어 기성말뚝에 의한 지지력 및 시공성 확보가 곤란한 경우 유리하다. 또한 큰 하중을 지지할 수 있어 일반적으로 말뚝의 캡이 필요없다.
② 일반적인 항타 말뚝 시공시 발생하는 소음이나 진동이 적어 도심지 공사에 적합하다.
③ 여러 종류의 지반 조건에 대해서 적용 가능하다. 예를 들어 항타말뚝 시공시 조약돌층에서는 휨이 발생하나 현장타설말뚝을 이용하면 시공이 가능하다. 또한 동토에 대해서도 시공이 가능하다.
④ 천공하는 동안 주위 지반에 가해지는 교란은 최소화시켜 지반 교란에 의한 압밀 침하량을 줄여 준다.
⑤ 큰 휨모멘트를 견딜 수 있도록 현장타설말뚝의 상부를 확장시키기가 쉽다.
2) 단점
① 시공절차가 현장타설말뚝의 품질에 주요한 영향을 미치므로 세심한 주의가 필요하다.
② 기초저부에 피압대수층이 존재하여 현장타설말뚝에 의하여 피압대수층이 파괴가 될 가능성이 있거나 초연약지반이 있을 경우에는 적용할 수 없다.
③ 각 사이트마다 시공방법이 제시되어야 한다.
3. 현장타설말뚝의 적용 분야
현장타설말뚝은 무거운 하중을 지지하고 침하량을 최소화하여 상향이나 횡방향 하중을 지지하는데 사용된다. 다양한 시공법 때문에 여러 종류의 지반 조건에 대해서 시공이 가능하다. 연약하거나 붕괴 또는 공동이 생기기 쉬운 지반에서는 효율적인 시공을 위해 케이싱이나 벤토나이트 슬러리가 사용된다.
큰 지지력을 가진 현장타설말뚝은 항타된 군말뚝 대신에 하나의 큰 직경을 가진 현장타설말뚝으로 대체가 가능하다. 현장타설말뚝의 크기와 보강 등은 지반의 조건, 하중상태, 그리고 현장타설말뚝이 수행하여야 하는 조건 등에 의해서 결정된다. 만약 횡방향의 힘에 저항하려 한다면, 휨응력에 저항하기 위해 구조적인 강성을 변화시켜야 한다. 인장 응력이 가해지면 일반적으로 현장타설말뚝의 주면 마찰력에 의해서 지지된다. 이런 인장 저항력을 유발시키기 위해서 기초로부터 상부 구조물에 직접 보강하여 확장할 수도 있다. 다리의 교대와 같이 현장타설말뚝을 이용한 옹벽은 횡방향의 토압에 저항하는데 사용 가능하다.
현장타설말뚝은 또한 사면파괴에 대한 안정성을 높여 주는데 쓰일 수 있다. 이 경우에는 구해진 해의 효율성을 검증하기 위해 미끄러짐과 안정해석을 수행하여야 한다. 현장타설말뚝의 다른 적용 예로는 타이벡 벽체의 앵커리지, 피어를 보호하는 시스템, 계선주 등에 사용된다.
해상교각기초 시공 : 바지선에서 지그자켓 거치(핀파일 보강) 후 바이브로 해머를 이용하여 희생강관을 기반암 상단까지 설치하고, RCD 장비로 암반을 굴착하며, 철근망 건입과 콘크리트 타설로 현장타설말뚝을 시공한다. 이후 PC-House를 거치한 다음 콘크리트를 타설하여 확대기초를 완성한다.
4. 현장타설말뚝의 문제 발생요인
1) 공벽 붕괴
✓ 부지내의 방수지에서 침투
✓ 표면케이싱의 관입부족
✓ 연벽의 내측수위가 다른 말뚝시공에 의해 상승
✓ 보링조사와 다른 토질
✓ 안정액 성능저하(불안정) → 안정액 관리 철저
✓ 안정액 유출, Mud Cake 형성 미비 → 지층(모래, 자갈층) 사전 확인
✓ 공내 수위유지 실패 → 공내 수위 2m 이상 유지
✓ 부적절한 굴착속도 → 적정 굴착속도 유지
2) 굴착 불능 능률 저하
✓ 지반조사에 제시되어 있지 않은 큰입경의 전석(호박동) 등 존재 → 흡수구 철망 설치 또는 공법 변경
✓ 지지층의 경사 → 굴착속도를 천천히 하고, 굴진각도를 확인
✓ 세사층 Casing 관입반출 불가 → 세사층 두께 5m 이상 공법 변경
✓ 중간층에 경질의 각력층 존재
✓ 장비 불량으로 인한 능률 저하
3) 굴착공의 휨, 편심 및 굴곡
✓ 표층찌꺼기 등에 의한 중심의 어긋남
✓ 이완된 지반으로 기울어짐
✓ 장애물, 호박돌에 닿음
✓ 케이싱 튜브의 처짐과 마모
✓ 다져진 중간모래층을 억지로 굴착
4) 콘크리트의 품질 불량
✓ 슬라임 처리 부족
✓ 좁은 철근간격
✓ 콘크리트의 유동성 부족 → Slump 유지 및 작업지체 주의
✓ 트레미관 부상으로 인한 연속타설 실패 → Tremie관 선단을 2m 이상 매입 준수
✓ 철근망의 편심
✓ 트레미관 이음부의 누수
5) 단면형상의 변화
✓ 초연약층이 콘크리트 측압에 의해 확대 → Tremie pipe를 남겨두어 2차 충진시도 및 Stand pipe 매설 검토
✓ 연약지반에서의 공벽의 부풀음
✓ 말뚝체에 슬라임 혼입으로 인한 말뚝 형상부족 → Slime 처리 철저히하고 Tremie관 선단을 2m 이상 매입 준수
6) 철근망의 공상
✓ 철근망의 편심, 휨, 좌굴
✓ 철근과 케이싱 간에 콘크리트의 재료분리 등에 의한 자갈존재
✓ 이어붓기에 시간이 걸려 콘크리트가 경화
✓ 콘크리트의 타설 속도가 빠름
✓ 말뚝길이가 짧아 철근망이 가벼움
7) 철근망의 변형
✓ 주철근이 용접에 의해 단면 결손
✓ 콘크리트의 유동압에 의한 하부철근 좌굴
✓ 지반이 철근망의 중량을 지지할 수 없어서 침하
8) 지지력 부족
✓ 응력해방에 의한 모래층의 이완
✓ 지지층 요철로 일부 말뚝이 지지층에 도달하지 않음
✓ 선단에 슬라임 퇴적
✓ 지지층의 두께가 지반조사 결과보다 얇음
5. 현장타설말뚝 시공 시 예상되는 문제에 대한 대책방안
1) 굴착 시 공벽분리
✓ 공벽붕괴 우려가 없는 풍화암 상단까지 케이싱 사용
✓ All casing 적용에 의한 공벽붕괴방지
2) 말뚝본체 형상불량
✓ 케이싱 인발속도 조절
✓ 트레미관을 통한 콘크리트 타설속도 조절
✓ 건전도 시험실시
3) 말뚝본체 정착불량
✓ 지하수 유속에 의한 재료분리가 발생하지 않도록 수중 불분리성 콘크리트 사용
✓ 말뚝 선단에 매설된 관을 통한 압력 그라우팅 실시
4) 철근망의 변형
✓ 뒤틀림 방지 철근을 사용하여 운반 및 콘크리트 타설시 변형방지
✓ 선단부 스페이서를 설치하여 지반과 주철근의 직접적인 접촉방지
5) 지지력 부족
✓ 선단정착부 압력 그라우팅 실시
✓ 재하시험에 의한 지지력 확인
✓ Slime 처리 불량에 의하여 발생할 수 있으므로 Slime 처리 철저히 관리
✓ 말뚝불량에 의한 지지력부족의 경우에는 콘크리트타설시 재료분리에 주의하여야 하며, 유동성을 유지하도록 함.
구일건설개발 현장타설말뚝
Reverse Circulation Drill
R.C.D 공법
물이나 안정액으로 굴착공 안의 정수압을 0.2kgf/cm2로 유지하여 굴착공 벽을 보호하면서 굴착하는 대구경 현장타설 콘크리트 말뚝 시공 공법중의 하나입니다.
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