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2009. 9. 9. 16:21

파일 시공 공법 종류





1.타입공법
 
 1)타격공법

    각종 파일 항타 공법 중 가장 오래 전부터 사용되고 있는 일반적인 공법이며 대부분의 토층에 적용 가능하나 중간층에 전석이 있는 경우는 타격이 불가능하다. 사용되는 해머에는 디젤해머,스팀해머,유압해머 등으로 크게 나눌 수 있으며 해머의 선정에 있어서는 파일의 크기,토질 등을 충분히 검토한 후 결정해야 되며, 이공법의 최대 난점은 타격시 진동 및 소음을 수반하며 파일의 두부파손이 다른 공법에 비하여 높다.
   
- 디젤해머
   Diesel Hammer의 원리는 1938년 독일의 Delmag사에 의해서 고안되어 여러 차례 개량과 연구가 되어 발달한 것으로 종래의 Drop Hammer,증기 또는 압축공기에 의한 증기 Hammer에 비해 많은 이점을 가지고 있기 때문에 최근 급속히 보급되고 있다.    Diesel Hammer의 본체는 직립한 실린더와 그 중간에 오르내리는 램과 실린더하부에 들어있는 앤빌 및 분사장치와 기동장치 등으로 구성되어 있으며 램의 낙하에 의해 실린더 내에 분사된 경유와 공기의 혼합가스가 압축되어 연소폭발을 일으켜 낙하에 의한 타격력과 폭발력의 2중에너지를 파일두부에 주는 동시에 램을 상승시켜서 다음 행정으로 이동하는 구조의 것의로 2Cycle 엔진의 운동과 같다.
보일러 및 콤프레샤등의 설비가 필요없어 운전비가 저렴하고 본체의 중량도 가벼워 운전의 준비가 간단하며 이동도 또한 극히 용이하여 소규모의 현장에도 사용할 수 있어 그 적용성이 높다. 그러나 낙하높이의 조절이 불가능하며 또한 관입저항이 대단히 작은 지반에는 반복폭발을 일으키지 않는 결점이 있고 타격,폭발음 때문에 생기는 소음과 타입으로 생기는 지반진동 및 유연의 비산먼지 등 공해에 문제가 있다.    그 대책으로서는 소음 및 유연의 비산먼지에 유효한 방음커버가 있지만 별로 보급되어 있지 않다.    
햄머의 성능은 램중량으로 표시되며 45라 함은 4.5ton의 램을 말한다.
  
 - 유압해머
    램의 구동을 유압으로 하여 폭발음과 유연의 비산문제를 해결하는 것이지만 타격음과 진동음이 있다. 타격능력은 디젤해머의 능력으로 환산하여 소형에서 최대급을 초과하는 초대형까지 넓은 범위의 기종이 있다.
장점으로는 낙하 높이를 자유로이 변경할 수 있으므로 타격에너지 조정이 용이하고, 수직말뚝에서 항타 리더를 필요로 하지 않는 기종이 있고 크레인으로 해머와 말뚝을 들어서 작업을 할 수 있다는 점등이 있고 단점으로는 해머 본체 외에 구동용의 유압 유니트가 필요하고 유니트에서 해머로 유압호스를 접속하므로 해머 하나로 구동하는 디젤해머에 비하여 조작성이 떨어진다.유압해머의 선정은 우선 앞의 디젤해머의 선정도에서 적합한 디젤해머의 램중량을 구하고 디젤해머의 타격에너지를 구해 적합한 타격에너지의 유압해머를 구하는 것이 일반적이다.    

- 바이브로 해머
  상하진동으로  말뚝을 타입하는 방법이며 주로 강관말뚝,강관널판,강널판 및 H 형강 말뚝의 타설,인발에 사용된다. 폭발,타격의 큰 음은 없지만 높은 주파수의 진동이 있다.   최근에는 대형장비가 제작되어 대구경 말뚝의 타설도 가능하게 되었고 장점은 말뚝의 인발이 가능하다는 것이며 특히 높은 정도가 요구되는 이음말뚝의 하부말뚝을 수정타입이 가능한 같은 해머로 타설하고 상부말뚝을 디젤 또는 유압해머로 타설하는 방법이 이용된다. 단점은 동적지지력의 산정방법이 확립되어 있지 않다는 점이다.

- 스팀 해머
  램의 낙하에너지를 일으키는 증기력으로 행한다. 기종으로는 단동식 외에 타격시에 하향의 압력을 가할 수 있는 복동식 등이 있으며 최근에는 사용 빈도가 적다.

2)진동공법
   파일본체에 상하 또는 하향만 진동을 주어 파일의 관입시 마찰저항 및 선단저항을 감소시킴과 동시에 연속적인 진동제하에 의하여 파일의 능률적으로 관입시키는 공법이다.
원리는 회전편심체를 조합하여 회전축을 수평위치에 배치하고 중심축을 중심으로 동위상으로 역회전 시키면 원심력의 수평방향성분은 없어지고 수직방향성분만 남아 합성된다.  이 상하방향의 합성력이 진동타입력이다.  진동공법은 타격관입공법에 비하여 타입시간이 짧고 소음진도의 영향이 적으며 해머의 손상이 거의 없다.  N치 30이상의 단단한 토질이 되면 뚫을 수 없는 것이 많고 기동전류가 매우 크기 때문에 전기설비가 커야하는 등의 단점이 있다.  
시공시 주의 할 점은 바이브로 해머의 모터 싸이클을 확인할 것. 모터를 60Hz의 전원으로 사용하면 진동수가 20% 높게 되어 진동력은 44% 크게 되기 때문에 모터를 태워 고장난다. 반대의 경우는 감소하므로 주의를 요한다.


2.매입공법
 
1)프리보링공법

   종래의 타격에 의한 관입이 곤란한 중간층이 있어 타격매입공법으로는 타입이 곤란 경  우 및 파일 박음에 의하여 지반내의 토질이 흩뜨려지는 것을 방지하는 경우에 사용되며 스크류오거로 소정의 깊이까지 선행굴착으로 파일의 관입저항을 감소하고 말뚝을 굴착 구멍 안에 가설 후 지지력을 증가시키기 위해 타격력을 사용하는 공법이다. 
장점으로는 소음,진동이 적으며 파일의 손상이 적으며 중간의 전석층을 뚫는 것이 용이하고, 단점으로는 공기가 길고 경제적이 아니며 지층에 따라서는 파일 구멍의 붕괴가 있어 약층의 경우나 피압지하수가 있는 경우는 양호한 파일의 시공이 어렵다.

  이공법은 행하는 시점에 따라 다음과 같이 분류 할 수 있다
   - 선굴식(프리보링) : 사전에 보링구멍을 미리 만들고 나중에 파일을 삽입하는 방법
   - 중굴식 : 파일의 중공부를 이용하여 보링기계를 설치하고 보링과 함께 파일의 관입을 동시에 진행하는 방법
   - 중간형 : 중굴식이지만 보오링공정과 파일의 관입공정이 분명히 구별할 수 있는 방법  

 
 
2)중굴공법
   선단개방 기성제품 파일내공에 스파이럴오거등을 통해서 지반을 굴삭하면서 파일을 소정의 깊이까지 설치하는 것으로 소정의 지지력을 갖추기 위한 선단처리를 하는 공법이다. 침설방법은 파일을 아래방향으로 밀어 넣어서 압입시키는 방법,굴삭과 동시에 항체를 회전시키는 압입방법이 있다. 파일지름보다 크게 굴착하고 파일둘레 고정액 및 밑다짐액을 채운 구멍안에 파일을 가설하는 공법이다.
오거에 의한 굴착은 공벽의 안정을 위해 굴착액을 사용한다. 또 파일둘레 고정액은 파일 둘레 고정액은 파일의 주변마찰력이나 수평저항을 확보하기 위해 밑다짐액은 파일을 지지층에 공정시켜 선단 지지력을 확보하기 위해 사용한다. 시멘트 밀크 공법은 이제까지 개단파일(Open Shoe)이나 슈 일부에 구멍을 뚫은 것이 사용된 경우도 있지만 이 경우는 파일중공부에 주입액이 유입할 때의 유속에 의해 주입액이 교란되어 말뚝선단부와 밑다짐액과의 밀착이 저해되는 경우가 있다. 이 때문에 밀크공법은 폐단파일을 사용한다.

선단 처리방법은 함마로 때려 넣는 최종타격방식,말뚝선단부의 모래지반 혹은 사질토 지반에 밀크를 분출,교반  혼합해서 굳힌 구근을 축조하는 시멘트밀크 분출교반방식 또는 콘크리트 타설방식 등 3가지로 구분할 수 있다.
   
(1)최종타격방식
   
(2)시멘트밀크 분출교반방식
    기성 콘크리트말뚝의 중공부에 스파이럴 오거를 삽입하고 회전시켜 압입하여 소정의 지지지반에 침설 후 200㎏/㎠ 이상의 고압으로 시멘트 밀크를 분출,교반하여 확대구근을 조성하는 방법으로 말뚝 선단처리를 하여 높은 지지력을 구현시키는 저소음,저진동 매설공법이다.
적용범위는 사질토는 가능하고 점성토 N치 30이하가 가능하고 자갈직경이 말뚝내경의 1/5정도 이하이고 전석 및 호박돌층은 불가능하다.
   
(3)콘크리트타설방식

3)젯트공법
   물을 고압으로 분사하여 파일의 주위 및 선단부의 마찰을 감소시켜 파일을 관입시키는 공법으로서 타격관입공법 또는 압입공법이 곤란한 경우 특히 사질지반에 적합하다.

   젯트공법에 의한 파일관입하는 방법에는 아래와 같이 3가지로 나눌 수 있다.
   
(1)외포젯트공법
    외경 40-100mm의 젯트파이프를 파일의 외측에 맞춘 방법으로 파일을 특별히 가공 할 필요가 없다.
젯트파이프는 파일에 고정하는 경우와 고정시키지 않고 관입시에 자유로이 젯트파이프를 상하로 움직이며 조작하는 경우가 있다.    이 경우, 파일축에 대칭적으로 제트파이프를 배치하는 것이 좋으며 1본의 젯트파이프로 행할 때에 특히 수압,수량이 너무 지나치게 크면 경사지게 관입하는 경우가 있으므로 주의를 요한다.
  
(2)중젯트공법
    젯트파이프 접속부와 노즐을 가진 특수한 젯트 선단부를 붙힌 하부파일을 이용해서 파일 중공부로부터 빼내어 젯트파이프를 삽입하여 파일에 관입하는 공법이다. 젯트선단부는 중앙에 1개의 노즐을 설치한 1형과 중앙외에 측면의 대칭위치에 노즐을 설치한 2형이 있으며, 노즐경은 토질상태에 따라서 적당히 선정해야 한다.
   
(3)내장젯트공법
    주로 대구경 파일용으로 파일본체내에 사전에 젯트파이프를 배치해 놓고 있어 젯트구멍을 가지며 특수한 선단부를 이용해서 분사하는 공법이다. 주의해야 할 점은 파일내공에 물이 들어간 대로 타격을 가하면 수압으로 파일이 종으로 파손될 염려가 있으므로 적당한 공기구멍을 설치해야 하고 급,배수시설을 완전하게 하여 공사현장의 진흙화를 막을 필요가 있다.

 
4)압입공법
    회전압입에 의한 매입공법은 파일의 선단 금물을 오가로서 회전력을 주면서 압입하여 파일을 소정의 위치에 설치하는 공법
이다.   회전 압입시에는 물 등을 선단부로부터 분출하여 보조하는 방법도 있으며 파일의 선단지지력의 발현방법은 하부고정에 의한 방법이 일반적이다.

3.현장타설말뚝공법

1)기계발굴공법

(1)올케이싱공법
    프랑스의 BENOTO사가 제일 먼저 개발하여 사용하였기 때문에 일명 BENOTO공법이라 부른다. 굴착시 공벽붕괴를 방지하기 위하여 CASING TUBE를 부착하여 회전시키는 요동압입장치(OSCILLATOR)로 흙속에 삽입함과 동시에 굴착기로 내부를 굴착,배토하여 소정의 깊이까지 굴착하고 HOLE내의 SLIME의 제거와 응력제(STEEL CAGE,STEEL PIPE,H-BEAM) 의 삽입 후 콘크리트를 타설하고 요동압입장치로 CASING을 인발하여 현장타설 말뚝을 조성하는 공법이다.
장점은 CASING을 사용하므로 공벽 붕괴가 없고 확실한 파일형상을 유지하기 쉬우며 주변지반에 주는 영향이 적어 기존 구조물의 근접시공이 가능하고 콘크리트 품질에 대한 신뢰성이 높고 시공관리가 비교적 용이하다.  단점은 지하수위하의 두꺼운(5-7m) 세사층은 케이싱 튜브 인발이 곤란해질 염려가 있고 말뚝지름 및 굴착깊이에 제약이 있으며 콘크리트 타설시 철근부상 현상이 발생되는 경우가 있고 굴착기의 자중이나 케이싱 튜브의 인반력이 크므로 설치 지반의 보강이 필요하다.
   
(2)어스드릴공법
    어스드릴공법은 다른 현장타설 말뚝공법과 비교하여 소형의 장비이며 시공능률이 좋고 비용이 저렴 할 뿐 아니라 이 공법에 적합한 지반이 많다는 사실로도 건물의 기초말뚝에 많이 사용되고 있다.그러나 안정액을 사용하여 보통 논케이싱(non casing)으로 시공하기 때문에 안정액의 관리가 충분하게 되지 않으면 공벽붕괴가 생기는 일도 있으며 장점이 많은 반면 단점도 있는 공법이다. 공벽붕괴의 위험을 방지하기 위하여 케이싱을 사용하기도 한다.
시공방법은 드릴링버킷을 회전시켜 흙을 절삭 또는 파내어 굴착한다. 굴착시 지반의 붕괴방지 및 슬라임(모래)의 급속침강 또는 침강방지를 위하여 안정액을 주입하여 공벽을 보호한다. 어스드릴공법에서의 문제점은 안정액의 관리불량 등으로 생기는 공벽붕괴가 주된 것이며 이 공법에 있어서 안정액관리가 가장 중요하다.
일반적으로 시공할 때 대상이 되는 지반은 일반적으로 점토 또는 약간의 실트층에서의 어스드릴 공법이요이라면 문제는 없지만 모래 또는 자갈에서의 공법이 이용이 되면 일수 때문에 생기는 공벽붕괴의 위험이 있다.
이 공법의 장점은 저소음,저진동으로 시공이 가능하고 소형기계를 사용해서 대경으로 깊은(43m) 파일의 시공이 가능하고 벤토나이트 안정액을 사용하므로 확실한 붕괴방지가 가능하며 경질 점토층의 굴착이 용이하여 다른 현장치기 파일에 비하여 시공속도가 빠르고 저렴한 공사비가 되는 경우가 많다.
단점은 버킷 바닥부의 토사 채취 홈에서 큰 자갈(약12m)이 있으면 시공이 곤란하고 구멍바닥 처리가 적절하지 않는 경우 지지력,콘크리트강도 및 붕괴방지효과의 감소가 일어나는 경우가 있으며 굴착시 부주위에 의해 연직도를 유지 할 수 없는 경우가 있다.

(3)리버스셔클레이션공법
    역순환 굴착공법은 1954년 독일의 SALZ GITTER사에서 개발한 공법으로 현장타설 말뚝공법 중 가장 대구경이며 깊은 심도까지 시공할 수 있다.
굴착방법은 표층부에 스탠드 파이프를 설치한 다음 토질에 적합한 비트를 회전시켜 지반을 굴착하고 굴착토를 구멍내 이수와 함께 석션펌프나 에어리프트에서 지상으로 배출하는 방법에 의하고 있고 스탠드 파이프 이상 깊이의 공벽은 역순환하는 이수중의 세립토에 의해 만들어지는 케이크와 지하 수두차에 의해 보호하는 것을 원칙으로 하고있다.                   

        역순환 굴착공법의 공벽붕괴의 원인은 아래와 같다
       ① RCD공법의 기본인 공내와 공외정수압을 비교해서 0.2Kg/㎠높게 유지되지 않은 경우
       ② 스탠드 파이프의 타격중지 위치가 적당하지 않았을 경우
       ③ 헤드(정수압)을 지나치게 걸은 경우
       ④ 조립의 사력층 등 큰 일수층이 있어서 공내수가 유실된 경우
       ⑤ 현저한 피압수가 있는 경우
       ⑥ 지표면의 작업용 중장비류의 중량과 작업시의 진동 및 상재하중의 영향으로 붕괴하는 경우
       ⑦ 캘리버의 흔들림 영향으로 드릴비트가 흔들리고 있는 경우
       ⑧ 굴착중 장애물이 있을 때 큰 구멍을 만들어 일수한 경우(사층 또는 사력층) 


2) 인력굴삭공법

    
(1)심초
    주로 사람이 깊이 75㎝정도로 소국굴착 하고 노출된 굴착측면에 파형강관을 밀어 넣고 흙막이의 겹침부에 산형가의 링을 설치하여 흙막이로 하는 작업을 반복하면서 굴착흙막이로서 해 간다. 소정의 깊이에 도달한 후 지지층의 지내력을 확인하고 링재와 흙막이를 떼어내면서 철근조립과 콘크리트타설을 반복하면서 지표까지 상승한다.
말뚝지름은 사람이 들어가 작업할 수 있는 2m정도가 최소이며 최대지름은 수m까지 가능하고 깊이는 20-30m가 한계이다.
이공법의 특징은 다른 말뚝기초와 달리 사람이 굴착,흙막이를 하면서 굴착해 내려가기 때문에 직접기초와 특징을 갖는다.
장점은 인력굴착이므로 지반의 상황을 육안 또는 손의 촉감으로 확인할 수 있고 필요에 따라서 평판재하시험 등의 시험을 할 수 있으며 대형장비를 사용하지 않으므로 경사지나 흙막이 등 장비를 반입할 수 없는 장소에 시공할 수 있고 사람이 갱내에 들러 갈 수 있으므로 소형장비나 폭약의 장전 등을 할 수 있고 지중장애물의 철거 등도 사용할 수 있다. 단점은 단시간만 소굴된 상태이기 때문에 지하수에 있는 지반이나 원지반 강도가 약한 지반에서는 시공되지 않고 거의 인력으로 하기 때문에 시공속도가 느리고 안전관리의 문제가 있고 산소결핍이나 유해가스가 있는 지반에서는 작업이 곤란하다.   

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Trackback 0 Comment 4
  1. 연약지반 2009.10.16 11:36 address edit & del reply

    파일시공 공법선정시 좋은 참고 감사드립니다.

    • Favicon of https://civileng7.tistory.com BlogIcon 찬늘봄 2009.10.16 15:32 신고 address edit & del

      예.. ^^

      유용한 자료라고 하니 저도 기분이 좋습니다.

  2. 2010.10.26 23:03 address edit & del reply

    비밀댓글입니다