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중굴공법의 기본원리와 개괄

서식번호
TZ-SHR-659182
등록일자
2016.08.31
분량
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중굴공법원리개괄
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중굴공법의 기본원리와 개괄  
1.개요
중굴공법은 1970년대 후반에 일본에서 일반화되기 시작한 비교적 최신 공법으로서 소음과 진동이 없어 공해대책 공법으로 채용되는 경우가 늘어나고 있다.
중굴공법의 기본원리는 파일자체가 케이싱 역할을 하므로 공벽의 붕괴 우려가 없으며 확대 비트를 사용하여 파일 직경과 동일하게 천공 압입시키고 에어로 surging을 하는 것이다.
따라서 진동과 소음이 없으므로 시가지 공사에 적합하도록 개발 되었으며, 파일 선단에만 그라우팅을 하므로 자재비를 절감할 수 있고, 작업의 효율성을 증대할 수 있다.

또한 다년간 파일기초 공사를 해오면서 보완과 개선이 필요하다고 절실하게 느낀 문제 중에는 공벽을 유지하고 천공심도까지 파일을 근입하여 설계 품질을 유지하는 것을 들 수 있다. 특히 사질층 및 모래 자갈층에 파일을 시공할 때 기존의 sip나 pre-boring으로 천공하여 공벽이 전혀 형성이 되지 않는 경우나, 연약지반으로 인하여 안정액으로 처리하여도 공벽이 유지되지 않아 파일의 근입이 어려운 경우가 많다

중굴공법은 이러한 지층의 공사에 유효한 공법이다.
2.중굴공법
중굴공법은 고강도의 파일을 사용하여, 파일의 빈 중공(中孔) 안을 오거 비트로 토사를 굴삭, 배토하면서 동시에 파일을 유압해머로 항타하여 지지층에 도달시킨다.
특수한 2단 확대 비트를 오거 스크루 선단에 취부하여 파일의 중공부를 굴삭하는 것은 지지층에 이르기 전까지는 1단 비트로 굴착하므로 굴착공 직경은 파일 직경보다 작다.지지층에 부근에 도달하면 큰 2단 비트 날개로 굴착을 한다.
굴착 시에는 파일과 오거의 연직을 정확히 관리하고, 침설되는 파일보다 오거의 선단이 선행함으로써 말뚝 선단의 토사가 흐트러지지 않도록 하는 것이 중요하다.
중굴공법은 굴착선단의 처리방법에 따라 선단 그라우팅 공법, 드롭 해머에 의한 정착공법, 선단구근 및 드롭해머의 병용 공법의 3가지로 나누어지며, 각각의 공법에 따라 소요 장비도 가감이 된다.
2.1 선단 그라우팅 공법
지지층 선단에 구근을 형성하는 방법으로서 하단 지지층을 확대 비트를 사용하여 확대하고 시멘트 페이스트(cement paste)를 주입하여 기성 파일의 단면을 확대하는 효과를 얻어낸다.중간 굳기의 지지층의 파일 시공시 사용되는 공법이다.
그림-1은 굴착 및 구근을 형성할 때 사용되는 비트를 확대한 것이며, 그 제원은 표-1과 같다.
제 목 : 그림-1 굴착 및 구근 형성 시 bit의 확대도
제 목 : 표-1 굴착 및 구근 형성 시 bit의 제원   
그림-2는 구근을 형성한 후 오거를 인발하는 상황을 보여 준다.파일의 침설과 굴착이 끝난 후 오거를 인발할 때는 말뚝 선단에 압력이 내려가 보일링이 발생할 수 있으므로 오거의 인발 속도를 잘 조정하여야 하며 필요하면 굴착 시에 주수를 하여 말뚝 내의 수두압을 올려야 한다.
제 목 : 그림-2 구근 형성도   
확대 비트로 구근을 굴착한 후 air surge로 배토를 용이하게 한 후 시멘트 페이스트를 주입하여 구근을 형성하는데 이 때 사용되는 시멘트의 배합 비는 표-2와 같다.
제 목 : 표-2 표준 배합비(일본 건설성 기준)   
* 주입범위는 pile 하단 2d pile 상단 1d 이상 주입
그림-3은 구근의 코어 물성치 예(직경 800mm, 말뚝장 28m)를 보여주고, 그림-4는 연직 재하 실험의 예를 보여주고 있다.
제 목 : 그림-3 구근의 코어 물성치   제 목 : 그림-4 연직 재하 실험   
2.2 드롭해머에 의한 정착공법
중굴 천공으로 파일을 압입 침설하여 지지층에 도달하게 되면 드롭해머로 타격을 하여 소요 지지력을 얻는 방법이다.타격을 하면 말뚝 선단부의 토사는 말뚝의 중공부로 관입되면서 다져지고 중공부를 폐쇄하여 타입 말뚝과 동등한 지지력을 낼 수 있게 된다.
장기 허용 연직 지지력은 일본 건설성 기준에 따르면 다음과 같이 산출된다.
ra 1/3(αnaap 1.5lφ)   (이하 생략)

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