2장. 기 초 (말뚝기초 1-4)

11. 대구경 제자리말뚝

대구경 굴삭기로 지반에 큰 지름의 성을 파고 여기에 철근을 삽입하고, 콘크리트를 부어 넣어서 기초말뚝을 축조하는 제자리붓기말뚝을 말한다. 여기에 쓰이는 굴삭기를 총칭하여 대구경 제자리 말뚝 굴삭기라 한다. 이것은 소음진동에 대한 도시

공해문제와 공사의 대형화에 따른 큰 지지력이 요구되는 기초말뚝의 필요에서 개발된 것이다. 각종 기종이 있으나 그중 대표적인 것은 리버스기, 베노토기, 어드드릴 등이 있다.

 

(1) 역순환 삭공공법

이것은 독일의 자르쯔깃터사가 고안한 리버스큘레이션드릴이라는 기계로 대구경 제자리말뚝 구멍을 굴삭하는 공법으로 역순환삭공공법 또는 리버스서큘레이션공법이라 한다. 축대의 선단에 설치한 드릴비트를 로터리 테이블에서 연속적으로 회전시켜서 굴삭한다. 굴삭토사는 축대 내를 상방으로 흐르는 순환수와 함께 상부로 배출된다. 비트의 형상은 여러 가지가 있어 지반조건에 맞는 것을 써서 깊이 30~40m 정도에서 500m까지 될 수 있다고 한다. 순환수는 물 또는 벤토나이토 이수를 쓰고 이것을 펌프로 퍼올려서 배수시킴므로 역순환이라 하며 배제된 순환수는 침전조에 넣어서 굴삭된 토사와 이수를

분리시켜서 이수만은 다시 굴삭구멍에 보내어 재활용한다. 순환수를 퍼올리는 방법은 펌프석션방식과 압축공기를 쓰는 에어리프트방식이 있다. 리버스기는 삭공할 때 표토 붕괴 방지와 수두압을 유지하기 위하여 스탠드파이프를 박아 주위 벽을 보호하고 그 이하의  구멍벽은 정수압과 이수를 안정액으로 하여 흙탕물을 만들며 붕괴를 방지하고 회전비트로 지반을 삭토하여 이수상태로 만들어 연속적으로 역순환 방식으로 이수를 순환시키는 기계이다. 역순환시키는 방식은 다음과 같다.

 

# 석션드릴식

# 에이리프트 드릴식

# 제트드릴식

# 무축대연순환드릴식

 

(2) 베노토공법

이 공법은 프랑스의 베노토사가 개발한 베노토기라는 대구경 굴삭기로 말뚝구멍을 파고 제자리말뚝을 조성하는 공법이다. 이 공법은 케이싱을 요동장치로 왕복 요동 회전시키면서 유압잭으로 땅속에 관입시키며 그 내부를 해머그래브로 굴삭하여

삭공한다. 다음은 구멍 내에 조립철근을 삽입하고 콘크리트를 채워 넣으면서 케이싱을 요동시켜 뽑 제자리콘크리트말뚝을 축조하는 공법이다. 이것을 올케이싱공법 또는 전케이싱요동공법이라 하여 역순환공법이나 어드드릴공법과 구별하고 있다.

 

(3) 보링홀공법

이것은 대구경보링기계를 이용하여 축대의 회전에 따라 선단 비트가 토사를 굴삭하여 제자리말뚝을 조성하는 공법이다. 이것은 이수를 역순환시키는 리버스기와는 반대로 이수를 정순환 시키면서 굴삭한다. 이 공법은 이수 곧 안정액을 쓰며 케이싱 없이 굴삭하여 보링기의 축대를 통하여 비트가 회전하면서 토사를 굴삭하고 동시에 그 선단에 있는 펌프에서 이수가 압출되고 굴삭토사는 구멍의 주위를 통하여 이수와 함께 배출된다. 굴삭이 완료되면 구멍 내벽과 밑창가심을 하고 역순환법과 같은 방식으로 철근삽입 콘크리트 붓기를 한다. 콘크리트는 트레미관에 의하여 아래에서부터 차례로 다져 올라와서 말뚝을 완성한다.

 

(4) 어드드릴공법

미국 칼웰드사가 개발한 것으로 칼웰드 어드드릴이라 한 것이 최초이다. 어드드릴공법은 회전식 드릴링버킷으로 소정 깊이까지 굴삭하고 굴삭구멍에 조립철근삽입, 콘크리트 붓기를 하여 제자리붓기 철근콘크리트말뚝을 조성하는 공법이다. 이것은 케이싱을 사용하지 않기 때문에 구멍 상부의 붕괴 방지로 상부에는 보호관을 설치한다. 보호관의 길이는 지반 상부에서 4~8m 정도가 표준이다. 구멍벽 붕괴 방지에는 벤토나이트 이수를 쓴다. 굴삭지름은 30~120cm 대구경은 지름 3m까지도 가능하다고 하며, 굴삭깊이는 보통 25~30m이고 축대를 이어 쓰면 50m까지도 가능하다. 

 

(5) 어드오거공법

전동기, 감속기의 선단에 오거헤드가 있는 스크류를 장치하고 지중에 천공하는 기계를 오드오거기라 한다. 무소음, 무진동이고 기초말뚝, 흙막이벽, 지수벽 등의 조성에 사용된다. 오거공법으로는 PIP공법, CIP공법, MIP공법, PC말뚝매설, 프리보링공법 등이 있다. 지중에 케이싱을 내리꽂으면서 그 속의 토사는 오거로 배출시키고 구멍에 철근과 콘크리트를 채워서 말뚝을 완성한다. 케이싱은 지반조건에 따라 남겨두기도 하고, 빼버리기도 한다. 또한 오거를 빼내면서 오거의 중공축의 선단에서 모르타르를 주입하고 보강용의 조립철근을 삽입하기도 한다.

 

12. 인력굴삭공법

이것은 구멍을 파내려 가면서 지상에서 만든 우물통을 내리 앉히거나 가설흙막이를 설치하면서 깊고 굳은 지층까지 도달시켜 큰 지름의 피어를 조성하는 공법이다. 이것을 재래에 우물통기초 또는 심초공법이라고도 하였다. 현재는 기계굴삭으로도 가능하여 인력굴삭은 거의 쓰지 않지만 그래도 굴삭기계를 반입할 수 없는 장소 또는 기계가동의 능률이 열악한 장소에 쓰인다. 이것은 지난날에는 기계로는 불가능한 지름 1.0m ~ 1.5m 파내려갈 때마다 주벽에 골함석 등을 둘러대고 강제띠장으로 흙막이를 만들면서 파내려가고 필요에 따라 선단은 확대한다. 이속에 콘크리트를 부어 기초를 완성한다. 일종의 잠함말뚝이라고도 하며 그 지름은 60cm 이상의 것을 말하고 그보다 작은 지름의 말뚝은 보통피어라 한다. 피어기초란 구조체의 하중을 깊은 지반에 전달 위하여 연약 지층에 구축한 기둥모양의 기초를 말한다.

 

(1) 심초공법

대구경의 피어 기초를 조성하는 공법을 총칭하여 심초공법이라 하며 근래에는 대구경 굴삭기계가 개발되어 1.5~3.0m 지름도 가능하나 예전에는 대구경 지름의 굴삭은 주로 인력으로 파고 지표에서 파 들어가면서 주위벽에 흙막이를 설치하거나 우물통을 지상에서 축조하여 속을 파서 굳은 지반까지 내려앉혔다.

 

(2) 우물통공법

철근콘크리트조의 중공원통을 축조하여 내부의 토사를 굴삭하여 소정위치까지 이어 축조하여 내려앉혀서 기초로 하는 공법이다. 굴삭은 주로 인력에 의하고 원통은 지상에서 이어 만든다. 우물통의 단면은 원형으로 하지만 교량 등에는 장원형 장방형이 쓰이기도 하며 강재널말뚝을 우물통으로 할 수 있다. 예전에는 배수펌프의 능력이 깊이 9m 정도였으나 심정펌프 등이 개발되어 더욱 깊이 할 수도 있다.

 

(3) 잠함기초

지상에서 밑이 없는 원통 또는 방형의 상자를 철근콘크리트조로 만들고 또는 건물의 지하층을 지상에서 축조하고 그 속의 토사를 굴삭하여 기반층에 도달하면 그저부에 콘크리트를 부어 기초를 완성한다. 이것을 케이슨기초라고도 한다. 잠함공법은 개방잠함공법과 용기잠함공법이 있다. 용기잠함공법은 밀폐된 굴삭실에 압축공기를 보내어 출수를 방지하며 굴삭은 인력으로 한다.