S.I.P 기초공법(Soil-cement Injected Precast Pile methods)

S.I.P 기초공법(Soil-cement Injected Precast Pile methods)

목 차

 1. S.I.P 기초공법의 개요

 2. 시공방법 및 효과

 3. 사용장비

 4. 시공순서

1. SIP 기초공법의 개요

기초지반의 지지력은 지반의 강도와 기초의 크기 및 기초의 근입 등에 의해 결정 되는데 지반의 강도가 부족한 경우 기초의 근입을 늘이는 것이 가장 확실한 공법이라 하겠다. 그러나 기초에 전달되는 하중이 대단히 큰 경우는 기초의 근입이 상당히 늘어나야 하므로 그에 따라 기초전체를 깊게 근입하는데는 상당한 공사비가 소요되기 때문에 말뚝공법의 도입이 필연적이 된다.

이 공법을 토질 및 기초공학에서는 깊은 기초(deep foundation)공법으로 분류하며 기초공법 중 가장 안정된 공법으로 평가하고 있다. 말뚝 공법은 강성이 큰 STEEL 이나 콘크리트, 목재 등을 지층 깊숙히 관입하여 매우 단단한 심층에서 기초가 지지되도록 하는 것으로 지층의 토립자 구성이 매우 중요한 고려사항이다. 즉, 중간 토층에서의 말뚝의 관입이 용이하여야 하고 말뚝선단부의 지지력이 확실하여야 한다. 그러나 하천 인접유역에서는 자갈, 호박돌층이 두껍게 퇴적되어 있는 경우가 많아 타격에 의한 말뚝근입이 불가능하며 모래, 자갈층은 세굴작용이 일어나므로 선단지지층 으로 사용하기도 곤란하다. 따라서 이러한 지층에서는 대구경의 우물통기초를 하거나 오거장비등에 의해 미리 삭공하여 현장에서 콘크리트를 치는 현장말뚝(Bores pile)공법 등이 사용되어 왔다.

그러나 이러한 공법들은 말뚝의 크기(단면적)에 비해 비교적 침하량이 크게 나타나고 기초지반이 이완되며 말뚝주변의 마찰이 크게 감소되어 지반의 지지력이 부족한 탓으로 말뚝본체의 강도를 충분하게 사용하지 못하므로서 비경제적이 되기가 쉽다. 본 SIP 공법은 이러한 단점을 보완하므로서 양생후에는 주변 지층의 강도가 증대되어 말뚝주변의 마찰력(Skin friction)을 크게 증대시키고 아울러 선단부에서도 교반된 Soil-cement가 완전히 충진되어 말뚝의 침하량을 최소화시키는 공법이다


2. 시공방법 및 효과

본 공법은 오거 장비로 소요 말뚝구경보다 직경이 10cm정도 크게 하여 천공하며 굴진시 오거비트를 통해 Cement Paste와 Bentonite를 배합한 용액을 주입하여 공벽을 보호하면서 설계심도까지 굴진하다. 지지층 부근에서는 부배합의 Cement Paste를 주입하여 원지반토와 충분히 교반하므로서 확장된 선단 지지층으로 사용할 수 있게 한다.

교반작업이 완료되면 기성말뚝을 자중에 의해 공의 내부에 압입한 후 선단부 1.0∼1.5m을 햄머에 의해 타입시키므로서 말뚝 선단부가 이완되지 않고 오히려 더욱 조밀해지도록 하는 효과를 얻는다.

이렇게 하므로서 말뚝선단부의 지지력이 증대될 뿐만 아니라 말뚝 주변의 마찰력이 타입말뚝(Driven Pile)보다 오히려 크게 나타나 말뚝 본체의 지지력을 100%발휘할 수 있게 된다.

또한 말뚝의 선단이 개구식(Open Shoe)인 경우 말뚝내부에도 Soil-cement가 충진되어 말뚝의 유효단면적이 확대되므로 말뚝 자체의 강성에도 더욱 양호한 효과를 주며 말뚝에 가해지는 충격응력이 작아 품질관리면에서도 우수하다.

뿐만 아니라 소음 및 진동이 작아 도심지에서의 작업도 가능하며 지지층까지의 관입이 확실하여 하자발생의 요인이 거의 없다

3. 사용장비

본 오거장비의 특징은 다음과 같다.

⑴ 본 공법에 사용되는 오거장비는 강력한 구동력을 발휘하여 풍화대층(잔적토 및 풍화암)까지 삭공이 가능하다.

⑵ 오거의 회전은 축회전이 가능하여 굴진과 교반작업의 구분 시공이 용이하다.

⑶ 날개(Screw)는 토사와 Cement Paste를 교반시키는 봉형으로된 교반 날개와 배합토사를 상사로 이동시키는 나선형으로된 교반날개오 구분되어 있고 토층에 따라 일반적, 호박돌층용, 점성토층용 등 다양하여 지층에 따라서 선택하여 사용이 가능하다

⑷ 항타장비는 일반적으로 많이 사용되는 Kobe K-25나 Drop Hammer 중에서 말뚝중량에 따라 적절한 것을 선택하여 사용하고 있다.

4. 시공순서

⑴ 사용기계 및 기구의 점검을 실시한다. 특히 오거의 치수, 길이를 정확히 측정하고 설계심도 부근에는 50cm 마다 mark를 한다. 또한 배합기 및 계량기에 대해서도 배합비, 사용방법 등을 확실하게 파악한다.

⑵ 말뚝의 시공시점에 설치된 표식과 오거의 중심을 정확히 일치시킨 후 오거가 수직인가를 확인한 다음에 굴진을 시작한다. (그림①)

⑶ 굴진용 용액(일반적으로 Soil-cement 1m³당 시멘트 120kg, Bentonite 25kg, 물 450 ℓ로 배합)을 오거선단에서 주입하면서 중간지층을 굴진한다. 지지층을 확인하면 다시 설계심도까지 굴진한다. 이때 설계심도는 적어도 지지층 안에 말뚝직경의 3배 이상 관입되어야 한다. (그림②)

(4) 설계심도까지 도달하면 굴진용 용액을 근고용(根痼用) 용액 (선단부 지층에 따라 다소 차이는 있으나 시멘트:물 = 1:1.2∼1.4 로 하며 시멘트는 400∼800kg 정도로 사용한다.)으로 바꾸어서 수회,수m를 오거로 상하 왕복하면서 교반하여 Cement Paste와 지층이 충분히 교반되도록 한다. (그림③)

⑹ 오거로 충진액(굴진용 용액과 동일)을 주입하면서 인발한다. (그림④)

⑺ 말뚝은 공의 중심과 수직이 되도록 세운 뒤 말뚝자중에 의해 압입한다. 이때 압입길이가 말뚝선단부에서 허용고차(약 2.0∼2.5m)보다 미달되면 말뚝을 인발하여 재 압입 하든지 말뚝을 낙차(0.2 ∼ 0.5m)로 타격하여 허용고차 범위에 seating 되도록 한다. . (그림⑤)

⑻ 항타장비에 의해 말뚝을 경타하여 허용최종고차(약 0.5 ∼ 1.0m)이내까지 타입시킨다. . (그림⑥)