현장타설 콘크리트말뚝 - RCD공법

RCD 공법의 개요

1.RCD(Reverse Circulation Drill)공법

1) 굴착토사와 물의 혼합물을 파이프 내부를 통해 역순환시켜 밖으로 배출하는 현장타설말뚝공법 가운데 하나인 1954년 독일에서 개발되었으며 역순환 굴착공법, RCD공법 이라고 함

 

2)지표면에서 풍화암 상단까지 케이싱(Stand Pipe)을 설치하는 것으로 공벽의 붕괴를 방지하며 Hammer Grab으로 굴착하고, 특수한 비트(bit)를 회전시켜 설계심도까지 굴착하는 공법으로 굴착중 발생되는 굴착토를 Drill Rod Pipe를 통하여 하부로부터 압축공기를 이용 순환수와 함께 지상으로 배출하며 침전지에서 굴착토를 침전 시킨 후 다시 공급 되는 방법을 사용한 역순환 굴착공법

 

3)굴착장비를 오르내릴 필요없이 연속적으로 작업을 진행할 수 있어 깊은 곳 까지 굴착이 가능하고 굴착공의 대구경화가 가능하며 진동과 소음이 적다.

그러나 지층 조건에 따라서는 말뚝 선단 및 주변 지반이 이완되는 경향이 있고, 정수압 만으로 수위가 유지되지 않는 지층 조건에서는 시공이 어려운 단점이 있음

 

2.RCD공법의 특징

1)연암이나 경암층까지 시공이 가능

2)Bit로 암반을 천공하므로 주변 지반에 큰 영향을 미치지 않음

3)Drill 공법으로 육상 및 수상 시공이 가능

4)장 심도 천공이 가능

 

3.RCD공법 작업순서

1)굴착
 (1)참조말뚝 확인과 CASING 설치
① CASING 설치 전에 반드시 참조말뚝의 위치를 확인해야 하며 CASING을 설치할 때 직교하는 두 방향에서 연직도를 확인한다.
② CASING ROTARY로 CASING을 압입하되 POWER가 부족하여 압입이 용이하지 않을 경우 OSCILLATOR를 설치하여 CASING을 압입한다.
 (2) 굴착
① CASING 내부지반을 HAMMER GRAB로 굴착하면서 필요한 심도까지 CASING을 설치한다.
② 굴착도중 호박돌, 전석층의 굴착은 HAMMER GRAB이나 CHISEL을 사용하거나 인력에 의한 착암기 등으로 께내야 한다.
③ CASING 근입심도까지 굴착이 완료되면 ROTARY TABLE, DRILL BIT, ROD 등의 굴착기구를 조립하고 이수 순환장치를 설치한다.
④ ROD를 연결해가면서 지지층(설계심도)까지 굴착하되 DRILL ROD 직경(150～300mm)의 약 70% 이상 되는 호박돌 등은 HAMMER GRAB등을 사용하여 제거해야 한다.
이때 HAMMER GRAB의 승강에 의해 공내의 이수가 유속이 빨라져서 공벽이 붕괴될수 있으므로 조심스럽게 작업해야 하며 또한 HAMMER GRAB이 직접 공벽에 부딪쳐치명적인 손상을 입지 않도록 주의해야 한다.
⑤ CASING이 설치되지 않은 구간에서는 정수압, 안정액 등에 의해 공벽을 유지시킬 수있으나 항상 공벽붕괴의 위험이 있기 때문에 주의해야 한다. 이수에 의한 경우 지하수위보다 2M이상의 높은 수위를 유지해야 하나 필요이상의 수두차가 되면 CASING주변으로부터 누수가 생기게 되고 투수성이 큰 경우 인접공(孔)이나 주변지반에 나쁜영향을 미치게 되므로 주의해야 한다.
⑥ 굴착수는 인공이수(BENTONITE SLULLY)가 아닌 청수를 사용하는 것을 원칙으로 하며 염화물의 허용한도는 해사의 절대건조 중량에 대하여 0.04%이내를 표준으로 하고 있다.
⑦ 안정액의 사용이 불가피할 경우에는 시공자는 반드시 감독관의 확인을 받되 설계자의 검토가 선행되어야 하며 사용 승인된 경우 굴착 전 적어도 그 본분의 량을 준비하여 예측불허의 수위저하에 대비 해야한다.
⑧ R.C.D 말뚝의 연직도는 1/200 정밀도로 관리되어야 한다. 굴착중에는 트랜싯이나수준기 등에 의한 간이적인 방법을 사용하고, 필요시 또는 굴착완료후에는 초음파 탐사법을 적용해야 하며 굴착기 OPERATOR실에 설치된 컴퓨터 PANEL로도 관리 할수 있다.

2)지지층의 확인과 근입심도
① 지지층은 시추주상도에 의해 결정된 설계도서에 제시된 굴착깊이, 굴착속도 등을 참고하며 굴착된 토사와 지반조사 자료를 비교하여 확인할 수 있지만 지층변화가 심하거나 충분하지 못한 지반조사 등의 이유로 인해 변동될 수 있으므로 지지층 확인에유의해야 한다.
② 처음 몇 본의 시공은 BORING 조사위치와 가까운 곳에서 시행하여 시추주상도와 비교해 깊이, 위치, N치와 굴착속도, 풍화도 및 강도와 굴착속도 등을 파악하여 현장관찰 및 자료로 활용한다.
③ 설계심도까지 굴착이 완료된 후 굴착심도는 줄자에 내림추를 매달아 실측한다. 굴 착심도는 줄자에 내림추를 매달아 실측하되 반드시 감리원 및 감독관의 확인을 받아야하며 설계심도까지 굴착해도 설계지지력 확보가 어렵다고 판단되거나 지지층을 판단하기 곤란한 경우, 말뚝에 근접해서 추가로 시추조사를 하여 설계자나 감독관 확인하에 소요심도까지 추가로 굴착해야 한다.

 3)SLIME 처리
① 말뚝저부와 지지층 사이에 SLIME이 있으면 말뚝의 지지력 감소는 물론 부등침하로인한 상부구조물의 구조적 손상 및 콘크리트 타설시 콘크리트 속에 혼입되어 강도를떨어뜨리거나 철근망이 부풀어오르는 현상이 발생될 우려가 있으므로 콘크리트 타설전에 반드시 퇴적된 SLIME을 제거해야 한다.
② SLIME 제거방법에는 굴착완료 후 철근망 설치 전에 하는 일반 바닥청소(1차 처리)와 콘크리트 타설 직전에 시행하는 특수 바닥 청소(2차 처리)로 구분되며 압력수를 공저에 분사하면서 압축공기를 TREMIE PIPE하부로 내보 TREMIE PIPE 내외의 수압차에 의해 공저부근의 SLIME을 밖으로 배출시키는 AIR LIFT공법이 주로 적용된다.
③ 위와 같이 1, 2차로 나누어 SLIME을 제거해야 한다해도 완전하게 제거하기 어려우므로 TOE GROUTING을 필요시 실시해야 한다.

 

4) 철근망 가공․조립 및 설치
① 재료의 반입과 철근망을 조립하기 편리한 장소를 골라서 현장 내에 설치하는 것이 바람직하며 철근 및 철근망은 부피가 크고 길기 때문에 충분한 면적과 공간을 확보해야 한다.
② 철근망은 전체 형상이 곧게 조립되도록 조립대를 이용하여 주철근과 띠철근, 변형방지철근 및 떠오름 방지철근 등을 설계도면대로 조립하되 이음은 용접방식보다 결속선 이음방식 (결속선은 직경 0.9mm이상의 철선을 2겹 이상 사용)을 채택하며 전체의 Q 약 30%이상은 U-BOLT를 사용해야 한다.
③ 철근망의 변형방지를 위한 보강이 무엇보다 중요하며 아울러 철근망 피복유지를 위한 SPACER를 반드시 5M이내 간격으로 4방향에 설치해야 하며 겹이음으르 할 경우 겹이음 길이는 철근 직경의 40배이상이 되도록 하되 모든 철근이 한 위치에 겹이음 되지 않고 교호로 겹이음이 되도록 해야한다.
④ TOE GROUTING이 계획된 경우 설계도면과 같이 철근망에 GROUTING용 TUBE(Φ 4" STEEL PIPE)를 결속하여 철근망 근입시 함께 근입하되 수직도 관리에 유의해야 한다.
⑤ 말뚝머리의 여유 타설 되는 콘크리트 속의 철근은 스티로폴 등으로 피복 하여 두부
정리시 콘크리트와 쉽게 분리될 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

 

5)콘크리트 타설
① 배합설계는 배합강도가 설계기준강도의 20%이상 되도록 하되 콘크리트 타설은 TREMIE PIPE나 CONCRETE PUMP를 이용하므로 WORKABILITY를 좋게 하고 철근망의 배면과 CASING이 차지하고 있던 공간을 잘 채울 수 있도록 하기 위하여 SLUMP치를 18cm 전후, W/C = 50%, 최대골재치수 25mm, 단위 시멘트량은 370Kg/㎥ 이상의 것을 사용하며 이와 같은 이유로 기후나 운반시간등을 고려하여 응결지연제를 사용하는 것이 바람직하다.
② R.C.D 말뚝의 콘크리트 타설방법은 TREMIE PIPE에 의한 수중콘크리트 타설방법에의한다.
③ TREMIE PIPE는 일반적으로 내경 15～30CM, 길이는 1～6M의 것을 연결하여 사용하며 연결부위에서 물이 새는 일이 없도록 유의해야 한다.
④ 콘크리트를 HOPPER로부터 흘리지 않도록 해서 재료분리를 방지해야 하며 분리된 굵은 골재가 철근과 CASING 사이에 끼어 CASING 인발시 철근망이 따라 올라오게되는 일이 없도록 해야하며 철근망 오름방지 및 확인을 위해 철근망 상단에 줄자를 부착한다. 또한 HOPPER로부터 흘러 넘치게 되면 흘러 넘친 콘크리트가 수중으로 낙하되어 재료분리가 일어나 불량 콘크리트가 될 수 있으므로 유의해야한다.
⑤ CASING을 인발할 때 CASING상단의 한쪽만을 잡고 올리면 CASING이 기울어져 콘크리트 말뚝 머리의 형상을 타원형으로 만들 염려가 있으므로 인발시 적어도 두 곳이상을 매달아 수직으로 CASING을 뽑아 올려야 한다.
⑥ TREMIE PIPE를 사용하여 콘크리트를 타설하기 때문에 초기에 투입된 말뚝머리 부분의 콘크리트는 공내 물, 부유물, 이수 등이 혼입되거나 LAITANCE등에 의해 품질이 저하되기 때문에 설계높이보다 1M정도 콘크리트를 여유 있게 타설해야 한다.
⑦ 콘크리트 타설시 규정시간이 지연된 레미콘을 타설해서는 안 된다. 지연된 레미콘은비비기로부터 치기가 끝날 때까지의 시간이 현재의 대기온도 조건(25℃ 이하)에서 1.5시간(건축공사 표준시방서) 또는 2.0시간(콘크리트 표준시방서)에서 SLUMP치가 0에 근접하여 강도가 급격히 떨어지는 비비기 후 3시간을 초과한 콘크리트로 이와 같은 지연된 콘크리트의 사용은 강도저하의 직접적인 원인이 되므로 절대로 사용해서는 안되며 가수를 하여 사용하여도 안 된다.

 

6)TOE GROUTING 시공(필요시)
시공자는 GROUTING PIPE 설치 및 GROUT 배합비(중량배합비 1:1~1:10)등에 대한 계획서를 작성하여 감독관의 승인을 받아야 한다.
① TOE GROUTING의 목적
- R.C.D. 말뚝 선단부와 기암반 접착면의 전단면 보강
- 기초암반내의 절리면 이나 파쇄대 보강으로 암반의 강도증가 및 변형감소 효과
② 천공작업(DRILLING)
- 철근에 기설치된 강관을 통하여 R.C.D.말뚝선단으로부터 2D(D : 말뚝직경)이상(최소4.0M)구경 76mm 정도로 천공한다.
- 천공시 말뚝 선단부의 콘크리트 CORE 및 기반암의 CORE를 채취하여 강도시험및 육안관찰 등을 통해 콘크리트와 기암반의 강도 및 기암반의 풍화도 및 절리발달 상태 등을 확인한다.
③ GROUTING 시공
- 강관 선단에 SINGLE PACKER를 설치한 후 그라우팅 펌프와 호스를 연결한다.
- 그라우팅 작업은 천공저면에서 강관 상단까지 실시한다.
- 그라우팅 압력이 10Kg/㎠ 이하이거나 용적이 천공길이 1M당 400리터 초과시 그
라우팅을 중단한다.
- 그라우팅 작업시 압력을 10Kg/㎠ 이상을 10분 이상 주입한다.

 

7)두부 정리
설계높이보다 높게(통상 1M) 타설된 콘크리트를 제거하는 것을 두부정리(TRIMMING 또는 CHIPPING)라고 하며 두부 정리방법은 여러 가지가 있으나 HAND GRINDER로 CUTTING후 HAND BREAKER를 사용하는 것으로 한다.