파일 기초 공법 총정리! (종류, 공법별 특성, 시공순서)
오늘은 파일 기초 공법 (시공방식에 따라) 에 대해 정리해보았습니다.
시공 방법과 순서 그리고 공법별 특성들에 대해 알아보겠습니다.
파일링 이란?
파일 기초는 기초 형식이 분류로 보면 깊은 기초 형식의 한 종류이며, 지반을 강화하여 건축물이나 기반 시설의 하중을 안정적으로 지지하는 과정입니다. 파일은 보통 긴 기둥 형태로 제작되며, 주로 목재, 강철 또는 콘크리트로 만들어집니다. 파일의 모양, 둘레 및 무게는 토양의 상태와 프로젝트의 특성에 따라 조정됩니다.
말뚝은 토양의 견고한 층에 도달하기 위해 깊은 심도까지 설치됩니다. 이렇게 하면 건축물의 하중을 지반의 특정 부분에 집중시키는 대신, 파일을 통해 하중이 지반내 넓은 부위로 분산됩니다. 이는 지반의 강도를 최대한 활용하여 안정성을 높이는 방법입니다.
말뚝 설계는 프로젝트의 요구 사항에 따라 다양한 요소를 고려해야 합니다. 예를 들어, 고층 빌딩을 지지해야 하는 경우 파일은 양압력과 지진하중 등에 대한 강도를 고려하여 설계되어야 합니다.
파일 기초를 사용하는 경우
- 지하수위가 높은 경우
- 상부 구조물의 하중이 커서 추가 지지력이 필요한 경우
- 상부 지반이 압축 가능한 경우 (연약지반을 뜻함)
- 강바닥이나 해변 근처에 위치하여 세굴의 가능성이 있는 경우
- 구조물 근처에 운하 또는 깊은 배수 시스템이 있는 경우
파일링 공법의 유형
파일의 시공 방법은 크게 3가지로 구분됩니다.
1. 타입(항타)공법
2. 현탈타설 공법
3. 복합 공법
1. 타입(항타) 공법 (Driven pile)
타격공법, 진동공법, 압입공법 등이 이와 유사한 공법으로 분류됩니다.
타입 공법을 사용하는 말뚝 기초는 콘크리트, 강철 또는 목재로 제작될 수 있습니다. 이러한 파일은 건설 현장에서 사용되기 전에 제작됩니다. 말뚝이 콘크리트로 제작되고 항타에 사용되는 경우에는 프리캐스트 항타 파일(PHC 파일)이라고 합니다. 이 파일은 파일 해머를 사용하여 박아넣습니다.
타입 말뚝은 지반을 대체하기 위해 설치되며, 말뚝의 부피와 동일한 부피의 지반을 밀어내어 토양을 조밀하게 만듭니다. 인접한 지반을 압축하는 말뚝을 압축 말뚝이라고도 합니다.
이러한 지반 조밀화는 지지력을 증가시킵니다. 그러나 지하수 포화 지반이나 투수성이 낮은 지반은 배수 능력이 낮아질 수 있습니다. 따라서 토양을 조밀화하려면 물을 배출해야 합니다. 그러나 이러한 지반에서는 말뚝을 설치할 때 압축되지 않으므로 공극수압이 증가하고 지반의 지지력이 감소하는 문제가 발생할 수 있습니다. 이러한 문제를 해결하기 위해 적절한 배수 시스템을 설치하여 지반의 수분을 관리하는 것이 중요합니다.
2. 현장 타설 공법 (Cast in place pile)
현장 타설 기초 방법은 콘크리트 말뚝을 사용하며, 프리캐스트 파일을 건설 현장으로 운반하는 대신 작업자가 지면에 천공을 하고 그 안에 철근을 넣은 후 콘크리트를 타설하여 기초를 형성합니다. 프로젝트의 특성에 따라 기초의 깊이를 조정할 수 있으며, 항타 파일 기초에 사용되는 파일보다 작은 직경의 말뚝을 사용할 수도 있습니다.
현장 타설 방법은 일반적으로 다음과 같은 단계로 이루어집니다.
- 지반 조사
건설 현장에서 적절한 위치에 대한 지반 조사를 수행합니다. 이는 지반의 특성과 기초 설계에 필요한 정보를 파악하기 위해 중요한 단계입니다. - 지반 천공
기초의 위치에 따라 작업자는 깊이와 직경이 적절한 시추공을 파고 철근을 넣습니다. 일반적으로 회전식 오거(Auger)를 사용하여 천공합니다. - 철근 삽입
적절한 길이의 조립된 철근망을 삽입합니다. 철근은 말뚝의 강도와 지지력을 제공하는 중요한 구성 요소입니다. - 콘크리트 타설
콘크리트를 주입하여 말뚝을 형성합니다. 콘크리트는 구멍을 완전히 채워 넣어야 하며, 적절한 압축과 컴팩션 통해 지반과의 밀착을 확보해야 합니다. - 양생
콘크리트가 경화되면 말뚝은 강도를 향상시키고 안정성을 제공합니다. 이후 필요한 경우 추가적인 작업을 수행할 수 있습니다.
3) 복합 공법 (Composite driven pile)
항타 말뚝과 현장 타설 말뚝은 항타 말뚝과 현장 타설 말뚝의 장점을 모두 가지고 있습니다. 복합 말뚝의 설치 절차는 다음과 같습니다: 말뚝 직경의 강철 쉘을 지반에 박습니다. 이후 삽입된 쉘에 콘크리트를 타설합니다. 쉘은 주름지고 강화된 얇은 강판(모노튜브 파일)로 만들어집니다. 이 유형의 파일을 쉘형 파일이라고 합니다.
쉘리스 타입은 콘크리트가 타설되는 동안 쉘을 인발하여 제거합니다. 두 가지 유형의 파일 모두 쉘의 바닥은 쉘에서 분리할 수 있는 원추형 팁으로 닫혀 있습니다.
콘크리트를 쉘 밖으로 밀어내면 두 가지 유형의 파일 모두에서 확대된 전구가 형성될 수 있습니다. 프랭키 파일은 이 유형에 속합니다. 어떤 경우에는 쉘이 제자리에 남겨진채 말뚝 구조의 일부로 기능합니다. 이 유형의 파일은 물 위에 쌓는 데 매우 많이 사용됩니다.
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