2) 말뚝의 항타
- 항타대와 부속품
^ 항타대 : 육상에서 사용되는 항타대를 주행 방식과 지지 방식에 따라 구분하면 크롤러-삼점 지지식과 크롤러-현수식이 많이 사용되고 있으며 크롤러-현수식은 크레인 붐, 리더, 본체로 구성되고 이동식 크레인을 항타기로 이용하는 형식이다.
^ 캡 : 항타용 캡은 말뚝 머리에 씌워서 해머의 타격력을 균등하게 말뚝으로 전달하기 위하여 사용되고 말뚝 캡(또는 헬멧)이 말뚝에 꼭 끼거나 너무 느슨하지 않게 하여 말뚝머리에 비틀림이나 휨 응력이 발생되지 않아야 한다.
^ 해머 쿠션(캡 블럭) : 말뚝 캡 위에 캡 블럭을 얹어서 해머의 충격이 말뚝 머리에 직접 전달되어 말뚝 머리가 손상되는 것을 방지한다. 캡 블럭은 해머별로 적합한 것을 사용하고 일정한 시간을 사용하면 교체하여 변형된 캡 블럭에 의한 집중 하중이 말뚝을 손상하지 않도록 한다.
^ 쿠션 : 말뚝 머리의 손상을 방지하고 항타 시에 말뚝에 발생하는 응력을 조절하기 위하여 캡과 말뚝 사이에 쿠션을 넣는다. 쿠션을 탄성과 타격에 대한 경화성이 있고 내구성이 커야 한다. 쿠션 직경은 앤빌 직경의 약 0.8 ~ 1.1배, 두께는 10 ~ 20cm이고 합판, 합성 수지 등의 재료를 사용하며 오래 사용하여 변형이 되었거나 마모된 것을 사용해서는 안된다.
- 말뚝 박기 기계
^ 드롭 해머 : 드롭 해머는 타격 에너지가 작으므로 소규모 말뚝의 타입과 선굴착 말뚝의 최종 타입에 사용된다. 가장 간단한 항타 방법으로 비계 틀에서 윈치로 끌어 올린 해머를 낙하시킬 때의 타격력으로 말뚝을 타입하는 방법이다. 해머 무게는 타입하는 말뚝의 종류, 지름, 길이, 지반 상태와 말뚝의 지지력에 의하여 결정하며 말뚝 중량의 약 1 ~ 3배를 적용한다. 드롭 해머는 타격할 때 마다 무거운 해머를 끌어올리는 시간이 소요되고 비계의 이동이 어려워서 시공 능률이 떨어지므로 긴 말뚝의 타입에는 적합하지 않다. 그러나 설비가 간단하고 공사비가 저렴하여 주로 소규모 공사에 사용한다. 말뚝 타입 시에 말뚝 머리에 작용하는 충격력은 해머의 낙하 높이에 비례하므로 말뚝 머리의 손상을 고려하여 낙하고는 2m 이하로 한다.
^ 디젤 해머 : 디젤 해머에는 단동식과 복동식이 있고 디젤 해머는 직립한 실린더와 그 중간에 오르내리는 램과 실린더 하부에 들어있는 앤빌, 연료 분사 장치, 기동 장치 등으로 구성되어 있다. 디젤 해머의 작동 원리는 디젤유가 고온, 압축, 폭발하는 폭발 압력에 의해 램이 위로 올라갔다가 낙하하면 실린더 내에 분사된 경유와 공기의 혼합 가스가 압축되어 연소 폭발을 일으키고 낙하에 의한 타격력과 폭발력의 2중 에너지가 말뚝 머리에 가해지는 동시에 램을 상승시켜서 다음 행정으로 이동하는 2-cycle 디젤 기관과 같다. 디젤 해머는 타입력이 크르모 관입 저항이 작은 연약 지반에서는 말뚝 관입이 커져서 램이 올라가는데 필요한 고온, 압축이 어려워서 램이 반발되지 않거나 연속적으로 폭발하지 않는 경우가 발생하므로 토질 조건, 말뚝 종류, 말뚝 중량을 고려하여 해머 형식을 선정해야 한다.
* 장점 : 경사 말뚝의 타입에 적합하고 단단한 지반에서 작동이 잘 된다. 취급이 간단하고 작업성과 기동성이 우수하다.
* 단점 : 중량이 무거워서 설치 비용이 증가한다. 연약 지반에서 지반 반력의 부족으로 램이 반발되지 않거나 연속 폭발이 되지 않으면 능률이 저하된다. 소음, 지반 진동, 배기 가스의 공새(기름, 비산)가 발생한다.
^ 유압 해머 : 유압 해머는 램을 유압으로 들어올리며 낙하 시에 유압의 가속도 가능하고 항타로 인하여 발생하는 지반 진동, 소음, 매연 등의 환경 공해를 해소하기 위하여 최근에 많이 사용되고 있다. 말뚝의 관입 상태에 따라 낙하고를 조정할 수 있고 타격 저항이 낮은 연약한 지반에서 계속적인 항타가 용이하다. 해머 본체 외에 구동용 유압 장치가 필요하고 해머에 의해 구동하는 디젤 해머에 비하여 조작이 복잡하다.
* 장점 : 타입 시에 말뚝 주면이나 선단부의 교란이 적고 말뚝에 손상을 주지 않는다. 소음, 진동, 매연에 의한 환경 공해가 적어서 도심지공사에 유리하다. 타입 심도별로 압입 저항을 측정할 수 있다.
* 단점 : 반력을 얻기 위한 대형 설비가 필요하고 압입 반력의 확보가 어렵다. 조립, 해체, 운반 등에서 기동성이 떨어진다.
^ 진동 해머 : 진동 해머는 말뚝 머리에 무거운 자중의 해머를 얹고 말뚝에 종 방향으로 큰 강제 진동을 가하면 지반과 말뚝 사이의 마찰 저항이 크게 저하되어 말뚝의 자중과 진동기의 중량에 의하여 말뚝이 관입한다. 포화 지반이나 배토량이 작은 말뚝에 적합하고 점성토 지반과 배토 말뚝에도 사용되며 말뚝 뽑기에도 많이 사용한다. 진동 해머는 대구경 강관 말뚝의 타입에 적합하고 콘크리트 말뚝은 중량이 무거워서 효과적으로 진동이 작용되지 않으며 균열이 발생할 우려가 있어서 부적합하다.
* 장점 : 상하 진동으로 말뚝을 타입하며 주로 강관 말뚝, 강널 말뚝, H형강 말뚝의 타입과 인발에 사용한다. 소음이 타입 공법에 비하여 비교적 적고 말뚝 머리의 손상이 없다. 말뚝의 타입 속도가 빠르고 인발 성능도 우수하다.
* 단점 : 높음 주파수의 진동이 발생하므로 시가지에서는 시공이 곤란하다. 점성토 지반은 말뚝의 지지력이 저하될 우려가 있다. 지중에 장애물이 있으면 말뚝 관입이 안된다.
* 압입 공법 : 말뚝의 Oil jack에 의한 반력 하중을 가하여 강제로 말뚝을 지반에 압입시키는 공법으로 말뚝 주변이나 말뚝 선단부의 지반을 교란시키지 않는다. 압입 기계의 자중이 반력 자중으로 작용하여 지반에 말뚝의 압입(N치≤30)이 가능하며 압입이 불가능한 지층에서는 스크류 오거 또는 고압수를 분사하여 말뚝과 지반의 저항을 감소시키는 water jet 등을 병행하여 발뚝을 압입시킨다. 다양한 길이의 말뚝 타입이 가능하고 장애물이 있는 장소에서도 사용이 가능하다. 수직도나 방향의 조절이 용이하여 작업의 정확성이 높고 타입 기계가 이동하면서 작동하므로 바다, 강 등에서도 시공이 가능하다.
* 장점 : 말뚝이 손상되지 않는다. 지층 심도별 압입 저항을 Oil jack에 측정기를 설치하여 측정한다. 무진동, 무소음 공법이다. 수질 및 대기오염이 없다.
* 단점 : 압입 시에 큰 반력 하중이 필요하다. 압입기계가 대형이므로 기계의 해체, 운반, 조립에 많은 시간과 비용이 소요된다.
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