항타기

항타기(杭打機, pile driver)

항타기(杭打機, pile driver)

항타기(杭打機, pile driver)는 기초공사용 기계의 하나로, 말뚝 또는 널말뚝을 박는 기계와 그 부속장치를 말한다. 말뚝을 직접 두드려 박는 해머에는 그것을 움직이는 원동력에 따라 해머를 윈치로 감아올렸다가 내리치는 낙하해머식과 증기력을 이용한 증기해머식, 압축공기력에 의한 공기해머식, 경유의 폭발력을 이용한 디젤해머식 등이 있다. 또한 두들겨 박는 것이 아니라 말뚝 위에 해머를 올려놓고 그것을 진동시킴으로써 말뚝을 밀어넣는 진동해머식도 있다.

개요

항타기는 기초공사용 중장비로써 지지 지반이 깊을 때 말뚝 또는 널말뚝을 박는 중장비이다. 곧 미리 제작되어 있는  말뚝을 박아 넣기 위해 사용하는 기계가 파일드라이버이다. 현장에서는 항타기라고 부르기도 하며, 디젤항타기 (Diesel pile driver) 가 많이 사용된다. 미리 공장에서 만들어진 파일을 타설하는 중장비로써 램 (Ram)의  상하운동을 이용해 강력한 타격력을 받아 파일이 설치되도록 하는 용도로 사용된다.

항타기에는 낙하 해머형식을 사용해 때려 박는 것, 증기(蒸氣)압, 공기(空氣)압, 유압 등의 동력으로 때려 박는 것, 기진기(vibration generator)를 사용해 계속 하중을 파일에 주는 방식 등 여러 가지의 기계를 말한다. 그러나 큰 힘을 충격적으로 가해지므로 산업재해를 방지하는데 다음과 같은 조건을 구비해야 한다.

(1) 사용목적에 적응할 필요한 강도를 보유할 것.

(2) 현저한 손상, 마모, 변형 또는 부식이 없을 것. 더욱이 사용시는 도괴방지의 조치를 강구해야 한다. 종류는 낙하해머(drop hammer), 기동(air motion)해머, 디젤해머, 진동항타기 등이 있다. 낙하해머는 중추(重錘)를 윈치로 올렸다가 낙하시켜 파일을 때려 박는 것이다.

기동해머는 실린더 내에 증기 또는 압축공기를 보내어 피스톤의 상하운동을 시켜서 피스톤 하단의 램을 거쳐서 모루(anvil)에 타격을 주는 구조의 것이다.

디젤해머는 피스톤의 낙하에 의해 실린더 내의 경유와 공기의 혼합가스가 압축되어 폭발을 일으켜 그 에너지를 파일 머리에 주면 동시에 피스톤을 상승시켜서 다음 공정으로 옮기는 구조의 것이다.

항타기 작업장치

드롭해머

드롭해머란

• 무거운 철판을 와이어로프로 끌어올려 적당한 높이에서 떨어뜨려서 나무말뚝 콘크리트말뚝 강재의 각종 말뚝이나 케이싱 관 등을 박는 장치
• 다른 해머에 비해 타격력 등이 작고 말뚝머리를 손상시키기 쉬우나 사질지반이나 점성지반 등에 관계없이 사용할 수 있다.
• 리더Leader 해머 윈치를 사용하여 중추낙하식으로 시공하는데 최근에는 쇼벨계 장비나 기중기 등에 매달아서 자유롭게 작업하기도 함

장점

1. 설비가 간단하고(삼각 작업대, 램 윈치), 작업이 용이하며(소규모공사, 나무파일 항타) 가격이 저렴하다.
2. 추의 높이(낙하고) 조정이 용이하며 항타 횟수가 적거나 먼거리에서 소량을 시공할 때 설비비 및 운전비가 적어서 유리하며 고장이 적다

단점

1. 항타작업 속도가 느리며 낙하고를 높일 경우 두부의 손상이 크고 진동과 소음이 심하다.
2. 대규모공사에 불리하며 항타가 가능한 길이에도 한계가 있다.

적응성

1. 모든 토질에 유효하다.
2. 비교적 단면이 적을 때도 조금씩 가감하면서 작업하기에 유리하다.

디젤해머

드롭해머나 스팀해머의 결점을 보완하고 콘크리트 말뚝이나 강관말뚝 등의 항타를 위하여 타격력이 크고 작동도 용이하도록 개선되었으며 해머 소음기, 방음커버 등의 소음대책도 제조 및 시공기술에 반영하고 있다.

기동장치에 의하여 램을 올렸다가 낙하시킬 때 Anvil의 요철부에 연료를 분사하여 램이 앤빌을 타격하는 순간에 폭발하여 이때의 폭발에너지와 램의 위치에너지가 파일에 전달된다 이 과정에서 램이 반발력으로 다시 상승하더라도 배기 및 흡입작용 등으로 다시 낙하 타격 폭발을 되풀이 하면서 연속 항타작업이 가능하다.

1. (기동) 기동장치로 규정 높이까지 램을 올려 자동으로 낙하를 시작한다.
2. (연료분사) 램이 낙하도중에 하부실린더 중앙에 위치한 연료펌프의 캠을 작동시켜 적정량의 연료를 약15kg㎠ 압력으로 앤빌에 분사한다.
3. (공기압축) 낙하하는 램이 실린더의 흡배기구를 통과하면 실린더 내의 공기를 압축한다
4. (항타) 램의 압축행정이 끝나면 앤빌을 타격하여 파일(말뚝)을 박는다. (폭발) 램의 타격과 동시에 앤빌 내의 연료가 폭발한다.
5. (배기) 실린더 속의 가스가 팽창하여 램을 밀어 올리면서 배기구를 열어 외부로 배출된다.
6. (흡기) 배기 과정에서 실린더 내압은 대기압 이하로 떨어지므로 흡기구로 새로운 공기가 들어오게 되는데 이 공기가 실린더와 앤빌을 냉각시킨다.
7. (낙하) 램이 낙하하면서 연소가스를 배기하는 과정이 자동으로 진행된다.
8. (정지) 해머의 정지는 연료펌프 캠을 작동시켜 연료 공급을 중단하면 된다.

디젤해머의 구조 및 기능

2행정 디젤엔진의 원리를 이용한 기계의 구조 및 기능을 가진다.

1. 실린더 : 램의 왕복운동을 유도한다.
2. 앤빌(Anvil) : 램으로부터 타격된 에너지를 파일에 전달하여 항타한다.
3. 연료펌프 : 캡 장치에 의하여 램의 상하운동으로 작동되는데 램이 낙하하여 캡부분에 접하면 캡을 밀어내어 펌프를 작동시킨다.
4. 연료분사장치 : 펌프 작동에 의하여 연료를 앤빌 상면에 분사한다.
5. 기동장치 : 램 올리는 작동부와 해머 올리는 좌우 후크 작동부로 구성된다.
6. 물탱크 : 실린더 냉각용 물을 저장하는 탱크이다.
7. 부수장치 : 기중기의 붐을 사용할 때의 리더와 단독으로 사용할 때의 리더, 리더 지지 장치, 이동장치(레일식과 무한궤도식) 등이 있다.

장점

1. 분간 4060회의 타격횟수에 따른 타격력과 폭발력을 이용하므로 작업효율이 좋을뿐만 아니라 앤빌이 말뚝의 캡에 밀착되어 있어서 타격중심이 정확하고 말뚝두부를 손상시키는 일도 적다.
2. 디젤파일해머는 45′까지 항타가 가능하고(일반적으로 2030′ 직항타), 취급 및 구조가 간단하고 기동성이 좋으며 비교적 고장도 적다.
3. 다른 해머에 비해 단단한 지반에서도 작업이 가능하며 항타비가 저렴하다.

단점

1. 연약지반에서는 작업능률이 저하된다.
2. 설비가 크고 무거우며 큰 소음과 디젤류의 비산이 생긴다.

성능표시

램의 중량, 전중량,타격횟수, 연료소비량, 연료탱크용량, 1회 타격의 일량, 냉각방법 등으로 나타내며 용량은 보통 램의 중량(ton)으로 표시한다.

증기해머

1. 기체의 두부에 있는 실린더로 보낸 증기 또는 압축공기가 피스톤의 상하운동을 일으켜 램이 앤빌을 타격함으로써 파일을 박는다.
2. 드롭해머에 비해 1회 타격력은 적으나 타격횟수가 많아서 타입성능이 좋다. 램의 낙하높이는 피스톤의 행정에 따르므로 낙하로 인한 위험이나 손상이 적다. 특히 공기식은 수중 항타에 사용할 수 있다.
3. 증기해머는 타격력의 조절이 어렵고 공기압축기나 보일러를 설치해야하므로 대규모 공사가 아니면 사용하기 어렵다.
4. 해머를 들어 올리는 단동식과 들어 올렸다가 내려미는 복동식으로 나뉜다. 복동식은 중력에 의존하는 단동식보다 타격 시에 튀어오름, 배기소리, 타격소리가 적어 해머의 중량을 효율적으로 이용하는 장점이 있으나 복잡하고 1회당 충격에너지가 작다.

진동 파일해머

진동 파일해머란 파일 두부에 진동기를 설치하여 파일의 종방향으로 큰 강제진동(고주파 진동)을 전달하여 파일과 지반사이의 마찰저항을 줄이면서 진동기 및 파일의 중량으로 지중에 관입시키는 장비이다.

장점

1. 파일의 항타와 인발이 능률적이며 비교적 소음과 진동이 적다.
2. 항두의 손상이 적으며 연약한 지반에 적당하다.
3. 정확한 위치방향에 타입할 수 있으며 타입속도가 빠르다.
4. 샌드파일 공사의 케이싱을 치고 빼기가 쉬우며 강관시트파일 H파일과 같이 선단저항이 적은 말뚝을 박는데 적합하다.

기종선정

1. 해머의 선정을 파일의 재질 소요량 현장조건 등 고려 선정한다.
2. 해머의 규격등 선정시 타격에너지는 항타 작업 중에 발생하는 손실 에너지를 감안하여 파일두부 손상이 작은 해머 규격을 선정한다.

참고자료

• 〈항타기〉, 《산업안전대사전》
• 〈항타기〉, 《대한건축학회 건축용어사전》
• 판금기계설계, 〈파일드라이버, 항타기란? / 항발기란? / 건설용 장비 알아보기〉, 《티스토리》, 2020-06-28
• 내일의 CSO, 〈항타기 및 항발기의 정의(항타기란?) 및 작업 장치(드롭해머, 디젤해머, 증기해머, 진동 파일해머)〉, 《티스토리》, 2022-07-21
• 내일의 CSO,〈항타기 및 항발기 조립 시 점검 사항 및 안전기준〉, 《티스토리》, 2022-07-21

같이 보기

• 기초공사
• 건설장비
• 항발기
• 천공기
• 말뚝
• 파일

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