4. 건 설 기 계

4.1  건설기계의 분류

4.2  건설기계의 구비조건

4.3  기계화 시공의 절차

4.4  건설기계의 특징 및 시공방법

4.1 건설기계의 분류

건설기계는 건설공사에 사용되는 모든 기계를 총칭하는 것으로 중장비 및 공사현장에서 사용되는 기계를 말함

표 4-1 작업종류에 따른 건설기계의 분류

작업 종류	해 당 기 계
벌개․제근	불도저, 레이크 도저
굴착	쇼벨, 백호, 클램 쉘, 불도저, 리퍼, 버킷휠, 드래그 라인
싣기	로우더, 쇼벨, 백호, 클램 쉘,
굴착․싣기	쇼벨, 백호, 클램 쉘, 드래져
굴착․운반	불도저, 스크레이퍼 도저, 스크레이퍼, 트랙터 쇼벨, 드래져
운반	불도저, 덤프트럭, 벨트 컨베이어, 웨곤, 토운차, 트레일러, 덤프 트레일러, 덤프터, 가공색도, 기관차
함수비 조절	스태빌라이저, 파라우, 할로우, 브로우, 살수차
정지	모터그레이더, 골재 살포기
도랑파기	트렌처, 백호
다짐	로드 롤러, 타이어 롤러, 탬핑 롤러, 진동롤러, 플레이트 콤팩터, 래머, 탬퍼
기초공사	디젤 해머, 진동파일 드라이버, 보링기, 어스드릴, 어스오거, 그라우팅 기계
기중기류	트럭/휠/무한궤도식/케이블/데릭/지브/탑형 크레인, 엘리베이터, 호이스트, 윈치
터널공사	착암기, 브레이커, 점보드릴, 크롤러드릴, T.B.M, 쉴드, 로드헤더
골재생산	쇄석기, 골재선별기, 골재공급기
콘크리트 타설	콘크리트 배처플랜트, 믹서기, 트럭믹서, 아지테이터 트럭, 펌프, 진동기
포장	믹싱 플랜트, 피니셔, 살포기, 포장 정리기, 포설기, 페이버, 스크리드, 커터
도로유지․제설	도로청소차, 라인마커, 리프트카, 스노우플로우, 노면파쇄기
공기압축	공기압축기, 송풍기, 펌프
해상공사	각종 준설선, 기중기선, 쇄암선, 항타선, 토운선, 콘크리트 플랜트선, 앵커 바지선

4.2 건설기계의 구비조건

표 4-2 건설기계의 동력의 표현

구 분	회전마력(HP, PS)	견인력(F)	견인출력(P)
산정식	[eqn: rm 1 HP `&＝` 76.07 kgf cdot m/s `# &＝` 746 W `(영국계)] [eqn: rm 1 PS `&＝` 75 kgf cdot m/s `# RM &＝` 735 W `＝` 532 cal(미터계)]	[eqn: rm F ＝ mu ~cdot ~W] (kgf)	[eqn: rm P ＝ {F cdot V} over {75 cdot eta}]
		- μ : 견인계수 - W : 구동륜에 걸리는 중량(kgf)	- F : 견인력(kgf) - V : 속도(m/s) - η : 기계 효율
비 고	- 단위시간에 하는 일의 양. - H.P : Horse Power, - PS : Perde starke	- 트랙터 등이 끌 수 있는 힘 - 차륜식은 Rim pull - 무한궤도식은 Draw-bar pull로 표시	- 견인력을 얻기 위한 엔진마력 - 엔진의 부하와 속도로 산정

(1) 회전마력의 종류

① 순간 최대마력 : 배기온도, 연료소비율에 제한없이 엔진이 낼 수 있는 최대 마력

② 실용 최대마력 : 배기온도 600℃이하 연료소비율 240 gf/HP/h 이하에서 1시간 이상 지속 가능한 마력

③ 실용 정격마력 : 실용 최대마력조건에서 10시간 이상 지속가능한 마력으로 실용 최대마력의 85% 정도로 건설기계의 마력

④ 연속 정격마력 : 수 천시간 이상 사용가능한 마력으로 보통 실용 최대마력의 70% 정도로 보통 준설선, 펌프 등에 사용

(2) 회전마력에 대한 표고와 온도의 영향

① 표고의 영향 : 4사이클 엔진에서 해면상 305m까지는 영향이 없고 그 이상 305m마다 약 3%가 손실됨

② 온도의 영향 : 15℃를 기준으로 5℃씩 하강하면 출력은 약 1%씩 증가하고, 반대로 5℃씩 상승하면 출력은 1%씩 하강함

(3) 건설기계의 주행 저항

구 분	전동저항(Rr)	경사저항(Rg)	공기저항(Ra)	가속저항(Ri)
산정식	[eqn: rm R_r ＝ mu_r cdot W]	[eqn: rm R_g ＝ W `cdot` 10~kgf/tf``cdot` S]	[eqn: rm R_a ＝ lambda~cdot A cdot ~v^2]	[eqn: rm R_i ＝ W over g a]
	W : 차륜이 받는 총무게(tf) [eqn: rm mu_r] : 전동저항계수(kgf/tf)	W : 자중＋하중＝총무게(tf) S : 경사(%)	λ : 공기저항계수(보통 0.07) A : 차량 정면의 투영면적 v : 주행속도(m/s)	W : 기계의 총무게(kgf), g : 중력가속도(9.8m/s²) a : 기계의 가속도(m/s²)
비 고	차륜에 대한 지면의 저항력	경사면 주행시 견인력은 경사 1%일 때 총중량 1tf 당 10kgf의 증감이 있음.	10 km/h 이하의 저속도에서는 무시함

(4) 접지압(Ground contact pressure) : 접지부위의 단위면적이 받는 무게

구 분	트랙터류	무한궤도식 굴삭기류
접지압 산정식	[eqn: rm P_r ~＝~ W ``/`` 2bL] (kgf/cm²)	[eqn: rm P_r ~＝~ W ``/`` {2b{it l}}] (kgf/cm²)
	- W : 빈차의 무게(kgf) - b : 트랙의 폭 - L : 기동륜과 유동륜의 중심거리	-[eqn: {it l} `＝ rm L `＋ `(h × 0.35)]
모식도

4.3 기계화 시공의 절차

4.3.1 기계화 시공의 계획 (사전조사  ⇒  건설기계의 선정  ⇒  건설기계의 조합)

(1) 사전조사

① 작업종류 : 절토, 성토, 운반, 전압, 정지 등 공사내용 파악

② 지반조건 : 경암, 연암, 사질토, 점성토, 연약토 등 지반조사내용 파악

③ 운반거리 : 단거리, 중거리, 장거리 등

④ 작업장소 : 산간지역, 해안지역, 시가지 작업 등 작업환경

⑤ 사용가능 기계 : 불도저, 스크레이퍼, 쇼벨＋덤프 트럭 등

4.3.2 건설기계의 선정

(1) 건설기계 선정시 고려사항 (공사규모와 범용성, 경제적인 운반거리, 장비의 주행성, 건설기계의 작업능력, 기계경비)

1) 공사규모와 범용성           ⇒ 연간 1건당 토량의 규모, 보급률이 높고 사용범위가 넓은 기계

2) 경제적인 운반거리           ⇒ 각 기계별 평균운반거리를 고려하여 선정

3) 장비의 주행성(Trafficability)  ⇒ 지반조사에서 얻어진 콘지수로 현장지반 조건에 적합한 기계를 선정

4) 굴착의 난이성(Ripperbility)   ⇒  지반조사에서 얻어진 탄성파속도로 판정함

5) 기계경비                    ⇒ 시간당 기계경비가 최소가 되는 경제적 장비를 선정

① 기계 손료 : 기계사용에 따른 성능 저하에 대한 비용

구 분	감가상각비	정 비 비	관 리 비
산정식	[eqn: rm {구입가격 － 잔존가치 }_` OVER {내용연수}]	[eqn: 구입가격 TIMES {정비비율_` OVER {경제적~ 내용시간}}]	[eqn: 구입가격 TIMES {관리비율_` OVER {경제적~ 내용시간}^` }]
비 고	- 기계의 가치소모에 대한 비용 - 매기간마다 비용에 계상함	- 정기적인 점검, 주유, 마손될 부분품의 교환, 훼손으로 인한 수리비	- 보관비, 세금, 보험료, 금리 등의 합계 - 연간 관리비율은 14%로 동일함

									감가상각비
						기계손료			정 비 비
									관 리 비
			직접경비
									운전노무비
기계경비						운전경비			연료유지비․전력비
									소모성 부분품비
						운송비(현장반입, 반출비용)
			간접경비			조립해체비
						기타 공통적인 기계에 관한 경비

그림 4-1  기계경비의 구성

② 운전경비 : 기계의 연료비, 운전노무비, 소모성 부분품비, 기타 비용 등을 포함한다.

- 연료비 : 연료단가 × 운전 1시간당 소비량 × 운전시간

- 유지비 : 기관의 윤활기능을 유지하는데 사용되는 엔진오일, 기어오일 등에 드는 비용으로 주연료비의 5~20% 비율

- 소모성 부분품비 : 기계의 운전시간과 상관관계를 가지는 부분품으로 정비비에 포함시킬 수 없는 불도저의 삽날, 덤프트럭의 타이어 등이 이에 속함

4.3.3 건설기계의 조합

(1) 조합의 원칙

① 조합작업의 감소   ⇒ 기계의 작업효율은 조합작업의 수가 많을수록 저하되므로 조합작업을 줄인다.

② 작업능력의 균형화 ⇒ 작업능력이 비균형적일 경우 기계 일부가 정지하게 되므로 경제성이 떨어진다.

③ 조합작업의 병렬화 ⇒ 일련의 작업을 병렬로 하게 되면 1대의 기계고장으로 인한 전면정지를 피할 수 있다.

④ 예비기계수의 결정 ⇒ [eqn: RM x ＝ n(1－f)],  여기서, f : 가동률, n : 사용기계 대수

(2) 건설기계의 조합방법 ⇒ 운반거리, 작업종류 등에 따라 조합

표 4-2  운반거리에 따른 건설기계의 조합                   표 4-3  작업종류에 따른 건설기계의 조합 사례

구 분	거리(m)	건설기계의 종류
단거리	70 이하	불도저 버킷도저 트랙터쇼벨 스크레이퍼,
중거리	70～500	스크레이퍼도저 버킷도저 스크레이퍼 모터스크레이퍼 쇼벨계굴착기 ＋ 덤프트럭 트랙터쇼벨 ＋ 쇼벨 ＋ 덤프트럭
장거리	500 이상	모터 스크레이퍼, 쇼벨계굴착기 ＋ 덤프트럭, 트랙터쇼벨 ＋ 덤프트럭

구 분	굴 착	적 재	운 반	성 토	다 짐	마 감
축제공	불도저	드래그라인 파워 쇼벨	벨트컨베이어	불도저	불도저	불도저
도로공	불도저	파워 쇼벨	덤프 트럭 벨트컨베이어	불도저		모터 그레이더
정지공	불도저 모터스크레이퍼	파워 쇼벨 모터스크레이퍼	덤프 트럭 모터스크레이퍼 벨트컨베이어	불도저 모터스크레이퍼	불도저 롤러류	모터 그레이더
댐 공	불도저 모터스크레이퍼	파워 쇼벨 모터 스크레이퍼	덤프 트럭 모터스크레이퍼 벨트컨베이어	불도저 모터스크레이퍼	불도저 롤러류	모터 그레이더
기초공	파워 쇼벨	파워 쇼벨	덤프 트럭
터널공	덤프 트럭 T.B.M	락커 쇼버	모터스크레이퍼
준설공	쇄암선 그래브준설선		토운선 예인선

4.4 건설기계의 특징 및 시공방법

4.4.1 토공용 기계

(1) 불도저(Bulldozer) : 불도저는 트랙터에 배토판을 장착한 것으로 굴착, 운반, 절토, 집토, 정지작업이 가능한 만능 토공기계.

1) 종류와 특성                           표 4-4 불도저의 종류 및 특성

분 류	종 류	특 성
주행방식	무한 궤도식	접지압이 0.4~1kgf/cm²로 일반토사의 작업 가장 많이 쓰임
	타이어식	무한궤도식에 비해 기동성이 양호하나 취약지에서 작업불리
배토판의 각도	스트레이트 도저	배토판을 직각방향으로 설치, 수직굴착압토에 유리
	앵글 도저	배토판을 진행방향에 따라 20~30° 좌우이동 가능, 사면굴착, 도랑파기, 정지작업 등에 유리
	틸트 도저	배토판의 단을 좌, 우 밑으로 10~40cm 기울여서 작업가능, 도랑파기 및 경사토굴착에 유리
용 도	레이크 도저	배토판 대신 레이크를 장착한 것으로 나무뿌리나 큰 돌을 굴착
	리퍼 도저	연암이나 풍화암 굴착에 이용
	U 도저	U자 배토판을 장착한 것으로 운반거리가 및 운반량이 클 경우
	V 도저	V자형 배토판을 장착한 것으로 지표면의 장애물을 제거하는데 사용
	습지용 도저	접지압이 0.2kgf/cm² 정도로 연약한 습지의 굴착이나 압토에 사용
	수중 도저	수상에서 원격조정이나 수중 다이버에 의해서 작업

(a) 무한궤도식 도저

(b) 타이어 도저

(c) 스트레이트 도저

(d) 앵글 도저

(e) 틸트 도저

(f) 레이크 도저

(g) 리퍼 도저

(h) U 도저

(i) V 도저

그림 4-2 도저의 종류

2) 불도저의 작업량 산정

구 분	일반 불도저	리퍼 불도저	리퍼 + 도저작업시
작업량 산정 (m³/h)	[eqn: rm Q`&＝ {60 TIMES q times f times E} OVER {C_m}] 여기서, q : 1회 굴착압토량(m³)＝[eqn: q_0 cdot rho] q0 : 공판의 용량 [eqn: rho] : 경사 계수 f : 토량 환산계수(1/L) E : 도저의 작업효율 Cm : 사이클 타임(min) [eqn: rm C_m = {L} over V_1 ＋ {L} over V_2 ＋ t_0] [eqn: l] : 평균 굴착압토 거리(m) V1 : 전진속도(m/min) V2 : 후진속도(m/min) t0 : 기어의 변환시간(min)	[eqn: rm Q`＝{ 60 TIMES A TIMES {L} `times f times E} OVER C_m] 여기서, A : 리핑 단면적(m²) L : 1회 작업거리(m) f : 토량 환산계수(1/L) E : 리퍼도저 작업효율 Cm : 사이클 타임(min), Cm ＝ 0.05L ＋0.33	[eqn: rm Q`＝{Q_1 TIMES Q_2} OVER {Q_1 ＋Q_2}] 여기서, Q1 : 1시간당 리핑 작업량 Q2 : 1시간당 도저 작업량

(2) 모터 그레이더(Motor grader)

그림 4-3 모터 그레이더

1) 구성 : 앞, 뒷바퀴의 중앙부에 흙을 깎고 미는 배토판을 장착한 것

2) 적용 : 운동장 및 광장의 정지작업, 도로변의 끝손질, 옆도랑 파기,

사면 끝손질, 잔디 벗기기 등에 사용

3) 작업량 산정

구 분	작업량 산정 (m³/h)	Cm : 사이클 타임 (min)
산정 방법	[eqn: RM Q`＝ {60 TIMES {L} `times `H `TIMES `D` TIMES `f `times `E } OVER C_m] 여기서, L : 블레이드의 유효길이(m) D : 1회의 작업거리(m) H : 굴착심도, 고르기 두께(m) f : 토량 환산계수(1/L) E : 작업효율 Cm : 사이클 타임(min)	- 작업방향으로 왕복작업을 할 때 [eqn: RM c_m = 0.06 D OVER V ＋t] 여기서, D : 작업거리(m) t : 기어변속시간 (min) V : 작업속도(km/h)	- 전진시 작업하고 공행으로 돌아올 때 [eqn: rm c_m = 0.06` left({ D OVER V_1 ＋ D OVER V_2} right) ＋ 2t] 여기서, D : 작업거리(m) t : 기어변속시간 (min) V1 : 전진작업속도(km/h) V2 : 후진작업속도(km/h)

4)[eqn: 작업~소요시간 = {통과`` 횟수~ times~ 주행구간거리}_` over {작업속도 ~times~ 작업효율 }^`]

(3) 스크레이퍼(Scraper)

굴착, 적재, 운반, 사토, 정지작업을 연속적으로 할 수 있는 중․장거리용 기계

그림 4-4 스크레이퍼

1) 특징 : 고속운전이 가능하고 대량의 토사를 원거리에 운반가능

2) 적용 : 택지 조성, 공항 건설, 고속도로 건설 등의 대토목 공사

3) 작업능력 산정

구분	작업량 산정 (m³/h)	Cm : 사이클 타임 (min)
산정 방법	[eqn: rm Q`＝ {60 TIMES q times e times f times E } OVER C_m] 여기서, q : 1회의 운반토량(m³/h) e : 재료에 의한 적재계수 f : 토량 환산계수 E : 작업효율 Cm : 사이클 타임(min)	- 견인식 스크레이퍼 [eqn: rm C_m`＝ D OVER V_d ＋ H OVER V_h ＋ S OVER V_s ＋ R OVER V_r] 여기서, D : 적재에 필요한 거리(m) H : 운반거리(m) S : 사토거리(m) R : 귀환거리(m) Vd : 적재속도(m/min) VS : 사토속도(m/min) Vh : 운반속도(m/min) Vr : 귀환속도(m/min)	- 모터 스크레이퍼 [eqn: rm C_m`＝ t_d ＋ 60H OVER V_h ＋ 60R OVER V_r ＋t_s ＋t_g] 여기서, R : 귀환거리(m) Vr : 귀환속도(m/min) td : 적재시간(min) tg : 기어변환 시간(min), 보통 0.25min ts : 사토시간(min)＝S/Vs

(4) 로우더(Loader)

1) 트랙터 쇼벨(Tractor shovel)이라고도 하며, 버킷으로 토사를 굴삭하여 들어올린 다음 이동하여 운반기계 등에 적재하는 기계

2) 특성 : 굴착, 적재시 본체가 움직이는 것이 쇼벨계 굴착기와 다름

3) 작업량 산정

그림 4-5 프론트 엔드 로우더

구분	작업량 산정 (m³/h)	Cm : 사이클 타임 (min)
산정 방법	[eqn: rm Q`＝ {3600 TIMES q times K times f times E } OVER C_m] 여기서, q : 버킷의 용량(m³) K : 버킷계수(0.55~1.2) f : 토량 환산계수 E : 작업효율 Cm : 사이클 타임(s)	[eqn: rm C_m`＝ m cdot {it l}~ ＋ ~t_1 ~＋~ t_2] 여기서, m : 주행장치에 따른 계수(s/m) 무한궤도식은 2.0, 차륜식은 1.8 [eqn: l] : 운반거리(m) t1 : 버킷에 흙을 적재하는 시간 (5~45초) t2 : 변속 및 대기시간(1초)

(5) 굴삭기계(Excavator) : 쇼벨계 굴삭기와 버킷계 굴삭기로 나뉨

1) 쇼벨계 굴삭기 : 셔블 또는 크레인을 기본형으로 하고 각종 부수장치의 교환으로 굴삭작업과 크레인 작업을 할 수 있음

① 파워 쇼벨(Power shovel) : 버킷이 외측으로 움직여 기계위치보다 높은 지반이나 굳은 지반의 굴착에 사용됨,

② 백호(Back hoe) : 버킷이 내측으로 움켜서 기계위치보다 낮은 지반, 기초 굴착, 비탈면 절취, 옆도랑 파기 등에 사용됨

③ 클램 쉘(Clam shell) : 구조물의 기초 및 우물통과 같은 협소한 장소의 깊은 굴착에 이용하고 단단한 지반은 곤란함

④ 드래그 라인(Drag line) : 주로 하상굴착 또는 골재채취에 이용됨

2) 버킷계 굴삭기

① 버킷 래더(Bucket ladder) : 연약한 토질에 적합하며, 주로 하천조사, 수로설치, 자갈채취 등에 사용함

② 버킷 휠 엑스카베이터(Bucket wheel excavator) : 토사, 연암굴착에 적합하며, 도로건설, 매립조사의 토취 등에 사용

③ 트렌처(Trencher) : 주로 하수관, 가스관, 수도관, 석유 송유관, 암거 등의 도랑 굴착시 사용

(a) 파워 쇼벨

(b) 백호

(c) 클램 쉘의 버킷

(d) 드래그 라인의 버킷

그림 4-6 쇼벨계 굴삭기의 종류

(a) 버킷 래더

(b) 트렌처

(a) 암석 운반용

(b) 리어 덤프 방식

그림 4-7　버킷계 굴삭기                                     그림 4-8 덤프 트럭의 종류

(6) 덤프 트럭(Dump truck) : 기동성이 우수하고, 운반능력도 좋다.

1) 종류

① 덤프 형태에 따른 구분 :　리어 덤프 트럭 (Rear dump truck)과 바툼 덤프 트럭(Bottom dump truck)

② 용도에 따른 구분 : 일반토사 운반용, 암석 운반용

2) 작업량 산정

구분	작업량 산정 (m³/h)	Cm : 사이클 타임 (min)
산정 방법	[eqn: rm Q`＝ {60 TIMES q_t times f times E } OVER C_m] 여기서, qt : 흐트러진 상태의 1회 적재량(m³) [eqn: rm q_t ＝`{T CDOT L} / r_t] rt : 자연상태의 토석의 단위중량(tf/m³) T : 덤프 트럭의 적재량(tf) L : 토량변화율 f : 토량 환산계수 E : 작업효율(0.9) Cm : 사이클 시간(min)	[eqn: rm C_m`＝ {C_ms cdot n} over {60 cdot E_s } ＋ (t_1 ＋t_2 ＋t_3 )] 여기서, Es : 적재기계의 작업효율 Cms : 적재기계의 사이클 시간(s) n : 덤프트럭의 만차에 필요한 횟수[eqn: `＝rm q_t / (q cdot K)] q : 적재기계의 디퍼 및 버킷용량(m³) K : 디퍼 또는 버킷계수 t1 : 왕복시간 t2 : 적하시간(0.5～1.5min) t3 : 대기시간(0.15~0.7초)

(8) 다짐기계(흙에 외력을 가하여 공극을 최소화하고 소요강도를 얻는 기계로 작업방식에 따라 전압식, 충격식, 진동식으로 구분)

1) 전압식 다짐기계

① 로드 롤러(Road roller) : 모든 흙에 사용이 가능 전압효과를 증가시키기 위해서 블라스트(Ballast)를 설치하기도 한다.

- 머캐덤 롤러(Macadam roller) : 3륜 형식으로 쇄석, 자갈 등의 전압에 사용

- 탠덤 롤러(Tandem roller) : 2륜 형식으로 주로 머캐덤 롤러의 작업후 마무리 다짐 또는 아스팔트 포장의 끝마무리에 사용

② 탬핑 롤러(Tamping roller) : 철륜 표면에 다수의 돌기를 붙여 접지압을 증가시킨 것으로

- 깊은 다짐이나 고함수비 지반, 점성토 지반에 적합하며, 두터운 성토 전압작업에 이용

- 돌기형태에 따라 Sheeps foot roller, Grid roller, Tapper foot roller, Turn foot roller로 구분

③ 타이어 롤러(Tire roller) : 접지압을 공기압으로 조절하여 접지압이 크면 깊은 다짐을 하고 접지압이 작으면 표면다짐을 함.

- 기층이나 노반의 표면다짐, 사질토나 사질 점성토의 다짐 등 도로 토공에 많이 이용됨

④ 불도저(Bulldozer) : 예민비가 높은 점성토 지반에 많이 이용하며, 특히 습지도저가 효과적이다.

(a) 머캐덤 롤러

(b) 탠덤 롤러

(c) 탬핑 롤러

(d) 타이어 롤러

그림 4-9 전압식 다짐기계

2) 충격식 다짐기계

① 래머 : 내연기관의 폭발로 인한 반력과 낙하하는 충격으로 다짐. 댐 코어 다짐과 같은 국부적인 다짐에 양호함

② 프로그 래머 : 대형 래머로 점성토 지반 및 어스댐 공사에 많이 사용

③ 탬퍼 : 전압판의 연속적인 충격으로 전압하는 기계로 갓길 및 소규모 도로 토공에 쓰임

3) 진동식 다짐기계

① 바이브레이팅 롤러 : 가진기에 의하여 다짐차륜을 진동시켜 다짐, 사질토나 자갈질토에 적합함, 주로 도로 보수에 이용

② 바이브로 컴팩터 롤러 : 기계를 진동시켜 차륜의 진동 및 자중에 의하여 다짐, 갓길이나 사면, 구조물 주변, 도로노반의 다짐

③ 바이브레이터리 플레이트 컴팩터 : 내마모성의 두꺼운 강판 또는 진동판에 장착한 가진기로 진동시켜 다짐효과를 높임

(a) 래머                 (b) 바이브 레이팅 롤러                 (c) 바이브로 컴팩터 롤러 (d) 바이브로 플레이트 컴팩터

그림 4-10 충격 및 진동식 다짐기계

6) 작업량 산정

구 분	일반 룰러	충격식 다짐기계
작업량 산정 (m³/h)	- 토공량을 다짐 토량으로 표시할 때 [eqn: RM Q ＝ {1000 TIMES V TIMES W TIMES H TIMES f times E } OVER N] - 토공량을 다짐 면적으로 표시할 때 [eqn: rm A`＝ {1000 TIMES V TIMES W TIMES E } OVER N] (m²/h) 여기서, V : 작업속도(km/h) W : 1회 유효다짐 전압폭(m) H : 포설두께, 1층의 끝손질 두께(m) f : 토량 환산계수 N : 다짐횟수(회/h) E : 작업효율 A : 운전 1시간당 끝손질 면적(m²/h)	[eqn: rm Q`＝ {A TIMES N TIMES H TIMES f times E } OVER P] 여기서, A : 1회의 유효찍기 다짐면적(m²) N : 1시간당 다짐횟수 (회/h) H : 포설두께, 1층의 끝손질 두께(m) f : 토량 환산계수 E : 작업효율 P : 반복다짐횟수

4.4.2 기초공사용 기계

(1) 항타용 해머 (타입식, 진동식, 압입식, 사수식)

1) 드롭 해머 : 와이어 로프로 해머를 인상하여 낙하시킴으로써 말뚝을 타입하는 기계로 소규모 공사의 말뚝타입에 사용

2) 증기 해머 : 증기를 이용한 피스톤의 상하운동을 연속시켜 래머에 의하여 타격하는 것으로 최근에는 사용하지 않음

- 단동식 : 피스톤 하부에서 증기압으로 램을 다 올리면 증기를 배출시켜서 피스톤과 램을 자동적으로 낙하시킴

- 복동식 : 램을 올리게 한 증기를 배출함과 동시에 새로운 증기를 피스톤 상부에 넣어서 피스톤과 램 중량에 증기압이 가산됨

4) 진동 해머 : 말뚝 상단에 가진기를 장착하여 말뚝에 종방향의 큰 강제진동을 주어서 관입시킴, 주로 사질토의 항타에 쓰임

5) 제트 바이브로 기계 : 말뚝 측면에 제트용 배관을 설치하여 고압력수를 분사하면서 진동 해머를 이용하여 지중에 관입하는 기계

(d) 제트분사용 강관말뚝

쿠

S2

S1

A

(e) 분사장면

캡블록

말뚝캡

쿠션

실린더

증기배출

증기흡입

증기

램

말뚝

말뚝 캡블록

캡

쿠션

흡입

배출

배출

흡입

말뚝

램

연료주입

흡입

배출

캡블록

캡

쿠션

말뚝

앤빌

(a) 단동식 및 복동식 증기해머

(b) 디젤해머

(c) 진동해머

그림 4-11 각종 해머의 구조                               그림 4-12 제트 바이브로 기계

(a) 어스 드릴

(2) 대구경 굴착기계

1) 어스 드릴(Earth drill) : 벤토나이트 용액으로 공벽을 유지하면서 회전 버킷에 의해 굴착하는 기계

-① 굴착능력이 우수하여 경질지반에도 가능하다.

② 20m 이상의 옥석 및 자갈이 있으면 굴착이 불가능하다.

③ 무소음, 무진동에 의한 현장 대구경 말뚝 시공에 이용한다.

드릴 버킷

2) 베노토(Benoto) 굴착기 : 케이싱을 천공 및 삽입하여 내부를 굴착함

(c) R.C.D 굴착기

(b) 베노토 굴착기

-① 케이싱으로 공벽을 보호하므로 불안정한 지반에서도 신뢰성이 높다.

② 지하수처리가 어려우며, 케이싱인발시 철근이 따라 올라올 염려가 있음

3) R.C.D 굴착기(Reverse circulation drill) : 드릴버킷으로 굴착하고 정수압

드릴버킷

드릴파이브

드릴 비트

물통

해머 버킷

으로 공벽을 유지하면서 역순환수에 의하여 굴착토사를 반출한는 기계.

-① 0.2~0.3 kgf/cm²의 정수압으로 공벽을 보호

② 설비분리가 가능하여 좁은 장소에서의 시공이나 수상시공도 가능하다.

③ 비트를 교환하여 임의의 직경시공도 가능하다.

(d) 돗바늘 굴착기의 구성

수 조

4) 돗바늘 굴착기(Rotator) : 특수 굴삭날을 장착한 케이싱으로 굴착하고,

수중 모터

철근망

굴착토사는 해머 그래브로 지상으로 배출하는 기계

굴착크레인

-   ① 최대 굴착심도가 40~50m이고 굴삭직경이 1~2m이다.

발전기

덤프 트럭

② 올케이싱 공법으로 공벽보호가 확실하여 근접시공이 가능하다.

③ 시공속도가 빠르고 확실한 품질관리가 가능하다.

④ 특히, 호박돌층, 전석층 및 암반굴착이 가능하다,

해머 그래브

⑤ 빌딩 건설, 교각의 기초공사, 토류연속벽 등의 시공에 효과적이다.

유압 유닛

굴삭기

케이싱

웨이트 박스

그림 4-13 대구경 굴착기계의 종류

4.4.3 터널공사용 기계

(a) 점보 드릴

(1) 착암기(Drill)

1) 사용방향에 따른 분류

① 드리프터(Drifter) : 대형착암기의 지지대에 장착하여 이송장치에 의해 수평 천공시 사용

② 스토퍼(Stopper) : 압축공기를 동력으로 사용하는 피스톤에 의해 상향 천공시 사용

③ 싱커(Sinker) : 손으로 조작하는 소형기계로 하향 천공시 사용

(b) 로드 헤더

2) 대형착암기의 종류

① 웨곤 드릴(Wagon drill) : 삼륜차대 위에 대형 드리프터를 설치한 착암기

② 트랙터 드릴(Tractor drill) : 트랙터 위에 대형 드리프터를 장착한 착암기

③ 점보 드릴(Jumbo drill) : 이동차대 위에 설치한 1~5개의 붐(Boom) 끝에 드리프터를 장착하여

동시에 많은 구멍을 뚫을 수 있어 터널굴착에 적용

(2) 로드 헤더(Load header)

(c) T.B.M

- 회전식 굴착헤드에 수십 개의 비트가 부착되어 있어 헤드를 회전시키면서 막장면에

압착하여 움직이면서 지반을 굴착하고 버럭은 체인 컨베이어에 의해 배출된다.

- 터널 굴착단면 형상이 자유로움

(3) 터널 보링 머신(Tunnel boring machine ; T.B.M)

회전하는 원반에 절삭공구를 장치하여 전단면을 연속적으로 절삭하고 굴착하여 파낸

토석을 후방으로 연속적으로 배출하면서 굴착하는 기계.

(d) 쉴드

① 안전도가 높고, 작업 소요인원이 적으며, 여굴이 적고, 굴진속도가 빠르다.

② 지질 및 굴착단면에 제한을 받고, 기계운반이 어려우며, 설비투자비가 많이듬

(4) 쉴드(Shield) 굴진기

- 먼저, 견고한 강제통으로 굴착측면의 토사붕괴를 막고 앞쪽의 굴착장치로 굴진하고

후미에서 세그먼트로 가벽을 구축해가면서 유압잭의 추진력에 의하여 전진하는 기계

- 주로 상하수도 공사, 지하철 선로 공사, 전기 케이블과 같은 공동구 공사 등에 이용         그림 4-14 터널 굴진기의 종류

4.4.4 기중용 기계

(1) 크레인(Crane)

1) 케이블 크레인 : 지반 양단에 설치한 탑과 탑 사이에 버킷, 훅 등을 달아 재료를 운반

2) 지  브 크레인 : 원동기, 와이어 로프, 드럼, 붐 등으로 구성됨, 조립해체가 용이함

3) 데  릭 크레인 : 윈치로 인상하는 장치로 상하․수평방향으로도 운반이 가능함

4) 탑  형 크레인 : 자립한 탑으로부터 수평하게 돌출한 붐대에 훅을 장치한 크레인, 콘크리트 운반 및 일반 건설재료를 운반함

5) 트  럭 크레인 : 기동력이 우수하여 하역 및 콘크리트 충전에 사용됨

(2) 윈치(Winch) : 드럼 주위에 감긴 와이어 로프 또는 체인에 의하여 하물(荷物)을 올리거나 끄는 기계

(a) 케이블 크레인

(b) 지브 크레인

(c) 탑형 크레인

(d) 트럭 크레인

그림 4-15 크레인의 종류

4.4.5 포장공사용 기계

(a) 아스팔트 믹싱 플랜트

(1) 아스팔트 포장용 기계

1) 아스팔트 믹싱 플랜트

골재와 아스팔트를 공급하고 가열, 혼합하여 운반차량에 상차함

2) Asphalt distributor

가열된 역청재료를 노면에 살포하는 기계로 프라임 코트, 택 코트, 시일 코트 시공

3) 아스팔트 피니셔

아스팔트 혼합재를 노반 위에 소정의 포장두께로 마무리 작업을 하는 기계.

(b) Asphalt distributor

① 구조 및 기능

- 호퍼(Hopper) : 덤프트럭에 실려 온 혼합재를 받음

- 스프레더(Spreader) : 혼합재를 스크류에 의하여 연속적으로 노반상에 평평하게 포설

- 스크리드(Screed) : 포설된 아스팔트 혼합물을 균일한 두께로 다듬어 나가는 기구

② 작업능력 산정

[eqn: rm Q`＝ V `TIMES` W `TIMES `t `times` d `times `E]  (tf/h)

(c) 아스팔트 피니셔의 모식도

그림 4-16 아스팔트 포장 기계

여기서,  V : 평균 작업속도(m/h)

W : 피니셔의 시공폭(m)

t : 포설 마무리 두께(m)

d : 다져진 후의 밀도(tf/m³)

E : 작업효율

(2) 콘크리트 포장기계

1) Concrete spreader : 운반된 콘크리트를 분배하고 스크류나 정리판에 의해서 소정의 두께로 일정하게 포설

2) Concrete finisher : 스프레더로 부설한 콘크리트 재료를 재차 평평하게 하고 진동판으로 다지면 마무리하는 장비

3) Concrete Paver : 사전에 개량된 재료를 혼합, 부설하는 장비로 고가이므로 대규모 공사에 사용

4) Concrete cutter : 콘크리트 포장을 보수할 때 경화된 콘크리트 바닥을 절단하는 기계

(a) Concrete spreader

(b) Concrete paver

(c) Concrete finisher

(d) Concrete cutter

(e) Concrete paver의 구조

(f) Concrete finisher의 구조

그림 4-17  콘크리트 포장 기계

4.4.6 콘크리트 공사용 기계

(1) 골재 제조기계 (골재 공급기  ⇨ 쇄석기(Crusher) ⇨ 골재 선별기)

(a) 골재 공급기

(b) 조우 쇄석기

(c) 진동식 선별기

그림 4-18 골재 제조기계

그림 4-19 콘크리트 배처 플랜트

(2) 콘크리트 제조 기계

1) 배처 플랜트

재료를 계량하여 믹서기에 공급하여 혼합함으로써 균질한 콘크리트를 대량생산

2) 콘크리트 믹서기

날개가 붙은 드럼을 회전시키면서 공급하여 균질한 콘크리트를 만드는 기계

3) 강제 믹서기

동체는 고정되어 있고 혼합날개가 고속으로 회전함으로써 혼합시키는 기계

(3) 콘크리트 운반 기계

1) 콘크리트 펌프 : 파이프를 통하여 생콘크리트를 타설 현장에 연속으로 압송하는 기계

2) 콘크리트 트럭 믹서 : 드럼에 재료를 정비율로 투입하고 드럼을 회전함으로써 원심력에 의하여 혼합시키는 기계

3) 아지테이터 트럭(Agitator truck) : 나선상의 날개에 의하여 콘크리트가 분리되지 않도록 혼합하면서 수송하는 기계

4) 콘크리트 진동기 : 내부 진동기와 외부 진동기로 나뉘어지며, 외부 진동기에는 거푸집 진동기와 표면 진동기로 나뉜다.

(b) 콘크리트 펌프

(c) 콘크리트 펌프 트럭

(d) 콘크리트 트럭 믹서

그림 4-20  콘크리트 운반 기계

4.4.7 해양 공사용 기계(준설선 = 작업선 + 부속선)

준설선은 선박 위에 각종 굴삭기계를 장착하여 수중구조물의 기초 터파기, 항만과 항구의 준설, 하천 및 호수의 매설토사 준설

(1) 작업선

1) 그래브 준설선(Grab dredger＝pontoon+cram shell) : 그래브 버킷으로 해저의 토사를 굴삭하여 토운선에 적재하고 운반

2) 버킷 준설선(Bucket dredger＝pontoon＋Bucket excavator) : 하상토사를 일종의 버킷 컨베이어로 연속으로 긁어 올리는 기계

3) 펌프 준설선(Pump dredger) : 해저의 토사를 커터로 긁고 주펌프에 의하여 커터 회전축의 하부에 설치된 흡입구로부터 끌어올려 배송관을 통하여 매립지에 압송한다.

4) 드래그 석션 준설선(Drag suction dredger) : 대규모 항로준설에 사용하는 것으로 해저토사를 펌프로 끌어올려 선내에 채움

5) 디퍼 준설선(Dipper dredger) : 육상의 파워쇼벨 형상을 갖는 준설선으로 바다 밑의 토사를 긴 디퍼로 끌어올리는 방식

(a) 그래브 준설선

(b) 버킷 준설선

(c) 펌프준설선

(d) 드래그 석션 준설선

그림 4-21 작업선의 종류

(2) 부속선

그림 4-22 기중기선

1) 기중기선(Crane ship) : 방파제, 안벽, 교량 등을 가설하기 위하여

콘크리트 블록, 빔, 말뚝이나 중량물 운반 등의 가설작업에 사용

2) 예인선(Tug Boat)

토운선을 견인하는 배

3) 토운선(Base)

준설선으로 굴착된 토사를 운반하고 사토하는 배