KR100417486B1 - 깊은기초에 사용되는 말뚝 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 깊은기초에 사용되는 말뚝의 구조에 관한 것으로, 특히 말뚝의 외부에서 작용하는 상향력/하향력에 대항하여 깊은기초의 안정성을 확보할 수 있는 말뚝 구조에 관한 것이다.

본 발명은 깊은기초에 사용되는 말뚝 외주면에 내부케이스를 고정 결합하고 상기 내부케이스의 외주면에 외부케이스를 결합하되 상기 두 케이스 사이에 윤활제를 채움으로써 상기 외부케이스가 상기 내부케이스를 따라 상하로 이동 가능하도록 하여, 지반의 압축 또는 팽창(swelling)에 의해 외부케이스가 주변마찰력을 받게 되더라도 내부케이스에 고정 결합된 말뚝이 유동하지 않도록 하여 깊은기초의 안정성을 확보 할 수 있도록 한다.

본 발명은 연약지반에 시공되는 구조물의 기초를 구축하기 위해 사용되는 말뚝에 있어서, 상기 말뚝의 외주면에 고정 결합되는 내부케이스와, 상기 내부케이스의 외주면에 결합되는 외부케이스를 포함하되, 상기 내부케이스와 상기 외부케이스의 사이에는 윤활유가 채워져 있어, 상기 외부케이스가 상기 내부케이스를 따라 상하로 이동 가능한 것을 특징으로 한다.

Description

깊은기초에 사용되는 말뚝 구조{PILE STRUCTURE OF DEEP FOUNDATION}

본 발명은 깊은기초에 사용되는 말뚝의 구조에 관한 것으로, 특히 말뚝의 외부에서 작용하는 상향력/하향력에 대항하여 깊은기초의 안정성을 확보할 수 있는 말뚝 구조에 관한 것이다.

일반적으로 깊은기초란 상부 구조물 바로 아래에 있는 흙이 지반이 연약하여 상부 구조물에서 오는 하중을 지지할 수 없을 때, 말뚝, 피어, 케이슨 기초등과 같은 구조물(이하 통칭하여 "말뚝" 이라 한다.)을 아래 지층에 까지 박아서 상부 구조물의 지지력을 확보하는 시공개념을 말한다.

연약점토, 실트 또는 성토층과 같은 압축성이 큰 지층이 지중에 있는 지반의 경우, 압축성의 중간지층이 압축되면 그 상부의 주변 지반 침하가 말뚝의 침하보다 상대적으로 더 많이 일어난다. 이 때에 발생하는 말뚝 외주면 표면의 마찰은 정상적인 지층의 경우와는 달리 지표면에서부터 말뚝과 주변 지반의 움직임이 서로 같은 지점인 중립축까지 하향으로 작용하여 말뚝에 하중으로 작용하는데 이를 부마찰력(Negative Friction)이라 한다.

도 1은 일반적인 말뚝의 지지력을 도시한 단면도이고, 도 2a 및 도 2b는 압축성 지반에 시공된 말뚝의 지지력을 도시한 단면도이다.

이하, 상기 도 1 및 도 2를 참조하여 종래 깊은기초의 문제점을 설명하기로 한다.

상기 도 1 에 도시한 바와 같이 일반적으로 깊은기초에 사용되는 말뚝(105)은 연약한 지반(101)에 시공되는데, 이러한 깊은기초 시공시에 구조물의 전체지지력은 기초선단의 지지력(107)과 주면마찰력(103)을 계산하여 설계에 반영한다.

상기 도 2a는 압축성의 중간지층(111)이 말뚝(105)의 외주면에 위치하는 경우에 말뚝(105)에 작용하는 전체 외력을 도시한 단면도이고, 상기 도 2b는 압축성의 중간지층(111)이 말뚝(105)의 선단부에 위치하는 경우에 말뚝에 작용하는 전체 외력을 도시한다.

상기 도 2a 및 도 2b에 도시한 바와 같이, 말뚝(105)이 시공되는 지반(109)의 지중에 연약점토층이나 다짐도가 떨어지는 성토층과 같은 압축성이 큰 지층(111)이 있는 경우, 지반의 압축으로 인해서 말뚝(105)이 하향력(113, 117)을 받아 침하하게 된다.

또한, 하향으로 발생되는 주면마찰력인 부마찰력이 발생될 경우,(도 2a 참조) 말뚝(105)이 파손되거나 또는 상부구조물(도시하지 않음.)의 기초 안정성에도 심각한 영향을 준다. 그리고, 압축성의 중간지층(111)이 말뚝(105)의 선단부에 위치하는 경우에는,(도 2b 참조) 말뚝의 선단부가 하향력(117)을 받게 된다.

이와 같은 경우와 반대로, 지중 점토층과 같이 지반이 물을 흡수하여 체적이 증가하는 경우에는 주변마찰에 의하여 말뚝이 상승하는 현상이 발생된다.(도시하지 않음.) 이런 경우에도, 말뚝의 외부에서 작용하는 상향력(주면마찰력 및 선단부에 작용하는 상향력)의 영향으로 인해서 말뚝이 파손되거나 안정성에 영향을 준다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 종래 깊은기초 시공의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 깊은기초에 사용되는 말뚝 외주면에 내부케이스를 고정 결합하고 상기 내부케이스의 외주면에 외부케이스를 결합하되 상기 두 케이스 사이에 윤활제를 채움으로써 상기 외부케이스가 상기 내부케이스를 따라 상하로 이동 가능하도록 하여, 지반의 압축 또는 팽창(swelling)에 의해 외부케이스가 주면마찰력을 받게 되더라도 말뚝이 유동하지 않도록 하여 깊은기초의 안정성을 확보 하는 말뚝 구조를 제공함에 있다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 연약지반에 시공되는 구조물의 기초를 구축하기 위해 사용되는 말뚝에 있어서, 상기 말뚝의 외주면에 고정 결합되는 내부케이스와, 상기 내부케이스의 외주면에 결합되는 외부케이스를 포함하되, 상기 내부케이스와 상기 외부케이스의 사이에는 윤활유가 채워져 있어, 상기 외부케이스가 상기 내부케이스를 따라 상하로 이동 가능한 것을 특징으로 한다.

도 1은 일반적인 말뚝의 지지력을 도시한 단면도.

도 2a 및 도 2b는 압축성 지반에 시공된 말뚝의 지지력을 도시한 단면도.

도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따라 깊은기초에 사용되는 말뚝의 구조를 도시한 단면도.

도 3b는 본 발명의 다른 실시예에 따라 깊은기초에 사용되는 말뚝의 구조를 도시한 단면도.

도 4a 및 도 4b는 본 발명의 실시예에 따른 마찰저항 케이스 외주면의 형상을 보여주는 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

107 : 말뚝의 선단지지력 105 : 말뚝

103 : 말뚝의 주면마찰력 101 : 지반

111 : 압축성 지반 113 : 부마찰력

210 : 내부케이스 230 : 외부케이스

220 : 윤활제

본 발명의 말뚝 구조는 통상의 말뚝 외주면에 내부케이스를 고정 결합하고 상기 내부케이스의 외주면에 외부케이스를 결합하되 상기 두 케이스 사이에 윤활제를 채워, 상기 외부케이스가 내부케이스를 따라서 상하로 이동가능하게 한다.

이하 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따라 지반에 압축성의 지층이 있는 경우에 깊은기초에 사용되는 말뚝의 구조를 도시한 단면도이고, 도 3b는 본 발명의 다른 실시예에 따라 지반에 팽창성의 지층이 있는 경우에 깊은기초에 사용되는 말뚝의 구조를 도시한 단면이다. 이하, 상기 도 3a 및 도 3b를 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다.

참조부호 105는 연약 지반(101)에 매입되는 말뚝을 나타내는데, 말뚝(105)은 통상적인 것이 사용된다. 말뚝(105)의 외주면에 결합되는 내부케이스(210) 및 외부케이스(230)는 대략 원통 형태를 가지며, 길이방향으로 말뚝(105)의 매설깊이에 맞춘 길이를 가진다. 내부케이스(210)는 말뚝(105)에 고정 결합되게 된다. 그리고 외부케이스(230)는 상기 내부케이스(210)의 외주면에 결합되게 되는데, 상기 두 케이스(210, 230) 사이는 그리스등과 같은 윤활제(220)가 채워진다.

이로인해, 지반(101)이 압축되거나 또는 팽창되는 경우 외부케이스(230)가 주면마찰력(113, 303)을 받아 내부케이스(210)를 따라서 상/하로 유동하게 되더라도, 내부케이스(210)와 고정 결합되어 있는 말뚝(105)은 유동하지 않으므로, 깊은기초의 안정성을 확보 할 수 있다.

상기 도 3a에서, 내부케이스(210)의 상단부는 수직으로 절곡되어 있어서 상기 내부케이스(210)의 상단 절곡부위가 외부케이스(230)의 상단부에 걸리도록 되어 있다. 따라서, 지반(101)이 압축되어 말뚝(105)의 선단부가 하향력(117)을 받더라도 내부케이스(210)와 고정 결합되어 있는 말뚝(105)은 상기 걸림에 의해 침하하지 않는다.

마찬가지로 도 3b에서, 내부케이스(210)의 하단부가 수직으로 절곡되어 있어서 상기 내부케이스(210) 하단 절곡부위가 외부케이스(230)의 하단부에 걸리도록 되어 있다. 따라서, 지반(101)이 팽창되어 말뚝(105)의 선단부가 상향력(301)을 받더라도 내부케이스(210)와 고정 결합되어 있는 말뚝(105)은 상기 걸림에 의해 상승하지 않으므로, 말뚝(105)이 뽑히는 현상을 방지할 수가 있다.

한편, 본 발명의 말뚝 구조를 시공할때에는 두 케이스(210, 230)의 하단부에 노출되는 틈새로 토사가 침투하거나 또는 윤활제가 흘러나올 수가 있다. 이러한 현상을 방지하기 위해, 상기 도 3a에서 외부케이스(230)의 하단부가 수직으로 절곡되어, 외부케이스(230)의 하단 절곡부위가 두 케이스(210, 230) 사이의 틈새를 막도록 한다.

상기 도 3a 및 도 3b의 말뚝 구조를 시공할 때에는 예를 들어, 지반(101)을 오거링 하고 말뚝(105)에 두 케이스(210, 230)가 결합된 상태로 삽입 설치하는 방법을 사용할 수가 있다. 본 발명의 말뚝 구조를 시공하는 방법은 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진자라면 용이하게 안출해낼 수 있는 것이므로, 상세한 설명을 생략한다.

도 4a 및 도 4b는 본 발명의 실시예에 따라 내부케이스 외주면과 외부케이스의 내주면의 형상을 보여주는 단면도이다. 이하 상기 도 3을 참조하여 설명하기로 한다.

상기 도 4a는 내부케이스(210)의 외주면과 외부케이스(230) 내주면에 아무런 처리를 하지 않은 모양을 보여준다. 그런데, 말뚝(105)에 외력이 가해지는 경우 편심이 발생하게 되어, 외부케이스(230)가 유동(예:회전)을 할 수가 있다. 이로인해, 두 케이스 사이에 채워져 있는 윤활제가 한쪽으로 쏠리는 현상이 발생할 수가 있다. 또한 상기 외부케이스(230)의 유동에 의해, 말뚝(105)의 시공된 위치가 변할 수가 있다.

참조부호 4b는 외력에 의해 외부케이스(230)가 유동하는 현상을 방지하기 위해, 내부케이스(210)의 외주면과 외부케이스(230)의 내주면상에 연직으로 요철부를 형성한 모양을 보여준다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 깊은기초에 사용되는 말뚝 외주면에 내부케이스를 고정 결합하고 상기 내부케이스의 외주면에 외부케이스를 결합하되 상기 두 케이스 사이에 윤활제를 채움으로써 상기 외부케이스가 상기 내부케이스를 따라 상하로 이동 가능하도록 하여, 지반의 압축 또는 팽창(swelling)에 의해 외부케이스가 주면마찰력을 받게 되더라도 내부케이스에 고정 결합된 말뚝이 유동하지 않도록 하여 깊은기초의 안정성을 확보 할 수 있는 잇점이 있다.

Claims (5)

1. 연약지반에 시공되는 구조물의 기초를 구축하기 위한 말뚝 구조에 있어서,

   상기 말뚝의 외주면에 고정 결합되는 내부케이스와, 상기 내부케이스의 외주면에 결합되는 외부케이스를 포함하되, 상기 내부케이스와 상기 외부케이스의 사이에는 윤활유가 채워져 있어, 상기 외부케이스가 상기 내부케이스를 따라 상하로 이동 가능하도록 하는 것을 특징으로 하는 말뚝 구조.
2. 청구항 1항에 있어서,

   상기 내부케이스는 그 상단부가 수직으로 절곡되어 상기 상단 절곡부위가 상기 외부케이스의 상단부에 걸리도록 하여, 상기 말뚝이 침하하는 것을 방지하도록 하는 것을 특징으로 하는 말뚝 구조.
3. 청구항 2항에 있어서,

   상기 외부케이스는 그 하단부가 수직으로 절곡되어 상기 하단 절곡부위가 상기 내부케이스의 하단부에 걸리도록 하여, 상기 외부케이스의 하단 절곡부위가 상기 내부케이스 및 외부케이스 사이의 틈새를 막도록 하는 것을 특징으로 하는 말뚝 구조.
4. 청구항 1항에 있어서,

   상기 내부케이스는 그 하단부가 수직으로 절곡되어 상기 내부케이스의 하단 절곡부위가 상기 외부케이스의 하단부에 걸리도록 하여, 상기 말뚝이 상승하는 것을 방지하도록 하는 것을 특징으로 하는 말뚝 구조.
5. 청구항 1항 내지 청구항 4항 중에서 어느 한 항에 있어서,

   상기 내부케이스의 외주면과 상기 외부케이스의 내주면에 연직으로 복수개의 요철부가 형성되는 것을 특징으로 하는 말뚝 구조.