KR100517403B1 - 콘크리트 충진 섬유강화 복합소재 말뚝 및 이와 잔교식안벽의 연결구조 - Google Patents

콘크리트 충진 섬유강화 복합소재 말뚝 및 이와 잔교식안벽의 연결구조 Download PDF

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Abstract

본 발명은 기존 강재 말뚝 및 콘크리트재 말뚝의 문제점인 강재 및 철근 부식문제, 그리고 콘크리트 열화 문제를 해결할 수 있는 내부식, 고강도, 고내구성 특성을 보유하고 있어 항만 구조물, 특히 잔교식 안벽의 건설에 사용하기에 적합한 새로운 구조의 말뚝과, 그 연결구조에 관한 것이다.
본 발명에서는, 강화섬유와 수지로 이루어진 섬유강화 복합소재로 제작되는 중공의 복합소재 튜브(20), 및 상기 복합소재 튜브(20)의 중공 내부에 충진되는 내부 충진 콘크리트(10)로 구성되며; 상기 복합소재 튜브(20)의 외면에는 자외선 차단을 위한 겔코우팅(21)이 도막처리되어 있는 것을 특징으로 하는 콘크리트 충진 섬유강화 복합소재 말뚝이 제공되며, 아울러, 이와 같은 말뚝과 상부 구조물이 서로 일체로 연결되는 구조가 제공된다.
위와 같은 본 발명의 콘크리트 충진 섬유강화 복합소재 말뚝를 이용하여 항만 구조물인 잔교식 안벽을 시공하는 경우, 해수에 대하여 우수한 내부식 특성을 보유하게 되므로 종래의 강관말뚝 및 콘크리트 말뚝이 가지는 문제점인 외부 부식환경에 의한 강재, 철근 및 강선의 부식이 없으므로 구조물의 내구연한을 현저히 증대시키고, 방식 및 유지관리에 대한 추가적인 비용을 현저히 절감할 수 있다.

Description

콘크리트 충진 섬유강화 복합소재 말뚝 및 이와 잔교식 안벽의 연결구조{Concrete Filled Glass Fiber Reinforced Composite Pile and Connecting Structure to Pier-Type Wharf Structure}
본 발명은 콘크리트 충진 섬유강화 복합소재 말뚝 및 그의 상부 구조물과의 연결구조에 관한 것으로서, 구체적으로는 돌핀, 플랫폼 등의 항만구조물, 특히 잔교식 안벽의 건설에 사용되는 말뚝으로 섬유강화 복합소재로 이루어진 원형의 중공 복합소재 튜브에 콘크리트를 충진한 형태로 제작하여 구조적인 성능을 향상시킨 말뚝과, 이러한 말뚝을 그 상부의 잔교식 안벽과 연결하는 구조에 관한 것이다.
현재 항만 및 어항 구조물의 잔교식 안벽을 위한 말뚝 시공에는 일반적으로 강관말뚝 또는 콘크리트 말뚝이 사용되고 있다. 강관말뚝의 경우에는 외부 환경에 의한 강재부식이 가장 큰 문제점으로 대두되고 있다. 특히, 해상의 잔교식 안벽건설에 이러한 강관말뚝이 주로 사용되는데, 해수의 영향으로 인한 강관말뚝의 부식문제는 상당히 심각한 수준이다. 이러한 부식문제를 방지하기 위해서는 수상부의 경우; 방식테이프, 및 보호자켓 등의 방식이 필요하며, 수중부의 경우; 전기 방식(防蝕), 세라믹 방식, 폴리우레탄 방식, 피복재 방식 등 추가적인 방식공사가 필요하며, 시공 후에도 부식방지를 위한 계속적인 유지관리가 필요하므로, 그에 따른 비용의 지출이 많다는 단점이 있다. 또한, 강관말뚝을 이루는 강재의 재료적 특성상 부식을 원천적으로 방지할 수 없다는 근본적인 한계가 있다.
콘크리트 말뚝의 경우에는 철근 콘크리트 말뚝 또는 프리스트레스 콘크리트 말뚝의 형태로 시공되고 있는데, 이러한 콘크리트 말뚝의 경우에도 해수와 같은 외부 환경에 의해 콘크리트가 열화하고 재료분리가 발생되어 콘크리트 강도가 현저히 저하된다. 또한 철근 및 강선의 부식으로 인한 부식 균열, 과하중으로 인한 균열, 건조수축으로 인한 균열, 충격손상으로 인한 균열이 발생하며, 이러한 균열의 발전으로 인한 콘크리트 피복 박리, 철근 노출 및 부식으로 인한 탈락 등의 현상이 발생하여 궁극적으로는 콘크리트 말뚝의 구조적 기능을 상실하게 되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 기존 강재 말뚝 및 콘크리트재 말뚝의 문제점인 강재 및 철근 부식문제, 그리고 콘크리트 열화 문제를 해결할 수 있는 내부식, 고강도, 고내구성 특성을 보유하고 있어 항만 구조물 등의 건설에 사용하기에 적합한 새로운 구조의 말뚝과, 그 연결구조를 제공하는 것을 목적으로 한다.
위와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는, 강화섬유와 수지로 이루어진 섬유강화 복합소재로 제작되는 중공의 복합소재 튜브, 및 상기 복합소재 튜브의 중공 내부에 충진되는 내부 충진 콘크리트로 구성되며; 상기 복합소재 튜브의 외면에는 자외선 차단을 위한 겔코우팅이 도막처리되어 있는 것을 특징으로 하는 콘크리트 충진 섬유강화 복합소재 말뚝이 제공된다.
본 발명에 따르면, 위와 같은 말뚝의 변형예로서, 상기 복합소재 튜브의 강화섬유는 말뚝의 종방향으로 배열된 종방향 섬유, 말뚝의 횡방향으로 배열된 횡방향 섬유 및 경사진 방향으로 배열된 경사방향 섬유가 적층되어 있는 형태로 구성되는 것을 특징으로 하는 콘크리트 충진 섬유강화 복합소재 말뚝이 제공된다.
위와 같은 본 발명의 막뚝에 있어서, 상기 복합소재 튜브의 내부에는, 소정 폭의 스트립 형태로 이루어져 복합소재 튜브의 내부에 구비되어 상기 복합소재 튜브와 내부 충진 콘크리트 계면의 부착면적을 증대시키고 종방향 기계적 맞물림을 가능하게 하여 말뚝의 구조적 일체성을 증대시키고 콘크리트와 복합소재의 합성효과를 증대시키며, 상기 복합소재 튜브의 외부에는, 소정 폭의 스트립 형태로 이루어져 복합소재 튜브의 외부에 구비되어 말뚝의 지중 인입 구간에서 지반 마찰력을 향상시키는 외부 요철부가 더 구비되도록 할 수도 있다.
또한, 본 발명에 있어서는, 말뚝 간의 연결을 위하여 단부에는 삽입형 연결구가 더 구비되도록 할 수 있는데, 상기 삽입형 연결구는 복합소재 튜브의 내측에 삽입되는 삽입부와, 소정폭의 강재 원형테로 이루어져 상기 복합소재 튜브의 단부에 걸쳐지도록 상기 삽입부의 단부에 일체로 구비되는 수평연결부로 구성되며; 상기 이웃하는 말뚝의 상기 수평연결부가 서로 일체로 연결되므로써 말뚝 간의 연결이 이루어지도록 할 수 있다.
또한, 본 발명에 있어서, 최초로 지중에 관입되는 말뚝에 대해서는, 그 선단부에 상기 복합소재 튜브의 내측에 삽입되는 삽입설치부와 상기 삽입설치부의 단부에 일체로 구비되고 복합소재 튜브의 단면을 폐쇄하는 수평마감부로 구성된 선단부 슈 장치를 더 구비할 수도 있다.
한편, 본 발명에서는 위에서 제시한 콘크리트 충진 섬유강화 복합소재 말뚝과 잔교식 안벽의 연결구조로서, 두부정리가 완료된 섬유강화 복합소재 말뚝의 상단부에는 소정 길이의 연결말뚝이 삽입되는데, 상기 연결말뚝은 상기 섬유강화 복합소재 말뚝의 외면에 구비된 고정용 밴드에 의하여 섬유강화 복합소재 말뚝의 상단부에서 설치 위치가 정해지며; 상기 섬유강화 복합소재 말뚝의 상단부에서 상기 연결말뚝 내에 보강용 철근이 설치되고; 상기 연결말뚝의 내부를 포함한 섬유강화 복합소재 말뚝의 상단부에 콘크리트가 타설되어 잔교식 안벽이 형성되므로써 상기 섬유강화 복합소재 말뚝의 상단부와 잔교식 안벽이 일체로 연결되는 것을 특징으로 하는 콘크리트 충진 섬유강화 복합소재 말뚝과 잔교식 안벽의 연결구조가 제공된다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 상세한 구성 및 실시예에 대하여 설명한다.
도 1에는 본 발명에 따른 콘크리트 충진 섬유강화 복합소재 말뚝을 이용하여 건설된 잔교식 안벽의 개략적인 단면도가 도시되어 있는데, 잔교식 안벽의 슬래브(3) 및 보(2)의 하단에는 말뚝(1)이 설치되어 지지된다. 본 발명에 따른 콘크리트 충진 복합소재 말뚝이 이용되는 항만구조물의 일예로서 잔교식 안벽 구조물을 예시하였으나, 본 발명의 말뚝은 다른 항만구조물의 시공에 사용될 수도 있다.
도 2에는 본 발명에 따른 콘크리트 충진 섬유강화 복합소재 말뚝의 구성을 보여주는 사시도가 도시되어 있고, 도 3에는 본 발명에 따른 콘크리트 충진 섬유강화 복합소재 말뚝(1)의 단면도가 도시되어 있다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 섬유강화 복합소재 말뚝은 섬유강화 복합소재로 이루어진 복합소재 튜브(20), 상기 복합소재 튜브(20)의 내부에 충진되어 있는 내부 충진 콘크리트(10) 및 상기 복합소재 튜브(20)의 외면을 피복하는 겔코우팅(21)을 포함하여 구성된다. 상기 복합소재 튜브(20)는 내부에 콘크리트가 충진되도록 중공이 형성되는 원통형으로 이루어지는데, 유리섬유, 탄소섬유 또는 아라미드섬유로부터 선택되는 강화섬유와 비닐에스터, 폴리에스터, 페놀 또는 에폭시로부터 선택되는 수지로 구성된 복합소재로 제작된다.
이러한 강화섬유와 수지로 이루어진 복합소재를 이용하여 상기 복합소재 튜브(20)를 제작하는 방법으로는 수적층(Hand Lay-up), 필라멘트 와인딩(Filament Winding), 인발성형(Pultrusion), 진공성형(VARTM : Vacuum Assisted Resin Transfer Molding) 등의 공지된 복합소재 부재 제작공법을 사용할 수 있다.
도 4에는 도 3의 D부분을 확대한 부분 단면도가 도시되어 있는데, 상기 복합소재 튜브(20)를 구성하는 강화섬유의 배열구조를 보여준다. 도 4에 도시된 바와 같이 상기 복합소재 튜브(20)의 강화섬유는 말뚝의 종방향으로 배열된 종방향 섬유(22), 말뚝의 횡방향으로 배열된 횡방향 섬유(23) 및 경사진 방향으로 배열된 경사방향 섬유(24)가 순차적으로 적층되어 있는 형태로 구성된다.
여기서, 말뚝의 종방향 섬유(22)는 기존 콘크리트 말뚝의 철근 또는 강선의 역할과 유사하게 말뚝에 가해지는 휨응력, 인장응력에 저항하게 되며, 상기 말뚝의 횡방향 섬유(23)는 내부 충진 콘크리트(10)를 횡방향으로 구속하여, 순수한 콘크리트 말뚝에 비하여 수 배에 이르는 압축내력을 가지도록 할 뿐만 아니라 내진 성능을 대폭적으로 향상시키는 역할을 하며, 전단에 저항하는 역할을 한다. 상기 경사방향 섬유(24)는 말뚝의 종방향에 대하여 +45°또는 -45°경사방향으로 배치되는데, 내부 충진 콘크리트(10)와 함께 말뚝의 전단력에 저항하고 길이방향 및 둘레방향으로 말뚝의 균열을 방지하는 역할을 한다.
상기한 섬유 배열 구조를 가지는 복합소재 튜브(20) 제작과정의 일 실시 형태를 설명하면, 우선 말뚝의 종방향으로 직조된 다축 유리섬유 직포를 수지에 함침시켜 원통형의 내부형틀에 배치하고, 수지에 함침된 횡방향과 경사방향으로 로빙섬유를 그 외측 둘레에 연속적으로 감아 배치하므로써 복합소재 튜브(20)를 제작한다. 상기 복합소재 튜브(20)의 이러한 섬유 배치방법에 의하면, 말뚝의 종방향으로 배치된 직포 형태의 섬유를 횡방향 섬유가 강하게 감은 후 경사방향으로 배치된 섬유를 둘러 외부를 감게 되므로 적층된 섬유직포가 확실하게 자리를 잡을 수 있게 될 뿐만 아니라 구조적인 일체화와 구속효과 증진으로 인해 복합소재의 적층구조가 분리될 염려가 없어 구조적인 일체성을 보장하게 된다. 섬유의 적층을 완료하고 경화시킨 후 상기 원통형 내부형틀을 탈형하므로써 섬유강화 복합소재로 이루어진 원통형의 복합소재 튜브(20)가 제작된다. 그러나, 이들 섬유의 적층 순서는 이에 한정되지 아니하며 필요에 따라서는 그 적층 순서를 변경할 수도 있다.
위와 같은 구조로 제작된 복합소재 튜브(20)의 외면에는 자외선 차단과 표면보호를 위한 겔코우팅(21)이 피복되며, 복합소재 튜브(20)의 내부에는 콘크리트(10)가 충진된다. 상기 내부 충진 콘크리트(10)는 상기 복합소재 튜브(20)의 제작과 함께 충진되어 복합소재 튜브(20)와 일체화된 후 현장으로 이송되어 항타 시공될 수 있는데, 경우에 따라서는 겔코우팅(21) 처리된 상기 복합소재 튜브(20)를 현장에서 항타하여 설치한 후 현장에서 타설되어 충진될 수도 있다.
상기한 본 발명의 섬유강화 복합소재 말뚝(1)에 있어서, 강화 튜브(20) 외면에 겔코우팅(21)이 형성되는데, 이러한 겔코우팅(21)은 말뚝(1)의 외부 노출가 자외선에 노출되어 복합소재 튜브(20)의 성능이 저하되는 것을 방지하는 기능을 가진다. 선택적으로, 강화 튜브(20)의 외면에 겔코우팅(21)을 도막처리하여 형성하는 방법과 병행하여 복합소재 튜브(20)를 제작할 때, 수지에 자외선 안정제를 첨가하여, 복합소재 튜브(20) 자체도 자외선에 대하여 저항성을 가지도록 할 수도 있다.
상기한 본 발명의 섬유강화 복합소재 말뚝에 있어서, 상기 복합소재 튜브(20)를 이루는 섬유강화 복합소재는 해수로 인한 부식이 발생하지 아니하므로, 본 발명의 섬유강화 복합소재 말뚝(1)의 경우 종래의 강재말뚝 및 콘크리트 말뚝에 있어서의 강재의 부식과 철근의 부식 및 염해로 인한 콘크리트의 열화를 원천적으로 방지할 수 있게 되며, 그에 따른 문제점도 근원적으로 해결할 수 있게 된다.
특히, 콘크리트를 위와 같은 섬유강화 복합소재로 이루어진 복합소재 튜브(20)로 보호하게 되므로, 내부 충진 콘크리트(10)를 외부의 부식환경으로부터 차단할 수 있게 되며 그에 따라 콘크리트 열화 문제를 해결할 수 있다. 또한, 상기 복합소재 튜브(20)의 섬유강화 복합소재에 유리섬유를 사용하는 경우, 그 인장강도는 3000∼7000 kg/㎠ 에 이르게 되어 강재보다 뛰어난 고강도 특성을 보유하게 되며, 그 결과로 말뚝의 압축, 휨 등의 외력에 충분히 저항할 수 있는 구조적 성능을 보유하게 된다.
내부 충진 콘크리트(10)는 말뚝의 압축성능을 향상시키고, 전체적인 강성을 보완하는 역할을 하여 횡방향 변위를 감소시킬수 있을 뿐만 아니라, 말뚝의 전단성능을 향상시키는 역할을 하게 된다. 본 발명에서는 섬유강화 복합소재 복합소재 튜브(20)의 합성효과로 인해 내부 충진 콘크리트(10)의 강도가 증가된다.
도 5a에는 본 발명에 따른 섬유강화 복합소재 말뚝(1)에 구비되는 복합소재 튜브의 또다른 실시예로서, 내부에 나선형 내부 요철부(30)를 가지는 복합소재 튜브(20)의 사시도가 도시되어 있다. 도 5b는 도 5a에 도시된 복합소재 튜브의 종단면도가 도시되어 있다.
상기 복합소재 튜브(20)의 내부에 구비된 나선형 내부 요철부(30)는 소정 폭의 스트립 형태로 이루어져 복합소재 튜브(20)의 내부를 나선형태로 감아 부착되는데, 복합소재 튜브(20)와 동일한 소재로 구성된다. 상기 나선형 내부 요철부(30)는 복합소재 튜브(20)와 내부 충진 콘크리트(10) 계면의 부착면적을 증대시키고, 서로 다른 재료(복합소재 튜브와 콘크리트)의 종방향 기계적 맞물림을 가능하게 하여 말뚝에 가해지는 휨응력, 인장응력 등에 대하여 복합소재 튜브(20)가 저항하도록 함으로써 말뚝의 구조적 일체성을 향상시켜 합성효과를 증대시키고, 온도차에 의한 재료의 분리를 방지하게 된다. 상기 나선형 내부 요철부(30)는 복합소재 튜브(20)의 제작시 내부형틀에 나선형 홈을 추가적으로 형성하여, 앞서 살펴본 과정과 같이 수지에 함침된 섬유를 적층함으로써 형성할 수 있다. 위에서 내부 요철부(30)는 나선형태를 가지는 것으로 설명하였으나, 반드시 나선형으로 한정될 필요는 없으며 단순한 원형테 형태로 구성될 수도 있다.
도 6에는 본 발명에 따른 섬유강화 복합소재 말뚝의 또다른 일실시예로 지반 마찰력 향상을 위해 말뚝의 외부에 나선형 외부 요철부를 가지는 섬유강화 복합소재 말뚝의 사시도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 섬유강화 복합소재 말뚝(1)에서는 그 외부에 나선형 외부 요철부(40)를 형성할 수 있다. 이러한 나선형 외부 요철부(4)는 말뚝의 지중 인입 구간에서 지반 마찰력을 향상시키는 기능을 하는 것으로서, 복합소재 튜브(20)의 제작시 경화된 상태의 튜브 외부에 함침된 섬유를 일정한 폭과 두께로 필라멘트 와인딩 공정을 이용하여 나선형으로 감아 제작할 수 있다. 위에서 외부 요철부(40) 역시 나선형태를 가지는 것으로 설명하였으나, 반드시 나선형으로 한정될 필요는 없으며 단순한 원형테 형태로 구성될 수도 있다.
도 7는 도 1의 A부분 확대 단면도로서, 본 발명에 따른 섬유강화 복합소재 말뚝(1)과 잔교식 안벽의 연결구조를 보여주는 단면도이다. 도 7에 도시된 바와 같이 본 발명의 섬유강화 복합소재 말뚝(1)과 잔교식 안벽(도면에서는 슬래브(3))의 연결구조에서는 섬유강화 복합소재 말뚝(1)의 상단부가 상부 구조물에 매립되어 잔교식 안벽과 일체로 결합되는데, 연결을 위해 우선 섬유강화 복합소재 말뚝(1)의 두부를 정리하게 된다.
두부정리가 완료된 섬유강화 복합소재 말뚝(1)의 상단부에는 소정 길이의 연결말뚝(50)이 삽입되는데, 상기 연결말뚝(50)은 상기 섬유강화 복합소재 말뚝(1)의 외면에 구비된 고정용 밴드(51)에 의하여 섬유강화 복합소재 말뚝(1)의 상단부에서 설치 위치가 정해진다. 상기 섬유강화 복합소재 말뚝(1)의 상단부에서 상기 연결말뚝(50) 내에 보강용 철근(52)이 설치된다. 상기 보강용 철근(52)과 상기 연결말뚝(50)은 섬유강화 복합소재 말뚝(1)이 상부 구조물(보, 슬래브 등)과 일체로 거동 할 수 있도록 한다. 요컨대, 이와 같이 형성된 섬유강화 복합소재 말뚝(1)의 상단부에 콘크리트가 타설되어 잔교식 안벽이 형성되므로써 상기 섬유강화 복합소재 말뚝(1)의 상단부와 잔교식 안벽이 일체로 연결되는 것이다.
도 8은 도 1의 B부분 확대 단면도로서 본 발명의 섬유강화 복합소재 말뚝(1) 간의 연결구조를 보여준다. 도 8에 도시된 바와 같이 본 발명의 복섬유강화 합소재 말뚝(1)의 단부에는, 말뚝(1) 간의 연결을 위하여 삽입형 연결구(60)가 구비된다. 상기 삽입형 연결구(60)는 복합소재 튜브(20)의 내측에 삽입되는 삽입부(61)와 상기 삽입부(61)의 단부에 일체로 구비되는 수평연결부(62)로 구성된다. 상기 삽입부(61)는 복합소재 튜브(20)의 중공에 맞추어 원통형으로 형성되어 상기 복합소재 튜브(20)에 내측에 삽입되는데, 필요에 따라서는 복합소재 튜브(20)의 내측에 에폭시 등과 같은 접착제(64)를 도포하여 상기 연결구(60)의 삽입부(61)가 복합소재 튜브(20)의 내측면에 부착되어 고정되도록 할 수도 있다. 상기 수평연결부(62)는 소정폭의 강재 원형테로 이루어져 상기 복합소재 튜브(20)의 단부에 걸쳐지는데, 용접 등의 방법에 의하여 상기 삽입부(61)의 단부와 일체로 결합되어 설치된다.
상단에 연결구(60)가 설치된 섬유강화 복합소재 말뚝(1)을 현장에서 항타하여 설치한 후, 일단에 위와 같은 연결구(60)가 구비된 또다른 섬유강화 복합소재 말뚝(1)을 상부에 설치한다. 상, 하의 섬유강화 복합소재 말뚝(1)의 단부에 구비된 연결구(60)의 수평연결부(62)를 현장에서 용접하여 서로 일체화 시키므로써 상, 하의 섬유강화 복합소재 말뚝(1)을 서로 연결하게 된다. 이러한 수평연결부 용접은 기존의 강관 말뚝 및 콘크리트 말뚝의 현장 용접과 동일하게 시공하면 된다.
수평연결부(62)의 용접이 완료된 후 그 용접부 외부에는 섬유강화 복합소재로 이루어진 연결부 보호밴드(63)를 둘러서 설치한다. 상기 연결부 보호밴드(63)는 해양환경에 약한 강재로 이루어진 연결구(60)를 보호하는 기능을 하게 된다.
도 9에는 본 발명에 따른 섬유강화 복합소재 말뚝의 선단부 슈의 단면도가 도시되어 있다. 지중에 최초로 삽입되는 섬유강화 복합소재 말뚝의 선단부에는 용이한 지중관입을 위하여 선단부 슈가 구비되는데, 도 9에는 플랫(Flat)형 선단부 슈(70)가 도시되어 있다. 본 발명의 섬유강화 복합소재 말뚝에 구비되는 플랫형 선단부 슈(70)는 복합소재 튜브(20)의 내측에 삽입되는 삽입설치부(71)와 상기 삽입설치부(71)의 단부에 일체로 구비되고 복합소재 튜브(20)의 단면을 폐쇄하는 수평마감부(72)로 구성된다.
앞서 연결구(60)의 삽입부(61)와 마찬가지로 상기 삽입설치부(71)를 복합소재 튜브(20)의 내측에 삽입함에 있어서, 복합소재 튜브(20)의 내측에 에폭시 등의 접착제(74)를 도포하여 상기 선단부 슈(70)의 삽입설치부(71)가 복합소재 튜브(20)의 내측면에 부착되어 고정되도록 할 수도 있다.
한편, 상기 선단부 슈(70)는 위와 같은 플랫형 이외에도 상기 수평마감부(72)에 凹형 엠보싱을 형성한 마밀라(Mamila)형으로 구성할 수도 있다.
본 발명의 콘크리트 충진 섬유강화 복합소재 말뚝의 항타는 유압해머, 디젤해머 및 진동해머 등, 현재 강재 말뚝 및 콘크리트 말뚝을 항타하는 장비를 그대로 사용할 수 있으며 두부정리로 기존의 콘크리트 말뚝 두부정리하는 방법을 그대로 사용하여 실시 할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같은 구성을 가진 본 발명의 콘크리트 충진 섬유강화 복합소재 말뚝를 이용하여 항만구조물, 특히 잔교식 안벽을 시공하는 경우, 해수에 대하여 우수한 내부식 특성을 보유하게 되므로 종래의 강관말뚝 및 콘크리트 말뚝이 가지는 문제점인 외부 부식환경에 의한 강재, 철근 및 강선의 부식이 없으므로 구조물의 내구연한을 현저히 증대시키고, 초기 방식 및 유지관리에 대한 추가적인 비용을 현저히 절감할 수 있다.
또한, 복합소재 튜브로 내부 충진 콘크리트를 감싸서 내부 충진 콘크리트를 외부 부식환경으로 부터 차단함으로써 콘크리트 열화의 문제를 해결할 수 있다. 따라서, 이와 같은 내부식 특성으로 인한 내구연한 증대는 구조물의 수명을 연장시킬 뿐만 아니라 구조물 수명기간에 대한 실질 투자비 감소로 건설비용에 대한 투자효과가 증대된다.
특히, 상기 복합소재 튜브의 강화섬유는 휨 및 축방향에 저항 할 수 있는 종방향 섬유와, 구속효과를 증진시켜 주는 횡방향 섬유와, 전단력에 저항하고 균열을 방지하는 경사방향 섬유가 적층되는 형태로 구성되므로, 강도 등의 구조적인 성능이 우수하다.
본 발명의 콘크리트 충진 섬유강화 복합소재 말뚝은 잔교식 안벽의 시공뿐만 아니라, 해상에 건설되는 각종 구조물에 확대 적용하여 시공할 수 있으며 내부특성을 요하는 구조물의 경우 더욱 효과적으로 사용될 수 있다.
또한, 본 발명의 콘크리트 충진 섬유강화 복합소재 말뚝은 경량 특성의 복합소재 튜브를 공장 제작한 후 현장에서 항타하고 콘크리트를 충진하여 시공하게 되므로 취급이 용이하고, 운송비를 절감할 수 있을 뿐만 아니라 시공장비의 경량화 및 신속시공이 가능하여 공사비 절감효과를 기대할 수 있다.
한편, 본 발명의 콘크리트 충진 섬유강화 복합소재 말뚝은 고유하고 간단한 구성의 연결구 및 선단부 슈의 구성을 가지므로써, 말뚝간의 용이한 연결은 물론 견고한 연결을 이룰 수 있게 된다.
도 1은 본 발명에 따른 콘크리트 충진 섬유강화 복합소재 말뚝을 이용하여 건설된 잔교식 안벽의 개략적인 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 콘크리트 충진 섬유강화 복합소재 말뚝의 구성을 보여주는 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 콘크리트 충진 섬유강화 복합소재 말뚝의 단면도이다.
도 4는 도 3의 D부분의 확대 단면으로서, 본 발명에 따른 콘크리트 충진 섬유강화 복합소재 말뚝의 복합소재 튜브를 구성하는 섬유의 적층구조를 보여주는 부분 단면도이다.
도 5a는 본 발명에 따른 콘크리트 충진 섬유강화 복합소재 말뚝의 일 실시예로 내부에 나선형 내부 요철부를 가지는 복합소재 튜브의 사시도이다.
도 5b는 도 5a의 나선형 내부 요철부를 가지는 복합소재 튜브의 종단면도이다.
도 6은 본 발명에 따른 콘크리트 충진 섬유강화 복합소재 말뚝의 일 실시예로 지반 마찰력 향상을 위해 말뚝 외부에 나선형 외부 요철부를 가지는 복합소재 말뚝의 사시도 이다.
도 7은 도 1의 A부분 확대 단면도로서, 본 발명에 따른 콘크리트 충진 섬유강화 복합소재 말뚝과 잔교식 안벽의 연결구조를 보여주는 단면도이다.
도 8은 도1의 B부분 확대 단면도로서 본 발명에 따른 콘크리트 충진 섬유강화 복합소재 말뚝간의 연결부 구조를 보여주는 단면도이다.
도 9는 도 1의 C부분 확대 단면도로서, 본 발명에 따른 콘크리트 충진 섬유강화 복합소재 말뚝의 선단부 슈 장치의 구조를 보여주는 단면도이다.
<도면의 주요부분에 대한 간단한 설명>
1 말뚝 10 내부 충진 콘크리트
20 복합소재 튜브 21 겔코우팅
22 종방향 섬유 23 횡방향 섬유
24 경사방향 섬유 50 연결말뚝
51 고정용 밴드 52 보강용 철근

Claims (7)

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  3. 강화섬유와 수지로 이루어진 섬유강화 복합소재로 제작되는 중공의 복합소재 튜브(20), 및 상기 복합소재 튜브(20)의 중공 내부에 충진되는 내부 충진 콘크리트(10)로 구성되며;
    상기 복합소재 튜브(20)의 외면에는 자외선 차단을 위한 겔코우팅(21)이 도막처리되어 있고;
    상기 복합소재 튜브(20)의 강화섬유는 말뚝의 종방향으로 배열된 종방향 섬유(22), 말뚝의 횡방향으로 배열된 횡방향 섬유(23) 및 경사진 방향으로 배열된 경사방향 섬유(24)가 적층되어 있는 형태로 구성되어 있으며;
    상기 복합소재 튜브(20)의 내부에는, 소정 폭의 스트립 형태로 이루어져 복합소재 튜브(20)의 내부에 구비되어 상기 복합소재 튜브(20)와 내부 충진 콘크리트(10) 계면의 부착면적을 증대시키고 종방향 기계적 맞물림을 가능하게 하여 말뚝의 구조적 일체성을 증대시키는 내부 요철부(30)가 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 콘크리트 충진 섬유강화 복합소재 말뚝.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 복합소재 튜브(20)의 외부에는, 소정 폭의 스트립 형태로 이루어져 복합소재 튜브(20)의 외부에 구비되어 말뚝의 지중 인입 구간에서 지반 마찰력을 향상시키는 외부 요철부(40)가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 콘크리트 충진 섬유강화 복합소재 말뚝.
  5. 제3항에 있어서,
    말뚝(1) 간의 연결을 위하여 단부에는 삽입형 연결구(60)가 더 구비되는데;
    상기 삽입형 연결구(60)는 복합소재 튜브(20)의 내측에 삽입되는 삽입부(61)와, 소정폭의 강재 원형테로 이루어져 상기 복합소재 튜브(20)의 단부에 걸쳐지도록 상기 삽입부(61)의 단부에 일체로 구비되는 수평연결부(62)로 구성되며;
    상기 이웃하는 말뚝(1)의 상기 수평연결부(62)가 서로 일체로 연결되므로써 말뚝(1) 간의 연결이 이루어지는 것을 특징으로 하는 콘크리트 충진 섬유강화 복합소재 말뚝.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 말뚝(1)은 최초로 지중에 관입되는 것으로서, 그 선단부에는 상기 복합소재 튜브(20)의 내측에 삽입되는 삽입설치부(71)와 상기 삽입설치부(71)의 단부에 일체로 구비되고 복합소재 튜브(20)의 단면을 폐쇄하는 수평마감부(72)로 구성된 선단부 슈(70) 장치가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 콘크리트 충진 섬유강화 복합소재 말뚝.
  7. 강화섬유와 수지로 이루어진 섬유강화 복합소재로 제작되는 중공의 복합소재 튜브(20), 및 상기 복합소재 튜브(20)의 중공 내부에 충진되는 내부 충진 콘크리트(10)로 구성되며; 상기 복합소재 튜브(20)의 외면에는 자외선 차단을 위한 겔코우팅(21)이 도막처리되어 있는 콘크리트 충진 섬유강화 복합소재 말뚝(1)과 잔교식 안벽의 연결구조로서,
    상기 복합소재 튜브(20)의 강화섬유는 말뚝의 종방향으로 배열된 종방향 섬유(22), 말뚝의 횡방향으로 배열된 횡방향 섬유(23) 및 경사진 방향으로 배열된 경사방향 섬유(24)가 적층되어 있는 형태로 구성되어 있고, 상기 복합소재 튜브(20)의 내부에는, 소정 폭의 스트립 형태로 이루어져 복합소재 튜브(20)의 내부에 구비되어 상기 복합소재 튜브(20)와 내부 충진 콘크리트(10) 계면의 부착면적을 증대시키고 종방향 기계적 맞물림을 가능하게 하여 말뚝의 구조적 일체성을 증대시키는 내부 요철부(30)가 구비되어 있으며;
    두부정리가 완료된 섬유강화 복합소재 말뚝(1)의 상단부에는 소정 길이의 연결말뚝(50)이 삽입되는데, 상기 연결말뚝(50)은 상기 섬유강화 복합소재 말뚝(1)의 외면에 구비된 고정용 밴드(51)에 의하여 섬유강화 복합소재 말뚝(1)의 상단부에서 설치 위치가 정해지며;
    상기 섬유강화 복합소재 말뚝(1)의 상단부에서 상기 연결말뚝(50) 내에 보강용 철근(52)이 설치되고;
    상기 연결말뚝(50)의 내부를 포함한 섬유강화 복합소재 말뚝(1)의 상단부에 콘크리트가 타설되어 잔교식 안벽이 형성되므로써 상기 섬유강화 복합소재 말뚝(1)의 상단부와 상부 구조물이 일체로 연결되는 것을 특징으로 하는 콘크리트 충진 섬유강화 복합소재 말뚝(1)과 잔교식 안벽의 연결구조.
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