KR100851837B1 - 수직 측면부를 갖는 팽이말뚝집합체용기를 이용한 지반보강공법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 종래의 팽이말뚝 또는 팽이말뚝집합체의 설치 간격 유지를 위한 하부연결철근 또는 상부연결철근의 설치가 필요 없도록 팽이말뚝집합체의 측면을 수직면으로 구성하여, 지반보강이 필요한 곳에 용이하고 신속하게 팽이말뚝집합체를 시공할 수 있도록 하되, 팽이말뚝집합체를 현장타설방식으로 제작할 수 있도록 하여 운반 및 설치의 용이성을 더욱 향상시킨 수직 측면부를 갖는 팽이말뚝집합체용기를 이용한 지반보강공법에 관한 것이다.

팽이말뚝, 팽이말뚝집합체, 용기, 지반보강, 현장타설

Description

수직 측면부를 갖는 팽이말뚝집합체용기를 이용한 지반보강공법{GROUND REINFORCING METHOD USING TOP BASE SET CASE WITH THE VERTICAL SIDE}

본 발명은 수직 측면부를 갖는 팽이말뚝블록체용기를 이용한 지반보강공법에 관한 것이다. 더욱 구체적으로 종래의 팽이말뚝 또는 팽이말뚝집합체와는 달리 팽이말뚝집합체의 측면을 수직면으로 구성하여 시공성 및 지반보강효과를 향상시키되 운반 및 설치의 용이성을 위하여 현장타설방식으로 팽이말뚝집합체를 제작할 수 있는 수직 측면부를 갖는 팽이말뚝집합체용기를 이용한 지반보강공법에 관한 것이다.

도 1a는 종래의 일반적인 팽이말뚝(10)을 도시한 것으로, 종래의 팽이말뚝(10)의 구조를 살펴보면 다음과 같다.

즉, 종래의 팽이말뚝(10)은 상부에 원판 형태의 원판부(11)를 가지며, 원판부(11)의 상부면 중앙에는 연결고리(15)가 돌출되어 형성되고, 원판부(11)의 하부에는 원추형 팽이 형상의 원추부(12)가 형성되며, 원추부(12)의 하부면 중앙에는 저면에 쐐기 형상의 선단부(14)가 형성된 말뚝부(13)가 돌출되어지는 형상을 갖게 된다.

이와 같은 팽이말뚝(10)은 원추부(12)가 약 45°의 경사를 이루고 있기 때문에 팽이말뚝(10) 상부에서 작용하는 상재하중을 사방으로 분산시키게 되어 매우 높은 지반 보강효과를 얻게 된다.

또한 운반 및 설치의 용이성을 위하여 도 1b와 같이 다수의 팽이말뚝(10)을 일체로 형성한 팽이말뚝집합체(20)를 이용하기도 한다.

상기 팽이말뚝(10)을 이용하여 지반을 보강하는 시공과정이 도 2a 내지 도 2f에 도시되어 있으며, 팽이말뚝집합체(20) 역시 시공과정은 동일하다.

우선, 도 2a와 같이 지반(1)을 고르게 정리한 다음, 도 2b와 같이 지반에 격자형상의 하부연결철근(2)을 포설하고, 도 2c와 같이 팽이말뚝(10)의 말뚝부를 지반(1)에 삽입하여 팽이말뚝(10)을 다수 설치하고, 도 2d와 같이 지반(1)에 설치된 팽이말뚝(10) 사이사이에 채움골재(4)를 채워 넣고, 도 2e와 같이 팽이말뚝(10) 상부의 연결고리(15)에 상부연결철근(3)을 체결하여 지반(1) 보강을 완료하게 되며, 추가적으로 도 2f와 같이 팽이말뚝(10) 상부에 버림콘크리트(5)를 더 형성하기도 한다.

이러한 종래의 팽이말뚝(10)을 이용한 지반보강공법의 메카니즘은 상재하중이 작용할 때, 팽이말뚝(10) 사이에 채워진 채움골재(4)에 의해 응력집중을 방지하며 상재하중을 분산하게 되는 것이다.

그러나 팽이말뚝(10) 사이에 채워진 채움골재(4)는 상재하중에 의해 압축구속되는 반면, 이에 대한 반력으로 주위에 인접한 팽이말뚝(10)을 밀어내려는 힘이 작용하게 되고, 팽이말뚝집합체(20)의 경우에도 역시 주위에 인접한 팽이말뚝집합체(20)를 밀어내려는 힘이 작용하게 된다.

즉, 팽이말뚝(10) 상부에 하중이 작용하게 되면 수평분력에 의해 인접한 팽이말뚝(10)을 서로 멀어지도록 하는 힘이 작용하게 되므로, 종래의 팽이말뚝(10) 시공시에는 인접한 팽이말뚝(10)간에 하부연결철근(2) 및 상부연결철근(3)을 설치하여 팽이말뚝(10)의 설치 간격 변동을 방지하게 된다.

따라서 종래의 팽이말뚝(10)은 견고한 설치상태를 유지하게 위하여 하부연결철근(2) 및 상부연결철근(3)의 설치가 필수적으로 요구되고 있으나, 이는 팽이말뚝(10)의 시공을 지연시키고 복잡하게 하는 문제점으로 지적되고 있었다.

또한 종래의 팽이말뚝(10) 또는 팽이말뚝집합체(20)는 공장 제작된 프리캐스트 제품을 이용하기 때문에 운반 및 설치가 용이하지 않은 문제점이 있었다.

이에 본 발명은 우선 팽이말뚝의 장점을 유지하면서도 보다 간편하게 팽이말뚝집합체를 시공할 수 있는 새로운 형상의 팽이말뚝집합체를 제시하고, 지반보강이 필요한 현장에서 새로운 형상의 팽이말뚝집합체를 보다 간편하게 제작하여 시공할 수 있는 새로운 형상의 팽이말뚝집합체용기를 제안하고, 이를 이용하여 지반보강 효과를 충분히 확보할 수 있는 팽이말뚝집합체용기를 이용한 지반보강공법을 제공함을 그 기술적 과제로 한다.

본 발명은 상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 수직 측면부를 갖는 팽이말뚝집합체용기는 상면이 개방되며, 하방으로 다수의 다각뿔형 하부돌출부가 나란히 형성되되, 최외측에 형성된 하부돌출부는 외부 측면이 수직면으로 형성되며, 내측에 형성된 하부돌출부의 저면 중앙에는 말뚝체결공이 형성되고 상면 주위에는 골재투입공이 형성되도록 하였다.

또한 상기 팽이말뚝집합체용기를 이용하여 보강이 요구되는 현장에서 팽이말뚝집합체를 설치하고, 팽이말뚝집합체용기에 형성된 말뚝체결공을 관통하여 지반에 말뚝체를 삽입, 설치하고, 팽이말뚝집합체용기에 콘크리트를 타설하여 팽이말뚝집합체를 제작한 후, 팽이말뚝집합체에 형성되는 골재투입공을 통하여 팽이말뚝집합체와 지반 사이에 채움골재를 채워 넣어 다짐으로서 지반을 보강할 수 있도록 하였다.

본 발명에 의하여, 먼저 팽이말뚝집합체를 제작, 시공함에 있어 필요한 공종이 대폭 단순하게 되어 보다 용이하게 팽이말뚝집합체을 시공할 수 있게 된다.

또한 본 발명의 팽이말뚝집합체용기를 이용하게 되면, 운반비용을 대폭 절감할 수 있게 되어 보다 효율적이고 경제적인 팽이말뚝집합체의 시공이 가능하게 된다.

앞에서 설명되고, 도면에 도시된 본 발명의 일 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의하여만 제한되고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 변경하는 것이 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 된다.

본 발명을 보다 명확하고 용이하게 설명하기 위해서 이하 본 발명의 최선의 실시예를 첨부도면에 의하여 상세하게 설명하며, 본 발명에 따른 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으므로, 본 발명의 범위가 아래에서 설명되는 실시예에 한정되지 않는다.

도 3a 및 도 3b는 본 발명에 따른 수직 측면부를 갖는 팽이말뚝집합체를 도시한 것으로서, 도 3a는 상방에서 바라본 모습을, 도 3b는 하방에서 바라본 모습을 도시한 것이다.

상기 팽이말뚝집합체(200)는 통상 콘크리트로 제작되며, 크게 팽이말뚝블록체(210) 및 말뚝체(220)로 구성되고, 상기 팽이말뚝블록체(210)는 판재 형상의 기초판부(211) 및 기초판부(211) 하부에 형성된 하부돌출부(215)로 구성된다.

여기서 상기 기초판부(211)는 정삼각형, 정사각형, 직사각형 또는 정육각형 등 팽이말뚝집합체(200)가 지반에 다수 배치되었을 때, 지반을 빈틈없이 뒤덮을 수 있도록 하는 수평단면을 갖게 되며, 본 발명에서는 기초판부(211)가 직사각형 수평단면을 갖는 경우를 기준을 설명하기로 한다.

상기 기초판부(211)에는 차후 채움골재를 투입하기 위한 골재투입공(212) 및 말뚝체(220)를 삽입하기 위한 말뚝체결공(214)이 다수 형성되도록 한다.

상기 기초판부(211)의 하부면에는 다수의 하부돌출부(215)가 하방으로 형성되도록 하며, 기초판부(211)에 형성되는 골재투입공(212) 및 말뚝체결공(214)의 위치는 하부돌출부(215)의 배치에 따라 정해지게 된다.

상기 하부돌출부(215)는 상부면이 다각형 수평단면으로 이루어지게 되며, 하방으로 경사져 연장되도록 하되, 상광하협의 다각뿔 형태로 형성되도록 하며, 기초판부(211)와 동일한 재질로 일체로 형성되도록 한다.

또한 상기 하부돌출부(215)는 상부면이 원형 수평단면으로 이루어지며, 하방으로 상광하협의 원뿔 형태로 형성될 수 있음을 배제하지는 않는다.

상기 하부돌출부(215)의 수평단면 형상은 정삼각형, 정사각형, 직사각형 또는 정육각형 등 다수의 하부돌출부(215)가 기초판부(211)의 하부면에 빈틈없이 배치될 수 있도록 하는 다양한 크기 및 형상으로 이루어질 수 있을 것이며, 본 발명 에서는 하부돌출부(215)의 수평단면 형상 역시 기초판부(211)와 마찬가지로 직사각형 수평단면을 갖는 경우를 기준으로 설명하기로 한다.

우선 기초판부(211) 하부면의 내측으로는 정사각형 수평단면을 갖는 정사각뿔 형태의 하부돌출부(215a)가 형성되도록 하는데, 따라서 기초판부(211)의 하부면에는 가로, 세로 방향으로 적어도 3개 이상의 하부돌출부(215)가 형성되며,

도 3b에서는 상기 정사각뿔 형태의 하부돌출부(215a)가 각각 가로 2개, 세로 3개가 배치될 수 있는 직사각형 수평단면을 갖는 기초판부(211)가 도시되어 있으며, 이러한 경우에는 정사각뿔 형태의 하부돌출부(215a)가 기초판부(211)의 하부면 내측으로 2개가 형성되게 된다.

또한 상기 기초판부(211) 하부면의 최외측 모서리측에는 상기 정사각뿔 형태의 하부돌출부(215a)를 수직방향으로 2등분한 하부돌출부(215b)가 형성되도록 하되, 하부돌출부(215b)의 수직면이 외측으로 배치되도록 하며, 상기 기초판부(211) 하부면의 최외측 꼭지점 부위에는 상기 정사각뿔 형태의 하부돌출부(215a)를 수직방향으로 4등분한 하부돌출부(215c)가 형성되도록 하되, 하부돌출부(215c)의 수직면이 외측으로 배치되도록 한다.

따라서 기초판부(211) 하부면의 최외측을 따라 형성된 사각뿔 형태의 하부돌출부(215b,215c)는 외부를 바라보는 측면이 수직면으로 형성됨으로 인하여 팽이말뚝블록체(210)의 외부 측면이 수직면으로 이루어지게 되며, 이에 본 발명의 기술적 특징이 있다.

즉, 차후 팽이말뚝집합체(200)가 시공되고 팽이말뚝블록체(210)에 상재하중 이 작용하게 되면, 팽이말뚝집합체(200)는 하부돌출부(215;215a,215b,215c) 사이사이에 채워진 채움골재를 압축구속하게 되는데, 이때 채움골재는 팽이말뚝집합체(200)의 내측으로만 압축구속될 뿐, 팽이말뚝블록체(210)의 외부 측면이 수직면으로 이루어지기 때문에 인접한 팽이말뚝집합체(200) 사이에는 채움골재가 존재하지 않게 되어, 인접한 팽이말뚝집합체(200)간에 서로 영향을 미치지 않게 된다.

따라서 본 발명의 팽이말뚝집합체(200)를 시공하는 경우에는 종래의 팽이말뚝 시공시 사용되는 하부연결철근 및 상부연결철근과 같이 팽이말뚝집합체(200)의 설치 간격의 변동 방지를 위한 구성을 설치할 필요가 없게 되므로, 시공이 매우 신속하고 간편하게 된다.

기초판부(211)의 하부면 내측에 형성된 하부돌출부(215a)의 중앙에는 기초판부(211)에 형성된 말뚝체결공(214)이 수직방향으로 연장 형성되도록 하여 말뚝체(220)를 삽입할 수 있도록 한다.

말뚝체(220)는 통상 콘크리트 재질의 프리캐스트 제품으로 제작되며, 하단에 쐐기 형태의 선단부(221)를 갖는 원기둥 형상으로 형성된다.

상기 말뚝체(220)는 팽이말뚝블록체(210)에 형성된 말뚝체결공(214)에 삽입되어 일체화되되, 팽이말뚝블록체(210) 하부로 돌출될 수 있는 길이를 갖도록 제작되며, 하부로 돌출된 말뚝체(220) 부분은 지반에 삽입되어 팽이말뚝집합체(200)를 고정하는 역할을 하게 된다.

지반에 삽입된 말뚝체(220)에 의해 지진 등으로 인하여 팽이말뚝집합체(200)에 수평력이 전달되는 경우에 팽이말뚝집합체(200)의 측방유동을 방지할 수 있게 된다.

상기 기초판부(211)에 형성되는 골재투입공(212)은 기초판부(211)의 하부면 내측에 형성된 하부돌출부(215a)의 주위에 위치하게 되며, 도 3b와 같이 기초판부(211)의 하부면 내측에 형성된 하부돌출부(215a)가 정사각형 수평단면을 갖는 경우에는 정사각형 상부면의 꼭지점 부위의 기초판부(211)에 골재투입공(212)이 형성되게 된다.

이와 같이 수직 측면부를 갖도록 제작된 팽이말뚝집합체(200)는 상기 설명한 장점이 있는 반면, 그 중량이 다소 크기 때문에 프리캐스트 제작하여 이용하는 경우에는 운반 및 설치가 용이하지 않을 수도 있게 된다.

이에 수직 측면부를 갖는 팽이말뚝집합체를 보강이 필요한 현장에서 직접 제작하는 방법을 이용할 수 있는데, 도 4a 및 도 4b에는 수직 측면부를 갖는 팽이말뚝집합체를 보강이 필요한 현장에서 직접 제작 가능하게 하는 팽이말뚝집합체용기(230)가 도시되어 있다.

상기 팽이말뚝집합체용기(230)는 실질적으로는 도 3a 및 도 3b에 도시된 팽이말뚝블록체(210)를 제작하기 위한 것으로 상기 팽이말뚝블록체(210)와 매우 유사한 외형을 갖게 된다.

우선 팽이말뚝집합체용기(230)는 우선 상면이 개방된 형태를 갖게 된다.

또한 팽이말뚝블록체(210)의 하부돌출부(215)와 동일한 외형을 갖는 다각뿔형 하부돌출부(235)가 하방으로 나란히 다수 형성되며,

상기 하부돌출부(235) 중에서 최외측에 형성된 하부돌출부(235b,235c)는 외 부 측면이 수직면으로 형성된다.

상기 하부돌출부(235) 중에서 내측에 형성된 하부돌출부(235a)의 저면 중앙에는 말뚝체결공(234)이 형성되어 있어, 상기 설명한 말뚝체(220)가 삽입되어 설치될 수 있도록 한다.

또한 팽이말뚝집합체용기(230)의 하부돌출부(235) 상면 주위에는 골재투입공(232)이 형성되어 있어 차후 채움골재를 투입할 수 있게 된다.

도 5a 내지 도 5f에는 본 발명에 따른 수직 측면부를 갖는 팽이말뚝집합체용기(230)를 이용하여 지반(100)을 보강하는 공법이 순서대로 도시되어 있다.

우선 도 5a와 같이 보강이 요구되는 지반(100)을 고르게 펴서 평탄하게 정리한다.

이때 정리된 지반(100) 상태에 따라 지반(100) 상부에 쇄석을 포함하는 골재를 더 포설하여 매트골재층(110)을 형성할 수도 있다.

상기 매트골재층(110)은 지반(100)의 동결 융해를 방지할 수 있는 동상방지층의 역할을 하는 동시에 상재하중이 작용하여 지반(100)으로 전달되는 경우 응력집중을 더욱 분산시키는 역할을 하게 된다.

다음으로는 도 5b와 같이 정리된 지반(100) 또는 매트골재층(110) 상부면에 상기 팽이말뚝집합체용기(230)를 다수 설치하고, 상기 말뚝체(220)를 팽이말뚝집합체용기(230)에 형성된 말뚝체결공(234)에 관통시켜 지반(100)에 삽입, 설치하게 된다.

이때 상기 팽이말뚝집합체용기(230)는 수직 측면부를 갖기 때문에 수평방향 으로 서로 밀착되어 설치될 수 있어 지반보강이 요구되는 지반(100)을 빈틈없이 뒤덮을 수 있게 된다.

팽이말뚝집합체용기(230)를 설치한 후에는 도 5c와 같이 상기 팽이말뚝집합체용기(230) 내부에 콘크리트를 포함하는 채움재(240)를 채워 넣어 말뚝체(220)와 일체화시킴으로서, 결국 수직 측면부를 갖는 팽이말뚝집합체(200)를 지반(100)에 설치하게 된다.

이때 팽이말뚝집합체용기(230)에 형성된 골재투입공(232)에 의해 팽이말뚝집합체(200)에도 동일한 형상의 골재투입공(212)이 형성된다.

다음으로 도 5d와 같이 팽이말뚝집합체(200)에 형성된 골재투입공(232)을 통하여 쇄석을 포함한 채움골재(120)를 팽이말뚝집합체(200)와 지반(100) 사이에 채워 넣고 다짐으로서 팽이말뚝집합체용기(230)에 의해 제작된 팽이말뚝집합체(200)를 이용하여 지반(100)을 보강할 수 있게 된다.

여기서 채움골재(120)는 팽이말뚝집합체용기(230)의 하부돌출부(235) 사이사이에 채워지게 되며, 채움골재(120)와 하부돌출부(235)간의 넓은 접촉면적으로 인하여 팽이말뚝집합체(200)를 통하여 상부로부터 전해지는 상재하중이 분산되면서 지반(100)에 전달되도록 하여 결국 지반(100)의 지지력을 증진시키게 된다.

반면 팽이말뚝집합체(200)와 인접한 팽이말뚝집합체(200) 사이에는 채움골재(120)가 채워지지 않게 되므로, 상재하중이 작용하더라도 팽이말뚝집합체(200)들을 서로 밀어내려고 하는 힘이 전혀 작용하지 않게 되어 팽이말뚝집합체(200)의 설치 간격에 영향을 미치지 않게 된다.

이때 채움골재(120)의 다짐은 통상의 골재다짐장비를 이용하게 되는데, 채움골재(120)가 다짐됨과 동시에 매트골재층(110)이 형성된 경우에는 매트골재층(110)도 다짐되게 되어 상재하중을 분산 효과를 더욱 높이게 되는 것이다.

추가적으로 도 5e 및 도 5f와 같이 팽이말뚝집합체(200) 상부에 버림콘크리트(130)를 더 형성하여 차후 구조물 등의 설치를 위한 정리된 기초 공간을 제공할 수 있게 된다.

도 1a 및 도 1b는 종래의 팽이말뚝 및 팽이말뚝집합체를 도시한 것이다.

도 2a 내지 도 2f는 종래의 팽이말뚝을 이용한 지반보강공법을 순서대로 도시한 것이다.

도 3a 및 도 3b는 본 발명의 수직 측면부를 갖는 팽이말뚝집합체를 도시한 것이다.

도 4a 및 도 4b는 본 발명에 따른 수직 측면부를 갖는 팽이말뚝집합체용기를 도시한 것이다.

도 5a 내지 도 5f는 본 발명의 수직 측면부를 갖는 팽이말뚝집합체용기를 이용한 지반보강공법을 순서대로 도시한 것이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100:지반 120:채움골재

200:팽이말뚝집합체 210:팽이말뚝블록체

211:기초판부 214,234:말뚝체결공

215,215a,215b,215c,235,235a,235b,235c:하부돌출부

220:말뚝체 230:팽이말뚝집합체용기

240:채움재

Claims (4)

1. 삭제
2. 보강이 요구되는 지반을 고르게 정리하는 단계;

   정리된 지반 상부면에 상면이 개방되며, 하방으로 다수의 다각뿔형 하부돌출부가 나란히 형성되되, 최외측에 형성된 하부돌출부는 외부 측면이 수직면으로 형성되며, 내측에 형성된 하부돌출부의 저면 중앙에는 말뚝체결공이 형성되고 상면 주위에는 골재투입공이 형성된 것을 특징으로 하는 수직 측면부를 갖는 팽이말뚝집합체용기를 다수 설치하는 단계;

   쐐기형 선단부가 형성된 말뚝체를 상기 팽이말뚝집합체용기에 형성된 말뚝체결공에 관통시켜 지반에 삽입, 설치하고, 콘크리트를 포함하는 채움재를 팽이말뚝집합체용기 내부에 채워 넣어 수직 측면부를 갖는 팽이말뚝집합체를 형성하는 단계;

   상기 팽이말뚝집합체에 형성된 골재투입공을 통하여 쇄석을 포함한 채움골재를 팽이말뚝집합체와 지반 사이에 채워 넣고 다지는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 수직 측면부를 갖는 팽이말뚝집합체용기를 이용한 지반보강공법.
3. 제 2항에 있어서,

   지반을 정리한 후, 정리된 지반 상부에 쇄석을 포함하는 골재를 포설하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수직 측면부를 갖는 팽이말뚝집합체용기를 이용한 지반보강공법.
4. 제 3항에 있어서,

   채움골재를 다진 후, 팽이말뚝집합체 상부에 버림콘크리트를 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수직 측면부를 갖는 팽이말뚝집합체용기를 이용한 지반보강공법.

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