KR100922121B1 - 변단면 콘크리트 말뚝으로 이루어진 복합말뚝과 확대기초의 결합구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수평력과 휨모멘트가 집중적으로 작용하게 되는 말뚝 상부에서는 큰 휨내력과 전단 내력을 가지도록 큰 단면을 가지면서도 말뚝 두부 정리 작업이 용이하도록 보강철근은 추후 결합하는 구조를 가지는 변단면 콘크리트 말뚝과, 이러한 큰 휨내력을 가진 변단면 콘크리트말뚝의 하부에 상대적으로 작은 휨내력을 가지는 하부말뚝을 연결함으로써 경제적인 구조를 가지게 되는 복합말뚝과, 이러한 복합말뚝을 이용하여 경제적으로 시공하게 되는 확대기초 결합구조 및 그 시공방법에 관한 것이다.

콘크리트, 말뚝, 보강철근, 변단면, 결합, 휨내력

Description

변단면 콘크리트 말뚝으로 이루어진 복합말뚝과 확대기초의 결합구조{Construction Structure of Footing using Hybrid Pile having Various Cross-section}

본 발명은 건축 구조물 및 교량, 옹벽 등과 같은 구조물의 확대기초를 시공할 때 사용되는 콘크리트 말뚝, 및 이를 이용한 확대기초에 관한 것으로서, 구체적으로는 수평력과 휨모멘트가 집중적으로 작용하게 되는 말뚝 상부에서는 큰 휨내력과 전단내력을 가지도록 큰 단면을 가지면서도 말뚝 두부 정리 작업이 용이하도록 보강철근은 추후 결합하는 구조를 가지는 변단면 콘크리트 말뚝과, 이러한 큰 휨내력을 가진 변단면 콘크리트말뚝의 하부에 상대적으로 작은 휨내력을 가지는 하부말뚝을 연결함으로써 경제적인 구조를 가지게 되는 복합말뚝과, 이러한 복합말뚝을 이용하여 경제적으로 시공하게 되는 확대기초 결합구조 및 그 시공방법에 관한 것이다.

말뚝은 기둥이나 벽체의 하중을 지반에 전달하는 기초 구조의 일종으로, 일 반적으로는 수직력을 지반에 전달시키기 위해 사용된다. 그러나 대부분의 구조물에는 수직 하중뿐만 아니라 수평력이나 모멘트가 동시에 작용하며, 구조물을 지지하는 말뚝 역시 상부의 구조물에 의한 하중, 토압, 지진이나 바람 등의 영향에 따라 큰 휨모멘트를 받게 된다.

이러한 사정을 고려하여 토목 구조물에서는 휨내력과 전단내력이 큰 강관을 말뚝의 주재료로 사용하고 있다. 그러나 강관의 재료비가 비싸기 때문에 이를 해결하기 위한 방편으로 말뚝의 상부 즉, 큰 휨모멘트와 전단력이 가 작용되는 구간에만 강관을 사용하고 하부는 콘크리트 말뚝을 사용하는 이른바 강관-콘크리트 복합말뚝이 제안되었다. 그러나 이와 같이 강관으로 이루어진 상부와 콘크리트로 이루어진 하부가 결합된 복합말뚝의 경우, 재료적인 성질과 두께가 서로 다른 두 개의 재료-강관과 콘크리트-를 연결하는 연결부가 취약하며, 이러한 연결부의 취약성을 처리하는 것이 매우 어렵기 때문에 연결부가 결국 하자 발생 요인이 되기 쉽다는 문제가 있다.

다른 방법으로는 콘크리트로 말뚝을 제작하되 말뚝의 상부를 강관으로 피복한 이른바 피복 합성말뚝이 제안되었다. 그러나 이러한 피복 합성말뚝의 경우, 말뚝의 상부에 기초를 시공하기 위하여 말뚝의 두부를 절단하는 것이 매우 어렵기 때문에 기성 말뚝의 형태로 사전 제작하여 사용하는 것이 매우 어렵다는 한계가 있다.

이러한 종래 기술에 대안으로서 기존의 고강도 콘크리트 말뚝("PHC 말뚝")을 이용하되 휨모멘트와 전단력이 작용하는 구간에서는 말뚝 본체 내에 철근을 추가로 더 배근하여 말뚝의 휨내력을 보강하는 기술이 제안되었다. 이러한 말뚝은 흔히 "PRC 말뚝"(철근 보강 고강도 콘크리트 말뚝)이라고 불리는데, 이 경우에도 말뚝의 두부를 절단하는 과정에서 말뚝 본체에 매립되어 있던 철근을 노출시켜야 하는 작업이 필요하다.

말뚝 상부에서 철근을 노출시켜야 하는 이유는 말뚝 상부에 설치되는 확대기초와 말뚝을 연결해야만 하기 때문이다. 말뚝의 상부에 확대기초를 설치하여 말뚝과 확대기초를 연결하기 위해서는, 말뚝 본체와 일체로 되어 있는 철근이 일정 길이(일반적으로는 철근 직경의 35배 이상) 이상으로 확대 기초 내에 매입, 정착되어야 한다. 한편, 실무적으로 말뚝 시공을 위하여 말뚝을 주문함에 있어서, 지지층의 깊이가 일정하지 않은데 따른 천공 오차 및 보강철근 노출고(확대기초내 보강철근 정착장)를 감안하여 계획된 말뚝의 길이에 약 2 - 3m 정도를 더하여 말뚝을 주문하는 것이 일반적이다.

따라서 말뚝을 지반에 설치한 후에는, 남아 있는 말뚝의 불필요한 상부를 절단하여 정리하게 된다. 이러한 상황에서 PRC 말뚝과 같이 말뚝의 상부에 철근이 이미 일체로 매립되어 있는 경우, 말뚝 본체 내의 철근은 손상시키지 않고 콘크리트만을 절단하여 제거하여야 한다. 따라서 말뚝의 상부를 일괄하여 절단하지 못하고 말뚝 본체의 콘크리트를 일일이 파쇄하여 제거하는 방법으로 철근을 노출시켜서 말뚝 두부 정리 작업을 해야 하는데, 이와 같은 방식의 말뚝 상부의 두부 정리 작업에는 많은 시간과 비용이 소요된다. 특히, 말뚝 내부에 배치된 철근 및 긴장재를 손상시키지 않고 콘크리트만을 파쇄하는 것은 매우 어려운 작업이며, 자칫 온전 히 유지되어야 하는 말뚝 본체의 다른 부분이 손상되어 말뚝의 기능을 저하시키게 되는 경우가 자주 발생하게 되는 문제점이 있다.

한편, 말뚝 상부를 절단하여 두부 정리함에 있어서, 콘크리트 말뚝의 절단된 부분은 재활용되지 못하게 되어 자원을 불필요하게 낭비하게 되는 결과를 가져올 뿐만 아니라, 절단된 부분을 폐기물로 처리하여야 하므로 그에 따른 추가적인 비용 등의 부담이 더 생기게 된다. 따라서 절단부분이 많을수록 자원의 낭비 증가, 폐기물 처리 비용 증가의 문제점이 더 많이 발생하게 된다.

본 발명은 위와 같이 종래 기술이 가지는 한계 및 문제점을 극복하기 위하여 개발된 것으로서, 말뚝 길이 방향으로 볼 때 휨모멘트와 수평력 작용 구간에 대해서는 큰 휨내력과 전단내력을 가지도록 철근을 보강함과 동시에 큰 단면을 가지도록 하고, 상대적으로 작은 휨모멘트가 작용하게 되는 말뚝의 하부는 작은 단면을 가지도록 함으로써 수평력에 의한 모멘트에 대해 효과적이면서도 경제적으로 저항력을 가지도록 하는 것을 목적으로 한다.

또한, 말뚝의 상부를 계획고에 맞추어 절단하는 경우에 대비하여, 말뚝 상부를 절단할 시기에는 보강철근이 배치되지 아니한 길이조절부를 말뚝의 상부에 형성하여, 말뚝의 상부를 용이하게 절단하여 말뚝 두부 정리 작업을 신속하고 간편하게, 그리고 저렴하게 수행할 수 있도록 하면서도, 말뚝 두부 정리 작업 후에는 다시 철근을 용이하게 보강하여 말뚝과 상부에 시공되는 확대기초가 견고하게 결합될 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에서는 위와 같은 목적을 달성하기 위하여, 중공부를 가지는 원통형 콘크리트 말뚝 본체로 이루어져 있으며; 상기 말뚝 본체는 상부에서 하부 방향으로, 보강철근이 삽입될 보강철근 삽입공이 형성되어 있는 길이조절부와, 말뚝 본체의 보강을 위한 수직철근이 매립되어 있는 수직철근 배근부와, 하단부에서 또다른 콘크리트 하부 말뚝과 연결되도록 외경이 줄어드는 테이퍼 형상을 가지는 연결부로 구성되고; 상기 수직철근 배근부는, 그 외경이 상기 하부 말뚝의 외경보다 더 커서 상기 하부 말뚝의 두께보다 더 두꺼운 구조를 가지고 있으며; 상기 길이조절부와 수직철근 배근부는 동일한 외경을 가지고 있는 것을 특징으로 하는 변단면 콘크리트 말뚝이 제공된다.

위와 같은 본 발명에 있어서, 상기 보강철근 삽입공은 파이프부재가 매립되어 형성되며; 상기 파이프부재는 수직철근과 다른 축선에 배치되어 그 하단부가 수직철근 배근부 내에 연장되어 설치되며, 설치 작업의 용이성을 위해 상기 수직철근과 겹쳐져서 위치할 수도 있다.

또한, 본 발명에서는 말뚝 본체에서 상기 길이조절부와 수직철근 배근부의 경계에, 상부로부터 보강철근이 삽입되어 결합될 철근결합부재가 매립 설치될 수도 있다. 이 경우, 상기 철근결합부재는 수직철근 또는 보강철근이 결합하거나 또는 관통하는 구멍이 형성되어 있는 원형테 형태로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 보강철근 삽입공이 철근결합부재의 하부까지 연장 형성될 수도 있으며, 상기 길이조절부의 내경이 수직철근 배근부의 내경보다 더 크도록 구성될 수도 있다.

또한 본 발명에서는, 위와 같은 변단면 콘크리트 말뚝의 하단부에 원통형 콘크리트 하부 말뚝이 결합되는 구성의 복합말뚝이 제공된다.

또한, 본 발명에서는 보강철근이 아직 삽입되지 아니한 상태의 길이조절부의 상부에서 불필요한 부분이 절단되어 말뚝 두부 정리 작업이 완료된 후에, 상기 보강철근 삽입공에 보강철근이 삽입되어 고정되며; 콘크리트 말뚝 본체 상부 이상으 로 돌출된 보강철근이 내부에 매립되도록 콘크리트가 타설되어 상기 콘크리트 말뚝의 상부로 확대기초가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 변단면 말뚝과 확대기초의 결합구조가 제공된다.

본 발명에 따르면, 말뚝 길이 방향으로 볼 때 말뚝의 상부는 큰 작용 휨모멘트와 전단력에 맞추어 큰 단면을 가지게 되고, 상대적으로 작은 휨모멘트가 작용하게 되는 말뚝의 하부는 작은 단면을 가지게 됨으로써 수평력에 의한 모멘트와 전단력에 대해 효과적이면서도 경제적으로 저항력을 발휘하게 되는 효과가 발휘된다.

또한, 말뚝의 상부를 계획고에 맞추어 절단하는 경우에 대비하여, 말뚝 상부의 절단할 시기에는 보강철근이 배치되어 있지 아니한 길이조절부를 말뚝의 상부에 형성하여, 말뚝의 상부를 용이하고 신속하게 일괄 절단할 수 있도록 하며, 말뚝 본체의 손상을 최소화할 수 있게 되는 효과가 발휘된다.

다음에서는 본 발명의 실시예를 도시한 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 구성을 설명한다.

도 1에는 본 발명에 따른 변단면 콘크리트 말뚝(1)의 개략적인 분해 단면 사시도가 도시되어 있다. 도 1에 도시된 것처럼, 본 발명의 변단면 콘크리트 말뚝(1)은, 중공부(10)를 가지는 원통형 콘크리트 말뚝 본체로 이루어져 있는데, 말 뚝 본체는 상부에서 하부 방향으로, 보강철근(102)이 삽입될 보강철근 삽입공(13)이 형성되어 있는 길이조절부(A)와, 말뚝 본체의 보강을 위한 수직철근(101)이 매립되어 있는 수직철근 배근부(B)와, 별도의 하부 말뚝(2)이 연결되도록 외경이 변화되는 연결부(C)로 구분될 수 있다.

본 발명의 변단면 콘크리트 말뚝(1)에서 말뚝 본체의 길이조절부(A)와 수직철근 배근부(B)는, 그 외경이 하부 말뚝(2)의 외경보다 더 클 뿐만 아니라 말뚝의 두께 즉, 중공부(10) 내면부터 수직철근 배근부(B)의 외면까지의 두께가 상기 하부 말뚝(2)의 두께보다 더 두꺼운 구조를 가지고 있다. 한편, 상기 연결부(C)는 위와 같은 본 발명의 변단면 콘크리트 말뚝(1)이 그 하단부에서 하부 말뚝(2)과 연결될 수 있도록 그 외경이 하부로 갈수로 줄어드는 테이퍼 형상을 갖는다. 본 발명의 변단면 콘크리트 말뚝(1)이 하부 말뚝(2)과 일체로 연결되도록 하기 위하여, 도면에 도시된 실시예에서는 상기 연결부(C)의 하단부에는 판형상의 강재 링 등으로 이루어진 연결부재(111)가 설치되고 하부 말뚝(2)의 상단부에도 마찬가지로 판형상의 강재 링 등으로 이루어진 연결부재(112)가 설치되어 있다. 상기 연결부재(111, 112)가 용접 등의 방법으로 결합됨으로써 본 발명에 따른 변단면 콘크리트 말뚝(1)과 하부 말뚝(2)이 일체로 연결되어 새로운 형태의 복합말뚝을 형성하게 된다. 여기서 본 발명에 따른 변단면 콘크리트 말뚝(1)의 연결부(C)와 하부 말뚝(2)의 상단부의 결합 방식은 위에서 예시한 구조에 한정되지 아니하며, 볼트에 의해 상기 연결부재(111, 112)를 서로 결합할 수도 있으며, 기타 다양한 구조를 채용할 수도 있다.

도 2에는 본 발명에 따른 변단면 콘크리트 말뚝(1)이 지중에 설치된 상태를 보여주는 개략적인 단면도가 도시되어 있고, 도 3에는 도 2의 상태에 후속하여 그 상부에 확대기초(100)가 설치된 형상을 보여주는 개략적인 단면도가 도시되어 있다. 도 2 및 도 3을 참조하여 본 발명에 따른 변단면 콘크리트 말뚝(1)의 구조를 더욱 상세히 설명하면, 우선 변단면 콘크리트 말뚝(1)의 상부에 해당하는 길이조절부(A)에는 보강철근(102)이 삽입될 보강철근 삽입공(13)이 형성되어 있다. 상기 보강철근 삽입공(13)을 용이하게 형성하는 방법으로는 도면에 도시된 것처럼 파이프부재를 미리 말뚝 본체의 콘크리트 내에 매립시켜 놓는 방법이 있다. 그러나 보강철근 삽입공(13)을 형성하는 방법은 이에 한정되지 아니하며 다양한 방법으로 보강철근 삽입공(13)을 형성할 수 있다.

한편, 수직철근 배근부(B)에는 말뚝 본체의 보강을 위한 수직철근(101)이 매립되어 있다. 본 발명에서 길이조절부(A)와 수직철근 배근부(B)의 경계 즉, 상기 길이조절부(A)의 보강철근 삽입공(13) 최하단(파이프부재를 이용한 경우에는 파이프부재의 하단) 위치에는 철근결합부재(30)가 매립 설치될 수 있다. 상기 철근결합부재(30)에는 추후 상기 보강철근 삽입공(13)에 삽입되는 보강철근(102)의 하부가 결합된다. 상기 수직철근(101)은 말뚝 본체 내에 견고하게 고정되어 있으므로, 반드시 그 상부가 철근결합부재(30)에 결합되어야 하는 것은 아니지만, 후술하는 실시예들처럼 수직철근(101)의 상단부도 상기 철근결합부재(30)에 결합될 수 있다.

본 발명의 변단면 콘크리트 말뚝(1)에서 상기 수직철근 배근부(B)의 아래쪽으로는 연결부(C)가 존재한다. 앞서 설명한 것처럼 수직철근 배근부(B)의 외경은 하부 말뚝(2)의 외경보다 더 크기 때문에, 변단면 콘크리트 말뚝(1)이 하부 말뚝(2)과 연결될 수 있도록 외경이 점차로 줄어드는 연결부(C)가 변단면 콘크리트 말뚝(1)의 하부에 존재하게 되는 것이다.

변단면 콘크리트 말뚝(1)이 지중에 매립되면 초기에는 도 2에 도시된 것처럼 상기 길이조절부(A)에는 아직 보강철근(102)이 삽입되어 있지 아니한 상태가 된다. 이러한 상태에서 변단면 콘크리트 말뚝(1) 상부의 불필요한 부분을 절단하여 제거하는 말뚝 두부 정리 작업을 할 수 있다. 아직 보강철근(102)이 존재하지 아니한 상태에서 절단을 하게 되므로 컷터 등을 이용하여 한 번에 절단할 수 있게 된다. 앞서 살펴본 종래의 기술에서는 말뚝 두부 정리 작업 단계에서 말뚝 본체 내에 철근이 존재하고 있고 이 철근을 노출시킨 상태로 남겨두어야 하므로, 정착장(약 1m) 정도의 길이로 철근 주변의 콘크리트를 일일이 털어내어 제거하여야 하는 어려운 작업을 수행하여야만 한다. 그러나 본 발명의 경우, 위와 같이 철근이 없는 상태에서 말뚝을 절단하여 말뚝 두부 정리 작업을 수행하므로 종래 기술에 비하여 매우 용이하게 작업을 수행할 수 있으며 그에 따라 비용 절감, 작업 시간 단축 등의 효과를 얻을 수 있다. 특히, 말뚝을 주문할 때 철근의 노출길이 만큼의 말뚝 길이를 추가로 확보하지 않아도 되므로 그만큼 주문할 말뚝의 길이가 줄어들게 되어 그에 따른 비용을 절감할 수 있는 효과도 있다.

보강철근(102)이 없는 상태에서 길이조절부(A)를 절단하여 말뚝 두부 정리 작업을 수행한 후에는 도 3에 도시된 것처럼 상기 보강철근 삽입공(13)에 보강철근(102)을 삽입하여 상기 보강철근(102)의 하단부가 철근결합부재(30)와 결합되도 록 한다.

본 발명에 있어서, 상기 철근결합부재(30)에는 상기 보강철근(102)이 결합되는데, 앞서 설명한 것처럼 수직철근(101)도 함께 철근결합부재와 결합될 수도 있다. 또한, 상기 철근결합부재(30)는 보강철근(102)이 결합되는 철근결합부재와, 수직철근(101)이 결합되는 철근결합부재가 각각 분리된 개별적인 부재로 구성될 수 있으며, 하나의 부재에 보강철근(102)과 수직철근(101)이 동시에 결합되는 부재로 구성될 수도 있다. 상기 철근결합부재(30)로는 통상의 커플러 장치를 이용할 수도 있지만, 원형테 또는 원형띠 형태로 이루어진 형상의 부재를 이용하는 것이 더욱 바람직하다. 도 4a 내지 도 4e에는 원형테 형태로 이루어진 판형상의 철근결합부재(30)에 수직철근(101)과 보강철근(102)이 결합되는 방식의 여러 가지 실시예가 도시되어 있다. 도 4a는 상부에 평면도로 도시된 판형상의 철근결합부재(30)에서 선A-A에 따른 개략적인 단면도가 도시되어 있는데, 수직철근(101)의 상단부와 보강철근(102)의 하단부에 각각 나사부를 형성하여 철근결합부재(30)의 결합공에 형성된 나사부에 동일 축선상에서 나사결합하는 방식이 도시되어 있다. 도 4b는 또다른 철근결합부재(30)의 실시예에서 선B-B에 따른 개략적인 단면도인데, 이 경우에는 철근결합부재(30)의 결합공에 나사부를 형성하지 않고, 수직철근(101)의 상단부를 관통시킨 후 그 단부에 형성된 나사부에 나사결합구(31)를 체결하여 수직철근(101)의 상단부를 고정한 상태에서 역시 동일 축선상으로 보강철근(102)의 하단부를 상기 나사결합구(31)에 나사결합하게 된다. 한편, 도 4c와 도 4d는 모두 수직철근(101)과 보강철근(102)이 동일 축선상에 위치하지 아니한 실시예에 대한 것 으로서 상부에 평면도로 도시된 판형상의 철근 결합부재(30)에서 선C-C 및 선D-D에 따른 개략적인 단면도이다. 우선 도 4c에 도시된 실시예의 경우, 판형상의 철근결합부재(30)에서 수직철근(101)이 결합되는 결합공에는 나사부를 형성하지 않은 상태에서 수직철근(101)의 단부를 관통시킨 후 너트를 이용하여 고정하며, 보강철근(102)의 하단부를 철근결합부재(30)와 나사결합하는 구조를 가진다. 도 4d에 도시된 실시예는 수직철근(101)의 상단부와 보강철근(102)의 하단부에 각각 나사부를 형성하여 철근결합부재(30)의 결합공에 형성된 나사부에 다른 축선상에서 나사결합하는 구조를 가진다. 위에서 설명한 수직철근(101)과 보강철근(102)을 철근결합부재(30)에 결합하는 구조는 실시예이며, 본 발명은 위와 같은 실시예에 한정되지 아니하고 용접을 이용하는 등의 다양한 방식으로 변형될 수 있다. 위와 같은 원형테 형태로 이루어진 판형상의 철근결합부재(30)의 경우, 변단면 콘크리트 말뚝(1)을 원심 성형으로 제작하는 과정에서 수직철근(101)의 흔들림이나 이탈을 방지하는 스페이서로서의 기능도 수행하는데, 만일 말뚝의 제작과정에서 별도의 스페이서를 사용할 경우에는 원형테를 각각 분할한 형태의 것을 사용할 수도 있으며, 앞서 언급한 것처럼 통상의 커플러를 철근결합부재(30)로 사용할 수도 있다.

한편, 본 발명에 있어서, 보강철근(102)이 상기 철근결합부재(30)를 관통하여 수직철근 배근부(B)의 소정 깊이까지 삽입되어 배치될 수도 있다. 도 4e에 도시된 것처럼, 보강철근 삽입공(13) 형성을 위한 파이프부재(131)가 철근결합부재(30)의 상부는 물론 하부에도 설치되어 보강철근 삽입공(13)이 수직철근 배근부(B)의 소정 깊이까지 형성되고, 보강철근(102)이 상기 파이프부재(131)로 형성된 보강철근 삽입공(13)에 삽입되어 철근결합부재(30)를 관통하게 된다. 이 상태에서 보강철근 삽입공(13)에 그라우트재료(14)가 주입되면 상기 보강철근(102)의 하단부는 그라우트재료(14)와 부착 결합되어 일체로 거동하게 되고 철근결합부재(30)가 일종의 걸림턱이 되어 상기 보강철근(102)이 인발되는 것을 막아주는 기능을 하게 되어, 결국 보강철근(102)이 변단면 말뚝(1)에 견고하게 설치될 수 있는 것이다. 도 4e에서 부재번호 32는 상기 보강철근 삽입공(13)의 형성을 위한 파이프부재(131)가 철근결합부재(30)의 상,하면에 고정되도록 하는 끼움부(32)이다. 그러나, 상기 파이프부재(131)가 철근결합부재(30)의 상,하면에 고정되는 방식은 이와 같은 끼움부(32)에 한정되지 아니하며 단순한 부착 등 다양한 방식을 이용할 수 있다.

한편, 보강철근(102)을 보강철근 삽입공(13)에 삽입하여 보강철근(102)의 하단부를 철근결합부재(30)에 결합함에 있어서, 상기 보강철근 삽입공(13) 내에 에폭시, 시멘트 밀크 등과 같은 그라우트재료(14)를 주입함으로써 상기 보정철근(102)이 보강철근 삽입공(13) 내에서 견고하게 설치되도록 할 수 있다. 이와 같이 보강철근(102)을 보강철근 삽입공(13)에 삽입하여 보강철근(102)의 하단부를 철근결합부재(30)에 결합한 후에는 도 3에 도시된 것처럼 변단면 콘크리트 말뚝(1)의 상부에는 콘크리트(21)가 타설되어 상기 변단면 콘크리트 말뚝(1)의 상부와 일체를 이루어 확대기초(200)가 형성된다. 이 경우, 도면에 도시된 것처럼, 변단면 콘크리트 말뚝(1)에 배치된 보강철근(102)의 외부로 돌출된 부분은 상기 확대기초(200) 내에 매립된다.

확대기초(200)의 형성을 위한 콘크리트(21)가 타설될 때, 상기 콘크리트(21)는 변단면 콘크리트 말뚝(1)의 중공부(10)로 유입되어 채워지는데, 그 유입 깊이를 필요한 만큼으로 제한하기 위하여 상기 변단면 콘크리트 말뚝(1)의 중공부(10)에는 차단판(100)이 설치되어야 하는데, 도 3에 도시된 것처럼 제작 단계에서 말뚝 중공부 내부에 미리 설치된 걸림턱(11) 위에 차단판을 거치할 수 있다.

이와 같이 본 발명에 따른 변단면 콘크리트 말뚝(1)은, 길이 방향으로 하부보다 상부에 더 큰 모멘트와 전단력이 크게 작용하는 것에 대응하여 말뚝의 상부가 하부보다 더 두꺼운 단면을 가지도록 구성함으로써, 수평력에 의해 발생하는 휨모멘트와 전단력에 효과적이고 경제적으로 저항력을 발휘할 수 있게 되는 효과가 발휘된다. 특히, 본 발명의 변단면 콘크리트 말뚝(1)이 하부 말뚝(2)보다 더 큰 단면 즉, 더 두꺼운 두께로 이루어져 있으므로, 변단면 콘크리트 말뚝(1)에서 보강철근(102)이 하부 말뚝(2)에서보다 더 외곽에 위치할 수 있고, 그에 따라 모멘트 팔길이가 증가되므로 말뚝에 작용하는 휨모멘트에 대해 효과적으로 저항할 수 있게 되어 말뚝의 위쪽에 대한 보강 효과가 발휘된다.

또한 보강철근(102)을 삽입할 때 현장에서 필요에 따라 보강철근(102)을 더 추가 삽입할 수도 있으므로, 기성 말뚝을 주문하여 사용하는 경우, 보강철근(102)을 용이하게 더 추가 설치할 수 있어, 말뚝의 상부에 작용하는 휨모멘트의 크기에 맞추어 말뚝의 모멘트 내력을 더 증가시킬 수 있게 되는 장점이 있다.

도 5는 도 3에 대응되는 도면으로서, 본 발명에 따른 변단면 콘크리트 말뚝(1)의 변형 실시예가 지중에 설치되고 그 상부에 확대기초(200)가 설치된 형상을 보여주는 개략적인 단면도이다.

도 5에 도시된 실시예는 변단면 콘크리트 말뚝(1)의 길이조절부(A)의 단면 두께가 중공부(10)로부터 더 줄어들어 얇아진 구조를 가지고 있다. 즉, 길이조절부(A)의 내경이 수직철근 배근부(B)의 내경보다 더 큰 구조를 가지고 있는 것이다. 수직철근 배근부(B)의 경우, 휨내력을 키우기 위해 그 외경이 하부 말뚝(2) 보다 더 크게 되어 있는데, 길이조절부(A)의 경우에는, 수직철근 배근부(B)와는 달리 확대기초(200)를 위한 콘크리트(21)가 중공부(10) 내로 유입되어 그 두께가 실질적으로 수직철근 배근부(B)보다 굵어진다. 따라서 말뚝 두부 정리 작업시에 절단 작업을 용이하게 할 수 있도록 도 5에 도시된 것처럼 콘크리트(21) 타설 전의 상태일 때의 길이조절부(A) 두께를 수직철근 배근부(B)의 두께보다 더 얇게 되도록 구성하는 것도 바람직하다. 이 때, 상기 길이조절부(A)는 시공시에 작용하게 되는 항타 응력에 저항할 수 있는 정도의 최소 두께만 확보하면 된다.

한편, 이와 같이 길이조절부(A)의 두께를 수직철근 배근부(B)의 두께보다 더 얇게 하면, 두께차이로 돌출되는 부분을 이용하여 차단판(100)을 걸쳐둘 수 있으므로 차단판(100)의 설치가 용이하게 되는 장점이 있다. 도 5에 도시된 실시예에 대한 기타 사항은 앞서 설명한 내용이 적용되므로 반복 설명은 생략한다.

위에서 설명한 실시예에서는 철근결합부재(30)가 구비된 것으로 본 발명의 구성을 설명하였는데, 본 발명에서는 보강철근 삽입공을 형성하는 파이프 부재(131)가 수직철근배근부(B) 안에까지 연장되도록 하여 부착에 의한 정착을 확보하는 방식으로 보강철근을 고정시킬 수도 있으며, 이 경우에는 상기 철근결합부 재(30)를 생략할 수도 있다. 도 6은 도 1에 대응되는 도면으로서 철근결합부재 없이 부착에 의한 정착 방식으로 보강철근이 고정되는 본 발명의 실시예가 분해 단면 사시도와 선 E-E의 단면도로 도시되어 있다. 도 6에 도시된 실시예에서 길이조절부(A)에는 보강철근 삽입공(13)을 형성하는 파이프부재(131)가 수직철근(101)과 다른 축선에 배치되며, 파이프부재(131)의 하단부는 부착에 의한 정착장을 확보할 수 있도록 수직철근배근부(B) 내에 연장되어 설치된다. 이러한 실시예의 경우, 변단면 콘크리트 말뚝(1)이 지중에 설치되고 말뚝 두부 정리 작업이 완료된 후 상기 파이프부재(131) 내에 보강철근(102)이 삽입되었을 때 상기 보강철근(102)은 파이프부재(131) 내에 채워지는 그라우트재료(14)에 의하여 말뚝 본체 내에 견고하게 고정된다.

도 6에 도시된 실시예에 대한 기타 사항은 앞서 설명한 내용이 적용되므로 반복 설명은 생략한다. 특히, 도 6에 도시된 실시예의 경우에도 도 5에 도시된 것처럼 길이조절부(A)의 단면 두께가 중공부(10)로부터 더 줄어들어 얇아진 구조를 가질 수 있음은 물론이다. 또한 도 6에는 파이프부재(131)가 수직철근(101)에 근접하여 위치하고 있지만, 파이프부재(131) 사이의 공간에 수직철근(101)이 위치할 수도 있다.

도 1은 본 발명에 따른 변단면 콘크리트 말뚝의 개략적인 분해 단면 사시도이다.

도 2는 도 1에 도시된 변단면 콘크리트 말뚝이 지중에 설치된 상태를 개략적으로 보여주는 단면도이다.

도 3은 도 2에 도시된 상태에서 보강철근이 결합된 후 그 상부에 확대기초가 설치된 형상을 개략적으로 보여주는 단면도이다.

도 4a 내지 도 4e는 각각 원형테 형태로 이루어진 판형상의 철근결합부재에 수직철근과 보강철근이 결합되는 방식의 여러 가지 실시예를 보여주는 평면도와 부분단면도이다.

도 5는 도 3에 대응되는 도면으로서, 본 발명에 따른 변단면 콘크리트 말뚝의 변형 실시예가 지중에 설치되고 그 상부에 확대기초가 설치된 형상을 보여주는 개략적인 단면도이다.

도 6은 도 1에 대응되는 도면으로서 철근결합부재가 존재하지 아니하는 본 발명의 실시예에 대한 분해 단면 사시도와 선 E-E의 단면도이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

1 : 변단면 콘크리트 말뚝 2 : 하부 말뚝

101 : 수직철근 102 : 보강철근

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8. 중공부(10)를 가지는 원통형 콘크리트 말뚝 본체로 이루어진 변단면 콘크리트 말뚝(1)과, 상기 변단면 콘크리트 말뚝(1)의 하단부에서 일체로 결합되는 원통형 콘크리트 하부 말뚝(2)으로 이루어진 복합말뚝으로서, 상기 변단면 콘크리트 말뚝(1)의 상기 말뚝 본체는 상부에서 하부 방향으로, 보강철근(102)이 삽입될 보강철근 삽입공(13)이 형성되어 있는 길이조절부(A)와, 말뚝 본체의 보강을 위한 수직철근(101)이 매립되어 있는 수직철근 배근부(B)와, 하단부에서 또다른 콘크리트 하부 말뚝(2)과 연결되도록 외경이 줄어드는 테이퍼 형상을 가지는 연결부(C)로 구성되고; 상기 수직철근 배근부(B)는, 그 외경이 상기 하부 말뚝(2)의 외경보다 더 커서 상기 하부 말뚝(2)의 두께보다 더 두꺼운 구조를 가지고 있으며;

   보강철근(102)이 아직 삽입되지 아니한 상태의 길이조절부(A)의 상부에서 불필요한 부분이 절단되어 말뚝 두부 정리 작업이 완료된 후에, 상기 보강철근 삽입공(13)에 보강철근(102)이 삽입되어 고정되며;

   콘크리트 말뚝 본체 상부 이상으로 돌출된 보강철근(102)이 내부에 매립되도록 콘크리트가 타설되어 상기 콘크리트 말뚝의 상부로 확대기초(200)가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 복합말뚝과 확대기초의 결합구조.
9. 제8항에 있어서,

   상기 변단면 콘크리트 말뚝(1)의 상기 보강철근 삽입공(13)은, 말뚝 내에 파이프부재(131)가 매립되어 형성되며;

   상기 파이프부재(131)는 수직철근(101)과 다른 축선에 배치되고; 상기 파이프부재(131)의 하단부가 수직철근 배근부(B) 안에까지 연장되는 것을 특징으로 하는 복합말뚝과 확대기초의 결합구조.
10. 제8항에 있어서,

    상기 변단면 콘크리트 말뚝(1)의 말뚝 본체에서 상기 길이조절부(A)와 수직철근 배근부(B)의 경계에는, 상부로부터 보강철근(102)이 삽입되어 결합될 철근결합부재가 매립 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 복합말뚝과 확대기초의 결합구조.
11. 제10항에 있어서,

    상기 철근결합부재는 수직철근(101) 또는 보강철근(102)이 결합하거나 또는 관통하는 구멍이 형성되어 있는 원형테 형태로 이루어진 것을 특징으로 하는 복합말뚝과 확대기초의 결합구조.

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