KR101011583B1 - 수평하중 저항성능이 향상된 복합마이크로 파일 및 이의 시공방법 - Google Patents

수평하중 저항성능이 향상된 복합마이크로 파일 및 이의 시공방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 비교적 구경이 작은 마이크로파일의 단점인 수평하중 저항능력을 증대시키고 동시에 압축 및 인장하중의 저항능력도 증대시킬 수 있는 수평하중 저항능력이 부가된 복합마이크로 파일 및 이를 이용한 현장 시공방법을 제공하기 위한 것으로, 본 발명에 따른 수평하중 저항능력이 부가된 복합마이크로 파일은, 나선형 마이크로 파일의 상부에서 하부로 일정 깊이만큼 삽입되는 가이드 슈와; 나선형 마이크로 파일의 외경보다 큰 내경을 갖는 원통부와, 원통부의 외주면에 방사형으로 뻗어나간 하나 이상의 날개판을 갖고, 나선형 마이크로 파일의 상측에서 하방으로 삽입되어 가이드 슈에 끼워져 결합되는 고정날개와; 고정날개의 원통부와 나선형 마이크로 파일의 사이에 충진재를 채워넣을 수 있는 충전실;이 포함되어 있는 것을 특징으로 한다.

Description

수평하중 저항성능이 향상된 복합마이크로 파일 및 이의 시공방법{Micro pile improved lateral load resistance and construction method of the same}
본 발명은 토목·건축 구조물 또는 시설물을 안정되게 지지하기 위한 말뚝으로 사용되는 마이크로 파일에 관한 것으로, 특히 연직하중은 물론 수평 하중의 저항 능력을 증대시킨 수평하중 저항성능이 향상된 복합마이크로 파일 및 이의 시공방법에 관한 것이다.
일반적으로 건물은 기초 지반이 그 건물을 지지하기 위한 충분한 지지력을 가져야 한다. 기초 지반에 대한 지지력을 확보하기 위한 말뚝 시공의 한 방법으로 마이크로 파일 공법이 사용된다.
마이크로 파일 공법은 PHC파일 또는 강관파일 공법에 비해 상대적으로 구경이 300mm 이하로 작은 마이크로파일을 사용하는 공법이다. 따라서 이 공법은 협소한 장소나 제한적인 지역에서의 시공이 가능하고, 언더피닝(Under Pinning), 기초보강, 압축 및 인장력이 동시에 작용하는 타워, 굴뚝, 송전탑의 기초파일, 소음규제 지역의 구조물 기초파일 공사 등 여러 목적으로 사용된다.
한편, 마이크로 파일은 다른 파일에 비해 상대적으로 구경이 작으므로 수직방향으로 작용하는 압축 및 인장하중에는 우수한 저항능력을 갖고 있으나 수평 전단면이 작아 수평 방향의 하중에는 매우 취약한 구조적 특성을 지니고 있다.
특히, 외부케이싱이 불필요한 나선형 마이크로파일의 경우 샤프트의 직경으로만 수평하중을 전달하여야 함으로 수평하중의 저항능력이 매우 취약하다. 그럼에도 불구하고 나선형 마이크로파일은 1920년경 미국에서 시작되어 지금까지 꾸준하게 사용되어온 것은 시공의 편의성과 빠른 시공 속도 그리고 다양한 적용성 때문이다.
따라서 나선형 마이크로파일에 수평 하중의 저항 능력이 더 부가됨이 요구되는 실정이다.
국내 특허공개 제10-2009-0055080호(기시공된 기초 콘크리트체의 보강구조 및 방법) 및 등록특허 제10-0899372호(기존 콘크리트 기초구조물로의 새로운 마이크로파일 두부의 정착 방법 및 이를 이용한 기초 및 기둥 구조물의 보강공법 및 그 보강 구조)의 경우, 지반에 설치된 단면의 구조를 살펴보면 강관케이싱과 마이크로파일의 사이에 그라우트재를 충전하여서 된 것으로, 지반측에서의 수평하중에 대한 저항 능력이 고려되어 있지 않다. 또한, 국내 특허공개 제10-2009-0089127호(응력분산형 마이크로파일)의 경우에도 지반에 매설시킨 케이싱의 내부로 응력분산형플랜지가 조립된 마이크로 파일을 위치시키고, 케이싱의 내부에 그라우트재를 충전하여 된 것으로, 인장과 압축 응력만이 고려되어 있을 뿐 수평하중에 대한 저항 능력이 고려되어 있지 않다. 이와 같이 선행 기술의 경우 소구경의 마이크로 파일이 압축과 인장하중에 견딜 수 있는 응력만 고려되어 있을 뿐 수평하중에 대한 저항 능력은 충분히 고려되어 있지 않아 수평 하중에 취약하다는 문제가 있다.
따라서 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 제반적인 사정을 감안하여 창안된 것으로, 비교적 구경이 작은 마이크로파일의 단점인 수평하중 저항능력을 증대시키고 동시에 압축 및 인장하중의 저항능력도 증대시킬 수 있는 수평하중 저항능력이 향상된 복합마이크로 파일 및 이의 시공방법을 제공함에 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 수평하중 저항성능이 향상된 복합마이크로 파일은, 나선형 마이크로 파일의 상부에서 하부로 일정 깊이만큼 삽입되는 가이드 슈와; 나선형 마이크로 파일의 외경보다 큰 내경을 갖는 원통부와, 원통부의 외주면에 방사형으로 뻗어나간 하나 이상의 날개판을 갖고, 나선형 마이크로 파일의 상측에서 하방으로 삽입되어 가이드 슈에 끼워져 결합되는 고정날개와; 고정날개의 원통부와 나선형 마이크로 파일의 사이에 충진재를 채워넣을 수 있는 충전실이 포함되고;
가이드 슈는, 나선형 마이크로 파일에 삽입되는 원통형의 파일 결합축과, 파일 결합축의 선단 외주면에 형성된 다수개의 경사 웨지와, 경사 웨지의 후면에 위치된 원형의 날개 결합부가 구비되어 있는 것을 특징으로 한다.
삭제
또한 본 발명에 따르면, 고정날개의 상단면에 나선형 마이크로 파일의 상단을 통하여 삽입된 재하판이 더 설치된 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따르면, 충진재는 무수축 모르타르인 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따르면, 충전실에 하나 이상의 링형 스페이서가 더 설치된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 수평하중 저항성능이 향상된 복합마이크로 파일의 시공방법은, 나선형 마이크로 파일을 회전시켜 지중에 일정 깊이로 삽입하는 단계와; 나선형 마이크로 파일의 상단측 파일 샤프트에 나선형 마이크로 파일에 삽입되는 원통형의 파일 결합축과, 파일 결합축의 선단 외주면에 형성된 다수개의 경사 웨지와, 경사 웨지의 후면에 위치된 원형의 날개 결합부가 구비되어 있는 가이드 슈를 끼워서 지면까지 위치 이동시키는 단계와; 외주면에 방사형으로 뻗어나간 하나 이상의 날개판이 설치된 고정날개를 나선형 마이크로 파일의 상부 파일 샤프트에 삽입시켜 가이드 슈에 결합시킨 후 필요 심도까지 강제 삽입하는 단계와; 고정날개의 삽입 완료 후 나선형 마이크로 파일의 파일 샤프트와 고정날개의 원통부 사이에 형성된 충전실에 무수축모르타르를 충전하는 단계; 및 나선형 마이크로 파일의 상단부에 재하판을 고정날개의 상단면에 밀착시킨 후 고정시키는 단계;가 포함되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 수평하중 저항성능이 향상된 복합마이크로 파일 및 이의 시공방법에 따르면, 수평 하중을 받을 경우 파일 샤프트에서만 저항하는 것이 아니라 고정날개의 날개판과 원통부 그리고 충전실에 채워진 모르타르층이 일체로 저항하게 된다. 따라서 복합마이크로 파일은 수평 하중에 대한 저항 능력이 증대된다. 또한, 충전실에 채워진 모르타르층에 의해 압축 및 인장 하중에 대한 저항능력도 증대된다.
도 1은 본 발명에 따른 수평하중 저항성능이 향상된 복합마이크로 파일의 분해사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 수평하중 저항성능이 향상된 복합마이크로 파일의 시공 완료 전 사용상태도이다.
도 3은 도 2는 본 발명에 따른 수평하중 저항성능이 향상된 복합마이크로 파일의 시공 완료 후 사용상태도이다.
도 4는 본 발명에 적용되는 고정날개의 다양한 단면 구성도이다.
도 5는 본 발명에 따른 수평하중 저항성능이 향상된 복합마이크로 파일의 시공 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도 1 내지 도 3에서와 같이 나선형 마이크로 파일(10)의 상단으로부터 하방으로 일정 깊이만큼 삽입되는 가이드 슈(20)가 구비된다. 이때 나선형 마이크로 파일(10)은 회전 관입을 위해 하단에서부터 상측으로 일정 구간 샤프트의 길이방향으로 간격을 두고 복수의 나선형 날개가 형성되고 상단에서부터 하측으로 일정 구간 나선형 날개가 없는 샤프트를 구성한다. 나선형 마이크로 파일(10)의 형상은 도시된 것에 한정되지 않으며 이 분야에서 공지된 임의의 형상을 가질 수 있다.
가이드 슈(20)는, 나선형 마이크로 파일(10)의 샤프트(12)에 삽입되는 원통형의 파일 결합축(22)과, 파일 결합축(22)의 선단 외주면에 형성된 다수개의 경사 웨지(24)와, 경사 웨지(24)의 후면에 위치된 원형의 날개 결합부(26)가 형성되어 있다.
가이드 슈(20)에 선단이 끼워맞춤으로 결합되는 고정날개(30)가 구비된다. 고정날개(30)는 나선형 마이크로 파일(10)의 상측에서 하방으로 삽입된다. 고정날개(30)는 나선형 마이크로 파일(10)의 외경보다 큰 내경을 갖고 가이드 슈(20)의 날개 결합부(26)의 외주면에 결합되는 원통부(32)와, 원통부(32)의 외주면에 방사형으로 뻗어나간 하나 이상의 날개판(34)을 갖고 있다. 날개판(34)은 도 4에서와 같이 원통부(32)의 외주면에 일정 각도마다 2개나 4개 또는 6개로 구성될 수 있으며, 그 이외에도 날개판(34)의 갯수가 가감되어 고정날개(30)를 구성할 수 있음은 물론이다. 본 실시예에서 날개판(34)의 길이는 원통부(32)의 길이보다 짧게 구성하였으나 원통부(32)의 길이와 동일하게 구성하여도 좋다.
고정날개(30)의 원통부(32)와 나선형 마이크로 파일(10)의 사이에는 충진재(40)를 채워넣을 수 있는 충전실(50)이 마련되어 있다. 이때 충전실(50)의 체적은 고정날개(30)의 원통부(32) 내경을 증가시킬수록 크게 할 수 있다. 충진재(40)는 무수축 모르타르가 바람직하다. 이때 충전실(50)에는 하나 이상의 링형 스페이서(70)가 더 설치될 수 있다. 스페이서(70)는 나선형 마이크로 파일(10)의 상단부가 삽통되는 내경부와 고정날개(30)의 원통부(32)의 내경에 삽통되는 외경부를 갖는 원형링 형태이다.
고정날개(30)의 상단면에는 나선형 마이크로 파일(10)의 상단을 통하여 삽통되어 독립기초(100)의 하중을 나선형 마이크로 파일에 전달하는 재하판(60)이 설치되어 있다.
이와 같이 구성된 수평하중 저항성능이 향상된 복합마이크로 파일의 시공방법을 도 5의 시공 공정도와 함께 설명한다.
먼저, 도시안된 로터리장비로 나선형 마이크로 파일(10)을 회전시켜 도 2와 같이 지중에 일정 깊이로 삽입시킨다(S50).
다음, 나선형 마이크로 파일(10)의 상단측 파일 샤프트에 가이드 슈(20)를 끼워서 도 2와 같이 지면까지 하강 이동시킨다(S52).
그 다음, 외주면에 방사형으로 뻗어나간 하나 이상의 날개판(34)이 설치된 고정날개(30)를 나선형 마이크로 파일(10)의 상부 파일 샤프트에 삽입시켜 가이드 슈(20)에 결합시킨 후 유압브레이커를 이용하여 필요 심도까지 도 3과 같이 강제 삽입시킨다(S54).
이같이 고정날개(30)의 삽입이 완료되면, 나선형 마이크로 파일(10)의 파일 샤프트와 고정날개(30)의 원통부(32) 사이에 형성된 충전실(50)에 무수축모르타르를 충전시킨다(S56).
이후, 나선형 마이크로 파일(10)의 상단부에 재하판(60)을 삽입시켜 고정날개(30)의 상단면에 위치시킨 후 용접으로 고정시킴으로서 시공이 완료된다.
이와 같이 시공된 수평하중 저항성능이 향상된 복합마이크로 파일은 수평 하중을 받게 되면, 파일 샤프트에서만 힘을 받는 것이 아니라 고정날개(30)의 날개판(34)과 원통부(32) 그리고 충전실(50)에 채워진 모르타르층가 일체로 저항하게 된다. 따라서 복합마이크로 파일은 수평 하중에 대한 저항 능력이 증대된다. 또한, 충전실(50)에 채워진 모르타르층에 의해 압축 및 인장 하중에 대한 저항능력이 증대된다.
20: 가이드 슈
22: 파일 결합축
24: 경사 웨지
26: 날개결합부
30: 고정날개
32: 원통부
34: 날개판
40: 충진재
50: 충전실
60: 재하판

Claims (6)

  1. 삭제
  2. 나선형 마이크로 파일(10)과;
    나선형 마이크로 파일(10)의 상부에서 하부로 일정 깊이만큼 삽입되는 가이드 슈(20)와;
    나선형 마이크로 파일(10)의 외경보다 큰 내경을 갖는 원통부(32)와, 원통부(32)의 외주면에 방사형으로 뻗어나간 하나 이상의 날개판(34)을 갖고, 나선형 마이크로 파일(10)의 상측에서 하방으로 삽입되어 가이드 슈(20)에 끼워져 결합되는 고정날개(30)와;
    고정날개(30)의 원통부(32)와 나선형 마이크로 파일(10)의 사이에 충진재(40)를 채워넣을 수 있는 충전실(50)이 포함되고;
    가이드 슈(20)는,
    나선형 마이크로 파일(10)에 삽입되는 원통형의 파일 결합축(22)과, 파일 결합축(22)의 선단 외주면에 형성된 다수개의 경사 웨지(24)와, 경사 웨지(24)의 후면에 위치된 원형의 날개 결합부(26)가 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 수평하중 저항성능이 향상된 복합마이크로 파일.
  3. 제 2항에 있어서,
    고정날개(30)의 상단면에 나선형 마이크로 파일(10)의 상단을 통하여 삽입된 재하판(60)이 더 설치된 것을 특징으로 하는 수평하중 저항성능이 향상된 복합마이크로 파일.
  4. 제 2항에 있어서,
    충진재(40)는 무수축 모르타르인 것을 특징으로 하는 수평하중 저항성능이 향상된 복합마이크로 파일.
  5. 제 2항에 있어서,
    충전실(40)에 하나 이상의 링형 스페이서(70)가 더 설치된 것을 특징으로 하는 수평하중 저항성능이 향상된 복합마이크로 파일.
  6. 나선형 마이크로 파일(10)을 회전시켜 지중에 일정 깊이로 삽입하는 단계와;
    나선형 마이크로 파일(10)의 상단측 파일 샤프트에 나선형 마이크로 파일(10)에 삽입되는 원통형의 파일 결합축(22)과, 파일 결합축(22)의 선단 외주면에 형성된 다수개의 경사 웨지(24)와, 경사 웨지(24)의 후면에 위치된 원형의 날개 결합부(26)가 구비된 가이드 슈(20)를 끼워서 지면까지 위치 이동시키는 단계와;
    외주면에 방사형으로 뻗어나간 하나 이상의 날개판(34)이 설치된 고정날개(30)를 나선형 마이크로 파일(10)의 상부 파일 샤프트에 삽입시켜 가이드 슈(20)에 결합시킨 후 필요 심도까지 강제 삽입하는 단계와;
    고정날개(30)의 삽입 완료 후 나선형 마이크로 파일(10)의 파일 샤프트와 고정날개(30)의 원통부 사이에 형성된 충전실(50)에 무수축모르타르를 충전하는 단계; 및
    나선형 마이크로 파일(10)의 상단부에 재하판(60)을 고정날개(30)의 상단면에 밀착시킨 후 고정시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 수평하중 저항성능이 향상된 복합마이크로 파일의 시공방법.
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