KR101027668B1 - 마이크로 파일을 이용한 기초구조물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 마이크로 파일을 이용한 기초구조물에 관한 것으로, 특히 내력의 감소없이 마이크로 파일 심재의 길이를 축소하여 기초구조물의 시공비를 절감할 수 있는 마이크로 파일을 이용한 기초구조물에 관한 것이다.
본 발명에 따른 마이크로 파일을 이용한 기초구조물은, 기초콘크리트과, 연약지반층 및 지지지반층으로 이루어지는 기초지반의 마이크로 파일을 이용한 기초구조물에 있어서, 상기 기초지반에는 소정의 외경을 갖는 천공홀이 형성되고, 상기 천공홀에는 강관으로 이루어지는 아웃케이싱이 상기 연약지반층의 하단으로부터 상기 기초콘크리트의 소정 위치까지 삽입되며, 상기 지지지반층의 하단부로부터 상기 연약지반층의 하단부의 소정 위치까지는 강봉으로 이루어지는 마이크로 파일 심재가 삽입되고, 상기 아웃케이싱의 상단부에는 제1 가압판이 장착되고, 상기 강봉의 상단부에는 제2 가압판이 장착되는 것을 특징으로 하여 이루어진다.

Description

마이크로 파일을 이용한 기초구조물{FOUNDATION STRUCTURE USING MICRO PILE}
본 발명은 마이크로 파일을 이용한 기초구조물에 관한 것으로, 특히 내력의 감소없이 마이크로 파일 심재의 길이를 축소하여 기초구조물의 시공비를 절감할 수 있는 마이크로 파일을 이용한 기초구조물에 관한 것이다.
마이크로 파일(micro pile)이란 일반적으로 소구경의 파일(일반적으로 직경이 300mm 이하)을 지칭하는 것으로서, 이를 이용한 기초구조물은 적은 공간을 차지함에 비해 큰 하중을 지지할 수 있는 장점을 가지므로, 공간적 제약으로 인하여 대형장비의 진입이 불가능한 조건에 주로 적용된다.
기본적으로 기초지반을 천공하고 그 심부에 마이크로 심재인 강봉을 삽입하며, 천공홀 내에 삽입된 심재와 천공홀 사이의 공간은 시멘트 밀크(cement milk) 또는 몰탈(mortar)을 주입 또는 충진하여 양생함으로써 마이크로 파일체를 형성한다.
도 1은 종래의 마이크로 파일 기초구조물을 도시한 단면도이다.
도시된 바와 같이, 마이크로 파일 기초구조물은 기초 콘크리트(13) 영역과 기초지반(14) 영역으로 구분되며, 다시 기초지반(14)은 점토, 모래 등에 의해 구성된 연약지반층(11)과 암반등에 의해 구성된 지지지반층(12)으로 구분된다.
마이크로 파일(17)이 연약지반층(11)에 근입된 구간은 정착 강도를 발휘할 수 없다는 전제 하에 비정착장(A)이라 칭하고, 지지지반층(12)에 근입된 구간이 기초구조물로서 실제 정착 강도를 발휘한다는 전제 하에 정착장(B)이라 칭한다.
종래의 마이크로 파일 기초구조물은 기초지반(14)에 천공홀(15)을 형성시키고, 그 천공홀(15)에서 기초지반(14)의 연약지반층(11)까지는 강관 재질의 아웃케이싱(16)이 삽입되고, 그 아웃케이싱(16)의 심부에는 마이크로 파일 심재(17)가 삽입되는 것으로 구성되며, 아웃케이싱(16)와 마이크로 파일 심재(17) 사이의 공간은 시멘트 밀크(cement milk) 또는 몰탈(mortar)을 주입하고 양생함으로써 충전한다.
천공홀(15)의 깊이에 따라 마이크로 파일 심재(17)의 길이를 연장 형성시키는 연결재(19)가 사용될 수 있으며, 마이크로 파일 심재(17)가 천공홀(15)의 중앙에 위치되도록 중심체(18)가 다수 개소에 설치될 수 있다.
또한 그라우트 충진 완료후 구조물과의 결합을 위해 가압판(20)이 이중너트(20a)에 의해 체결되며, 이러한 구조가 기초 콘크리트(13)에 근입되어 상부구조물의 하중을 기초지반(14)에 전달하는 역할을 담당한다.
하지만, 마이크로 파일 시공 방법에 있어서 마이크로 파일 심재(강봉)의 외경이 50mm, 65mm 정도이고 기초지반의 천공홀 깊이가 수십 m인 점을 감안한다면, 마이크로 파일의 심재 사용량이 상당하게 증대되는 문제가 발생한다.
본 발명이 해결하려는 과제는, 기초 구조물에 사용되는 마이크로 파일의 형성 깊이를 조절하고 마이크로 파일의 가압판을 아웃케이싱 내부로 삽입시켜 구조물의 연직하중을 그대로 전달받을 수 있도록 하여 마이크로 파일 심재의 사용량을 줄임으로해서 마이크로 파일 기초구조물의 시공시 발생되는 비용의 절감을 갖도록 하는 것에 그 목적이 있다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 마이크로 파일을 이용한 기초구조물은, 기초콘크리트과, 연약지반층 및 지지지반층으로 이루어지는 기초지반의 마이크로 파일을 이용한 기초구조물에 있어서, 상기 기초지반에는 소정의 외경을 갖는 천공홀이 형성되고, 상기 천공홀에는 강관으로 이루어지는 아웃케이싱이 상기 연약지반층의 하단으로부터 상기 기초콘크리트의 소정 위치까지 삽입되며, 상기 지지지반층의 하단부로부터 상기 연약지반층의 하단부의 소정 위치까지는 강봉으로 이루어지는 마이크로 파일 심재가 삽입되고, 상기 아웃케이싱의 상단부에는 제1 가압판이 장착되고, 상기 강봉의 상단부에는 제2 가압판이 장착되는 것을 특징으로 하여 이루어진다.
여기서, 상기 제2 가압판은 상하 2개 이상의 가압판으로 형성하는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 제2 가압판은 상기 연약지반층의 하단으로부터 1 내지 3m 이격된 영역에 위치되는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 연약지반층의 상단부의 소정 위치로부터 기초 콘크리트의 소정 위치까지는 강봉으로 이루어지는 제2 마이크로 파일 심재가 더 삽입되고, 상기 제2 마이크로 파일 심재의 상단측은 상기 제1 가압판이 장착되고, 상기 제2 마이크로 파일 심재의 하단측은 제3 가압판이 장착될 수 있다.
여기서, 상기 제1 가압판과 마이크로 파일 심재 사이에는 철근으로 연결될 수 있다.
여기서, 상기 제2 가압판의 상부측의 상기 마이크로 파일 심재의 선단부에는 나선형 철근이 끼워질 수 있다.
여기서, 상기 제2 가압판의 외곽측에는 상기 마이크로 파일 심재 보다 외경이 작은 강봉이 체결될 수 있다.
상술한 본 발명의 구성에 따르면, 기초 구조물에 사용되는 마이크로 파일의 형성 깊이를 조절하고 마이크로 파일의 가압판을 아웃케이싱 내부로 삽입시켜 구조물의 연직하중을 그대로 전달받을 수 있도록 하여 마이크로 파일 심재의 사용량을 줄임으로해서 마이크로 파일 기초구조물의 시공시 발생되는 비용의 절감을 가져올 수 있다.
도 1은 종래의 마이크로 파일 기초구조물을 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 마이크로 파일을 이용한 기초구조물을 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 마이크로 파일을 이용한 기초구조물의 시공 공정도를 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 마이크로 파일을 이용한 기초구조물의 변형예를 도시한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 마이크로 파일을 이용한 기초구조물의 변형예를 도시한 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 마이크로 파일을 이용한 기초구조물의 변형예를 도시한 단면도이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 마이크로 파일을 이용한 기초구조물의 변형예를 도시한 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 마이크로 파일을 이용한 기초구조물, 시공방법 및 작용효과를 설명한다.
본 발명의 마이크로 파일(micro pile)이란 일반적으로 소구경의 파일(일반적으로 직경이 300mm 이하)을 지칭한다.
도 2는 본 발명에 따른 마이크로 파일을 이용한 기초구조물을 도시한 단면도이다.
도시된 바와 같이, 마이크로 파일 기초구조물은 기초 콘크리트(23) 영역과 기초지반(24) 영역으로 구분되며, 다시 기초지반(24)은 점토, 모래 등에 의해 구성된 연약지반층(21)과 암반에 의해 구성된 지지지반층(22)으로 구분된다.
연약지반층(21) 구간은 강도를 발휘할 수 없다는 전제 하에 비정착장(A)이라 칭하고, 지지지반층(12) 구간은 기초구조물로서 실제 강도를 발휘한다는 전제 하에 정착장(B)이라 칭한다.
마이크로 파일 기초구조물은 기초지반(24)에 천공홀(25)을 형성시키고, 그 천공홀(25)에서 기초지반(24)의 연약지반층(21)까지는 강관 재질의 아웃케이싱(26)이 삽입된다.
아웃케이싱(26)은 연약지반층(21)의 하단까지 위치하며, 상부로는 기초 콘크리트(23) 영역의 소정 위치까지 놓이도록 장착된다. 즉, 도면에서 아웃케이싱(26)의 높이는 A+h2가 되며, h2는 기초 콘크리트(23)의 하단에서 제1 가압판(28)까지의 높이다.
아웃케이싱(26)의 최상단에는 구조물의 연직하중을 그대로 받을 수 있도록 제1 가압판(28)이 형성되며, 제1 가압판(28)는 소정의 두께를 갖는 강판 재질로 이루어진다.
아웃케이싱(26)의 심부에는 강봉 재질을 갖으며 외경이 40mm 내지 75mm 정도의 마이크로 파일 심재(27)가 삽입된다.
마이크로 파일 심재(27)의 길이는 지지지반층(22)의 하단부터 연약지반층(21)의 하단부의 소정 위치까지 삽입된다. 즉, 도면에서 마이크로 파일 심재(27)의 높이는 B+h1이 되며, h1은 연약지반층(21)의 하단에서 제2 가압판(29a)까지의 높이며 약 1 내지 3m 지점으로 설정될 수 있다.
마이크로 파일(27)의 상단부에는 그라우트 충진 완료후 구조물과 제1 가압판(28)의 연직하중을 전달받기 위해서 제2 가압판(29a, 29b)이 체결구(30a, 30b)에 의해 체결되며, 제1 가압판(28) 구조는 기초 콘크리트(23)에 근입되고 제2 가압판(29a, 29b) 구조는 아웃케이싱(26) 및 시멘트 밀크 또는 몰탈에 근입되어 상부구조물의 하중을 기초지반(24)에 그대로 전달하는 역할을 담당하게 된다.
제2 가압판(29a, 29b)은 상하 2개의 이중 구조로 이루어졌지만, 제2 가압판(29a) 하나를 가압판으로 사용하더라도 구조물의 전단하중을 그대로 전달받는 데에는 문제가 없지만, 바람직하게는 상하 이중 구조 이상으로 하여 보다 안전하고 효과적인 가압판의 역할을 하도록 형성할 수 있다.
아웃케이싱(26) 내부 및 아웃케이싱(26)과 마이크로 파일 심재(27) 사이의 공간은 시멘트 밀크(cement milk) 또는 몰탈(mortar)을 주입하고 양생함으로써 충전된다.
종래에는 천공홀(25)의 깊이에 따라 마이크로 파일 심재(27)의 길이를 연장 형성시키는 연결재가 사용되지만, 본 발명에서는 마이크로 파일 심재(27)의 상대적으로 매우 짧아서 연결재의 사용이 필요없게 되거나 최소화될 수 있게 된다. 또한, 마이크로 파일 심재(27) 길이가 상대적으로 매우 짧게 형성되므로 마이크로 파일(27)이 천공홀(25)의 중앙에 위치되도록 하는 중심체의 설치도 최소화 할 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 마이크로 파일을 이용한 기초구조물의 시공 공정도를 도시한 것이다.
먼저, (A)를 참조하면 일반적으로 기초 지반은 점토, 모래 등에 의해 구성된 연약지반층(31)과 암반에 의해 구성된 지지지반층(32)으로 구분되며, 마이크로 파일 심재(37) 삽입을 위해 연약지반층(31)에는 강관을 삽입한 후 강관 내부의 토사를 배토시키게 된다.
강관으로 이루어진 아웃케이싱(36)을 삽입시키기 위해서 일반적으로 아웃케이싱(36)의 삽입은 타격이나 회전압입등에 의해 이루어진다.
아웃케이싱(36)의 삽입깊이는 천공된 홀이 붕괴가 발생하지 않는 지층까지이며 대부분이 연약지반층(31)전까지 삽입이 이루어진다. 그 후 드릴 해머 선단의 공기 구멍을 통해서 주입된 공기압 또는 관내부로 주입되는 수압을 이용하여 아웃케이싱(36) 내부의 토사를 배토한다. 아웃케이싱(36)의 삽입과 배토공정은 별개로 또는 순차적으로 진행될 수도 있고 병행하여 진행될 수도 있다.
그리고, (C)를 참조하면, 아웃케이싱(36)의 삽입 및 배토공정이 완료된 후, 아웃케이싱(36) 선단부를 장비에서 고정시킨 후 그 내부를 통해 마이크로 파일 심재(37)를 삽입시킨다.
마이크로 파일 심재(37)는 상단부에 와이어에 연결되거나 철근과 결합된 상태에서 천공홀(35) 내부로 천천히 삽입되어 지지지반층(32) 하단부까지 삽입되고, 제2 가압판(39a, 39b)은 연약지반층(31)의 하단으로부터 소정 위치만큼 올라간 위치에 놓여지게 된다.
마이크로 파일 심재(37)가 지지지반층(32)까지 삽입되며, 그 상단부는 연약지반층(31)의 하단부의 소정 위치에 놓이게 된다. 이는 사전에 지지지반층(32)의 높이를 감안하여 지지지반층(32)의 높이 보다 1 내지 3m 정도 길게 형성시킨 마이크로 파일 심재(37)를 삽입하는 것으로서 소정 위치에 놓이게 할 수 있다.
마이크로 파일 심재(37)가 삽입된 상태에서 시멘트 밀크 또는 몰탈(cement milk or mortar, 40)을 주입 또는 충진하여 양생시킨다.
(D)를 참조하면, 시멘트 밀크 또는 몰탈(40)의 주입이 완료되면 아웃케이싱(36)의 상단부에 제1 가압판(38)이 체결되어진다.
이 상태에서 (E)에 도시된 바와 같이 제1 가압판(38)의 외부에 기초 콘크리트(33)를 양생시키게 된다.
상술한 시공방법에 의해 제1 가압판(38)이 기초 콘크리트(33)에 근입되고 제2 가압판(39a, 39b)이 아웃케이싱(36) 및 시멘트 밀크 또는 몰탈에 근입되어 상부구조물의 하중을 기초지반(34)에 그대로 전달하는 역할을 담당하게 된다.
따라서, 상부구조물의 연직하중을 기초지반에 그대로 전달하면서 마이크로 파일 심재(37)의 사용량을 줄이게 되어 마이크로 파일 시공상의 시공 비용을 현격하게 줄일 수 있게 된다.
즉, 마이크로 파일 심재(37)의 외경이 40mm 내지 75mm이고 연약지반층의 높이가 5m 내지 30m이고 지지지반층의 높이가 5m 내지 7m이며, 본 발명에서는 제2 가압판(39a)이 추가되고 아웃케이싱(36)의 두께가 종전보다 2 내지 3mm 정도 두꺼지는 것을 감안하더라도 기존에 비해 최소 20% 내지 40%의 마이크로 파일의 원가 절감을 이룰 수 있게 된다.
도 4 내지 도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 마이크로 파일을 이용한 기초구조물의 변형예를 도시한 단면도이다.
도 4를 참조하면, 도 2와 비교하여 상부측의 구조를 변형한 예를 도시한 것이며, 나머지 구성 요소는 도 2와 동일하다.
아웃케이싱(46)의 최상단에는 구조물의 연직하중을 그대로 받을 수 있도록 제1 가압판(48)이 형성되며, 제1 가압판(48)은 하단부에 장착된 제1 마이크로 파일 심재(47a)와 동일한 외경을 갖는 제2 마이크로 파일 심재(47b)에 체결구(48a)에 의해 체결되고, 제2 마이크로 파일 심재(47b)의 하단부는 아웃케이싱(46)내로 삽입되고 그 부위에는 제2 가압판(49a, 49b)과 같은 가압판(49c)이 체결구(50c)에 의해 체결된다.
도 5를 참조하면, 도 2와 비교하여 상부측의 구조를 변형한 예를 도시한 것이며, 나머지 구성 요소는 도 2와 동일하다.
아웃케이싱(56)의 최상단에는 구조물의 연직하중을 그대로 받을 수 있도록 제1 가압판(58)이 형성되며, 제1 가압판(58)과 마이크로 파일 심재(57a) 사이에는 19mm 정도 내외의 외경을 갖는 철근(57b)이 연결된다. 이는 아웃케이싱(56)의 부족 단면을 보강하고 연직하중을 증대시키는 효과를 가져온다.
도 6을 참조하면, 도 2와 비교하여 마이크로 파일체의 하부측 구조를 변형한 예를 도시한 것이며, 나머지 구성 요소는 도 2와 동일하다.
도 2에서는 제1 및 제2 가압판(29a, 29b)을 상하 이중 구조로 구성을 하였지만, 도 6에서는 하나의 가압판(69a)을 양측에서 체결구(70a)로 체결한 구조에서 마이크로 파일 심재(67)의 선단부에 나선형 철근(67a)을 삽입시킨 구조를 갖는다.
이는 압축결합력 및 아웃케이싱(66)에 대한 압축력의 보강을 위해 나선형 철근(67a)을 삽입시키게 된다.
도 7를 참조하면, 도 2와 비교하여 마이크로 파일체의 하부측 구조를 변형한 예를 도시한 것이며, 나머지 구성 요소는 도 2와 동일하다.
도 2에서는 제1 및 제2 가압판(29a, 29b)을 상하 이중 구조로 구성을 하였지만, 도 7에서는 하나의 가압판(79a)을 양측에서 체결구(80a)로 체결한 구조에서 가압판(79a)의 외곽측에 2개 내지 4개의 강봉(77b)을 조립한 구조를 갖는다.
이는 아웃케이싱(76)과의 압축력 보강 및 결합력을 증대하기 위해 삽입시키게 된다. 강봉(77b)은 마이크로 파일 심재(77a)의 외경 보다 작은 것이 사용되는 것이 바람직할 것이다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였지만, 상술한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
21, 31, 41, 51, 61, 71 : 연약지반층
22, 32, 42, 52, 62, 72 : 지지지반층
23, 33, 43, 53, 63, 73 : 기초콘트리트
24, 34, 44, 54, 64, 74 : 기초지반
25, 35, 45, 55, 65, 75 : 천공홀
26, 36, 46, 56, 66, 76 : 아웃케이싱
27, 37, 47a, 47b, 57a, 67, 77a : 마이크로 파일 심재
28, 38, 48, 58, 68, 78 : 제1 가압판
29a, 29b, 39a, 39b, 49a, 49b, 59a, 59b, 69a, 79a : 제2 가압판
30a, 30b, 40a, 40b, 50a, 50b, 50c, 60a, 70a : 체결구
40 : 시멘트 밀크 또는 몰탈 49c : 제3 가압판
57b : 철근 67a : 나선형 철근
77b : 강봉

Claims (7)

  1. 기초콘크리트과, 연약지반층 및 지지지반층으로 이루어지는 기초지반의 마이크로 파일을 이용한 기초구조물에 있어서,
    상기 기초지반에는 소정의 외경을 갖는 천공홀이 형성되고,
    상기 천공홀에는 강관으로 이루어지는 아웃케이싱이 상기 연약지반층의 하단으로부터 상기 기초콘크리트의 소정 위치까지 삽입되며,
    상기 지지지반층의 하단부로부터 상기 연약지반층의 하단부의 소정 위치까지는 강봉으로 이루어지는 마이크로 파일 심재가 삽입되고,
    상기 아웃케이싱의 상단부에는 제1 가압판이 장착되고, 상기 마이크로 파일 심재의 상단부에는 제2 가압판이 장착되는 것을 특징으로 하는 마이크로 파일을 이용한 기초구조물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 가압판은 상하 2개 이상의 가압판으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 마이크로 파일을 이용한 기초구조물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2 가압판은 상기 연약지반층의 하단으로부터 1 내지 3m 이격된 영역에 위치되는 것을 특징으로 하는 마이크로 파일을 이용한 기초구조물.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 연약지반층의 상단부의 소정 위치로부터 기초 콘크리트의 소정 위치까지는 강봉으로 이루어지는 제2 마이크로 파일 심재가 더 삽입되고,
    상기 제2 마이크로 파일 심재의 상단측은 상기 제1 가압판이 장착되고, 상기 제2 마이크로 파일 심재의 하단측은 제3 가압판이 장착되는 것을 특징으로 하는 마이크로 파일을 이용한 기초구조물.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 가압판과 마이크로 파일 심재 사이에는 철근으로 연결되는 것을 특징으로 하는 마이크로 파일을 이용한 기초구조물.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제2 가압판의 상부측의 상기 마이크로 파일 심재의 선단부에는 나선형 철근이 끼워지는 것을 특징으로 하는 마이크로 파일을 이용한 기초구조물.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제2 가압판의 외곽측에는 상기 마이크로 파일 심재 보다 외경이 작은 강봉이 체결되는 것을 특징으로 하는 마이크로 파일을 이용한 기초구조물.
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