KR101066611B1 - Composite shell pile having optical fiber sensor and construction method thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 내부에 광섬유 센서를 구비한 2개 이상의 복합 쉘을 서로 강도가 다르게 제작하거나 점진적으로 강도를 변화시켜 제작한 후 서로 접합하여 형성되는 복합 쉘 파일 및 선굴착한 지반의 굴착공에 내부 채움재를 주입하고 상기 복합 쉘 파일을 근입하는 방식으로 이루어지는 복합 쉘 파일 시공 방법에 관한 것으로서, 본 발명의 복합 쉘 파일은 내부에 광섬유 센서가 길이 방향 또는 나선 방향으로 설치된 2개 이상의 복합 쉘을 서로 강도를 달리하여 제작하거나 강도를 점진적을 변화시켜 제작한 후 서로 접합하는 방식으로 형성된다.In the present invention, two or more composite shells having an optical fiber sensor therein are fabricated with different strengths or gradually changed in strength, and then the composite shell pile and the prefilled ground excavation hole are formed by joining each other. The present invention relates to a method for constructing a composite shell pile, wherein the composite shell pile is constructed in such a way that the compound shell pile is injected and the composite shell pile is indented. It is formed by fabricating by changing the strength or gradual change in strength and then bonded to each other.
본 발명에 따르면 지반 조건 및 하중 조건에 따른 가장 합리적인 파일 시공이 가능할 뿐만 아니라 파일을 형성하는 복합 쉘 파일 자체의 자중이 가벼우므로 시공성이 향상되고 부식이 없어 지중내 구조 내하력에 대한 신뢰도가 향상될 뿐만 아니라 파일 내부에 설치된 광섬유 센서를 통해 반영구적으로 파일을 계측할 수 있다.According to the present invention, not only the most rational pile construction is possible according to the ground conditions and the load conditions, but also the light weight of the composite shell pile itself forming the pile is light, thereby improving the workability and the corrosion resistance of the structure. In addition, the fiber can be measured semi-permanently through the optical fiber sensor installed inside the file.
복합 쉘, 휨모멘트, 복합 쉘 파일, 광섬유 센서 Composite shell, bending moment, composite shell pile, fiber optic sensor
Description
본 발명은 광섬유 센서를 구비한 복합 쉘 파일 및 그 시공 방법에 관한 것으로, 특히 내부에 광섬유 센서를 구비한 2개 이상의 복합 쉘을 서로 강도가 다르게 제작하거나 점진적으로 강도를 변화시켜 제작한 후 서로 접합하여 형성되는 복합 쉘 파일 및 선굴착한 지반의 굴착공에 내부 채움재를 주입하고 상기 복합 쉘 파일을 근입하는 방식으로 이루어지는 복합 쉘 파일 시공 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a composite shell pile having an optical fiber sensor and a construction method thereof, and in particular, to fabricate two or more composite shells having an optical fiber sensor therein with different strengths or to gradually change the strength and then join each other. The present invention relates to a method for constructing a composite shell pile and a method of injecting an inner filler into a drilling hole of a pre-excavated ground and inserting the composite shell pile.
파일(Pile)은 상하부 구조에서 전달되는 수평력, 축력 및 휨모멘트를 지반에 전달하여 구조물을 안전하게 지지하는 역할을 수행하는 것으로 파일에 작용하는 외력의 크기 및 지반 조건에 따라 강관(Steel pipe) 파일 또는 프리텐션 방식 원심력 고강도 콘크리트 파일(Pretensioned spun high strength concrete pile, 이하 'PHC 파일'이라고 함)이 일반적으로 사용되고 있다.The pile is used to secure the structure by transmitting the horizontal force, axial force and bending moment transmitted from the upper and lower structures to the ground, and according to the size of the external force acting on the pile and the ground conditions, the steel pipe pile or Pretensioned spun high strength concrete piles (hereinafter referred to as PHC piles) are commonly used.
강관 파일은 재질이 균일하여 파일의 전 길이에 걸쳐 하중에 대한 저항력이 균일하고 특히 휨모멘트, 전단력 및 축력에 대한 저항력이 우수한 장점이 있으나, 휨모멘트가 거의 작용하지 않는 파일의 하부까지 상부와 같은 강성 단면으로 시공 하므로 비경제적일 뿐만 아니라 자재비가 고가이고 부식의 우려가 있다는 단점이 있다.Steel pipe pile has the advantages of uniform material, uniform resistance to load over the entire length of the pile, and particularly excellent resistance to bending moment, shear force and axial force, but the upper part to the bottom of the pile with little bending moment. Since it is constructed with a rigid cross section, it is not only uneconomical but also has a disadvantage of expensive materials and corrosion.
PHC 파일은 외력에 의하여 발생하는 응력을 소정의 한도까지 상쇄할 수 있도록 파일 제조시 인공적으로 프리스트레스(Prestress)를 주어 제작한 것으로서, 압축강도가 800kg/㎠이상이므로 축력에 대한 저항력은 우수하나 휨모멘트나 전단력에 대한 저항력은 상대적으로 취약하며, 특히 PHC 파일의 접합부는 용접에 의하므로 부식의 염려가 있어 깊은 기초의 파일로 사용할 수 없는 문제가 있다.PHC pile is manufactured by artificially prestressing the pile in order to offset the stress caused by external force up to a certain limit. The compressive strength is more than 800kg / ㎠, so the resistance against axial force is excellent but the bending moment (2) Resistance to shear force is relatively weak, and especially the joint of PHC pile is welded, which may cause corrosion and therefore cannot be used as a deep pile pile.
도 1은 지반에 근입된 파일의 깊이에 따른 수평력에 의한 휨모멘트 분포도인데, 도 1에 도시된 바와 같이 지반에 근입된 파일에 작용하는 휨모멘트는 주로 파일의 상부에 집중되며, 하부로 갈수록 줄어들어 파일의 하부는 축력이 지배하게 된다.1 is a bending moment distribution map due to the horizontal force according to the depth of pile piled into the ground, as shown in Figure 1 the bending moment acting on the pile piled into the ground is mainly concentrated in the upper part of the pile, and decreases toward the bottom The lower part of the pile is governed by axial force.
그런데 상술한 바와 같이 PHC 파일은 휨모멘트나 전단력에 대한 저항력이 상대적으로 취약하므로, PHC 파일을 사용하여 시공하는 경우 파일에 작용하는 최대 휨모멘트에 대응하는 강도와 크기를 가지는 PHC 파일을 선정하여 사용하게 된다. 따라서 휨모멘트보다 압축력이 지배하는 파일의 하부 구간에서는 소요 단면보다 큰 단면의 파일이 사용되는 것이므로 비경제적인 시공이 이루어지게 된다. 이러한 사정은 상술한 바와 같이 강관 파일의 경우에도 마찬가지이다.However, as described above, since PHC piles are relatively weak in resistance to bending moments or shear forces, when using the PHC piles, a PHC pile having strength and size corresponding to the maximum bending moment acting on the piles is selected and used. Done. Therefore, the lower section of the pile dominated by the compressive force than the bending moment is used because the cross section of the pile larger than the required cross-section is economical construction. This situation also applies to the case of the steel pipe pile as described above.
이와 같은 문제점을 극복하기 위한 방안으로서, 휨모멘트가 지배하는 파일의 상부는 휨모멘트에 대한 저항력이 뛰어난 강관 파일로, 압축력이 지배하는 파일의 하부는 PHC 파일로 구성하여 양 파일을 접합한 합성 파일이 알려져 있다.As a solution to overcome this problem, the upper part of the pile dominated by the bending moment is a steel pipe pile with excellent resistance to the bending moment, and the lower part of the pile controlled by the compressive force is composed of a PHC pile, This is known.
상기 합성 파일은 강관 파일과 PHC 파일의 장점을 최대한 활용한 것으로 단일 재질의 PHC 파일이나 강관 파일을 사용하여 시공하는 것에 비하여 경제적이기는 하나, 강관 파일과 PHC 파일의 접합을 위하여 별도의 접합 수단을 필요로 하고 또한 접합이 용접에 의하여 이루어지므로 많은 시간과 비용이 소요되는 문제점이 있다. 또한 상기 합성 파일은 강관과 콘크리트의 서로 이질적인 재료를 접합하는 것이므로 접합부의 안전성이 문제될 수 있다.The composite file maximizes the advantages of the steel pipe file and the PHC file, which is more economical than the construction using a single material PHC file or steel pipe file, but requires a separate joining means for joining the steel pipe file and the PHC file. In addition, since the welding is made by welding there is a problem that takes a lot of time and money. In addition, the composite pile is to join the heterogeneous materials of the steel pipe and concrete, so the safety of the joint may be a problem.
한편 최근에 구조물의 계측 시스템으로 광섬유 센서를 활용하고자 하는 연구가 활발히 진행되고 있으며, 실제로 구조물의 계측에 적용되고 있다. 광섬유 센서는 광섬유 자체의 물리적 변화를 기초로 하여 센서에 가해진 물리량을 측정하기 때문에 한 가지 형태의 물리량만을 측정하는 종래의 전기저항식 스트레인 게이지(Strain Guage)에 비하여 적용 방법에 따라 다양한 물리량의 측정이 가능하다는 장점이 있다. 또한 광섬유 자체가 전송선의 역할을 하기 때문에 적용 방법에 따라 하나의 광섬유 센서만을 가지고 여러 부위에서 계측이 가능하며 전자기 간섭이나 온도와 같은 외부 환경에 영향을 받지 않는다.On the other hand, the recent research to utilize the optical fiber sensor as the measurement system of the structure is actively progressed, and actually applied to the measurement of the structure. Since the optical fiber sensor measures the physical quantity applied to the sensor based on the physical change of the optical fiber itself, compared to the conventional electric resistance strain gauge which measures only one type of physical quantity, it is possible to measure various physical quantities depending on the application method. The advantage is that it is possible. In addition, since the optical fiber itself acts as a transmission line, it can be measured in various areas with only one optical fiber sensor depending on the application method and is not affected by external environment such as electromagnetic interference or temperature.
이와 같은 광섬유 센서를 파일에 적용하여 계측 시스템으로 사용하기 위해서는 파일의 외부에 부착하거나, 현장 타설 콘크리트 말뚝의 경우에는 파일의 내부에 설치하게 된다. 그런데 전자의 경우에는 파일의 근입 과정에서 광섬유 센서가 훼손될 우려가 있고, 후자의 경우에도 콘크리트 타설 과정에서 광섬유 센서가 훼손될 우려가 있다.In order to apply the optical fiber sensor to a pile and use it as a measurement system, it is attached to the outside of the pile, or in the case of a site-cast concrete pile, it is installed inside the pile. However, in the former case, the optical fiber sensor may be damaged in the process of entering the pile, and in the latter case, the optical fiber sensor may be damaged in the concrete pouring process.
이와 같은 문제점을 극복하여 콘크리트 말뚝에 광섬유 센서를 적용하기 위한 방안으로서 별도의 광섬유 격자 어레이를 사전에 미리 제작한 후 이를 소정의 위치에 설치하는 기술이 알려져 있다. 예컨대, 대한민국 공개특허공보(공개번호 : 10-2006-42611)에는 콘크리트 구조물의 내부에 설치되는 강선에 홈을 파고 그 홈에 삽입되는 방식으로 설치되는 광섬유 격자 센서 어레이에 대하여 개시하고 있다(도면 1 참조).As a method for applying an optical fiber sensor to a concrete pile by overcoming such a problem, a technique of manufacturing a separate optical fiber grid array in advance and installing it in a predetermined position is known. For example, Korean Unexamined Patent Publication (Publication No. 10-2006-42611) discloses an optical fiber grating sensor array installed by digging a groove in a steel wire installed inside a concrete structure and being inserted into the groove (Fig. 1). Reference).
그러나 상술한 종래 기술은 강선에 광섬유 센서가 삽입될 홈을 형성하여야 한다는 점에서 시공이 복잡한 단점이 있다. 따라서 광섬유 센서를 파일에 간편하게 설치할 수 있는 기술에 대한 요구가 절실한 실정이다.However, the above-described prior art has a disadvantage in that the construction is complicated in that grooves for inserting an optical fiber sensor are formed in the steel wire. Therefore, there is an urgent need for a technology for easily installing a fiber optic sensor on a pile.
본 발명의 목적은 지반에 근입된 파일의 깊이에 따라 변화하는 휨모멘트에 대응하여 강도가 다른 적어도 2개 이상의 복합 쉘을 접합하여 형성된 복합 쉘 파일 및 그 시공 방법을 제공하기 위한 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a composite shell pile formed by joining at least two or more composite shells having different strengths in response to bending moments varying with the depth of piles incorporated into the ground, and a construction method thereof.
또한 본 발명은 광섬유 센서에 의하여 파일을 간편하게 계측할 수 있는 복합 쉘 파일을 제공하는 것을 목적으로 한다.In addition, an object of the present invention is to provide a composite shell pile that can easily measure the pile by the optical fiber sensor.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 복합 쉘 파일은 내부에 광섬유 센서가 길이 방향 또는 나선 방향으로 설치된 2개 이상의 복합 쉘을 서로 강도를 달리하여 제작하거나 강도를 점진적을 변화시켜 제작한 후 서로 접합하는 방식으로 형성되며, 상기 복합 쉘은 고분자 지지체에 함침된 고강도 섬유 필라멘트를 회전 맨드릴(mandrel) 둘레에서 소정의 두께가 될 때까지 권취·적층하여 형성된 중공 원통 형상인 것을 특징으로 한다.Composite shell pile of the present invention for achieving the above object is produced by bonding two or more composite shells in which the optical fiber sensor is installed in a longitudinal direction or a spiral direction with different strengths or by changing the strengths gradually and then bonding them together. It is formed in a manner, the composite shell is characterized in that the hollow cylindrical shape formed by winding and laminating the high-strength fiber filament impregnated in the polymer support until the predetermined thickness around the rotating mandrel (mandrel).
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 복합 쉘 파일 시공 방법은 (a) 강도가 점진적으로 변화하거나 서로 강도가 다른 적어도 2개 이상의 복합 쉘을 사전 제작하는 단계; (b) 상기 2개 이상의 복합 쉘을 현장에서 접합하여 복합 쉘 파일을 형성하는 단계; (c) 상기 복합 쉘 파일이 근입될 지반을 선굴착(preboring)하는 단계; (d) 상기 선굴착(preboring)에 의하여 형성된 굴착공에 내부 채움재를 주입하는 단계; (e) 상기 굴착공에 상기 복합 쉘 파일을 근입하는 단계; 및 (f) 상기 복 합 쉘 파일의 두부를 보강 캡으로 보강하는 단계를 포함하고, 상기 복합 쉘은 내부에 광섬유 센서가 길이 방향 또는 나선 방향으로 설치된 것을 특징으로 한다.The composite shell pile construction method of the present invention for achieving the above object comprises the steps of (a) pre-fabricating at least two or more composite shells of which the strength is gradually changed or the strength is different from each other; (b) joining the two or more composite shells in situ to form a composite shell pile; (c) preboring the ground on which the composite shell pile is to be entered; (d) injecting an inner filler into the excavation hole formed by the preboring; (e) incorporating the composite shell pile into the excavation hole; And (f) reinforcing the head of the composite shell pile with a reinforcing cap, wherein the composite shell is characterized in that an optical fiber sensor is installed in a longitudinal direction or a spiral direction therein.
이상의 구성을 통한 본 발명의 광섬유 센서를 구비한 복합 쉘 파일 및 그 시공방법에 따르면, 지반 조건 및 하중 조건에 따른 가장 합리적인 파일 시공이 가능할 뿐만 아니라 파일을 형성하는 복합 쉘 파일 자체의 자중이 가벼우므로 시공성이 향상되고 부식이 없어 지중내 구조 내하력에 대한 신뢰도가 향상된다.According to the composite shell pile and the construction method having the optical fiber sensor of the present invention through the above configuration, not only the most reasonable pile construction according to the ground conditions and load conditions is possible, but also the weight of the composite shell pile itself to form the pile is light The construction is improved and there is no corrosion, so the reliability of the structural load capacity in the underground is improved.
또한 본 발명에 따르면 선굴착 후 파일 근입이 이루어지므로 소음, 진동 등의 환경문제가 없으며, 동질의 재료를 서로 접합하여 시공하므로 접합부의 구조적 안정성이 향상된다. 나아가 파일 내부에 설치된 광섬유 센서를 통해 반영구적으로 파일을 계측할 수 있다.In addition, according to the present invention, since the pile is indented after pre-excavation, there are no environmental problems such as noise and vibration, and construction of the same material is bonded to each other, thereby improving structural stability of the joint. Furthermore, the fiber can be measured semi-permanently through the fiber optic sensor installed inside the file.
앞의 일반적인 설명 및 다음의 상세한 설명 모두 예시적이라는 것이 이해되어야 하며, 청구된 발명의 부가적인 설명이 제공되는 것으로 여겨져야 한다. 참조 부호들이 본 발명의 바람직한 실시 예들에 상세히 표시되어 있으며, 그것의 예들이 참조 도면들에 표시되어 있다. 가능한 어떤 경우에도, 동일한 참조 번호들이 동일한 또는 유사한 부분을 참조하기 위해서 설명 및 도면들에 사용된다. 이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.It is to be understood that both the foregoing general description and the following detailed description are exemplary, and that additional explanations of the claimed invention are provided. Reference numerals are shown in detail in preferred embodiments of the invention, examples of which are shown in the reference figures. In any case, like reference numerals are used in the description and the drawings to refer to the same or like parts. DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the technical idea of the present invention.
본 발명에 따른 복합 쉘 파일을 형성하는데 사용되는 상기 복합 쉘은 중공 원통 형상으로, 고강도 섬유 필라멘트 다발(tow)을 고분자 지지체(Polymer matrix)인 결합재(binder)에 함침시킨 다음 회전 맨드릴(mandrel) 둘레에서 소정의 두께가 될 때까지 권취(winding)·적층시킴으로써 형성된다. 이때 상기 고강도 섬유로는 유리 섬유, 아라미드 섬유 등이 사용될 수 있으나, 고강도 탄소 섬유가 사용되는 것이 더욱 바람직하다. 상기 고분자 지지체로는 화학, 열 또는 자외선에 의하여 경화될 수 있는 각종 에폭시, 비닐 에스테르, 폴리에스테르 등이 사용될 수 있다.The composite shell used to form the composite shell pile according to the present invention has a hollow cylindrical shape, in which a bundle of high strength fiber filament is impregnated into a binder, which is a polymer matrix, and then around a rotating mandrel. It is formed by winding and laminating until it reaches a predetermined thickness. In this case, glass fiber, aramid fiber, etc. may be used as the high strength fiber, but more preferably, high strength carbon fiber is used. As the polymer support, various epoxy, vinyl esters, polyesters, etc., which may be cured by chemical, heat, or ultraviolet rays may be used.
본 발명에 따른 상기 복합 쉘의 가장 큰 특징은 복합 쉘을 형성하기 위하여 권취되는 고강도 섬유 필라멘트의 권취 각도와 간격을 조절함으로써 단면적의 변화 없이 복합 쉘의 강도를 다양하게 변화시킬 수 있다는 점이다.The biggest feature of the composite shell according to the present invention is that the strength of the composite shell can be variously changed without changing the cross-sectional area by adjusting the winding angle and spacing of the high strength fiber filament wound to form the composite shell.
한편, 상기 복합 쉘 제작시 광섬유 센서를 복합 쉘의 내부에 설치할 수 있는데, 이를 도 2a 및 도 2b를 참조하여 설명하면 다음과 같다. 상술한 바와 같이 사상기 복합 쉘(100)은 상기 결합재에 함침시킨 상기 고강도 섬유 필라멘트 다발을 회전 맨드릴 둘레에서 권취ㆍ적층시킴으로써 형성되는데, 이때 상기 소정 두께보다 작은 두께로 상기 고강도 섬유 필라멘트 다발을권취ㆍ적층시킨 다음 상기 광섬유 센서(110)를 설치하고 다시 상기 소정의 두께가 될 때까지 상기 고강도 섬유 필라멘트 다발을 권취ㆍ적층시킴으로써 광섬유 센서(110)가 내장된 복합 쉘(100)을 간편하게 제작할 수 있다.On the other hand, when manufacturing the composite shell, an optical fiber sensor may be installed inside the composite shell, which will be described with reference to FIGS. 2A and 2B. As described above, the finishing
이때 상기 광섬유 센서(110)는 도 2a에 도시된 바와 같이 상기 복합 쉘(100)의 내부에 길이 방향으로 설치될 수 있으며, 또는 도 2b에 도시된 바와 같이 상기 복합 쉘(100)의 내부에 나선형으로 설치될 수 있다. 상기 광섬유 센서(110)가 내장 된 복합 쉘(100)을 접합하여 형성된 복합 쉘 파일을 지반에 근입하는 경우에도 상기 광섬유 센서(110)가 손상될 염려가 없으며 이후 상기 광섬유 센서(110)에 계측기(미도시)를 연결하여 상기 복합 쉘 파일을 반영구적으로 계측할 수 있다.At this time, the
한편 상기 복합 쉘의 내부 표면은 도 3에 도시된 바와 같이 돌기(120)가 형성되는 것이 바람직하다. 상기 돌기(120)는 상기 복합 쉘(100)과 후술하는 내부 채움재 사이에 기계적 부착력을 증가시켜 일체화 거동을 하게 하기 위한 것으로서, 동심형 또는 나선형으로 형성될 수 있다.On the other hand, the inner surface of the composite shell is preferably formed with a
이하 도 4 내지 도 9를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 복합 쉘 파일 및 그 시공 방법을 상세히 설명한다.Hereinafter, a composite shell file and a construction method thereof according to embodiments of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 4 to 9.
도 4 내지 도 9는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 복합 쉘 파일 시공 방법을 순차적으로 나타낸 도면이다. 도 4를 참조하면, 먼저 접합에 의하여 복합 쉘 파일을 형성할 다수의 복합 쉘들(100-1, 2, 3)을 공장에서 사전 제작한다. 이때 상기 다수의 복합 쉘들(100-1, 2, 3)은 상술한 바와 같이 고강도 섬유 필라멘트의 권취 각도 및 간격을 달리함으로써 상기 도 1에 도시된 휨모멘트 분포도에 대응하여 각각 강도를 달리하거나 강도를 점진적으로 변화시켜 제작된다.4 to 9 are views sequentially showing a method for constructing a composite shell pile according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 4, first, a plurality of composite shells 100-1, 2, 3, which will form a composite shell pile by bonding, are prefabricated at a factory. At this time, the plurality of composite shells (100-1, 2, 3) by varying the winding angle and spacing of the high-strength fiber filament as described above, respectively in accordance with the bending moment distribution diagram shown in FIG. It is produced by changing gradually.
즉 접합 후 형성될 복합 쉘 파일의 상부에 위치할 복합 쉘의 경우 강도를 크게 하고, 하부에 위치할 복합 쉘의 경우 강도를 작게 하여 제작한다. 한편 상기 각 복합 쉘들(100-1, 2, 3)의 길이는 지반 및 하중 조건에 따라 균등하게 또는 서로 다른 길이로 제작될 수 있다. 또한 상기 각 복합 쉘들(100-1, 2, 3)은 도 2a 또는 도 2b에서 설명한 바와 같이 내부에 광섬유 센서(110)가 설치될 수 있다.In other words, the strength of the composite shell to be positioned on the upper part of the composite shell pile to be formed after bonding is increased, and the strength of the composite shell to be positioned below is made small. Meanwhile, the lengths of the composite shells 100-1, 2, and 3 may be manufactured to be equally or different lengths according to the ground and load conditions. In addition, each of the complex shells 100-1, 2, and 3 may have an
다음으로 도 5에 도시한 바와 같이, 각각 강도를 달리하거나 강도를 점진적으로 변화시켜 사전 제작한 상기 복합 쉘들(100-1, 2, 3)을 현장에서 접합하여 복합 쉘 파일(200)을 형성한다. 이때 지반에 근입될 파일의 깊이가 얕은 경우에는 강도를 점진적으로 변화시켜 제작한 하나의 복합 쉘을 접합 없이 바로 파일로 이용할 수도 있다. 도 4 및 도 5에는 3개의 복합 쉘들(100-1, 2, 3)을 접합하여 복합 쉘 파일(200)을 형성하는 것으로 도시되어 있으나 상기 복합 쉘들(100-1, 2, 3)의 갯수는 지반 조건 및 하중 조건에 따라 변경될 수 있다.Next, as shown in FIG. 5, the composite shells 100-1, 2 and 3, which are prefabricated, are bonded in the field by varying the strength or gradually changing the strength, respectively, to form a
도 6a, 6b, 6c는 상기 각 복합 쉘들(100-1, 2, 3)을 접합하는 예시적인 실시예를 보여주는 도면이다.6A, 6B and 6C show an exemplary embodiment of joining the respective composite shells 100-1, 2 and 3.
도 6a를 참조하면, 도 6a의 실시예는 커플러(210)를 이용하여 상기 각 복합 쉘들(100-1, 2)을 접합한다. 상기 커플러(210)는 상기 복합 쉘들(100-1, 2)의 내경과 동일한 외경을 가지고 상기 복합 쉘들(100-1, 2)과 동일한 재료로 형성되는 것이 바람직하다. 도 6a에 도시된 바와 같이 상기 커플러(210)를 에폭시와 같은 수지(resin)를 사용하여 복합 쉘에 고정시킴으로써 상기 각 복합 쉘들(100-1, 2)을 접합하여 복합 쉘 파일(200)을 형성하게 된다.Referring to FIG. 6A, the embodiment of FIG. 6A bonds each of the composite shells 100-1 and 2 by using a
도 6b를 참조하면, 도 6b의 실시예는 테이퍼(Taper) 방식으로 상기 각 복합 쉘들(100-1, 2)을 접합한다. 즉 도 6b의 실시예에서는 상기 각 복합 쉘들(100-1, 2)이 테이퍼지게 사전 제작된다. 구체적으로 상기 각 복합 쉘들(100-1, 2)은 일측의 외경이 D이고 다른 측의 외경이 d가 되도록 사전 제작된다(여기서 D > d). 따라서 테이퍼 경사 s = (D - d)/L가 된다. 여기서 L은 상기 각 복합 쉘들(100-1, 2)의 길이를 의미한다. 이렇게 테이퍼지게 사전 제작된 상기 복합 쉘(100-1)의 외경 d를 가지는 일측을 다른 복합 쉘(100-2)의 외경 D를 가지는 일측에 소정의 깊이만큼 삽입하되, 에폭시와 같은 수지(resin)를 사용하여 서로 접착시킴으로써 상기 복합 쉘들(100-1, 2)을 접합하여 복합 쉘 파일(200)을 형성하게 된다.Referring to FIG. 6B, the embodiment of FIG. 6B joins the respective composite shells 100-1 and 2 in a taper manner. In other words, in the embodiment of FIG. 6B, the composite shells 100-1 and 2 are prefabricated to be tapered. Specifically, each of the composite shells 100-1 and 2 is prefabricated such that the outer diameter of one side is D and the outer diameter of the other side is d (where D> d). Therefore, the taper slope s = (D-d) / L. Where L is the length of each of the composite shell (100-1, 2). One side having the outer diameter d of the composite shell 100-1 pre-fabricated in such a manner is inserted into one side having the outer diameter D of the other composite shell 100-2 by a predetermined depth, such as epoxy. By bonding to each other using the composite shells (100-1, 2) to form a composite shell pile (200).
도 6c를 참조하면, 도 6c의 실시예는 소켓(Socket) 방식으로 상기 각 복합 쉘들(100-1, 2)을 접합한다. 즉 도 6b의 실시예에서는 상기 각 복합 쉘들(100-1, 2)의 일측에 소켓이 각각 형성되도록 사전 제작된다. 이렇게 사전 제작된 상기 복합 쉘(100-1)의 소켓이 형성되지 않은 일측을 다른 복합 쉘(100-2)의 소켓이 형성된 일측에 삽입하되, 에폭시와 같은 수지(resin)를 사용하여 서로 접착시킴으로써 상기 복합 쉘들(100-1, 2)을 접합하여 복합 쉘 파일(200)을 형성하게 된다.Referring to FIG. 6C, the embodiment of FIG. 6C joins the respective composite shells 100-1 and 2 in a socket manner. That is, in the embodiment of Figure 6b is pre-fabricated so that the socket is formed on each side of the composite shell (100-1, 2), respectively. Thus, the one side in which the socket of the pre-fabricated composite shell 100-1 is not formed is inserted into one side in which the socket of the other composite shell 100-2 is formed, and then bonded to each other using a resin such as epoxy. The composite shells 100-1 and 2 are bonded to form the
이후 도 7에 도시한 바와 같이, 상기 복합 쉘 파일(200)이 근입될 지반을 오거(Auger)와 같은 장비를 사용하여 소정의 깊이까지 선굴착(preboring)한 후, 굴착공에 내부 채움재(220)를 주입한다. 상기 내부 채움재(220)로는 시멘트 페이스트를 사용하는 것이 바람직하나 이에 한정되는 것은 아니며, 콘크리트 또한 사용 가능하다. 이때 상기 내부 채움재(220)와 상기 굴착공 내부의 토사를 교반시켜 소일 시멘트(Soil Cement) 또는 소일 콘크리트(Soil Concrete)를 형성할 수도 있다. 한편 상기 내부 채움재(220)로 콘크리트를 사용하는 경우, 후술하는 파일 근입을 용이하게 하기 위하여 가능한 한 굵은 골재의 최대 치수를 작게 하는 것이 바람직하다.Then, as shown in FIG. 7, after pre-boring the ground on which the
상기 내부 채움재 주입 후, 도 8a에 도시한 바와 같이 상기 복합 쉘 파일(200)을 바이브로 해머(Vibro-Hammer)를 이용하여 굴착공에 근입한다. 이에 따라 도 8b에 도시된 바와 같이 상기 내부 채움재(220)가 상기 복합 쉘 파일(200)의 내부에 충진된다. 상술한 바와 같이 상기 복합 쉘(100)의 내부 표면에는 돌기(120)가 형성되므로 상기 내부 채움재(220)가 양생된 후 기계적 부착력에 의하여 일체화 거동을 하게 된다.After injection of the inner filler, the
한편 도 8c에 도시된 바와 같이 상기 복합 쉘 파일(200) 근입 후, 상기 근입된 복합 쉘 파일(200)보다 작은 직경을 가지는 2차 복합 쉘 파일(201)을 상기 복합 쉘 파일(200)의 내부에 근입하여 2중 복합 쉘 파일을 형성함으로써 파일의 강도를 증진시킬 수 있다. 또한 도 8d에 도시된 바와 같이, 상기 복합 쉘 파일(200) 근입 후 적어도 하나 이상의 중공관(205)을 상기 복합 쉘 파일(200)의 내부에 삽입함으로써 강도 증진 효과 및 지중열 교환 시스템으로 이용할 수도 있다.Meanwhile, as shown in FIG. 8C, after the
상기 복합 쉘 파일(200)의 내부에 충진된 내부 채움재(220)가 양생된 후, 도 9에 도시한 바와 같이 상기 복합 쉘 파일(200)의 두부를 보강 캡(230)을 이용하여 보강한다. 상기 보강 캡(230)은 상기 복합 쉘(100)과 동일한 재료로 형성되는 것이 바람직하며, 에폭시와 같은 수지를 이용하여 상기 복합 쉘 파일(200)의 두부에 접합된다. 한편 상기 보강 캡(230)의 상부에는 상기 복합 쉘 파일(200)을 기초(footing)에 고정시키기 위한 연결 바(235)가 형성되는 것이 바람직하다.After the
이상에서, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 상술한 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 발명의 특허청구범위와 균등한 것들에 의 해 정해져야 한다.In the above description of the present invention, specific embodiments have been described, but various modifications are possible without departing from the scope of the present invention. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the above-described embodiment, but should be defined by the claims below and equivalents thereof.
도 1은 지반에 설치된 파일의 깊이에 따른 휨모멘트의 개략적인 분포도.1 is a schematic distribution of the bending moment according to the depth of the pile installed on the ground.
도 2a 및 2b는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 복합 쉘의 종단면도.2A and 2B are longitudinal cross-sectional views of a composite shell in accordance with a preferred embodiment of the present invention.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 복합 쉘의 부분 절단 사시도.3 is a partial cutaway perspective view of a composite shell according to a preferred embodiment of the present invention.
도 4 내지 9는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 복합 쉘 파일 시공 방법을 순차적으로 나타낸 도면.4 to 9 are views sequentially showing a method for constructing a composite shell pile according to an embodiment of the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
100 : 복합 쉘 110 : 광섬유 센서100: composite shell 110: optical fiber sensor
120 : 내부 돌기 200 : 복합 쉘 파일120: internal projection 200: composite shell file
210 : 커플러 220 : 내부 채움재210: coupler 220: inner filler
230 : 보강 캡230: reinforcement cap
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