KR101081566B1 - 면진 장치를 이용하는 기초 공사용 강관 파일 및 그 시공 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 연약 지반에 세워지는 교량이나 건축물과 같은 구조물을 지지하기 위하여 지반에 관입되는 기초 공사용 강관 파일과 그 시공 방법에 관한 것으로, 소정의 길이를 가지는 관통 형상으로, 선단부에는 외주면을 따라 스크류가 체결되는 선단 파일; 소정의 길이를 가지는 관통 형상으로, 두부에는 면진 장치가 마련되며, 상기 선단 파일의 타 단부에 체결되는 지지 파일; 및, 상기 선단 파일과 지지 파일을 고정 결합시키기 위한 체결수단;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

면진 장치를 이용하는 기초 공사용 강관 파일 및 그 시공 방법{Steel pipe pile for constructing foundation work and working pocess using the same}

본 발명은 강관 파일에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 내진성을 부여하기 위하여 면진 장치가 구비되어, 연약 지반에 세워지는 교량이나 건축물과 같은 구조물을 지지하기 위하여 지반에 관입되는 기초 공사용 강관 파일과 그 시공 방법에 관한 것이다.

일반적으로 교량이나 건축물과 같은 구조물이 세워지는 경우, 지반의 조건이나 구조물의 하중에 따라 상부의 구조물을 지지하기 위하여 지반을 보강하고 구조물의 밑바닥을 튼튼하게 하는 기초 파일 공사를 시행하고 있다. 상기 파일로는 관형 파일, H-형강 파일 등과 같이 다양한 형태의 것들이 적절히 선택되어 사용되고 있지만, 연약지반의 지정공사에는 관형 파일을 사용하는 것이 일반적이다. 이러한 관형 파일은 그 재질에 따라 강관 파일이나, PC 파일, PHC 파일 등으로 구분된다. 이러한 기초 파일 시공은 건축 신축에 따른 기초 파일 공사뿐만 아니라, 토목 구조물, 흙막이 구조물, 기울어진 건물 복원을 위한 기초 보강, 지하층 증축을 위한 기초 보강 공사 등 다양한 공사 현장에서 이용되고 있다.

상기 관형 파일을 지반에 박아 넣는 작업은 통상 항타 장치를 이용해서 관형 파일을 지반에 직접 박아넣는 항타 방식, 오거(auger) 장치 등을 이용해서 지반을 굴착한 후에 굴착 홀에 철근망이나 관형 파일을 관입시켜 콘크리트를 타설하는 관입 방식으로 구별된다. 항타 방식은 진동과 소음이 과도하게 발생하여 도심에서의 시공이 제한되고 있어, 최근에는 관입 방식이 주로 이용되고 있다.

종래의 기술에 따라 관입 방식으로 기초 파일을 시공하는 과정을 도 1을 참조하여 살펴보면, 먼저, 오거(1)를 이용해 지반을 굴착하여 굴착공(2)을 형성한다(a)(b). 이때, 굴착공(2)의 유지를 위하여 굴착과 동시에 케이스(4)를 삽입한다. 이어서 강관 파일(5)을 굴착공(2) 내로 관입시키고(c), 강관 파일의 내외부에 콘크리트(3)를 타설하여 지반 내의 강관 말뚝(5)이 콘크리트(3)에 매립되도록 한 후, 케이스(4)를 인출시키는 과정(d)으로 이루어진다.

이러한 종래의 기술에 따른 기초 파일 공사는 오거를 이용하여 지반을 굴착한 후, 굴착된 지반 내부에 다시 강관 파일을 관입시키는 공정이 추가적으로 진행되어야 하므로, 공정이 복잡한 문제점이 있다.

또한, 종래의 기술에 따른 기초 파일 공사에서는 굴착 후 강관 파일을 굴착공 내부로 관입시키기 위해서는 굴착으로 인하여 지반에서 각종 건축 부설물들이 토출된다. 이 경우 건축 부설물들을 별도로 처리하여야 하는 어려움이 있다.

또한, 종래의 기술에 따른 기초 파일 공사에서 사용되는 강관 파일은, 선단부의 직경이 동일한 관형으로 관입 선단부에서의 지지력이 약하며, 상측으로 돌출되는 두부(頭部)는 지진으로부터 효율적으로 구조물을 보호하지 못하는 문제점들이 있다.

본 발명은 상기와 같은 제반 문제점들을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 기초 파일의 관입 공정을 간단하게 할 수 있는 구조의 면진 기능 강관 파일을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 다른 목적은 선단부에 충분한 접촉 면적을 확보함으로써, 강관의 지지력을 증대시킬 수 있는 강관 파일을 제공하는 것이다. 또한, 파일의 두부에 면진(Seismic Isolation) 장치를 설치하여 지진으로부터 구조물을 안전하게 보호할 수 있는 강관 파일을 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 기초 공사용 강관 파일은, 소정의 길이를 가지는 관통 형상으로, 선단부에는 외주면을 따라 스크류가 체결되는 선단 파일; 소정의 길이를 가지는 관통 형상으로, 두부에는 면진 장치가 장착되며, 상기 선단 파일의 타 단부에 체결되는 지지 파일; 및, 상기 선단 파일과 지지 파일을 고정 결합시키기 위한 체결수단;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

전술한 구성에 있어서, 상기 체결수단은, 금속 밴드가 상기 선단 파일과 지지 파일의 접합부를 관통 형상으로 감싸고, 볼트 체결에 의하여 상기 금속 밴드와 상기 선단 파일, 상기 금속 밴드와 지지 파일을 각각 결합시키도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 체결수단은, 상기 볼트의 이탈을 방지하기 위하여 금속 밴드와 상기 볼트를 관통 형상으로 감싸는 보조 밴드를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

그리고 본 발명의 기초 공사용 강관 파일 시공 방법은, 선단부에 스크류가 체결된 선단 파일을 회전시킴과 동시에 상기 선단 파일을 관입시키는 단계; 관입되는 깊이에 따라 상기 선단 파일 단부에 길이를 연장시키기 위한 연장 파일을 체결하는 단계; 연결된 상기 선단 파일 및 연장 파일을 회전시킴과 동시에 상기 선단 파일과 연장 파일을 관입시키는 단계; 및 관입이 완료된 상기 연장 파일의 두부에 면진 장치를 체결하는 단계;를 포함한다.

상기와 같은 구조의 본 발명은 오거를 이용하여 지반을 굴착하고 다시 강관 파일을 관입하는 공정을 개선하여, 오거링을 하지 않고 강관 파일을 직접 지반에 관입시키는 공정으로 이루어지므로 기초 파일의 관입 공정을 단순화시키고, 그에 따라 공정 비용을 절감시킬 수 있다.

또한, 강관 파일의 선단부의 면적을 충분히 확보하여 강관의 지지력을 증대시킬 수 있으며, 두부에 설치되는 면진 장치에 의하여 지진으로부터 구조물을 안전하게 보호할 수 있다.

도 1은 종래의 기술에 따른 강관 파일을 이용한 파일 시공 과정을 나타낸 공정도,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 강관 파일을 나타낸 정면도,
도 3은 도 2의 주요부인 체결 수단을 나타낸 분리 사시도,
도 4는 도 2의 주요부인 체결 수단을 나타낸 종단면도,
도 5는 도 2의 주요부인 체결 수단의 다른 예를 나타낸 정면도,
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 강관 파일을 나타낸 정면도,
도 7은 도 2의 강관 파일을 이용한 파일 시공 과정을 나타낸 공정도이다.

본 발명과 본 발명의 실시에 의해 달성되는 기술적 과제는 다음에서 설명하는 바람직한 실시예들에 의해 명확해질 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 살펴보기로 한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 강관 파일을 나타낸 정면도이다. 도면을 참조하면, 본 발명의 기초 공사용 강관 파일(100)은 지반을 굴착하지 않고, 나사를 관입시키는 방식으로 관입되는 선단 파일(10), 상기 선단 파일(10)의 상단에 연결되어 지상의 구조물을 지지하는 지지 파일(20), 상기 선단 파일(10)과 지지 파일(20)을 결합시키기 위한 체결 수단(30) 및 지지 파일(20)의 상단에 연결되어 건물의 내진 성능을 향상시킨 면진장치(21)로 구성된다.

구체적으로 살펴보면, 전술한 선단 파일(10)은 중공의 원통 형상을 이루는 금속 파이프로 소정의 길이를 가지며, 선단부는 지반을 향하여 관입이 용이하도록 원추 형상을 이룬다. 또한, 선단 파일(10)의 선단부에는 도시된 바와 같이 회전을 하면서 지반으로 관입되기 위한 스크류(11)가 체결된다. 스크류(11)는 선단 파일(10)에 비하여 충분히 큰 직경으로 형성되는데, 일 예로 선단 파일(10)은 100 내지 200mm의 직경을 이루며, 스크류(11)는 300 내지 600mm 이상의 직경을 이루도록 형성된다. 즉, 스크류(11)는 선단 파일(10)에 비하여 약 3배 이상의 큰 직경으로 형성되는데, 스크류(11)는 선단 파일(10)의 선단부를 구성하므로, 지반에 관입되어 고정되는 경우 지반의 넓은 면적에 의하여 선단 파일(10)의 지지력이 향상될 수 있다. 또한, 콘크리트 타설시 콘크리트와의 접촉 면적이 넓어 안정적으로 고정될 수 있다.

전술한 지지 파일(20)도 선단 파일(10)과 마찬가지로 중공의 원통 형상을 이루는 금속 파이프로 소정의 길이를 가진다. 특히, 지지 파일(20)의 상측 두부(頭部)에는 도시된 바와 같이, 면진 장치(31)가 설치된다. 면진 장치(31)는 지진으로 지반이 흔들릴 때, 그 진동이 구조물(미도시)에 전달되는 것을 차단하거나 최소로 한다. 이러한 면진 장치(31)로는 고무를 이용한 면진 장치 또는 고무와 납을 이용한 면진 장치 등 다양한 종류의 장치가 이용될 수 있다.

전술한 체결 수단(30)은 선단 파일(10)과 지지 파일(20)을 길이 방향으로 결합시키기 위한 커플러(coupler)이다. 즉, 본 발명의 실시예에 따른 기초 공사용 강관 파일(100)은 굴착되는 지반의 길이를 고려하여, 적어도 2개 이상의 관통 파일(10,20)이 연결된다. 이때, 각 관통 파일(10,20)은 체결 수단(30)에 의하여 서로 연결된다. 체결 수단(30)은 선단 파일(10)과 지지 파일(20)의 단부가 서로 맞닿은 외주면을 감싸 양 측 파일을 서로 고정 결합시킨다. 이하에서, 이러한 체결 수단(30)에 대하여 구체적으로 살펴본다.

도 3은 도 2의 주요부인 체결 수단을 나타낸 분리 사시도이고, 도 3은 도 4는 도 2의 주요부인 체결 수단을 나타낸 종단면도이며, 도 5는 도 2의 주요부인 체결 수단의 다른 예를 나타낸 정면도이다. 이들 도면에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 강관 파일(100)은 선단 파일(10)과 지지 파일(20)의 단부가 서로 맞닿는 상태로 연결되며, 맞닿은 부위의 각 파일 외주면을 따라 체결 수단(30)이 설치된다.

이러한 체결 수단(30)은 각 파일의 외주면을 감싸는 고정 밴드(31)와 상기 고정 밴드(31)와 선단 파일(10) 및 상기 고정 밴드(31)와 지지 파일(20)을 결합하는 볼트 부재(32)로 구성된다. 여기서 고정 밴드(31)는 금속 재질의 강관 파일(100)을 고정시키기 위하여 파일과 동일한 금속 재질로 구성되는 것이 바람직하다. 볼트 부재(32)는 고정 밴드(31)와 각 파일을 관통하여 이들을 볼트 너트 체결로 결합시킨다. 이를 위하여 도시된 바와 같이, 고정 밴드(31)와 각 파일(10,20)에는 이들을 관통하는 체결 홀이 형성되고, 볼트 부재(32)가 각 체결 홀을 관통하면서 고정 밴드(31)와 선단 파일(10) 및 지지 파일(20)을 각각 고정 결합시킨다.

한편, 도 4를 참조하면, 볼트 부재(32)는, (a)에 도시된 바와 같이 볼트 너트에 의하여 고정 밴드(31)와 각 파일(10,20)을 직경으로 관통하면서 체결되거나, (b)에 도시된 바와 같이 볼트에 의하여 고정 밴드(31)와 파일의 일 측 벽면만을 관통하면서 체결될 수 있다.

또한, 도 5에 도시된 바와 같이, 체결 수단(30)의 외주면을 따라서 보조 밴드(33)가 더 체결될 수 있다. 보조 밴드(33)는 볼트 부재(32)가 체결된 고정 밴드(31)의 외주면을 따라 볼트 부재를 압박하면서 체결되는데, 굴착 작업시 파일의 유동에 의하여 볼트 부재가 느슨해지거나 풀리게 되는 것을 방지한다. 특히, 도 4의 (b)와 같이 볼트만으로 체결되는 경우 진동에 의하여 볼트가 풀리거나 이탈될 우려가 있으므로, 이를 효과적으로 방지할 수 있다. 이러한 보조 밴드(33)는 탄성을 가지는 열 경화성의 수지 밴드를 이용할 수 있으며, 탄성의 경화성 밴드를 체결 후 열을 가하여 경화시킴으로써, 견고히 고정시킬 수 있다.

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 강관 파일을 나타낸 정면도이다. 도시된 바와 같이 본 발명의 다른 실시예에 따른 강관 파일(100)은, 선단 파일(10)과 지지 파일(20) 사이에 보조 파일(40)이 더 연결된다. 강관 파일(100)의 시공은 공사의 종류나 지반의 상태에 따라 다양한 깊이로 지반 속으로 관입된다. 따라서, 보조 파일(40)은 강관 파일(100)이 관입되는 깊이에 따라 선단 파일(10)과 지지 파일(20) 사이에 같이 적어도 하나 이상 더 연결되어, 강관 파일(100)의 전체적인 길이를 연장하는 것도 가능하다.

한편, 도 5 및 도 6의 실시예에서의 강관 파일은, 선단 파일(10)에 보조 파일(40) 또는 지지 파일(20)이 연결되는 구성을 예시하였으나, 선단 파일(10)만으로 구성될 수 있다. 이때, 면진 장치(21)는 선단 파일(10)의 두부에 체결되고, 파일의 연결을 위한 별도의 체결 수단이 요구되지 않는다. 선단 파일(10)만으로 구성되는 강관 파일(100)은 얕은 깊이의 기초 굴착 공사에 사용될 수 있다. 또한, 보조 파일(40)은 하나 이상 연결될 수도 있으며, 지지 파일(20)과 보조 파일(40)은 모두 강관 파일(100)의 전체 길이를 연장시키기 위하여 선단 파일(10)에 추가적으로 연결되는 파일이다. 따라서, 본 발명의 설명에 있어서 지지 파일(20)과 보조 파일(40)을 도 연장 파일에 해당하는 것으로, 본 발명의 설명에 있어서, 지지 파일(20)과 보조 파일(40)을 통칭하여 연장 파일이라 한다.

도 7은 도 2의 강관 파일을 이용한 파일 시공 과정을 나타낸 공정도이다. 도시된 바와 같이, 본 발명의 강관 파일(100)은 오거링을 하지 않고, 선단 파일(10)에 장착된 스크류(11)에 의하여 지반 속으로 회전과 동시에 직접 관입되며, 소정의 깊이로 관입시킨 후 강관 파일 내부에 콘크리트를 충진시키고, 두부에 면진 장치(21)를 설치하여 하나의 강관 파일 관입이 마무리된다. 본 발명은 강관 파일(100)의 선단부에 체결된 스크류(11)에 의하여 강관 파일(100)이 회전과 동시에 관입 가능하며, 관입 된 상태에서도 넓은 선단부 면적으로 강관 파일(100)이 안정적으로 지지될 수 있다.

구체적인 시공 과정을 살펴보면, 먼저, (a)와 같이 오거 장치를 이용하여 스크류(11)가 장착된 선단 파일(10)을 굴착과 동시에 지반속으로 관입시킨다. 이때, 선단 파일(10)이 직접 오거 장치에 연결되어 회전되며, 지반 속으로 소정의 깊이로 관입된다. 또한, 추가적인 깊이로의 관입이 필요한 경우 (b)에 도시된 바와 같이, 체결 수단(30)을 이용하여 선단 파일(10)의 상단부에 지지 파일(20)을 체결하고, 지지 파일(20)을 오거 장치에 연결한다. 지지 파일(20)을 연결한 후 다시 회전과 관입 공정이 연속적으로 이루어져, 원하는 소정의 깊이까지 강관 파일(100)을 관입시킨다. 관입 공정이 완료된 후 (c)와 같이 강관 파일(100) 내부에 콘크리트(50)를 충진하고, (d)와 같이 지지 파일(20)의 두부에 면진 장치(21)를 설치하여, 강관 파일(100) 관입을 마무리 한다. 여기서, 더 깊은 위치까지의 관입이 필요한 경우 보조 파일을 추가도 더 연결하는 것도 가능하다.

상기와 같이 본 발명의 실시예에 따른 강관 파일을 이용함으로써, 굴착시 토출되는 토사물이 발생하지 않아 토사물 처리 비용을 절감시키고, 토사물에 의한 오염을 방지할 수 있다. 또한, 회전과 동시에 강관 파일이 관입됨으로써, 별도로 강관 파일을 관입시키는 공정이 제거되어, 전체적이 공정이 간단하면서 공사 기간을 단축시킬 수 있고, 복잡한 공간에서도 시공이 가능하며, 시공 비용을 절감시킬 수 있다. 또한, 선단부에 스크류가 체결되어 회전시 소음이 발생하기 않으며, 파일의 지지력을 향상시킬 수 있는 등 다양한 효과를 나타낸다. 또한, 선단 파일의 상단에 지지 파일이나 보조 파일과 같은 연장 파일을 간단하게 연결함으로써, 굴착의 깊이에 상관 없이 간단한 시공이 가능하다. 또한, 강관 파일의 두부에는 면진 장치가 설치되어 내진 성능이 우수하다.

한편, 도시되지는 않았지만, 도 7과 같은 공정으로 다수개의 강관 파일(100)에 장착된 면진 장치(21)는 H 빔 파일, 콘크리트 파일, 마이크로 파일 등 각종 파일 두부에 장착하여 사용이 가능하며, 상기의 파일에 연결하여 철근 콘크리트 공사를 시공함으로써, 구조물이 설치될 수 있는 기초 슬라브를 완성하게 된다.

이상에서 본 발명에 있어서 실시예를 참고로 설명되었으나, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것이 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

10 : 선단 파일 11 : 스크류
20 : 지지 파일 21 : 면진 장치
30 : 체결 수단 31 : 금속 밴드
32 : 볼트 부재 33 : 보조 밴드
40 : 연장 파일 100 : 강관 파일

Claims (5)

1. 소정의 길이를 가지는 관통 형상으로, 선단부에는 외주면을 따라 스크류가 체결되는 선단 파일;
   소정의 길이를 가지는 관통 형상으로, 두부에는 면진 장치가 마련되며, 상기 선단 파일의 타 단부에 접합되는 지지 파일; 및
   상기 선단 파일과 지지 파일을 고정 결합시키기 위한 체결수단;을 포함하되,
   상기 체결수단은,
   금속 밴드가 상기 선단 파일과 지지 파일의 접합부를 관통 형상으로 감싸고, 볼트 체결에 의하여 상기 금속 밴드와 상기 선단 파일, 상기 금속 밴드와 지지 파일을 각각 결합시키도록 구성되고, 상기 볼트의 이탈을 방지하기 위하여 금속 밴드와 상기 볼트를 관통 형상으로 감싸는 보조 밴드를 포함하는 것을 특징으로 하는 기초 공사용 강관 파일.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   소정의 길이를 가지는 관통 형상으로, 상기 선단 파일과 상기 지지 파일 사이에 개입되어 상기 선단 파일과 지지 파일의 각 단부에 접합되는 보조 파일을 더 포함하고,
   각 파일은 상기 체결 수단에 의하여 고정 결합되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 기초 공사용 강관 파일.
5. 삭제

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