KR101105377B1 - 건축물의 내진 보강을 위한 면진 기초 파일 구조 및 그 시공 방법 - Google Patents

건축물의 내진 보강을 위한 면진 기초 파일 구조 및 그 시공 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 소구경 천공장비로 지반을 천공 후 고강도 강재를 삽입하고 그라우트를 주입하여 기초 보강체를 형성하는 기존 구조물의 내진 보강 구조에 있어서, 소정의 직경과 길이를 가지며, 상하로 이웃하는 케이싱 사이에는 소정의 간격이 형성되도록 천공홀에 관입되는 다수개의 케이싱; 소정의 직경과 길이를 가지며, 외주면에는 나사산이 형성되는 다수개의 강봉, 상기 강봉의 상단부와 하단부에 체결되어 이웃하는 강봉을 체결하는 커플러 및 상기 강봉의 외표면에 소정의 간격으로 결합되어 상기 케이싱 내에서 강봉의 중심을 유지하도록 하는 중심간격재를 구비하는 마이크로 파일; 상기 케이싱 사이의 간격을 통하여 상기 지반의 연약층 내부로 압입되는 보강층이 형성되도록 상기 케이싱과 마이크로 파일 사이의 공간에 채워지는 그라우트재; 및 상판과 하판 사이에 탄성 받침이 보강되고, 상기 상판의 일 측에는 구조물의 기둥 외벽에 접착되기 위하여 상측으로 수직 연장되는 고정판이 구비되며, 상기 상판과 고정판은 한 쌍의 리브에 의하여 보강되는 면진장치;로 구성되되, 한 쌍의 상기 면진장치의 고정판이 다수개의 고정앵커에 의하여 상기 기둥의 외벽 양 측에서 고정 체결되어, 한 쌍의 상기 마이크로 파일이 구조물을 지지하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

건축물의 내진 보강을 위한 면진 기초 파일 구조 및 그 시공 방법{Seismic strenthening structure and working pocess using Micro-pile}
본 발명은 면진 기초 파일 구조 및 그 시공 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 마이크로 파일을 이용하여 기 시공된 콘크리트 구조물을 보강 지지하고, 내진성을 부여하기 위한 마이크로 파일을 이용한 내진 보강 구조 및 그 시공 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 다주택, 빌딩, 건물, 아파트 등과 같은 건축물의 설계시에는 지진으로부터 구조물을 안전하게 보호하기 위한 내진설계(耐震設計)가 함께 이루어지게 된다. 그러나, 우리나라에서 건축물에 대한 내진설계가 의무화된 것은 1988년으로, 그 이전에 건설된 건축 구조물은 대부분 내진설계가 되어 있지 않은 실정이다. 또한, 이러한 상기 기존 건축 구조물에 대한 증축, 개축, 대수선 등과 같은 리모델링 공사시에는 현행의 강화된 내진설계기준을 적용하여야 하므로, 기존에 설계된 내진설계로는 건축 구조물의 안전도를 보장할 수 없는 경우가 많다. 따라서, 증가된 지진하중에 저항하기 위해 기둥과 슬래브 등을 보강할 필요성이 제기되고 있으며, 이를 위해서 전 단벽을 증설하거나 기둥 단면을 확대하는 등의 고전적인 방법이 적용됨으로써, 막대한 공사비와 함께 공사기간이 길어지게 된다.
한편, 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.
도 1은 종래의 마이크로 파일 기초 구조물을 도시한 단면도이다. 도시된 바와 같이, 기본적으로 기초지반의 천공홀에 삽입되는 케이싱(1)과 케이싱(1)의 심부에 삽입되는 마이크로 파일(2)에 의해 구성되며, 케이싱(1)과 마이크로 파일(2) 사이의 공간은 시멘트 밀크(cement milk) 또는 몰탈(mortar)을 이용한 그라우트재(3)를 주입하고 양생함으로써 충전한다. 심도가 깊어지는 경우에는 복수의 마이크로 파일(2)을 연결부재(4)에 의해 연결하여 사용하며, 케이싱(1) 내주면과 마이크로 파일(2) 사이의 간격을 일정하게 하기 위하여 간격유지부재(5)를 적용하는 것이 일반적이다. 마이크로 파일(2)의 상부에는 지지판(6)이 이중너트(7)에 의해 결합되고, 마이크로 파일(2)의 두부를 덮으면서 기초 콘크리트 슬라브(8)가 타설된다. 이러한 구조에 의하여 마이크로 파일(2)은 기초 슬라브(8)에 시공되는 구조물을 지지하는 역할을 담당한다.
한편, 기초 지반은 점토, 모래 등으로 이루어지는 연약층(10)과 암반으로 이루어지는 암반층(20)으로 나누어 볼 수 있는데, 종래의 기술에 따른 기초 구조물에서는 그라우트재(3)가 케이싱(1) 내부에만 주입되어 연약층(10)에서 충분한 지지력을 확보하지 못하는 문제점이 있다.
또한, 상기와 같은 구조의 마이크로 파일은 공간적 제약이 많은 곳에서 주로 신축 구조물에 대한 기초 구조물로 주로 사용되고 있으며, 기존 구조물에 대한 사용에 있어서도 단순한 보강 용도로만 사용되고 있으며, 최근 문제점으로 인식되고 있는 기존 구조물에 대한 내진 또는 면진을 위한 용도로는 적절히 이용되지 못하고 있는 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 제반 문제점들을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 기존 구조물에 대하여 내진성을 부여할 수 있는 마이크로 파일을 이용한 면진 기초 파일 구조 및 그 시공방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은 지반의 연약층에서도 충분한 지지력을 가질 수 있는 면진 기초 파일 구조 및 그 시공 방법을 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 면진 기초 파일 구조는, 소구경 천공장비로 지반을 천공 후 고강도 강재를 삽입하고 그라우트를 주입하여 기초 보강체를 형성하는 기존 구조물의 내진 보강 구조에 있어서, 소정의 직경과 길이를 가지며, 상하로 이웃하는 케이싱(100) 사이에는 소정의 간격이 형성되도록 천공홀에 관입되는 다수개의 케이싱(100); 소정의 직경과 길이를 가지며, 외주면에는 나사산(211)이 형성되는 다수개의 강봉(210), 상기 강봉(210)의 상단부와 하단부에 체결되어 이웃하는 강봉(210)을 체결하는 커플러(220) 및 상기 강봉(210)의 외표면에 소정의 간격으로 결합되어 상기 케이싱(100) 내에서 강봉(210)의 중심을 유지하도록 하는 중심간격재(230)를 구비하는 마이크로 파일(200); 상기 케이싱(100) 사이의 간격을 통하여 상기 지반의 연약층 내부로 압입되는 보강층(310)이 형성되도록 상기 케이싱(100)과 마이크로 파일(200) 사이의 공간에 채워지는 그라우트재(300); 및 상판(410)과 하판(420) 사이에 탄성 받침이 보강되고, 상기 상판(410)의 일 측에는 구조물의 기둥(40)에 정착되기 위하여 상측으로 수직 연장되는 고정판(430)이 구비되며, 상기 상판(410)과 고정판(430)은 한 쌍의 리브(440)에 의하여 보강되는 면진장치(400);로 구성되되, 한 쌍의 상기 면진장치(400)의 고정판(430)이 다수개의 고정앵커(450)에 의하여 상기 기둥(40)의 양 측에서 고정 체결되어, 한 쌍의 상기 마이크로 파일(200)이 구조물을 지지하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
전술한 구성에 있어서, 상기 기둥(40)과 상기 면진장치의 고정판(430) 사이에는 충진재(50) 더 충진되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 마이크로 파일을 이용한 면진 기초 파일 시공 방법은, 지반을 소정의 깊이로 천공하고, 각 케이싱(100) 사이에는 소정의 간격이 형성되도록 다수개의 케이싱(100)을 관입하는 제1단계; 상기 케이싱(100) 내부에 다수개의 강봉(210)이 커플러(220)에 의하여 연결된 마이크로 파일(200)을 삽입하는 제2단계; 상기 케이싱(100)과 마이크로 파일(200) 사이의 공간에 그라우트 관(500)을 상기 공간의 바닥면까지 인입시킨 후 그라우트재(300)를 주입하여 상기 공간의 상단부까지 그라우트재(300)를 채우는 제3단계; 상기 그라우트 관(500)을 인출하면서, 상기 공간의 바닥면과 상기 케이싱의 간격(110)이 형성된 위치에서 그라우트재(300)를 재차 주입하여 지반의 연약층으로 보강층(310)을 형성하는 제4단계; 구조물의 기둥(40)에 정착되기 위한 고정판(430)이 구비된 면진장치(400)를 상기 마이크로 파일(200) 상단에 체결하는 제5단계; 및 상기 기둥(40)과 상기 고정판(430) 사이에 에폭시를 주입하면서, 다수개의 고정 앵커(450)를 이용하여 상기 기둥(40) 양 측에서 상기 고정판(430)을 고정 체결하는 제6단계;로 이루는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 본 발명은 특히, 기존 구조물에 대하여 우수한 내진성을 부여할 수 있으며, 지반의 연약층에서도 충분한 지지력을 나타낼 수 있다.
도 1은 종래의 기술에 따른 마이크로 파일 시공 구조물을 나타낸 종단면도,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 마이크로 파일 시공 구조물으르 나타낸 종단면도,
도 3은 도 2의 주요부인 면진장치의 시공 구조물을 나타낸 측면도,
도 4는 도 2의 주요부인 면진장치의 시공 구조물을 나타낸 평면도,
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 내진 보강 과정을 나타낸 공정도.
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 마이크로 파일 시공 구조물으르 나타낸 종단면도이고, 도 3은 도 2의 주요부인 면진장치의 시공 구조물을 나타낸 측면도이며, 도 4는 도 2의 주요부인 면진장치의 시공 구조물을 나타낸 평면도이다. 이들 도면에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 마이크로 파일을 이용한 내진 보강 구조물은, 마이크로 파일(200)을 이용하여 기존 건축 구조물의 바닥 슬라브(30)를 지반에 견고히 고정시키도록 시공된다.
구체적으로 살펴보면, 천공홀(60)에 케이싱(100)이 관입되고, 케이싱(100) 내부에 마이크로 파일(200)이 삽입되며, 케이싱(100)과 마이크로 파일(200) 사이에는 그라우트재(300)가 주입된 후, 마이크로 파일(200)의 상단에는 면진장치(400)가 체결된다. 상기 면진장치(400)가 구조물의 기둥(40)에 결착되어 구조물에 내진성을 부여하고, 마이크로 파일(200)은 구조물의 슬라브(30)를 관통하여 보강 지지하게 된다.
여기서, 케이싱(100)은 지반 천공 후 토사물이 흘러내리는 것을 방지하며, 마이크로 파일(200)이 쉽게 관입되도록 하는 것으로, 본 발명에서는 125mm의 직경을 가지는 원통 형상의 케이싱이 사용된다. 또한, 지반은 연약층(20)을 통과하여 암반층(10)까지 천공되는데, 천공홀(60)의 깊이에 따라 다수개의 케이싱(100)이 관입된다. 특히, 본 발명에서는 도시된 바와 같이 케이싱(100) 사이에 소정의 간격(110)이 형성된다.
마이크로 파일(200)은 구조물을 지반에 고정시기키 위하여 강철 재질의 파일이 이용된다. 케이싱(100) 내부에 삽입되기 위하여 소정의 직경과 길이를 가지며, 본 발명에서는 50mm 직경의 강봉(210)이 이용되며, 천공홀(60)의 깊이에 따라 다수개의 강봉(210)이 커플러(220)에 의하여 연결되는 구조를 이룬다. 또한, 강봉(210)의 외주면에는 그라우트재(300)와의 협착이 용이하도록 나사산(211)이 형성되고, 케이싱(100) 내부에서 중심에 위치할 수 있도록 중심간격재(230)가 소정의 간격으로 체결된다.
한편, 본 발명에서는 125mm 직경의 케이싱(100)과 50mm 직경의 마이크로 파일(200)이 사용되며, 케이싱(100)과 마이크로 파일(200) 사이에 형성되는 공간에 그라우트재(300)가 채워진다. 그라우트재(300)로는 마이크로 시멘트 밀크(cement milk) 또는 고강도 몰탈(mortar)등이 이용된다. 특히, 본 발명에서의 그라우트재(300)는 도시된 바와 같이, 암반층(10)의 바닥면과 연약층(20) 중간에는 케이싱(100) 외부로 돌출되는 다수개의 보강층(310)을 형성한다. 보강층(310)은 케이싱(100) 사이에 소정의 간격(110)을 형성하고, 그라우트재(300)가 상기 간격(110)을 통하여 외부로 빠져나오도록 함으로써, 형성 가능하다. 이러한 보강층(310)은 연약층(20)에서 마이크로 파일(200)이 더욱 견고하게 지탱될 수 있도록 한다.
면진장치(400)는 지진으로 지반이 흔들릴 때, 그 진동이 구조물에 전달되는 것을 차단하거나 최소로 하기 위한 구성으로, 상판(410)과 하판(420) 사이에 고무를 이용한 탄성 받침 또는 고무와 납을 이용한 탄성 받침을 삽입한 다양한 종류의 면진 장치가 이용될 수 있다. 특히, 본 발명의 면진장치(400)는 도시된 바와 같이, 상판(410)에 고정판(430)이 구비된다. 즉, 상판(410)의 일 측에는 상측 수직으로 연장되는 고정판(430)이 형성된다. 이러한 고정판(430)은 구조물의 기둥(40)에 부착되기 위한 구성으로, 다수의 고정 앵커(450)에 의하여 기둥(40)에 결합된다.
이러한, 면진장치(400)는 상판(410)과 하판(420)의 중앙부에 형성되는 홀을 통하여 상기 마이크로 파일(200)에 체결되고, 상판(410) 상측과 하판(420) 하측에서 상기 마이크로 파일(200)에 스크류 체결되는 너트에 의하여 고정된다.
한편, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 한 쌍의 마이크로 파일(200)이 기둥의 양 측에서 결합되어 구조물을 지지한다. 즉, 마이크로 파일(200)은 구조물의 바닥 슬라브(30)를 관통하여 지반 속으로 관입되어 상술한 바와 같이 지반에 고정되고, 상단부의 면진장치(400)는 양 측에서 기둥(40)에 결합되어 구조물에 내진성을 부여한다. 이때, 면진장치(400)의 고정판(430)이 기둥(40)에 정착되고, 다수개의 고정 앵커(450)가 고정판(430)과 기둥(40)을 결합시킨다. 여기서 고정판(430)의 내면이 기둥의 외면에 밀착되기 위하여 횡단면은 기둥 외면의 횡단면과 동일한 형상을 이루는 것이 바람직하다. 또한, 면진장치(400)의 상판(410)과 고정판(430)은 한 쌍의 보강 리브(440)에 의하여 더욱 견고히 결합된다. 또한, 기둥(40)과 고정판(430) 사이에는 밀착력을 향상시키기 위하여 에폭시(epoxy)등을 이용한 충진재(50)가 충진되는 것이 바람직하다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 내진 보강 과정을 나타낸 공정도이다.
도면을 참조하면, 먼저 슬라브(30)를 관통하면서 지반을 암반층(10)까지 소정의 깊이로 천공하여 천공홀(60)을 형성하고, 천공홀 내부로 케이싱(100)을 관입시킨다(a). 이때, 천공홀(60)의 깊이에 의하여 다수개의 케이싱(100)이 관입되는데, 각 케이싱 사이에는 소정의 간격(110)이 형성되도록 한다. 케이싱(100) 관입 후 마이크로 파일(200)을 시공하는데, 강봉(210)을 케이싱(100) 내부로 삽입한다(b). 이때, 다수개의 강봉(210)은 커플러(220)로 연결하면서 삽입한다. 그리고, 케이싱(100)과 마이크로 파일(200) 사이의 공간에는 그라우트를 주입하는데, 이를 위하여 그라우트 관(500)을 천공홀(60)의 바닥면까지 삽입시킨다(c). 그라우트 관(500)을 통하여 그라우트재(300)를 천공홀(60)의 상부면까지 채워지도록 주입하고, 그라우트재(300)가 완전히 경화되기 전에 그라우트 관을 서서히 인출시킨다(d). 이때, 그라우트 관(500)의 단부가 케이싱 사이의 간격이 형성된 위치에 도달하도록 인출시킨 후, 다시 강한 압력으로 그라우트재(300)를 주입한다. 이때 겔 상태의 그라우트재(300)는 상기 간격을 통하여 케이싱 외부로 돌출되면서, 연약층 사이로 파고들어 보강층(310)을 형성하게 된다. 케이싱(100) 사이의 간격에서 이러한 그라우트 관(500)의 인출과 그라우트재(300)의 주입을 반복하면서, 다수의 보강층(310)을 형성한다. 주입된 그라우트재(300)를 경화시킨 후 최상단 강봉(210)의 단부에 면진장치(400)를 체결하고, 면진장치를 구조물의 기둥에 고정결합시킨다. 이때, 한 쌍의 면진장치(400)가 기둥(40)의 양 측에서 결합되도록 함으로써(e), 구조물에 내진성을 부여하고 마이크로 파일(200)이 구조물을 안정적으로 지지할 수 있도록 한다.
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.
100 : 케이싱 200 : 마이크로 파일
300 : 그라우트재 400 : 면진장치

Claims (3)

  1. 소구경 천공장비로 지반을 천공 후 고강도 강재를 삽입하고 그라우트를 주입하여 기초 보강체를 형성하는 건축물의 내진 보강을 위한 면진 기초 파일 구조에 있어서,
    소정의 직경과 길이를 가지며, 상하로 간격(110)이 형성되도록 천공홀(60)에 관입되는 다수개의 케이싱(100);
    소정의 직경과 길이를 가지며, 외주면에는 나사산(211)이 형성되는 다수개의 강봉(210), 상기 강봉(210)의 상단부와 하단부에 체결되어 이웃하는 강봉(210)을 체결하는 커플러(220) 및 상기 강봉(210)의 외표면에 소정의 간격으로 결합되어 상기 케이싱(100) 내에서 강봉(210)의 중심을 유지하도록 하는 중심간격재(230)를 구비하는 마이크로 파일(200);
    상기 케이싱(100) 사이의 상기 간격(110)을 통하여 상기 지반의 연약층 내부로 압입되는 보강층(310)을 형성하면서, 상기 케이싱(100)과 마이크로 파일(200) 사이의 공간에 채워지는 그라우트재(300);
    상판(410)과 하판(420) 사이에 탄성 받침이 보강되고, 상기 상판(410)의 일 측에는 구조물의 기둥(40)에 정착되기 위하여 횡단면은 기둥(40) 외면의 일 측 횡단면과 동일한 형상으로 상측으로 수직 연장되는 고정판(430)이 일체로 구비되며, 상기 기둥(40)과 고정판(430) 사이에는 충진재(50)가 충진되고, 상기 상판(410)과 고정판(430)은 한 쌍의 리브(440)에 의하여 보강되어, 상기 마이크로 파일(200)의 상단에 고정 체결되는 면진장치(400);로 구성되되,
    상기 면진장치(400)는 중앙부에 형성되는 홀에 상기 마이크로 파일(200)의 단부가 삽입되고, 그 상하측에서 스크류 체결되는 너트의 조임에 의하여 상기 마이크로 파일(200) 상단에 고정 체결되며,
    한 쌍의 상기 면진장치(400)의 고정판(430)이 다수개의 고정앵커(450)에 의하여 상기 기둥(40)의 양 측에서 기둥 표면을 감싸도록 고정 체결되어, 구조물의 바닥 슬라브(30)를 관통하여 지반 속으로 관입된 한 쌍의 상기 마이크로 파일(200)이 구조물의 기둥(40) 양 측에서 구조물을 지지하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 건축물의 내진 보강을 위한 면진 기초 파일 구조.
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