KR101156363B1 - 나선형 강관 파일의 시공 방법 - Google Patents

나선형 강관 파일의 시공 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 비교적 구경이 작은 강관 파일의 단점인 수평하중 저항능력을 증대시키고 근입 후 이완 현상을 없애며, 부가적으로 강관 파일을 연결하는 커플러의 구조를 개선하여 근입시 지층과의 저항이 발생되지 않도록 한 나선형 강관 파일의 시공 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 적절한 실시 형태에 따르면, 나선형 강관 파일의 시공 방법에 있어서, 나선형 강관 파일을 회전시켜 지층에 필요한 심도 깊이로 삽입하는 단계와; 오거드릴을 이용하여 나선형 강관 파일의 상부 둘레에 지면으로부터 일정 깊이로 보강재충전용 보어를 형성하는 단계; 및 상기 보강재충전용 보어에 콘크리트 또는 모르타르를 충전하여 최상부측 강관 파일의 둘레에 지층과의 사이에서 이완을 억제하도록 보강층을 형성하는 단계;가 포함된 것을 특징으로 한다.

Description

나선형 강관 파일의 시공 방법{Construction method of spiral steel pipe}
본 발명은 건물 또는 기계장비의 기초지반을 안정되게 지지하기 위해 말뚝으로 사용되는 나선형 강관 파일에 관한 것으로, 특히 나선형 강관 파일이 지층의 상부에서 이완되어 있는 현상을 방지하고, 근입 및 인발시 지층 저항을 제거하므로 작업 효율성이 향상되도록 한 한 나선형 강관 파일의 시공 방법에 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 PHC파일에 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 강관 파일의 경우 샤프트의 직경으로만 수평하중을 전달하여야 함으로 수평하중의 저항능력이 매우 취약하다. 그럼에도 불구하고 나선형 강관 파일은 1920년경 미국에서 시작되어 지금까지 꾸준하게 사용되어온 것은 시공의 편의성과 빠른 시공 속도 그리고 다양한 적용성 때문이다.
따라서 나선형 강관 파일에 수평 하중의 저항 능력이 더 부가됨이 요구되는 실정이다. 소직경의 강관 파일이 압축과 인장하중에 견딜 수 있는 응력만 고려되어 있을 뿐 수평하중에 대한 저항 능력은 충분히 고려되어 있지 않아 수평력에 취약하다는 문제가 있다. 이와 더불어 나선형 강관 파일은 회전 관입으로 인해 근입 후 지층과의 사이에 이완이 생겨 수평 하중에 직립 불안정성이 발생되는 문제를 가지고 있다.
따라서 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 제반적인 사정을 감안하여 창안된 것으로, 비교적 구경이 작은 강관 파일의 단점인 수평하중 저항능력을 증대시키고 근입 후 이완 현상을 없애며, 부가적으로 강관 파일을 연결하는 커플러의 구조를 개선하여 근입시 지층과의 저항이 발생되지 않도록 한 나선형 강관 파일의 시공 방법을 제공함에 그 목적이 있다.
본 발명의 적절한 실시 형태에 따르면,
나선형 강관 파일의 시공 방법에 있어서,
나선형 강관 파일을 회전시켜 지층에 필요한 심도 깊이로 삽입하는 단계와;
오거드릴을 이용하여 나선형 강관 파일의 상부 둘레에 지면으로부터 일정 깊이로 보강재충전용 보어를 형성하는 단계와;
상기 보강재충전용 보어에 콘크리트 또는 모르타르를 충전하여 최상부측 강관 파일의 둘레에 지층과의 사이에서 이완을 억제하도록 보강층을 형성하는 단계; 및
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상기 나선형 강관 파일을 포함하여 상호 상,하부로 이웃한 강관 파일을 매개수단인 커플러를 통해 연결하는 단계가 더 포함되고;
상기 커플러는,
상부측 강관 파일의 하단측 내경부에 삽입되는 플러그 고정용 삽입축, 상기 플러그 고정용 삽입축의 삽입을 제한하는 원형 플랜지, 상기 원형 플랜지에 형성된 플러그 결합용 삽입축, 상기 플러그 결합용 삽입축의 선단에 사각 또는 육각 단면으로 형성된 다각 헤드부를 갖는 파일 플러그와;
하부측 강관 파일의 상단측 내경부에 삽입되는 소켓 고정용 삽입축, 상기 원형 플랜지의 외경과 동일한 외경을 갖는 소켓 몸체, 상기 소켓 몸체의 내부에 형성되어 상기 플러그 결합용 삽입축이 삽입되는 소켓 구멍, 상기 소켓 구멍에 연통하여 상기 다각 헤드부가 끼움 결합되는 다각 헤드부 결합홈을 갖는 파일 소켓과;
상기 파일 소켓을 통하여 상기 파일 플러그에 결합되는 결합핀을 포함하고;
상기 원형 플랜지와 소켓 몸체의 각기 외경은 상호 이웃한 강관 파일의 외경과 동일하게 구성된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면,
상기 결합핀은 상기 소켓 몸체에 형성된 헤드부 고정용 핀구멍을 삽통하여 상기 다각 헤드부의 둘레에 형성된 복수 개의 핀 홈에 선택적으로 결합되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면,
상기 결합핀은 상기 소켓 몸체에 형성된 축 고정용 핀구멍을 삽통하여 상기 플러그 결합용 삽입축에 형성된 축 핀구멍에 결합되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 나선형 강관 파일의 시공 방법에 따르면, 근입 후 모르타르나 콘크리트에 의해 형성된 보강층에 의해 강관 파일의 이완 현상이 제거되어 기초구조물을 안정되게 지지할 수 있다. 또한 지반이나 독립기초로부터 수평 하중을 받게 되면, 강관 파일에서만 힘을 받는 것이 아니라 보강층에 의해 힘이 분산되어 수평 하중에 대한 저항 능력이 증대된다. 또한, 커플러에 의해 근입 심도를 깊게 할 수 있으며 강관 파일의 연결부에서 지층의 저항없는 근입 및 인발을 유도할 수 있다.
본 명세서에서 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 첨부한 도면에 기재된 사항에만 한정되어서 해석되어서는 아니된다.
도 1은 본 발명에 따른 나선형 강관 파일의 시공 상태도.
도 2는 본 발명에 적용되는 커플러를 사용하여 나선형 강관 파일을 포함한 다수 개의 강관 파일을 연결하여 시공 상태를 나타낸 도면.
도 3은 본 발명에 따른 나선형 강관 파일의 시공 순서도.
도 4는 본 발명에 따른 나선형 강관 파일의 시공에 적용되는 철근망의 다양한 예시도.
도 5a는 본 발명의 나선형 강관 파일의 시공방법에 적용되는 커플러의 사시도.
도 5b는 본 발명의 나선형 강관 파일의 시공방법에 적용되는 커플러의 조립단면도.
도 5c는 도 5b의 A-A선에서 본 단면도.
도 6은 본 발명의 나선형 강관 파일의 시공방법에 적용되는 커플러의 다른 변형된 사시도.
도 7은 본 발명의 나선형 강관 파일의 시공방법에 나타난 보강재충전용 보어의 다양한 종단면을 예시하는 도면.
아래에서 본 발명은 첨부된 도면에 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되지만 제시된 실시 예는 본 발명의 명확한 이해를 위한 예시적인 것으로 본발명은 이에 제한되지 않는다.
먼저, 본 발명의 나선형 강관 파일의 시공방법에 따른 시공 구조를 살펴보면, 도 1과 같이 지층에 필요 심도까지 나선형 강관 파일(1)이 삽입되어 있고, 그 상부에 보강층(3)이 형성되어 있고, 선택적으로 보강층(3)의 내부로 철근망(4)이 시공되어 있는 구조를 갖고 있다.
또한 도 2와 같이 다수 개의 강관 파일(1과 1a)이 상호 연결되는 접속부에서는 커플러(10)를 통해 근입되어 있는 시공구조를 갖는다.
이러한 시공 구조를 갖기 위한 나선형 강관 파일의 시공방법 설명한다.
<나선형 강관 파일 삽입>
도 3의 (가)와 같이 나선형 강관 파일(1)을 회전시켜 지층에 필요한 심도 깊이까지 삽입한다. 이때 나선형 강관 파일(1)의 삽입은 전동식 또는 유압식 오거를 장착한 천공장비를 통해 이루어질 수 있다.
이때 심도 깊이가 깊을 수록 나선형 강관 파일(1)에 추가적으로 강관 파일(1a)이 커플러(10)를 통해 연결된다. 이때 커플러(10)는 지층에 저항을 받지 않도록 나선형 강관 파일(1) 또는 추가적으로 연결된 강관 파일(1a)의 외경과 동일한 외경을 갖도록 구성된다.
커플러(10)는 도 5a 내지 도 5c에서와 같이 모두 강재로 제작된 파일 플러그(20)와 파일 소켓(30)으로 구성된다. 파일 플러그(20)는 상부측 강관 파일(1a)의 하부측에 고정 설치된 것이고, 파일 소켓(30)은 하부측 나선형 강관 파일(1)의 상부측에 고정 설치된 것이다. 커플러(10)는 나선형 강관 파일(1) 뿐만 아니라 이웃하게 연결되는 강관 파일들간의 사이에도 설치됨은 물론이다.
파일 플러그(20)는 상부측 강관 파일(1a)의 하단측 내경부에 삽입되는 플러그 고정용 삽입축(22), 플러그 고정용 삽입축(22)의 삽입을 제한하는 원형 플랜지(24), 원형 플랜지(24)에 형성된 플러그 결합용 삽입축(26), 플러그 결합용 삽입축(26)의 선단에 사각 또는 육각 단면으로 형성된 다각 헤드부(28)를 갖는다.
파일 소켓(30)은 나선형 강관 파일(1)의 상단측 내경부에 삽입되는 소켓 고정용 삽입축(32), 파일 플러그(20)측 원형 플랜지(24)의 외경과 동일한 외경을 갖는 소켓 몸체(34), 소켓 몸체(34)의 내부에 형성되어 파일 플러그(20)측 플러그 결합용 삽입축(26)이 삽입되는 소켓 구멍(36), 소켓 구멍(36)에 연통하여 파일 플러그(20)측 다각 헤드부(28)가 끼움 결합되는 다각 헤드부 결합홈(38)을 갖는다.
이때 커플러(10)는 파일 소켓(30)을 통하여 파일 플러그(20)에 결합되는 결합핀(40)이 포함된다. 그리고 원형 플랜지(24)와 소켓 몸체(34)의 각기 외경은 상부측 또는 하부측 나선형 강관 파일(1a 또는 1)의 외경과 동일하게 구성되어 있다.
여기서 결합핀(40)은 도 5a와 같이 소켓 몸체(34)에 형성된 헤드부 고정용 핀구멍(35)을 삽통하여 다각 헤드부(28)의 둘레에 형성된 복수 개의 핀 홈(29)에 선택적으로 결합될 수 있다. 이때 결합핀(40)은 도 5c와 같이 2개가 나란하게 각기 핀 홈(29)에 결합된다.
또한 결합핀(40)은 변형예로서 도 6과 같이 소켓 몸체(34)에 형성된 축 고정용 핀구멍(37)을 삽통하여 플러그 결합용 삽입축(26)에 형성된 축 핀구멍(27)에 결합될 수 있다. 도 6에서 사용되는 결합핀(40)은 원형 단면으로 구성될 뿐만 아니라 사각 단면으로 형성할 수도 있다. 또한 결합핀(40)은 축 핀구멍(27)을 완전하게 관통하는 구조가 아니라, 축 핀구멍(27)을 관통되지 않는 홈으로 구성하고 결합핀(40)을 짧게 구성하여 관통되지 않는 홈에 결합되는 구조로 구성할 수도 있다.
이와 같이 구성된 커플러(10)는 파일 플러그(20)의 다각 헤드부(28)가 다각 단면 구조를 가지고 파일 소켓(30)의 다각 헤드부 결합홈(38)에 끼워지면 결합핀(40)의 조립 위치가 자동으로 결정되므로 결합핀(40)의 결합이 용이해진다. 따라서 종래와 같이 핀 구멍을 일일히 맞추어야 하는 번거롭고 어려운 작업을 피할 수 있다.
또한 파일 소켓(30)에 파일 플러그(20)가 끼움되면, 커플러(10)의 최대 직경이 강관 파일(1 또는 1a)의 외경과 동일하기 때문에 지층으로 돌출되는 부분이 없어져 지층의 저항이 줄어들게 되며 그 결과 근입 및 인발이 용이해져 작업 능률이 향상된다.
< 보강재충전용 보어 형성>
다음, 도 3의 (나)와 같이 오거드릴(미도시)을 이용하여 나선형 강관 파일(1)의 상부 둘레에 지면으로부터 일정 깊이로 보강재충전용 보어(2)를 형성시킨다. 이때 보강재충전용 보어(2)는 나선형 강관 파일(1)의 길이 방향으로 도 7의 (가),(나),(다)와 같이 원통형 단면, 원추형 단면, 다단 하향 축소 단면 중 어느 하나의 종단면 구조를 가질 수 있다.
이때 보강재충전용 보어(2)의 최대 직경은 강관 파일의 직경보다 수배가 커지도록 형성되고, 그의 깊이는 강관 파일의 심도 깊이에 비례하여 형성될 수 있다.
여기서 보강재충전용 보어(2)가 원통형 단면이 아닌 도 7의 (나),(다)와 같이 원추형 단면이나 다단 하향 축소 단면으로 구성되면 후술할 콘크리트나 모르타르의 충전량을 절감할 수 있는 이점을 갖게 된다.
< 보강층 형성>
다음, 보강재충전용 보어(2)에 콘크리트 또는 모르타르를 충전하여 도 1과 같이 나선형 강관 파일(1) 또는 도 2와 같이 상부측 강관 파일(1a)의 둘레에 강관 파일의 이완을 억제하도록 보강층(3)을 형성한다. 이때 콘크리트 또는 모르타르는 무수축용을 사용함이 바람직하다.
이와 같이 보강재충전용 보어(2)에 충전된 콘크리트 또는 모르타르에 의해 양생이 완료되면 보강층(3)이 형성되어 강관 파일의 삽입시 발생된 교란이나 이완이 제거되어 직립 안정성이 향상되고 동시에 횡단면적이 확장되어 수평 저항력이 증가된다.
한편, 본 발명의 시공 방법에서, 보강층(3)에 철근망(4)이 더 시공될 수 있다. 이때 철근망(4)은 예로 도 4의 (가)와 같이 원통형으로 철근이 구성되거나 (나)와 같이 사각통으로 철근이 제작된 것이 사용될 수 있다. 이때 철근망(4)은 도 3의 (다)와 같이 보강재충전용 보어(2)를 형성한 후 콘크리트 또는 모르타르를 타설하기 전에 이루어진다. 이와 같이 보강재충전용 보어(2)에 철근망(4)이 설치되면 보강층(3)의 수평 전단력 저항을 더욱 증가시키게 된다.
이와 같이 본 발명의 나선형 강관 파일의 시공방법에 따르면, 지층에 삽입된 나선형 강관 파일(1)을 지면에서 일정 깊이에 콘크리트 또는 모르타르로 충전된 보강층(3)으로 견고하게 지지하여 줌으로써, 나선형 강관 파일(1)의 직경이 50mm 이내로서 일반 기초 말뚝에 비해 작은 경우에도 지반에서 교란되거나 이완되는 현상이 없어져 기초구조물의 설치를 안정되게 시공할 수 있다. 또한 수평 전단면이 증가되어 수평 방향의 하중에견디는 저항 능력이 향상된다. 또한 보강층(3)에 철근망(4)이 개재될 경우 보강층(3)의 전단 내력을 더욱 증대시킬 수 있다.
또한 강관 파일이 여러개가 연결되어 시공되는 경우 연결매개체로서 사용되는 커플러(10)의 외경이 강관 파일의 외경과 동일하게 구성되므로 지층과의 걸림 저항이 제거되어 지층 근입 및 인발의 작업 효율성이 향상된다. 또한 커플러(10)를 구성하는 파일 플러그(20)와 파일 소켓(30)의 결합시 결합핀(40)을 용이하게 결합시킬 수 있어 작업성이 편리해진다.
위에서 본 발명은 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되었지만 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 제시된 실시 예를 참조하여 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형 및 수정 발명을 만들 수 있을 것이다. 본 발명은 이와 같은 변형 및 수정 발명에 의하여 제한되지 않으면 다만 아래에 첨부된 청구범위에 의하여 제한된다.
1: 나선형 강관 파일
2: 보강재충전용 보어
3: 보강층
4: 철근망
10: 커플러
20: 파일 플러그
30: 파일 소켓
40: 결합핀

Claims (6)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 나선형 강관 파일의 시공 방법에 있어서,
    나선형 강관 파일(1)을 회전시켜 지층에 필요한 심도 깊이로 삽입하는 단계와;
    오거드릴을 이용하여 나선형 강관 파일(1)의 상부 둘레에 지면으로부터 일정 깊이로 보강재충전용 보어(2)를 형성하는 단계와;
    상기 보강재충전용 보어(2)에 콘크리트 또는 모르타르를 충전하여 최상부측 강관 파일의 둘레에 지층과의 사이에서 이완을 억제하도록 보강층(3)을 형성하는 단계; 및
    상기 나선형 강관 파일을 포함하여 상호 상,하부로 이웃한 강관 파일을 매개수단인 커플러(10)를 통해 연결하는 단계가 더 포함되고;
    상기 커플러(10)는,
    상부측 강관 파일의 하단측 내경부에 삽입되는 플러그 고정용 삽입축(22), 상기 플러그 고정용 삽입축(22)의 삽입을 제한하는 원형 플랜지(24), 상기 원형 플랜지(24)에 형성된 플러그 결합용 삽입축(26), 상기 플러그 결합용 삽입축(26)의 선단에 사각 또는 육각 단면으로 형성된 다각 헤드부(28)를 갖는 파일 플러그(20)와;
    하부측 강관 파일의 상단측 내경부에 삽입되는 소켓 고정용 삽입축(32), 상기 원형 플랜지(24)의 외경과 동일한 외경을 갖는 소켓 몸체(34), 상기 소켓 몸체(34)의 내부에 형성되어 상기 플러그 결합용 삽입축(26)이 삽입되는 소켓 구멍(36), 상기 소켓 구멍(36)에 연통하여 상기 다각 헤드부(28)가 끼움 결합되는 다각 헤드부 결합홈(38)을 갖는 파일 소켓(30)과;
    상기 파일 소켓(30)을 통하여 상기 파일 플러그(20)에 결합되는 결합핀(40)을 포함하고;
    상기 원형 플랜지(24)와 소켓 몸체(34)의 각기 외경은 상호 이웃한 강관 파일의 외경과 동일하게 구성된 것을 특징으로 하는 나선형 강관 파일의 시공 방법.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 결합핀(40)은 상기 소켓 몸체(34)에 형성된 헤드부 고정용 핀구멍(35)을 삽통하여 상기 다각 헤드부(28)의 둘레에 형성된 복수 개의 핀 홈(29)에 선택적으로 결합되는 것을 특징으로 하는 나선형 강관 파일의 시공 방법.
  6. 제 4항에 있어서,
    상기 결합핀(40)은 상기 소켓 몸체(34)에 형성된 축 고정용 핀구멍(37)을 삽통하여 상기 플러그 결합용 삽입축(26)에 형성된 축 핀구멍(27)에 결합되는 것을 특징으로 하는 나선형 강관 파일의 시공 방법.
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