KR101195551B1 - 인장력 지지를 위한 보강 ｐｈｃ 파일, 이를 이용한 인장 보강 ｐｈｃ 파일의 시공 구조 및 시공 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 연약지반에 대한 기초보강공법의 일종인 말뚝기초 공법에 널리 활용되는 PHC 파일 및 그 시공방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 횡력이나 지하수압 등에 의해 발생하는 인장력을 효과적으로 지지할 수 있어 기존에 인장력 지지를 위해 추가로 설치하였던 강관 말뚝이나 현장타설 말뚝 등을 필요로 하지 않으므로 시공 경제성을 크게 향상시킬 수 있는 새로운 형태의 PHC 말뚝 및 그 시공 방법에 관한 것이다.
본 발명에서는, 콘크리트 파일 본체의 단면 중심부에 길이 축을 따라 중공이 형성된 PHC 말뚝에 있어서, 상기 중공 내부에 내향 돌출된 전단연결재를 일체로 구비하는 것을 특징으로 하는 인장력 지지를 위한 보강 PHC 파일을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기와 같은 인장력 지지를 위한 보강 PHC 파일을 이용한 기초 보강 공법으로서, (a) 중공 내부에 전단연결재가 구비된 PHC 파일을 지반에 시공하는 단계; (b) 상기 PHC 파일의 중공 내부에 인장보강재를 설치하는 단계; 및, (c) 상기 PHC 파일의 중공 내부에 콘크리트를 타설하여 상기 전단연결재 및 콘크리트를 통해 상기 인장보강재와 PHC 파일 본체를 일체화하는 단계; 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 PHC 파일의 시공방법을 본 발명에 대한 또 다른 형태로서 제공한다.

Description

인장력 지지를 위한 보강 ＰＨＣ 파일, 이를 이용한 인장 보강 ＰＨＣ 파일의 시공 구조 및 시공 방법 {PHC Pile for Support of Tensile Force and Construction Method of Foot Reinforcement Using the Same}

본 발명은 연약지반에 대한 기초보강공법의 일종인 말뚝기초 공법에 널리 활용되는 PHC 파일(Pre-tensioned spun High strength Concrete Pile) 및 그 시공 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 횡력이나 지하수압 등에 의해 발생하는 인장력을 효과적으로 지지할 수 있어 기존에 인장력 지지를 위해 추가로 설치하였던 락 앵커나 강관 말뚝, 현장타설 말뚝 등을 필요로 하지 않으므로 시공 경제성을 크게 향상시킬 수 있는 새로운 형태의 PHC 말뚝 및 그 시공 방법에 관한 것이다.

일반적으로 지반 상태가 취약한 연약지반 위에 건물을 시공할 경우 건물의 침하를 방지하고 안정성을 확보하기 위하여 기초 공사를 실시하기 전에 기초보강 공사로서 지정(地定) 공사를 수행한다. 이러한 기초 보강에 있어 가장 널리 사용되는 공법은 말뚝 기초 공법으로서, 이는 기초 하부 상부 지층이 연약하여 구조물로 인한 하중을 견지지 못하는 경우 지반에 기초보강용 말뚝을 다수 박아 넣고 그 위에 기초를 형성함으로써 상기 말뚝의 하부 지반에 대한 직접 지지력 또는 주변 토사에 대한 마찰 저항을 이용하여 기초 및 구조물을 안전하게 지지할 수 있도록 하는 공법이다.

한편, 상기와 같은 말뚝 기초의 시공에 있어서는 현장설치 말뚝 형식도 적용되고 있지만 시공 능률 및 경제성 등의 관점에서 기성 말뚝이 보다 널리 사용되고 있다. 이러한 기성 말뚝 기초용 부재로서 기존에는 PC 말뚝이 주로 사용되었으나 최근 들어서는 PC 말뚝의 단점을 보완할 수 있는 대안으로서 PHC 말뚝이 도입되었으며 현재는 국내 대부분의 현장에서 PHC 말뚝이 사용되고 있는 추세이다.

PHC 말뚝의 정식 명칭은 '프리텐션 방식 원심력 고강도 프리스트레스트 철근콘크리트말뚝(Pre-tensioned Spun High Strength Concrete Piles)'으로 KS F 4306에 규정되어 있으며 간단히 '고강도 말뚝' 이라고도 한다. 상기 KS F 4306 규격에도 나타나 있는 바와 같이 PHC 말뚝은 미리 프리-스트레스를 주어 긴장한 길이방향 PC 강선 및 나선형 띠철근과 콘크리트를 원형 형틀 내에 넣고 고속으로 회전시켜 원심력을 응용하여 성형 제작되는 중공형 고강도 콘크리트 파일 부재로서, 기존의 PC 말뚝의 경우 콘크리트 압축강도가 50MPa이상임에 비해 PHC 말뚝은 이값이 80MPa 이상으로서 같은 규격에서는 내력이 60% 정도 크다는 장점이 있다.

한편, 전술한 바와 같이 말뚝 기초는 주로 구조물에 의한 하중을 지지하여 하부 지반에 전달하기 위한 기초 형식으로서 이러한 기초 형식에 사용되는 말뚝 부재의 경우 일반적으로 압축력을 주로 지지하는 것으로 보고 설계된다. 하지만, 실제적인 경우 말뚝 부재에는 통상적인 압축력 이외에도 휨 모멘트나 수압 등에 의해 인장력이 작용하기도 하는바 경우에 따라서는 인장력을 받을 수 있도록 설계되어야 할 경우도 있게 된다.

즉, 건물의 기초하부 지반의 지하 수위가 상승하게 되면 지하수압에 의한 부력이 작용하게 되어 이에 따라 상부 방향으로 힘이 작용함에 따라 인장력이 발생하게 되며, 또한, 지진이나 바람 등에 따른 수평력에 의해 휨 모멘트가 작용하고 이에 따라 말뚝 부재에 국부적인 인장력이 발생하기도 한다. 이러한 경우 기초용 말뚝 부재에는 인장력에 대한 저항 기능이 추가로 요구되지만, 전술한 PHC 파일에 있어 주 보강수단인 길이방향 PC 강선의 경우 프리텐션을 위한 보강재로서 콘크리트의 균열 방지에 주목적이 있으며 실제로 지지할 수 있는 인장력은 거의 없다고 보아도 무방하다.

이러한 문제점을 보완하기 위해 기존의 PHC 파일을 이용한 기초 보강에 있어서는 인장력이 작용하는 위치(주로 평면의 외곽 부분)에 대해서 인장력 보완을 위해 락 앵커(lock anchor) 또는 강관 말뚝이나 현장 타설 말뚝 등을 추가로 시공하였는바, 이러한 추가 시공으로 인해 공사 비용이 상승하고 공기가 지연되어 시공 경제성이 저하되는 문제점이 있었다.

한편, 상기와 같은 문제점과 관련하여, 선행 특허문헌으로서 등록특허 10-0702200호(말뚝 외주면에 인장재가 보강된 프리스트레스 말뚝 및 그 제조방법)의 내용에 따르면, 인장력과 연성이 부족한 콘크리트 말뚝의 단점을 보완하기 위한 새로운 형태의 합성 말뚝 부재로서, 굴곡 파형의 강관 내부에 콘크리트를 충전하고 상기 콘크리트의 내부에는 나선형 철근과 프리스트레스 PC 강봉을 설치한 합성 말뚝을 개시하고 있다.

하지만, 상기 선등록 특허에 개시된 합성 말뚝은 기존의 PHC 말뚝의 외주에 인장재로서 파형 강관을 일체로 둘러싼 형태를 가진 것으로서, 이에 따르면 PHC 말뚝의 단점인 인장력을 보완할 수는 있으나, 고가인 강관의 사용으로 인해 생산 단가가 올라감으로써 강관 말뚝을 사용하는 경우에 비해 오히려 경제성에서 떨어지고, 설계 깊이가 변경될 경우 절단이 어려우며, 일반 PHC 말뚝과 인장보강 합성 말뚝을 구분해서 발주/시공 및 관리해야 하는 번거로움이 있는 등 많은 문제점이 있었는바 전술한 PHC 파일의 인장력 지지에 대한 근본적인 해결책이 될 수는 없는 실정이었다.

따라서, 본 발명은 연약지반에 대한 기초보강공법의 일종인 말뚝기초 공법에 널리 활용되는 PHC 파일(Pre-tensioned spun High strength Concrete Pile) 기초 공법에 있어 기본적인 압축력 이외에도 횡력이나 지하수압 등에 의해 발생하는 인장력을 효과적으로 지지할 수 있으므로 기존에 인장력 지지를 위해 추가로 설치하였던 락 앵커 또는 강관 말뚝이나 현장타설 말뚝 등을 필요로 하지 않음으로써 시공 경제성을 크게 향상시킬 수 있는 새로운 형태의 PHC 말뚝 및 그 시공 방법을 제공하는 것을 그 해결하고자 하는 기술적 과제로 한다.

상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위한 수단으로서 본 발명에서는, 콘크리트 파일 본체의 단면 중심부에 길이축을 따라 중공이 형성된 PHC 말뚝에 있어서, 상기 중공 내부에 내향 돌출된 전단연결재를 일체로 구비하는 것을 특징으로 하는 인장력 지지를 위한 보강 PHC 파일을 기본적으로 제공한다.

이때, 상기와 같은 본 발명의 PHC 파일에 있어서, 상기 전단연결재는 파일 본체에 매립되는 내부 보강재에 연결되어 PHC 파일의 제작시에 일체로 형성되는 것이 바람직하며, 또한, 이러한 본 발명의 바람직한 구성 형태에 있어서, 상기 전단연결재는 철근을 절곡하여 골과 산이 다수 반복되는 형태로 이루어지고 상기 전단연결재는 내부 보강재인 나선형 후프근 측면에 각각의 골이 삽입되게 하여 고정되는 형식으로 형성될 수 있다.

한편, 본 발명은 상기와 같은 인장력 지지를 위한 보강 PHC 파일을 이용한 기초 보강 공법으로서, (a) 중공 내부에 전단연결재가 구비된 PHC 파일을 지반에 시공하는 단계; (b) 상기 PHC 파일의 중공 내부에 인장보강재를 설치하는 단계; 및, (c) 상기 PHC 파일의 중공 내부에 콘크리트를 타설하여 상기 전단연결재 및 콘크리트를 통해 상기 인장보강재와 PHC 파일 본체를 일체화하는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 PHC 파일의 시공방법을 본 발명에 대한 또 다른 형태로서 제공한다.

상기와 같은 본 발명의 PHC 파일 시공방법에 있어서, 상기 인장보강재는 이형철근이 바람직하게 사용될 수 있다.

또한 본 발명의 PHC 파일 시공방법에 있어서, 상기 (c)단계에서 중공 내에 타설되는 콘크리트는 PHC 파일의 상단부로부터 일부 깊이에만 타설되고 그 하부측에는 콘크리트 대신 일정 높이까지 모래나 자갈과 같은 채움재를 충전하여 시공할 수 있다. 한편, 상기 중공 콘크리트의 타설 깊이는 상기 인장보강재의 정착 길이 또는 작용 인장력에 대한 PHC 파일의 마찰설계 길이 중 어느 하나로 시공한다.

이상과 같은 본 발명에 따르면, PHC 말뚝 기초를 시공함에 있어 별도의 전용 장비 없이 현장에서 철근과 같은 인장보강재를 PHC 말뚝의 중공 내에 설치하고 그 주위에 콘크리트를 타설하여 일체화함으로써 비교적 간단한 공정에 의해 인장력을 효과적으로 지지할 수 있는 말뚝 기초를 시공할 수 있게 된다. 또한, 이러한 본 발명에 있어 상기 PHC 말뚝의 중공 내부에는 말뚝의 제작시 전단 연결재가 함께 구비되어 있음으로써, 상기 전단연결재를 통해 중공 콘크리트와 PHC 말뚝 본체가 슬립 현상없이 구조적으로 일체화될 수 있고 나아가 인장 보강재와도 일체화될 수 있게 되어 PHC 파일이 효과적으로 인장력을 발휘할 수 있게 된다.

따라서, 이와 같은 본 발명에 따르면, PHC 말뚝의 장점인 저렴한 가격을 그대로 유지하면서 인장력을 추가로 지지할 수 있으므로, 기존에 인장력 보강을 위해 추가로 설치하였던 락 앵커 또는 강관 말뚝이나 현장타설 말뚝 등을 생략할 수 있어 시공 경제성을 크게 향상시킬 수 있다.

도1은 본 발명에서 제공하는 인장력 지지를 위한 보강 PHC 파일의 전체적인 구성을 도시한 일부 절개 사시도이다.
도2는 본 발명 PHC 파일의 단면 구성을 도시한 단면도이다.
도3은 본 발명의 인장력 지지를 위한 보강 PHC 파일의 시공 구조를 도시한 측단면도이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 한편 본 발명에 대한 설명에 있어 '말뚝'과 '파일(pile)'은 동일한 기술 용어로 사용되고 있음을 미리 밝혀 둔다.

도1은 본 발명에서 제공하는 인장력 지지를 위한 보강 PHC 파일의 전체적인 외부 구성을 도시한 일부 절개 사시도이다. 상기 도면에서 보는 바와 같이 본 발명에서 제공하는 인장력 지지용 보강 PHC 파일(1)은 원심 성형 방식에 따라 중심부에 중공(15)이 형성된 원형 단면 형상의 기초 보강용 콘크리트 파일 부재로서, 중공형 파일 본체(10)의 양 끝단에는 연결용 철판(11) 또는 선단 보강캡(미도시)이 일체로 구비되어 있음으로써 일반적으로 당업계에 공지된 PHC 파일 부재의 기본 형태에 따라 제작되는 것임을 알 수 있다.

또한, 상기 도1 및 본 발명 PHC 파일의 측단면을 도시한 도2에서 보는 바와 같이, 본 발명의 PHC 파일은 상기와 같은 PHC 파일로서의 기본 구성에 더하여 상기 중공(15) 내측면에 전단연결재(20)가 내향 돌출되어 있음으로써 기존의 일반적인 PHC 파일과 차별화되는 구성상의 특징을 보이고 있음을 알 수 있다.

상기 전단연결재(20)는 이하에서 더욱 상세히 설명하겠지만, 상기 중공(15) 내부에 인장 보강재(100)를 위치시킨 후 콘크리트를 타설하였을 때, 상기 중공 콘크리트와 파일 본체(10)를 완전히 일체화시킬 수 있도록 하는 연결 수단으로서 기능하는 것이며, 이에 따라 상기 중공 콘크리트에 매립되는 인장 보강재(100)가 상기 콘크리트 및 전단연결재(20)를 통해 파일 본체(10)와 구조적으로 일체화되어 함께 거동할 수 있게 됨으로써 PHC 파일에 가해지는 인장력을 효과적으로 보강할 수 있게 되는 것이다.

도2에 도시된 실시 형태에 따르면, 상기 전단연결재(20)는 하나의 철근(또는 강봉)을 연속적으로 절곡하여 골과 산이 반복적으로 이어지는 파형의 부재로 성형될 수 있으며, 이때, 상기와 같은 전단연결재(20)의 실시 형태에서 사용되는 철근은 10mm 또는 13mm 철근이 적당하다.

또한, 상기와 같은 형태로 제작되는 전단연결재(20)의 설치는 PHC 파일의 공장 제작 과정에서 내부 보강재인 나선형 후프근(13)에 각각의 골을 측면에서 끼워 넣어 고정시킬 수 있으며, 이때, PHC 파일의 원심 성형시에 상기 전단연결재(20)가 유동될 수 있으므로 결속선이나 기타 연결 수단을 사용하여 나선형 후프근(13)에 견고히 고정하도록 한다.

한편, 상기 전단연결재(20)는 전술한 실시 형태 외에도 다수의 'U'형 또는 'J'형의 철근 도막의 형태로도 가공?제작이 가능하며, 아울러 반드시 철근의 절곡에 의한 것만이 아니라 당업자의 선택에 따라 상술한 기능을 확보할 수 있는 범위 내에서 각종 철물(예컨대, ㄱ형 앵글, ㄷ형 채널)이나 기타 재질의 자재로 제작하는 것도 충분히 고려할 수 있다.

나아가, 상기 전단연결재(20)는 도3에 도시된 바와 같이 파일 본체의 전체 길이에 걸쳐 형성되는 것도 가능하지만 단부측 일부 구간에만 설치되어도 구조적으로 그 기능을 발휘함에 큰 영향이 없으므로 도2에서와 같이 파일 본체(10)의 선단측 일부 구간에만 형성되도록 제작하거나, 또는 전단연결재를 전체적으로 연속시키는 대신 중간 중간마다 단속적으로 설치할 수도 있다. 다만, 상기한 예에서와 같이 전단연결재(20)가 선단측 일부 구간에만 설치될 경우 파일의 설계 깊이가 변경되었을 때 두부 정리 작업에 의해 상기 전단연결재가 소실될 수도 있으므로 이를 감안하여 충분한 길이로 전단연결재를 설치하도록 한다.

상기와 같은 구성으로 이루어진 본 발명의 인장력 보강을 위한 PHC 파일은 다음과 같은 성형 방법에 제작될 수 있다.

먼저, PHC 파일의 내부 보강재로서 길이방향의 PC 강선(12)의 둘레에 나선형 후프근(13)을 조립하여 편성망을 제작하고(편성작업), 이와 같이 제작된 상기 편성망의 나선형 후프근의 측면으로부터 전단연결재(20)를 끼워 넣은 뒤 고정한다. 그리고, 상기 편성망(12)(13)의 양 끝단에는 원형의 엔드 플레이트 또는 연결 플레이트(11)와 보강 밴드를 접합한다.

다음으로는, 상기와 같이 조립된 편성망을 몰드 내에 배치하고, 적정 배합비로 배합된 콘크리트를 몰드 내에 투입한다. 이때, 상기 몰드 내측면에는 편성망과 조립되기 전에 탈형유를 도포하여 PHC 파일의 성형후 쉽게 분리될 수 있게 한다. 상기 PHC 파일 성형용 몰드는 반구형 단위 몰드 한 쌍에 의해 이루어지며, 하부 몰드 내에 편성망과 콘크리트를 채워 넣고 상부 몰드를 체결한 다음, 상기 PC 강선의 양단을 인장하고 고정하여 프리스트레스를 도입한다.

상기와 같이 몰드 조립 및 프리스트레스의 도입이 완료되면, 상기 몰드를 고속으로 회전시킴으로써 원심력에 의해 콘크리트를 외측으로 다져 PHC 파일을 성형한다. 상기와 같은 원심성형 공정을 거치고 나면 일반적으로 8시간 정도의 스팀 양생기간을 거친 후 탈형하며, 이로써 중공 내측에 전단연결재가 일체로 구비된 본 발명의 인장력 보강을 위한 PHC 파일을 얻을 수 있게 된다.

이하에서는, 상기와 같은 본 발명의 PHC 파일을 이용한 인장력 지지를 위한 보강 PHC 파일의 시공 방법에 대하여 설명한다.

앞서 설명한 바와 같이, 본 발명의 PHC 파일의 시공방법은 기초 하부 지층이 구조물의 하중을 안정적으로 지지하기 어려울 정도로 취약한 경우 연약 지반 내에 말뚝 부재를 박아 기초를 보강하는 기초 보강 공법에 관한 것으로서, 특히, 본 발명은 기존의 PHC 말뚝과는 달리 압축력뿐 아니라 횡력이나 수압에 의해 발생되는 인장력을 효과적으로 지지할 수 있도록 하는 기초 보강 공법이다. 이러한 인장력 지지를 위한 PHC 파일 기초 공법으로서 본 발명은 다음과 같은 공정에 따라 이루어진다.

(a) PHC 파일의 항타 시공 단계

평면 계획 및 구조 설계상 건축물의 기초 말뚝이 시공될 자리에 본 발명의 PHC 파일을 항타 시공한다. 시공 방법은 기존의 PHC 파일 시공법으로서 당업계에 잘 알려져 사용되는 공법 중 하중의 크기(하중조건), 지반지질의 상황(지반조건), 시공주변의 영향(환경조건), 시공장소의 상태(시공조건) 등을 고려하여 현장 상황에 맞는 공법을 선정하여 시공한다.

기존에는 드롭 해머로 직접 파일 두부를 타격하여 박아 넣는 직타 공법이 널리 사용되었으나, 최근에는 소음, 진동 등으로 인한 민원이 많아짐에 따라 도심지 공사를 중심으로 케이싱과 오거 장비를 사용하여 미리 지반을 천공한 후 파일을 시공하는 프리-보오링 공법으로서 DRA 공법, PRD 공법 등이 사용되는 예가 많아지고 있는 추세이다.

상기와 같은 본 발명의 PHC 파일의 항타 작업 후에는 지상 위로 나와 있는 PHC 파일의 상단부를 레벨선에 맞춰 일정한 높이로 컷팅하는 두부 정리 작업을 수행한다.

(b) 현장설치 인장보강재의 설치 시공

상기와 같이 지반 내에 본 발명의 PHC 파일이 시공되면, 본 발명의 주요한 특징인 인장력의 보강을 위해 시공 현장에서 상기 본 발명의 PHC 파일 내에 인장보강재(100)를 설치한다.

상기 현장설치 인장보강재(100)는 철근이나 강봉, 앵글 부재 등 인장력을 발휘할 수 있도록 철재 재질의 부재가 바람직하게 사용될 수 있으며, 특히 후술하는 중공 콘크리트와의 일체화 및 이에 따른 효율적인 응력 전달을 위해 표면에 리브가 형성된 이형 철근이 더욱 바람직하게 사용될 수 있다.

상기와 같이 인장보강재(100)로서 철근을 사용할 경우 별도의 전용 장비 없이 작업자가 현장에서 철근을 가공하여 PHC 파일의 중공(15) 내부에 세워 넣어 설치할 수 있으며, 그 최종적인 고정은 후술하는 바와 같이 중공 콘크리트(30)의 타설에 의해 이루어진다.

일반적으로 PHC 파일 한 개가 받을 수 있는 압축력이 100 tonf 내외인데, 작용 인장력을 50 tonf 정도로 가정할 경우 32mm 지름 SD400 강종 철근 2본으로 충분히 소요 압축력을 발현할 수 있다.

이때, 상기 인장보강재(100)의 길이(L)는 도3에서와 같이 인장 철근으로서의 기본 정착길이 또는 실제 작용되는 인장력을 지지할 수 있는 PHC 파일의 주변 마찰 설계에 의해 결정된 길이 중 긴 값으로 정한다. 상기에서 인장 정착길이는 당업계에서 잘 알려진 바와 같이 사용되는 철근의 종류, 콘크리트의 강도 등에 의해 결정되며, 마찰 설계 길이는 동재하 시험 등에 의해 측정된 주변 토질의 마찰력 분포 및 작용 인장 하중 등에 따라 구조 계산에 의해 쉽게 결정될 수 있다.

한편, 도3에 도시된 바와 같이, 상기 인장보강재(100)의 상단부는 PHC 파일 본체(10)의 상부로 일정길이 이상 노출시키고, 그 끝단부는 외측 방향으로 'ㄱ'자 형태로 수직 절곡하여 기초 콘크리트에 매립되는 정착 갈고리부를 형성한다.

(c) 중공 콘크리트의 타설

상기와 같이 본 발명의 PHC 파일 중공 내에 인장보강재(100)를 배치한 다음에는, 상기 중공(15) 내에 콘크리트(30)를 타설하여 상기 인장보강재(100)와 PHC 파일 본체(10)를 일체화시킴으로써 PHC 파일의 상단 구간에 인장력을 받아 줄 수 있는 선단 인장보강부(10a)가 형성되도록 시공한다.

특히, 본 발명에서 제공하는 PHC 파일의 구성상의 주요한 특징에 따르면, 상기 본 발명의 PHC 파일(1)의 중공(15) 내측면에는 중공 콘크리트(30)와의 부착력 강화를 위하여 전단연결재(20)가 내향 돌출되는 형태로 구비되어 있다. 따라서, 상기와 같이 중공 콘크리트(30)가 타설된 후 상기 전단연결재(20)가 콘크리트 내에 매립됨으로써 PHC 파일 본체(10)와 중공 콘크리트(30)가 일체가 되어 거동하게 되며, 이를 통해 상기 현장설치 인장보강재(100)와 PHC 파일이 간단히 일체화되고 인장력에 저항할 수 있는 PHC 파일의 시공 구조가 이루어지게 된다.

즉, 지하수압 또는 횡력 등에 의해 PHC 파일에 인장력이 발생할 경우, 본 발명의 PHC 파일 구조에 따르면 일반적인 통상의 PHC 파일과는 달리 전단연결재(20)가 구비됨으로써 평활면으로 되어 있는 파일 본체(10)의 중공 내면과 콘크리트(30) 간에 슬립(slip)의 발생이 억제되고, 이에 따라 PHC 파일에 작용하는 인장 응력이 상기 인장보강재(100)에 그대로 전달되어 효과적으로 인장력을 지지할 수 있게 되는 것이다.

또한, 상기 중공 콘크리트의 타설 깊이는 앞서 설명한 인장보강재(100)를 매립 고정하여 인장 응력을 전달 지지할 수 있도록 상술한 인장보강재의 길이(인장보강재의 정착길이 또는 작용되는 인장력 지지를 위해 주변 마찰설계에 의해 결정된 길이 중 큰 값)에 준하는 깊이로 타설하면 된다.

한편, 상기와 같은 중공 콘크리트가 타설된 깊이 이하는 구조적으로 아무런 기능을 수행하지 않는바, 적당한 채움재(30a), 예컨대 흙, 모래, 잡석 또는 기타 저렴한 자재로 채워 넣은 다음 그 위에 중공 콘크리를 타설함으로써 비용 절감을 도모하는 것도 가능하다.

상술한 공정에 따라 시공된 본 발명의 PHC 파일 시공 구조에 따르면, PHC 파일의 장점인 저렴한 가격을 그대로 유지하면서 현장에서 인장보강재를 별도 장비 없이 설치하고 중공 내부에 콘크리트를 타설함으로써 인장력을 지지할 수 있는 말뚝 보강 구조를 간단하게 형성할 수 있게 된다. 또한, 본 발명에서 제공하는 개선된 PHC 파일에 따르면 파일의 생산시 중공 내면에 전단연결재가 일체로 구비되므로, 전술과 같은 중공내 콘크리트의 타설시 평활면인 중공 내면과 콘크리트 간의 슬립 현상 없이 손쉽게 일체화될 수 있어 효과적인 인장력의 전달 및 지지가 가능하게 되는 장점이 있다.

이상에서 본 발명은 기재된 실시예를 참조하여 상세히 설명되었으나, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기에서 설명된 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러가지 치환, 부가 및 전용이 가능할 것임은 당연한 것으로, 이와 같은 변형된 실시 형태들 역시 아래에 첨부한 특허청구범위에 의하여 정해지는 본 발명의 보호 범위에 속하는 것으로 이해되어야 할 것이다.

1 : 본 발명의 PHC 파일
10 : 파일 본체 11 : 연결 철판
12 : PC 강선 13 : 나선형 후프근
15 : 중공 20 : 전단연결재
30 : 중공 콘크리트 30a : 채움재
100 : 인장보강재

Claims (10)

1. 콘크리트 파일 본체의 단면 중심부에 길이 축을 따라 중공이 형성된 PHC 파일에 있어서,
   상기 중공 내부에는 전단연결재가 내향 돌출되게 형성되고,
   상기 전단연결재는 철근을 절곡하여 하나 이상의 골이 형성되도록 가공한 것으로서, 상기 전단연결재의 골이 파일 본체의 내부 보강재에 끼워지게 연결되어 PHC 파일의 제작시에 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 인장력 지지를 위한 보강 PHC 파일.
2. 제1항에 있어서, 상기 전단연결재는 철근을 절곡하여 골과 산이 다수 반복되는 형태로 이루어지고, 상기 전단연결재는 내부 보강재인 나선형 후프근 측면에 각각의 골이 삽입되게 하여 고정된 것을 특징으로 하는 인장력 지지를 위한 보강 PHC 파일.
3. 제1항에 있어서, 상기 전단연결재는 철근을 절곡 가공하여 'U'형 또는 'J'형의 형태로 이루어지는 것을 특징으로 하는 인장력 지지를 위한 보강 PHC 파일.
4. 삭제
5. 연약지반에 PHC 파일을 박아 기초를 보강하는 공법에 있어서,
   (a) 중공 내부에 전단연결재가 구비된 제1항 기재의 PHC 파일을 지반에 시공하는 단계;
   (b) 상기 PHC 파일의 중공 내부에 인장보강재를 배치하는 단계; 및,
   (c) 상기 PHC 파일의 중공 내부에 콘크리트를 타설하고 양생함으로써, 상기 전단연결재를 통해 PHC 파일 본체와 콘크리트를 연결하고 상기 PHC 파일 본체와 상기 인장보강재를 구조적으로 일체화하는 단계;
   를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 인장력 지지를 위한 PHC 파일의 시공방법.
6. 제5항에 있어서, 상기 인장보강재는 이형철근인 것을 특징으로 하는 인장력 지지를 위한 PHC 파일의 시공방법.
7. 제5항에 있어서, 상기 (c)단계에서 중공 내에 타설되는 콘크리트는 PHC 파일의 상단부로부터 일부 깊이에만 타설되는 것을 특징으로 하는 PHC 파일의 시공방법
8. 제7항에 있어서, 상기 콘크리트의 타설 깊이는 상기 인장보강재의 정착 길이 또는 작용 인장력에 대한 PHC 파일의 마찰설계 길이 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 PHC 파일의 시공방법.
9. 제7항 또는 제8항에 있어서, 상기 (c)단계는 파일의 중공 내부에 하단으로부터 일정 높이까지 채움재를 채워 넣은 후 그 상부에 콘크리트를 타설하는 것을 특징으로 하는 인장력 지지를 위한 PHC 파일의 시공방법.
10. PHC 파일을 이용한 기초 보강 구조에 있어서,
    기초 하부 지반에 수직으로 설치 시공되며, 중심부에 길이축을 따라 중공이 형성되고 상기 중공 내부에 전단연결재가 구비된 제1항 기재의 PHC 파일;
    상기 PHC 파일의 중공 상단부로부터 일정 깊이로 타설된 중공 콘크리트 및, 상기 중공 콘크리트에 매립 고정된 인장보강재를 포함하여 이루어지는 선단 인장보강부;
    상기 PHC 파일의 중공 내측면 상단부에 내향 돌출되는 형태로 구비되며, 상기 중공 콘크리트 내에 매립되어 상기 중공 콘크리트를 PHC 파일 본체에 연결하고 이를 통해 상기 인장보강재를 PHC 파일에 구조적으로 일체화시키는 전단연결재;
    를 포함하여 구성되는 인장력 지지를 위한 보강 PHC 파일의 시공 구조.

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