KR101217488B1 - 기초파일 연장구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유압잭을 이용하여 PHC콘크리트파일과 같은 기초파일을 선단지지층까지 용이하게 연장 압입하는 구조와, 기존 구조물의 침하를 복원 인상하는 경우 강관파일의 수직도를 유지할 수 있도록 한 구조에 관한 것이다. 본 발명은 경사지에 건축된 구조물이 자연재해로 인해 지하층(GL이하)에서 다량의 토사가 유실되어 지반내력이 상실됨에 따라 타공법의 적용이 어려운 경우와, 초기 지반공사에서 항타로 PHC파일 항타 과정에서 선단지지층까지 도달하지 못함에 따라 구조물 침하가 발생되어 보정이 필요한 경우 본 발명의 구조를 이용하여 바로잡을 수 있도록 한 것이다. 본 발명은 건축 및 토목구조물의 기초파일의 보강을 통해 침하된 기존 구조물을 복원하여 구조물의 안전성을 확보함으로써 사용연한을 증진시킬 수 있도록 한 기술이다.

Description

기초파일 연장구조{extension structure of pile foundation}

본 발명은 기초파일 연장구조 및 가이드소켓을 이용한 파일 압입인상시 수직도 유지구조에 관한 것으로써, 특히 유압잭을 이용하여 PHC콘크리트파일과 같은 기초파일을 선단지지층까지 용이하게 연장 압입하는 구조와, 기존 구조물의 침하를 복원 인상하는 경우 강관파일의 수직도를 유지할 수 있도록 한 구조에 관한 것이다.

본 발명은 더욱 상세하게 경사지에 건축된 구조물이 자연재해로 인해 지하층(GL이하)에서 다량의 토사가 유실되어 지반내력이 상실됨에 따라 타공법의 적용이 어려운 경우와, 초기 지반공사에서 항타로 PHC파일 항타 과정에서 선단지지층까지 도달하지 못함에 따라 구조물 침하가 발생되어 보정이 필요한 경우 본 발명의 구조를 이용하여 바로잡을 수 있도록 한 것이다.

본 발명은 또한, 건축 및 토목구조물의 기초파일의 보강을 통해 침하된 기존 구조물을 복원하여 구조물의 안전성을 확보함으로써 사용연한을 증진시킬 수 있도록 한 기술이다.

일반적으로 구조물 기초를 시공함에 있어 기초파일을 이용하여 구조물 기초를 시공하는 경우가 많은데 기초파일로서는 PHC 파일을 많이 사용하여 왔다.

이는 상기 PHC파일의 가격이 저렴하기 때문에 많이 사용되었다고 볼 수 있지만 편압을 받는 파일에서는 휨응력과 전단력에는 한계가 있어 실제 현장여건에 따라 강관파일로 일부 또는 전체적으로 대체하여 시공되는 경우가 빈번하게 발생된다.

예컨대 설계단계에서 기초지지면에 연약할 때 지질특성치인 N치가 10 이하이고, 연약층이 두꺼울 때 직접 기초가 아닌 파일기초로 설계하고 있다.

이때 통상 편압을 받는 파일에서의 부재력 분포는 지지력, 휨모멘트, 전단력이 발생하는데 휨모멘트와 전단력의 최대 분포는 지중에 매립되는 파일에 있어서는 기초저면 즉, 파일두부에서 대략 5cm 이내에서 최대로 부담하게 되고 그 이하에서는 파일의 매입길이에 상관없이 휨모멘트와 전단력은 미소하고 연직력만을 부담하는 특성을 갖는 것이 통상적이다. 그러나 이러한 파일의 부재력 분포를 갖는다는 특성을 무시하고 통상 설계의 건편성을 이유로 파일 전체를 PHC파일이나 강관말뚝으로 설계되고 있다.

도 1에 도시된 바와 같이 지표면으로부터 최대휨모멘트, 최대전단력 부위만 강관파일로 대체하고 나머지 부위는 PHC파일로 대체하는 합성파일(10)이 개발된 바 있다.

즉 합성파일(10)은 기초파일의 상부는 강관파일(11)로, 하부는 PHC파일(12)로 제작한 것으로 휨모멘트나 전단력에는 강관파일에 비하여 능력이 적은 PHC파일을 파일부재력 분포에 대응하는 위치에 매립하고 상대적으로 휨모멘트와 전단력에 대응하는 능력이 큰 강관파일을 합성함으로써 매우 경제적인 설계, 시공이 이루어지도록 한 것으로 상기 강관파일과 PSC파일의 연결부는 기계적인 체결구 등으로 서로 강하게 결합되도록 하는 것이 일반적이다.

또한 이러한 합성파일(10)은 대량생산에 의한 원가절감의 필요성 때문에 상부의 강관파일(11)이 차지하는 길이와 PHC파일(12)이 차지하는 길이는 미리 정해져 있는 경우가 일반적이다.

그러나 이러한 합성파일(10)을 제작하기 위해서는 별도의 제작설비가 요구되어 초기 설비투자비가 요구될 뿐만 아니라, 상부인 강관파일(11)과 하부인 PHC파일(12)의 연결부에 대한 구조적 강성문제에 있어서 품질관리에 문제가 있을 경우 기초파일로서 하자문제가 발생할 수 있다는 문제점이 있었다.

도 2a에 도시된 바와 같이 사전 지질조사를 통해 지반의 일정 심도에 견질지지층(A)이 조사되기는 하지만 이러한 견질지지층(A)은 구조물(예컨대 옹벽구조물)이 설치되어야 하는 길이방향으로 그 심도는 서로 다를 수밖에 없다.

이에 따라 도 2b에 도시된 바와 같이 상기 두부의 구조물 기초와 연결되는 파일의 기준면, 즉 컷팅면(C)을 기준으로 기초파일을 컷팅하다 보면 컷팅된 두부길이(h1, h2, h3)는 서로 다를 수밖에 없고, 만약 특정 위치에 있어 견질지지층(A)이 지표면(30)으로부터 가까울 경우 컷팅된 두부길이(32)가 너무 길어 재료적 낭비가 매우 심할 수밖에 없다는 문제점이 있었다.

이때 상기 두부의 컷팅위치(C)는 기초파일(15)의 상부를 일정높이로 정해지도록 하기 위한 것인데 이는 추후 구조물용 기초와 일체화시킬 때의 두부보강수단 설치 등을 위하여 지표면으로부터 돌출된 두부길이를 일정하게 유지할 필요가 있기 때문이다.

이러한 낭비는 도 2c에 도시된 바와 같이 강관파일(11) 도는 합성파일(10)의 경우 더욱 심각하게 된다. 왜냐하면 강관파일 또는 합성파일(10)의 상부는 고가인 강관파일(11)로 구성되어 있어 컷팅된 두부길이(32)가 크면 클수록 고가인 강관파일(11)을 컷팅함으로써 재료적 낭비요인이 더 크기 때문이며 능동적으로 지중에 매입되는 파일의 최대부재력(휨모멘트, 전단력) 분포에 대응하여 설치되기 어렵다.

즉 특히 고가인 강관을 이용해야 하는 합성파일(10) 또는 강관파일(11)을 시공함에 있어서 통상 견질지지층(A)은 대부분 지반에 따라 일정한 심도를 가지지 않는다는 점을 감안하면 고가인 강관을 이용해야 하는 합성파일(10) 또는 강관파일(11)의 상부를 일부 컷팅해야 할 때 불필요한 재료적 낭비를 피할 수 없다는 문제점이 있었으며, 그 시공에 따른 재료적 낭비요인은 전체 구조물 공사의 경제적인 시공에 있어 항상 걸림돌이 될 수밖에 없었다.

본 발명의 목적은 기초파일이 본래의 기능을 발휘하지 못하게 되어 보정이 필요한 경우 유압잭을 이용하여 PHC콘크리트파일과 같은 기초파일을 선단지지층까지 용이하게 연장 압입 가능토록 하는 기초파일 연장구조를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 기존 구조물의 침하를 복원 인상하는 경우 강관파일의 수직도를 유지할 수 있도록 한 파일 압입 인상시 수직도 유지구조를 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 기초파일 연장구조는, 그 사이 일정부분이 절단되는 상하부 기초파일; 상하부 기초파일의 절단부분을 보강하도록 끼워지는 상하부 파일캡; 상하부 기초파일의 절단부분에 설치되는 유압잭; 유압잭과 하부 기초파일간에 형성되는 공간에 삽입 결합되는 연장파일; 상부 파일캡의 유압잭과 접하는 부분으로부터 연장파일의 일정부분까지 씌워지는 파일가이드소켓; 및 유압잭 제거 후 파일가이드소켓의 절개부분에 끼워지는 파일가이드소켓덮개로 이루어진 것을 특징으로 한다.

본 발명의 연장파일 및 하부 파일캡이 접하는 부분과, 파일가이드소켓 및 상부 파일캡이 접하는 부분은 용접에 의해 이음매를 고정하는 것을 특징으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 파일 압입 인상시 수직도 유지구조는, 기초파일의 외주면을 강관가이드소켓 및 덮개로 씌우고 쐐기를 개재하여 고압밴드로 기존파일과 결합시키고, 상부 두부측의 몰탈 부분에 브라켓을 설치하고 유압잭과 기초파일의 일정부분을 가이드소켓과 덮개를 씌워 마감함으로써 연장파일 압입시 파일가이드소켓을 통과하는 파일의 수직도를 유지 가능하게 하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 쐐기는 파일가이드소켓의 외주면과 기존 파일의 외주면에 부합되는 형상을 가진 2개로 제조되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 기초파일 연장방법에 따르면, 처음 지반보강을 하는 과정에서 기초파일이 정상적으로 선단지지층까지 항타가 제대로 이루어지지 않는 경우, 해당 파일에 대하여 보정을 실시하여 건축물의 침하를 사전에 예방하거나 침하된 상태를 인상 복원하여 건축물의 안전성을 확보할 수 있다는 뛰어난 효과가 있다.

본 발명의 파일 압입 인상공법에 따르면, 기초파일이 본래의 기능을 발휘하지 못하고 있거나 못하게 되어 보정이 필요한 경우, 경사진 지형에 건설된 구조물의 지하층부분이나 GL이하에서 다량의 토사유실로 건물의 정상적인 사용이 불가한 경우, 기존 타 공법으로는 건물의 기초를 복원하는데 용이하지 않은 경우, 유압잭을 이용하여 바로잡을 수 있다는 뛰어난 효과가 있다.

도 1은 종래 합성파일의 단면도.
도 2a, 2b, 2c는 종래 기초파일 시공방법에서 발생되는 문제점을 도시한 설명도.
도 3은 본 발명에 따른 구조물의 PHC기초파일에서 두부측의 무수축몰탈 사전보강위치와 절단위치를 나타낸 도면.
도 4a는 도 3의 절단구간을 절단한 상태를 나타낸 도면.
도 4b는 도 4a의 절단으로 분리된 상하부 파일의 단부를 보강하도록 끼워지는 금속파일캡의 상세도.
도 5a는 도 4b의 파일캡 사이에 유압잭을 설치한 상태도.
도 5b는 유압잭을 이용하여 파일을 선단지지층까지 압입한 상태도.
도 6a는 하부 승상과정에서 안전과 수직도 유지를 위해 파일가이드소켓과 연장파일을 각각 파일캡에 용접이음한 상태도.
도 6b는 파일가이드소켓 및 덮개의 상세도.
도 7a는 승상 완료 후 파일가이드소켓과 연장파일을 용접이음한 후 유압잭을 제거한 상태도.
도 7b는 파일가이드소켓의 개구부를 파일가이드소켓 덮개로 용접마감한 상태도.
도 8a는 기존 콘크리트 PHC파일에 파일가이드소켓을 구속하기 위한 쐐기와 그 쐐기를 구속하는 고압력밴드의 볼트조임으로 연장파일 압입시 파일가이드소켓을 통과하는 파일의 수직도를 유지하기 위한 도면.
도 8b는 승강 파일가이드소켓 상세도.
도 9a는 브라켓이 설치된 도면.
도 9b는 브라켓의 상세도.
도 10은 본 발명의 전체적인 구조를 나타낸 도면.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 구조물인 PHC콘크리트 기초파일에서 두부측의 무수축몰탈 사전보강위치와 절단위치를 도시한 도면, 도 4a는 본 발명에 따른 구조물의 기초파일에서 파일을 일부구간 절단한 상태를 도시한 도면, 도 4b는 도 4a의 절단부분에 설치되는 금속파일캡의 상세도, 도 5a는 도 4b의 파일캡 사이에 유압잭을 설치한 상태도, 도 5b는 유압잭을 이용하여 파일을 선단지지층까지 압입한 상태도, 도 6a는 하부 승상과정에서 안전과 수직도 유지를 위해 파일가이드소켓과 연장파일을 각각 파일캡에 용접이음한 상태도, 도 6b는 파일가이드소켓의 상세도, 도 7a는 승상 완료 후 파일가이드소켓과 연장파일을 용접이음 후 유압잭을 제거한 상태도, 도 7b는 파일가이드소켓의 개구부를 파일가이드소켓 덮개로 용접마감한 상태도이다.

본 발명은 도 3에 도시된 바와 같이 유압잭을 이용하여 PHC콘크리트 기초파일(1)을 하측의 선단지지층까지 용이하게 연장 압입하거나, 기존 구조물의 침하를 복원 인상하는 경우 파일(1)의 수직도를 유지할 수 있도록 유압잭을 이용하여 파일(1)을 선단지지층까지 압입해야 하므로 이를 실행하기 위해 유압잭이 설치되어야 할 부분(W)을 절단한다.

이와 같이 절단된 부분(C)에는 도 4a에 도시된 바와 같이 상하부 기초파일(1a)(1b)의 각각의 단부에 파일캡(2a)(2b)을 각각 끼우며, 파일캡(2a)(2b)은 도 4b에 도시된 바와 같이 상하부 기초파일(1a)(1b)의 단부의 일정폭을 삽입하여 감쌀 수 있을 정도의 직경 및 상하부 폭을 갖는다.

또한 파일캡(2a)(2b)은 기초파일(1a)(1b)과의 더욱 탄탄한 결합력을 갖도록 두 지점에 홈(H)을 형성하고 그 홈(H)을 통해 나사(B) 등의 도구를 삽입하여 기초파일(1a)(1b)의 외주면에 밀착 고정되도록 한다.

파일캡(2a)(2b)이 끼워진 기초파일(1a)(1b)간의 절단부분(C)에는 도 5a에 도시된 바와 같이 유압잭(3)을 설치하고 도 5b에 도시된 바와 같이 유압잭(3)을 이용하여 하부 기초파일(1b)을 선단지지층(4)까지 압입한다.

이때 상부 기초파일(1a)은 유압잭(3)의 압력을 지지하면서 그 반력을 유압잭(3)에 연결된 하부 기초파일(1b)에 가해지게 한다.

상기 유압잭(3)은 그 종류, 용량 및 구동방식은 현장여건, 기초파일의 제원 등에 따라 변경될 수 있다.

본 발명의 유압잭(3)을 이용하는 경우 그 상부에는 기초파일(1a)이 위치하여 유압잭(3)에 일정한 압력이 가해지도록 하고, 하부는 기초파일(1b)에 접하므로 파일캡(2a)(2b)을 설치하여 유압잭(3)에 의한 반력에 의해 기초파일(1a)(1b)의 국부파손을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 역시 균일하게 하부 기초파일(1b)에 반력이 전해지도록 함이 바람직하다.

이러한 구성을 갖는 본 발명은 유압잭(3)을 작동시켜 유압잭(3)의 실린더가 일정길이 신장되어 기초파일(1)에 일정한 크기의 압력을 가함으로서 그 반력으로 하부 기초파일(1b)이 지반에 상기 실린더가 신장된 만큼 압입되게 된다.

이와 같이 하부 기초파일(1b)을 일정깊이의 선단지지층(4)까지 압입시킨 후에는 도 6a에 도시된 바와 같이 유압잭(3)과 하부 기초파일(1b)간에 형성되는 공간에 연장파일(5)을 삽입하고, 이 연장파일(5)이 하부 파일캡(2b)에 접하는 부분을 용접(W)하여 고정하며, 상부 파일캡(2a)의 유압잭(3)과 접하는 부분으로부터 연장파일(5)의 일정부분(대체로 중간부분)까지 파일가이드소켓(6)을 씌운다(도 7 참조). 이때 파일가이드소켓(6)과 상부 파일캡(2a)이 접하는 부분은 용접(W)하여 고정한다.

상기 파일가이드소켓(6)은 도 6b에 도시된 바와 같이 유압잭(3) 및 연장파일(5)의 직경보다 큰 직경을 갖는 원통형이며, 일정부분이 개방된 절개부분(6a)을 갖도록 형성되므로 유압잭(3)과 연장파일(5)의 외주면을 이 절개부분(6a)을 통해 삽입하는 식으로 결합시킨다.

이러한 상태에서 도 7a에 도시된 바와 같이 유압잭(3)의 을 해제하여 도 7b에 도시된 바와 같이 파일가이드소켓(6)의 길이 및 절개부분(6a)에 맞추어지도록 제조된 덮개(7)(도 6b에 도시)를 절개부분(6a)에 끼움으로써 기초파일(1)의 연장이 완료된다.

이와 같이 도 3 내지 도 7에 도시된 본 발명의 기초파일 연장방법에 따르면, 지반보강을 하는 과정에서 기초파일이 정상적으로 선단지지층까지 항타가 제대로 이루어지지 않는 경우, 해당 파일에 대하여 보정을 실시하여 건축물의 침하를 사전에 예방하거나 침하된 상태를 인상 복원하여 건축물의 안전성을 확보할 수 있다.

도 8a는 기존 콘크리트 PHC파일에 파일가이드소켓을 구속하기 위한 쐐기와 그 쐐기를 구속하는 고압력밴드의 볼트조임으로 연장파일 압입시 파일가이드소켓을 통과하는 파일의 수직도를 유지하기 위한 도면, 도 8b는 승강 파일가이드소켓 상세도, 도 9a는 브라켓이 설치된 도면, 도 9b는 브라켓의 상세도, 도 10은 본 발명의 전체적인 구조를 나타낸 도면이다.

도 8a에 도시된 바와 같이 기존파일(8)이 본래의 기능을 발휘하지 못하고 있거나 못하게 되어 보정이 필요한 경우, 경사진 지형에 건설된 구조물의 지하층부분이나 GL이하에서 다량의 토사유실로 건물의 정상적인 사용이 불가한 경우, 기존 타 공법으로는 건물의 기초를 복원하는데 용이하지 않은 경우, 기존파일(8)과 기초파일(10) 사이에 쐐기(9)를 개재하여 결합시킨다.

도 8b에 도시된 바와 같이 쐐기(9)는 파일가이드소켓(11)의 외주면과 기존 파일(8)의 외주면에 부합되는 형상을 갖도록 제조되며, 이러한 형상으로 2개 제조된 쐐기(9)를 상하 결합시켜 기존파일(8)과 기초파일(10)을 결합시킨다.

이때 고압밴드(13)를 상기 상하부 쐐기(9)를 개재하여 기존파일(8)과 파일가이드소켓(11)을 묶어서 볼트로 조인다. 이와 같이 하면 유압잭(3)을 이용하여 파일 압입시 파일가이드소켓(11)을 통과하는 파일(10)의 수직도를 유지 가능하게 한다.

이후 도 9a에 도시된 바와 같이 두부측 몰탈(M) 부분에 브라켓(11)을 설치하여 마감한다. 브라켓(15)의 형상은 도 9b에 도시된 바와 같다.

마지막으로 도 10에 도시된 바와 같이 유압잭(3)이 설치된 상부로부터 파일(10)의 일정부분까지 부합되도록 제조된 도 6b에 도시된 바와 같은 강관가이드소켓(6)을 씌우고 덮개(7)를 씌운 후 용접마감하여 제조완료한다.

1a, 1b : 상하부 기초파일 2a, 2b : 상하부 파일캡
3 : 유압잭 4 : 선단지지층
5 : 연장파일 6 : 파일가이드소켓
7 : 파일가이드소켓 덮개 9 : 쐐기
13 : 고압밴드

Claims (4)

1. 파일(1)에서 유압잭이 설치되어야 할 부분을 절단함에 따라 일정간격을 두고 나누어지는 상부 기초파일(1a) 및 하부 기초파일(1b);
   상기 절단된 상하부 기초파일(1a)(1b)의 단부 보강을 위해 끼워지도록 각각 나사(B) 삽입용 홈(H)이 형성된 상부 파일캡(2a) 및 하부 파일캡(2b);
   상기 절단된 상하부 기초파일(1a)(1b)간에 설치되는 유압잭(3);
   상기 유압잭(3)과 하부 기초파일(1b)간에 형성되는 공간에 삽입 결합되는 연장파일(5);
   상기 상부 파일캡(2a)의 유압잭(3)과 접하는 부분으로부터 연장파일(5)의 일정부분까지 씌워지는, 절개부분(6a)이 형성된 파일가이드소켓(6); 및
   상기 유압잭(3)의 제거 후 연장파일(5)을 보호하도록 파일가이드소켓(6)의 절개부분(6a)에 끼워지는 파일가이드소켓덮개(7)로 이루어진 것을 특징으로 하는 기초파일 연장구조.
2. 제1항에 있어서, 상기 연장파일(5) 및 하부 파일캡(2b)이 접하는 부분과, 파일가이드소켓(6) 및 상부 파일캡(2a)이 접하는 부분은 용접으로 고정되는 것을 특징으로 하는 기초파일 연장구조.
3. 삭제
4. 삭제

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