KR101232301B1 - 마이크로 파일 - Google Patents

Abstract

지반에 압입되어 구조물을 지지하는 마이크로 파일에 있어서, 마이크로 파일에 가해지는 응력을 분산시키기 위해, 일정간격을 두고서, 종방향으로 평행하게 구비되는 다수의 봉재(110,112,114,116); 상기 봉재들이 콘크리트 유동에 따라 상호 교차되거나, 이격되는 것을 방지하기 위해, 상기 봉재들의 최외곽면을 따라 감싸도록 구비되는, 외부스프링 스페이서(135); 상기 봉재들 중, 마이크로파일 수평 단면상의 중심부를 지나는 봉재(중심봉재, 110)을 제외한 주변 봉재(112,114,116)의 하단부와 결합되는 고정부재의 상부(155); 상기 중심봉재(110)와 결합되되, 단부는 원추형인 중심봉재 수용부재(170); 상기 고정부재 상부와 결합되는 고정부재 하부(150)의 내부 일측에 인입되어 있으며, 상기 중심봉재수용부재(170)의 하방 이동에 의해, 방사형으로 돌출되어, 지반에 압입되는 확경형 돌기(160);를 포함하는 것을 특징으로 하는 다봉재 마이크로 파일이 제시된다.

Description

마이크로 파일 {Micro pile having some reinforcing rods}

본 발명은 보강용 마이크로 파일에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 종래의 단일 봉재 또는 강관을 이용한 마이크로 파일의 단점을 보강하기 위하여, 파일에 가해지는 응력을 분산시키는 기능을 하는, 철근과 같은 봉상의 재료(봉재 또는 봉)들을 다수 구비하고 이러한 봉재들간의 간격을 유지하기 위한 독창적인 스프링스페이서를 장착함과 동시에 단부에는 확경형 비트가 지반에 관입되어 층리와 절리가 발달한 지반을 꿰매는 기능이 탁월한, 다수 봉재를 구비한 마이크로 파일에 관한 것이다.

일반적으로 마이크로 파일은 소규모 천공장비를 이용하여 소정의 깊이까지 천공하고 강관 또는 봉재을 조립 설치하 후 펌프에 의해 그라우팅 작업을 실시하는 공정을 통해서 현장타설 말뚝을 형성하는 공법에 사용되는 것이다.

마이크로 파일의 기능은 연약지반이나 경사지역 등의 지반에 매설되어져 지반의 압축과 인장에 의한 구조물의 부상방지, 침하방지, 횡압, 지반강도 향상을 목적으로 한 것이다.

마이크로 파일은 타워, 송전탑 등의 신설 구조물의 기초파일 시공시 적용되며, 또한 기존 기초의 보수, 보강에도 적용되어 내진성이 증대되며, 지반 종류 및 지층 조건 등에 크게 구애받지 않고 사용 가능하여 매우 각광받고 있는 구조체이다.

일반적인 타입의 말뚝보다 마이크로 파일은 주변 마찰에 의한 지지력이 증대됨과 아울러, 주변 마찰력 또한 상승되는 효력을 발휘한다. 게다가 소규모 천공장비를 사용하여 타입시공이나 대구경 천공말뚝에 비해 진동소음을 감소시킬 수 있어 근래 매우 흔하게 사용되는 시공되고 있다.

도 1에서는 통상적인 단일 봉재(봉재,2)를 갖춘 마이크로 파일(1)을 도시하고 있다. 종래의 마이크로 파일은 본당 지지력은 지반이 불량할 경우에 매우 떨어지는 문제점이 있었고, 층리 및 절리가 발달한 지반에서는 마이크로 파일의 단부가 지반을 꿰매는 기능을 발휘할 수 없는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해서 안출된 것으로서, 본 발명의 첫째 목적은 여러 개의 봉재를 구비한 마이크로 파일을 제시함으로써 파일에 가해지는 응력을 효과적으로 균등하게 분산시킬 수 있음과 동시에 다수의 봉재과 그라우팅 재료 간의 접촉 표면적 향상으로 마찰력을 극대화할 수 있는 마이크로파일을 제공하는 것이다.

둘째, 확경형 돌기를 구비하여, 관입하고자 하는 위치에서의 부분 확공 기능 발휘 및 선단지지력과 인발저항력을 모두 현저히 향상시킬 수 있는 마이크로 파일을 제공하는 것이다.

특히 층리와 절리가 발달한 지형에서 터널을 시공할 경우 확경형 돌기 기능에 의해 이완되는 터널 상부 지반을 꿰매는 기능을 보다 효과적으로 발휘할 수 있는 마이크로 파일을 제시하는 것도 본 발명의 또 하나의 목적이다.

한편, 상기 다수의 봉재들이 콘크리트 유동압(流動壓)에 의해 상호 벌어지거나 교차되는 것을 방지하기 위한 부재들을 구비함으로써 보다 견고한 마이크로 파일을 제공하는 것을 본 발명의 목적으로 한다.

상기 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 수단은 다음과 같다.

즉, 지반에 압입되어 구조물을 지지하는 마이크로 파일에 있어서, 마이크로 파일에 가해지는 응력을 분산시키기 위해, 일정간격을 두고서, 종방향으로 평행하게 구비되는 다수의 봉재(110,112,114,116); 상기 봉재들이 콘크리트 유동에 따라 상호 교차되거나, 이격되는 것을 방지하기 위해, 상기 봉재들의 최외곽면을 따라 감싸도록 구비되는, 외부스프링 스페이서(135); 상기 봉재들 중, 마이크로파일 수평 단면상의 중심부를 지나는 봉재(중심봉재, 110)를 제외한 주변 봉재(112,114,116)의 하단부와 결합되는 고정부재의 상부(155); 상기 중심봉재(110)와 결합되되, 단부는 원추형인 중심봉재 수용부재(170); 상기 고정부재 상부와 결합되는 고정부재 하부(150)의 내부 일측에 인입되어 있으며, 상기 중심봉재 수용부재(170)의 하방 이동에 의해, 방사형으로 돌출되어, 지반에 압입되는 확경형 돌기(160);를 포함하는 것을 특징으로 하는, 다수 봉재를 구비한 마이크로 파일이 제시된다.

발명을 실시하기 위한 구체적인 내용부분에서 구체적으로 실시예에 대하여 설명하기로 한다.

본 발명에 의해서 다음과 같은 효과를 기대할 수 있다.

첫째 여러 개의 봉재을 구비한 마이크로 파일을 제시함으로써 파일에 가해지는 응력을 효과적으로 균등하게 분산시킬 수 있음과 동시에 다수의 봉재과 그라우팅재료 간의 접촉 표면적 향상으로 주면 마찰력과 인발저항력을 극대화할 수 있다.

둘째, 확경형 돌기를 구비하여, 관입하고자 하는 위치에서의 부분 확공 기능 발휘 및 선단지지력과 인발저항력을 모두 현저히 향상시킬 수 있다.

특히 층리와 절리가 발달한 지형에서 터널을 시공할 경우 확경형 돌기의 기능에 의해 이완되는 터널 상부지반 꿰매는 기능을 보다 효과적으로 발휘할 수 있게 된다.

또한, 다수의 봉재들이 콘크리트 유동압(流動壓)에 의해 상호 벌어지거나 교차되는 것을 방지하기 위한 부재들을 구비함으로써 보다 견고한 마이크로 파일 구조를 유지할 수 있다.

도 1은 종래의 단일봉 형태의 마이크로 파일을 도시하고 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 마이크로 파일의 단면도이다.
도 3은 도 2의 각 수평위치에서의 단면도이다.
도 4는 확경형 돌기의 작동을 설명하기 위한 단면도이다.
도 5는 여러개의 봉재에 스프링스페이서들이 결합되는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 6 및 도 7은 도 4에 도시된 부재들의 결합구조를 설명하기 위한 사시도이다.
도 8과 도 9는 선단지지력과 인발저항력의 증대효과를 설명하기 위한 도면이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참조하며 구체적으로 설명한다. 다만, 이하의 실시예에 본 발명의 권리범위가 한정됨은 아니고, 당업자 수준에서 변경가능한 정도의 균등 발명이라면 모두 본 발명의 권리범위 내에 속함이 자명함을 미리 밝혀둔다.

도 1은 종래의 단일봉 형태의 마이크로 파일을 도시하고 있다. 상술한 바와 같이, 통상적인 단일봉을 갖춘 마이크로 파일은 본당 지지력이 지반이 불량할 경우에 매우 떨어지는 문제점이 있었고, 층리 및 절리가 발달한 지반에서는 마이크로 파일의 단부가 지반을 꿰매는 기능을 발휘할 수 없는 문제점이 있었다.

따라서, 당업계에서는 마이크로 파일의 주면 마찰력 상승, 선단지지력 및 인발저항력 상승 및 지반 고착력 상승 등을 동시에 해결할 수 있는 마이크로 파일에 대한 요구가 끊임없이 제기되었지만, 이와 같은 요구를 모두 충족시킬 수 있는 마이크로 파일을 제시되지 못한 실정이었다.

도 2 내지 도 9에서 설명되는 본 발명의 마이크로 파일은 상기와 같은 문제점을 모두 해결할 수 있는 획기적인 발명이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 마이크로 파일의 단면도이고, 도 3은 도 2의 각 수평위치에서의 단면도이며, 도 4는 확경형 돌기의 작동을 설명하기 위한 단면도이다.

도 2에 도시된 마이크로 파일은 매트 기초 하부에 드릴홀(200)이 형성된 후, 다수의 봉재들이 인입되며, 하부는 확경형 돌기(160)들이 지반을 향하여 돌출 고정되며, 상부는 지지플레이트(500)와 록너트(510)에 의해서 고정결합된다. 응력은 다수의 봉재들(110,112,114,116)들에 분배되어 걸리게 되며, 봉재의 길이연장은 통상적인 부재인 커플링(400)에 의해 가능하다.

도 2, 도 3에 도시된 마이크로 파일(100)의 전체적인 구조는 다음과 같다.

매트기초 (700)하부의 지반 내부에 압입되어 구조물을 지지하는 마이크로 파일(100)에 있어서, 마이크로 파일(100)에 가해지는 응력을 분산시키기 위해, 일정간격을 두고서, 종방향으로 평행하게 구비되는 다수의 봉재(110,112,114,116);와,

상기 봉재들이 콘크리트 유동에 따라 상호 교차되거나, 서로 떨어지는(이격되는) 것을 방지하기 위해, 상기 봉재들의 최외곽면을 따라 감싸도록 구비되는, 외부스프링 스페이서(135);와,

중심봉재(110)와 주변봉재(112,114,116)의 간격을 유지시키기 위해 중심봉재 외곽을 감싸는 내부스프링스페이서(130);와

상기 봉재들 중, 마이크로파일 수평 단면상의 중심부를 지나는 봉재(중심봉재, 110)를 제외한 주변 봉재(112,114,116)들의 하단부와 결합되는 고정부재의 상부(155);와

상기 중심봉재(110) 하측 단부와 결합되되, 단부형상이 원추형인 중심봉재 수용부재(170);와

상기 고정부재 상부(155)와 결합되는 고정부재 하부(150)의 내부 일측에 인입되어 있으며, 상기 중심봉재수용부재(170)의 원추형 단부와의 접촉에 의해서, 방사형으로 돌출됨으로써 지반으로 압입되는 확경형 돌기(160); 를 포함하는 것을 특징으로 하는 다수봉재를 구비한 마이크로 파일이 제시된다.

본 발명의 가장 큰 특징은 마이크로 파일에 다수개의 봉을 동시에 사용하여, 마이크로 파일에 가해지는 응력을 고루 분산시킴은 물론, 그라우트와의 접촉면적을 상승시켜 마찰력을 상승시킬 수 있는 장점이 있다.

다수개의 봉재들은 평행상태를 유지해야 상기 장점을 발휘할 수 있는 바, 봉재들의 상대적인 위치를 유지하기 위한, 봉재위치고정부재가 필요하다.

특히 그라우트를 봉재들 사이에 주입한 후, 콘크리트 유동에 의해서 봉재들이 밀리거나 당겨져서, 평행을 유지하기 힘든 조건이 되며, 이는 마이크로파일의 하단부로 갈수록 고압발생에 의해서 그 현상이 두드러지게 된다.

상기 현상을 방지하기 위하여, 봉재위치고정부재의 하나의 실시예로서, 본 발명에서는 스프링 스페이서(130,135)를 채용하였다.

도 5와 같이, 외부스프링스페이서(135)는 주변봉재(112,114,116)들의 외측을 감싸면서 봉재(112,114,116)에 결합되어지는데, 도 3의 (c)의 단면도를 참조하면 그 구조를 알 수 있다.

내부스프링스페이서(130)는 중심봉재(110)와 주변봉재(112) 사이의 간격이 가까와 지는 것을 방지하여, 여러 봉재들(110,112,114,116)의 평행상태가 유지되도록 하는데, 도 5 및 도 3의 (c)에서 용이하게 그 위치와 구조를 파악할 수 있다.

내외부 스프링스페이서(130,135)는 스프링의 형상을 취하고 있어서, 그라우트와 접촉면적이 증대됨은 물론, 나선형으로 그라우트 내부에 인입된 상태로 굳어지게 되므로, 콘크리트 부착력이 기존의 마이크로 파일에 비해 현저히 증대될 수 있음과 동시에 마이크로파일의 강도 증대에도 탁월한 효과가 발생된다.

한편, 도시되지는 않았지만, 내,외부 스프링스페이서(130,135)의 단부는 봉재 일측과 가는 철선에 의해서 묶어서 연결하는 등의 방법으로 결합시킬 수 있다. 이러한 묶는 방법은 특별한 기술에 속하지 않으므로 상세설명을 생략한다.

상기 내, 외부스프링스페이서(130,135)는 마이크로파일(100)의 길이방향(종방향)을 따라서, 동일 높이의 위치에서, 동시에 구비되는 것이 바람직하나, 반드시 이에 국한됨은 아니다. 즉, 도 2에서는 마이크로 파일의 길이방향을 따라서 2개소에 내,외부스프링스페이서(130,135)가 한쌍씩 짝을 이루며 배치되어 있다. 이러한 스프링스페이서가 형성되는 개수는 반드시 2개소에 한정됨은 아니고, 지반내부로 압입된 마이크로 파일의 길이 등을 고려하여, 가감할 수 있음은 물론이다.

이와같이, 본 발명에서는 다수의 봉재(봉재)들이 콘크리트 유동압(流動壓)에 의해 상호 벌어지거나 교차되는 것을 방지하기 위한 스페이서(spacer) 부재들을 채용하고 있는데, 이러한 다봉재 구조 및 스프링 형상의 스페이서는 당업자에게는 이제까지 전혀 착상되지 못한 구조로서, 마이크로 파일의 강도 증가 측면에서 매우 획기적인 발명이다.

또한 이들 스페이서 부재의 형상적 특성에 기인하여, 그라우트와의 부착력이 증대되므로 마이크로파일의 전체적인 강도 증가의 효과가 탁월하다.

스프링스페이서들(130, 135)의 형상은 여러가지 형태일 수 있는데, 본 발명의 바람직한 실시예는 스파이럴(spiral) 형상으로 한다. 다만, 마이크로 파일에 관한 당업자 수준에서 변형가능한 부재들 즉, 내부가 관통된 원반형태의 스페이서(미도시) 혹은 내부가 관통된 실린더형상의 통 등도 충분히 본 발명의 목적을 달성하기 위해 채택, 결합될 수 있음은 자명하다.

도 5와 같은, 스파이럴 형상은 통상적인 스프링의 완충기능을 사용한다기 보다는, 여러 개의 봉재들(110,112,114,116)의 사이 공간을 확보함과 동시에 그라우트와의 접촉면적 상승에 의한 마찰력 향상, 큰 압축력 또는 인장력 작용에 의한 그라우트 파손 방지 등이 주된 기능이다.

도 4, 도 6, 도 7을 참조하면서, 마이크로 파일(100)의 하부의 구조를 보다 상세히 설명한다.

고정부재는 상하부(155,150)로 나뉘고 봉재들을 수용하게 된다.

주변봉재(112,114,116)는 고정부재 상부(155)에 나사결합되고, 중심봉재 (110)는 고정부재상부(155)를 관통한 후, 중심봉재 수용부재(170)에 나사결합된다.

중심봉재수용부재(170)는 원추형 단부를 가지고 있고, 내외부 표면에는 나사가 형성되어 있어, 상부방향으로부터는 중심봉재(110)와 나사결합되며,

중심봉재 수용부재(170)의 외부 나사와 고정부재 하부(150) 내부일측이 나사결합될 수 있도록 형성되어 있다.

도 4의 (a)는 확경형 돌기(160)가 돌출되기 전의 장면이고, 도 4 (b)는 중심봉재수용부재(170)의 하단부에 밀려 확경형 돌기(160)가 밖으로 방사형태로 튀어나온 상태를 도시한 것이다. 확경형 돌기(160)와 중심봉재수용부재(170)는 모두 원추형태이므로 도 4(a) 상태에서 중심봉재(110)의 회전에 의해서 결국, 중심봉재수용부재(170)는 확경형 돌기(160) 표면에 외력을 가하게 됨으로써, 지반으로 확경형 돌기가 압입되는 원리를 이용한 것이다.

도 4(a)(b)에서 원추형홈(151)에 중심봉재수용부재 (170)의 단부의 뾰족한 부분이 닿아 있을 때는 확경형 돌기(160)가 밖으로 튀어나오게 됨을 알 수 있다.

확경형 돌기(160)의 개수는 4개 도시하였지만, 2개, 3개 혹은 5개 이상 중 선택할 수 있음은 물론이다.

도 7은 도6의 단면을 도시한 것인데, 상술된 내용을 재차 요약한다.

도 7에서 주변봉재들은 그 하부의 나사산과, 고정부재상부 (155)의 주변봉재수용부(156)의 암나사부에 결합되며, 중심봉재(110)는 중심봉재수용부재 (170) 내측의 내부나사(170a)와 결합된다.

이러한 중심봉재수용부재(170)의 외부나사(170b)는 고정부재하부(150) 내측의 나사인 고정부재하부 내부나사(150a)에 나사결합되며, 고정부재결합부재(180)는 고정부재상하부((150,155)를 결속하게 된다.

도 8과 도 9는 선단지지력과 인발저항력의 증대 효과를 설명하기 위한 도면이다.

말뚝지지력은 도 8에 도시된 주면마찰력과 선단지지력의 합으로 통상 계산되는데, 주면마찰력은 마이크로파일과 주변의 지반 사이의 힘으로서 도 8의 양쪽 옆부분의 화살표 벡터로 표시된 것이고, 마이크로파일 하단부에 작은 화살표 벡터와 굵은 화살표 벡터로 표시된 것이 선단지지력이다.

도 8과 같이, 본 발명의 마이크로 파일에서는 확경형 돌기(160,도4)의 영향으로 부분확공과 선단지지력이 향상되어, 각도 A와 같은 마이크로 파일의 폭보다 훨씬 넓은 범위에 걸쳐 선단지지력이 발휘됨을 알 수 있다.

도 9에서는 마이크로파일에 대한 인발 저항력을 도시한 것인데, 확경형 돌기에 의한 영향으로 인해서 마이크로파일 몸체 보다 훨씬 넓은 범위(각도 B)에 걸쳐서 마이크로파일을 인발하려는 힘에 저항하는 저항력이 발휘됨을 알 수 있다.

본 발명에 의해서 다음과 같은 효과를 기대할 수 있다.

첫째 여러 개의 봉재을 구비한 마이크로 파일을 제시함으로써 파일에 가해지는 응력을 효과적으로 균등하게 분산시킬 수 있음과 동시에 다수의 봉재과 그라우팅재료 간의 접촉 표면적 향상으로 주면 마찰력과 인발저향력을 극대화할 수 있어, 최근 연구가 활발히 진행되고 있는 내진(耐震)설계에 큰 기여를 할 수 있을 것으로 기대된다.

둘째, 확경형 돌기를 구비하여, 관입하고자 하는 위치에서의 부분 확공 기능 발휘 및 선단지지력과 인발저항력을 모두 현저히 향상시킬 수 있다.

특히 층리와 절리가 발달한 지형에서 지반을 꿰메는 기능을 보다 효과적으로 발휘할 수 있게 된다.

또한, 다수의 봉재들이 콘크리트 유동압(流動壓)에 의해 상호 벌어지거나 교차되는 것을 방지하기 위한 스페이서(spacer) 부재들을 구비함으로써 보다 견고한 마이크로 파일 구조를 유지할 수 있으며, 동시에 이들 스페이서 부재의 형상적 특성에 기인하여, 그라우트와의 부착력이 증대되므로 마이크로파일의 전체적인 강도 증가의 효과가 탁월하다.

100:마이크로파일
110:중심봉재 110a:중심봉재 단부
112:주변 봉재 112a:주변봉재 단부
114:주변 봉재 114a:주변봉재 단부
116:주변 봉재
130,135:내,외부 봉재위치고정부재
130:내부스프링스페이서
135:외부스프링스페이서
150:고정부재하부 151:원추형홈
154,156:중심봉재 수용부
155:고정부재상부 156:주변봉재 수용부
157:확경형 돌기수용홈
160:확경형 돌기 170:중심봉재수용부재
170a:중심봉재수용부재 내부나사
170b:중심봉재수용부재 외부나사
170c:원추형단부 180:고정부재결합부재
200:드릴홀 300:스틸케이싱
400:커플링 500:지지플레이트
510:록너트 600:그라우트주입구
700:매트기초

Claims (4)

1. 지반에 압입되어 구조물을 지지하는 마이크로 파일에 있어서,
   
   중심에 위치한 중심봉재(110);와
   상기 중심봉재의 외곽에 형성되는 주변봉재(112,114,116);와
   상기 봉재들이 콘크리트 유동에 따라 상호 교차되거나, 이격되는 것을 방지하기 위해, 상기 주변봉재들의 최외곽면을 따라 감싸도록 구비되는, 외부 봉재 위치고정부재(외부스프링 스페이서,135);와
   중심봉재(110)와 주변봉재(112,114,116)의 간격을 유지시키기 위해, 중심봉재 길이방향을 따라 외곽면을 감싸는 스프링 형상으로 된, 내부 봉재위치고정부재(내부스프링스페이서,130);와
   상기 봉재들 중, 마이크로파일 수평 단면상의 중심부를 지나는 봉재(중심봉재, 110)을 제외한 주변 봉재(112,114,116)의 하단부와 결합되는 고정부재의 상부(155); 와
   상기 중심봉재(110)와 결합되되, 단부는 원추형인 중심봉재 수용부재(170);와
   상기 고정부재 상부와 결합되는 고정부재 하부(150)의 내부 일측에 인입되어 있으며, 상기 중심봉재수용부재(170)의 하방 이동에 의해, 방사형으로 돌출되어, 지반에 압입되는 확경형 돌기(160);
   를 포함하며,
   상기 확경형 돌기(160)와 중심봉재수용부재(170)는 원추형상이며, 상기 고정부재하부(150) 내부에 형성된 나사와 중심봉재수용부재(170) 외부의 나사가 결합하면서, 중심봉재수용부재(170)가 확경형 돌기(160) 외부면에 접촉력을 가하며 확경형 돌기(160)가 외부로 돌출됨으로써,
   
   마이크로 파일에 가해지는 응력을 효과적으로 균등하게 분산시킬 수 있음과 동시에 다수의 봉재과 그라우팅재료 간의 접촉 표면적 향상으로 주면 마찰력과 인발저항력을 극대화하며, 다수의 봉재들이 콘크리트 유동압(流動壓)에 의해 상호 벌어지거나 교차되는 것을 방지하기 위한 부재들을 구비함으로써 보다 견고한 마이크로 파일 구조를 유지할 수 있는,
   마이크로 파일.
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