KR101290140B1 - 강관말뚝과 중공 콘크리트 말뚝의 합성에 의한 심부구속구조를 가지는 합성말뚝 및 그 시공방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 강관말뚝 내부에 중공 콘크리트 말뚝을 삽입하고, 강관말뚝과 중공 콘크리트 말뚝 사이에 채움재를 주입하여 강관말뚝과 중공 콘크리트 말뚝을 일체화시키면서 강관말뚝의 심부구속효과를 유도하여 축력 및 휨모멘트에 대한 강성을 증대시킨 합성말뚝에 관한 것으로서, 구체적으로 본 발명에서는 강관말뚝(11) 내에 상기 강관말뚝(11)의 내경보다 작은 외경을 가지며 중앙에는 중공이 형성되어 있는 중공 콘크리트 말뚝(21)이 삽입된 상태에서, 상기 강관말뚝(11)의 내면과 상기 중공 콘크리트 말뚝(21)의 외면 사이의 간격에 콘크리트가 타설되어 상기 강관말뚝(11)과 상기 중공 콘크리트 말뚝(21)이 채움재(22)에 의해 일체로 합성되어 있는 구성을 가지는 것을 특징으로 하는 합성말뚝이 제공된다.

Description

강관말뚝과 중공 콘크리트 말뚝의 합성에 의한 심부구속구조를 가지는 합성말뚝 및 그 시공방법{Composite Pile and Construction Method thereof}

본 발명은 강관말뚝과 중공 콘크리트 말뚝의 합성말뚝에 관한 것으로서, 구체적으로는, 강관말뚝 내부에 중공 콘크리트 말뚝을 삽입하고, 강관말뚝과 중공 콘크리트 말뚝 사이에 채움재를 주입하여 강관말뚝과 중공 콘크리트 말뚝을 일체화시키면서 강관말뚝의 심부구속효과를 유도하여 축력 및 휨모멘트에 대한 강성을 증대시킨 합성말뚝에 관한 것이다.

종래에 구조물의 기초를 구축하는데 사용되는 말뚝으로는 강관말뚝과 콘크리트 말뚝이 사용된다. 말뚝이 동일한 직경을 가지고 있을 때, 강관말뚝과 콘크리트 말뚝은 휨 또는 전단에 대한 저항능력에 차이가 있다. 수직력이 크게 작용하는 구조물에서는 강관말뚝에 비해 경제성과 시공성이 뛰어난 콘크리트 말뚝이 적용되지만, 지진하중과 같은 수평력 및 휨 모멘트의 영향이 큰 구조물의 경우, 콘크리트 말뚝은 휨 및 전단에 대한 저항능력이 작기 때문에, 콘크리트 말뚝보다는 강관말뚝이 사용된다. 그러나 강관말뚝은 콘크리트 말뚝에 비하여 가격이 고가이고, 시공하는데 소음 등의 문제가 발생한다. 이와 같은 강관말뚝과 콘크리트 말뚝의 장단점을 상호 보완하기 위하여 강관말뚝과 콘크리트 말뚝을 합성한 형태의 다양한 합성말뚝이 제시되고 있다.

종래기술에서 제시된 합성말뚝으로는, 예를 들면 강관말뚝 내부 전체에 콘크리트를 채워 보강한 합성말뚝, 말뚝의 길이 방향으로 강관말뚝과 콘크리트 말뚝을 서로 결합하여 연결한 합성말뚝 등이 있다. 그러나 이러한 종래의 합성말뚝은 콘크리트가 필요이상으로 과다하게 사용되어 자중이 증가되고, 그에 따라 운반 및 취급이 어렵게 될 뿐만 아니라 제작 비용 역시 많이 소요되며, 말뚝의 길이 방향으로 강관말뚝과 콘크리트 말뚝을 연결하기 위한 별도의 연결조립체 등을 사용함으로 인한 제작공정의 번거로움, 제작비용 증가 등의 단점을 가지고 있다.

이러한 종래기술의 일예로 강관 내에 콘크리트를 주입시켜 활용하는 공사방법이 국내 등록특허 제 10-0441966호(2004. 07. 27. 공고)가 개시되어 있다.

대한민국 등록특허 제 10-0441966호(2004. 07. 27. 공고) 참고.

본 발명은 위와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 개발된 것으로 구체적으로는, 강관말뚝과 콘크리트 말뚝의 각각이 가지고 있는 장점들을 극대화시킬 수 있으면서도, 제작비용이 저렴하며, 제작과정이 단순할 뿐만 아니라, 최적화된 단면을 가지는 경제적인 합성말뚝을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에서는 구조물의 기초를 구축하는데 사용되는 합성말뚝으로서; 원형 단면을 가지는 강관말뚝과 상기 강관말뚝의 내경보다 작은 외경을 가지며 중앙에는 중공이 형성되어 있고 상기 강관말뚝 내부에 삽입되는 중공 콘크리트 말뚝, 및 상기 강관말뚝의 내면과 상기 중공 콘크리트 말뚝의 외면 사이의 간격에 타설되어 채워져서 상기 강관말뚝과 상기 중공 콘크리트 말뚝을 일체화시키는 채움재를 포함하여 구성되는 합성말뚝이 제공된다.

이러한 본 발명의 합성말뚝에서, 상기 중공 콘크리트 말뚝이 상기 강관말뚝의 입구로 삽입될 때, 상기 중공 콘크리트 말뚝이 강관말뚝의 중앙에 위치하도록 가이드 하는, 판부재로 이루어진 복수개의 삽입가이드가 상기 강관말뚝의 내면에 구비되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 합성말뚝은, 중공 콘크리트 말뚝과 채움재의 외면을 강관말뚝이 감싸고 있는 상태이므로, 중심에 위치한 중공 콘크리트 말뚝에 의해 심부구속효과가 발휘됨과 동시에, 강관말뚝에 의해 현장 타설 콘크리트 즉, 채움재의 외부구속효과가 발휘되어 전체적인 합성말뚝의 축력 및 휨모멘트에 대한 강성이 크게 증대되는 효과가 발휘된다.

또한 종래기술에 비해, 강관말뚝의 두께를 줄일 수 있고 현장 타설 콘크리트 양을 감소시킬 수 있어 제작비용을 절감할 수 있으며, 말뚝의 길이 방향으로 강관말뚝과 콘크리트 말뚝을 연결하기 위한 별도의 연결조립체 등을 사용할 필요가 없으므로, 제작이 간소화되고 그에 따라 경제성이 크게 향상되는 효과가 발휘된다.

특히, 본 발명에 따른 합성말뚝은, 공장에서 제작한 중공 콘크리트 말뚝을 사용하여 제작되므로, 말뚝의 시공기간이 단축되고, 강관말뚝의 내부를 채우는 콘크리트의 품질이 향상되는 효과를 갖는다.

도 1은 본 발명에 따른 합성말뚝을 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 2는 도 1의 합성말뚝의 평면도이다.
도 3은 도 1의 선 A-A에 따른 개략적인 단면사시도이다.
도 4는 본 발명에 따른 합성말뚝을 제작하기 위하여 강관말뚝 내에 중공 콘크리트 말뚝을 삽입하는 상태를 보여주는 개략적인 사시도이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다. 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 실시예로서 설명되는 것이며, 이것에 의해 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용이 제한되지 않는다.

도 1은 본 발명에 따른 합성말뚝의 개략적인 사시도가 도시되어 있으며, 도 2에는 도 1에 도시된 본 발명에 따른 합성말뚝의 평면도가 도시되어 있다. 도 3에는 본 발명에 따른 합성말뚝의 일부를 이루고 있는 강관말뚝(11)의 내부를 보여주는 도 1의 선 A-A에 따른 단면도가 도시되어있고, 도 4에는 본 발명에 따른 합성말뚝을 제작하기 위하여 강관말뚝(11) 내에 중공 콘크리트 말뚝(21)을 삽입하는 상태를 보여주는 개략적인 단면사시도가 도시되어 있다.

본 발명에 따른 합성말뚝은, 원형 단면을 가지는 강관말뚝(11), 상기 강관말뚝(11)의 내경보다 작은 외경을 가지며 중앙에는 중공이 형성되어 있고 상기 강관말뚝(11) 내부에 삽입되는 중공 콘크리트 말뚝(21), 및 상기 강관말뚝(11)의 내면과 상기 중공 콘크리트 말뚝(21)의 외면 사이의 간격에 타설되어 채워지는 현장 타설 채움재(22)를 포함하여 구성된다.

즉, 본 발명에 따른 합성말뚝은, 강관말뚝(11) 내에 상기 강관말뚝(11)의 내경보다 작은 외경을 가지는 중공 콘크리트 말뚝(21)이 삽입된 상태에서 상기 강관말뚝(11)의 내면과 상기 중공 콘크리트 말뚝(21)의 외면 사이의 간격에 콘크리트가 타설되어 상기 강관말뚝(11)과 상기 중공 콘크리트 말뚝(21)이 채움재(22)에 의해 일체로 합성되어 있는 구성을 가지는 것이다.

중공 콘크리트 말뚝(21)은 소위 PHC 말뚝이라고 불리는 것으로서, 공장에서 미리 원심성형 등에 의하여 말뚝의 중앙에 중공(中空)이 말뚝의 길이 방향으로 길게 형성되어 있는 원형의 프리캐스트 콘크리트 말뚝이다. 이러한 중공 콘크리트 말뚝(21)이 강관말뚝(11)의 내부에 위치하여 본 발명에 따른 합성말뚝을 이루게 되는데, 중공 콘크리트 말뚝(21)이 강관말뚝(11) 내부에서 강관말뚝(11)의 내면과 간격을 두고 중앙에 위치하도록 하기 위해서는 아래와 같은 구성을 더 구비하는 것이 바람직하다.

즉, 도면에 도시된 것처럼, 강관말뚝(11)의 내면에 삽입가이드(12)를 설치하는 것이다. 상기 삽입가이드(12)는 판형태의 부재로 제작될 수 있는데, 강관말뚝(11)의 내면에 복수개가 설치된다. 즉, 도 3에 도시된 것처럼, 판부재로 이루어진 상기 삽입가이드(12)가 강관말뚝(11)의 중심을 향하여 돌출된 형태로 강관말뚝(11)의 내면에 구비되는 것이다. 이 때, 강관말뚝(11)의 둘레를 따라서 복수개의 삽입가이드(12)가 배치되는 것이 바람직하다.

이러한 삽입가이드(12)는 중공 콘크리트 말뚝(21)이 강관말뚝(11)의 입구로 삽입될 때, 삽입가이드(12)에 의해 중공 콘크리트 말뚝(21)의 삽입 위치가 변동되지 않도록 함으로써, 중공 콘크리트 말뚝(21)이 강관말뚝(11)의 중앙에 위치하도록 하는 기능을 수행한다. 따라서 도 3의 실시예와 같이 판부재로 된 복수 개의 삽입가이드(12)가 강관말뚝(11)의 입구에만 구비될 수도 있지만, 강관말뚝(11)의 길이 방향으로 간격을 두고 여러 개의 층으로 삽입가이드가 배치될 수도 있고, 삽입가이드(12)가 강관말뚝(11)의 길이 방향으로 길게 연장된 부재로 이루어져 강관말뚝(11)의 길이 전체에 배치될 수도 있다.

공장에서 미리 제작된 중공 콘크리트 말뚝(21)이 강관말뚝(11)에 내에 삽입된 상태에서는, 상기 중공 콘크리트 말뚝(21)과 강관말뚝(11) 사이에는 간격이 존재하게 되는데, 이러한 중공 콘크리트 말뚝(21)과 강관말뚝(11) 사이의 간격에는 무수축 모르타르 또는 무수축 콘크리트로 된 채움재(22)가 주입되어 채워짐으로써, 중공 콘크리트 말뚝(21)과 강관말뚝(11)을 서로 일체화시키게 된다.

이러한 본 발명에 따른 합성말뚝을 제작하는 방법을 더 상세히 살펴보면, 우선 항타 또는 오거에 의한 굴착공 형성에 의하여 강관말뚝(11)을 지반에 관입 설치한다. 강관말뚝(11)을 항타에 의하여 설치하는 경우, 강관말뚝(11) 내부의 토사를 제거하는 작업을 추가로 더 수행하게 된다.

강관말뚝(11)이 지반에 설치되면, 미리 공장에서 사전 제작되어 운반된 중공 콘크리트 말뚝(21)을 강관말뚝(11)의 내부에 삽입하게 되는데, 이 때 강관말뚝(11)의 입구 즉, 상단부에는 앞서 설명한 삽입가이드(12)가 미리 구비되어 있는 것이 바람직하다. 상기 삽입가이드(12)는 강관말뚝(11)을 공장에서 제작할 때 미리 강관말뚝(11)의 내면에 일체로 구비될 수도 있지만, 현장에서 강관말뚝(11)을 지반에 관입설치한 후, 중공 콘크리트 말뚝(21)을 삽입하기 전에, 강관말뚝(11)의 입구 즉, 상단부 내면에 부착 설치할 수도 있다.

이와 같이 삽입가이드(12)가 설치된 상태에서 중공 콘크리트 말뚝(21)을 크레인 등으로 인양하여 상기 삽입가이드(12)를 따라 상기 강관말뚝(11)의 내부에 삽입하여 위치시킨다. 강관말뚝(11)의 내부에 중공 콘크리트 말뚝(21)이 삽입되어 위치한 후에는, 중공 콘크리트 말뚝(21)과 강관말뚝(11) 사이의 간격에 무수축 모르타르 또는 무수축 콘크리트로 된 채움재(22)를 주입하여 채움으로써, 중공 콘크리트 말뚝(21)과 강관말뚝(11)을 서로 일체화시켜 합성말뚝을 제작한다.

따라서 본 발명에 따른 합성말뚝은, 중공 콘크리트 말뚝(21)과 채움재(22)에 의해 말뚝이 이루어지되, 그 외면을 강관말뚝(11)이 감싸고 있는 상태이므로, 중심에 위치한 중공 콘크리트 말뚝(21)에 의해 심부구속효과가 발휘됨과 동시에, 강관말뚝(11)에 의해 현장 타설 콘크리트 즉, 채움재(22)의 외부구속효과가 발휘되어 전체적인 합성말뚝의 축력 및 휨모멘트에 대한 강성이 크게 증대되는 효과가 발휘된다.

그러므로 강관말뚝과 중공 콘크리트 말뚝의 합성으로 이루어진 본 발명에 따른 합성말뚝은, 강관말뚝과 콘크리트 말뚝의 장점(선단지지력 증가 및 콘크리트 말뚝의 저항력에 대한 강관말뚝의 보완 등)을 모두 가지고 있으면서도, 종래기술에 비해, 콘크리트가 필요이상으로 과다하게 사용되는 것을 방지할 수 있어 자중을 줄여 운반 및 취급이 용이하게 될 뿐만 아니라 제작비용을 줄일 수 있으며, 말뚝의 길이 방향으로 강관말뚝과 콘크리트 말뚝을 연결하기 위한 별도의 연결조립체 등을 사용할 필요가 없으므로, 제작이 간소화되고 그에 따라 경제성이 크게 향상되는 효과가 발휘된다.

특히, 본 발명에 따른 합성말뚝은, 공장에서 제작한 중공 콘크리트 말뚝(21)을 사용하여 제작되므로, 말뚝의 시공기간이 단축되고, 강관말뚝(11)의 내부를 채우는 콘크리트의 품질이 향상되어, 전체적인 합성말뚝이 우수한 품질을 갖게 된다.

또한 강관말뚝(11)과 중공 콘크리트 말뚝(21) 사이의 간격에만 현장에서 채움재(22)를 타설하면 되므로, 현장 타설 콘크리트 양이 감소하게 된다.

말뚝에 대해 압축력보다 휨모멘트가 지배적으로 작용하는 경우에는, 말뚝의 중심부가 충실하게 채워져 있을 필요가 없다. 이러한 이유에서 종래의 강관말뚝과 PHC말뚝은 말뚝의 중앙에 길이 방향으로 길게 중공이 형성되어 있는 것이다. 그러나 강관과 콘크리트의 장점을 모두 살리기 위하여 시도되는 콘크리트 충진 강합성 말뚝 즉, 강관말뚝의 내부에 현장타설 콘크리트를 충진한 말뚝의 경우에는, 말뚝의 제작시에 원심력을 주어야만 말뚝 내부에 중공을 형성할 수 있다. 즉, 말뚝의 제작시에 원심력을 주지 않는 한 중공 형성이 곤란한 것이다. 특히, 건물의 기둥으로 쓰이는 종래의 CFT 기둥처럼 설계한 길이 그대로 시공할 수 있다면, 사전에 공장에서 말뚝의 제작이 충분히 가능하겠지만, 콘크리트 충진 강합성 말뚝의 경우, 공장에서 상당한 노력을 들여 사전 제작을 하더라도, 현장 지반 여건에 따라 말뚝을 절단하여 사용할 수 밖에 없으며, 이 경우 재료의 낭비는 물론이고 말뚝의 절단을 위해 새로운 절단장비와 절단공법을 도입하는 등의 여러 가지 문제가 발생하게 된다. 따라서 이론적으로는 강관말뚝의 내부에 필요에 따라 현장타설 콘크리트를 충진하여 콘크리트 충진 강합성 말뚝을 생각해볼 수는 있지만, 실제 현실에서는 공장 제작이 어려우며, 현장에서 강관을 절단한 후 강관 내에 콘크리트를 타설하는 형태로 제작하여야 하고, 결국에는 중공을 형성할 수 없어, 불필요하게 말뚝의 중심부를 충실하게 채울 수 밖에 없으며, 그에 따라 비용 등이 과대해져서 실용성이 없어지게 된다.

이에 반하여, 본 발명에서는 위에서 설명한 것처럼 강관말뚝(11)을 지반에 우선 관입하여 설치하고, 지반에 매입설치된 강관말뚝(11)의 길이에 맞춰서 중공 콘크리트 말뚝(21)을 제작하거나 또는 공장에서 제작된 것을 현장에서 절단한 후, 강관말뚝(11) 내에 삽입가이드(12)를 이용하여 중공 콘크리트 말뚝(21)을 강관말뚝(11) 내에 삽입하고 중공 콘크리트 말뚝(21)과 강관말뚝(11) 사이의 간격에 채움재(22)를 채워 합성말뚝을 시공하게 되므로, 현장에서도 중심부가 충실하지 아니하여 경제성이 우수한 말뚝을 자연스럽고 용이하게 시공할 수 있게 되는 것이다.

또한 본 발명에 따른 합성말뚝은 구조적으로 강관말뚝(11)과 중공 콘크리트 말뚝(21), 그리고 채움재(22)에 의해 형성되는 원형의 말뚝 부분이 모두 동심원을 이루고 있는 일종의 "다중 레이어(층)의 중공 부재"로 이루어져 있다. 따라서, 단순한 강관과 현장타설 콘크리트의 합성으로 이루어진 종래의 말뚝에 비하여 재료비 절감, 자중 감소에 따른 취급 용이 등의 장점을 가질 뿐만 아니라, 구성 재료간의 구속 효과가 발휘되어 강도 및 연성이 증가될 뿐만 아니라, 강한 충격 흡수 능력을 갖게 되는 장점이 있다.

11: 강관말뚝
21: 중공 콘크리트 말뚝

Claims (2)

1. 원형 단면을 가지는 강관말뚝(11);
   상기 강관말뚝(11)의 내경보다 작은 외경을 가지며 중앙에는 중공이 형성되어 있도록 프리캐스트 방식으로 사전에 제작되어, 상기 강관말뚝(11) 내부에 삽입되는 중공 콘크리트 말뚝(21); 및
   상기 강관말뚝(11)의 내면과 상기 중공 콘크리트 말뚝(21)의 외면 사이의 간격에 채워지는 채움재(22)를 포함하며;
   상기 중공 콘크리트 말뚝(21)이 상기 강관말뚝(11)의 입구로 삽입될 때, 상기 중공 콘크리트 말뚝(21)이 강관말뚝(11)의 중앙에 위치하도록 가이드 하는, 판부재로 이루어진 복수개의 삽입가이드(12)가 상기 강관말뚝(11)의 내면에 구비되어 있도록 구성되어;
   상기 중공 콘크리트 말뚝(21)이 상기 삽입가이드(12)에 의해 상기 강관말뚝(11) 내에 삽입되어 상기 중공 콘크리트 말뚝(21)의 외면과 상기 강관말뚝(11)의 내면 사이에 간격이 존재하도록 상기 강관말뚝(11)의 중앙에 위치한 상태에서, 상기 채움재(22)가 상기 중공 콘크리트 말뚝(21)의 외면과 상기 강관말뚝(11)의 내면 사이의 간격에 채워져서 상기 강관말뚝(11)과 상기 중공 콘크리트 말뚝(21)이 일체로 합성되어 있는 구성을 가지는 것을 특징으로 하는 합성말뚝.
   
2. 원형 단면을 가지며 판부재로 이루어진 복수개의 삽입가이드(12)가 내면에 구비되어 있는 강관말뚝(11)을 지반에 관입 설치하는 단계;
   상기 삽입가이드(12)에 의해 만들어진 상기 강관말뚝(11)의 내부 구멍의 내경보다 작은 외경을 가지며 중앙에는 중공이 형성되어 있도록 프리캐스트 방식으로 제작된 중공 콘크리트 말뚝(21)을 인양하여 상기 삽입가이드(12)를 따라 상기 강관말뚝(11)의 내부에 삽입하여, 상기 중공 콘크리트 말뚝(21)을 상기 강관말뚝(11)의 내면과 간격을 가진 상태로 상기 강관말뚝(11)의 중앙에 위치시키는 단계; 및
   상기 강관말뚝(11) 내에 상기 중공 콘크리트 말뚝(21)이 삽입된 상태에서, 상기 강관말뚝(11)의 내면과 상기 중공 콘크리트 말뚝(21)의 외면 사이의 간격에 채움재(22)를 채워서 상기 강관말뚝(11)과 상기 중공 콘크리트 말뚝(21)이 일체로 합성되도록 하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 강관말뚝과 중공 콘크리트 말뚝으로 이루어진 합성말뚝의 시공방법.

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