KR101380593B1 - 선단 확장형 파일 및 이를 이용한 매입 파일 공법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 매입되기 위한 파일본체; 상기 파일본체의 선단에 위치하는 선단봉; 상기 파일본체의 선단에 고정되고, 상기 선단봉이 상기 파일본체의 선단으로부터 종방향으로 돌출 및 삽입되도록 슬라이딩 가능하게 결합되는 제 1 가이드부가 마련되며, 상기 파일본체의 선단에 횡방향으로 슬라이딩을 가이드하도록 제 2 가이드부가 마련되는 슬라이딩가이드; 상기 제 2 가이드부에 슬라이딩 가능하게 결합됨으로써 상기 파일본체의 선단에 삽입된 상태에서 횡방향으로 돌출될 수 있도록 설치되는 선단면확장판; 및 상기 선단봉에 고정되어 상기 선단면확장판에 연결됨으로써 상기 선단봉이 외력에 의해 상기 파일본체의 선단에 삽입시, 상기 선단면확장판이 상기 파일본체의 선단으로부터 횡방향으로 돌출되도록 하는 횡력발생부재를 포함하도록 한 선단 확장형 파일 및 이를 이용한 매입 파일 공법에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 파일의 선단 면적이 확장되도록 함으로써 천공홀의 직경에 해당하는 선단 면적의 선단 지지력을 활용할 수 있도록 하고, 이로 인해 파일의 지내력을 극대화시킬 수 있다.

Description

선단 확장형 파일 및 이를 이용한 매입 파일 공법{FORE-END TYPE PILE AND AUGER-DRILLED PILLING METHOD USING THE SAME}
본 발명은 선단 확장형 파일 및 이를 이용한 매입 파일 공법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 파일의 선단 면적이 확장되도록 함으로써 천공홀의 직경에 해당하는 선단 면적의 선단 지지력을 활용할 수 있도록 하고, 이로 인해 파일의 지내력을 극대화시킬 수 있는 선단 확장형 파일 및 이를 이용한 매입 파일 공법에 관한 것이다.
일반적으로 파일 공법은 항타식과 매입식으로 대별된다. 이중에서 매입식 공법은 지중 천공에 의해 파일을 삽입한 후, 파일과 천공홀 사이를 충진하여 지내력을 발휘하도록 한다.
종래의 매입 파일 공법으로는 한국등록특허 제10-0762991호의 "고강도 몰탈을 충진하는 기성말뚝 매입공법"이 개시된 바 있는데, 이는 건축물 또는 토목구조물이 축조될 지반과 지지층을 비트가 선단에 부착된 오거스쿠류를 이용하여 천공홀을 형성하는 천공단계와, 오거스쿠류 또는 별도의 몰탈공급장치를 통해 천공홀의 하부에 말뚝선단지지력 발휘를 위한 고강도몰탈을 충진하는 선단부몰탈충진단계와, 오거스쿠류와 빗트를 이용하여 선단부몰탈이 충진된 천공홀에 말뚝을 압입이나 회전시켜 관입하는 말뚝관입단계와, 말뚝관입단계에서 천공홀에 관입된 말뚝의 상부를 오거스쿠류와 빗트로 지지하고, 천공홀에 관입된 말뚝의 주변으로 마찰지지력 확보를 위해 오거스쿠류의 중공부 또는 별도의 몰탈공급장치를 이용하여 주면부몰탈을 재충진하는 주면부몰탈충진단계와, 선단부몰탈 및 주면부몰탈이 경화되는 양생단계로 이루어진 고강도 몰탈을 충진하는 기성말뚝 매입공법에 있어서, 선단부몰탈 및 주면부몰탈은 지반의 내부에 투수성이 매우 큰 모래자갈층과 같은 대수층에서도 유실되지 않고, 강말뚝 또는 콘크리트말뚝의 표면에 잘 부착될 수 있도록 팽창재, 유동화제, 재료불분리제, 수중불분리제가 혼합되어 구성된다.
그러나, 이와 같은 종래의 매입 파일 공법은 파일 지내력이 파일 직경의 선단 면적에 비례함에도, 이에 대한 고려없이 단지 고강도 몰탈의 충진만을 수행함으로써 파일 지내력의 증가에 도움이 되지 못하는 문제점을 가지고 있었다.
상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 파일의 선단 면적이 확장되도록 함으로써 천공홀의 직경에 해당하는 선단 면적의 선단 지지력을 활용할 수 있도록 하고, 이로 인해 파일의 지내력을 극대화시킬 수 있도록 하는데 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적들은 이하의 실시예에 대한 설명을 통해 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일측면에 따르면, 매입되기 위한 파일본체; 상기 파일본체의 선단에 위치하는 선단봉; 상기 파일본체의 선단에 고정되고, 상기 선단봉이 상기 파일본체의 선단으로부터 종방향으로 슬라이딩 가능하게 결합되는 제 1 가이드부가 마련되며, 상기 파일본체의 선단에 횡방향으로 슬라이딩을 가이드하도록 제 2 가이드부가 마련되는 슬라이딩가이드; 상기 제 2 가이드부에 슬라이딩 가능하게 결합됨으로써 상기 파일본체의 선단에 삽입된 상태에서 횡방향으로 돌출될 수 있도록 설치되는 선단면확장판; 및 상기 선단봉에 고정되어 상기 선단면확장판에 연결됨으로써 상기 선단봉이 외력에 의해 상기 파일본체의 선단에 삽입시, 상기 선단면확장판이 상기 파일본체의 선단으로부터 횡방향으로 돌출되도록 하는 횡력발생부재를 포함하는 선단 확장형 파일이 제공된다.
상기 슬라이딩가이드는 상기 제 1 가이드부가 중심부에 마련되고, 상기 제 1 가이드부로부터 외측으로 상기 제 2 가이드부가 마련되며, 상기 선단면확장판은 상기 제 1 가이드부의 둘레를 따라 다수로 배열되는 분할판으로 이루어지고, 상기 분할판이 상기 제 2 가이드부에 슬라이딩 가능하도록 결합될 수 있다.
상기 횡력발생부재는 상기 선단봉에서 상기 파일본체의 선단으로부터 돌출되는 부분에 끼워져서 상기 파일본체의 선단으로부터 이격되도록 고정되고, 외측으로 다수로 마련되는 분기부 각각이 벤딩되어 상기 선단면확장판에 고정될 수 있다.
상기 슬라이딩가이드는 상기 제 2 가이드부가 상기 선단면확장판에 끼워지도록 슬릿 형태로 이루어지고, 상기 제 2 가이드부에 상기 분기부의 끝단이 삽입되어 횡방향 이동을 허용하기 위한 가이드홈이 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 지반을 천공하는 단계; 상기 천공에 의해 형성되는 천공홀에 전술한 선단 확장형 파일을 삽입하는 단계; 상기 선단 확장형 파일을 상기 천공홀의 바닥에 가압함으로써 상기 선단봉이 상기 파일본체의 선단에 삽입됨으로써 상기 횡력발생부재가 상기 선단면확장판을 상기 파일본체의 선단으로부터 횡방향으로 돌출되도록 하는 단계; 및 상기 천공홀과 상기 선단 확장형 파일 사이의 공간을 충진재로 충진하는 단계를 포함하는 선단 확장형 파일을 이용한 매입 파일 공법이 제공된다.
본 발명에 따른 선단 확장형 파일 및 이를 이용한 매입 파일 공법에 의하면, 파일의 선단 면적이 확장되도록 함으로써 천공홀의 직경에 해당하는 선단 면적의 선단 지지력을 활용할 수 있도록 하고, 이로 인해 파일의 지내력을 극대화시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선단 확장형 파일의 요부를 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 선단 확장형 파일의 요부를 도시한 저면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 선단 확장형 파일의 요부에 대한 작용을 설명하기 위한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 선단 확장형 파일의 요부에 대한 작용을 설명하기 위한 저면도이다.
도 5 내지 도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 선단 확장형 파일을 이용한 매입 파일 공법을 순차적으로 설명하기 위한 측단면도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고, 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고, 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니고, 본 발명의 기술 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 식으로 이해되어야 하고, 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명하며, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성요소에 대해서는 동일한 참조 번호를 부여하고, 이에 대해 중복되는 설명을 생략하기로 한다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 선단 확장형 파일의 요부를 도시한 단면도 및 저면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 선단 확장형 파일(100)은 파일본체(110), 선단봉(120), 슬라이딩가이드(130), 선단면확장판(140) 및 횡력발생부재(150)를 포함할 수 있다.
파일본체(110)는 천공홀에 매입되기 위한 것으로서, 천공홀에 매입되어 상부로 노출 내지 돌출되기에 필요한 길이를 가질 수 있고, 요구되는 강도에 따라 직경이 정해질 수 있으며, PSC(Prestressed Concrete Pile), HCP(Hybrid Composite Pile), 철근콘크리트, 강재 빔, 목재 파일 등을 비롯하여 다양한 재질 및 구조의 파일이 해당될 수 있다.
파일본체(110)는 선단에 슬라이딩가이드부(130)가 직접 고정되거나, 재료의 특성을 고려하여 고정판(111)을 매개로 슬라이딩가이드부(130)가 고정될 수 있으며, 슬라이딩가이드부(130)가 용접, 볼팅, 와이어링 등을 비롯하여 다양한 방법에 의해 고정될 수 있다.
선단봉(120)은 파일본체(110)의 선단에 위치하는데, 파일본체(110)와 길이방향을 따라 배열되는 길이부재로 이루어지며, 일례로 강재의 바(bar)로 이루어질 수 있으며, 파일본체(110)가 중공으로 이루어지는 경우 이러한 중공을 통해서 삽입될 수 있으며, 파일본체(110)가 중공으로 이루어지지 않는 경우 슬라이딩가이드부(130)에 의해 확보되는 공간을 통해서 삽입될 수도 있다.
슬라이딩가이드부(130)은 파일본체(110)의 선단에 고정되고, 선단봉(120)이 파일본체(110)의 선단으로부터 종방향으로 돌출 및 삽입되도록 슬라이딩 가능하게 결합되는 제 1 가이드부(131)가 마련되며, 파일본체(110)의 선단에 횡방향으로 슬라이딩을 가이드하도록 제 2 가이드부(132)가 마련된다. 슬라이딩가이드부(130)는 제 1 가이드부(131)가 중심부에 마련될 수 있고, 제 1 가이드부(131)로부터 외측으로 제 2 가이드부(132)가 마련될 수 있다.
제 1 가이드부(131)는 홀의 형태를 가짐으로써 내측에 위치하는 선단봉(120)이 상하로 슬라이딩 가능하게 설치된다.
제 2 가이드부(132)는 단일로 이루어지거나, 제 1 가이드부(131) 둘레를 따라 연속적인 형상을 가질 수 있으며, 이에 한하지 않고 다른 예로서, 제 1 가이드부(131)을 중심으로 방사상 내지 반경 방향으로 다수로 연장되도록 마련될 수 있다. 제 2 가이드부(132)는 본 실시예에서는 4개로 이루어짐으로써 제 1 가이드부(131)를 중심으로 십자 형태로 배열됨을 나타내나, 이에 한하지 않고, 2개로 이루어짐으로써 일자 형태로 배열될 수도 있다.
선단면확장판(140)은 제 2 가이드부(132)에 슬라이딩 가능하게 결합됨으로써 파일본체(110)의 선단에 삽입된 상태에서 횡방향으로 돌출될 수 있도록 설치된다.
선단면확장판(140)은 일례로 강판으로 제작될 수 있으며, 제 1 가이드부(131)의 둘레를 따라 다수로 배열되는 분할판(141)으로 이루어질 수 있고, 분할판(141)이 제 2 가이드부(132)에 슬라이딩 가능하도록 결합될 수 있다. 선단면확장판(140)은 일례로 선단봉(120)과의 간섭을 회피하도록 중심부가 개방되도록 형성되는 원판 형상을 가질 수 있고, 중심부로부터 방사상으로 분할됨으로써 분할판(141)이 부채꼴 형상을 가질 수 있다. 이러한 분할판(141)은 예시적인 것일 뿐, 그 구조나 형태를 변경하여 다양하게 구성될 수 있다.
횡력발생부재(150)는 선단봉(120)에 고정되어 선단면확장판(140)에 연결됨으로써, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 선단봉(120)이 외력에 의해 파일본체(110)의 선단에 삽입시, 선단면확장판(140)이 파일본체(110)의 선단으로부터 횡방향으로 돌출되도록 한다.
횡력발생부재(150)는 선단봉(120)에서 파일본체(110)의 선단으로부터 돌출되는 부분에 끼워져서 파일본체(110)의 선단으로부터 이격되도록 고정될 수 있고, 외측으로 다수로 마련되는 분기부(141) 각각이 벤딩되어 선단면확장판(140)에 용접이나 볼팅 또는 억지 끼움 등의 방식에 의해 고정될 수 있다. 여기서 분기부(151)는 횡력발생부재(150)의 중심부로부터 방사상 또는 반경 방향으로 연장되도록 형성되되, 분할판(141)의 개수에 상응하는 개수로 이루어질 수 있다. 이때 선단봉(120)은 외주면에 끼워진 횡력발생부재(150)에 용접으로 고정되거나, 돌기나 홈 형태로 형성되는 고정부(121)에 의해 횡력발생부재(150)가 고정되도록 할 수 있다. 한편 선단봉(120)은 횡력발생부재(150)로부터 상방으로의 이동만 제한되도록 고정되는 경우, 하방으로 이탈될 수 있으므로 이를 방지할 정도로 제 1 가이드부(131)에 억지 끼워질 수도 있다.
슬라이딩가이드(130)는 제 2 가이드부(132)가 선단면확장판(140)에 끼워지도록 슬릿 형태로 이루어지고, 제 2 가이드부(132)에 분기부(151)의 끝단이 삽입되어 횡방향 이동을 허용하기 위한 가이드홈(133)이 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 선단 확장형 파일을 이용한 매입 파일 공법은, 먼저 도 5에 도시된 바와 같이, 지반(1)을 천공하게 되는데, 이를 위해 일례로 오거 스크루(auger screw)를 사용하여 지반을 수직되게 천공할 수 있다. 이때 천공으로 형성되는 천공홀(2)은 파일본체(110)의 직경보다 큰 직경을 가지도록 하되, 일례로 파일본체(110)의 직경보다 10~12%, 일례로 11% 큰 직경을 가지도록 형성될 수 있다.
천공에 의해 천공홀(2)이 형성되면, 천공홀(2)에 상기한 본 발명의 일 실시예에 따른 선단 확장형 파일(100)을 삽입한다. 그런 다음, 선단 확장형 파일(100)을 하방으로 가압하여 천공홀(2)의 바닥(2a)에 가압되도록 함으로써, 선단봉(120)이 바닥(2a)에 눌려져서 파일본체(110)의 선단에 삽입되도록 한다. 따라서 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 선단봉(120)이 파일본체(110)의 선단에 삽입되면서 횡력발생부재(150)도 상방으로 이동하도록 하고, 이러한 횡력발생부재(150)의 변형에 의해 횡력발생부재(150)의 분기부(151)가 외측으로 이동하여, 도 6에 도시된 바와 같이, 선단면확장판(140)의 분할판(141)이 파일본체(110)의 선단으로부터 횡방향으로 돌출되도록 한다.
도 7에 도시된 바와 같이, 선단면확장판(140)의 돌출을 마치면, 천공홀(2)과 선단 확장형 파일(100) 사이의 공간을 충진재(3)로 충진한다, 이때, 충진재(3)로는 그라우팅액이 사용될 수 있다.
이와 같은 본 발명에 따른 선단 확장형 파일 및 이를 이용한 매입 파일 공법에 의하면, 파일의 선단 면적이 확장되도록 함으로써 천공홀의 직경에 해당하는 선단 면적의 선단 지지력을 활용할 수 있도록 하고, 이로 인해 파일의 지내력을 극대화시킬 수 있다. 예컨대 파일본체의 직경이 450mm인 경우, 천공홀의 직경이 500mm일 때, 선단 면적이 최대 500mm 정도로 확장되므로, 선단 지내력은 20~25% 정도 증가하게 되고, 이는 결과적으로 파일의 소요 개수를 20~25% 감소시킬 수 있는 효과를 발휘하며, 본 발명에 따른 선단 확장형 파일의 제작비를 고려하더라도 기존 파일에 비하여 최소 15% 정도의 공비 절감 효과를 얻을 수 있다.
이와 같이 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 이루어질 수 있음은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 한정되어서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이러한 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
110 : 파일본체 111 : 고정판
120 : 선단봉 121 : 고정부
130 : 슬라이딩가이드 131 : 제 1 가이드부
132 : 제 2 가이드부 133 : 가이드홈
140 : 선단면확장판 141 : 분할판
150 : 횡력발생부재 151 : 분기부

Claims (5)

  1. 매입되기 위한 파일본체;
    상기 파일본체의 선단에 위치하는 선단봉;
    상기 파일본체의 선단에 고정되고, 상기 선단봉이 상기 파일본체의 선단으로부터 종방향으로 슬라이딩 가능하게 결합되는 제 1 가이드부가 마련되며, 상기 파일본체의 선단에 횡방향으로 슬라이딩을 가이드하도록 제 2 가이드부가 마련되는 슬라이딩가이드;
    상기 제 2 가이드부에 슬라이딩 가능하게 결합됨으로써 상기 파일본체의 선단에 삽입된 상태에서 횡방향으로 돌출될 수 있도록 설치되는 선단면확장판; 및
    상기 선단봉에 고정되어 상기 선단면확장판에 연결됨으로써 상기 선단봉이 외력에 의해 상기 파일본체의 선단에 삽입시, 상기 선단면확장판이 상기 파일본체의 선단으로부터 횡방향으로 돌출되도록 하는 횡력발생부재를 포함하고,
    상기 슬라이딩가이드는,
    상기 제 1 가이드부가 중심부에 마련되고, 상기 제 1 가이드부로부터 외측으로 상기 제 2 가이드부가 마련되며,
    상기 선단면확장판은,
    상기 제 1 가이드부의 둘레를 따라 다수로 배열되는 분할판으로 이루어지고, 상기 분할판이 상기 제 2 가이드부에 슬라이딩 가능하도록 결합되고,
    상기 횡력발생부재는,
    상기 선단봉에서 상기 파일본체의 선단으로부터 돌출되는 부분에 끼워져서 상기 파일본체의 선단으로부터 이격되도록 고정되고, 외측으로 다수로 마련되는 분기부 각각이 벤딩되어 상기 선단면확장판에 고정되는, 선단 확장형 파일.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 슬라이딩가이드는,
    상기 제 2 가이드부가 상기 선단면확장판에 끼워지도록 슬릿 형태로 이루어지고, 상기 제 2 가이드부에 상기 분기부의 끝단이 삽입되어 횡방향 이동을 허용하기 위한 가이드홈이 형성되는, 선단 확장형 파일.
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