KR101413593B1

KR101413593B1 - 선단지지력 및 주면마찰력 확보가 가능한 복합파일 및 그 시공방법

Info

Publication number: KR101413593B1
Application number: KR1020130041288A
Authority: KR
Inventors: 이강수
Original assignee: 이강수
Priority date: 2013-04-15
Filing date: 2013-04-15
Publication date: 2014-07-04

Abstract

소구경 파일체를 이용하면서도 선단지지력과 주면마찰력을 동시에 확보할 수 있어 보다 효과적이고 경제적으로 허용연직지지력을 확보할 수 있는 복합파일 및 그 시공방법에 관한 것으로서, 상기 복합파일은 예컨대, 지반에 형성된 천공홀 내부에 삽입되도록 설치되며 선단부에 선단지지판이 형성된 강관; 상기 강관의 선단지지판 상면에 지지되도록 설치된 정착장치와 선단지지판을 관통하여 강관 및 천공홀 내부에 배치되도록 세팅된 소구경 파일체; 및 상기 천공홀과 강관 내부에 소구경 파일체가 매립되도록 주입된 그라우팅재;를 포함한다.

Description

선단지지력 및 주면마찰력 확보가 가능한 복합파일 및 그 시공방법{COMPOSITE PILE WITH END BEARING CAPACITY, FRICTION CAPACITY AND CONSTRUCTION METHOD THEREFOR}

본 발명은 선단지지력 및 주면마찰력 확보가 가능한 복합파일에 대한 것이다. 더욱 구체적으로 소구경 파일체를 이용하면서도 선단지지력과 주면마찰력을 동시에 확보할 수 있어 보다 효과적이고 경제적으로 허용연직지지력을 확보할 수 있는 복합파일 및 그 시공방법에 관한 것이다.

도 1a 및 도 1b는 종래 마이크로 파일(10)을 지반(20)에 설치한 상태를 단면도로 도시한 것이다.

상기 마이크로파일(10)은 통상 대구경 파일(강관파일, PHC 파일 등)과는 달리 그 직경이 상대적으로 작은 봉 형태(통상 직경 300mm 이하)로 형성된 소구경 파일체인데 이러한 마이크로 파일은 지반(20)에 미리 형성시킨 천공홀(21)에 삽입, 고정된다.

상기 마이크로파일(10)은 봉 형태로서 외주면에 나사부(THREAD, 슬레드)를 형성시키되, 에폭시 코팅과 같은 표면 보호층이 외주면에 더 형성된다.

이러한 마이크로파일(10)은 소정의 길이를 가지되 동일한 직경을 가진 다수의 마이크로파일을 커플러(11)를 이용하여 연결시켜 가면서 지반(20)에 소요 깊이까지 삽입시키는 방식으로 삽입 시공된다.

이에 상기 마이크로파일(10)의 시공방법을 도 1b를 기준으로 살펴보면, 다음과 같다.

먼저, 지반(20)에 소형 크롤러드릴과 같은 천공장비를 이용하여 마이크로파일(10)을 삽입시킬 수 있을 정도의 홀(21,천공홀)을 지지층(암반) 표면으로부터 하방까지 연장 형성시키게 된다.

이때, 지반 표면으로부터 일정 깊이까지가 토사층일 경우 천공홀이 붕괴될 우려가 있어 케이싱(22)을 함께 지반에 삽입시키게 되는데 이러한 케이싱(22)이 설치된 구간을 케이싱 설치구간이라 한다.

하지만 지지층까지 연장된 천골홀은 달리 붕괴의 우려가 없으므로 케이싱은 통상 지지층 표면까지 삽입 설치하게 된다.

다음으로는 마이크로파일(10) 다수를 커플러(11)를 이용하여 연결시켜 가면서 천공홀(21) 선단까지 삽입되도록 전체 길이를 세팅한 후, 센터라이저(마이크로파일이 천공홀 중심에 배치되도록 하는 수단으로서 간단하게는 철근을 이용할 수 있다.)를 이용하여 마이크로파일(10)을 천공홀(21)의 중앙에 세팅시켜 놓게 된다.

이때 상기 천공홀(21) 내부에서 마이크로파일(10)이 천공 내측면으로부터 일정한 거리를 유지하도록 도 1a와 같이 간격재(12,스페이서)를 설치하기도 한다.

다음으로는 천공홀(21)에 모르타르를 포함하는 그라우팅재(30)를 주입호스 또는 트레미 관 등으로 주입시켜 천공홀 내부가 그라우팅재로 충진되도록 하며, 이로서 마이크로파일(10)은 지반(20) 즉 지지층과 케이성 설치구간에 걸쳐 삽입, 고정되어 설치됨을 알 수 있다.

이때 상기 마이크로파일(10)의 두부는 도 1a와 같이 지반 상부로 돌출되어 구조물 기초판(40,베이스콘크리트)에 매립되도록 하게 되는데,

이를 위해 마이크로파일(10) 두부에는 앵커플레이트(41)를 체결시키고, 상기 앵커플레이트 상면 및 저면에 락너트(42,43)를 함께 체결시켜 상기 앵커플레이트가 베이스콘크리트에 일종의 고정구 역할을 하도록 함으로서 마이크로파일(10)과 베이스콘크리트(40)가 서로 일체화되도록 한다.

또한 상기 마이크로파일(10) 두부를 감싸도록 도 1a와 같이 보강철근(43)을 추가로 설치하기도 한다.

이때 상기 마이크로파일(10)의 허용연직지지력은 그라우팅재와 주변 지반의 마찰력으로 산정된다. 이는 상기 마이크로파일이 소구경 파일체이기 때문에 선단면적이 작아 마이크로파일의 선단지지력을 허용연직지지력으로 산정하지 않기 때문이며 케이싱(22)의 경우 파일체를 구성하는 주부재가 아니기에 케이싱의 주면마찰력을 지지력에 포함하기에 무리가 있었기 때문이다.(여기서 주면마찰력은 마이크로파일이 원형 강봉 형태로 형성되므로 원형 강봉 외주면과 주위 지반과의 마찰력이라는 의미로 주면(기둥면) 마찰력이라고 한다.)

이에 마이크로파일의 시공에 있어 필요한 허용연직지지력 확보를 위해 비교적 깊은 지지층까지 마이크로파일을 근입시켜야 하기 때문에 공사비가 증가할 수밖에 없었다.

특히, 케이싱은 파일의 주부재로 사용할 수 있는 재료임에도 공벽 유지 및 마이크로파일의 좌굴 방지용으로만 사용되어 전체적으로 효과적인 재료 사용이 되지 못했다는 한계가 있었다.

이에 본 발명은 마이크로 파일과 같이 주변 지반과 그라우팅재의 마찰력만을 허용연직지지력으로 산정하는 파일에 있어서도 선단지지력을 추가로 확보할 수 있도록 함으로서 파일의 지지층 근입 길이를 줄일 수 있도록 하고 특히, 압축력을 주로 받는 파일의 경우 파일의 설치량을 획기적으로 줄일 수 있는 복합파일 및 그 시공방법 제공을 해결하고자 하는 과제로 한다.

본 발명은 상기 과제를 달성하기 위하여

첫째, 소구경 파일체를 이용함으로서 주변 지반과 그라우팅재의 주면마찰력만을 허용연직지지력으로 산정하는 파일에 있어서도 상기 소구경 파일체의 선단지지력을 확보할 수 있도록 하기 위하여 상기 소구경 파일체에 정착장치를 추가로 설치하게 된다.

즉, 상기 정착장치 하부의 그라우팅재에 정착장치가 설치된 소구경 파일체가 지지되도록 함으로서 소구경 파일체의 선단지지력을 추가로 확보할 수 있도록 한 것이다.

둘째, 이를 위해 본 발명은 천공홀에 일정한 길이를 가지도록 형성된 강관을 삽입하고 상기 강관에 정착장치가 설치된 소구경 파일체를 삽입 설치한 상태에서 소구경 파일체의 정착장치가 상기 강관 선단부에 고정되도록 함으로서 강관의 선단부 폐쇄효과에 의하여 강관 자체도 선단지지력을 확보 할 수 있도록 하였다.

본 발명은 종래 마이크로 파일과 같이 소구경 파일체를 사용하는 파일시공에 있어서도 선단지지력을 추가로 확보할 수 있어 파일의 허용연직지지력을 획기적으로 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

이에 특히 압축력을 주로 받는 파일의 경우 상기 본 발명의 강관만으로도 압축력을 충분히 지지할 수 있으므로 소구경 파일체를 굳이 천공홀 전장에 걸쳐 설치할 필요가 없어 소구경 파일체의 길이(설치량)를 획기적으로 줄일 수 있다.

또한 강관과 소구경 파일체의 단면을 조절하여 설계 내력에 근접하도록 쉽게 파일의 강성을 조절할 수 있다.

또한 강성이 큰 강관을 이용하기 때문에 지반의 표면(지표면) 등에 있어 좌굴 및 휨압축응력에 대한 저항력을 크게 높일 수 있게 된다.

결국, 본 발명은 종래 강봉을 사용하는 마이크로 파일과 소구경 강관파일의 장점을 살린 복합파일을 제공함으로서 특히 지반에 잔류시킨 케이싱과 강봉을 사용하는 마이크로 파일과 같이 강재의 이중사용을 전제로 하는 설계와 대비하여 보다 경제적인 소구경 파일체 시공이 가능하게 되며 나아가 본 발명은 선단지지력을 확보할 수 있는 만큼 주면마찰력 확보를 위해 필요한 소구경 파일체 설치량을 획기적으로 줄일 수 있게 된다.

도 1a는 종래 마이크로 파일의 시공 단면도,
도 1b는 종래 마이크로 파일의 시공 순서도,
도 2는 본 발명의 복합파일의 작용도,
도 3a, 도 3b, 도 3c 및 도 3d는 본 발명의 실시예 1에 의한 복합파일의 시공순서도,
도 4a, 도 4b 및 도 4c는 상기 실시예 1의 정착장치 및 두부보강장치의 설치도,
도 5a, 도 5b, 도 5c 및 도 5d는 본 발명의 실시예 2에 의한 복합파일의 시공순서도,
도 6a 및 도 6b는 상기 실시예 2의 정착장치의 사시도,
도 7a, 도 7b, 도 7c 및 도 7d는 본 발명의 실시예 3에 의한 복합파일의 시공순서도,
도 8a 및 도 8b는 상기 실시예 3의 정착장치의 및 두부보강장치의 사시도이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

[ 본 발명의 복합파일 및 작용]

도 2는 본 발명의 복합파일 및 작용도를 도시한 것이다.

먼저 본 발명의 복합파일(A)은 소구경 파일체(100), 정착장치(200), 강관(300)을 포함하여 구성된다.

상기 소구경 파일체(100)는 종래 마이크로 파일과 같이 소구경 강봉의 외주면에 스레드바가 형성된 것을 이용할 수 있으나 소구경 강관을 이용해도 상관은 없으며 본 발명은 상기 소구경 강봉을 기준으로 살펴본다.

이때 소구경의 의미는 그라우팅재에 매립된 상태에서 선단지지력을 산정할 수 있을 정도의 구경을 가지지 못하는 경우를 의미하는 데 종래 마이크로 파일을 기준으로 직경 100~300mm 이하를 의미할 수 있을 것이다.

도 2를 참조하면 상기 소구경 파일체(100)는 지반에 미리 형성시킨 천공홀(500)에 삽입되도록 설치되는데 그 연장길이는 지반의 표면으로부터 일정깊이 하부로 연장되어 지지층(암반) 표면으로부터 하방으로 더 연장되어 있음을 알 수 있다.

또한 상기 천공홀(500)에 삽입된 소구경 파일체(100) 주위에는 그라우팅재(400)가 주입되어 있음을 알 수 있다.

이러한 소구경 파일체(100)의 하부에는 정착장치(200)가 형성되어 있음을 알 수 있는데 이러한 정착장치(200)는 특히 중앙홀이 형성된 판부재로서 소구경 파일체(100)가 상기 중앙홀에 삽입되도록 하고 정착너트와 같은 정착구에 의하여 소구경 파일체(100)의 하부에 일체로 형성되어 있음을 알 수 있다.

다음으로 상기 강관(300)은 지지층 상부 지반에 있어 케이싱 역할을 기본적으로 하게 되는데 중요한 점은 상기 강관의 선단부는 정착장치(200)와 일체로 고정되도록 수평절곡부의 선단지지판(310)이 형성되어 있음을 알 수 있다.

즉 상기 선단지지판(310)은 소구경 파일체(100)가 관통할 수 있도록 중앙홀이 형성된 판부재로서 강관(300)의 저면에 일체로 형성되어 있음을 알 수 있다.

이에 상기 선단지지판(310) 상면에 소구경 파일체에 일체로 형성된 정착장치(200)가 고정되도록 설치됨을 알 수 있다.

이에 상기 정착장치(200)와 강관(300)의 선단부 하부 및 강관(300) 내부로 그라우팅재(400)를 주입시킨 상태에서 그라우팅재(400)가 경화되면,

첫째, 지지층(H2)에서는 그라우팅재(400)와 주변 지반(지지층)과의 주면마찰력으로 복합파일(A)의 허용연직지지력을 확보할 수 있게 된다.

둘째, 소구경 파일체(100)의 정착장치(200)가 일체화된 강관(300) 하부에 주입되어 경화된 그라우팅재(400)가 상기 강관(300)을 지지하는 역할을 하여 본 발명의 복합파일은 강관(300) 하부에 발생하는 선단지지력을 확보할 수 있게 된다.

즉, 소구경 파일체(100)의 정착장치(200)와 강관(300)에 형성시킨 선단지지판(310)에 의한 선단부 폐쇄효과에 의하여 강관 자체도 선단지지력을 확보 할 수 있게 된다.

셋째, 강관(300)이 설치된 지반 즉 지지층 표면으로부터 지반의 표면(H1)까지는 강관(300)과 주위 지반의 마찰력으로도 복합파일(A)의 허용연직지지력을 확보할 수 있게 된다.

이에 본 발명은 소구경 파일체(100)의 경우 도 2에서 천공홀 전체 연장길이에 걸쳐 세팅되어 있음을 알 수 있지만 선단지지력을 추가로 확보할 수 있으므로 소구경 파일체(100)의 연장길이를 조정하여 고가의 강봉으로 제작되는 소구경 파일체 설치량을 줄일 수 있게 된다. 또한 상기 소구경 파일체(100)로서 소구경 강관을 이용할 수도 있어 강관 사용에 의한 경제성을 충분히 발휘할 수 있게 된다.

[ 실시예 1: 본 발명의 복합파일 및 그 시공방법 ]

상기 실시예 1에 의한 본 발명의 복합파일(A)은 앞서 도 2에서 살펴본 소구경 파일체(100), 정착장치(200), 강관(300), 그라우팅재(400)를 이용하게 되며 도 3을 참조하여 그 시공순서를 기준으로 살펴본다.

먼저, 도 3a와 같이 지반에 천공홀(500)을 시공하게 된다. 이러한 천공홀(500)은 지반 표면으로부터 일정한 깊이로 형성되어 있는 토사층과 토사층 하부의 암반과 같은 지지층으로 구성된 지반을 기준으로 지지층 표면으로부터 그 하부까지 연장되어 후술되는 천공홀에 삽입되도록 설치되는 소구경 파일체(100)가 지지층까지 근입 되도록 형성시키게 된다.

다음으로 상기 천공홀(500)에 본 발명의 강관(300)을 미리 삽입시키게 된다. 이러한 강관(300)은 기본적으로 케이싱 역할을 하여 토사층에 있어 형성된 천공홀이 붕괴되지 않도록 하는 역할을 하게 된다. 이에 강관은 토사층 깊이에 맞추어 제작한 연장길이로 제작된 것을 이용하게 된다.

이러한 강관(300)은 원형 강관으로서 강관(300)의 선단부에는 선단지지판(310)을 형성시키게 된다.

상기 선단지지판(310)은 도 4a와 같이 중앙홀(311)이 형성된 수평 판형태의 부재로 형성시켜 원형 강관인 강관(300)의 선단부 저면에 일체로 형성되도록 하게 된다.

이때 도 3b와 같이 상기 선단지지판(310)의 외주면과 중앙홀까지의 폭은 후술되는 정착판(210)의 관통홀(212)에 삽입된 그라우팅재 주입관(410)이 천공홀 하부로 연장될 수 있도록 폭이 조정된다.

다음으로 도 3b와 같이 소구경 파일체(100)에 그라우팅재 주입관(410)이 설치된 정착장치(200)를 장착하고, 정착장치(200)가 장착된 소구경 파일체(100)를 강관(300) 내부에 삽입시키게 된다.

이때 상기 소구경 파일체(100)는 나사선 형태의 슬레드가 외주면에 형성된 강봉 복수개를 커플러(110)로 연결시킨 것이 이용되고 있음을 알 수 있으며 그라우팅재(400)와의 일체성 확보를 위한 전단연결재(120)도 외주면에 끼워져 설치하고 있음을 알 수 있다.

이때 소구경 파일체(100)의 하부에는 정착장치(200)가 설치되어 있는데 도 4a와 같이 상기 정착장치(200)는 소구경 파일체(100)가 삽입 체결될 수 있도록 중앙홀(211)이 형성된 수평 판형태의 부재로서 상기 중앙홀(211) 주위에 그라우팅재 주입관(410)이 삽입될 수 있도록 관통홀(212)이 형성된 정착판(210)과 상기 정착판이 소구경 파일체(100)의 하부에 고정 세팅되도록 정착판 상면에 체결되어 정착판을 지지하는 정착너트(220)를 포함하여 이루어짐을 알 수 있다.

이때 상기 정착판(210) 상면에는 수직봉 형태의 스터드(213)를 도 4a와 같이 더 형성시켜 위치 고정 및 그라우팅재(400)와의 부착 성능을 증진시킬 수 있다. 이에 정착너트(220)를 설치하지 않아도 된다.

나아가 상기 스터드(211)와 달리 정착너트(220), 정착판(210) 및 도 4c와 같이 철근조립체가 정착판(210) 상면에 형성되도록 할 수도 있다.

이에 소구경 파일체(100)의 정착장치(200)를 구성하는 정착판(210)은 앞서 살펴본 강관(300)의 선단지지판(310) 상면에 접하면서 위치가 세팅되고 상기 정착판(210)은 강관 내주면에 외주면이 접하면서 소구경 파일체(100)가 강관(300) 중앙에 위치하도록 하는 스페이서 역할도 하게 된다.

이때 소구경 파일체(100)의 연장길이는 그 선단부가 지지층까지 연장된 천공홀의 선단부까지 연장되도록 하고, 두부는 강관(300)의 상부로 연장되어 지표면 위쪽까지 연장되도록 한다. 또한 그라우팅재 주입관(410)도 선단부가 지지층에 형성된 천공홀 내부에 위치하도록 하고, 두부는 강관 상부로 연장되도록 연장길이를 맞추어 놓게 된다.

다음으로 도 3c와 같이 미도시된 컴프레셔 등을 이용하여 그라우팅재(400)를 그라우팅재 주입관(410)을 통해 천공홀과 강관 내부에 주입시키게 된다. 이에 그라우팅재는 천공홀 하부로부터 채워지기 시작하여 강관의 선단부까지 채워지게 되고 그라우팅재 주입관(410)을 인발하면서 강관 내부에도 밀실하게 채워지도록 하게 된다.

그라우팅재 주입관(410)이 인발되도록 한 뒤, 주입된 그라우팅재(400)는 시간이 경과함에 따라 경화하게 되며 이에 소구경 파일체(100)와 강관 및 그라우팅재(400)는 일체화된다.

나아가 상기 그라우팅재(400)는 천공홀 전체 연장길이에 걸쳐 주입되도록 할 수도 있으나 두부보강장치 또는 철근조립체등의 이용에 의하여 도 4c와 같이 천공홀 전체가 아닌 일부에 각각 주입시킬 수 있으며 이는 마감판을 강관등의 내부에 설치하면 되고, 단지 강관 선단부의 하부 천공홀에는 그라우팅재가 반드시 주입되도록 하게 할 수 있다.

다음으로 도 3d와 같이 강관(300) 두부 상면에 소구경 파일체가 관통할 수 있는 중앙홀이 형성된 수평판 형태의 두부보강판(320)을 장착하고, 상기 두부보강판(320) 상부에 역시 앵커플레이트(330)를 체결시키고, 상기 앵커플레이트 상면 및 저면에 락너트(340)를 함께 체결시켜 상기 앵커플레이트가 베이스콘크리트(40)에 일종의 고정구 역할을 하도록 함으로서 소구경 파일체(100)와 베이스콘크리트(40)가 서로 일체화되도록 한다.

이때 상기 두부보강판(320)은 소구경 파일체(100)의 상면에 고정되어 지표면 근처에서 가장 크게 발생하는 토압에 의한 휨 모멘트 및 지진에 의한 수평령에 대하여 소구경 파일체(100)를 보강하는 역할을 하게 된다.

이러한 두부보강판(320)은 도 4b와 같이 사각판 형태로 형성시켜도 되고 원형판 형태로 형성시켜도 된다.

이에 상기 두부보강판(320), 앵커플레이트(330), 락너트(340)는 두부보강장치로 지칭할 수 있는데 도 4b와 같이 두부보강판(320)을 사용하지 않고 앵커플레이트(330) 저면으로부터 하방으로 연장된 철근조립체(350)를 이용해도 되며 이러한 철근조립체(350)가 강관 내부에 위치하도록 그라우팅재(400) 주입 레벨을 강관 상면으로부터 하방에 위치하도록 하게 된다.

이에 베이스콘크리트를 타설하면 강관내부에 베이스콘크리트가 채워져 철근조립체(350)에 의하여 베이스콘크리트와 소구경 파일체(100)가 서로 구조적으로 일체화된다.

이에 베이스콘크리트(40)가 완성되면 베이스콘크리트(40)로 부터 하중이 강관과 소구경 파일체(100)에 전달되고, 압축 및 인장력이 발생하게 되는데 이러한 압축 및 인장력은 도 2와 같이 마찰력과 선단지지력에 의하여 지지되며 특히 선단지지력은 선단지지판과 정착판에 상방으로 반력의 형태로서 작용하게 된다. 이에 상기 선단지지력에 대하여 정착판이 정착너트(220)에 의하여 구속되어 효과적으로 지지할 수 있고, 강관(300)은 그 자체의 강성에 의하여 선단지지력을 효과적으로 지지할 수 있게 된다.

[ 실시예 2: 본 발명의 복합파일 및 그 시공방법 ]

상기 실시예 2에 의한 본 발명의 복합파일(A)은 역시 도 2에서 살펴본 소구경 파일체(100), 정착장치(200), 강관(300), 그라우팅재(400)를 이용하게 되는데 실시예 1과 대비하여 정착장치(200), 소구경 파일체(100)의 연장길이에 차이가 있다.

도 5를 참조하여 그 시공순서를 기준으로 살펴본다.

먼저, 도 5a와 같이 지반에 천공홀(500)을 시공하게 된다. 이러한 천공홀(500) 역시 지반 표면으로부터 일정한 깊이로 형성되어 있는 토사층과 토사층 하부의 암반과 같은 지지층으로 구성된 지반을 기준으로 지지층 표면으로부터 그 하부까지 연장되어 후술되는 천공홀에 삽입되도록 설치되는 소구경 파일체(100)가 지지층까지 근입 되도록 형성시키게 된다.

다음으로 상기 천공홀(500)에 본 발명의 강관(300)을 미리 삽입시키게 된다. 이러한 강관(300)은 기본적으로 케이싱 역할을 하여 토사층에 형성된 천공홀이 붕괴되지 않도록 하는 역할을 하게 된다. 이에 강관은 토사층 깊이에 맞추어 연장길이로 제작된 것을 이용하게 됨은 동일하다.

이러한 강관(300)은 역시 원형 강관으로서 강관(300)의 선단부에는 선단지지판(310)을 형성시키게 된다.

상기 선단지지판(310)은 역시 도 4a와 같이 중앙홀(311)이 형성된 수평 판형태의 부재로 형성시켜 원형 강관인 강관(300)의 선단부 저면에 일체로 형성되도록 하게 된다.

이때 상기 선단지지판(310)의 외주면과 중앙홀까지의 폭은 후술되는 정착판의 관통홀(212)에 삽입된 그라우팅재 주입관(410)이 천공홀 하부로 연장될 수 있도록 폭이 조정됨은 동일하다.

다음으로 도 5b와 같이 소구경 파일체(100)에 그라우팅재 주입관(410)이 설치된 정착장치(200)를 장착하고, 정착장치(200)가 장착된 소구경 파일체(100)를 강관(300) 내부에 삽입시키게 된다.

이때 상기 소구경 파일체(100)는 나사선 형태의 슬레드가 외주면에 형성된 것이 이용되고 있음을 알 수 있다.

이때 소구경 파일체(100)의 하부에는 정착장치(200)가 역시 설치되어 있는데 상기 정착장치(200)가 실시예 1과 차이가 있다.

즉 실시예 2에 의한 정착장치(200)는 도 6a 및 도 6b와 같이 원통형 정착관(230)으로 형성되어 강관(300) 내부에 삽입되도록 형성된 것이 이용된다.

이때 상기 원통형 정착관(230)의 상면은 상판(231)으로 마감시키거나 오픈되도록 할 수도 있으나 원통형 정착관(230)의 하면은 하판(232)은 마감되도록 하되, 상기 상판과 하판은 역시 소구형 파일체(100)가 삽입될 수 있도록 중앙홀(233)이 형성되어 있으며, 상기 중앙홀(233) 주위에 그라우팅재 주입관(410)이 삽입될 수 있도록 관통홀(234)이 형성되어 있음을 알 수 있다.

역시 정착관(230)과 상기 정착관(230)이 소구경 파일체(100)의 하부에 고정 세팅되도록 정착판 상면에 체결되어 정착관(230)을 지지하는 정착너트(220)를 포함하여 이루어짐을 알 수 있다.

이때 상기 정착관(230) 상면에는 미도시 하였지만 수직봉 형태의 스터드 또는 철근조립체를 더 형성시켜 위치 고정 및 그라우팅재(400)와의 부착 성능을 증진시킬 수 있을 것이다.

이에 소구경 파일체(100)의 정착장치(200)를 구성하는 정착관(230)은 앞서 살펴본 강관(300)의 선단지지판(310) 상면에 접하면서 위치가 세팅되고 상기 정착관(230)은 강관 내주면에 외주면이 접하면서 소구경 파일체(100)가 강관(300) 중앙에 위치하도록 하는 스페이서 역할을 함은 동일하다.

이때 소구경 파일체(100)의 연장길이는 실시예 1과 같이 그 선단부가 지지층까지 연장된 천공홀의 선단부까지 연장되도록 하고, 두부는 강관의 상부로 연장되어 지표면 위쪽까지 연장되도록 할 수도 있지만, 실시예 2에서는 소구경 파일체(100)의 연장길이가 실시예 1과 대비하여 짧아져 있음을 알 수 있는데 도 5b에 의하면 소구경 파일체(100)의 연장길이는 정착관(230)을 관통하여 두부가 정착관(230) 위쪽에 위치하고, 선단부가 지지층까지 연장된 천공홀의 선단부까지 연장되도록 함을 알 수 있다.

이로서 예컨대 압축력을 주로 본 발명의 복합파일이 받는 경우 소구경 파일체(100)의 연장길이를 굳이 실시예 1과 같이 천공홀 전체 연장길이에 걸친 마찰력을 확보할 필요가 없기 때문에 소구경 파일체(100)의 연장길이를 조정할 수 있음을 알 수 있다. 이는 결국 본 발명의 강성이 큰 강관이 소구경 파일체 역할을 하여 본 발명의 복합파일이 선단지지력을 확보할 수 있기 때문이라 할 수 있다.

역시 실시예 2에 의한 그라우팅재 주입관(410)도 선단부가 지지층에 형성된 천공홀 내부에 위치하도록 하고, 두부는 강관 상부로 연장되도록 연장길이를 맞추어 놓게 된다.

다음으로 도 5c와 같이 미도시된 컴프레셔 등을 이용하여 그라우팅재(400)를 그라우팅재 주입관(410)을 통해 천공홀과 강관 내부에 주입시키게 된다. 이에 그라우팅재는 천공홀 하부로부터 채워지기 시작하여 강관의 선단부까지 채워지게 되고 그라우팅재 주입관(410)을 인발하면서 강관 내부에도 밀실하게 채워지도록 하게 된다.

주입된 그라우팅재(400)는 시간이 경과함에 따라 경화하게 되며 이에 소구경 파일체(100)와 강관 및 그라우팅재(400)는 일체화된다.

다음으로 도 5d와 같이 두부보강장치를 강관(300) 두부에 설치하게 되는데 물론 실시예 1에 의한 두부보강장치도 가능하지만 실시예 2에서는 두부보강용 철근조립체(350)를 이용함을 알 수 있다.

이에 역시 철근조립체(350)가 강관 내부에 위치하도록 그라우팅재(400) 주입 레벨을 강관 상면으로부터 하방에 위치하도록 하게 된다.

이에 베이스콘크리트(40)가 완성되면 베이스콘크리트(40)로 부터 하중이 강관(300)을 따라 소구경 파일체(100)에 전달되고, 소구경 파일체(100)에 압축 및 인장력이 발생하게 되는데 이러한 압축 및 인장력은 도 2와 같이 마찰력과 선단지지력에 의하여 지지되며 특히 선단지지력은 선단지지판과 정착판에 상방으로 반력의 형태로서 작용하게 된다. 이에 역시 상기 선단지지력에 대하여 정착판이 정착너트(220)에 의하여 구속되어 효과적으로 지지할 수 있고, 강관(300)은 그 자체의 강성에 의하여 선단지지력을 효과적으로 지지할 수 있게 된다.

[ 실시예 3: 본 발명의 복합파일 및 그 시공방법 ]

상기 실시예 3에 의한 본 발명의 복합파일(A)도 역시 도 2에서 살펴본 소구경 파일체(100), 정착장치(200), 강관(300), 그라우팅재(400)를 이용하게 되는데 실시예 2의 변형예라 할 수 있으며 이에 실시예 1과 대비하면 강관(300), 정착장치(200), 소구경 파일체(100)의 연장길이에 차이가 있다.

도 7을 참조하여 그 시공순서를 기준으로 살펴본다.

먼저, 도 7a와 같이 지반에 천공홀(500)을 시공하게 된다. 이러한 천공홀(500) 역시 지반 표면으로부터 일정한 깊이로 형성되어 있는 토사층과 토사층 하부의 암반과 같은 지지층으로 구성된 지반을 기준으로 지지층 표면으로부터 그 하부까지 연장되어 후술되는 천공홀에 삽입되도록 설치되는 소구경 파일체(100)가 지지층까지 근입 되도록 형성시키게 됨을 알 수 있다.

다음으로 상기 천공홀(500)에 본 발명의 강관(300)을 미리 삽입시키게 된다. 이러한 강관(300)은 기본적으로 케이싱 역할을 하여 토사층에 있어 형성된 천공홀이 붕괴되지 않도록 하는 역할을 하게 된다. 이에 강관은 토사층 깊이에 맞추어 제작한 연장길이(L)로 제작된 것을 이용하게 됨은 동일하다.

이러한 강관(300)은 실시예 1,2와 차이가 있는데 역시 원형 강관을 이용하기는 하지만 실시예 2의 정착관(230)이 미리 강관 하부에 형성되도록 함을 알 수 있다. 이에 강관(300)의 선단부 저면은 하판(250)으로 마감되어 있고, 하판 상부에 일정한 거리를 두고 예컨대 정착관의 높이 정도를 두고 강관 내부에 수평판 형태의 상판(240)이 형성되어 있음을 알 수 있다.

이러한 상판(240)과 하판(250)에 역시 도 8a 및 도 8b와 같이 중앙홀(241,251)과 그라우팅재 주입관(410)이 관통할 수 있도록 관통홀이 복수개 형성되 있다.

즉, 실시예 3에서는 따로 정착장치(200)를 설치하는 것이 아니라 제작, 설치의 용이성 등을 위하여 강관(300) 선단부에 상판과 하판(240,250)으로 구성된 정착장치를 일체형으로 형성시킨 것을 이용하게 된다.

이에 실시예 3에서는 상기 하판(250)이 실시예 1,2의 강관(300) 선단부에 형성된 선단지지판(310)의 기능을 가지게 된다.

이로서 상기 하판(250)은 도 8a와 같이 중앙홀(251)이 형성된 수평 판형태의 부재로 형성시켜 원형 강관인 강관(300)의 선단부 저면에 일체로 형성되도록 하게 됨을 알 수 있는데, 도 8b와 같이 선단지지력 확보에 유리하도록 확장플랜지(260)를 더 형성시킬 수 있다.

상기 상판(240)은 실시예 2의 정착관(230)의 상판(231)과 같이 소구형 파일체(100)가 삽입될 수 있도록 중앙홀(241)이 형성되어 있으며, 상기 중앙홀(241) 주위에 그라우팅재 주입관(410)이 삽입될 수 있도록 관통홀(242)이 형성되어 있음을 알 수 있다.

이때 상기 상판과 하판의 외주면과 중앙홀까지의 폭은 후술되는 정착판의 관통홀(212)에 삽입된 그라우팅재 주입관(410)이 천공홀 하부로 연장될 수 있도록 폭이 조정됨은 실시예 2와 다름이 없다.

이때 실시예 3에서는 강관(300)에 미리 소구경 파일체(100)를 설치하게 된다.

즉, 강관의 상판과 하판을 관통하도록 소구경 파일체(100)을 설치하고 소구경 파일체(100)을 강관의 상면 및 저면에 정착너트로 체결시켜 놓고 강관(300)과 함께 소구경 파일체(100)가 설치될 수 있도록 하게 된다.

이로서 실시예 3에서는 본 발명의 정착장치(200)가 강관 하부에 형성된 상판과 하판에 해당함을 알 수 있다.

이에 그라우팅재 주입관(410)을 실시예 3에 의한 정착장치(200)에 장착하고, 상기 정착장치(200)가 장착된 소구경 파일체(100)를 강관(300) 내부에 삽입시키게 된다.

이때 상기 소구경 파일체(100)는 역시 나사선 형태의 슬레드가 외주면에 형성된 강봉 복수개가 커플러(110)로 연결시킨 것이 이용되고 있음을 알 수 있다.

이때 상기 상판(240) 상면에는 역시 미도시 하였지만 수직봉 형태의 스터드 또는 철근조립체를 더 형성시켜 위치 고정 및 그라우팅재(400)와의 부착 성능을 증진시킬 수 있을 것이다.

이에 소구경 파일체(100)의 정착장치(200)를 구성하는 하판(250)은 실시예 1,2의 강관(300)의 선단지지판(310) 역할과 정착판 또는 정착관 역할을 함께 하고 역시 소구경 파일체(100)가 강관(300) 중앙에 위치하도록 하는 스페이서 역할을 하게 된다.

이때 소구경 파일체(100)의 연장길이는 실시예 2와 같이 도 7b에 의하면 정착장치(200)인 상판과 하판을 관통하여 두부가 상판 위쪽에 위치하고, 선단부가 지지층까지 연장된 천공홀의 선단부까지 연장되도록 함을 알 수 있다.

역시 실시예 3에 의한 그라우팅재 주입관(410)도 선단부가 지지층에 형성된 천공홀 내부에 위치하도록 하고, 두부는 강관 상부로 연장되도록 연장길이를 맞추어 놓게 된다.

다음으로 도 7c와 같이 미도시된 컴프레셔 등을 이용하여 그라우팅재(400)를 그라우팅재 주입관(410)을 통해 천공홀과 강관 내부에 주입시키게 된다. 이에 그라우팅재는 천공홀 하부로부터 채워지기 시작하여 강관의 선단부까지 채워지게 되고 그라우팅재 주입관(410)을 인발하면서 강관 내부에도 밀실하게 채워지도록 하게 된다.

다음으로 도 7d와 같이 두부보강장치를 강관(300) 두부에 설치하게 되는데 물론 실시예 1에 의한 두부보강장치도 가능하지만 실시예 2에서는 두부보강용 철근조립체(350)를 이용함을 알 수 있다.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100: 소구경 파일체
110: 커플러
120: 전단연결재
200: 정착장치
210: 정착판
220: 정착너트
230: 정착관
240: 상판
250: 하판
300: 강관
310: 선단지지판
320: 두부보강판
330: 앵커플레이트
340: 락너트
400: 그라우팅재
410: 그라우팅재 주입관
500: 천공홀

Claims

지반에 형성된 천공홀(500) 내부에 삽입되도록 설치되며 선단부에 선단지지판(310)이 형성된 강관(300);
상기 강관(300)의 선단지지판(310) 상면에 지지되도록 설치된 정착장치(200)와 선단지지판(310)을 관통하여 강관(300) 및 천공홀(500) 내부에 배치되도록 세팅된 소구경 파일체(100); 및
상기 천공홀(500)과 강관(300) 내부에 소구경 파일체(100)가 매립되도록 주입된 그라우팅재(400);를 포함하여,
상기 정착장치(200)와 강관(300)에 형성시킨 선단지지판(310)에 의한 선단부 폐쇄효과 및 정착장치(200)의 하부에 형성된 그라우팅재(400)에 의하여, 소구경 파일체(100)가 상기 강관에 의한 선단지지력을 확보할 수 있도록 하며,
상기 정착장치(200)는 강관(300)의 선단지지판(310)이 지지되도록 설치되며 상면에 스터드(213)가 형성된 정착판(210); 및 상기 정착판 상면에 설치된 정착너트(220);를 포함하며, 소구경 파일체(100)가 상기 정착판과 선단지지판을 관통하도록 설치되어 정착너트(200)에 의하여 정착판에 체결되도록 하는 것을 특징으로 하는 선단지지력 및 마찰력 확보가 가능한 복합파일.
지반에 형성된 천공홀(500) 내부에 삽입되도록 설치되며 저면에 형성된 하판(250) 및 하판의 상부에 형성된 상판(240)을 포함하는 강관(300);
상기 강관(300)의 상판(240)과 하판(250)을 관통하여 강관(300) 및 천공홀 내부에 배치되도록 세팅된 소구경 파일체(100); 및
상기 천공홀(500)과 강관(300) 내부에 소구경 파일체(100)가 매립되도록 주입된 그라우팅재(400);를 포함하여,
상기 하판(250) 및 하판의 상부에 형성된 상판(240)을 포함하는 강관(300)에 의한 선단부 폐쇄효과 및 정착장치(200)의 하부에 형성된 그라우팅재(400)에 의하여, 소구경 파일체(100)가 상기 강관에 의한 선단지지력을 확보할 수 있도록 하며,
상기 상판과 하판은 소구형 파일체(100)가 삽입될 수 있도록 중앙홀(233)이 형성되어 있으며, 상기 중앙홀(233) 주위에 그라우팅재 주입관(410)이 삽입될 수 있도록 관통홀(234)이 형성된 것임을 특징으로 하는 선단지지력 및 마찰력 확보가 가능한 복합파일.
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제 1항 또는 제 2항에 있어서,
상기 소구경 파일체(100)는 강봉 또는 강관을 이용하며, 상기 그라우팅재는 정착장치를 관통하여 천공홀 하부에 연장되도록 설치되는 그라우팅재 주입관에 의하여 주입되도록 하는 것을 특징으로 하는 선단지지력 및 마찰력 확보가 가능한 복합파일.
지반에 형성된 지지층까지 천공홀(500)을 형성시키고,
상기 천공홀(500) 내부에 지지층 표면까지 선단부 저면에 선단지지판(310)이 형성된 강관(300)을 삽입 설치하고;
상기 강관(300)의 선단지지판(310) 상면에 지지되도록 설치되는 정착장치(200)를 관통하도록 소구경 파일체(100)를 천공홀에 삽입시켜 소구경 파일체(100)가 선단지지판(310)을 관통하여 강관(300) 및 천공홀(500) 내부에 배치되도록 세팅되도록 하고,
상기 천공홀(500)과 강관(300) 내부에 소구경 파일체(100)가 매립되도록 그라우팅재(400);를 주입하는 단계를 포함하여,
상기 정착장치(200)와 강관(300)에 형성시킨 선단지지판(310)에 의한 선단부 폐쇄효과 및 정착장치(200)의 하부에 형성된 그라우팅재(400)에 의하여, 소구경 파일체(100)가 상기 강관에 의한 선단지지력을 확보할 수 있도록 하며,
상기 정착장치(200)는 강관(300)의 선단지지판(310)이 지지되도록 설치되며 상면에 스터드(213)가 형성된 정착판(210); 및 상기 정착판 상면에 설치된 정착너트(220);를 포함하며, 소구경 파일체(100)가 상기 정착판과 선단지지판을 관통하도록 설치되어 정착너트(200)에 의하여 정착판에 체결되도록 하는 것을 특징으로 하는 선단지지력 및 마찰력 확보가 가능한 복합파일 시공방법.
지반에 형성된 지지층까지 천공홀(500)을 형성시키고,
상기 천공홀 내부에 선단부 저면에 형성된 하판(250) 및 하판의 상부에 형성된 상판(240)을 포함하는 강관(300)의 상기 상판과 하판을 관통하여 강관 및 천공홀 내부에 소구경 파일체(100)가 배치되도록 하고,
상기 천공홀(500)과 강관(300) 내부에 소구경 파일체가 매립되도록 그라우팅재(400)를 주입하는 단계를 포함하여,
상기 하판(250) 및 하판의 상부에 형성된 상판(240)을 포함하는 강관(300)에 의한 선단부 폐쇄효과 및 정착장치(200)의 하부에 형성된 그라우팅재(400)에 의하여, 소구경 파일체가 상기 강관에 의한 선단지지력을 확보할 수 있도록 하며,
상기 상판과 하판은 소구형 파일체(100)가 삽입될 수 있도록 중앙홀(233)이 형성되어 있으며, 상기 중앙홀(233) 주위에 그라우팅재 주입관(410)이 삽입될 수 있도록 관통홀(234)이 형성된 것임을 특징으로 하는 선단지지력 및 마찰력 확보가 가능한 복합파일 시공방법.
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