KR101427338B1 - 확장형 돌기가 구비된 파일 및 이의 시공방법 - Google Patents

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주식회사 이토피아이앤씨
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이은하
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Abstract

본 발명은 본 발명은 구조물 하부의 지반에 구축되어 구조물을 안정적으로 지지해주기 위한 파일 및 이의 시공방법에 관한 것으로서, 파일기초를 지반에 삽입한 후 기초의 표면으로 돌기가 돌출되도록 함으로써 기초의 주면마찰력을 향상시킬 수 있는 확장형 돌기가 구비된 파일 및 이의 시공방법에 관한 것이다.
상기 확장형 돌기가 구비된 파일은, 상단이 개방되고 측면에 다수 개의 진출공이 관통 형성된 관 형상의 파일 본체; 상기 파일 본체 내부에 삽입되는 것으로서 상단이 개방되고 외주면의 상기 진출공과 대응되는 위치에 돌기가 일체로 돌출 형성된 관 형상의 내관; 및 상기 내관의 개방된 상단으로 삽입되어 내관의 지름을 확장시킴으로써 내관의 돌기가 진출공 외부로 돌출되도록 해주는 확장구; 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

확장형 돌기가 구비된 파일 및 이의 시공방법 {Pile foundation with expendible protrusion and construction method thereof}
본 발명은 구조물 하부의 지반에 구축되어 구조물을 안정적으로 지지해주기 위한 파일 및 이의 시공방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 파일기초를 지반에 삽입한 후 기초의 표면으로 돌기가 돌출되도록 함으로써 기초의 지지력을 향상시킬 수 있는 확장형 돌기가 구비된 파일 및 이의 시공방법에 관한 것이다.
기초는 건축물과 같은 중량의 구조물을 안정적으로 지지하기 위하여 지반에 구축되는 것으로서, 독립기초, 줄기초, 연속기초, 온통기초, 파일기초 등 그 종류가 다양하다.
이 중에서도 파일기초는 지지력을 확실하게 확보할 수 있고, 시공성 및 경제성이 우수하여 가장 널리 사용되고 있다. 이러한 파일기초의 지지력은 선단지지력과 주면마찰력의 영향을 받는데, 선단지지력은 파일 단부의 단면적에 의해 결정되고 주면마찰력은 파일외면과 지반의 접촉에 의해 결정된다. 그러므로 파일기초의 지지력을 향상시켜주기 위해서는 파일 단부의 단면적을 크게 해주거나 파일의 표면 마찰계수를 크게 해주어야 할 것이다.
등록번호 10-1147976의 '기초말뚝 지지력을 강화하는 말뚝부재'에서는 기초말뚝의 선단지지력과 주면마찰력을 증대시켜 기초말뚝의 지지력을 증대시키는 기술을 개시하고 있다. 도 1에는 상기 말뚝부재에 의해 지지력이 증대되는 원리에 대한 설명도가 도시되어 있다.
상기 말뚝부재(100)는 기성말뚝(200)의 지름과 같은 지름을 갖는 원통형의 보강밴드(10)와 상기 보강밴드(10) 내에 삽입되는 확경수단(50)을 포함하여 이루어지는데, 보강밴드(10)에는 진출공(11)이 형성되어 있고 확경수단(50)은 진출쐐기(40)를 포함하고 있어 진출쐐기(40)가 진출공(11)을 통해 보강밴드(10)의 외부로 돌출될 수 있다. 보강밴드(10) 외부로 돌출된 진출쐐기(40)는 말뚝부재(100)의 지름이 커지는 효과를 주어 선단지지력을 향상시켜줄 뿐만 아니라, 각 진출쐐기(40)가 지반에 박혀 주면마찰력 또한 향상시켜주어 말뚝부재(100)를 포함하고 있는 기초말뚝의 지지력이 증가하게 된다.
그러나 상기 진출쐐기(40)가 보강밴드(10)의 진출공(11)을 통해 돌출되기 위해서는 승강부재(20)의 피스톤(22)에 압력이 가해져 피스톤로드(23)가 진출쐐기(40)를 눌러주어야 하는데, 복잡한 구성을 갖는 승강부재(20)가 말뚝부재(100) 마다 구비되어 있어야할 뿐만 아니라 재활용도 불가능하기 때문에 경제성이 떨어진다는 단점이 있다. 그리고 상기 말뚝부재(100)는 기성말뚝(200) 다수 개와 커플러(300)에 의해 연결되어 하나의 기초말뚝을 구성할 수 있는데, 이들의 연결부분은 말뚝을 지반에 타입하는 작업에 방해가 될 수 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 파일을 지반에 삽입한 후 파일의 표면으로 돌기가 돌출되도록 함으로써 파일기초의 지지력을 향상시킬 수 있는 확장형 돌기가 구비된 파일 및 이의 시공방법을 제공하는 데에 그 목적이 있다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 상단이 개방되고 측면에 다수 개의 진출공이 관통 형성된 관 형상의 파일 본체; 상기 파일 본체 내부에 삽입되는 것으로서 상단이 개방되고 외주면의 상기 진출공과 대응되는 위치에 돌기가 일체로 돌출 형성된 관 형상의 내관; 상기 내관의 개방된 상단으로 삽입되어 내관의 지름을 확장시킴으로써 내관의 돌기가 진출공 외부로 돌출되도록 해주는 확장구; 및 상기 파일 본체의 진출공과 내관의 돌기 위치를 맞춰주기 위하여 파일 본체의 상단에 착탈 가능하게 씌워지는 것으로 내관의 외단면과 같은 형상으로 형성되어 내관이 삽입 관통되는 삽입공 및 상기 삽입공 외주면에 상기 내관의 돌기 간격과 대응되는 가이드 홈이 서로 연통되도록 형성되어 있는 가이드 캡; 을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 확장형 돌기가 구비된 파일이 제공된다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 상기 내관에는 내관 상단으로부터 수직한 방향으로 절개부가 적어도 하나 이상 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 확장형 돌기가 구비된 파일이 제공된다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 상기 내관은 길이방향으로 다수 개의 주름을 갖도록 형성된 것을 특징으로 하는 확장형 돌기가 구비된 파일이 제공된다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 상기 확장형 돌기가 구비된 파일을 지반에 근입하는 시공방법에 관한 것으로서, a) 파일 본체 내부에 내관을 삽입하는 단계; b) 내관의 개방된 상단으로 보조 확장구를 삽입하여 내관의 지름을 확장시킴으로써 내관의 돌기를 진출공 내로 삽입시키는 단계; c) 상기 보조 확장구를 제거하는 단계; d) 내관이 삽입된 상태의 파일 본체를 지반에 근입하는 단계; 및 e) 상기 내관 상단으로 확장구를 삽입하여 내관의 지름을 확장시킴으로써 내관의 돌기가 진출공 외부로 돌출되도록 하는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 확장형 돌기가 구비된 파일의 시공방법이 제공된다.
삭제
본 발명에 의한 파일은 파일의 외면으로 돌기가 돌출 형성되므로 주변 지반과의 결속력이 증가하여 파일의 지지력이 증가하게 된다. 따라서 연약지반에서도 충분한 지지력을 확보할 수 있다.
상기 돌기는 파일이 지반에 근입된 후에 파일 외면으로 돌출되고 그 전에는 돌출되어 있지 않으므로 파일의 근입 작업을 용이하게 할 수 있으며, 근입 방법에 제한을 받지 않는다.
또한, 내관 내에 확장구를 삽입하는 것만으로 돌기를 파일 외면 밖으로 확장하는 것이 가능하여 시공이 간단하다.
본 발명에 의한 파일의 시공과정에 있어서, 상기 내관은 보조 확장구 및 확장구에 의해 지름이 확장되는데 내관에는 절개부 또는 주름이 형성되어 있어 내관의 확장이 용이하다.
상기 시공과정 중 파일 본체 상단에 씌워지는 가이드 캡은 내관의 돌기가 파일 본체의 진출공 위치와 대응되도록 삽입될 수 있도록 해준다.
도 1은 종래기술로서 '기초말뚝 지지력을 강화하는 말뚝부재'에 관한 설명도이다.
도 2는 본 발명에 의한 파일의 사시도 및 상기 파일이 시공된 상태의 단면도이다.
도 3은 본 발명에 의한 파일의 시공방법이 순서대로 도시된 설명도이다.
도 4는 본 발명에 의한 파일의 시공방법에 있어 파일 본체 상단에 씌워지는 가이드 캡의 작용에 관한 설명도이다.
도 5는 본 발명의 파일을 구성하는 내관에 절개부 또는 주름이 형성되어 있는 경우의 내관의 사시도이다.
이하에서는 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명을 설명함에 있어 공지의 구성을 구체적으로 설명함으로 인하여 본 발명의 기술적 사상을 흐리게 하거나 불명료하게 하는 경우에는 위 공지의 구성에 관하여는 그 설명을 생략하기로 한다.
도 2에는 본 발명에 의한 파일(300)의 사시도 및 상기 파일(300)이 시공된 상태의 단면도가 도시되어 있다.
본 발명에 의한 파일(300)은, 상단이 개방되고 측면에 다수 개의 진출공(H)이 관통 형성된 관 형상의 파일 본체(310); 상기 파일 본체(310) 내부에 삽입되는 것으로서 상단이 개방되고 외주면의 상기 진출공(H)과 대응되는 위치에 돌기(321)가 일체로 돌출 형성된 관 형상의 내관(320); 상기 내관(320)의 개방된 상단으로 삽입되어 내관(320)의 지름을 확장시킴으로써 내관(320)의 돌기(321)가 진출공(H) 외부로 돌출되도록 해주는 확장구(330); 및 상기 파일 본체(310)의 진출공(H)과 내관(320)의 돌기(321) 위치를 맞춰주기 위하여 파일 본체(310)의 상단에 착탈 가능하게 씌워지는 것으로 내관(320)의 외단면과 같은 형상으로 형성되어 내관(320)이 삽입 관통되는 삽입공(I) 및 상기 삽입공(I) 외주면에 상기 내관(320)의 돌기(321) 간격과 대응되는 가이드 홈(G)이 서로 연통되도록 형성되어 있는 가이드 캡(500); 을 포함하여 이루어진다.
도 2에 도시되어 있는 바와 같이, 파일(300)이 시공된 부분 주변의 지반과 접하게 되는 파일 본체(310)의 외면으로는 파일 본체(310)의 진출공(H)을 통하여 내관(320)의 돌기(321)가 돌출되어 있다. 상기했던 바와 같이 파일기초의 지지력은 선단지지력과 주면마찰력에 의해 결정되는데, 상기 돌기(321)는 파일(300)에 작용하는 주면마찰력 뿐만 아니라 주변 지반과의 결속력을 증가시킴으로써 파일기초의 지지력을 향상시켜주게 된다. 이에 따라 연약지반에서도 파일 기초의 길이를 증가시키지 않고 충분한 지지력을 확보하는 것이 가능하다.
이러한 돌기(321)는 파일 본체(310)의 타입과정 중에는 파일 본체(310)의 본체로 돌출된 상태로 있지 않기 때문에 파일의 근입을 방해하지 않는다. 따라서 타격, 회전 등 근입 방법을 자유롭게 선택할 수 있다.
이와 같이 본 발명에 의한 파일은 매우 단순하게 구성됨에도 파일 타입 작업의 용이함과 지지력 향상이라는 이점을 갖는다.
아래에서는 상기 파일(300)의 시공방법에 대하여 단계별로 설명하면서 본 발명에 의한 파일 및 파일 시공방법의 특징에 대하여 보다 자세히 설명하도록 한다. 도 3에는 본 발명에 의한 파일(300)의 시공방법이 순서대로 도시되어 있다.
본 발명에 의한 파일(300)의 시공은, a) 파일 본체(310) 내부에 내관(320)을 삽입하는 단계; b) 내관(320)의 개방된 상단으로 보조 확장구(400)를 삽입하여 내관(320)의 지름을 확장시킴으로써 내관(320)의 돌기(321)를 진출공(H) 내로 삽입시키는 단계; c) 상기 보조 확장구(400)를 제거하는 단계; d) 내관(320)이 삽입된 상태의 파일 본체(310)를 지반에 근입하는 단계; 및 e) 상기 내관(320) 상단으로 확장구(330)를 삽입하여 내관(320)의 지름을 확장시킴으로써 내관(320)의 돌기(321)가 진출공(H) 외부로 돌출되도록 하는 단계;를 포함하여 이루어진다.
상기 a)단계 내지 c)단계는 파일의 시공을 위한 준비 과정으로서 공장에서 미리 이루어질 수 있으며, 현장에서 직접 조립 제작하는 것도 가능하다. a)단계 내지 c)단계를 거친 내관(320)이 삽입되어 있는 상태의 파일본체는 지반으로의 근입이 용이하면서도 근입 후 파일의 주면마찰력 및 지반 결속력을 높일 수 있도록 준비된다.
a) 파일 본체(310) 내부에 내관(320)을 삽입하는 단계;
상단이 개방되고 측면에 다수 개의 진출공(H)이 형성된 관 형상의 파일 본체(310) 내에 상단이 개방되고 외주면의 상기 진출공(H)과 대응되는 위치에 돌기(321)가 형성된 관 형상의 내관(320)을 삽입한다. 이때 내관(320)은 파일 본체(310) 내로 삽입될 수 있도록 돌기(321)가 파일 본체(310)의 내주면 내에 위치하여야 한다.
상기 파일 본체(310)의 상단에는, 후속 단계인 b)단계에서 내관(320)의 돌기(321)가 파일 본체(310)의 진출공(H) 내로 용이하게 삽입될 수 있도록 가이드 캡(500)이 씌워질 수 있다. 도 4에는 파일 본체(310)의 상단에 가이드 캡(500)이 씌워진 상태의 모습이 도시되어 있다.
상기 가이드 캡(500)은 파일 본체(310)의 진출공(H)과 내관(320)의 돌기(321) 위치를 맞춰주기 위하여 내관(320)의 외단면과 같은 형상의 삽입공(I) 및 상기 내관(320)의 돌기(321) 간격과 대응되는 가이드 홈(G)이 연통하며 관통 형성되어 있는 것으로서 상기 가이드 홈(G)의 위치가 파일 본체(310) 진출공(H)의 위치와 대응되도록 씌워진다. 상기 가이드 홈(G)은 파일 본체(310)의 진출공(H) 위치와 맞춰져 있으므로 삽입공(I) 내로 내관(320)을 삽입하게 되면 파일 본체(310)의 진출공(H)과 내관(320)의 돌기(321) 위치가 대응하게 된다.
상기 가이드 캡(500)은 a)단계가 완료되고 b)단계가 시작되기 전에 제거된다.
b) 내관(320)의 개방된 상단으로 보조 확장구(400)를 삽입하여 내관(320)의 지름을 확장시킴으로써 내관(320)의 돌기(321)를 진출공(H) 내로 삽입시키는 단계;
아래의 e)단계가 용이하게 이루어질 수 있도록 내관(320)의 돌기(321)가 파일 본체(310)의 진출공(H)으로 삽입되도록 하되, d)단계의 파일 본체(310) 근입 작업에 방해가 되지 않도록 돌기(321)가 파일 본체(310) 외면 밖으로는 돌출되지 않도록 한다. 이를 위하여 보조 확장구(400)는 지름이 내관(320)의 내경보다는 크되 내관(320)의 돌기(321) 말단이 파일 본체(310)의 외주면에 이를 정도로 내관(320)의 지름을 확장시킬 수 있도록 형성되어야 할 것이다. 그리고 보조 확장구(400)의 선단은 다른 부분보다 더 작은 지름을 갖도록 형성하여 내관(320)으로의 삽입 작업이 쉽게 이루어지도록 한다.
내관(320)은 강재, 섬유 플라스틱 등 연성을 갖는 재료를 사용하여 보조 확장구(400) 또는 확장구(330)의 삽입시 파손되지 않고 지름이 확장될 수 있도록 한다.
c) 상기 보조 확장구(400)를 제거하는 단계;
상기 내관(320) 내로는 아래의 e)단계에서 확장구(330)가 삽입되어야 하므로 내관(320) 보조 확장구(400)를 제거한다. 상기 보조 확장구(400)는 내관(320) 내에서 쉽게 제거할 수 있도록 내관(320)의 길이보다 더 길게 형성시키고 내관(320) 밖으로 돌출된 두부에 홈 또는 돌출부를 형성시킴으로써 작업 도구로 단단히 잡을 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
d) 내관(320)이 삽입된 상태의 파일 본체(310)를 지반에 근입하는 단계;
계획된 위치에 맞추어 내관(320)이 삽입된 상태의 파일 본체(310)를 지반에 근입한다. 파일 본체(310)의 진출공(H)은 내관(320)의 돌기(321)에 의해 막혀 파일 본체(310)의 외면이 매끄러운 상태이기 때문에 파일 본체(310)를 지반에 쉽게 근입할 수 있다.
상기 파일 본체(310)는 그 두부를 항타하거나 회전시키면서 지반에 근입할 수 있는데, 추가적인 지지력 확보를 위해 파일 본체 외면에 나사산이 형성된 경우 파일 본체(310)를 회전시키면서 근입할 수 있다.
e) 상기 내관(320) 상단으로 확장구(330)를 삽입하여 내관(320)의 지름을 확장시킴으로써 내관(320)의 돌기(321)가 진출공(H) 외부로 돌출되도록 하는 단계;
상기 b)단계에서 내관(320) 내에 삽입하였던 보조 확장구(400)보다 지름이 더 큰 확장구(330)를 내관(320) 내로 삽입하여 내관(320)의 돌기(321)가 파일 본체(310)의 외면 밖으로 돌출되도록 한다. 파일 본체(310) 밖으로 돌출된 돌기(321)는 파일 본체(310) 주변의 지반을 압밀시키고 주변 지반과의 결속력을 크게 하여 파일의 마찰계수를 크게 하여 파일의 지지력이 증가하게 된다.
상기 확장구(330)는 보조 확장구(400)와 마찬가지로 그 선단의 지름을 다른 부분의 지름보다 작게 형성하여 내관(320)으로의 삽입 작업이 용이하게 이루어지도록 할 수 있다.
본 발명에 의한 파일을 구성하는 내관(320)에는 내관(320) 상단으로부터 수직한 방향으로 절개부(C)가 적어도 하나 이상 형성되어 있을 수 있다. 도 5의 (a)에는 절개부(C)가 형성되어 있는 내관(320)이 도시되어 있다.
상기 내관(320)은 내관(320)에 수직한 방향의 절개부(C)를 두어 내관(320) 내에 보조 확장구(400) 및 확장구(330)의 삽입시 내관이 외부로 확장되는 것을 용이하게 할 수 있다.
내관(320)의 지름이 용이하게 확장될 수 있도록 해주기 위한 또 다른 방법으로서, 내관(320)을 그 길이방향으로 다수 개의 주름(W)을 갖도록 형성시키는 방법이 있다. 도 5의 (b)에는 길이방향으로 다수 개의 주름(W)이 형성된 내관(320)이 도시되어 있다.
주름(W)이 형성된 내관(320)에 보조 확장구(400) 및 확장구(330)를 삽입하게 되면 주름(W)이 펴지면서 내관(320)의 지름이 확장되게 된다.
이상에서는 본 발명의 구체적인 실시예에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명하였으나, 상기 실시예는 본 발명을 이해하기 쉽도록 하게 하기 위한 예시에 불과한 것이므로 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 이를 다양하게 변형하여 실시할 수 있을 것임은 자명한 것이다. 따라서 그러한 변형 예들은 청구범위에 기재된 바에 의해 본 발명의 권리범위에 속한다고 할 것이다.
300 : 파일 310 : 파일 본체
320 : 내관 321 : 돌기
330 : 확장구 400 : 보조 확장구
500 : 가이드 캡
C : 절개부 G : 가이드 홈
H : 진출공 I : 삽입공
W : 주름

Claims (5)

  1. 상단이 개방되고 측면에 다수 개의 진출공(H)이 관통 형성된 관 형상의 파일 본체(310);
    상기 파일 본체(310) 내부에 삽입되는 것으로서 상단이 개방되고 외주면의 상기 진출공(H)과 대응되는 위치에 돌기(321)가 일체로 돌출 형성된 관 형상의 내관(320);
    상기 내관(320)의 개방된 상단으로 삽입되어 내관(320)의 지름을 확장시킴으로써 내관(320)의 돌기(321)가 진출공(H) 외부로 돌출되도록 해주는 확장구(330); 및
    상기 파일 본체(310)의 진출공(H)과 내관(320)의 돌기(321) 위치를 맞춰주기 위하여 파일 본체(310)의 상단에 착탈 가능하게 씌워지는 것으로 내관(320)의 외단면과 같은 형상으로 형성되어 내관(320)이 삽입 관통되는 삽입공(I) 및 상기 삽입공(I) 외주면에 상기 내관(320)의 돌기(321) 간격과 대응되는 가이드 홈(G)이 서로 연통되도록 형성되어 있는 가이드 캡(500); 을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 확장형 돌기가 구비된 파일.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 내관(320)에는 내관(320) 상단으로부터 수직한 방향으로 절개부(C)가 적어도 하나 이상 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 확장형 돌기가 구비된 파일.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 내관(320)은 길이방향으로 다수 개의 주름(W)을 갖도록 형성된 것을 특징으로 하는 확장형 돌기가 구비된 파일.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 의한 확장형 돌기(321)가 구비된 파일(300)을 지반에 근입하는 시공방법에 관한 것으로서,
    a) 파일 본체(310) 내부에 내관(320)을 삽입하는 단계;
    b) 내관(320)의 개방된 상단으로 보조 확장구(400)를 삽입하여 내관(320)의 지름을 확장시킴으로써 내관(320)의 돌기(321)를 진출공(H) 내로 삽입시키는 단계;
    c) 상기 보조 확장구(400)를 제거하는 단계;
    d) 내관(320)이 삽입된 상태의 파일 본체(310)를 지반에 근입하는 단계; 및
    e) 상기 내관(320) 상단으로 확장구(330)를 삽입하여 내관(320)의 지름을 확장시킴으로써 내관(320)의 돌기(321)가 진출공(H) 외부로 돌출되도록 하는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 확장형 돌기가 구비된 파일의 시공방법.
  5. 삭제
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