KR101548287B1

KR101548287B1 - 피에이치씨(phc) 파일의 선단 보강장치

Info

Publication number: KR101548287B1
Application number: KR1020150008582A
Authority: KR
Inventors: 이명재; 정경한; 이종섭; 정동환; 정강복
Original assignee: (주) 도담이앤씨종합건축사사무소; 고려대학교 산학협력단; 정경한
Priority date: 2015-01-19
Filing date: 2015-01-19
Publication date: 2015-08-31

Abstract

본 발명은 피에이치씨(PHC) 파일의 선단에 장착되어 피에이치씨(PHC) 파일을 지반에 천공된 홀에 삽입할 때 홀의 내주면을 긁으면서 삽입되어 내주면을 매끈하게 정리하여 주면 마찰력을 증대시킴과 더불어 홀 하부의 슬라임(slime)과 물, 시멘트 등을 피에이치씨(PHC) 파일 내측으로 유입시켜 선단 지지력을 증대시킬 수 있도록 한 피에이치씨(PHC) 파일의 선단 보강장치에 관한 것으로, 본 발명에 따른 피에이치씨(PHC) 파일의 선단 보강장치는, PHC 파일의 하단부에 고정되며 PHC 파일의 중공부와 연통되는 적어도 1개 이상의 유입공이 관통되게 형성되어 있는 고정부와; 상기 고정부에 피에이치씨(PHC) 파일의 외주면 외측으로 하향 경사지면서 돌출되게 형성되어, PHC 파일이 지반에 천공된 홀에 삽입될 때 홀의 내주면과 접촉 가능하게 된 링 형태의 경사부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

피에이치씨(PHC) 파일의 선단 보강장치{Tip Strengthening Apparatus for PHC(Pretensioned spun High strength Concrete) Pile}

본 발명은 피에이치씨(PHC) 파일의 선단에 장착되는 보강장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 피에이치씨(PHC) 파일의 선단에 장착되어 피에이치씨(PHC) 파일을 지반에 천공된 홀에 삽입할 때 홀의 내주면을 긁으면서 삽입되어 내주면을 매끈하게 정리하여 주면 마찰력을 증대시킴과 더불어 피에이치씨(PHC) 파일의 선단 지지력을 증대시킬 수 있는 피에이치씨(PHC) 파일의 선단 보강장치에 관한 것이다.

일반적으로, 건물이나 구조물을 세우는 경우, 지반의 조건이나 건물 또는 구조물의 하중에 따라 상부 구조물을 지지하기 위하여 지반을 보강하는 기초 공사를 하고 있다.

이에 따라, 구조물의 하중이나 지반의 조건 등 여러 조건에 따라 얕은 기초나 깊은 기초가 행해지는데, 근입폭비가 1 이하의 경우를 얕은 기초라 하고, 근입폭비가 1 이상인 경우를 깊은 기초로 정의하고 있다. 상기 얕은 기초의 경우에는 파일을 사용하지 않고 구조물을 지반에 직접 지지시키고, 구조물 아래의 지반이 상부 구조물의 하중을 지지할 수 없을 경우에 파일(pile)을 사용하여 지지력을 보강하고 있다.

파일은 재질에 따라 강관 파일, 콘크리트 파일, 합성 파일 등으로 구분할 수 있고, 시공법에 따라 타입공법, 매입공법, 현장 타설 공법 등으로 나눌 수 있다.

타입공법은 파일을 세운 다음 위에서 파일을 타격하여 지반에 강제로 근입 시키는 것으로, 항타 에너지에 의해 강제로 지반에 삽입될 때 파일이 주변의 흙을 밀어 밀착시키며 근입 되므로 파일의 외부 지지력이 좋고 시공이 간편한 반면에, 디젤햄머, 유압햄머 등 타격장비에 의한 시공법으로 소음 및 진동이 상대적으로 크게 발생되는 일반적인 파일시공 공법으로서, 깊게 파일을 설치할 때 근입에 어려움이 있고, 진동과 소음이 과도하게 발생하여 도심에서의 시공이 제한되고 있다.

최근에는 원심력 및 오토 클레이브 양생에 의해 제조되는 PHC 파일(프리텐션 방식 원심력 고강도 콘크리트, Pretensioned spun High strength Concrete)이 많이 이용되고 있다. PHC 파일은 프리텐션 방식의 고강도 말뚝으로서, 콘크리트의 허용압축응력이 대단히 커서 큰 축하중에 견딜 수 있고, 콘크리트 내에 프리스트레스를 도입하여 타격 내력에 우수하고 인장응력에 우수한 장점을 가지고 있다.

이러한 PHC 파일의 선단 지지력을 강화하기 위하여 종래에는 PHC 파일의 선단부에 원판형태의 보강판을 부착하고 있다(등록특허 제10-1150854호 참조).

그러나, 이러한 종래의 PHC 파일은 보강판이 단순한 원판 형태로 이루어져 있으며, 보강판이 바닥면에 단순히 얹혀져 있는 상태로 시공되므로 지지력을 증대시키는데 한계가 있으며, 근입이 원활하게 이루어지지 않는 문제가 있다.

특히 지반에 물기가 많을 경우에는 파일을 지지하는 힘이 약화되어 파일이 흔들리는 등의 문제가 발생한다.

또한 PHC 파일을 설치하기 위하여 지반에 천공되는 홀은 그 내주면이 매끈하지 않고 울퉁불퉁한 경우가 많은데, 이와 같이 천공 홀의 내주면이 울퉁불퉁한 상태로 있게 되면 PHC 파일을 천공 홀에 매입하고 그라우팅을 했을 때 주면 마찰력이 저하되어 지지력이 약화되는 문제가 발생하게 된다.

등록특허 제10-1150854호(2012년 05월 22일 등록) 공개특허 제2009-0080795호 (2009년 07월 27일 공개)

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 피에이치씨(PHC) 파일의 선단에 장착되어 피에이치씨(PHC) 파일을 지반에 천공된 홀에 삽입할 때 홀의 내주면을 긁으면서 삽입되어 내주면을 매끈하게 정리하여 주면 마찰력을 증대시킴과 더불어 홀 하부의 슬라임(slime)과 물, 시멘트 등을 피에이치씨(PHC) 파일 내측으로 유입시켜 선단 지지력을 증대시킬 수 있도록 한 피에이치씨(PHC) 파일의 선단 보강장치를 제공함에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 피에이치씨(PHC) 파일의 선단 보강장치는, PHC 파일의 하단부에 고정되며 PHC 파일의 중공부와 연통되는 적어도 1개 이상의 유입공이 관통되게 형성되어 있는 고정부와; 상기 고정부에 피에이치씨(PHC) 파일의 외주면 외측으로 하향 경사지면서 돌출되게 형성되어, PHC 파일이 지반에 천공된 홀에 삽입될 때 홀의 내주면과 접촉 가능하게 된 링 형태의 경사부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, PHC 파일을 지반의 홀에 매입하여 설치할 때 경사부의 외주연부에 형성된 스크래칭부가 홀의 내주면에 접촉하여 홀의 울퉁불퉁한 부분을 긁어내면서 하강하게 된다. 따라서 홀의 내주면이 대체로 매끈하게 정리되어 주면 마찰력을 증대시킬 수 있게 된다.

또한 PHC 파일이 홀 내측에 매입될 때 하향 경사진 경사부가 PHC 파일 하측에 곤죽 상태로 된 슬라임과 시멘트와 물을 그러모으면서 하강하게 되고, 곤죽 상태로 된 슬라임과 시멘트와 물이 고정부 중앙의 유입공을 통해 PHC 파일의 중공부 내로 유입되어 제거된다. 따라서 PHC 파일의 하단부가 단단한 홀의 바닥면 상에서 지지되거나 바닥면 아래로 매입되면서 지지될 수 있게 되므로 PHC 파일의 지지력이 증대되는 효과를 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 피에이치씨(PHC) 파일의 선단 보강장치의 일 실시예를 나타낸 단면도이다.
도 2는 도 1의 선단 보강장치를 확대하여 나타낸 요부 단면도이다.
도 3은 도 1의 선단 보강장치의 저면도이다.
도 4는 도 1의 선단 보강장치를 변형한 실시예를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 피에이치씨(PHC) 파일의 선단 보강장치의 다른 실시예를 나타낸 단면도이다.
도 6은 도 5의 선단 보강장치의 저면도이다.
도 7은 도 5의 선단 보강장치를 변형한 실시예를 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명에 따른 피에이치씨(PHC) 파일의 선단 보강장치의 또 다른 실시예를 나타낸 단면도이다.
도 9는 도 8의 선단 보강장치의 저면도이다.
도 10은 도 8의 선단 보강장치를 변형한 실시예를 나타낸 도면이다.
도 11은 본 발명에 따른 피에이치씨(PHC) 파일의 선단 보강장치의 또 다른 실시예를 나타낸 단면도이다.
도 12는 도 11의 선단 보강장치의 주요부를 확대하여 나타낸 요부 단면도이다.
도 13은 본 발명에 따른 피에이치씨(PHC) 파일의 선단 보강장치의 또 다른 실시예를 나타낸 요부 단면도이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 피에이치씨(PHC) 파일의 선단 보강장치의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도 1 내지 도 3은 본 발명에 따른 피에이치씨(PHC) 파일의 선단 보강장치의 첫번째 실시예를 나타낸 것으로, 이 실시예에 따른 선단 보강장치는 PHC 파일(1)의 하단부에 고정되며 PHC 파일(1)의 중공부(2)와 연통되는 복수의 유입공(11)이 관통되게 형성되어 있는 고정부(10)와, 상기 고정부(10)에 PHC 파일(1)의 외주면 외측으로 하향 경사지면서 돌출되게 형성되어 PHC 파일(1)이 지반에 천공된 홀(H)에 삽입될 때 홀(H)의 내주면과 접촉 가능하게 된 원추형 링 형태의 경사부(20)와, 상기 경사부(20)를 가로지르도록 설치되는 바아 형태의 보강대(30)를 포함한 구성으로 이루어진다.

상기 PHC 파일(1)은 원심성형 및 증기양생, 오토클레이브 양생 등을 거쳐 만들어진 콘크리트 기둥 내부에 복수개의 PC 강선이 길이방향을 따라 연장되게 매립된 중공의 원통관으로 이루어진다.

상기 고정부(10)는 원반형으로 이루어지며, 볼트(19)에 의해 PHC 파일(1)의 하단부에 고정되게 결합된다. 상기 고정부(10)를 PHC 파일(1)에 볼트 체결하기 위하여 상기 고정부(10)에는 복수의 볼트체결공(12)이 원주방향을 따라 일정 간격으로 형성된다.

그리고 상기 고정부(10)의 중앙부에는 상기 유입공(11)이 관통되게 형성되어, PHC 파일(1)을 홀(H)에 매입할 때 홀(H) 하부에 곤죽 상태로 된 슬라임(slime)과 물, 시멘트 등이 상기 유입공(11)을 통해 PHC 파일(1)의 중공부(2) 내측으로 유입된다.

상기 경사부(20)는 상기 고정부(10)의 외주연부에 일체로 형성되며, 반경방향 외측으로 가면서 하향 경사지게 형성된다. 상기 경사부(20)는 그의 외측 단부가 홀(H)의 내주면에 연접할 수 있는 크기를 갖도록 되어, PHC 파일(1)이 홀(H) 내측에 매입될 때 경사부(20)의 외측 단부가 홀(H)의 내주면과 접촉하면서 긁어 내려 홀(H)의 내주면을 매끈하게 정리하게 된다.

상기 경사부(20)의 외측 단부가 홀(H)의 내주면과 접촉하면서 원활하게 하측으로 이동할 수 있도록 하기 위하여 상기 경사부(20)의 외주연부는 상측으로 절곡되면서 소정의 각도로 상향 경사진 스크래칭부(21)를 이루는 것이 바람직하다.

상기 보강대(30)는 바아 형태로 되어 경사부(20)의 하단부를 가로지르면서 강도를 증대시키는 작용을 한다. 이 실시예에서 상기 보강대(30)는 십자(+) 형으로 배치되지만, 이외에도 다양한 배치 형태가 가능하다.

이 실시예에서는 바아 형태의 보강대(30)를 이용하였지만, 도 4에 도시한 것과 같이 판상의 보강리브(40)를 고정부(10)와 경사부(20)에 하측으로 돌출되게 형성하여 고정부(10)와 경사부(20)의 강도를 증대시킬 수도 있다.

이와 같이 구성된 선단 보강장치는 PHC 파일(1)을 지반의 홀(H)에 매입할 때 경사부(20)의 외주연부에 형성된 스크래칭부(21)가 홀(H)의 내주면에 접촉하여 홀(H)의 울퉁불퉁한 부분을 긁어내면서 하강하게 된다. 따라서 홀(H)의 내주면이 대체로 매끈하게 정리되어 주면 마찰력을 증대시킬 수 있게 된다.

또한 PHC 파일(1)이 홀(H) 내측에 매입될 때 하향 경사진 경사부(20)가 PHC 파일(1) 하측에 곤죽 상태로 된 슬라임과 시멘트와 물을 그러모으면서 하강하게 되고, 곤죽 상태로 된 슬라임과 시멘트와 물이 고정부(10) 중앙의 유입공(11)을 통해 PHC 파일(1)의 중공부(2) 내로 유입되어 제거된다. 따라서 PHC 파일(1)의 하단부가 단단한 홀(H)의 바닥면 상에서 지지되거나 바닥면 아래로 매입되면서 지지되므로 PHC 파일(1)이 단단히 지지될 수 있게 된다.

상기 PHC 파일(1)이 타격에 의해 홀(H)의 바닥면 아래로 매입될 경우, 경사부(20)는 지반의 흙을 그러모으면서 다지는 작용을 하여 지지력을 더욱 증대시키는 작용을 하게 된다.

상기 PHC 파일(1)이 홀(H) 내측에 완전히 매입 설치되면, 홀(H)의 내주면과 PHC 파일(1)의 외주면 사이의 공간에 시멘트 밀크와 같은 그라우트액을 주입하여 채운다. 이 때, 전술한 것과 같이 홀(H)의 내주면이 경사부(20)의 외주연부에 의해 매끈하게 정리된 상태이므로 주면 마찰력이 증가되어 PHC 파일(1)의 지지력이 증대되는 효과를 얻을 수 있다.

한편 전술한 실시예의 선단 보강장치는 고정부(10)가 편평한 원반형으로 이루어졌지만, 도 5 및 도 6에 다른 실시예로 나타낸 것과 같이 고정부(10)의 중앙부에 상측으로 볼록한 원추형의 파일매입부(14)가 형성되어, 상기 파일매입부(14)가 PHC 파일(1)의 중공부(2) 내측으로 삽입되게 설치될 수도 있다. 여기서, 상기 파일매입부(14)의 경사각은 상기 경사부(20)의 경사각과 대체로 동일하게 형성될 수 있다.

이 실시예에서는 상기 파일매입부(14)의 정중앙에 하나의 유입공(11)이 형성되었지만, 이와 다르게 파일매입부(14)의 정중앙에서 일정 거리 편심된 위치에 복수의 유입공이 원주방향으로 일정 간격으로 배열될 수도 있을 것이다.

또한 상기 파일매입부(14)는 뾰족한 원추형으로 이루어지지만, 도 7에 도시한 것과 같이 파일매입부(14)가 둥근 돔(dome) 형태로 이루어질 수도 있을 것이다.

이와 반대로, 도 8 및 도 9에 도시한 것과 같이 상기 고정부(10)의 중앙부에 하측으로 볼록한 원추형의 근입부(15)가 형성될 수도 있다. 상기 근입부(15)는 하측으로 뾰족한 원추형으로 되어 있기 때문에 PHC 파일(1)을 홀(H)에 매입할 때 상기 근입부(15)가 홀(H)의 바닥면에 용이하게 근입될 수 있도록 하는 작용을 하게 된다.

상기 선단 보강장치의 하단부에는 상기 근입부(15)의 정점과 경사부(20)의 외주부를 연결하는 바아 형태의 보강대(30)가 설치된다. 그리고, 근입부(15)의 상부에는 1복수의 유입공(11)이 관통되게 형성된다.

여기서, 상기 근입부(15)의 하단 정점은 상기 경사부(20)의 최하단부, 즉 경사부(20)의 외주연부보다 아래쪽에 위치하지만, 도 10에 도시한 것과 같이 근입부(15)의 하단 정점이 경사부(20)의 최하단부와 대체로 동일하게 형성될 수도 있다.

한편 전술한 것과 같이 PHC 파일(1)을 홀(H) 내측에 매입 설치한 다음, 홀(H)의 내주면과 PHC 파일(1)의 외주면 사이의 공간에 시멘트 밀크와 같은 그라우트액을 주입하여 채우게 되는데, 그라우트액을 홀(H)의 상부에서부터 채우게 되면 그라우트액이 완전히 채워지지 못하기 때문에 그라우트액을 홀(H)의 하단에서부터 채우는 것이 바람직하다. 그런데, PHC 파일(1)을 설치한 후에 그라우트액 주입용 호스를 홀(H)과 PHC 파일(1) 사이의 공간으로 삽입하여 호스(60)를 홀(H)의 하단부까지 하강시키는 것이 매우 어렵다.

따라서, 도 11 및 도 12에 도시한 것과 같이, 상기 경사부(20)의 상부면에 천공 홀(H) 내측으로 그라우트액을 주입하기 위한 호스(60)의 끝단부가 착탈 가능하게 결합되는 호스홀더(50)를 설치하여, PHC 파일(1)이 홀(H) 내측에 삽입될 때 호스(60)가 함께 끌려 내려가 호스(60)의 끝단이 홀(H)의 하단부에 용이하게 도달하게 한 다음, 호스(60)를 통해 홀(H)의 하단부에서부터 그라우트액(예를 들어 시멘트 밀크)를 채울 수 있다.

그라우트액이 홀(H)과 PHC 파일(1) 사이 공간에 완전히 채워지게 되면, 호스(60)를 분리해야 하는데, 이 때 호스(60)가 호스홀더(50)에서 용이하게 분리될 수 있어야 한다. 따라서, 호스홀더(50)는 호스(60) 끝단의 장착 및 분리가 용이한 구조로 이루어지는 것이 바람직하다.

도 12 및 도 13에 도시한 것과 같이, 상기 호스홀더(50)는 호스(60)의 끝단부가 삽입되는 'U'자형 또는 원형의 고리 형태로 되어, 호스(60)의 끝단이 고리 형태로 된 호스홀더(50) 내측에 끼워져 장착되고, 홀(H) 외측에서 작업자가 호스(60)를 잡아당기면 호스(60) 끝단이 호스홀더(50)에서 빠져나와 쉽게 분리될 수 있다.

이상에서 본 발명은 실시예를 참조하여 상세히 설명되었으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기에서 설명된 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 부가 및 변형이 가능할 것임은 당연하며, 이와 같은 변형된 실시 형태들 역시 아래에 첨부한 특허청구범위에 의하여 정하여지는 본 발명의 보호 범위에 속하는 것으로 이해되어야 할 것이다.

1 : PHC 파일 2 : 중공부
10 : 고정부 11 : 유입공
12 : 볼트체결공 14 : 파일매입부
15 : 근입부 19 : 볼트
20 : 경사부 21 : 스크래칭부
30 : 보강대 40 : 보강리브
50 : 호스홀더 60 : 호스

Claims

PHC 파일(1)의 직경과 대응하는 직경을 갖는 원반형으로 되어 PHC 파일(1)의 하단부에 고정되며, PHC 파일의 중공부와 연통되는 적어도 1개 이상의 유입공(11)이 관통되게 형성되어 있는 고정부(10)와;
상기 고정부(10)의 외주연부에서 PHC 파일의 외주면 외측으로 하향 경사지면서 돌출되게 형성되어, PHC 파일이 지반에 천공된 홀(H)에 삽입될 때 홀(H)의 내주면과 접촉하면서 홀(H)의 내주면을 긁어내리면서 하강하게 되는 원추형 링 형태의 경사부(20);를 포함하며,
상기 경사부(20)는 형태를 그대로 유지하면서 홀(H)의 바닥부에 매입되어 지지되고,
상기 경사부(20)의 외주연부는 상측으로 절곡되면서 상향 경사진 'V'자형의 스크래칭부(21)를 이루며, 상기 스크래칭부(21)는 PHC 파일(1)이 홀(H)에 삽입될 때에는 홀(H)의 내주면과 접촉하면서 홀(H)의 내주면을 긁어내리고 홀(H)의 바닥부에 닿게 되면 홀(H)의 바닥부에 매입되어 지지되는 것을 특징으로 하는 피에이치씨(PHC) 파일의 선단 보강장치.
삭제
제1항에 있어서, 상기 경사부(20)를 가로지르도록 설치되는 바아 형태의 보강대(30)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 피에이치씨(PHC) 파일의 선단 보강장치.
제1항에 있어서, 상기 고정부(10) 및 경사부(20)에 하측으로 돌출되게 형성된 보강리브(40)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 피에이치씨(PHC) 파일의 선단 보강장치.
제1항에 있어서, 상기 경사부(20)의 상부면에는 천공 홀(H) 내측으로 그라우트액을 주입하기 위한 호스(60)의 끝단부가 착탈 가능하게 결합되는 호스홀더(50)가 설치된 것을 특징으로 하는 피에이치씨(PHC) 파일의 선단 보강장치.
제5항에 있어서, 상기 호스홀더(50)는 호스(60)의 끝단부가 삽입되는 'U'자형 또는 원형의 고리 형태로 된 것을 특징으로 하는 피에이치씨(PHC) 파일의 선단 보강장치.
제1항에 있어서, 상기 고정부(10)에는 PHC 파일(1)의 하단부에 볼트(19)로 체결될 수 있도록 복수의 볼트체결공(12)이 원주방향을 따라 일정 간격으로 형성된 것을 특징으로 하는 피에이치씨(PHC) 파일의 선단 보강장치.
제1항에 있어서, 상기 고정부(10)의 중앙부에는 상측으로 볼록한 원추형 또는 돔(dome) 형태의 파일매입부(14)가 형성되어, 상기 파일매입부(14)가 PHC 파일(1)의 중공부(2) 내측으로 삽입되게 설치되는 것을 특징으로 하는 피에이치씨(PHC) 파일의 선단 보강장치.
제1항에 있어서, 상기 고정부(10)의 중앙부에는 하측으로 볼록한 원추형의 근입부(15)가 형성된 것을 특징으로 하는 피에이치씨(PHC) 파일의 선단 보강장치.
제9항에 있어서, 상기 근입부(15)의 하단의 정점은 상기 경사부(20)의 최하단부보다 아래쪽에 위치하는 것을 특징으로 하는 피에이치씨(PHC) 파일의 선단 보강장치.