KR101559268B1 - 침하된 구조물 인상을 위한 프리스트레스트 강관파일 - Google Patents

Abstract

본 발명은 소켓형 강관 사용으로 현장 시공성이 우수하고 강관 내에 긴장력 도입으로 파일 강성의 증가와 재긴장을 통한 변위조절로 유지보수가 용이한 침하된 구조물 인상을 위한 프리스트레스트 강관파일을 제공한다.
이를 위하여 본 발명은 구조물 인상을 목적으로 구조물 하부 지반에 압입되는 강관파일에 있어서, 하단 외주면상에 수나사부, 상단 내주면상에 암나사부가 각 형성되고 나사결합에 의해 일체로 결속됨에 따라 연속하여 압입되는 소켓형 강관과, 압입완료 후 소켓형 강관 내의 토사가 제거된 상태에서 하단에 정착부재가 마련되고 상단에 나사선이 형성되어 소켓형 강관 내에 삽입 위치되는 긴장재와, 긴장재를 소켓형 강관 내에 정착시킬 수 있도록 소켓형 강관 내에 주입되는 충전재와, 긴장재를 외부로 인출하기 위한 인출공이 천공되고 소켓형 강관 상단에 위치하는 정착판과, 정착판 외측에서 긴장재와 나사결합되어 조임에 의해 소켓형 강관 내에 프리스트레스트를 도입하기 위한 조임너트로 이루어진다.
상기의 구성에 따르면, 소켓형 강관 사용으로 현장 시공성이 우수하고 강관 내에 긴장력 도입으로 파일 강성의 증가와 재긴장을 통한 변위조절로 유지보수가 용이하며, 구조물에 대한 개축(신설)을 최소화함으로써 경제적으로 매우 뛰어나다.

Description

침하된 구조물 인상을 위한 프리스트레스트 강관파일{Prestressed steel pile for uplift of the sunk structures}

본 발명은 침하된 구조물 인상을 위한 프리스트레스트 강관파일에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 소켓형 강관 사용으로 현장 시공성이 우수하고 강관 내에 긴장력 도입으로 파일 강성의 증가와 재긴장을 통한 변위조절로 유지보수가 용이한 침하된 구조물 인상을 위한 프리스트레스트 강관파일에 관한 것이다.

일반적으로 구조물의 부등침하는 지반의 연약화, 지하수위의 변동, 구조물에 인접한 터파기, 구조물 자중의 불균형, 기초시공 불량 등에 의해 발생한다.

등록특허공보 제10-0475443호(2005. 2. 25. 등록)는 구조물 하부의 지반보강공법에 관한 것으로, 여기에는 구조물 최하층 바닥면에 다수의 주입공을 기초하부까지 천공하는 천공단계;와, 그라우트액을 고압송출하는 그라우트펌프와, 그라우트펌프와 고압호스로 연결되어 주입공에 설치되는 주입관과, 주입관의 입구를 개폐시키는 자동개폐밸브와, 구조물의 수직 및 수평거동을 측정하는 변위계측기와, 변위계측기의 측정값에 따라 자동개폐밸브 및 그라우트펌프의 송출압력을 제어하는 콘트롤러를 설치하는 플랜트 설치단계;와, 지내력 보강단계;와, 약 1~5초의 경화시간을 갖는 급결성 그라우트액을 목표하는 구조물의 변위량까지 다수의 주입포인트로 순차/전환/반복주입하여 주입관 선단을 중심으로 하는 원반체를 구조물하부에 적층되게 다수 형성시켜 구조물을 들어올리는 복원단계; 및, 공정완료후 주입관을 통해 세정액을 주입하여 구조물 저면에 액층을 형성시키는 세정액주입단계로 이루어지는 구조물 하부의 지반보강공법에 있어서, 지내력보강단계는 규산소다 27.8~31.8%와 물 72.2~68.2%의 비율로 배합된 혼합경화재와, 시멘트 28~34%와 B제 2~4%와 P제 0~6%와 물 70~56%의 비율로 배합된 혼합그라우트액이 혼합되어 약 30~90초의 경화시간을 갖는 중결성 그라우트액을 변위계측기에 구조물의 변위가 감지될 때까지 다수의 주입포인트에 순차/전환주입하여 주입관 선단을 중심으로 하는 반구고형체가 다수 형성되게 함으로써 구조물 하부에 구조물 전체를 균등한 압력으로 지지하는 반력대를 형성하는 구성이 개시된다.

동 공보에 따르면, 상기의 종래기술은 구조물 하부에 균등한 압력으로 반력대를 형성하여 구조물을 지지함과 동시에 이 반력대가 구조물의 하부에서 형성되면서 구조물 하부의 지반을 압밀시켜 지반의 지내력을 향상시킴으로써 지반을 안정화시킬 수 있을 뿐만 아니라, 구조물 하부로 주입되는 그라우트액을 구성하는 혼합재료의 배합비율을 조절하여 지중에 침투되는 그라우트액의 응결속도를 정밀하게 제어함으로써 시공효과가 있는 것으로 보인다.

그러나 상기의 종래기술은 추가침하의 억제에 효과가 있을 뿐이고 연약지반의 층이 두껍거나 인상이 필요한 경우에는 주입량이 급속하게 늘어나게 되어 과다한 비용이 소요된다는 문제점이 있었다.

이에 반하여, 등록특허공보 제10-0767093호(2007. 10. 08. 등록) '깊이 조절이 가능한 압입체를 이용한 구조물 인상공법'에는 구조물 저면에 형성된 천공홀 내측에 구조물과 일체화되도록 가이드관과 상단지지체 고정용 철근을 포함하는 고정구를 포함하는 세팅부재를 먼저 설치하고, 가이드관의 내부로 압입체를 삽입시켜 그 위치를 세팅한 후, 고정구 상단부를 상단지지체에 연결 설치하되, 압입체 상단과 상단지지체 사이에 압입수단을 설치 작동시켜 압입체를 구조물 하부 지반에 압입시킴과 더불어 구조물을 인상시키는 구조물 인상방법에 있어서, 압입체는 강관을 포함하는 압입관을 다수 연결시켜 가면서 압입시키되, 압입관과 압입관 사이에 연결관을 설치하고, 연결관은 압입관 내측면에 끼워지는 소켓연결부와 압입관과 동일한 단면크기로 형성된 몸통부로 형성되도록 하여, 몸통부의 형성 길이 조정을 통해 압입관의 압입깊이를 조정할 수 있도록 하고, 천공홀은 가이드관용 천공홀 1과 고정구용 천공홀 2로 형성되도록 하되, 천공홀 2는 천공홀 1과 접하여 그 둘레에 형성되도록 함으로서 가이드관 및 가이드관에 삽입되는 압입관과 고정구가 서로 이격되어 위치되도록 하는 구성이 개시된다.

동 공보에 따르면, 상기의 종래기술은 구조물 지하와 같이 폐쇄된 공간에서, 구조물의 영구기초보강재로 기능하는 콘크리트 파일인 압입체를 이용하여 침하된 구조물의 인상 및 재인상이 가능하도로 함으로서 보다 효율적이며, 재사용이 가능한 구조물의 인상공법이 제공되며, 압입체의 시공이 세팅부재에 의하여 간섭되지 않아 압입시공의 효율성 및 시공성 및 작업성을 증진시킬 수 있으며, 압입체로서 강관을 이용함에 있어 그 연결시공이 용이할 뿐만 아니라, 전체 압입깊이를 연결관으로 조정함으로서 효율적인 강관 두부처리가 가능하게 되고, 압입깊이가 큰 경우 구근을 함께 형성시킴으로서 경제적이고 효율적인 구조물 인상이 가능하다는 효과가 있는 것으로 보인다.

본 발명은 전술한 종래기술을 감안하여, 소켓형 강관 사용으로 현장 시공성이 우수하고 강관 내에 긴장력 도입으로 파일 강성의 증가와 재긴장을 통한 변위조절로 유지보수가 용이한 침하된 구조물 인상을 위한 프리스트레스트 강관파일을 제공하고자 한다.

본 발명은 상기의 과제를 해결하기 위하여, 구조물 인상을 목적으로 구조물 하부 지반에 압입되는 강관파일에 있어서, 하단 외주면상에 수나사부, 상단 내주면상에 암나사부가 각 형성되고 나사결합에 의해 일체로 결속됨에 따라 연속하여 압입되는 소켓형 강관과, 압입완료 후 소켓형 강관 내의 토사가 제거된 상태에서 하단에 정착부재가 마련되고 상단에 나사선이 형성되어 소켓형 강관 내에 삽입 위치되는 긴장재와, 긴장재를 소켓형 강관 내에 정착시킬 수 있도록 소켓형 강관 내에 주입되는 충전재와, 긴장재를 외부로 인출하기 위한 인출공이 천공되고 소켓형 강관 상단에 위치하는 정착판과, 정착판 외측에서 긴장재와 나사결합되어 조임에 의해 소켓형 강관 내에 프리스트레스트를 도입하기 위한 조임너트로 이루어진 것을 특징으로 한다.

상기의 소켓형 강관 간에 나사결합이 용이하도록 소켓형 강관의 측면에 핸들을 끼워 돌리기 위한 관통공이 천공된 것을 특징으로 한다.

상기의 소켓형 강관은 기존 기초에 인접하여 압입설치되고, 압입완료된 상태에서 기존 기초로부터 확장된 확장기초를 지지함으로써 침하 발생을 억제하는 것을 특징으로 한다.

상기의 소켓형 강관은 기존 기초 또는 기존 기초로부터 확장된 확장기초에 천공된 작업공을 통해 압입 설치되되 그 외주면 상에 유압잭을 설치할 수 있도록 대칭되게 마련된 유압잭 안착판과, 소켓형 강관을 따라 슬라이딩 가능하게 설치되고 유압잭에 의해 인상되는 슬라이더와, 슬라이더로부터 연장 형성되고 기초 하부면에 하단부를 걸어 설치하는 인상부재를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기의 슬라이더는 외주면 상에 고리를 형성하여 기초에 미리 정착된 고리 핀과 와이어에 의해 결속할 수 있도록 된 것을 특징으로 한다.

그리고 상기의 소켓형 강관은 기존 기초로부터 확장된 확장기초에 천공된 작업공을 통해 압입설치되고 정착판을 확장기초의 상면에 정착한 상태에서 조임너트를 조여 긴장재의 긴장에 의한 압축력에 의해 기존 기초를 하향시켜 처짐각을 복원하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 소켓형 강관 사용으로 현장 시공성이 우수하고 강관 내에 긴장력 도입으로 파일 강성의 증가와 재긴장을 통한 변위조절로 유지보수가 용이하며, 구조물에 대한 개축(신설)을 최소화함으로써 경제적으로 매우 뛰어난 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 침하된 구조물 인상을 위한 프리스트레스트 강관파일의 사시도,
도 2는 본 발명에 따른 침하된 구조물 인상을 위한 프리스트레스트 강관파일의 내부 구조를 보인 단면도,
도 3은 본 발명에 따른 침하된 구조물 인상을 위한 프리스트레스트 강관파일의 설치 상태도,
도 4 내지 6은 본 발명에 따른 침하된 구조물 인상을 위한 프리스트레스트 강관파일의 시공 예시도,
도 7은 본 발명에 따른 침하된 구조물 인상을 위한 프리스트레스트 강관파일의 또 다른 시공 예시도이다.

이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명에 따른 침하된 구조물 인상을 위한 프리스트레스트 강관파일의 바람직한 실시 예에 대하여 상세히 설명한다.

도 1 및 2를 참조하면, 본 발명에 따른 실시 예는 구조물 인상을 목적으로 구조물 하부 지반에 압입되는 강관파일에 있어서, 하단 외주면상에 수나사부(11), 상단 내주면상에 암나사부(12)가 각 형성되고 나사결합에 의해 일체로 결속됨에 따라 연속하여 압입되는 소켓형 강관(10)과, 압입완료 후 소켓형 강관(10) 내의 토사가 제거된 상태에서 하단에 정착부재(21)가 마련되고 상단에 나사선(22)이 형성되어 소켓형 강관(10) 내에 삽입 위치되는 긴장재(20)와, 긴장재(20)를 소켓형 강관(10) 내에 정착시킬 수 있도록 소켓형 강관(10) 내에 주입되는 충전재(30)와, 긴장재(20)를 외부로 인출하기 위한 인출공(41)이 천공되고 소켓형 강관(10) 상측에 위치하는 정착판(40)과, 정착판(40) 외측에서 긴장재(20)와 나사결합되어 조임에 의해 소켓형 강관(10) 내에 프리스트레스트를 도입하기 위한 조임너트(50)로 이루어진다.

상기의 기술적 구성에서, 소켓형 강관(10)은 속이 빈 강관으로 하단 외주면상에 수나사부(11)가 형성되고 상단 내주면상에 암나사부(12)가 형성된다.

소켓형 강관(10)은 나사결합에 의해 일체로 결속되고 연속적인 압입으로 기반암(1)까지 압입되어 지지되게 된다.

특히, 소켓형 강관(10)은 다양한 길이로 제작할 수 있어 지하 공간 등 층고가 낮은 현장에서도 손쉽게 사용할 수 있다.

긴장재(20)는 소켓형 강관(10) 내에 프리스트레스트를 도입하기 위한 구성으로, 소켓형 강관(10) 내부의 토사층을 오거로 굴착하고 버럭을 외부로 송풍하여 속이 빈 소켓형 강관(10)에 삽입 위치된다.

긴장재(20)는 소켓형 강관(10) 내로 주입된 충전재(30)가 경화시 소켓형 강관(10)으로부터 분리되는 것을 방지할 수 있도록 하단에 정착부재(21)가 마련되고, 상단에 조임너트(50)와 나사결합되는 나사선(22)이 형성되며 강선으로 이루어진다.

여기서, 정착부재(21)는 충전재(30) 경화시 하나로 합성되어 긴장이 분리되지 않도록 긴장재(20)의 외경보다 굵은 돌기 형태로 제작된다.

충전재(30)는 시멘트모르타르로 양호하게 구현되며 소켓형 강관(10)에 긴장재(20)가 삽입 위치된 상태에서 주입됨으로써 소켓형 강관(10)과 긴장재(20) 및 콘크리트가 하나의 구조물을 이루게 된다.

정착판(40)은 소켓형 강관(10) 상단에 하부가 삽입되는 구조로, 중심에는 긴장재(20)를 외부로 인출할 수 있도록 인출공(41)이 천공된다.

조임너트(50)는 정착판(40)의 인출공(41)을 통해 외부로 인출된 긴장재(20)와 나사결합되어 조임에 의해 소켓형 강관(10) 상단에 정착판(40)을 밀착시키게 된다.

이때, 소켓형 강관(10)에 주입되어 경화된 충전재(30)에 압축력이 가해져 소켓형 강관(10) 내에 프리스트레스트가 도입되게 된다. 충전재(30)의 주입은 소켓형 강관(10) 내에 긴장재(20)를 정착시킬 수 있도록 일부만 주입될 수도 있다.

따라서 소켓형 강관(10) 내에 그라우팅(시멘트모르타르) 후 긴장재(20) 배치와 긴장력 도입으로 파일 강성이 증대되게 된다.

다음, 상기의 소켓형 강관(10) 간에 나사결합이 용이하도록 소켓형 강관(10)의 측면에 핸들(60)을 끼워 돌리기 위한 관통공(13)이 천공된다.

상기의 기술적 구성에 따르면, 인입중인 소켓형 강관(10) 상단에 인입할 소켓형 강관(10)을 올려놓은 뒤 핸들(60)을 관통공(13)에 끼워 돌리게 되면 상하로 위치하는 소켓형 강관(10)이 일체로 체결되게 된다.

따라서 적은 힘으로 소켓형 강관(10)을 결속하거나 해체할 수 있고, 나사결합에 의한 견고한 결속으로 압입시 강관이 휘는 것을 방지할 수 있게 된다.

다음, 도 3을 참조하면 상기의 소켓형 강관(10)은 기존 기초에 인접하여 압입설치되고, 기존 기초(2)로부터 소켓형 강관(10) 위로 기초를 확장(3;확장기초)시켜 그 하부를 지지함으로써 침하 발생을 억제할 수 있다.

상기의 기술적 구성에서, 소켓형 강관(10)은 기반암(1)까지 압입되어 소켓형 강관(10) 내에 긴장력 도입으로 파일 강성이 증가하게 된다.

기존 기초(2)를 보강하고자 하는 경우에는 소켓형 강관(10)을 압입하고 확장면에 정착앵커(4)를 매입한 후 콘크리트를 타설하여 기초를 확장하여 침하를 방지할 수 있게 된다.

다음, 도 4 내지 6을 참조하면 상기의 소켓형 강관(10)은 기존 기초(2) 또는 기존 기초(2)로부터 확장된 확장기초(3)에 천공된 작업공(5)을 통해 압입 설치되되 그 외주면 상에 유압잭(110)을 설치할 수 있도록 대칭되게 마련된 유압잭 안착판(120)과, 소켓형 강관(10)을 따라 슬라이딩 가능하게 설치되고 유압잭(110)에 의해 인상되는 슬라이더(130)와, 슬라이더(130)로부터 연장 형성되고 작업공 하부면에 하단부를 걸어 설치하는 인상부재(140)를 더 포함한다.

또한 상기의 슬라이더(130)는 외주면 상에 고리(131)를 형성하여 기초에 미리 정착된 고리 핀(150)과 와이어(160)에 의해 결속할 수 있도록 구성된다.

여기서, 유압잭 안착판(120)은 소켓형 강관(10)이 압입됨에 따라 소켓형 강관(10)에 탈부착 가능하게 마련되는데, 소켓형 강관(10)을 관통하여 설치되는 안착봉과, 그 안착봉 사이에 놓이는 안착판재로 구성될 수 있다.

상기의 기술적 구성에서, 기존 기초(2)에 처짐각이 발생한 경우 기존 기초(2)의 확장면에 정착앵커(4)를 매입한 후 콘크리트를 타설하여 기초를 확장한다. 이때, 콘크리트 타설시 작업공(5)을 함께 제작할 수 있다.

이 상태에서, 소켓형 강관(10)을 체결하여 유압잭(110)으로 계속 압입함으로써 지반(1)에 의해 지지되도록 하고, 소켓형 강관(10)이 더 이상 압입되지 않는 경우에는 유압잭(110)에 의해 슬라이더(130)가 인상되어 슬라이더(130)로부터 연장 형성된 인상부재(140)를 통해 확장 기초가 인상됨으로써 기존 기초(2)의 변위를 복원할 수 있게 된다.

또한, 인상작용시 슬라이더(130)의 고리(131)와 기초에 미리 정착된 고리 핀(150)을 와이어(160)로 결속하여, 인상력을 고르게 분포시켜 안정적으로 기초(2)의 변위를 복원할 수 있게 된다.

여기서, 유압잭(110)과 와이어(160)는 상호 대칭되게 배치됨이 바람직하다.

다음, 도 7을 참조하면 상기의 소켓형 강관(10)은 기존 기초(2)로부터 확장된 확장기초(3)에 천공된 작업공(5)을 통해 압입설치되고 정착판(40)을 확장기초(3)의 상면에 정착한 상태에서 조임너트(50)를 조여 긴장재(20)의 긴장에 의한 압축력에 의해 기존 기초(2)를 하향시켜 처짐각을 복원할 수 있다.

상기의 기술적 구성에서, 기존 기초(2)에 부등침하가 발생한 경우 기존 기초의 확장면에 정착앵커(4)를 매입한 후 콘크리트를 타설하여 기초를 확장한다.

확장 기초(3)의 양생 후 수직으로 작업공(5)을 천공(또는 콘크리트 타설시 함께 제작한다)하고 작업공(5)을 통해 소켓용 강관(10)을 압입하여 기반암(1)에 의해 지지되도록 한다.

이 상태에서, 볼트, 앙카 등 체결구(42)를 이용하여 정착판(40)을 확장기초(3) 상면에 정착하고 정착판(40) 외측으로 인출된 강선(20)에 조임너트(50)를 체결시켜 조임으로써 강선(20)의 긴장에 의한 압축력에 의해 하향으로 변위가 복원되게 된다.

한편, 시간의 경과로 기존 기초(2)에 재차 부등침하가 발생할 수 있는데, 이 경우 소켓용 강관(10)을 추가로 압입하거나 조임너트(50)를 통해 긴장재(20)의 긴장을 조절함으로써 추가로 변위를 복원할 수 있게 된다.

이상의 설명은 본 발명의 이해를 돕기 위한 실시 예로서, 본 발명을 한정하는 것은 아니며 본 발명의 특허청구범위에 기재된 범위 안에서 다양하게 변형하여 실시할 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다 할 것이다.

1 : 기반암
2: 기존 기초
3: 확장 기초
4: 정착앵커
5: 작업공
10: 소켓용 강관
20: 긴장재
30: 충전재
40: 정착판
50: 조임너트
60: 핸들
110: 유압잭
120: 유압잭 안착판
130: 슬라이더
140: 인상부재
150: 고정 핀
160: 와이어

Claims (6)

1. 구조물 인상을 목적으로 구조물 하부 지반에 압입되는 강관파일에 있어서,
   하단 외주면상에 수나사부, 상단 내주면상에 암나사부가 각 형성되고 나사결합에 의해 일체로 결속됨에 따라 연속하여 압입되는 소켓형 강관과; 압입완료 후 상기 소켓형 강관 내의 토사가 제거된 상태에서 하단에 정착부재가 마련되고 상단에 나사선이 형성되어 상기 소켓형 강관 내에 삽입 위치되는 긴장재와; 상기 긴장재를 상기 소켓형 강관 내에 정착시킬 수 있도록 상기 소켓형 강관 내에 주입되는 충전재와; 상기 긴장재를 외부로 인출하기 위한 인출공이 천공되고 상기 소켓형 강관 상단에 위치하는 정착판과; 상기 정착판 외측에서 상기 긴장재와 나사결합되어 조임에 의해 상기 소켓형 강관 내에 프리스트레스트를 도입하기 위한 조임너트로 이루어지되,
   상기 소켓형 강관은 기존 기초 또는 상기 기존 기초로부터 확장된 확장기초에 천공된 작업공을 통해 압입 설치되고 그 외주면 상에 유압잭을 설치할 수 있도록 대칭되게 마련된 유압잭 안착판과,
   상기 소켓형 강관을 따라 슬라이딩 가능하게 설치되고 상기 유압잭에 의해 인상되는 슬라이더와,
   상기 슬라이더로부터 연장 형성되고 상기 작업공 하부면에 하단부를 걸어 설치하는 인상부재 및,
   상기 슬라이더 외주면 상에 형성된 고리와 상기 기존 기초 또는 확장기초에 미리 정착된 고리 핀 사이에 결속되는 와이어가 구비된 것을 특징으로 하는 침하된 구조물 인상을 위한 프리스트레스트 강관파일.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 소켓형 강관 간의 나사결합이 용이하도록 상기 소켓형 강관의 측면에 핸들을 끼워 돌리기 위한 관통공이 천공된 것을 특징으로 하는 침하된 구조물 인상을 위한 프리스트레스트 강관파일.
3. 제 1항에 있어서,
   상기 소켓형 강관은 기존 기초에 인접하여 압입설치되고, 압입완료된 상태에서 상기 기존 기초로부터 상기 소켓형 강관 위로 기초를 확장하여 그 하부를 지지함으로써 침하 발생을 억제하는 것을 특징으로 하는 침하된 구조물 인상을 위한 프리스트레스트 강관파일.
4. 삭제
5. 삭제
6. 제 1항에 있어서,
   상기 소켓형 강관은 기존 기초로부터 확장된 확장기초에 천공된 작업공을 통해 압입설치되고 상기 정착판을 확장기초의 상면에 정착한 상태에서 상기 조임너트를 조여 상기 긴장재의 긴장에 의한 압축력에 의해 상기 기존 기초를 하향시켜 처짐각을 복원하는 것을 특징으로 하는 침하된 구조물 인상을 위한 프리스트레스트 강관파일.

Images