KR101625193B1 - 하부 개방형 관입 콘크리트 말뚝 및 이의 시공방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 콘크리트 말뚝 본체의 하단에 위치하는 선단지지부의 하부부재를 길이가 짧은 관 형상으로 형성하여 잔여슬라임층을 쉽게 뚫을 수 있으면서 상광하협의 선단지지부가 원지반에 관입되어 지지되도록 함으로써 말뚝의 지지력을 향상시킬 수 있는 하부 개방형 관입 콘크리트 말뚝 및 이의 시공방법에 대한 것이다.
본 발명 하부 개방형 관입 콘크리트 말뚝은 하향 압입력 또는 회전력에 의해 천공홀 하부 원지반에 관입 지지되는 것으로, 하부가 개방된 콘크리트 말뚝 본체; 및 중앙이 개방되고 단면 형상이 상광하협으로 형성되어 상기 콘크리트 말뚝 본체 하단에 구비되는 것으로 천공홀 바닥의 잔여슬라임층을 뚫고 원지반 내에 관입되는 선단지지부; 로 구성되되, 상기 선단지지부는 내외측에 경사면이 형성된 상광하협 형상이고 저면의 폭은 콘크리트 말뚝 본체 두께의 2/3 이하로 형성되는 상부부재 및 상기 상부부재의 저면 하부에 상기 상부부재와 밀착되게 구비되는 것으로 저면의 폭이 콘크리트 말뚝 본체 두께의 1/3 이하인 관 형상의 하부부재로 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

하부 개방형 관입 콘크리트 말뚝 및 이의 시공방법{Driven concrete pile with open lower part and construction method thereof}

본 발명은 콘크리트 말뚝 본체의 하단에 위치하는 선단지지부의 하부부재를 길이가 짧은 관 형상으로 형성하여 잔여슬라임층을 쉽게 뚫을 수 있으면서 상광하협의 선단지지부가 원지반에 관입되어 지지되도록 함으로써 말뚝의 지지력을 향상시킬 수 있는 하부 개방형 관입 콘크리트 말뚝 및 이의 시공방법에 대한 것이다.

각종 건축·토목 구조물의 기초용으로 지중에 설치되는 말뚝은 선단부에서 주로 압축력을 받도록 설계된다.

이러한 말뚝을 효율적으로 사용하기 위해서는 말뚝 본체가 천공홀 바닥의 잔여슬라임층 위가 아닌 잔여슬라임층을 뚫고 단단한 하부 원지반에 관입되게 함으로써, 말뚝 선단이 원지반에 직접 지지가 되도록 하여 말뚝에 극한 하중이 작용하더라도 말뚝을 지지하는 지반이 항복하거나 파괴되지 않게 하여야 한다.

이에 따라 말뚝의 충분한 지지력 확보를 위해 말뚝 선단부 관입을 통하여 선단지지력을 증가시키는 기술이 다수 제안되었다.

그 중 하나인 등록특허 제10-1147510호 "선단지지력이 강화된 복합말뚝 및 이를 이용한 복합 말뚝 매입공법"은 말뚝 선단에 부착한 삽입강관 선단이 경타에 의해 천공홀 바닥의 잔여슬라임층을 지나 원지반에 지지가 되게 하여 말뚝의 연직 지지력을 증가시킨 것이다.

상기 등록기술, 일명 스마트파일은 말뚝 선단에 부착된 삽입강관 선단이 잔여슬라임층을 뚫고 원지반에 지지되도록 함으로써 선단지지력을 증가시킬 수 있으나, 강관의 두께가 얇아 지지력에 한계가 있다.

한편, 매입말뚝의 허용선단지지력을 계산하는 경우, 구조물기초설계기준의 250×N×A_p와 같은 경험식을 주로 사용한다. 여기서 선단지지면적 A_p는 슬라임층 위에 지지되는 콘크리트 말뚝이나 슬라임층을 뚫고 원지반에 지지되는 강관말뚝에 관계없이 말뚝의 외경부로 이루어지는 면적으로 계산하다 보니 원지반에 지지되는 콘크리트 말뚝 개발의 필요성을 느끼기는 어려웠다.

그뿐만 아니라 종래에는 암반에 지지되는 기성 말뚝으로서 1축압축강도를 알고 있는 경우, 실제 하부 원지반은 1축이 아닌 3축 압축 응력 상태에 놓여 있음에도 1축압축강도를 안전율로 나누어 선단지지력을 계산하였다. 이에 따라 천공홀 바닥의 잔여슬라임층 상부에 지지되는 하부가 폐쇄된 말뚝에 비해 오히려 선단지지력이 작게 계산되어 원지반 지지말뚝의 개발의 필요성을 전혀 인식하지 못하였다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 선단지지부의 하부부재를 길이가 짧은 관 형상으로 형성하여 잔여슬라임층을 쉽게 뚫을 수 있으면서 상광하협의 선단지지부가 원지반에 관입되어 지지되도록 함으로써 지지력을 향상할 수 있는 하부 개방형 관입 콘크리트 말뚝 및 이의 시공방법을 제공하고자 한다.

바람직한 실시예에 따른 본 발명은 하향 압입력 또는 회전력에 의해 천공홀 하부 원지반에 관입 지지되는 하부 개방형 관입 콘크리트 말뚝에 관한 것으로, 상기 하부 개방형 관입 콘크리트 말뚝은, 하부가 개방된 콘크리트 말뚝 본체; 및 중앙이 개방되고 단면 형상이 상광하협으로 형성되어 상기 콘크리트 말뚝 본체 하단에 구비되는 것으로 천공홀 바닥의 잔여슬라임층을 뚫고 원지반 내에 관입되는 선단지지부; 로 구성되되, 상기 선단지지부는 내외측에 경사면이 형성된 상광하협 형상이고 저면의 폭은 콘크리트 말뚝 본체 두께의 2/3 이하로 형성되는 상부부재 및 상기 상부부재의 저면 하부에 상기 상부부재와 밀착되게 구비되는 것으로 저면의 폭이 콘크리트 말뚝 본체 두께의 1/3 이하인 관 형상의 하부부재로 구성되는 것을 특징으로 하는 하부 개방형 관입 콘크리트 말뚝을 제공한다.

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다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 상기 관 형상의 하부부재 하단부의 내외측 중 적어도 어느 일측에는 경사면이 형성되는 것을 특징으로 하는 하부 개방형 관입 콘크리트 말뚝을 제공한다.

다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 상기 하부부재의 상단 폭은 상부부재의 하단 폭보다 작은 것을 특징으로 하는 하부 개방형 관입 콘크리트 말뚝을 제공한다.

다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 상기 하부부재의 높이는 상기 콘크리트 말뚝 본체의 두께 이하인 것을 특징으로 하는 하부 개방형 관입 콘크리트 말뚝을 제공한다.

다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 상기 콘크리트 말뚝 본체의 하단에는 콘크리트 말뚝 본체 내부에 구비되는 보강선재의 정착을 위한 너트가 구비되고, 상기 선단지지부는 상기 너트에 볼트로 결합되는 것을 특징으로 하는 하부 개방형 관입 콘크리트 말뚝을 제공한다.

다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 상기 콘크리트 말뚝 본체의 내부에는 보강선재가 구비되고, 상기 보강선재는 하단이 상기 선단지지부에 정착되는 것을 특징으로 하는 하부 개방형 관입 콘크리트 말뚝을 제공한다.

다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 (a) 지반에 천공홀을 형성하는 단계; (b) 상기 하부 개방형 관입 콘크리트 말뚝을 천공홀에 삽입하는 단계; 및 (c) 상기 하부 개방형 관입 콘크리트 말뚝을 하향 압입하여 선단지지부를 천공홀 바닥 원지반 내에 관입하는 단계; 로 구성되는 것을 특징으로 하는 하부 개방형 관입 콘크리트 말뚝의 시공방법을 제공한다.

다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 (a) 지반에 천공홀을 형성하는 단계; (b) 상기 하부 개방형 관입 콘크리트 말뚝을 천공홀에 삽입하는 단계; 및 (c) 회전장치를 상기 하부 개방형 관입 콘크리트 말뚝에 결합시킨 후, 상기 회전장치로 하부 개방형 관입 콘크리트 말뚝을 회전시켜 선단지지부를 천공홀 바닥 원지반 내에 관입하는 단계; 로 구성되는 것을 특징으로 하는 하부 개방형 관입 콘크리트 말뚝의 시공방법을 제공한다.

다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 상기 (a) 단계에서, 천공홀 형성 후 드릴비트를 이용하여 천공홀 바닥의 잔여슬라임을 물 또는 시멘트 그라우트와 교반하여 반죽 상태로 만드는 것을 특징으로 하는 하부 개방형 관입 콘크리트 말뚝의 시공방법을 제공한다.

다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 상기 (c) 단계 이후에, 상기 콘크리트 말뚝 본체 상부에 상부말뚝을 설치하는 (d) 단계; 가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 하부 개방형 관입 콘크리트 말뚝의 시공방법을 제공한다.

다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 상기 하부 개방형 관입 콘크리트 말뚝을 하향 압입하여 선단지지부가 설계에 따른 목표 지층까지 관입되게 하는 것을 특징으로 하는 하부 개방형 관입 콘크리트 말뚝의 시공방법을 제공한다.

다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 상기 (c) 단계에서, 상기 회전장치는 하부 개방형 관입 콘크리트 말뚝 상단에 구비된 플랫슈(flat shoe) 또는 마밀라슈(mamilla shoe)에 형성된 끼움홈에 결합되는 것을 특징으로 하는 하부 개방형 관입 콘크리트 말뚝의 시공방법을 제공한다.

본 발명에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 콘크리트 말뚝 본체 하단에 하부로 갈수록 폭이 좁아지는 선단지지부를 결합하여 강관 말뚝처럼 천공홀 하부의 잔여슬라임층을 뚫고 말뚝을 원지반에 신속히 관입할 수 있으며, 구조물 완공 후 추가 침하량이 매우 적다.

둘째, 본 발명 관입 콘크리트 말뚝을 구성하는 콘크리트 말뚝 본체는 강관말뚝에 비해 두께가 5배 이상 두꺼워 충분한 지지 면적을 가지므로 같은 지름의 강관말뚝에 비해 매우 큰 선단지지력을 얻을 수 있다.

셋째, 선단지지부는 구조가 간단하고 콘크리트 말뚝 본체의 선단에 장착하기 쉽다. 따라서 말뚝 단가를 많이 증가시키지 않으면서 지지력을 극대화할 수 있어 매우 경제적이다.

넷째, 콘크리트 말뚝 본체 상부에 상부말뚝을 결합하면 큰 선단지지력을 이미 확보한 상태에서 상부의 횡하중 등 다양한 설계조건에 대응할 수 있다.

다섯째, 말뚝 하부가 개방되어 말뚝에 부력이 발생하지 않으므로 말뚝 본체가 항상 천공홀 바닥의 원지반에 안정적으로 지지된다.

도 1은 본 발명 하부 개방형 관입 콘크리트 말뚝의 실시예를 도시하는 사시도.
도 2는 선단지지부의 실시예를 도시하는 측단면도.
도 3은 본 발명 하부 개방형 관입 콘크리트 말뚝에 의한 지반 지지 상태를 도시하는 단면도.
도 4는 본 발명 하부 개방형 관입 콘크리트 말뚝에 의한 지반 지지 개념을 도시하는 도면.
도 5는 상하부부재의 결합 관계를 나타내는 사시도.
도 6은 하부부재에 경사면이 구비된 본 발명 하부 개방형 관입 콘크리트 말뚝의 단면도.
도 7은 하부부재의 상단 폭이 상부부재의 하단 폭보다 작은 본 발명 하부 개방형 관입 콘크리트 말뚝의 단면도.
도 8은 보강선재가 구비된 본 발명 하부 개방형 관입 콘크리트 말뚝의 실시예를 도시하는 단면도.
도 9는 도 8의 실시예에 의한 선단지지부의 분해사시도.
도 10은 보강선재가 구비된 본 발명 하부 개방형 관입 콘크리트 말뚝의 다른 실시예를 도시하는 단면도.
도 11은 보강선재가 구비된 본 발명 하부 개방형 관입 콘크리트 말뚝의 또 다른 실시예를 도시하는 단면도.
도 12는 일실시예에 의한 본 발명 하부 개방형 관입 콘크리트 말뚝의 시공방법의 단계별 공정을 도시하는 도면.
도 13은 다른 실시예에 의한 본 발명 하부 개방형 관입 콘크리트 말뚝의 시공방법의 단계별 공정을 도시하는 도면.
도 14는 상부말뚝이 구비된 본 발명 하부 개방형 관입 콘크리트 말뚝의 단면도.

이하, 첨부한 도면 및 바람직한 실시예에 따라 본 발명을 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명 하부 개방형 관입 콘크리트 말뚝의 실시예를 도시하는 사시도이고, 도 2는 선단지지부의 실시예를 도시하는 측단면도이다.

그리고 도 3은 본 발명 하부 개방형 관입 콘크리트 말뚝에 의한 지반 지지 상태를 도시하는 단면도이고, 도 4는 본 발명 하부 개방형 관입 콘크리트 말뚝에 의한 지반 지지 개념을 도시하는 도면이다.

도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명 하부 개방형 관입 콘크리트 말뚝(2)은 하향 압입력 또는 회전력에 의해 천공홀(1) 하부 원지반(11)에 관입 지지되는 것으로, 하부가 개방된 콘크리트 말뚝 본체(21); 및 중앙이 개방되고 단면 형상이 상광하협으로 형성되어 상기 콘크리트 말뚝 본체(21) 하단에 구비되는 것으로 천공홀(1) 바닥의 잔여슬라임을 뚫고 원지반(11) 내에 관입되는 선단지지부(22); 로 구성되되, 상기 선단지지부(22)는 내외측에 경사면이 형성된 상광하협 형상이고 저면의 폭은 콘크리트 말뚝 본체(21) 두께의 2/3 이하로 형성되는 상부부재(221) 및 상기 상부부재(221)의 저면 하부에 상기 상부부재(221)와 밀착되게 구비되는 것으로 저면의 폭이 콘크리트 말뚝 본체(21) 두께의 1/3 이하인 관 형상의 하부부재(222)로 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명 하부 개방형 관입 콘크리트 말뚝(2)은 하부가 개방되어 소정 두께로 구성되는 콘크리트 말뚝 본체(21) 선단에 하부로 갈수록 폭이 좁아지는 선단지지부(22)를 결합한 것으로, 천공홀(1) 하부의 잔여슬라임층(S)을 뚫고 원지반(11)에 직접 관입되어 지지된다.

상기 콘크리트 말뚝 본체(21)는 하부가 개방되는 것으로 내부에 소정의 공간부가 형성된다.

상기 콘크리트 말뚝 본체(21)는 강관 말뚝에 비하여 두께를 매우 두껍게 하여 충분한 지지 면적으로 매우 큰 선단지지력을 얻을 수 있다. 이에 따라 말뚝 단가를 많이 증가시키지 않으면서 지지력을 극대화할 수 있어 경제적이다.

또한, 말뚝 하부가 개방되어 있으므로 부력에 의해 말뚝이 뜨는 현상이 생기지 않는 것도 큰 장점이다.

상기 선단지지부(22)는 상기 콘크리트 말뚝 본체(21) 하단에 구비되되, 콘크리트 말뚝 본체(21)의 개방된 하부와 연통 가능하도록 중앙이 개방되고, 수직으로 절단하였을 때 상부에서 하부로 갈수록 폭이 좁아지는 상광하협의 단면 형상으로 구성된다.

상기 선단지지부(22)는 상부부재(221)와 상부부재(221)의 저면 하부에 밀착되게 구비되는 관 형상의 하부부재(222)로 구성된다.

상기 상부부재(221)와 하부부재(222)는 일체형 또는 분리형으로 구성 가능하다.

상기 하부부재(222)를 적절한 길이의 관 형상으로 구성하는 경우, 잔여슬라임층(S)을 쉽게 뚫을 수 있으면서 상광하협 형상의 선단지지부(22) 일부 또는 전부가 풍화암 이상의 원지반(11)에 용이하게 관입되어 지지될 수 있어 지지력을 증가시킬 수 있다(도 3).

상기 선단지지부(22)는 중앙이 개방되어 잔여슬라임층(S)이 말뚝 내부로 상승 유입되거나 말뚝 외부의 천공홀(1)로 상승한다. 따라서 잔여슬라임층(S)의 높이에 상관없이 잔여슬라임층(S)을 뚫고 원지반(11) 지지가 가능하다.

상기 선단지지부(22)는 구조가 간단하여 콘크리트 말뚝 본체(21) 하단에 쉽게 장착할 수 있다.

말뚝 지름이 작으면 도 2의 (a)와 같이 얇은 두께의 하부부재(222)를 사용하고, 말뚝 지름이 크면 도 2의 (b)와 같이 선단지지력 확보를 위해 두께가 두꺼운 하부부재(222)를 사용할 수 있다.

상기 선단지지부(22)는 말뚝 하단의 보강판 역할을 하므로 말뚝 하단에 별도의 보강판을 부착할 필요가 없다. 물론 종래 보강판이 결합된 말뚝 하단에 선단지지부(22)를 용접 등의 방법으로 부착하는 것도 가능하다.

상기 상부부재(221)의 저면 폭은 콘크리트 말뚝 본체(21) 두께의 2/3 이하가 되도록 한다.

특히, 선단지지부(22)의 원지반 관입 성능을 좋게 하려면 상부부재(221) 저면의 폭을 콘크리트 말뚝 본체(21) 두께의 1/2 이하로 하는 것이 바람직하다.

그러나 지름이 작은 말뚝에서 콘크리트 말뚝 본체(21) 내부에 구비되는 보강선재(24)의 정착을 위한 너트에 볼트를 체결하여 상부부재(221)를 결합하는 경우, 상부부재(221)의 저면 폭은 볼트의 정착 폭 이상의 저면 폭을 확보하여야 한다. 이 경우 상부부재(221) 저면의 폭은 콘크리트 말뚝 본체(21) 두께의 2/3까지 확대될 수 있다.

또한, 지름이 큰 말뚝은 상부부재(221) 저면의 폭을 너무 좁게 제작하면 상부부재(221)의 경사각을 유지하기 위해 상부부재(221)의 두께를 키울 수밖에 없다. 이에 따라 가뜩이나 폭이 넓고 무거운 상부부재(221)의 중량이 크게 증가하므로 제작 및 수급이 어려울 수 있다.

따라서 이러한 경우에는 상부부재(221) 저면의 폭을 콘크리트 말뚝 본체(21) 두께의 2/3까지 확대 제작하는 것이 바람직하다.

이때, 상부부재(221)의 저면 폭 확대로 관 형상인 하부부재(222) 측단과 상부부재(221) 저면 측단 사이의 폭이 넓어지면 선단지지부(22)의 원지반(11) 관입이 곤란할 수 있다. 그러므로 하부부재(222)를 두께가 두꺼운 관을 사용하여 상부부재(221)와 하부부재(222) 모두 제작과 취급을 용이하게 하면서도 선단지지부의 원지반 관입 성능을 유지하도록 할 수 있다.

상기 하부부재(222)는 두께가 지나치게 두꺼우면 원지반(11)에 완전히 관입되지 못하여 잔여 높이만큼 침하가 추가로 발생할 수 있다. 따라서 원지반(11) 관입만 보장된다면 가급적 두께가 얇고 높이가 낮은 것을 사용하는 것이 유리하다.

한편, 매입말뚝의 허용선단지지력을 계산하는 경우 구조물기초설계기준의 250×N×A_p와 같은 경험식을 주로 사용하며, 암반에 지지되는 말뚝은 암반의 1축압축강도에 안전률을 나눈 값으로 계산하기도 한다.

하부가 개방된 말뚝은 원지반(11)에서 하부가 개방된 말뚝의 선단 면적과 동일한 단면적을 가지는 가상의 원통이 말뚝 하부를 지지하는 것으로 볼 수 있다. 이에 도 4의 (a)와 같이 횡방향 구속 없이 1축압축강도로 지지되는 것으로 보고 허용선단지지력을 P_a=(1/5~1/8)×Q_u(도로교설계기준 해설 2008) 등의 방법으로 계산한다.

그러나 슬라임층을 뚫고 원지반(11)을 지지할 수 있다면 실제 원지반(11)은 도 4의 (b)와 같이 연속되어 있으므로, 상기 가상의 원통 내외부에서 매우 큰 횡구속이 발생하는 3축 압축 상태가 된다. 따라서 앞서 계산한 1축압축강도를 이용한 허용선단지지력 값의 3배 이상의 실질적인 허용선단지지력을 얻을 수 있다.

즉, 하부가 개방된 콘크리트 말뚝을 원지반(11)인 암반에 관입 지지되게 하면 암반의 1축압축강도를 이용하여 계산한 값에 비해 실제로 3배 이상의 허용선단지지력을 얻을 수 있다.

따라서 본 발명은 말뚝이 잔여슬라임층(S)을 지나 풍화암층과 같은 원지반(11)에 지지되며 원지반(11)은 연속된 주변 원지반(11)에 의해 구속되어 약간의 원지반(11) 이완은 있으나 실제로 3축 압축 응력 상태에 가까운 상태가 된다. 이에 따라 실제 허용선단지지력이 일반적인 설계기준이나 문헌에 나타나는 1축압축강도를 이용하여 계산한 값에 비해 3배 이상 증가한다.

본 발명의 관입 콘크리트 말뚝(2)으로 경북 성주 등 2개 현장에서 100개 이상의 말뚝을 시공한 결과, 모든 말뚝은 잔여슬라임층(S)을 통과하여 원지반(11)에 관입 지지되었다. 그리고 잔여슬라임층(S) 내로 그라우트를 주입 및 반죽한 다음 말뚝을 삽입한 경우에는 매우 쉽게 원지반(11)에 관입 지지되었다. 또한, Φ 450 PHC 말뚝을 풍화암 원지반(11)에 관입 시 선단지지력만으로 180톤 이상이 확보됨을 확인하였다.

아울러 본 출원인의 등록특허인 선단확장 말뚝 및 이의 시공방법(특허 제10-1442074호)의 시공 과정을 통하여 확장날개가 풍화암 원지반(11)에 확장 관입되는 경우, 잔여슬라임층(S) 상부에 지지되는 경우에 비해 같은 지지면적당 4배 이상의 허용선단지지력이 확보됨을 확인하였다.

본 발명 관입 콘크리트 말뚝(2)은 하향 압입력 또는 회전력에 의하여 천공홀(1) 하부 지반에 관입 가능하다. 이때, 하향 압입력은 타격 또는 천공장비에 의한 누름 하중 등으로 가능하며, 회전력은 콘크리트 말뚝 본체(21) 상부 또는 내부에 별도의 회전장치(3)를 결합하여 전달할 수 있다.

도 5는 상하부부재의 결합 관계를 나타내는 사시도이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 상기 선단지지부(22)는 관 형상의 하부부재(222)를 상부부재(221)의 저면 하부에 결합하여 구성 가능하다.

상기 선단지지부(22)의 상부부재(221)와 하부부재(222)는 일체로 제작 가능하나, 도 5와 같이 상호 분리 제작한 후 상부부재(221)와 하부부재(222)의 결합에 의해 구성할 수 있다.

이때, 하부부재(222)인 관 부재, 바람직하게는 짧은 토막의 강관을 상부부재(221)의 하단에 용접 등에 의해 결합할 수 있다.

상기 하부부재(222)는 띠 모양의 강판을 강관 형상으로 밴딩하여 제작하는 것도 가능하다.

상기 선단지지부(22)는 상부부재(221)와 하부부재(222)를 일체로 제작하면 두꺼운 도넛형 철판을 가공하거나 전체를 주강품으로 제작하여야 하므로 제작 비용이 매우 높다. 특히, 선단지지부(22)를 주강으로 제작하는 경우 콘크리트 말뚝 본체(21) 하단에 결합하기 위해 넓은 면적의 상면을 가공하여야 하여 비경제적이다.

그러나 선단지지부(22)를 상부부재(221)와 하부부재(222)로 분리하면, 상부부재(221)는 면 가공이 필요없는 일반 강판을 사용할 수 있으므로 가공 면적이 대폭 줄어 경제적이다. 그리고 후술할 보강선재(24)를 강판 형태의 상부부재(221)에 연결할 수 있어 보강재의 결합이 용이하다.

나아가 상부부재(221)는 일반 중공형 콘크리트 말뚝의 선단을 보호하는 선단슈 역할도 겸하게 되므로, 선단지지부(22)를 구성하는 데 있어 추가 비용이 크게 들지 않아 경제성이 매우 뛰어나다.

상기 하부부재(222) 역시 기성 강관을 적절한 길이로 절단하여 사용 가능하므로, 선단지지부(22)의 제작 비용을 크게 절감할 수 있다.

도 6은 하부부재에 경사면이 구비된 본 발명 하부 개방형 관입 콘크리트 말뚝의 단면도이다.

상기 관 형상의 하부부재(222) 하단부의 내외측 중 적어도 어느 일측에는 경사면이 형성될 수 있다.

도 6의 (a)와 (b)에는 각각 하부부재(222) 하단부의 외측과 내외측에 경사면이 형성된 선단지지부(22)가 도시된다.

상기 하부부재(222)의 두께가 두꺼운 경우 잔여슬라임층(S)을 뚫기 어려울 수 있으나, 하부부재(222)에 경사면이 형성되면 잔여슬라임층(S)을 쉽게 뚫고 원지반(11)에 관입될 수 있다.

선단지지부(22) 저면의 폭이 콘크리트 말뚝 본체(21) 두께의 1/3을 초과하는 경우 잔여슬라임층(S)을 뚫기 어려우므로, 상기 하부부재(222) 하단 저면의 폭은 콘크리트 말뚝 본체(21) 두께의 1/3 이하로 좁게 형성하는 것이 바람직하다.

도 7은 하부부재의 상단 폭이 상부부재의 하단 폭보다 작은 본 발명 하부 개방형 관입 콘크리트 말뚝의 단면도이다.

도 7에 도시된 바와 같이, 상기 하부부재(222)의 상단 폭은 상부부재(221)의 하단 폭보다 작도록 구성할 수 있다.

이 경우 상기 풍화암 정도의 지반에서 하부부재(222)는 전체가 원지반(11)에 완전히 관입되고, 보다 넓은 상부부재(221)의 저면 또는 하부 경사면이 원지반(11) 상부에 안착되어 지지되므로 장기 침하량을 최소화할 수 있다.

아울러 상기 하부부재(222)의 두께를 비교적 다소 얇게 할 수 있어 경제적이고, 잔여슬라임층(S) 관통이 용이하다.

상기 하부부재(222)의 높이는 상기 콘크리트 말뚝 본체(21)의 두께 이하로 구성 가능하다.

상기 하부부재(222)의 높이가 콘크리트 말뚝 본체(21)의 두께 이하이면 풍화암인 원지반(11)에 용이하게 관입 가능하다. 다만, 콘크리트 말뚝 본체(21) 두께의 1/2 정도만 되어도 천공홀(1) 바닥의 잔여슬라임층(S)을 충분히 뚫고 원지반(11)에 안착 가능하며, 특히, 하부부재(222)의 높이를 상부부재(221) 하단 폭의 0.5~1.0배로 구성하면 선단지지부(22)의 제작 및 말뚝 시공 면에서 가장 경제적이다.

상기 하부부재(222)는 높이가 너무 높으면 상부부재(221) 하면이 원지반(11)에 지지되지 않아 지지력이 커지지 않고, 너무 낮으면 상부부재(221)의 저항으로 잔여슬라임층(S)을 쉽게 뚫을 수 없다.

도 8은 보강선재가 구비된 본 발명 하부 개방형 관입 콘크리트 말뚝의 실시예를 도시하는 단면도이고, 도 9는 도 8의 실시예에 의한 선단지지부의 분해사시도이며, 도 10은 보강선재가 구비된 본 발명 하부 개방형 관입 콘크리트 말뚝의 다른 실시예를 도시하는 단면도이다.

도 8, 도 10 등에서 볼 수 있는 바와 같이, 상기 콘크리트 말뚝 본체(21)의 하단에는 콘크리트 말뚝 본체(21) 내부에 구비되는 보강선재(24)의 정착을 위한 너트(N)가 구비되고, 상기 선단지지부(22)는 상기 너트(N)에 볼트(B)로 결합될 수 있다.

상기 보강선재(24)는 콘크리트 말뚝 본체(21)의 내부에 길이 방향으로 구비된다.

상기 너트(N)는 보강선재(24) 하단의 헤드가 걸려 보강선재(24)가 정착되도록 콘크리트 말뚝 본체(21)의 하단에 매립 가능하다.

이 경우 기성 콘크리트 말뚝을 뒤집어 강판이 없는 말뚝 하단, 즉 선단의 강선 정착용 너트(N)에 선단지지부(22)를 결합하거나, 기성 콘크리트 말뚝의 선단슈에 형성된 너트(N)에 선단지지부(22)를 결합할 수 있다.

도 8 및 도 9와 같이 상부부재(221)의 하단에 볼트 머리가 삽입되는 홈부(G)를 형성할 수 있으며, 하부부재(222)의 두께가 두꺼운 경우 도 10과 같이 하부부재(222) 상단에 볼트 머리가 삽입되는 홈부(G)를 형성하는 것도 가능하다.

도 11은 보강선재가 구비된 본 발명 하부 개방형 관입 콘크리트 말뚝의 또 다른 실시예를 도시하는 단면도이다.

도 11에 도시된 바와 같이, 상기 콘크리트 말뚝 본체(21)의 내부에는 보강선재(24)가 구비되고, 상기 보강선재(24)는 하단이 상기 선단지지부(22)에 정착되도록 구성할 수 있다.

상기 선단지지부(22)를 콘크리트 말뚝 본체(21)와 일체로 제작하는 경우, 보강선재(24)를 선단지지부(22)에 미리 정착한 후 콘크리트 타설하여 말뚝을 제작할 수 있다.

이 경우 상부부재(221) 또는 하부부재(222)에 홈부(G)를 형성하고, 보강선재(24) 단부에 형성된 헤드가 홈부(G)에 걸리도록 구성 가능하다.

도 12는 일실시예에 의한 본 발명 하부 개방형 관입 콘크리트 말뚝의 시공방법의 단계별 공정을 도시하는 도면이다.

도 12의 (a) 내지 (c)에 도시된 바와 같이, 본 발명 하부 개방형 관입 콘크리트 말뚝의 시공방법은 (a) 지반에 천공홀(1)을 형성하는 단계; (b) 상기 하부 개방형 관입 콘크리트 말뚝(2)을 천공홀(1)에 삽입하는 단계; 및 (c) 상기 하부 개방형 관입 콘크리트 말뚝(2)을 하향 압입하여 선단지지부(22)를 천공홀(1) 바닥 원지반(11) 내에 관입하는 단계; 로 구성되는 것을 특징으로 한다.

도 12의 (a) 내지 (c)는 하부 개방형 관입 콘크리트 말뚝(2)을 하향 압입하는 경우에 대한 시공방법이다.

상기 천공홀(1)은 보링 또는 타격 등 다양한 방법에 의해 가능하다.

지지층인 원지반(11)의 깊이가 깊은 경우 원지반(11)의 중간 높이까지 천공홀(1)을 형성하고 하부 개방형 관입 콘크리트 말뚝(2)을 삽입한 다음, 타입 등의 방법으로 원하는 지지층까지 관입 가능하다.

콘크리트 말뚝 본체(21)의 하단에 상광하협의 선단지지부(22)가 형성되어 있으므로 타입에 의해서 쉽게 말뚝을 관입할 수 있다.

도 13은 다른 실시예에 의한 본 발명 하부 개방형 관입 콘크리트 말뚝의 시공방법의 단계별 공정을 도시하는 도면이다.

도 13의 (a) 내지 (c)에 도시된 바와 같이, 본 발명 하부 개방형 관입 콘크리트 말뚝의 시공방법은 (a) 지반에 천공홀(1)을 형성하는 단계; (b) 상기 하부 개방형 관입 콘크리트 말뚝(2)을 천공홀(1)에 삽입하는 단계; 및 (c) 회전장치(3)를 상기 하부 개방형 관입 콘크리트 말뚝(2)에 결합시킨 후, 상기 회전장치(3)로 하부 개방형 관입 콘크리트 말뚝(2)을 회전시켜 선단지지부(22)를 천공홀(1) 바닥 원지반(11) 내에 관입하는 단계; 로 구성되는 것을 특징으로 한다.

도 13의 (a) 내지 (c)는 하부 개방형 관입 콘크리트 말뚝(2)을 회전시켜 관입하는 경우에 대한 시공방법이다.

회전에 의해 말뚝을 관입하는 경우, 절삭부 없이도 원지반(11) 관입이 가능하며, 선단지지부(22) 하면에 적어도 하나 이상의 절삭부를 구비하면 원지반(11) 과입 효과가 더욱 커질 수 있다.

상기 (c) 단계에서는 회전장치(3)의 회전과 함께 절삭부가 지반을 절삭하면서 절삭슬라임을 콘크리트 말뚝 본체(21) 내외의 공간을 통하여 상부로 배출시키면서 선단지지부(22)가 원지반(11) 내에 근입될 수 있다.

도 13의 (c)에 도시된 바와 같이, 상기 콘크리트 말뚝 본체(21)의 두부에는 하부 개방형 관입 콘크리트 말뚝(2)을 회전시키기 위한 회전장치(3)가 결합되는 덮개부재(23)가 구비될 수 있다. 그리고 상기 덮개부재(23)에는 회전장치(3)의 하단이 끼워지는 끼움홈 또는 끼움돌부가 형성될 수 있다.

이 경우 회전장치(3) 하단에 형성된 복수의 돌기부 또는 홈부를 각 끼움홈 또는 끼움돌기에 끼워 맞춰 회전장치(3)의 회전력을 콘크리트 말뚝 본체(21)에 전달할 수 있다.

상기 회전장치(3)는 말뚝 관입 후 회수된다.

일반적으로 콘크리트 말뚝 하단에는 플랫슈(flat shoe)나 마밀라슈(mamilla shoe)가 구비되고, 상단에는 보강선재 정착용 너트가 구비되는데, 회전압입에 의해 하부 개방형 관입 콘크리트 말뚝(2)을 설치하는 경우 플랫슈나 마밀라슈(미도시)가 구비된 말뚝을 뒤집어 선단부를 두부로, 보강선재 정착용 너트를 하단으로 가게 하고, 플랫슈나 마밀라슈에 다각형의 끼움홈을 형성하면, 회전장치(3)를 상기 끼움홈에 결합하여 말뚝을 회전시킴으로써 원지반 관입이 가능하다.

이때, 선단지지부(22)는 하단의 보강선재 정착용 너트에 결합될 수 있다.

본 발명 하부 개방형 관입 콘크리트 말뚝의 시공방법은 말뚝을 하향 관입하는 경우나 회전 관입하는 경우 모두 상기 (a) 단계에서, 천공홀(1) 형성 후 드릴비트를 이용하여 천공홀(1) 바닥의 잔여슬라임을 물 또는 시멘트 그라우트와 교반하여 반죽 상태로 만들 수 있다.

이와 같이 잔여슬라임을 반죽 상태로 만들면 잔여슬라임층(S)이 두꺼운 경우에도 쉽게 원지반(11)까지 말뚝을 관입할 수 있다.

도 14는 상부말뚝이 구비된 본 발명 하부 개방형 관입 콘크리트 말뚝의 단면도이다.

도 14에 도시된 바와 같이, 상기 (c) 단계 이후에는 상기 콘크리트 말뚝 본체(21) 상부에 상부말뚝(26)을 설치하는 (d) 단계; 가 더 포함될 수 있다.

길이가 긴 콘크리트 말뚝 본체(21)를 회전시키거나 타격할 경우 콘크리트 말뚝 본체(21)의 부담이 커지므로, 길이가 짧은 콘크리트 말뚝 본체(21)를 먼저 시공한 후 현장타설 콘크리트 말뚝, 기성콘크리트 말뚝, 강관 말뚝 등의 상부말뚝(26)을 후결합하여 콘크리트 말뚝 본체(21)의 부담을 경감시킬 수 있다.

상기 상부말뚝(26)은 콘크리트 말뚝 본체(21)보다 지름을 크게 형성할 수 있다.

본 발명 하부 개방형 관입 콘크리트 말뚝의 시공방법은 상기 하부 개방형 관입 콘크리트 말뚝(2)을 하향 압입하여 선단지지부(22)가 설계에 따른 목표 지층까지 관입되도록 구성할 수 있다.

이는 별도로 천공홀(1)을 굴착하는 작업 없이 직타에 의해 말뚝을 관입하는 경우에 대한 시공방법으로, 목표로 하는 선단지지력을 확보할 수 있는 단단한 지층까지 말뚝을 직접 관입한다.

1: 천공홀 11: 원지반
2: 하부 개방형 관입 콘크리트 말뚝 21: 콘크리트 말뚝 본체
22: 선단지지부 221: 상부부재
222: 하부부재 23: 덮개부재
24: 보강선재 26: 상부말뚝
3: 회전장치 B: 볼트
G: 홈부 N: 너트
S: 잔여슬라임층

Claims (13)

1. 하향 압입력 또는 회전력에 의해 천공홀(1) 하부 원지반(11)에 관입 지지되는 하부 개방형 관입 콘크리트 말뚝(2)에 관한 것으로,
   상기 하부 개방형 관입 콘크리트 말뚝(2)은, 하부가 개방된 콘크리트 말뚝 본체(21); 및 중앙이 개방되고 단면 형상이 상광하협으로 형성되어 상기 콘크리트 말뚝 본체(21) 하단에 구비되는 것으로 천공홀(1) 바닥의 잔여슬라임층(S)을 뚫고 원지반(11) 내에 관입되는 선단지지부(22); 로 구성되되,
   상기 선단지지부(22)는 내외측에 경사면이 형성된 상광하협 형상이고 저면의 폭은 콘크리트 말뚝 본체(21) 두께의 2/3 이하로 형성되는 상부부재(221) 및 상기 상부부재(221)의 저면 하부에 상기 상부부재(221)와 밀착되게 구비되는 것으로 저면의 폭이 콘크리트 말뚝 본체(21) 두께의 1/3 이하인 관 형상의 하부부재(222)로 구성되는 것을 특징으로 하는 하부 개방형 관입 콘크리트 말뚝.
   
2. 삭제
3. 제1항에서,
   상기 관 형상의 하부부재(222) 하단부의 내외측 중 적어도 어느 일측에는 경사면이 형성되는 것을 특징으로 하는 하부 개방형 관입 콘크리트 말뚝.
   
4. 제1항에서,
   상기 하부부재(222)의 상단 폭은 상부부재(221)의 하단 폭보다 작은 것을 특징으로 하는 하부 개방형 관입 콘크리트 말뚝.
   
5. 제1항에서,
   상기 하부부재(222)의 높이는 상기 콘크리트 말뚝 본체(21)의 두께 이하인 것을 특징으로 하는 하부 개방형 관입 콘크리트 말뚝.
   
6. 제1항에서,
   상기 콘크리트 말뚝 본체(21)의 하단에는 콘크리트 말뚝 본체(21) 내부에 구비되는 보강선재(24)의 정착을 위한 너트(N)가 구비되고, 상기 선단지지부(22)는 상기 너트(N)에 볼트(B)로 결합되는 것을 특징으로 하는 하부 개방형 관입 콘크리트 말뚝.
   
7. 제1항에서,
   상기 콘크리트 말뚝 본체(21)의 내부에는 보강선재(24)가 구비되고, 상기 보강선재(24)는 하단이 상기 선단지지부(22)에 정착되는 것을 특징으로 하는 하부 개방형 관입 콘크리트 말뚝.
   
8. (a) 지반에 천공홀(1)을 형성하는 단계;
   (b) 제1항의 하부 개방형 관입 콘크리트 말뚝(2)을 천공홀(1)에 삽입하는 단계; 및
   (c) 상기 하부 개방형 관입 콘크리트 말뚝(2)을 하향 압입하여 선단지지부(22)를 천공홀(1) 바닥 원지반(11) 내에 관입하는 단계; 로 구성되는 것을 특징으로 하는 하부 개방형 관입 콘크리트 말뚝의 시공방법.
   
9. (a) 지반에 천공홀(1)을 형성하는 단계;
   (b) 제1항의 하부 개방형 관입 콘크리트 말뚝(2)을 천공홀(1)에 삽입하는 단계; 및
   (c) 회전장치(3)를 상기 하부 개방형 관입 콘크리트 말뚝(2)에 결합시킨 후, 상기 회전장치(3)로 하부 개방형 관입 콘크리트 말뚝(2)을 회전시켜 선단지지부(22)를 천공홀(1) 바닥 원지반(11) 내에 관입하는 단계; 로 구성되는 것을 특징으로 하는 하부 개방형 관입 콘크리트 말뚝의 시공방법.
   
10. 제8항 또는 제9항에서,
    상기 (a) 단계에서, 천공홀(1) 형성 후 드릴비트를 이용하여 천공홀(1) 바닥의 잔여슬라임을 물 또는 시멘트 그라우트와 교반하여 반죽 상태로 만드는 것을 특징으로 하는 하부 개방형 관입 콘크리트 말뚝의 시공방법.
    
11. 제8항 또는 제9항에서,
    상기 (c) 단계 이후에, 상기 콘크리트 말뚝 본체(21) 상부에 상부말뚝(26)을 설치하는 (d) 단계; 가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 하부 개방형 관입 콘크리트 말뚝의 시공방법.
    
12. 제1항의 상기 하부 개방형 관입 콘크리트 말뚝(2)을 하향 압입하여 선단지지부(22)가 설계에 따른 목표 지층까지 관입되게 하는 것을 특징으로 하는 하부 개방형 관입 콘크리트 말뚝의 시공방법.
    
13. 제9항에서,
    상기 (c) 단계에서, 상기 회전장치(3)는 하부 개방형 관입 콘크리트 말뚝(2) 상단에 구비된 플랫슈(flat shoe) 또는 마밀라슈(mamilla shoe)에 형성된 끼움홈에 결합되는 것을 특징으로 하는 하부 개방형 관입 콘크리트 말뚝의 시공방법.

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