KR101665361B1 - 다단계로 보강된 두부보강 일체식 복합 phc 말뚝 및 그 제작방법 - Google Patents

다단계로 보강된 두부보강 일체식 복합 phc 말뚝 및 그 제작방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 강관과 PHC 말뚝이 일체로 합성된 복합 PHC 말뚝 및 그 제작방법에 관한 것으로서, 구체적으로는 말뚝의 상단에서부터 지중 방향으로 순차적으로 강관을 포함하는 강관 보강체와 속채움 콘크리트로 이루어진 <강관 보강구간>, 매립 강재띠 보강체가 중공 콘크리트 부재와 일체화되어 있는 <매립 강재띠 보강체 보강구간> 및 중공 콘크리트 부재로 구성되어 있는 <일반 PHC 말뚝 구간>의 다단계의 구간으로 이루어져 있어서, 충분한 구조적 안전성을 발휘하면서도 강관과 PHC 말뚝의 일체 합성을 위한 별도 자재의 사용 및 그에 따른 작업이 최소화시킬 수 있고, 추가적인 말뚝 두부보강 구조를 적용할 필요가 없게 되어, 제작에 소요되는 시간과 비용을 크게 절감하여 경제적으로 말뚝을 시공할 수 있게 하는 새로운 구조의 "다단계로 보강된 두부보강 일체식 복합 PHC 말뚝 및 그 제작방법"에 관한 것이다.

Description

다단계로 보강된 두부보강 일체식 복합 PHC 말뚝 및 그 제작방법{Composite PHC Pile and Manufacturing Method thererof}
본 발명은 강관과 PHC 말뚝(Pretensioned spun high strength concrete pile/중공형 프리스트레스트 콘크리트 말뚝)이 일체로 합성된 복합 PHC 말뚝 및 그 제작방법에 관한 것으로서, 구체적으로는 말뚝의 상단에서부터 지중 방향으로 순차적으로 강관을 포함하는 강관 보강체와 속채움 콘크리트로 이루어진 <강관 보강구간>, 매립 강재띠 보강체가 중공 콘크리트 부재와 일체화되어 있는 <매립 강재띠 보강체 보강구간> 및 중공 콘크리트 부재로 구성되어 있는 <일반 PHC 말뚝 구간>의 다단계의 구간으로 이루어져 있어서, 충분한 구조적 안전성을 발휘하면서도 강관과 PHC 말뚝의 일체 합성을 위한 별도의 추가 자재 사용 및 그에 따른 작업을 최소화시킬 수 있고, 추가적인 말뚝 두부보강 구조를 적용할 필요가 없게 되어, 제작에 소요되는 시간과 비용을 크게 절감하여 경제적으로 말뚝을 시공할 수 있게 하는 새로운 구성의 "다단계로 보강된 두부보강 일체식 복합 PHC 말뚝 및 그 제작방법"에 관한 것이다.
일반적으로 말뚝기초에서 휨모멘트와 전단력이 크게 발생하는 영역은 콘크리트 기초부의 하단부에서 말뚝 길이방향으로 약 5m이내에 해당하고, 그 보다 더 아래쪽에서는 주로 압축력이 작용하게 된다. 특히, 가장 큰 휨모멘트와 전단력은 콘크리트 기초와 말뚝이 연결되는 부분인 "말뚝 최상단"에서 발생한다.
프리텐션을 도입하여 원심성형에 의해 제작되는 PHC 말뚝은 가장 저렴한 말뚝부재이지만, 콘크리트로 제작되므로 휨모멘트 및 전단력에 대한 저항능력이 약한 단점이 있으며, 이러한 이유 때문에 큰 휨모멘트와 전단력이 발생하는 기초에서는 주로 고가의 강관말뚝을 적용하였으며, 이로 인하여 기초의 공사비를 증가시키는 주요 요인이 되어 왔다.
PHC 말뚝의 위와 같은 약점을 보완하기 위한 종래 기술로서, 대한민국 등록특허 제10-0999020호에서는 PHC 말뚝의 두부에 현장에서 중공 내부에 축방향 철근 조립체를 삽입하고 중공을 콘크리트로 채워 보강하는 방안을 제안하고 있다. 그러나 이와 같은 종래기술의 경우, 현장에서 PHC 말뚝의 중공 내에 연직방향(축방향) 철근을 배치할 때, 축방향 철근의 위치가 일정하지 않거나 설계와 부합되지 않게 될 가능성이 매우 높다. 더 나아가 종래기술에서는 최종 말뚝시공 후 PHC 말뚝의 잉여부분을 절단기로 절단해야만 하며, 이와 같이 PHC 말뚝 두부의 잉여부분을 절단하는 과정에서 PHC 말뚝의 보강을 위해 배치되는 PC강재도 절단되어 PC강재에 의해 도입되는 프리스트레스력에 손실이 발생하게 되는 단점이 있다.
또 다른 종래기술로서 콘크리트 기초부의 하단에서부터 지중방향으로 약 5m에 해당하는 구간까지 자재비가 비싼 강관말뚝을 적용하고, 그 이후의 깊이에서는 PHC 말뚝을 배치하여 강재간의 용접이나 기타 연결구를 이용하여 강관말뚝과 PHC 말뚝을 연결한 "복합말뚝"이 제안되었다. 그러나 이러한 종래의 강관말뚝과 PHC 말뚝의 복합말뚝은, 강관말뚝과 PHC 말뚝을 연결하기 위하여 추가적인 연결장치를 배치하여 용접하거나 볼트 결합하는 작업을 수행하여야 하므로, PHC 말뚝과 강관말뚝을 연결하기 위한 많은 추가 작업의 발생으로 인하여 공사비가 많이 소요되는 단점이 있다. 특히, 강관말뚝에 대해서는 별도의 말뚝 두부보강 구조를 추가적으로 더 적용해야 하며, 그에 따라 비용과 시공기간이 크게 증가되는 문제점이 있다.
대한민국 등록특허 제10-0999020호(2010. 12. 09. 공고)
본 발명은 위와 같은 종래 기술의 한계를 극복하기 위하여 개발된 것으로서, 강관과 PHC 말뚝을 일체로 결합하되, 말뚝에서 휨모멘트와 전단력이 크게 발생하는 영역에 대해 충분한 구조적 안전성을 경제적으로 확보할 수 있도록 효율적인 방식으로 보강되어 있는 구성을 가지는 복합 PHC 말뚝을 제공하는 것을 목적으로 한다.
구체적으로 본 발명은 강관과 PHC 말뚝의 합성으로 이루어진 복합 PHC 말뚝을 제공하되, 강관을 PHC 말뚝에 연결하기 위한 작업을 최소화시킴으로써 복합 PHC 말뚝의 제작 및 시공에 소요되는 비용을 줄이며, 강관말뚝에 대해서 추가적인 말뚝 두부보강 구조를 적용할 필요가 없도록 함으로써 그에 따른 비용과 시공기간을 감축할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
위와 같은 과제를 달성하기 위하여 본 발명에서는, 말뚝의 상단으로부터 순차적으로 강관 보강구간, 매립 강재띠 보강체 보강구간, 및 일반 PHC 말뚝 구간의 3개의 구간으로 구분되어 있으며; 강관 보강구간은, 외측 강관과, 연결부재에 의해 외측 강관에 결합된 상태로 외측 강관으로부터 간격을 두고 위치하는 철근설치 띠와, 철근설치 띠에 결속되어 연직 배치되는 두부보강철근을 포함하는 강관 보강체로 이루어지며; 매립 강재띠 보강체 보강구간은, 중공을 가지는 중공 콘크리트 부재에 강재띠 보강체가 매립되어 있는 구성을 가지는데; 강재띠 보강체는, 연직방향으로 간격을 두고 복수개로 구비된 외부 강재띠와, 결합부재에 의해 각각의 외부 강재띠와 일체화된 상태로 외부 강재띠와 간격을 두고 외부 강재띠의 내부에 위치하는 복수개의 내부 강재띠와, 내부 강재띠의 외면에 밀착 배치되는 연직철근 및 횡철근으로 이루어진 철근망으로 구성되어, 연직철근, 횡철근 및 내부 강재띠가 중공 콘크리트 부재의 콘크리트에 매립되어 있으며; 일반 PHC 말뚝 구간은, 매립 강재띠 보강체 보강구간의 중공 콘크리트 부재와 일체를 이루면서 중공을 가지는 중공 콘크리트 부재로 이루어지며; 강관 보강체가 매립 강재띠 보강체 보강구간의 중공 콘크리트 부재의 상단에 놓여서, 매립 강재띠 보강체 보강구간의 중공 콘크리트 부재에 구비된 좌판과 외측 강관이 일체로 결합되고, 매립 강재띠 보강체 보강구간에는 중공을 폐쇄하도록 마감판이 설치된 상태에서, 감판 위쪽의 중공 내부와 외측 강관 내부에 걸쳐서 연속적으로 속채움 콘크리트가 채워져 경화되어 있는 구성을 가지는 것을 특징으로 하는 복합 PHC 말뚝이 제공된다.
또한 본 발명에서는 상기한 복합 PHC 말뚝을 제작하는 방법으로서, 외측 강관과, 연결부재에 의해 외측 강관에 결합된 상태로 외측 강관으로부터 간격을 두고 위치하는 철근설치 띠와, 철근설치 띠에 결속되어 연직 배치되는 두부보강철근을 포함하는 강관 보강체를 제작하고; 원기둥 형상의 거푸집 내에, 좌판 및 매립 강재띠 보강체를 배치하고 콘크리트를 부은 후 거푸집을 회전시켜서, 중공을 가지는 중공 콘크리트 부재에 강재띠 보강체가 매립되어 있는 구성을 가지는 매립 강재띠 보강체 보강구간과, 매립 강재띠 보강체 보강구간의 중공 콘크리트 부재와 일체를 이루면서 중공을 가지는 중공 콘크리트 부재로 구성된 일반 PHC 말뚝 구간로 이루어진 보강 PHC 말뚝 본체를 제작하는 단계; 및 제작된 강관 보강체를, 보강 PHC 말뚝 본체의 상부에 존재하는 매립 강재띠 보강체 보강구간의 중공 콘크리트 부재의 상단에 올려 놓아서, 좌판과 외측 강관을 일체로 결합하고, 매립 강재띠 보강체 보강구간에는 중공을 폐쇄하도록 마감판을 설치한 상태에서, 마감판 위쪽의 중공 내부와 외측 강관 내부에 걸쳐서 연속적으로 속채움 콘크리트를 채워서 경화시키는 단계를 포함하며; 강재띠 보강체는, 연직방향으로 간격을 두고 복수개로 구비된 외부 강재띠와, 결합부재에 의해 각각의 외부 강재띠와 일체화된 상태로 외부 강재띠와 간격을 두고 외부 강재띠의 내부에 위치하는 복수개의 내부 강재띠와, 내부 강재띠의 외면에 밀착 배치되는 연직철근 및 횡철근으로 이루어진 철근망으로 구성되어, 연직철근, 횡철근 및 내부 강재띠가 중공 콘크리트 부재의 콘크리트에 매립되는 구성을 가지고 있어서, 말뚝의 상단으로부터 순차적으로 강관 보강구간, 매립 강재띠 보강체 보강구간, 및 일반 PHC 말뚝 구간의 3개의 구간으로 구분되어 있는 복합 PHC 말뚝을 제작하게 되는 것을 특징으로 하는 복합 PHC 말뚝의 제작방법이 제공된다.
상기한 본 발명에 있어서, 두부보강철근은 그 상단이 외측 강관 위쪽으로 돌출되고 그 하단이 외측 강관의 하단 이상으로 더 연장되는 연직길이를 가지고 있어서, 강관 보강체를 매립 강재띠 보강체 보강구간의 중공 콘크리트 부재의 상단에 놓았을 때, 두부보강철근의 하단이 매립 강재띠 보강체 보강구간의 중공 콘크리트 부재에 형성된 중공 내에 위치할 수 있으며, 철근망에는, 횡방향으로 가로질러 배치되는 횡단철근이 더 구비될 수도 있다.
본 발명에 따른 복합 PHC 말뚝은, 휨모멘트와 전단력이 크게 발생하는 영역이 강관으로 이루어져 있어서 충분한 구조적 안전성을 발휘하면서도 강관과 PHC 말뚝의 일체 합성을 위한 별도 자재의 사용 및 그에 따른 작업이 최소화되어 제작 및 시공에 소요되는 비용을 크게 절감하게 되는 효과가 발휘된다.
또한 본 발명에 따른 복합 PHC 말뚝은, 강관말뚝에 대해서 추가적인 말뚝 두부보강 구조를 적용할 필요가 없으므로, 그에 따른 비용과 시공기간을 감축할 수 있게 되는 효과가 발휘된다.
도 1은 본 발명에 따른 복합 PHC 말뚝의 개략적인 사시도이다.
도 2는 본 발명에서 강관 보강구간에 해당하는 강관 보강체에 대한 개략적인 투시도이다.
도 3은 도 2의 선 A-A에 따른 개략적인 횡방향 단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 보강 PHC 말뚝본체의 개략적인 투시 사시도이다.
도 5는 도 4의 선 B-B에 따른 보강 PHC 말뚝본체의 개략적인 반단면 사시도이다.
도 6는 본 발명에서 매립 강재띠 보강체 보강구간에 구비되는 매립 강재띠 보강체만을 보여주는 개략적인 사시도이다.
도 7은 도 6의 선 C-C에 따른 매립 강재띠 보강체의 개략적인 반단면 사시도이다.
도 8은 본 발명에서 강관 보강체를 보강 PHC 말뚝 본체 위에 배치하여 일체화시키는 것을 보여주는 개략적인 반단면 분해 사시도이다.
도 9는 본 발명에 따른 복합 PHC 말뚝의 개략적인 반단면 사시도이다.
도 10은 도 9에 도시된 본 발명에 따른 복합 PHC 말뚝의 개략적인 단면도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 하나의 실시예로서 설명되는 것이며, 이것에 의해 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용이 제한되지 않는다.
도 1에는 본 발명에 따른 복합 PHC 말뚝(100)의 개략적인 사시도가 도시되어 있다. 본 발명에 따른 복합 PHC 말뚝(100)은, 복합 PHC 말뚝의 길이 방향(종방향)으로 말뚝의 상단으로부터 순차적으로 <강관 보강구간>(L1), <매립 강재띠 보강체 보강구간>(L2), 및 <일반 PHC 말뚝 구간>(L3)의 3개의 구간으로 구분되어 있는 구성을 가진다.
도 2에는 <강관 보강구간>(L1)에 해당하는 강관 보강체(1)에 대한 개략적인 투시도가 도시되어 있고, 도 3에는 도 2의 선 A-A에 따른 개략적인 횡방향 단면도가 도시되어 있다. <강관 보강구간>(L1)은, 말뚝이 시공되고 그 위에 기초부가 구축되었을 때, 기초부의 하면에서부터 또는 복합 PHC 말뚝(100)의 최상단에서부터 지중 방향으로 약 0.5m의 깊이까지의 구간에 해당한다. <강관 보강구간>(L1)은 기초부에서 전달되는 수평력, 휨모멘트 및 축력에 의해 말뚝의 단면력이 가장 크게 발생하는 부분이므로, 본 발명에서는 강관을 이용한 강관 보강체(1)로 구성된다.
구체적으로 도 2 및 도 3에 도시된 것처럼, 강관 보강체(1)는, 기본적으로 복합 PHC 말뚝(100)의 외경에 대응되는 외경을 가지는 외측 강관(10)으로 구성되는데, 외측 강관(10)의 내부에는, 외측 강관(10)의 내면으로부터 소정 간격을 두고 위치하며 연직방향으로는 외측 강관(10)의 연직길이보다 작은 연직높이(연직 폭)을 가지는 원형 띠 형상의 철근설치 띠(11)가 배치되어 있다. 외측 강관(10)의 내면과 철근설치 띠(11)의 사이에는 연결부재(12)가 구비되어 외측 강관(10)과 철근설치 띠(11)가 서로 일체로 연결되어 있다. 이와 같은 연결부재(12)는 외측 강관(10)과 철근설치 띠(11)를 일체로 연결하는 기능 이외에도, 후술하는 것처럼 외측 강관(10)의 내부에 속채움 콘크리트(290)가 채워졌을 때, 속채움 콘크리트(290)에 매립됨으로써 속채움 콘크리트(290)와 외측 강관(10) 사이에서의 슬립(미끄러짐) 현상을 효과적으로 방지하게 되는 유용한 기능을 발휘하게 된다.
복합 PHC 말뚝(100)과 기초부간의 연결 및 복합 PHC 말뚝(100)의 두부 보강을 위한 두부보강철근(13)이 외측 강관(10)의 내부에 연직하게 배치되는데, 도면에 예시된 것처럼 두부보강철근(13)은 철근설치 띠(11)에 결속된 형태로 배치된다. 두부보강철근(13)을 철근설치 띠(11)에 결속하는 것은 철사 등을 이용할 수도 있지만, 필요한 경우, 철근설치 띠(11)의 내면에 튜브 형태의 철근결속재(130)를 부착 설치하고, 두부보강철근(13)을 철근결속재(130)에 관통시켜서 두부보강철근(13)을 연직하게 배치할 수 있다. 이와 같은 튜브 형태의 철근결속재(130)를 이용하게 되면 두부보강철근(13)을 설계된 연직도를 가지게 하면서도 편리하게 설치할 수 있게 된다.
두부보강철근(13)의 상단부는 기초부에 매립될 수 있도록 외측 강관(10)의 상단 이상으로 더 연장되어 외측 강관(10)의 상단 위로 돌출되는 것이 바람직하다. 또한 두부보강철근(13)의 하단부 역시 외측 강관(10)의 하단 이상으로 더 연장될 수도 있다. 이 경우, 외측 강관(10)의 하단 이상으로 더 연장되는 두부보강철근(13)의 하단부는, <매립 강재띠 보강체 보강구간>(L2)에서 강재띠 보강 PHC 말뚝 본체(2)의 중공(29) 내에 위치하게 된다.
이와 같이 외측 강관(10), 철근설치 띠(11), 및 두부보강철근(13)을 포함하는 구성의 강관 보강체(1)를 제작한 후, 후술하는 것처럼 강관 보강체(1)를 보강 PHC 말뚝본체(2)에 일체로 결합한 후에는, 강관 보강체(1)의 내부에 속채움 콘크리트로 속채움하게 된다.
강관 보강체(1)의 하부에는 보강 PHC 말뚝본체가 위치하여 강관 보강체(1)와 일체화되는데, 본 발명에서 강관 보강체(1)와 결합되는 보강 PHC 말뚝본체는 단순히 중공 콘크리트로 이루어진 종래의 PHC 말뚝 본체가 아니라, 매립 강재띠 보강체(3)가 콘크리트에 일체로 매립 구비되어 있는 <매립 강재띠 보강체 보강구간>(L2)이 상부에 형성되어 있는 "보강 PHC 말뚝본체(2)"로 이루어져 있다.
일반적인 종래의 PHC 말뚝 본체는, 상단에 링형태의 좌판(28)이 구비되어 있으며 중공(29)이 형성되어 있는 중공 콘크리트 부재로 이루어져 있지만, 본 발명의 복합 PHC 말뚝(100)을 구성하게 되는 보강 PHC 말뚝본체(2)의 경우, 그 상단에서부터 일정 길이까지는 매립 강재띠 보강체(3)가 중공 콘크리트 부재와 일체화되어 있는 <매립 강재띠 보강체 보강구간>(L2)으로 이루어지고, 그 이하는 중공 콘크리트 부재로 구성되어 있는 <일반 PHC 말뚝 구간>(L3)으로 이루어져 있는 것이다.
도 4에는 본 발명에 따른 보강 PHC 말뚝본체(2)의 개략적인 투시 사시도가 도시되어 있고, 도 5에는 도 4의 선 B-B에 따른 보강 PHC 말뚝본체(2)의 개략적인 반단면 사시도가 도시되어 있다. 도 6에는 매립 강재띠 보강체 보강구간(L2)에 구비되는 매립 강재띠 보강체(3)만을 보여주는 개략적인 사시도가 도시되어 있고, 도 7에는 도 6의 선 C-C에 따른 매립 강재띠 보강체(3)의 개략적인 반단면 사시도가 도시되어 있다. 도 5 및 도 7에서는 좌판(28), 외부 강재띠(30), 내부 강재띠(31), 및 중공 콘크리트 부재(P)만을 반단면 형태로 도시하였다.
도면에 예시된 것처럼, 매립 강재띠 보강체(3)에는 소정의 연직높이를 가지는 원형 띠 형상의 외부 강재띠(30)가 연직방향으로 간격을 두고 복수개로 구비되어 있다. 외부 강재띠(30)의 외경은 <일반 PHC 말뚝 구간>의 중공 콘크리트 외경과 동일한 것이 바람직하다.
각각의 외부 강재띠(30)의 내부에는 외부 강재띠(30)의 내경보다도 작은 외경을 가지는 원형 띠 형상의 내부 강재띠(31)가, 외부 강재띠(30)의 내면으로부터 일정 간격을 두고 배치되어 있는데, 외부 강재띠(30)와 내부 강재띠(31) 사이에는 결합부재(32)가 설치되어 외부 강재띠(30)와 내부 강재띠(31)를 서로 간격을 유지한 채로 일체화시키게 된다.
도면에 도시된 실시예에서는, 결합부재(32)가 외면에 나사부가 형성되어 있는 볼트부재(구체적으로는 볼트머리가 없는 볼트부재)로 이루어져서, 외부 강재띠(30)와 내부 강재띠(31)를 횡방향으로 모두 관통하고 있는데, 외부 강재띠(30)의 내면과 내부 강재띠(31)의 외면에는 각각 볼트부재로 이루어진 결합부재(32)와 나사결합하는 너트부재(33)가 각각 부착된 상태로 구비되어 있다. 이와 같은 구성에서는 외부 강재띠(30)의 외측에서 볼트부재로 이루어진 결합부재(32)를 횡방향으로 외부 강재띠(30)와 내부 강재띠(31)에 관통시킬 때, 결합부재(32)가 각각의 너트부재(33)에 나사결합하게 되므로, 단순히 결합부재(32)가 외부 강재띠(30)와 내부 강재띠(31)에 관통하는 경우에 비하여, 외부 강재띠(30)와 내부 강재띠(31) 사이의 간격을 일정하게 지속적으로 유지하는데 매우 유리하다. 결합부재(32)는 그 단부가 내부 강재띠(31)의 내면으로부터 더 내측으로 돌출되도록 설치될 수 있다. 이 경우, 내부 강재띠(31)의 내면으로부터 더 내측으로 돌출되어 있는 결합부재(32)의 단부는, 후술하는 속채움 콘크리트(290)를 보강하는 보강재로서 기능하게 된다. 한편, 내부 강재띠(31)에 구비되는 너트부재(33)는 내부 강재띠(31)의 내면에 구비될 수도 있다.
이와 같이, 매립 강재띠 보강체(3)에서는, 외부 강재띠(30)와 내부 강재띠(31)가 결합부재(32)에 의해 일체로 결합되어 하나의 쌍을 이루게 되고, 이러한 내,외부 강재띠(31, 30)의 쌍이 종방향으로 간격을 두고 복수개 배치되어 있는 것이다.
한편, 매립 강재띠 보강체(3)에는, <매립 강재띠 보강체 보강구간>(L2)의 중공 콘크리트 부재(P)에 매립되는 철근망(35)이 구비되어 있다. 철근망(35)은, 말뚝 보강을 위한 일반적인 원통형 철근망과 마찬가지로 복수개의 연직철근(350)과 횡철근(351)으로 이루어지는데, 본 발명에서는 추가적으로 횡방향으로 가로질러 배치되는 횡단철근(352)이 철근망(35)에 더 구비될 수 있다. 도면에 도시된 실시예의 경우, 횡단철근(352)은 영문자 U자 형상을 가지는 부재로 이루어져서 철근망(35)의 연직방향 원형단면을 가로질러 배치되어 있는데, 일측에 존재하는 U자 형상의 구부러진 부분이 연직철근(350)을 바깥쪽에서 감싸게 되고 타측은 반대편 연직철근(350)을 감싸도록 배치되어 있다. 이와 같이 횡단철근(352)의 U자 형상과 그 결합 구성에 의해, 횡단철근(352)이 횡철근(351) 및 연직철근(350)과 견고하게 조립된다. 횡단철근(352)은, 강재띠 보강 PHC 말뚝 본체(2)를 제작할 때부터 그 양단이 중공 콘크리트 부재(P)에 매립되고, 횡단철근(352)에서 중공(29) 내에 위치하는 부분은 후술하는 것처럼 속채움 콘크리트(290)가 중공(29)에 채워졌을 때 속채움 콘크리트(290) 내에 매립된다. 따라서 횡단철근(352)은, 횡철근(351) 및 연직철근(350)을 일체로 합성하는 기능 이외에도, 중공 콘크리트 부재(P)와 속채움 콘크리트(290) 간의 일체 합성을 위한 전단연결재로서의 유용한 기능도 발휘하게 된다.
한편, 위와 같은 철근망(35)은, 연직철근(350)이 중공 콘크리트 부재(P)의 콘크리트 내에 매립되도록 배치된다. 후술하는 것처럼, 콘크리트의 원심성형을 통해서 강재띠 보강 PHC 말뚝 본체(2)를 이루는 중공 콘크리트 부재(P)를 제작하게 되는데, 이 때 외부 강재띠(30)의 내면과 내부 강재띠(31)의 외면, 그리고 결합부재(32)는 중공 콘크리트 부재의 콘크리트에 묻히게 된다. 즉, 중공(29)을 가지는 중공 콘크리트 부재가 원심성형으로 제작되어, 상단에 좌판(28)을 가지는 보강 PHC 말뚝본체(2)가 만들어질 때, 외부 강재띠(30)의 두께 부분과 내부 강재띠(31)의 두께 부분이 콘크리트에 묻혀서, 외부 강재띠(30)의 외면은 강재띠 보강 PHC 말뚝 본체(2)의 중공 콘크리트 부재(P) 외면 일부가 되며, 내부 강재띠(31)의 내면은 보강 PHC 말뚝 본체(2)의 중공 콘크리트 부재(P) 내면 일부가 되는 것이다.
철근망(35) 역시 강재띠 보강 PHC 말뚝 본체(2)의 중공 콘크리트 부재에 매립된다. 도면에 예시된 실시예의 경우, 철근망(35)의 연직철근(350)이 내부 강재띠(31)의 외면에 밀착된 상태로 배치되어 있으며, 그에 따라 연직철근(350) 및 횡철근(351)으로 이루어진 철근망(35)이 중공 콘크리트 부재의 콘크리트에 매립되는 것이다. 이와 같이 철근망(35)의 연직철근(350)이 내부 강재띠(31)의 외면에 밀착된 상태로 배치될 때, 단순히 연직철근(350)이 내부 강재띠(31)의 외면에 밀착될 수도 있지만, 철사 등의 결속부재를 이용하여 연직철근(350)와 내부 강재띠(31)를 서로 결속할 수도 있다. 즉, 내부 강재띠(31)에 관통공을 천공하여, 연직철근(350)이 내부 강재띠(31)에 밀착된 상태에서, 내부 강재띠(31)의 관통공에 철선을 관통시킨 후, 철선을 연직철근(350)에 묶어서 연직철근(350)을 고정시킬 수 있는 것이다. 그러나 연직철근(350)이 내부 강재띠(31)의 외면에 반드시 밀착되어야만 하는 것은 아니고, 연직철근(350)이 내부 강재띠(31)와 외부 강재띠(30) 사이의 간격에 위치할 수도 있다. 한편, 도면에 예시된 것처럼 횡철근(351)이 콘크리트에 매립될 수 있도록, 횡철근(351)은 연직철근(350)을 외부에서 감싸게 되어 철근망(35)을 이루게 된다. 횡단철근(352)의 양단부 역시 중공 콘크리트 부재(P)의 콘크리트에 매립된다.
본 발명에 있어서, <매립 강재띠 보강체 보강구간>(L2)에서는 보강 PHC 말뚝본체(2)의 중공(29) 내부가 속채움 콘크리트(290)로 채워진다. 이를 위하여 <매립 강재띠 보강체 보강구간>(L2)의 하측 단부에는 중공(29)을 가로막아 폐쇄하는 마감판(291)이 구비된다. 도면에 도시된 실시예의 경우, 종방향으로 위에서부터 아래로 간격을 두고 배치되어 있는 복수개의 내부 강재띠(31) 중에서 종방향으로 가장 아래쪽에 있는 내부 강재띠(31)에 마감판(291)이 용접 등의 방법에 의해 일체 결합된 상태로 구비되어 중공(29)을 가로막아 폐쇄하게 된다.
마감판(291)의 위쪽으로 중공(29)의 내부, 그리고 <강관 보강구간>(L1)에 해당하는 강관 보강체(1)의 외측 강관(10) 내부에 걸쳐서 연속적으로 무수축 콘크리트 등과 같은 속채움 콘크리트(290)가 채워지게 된다. 따라서 <강관 보강구간>(L1)과 <매립 강재띠 보강체 보강구간>(L2)은 내부가 비워져 있지 않고 속채움 콘크리트(290)로 완전히 채워져 있는 상태가 된다.
<매립 강재띠 보강체 보강구간>(L2)의 아래쪽 방향에서부터 복합 PHC 말뚝의 단부까지 존재하는 <일반 PHC 말뚝 구간>(L3)은 종래의 PHC 말뚝 본체와 마찬가지로 중공(29)을 가지는 중공 콘크리트 부재(P)로 구성된다. 즉, <일반 PHC 말뚝 구간>(L3)은 매립 강재띠 보강체 보강구간(L2)의 중공 콘크리트 부재(P)와 일체를 이루도록 중공(29)을 가지는 중공 콘크리트 부재로 이루어지는 것이다. 도면에는 도시되어 있지 않지만, <매립 강재띠 보강체 보강구간>(L2)과 <일반 PHC 말뚝 구간>(L3)으로 이루어진 보강 PHC 말뚝 본체(2)의 콘크리트에는, 종래의 PHC 말뚝본체와 마찬가지로 연직방향으로 긴장재가 매립 배치되어 연직방향으로 긴장력이 도입될 수 있다.
본 발명에 따른 복합 PHC 말뚝(100)은, 위에서 설명한 바와 같이 매립 강재띠 보강체(3)가 매립 구비된 중공 콘크리트 부재로 이루어진 <매립 강재띠 보강체 보강구간>(L2)과, 상기 매립 강재띠 보강체 보강구간의 중공 콘크리트 부재와 일체로 연결되어 있는 통상적인 중공 콘크리트 부재로 이루어진 <일반 PHC 말뚝 구간>(L3)으로 구성된 "보강 PHC 말뚝 본체(2)"를 제작하고, 이러한 보강 PHC 말뚝 본체(2)의 상단에 <강관 보강구간>(L1)에 해당하는 "강관 보강체(1)"를 배치하여 강관 보강체(1)와 보강 PHC 말뚝 본체(2)를 일체화시킨 후, 앞서 설명한 것처럼, <매립 강재띠 보강체 보강구간>(L2)의 중공(29) 내부와 <강관 보강구간>(L1)의 외측 강관(10) 내부에 걸쳐서 연속적으로 속채움 콘크리트(290)를 채움으로써 제작하게 된다.
종래의 PHC 말뚝은, 원기둥 형상의 거푸집 내에 긴장재 및 필요한 보강철근을 배치한 후, 콘크리트를 타설하고 거푸집을 회전시킴으로써 중공 콘크리트로 이루어진 말뚝 본체를 가지도록 제작하게 된다.
본 발명에서는 원기둥 형상의 거푸집 내에, 외부 강재띠(30), 내부 강재띠(31), 결합부재(32) 및 철근망(35)으로 이루어진 매립 강재띠 보강체(3)를 배치하고, 마감판(291), 필요한 좌판(28), 긴장재 및 보강철근 등을 배치한 후, 콘크리트를 붓고 거푸집을 회전시켜서, 앞서 설명한 바와 같이 "매립 강재띠 보강체(3)가 매립 구비된 중공 콘크리트 부재로 이루어진 <매립 강재띠 보강체 보강구간>(L2)과, 일반적인 중공 콘크리트 부재로 이루어진 <일반 PHC 말뚝 구간>(L3)으로 구성된 보강 PHC 말뚝 본체(2)"를 제작하게 되는 것이다.
외측 강관(10), 철근설치 띠(11), 및 두부보강철근(13)을 포함하도록 제작된 강관 보강체(1)를, 보강 PHC 말뚝 본체(2) 위에 배치하여 일체화시키게 되는데, 구체적으로는 외측 강관(10)을 보강 PHC 말뚝 본체(2)의 좌판(28) 위에 놓고 용접 등의 방법을 통해서 외측 강관(10)과 좌판(28)을 일체로 결합한다. 이 때, 강관 보강체(1)에 구비된 두부보강철근(13)의 하단부는 보강 PHC 말뚝 본체(2)의 중공(29) 내부까지 삽입되도록 한다. 물론 두부보강철근(13)을 아직 조립하지 않은 상태에서, 외측 강관(10)을 좌판(28)에 결합한 후, 두부보강철근(13)을 설치할 수도 있다.
도 8에는 강관 보강체(1)를 보강 PHC 말뚝 본체(2) 위에 배치하여 일체화시키는 것을 보여주는 개략적인 반단면 분해 사시도가 도시되어 있고, 도 9에는 도 8에 후속하여 강관 보강체(1)를 보강 PHC 말뚝 본체(2)와 일체화시킨 후, 속채움 콘크리트(290)를 타설하여 완성한 본 발명에 따른 복합 PHC 말뚝(100)의 개략적인 반단면 사시도가 도시되어 있으며, 도 10에는 도 9에 도시된 본 발명에 따른 복합 PHC 말뚝의 개략적인 단면도가 도시되어 있다.
강관 보강체(1)를 보강 PHC 말뚝 본체(2)에 결합하여 일체화시킨 후에는, 도 10에 도시된 것처럼 마감판(290) 위쪽의 중공(29) 내부와 외측 강관(10) 내부에 걸쳐서 연속적으로 속채움 콘크리트(290)를 채워서 경화시킴으로써, 본 발명에 따른 복합 PHC 말뚝(100)을 완성하게 된다.
위에서 살펴본 것처럼, 본 발명에 따른 복합 PHC 말뚝(100)은, 휨모멘트와 전단력이 크게 발생하는 영역에 해당하는 기초부의 하면으로부터 약 0.5m의 구간 즉, 말뚝상단에서 깊이 약 0.5m의 구간이, 외측 강관(10), 철근설치 띠(11), 및 두부보강철근(13)을 포함하도록 제작된 강관 보강체(1) 내에 속채움 콘크리트(290)이 채워져 있는 <강관 보강구간>(L1)으로 이루어져 있으므로, 기초부를 통해서 작용하는 큰 하중(축력, 휨모멘트, 전단력 등)에 대해서도 충분한 저항성능을 발휘할 수 있게 된다.
특히, 위와 같은 강관 보강체(1)를 하부의 보강 PHC 말뚝본체(2)와 연결함에 있어서는, 외측 강관(10)을 좌판(28)과 용접 등의 방법에 의해 일체로 접합하며, 보강 PHC 말뚝본체(2)의 중공(29) 내부까지 연장될 수 있도록 연직길이가 긴 두부보강철근(13)을 사용하는 것만으로도 강관 보강체(1)와 보강 PHC 말뚝본체(2)간의 견고한 일체화가 이루어지므로, 종래 기술에 따라 강관과 PHC 말뚝을 합성하였을 때 발생하는 단점인 "강관과 PHC 말뚝을 연결하기 위하여 추가적인 연결장치를 배치하여 용접하거나 볼트 결합하는 여러 가지 번거로운 작업을 수행하여야 함에 따른 공사비 증가의 문제점"을 해결할 수 있으며, 더 나아가 별도의 말뚝 두부보강을 해야 하는 종래 기술의 문저젬도 해결할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 복합 PHC 말뚝(100)은, 위에서 살펴본 것처럼 기초부의 하면으로부터 즉, 말뚝상단으로부터 깊이 약 0.5m의 구간이 매립 강재띠 보강체(3)가 매립 구비된 중공 콘크리트 부재로 구성된 <매립 강재띠 보강체 보강구간>(L2)으로 이루어져 있다. 따라서 종래기술의 단점인 "말뚝 상단부 절단으로 발생하는 프리스트레스 손상의 문제점"을 예방할 수 있다. 즉, 종래 기술 중 대한민국 등록특허 제10-0999020호의 경우에는, 앞서 설명한 것처럼, PHC 말뚝의 두부에 현장에서 중공 내부에 축방향 철근 조립체를 삽입하고 중공을 콘크리트로 채워 보강하게 되므로, 최종 말뚝시공 후 PHC 말뚝의 잉여부분을 절단해야 하고, 이러한 이유에서 PC강재에 의해 도입되는 프리스트레스력에 손실이 발생하게 되는 단점이 있었으나, 본 발명에서는 이러한 PC 강재 절단 및 그에 의한 프리스트레스 손실의 문제가 발생하지 않게 되는 장점을 가지는 것이다.
특히, 본 발명에 따른 복합 PHC 말뚝(100)의 경우, <매립 강재띠 보강체 보강구간>(L2)에서는 중공 콘크리트 부재(P)의 보강을 위하여 연직철근(350)을 포함하는 철근망(35)이 매립 배치되는데, 이 때 연직철근(350)이 내부 강재띠(31)의 외면에 밀착된 상태로 배치될 수 있으며, 이 경우 연직철근(350)의 배치 위치를 설계에 맞추어서 정밀하게 배치할 수 있게 되며, 그에 따라 연직철근(350)을 통한 보강효과가 신뢰성있게 발휘되는 장점이 있다. 즉, 본 발명에서는 보강 PHC 말뚝본체(2)를 원심성형에 의해 제작하기 위하여 연직철근(350)을 포함하는 철근망(35)을 원심성형용 거푸집 내부에 배치함에 있어서, 연직철근(350)이 외면에 밀착된 상태의 내부 강재띠(31)를 외부 강재띠(30)와 함께 거푸집 내서 원하는 위치에 정확하게 배치할 수 있게 되고, 원심성형 과정에서도 내부 강재띠(31)와 외부 강재띠(30)의 배치 위치를 안정적으로 유지할 수 있게 되므로, 설계된 위치에 연직철근(350)이 배치되어 있는 고품질의 보강 PHC 말뚝본체(2)를 용이하게 제작할 수 있게 되는 것이다.
본 명세서에서, 철근설치 띠(11), 외부 강재띠(30) 및 내부 강재띠(31)를 설명하면서 "강재(鋼材)"라는 표현을 사용하였지만, 철근설치 띠(11), 외부 강재띠(30) 및 내부 강재띠(31)의 재료는 강재에 한정되지 않으며 다양한 재료를 이용할 수도 있다. 이는 철근에 대해서도 동일하다.
1: 강관 보강체
2: 보강 PHC 말뚝본체
10; 외측 강관
11: 철근설치 띠
12: 연결부재
13: 두부보강철근
28: 좌판
29: 중공
30: 외부 강재띠
31: 내부 강재띠
35: 철근망
130: 철근결속재
290: 속채움 콘크리트
291: 마감판
350: 연직철근
351: 횡철근
352: 횡단철근
L1: 강관 보강구간
L2: 매립 강재띠 보강체 보강구간
L3: 일반 PHC 말뚝 구간
P: 중공 콘크리트 부재

Claims (6)

  1. 삭제
  2. 말뚝의 상단으로부터 순차적으로 강관 보강구간(L1), 매립 강재띠 보강체 보강구간(L2), 및 일반 PHC 말뚝 구간(L3)의 3개의 구간으로 구분되어 있으며;
    강관 보강구간(L1)은, 외측 강관(10)과, 연결부재(12)에 의해 외측 강관(10)에 결합된 상태로 외측 강관(10)으로부터 간격을 두고 위치하는 철근설치 띠(11)와, 철근설치 띠(11)에 결속되어 연직 배치되는 두부보강철근(13)을 포함하는 강관 보강체(1)로 이루어지며;
    매립 강재띠 보강체 보강구간(L2)은, 중공(29)을 가지는 중공 콘크리트 부재(P)에 강재띠 보강체(3)가 매립되어 있는 구성을 가지는데;
    강재띠 보강체(3)는, 연직방향으로 간격을 두고 복수개로 구비된 외부 강재띠(30)와, 결합부재(32)에 의해 각각의 외부 강재띠(30)와 일체화된 상태로 외부 강재띠(30)와 간격을 두고 외부 강재띠(30)의 내부에 위치하는 복수개의 내부 강재띠(31)와, 내부 강재띠(31)의 외면에 밀착 배치되는 연직철근(350) 및 횡철근(351)으로 이루어진 철근망(35)으로 구성되어, 연직철근(350), 횡철근(351) 및 내부 강재띠(31)가 중공 콘크리트 부재(P)의 콘크리트에 매립되어 있으며;
    일반 PHC 말뚝 구간(L3)은, 매립 강재띠 보강체 보강구간(L2)의 중공 콘크리트 부재(P)와 일체를 이루면서 중공(29)을 가지는 중공 콘크리트 부재로 이루어지며;
    강관 보강체(1)가 매립 강재띠 보강체 보강구간(L2)의 중공 콘크리트 부재(P)의 상단에 놓여서, 매립 강재띠 보강체 보강구간(L2)의 중공 콘크리트 부재(P)에 구비된 좌판(28)과 외측 강관(10)이 일체로 결합되고, 매립 강재띠 보강체 보강구간(L2)에는 중공(29)을 폐쇄하도록 마감판(290)이 설치된 상태에서, 감판(290) 위쪽의 중공(29) 내부와 외측 강관(10) 내부에 걸쳐서 연속적으로 속채움 콘크리트(290)가 채워져 경화되어 있는 구성을 가지며;
    두부보강철근(13)은 그 상단이 외측 강관(10) 위쪽으로 돌출되고 그 하단이 외측 강관(10)의 하단 이상으로 더 연장되는 연직길이를 가지고 있어서,
    강관 보강체(1)가 매립 강재띠 보강체 보강구간(L2)의 중공 콘크리트 부재(P)의 상단에 놓였을 때, 두부보강철근(13)의 하단은 매립 강재띠 보강체 보강구간(L2)의 중공 콘크리트 부재(P)에 형성된 중공(29) 내에 위치하는 것을 특징으로 하는 복합 PHC 말뚝.
  3. 제2항에 있어서,
    철근망(35)에는, 횡방향으로 가로질러 배치되는 횡단철근(352)이 더 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 복합 PHC 말뚝.
  4. 삭제
  5. 외측 강관(10)과, 연결부재(12)에 의해 외측 강관(10)에 결합된 상태로 외측 강관(10)으로부터 간격을 두고 위치하는 철근설치 띠(11)와, 철근설치 띠(11)에 결속되어 연직 배치되는 두부보강철근(13)을 포함하는 강관 보강체(1)를 제작하고; 원기둥 형상의 거푸집 내에, 좌판(28) 및 매립 강재띠 보강체(3)를 배치하고 콘크리트를 부은 후 거푸집을 회전시켜서, 중공(29)을 가지는 중공 콘크리트 부재(P)에 강재띠 보강체(3)가 매립되어 있는 구성을 가지는 매립 강재띠 보강체 보강구간(L2)과, 매립 강재띠 보강체 보강구간(L2)의 중공 콘크리트 부재(P)와 일체를 이루면서 중공(29)을 가지는 중공 콘크리트 부재로 구성된 일반 PHC 말뚝 구간(L3)로 이루어진 보강 PHC 말뚝 본체(2)를 제작하는 단계; 및
    제작된 강관 보강체(1)를, 보강 PHC 말뚝 본체(2)의 상부에 존재하는 매립 강재띠 보강체 보강구간(L2)의 중공 콘크리트 부재(P)의 상단에 올려 놓아서, 좌판(28)과 외측 강관(10)을 일체로 결합하고, 매립 강재띠 보강체 보강구간(L2)에는 중공(29)을 폐쇄하도록 마감판(290)을 설치한 상태에서, 마감판(290) 위쪽의 중공(29) 내부와 외측 강관(10) 내부에 걸쳐서 연속적으로 속채움 콘크리트(290)를 채워서 경화시키는 단계를 포함하며;
    강재띠 보강체(3)는, 연직방향으로 간격을 두고 복수개로 구비된 외부 강재띠(30)와, 결합부재(32)에 의해 각각의 외부 강재띠(30)와 일체화된 상태로 외부 강재띠(30)와 간격을 두고 외부 강재띠(30)의 내부에 위치하는 복수개의 내부 강재띠(31)와, 내부 강재띠(31)의 외면에 밀착 배치되는 연직철근(350) 및 횡철근(351)으로 이루어진 철근망(35)으로 구성되어, 연직철근(350), 횡철근(351) 및 내부 강재띠(31)가 중공 콘크리트 부재(P)의 콘크리트에 매립되는 구성을 가지고 있어서, 말뚝의 상단으로부터 순차적으로 강관 보강구간(L1), 매립 강재띠 보강체 보강구간(L2), 및 일반 PHC 말뚝 구간(L3)의 3개의 구간으로 구분되어 있는 복합 PHC 말뚝을 제작하게 되는데;
    두부보강철근(13)은 그 상단이 외측 강관(10) 위쪽으로 돌출되고 그 하단이 외측 강관(10)의 하단 이상으로 더 연장되는 연직길이를 가지고 있어서,
    강관 보강체(1)를 매립 강재띠 보강체 보강구간(L2)의 중공 콘크리트 부재(P)의 상단에 놓았을 때, 두부보강철근(13)의 하단이 매립 강재띠 보강체 보강구간(L2)의 중공 콘크리트 부재(P)에 형성된 중공(29) 내에 위치하도록 하는 것을 특징으로 하는 복합 PHC 말뚝의 제작방법.
  6. 제5항에 있어서,
    철근망(35)에는, 횡방향으로 가로질러 배치되는 횡단철근(352)이 더 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 복합 PHC 말뚝의 제작방법.
KR1020160021403A 2016-02-23 2016-02-23 다단계로 보강된 두부보강 일체식 복합 phc 말뚝 및 그 제작방법 KR101665361B1 (ko)

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