KR101670825B1 - 현장타설말뚝용 하부 확대형 보강재 및 이를 이용한 현장타설말뚝 공법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 현장타설말뚝에 매입되는 강제(鋼製) 보강재(10) 및 이를 이용한 현장타설말뚝 공법에 관한 것으로, 보강재(10)의 하단부에 보강재(10)와 일단이 힌지(hinge) 연결되는 다수의 전개봉(20)을 설치하고, 지상과 연결된 구동선(40)을 이들 다수의 전개봉(20)에 결속하여, 전개봉(20)이 보강재(10)에 절첩된 상태로 지반내 굴착공에 투입된 후, 지상에서 구동선(40)을 조작함에 따라 보강재(10) 하부의 전개봉(20)이 전개될 수 있도록 한 것이다.
본 발명을 통하여, 현장타설말뚝을 구성하는 콘크리트와 콘크리트에 매입되는 보강재(10)간 부착력을 획기적으로 향상시킬 수 있고, 말뚝 선단부의 보강재(10) 구조를 다변화함으로써 단면 확대 없이도 말뚝의 강도를 향상시킬 수 있으며, 이로써 말뚝의 지지력을 제고할 수 있다.

Description

현장타설말뚝용 하부 확대형 보강재 및 이를 이용한 현장타설말뚝 공법{LOWER PART EXPANSION TYPE BEAM FOR CAST IN PLACE PILE AND PILE CONSTRUCTION METHOD USING THE SAME}

본 발명은 현장타설말뚝에 매입되는 강제(鋼製) 보강재(10) 및 이를 이용한 현장타설말뚝 공법에 관한 것으로, 보강재(10)의 하단부에 보강재(10)와 일단이 힌지(hinge) 연결되는 다수의 전개봉(20)을 설치하고, 지상과 연결된 구동선(40)을 이들 다수의 전개봉(20)에 결속하여, 전개봉(20)이 보강재(10)에 절첩된 상태로 지반내 굴착공에 투입된 후, 지상에서 구동선(40)을 조작함에 따라 보강재(10) 하부의 전개봉(20)이 전개될 수 있도록 한 것이다.

현장타설말뚝은 지반에 굴착공을 천공한 후 공벽이 유지되는 상태에서 굴착공에 콘크리트를 타설하고 양생하여 상부구조물의 기초를 구축하는 것으로, 통상 현장타설말뚝을 구성하는 콘크리트 내부에는 강철제 형강 또는 관체(管體)가 매설되어 말뚝을 보강하게 된다.

특히, 말뚝의 하단부는 암반 또는 경질 지반에 안착되어 상부구조물은 물론 말뚝 자체의 자중이 집중되는 부위인 바, 말뚝 하단부에 매설되는 보강재(10)의 하단부에는 스터드볼트(stud bolt) 등의 측방 돌출물을 용접하여 보강재(10)와 콘크리트간 부착력을 증대하고 해당 부위의 말뚝 구조체 강도를 보강하게 되며, 관련 종래기술로는 공개특허 제2005-40045호를 들 수 있다.

공개특허 제2005-40045호를 비롯한 종래의 측방 돌출형 보강재(10)는 형강 등의 강제 보강재(10) 하단부에 스터드볼트, 봉체 또는 소형 형강 등을 직접 용접한 것으로, 보강재(10)의 굴착공내 투입전 지상에서 미리 돌출물을 보강재(10)에 용접하여 고정하고, 하단부에 돌출물이 측방 돌출된 상태로 기 굴착된 굴착공에 보강재(10)를 투입한 후, 굴착공에 콘크리트를 타설하는 방식으로 시공된다.

따라서, 현장타설말뚝의 시공 계획 지점에 기 천공된 굴착공 직경을 초과하는 폭으로 돌출물이 형성될 수 없을 뿐 아니라, 보강재(10)의 투입과정에서 보강재(10) 하단부에 접합된 측방 돌출물이 굴착공 공벽을 타격함에 따라 굴착공이 파손 내지 붕괴될 수 있으므로, 실제 시공시에는 보강재(10) 하부에 돌출물을 접합함에 있어서 많은 제약이 있을 수 밖에 없으며, 설령 돌출물을 접합한다 하여도 굴착공 직경을 현저하게 하회하는 폭으로 돌출물을 구성할 수 밖에 없는 한계가 있었다.

이렇듯, 측방 돌출물의 보강재(10) 접합에 극심한 제약이 따르는 바, 돌출물을 통한 보강재(10)와 말뚝 콘크리트간 부착력 증대효과는 미미할 수 밖에 없으며, 특히 선단지지력을 증대하기 위하여 굴착공 하단부를 확공하는 현장타설말뚝의 경우 돌출물에 의한 전체 말뚝 구조의 보강효과를 사실상 기대할 수 없는 문제점이 있었다.

즉, 굴착공 하단부의 직경을 확대하여 해당 부위에 타설된 콘크리트가 일종의 확대기초로 거동하도록 함으로써, 현장타설말뚝의 지지력을 증대하는 하단부 확대형 말뚝의 경우, 말뚝에 매입되는 보강재(10) 하단부가 말뚝 하단부의 확대부 콘크리트에 긴밀하게 부착됨과 동시에, 보강재(10) 하단부에서 측방으로 돌출되는 돌출부가 확대부 콘크리트에 충분히 매입될 수 있도록 함으로써, 확대부 콘크리트의 전단파괴를 방지하고 해당 말뚝의 하단부가 실질적인 확대기초로서 거동할 수 있으나, 돌출물의 돌출폭을 충분히 확보할 수 없는 종래기술에서는 확대부 콘크리트의 보강효과를 기대할 수 없으므로 소기의 지지력 확보가 어려울 수 밖에 없는 것이다.

본 발명은 전술한 문제점을 감안하여 창안된 것으로, 하단부에 측방 돌출물이 형성되어 현장타설말뚝에 매입되는 장주형(長柱形) 강제(鋼製) 보강재에 있어서, 보강재(10)의 하단부에는 후단이 보강재(10)와 힌지(hinge) 연결되고 상하로 배열된 다수의 전개봉(20) 설치되되, 전개봉(20)의 후단부에는 회동축(25)이 형성되고, 보강재(10)에는 결합구(31)가 절개 형성된 지지판(30)이 접합되며, 전개봉(20)의 회동축(25)이 지지판(30)의 결합구(31)에 결합되고, 지지판(30)의 결합구(31) 하부에는 상측바(35) 및 하측바(36)가 형성되고, 상기 상하로 배열된 다수의 전개봉(20) 후단에는 구동선(40)이 결속되되, 최상위 전개봉(20) 후단 결속부의 상측 구동선(40)은 보강재(10) 상측으로 연장되고, 최상위 전개봉(20) 후단 결속부의 하측 구동선(40)은 상기 상측바(35) 및 하측바(36)를 선회 경유하여 하위 전개봉(20) 후단에 결속되어, 구동선(40)을 상측으로 인발함에 따라 전개봉(20)이 회동축(25)을 축으로 회동하면서 전개됨을 특징으로 하는 현장타설말뚝용 하부 확대형 보강재이다.

또한, 상기 현장타설말뚝용 하부 확대형 보강재를 이용한 현장타설말뚝 공법에 있어서, 말뚝 시공 계획지점 지반을 천공하여 굴착공을 형성하는 단계와, 구동선(40)이 결선된 전개봉(20)을 보강재(10)의 지지판(30)에 결합하고, 전개봉(20)을 절첩상태로 유지하는 단계와, 굴착공에 보강재(10)를 투입하는 단계와, 보강재(10)가 굴착공 하단에 안착되면 구동선(40)을 인발하여 전개봉(20)을 전개하는 단계와, 굴착공에 콘크리트를 타설한 후 양생하여 보강재(10)가 매입된 말뚝 본체를 형성하는 단계로 이루어짐을 특징으로 하는 현장타설말뚝용 하부 확대형 보강재를 이용한 현장타설말뚝 공법이다.

본 발명을 통하여, 현장타설말뚝을 구성하는 콘크리트와 콘크리트에 매입되는 보강재(10)간 부착력을 획기적으로 향상시킬 수 있고, 말뚝 선단부의 보강재(10) 구조를 다변화함으로써 단면 확대 없이도 말뚝의 강도를 향상시킬 수 있으며, 이로써 말뚝의 지지력을 제고할 수 있다.

특히, 선단부 단면이 확대된 형태의 현장타설말뚝의 경우, 보강재(10)에 설치된 전개봉(20)이 절첩된 상태로 굴착공 상부의 소구경 구간으로 보강재(10)를 일단 투입한 후, 전개봉(20) 설치 구간이 굴착공 하부의 확경부에 진입하면 지상에서 구동선(40)을 조작하여 전개봉(20)을 전개함으로써, 종래기술에서 불가능하였던 확경부 보강재(10)의 확대 매입구조를 구축할 수 있으며, 이로써 말뚝의 선단 접지 면적을 확대함과 동시에 선단 확대부의 강성을 획기적으로 강화할 수 있어, 해당 말뚝의 지지력을 비약적으로 향상시킬 수 있다.

이렇듯, 말뚝 자체의 강도는 물론 말뚝에 의하여 발현되는 지지력을 단면의 확대 또는 말뚝의 설치 개소 수를 증대하지 않고도 향상시킴으로써, 소요 자재를 절감하고 공기를 단축하며 총 공사비용을 절감하는 효과를 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명의 시공과정 설명도
도 2는 본 발명의 전개봉 절첩상태 부분절단 사시도
도 3은 본 발명의 전개봉 전개상태 부분절단 사시도
도 4는 본 발명의 요부 발췌 분해사시도
도 5는 본 발명의 전개봉 절첩상태 대표단면도
도 6은 본 발명의 전개봉 전개상태 대표단면도
도 7은 본 발명의 작동방식 설명도
도 8은 원단면 보강재 및 확대판이 적용된 본 발명의 일 실시예 사시도
도 9는 본 발명이 적용된 현장타설말뚝 공법의 흐름도

본 발명의 상세한 구성을 첨부된 도면을 통하여 설명하면 다음과 같다.

우선 도 1은 본 발명이 적용된 현장타설말뚝의 시공과정을 도시한 것으로, 도시된 바와 같이, 현장타설말뚝에 매입되는 장주형(長柱形) 강제(鋼製) 부재인 보강재(10) 측면에 다수 배열된 전개봉(20)이 절첩되어 보강재(10)의 폭이 최소화된 상태에서 굴착공에 보강재(10)가 투입되며, 보강재(10) 하단이 굴착공 하단에 안착되면 전개봉(20)이 전개됨을 확인할 수 있다.

도 1에 도시된 실시예는 일단 소구경 굴착공을 굴진한 후, 계획 굴착심도에 근접하면 굴착공을 확공하여 지반내 하단부가 부분 확대된 굴착공을 형성하는 방식이 적용되었으며, 동 도면에 도시된 바와 같이, 지반 표층부의 토사층에서는 굴착공의 공벽 유지를 위하여 굴착장비와 소구경 케이싱(90)이 지반내 동반 관입되고, 암질 지반에 도달하면 별도의 확공용 굴착장비가 투입되어 굴착공을 확장하는 방식으로 시공된다.

이렇듯, 굴착공 하단부가 부분 확대된 경우 본 발명의 전개봉(20) 가동형 보강재(10)는 그 성능이 일층 유용하게 발휘될 수 있는데, 고정형 돌출물이 형성된 종래 보강재(10)는 확공부에 충분히 매입될 수 있는 돌출물을 접합할 경우 보강재(10)가 상부의 소구경 굴착공을 통과하지 못하고, 소구경 굴착공 통과를 위하여 돌출물을 축소하면 실질적인 보강효과를 기대할 수 없는 반면, 본 발명에서는 보강재(10)의 투입시에는 전개봉(20)을 절첩하였다가 보강재(10) 투입이 완료되면 전개봉(20)을 지상에서 조작하여 전개할 수 있는 것이다.

이러한 보강재(10) 하단부 전개봉(20)의 지상 조작은 도 2 내지 도 7에서와 같이, 본 발명을 구성하는 전개봉(20), 지지판(30) 및 구동선(40)의 특징적 결합 및 연결구조를 통하여 달성될 수 있다.

도 2 및 도 3은 각각 전개봉(20)이 절첩된 상태의 보강재(10)와 전개봉(20)이 전개된 상태의 보강재(10)를 도시한 것으로, 본 발명의 전개봉(20)은 보강재(10)의 하단부에 다수가 상하로 배열되어 설치되며, 도 2에서와 같이 전개봉(20)이 절첩된 상태에서는 전개봉(20)의 선단부가 보강재(10)에 근접되면서 전개봉(20)을 포함한 전체 보강재(10)의 폭이 최소화되고, 도 3에서와 같이 전개봉(20)이 전개된 상태에서는 전개봉(20)이 수평상태로 회동되면서 전체 보강재(10)의 폭이 확대된다.

본 발명의 전개봉(20)은 그 후단이 보강재(10)의 하단부에 힌지(hinge) 연결되는데, 전개봉(20)과 보강재(10)간 연결은 보강재(10)에 접합된 판체로서 전방측 중심부에 결합구(31)가 절개 형성된 지지판(30)에 의하여 이루어지며, 전개봉(20)의 후단부에는 회동축(25)이 형성되어 상기 지지판(30)의 결합구(31)에 회동축(25)이 결합됨으로써 전개봉(20)과 보강재(10)가 연결된다.

즉, 도 2 내지 도 4에서와 같이, 보강재(10)의 측면에 수평으로 상호 이격된 한쌍의 지지판(30)이 접합되고, 이들 한쌍의 지지판(30) 사이에 전개봉(20)의 후단부가 결합되되, 지지판(30)에는 결합구(31)가 절개 형성되고 전개봉(20)의 후단부에는 양 측방으로 돌출된 회동축(25)이 형성되어, 한쌍의 지지판(30)에 형성된 결합구(31)에 전개봉(20) 양측의 회동축(25)이 각각 결합되는 것으로, 도 4에 도시된 바와 같이, 지지판(30)에 형성된 결합구(31)의 개방부 상, 하단에는 내측으로 소폭 돌출된 걸림곡부(32)가 형성되어 지지판(30)에 결합된 전개봉(20) 회동축(25)의 이탈을 방지한다.

이러한 본 발명 지지판(30) 결합구(31)의 개방구조 및 결합구(31) 개방부 상, 하단의 걸림곡부(32)를 통하여, 보강재(10) 제작 공장에서 지지판(30)만이 보강재(10)에 접합된 상태로 운송된 후, 현장에서 후술할 구동선(40)이 결선된 전개봉(20)을 결합하는 방식으로 시공이 가능하며, 이로써 현장여건에 따라 전개봉(20)의 설치 개소 수를 자유롭게 조절할 수 있을 뿐 아니라, 운송과정에서 발생될 수 있는 전개봉(20)의 파손을 방지할 수 있다.

도 4에서와 같이, 지지판(30)에 형성되는 결합구(31)는 전개봉(20) 후단부의 회동축(25)과 동일한 형상으로 절개 형성되어 회동축(25)의 결합구(31) 결합시 전개봉(20)의 원활한 회동이 가능하며, 현장에서 지지판(30)의 결합구(31)에 전개봉(20)의 회동축(25)을 결합함에 있어서 결합구(31) 내측으로 소폭 돌출된 상, 하 걸림곡부(32) 사이로 회동축(25)이 압입 또는 타입되는 과정에서 결합구(31) 상, 하측 부위의 지지판(30)이 미세하게 변형되면서 결합구(31)의 개방부가 확대되어 회동축(25)이 결합되고, 회동축(25)이 완전히 결합된 후에는 변형되었던 지지판(30)이 복원되어 회동축(25)의 이탈이 억제된다.

또한, 도 4 내지 도 7에서와 같이, 지지판(30)의 결합구(31) 하부에는 상측바(35) 및 하측바(36)가 형성되는데, 이들 상측바(35) 및 하측바(36)는 모두 원단면의 봉체로서, 후술할 구동선(40)이 상측바(35) 및 하측바(36)의 외주면에 밀착된 상태로 결선된다.

이렇듯 지지판(30)을 통하여 후단부가 보강재(10)에 힌지 연결된 본 발명의 전개봉(20)은 전개봉(20)에 결속된 구동선(40)을 지상의 보강재(10) 상단에서 조작함에 따라 회전하게 되는데, 도 5에서와 같이 상하로 배열된 다수의 전개봉(20) 후단에 구동선(40)이 결속 고정되며, 상하 일렬로 배열된 다수의 전개봉(20)이 동일한 구동선(40)에 의하여 일괄 회동 조작된다.

즉, 최상위 전개봉(20) 후단 결속부의 상측 구동선(40)은 보강재(10) 상측으로 연장되고, 최상위 전개봉(20) 후단 결속부의 하측 구동선(40)은 최상위 전개봉(20)이 결합된 지지판(30)의 상측바(35) 및 하측바(36)를 선회 경유하여 하위 전개봉(20) 후단에 결속되는 구조를 가지며, 동일한 결선방식이 하위 전개봉(20)에 반복 적용되어 단일 구동선(40)을 통한 다수 전개봉(20)의 일괄 회동이 가능하게 되는 것이다.

도 6은 지상에서 구동선(40)을 상측으로 인발함에 따라 전개봉(20)이 회동축(25)을 축으로 회동하면서 전개된 상태를 도시한 것으로, 이러한 전개 동작을 상세하게 도시한 도 7에서와 같이, 구동선(40)을 인발하면 전개봉(20) 후단에 형성된 구동선(40)과 전개봉(20)간 결속부가 회동축(25)의 중심을 축으로 도면상 반시계방향으로 회전하면서 전개봉(20) 또한 도면상 반시계방향으로 회전 전개되며, 결속부 하측의 구동선(40)은 상측바(35)의 보강재(10) 외측 외주면 및 하측바(36)의 보강재(10) 내측 외주면에 밀착된 상태로, 상측바(35)와 하측바(36)를 선회 경유하여, 해당 전개봉(20) 하위 전개봉(20)을 동반 회전시킬 수 있도록 상측으로 인발된다.

한편, 도 8은 원단면 보강재(10) 및 확대판(29)이 적용된 본 발명의 일 실시예를 도시한 것으로, 도시된 바와 같이, 보강재(10)의 단면 형상과 관계 없이 본 발명의 적용이 가능하며, 전개봉(20) 선단부에 측방으로 확대된 확대판(29)을 형성함으로써 말뚝 콘크리트와의 부착력 및 보강효과를 일층 향상시킬 수 있다.

또한, 도 9는 본 발명이 적용된 현장타설말뚝 공법의 시공과정을 설명한 흐름도로서, 동 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명 현장타설말뚝 공법은 말뚝 시공 계획지점 지반을 천공하여 굴착공을 형성하는 단계로 개시된다.

굴착공 천공이 완료되면 구동선(40)이 결선된 전개봉(20)을 보강재(10)의 지지판(30)에 결합하고, 보강재(10)의 원활한 굴착공내 투입을 위하여 보강재(10)의 평면상 폭이 최소화될 수 있도록 전개봉(20)을 절첩상태로 유지하는 단계가 수행된다.

이후, 굴착공에 보강재(10)를 투입하는 단계가 수행되며, 보강재(10)가 굴착공 하단에 안착되면 지상에서 구동선(40)을 인발하여 전개봉(20)을 전개하는 단계가 수행된다.

전개봉(20) 전개가 완료되면, 굴착공에 콘크리트를 타설한 후 양생하여 보강재(10)가 매입된 말뚝 본체를 형성함으로써, 본 발명이 적용된 현장타설말뚝이 완성된다.

10 : 보강재
20 : 전개봉
25 : 회동축
29 : 확대판
30 : 지지판
31 : 결합구
32 : 걸림곡부
35 : 상측바
36 : 하측바
40 : 구동선
90 : 케이싱

Claims (2)

1. 하단부에 측방 돌출물이 형성되어 현장타설말뚝에 매입되는 장주형(長柱形) 강제(鋼製) 보강재로서, 보강재(10)의 하단부에는 후단이 보강재(10)와 힌지(hinge) 연결되고 상하로 배열된 다수의 전개봉(20) 설치되되, 전개봉(20)의 후단부에는 회동축(25)이 형성되고, 보강재(10)에는 결합구(31)가 절개 형성된 지지판(30)이 접합되며, 전개봉(20)의 회동축(25)이 지지판(30)의 결합구(31)에 결합되는 하부 확대형 보강재에 있어서,
   지지판(30)의 결합구(31) 하부에는 상측바(35) 및 하측바(36)가 형성되고, 상기 상하로 배열된 다수의 전개봉(20) 후단에는 구동선(40)이 결속되되, 최상위 전개봉(20) 후단 결속부의 상측 구동선(40)은 보강재(10) 상측으로 연장되고, 최상위 전개봉(20) 후단 결속부의 하측 구동선(40)은 상기 상측바(35) 및 하측바(36)에 밀착된 상태로 상측바(35) 및 하측바(36)를 선회 경유하여 하위 전개봉(20) 후단에 결속되어, 구동선(40)을 상측으로 인발함에 따라 전개봉(20)이 회동축(25)을 축으로 회동하면서 전개됨을 특징으로 하는 현장타설말뚝용 하부 확대형 보강재.
   
2. 청구항 1의 현장타설말뚝용 하부 확대형 보강재를 이용한 현장타설말뚝 공법에 있어서,
   말뚝 시공 계획지점 지반을 천공하여 굴착공을 형성하는 단계와;
   구동선(40)이 결선된 전개봉(20)을 보강재(10)의 지지판(30)에 결합하고, 전개봉(20)을 절첩상태로 유지하는 단계와;
   굴착공에 보강재(10)를 투입하는 단계와;
   보강재(10)가 굴착공 하단에 안착되면 구동선(40)을 인발하여 전개봉(20)을 전개하는 단계와;
   굴착공에 콘크리트를 타설한 후 양생하여 보강재(10)가 매입된 말뚝 본체를 형성하는 단계로 이루어짐을 특징으로 하는 현장타설말뚝용 하부 확대형 보강재를 이용한 현장타설말뚝 공법.

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