KR101712648B1

KR101712648B1 - 파일선단부재를 이용한 연약지반용 파일 설치 구조

Info

Publication number: KR101712648B1
Application number: KR1020160031477A
Authority: KR
Inventors: 이현수
Original assignee: 주식회사 태하
Priority date: 2016-03-16
Filing date: 2016-03-16
Publication date: 2017-03-06
Anticipated expiration: 2036-03-16

Abstract

본 발명은 막구조물, 보행용 데크, 스톤네트 등을 지반에 정착시키기 위해 지반에 내입되는 파일(Pile)의 선단에 설치되어 파일의 인발저항력과 압축저항력을 향상시킬 수 있는 파일선단부재 및 이를 이용한 연약지반용 파일 설치 구조에 관한 것이다.
전술한 과제 해결을 위해, 본 발명은 『원통형 케이싱; 및 상기 케이싱에서 상방향으로 2갈래 이상 분절되어 이어져, 외력에 의해 상방향으로 확공되는 형태로 벌어지도록 구성된 인장저항부; 를 포함하여 구성된 파일선단부재』를 제공한다.

Description

파일선단부재를 이용한 연약지반용 파일 설치 구조{Pile installation structure in soft ground using pile tip member}

본 발명은 막구조물, 보행용 데크, 스톤네트 등을 지반에 정착시키기 위해 지반에 내입되는 파일(Pile)의 선단에 설치되어 파일의 인발저항력과 압축저항력을 향상시킬 수 있는 파일선단부재를 이용한 연약지반용 파일 설치 구조에 관한 것이다.

막구조물, 보행용 데크, 스톤네트 등의 구조물을 지반에 정착시키기 위해서는 앵커(Anchor) 또는 파일(Pile)이 설치된다.

상기 앵커는 주로 인발력에 대해 저항하도록 설치되며, 구조물의 전도되거나 지면으로부터 이탈하지 않도록 잡아주는 역할을 한다.

한편, 상기 파일은 구조물의 기초에 해당하는 부재이며, 기초는 구조물의 자중 또는 구조물에 가해지는 하중을 지반에 전달하면서 상기 구조물을 지지하는 역할을 하는 것이다. 다만 파일기초는 압축저항체 이외에 횡방향 또는 상방향으로 작용하는 풍압이나 구조물의 전도력 등에 대한 인발저항체로서의 기능도 수행한다.

구조물을 지반에 정착시키는 메커니즘에 따라 앵커와 파일을 엄밀하게 구분할 수 있지만, 전술한 바와 같이 파일은 구조물에 가해지는 압축하중에 대한 저항체 기능과 인발하중에 대한 저항체 기능을 겸할 수 있으므로 이하에서는 지반에 내입 설치되는 앵커와 파일을 구분하지 않고 모두 "파일"로 통칭하기로 한다.

파일은 단면적이 클수록 압축하중에 대한 지지력이 커지고, 지반과의 마찰력이 클수록 인장하중에 대한 저항력이 커진다.

다만, 선형부재인 파일의 단면적을 크게 하는 것에는 경제성 면에서 불리함은 물론 항타나 압입 등이 어려워 시공성 면에서도 불리함이 있다.

지반과의 마찰력을 크게 하기 위한 방법으로는 파일의 외주면에 요철이나 돌기를 형성시키는 방법이 있으나, 파일과 지반의 접촉면이 넓지 않으므로 이러한 방법을 통한 인발저항력 향상에는 한계가 있다. 지반에 미리 천공홀을 형성시키고 상기 천공홀에 파일을 삽입한 후 파일 선단부(즉, 천공홀의 하부) 측에 그라우팅을 실시하여 지반 내에 구근을 형성시키는 방법도 있으나, 파일 설치 규모(사이즈)가 작은 경우, 여러 단계를 거쳐야 하는 그라우팅 작업을 실시하는 것은 부적절하다.

한편, 아래의 [참고도 1] 및 [참고도 2]에 도시된 바와 같은 등록특허 10-1437060 "데크 로드 시스템"에는 관체(511)에 다리부(523)가 돌출된 기초구조물(5)이 제시되어 있다. 이는 파일의 단면적을 넓히지 않으면서도 압축저항력을 향상시킨 파일의 일 예라 할 수 있다.

[참고도 1] - 등록특허 10-1437060의 도 1에 해당함.

[참고도 2] - 등록특허 10-1437060의 도 2에 해당함.

5 : 기초구조물 511 : 관체 523 : 다리부

아래 [참고도 3] 및 [참고도 4]에 도시된 바와 같은 등록특허 10-1193948 "스톤네트 고정장치 및 이를 이용한 스톤네트 시공방법"에는 앵커(10)에 끼워져 하방향으로 이동하면서 펼쳐지는 앵커핀(20)이 제시되어 있다. 이는 그라우팅 작업을 실시하지 않고도 인발저항력을 향상시킨 앵커(파일)의 일 실시예라 할 수 있다.

[참고도 3] - 등록특허 10-1193948의 도 9에 해당함.

10 : 앵커 11 : 걸림부 20 : 앵커핀 21 : 상단부

22 : 몸체부 23 : 하단부 24 : 절개홈 25 : 관통홀

[참고도 4] - 등록특허 10-1193948의 도 10에 해당함.

아래 [참고도 5]에 도시된 바와 같은 공개특허 10-2009-0110399 "선단마찰력이 강화된 마이크로파일"에는 날개가 펼쳐져 주변지반측으로 파고들어가면서 벌어지게 되는 마이크로 파일이 제시되어 있다.

[참고도 5] - 공개특허 10-2009-0110399의 도 1에 해당함.

아래 [참고도 6]에 도시된 바와 같은 등록특허 10-1359488 "지지력 극대화를 위한 선단 확장형 마이크로파일 및 이를 이용한 마이크로파일 시공방법"에는 강봉이 천공홀의 하부방향으로 이동될 때 하부 헤드확장부재(110) 및 상부 헤드확장부재(120)에 의하여 반경방향으로 이동하면서 천공홀의 벽면에 고정되는 헤드유닛이 제시되어 있다.

[참고도 6] - 등록특허 10-1359488의 도 3에 해당함

110 : 하부 헤드확장부재 120 : 상부 헤드확장부재

130 : 헤드유닛 140 : 상부 헤드홀더

150 : 하부 헤드홀더

1. 등록특허 10-1437060 "데크 로드 시스템" 2. 등록특허 10-1193948 "스톤네트 고정장치 및 이를 이용한 스톤네트 시공방법" 3. 공개특허 10-2009-0110399 "선단마찰력이 강화된 마이크로파일" 4. 등록특허 10-1359488 "지지력 극대화를 위한 선단 확장형 마이크로파일 및 이를 이용한 마이크로파일 시공방법"

본 발명은 파일(Pile)의 선단에 설치되어 파일의 인발저항력과 압축저항력을 선행기술들보다 더 향상시킬 수 있는 파일선단부재와 이를 이용한 연약지반용 파일 설치 구조를 제공함에 그 목적이 있다.

전술한 과제 해결을 위해, 본 발명은 『하단부에 수나사산이 형성된 파일; 상기 파일 하단에 나사결합된 고정너트; 상기 파일에 끼워져 상기 고정너트 위에 거치된 파일선단부재; 및 상면에서 하면으로 수렴하는 형상으로 구성되고 중앙에 종방향 통공이 형성되어 있으며, 상기 통공에 상기 파일이 끼워져 상기 파일선단부재 위에 거치된 삽입소켓; 을 포함하여 구성되고, 상기 파일선단부재는 원통형 케이싱; 및 상기 케이싱에서 상방향으로 2갈래 이상 분절되어 이어져, 외력에 의해 상방향으로 확공되는 형태로 벌어지도록 구성된 인장저항부; 를 포함하여 구성되며, 중앙에 통공이 형성된 도넛형의 타격부재를 상기 파일에 끼워 상기 삽입소켓에 타격을 가함으로써, 상기 삽입소켓을 하방향으로 이동시킴에 따라 상기 파일선단부재의 인장저항부가 상방으로 벌어지도록 구성된 것을 특징으로 하는 연약지반용 파일 설치 구조』를 제공한다.

삭제

또한, 본 발명은 『하단부에 수나사산이 형성된 파일; 넓은 면이 하향하는 상태로 상기 파일 하단에 나사결합된 콘너트; 상기 파일에 끼워져 상기 콘너트 위에 거치된 파일선단부재; 및 상면에서 하면으로 수렴하는 형상으로 구성되고, 중앙에 종방향 통공이 형성되어 있으며, 상기 통공에 상기 파일이 끼워져 상기 파일선단부재 위에 거치된 삽입소켓; 을 포함하여 구성되고, 상기 파일선단부재는 원통형 케이싱; 상기 케이싱에서 상방향으로 2갈래 이상 분절되어 이어져, 외력에 의해 상방향으로 확공되는 형태로 벌어지도록 구성된 인장저항부; 및 상기 케이싱에서 하방향으로 2갈래 이상 분절되어 이어져, 외력에 의해 하방향으로 확공되는 형태로 벌어지도록 구성된 압축저항부; 를 포함하여 구성되며, 중앙에 통공이 형성된 도넛형의 타격부재를 상기 파일에 끼워 상기 삽입소켓에 타격을 가함으로써, 상기 삽입소켓을 하방향으로 이동시킴에 따라, 상기 파일선단부재의 인장저항부가 상방으로 벌어지고, 상기 파일선단부재의 압축저항부가 하방으로 벌어지도록 구성된 것을 특징으로 하는 연약지반용 파일 설치 구조』를 함께 제공한다.

등록특허 10-1437060의 기초구조물과 등록특허 10-1193948의 앵커핀은 아래 [참고도 7]의 (a)와 같이 인장력이 작용하는 방향으로 수렴하는 형상으로 구성된 것으로서 인발력에 대한 저항이 크지 않으나, 본 발명 파일선단부재의 인장저항부는 아래 [참고도 7]의 (b)와 같이 인장력 작용 방향의 반대방향으로 수렴하는 형상으로 벌어지므로 인발력에 대한 저항이 상당히 크게 향상된다. 본 발명은 한번 박히면 빠져 나오지 못하는 미늘창, 낚시바늘 등의 형태적 특징을 파일선단부재에 접목한 것이라 할 수 있다.

[참고도 7]

또한, 본 발명은 파일선단부재에 압축저항부를 추가로 구성하여, 아래 [참고도 8]에 도시된 바와 같이 상부의 하중에 대한 지지력을 강화시킬 수 있다.

[참고도 8]

[도 1]은 인장저항부가 구비된 파일선단부재의 일 실시예(a) 및 파일과 고정너트의 결합상태(b)를 도시한 것이다.
[도 2]는 파일에 [도 1]의 파일선단부재가 끼워져 설치된 상태(a) 및 인장저항부가 벌어진 상태(b)를 도시한 것이다.
[도 3]은 인장저항부 및 압축저항부가 함께 구비된 파일선단부재의 일 실시예(a) 및 파일과 콘너트의 결합상태(b)를 도시한 것이다.
[도 4]는 파일에 [도 3]의 파일선단부재가 끼워져 설치된 상태(a) 및 인장저항부 및 압축저항부가 벌어진 상태(b)를 도시한 것이다.
[도 5]는 [도 4] (b)의 사시도이다.

본 발명은 [도 1]에 도시된 바와 같이 원통형의 케이싱(11); 상기 케이싱(11)에서 상방향으로 2갈래 이상 분절되어 이어져 외력에 의해 상방향으로 확공되는 형태로 벌어지도록 구성된 인장저항부(12); 를 포함하여 구성된 파일선단부재(10)를 제공한다.

위와 같은 파일선단부재(10)는 [도 2]에 도시된 바와 같이 파일(20)과 함께 설치된다.

상기 파일(20)은 하단부에 수나사산(21)이 형성된 것으로서, 철근, 강봉, 강관 등을 적용할 수 있다.

상기 파일(20)의 하단에는 고정너트(30)를 나사결합시킨다. 상기 고정너트(30)는 상기 케이싱(11)의 직경보다 큰 직경을 갖도록 구성하여 상기 파일선단부재(10)가 상기 파일(20)에 끼워져 상기 고정너트(30) 위에 거치되도록 할 수 있다. 또한, 파일선단부재(10)는 상기 케이싱(11)의 하면을 덮고 중앙에 상기 파일(20)이 지나갈 통공이 형성된 바닥판을 구성함에 의해서도 상기 고정너트(30)위에 거치되도록 할 수 있다.

상기 고정너트(30)로 콘너트(50)를 적용하는 경우에는 상기 파일선단부재(10)에 위와 같은 바닥판이 구비되도록 함이 바람직하다.

상기 파일선단부재(10)는 상기 고정너트(30) 위에 거치되며, 상면에서 하면으로 수렴하는 형상으로 구성되고 중앙에 종방향 통공이 형성된 삽입소켓(40)이 상기 파일(20)에 끼워지고(상기 통공을 통해 파일이 끼워짐) 상기 삽입소켓(40)이 상기 파일선단부재(10) 위에 거치된다.

상기 파일(20), 파일선단부재(10), 고정너트(30) 및 삽입소켓(40)을 전술한 같이 셋팅한 상태로 연약지반의 천공홀에 삽입한 후 상기 삽입소켓(40)을 하방향으로 이동시킴에 따라 상기 삽입소켓(40)은 상기 파일선단부재(10)의 인장저항부(12) 안쪽으로 삽입되고, 이에 따라 상기 인장저항부(12)가 [도 2]의 (b)에 도시된 바와 같이 상방향으로 확공되는 형태로 벌어진다. 상기 삽입소켓(40)은 타격 등에 의해 하방향으로 이동시킬 수 있으며, 중앙에 통공이 형성된 도넛형의 타격부재(60)를 이용하여 타격을 가할 수 있다.

상기 삽입소켓(40)은 하면이 좁고 상면으로 갈수록 넓어지도록 구성된 것(즉, 콘너트를 역립시킨 형상)이므로 상기 케이싱(11)에서 상방향으로 2갈래 이상으로 분절된 인장저항부(12)쪽으로 이동할수록 상기 인장저항부(12)가 벌어지게 되는 것인데, 이와 같은 작용은 연약지반 내에서만 이루어질 수 있으며, 암반 지반 등에서는 불가능하다.

[도 2]의 (b)에 도시된 바와 같이 상기 인장저항부(12)가 상방으로 벌어진 상태에서는 상기 인장저항부(12)가 벌어진 범위만큼 구근이 형성된 것과 같은 작용 또는 지반 내에 뿌리를 내린 것과 같은 작용을 하여 파일을 인발하는 힘에 대한 저항력이 커진다.

또한, 본 발명은 [도 3]에 도시된 바와 같이 상기 케이싱(11)에서 하방향으로 2갈래 이상 분절되어 이어진 압축저항부(13); 를 더 포함하여 구성된 파일선단부재(10)를 함께 제공한다. 이와 같은 파일선단부재(10)는 상기 압축저항부가(13) 없이 인장저항부(12)만 있는 전술한 파일선단부재(10) 2개의 케이싱 하단을 맞댄 상태로 결합시켜 제작할 수 있다.

상기 파일선단부재(10)의 케이싱(11) 외주연에는 보강리브(14)를 형성시켜 지반과의 마찰력을 증대시킬 수 있는데, 상기 케이싱(11) 하단을 커버하는 바닥판(15)이 구비된 파일선단부재(10) 2개를 맞대어 결합시키면, 상기 바닥판(15)이 곧 상기 보강리브(14)가 된다.

위와 같은 파일선단부재(10) 역시 [도 4]에 도시된 바와 같이 파일(20)과 함께 설치된다.

상기 파일(20)은 전술한 바와 같다.

상기 파일(20)의 하단에는 콘너트(50)를 나사결합시킨다. 상기 압축저항부(13) 없이 인장저항부(12)만 형성된 파일선단부재를 설치할 때에는 상기 콘너트를 선택적으로 적용할 수 있으나, 상기 압축저항부(13)가 형성된 파일선단부재 설치시에는 필수적으로 상기 파일 하단에 콘너트(50)를 나사결합시켜야 한다.

상기 압축저항부(13)가 형성된 파일선단부재(10)는 상기 콘너트(50) 위에 거치되며, 상면에서 하면으로 수렴하는 형상으로 구성되고 중앙에 종방향 통공이 형성된 삽입소켓(40)이 상기 파일(20)에 끼워지고(상기 통공을 통해 파일이 끼워짐) 상기 삽입소켓(40)이 상기 상기 파일선단부재(10)의 인장저항부(12) 위에 거치된다.

상기 파일(20), 파일선단부재(20), 콘너트(50) 및 삽입소켓(40)을 위와 같이 셋팅한 상태로 연약지반의 천공홀에 삽입한 후 상기 삽입소켓(40)을 하방향으로 이동시킴에 따라 상기 파일선단부재(10)의 인장저항부(12)는 상방향으로 확공하는 형태로 벌어지고, 상기 압축저항부(13)는 하방향으로 확공하는 형태로 벌어진다. 상기 삽입소켓(40)은 타격 등에 의해 하방향으로 이동시킬 수 있으며, 중앙에 통공이 형성된 도넛형의 타격부재(60)로 타격을 가할 수 있다.

상기 인장저항부(12)가 벌어지는 과정은 전술한 바와 같으며, 상기 파일 하부에 결합된 콘너트(40)는 하면이 넓고 상면으로 갈수록 좁아지도록 구성된 것이므로 상기 삽입소켓(40)의 하방향 이동에 따른 연쇄작용으로 상기 케이싱(11)도 하방으로 이동하고 이에 따라 상기 압축저항부(13)가 상기 콘너트(50)의 경사면을 따라 벌어지게 되는 것이다. 이러한 작용 역시 연약지반 내에서만 이루어질 수 있다.

[도 4]의 (b)에 도시된 바와 같이 상기 인장저항부(12)가 상방으로 벌어지고, 상기 압축저항부(13)가 하방으로 벌어진 상태에서는 상기 인장저항부(12)가 벌어진 범위만큼 구근이 형성된 것과 같은 작용을 하여 파일을 인발하는 힘에 대한 저항력이 커지고, 상기 압축저항부(13)가 벌어진 범위만큼 파일의 기저면이 넓어진 것과 같은 작용을 하여 파일(10) 상부 구조물 하중에 의한 압축력에 대한 저항력이 커지게 된다.

10 : 파일선단부재 11 : 케이싱
12 : 인장저항부 13 : 압축저항부
14 : 보강리브 15 : 바닥판
20 : 파일 21 : 수나사산
30 : 고정너트 40 : 삽입소켓
50 : 콘너트 60 : 타격부재

Claims

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하단부에 수나사산이 형성된 파일;
넓은 면이 하향하는 상태로 상기 파일 하단에 나사결합된 콘너트;
상기 파일에 끼워져 상기 콘너트 위에 거치된 파일선단부재; 및
상면에서 하면으로 수렴하는 형상으로 구성되고, 중앙에 종방향 통공이 형성되어 있으며, 상기 통공에 상기 파일이 끼워져 상기 파일선단부재 위에 거치된 삽입소켓; 을 포함하여 구성되고,
상기 파일선단부재는 원통형 케이싱; 상기 케이싱에서 상방향으로 2갈래 이상 분절되어 이어져, 외력에 의해 상방향으로 확공되는 형태로 벌어지도록 구성된 인장저항부; 및 상기 케이싱에서 하방향으로 2갈래 이상 분절되어 이어져, 외력에 의해 하방향으로 확공되는 형태로 벌어지도록 구성된 압축저항부; 를 포함하여 구성되며,
중앙에 통공이 형성된 도넛형의 타격부재를 상기 파일에 끼워 상기 삽입소켓에 타격을 가함으로써, 상기 삽입소켓을 하방향으로 이동시킴에 따라, 상기 파일선단부재의 인장저항부가 상방으로 벌어지고, 상기 파일선단부재의 압축저항부가 하방으로 벌어지도록 구성된 것을 특징으로 하는 연약지반용 파일 설치 구조.
제3항에서,
상기 파일선단부재는 상기 케이싱의 외주연에 형성된 보강리브; 를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 연약지반용 파일 설치 구조.
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