KR101845870B1 - 중공 내부의 강관 설치에 의한 phc 말뚝의 보강구조 및 이를 구비한 phc 말뚝과 그 시공방법 - Google Patents

중공 내부의 강관 설치에 의한 phc 말뚝의 보강구조 및 이를 구비한 phc 말뚝과 그 시공방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, PHC 말뚝의 시공현장에서 PHC 말뚝의 중공(中空) 내에 보강강관을 배치하여 PHC 말뚝과 일체화시킴으로써, 현장에서 신속하게 필요한 정도로 PHC 말뚝에 대한 휨내력과 전단내력을 증대시킬 수 있는 기술로서, "중공 내부의 강관 설치에 의한 PHC 말뚝의 상부를 보강하는 구조와, 현장에서 PHC 말뚝의 상부를 보강하면서 PHC 말뚝을 시공하는 방법과, 이러한 보강구조를 가지는 PHC 말뚝"에 관한 것이다.

Description

중공 내부의 강관 설치에 의한 PHC 말뚝의 보강구조 및 이를 구비한 PHC 말뚝과 그 시공방법{Reinforcement Structure and Method of PHC Pile, and PHC Pile having such Reinforcement Structure}
본 발명은 현장에서 신속하게 필요한 정도로 PHC 말뚝(Prestressed High Strength Concrete Pile)의 상부에 대한 휨내력과 전단내력을 증대시킬 수 있는 기술에 관한 것으로서, 구체적으로는 PHC 말뚝의 시공현장에서 PHC 말뚝의 중공(中空) 내에 보강용 강관("보강강관")을 배치하여 PHC 말뚝과 일체화시킴으로써, PHC 말뚝의 상부를 보강하는 구조와, 현장에서 PHC 말뚝의 상부를 보강하면서 PHC 말뚝을 시공하는 방법과, 이러한 보강구조를 가지는 PHC 말뚝에 관한 것이다.
일반적으로 말뚝에는 축력과 수평력과 휨모멘트 등이 작용한다. 말뚝이 연장되는 방향으로 중공(中空)이 형성되어 있는 PHC 말뚝은, 강관말뚝에 비하여 가격이 저렴하고, 축력에 대해 저항하는 압축내력이 크기 때문에 압축력이 주하중인 구조물 기초에서 주로 이용되고 있다.
휨모멘트에 대해 저항하는 능력에 해당하는 PHC 말뚝의 휨내력은 PHC 말뚝의 직경과 프리스트레스량에 따라 결정되는데, 현재에는 정해진 프리스트레스량을 가지는 몇 가지의 규격품으로 PHC 말뚝이 생산되고 있다. 따라서 현장에서는 말뚝에 작용하는 휨모멘트 크기에 맞추어서, 규격 생산된 PHC 말뚝 중에서 상대적으로 프리스트레스량이 큰 것을 선택하여 사용하게 된다.
한편, 말뚝에 작용하는 휨모멘트가 크면 수평력도 큰 것이 일반적이다. 큰 수평력에 저항하려면 PHC 말뚝의 전단내력도 커야 되는데, 현재 규격화되어 생산되는 종래의 PHC 말뚝은 전단철근을 따로 배근하고 있지 않으므로 콘크리트만으로 수평력에 저항할 수밖에 없다. 규격화되어 생산되고 있는 PHC 말뚝의 경우, 직경이 동일하면 동일한 전단내력을 가지게 되므로, 말뚝에 작용하는 수평력이 클 경우에는, 부득이 규격화된 PHC 말뚝 중에서 직경이 큰(단면적이 큰) PHC 말뚝을 사용할 수밖에 없어서 경제성이 낮아지는 문제점이 있다. 이를 해결하는 방법으로 PHC 말뚝을 제작할 때 전단철근을 배치하여 전단내력을 키우는 방법이 있지만 이는 전단철근 배근에 따른 작업이 번거롭고, 생산 및 재고 관리 등이 어렵기 때문에 여전히 전단철근을 배근하고 있지 않은 채 규격화된 PHC 말뚝이 제작되고 있는 실정이다.
한편, 위와 같은 PHC 말뚝의 부족한 휨내력 및 전단내력의 문제를 해결하기 위하여, 종래에는 연직방향으로 상부에는 강관말뚝을 배치하고 그 하부에는 PHC 말뚝을 배치한 복합말뚝이 제시되고 있다. 대한민국 공개특허 제10-2014-0143013호에는 이러한 종래기술에 의한 복합말뚝의 일예가 개시되어 있다. 그런데 이와 같이 "상부-강관말뚝/하부-PHC 말뚝"의 구조를 가지는 복합말뚝에서는 상부에 위치하는 강관말뚝이 하부의 PHC 말뚝과 동일한 직경을 가지게 되므로, 큰 축력에 대응하기 위하여 PHC 말뚝의 압축내력을 증가시키기 위하여 큰 직경의 PHC 말뚝을 선택하여 사용할 경우, 강관말뚝의 직경도 함께 증가되어 고가(高價)의 강관말뚝 사용으로 인한 경제성이 크게 저하되는 단점이 있다.
또한 PHC 말뚝의 상단에 강관말뚝을 연결하려면 복잡한 구성의 연결철물을 설치해야 하며, 이는 결국 경제성 저하는 물론이고 시공상의 번거로움을 야기하여 현장에서의 적용이 매우 어렵다는 단점이 있다.
특히, 상부에 위치하는 강관말뚝의 외면이 직접 지반 토사와 접한 상태로 존재하게 되어 강관말뚝의 부식(腐蝕)을 피할 수 없으므로, 이와 같은 부식에 의한 단면결손을 감안하여 강관말뚝의 두께를 증가시킬 수밖에 없으며, 그로 인하여 강관말뚝의 가격이 증가하게 되고 경제성이 크게 낮아지는 문제점이 있다.
대한민국 공개특허공보 제10-2014-0143013호(2014. 12. 15. 공개).
본 발명은 위와 같은 종래 기술의 한계를 극복하기 위하여 개발된 것으로서, 보강강관을 PHC 말뚝과 일체로 합성시켜서 PHC 말뚝의 휨내력과 전단내력을 증가시키되 현장 상황에 맞추어서 신속하고 용이하게 적용할 수 있으며, 더 나아가 보강강관이 지반 토사와 직접 접촉하지 않도록 함으로써 보강강관의 부식 위험을 낮추어서 보강강관의 두께 증가 방지하고, 그에 따라 보강강관에 소요되는 비용을 절감하여 경제적인 시공이 이루어질 수 있도록 하는 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.
위와 같은 과제를 달성하기 위하여 본 발명에서는, 지중에 PHC 말뚝을 설치하고; PHC 말뚝의 중공 내에 보강강관을 위치시키되, PHC 말뚝의 중공 내면과 보강강관의 외면 사이에 간격이 존재하도록 보강강관을 위치시키고; PHC 말뚝의 중공 내면과 보강강관의 외면 사이의 공간에 충진결합재를 타설하여 경화시켜서 PHC 말뚝과 보강강관을 일체로 결합함으로써, 휨내력과 전단내력이 보강된 상태의 PHC 말뚝이 시공되도록 하는 것을 특징으로 하는 PHC 말뚝의 시공방법이 제공된다.
또한 본 발명에서는 상기한 목적을 달성하기 위하여 지중에 설치된 PHC 말뚝의 보강구조로서, PHC 말뚝의 중공 내면과 보강강관의 외면 사이에 간격이 존재하도록 PHC 말뚝의 중공 내에 보강강관이 삽입되어 위치하고 있고; PHC 말뚝의 중공 내면과 보강강관의 외면 사이의 공간에는 충진결합재가 타설되어 경화됨으로써, PHC 말뚝과 보강강관이 일체로 결합되어 있어서, 보강강관과 충진결합재에 의해 휨내력과 전단내력이 보강되어 있는 것을 특징으로 PHC 말뚝의 보강구조가 제공된다.
더 나아가, 본 발명에서는 상기한 목적을 달성하기 위하여, 위와 같은 보강구조를 가지면서 지중에 설치된 PHC 말뚝으로서, PHC 말뚝의 중공 내면과 보강강관의 외면 사이에 간격이 존재하도록 PHC 말뚝의 중공 내에 보강강관이 삽입되어 위치하고 있고; PHC 말뚝의 중공 내면과 보강강관의 외면 사이의 공간에는 충진결합재가 타설되어 경화됨으로써, PHC 말뚝과 보강강관이 일체로 결합되어 있어서, 보강강관과 충진결합재에 의해 휨내력과 전단내력이 보강되어 있는 구성을 가지는 것을 특징으로 PHC 말뚝이 제공된다.
상기한 본 발명의 시공방법, 보강구조 및 이를 구비한 PHC 말뚝에 있어서, 보강강관의 연직길이는 PHC 말뚝의 연직길이 보다 작으며; PHC 말뚝의 중공 내에 보강강관을 삽입하였을 때, 보강강관은 PHC 말뚝의 상단에서부터 보강강관의 연직길이에 해당하는 구간까지만 PHC 말뚝의 중공 내에 위치한 상태에서 PHC 말뚝의 중공 내면과 보강강관의 외면 사이의 공간에 충진결합재가 채워져 경화됨으로써, 보강강관과 PHC 말뚝을 일체로 합성되는 구성을 가질 수 있으며, 이 경우 보강강관의 상단에 걸림부재를 설치하여, 보강강관을 PHC 말뚝의 중공 내부에 삽입하였을 때 걸림부재가 PHC 말뚝의 상단에 걸쳐지게 하여 보강강관이 PHC 말뚝의 중공 내에 위치되도록 하며; 보강강관의 하단에는 플랜지 형태의 차단판을 설치하여, 차단판에 의해 충진결합재의 누출이 방지된 상태로 차단판의 위쪽으로 PHC 말뚝의 중공 내면과 보강강관의 외면 사이의 공간에 충진결합재를 채워서 경화시킬 수 있다.
또한 상기한 본 발명의 시공방법, 보강구조 및 이를 구비한 PHC 말뚝에 있어서, 충진결합재를 타설할 때, 보강강관의 내부 공간에도 충진결합재를 채워서 경화시킬 수 있으며. 더 나아가, PHC 말뚝의 상부에 형성될 확대기초에 매립될 연결철근망이 구비된 형태로 PHC 말뚝을 시공하되, 연결철근망의 하부가, PHC 말뚝의 중공 내면과 보강강관의 외면 사이의 공간에 위치하도록 배치된 상태에서, 충진결합재를 PHC 말뚝의 중공 내면과 보강강관의 외면 사이의 공간에 타설하여 연결철근망의 하부가 충진결합재에 매립되어 고정되어 있도록 할 수도 있다.
본 발명에서는, 현장에서 PHC 말뚝 내부에 보강강관을 삽입 배치하고 충진결합재를 타설함으로써, PHC 말뚝의 휨내력과 전단내력을 크게 증대시킬 수 있으며, 규격화된 PHC 말뚝에 대해서도, 현장에서 매우 용이하게 필요한 정도의 휨내력과 전단내력을 가지도록 보강하여 사용할 수 있게 되어 PHC 말뚝의 휨내력 및 전단내력 향상에 소요되는 비용을 절감할 수 있게 되는 효과가 발휘된다.
또한 본 발명에서는 PHC 말뚝의 중공 직경보다 작은 단면크기를 가지는 보강강관을 이용하므로, 종래 기술보다 작은 단면크기의 보강강관을 이용할 수 있게 되어 그만큼 보강강관을 위하여 소요되는 재료비 등의 경비를 크게 절감할 수 있게 되고, PHC 말뚝과 보강강관의 일체화를 위하여 복잡한 연결철물 등을 사용하지 않으므로, 그만큼 시공효율이 우수하여 시공경제성을 크게 향상시킬 수 있게 되는 효과가 발휘된다.
더 나아가, 본 발명에서는 보강강관이 PHC 말뚝의 중공 내부에 위치하여 보강강관이 직접 지반 토사와 접하는 것이 원천적으로 차단되어 부식발생을 최소화시킬 수 있게 되므로, 부식으로 인한 단면결손을 감안하여 보강강관의 두께를 증가시키지 않아도 되어 재료비의 절감 및 시공경제성 향상의 효과를 발휘하게 된다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 PHC 말뚝 시공방법의 각 단계를 순차적으로 보여주는 개략적인 단면도이다.
도 2는 본 발명에 이용되는 보강강관의 다양한 실시예를 보여주는 개략적인 반단면 사시도이다.
도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 PHC 말뚝 시공방법의 각 단계를 순차적으로 보여주는 개략적인 단면도이다.
도 4은 본 발명의 제3실시예에 따른 PHC 말뚝 시공방법에서, PHC 말뚝의 중공 내부로 보강강관이 삽입되는 것을 보여주는 개략적인 사시도이다.
도 5는 본 발명의 제3실시예에 따른 PHC 말뚝 시공방법의 각 단계를 순차적으로 보여주는 개략적인 단면도이다.
도 6는 상,하로 배치되는 2개의 PHC 말뚝을 이음장치에 의해 연결하고, 연결철근망을 배치한 상태에서 확대기초가 시공된 상태를 보여주는 개략적인 단면도이다.
도 7은 도 6에 도시된 이음장치에 의해 상,하 PHC 말뚝이 연결되는 것을 보여주는 개략적인 분해 사시도이다.
도 8은 복수개의 유닛에 의해 도 7에 도시된 이음장치를 이루는 예를 보여주는 개략적인 분해 사시도이다.
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 발명의 제1실시예에 따른 PHC 말뚝 시공방법의 각 단계를 순차적으로 보여주는 개략적인 단면도가 도시되어 있다. 도면에 도시된 것처럼, 본 발명에 따른 PHC 말뚝 시공방법은, 도 1의 (a)에 도시된 것처럼 지중에 PHC 말뚝(1)을 설치한 후, 도 1의 (b) 및 (c)에 도시된 것처럼 PHC 말뚝(1)의 중공 내에 보강강관(補强鋼管)(2)을 위치시키고, 도 1의 (d)에 도시된 것처럼 PHC 말뚝(1)의 중공 내면과 보강강관(2)의 외면 사이의 공간에 콘크리트 등의 충진결합재(3)를 타설하는 과정을 포함한다.
PHC 말뚝(1)을 지중에 설치하는 작업은, 지중에 미리 PHC 말뚝 삽입공을 천공하여 삽입공 내에 PHC 말뚝(1)을 삽입 배치할 수도 있지만, 직접 PHC 말뚝(1)을 항타하여 PHC 말뚝(1)이 지중에 관입 배치되도록 할 수도 있다. 보강강관(2)은 강재로 이루어진 관형태의 부재로서 그 단면은 원형에 한정되지 않으며 타원형, 다각형 등의 단면을 가질 수도 있다. 이러한 보강강관(2)은 도 1의 (b)에 도시된 것처럼 PHC 말뚝(1)의 중공 내에서 그 중앙에 연직하게 삽입배치되는데, 보강강관(2)의 단면 크기는 PHC 말뚝(1)의 중공 단면 크기보다 작으므로, 보강강관(2)이 PHC 말뚝(1)의 중공 내에 위치한 상태에서는 도 1의 (c)에 도시된 것처럼 PHC 말뚝(1)의 중공 내면과 보강강관(2)의 외면 사이에 공간이 존재하게 된다. PHC 말뚝(1)의 중공 내에 위와 같이 보강강관(2)이 배치된 상태에서 도 1의 (d)에 도시된 것처럼 PHC 말뚝(1)의 중공 내면과 보강강관(2)의 외면 사이의 공간에 콘크리트 등의 충진결합재(3)를 타설하여 채우고 경화시킴으로써, 보강강관(2)과 PHC 말뚝(1)이 일체화되도록 한다. 도면에서 도면부호 11은 PHC 말뚝(1) 내에 배치되는 긴장재(11)이다.
이와 같은 과정은 PHC 말뚝(1)의 시공현장에서 수행되는 것으로서, PHC 말뚝(1) 설치 후, 설계에 의해 정해진 단면크기와 두께를 가지는 보강강관(2)을 정하여 중공 내 배치, 및 충진결합재(3)의 타설 경화작업이 진행되는 매우 간단한 작업으로 이루어져 있으므로, 현장에서 필요에 맞추어서 신속하고 용이하게 수행할 수 있게 된다.
이러한 본 발명의 PHC 말뚝 시공방법에 의해 시공된 PHC 말뚝은, 중공 내부에 보강강관(2)이 배치되어 충진결합재(3)에 의해 일체화된 보강구조를 가지고 있으므로, 보강강관(2)에 의해 더욱 큰 휨내력과 전단내력을 가지게 될 뿐만 아니라, 더 나아가 충진결합재(3) 및 보강강관(2)의 단면적에 의해 추가적인 압축내력의 증가와, 추가적인 휨내력 및 전단내력의 증가 효과도 가지게 된다. 따라서 규격화되어 생산되고 있는 PHC 말뚝을 이용하더라도, PHC 말뚝 자체의 직경을 증가시키지 않고서도, 필요한 휨내력과 전단내력을 가지도록 현장에서 용이하게 PHC 말뚝을 시공할 수 있게 된다. 즉, 규격화된 PHC 말뚝을 이용해서도, 원하는 휨내력과 전단내력을 가지는 형태의 PHC 말뚝을 용이하게 그리고 경제적으로 시공할 수 있게 되는 장점이 있는 것이다.
특히, 본 발명에서는 보강강관(2)이 PHC 말뚝(1)의 중공 내부에 위치하게 되며, 그에 따라 보강강관(2)이 직접 지반 토사와 접하는 것이 원천적으로 차단된다. 따라서 본 발명에서는 보강강관(2)이 지반 토사와 접하여 부식되는 현상이 발생하지 않게 되며. 그만큼 부식으로 인한 보강강관(2)의 단면결손을 예방할 수 있게 된다. 이와 같이 본 발명에서는 부식으로 인한 보강강관(2)의 단면결손을 고려할 고려하지 않아도 되므로, 보강강관(2)의 단면을 과도하게 증가시킬 필요가 없으며, 그만큼 보강강관(2)의 두께를 줄일 수 있게 되어 경제성을 더욱 향상시킬 수 있게 되는 장점이 있다.
도 2에는 본 발명에 이용되는 보강강관(2)의 다양한 실시예를 보여주는 개략적인 반단면 사시도가 도시되어 있다. 본 발명에 이용되는 보강강관(2)은 도 2의 (a)에 도시된 것처럼 평평한 외면을 가지는 단순한 형태의 강관부재로 이루어질 수도 있지만, 충진결합재(3)와의 더욱 견고한 일체 결합을 위하여, 도 2의 (b)에 도시된 것처럼 충진결합재(3)에 매립되는 돌출부재(21)가 그 외면에 복수개로 일체 구비된 형태를 가질 수도 있으며, 도 2의 (c)에 도시된 것처럼 외면에 주름이 형성되어 있는 파형강관부재로 이루어질 수도 있다. 그 외에도 보강강관(2)의 외면을 거친 면으로 형성하거나 기타 도면에 도시되지 않은 다양한 형태를 이용하여 보강강관(2)과 충진결합재(3)의 더욱 견고한 일체화를 도모할 수 있다.
한편, 본 발명에서 충진결합재(3)은, PHC 말뚝(1)의 중공 내면과 보강강관(2)의 외면 사이의 공간뿐만 아니라 보강강관(2)의 내부 공간에도 타설되어 채워질 수도 있다. 도 3에는 보강강관(2)의 내부 공간에도 충진결합재(3)를 타설하게 되는 본 발명의 제2실시예에 따른 PHC 말뚝 시공방법의 각 단계를 순차적으로 보여주는 개략적인 단면도가 도시되어 있다. 도 3의 (a) 내지 (c)는 각각 도 1의 (a) 내지 (c)와 동일한 것으로서, 본 발명의 제2실시예에 따른 PHC 말뚝 시공방법에서도, 지중에 PHC 말뚝(1)을 설치하고 PHC 말뚝(1)의 중공 내에 보강강관(2)을 위치시킨다. 후속하여 충진결합재(3)를 타설할 때, PHC 말뚝(1)의 중공 내면과 보강강관(2)의 외면 사이의 공간뿐만 아니라 도 3의 (d)에 도시된 것처럼 보강강관(2)의 내부 공간에도 충진결합재(3)를 타설하여 채우게 된다. 이러한 본 발명의 제2실시예에 따른 PHC 말뚝 시공방법에 의한 보강구조를 가지도록 시공된 PHC 말뚝의 경우, 휨내력 및 전단내력이 더욱 향상되는 효과가 발휘될 뿐만 아니라, 축력에 저항하는 압축내력 역시 크게 증가되는 효과가 발휘된다. 기타 우수한 효과는 도 1을 참조하여 설명한 제1실시예의 경우와 동일하다.
이와 같이, PHC 말뚝(1)의 중공 내면과 보강강관(2)의 외면 사이의 공간, 그리고 필요한 경우에는 보강강관(2)의 내부 공간에도 충진결합재(3)를 타설함에 있어서, 충진결합재(3)가 PHC 말뚝의 하단에서 누출되는 것을 방지하도록, PHC 말뚝(1)을 지중에 시공할 때 미리 PHC 말뚝(1)의 하단면을 차단하는 단부판(10)을 설치해두는 것도 바람직하다. 즉, 단부판(10)을 PHC 말뚝(1)의 하단면에 설치한 상태에서 PHC 말뚝(1)을 항타하여 시공하거나 지중의 삽입공 내에 PHC 말뚝(1)을 배치하는 것이다. 물론 미리 삽입공 내에 단부판(10)을 배치한 후, 그 위쪽으로 PHC 말뚝(1)을 삽입배치할 수도 있다.
한편, PHC 말뚝(1)의 중공 내에 보강강관(2)을 삽입 배치함에 있어서, PHC 말뚝(1)의 연직길이 전체에 대해 보강강관(2)이 존재하게 만들 수도 있지만, 휨모멘트와 수평력이 가장 크게 작용하는 상부의 일부 구간에만 보강강관(2)이 PHC 말뚝(1)과 합성된 상태로 존재하게 할 수도 있다. 도 4에는 보강강관(2)이 PHC 말뚝(1)의 상부 일부 구간에만 배치되도록 하는 본 발명의 제3실시예에 따른 PHC 말뚝 시공방법에서, PHC 말뚝(1)의 중공 내부로 보강강관(2)이 삽입되는 것을 보여주는 개략적인 사시도가 도시되어 있고, 도 5에는 본 발명의 제3실시예에 따른 PHC 말뚝 시공방법의 각 단계를 순차적으로 보여주는 개략적인 단면도가 도시되어 있다.
본 발명의 제3실시예에 따른 PHC 말뚝 시공방법에서도, 지중에 설치된 PHC 말뚝(1)의 중공 내에 보강강관(2)을 위치시키는데, 보강강관(2)은 PHC 말뚝(1)의 상부 일부 구간에만 배치되도록 PHC 말뚝(1)의 연직길이 보다 짧은 연직길이를 가지며, 따라서 지중에 PHC 말뚝(1)이 설치된 상태에서, 도 4 및 도 5의 (a)에 도시된 것처럼 PHC 말뚝(1)의 중공 내에 보강강관(2)을 삽입하여, 도 5의 (b)에 도시된 것처럼 보강강관(2)이 PHC 말뚝(1)의 상단에서부터 일정 구간까지 PHC 말뚝(1)의 중공 내에 위치한 상태에서, 도 5의 (c)에 도시된 것처럼 PHC 말뚝(1)의 중공 내면과 보강강관(2)의 외면 사이의 공간에 충진결합재(3)를 채워서 경화시킴으로써, 보강강관(2)과 PHC 말뚝(1)을 일체로 합성한다. 이와 같은 구성에 의하면, 수평력과 휨모멘트가 크게 작용하는 상부 부분에만 효율적으로 보강강관을 배치하여 보강할 수 있게 되므로, 경제성이 향상되는 효과가 발휘된다. 본 발명에서는 도면에 도시된 것처럼 보강강관(2)의 상단에 PHC 말뚝(1)에 걸쳐질 수 있는 걸림부재(22)를 설치할 수 있다. 걸림부재(22)가 구비되면 보강강관(2)을 PHC 말뚝(1)의 중공 내부에 삽입하였을 때 걸림부재(22)가 PHC 말뚝(1)의 상단에 걸쳐지게 되어, 보강강관(2)을 PHC 말뚝(1)의 상단에서부터 일정 구간까지 PHC 말뚝(1)의 중공 내에 위치시키는 작업을 매우 용이하게 수행할 수 있게 된다.
보강강관(2)의 하단에는, PHC 말뚝(1)의 중공 내면과 보강강관(2)의 외면 사이의 공간에 채워지는 충진결합재(3)의 누출을 방지하기 위한 플랜지 형태의 차단판(23)이 구비될 수도 있다. 이 경우, 보강강관(2)을 PHC 말뚝(1)의 중공 내부에 삽입되었을 때, 차단판(23)이 PHC 말뚝(1)의 중공 내면과 보강강관(2)의 외면 사이를 차단하고 있으므로, 충진결합재(3)은 차단판(23)의 위쪽으로 보강강관(2)의 전체 길이에 걸쳐서 보강강관(2)의 외면을 덮도록 채워지며, 이 과정에서 충진결합재(3)의 누출을 효과적으로 방지할 수 있게 되는 장점이 있다.
위에서 설명한 방식으로 수평력과 휨모멘트가 크게 작용하는 상부 부분에만 보강강관을 배치하여 보강함에 있어서, PHC 말뚝의 관입 심도가 얕아서 1본의 PHC 말뚝만 지반에 설치되는 경우뿐만 아니라, PHC 말뚝의 관입 심도가 깊어서 PHC 말뚝을 2본 이상의 복수개로 지중에 시공할 때에도, 위와 같이 상부 부분만을 보강강관(2)으로 보강하는 것이 매우 유용하다.
또한 위에서 설명한 방식으로 수평력과 휨모멘트가 크게 작용하는 상부 부분에만 보강강관을 배치하여 보강함에 있어서, 보강강관(2)의 하단에서 보강강관(2)의 내부 공간을 가로막는 가림판을 설치하는 경우에는, 앞서 도 3과 관련하여 살펴본 본 발명의 제2실시예처럼, 보강강관(2)의 보강강관(2)의 내부 공간에도 충진결합재(3)를 용이하게 타설하여 채울 수 있다.
위에서 살펴본 본 발명의 다양한 실시예에 따라 PHC 말뚝을 시공함에 있어서, 확대기초와의 결합을 위하여 PHC 말뚝의 두부에 연결철근망을 배치할 수 있는데, 이 때, 연결철근망의 하단을 PHC 말뚝(1)의 중공 내면과 보강강관(2)의 외면 사이의 공간에 배치할 수도 있다. 도 6에는 상,하로 배치되는 2개의 PHC 말뚝(1)을 이음장치(200)에 의해 연결하고, 상부에 위치하는 PHC 말뚝(1)의 상단이 지면 위에 돌출된 상태에서 연결철근망(4)을 배치하고, PHC 말뚝(1)의 돌출된 상단과 연결철근망(4)이 매립되도록 콘크리트 확대기초(5)가 시공된 상태를 보여주는 개략적인 단면도가 도시되어 있다.
우선 연결철근망(4)의 배치에 대해 설명하면, 확대기초(5)와 PHC 말뚝(1)의 두부 사이에 연속되도록 연결철근망(4)을 배치함에 있어서, 도 6에 도시된 것처럼 연결철근망(4)의 하부가, PHC 말뚝(1)의 중공 내면과 보강강관(2)의 외면 사이의 간격에 위치하도록 설치하여, 연결철근망(4)의 하부가 충진결합재(3)에 매립되어 고정되도록 한다. 연결철근망(4)이 고정 설치된 상태에서, 확대기초(5)의 콘크리트를 타설하여 연결철근망(4)의 상부가 확대기초(5)에 매립되도록 한다.
이 때, 필요에 따라서는 충진결합재(3)를 전부 일시에 타설하지 않고, 분할 타설할 수도 있다. 도면에는 도시되지 않았지만, 충진결합재(3)에 매립될 연결철근망(4)의 하부의 길이만큼을 남겨둔 채로, 충진결합재(3)를 1차 타설한 후, 1차 타설된 충진결합재(3) 위쪽에 연결철근망(4)의 하단이 놓이도록 연결철근망(4)을 PHC 말뚝(1)의 중공 내면과 보강강관(2)의 외면 사이의 간격에 위치시킨 후, 연결철근망(4)의 하부가 매립되도록 충진결합재(3)를 2차 타설할 수도 있는 것이다. 이 경우, 연결철근망(4)을 PHC 말뚝(1)의 중공 내면과 보강강관(2)의 외면 사이의 간격에 위치시키는 것이 매우 용이하게 이루어질 수 있게 되는 장점이 있다.
복수개의 PHC 말뚝(1)을 연직방향으로 연속하게 시공하되, 앞서 설명한 본 발명의 제3실시예처럼 최상부에 위치하는 PHC 말뚝(1)의 상단에서부터 일부 구간에만 보강강관(2)을 배치하는 경우, PHC 말뚝(1)의 중공 내면과 보강강관(2)의 외면 사이의 공간에 채워지는 충진결합재(3)의 누출을 방지하기 위하여, 도 6에 도시된 것처럼 위,아래 PHC 말뚝(1) 사이에 중간바닥판(8)을 배치할 수 있다. 즉, 위,아래 PHC 말뚝(1) 사이에서 중공의 전부가 연통하지 못하도록 차단하거나 또는 중공의 일부가 연통하지 못하도록 차단하는 중간바닥판(8)을 배치할 수 있는 것이다. 중간바닥판(8)을 설치하는 경우, 위쪽의 PHC 말뚝(1) 중공 내에 보강강판(2)을 삽입할 때, 보강강판(2)에 걸림부재(22)를 구비하지 않더라도, 보강강판(2)이 중간바닥판(8) 위에 놓이게 되어 그 삽입 설치 위치가 쉽게 정해지는 효과가 있다. 더 나아가 중간바닥판(8)이 PHC 말뚝(1)의 중공 내면과 보강강관(2)의 외면 사이의 간격의 하부를 차단하기 때문에, 보강강관(2)의 하단에 차단판(23)을 설치하지 않더라도, PHC 말뚝(1)의 중공 내면과 보강강관(2)의 외면 사이의 공간에 채워지는 충진결합재(3)의 누출을 방지할 수 있게 된다. 따라서 보강강판(2)의 삽입 배치 및 충진결합재(3)의 타설 작업이 매우 용이하게 이루어질 수 있게 되는 장점이 있다. 그러나 본 발명에서 중간바닥판(8)은 생략될 수도 있다.
한편, 도 6에 도시된 실시예의 경우에는 상,하로 배치되는 2개의 PHC 말뚝(1)을 이음장치(200)에 의해 연결되는데, 도 7에는 이음장치(200)에 의해 상,하 PHC 말뚝(1)이 연결되는 것을 보여주는 개략적인 분해 사시도가 도시되어 있다. 도면에 도시된 이음장치(200)는, 상,하 PHC 말뚝(1)의 단면 형상에 대응되는 형상을 가지며 소정의 연직 높이를 가지는 링 형태의 부재로서, 말뚝 중심을 향하여 오목하게 함몰되어 있는 오목부(201)가 이음장치(200)의 원주를 따라 간격을 두고 복수개로 형성되어 있는 형상을 가지고 있다. 오목부(201)가 형성됨으로 인하여 이음장치(200)의 말뚝 중심 방향의 내면에는 볼록하게 튀어나오는 볼록부(202)가 형성되는데, 볼록부의 위에서 내려다본 평면형상은, 말뚝 중심으로 갈수록 좁아지는 사다리꼴 형태가 될 수 있으며, 이러한 사다리꼴 형태의 볼록부(202)의 상,하면은 막혀 있다. 막혀있는 상,하면에는 각각 볼트가 삽입될 수 있는 관통공(203)이 형성되어 있다.
이러한 이음장치(200)는 상,하 PHC 말뚝(1)에 배치되며, 볼트(204)가 볼록부(202)의 상,하면 각각에서 관통공(203)에 관통삽입된 후 상,하 PHC 말뚝(1)의 단부면에 나사결합됨으로써, 이음장치(200)의 상,하면이 각각 상,하 PHC 말뚝(1)과 결합되고, 그에 따라 상,하 PHC 말뚝(1)이 일체화된다. 위에서 설명한 바와 같이 복수개의 볼록부(202)를 가지는 이음장치(200)를 구성함에 있어서, 한개 또는 복수개의 볼록부(202)를 하나의 유닛으로 만들고, 이러한 복수개의 유닛을 원주방향으로 연속배치하여 이음장치(200)가 되도록 할 수도 있다. 도 8에는 이러한 복수개의 유닛에 의해 이음장치(200)를 이루는 예를 보여주는 개략적인 분해 사시도가 도시되어 있는데, 도 8의 (a)에 도시된 것처럼, 볼록부(202)를 하나씩 개별적인 유닛으로 삼아 원주방향으로 연속배치할 수도 있고, 도 8의 (b)에 도시된 것처럼 3개 내지 4개의 볼록부(203)로 이루어진 유닛을 만들고 이러한 유닛을 원주방향으로 연속 배치할 수도 있는 것이다.
이상에서 살펴본 본 발명에 의하면, 현장에서 PHC 말뚝 내부에 보강강관을 삽입 배치하고 충진결합재를 타설함으로써, PHC 말뚝의 휨내력과 전단내력을 크게 증대시킬 수 있으며, 이러한 과정이 현장에서 매우 용이하고 신속하게 이루어질 수 있다. 특히, 규격화되어 정해진 강도와 단면직경으로 제작되는 PHC 말뚝에 대해서도, 현장에서 매우 용이하게 필요한 정도의 휨내력과 전단내력을 가지도록 보강하여 사용할 수 있다는 장점이 있으며, 따라서 종래 기술과 달리 PHC 말뚝의 휨내력 및 전단내력 향상에 소요되는 비용을 절감할 수 있게 되는 효과가 발휘된다.
PHC 말뚝과 강재로 이루어진 강관을 일체로 합성시켜서 말뚝의 휨내력과 전단내력을 증대시킴에 있어서, "상부-강관말뚝/하부-PHC 말뚝"의 구조를 가지는 종래의 복합말뚝(합성말뚝)에서는 상부에 위치하는 강관말뚝이 하부의 PHC 말뚝과 동일한 직경을 가지게 되므로, 큰 축력에 대응하기 위하여 PHC 말뚝의 압축내력을 증가시키기 위하여 큰 직경의 PHC 말뚝을 선택하여 사용할 경우, 강관말뚝의 직경도 함께 증가되어 고가(高價)의 강관말뚝 사용으로 인한 경제성이 크게 저하되는 단점이 있다. 그러나 본 발명에서는 PHC 말뚝의 중공 직경보다 작은 단면크기를 가지는 보강강관을 이용하므로, 종래 기술보다 작은 단면크기의 보강강관을 이용할 수 있게 되고, 그만큼 보강강관을 위하여 소요되는 재료비 등의 경비를 크게 절감할 수 있게 되어 시공경제성을 향상시킬 수 있게 된다.
더 나아가, "상부-강관말뚝/하부-PHC 말뚝"의 구조를 가지는 종래의 복합말뚝(합성말뚝)에서는 PHC 말뚝의 상단에 강관말뚝을 연결하려면 복잡한 구성의 연결철물을 설치해야 하고, 결국 경제성 저하는 물론이고 시공상의 번거로움을 야기하여 현장에서의 적용이 매우 어렵다는 단점이 있었으나, 본 발명에서는 이러한 복잡한 연결철물의 설치 자체가 필요하지 않으므로, 그만큼 시공효율이 향상되며 시공비도 절감할 수 있게 되는 장점이 있다.
특히, 종래 기술에서는 강관말뚝의 외면이 직접 지반 토사와 접한 상태로 존재하게 되어 강관말뚝의 부식(腐蝕)을 피할 수 없고, 이로 인하여 부식에 의한 단면결손을 감안한 강관말뚝의 두께 증가가 필연적이나, 본 발명의 경우, 보강강관(2)이 PHC 말뚝(1)의 중공 내부에 위치하고 있어서, 보강강관(2)이 직접 지반 토사와 접하는 것이 원천적으로 차단되고, 그에 따라 보강강관(2)의 부식을 최소화시킬 수 있게 되므로, 부식으로 인한 단면결손을 감안하여 보강강관(2)의 두께를 증가시키지 않아도 되고, 재료비 감소 및 시공경제성 향상의 효과가 발휘된다.
1: PHC 말뚝
2: 보강강관
3: 충진결합재
4: 연결철근망
5: 확대기초
8: 중간바닥판
10: 단부판
21: 돌출부재
22: 걸림부재
23: 차단판
200: 이음장치
201: 오목부
202: 볼록부
203: 관통공
204: 볼트

Claims (7)

  1. 지중에 PHC 말뚝(1)을 설치하고;
    PHC 말뚝(1)의 중공 내에 보강강관(2)을 위치시키되, PHC 말뚝(1)의 중공 내면과 보강강관(2)의 외면 사이에 간격이 존재하도록 보강강관(2)을 위치시키고;
    PHC 말뚝(1)의 중공 내면과 보강강관(2)의 외면 사이의 공간 및 보강강관(2)의 내부공간에 충진결합재(3)를 타설하여 경화시켜서 PHC 말뚝(1)과 보강강관(2)을 일체로 결합함으로써,
    보강강관(2)과 충진결합재(3)에 의해 휨내력, 전단내력 및 압축내력이 보강된 상태의 PHC 말뚝(1)이 시공되도록 하는 것을 특징으로 하는 PHC 말뚝의 시공방법.
  2. 제1항에 있어서,
    보강강관(2)의 연직길이는 PHC 말뚝(1)의 연직길이 보다 작으며;
    PHC 말뚝(1)의 중공 내에 보강강관(2)을 삽입하였을 때, 보강강관(2)은 PHC 말뚝(1)의 상단에서부터 보강강관(2)의 연직길이에 해당하는 구간까지만 PHC 말뚝(1)의 중공 내에 위치한 상태에서 PHC 말뚝(1)의 중공 내면과 보강강관(2)의 외면 사이의 공간 및 보강강관(2)의 내부공간에 충진결합재(3)가 채워져 경화됨으로써, 보강강관(2)과 PHC 말뚝(1)을 일체로 합성되는 것을 특징으로 하는 PHC 말뚝의 시공방법.
  3. 제2항에 있어서,
    보강강관(2)의 상단에 걸림부재(22)를 설치하여, 보강강관(2)을 PHC 말뚝(1)의 중공 내부에 삽입하였을 때 걸림부재(22)가 PHC 말뚝(1)의 상단에 걸쳐지게 하여 보강강관(2)이 PHC 말뚝(1)의 중공 내에 위치되도록 하며;
    보강강관(2)의 하단에는 차단판(23)을 설치하여, 차단판(23)에 의해 충진결합재(3)의 누출이 방지된 상태로 차단판(23)의 위쪽으로 PHC 말뚝(1)의 중공 내면과 보강강관(2)의 외면 사이의 공간 및 보강강관(2)의 내부공간에 충진결합재(3)를 채워서 경화시키는 것을 특징으로 하는 PHC 말뚝의 시공방법.
  4. 삭제
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    PHC 말뚝(1)의 상부에 형성될 확대기초(4)에 매립될 연결철근망(4)이 구비된 형태로 PHC 말뚝을 시공하되,
    연결철근망(4)의 하부가, PHC 말뚝(1)의 중공 내면과 보강강관(2)의 외면 사이의 공간에 위치하도록 배치된 상태에서, 충진결합재(3)를 PHC 말뚝(1)의 중공 내면과 보강강관(2)의 외면 사이의 공간에 타설하여 연결철근망(4)의 하부가 충진결합재(3)에 매립되어 고정되어 있도록 하는 것을 특징으로 하는 PHC 말뚝의 시공방법.
  6. 지중에 설치된 PHC 말뚝(1)의 보강구조로서,
    PHC 말뚝(1)의 중공 내면과 보강강관(2)의 외면 사이에 간격이 존재하도록 PHC 말뚝(1)의 중공 내에 보강강관(2)이 삽입되어 위치하고 있고;
    PHC 말뚝(1)의 중공 내면과 보강강관(2)의 외면 사이의 공간 및 보강강관(2)의 내부공간에는 충진결합재(3)가 타설되어 경화됨으로써, PHC 말뚝(1)과 보강강관(2)이 일체로 결합되어 있어서,
    보강강관(2)과 충진결합재(3)에 의해 휨내력, 전단내력 및 압축내력이 보강되어 있는 것을 특징으로 PHC 말뚝의 보강구조.
  7. 지중에 설치된 PHC 말뚝(1)으로서,
    PHC 말뚝(1)의 중공 내면과 보강강관(2)의 외면 사이에 간격이 존재하도록 PHC 말뚝(1)의 중공 내에 보강강관(2)이 삽입되어 위치하고 있고;
    PHC 말뚝(1)의 중공 내면과 보강강관(2)의 외면 사이의 공간 및 보강강관(2)의 내부공간에는 충진결합재(3)가 타설되어 경화됨으로써, PHC 말뚝(1)과 보강강관(2)이 일체로 결합되어 있어서,
    보강강관(2)과 충진결합재(3)에 의해 휨내력, 전단내력 및 압축내력이 보강되어 있는 구성을 가지는 것을 특징으로 PHC 말뚝.
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