KR101858021B1 - 내진형 팽이말뚝, 내진형 팽이말뚝기초 및 이의 시공방법 - Google Patents

내진형 팽이말뚝, 내진형 팽이말뚝기초 및 이의 시공방법 Download PDF

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박승진
이광수
박근수
고관석
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케이에스엠기술 주식회사
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Abstract

내진형 팽이말뚝, 내진형 팽이말뚝기초 및 이의 시공방법이 개시된다. 본 발명의 내진형 팽이말뚝은, 회전체 형태의 선단부, 파일부, 팽이부 및 원반부를 형성하는 바디; 선단부, 파일부, 팽이부 및 원반부를 걸쳐 회전체 형태의 중심축 위치에 구비된 중심철근; 및 원반부로부터 회전체 형태의 반경 방향으로 돌출되고, 중심철근에 의해 반경 방향 유동이 구속되는 수평연결재를 포함하고, 팽이말뚝기초 시공시 수평연결재끼리 연결되는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 종래 팽이말뚝기초의 장점을 살리면서, 동시에 구조물로의 진동 전달을 차단하고, 연결철근의 배근 없이도 지반 변형에 따라 유기적으로 변형하면서 진동 충격을 흡수하여 지진 피해를 더욱 억제하도록 이루어지는 내진형 팽이말뚝, 내진형 팽이말뚝기초 및 이의 시공방법을 제공할 수 있게 된다.

Description

내진형 팽이말뚝, 내진형 팽이말뚝기초 및 이의 시공방법{EARTHQUAKE-PROOF TYPE TOP-BASE PILE, EARTHQUAKE-PROOF TYPE TOP-BASE FOUNDATION AND CONSTRUCTION METHOD OF THE SAME}
본 발명은 내진형 팽이말뚝, 내진형 팽이말뚝기초 및 이의 시공방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 종래 팽이말뚝기초의 장점을 살리면서, 동시에 구조물로의 진동 전달을 차단하고, 연결철근의 배근 없이도 지반 변형에 따라 유기적으로 변형하면서 진동 충격을 흡수하여 지진 피해를 더욱 억제하도록 이루어지는 내진형 팽이말뚝, 내진형 팽이말뚝기초 및 이의 시공방법에 관한 것이다.
토목, 건축 구조물이 놓이는 지반은 지지력과 침하에 대항하는 충분한 저항이 있어야 하며, 이를 위해 지반조건에 따라 다양한 기초형식을 적용하거나 별도의 기초공법을 적용하여 구조물의 안정을 꾀하고 있다.
이런 기초공법의 일환으로 1974년 일본에서 개발되어 1990년부터 우리나라 현장에도 사용된 팽이말뚝공법이 있으며, 이 공법은 경제적이고 안정적이며 시공이 간단하여 현재까지도 구조물 기초공법으로 많이 사용되고 있다.
팽이말뚝기초의 시공순서는 다음과 같은 순서를 기준으로 한다. 1) 시공지반 고르기, 2) 위치철근의 설치, 3) 팽이말뚝의 부설, 4) 채움쇄석의 시공, 5) 연결철근의 배근, 6) 완성기초의 검사. 단, 4) 채움쇄석의 시공과 5) 연결철근의 배근은 순서를 바꾸어 할 수도 있다.
팽이말뚝기초는 비교적 간편하게 시공되는데, 협소한 장소에도 구애받지 않으며 대형의 특수한 장비가 필요하지 않을 뿐 아니라, 진동소음의 공해와 민원의 환경 영향이 없으므로, 연약지반에서의 획기적인 안정기초 시공공법이다. 하지만, 일반적인 팽이말뚝기초 공법으로도 지진시 발생하는 지반 진동으로 인한 구조물 피해를 충분하게 감당하기는 어렵다.
2016년에 발생한 경주 지진을 계기로 우리나라도 내진설계기준이 200㎡ 이상의 소규모 건축물에도 내진설계가 의무화되었으므로, 본 발명의 출원인은 종래보다 내진성능이 향상된 팽이말뚝기초 형식을 연구하게 되었다.
대한민국 등록특허공보 제1214375호 (등록일: 2012.12.14)
본 발명의 목적은, 종래 팽이말뚝기초의 장점을 살리면서, 동시에 구조물로의 진동 전달을 차단하고, 연결철근의 배근 없이도 지반 변형에 따라 유기적으로 변형하면서 진동 충격을 흡수하여 지진 피해를 더욱 억제하도록 이루어지는 내진형 팽이말뚝, 내진형 팽이말뚝기초 및 이의 시공방법을 제공하는 것이다.
상기 목적은, 본 발명에 따라, 회전체 형태의 선단부, 파일부, 팽이부 및 원반부를 형성하는 바디; 상기 선단부, 상기 파일부, 상기 팽이부 및 상기 원반부를 걸쳐 상기 회전체 형태의 중심축 위치에 구비된 중심철근; 및 상기 원반부로부터 상기 회전체 형태의 반경 방향으로 돌출되고, 상기 중심철근에 의해 상기 반경 방향 유동이 구속되는 수평연결재를 포함하고, 팽이말뚝기초 시공시 인접한 상기 수평연결재끼리 연결되는 것을 특징으로 하는 내진형 팽이말뚝에 의하여 달성된다.
상기 수평연결재는 서로 직각을 이루는 제1 수평연결재 및 제2 수평연결재를 포함하고, 상기 제1 수평연결재 및 상기 제2 수평연결재에는, 상기 중심철근이 삽입되는 삽입홀과, 상기 팽이말뚝기초 시공시 인접한 상기 수평연결재끼리 상대회전 가능하게 연결되도록 볼트가 삽입되는 연결홀이 형성되도록 이루어질 수 있다.
상기 수평연결재는 서로 직각을 이루는 제1 수평연결재 및 제2 수평연결재를 포함하고, 상기 제1 수평연결재 및 상기 제2 수평연결재에는, 상기 팽이말뚝기초 시공시 인접한 상기 수평연결재끼리 상대회전 가능하게 걸려 연결되도록 후크 형태의 연결단부가 형성되도록 이루어질 수 있다.
또한, 상기 목적은, 본 발명에 따라, 파일부가 지반에 관입되고, 회전체 형태의 원반부로부터 반경 방향으로 돌출된 수평연결재끼리 회전 가능하게 연결된 복수의 내진형 팽이말뚝; 상기 내진형 팽이말뚝의 원반부 및 팽이부 사이에 채워진 채움쇄석층; 및 상기 내진형 팽이말뚝과 상부구조물 사이에 채워진 분리쇄석층을 포함하고, 상기 분리쇄석층이 상기 내진형 팽이말뚝으로부터 상기 상부구조물로 전달되는 지반진동을 차단하는 것을 특징으로 하는 내진형 팽이말뚝기초에 의하여 달성된다.
아울러, 상기 목적은, 본 발명에 따라, 내진형 팽이말뚝의 파일부를 지반에 관입시키면서 회전체 형태의 원반부로부터 반경 방향으로 돌출된 수평연결재끼리 회전 가능하게 연결하는 말뚝부설단계; 상기 내진형 팽이말뚝의 원반부 및 팽이부 사이에 채움쇄석층을 채우는 채움시공단계; 및 상기 내진형 팽이말뚝 위에 분리쇄석층을 채우는 분리시공단계를 포함하고, 상부구조물은 상기 분리쇄석층 위에 시공되고, 상기 분리쇄석층이 상기 내진형 팽이말뚝으로부터 상기 상부구조물로 전달되는 지반진동을 차단하는 것을 특징으로 하는 내진형 팽이말뚝기초 시공방법에 의하여 달성된다.
본 발명에 의하면, 팽이말뚝기초 시공시 수평연결재끼리 상대회전 가능하게 연결되고, 내진형 팽이말뚝으로부터 상부구조물로 전달되는 지반진동을 분리쇄석층이 차단함으로써, 종래 팽이말뚝기초의 장점을 살리면서, 동시에 구조물로의 진동 전달을 차단하고, 연결철근의 배근 없이도 지반 변형에 따라 유기적으로 변형하면서 진동 충격을 흡수하여 지진 피해를 더욱 억제하도록 이루어지는 내진형 팽이말뚝, 내진형 팽이말뚝기초 및 이의 시공방법을 제공할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 내진형 팽이말뚝의 사시도.
도 2는 도 1의 내진형 팽이말뚝의 분리사시도.
도 3은 도 1의 내진형 팽이말뚝이 팽이말뚝기초 시공시 서로 연결된 상태를 나타내는 사시도.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 내진형 팽이말뚝의 사시도.
도 5는 도 4의 내진형 팽이말뚝의 분리사시도.
도 6은 도 4의 내진형 팽이말뚝이 팽이말뚝기초 시공시 서로 연결된 상태를 나타내는 사시도.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 내진형 팽이말뚝의 사시도.
도 8은 도 7의 내진형 팽이말뚝의 분리사시도.
도 9는 도 7의 내진형 팽이말뚝이 팽이말뚝기초 시공시 서로 연결된 상태를 나타내는 사시도.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 내진형 팽이말뚝의 사시도.
도 11은 도 10의 내진형 팽이말뚝의 분리사시도.
도 12는 도 10의 내진형 팽이말뚝이 팽이말뚝기초 시공시 서로 연결된 상태를 나타내는 사시도.
도 13은 본 발명의 내진형 팽이말뚝기초 시공방법을 나타내는 순서도.
도 14(a)는 종래 팽이말뚝기초를 나타내는 도면.
도 14(b)는 본 발명의 내진형 팽이말뚝기초를 나타내는 도면.
도 15는 도 14(a)의 종래 팽이말뚝기초의 침하량 해석 결과를 나타내는 그림.
도 16은 도 14(b)의 내진형 팽이말뚝기초의 침하량 해석 결과를 나타내는 그림.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세하게 설명하면 다음과 같다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 이미 공지된 기능 혹은 구성에 대한 설명은, 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.
본 발명의 내진형 팽이말뚝, 내진형 팽이말뚝기초 및 이의 시공방법은, 종래 팽이말뚝기초의 장점을 살리면서, 동시에 구조물로의 진동 전달을 차단하고, 연결철근의 배근 없이도 지반 변형에 따라 유기적으로 변형하면서 진동 충격을 흡수하여 지진 피해를 더욱 억제하도록 이루어진다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 내진형 팽이말뚝의 사시도, 도 2는 도 1의 내진형 팽이말뚝의 분리사시도, 도 3은 도 1의 내진형 팽이말뚝이 팽이말뚝기초 시공시 서로 연결된 상태를 나타내는 사시도, 도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 내진형 팽이말뚝의 사시도, 도 5는 도 4의 내진형 팽이말뚝의 분리사시도, 도 6은 도 4의 내진형 팽이말뚝이 팽이말뚝기초 시공시 서로 연결된 상태를 나타내는 사시도, 도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 내진형 팽이말뚝의 사시도, 도 8은 도 7의 내진형 팽이말뚝의 분리사시도, 도 9는 도 7의 내진형 팽이말뚝이 팽이말뚝기초 시공시 서로 연결된 상태를 나타내는 사시도, 도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 내진형 팽이말뚝의 사시도, 도 11은 도 10의 내진형 팽이말뚝의 분리사시도, 도 12는 도 10의 내진형 팽이말뚝이 팽이말뚝기초 시공시 서로 연결된 상태를 나타내는 사시도, 도 13은 본 발명의 내진형 팽이말뚝기초 시공방법을 나타내는 순서도, 도 14(a)는 종래 팽이말뚝기초를 나타내는 도면, 도 14(b)는 본 발명의 내진형 팽이말뚝기초를 나타내는 도면, 도 15는 도 14(a)의 종래 팽이말뚝기초의 침하량 해석 결과를 나타내는 그림, 도 16은 도 14(b)의 내진형 팽이말뚝기초의 침하량 해석 결과를 나타내는 그림.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 내진형 팽이말뚝(10)은, 종래 팽이말뚝기초의 장점을 살리면서, 동시에 구조물로의 진동 전달을 차단하고, 연결철근의 배근 없이도 지반(G) 변형에 따라 유기적으로 변형하면서 진동 충격을 흡수하여 지진 피해를 더욱 억제하도록 이루어지며, 바디(100), 중심철근(200) 및 수평연결재(300)를 포함하여 구성된다.
바디(100)는 회전체 형태의 선단부(110), 파일부(120), 팽이부(130) 및 원반부(140)를 형성하는 구성으로서, 콘크리트 몰드에서 생산된다. 콘크리트의 압축강도는 180㎏/㎠ 이상으로 한다. 콘크리트 다짐 및 양생은 콘크리트 제품 시방에 따른다. 바디(100)는 종래 팽이말뚝의 제조방법에 의해 제조될 수 있다.
원반부(140)는 직경 500mm, 높이 68mm의 원기둥 모양을 형성하고, 팽이부(130)는 상부 직경 500mm, 하부 직경 120mm, 높이 190mm의 깔때기 모양을 형성하며, 파일부(120)는 상부 직경 120mm, 하부 직경, 100mm, 높이 200mm의 원뿔 기둥 모양을 형성하고, 선단부(110)는 상부 직경 100mm, 하부 직경 16mm, 높이 42mm의 깔때기 모양을 형성하며, 전체 높이 500mm의 치수를 갖는 회전체 형태를 형성한다.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 중심철근(200)은 수평연결재(300)의 반경 방향 유동을 구속하는 구성으로서, 선단부(110), 파일부(120), 팽이부(130) 및 원반부(140)를 걸쳐 회전체 형태의 중심축 위치에 구비된다.
중심철근(200)은 D16mm 규격의 이형철근으로 구비된다. 중심철근(200)은 내진형 팽이말뚝(10)의 전체 높이를 고려하여 480~500mm의 길이로 제작된다. 중심철근(200)은 내진형 팽이말뚝(10)의 콘크리트 타설 전에 (수평연결재(300)의 삽입홀(H1)에 끼워진 상태로) 콘크리트 몰드에 미리 매입된다.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 수평연결재(300)는 팽이말뚝기초(1)를 구성하는 팽이말뚝(10)의 수평방향 변형을 유도하는 구성으로서, 바디(100)를 콘크리트 타설하기 전에 중심철근(200)과 함께 콘크리트 몰드 내에 배치된다.
수평연결재(300)는 서로 직각을 이루는 제1 수평연결재(310) 및 제2 수평연결재(320)를 포함하여 구성된다. 제1 수평연결재(310) 및 제2 수평연결재(320)는 상면과 하면이 평편한 폭 50mm, 두께 6mm, 길이 600mm의 평철로 구비될 수 있다. 제1 수평연결재(310) 및 제2 수평연결재(320)의 양단부(이하 '돌출단부')는 콘크리트 타설 후 원반부(140)로부터 회전체 형태의 반경 방향으로 돌출된다.
도 2에 도시된 바와 같이, 제1 수평연결재(310) 및 제2 수평연결재(320)에는 삽입홀(H1)과 연결홀(H2)이 형성된다.
삽입홀(H1)은 중심철근(200)이 삽입되는 부분으로, 수평연결재(300)의 가운데 부분에 형성된다. 상술한 바와 같이, 중심철근(200)은 내진형 팽이말뚝(10)의 콘크리트 타설 전에 (수평연결재(300)의 삽입홀(H1)에 끼워진 상태로) 콘크리트 몰드에 미리 매입된다. 따라서, 지진발생시 수평연결재(300)에 인가된 외력에 의한 수평연결재(300)의 유동이 차단된다.
연결홀(H2)은 볼트(B)가 삽입되는 부분으로, 양쪽 돌출단부에 각각 형성된다. 도 3을 참조하면, 팽이말뚝기초(1) 시공시 복수의 팽이말뚝(10)은 인접한 돌출단부의 연결홀(H2)이 서로 일치한 상태에서 파일부(120)를 지반(G)에 관입시키며, 이후 작업자는 세로방향으로 일치된 연결홀(H2)에 볼트(B)를 끼우고 너트(N)를 결합하게 된다.
이에 따라 팽이말뚝(10)은 돌출단부끼리 세로방향을 축으로 상대회전 가능한 상태로 연결된다. 볼트(B)는 M14 규격의 일반 볼트(B)로서 볼트(B)의 나사부 길이는 돌출단부의 두께와 너트(N)의 두께, 그리고 여유 길이를 고려하여 25~35mm로 제작된다.
도 4 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 내진형 팽이말뚝(10')은, 지진발생시 수평연결재(300)가 팽이말뚝(10')의 수직방향 변형을 유도할 수 있다. 이하에서는 본 발명의 다른 실시예에 따른 내진형 팽이말뚝(10')의 용이한 이해를 위해 일 실시예와 차이점이 있는 구성을 중점적으로 설명하기로 한다.
수평연결재(300)는 서로 직각을 이루는 제1 수평연결재(310) 및 제2 수평연결재(320)를 포함하여 구성된다. 제1 수평연결재(310) 및 제2 수평연결재(320)는 최초 폭 50mm, 두께 6mm, 길이 600mm의 평철로 제작한 후, 삽입홀(H1)이 형성된 중앙부분을 기준으로 양쪽 돌출단부를 각각 90도 만큼 비틀어지게 가공한다. 따라서 돌출단부는 바디(100)의 콘크리트 타설 후 원반부(140)로부터 양쪽 측면이 평편한 형태로서 돌출된다.
도 6을 참조하면, 팽이말뚝기초(1) 시공시 복수의 팽이말뚝(10')은 인접한 돌출단부의 연결홀(H2)이 서로 일치한 상태에서 파일부(120)를 지반(G)에 관입시키며, 이후 작업자는 가로방향으로 일치된 연결홀(H2)에 볼트(B)를 끼우고 너트(N)를 결합하게 된다. 이에 따라 팽이말뚝(10')은 돌출단부끼리 가로방향을 축으로 상대회전 가능한 상태로 연결된다.
도 7 내지 도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 내진형 팽이말뚝(10")은, 지진발생시 수평연결재(300)가 팽이말뚝(10")의 수평방향 및 수직방향 변형을 유도할 수 있다. 이하에서는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 내진형 팽이말뚝(10")의 용이한 이해를 위해 상술한 실시예들과 차이점이 있는 구성을 중점적으로 설명하기로 한다.
수평연결재(300)는 서로 직각을 이루는 제1 수평연결재(310) 및 제2 수평연결재(320)를 포함하여 구성된다. 제1 수평연결재(310) 및 제2 수평연결재(320)는 최초 폭 50mm, 두께 6mm, 길이 600mm의 평철로 제작한 후, 삽입홀(H1)이 형성된 중앙부분을 기준으로 양쪽 돌출단부를 각각 45도 만큼 비틀어지게 가공한다. 따라서 돌출단부는 바디(100)의 콘크리트 타설 후 원반부(140)로부터 45도 경사진 형태로서 돌출된다.
도 9를 참조하면, 팽이말뚝기초(1) 시공시 복수의 팽이말뚝(10")은 인접한 돌출단부의 연결홀(H2)이 서로 일치한 상태에서 파일부(120)를 지반(G)에 관입시키며, 이후 작업자는 45도 방향으로 일치된 연결홀(H2)에 볼트(B)를 끼우고 너트(N)를 결합하게 된다. 이에 따라 팽이말뚝(10")은 돌출단부끼리 가로방향 및 세로방향을 축으로 상대회전 가능한 상태로 연결된다.
도 10 내지 도 12에 도시된 바와 같이, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 내진형 팽이말뚝(10,,,)은, 지진발생시 수평연결재(300)가 팽이말뚝(10,,,)의 자유로운 회전방향 변형을 유도할 수 있다. 이하에서는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 내진형 팽이말뚝(10)의 용이한 이해를 위해 상술한 실시예들과 차이점이 있는 구성을 중점적으로 설명하기로 한다.
수평연결재(300)는 서로 직각을 이루는 제1 수평연결재(310) 및 제2 수평연결재(320)를 포함하여 구성된다. 제1 수평연결재(310)와 제2 수평연결재(320)는 D12mm 규격의 원형철근으로 590mm의 길이로 제작된다. 제1 수평연결재(310) 및 제2 수평연결재(320)의 양단부에는 후크 형태의 연결단부(K)가 형성된다. 수평연결재(300)의 양단부에 형성된 연결단부(K)는 서로 갈고리 방향이 90도를 형성한다.
도 12를 참조하면, 팽이말뚝기초(1) 시공시 복수의 팽이말뚝(10,,,)은 인접한 연결단부(K)가 서로 걸린 상태에서 파일부(120)를 지반(G)에 관입시키게 된다. 이에 따라 팽이말뚝(10,,,)은 연결단부(K)끼리 자유로운 회전방향으로 상대회전 가능한 상태로 연결된다.
도 2의 지진발생시 팽이말뚝의 수평방향 변형을 유도하는 수평연결재(300), 도 5의 팽이말뚝의 수직방향 변형을 유도하는 수평연결재(300), 도 8의 팽이말뚝의 수평방향 및 수직방향 변형을 유도하는 수평연결재(300), 도 11의 팽이말뚝의 자유로운 회전방향 변형을 유도하는 수평연결재(300)는, 예상되는 지진파의 종류(P파, S파, L파, R파)나, 상부구조물(S)이 구조적으로 취약하다고 판단되는 지진파의 종류(P파, S파, L파, R파)를 예측하여 선택될 수 있다.
본 발명의 내진형 팽이말뚝(10,10',10",10,,,)은 내진형 팽이말뚝기초 시공방법(S100)에 시공되어 내진형 팽이말뚝기초(1)를 형성한다. 도 13에 도시된 바와 같이, 본 발명의 내진형 팽이말뚝기초 시공방법(S100)은, 말뚝부설단계(S110), 채움시공단계(S120) 및 분리시공단계(S130)를 포함하여 구성된다. 이하에서 팽이말뚝은 일 실시예를 기준으로 설명하기로 한다.
도 14(b)를 참조하면, 말뚝부설단계(S110)는 내진형 팽이말뚝(10)의 파일부(120)를 지반(G)에 관입시키면서 회전체 형태의 원반부(140)로부터 반경 방향으로 돌출된 수평연결재(300)끼리 회전 가능하게 연결하는 단계이다.
도시되지는 않았으나, 지반(G)에는 말뚝부설단계(S110) 이전에 위치철근이 설치될 수 있다. 위치철근은 팽이말뚝을 일정한 위치에 설치하기 위한 가이드 겸 보강근 역할을 하는 철근격자로서 공지된 기술이다.
또한, 지반(G)에는 위치철근 설치 이전에 모래와 토목섬유가 포설될 수 있다. 위치철근 설치에 앞서 모래와 토목섬유를 포설하면, 쇄석과 흙을 분리시키고 추가적인 지지력증대 및 침하억제를 도모할 수 있다.
말뚝부설단계(S110)가 완료되면, 채움시공단계(S120)가 수행된다. 도 14(b)를 참조하면, 채움시공단계(S120)는 내진형 팽이말뚝(10)의 원반부(140) 및 팽이부(130) 사이에 채움쇄석층(20)을 채우는 단계로서, 채움쇄석층(20)은 파쇄쇄석 등으로 이루어진다. 채움쇄석층(20)은 진동다짐, 콤팩터의 전압에 의해 포설된다. 원지반의 조건에 따라 채움쇄석층(20)이 팽이말뚝(10)의 선단부(110)까지 포설되기도 한다.
도 13에 도시된 바와 같이, 채움시공단계(S120)가 완료되면, 분리시공단계(S130)가 수행된다. 도 14(b)를 참조하면, 분리시공단계(S130)는 내진형 팽이말뚝(10) 위에 분리쇄석층(30)을 채우는 단계로서, 분리쇄석층(30)은 파쇄쇄석 등으로 이루어진다. 분리쇄석층(30)은 진동다짐, 콤팩터의 전압에 의해 포설된다.
따라서, 도 14(b)에 도시된 바와 같이, 본 발명의 내진형 팽이말뚝기초(1)는, 팽이말뚝, 채움쇄석층(20) 및 분리쇄석층(30)을 포함하여 구성된다.
도 14(b)에 도시된 바와 같이, 상부구조물(S)은 분리쇄석층(30) 위에 시공된다. 따라서 상부구조물(S)과 팽이말뚝은 분리쇄석층(30)에 의해 분리되며, 분리쇄석층(30)이 내진형 팽이말뚝(10)으로부터 상부구조물(S)로 직접 전달되는 지반(G)진동을 차단하게 된다.
본 발명의 출원인은 수치해석 프로그램을 사용하여 종래 팽이말뚝기초(도 14(a) 참조)와 본 발명의 내진형 팽이말뚝기초(1; 도 14(b) 참조) 각각의 시공단계해석을 수행하였다.
1) 수치해석 프로그램
본 검토에 사용된 수치해석 프로그램인 SoilWorks는 지반 및 터널분야 해석에 필요한 제반 기능을 집적한 수치해석 프로그램으로서, 정적해석뿐만 아니라 침투해석, 응력-침투 연계해석, 압밀해석, 시공단계해석, 동적해석, 사면안정해석 등 다양한 해석 분야를 다룰 수 있다.
지반의 전 시공과정을 걸친 수치해석은 대부분 시공단계해석이라고 볼 수 있으며, 현장의 시공단계는 매우 복잡하고 가변적이기 때문에 본 검토에서는 이를 단순화 하여 비중이 큰 시공단계를 중심으로 해석을 수행하였다.
2) 수치해석 조건
구분 점성토 사질토 채움쇄석
단위중량 γt(t/m3) 1.7 1.7 2.0
표준관입시험 N치 7 7 15
점착력 C(t/m2) 5 0.5 0
전단저항각 φ(°) 0 20 40
탄성계수 E(t/m2) 500 1,000 3,000
프아송비 0.4 0.3 0.2
단, 탄성계수 및 프아송비는 경험값 및 문헌값을 적용하였다. 하중조건은 10 t/m2로 하였고, 기초형상조건은 기초 깊이 1m인 연속형 기초로 가정하였다.

구분		 유효재하폭
Bk(Bk')
[m]		 기초깊이
Df(Df')
[m]
B=6m


일반적인 팽이기초
Bk'=n(B/0.5)×0.5
Figure 112017110888064-pat00001

6

1.5

내진형 팽이기초
Bk'=n((B+0.5)/0.56)×0.56-0.06
Figure 112017110888064-pat00002

6.66

1.8
3) 내진조건을 위한 지진하중
지진하중산정을 위한 내진등급을 내진 1등급으로 가정하여 분류하였고, 내진성능수준은 붕괴방지수준으로 하였다. 붕괴방지수준은 비탈면에 인장균열, 부분적 탈락, 배부름 등의 파괴징조는 나타나지만, 이로 인해 주 구조물의 구조적 성능과 기능적인 역할에 피해를 유발시키지 않는 성능수준으로 하였다.
그리고 지반분류에 따른 지진구역의 지진계수와 재현주기에 따른 위험도 계수를 곱하여 최대지진 가속도를 구하고 지진하중을 산정하였다. 본 해석에 적용된 지진하중은 다음과 같다.
구분 붕괴방지수준
내진등급 내진 1등급
재현주기 1,000년
구역계수 0.11g
위험도계수 1.40
지진계수 0.22g
적용 0.154
4) 침하량 해석 결과표(도 15 및 도 16 참조)

구분		 일반적인 팽이말뚝기초의 침하량
(s1)		 내진형 팽이말뚝기초의 침하량
(s2)		 내진형 팽이말뚝기초의 침하비율
(s2/s1×100)

지진시		 점성토 20.0mm 18.1mm 90.5%
사질토 17.7mm 12.7mm 71.8%
5) 내진형 팽이말뚝기초의 내진 효과
본 발명의 내진형 팽이말뚝기초(1)는 일반적인 팽이말뚝기초에 비해 지진시 침하량이 점성토 지반에서 90.5%, 사질토 지반에서 71.8%로 감소하여 내진 효과가 상당한 것으로 해석되었다.
본 발명에 의하면, 팽이말뚝기초 시공시 수평연결재끼리 상대회전 가능하게 연결되고, 내진형 팽이말뚝으로부터 상부구조물로 전달되는 지반진동을 분리쇄석층이 차단함으로써, 종래 팽이말뚝기초의 장점을 살리면서, 동시에 구조물로의 진동 전달을 차단하고, 연결철근의 배근 없이도 지반 변형에 따라 유기적으로 변형하면서 진동 충격을 흡수하여 지진 피해를 더욱 억제하도록 이루어지는 내진형 팽이말뚝, 내진형 팽이말뚝기초 및 이의 시공방법을 제공할 수 있게 된다.
앞에서, 본 발명의 특정한 실시예가 설명되고 도시되었지만 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 일이다. 따라서, 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 기술적 사상이나 관점으로부터 개별적으로 이해되어서는 안되며, 변형된 실시예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.
1 : 팽이말뚝기초
10 : 팽이말뚝 20 : 채움쇄석층
100 : 바디 30 : 분리쇄석층
110 : 선단부 G : 지반
120 : 파일부 S : 상부구조물
130 : 팽이부
140 : 원반부
200 : 중심철근
300 : 수평연결재
310 : 제1 수평연결재
320 : 제2 수평연결재
H1 : 삽입홀
H2 : 연결홀
B : 볼트
N : 너트
K : 연결단부
S100 : 시공방법
S110 : 말뚝부설단계
S120 : 채움시공단계
S130 : 분리시공단계

Claims (5)

  1. 삭제
  2. 회전체 형태의 선단부, 파일부, 팽이부 및 원반부를 형성하는 바디;
    상기 선단부, 상기 파일부, 상기 팽이부 및 상기 원반부를 걸쳐 상기 회전체 형태의 중심축 위치에 구비된 중심철근; 및
    상기 원반부로부터 상기 회전체 형태의 반경 방향으로 돌출되고, 상기 중심철근에 의해 상기 반경 방향 유동이 구속되는 수평연결재를 포함하고,
    팽이말뚝기초 시공시 인접한 상기 수평연결재끼리 연결되며,
    상기 수평연결재는 서로 직각을 이루는 제1 수평연결재 및 제2 수평연결재를 포함하고,
    상기 제1 수평연결재 및 상기 제2 수평연결재에는, 상기 중심철근이 삽입되는 삽입홀과, 상기 팽이말뚝기초 시공시 인접한 상기 수평연결재끼리 세로방향, 가로방향 또는 가로방향과 45도 방향을 축으로 상대회전 가능하게 연결되도록 볼트가 삽입되는 연결홀이 형성되며,
    예상되는 지진파의 종류(P파, S파, L파, R파)나 상부구조물이 구조적으로 취약하다고 판단되는 지진파의 종류(P파, S파, L파, R파)를 예측하여 상기 수평연결재끼리 상대회전 가능하게 연결되는 축 방향을 선택하는 것을 특징으로 하는 내진형 팽이말뚝.
  3. 회전체 형태의 선단부, 파일부, 팽이부 및 원반부를 형성하는 바디;
    상기 선단부, 상기 파일부, 상기 팽이부 및 상기 원반부를 걸쳐 상기 회전체 형태의 중심축 위치에 구비된 중심철근; 및
    상기 원반부로부터 상기 회전체 형태의 반경 방향으로 돌출되고, 상기 중심철근에 의해 상기 반경 방향 유동이 구속되는 수평연결재를 포함하고,
    팽이말뚝기초 시공시 인접한 상기 수평연결재끼리 연결되며,
    상기 수평연결재는 서로 직각을 이루는 제1 수평연결재 및 제2 수평연결재를 포함하고,
    상기 제1 수평연결재 및 상기 제2 수평연결재에는, 상기 팽이말뚝기초 시공시 인접한 상기 수평연결재끼리 상대회전 가능하게 걸려 연결되도록 후크 형태의 연결단부가 형성되며,
    상기 연결단부는 서로 갈고리 방향이 90도를 형성하여 자유로운 회전방향으로 상대회전 가능한 상태로 연결되는 것을 특징으로 하는 내진형 팽이말뚝.
  4. 파일부가 지반에 관입되고, 회전체 형태의 원반부로부터 반경 방향으로 돌출된 수평연결재끼리 회전 가능하게 연결된 복수의 내진형 팽이말뚝;
    상기 내진형 팽이말뚝의 원반부 및 팽이부 사이에 채워진 채움쇄석층; 및
    상기 내진형 팽이말뚝과 상부구조물 사이에 채워진 분리쇄석층을 포함하고,
    상기 분리쇄석층이 상기 내진형 팽이말뚝으로부터 상기 상부구조물로 전달되는 지반진동을 차단하며,
    상기 수평연결재는 서로 직각을 이루는 제1 수평연결재 및 제2 수평연결재를 포함하고,
    상기 제1 수평연결재 및 상기 제2 수평연결재에는, 인접한 상기 수평연결재끼리 세로방향, 가로방향 또는 가로방향과 45도 방향을 축으로 상대회전 가능하게 연결되도록 볼트가 삽입되는 연결홀이 형성되며,
    예상되는 지진파의 종류(P파, S파, L파, R파)나 상기 상부구조물이 구조적으로 취약하다고 판단되는 지진파의 종류(P파, S파, L파, R파)를 예측하여 상기 수평연결재끼리 상대회전 가능하게 연결되는 축 방향을 선택하는 것을 특징으로 하는 내진형 팽이말뚝기초.
  5. 내진형 팽이말뚝의 파일부를 지반에 관입시키면서 회전체 형태의 원반부로부터 반경 방향으로 돌출된 수평연결재끼리 회전 가능하게 연결하는 말뚝부설단계;
    상기 내진형 팽이말뚝의 원반부 및 팽이부 사이에 채움쇄석층을 채우는 채움시공단계; 및
    상기 내진형 팽이말뚝 위에 분리쇄석층을 채우는 분리시공단계를 포함하고,
    상부구조물은 상기 분리쇄석층 위에 시공되고, 상기 분리쇄석층이 상기 내진형 팽이말뚝으로부터 상기 상부구조물로 전달되는 지반진동을 차단하며,
    상기 수평연결재는 서로 직각을 이루는 제1 수평연결재 및 제2 수평연결재를 포함하고,
    상기 제1 수평연결재 및 상기 제2 수평연결재에는, 인접한 상기 수평연결재끼리 세로방향, 가로방향 또는 가로방향과 45도 방향을 축으로 상대회전 가능하게 연결되도록 볼트가 삽입되는 연결홀이 형성되며,
    예상되는 지진파의 종류(P파, S파, L파, R파)나 상기 상부구조물이 구조적으로 취약하다고 판단되는 지진파의 종류(P파, S파, L파, R파)를 예측하여 상기 수평연결재끼리 상대회전 가능하게 연결되는 축 방향을 선택하는 것을 특징으로 하는 내진형 팽이말뚝기초 시공방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR200444674Y1 (ko) * 2008-04-24 2009-05-27 이정상 부교
KR101028288B1 (ko) * 2010-04-20 2011-04-11 전동중 연약지반 안정화를 위한 팽이말뚝
JP2016023451A (ja) * 2014-07-18 2016-02-08 株式会社大林組 構造物の基礎構造

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