KR101876414B1 - 이중관 선단보강부를 이용하여 제작된 선단보강파일 및 그 시공방법 - Google Patents

이중관 선단보강부를 이용하여 제작된 선단보강파일 및 그 시공방법 Download PDF

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Abstract

이중관 선단보강부를 이용하여 제작된 선단보강파일 및 그 시공방법이 개시된다. 상기 선단보강파일은 기성말뚝의 하단과 결합되고, 매일말뚝의 내경 또는 외경에 대응되도록 형성된 내부강관; 및 상기 내부강관과 미리 설정된 간격으로 이격되어, 상기 내부강관의 외주면을 감싸도록 형성된 외부강관;을 포함하며, 상기 이중관 선단보강부의 저면은 개방되어 굴착지반 바닥면(G)에 잔류하는 슬라임을 통과함으로써, 상기 굴착지반 바닥면(G)에 직접 지지되도록 하게 된다.

Description

이중관 선단보강부를 이용하여 제작된 선단보강파일 및 그 시공방법{PILE WITH REINFORCED TIP AND ITS CONSTRUCTION METHOD THEREOF}
본 발명은 이중관 선단보강부를 이용하여 제작된 선단보강파일 및 그 시공방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기성말뚝의 하단부에 결합하는 이중관 선단보강부가 형성됨으로써 연직지지력이 향상되고 구조적 안전성 확보가 가능한, 이중관 선단보강부를 이용하여 제작된 선단보강파일 및 그 시공방법에 관한 것이다.
말뚝기초는 암반층과 같은 양질의 지지층이 지반의 깊은 곳에 있는 경우에 타입말뚝공법, 매입말뚝공법 및 현장타설 말뚝공법 등으로 설치하는 기초이다.
타입말뚝공법은 기성말뚝을 지반에 직접 항타하여 매입하는 방식이며, 매입말뚝공법은 지반에 천공홀을 형성한 후 천공홀에 기성말뚝을 매입하는 방식이며, 현장타설말뚝공법은 기계나 인력에 의하여 굴착한 구멍 안에 철근콘크리트를 타설하여 제작하는 방식이다.
매입말뚝공법은 지반을 선 굴착하여 기성말뚝을 지반 속에 타입한 말뚝으로 소음이나 진동 등의 건설공해를 저감시킬 목적으로 개발한 공법으로, 굴착된 지반 내에 강관말뚝이나 PHC 말뚝을 수직하게 매입한 후 시멘트풀 등을 주입하여 강관 말뚝을 고정시킨다.
강관말뚝이나 PHC 말뚝이 매입된 후 지반 내에서 지지되는 말뚝의 지지력은 선단부의 유효단면적에 의해서 결정되는 선단지지력에 큰 영향을 받게된다. 따라서, 선단부 유효단면적 확장은 매입말뚝공법용 강관말뚝에서 매우 중요한 설계요소로 반영된다.
그러나 매입말뚝공법을 위한 강관말뚝이나 PHC 말뚝을 지반 내로 매입하는 경우, 지반내에서 강관말뚝이나 PHC 말뚝을 지지하는 선단부가 굴착작업 시 발생된 슬라임 상에 지지되면 강관말뚝이나 PHC 말뚝의 지지력이 약화된다는 문제점이 있었다.
즉, 굴착 후 침전된 슬라임이 제거되지 않을 경우, 콘크리트의 강도가 저하되고 말뚝의 선단지지력의 저하, 침하로 인한 상부구조물에 변위를 수반하는 결과를 초래한다는 문제점이 있었다.
여기서 슬라임(Slime)이란, 굴착 도중 공벽 붕괴를 방지하기 위해 사용한 벤토나이트와 굴착 토사 중 지상으로 배출되지 않고 공저에 남아 침전된 찌거기를 말한다.
이러한 매입말뚝공법의 문제점을 해결하기 위해, 등록특허 10-1075922에서는 선단부가 보강된 매입말뚝공법용 강관말뚝을 개시하였다.
상기 매입말뚝공법용 강관말뚝은, 도 1과 같이 강관말뚝(10)의 선단부의 하단에 수평 방향으로 중공의 원반형 플랜지(20)를 결합하여 지반 내에서 강관말뚝이 지지되는 유효단면적을 늘려 선단지지력을 향상시키고, 플랜지에 유공을 형성하여 굴착 작업 시 발생된 슬라임을 다질 수 있는 장점이 있다.
그러나 상기 매입말뚝공법용 강관말뚝의 플랜지(20)는 유공(22)이 형성되어 있다고 하더라도 슬라임을 제거할 수 없을 뿐만 아니라, 플랜지가 여전히 슬라임의 상부에 위치하게 되어 슬라임이 다져진다고 하더라도, 슬라임의 압밀 등의 이유로 장기적으로 말뚝의 선단지지력이 저하된다는 문제점이 있었다.
더욱이, 고강도 기성말뚝, 대구경 기성말뚝의 경우, 내력에 대응할 수 있는 지지력 확보가 어려워 재료의 효율적 사용이 이루어지지 못한다는 문제점이 있었다.
또한, 상기 매입말뚝공법용 강관말뚝(10)은, 외측관(30)과 강관(10) 사이를 단순히 빈 공간(12)으로 형성하여 슬라임이 그 빈 공간으로 자리 잡는다 하더라도 강관말뚝의 지지력 향상효과는 거의 없을 뿐만 아니라, 외측관과 강관 사이의 구조적 안정성이 저하된다는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 슬라임을 통과하여 견질지반에 지지되는 이중관 선단보강부가 형성됨으로써 선단지지력이 향상되며, 이중관 선단보강부 내부의 전단연결재와 시멘트 페이스트와 같은 충진재가 합성되어 선단을 폐쇄하고 폐합말뚝을 형성함으로써 상부파일의 하중을 지반에 고르게 전달함은 물론 선단지지력을 추가적으로 확보할 수 있는, 이중관 선단보강부를 이용하여 제작된 선단보강파일 및 그 시공방법 제공을 해결하고자 하는 과제로 한다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 선단보강부를 이용하여 제작된 선단보강파일은 중앙이 통공되고 선단부가 개방된 기성말뚝의 선단부에 고정 지지되는 선단보강파일에 있어서, 상기 선단보강파일의 하부에 형성되는 이중관 선단보강부는, 상기 기성말뚝의 하단과 결합되고, 상기 기성말뚝의 내경에 대응되도록 형성된 내부강관; 및 상기 내부강관과 미리 설정된 간격으로 이격되어, 상기 내부강관의 외주면을 감싸도록 형성된 외부강관;을 포함하며, 상기 이중관 선단보강부는 저면이 개방되어 굴착지반 바닥면(G)에 잔류하는 슬라임(S)을 통과함으로써 상기 굴착지반 바닥면(G)에 직접 지지되며,
상기 외부강관의 상단부에 방사상으로 고정되는 보강리브를 포함하되, 상기 보강리브는 방사상으로 형성된 수직보강재와 수직보강재의 하부에 형성되어 외부강관의 상단과 내부강관 외주면에 걸쳐 고정 결합되는 하부 수평보강판을 포함하여, 상기 외부강관은 내부강관보다 높이는 작고, 직경은 커지도록 하되 하부가 개방되며, 상부는 하부 수평보강판으로 폐쇄된 중공관으로 형성됨으로써 기성말뚝을 케이싱에 충진재를 미리 설정된 높이로 채운 후 상기 케이싱에 삽입하여, 이중관 선단보강부는 충진재에 의해 선단확장이 가능한 폐단부를 형성하도록 하는 선단보강부를 이용하여 제작된 선단보강파일을 제공한다.
또한 바람직하게는, 상기 내부강관의 내측이나 외측으로 방사상으로 형성된 전단연결재;와 상기 내부강관과 상기 외부강관을 연결하는 강관연결재를 더 포함할 수 있다.y
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또한 바람직하게는, 상기 기성말뚝은 강관파일로서, 상기 이중관 선단보강부는, 내부강관이 상부로 더 돌출되도록 형성된 내부강관 돌출부 상면에 강관파일이 고정 형성되도록 하거나, 내부강관의 높이를 외부강관과 동일하게 하여, 강관파일이 강관연결재의 상부에 고정 결합되도록 할 수 있다.
또한 바람직하게는, 상기 전단연결재는, 강봉형태로서 양 단부가 상기 내부강관의 내주면에 고정되는 다수 개의 전단연결재로 형성되거나, 강봉형태로서 상기 내부강관을 관통하여 내부강관의 외부로 미리 설정된 길이로 돌출되도록 형성되는 전단연결재로 형성되거나, 상기 내부강관의 내부 및 외부로 미리 설정된 길이로 돌출되도록 방사상으로 형성되는 전단연결재로 형성되는 것도 물론 가능하다.
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전술한 과제를 해결하기 위한 또 다른 수단으로서, 이중관 선단보강부를 이용하여 제작된 선단보강파일 시공방법은, (a) 굴착공과 미리 설정된 간격으로 이격되어 삽입된 케이싱으로부터 굴착장치를 인발하는 단계; (b) 굴착지반 바닥면(G)에 하단이 지지되는 상기 케이싱 내부로 미리 설정된 높이로 충진재를 채우는 단계; (c) 상기 충진재가 채워진 상기 케이싱 내부로 이중관 선단보강부와 기성말뚝을 이용하여 제작된 선단보강파일을 삽입하는 단계; ;
(d) 상기 케이싱 내부 및 상기 케이싱과 상기 굴착공 사이에 충진재를 추가로 타설하고 상기 케이싱을 인발하는 단계; 및 (e) 상기 이중관 선단보강부를 이용하여 제작된 선단보강파일의 상부를 경타하여, 상기 이중관 선단보강부가 슬라임(S)을 관통하여 상기 굴착지반 바닥면(G)에 직접 지지되도록 한 후, 상기 슬라임(S)이 형성된 부분까지 주입장치를 이용하여 충진재를 추가적으로 주입하는 단계;를 포함할 수 있다.
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본 발명에 따르면, 내부강관과 외부강관은 미리 설정된 간격으로 이격되어 기성말뚝을 안정적으로 지지하도록 하면서도, 상,하부가 연통된 중공관으로 형성됨으로써 이중관 선단보강부의 하단이 슬라임을 통과하여 굴착지반 바닥면에 직접 지지되도록 형성된다.
이에 따라, 본 발명은 이중관 선단보강부와 굴착지반 바닥면 사이에 슬라임이 존재하지 않도록 하여, 슬라임에 의해 지지력이 약화되는 문제를 해결할 수 있으며, 추가 침하의 문제를 해결할 수 있어 매우 구조적으로 매우 안전한 이중관 선단보강부를 이용하여 제작된 선단보강파일을 형성하게 된다.
또한, 본 발명은 이중관 선단보강부 내부에 시멘트 페이스트와 같은 충진재가 타설됨으로써, 폐합말뚝을 형성하여 기성말뚝의 하중을 지반에 고르게 전달하면서도 추가적으로 선단지지력을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 이중관 선단보강부가 내부강관과 외부강관으로 형성됨으로써, 선단확장이 매우 용이하여 설계 지지력 확보가 가능하다. 특히, 고강도 기성말뚝, 대구경 기성말뚝에 사용 시 내력에 대응할 수 있는 지지력 확보가 가능하며, 구조적으로도 안정적인 이중관 선단보강부를 이용하여 제작된 선단보강파일을 형성하게 된다.
도 1은 종래기술에 따른 선단부가 보강된 기성말뚝공법용 강관말뚝의 단면도이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 이중관 선단보강부를 이용하여 제작된 선단보강파일의 단면도 및 발췌사시도,
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 이중관 선단보강부를 이용하여 제작된 선단보강파일과 PHC 말뚝의 결합사시도 및 단면도,
도 3c 및 도 3d는 본 발명의 일 실시예에 따른 이중관 선단보강부를 이용하여 제작된 선단보강파일과 강관말뚝의 결합사시도 및 단면도,
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이중관 선단보강부를 이용하여 제작된 선단보강파일의 단면도 및 발췌사시도,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 이중관 선단보강부를 이용하여 제작된 선단보강파일 시공방법의 시공순서도,
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이중관 선단보강부를 이용하여 제작된 선단보강파일 시공방법의 시공순서도를 나타낸다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
[이중관 선단보강부(100a)를 이용하여 제작된 선단보강파일(실시예 1)]
상기 실시예 1은 이중관 선단보강부(100a)를 이용하여 제작된 선단보강파일에 있어서, 이중관 선단보강부(100a)와 기성말뚝(200,300) 예컨대 PHC파일, 강관파일과 같은 말뚝을 연결한 경우라 할 수 있다.
먼저, 본 발명의 이중관 선단보강부를 이용하여 제작된 선단보강파일에 있어서, 기성말뚝으로서, 선단보강파일이 PHC 파일(200)과 연결되는 구성을 설명하기로 한다.
이에 도 2a 및 도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 이중관 선단보강부를 이용하여 제작된 선단보강파일의 단면도 및 부분발췌사시도이며, 도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 이중관 선단보강부와 PHC 말뚝의 결합을 나타내는 사시도 및 단면도이다.
도 2a, 도 2b, 도 3a 및 도 3b를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이중관 선단보강부를 이용하여 제작된 선단보강파일과 PHC 말뚝은, 기성말뚝인 PHC 말뚝(200)의 하단부와 이중관 선단보강부(100a)의 상단부가 연결되어 고정되며, 이중관 선단보강부(100a)는 하단부가 굴착지반 바닥면(G)에 지지됨을 알 수 있다.
먼저, 이중관 선단보강부(100a)는 내부강관(110a), 외부강관(120a), 전단연결재(130a), 강관연결재(140a) 및 보강리브(150a)를 포함하도록 형성된다.
상기 내부강관(110a)은 기성말뚝(200)의 하단과 미도시된 체결부에 의해 결합되고, 기성말뚝인 PHC 말뚝(200)의 내경에 대응되는 내경을 가지도록 형성된다.
그러나 내부강관(110a)의 내경은 기성말뚝(200)의 내경보다 크거나 작게 형성되는 것도 물론 가능하다.
상기 내부강관(110a)의 상부와 외부강관(120a)의 상단부 즉 연결부에는 보강리브(150a)가 형성되어, 기성말뚝(200)이 이중관 선단보강부(100a)에 안정적으로 지지되도록 한다.
내부강관(110a)은 중공관으로 형성되어 상하부가 개방되도록 하며, 내부강관(110a)의 내측에는 전단연결재(130a)가 형성된다. 또한, 내부강관(110a)은 강관연결재(140a)에 의해 외부강관(120a)과 연결 고정된다.
상기 외부강관(120a)은 내부강관(110a)과 횡방향으로 미리 설정된 간격으로 이격되도록 형성되어, 내부강관(110a)의 외주면을 감싸도록 형성된다.
바람직하게는, 외부강관(120a)과 내부강관(110a)의 이격거리는 기성말뚝(200)의 단면두께보다 크도록 형성되어, 이중관 선단보강부(100a)가 기성말뚝(200)을 안정적으로 지지하도록 할 수 있다.
즉, 외부강관(120)은 내부강관(110a)과 동일한 중심축을 기준으로 형성되며, 그 단면의 형상은 내부강관(110a)과 동심원 형상을 이루도록 형성된다.
외부강관(110a)은 내부강관(110a) 보다 그 높이가 작도록 형성되어, 외부강관(120a)과 내부강관(110a)의 상부 이격공간 사이에는 보강리브(150a)가 방사상으로 형성될 수 있다.
그러나 외부강관(120a)과 내부강관(110a)의 높이를 동일하게 형성하여, 기성말뚝(200)이 외부강관(120a)과 내부강관(110a)에 의해 지지되도록 하는 것도 물론 가능하다.
외부강관(120a)도 내부강관(110a)과 마찬가지로 중공관으로 형성되어 상하부가 개방되도록 형성된다. 이에 후술하는 바와 같이, 외부강관과 내부강관 사이 내부공간에는 시멘트 페이스트와 같은 충진재(500) 타설되어, 개단말뚝이 아닌 폐합말뚝으로 형성된다.
즉, 이중관 선단보강부(100a)와 연결된 기성말뚝(200)은 케이싱(400)에 충진재(500)를 미리 설정된 높이로 채운 후, 케이싱(400)에 삽입되어, 이중관 선단보강부(100a)는 충진재(500)에 의해 폐단부를 형성하게 된다.
본 발명의 내부강관(110a)과 외부강관(120a)은 미리 설정된 간격으로 이격되어 충진재(500)에 의해 합성되어 기성말뚝을 안정적으로 지지하도록 하면서도, 상하부가 개방된 중공관으로 형성됨으로써 이중관 선단보강부의 저면이 슬라임(S)을 관통하여 굴착지반 바닥면(G)에 직접 지지되도록 형성된다.
이에 따라, 본 발명은 이중관 선단보강부와 굴착지반 바닥면(G) 사이에 슬라임이 존재하지 않도록 하여, 슬라임에 의해 지지력이 약화되는 문제를 해결할 수 있으며, 추가 침하의 문제를 해결할 수 있어 매우 구조적으로 매우 안전한 선단보강파일을 형성하게 된다.
또한, 본 발명은 이중관 선단보강부 내부에 충진재(500)가 충진되어 경화됨으로써, 폐합말뚝을 형성하여 기성말뚝의 하중을 지반에 고르게 전달하면서도 추가적으로 선단지지력을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 이중관 선단보강부가 내부강관과 외부강관으로 형성됨으로써, 선단확장이 매우 용이하며, 구조적으로도 안정적인 이중관 선단보강부를 이용하여 제작된 선단보강파일을 형성하게 된다.
전단연결재(130a:131a,133a,135a)는 내부강관(110a)의 내측이나 외측으로 형성되어, 타설되는 충진재(500)와 내부강관(110a)과의 결합력을 증대시키기 위한 것이다.
즉, 상기 전단연결재(131a)는 다수 개의 강봉으로 형성되어 용접과 같은 방법으로 내부강관(110a)의 내주면에 고정되도록 형성될 수 있으며, 내부강관(110a)을 관통하여 내부강관(110a)의 외주면에 정착되거나 절곡되어 용접되도록 형성될 수 있다.
도 3a를 참조하면, 전단연결재(131a)는 다수 개로 형성되어 내부강관(110a)의 지름에 대응하는 길이로 형성되거나 지름보다 작도록 형성될 수 있음을 알 수 있다.
또한, 다른 전단연결재(133a)는 내부강관(110a)을 관통하여 내부강관(110a)의 외부로 미리 설정된 길이로 돌출되도록 형성될 수 있다.
또한, 다른 전단연결재(135a)는 내부강관(110a)의 내부 및 외부로 일부가 돌출되도록 하되, 방사상으로 배치되도록 형성될 수 있다.
도 2b를 참조하면, 전단연결재(135a)는 강관연결재(140a)의 사이사이에 방사상으로 다수가 형성될 수 있음을 알 수 있다.
이에, 본 발명은 전단연결재와 시멘트 페이스트와의 결합력이 증대되어 용이하게 폐합말뚝을 형성함으로써, 종래기술의 문제였던 시멘트 페이스트와 같은 충진재와 파일간의 슬라이딩 발생을 해결할 수 있음은 물론, 기성말뚝의 하중을 지반에 고르게 전달할 수 있다.
상기 강관연결재(140a)는 내부강관(110a)과 외부강관(120a)을 연결하는 기능과 충진재와의 합성을 증진시키는 기능을 가지게 된다.
즉, 강관연결재(140a)는 외부강관(120a)의 상하부에 내부강관(110a)과 외부강관(120a)의 이격 거리에 대응되도록 방사상으로 형성되며, 용이하게 용접 등의 방법으로 내부강관(110a)과 외부강관(120a)을 고정할 수 있다.
강관연결재(140a)는 단면이 직사각형으로 형성될 수 있고, 스터드 볼트와 같은 볼트 형태로 형성되는 것도 물론 가능하며, 충진재(500)가 충진이 방해되지 않도록 하면 된다.
상기 보강리브(150a)는 도 2a 및 도 2b와 같이, 외부강관(120a)의 상단부와 내부강관(110a)의 상측면에 방사상으로 고정되는 것이다.
보강리브(150a)는 방사상으로 형성된 수직보강재(151a)와 수직보강재(151a)의 상하부에 형성된 상부 수평보강판(155a)과 하부 수평보강판(153a)을 포함한다.
수직보강재(151a)는 하광상협으로 형성되며, 다수 개가 내부강관(110a) 상부의 외주면을 따라 방사상으로 배치된다.
하부 수평보강판(153a)은 판재로 형성되며, 강관연결재(140a)의 상부 및 외부강관(120a)의 상단에 고정 결합된다.
상부 수평보강판(155a)은 기성말뚝(200)이 접하여 미도시된 체결부에 의해 체결되도록 형성된다.
한편, 도시하지 않았지만, 보강리브(150a)는 상부 수평보강판(155a)이 형성되지 않고 하부 수평보강판(153a)과 수직보강재(151a)만으로 형성되어, 기성말뚝(200)의 하단부가 강관연결재(140a)의 상부에 형성되도록 형성할 수 있다. 이 경우, 보강리브(150a)는 기성말뚝(200)의 하측면에 접하여 볼트와 같은 체결부재에 의해 기성말뚝(200)을 안정적으로 지지할 수 있다.
다음으로, 본 발명의 이중관 선단보강부를 이용하여 제작된 선단보강파일에 있어서, 기성말뚝으로서, 선단보강파일이 강관파일(300)과 같은 강재말뚝과 연결되는 구성을 설명하기로 한다.
도 3c 및 도 3d는 본 발명의 일 실시예에 따른 이중관 선단보강부를 이용하여 제작된 선단보강파일과 강관말뚝의 결합사시도 및 단면도이다.
도 3c를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이중관 선단보강부를 이용하여 제작된 선단보강파일은 이중관 선단보강부(100a)가 강관파일(300)과 연결됨을 알 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 강관파일과 연결되는 이중관 선단보강부를 이용하여 제작된 선단보강파일은 대부분 구성이 본 발명의 일 실시예에 따른 PHC 파일과 연결되는 이중관 선단보강부를 이용하여 제작된 선단보강파일과 동일하다. 따라서 상이한 구성을 중심으로 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 강관파일과 연결되는 이중관 선단보강부(100a)는, 내부강관(110a)이 앞서 살펴본 본 발명의 일 실시예에 따른 PHC 파일과 연결되는 이중관 선단보강부에 비해 상부로 더 돌출되도록 형성됨을 알 수 있다. 내부강관 돌출부(111a)의 상면을 이용해 내부강관(110a)과 강관파일(300)이 용접 등에 의한 방법으로 고정 형성될 수 있다.
이에 보강부재(150a:151a,153a)는 내부강관 돌출부(111a)의 외주면과 외부강관(120a)의 상면 사이에 형성되고 있음을 알 수 있다.
그러나 미 도시하였지만 내부강관(110a)의 높이를 외부강관(120a)과 동일하게 하여, 강관파일(300)이 강관연결재(140a)의 상부에 고정 결합되도록 형성하는 것도 물론 가능하다.
[이중관 선단보강부(100b)를 이용하여 제작된 선단보강파일(실시예 2)]
상기 실시예 2는 이중관 선단보강부(100b)를 이용하여 제작된 선단보강파일에 있어서, 이중관 선단보강부(100b)와 기성말뚝(200,300) 예컨대 PHC파일, 강관파일과 같은 말뚝을 연결한 경우라 할 수 있다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 실시예 2에 따른 이중관 선단보강부를 이용하여 제작된 선단보강파일의 단면도 및 발췌사시도를 나타낸다.
본 발명의 실시예 2에 따른 이중관 선단보강부를 이용하여 제작된 선단보강파일은 대부분의 구성이 본 발명의 실시예 1에 따른 이중관 선단보강부를 이용하여 제작된 선단보강파일과 대응된다. 이에, 대응되는 구성에 대하여 대응되는 부재번호를 부여하였다.
도 4a 및 도 4b를 참조하면, 기성말뚝(200,300)의 하단부와 이중관 선단보강부(100b)의 상단부가 연결되어 고정되며, 이중관 선단보강부(100b)는 하단부가 굴착지반 바닥면(G)에 지지됨을 알 수 있다.
이중관 선단보강부(100b)는 내부강관(110b), 외부강관(120b), 전단연결재(130b), 강관연결재(140b) 및 보강리브(150b)를 포함한다.
상기 내부강관(110b)은 기성말뚝(200,300)의 하단과 미도시된 체결부에 의해 결합되며, 중공관으로 형성되어 상하부가 개방되도록 형성된다. 내부강관(110b)의 내측에는 전단연결재(130b)가 형성되며, 강관연결재(140b)에 의해 내부강관(110b)와 외부강관(120b)이 연결 고정된다.
내부강관(110b)은 기성말뚝(200,300)의 외경에 대응되는 내경을 가지도록 형성된다. 그러나 내부강관(110b)의 내경은 기성말뚝(200,300)의 외경보다 크거나 작게 형성되는 것도 물론 가능하다.
도 4a를 참조하면, 내부강관(110b)의 상단 내측에는 보강리브(150b)가 원주를 따라 연속적으로 형성되거나, 원주를 따라 미리 설정된 간격으로 이격되도록 형성될 수 있다. 이에, 내부강관(110b)과 이중관 선단보강부(100b)가 보강리브(150b)에 의해 보강됨으로써, 기성말뚝(200,300)이 이중관 선단보강부(100b)에 안정적으로 지지되도록 한다.
한편, 도 4b는 강관파일(300)이 이중관 선단보강부(100b)와 결합하는 것을 예시하는 것으로, 보강리브(150b)가 형성되지 않는 것으로 도시하였으나, 강관파일(300)의 내경이 내부강관(110b)의 내경보다 클 경우에는 보강리브(150b)가 형성될 수 있다.
외부강관(120b)은 내부강관(110b)의 하부에서 내부강관(110b)의 외주면을 감싸도록 형성된다. 바람직하게는, 외부강관(120b)과 내부강관(110b)의 이격거리는 기성말뚝(200,300)의 단면두께보다 크도록 형성되어, 이중관 선단보강부(100b)가 기성말뚝(200,300)을 안정적으로 지지하도록 하게 된다.
외부강관(120b)도 내부강관(110a)과 마찬가지로 중공관으로 형성되어 상하부가 개방되도록 형성된다. 이에, 외부강관과 내부강관 사이 내부공간에 시멘트 페이스트와 같은 충진재(500)가 타설되어, 개단말뚝이 아닌 폐합말뚝으로 형성된다.
본 발명의 실시예 2에 따른 외부강관(120b)은 본 발명의 실시예 1에 따른 외부강관(120a)에 비하여 그 높이가 낮도록 형성된다. 즉, 외부강관(120b)의 높이는 기성말뚝(200,300)이 외부강관(120b))과 내부강관(110b)에 의해 안정적으로 지지되되, 슬라임(S)을 이중관 선단보강부(100b)가 관통할 때 외부강관(120b)와 내부강관(110b)의 사이에서 상기 슬라임(S)을 수용할 수 있을 정도의 높이로 형성될 수 있다.
이에 따라, 본 발명은 이중관 선단보강부와 굴착지반 바닥면(G) 사이에 슬라임이 존재하지 않도록 하여, 슬라임에 의해 지지력이 약화되는 문제를 해결할 수 있으며, 추가 침하의 문제를 해결할 수 있어 매우 구조적으로 매우 안전한 선단보강파일을 형성하게 된다.
또한, 본 발명은 이중관 선단보강부 내부에 충진재(500)가 충진되어 경화됨으로써, 폐합말뚝을 형성하여 기성말뚝의 하중을 지반에 고르게 전달하면서도 추가적으로 선단지지력을 향상시킬 수 있다. 또한, 본 발명은 이중관 선단보강부가 내부강관과 외부강관으로 형성됨으로써, 선단확장이 매우 용이하며, 구조적으로도 안정적인 이중관 선단보강부를 이용하여 제작된 선단보강파일을 형성하게 된다.
또한, 본 발명은 외부강관의 종방향 길이가 내부강관에 비해 작도록 형성됨으로써, 이중관 선단보강부가 가벼워 시공성이 향상됨은 물론, 제작비용이 적어 경제성이 향상된다.
전단연결재(130b)는 내부강관(110b)의 내측이나 외측으로 형성되어 타설되는 충진재(500)와의 결합력을 증진시킬 수 있도록 형성된다.
전단연결재(130b)는 다수 개의 강봉으로 형성되어 내부강관(110b)의 내주면에 용접이나 체결장치에 의해 고정되도록 형성되거나, 내부강관(110b)을 관통하여 내부강관(110b)의 외주면에 정착되거나 절곡되어 용접되도록 형성될 수 있다.
한편, 미도시하였지만, 내부강관(110b)과 외부강관(120b)의 사이에도 전단연결재(130b)가 형성되어, 내부강관(110b)과 외부강관(120b)의 결합력을 증대시킬 수 있다.
이에, 본 발명은 전단연결재와 시멘트 페이스트와의 결합력이 증대되어 용이하게 폐합말뚝을 형성함으로써, 종래기술의 문제였던 시멘트 페이스트와 같은 충진재와 파일간의 슬라이딩 발생을 해결할 수 있음은 물론, 기성말뚝의 하중을 지반에 고르게 전달할 수 있다.
강관연결재(140b)는 내부강관(110b)과 외부강관(120b)을 연결하는 기능과 충진재와의 합성을 증진시키는 기능을 가지게 된다.
강관연결재(140b)는 외부강관(120b)의 상부에 내부강관(110b)과 외부강관(120b)의 이격거리에 대응되도록 방사상으로 형성될 수 있으며, 용접 등의 방법으로 내부강관(110b)과 외부강관(120b)을 고정할 수 있다.
강관연결재(140b)는 하광상협의 단면이 직사각형으로 형성될 수 있으며, 스터드 볼트와 같은 볼트 형태로 형성되는 것도 물론 가능하다.
보강리브(150b)는 내부강관(110b)의 상단 내면에서 기성말뚝(200,300)을 지지하도록 형성된다.
보강리브(150b)는 방사상으로 내부강관(110b)의 내주면을 따라 미리 설정된 간격으로 이격되어 방사상으로 형성될 수 있으나, 일체로 형성되는 것도 물론 가능하다.
[이중관 선단보강부를 이용하여 제작된 선단보강파일 시공방법(실시예 1)]
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 이중관 선단보강부(100a)를 이용하여 제작된 선단보강파일 시공순서를 나타내는 도면이다.
도 5를 참조하면, 우선, 계획된 지반에 설계심도까지 굴착장치(600)에 의해 지반을 굴착하여 굴착공(700)을 형성하고, 굴착공(700)과 미리 설정된 간격으로 이격되어 삽입된 케이싱(400)으로부터 굴착장치(600)를 인발하게 된다.
이 경우, 굴착장치(600)는 케이싱(400)에 삽입되어 지반을 굴착할 수 있으며, 굴착장치(600)만으로 굴착공(700)을 형성한 후 케이싱(400)을 굴착공(700) 내에 삽입하는 것도 물론 가능하다.
케이싱(400)은 굴착공(700)의 공벽을 유지하기 위해 굴착공(700)과 접하도록 형성할 수 있으나, 바람직하게는 케이싱(400)은 굴착공(700)과 미리 설정된 간격으로 이격되도록 형성한다.
이 경우, 케이싱(400)의 하단 및 굴착공(700)의 하부에는 미리 설정된 높이로 슬라임(S)이 형성될 수 있다.
다음으로, 굴착지반 바닥면(G) 및 슬라임(S)의 상부에 하단이 지지되는 케이싱(400) 내부로 미리 설정된 높이로 충진재(500)를 채우게 된다.
다음으로, 충진재(500)가 계획된 높이에 따라 채워진 케이싱(400) 내로 이중관 선단보강부(100a)와 기성말뚝(200,300)이 연결된 선단보강파일을 삽입하게 된다.
이에, 경화되지 않은 충진재(500)는 선단보강파일의 부피에 따라 케이싱(400) 내부에서 소정의 높이로 상승하게 된다.
또한, 케이싱(400)과 선단보강파일은 소정의 간격으로 이격되도록 형성되며, 선단보강파일은 슬라임(S)의 상부에 형성됨을 알 수 있다.
다음으로, 케이싱(400) 내부 및 케이싱(400)과 굴착공(700)의 이격된 부분에 충진재(500)를 추가적으로 타설하게 되며, 케이싱(400)을 굴착공(700)으로부터 인발하게 된다.
이에, 충진재(500)는 굴착공(700)의 상부까지 채워지게 된다.
다음으로, 기성말뚝(200,300)의 상단을 굴착장치(600)에 형성된 미도시된 해머 등으로 경타하게 된다.
이에, 이중관 선단보강부(100a)와 연결된 기성말뚝(200)은 케이싱(400)에 충진재(500)를 미리 설정된 높이로 채운 후, 케이싱(400)에 삽입되어, 이중관 선단보강부(100a)는 충진재(500)에 의해 폐단부를 형성하게 된다.
또한, 본 발명의 내부강관(110a)과 외부강관(120a)은 미리 설정된 간격으로 이격되어 기성말뚝을 안정적으로 지지하도록 하면서도, 상하부가 연통된 중공관으로 형성됨으로써 이중관 선단보강부의 하단이 슬라임(S)을 통과하여 굴착지반 바닥면(G)에 직접 지지되도록 형성된다.
다음으로, 선단보강파일의 하부 즉 슬라임(S)이 형성된 부분까지 주입장치(800)를 이용하여 선단보강파일의 하단에 시멘트페이스트와 같은 충진재(500)를 추가적으로 주입하여, 슬라임(S)과 혼합되도록 하여 하나의 구조체로 선단보강파일의 하부를 강결시키게 된다.
이에 따라, 본 발명은 이중관 선단보강부와 굴착지반 바닥면(G) 사이에 슬라임이 존재하지 않도록 하여, 슬라임에 의해 지지력이 약화되는 문제를 해결할 수 있으며, 추가 침하의 문제를 해결할 수 있어 매우 구조적으로 매우 안전한 선단보강파일을 형성하게 된다.
또한, 본 발명은 이중관 선단보강부 내부에 시멘트 페이스트가 타설됨으로써, 폐합말뚝을 형성하여 기성말뚝의 하중을 지반에 고르게 전달하면서도 추가적으로 선단지지력을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 이중관 선단보강부가 내부강관과 외부강관으로 형성됨으로써, 선단확장이 매우 용이하며, 구조적으로도 안정적인 선단보강파일을 형성하게 된다.
[이중관 선단보강부를 이용하여 제작된 선단보강파일 시공방법(실시예 2)]
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이중관 선단보강부(100b)를 이용하여 제작된 선단보강파일 시공순서를 나타내는 도면이다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 이중관 선단보강부(100b)를 이용하여 제작된 선단보강파일 시공순서는 본 발명의 일 실시예에 따른 이중관 선단보강부(100a)를 이용하여 제작된 선단보강파일 시공순서와 동일하다. 따라서, 상세한 설명은 생략한다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100a,100b: 이중관 선단보강부
110a,110b: 내부강관
120a,120b: 외부강관
130a,130b: 전단연결재
140a,140b: 강관연결재
150a,150b: 보강리브
200, 300: 기성말뚝
400: 케이싱
500: 시멘트 페이스트
600: 굴착장치
700: 굴착공
800: 주입장치
G: 굴착지반 바닥면 S: 슬라임

Claims (11)

  1. 중앙이 통공되고 선단부가 개방된 기성말뚝(200,300)의 선단부에 고정 지지되는 선단보강파일에 있어서,
    상기 선단보강파일의 하부에 형성되는 이중관 선단보강부(100a)는,
    상기 기성말뚝(200,300)의 하단과 결합되고, 상기 기성말뚝(200,300)의 내경에 대응되도록 형성된 내부강관(110a); 및 상기 내부강관(110a)과 미리 설정된 간격으로 이격되어, 상기 내부강관(110a)의 외주면을 감싸도록 형성된 외부강관(120a);을 포함하며,
    상기 이중관 선단보강부(100a)는 저면이 개방되어 굴착지반 바닥면(G)에 잔류하는 슬라임(S)을 통과함으로써 상기 굴착지반 바닥면(G)에 직접 지지되며,
    상기 외부강관(120a)의 상단부에 방사상으로 고정되는 보강리브(150a)를 포함하되, 상기 보강리브(150a)는 방사상으로 형성된 수직보강재(151a)와 수직보강재(151a)의 하부에 형성되어 외부강관(120a)의 상단과 내부강관 외주면에 걸쳐 고정 결합되는 하부 수평보강판(153a)을 포함하여,
    상기 외부강관은 내부강관보다 높이는 작고, 직경은 커지도록 하되 하부가 개방되며, 상부는 하부 수평보강판(153a)으로 폐쇄된 중공관으로 형성됨으로써 기성말뚝(200,300)을 케이싱(400)에 충진재(500)를 미리 설정된 높이로 채운 후 상기 케이싱(400)에 삽입하여, 이중관 선단보강부는 충진재(500)에 의해 선단확장이 가능한 폐단부를 형성하도록 하는
    이중관 선단보강부를 이용하여 제작된 선단보강파일.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 내부강관(110a)의 내측이나 외측으로 방사상으로 형성된 전단연결재(130a);와 상기 내부강관(110a)과 상기 외부강관(120a)을 연결하는 강관연결재(140a);와 상기 외부강관(120a)의 상단부에 방사상으로 고정되는 보강리브(150a);를 더 포함하는 이중관 선단보강부를 이용하여 제작된 선단보강파일.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 기성말뚝은 강관파일(300)로서,
    상기 이중관 선단보강부(100a)는, 내부강관(110a)이 상부로 더 돌출되도록 형성된 내부강관 돌출부(111a) 상면에 강관파일(300)이 고정 형성되도록 하거나,
    내부강관(110a)의 높이를 외부강관(120a)과 동일하게 하여, 강관파일(300)이 강관연결재(140a)의 상부에 고정 결합되도록 하는 이중관 선단보강부를 이용하여 제작된 선단보강파일.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 전단연결재(130a)는,
    강봉형태로서 양 단부가 상기 내부강관(110a)의 내주면에 고정되는 다수 개의 전단연결재(131a)로 형성되거나,
    강봉형태로서 상기 내부강관(110a)을 관통하여 내부강관(110a)의 외부로 미리 설정된 길이로 돌출되도록 형성되는 전단연결재(133a)로 형성되거나,
    상기 내부강관(110a)의 내부 및 외부로 미리 설정된 길이로 돌출되도록 방사상으로 형성되는 전단연결재(135a)로 형성되는 이중관 선단보강부를 이용하여 제작된 선단보강파일.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. (a) 굴착공(700)과 미리 설정된 간격으로 이격되어 삽입된 케이싱(400)으로부터 굴착장치(600)를 인발하는 단계;
    (b) 굴착지반 바닥면(G)에 하단이 지지되는 상기 케이싱(400) 내부로 미리 설정된 높이로 충진재(500)를 채우는 단계;
    (c) 상기 충진재(500)가 채워진 상기 케이싱(400) 내부로 제 1항의 이중관 선단보강부(100a,100b)와 기성말뚝(200,300)을 이용하여 제작된 선단보강파일을 삽입하는 단계;
    (d) 상기 케이싱(400) 내부 및 상기 케이싱(400)과 상기 굴착공(700) 사이에 충진재(500)를 추가로 타설하고 상기 케이싱(400)을 인발하는 단계; 및
    (e) 상기 이중관 선단보강부(100a,100b)를 이용하여 제작된 선단보강파일의 상부를 경타하여, 상기 이중관 선단보강부(100a,100b)가 슬라임(S)을 관통하여 상기 굴착지반 바닥면(G)에 직접 지지되도록 한 후, 상기 슬라임(S)이 형성된 부분까지 주입장치(800)를 이용하여 충진재(500)를 추가적으로 주입하는 단계;를 포함하는 이중관 선단보강부를 이용하여 제작된 선단보강파일 시공방법.
  11. 삭제
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