KR101984006B1 - 링 파일 - Google Patents

Abstract

본 발명은 파일 본체의 외주면에 나선형으로 결합되는 링 플레이트를 단면상 외측 하향으로 경사지게 형성함으로써, 파일의 선단지지력을 안정적으로 확보함과 동시에 지반 이완을 최소화할 수 있는 링 파일에 대한 것이다.
본 발명 링 파일은 중공의 파일 본체 및 상기 파일 본체의 외주면에 나선형으로 결합되는 것으로 복수 개가 수직 방향으로 이격되게 구비되는 링 플레이트로 구성되되, 상기 링 플레이트는 하부 지반을 구속하고, 하부 지반의 교란 및 이완을 방지하며, 휨 강성 및 면내력에 의해 지반 반력을 지지하기 위해 횡단면상 외측 단부가 하향이 되도록 외측 하향으로 경사지게 형성되어 중앙이 상부로 볼록한 돔 형상을 이루고, 상부에 위치하는 링 플레이트의 지름은 하부에 위치하는 링 플레이트의 지름보다 크게 형성되며, 상기 링 플레이트의 하면과 상면 중 적어도 어느 하나 이상에는 나선 방향으로 가이드홈이 형성되는 것을 특징으로 한다.

Description

링 파일{Ring pile}

본 발명은 파일 본체의 외주면에 나선형으로 결합되는 링 플레이트를 단면상 외측 하향으로 경사지게 형성함으로써, 파일의 선단지지력을 안정적으로 확보함과 동시에 지반 이완을 최소화할 수 있는 링 파일에 대한 것이다.

헬리컬 파일(helical pile, 10)은 내부가 빈 파이프 형상의 파일 본체(11) 외주면에 나선형의 스크류 플레이트(12')가 복수 개 상호 이격되게 결합된 것으로, 파일 자체가 회전하여 지반을 천공하면서 지지층까지 근입된다(도 1, 도 2).

이러한 헬리컬 파일(10)은 스크류 플레이트(12')의 확장 면적에 의한 선단지지력과 파일 본체(11)의 주면마찰력에 의해 지지력이 발휘되는 것으로서, 압축하중은 물론 인장력에도 저항할 수 있어 인장 파일에 사용 가능하다.

상기 헬리컬 파일은 지반 천공과 근입이 동시에 이루어지므로 시공이 빠르고 간편한 장점이 있다. 또한, 배토가 없어 친환경적이고, 소음 및 진동이 없어 민원발생 여지가 적으므로 도심지 공사 등에 많이 사용된다.

뿐만 아니라 헬리컬 파일은 연약지반 시공시 지반 교란이 최소화되는 장점이 있다.

한편, 상기 헬리컬 파일은 전술한 바와 같이, 스크류 플레이트의 넓은 면적에 의해 선단지지력을 발휘하게 된다. 그런데 기존의 헬리컬 파일은 스크류 플레이트가 단면상 수평을 이루도록 형성되므로, 지반 반력에 대해 휨 변형 발생 가능성이 있어 선단지지력 확보에 한계가 있다.

또한, 파일 관입시 스크류 플레이트의 하부 지반이 이완되어 선단지지력이 감소되는 단점이 있다.

KR 10-1238124 B1

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 파일의 선단지지력을 안정적으로 확보할 수 있고, 파일 본체의 외주면에 결합되는 플레이트 하부 지반의 이완을 최소화할 수 있는 링 파일을 제공하고자 한다.

바람직한 실시예에 따른 본 발명은 중공의 파일 본체 및 상기 파일 본체의 외주면에 나선형으로 결합되는 것으로 복수 개가 수직 방향으로 이격되게 구비되는 링 플레이트로 구성되되, 상기 링 플레이트는 하부 지반을 구속하고, 하부 지반의 교란 및 이완을 방지하며, 휨 강성 및 면내력에 의해 지반 반력을 지지하기 위해 횡단면상 외측 단부가 하향이 되도록 외측 하향으로 경사지게 형성되어 중앙이 상부로 볼록한 돔 형상을 이루고, 상부에 위치하는 링 플레이트의 지름은 하부에 위치하는 링 플레이트의 지름보다 크게 형성되며, 상기 링 플레이트의 하면과 상면 중 적어도 어느 하나 이상에는 나선 방향으로 가이드홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 링 파일을 제공한다.

다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 상기 링 플레이트는 하향으로 3~5° 각도로 경사지는 것을 특징으로 하는 링 파일을 제공한다.

다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 상기 링 플레이트의 하면 외측 단부에는 나선 방향으로 절삭링이 돌출 형성되는 것을 특징으로 하는 링 파일을 제공한다.

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다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 상기 파일 본체의 상단에는 외주면은 다각형으로 형성되고, 내주면에는 암나사산이 형성된 이음너트가 구비되는 것을 특징으로 하는 링 파일을 제공한다.

본 발명에 따르면 파일 본체의 외주면에 나선형으로 결합되는 링 플레이트가 단면상 외측 하향으로 경사지게 형성되는 링 파일을 제공할 수 있다.

이에 따라 링 플레이트의 하부 지반이 구속되어 지반 자체 지내력이 상승되므로 선단지지력이 증가하고, 링 플레이트의 휨 강성 뿐 아니라 면내력에 의해서도 지반 반력을 지지할 수 있어 지지력이 향상된다.

또한, 동일 두께 대비 수평 배치되는 기존 헬리컬 파일의 스크류 플레이트에 비해 단면2차모멘트가 증가하여 휨 강성이 향상되므로, 링 플레이트의 두께를 얇게 할 수 있어 경제적이다.

뿐만 아니라 하향 경사지게 형성되는 링 플레이트에 의하여 파일 회전 관입시 하부 지반의 이탈을 최소화하여 지반 교란 및 이완을 방지할 수 있으므로, 지내력 저하를 최소화할 수 있고 장기 침하 방지에 효과적이다.

도 1은 종래 헬리컬 파일이 시공된 상태를 도시하는 도면.
도 2는 종래 헬리컬 파일에 구비된 스크류 플레이트의 형상을 도시하는 사시도.
도 3은 본 발명 링 파일을 도시하는 사시도.
도 4는 링 플레이트의 구체적인 형상를 도시하는 사시도.
도 5는 파일 본체에 형성된 주입구를 도시하는 사시도.
도 6은 절삭링이 구비된 링 플레이트를 도시하는 사시도.
도 7은 도 6에 도시된 링 플레이트를 도시하는 저면 사시도.
도 8은 가이드홈이 형성된 링 플레이트를 도시하는 사시도.
도 9는 도 8에 도시된 링 플레이트를 도시하는 저면 사시도.
도 10은 이음너트가 구비된 본 발명 링 파일을 도시하는 사시도.
도 11은 링 파일과 강관 파일의 결합 관계를 도시하는 도면.
도 12는 이음너트와 두부 플레이트의 결합 관계를 도시하는 단면도.

이하, 첨부한 도면 및 바람직한 실시예에 따라 본 발명을 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명 링 파일을 도시하는 사시도이고, 도 4는 링 플레이트의 구체적인 형상를 도시하는 사시도이며, 도 5는 파일 본체에 형성된 주입구를 도시하는 사시도이다.

도 3 등에 도시된 바와 같이, 본 발명 링 파일은 중공의 파일 본체(11) 및 상기 파일 본체(11)의 외주면에 나선형으로 결합되는 것으로 복수 개가 수직 방향으로 이격되게 구비되는 링 플레이트(12)로 구성되되, 상기 링 플레이트(12)는 하부 지반을 구속하고, 하부 지반의 교란 및 이완을 방지하며, 휨 강성 및 면내력에 의해 지반 반력을 지지하기 위해 횡단면상 외측 단부가 하향이 되도록 외측 하향으로 경사지게 형성되어 중앙이 상부로 볼록한 돔 형상을 이루고, 상부에 위치하는 링 플레이트(12)의 지름은 하부에 위치하는 링 플레이트(12)의 지름보다 크게 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 헬리컬 파일의 선단지지력을 안정적으로 확보하고, 지반 이완을 최소화할 수 있는 링 파일(1)을 제공하기 위한 것이다.

본 발명 링 파일(1)은 파일 본체(11)와 링 플레이트(12)를 포함하여 구성된다.

상기 파일 본체(11)는 내부에 중공이 형성된 것으로, 고강도 강관을 사용 가능하다.

상기 링 플레이트(12)는 파일 본체(11)의 외주면에 나선형으로 결합되는 것으로, 복수 개가 수직 방향으로 상호 이격되게 구비된다.

복수의 링 플레이트(12)는 각각 독립적으로 파일 본체(11)에 결합되는 것으로, 바람직하게는 파일 본체(11)에 2~5개 구비한다.

각 링 플레이트(12)는 파일 본체(11)의 외주면을 따라 1회전(360°)하도록 파일 본체(11)에 결합 가능한 것으로, 나선형으로 형성된다.

이에 따라 파일 관입시에는 파일 회전에 따라 지반을 절삭하여 배토 없이 파일이 관입되도록 한다.

그리고 파일드라이버나 백호 등 천공장비를 이용하여 N치 50 이상의 지지층까지 회전 관입할 수 있다.

상기 링 플레이트(12)는 단면상 외측 하향으로 경사지게 형성된다.

즉, 상기 링 플레이트(12)는 횡단면상 외측 단부가 하향이 되도록 경사지게 형성된다.

다시 말하면, 상기 링 플레이트(12)는 전체적으로는 중앙이 상부로 볼록한 돔 형상을 이룬다.

이에 따라 링 플레이트(12)의 하부 지반이 구속되어 지반 자체 지내력이 상승되므로 선단지지력이 증가한다. 그리고 스크류 플레이트의 휨 강성에 의해서만 지반 반력을 지지하는 종래 헬리컬 파일과는 달리 본 발명은 링 플레이트(12)의 휨 강성 뿐 아니라 면내력에 의해서도 지반 반력을 지지할 수 있어 지지력이 향상된다.

또한, 동일 두께 대비 수평 배치되는 기존 스크류 플레이트에 비해 단면2차모멘트가 증가하여 휨 강성이 역시 향상된다.

따라서 링 플레이트(12)에 의한 선단지지력이 증가하게 되고, 선단지지력이 동일할 경우 링 플레이트(12)의 두께를 얇게 할 수 있어 강재량을 최소화할 수 있으므로 경제적이다.

뿐만 아니라 링 플레이트(12)가 하향 경사지게 형성되므로, 파일 회전 관입시 하부 지반의 이탈을 최소화하여 지반 교란 및 이완을 방지할 수 있다. 이에 따라 지반의 지내력 저하를 최소화할 수 있고, 장기 침하 방지에 효과적이다.

아울러 헬리컬 파일은 회전 관입시 스크류 플레이트의 시작 측 단부가 지반을 절삭하면서 지반에 관입되는데, 스크류 플레이트의 단면 전체가 동시에 지반을 절삭한다. 이러한 종래의 헬리컬 파일과는 달리 본 발명은 링 플레이트(12)의 외측 단부가 먼저 지반을 절삭하기 시작하므로 파일 근입시 회전 저항이 적고, 수직도 확보에 유리하다.

상기 파일 본체(11)의 하부에 위치하는 링 플레이트(12)의 회전 관입시 이완된 지반을 상부에서 가압하여 구속할 수 있도록 상부에 위치하는 링 플레이트(12)의 지름은 하부에 위치하는 링 플레이트(12)의 지름보다 크게 구성할 수 있다.

상기 링 플레이트(12)의 하부 측 단부, 즉 시작 측 단부는 지반 절삭이 용이하도록 날카롭게 절삭날(미도시)을 형성할 수 있다.

도 4에 도시된 바와 같이, 상기 링 플레이트(12)는 하향으로 3~5° 각도로 경사지게 구성할 수 있다.

상기 링 플레이트(12)가 하향으로 이루는 각도 θ가 3° 이하인 경우, 선단지지력 향상의 효과가 미미하다.

아울러 상기 링 플레이트(12)가 하향으로 이루는 각도 θ가 5° 이상이면, 링 플레이트(12) 하부의 투영 면적이 작아져 지지 면적이 줄어들게 된다. 이에 따라 링 플레이트(12)에 의한 선단지지력이 감소된다. 이에 지지력 확보 위해 강재량을 증가시켜야 하므로 오히려 비경제적이게 된다.

도 5에 도시된 바와 같이, 파일 관입시 주변의 교란된 지반에 그라우트재가 충전될 수 있도록 파일 본체(11)에 주입구(111)를 관통 형성할 수 있다.

상기 링 플레이트(12)의 주변에서 지반 교란이 가장 크게 발생하므로, 주입구(111)는 링 플레이트(12) 위치에 형성되는 것이 바람직하다.

상기 주입구(111)를 통하여 주입된 그라우트재는 주변 지반에 그라우팅된 후 파일 본체(11) 내부에 채워진다. 이에 따라 파일 본체(11)의 좌굴을 방지하고, 압축강도를 증가시킬 수 있다.

도 6은 절삭링이 구비된 링 플레이트를 도시하는 사시도이고, 도 7은 도 6에 도시된 링 플레이트를 도시하는 저면 사시도이다.

도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 링 플레이트(12)의 하면 외측 단부에는 나선 방향으로 절삭링(121)이 돌출 형성될 수 있다.

상기 절삭링(121)은 링 플레이트(12)의 하면 외곽을 따라 하부로 돌출 형성될 수 있다.

파일 회전 관입시 상기 절삭링(121)이 하부 지반을 절삭하므로, 파일 회전 관입이 용이하다.

상기 절삭링(121)은 먼저 지반에 파고들어 횡방향으로 견고하게 지지되므로, 수직도 확보에 용이하다.

아울러 상기 링 플레이트(12)의 하부에 돌출된 절삭링(121)은 링 플레이트(12) 하부의 토사가 링 플레이트(12)의 외부로 유출되는 것을 방지한다. 이에 따라 링 플레이트(12)의 절삭에 의한 지반 교란 및 이완을 최소화할 수 있다.

즉, 하부 지반을 구속하여 지반 자체 지내력을 향상시킬 수 있다.

도 8은 가이드홈이 형성된 링 플레이트를 도시하는 사시도이고, 도 9는 도 8에 도시된 링 플레이트를 도시하는 저면 사시도이다.

도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 링 플레이트(12)의 하면과 상면 중 적어도 어느 하나 이상에는 나선 방향으로 가이드홈(122)이 형성될 수 있다.

일반적으로 지반은 불균질하기 때문에, 링 플레이트(12)의 회전시 지반의 상태에 따라 저항 편차가 발생하여 링 플레이트(12)의 회전이 경로를 벗어나 파일 자체 수직도를 유지하기 어려운 경우가 발생할 수 있다.

따라서 상기 링 플레이트(12)의 상면이나 하면 또는 상하 양면에 나선 방향으로 가이드홈(122)을 형성함으로써, 가이드홈(122)이 접촉되는 지반과 상호 맞물려 링 플레이트(12)가 회전 경로대로 움직이도록 구성할 수 있다.

이에 따라 파일 근입시 수직도 확보가 용이하다.

아울러 절삭된 지반이 링 플레이트(12)의 나선 방향으로만 이동하도록 함과 동시에 링 플레이트(12)의 외측으로 유출되지 않도록 할 수 있으므로, 지반 이완을 최소화할 수 있다.

도 10은 이음너트가 구비된 본 발명 링 파일을 도시하는 사시도이고, 도 11은 링 파일과 강관 파일의 결합 관계를 도시하는 도면이며, 도 12는 이음너트와 두부 플레이트의 결합 관계를 도시하는 단면도이다.

도 10, 도 11 등에 도시된 바와 같이, 상기 파일 본체(11)의 상단에는 외주면은 다각형으로 형성되고, 내주면에는 암나사산이 형성된 이음너트(13)가 구비될 수 있다.

지지층 깊이가 깊은 경우, 링 파일(1)의 상부에 다른 강관 파일(2)을 이음할 수 있도록 파일 본체(11)의 상부에 이음너트(13)를 결합할 수 있다.

상기 이음너트(13)는 공구로 파지하여 회전 또는 고정 가능하도록 외주면을 다각형으로 형성한다.

외주면에 나사산이 형성된 이음볼트(21)가 하단에 결합된 강관 파일(2)과 링 파일(1)을 나사 결합할 수 있도록 상기 이음너트(13)의 내주면에는 암나사산이 형성된다.

상기 이음너트(13)를 파일 본체(11)와 나사 결합에 의해 고정할 경우, 파일 본체(11)의 외주면에 나사산을 형성하여 서로 체결되도록 해야 하므로 단면 손실이 불가피하다.

따라서 상기 이음너트(13)는 파일 본체(11)와 맞닿은 상태에서 고속 회전시켜 접촉면의 마찰열에 의해 압접하는 마찰 용접에 의해 결합하는 것이 바람직하다.

이 경우, 파일 본체(11)에 별도로 나사산을 가공할 필요가 없어 단면 손실이 없고, 제작 및 시공이 매우 간단하다.

아울러 이러한 마찰 용접은 열 영향부를 최소화할 수 있고, 경제적이며, 압접면의 다듬질이 필요 없어 편리하다.

뿐만 아니라 이종의 강재 결합에 용이하여 이음너트(13)와 파일 본체(11)의 강종이 다른 경우에도 접합이 용이하다.

도 12에 도시된 바와 같이, 상기 이음너트(13)의 상부에는 강관 파일(2) 뿐 아니라 기초 내에 파일을 정착하기 위한 두부 플레이트(14)가 결합될 수도 있다.

압축 파일의 경우 두부 플레이트(14)를 고정할 필요 없으나, 인장 파일의 경우 두부 플레이트(14)를 파일 본체(11)에 고정하여야 한다.

상기 두부 플레이트(14)의 저면에는 이음너트(13)의 상단이 삽입되어 나사 결합되도록 링 형상의 결합홈(141)이 형성될 수 있다.

1: 링 파일
11: 파일 본체
111: 주입구
12: 링 플레이트
121: 절삭링
122: 가이드홈
13: 이음너트
14: 두부 플레이트
141: 결합홈
2: 강관 파일
21: 이음볼트

Claims (5)

1. 중공의 파일 본체(11) 및 상기 파일 본체(11)의 외주면에 나선형으로 결합되는 것으로 복수 개가 수직 방향으로 이격되게 구비되는 링 플레이트(12)로 구성되되,
   상기 링 플레이트(12)는 하부 지반을 구속하고, 하부 지반의 교란 및 이완을 방지하며, 휨 강성 및 면내력에 의해 지반 반력을 지지하기 위해 횡단면상 외측 단부가 하향이 되도록 외측 하향으로 경사지게 형성되어 중앙이 상부로 볼록한 돔 형상을 이루고,
   상부에 위치하는 링 플레이트(12)의 지름은 하부에 위치하는 링 플레이트(12)의 지름보다 크게 형성되며,
   상기 링 플레이트(12)의 하면과 상면 중 적어도 어느 하나 이상에는 나선 방향으로 가이드홈(122)이 형성되는 것을 특징으로 하는 링 파일.
   
2. 제1항에서,
   상기 링 플레이트(12)는 하향으로 3~5° 각도로 경사지는 것을 특징으로 하는 링 파일.
   
3. 제1항에서,
   상기 링 플레이트(12)의 하면 외측 단부에는 나선 방향으로 절삭링(121)이 돌출 형성되는 것을 특징으로 하는 링 파일.
   
4. 삭제
5. 제1항에서,
   상기 파일 본체(11)의 상단에는 외주면은 다각형으로 형성되고, 내주면에는 암나사산이 형성된 이음너트(13)가 구비되는 것을 특징으로 하는 링 파일.

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