KR102051386B1

KR102051386B1 - 휨 및 전단성능이 보강된 고강도 콘크리트파일에 두부보강용 강관캡이 구비된 파일 시공 방법

Info

Publication number: KR102051386B1
Application number: KR1020190025964A
Authority: KR
Inventors: 최영덕; 이선용
Original assignee: 주식회사 포유텍; 최영덕
Priority date: 2019-03-06
Filing date: 2019-03-06
Publication date: 2019-12-17

Abstract

본 발명은 휨 및 전단성능이 보강된 고강도 콘크리트파일에 두부보강용 강관캡이 구비된 파일 및 이의 시공 방법에 관한 것이다.
본 발명의 휨 및 전단성능이 보강된 고강도 콘크리트파일에 두부보강용 강관캡이 구비된 파일은, 내부에 수직으로 하부중공부(11)가 형성되어 있고 하부중공부(11) 외주면에 하부콘크리트층(12)이 형성되어 있으며 하부콘크리트층(12)에는 수직 방향으로 하부PC강봉(13)이 내장되어 있는 PHC파일(10)과; 상단에 용접좌판(21)이 구비되어 있고 하단은 상기 PHC파일(10) 상단에 용접 또는 볼팅 결합되어 있고, 내부에 수직으로 상부중공부(22)가 형성되어 있고 상부중공부(22) 외주면에 상부콘크리트층(23)이 형성되어 있고, 상부콘크리트층(23)에는 수직으로 상부PC강봉(24)이 내장되어 있고, 상기 상부PC강봉(24)을 감싸는 나선철근(25)이 배근되어 있고, 인접한 상부PC강봉(24) 사이에 수직 방향으로 주철근(26)이 배근되어 있는 합성PHC파일(20)과; 상부가 개방되고 바닥이 막혀 내부에 두부 보강용 채움공간(31)이 형성되어 있는 원통형 강관 구조로 이루어져 있으며, 바닥면이 상기 합성PHC파일(20)의 상단 용접좌판(21)에 고정되고, 시공시 측벽면 일부가 절단되는 강관캡(30);을 포함하여 구성된다.
본 발명에 의해, 하부는 일반 PHC파일로 구성되며, 상부는 나선철근과 주철근이 보강된 합성 PHC 파일로 구성되되, 합성 PHC 파일의 상부에 충분한 길이로 강관캡이 돌출되게 설치됨으로써 시공 후의 두부 절단이 강관캡에서 이루어지게 함으로써 프리스트레스의 손실을 최소화하여 구조적 안정성을 극대화시킨 파일이 제공된다.

Description

휨 및 전단성능이 보강된 고강도 콘크리트파일에 두부보강용 강관캡이 구비된 파일 시공 방법{construction method of flexural and seismic reinforcing high strength concrete pile with metal cap}

본 발명은 파일 및 이의 시공 방법에 관한 것으로, 특히 PHC 파일의 두부 커팅에 따른 PC강선의 프리스트레스 손실을 방지할 수 있도록 한, 휨 및 전단성능이 보강된 고강도 콘크리트파일에 두부보강용 강관캡이 구비된 파일 및 이의 시공 방법에 관한 것이다.

상부 구조물의 하중을 하부의 단단하고 상대적으로 견고한 지층 또는 암반에 전달시키기 위한 구조물의 기초 형성을 위해서 파일(말뚝)이 시공된다.

기초의 형태는 구조물의 용도, 규모, 지반의 조건 및 현장 여건 등에 의해 정하여지며 기둥이나 보 등과 함께 구조물의 구조적 안전성을 담보하는 주요 구조부이다.

파일로 시공된 기초에는 상부 구조물의 연직 하중 뿐만 아니라 파랑하중, 풍하중, 횡방향 하중, 반복하중 등에도 작용하게 된다.

기초는 상부 구조물의 하중을 하부의 단단한 지반에 전달시켜 선단에 있는 토층의 저항으로부터 얻는 말뚝지지력인 선단지지력과, 말뚝 주면과 말뚝의 접촉면에서 발생되는 마찰저항을 이용한 주면마찰력에 의하여 구조물이 안전하게 지지되도록 한다.

이러한 기초를 구성하는 말뚝의 종류로는 나무말뚝, 콘크리트말뚝, 강관말뚝 등이 있다. 현재 나무말뚝은 거의 사용되지 않으며, 콘크리트말뚝 및 강관말뚝이 주로 사용되고 있다.

강관말뚝은 말뚝의 재료로 철강을 사용하므로, 휨하중에 강하고 말뚝을 시공하는 시공비가 저렴하지만, 안정성이 떨어지고 부식에 약하며 말뚝 자체의 재료비가 많이 든다는 단점이 있다.

이에 비하여 콘크리트말뚝은 안정적이고 부식에 강하며 수직하중에 더욱 강하다는 이점을 들 수 있다.

또한, 말뚝 자체의 재료비가 강관말뚝에 비하여 매우 저렴하며 한 번의 시공으로 말뚝이 유지되는 내구성이 매우 좋다.

따라서 매우 짧은 공사기간이 필요하거나 진동 및 소음 발생의 제한을 받지 않는 공사 현장에서는 강관말뚝을 사용하지만, 건설구조물의 안정성, 환경성과 공사비용을 고려하여 말뚝을 선굴착 공법으로 시공하는 많은 건설현장에서 말뚝 기초의 재료로 콘크리트말뚝을 사용하고 있다.

현재에는 구조물이 점점 고층화, 대형화되고 지가상승, 환경문제 등의 발생으로 인하여 종래에는 볼 수 없었던 각종의 특수공사가 증가되고 있다.

또한 종래의 건설구조물의 입지로써 등한시 되었던 연약지반에서의 건설과 해안공사도 활발해지고 내진설계법의 도입과 함께 구조물의 안전성에 대한 인식도 달라짐에 따라 기초구조 보강을 위해 사용되는 파일은 좀 더 깊은 관입량과 큰지지력을 필요로 하게 되었다.

이에 따라 기존에 사용되던 콘크리트 말뚝인 프리텐션 방식 콘크리트 말뚝(이하, PC 파일이라 한다.)의 고강도화의 결과물로서 PHC 파일(PRETENSIONED SPUN HIGH STRENGTH CONCRETE PILES)이 실용화 되고 있다.

PHC 파일은 한국산업표준 "KS F4306 프리텐션방식 원심력 고강도 콘크리트 말뚝" 에 규정되어 있으며, 콘크리트 강도가 785MPa (800kg/cm2)를 넘는 고강도 제품으로 현재는 대부분의 현장에서 PHC 파일을 사용하고 있다.

PHC 파일은 기존의 PC 파일에 비하여 고강도 콘크리트를 사용하기 때문에 설계 지지력이 크게 향상되었으며, 타격에 대한 저항력이 높아 파손이 적고, 경제적인 시공설계 및 조기출하가 가능하다는 장점이 있다.

PHC 파일은 파일의 외측 직경에 따라 300mm 내지 1200mm 의 12종류, 파일의 유효 프리스트레스의 크기에 따라 A, B, C 의 3종류, 파일의 길이에 따라 5m 내지 15m 의 11종류, 파일의 길이가 15m 가 넘는 경우 파일의 위치에 따라 상단 및 하단의 2종류로 나누어 볼 수 있다.

이 중 실질적으로 건설 현장에서 주로 사용되는 것으로는, 외측 직경이 400mm 내지 600mm 의 4종류, 파일의 유효 프리스트레스의 크기에 따라 A, B, C 의 3종류, 파일의 길이에 따라 5m 내지 15m 의 11종류, 파일의 위치에 따라 상단 및 하단의 2종류로써 총 264 종류가 주로 사용되고 있다.

PHC 파일을 제작하는 방법은, PC 강선에 원형근을 용접하여 케이지(cage)를 조립하는 단계; 몰드 형틀을 조립하는 단계; 콘크리트를 타설하는 단계; 프리스트레스(prestress)를 제하하는 단계; 원심력을 이용하여 콘크리트를 다져 원심 성형하는 단계; 1차 양생 및 2차 양생하는 단계; 로 이루어지며, 완성된 PHC 파일은 제품검사를 거친 후 야적장에 적재를 해 놓았다가 건설 현장으로부터 주문을 받으면 해당하는 PHC 파일을 출하하게 된다.

이상과 같은 PHC 파일은 수직력의 영향이 큰 구조물에서 경제성이 뛰어난 반면 토압 및 지진하중과 같은 수평력(전단력) 및 휨 모멘트의 영향이 큰 구조물에 있어서는 PHC 말뚝이 이에 대한 저항능력이 작은 문제점이 있었다.

이러한 문제점을 해소하고자, "합성 피에이취씨 및 합성 피에이취씨 말뚝 시공방법"(한국 등록특허공보 제10-0999020호, 특허문헌 1)에는 하부에는 일반 PHC 파일을 설치하고, 상부에는 나선철근 등이 보강된 합성 PHC 말뚝을 연결하여 설치하는 구성이 공개되어 있다.

상기 특허문헌 1은 종래의 PHC 파일만으로 시공하는 것보다 수평력(전단력) 및 휨 모멘트에 대한 저항성이 우수한 합성 PHC 파일이 상부에 연결되므로 이에 대한 저항성이 우수해지는 장점을 갖게 된다.

또, "두부 보강된 확대 기초 결합형 단형 PHC 말뚝을 포함하는 PHC 말뚝 연결 구조"(한국 등록특허공보 제10-1585896호, 특허문헌 2)에는 상측의 PHC 파일의 두부를 절단한 후 내부에 철근을 배근한 후 콘크리트 확대 기초를 형성하는 기술이 공개되어 있다.

상술한 PHC 파일은 파일의 길이가 일정 규격화되어 있는 반면, 파일이 시공되는 지반은 인접한 지형이라 하더라도 파일의 근입 깊이가 달라질 수 있게 되므로 통상 시공은 여러 본의 말뚝을 연결하여 시공하고, 지면 위로 돌출된 PHC 파일은 그라인더 등을 이용하여 절단하는 등의 두부 정리가 필수적으로 이루어지게 된다.

이러한 두부 정리는 절단시 분진이 발생하는 것은 물론 절단 후의 파일에서 콘크리트와 철근을 분리해서 폐기 및 재활용 처리해야 하므로 관리의 어려움이 있다.

뿐만 아니라, 두부 컷팅시 PC-nut와 같은 정착장치가 제거되고, 이에 따라 프리스트레스의 손실이 발생하는 문제점이 있다.

도 1에는 제작시 일정했던 유효긴장력이 두부 절단 후 절단면으로부터 손실이 발생하는 것이 나타나 있다.

또, 도 2에는 사단법인 한국지반공학회에서 보고된 그래프로 PHC 파일의 두부 절단면으로부터의 거리에 따른 프리스트레스 감소량이 나타나 있다.

이처럼 시공 과정에서 두부 절단에 의해 말뚝에서 단면력이 가장 큰 기초와의 연결 부위에서 프리스트레스 손실이 발생하는 바, 구조물의 안정성 확보에 어려움이 있었다.

KR 10-0999020 (2010.12.01) KR 10-1585896 (2016.01.11)

본 발명의 휨 및 전단성능이 보강된 고강도 콘크리트파일에 두부보강용 강관캡이 구비된 파일 및 이의 시공 방법은 상기와 같은 종래 기술에서 발생하는 문제점을 해소하기 위한 것으로, 하부는 일반 PHC파일로 구성되며, 상부는 나선철근과 주철근이 보강된 합성 PHC 파일로 구성되되, 합성 PHC 파일의 상부에 충분한 길이로 강관캡이 돌출되게 설치됨으로써 시공 후의 두부 절단이 강관캡에서 이루어지게 함으로써 프리스트레스의 손실을 최소화하여 구조적 안정성을 극대화시킨 복합파일을 제공하려는 것이다.

이때, 강관캡의 바닥면에 결합홀(용접홀 또는 볼트홀)이 천공됨으로써 합성 PHC 파일과 강관캡의 결합이 견고하게 이루어질 수 있게 하려는 것이다.

또한, 강관캡의 결합에 있어 용접 결합시 결합홀의 상측으로는 두부 보강을 위한 철근이 끼워지게 함으로써 철근의 가조립이 용이하게 이루어질 수 있게 하여 시공성이 개선될 수 있게 하려는 것이다.

본 발명의 휨 및 전단성능이 보강된 고강도 콘크리트파일에 두부보강용 강관캡이 구비된 파일은 상기와 같은 과제를 해결하기 위하여, 내부에 수직으로 하부중공부(11)가 형성되어 있고 하부중공부(11) 외주면에 하부콘크리트층(12)이 형성되어 있으며 하부콘크리트층(12)에는 수직 방향으로 하부PC강봉(13)이 내장되어 있는 PHC파일(10)과; 상단에 용접좌판(21)이 구비되어 있고 하단은 상기 PHC파일(10) 상단에 용접 또는 볼팅 결합되어 있고, 내부에 수직으로 상부중공부(22)가 형성되어 있고 상부중공부(22) 외주면에 상부콘크리트층(23)이 형성되어 있고, 상부콘크리트층(23)에는 수직으로 상부PC강봉(24)이 내장되어 있고, 상기 상부PC강봉(24)을 감싸는 나선철근(25)이 배근되어 있고, 인접한 상부PC강봉(24) 사이에 수직 방향으로 주철근(26)이 배근되어 있는 합성PHC파일(20)과; 상부가 개방되고 바닥이 막혀 내부에 두부 보강용 채움공간(31)이 형성되어 있는 원통형 강관 구조로 이루어져 있으며, 바닥면이 상기 합성PHC파일(20)의 상단 용접좌판(21)에 고정되고, 시공시 측벽면 일부가 절단되는 강관캡(30);을 포함하여 구성된다.

상기한 구성에 있어서, 상기 강관캡(30)은 길이가 1 ~ 1.5m로 이루어져 있는 것을 특징으로 한다.

또, 상기 강관캡(30)의 바닥면에는 상기 합성PHC파일(20)의 상단 용접좌판(21)과 맞닿는 부분에 상하로 관통된 결합홀(32)이 방사상으로 형성되어 있고, 상기 결합홀(32)을 통해 강관캡(30)과 상기 용접좌판(21)이 용접 고정되는 용접부(32a)가 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 용접부(32a)는 상단이 상기 결합홀(32) 상부로부터 하측으로 이격된 위치까지 형성되어 결합홀(32)에는 용접부(32a) 상측으로 여유공간(32b)이 형성되어 있으며, 상기 강관캡(30)의 충진공간(31) 내부에는 두부 보강용 철근이 배근되되, 상기 철근 중 일부가 상기 여유공간(32b)에 삽입되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 상부PC강봉(24)은 용접좌판(21) 및 강관캡(30)의 바닥면을 관통하여 강관캡(30) 내부까지 연장된 연장부(24a)가 형성되어 있고, 상기 연장부(24a)에는 왯지(27)가 체결되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 휨 및 전단성능이 보강된 고강도 콘크리트파일에 두부보강용 강관캡이 구비된 파일 시공 방법은, 지반에 천공홀(1)을 형성하고, 상기 파일을 천공홀(1)에 근입시키되, 상기 강관캡(30)이 지표면 위로 돌출되도록 하는 파일근입단계와; 상기 파일의 강관캡(30)을 설계 치수에 따라 절단하는 절단단계와; 상기 강관캡(30) 내부에 철근(50)을 배근하되 철근(50) 일부를 상기 여유공간(32b)에 끼워넣은 후 나머지 철근을 조립하는 배근단계와; 기초 콘크리트를 강관캡(30) 둘레 및 내부에 충진시켜 양생함으로써 기초를 시공하는 콘크리트타설단계;를 포함하여 구성된다.

본 발명에 의해, 하부는 일반 PHC파일로 구성되며, 상부는 나선철근과 주철근이 보강된 합성 PHC 파일로 구성되되, 합성 PHC 파일의 상부에 충분한 길이로 강관캡이 돌출되게 설치됨으로써 시공 후의 두부 절단이 강관캡에서 이루어지게 함으로써 프리스트레스의 손실을 최소화하여 구조적 안정성을 극대화시킨 파일이 제공된다.

이때, 강관캡의 바닥면에 결합홀(용접홀 또는 볼트홀)이 천공됨으로써 합성 PHC 파일과 강관캡의 결합이 견고하게 이루어질 수 있게 된다.

또한, 강관캡의 결합에 있어 용접 결합시 결합홀의 상측으로는 두부 보강을 위한 철근이 끼워지게 함으로써 철근의 가조립이 용이하게 이루어질 수 있게 하여 시공성이 개선될 수 있게 된다.

도 1은 PHC 파일의 두부 절단 전후의 부위별 유효긴장력 변화를 나타낸 응력분포도.
도 2는 PHC 파일의 두부 절단시 절단 부위와의 거리에 따른 프리스트레스 감소량을 나타낸 그래프.
도 3은 본 발명의 휨 및 전단성능이 보강된 고강도 콘크리트파일에 두부보강용 강관캡이 구비된 파일을 나타낸 분해 사시도.
도 4는 본 발명의 휨 및 전단성능이 보강된 고강도 콘크리트파일에 두부보강용 강관캡이 구비된 파일을 나타낸 단면도.
도 5는 도 4에서 부위별 단면을 나타낸 단면도.
도 6은 본 발명에서 강관캡에 결합홀이 형성된 예를 나타낸 단면도.
도 7은 도 6의 구성에서 여유공간을 형성하여 두부보강용 철근을 배근하는상태를 나타낸 분해 단면도.
도 8은 본 발명의 파일 시공 방법을 나타낸 도면.
도 9는 도 8에 따른 시공 후의 상태를 나타낸 요부 단면도.
도 10은 본 발명에서 연장부 및 왯지가 설치된 예를 나타낸 도면.

이하, 첨부된 도면을 통해 본 발명의 휨 및 전단성능이 보강된 고강도 콘크리트파일에 두부보강용 강관캡이 구비된 파일 및 이의 시공 방법에 대해 설명하기로 한다.

본 발명의 휨 및 전단성능이 보강된 고강도 콘크리트파일에 두부보강용 강관캡이 구비된 파일은 크게 PHC파일(10), 휨 및 전단성능이 보강된 고강도 콘크리트파일, 강관캡(30)을 포함하여 구성된다.

이하의 설명에서 상기 "휨 및 전단성능이 보강된 고강도 콘크리트파일"은 이해의 편의를 위해 '합성PHC파일(20)'로 지칭하기로 한다.

본 발명의 구성요소인 PHC파일(10)은 가장 하부에 설치되는 것으로 시공에 따라 낱개로 이루어질 수도 있고 여러 개가 상호 연결되어 구성될 수도 있다.

이러한 PHC파일(10)의 구조는 도 3, 4에 나타나 있는 바와 같이 내부에 수직으로 하부중공부(11)가 형성되어 있고 하부중공부(11) 외주면에 하부콘크리트층(12)이 형성되어 있으며 하부콘크리트층(12)에는 수직 방향으로 하부PC강봉(13)이 내장되어 있다.

PHC파일(10)의 상단과 하단에는 하부콘크리트(12)를 감싸는 미도시된 마감캡이 설치될 수 있다.

본 발명의 구성요소인 합성PHC파일(20)은 상기 PHC파일(10)의 상부에 용접 또는 볼팅 연결된다.

도면에는 간단한 이해를 위해 두 파일이 만나는 지점에 각각 용접좌판이 구비되어 용접좌판끼리 맞대어진 상태로 용접되는 구성이 도시되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 공지의 파일연결구 등을 통한 용접 또는 볼팅 결합이 가능하다.

이러한 합성PHC파일(20)은 하부의 PHC파일(10)처럼 내부에 수직으로 상부중공부(22)가 형성되어 있고 상부중공부(22) 외주면에 상부콘크리트층(23)이 형성되어 있고, 상부콘크리트층(23)에는 수직 방향으로 상부PC강봉(24)이 내장되어 있다.

이때, 상부PC강봉(24)은 상기 하부PC강봉(13)과 일직선을 이루도록 구성됨이 보다 바람직하다.

상부PC강봉(24)은 파일에 콘크리트 양생전 프리스트레스(긴장)을 도입하기 위한 부재로 콘크리트에 긴장력을 주어 양생후 콘크리트의 균열을 억제하게 된다.

더불어 상부PC강봉(24)의 단부에는 PC너트가 설치되어 상부PC강봉(24)을 고정하게 된다.

합성PHC파일(20)의 상부에는 강관캡(30)과의 용접 고정을 위한 용접좌판(21)이 설치되어 있다.

용접좌판(21) 역시 파일과 마찬가지로 내부에 중공부를 갖는 구조를 취한다.

한편, 합성PHC파일(20)의 상부콘크리트층(23) 내부에는 상기 상부PC강봉(24)을 감싸는 나선철근(25)이 배근되어 있고, 인접한 상부PC강봉(24) 사이에 수직 방향으로 주철근(26)이 배근되어 있는 것을 특징으로 한다.

나설철근(25)은 소형 이형봉강으로 이루어지며 말뚝의 전단력과 균열을 방지하게 된다.

또, 주철근(26) 역시 고장력 이형봉강으로 말뚝에 인장력, 휨모멘트 및 수평력에 대해 저항할 수 있게 해준다.

이처럼 주철근과 나선철근이 추가된 합성PHC파일(20)은 그 하부의 PHC파일(10)에 비해 휨모멘트 수평력, 전단력 등에 더 저항할 수 있게 된다.

한편, 도 10에 도시되어 있는 바와 같이 상부PC강봉(24)은 용접좌판(21) 및 강관캡(30) 바닥을 관통하여 강관캡(30) 내부까지 연장되는 연장부(24a)가 형성될 수 있다.

이때, 강관캡(30) 바닥면에는 도시된 바와 같은 왯지(27)가 설치될 수 있다.

구체적으로 상부PC강봉(24)을 인장한 후에 왯지(27)를 체결하여 상부PC강봉(24)을 정착시킬 수 있다.

본 발명의 구성요소인 강관캡(30)은 본 발명의 주요한 구성요소로써 파일이 천공홀(1)에 관입된 상태에서 지면 위로 노출되어 요구되는 길이 외의 부분이 절단되게 된다

그 구조는 도 1, 2 등에 나타나 있는 바와 같이 상부가 개방되고 바닥이 막혀 내부에 두부 보강용 채움공간(31)이 형성되어 있는 원통형 강관 구조로 이루어져 있다.

강관캡(30)은 바닥면이 상기 합성PHC파일(20)의 상단 용접좌판(21)에 고정되고, 시공시 측벽면 일부가 절단되게 된다.

강관캡(30)과 합성PHC파일(20)의 고정은 공장에서 용접좌판(21)과 강관캡(30)은 바닥면이 맞닿은 상태에서 둘레를 따라 용접 고정을 함으로써 이루어지게 된다.

그런데, 용접 부위 중 어느 한 곳에 외력이나, 실수 등으로 용접이 이루어지지 않은 상태가 되거나 손상되거나 하는 등의 현상으로 틈이 발생할 경우 해당 틈을 통해 압력이 작용하여 강관캡(30)이 분리되려는 현상이 강화되게 된다.

이러한 문제점을 해소하기 위한 방안으로 도 6에 도시되어 있는 바와 같이 상기 강관캡(30)의 바닥면에는 상기 합성PHC파일(20)의 상단 용접좌판(21)과 맞닿는 부분에 상하로 관통된 결합홀(32)이 방사상으로 형성되어 있고, 상기 결합홀(32)을 통해 강관캡(30)과 상기 용접좌판(21)이 용접 고정되는 용접부(32a)가 형성될 수 있다.

이때, 용접좌판(21)과 강관캡(30)의 외주면 둘레를 따라 형성되는 주용접부(21a)도 함께 형성됨이 바람직하다.

또한, 강관캡(30)이 이탈하려는 힘을 보다 더 줄여주기 위한 방안으로 도 7에 도시되어 있는 바와 같이 상기 강관캡(30)의 바닥면 저부에는 하부로 돌출되어 상기 합성PHC파일(20)의 상부중공부에 끼워지는 끼움돌출부(33)가 형성되어 있는 것이 바람직하다.

이러한 끼움 구조가 제공될 경우 강관캡(30)의 이탈은 가일층 방지할 수 있게 된다.

한편, 강관캡(30)이 설치된 상태에서 현장에 파일이 설치된 후에 필요한 높이 위에 강관캡(30)의 측벽면을 절단하게 되고, 절단 후에는 기초 형성 전에 철근을 배근함이 바람직하다.

이때, 철근 배근시 철근의 가조립을 해야 하는데, 상술한 결합홀(32)을 활용할 수 있다.

구체적으로 도 7에 도시되어 있는 바와 같이 상기 용접부(32a)는 상단이 상기 결합홀(32) 상부로부터 하측으로 이격된 위치까지 형성되어 결합홀(32)에는 용접부(32a) 상측으로 여유공간(32b)이 형성되어 있으며, 상기 강관캡(30)의 충진공간(31) 내부에는 두부 보강용 철근(50)이 배근되되, 상기 철근 중 일부가 상기 여유공간(32b)에 삽입되도록 할 수 있다.

여유공간(32b)에 끼워진 상태에서는 철근 하단을 가볍게 용접 처리함으로써 가조립 정확성을 높일 수 있다.

이처럼 결합홀(32)을 활용하는 것은 종래에 강재 합성 말뚝에서 철근 배근을 위해 홀 타공이 이루어져 있는 별도의 하부 지지부재를 설치하는 것과 차별화된다.

종래의 이러한 부재는 콘크리트 타설시 미설치 배근용 홀을 통해 콘크리트가 하부로 흘러내리고, 이러한 현상이 타설 후에도 지속적으로 이루어져 강재파일 내부에 공극이 형성될 수 있었다.

반면 본 발명에 따른 구성은 철근 배근을 위한 홀 타공이 이루어지지 않기 때문에 전술한 문제로부터 원천적으로 자유로워지게 되며, 용접을 위한 홀이 철근 가조립 가이드 역할까지 하게 되므로 되므로 세 가지의 효과를 발휘하게 된다.

이상과 같은 구성에서 강관캡(30)의 길이는 1 ~ 1.5m 정도로 이루어짐이 바람직하다.

또한, PHC파일(10)은 5 ~ 15m의 규격에서 필요한 것을 채택하여 사용하면 되며, 상부의 합성PHC파일(20)은 5m 규격을 사용하는 것이 바람직하다.

이러한 조합은 최소 조합으로 PHC파일(10) 5m, 합성PHC파일(20) 5m 및 강관캡(30) 1 ~ 1.5m로 대략 10m의 천공홀 내부로의 시공이 가능해지게 된다.

만일 강관캡(30) 길이가 상기 치수보다 작을 경우 PHC파일(10)의 천공홀 바닥면 근입 깊이에 따라서는

최소 11 ~11.5m의 파일 시공이 가능해지게 된다.

이러한 깊이는 PHC 파일 시공의 실질적 최소 규격이라 할 만하다.

시공 깊이가 상기 깊이를 초과하는 30 ~ 50m 등의 경우 하부의 PHC파일(10)을 5 ~15m의 규격 범위에서 조합하여 조립하게 되므로 1 ~ 1.5m 정도의 강관캡(30)으로 기존 규격의 파일에 적용할 수 있다.

만일 상기 길이를 초과할 경우 불필요하게 절단되는 강관이 발생하게 되므로 적합하지 않다.

강관캡(30)은 공장에서 제작하여 현장에서 절단하는 것이 바람직하기 때문에 현장에서 잘린 강관 벽면의 현장에서의 재활용은 용이하지 않다.

이상과 같이 구성된 휨 및 전단성능이 보강된 고강도 콘크리트파일에 두부보강용 강관캡이 구비된 파일의 시공 방법을 도 8 및 9를 통해 설명하기로 한다.

먼저 시추장비를 이용하여 지면을 굴착하여 천공홀(1)을 형성한다.

이어 전술한 파일을 천공홀(1)에 근입시키되, 도면에 나타난 바와 같이 상기 강관캡(30)이 지표면 위로 돌출되도록 한다.

천공홀(1)의 형성 및 파일 근입은 이해의 편의를 위해 나누어 도시하였으나, 이에 제한되는 것은 아니며 타격이나 매입식으로 파일을 삽입할 수도 있다.

강관캡(30)의 상부가 지표면 위로 돌출된 상태에서 설계에 따라 절단될 위치를 산출한 후 상기 파일의 강관캡(30)을 절단한다.

그런 다음 상기 강관캡(30) 내부에 철근(50)을 배근하되 철근(50) 일부를 상기 여유공간(32b)에 끼워넣은 후 나머지 철근을 조립하고, 이어 기초 콘크리트(40)를 강관캡(30) 둘레 및 내부에 충진시켜 양생함으로써 기초를 시공한다.

도 9의 시공 상태 도면을 보면 알 수 있듯이 두부 정리용 철근(50)이 용접부(32a) 상측의 여유공간(32b)에 끼워진 상태로 가용접 처리된 후 나머지 철근들이 배근된 후 기초 콘크리트(40)가 타설되어 기초를 형성하게 된다.

이러한 형태는 합성PHC파일(20)의 상부PC강봉(24)은 물론, 그 상단에 설치되는 PC너트의 손상이 발생하지 않게 되고, 주철근(26)의 손상도 발생하지 않게 되기 때문에 프리스트레스의 손실 발생을 원천적으로 억제할 수 있게 되어 복합말뚝의 구조적 안정성을 극대화시킬 수 있게 된다.

1 : 천공홀 10 : PHC파일
11 : 하부중공부 12 : 하부콘크리트층
13 : 하부PC강봉 20 : 합성PHC파일
21 : 용접좌판 22 : 상부중공부
23 : 상부콘크리트층 24 : 상부PC강봉
24a : 연장부 25 : 나선철근
26 : 주철근 27 : 왯지
30 : 강관캡 31 : 채움공간
32 : 결합홀 32a : 용접부
32b : 여유공간 33 : 끼움돌출부
40 : 기초 50 : 철근

Claims

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파일의 시공 방법에 있어서,
내부에 수직으로 하부중공부(11)가 형성되어 있고 하부중공부(11) 외주면에 하부콘크리트층(12)이 형성되어 있으며 하부콘크리트층(12)에는 수직 방향으로 하부PC강봉(13)이 내장되어 있으며, 5 ~ 15m의 규격 중 어느 하나로 이루어지는 PHC파일(10)과;
상단에 용접좌판(21)이 구비되어 있고 하단은 상기 PHC파일(10) 상단에 용접 또는 볼팅 결합되어 있고, 내부에 수직으로 상부중공부(22)가 형성되어 있고 상부중공부(22) 외주면에 상부콘크리트층(23)이 형성되어 있고, 상부콘크리트층(23)에는 수직으로 상부PC강봉(24)이 내장되어 있고, 상기 상부PC강봉(24)을 감싸는 나선철근(25)이 배근되어 있고, 인접한 상부PC강봉(24) 사이에 수직 방향으로 주철근(26)이 배근되어 있으며, 5m의 길이를 가지는 합성PHC파일(20)과;
상부가 개방되고 바닥이 막혀 내부에 두부 보강용 채움공간(31)이 형성되어 있는 원통형 강관 구조로 이루어져 있으며, 바닥면이 상기 합성PHC파일(20)의 상단 용접좌판(21)과 맞닿은 상태에서 둘레를 따라 용접이 이루어진 주용접부(21a)가 형성되어 있고, 바닥면 저부에는 하부로 돌출되어 상기 합성PHC파일(20)의 상부중공부(22)에 끼워지는 끼움돌출부(33)가 형성되어 있으며, 길이가 1 ~ 1.5m로 이루어져 있으며, 시공시 측벽면 일부가 절단되는 강관캡(30);을 포함하여 구성되되,
상기 강관캡(30)의 바닥면에는 상기 합성PHC파일(20)의 상단 용접좌판(21)과 맞닿는 부분에 상하로 관통된 결합홀(32)이 방사상으로 형성되어 있고,
상기 결합홀(32)을 통해 강관캡(30)과 상기 용접좌판(21)이 용접 고정되는 용접부(32a)가 형성되어 있되,
상기 용접부(32a)는 상단이 상기 결합홀(32) 상부로부터 하측으로 이격된 위치까지 형성되어 결합홀(32)에는 용접부(32a) 상측으로 여유공간(32b)이 형성되어 있고,
상기 상부PC강봉(24)은 용접좌판(21) 및 강관캡(30)의 바닥면을 관통하여 강관캡(30) 내부까지 연장된 연장부(24a)가 형성되어 있고, 상기 연장부(24a)에는 왯지(27)가 체결되어 있는 휨 및 전단성능이 보강된 고강도 콘크리트파일에 두부보강용 강관캡이 구비된 파일을 준비하는 파일준비단계와;

지반에 천공홀(1)을 형성하고, 상기 파일을 천공홀(1)에 근입시키되, 상기 강관캡(30)이 지표면 위로 돌출되도록 하는 파일근입단계와;
상기 파일의 강관캡(30)을 설계 치수에 따라 절단하는 절단단계와;
상기 강관캡(30) 내부에 두부 보강용 철근(50)을 배근하되, 상기 철근(50) 중 일부를 상기 여유공간(32b)에 끼워넣어 가용접 처리한 후 나머지 철근을 조립하는 배근단계와;
기초 콘크리트를 강관캡(30) 둘레 및 내부에 충진시켜 양생함으로써 기초를 시공하는 콘크리트타설단계;를 포함하여 구성된,
휨 및 전단성능이 보강된 고강도 콘크리트파일에 두부보강용 강관캡이 구비된 파일의 시공 방법.