KR102085074B1

KR102085074B1 - 파일기초 장치

Info

Publication number: KR102085074B1
Application number: KR1020180025332A
Authority: KR
Inventors: 손무락
Original assignee: 대구대학교 산학협력단
Priority date: 2018-03-02
Filing date: 2018-03-02
Publication date: 2020-03-05
Also published as: KR20190104794A

Abstract

지반 내에 설치하여 다양한 구조물 및 시설물의 하중을 지지하고 침하를 제한하기 위하여 이용되는 지지력이 증가된 파일기초 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 동일한 지반에서 파일기초의 지지력을 증가시키고 침하를 보다 억제하기 위한 파일기초 장치가 개시된다. 본 발명의 또 다른 추가적인 목적은, 지진하중에 의해서 파일에 전달되는 하중을 힌지작용을 통해 감소시켜 파일기초를 가진 구조물 및 시설물의 지진하중에 대한 안전을 증가시킬 수 있는 파일기초 장치를 제공하는 것이다. 본 발명에 의한 파일기초 장치는 지상 또는 지하의 구조물을 지지하기 위하여 지반 내에 설치되는 파일기초 장치로서, 상기 구조물에 연결되어 그 하중을 지지하도록 상기 지반 내에 설치된 몸체; 상기 몸체의 외관을 따라 연장된 형태로 이루어지고, 상기 몸체의 하단부에 결합되어 고정된 연결부재; 및 상기 연결부재의 하단부에 일단이 회전 가능하게 설치되되, 상기 몸체가 지반의 천공홀 내부에서 하강하면 타단이 천공홀 바닥에 밀착한 다음 상부 연지하중에 의해서 상기 몸체의 수직 중심으로부터 외측 반경방향으로 회전가능한 복수개의 하단지지부재;를 포함한다.

Description

파일기초 장치 {Pile foundation apparatus}

본 발명은 지반 내에 설치하여 다양한 구조물 및 시설물의 하중을 지지하고 침하를 제한하기 위하여 이용되는 지지력이 증가된 파일기초 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 동일한 지반에서 파일기초의 지지력을 증가시키고 침하를 보다 억제하기 위한 파일기초 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 구조물이나 시설물을 지반에 설치하는 경우, 구조물이나 시설물이 지반파괴나 침하에 의해서 피해를 입지 않도록 하기 위하여 지지력이 충분한 지반위에 설치하게 된다. 하지만 많은 경우에 있어서 지표근처의 지반은 충분한 지지력을 갖지 못하는 경우가 있어 구조물이나 시설물을 지반위에 직접 설치하지 않고 지반 내에 설치된 파일기초를 통해 지지토록 한다. 파일기초는 제품에 따라 기성파일과 현장타설파일로 구분할 수 있고, 재질에 따라 강관파일, 콘크리트파일, 합성파일 등으로 구분할 수 있다. 또한, 시공법에 따라 항타를 통한 타입공법, 천공 후 기성파일을 매입시키는 매입공법, 현장에서 직접 파일기초를 타설하여 형성시키는 현장타설공법 등으로 나눌 수 있다.

파일기초의 다양한 구분에도 불구하고 지반 내에 설치되는 파일기초는 기본적으로 구조물이나 시설물의 하중을 파일기초와 주변지반의 마찰력과 파일기초의 선단(끝단)에서 분담하여 지지하게 된다. 파일기초와 주변지반의 마찰력이 구조물이나 시설물의 하중을 주로 분담할 때 이를 마찰파일이라 명명하며 파일기초의 끝단에서 구조물이나 시설물의 하중을 주로 분담하게 되면 이를 선단지지파일이라 명명한다.

이와 같이 파일기초의 지지력은 주변지반과의 마찰력과 선단에서의 지지력과 직접적으로 관련되며, 이러한 요소들의 지지능력을 증가시키는 것이 결국에는 파일기초의 지지력을 증가시키는 것과 일맥상통하게 된다.

이와 같은 파일기초(1)는, 도 1을 참고하면, 다양한 파일종류 및 시공방법이 개발되어 이용 중에 있으나, 일반적으로 전체길이를 통해서 단면이 일정한 기본파일이 주로 이용되고 있다. 기본파일의 지반 내에서의 지지능력은 주변지반의 지층 및 지반조건에 따라 큰 영향을 받는데 일반적으로 조밀한 지반에서 훨씬 큰 지지력을 나타낸다. 하지만 주변지반의 지층 및 지반조건은 깊이에 따라 일정치 않고 변화무쌍하여 단순한 가정에 의한 설계만으로는 정확한 지지력을 파악할 수 없다.

이를 보완하기 위해서 현장재하시험을 실시하는데 이 또한 모든 파일기초를 대상으로 할 수 없어 여전히 파일지지력의 산정은 지층 및 지반조건 변화에 따른 많은 불확정요소를 내포하고 있다. 그림에도 불구하고 파일 지지력을 증가시키기 위하여 파일의 전체길이에 있어서 단면이 변화는 파일도 개발되어 종종 활용되고 있으며 그 중의 하나로서 테이퍼형상을 가진 파일이 종래기술로서 특허 US 3820347 A에 공개되어 있다.

이와 같은 테이퍼형상의 파일기초(2)는 상단의 단면적이 가장 크고 하단으로 갈수록 단면적이 점점 줄어드는 형상을 취하도록 함으로써 구조물 및 시설물의 하중을 보다 효율적으로 지지토록 하는데 목적이 있다. 하지만 관련연구 (백규호 등, 2007: 모래지반에서 테이퍼 각도가 테이퍼말뚝의 연직거동에 미치는 영향, 한국지반공학회)에 의하면 이와 같은 테이퍼형의 파일기초도 지반의 조밀함 정도에 따라 전체지지력이 달라져 조밀한 모래 지반에서는 오히려 테이퍼형의 말뚝이 기본말뚝보다 지지력이 떨어진다고 보고하였다.

따라서 단순한 테이퍼형의 파일기초(2)로는 다양한 지반에서 구조물이나 시설물에 대한 지지능력을 증가시킨다고는 볼 수 없는 문제점이 존재한다. 또 다른 형상의 파일(3)로서 일정한 간격으로 구근을 형성하여 지지력을 증가시키는 연구도 이루어지고 있는데 이러한 모양의 파일은 기성기초로서는 지반에 설치할 수가 없어 현장타설 기초만에 적용되며, 이 또한 별도의 구근 설치를 위해 특정위치에서 특수장비를 이용하여 기초직경보다 지반을 더 크게 굴착해야 하는 어려움과 굴착 중의 붕괴발생 등의 여러 가지 시공 상의 문제점이 발생하고 지층 및 지반조건에 따라 구근의 실효성에도 큰 차이가 발생하는 문제점이 존재해 왔다.

US 3820347 A

본 발명의 목적은, 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 기본 파일기초 또는 테이퍼형 파일기초의 하부에 결합되어 상부로부터 전달되는 파일의 연직하중에 의해서 상단을 기준으로 하단이 파일의 외측방향으로 벌어져 파일기초보다 더 큰 직경을 가진 상태에서 파일기초를 지지할 수 있는 지지부를 구성하여 파일기초가 보다 큰 연직하중을 지지토록 할 뿐만 아니라, 같은 연직하중에 대하여 보다 작은 침하가 발생토록 하는 파일기초 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 파일의 연직하중이 증가하면 지지장치의 하단은 더욱더 파일외측으로 벌어지려는 경향을 가지고 있어 이를 통해 파일기초의 지지력은 증가하고 침하량은 감소하게 되고, 지층 및 지반조건에 관계없이 구조물 및 시설물 하중에 필요한 지지력을 효율적으로 증가시킬 수 있는 파일기초 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 추가적인 목적은, 지진하중에 의해서 파일에 전달되는 하중을 힌지작용을 통해 감소시켜 파일기초를 가진 구조물 및 시설물의 지진하중에 대한 안전을 증가시킬 수 있는 파일기초 장치를 제공하는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 구체적인 수단으로서 본 발명은, 지상 또는 지하의 구조물 또는 시설물을 지지하기 위하여 지반 내에 설치되는 파일기초 장치로서, 상기 구조물에 연결되어 그 하중을 지지하도록 상기 지반 내에 설치된 몸체; 상기 몸체의 외관을 따라 연장된 형태로 이루어지고, 상기 몸체의 하단부에 결합되어 고정된 연결부재; 및 상기 연결부재의 하단부에 일단이 회전 가능하게 설치되되, 상기 몸체가 지반의 천공홀 내부에서 하강하면 타단이 천공홀 바닥에 밀착한 다음 상부 연직하중에 의해서 상기 몸체의 축 중심으로부터 외측 반경방향으로 회전될 수 있는 복수개의 하단지지부재;를 포함할 수 있다.

이때, 상기 복수개의 하단지지부재에는 축받이가 형성되고, 상기 축받이를 관통하여 힌지축이 상기 연결부재에 삽입될 수 있다.

이때, 상기 복수개의 하단지지부재는 상기 연결부재의 외측 끝단에 일단이 회전 가능하게 연결되고, 상기 몸체의 하강에 의해 타단이 외측 반경방향으로 회전할 수 있도록 내측에는 경사면을 가질 수 있다.

이때, 상기 경사면은 평면 또는 곡면으로 이루어질 수 있다.

이때, 상기 복수개의 하단지지부재는 상단에서 하단으로 갈수록 단면적이 감소하도록 형성될 수 있다.

이때, 상기 복수개의 하단지지부재에는 회전 시, 지반과의 마찰력이 증가되도록 표면에 복수개의 다양한 돌출부를 형성하여 구성될 수 있다.

일례로, 상기 돌출부는 일정높이마다 댐 형태로 복수개 형성하여 구성될 수 있다.

이때, 상기 복수개의 하단지지부재는 일정각도 이상 회전되지 않도록 상기 연결부재에 결합될 수 있다.

이때, 상기 몸체의 하단부에는 하방으로 돌출된 결합용 볼트를 구성하고 상기 연결부재에는 상기 결합용 볼트가 관통하는 관통홀이 형성되며, 상기 결합용 볼트가 상기 관통홀을 관통한 다음 너트에 의해 결합됨으로써 상기 몸체와 연결부재가 조립될 수 있다.

이때, 상기 연결부재에는 상기 축받이가 삽입되는 축받이 삽입용 절개부가 형성되고, 상기 축받이 삽입용 절개부의 양측에는 상기 힌지축이 관통할 수 있도록 힌지축 삽입용 절개부가 형성될 수 있다.

이때, 상기 복수개의 하단지지부재에는 축받이가 형성되고, 상기 연결부재에는 상기 축받이가 삽입되는 축받이 삽입용 절개부가 형성되되, 상기 축받이의 관통홀에는 중앙에 삽입되는 탄성부재와 상기 탄성부재 양측에 삽입되는 한 쌍의 힌지축이 삽입되어 상기 축받이가 상기 축받이 삽입용 절개부에 삽입되면 상기 힌지축의 양단이 상기 탄성부재의 탄성력에 의해 상기 축받이 삽입용 절개부 양측에 형성된 힌지축 삽입용 홀에 삽입되어 조립될 수 있다.

이때, 상기 복수개의 하단지지부재의 외경은 상기 연결부재의 외경보다 작게 형성될 수도 있다.

상기한 바와 같은 본 발명에 의하면 다음과 같은 효과가 있다.

(1) 본 발명은 파일기초의 몸체의 하단부에 연직하중에 의해서 외측방향으로 회전 가능한 하단지지부재를 설치함으로써 하단지지부재의 회전에 의해 지지하게 되는 면적이 증대되어 보다 큰 연직하중을 지지할 수 있게 된다.

(2) 본 발명은 연직하중이 작용함에 따라 하단지지부재가 외측방향으로 회전되어 결국에는 증대된 직경으로 연직하중을 지지하게 되기 때문에 동일한 연직하중에 대하여 보다 작은 침하가 발생하도록 한다.

(3) 본 발명은 하단지지부재가 외측방향으로 회전할 수 있도록 힌지결합되어 지진하중에 의해서 파일에 전달되는 하중을 힌지작용을 통해 감소시켜 파일기초를 가진 구조물 및 시설물의 지진하중에 대한 안전을 증가시킬 수 있게 된다.

도 1은 종래기술에 의한 다양한 종류의 파일기초의 단면도들이다.
도 2는 본 발명이 제1실시예에 의한 파일기초 장치와 지반 관통홀의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 의한 파일기초 장치의 하단부의 사시도이다.
도 4는 본 발명의 제1실시예에 의한 파일기초 장치의 작동 시의 하단부의 사시도이다.
도 5는 본 발명의 제1실시예에 의한 파일기초 장치의 몸체와 연결부재를 조립하기 위한 분해 사시도이다.
도 6은 본 발명의 제1실시예에 의한 파일기초 장치의 일부 구성요소인 연결부재와 하단지지부재의 조립을 위한 분해 사시도이다.
도 7은 본 발명의 제2실시예에 의한 파일기초 장치의 일부 구성요소인 연결부재와 하단지지부재의 조립을 위한 분해 사시도이다.
도 8는 본 발명에 의한 파일기초 장치의 일부 구성요소인 하단지지부재의 다양한 실시예를 보여주는 정면도이다.
도 9은 본 발명의 제3실시예에 의한 파일기초 장치의 부분 사시도이다.
도 10은 본 발명에 의한 파일기초 장치의 작동도이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.

본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "아래에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 파일기초 장치를 보다 상세히 설명하도록 한다.

본 발명에 따른 파일기초 장치(10)는 지상 또는 지하의 구조물 또는 시설물을 지지하기 위하여 지반 내에 설치되는 장치이다.

본 발명의 제1실시예에 따른 파일기초 장치(10)는, 도 2 내지 도 6을 참고하면, 몸체(11), 연결부재(20), 그리고 복수개의 하단지지부재(12)를 포함한다.

상기 몸체(11)는, 도 2 내지 도 4를 참고하면, 상기 구조물에 연결되어 그 하중을 지지하도록 지반 내에 설치된다.

이때, 상기 몸체(11)는 원통형. 원기둥형으로 형성된 것을 사용할 수 있다. 통상 지반 천공은 회전날에 의해 천공홀이 형성되기 때문에 지반에 삽입되는 몸체는 대부분 외측 단면이 원형을 취하게 된다. 물론 단면이, 예를 들면 사각형이나 육각형 등과 같은 모양도 적용이 될 수 있다. 일반적으로 파일은 크게 재료적 측면에서 PHC(고강도 콘크리트 파일) 및 강관파일로 나눈다. 이때 양쪽모두 중공홀이 형성되어 있어 하단의 단면은 도넛모양과 같이 중앙부가 비어 있다. 여기서는 몸체(11)로서 PHC파일을 적용한 것으로 도시하고 있다.

또, 몸체(11)를 상하 지름이 동일한 PHC파일을 적용하고 있으나, 도 1에 도시된 테이퍼형 파일기초(2)에도 적용할 수 있음은 물론이다.

상기 연결부재(20)는, 도 2 내지 도 6을 참고하면, 상기 몸체(11)의 외관을 따라 연장된 형태로 이루어지고, 상기 몸체(11)의 하단부에 결합되어 고정된다.

이때, 상기 연결부재(20)는 볼트 너트 결합을 통해 상기 몸체(11)에 결합 고정되고, 외경과 내경이 몸체(11)와 거의 동일하게 이루어져 있다.

이때, 회전 가능한 하단지지부재(12)를 기존 공장 제조형 파일에 직접 체결하기에는 여러 문제점, 즉 콘크리트 파일 등에는 힌지부를 형성하기 어렵고 공장제조 강관파일에는 공장에서 별도의 힌지부를 형성시켜야 하는 번거로움이 있어, 기존파일과 하단지지부재(12) 사이에 기존파일의 하단부와 하단지지부재(12) 사이를 연결할 수 있는 결합부재인 연결부재(20)를 구비토록 한 것이다.

이때, 상기 연결부재(20)는 강재 또는 고강도 FRP 등으로 구성되며 단면은 중공부가 형성된 파일 하단부의 도넛모양과 같도록 구성된다.

상기 연결부재(20)는 기존파일의 하단부에 볼트결합 또는 용접결합 등 다양한 결합방법에 의해서 결합될 수 있다. 동시에, 상기 하단지지부재(20)는 상기 연결부재(20)에 힌지 결합하도록 구성된다.

본 발명에 의한 제1실시예에서는 볼트결합을 적용하고 있다. 즉, 도 5를 참고하면, 상기 몸체(11)의 하단부에는 하방으로 돌출된 결합용 볼트(11a)가 구비되고 상기 연결부재(20)에는 상기 결합용 볼트(11a)가 관통하는 관통홀(20a)이 형성되며, 상기 결합용 볼트(11a)가 상기 관통홀(20a)을 관통한 다음 너트(11b)에 의해 결합됨으로써 상기 몸체(11)와 연결부재(20)가 조립된다.

물론 상기 결합용 볼트(11a)와 너트(11b)의 결합은 상기 하단지지부재(12)와 간섭하지 않도록 설치되어야 한다.

상기 연결부재는 볼트 너트 결합 구조 외에도, 다양한 조립 수단을 통하여 체결될 수 있다.

이때, 상기 복수개의 하단지지부재(12)는 일정각도 이상 회전되지 않도록 상기 연결부재(20)에 결합될 수 있다. 여기서 상기 연결부재(20)의 하단부에서 하단지지부재(12)가 회전하게 되면 하단지지부재(12)가 연결부재의(20) 몸체에 걸려 더 이상 회전될 수 없다. 여기서는 하단지지부재(12)가 거의 90도 회전하게 되면 더 이상 회전될 수 없도록 되어 있다. 물론 더 이상 회전할 수 없는 각도는 연결부재(20)와 하단지지부재(12)의 결합구조를 통해 설계 시부터 조절할 수 있다.

상기 복수개의 하단지지부재(12)는, 도 2 내지 도 6을 참고하면, 상기 연결부재(20)의 하단부에 일단이 회전 가능하게 설치되되, 상기 몸체(11)가 상기 지반의 천공홀(1a) 내부에서 하강하면 타단이 천공홀(1a) 바닥에 밀착한 다음 상부 연직하중에 의해서 상기 몸체(11)의 수직 중심으로부터 외측 반경방향으로 회전될 수 있다.

이때, 상기 복수개의 하단지지부재(12)는 회전할 때, 원활하게 회전이 이루어질 수 있는 구조를 가져야 하는 바, 상기 연결부재(20)와 간섭하지 않도록 결합되어야 한다. 따라서 상기 복수개의 하단지지부재(20)에는 축받이(12a)가 형성되고, 상기 축받이(12a)의 힌지 삽입홀(12b)을 관통하여 힌지축(21)이 상기 연결부재(20)에 삽입된다.

상기 연결부재(20)에는, 도 6을 참고하면, 상기 축받이(12a)가 삽입되는 축받이 삽입용 절개부(20b)가 형성되고, 상기 축받이 삽입용 절개부(20b)의 양측에는 상기 힌지축(21)이 관통할 수 있도록 힌지축 삽입용 절개부(20d)가 형성된다.

이때, 상기 축받이 삽입용 절개부(20b)와 힌지축 삽입용 절개부(20d) 사이에는 격벽이 형성되고, 상기 격벽에 힌지축이 관통하는 관통홀(20c)이 형성된다. 따라서 상기 하단지지부재(12)의 축받이(12a)를 상기 축받이 삽입용 절개부(20b)에 삽입한 다음, 상기 힌지축(21)을 상기 관통홀들(20c)과 상기 축받이의 관통홀(12b)을 관통하고 너트(22)로 조립한다.

상기 연결부재(20)와 하단지지부재(12)의 이러한 결합 구조는 천공홀(1a)에 삽입 시, 천공홀(1a)에 밀착하되, 간섭되지 않도록 하기 위함이다.

이때, 상기 복수개의 하단지지부재(12)는 상기 연결부재(20)의 외측 끝단에 일단이 회전 가능하게 연결되되, 상기 몸체(11)에 전달되는 연직하중에 의해 타단이 외측 반경방향으로 회전할 수 있도록 내측에는 경사면을 갖는다.

이때, 상기 경사면은 평면 또는 곡면으로 이루어질 수 있다.

이때, 상기 복수개의 하단지지부재(12)는 상단에서 하단으로 갈수록 단면적이 감소하도록 형성될 수 있다.

이때, 상기 복수개의 하단지지부재(12)는 도 8을 참고하면, 외측면은 정면도에서 수직이고, 내측면은 라운드를 형성한 곡면으로 이루어져 있다. 따라서 상기 몸체(11)가 천공홀에서 하강함에 따라 상기 하단지지부재(12)가 천공홀(1a)의 바닥면에 닿게 되고, 그 상태에서 상부 연직하중이 가해지면, 상기 하단지지부재(12)의 하단부가 상기 몸체(11)의 축 중심으로부터 이격되어 있기 때문에 모멘텀이 발생하게 되고, 그 모멘텀에 의해 상기 경사면의 안내에 따라 하단지지부재(12)의 하단부가 외측방향으로 벌어지게 된다. 그 상태가 도 4와 도 8에 도시되어 있다.

또한, 상기 하단지지부재(12)는 내측면이 경사지게 형성됨으로써 수평 단면상 단면적이 감소되도록 형성되고, 더욱이 경우에 따라서는 송곳니처럼 측면도 경사면을 이루도록 형성할 수도 있다.

이때, 상기 복수개의 하단지지부재(12)는 제1실시예에서는 3개가 설치되어 있다. 즉 도 2 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 하단지지부재(12)는 120도 각도로 3개가 설치되어 있다. 각각의 하단지지부재(12)는 물론 힌지축(21)을 중심으로 회전할 수 있도록 설치되어 있다. 물론, 180도 각도로 서로 마주보도록 하단지지부재를 2개 설치하거나, 3개 이상으로 설치가 가능함은 물론이다.

도 2를 참고하면, 파일기초 장치(10)의 사시도가 도시되어 있다. 몸체(11)의 하단에는 연결부재(20)가 볼트 결합되어 있고, 연결부재(20)의 하단부에 3개의 하단지지부재(12)가 설치되어 있다. 힌지축(21)은 상기 연결부재(20)를 관통하고, 상기 하단지지부재(12)의 축받이의 홀을 관통하여 설치되어 있고, 그 힌지축(21)을 중심으로 하단지지부재(12)는 외측방향으로 회전하게 된다.

이때, 본 발명의 가장 중요한 구성부분인 좌측의 원형 부분을 확대하여 우측에 도시하고 있다.

도 3과 도 4를 참고하면, 파일기초 장치(10)의 연결부재(20)와 하단지지부재(12)가 도시되어 있다. 3개의 하단지지부재(12)가 120도 각도로 설치되어 있고, 하단지지부재(12)의 내측면이 곡면의 경사면으로 형성된 것이 도시되어 있다.

이때, 도 3은 하단지지부재(12)가 회전되기 전을, 도 4는 천공홀(1a)의 하단부에 도착하여 회전되어 펼쳐진 상태를 각각 도시하고 있다.

도 5를 참고하면, 몸체(11), 연결부재(20), 그리고 하단지지부재(12)의 조립이 이루어지는 것을 볼 수 있다. 몸체(11)는 연결부재(20)와 볼트 결합되도록 되어 있다. 즉 상기 몸체(11)에 구비된 결합용 볼트(11a)가 연결부재(20)의 관통홀(20a)을 관통한 다음 너트(11b)에 의해 조립되도록 되어 있다.

도 6을 참고하면, 연결부재(20)에 하단지지부재(12)가 회전 가능하게 조립되는 구조를 알 수 있다. 즉 상기 하단지지부재(12)의 축받이(12a)를 상기 축받이 삽입용 절개부(20b)에 삽입한 다음, 상기 힌지축(21)을 상기 격벽의 관통홀(20c)들과 상기 축받이의 관통홀(12b)을 관통하고 한 다음 너트(22)로 조립한다.

한편, 도 7을 참고하면, 본 발명에 의한 제2실시예가 도시되어 있다. 제1실시예와 다른 점은 연결부재(20')와 하단지지부재(12)의 조립이 다른 구성으로 이루어져 있는 점이다. 즉 상기 복수개의 하단지지부재(12)에는 축받이가 형성되고, 상기 연결부재(20')에는 상기 축받이가 삽입되는 축받이 삽입용 절개부(20b')가 형성된다.

이때, 상기 축받이의 관통홀에는 중앙에 삽입되는 스프링(22')과 상기 스프링(22') 양측에 삽입되는 한 쌍의 힌지축(21')이 삽입되어 상기 축받이가 상기 축받이 삽입용 절개부(20b')에 삽입되면 상기 힌지축(21')의 양단이 상기 스프링(22')의 탄성력에 의해 상기 축받이 삽입용 절개부(22b') 양측에 형성된 힌지축 삽입용 홀(20c')에 삽입되어 조립되는 구조이다.

물론, 조립은 스프링(22')과 양단의 힌지축(21')을 상기 하단지지부재(12)의 축받이 관통홀에 삽입하고, 그 상태를 유지하면서 상기 축받이 삽입용 절개부(20b')에 삽입한다. 그러면 양측의 상기 힌지축(21')들이 스프링(22')의 탄성력에 의해 외측으로 나오면서 상기 힌지축 삽입용 홀(20c')에 일부가 삽입되고, 일부는 상기 축받이 관통홀에 삽입된 상태를 유지하여 상기 하단지지부재(12)를 상기 연결부재(20')에 대하여 회전 가능하게 연결한다.

이러한 힌지축 결합구조 외에도 다양한 힌지축 결합이 가능할 수 있다. 즉 하단지지부재(12)가 연결부재(20)에 대하여 반경 외측 방향으로 회전되어 연직하중을 지지할 수 있도록 하는 결합구조는 모두 적용이 가능하다.

한편, 도 8의 (a)에서는 하단지지부재(12,)에는 회전 시, 지반과의 마찰력이 증가되도록 표면에 복수개의 돌출부(12a')가 형성된 것을 보여주고 있고, 8의 (b)에서는 상기 하단지지부재(12")의 돌출부(12a")가 일정높이마다 댐 형태로 복수개 형성된 것을 보여주고 있다.

한편, 도 9를 참고하면, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 파일기초 장치는 전술한 제1, 2실시예와 달리 하단지지부재(112)의 외측 외경이 연결부재(120)보다 작게 형성되도록 형성될 수 있다. 즉 하단 지지부재의 외경이 연결부재(120)의 외경으로부터 일정거리(s)만큼 내측으로 이격 설치되도록 형성될 수 있다.

파일기초 장치가 설치되는 현장에서는 파일이 설치되는 천공홀을 실제파일 직경보다 좀 작게 천공하여 약간의 경타를 통해서 설치하는 경우가 있는데, 이와 같은 경우 파일 지지 장치를 천공홀에 설치할 때, 하부지지부재가 바닥에 닿기전 외부로 벌어질 수도 있다.

이 때, 도 10에 도시된 바와 같이 파일기초 장치의 하단지지부재의 힌지결합부를 연결부재의 좀 더 내부쪽으로 설치되면, 하단지지부재 외벽이 천공홀의 외경보다 안쪽에 위치토록 형성될 수 있다. 이 때, 하단지지부재의 길이는 필요시 제 1 및 제 2 실시예보다 더 길게 형성될 있다. 이 때, 하단지지부재(112)의 길이는 설계 시, 지지면적에 따라 요구되는 바에 따라 조절될 수 있다.

이와 같이 구성될 경우 파일기초 장치가 천공홀에 삽입될 때, 천공홀의 중간에서 천공홀 내벽에 걸려 하단지지부재가 벌어지는 것을 미연에 방지할 수 있다. 즉 하단지지부재(112)가 천공홀의 하단부에 도착하여야 회전 작동하도록 형성될 수 있다.

도 10을 참고하여, 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 파일 기초 장치가 천공홀에 설치되는 과정을 설명하면, 천공홀 내부로 파일기초 장치가 삽입된 후 파일기초 장치를 천공홀 내측으로 이동시킨다.(도 10의 (a)) 그 후, 도 10의 (b)에 도시된 바와 같이 하단지지부재(12)의 하단부가 천공홀 바닥면에 닿은 상태에서, 연직하중이 가해지면 하단지지부재(12)가 힌지축(21)을 중심으로 외측방향으로 회전하게 된다. 도 10의 (c) 도면은 파일기초 장치가 설치 완료 상태를 도시하고 있다.

이와 같은 상태가 되면, 가해지는 하중에 대하여 더 큰 면적으로 지지하게 되기 때문에 보다 큰 연직하중을 지지할 수 있는 동시에 같은 연직하중에 대하여 보다 작은 침하가 발생토록 작용한다. 또한 힌지결합에 의해 파일기초에 전달되는 지지하중을 감소시킬 수 있다.

이상에서 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.

10 : 파일기초 장치
11 : 몸체
11a : 결합용 볼트
12, 112 :　하단지지부재
12a : 축받이
12a', 12a" : 돌출부
12b : 축받이의 관통홀
20, 120 : 연결부재
20a : 관통홀
20b : 축받이 삽입용 절개부
20c : 격벽의 관통홀
20d : 힌지축 삽입용 절개부
21 : 힌지축
22 : 너트

Claims

지상 또는 지하의 구조물을 지지하기 위하여 지반 내에 설치되는 파일기초 장치로서,
상기 구조물에 연결되어 그 하중을 지지하도록 상기 지반 내에 설치된 몸체;
상기 몸체의 외관을 따라 연장된 형태로 이루어지고, 상기 몸체의 하단부에 결합되어 고정된 연결부재; 및
상기 연결부재의 하단부에 일단이 회전 가능하게 설치되되, 상기 몸체가 지반의 천공홀 내부에서 하강하면 타단이 천공홀 바닥에 밀착한 다음 상부에서 하부로 작용하는 연직하중에 의해서 발생하는 모멘텀에 의해 상기 몸체의 축 중심으로부터 외측 반경방향으로 회전가능한 복수개의 하단지지부재;
상기 복수개의 하단지지부재는 상기 연결부재의 외측 끝단에 일단이 회전 가능하게 연결되고, 상기 몸체에 전달되는 연직하중에 의해 타단이 외측 반경방향으로 회전할 수 있도록 내측에는 경사면을 갖고, 상기 복수개의 하단지지부재의 외경은 상기 연결부재의 외경보다 작거나 같게 형성된 파일기초 장치.
제1항에 있어서,
상기 복수개의 하단지지부재에는 축받이가 형성되고, 상기 축받이를 관통하여 힌지축이 상기 연결부재에 삽입된 파일기초 장치.
삭제
제1항에 있어서,
상기 경사면은 평면 또는 곡면으로 이루어진 파일기초 장치.
제1항에 있어서,
상기 복수개의 하단지지부재는 상단에서 하단으로 갈수록 단면적이 감소하도록 형성된 파일기초 장치.
제1항에 있어서,
상기 복수개의 하단지지부재에는 회전 시, 지반과의 마찰력이 증가되도록 표면에 복수개의 돌출부가 형성된 파일기초 장치.
제6항에 있어서,
상기 돌출부는 일정높이마다 댐 형태로 복수개 형성된 파일기초 장치.
제1항에 있어서,
상기 복수개의 하단지지부재는 일정각도 이상 회전되지 않도록 상기 연결부재에 결합된 파일기초 장치.
제1항에 있어서,
상기 몸체의 하단부에는 하방으로 돌출된 결합용 볼트가 구비되고 상기 연결부재에는 상기 결합용 볼트가 관통하는 관통홀이 형성되며, 상기 결합용 볼트가 상기 관통홀을 관통한 다음 너트에 의해 결합됨으로써 상기 몸체와 연결부재가 조립되는 파일기초 장치.
제2항에 있어서,
상기 연결부재에는 상기 축받이가 삽입되는 축받이 삽입용 절개부가 형성되고, 상기 축받이 삽입용 절개부의 양측에는 상기 힌지축이 관통할 수 있도록 힌지축 삽입용 절개부가 형성된 파일기초 장치.
제1항에 있어서,
상기 복수개의 하단지지부재에는 축받이가 형성되고, 상기 연결부재에는 상기 축받이가 삽입되는 축받이 삽입용 절개부가 형성되되,
상기 축받이의 관통홀에는 중앙에 삽입되는 탄성부재와 상기 탄성부재 양측에 삽입되는 한 쌍의 힌지축이 삽입되어 상기 축받이가 상기 축받이 삽입용 절개부에 삽입되면 상기 힌지축의 양단이 상기 탄성부재의 탄성력에 의해 상기 축받이 삽입용 절개부 양측에 형성된 힌지축 삽입용 홀에 삽입되어 조립되는 파일기초 장치.
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