KR102208392B1 - 침하구조물 인상을 위한 원형강관말뚝 및 그 시공방법 - Google Patents

침하구조물 인상을 위한 원형강관말뚝 및 그 시공방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 구조물 인상공사시 협소한 공간 및 어려운 작업환경에서도 용이하게 시공할 수 있고, 재사용 및 시공기간의 단축으로 공사비를 절감할 수 있을 뿐만 아니라 품질향상 또한 기대할 수 있는 시공성과 구조적 성능이 보다 개선된 침하구조물 인상을 위한 원형강관말뚝 및 그 시공방법을 제공한다.
이를 위하여 본 발명은 침하구조물 인상을 목적으로 구조물 하부 지반에 압입되는 원형강관말뚝에 있어서, 일정 길이로 이루어지고 양단에 암나사인 체결공이 천공된 원형강관말뚝부재와, 원형강관말뚝부재를 서로 연결할 수 있도록 원형강관말뚝부재 사이에 삽입 내재되고 체결공에 대응하여 암나사인 조립공이 천공된 연결소켓강관 및, 원형강관말뚝부재와 연결소켓강관을 일체로 결속할 수 있도록 체결공과 조립공이 정렬된 상태에서 나사결합되는 체결부재로 이루어진다.
상기의 기술적 구성에 따르면, 원형강관말뚝의 체결공과 연결소켓강관의 조립공을 손쉽게 정렬할 수 있고, 체결부재에 의해 일체로 조립됨으로써 장소가 협소하고 작업환경이 어렵더라도 용이하게 시공할 수 있다는 효과가 있다.
또한 원형강관말뚝과 연결소켓강관이 체결부재에 의해 나사결합되어 있어 해체 후 재사용할 수 있고, 간편한 시공으로 시공기간을 단축할 수 있다는 점에서 매우 경제적인 효과가 있다.
그리고 원형강관말뚝 사이에 연결소켓강관이 삽입 내재되어 휨강도 및 압축강도가 매우 우수하다는 점에서 품질향상을 기대할 수 있다는 효과가 있다.

Description

침하구조물 인상을 위한 원형강관말뚝 및 그 시공방법{STEEL PIPES FOR LIFTING SETTLEMENT STRUCTURE AND CONSTRUCTING METHOD THEREOF}
본 발명은 침하구조물 인상을 위한 원형강관말뚝에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 시공성과 구조적 성능을 개선한 침하구조물 인상을 위한 원형강관말뚝 및 그 시공방법에 관한 것이다.
일반적으로 구조물의 부등침하는 지반의 연약화, 지하수의 변동, 구조물에 인접한 터파기, 구조물 자중의 불균형, 기초시공 불량, 중차량의 통행증가 등 여러 원인에 의하여 발생한다.
본 발명자는 소켓형 강관 사용으로 현장 시공성이 우수하고 강관 내에 긴장력 도입으로 파일 강성의 증가와 재긴장을 통한 변위조절로 유지보수가 용이한 침하된 구조물 인상을 위한 프리스트레스트 강관파일을 특허 제10-1559268호(2015. 10. 2. 등록)로 제안한 바 있다.
상기의 특허에는 구조물 인상을 목적으로 구조물 하부 지반에 압입되는 강관파일에 있어서, 하단 외주면상에 수나사부, 상단 내주면상에 암나사부가 각 형성되고 나사결합에 의해 일체로 결속됨에 따라 연속하여 압입되는 소켓형 강관과; 압입완료 후 소켓형 강관 내의 토사가 제거된 상태에서 하단에 정착부재가 마련되고 상단에 나사선이 형성되어 소켓형 강관 내에 삽입 위치되는 긴장재와; 긴장재를 소켓형 강관 내에 정착시킬 수 있도록 소켓형 강관 내에 주입되는 충전재와; 긴장재를 외부로 인출하기 위한 인출공이 천공되고 소켓형 강관 상단에 위치하는 정착판과; 정착판 외측에서 긴장재와 나사결합되어 조임에 의해 소켓형 강관 내에 프리스트레스트를 도입하기 위한 조임너트로 이루어지되, 소켓형 강관은 기존 기초 또는 기존 기초로부터 확장된 확장기초에 천공된 작업공을 통해 압입 설치되고 그 외주면 상에 유압잭을 설치할 수 있도록 대칭되게 마련된 유압잭 안착판과, 소켓형 강관을 따라 슬라이딩 가능하게 설치되고 유압잭에 의해 인상되는 슬라이더와, 슬라이더로부터 연장 형성되고 작업공 하부면에 하단부를 걸어 설치하는 인상부재 및, 슬라이더 외주면 상에 형성된 고리와 기존 기초 또는 확장기초에 미리 정착된 고리 핀 사이에 결속되는 와이어의 구성이 기재되어 있다.
본 발명자는 상기의 기술구성 중 하단 외주면상에 수나사부, 상단 내주면상에 암나사부가 각 형성되어 나사결합에 의해 연속으로 설치되는 소켓형 강관의 시공성과 구조적 성능을 더욱 개선하고자 한다.
본 발명의 배경이 되는 기술로는 특허 제10-1774404호(2017. 9. 4.등록) '건축물의 기초보강 및 인상을 위한 파일추진시스템 및 파일추진방법', 특허 제10-0621669호(2006. 8. 31. 등록) '압입체를 이용한 구조물 인상 및 기초보강 공법', 특허 제10-0807810호(2007. 11. 28. 등록) '기초보강에 의한 구조물 인상공법', 특허 제10-1195236호(2012. 10. 22. 등록) '티형 지지강재를 이용한 구조물 인상공법', 특허 제10-1586376호(2016. 1. 12. 등록) '인상잭이 설치된 강관을 이용한 구조물', 특허 제10-0816044호(2008. 3. 24. 등록) '마이크로 파일을 이용한 구조물 인상 및 지지공법' 등이 있다.
본 발명은 교육부와 한국연구재단에서 재원으로 지원을 받아 수행한 사회맞춤형 산학협력 선도대학(LINC+)육성사업의 연구결과이다.
본 발명은 구조물 인상공사시 협소한 공간 및 어려운 작업환경에서도 용이하게 시공할 수 있고, 재사용 및 시공기간의 단축으로 공사비를 절감할 수 있을 뿐만 아니라 품질향상 또한 기대할 수 있는 시공성과 구조적 성능이 보다 개선된 침하구조물 인상을 위한 원형강관말뚝 및 그 시공방법을 제공하고자 한다.
본 발명은 상기의 과제를 달성하기 위하여, 침하구조물 인상을 목적으로 구조물 하부 지반에 압입 설치되는 원형강관말뚝에 있어서, 일정 길이로 이루어져 양단에 암나사인 체결공이 천공되고 그 단부 중심에 반원형의 정렬홈이 관통 형성된 원형강관말뚝부재와, 원형강관말뚝부재를 서로 연결할 수 있도록 원형강관말뚝부재 사이에 삽입 내재되어 체결공에 대응하여 암나사인 조립공이 천공되고 정렬홈에 대응하여 정렬공이 관통 형성된 연결소켓강관과, 원형강관말뚝부재와 연결소켓강관을 일체로 결속할 수 있도록 체결공과 조립공이 정렬된 상태에서 나사결합되는 체결부재 및, 연결소켓강관의 정렬공에 관통 삽입되고 양단이 상기 정렬홈에 안착되어 원형강관말뚝부재 내로 삽입시 연결소켓강관을 일정 위치에 고정하고 체결부재에 의한 체결작업이 완료되면 제거되는 지그부재를 구비하되, 상기의 체결부재는 원형강관말뚝부재와 연결소켓강관이 상호 체결된 상태에서 외부로 돌출되는 것을 방지할 수 있도록 무두볼트로 이루어지고, 상기의 연결소켓강관 내측에는 무두볼트의 과다 삽입을 방지할 수 있도록 일측이 절개되고 원형으로 밴딩된 스토퍼 판이 삽입 내재된 것을 특징으로 한다.
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또한, 본 발명은 다른 하나의 과제를 달성하기 위하여 침하구조물 인상을 목적으로 구조물 하부 지반에 압입 설치되는 원형강관말뚝 시공방법에 있어서, 원형강관말뚝부재를 지반에 압입하는 과정, 내측에 무두볼트의 과다 삽입을 방지하기 위한 스토퍼 판이 삽입 내재된 연결소켓강관을 관통하여 천공된 정렬공에 지그부재를 삽입하는 과정, 지그부재를 원형강관말뚝부재 상단 반원형의 정렬홈에 안착시켜 원형강관말뚝부재 내에 연결소켓강관의 위치를 고정하는 과정, 정렬상태인 원형강관말뚝부재의 체결공과 연결소켓강관의 조립공에 무두볼트를 나사결합하여 원형강관말뚝부재 상부에 연결소켓강관 하부를 일체로 체결하는 과정, 연결소켓강관 상부에 새로운 원형강관말뚝부재를 삽입 위치시키는 과정, 지그부재에 새로운 원형강관말뚝부재 단부의 정렬홈을 위치시켜 원형강관말뚝부재에 새로운 원형강관말뚝부재를 정렬시키는 과정, 정렬상태인 원형강관말뚝부재의 체결공과 연결소켓강관의 조립공에 무두볼트를 나사결합하고 지그부재를 제거하여 원형강관말뚝부재 상부에 새로운 원형강관말뚝부재를 연속하여 설치하는 과정을 포함한다.
본 발명에 따르면, 원형강관말뚝의 체결공과 연결소켓강관의 조립공을 손쉽게 정렬할 수 있고, 체결부재에 의해 일체로 조립됨으로써 장소가 협소하고 작업환경이 어렵더라도 용이하게 시공할 수 있다는 효과가 있다.
또한 본 발명에 따르면, 원형강관말뚝과 연결소켓강관이 체결부재에 의해 나사결합되어 있어 해체 후 재사용할 수 있고, 간편한 시공으로 시공기간을 단축할 수 있다는 점에서 매우 경제적인 효과가 있다.
그리고 본 발명에 따르면, 원형강관말뚝 사이에 연결소켓강관이 삽입 내재되어 휨강도 및 압축강도가 매우 우수하다는 점에서 품질향상을 기대할 수 있다는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 침하구조물 인상을 위한 원형강관말뚝의 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 침하구조물 인상을 위한 원형강관말뚝의 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 침하구조물 인상을 위한 원형강관말뚝의 스토퍼 판 사시도이다.
도 4는 본 발명에 따른 침하구조물 인상을 위한 원형강관말뚝의 단면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 침하구조물 인상을 위한 원형강관말뚝의 휨실험 사진이다.
도 6은 본 발명에 따른 침하구조물 인상을 위한 원형강관말뚝의 휨실험 결과 그래프이다.
도 7은 본 발명에 따른 침하구조물 인상을 위한 원형강관말뚝의 압축실험 사진이다.
도 8은 본 발명에 따른 침하구조물 인상을 위한 원형강관말뚝의 압축실험 결과 그래프이다.
이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명에 따른 침하구조물 인상을 위한 원형강관말뚝의 바람직한 실시 예에 대하여 상세히 설명한다.
먼저, 첨부된 도 1 및 2를 참조하여 설명한다.
본 발명의 실시 예는 침하구조물 인상을 목적으로 구조물 하부 지반에 압입되는 원형강관말뚝에 있어서, 일정 길이로 이루어지고 양단에 암나사인 체결공(11)이 천공된 원형강관말뚝부재(10)와, 원형강관말뚝부재(10)를 서로 연결할 수 있도록 원형강관말뚝부재(10) 사이에 삽입 내재되고 체결공(11)에 대응하여 암나사인 조립공(21)이 천공된 연결소켓강관(20) 및, 원형강관말뚝부재(10)와 연결소켓강관(20)을 일체로 결속할 수 있도록 체결공(11)과 조립공(21)이 정렬된 상태에서 나사결합되는 체결부재(30)로 이루어진다.
상기의 기술적 구성에 따르면, 원형강관말뚝부재(10) 상부에 연결소켓강관(20)을 삽입하고 원형강관말뚝부재의 체결공(11)과 연결소켓강관의 조립공(21)을 정렬시킨 후 체결부재(30)를 조여 일체로 체결시킨다.
이어서, 노출된 연결소켓강관(20)에 다른 하나의 원형강관말뚝(10)을 끼우고 체결공(11)과 조립공(21)을 정렬시킨 다음 체결부재(30)로 조이면 원형강관말뚝부재(10)를 연속적으로 설치할 수 있게 된다.
다음, 상기의 원형강관말뚝부재(10)는 그 단부 중심에 반원형의 정렬홈(12)이 관통 형성되고, 연결소켓강관(20)은 그 중심부에 정렬홈(12)에 대응하는 정렬공(22)이 관통 형성된다.
상기의 기술적 구성에 따르면, 원형강관말뚝부재(10)에 연결소켓강관(20) 삽입시 연결소켓강관의 정렬공(22)을 원형강관말뚝부재의 정렬홈(12)에 일치시킬 경우 원형강관말뚝부재의 체결공(11)과 연결소켓강관의 조립공(21)도 자연스럽게 정렬상태에 놓이게 된다.
따라서 작업자는 체결부재(30)로 원형강관말뚝부재(10)와 연결소켓강관(20)을 쉽게 체결할 수 있게 된다.
다음, 상기의 정렬공(22)에 관통 삽입되고 양단이 정렬홈(12)에 안착되어 원형강관말뚝부재(10) 내로 삽입되는 연결소켓강관(20)을 일정 위치에 고정하기 위한 지그부재(40)가 더 구비된다.
상기의 기술적 구성에 따르면, 연결소켓강관의 정렬공(22)에 지그부재(40)를 끼운 후 원형강관말뚝부재(10)에 연결소켓강관(20)을 삽입하게 되면 지그부재(40)의 양단이 원형강관말뚝부재의 정렬홈(12)에 안착되어 보다 쉽게 원형강관말뚝부재의 체결공(11)과 연결소켓강관의 조립공(21)을 정렬시킬 수 있게 된다.
물론, 체결부재(30)에 의한 체결작업이 완료되면 지그부재(40)는 제거된다.
다음, 상기의 체결부재(30)는 원형강관말뚝부재(10)와 연결소켓강관(20)이 상호 체결된 상태에서 외부로 돌출되는 것을 방지할 수 있도록 무두볼트(30)로 이루어진다.
상기의 기술적 구성에 따르면, 원형강관말뚝부재(10)가 서로 연결된 상태에서 무두볼트(30)가 원형강관말뚝부재(10)의 강관 내에 내재됨에 따라 원형강관말뚝부재(10) 압입시 저항을 줄일 수 있고, 체결상태의 손상도 방지할 수 있게 된다.
다음, 도 3 및 4를 참조하여 설명한다.
상기의 연결소켓강관(20) 내측에는 무두볼트(30)의 과다 삽입을 방지할 수 있도록 일측이 절개되고 원형으로 밴딩된 스토퍼 판(50)이 삽입 내재된다.
상기의 기술적 구성에서, 스토퍼 판(50)은 일측이 절개된 상태로 원형으로 밴딩됨에 따라 작업자가 구부려 연결소켓강관(20)에 삽입할 수 있고, 삽입된 상태에서는 그 탄성력에 의해 펼쳐져 연결소켓강관(20) 내벽에 밀착되게 된다.
또한 스토퍼 판(50)은 연결소켓강관의 조립공(21)에 대응하여 내측으로 절곡된 절곡부(51)를 둘 수 있는데, 이는 무두볼트(30) 체결시 무두볼트(30)의 삽입 깊이를 제한하기 위함이다.
즉, 무두볼트(30)는 머리부분이 없으므로 전동공구로 체결시에는 무두볼트(30)가 너무 깊게 삽입되지 않도록 충분히 주의하여야 하는데, 스토퍼 판(50)의 구비로 무두볼트(30)가 일정 깊이에서 저항받음에 따라 손쉽게 체결을 완료할 수 있게 된다.
다음은 본 발명의 실시 예로서 침하구조물 인상을 위한 원형강관말뚝의 시공방법에 대하여 설명한다.
본 발명의 원형강관말뚝부재의 시공방법은 본 발명자가 제안한 특허 제10-1559268호(2015. 10. 2. 등록)에 기재된 인상방법에 양호하게 적용될 수 있다.
본 발명에 따른 침하구조물 인상을 목적으로 구조물 하부 지반에 압입 설치되는 원형강관말뚝 시공방법은, 먼저 원형강관말뚝(10)을 지반에 압입한다.
이어서 연결소켓강관(20)에 천공된 조립공(22)에 지그부재(40)를 삽입하여 체결한다.
지그부재(40)를 원형강관말뚝(10) 상단 정렬홈(12)에 안착시켜 원형강관말뚝(10) 내에 연결소켓강관(20)의 위치를 고정한다.
이에 따라, 정렬상태인 원형강관말뚝부재의 체결공(11)과 연결소켓강관의 조립공(21)에 체결부재(30)를 나사결합하여 원형강관말뚝부재(10) 상부에 연결소켓강관(20) 하부를 일체로 체결한다.
삭제
다음으로, 연결소켓강관(20) 상부에 새로운 원형강관말뚝부재를 삽입 위치시킨다.
이때 지그부재(40)에 새로운 원형강관말뚝부재 단부의 정렬홈을 위치시켜 원형강관말뚝부재(10)에 새로운 원형강관말뚝부재를 정렬한다.
이에 따라, 정렬상태인 원형강관말뚝부재의 체결공(11)과 연결소켓강관의 조립공(21)에 체결부재(30)를 나사결합하고 지그부재(40)를 제거하여 원형강관말뚝부재(10) 상부에 새로운 원형강관말뚝부재를 연속으로 설치할 수 있게 된다.
다음은 상기의 구성으로 이루어진 침하구조물 인상을 위한 원형강관말뚝의 시험결과이다(도 5 내지 8 참조).
실험체
원형강관말뚝부재: 길이 1,500㎜, 외경 101㎜, 내경 93㎜, 두께 4㎜
연결소켓강관: 길이 200㎜, 외경 90㎜, 내경 82㎜, 두께 4㎜
휨시험
구 분 구분 환산단면적 A
(
Figure 112019009025000-pat00001
) 		단면2차
모멘트
(
Figure 112019009025000-pat00002
)
Figure 112019009025000-pat00003

(kN)
Figure 112019009025000-pat00004

(mm)
Figure 112019009025000-pat00005

(MPa)
Figure 112019009025000-pat00006
Test1 외부강관 1218.93795
(L=1,500mm) 		1,436,061.272 21.6 102.1 17.720 0.068
내부 연결강관 1,080.70787
(L=1,500mm) 		1,001,275.844 19.987
Test2 외부강관 1218.93795
(L=1,500mm) 		1,436,061.272 18.1 99.3 14.849 0.066
내부 연결강관 1,080.70787
(L=1,500mm) 		1,001,275.844 16.748
압축강도시험
구 분 구분 환산단면적 A
(
Figure 112019009025000-pat00007
) 		탄성계수 E
(
Figure 112019009025000-pat00008
) 		최대하중
(kN)
Figure 112019009025000-pat00009

(MPa)
Figure 112019009025000-pat00010
Test3 외부강관 1218.93795
(L=1,500mm) 		120,942.31 383.3 314.45 0.0026
내부 연결강관 1,080.70787
(L=1,500mm) 		137,565.38 354.67
Test4 외부강관 1218.93795
(L=1,500mm) 		91,684.85 368.8 302.56 0.0033
내부 연결강관 1,080.70787
(L=1,500mm) 		103,415.15 341.27
상기의 시험결과에 의하면, 본 발명에 따른 침하구조물 인상을 위한 원형강관말뚝은 연결소켓강관에 의한 연속설치구조임에도, 단일 구조의 원형강관말뚝부재의 비선형FEM해석과 비교하여 볼 때, 충분한 휨강도와 압축강도를 확인할 수 있다는 점에서, 시공의 편의성 뿐만 아니라 품질향상을 기대할 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 이해를 돕기 위한 실시 예로서, 본 발명을 한정하는 것은 아니며, 특허청구범위에 기재된 사항의 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수 있음은 이 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다 할 것이다.
10: 원형강관말뚝부재
11: 체결공
12: 정렬홈
20: 연결소켓강관
21: 조립공
22: 정렬공
30: 체결부재
40: 지그부재
50: 스토퍼 판

Claims (6)

  1. 침하구조물 인상을 목적으로 구조물 하부 지반에 압입 설치되는 원형강관말뚝에 있어서,
    일정 길이로 이루어져 양단에 암나사인 체결공이 천공되고 그 단부 중심에 반원형의 정렬홈이 관통 형성된 원형강관말뚝부재와,
    상기 원형강관말뚝부재를 서로 연결할 수 있도록 원형강관말뚝부재 사이에 삽입 내재되어 상기 체결공에 대응하여 암나사인 조립공이 천공되고 상기 정렬홈에 대응하여 정렬공이 관통 형성된 연결소켓강관과,
    상기 원형강관말뚝부재와 연결소켓강관을 일체로 결속할 수 있도록 상기 체결공과 조립공이 정렬된 상태에서 나사결합되는 체결부재 및,
    상기 연결소켓강관의 정렬공에 관통 삽입되고 양단이 상기 정렬홈에 안착되어 상기 원형강관말뚝부재 내로 삽입시 상기 연결소켓강관을 일정 위치에 고정하고 상기 체결부재에 의한 체결작업이 완료되면 제거되는 지그부재를 구비하되,
    상기 체결부재는 상기 원형강관말뚝부재와 연결소켓강관이 상호 체결된 상태에서 외부로 돌출되는 것을 방지할 수 있도록 무두볼트로 이루어지고,
    상기 연결소켓강관 내측에는 상기 무두볼트의 과다 삽입을 방지할 수 있도록 일측이 절개되고 원형으로 밴딩된 스토퍼 판이 삽입 내재된 것을 특징으로 하는 침하구조물 인상을 위한 원형강관말뚝.
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  6. 침하구조물 인상을 목적으로 구조물 하부 지반에 압입 설치되는 원형강관말뚝 시공방법에 있어서,
    원형강관말뚝부재를 지반에 압입하는 과정,
    내측에 무두볼트의 과다 삽입을 방지하기 위한 스토퍼 판이 삽입 내재된 연결소켓강관을 관통하여 천공된 정렬공에 지그부재를 삽입하는 과정,
    상기 지그부재를 상기 원형강관말뚝부재 상단 반원형의 정렬홈에 안착시켜 상기 원형강관말뚝부재 내에 상기 연결소켓강관의 위치를 고정하는 과정,
    정렬상태인 상기 원형강관말뚝부재의 체결공과 상기 연결소켓강관의 조립공에 무두볼트를 나사결합하여 상기 원형강관말뚝부재 상부에 상기 연결소켓강관 하부를 일체로 체결하는 과정,
    상기 연결소켓강관 상부에 새로운 원형강관말뚝부재를 삽입 위치시키는 과정,
    상기 지그부재에 새로운 원형강관말뚝부재 단부의 정렬홈을 위치시켜 상기 원형강관말뚝부재에 새로운 원형강관말뚝부재를 정렬시키는 과정,
    정렬상태인 상기 원형강관말뚝부재의 체결공과 상기 연결소켓강관의 조립공에 무두볼트를 나사결합하고 상기 지그부재를 제거하여 상기 원형강관말뚝부재 상부에 새로운 원형강관말뚝부재를 연속하여 설치하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 침하구조물 인상을 위한 원형강관말뚝 시공방법.
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