KR102209886B1 - 두부보강체를 구비한 콘크리트 파일 - Google Patents

두부보강체를 구비한 콘크리트 파일 Download PDF

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KR102209886B1
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Abstract

본 발명은 항타시 두부가 파손되거나 손상되는 것을 방지하는 두부보강체를 구비한 콘크리트 파일에 관한 것으로, 본 발명은 프리캐스트 콘크리트로 기성 제작되어 하부가 지반에 설치되어 상부구조물의 하중을 지지하는 콘크리트몸체와, 상기 콘크리트몸체 내에 배근된 철근을 포함하여 구성되는 파일본체와; 상기 파일본체의 상부에 설치되어 항타 시 상기 파일본체의 두부파괴를 방지하도록 복수개가 다단으로 적층되는 보강블록들을 포함하여 구성되는 두부보강체와; 상기 파일본체와 상기 두부보강체에 각각 결합하여, 상기 두부보강체가 상기 파일본체의 상부에 설치되게 하는 결합유닛을 포함하여 구성되고: 상기 두부보강체는, 서로 다른 강도를 갖는 보강블록들을 포함하여 구성된다. 이와 같은 본 발명에 의하면, 구조가 간단하고 설치가 용이하여 시공성 및 경제성을 향상시킬 수 있으며, 충분한 강성을 갖고 있기 때문에 콘크리트 말뚝의 구조적 안정성을 효과적으로 유지할 수 있으며, 두부보강체가 항타에 의하여 파손이 발생할 시 전체구성을 교체할 필요 없이 손상된 부분만 교체하면 되기 때문에, 시공성 및 경제성을 향상시킬 수 있다.

Description

두부보강체를 구비한 콘크리트 파일 {Concrete pile having reinforcing structure for pile head}
본 발명은 두부보강체를 구비한 콘크리트 파일에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 항타를 통하여 콘크리트 말뚝을 지반에 삽입할 시 콘크리트 말뚝의 두부가 파손되거나 손상되는 것을 방지하여, 콘크리트 말뚝의 구조적 안정성, 경제성 및 시공성을 향상시킬 수 있는 두부보강체를 구비한 콘크리트 파일에 관한 것이다.
일반적으로 건축 또는 토목공사 등의 구조물이나 건축물을 시공하는 과정에서 안정성 확보와 지반침하현상의 방지를 위해 그 하부를 안전하게 지지하는 다수개의 말뚝(Pile)을 지하 암반에 박아 넣거나 매립시켜서 기초를 다진 다음 그 위에 구조물이나 건축물을 시공한다.
특히, 지층이 불안정하거나 지반이 약한 지역에서는 필히 말뚝을 타설 또는 매립하여야 토목, 건축물을 견고하게 축적할 수 있다.
초기의 건축 또는 토목공사 시에는 주로 자연에서 쉽게 구할 수 있는 나무말뚝을 사용하여 지지대를 형성하거나 그 지지대 위에 옥석을 부설하여 하중을 분산시키는 방법을 많이 이용하여 왔으며, 1990년 초에 원심제조공법을 이용한 중공형상의 콘크리트 파일이 개발되면서 SC(chemical prestress), PC(pretentioned spun concrete piles), PHC(pretentioned spun high strength concrete) 파일 등 현장의 다양한 여건에 적용 가능한 많은 종류의 중공형상 콘크리트 파일이 사용되고 있다.
이와 같이 개발된 콘크리트 말뚝에 대한 지반삽입방법으로 크게 해머를 이용하여 타입 시키는 항타공법과 별도의 천공장치로 목적지반에 말뚝삽입공을 천공한 상태에서 그 천공에 콘크리트 말뚝을 삽입하는 방법이 있으나 지반에 암반층이 나올 때까지 파고들어간 후 콘크리트를 타설하는 것과 해머를 이용하여 타입하는 방법은 상당한 공사기간과 비용이 소요되고 특히, 해머를 이용하는 경우 콘크리트 파일의 두부가 손상 내지 파손됨으로써 최근에는 충분한 강성을 지니는 PHC 파일을 주로 이용하고 있는 실정이다.
이러한 콘크리트 파일의 두부보강 기술에 대한 기술의 예로 대한민국 공개특허 제10-2007-0050516호는, 연약지반을 보강하기 위하여 지면에 박는 PHC 파일 등의 각종 중공형상 콘크리트 파일의 두부를 보강하기 위한 구조물 및 그 시공방법에 관한 것으로, PHC 파일의 강선이 각각 삽입되는 다수의 관통공이 형성된 헤드커버와,상기 PHC 파일 강선과 나선 결합하는 고정구와, 상기 PHC 파일의 천공된 원통형구멍에 삽입되고 다수의 관통공이 형성된 원판형폐쇄판과, 하부에 형성된 나선부와 너트가 나선 결합하여 상기 원판형폐쇄판을 지지하는 지지대와, 상기 PHC 파일의 원통형구멍 삽입되고 외주연에 다수개의 너트가 용접 결합되어 보강철근 하부의 나선부와 나선 결합하는 철근고정링을 구비하는 중공형상 콘크리트 파일의 두부 보강용 구조물 및 그 시공방법이 개시된 바 있다.
그런데, 상기한 종래의 콘크리트 파일의 두부보강 구조는, 구조가 복잡하여 콘크리트 파일에 설치가 어려울 뿐만 아니라, 항타에 대한 충분한 강성을 갖고 있지 않아 파손이나 손상이 발생하는 문제점이 있었으며, 또한 파손 시 구성 전체를 교체해야하는 문제점이 있었다.
대한민국 공개특허 제10-2007-0050516호
본 발명은, 구조가 간단하고 설치가 용이하여 시공성 및 경제성을 향상시킬 수 있으며, 충분한 강성을 갖고 있기 때문에 콘크리트 말뚝의 구조적 안정성을 효과적으로 유지할 수 있는 두부보강체를 구비한 콘크리트 파일를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 두부보강체가 항타에 의하여 파손이 발생할 시 전체구성을 교체할 필요 없이 손상된 부분만 교체하면 되기 때문에, 시공성 및 경제성을 향상시킬 수 있는 두부보강체를 구비한 콘크리트 파일를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 항타에 의하여 지반에 설치되는 콘크리트 파일의 두부보강체에 있어서, 프리캐스트 콘크리트로 기성 제작되어 하부가 지반에 설치되어 상부구조물의 하중을 지지하는 콘크리트몸체와, 상기 콘크리트몸체 내에 배근된 철근을 포함하여 구성되는 파일본체와; 상기 파일본체의 상부에 설치되어 항타 시 상기 파일본체의 두부파괴를 방지하도록 복수개가 다단으로 적층되는 보강블록들을 포함하여 구성되는 두부보강체와; 상기 파일본체와 상기 두부보강체에 각각 결합하여, 상기 두부보강체가 상기 파일본체의 상부에 설치되게 하는 결합유닛을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 두부보강체를 구비한 콘크리트 파일를 제공한다.
여기서, 상기 결합유닛은, 상기 콘크리트몸체의 상단으로부터 돌출되어 연장된 철근이고; 상기 보강블록들은, 연장된 상기 철근에 관통되어 다단으로 적층될 수 있다.
또한, 상기 결합유닛은, 하단부가 상기 파일본체의 상면에 착탈 가능하게 결합되고, 상기 보강블록들을 관통하여 상단부가 상기 보강블록 상부로 노출되며, 외주면에 나사산이 형성된 체결봉과, 최상위의 상기 보강블록 상부에 노출되는 상기 체결봉의 상단부에 나사 체결되는 고정너트를 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 상기 결합유닛은, 상기 보강블록에 형성된 복수개의 관통구에 각각 관통 결합하되, 하단은 결합돌기가 형성되고, 상단은 상기 결합돌기가 끼워지는 결합홈이 형성되어, 상기 보강블록들이 상기 결합돌기와 상기 결합홈에 의하여 서로 적층 결합되게 하는 커플러를 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 상기 결합유닛은, 상면이 노출되도록 상기 파일본체의 상면에 매립 고정되고, 상면에 상기 결합돌기가 삽입 고정되는 고정부를 더 포함하여 구성될 수 있다.
나아가, 상기 두부보강체는, 상기 보강블록의 상면과 하면에 각각 형성되어, 상기 보강블록들이 적층될 시 서로 조립 결합되는 조립홈과 조립돌기가 각각 형성될 수 있다.
상기 두부보강체의 적층높이는, 생브낭의 원리(Saint-Venant's Principle)에 대한 실험식에 의하여 중심 집중하중에 대한 응력 균일화가 되는 깊이(L) 이상이 되도록 상기 보강블록 직경의 1.5배 이상으로 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 두부보강체의 적층높이는, 생브낭의 원리(Saint-Venant's Principle)에 대한 실험식에 의하여 외측 집중하중에 대한 응력 균일화가 되는 깊이(L) 이상이 되도록 상기 보강블록 직경의 2배 이상으로 형성되는 것이 바람직하다.
한편, 상기 두부보강체는, 서로 다른 강도를 갖는 보강블록들을 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 서로 다른 강도를 갖는 두 보강블록들은, 높은 강도를 갖는 보강블록이 낮은 강도를 갖는 보강블록의 상부에 배치되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 파일본체의 상면에 배치되는 보강블록의 강도는, 상기 콘크리트몸체의 강도보다 낮은 강도를 갖도록 구성되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 두부보강체를 구비한 콘크리트 파일는 다음과 같은 효과를 제공한다.
첫째, 구조가 간단하고 설치가 용이하여 시공성 및 경제성을 향상시킬 수 있으며, 충분한 강성을 갖고 있기 때문에 콘크리트 말뚝의 구조적 안정성을 효과적으로 유지할 수 있다.
둘째, 두부보강체가 항타에 의하여 파손이 발생할 시 전체구성을 교체할 필요 없이 손상된 부분만 교체하면 되기 때문에, 시공성 및 경제성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 두부보강체를 구비한 콘크리트 파일의 구성을 나타내는 사시도이다.
도 2는 도 1의 두부보강체를 구비한 콘크리트 파일의 구성을 나타내는 분해사시도이다.
도 3은 도 2의 두부보강체를 구비한 콘크리트 파일에서 결합유닛의 다른 실시예를 나타내는 분해사시도이다.
도 4는 도 2의 두부보강체를 구비한 콘크리트 파일에서 결합유닛의 또 다른 실시예를 나타내는 분해사시도이다.
도 5는 도 2의 두부보강체를 구비한 콘크리트 파일에서 보강블록에 조립홈과 조립돌기를 형성한 다른 실시예를 나타내는 분해사시도이다.
도 6은 도 5의 두부보강체를 구비한 콘크리트 파일에서 보강블록에 조립홈과 조립돌기를 형성하여 조립된 상태를 나타내는 정단면도이다.
도 7은 도 1의 두부보강체를 구비한 콘크리트 파일에서 보강블록의 강도에 따른 적층 배치상태를 나타내기 위한 도면이다.
도 8은 도 1의 두부보강체를 구비한 콘크리트 파일에서 보강블록의 적층높이 설정을 나타내기 위한 도면이다.
도 9는 도 1의 두부보강체를 구비한 콘크리트 파일에서 보강블록의 다른 실시예를 나타내는 사시도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 두부보강체를 구비한 콘크리트 파일는, 지반에 설치되는 콘크리트 파일의 두부에 설치되어 항타 시 콘크리트 파일의 두부를 보강함으로써, 콘크리트 파일의 파손을 방지하는 것을 목적으로 한다.
이러한 두부보강체를 구비한 콘크리트 파일에 대하여 살펴보면, 상기 두부보강체를 구비한 콘크리트 파일은 파일본체(100)와, 두부보강체(200)와, 결합유닛(300)을 포함하여 구성된다.
먼저, 상기 파일본체(100)는, 도시된 바와 같이 원주형으로 하부가 지반에 세워지는 말뚝구조물로 구성되고, 콘크리트구조물로 이루어진 콘크리트몸체(110)와, 콘크리트몸체(110) 내에 배근된 철근(120)을 포함하여 구성된다.
상기 콘크리트몸체(110)는, 프리캐스트 콘크리트로 기성 제작되어 하부가 지반에 설치되어 상부구조물의 하중을 지지하도록 구성된다.
상기 콘크리트몸체(110)는, 원주형의 말뚝형상으로 구성되고, 하단부는 현장에서 항타 시 지반에 설치가 용이하도록 점진적으로 평단면적이 감소하도록 형성될 수 있다.
상기 철근(120)은, 콘크리트몸체(110) 내에 길이방향을 따라 배근되어 파일본체(100)의 전체 강성을 향상시키는 역할을 한다.
여기서, 상기 파일본체(100)는, 상기한 바와 같이 콘크리트몸체(110)와 철근(120)을 포함하는 공지의 콘크리트철근구조물로 형성될 수 있으며, 이때 콘크리트몸체(110)의 크기와 철근(120)의 크기 및 개수 등은 그 설계에 따라 다양하게 변경 가능하고, 도시되지 않았으나 띠철근 또는 나선철근이 배근될 수 있다.
상기 두부보강체(200)는, 상기 파일본체(100)의 상부에 설치되어, 항타 시 파일본체(100) 대신 타격력을 직접적으로 받을 수 있도록 구성되고, 이를 통해 항타 시 파일본체(100)의 두부파괴를 방지하도록 구성된다.
상기 두부보강체(200)는, 파일본체(100)의 형상과 대응되는 원주형 블록으로, 파일본체(100)의 상부에 결합이 용이하도록 구성되고, 항타 시 충분한 강성을 갖눈 콘크리트 또는 철근콘크리트로 구성된다.
나아가, 상기 두부보강체(200)는, 파일본체(100)의 상부에 다단으로 적층되는 복수개의 보강블록(210)들을 포함하여 구성될 수 있다.
상기 보강블록(210)들 각각은 파일본체(100)의 형상에 대응하여 형성되고, 서로 접촉되는 상면과 하면은 다단적층이 가능하도록 평편하게 형성된다.
한편, 상기한 보강블록(210)들은, 형상 및 강도 등을 규격화하여 제조사에서 미리 제조되도록 구성하고, 이를 현장에서 항타력에 대응하여 보강블록(210)들을 선택적으로 적층하여 사용할 수 있도록 모듈화가 가능하다.
때문에, 현장에서 항타력이 결정되면 작업자가 항타력에 대응하여 규격화된 보강블록(210)들을 조합하여 설치할 수 있으며, 이에 따라 현장상황에 따라 보강블록(210)들을 필요이상으로 많이 적층시킬 필요 없어 소재낭비를 줄여 경제적인 효과를 창출할 수 있다.
나아가, 상기 두부보강체(200)는, 상기와 같이 단일구성이 아닌 복수개의 보강블록(210)들로 구성되어 있기 때문에, 항타에 의하여 보강블록(210)이 파손될 시 전체를 교체할 필요 없이 파손된 보강블록(210)들만 교체하면 되기 때문에, 경제적인 효과를 얻을 수 있다.
상기 결합유닛(300)은, 상기 파일본체(100)와 두부보강체(200)에 각각 결합하여, 두부보강체(200)가 파일본체(100)의 상부에 설치되게 하는 역할을 한다.
이하에서는, 상기한 결합유닛(300)의 다양한 실시예에 대하여 살펴보기로 한다.
(제1실시예)
상기 제1실시예의 경우, 상기 결합유닛(300)은 파일본체(100)의 철근(120)을 활용하여 보강블록(210)들을 결합시킨 실시예를 나타낸다.
이에 대하여 도 1 및 도 2를 참조하여 살펴보면, 우선 상기 파일본체(100)는 전술한 바와 같이 철근 콘크리트 구조물로서 콘크리트몸체(110) 내에 철근(120)이 길이방향을 따라 배근되어 구성됨을 전술한 바 있다.
이에 제1실시예에 따른 상기 결합유닛(300)은, 콘크리트몸체(110)의 상단으로부터 돌출되어 연장된 철근(120)으로 구성될 수 있다.
이러한 경우, 상기 보강블록(210)들 각각은 철근(120)에 관통되도록 관통구(211)가 형성되어, 상기 관통구(211)를 통하여 연장된 철근(120)이 관통 삽입되어 다단으로 적층된다.
한편, 상기 철근(120)은, 설정 높이로 여유 있게 연장 형성되어, 보강블록(210)들이 모두 관통될 수 있도록 여유 있는 높이로 구성되고, 보강블록(210)들이 모두 적층된 후 남은 여유길이는 현장에서 절단하여 그 높이를 맞출 수 있다.
또는, 상기 철근(120)은, 마지막 최상단의 보강블록(210) 적층 전에 소정의 길이만 남기고 절단되어, 최상단 보강블록(210)의 적층 후 상기 철근(120)이 외부로 돌출되는 것을 방지할 수 있다.
(제2실시예)
상기 제2실시예에 의한 결합유닛(300a)은, 전술한 제1실시예의 결합유닛(300)과 비교하여, 파일본체(100)에 체결봉(320)을 결합하고 이를 이용하여 보강블록(210)들을 결합시킨 실시예를 나타내고 있다.
도 3을 참조하면, 상기 결합유닛(300a)은, 체결봉(320)과, 고정너트(310)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 체결봉(320)은, 소정 길이를 갖는 봉 형상으로 하단부가 파일본체(100)의 상면에 결합되고 상부는 파일본체(100)로부터 노출되게 수직한 방향으로 세워진다.
상기 체결봉(320)은, 보강블록(210)들이 관통되어, 보강블록(210)들이 적층되게 하고, 상단부가 최상층 보강블록(210)의 상면으로부터 노출되고, 상단부 외주면에 나사산(321)이 형성되어 상기 고정너트(310)가 나사 결합된다.
한편, 상기 체결봉(320)은, 하단부가 파일본체(100)에 형성된 끼움홈에 착탈 가능하게 삽입되어, 파일본체(100)와 끼움 결합될 수 있다.
이때, 상기 체결봉(320)은 파일본체(100)의 끼움홈(111)에 착탈 가능하게 삽입되거나, 또는 체결력을 높이기 위하여 끼움홈(111) 내주면과 체결봉(320)에 나사산을 형성하여 나사체결할 수 있는 등 다양한 결합방식이 적용 가능하다.
상기한 바에 따라 상기 결합유닛(300a)은, 현장에서 적층되는 보강블록(210)들의 높이에 대응하는 적합한 높이의 체결봉(320)을 선택하고, 이를 파일본체(100)에 끼움 결합시킬 수 있어, 현장에서 적층되는 보강블록(210)의 개수를 달리하여도 이에 대응할 수 있다.
상기 고정너트(310)는, 상기 체결봉(320)에 결합하여 보강블록(210)들이 파일본체(100)의 상부에 다단으로 안정적으로 적층 설치되게 하고, 보강블록(210)들의 이탈을 방지하는 역할을 한다.
상세하게, 상기 고정너트(310)는, 체결봉(320)에 관통 적층된 보강블록(210)들 중 최상위의 보강블록(210) 상부로부터 노출되는 체결봉(320)의 상단부에 체결된다.
여기서, 상기 고정너트(310)는, 체결봉(320)에 나사 결합되어, 체결봉(320)에 대하여 착탈 가능하도록 함으로써 보강블록(210)의 파손 시 보강블록(210)의 교체가 용이하도록 구성된다.
한편, 상기 보강블록(210)은, 고정너트(310)가 체결될 시 고정너트(310)가 상면으로부터 돌출되지 않도록 삽입홈(214)이 형성될 수 있다. 이는, 항타 시 고정너트(310)로 항타력이 집중되는 것을 방지하고 파일본체(100)로 항타력이 효과적으로 전달될 수 있도록 하기 위함이다.
상기 삽입홈(214)은, 고정너트(310)의 높이에 대응되는 깊이로 형성되어 고정너트(310)가 보강블록(210)의 상면으로부터 돌출되지 않도록 구성되는 것이 바람직하며, 공구를 이용하여 고정너트(310)의 체결이 용이하도록 고정너트(310)의 직경보다 크게 형성되는 것이 바람직하다.
(제3실시예)
상기 제3실시예에 따른 결합유닛(300b)은, 보강블록(210)에 커플러(330)를 결합시켜, 커플러(330)를 통하여 복수개의 보강블록(210)들이 서로 결합되도록 하는 실시예를 나타내고 있다.
도 4를 참조하면, 상기 결합유닛(300b)은, 커플러(330)와, 고정부(340)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 커플러(330)는, 상기 보강블록(210)에 형성된 복수개의 관통구(211)에 각각 관통 결합된다.
상세하게, 상기 커플러(330)는, 하단은 결합돌기(331)가 형성되고, 상단은 결합돌기(331)가 끼워지는 결합홈(332)이 형성되어, 보강블록(210)들이 다단으로 적층될 시 결합돌기(331)와 결합홈(332)에 의하여 보강블록(210)들이 서로 결합되게 한다.
여기서, 상기 결합홈(332)과 결합돌기(331)는, 도시된 바와 같이 원주형의 핀과 홈으로 형성될 수 있으나, 이는 일 실시예로 그 평단면 형상을 다각형 형상으로도 형성할 수 있음은 물론이다.
상기 커플러(330)는, 콘크리트 재질로 형성된 보강블록(210)들에 관통 삽입되어, 항타 시 보강블록(210)의 내구성을 향상시킬 수 있도록 금속재질로 형성되는 것이 바람직하다.
한편, 상기 최하층 보강블록(210)은 상기한 커플러(330)가 결합된 상태에서 상기 파일본체(100)와 다양한 결합방식이 가능하다.
이에 대한 일예로, 별도의 구성없이 파일본체(100)에 대하여 커플러(330)가 그대로 결합되어, 최하층 보강블록(210)과 파일본체(100)가 결합될 수 있다.
이를 위해, 상기 파일본체(100)는, 상면에 상기 결합돌기(331)가 삽입 고정될 수 있도록 소정 깊이의 결합홈(332)을 형성할 수 있다.
이에, 상기 파일본체(100)와 최하층 보강블록(210)은, 최하층 보강블록(210)에 결합된 커플러(330)의 결합돌기(331)와, 파일본체(100)에 형성된 결합홈(332)이 서로 끼움 결합되면서 서로 결합 고정된다.
다음으로, 상기와는 달리 별도의 구성을 마련하여 상기 파일본체(100)와 커플러(330)가 결합되게 할 수 있다.
이에 대하여 살펴보면, 이를 위해 상기 결합유닛(300b)은, 고정부(340)를 더 포함하여 구성될 수 있다.
상기 고정부(340)는, 파일본체(100)에 고정되고 결합돌기(331)와 결합되도록 구성되어, 파일본체(100)와 커플러(330)와의 체결력을 향상시키는 효과를 제공할 수 있다.
상세하게, 상기 고정부(340)는, 도시된 바와 같이 상면에 최하층 보강블록(210)에 결합된 커플러(330)의 결합돌기(331)가 삽입 고정되는 결합홈(341)이 형성되며, 상면이 노출되도록 파일본체(100)의 상면에 고정된다.
한편, 상기 두부보강체(200)는, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이 보강블록(210)들이 다단으로 적층됨에 있어 보강블록(210)들끼리의 슬립을 방지하고, 설정된 위치에 위치하도록 구성될 수 있다.
구체적으로, 상기 보강블록(210) 각각은, 적층될 시 서로 결합되도록 상면과 하면에 각각 조립홈(212)과 조립돌기(213)가 형성될 수 있다.
여기서, 상기 조립홈(212)과 조립돌기(213)는 항타 시 보강블록(210)의 내구성을 약화시키지 않도록, 보강블록(210)의 형상 크기에 대응하여 설정된 위치와 개수로 형성될 수 있다.
도면에서, 상기 조립홈(212)과 조립돌기(213)는 각각 원주형상으로 형성되어 있으며 상면과 하면 각각에 4개 형성된 경우를 나타내고 있으나, 이는 일 실시예로 원주형 외 다양한 형상이 적용 가능함은 물론이며, 그 개수도 다양하게 설정할 수 있음은 물론이다.
나아가, 상기 조립홈(212)은, 도시된 바와 같이 보강블록(210)의 상면에 형성되고, 조립돌기(213)는 보강블록(210)의 하면에 형성되는 것이 바람직하다.
이는 조립돌기(213)가 보강블록(210)의 상면에 돌출되게 형성되면 항타 시 최상층 보강블록(210)의 상면에 형성된 조립돌기(213)가 파손되기 때문이다. 또한, 이러한 경우 파일본체(100)는, 최하층 보강블록(210) 하면에 형성된 조립홈(212)에 조립되도록 돌기를 별도로 돌출되게 형성해야 하는 시공상의 어려움이 있기 때문이다.
한편, 도 7을 참조하면, 본 발명은 다단의 보강블록(210)들이 적층되어 두부보강체(200)를 형성함에 있어, 서로 다른 강도의 보강블록(210a,210b,210c.210d,210e)들이 기 설정된 방식에 의해 적층됨에 따라, 항타력에 의한 응력 발생에 따른 보강블록(210)들의 경제성을 고려하여 설치할 수 있고, 파일본체(100)의 파괴를 보강블록(210)의 파괴로 유도할 수 있는바, 이하에서는 이들 보강블록(210)의 배치방식에 대하여 상세하게 살펴보기로 한다.
먼저, 상기 두부보강체(200)는, 서로 다른 강도를 갖는 보강블록(210a,210b,210c.210d,210e)들을 포함하여 구성되고, 이때 상기 보강블록(210a,210b,210c.210d,210e)들은, 설정된 강도를 갖도록 규격화되어 구성된다.
이 상태에서, 서로 다른 강도를 갖는 두 보강블록들은, 높은 강도를 갖는 보강블록이 낮은 강도를 갖는 보강블록의 상부에 배치되도록 하여, 전체적으로 파일본체(100)로 갈수록 강도가 낮은 보강블록(210a,210b,210c.210d,210e)들이 배열되는 것이 바람직하다.
이는, 다단으로 적층된 보강블록(210a,210b,210c.210d,210e)들에서 최상층 보강블록(210a)이 직접적으로 항타력을 전달받기 때문에, 최상층 보강블록(210a)에서는 집중하중에 의한 최대응력이 가장 크고, 하부 보강블록(210b,210c.210d,210e)으로 갈수록 하중이 분산되어 최대 응력이 감소하기 때문이다.
가령, 다단 적층된 보강블록들(210a,210b,210c.210d,210e)을 도시된 바와 같이 각각 블록A, 블록B, 블록C, 블록D, 블록E라 할 때, 이들 각 블록의 설계강도를 a kgf/cm2, b kgf/cm2, c kgf/cm2, d kgf/cm2, e kgf/cm2 라 가정하고 파일본체(100)의 강도를 Ikgf/cm2 로 가정하였을 때, 이들 보강블록들(210a,210b,210c.210d,210e)의 강도는 a > b > c > d > e 순으로 배열되어, 하부의 파일본체(I;100)로 갈수록 강도가 낮도록 배열됨으로써 항타력을 직접적으로 전달받는 최상위 보강블록(210a)의 강도가 최대가 되는 것이 바람직하다.
한편, 이때 상기 보강블록들(210a,210b,210c.210d,210e)은 이중 2개 이상이 서로 같은 강도를 갖고 있을 수 있으며, 이러한 경우에도 전술한 바와 같이 높은 강도를 갖는 보강블록이 낮은 강도를 갖는 보강블록의 상부에 배치될 수 있다.
상기한 바에 따르면, 작업자는 현장의 항타력에 대응하여 이에 적합한 강도의 보강블록(210a,210b,210c.210d,210e)들을 선택하여 적용할 수 있어, 보강블록(210a,210b,210c.210d,210e)의 강도를 필요이상으로 높일 필요 없이 경제적으로 보강블록(210a,210b,210c.210d,210e)을 배열하여 사용이 가능하다.
즉, 상기 보강블록(210a,210b,210c.210d,210e)들은 콘크리트 강도에 따라 그 단가가 결정되는데, 현장의 항타력에 대응하여 적정한 강도의 보강블록(210a,210b,210c.210d,210e)들을 사용함으로써 비용낭비를 줄여 경제적인 효과를 제공할 수 있다.
한편, 상기 보강블록(210)들 중, 상기 파일본체(100) 상면에 배치되는 보강블록(210e)의 강도는, 파일본체(100)의 두부손상을 방지할 수 있도록 파일본체(I;100)의 콘크리트몸체(110) 강도보다 낮도록 강도를 갖도록 구성되는 것이 바람직하다.
즉, 상기 파일본체(100) 상단에 파괴가 유발될 수 있는 충격하중이 재하되는 경우, 이에 의해 파일본체(100) 상단의 보강블록(210e)이 먼저 파괴되도록 유도하여, 말뚝 재시공에 따른 경제적 손실을 예방할 수 있다.
한편, 상기 보강블록(210)들은, 항타에 의한 집중하중 발생범위(높이)보다 높게 적층되는 것이 바람직하다.
다시 말해, 상기 두부보강체(200)는 항타력이 작용할 때 집중하중이 보강블록(210)들 내에서만 존재하도록 하여, 파일본체(100)의 파손을 최대한 예방하도록 하는 것이 바람직하다.
이를 위하여 전체 보강블록들의 적층높이(L)를 살피면, 상기 두부보강체(200)의 적층높이(L)는, 항타 시 상단부 작용점(P)으로부터 생브낭의 원리(Saint-Venant's Principle)에 의하여 응력이 균일화가 되는 깊이(ℓ) 이상이 되도록 한다.
따라서 상기한 보강블록(210)들의 적층높이(L)는, 생브낭의 원리(Saint-Venant's Principle)에 대한 실험식에 의하여 도시된 바와 같이 중심 집중하중에 대한 응력 균일화가 되는 깊이(ℓ) 이상이 되도록 상기 보강블록(210) 직경의 1.5배 이상으로 구성되는 것이 바람직하다.
나아가, 하중이 외측에 작용하여 외측 집중하중이 발생할 시, 상기한 보강블록(210)들의 적층높이(L)는, 전술한 생브낭의 원리에 대한 실험식에 의하여 외측 집중하중에 대한 응력 균일화가 되는 깊이(L) 이상이 되도록 상기 보강블록(210) 직경의 2배 이상으로 구성되는 것이 바람직하다.
도 9는 상기 보강블록(210)의 다른 실시예를 나타내는 도면이다. 도면을 참조하면, 상기 보강블록(210)은, 중앙부에 관통홀(215)을 형성하여 소요되는 소재량을 줄여 경제성을 확보할 수 있다.
이러한 경우, 상기 관통홀(215)은 항타 시 보강블록(210)의 강도에 영향을 미치지 않는 설정 직경을 갖도록 형성되며, 도시된 바와 같이 중앙부에 하나로 형성되는 것이 바람직하나 이에 한정하지는 않는다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
본 발명은 항타시 두부가 파손되거나 손상되는 것을 방지하는 두부보강체를 구비한 콘크리트 파일에 관한 것으로, 본 발명에 의하면, 구조가 간단하고 설치가 용이하여 시공성 및 경제성을 향상시킬 수 있으며, 충분한 강성을 갖고 있기 때문에 콘크리트 말뚝의 구조적 안정성을 효과적으로 유지할 수 있으며, 두부보강체가 항타에 의하여 파손이 발생할 시 전체구성을 교체할 필요 없이 손상된 부분만 교체하면 되기 때문에, 시공성 및 경제성을 향상시킬 수 있다.
100 : 파일본체 110 : 콘크리트몸체
120 : 철근 200 : 두부보강체
210,210a,210b,210c,210d,210e : 보강블록
211 : 관통구 212 : 조립홈
213 : 조립돌기 214 : 삽입홈
215 : 관통홀 300,300a,300b : 결합유닛
310 : 고정너트 320 : 체결봉
330 : 커플러 331 : 결합돌기
332,341 : 결합홈 340 : 고정부

Claims (5)

  1. 프리캐스트 콘크리트로 기성 제작되어 하부가 지반에 설치되어 상부구조물의 하중을 지지하는 콘크리트몸체와, 상기 콘크리트몸체 내에 배근된 철근을 포함하여 구성되는 파일본체와;
    상기 파일본체의 상부에 설치되어 항타 시 상기 파일본체의 두부파괴를 방지하도록 복수개가 다단으로 적층되는 보강블록들을 포함하여 구성되는 두부보강체와;
    상기 파일본체와 상기 두부보강체에 각각 결합하여, 상기 두부보강체가 상기 파일본체의 상부에 설치되게 하는 결합유닛을 포함하여 구성되고:
    상기 결합유닛은,
    상기 보강블록에 형성된 복수개의 관통구에 각각 관통 결합하되, 하단은 결합돌기가 형성되고, 상단은 상기 결합돌기가 끼워지는 결합홈이 형성되어,
    상기 보강블록들이 상기 결합돌기와 상기 결합홈에 의하여 서로 적층 결합되게 하는 커플러를 포함하여 구성되며:
    상기 두부보강체는,
    서로 다른 강도를 갖는 보강블록들을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 두부보강체를 구비한 콘크리트 파일.
  2. 제 1 항에 있어서,
    서로 다른 강도를 갖는 두부보강체들은,
    높은 강도를 갖는 보강블록이 낮은 강도를 갖는 보강블록의 상부에 배치됨을 특징으로 하는 두부보강체를 구비한 콘크리트 파일.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 파일본체의 상면에 배치되는 보강블록의 강도는, 상기 콘크리트몸체의 강도보다 낮은 강도를 갖도록 구성됨을 특징으로 하는 두부보강체를 구비한 콘크리트 파일.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 결합유닛은,
    상면이 노출되도록 상기 파일본체의 상면에 매립 고정되고, 상면에 상기 결합돌기가 삽입 고정되는 고정부를 더 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 두부보강체를 구비한 콘크리트 파일.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 두부보강체는,
    상기 보강블록의 상면과 하면에 각각 형성되어, 상기 보강블록들이 적층될 시 서로 조립 결합되는 조립홈과 조립돌기가 각각 형성됨을 특징으로 하는 두부보강체를 구비한 콘크리트 파일.
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