KR102215027B1 - 지반 지내력을 이용한 구조물 구축 방법 - Google Patents

지반 지내력을 이용한 구조물 구축 방법 Download PDF

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KR102215027B1 KR1020200110338A KR20200110338A KR102215027B1 KR 102215027 B1 KR102215027 B1 KR 102215027B1 KR 1020200110338 A KR1020200110338 A KR 1020200110338A KR 20200110338 A KR20200110338 A KR 20200110338A KR 102215027 B1 KR102215027 B1 KR 102215027B1
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Abstract

본 발명은 신축 구조물 시공시, 저층부에 의한 선행하중은 콘크리트 기초를 통해 지반 지내력에 의해 지지하고 상층부에 의한 후행하중은 콘크리트 기초를 지지하는 지지파일의 지지력에 의해 지지하여, 지반 지내력 활용으로 파일 본수를 절감하여 경제성이 우수한 지반 지내력을 이용한 구조물 구축 방법에 대한 것이다.
본 발명은 (a) 구조물이 신축될 지반의 내부에 지지파일을 근입하여 지지파일의 두부가 지반 상부로 돌출되도록 시공하는 단계; (b) 상기 지지파일의 두부가 내부에 매입되도록 상기 지반의 상부에 콘크리트 기초를 시공하되, 상단은 지압플레이트로 폐쇄되고, 하단은 개방되어 지지파일의 두부가 하부에 삽입되는 것으로 지지파일의 상단과 지압플레이트의 사이가 이격되도록 지지파일 상단에 설치되는 캡부재가 구비되어 지지파일과 콘크리트 기초의 수직 방향 상대 변위가 사전 설정된 값 이내로 허용되도록 하는 단계; (c) 상기 콘크리트 기초의 상부에 구조물의 저층부를 선시공하여 저층부에 의한 선행하중(P1)을 콘크리트 기초에 가함으로써 지반 침하를 유도하는 단계; 및 (d) 상기 지지파일과 콘크리트 기초가 허용 수직 상대 변위 값에 도달한 상태에서 저층부의 상부에 잔여 구조물인 상층부를 시공하여 상층부에 의한 후행하중(P2)을 지지파일에 의해 지지시키는 단계; 로 구성된다.

Description

지반 지내력을 이용한 구조물 구축 방법{Construction method of structure using ground bearing capacity}
본 발명은 신축 구조물 시공시, 저층부에 의한 선행하중은 콘크리트 기초를 통해 지반 지내력에 의해 지지하고 상층부에 의한 후행하중은 콘크리트 기초를 지지하는 지지파일의 지지력에 의해 지지함으로써, 지반 지내력 활용으로 파일 본수를 절감하여 경제성이 우수한 지반 지내력을 이용한 구조물 구축 방법에 대한 것이다.
각종 구조물이 시공될 지반이 단단한 경우, 확대 기초(footing foundation)나 전면 기초(mat foundation)와 같이 상부 구조의 하중을 지반에 전달하는 직접 기초(spread foundation)가 사용될 수 있다.
그러나 상부 지반이 풍화토 등과 같이 연약 지반이고, 단단한 양질의 지반층이 깊은 곳에 있는 경우에는 직접 기초 사용시 침하가 발생하여 구조물에 손상이 발생할 수 있다. 그러므로 이러한 경우 주로 깊은 기초의 일종인 파일 기초(pile foundation)가 사용된다.
파일 기초는 상부의 연약층을 관통하여 하부의 단단한 지층까지 고강도의 파일을 관입하여 구조물의 하중을 지지하는 방식으로, 구조적으로 매우 안정된 기초 방식의 하나이다.
이에 건축물 시공시 터파기 후 지반에 파일을 근입한 다음, 파일 상부의 지반에 기초 콘크리트를 타설하고 기초 콘크리트 상부에 구조물을 시공하는 순서로 공사가 진행된다.
그러나 기존에는 콘크리트 기초가 지지되는 지반의 지내력을 무시하고 파일 지지력에 의해서만 구조물 하중을 지지하도록 설계되었다. 따라서 소요 파일 본수가 증가하여 비경제적이다. 또한, 파일 반력에 의해 콘크리트 기초가 설계되므로, 반력이 과도하게 산정되어 콘크리트 기초 역시 과설계되는 문제가 있다.
KR 10-1960413 B1 KR 10-0792130 B1
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 신축 구조물에서 기초 지반의 지내력을 활용함으로써 파일 본수를 절감하여 경제성이 우수한 지반 지내력을 이용한 구조물 구축 방법을 제공하고자 한다.
바람직한 실시예에 따른 본 발명은 (a) 구조물이 신축될 지반의 내부에 지지파일을 근입하여 지지파일의 두부가 지반 상부로 돌출되도록 시공하는 단계; (b) 상기 지지파일의 두부가 내부에 매입되도록 상기 지반의 상부에 콘크리트 기초를 시공하되, 상단은 지압플레이트로 폐쇄되고, 하단은 개방되어 지지파일의 두부가 하부에 삽입되는 것으로 지지파일의 상단과 지압플레이트의 사이가 이격되도록 지지파일 상단에 설치되는 캡부재가 구비되어 지지파일과 콘크리트 기초의 수직 방향 상대 변위가 사전 설정된 값 이내로 허용되도록 하는 단계; (c) 상기 콘크리트 기초의 상부에 구조물의 저층부를 선시공하여 저층부에 의한 선행하중(P1)을 상기 콘크리트 기초에 가함으로써 지반 침하를 유도하는 단계; 및 (d) 상기 지지파일과 콘크리트 기초가 허용 수직 상대 변위 값에 도달한 상태에서 상기 저층부의 상부에 잔여 구조물인 상층부를 시공하여 상층부에 의한 후행하중(P2)을 상기 지지파일에 의해 지지시키는 단계; 로 구성되는 것을 특징으로 하는 지반 지내력을 이용한 구조물 구축 방법을 제공한다.
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다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 상기 캡부재 내부의 지지파일 상단과 지압플레이트의 사이에는 탄성 패드가 구비되는 것을 특징으로 하는 지반 지내력을 이용한 구조물 구축 방법을 제공한다.
다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 상기 지지파일은 마이크로 파일 또는 헬리컬 파일인 것을 특징으로 하는 지반 지내력을 이용한 구조물 구축 방법을 제공한다.
다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 상기 (a) 단계에서, 지반 외곽에 CIP를 선단이 지지층에 정착되도록 시공하고, 내부 토사를 굴착하여 지하 공간을 형성한 후 지하 굴착면에 상기 지지파일을 시공하고, 상기 (c) 단계에서, 상기 저층부 중 지하층 외벽이 상기 CIP의 내측면에 접합되도록 시공하는 것을 특징으로 하는 지반 지내력을 이용한 구조물 구축 방법을 제공한다.
다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 (a) 내부에 가이드 파이프를 매입하여 관통홀이 형성되도록 구조물이 신축될 지반의 상부에 콘크리트 기초를 시공하는 단계; (b) 상기 콘크리트 기초의 상부에 구조물의 저층부를 선시공하여 저층부에 의한 선행하중(P1)을 상기 콘크리트 기초에 가함으로써 지반 침하를 유도하는 단계; (c) 상기 콘크리트 기초의 관통홀을 관통하여 지지파일을 지반 내에 압입하고 지지파일의 두부를 콘크리트 기초에 정착하는 단계; 및 (d) 상기 저층부의 상부에 잔여 구조물인 상층부를 시공하여 상층부에 의한 후행하중(P2)을 상기 지지파일에 의해 지지시키는 단계; 로 구성되는 것을 특징으로 하는 지반 지내력을 이용한 구조물 구축 방법을 제공한다.
다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 상기 (a) 단계에서, 지반 외곽에 CIP를 선단이 지지층에 정착되도록 시공하고, 내부 토사를 굴착하여 지하 공간을 형성한 후 지하 굴착면 상부에 상기 콘크리트 기초를 시공하고, 상기 (b) 단계에서, 상기 저층부 중 지하층 외벽이 상기 CIP의 내측면에 접합되도록 시공하는 것을 특징으로 하는 지반 지내력을 이용한 구조물 구축 방법을 제공한다.
본 발명에 따르면 신축 구조물 시공시, 구조물의 저층부에 의한 선행하중은 콘크리트 기초를 통해 지반 지내력에 의해 지지하고, 구조물의 상층부에 의한 후행하중은 콘크리트 기초를 지지하는 지지파일의 지지력에 의해 지지되는 지반 지내력을 이용한 구조물 구축 방법을 제공할 수 있다.
따라서 기초 지반의 지내력을 활용하여 지지파일의 부담 최소화로 파일 본수의 감소는 물론 콘크리트 기초 두께를 줄일 수 있다. 이에 따라 공기 단축 및 공사비 절감 등 경제성 향상이 가능하다.
도 1 내지 도 4는 본 발명 지반 지내력을 이용한 구조물 구축 방법에 대한 단계별 공정을 도시하는 도면.
도 5는 캡부재가 구비된 실시예를 도시하는 단면도.
도 6은 갭부재에 의한 하중 지지 개념을 나타내는 도면.
도 7은 CIP와 지반 지내력에 의한 선행하중 지지 상태를 도시하는 단면도.
도 8 내지 도 11은 본 발명 지반 지내력을 이용한 구조물 구축 방법의 다른 실시예에 대한 단계별 공정을 도시하는 도면.
도 12는 가이드 파이프 주변에 압입 장비의 앵커볼트가 위치된 상태를 도시하는 사시도.
도 13은 압입 장비를 도시하는 사시도.
도 14는 압입 장비가 설치된 상태를 도시하는 단면도.
이하, 첨부한 도면 및 바람직한 실시예에 따라 본 발명을 상세히 설명한다.
도 1 내지 도 4는 본 발명 지반 지내력을 이용한 구조물 구축 방법에 대한 단계별 공정을 도시하는 도면이다.
도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명 지반 지내력을 이용한 구조물 구축 방법은 (a) 구조물(2)이 신축될 지반(1)의 내부에 지지파일(3)을 근입하여 지지파일(3)의 두부가 지반(1) 상부로 돌출되도록 시공하는 단계; (b) 상기 지지파일(3)의 두부가 내부에 매입되도록 상기 지반(1)의 상부에 콘크리트 기초(4)를 시공하되, 상단은 지압플레이트(51)로 폐쇄되고, 하단은 개방되어 지지파일(3)의 두부가 하부에 삽입되는 것으로 지지파일(3)의 상단과 지압플레이트(51)의 사이가 이격되도록 지지파일(3) 상단에 설치되는 캡부재(5)가 구비되어 지지파일(3)과 콘크리트 기초(4)의 수직 방향 상대 변위가 사전 설정된 값 이내로 허용되도록 하는 단계; (c) 상기 콘크리트 기초(4)의 상부에 구조물(2)의 저층부(21)를 선시공하여 저층부(21)에 의한 선행하중(P1)을 상기 콘크리트 기초(4)에 가함으로써 지반 침하를 유도하는 단계; 및 (d) 상기 지지파일(3)과 콘크리트 기초(4)가 허용 수직 상대 변위 값에 도달한 상태에서 상기 저층부(21)의 상부에 잔여 구조물인 상층부(20)를 시공하여 상층부(20)에 의한 후행하중(P2)을 상기 지지파일(3)에 의해 지지시키는 단계; 로 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 신축 구조물 시공시 기초 지반의 지내력을 활용함으로써 파일 본수를 절감하여 경제성이 우수한 지반 지내력을 이용한 구조물 구축 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명은 기존 건물을 보강하기 위한 것이 아니라 신축되는 구조물의 시공에 적용된다.
본 발명 지반 지내력을 이용한 구조물 구축 방법에서는 먼저, (a) 구조물(2)이 신축될 지반(1)의 내부에 지지파일(3)을 근입하여 지지파일(3)의 두부가 지반(1) 상부로 돌출되도록 시공한다(도 1).
상기 지지파일(3)은 PHC 파일, 강관 파일 등일 수 있다.
상기 지지파일(3)의 상호 이격되게 복수 개가 설치되며, 지지파일(3)의 두부는 지반(1) 상부로 일정 길이 돌출된다.
다음으로, (b) 상기 지지파일(3)의 두부가 내부에 매입되되, 수직 방향 상대 변위가 사전 설정된 값 이내로 허용되도록 상기 지반(1)의 상부에 콘크리트 기초(4)를 시공한다(도 2).
즉, 지반(1) 상부에 콘크리트를 타설하여 콘크리트 기초(4)를 시공함에 따라 지지파일(3)의 두부가 콘크리트 기초(4) 내에 매입되도록 한다. 다만, 상기 지지파일(3)의 두부는 콘크리트 기초(4)와 구조적으로 분리되어 구성된다.
즉, 일정 하중에 대해서는 콘크리트 기초(4)에 작용하는 하중이 지지파일(3)로 전달되지 않고, 지반(1)의 지내력에 의해서만 지지된다.
그리고 (c) 상기 콘크리트 기초(4)의 상부에 구조물(2)의 저층부(21)를 선시공하여 저층부(21)에 의한 선행하중(P1)을 상기 콘크리트 기초(4)에 가함으로써 지반 침하를 유도한다(도 3).
지반 지내력에 의해 지지할 수 있는 하중만큼만 선행하중(P1)으로 작용하도록 지반 지내력 합 이하의 하중을 가하는 높이를 저층부(21)로 구분하여 선시공한다.
상부 지반이 상대적으로 연약한 경우에도 지반 지지력에 의해 직접 지지가 가능하도록 저층부(21)는 대략 4개층 내외로 설정할 수 있다.
상기 저층부(21)에 의한 선행하중(P1)에 의해 지반 침하가 유도된다.
이러한 지반 침하에 의해 지지파일(3)과 콘크리트 기초(4)는 허용 수직 상대 변위값에 도달된다. 상기 콘크리트 기초(4)는 선행하중(P1)의 크기 내에서는 지지파일(3)과 무관하게 독립적으로 하중을 지반으로 전달하여 지지한다.
마지막으로 (d) 상기 저층부(21)의 상부에 잔여 구조물인 상층부(20)를 시공하여 상층부(20)에 의한 후행하중(P2)을 상기 지지파일(3)에 의해 지지시킨다(도 4).
상기 지지파일(3)과 콘크리트 기초(4)가 허용 수직 상대 변위값에 도달한 상태에서 상층부(20)를 시공하면, 지지파일(3)이 콘크리트 기초(4)를 지지하면서 상층부(20)의 후행하중(P2)을 지지파일(3)이 지지하게 된다.
즉, 상기 저층부(21)의 선행하중(P1)은 콘크리트 기초(4)를 통해 지반 지내력에 의해 지지되고, 상층부(20)의 후행하중은 콘크리트 기초(4)를 지지하는 지지파일(3)의 지지력에 의해 지지된다.
따라서 상기 지지파일(3)의 부담을 최소화하고, 지지파일(3)의 본수를 줄일 수 있어 공기 단축 및 공사비 절감이 가능하다.
즉, 상기 지지파일(3)은 저층부(21) 상부에 추가되는 상층부(20)의 하중만 지지하면 되므로, 지지파일(3)에 요구되는 지지력이 크게 감쇠되어 파일 본수를 줄이거나 소구경 파일로 대체 가능하여 경제적이다.
또한, 상기 지지파일(3)의 반력 감소에 의해 콘크리트 기초(4)에 작용하는 부모멘트를 재분배 및 감소할 수 있으므로, 콘크리트 기초(4)의 두께를 줄일 수 있다.
상기 지지파일(3)은 마이크로 파일 또는 헬리컬 파일로 구성할 수 있다.
지반 지내력에 의해 저층부(21)의 하중이 지지되어 지지파일(3)의 하중 부담이 크게 줄기 때문에, 마이크로 파일과 같은 소구경 파일만으로도 충분한 지지력을 발휘할 수 있다.
상기 마이크로 파일은 고강도 강봉(thread bar)으로 구성할 수 있으며, 지지층에서 주면 마찰에 의해 비교적 큰 수직하중을 지지할 수 있다.
또한, 상기 지지파일(3)은 콘크리트 기초(4) 시공 전에 선시공되므로, 지지파일(3) 시공 중 간섭이 없어 외주면에 헬릭스가 돌출 형성된 헬리컬 파일도 사용 가능하다.
상기 헬리컬 파일(helical pile)은 지름 50~120㎜ 정도의 소구경 강관인 파일 샤프트 외주면에 나선형의 헬릭스(helix) 복수 개가 상하 이격되도록 결합된 강관 파일이다.
상기 헬리컬 파일은 회전에 의해 지반 내에 지지층까지 관입되는데, 파일 샤프트보다 직경이 큰 헬릭스가 부착되어 있으므로 동일 규격의 강관 파일에 비해 높은 지지력을 발휘할 수 있다. 또한, 항타 공법이나 천공홀 선굴착 후 파일을 매입하는 공법과 달리 회전 관입에 의한 비배토로 시공되어, 지반 교란이 적고 소음 진동이 적으며 시공 속도가 빠르다.
상기 지지파일(3)의 내부는 무수축모르타르(31) 등을 충전 가능하다.
도 5는 캡부재가 구비된 실시예를 도시하는 단면도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 상기 지지파일(3)의 두부에는 상단은 지압플레이트(51)로 폐쇄되고, 하단은 개방되어 지지파일(3)의 두부가 하부에 삽입되는 캡부재(5)가 구비되어 지지파일(3)과 콘크리트 기초(4)의 수직 방향 상대 변위가 허용되도록 구성될 수 있다.
상기 저층부(21) 시공 중 저층부(21)에 의한 선행하중(P1)이 콘크리트 기초(4)를 통해 지지파일(3)에 전달되는 것을 방지하기 위해 응력 차단 부재로서 캡부재(5)가 구비될 수 있다.
상기 캡부재(5)는 원통 형상의 본체 상부에 지압플레이트(51)가 구비되어 상단은 폐쇄되고 하단은 개방되게 구성될 수 있다.
상기 지지파일(3)의 상단이 캡부재(5) 내부에 삽입되도록 캡부재(5)가 지지파일(3)의 두부에 결합된다.
이때, 상기 지지파일(3)의 상단과 지압플레이트(51)의 사이가 상호 이격되도록 캡부재(5)를 설치하여 지지파일(3)의 두부를 콘크리트 기초(4)와 분리한다.
상기 지지파일(3)의 상단과 지압플레이트(51) 간 이격 거리는 선행하중(P1)에 의한 지반 침하량, 즉 콘크리트 기초(4)와 지지파일(3)의 허용 수직 상대 변위 크기와 동일하게 형성할 수 있다.
이에 따라 선행하중(P1)에 의해 지반(1)에 침하가 발생하고 콘크리트 기초(4)가 같이 침하하면, 지지파일(3)의 상단과 지압플레이트(51) 사이 이격 거리 내에서 콘크리트 기초(4) 내부에 매입된 캡부재(5)만 콘크리트 기초(4)와 함께 하향 이동한다(도 5의 (b)). 즉, 콘크리트 기초(4)와 지지파일(3)이 구조적으로 분리되어 상호 수직 방향 상대 변위가 허용된다.
상기 캡부재(5)에 의해 선행하중(P1)에 대해서는 콘크리트 기초(4)와 지지파일(3) 사이의 응력 전달을 차단하고, 선행하중(P1)을 초과하는 하중, 즉 후행하중(P2)에 대해서는 콘크리트 기초(4)와 지지파일(3) 사이에서 상부 하중에 의한 응력이 전달된다.
도 5의 (a)는 선행하중(P1) 작용 전 캡부재(5)를 도시하고, 도 5의 (b)는 선행하중(P1) 작용에 의해 지반 침하가 유도된 상태를 도시한다.
도 6은 갭부재에 의한 하중 지지 개념을 나타내는 도면이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 상기 캡부재(5) 내부의 지지파일(3) 상단과 지압플레이트(51)의 사이에는 탄성 패드(52)가 구비될 수 있다.
상기 지지파일(3)의 상단과 지압플레이트(51) 사이 이격 공간을 유지하기 위해 이격 공간에 탄성 패드(52)를 설치할 수 있다.
따라서 선행하중(P1)에 의한 지반 침하시, 콘크리트 기초(4)와 함께 캡부재(5)가 하강하면서 탄성 패드(52)가 탄성 압축된다.
상기 선행하중(P1)에 의한 지반 침하량과 탄성 패드(52)의 최대 압축 변형량이 동일하게 탄성 패드(52)의 재질 및 두께를 결정할 수 있다.
상기 탄성 패드(52)는 콘크리트 기초(4)와 지지파일(3) 사이에 위치하는 갭부재(Gap Element)의 역할을 한다.
도 6의 (a)와 같이, 선행하중(P1) 작용 전에는 갭부재에 의해 콘크리트 기초(4)와 지지파일(3)이 분리되어 지반 내력에 의해서만 하중이 지지된다.
선행하중(P1) 작용 후에는 도 6의 (b)와 같이 갭부재가 닫히면서 잔여하중인 후행하중(P2)은 지지파일(3)이 부담한다.
도 6의 (a), (b)에서 KSS: Soil Spring, KP: Pile Spring, GE: Gap Element이다.
도 7은 CIP와 지반 지내력에 의한 선행하중 지지 상태를 도시하는 단면도이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 상기 (a) 단계에서, 지반(1) 외곽에 CIP(6)를 선단이 지지층에 정착되도록 시공하고, 내부 토사를 굴착하여 지하 공간을 형성한 후 지하 굴착면에 상기 지지파일(3)을 시공하고, 상기 (c) 단계에서, 상기 저층부(21) 중 지하층 외벽이 상기 CIP(6)의 내측면에 접합되도록 시공할 수 있다.
상기 CIP(6, Cast in Place Pile)는 천공 장비를 사용하여 소정의 심도까지 지반을 천공하여 토사를 배출시킨 후 천공홀 내에 H 파일 및/또는 철근망을 삽입하고, 콘크리트 또는 모르타르를 타설하는 주열식 현장타설말뚝이다.
상기 CIP(6)는 원래 가설흙막이나 차수를 위해 시공되는 가설 연속벽체로 이용된다.
이러한 CIP(6)를 영구 구조물로 활용하여 수직하중을 지지할 수 있도록 N치 25 이상의 지지층까지 시공하고, 저층부(21)의 지하층 외벽을 CIP(6) 내측면에 접합되도록 시공할 수 있다.
상기 CIP(6)의 내측면은 거친 면으로 형성된다. 이때, 구조물의 지하층 외벽을 CIP(6)의 내측에 합벽으로 시공함으로써, CIP(6)와 지하층 외벽 계면의 점착력에 의한 전단력 전달(shear transfer)을 통해 지하층 외벽의 수직하중이 CIP(6)로 전달되도록 할 수 있다.
이에 따라 상기 저층부(21)의 선행하중(P1)을 지반 지내력과 CIP(6)에 의해 지지하도록 하여 선행하중(P1)으로 작용하는 저층부(21)의 범위를 확대할 수 있다. 그리고 이 경우 상층부(20)의 비율이 줄어 후행하중(P2)이 감소하므로, 지지파일(3)의 분담률을 더욱 절감할 수 있다.
도 8 내지 도 11은 본 발명 지반 지내력을 이용한 구조물 구축 방법의 다른 실시예에 대한 단계별 공정을 도시하는 도면이다.
도 8 내지 도 11에 도시된 실시예는 지지파일(3)을 후시공하는 경우에 대한 것이다.
본 발명 지반 지내력을 이용한 구조물 구축 방법에서는 먼저, (a) 내부에 가이드 파이프(42)를 매입하여 관통홀(41)이 형성되도록 구조물(2)이 신축될 지반(1)의 상부에 콘크리트 기초(4)를 시공한다(도 8).
기초 지반의 정지 작업 후, 지반(1) 상부에 콘크리트를 타설하여 콘크리트 기초(4)를 시공한다.
기초 콘크리트 타설 전 버림 콘크리트를 타설할 수 있다. 파일을 선시공하고 나중에 기초 콘크리트를 타설하는 것이 아니라 지지파일 시공 전 미리 전면 기초로서 콘크리트 기초(4)를 시공한다.
상기 콘크리트 기초(4)에는 지지파일(3) 시공을 위한 관통홀(41)이 형성된다.
상기 관통홀(41)은 콘크리트 기초(4)의 시공 완료 후 나중에 별도로 천공하여 형성할 수도 있다. 그러나 본 발명은 신축 구조물에 사용되는 것으로서 콘크리트 기초(4) 시공시 관통홀(41)을 동시에 형성할 수도 있다.
이를 위해 기초 콘크리트 타설 전 미리 지지파일(3)이 시공될 위치에 상하가 개방된 가이드 파이프(42)를 위치시키고, 기초 콘크리트 타설 후 가이드 파이프(42)에 의해 콘크리트 기초(4) 내부에 관통홀(41)이 형성되도록 할 수 있다(도 14).
상기 가이드 파이프(42)는 비용이 저렴하고 취급이 용이한 PVC 파이프 등을 사용할 수 있으며, 지지파일(3)의 지름보다 내경이 큰 것을 사용한다.
그리고 (b) 상기 콘크리트 기초(4)의 상부에 구조물(2)의 저층부(21)를 선시공하여 저층부(21)에 의한 선행하중(P1)을 상기 콘크리트 기초(4)에 가함으로써 지반 침하를 유도한다(도 9).
즉, 상기 콘크리트 기초(4)의 상부에 신축될 구조물(2)의 저층부(21)를 시공한다.
상기 저층부(21)의 하중은 콘크리트 기초(4)를 통해 기초 지반의 지지력에 의해 지지된다.
이후, (c) 상기 콘크리트 기초(4)의 관통홀(41)을 관통하여 지지파일(3)을 지반(1) 내에 압입하고 지지파일(3)의 두부를 콘크리트 기초(4)에 정착한다(도 10).
상기 저층부(21) 시공 후, 콘크리트 기초(4)의 지지파일(3)이 시공될 위치에 형성된 관통홀(41)을 통해 지반(1) 내로 지지파일(3)을 시공한다.
상기 콘크리트 기초(4)의 상부 슬래브들이 이미 시공 완료된 상태이므로, 중장비인 천공 장비에 의해 천공홀을 천공하고 파일을 근입하는 기존 시공 방법으로는 파일 시공이 곤란한다.
따라서 상기 콘크리트 기초(4)에만 관통홀(41)을 형성하고, 상기 관통홀(41)을 통해 지지파일(3)을 지반(1)으로 압입하여 시공한다. 즉, 종래 건물 기초 보강용으로만 사용하던 파일 압입 공법을 신축 구조물에 적용하여 지지파일(3)의 후시공이 가능하다.
상기 지지파일(3)의 압입을 완료한 후에는 콘크리트 기초(4)의 상부로 돌출된 지지파일(3)의 상단을 절단한다. 그리고 관통홀(41) 내부에 무수축 모르타르 등 충전재를 충전하여 지지파일(3)의 두부를 콘크리트 기초(4) 내부에 정착시킨다.
상기 지지파일(3)은 강관 파일, 마이크로 파일 등 압입 장비(7)에 의해 압입이 가능한 형태의 파일이면 사용 가능하다.
마지막으로 (d) 상기 저층부(21)의 상부에 잔여 구조물인 상층부(20)를 시공하여 상층부(20)에 의한 후행하중(P2)을 상기 지지파일(3)에 의해 지지시킨다(도 11).
상기 지지파일(3)의 시공 후에는 저층부(21)의 상부에 구조물(2)의 나머지 부분인 상층부(20)를 시공한다.
이에 따라 상기 저층부(21)의 하중은 콘크리트 기초(4)의 직접 기초에 의해 지반(1)에 직접 전달되고, 상층부(20)의 하중은 지지파일(3)인 파일 기초에 의해 지지되는 복합 기초 형태로 구성된다.
도 8 내지 도 11에 도시된 구조물 구축 방법은 지하 구조물 시공 완료 후 파일이 시공된다. 그러므로 지하 터파기 공사시 흙막이 가시설의 간섭으로 인한 파일 근입 장비의 진입 어려움에 대한 문제가 발생하지 않는다.
이 경우 상기 (a) 단계에서, 지반(1) 외곽에 CIP(6)를 선단이 지지층에 정착되도록 시공하고, 내부 토사를 굴착하여 지하 공간을 형성한 후 지하 굴착면 상부에 상기 콘크리트 기초(4)를 시공하고, 상기 (b) 단계에서, 상기 저층부(21) 중 지하층 외벽이 상기 CIP(6)의 내측면에 접합되도록 시공할 수 있다.
전술한 바와 마찬가지로, 상기 CIP(6)를 영구 구조물로 활용하여 수직하중을 지지할 수 있도록 N치 25 이상의 지지층까지 시공하고, 저층부(21)의 지하층 외벽을 CIP(6) 내측면에 접합되도록 시공할 수 있다.
구조물 지하층 외벽의 수직하중은 CIP(6)와 지하층 외벽 계면의 점착력에 의한 전단력 전달(shear transfer)을 통해 CIP(6)로 전달된다.
이에 따라 저층부(21)의 선행하중(P1)을 지반 지내력과 CIP(6)에 의해 지지하여 선행하중(P1)으로 작용하는 저층부(21)의 범위를 확대할 수 있으며, 상층부(20)의 비율을 줄일 수 있어 후행하중(P2) 감소로 지지파일(3)의 분담률을 줄일 수 있다.
도 12는 가이드 파이프 주변에 압입 장비의 앵커볼트가 위치된 상태를 도시하는 사시도이고, 도 13은 압입 장비를 도시하는 사시도이며, 도 14는 압입 장비가 설치된 상태를 도시하는 단면도이다.
도 12 내지 도 14에 도시된 바와 같이, 상기 (a) 단계에서는 콘크리트 기초(4)의 관통홀(41) 주변에 복수의 앵커볼트(71)가 상단이 상부로 노출되도록 매입 시공되고, 상기 (c) 단계는 상기 앵커볼트(71)의 상부에 결합되는 지지강봉(72), 상기 지지강봉(72)의 상부에 구비되어 지지파일(3)을 하부로 가압하기 위한 가압플레이트(73) 및 상기 가압플레이트(73)의 상부에 구비되어 가압플레이트(73)를 하부로 가압하는 유압잭(74)으로 구성되는 압입 장비(7)에 의해 지지파일(3)을 지반(1) 내에 압입하도록 구성할 수 있다.
상기 지지파일(3)은 압입 장비(7)에 의해 지반(1) 내에 압입 가능하다.
상기 압입 장비(7)는 앵커볼트(71), 지지강봉(72), 가압플레이트(73) 및 유압잭(74)을 포함하여 구성 가능하다.
상기 앵커볼트(71)는 압입 장비(7)의 반력을 콘크리트 기초(4)로 전달하여 지지한다.
본 발명은 신축 구조물에 사용되는 것이므로, 콘크리트 기초(4) 형성을 위한 콘크리트 타설시 미리 앵커볼트(71)를 콘크리트 기초(4) 내에 매입하여 정착할 수 있다. 그러므로 앵커볼트(71)를 콘크리트 기초(4)에 정착하기 용이하고, 앵커볼트(71)를 콘크리트 기초(4) 내에 완전 매입할 수 있으므로 반력을 확실하게 지지할 수 있다.
상기 지지강봉(72)은 지지파일(3) 압입시 반력을 앵커볼트(71)를 통해 콘크리트 기초(4)로 전달하는 것으로, 커플러(75)에 의해 앵커볼트(71)의 상단에 고정 가능하다.
상기 가압플레이트(73)는 지지강봉(72)의 상부에 상하 이동 가능하게 구비될 수 있으며, 가압플레이트(73)의 상부에 유압잭(74)이 거치된다.
상기 가압플레이트(73) 상부의 일정 간격 이격된 위치의 지지강봉(72)에는 유압잭(74)의 상단을 지지하는 상부플레이트(76)가 구비될 수 있다.
상기 앵커볼트(71)의 하단에는 관통홀(41) 주변에 구비된 복수의 앵커볼트(71)를 상호 연결하는 하부고정플레이트(77)가 결합될 수 있다.
상기 하부고정플레이트(77)는 앵커볼트(71)의 위치를 고정할 뿐 아니라 콘크리트 기초(4) 내에 매입되어 앵커볼트(71)를 정착하는 역할을 한다.
이에 따라 지지파일(3) 압입시 앵커볼트(71)에 작용하는 반력을 앵커볼트(71)의 주면 마찰력과 하부고정플레이트(77)의 지압에 의해 지지할 수 있다. 그러므로 콘크리트 기초(4)의 두께가 크지 않은 경우에도 충분한 반력을 제공할 수 있다.
상기 하부고정플레이트(77)는 링플레이트 형상으로 형성 가능하다.
상기 가이드 파이프(42)가 시공되는 경우, 링플레이트 형상의 하부고정플레이트(77) 중앙에 가이드 파이프(42)를 삽입하여 일체로 설치할 수 있다(도 12).
상기 앵커볼트(71)의 하단은 너트 등에 의해 하부고정플레이트(77)에 고정 가능하다.
1: 지반 2: 구조물
20: 상층부 21: 저층부
3: 지지파일 31: 무수축모르타르
4: 콘크리트 기초 41: 관통홀
42: 가이드 파이프 5: 캡부재
51: 지압플레이트 52: 탄성 패드
6: CIP 7: 압입 장비
71: 앵커볼트 72: 지지강봉
73: 가압플레이트 74: 유압잭
75: 커플러 76: 상부플레이트
77: 하부고정플레이트 P1: 선행하중
P2: 후행하중

Claims (7)

  1. (a) 구조물(2)이 신축될 지반(1)의 내부에 지지파일(3)을 근입하여 지지파일(3)의 두부가 지반(1) 상부로 돌출되도록 시공하는 단계;
    (b) 상기 지지파일(3)의 두부가 내부에 매입되도록 상기 지반(1)의 상부에 콘크리트 기초(4)를 시공하되, 상단은 지압플레이트(51)로 폐쇄되고, 하단은 개방되어 지지파일(3)의 두부가 하부에 삽입되는 것으로 지지파일(3)의 상단과 지압플레이트(51)의 사이가 이격되도록 지지파일(3) 상단에 설치되는 캡부재(5)가 구비되어 지지파일(3)과 콘크리트 기초(4)의 수직 방향 상대 변위가 사전 설정된 값 이내로 허용되도록 하는 단계;
    (c) 상기 콘크리트 기초(4)의 상부에 구조물(2)의 저층부(21)를 선시공하여 저층부(21)에 의한 선행하중(P1)을 상기 콘크리트 기초(4)에 가함으로써 지반 침하를 유도하는 단계; 및
    (d) 상기 지지파일(3)과 콘크리트 기초(4)가 허용 수직 상대 변위 값에 도달한 상태에서 상기 저층부(21)의 상부에 잔여 구조물인 상층부(20)를 시공하여 상층부(20)에 의한 후행하중(P2)을 상기 지지파일(3)에 의해 지지시키는 단계; 로 구성되는 것을 특징으로 하는 지반 지내력을 이용한 구조물 구축 방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에서,
    상기 캡부재(5) 내부의 지지파일(3) 상단과 지압플레이트(51)의 사이에는 탄성 패드(52)가 구비되는 것을 특징으로 하는 지반 지내력을 이용한 구조물 구축 방법.
  4. 제1항에서,
    상기 지지파일(3)은 마이크로 파일 또는 헬리컬 파일인 것을 특징으로 하는 지반 지내력을 이용한 구조물 구축 방법.
  5. 제1항에서,
    상기 (a) 단계에서, 지반(1) 외곽에 CIP(6)를 선단이 지지층에 정착되도록 시공하고, 내부 토사를 굴착하여 지하 공간을 형성한 후 지하 굴착면에 상기 지지파일(3)을 시공하고,
    상기 (c) 단계에서, 상기 저층부(21) 중 지하층 외벽이 상기 CIP(6)의 내측면에 접합되도록 시공하는 것을 특징으로 하는 지반 지내력을 이용한 구조물 구축 방법.
  6. (a) 내부에 가이드 파이프(42)를 매입하여 관통홀(41)이 형성되도록 구조물(2)이 신축될 지반(1)의 상부에 콘크리트 기초(4)를 시공하는 단계;
    (b) 상기 콘크리트 기초(4)의 상부에 구조물(2)의 저층부(21)를 선시공하여 저층부(21)에 의한 선행하중(P1)을 상기 콘크리트 기초(4)에 가함으로써 지반 침하를 유도하는 단계;
    (c) 상기 콘크리트 기초(4)의 관통홀(41)을 관통하여 지지파일(3)을 지반(1) 내에 압입하고 지지파일(3)의 두부를 콘크리트 기초(4)에 정착하는 단계; 및
    (d) 상기 저층부(21)의 상부에 잔여 구조물인 상층부(20)를 시공하여 상층부(20)에 의한 후행하중(P2)을 상기 지지파일(3)에 의해 지지시키는 단계; 로 구성되는 것을 특징으로 하는 지반 지내력을 이용한 구조물 구축 방법.
  7. 제6항에서,
    상기 (a) 단계에서, 지반(1) 외곽에 CIP(6)를 선단이 지지층에 정착되도록 시공하고, 내부 토사를 굴착하여 지하 공간을 형성한 후 지하 굴착면 상부에 상기 콘크리트 기초(4)를 시공하고,
    상기 (b) 단계에서, 상기 저층부(21) 중 지하층 외벽이 상기 CIP(6)의 내측면에 접합되도록 시공하는 것을 특징으로 하는 지반 지내력을 이용한 구조물 구축 방법.
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