KR102249717B1

KR102249717B1 - 말뚝 두부 절단시 프리스트레스 손실이 방지되는 프리스트레스 콘크리트 말뚝

Info

Publication number: KR102249717B1
Application number: KR1020190085483A
Authority: KR
Inventors: 한진희
Original assignee: 한진희
Priority date: 2019-07-16
Filing date: 2019-07-16
Publication date: 2021-05-07
Also published as: KR20210009014A

Abstract

본 발명에 따르면 프리스트레스 철근 콘크리트 파일에 수직으로 매입된 수직 PC강봉 또는 강선(120)과 나선철근(130)으로 이루어진 케이지(cage)에서 수직으로 매입되는 수직 PC강봉 또는 강선(120)에 돌기형상 고정장치(200)를 일정간격으로 결합시킨후 말뚝 몰드 형틀에 콘크리트를 타설하고 프리텐션(Pretention)을 가한후 말뚝을 양생하여 PC강봉 또는 강선(120)과 결합된 돌기형상 고정장치(200)로 인하여 말뚝 콘크리트(100)와 수직 PC강봉 또는 강선(120)과의 부착력이 강화되며, 근입된 말뚝 두부정리를 위해 말뚝을 절단하여 기존 PC강봉 또는 강선 단부의 원형 고정장치(140)가 없어지더라도 말뚝 절단후 남아있는 PC강봉 또는 강선(120)과 결합된 돌기형상 고정장치(200)가 프리텐션 유지를 위한 지지 장치 기능을 대신한다.
본 발명에 따른 프리텐션 방식의 프리스트레스 콘크리트 말뚝은 프리캐스트 중공파일(100) 내부에 매입된 PC강봉 또는 강선(120)과 돌기형상 고정장치(200)가 결합되어 말뚝 절단시에도 돌기형상 고정장치(200)로 인하여 말뚝 제작시 프리스트레스가 손실되지 않으므로 말뚝의 연직력 및 수평력에 대한 저항강도가 변하지 않고 그대로 유지되는 효과가 있다.

Description

말뚝 두부 절단시 프리스트레스 손실이 방지되는 프리스트레스 콘크리트 말뚝{THE PRE-STRESS CONCTETE PILE PREVENTING PRE-STRESS LOSS IN CASE OF CUTTING PILE-HEAD}

본 발명은 토목, 건축분야에 관한 것으로, 보다 상세하게는 공장 제작된 프리텐션 방식 콘크리트 파일을 현장에서 항타 또는 천공 후 매입한 후 지표면에 돌출되는 말뚝을 절단시 말뚝두부에서의 프리텐션 손실이 방지되는 프리스트레스 콘크리트 말뚝에 관한 것이다.

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

기초의 형상는 구조물의 용도, 규모, 지반 조건 및 현장여건 등에 의해 정하여지며 기둥이나 보 등과 함께 구조물의 구조적 안전성을 담보하는 주요 구조부이다.

파일로 시공된 기초에는 상부 구조물의 연직 하중 뿐만 아니라 파랑하중, 풍하중, 반복하중 등에도 작용하게 된다. 말뚝기초는 상부 구조물의 하중을 하부의 단단한 지반에 전달시켜 말뚝 선단에 있는 토층의 저항으로 부터 얻는 말뚝 선단지지력과, 말뚝 주면과 토층의 접촉면에서 발생되는 마찰저항을 이용한 주면마찰력의 합으로 구조물이 안전하게 지지되도록 한다.

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

강관말뚝은 말뚝의 재료로 철강을 사용하므로, 휨하중에 강하지만 말뚝 자재비가 고가이고 부식에 약한 단점이 있다.

이에 비하여 콘크리트 말뚝은 안정적이며 부식에 강하고 말뚝 자재비가 저렴하지만 강관에 비해 휨강성이 약한 단점이 있다.

따라서 수평저항이 크게 요구되는 해양구조물 기초, 교량 교대기초 등의 파일기초로는 휨강성이 우수한 강관말뚝이 많이 사용되며, 수평력이 적게 작용하여 말뚝에 휨응력이 적게 걸리는 구조물의 파일 기초는 콘크리트 말뚝이 주로 사용된다.

콘크리리트 말뚝이 가지는 단점인 약한 압축강도와 휨강성의 강화를 위하여 프리텐션 방식 콘크리트 말뚝(PRETENTIONED CONCRETE PILES)인 PC 파일과 PC 말뚝의 강도보다 더 강성이 강화된 PHC 파일(PRETENSIONED SPUN HIGH STRENGTH CONCRETE PILES)의 2종류가 현장에서 주로 사용되고 있다.

PHC 파일은 한국산업표준 "KS F4306 프리텐션방식 원심력 고강도 콘크리트 말뚝" 에 규정되어 있으며, PHC 파일은 기존의 PC 파일에 비하여 콘크리트 강도가 785MPa (800kg/cm2)를 넘는 고강도 콘크리트를 사용하기 때문에 설계 지지력이 크게 향상되었으며, 타격에 대한 저항력이 높아 파손이 적고, 경제적인 시공설계 및 조기출하가 가능하다는 장점이 있다.

PHC 파일을 제작하는 방법은, PC 강봉 또는 강선에 나선 원형근을 용접하여 케이지(cage)를 조립하는 단계; 몰드 형틀을 조립하는 단계; 콘크리트를 타설하는 단계; PC 강봉 또는 강선에 프리스트레스(prestress)를 제하하는 단계; 원심력을 이용하여 콘크리트를 다져 원심 성형하는 단계; 1차 양생 및 2차 양생하는 단계; 로 이루어진다.

이 과정으로 완성된 PHC 파일은 콘크리트 파일속 PC 강봉 또는 강선에 프리텐션(Pretention)이 작용하고 있어 휨강성이 우수한 고강도의 콘크리트 파일로 제품검사를 거친후 야적장에 적재를 해 놓았다가 건설 현장으로부터 주문을 받으면 해당하는 PHC 파일 또는 PC파일을 출하하게 된다.

PHC 파일 또는 PC파일과 같은 공장 제작한 프리텐션 방식(PRE-TENSIONING SYSTEM)의 프리스트레스 콘크리트 말뚝(PRE-STRESSED CONCRETE PILE)은 일정한 길이로 제작되는 기성말뚝이므로 현장에서 말뚝항타 또는 말뚝매입시 단단한 지지층 또는 암반층 관입하기 위해 말뚝길이가 부족하면 기성말뚝을 연결 시공한다, 또한 말뚝이 남으면 지표면으로 돌출하게 되는데 말뚝의 돌출길이는 말뚝근입 위치마다 일정치 않으므로 구조물 바닥 슬라브 및 건축물 바닥 보와 연결을 위하여 돌출된 모든 말뚝을 일정한 높이로 절단해야만 한다.

이러한 이유로 말뚝 두부의 길이 조정을 위해 파쇄 또는 절단기에 의한 말뚝 절단시 말뚝 두부에서 일정구간까지 기존 PC강선 또는 강봉에 유지되어 있던 프리스트레스(Prestress)의 손실이 발생하게 되고 인장력 손실량 만큼 말뚝두부의 강도저하가 발생하게 된다.

프리스트레스(Prestress)의 감소범위는 PC강재의 종류, 시공상태에 따라 차이가 있지만 보통 PC강재 직경의 50배 또는 말뚝지름 만큼 감소하는 것으로 알려져 있으나, 현재까지 국내에서는 프리텐션 방식 콘크리트 말뚝의 두부 절단시 PC 강봉 또는 강선의 프리스트레스(Prestress) 손실에 의한 말뚝재료강도가 저하됨에도 불구하고 이를 반영한 설계 및 시공이 이루어지지 않은 실정이다.

상술된 종래의 프리텐션 방식 프리스트레스 콘크리트 말뚝(PC, PHC)은 프리텐션 부재인 PC 강봉 또는 강선과 콘크리트 사이의 부착에 의하여 말뚝에 프리스트레스가 도입된다.

본 발명의 목적은 말뚝 절단시 도입된 프리스트레스 감소 억제을 위하여 기성말뚝의 공장제작 단계에 프리텐션된 PC강봉 또는 강선의 모양을 개선시켜 말뚝 절단 예상 위치에서 프리텐션된 강봉 또는 강선과 콘크리트의 부착력을 강화시킴으로 말뚝 절단시에도 절단부에서의 프리스트레스의 손실을 방지하고자 하는 것이다.

본 발명은 콘크리트 말뚝 몸체(100); 상기 콘크리트 말뚝 몸체(100)에 삽입되는 수직 PC 강봉 또는 강선(120); 상기 수직 PC 강봉 또는 강선(120)을 둘러싼 나선 원형근(130); 프리텐션을 가한 후 원심력을 이용하여 성형 및 양생된 상기 콘크리트 말뚝 몸체에서 지속적으로 프리텐션이 유지될 수 있도록 하는 상기 수직 PC 강봉 또는 강선 단부의 원형 고정장치(140);를 포함하는 프리스트레스 콘크리트 말뚝에 있어서, 상기 원형 고정장치(140) 사이의 상기 수직 PC 강봉 또는 강선에는 돌기형상 고정장치(200)가 복수 개 구비되어, 상기 복수 개의 돌기형상 고정장치(200)가 상기 콘크리트 말뚝 몸체의 내부에서 콘크리트 말뚝 몸체와 부착되어 있음에 의해서 상기 콘크리트 말뚝의 두부를 절단하여 상기 원형 고정장치(140)가 제거되더라도 상기 PC 강봉 또는 강선(120)에 가해진 프리텐션이 유지되도록 하며, 상기 돌기형상 고정장치(200)는 말뚝 몸체(100)의 단부에 편중되게 형성되는 것을 특징으로 한다.

기성파일 제작시 수직 PC강봉 또는 강선 제작 단계에서 프리텐션을 지속적으로 유지시키는 수직 철근 단부의 원형 고정장치(140)와 동일한 기능을 말뚝 단부 뿐만 아니라 말뚝 내부에서도 프리텐션을 유지시킬수 있는 기능을 갖도록 수직철근을 감싸는 돌기형상 고정장치(200)를 수직 PC강봉 또는 강선(120)에 일정 간격으로 결합하여 시공중 말뚝 두부 절단시에도 PC강봉 또는 강선의 프리텐션이 유지됨으로서 말뚝의 프리스트레스가 손실되지 않도록 한다.

프리스트레스 콘크리트 말뚝박기 시공후 말뚝의 두부 정리를 위하여 말뚝 절단시에도 말뚝의 수직 PC강봉 또는 강선의 프리텐션이 유지되어 말뚝의 프리스트레스가 손실되지 않으므로 원래의 말뚝 공칭강도를 유지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 프리캐스트 중공파일의 종단면도
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따는 프리캐스트 중공파일의 확대 종단면도
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 프리캐스트 중공파일의 횡단면도

본 발명에 따른 프리스트레스 철근 콘크리트 파일의 구조단면의 첨부도면을 참조하여 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

또한, 여기서 결합이라 함은, 각 구성 요소 간을 처음부터 일체화 시켜 제작하거나 구성요소간 접합과정에서 물리적 접합과 용접 접합의 경우까지 포괄하는 개념으로 사용하도록 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 프리스트레스 철근 콘크리트 파일은 기본적으로 프리캐스트 방식으로 제작된 프리캐스트 콘크리트 중공파일(100)과 그 속에 수직으로 매입된 PC강봉 또는 강선(120)과 나선철근(130)으로 이루어진 케이지(cage)로 구성된다.

콘크리트 말뚝내부의 케이지에 구성되는 기존 강봉 또는 강선(120)에 돌기형상 고정장치(200)를 일정간격으로 결합시킨후 말뚝 몰드 형틀에 콘크리트를 타설하고 프리텐션(Pretention)을 가한후 말뚝을 양생하는 과정을 거친다

강봉 또는 강선(120)과 결합된 돌기형상 고정장치(200)로 인하여 말뚝 콘크리트(100)와 수직 PC강봉 또는 강선(120)에서의 부착력이 돌기형상 고정장치(200)의 위치에서 강화되며 파일절단으로 인해 기존의 PC강봉 또는 강선(120) 단부의 원형 고정장치(140)가 없어지더라도 파일절단후 말뚝에 남아있는 수직 PC강봉 또는 강선(120)과 결합된 돌기형상 고정장치(200)가 프리텐션 유지를 위한 지지장치 기능의 역할을 대신한다.

즉, 여기서 돌기형상 고정장치(200)라 함은 PC강봉 또는 강선(120)의 프리텐션 유지를 위해 콘크리트와의 부착 지지 역할을 강화하기 위한 고정장치 역할을 하는 볼록한 형태의 모양을 의미하므로 원형, 원기둥, 다각기둥의 볼록형상을 모두 포함하는 의미를 가진다. 그리고, 상기 돌기형상 고정장치(200)는 원형 고정장치(140) 사이의 PC 강봉 또는 강선에 복수개가 구비되는데, 말뚝 몸체(100)의 단부에 편중되게 형성되기 때문에, 말뚝의 두부를 절단하여 상기 원형 고정장치(140)가 제거되더라도 상기 PC 강봉 또는 강선(120)에 가해진 프리텐션이 유지될 수 있다.

본 발명에 따른 프리텐션 방식의 프리스트레스 콘크리트 말뚝은 프리캐스트 중공파일(100) 내부에 매입된 수직 PC강봉 또는 강선(120)과 돌기형상 고정장치(200)가 결합되어 말뚝 절단시에도 프리스트레스의 손실이 방지되어 말뚝의 연직력 및 수평력에 대한 저항강도가 변하지 않고 그대로 유지되는 효과가 있다.

본 발명에 따른 프리텐션 방식의 프리스트레스 콘크리트 말뚝은 말뚝시공후 지상구조물과 연결을 위해 반드시 말뚝 돌출부의 절단이 필요하며 말뚝 두부 절단시 발생되는 말뚝의 프리스트레스 손실을 방지하는 역할을 함으로서 구조물의 안정성을 확보할 수 있고, 특히 지진시 지진 하중에 대한 저항성이 뛰어난 효과가 있다.

100 : 프리텐션 방식 프리스트레스 콘크리트 기성말뚝
120 : 말뚝 내부에 매입된 수직 PC강봉 또는 강선
140 : 말뚝 내부에 매입된 수직 PC강봉 또는 강선 단부의 원형 고정장치
200 : 돌기형상 고정장치

Claims

콘크리트 말뚝 몸체(100); 상기 콘크리트 말뚝 몸체(100)에 삽입되는 수직 PC 강봉 또는 강선(120); 상기 수직 PC 강봉 또는 강선(120)을 둘러싼 나선 원형근(130); 프리텐션을 가한 후 원심력을 이용하여 성형 및 양생된 상기 콘크리트 말뚝 몸체에서 지속적으로 프리텐션이 유지될 수 있도록 하는 상기 수직 PC 강봉 또는 강선 단부의 원형 고정장치(140);를 포함하는 프리스트레스 콘크리트 말뚝에 있어서,
상기 원형 고정장치(140) 사이의 상기 수직 PC 강봉 또는 강선에는 돌기형상 고정장치(200)가 복수 개 구비되어, 상기 복수 개의 돌기형상 고정장치(200)가 상기 콘크리트 말뚝 몸체의 내부에서 콘크리트 말뚝 몸체와 부착되어 있음에 의해서 상기 콘크리트 말뚝의 두부를 절단하여 상기 원형 고정장치(140)가 제거되더라도 상기 PC 강봉 또는 강선(120)에 가해진 프리텐션이 유지되도록 하며, 상기 돌기형상 고정장치(200)는 말뚝 몸체(100)의 단부에 편중되게 형성되는 것을 특징으로 하는, 말뚝 두부 절단시 프리스트레스 손실이 방지되는 프리스트레스 콘크리트 말뚝.