KR102498579B1 - 태양광발전기, 시설물의 지지력보강 파일 - Google Patents

태양광발전기, 시설물의 지지력보강 파일 Download PDF

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Abstract

본 발명은 태양광발전기, 풍력발전기, 건물, 시설물, 철구조물, 조명탑 등의 시공 및 설치시에 사용되는 포스트구조물 등을 연약지반에 고정, 설치하기 위한 지반의 지지력보강 파일에 관한 것이다. 이때, 지반의 지지력보강 파일에 튜브를 설치하여 몰타르를 효율적으로 주입할 수 있다.
구성에 있어서는 지반에 삽입되는 스파이럴날개(120)와, 스파이럴날개(120)에 부착되며 몰타르가 이동하는 튜브(130)와, 튜브(130)의 하단에 구비되어서 외부주입구(141a)를 통하여 몰타르를 지반에 투입하는 하단고정부(141)를 포함하고, 스파이럴날개(120)의 하단고정부(141)가 부착된 반대측으로도 몰타르 투입이 가능한 구성을 갖는다.

Description

태양광발전기, 시설물의 지지력보강 파일{Spiral Bolt For Ground Reinforcement}
본 발명은 태양광발전기, 풍력발전기, 시설물 등의 포스트구조물을 연약지반에 고정하여 설치하기 위한 연약지반 보강공법에서 사용되는 지반의 지지력보강 파일에 관한 것으로서, 지반의 지지력보강 파일에 튜브를 설치하여 스마트하고 효율적으로 몰타르를 주입하기 위한 구성에 대한 것이다.
더욱 구체적으로, 지반의 지지력보강 파일은 건물, 시설물, 철구조물, 조명탑, 입간판, 태양광이나 풍력 발전기 등의 지지수단의 설치를 위한 시공에 있어서, 몰타르를 주입하는 튜브를 이용하여 연약지반의 보강을 위하여 지반의 지지력보강 파일이 사용된다. 이때, 포스트구조물의 지주를 안정적으로 고정하기 위하여 볼트와 지중앵커, 트위스트 형성된 평철로 제공되는 이중, 삼중 나선구조의 지반의 지지력보강 파일(Spiral Bolt)가 제공되어 있는 바, 이를 통하여 지반에 포스트구조물을 안정적으로 고정할 수 있다.
지반의 지지력을 강화 보강하기 위하여, 지반의 지지력보강 파일을 삽입 후 추가로 몰타르를 주입하는 방식이 있는 바, 암반층이나 큰 자갈층이 포함된 지반 등과 같은 암반지반의 경우 굴착기를 이용하여 암반 지반을 굴착하고, 굴착공에 지반의 지지력보강 파일을 삽입한 후 몰타르를 타설하게 된다.
종래에는 도 1에 공개특허 제7943호 (2016.01.21.)가 예시되어 있다. 상세히는, 지반의 지지력보강 파일(100)는 동체(110)와, 동체(110) 하단으로부터 수직 하방으로 연장되게 형성되는 스파이럴날개(120)를 포함한다. 동체(110)는 내부에 관통홀(114)을 구비하는 원통형이며, 상단에는 마운팅판(112)이 구비된다. 마운팅판(112)은 포스트구조물(10)의 하단에 구비된 플랜지부(20)와 결합하기 위한 것으로써, 볼트 결합을 위해 원주 방향에는 복수 개의 볼트홈(116)이 구비된다. 스파이럴날개(120)는 지반 지지력 증대를 위한 복수의 단위나선부(122)가 반복되는 구조를 갖는다. 스파이럴날개(120)는 모재인 평철의 중앙부가 일정길이로 길이방향의 중심축선을 기준으로 일정각도로 트위스트 되어 단위나선부가 연속되는 형태로 성형된다.
튜브(130)는 동체(110)의 관통홀(114) 내에 삽입되어 관통홀(114)을 통과한 후, 스파이럴날개(120)의 하단까지 연장되게 설치된다. 튜브(130) 내부는 홀이 관통되며 이 홀을 통해 몰타르를 지반으로 투입한다. 튜브(130)는 연약의 합성수지재 등으로 제공될 수 있다. 튜브(130)는 복수의 고정부(140)에 의해 스파이럴날개(120) 즉, 단위나선부(122)를 따라 접촉하도록 고정되며, 적절한 개 수의 고정부(140)에 의해 튜브(130)는 스파이럴날개(120)로부터 이탈되지 않고 고정된다. 고정부(140)는 보통 접착물질이 도포되어 튜브(130)를 단위나선부(122)의 면에 고정시키는 방식이 적용되거나, 다른 방식의 고정부재를 통하여 튜브(130)를 단위나선부(122)의 면에 고정시킬 수 있다. 이러한 구성을 갖는 지반의 지지력보강 파일(100)를 이용한 연약연약지반 보강공법에 있어서는 우선, 포스트구조물(10)이 설치되는 위치가 정해지면, 해당 위치의 연약지반(150)에 지반의 지지력보강 파일(100)를 삽입하게 된다(S210).
지반의 지지력보강 파일(100)의 튜브(130)에 몰타르를 주입하여 몰타르가 지반에 투입되도록 한다(S220). 도시된 바와 같이 지반의 지지력보강 파일(100)의 삽입 시 지반의 지지력보강 파일(100)의 동체(110) 상부 일부가 지상에 노출되도록 하는데, 동체(110) 상부에 튜브(130)의 상단부가 돌출되게 되며, 이 튜브(130) 상단에서 몰타르를 주입하게 된다. 튜브(130)의 홀이 상대적으로 크지 않으므로, 튜브(130)에 몰타르를 주입할 때 미도시된 가압 장치 등을 이용하여 주입하게 된다. 이렇게 몰타르를 주입하게 되면 지반에 있는 튜브(130)의 하단에서 몰타르(160)가 나오게 되고, 틈이 많은 연약지반(150)에 몰타르가 스며들게 된다. 몰타르 주입이 완료되면, 포스트구조물(10)과 지반의 지지력보강 파일(100)를 볼트 등으로 결합(고정)시키도록 한다. 이와 같이 지반의 지지력보강 파일에 튜브를 설치하고 이를 통해 연약지반에 몰타르를 투입할 수 있으므로, 연약지반의 지지력을 보강할 수 있어, 결국 용이하고 신속한 방식으로 포스트구조물을 연약지반에 안정적으로 고정, 설치할 수 있다.
지반의 지지력보강 파일의 동체(110) 상부 일부가 지상에 노출되도록 하면서, 지반의 지지력보강 파일(100)를 연약지반에 삽입하는 단계와; 동체(110) 상부에 노출된 튜브(130) 상단에서 몰타르를 주입하면 튜브(130) 하단에서 몰타르가 빠져나오게 하여, 몰타르를 연약지반에 투입하는 단계와; 포스트구조물을 지반의 지지력보강 파일(100)에 결합 및 고정시키는 단계를; 포함하는 지반의 지지력보강 파일을 이용한 연약지반 보강공법을 기초로 하여 이루어진다.
지반의 지지력보강 파일(100)는 내부에 관통홀(114)을 구비하며 상단에 포스트구조물(10)과 결합하는 마운팅판(112)이 구비되는 동체(110)와; 동체(110)의 하단으로부터 하방으로 연장되며, 지반의 지지력을 증대시키기 위한 복수의 단위나선부(122)를 구비하는 스파이럴날개(120)와; 동체(110)의 관통홀(114) 내에 삽입되어 관통홀(114)을 통과한 후 스파이럴날개(120)의 하단까지 연장되게, 고정부(140)를 통하여 설치되는 튜브(130)를; 포함하여 이루어진다. 고정부(140)는 튜브(130)의 맨 하단을 고정하는 하단고정부(141)와 튜브(130)의 몸체를 고정하는 몸체고정부(142)로 구분된다. 몸체고정부(142)는 적어도 1개 이상으로 구비되는 바, 제1 몸체고정부(142)(142-1); 제2 몸체고정부(142)(142-2); 제3 몸체고정부(142)(142-3);로 제공되는 2개 이상 복수의 개수로 예시되어 있다.
연약지반 예컨대, 사토질이나 점토질의 경질지반이 아닌 자갈이 포함되거나 다짐이 불충분한 성토 지반 등 경우 단순한 지반의 지지력보강 파일만으로는 지지력이 부족할 수 있다. 또한 연약지반인 경우 따로 굴착공을 뚫지 않고 지반의 지지력보강 파일을 회전시켜서 지반에 삽입하는 경우에는 몰타르를 용이하게 투입할 수 없으므로, 연약지반에 지반의 지지력보강 파일을 삽입한 후 튜브가 설치된 지반의 지지력보강 파일의 몸체 주위에 몰타르를 널리 고르게 투입하여 지반을 보강할 수 있는 수단이 필요하다. 더하여, 스파이럴날개(120)의 하단고정부(141)가 부착된 반대측으로도 몰타르를 투입할 수 있도록 한다.
지반에 삽입되는 스파이럴날개(120); 스파이럴날개(120)에 부착되며 몰타르가 이동하는 튜브(130); 튜브(130)의 하단에 구비되어서 외부주입구(141a)를 통하여 몰타르를 지반에 투입하는 하단고정부(141);를 포함하는 지반의 지지력보강 파일로서, 스파이럴날개(120)의 하단고정부(141)가 부착된 반대측으로도 몰타르 투입이 가능하도록,
스파이럴날개(120)의 면에 Ｈ 형태로 절개된 절개홈(h1, h2)이 패이고, Ｈ 형태의 절개홈(h1, h2)으로 형성되는 윗부분의 윗몸체(h122)는 상향하여 직각으로 구부리고, 아래부분의 아래몸체(h123)는 하향하여 직각으로 구부려 일체형 몰타르유출 및 튜브고정 브라킷(120)이 형성되고,
일체형 몰타르유출 및 튜브고정 브라킷(120)의 윗 부분인 윗몸체(h122)에는 튜브(130)의 외형에 대응하는 구멍이 패여 튜브고정홈(h121)으로 제공되고, 튜브고정홈(h121)에 튜브(130)가 끼워져 단단히 고정된다.
본 발명 지반의 지지력보강 파일에 따르면, 연약지반에 지지력보강 파일을 삽입한 후 몰타르를 지반의 지지력보강 파일의 몸체 주위에 널리 고르게 투입하여 지반을 보강할 수 있다.
도 1은 지반의 지지력보강 파일과 그에 수반하는 구성을 나타낸 정면도 및 지반의 지지력보강 파일이 연약지반에 시공된 상태를 보인 예시도이다,
도 2에서 도 2 A는 지반의 지지력보강 파일 구성의 어느 한 부분을 확대하여 보인 단면도; 도 2 B는 작동상태를 보이는 예시도; 도 2 C 및 도 2 D는 다른 실시례의 단면 투시도로서 그 구성 및 작동을 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예를 보인 것이다.
도 4는 다른 실시예를 보인 것이다.
도 2의 실시예를 통하여 종래 연약지반 보강용 지반의 지지력보강 파일(100)과 관련하여 더 살펴본다. 내부에 관통홀을 구비하며 상단에 포스트구조물과 결합하는 마운팅판이 구비되는 동체와, 동체의 하단으로부터 하방으로 연장되는 스파이럴날개(120)를 구비하고, 동체의 관통홀 내에 삽입되어 관통홀을 통과한 후 스파이럴날개(120)의 하단까지 연장되게 설치되는 튜브(130)를 포함하고, 튜브를 설치시에 스파이럴날개(120)에 부착하는 고정부(140)를 구비하여 튜브가 스파이럴날개(120)에 단단히 부착되도록 하여서, 튜브의 상단에서 몰타르를 주입하면 튜브를 따라 몰타르가 아래로 이동하여 튜브의 하단에서 몰타르가 연약지반에 투입된다.
튜브(130)의 하단은 몰타르를 내보낼 튜브하단출구(130a)를 가지며, 고정부는 튜브의 하단을 고정하는 원통형상의 하단고정부(141)를 포함하고, 하단고정부(141)의 상단에는 튜브하단출구(130a)의 외주변에 대응하는 내주변을 갖는 튜브하단고정입구(141e)가 형성되고, 하단고정부(141)의 하단(141d)은 막혀있고, 하단고정부(141)의 몸통 주변은 천공된 개구부가 부분적으로 형성되어서 하단고정부(141)의 외부주입구(141a)로 사용된다. 하단고정부(141)의 내주변은 실린더 형상을 취하고, 이에 대응하여 상하로 수직되게 원통 형상을 취하는 피스톤(141c)이 장착되고, 피스톤(141c)은 그 외주변이 하단고정부(141)의 내주변과 긴밀히 접촉한 상태로 슬라이딩으로 승하강을 하며, 평소에는 하단고정부(141)의 외부주입구(141a)를 막아 폐쇄하도록, 피스톤(141c)의 수직 길이는 하단고정부(141)의 외부주입구(141a)의 수직 길이보다 길게 취해지고, 하단고정부(141)의 아랫 부분 공간(141b)은 그 수직 길이가, 피스톤(141c)이 하강하여 최저점 위치가 될 때 이를 완전하게 수용할 수 있도록, 피스톤(141c)의 수직 길이보다 크게 취해져서, 튜브하단출구(130a)로부터 하단고정부(141)의 내부로 몰타르가 주입되면 그 압력으로 먼저, 피스톤(141c)을 하강시키고 이에 따라서, 하단고정부(141)의 외부주입구(141a)가 외부로 개방되어서 몰타르가 연약지반에 주입된다.
튜브는 복수의 몸체고정부(142)를 통하여 스파이럴날개(120)에 고정되되, 튜브(130)는 그 몸체의 중간, 중간이 분리되어 제공되고, 몸체고정부(142)는 내부가 빈 파이프 형태를 취해서, 튜브(130)의 분리된 각각의 입구가 몸체고정부(142)의 상하단 각 입구에 고정(fix)되게 구성되고, 몰타르가 유출되어 주변의 연약지반으로 주입될 수 있도록 몸체고정부(142)의 주변 일정부분이 개구되어 구성되는, 몸체고정부(142)의 외부주입구(141a)가 구비되고, 몸체고정부(142)의 외부주입구(141a)는 평소에 차단된 상태를 유지하는 차단막(142a`)을 구비하고, 차단막(142a`)은 시공전에 설정된 하중 압력이상이 되면 파괴될 수 있는 부재로 선택되어서, 하단고정부(141)의 외부주입구(141a)가 개방되어 몰타르가 외부 연약지반에 주입(m4)되는 때에는, 몰타르의 흐름이 순조롭게 하향하여 하단고정부(141)의 외부주입구(141a)로 도달하여 유출된다. 그 후 점차, 하단고정부(141) 측의 연약지반이 다져져서 더 이상 몰타르가 밖으로 빠져날 수 없게 되면, 튜브(130)의 내부 압력이 증가하고 이에 따라, 내부 압력이 차단막(142a`)에 작용하여 차단막(142a`)이 파괴되면서 몸체고정부(142)의 외부주입구(141a)가 개방되어서 몰타르가 그 주위의 연약지반으로 주입되는 원리로 작동한다. 복수의 몸체고정부(142)는 제1 몸체고정부(142)(142-1); 제2 몸체고정부(142)(142-2); 및 제3 몸체고정부(142)(142-3);를 포함하고, 그 각각은 몸체고정부(142)의 외부주입구(141a) 및 차단막(142a`)을 포함하고, 순차적으로 각 차단막(142a`)의 파열 강도가 다르게 설정되어서, 아랫 방향에서 윗 방향으로 차단막(142a`)이 파열되는 방법으로 몸체고정부(142)의 외부주입구(141a)가 순차적으로 개방되면서, 땅 속 깊은 곳부터 점차 얕은 쪽으로 몰타르를 주입하는 방식으로 연약지반을 다져 보강하도록 구성된다. 이를 통하여 몰타르가 연약지반에 주입되는 부위가 막히는 것이 방지되어서 원활하게 몰타르가 연약지반에 주입될 수 있다.
그런데 도 2의 종래 실시예에 따른 연약지반 보강용 지반의 지지력보강 파일(스파이럴 볼트)에 의하면, 주변 연약지반에 몰타르가 투입될 시에 스파이럴날개(120) 즉, 단위나선부(122)에 의하여 하단고정부(141)의 외부주입구(141a) 한 쪽이 차단되어 막히므로 그 방향으로는 몰타르를 분사하기 용이하지 않다. 이를 개선하고자 이하, 첨부된 도면을 참조하여 보다 스마트한 연약지반 보강용 지반의 지지력보강 파일에 관하여 상세히 알아본다. 본 발명의 지지력보강 파일은 스파이럴날개(120)의 하단 측에 튜브(130) 하단고정부(141)가 부착된 측의 반대방향 측으로도 몰타르가 분사(s2)될 수 있는 수단(100)이 구성된다. 본 발명에 있어서 모든 홈을 파거나 절개홈을 형성하는 것 등은 레이져 절단이나 프레스 가공 등을 통하여 이루어질 수 있다.
도 3의 실시예와 같이, 튜브(130) 부착 반대 측으로 몰타르 분사 수단(100)으로는 스파이럴날개(120)의 하단 측에 홈을 내어(구멍을 뚫어) 천공한 몰타르유출공(h110)을 형성하여 달성할 수 있다. 이를 통하여 튜브(130) 부착 반대 측으로도 몰타르유출공(h100)을 통과하여 몰타르가 빠져나가 분사(s2)될 수 있도록 구성된다. 도 3 A는 몰타르유출공(h100)이 뚫린 스파이럴날개(120)와 튜브(130)를 분해하여 도시한 것이고, 도 3 B는 합체하여 나타낸 것이고, 도 3 C는 스파이럴날개(120)의 이쪽(s1) 저쪽(s2)으로 분사 즉, 튜브(130)가 부착된 면과 튜브(130)가 부착된 반대 면 측으로 모두 몰타르가 분사되어 투입되는 상태를 예시한 것이다.
도 4의 실시예는 보다 진보된, 튜브(130) 반대 면 측으로 몰타르 분사를 위한 수단(100)으로서 스파이럴날개(120) 일체형 몰타르유출 및 튜브고정 브라킷(120)이 형성되고, 여기에 일체형으로 몰타르유출공(h0)(도 3 A 실시예의 것과 구분하기 위하여 `몰타르유출홈`으로 대치할 수 있음)이 동시에 형성(천공)된다. 보다 상세하게 살펴보면 도 4 A에서, 스파이럴날개(120)의 면에 Ｈ 형태로 절개(절단)된 절개홈(h1, h2)이 패여서 스파이럴날개(120) 몸체로부터 분리 또는 떼어낼 수 있다. 따라서 도 4 B와 같이 맨위와 맨 아래에 절개되지 않은 비절개부(h3)를 굴절축으로 각각 위아래 직각으로(또는 예각이나 둔각으로) 밴딩(bend)할(절곡할, 꺽을, 구부릴) 수 있으며 이러한 방법으로 일체형 몰타르유출 및 튜브고정 브라킷(120)이 형성된다. 도 4 B에서 우측의 도시는 측면에서 절곡된 상태를 보인 것이고, 도 4 B 아래의 타원형 박스안에 도시된 바는 이해를 돕기위해 예시한 것이다.
그리고 Ｈ 형태로 절개된 일체형 몰타르유출 및 튜브고정 브라킷(120) 몸체의 윗 부분인 브라킷 윗몸체(h122) 측에는 튜브(130)의 외주변(외형)에 대응하는 홈(구멍)이 패여(천공되어) 튜브고정홈(h121)으로 제공된다. 도 4 C와 같이 튜브고정홈(h121)에 튜브(130)을 끼워(개재하여) 매우 단단히 고정할 수 있는 것이다. 더하여 튜브고정홈(h121)은 Ｈ 형태로 절개된 몸체의 아래 부분인 브라킷 아래몸체(h123) 측에도 추가하여 형성한 후에 튜브(130)의 맨 하단을 소정 부분 개재하여 보다 단단히 고정할 수 있다. 몰타르는 몰타르유출공(h0)을 통하여 분사(유출, 배출)된다.
위와 같이 도 4 B 및 도 4 C는 Ｈ 형태의 절개홈(h1, h2)을 따내어 형성되는 윗부분의 윗몸체(h122)는 상향하여 직각으로 구부리고, 아래부분의 아래몸체(h123)는 하향하여 직각으로 구부려 일체형 몰타르유출 및 튜브고정 브라킷(120)을 형성한다. 한편, 도 4 D의 실시예에서는 아래몸체(h123)가 하향하되 직각보다 적은 소정 각도(r1)의 예각으로 절곡되어(구부려져) 있어서 반대측은 둔각이 된다(r1 < r2). 이를 통하여 특히, 튜브(130) 맨 아래의 하단고정부(141)가 스파이럴날개(120)를 따라 지면을 뚫고 하강하여 땅속에 파고들어갈 때 토사로부터 저항을 덜 받아서 마찰을 줄일 수가 있다.
지반의 지지력보강 파일(100); 스파이럴날개(120); 튜브(130); 고정부(140); 하단고정부(141); 하단고정부(141)의 외부주입구(141a); 튜브하단고정입구(141e); 포스트구조물(10); 플랜지부(20);

Claims (1)

  1. 지반에 삽입되는 스파이럴날개(120)와, 스파이럴날개(120)에 부착되며 몰타르가 이동하는 튜브(130)와, 튜브(130)의 하단에 구비되어서 외부주입구(141a)를 통하여 몰타르를 지반에 투입하는 하단고정부(141)로 구성된 것에 있어서,
    스파이럴날개(120)의 면에 Ｈ 형태로 절개된 절개홈(h1, h2)이 패이고,
    Ｈ 형태의 절개홈(h1, h2)으로 형성되는 윗부분의 윗몸체(h122)는 상향하여 구부리고, 아래부분의 아래몸체(h123)는 하향하여 구부려 일체형 몰타르유출 및 튜브고정 브라킷(120)이 형성되고,
    일체형 몰타르유출 및 튜브고정 브라킷(120)의 윗 부분인 윗몸체(h122)에는 튜브(130)의 외형에 대응하는 구멍이 패여 튜브고정홈(h121)으로 제공되고, 튜브고정홈(h121)에 튜브(130)가 끼워져 고정되고,
    더하여 아래몸체(h123) 측에도 튜브고정홈(h121)이 형성되어, 여기에 튜브(130)의 맨 하단이 개재되어 보다 단단히 고정되는 것을 특징으로 하는,
    태양광발전기, 시설물의 지지력보강 파일.
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