KR102614988B1 - 리모델링 흙막이용 프리스트레스 합성 말뚝 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 리모델링 공사에서 기존 건물과 인접대지의 터파기 경계부에 시공되는 흙막이용 합성 말뚝에 대한 것으로, 강재 말뚝 일측의 긴장재를 콘크리트 말뚝부 내부에 비부착으로 매립함으로써, 긴장재의 긴장 시 콘크리트 말뚝부에 프리스트레스를 도입하여 구조적 효율을 극대화할 수 있는 리모델링 흙막이용 프리스트레스 합성 말뚝에 대한 것이다.
본 발명은 리모델링 공사에서 기존 건물의 인접대지 터파기 시 터파기 경계부 지반에 설치되어 토압을 지지하기 위한 주열식 흙막이용 프리스트레스 합성 말뚝에 관한 것으로, 지반 내에 형성된 천공홀 내부에 삽입되는 H형 단면의 강재 말뚝; 상기 천공홀 내부에 타설되어 상기 강재 말뚝이 내부에 매립되는 콘크리트 말뚝부; 상기 강재 말뚝의 웨브 양측에 배면 토압에 의한 모멘트에 따라 절곡 배치되어 콘크리트 말뚝부 내부에 비부착으로 구비됨으로써 콘크리트 말뚝부에 프리스트레스를 도입하는 복수의 긴장재; 상기 긴장재의 상부에 구비되어 전부 또는 일부가 상기 콘크리트 말뚝부의 내부에 매립되는 상부정착구; 및 상기 긴장재의 하부에 구비되어 상기 콘크리트 말뚝부의 내부에 매립되는 하부정착구; 로 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

리모델링 흙막이용 프리스트레스 합성 말뚝{Pre-stressed composite pile for retaining wall in remodeling}
본 발명은 리모델링 공사에서 기존 건물과 인접대지의 터파기 경계부에 시공되는 흙막이용 합성 말뚝에 대한 것으로, 강재 말뚝 일측의 긴장재를 콘크리트 말뚝부 내부에 비부착으로 매립함으로써, 긴장재의 긴장 시 콘크리트 말뚝부에 프리스트레스를 도입하여 구조적 효율을 극대화할 수 있는 리모델링 흙막이용 프리스트레스 합성 말뚝에 대한 것이다.
노후화된 공동주택을 전면 철거하고 새로 건축하는 재건축은 각종 규제에 더해 안전진단 요건을 만족해야 하므로 과정이 까다롭다. 반면, 리모델링은 상대적으로 규제가 덜하고 사업 속도가 빨라 재건축 대신 리모델링을 추진하는 경우가 많다.
과거 공동주택의 주차장 확보 규정은 세대당 0.4대에 불과하였다. 그러나 각 세대의 자동차 보유 대수가 급격하게 증가하면서, 노후화된 공동주택의 주차공간 확보 문제가 매우 심각하다.
따라서 공동주택 리모델링 시 충분한 주차공간을 확보하기 위해 주동 사이에 지하주차장을 신설하여야 한다. 이 경우 공동주택 주동과 같은 기존 건물을 존치시킨 상태에서 기존 건물 사이에 지하주차장을 시공하기 위해 지반 터파기 작업이 필요하다.
지하 구조물 시공을 위해 지반 굴착 작업 시에는 현장 내로 주변 흙이나 물의 유입 또는 주변 지반이나 인접 구조물의 침하나 붕괴를 방지하기 위해 토압과 수압 등 측압에 저항하는 가설 구조물을 설치하는 흙막이 공사를 실시한다.
특히, 리모델링을 위한 지반 터파기 시에는 기존 건물과 바로 인접하여 터파기하여야 하는 경우가 많다. 따라서 기존 건물의 침하를 방지하기 위해 흙막이벽의 안정성이 매우 중요하다.
흙막이 공법은 구조 방식에 따라 엄지말뚝 공법, 강재널말뚝 공법, 지하연속 벽 공법 등이 있다.
지하연속벽 공법 중 주열식 흙막이 공법은 제자리 콘크리트 말뚝을 연속적으로 설치하여 벽체를 형성함으로써 흙막이 벽체를 형성하는 공법이다. 이러한 주열 식 흙막이 공법은 기존 타입 말뚝과 비교하여 소음, 진동이 적고, 엄지말뚝 공법에 비해 강성이 커 토압에 대한 변형량이 적다. 또한, 슬러리월 공법에 비해 공사비가 저렴할 뿐 아니라 주변 지반 침하량이 미미하여 인접 구조물에 미치는 영향이 적기 때문에 건설 현장에서 많이 사용된다.
주열식 흙막이 공법에는 SCW 공법, CIP 공법 등이 있다.
SCW(Soil Cement Wall) 공법은 다축 오거를 이용하여 지반을 천공하고, 선단으로부터 시멘트 밀크 등의 혼합액을 분출시켜 굴착토와 혼합함으로써 소일 시멘트 벽을 조성하는 공법이다. SCW 공법은 높은 차수성을 갖고 점성토에서도 비교적 양질의 벽체를 형성 가능하다.
CIP(Cast In Place pile) 공법은 어스 오거로 지반을 천공하고, 철근망과 자갈을 채운 다음 주입관을 통해 모르타르를 주입하여 제자리 말뚝을 형성하는 공법이다.
상기와 같은 주열식 흙막이 공법은 흙막이 벽체의 휨 강성을 보강하기 위해 일부 콘크리트 말뚝 내부에 H형강을 근입하는 경우가 많다(등록특허 제10-1633840 호 등).
그러나 H형강이 근입되어야 하는 말뚝 개수가 증가할 경우, 강재량 증가 및 H형강 근입을 위한 공사비 증가로 경제성이 떨어진다. 또한, 콘크리트 말뚝은 통상 원형 단면이므로, 근입되는 H형강의 단면 크기에 제약이 있어 흙막이 벽체 강성 증가에 한계가 있다.
이러한 종래 흙막이 말뚝의 문제점을 해결하기 위하여 H형강 말뚝 외측, 즉 지반 측 플랜지에 프리스트레스가 도입된 강재를 결합함으로써 H형강의 휨 강성을 증대시키는 기술이 개발되었다(등록특허 제10-2226859호 등).
그러나 강재는 압축과 인장에 대해 동일한 구조적 성능을 발휘하므로 프리스트레스로 인한 구조적 이점이 크지 않은 반면, 콘크리트는 압축에 비해 인장 성능이 상대적으로 매우 작기 때문에 프리스트레스를 도입하는 것이 큰 장점이 있음에도 위 종래 기술은 콘크리트가 아닌 H형강에만 프리스트레스를 도입하여 전체 합성 단면에서 단면 성능 개선에 한계가 있어 구조적으로 비효율적이다.
뿐만 아니라 강봉 정착을 위한 정착부재가 H형강에 일체로 고정되어 있으므로, 지하층 공사 완료 후 H형강 회수가 곤란해 경제성이 떨어진다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 리모델링 공사에서 기존 건물과 이에 인접한 대지의 터파기 경계부에 시공되는 흙막이용 합성 말뚝에 대한 것으로, 강재 말뚝과 합성된 콘크리트 말뚝부에 주로 프리스트레스를 도입함으로써 말뚝의 휨 강도와 강성을 증대시키고 변위를 감소시킬 수 있는 리모델링 흙막이용 프리스트레스 합성 말뚝을 제공하고자 한다.
바람직한 실시예에 따른 본 발명은 리모델링 공사에서 기존 건물의 인접대지 터파기 시 터파기 경계부 지반에 설치되어 토압을 지지하기 위한 주열식 흙막이용 프리스트레스 합성 말뚝에 관한 것으로, 지반 내에 형성된 천공홀 내부에 삽입되는 H형 단면의 강재 말뚝; 상기 천공홀 내부에 타설되어 상기 강재 말뚝이 내부에 매립되는 콘크리트 말뚝부; 상기 강재 말뚝의 웨브 양측에 배면 토압에 의한 모멘트에 따라 절곡 배치되어 콘크리트 말뚝부 내부에 비부착으로 구비됨으로써 콘크리트 말뚝부에 프리스트레스를 도입하는 복수의 긴장재; 상기 긴장재의 상부에 구비되어 전부 또는 일부가 상기 콘크리트 말뚝부의 내부에 매립되는 상부정착구; 및 상기 긴장재의 하부에 구비되어 상기 콘크리트 말뚝부의 내부에 매립되는 하부정착구; 로 구성되고, 상기 콘크리트 말뚝부의 내부에 매립되는 상부정착구는 콘크리트 말뚝부 내부에 매립되는 것으로, 상하가 개방된 원통 형상으로 내부에 상광하협의 웨지홀이 형성된 웨지배럴, 상기 웨지배럴의 웨지홀에 삽입되어 웨지홀 내에서 하향 이동에 따라 긴장재의 외주면을 가압 고정하는 웨지, 상기 긴장재가 관통되면서 웨지배럴의 개방된 상부를 폐쇄하는 캡부재 및 상기 캡부재와 웨지 사이에 구비되는 가압스프링으로 구성되는 것을 특징으로 하는 리모델링 흙막이용 프리스트레스 합성 말뚝을 제공한다.
삭제
다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 상기 강재 말뚝의 하단부 웨브 양측에는 상기 긴장재가 관통되어 상기 하부정착구가 하면에 걸려 지지되는 것으로, 긴장재의 긴장력 도입에 의해 강재 말뚝에서 탈락될 수 있도록 가고정되는 임시고정플레이트가 구비되는 것을 특징으로 하는 리모델링 흙막이용 프리스트레스 합성 말뚝을 제공한다.
다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 상기 강재 말뚝의 상단에는 긴장재를 강재 말뚝의 상부에서 긴장하기 위한 것으로, 하부가 개방되어 내부에 강재 말뚝의 상단이 수용되고, 복수의 긴장재가 관통되어 상부로 인출되는 반력대가 구비되는 것을 특징으로 하는 리모델링 흙막이용 프리스트레스 합성 말뚝을 제공한다.
삭제
다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 상기 강재 말뚝의 웨브 양측에는 콘크리트 말뚝부의 내부에 비부착으로 매립되어 강재 말뚝에 프리스트레스를 도입하는 서브긴장재가 더 구비되고, 상기 긴장재의 상부는 상기 상부정착구에 의해 콘크리트 말뚝부의 상부에 정착되고, 하부는 콘크리트 말뚝부의 내부에 매립되는 상기 하부정착구에 의해 콘크리트 말뚝부의 하부에 정착되며, 상기 서브긴장재의 상부는 반력대의 상부에 구비되는 상부서브정착구에 의해 강재 말뚝의 상부에 정착되고, 하부는 강재 말뚝의 하단에 고정된 고정정착구의 하부에 구비되는 하부서브정착구에 의해 강재 말뚝의 하부에 정착되는 것을 특징으로 하는 리모델링 흙막이용 프리스트레스 합성 말뚝을 제공한다.
본 발명에 따르면 리모델링 공사에서 기존 건물과 이에 인접한 대지의 터파기 경계부에 시공되는 흙막이용 합성 말뚝에서, H형강으로 구성된 강재 말뚝 일측의 긴장재를 콘크리트 말뚝부 내부에 비부착으로 매립함으로써, 긴장재 긴장 시 콘크리트 말뚝부에 프리스트레스를 도입하여 합성 말뚝의 구조적 효율을 극대화할 수 있는 리모델링 흙막이용 프리스트레스 합성 말뚝을 제공할 수 있다.
본 발명에 따르면 강재 말뚝의 웨브 양측에 배면 토압에 의한 모멘트에 따라 긴장재를 절곡 배치함으로써, 배면 토압에 효율적으로 저항할 수 있는 리모델링 흙막이용 프리스트레스 합성 말뚝을 제공할 수 있다.
도 1은 기존 건물의 인접 지반에 설치된 본 발명 합성 말뚝을 도시하는 단면도.
도 2는 본 발명 리모델링 흙막이용 프리스트레스 합성 말뚝에 의한 흙막이벽을 도시하는 사시도.
도 3은 본 발명 리모델링 흙막이용 프리스트레스 합성 말뚝을 도시하는 사시도.
도 4는 캔틸레버 구조인 자립식 합성 말뚝의 긴장재 배치 형태를 도시하는 단면도.
도 5는 긴장재의 상부 정착 상세를 도시하는 사시도.
도 6은 긴장재의 하부 정착 상세를 도시하는 사시도.
도 7은 임시고정플레이트가 구비된 강재 말뚝을 도시하는 사시도.
도 8은 반력대를 도시하는 저면 사시도.
도 9는 상부에 반력대가 설치된 강재 말뚝을 도시하는 사시도.
도 10은 스프링 정착형 상부정착구를 도시하는 단면도.
도 11은 프리스트레스 분담을 위한 긴장재의 정착 상태를 도시하는 사시도.
도 12는 도 11에서 서브긴장재의 상부 정착 상세를 도시하는 단면도.
도 13은 도 11에서 서브긴장재의 하부 정착 상세를 도시하는 단면도.
이하, 첨부한 도면 및 바람직한 실시예에 따라 본 발명을 상세히 설명한다.
도 1은 기존 건물의 인접 지반에 설치된 본 발명 합성 말뚝을 도시하는 단면도이고, 도 2는 본 발명 리모델링 흙막이용 프리스트레스 합성 말뚝에 의한 흙막이벽을 도시하는 사시도이다. 그리고 도 3은 본 발명 리모델링 흙막이용 프리스트레스 합성 말뚝을 도시하는 사시도이고, 도 4는 캔틸레버 구조인 자립식 합성 말뚝의 긴장재 배치 형태를 도시하는 단면도이다.
도 1 내지 도 4 등에 도시된 바와 같이, 본 발명은 리모델링 공사에서 기존 건물(2)의 인접대지 터파기 시 터파기 경계부 지반(1)에 설치되어 토압을 지지하기 위한 주열식 흙막이용 프리스트레스 합성 말뚝(3)에 관한 것으로, 지반(1) 내에 형성된 천공홀 내부에 삽입되는 H형 단면의 강재 말뚝(31); 상기 천공홀 내부에 타설되어 상기 강재 말뚝(31)이 내부에 매립되는 콘크리트 말뚝부(32); 및 상기 강재 말뚝(31)의 웨브(311) 양측에 배면 토압에 의한 모멘트에 따라 절곡 배치되어 콘크리트 말뚝부(32) 내부에 비부착으로 구비됨으로써 콘크리트 말뚝부(32)에 프리스트레스를 도입하는 복수의 긴장재(33); 로 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 콘크리트 말뚝부(32)와 강재 말뚝(31)이 합성된 흙막이용 합성 말뚝에 대한 것으로, 주로 콘크리트 말뚝부(32)에 프리스트레스를 도입함으로써 말뚝의 휨 강도와 강성을 증대시키고 변위를 감소시킬 수 있는 리모델링 흙막이용 프리스트레스 합성 말뚝을 제공하기 위한 것이다.
본 발명은 리모델링 공사에서 기존 건물(2)과 인접하여 터파기 작업 시 터파기 경계부 지반(1)에 설치되는 흙막이벽에 사용된다.
상기 합성 말뚝(3)은 주로 콘크리트 말뚝부(32)에 프리스트레스를 도입하여 흙막이 말뚝의 휨 강성을 극대화하면서도 시공 완료 후 강재 말뚝(31)의 회수가 가능하여 경제성이 우수하다.
본 발명 합성 말뚝(3)은 콘크리트 말뚝부(32) 내부에 강재 말뚝(31)이 매립된 강-콘크리트 합성 말뚝이다.
상기 강재 말뚝(31)은 지반(1) 내에 형성된 천공홀 내부에 삽입된다.
상기 강재 말뚝(31)은 웨브(311)의 양측에 플랜지(312)가 직교하도록 형성된 H형 단면(I형 단면 포함) 형상이다.
상기 강재 말뚝(1)은 압연형강(rolled section) 또는 조립형강(built-up section)으로 제작할 수 있다.
상기 콘크리트 말뚝부(32)는 상기 강재 말뚝(31)이 내부에 매립되도록 천공홀 내부에 콘크리트를 타설하여 형성된다.
상기 합성 말뚝(3)은 복수 개가 상호 이격되게 배치되고, 이격된 합성 말뚝(3) 사이에는 콘크리트 말뚝(4)이 시공될 수 있다(도 2).
상기 긴장재(33)는 강재 말뚝(31)의 일측에 복수의 가닥으로 구비된다.
상기 긴장재(33)는 강재 말뚝(31)의 웨브(311) 양측에 구비되며, 강봉, 강연선, 강선 등으로 구성할 수 있다.
상기 긴장재(33)는 콘크리트 말뚝부(32) 내부에 매립되며, 긴장력 도입에 의해 콘크리트 말뚝부(32)에 프리스트레스를 도입한다.
상기 긴장재(33)에 긴장력을 도입하여 강재 말뚝(31)이 아닌 콘크리트 말뚝부(32)에 주로 프리스트레스를 도입하기 위해서는 콘크리트 말뚝부(32)를 구성하는 콘크리트가 경화된 후 긴장재(33)를 긴장해야 한다. 그러므로 상기 긴장재(33)는 비부착 긴장재로 구성한다.
이를 위해 상기 긴장재(33)의 외부에는 보호피복(331)이 구비될 수 있다(도 3).
즉, 상기 긴장재(33)는 강재 말뚝(31)에 고정되는 것이 아니라 콘크리트 말뚝부(32)의 내부에 비부착으로 매립된다. 그러므로 상기 긴장재(33)의 긴장 시 축력에 대해 기본적으로 강재 말뚝(31)에는 프리스트레스가 도입되지 않고, 콘크리트 말뚝부(32)에만 프리스트레스가 도입된다. 따라서 합성 말뚝(3)의 구조적 효율을 극대화할 수 있다.
상기 콘크리트 말뚝부(32)에 프리스트레스 도입 시, 강재 말뚝(31)과 콘크리트의 마찰력에 의해 강재 말뚝(31)에 응력이 전달되는 것을 방지하기 위해 상기 강재 말뚝(31)의 표면에는 분리제를 도포할 수 있다.
상기 긴장재(33)는 프리스트레스에 의한 편심을 도입하여 합성 말뚝(3)에 역모멘트를 발생시킴으로써 배면 토압에 효율적으로 저항하도록 절곡 배치된다(도 4).
이때, 상기 긴장재(33)에 프리스트레스를 도입함에 따라 발생하는 휨 변형에 대해서는 콘크리트 말뚝부(32)와 강재 말뚝(31)이 일체로 거동하여 토압에 저항할 수 있다. 그리고 압축력에 대해서는 콘크리트 말뚝부(32)에 주로 압축의 프리스트레스가 도입되고, H형강에는 압축력이 거의 도입되지 않는다.
상기 긴장재(33)의 절곡 위치를 고정하기 위해 강재 말뚝(31)의 내측에는 긴장재(33)가 절곡된 절곡부를 지지하는 가이드바(34)가 구비될 수 있다(도 5 등).
상기 합성 말뚝(3)의 상단은 기존 건물 기초(21) 단부에 연장 시공되는 신설 기초(21')이 고정된다.
도 5는 긴장재의 상부 정착 상세를 도시하는 사시도이고, 도 6은 긴장재의 하부 정착 상세를 도시하는 사시도이다.
도 5, 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명은 상기 긴장재(33)의 상부에 구비되어 전부 또는 일부가 상기 콘크리트 말뚝부(32)의 내부에 매립되는 상부정착구(35); 및 상기 긴장재(33)의 하부에 구비되어 상기 콘크리트 말뚝부(32)의 내부에 매립되는 하부정착구(36); 가 더 구비된다.
상기 긴장재(33)를 긴장하여 콘크리트 말뚝부(32)에 프리스트레스를 가하기 위해서는 긴장재(33)의 양단부가 콘크리트 말뚝부(32)의 내부 또는 외부에서 정착되어야 한다.
이에 상기 긴장재(33)의 긴장단인 상단과 고정단인 하단에 각각 상부정착구(35)와 하부정착구(36)를 결합할 수 있다.
이때, 상기 콘크리트 말뚝부(32)의 하단에는 별도의 공간이 없으므로 하부정착구(36)는 콘크리트 말뚝부(32)의 내부에 매립할 수 있다.
여러 가닥의 강선을 꼬아 만든 강연선을 긴장재(33)로 사용하는 경우, 고정단을 형성하는 하부정착구(36)는 강연선의 하단을 벌빙(bulbing)하여 콘크리트 말뚝부(32) 내에 매립 정착할 수 있다(도 6).
긴장단인 상부정착구(35)는 하부정착구(36)와 마찬가지로 콘크리트 말뚝부(32) 내부에 매립될 수도 있고, 콘크리트 말뚝부(32) 상단에 노출되게 구비될 수도 있다.
도 7은 임시고정플레이트가 구비된 강재 말뚝을 도시하는 사시도이다.
도 6, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 강재 말뚝(31)의 하단부 웨브(311) 양측에는 상기 긴장재(33)가 관통되어 상기 하부정착구(36)가 하면에 걸려 지지되는 것으로, 긴장재(33)의 긴장력 도입에 의해 강재 말뚝(31)에서 탈락될 수 있도록 가고정되는 임시고정플레이트(37)가 구비될 수 있다.
상기 하부정착구(36)를 콘크리트 말뚝부(32) 내에 매립하여 정착하는 경우, 콘크리트 말뚝부(32)를 형성하는 내부 콘크리트가 경화하기 전까지 하부정착구(36)의 위치를 임시로 가고정하여야 한다.
이를 위해 상기 하부정착구(36)가 설치될 위치의 강재 말뚝(31) 내측에 임시고정플레이트(37)를 가고정할 수 있다. 그리고 상기 임시고정플레이트(37)에 긴장재(33)의 하단을 관통시킨 상태에서 임시고정플레이트(37) 하부에 하부정착구(36)를 위치시킬 수 있다.
상기 임시고정플레이트(37)에는 긴장재(33)가 관통되는 관통공(371)이 복수 개 형성된다.
상기 임시고정플레이트(37)가 하부정착구(36)의 위치만을 고정하고, 임시고정플레이트(37)에 의해 긴장재(33)의 긴장력이 강재 말뚝(31)에 전달되는 것을 방지하기 위해 상기 임시고정플레이트(37)는 강재 말뚝(31)의 일측에 가용접(tack welding, W)으로 가고정할 수 있다.
따라서 상기 긴장재(33)에 긴장력이 도입되면, 임시고정플레이트(37)에 변위가 발생하여 가용접(W) 부분이 탈락되면서 강재 말뚝(31)으로의 응력 전달이 차단된다.
상기 임시고정플레이트(37)에는 복수 개의 긴장재(33)의 하부정착구(36)가 동시에 지지된다.
이에 따라 임시고정플레이트(37)는 전체 긴장재군의 긴장력을 균일하게 분산하여 콘크리트 말뚝부(32) 측으로 전달되게 함으로써, 콘크리트 말뚝부(32) 내 정착 부위의 응력 집중을 완화할 수 있다.
도 8은 반력대를 도시하는 저면 사시도이고, 도 9는 상부에 반력대가 설치된 강재 말뚝을 도시하는 사시도이다.
도 8, 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 강재 말뚝(31)의 상단에는 긴장재(33)를 강재 말뚝(31)의 상부에서 긴장하기 위한 것으로, 하부가 개방되어 내부에 강재 말뚝(31)의 상단이 수용되고, 복수의 긴장재(33)가 관통되어 상부로 인출되는 반력대(38)가 구비될 수 있다.
상기 합성 말뚝(3)에서 강재 말뚝(31)은 콘크리트 말뚝부(32)의 상부로 일정 길이 돌출되어 지상에 노출된다. 따라서 상부로 돌출된 강재 말뚝(31) 부분을 활용하여 합성 말뚝(3)의 상부에서 긴장재(33)를 긴장할 수 있도록 강재 말뚝(31)의 상단에 반력대(38)를 설치할 수 있다.
상기 반력대(38)는 강재 말뚝(31)의 상단이 삽입되어 수용되도록 하부가 개방된 박스 형태로 구성될 수 있다.
상기 반력대(38)의 상면에는 긴장재(33)의 상단이 관통되어 상부로 인출되도록 복수의 관통공(381)이 형성된다.
상기 긴장재(33) 위치의 반력대(38) 상부에 유압잭(미도시)을 거치하여 긴장재(33)에 긴장력을 도입할 수 있다.
통상 긴장재 한 가닥의 긴장력은 20톤 미만으로, 현장 타설 콘크리트와 주변 지반과의 마찰력에 비해 상대적으로 크기가 작다. 그렇기 때문에 상기 긴장재(33)의 하단이 콘크리트에 정착된 상태에서 긴장재(33)를 긴장하면, 긴장재(33) 상단의 반력을 일시적으로 강재 말뚝(31)이 부담한다 하여도 콘크리트 말뚝부(32)가 상부로 딸려 올라가지 않는다.
따라서 상기 강재 말뚝(31)의 상단에서 반력대(38)를 이용하여 긴장재(33)를 긴장하면, 긴장재(33)의 긴장력에 의해 콘크리트 말뚝부(32)에 프리스트레스가 도입될 수 있다.
이때, 상기 상부정착구(35)는 반력대(38)의 하부에서 긴장재(33)에 구비된다. 이에 따라 상기 긴장재(33)에 긴장력을 도입한 후 긴장재(33)의 상단을 상부정착구(35)로 정착하면, 주로 콘크리트 말뚝부(32)에 프리스트레스가 도입된다.
도 10은 스프링 정착형 상부정착구를 도시하는 단면도이다.
도 10에 도시된 바와 같이, 상기 상부정착구(35)는 상기 콘크리트 말뚝부(32)의 내부에 매립되되, 상기 상부정착구(35)는 상하가 개방된 원통 형상으로 내부에 상광하협의 웨지홀(350)이 형성된 웨지배럴(351), 상기 웨지배럴(351)의 웨지홀(350)에 삽입되어 웨지홀(350) 내에서 하향 이동에 따라 긴장재(33)의 외주면을 가압 고정하는 웨지(352), 상기 긴장재(33)가 관통되면서 웨지배럴(351)의 개방된 상부를 폐쇄하는 캡부재(353) 및 상기 캡부재(353)와 웨지(352) 사이에 구비되는 가압스프링(354)으로 구성될 수 있다.
상기 하부정착구(36)는 고정단이므로 콘크리트 말뚝부(32) 내에 매립된 상태로 고정하면 된다.
이와 달리 상기 상부정착구(35)는 긴장단이므로, 상부정착구(35)를 콘크리트 말뚝부(32) 내부에 매립 설치하려면, 콘크리트 말뚝부(32) 내에 상부정착구(35)를 매립한 이후 긴장재(33)를 긴장하여 긴장재(33)가 긴장된 상태에서 상부정착구(35)를 긴장재(33)에 고정하여야 한다.
즉, 상기 상부정착구(35)는 콘크리트 말뚝부(32) 내부에 매립된 상태에서도 긴장재(33)를 긴장할 수 있고, 긴장이 완료된 긴장재(33)의 정착이 가능하도록 구성되어야 한다. 이에 상기 상부정착구(35)는 웨지홀(350)에 웨지(352)가 수용되는 웨지배럴(351)의 웨지(352) 상단에 가압스프링(354)을 구비하고, 웨지배럴(351)의 상단에 캡부재(353)를 결합하여 스프링 정착형 상부정착구(35)로 구성할 수 있다.
이때, 상기 캡부재(353)는 웨지배럴(351)에 나사 결합할 수 있다.
이러한 스프링 정착형 상부정착구(35)의 작동 과정을 설명하면 다음과 같다.
상기 긴장재(33)의 상단을 합성 말뚝(3) 상부로 노출되게 연장하여 유압잭 등으로 당기면, 처음에는 긴장재(33)와 웨지(352) 내주면의 마찰력에 의해 웨지(352)가 긴장재(33)와 함께 상승한다. 이후, 상기 웨지(352)는 가압스프링(354)과 캡부재(353)에 의해 상승이 제한되고, 긴장재(33)만 계속 당겨져 긴장재(33)에 긴장력이 도입된다. 도 10의 (a)에는 긴장재(33)가 긴장된 상태가 도시된다.
상기 긴장재(33)에 긴장력 도입이 완료된 후에는 유압잭의 가동을 멈추고 유압잭에서 긴장재(33)의 고정을 해제한다.
그러면 상기 가압스프링(354)이 웨지(352)를 하부로 가압하여 웨지(352)가 웨지배럴(351)의 웨지홀(350) 측으로 이동한다. 상기 웨지홀(350)의 내주면은 상광하협 형상으로 형성되므로, 웨지(352)가 웨지홀(350)의 내주면을 따라 하부로 이동하면 웨지(352)가 조여지면서 긴장재(33)를 고정하여 긴장재(33)에 긴장력이 도입된 상태로 정착된다(도 10의 (b)).
상기 상부정착구(35)가 콘크리트 말뚝부(32) 내부에 매립되는 경우, 상부정착구(35)의 위치 고정을 위해 강재 말뚝(31)의 일측에 임시고정플레이트(37)가 구비될 수 있다(도 5, 도 9 등). 이 경우 유압잭에 의해 긴장재(33)를 당긴 상태에서 유압잭을 해제하면, 긴장재(33)의 긴장력에 의해 긴장재(33)가 정착된 상부정착구(35)가 하부로 이동하면서 임시고정플레이트(37)를 가압하여 임시고정플레이트(37)가 강재 말뚝(31)으로부터 탈락한다.
아울러 상기 상부정착구(35)가 콘크리트 말뚝부(32) 내부에 매립되는 경우, 긴장재(33)를 긴장하기 위해서는 긴장재(33)의 상단이 상부정착구(35)를 관통하여 합성 말뚝(3) 상단으로 연장되어 노출되어야 한다. 이에 상기 상부정착구(35)의 상부로 돌출되어 콘크리트 말뚝부(32) 내에 매립되는 긴장재(33) 부분의 외부에는 보호피복(331)을 설치하여 콘크리트 말뚝부(32)와 비부착 상태를 유지하도록 구성할 수 있다.
경우에 따라 상기 하부정착구(36) 역시 상부정착구(35)와 동일한 스프링 정착형으로 구성할 수 있다.
도 11은 프리스트레스 분담을 위한 긴장재의 정착 상태를 도시하는 사시도이고, 도 12는 도 11에서 서브긴장재의 상부 정착 상세를 도시하는 단면도이며, 도 13은 도 11에서 서브긴장재의 하부 정착 상세를 도시하는 단면도이다.
도 11 내지 도 13에 도시된 바와 같이, 상기 강재 말뚝(31)의 웨브(311) 양측에는 콘크리트 말뚝부(32)의 내부에 비부착으로 매립되어 강재 말뚝(31)에 프리스트레스를 도입하는 서브긴장재(33')가 더 구비되고, 상기 긴장재(33)의 상부는 상기 상부정착구(35)에 의해 콘크리트 말뚝부(32)의 상부에 정착되고, 하부는 콘크리트 말뚝부(32)의 내부에 매립되는 상기 하부정착구(36)에 의해 콘크리트 말뚝부(32)의 하부에 정착되며, 상기 서브긴장재(33')의 상부는 반력대(38)의 상부에 구비되는 상부서브정착구(35')에 의해 강재 말뚝(31)의 상부에 정착되고, 하부는 강재 말뚝(31)의 하단에 고정된 고정정착구(39)의 하부에 구비되는 하부서브정착구(36')에 의해 강재 말뚝(31)의 하부에 정착될 수 있다.
상기 합성 말뚝(3)에 가해지는 프리스트레스의 크기는 배면 토압의 크기에 따라 결정된다. 그런데 프리스트레스의 크기가 과도하면, 콘크리트 말뚝부(32)가 손상되거나 파괴될 수 있다.
따라서 도입되는 프리스트레스의 크기가 큰 경우에는 프리스트레스 일부를 강재 말뚝(31)이 부담하도록 구성할 수 있다.
이를 위해 상기 긴장재(33)와 함께 서브긴장재(33')를 더 구비할 수 있다.
상기 긴장재(33)는 상부정착구(35)와 하부정착구(36)에 의해 콘크리트 말뚝부(32)에 상부와 하부가 각각 정착된다.
상기 서브긴장재(33')는 상부서브정착구(35')와 하부서브정착구(36')에 의해 강재 말뚝(31)에 상부와 하부가 각각 정착된다.
상기 긴장재(33)의 상부를 고정하는 상부정착구(35)는 콘크리트 말뚝부(32)의 내부에 매립되거나 반력대(38) 하부 위치에서 콘크리트 말뚝부(32)의 상단에 거치되어 긴장재(33)의 상부를 콘크리트 말뚝부(32) 상부에 정착할 수 있다.
상기 긴장재(33)의 하부를 고정하는 하부정착구(36)는 콘크리트 말뚝부(32)의 내부에 매립되어 긴장재(33)의 하부를 콘크리트 말뚝부(32) 하부에 정착할 수 있다.
상기 서브긴장재(33')의 상부를 고정하는 상부서브정착구(35')는 강재 말뚝(31)의 상부에 설치된 반력대(38) 상부에 위치시킬 수 있다.
상기 서브긴장재(33')의 하단은 하부서브정착구(36')에 의해 콘크리트 말뚝부(32)가 아니라 강재 말뚝(31)의 일측에 정착할 수 있다. 이를 위해 상기 강재 말뚝(31)의 일측에는 고정정착구(39)가 고정 결합되고, 상기 하부서브정착구(36')는 고정정착구(39)에 밀착 지지되게 할 수 있다(도 11).
상기 서브긴장재(33') 긴장 시, 서브긴장재(33')의 긴장력이 반력대(38)를 통해 강재 말뚝(31)으로 전달되어 강재 말뚝(31)에 프리스트레스가 도입된다.
이에 따라 상기 긴장재(33)는 콘크리트 말뚝부(32)에 프리스트레스를 도입하고, 서브긴장재(33')는 강재 말뚝(31)에 프리스트레스를 도입한다. 결과적으로 상기 합성 말뚝(3)에 충분한 프리스트레스를 도입하면서도 콘크리트 말뚝부(32)의 부담을 줄여 과도한 프리스트레스로 인한 콘크리트 말뚝부(32)의 손상이나 파괴를 방지할 수 있다.
상기 서브긴장재(33')는 콘크리트 말뚝부(32)의 상부로 인출되어 상단이 지상으로 노출된다. 그러므로 지하 구조물 시공 완료 후 강재 말뚝(31) 회수 시에는 반력대(38)와 콘크리트 말뚝부(32) 상단 사이에서 서브긴장재(33')를 절단하고, 반력대(38)를 제거한 후 강재 말뚝(31)을 쉽게 인발하여 회수할 수 있다.
1: 지반 2: 기존 건물
21: 기존 건물 기초 21': 신설 기초
3: 합성 말뚝
31: 강재 말뚝 311: 웨브
312: 플랜지 32: 콘크리트 말뚝부
33: 긴장재 33': 서브긴장재
331: 보호피복 34: 가이드바
35: 상부정착구 35': 상부서브정착구
350: 웨지홀 351: 웨지배럴
352: 웨지 353: 캡부재
354: 가압스프링 36: 하부정착구
36': 하부서브정착구 37: 임시고정플레이트
371: 관통공 38: 반력대
381: 관통공 39: 고정정착구
4: 콘크리트 말뚝 W: 가용접

Claims (6)

  1. 리모델링 공사에서 기존 건물(2)의 인접대지 터파기 시 터파기 경계부 지반(1)에 설치되어 토압을 지지하기 위한 주열식 흙막이용 프리스트레스 합성 말뚝(3)에 관한 것으로,
    지반(1) 내에 형성된 천공홀 내부에 삽입되는 H형 단면의 강재 말뚝(31);
    상기 천공홀 내부에 타설되어 상기 강재 말뚝(31)이 내부에 매립되는 콘크리트 말뚝부(32);
    상기 강재 말뚝(31)의 웨브(311) 양측에 배면 토압에 의한 모멘트에 따라 절곡 배치되어 콘크리트 말뚝부(32) 내부에 비부착으로 구비됨으로써 콘크리트 말뚝부(32)에 프리스트레스를 도입하는 복수의 긴장재(33);
    상기 긴장재(33)의 상부에 구비되어 전부 또는 일부가 상기 콘크리트 말뚝부(32)의 내부에 매립되는 상부정착구(35); 및
    상기 긴장재(33)의 하부에 구비되어 상기 콘크리트 말뚝부(32)의 내부에 매립되는 하부정착구(36); 로 구성되고,
    상기 콘크리트 말뚝부(32)의 내부에 매립되는 상부정착구(35)는 콘크리트 말뚝부(32) 내부에 매립되는 것으로, 상하가 개방된 원통 형상으로 내부에 상광하협의 웨지홀(350)이 형성된 웨지배럴(351), 상기 웨지배럴(351)의 웨지홀(350)에 삽입되어 웨지홀(350) 내에서 하향 이동에 따라 긴장재(33)의 외주면을 가압 고정하는 웨지(352), 상기 긴장재(33)가 관통되면서 웨지배럴(351)의 개방된 상부를 폐쇄하는 캡부재(353) 및 상기 캡부재(353)와 웨지(352) 사이에 구비되는 가압스프링(354)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 리모델링 흙막이용 프리스트레스 합성 말뚝.
  2. 삭제
  3. 제1항에서,
    상기 강재 말뚝(31)의 하단부 웨브(311) 양측에는 상기 긴장재(33)가 관통되어 상기 하부정착구(36)가 하면에 걸려 지지되는 것으로, 긴장재(33)의 긴장력 도입에 의해 강재 말뚝(31)에서 탈락될 수 있도록 가고정되는 임시고정플레이트(37)가 구비되는 것을 특징으로 하는 리모델링 흙막이용 프리스트레스 합성 말뚝.
  4. 제1항에서,
    상기 강재 말뚝(31)의 상단에는 긴장재(33)를 강재 말뚝(31)의 상부에서 긴장하기 위한 것으로, 하부가 개방되어 내부에 강재 말뚝(31)의 상단이 수용되고, 복수의 긴장재(33)가 관통되어 상부로 인출되는 반력대(38)가 구비되는 것을 특징으로 하는 리모델링 흙막이용 프리스트레스 합성 말뚝.
  5. 삭제
  6. 제4항에서,
    상기 강재 말뚝(31)의 웨브(311) 양측에는 콘크리트 말뚝부(32)의 내부에 비부착으로 매립되어 강재 말뚝(31)에 프리스트레스를 도입하는 서브긴장재(33')가 더 구비되고,
    상기 긴장재(33)의 상부는 상기 상부정착구(35)에 의해 콘크리트 말뚝부(32)의 상부에 정착되고, 하부는 콘크리트 말뚝부(32)의 내부에 매립되는 상기 하부정착구(36)에 의해 콘크리트 말뚝부(32)의 하부에 정착되며,
    상기 서브긴장재(33')의 상부는 반력대(38)의 상부에 구비되는 상부서브정착구(35')에 의해 강재 말뚝(31)의 상부에 정착되고, 하부는 강재 말뚝(31)의 하단에 고정된 고정정착구(39)의 하부에 구비되는 하부서브정착구(36')에 의해 강재 말뚝(31)의 하부에 정착되는 것을 특징으로 하는 리모델링 흙막이용 프리스트레스 합성 말뚝.
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