KR102647214B1 - 자원 회수가 용이한 흙막이 벽체용 프리스트레스트 말뚝 및 이의 시공방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자원 회수가 용이한 흙막이 벽체용 프리스트레스트 말뚝 및 이의 시공방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 흙막이 벽체를 구축하기 위하여 지반에 관입되는 프리스트레스트 말뚝에 있어서, 기굴착된 천공홀에 관입되며 토압에 대향하는 배면에 플랜지가 구비되는 말뚝본체; 상기 말뚝본체의 배면에서 연직 방향으로 둘 이상이 상호 이격을 형성하면서 배치되는 인장강선; 상기 말뚝본체의 상단 플랜지에 결합되고, 각 인장강선의 일단이 체결 및 고정되게 하는 복수의 제 1정착부재가 장착되는 상부브라켓; 및 상기 말뚝본체의 하단 플랜지에 탈부착이 가능하도록 결합되고, 각 제 1정착부재와 대향하면서 각 인장강선의 타단이 체결 및 고정되되 선택적으로 구속력의 해제와 인장강선의 타단이 분리되게 하는 복수의 제 2정착부재가 장착되는 하부브라켓;을 포함하는 것이 특징이다.

Description

자원 회수가 용이한 흙막이 벽체용 프리스트레스트 말뚝 및 이의 시공방법{Prestressed pile for retaining wall with easy resource recovery and construction method thereof}

본 발명은 흙막이 벽체를 구축하기 위하여 지반에 관입되며 배면 토압에 의한 휨 모멘트에 저항할 수 있도록 프리스트레스트가 도입되는 말뚝에 있어 말뚝의 인발 과정이 용이하고 효율적으로 수행되게 함은 물론 말뚝본체 및 인장강선 등의 자원이 손상없이 온전히 회수되게 함으로써 시공 경제성을 향상시킬 수 있는 자원 회수가 용이한 흙막이 벽체용 프리스트레스트 말뚝 및 이의 시공방법에 관한 것이다.

말뚝을 소정 간격으로 연직하게 설치하고 말뚝 사이에 토류판을 설치하여 흙막이 벽체를 구축함에 있어서, 흙막이 벽체에 작용하는 배면토압으로 인하여 큰 휨모멘트가 크게 발생하는 것에 대응하여 반대방향의 휨모멘트를 발생시켜 흙막이 벽체에 작용하는 모멘트와 벽체의 변위를 감소시킬 목적으로 말뚝에 프리스트레스(prestress)를 도입하는 방안이 제안되어 있다.

대한민국 공개특허 제10-2019-0036591호 등에 개시된 종래의 프리스트레스트 말뚝(프리스트레스가 도입된 말뚝)은, H빔으로 이루어진 말뚝의 일측 플랜지 외면에 돌출된 형태의 브라켓을 이격 설치하고, 강연선 등의 긴장재를 브라켓에 긴장 정착하는 구성을 가지고 있다.

그러나 이러한 종래 기술에 따른 프리스트레스트 말뚝의 경우, 브라켓의 설치를 위해 말뚝의 본체를 이루는 H빔에 볼트체결을 위한 다수의 구멍을 천공하거나 또는 용접 작업을 해야 하는 바, H빔에 손상이 발생하게 되는 문제가 있으며, 무엇보다도 브라켓이 돌출되어 있기 때문에 긴장재와 말뚝의 회수가 매우 어렵거나 불가능하게 되는 문제가 있다.

흙막이 벽체의 구축을 위하여 말뚝을 지반에 연직 설치함에 있어서, 말뚝의 연직 상태를 안정적으로 유지하기 위하여 말뚝의 하단을 콘크리트, 소일 시멘트 등의 고결재에 매립하여 고정시키는 경우가 있다.

즉 흙막이 벽체가 구축되었을 때 말뚝 하단은 지반에 박혀서 고정되는데 이렇게 지반에 박히는 말뚝 하단 즉, 말뚝의 근입부가 위치하는 지반의 천공부 내에 고결재를 충진하고 말뚝의 근입부가 고결재에 매립된 상태로 고결재가 경화되도록 함으로써 말뚝의 근입부가 굳어진 고결재에 매립된 상태에 있게 되는 것이다.

앞서 설명한 종래 기술의 프리스트레스트 말뚝에는 긴장재의 정착을 위하여 돌출된 형태의 브라켓이 고정 설치되는데, 말뚝 하측의 브라켓은 말뚝의 근입부에 위치하게 되고, 결국 말뚝의 근입부가 고결재에 매립되었을 때 브라켓이 고결재에 완전히 매립된 상태에 있게 된다. 브라켓에 정착된 긴장재의 하단도 이와 마찬가지로 고결재에 완전히 매립된 상태에 있게 된다.

흙막이 벽체의 사용이 완료되어 이를 해체할 때에는 말뚝을 상향 인발하여야 하는데, 위와 같이 종래 기술에서는 말뚝의 근입부에서 수평방향으로 돌출된 형태의 브라켓이 경화된 고결재에 매립되어 있고 특히 지반의 특성 예를 들면 특정 구간에 암반층이 형성되어 있을 수 있기 때문에 매립된 상태의 브라켓으로 인하여 말뚝의 상향 인발이 매우 어렵게 되고, 심지어 인발이 불가능한 경우도 발생하게 된다.

말뚝의 상향 인발이 불가능한 경우에는 부득이 말뚝의 회수를 포기하여 말뚝 전체를 희생시킬 수밖에 없게 되어 상당한 경제적 손실이 발생하게 되는 문제점이 있다.

뿐만 아니라 하부의 브라켓에 정착된 긴장재 역시 경화된 고결재에 매립되어 있으므로 긴장재를 위로 뽑아서 온전하게 회수하는 것이 매우 어렵거나 불가능하며, 결국에는 긴장재에서 매립된 위쪽을 절단하는 형태로 회수하게 되므로 고가의 강재로 이루어진 긴장재의 상당히 많은 부분이 고결재에 매립된 채로 버려지고, 긴장재의 재활용 내지 재사용에 큰 지장이 발생하는 문제점이 있는 것이다.

대한민국 공개특허 제10-2019-0036591호

따라서 본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 흙막이 벽체를 구축하기 위하여 지반에 관입되며 배면 토압에 의한 휨 모멘트에 저항할 수 있도록 프리스트레스트가 도입되는 말뚝에 있어 말뚝의 인발 과정이 용이하고 효율적으로 수행되게 함은 물론 말뚝본체 및 인장강선 등의 자원이 손상없이 온전히 회수되게 함으로써 시공 경제성을 향상시킬 수 있는 자원 회수가 용이한 흙막이 벽체용 프리스트레스트 말뚝 및 이의 시공방법을 제공하는데 목적이 있다.

상기 과제를 해결하기 위한 수단으로 본 발명의 자원 회수가 용이한 흙막이 벽체용 프리스트레스트 말뚝(이하 "본 발명의 말뚝"이라 칭함)은, 흙막이 벽체를 구축하기 위하여 지반에 관입되는 프리스트레스트 말뚝에 있어서, 기굴착된 천공홀에 관입되며 토압에 대향하는 배면에 플랜지가 구비되는 말뚝본체; 상기 말뚝본체의 배면에서 연직 방향으로 둘 이상이 상호 이격을 형성하면서 배치되는 인장강선; 상기 말뚝본체의 상단 플랜지에 결합되고, 각 인장강선의 일단이 체결 및 고정되게 하는 복수의 제 1정착부재가 장착되는 상부브라켓; 및 상기 말뚝본체의 하단 플랜지에 탈부착이 가능하도록 결합되고, 각 제 1정착부재와 대향하면서 각 인장강선의 타단이 체결 및 고정되되 선택적으로 구속력의 해제와 인장강선의 타단이 분리되게 하는 복수의 제 2정착부재가 장착되는 하부브라켓;을 포함하는 것이 특징이다.

하나의 예로써, 상기 하부브라켓은, 상기 말뚝본체의 플랜지 하단이 밀착 및 안치되며 상기 인장강선의 타단이 대면하는 부위에 인장강선이 관통되도록 복수의 통공이 형성되는 하부안치플레이트와, 상기 플랜지의 두께와 대응하는 이격 거리를 가지고 상기 하부안치플레이트의 상부면에 결합되어 상기 플랜지 하단의 일부 구간이 수용되게 하는 한 쌍의 하부수용플레이트와, 상기 하부안치플레이트의 하부면에서 각 통공과 대면하는 부위에 장착되어 통공을 관통하는 각 인장강선의 타단이 체결되는 제 2정착부재를 포함하는 것이 특징이다.

하나의 예로써, 상기 하부브라켓은, 상기 하부안치플레이트의 하부면에서 상기 플랜지와 평행한 방향으로 결합되는 관입플레이트와, 상기 제 2정착부재의 하부로부터 이격되고 상기 관입플레이트의 일측면에 직교하는 방향으로 결합되는 보호플레이트를 더 포함하는 것이 특징이다.

하나의 예로써, 상기 상부브라켓은, 상기 말뚝본체의 플랜지 상단이 밀착 및 안치되며 상기 인장강선의 일단이 대면하는 부위에 인장강선이 관통되도록 복수의 통공이 형성되는 상부안치플레이트와, 상기 플랜지의 두께와 대응하는 이격 거리를 가지고 상기 상부안치플레이트의 하부면에 결합되어 상기 플랜지 상단의 일부 구간이 수용되게 하는 한 쌍의 상부수용플레이트와, 상기 상부안치플레이트의 상부면에서 각 통공과 대면하는 부위에 장착되어 통공을 관통하는 각 인장강선의 일단이 체결되는 제 1정착부재를 포함하는 것이 특징이다.

하나의 예로써, 상기 상부브라켓 또는 상기 하부브라켓은, 상기 상부안치플레이트의 하부면 또는 상기 하부안치플레이트의 상부면에서 일정 간격을 따라 각 상부수용플레이트 또는 각 하부수용플레이트에 직각으로 결합되는 복수의 보강플레이트를 더 포함하는 것이 특징이다.

한편 본 발명의 자원 회수가 용이한 흙막이 벽체용 프리스트레스트 말뚝의 시공방법(이하 "본 발명의 시공방법"이라 칭함)은, 흙막이 벽체가 시공될 영역을 따라 일정 간격으로 천공홀을 형성하는 단계(S10); 상기 천공홀에 사전 조립된 상기 말뚝을 근입하는 단계(S20); 상기 말뚝이 근입된 상태에서 천공홀 내부로 채움재를 충진시켜 말뚝을 고정하는 단계(S30); 상기 말뚝의 제 1정착부재에 의해 노출되는 인장강선을 인장시켜 말뚝에 프리스트레스트가 도입되게 하는 단계(S40); 상기 흙막이 벽체가 시공될 영역의 내측 지반을 계획심도까지 굴착하여 지반에 매립된 말뚝의 전면부 일부가 노출되게 하고 벽체패널을 말뚝 간에 연결하여 흙막이 벽체를 시공하는 단계(S50); 상기 S50단계의 굴착에 의해 마련되는 터파기 공간에 기설계된 구조물을 시공하는 단계(S60); 및 상기 구조물의 시공이 완료된 후 상기 천공홀로부터 말뚝을 인발하는 단계(S70);를 포함하는 것이 특징이다.

하나의 예로써, 상기 S70단계는, 상기 말뚝이 지반에 매립된 상태에서 상기 제 1정착부재를 분리하여 각 인장강선에 부여된 인장력을 해제시키는 단계(S71); 상기 말뚝의 제 2정착부재로부터 체결된 각 인장강선의 타단을 분리시켜 구속력이 해제되게 하는 단계(S72); 상기 말뚝본체의 상단 플랜지로부터 상부브라켓과 각 인장간선을 분리하는 단계(S73); 및 상기 말뚝본체를 인양시켜 하부브라켓이 말뚝본체의 하단 플랜지로부터 분리되면서 지반에 매립되며 상기 천공홀로부터 말뚝본체를 완전히 인발하는 단계(S74);를 포함하는 것이 특징이다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 말뚝 및 시공방법에 의하면, 프리스트레스트 도입 말뚝을 적용하여 흙막이 벽체 구축함에 있어 충분한 지지력을 확보할 수 있게 되며, 특히 말뚝의 인발 과정에서 장애 요소로 작용하는 말뚝의 관입측 돌출 구조물이 분리됨에 따라 말뚝의 인발 과정이 용이하고 효율적으로 수행되게 하며, 결과적으로 시공 시간과 시공 비용을 절감하는 등 전체적인 작업성이 향상되는 효과가 있다.

또한 말뚝을 구성하는 말뚝본체, 인장강선, 상부브라켓 등의 자원이 변형 내지 손상 없이 온전히 회수되게 함으로써 재사용 또는 재활용이 가능하여 시공 경제성도 향상되는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 말뚝을 나타내는 정면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 말뚝을 나타내는 측면도이다.
도 3a는 본 발명의 일 실시 예에 따른 상부브라켓을 나타내는 사시도이다.
도 3b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 하부브라켓을 나타내는 사시도이다.
도 4 내지 도 10은 본 발명의 시공방법을 설명하기 위한 공정별 참고도이다.

이하, 본 발명의 구성 및 작용을 첨부된 도면에 의거하여 좀 더 구체적으로 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

본 발명의 말뚝(10)은 흙막이 벽체를 구축하기 위하여 지반에 관입되며, 배면토압에 의한 휨 모멘트에 저항할 수 있도록 프리스트레스트가 도입되는 말뚝에 관한 것이다.

도 1을 참조하면 본 발명의 말뚝(10)은, 시공 대상에 따라 사전 계획된 근입 심도까지 지반에 근입되는 말뚝본체(100)와, 상기 말뚝본체(100)의 종방향 양단 즉 근입 방향을 기준으로 말뚝본체(100)의 상단과 하단에 각각 탈부착 가능하도록 결합되는 상부브라켓(300)과 하부브라켓(400) 및 상기 말뚝본체(100)에 토압이 작용하게 되는 배면부에서 종방향으로 상부브라켓(300)과 하부브라켓(400) 간에 체결 및 정착되는 복수의 인장강선(200)을 포함한다.

상기 말뚝본체(100)는 기굴착된 지반(1)의 천공홀(2)에 관입되며, 토압에 대향하는 배면에 플랜지(110)가 구비된다.

일 예로 상기 말뚝본체(100)는 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이 상호 이격을 형성하는 한 쌍의 플랜지(110)와, 상기 플랜지(110) 간을 직교하는 방향으로 연결하는 웨브(120)로 구성되는 H빔일 수 있다.

상기 인장강선(200)은 상기 말뚝본체(100)의 배면 즉 일측 플랜지(110)를 따라 연직 방향으로 둘 이상이 상호 이격을 형성하면서 배치되며, 이하에서 설명하는 상부브라켓(300)과 하부브라켓(400) 간에 연결되어 상기 말뚝본체(100)에 정착될 수 있다.

상기 인장강선(200)은 PE쉬즈관(210)에 의해 피복된 PC강연선일 수 있으며, 상기 말뚝본체(100)에 정착된 상태에서 인장되어 상기 말뚝본체(100)에 프리스트레스트가 도입되도록 작용한다.

상기 상부브라켓(300)은 상기 말뚝본체(100)의 일측 플랜지(110) 상단에 결합되고, 각 인장강선(200)의 일단이 체결 및 고정되게 하는 복수의 제 1정착부재(330)가 장착된다.

상기 하부브라켓(400)은 상기 말뚝본체(100)의 일측 플랜지(110) 하단에 탈부착이 가능하도록 결합된다.

이러한 하부브라켓(400)은 상기 상부브라켓(300)에 장착된 각 제 1정착부재(330)와 마주보도록 대향 배치되면서 각 인장강선(200)의 타단이 체결 및 고정되게 하는 제 2정착부재(430)가 장착된다.

상기 제 2정착부재(430)는 체결된 인장강선(200)의 타단에 대한 구속력이 선택적으로 해제되게 하면서 인장강선(200)의 타단이 분리되게 한다.

이때 상기 제 2정착부재(430)는 종래의 웨지(wedge)와 웨지콘을 이용한 통상의 앵커 구조 정착구일 수 있다.

상기 하부브라켓(400)은 도 3b에 도시된 바와 같이 상기 말뚝본체(100)의 일측 플랜지(110) 하단이 밀착 및 안치되며 상기 인장강선(200)의 타단이 대면하는 부위에 인장강선(200)이 관통되도록 복수의 통공(411)이 형성되는 하부안치플레이트(410)와, 상기 플랜지(110)의 두께와 대응하는 이격 거리를 가지고 상기 하부안치플레이트(410)의 상부면에 결합되어 상기 플랜지(110) 하단의 일부 구간이 수용되게 하는 한 쌍의 하부수용플레이트(420)와, 상기 하부안치플레이트(420)의 하부면에서 각 통공(411)과 대면하는 부위에 장착되어 통공(411)을 관통하는 각 인장강선(200)의 타단이 체결되는 제 2정착부재(430)를 포함할 수 있다.

여기서 상기 한 쌍의 하부수용플레이트(420) 중 플랜지(110)의 내면과 접하는 하부수용플레이트(420)는 H빔의 웨브가 통과될 수 있도록 절개부가 형성된다.

즉 상기 하부브라켓(400)은 상기 한 쌍의 하부수용플레이트(420) 사이에 형성되는 수용공간(421)에 상기 플랜지(110)의 하단이 수용되어 거치되면서 플랜지(110)의 외면과 내면에 각각 밀착되어 용접이나 볼트 결합 없이도 말뚝본체(100)에 탈부착이 가능됨으로써, 말뚝(10)의 조립 과정이나 인장강선(200)에 인장력 부여하는 과정이 용이하게 수행될 수 있게 한다.

뿐만 아니라, 상기 플랜지(110)의 하단은 상기 말뚝본체(100)의 상향 인발 과정에서 상기 한 쌍의 하부수용플레이트(420) 사이에 형성되는 수용공간(421)으로부터 자연스럽게 탈리되는 바, 말뚝본체(100)의 인발 및 회수 작업이 용이해지도록 한다.

다만 상대적으로 자재비용이 저렴한 상기 하부브라켓(400)의 경우 회수되는 말뚝본체(100)나 상부브라켓(300)과는 달리 말뚝본체(100)가 분리된 이후 그대로 지반(1)의 천공홀(2)에 매립되어 회수되지 않는다.

또한 상기 하부브라켓(400)은 상기 하부안치플레이트(410)의 상부면에서 일정 간격을 따라 각 하부수용플레이트(420)에 직각으로 결합되는 복수의 보강플레이트(460)를 더 포함함으로써 상기 인장강선(200)의 인장력이 가해질 경우에도 휨 발생 없이 안정적으로 플랜지(110)에 거치 상태가 유지될 수 있게 한다.

상기 제 2정착부재(430)는 PE쉬즈관(210) 내부의 인장강선(200)을 강하게 타격하거나 회전시켜 체결된 웨지로부터 인장강선(200)에 대한 구속력을 해제함과 더불어 인장강선(200)의 분리가 가능한 구조를 가질 수 있다. 그러나 이는 일 실시 예로 제시되는 것일 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 체결된 인장강선(200)의 정착 상태를 해체할 수 있는 종래의 다양한 방식 중 적합한 다른 하나를 선택하여 적용할 수 있음은 당연하다.

이에 더하여 상기 하부브라켓(400)은 도 3b에 도시된 바와 같이 상기 하부안치플레이트(410)의 하부면에서 상기 플랜지(110)와 평행한 방향으로 결합되는 관입플레이트(440)와, 상기 제 2정착부재(430)의 하부로부터 이격되고 상기 관입플레이트(440)의 일측면에 직교하는 방향으로 결합되는 보호플레이트(450)를 더 포함할 수 있다.

이러한 보호플레이트(450)는 상기 말뚝본체(100)를 천공홀(2)에 관입하는 과정에 있어 말뚝본체(100)의 하단에 위치하는 제 2정착부재(430)가 천공홀(2)의 불규칙한 굴착면이나 암반 등에 충돌하거나 간섭되어 파손 또는 기능 고장 등이 발생하는 것을 사전에 방지할 뿐 아니라, 상기 관입플레이트(440)가 말뚝본체(100)의 관입을 가이드할 수 있게 함으로써, 관입 과정이 보도 수월해질 수 있도록 하는 것이다.

한편 상기 상부브라켓(300) 역시 하부브라켓(400)과 마찬가지로 상기 말뚝본체(100)의 일측 플랜지(110) 상단에 탈부착이 가능하도록 결합됨으로써 말뚝(10)의 인발 과정에 있어 상기 인장강선(200)의 분리와 회수가 용이해지게 한다.

일 예로 상기 상부브라켓(300)은, 상기 말뚝본체(100)의 일측 플랜지(110) 상단이 밀착 및 안치되며 상기 인장강선(200)의 일단이 대면하는 부위에 인장강선(200)이 관통되도록 복수의 통공(311)이 형성되는 상부안치플레이트(310)와, 상기 플랜지(110)의 두께와 대응하는 이격 거리를 가지고 상기 상부안치플레이트(310)의 하부면에 결합되어 상기 플랜지(110) 상단의 일부 구간이 수용되게 하는 한 쌍의 상부수용플레이트(320)와, 상기 상부안치플레이트(320)의 상부면에서 각 통공(311)과 대면하는 부위에 장착되어 통공(311)을 관통하는 각 인장강선(200)의 일단이 체결되는 제 1정착부재(330)를 포함할 수 있다.

상기 상부브라켓(300)을 구성하는 상부안치플레이트(310)와 상부수용플레이트(320)는 앞서 설명한 하부브라켓(400)의 하부안치플레이트(410) 및 하부수용플레이트(420)와 그 구조 및 작용기작이 동일한 바 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.

다만 상기 제 1정착부재(330)는 통상의 분리형 정착구조를 가질 수 있는 바, 말뚝본체(100)의 상향 인발 과정에서 상부안치플레이트(310)로부터 분리됨은 물론 정착된 인장강선(200)의 구속력이 해제되게 할 수 있다.

상기 제 1정착부재(330)는 상기 인장강선(200)의 일단에 대하여 자유단부를 형성하도록 정착시켜 인장강선(200)의 일단을 통해 인장력을 가할 수 있게 한다.

또한 상기 상부브라켓(300)은 상기 상부안치플레이트(310)의 하부면에서 일정 간격을 따라 각 상부수용플레이트(320)에 직각으로 결합되는 복수의 보강플레이트(340)를 더 포함함으로써 상기 인장강선(200)의 인장력이 가해질 경우에도 휨 발생 없이 안정적으로 플랜지(110)에 거치 상태가 유지될 수 있게 한다.

이와 같은 본 발명의 말뚝(10)은 흙막이 벽체로서 기능을 다한 후 지반(1)으로부터 인발되어 해체될 때 말뚝본체(100)의 하단에서 돌출부를 형성하는 하부브라켓(400)이 말뚝본체(100)로부터 탈리되기 때문에 직선부를 형성하게 되는 말뚝본체(100)의 인발이 용이하게 효율적으로 수행될 수 있을 뿐 아니라, 고가의 강재로 이루어진 말뚝본체(100) 및 인장강선(200)의 온전한 회수가 가능하여 재사용 내지 재활용이 가능토록 하는 바, 시공 경제성이 크게 향상되는 효과가 도출될 수 있다.

이하에서는 도 4 내지 도 10을 참조하여 본 발명의 시공방법을 설명한다.

본 발명의 시공방법은, 흙막이 벽체가 시공될 영역을 따라 일정 간격으로 지반(1)에 천공홀(2)을 형성하는 단계(S10)와, 상기 천공홀(2)에 사전 조립된 말뚝(10)을 근입하는 단계(S20)와, 상기 말뚝(10)이 근입된 상태에서 천공홀(2) 내부로 채움재(3)를 충진시켜 말뚝(10)을 고정하는 단계(S30)와, 상기 말뚝(10)의 제 1정착부재(330)에 의해 노출되는 인장강선(200)을 인장시켜 말뚝(10)에 프리스트레스트가 도입되게 하는 단계(S40)를 포함한다.

이후 상기 흙막이 벽체가 시공될 영역의 내측 지반(1)을 계획심도까지 굴착하여 지반(1)에 매립된 말뚝(10)의 전면부 일부가 노출되게 하고 벽체패널을 말뚝(10) 간에 연결하여 흙막이 벽체를 시공하는 단계(S50)와, 상기 S50단계의 굴착에 의해 마련되는 터파기 공간(4)에 기설계된 구조물(5)을 시공하는 단계(S60) 및 상기 구조물(5)의 시공이 완료된 후 상기 천공홀(2)로부터 말뚝(20)을 인발하는 단계(S70)를 포함한다.

먼저 선행적으로 상술한 말뚝(10)을 조립하는 단계를 갖는다.

상기 말뚝(10)을 지면에 눕혀놓은 상태에서 종방향 양 단, 즉 말뚝본체(100)의 플랜지(110) 상단과 하단에 각각 상부브라켓(300)과 하부브라켓(400)을 부착한다.

이때 상기 상부브라켓(300)과 하부브라켓(400)에 장착되는 제 1정착부재(330)와 제 2정착부재(430)는 상호 대향하면서, 향후 지반(1)의 굴착면을 향하는 방향에 있는 플랜지(110)의 배면측으로 배치되어야 한다. 이후 인장강선(200)의 일단은 상기 제 1정착부재(330)에 체결하고 인장강선(200)의 타단은 상기 제 2정착부재(430)에 체결한 다음 인장강선(200)이 이탈되지 않을 정도로만 인장강선(200)을 일부 인장시켜 프리스트레스트 말뚝(10)의 조립을 완료한다.

한편 상기 S10단계는, 흙막이 벽체가 시공될 영역의 지반(1)에 말뚝(10)을 삽입하기 위한 천공홀(2)을 일정 간격으로 형성하는 단계로, 도 4에 도시된 바와 같이 말뚝(10)이 근입될 위치마다 오거 등이 구비된 천공장비를 이용하여 지면으로부터 천공을 실시하게 된다.

여기서 상기 천공홀(2)의 천공 심도는 상기 말뚝(10)의 상단이 지면으로부터 일정 높이로 노출될 수 있을 정도로 천공하는 것이 바람직하며, 말뚝(10)의 전체 길이는 프리스트레스 도입 말뚝(100)에 의하여 굴착 배면으로부터 발생하는 토압을 고려하여 그에 충분히 저항할 수 있는 적합한 길이를 갖는 것이 바람직하다.

상기 S20단계는 도 5에 도시된 바와 같이 지반(1)에 형성된 천공홀(2)에 사전 조립되어 현장으로 운송된 상기 말뚝(10)을 통상의 크레인 장비를 이용하여 근입하는 과정을 수행하게 된다.

이후 S30단계에서는 말뚝(10)이 천공홀(2)에 근입 상태에서 말뚝(10)이 자립적으로 지지 및 고정될 수 있도록 천공홀(2) 내부의 잉여공간으로 채움재(3)를 충진한다.

여기서 상기 채움재(3)는 지반(1)의 천공시 지면에 토출된 토사 또는 모래 등을 활용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 지반(1)의 특성에 따라 공지의 다양한 골재 등을 활용할 수 있다. 일 예로 상기 지반(1)이 연약지반일 경우 상기 채움재(3)로서 고결재가 활용될 수 있다.

이와 같은 과정은 흙막이 벽체가 시공될 영역을 따라 천공된 천공홀(2)의 개수마다 순차적으로 실시하도록 한다.

이후 상기 S40단계는 상기 채움재(3)에 의해 지반(1)에 고정되어 있는 말뚝(10)에 긴장력을 형성하기 위한 단계로, 도 6에 도시된 바와 같이 상기 말뚝(10)의 상단에서 제 1정착부재(330)에 의해 노출되는 인장강선(200)을 인장시켜 말뚝본체(100)에 프리스트레스트가 도입되게 한다.

즉 노출된 인장강선(200)을 인장시킬 수 있는 유압잭과 같은 수단을 통해 인장강선(200)을 인장시키게 되면 인장강선(200)에 의해 말뚝본체(100)에 긴장력이 발생하게 되어 프리스트레싱력이 형성되고, 이에 따라 말뚝본체(100)는 압축부의 단면부재력이 커져서 배면의 토압에 의한 휨 모멘트와 전단력에 저항할 수 있는 구조를 구축하게 되는 것이다.

그 다음 상기 S50단계는, 도 7에 도시된 바와 같이 터파기 공간(4)을 통상의 굴착기 등을 이용하여 계획심도까지 굴착하는 일반적인 단계이다.

본 과정에서는 도면에 상세히 도시하지 않았지만 본 단계인 굴착 단계를 진행하면서 지반(1)에 매립된 말뚝(10)의 전면부 일부가 노출되며, 말뚝(10)과 말뚝(10) 사이의 공간에 흙막이용 패널패널을 연결함으로써 흙막이 벽체를 시공하게 된다.

한편 상기 S60단계는 도 8에 도시된 바와 같이 상기 S50단계의 굴착에 의해 마련되는 터파기 공간(4)에 계획된 구조물(5)을 시공하는 단계로, 공지 기술에 의해 다양하게 실시될 수 있으므로 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다. 이때 상기 구조물(5)은 건물 등의 기초를 구축하기 위한 기초구조물이나 지하구조물을 포함할 수 있다.

상기 S70단계에서는 상기 구조물(5)의 시공이 완료된 후 상기 천공홀(2)로부터 말뚝(10)을 인발하는 과정을 수행한다.

본 과정을 도 9를 참조하여 설명하자면, 먼저 상기 말뚝(10)이 지반(1)에 매립된 상태에서 상기 제 1정착부재(330)를 분리하여 각 인장강선(200)에 부여된 인장력을 해제시키며(S71), 이후 상기 말뚝(10)의 제 2정착부재(430)로부터 체결된 각 인장강선(200)의 타단을 분리시켜 구속력이 해제되게 하고(S72), 상기 말뚝본체(10)의 상단 플랜지(110)로부터 상부브라켓(300)과 각 인장간선(200)을 순차적 또는 일괄 분리한다(S73).

이때 상기 제 2정착부재(430)는 앞서 언급한 바와 같이 PE쉬즈관(210) 내부의 인장강선(200)을 강하게 타격하거나 회전시켜 체결된 웨지로부터 인장강선(200)에 대한 구속력을 해제함과 더불어 인장강선(200)의 분리가 가능한 구조를 갖는 공지의 정착구 중 하나일 수 있는 바, 제 2정착부재(430)의 구속력 해제 및 분리 구조와 그 작동기작 등에 대한 상세 설명은 생략한다.

이후 도 10에 도시된 바와 같이 상기 말뚝본체(100)를 크레인 등과 같은 인양장비를 이용하여 인양시켜 지반(1)의 천공홀(2)로부터 말뚝본체(100)를 인발하게 되는데, 본 발명에서는 앞서 설명한 바와 같이 인발 과정에서 장애물로서 작용할 수 있는 하부브라켓(400)이 말뚝본체(100)의 하단 플랜지(110)로부터 자연스럽게 분리가 가능하기 때문에 상기 하부브라켓(400)의 경우 지반(1)의 천공홀(2)에 그대로 매립된 상태에서 말뚝본체(100)만이 상향 인발되어 그 작업이 용이하게 이루어질 수 있게 된다.

이처럼 본 발명의 시공방법에 의하면, 프리스트레스트 도입 말뚝(10)을 통해 흙막이 벽체 구축함에 있어 충분한 지지력을 확보할 수 있게 되며, 특히 말뚝(10)의 인발과정에서 장애 요소로 작용하는 말뚝의 관입측 돌출 구조물이 분리됨에 따라 말뚝(10)의 인발 과정이 용이하고 효율적으로 수행되게 하는 바, 그에 따른 시공시간과 시공비용을 절감하는 등 전체적인 작업성이 향상될 수 있다.

뿐만 아니라 말뚝본체(100) 및 인장강선(200) 등의 자원이 변형 내지 손상 없이 온전히 회수되게 함으로써 재사용 또는 재활용이 가능하여 시공 경제성도 향상되는 효과를 제공할 수 있게 된다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허청구범위에 의해 정해져야만 할 것이다.

1 : 지반 2 : 천공홀
3 : 채움재 10 : 말뚝
100 : 말뚝본체 110 : 플랜지
120 : 웨브 200 : 인장강선
300 : 상부브라켓 330 : 제 1정착부재
400 : 하부브라켓 430 : 제 2정착부재
440 : 관입플레이트 450 : 보호플레이트

Claims (7)

1. 흙막이 벽체를 구축하기 위하여 지반에 관입되는 프리스트레스트 말뚝에 있어서,
   기굴착된 천공홀에 관입되며 토압에 대향하는 배면에 플랜지가 구비되는 말뚝본체;
   상기 말뚝본체의 배면에서 연직 방향으로 둘 이상이 상호 이격을 형성하면서 배치되는 인장강선;
   상기 말뚝본체의 상단 플랜지에 결합되고, 각 인장강선의 일단이 체결 및 고정되게 하는 복수의 제 1정착부재가 장착되는 상부브라켓; 및
   상기 말뚝본체의 하단 플랜지에 탈부착이 가능하도록 결합되고, 각 제 1정착부재와 대향하면서 각 인장강선의 타단이 체결 및 고정되되 선택적으로 구속력의 해제와 인장강선의 타단이 분리되게 하는 복수의 제 2정착부재가 장착되는 하부브라켓;을 포함하고,
   상기 상부브라켓은,
   상기 말뚝본체의 플랜지 상단이 밀착 및 안치되며 상기 인장강선의 일단이 대면하는 부위에 인장강선이 관통되도록 복수의 통공이 형성되는 상부안치플레이트와, 상기 플랜지의 두께와 대응하는 이격 거리를 가지고 상기 상부안치플레이트의 하부면에 결합되어 상기 플랜지 상단의 일부 구간이 수용되게 하는 한 쌍의 상부수용플레이트와, 상기 상부안치플레이트의 상부면에서 각 통공과 대면하는 부위에 장착되어 통공을 관통하는 각 인장강선의 일단이 체결되는 제 1정착부재를 포함하며,
   상기 하부브라켓은,
   상기 말뚝본체의 플랜지 하단이 밀착 및 안치되며 상기 인장강선의 타단이 대면하는 부위에 인장강선이 관통되도록 복수의 통공이 형성되는 하부안치플레이트와, 상기 플랜지의 두께와 대응하는 이격 거리를 가지고 상기 하부안치플레이트의 상부면에 결합되어 상기 플랜지 하단의 일부 구간이 수용되게 하는 한 쌍의 하부수용플레이트와, 상기 하부안치플레이트의 하부면에서 각 통공과 대면하는 부위에 장착되어 통공을 관통하는 각 인장강선의 타단이 체결되는 제 2정착부재와, 상기 하부안치플레이트의 하부면에서 상기 플랜지와 평행한 방향으로 결합되는 관입플레이트와, 상기 제 2정착부재의 하부로부터 이격되고 상기 관입플레이트의 일측면에 직교하는 방향으로 결합되는 보호플레이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 자원 회수가 용이한 흙막이 벽체용 프리스트레스트 말뚝.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 제 1항에 있어서,
   상기 상부브라켓 및 상기 하부브라켓은,
   상기 상부안치플레이트의 하부면 및 상기 하부안치플레이트의 상부면에서 일정 간격을 따라 각 상부수용플레이트 및 각 하부수용플레이트에 직각으로 결합되는 복수의 보강플레이트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자원 회수가 용이한 흙막이 벽체용 프리스트레스트 말뚝.
   
6. 흙막이 벽체가 시공될 영역을 따라 일정 간격으로 천공홀을 형성하는 단계(S10);
   상기 천공홀에 사전 조립된 상기 제 1항 또는 제 5항 중 어느 한 항의 말뚝을 근입하는 단계(S20);
   상기 말뚝이 근입된 상태에서 천공홀 내부로 채움재를 충진시켜 말뚝을 고정하는 단계(S30);
   상기 말뚝의 제 1정착부재에 의해 노출되는 인장강선을 인장시켜 말뚝에 프리스트레스트가 도입되게 하는 단계(S40);
   상기 흙막이 벽체가 시공될 영역의 내측 지반을 계획심도까지 굴착하여 지반에 매립된 말뚝의 전면부 일부가 노출되게 하고 벽체패널을 말뚝 간에 연결하여 흙막이 벽체를 시공하는 단계(S50);
   상기 S50단계의 굴착에 의해 마련되는 터파기 공간에 기설계된 구조물을 시공하는 단계(S60); 및
   상기 구조물의 시공이 완료된 후 상기 천공홀로부터 말뚝을 인발하는 단계(S70);를 포함하는 것을 특징으로 하는 자원 회수가 용이한 흙막이 벽체용 프리스트레스트 말뚝의 시공방법.
   
7. 제 6항에 있어서,
   상기 S70단계는,
   상기 말뚝이 지반에 매립된 상태에서 상기 제 1정착부재를 분리하여 각 인장강선에 부여된 인장력을 해제시키는 단계(S71);
   상기 말뚝의 제 2정착부재로부터 체결된 각 인장강선의 타단을 분리시켜 구속력이 해제되게 하는 단계(S72);
   상기 말뚝본체의 상단 플랜지로부터 상부브라켓과 각 인장간선을 분리하는 단계(S73); 및
   상기 말뚝본체를 인양시켜 하부브라켓이 말뚝본체의 하단 플랜지로부터 분리되면서 지반에 매립되며 상기 천공홀로부터 말뚝본체를 완전히 인발하는 단계(S74);를 포함하는 것을 특징으로 하는 자원 회수가 용이한 흙막이 벽체용 프리스트레스트 말뚝의 시공방법.

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