KR102650575B1 - 전단키를 구비한 phc말뚝 및 이를 이용한 phc말뚝의 두부 보강구조 - Google Patents
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Abstract
시공현장 지층의 변화에 따라 PHC말뚝 두부를 커팅하여 시공하면서도 PHC말뚝과 속채움 콘크리트의 부착강도를 확실하게 확보하여 PHC말뚝과 확대기초를 일체화시킬 수 있는 전단키를 구비한 PHC말뚝 및 이를 이용한 PHC말뚝의 두부 보강구조가 개시된다. 상기 전단키를 구비한 PHC말뚝 및 이를 이용한 PHC말뚝의 두부 보강구조는 공기를 단축시킬 수 있으며 현장 작업자의 작업 안전성은 확보하면서도 구조적 안전성은 대폭 향상시킴과 더불어, PHC말뚝 두부와 확대기초 콘크리트에 응력집중이 발생되지 않고 속채움 콘크리트에 작용하는 PHC말뚝 두부 하중이 PHC말뚝 전체에 고르게 전달되어 PHC말뚝 선단부의 양질의 지지층으로 전달되도록 함으로써 PHC말뚝을 사용하여 시공되는 건축물과 교량 등과 같은 구조물의 구조적 안전성을 대폭 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
Description
본 발명은 전단키를 구비한 PHC말뚝 및 이를 이용한 PHC말뚝의 두부 보강구조에 관한 것으로, 보다 상세하게는 도심지 건축 및 토목공사의 기초 공사 시 굴착공에 매입되는 PHC말뚝의 두부를 보강할 수 있는 전단키를 구비한 PHC말뚝 및 이를 이용한 PHC말뚝의 두부 보강구조에 관한 것이다.
일반적으로 건축 또는 토목공사 등의 구조물이나 건축물을 시공하는 과정에서 안정성 확보와 침하현상 방지를 위해 말뚝을 양질의 지지층에 매입시켜 그 위에 구조물이나 건축물을 시공하게 된다.
최근에는 연약지반 및 해안지역에서의 건설 및 내진설계법의 도입과 함께 구조물의 안정성 확보를 위해 PHC(Pretensioned spun High strength concrete, KS F 4306) 말뚝을 지반에 수직으로 매입시켜 양질의 지지층에 도달시키는 PHC말뚝 공법이 사용되고 있는 실정이다.
상기와 같은 PHC말뚝은 원심력을 인가하여 심부에 공동이 형성되도록 제조한 콘크리트의 압축강도가 80Mpa(N/mm2) 이상 되는 프리텐션 방식에 의한 고강도 콘크리트 말뚝인데, 이를 일반 PHC말뚝이라고 일컫는다.
한편, 상기 PHC말뚝 내에 PC 강봉과 철근 바구니가 함께 매입되어 있는 말뚝은 시방서 PHC말뚝이라 하며, 시방서 PHC말뚝에 횡방향의 띠철근이나 스파이럴 철근이 감싼 말뚝을 PRC말뚝이라고 한다.
상기와 같은 일반 PHC말뚝, 시방서 PHC말뚝 및, PRC말뚝의 내벽의 특징과 형상은 모두 동일하게 형성되며 통상적으로 상기와 같은 3개의 말뚝을 PHC말뚝이라 하며, 이와 같은 PHC말뚝은 말뚝 두부의 하중을 말뚝 선단부의 양질의 지지층으로 전달하는 매개체로 사용된다.
한편, 지진 하중 시 교량 등과 같은 PHC말뚝의 상부에 설치되는 상부 구조물의 경우에는 수평하중을 억제시키기 위하여 지중에 매설되어 있는 PHC말뚝의 강성을 이용하게 되는데, 이때, PHC말뚝과 상부 구조물을 지지하게 되는 확대기초가 접합되는 결합부를 PHC말뚝의 강성 이상으로 매우 강하게 결합시키게 되며 이를 강결합이라고 한다.
도 1은 종래의 일반적인 시방서 PHC말뚝과 그 시공과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, PHC말뚝(300)과 확대기초(400)의 결합부를 강결합시켜 PHC말뚝(300)의 두부를 보강하는 구성요소로는 말뚝체내 보강 철근(310)과, PHC말뚝 내부 주면 상부에 채워지는 속채움 콘크리트(320)와 속채움 보강철근(330)으로 구성되며, 여기서, PHC말뚝(300)의 내부에 매입되는 말뚝체내 보강철근(310)은 PHC말뚝(300)과 확대기초를 강결합시키는 철근 바구니를 일컫는다.
여기서, PHC말뚝(300)과 확대기초(400)는 PHC말뚝체내 보강철근(310)으로 서로 연결됨으로써 지진하중이나 풍하중 등과 같은 수평하중으로 발생하는 교량 상부구조물의 수평 변위는 지중 속의 말뚝강성이 저항하게 되며, 말뚝강성은 말뚝의 탄성계수와 단면 2차 모멘트를 말하며 말뚝의 휨 저항 세기를 의미하게 된다.
도 1에 도시된 바와 같이 종래의 시방서 PHC말뚝의 시공과정을 살펴보면, 시방서 PHC말뚝 제작 시 공장에서 철근 바구니인 보강철근(330)과 PC 강봉(340)을 매입한 후에 PC 강봉(340)에 프리스트레스를 가하여 고강도 콘크리트 말뚝을 제작한 후, 상기 말뚝(300)을 현장의 지중에 설치하고, 말뚝 두부의 콘크리트를 파쇄기로 파쇄하여 철근 바구니인 말뚝체내 보강철근(330)과 PC 강봉(340)을 외부로 노출시킨 다음, 노출된 말뚝체내 보강철근(330)과 PC 강봉(340)을 일정한 길이로 확대기초(400) 속에 정착시켜 콘크리트를 타설하게 된다.
상기와 같은 시방서 PHC말뚝(300)의 경우 파쇄기로 말뚝 두부의 콘크리트를 파쇄하게 되면 PC 강봉(340)의 지름의 50배 정도 되는 길이만큼 공장에서 가한 프리스트레스가 풀리면서 고강도 콘크리트가 일반 철근콘크리트가 된다는 문제점이 있다.
따라서, 손실된 시방서 PHC말뚝(300)의 두부 강성을 보완해주기 위해 시방서 PHC말뚝(300) 두부의 최종 파쇄면에서 시방서 PHC말뚝 중공부로 약 1m의 깊이까지 콘크리트를 타설하게 되는데 이를 속채움 콘크리트(320)라고 한다.
즉, 속채움 콘크리트(320)는 시방서 PHC말뚝(300) 두부의 중공부에 일정한 깊이로 타설된 콘크리트를 말하며, 이와 같은 속채움 콘크리트(320)는 시방서 PHC말뚝(300) 두부의 중공부에 채워져 말뚝 두부 파쇄로 약화된 말뚝을 보강해 주는 기능을 한다.
상기와 같이 시방서 PHC말뚝(300) 두부의 중공부에 타설된 속채움 콘크리트(320)는 초기에는 시방서 PHC말뚝(300) 내벽과 부착되기는 하나, 시간이 지나면서 콘크리트 재료 특성의 건조수축(체적감소)이 발생될 뿐만 아니라, 지진하중의 진동, 지하수위의 윤활작용, 시방서 PHC말뚝(300) 내벽의 미끄럽고 약한 노로층이라고 불리우는 시멘트풀층 등에 의해 부착력이 상실된다는 문제점이 있다.
따라서, 시방서 PHC말뚝(300)과 확대기초(400)는 속채움 콘크리트(320)의 부착력이 상실되더라도 시방서 PHC말뚝(300)과 확대기초(400)를 일체화시키는 방법이 요구되고 있는 실정이나, 시방서 PHC말뚝(300)의 경우에는 콘크리트로 제작되는 특성 상 강관 강관말뚝과 같이 말뚝 내벽에 철재용 전단키를 용접할 수 없으므로, 속채움 콘크리트(320)와 시방서 PHC말뚝(300) 내벽과의 부착력이 재료와 환경 조건에 의해 파괴되기 때문에 강관말뚝처럼 전단키(미끄럼 방지턱)를 이용하여 고정점을 만들지 못한다는 문제점이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위해, 시방서 PHC말뚝 제작 시 공장에서 시방서 PHC말뚝 체내에 철근 바구니인 보강 철근(310)을 매입시켜 시방서 PHC말뚝(300)을 제작한 후, 시방서 PHC말뚝(300)의 시공 시 시방서 PHC말뚝(300)의 말뚝체내 보강철근(310)을 콘크리트로부터 노출시켜 확대기초(400) 내부에 정착시킴으로써 PHC말뚝(300)의 두부를 보강시켜주는 방법을 사용하여 왔다.
그러나, 시방서 PHC말뚝체내의 보강철근(310)과 PC 강봉(340)을 노출시키기 위해서는 파쇄기 등과 같은 기계장치와 휴대용 해머, 절단기 등을 사용하여 시방서 PHC말뚝(300) 두부의 콘크리트를 파쇄 해야만 하는데, 이때 콘크리트 파편과 PC 강봉(340)의 풀림에 의해 인명사고가 빈번하게 발생될 뿐만 아니라, 공기도 매우 오래 걸린다는 문제점이 있다.
또한, 하중이 적은 건축물에 많이 사용되는 일반 PHC말뚝 또한 시방서 PHC말뚝(300)과 같이 말뚝 두부의 콘크리트를 인력 및 기계 파쇄시키거나 절단하면서 PC 강봉(340)의 풀림에 의한 인명피해가 많이 발생하고 콘크리트를 파쇄하는 공기가 매우 오래 걸린다는 문제점이 있다.
도 2는 PHC말뚝의 두부를 원커팅 절단한 후 확대기초를 시공하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 2를 참조하면, PHC말뚝(300)과 확대기초(400)의 고정도는 낮지만 작업자의 안전을 위해 PHC말뚝(300)의 두부를 기계를 이용하여 원커팅하여 절단한 후, 커팅된 PHC말뚝(300)의 두부를 확대기초(400)에 근입 깊이 50mm(건축물) 내지 100mm(교량)로 매입하여 PHC말뚝(300)의 두부를 보강하는 방법을 사용하고 있으나, 이와 같은 방법의 경우에는 PHC말뚝체내 보강철근(310 : 도 1 참조)을 노출시켜 확대기초(400)에 매입되도록 하는 방법에 비하여 고정도가 훨씬 낮아지는 문제점이 있으며, 시간이 지나 속채움 콘크리트(320)의 부착력이 상실될 경우에는 고정도가 더욱 저하된다는 문제점이 있을 뿐만 아니라, 확대기초(400) 내에 근입된 말뚝(300) 두부 주변의 확대기초(400) 콘크리트가 파손된다는 문제점이 있다.
이에 따라, 대한민국 등록특허공보 제10-0999020호(등록일자 2010년 12월 01일)에 개시된 바와 같이 PHC 말뚝체내에 사각형 철근을 수평으로 설치하여 말뚝 중공부에 미끄럼 방지턱을 형성한 ‘합성 피에이취씨 말뚝 및 합성 피에이취씨 말뚝 시공방법’이 개발되어 사용되고 있는 실정이다.
이와 같은 PHC 말뚝은 사각형 수평 철근이 말뚝 두부에만 공장 제작으로 설치됨으로써 시공현장의 지지층이 얕으면 사각형 수평철근을 절단해야 한다는 문제점이 있으며, 현장 지지층이 깊어지면 사각형 수평철근이 지중 속으로 매립되거나 말뚝 지지력이 부족한 지층에 말뚝 선단부를 설치해야 한다는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 시공현장 지층의 변화에 따라 PHC말뚝 두부를 커팅하여 시공하면서도 PHC말뚝과 속채움 콘크리트의 부착강도를 확실하게 확보하여 PHC말뚝과 확대기초를 일체화시킬 수 있는 전단키를 구비한 PHC말뚝 및 이를 이용한 PHC말뚝의 두부 보강구조를 제공하기 위한 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 시공현장 지층의 변화에 따라 커팅된 두부의 내주면에 복수개의 전단키를 고정부재로 사용하여 소정간격으로 설치하여, 두부에 확대기초를 시공할 시 두부의 중공부에 소정깊이로 타설되는 속채움 콘크리트에 상기 전단키가 매입된 상태로 속채움 콘크리트가 양생되도록 함으로써 말뚝두부와 속채움 콘크리트의 부착강도를 확보할 수 있도록 하는 전단키를 구비한 PHC말뚝을 제시한다.
여기서, 상기 전단키는 상기 말뚝두부의 내주면에 복수개가 다단으로 배치되어 설치될 수 있다.
일예를 들면, 상기 전단키는 상기 말뚝두부의 내주면에 복수개가 원형 형태로 배치되어 설치될 수 있다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 말뚝두부의 내주면에 고정부재를 사용하여 소정간격으로 복수개의 전단키가 구비된 PHC말뚝과, 지층의 외부로 두부가 소정 길이만큼 돌출되도록 지층에 매입되어 시공 현장 지층의 변화에 대응하여 커팅된 PHC말뚝 두부의 내주면에 고정부재를 사용하여 소정간격으로 설치되는 복수개의 전단키와, 상기 PHC말뚝 두부의 상부에 배근되는 확대기초 하측 횡방향 주철근과, 상기 확대기초 하측 횡방향 주철근과 결속되는 확대기초 하측 종방향 주철근과, 상기 확대기초 하측 횡방향 주철근과 확대기초 하측 종방향 주철근이 내부에 매입됨과 동시에, 지층의 외부로 돌출된 PHC말뚝 두부가 소정 길이만큼 내부에 매입되도록 PHC말뚝 상부에 타설되는 확대기초 콘크리트와, 상기 PHC말뚝 두부 내주면에 설치된 전단키가 내부에 매입되도록 상기 확대기초 콘크리트 타설 시 PHC말뚝 두부 내부에 소정 깊이만큼 타설되어 PHC말뚝 내주면과의 사이에 부착력 상실 없이 PHC말뚝의 두부와 확대기초 콘크리트를 일체화되도록 결합시키는 속채움 콘크리트 및, 상기 확대기초 콘크리트 내부에 일부가 매입되고 나머지 일부는 상기 속채움 콘크리트 내부에 매입되며 복수개의 띠철근에 의해 서로 연결되는 복수개의 속채움 보강철근을 포함하는 PHC말뚝의 두부 보강구조를 제시한다.
또한, 본 발명에 따른 PHC말뚝의 두부 보강구조는 상기 확대기초 콘크리트 내부에 소정 길이만큼 매입된 PHC말뚝 두부의 절단면에 덮혀져 PHC말뚝의 두부가 커팅됨에 따라 프리스트레스가 풀림으로써 발생되는 PHC말뚝 두부 절단면의 깨짐 현상을 방지하는 절단면 보강재를 더 포함할 수 있다.
이에 더하여, 본 발명에 따른 PHC말뚝의 두부 보강구조는 상기 확대기초 콘크리트 하부면과 인접하도록 확대기초 콘크리트 내부에 매입된 PHC말뚝 두부의 외측에 복수개가 소정간격으로 배치되어 띠철근에 의해 서로 연결됨과 동시에 확대기초 콘크리트 내부에 매입됨으로써 확대기초 콘크리트 하부면이 깨지는 현상을 방지하는 확대기초 하부면 보강철근을 더 포함할 수도 있다.
한편, 상기 PHC말뚝은 확대기초 하측 횡방향 주철근에 두부 절단면이 밀착될 수 있도록 근입 깊이를 증가시켜 확대기초 콘크리트 내부에 두부를 근입시킴으로써 PHC말뚝 두부의 휨 강성을 증가시킬 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 전단키를 구비한 PHC말뚝 및 이를 이용한 PHC말뚝의 두부 보강구조는 확대기초와 PHC말뚝을 일체화시키기 위하여 PHC말뚝 두부 중공부에 채워지는 속채움 콘크리트 내부에 PHC말뚝 두부 내주면에 설치된 전단키가 매입된 상태로 상기 속채움 콘크리트가 양생되어 상기 전단키가 미끄럼 방지턱 기능을 하여 시간이 지난다 하더라도 속채움 콘크리트와 PHC말뚝의 부착력이 건조수축이 발생되는 콘크리트 재료의 특성과 환경 조건에 의해 상실되지 않고 고정점을 지속적으로 유지할 수 있다.
따라서, 속채움 콘크리트 부분에 작용하는 PHC말뚝 두부 하중이 PHC말뚝 전체에 고르게 전달되어 PHC말뚝 두부 주변에 과응력이 발생되지 않아 PHC말뚝과 확대기초 콘크리트에 응력집중이 발생되지 않으므로 PHC말뚝 두부 주변의 구조적인 안정성을 확보할 수 있는 효과가 있다.
또한, PHC말뚝의 두부를 시공현장 지층의 변화에 대응하여 절단한 후 확대기초에 연결할 수 있으므로 공기를 단축시킬 수 있고 작업 안정성까지도 확보할 수 있다는 효과가 있다.
이에 더하여, 확대기초 콘크리트에 근입되는 PHC말뚝 두부의 근입 깊이를 증가시키고, 확대기초 콘크리트 하부면과 인접하도록 확대기초 콘크리트 내부에 매입된 PHC말뚝 두부 외측에 확대기초 하부면 보강철근을 배근할 뿐만 아니라, 시공현장 지층의 변화에 대응하여 절단된 PHC말뚝 두부 절단면에 절단면 보강재를 덮어 씌워 보강을 해줌으로써 확대기초 콘크리트의 파손 현상을 방지하고 PHC말뚝 두부의 휨 강성을 대폭 증가시킬 수 있으며, PHC말뚝 두부의 프리스트레스가 풀림에 따라 발생되는 PHC말뚝 두부 절단면의 깨짐 현상까지도 방지할 수 있으므로 구조적 안전성을 더욱 더 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
궁극적으로, 본 발명에 따른 전단키를 구비한 PHC말뚝 및 이를 이용한 PHC말뚝의 두부 보강구조는 공기를 단축시킬 수 있으며 현장 작업자의 작업 안전성은 확보하면서도 구조적 안전성은 대폭 향상시킴과 더불어, PHC말뚝 두부와 확대기초 콘크리트에 응력집중이 발생되지 않고 속채움 콘크리트에 작용하는 PHC말뚝 두부 하중이 PHC말뚝 전체에 고르게 전달되어 PHC말뚝 선단부의 양질의 지지층으로 전달되도록 함으로써 PHC말뚝을 사용하여 시공되는 건축물과 교량 등과 같은 구조물의 구조적 안전성을 대폭 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
그 외 본 발명의 효과들은 이하에 기재되는 구체적인 내용을 통하여, 또는 본 발명을 실시하는 과정 중에 이 기술분야의 전문가나 연구자에게 자명하게 파악되고 이해될 것이다.
도 1은 종래의 시방서 PHC말뚝과 그 시공과정을 설명하기 위한 도면
도 2는 일반 PHC말뚝의 두부를 원커팅 절단한 후 확대기초를 시공하는 과정을 설명하기 위한 도면
도 3은 본 발명에 따른 PHC말뚝을 설명하기 위한 도면
도 4는 도 3의 ‘A'에 대한 상세도
도 5는 본 발명에 따른 PHC말뚝의 두부 보강구조를 설명하기 위한 단면도
도 6은 도 5의 ‘B'에 대한 상세도
도 7은 본 발명에 따른 PHC말뚝의 두부 보강구조를 설명하기 위한 평면도
도 2는 일반 PHC말뚝의 두부를 원커팅 절단한 후 확대기초를 시공하는 과정을 설명하기 위한 도면
도 3은 본 발명에 따른 PHC말뚝을 설명하기 위한 도면
도 4는 도 3의 ‘A'에 대한 상세도
도 5는 본 발명에 따른 PHC말뚝의 두부 보강구조를 설명하기 위한 단면도
도 6은 도 5의 ‘B'에 대한 상세도
도 7은 본 발명에 따른 PHC말뚝의 두부 보강구조를 설명하기 위한 평면도
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소도 제1 구성 요소로 명명될 수 있다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하 도면을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 PHC말뚝을 설명하기 위한 도면이고, 도 4는 도 3의 ‘A'에 대한 상세도이며, 도 5는 본 발명에 따른 PHC말뚝의 두부 보강구조를 설명하기 위한 단면도이고, 도 6은 도 5의 ‘B'에 대한 상세도이며, 도 7은 본 발명에 따른 PHC말뚝의 두부 보강구조를 설명하기 위한 평면도이다.
도 3 내지 도 7을 참조하면, 본 발명에 따른 PHC말뚝(100)은 시공현장 지층의 변화에 따라 커팅된 두부의 내주면에 고정부재(111)를 사용하여 소정간격으로 설치되는 전단키(110)를 포함할 수 있다. 한편, 도 3 내지 도 7에 도시된 PHC말뚝(100)은 설명의 편의를 위하여 말뚝 제작 시에 내부에 매입되는 길이 방향의 강선 또는 강봉, 그리고 횡방향의 띠철근 또는 스파이럴철근 등은 생략하여 도시하였다.
상기 전단키(110)는 PHC말뚝(100) 두부에 확대기초(200)를 시공할 시 PHC말뚝(100) 두부 중공부(120)에 소정깊이로 타설되는 속채움 콘크리트(160)에 매입된 상태로 상기 속채움 콘크리트(160)가 양생되도록 함으로써 PHC말뚝(100) 두부와 속채움 콘크리트(160)의 부착강도를 확보하여 PHC말뚝(100)의 두부와 확대기초(200)가 일체화될 수 있도록 한다.
보다 상세하게 설명하면, 일반적으로 PHC말뚝(100) 두부에 확대기초(200)를 시공할 시에는 작업 안전성을 확보하고 공기를 단축시키기 위해 PHC말뚝(100) 두부를 원커팅하여 절단한 후, 커팅된 두부에 확대기초(200)를 시공하게 되는데, 이때 PHC말뚝(100) 두부와 확대기초(200)를 일체화시키기 위해 PHC말뚝(100) 두부 중공부(120)에는 소정깊이로 속채움 콘크리트(160)가 채워진 상태로 양생된다.
상기와 같이 PHC말뚝(100) 두부 중공부(120)에 타설된 속채움 콘크리트(160)는 초기에는 PHC말뚝(100) 내주면과 부착된 상태를 유지하지만 시간이 흐르면서 콘크리트 재료 특성 상 체적이 감소되는 건조수축 현상, 지진하중의 진동, 지하수위의 윤활작용, PHC말뚝(100) 내주면의 미끄럽고 약한 노로층이라 불리우는 시멘트풀층 등에 의해 부착력이 상실하게 된다.
이와 같이 콘크리트 재료로 제작된 PHC말뚝(100)은 강관말뚝과 같이 내주면에 철재용 전단키를 용접하지 못하게 됨으로써 속채움 콘크리트(160)와 PHC말뚝(100) 내주면과의 부착력이 재료의 특성과 환경 조건에 의하여 파괴되기 때문에 고정점을 만들지 못하게 됨으로써 PHC말뚝(100)의 두부와 확대기초(200)가 일체화되지 못하고 연결이 단절됨으로써 구조적 안전성이 저하된다는 문제점이 있다.
이에 따라, 본 발명에 따른 PHC말뚝(100)은 두부 내주면에 고정부재를 사용하여 복수개의 전단키(110)를 소정간격으로 설치함으로써 상기 전단키(110)가 PHC말뚝(100) 두부 내주면에 타설되는 속채움 콘크리트(160)에 매입되도록 한다.
상기 전단키(110)가 매입된 상태로 속채움 콘크리트(160)가 양생되면 상기 전단키(110)가 미끄럼 방지턱 기능을 하게 됨으로써 PHC말뚝(100)과 속채움 콘크리트(160)가 일체화되도록 하여 시간이 지나더라도 속채움 콘크리트(160)와 PHC말뚝(100) 두부 내주면 사이의 부착력이 상실되지 않도록 하여 구조적 안전성을 대폭 향상시킬 수 있다.
여기서, 상기 전단키(110)를 PHC말뚝(100) 내주면에 고정시키는 고정부재(111)로는 칼블록(111a)과 피스(111b)를 사용할 수 있다.
상기 칼블록(111a)은 상기 PHC말뚝(100) 내주면에 전단키(110)의 설치를 위해 천공장비를 사용하여 형성된 고정 홀(111c)에 삽입되며, 상기 피스(111b)는 상기 전단키(110)를 관통한 후 칼블록(111a)에 나사 체결됨으로써 상기 전단키(110)를 PHC말뚝(100) 내주면에 고정시킬 수 있도록 한다.
예를 들면, 상기 전단키(110)는 상기 PHC말뚝(100) 두부의 내주면에 복수개가 다단으로 배치되어 설치될 수 있다.
여기서, 상기 전단키(110)는 상기 PHC말뚝(100) 두부의 내주면에 복수개가 원형 형태로 배치되어 설치될 수 있다.
이와 같은 전단키(110)는 시공현장 지층의 변화에 따라 PHC말뚝(100) 두부를 커팅하여 절단한 후, 시공현장에서 커팅된 두부의 내주면에 고정부재(111)를 사용하여 복수개를 소정간격으로 설치하는 것이 바람직하다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 전단키를 구비한 PHC말뚝(100)은 작업자의 안전과 공기 단축을 위해 지층에 매입된 PHC말뚝(100)의 두부를 시공현장 지층의 변화에 따라 원커팅하여 절단한 후 그 상부에 확대기초(200)를 시공한다 하더라도, PHC말뚝(100) 두부의 중공부(120)에 소정깊이로 타설되는 속채움 콘크리트(160) 내부에 전단키(110)가 매입된 상태로 상기 속채움 콘크리트가 양생된다. 따라서 상기 전단키(110)가 미끄럼 방지턱 기능을 하여 시간이 지난다 하더라도 건조 수축되는 콘크리트의 특성과 환경 조건에 의해 PHC말뚝(100)과 속채움 콘크리트(160)의 부착력이 상실되지 않고 고정점이 지속적으로 유지되어 PHC말뚝(100)과 확대기초(200)를 일체화시킬 수 있으므로 구조적 안전성을 대폭 향상시킬 수 있다.
다음으로, 도 3 내지 도 7을 참조하여 본 발명에 따른 PHC말뚝의 두부 보강구조에 대하여 설명한다.
도 3 내지 도 7을 참조하면, 본 발명에 따른 PHC말뚝의 두부 보강구조는 전단키(110), 확대기초 하측 횡방향 주철근(130), 확대기초 하측 종방향 주철근(140), 확대기초 콘크리트(150), 속채움 콘크리트(160) 및 속채움 보강철근(170)을 포함할 수 있다. 지면과 확대기초 콘크리트(150) 사이에 버림콘크리트층이 형성된다.
상기 전단키(110)는 지층의 외부로 두부가 소정 길이만큼 돌출되도록 지층에 매입되어 시공현장 지층의 변화에 대응하여 커팅된 PHC말뚝(110) 두부 내주면에 복수개가 고정부재(111)를 사용하여 소정간격으로 설치될 수 있다.
여기서, 상기 PHC말뚝(100)은 확대기초 하측 횡방향 주철근(140)에 두부 절단면이 밀착될 수 있도록 근입 깊이(h)를 증가시켜 확대기초 콘크리트(150) 내부에 두부를 근입시켜 PHC말뚝(100) 두부의 휨 강성을 증가시킬 수 있도록 한다.
보다 상세하게 설명하면, 일반적인 PHC말뚝(100)의 두부 보강구조는 통상적으로 확대기초 콘크리트(150)의 하부면(210)으로부터 PHC말뚝(100)의 두부가 건축물은 50mm, 교량은 100mm 정도 근입되도록 시공을 함으로써 PHC말뚝(100) 두부의 휨 강성이 다소 약하게 시공되는 반면, 본 발명에 따른 PHC말뚝의 두부 보강구조는 확대기초(200) 하측 횡방향 주철근(130)에 PHC말뚝(100) 두부 절단면이 밀착될 수 있도록 근입 깊이(h)를 150mm로 증가시켜 확대기초 콘크리트(150) 내부에 두부를 근입시킴으로써 PHC말뚝(100) 두부의 휨 강성을 대폭 증가시킬 수 있도록 한다.
예를 들면, 상기 PHC말뚝(100) 두부 내주면에 형성되는 전단키(110)는 상기 PHC말뚝(100) 두부 내주면에 복수개가 다단으로 배치되어 설치될 수 있다.
여기서, 상기 전단키(110)는 상기 PHC말뚝(100) 두부 내주면에 복수개가 원형 형태로 배치되어 설치될 수 있다.
예를 들면, 상기 전단키(110)는 시공현장 지층의 변화에 따라 PHC말뚝(100) 두부를 커팅하여 절단한 후, 시공현장에서 커팅된 PHC말뚝(110) 두부 내주면에 고정부재(111)를 사용하여 설치될 수 있다.
상기 확대기초 하측 횡방향 주철근(130)은 상기 PHC말뚝(100) 두부의 상부에 배근될 수 있다.
상기 확대기초 하측 종방향 주철근(140)은 상기 확대기초 하측 횡방향 주철근(130)과 결속될 수 있다.
상기 확대기초 콘크리트(150)는 상기 확대기초 하측 횡방향 주철근(130)과 확대기초 하측 종방향 주철근(140)이 내부에 매입됨과 동시에, 지층의 외부로 돌출된 PHC말뚝(100) 두부가 소정 깊이만큼 내부에 매입되도록 PHC말뚝(100) 상부에 타설될 수 있다.
상기 속채움 콘크리트(160)는 확대기초 콘크리트(150) 타설 시 PHC말뚝(100) 두부 내부에 소정 깊이만큼 타설될 수 있으며, 상기 PHC말뚝(110) 두부 내부에 속채움 콘크리트(160)를 타설하게 되면 상기 속채움 콘크리트(160) 내부에 전단키(110)가 매설된 상태로 속채움 콘크리트(160)가 양생된다. 따라서, 상기 속채움 콘크리트(160)와 PHC말뚝(100) 내주면과의 사이에 부착력 상실 없이 PHC말뚝(100)의 두부와 확대기초 콘크리트(150)를 일체화시켜 결합시킬 수 있도록 한다.
즉, 상기 속채움 콘크리트(160)에 매설되는 전단키(110)가 미끄럼 방지턱 기능을 하게 됨으로써 PHC말뚝(100)과 속채움 콘크리트(160)가 일체화되도록 하여 시간이 지나더라도 속채움 콘크리트(160)와 PHC말뚝(100) 두부 내주면 사이의 부착력이 상실되지 않도록 하여 구조적 안전성을 대폭 향상시킬 수 있다.
여기서, 상기 속채움 콘크리트(160)를 타설하기 위해서는 먼저 PHC말뚝(100) 두부 중공부(120) 내부에 복수개의 속채움 콘크리트 받침판 연결부재(161)가 소정깊이 만큼 삽입되도록 상기 속채움 콘크리트 받침판 연결부재(161)의 상단부를 PHC말뚝(100) 두부 절단면에 고정시킨 후, 상기 PHC말뚝(100) 두부 중공부(120) 내부로 삽입된 속채움 콘크리트 받침판 연결부재(161)의 선단부에 속채움 콘크리트 받침판(162)을 연결한다.
이후, 상기 속채움 콘크리트 받침판(162)에 의해 속채움 콘크리트(160)가 지지되도록 PHC말뚝(100) 두부 중공부(120) 내부에 속채움 콘크리트(160)를 타설할 수 있도록 한다.
예를 들면, 상기 속채움 콘크리트 받침판 연결부재(161)의 상단부는 PHC말뚝(100)의 두부 절단면에 덮혀지는 절단면 보강재(180)와 PHC말뚝(100)의 두부 절단면 사이에 개재되어 고정될 수 있으며, 상기 속채움 콘크리트 받침판(162)은 속채움 콘크리트 받침판 연결부재(161)의 선단부에 복수개의 고리 등과 같은 연결부재(163)에 의해 연결될 수 있다.
상기 속채움 보강철근(170)은 상기 확대기초 콘크리트(150) 내부에 일부가 매입되고 나머지 일부는 상기 속채움 콘크리트(160) 내부에 매입될 수 있도록 복수개가 배근될 수 있으며, 상기 복수개의 속채움 보강철근(170)은 복수개의 띠철근(171)과 결속되어 서로 연결될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 PHC말뚝의 두부 보강구조는 절단면 보강재(180)를 더 포함할 수 있다.
상기 절단면 보강재(180)는 상기 확대기초 콘크리트(150) 내부에 소정 길이만큼 매입된 PHC말뚝(100) 두부의 절단면에 덮혀질 수 있다.
이와 같은 절단면 보강재(180)는 상기 PHC말뚝(100)의 두부가 커팅됨에 따라 프리스트레스가 풀림으로써 발생되는 PHC말뚝(100) 두부 절단면의 깨짐 현상을 방지할 수 있도록 한다.
절단면 보강재(180)는 PHC말뚝(100) 두부의 절단면 내외측을 감쌀 수 있도록 단면이 ‘ㄷ’자형이 되도록 하게 제작하되, 링 형태의 일체로 형성된 것을 사용할 수도 있고, 도 7에 도시한 바와 같이 복수의 조각으로 나누어 형성된 것을 사용할 수도 있다.
이에 더하여, 본 발명에 따른 PHC말뚝의 두부 보강구조는 확대기초 하부면 보강철근(190)을 더 포함할 수 있다.
상기 확대기초 하부면 보강철근(190)은 상기 확대기초 콘크리트(150) 하부면(210)과 인접하도록 확대기초 콘크리트(150) 내부에 매입된 PHC말뚝(100) 두부의 외측에 복수개가 소정간격으로 배치되어 띠철근(191)에 의해 서로 결속되어 연결됨과 동시에, 확대기초 콘크리트(150) 내부에 매입됨으로써 확대기초 콘크리트(150) 하부면(210)이 깨지는 현상을 방지할 수 있도록 한다.
상기 확대기초 하부면 보강철근(190)은 도 5에 도시된 바와 같이 L자형 철근으로서, 확대기초 저면에서부터 확대기초 하측 주철근에 인접할 정도의 세로길이와 말뚝두부 외측면에 밀착할 정도의 가로길이를 갖도록 형성되어, 그 일측은 확대기초 하측 주철근에 인접하고 그 타측은 말뚝두부 외측면에 밀착되게 설치하는 것이 바람직하다.
다시, 도 3 내지 도 7을 참조하여 본 발명에 따른 전단키를 구비한 PHC말뚝 및 이를 이용한 PHC말뚝의 두부 보강구조의 작용 효과에 대하여 설명한다.
도 3 내지 도 7을 참조하면, 본 발명에 따른 전단키를 구비한 PHC말뚝 및 이를 이용한 PHC말뚝의 두부 보강구조는 시공현장 지층의 변화에 대응하여 PHC말뚝(100) 두부를 원커팅하여 절단한 후, 그 상부에 확대기초(200)를 시공하게 됨으로써 작업 안정성을 확보함과 동시에 공기를 단축시킬 수 있도록 한다.
또한, 원커팅되어 절단된 PHC말뚝(100) 두부 내주면에는 복수개의 전단키(110)가 설치되어 PHC말뚝(100) 두부 중공부(120)에 타설되는 속채움 콘크리트(160)에 상기 전단키(110)가 매설된 상태로 상기 속채움 콘크리트(160)가 양생되도록 하여 상기 전단키(110)가 미끄럼 방지턱 기능을 함으로써 PHC말뚝(100) 내주면과 속채움 콘크리트(160)의 확실한 부착강도를 확보하여 PHC말뚝(100)과 확대기초(200)를 일체화시켜 구조적 안전성까지도 향상시킬 수 있도록 한다.
즉, 본 발명에 따른 전단키를 구비한 PHC말뚝 및 이를 이용한 PHC말뚝의 두부 보강구조는 PHC말뚝(100) 두부의 콘크리트를 파쇄기로 파쇄하여 말뚝체내 보강철근과 PC 강봉을 외부로 노출시키는 작업 없이 단순히 PHC말뚝(100)의 두부를 시공현장 지층의 변화에 대응하여 절단한 후 확대기초(200)를 시공하여 두부를 보강하면서도 PHC말뚝(100) 두부 중공부(120)에 타설되는 속채움 콘크리트(160) 내부에 전단키(110)가 매설되어 미끄럼 방지턱 기능을 하도록 함으로써 PHC말뚝(100)과 속채움 콘크리트(160)가 일체화되도록 할 수 있으므로 공기를 단축시킬 수 있고 작업 안정성을 확보함과 동시에 구조적 안전성까지도 확보할 수 있도록 한다.
또한, 본 발명에 따른 전단키를 구비한 PHC말뚝 및 이를 이용한 PHC말뚝의 두부 보강구조는 PHC말뚝(100)의 두부 절단면이 확대기초 하측 횡방향 주철근(130)에 밀착될 수 있도록 PHC말뚝(100) 두부의 근입 깊이(h)를 증가시켜 확대기초 콘크리트(150) 내부에 근입시킴으로써 PHC말뚝(100) 두부의 휨 강성을 대폭 증가시킬 수 있을 뿐만 아니라, PHC말뚝(100) 두부의 얕은 근입 깊이로 인한 확대기초 콘크리트(150)의 파손 현상을 방지함과 더불어 PHC말뚝(100) 두부의 휨 강성을 대폭 증가시킬 수 있다.
이에 더하여, 확대기초 콘크리트(150) 내부에 소정 길이만큼 매입되는 PHC말뚝(100) 두부의 경우 시공현장 지층의 변화에 대응하여 절단하게 되면 PHC말뚝(100) 제작 시 공장에서 가한 PHC말뚝(100) 두부의 프리스트레스가 풀리게 되어 PHC말뚝(100) 두부 절단면의 깨짐 현상이 발생하게 된다는 문제점이 있다.
이에 따라, 본 발명에 따른 전단키를 구비한 PHC말뚝 및 이를 이용한 PHC말뚝의 두부 보강구조는 시공현장 지층의 변화에 대응하여 절단된 PHC말뚝(100) 두부 절단면에 절단면 보강재(180)를 덮어 씌워 PHC말뚝(100) 두부의 프리스트레스가 풀림에 따라 발생되는 PHC말뚝(100) 두부 절단면의 깨짐 현상까지도 방지할 수 있도록 한다.
또한, 본 발명에 따른 전단키를 구비한 PHC말뚝 및 이를 이용한 PHC말뚝의 두부 보강구조는 확대기초 콘크리트(150) 하부면(210)과 인접하도록 확대기초 콘크리트(150) 내부에 매입된 PHC말뚝(100) 두부 외측에 띠철근(191)에 의해 서로 연결되는 복수개의 확대기초 하부면 보강철근(190)을 소정간격으로 배근하여 확대기초 콘크리트(150) 내부에 매입되도록 함으로써 확대기초 콘크리트(150) 하부면이 깨지는 현상까지도 방지할 수 있도록 한다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 전단키를 구비한 PHC말뚝 및 이를 이용한 PHC말뚝의 두부 보강구조는 확대기초(200)와 PHC말뚝(100)을 일체화시키기 위하여 PHC말뚝(100) 두부 중공부(120)에 채워지는 속채움 콘크리트(160) 내부에 PHC말뚝(100) 두부 내주면에 설치된 전단키(110)가 매설된 상태로 상기 속채움 콘크리트(160)가 양생되어 상기 전단키(110)가 미끄럼 방지턱 기능을 하여 시간이 지난다 하더라도 속채움 콘크리트(160)와 PHC말뚝(100)의 부착력이 건조수축이 발생되는 콘크리트 재료의 특성과 환경 조건에 의해 상실되지 않고 고정점을 지속적으로 유지할 수 있도록 한다.
따라서, 속채움 콘크리트(160) 부분에 작용하는 PHC말뚝(100) 두부 하중이 PHC말뚝(100) 전체에 고르게 전달되어 PHC말뚝(100) 두부 주변에 과응력이 발생되지 않아 PHC말뚝(100) 두부와 확대기초 콘크리트(150)에 응력집중이 발생되지 않으므로 PHC말뚝(100) 두부 주변의 구조적인 안정성을 확보할 수 있다.
또한, PHC말뚝(100)의 두부를 시공현장 지층의 변화에 대응하여 절단한 후 확대기초(200)를 시공할 수 있으므로 공기를 단축시킬 수 있고 작업 안정성까지도 확보할 수 있다.
이에 더하여, 확대기초 콘크리트(150)에 근입되는 PHC말뚝(100) 두부의 근입 깊이(h)를 증가시키고, 확대기초 콘크리트(150) 하부면(210)과 인접하도록 확대기초 콘크리트(150) 내부에 매입된 PHC말뚝(100) 두부 외측에 확대기초 하부면 보강철근(190)을 배근할 뿐만 아니라, 시공현장 지층의 변화에 대응하여 절단된 PHC말뚝(100) 두부 절단면에 절단면 보강재(180)를 덮어 씌워 보강을 해줌으로써 확대기초 콘크리트(150)의 파손 현상을 방지하고 PHC말뚝(100) 두부의 휨 강성을 대폭 증가시킬 수 있으며, PHC말뚝(100) 두부의 프리스트레스가 풀림에 따라 발생되는 PHC말뚝(100) 두부 절단면의 깨짐 현상까지도 방지할 수 있으므로 구조적 안전성을 더욱 더 향상시킬 수 있도록 한다.
앞서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
(110) : 전단키 (111) : 고정부재
(120) : 중공부
(130) : 확대기초 하측 횡방향 주철근
(140) : 확대기초 하측 종방향 주철근
(150) : 확대기초 콘크리트 (160) : 속채움 콘크리트
(170) : 속채움 보강철근 (180) : 절단면 보강재
(190) : 확대기초 하부면 보강철근
(120) : 중공부
(130) : 확대기초 하측 횡방향 주철근
(140) : 확대기초 하측 종방향 주철근
(150) : 확대기초 콘크리트 (160) : 속채움 콘크리트
(170) : 속채움 보강철근 (180) : 절단면 보강재
(190) : 확대기초 하부면 보강철근
Claims (7)
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 말뚝두부의 내주면에 고정부재를 사용하여 소정간격으로 복수개의 전단키가 구비된 PHC말뚝;
상기 PHC말뚝 두부의 상부에 배근되는 확대기초 하측 횡방향 주철근;
상기 확대기초 하측 횡방향 주철근과 결속되는 확대기초 하측 종방향 주철근;
상기 확대기초 하측 횡방향 주철근과 확대기초 하측 종방향 주철근이 내부에 매입됨과 동시에, 지층의 외부로 돌출된 PHC말뚝 두부가 소정 길이만큼 내부에 매입되도록 PHC말뚝 상부에 타설되는 확대기초 콘크리트;
상기 PHC말뚝 두부 내주면에 설치된 전단키가 내부에 매입되도록 상기 확대기초 콘크리트 타설 시 PHC말뚝 두부 내부에 소정 깊이만큼 타설되어 PHC말뚝 내주면과의 사이에 부착력 상실 없이 PHC말뚝의 두부와 확대기초 콘크리트를 일체화되도록 결합시키는 속채움 콘크리트; 및
상기 확대기초 콘크리트 내부에 일부가 매입되고 나머지 일부는 상기 속채움 콘크리트 내부에 매입되며 복수개의 띠철근에 의해 서로 연결되는 복수개의 속채움 보강철근을 포함하되,
상기 PHC말뚝은 상기 확대기초 하측 횡방향 주철근에 말뚝두부 절단면이 밀착될 수 있도록 근입 깊이를 증가시켜 확대기초 콘크리트 내부에 말뚝두부를 근입시킴으로써 PHC말뚝 두부의 휨 강성을 증가시키고,
상기 확대기초 콘크리트 하부면과 인접하도록 확대기초 콘크리트 내부에 매입된 PHC말뚝 두부의 외측에 복수개가 소정간격으로 배치되어 띠철근에 의해 서로 연결됨과 동시에 확대기초 콘크리트 내부에 매입됨으로써 확대기초 콘크리트 하부면이 깨지는 현상을 방지하는 확대기초 하부면 보강철근을 더 포함하는 PHC말뚝의 두부 보강구조. - 제4 항에 있어서,
상기 확대기초 콘크리트 내부에 소정 길이만큼 매입된 PHC말뚝 두부의 절단면에 덮혀져 PHC말뚝의 두부가 커팅됨에 따라 프리스트레스가 풀림으로써 발생되는 PHC말뚝 두부 절단면의 깨짐 현상을 방지하는 절단면 보강재를 더 포함하는 PHC말뚝의 두부 보강구조. - 제4 항에 있어서,
상기 전단키는, 상기 말뚝두부의 내주면에 복수개가 다단으로 배치되어 설치되는 것을 특징으로 하는 전단키를 구비한 PHC말뚝의 두부 보강구조. - 제4 항에 있어서,
상기 전단키는, 상기 말뚝두부의 내주면에 복수개가 원형 형태로 배치되어 설치되는 것을 특징으로 하는 전단키를 구비한 PHC말뚝의 두부 보강구조.
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