KR102658249B1

KR102658249B1 - 캡형상의 확대기초 하부주철근에 의한 휨모멘트 향상과 균등한 수직하중분포를 위한 말뚝 두부보강구조

Info

Publication number: KR102658249B1
Application number: KR1020220132852A
Authority: KR
Inventors: 박봉근
Original assignee: 박봉근
Priority date: 2022-10-17
Filing date: 2022-10-17
Publication date: 2024-04-16

Abstract

본 발명은 말뚝두부 주변에서 절곡 및 요철화된 캡형상의 확대기초 하부주철근에 의한 연속성을 유지하면서 말뚝두부를 최대 말뚝지름이거나 그 이하의 길이로 인상 및 매입시킨 캡형상의 확대기초 하부주철근에 의한 휨모멘트 향상과 균등한 수직하중분포를 위한 말뚝 두부보강구조로서, 확대기초 하측 주철근의 연속성과 최대 말뚝지름이거나 그 이하의 길이로 말뚝두부가 확대기초 콘크리트 속에 매입되도록 인상함으로써 말뚝두부 휨전단 거동으로 수직력과 휨모멘트를 극대화 시킬 수 있는 말뚝두부와 확대기초의 결합구조에 의한 말뚝 두부보강구조에 관한 발명으로서, 말뚝 지름만큼을 확대기초 콘크리트 속에 삽입함으로써 말뚝 두부 결합부의 휨모멘트와 횡방향 구속효과가 향상되어 말뚝(강관말뚝, PHC말뚝)과 확대기초의 결합부가 완전 고정되고, 또한 말뚝두부가 덮혀지는 캡형상으로 요철화된 확대기초 하부주철근의 연속성에 의한 확대기초 하부주철근 배근이 완전히 일체화되어 상부구조물의 수직하중을 균등하게 전이하여 말뚝 두부 및 말뚝 본체로 분포시킬 수 있는 캡형상의 확대기초 하부주철근에 의한 휨모멘트 향상과 균등한 수직하중분포를 위한 말뚝 두부보강구조에 관한 것이다.

Description

캡형상의 확대기초 하부주철근에 의한 휨모멘트 향상과 균등한 수직하중분포를 위한 말뚝 두부보강구조{Pile Head Reinforcing Structure To Improve Bending Moment and Distribute Uniform Normal Load At The Pile Head Using the Lower Main Steel Bar of The Cap-type In footing}

본 발명은 말뚝두부 주변에서 절곡 및 요철화된 캡형상의 확대기초 하부주철근에 의한 연속성을 유지하면서 말뚝두부를 최대 말뚝지름이거나 그 이하의 길이로 인상 및 매입시킨 캡형상의 확대기초 하부주철근에 의한 휨모멘트 향상과 균등한 수직하중분포를 위한 말뚝 두부보강구조로서, 확대기초 하측 주철근의 연속성과 최대 말뚝지름이거나 그 이하의 길이로 말뚝두부가 확대기초 콘크리트 속에 매입되도록 인상함으로써 말뚝두부 휨전단 거동으로 수직력과 휨모멘트를 극대화 시킬 수 있는 말뚝두부와 확대기초의 결합구조에 의한 말뚝 두부보강구조에 관한 발명이다.

보다 상세하게는, 말뚝 지름만큼을 확대기초 콘크리트 속에 삽입함으로써 말뚝 두부 결합부의 휨모멘트와 횡방향 구속효과(hoop tension effect)가 향상되어 말뚝(강관말뚝, PHC말뚝)과 확대기초의 결합부가 완전 고정(degree of rigidity, 고정도=1)되고, 또한 말뚝 두부가 덮혀지는 캡형상으로 요철화된 확대기초 하부주철근의 연속성에 의한 확대기초 하부주철근 배근이 완전히 일체화되어 상부구조물의 수직하중을 균등하게 전이하여 말뚝 두부 및 말뚝 본체로 분포시킬 수 있는 캡형상의 확대기초 하부주철근에 의한 휨모멘트 향상과 균등한 수직하중분포를 위한 말뚝 두부보강구조에 관한 것이다.

상부구조물(건물, 교량)을 지반 위에 설치하고자 할 때 지반의 지지력과 침하가 부족하면 지중에 강관말뚝을 설치한다. 설계지반면 위의 강관말뚝은 절단한 후에 확대기초와 연결한다. 이 연결부에 강결합 조건의 연결부재를 설치하지 않으면 응력집중과 큰 변형이 발생한다. 따라서 강관말뚝과 확대기초의 결합부는 강결합의 구조세목을 적용하도록 도로교설계기준해설(2008)에 명시되어 있다. 상기 도로교설계기준에 의하면, 강관말뚝 두부의 강결합조건은 강관말뚝 내면에 2열의 미끄럼방지턱이 필수적으로 설치되어 말뚝 중공부에 타설한 속채움 보강철근과의 완전한 폐색효과를 가진 상태에서 보강철근(정착철근)으로 확대기초와 연결한다.

도 1a는 도로교설계기준해설(2008, 한국)에 제시된 확대기초 속에 말뚝지름만큼을 매입한 강관말뚝과 확대기초 결합부의 구조세목을 설명하기 위한 도면이고, 도 1b는 도로교설계기준해설(2008, 한국)에 제시된 확대기초 속에 말뚝두부 10cm를 매입한 강관말뚝과 확대기초 결합부의 구조세목을 설명하기 위한 도면이며, 도 1c는 말뚝체내 보강철근이 없는 PHC말뚝과 확대기초 결합부의 구조세목을 설명하기 위한 도면이고, 도 1d는 도로교설계기준해설(2008, 한국)에 제시된 말뚝체내 보강철근이 있는 PHC말뚝과 확대기초 결합부의 구조세목을 설명하기 위한 도면이다.

도 1a에 도시된 바와 같이, 말뚝(10)의 중공부 하부 밑바닥에 속채움 콘크리트 거푸집(10-1)형성되어 있고 말뚝 두부에는 전단키(12)로서 미끄럼방지턱(12-1)이 말뚝 내외벽에 형성되어 속채움 콘크리트가 말뚝 중공부에 채워지는 강관말뚝(100-1)과 확대기초 하단면(20-1)과 확대기초 상단면(20-2) 사이에 확대기초 콘크리트(20-3)가 채워지는 확대기초(20) 결합부의 결합구조는, 말뚝(10)의 지름(D) 만큼의 강관말뚝(100-1)의 길이(L≥D)를 확대기초 콘크리트(20-3) 속에 근입시켜서 근입된 강관말뚝(100-1)의 말뚝 두부에 작용하는 하중(수직력, 수평력, 휨모멘트)을 저항하도록 한다.

도 1b에 도시된 바와 같이, 말뚝(10)으로서 강관말뚝(100-1) 측면의 버림콘크리트(20-4) 상부로 10cm 노출된 강관말뚝(100-1)의 두부 중공부의 부족한 내력을 보강하기 위한 강관말뚝(100-1) 두부 보강구조는, 강관말뚝(100-1) 두부에 속채움 보강철근망(30)을 체결 보강하여 확대기초(20)와의 결합에 있어서, 속채움 보강철근망(30)이 확대기초(20) 속에 매입된 것을 '확대기초 보강'이라고 하고, 강관말뚝(10)과 강관말뚝(10)의 두부 내측면에 속채움 콘크리트(103)와의 긴밀한 결속을 위하여 도 1a와 같이 전단키(12) 또는 미끄럼방지턱(12-1)을 용접하거나, 강관말뚝(10)의 중공부 내측으로 속채움 보강철근망(30)을 형성하여 결합하는 것을 '강관말뚝 두부보강'이라고 한다. 즉, 이와 같이 강관말뚝(10)의 두부 상단 길이 10cm를 확대기초(20) 속에 매입하여 강관말뚝(10) 두부와 확대기초(20)를 보강철근구조(30)로 서로 연결하는 구조이다.

상기 강관말뚝(10) 본체의 중공부에 설치하는 속채움 보강철근망(30)의 위치 및 강관말뚝(10) 본체 중공부 내측면에 용접한 미끄럼방지턱(12-1)에 의하여 강관말뚝(10) 두부와 확대기초(20)와의 강결합을 구성하는 가장 중요한 변수이다. 상기 미끄럼방지턱(12-1)은 강관말뚝(10) 본체 중공부 내부에 충전하는 속채움 콘크리트(10-3)가 강관말뚝(10) 본체와 일체적으로 결속되도록 한다.

도 1c에 도시된 바와 같이, PHC말뚝(100-2)의 말뚝(10) 상부면에 걸쳐지는 갈고리(10-2)에 의하여 지지되어 중공부 하부 밑바닥에 속채움 콘크리트 거푸집(10-1)형성되어 있고, 말뚝(10) 중공부 속채움 콘크리트가 채워지는 PHC말뚝(100-2)과 확대기초 하단면(20-1)과 확대기초 상단면(20-2) 사이에 확대기초 콘크리트(20-3)가 채워지는 확대기초(20)와의 결합구조는, 말뚝(10)의 지름(D) 만큼의 PHC말뚝(100-2)의 직경에 해당되는 길이(L≥D) 만큼을 확대기초 콘크리트(20-3) 속에 근입시키고, 확대기초 하단면(20-1)에서 상부로 10~15cm에 확대기초 하부주철근(21)을 설치하도록 하여 근입된 PHC말뚝(100-2)의 말뚝 두부에 작용하는 하중(수직력, 수평력, 휨모멘트)을 저항하도록 하고는 있으나 확대기초 하부주철근(21)이 말뚝주변에서 단절되는 약점이 있다.

도 1d에 도시된 바와 같이, 전술한 도 1c와 같이 말뚝체내 보강철근이 없는 PHC말뚝(100-2)체가 확대기초(20) 속에 매입되어 있는 것이 아니라, 말뚝(10) 체내에 속채움 보강철근망(30)이 배치되는 PHC말뚝(100-2)을 나타낸 것이며, 말뚝(10)과 확대기초(20)와의 결합은 도 1c와 동일하게 말뚝지름 이상을 확대기초 속에 매입하는 결합구조로서 확대기초 하부주철근이 PHC말뚝 절단면 5cm 위에 종방향과 횡방향으로 일체식으로 연결되지만, PHC말뚝체내 보강철근의 주변 PHC말뚝 콘크리트를 제거하고 절단하는 과정에서 안전문제, 공기와 공사비용이 증가하는 문제점이 있다.

도 1e는 강관말뚝과 확대기초와의 다양한 결합방법을 설명하기 위한 도면이고, 도 1f는 말뚝두부 측면과 상부에 배치되어 설치되는 확대기초 하부주철근의 배근 상태를 나타낸 도면이다.

도시된 바와 같이, 도 1e는 말뚝과 확대기초의 결합부 기본개념에 관한 것으로서, 도 1a, 도 1c 및 도 1e 좌측에 도시된 바와 같이, 말뚝(10)을 확대기초(20) 하면(20-1)으로부터 상부 방향으로 말뚝(10)의 직경(D)에 해당되는 높이로 매입(돌출)시키거나, 또는 도 1b, 도 1d 및 도 1e 우측에 나타낸 바와 같이, 말뚝(10)은 확대기초(20) 하면(20-1)으로부터 상부 방향으로 10cm 돌출되도록 배치함으로써 말뚝(10)과 확대기초(20)의 결합부에 수평 변위량이 적게 발생되도록 하고, 부정정 차수가 크도록 설계하여 내진에도 견고하게 견딜 수 있도록 하고 있다(도로교설계기준해설, 2008).

도 1f는 말뚝 두부 측면과 상부에 배치된 확대기초 하부주철근의 배근 상태를 나타낸 도면으로서 도시된 바와 같이, 상기 말뚝(10) 두부 상부절단면(11) 측면과 상부에 배치되어 설치되는 확대기초 하부주철근(21)의 배근되는 특징을 살펴보면 다음과 같다.

도 1f의 좌측에 도시된 바와 같이, 확대기초 하부주철근(21)이 말뚝(10) 측면에 배치되도록 함으로써 확대기초 하부주철근(21)이 연속되지 않고 단절되기 때문에 경사 배근을 추가로 배치되어 확대기초 하부주철근(21)의 배근 조립이 다소 복잡해지는 단점이 있는 반면에, 말뚝(10)의 지름(D) 만큼을 확대기초 콘크리트(20-3) 속에 말뚝을 근입시킴으로써 말뚝 주변의 확대기초 콘크리트(20-3)가 말뚝을 횡방향 구속하여 하기의 도 1f 우측의 결합구조에 비하여 약 2배에 가까운 강한 횡방향 구속효과를 가지며, 이와 같은 효과를 통하여 말뚝(10) 두부의 고정도가 매우 크게 발생한다. 이와 같은 배근방식은 횡방향이 주거동인 완전 일체식 교대교량, 옹벽, 방음벽, 방풍벽 등에 적합하며, 북미와 유럽 등에서 많이 사용하는 방식이다.

반면에 도 1f 우측에 나타낸 바와 같이, 일반 조인트 교량의 하중방향이 연직방향으로 작용하기 때문에 연직하중이 주작용인 교량 형식에 적합한 구조로서 말뚝(10)의 상부절단면(11)에서 5cm 위에 확대기초(20)의 횡방향과 종방향으로 확대기초 하부주철근(21-1, 21-2)을 배치하기 때문에 확대기초 하부주철근(21)이 연속 및 일체화되며 배근이 단순하다는 장점이 있다. 이와 같은 배근구조는 수직하중이 주거동인 조인트 교량과 반일체식 교대교량에 주로 사용되고 있으며, 한국, 일본, 중국, 베트남 등의 동남아시아에서 주로 채택하고 있다.

한편, PHC말뚝의 지진피해 사례는 많이 보고되었지만, 말뚝 두부보강은 거의 보고된 사례는 없다. 하지만 도 1d 및 도 1e 우측과 같은 말뚝 매입깊이가 10cm인 PHC말뚝(100-2) 두부 보강구조는 도 1e 좌측과 같은 말뚝 매입깊이를 말뚝(10) 직경에 D에 해당되는 PHC말뚝(100-2) 두부 보강구조에 비하여 완전한 고정도(강결합)를 만족할 수 없기 때문에 일본 도로교시방서/동해설(2017)에서는 도 1e 우측과 같은 강관말뚝 두부보강을 강결합이라고 간주하고 있다.

도 1f 좌측의 결합구조는 확대기초(20) 속에 말뚝두부 근입 깊이를 말뚝지름(D) 만큼 매입하기에 10cm 매입하는 도 1f 우측의 결합구조에 비하여 약 2배의 회전강성과 고정도 크기를 갖는 반면에 말뚝 주변의 확대기초 하부주철근(21)이 단절 되는 문제가 발생하여 주 하중거동이 수직 방향인 조인트 교량에 적용할 수 없기 때문에 이를 개선하기 위하여 확대기초 하부주철근(21)의 연속성(일체화)을 유지하면서 말뚝두부를 최대 말뚝지름만큼 인상 및 매입시킬 수 있는 결합구조가 절실하게 필요한 실정이다.

또한, 종래기술의 강관말뚝 두부보강 구조에서 중요한 구성 요소인 미끄럼방지턱(12-1)을 강관말뚝(10)의 내외측면에 용접함으로써 공사비가 증가되는 요인이 되고 있다. 또한 속채움 보강철근망(30)을 다공판상으로 시도한 경우도 보고되고 있으나, 상기 용접공정으로 부착된 미끄럼방지턱(12-1) 구성의 배제와 강관말뚝의 두부보강을 위한 다양한 구조 및 형상에 대한 다양한 방식의 연구개발 역시도 필요한 실정이다.

아울러, 확대기초(20)에 매입된 강관말뚝(10)의 상부절단면(11)과 확대기초 하부주철근(21) 사이에서 휨 전단파괴가 발생하면 말뚝-확대기초 결합부가 저항력이 없이 수평변위가 급속도로 진행되기 때문에 이에 대한 보강부재 역시도 절실히 요구되고 있는 실정이다.

"도로교설계기준해설(하부구조 편)", 대한토목학회, 2008년. "도로교시방서/동해설", 일본도로협회, 2017년.

상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 본 발명에 따르면, 확대기초에 매입되는 말뚝과 확대기초 하부주철근 사이의 휨모멘트를 증가시켜 휨 전단파괴를 방지하기 위한 방안으로써, 확대기초 하부주철근의 연속성(일체화)을 유지하기 위하여 말뚝두부 주변에서 절곡 및 요철화된 캡형상의 확대기초 하부주철근에 의한 연속성을 유지하면서 말뚝두부를 최대 말뚝지름이거나 그 이하의 길이로 인상 및 매입시킴으로 인하여 확대기초 하측 주철근의 연속성 및 말뚝두부 휨전단 거동으로 수직력과 휨모멘트를 극대화를 시킬 수 있는 캡형상의 확대기초 하부주철근에 의한 휨모멘트 향상과 균등한 수직하중분포를 위한 말뚝 두부보강구조를 제공함에 있다.

본 발명에 따르면 교량의 주 하중방향이 연직방향과 수평방향 모두에 적용할 수 있으며, 최대 말뚝지름이거나 그 이하의 길이로 확대기초 콘크리트 속에 말뚝 두부를 근입시킴으로써 말뚝 주변의 확대기초 콘크리트가 말뚝을 횡방향으로 강하게 구속함으로써 휨모멘트 저항력 향상과 말뚝머리 고정도가 매우 크게 발생하며 확대기초 콘크리트 속에 근입되는 말뚝두부의 길이 및 말뚝두부 주변에서 절곡 및 요철화된 캡형상의 확대기초 하부주철근의 연속성으로 상부하중을 말뚝두부에 균등하게 하중을 전이시켜 줌으로써 안정된 수직력이 전달될 수 있는 캡형상의 확대기초 하부주철근에 의한 휨모멘트 향상과 균등한 수직하중분포를 위한 말뚝 두부보강구조를 제공함에 있다.

본 발명에 따르면, 확대기초에 매입되는 말뚝두부와 확대기초 하부주철근 사이의 휨모멘트를 증가시켜서 휨 전단파괴를 방지하기 위한 방안으로써, 확대기초 하단면으로부터 말뚝을 말뚝지름(D)의 길이이거나 말뚝지름(D) 이하의 길이로 확대기초 속에 매입시키고, 말뚝두부 절단면 5cm 위로 확대기초 하부 주철근을 설치하여 휨모멘트 향상과 균등한 수직하중분포를 위한 말뚝의 두부보강구조를 제공함에 있다.

또한, 본 발명은 말뚝 두부상단 절단면을 감싸는 보강캡 및 확대기초 하부주철근의 연속성(일체화)을 유지하기 위하여 말뚝 두부 주변에서 절곡 및 요철화된 캡형상의 확대기초 하부주철근에 의한 연속성을 유지하면서 말뚝의 두부를 최대 말뚝지름(D) 길이이거나 그 이하의 길이로 인상 및 매입시킴으로 인하여 확대기초 하부주철근의 연속성 및 말뚝두부 휨전단 거동으로 수직력과 휨모멘트를 극대화를 시킬 수 있는 캡형상의 확대기초 하부주철근에 의한 휨모멘트 향상과 균등한 수직하중분포를 위한 말뚝 두부보강구조를 제공함에 있다.

본 발명에 따른 캡형상의 확대기초 하부주철근에 의한 휨모멘트 향상과 균등한 수직하중분포를 위한 말뚝 두부보강구조는, 지반의 굴착공에 삽입되어 설치되는 강관말뚝과 지상 상부구조물의 기초 콘크리트인 확대기초와의 결합구조에 따른 말뚝 두부보강구조에 있어서, 상기 강관말뚝은 말뚝 두부의 상부면이 수평하게 커팅되어 상부절단면이 형성되며, 상기 확대기초는 지상 상부구조물의 기초 콘크리트로서 확대기초 콘크리트의 하부 단면인 확대기초 하단면과 확대기초 콘크리트의 상부 단면인 확대기초 상단면으로 이루어지고, 상기 확대기초 하단면으로부터 상부방향으로 소정거리에 위치하여 횡방향으로 배치되는 하층 확대기초 하부주철근과 종방향으로 배치되는 상층 확대기초 하부주철근이 상호 수직으로 교차되어 형성되는 확대기초 하부주철근이 배치되어 형성되며, 상기 강관말뚝 두부의 상부절단면이 상기 확대기초 하부주철근의 하층 확대기초 하부주철근에 면 접촉 또는 비접촉되도록 상기 상부절단면이 형성된 강관말뚝의 두부가 상기 확대기초의 내부로 최대 강관말뚝의 말뚝지름에 해당되는 길이이거나 또는 그 이하의 길이로 인상 근입되어 배치되며, 상기 횡방향으로 배치되는 하층 확대기초 하부주철근과 종방향으로 배치되는 상층 확대기초 하부주철근이 강관말뚝 두부의 주변에서 좌우측이 동일하게 상향으로 절곡 및 요철화되어 캡형상으로 절곡되어 배치되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 강관말뚝은, 말뚝 두부 내측 중공부에 속채움 콘크리트를 충전하기 위하여 강관말뚝의 상부절단면에 걸쳐지는 갈고리에 의하여 지지되는 중공부 내측 하부에 원판형의 속채움 콘크리트 거푸집이 형성되어 강관말뚝의 두부 내측 중공부에 타설한 속채움 콘크리트를 상기 속채움 콘크리트 거푸집으로 구속하여 양생시키는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 상기 절곡 및 요철화된 캡형상의 확대기초 하부주철근의 하층 확대기초 하부주철근은, 강관말뚝의 상부절단면이 면 접촉 또는 비접촉되는 상단 수평부와, 상기 상단 수평의 좌우측에서 하향으로 절곡되는 수직부와, 상기 수직에 수직으로 수평하게 절곡되는 연속적으로 연결되는 하단수평부로 이루어지며, 상기 확대기초 하부주철근에서의 하층 확대기초 하부주철근의 상단 수평부에서 하단 수평부까지의 길이는 1D - 확대기초 저면 피복두께(10 ~ 15cm)이며, 연속성을 유지하는 하층 확대기초 하부주철근의 하단 수평부와 확대기초 하단면 사이는 확대기초 저면 피복두께로서 10 ~ 15cm가 유지되도록 상기 상부절단면이 형성된 강관말뚝의 두부가 확대기초의 내부 속으로 근입되어 인상되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 일측 강관말뚝의 상부절단면 두부 주변에서 좌우측을 동일하게 상향으로 절곡 및 요철화하여 캡형상으로 절곡한 상태로 배치되는 확대기초 하부주철근의 하층 확대기초 하부주철근과 인접하여 배치되는 타측 강관말뚝의 두부 주변에서 좌우측을 동일하게 상향으로 절곡 및 요철화하여 캡형상으로 절곡한 상태로 배치되는 상기 확대기초 하부주철근의 하층 확대기초 하부주철근이 결속선에 의하여 매듭으로 결합되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 강관말뚝의 두부와 확대기초를 연결하는 보강 매개체로서의 속채움 수직보강철근과 속채움 띠철근이 결속선에 의하여 소정간격으로 매듭 연결하여 원통형 기둥 구조체로 형성되어 강관말뚝과 확대기초를 상호 강결합하는 속채움 보강철근망을 더 포함하며, 상기 속채움 보강철근망은 상기 확대기초의 확대기초 하부주철근 기준으로 상부방향으로 일정 높이의 길이로 형성됨과 동시에 상기 확대기초에서 확대기초 하부주철근을 관통하여 상기 강관말뚝의 중공부 내부로 근입되어 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 캡형상의 확대기초 하부주철근에 의한 휨모멘트 향상과 균등한 수직하중분포를 위한 말뚝 두부보강구조는, 지반의 굴착공에 삽입되어 설치되는 PHC말뚝과 지상 상부구조물의 기초 콘크리트인 확대기초와의 결합구조에 따른 말뚝 두부보강구조에 있어서, 상기 PHC말뚝은 본체의 콘크리트 내부에 내부보강재인 다수개의 PC강봉이 매입되어 형성되며, 말뚝두부의 상부면이 수평하게 커팅되어 상부절단면이 형성되며, 말뚝두부가 절단되어 형성되는 상부절단면에는 ㄷ 자형의 보강캡이 다수개로 끼워져서 말뚝두부를 보강하며, 상기 확대기초는 지상 상부구조물의 기초 콘크리트로서 확대기초 콘크리트의 하부 단면인 확대기초 하단면과 확대기초 콘크리트의 상부 단면인 확대기초 상단면으로 이루어지고, 상기 확대기초 하단면으로부터 상부방향으로 소정거리에 위치하여 횡방향으로 배치되는 하층 확대기초 하부주철근과 종방향으로 배치되는 상층 확대기초 하부주철근이 상호 수직으로 교차되어 형성되는 확대기초 하부주철근이 배치되어 형성되며, 상기 PHC말뚝의 다수개의 보강캡이 끼워져서 덮혀지는 상부절단면이 상기 확대기초 하부주철근의 하층 확대기초 하부주철근에 면 접촉 또는 비접촉되도록 상기 상부절단면이 형성된 PHC말뚝의 두부가 상기 확대기초의 내부로 최대 PHC말뚝의 말뚝지름에 해당되는 길이이거나 또는 말뚝지름 이하의 길이로 인상 근입되어 배치되며, 상기 횡방향으로 배치되는 하층 확대기초 하부주철근과 종방향으로 배치되는 상층 확대기초 하부주철근이 PHC말뚝 두부의 주변에서 좌우측이 동일하게 상향으로 절곡 및 요철화되어 캡형상으로 절곡되어 배치되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 PHC말뚝은, 말뚝 두부 내측 중공부에 속채움 콘크리트를 충전하기 위하여 PHC말뚝의 상부절단면에 걸쳐지는 갈고리에 의하여 지지되는 중공부 내측 하부에 원판형의 속채움 콘크리트 거푸집이 형성되어 PHC말뚝의 두부 내측 중공부에 타설한 속채움 콘크리트를 상기 속채움 콘크리트 거푸집으로 구속하여 양생시키는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 상기 절곡 및 요철화된 캡형상의 확대기초 하부주철근의 하층 확대기초 하부주철근은, 다수개의 보강캡이 끼워져서 덮혀지는 PHC말뚝의 상부절단면이 면 접촉 또는 비접촉되는 상단 수평부와, 상기 상단 수평부의 좌우측에서 하향으로 절곡되는 수직부와, 상기 수직부에 수직으로 수평하게 절곡되는 연속적으로 연결되는 하단수평부로 형성되며, 상기 확대기초 하부주철근에서의 하층 확대기초 하부주철근의 상단 수평부에서 하단 수평부까지의 길이는 1D-확대기초 저면 피복두께(10 ~ 15cm)이며, 연속성을 유지하는 하층 확대기초 하부주철근의 하단 수평부와 확대기초 하단면 사이는 확대기초 저면 피복두께로서 10 ~ 15cm가 유지되도록 상기 다수개의 보강캡이 끼워져서 덮혀지는 상부절단면이 형성된 PHC말뚝의 두부가 확대기초의 내부 속으로 근입되어 인상되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 일측 PHC말뚝의 상부절단면 두부 주변에서 좌우측을 동일하게 상향으로 절곡 및 요철화하여 캡형상으로 절곡한 상태로 배치되는 확대기초 하부주철근의 하층 확대기초 하부주철근과 인접하여 배치되는 타측 PHC말뚝의 두부 주변에서 좌우측을 동일하게 상향으로 절곡 및 요철화하여 캡형상으로 절곡한 상태로 배치되는 확대기초 하부주철근의 하층 확대기초 하부주철근이 결속선에 의하여 매듭으로 결합되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, PHC말뚝의 두부와 확대기초를 연결하는 보강 매개체로서의 속채움 수직보강철근과 속채움 띠철근이 결속선에 의하여 소정간격으로 매듭 연결하여 원통형 기둥 구조체로 형성되어 PHC말뚝과 확대기초를 상호 강결합하는 속채움 보강철근망을 더 포함하며, 속채움 보강철근망은 상기 확대기초의 확대기초 하부주철근 기준으로 상부방향으로 일정 높이의 길이로 형성됨과 동시에 상기 확대기초에서 확대기초 하부주철근을 관통하여 상기 PHC말뚝의 중공부 내부로 근입되어 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 확대기초 하부주철근의 연속성(일체화)을 유지하기 위하여 말뚝두부 주변에서 절곡 및 요철화된 캡형상의 확대기초 하부주철근에 의한 연속성을 유지하면서 말뚝두부를 최대 말뚝지름에 해당되는 길이이거나 또는 그 이하의 길이로 인상 및 매입시킨 캡형상의 확대기초 하부주철근에 의한 휨모멘트 향상과 균등한 수직하중분포를 위한 말뚝 두부보강구조에 의하여 확대기초 하부주철근의 연속성 및 말뚝두부 휨전단 거동으로 수직력과 휨모멘트를 극대화를 시킬 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명에 따르면 교량의 주 하중방향이 연직방향과 수평방향 모두에 적용할 수 있으며, 최대 말뚝지름이거나 그 이하의 길이로 확대기초 콘크리트 속에 말뚝 두부를 근입시킴으로써 말뚝 주변의 확대기초 콘크리트가 말뚝을 횡방향으로 강하게 구속함으로써 휨모멘트 저항력 향상과 말뚝두부의 고정도가 매우 크게 발생하며 확대기초 콘크리트 속에 근입되는 말뚝두부의 길이 및 말뚝두부 주변에서 절곡 및 요철화된 캡형상의 확대기초 하부주철근의 연속성으로 상부하중을 말뚝두부에 균등하게 하중을 전이시켜 줌으로써 수직력이 안정적으로 전달될 수 있는 효과가 있다.

본 발명에 따르면, 확대기초 하단면으로부터 말뚝을 말뚝지름(D)의 길이이거나 말뚝지름(D) 이하의 길이로 매입하거나 또는 말뚝을 절곡 및 요철화된 확대기초 하부주철근까지 매입 인상함으로써 확대기초에 매입되는 말뚝두부와 확대기초 하부주철근 사이의 휨모멘트를 증가시켜서 휨 전단파괴를 방지하는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 말뚝두부 상단 절단면을 감싸는 보강캡과 확대기초 하부주철근의 연속성(일체화)을 유지하기 위하여 말뚝두부 주변에서 절곡 및 요철화된 캡형상의 확대기초 하부주철근에 의한 연속성을 유지하면서 말뚝의 두부를 최대 말뚝지름(D) 길이이거나 그 이하의 길이로 인상 및 매입시킴으로 인하여 확대기초 하측 주철근의 연속성 및 말뚝두부 휨전단 거동으로 수직력과 휨모멘트를 극대화를 시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1a는 도로교설계기준해설(2008, 한국)에 제시된 확대기초 속에 말뚝지름만큼을 매입한 강관말뚝과 확대기초 결합부의 구조세목을 설명하기 위한 도면이다.
도 1b는 도로교설계기준해설(2008, 한국)에 제시된 확대기초 속에 말뚝두부 10cm를 매입한 강관말뚝과 확대기초 결합부의 구조세목을 설명하기 위한 도면이다.
도 1c는 말뚝체내 보강철근이 없는 PHC말뚝과 확대기초 결합부의 구조세목을 설명하기 위한 도면이다.
도 1d는 도로교설계기준해설(2008, 한국)에 제시된 말뚝체내 보강철근이 있는 PHC말뚝과 확대기초 결합부의 구조세목을 설명하기 위한 도면이다.
도 1e는 말뚝과 확대기초와의 다양한 결합방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 1f는 말뚝두부 측면과 상부에 배치되어 설치되는 확대기초 하부주철근의 배근 상태를 나타낸 도면이다.
도 2a는 본 발명에 따른 캡형상의 확대기초 하부주철근에 의한 강관말뚝과 확대기초의 결합구조를 나타낸 결합정면도이다.
도 2b는 본 발명에 따른 캡형상의 확대기초 하부주철근에 의한 강관말뚝과 확대기초의 결합구조에 대한 사시도이다.
도 2c는 본 발명에 따른 캡형상의 확대기초 하부주철근에 의한 강관말뚝과 확대기초의 결합구조에 대한 수직 절단사시도이다.
도 2d는 본 발명에 따른 캡형상의 확대기초 하부주철근에 의한 강관말뚝과 확대기초의 결합구조에 대한 분해사시도이다.
도 2e는 본 발명에 따른 강관말뚝의 상부절단면을 나타낸 평면도이다.
도 2f는 본 발명에 따른 캡형상의 확대기초 하부주철근에 의한 강관말뚝과 확대기초의 결합구조에 대한 평면도이다.
도 3a는 본 발명에 따른 캡형상의 확대기초 하부주철근에 의하여 확대기초에서 인접된 강관말뚝들의 결합구조를 나타낸 전체 결합정면도이다.
도 3b는 본 발명에 따른 캡형상의 확대기초 하부주철근에 의하여 확대기초에서 인접된 강관말뚝들의 결합구조를 나타낸 사시도이다.
도 3c는 본 발명에 따른 캡형상의 확대기초 하부주철근에 의하여 확대기초에서 인접된 강관말뚝들의 결합구조를 나타낸 수직 절단사시도이다.
도 3d는 본 발명에 따른 캡형상의 확대기초 하부주철근에 의하여 확대기초에서 인접된 강관말뚝들의 결합구조를 나타낸 분해사시도이다.
도 3e는 본 발명에 따른 캡형상의 확대기초 하부주철근에 의하여 확대기초에서 인접된 강관말뚝들의 결합구조를 나타낸 평면도이다.
도 4a는 본 발명에 따른 캡형상의 확대기초 하부주철근에 의한 보강캡을 구비한 PHC말뚝과 확대기초의 결합구조를 나타낸 결합정면도이다.
도 4b는 본 발명에 따른 캡형상의 확대기초 하부주철근에 의한 보강캡을 구비한 PHC말뚝과 확대기초의 결합구조에 대한 사시도이다.
도 4c는 본 발명에 따른 캡형상의 확대기초 하부주철근에 의한 보강캡을 구비한 PHC말뚝과 확대기초의 결합구조에 대한 수직 절단사시도이다.
도 4d는 본 발명에 따른 캡형상의 확대기초 하부주철근에 의한 보강캡을 구비한 PHC말뚝과 확대기초의 결합구조에 대한 분해사시도이다.
도 4e는 본 발명에 따른 보강캡을 구비한 PHC말뚝의 상부절단면을 나타낸 평면도이다.
도 4f는 본 발명에 따른 캡형상의 확대기초 하부주철근에 의한 보강캡을 구비한 PHC말뚝과 확대기초의 결합구조에 대한 평면도이다.
도 5a는 본 발명에 따른 캡형상의 확대기초 하부주철근에 의한 보강캡을 구비한 PHC말뚝과 확대기초 및 속채움 보강철근망과의 결합구조를 나타낸 결합정면도이다.
도 5b는 본 발명에 따른 캡형상의 확대기초 하부주철근에 의한 보강캡을 구비한 PHC말뚝과 확대기초 및 속채움 보강철근망과의 결합구조에 대한 사시도이다.
도 5c는 본 발명에 따른 캡형상의 확대기초 하부주철근에 의한 보강캡을 구비한 PHC말뚝과 확대기초 및 속채움 보강철근망과의 결합구조에 대한 수직 절단사시도이다.
도 5d는 본 발명에 따른 캡형상의 확대기초 하부주철근에 의한 보강캡을 구비한 PHC말뚝과 확대기초 및 속채움 보강철근망과의 결합구조에 대한 분해사시도이다.
도 5e는 본 발명에 따른 속채움 보강철근망과 보강캡을 구비한 PHC말뚝의 상부절단면을 나타낸 평면도이다.
도 5f는 본 발명에 따른 캡형상의 확대기초 하부주철근에 의한 보강캡을 구비한 PHC말뚝과 확대기초 및 속채움 보강철근망과의 결합구조에 대한 평면도이다.

이하, 본 발명의 다양한 실시 예가 첨부된 도면을 참조하여 기재된다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 실시 예의 다양한 변경(modification), 균등물(equivalent), 및/또는 대체물(alternative)을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

본 문서의 다양한 실시예들 및 이에 사용된 용어들은 본 문서에 기재된 기술적 특징들을 특정한 실시 예들로 한정하려는 것이 아니며, 해당 실시 예의 다양한 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

도면의 설명과 관련하여, 유사한 또는 관련된 구성요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다. 아이템에 대응하는 명사의 단수형은 관련된 문맥상 명백하게 다르게 지시하지 않는 한, 상기 아이템 한 개 또는 복수 개를 포함할 수 있다.

본 발명에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시예에 불과하므로, 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니된다. 즉, 실시예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 본 발명의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

하기의 모든 도면에서 동일한 기능을 갖는 구성요소는 동일한 참조부호를 사용하여 반복적인 설명은 생략하며 아울러 후술하는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 것으로서, 이는 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 개념과 고유의 통용되는 의미로 해석되어야 함을 명시한다.

한편, 본 발명에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.

"제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어"있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어"있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 한편, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

각 단계들에 있어 식별부호(예를 들어, a, b, c 등)는 설명의 편의를 위하여 사용되는 것으로 식별부호는 각 단계들의 순서를 설명하는 것이 아니며, 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않는 이상 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 단계들은 명기된 순서와 동일하게 일어날 수도 있고 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며 반대의 순서대로 수행될 수도 있다.

여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.

또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명한다.

< 본 발명에 따른 제1실시예>

도 2a는 본 발명에 따른 캡형상의 확대기초 하부주철근에 의한 강관말뚝과 확대기초의 결합구조를 나타낸 결합정면도이고, 도 2b는 본 발명에 따른 캡형상의 확대기초 하부주철근에 의한 강관말뚝과 확대기초의 결합구조에 대한 전체사시도이며, 도 2c는 본 발명에 따른 캡형상의 확대기초 하부주철근에 의한 강관말뚝과 확대기초의 결합구조에 대한 수직 절단사시도이고, 도 2d는 본 발명에 따른 캡형상의 확대기초 하부주철근에 의한 강관말뚝과 확대기초의 결합구조에 대한 분해사시도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 제1실시예의 특징을 살펴보면, 첫 번째로는 지반의 굴착공에 삽입되어 설치되는 말뚝(100) 두부의 상부면이 기계장치에 의하여 수평하게 커팅되어 상부절단면(110)이 형성되는 강관말뚝(100-1)과 지상 상부구조물의 기초 콘크리트인 확대기초(200)와의 결합구조에 있어서, 상부절단면(110)이 형성된 강관말뚝(100-1)의 두부가 상기 확대기초(200)의 내부로 최대 강관말뚝(100-1)의 지름(1D)에 해당되는 길이이거나 또는 그 이하의 길이로 인상 근입(근입길이 L≤1D)하여 말뚝(100) 두부의 수평력이 증대됨으로써 휨모멘트가 향상되기 때문에 말뚝(100)의 휨보강이 극대화된다.

두 번째로는 강관말뚝(100-1) 두부의 상부절단면(110) 상부에 접촉 또는 비접촉되도록 배치되며 상호 수직으로 교차되도록 횡방향으로 배치되는 하층 확대기초 하부주철근(211)과 종방향으로 배치되는 상층 확대기초 하부주철근(212)을 상부절단면(110)이 형성된 강관말뚝(100-1)의 두부의 주변에서 좌우측을 동일하게 상향으로 절곡 및 요철화하여 캡형상으로 절곡함으로써 확대기초 하부주철근(210)이 절단됨이 없이 연속성을 유지할 수 있기 때문에 상부하중을 말뚝(100) 두부에 균등하게 전이시켜 줌으로써 수직력이 안정적으로 전달될 수 있는 특징이 있는 캡형상의 확대기초 하부주철근에 의한 휨모멘트 향상과 균등한 수직하중분포를 위한 말뚝 두부보강구조에 관한 것이다.

보다 상세하게 설명하면, 상기 강관말뚝(100-1)은, 말뚝(100) 두부 내측 중공부에 속채움 콘크리트(103)를 충전하기 위하여 강관말뚝(100-1)의 상부절단면(110)에 걸쳐지는 갈고리(102)에 의하여 지지되는 중공부 내측 하부에 원판형의 속채움 콘크리트 거푸집(101)이 형성된다. 따라서, 강관말뚝(100-1)의 두부 내측 중공부에 타설한 속채움 콘크리트(103)를 속채움 콘크리트 거푸집(101)으로 구속하여 양생시킬 수 있다.

상기 확대기초(200)는, 지상 상부구조물의 기초 콘크리트로서 확대기초 콘크리트(203)의 하부 단면인 확대기초 하단면(201)과 확대기초 콘크리트(203)의 상부 단면인 확대기초 상단면(202)으로 이루어지고, 상기 확대기초 하단면(201)으로부터 상부방향으로 소정거리 위치에는 횡방향으로 배치되는 하층 확대기초 하부주철근(211)과 종방향으로 배치되는 상층 확대기초 하부주철근(212)이 상호 수직으로 교차되는 확대기초 하부주철근(210)이 배치되어 형성된다.

본 발명의 제1실시예에 따른 강관말뚝(100-1)과 확대기초의 결합구조는, 상기 강관말뚝(100-1)이 지반의 굴착공에 삽입되어 설치되며, 이때 상부 말뚝두부가 기계장치에 의하여 수평하게 커팅되어 상부절단면(110)이 형성되며, 끝단면인 상부절단면(110) 형성된 강관말뚝(100-1)의 두부가 확대기초(200)의 내부 속으로 근입되는 경우에 확대기초 하단면(201)로부터 상부로 최대 상기 강관말뚝(100-1)의 지름(1D)에 해당되는 길이이거나 그 이하의 길이, 즉 근입길이가 L≤1D가 되도록 매입 인상 배치하되, 강관말뚝(100-1)의 두부 끝단면인 상부절단면(110)이 확대기초(200)의 확대기초 하부주철근(210)의 하층 확대기초 하부주철근(211)에 면 접촉 또는 비접촉되도록 배치한다.

이때 확대기초 하부주철근(210)의 하층 확대기초 하부주철근(211) 및 상층 확대기초 하부주철근(212)은, 상기 확대기초 하부주철근(210)의 하부에 면 접촉 또는 비접촉되는 강관말뚝(100-1)의 상부절단면(110) 두부 주변에서 절곡 및 요철화된 캡형상으로 형성된다.

보다 상세하게는, 절곡 및 요철화된 캡형상의 확대기초 하부주철근(210)의 하층 확대기초 하부주철근(211)은, 강관말뚝(100-1)의 상부절단면(110)이 면 접촉 또는 비접촉되는 상단 수평부(211-1)와, 상기 상단 수평부(211-1)의 좌우측에서 하향으로 절곡되는 수직부(211-2)와, 상기 수직부(211-2)에 수직으로 수평하게 절곡되는 연속적으로 연결되는 하단수평부(211-3)로 이루어져서 캡형상으로 형성된다.

따라서, 상기 확대기초 하부주철근(210)을 이루고 있는 수직 교차되는 횡방향으로 배치되는 하층 확대기초 하부주철근(211)과 종방향으로 배치되는 상층 확대기초 하부주철근(212)의 좌우측을 동일하게 상향으로 절곡 및 요철화하여 캡형상으로 절곡한 상태로 배치하여 확대기초 하부주철근(210)이 절단됨이 없이 연속성을 유지하도록 한다.

상기 확대기초 하부주철근(210)에서 하층 확대기초 하부주철근(211)의 상단 수평부(211-1)에서 하단 수평부(211-2)까지의 길이는 1D-확대기초 저면 피복두께( 10 ~ 15cm)이며, 연속성을 유지하는 하층 확대기초 하부주철근(211) 하단 수평부(211-3)와 확대기초 하단면(201) 사이는 확대기초 저면 피복두께에 해당되며 그 두께는 10 ~ 15cm가 유지되도록 하여 상기 확대기초 하부주철근(211)의 상단 수평부(211-1)와 확대기초 하단면(201) 사이의 근입길이는 L≤1D 으로서 상부절단면(110) 형성된 강관말뚝(100-1)의 두부가 확대기초(200)의 내부 속으로 근입되어 인상되도록 한다.

또한, 본 발명의 제1실시예에 따르면, 후술되는 제4실시예와 동일하게 상기 확대기초 콘크리트(203)에 매입되는 강관말뚝(100-1)의 두부인 상부절단면(110)과 확대기초 하부주철근(210) 사이의 결합부에서 발생하는 균열과 휨전단력을 저항하여 지지하기 위하여, 즉 강관말뚝(100-1)의 두부의 지진력에 대한 강관말뚝(100-1) 본체의 과응력(휨응력, 전단응력)을 방지하기 위하여 강관말뚝(100-1)의 두부와 확대기초(200)를 연결하는 보강 매개체로서의 속채움 보강철근망(300)은 속채움 수직보강철근(310)과 속채움 띠철근(320)이 결속선에 의하여 소정간격으로 매듭 연결하여 원통형 기둥 구조체로 형성되어 강관말뚝(100-1)과 확대기초(200)가 서로 결합되도록 한다.

즉, 상기 속채움 보강철근망(300)은, 상기 확대기초(200)의 확대기초 하부주철근(210) 기준으로 사이에 두고 상기 확대기초(200)에서 확대기초 하부주철근(210)을 관통하여 상기 강관말뚝(100-1)의 중공부 내부로 근입되어 상기 강관말뚝(100-1)의 속채움 콘크리트 거푸집(101)으로부터 상부 10cm 까지 배치되도록 한다.

도 2e는 본 발명에 따른 강관말뚝의 상부절단면을 나타낸 평면도이고, 도 2f는 본 발명에 따른 캡형상의 확대기초 하부주철근에 의한 강관말뚝과 확대기초의 결합구조에 대한 평면도이다.

도 2e에 도시된 바와 같이, 원통형의 강관말뚝(100-1)의 두부 상부면은 기계장치에 의하여 수평하게 커팅되어 상부절단면(110)이 형성되며, 상기 상부절단면(110)에 갈고리(102)가 걸쳐지며, 강관말뚝(100-1)의 두부 내측 중공부에 타설한 속채움 콘크리트(103)가 갈고리(102)에 의하여 지지되는 중공부 내측 하부의 속채움 콘크리트 거푸집(101)에 의하여 구속되어 양생되는 구조이다.

도 2f에 도시된 바와 같이, 기계장치에 의하여 수평하게 커팅된 강관말뚝(100-1)의 두부 상부절단면(110)이 지상 상부구조물의 기초 콘크리트인 확대기초(200) 내부의 수직 교차되도록 횡방향으로 배치되는 하층 확대기초 하부주철근(211)과 종방향으로 배치되는 상층 확대기초 하부주철근(212)의 좌우측을 동일하게 상향으로 절곡 및 요철화하여 캡형상으로 절곡한 상태로 배치되는 확대기초 하부주철근(210)에 면 접촉 또는 비접촉되도록 말뚝지름(1D)에 해당되는 길이이거나 그 이하의 길이로 근입 인상되어 배치되는 구조이다.

따라서 본 발명의 제1실시예에 의하면, 상부절단면(110)이 형성된 강관말뚝(100-1)의 두부가 상기 확대기초(200)의 내부로 최대 강관말뚝(100-1)의 지름(1D)에 해당되는 길이이거나 그 이하의 길이로 인상 근입하여 말뚝(100) 두부의 수평력이 증대됨으로써 휨모멘트가 향상되기 때문에 말뚝(100)의 휨보강이 극대화될 뿐만 아니라, 강관말뚝(100-1)의 두부의 주변에서 좌우측을 동일하게 상향으로 절곡 및 요철화하여 캡형상으로 절곡함으로써 확대기초 하부주철근(210)이 절단됨이 없이 연속성을 유지할 수 있기 때문에 상부하중을 말뚝(100) 두부에 균등하게 전이시켜 줌으로써 수직력이 안정적으로 전달될 수 있는 효과가 있는 결합구조이다.

< 본 발명에 따른 제2실시예>

도 3a는 본 발명에 따른 캡형상의 확대기초 하부주철근에 의하여 확대기초에서 인접된 강관말뚝들의 결합구조를 나타낸 전체 결합정면도이고, 도 3b는 본 발명에 따른 캡형상의 확대기초 하부주철근에 의하여 확대기초에서 인접된 강관말뚝들의 결합구조를 나타낸 사시도이며, 도 3c는 본 발명에 따른 캡형상의 확대기초 하부주철근에 의하여 확대기초에서 인접된 강관말뚝들의 결합구조를 나타낸 수직 절단사시도이고, 도 3d는 본 발명에 따른 캡형상의 확대기초 하부주철근에 의하여 확대기초에서 인접된 강관말뚝들의 결합구조를 나타낸 분해사시도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명에 따르면, 강관말뚝(100-1)과 확대기초의 결합구조는, 상기 강관말뚝(100-1)이 지반의 굴착공에 삽입되어 설치되며, 이때 상부 말뚝두부가 기계장치에 의하여 수평하게 커팅되어 상부절단면(110)이 형성되며, 끝단면인 상부절단면(110) 형성된 강관말뚝(100-1)의 두부가 확대기초(200)의 내부 속으로 근입될 경우에 확대기초 하단면(201)로부터 상부로 최대 상기 강관말뚝(100-1)의 지름(1D)에 해당되는 길이이거나 그 이하의 길이로 매입되도록 인상 배치하되, 강관말뚝(100-1)의 두부 끝단면인 상부절단면(110)이 확대기초(200)의 확대기초 하부주철근(210)의 하부에 면 접촉 또는 비접촉되도록 배치한다.

이때 확대기초 하부주철근(210)은, 상기 확대기초 하부주철근(210)의 하부에 접촉되는 강관말뚝(100-1)의 상부절단면(110) 두부 주변에서 상기 확대기초 하부주철근(210)을 이루고 있는 수직 교차되는 횡방향으로 배치되는 하층 확대기초 하부주철근(211)과 종방향으로 배치되는 상층 확대기초 하부주철근(212)의 좌우측을 동일하게 상향으로 절곡 및 요철화하여 캡형상으로 절곡한 상태로 배치하여 확대기초 하부주철근(210)이 절단됨이 없이 연속성을 유지하도록 한다.

이때, 일측 강관말뚝(100-1)의 상부절단면(110) 두부 주변에서 좌우측을 동일하게 상향으로 절곡 및 요철화하여 캡형상으로 절곡한 상태로 배치되는 상기 확대기초 하부주철근(210)을 이루고 있는 횡방향으로 배치되는 일측 하층 확대기초 하부주철근(211)과 인접하여 배치되는 타측 강관말뚝(100-1)의 두부 주변에서 좌우측을 동일하게 상향으로 절곡 및 요철화하여 캡형상으로 절곡한 상태로 배치되는 상기 확대기초 하부주철근(210)을 이루고 있는 횡방향으로 배치되는 타측 하층 확대기초 하부주철근(211)이 결속선(213)에 의하여 매듭으로 결합되도록 하고, 결속선(213)에 의하여 결합된 2개의 하부주철근(211)의 하부에는 확대기초 저면 피복두께(205)에 위치하는 받침돌(214)에 의하여 지지되도록 한다.

또한, 미도시 되었으나, 상기 하층 확대기초 하부주철근(211)과 수직 교차되는 상층 확대기초 하부주철근(212)의 경우도 동일한 방식으로 연결되는 구조이다. 즉, 전방의 일측 강관말뚝(100-1)의 상부절단면(110) 두부 주변에서 좌우측을 동일하게 상향으로 절곡 및 요철화하여 캡형상으로 절곡한 상태로 배치되는 상기 확대기초 하부주철근(210)을 이루고 있는 종방향으로 배치되는 일측 상층 확대기초 하부주철근(212)과 인접하여 배치되는 후방의 타측 강관말뚝(100-1)의 두부 주변에서 좌우측을 동일하게 상향으로 절곡 및 요철화하여 캡형상으로 절곡한 상태로 배치되는 상기 확대기초 하부주철근(210)을 이루고 있는 종방향으로 배치되는 타측 상층 확대기초 하부주철근(212)이 결속선(213)에 의하여 매듭으로 결합되도록 하고, 결속선(213)에 의하여 결합된 2개의 상층 확대기초 하부주철근(212)의 하부에는 확대기초 저면 피복두께(205)에 위치하는 받침돌(214)에 의하여 지지되도록 한다.

이때 인접되는 복수의 강관말뚝(100-1)과 캡형상의 확대기초 하부주철근(210)에 의한 연결구조에 있어서, 상기 확대기초 하부주철근(210)에서 하층 확대기초 하부주철근(211)의 상단 수평부(211-1)에서 하단 수평부(211-2)까지의 길이는 1D-확대기초 저면 피복두께( 10 ~ 15cm)이며, 연속성을 유지하는 하층 확대기초 하부주철근(211) 하단 수평부(211-3)와 확대기초 하단면(201) 사이는 확대기초 저면 피복두께에 해당되며 그 두께는 10 ~ 15cm가 유지되도록 하여 상기 확대기초 하부주철근(211)의 상단 수평부(211-1)와 확대기초 하단면(201) 사이의 근입길이는 L≤1D 으로서 상부절단면(110) 형성된 강관말뚝(100-1)의 두부가 확대기초(200)의 내부 속으로 근입되어 인상되도록 한다.

도 3e는 본 발명에 따른 캡형상의 확대기초 하부주철근에 의하여 확대기초에서 인접된 강관말뚝들의 결합구조를 나타낸 평면도이다.

도시된 바와 같이, 기계장치에 의하여 수평하게 커팅된 강관말뚝(100-1)의 두부 상부절단면(110)이 지상 상부구조물의 기초 콘크리트인 확대기초(200) 내부의 수직 교차되도록 횡방향으로 배치되는 하층 확대기초 하부주철근(211)과 종방향으로 배치되는 상층 확대기초 하부주철근(212)의 좌우측을 동일하게 상향으로 절곡 및 요철화하여 캡형상으로 절곡한 상태로 배치되는 확대기초 하부주철근(210)에 면 접촉 또는 비접촉하도록 최대 상기 강관말뚝(100-1)의 지름(1D)에 해당되는 길이이거나 그 이하의 길이로 근입 인상되어 배치되는 구조이다.

또한, 일측 강관말뚝(100-1)의 상부절단면(110) 두부 주변에서 좌우측을 동일하게 상향으로 절곡 및 요철화하여 캡형상으로 절곡한 상태로 배치되는 상기 확대기초 하부주철근(210)의 일측 하층 확대기초 하부주철근(211)과 인접하여 배치되는 타측 강관말뚝(100-1)의 두부 주변에서 좌우측을 동일하게 상향으로 절곡 및 요철화하여 캡형상으로 절곡한 상태로 배치되는 상기 확대기초 하부주철근(210)의 타측 하층 확대기초 하부주철근(211)이 결속선(213)에 의하여 매듭으로 결합되며, 미도시 되었지만, 인접하여 배치되는 좌우측을 동일하게 상향으로 절곡 및 요철화하여 캡형상으로 절곡한 상태로 배치되는 확대기초 하부주철근(210)을 이루고 있는 종방향으로 배치되는 상층 확대기초 하부주철근(212) 역시도 동일한 방식으로 결속선(213)에 의하여 매듭으로 결합 연결되도록 하여 확대기초 하부주철근(210)이 절단됨이 없이 연속성을 유지하도록 한다.

< 본 발명에 따른 제3실시예>

도 4a는 본 발명에 따른 캡형상의 확대기초 하부주철근에 의한 보강캡을 구비한 PHC말뚝과 확대기초의 결합구조를 나타낸 결합정면도이고, 도 4b는 본 발명에 따른 캡형상의 확대기초 하부주철근에 의한 보강캡을 구비한 PHC말뚝과 확대기초의 결합구조에 대한 사시도이며, 도 4c는 본 발명에 따른 캡형상의 확대기초 하부주철근에 의한 보강캡을 구비한 PHC말뚝과 확대기초의 결합구조에 대한 수직 절단사시도이고, 도 4d는 본 발명에 따른 캡형상의 확대기초 하부주철근에 의한 보강캡을 구비한 PHC말뚝과 확대기초의 결합구조에 대한 분해사시도이다.

도시된 바와 같이 본 발명의 제3실시예에 따르면, 지반의 굴착공에 삽입되어 설치되는 말뚝(100) 두부가 기계장치에 의하여 수평하게 원커팅되어 상부절단면(110)이 형성된 PHC말뚝(100-2)과 지상 상부구조물의 기초 콘크리트인 확대기초(200)와의 결합구조에 관한 것이다.

도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 PHC말뚝(100-2)은, PHC말뚝(100) 본체의 콘크리트 내부에 내부보강재인 다수의 PC강봉(150)이 매입 및 경화되어 제작된다.

상기 PHC말뚝(100)의 제작공정은, PHC 말뚝체용 거푸집(형틀)을 작업대에 배치하고, 거푸집 내부에 내부보강재인 PC강봉(150)이 다수개로 배치하고, 상기 PC강봉(150)은 긴장력이 형성되도록 거푸집에 따라 다수개(9 ~ 12개)가 이격되어 배치된다.

상기 다수개의 PC강봉(150)이 상기 PHC말뚝(100-2)의 본체 콘크리트 내부에 매입되어 원주상으로 형성되도록 하며, 이때 상기 PC강봉(150)의 양쪽 단부를 잡아당겨서 신장되도록 한 상태에서 고강도 콘크리트를 말뚝체 거푸집 속에 타설한 후에 거푸집을 회전시켜 원심력에 의하여 타설된 말뚝본체 콘크리트가 거푸집의 내측면으로부터 일정 두께를 갖도록 형성되어 경화과정을 통하여 PHC말뚝(100-2)이 도우넛 중공관 형태로 제작된다.

상기와 같이 공장에서 제작된 PHC말뚝(100-2)의 말뚝두부는 기계장치에 의하여 수평하게 원커팅되어 상부절단면(110)이 형성된다.

상기 PHC말뚝(100-2)의 말뚝두부가 절단되어 형성되는 상부절단면(110)에는 ㄷ 자형의 보강캡(111)이 3 ~ 4개 끼워져서 상부절단면(110)을 포함한 PHC말뚝(100-2)의 말뚝두부를 보강하며, 다수개의 PC강봉(150)이 매입된 PHC말뚝(100-2)은 지반의 굴착공에 삽입되어 설치되어 지상 상부구조물의 기초 콘크리트인 확대기초(200)와의 결합구조를 형성한다.

상기 보강캡(111)은 PHC말뚝(100-2)의 상부절단면(110)의 파손을 방지하기 위하여 만곡 ㄷ자형으로 형성되어 상부절단면(110)에 끼워져서 덮혀지며, 보강캡(111)의 내부면과 상부절단면(110) 사이에 공기가 배출되고 콘크리트가 스며들어 긴밀하게 밀착 접촉되도록 상부면에는 다수개의 보강캡 천공홀(112)이 형성된다. 또한 PHC말뚝(100-2)의 상부절단면(110)에는 PHC말뚝(100-2)의 직경에 따라 상기 보강캡(111)이 다수개인 3 ~ 4개 구비될 수 있다.

상기 PHC말뚝(100-2)은, 말뚝두부 내측 중공부에 속채움 콘크리트(103)를 충전하기 위하여 PHC말뚝(100-2)의 상부절단면(110)에 갈고리(102)에 의하여 지지되는 중공부 내측 하부에 원판형의 속채움 콘크리트 거푸집(101)이 형성된다. 따라서, PHC말뚝(100-2)의 두부 내측 중공부에 타설한 속채움 콘크리트(103)를 속채움 콘크리트 거푸집(101)으로 구속하여 양생시킬 수 있다.

상기 확대기초 하부주철근(210)은, 상기 확대기초 하부주철근(210)의 하부에 면 접촉 또는 비접촉되는 PHC말뚝(100-2)의 상부절단면(110) 두부 주변에서 상기 확대기초 하부주철근(210)을 이루고 있는 수직 교차되는 횡방향으로 배치되는 하층 확대기초 하부주철근(211)과 종방향으로 배치되는 상층 확대기초 하부주철근(212)의 좌우측을 동일하게 상향으로 절곡 및 요철화하여 캡형상으로 절곡한 상태로 배치하여 확대기초 하부주철근(210)이 절단됨이 없이 연속성을 유지하도록 한다.

본 발명의 제3실시예에 따르면, 다수개의 보강캡(111)이 끼워져서 덮혀지는 말뚝두부가 기계장치에 의하여 수평하게 원커팅(one-cutting)된 상부절단면(110)이 형성된 PHC말뚝(100-2)이 상기 확대기초(200)의 확대기초 하단면(201)으로부터 확대기초 콘크리트(203) 내부 속으로 매입되는 결합구조에 있어서, 상기 PHC말뚝(100-2)의 두부가 상부절단면(110)을 기준으로 다수개의 보강캡(111)이 끼워져서 덮혀진 상부절단면(110)이 형성된 PHC말뚝(100-2)의 두부가 지상 상부구조물의 기초 콘크리트인 확대기초(200)의 내부로 매입하되, 수직 교차되도록 횡방향으로 배치되는 하층 확대기초 하부주철근(211)과 종방향으로 배치되는 상층 확대기초 하부주철근(212)의 좌우측을 동일하게 상향으로 절곡 및 요철화하여 캡형상으로 절곡한 상태로 배치되는 확대기초 하부주철근(210)에 접촉 또는 비접촉하도록 최대 PHC말뚝(100-2)의 말뚝지름(1D)에 해당되는 길이이거나 그 이하의 길이로 근입 인상되어 배치되는 구조에 의하여 말뚝(100) 두부의 수평력이 증대됨으로써 휨모멘트가 향상되기 때문에 말뚝(100)의 휨보강이 극대화된다.

즉, 상기 확대기초(200)에 매입되는 PHC말뚝(100) 두부의 길이는 PHC말뚝(100)의 두부가 매입되는 확대기초(200)의 저면인 확대기초 하단면(201)으로부터 PHC말뚝(100) 두부의 보강캡(111)이 끼워져서 덮혀진 상부절단면(110)까지의 길이는 좌우측을 동일하게 상향으로 절곡 및 요철화하여 캡형상으로 절곡한 상태로 배치되는 확대기초 하부주철근(210)에 면 접촉 또는 비접촉하도록 최대 PHC말뚝(100-2)의 말뚝지름(1D)에 해당되는 길이이거나 그 이하의 길이로 근입 인상되거나, 또는 상기 PHC말뚝(100-2)의 보강캡(111)이 끼워져서 덮혀진 상부절단면(110)과 면 접촉 또는 비접촉되는 상기 확대기초 하부주철근(210)에서 하층 확대기초 하부주철근(211)의 상단 수평부(211-1)에서 하단 수평부(211-2)까지의 길이는 1D-확대기초 저면 피복두께( 10 ~ 15cm)이며, 연속성을 유지하는 하층 확대기초 하부주철근(211) 하단 수평부(211-3)와 확대기초 하단면(201) 사이는 확대기초 저면 피복두께에 해당되며 그 두께는 10 ~ 15cm가 유지되도록 하여 상기 확대기초 하부주철근(210)의 상단 수평부(211-1)와 확대기초 하단면(201) 사이의 근입길이는 L≤1D 으로서 결국 상부절단면(110) 형성된 PHC말뚝(100-2)의 두부가 확대기초(200)의 내부 속으로 PHC말뚝(100-2)의 보강캡(111)이 끼워져서 덮혀진 상부절단면(110)이 하부주철근(210)에 면접촉 또는 비면접촉하는 높이까지 확대기초(200) 내부로 매입되도록 인상되는 것을 특징으로 한다.

도 4e는 본 발명에 따른 보강캡을 구비한 PHC말뚝의 상부절단면을 나타낸 평면도로서, 도시된 바와 같이, PHC말뚝(100-2)의 본체 콘크리트에는 모두 9 ~ 12개의 PC강봉(150)이 매입되어 고정되며, 상부절단면(110)에는 중공부 내측 하부에 원판형의 속채움 콘크리트 거푸집(101)을 지지하는 갈고리(102)가 걸쳐지며, 또한 상부절단면(110)이 형성된 PHC말뚝(100-2)에는 ㄷ 자형의 보강캡이 3 ~ 4개 끼워져서 상부절단면(110)을 포함한 PHC말뚝(100) 두부를 보강하는 구조로 형성된다.

도 4f는 본 발명에 따른 캡형상의 확대기초 하부주철근에 의한 보강캡을 구비한 PHC말뚝과 확대기초의 결합구조에 대한 평면도로서, 보강캡(111)이 끼워져서 덮혀진 상부절단면(110)이 형성된 PHC말뚝(100-2)의 두부 주변을 구속하는 좌우측을 동일하게 상향으로 절곡 및 요철화하여 캡형상으로 절곡한 상태로 배치되는 확대기초 하부주철근(210)이 PHC말뚝(100-2)의 상부절단면(110)에 끼워져서 덮혀진 보강캡(111)과 면 접촉 또는 비접촉하여 배치되는 구조이다.

따라서 본 발명의 제3실시예에 의하면, 보강캡(111)이 끼워져서 덮혀진 상부절단면(110)이 형성된 PHC말뚝(100-2)의 두부가 상기 확대기초(200)의 내부로 최대 PHC말뚝(100-2)의 말뚝지름(1D)에 해당되는 길이이거나 또는 말뚝지름(1D) 이하의 길이로 인상 근입하여 말뚝(100) 두부의 수평력이 증대됨으로써 휨모멘트가 향상되기 때문에 말뚝(100)의 휨보강이 극대화될 뿐만 아니라, PHC말뚝(100-2)의 두부의 주변에서 좌우측을 동일하게 상향으로 절곡 및 요철화하여 캡형상으로 절곡함으로써 확대기초 하부주철근(210)이 절단됨이 없이 연속성을 유지할 수 있기 때문에 상부하중을 말뚝(100) 두부에 균등하게 전이시켜 줌으로써 수직력이 안정적으로 전달될 수 있는 효과가 있는 결합구조이다.

< 본 발명에 따른 제4실시예>

도 5a는 본 발명에 따른 캡형상의 확대기초 하부주철근에 의한 보강캡을 구비한 PHC말뚝과 확대기초 및 속채움 보강철근망과의 결합구조를 나타낸 결합정면도이고, 도 5b는 본 발명에 따른 캡형상의 확대기초 하부주철근에 의한 보강캡을 구비한 PHC말뚝과 확대기초 및 속채움 보강철근망과의 결합구조에 대한 사시도이며, 도 5c는 본 발명에 따른 캡형상의 확대기초 하부주철근에 의한 보강캡을 구비한 PHC말뚝과 확대기초 및 속채움 보강철근망과의 결합구조에 대한 수직 절단사시도이고, 도 5d는 본 발명에 따른 캡형상의 확대기초 하부주철근에 의한 보강캡을 구비한 PHC말뚝과 확대기초 및 속채움 보강철근망과의 결합구조에 대한 분해사시도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명의 제4실시예에 따르면, 지반의 굴착공에 삽입되어 설치되는 말뚝(100) 두부가 기계장치에 의하여 수평하게 원커팅되어 상부절단면(110)이 형성된 PHC말뚝(100-2)과 지상 상부구조물의 기초 콘크리트인 확대기초(200)와의 결합구조에 관한 것으로서, 본 발명의 제4실시예에 따른 PHC말뚝(100-2)의 제작공정은, 전술한 제3실시예와 동일한 방법에 의하여 제작된다.

따라서, 본 발명의 제4실시예에 따른 결합구조는, PHC말뚝(100-2)의 말뚝두부가 절단되어 형성되는 상부절단면(110)에는 ㄷ 자형의 보강캡(111)이 3 ~ 4개 끼워져서 상부절단면(110)을 포함한 PHC말뚝(100-2)의 말뚝두부를 보강하며, 다수개의 PC강봉(150)이 매입된 PHC말뚝(100-2)은 지반의 굴착공에 삽입되어 설치되어 지상 상부구조물의 기초 콘크리트인 확대기초(200)와의 결합구조를 형성한다.

본 발명의 제4실시예에 따르면, 다수개의 보강캡(111)이 끼워져서 덮혀지는 말뚝두부가 기계장치에 의하여 수평하게 원커팅(one-cutting)된 상부절단면(110)이 형성된 PHC말뚝(100-2)이 상기 확대기초(200)의 확대기초 하단면(201)으로부터 확대기초 콘크리트(203) 내부 속으로 매입되는 결합구조에 있어서, 상기 PHC말뚝(100-2)의 두부가 상부절단면(110)을 기준으로 다수개의 보강캡(111)이 끼워져서 덮혀진 상부절단면(110)이 형성된 PHC말뚝(100-2)의 두부가 지상 상부구조물의 기초 콘크리트인 확대기초(200)의 내부로 매입하되, 수직 교차되도록 횡방향으로 배치되는 하층 확대기초 하부주철근(211)과 종방향으로 배치되는 상층 확대기초 하부주철근(212)의 좌우측을 동일하게 상향으로 절곡 및 요철화하여 캡형상으로 절곡한 상태로 배치되는 확대기초 하부주철근(210)에 면 접촉 또는 비접촉하도록 최대 PHC말뚝(100-2)의 말뚝지름(1D)에 해당되는 길이이거나 또는 말뚝지름(1D) 이하의 길이로 근입 인상되어 배치되는 구조에 의하여 말뚝(100) 두부의 수평력이 증대됨으로써 휨모멘트가 향상되기 때문에 말뚝(100)의 휨보강이 극대화된다.

즉, 상기 확대기초(200)에 매입되는 PHC말뚝(100) 두부의 길이는 PHC말뚝(100)의 두부가 매입되는 확대기초(200)의 저면인 확대기초 하단면(201)으로부터 PHC말뚝(100) 두부의 보강캡(111)이 끼워져서 덮혀진 상부절단면(110)까지의 길이는 좌우측을 동일하게 상향으로 절곡 및 요철화하여 캡형상으로 절곡한 상태로 배치되는 확대기초 하부주철근(210)에 면 접촉 또는 비접촉하도록 최대 PHC말뚝(100-2)의 말뚝지름(1D)에 해당되는 길이이거나 그 이하의 길이로 근입 인상되거나, 또는 상기 PHC말뚝(100-2)의 보강캡(111)이 끼워져서 덮혀진 상부절단면(110)과 면 접촉 또는 비접촉되는 상기 확대기초 하부주철근(210)에서 하층 확대기초 하부주철근(211)의 상단 수평부(211-1)에서 하단 수평부(211-2)까지의 길이는 1D-확대기초 저면 피복두께( 10 ~ 15cm)이며, 연속성을 유지하는 하층 확대기초 하부주철근(211) 하단 수평부(211-3)와 확대기초 하단면(201) 사이는 확대기초 저면 피복두께에 해당되며 그 두께는 10 ~ 15cm가 유지되도록 하여 상기 확대기초 하부주철근(210)의 상단 수평부와 확대기초 하단면(201) 사이의 근입길이는 L≤1D 로서, 결국 상부절단면(110) 형성된 PHC말뚝(100-2)의 두부가 확대기초(200)의 내부 속으로 PHC말뚝(100-2)의 보강캡(111)이 끼워져서 덮혀진 상부절단면(110)이 하부주철근(210)에 면접촉 또는 비면접촉하는 높이까지 확대기초(200) 내부로 매입되도록 인상되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 제4실시예에 따르면, 상기 확대기초 콘크리트(203)에 매입되는 PHC말뚝(100-2)의 두부인 상부절단면(110)과 확대기초 하부주철근(210) 사이의 결합부에서 발생하는 균열과 휨전단력을 저항하여 지지하기 위하여, 즉 PHC말뚝(100-2)의 두부의 지진력에 대한 PHC말뚝(100-2) 본체의 과응력(휨응력, 전단응력)을 방지하기 위하여 PHC말뚝(100-2)의 두부와 확대기초(200)를 연결하는 보강 매개체로서의 속채움 보강철근망(300)을 더 포함하며, 상기 속채움 보강철근망(300)을 형성하는 속채움 수직보강철근(310)과 속채움 띠철근(320)이 결속선에 의하여 소정간격으로 매듭 연결하여 원통형 기둥 구조체로 형성되어 PHC말뚝(100-2)과 확대기초(200)가 서로 강결합되도록 한다.

즉, 상기 속채움 보강철근망(300)은, 상기 확대기초(200)의 확대기초 하부주철근(210) 기준으로 사이에 두고 상기 확대기초(200)에서 확대기초 하부주철근(210)을 관통하여 상기 PHC말뚝(100-2)의 중공부 내부로 근입되어 상기 PHC말뚝(100-2)의 속채움 콘크리트 거푸집(101)으로부터 상부 10cm까지 배치되도록 한다.

따라서, PHC말뚝(100-2)과 속채움 콘크리트의 합성효과로 향상된 말뚝두부의 고정도와 휨모멘트를 갖는 PHC말뚝(100-2)과 확대기초(200)를 상호 연결하기 위하여 형성되는 속채움 보강철근망(300)이 PHC말뚝(100-2)의 중공부와 확대기초 콘크리트(203) 속에 삽입되며, PHC말뚝(100-2) 상부 절단면 상부방향으로의 속채움 보강철근망(300)은 속채움 보강철근(310)이 속채움 띠철근(320)으로 감싸고, PHC말뚝(100-2) 상부 절단면 아래의 말뚝 중공부의 속채움 보강철근망(300)의 속채움 보강철근(310)은 속채움 조립철근(330)으로 에워싸서 하나의 커다란 원통형 기둥 구조체로 형성되어 상기 PHC말뚝(100)과 확대기초(200)가 서로 강하게 결합되는 효과가 있다.

결론적으로 본 발명에 따르면, 확대기초(200)에 매입되는 PHC말뚝(100-2) 말뚝두부 주변인 확대기초 저면 피복두께(205)에서 균열이 발생한 후에도 속채움 보강철근망(300)이 PHC말뚝(100-2)과 확대기초(200)의 일체화된 연결구조체로 거동할 뿐만 아니라 지진력에 의한 말뚝두부의 파손을 방지하는 내진성이 우수한 말뚝체로 활용이 가능한 효과가 있다.

또한, 확대기초(200)에 근입되는 PHC말뚝(100-2) 말뚝두부의 근입 깊이가 말뚝지름(D)에 해당되는 길이로 인상하고 말뚝두부에 ㄷ 자형의 보강캡이 끼워져 있기 때문에 그 만큼 더 확대기초 저면 피복두께에 의한 말뚝두부의 횡방향 구속효과와 보강캡에 의한 PHC말뚝 두부 본체의 파쇄를 방지할 뿐만 아니라, PHC말뚝(100-2)의 두부의 주변에서 좌우측을 동일하게 상향으로 절곡 및 요철화하여 캡형상으로 절곡함으로써 확대기초 하부주철근(210)이 절단됨이 없이 연속성을 유지할 수 있기 때문에 상부하중을 말뚝(100) 두부에 균등하게 전이시켜 줌으로써 수직력이 안정적으로 전달될 수 있는 효과가 있다.

도 5e는 본 발명에 따른 속채움 보강철근망과 보강캡을 구비한 PHC말뚝의 상부절단면을 나타낸 평면도로서, 도시된 바와 같이, PHC말뚝(100-2)의 본체 콘크리트에는 모두 9 ~ 12개의 PC강봉(150)이 매입되어 고정되며, 상부절단면(110)에는 중공부 내측 하부에 원판형의 속채움 콘크리트 거푸집(101)을 지지하는 갈고리(102)가 걸쳐지며, 또한 상부절단면(110)이 형성된 PHC말뚝(100-2)에는 ㄷ 자형의 보강캡이 3 ~ 4개 끼워져서 상부절단면(110)을 포함한 PHC말뚝(100) 두부를 보강하는 구조로 형성되며, 상기 PHC말뚝(100-2)의 상부절단면(110)을 기준으로 상부방향과 PHC말뚝(100-2)의 중공부 내측에 걸쳐서 속채움 보강철근(310)이 속채움 띠철근(320) 및 조립철근(330)으로 이루어지는 속채움 보강철근망(300)이 배치되는 구조이다.

도 5f는 본 발명에 따른 캡형상의 확대기초 하부주철근에 의한 보강캡을 구비한 PHC말뚝과 확대기초 및 속채움 보강철근망과의 결합구조에 대한 평면도로서, 도시된 바와 같이, 보강캡(111)이 끼워져서 덮혀진 상부절단면(110)이 형성된 PHC말뚝(100-2)의 두부 주변을 구속하는 좌우측을 동일하게 상향으로 절곡 및 요철화하여 캡형상으로 절곡한 상태로 배치되는 확대기초 하부주철근(210)이 PHC말뚝(100-2)의 상부절단면(110)에 끼워져서 덮혀진 보강캡(111)과 면 접촉 또는 비접촉하도록 배치되며, PHC말뚝(100-2)의 내측 중공부에는 속채움 보강철근망(300)이 배치되는 구조이다.

아울러, 본 발명의 제4실시예는, 전술한 제2실시예와 동일하게 인접된 PHC말뚝 주변을 구속하는 캡형상의 확대기초 하부주철근을 서로 결합하여 연속성을 유지할 수 있는 배열구조로 배치될 수 있다.

즉, PHC말뚝(100-2)과 확대기초(200)와의 결합구조에서, 일측 PHC말뚝(100-2)의 상부절단면(110) 두부 주변에서 좌우측을 동일하게 상향으로 절곡 및 요철화하여 캡형상으로 절곡한 상태로 배치되는 상기 확대기초 하부주철근(210)을 이루고 있는 횡방향으로 배치되는 하층 확대기초 하부주철근(211)은 인접하여 배치되는 타측 PHC말뚝(100-2)의 두부 주변에서 좌우측을 동일하게 상향으로 절곡 및 요철화하여 캡형상으로 절곡한 상태로 배치되는 상기 확대기초 하부주철근(210)을 이루고 있는 횡방향으로 배치되는 하층 확대기초 하부주철근(211)과 결속선(213)에 의하여 매듭으로 결합되도록 하고, 결속선(213)에 의하여 결합된 2개의 하부주철근(211)의 하부에는 확대기초 저면 피복두께(205)에 위치하는 받침돌(214)에 의하여 지지되도록 배치되는 구조로 형성될 수 있다.

따라서 본 발명의 제4실시예에 의하면, 보강캡(111)이 끼워져서 덮혀진 상부절단면(110)이 형성된 PHC말뚝(100-2)의 두부가 상기 확대기초(200)의 내부로 최대 PHC말뚝(100-2)의 지름(1D)에 해당되는 길이이거나 또는 그 이하의 길이로 인상 근입하여 말뚝(100) 두부의 수평력이 증대됨으로써 휨모멘트가 향상되기 때문에 말뚝(100)의 휨보강이 극대화될 뿐만 아니라, PHC말뚝(100-2)의 두부의 주변에서 좌우측을 동일하게 상향으로 절곡 및 요철화하여 캡형상으로 절곡함으로써 확대기초 하부주철근(210)이 절단됨이 없이 연속성을 유지할 수 있기 때문에 상부하중을 말뚝(100) 두부에 균등하게 전이시켜 줌으로써 수직력이 안정적으로 전달될 수 있는 효과가 있는 결합구조이다.

또한, 상기 확대기초 콘크리트(203)에 매입되는 PHC말뚝(100-2)의 두부인 상부절단면(110)과 확대기초 하부주철근(210) 사이의 결합부에 PHC말뚝(100-2)의 두부와 확대기초(200)를 연결하는 보강 매개체로서의 속채움 수직보강철근(310)과 속채움 띠철근(320)이 결속선에 의하여 소정간격으로 매듭 연결하여 원통형 기둥 구조체로 형성되는 속채움 보강철근망(300)에 의하여 PHC말뚝(100-2)과 확대기초(200)가 서로 강결합되기 때문에 PHC말뚝(100-2)의 두부에서 발생하는 균열과 휨전단력을 저항하여 지지하여 PHC말뚝(100-2)의 두부의 지진력에 대한 PHC말뚝(100-2) 본체의 과응력(휨응력, 전단응력)을 방지할 수 있는 효과가 있다.

5, 50 : 지반 10, 100 : 말뚝
100-1 : 강관말뚝 100-2 : PHC말뚝
10-1, 101 : 속채움 콘크리트 거푸집 10-2, 102 : 갈고리
10-3, 103 : 속채움 콘크리트
11, 110 : 절단면111 : 보강캡 15, 150: PC강봉
12 : 전단키 12-1 : 미끄럼방지턱
20, 200 : 확대기초 20-1, 201 : 확대기초 하단면
20-2, 202 : 확대기초 상단면 20-3, 203 : 확대기초 콘크리트
20-4. 204 : 버림콘크리트 205 : 확대기초 저면 피복두께
21 : 확대기초 하부주철근 21-1 : 하층 확대기초 하부주철근
21-2 : 상층 확대기초 하부주철근
210 : 확대기초 하부주철근
211 : 하층 확대기초 하부주철근
211-1 : 상단 수평부 211-2 : 수직부
211-3 : 하단 수평부
212 : 상층 확대기초 하부주철근 213 : 결속선
214 : 받침돌
30, 300 : 속채움 보강 철근망 31, 310 : 속채움 보강철근
32, 320 : 띠철근 33, 330 : 조립철근

Claims

지반의 굴착공에 삽입되어 설치되는 강관말뚝과 지상 상부구조물의 기초 콘크리트인 확대기초와의 결합구조에 따른 말뚝 두부보강구조에 있어서,
상기 강관말뚝은, 말뚝 두부의 상부면이 수평하게 커팅되어 상부절단면이 형성되며,
상기 확대기초는, 지상 상부구조물의 기초 콘크리트로서 확대기초 콘크리트의 하부 단면인 확대기초 하단면과 확대기초 콘크리트의 상부 단면인 확대기초 상단면으로 이루어지고, 상기 확대기초 하단면으로부터 상부방향으로 소정거리에 위치하여 횡방향으로 배치되는 하층 확대기초 하부주철근과 종방향으로 배치되는 상층 확대기초 하부주철근이 상호 수직으로 교차되어 형성되는 확대기초 하부주철근이 배치되어 형성되며,
상기 강관말뚝의 상부절단면이 형성된 말뚝두부가 상기 확대기초의 저면 피복두께에 매입되어 배치하되, 상기 강관말뚝 두부의 상부절단면과 상기 확대기초에 구비되는 하부주철근 사이의 간극이 없이 상기 강관말뚝 두부의 상부절단면이 하부주철근과 면접촉되게 보다 더 확대기초의 내부로 길게 매입되어 인상 배치되며,
상기 횡방향으로 배치되는 하층 확대기초 하부주철근과 종방향으로 배치되는 상층 확대기초 하부주철근이 강관말뚝 두부의 주변에서 좌우측이 동일하게 상향으로 절곡 및 요철화되어 캡형상으로 절곡되어 배치되는 것을 특징으로 하는 캡형상의 확대기초 하부주철근에 의한 휨모멘트 향상과 균등한 수직하중분포를 위한 말뚝 두부보강구조.
청구항 1에 있어서, 상기 강관말뚝은,
말뚝 두부 내측 중공부에 속채움 콘크리트를 충전하기 위하여 강관말뚝의 상부절단면에 걸쳐지는 갈고리에 의하여 지지되는 중공부 내측 하부에 원판형의 속채움 콘크리트 거푸집이 형성되어 강관말뚝의 두부 내측 중공부에 타설한 속채움 콘크리트를 상기 속채움 콘크리트 거푸집으로 구속하여 양생시키는 것을 특징으로 하는 캡형상의 확대기초 하부주철근에 의한 휨모멘트 향상과 균등한 수직하중분포를 위한 말뚝 두부보강구조.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 절곡 및 요철화된 캡형상의 확대기초 하부주철근의 하층 확대기초 하부주철근은, 강관말뚝의 상부절단면이 면 접촉 또는 비접촉되는 상단 수평부와, 상기 상단 수평의 좌우측에서 하향으로 절곡되는 수직부와, 상기 수직에 수직으로 수평하게 절곡되는 연속적으로 연결되는 하단수평부로 형성되는 것을 특징으로 하는 캡형상의 확대기초 하부주철근에 의한 휨모멘트 향상과 균등한 수직하중분포를 위한 말뚝 두부보강구조.
청구항 3에 있어서,
일측 강관말뚝의 상부절단면 두부 주변에서 좌우측을 동일하게 상향으로 절곡 및 요철화하여 캡형상으로 절곡한 상태로 배치되는 확대기초 하부주철근의 하층 확대기초 하부주철근과 인접하여 배치되는 타측 강관말뚝의 두부 주변에서 좌우측을 동일하게 상향으로 절곡 및 요철화하여 캡형상으로 절곡한 상태로 배치되는 상기 확대기초 하부주철근의 하층 확대기초 하부주철근이 결속선에 의하여 매듭으로 결합되는 것을 특징으로 하는 캡형상의 확대기초 하부주철근에 의한 휨모멘트 향상과 균등한 수직하중분포를 위한 말뚝 두부보강구조.
청구항 4에 있어서,
상기 강관말뚝의 두부와 확대기초를 연결하는 보강 매개체로서의 속채움 수직보강철근과 속채움 띠철근이 결속선에 의하여 소정간격으로 매듭 연결하여 원통형 기둥 구조체로 형성되어 강관말뚝과 확대기초를 상호 강결합하는 속채움 보강철근망을 더 포함하며,
상기 속채움 보강철근망은 상기 확대기초의 확대기초 하부주철근 기준으로 상부방향으로 일정 높이의 길이로 형성됨과 동시에 상기 확대기초에서 확대기초 하부주철근을 관통하여 상기 강관말뚝의 중공부 내부로 근입되어 형성되는 것을 특징으로 하는 캡형상의 확대기초 하부주철근에 의한 휨모멘트 향상과 균등한 수직하중분포를 위한 말뚝 두부보강구조.
지반의 굴착공에 삽입되어 설치되는 PHC말뚝과 지상 상부구조물의 기초 콘크리트인 확대기초와의 결합구조에 따른 말뚝 두부보강구조에 있어서,
상기 PHC말뚝은, 본체의 콘크리트 내부에 내부보강재인 다수개의 PC강봉이 매입되어 형성되며, 말뚝두부의 상부면이 수평하게 커팅되어 상부절단면이 형성되며, 말뚝두부가 절단되어 형성되는 상부절단면에는 ㄷ 자형의 보강캡이 다수개로 끼워져서 말뚝두부를 보강하며,
상기 확대기초는, 지상 상부구조물의 기초 콘크리트로서 확대기초 콘크리트의 하부 단면인 확대기초 하단면과 확대기초 콘크리트의 상부 단면인 확대기초 상단면으로 이루어지고, 상기 확대기초 하단면으로부터 상부방향으로 소정거리에 위치하여 횡방향으로 배치되는 하층 확대기초 하부주철근과 종방향으로 배치되는 상층 확대기초 하부주철근이 상호 수직으로 교차되어 형성되는 확대기초 하부주철근이 배치되어 형성되며,
상기 PHC말뚝의 상부절단면이 형성된 말뚝두부가 상기 확대기초의 저면 피복두께에 매입되어 배치하되, 상기 PHC말뚝의 다수개의 보강캡이 끼워져서 덮혀지는 상부절단면과 상기 확대기초 하부주철근의 하층 확대기초 하부주철근 사이의 간극이 없이 상기 PHC말뚝의 다수개의 보강캡이 끼워져서 덮혀지는 상부절단면이 상기 확대기초에 구비되는 하부주철근과 면접촉되게 보다 더 확대기초의 내부로 길게 매입되어 인상되며,
상기 횡방향으로 배치되는 하층 확대기초 하부주철근과 종방향으로 배치되는 상층 확대기초 하부주철근이 PHC말뚝 두부의 주변에서 좌우측이 동일하게 상향으로 절곡 및 요철화되어 캡형상으로 절곡되어 배치되는 것을 특징으로 하는 캡형상의 확대기초 하부주철근에 의한 휨모멘트 향상과 균등한 수직하중분포를 위한 말뚝 두부보강구조.
청구항 6에 있어서, 상기 PHC말뚝은,
말뚝 두부 내측 중공부에 속채움 콘크리트를 충전하기 위하여 PHC말뚝의 상부절단면에 걸쳐지는 갈고리에 의하여 지지되는 중공부 내측 하부에 원판형의 속채움 콘크리트 거푸집이 형성되어 PHC말뚝의 두부 내측 중공부에 타설한 속채움 콘크리트를 상기 속채움 콘크리트 거푸집으로 구속하여 양생시키는 것을 특징으로 하는 캡형상의 확대기초 하부주철근에 의한 휨모멘트 향상과 균등한 수직하중분포를 위한 말뚝 두부보강구조.
청구항 6 또는 청구항 7에 있어서,
상기 절곡 및 요철화된 캡형상의 확대기초 하부주철근의 하층 확대기초 하부주철근은, 다수개의 보강캡이 끼워져서 덮혀지는 PHC말뚝의 상부절단면이 면 접촉 또는 비접촉되는 상단 수평부와, 상기 상단 수평부의 좌우측에서 하향으로 절곡되는 수직부와, 상기 수직부에 수직으로 수평하게 절곡되는 연속적으로 연결되는 하단수평부로 형성되는 것을 특징으로 하는 캡형상의 확대기초 하부주철근에 의한 휨모멘트 향상과 균등한 수직하중분포를 위한 말뚝 두부보강구조.
청구항 8에 있어서,
일측 PHC말뚝의 상부절단면 두부 주변에서 좌우측을 동일하게 상향으로 절곡 및 요철화하여 캡형상으로 절곡한 상태로 배치되는 확대기초 하부주철근의 하층 확대기초 하부주철근과 인접하여 배치되는 타측 PHC말뚝의 두부 주변에서 좌우측을 동일하게 상향으로 절곡 및 요철화하여 캡형상으로 절곡한 상태로 배치되는 확대기초 하부주철근의 하층 확대기초 하부주철근이 결속선에 의하여 매듭으로 결합되는 것을 특징으로 하는 캡형상의 확대기초 하부주철근에 의한 휨모멘트 향상과 균등한 수직하중분포를 위한 말뚝 두부보강구조.
청구항 9에 있어서,
상기 PHC말뚝의 두부와 확대기초를 연결하는 보강 매개체로서의 속채움 수직보강철근과 속채움 띠철근이 결속선에 의하여 소정간격으로 매듭 연결하여 원통형 기둥 구조체로 형성되어 PHC말뚝과 확대기초를 상호 강결합하는 속채움 보강철근망을 더 포함하며,
상기 속채움 보강철근망은 상기 확대기초의 확대기초 하부주철근 기준으로 상부방향으로 일정 높이의 길이로 형성됨과 동시에 상기 확대기초에서 확대기초 하부주철근을 관통하여 상기 PHC말뚝의 중공부 내부로 근입되어 형성되는 것을 특징으로 하는 캡형상의 확대기초 하부주철근에 의한 휨모멘트 향상과 균등한 수직하중분포를 위한 말뚝 두부보강구조.