KR200201561Y1 - 강관파일 두부보강구조 - Google Patents

Abstract

본 고안은 강관파일 두부보강구조에 관한 것이며, 중앙에 개구(11)가 형성되어 있고 그 둘레에 다수의 철근조립공(12)이 형성되어 있으며, 강관파일(2)에 대응하는 직경을 가지는 플랜지부(10); 상기 플랜지부(10)에 아래로 길게 신장되게 형성되고 상기 강관파일(2) 안으로 삽입된 상태에서 상기 강관파일(2)과 볼트 체결되며, 하단에 걸림턱(21)이 형성되어 있는 다수의 조립레그(20); 상기 조립레그들(20)의 걸림턱(21)에 올려져 상기 강관파일(2)을 폐쇄하는 받침판(30); 및 상기 철근조립공(12)에 삽입 및 고정되고, 상기 받침판(30)과 상기 강관파일(2)에 의해 형성되는 상기 강관파일(2)의 내부공간에 타설되는 콘크리트(5)에 그 하단이 매립되는 다수의 철근(40); 을 포함하는 것을 특징으로 하는 강관파일 두부보강구조(1)가 개시되어 있다.

Description

강관파일 두부보강구조{Head Reinforcement Structure of Steel Pipe Pile}

(기술분야)

본 고안은 강관파일 두부보강구조에 관한 것이며, 보다 상세하게는 각종 구조물의 기초토목공사를 할 때 지반에 매설하는 강관파일의 상단에 설치하여 그 상부의 기초 콘크리트의 하중을 지지하는 강관파일 두부보강구조에 관한 것이다.

(배경기술)

빌딩, 교량 등 각종 구조물을 시공할 때 약한 지반의 강도를 보강하기 위한 토목공사로서 지정작업을 행하는 것이 일반적인바, 지정작업의 일종인 말뚝지정 중 대표적인 것의 하나가 강관파일을 지반에 매설하는 강관말뚝지정이다. 구조물의 기초 콘크리트는 지반에 매설된 강관파일들 위에 구축되어 그 하중이 지지된다. 이때 강관파일에 기초 콘크리트의 내력 철근을 결속하기 위한 구조로서 강관파일의 상단에 두부보강구조가 설치된다.

도4는 종래 강관파일의 두부보강구조의 일 예를 보여주는 개략도이다. 도시된 바와 같이, 종래 강관파일 두부보강구조(100)는 매설과정에서 변형된 상단을 수평으로 절단해 낸 강관파일(110)의 상단에 구축되는바, 강관파일의 단면형상에 대응하는 원형 덮개판(120)과, 덮개판(120)의 하면에 접합되어 강관파일(110)의 관내로 삽입되는 보강판(130), 및 덮개판(120)의 둘레에 일정한 간격으로 접합되어 그 위에 구축되는 기초 콘크리트의 내력 철근과 결속되는 여러 개의 철근(140)으로 구성되어 있다.

이런 종래의 강관파일 두부보강구조(100)는 강관파일(110)의 내주면에 보강판(130)을 용접하고 덮개판(120)을 강관파일(110)의 상단 테두리를 따라 용접하여 접합하고 철근들(140)을 덮개판(120) 둘레에 용접하는 방식으로 강관파일(110)의 상단에 설치하며, 상기 철근들(140)은 기초 콘크리트의 내력 철근과 결속된 후 여기에 기초 콘크리트가 타설된다.

이상과 같은 구성을 가지는 종래의 강관파일 두부보강구조(100)는 기본적으로 강관파일(110), 덮개판(120), 보강판(130) 및 철근들(140)이 별도의 부재로 되어 있고 작업현장에서 용접에 의해 상호 접합하고 있기 때문에, 작업 자체가 노동과 시간 소모적일 뿐만 아니라 용접 조건과 과정에 따라 용접열에 기인하는 여러 가지 변형, 균열, 및 조직약화 및 부식이 유발될 수 있고, 철근(140)을 덮개판(120)의 외주면에 용접하는 것이기 때문에 용접면적이 좁아 용접이 탈락되기 쉽고 수직하중에 취약하게 되는 등 구조물의 부실의 요인으로 작용하는 문제점이 있었으며, 특히 그 중량이 지나치게 무거워서 운반과 취급에 여러 불편함이 있었다.

이런 문제점을 극복하기 위한 대책으로, '강관 말뚝용 덮개판'이란 명칭으로 볼트식 강관파일 두부보강구조(대한민국 공개특허번호 제1997-70350호)가 개발된 바 있다(도5 참조). 도5에 도시된 종래 강관파일 두부보강구조(200)는 강관파일(210), 덮개판(220) 및 보강판(230)의 접속을 용접이 아닌 볼트(B)에 의한 결합으로 대체하고 철근(240)을 용접이나 나사 결합으로 접속하는 구조로서, 전술한 용접식 구조의 문제점들을 어느 정도 해소한바 있다.

그러나, 본 강관파일 두부보강구조(200)는 부품수의 증가로 용접작업 및 현장조립작업의 공수가 대폭 늘어나게 되는 한편 소정 위치에 많은 볼트공들을 정밀하게 천공하여야 하고 대응하는 여러 볼트공들을 정확하게 정렬하여 볼트를 체결해야 하며 볼트 체결 후에도 강관파일과의 볼트결합 면이 잘 맞지 않는 등 작업상에 어려움을 가중시키는 문제점을 유발하였고, 과중한 중량으로 인하여 이를 운반하고 현장에서 취급하는 데 불편한 문제점이 있었다.

또 다른 종래의 강관파일 두부보강구조로서는 도6에 도시된 바와 같은 콘크리트를 이용한 구조도 있다. 도시된 콘크리트 강관파일 두부보강구조(300)는, 강관파일(310)의 내면의 하측에 강판을 둥글게 용접하여 걸림턱(320)을 형성하고 그 위측에 2층의 강판을 둥글게 용접하여 미끄럼방지턱(330)을 형성한 다음, 상기 걸림턱(320)에 합판(340)을 올려 강관파일(310)을 폐쇄한 후에 강관파일(310) 내에 철근(350)을 삽입하여 그 위에 콘크리트(360)를 타설하여 철근(350)을 고정시키는 구조이다. 본 강관파일 두부보강구조(300)는 1992년 도료교표준시방서에 의한 구조로서 지금도 공사 현장에서 많이 사용되고 있는 구조이다.

그러나, 상기 콘크리트 강관파일 두부보강구조(300)는, 강관파일(310) 내에 합판(340)을 받쳐주는 걸림턱(320)과 콘크리트(360)의 미끄러짐을 방지하는 미끄럼방지턱(330)을 용접하는 작업이 매우 어렵다는 문제점이 있다. 즉, 걸림턱(320)과 미끄럼방지턱(330)을 강관파일(310) 내에 상하방향에서 견고하게 용접하여야 하지만, 실제 공사 현장에서는 작업공간상의 어려움으로 용접작업이 난해하기 때문에 상부 쪽으로만 대충 용접을 하고 콘크리트(360)를 타설해 감추어 버리는 일이 흔히 있어 구조적인 부실 요인이 되고 있다.

본 고안의 목적은 전술한 종래의 강관파일 두부보강구조들이 지니는 문제점을 해소하기 위한 것으로써, 상부에 구축되는 구조물의 수직하중을 충분한 강도로 지지할 수 있으면서도 제작과 시공이 매우 용이하며, 용접열에 기인하는 강도저하의 문제점이나 조립상의 어려움을 개량한 강관파일 두부보강구조를 제공하고자 하는 것이다.

도1은 본 고안에 따른 예시적인 강관파일 두부보강구조의 사시도,

도2는 본 고안에 따른 강관파일 두부보강구조를 강관파일에 설치한 상태의 수직단면도,

도3은 본 고안에 따른 강관파일 두부보강구조를 강관파일에 설치한 상태의 다른 방향 수직단면도,

도4는 종래의 강관파일 두부보강구조의 예를 보여주는 도면,

도5는 다른 종래의 강관파일 두부보강구조의 예를 보여주는 도면,

도6은 또 다른 종래의 강관파일 두부보강구조의 예를 보여주는 도면.

＜ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

1: 강관파일 두부보강구조 2: 강관파일

5: 콘크리트 10: 플랜지부

11: 개구 12: 철근조립공

20: 조립레그 21: 걸림턱

30: 받침판 40: 철근(환봉)

본 고안에 따라, 플랜지부, 다수의 조립레그, 받침판 및 다수의 철근을 포함하는 강관파일 두부보강구조가 제공된다.

상기 플랜지부는 중앙에 개구가 형성되어 있고 그 둘레에 다수의 철근조립공이 형성되어 있으며 강관파일의 외경에 대응하는 직경을 가진다. 상기 각 조립레그는 상기 플랜지부에 아래로 길게 신장되게 형성되고 상기 강관파일 안으로 삽입된 상태에서 상기 강관파일과 볼트 체결되며, 하단에 걸림턱이 형성되어 있다. 바람직하게 상기 플랜지부와 상기 조립레그는 주철이나 주강으로 일체로 주조된다.

상기 조립레그는 본 고안에 따른 강관파일 두부보강구조를 강관파일에 조립함과 아울러 상기 받침판을 받쳐주어 상기 받침판과 상기 강관파일에 의해 형성되는 상기 강관파일의 내부공간에 타설되는 콘크리트가 낙하되지 않도록 한다.

상기 조립레그의 수는 강관파일과의 충분한 결합강도를 제공할 수 있는 정도라면 그 수에 제한이 없으며, 대각선상에 90도 각도로 위치하는 4개가 바람직하지만, 120도 각도로 배치된 3개 및 72도 각도로 배치된 5개도 배제되지 아니한다.

상기 각 철근들은 상기 철근조립공에 삽입 및 조립되어 상기 받침판과 상기 강관파일에 의해 형성되는 상기 강관파일의 내부공간에 타설되는 콘크리트에 그 하단이 매립된다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 고안에 따른 강관파일 두부보강구조를 상세히 설명한다. 이하의 구체예는 본 고안에 따른 강관파일 두부보강구조를 예시적으로 설명하는 것일 뿐, 본 고안의 범위를 제한하는 것으로 의도되지 아니한다.

도1은 본 고안에 따른 예시적인 강관파일 두부보강구조의 사시도, 도2는 본 고안에 따른 강관파일 두부보강구조를 강관파일에 설치한 상태의 수직단면도(조립레그를 통과하는 선에 따른 단면도), 도3은 본 고안에 따른 강관파일 두부보강구조를 강관파일에 설치한 상태의 다른 방향수직단면도(철근조립공을 통과하는 선에 따른 단면도)이다.

도1 내지 도3에 도시된 바와 같이, 본 고안에 따른 강관파일 두부보강구조(1)는, 원형 플랜지부(10), 다수의 조립레그(20), 받침판(30) 및 다수의 철근(40)을 포함하는 구성으로 되어 있다.

플랜지부(10)는 강관파일(2)의 상단에 올려져 철근(40)을 조립식으로 고정시키는 부재이며, 대략 강관파일(2)의 외경에 대응하는 직경을 가지는 플랜지 형상으로 되어 있다. 예를 들어 내경이 500MM인 강관파일(2)에 사용하는 경우 외경 508MM 정도의 직경과 15MM의 두께를 가지는 플랜지 형상으로 할 수 있다.

플랜지부(10)의 중앙에는 후술하는 바와 같이 콘크리트(5)를 주입하는 개구(11)가 형성되어 있다. 개구(11)는 콘크리트(5)를 주입할 수 있고 후술하는 철근조립공(12)을 형성할 수 있을 정도의 크기와 형상이라면 특히 제한되지 않으며, 예를 들어 전술한 구체예에서 310MM 내외의 크기를 가지는 원형으로 관통 형성할 수 있다.

플랜지부(10)에 형성된 개구(11)의 둘레에는 다수의 철근조립공(12)이 형성되어 있다. 본 철근조립공(12)은 후술하는 바와 같이 철근(40: 또는 환봉)을 고정시키기 위한 것이며, 예를 들어 22MM 직경으로 12개를 동일한 간격으로 플랜지부(10)의 대략 중심을 따라 원형으로 배치되게 형성할 수 있다.

상기 플랜지부(10)에는 다수의 조립레그(20)가 일체로 아래로 길게 신장되게 형성되어 있다. 조립레그(20)는 본 고안의 강관파일 두부보강구조(1)를 강관파일(2)에 조립함과 아울러 걸림턱(21)에 의해 후술하는 바와 같이 받침판(30)을 받쳐주는 기능을 한다.

예시된 도1 내지 도3을 참조하여 설명하면, 4개의 조립레그(20)가 아래로 길게 신장되어 있고, 강관파일(2)의 내부로 용이하게 삽입할 수 있도록 강관파일(2)의 내경보다 약간 좁은 거리를 두고 대각선으로 90도 간격으로 배치되어 있다. 각 조립레그(20)에는 안쪽으로 소정 길이(예, 10MM) 돌출된 걸림턱(21)이 하단에 형성되어 있고 강관파일(2)과의 조립을 위한 볼트공(22)이 하나 이상, 바람직하게 2개가 상하로 형성되어 있다. 이들 볼트공(22)에는 조립볼트(23)와 너트(24)가 체결되어 조립레그(20)를 강관파일(2)에 견고하게 고정시킨다.

조립레그(20)의 길이는 강관파일(2)의 직경과 강관파일(2)이 지지하는 구조물의 하중에 따라 적절히 선택할 수 있으며, 예를 들어 500MM 강관파일의 경우 200MM 내지 500MM의 범위에서 선택할 수 있다.

조립레그(20)의 수는 강관파일(2)과의 충분한 결합강도를 제공할 수 있는 정도라면 특히 제한되지 않으나, 도시된 바와 같이 대각선상에 위치하는 4개가 바람직하며, 120도 각도로 배치된 3개 또는 72도 각도로 배치된 5개도 배제되지 아니한다.

조립레그(20)는 이를 강관파일(2) 내에 삽입하는 데 불편하지 않을 정도의 범위에서 조립레그(20)의 외면이 강관파일(2)의 내면에 가능하면 밀착되게 하는 위치에 형성하고, 조립레그(20)의 외면은 강관파일(2) 내면의 원형윤곽에 대응하는 원형윤곽으로 형성하는 것이 바람직하다. 또한, 조립레그(20)의 폭은 볼트공(22)을 형성할 수 있는 정도의 폭을 가지며, 두께는 본 고안의 두부보강구조(1)에 요구되는 강도를 유지할 수 있는 정도, 예를 들어 14MM 정도면 족하다. 그러나, 조립레그(20)의 형상과 그 수치는 본 고안의 강관파일 두부보강구조(1)를 강관파일(2)에 적절한 강도로 조립할 수 있고 받침판(30)을 적절히 받쳐줄 수 있다면 특히 제한되지 않는다.

플랜지부(10)와 조립레그들(20)은 용접에 의해 상호 접합하여 형성하는 것도 배제되지는 않지만 가해지는 하중을 견딜 수 있는 정도의 강도를 가지는 주철 또는 주강으로 금형에 의해 일체로 주조하는 것이 바람직하다.

조립레그들(20)의 걸림턱(21)에는 받침판(30)이 올려진다. 받침판(30)은 그 위에 타설되는 콘크리트(5)가 강관파일(2)의 아래로 낙하하는 것을 막기 위한 부재이며, 걸림턱(21) 위에 걸쳐질 수 있는 정도의 직경을 가지는 합판, 합성수지판, 철판 등으로 제작하여 사용할 수 있다. 받침판(30)은 이를 약간 기울인 상태에서 조립레그들(20) 사이로 끼워 넣고 수평을 유지함으로써 걸림턱(21) 위에 올려놓을 수 있다. 현실적인 적용성은 크지 않지만, 받침판(30)을 플랜지부(10) 및 조립레그들(20)과 함께 주철이나 주강으로 일체로 주조할 수도 있을 것이다.

또한, 도1에서 도시된 바와 같이 받침판(30)으로서 외주의 네 부분에 조립레그들(20)의 두께와 폭에 대응하는 크기의 절취부(31)를 형성한 원판을 사용하면 받침판(30)과 강관파일(2) 내벽 사이의 틈새를 줄일 수 있어서 타설 콘크리트(5)가 아래로 낙하되는 것을 방지할 수 있어 바람직하지만, 도시된 것보다 그 직경을 조립레그(20)의 두께(예, 14MM)에 대응하는 만큼 줄이고 절취부(31)를 형성하지 않은 받침판(30)을 사용하여도 틈새로 낙하되는 콘크리트(5)가 극히 소량을 것이므로 큰 문제는 없다.

상기 플랜지부(10)의 상기 철근조립공(12)에는 철근들(40: 또는 환봉)이 삽입 및 조립된다. 철근(40)은 플랜지부(10)의 아래로 소정길이(예, 10MM) 정도 돌출된 상태로 플랜지부(10)에 고정시키는 것이 작업성과 구조적인 측면에서 바람직하며, 철근(40)의 고정은 철근 하단부에 길게 나사(41)를 형성하고 플랜지부(10)의 상하 양쪽으로 고정볼트(42)를 체결하는 방식, 상기 철근조립공(12)과 철근(40)에 각각 나사를 형성하여 상호 나사 결합하는 방식, 커플링으로 철근(40)을 고정시키는 방식 등 다양한 방식으로 용이하게 고정할 수 있다.

철근(40)의 플랜지부(10) 아래로 돌출된 부분은 작업현장에서 받침판(30)과 강관파일(2)에 의해 형성되는 강관파일(2)의 내부공간에 타설되는 콘크리트(5)에 의해 매립되고, 이후 콘크리트(5)가 굳어짐에 따라 철근(40)은 고정볼트(42)와 콘크리트(5)에 의해 견고하게 고정되어 앵커볼트(anchor bolt)와 같이 작용하게 된다. 또한, 강관파일(2) 내로 돌출된 조립볼트(23)는 타설된 콘크리트(5)가 미끄러지는 것을 방지하는 방지턱으로서도 작용한다.

이하, 본 고안에 따른 강관파일 두부보강구조(1)를 강관파일(2)의 상단에 설치하는 작업공정에 대해 간단히 설명한다.

먼저, 작업환경조성을 위해 지면에 박은 강관파일(2) 주변에 쐐석을 포설하고 그 위에 버림콘크리트를 타설하고, 매설과정에서 타격을 받아 변형된 강관파일(2)의 상단을 지반에서 대략 200MM 남겨두고 절단기로 절단한 후에, 강관파일(2)에 조립레그들(20)의 볼트공(22)에 대응하는 위치에 맞추어 볼트공(4)을 유압타공기와 같은 천공기로 타공한다.

다음에 조립레그들(20)의 안으로 받침판(30)을 끼워 넣어 걸림턱(21)에 받침판(30)이 걸리도록 한 상태에서 덮개판(10)이 강관파일(2)의 상단에 접할 때까지 조립레그들(20)을 강관파일(2) 내에 삽입한다. 조립볼트들(23: 8개)을 강관파일(2)의 볼트공(4)과 조립레그들(20)의 볼트공(22)에 끼워 너트(24)를 체결함으로써 플랜지부(10)와 조립레그를 강관파일(2)에 견고하게 고정시킨다.

이어서, 철근들(40)을 철근조립공(12)에 끼워 고정볼트(42)를 체결하여 고정시키고, 마지막으로 플랜지부(10)의 개구(11)를 통해 플랜지부(10)의 상면에 이르기까지 콘크리트(5)를 타설한다.

이상에서 설명한 본 고안에 따른 강관파일 두부보강구조(1)는, 강관파일 두부보강의 작업현장에서 작업자들이 선호하는 콘크리트(5)를 사용하여 철근(40)을 지지함과 동시에 플랜지부(10)에 의해서도 철근(40)을 지지하는 구조이므로, 플랜지부(10)와 조립레그(20)의 두께를 줄여 그 하중을 줄여도 그 상부에 구축되는 구조물의 수직하중을 충분한 강도로 지지할 수 있다.

또한, 용접작업이 완전히 배제되므로 용접열에 기인하는 변형, 균열, 조직약화 및 부식 등의 염려가 없고, 콘크리트(5)의 타설을 위해 강관파일에 걸림턱이나 미끄럼방지턱을 용접하는 난해한 작업을 할 필요가 전혀 없다.

또한, 본 고안의 강관파일 두부보강구조(1)는 플랜지부(10)와 조립레그(20)를 사용되는 강관파일(2)의 사이즈에 맞게 주철이나 주강으로 주조하여 대량으로 공급하고 작업현장에서는 약간의 천공작업과 볼팅작업으로 간단히 조립 시공할 수 있으므로, 강관파일 두부보강에 소요되는 시공시간과 시공비용을 현저하게 절감할 수 있다.

Claims (3)

1. 중앙에 개구(11)가 형성되어 있고 그 둘레에 다수의 철근조립공(12)이 형성되어 있으며, 강관파일(2)에 대응하는 직경을 가지는 플랜지부(10); 상기 플랜지부(10)에 아래로 길게 신장되게 형성되고 상기 강관파일(2) 안으로 삽입된 상태에서 상기 강관파일(2)과 볼트 체결되며, 하단에 걸림턱(21)이 형성되어 있는 다수의 조립레그(20); 상기 조립레그들(20)의 걸림턱(21)에 올려져 상기 강관파일(2)을 폐쇄하는 받침판(30); 및 상기 철근조립공(12)에 삽입 및 고정되고, 상기 받침판(30)과 상기 강관파일(2)에 의해 형성되는 상기 강관파일(2)의 내부공간에 타설되는 콘크리트(5)에 그 하단이 매립되는 다수의 철근(40); 을 포함하는 것을 특징으로 하는 강관파일 두부보강구조.
2. 제1항에 있어서 상기 플랜지부(10)와 상기 조립레그(20)는 주철 또는 주강으로 일체로 주조된 것을 특징으로 하는 강관파일 두부보강구조.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 조립레그(20)는 상기 플랜지부(10)의 대각선상에 90도 각도로 위치하는 4개인 것을 특징으로 하는 강관파일 두부보강구조.