KR200240339Y1 - 이중관용 스페이서 - Google Patents

Abstract

본 고안은 부마찰력 감소를 위한 이중관에 사용되는 스페이서에 관한 것으로, 특히 롤이 장착된 이중관용 스페이서에 관한 것이다.

본 고안은 작업대상지반에 관입 고정된 말뚝의 주면과, 상기 말뚝의 주변 지반이 침하될 때 상기 말뚝의 주면에 작용하는 부마찰력을 저감시키기 위해 상기 말뚝의 소정관입깊이를 감싸는 강관의 내면과의 사이에 간격을 형성시키는 이중관용 스페이서에 있어서, 일측은 상기 강관의 내면에 설치되고 타측에는 한 쌍의 지지부가 설치된 간격부재, 상기 한 쌍의 지지부 사이에 장착된 롤 및 상기 롤을 상기 지지부에 회전 가능하게 지지시키는 축핀으로 구성된다.

Description

이중관용 스페이서{spacer for double pipe structure}

본 고안은 부마찰력 감소를 위한 이중관에 사용되는 스페이서에 관한 것으로, 특히 롤이 장착된 이중관용 스페이서에 관한 것이다.

연약지반 조건에서의 기초형식은 말뚝기초가 가장 보편적으로 채택되고 있다. 따라서, 종래의 말뚝기초 설계시 지지력이 가장 중요한 고려사항이었으나, 연약지반의 경우에는 지지력 문제보다도 부마찰력이 주된 설계하중 결정요소가 되는 경우가 많이 나타나고 있다. 이를 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

말뚝의 지지력은 크게 지지층의 선단부로부터의 선단지지력(end bearing capacity)과 말뚝 주면(또는 외주면)과 지반간의 상호작용으로 유발되는 주면마찰력(skin friction)으로 구성되어있다.

일반적으로 말뚝에 하중을 가하면 말뚝은 아래방향으로 변위가 발생하게 되지만, 주변 흙은 직접적으로 하중을 받지 않으므로 주변지반의 변위는 상대적으로 말뚝의 변위보다 작게 된다. 이 경우, 말뚝과 지반사이에 발생하는 전단응력의 방향이 말뚝의 상부방향으로 작용하게 되어 말뚝의 침하에 저항하는 방향으로 작용함으로 말뚝의 지지력을 증대시키게 되는데, 이것을 정(+)의 주면마찰력이라 한다.

그러나, 관입된 말뚝이 연약지반(압축성이 큰 해성점토층이나 실트층)에 관입된 경우에는 지하수위의 변화, 지반의 자중 압밀, 성토에 의한 지반의 압밀 등 지반의 침하를 유발하는 요인에 의해 외부하중에 의한 말뚝의 변위보다는 지반변위가 상대적으로 크게 되어 말뚝과 지반사이에 발생하는 전단응력의 방향이 말뚝 아래방향으로 작용하게 되어 말뚝을 끌어내리는 힘으로 작용하게 되는데 이것을 부마찰력(Negative Skin Friction) 또는 견인력(Down-drag Force)라 한다.

이 부마찰력은 말뚝의 축하중을 증가시켜 말뚝의 축변형에 기인한 말뚝의 침하를 증가시키고 말뚝의 지지력을 감소시키며, 때때로 부마찰력이 과다하여 심한 경우에는 중립점(말뚝주면의 압밀 침하량은 지표면에서 최대이고 깊이에 따라 점차 감소하여 압밀층 최하단에서는 침하량이 0(zero)이 된다. 따라서, 압밀층내의 임의한 점에서 지반의 압밀침하와 말뚝의 침하가 같아서 상대적 이동이 없는 위치가 있게 되며, 이와 같이 부마찰력이 정의 주면마찰력으로 변화하는 위치) 부근의 말뚝이 부러지는 경우도 있다.

따라서, 부마찰력을 감소시키기 위한 종래의 방안으로 제안된 것이 이중관, 즉 말뚝을 내관, 내관을 감싸는 외관으로 구성하여 부마찰력이 외관에 작용하도록 하여 내관인 말뚝을 보호하는 것이다.

도 1은 종래의 말뚝 보호를 위한 이중관 시공 상태도이고, 도 2는 도 1의 A-A선을 취하여 본 평면도이다. 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 종래의 이중관 구조는 작업대상지반(1)에 관입 고정된 말뚝(3)의 주면을 감싸는 강관(5)과 스페이서(7)로 구성된다.

전술한 구성에서, 강관(5)은 지지층(통상 암반층)에 고정된 말뚝(3)의 소정관입깊이를 감싸며 보호한다. 소정관입깊이는 지반 조건에 따라 다르지만 통상 연약층을 이루는 구간이다. 따라서, 강관(5)의 하부 선단은 연약층 최하단부에 설치되며, 이에 의해 연약층과 지지층 사이는 연약층 침하시 강관(5)도 함께 침하될 수 있는 여유 구간이 된다.

이와 같이 말뚝(3)이 내관으로 강관(5)이 외관으로 구성됨으로써, 연약지반이 침하될 때 발생되는 부마찰력이 실질적으로 강관(5)에 작용하여, 말뚝(3)에는 거의 영향을 미치지 않게 된다. 이에 의하여, 말뚝(3) 상부에 지지되는 상부 구조물(미도시)을 안정적으로 지지할 있게 된다.

그리고, 스페이서(7)는 도 2에 도시하듯이, 통상 육면체 형상으로 강관(5)의상부와 하부 각각의 내면에 용접 등의 방법으로 원주 방향으로 설치되어, 강관(5)의 내면과 말뚝(3)의 외면 사이에 간격을 형성시킨다. 이에 의하여, 부마찰력이 작용되는 강관(5)은 침하시 말뚝(3)의 주면을 따라 미끄러지도록 한다. 말뚝(3)과 강관(5)은 실질적으로 같은 중심축을 형성하여 불필요한 외력을 가하지 않도록 한다.

그러나, 전술한 스페이서는 강관(5)의 침하시 말뚝(3)의 주면과 접촉한 상태에서 미끄럼운동을 하면서 말뚝(3)에 마찰력을 전달하는데, 접촉면적이 넓을수록, 강관(5)이 침하되는 깊이가 깊을수록, 강관(5)의 침하 자세가 수직이 아닌 경우에는 마찰력이 매우 커질 수 있다. 따라서, 이 마찰력은 말뚝(3)에 그대로 전달되어 부마찰력으로 작용함으로써, 말뚝(3)이 불안정하게 고정될 수 있다.

또한, 강관을 말뚝에 삽입할 때 스페이서가 말뚝에 영향을 미칠 수 있어, 말뚝의 변형을 초래할 수 있다.

본 고안은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 말뚝의 주면에 작용하는 마찰을 현저히 줄일 수 있도록 한 이중관용 스페이서를 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 종래의 이중관 구조가 시공된 도면.

도 2는 도 1의 A-A 선을 취하여 본 평면도.

도 3은 본 고안의 바람직한 실시예에 따른 이중관용 스페이서를 도시한 평면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 작업대상지반 3 : 말뚝(내관)

5 : 강관(외관) 7 : 스페이서

70 : 스페이서 73 : 간격부재

73a,73b : 지지부 75 : 롤

77 : 축핀

전술한 목적을 달성하기 위한 본 고안은 작업대상지반에 관입 고정된 말뚝의 주면과, 상기 말뚝의 주변 지반이 침하될 때 상기 말뚝의 주면에 작용하는 부마찰력을 저감시키기 위해 상기 말뚝의 소정관입깊이를 감싸는 강관의 내면과의 사이에 간격을 형성시키는 이중관용 스페이서에 있어서, 일측은 상기 강관의 내면에 설치되고 타측에는 한 쌍의 지지부가 설치된 간격부재, 상기 한 쌍의 지지부 사이에 장착된 롤 및 상기 롤을 상기 지지부에 회전 가능하게 지지시키는 축핀으로 구성됨으로써, 강관의 침하시 말뚝에 미치는 마찰을 최소화시킬 수 있다.

전술한 구성에서, 상기 롤은 고무, 실리콘, 플라스틱과 같은 탄성재로 제작함으로써, 외력을 흡수하여 말뚝의 기초를 안정적으로 유지할 수 있다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 고안의 바람직한 실시예를 설명하는데, 종래의 것과 동일한 부분에 대해서는 동일한 참조번호를 부여하고 상세한 설명은 생략한다.

도 3은 본 고안의 바람직한 실시예에 따른 스페이서가 이중관에 설치된 단면을 도시한 평면도이다. 도 3에 도시한 바와 같이, 본 실시예에 따른 스페이서(70)는 강관(5)의 내면에 일측이 설치되고 타측에는 한 쌍의 지지부(73a,73b)가 설치된 간격부재(73), 한 쌍의 지지부(73a,73b) 사이에 장착된 롤(75) 및 롤(75)을 한 쌍의 지지부(73a,73b)에 회전 가능하게 지지시키는 축핀(77)으로 구성된다.

전술한 구성에서, 간격부재(73)는 전술한 바와 같이 강관(5)의 상부와 하부 각각의 내면에 적어도 2개 이상을 원주방향으로 설치하는 것이 바람직하다.

한편, 롤(75)이 고무, 실리콘, 플라스틱 같은 탄성재로 제작될 수 있다. 이에 의하여, 주변 지반의 수평 토압, 부등침하 등의 외력이 발생하여 말뚝(3)에 대해 강관(5)이 상대적으로 변위되어도 어느 정도 외력을 흡수하여 말뚝(3)에 미치는 영향을 최소화시키는데 기여할 수 있다.

이와 같이, 간격부재(73)에 롤(75)을 설치함으로써 말뚝(3)의 주면에 대해구름접촉(점접촉)을 하여 마찰을 현저히 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 강관(5)을 말뚝(3)에 삽입할 경우에도 말뚝(3)에 거의 영향을 미치지 않으면서 용이하게 삽입시킬 수 있다. 이에 의하여, 말뚝(3)은 상부구조물을 보다 안정적으로 지지할 수 있다.

이하, 이중관을 설치하는 시공 방법에 대해 간단히 설명한다.

먼저, 작업대상지반(1)에서 연약층의 구간을 설정하고, 스페이서(70)가 장착된 강관(5)을 준비한다. 강관(5)의 길이는 연약층 구간(즉, 관통깊이)과 실질적으로 동일하게 제작되는 것이 바람직하다.

케이싱(미도시)을 이용하여 상기 설정된 연약층 깊이까지 굴착한다.

굴착된 구멍에 말뚝(3)을 삽입하고 지지층에 고정되도록 말뚝(3)을 항타한다.

항타가 완료된 후 케이싱과 말뚝(3) 사이로 강관(5)을 연약층 깊이까지 삽입하여 설치한 후, 케이싱을 제거함으로써 시공은 완료된다.

본 고안에 따른 이중관용 스페이서는 전술한 실시예에 국한되지 않고 본 고안의 기술 사상이 허용하는 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수 있다. 예컨대, 롤(75)이 축핀(77)에 대해 회전운동을 원활히 할 수 있도록 롤(75)과 축핀(77) 사이에 베어링을 설치할 수 있다.

이상과 같이 살펴본 본 고안의 실시예에 따른 이중관용 스페이서에 의하면 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 롤이 설치된 스페이서를 사용함으로써, 강관의 침하시에도 말뚝의 주면과 구름운동을 하기 때문에, 말뚝에 미치는 마찰력이 거의 발생되지 않는다. 따라서, 말뚝은 상부 구조물을 안정적으로 지지할 수 있다.

둘째, 롤을 탄성변형이 가능한 탄성재질로 제작함으로써, 주변 지반의 외력에 의한 강관의 상대적 변위가 발생하여도 어느 정도 외력을 흡수할 수 있어, 말뚝의 기초 안정성을 보다 확실히 유지시킬 수 있다.

셋째, 강관을 말뚝에 삽입할 경우 말뚝의 주면에 대해 롤이 상대적으로 구름운동을 함으로써, 강관 삽입시에 말뚝에 미치는 영향을 현저히 줄일 수 있다.

Claims (2)

1. 작업대상지반에 관입 고정된 말뚝의 주면과, 상기 말뚝의 주변 지반이 침하될 때 상기 말뚝의 주면에 작용하는 부마찰력을 저감시키기 위해 상기 말뚝의 소정관입깊이를 감싸는 강관의 내면과의 사이에 간격을 형성시키는 이중관용 스페이서에 있어서,

   일측은 상기 강관의 내면에 설치되고 타측에는 한 쌍의 지지부가 설치된 간격부재, 상기 한 쌍의 지지부 사이에 장착된 롤 및 상기 롤을 상기 지지부에 회전 가능하게 지지시키는 축핀을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 이중관용 스페이서.
2. 제 1항에 있어서, 상기 롤은 고무, 실리콘, 플라스틱 중 어느 하나의 재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 이중관용 스페이서.