KR20050067852A - 합성말뚝의 연결구조 및 합성말뚝의 시공방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 말뚝기초에 이용하는 합성말뚝의 연결구조 및 합성말뚝의 시공방법에 관한 것이다.

본 발명은 콘크리트계말뚝(2)의 두부에 연결판(3)이 결합되고 이 연결판(3)에 강관말뚝(4)을 연결한 것으로 구성된 합성말뚝(1)에 있어서 콘크리트계말뚝(2)의 연결판(3)과 공장에서 연결판(3)에 연결시킨 결합브라켓(5)에 볼트(6) 및 너트(7)로 된 고정구를 이용하여 강관말뚝(4)을 강결하도록 함으로써 기존의 용접연결방법에 비해 작업시간을 단축시켜 공사기간을 단축시키고 장비의 대기시간을 짧게 하여 공사비를 절감할 수 있다.

또한 본 발명은 항타에 의한 합성말뚝(1)의 시공에 있어 기존의 합성말뚝(1) 상부를 구성하는 강관말뚝(4)을 항타시 항타력에 의해 콘크리트계말뚝(2)의 두부에 응력집중이 발생하여 콘크리트계말뚝(2)의 두부손상이 발생하는 문제점을 개선하기 위해 연결판(3)에 대한 접지면적이 크고 연결판(3)에 대한 접지면이 콘크리트계말뚝(2)의 단면 중심부에 위치하는 항타보조말뚝(8)을 이용하여 합성말뚝(1)을 시공함으로써 콘크리트계말뚝(2)의 두부에 발생하는 응력을 균등히 발생시켜 콘크리트계말뚝(2)의 파손을 방지한다.

Description

합성말뚝의 연결구조 및 합성말뚝의 시공방법{Connection structure of composite pile and construction method of composite pile using chaser pile}

본 발명은 첫째 하부의 콘크리트계말뚝과 상부의 강관말뚝으로 구성된 합성말뚝에 있어서 강관말뚝과 콘크리트계말뚝에 매입된 연결판의 연결을 기존의 용접연결 대신 결합브라켓과 볼트 및 너트로 된 고정구를 이용하여 강결함으로써 작업시간 단축에 따른 공사기간 단축이 가능하고 장비의 대기시간을 짧게 하여 공사비를 절감할 수 있는 합성말뚝 연결방법에 관한 것과, 둘째 기존의 합성말뚝상부를 구성하는 강관말뚝의 항타 대신 연결판에 대한 접지면적이 큰 항타보조말뚝을 항타하여 합성말뚝을 시공함으로써 콘크리트계말뚝의 두부에 발생하는 응력을 균등히 발생시켜 콘크리트계말뚝의 파손을 방지하는 합성말뚝의 시공방법에 관한 것이다.

말뚝기초는 양호한 지지층 심도가 깊은 경우에 채용되는 기초형식의 하나로서, 상기 지지층까지 박아넣은 말뚝 위에 상부구조물을 구축함으로서 구조물의 중량을 지지층에서 안정적으로 지지할 수 있다.

말뚝기초에 이용하는 말뚝으로는 콘크리트계말뚝, 강관말뚝, 합성말뚝이 이용되고 있다.

콘크리트계말뚝은 RC말뚝, PHC말뚝, PC말뚝 등을 말하는 것으로서 말뚝 자체의 선단부가 폐쇄되어 선단지지력이 높은 장점이 있으며, 자재비가 강관말뚝에 비해 2~3배정도 저렴하여 공사비를 절감할 수 있는 장점이 있다.

그러나 상부하중이 기초에 작용될 경우 가장 큰 전단력, 휨모멘트 및 축력이 말뚝상부에 가해지는데 콘크리트계말뚝은 전단력 및 모멘트에 대한 저항력이 적어 말뚝 수의 증가로 공사비의 증가가 불가피한 문제점이 있다.

또한 공장에서 제작되는 기성 콘크리트계말뚝의 경우 항타시 최종 지지층에 갈수록 지반의 저항력이 커져 항타에너지가 많이 소요되므로 말뚝의 두부 손상을 가져올 우려가 크고 두부의 손상은 곧바로 말뚝 전체의 균열로 이어져 말뚝이 기초로서의 역할을 상실하게 됨으로서 말뚝을 재 시공하여야 되는 경우가 빈번히 발생한다.

한편, 강관말뚝은 말뚝재질이 균일하여 말뚝의 전 길이에 걸쳐 하중에 대한 저항력이 균일하며 특히 휨모멘트 및 전단력에 대한 저항력이 우수하다. 또한 재료의 강도가 높아 강한 타격에 견디므로 항타시 두부손상이 적게 발생하고 타격에 의한 두부손상이 발생하더라도 국부적인 손상만 발생하므로 시공시 손상부만 절단해내고 강관을 추가로 용접하여 시공할 수 있어 말뚝 두부에서의 하중 저항력에 대한 손실이 없는 장점이 있다. 더욱이 지중으로의 관입을 종료한 후 지표면 위로 돌출되는 말뚝의 여유분을 절단하여 재사용할 수 있게 됨으로서 자재손실을 최소화 할 수 있다.

그러나 강관말뚝은 자재비가 일반적인 콘크리트계말뚝에 비하여 2~3배 정도 고가여서 시공비가 많이 소요되는 단점이 있다.

상기와 같은 콘크리트계말뚝과 강관말뚝의 장점을 극대화하기 위하여 콘크리트계말뚝의 상단부에 연결판을 매입하고 강관을 용접 연결한 합성말뚝이 제공되어 있다. 즉 합성말뚝은 말뚝 하부는 선단지지력이 우수하면서 자재비가 저렴한 콘크리트계말뚝을 사용하고 모멘트 및 전단력이 크게 작용하는 말뚝 상부는 그것들에 대한 저항력이 우수한 강관말뚝을 연결함으로써 공사비를 절감할 수 있는 장점이 있다.

도 5는 종래 합성말뚝(100)의 일부를 절개한 상태의 단면도를 도시하고 있다. 합성말뚝(100)의 하부를 구성하고 있는 콘크리트계말뚝(101)은 RC말뚝, PHC말뚝, PC말뚝 등을 포함하고 콘크리트계말뚝(101)의 상단부에는 금속재의 연결판(102)이 결합되어 있다. 연결판(102)은 공장에서 제작되는 기성 콘크리트계말뚝(101)인 경우에는 공장에서 콘크리트계말뚝(101)의 상단부에 매입되어 제작된 상태에서 현장으로 운송되고, 현장에서 지반을 천공한 후 콘크리트계말뚝(101)을 형성하는 현장타설 콘크리트계말뚝(101)인 경우에는 연결판(102)을 공장에서 제작한 후 현장으로 운송하여 콘크리트가 양생되기 전에 콘크리트계말뚝(101) 상단부에 매입한 후 콘크리트를 양생하여 하부의 콘크리트계말뚝(101)을 형성시킨다. 이 연결판(102)의 상부에는 강관말뚝(103)이 올려져 있고 강관말뚝(103)과 연결판(102)의 접촉부 둘레는 용접에 의해 결합되어 있다.

상기 강관말뚝(103)의 내부에는 도 6에 도시한 바와 같이 공장에서 강관말뚝(103) 내부에 보강콘크리트(103a)를 콘크리트계말뚝(101)의 두께만큼 미리 성형할 수 있고, 도 7에 도시된 바와 같이 현장에서 강관말뚝(103)의 내부 전체에 보강콘크리트(103b)를 채워 넣어 형성할 수 있게 된다.

상기와 같은 종래의 합성말뚝(100)의 경우는 현장에서 용접에 의해 콘크리트계말뚝(101)과 강관말뚝(103)을 연결하는데 상당한 시간이 소요되고 용접상태의 품질확인을 위한 작업이 번거로운 점이 있다. 또한 용접작업을 위해 대형 크레인을 항시 대기하여야 되므로 공사비의 증가를 가져오게 되었던 것이다.

또한 공장에서 제작되는 기성 콘크리트계말뚝(101) 상부에 강관말뚝(103)을 붙인 합성말뚝(100)의 경우 지지층까지 합성말뚝(100)을 시공하는 방법으로는 처음부터 해머를 이용하여 항타하는 방법, 천공 후 하부에 시멘트 밀크주입 후 합성말뚝(100)을 매입하는 방법, 천공 후 합성말뚝(100)을 삽입한 후 최종 항타하는 방법이 있다. 상기 방법 중 천공후 하부에 시멘트밀크 주입 후 합성말뚝(100)을 매입하는 방법은 항타작업이 없어 소음 및 진동의 환경피해가 없는 장점이 있으나 천공 중에 천공구멍 하부의 지반이 느슨해져 말뚝의 선단지지력을 충분히 얻기 힘든 단점이 있어서 통상 소음 및 진동에 민감하지 않는 지역에서는 처음부터 해머를 이용한 항타방법을 사용하고 도심지 상가와 같이 소음 및 진동에 덜 민감한 지역에서는 천공 후 합성말뚝(100)을 삽입한 후 최종 항타하는 방법을 사용하고 있다.

상기와 같이 합성말뚝(100)을 항타하여 지중(G)에 박아 넣을 때에는 도 8에 도시된 바와 같이 강관말뚝(103)의 상단에 걸려지도록 대항블록(104)을 결합한 상태에서 대항블록(104)을 대형해머(105)로 항타하는 것에 의해 합성말뚝(100)을 지중(G)에 박아 넣는다.

상기와 같은 종래 합성말뚝(100)의 항타시공의 경우 도 9에 도시된 바와 같이 강관말뚝(103)에 발생되는 응력이 강관말뚝 항복응력의 90% 정도인 2160㎏/㎠ 까지 상승하는데 이러한 응력에 의해 발생된 큰 압축력이 연결판(102)을 통하여 직하부의 기성 콘크리트계말뚝(101) 상단부에 응력집중을 발생시킴으로서 기성 콘크리트계말뚝(101)의 두부 파손을 유발하게 되는 것이다. 이러한 두부파손은 시공 중 검측하기 힘들어 구조물 완공 후 구조물의 손상을 유발함은 물론 두부파손시 합성말뚝 전체를 재시공함으로써 공사비의 증가가 불가피한 문제점이 있다.

한편 상기와 같은 문제점을 유발하는 응력집중을 방지하기 위하여 도 6에 도시된 바와 같이 강관말뚝(103) 내부에 보강콘크리트(103a)를 콘크리트계말뚝(101)의 두께만큼 미리 성형하거나, 도 7에 도시된 바와 같이 현장에서 강관말뚝(103)의 내부 전체에 보강콘크리트(103b)를 채워 넣은 것이 있으나, 전자의 경우는 설치작업 후 강관말뚝(103)의 두부 정리시 강관말뚝(103)의 내부에 콘크리트가 있어 두부 절단이 어렵고 말뚝두부와 기초사이의 힘전달을 원활히 해주는 보강재의 결합이 어려운 문제가 있으며, 후자의 경우는 콘크리트가 양생될 때까지 공사기간이 지연되면서 주변에 말뚝을 시공한 경우 장비의 재진입이 어려운 문제점이 있다.

또한 종래 합성말뚝(100)에 있어 완공후 기초하중에 의해 강관말뚝(103)에 발생되는 응력이 항복응력의 40%정도인 960㎏/㎠ 까지 발생하는데 콘크리트계말뚝 (101)으로 중공 원형 단면의 PHC말뚝을 이용하는 경우에는 도 10에 도시된 바와 같이 연결판(102)의 기능을 함과 동시에 콘크리트 내에 배열되는 강선(C)에 긴장력을 부여하고 있는 연결판의 중앙부가 개방된 형상으로 되어 있으므로 강한 벽체에 발생하는 좌우축력의 힘이 균일하게 전달되지 않고 덮개판의 단부에 축력이 작용하여 편심축력으로 인해 콘크리트계말뚝(101) 상단부에 응력집중이 심화되고 내부인장응력이 발생되어 균열로 인한 강선(C) 부식의 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 합성말뚝을 구성하는 강관말뚝과 콘크리트계말뚝의 용접연결에 대한 문제점과 항타시공되는 합성말뚝의 항타시 항타력에 의한 기성 콘크리트계말뚝 두부의 파손 문제점을 해소하고자 안출한 것으로, 콘크리트계말뚝의 연결판과 공장에서 연결판에 연결시킨 결합브라켓에 볼트 및 너트로 구성된 고정구를 이용하여 강관말뚝을 강결하게 됨으로써 작업시간을 단축시키고 장비의 대기시간 단축에 따른 공사비를 절감하는 합성말뚝의 연결구조를 제공하고 항타시공되는 합성말뚝 시공은 항타보조말뚝을 이용한 항타로 시공함으로써 기성 콘크리트계말뚝의 두부에 발생하는 응력을 균등히 발생시켜 기성 콘크리트계말뚝의 파손을 방지하는 합성말뚝의 시공방법을 제공하는데 있다.

본 발명에서 제공하는 합성말뚝의 연결구조는, 콘크리트계말뚝의 두부에 연결판이 매입되고 이 연결판에 강관말뚝을 연결하게 되는 합성말뚝 연결구조에 있어서, 상기 연결판의 상면 가장자리 둘레에 원형의 결합브라켓을 고정하고 이 결합브라켓에 볼트 및 너트로 구성된 고정구를 이용하여 강관말뚝의 하단부 둘레를 강결시키는 것을 특징으로 한다.

상기의 결합브라켓과 연결판은 공장에서 용접 연결하거나 금형을 이용하여 한번에 일체형으로 제작할 수 있으며, 결합브라켓과 연결판은 기성 콘크리트계말뚝의 경우에는 공장에서 말뚝 두부에 매입되고, 천공 후 콘크리트를 타설하여 말뚝체를 형성시키는 현장 타설콘크리트 말뚝의 경우에는 현장에서 말뚝두부에 매입시킨 후 콘크리트를 양생한다.

상기 결합브라켓에 볼트구멍을 천공한 후 너트를 결합브라켓 안쪽에 태그용접 등으로 임시 고정시키고 콘크리트계말뚝 하단부에 결합브라켓의 볼트구멍과 일치되는 위치에 볼트구멍을 천공한다. 그리고 강관말뚝을 결합브라켓 외측에 끼운 후 볼트를 너트에 체결하여 강결시킨다. 여기서 볼트구멍의 가공은 공장과 현장에서 형성할 수 있다.

합성말뚝의 연결부에 발생하는 휨모멘트가 적은 경우에는 너트가 필요 없이 결합브라켓에 너트나사선을 가공하여 볼트를 체결할 수도 있다.

이하 본 발명의 구체적인 일 실시예를 도면에 따라서 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 합성말뚝(1)의 일부를 절개한 상태의 단면도를 도시하고 있다.

본 발명에 따른 합성말뚝(1)에서 콘크리트계말뚝(2)의 두부에 판 형상의 연결판(3)이 결합되고 이 연결판(3)에 강관말뚝(4)이 연결되는 구성은 종래와 동일하나 본 발명에서는 연결판(3)에 강관말뚝(4)을 연결하는 구성을 달리하고 있다.

상기 연결판(3)의 상면 가장자리 둘레에는 용접 또는 금형을 이용한 일체 제작에 의해 원형의 결합브라켓(5)이 수직되게 고정되어 있고 이 결합브라켓(5)에는 고정구로서 볼트(6)를 결합하기 위한 볼트구멍(5a)이 형성되어 있다.

연결판(3)에 고정된 결합브라켓(5)에는 강관말뚝(4)이 결합된다. 강관말뚝 (4)의 하단부 둘레에는 상기 결합브라켓(5)의 볼트구멍(5a)과 대응되는 위치에 볼트구멍(4a)이 형성되어 있다.

결합브라켓(5)의 외측에는 강관말뚝(4)의 하단부가 삽입되어 있고 결합브라켓(5)과 강관말뚝(4)에 형성된 볼트구멍(4a,5a)에는 볼트(6)가 삽입되어 있으며 볼트(6)에는 너트(7)가 체결되어 결합브라켓(5)과 강관말뚝(4)을 결합하고 있다.

상기 콘크리트계말뚝(2)은 RC말뚝, PHC말뚝, PC말뚝 등을 포함한다.

콘크리트계말뚝(2)과 강관말뚝(4)을 연결하는 공정은 현장 임시 공장에서 연결 후 공사현장에 운송하거나 눕혀놓은 상태에서 연결 후 세워서 시공하거나 하부 콘크리트계말뚝(2)을 먼저 시공한 후 강관말뚝(4)은 크레인으로 들어서 그 상단부에 연결할 수 있다.

본 발명에서 제공하는 합성말뚝의 항타방법은, 콘크리트계말뚝의 두부에 연결판이 결합되고 이 연결판에 강관말뚝을 연결하여 된 합성말뚝에 있어서, 바닥판 위에 수직관이 결합된 항타보조말뚝을 상기 강관말뚝의 내부에 삽입하고 상기 항타보조말뚝의 수직관 상단에 대항블록이 걸려지도록 결합한 상태에서 해머로 대항블록을 항타하여 합성말뚝을 지중에 삽입하도록 된 것을 특징으로 한다.

상기에서 대항블록과 합성말뚝을 구성하는 강관말뚝 사이는 이격되어 있어 항타에너지가 강관말뚝에 전달되지 않도록 항타보조말뚝의 길이를 강관말뚝보다 길게 제작한다.

이러한 항타보조말뚝을 이용한 합성말뚝의 시공방법은 용접연결식 합성말뚝과 볼트연결식 합성말뚝에 동등한 방법으로 적용할 수 있으며, 처음부터 해머를 이용한 항타하는 방법과 천공후 합성말뚝을 삽입한 후 최종 항타하는 방법에 적용할 수 있다.

이하 항타보조말뚝을 이용한 합성말뚝의 시공방법에 대한 본 발명의 구체적인 일 실시예를 도면에 따라 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명에 따른 항타보조말뚝을 이용한 합성말뚝의 시공시 항타보조말뚝을 이용하여 항타하고 있는 상태의 단면도를 도시하고 있다.

강관말뚝(4) 내에 항타보조말뚝(8)을 삽입하고 항타보조말뚝(8)의 수직관 (8b) 상단에 대항블록(9)이 걸려지도록 결합한 상태에서 해머(H)로 대항블록(9)을 항타하여 합성말뚝(1)을 지중(G)에 삽입한다. 이러한 항타 작업에서 항타보조말뚝 (8)의 바닥판(8a) 전체는 콘크리트계말뚝(2)의 상단부에 결합된 연결판(3)과 면 접촉된 상태로 항타가 이루어지므로 도 3에 도시된 바와 같이 콘크리트계말뚝(2)의 상단부에 발생되는 응력은 거의 균일한 상태를 이루게 된다.

상기와 같은 본 발명에서 항타보조말뚝(8)은 그 전체적인 두께를 두껍게 함으로서 항타시 항타보조말뚝(8)의 손상을 방지하여 재사용 회수를 늘림으로써 공사비를 절감할 수 있고 또 합성말뚝(1)의 관입성을 좋게 할 수 있다.

또한 합성말뚝(1)에서 콘크리트계말뚝(2)으로 중공 원형 단면의 PHC말뚝을 이용하는 경우에는 도 4에 도시된 바와 같이 연결판(3)의 기능을 함과 동시에 콘크리트 내에 배열되는 강선(C)에 긴장력을 부여하고 있는 연결판을 중앙부가 뚫리지 않은 것을 이용함으로써 완공후 기초하중에 의해 좌우 축력의 힘이 균일하게 콘크리트계말뚝(2)의 상단부에 작용되게 함으로서 응력집중현상 및 내부인장응력 발생을 방지한다.

본 발명에 있어 합성말뚝의 연결구조는 다음과 같은 효과를 가진다.

첫째, 볼트작업에 의해 현장 작업시간을 단축하여 공사기간을 단축시킬 수 있다.

둘째, 신속한 작업으로 장비의 대기시간을 짧게 하여 공사비를 절감할 수 있다.

셋째, 용접 품질검사와 같은 복잡한 검사절차가 생략되어 시공이 용이하다.

본 발명에 따른 항타보조말뚝을 이용한 합성말뚝의 시공방법은 다음과 같은 효과를 가진다.

첫째, 콘크리트 두부에 발생하는 응력을 균등히 발생시켜 콘크리트계말뚝의 파손을 방지할 수 있다.

둘째, 항타보조말뚝을 재사용함으로써 자재비를 절감할 수 있다.

셋째, 내부 콘크리트를 채우지 않은 상태에서 항타함으로써 말뚝시공기간을 단축하면서 두부정리 및 보강이 용이하다.

넷째, 항타보조말뚝을 항타함으로써 합성말뚝 상부의 강관말뚝에 항타력이 직접 전달되지 않아 강관말뚝의 손상이 없고 두부정리된 말뚝은 재 사용할 수 있다.

상기와 같이 본 발명은 합성말뚝의 연결구조 및 시공방법을 개선함으로써 고품질의 말뚝시공을 할 수 있음은 물론 공사비를 절감할 수 있는 매우 유용한 발명이다.

도 1은 본 발명에 따른 합성말뚝의 일부를 절개한 상태의 단면도

도 2는 본 발명에 따른 항타를 이용한 합성말뚝의 시공시 항타보조말뚝을 이용하여 항타하고 있는 상태의 단면도

도 3은 본 발명에 따른 합성말뚝을 항타할 때 콘크리트계말뚝의 두부에 발생되는 균등한 응력분포를 나타내는 설명도

도 4는 본 발명에 따른 원형 PHC 콘크리트말뚝으로 구성된 합성말뚝에 있어 연결판의 중앙이 뚫려 있지 않은 PHC말뚝을 이용하는 경우 완공후 기초하중에 의해 PHC말뚝의 두부에 발생되는 균등한 응력분포를 나타내는 설명도

도 5내지 7은 종래 합성말뚝의 일부를 절개한 상태의 단면도

도 8은 종래 합성말뚝을 시공하고 있는 상태의 단면도

도 9는 종래 합성말뚝을 항타할 때 콘크리트계말뚝의 상부에 발생되는 응력집중분포를 나타내는 설명도

도 10은 종래 원형 PHC콘크리트말뚝으로 구성된 합성말뚝에 있어 연결판의 중앙이 뚫려 있는 PHC말뚝을 이용하는 경우 완공후 기초하중에 의해 PHC말뚝의 두부에 발생되는 응력집중 분포를 나타내는 설명도

〈도면중 주요 부분에 대한 부호설명〉

1. 합성말뚝

2. 콘크리트계말뚝

3. 연결판

4. 강관말뚝

5. 결합브라켓

6. 볼트

7. 너트

8. 항타보조말뚝

Claims (5)

1. 콘크리트계말뚝(2)의 두부에 연결판(3)이 결합되고 이 연결판(3)에 강관말뚝(4)을 연결하여 된 것에 있어서, 상기 연결판(3)의 상면 가장자리 둘레에 원형의 결합브라켓(5)을 고정하고 이 결합브라켓(5)에 고정구를 이용하여 강관말뚝 (4)의 하단부 둘레를 고정하여 된 것을 특징으로 하는 합성말뚝의 연결구조.
2. 제 1항에 있어서, 상기 고정구는 볼트(6), 너트(7)를 이용하는 것을 특징으로 하는 합성말뚝의 연결구조.
3. 기성 콘크리트계말뚝(2)의 두부에 연결판(3)이 결합되고 이 연결판(3)에 강관말뚝(4)을 연결하여 항타시공하는 합성말뚝(1)에 있어서, 상기 강관말뚝(4)의 내부에 항타보조말뚝(8)을 삽입하고 상기 항타보조말뚝(8)을 항타하여 합성말뚝(1)을 지중에 삽입하도록 된 것을 특징으로 하는 합성말뚝의 시공방법.
4. 제 3항에 있어서, 항타보조말뚝(8)은 바닥판(8a) 위에 중공의 수직관(8b)을 결합한 것임과 함께 강관말뚝(4)의 길이보다 길게 형성한 것을 특징으로 하는 합성말뚝의 시공방법.
5. 제 3항에 있어서, 콘크리트계말뚝(2)은 중공의 원형 PHC말뚝이고 콘크리트 내에 배열된 강선(C)에 긴장력을 부여하는 덮개판의 역할을 하는 연결판(3)은 중앙이 막혀져 있는 것을 특징으로 하는 합성말뚝의 시공방법.