KR20060120785A - 콘크리트 말뚝의 두부 보강 구조 및 그 보강 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 콘크리트 말뚝 두부의 외주 면은 반원형 형태의 일측 금속제 판과 타측 금속제 판을 이용하여 그 외주 면을 감싼 형태로 결합부재에 의해 결합되어지고, 콘크리트 말뚝 두부의 관통 내면은 두부 부분이 속채움 콘크리트로서 충진되어지고, 상기 금속제 판은 일정한 간격으로 외부로 볼록한 가로 방향인 반원형 형상의 테를 형성하여 금속제 판의 강도를 보강시킨 구조인 것을 특징으로 하는 콘크리트 말뚝의 두부 보강 구조 및 보강 방법에 관한 것이다.

본 발명은 콘크리트 말뚝의 두부를 간단하고 효과적으로 보강함으로써 지진 등 수평하중에 대하여 저항 및 수직하중으로 말뚝이 중심에서 바깥쪽으로 파괴되려는 현상을 억제하여 콘크리트 말뚝과 구조물이 잘 접합되어 일체화되어 안정적인 역할을 할 수 있도록 하는 콘크리트 말뚝의 두부 보강 구조 및 보강 방법이다.

이는 종래의 현장에서 콘크리트 말뚝의 내부에 속채움 콘크리트를 설치하는 방법보다 공장 제작이 가능하므로 품질이 일정하고, 경제적으로 설치할 수 있는 것이 장점이다.

콘크리트 말뚝, 두부, 외주 면, 반원형, 금속제, 결합부재, 속채움 콘크리트

Description

콘크리트 말뚝의 두부 보강 구조 및 그 보강 방법{The reinforcement structure of the head of Concrete pile and The method for reinforcement of the same}

도 1a 및 1b는 종래의 콘크리트 말뚝에 하중이 가해져 크랙이 발생되는 상태도.

도 2a 및 2b는 종래의 콘크리트 말뚝 내부의 속 빈 공간에 속채움 콘크리트를 충진시킨 상태의 평면도.

도 3a 내지 3c는 본 발명에 따른 콘크리트 말뚝의 두부 외주 면에 금속제 판을 결합시키는 상태도.

도 4a 및 4b는 본 발명에 따른 콘크리트 말뚝의 내면과 말뚝 외주 면을 감싼 금속제 판을 고정시키는 상태도.

도 5a 및 5b는 본 발명에 따른 두부 보강 콘크리트 말뚝을 이용하여 시공한 상태를 나타낸 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 콘크리트 말뚝 2 : 철근

3 : 속채움 콘크리트 4 : 금속제 판

5 : 플랜지 6 : 결합부재

7 : 고정부재 8 : 밑창콘크리트

9 : 잡석

본 발명은 콘크리트 말뚝의 두부 보강 구조 및 그 보강 방법에 관한 것으로 보다 상세하게는 토목, 건축, 기타구조물 구축시 지반의 지지력이 충분치 못하여 상부 구조물의 하중을 하부 지지층에 전달하여 지지하는 말뚝 기초를 설치할 시 콘크리트 말뚝의 두부 외주 면에 방식처리 또는 코팅처리된 금속제 판과 같이 인장력이 강한 소재를 콘크리트 말뚝 두부의 외주 면에 인장력을 가하여 고정시킴으로써 콘크리트 말뚝에 가해진 하중에 의하여 콘크리트 말뚝이 바깥쪽으로 향하는 원 응력(Hoop-stress)을 최대한 억제할 수 있는 구조인 것을 특징으로 하는 콘크리트 말뚝의 두부 보강 구조 및 그 보강 방법에 관한 것이다.

일반적으로 콘크리트 말뚝은 원심력 철근콘크리트 말뚝(RC, Centrifugal Reinforce Concrete Pile), 프리텐션 원심력 프리스트레스 콘크리트 말뚝(PC, Prestressed Concrete Pile), 프리텐션 원심력 고강도 프리스트레스 콘크리트 말뚝 (PHC, Prestressed Spun High Strength Concrete Pile) 등이 있으며, 상기와 같은 콘크리트 말뚝류는 도 1a와 같이 내부 속이 빈 콘크리트 말뚝 두부의 상부에 하중(P)이 가해질 경우 도 1b와 같이 콘크리트 말뚝의 바깥쪽으로 향하려는 원 응력(Hoop-stress)에 의해 크랙이 발생되어 콘크리트 말뚝(1)이 파괴된다.

따라서 상기와 같은 크랙 현상을 방지하기 위하여 콘크리트 말뚝을 설치한 후 구조물과의 연결을 위하여 소정의 부분을 남겨두고 콘크리트 말뚝(1)을 자른 후 도 2a와 같이 콘크리트 말뚝 두부의 내부 속이 빈 공간에 도 2b에 도시된 바와 같이 철근(2)을 설치하고, 속채움 콘크리트(3)를 충진시켜 상부로부터 가해지는 하중을 받는 단면적을 늘리고 구조물과 일체화시켜 콘크리트 말뚝의 두부를 보강시킨 구조는 속채움 콘크리트와 기 설치된 콘크리트 말뚝과의 접착력 약화 문제 그리고 기 설치된 콘크리트 말뚝 내부에 속채움 콘크리트와 철근을 보강하는 방법으로는 철근의 위치가 말뚝의 중심에 가깝기 때문에 응력의 증대가 비효과적인 문제 즉, 철근이 말뚝의 중심축에 가깝게 설치되기 때문에 저항모멘트나 단면 이차 모멘트증가가 대폭 이루어지지 않고 콘크리트 말뚝의 단점인 인장력과 취성의 약점을 보완하는데 한계가 있었다.

그리고 말뚝의 상단 및 하단에 말뚝보강철판을 설치한 기성콘크리트 말뚝은 콘크리트 말뚝 제작시 항타시 발생되는 충격으로부터 말뚝보호를 목적으로 설치되었으며 이는 콘크리트 말뚝 설치 후 상부구조물과의 연결하기 위해서, 설치하려는 상부 구조물의 하단과 설치되는 말뚝의 상단부의 높이가 같아야 하는데, 말뚝 제작시 설치되는 보강판의 높이가 구조물 하단부 높이와 일정하지 않기 때문에, 상부기초를 설치하기 위해서는 말뚝의 구조물 하단부 높이 이상은 구조물 하단부 높이에 맞춰서 절단하여야 한다. 그러므로 말뚝 제작시 설치되는 보강판은 사용할 수 없다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위한 방안으로 콘크리트 말뚝의 두부 외주 면에 방식처리 또는 코팅처리된 금속제 판과 같이 인장력이 강한 소재를 콘크리트 말뚝 두부의 외주 면에 미리 인장력을 가한 반원형 형태의 금속제 판을 고정시킴으로써 말뚝에 가해진 하중이 원형 형태의 콘크리트 말뚝 외부로 작용하여 말뚝을 균열 또는 파괴시키는 원 응력(Hoop-stress)을 최대한 억제시켜 크랙 및 파괴현상이 발생되는 것을 방지할 수 있는 것을 특징으로 하는 콘크리트 말뚝의 두부 보강 구조 및 그 보강 방법을 제공함에 그 목적이 있다.

상기의 과제를 해결하기 위한 수단으로 본 발명은 콘크리트 말뚝 두부 보강 구조에 있어서,

콘크리트 말뚝 두부의 외주 면은 반원형 형태의 일측 금속제 판과 타측 금속제 판을 이용하여 그 외주 면을 감싼 형태로 결합부재에 의해 결합되어지고,

콘크리트 말뚝 두부의 관통 내면은 두부 부분이 속채움 콘크리트로서 충진되어지고,

상기 금속제 판은 일정한 간격으로 외부로 볼록한 가로 방향인 반원형 형상의 테를 형성하여 금속제 판의 강도를 보강시킨 구조인 것을 특징으로 하는 콘크리트 말뚝의 두부 보강 구조에 관한 것이다.

상기 반원형 형태의 금속제 판은 양쪽 끝단에 상기 금속제 판들을 서로 결합할 수 있도록 구멍이 일정 간격으로 형성된 플랜지로 이루어져 있다. 그리고 상기 금속제 판은 일정한 간격으로 외부로 볼록한 가로 방향인 반원형 형상의 테를 형성시켜 금속제 판의 강도를 보강하는 이유는 콘크리트 말뚝의 두부에 하중이 가해질 경우 이 하중이 원형 형태 말뚝의 외부로 작용하여 콘크리트 말뚝을 외부방향으로 파괴하려는 원 응력(Hoop-stress)을 최대한 억제할 수 있도록 하기 위함이다.

상기 결합부재는 일측 금속제 판과 타측 금속제 판을 콘크리트 말뚝 두부의 외주 면을 감싼 후 양쪽 철금속제 판이 서로 맞닿는 플랜지 면에 일정 간격으로 형성된 구멍을 이용하여 결합시킨다. 결합부재로는 리벳 또는 볼트, 너트와 같은 체결구를 사용한다.

상기와 같이 원 응력(Hoop-stress)에 의해 콘크리트 말뚝에 크랙이 발생되는 현상을 가장 효과적으로 억제하기 위한 콘크리트 말뚝 두부의 보강 구조는 콘크리 트 말뚝의 중심축에서 가장 원거리에 인장재를 보강하는 구조 즉, 콘크리트 말뚝의 외주 면을 반원형 형태의 금속제 판으로서 감싸주는 보강 구조가 가장 바람직하다.

상기 인장재로는 방식처리 또는 코팅처리된 철판, 섬유보강재 등이 사용될 수 있으며 이들을 사용하여 콘크리트 말뚝의 두부 외주 면을 미리 쪼여줌으로써 향후 발생될 외력에 대하여 저항할 수 있도록 한 것이 본 발명의 특징이다. 방식처리 또는 코팅처리된 철판으로는 아연도금강판이 바람직하며, 섬유보강재로는 강화섬유류가 바람직하다.

그리고 콘크리트 말뚝 두부의 내부 공간에 속채움 콘크리트를 충진시키는 이유는 말뚝 상부구조물의 기초와 말뚝에 접촉되는 면적을 크게 함으로써 상부 기초 말뚝에 전달되는 집중 하중을 분포시키기 위해 두부 공간의 하부에는 속채움 콘크리트를 충진시키지 않고 두부 공간에만 속채움 콘크리트를 충진시키는 방법은 도 4a 및 4b에 예시된 바와 같이 콘크리트 내부공간에 속채움 콘크리트가 소정의 깊이 이상으로 흘러들어가지 않도록 내부공간만큼의 원형의 판을 집어 넣는다. 이때 이 원형 밑빠짐방지틀을 고정시키기 위해 도4a 및 4b와 같이 외부에서 판을 고정시키는 방법이 있다.

본 발명에 따른 콘크리트 말뚝의 두부 보강 방법을 첨부된 도 3a 내지 도3c를 중심으로 상세히 설명하면 다음과 같다.

ⅰ) 반원형 형태의 일측 금속제 판(4)과 타측 금속제 판(4')을 이용하여 콘크리트 말뚝(1) 두부의 외주 면을 감싸는 단계;(도 3a)

ⅱ) 콘크리트 말뚝(1) 두부의 외주 면을 감싼 반원형 형태의 양측 금속제 판을 결합부재(6)에 의해 결합시키는 단계;(도 3b)

ⅲ) 콘크리트 말뚝(1) 두부의 속이 빈 내부 공간에 철근(2)을 배근한 후 속채움 콘크리트(3)를 충진시키는 단계;(도 3c)

를 거쳐 콘크리트 말뚝의 두부가 보강되어진다.

상기 ⅰ)단계 및 ⅱ)단계에 의해 콘크리트 말뚝 두부의 외주 면을 감싼 반원형 형태의 양측 금속제 판을 양끝단에 서로 맞대어지는 플랜지(5)에 결합되는 볼트, 너트 등의 결합부재(6)에 의해 결합시키면서 조이면, 콘크리트 말뚝의 중심축으로부터 가장 원거리인 위치에 콘크리트 말뚝의 외주 면이 보강되므로 콘크리트 말뚝의 외주 면으로 향하는 원 응력(Hoop-stress)을 최대한 억제할 수 있기 때문에 말뚝의 크랙 또는 파괴현상을 최대한 방지할 수 있는 효과가 있다.

그리고 상기 ⅲ)단계에서 콘크리트 말뚝 두부의 속이 빈 내부 공간에 철근을 배근한 후 속채움 콘크리트를 충진시킴으로써, 콘크리트 말뚝 상부로부터 가해지는 하중을 받는 단면적을 늘일 수 있고 또한 구조물과 일체화시킬 수 있는 콘크리트 말뚝의 두부를 보강시키는 방법이다.

그리고 상기 콘크리트 말뚝의 두부 보강 구조는 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이 "

"자 형상의 강판인 고정부재(7)를 사용하여 콘크리트 말뚝(1)과 금속제 판(4)의 밀착강도를 높이는 것도 좋다.

따라서 상기 콘크리트 말뚝의 두부 보강 방법에서 ⅱ)단계 이후에 ⅱ')단계를 추가하여 상기 ⅱ)단계에서 결합된 콘크리트 말뚝(1)과 금속제 판(4)을 고정부재(7)를 이용하여 완전 고정시키는 단계;를 거친 후에 ⅲ)단계를 거쳐 콘크리트 말뚝의 두부를 보강해도 좋다.

상기 고정부재는 콘크리트 말뚝의 내면과 말뚝 외주 면을 감싼 금속제 판의 외면이

자형 홈의 내부에 삽입되도록 끼움으로써 콘크리트 말뚝과 그 외주 면을 감싼 금속제 판이 완전 고정되게 되게 한 후 콘크리트 말뚝 내부에 철근(미도시)을 설치하고, 속채움 콘크리트(미도시)를 충진시키면 된다.

본 발명에 따른 두부 보강 콘크리트 말뚝의 시공 상태를 첨부된 도면 도 5a 및 도 5b를 중심으로 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 5a는 푸팅(footing) 하면을 받치기 위한 두부 보강 콘크리트 말뚝의 시공 상태를 나타낸 것으로 말뚝 내부에 철근을 배근하지 않는 구조이다. 상기 방법은 콘크리트 말뚝(1) 두부 부분은 외주 면이 금속제 판(4)으로 보강되어지고, 그 내부의 속 빈 공간에는 속채움 콘크리트(3)가 충진되어진 구조로서 말뚝 상부로부터 그 하부의 위치가 잡석(9)의 상부에 타설한 밑창 콘크리트(8)의 상면과 일치되는 부분까지 근입시키게 된다. 상기 방법은 파일 상부기초로 말뚝이 매입되기 때문에 상부구조물기초의 하부철근을 서로 연결시키지 않고 절단해야 한다. 따라서 말뚝 주변에 별도의 철근을 보강할 필요가 있기 때문에 보강 구조의 두부 부분이 거의 푸팅 하측 철근(2')의 상부에 위치하게 된다.

도 5b는 일반적인 방법으로 기초 콘크리트(말뚝의 상부 기초)의 하부철근을 절단 또는 절곡하지 않고 일체로 말뚝의 상부기초를 설치하기 위한 방법으로서 푸팅(footing) 하면을 받치기 위한 두부 보강 콘크리트 말뚝의 시공 상태를 나타낸 것으로 말뚝 내부에 철근을 배근한 구조이다. 상기 방법은 콘크리트 말뚝(1) 두부 부분은 두부의 외주 면이 금속제 판(4)으로 보강되어지고, 그 내부의 속 빈 공간에는 철근을 배근한 후 속채움 콘크리트(3)가 충진되어진 구조로서, 말뚝 상부가 잡석(9)의 상부에 타설한 밑창 콘크리트(8)의 상면보다 약간 높은 위치까지 두부의 상부를 근입시키게 된다. 따라서 보강 구조의 두부 부분이 푸팅 하측 철근(2') 상단 이상으로 올라올 시에는 결국 푸팅 하측 철근(2')을 절단 또는 절곡하여야하기 때문에 보강 구조의 두부 부분이 푸팅 하측 철근(2')의 하부에 위치하게 된다

상기와 같이 콘크리트 말뚝의 보강 구조에 따라 말뚝두부의 보강재 설치 방법을 달리할 수 있다.

본 발명은 콘크리트 말뚝의 두부를 간단하고 효과적으로 보강함으로써 지진 등 수평하중에 대하여 저항 및 수직하중으로 인한 말뚝이 중심에서 바깥쪽으로 파괴되려는 현상을 억제하여 콘크리트 말뚝과 구조물이 잘 접합되어 일체화되어 상부구조물과 1차 하중전달부분인 말뚝의 두부를 효과적으로 보강하여 말뚝 본래의 안정적인 역할을 할 수 있도록 하는 콘크리트 말뚝의 두부 보강 구조 및 보강 방법이다.

이는 종래의 현장에서 콘크리트 말뚝의 내부에 단순히 속채움 콘크리트를 설치하는 방법보다 공장 제작이 가능하므로 품질이 일정하고, 경제적으로 설치할 수 있는 것이 장점이다.

Claims (6)

1. 콘크리트 말뚝 두부 보강 구조에 있어서,

   콘크리트 말뚝 두부의 외주 면은 반원형 형태의 일측 금속제 판과 타측 금속제 판을 이용하여 그 외주 면을 감싼 형태로 결합부재에 의해 결합되어지고,

   콘크리트 말뚝 두부의 관통 내면은 두부 부분이 속채움 콘크리트로서 충진되어지고,

   상기 금속제 판은 일정한 간격으로 외부로 볼록한 가로 방향인 반원형 형상의 테를 형성하여 금속제 판의 강도를 보강시킨 구조인 것을 특징으로 하는 콘크리트 말뚝의 두부 보강 구조.
2. 제 1항에 있어서, 상기 반원형 형태의 금속제 판은 양쪽 끝단에 상기 철판테들을 서로 결합할 수 있도록 구멍이 일정 간격으로 형성된 플랜지로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 콘크리트 말뚝의 두부 보강 구조.
3. 제 1항에 있어서, 상기 결합부재는 리벳 또는 볼트, 너트와 같은 체결구인 것을 특징으로 하는 콘크리트 말뚝의 두부 보강 구조.
4. 제 1항 내지 제 3항에 있어서, 상기 콘크리트 말뚝의 두부 보강 구조는 "

   

   "자 형상의 강판인 고정부재를 사용하여 콘크리트 말뚝과 금속제 판의 밀착강도를 높이는 것을 특징으로 하는 콘크리트 말뚝의 두부 보강 구조.
5. ⅰ) 반원형 형태의 일측 금속제 판(4)과 타측 금속제 판(4')을 이용하여 콘크리트 말뚝(1) 두부의 외주 면을 감싸는 단계;

   ⅱ) 콘크리트 말뚝(1) 두부의 외주 면을 감싼 반원형 형태의 양측 금속제 판을 결합부재(6)에 의해 결합시키는 단계;

   ⅲ) 콘크리트 말뚝(1) 두부의 속이 빈 내부 공간에 철근(2)을 설치한 후 속채움 콘크리트(3)를 충진시키는 단계;

   를 거치는 것을 특징으로 하는 콘크리트 말뚝의 두부 보강 방법.
6. 제 5항에 있어서, 상기 ⅱ)단계의 다음 단계로서

   ⅱ') 상기 ⅱ)단계에서 결합된 콘크리트 말뚝(1)과 금속제 판(4)을 고정부재(7)를 이용하여 완전 고정시키는 단계;

   를 추가하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 말뚝의 두부 보강 방법.

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