KR20060120786A - 말뚝 외주 면에 인장재가 보강된 프리스트레스 말뚝 및 그제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 인장재와 콘크리트를 합성한 말뚝에 있어서,

상기 인장재(1)는 그 외주 면에 굴곡 파형이 형성되고, 그 인장재(1)의 내부에는 말뚝의 길이 방향으로 관통된 구멍이 형성된 콘크리트(2)로 충진되고, 상기 콘크리트의 내부에는 나선 형태의 철근(6)에 의해 배근된 인장력을 가한 PC 강봉(3)이 일정한 간격의 원주형 배열로 정착된 것을 특징으로 하는 말뚝 외주 면에 인장재가 보강된 프리스트레스 말뚝 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

따라서, 본 발명은 외주 면에 굴곡 파형이 형성된 인장재 내부에 나선 형태의 철근으로 배근한 PC 강봉을 정착시킨 후 원심력을 이용하여 콘크리트를 충진시켜 합성시키기 때문에 프리스트레스를 도입한 콘크리트 말뚝과 강관 말뚝의 효과를 동시에 갖기 때문에 프리텐션 원심력 프리스트레스 콘크리트 말뚝의 높은 압축성을 이용하고 그리고 프리텐션 원심력 프리스트레스 콘크리트 말뚝의 낮은 인장력과 콘크리트 말뚝의 낮은 취성 및 인장력을 말뚝 외주 면을 감싼 강관으로 보강할 수 있다.

그리고 외주 면에 굴곡 파형이 형성된 인장재 내부에 나선 철근으로 배근한 PC 강봉을 정착시킨 후 원심력을 이용하여 콘크리트를 충진시켜 인장재와 PC 강봉 및 콘크리트를 합성함으로써, 외부보강형태가 굴곡형의 파형이 형성되어 있기 때문 에 콘크리트와 인장재의 부착면적이 넓고 안정적이며 흙과의 마찰력이 크게 되어 말뚝의 마찰지지력이 향상되며, 인장재의 형태가 굴곡형의 파형으로 형성되어 있어 인장재의 강도가 상승되는 효과가 있기 때문에 기성 합성 말뚝에 비해 강관 두께가 얇은 강관을 사용해도 되기 때문에 경제적인 것이 장점이다.

인장재, 콘크리트, 말뚝, 굴곡 파형, 나선, 철근, PC 강봉, 프리스트레스, 강관, 세그멘트

Description

말뚝 외주 면에 인장재가 보강된 프리스트레스 말뚝 및 그 제조 방법{Prestressed spun high strength concrete pile for reinforcement of Tensile material at Outer Circumference of Pile and Method for manufacture of the same}

도 1a 및 1b는 종래의 강관합성 말뚝의 평면도 및 사시도.

도 2a 내지 2c는 본 발명에 따른 말뚝 외주 면에 말뚝 길이 방향으로 굴곡 파형이 형성된 인장재가 보강된 프리스트레스 말뚝의 평면도 및 사시도.

도 3a 내지 3c는 본 발명에 따른 말뚝 외주 면에 둘레 방향으로 굴곡 파형이 형성된 인장재가 보강된 프리스트레스 말뚝의 평면도 및 단면도.

도 4a 내지 4c는 본 발명에 따른 말뚝 외주 면에 굴곡 파형이 형성된 두개의 세그멘트 부재로 분할된 인장재가 서로 결합되어 보강된 프리스트레스 말뚝의 평면도 및 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 인장재 2 : 콘크리트

3 : PC 강봉 4 : 체결구

5 : 플랜지 6 : 철근

7 : 제 1 세그먼트 부재 8 : 제 2 세그먼트 부재

본 발명은 말뚝 외주 면에 인장재가 보강된 프리스트레스 말뚝 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 외주 면에 굴곡 파형이 형성된 인장재의 내부에 나선 형태의 철근으로 배근한 PC 강봉을 인장재 내부에 정착시킨 후 원심력을 이용하여 콘크리트를 충진시켜 인장재와 PC 강봉 및 콘크리트를 합성함으로써 굴곡 파형에 의해 콘크리트와 인장재와의 부착력을 향상시키고, 부착된 인장재의 구속효과로 프리스트레스 말뚝의 내압력, 인장력 및 휨강도를 증대시켜 부재내력이 향상되어 종래의 프리스트레스 말뚝보다 지진 등의 진동으로 인한 횡하중 및 항타시 발생할 수 있는 균열 발생 등을 효과적으로 보완할 수 있는 것을 특징으로 하는 말뚝 외주 면에 인장재가 보강된 프리스트레스 말뚝에 관한 것이다.

일반적으로 말뚝은 콘크리트로만 구성된 원심력 철근콘크리트 말뚝(RC, Centrifugal Reinforce Concrete Pile)과 콘크리트 내부에 PC 강봉이 삽입된 프리텐션 원심력 프리스트레스 콘크리트 말뚝(PC, Prestressed Concrete Pile)과 프리텐션 원심력 고강도 프리스트레스 콘크리트 말뚝(PHC, Prestressed Spun High Strength Concrete Pile)이 있으며, 그리고 강관 내부에 콘크리트를 채운 강관합성 말뚝(SC, Steel Concrete Pile)과 강관으로만 구성된 강관 말뚝(S, Steel Pile) 등이 있다.

상기 말뚝류들 중에서 강관합성 말뚝은 도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이 인장재(1)인 강관의 내부에 콘크리트(2)만을 채워 원심력으로 성형하여 양생시켜 강관과 콘크리트가 일체가 되어 하중을 지지하기 때문에 콘크리트 말뚝의 내력증대 및 단점이 보완되어 많이 사용되고 있으나 그 외주 면에 기성강관 말뚝을 사용하므로 부식의 우려가 있으며, 상대적으로 두께가 6m/m이상인 두꺼운 강관을 사용하므로 비경제적이며, 그리고 말뚝 내부의 콘크리트는 별도의 보강철망 및 PC 강봉의 보강이 없이 단순히 콘크리트만 채워 성형하므로 상대적으로 내부의 콘크리트의 강성이 취약하며, 기성원형강관을 사용하므로 내부콘크리트와 강관의 접착부가 이탈될 우려가 있으며 상대적으로 고가이다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위한 방안으로 나선 형태의 철근으로 배근한 PC 강봉을 인장재 내부에 정착시킨 후 원심력을 이용하여 콘크리트를 충진시켜 인장재와 PC 강봉 및 콘크리트를 합성시킴으로써, 콘크리트 내부에 PC 강봉을 삽입시킨 프리텐션 원심력 프리스트레스 콘크리트 말뚝과 그리고 강관 내부에 콘크리트를 채운 강관합성 말뚝의 효과를 동시에 갖기 때문에 프리텐 션 원심력 프리스트레스 콘크리트 말뚝의 높은 압축성을 이용하고 그리고 프리텐션 원심력 프리스트레스 콘크리트 말뚝의 낮은 인장력과 콘크리트 말뚝의 낮은 취성 및 인장력을 말뚝 외주 면을 감싼 강판으로 보강할 수 있는 것을 특징으로 하는 말뚝 외주 면에 인장재가 보강된 프리스트레스 말뚝 및 그 제조 방법을 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 외주 면에 굴곡 파형이 형성된 인장재 내부에 나선 철근으로 배근한 PC 강봉을 정착시킨 후 원심력을 이용하여 콘크리트를 충진시켜 인장재와 PC 강봉 및 콘크리트를 합성함으로써, 외부보강형태가 굴곡형의 파형이 형성되어 있기 때문에 콘크리트와 인장재의 부착면적이 넓고 안정적이며 흙과의 마찰력이 크게 되어 말뚝의 마찰지지력이 향상되는 것을 특징으로 하는 말뚝 외주 면에 인장재가 보강된 프리스트레스 말뚝 및 그 제조 방법을 제공함에 있다.

특히 본 발명은 외주 면에 굴곡 파형이 형성된 인장재 내부에 나선 형태의 철근으로 배근한 PC 강봉을 정착시킨 후 원심력을 이용하여 콘크리트를 충진시켜 합성시키기 때문에 프리스트레스를 도입한 콘크리트 말뚝과 강관 말뚝의 효과를 동시에 갖는다. 따라서 기성 말뚝에 비해 말뚝의 압축성이 높고, 외부보강형태가 굴곡형의 파형으로 형성되어 있어 인장재의 강도가 상승되는 효과가 있기 때문에 기성 합성 말뚝이 강관 두께가 6m/m이상인 두꺼운 강관을 사용하여야 하는데 반해 본 발명의 말뚝은 두께가 2m/m인 얇은 강관을 사용해도 되기 때문에 경제적인 것이 특징이다.

상기의 과제를 해결하기 위한 수단으로 본 발명의 구성을 첨부된 도면을 중심으로 설명하면 다음과 같다.

도 2a 내지 2c는 본 발명에 따른 말뚝 외주 면에 말뚝 길이 방향으로 굴곡 파형이 형성된 인장재가 보강된 프리스트레스 말뚝의 평면도 및 사시도에 관한 것으로 인장재와 콘크리트를 합성한 말뚝에 있어서,

상기 인장재(1)는 그 외주 면에 말뚝 길이 방향으로 굴곡 파형이 형성되고, 그 인장재(1)의 내부에는 말뚝의 길이 방향으로 관통된 구멍이 형성된 콘크리트(2)로 충진되고, 상기 콘크리트(2)의 내부에는 철근(6)에 의해 배근된 인장력을 가한 PC 강봉(3)이 일정한 간격의 원주형 배열로 정착된 것을 특징으로 하는 말뚝 외주 면에 인장재가 보강된 프리스트레스 말뚝에 관한 것이다.

본 발명의 다른 실시예로서 도 3a 내지 3c는 본 발명에 따른 말뚝 외주 면에 둘레 방향으로 굴곡 파형이 형성된 인장재가 보강된 프리스트레스 말뚝의 평면도 및 사시도에 관한 것으로 인장재와 콘크리트를 합성한 말뚝에 있어서,

상기 인장재(1)는 그 외주 면에 둘레 방향으로 굴곡 파형이 형성되고, 그 인장재(1)의 내부에는 말뚝의 길이 방향으로 관통된 구멍이 형성된 콘크리트(2)로 충 진되고, 상기 콘크리트(2)의 내부에는 철근(6)에 의해 배근된 인장력을 가한 PC 강봉(3)이 일정한 간격의 원주형 배열로 정착된 것을 특징으로 하는 말뚝 외주 면에 인장재가 보강된 프리스트레스 말뚝에 관한 것이다.

도 4a 내지 4c는 본 발명에 따른 말뚝 외주 면에 굴곡 파형이 형성된 두 개의 세그멘트 부재로 분할된 인장재가 서로 결합되어 보강된 프리스트레스 말뚝의 평면도 및 단면도에 관한 것으로 두 개의 세그멘트 부재로 분할된 인장재와 콘크리트를 합성한 말뚝에 있어서,

상기 인장재(1)는 그 외주 면에 말뚝의 길이 방향으로 굴곡 파형이 형성된 제 1 세그멘트 부재(7)와 제 2 세그멘트 부재(8)로 이루어지고, 상기 세그멘트 부재들의 양측 끝단의 서로 맞닿는 플랜지(5) 면에 일정 간격으로 형성된 구멍을 통하여 체결구(4)로 결합되고, 그 결합된 인장재(1)의 내부에는 말뚝의 길이 방향으로 관통된 구멍이 형성된 콘크리트(2)로 충진되고, 상기 콘크리트(2)의 내부에는 철근(6)에 의해 배근된 인장력을 가한 PC 강봉(3)이 일정한 간격의 원주형 배열로 정착된 것을 특징으로 하는 말뚝 외주 면에 인장재가 보강된 프리스트레스 말뚝에 관한 것이다.

상기 도 4a 내지 4c의 두 개의 세그멘트 부재로 분할된 인장재와 콘크리트를 합성한 말뚝의 인장재는 위에서 설명드린 바와 같이 필요에 따라 그 외주 면에 형성된 굴곡 파형이 말뚝의 길이 방향으로 형성되거나 또는 말뚝의 원 둘레 방향으로 형성되어도 좋다.

상기 도 2a 내지 도 4c의 말뚝에서 각 말뚝 내부에 배근된 철근은 원주형 배열의 PC 강봉(3)에 나선 형태로 용접하여 결합한다. 그리고 말뚝의 외부에 위치하는 재료로는 말뚝의 내구 수명을 증대할 수 있도록 부식에 대해서 안정적이어야 하기 때문에 방식처리 또는 코팅처리된 금속제 관이 사용될 수 있으며 바람직하게는 아연도금강관을 사용하는 것이 좋다. 그리고 인장재(1)는 굴곡 파형이 형성된 원통형의 강관 형태이거나 또는 원통형 강관의 길이 방향으로 절단된 두 개의 분할된 세그먼트(segment) 부재로 이루어진다. 상기 세그먼트 부재는 구조의 형상이나 필요에 따라 그 개수가 두 개 이상일 수도 있다. 그리고 상기 세그먼트 부재들은 양측 끝단의 플랜지에 형성된 구멍을 통해 볼트, 너트와 같은 체결구(4)로 체결되거나 또는 용접에 의해 서로 결합되어진다.

본 발명은 원심력 고강도 프리스트레스 말뚝의 외주 면에 인장재를 설치함으로써, 원심력 고강도 프리스트레스 말뚝의 단점인 압축성보다 상대적으로 취약한 인장 및 전단파괴, 휨모멘트, 균열, 충격에 의한 파괴 등의 단점을 보완하고 강관 말뚝의 장점인 인장력을 효과적으로 발휘할 수 있도록 하였다. 그리고 인장재의 외주 면에 굴곡 파형을 말뚝의 길이 방향 또는 둘레 방향으로 형성시킴으로써, 콘크리트와 인장재의 부착면적이 넓고 안정적이며 흙과의 마찰력이 크게 되어 말뚝의 마찰지지력이 향상된다. 그 뿐만 아니라 인장재는 그 외주 면에 형성된 굴곡 파형 에 의해 인장재의 강도가 상승되는 효과가 있기 때문에 기성 합성 말뚝에서 사용하는 인장재의 두께보다 얇은 인장재를 사용할 수 있다.

그리고 도 4a 내지 4c에서와 같이 본 발명에 따른 말뚝 외주 면에 굴곡 파형이 형성된 두 개의 세그멘트 부재로 분할된 인장재가 서로 결합되어 보강된 프리스트레스 말뚝은 그 굴곡 파형이 말뚝의 길이 방향으로 형성되어 있지만 도 3의 말뚝과 같이 굴곡 파형을 말뚝의 원주 면 둘레 방향으로 형성시켜도 좋다.

본 발명에 따른 말뚝 외주 면에 인장재가 보강된 프리스트레스 말뚝의 제조 방법은 다음과 같다.

ⅰ) 나선 형태의 철근을 원주형 형태로 배열한 PC 강봉의 외주 면에 용접하여 나선형 형태로 배근하는 단계;

ⅱ) 상기 배근된 PC 강봉을 굴곡 파형이 형성된 강관의 내부에 정착시키는 단계;

ⅲ) 원심력에 의해 강관 내부에 콘크리트를 일정 간격만큼 채우는 단계;

를 거쳐 제조되어진다.

상기 ⅰ)단계는 원심력 고강도 프리스트레스 콘크리트 말뚝의 통상적인 제조 방법과 같이 원주형의 PC 강봉에 철근을 나선형의 형태로 용접되어 배근 제작되어 지고, 상기 ⅱ) 단계에서는 인장재를 두 개의 분할된 세그멘트 부재를 결합한 후 그 내부에 배근된 PC 강봉을 설치하는 단계를 거쳐도 된다. 그리고 상기 ⅱ) 단계 및 ⅲ)단계에서는 일반적인 고강도 프리스트레스 말뚝의 제조 방법과 같이 강관 내부에 PC 강봉을 설치 후 원심력에 의해 강관 내부에 콘크리트를 일정 간격만큼 채우게 된다.

본 발명에 따른 말뚝 제조 방법은 고강도 프리스트레스 콘크리트 말뚝의 장점과 강관합성 말뚝의 장점을 동시에 취하는 말뚝을 제조할 수 있는 방법이다.

따라서, 본 발명은 외주 면에 굴곡 파형이 형성된 인장재 내부에 나선 형태의 철근으로 배근한 PC 강봉을 정착시킨 후 원심력을 이용하여 콘크리트를 충진시켜 합성시키기 때문에 프리스트레스를 도입한 콘크리트 말뚝과 강관 말뚝의 효과를 동시에 갖기 때문에 프리텐션 원심력 프리스트레스 콘크리트 말뚝의 높은 압축성을 이용하고 그리고 프리텐션 원심력 프리스트레스 콘크리트 말뚝의 낮은 인장력과 콘크리트 말뚝의 낮은 취성 및 인장력을 말뚝 외주 면을 감싼 강판으로 보강할 수 있다.

그리고 외주 면에 굴곡 파형이 형성된 인장재 내부에 나선 철근으로 배근한 PC 강봉을 설치 후 원심력을 이용하여 콘크리트를 충진시켜 인장재와 PC 강봉 및 콘크리트를 합성함으로써, 외부보강형태가 굴곡형의 파형이 형성되어 있기 때문에 콘크리트와 인장재의 부착면적이 넓고 안정적이며 흙과의 마찰력이 크게 되어 말뚝의 마찰지지력이 향상되며, 인장재의 형태가 굴곡형의 파형으로 형성되어 있어 인장재의 강도가 상승되는 효과가 있기 때문에 기성 합성 말뚝에 비해 강관 두께가 얇은 강관을 사용해도 되기 때문에 경제적인 것이 장점이다.

본 발명은 기성합성말뚝의 원리인 기성 강관파일의 내부에 콘크리트를 채움으로 강관파일의 압축력을 보강하는 원리가 아닌, 고강도 프리스트레스 콘크리트 말뚝의 인장력을 보강하기 위한 방법이기 때문에 두꺼운 강관이 아닌, 고강도 프리스트레스 콘크리트 말뚝에서 모자라는 인장력만큼만 보강하는 얇은 강판을 사용해도 되기 때문에 경제적인 것이 장점이다.

Claims (8)

1. 인장재와 콘크리트를 합성한 말뚝에 있어서,

   상기 인장재(1)는 그 외주 면에 말뚝 길이 방향으로 굴곡 파형이 형성되고, 그 인장재(1)의 내부에는 말뚝의 길이 방향으로 관통된 구멍이 형성된 콘크리트(2)로 충진되고, 상기 콘크리트(2)의 내부에는 철근(6)에 의해 배근된 인장력을 가한 PC 강봉(3)이 일정한 간격의 원주형 배열로 정착된 것을 특징으로 하는 말뚝 외주 면에 인장재가 보강된 프리스트레스 말뚝.
2. 인장재와 콘크리트를 합성한 말뚝에 있어서,

   상기 인장재(1)는 그 외주 면에 둘레 방향으로 굴곡 파형이 형성되고, 그 인장재(1)의 내부에는 말뚝의 길이 방향으로 관통된 구멍이 형성된 콘크리트(2)로 충진되고, 상기 콘크리트(2)의 내부에는 철근(6)에 의해 배근된 인장력을 가한 PC 강봉(3)이 일정한 간격의 원주형 배열로 정착된 것을 특징으로 하는 말뚝 외주 면에 인장재가 보강된 프리스트레스 말뚝.
3. 두 개의 세그멘트 부재로 분할된 인장재와 콘크리트를 합성한 말뚝에 있어서,

   상기 인장재(1)는 그 외주 면에 말뚝의 길이 방향으로 굴곡 파형이 형성된 제 1 세그멘트 부재(7)와 제 2 세그멘트 부재(8)로 이루어지고, 상기 세그멘트 부재들의 양측 끝단의 서로 맞닿는 플랜지(5) 면에 일정 간격으로 형성된 구멍을 통하여 체결구(4)로 결합되고, 그 결합된 인장재(1)의 내부에는 말뚝의 길이 방향으로 관통된 구멍이 형성된 콘크리트(2)로 충진되고, 상기 콘크리트(2)의 내부에는 철근(6)에 의해 배근된 인장력을 가한 PC 강봉(3)이 일정한 간격의 원주형 배열로 정착된 것을 특징으로 하는 말뚝 외주 면에 인장재가 보강된 프리스트레스 말뚝.
4. 제 1항 내지 제 3항에 있어서, 상기 철근(6)은 원주형 배열의 PC 강봉(3)에 나선 형태로 용접하여 결합한 것을 특징으로 하는 말뚝 외주 면에 인장재가 보강된 프리스트레스 말뚝.
5. 제 1항 내지 제 3항에 있어서, 상기 인장재(1)는 방식처리 또는 코팅처리된 금속제 관을 사용하는 것을 특징으로 하는 말뚝 외주 면에 인장재가 보강된 프리스트레스 말뚝.
6. 제 5항에 있어서, 상기 금속제 관은 아연도금강관인 것을 특징으로 하는 말 뚝 외주 면에 인장재가 보강된 프리스트레스 말뚝.
7. ⅰ) 나선 형태의 철근을 원주형 형태로 배열한 PC 강봉의 외주 면에 용접하여 나선형 형태로 배근하는 단계;

   ⅱ) 상기 배근된 PC 강봉을 굴곡 파형이 형성된 강관의 내부에 설치하는 단계;

   ⅲ) 원심력에 의해 강관 내부에 콘크리트를 일정 간격만큼 채우는 단계;

   를 거쳐 제조되어지는 것을 특징으로 하는 말뚝 외주 면에 인장재가 보강된 프리스트레스 말뚝의 제조 방법.
8. 제 7항에 있어서, 상기 ⅰ) 내지 ⅲ) 단계의 제조 방법에서 상기 ⅱ) 단계는 인장재를 두 개의 분할된 세그멘트 부재를 결합한 후 그 내부에 배근된 PC 강봉을 정착시키는 단계;

   를 거쳐 제조되어지는 것을 특징으로 하는 말뚝 외주 면에 인장재가 보강된 프리스트레스 말뚝의 제조 방법.

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