KR20070053197A

KR20070053197A - 프리스트레스 콘크리트와 아이형 널말뚝을 합성한 벽체구조물 및 그 시공방법

Info

Publication number: KR20070053197A
Application number: KR1020070043464A
Authority: KR
Inventors: 백경종
Original assignee: 백경종
Priority date: 2007-05-04
Filing date: 2007-05-04
Publication date: 2007-05-23

Abstract

본 발명은 프리스트레스 콘크리트와 I형 널말뚝을 합성한 벽체 구조물 및 그 시공방법에 관한 것으로 기성제품으로 생산되는 각종 널말뚝, H형강 및 현장타설 콘크리트에 비하여 구조적 성능을 향상시키고 결합 및 시공방법을 간소화하여 토압에 대응하는 합리적인 구조체를 형성함에 그 목적이 있다.

본 발명에 의한 프리스트레스 콘크리트는 공장제작으로 품질관리가 용이하며 I형 말뚝의 경우 기성제품으로서 각종 치수 및 제원 선택이 가능하다.

따라서 각각의 성능 및 재질이 다른 강재와 콘크리트 부재를 합성하여 토압 및 각종 외력에 지지하도록 한다.

공장제작된 프리스트레스 콘크리트는 전단연결재에 의하여 I형 널말뚝과 합성형으로 결합되며 I형 널말뚝은 판형의 양측에 연결고리를 매개로 하여 벽체구조물의 진행방향으로 반복적으로 결합되어진다.

프리스트레스, 말뚝, 합성형, 전단연결재, 벽체구조물

Description

프리스트레스 콘크리트와 아이형 널말뚝을 합성한 벽체 구조물 및 그 시공방법{THE COMPOSITE WALL STRUCTURE OF PRESTRESSED CONCRETE AND I SHAPED SHEET PILE AND THE CONSTRUCTION METHOD THEREOF}

도 1a 지하 입체화시설 시공을 위한 종래기술에 의한 가설흙막이벽 설치 상태도

도 1b, 도 1c 교대 및 교각 시공을 위한 종래기술에 의한 가설흙막이벽 설치 상태도

도 2b (40)의 평면형상 상태도

도 3 프리스트레스를 도입한 공장제작형 콘크리트와 I형 널말뚝을 합성한 벽체 구조물 사시도

도 4 도3에 의한 벽체 구조물 연결 사시도

도5 도4에 의한 지하 입체화시설 예시도

도6 프리스트레스를 도입한 공장제작형 콘크리트와 I형 널말뚝을 합성한 벽체 구조물 예시도

도7 프리스트레스를 도입한 공장제작형 콘크리트와 I형 널말뚝을 합성한 벽체 구조물 단계별 제작 예시도

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

110 : 프리스트레스를 도입한 공장제작형 콘크리트와 I형 널말뚝을 합성한 벽체구조물

110 : I형 널말뚝 120 : 콘크리트 구조체 130 : 강선 및 정착장치

140 : 전단연결재 150 : 연결고리

본 발명은 프리스트레스를 도입한 공장제작형 콘크리트와 I형 널말뚝을 합성한 벽체구조물 및 그 시공방법에 관한 것으로 내부 작업여건을 개선하여 시공의 편의성을 확보하거나 또는 영구구조물로 설치하는 경우 종래 기술들의 단면성능을 개선하여 토압 및 각종 외력에 의한 변형을 최소화하고 내구성을 확보하기 위함이다.

일반적으로 견고하지 못한 지반에 건물, 도1a, 도1b, 도1c에 도시된 지하구조물(10), 교대(20), 교각(30) 등을 축조할 때 배면토사가 붕괴되는 것을 방지할 목적으로 흙막이벽 구조물을 설치한다.

종래 기술에 의한 흙막이벽 시공을 간략히 설명하면 다음과 같다.

교대, 교각을 시공할 경우 도1b, 도1c에서 처럼 교대(20), 교각(30)을 시공할 공간확보를 위해 가설흙막이벽(210)(310) 구조물을 설치하고 가설흙막이벽(210)(310) 내부를 굴착한 후 철근조립 및 거푸집 설치, 콘크리트 타설, 양생, 되메우기 등의 일련 과정을 거쳐 시공한다. 이때 종래 기술은 버팀대(211)(311)의 설치로 인해 작업공간이 협소하며 단계별 시공으로 인한 공사기간 증대 등의 단점이 현장에서 지적되고 있다.

이는 종래 기술이 엄지말뚝(210)(310)의 단면성능이 취약하여 버팀대를 설치해야 하는 문제점이 있다.

또한, 도1a에서와 같이 지하 입체교차시설을 시공할 경우에도 내부의 시공 공간을 확보하기 위해 가설흙막이벽(110)을 시공한다.

도면에 도시된 바와 같이 흙막이벽 설치 후 배면측은 지하수나 우수유입에 대비하여 별도의 그라우팅을 이용하여 차수벽을 설치한다.

이는 도3의 I형 널말뚝(110)의 양단부의 연결 고리부(150)가 지하수 및 우수유입을 차단하는 역할과 비교하여 볼 때 시공이 복잡하고 경제적이지 못한 단점이 있다.

종래 기술에 의한 합성말뚝 도2a의 예를 보면 도2b에 예시된 것처럼 원형단면의 강관말뚝과 U형 널말뚝의 조합을 위하여 용접으로 처리한다.

이때 용접부위는 주요 하자원인이 될 수 있으며 흙 및 기타 불순물에 의하여 노출되어 품질관리가 어렵다.

또한, 강관말뚝 및 U형 널말뚝의 제원이 제한적이므로 정밀해석을 하더라도 재료의 절감효과가 없어 경제적이지 못한 문제점이 있다.

또한, 강관이 중공일 경우 과도한 변형방지 및 휨변형에 대응하기 위해 말뚝 내부에 콘크리트를 채워야 할 경우도 있다. 따라서 합성단면의 단면이 과다해지고 이는 강재량의 증가를 초래하여 경제적이지 못한 비효율적 단면이 구성된다.

또한, 차량 진행방향측인 내측면의 요철부위는 차량 충돌시 차량의 정면 및 정면과 측면이 마주하는 모서리 부위가 U형 널말뚝의 음각부에 충격할 경우 차량이 회전하여 위험하며 시각적으로 요철부위의 형상은 운전자의 시각적 안정감 확보 문제 및 주행 중 발생되는 소음으로 인하여 쾌적한 주행환경을 상실케 한다.

반면, 공작제작형 콘크리트와 I형 널말뚝을 합성한 벽체구조물(100)은 일반적인 강관말뚝 및 H형강 등과 단면성능을 비교할 경우 단면적 및 강성이 우수하고 차수벽을 설치하지 않으므로 절감된다.

그리고 공장제작된 구조체를 지반에 그대로 매입하여 벽체로 활용하게 되므로 도1a에 예시된 바와 같이 벽체를 분할 타설(112)하거나 버팀대(111)의 순서를 바꾸어가며 시공하는 번거로움이 없다.

본 발명은 상기 서술된 문제점을 개선하고 해결하기 위한 것으로 구조상 토압 및 수압 등 외력에 견고한 내적안정을 유지하고 더 나아가서는 휨변형 및 내구성을 확보함과 동시에 공기단축 및 시공의 편의성을 제공하는데 있다.

차량운행시 요철로 인한 종래기술의 문제점인 소음을 최소화하고 요철부위에 차량 충돌시 발생할 수 있는 인명피해를 감소시켜 안전성을 확보하는데 있다.

또한, 본 발명은 변위발생을 최소화하여 시각적 안정성 및 구조적 안정성을 확보하는데 있다.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은 부재의 성능향상을 통하여 자재를 최소화하여 경제성을 확보하는데 목적이 있다.

공장제작형 프리스트레스 콘크리트는 각종 하중을 지지하는 주 구조체로서 반복제작이 가능한 임의의 강재거푸집을 제작하여 균열 및 부재 중심으로 작용되는 프리스트레스에 대응할 수 있는 소정의 철근을 배치한 후 공장에서 콘크리트를 타설 후 양생하여 제작한다.

프리스트레스의 도입 의도는 휨발생시 과다한 변형을 방지하기 위하여 부재 중심으로 압축력을 도입하게 되며 이는 콘크리트가 압축력에 강하게 저항한다는 이론에 근거한다.

I형 널말뚝은 기성제품으로 치수 및 제원, 단면성능 등 부재선택이 자유로우며 콘크리트가 갖지 못한 인장변형에 대응하게 된다.

두 부재는 각각의 재료성분이 서로 상이하며 인장 및 압축에 저항하는 각각의 특성을 갖고있다. 따라서 두 부재를 전단연결재로 결합하여 단면성능이 대폭 개선된 새로운 부재 즉, 구조체를 구성하게 된다.

상기 각각의 특성 및 역할을 갖는 부재를 결합함에 있어 판형의 I형 널말뚝의 양측에 연결고리를 매개로 하여 벽체구조물의 진행방향으로 결합된다.

이때 결합의 형태는 외력이 작을 경우 공장 제작된 프리스트레스 콘크리트를 1개, 2개 복수개를 생략하고 I형 널말뚝만의 결합으로 벽체를 형성하며 벽체 외측 즉, 벽체 배면의 토사, 지하수, 우수에 벽체 내측이 원활한 기능이 확보될 수 있는 내부공간을 마련하게 된다.

또한, 외력이 클 경우 즉, 굴착심도가 깊거나 지하수위의 위치가 굴착 상면에 위치할 경우 강선에 의한 프리스트레스 콘크리트의 크기 및 도입되는 압축력을 증가시킬 수 있으므로 부재크기 및 단면성능을 자유롭게 향상시킬 수 있다.

상기 언급한 두 부재의 크기 및 각종 단면성능을 자유롭게 채택하여 구조체에 작용하는 각종 외력에 대응시키고 경제성 및 재료의 효율성을 극대화하여 구조물을 완성시키게 된다.

본 발명에 따른 프리스트레스를 도입한 공장제작형 콘크리트와 I형 널말뚝을 합성한 벽체구조물 및 시공방법에 있어서 벽체구조물의 결합은 I형 널말뚝의 양측에 연결고리가 형성되어 있으며 이를 매개로 진행방향 즉, 종단면으로 결합된다.

또한, 본 발명에 의한 콘크리트 구조물은 공장제작형으로 임의 크기의 콘크리트 타설을 위한 거푸집이 설치되며 콘크리트 타설 전 각종 변형에 대응하기 위한 철근 및 압축력 도입을 위한 강선 배치 및 정착구가 설치된다. 기 제작된 임의 치수의 부재는 거푸집제작, 철근조립, 강선배치, 합성을 위한 전단연결재, 콘크리트 타설 및 양생과정 등을 거쳐 복수개로 제작되어진다.

공장제작의 장점은 현장의 기후 또는 현장여건의 변화 등을 고려하지 않아도 되므로 부재의 정밀성 및 일정한 품질관리가 가능하다.

위에 언급한 프리스트레스의 도입은 일정 크기의 부재를 양단에서 가압하므로서 부재의 휨발생시 압축력을 도입할 경우 부재에 오히려 유리한 요소로 적용된 다는 이론에 근거한다. 또한, 전단연결재의 역할은 강재와 콘크리트는 재질측면에서 탄성계수가 각기 달라 일정한 거동이 발생할 수 없으므로 각기 다른 두 부재를 견고히 결합하기 위해 필요한 부재이다.

도3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 프리스트레스를 도입한 공장제작형 콘크리트와 I형 널말뚝 합성체에서 공장제작이 완료된 부재(100)의 구성은 I형 널말뚝(110), 콘크리트 타설된 구조체(120), 강선을 포함한 정착장치(130), 전단연결재(140), I형널말뚝 양측의 연결고리(150)로 구성되어진다.

I형 널말뚝(110)은 시중에서 구매가 가능한 시제품으로 강도, 길이, 폭 등 부재의 단면제원이 다양하다. 철근 및 강선 배치가 완료된 후 콘크리트 타설(120)이 이루어지며 이때 콘크리트 강도, 철근, 강선 및 정착장치(130)의 제원은 미리 계산되어진 외력에 상응하는 만큼 배치되어진다. 이는 콘크리트 구조체(120)를 형성하게 된다.

I형 널말뚝(110)에 미리 부착된 전단연결재(140)는 외력 및 콘크리트 구조체에 압축력이 강선 및 정착장치(130)에 의하여 도입될 때 각기 다른 두 부재(110),(120)를 연결하는 역할을 한다.

이런 현상은 각 1개씩 반복적으로 공장에서 생산되어지며 도6, 도7에 도시한 예와 같이 I형 널말뚝(110)의 제원을 일정하게 할 경우 일정 간격으로 배치하거나 콘크리트 타설된 구조체(120)의 크기를 증 또는 감 시킬 수 있으며 내부의 철근 및 강선 및 정착장치(130)의 활동으로도 여러 단면을 생산할 수 있다.

또한, 도시된 도6에 의하여 1개 또는 복수개를 생략할 수도 있으며 판형의 I 형 널말뚝을 양단에 배치하며 벽체구조물을 완성할 수도 있다.

도7은 제작과정을 간단하게 정리한 예시도이다.

<실시예 1>

도4 및 도5에 도시된 실시예에 의한 프리스트레스를 도입한 공장제작형 콘크리트와 I형 널말뚝을 합성한 벽체구조물 및 시공방법은 공장제작된 구조체(100)는 I형 널말뚝(110)의 양측에 설치된 연결고리(150)로 진행방향으로 연결되어진다. 연결고리는 차수 및 부재의 종방향 연결에 이용되며 차수 목적 및 지하수유출에 의해 세립질의 토사가 벽체구조물 내측으로 침투되는 현상도 방지하여 벽체구조물 내측의 기능확보에 기여한다.

본 실시예에 의한 도4 및 도5에 의하면 벽체 내측면에 요철면이 형성되어지지 않아 소음절감 효과 및 차량충돌시 진행방향으로 복귀되어 인명피해를 최소화할 수 있다.

<실시예2>

본 발명에 의한 프리스트레스를 도입한 공장제작형 콘크리트와 I형 널말뚝을 합성한 벽체구조물(100)의 시공방법에 있어서 구조체(100)는 도5와 같이 (100)의 용도는 물론 도1a, 도1b, 도1c의 (110), (210), (310)의 용도로도 사용되어 질 수 있다.

이상에서 서술한 바와 같이 본 발명에 따른 프리스트레스를 도입한 공장제작 형 콘크리트와 I형 널말뚝을 합성한 벽체구조물 및 시공방법에 의하면 공장에서 제작된 구조체를 지반의 특성을 고려하여 1개 또는 2개 복수개로 조립하여 지반에 설치한다. 이때 I형 널말뚝의 양측 연결고리는 임의의 개수로 연결되며 이는 지하수유출에 의한 세립질의 토사가 구조체 내부로 유입되는 현상을 방지하여 배면토사에 의해 가해지는 외력을 지지하는 역할을 하게되어 휨변형 및 구조체 상단의 변위 발생 등을 억제시킬 수 있다. 이는 궁극적으로는 배면토사의 붕괴를 방지하며 구조물 축조에 사용된다.

또한, 종래기술에 비하여 시공성이 우수하며 단면적 및 강성이 우수하여 경제적이다.

이때 차량이 통행되는 내측면은 I형 널말뚝의 평탄한 부분만 노출되게 되어 차량이 벽면에 충돌할 경우 진행방향으로 원상복귀되며 이는 요철부위에 충돌할 경우 나타나는 피해를 최소화하여 탑승자의 안전 및 2차 추돌현상을 방지할 수 있다.

또한, 벽체구조물이 차량 진행방향에서 볼 경우 벽면이 매끄러워 시각적인 안정성 및 창문을 개방하고 운행할 경우 소음을 최소화할 수 있다.

Claims

프리스트레스를 도입한 공장제작형 콘크리트와 I형 널말뚝의 합성한 벽체구조물
청구항 1항에 있어서 콘크리트와 I형 널말뚝의 합성에 있어서 전단연결재 및 프리스트레스를 도입하기 위한 강선 및 정착구
청구항 2항에 있어서 합성한 벽체구조물의 연결방법에 있어서 I형 널말뚝의 배치 및 콘크리트 구조체의 1개, 2개 복수개 설치 또는 복수개의 생략으로 인한 각종 단면 형상
상기 1항, 2항 3항의 구조물을 제작함에 있어서 콘크리트 구조체의 변단면 즉, 상-하부 콘크리트 크기를 변화를 주는 직사각형 단면이 아닌 부등변 사각형의 형태
청구항 4항에 있어서 공장제작시 콘크리트 구조체 생산을 위한 강재거푸집 제작