KR20070109710A

KR20070109710A - Ｐｈｃ 말뚝의 두부보강을 통한 구조물의 양압력 방지구조

Info

Publication number: KR20070109710A
Application number: KR1020060043084A
Authority: KR
Inventors: 조천환; 이우철; 김웅규
Original assignee: 삼성물산 주식회사
Priority date: 2006-05-12
Filing date: 2006-05-12
Publication date: 2007-11-15
Also published as: KR100813188B1

Abstract

본 발명은 지하수 및 우수유입에 대한 구조물의 양압력 방지 대책으로 별도의 영구앵커를 시공하거나 배수시스템을 마련하지 않고 구조물 기초로 시공되는 PHC말뚝(Pretensioned Spun High Strength Concrete Piles, 프리텐션방식의 원심력 고강도 프리스트레스트철근콘크리트말뚝)의 두부보강을 통해 주면지지력(周面支持力)을 인발저항력으로 활용한 구조물의 양압력 방지구조에 관한 것이다.

본 발명의 PHC말뚝의 두부보강을 통한 구조물의 양압력 방지구조는 지반에 정착된 PHC말뚝; 상기 PHC말뚝 위 축방향으로 돌출되면서 PHC말뚝 두부(頭部)와 일체화되며, 긴장상태로 유지되는 강선; 상기 PHC말뚝의 상단면 위로 이격한 위치에서 강선과 결합하여 강선의 긴장상태를 고정하는 강선정착구; 및, 상기 강선과 강선정착구가 매설되도록 상기 PHC말뚝 위로 타설되는 기초콘크리트;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

PHC말뚝, 두부보강, 양압력, PC강선, 쐐기, 정착구

Description

ＰＨＣ 말뚝의 두부보강을 통한 구조물의 양압력 방지구조{Uplift resisting system of PHC pile with PC steel head reinforcement}

도 1 내지 도 4는 PHC말뚝의 두부보강을 통한 구조물의 양압력 방지구조의 다양한 실시예를 도시한 도면이다.

도 5 및 도 6은 도 1 내지 도 4에 적용되는 강선정착구를 도시한 도면이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100: PHC말뚝 110: 중공부

200: 말뚝PC강선

300: 독립강선 310: 튜브

320: 강연선

400: 차단판 410: 고무판

450: 하부철판 460: 채움콘크리트

500: 강선정착구 510: 중공볼트

520: 쐐기 521: 고무링

530: 체결너트 550: 상부철판

600: 기초콘크리트

본 발명은 PHC말뚝의 두부보강을 통한 구조물의 양압력 방지구조에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 지하수 및 우수유입에 대한 구조물의 양압력 방지 대책으로 별도의 영구앵커를 시공하거나 배수시스템을 마련하지 않고 구조물 기초로 시공되는 PHC말뚝의 두부보강을 통해 주면지지력(周面支持力)을 인발저항력으로 활용한 구조물의 양압력 방지구조에 관한 것이다.

지하수위가 상승하면 구조물의 지하바닥에는 구조물을 들어올리는 양압력이 작용하게 되며, 그 결과 구조물에는 이동, 상승, 그리고 침하에 의해 변형과 균열이 발생하거나 구조물 내부로 지하수가 유입되는 등 다양한 문제가 초래된다. 이에 따라, 양압력에 의한 구조물의 피해를 예방하기 위한 대책이 설계 시 반영되기 마련이다.

현재 가장 일반적인 양압력의 방지 대책으로는 건물 기초에 영구앵커(rock anchor)를 설치하는 영구앵커 설치공법과 기초하부에 자갈 및 배수재(다발관, 유공관 등)재를 설치하는 배수공법(dewatering system)이 있다.

영구앵커 설치공법은 구조물 기초에 영구앵커를 설치, 인장하여 양압력 이상 의 하중을 구조물 기초에 작용시키는 공법이다. 이러한 영구앵커 설치공법은 지하구조물을 앵커로 기초 암반에 정착시킴으로써 양압력 작용 시 저항하게 된다. 그러나, 영구앵커는 말뚝 시공 후 말뚝과는 별도로 시공되는 특성에 의해 영구앵커의 시공이 기시공된 말뚝에 의해 방해되어 작업상 불편함이 따르며, 영구앵커의 설치를 위한 천공작업으로 인해 소음 및 분진발생 문제와 함께 슬라임과 용수처리 어려움이 따른다. 나아가 말뚝시공과는 별도의 공정으로 진행되므로 공사비와 공기를 증대시키는 요인으로 작용하기도 한다. 특히, 말뚝기초를 PHC말뚝(Pretensioned Spun High Strength Concrete Piles, 프리텐션방식의 원심력 고강도 프리스트레스트철근콘크리트말뚝)으로 시공하는 경우에는 PHC말뚝과 접속을 위해 PHC말뚝의 두부정리(콘크리트를 제거하여 강선을 노출시킴)가 필수적인데, 이 경우 영구앵커 천공장비의 이동과정에서 두부정리되어 노출된 PHC말뚝의 강선이 쉽게 파손될 우려가 있다.

배수공법은 기초 주변지반에 유입되는 지하수를 유도배수시키는 방법으로, 양압력이 형성되지 않도록 일정간격으로 배치된 배수로를 통하여 모아 집수정으로 유도한 후 외부로 펌핑하는 방법이다. 이러한 배수공법은 초기 투입비가 적게 들고, 지하수압 저하로 수압 파괴에 의한 폐해를 해소시킬 수 있는 장점이 있다. 그러나, 배수공법은 장기적으로는 배수재 내부에 세립토 유입되어 원활한 배수가 이루어지지 못한다는 문제와 배출수 처리비용이 발생한다는 문제, 그리고 펌핑 등의 설비시스템의 지속적인 유지관리가 필요하다는 문제 등이 단점으로 지적된다.

한편, PHC말뚝은 강관말뚝에 비하여 훨씬 경제적이며 PC말뚝과 비교해보면 자재비는 비싸지만 지지력이 커서 말뚝 본수를 줄일 수 있어 경제성을 확보할 수 있다는 점에서 구조물의 기초를 위한 말뚝공사에 많이 채택되는 실정이다. PHC말뚝의 지지력은 선단지지력과 주면지지력으로 구성되는데, 이러한 지지력은 단순히 구조물의 하중을 지지하기 위한 방편으로만 설계되고 있다. 즉, 구조물 공사 시 기초의 구성을 위한 PHC말뚝 시공과는 별도로 양압력의 방지대책을 위한 공사가 진행되고 있는 실정이다. 이와 같은 별개의 시공 시 발생하는 문제는 전술한 바와 같다.

이에 본 발명자들은 지하수 및 우수유입에 대한 구조물의 양압력 방지 대책으로 별도의 영구앵커를 시공하거나 배수시스템을 마련하지 않고 구조물 기초로 시공되는 PHC말뚝의 두부보강을 통해 주면지지력을 인발저항력으로 활용할 수 있도록 한 구조물의 양압력 방지구조를 개발하게 되었다.

본 발명은 상기한 종래의 문제를 개선하고자 안출된 것으로서, 구조물 기초로 시공되는 PHC말뚝의 두부보강을 통해 PHC말뚝이 가지고 있는 주면지지력(周面支持力)을 양압력에 의한 구조물의 부상을 방지하는 인발저항력으로 활용한 구조물의 양압력 방지구조를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 지하수 및 우수유입에 대한 구조물의 양압력 방지를 위하여 영구앵커 및 배수시스템과 같은 별도의 대책을 마련하지 않고 PHC말뚝의 두부보강을 통해 완성하므로 공사비절감 및 공기단축에 유리한 구조물의 양압력 방지구조를 제공하는 것이다.

상기한 목적달성을 위해 본 발명은 PHC말뚝의 주면지지력(周面支持力)을 인발저항력으로 활용하기 위해 완성되는 구조물의 양압력 방지구조로서,

지반에 정착된 PHC말뚝; 상기 PHC말뚝 위 축방향으로 돌출되면서 PHC말뚝 두부(頭部)와 일체화되며, 긴장상태로 유지되는 강선; 상기 PHC말뚝의 상단면 위로 이격한 위치에서 강선과 결합하여 강선의 긴장상태를 고정하는 강선정착구; 및, 상기 강선과 강선정착구가 매설되도록 상기 PHC말뚝 위로 타설되는 기초콘크리트;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 PHC말뚝의 두부보강을 통한 구조물의 양압력 방지구조를 제공한다.

이하, 첨부한 도면 및 바람직한 실시예에 따라 본 발명을 상세히 설명한다.

도 1 내지 도 4는 PHC말뚝의 두부보강을 통한 구조물의 양압력 방지구조의 다양한 실시예를 도시한 도면으로, 본 발명은 도시하고 있는 바와 같이 PHC말뚝(100)의 두부(頭部)의 인장강선을 보강하여 그 결과 PHC말뚝(100)의 주면지지력을 구조물의 부상을 방지하기 위한 인발저항력으로서 역할할 수 있게 하는데 특징이 있다.

이를 위해 본 발명은 지반에 정착된 PHC말뚝(100); 상기 PHC말뚝(100) 위 축방향으로 돌출되면서 PHC말뚝(100) 두부(頭部)와 일체화되며, 긴장상태로 유지되는 강선; 상기 PHC말뚝(100)의 상단면 위로 이격한 위치에서 강선과 결합하여 강선의 긴장상태를 고정하는 강선정착구(500); 및, 상기 강선과 강선정착구(500)가 매설되도록 상기 PHC말뚝(100) 위로 타설되는 기초콘크리트(600);를 필수적인 구성요소로 포함한다.

구체적으로 본 발명에서 PHC말뚝(100)의 두부보강은 PHC말뚝(100)의 두부와 강선의 일체화방법에 따라 2가지로 구분하여 제안하고 있으며, 그 중 한 가지는 PHC말뚝(100)에 사용된 말뚝PC강선(200)을 그대로 이용하는 방법이고 다른 하나가 별도의 독립강선(300)을 설치하여 말뚝두부를 보강하는 방법이다.

1. 말뚝PC강선을 이용하는 방법

도 1 및 도 2는 말뚝PC강선(200)을 이용한 방법으로 보여주고 있다. 도시하고 있는 바와 같이 PHC말뚝(100) 두부(頭部)를 보강하기 위해 긴장상태로 유지된 채 기초콘크리트(600)에 매설되는 강선은 PHC말뚝(100)의 공장제작과정에서 PHC말뚝(100)의 내부에 설치되는 말뚝PC강선(200)이다.

말뚝PC강선(200)을 이용하는 방법은 PHC말뚝(100)을 지면에서 돌출되도록 시공하고, 돌출된 PHC말뚝(100)의 콘크리트를 파쇄 제거하여 말뚝PC강선을 노출시킨 후, PHC말뚝(100)의 상단면과 이격한 위치에 정착구(500)를 고정시키고 이어 상기 PHC말뚝(100) 위로 타설되는 기초콘크리트(600)에 PC강선(200)과 정착구(500)를 매 설함으로써 완성된다. 이에 따라, 기초 바닥면에 양압력이 작용하면 PC강선(200)이 긴장되고 PHC말뚝(100)과 기초콘크리트(600)가 일체화되기 때문에 기초콘크리트의 부상(浮上)을 PHC말뚝(100)의 주면지지력으로써 방지할 수 있게 된다. 나아가 강선정착구(500)는 기초콘크리트(600) 내에서 말뚝PC강선(200)의 인발에 대한 저항력을 발휘하게 되므로 PHC말뚝(100)의 두부보강을 통한 구조물의 양압력 방지구조가 가능한 것이다.

도 2에서는 도 1과 달리 강선정착구(500) 아래로 강선정착구(500)보다 확장된 너비를 갖는 상부철판(550)이 접합되도록 구성하고 있는데, 상기 상부철판(550)은 양압력의 크기에 따라 강선정착구(500)만으로 인발에 대한 저항력이 부족할 경우를 대비하여 펀칭 저항면적을 확대시키기 위해 마련된 구성이다. 이때 상부철판(550)은 기초콘크리트(600)와의 부착력 향상을 위한 형태로 채택함이 바람직하며, 도 2에서는 원형 띠형상의 상부철판(550)을 제안하고 있다.

2. 독립강선 이용하는 방법

도 3 및 도 4는 독립강선(300)을 이용한 방법으로 보여주고 있다. 도시하고 있는 바와 같이 PHC말뚝(100) 두부(頭部)를 보강하기 위해 긴장상태로 유지된 채 기초콘크리트(600)에 매설되는 강선은 PHC말뚝(100) 중공부(110)에 정착시킨 독립강선(300)이다. 이때, 독립강선(300)으로는 일반적인 강선 외에 강봉을 채택해도 무방하다. 전술한 말뚝PC강선(200) 이용방법과는 달리 PHC말뚝(100)의 말뚝PC강선은 노출되지 않으므로, PHC말뚝(100)의 두부정리가 간편해지는 이점이 있다.

독립강선(300)을 이용하는 방법은 PHC말뚝(100)을 지면에서 돌출되지 않도록 시공하고(두부정리 등을 통해 처리할 수 있음), PHC말뚝의 중공부(110)에는 PHC말뚝(100)의 상단면과 하향하여 떨어진 위치에서 PHC말뚝 중공부(110)를 막는 차단판(400)이 설치되도록 구성하고, 독립강선(300)을 상기 차단판(400)에 정착시키면서 PHC말뚝(100) 위로 노출되도록 배치한 후 PHC말뚝 중공부(110)의 차단판(400) 위로 충진되는 채움콘크리트(460)와 상기 PHC말뚝(100) 위로 타설되는 기초콘크리트(600)에 독립강선(300)과 강선정착구(500)를 매설함으로 완성한다. 차단판(400)은 채움콘크리트(460) 타설시 거푸집역할을 하여 소정의 체적을 유지시키는 작용을 한다. 이에 따라, 기초콘크리트 바닥면에 양압력 작용하면 독립강선(300)의 긴장력에 따라 기초콘크리트(600)와 PHC말뚝(100)이 일체로 거동하게 되므로 PHC말뚝(100)의 주면지지력으로써 구조물의 부상(浮上)을 방지할 수 있게 된다. 또한, 기초콘크리트(600)에 매설된 강선정착구(500)는 기초콘크리트(600) 내에서 인발 저항력을 발휘하는 바, PHC말뚝(100)의 두부보강을 통한 구조물의 양압력 방지구조가 완성된다.

도 3 및 도 4에서는 차단판(400)으로 PHC말뚝 중공부(110)의 단면크기와 일치하여 PHC말뚝 중공부(110)에 접하도록 설치되는 고무판(410); 및, 상기 고무판(410)보다 작은 크기를 가지며 상기 고무판(410) 위에 설치되는 하부철판(450);을 포함하여 구성된 것을 이용하고 있다. 이때에는 독립강선(300)이 상기 하부철판(450)과 고무판(410)을 관통하여 고무판(410) 하부면에서 정착하게 될 것이다. 상기 고무판(410)은 PHC말뚝(100)의 중공부(110) 콘크리트면과 밀착하여 설치되므 로 중공부(110)의 채움콘크리트(460)의 누설을 방지하는데 유리한 효과를 발휘하며, 상기 하부철판(450)은 독립강선(300)의 안정적인 정착에 기여하는 효과를 발휘한다. 이때 하부철판(450)은 채움콘크리트(460)와의 부착력 향상을 위한 형태로 채택함이 바람직하며, 도 3 및 도 4에서는 원형 띠형상의 하부철판(450)을 제안하고 있다.

또한, 상기 채움콘크리트(460)에 매설되는 독립강선(300)을 둘러싸도록 가로방향의 강연선(320)을 소정 간격으로 배치하여 채움콘크리트(460)에 매설할 수 있는데, 상기 강연선(320)은 채움콘크리트(460)의 구속력을 보강하는 역할을 하게 될 것이다.

나아가, 상기 채움콘크리트(460)에 매설되는 독립강선(300)은 튜브(310)에 끼워지도록 할 수 있으며, 이때 상기 튜브(310)는 독립강선(300) 채움콘크리트(460)의 접촉면에서 발생하는 불필요한 마찰력을 소거하여 강선의 독립적인 긴장을 유지시키는 작용을 하게 된다. 튜브(310)는 플라스틱, 알루미늄 등의 다양한 소재로 제작된 것을 선택할 수 있으며, 채움콘크리트(460)와 PHC말뚝(100)과의 부착력이 큰 경우에는 생략해도 무방하겠다.

도 4에서는 도 3과 달리 강선정착구(500) 아래로 강선정착구(500)보다 확장된 너비를 갖는 상부철판(550)이 접합되도록 구성하고 있는데, 상기 상부철판(550)은 양압력의 크기에 따라 강선정착구(500)만으로 펀칭에 대한 저항력이 부족할 경우를 대비하여 펀칭 저항면적을 확대시키기 위해 마련된 구성이다. 이때 상부철판(550)은 기초콘크리트(600)와의 부착력 향상을 위한 형태로 채택함이 바람직하 며, 도 2에서는 원형 띠형상의 상부철판(550)을 제안하고 있다.

한편, 도 5 및 도 6은 도 1 내지 도 4에 적용되는 강선정착구(500)를 도시한 도면으로, 본 발명에서는 긴장된 상태의 강선을 고정하기 위한 강선정착구(500)로 체결형 쐐기방식의 것을 제안하고 있으며, 구체적으로 체결형 쐐기방식의 강선정착구(500)는 중공볼트(510)와 쐐기(520), 체결너트(530)를 포함하여 구성된다.

중공볼트(510)는 튜브형태로 외주면에 수나사산이 형성되면서 내주면이 테이퍼가공되며 강선(200, 300)이 통과하도록 배치된다.

쐐기(520)는 외주면이 테이퍼가공되어 상기 중공볼트(510)의 내주면을 따라 끼워지면서 강선(200, 300)에 밀착 배치되며 단부가 중공볼트(510) 밖으로 노출된다. 특히, 본 발명에서는 상기 쐐기(520)로 복수개(2개 내지 3개)의 조각쐐기를 고무링(521)으로 연결한 것을 이용하고 있다. 이와 같은 조각쐐기의 이용은 강선(200, 300)의 외주면과 일치하는 내경을 갖는 쐐기(520)를 이용하면서도 쐐기(520)의 설치를 용이하게 할 수 있다는 점에서 유리하다. 즉, 쐐기(520)가 강선(200, 300)과 밀착되어야 강선의 긴장상태를 긴결하게 고정할 수 있게 되는데, 강선(200, 300)의 외주면과 일치하는 내경을 갖는 일체형의 쐐기(520)를 그대로 이용하는 경우 강선에의 삽입이 어려울 수 있으나 분리된 조각쐐기를 이용함으로써 소요의 쐐기(520) 고정위치에서 강선에 밀착시키면서 배치할 수 있게 되는 것이다. 또한 상기 쐐기(520)를 강선(200, 300)과 밀착하는 내주면이 톱니형태로 형성되도록 구성하면, 후술하는 체결너트(530)의 압입 및 조임에 의한 쐐기(520) 고정시 강 선과의 마찰력을 증대시키면서 강선의 구속력을 증대시키는데 기여하게 된다.

체결너트(530)는 상기 중공볼트(510)의 외경과 일치하는 내경을 가지면서 내주면에 암나사산이 형성되는 암나사부(531);와 상기 암나사부(531) 후단에서 내부를 향하여 돌출하여 중공볼트(510) 밖으로 노출된 쐐기(520) 단부면에 걸쳐지는 쐐기압입부(532);를 포함하도록 구성된다. 이와 같은 구성의 체결너트(530)는 상기 암나사부(531)를 중공볼트(510)에 체결함으로써 쐐기압입부(532)가 쐐기(520) 단부를 압입시키면서 쐐기(520)를 강선(200, 300)에 밀착 구속시키게 된다.

이상과 같은 본 발명에 따르면, 구조물 기초로 시공되는 PHC말뚝의 두부보강을 통해 양압력 작용시 기초콘크리트와 PHC말뚝을 일체화시킴으로써 PHC말뚝의 주면지지력(周面支持力)을 양압력에 대한 저항력으로 활용이 가능하므로 별도의 영구앵커를 시공하거나 배수시스템을 마련하지 않고도 지하수 및 우수유입에 따른 양압력을 방지할 있게 되는 바, 공사비절감 및 공기단축은 물론 PHC말뚝 두부의 파손방지 등 품질확보에 유리할 것으로 기대된다.

Claims

PHC말뚝의 주면지지력(周面支持力)을 인발저항력으로 활용하기 위해 완성되는 구조물의 양압력 방지구조로서,

지반에 정착된 PHC말뚝;

상기 PHC말뚝 위 축방향으로 돌출되면서 PHC말뚝 두부(頭部)와 일체화되며, 긴장상태로 유지되는 강선;

상기 PHC말뚝의 상단면 위로 이격한 위치에서 강선과 결합하여 강선의 긴장상태를 고정하는 강선정착구; 및,

상기 강선과 강선정착구가 매설되도록 상기 PHC말뚝 위로 타설되는 기초콘크리트;

를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 PHC말뚝의 두부보강을 통한 구조물의 양압력 방지구조.
제1항에서,

상기 강선은 PHC말뚝 제작시 PHC말뚝의 내부에 배치되어 매설됨으로 PHC말뚝 두부(頭部)와 일체화되는 말뚝PC강선인 것을 특징으로 하는 PHC말뚝의 두부보강을 통한 구조물의 양압력 방지구조.
제1항에서,

상기 PHC말뚝의 중공부에는 PHC말뚝의 상단면 아래로 이격한 위치에서 PHC말뚝 중공부를 막는 차단판이 설치되며,

상기 강선은 하단이 상기 차단판에 정착되면서 상단이 PHC말뚝 위로 노출되도록 배치되는 독립강선으로 상기 PHC말뚝 중공부의 차단판 위로 충진되는 채움콘크리트에 매설됨으로 PHC말뚝 두부와 일체화되는 것을 특징으로 하는 PHC말뚝의 두부보강을 통한 구조물의 양압력 방지구조.
제3항에서,

상기 차단판은 PHC말뚝 중공부의 단면크기와 일치하여 PHC말뚝 중공부에 접하도록 설치되는 고무판; 및, 상기 고무판보다 작은 크기를 가지며 상기 고무판 위에 설치되는 하부철판;을 포함하여 구성되며,

상기 독립강선은 상기 하부철판과 고무판을 관통하여 고무판 하부면에서 정착하는 것을 특징으로 하는 PHC말뚝의 두부보강을 통한 구조물의 양압력 방지구조.
제3항 또는 제4항에서,

상기 채움콘크리트에 매설되는 독립강선은 튜브에 끼워진 상태인 것임을 특징으로 하는 PHC말뚝의 두부보강을 통한 구조물의 양압력 방지구조.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에서,

상기 강선정착구 아래로 강선정착구보다 확장된 너비를 갖는 상부철판이 접 합되는 것을 특징으로 하는 PHC말뚝의 두부보강을 통한 구조물의 양압력 방지구조.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에서,

상기 강선정착구는

튜브형태로 외주면에 수나사산이 형성되면서 내주면이 테이퍼가공되며 강선이 통과하도록 배치되는 중공볼트;

외주면이 테이퍼가공되어 상기 중공볼트의 내주면을 따라 끼워지면서 강선에 밀착 배치되며 단부가 중공볼트 밖으로 노출되는 쐐기; 및,

상기 중공볼트의 외경과 일치하는 내경을 가지면서 내주면에 암나사산이 형성되는 암나사부와 상기 암나사부 후단에서 내부를 향하여 돌출하여 중공볼트 밖으로 노출된 쐐기 단부면에 걸쳐지는 쐐기압입부를 포함하며, 상기 암나사부를 상기 중공볼트에 체결하면 쐐기압입부가 쐐기 단부를 압입시키는 체결너트;

를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 PHC말뚝의 두부보강을 통한 구조물의 양압력 방지구조.
제7항에서,

상기 쐐기는 복수개의 조각쐐기를 고무링으로 연결한 것임을 특징으로 하는 PHC말뚝의 두부보강을 통한 구조물의 양압력 방지구조.
제8항에서,

상기 쐐기는 강선과 밀착하는 내주면이 톱니형태로 형성된 것임을 특징으로 하는 PHC말뚝의 두부보강을 통한 구조물의 양압력 방지구조.