KR20080026511A

KR20080026511A - 임계 내부확장부를 구비한 헤드 확장형 파일

Info

Publication number: KR20080026511A
Application number: KR1020070095339A
Authority: KR
Inventors: 송기용
Original assignee: 송기용
Priority date: 2006-09-20
Filing date: 2007-09-19
Publication date: 2008-03-25

Abstract

본 발명의 임계 내부확장부를 구비한 헤드 확장형 파일은 중공형 원형 파일의 선단지지력을 향상시키기 위해 파일 선단부에 선단확장판이 장착되되 상기 선단확장판 면내(面內)에 중공형 파일의 중공(中孔)보다 작은 크기의 내공(內孔)이 형성되어 내부확장부를 가지게 되는 헤드 확장형 파일로서, 상기 중공형 원형 파일은 400㎜ 외경과 65㎜ 두께를 가지거나 600㎜ 외경과 90㎜ 두께를 가진 KS규격의 PHC파일이며, 상기 선단확장판의 내공은 그 지름이 중공 지름의 40~70%의 크기로 형성되는 것을 특징으로 한다.

선단확장판 내공 크기를 변화(내공 크기를 점점 작게 변화)시키면서 헤드 확장형 파일의 선단지지력을 측정한 결과, 내공 크기와 선단지지력이 선형관계에 있지 않음이 확인되었으며, 동시에 선단확장판의 내공이 작을수록 선단지지력이 증가하면서도 일정 조건에서는 증가폭이 현저히 미미한 것으로 확인되었다. 이에, 본 발명에서는 축소모형 실험과 유한요소 해석을 통해 선단확장판의 내공 크기와 헤드 확장형 파일의 선단지지력의 관계를 확인함으로써 내부확장부의 마련을 통한 효과를 최적화시키고 있다.

헤드 확장형 파일, 선단지지력, 선단확장판, 내공

Description

임계 내부확장부를 구비한 헤드 확장형 파일{Extended Pile with a critical internal expansion department}

본 발명은 선단지지력을 향상시킨 헤드 확장형 파일에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 중공형 파일의 선단지지력을 향상시키기 위해 파일 선단부에 장착한 선단확장판 면내(面內)에 중공형 파일의 중공(中孔)보다 작은 크기의 내공(內孔)을 형성시켜 내부확장부를 가지도록 구성하면서 선단확장판 내공 크기를 최적화한 헤드 확장형 파일에 관한 것이다.

일반적으로 구조물의 기초를 안전하게 지탱하기 위하여 기초를 보강하거나 지반의 내력을 보강하는 지정공사가 행해진다. 지정공사는 구체적인 방식에 따라 다짐지정(잡석지정, 모래지정, 자갈지정 등), 뗏목지정, 피어지정, (기성)파일지정, 제자리콘크리트파일지정으로 구분되며, 구조물의 하중, 지반 조건, 시공 여건 등을 고려하여 선택된다. 이중 파일지정은 가장 보편적으로 사용되는 방법으로, 파일을 지중에 매설하여 파일 선단의 선단지지력과 파일 측면의 마찰지지력으로 내 력을 발휘하도록 하는 방식이다.

파일지정에 사용되는 파일로는 강재, 콘크리트재 등의 재료를 단일형상으로 제작된 것이 사용되나, 최근에는 단일형상 파일의 지지력 향상을 위해 도 1과 같은 헤드 확장형 파일이 제안되어 이를 사용하는 사례가 늘고 있다. 헤드 확장형 파일은 선단부에 파일의 외경보다 큰 외경을 갖는 선단확장판을 장착하여 선단부의 외경을 확대시킨 형태의 파일로서, 선단면과 지반과의 접지면적을 확장시켜 선단지지력을 증대시킨 것이다. 그러나, 이와 같은 헤드 확장형 파일에서 선단확장판 외경을 크기는 제한할 필요가 있다. 왜냐하면 선단확장판을 무리하게 크게 하면 파일 시공을 위한 굴착구경이 불필요하게 커지게 되고, 이는 곧 그라우팅재의 과다 사용 요구로 이어져 오히려 경제성을 떨어뜨리는 요인이 되기 때문이다.

한편, 중공형 파일 선단부를 헤드 확장형으로 구성하는 경우에는 선단확장판의 면내에 내공(內孔)을 형성시키게 되는데, 이때 선단확장판의 내공을 중공형 파일의 중공(中孔)보다 작게 형성시키면 선단확장판의 외경을 확장시키기 않거나 무리하게 확장시키지 않아도 파일의 선단지지력을 향상시킬 수 있게 된다. 다만, 선단확장판에서 내공은 중공형 파일의 중공을 통해 주입되는 그라우팅재가 파일 선단부까지 주입되도록 배출구로서 역할해야 하기 때문에 형성되어야 하나, 그 크기는 어느 정도가 적절한지 제안된 바 없다.

이에, 본 발명자는 헤드 확장형 파일에서 선단확장판의 내공 크기와 선단지지력의 연관성을 연구하기에 이르렀으며, 실험결과 비례적으로 변화하는 내공 크기와 선단지지력이 선형관계에 있지 않음을 확인하고 본 발명을 개발하게 되었다.

본 발명은 상기한 종래의 문제를 개선하고자 안출된 것으로서, 중공형 파일의 선단지지력을 향상시키기 위해 파일 선단부에 장착한 선단확장판 면내(面內)에 중공형 파일의 중공(中孔)보다 작은 크기의 내공(內孔)을 형성시켜 내부확장부를 가지도록 구성하면서 선단확장판 내공 크기를 최적화한 헤드 확장형 파일을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적달성을 위해 본 발명은 중공형 원형 파일의 선단지지력을 향상시키기 위해 파일 선단부에 선단확장판이 장착되되 상기 선단확장판 면내(面內)에 중공형 파일의 중공(中孔)보다 작은 크기의 내공(內孔)이 형성되어 내부확장부를 가지게 되는 헤드 확장형 파일로서,

상기 중공형 원형 파일은 400㎜ 외경과 65㎜ 두께를 가지거나 600㎜ 외경과 90㎜ 두께를 가진 KS규격의 PHC파일이며, 상기 선단확장판의 내공은 그 지름이 중공 지름의 40~70%의 크기로 형성되는 것을 특징으로 하는 임계 내부확장부를 구비 한 헤드 확장형 파일을 제공한다.

이상과 같은 본 발명에 따르면, 중공형 파일의 선단지지력을 향상시키기 위해 파일 선단부에 장착한 선단확장판 면내(面內)에 중공형 파일의 중공(中孔)보다 작은 크기의 내공(內孔)을 형성시켜 내부확장부를 가지도록 구성하면서 선단확장판 내공 크기를 최적화함으로 자재의 효율성과 함께 시공 효율성을 꾀하면서 구조적인 성능 발현을 극대화한 헤드 확장형 파일을 제공할 수 있게 된다.

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

도 1은 본 발명에 따른 임계 내부확장부를 구비한 헤드 확장형 파일을 도시한 도면이다. 본 발명의 헤드 확장형 파일은 중공형 파일(10)의 선단지지력을 향상시키기 위해 파일 선단부에 선단확장판(20)이 장착되되 상기 선단확장판(20) 면내(面內)에 중공형 파일(10)의 중공(中孔, 15)보다 작은 크기의 내공(內孔, 25)이 형성되어 내부확장부(22)를 가지게 된다. 즉, 선단지지력을 향상시키기 위해 중공형 파일(10) 선단부의 단면을 확장시켜 중공형 파일(10)과 지반과의 지압면적을 확대시키고 있는 것이다. 물론, 경우에 따라서는 선단확장판(20)을 중공형 파일(10) 내측으로 확장된 내부확장부(22) 뿐만 아니라 외측으로 확장된 외부확장부(21)가 마련되도록 구성할 수도 있을 것이다.

특히, 본 발명에서는 외부확장부(21)보다 내부확장부(22)를 필수적으로 마련하도록 선단확장판(20)을 구성하고 있는데, 이는 굴착구경과 직접적으로 연관되는 외부확장부(21)보다는 내부확장부(22)가 시공성에 덜 영향을 미칠 것이라는 점을 감안한 것이다.

다만, 선단확장판(20)에서 내부확장부(22)를 무한정으로 형성시키면 결국 중공형 파일(10) 선단부를 폐쇄시키는 것이 되어 중공(15)을 통해 투입되는 그라우팅재가 통과하지 못하여 중공형 파일(10) 선단부가 지반에 안정적으로 정착하지 못하게 될 것인 바, 선단확장판(20)에는 내공(25)이 마련되고 있다. 하지만, 선단확장판 내공(25)의 크기가 작을수록 즉, 내부확장부(22)가 커질수록 선단지지력 상승효과는 커질 것이나 그만큼 그라우팅 효과는 떨어지게 될 것이므로, 본 발명에서는 선단확장판 내공(25) 크기와 선단지지력과의 관계를 실험을 통해 확인하게 되었다.

선단확장판 내공(25) 크기를 변화(내공 크기를 점점 작게 변화)시키면서 헤드 확장형 파일의 선단지지력을 측정한 결과, 내공(25) 크기와 선단지지력이 선형관계에 있지 않음이 확인되었으며, 동시에 선단확장판의 내공이 작을수록 선단지지력이 증가하면서도 일정 조건에서는 증가폭이 현저히 미미한 것으로 확인되었다. 이에, 본 발명에서는 축소모형 실험과 유한요소 해석을 통해 선단확장판의 내공(25) 크기와 헤드 확장형 파일의 선단지지력의 관계를 확인함으로써 내부확장부(22)의 마련을 통한 효과를 최적화시키고 있다.

1. 축소모형 시험

도 2 내지 도 6는 본 발명의 헤드 확장형 파일에서 선단확장판의 내공(25) 크기를 결정하기 위해 헤드 확장형 파일의 축소모형에 대한 시험조건과 시험결과를 보여주는 도면이다.

(1)시험조건

①시험개요

도 2는 모형시험장치를 보여주고 있는데, 토조제원은 1,800㎜×780㎜×1,200㎜(가로×세로×높이)의 규모이며, 시험장치는 20ton 용량의 유압 재하장치와 로드셀 및 변위 측정 장치 등의 계측센서, 데이터 수집장치 및 저장장치로 구성된다.

②파일의 축소모형 제작

본 발명은 헤드 확장형 파일의 선단확장판 내공 크기에 따른 선단지지력의 관계를 파악하는데에 목적이 있으므로, 이를 감안하여 본 시험에서는 의도적으로 파일두부에서 하중 재하시 파일 자체의 탄성변형과 주면마찰이 배제될 수 있도록 표면이 매끈한 직경 100mm, 두께 5mm, 길이 620mm의 강관을 이용하여 모형파일을 제작하였다. 선단확장판은 실제 현장 스케일을 고려하여 외경을 선정하였으며, 선단확장판의 내공은 도 3에서와 같이 0, 50, 60, 70, 80㎜로 변화시킨 조건을 선정하여 실험을 수행하였다.

③모형 지반의 조성

모형지반은 주문진 표준사를 이용하여 조성하였으며, 상대밀도를 일정하게 유지하기 위해 강사장치를 이용하였다. 강사시 강사높이를 조절하여 약 85% 정도 의 상대밀도로 모형지반이 조성되도록 하였으며, 배수삼축압축(CD) 시험결과 모형지반의 내부마찰각은 41.3°정도로 분석되었다.

④시험방법

시험은 축소모형 파일의 하중(Q)-침하(S) 관계를 얻는데 초점을 맞추었으며, 이에 따라 유압재하장치에 연결된 로드셀과 변위측정장치(내부변위계)를 이용하여 데이터를 수집하였다. 하중재하는 유압실린더를 이용하여 하중제어로 20kg/min의 속도로 재하하였으며, 이때 편심 발생을 방지하기 위해 파일 및 지반조성시 수직도를 유지할 수 있게 하였다.

모형시험을 수행함에 모형지반 조성 후 모형파일을 설치할 경우 파일의 관입 및 수직도 확보에 있어서의 어려움 등이 있기 때문에, 파일선단 위치까지 강사장치를 이용하여 지반을 조성한 후 모형파일을 조성된 지반 상부에 거치하고 나머지 지반을 조성하여 하중을 재하하는 방법을 채택하였다. 도 4는 모형시험 과정에서 모형파일과 지반조성 모습을 보여주고 있다.

(2)시험결과

도 5는 선단확장판 내공 크기 조건에 대한 시험결과 얻어진 하중(Q)-침하(S) 곡선을 나타내며, 도 6은 도 5의 결과를 토대로 Q-S 곡선법과 LogQ-LogS 곡선법 및 침하량 분석법(침하량 10mm 발생시 하중)을 이용하여 산정한 항복하중 변화경향을 보여준다.

도 5에서 보는 바와 같이 선단확장판 내공 크기가 감소함에 따라(즉, 선단확 장판의 내민길이가 증가할수록) Q-S 곡선의 전체적인 기울기가 증가하고 있음을 알 수 있고, 이는 곧 선단확장판 내공 크기가 감소할수록 임의 작용하중에서 침하량이 감소하여 하중지지력이 증가하는 것을 의미한다. 한편, 도 6에서와 같이 항복하중 판정법에 따라 다소 차이가 있으나, 선단확장판 내공 크기가 80㎜에서 70, 60, 50㎜로 감소할 경우(즉, 파일 내공 크기 80㎜(L _inner ) 기준 대비 내민길이 비율(L _inner /D _inner )이 12.5%와 25%, 37.5%로 증가하는 경우)에 항복하중이 평균적으로 157%, 196%, 291%, 300% 가량 증가하는 것으로 분석되었다. 특히, 선단확장판 내공 크기가 50㎜(L _inner /D _inner : 37.5%) 인 경우와 내공이 모두 폐합된 조건과 비교할 때 곡선이 거의 일치하는 것으로 나타났다.

위의 결과에 근거하면, 선단확장판의 내공을 축소함으로써 소정의 지지력 증가가 가능한 한편 선단확장판이 일정 크기의 내공을 가지는 경우에는 파일 선단이 폐색된 효과를 발휘하여 선단확장판 내공이 더 작아지더라도 지지력이 더 이상 증가하지 않음을 알 수 있다. 즉, 지지력을 극대화하는 최소의 임계내공의 크기가 있음을 알 수 있는 것이다. 모형시험을 통해서 직경 100㎜ 모형파일에 대한 임계내공 크기는 파일 내경대비 40% 가량인 것으로 파악되었다.

2. 유한요소 해석

위와 같은 축소 모형을 토대로 실제 현장에서 적용되는 KS규격의 PHC파일을 검토하였으며, 도 7 내지 도 13은 KS규격(F 4306:1998)의 PHC파일에서 선단확장판 의 내공(25) 크기를 결정하기 위한 유한요소해석에서 해석조건과 해석결과를 보여준다.

(1)해석조건

①해석개요

본 발명의 헤드 확장형 파일에서 선단확장판의 내공(25) 선단지지력에 미치는 영향에 대하여 정량적으로 파악하기 위해 유한요소 해석을 하였다. 즉, 유한요소해석 모델을 이용하여 현장 상황에 근접하는 시공조건에 대해 파일 직경별 선단확장판 내공 크기와 선단지지력과의 상관관계 분석을 통해 임계내경을 검토하기 위한 해석을 수행하였다.

②해석조건

도 7에서 보이는 바와 같이 KS규격(F 4306:1998) 중 직경 400㎜와 600㎜ PHC파일을 대상으로 하였으며, 선단지지층 조건은 풍화토, 풍화암, 연암을 대상으로 하였다. 파일별로 반경 25㎜를 확장시킨 선단확장판(즉, 직경 400㎜의 경우 450㎜ 외경의 선단확장판, 직경 600㎜의 경우 650㎜ 외경의 선단확장판)을 적용하였으며, 선단확장판의 내공을 기성 파일의 내경 크기부터 완전 폐색된 조건에 이르기까지 일정 비율로 증가시켜 도 7에서 제시한 해석조건에 대해 매개변수 연구를 수행하였다. 아울러, 본 해석에서는 하중재하시 선단확장판의 휨변형이 발생하지 않는 경우를 대상으로 하였으며, 매개변수 연구의 목적이 선단확장판 내공이 선단지지력에 미치는 영향을 분석하는데 있으므로 주면 마찰은 배제시켰으며 파일길이는 20m로 고정하였다.

유한요소해석은 토목 및 기계 등 다양한 분야에 적용되며, 특히 지반공학 분야에서 다양한 흙의 구성모델을 제공하고 소성거동 모사에 대한 알고리즘이 효율적인 범용 유한요소 해석 패키지 ABAQUS 6.7-1을 사용하였다.

도 8(a)은 본 유한요소해석에서 적용한 해석 모델링 개요도를 보여준다. 단말뚝 조건에서 해석영역과 하중조건이 축대칭조건에 부합되므로 도 8(b)에서와 같이 1/2 단면에 대한 축대칭(Axisymmetry) 모델을 적용하였다. 해석영역은 말뚝의 하중-변위 특성에 영향을 미치지 않도록 말뚝 중심축으로부터 15m의 떨어진 지점에 측면경계를 설정하였으며 지지층은 파일 하부 약 5m까지를 해석영역에 포함하였다.

모델링에서 지반과 말뚝은 축대칭 4절점 가감 적분 요소(CAX4R)를 적용하였다. 한편, 경계조건으로 측면 경계는 수평방향 변위를 그리고 바닥경계는 수직방향 변위를 구속시켰으며 초기 지중응력 구현 후 작용하중을 단계별로 적용시키는 방법으로 해석을 수행하였다.

말뚝과 지반 사이의 경계면에 대한 모델링에 있어서 말뚝 주면마찰이 제거된 상태에서의 하중지지 특성을 고찰하기 위하여 ABAQUS 6.7-1에서 지원하는 Contact pair를 말뚝 주면과 주변 지반과의 상호작용을 제거하는 방법으로 모델링하였다. Contact pair는 이질층간의 상호거동을 Coulomb Friction 모델을 이용하여 모사하는데 최대 허용 마찰응력과 Contact 접촉면사이의 접지압(contact pressure)을 이용하여 접촉면에서의 거동을 모사한다. 즉, 가장 기본적인 Coulomb Friction 모델에서는 접촉면의 전단응력 τ가 접지압(p)의 일부로 표현되는 임계전단응력 τ_crit = μ·p(여기서 μ=마찰계수)을 초과할 경우 미끄러짐 현상이 발생하는 것으로 간주한다.

한편, 해석영역의 재료 모델링에 있어서 말뚝 주면지반과 지지층은 비관련흐름법칙(non-associated flow rule)을 따르는 Mohr-Culomb 항복규준을 적용하였으며 말뚝과 선단확장판은 선형탄성 모델을 적용하여 모델링하였다.

(2)해석결과

①하중-침하 관계 산정방법

본 연구에서 대상으로 한 다양한 시공조건에 대해 선단확장판 내공과 선단지지력과의 상관관계를 파악하기 위하여 해석결과로부터 얻어진 Q-S 곡선을 비교·분석하였다. Q-S 곡선은 도 9에서와 같이 (ⅰ)파일 두부에서의 하중과 순침하량 및 (ⅱ)파일 선단확장판에서의 하중과 순침하량으로 각각 정리하여 분석을 하였다.

②하중-침하 특성

도 10에서는 직경 400㎜ 파일에 대하여 선단지지층이 풍화토/연암인 조건을 대상으로 선단확장판의 내민길이 비율(L _inner /D _inner )에 따른 Q-S곡선을 파일 선단과 두부에서의 하중으로 구분하여 비교하고 있다. 도시하고 있는 바와 같이 파일 두부와 선단부에서 다소 차이는 있긴 하나 내민길이가 증가한 조건일수록 곡선이 위에 위치하여 임의 파일 재하 하중에서 파일 선단 변위가 작게 발생하여 하중지지 능력이 향상되고 있음을 확인할 수 있으며, 한편 내민길이 비율이 50% 이상인 조건 에서는 선단 폐색 조건의 곡선에 근접하여 수렴하는 양상을 보이고 있어 임계 내경에 도달하고 있음을 알 수 있다. 이러한 경향은 항복하중 산정방법의 하나인 DIN 4026 기준에 근거한 파일직경의 2.5% 순침하 발생시 하중으로 정량적인 비교가 가능하다. 도 10(c)에서 정리하고 있는 최대 내경크기 조건인 기성 파일 내경 대비 선단확장판 내민길이별 항복하중을 살펴보면 하중 산정방법에 따라 정량적인 차이는 있으나 두부하중 사용시 내민길이 비율이 50%일 때 항복하중 증가는 5.5% 정도이며 완전폐색된 경우가 6.2%로 나타났으며, 선단하중 사용시에는 각각 15%, 18.4%로 나타나 내민길이가 50% 이상인 경우에서는 하중 증가가 상대적으로 크지 않은 것으로 분석되었다.

도 11에서는 선단지지층이 풍화암인 조건을 대상으로 직경이 400㎜와 600㎜인 파일 각각에 대한 파일 두부 및 선단에서의 곡선을 보여주고 있다. 내공 크기가 선단지지력에 영향을 미치는 정도를 파일 직경별로 파악하기 위하여 앞서와 마찬가지로 파일직경의 2.5% 침하 발생시 하중을 비교하면, 직경 400㎜ 파일의 경우 기성 파일 내경 대비 내민길이 비율이 50% 정도에서 두부하중 사용시 5.6%, 선단하중 사용시 16% 증하하며 완전폐색시 각각 6%, 18%가 증가하는 것으로 나타났다. 직경 600㎜ 파일의 경우 내민길이 비율 50% 정도에서 항복하중은 두부하중 사용시 8%, 선단하중 사용시 20%가 증가하며, 완전 폐색시 각각 8.7%, 23%가 증가하는 것으로 나타나 직경이 큰 파일일수록 선단확장판 내공감소를 통한 지지력 확보효과가 큰 것으로 파악되었다. 또한 앞서 살펴본 바와같이 내민길이 비율이 50% 이상인 조건에서 지지력 증가는 미미한 것으로 분석되었다.

도 12는 직경 400㎜ 파일에 대해 선단지지층이 풍화암인 조건에 대해 내민길이 비율(L _inner /D _inner )이 각각 3.7%와 70%, 100%(완전 폐색)인 경우에 대한 파일 선단 직하부 지지층에서의 침하량이 10㎜일 때의 연직응력 분포를 등고선의 형태로 비교하고 있다. 도시하고 있는 같이 동일한 침하조건에서 내민길이 비율이 3.7%와 70% 비교시 선단부 응력은 70%인 경우가 보다 작은 것을 관찰할 수 있으며, 따라서 선단의 지압면적 증가를 통해 전체 선단지지력의 증가가 가능함을 알 수 있다. 한편, 내민길이 비율 70%인 경우와 선단이 완전 폐색된 경우를 비교하면 선단 및 선단확장판의 응력수준이 거의 같은 것을 볼 수 있어 내민길이 비율 70%는 임계내경 안에 포함된 조건임을 알 수 있다.

결국, 헤드 확장형 파일은 선단확장판 내공의 크기에 따라 지지력이 다소 증가하는 경향이 있으며, 지지력의 증가량은 하중-침하 관계를 어떻게 정의하느냐에 따라 크기가 달라질 수는 있으나 일정 크기의 내공 이상에는 증가 정도가 거의 같은 것으로 나타나 일정 크기의 내공(임계내공)을 확보함으로써 폐색 효과를 발휘한다고 할 것이다.

③선단확장판 임계 내공

선단확장판 내공의 내민길이와 선단지지력과의 관계로부터 임계 내공을 제시하기 위하여 앞서 기술한 다양한 시공조건에 대한 해석결과를 토대로 선단확장판 내공과 선단지지력 증분과의 관계를 도 13과 같이 표현하였다. 도 13에서 선단지지력 증분(△Q)는 기성 파일 내경 기준 대비로 선단지지력 증분을 %로 나타낸 것이 다. 도 13을 살펴보면 파일에 작용하는 하중이 산정하는 방법에 따라서 다소 차이를 보이고 있는데, 내민길이가 증가할수록 선단지지력이 증가하여 직경 400㎜ 파일의 경우는 최대 6%까지, 직경 600㎜ 파일은 최대 9%까지 증가하고 있으며, 내민길이 비율이 50% 이상인 조건에서는 그 증가폭이 현저히 작아 임계치에 도달한 것으로 나타나고 있다. 또한, 직경 400㎜ 파일의 경우 최대 18%, 직경 600㎜ 파일의 경우 최대 25%까지 증가하고 있으며, 마찬가지로 내민길이 비율이 50% 이상인 조건에서는 지지력 증가가 미미한 것으로 나타나고 있다. 한편, 선단지지층 조건에 따라서는 풍화토/풍화암/연암인 경우 모두 정성·정량적으로 오차가 2~3% 범위 이내로 나타나 임계내경은 지지층 조건별로 차이가 발생하지 않는 것으로 확인되었다.

위와 결과로부터 모든 조건에서 선단확장판 내공의 내민길이는 헤드 확장형 파일의 직경과 지지층 조건에 관계없이 기성 파일 내경을 기준으로 40~70% 비율, 바람직하게는 50~60% 비율로 확장시 임계내공에 도달하는 것으로 도출된다.

이상과 같이 모형시험과 유한요소해석을 통해 확장판의 내민길이를 확장함으로써 선단지지력 증가효과를 얻을 수 있다는 점과 그 증가 정도는 임의 내공 길이 이상에서는 폐색된 조건과 거의 같다는 점이 확인되었다.

이상에서 본 발명은 기재된 실시예를 참조하여 상세히 설명되었으나, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기에서 설명된 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러가지 치환, 부가 및 변형이 가능할 것임은 당 연한 것으로, 이와 같은 변형된 실시 형태들 역시 아래에 첨부한 특허청구범위에 의하여 정하여지는 본 발명의 보호 범위에 속하는 것으로 이해되어야 할 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 임계 내부확장부를 구비한 헤드 확장형 파일을 도시한 도면이다.

도 2 내지 도 4는 선단확장판의 내공 크기와 헤드 확정형 파일의 선단지지력의 관계를 확인하기 위한 축소모형의 시험조건을 보여주는 도면이다.

도 5 및 도 6은 축소모형 시험결과를 보여주는 도면이다.

도 7 내지 도 9는 선단확장판의 내공 크기와 헤드 확정형 파일의 선단지지력의 관계를 확인하기 위한 유한요소해석의 해석조건을 보여주는 도면이다.

도 10 내지 도 13은 유한요소해석에 따른 해석결과를 보여주는 도면이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10: 중공형 파일 15: 중공(中孔)

20: 선단확장판 21: 외부확장부

22: 내부확장부 25: 내공(內孔)

Claims

중공형 원형 파일의 선단지지력을 향상시키기 위해 파일 선단부에 선단확장판이 장착되되 상기 선단확장판 면내(面內)에 중공형 파일의 중공(中孔)보다 작은 크기의 내공(內孔)이 형성되어 내부확장부를 가지게 되는 헤드 확장형 파일로서,

상기 중공형 원형 파일은 400㎜ 외경과 65㎜ 두께를 가지거나 600㎜ 외경과 90㎜ 두께를 가진 KS규격의 PHC파일이며,

상기 선단확장판의 내공은 그 지름이 중공 지름의 40~70%의 크기로 형성되는 것을 특징으로 하는 임계 내부확장부를 구비한 헤드 확장형 파일.
제2항에서,

상기 선단확장판의 내공은 그 지름이 중공 지름의 50~60%의 크기로 형성되는 것을 특징으로 하는 임계 내부확장부를 구비한 헤드 확장형 파일.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에서,

상기 선단확장판은 중공형 원형 파일보다 더 큰 외경을 가져 외부확장부를 구비하는 것을 특징으로 하는 임계 내부확장부를 구비한 헤드 확장형 파일.