KR20080093389A - 선단확장철판을 일체로 설치한 선단확장콘크리트파일. - Google Patents

선단확장철판을 일체로 설치한 선단확장콘크리트파일. Download PDF

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Abstract

본 발명은 선굴착타입 콘크리트파일에서 선단부보강판에 선단확장철판을 부착한 선단확장파일에 관한 것이다. 종래 선단확장파일에서는 선단부보강판에 선단확장철판을 용접하거나 탭볼트로 부착하였다. 따라서 보강판에 별도의 확장철판을 현장에서 용접하거나 탭볼트로 부착하기 위한 공정이 추가되어 공사비가 증가되는 문제점이 있었다. 본 발명에서는 공장에서부터 종래의 보강판 기능과 선단지지면적 확장역할을 통합한 일체형 확장철판을 콘크리트파일의 선단부에 설치하여 상기의 문제점들을 해소하고자한다.
상기와 같은 콘크리트파일은 보강판과 선단지지면적확장의 기능을 통합한 일체형 확장철판을 파일선단부에 설치하여 시공성과 경제성, 공기단축을 도모할 수 있다.
파일, 콘크리트파일, 말뚝, 콘크리트말뚝, 선단확장파일, 선단확장말뚝.

Description

선단확장철판을 일체로 설치한 선단확장콘크리트파일. {Concrete Pile Built In Extended Steel Plate At Bearing Part.}
본 발명은 선굴착타입 콘크리트파일(이하 '콘크리트파일' 은 '파일' 이라한다)에서 선단지지면적을 확장시킬 목적으로 선단부보강판에 보강판외경보다 외경이 큰 선단확장철판(이하 '선단확장철판' 은 '확장철판' 이라한다)을 부착한 선단확장파일에 관한 것이다.
1. 파일의 허용지지력은 파일의 주변마찰력과 선단지지력의 합계로 결정된다. 파일의 주변마찰력은 파일의 길이, 외경 등으로 결정되고, 선단지지력은 파일선단부의 지지면적과 지지지반에 근입깊이로 결정된다. 따라서 선굴착 타입파일에 선단지지력을 증가시키고자 선단부보강판에 보강판외경보다 외경이 큰 확장철판을 설치한 선단확장파일이 사용되고 있다. 이런 파일들은 공장에서 파일선단부에 보강판(종래파일에서 선단부에 설치된 마밀라타입, 플래트타입, 밴드타입 등 여타 형식의 선단부보강판을 총칭하여 이하 '보강판' 이라한다)만 설치되어 현장반입 후 보강판에 추가로 보강판외경보다 외경이 큰 확장철판을 용접하거나 혹은 탭볼트(Tap bolt)방식으로 설치하고 있다. 본 발명에서는 선단부보강판에 용접방식과 탭볼트방 식으로 확장철판을 추가로 설치한 종래의 선단확장파일을 개선시켜 공장에서부터 종래의 보강판 기능과 선단지지면적 확장역할을 통합한 일체형 확장철판이 설치된 선단확장파일을 제공한다.
2. 도1a에는 보강판(11)형상이 마밀라(Mamilla)타입, 도1b에는 보강판형상이 플래트(Flat)타입, 도1c에는 보강판형상이 밴드(Band)타입인 종래파일의 정면도 및 단면도가 그려져 있다. 도1과 같은 파일들은 도2와 같이 선단지지면적을 확장시켜 사용되고 있다.
도2a는 대한민국 등록특허공보 등록번호 10-0661123호, '보강판을 이용한 해드확장 콘크리트파일' 에 등록된 발명(이하 '인용발명1' 이라한다)으로 확장철판을 용접방식으로 부착한 선단확장파일이다. 도2b는 대한민국 등록실용신안공보 등록번호 20-0417103호, '피에이치시파일' 에 등록된 발명(이하 '인용발명2' 이라한다)으로 확장철판을 탭볼트방식으로 부착한 선단확장파일이다. 인용발명들을 자세히 분석해보면 다음과 같은 문제점이 있다.
◆ 인용발명들의 문제점.
(1). 인용발명1의 문제점.
①. 확장철판을 보강판과 용접함에 있어, 구조상 파일몸체측에서 용접을 해야 함으로 철판두께 2mm내외의 보강밴드(14)로 감싸여진 파일로 용접열이 쉽게 전달된다. 용접열은 산소아세틸렌용접일 경우 최고 3000℃의 고열이, 전기아크용접일 경우 최고 5000℃의 고열이 발생한다. 이러한 용접열은 보강밴드를 변형시키기에 충분하며, 변형된 보강밴드는 파일과 분리되어 파일표면과 보강밴드 사이에 공용중 지하수가 유입되고 보강밴드는 쉽게 부식되어 파일의 내구성을 저하시킨다.
②. 파일에 배근된 종방향 피씨강봉(15)과 나선형태로 보강된 강선은 콘크리트와 서로 열팽창계수(철의 열팽창계수 1.2x10-5, 콘크리트의 열팽창계수 1.0x10-5)가 달라 용접열에 의해 콘크리트에 균열이 발생할 수 있다. 특히 파일은 보강밴드가 감싸고 있어 육안관찰이 곤란하나 내부에서 발생된 균열은 파일의 안전성과 내구성을 저하시킨다.
③. 보강판에 확장철판을 용접하려면 파일을 옆으로 눕혀놓고 해야 하고, 확장철판과 보강판의 외경원주를 전주용접하기위해서는 눕혀진 파일을 회전시키지 않고서는 할 수 없다. 즉, 파일을 회전시키면서 보강판 외경원주를 최소한 3∼4등분으로 나누어 용접하여야한다. 확장철판을 용접부착하기위해서 중량이 무거운 파일을 중기 및 장비로 1본씩 용접·회전을 반복하면서 작업한다는 것은 지극히 시공성이 불량하며, 용접검사 또한 용접하는 방법과 같이 파일을 1본씩 검사·회전을 반복하면서 검사하여야한다.
더욱이 현장에서 파일이 여러 단으로 적층될 경우에는 확장철판의 용접이 불가능하고, 파일을 1단으로 1본씩 좌우작업공간을 띠워 야적하고 1본씩 중기로 1/3∼1/4원주씩 회전시켜가며 용접하여야한다. 이러한 용접작업은 작업능률 저하는 물론이고 용접자세도 불량하여 용접도 조잡하게 될 수 있으며, 작업장부지도 많이 차지할뿐더러 중기사용과 공기지연, 인건비낭비로 공사비도 비경제적이다.
④. 용접은 용접중단 후 후속용접을 실시하면 전후용접 연결부에서 용접결함 이 발생할 가능성이 아주 높은데 인용발명1에서 확장철판의 용접은 파일을 회전시키면서 용접하여야함으로 중단과 후속용접이 숙명적으로 발생한다. 또한 인용발명1에서는 용접결함이 발견되면 전술한 ①내지 ③의 문제점과 같은 이유로 결함부에 추가 덧씌우기 용접이 불가하여 보수방법이 제한되어있다.
⑤. 현장에서 확장철판을 보강판에 용접함에 있어 용접은 기능공의 숙련도와 기상조건에 따라 용접부의 품질차이가 심하며, 강우강풍 영하5도 이하의 기상조건에서는 용접할 수 없어 가설천막으로 용접작업장을 건설하여야한다. 인용발명1과 같이 확장철판을 용접하려면 중기까지 수용 가능한 대형가설천막을 건설하여야함으로, 작업장부지도 많이 차지하고 작업장 건설비도 증가한다.
(2). 인용발명2의 문제점.
①. 인용발명2에서는 보강판과 볼트의 강도는 별론 한다하더라도, 볼트의 나사산은 소성가공을 하고 보강판의 나사산은 절삭가공을 함으로 보강판의 나사산강도는 볼트의 나사산강도보다 숙명적으로 더 약하다. 따라서 볼트조임 시 보강판의 나사산이 마모되어 조임토크관리가 곤란하고 볼트강도를 최대한 사용할 수 없다.
②. 보강판과 확장철판은 압연강재로서 인장강도는 340∼540N/mm2정도이고, 일반적으로 사용하는 보강판과 확장철판의 인장강도는 400N/mm2 정도이다. 반면에 볼트는 선재를 전조한 것으로 인장강도는 400∼1,200N/mm2정도이고, 일반적으로 사용되는 인장강도는 600∼1,200N/mm2 등이다.
인용발명2와 같은 탭볼트방식에서는 볼트와 암나사모재의 인장강도가 같은 경우에 암나사구멍깊이를 볼트공칭직경의 1.2배 이상이 되도록 하고 있다. 따라서 탭볼트방식은 보강판의 두께가 9∼12mm, 인장강도가 400N/mm2인 일반적인 파일에 가장 인장강도가 낮은 400N/mm2의 볼트만 사용하여도 사용 가능한 볼트의 공칭직경은 M7∼M10이하로 제한된다. 물론 더 인장강도가 높은 볼트를 사용할수록 사용할 수 있는 볼트의 공칭직경은 작아지며, 인장강도가 높은 볼트나 공칭직경이 큰 볼트를 사용하려면 그에 상응하게 보강판두께를 키우거나 보강판의 인장강도를 높여야한다. 예를 들어 인장강도 1,200N/mm2인 고장력볼트를 일반적인 파일의 보강판에 사용할 경우 사용할 수 있는 고장력볼트의 공칭직경은 M2∼M3이하로 제한된다. 또한 일반적인 파일의 보강판에 공칭직경 M20, 인장강도 1,200N/mm2인 고장력볼트를 사용하려면 보강판두께를 72mm이상으로 키워야한다. 따라서 인용발명2에서는 보강판두께를 키우지 않는 이상 인장강도가 낮거나 공칭직경이 작은 볼트를 여러 개 사용해야하고 고장력볼트는 사용할 수가 없다.
그러나 공칭직경을 작게 하거나 강도를 낮춘 볼트를 여러 개 사용한다 해도 볼트설치시 인접한 볼트간에 필요한 최소이격거리를 준수하여야함으로 보강판 면적 내에서 안전에 필요한 볼트를 다 설치할 수 없는 경우가 생긴다. 설령 보강판 면적 내에서 인접한 볼트간 최소이격거리를 유지하면서 안전에 필요한 수만큼 볼트설치가 가능하다하여도, 볼트설치개소가 증가하여 작업성이 떨어지고 설치인건비와 재 료비가 증가하여 비경제적이다. 또한 고장력볼트를 사용하거나 볼트공칭직경을 키워 볼트를 적게 설치하려면 보강판두께를 키워야하나, 보강판두께가 두꺼워지면 볼트길이도 길어져 자재단가가 올라가고, 보강판 암나사 가공량도 증가한다.
(3). 인용발명들의 공통문제점.
확장철판과 보강판의 기능이 통합된 일체형 확장철판이 설치한 파일에 비하여 보강판에 확장철판을 용접방식이건 볼트방식이건 추가로 부착함으로 불필요한 공정이 추가되고 공사비가 상승되며 공기가 지연된다.
본 발명에서는 전술한 인용발명들의 문제점들을 모두 해결하고 더 나아가 보강판에 확장철판을 덧붙여 설치하는 문제점을 해결하고자한다. 이를 위하여 보강판(11)과 선단지지면적 확장기능을 통합한 일체형 확장철판(12)을 공장에서 파일제작시부터 파일선단부에 설치하고자한다. 그리하여 보강판에 현장에서 추가로 확장철판을 용접하거나 탭볼트로 부착하는 공정을 삭제하여 자재비와 인건비를 절감하고 시공성을 개선하고자 한다. 또한 확장철판에 리브(13)를 설치하여 경타시 지지지반에 관입성을 양호하게하고 확장철판의 두께감소를 유도하고 동시에 항타로 인한 파일두부손상을 예방하고자한다.
구체적인 과제해결수단으로서 파일을 공장에서 제작하는 단계에서 선단부보강판에 일체형 확장철판을 설치하는 방법 등을 제시하며 '발명의 실시를 위한 구체 적인 내용' 에서 상세히 설명한다.
1. 인용발명들에서 제기된 문제점들을 모두 다 해결할 수 있다.
2. 파일을 제작할 때부터 선단부에 보강판(11)과 선단지지면적 확장기능이 통합된 일체형 확장철판(12)을 설치하여 자재비와 인건비를 절감할 수 있으며, 용접이나 탭볼트로 연결한 구조체가 아니라 일체구조체로서 확장철판의 구조적 안정성과 사용성에 대한 신뢰도가 높다.
3. 현장에서 선단부보강판에 확장철판을 설치하는 공정과 그에 따른 각종부대공종이 삭제되어 공사비를 절감하고 공기를 단축할 수 있다.
본 발명의 구성은 첨부된 도면을 참조하면서 자세히 설명한다.
1. 도3a에는 마밀라타입 일체형 확장철판(12)이 부착된 파일이, 도3b에는 리브(13)가 설치된 플래트타입 일체형 확장철판이 부착된 파일이, 도3c에는 도3a와 도3b의 측면도와 단면도가 반쪽식 그려져 있다. 리브는 일체형 확장철판이 마밀라타입이든 플래트타입이든 관계없이 임의로 설치될 수 있다. 도3에서 일체형 확장철판은 외경이 파일의 외경보다 보다 커서 선단지지면적 확장기능을 수행하고 동시에 선단부 보강판의 기능도 수행한다.
(1). 도3a를 보면 일체형 확장철판(12)은 종래의 마밀라타입 보강판(11)과 형상은 동일하나 외경은 파일외경보다 크다. 일체형 확장철판은 용접이나 탭볼트작업이 없으니 전술한 인용발명들에서 제기된 문제점들이 모두 다 해결된다. 공장에 서 파일을 제작할 때 일체형 확장철판을 파일선단부에 설치하는 것은 종래의 보강판을 설치하는 것과 유사하다. 다만 보강판보다 외경이 큰 일체형 확장철판을 보강판을 설치하는 것과 유사한 방법으로 설치하는 것뿐이다.
(2). 도3b에는 플래트타입 일체형 확장철판(12)에 리브(13)가 설치된 파일의 형상이 그려져 있다. 리브는 공장에서 확장철판 제작시에 확장철판과 일체로 제작되나 현장에서도 설치될 수 있다. 리브는 파일을 경타시 지지지반에 관입을 용이하게 해주며, 확장철판의 변형을 방지하고, 확장철판의 두께를 감소시켜주며, 리바운드를 감소시켜 해머의 효율성증진과 파일두부손상을 예방한다.
(3). 도3c에는 상단에 도3a의 측면도가, 하단에 도3b의 단면도가 그려져 있다. 리브(13)는 경타시 지반의 관입성증진을 위하여 확장철판(12)의 하면 즉 지반에 관입되는 쪽에 설치한다. 확장철판의 상면에 리브를 설치하면 전술한 것처럼 파일을 회전시키면서 용접하여야하고, 두께가 얇은 보강밴드(14)와도 용접을 하여야 하고, 확장철판과 보강밴드가 용접되는 모서리부분은 피해서 용접하여야한다. 그러나 확장철판과 보강밴드가 용접되는 모서리부분은 경타시 확장철판에 가장 큰 압축력이 작용하는 곳으로 이곳을 제외하고 리브를 설치하는 것은 리브의 역할과 기능을 축소시키는 것이다. 따라서 리브를 확장철판의 하면에 설치하는 것이 여러가지 측면에서 타당하다.
또한 지반의 관입성증진과 확장철판의 변형방지을 위하여 도3c의 상세도에서처럼 리브의 단변(상세도에서 'Z')이 지반에 관입되게, 장변(상세도에서 'Z+2X')이 확장철판에 용접되게 한다. 파일단면에서 내외경측으로 돌출되는 길이(상세도에서 'X')는 대칭되게 설치하는 것이 경타시 파일 벽체로부터 전달되는 항타력(관입력)을 편심없이 지반에 전달할 수 있다. 리브는 높이방향으로 강성이 크고 횡좌굴에 대한 우려도 없슴으로 두께는 확장철판두께이하로 하는 것이 바람직하다. 리브는 확장철판의 외경끝단에서 확장철판의 중심쪽으로 약간(상세도에서 'Y') 들어와서 설치된다. 그 이유는 확장철판외경 끝부분은 작용하는 응력이 작아 확장철판의 두께를 줄이는 리브의 역할이 필요 없기 때문이다.
2. 도4는 선단확장파일에서 일체형 확장철판(12)부분만을 분해하여 보여준 것이다. 도4a, 도4b에는 플래트타입 일체형 확장철판과 리브(13)의 분해사시도가, 도4c, 도4d에는 마밀라타입 일체형 확장철판과 리브의 분해사시도가 그려져 있다. 확장철판에 설치되는 리브의 개수는 예시한 4개의 경우에 국한하지 않고 임의로 할 수 있으며, 리브의 형상 또한 예시된 형상과 다르게 할 수 있다. 도4의 일체형 확장철판은 외경이 파일의 외경보다 크고, 파일선단부에 정착되어 보강판(11)의 기능과 선단지지면적 확대기능을 동시에 수행한다.
피씨강봉(15)은 일체형 확장철판에 구비된 피씨강봉인출구멍으로 인출긴장되어 있다가 파일이 1차 양생된 후 파일에 압축응력을 가하면서 피씨강봉 걸림턱에 고정된다. 그 후 파일은 2차 양생을 거치면서 일체형 확장철판은 피씨강봉으로 고정되어 파일과 일체로 된다. 분해사시도를 결합하여 파일선단부와 일체로 연결시키면 도3 및 도5와 같은 일체형 확장철판이 설치된 파일이 된다.
도5에서는 본 발명의 다양한 실시 예를 보여주고 있다. 도면에서 정면도부분 은 리브(13)가 설치된 모습이, 단면도부분에는 리브가 설치되지 않은 모습이 그려져 있으나 이는 도면상 표현방법이고 실시에서는 리브가 임의로 설치된다.
1. 도5a, 도5b에는 외경이 파일외경보다 큰 일체형 확장철판(12)이 파일내경측에서 안쪽으로 함몰된 형상을 하고 있다. 종래파일의 마밀라타입 보강판과 외형은 동일하며 외경만 커진 일체형 확장철판이 설치되어 종래의 보강판기능과 선단지지면적 확장기능을 통합해 수행하고 있다. 선단지지면적이 확대된 만큼 선단지지력이 증가함은 당연하며, 확장철판의 중심부에 형성된 통공은 공내 지하수가 있을 경우 이를 유입시켜 부력을 예방하기 위함이다.
2. 도5c, 도5d에는 외경이 파일의 외경보다 크면서 평면형상인 일체형 확장철판(12)이 설치되어있다 종래파일의 플래트타입 보강판과 외형은 동일하다. 도5c의 일체형 확장철판외경에는 노치(Notch)가 설치되어있다. 노치의 틈새로 경타 시 지반압과 간극수압이 해방되고 지하수가 배출되어 리바운드가 감소하고 관입성을 증진시킨다. 노치의 형상은 삼각형뿐만 아니라 반원형, 사각형, 사다리꼴 등 다양하게 할 수 있으며, 크기와 설치개소도 다양하게 할 수 있다. 그 외 발명의 구성에 대한 설명은 전술한바와 대동소이함으로 생략한다.
▶ 도면부호 - 보강판 (11), 확장철판 (12), 리브 (13), 보강밴드 (14), 피씨강봉 (15)
▶ 도1a는 선단부형상이 마밀라타입, 도1b는 선단부형상이 플래트타입, 도1c는 선단부형상이 밴드타입인 종래콘크리트파일의 정면도 및 단면도.
▶ 도2a는 확장철판을 보강판에 용접하여 설치한 종래선단확장콘크리트파일의 정면도 및 단면도.
▶ 도2b는 확장철판을 보강판에 탭볼트로 설치한 종래선단확장콘크리트파일의 정면도 및 단면도.
▶ 도3a는 마밀라타입 일체형 확장철판이 설치된 선단확장콘크리트파일의 사시도.
▶ 도3b는 리브가 설치된 플래트타입 일체형 확장철판이 설치된 선단확장콘크리트파일의 사시도.
▶ 도3c는 도3a와 도3b의 측면도와 단면도.
▶ 도4는 일체형 확장철판과 리브의 분해사시도.
▶ 도5는 본 발명의 다양한 실시 예.

Claims (3)

  1. 콘크리트파일선단부에 콘크리트파일의 외경보다 외경이 큰 평면의 확장철판 또는 외경이 콘크리트파일의 외경보다 크면서 콘크리트파일의 내경측에서 오목하게 함몰된 형상의 확장철판이 콘크리트파일 내에 배근된 피씨강봉(15)으로 고정되어 콘크리트파일과 일체로 설치되어있는 것을 특징으로 하는 선단확장콘크리트파일.
  2. 청구항 1에서, 확장철판의 외경에 노치를 설치한 것을 특징으로 하는 선단확장콘크리트파일.
  3. 청구항 1, 2 중 하나에, 확장철판(12)하면에 리브(13)가 설치된 것을 추가한 선단확장콘크리트파일.
KR1020080034997A 2007-04-16 2008-04-16 선단확장철판을 일체로 설치한 선단확장콘크리트파일. KR20080093389A (ko)

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