KR20100121109A - 확장쐐기형 선단부를 가지는 말뚝 - Google Patents

Abstract

본 발명은 확장쐐기형 선단부를 가지는 말뚝에 관한 것으로, 상세하게는 지반에 형성된 천공에 삽입하여 구조물의 하중을 지지하는 말뚝에 있어서, 지반에 형성된 천공에 삽입되고 기둥 형상을 이루며 하단에는 단부로 갈수록 테이퍼지게 형성된 슈가 형성된 파일과, 내측면에 상기 슈의 외주면과 밀착될 수 있는 경사면이 형성되고 복수개가 구비되어 상기 슈의 외주면에 일시적으로 결합되는 확장쐐기와, 상기 확장쐐기를 상기 슈의 외주면에 일시적으로 체결시키는 체결수단과, 상기 복수개의 확장쐐기를 외주를 둘러 일시적으로 묶어주는 보강밴드를 포함하여 이루어져, 상기 파일의 자중에 의해 상기 슈가 하강하면서 상기 체결수단 및 보강밴드가 해체되어 상기 확장쐐기가 각각 외측으로 확장되는 것을 특징으로 하며, 이에 의하여 시공시 파일의 자중에 의해 체결수단과 보강밴드가 해제되면서 확장쐐기가 자연적으로 확장되며 구조물의 하중은 선단지지력과 주변마찰력 및 측면지지력에 의해 견고하게 지지되므로 종래보다 큰 하중을 지지할 수 있게 되며, 지반이 약한 경우에도 침하를 방지할 수 있다.

확장, 쐐기, 말뚝, 파일, 슈(shoe), 체결핀, 보강밴드, 천공, 선단

Description

확장쐐기형 선단부를 가지는 말뚝{Pile with head of extending wedge type}

본 발명은 말뚝에 관한 것으로, 보다 상세하게는 건물이나 구조물의 기초공사에서 지반에 천공한 후 말뚝을 시공할 때 구조물의 하중을 지지하는 지지력을 향상시킬 수 있도록 선단부가 확장될 수 있는 확장쐐기형 선단부를 가지는 말뚝에 관한 것이다.

건물이나 구조물을 세울 때 지반의 조건이나 구조물의 하중에 따라 상부의 구조물을 지지하기 위해 지반을 보강하는 기초공사를 실시한다.

지반이 약한 경우 말뚝 등을 사용하여 지반의 지지력을 보강하는데, 말뚝을 시공하는 공법은 크게 타입공법과 매입공법이 있다.

타입공법은 말뚝을 세운 다음 위에서 말뚝을 타격하여 말뚝을 지반에 강제로 근입시키는 것으로 타격 에너지에 의해 말뚝이 지반에 삽입될 때 말뚝이 주변의 토사를 밀어 밀착되면서 근입되므로 말뚝의 외부지지력이 좋고 시공이 간편하다.

그러나 타입공법은 깊게 말뚝을 설치하고자 할 때 수직 근입에 어려움이 있고 진동, 소음 때문에 도심에서 시공이 제한된다.

한편, 매입공법은 미리 지반에 천공하여 접착제를 구멍에 일부 주입한 다음 말뚝을 천공에 삽입하여 고정하는 것으로, 타입공법의 단점을 해결한다. 그래서 현재 도심에서 말뚝 기초공사에는 주로 매입공법이 이용된다.

도 1은 종래 말뚝 시공상태를 나타내는 단면도이다.

지반에 형성된 천공에 말뚝(1)을 삽입하면 말뚝이 구조물을 지지하는 지지력인 구조물의 하중은 말뚝(1)의 선단지지력과 말뚝 외주면과 주변의 지반 사이에 발생하는 주변마찰력의 합과 같다.

그런데, 매입공법의 경우 지반을 직경보다 크게 천공한 후 제작된 말뚝()을 천공에 근입설치하고 말뚝(1)과 지반 사이에 충진재를 주입하여 주변마찰력을 높여주기는 하지만 주변마찰력은 미미하여 실제 구조물의 하중은 선단지지력이 거의 감당하고 있다.

따라서, 지반이 약한 경우 선단지지력이 약하여져 구조물이 점차적으로 침하하는 경우가 발생하기도 하며 이로 인해 구조물의 안정성에 큰 문제를 야기할 수 있는 문제가 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 안출된 것으로 본 발명의 목적은 말뚝의 선단부에 말뚝의 자중에 의해 외측으로 확장될 수 있는 확장쐐기가 구비된 확장쐐기형 선단부를 가지는 말뚝을 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 지반에 형성된 천공에 삽입하여 구조물의 하중을 지지하는 말뚝에 있어서, 지반에 형성된 천공에 삽입되고 기둥 형상을 이루며 하단에는 단부로 갈수록 테이퍼지게 형성된 슈가 형성된 파일과, 내측면에 상기 슈의 외주면과 밀착될 수 있는 경사면이 형성되고 복수개가 구비되어 상기 슈의 외주면에 일시적으로 결합되는 확장쐐기와, 상기 확장쐐기를 상기 슈의 외주면에 일시적으로 체결시키는 체결수단과, 상기 복수개의 확장쐐기를 외주를 둘러 일시적으로 묶어주는 보강밴드를 포함하여 이루어져, 상기 파일의 자중에 의해 상기 슈가 하강하면서 상기 체결수단 및 보강밴드가 해체되어 상기 확장쐐기가 각각 외측으로 확장되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 슈는 원뿔형상으로 이루어지고, 상기 확장쐐기의 내측면은 상기 슈의 원뿔형상 표면에 밀착되도록 곡경사면을 형성하며 복수개가 일체로 체결되어 원기둥 형상을 이루게 됨을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 체결수단은 상기 슈 표면에 형성되는 복수개의 체결홈과, 상기 확장쐐기 각각에 관통 형성되는 체결공과, 상기 체결공을 관통하면서 상 기 체결홈에 삽입되는 체결핀으로 구성되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 체결핀은 상기 확장쐐기의 하중은 지지할 수 있지만, 상기 파일의 자중에 의해 파단될 수 있는 강도를 가지는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 파일에는 상기 파일을 통해 그라우트를 주입할 수 있도록 상기 파일의 중심을 관통하는 주입통로가 형성되는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같은 구성에 의한 본 발명의 효과는 시공시 파일의 자중에 의해 체결수단과 보강밴드가 해제되면서 확장쐐기가 자연적으로 확장되며 구조물의 하중은 선단지지력과 주변마찰력 및 측면지지력에 의해 견고하게 지지되므로 종래보다 큰 하중을 지지할 수 있게 되며, 지반이 약한 경우에도 침하를 방지할 수 있다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시 예를 상세하게 설명하고자 한다. 하기 설명 및 첨부 도면에 나타난 바는 본 발명의 전반적인 이해를 위해 제시된 것이므로 본 발명의 기술적 범위가 그것들에 한정되는 것은 아니다. 그리고 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 구성 및 기능에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.

도 2는 본 발명의 바람직한 일실시 예에 따른 확장쐐기형 선단부를 가지는 말뚝을 나타내는 사시도이다.

본 발명은 도시된 바를 참조하면 전체적으로 파일(10), 확장쐐기(20), 체결수단(30), 보강밴드(40)로 구성된다.

도 2와 도 3, 도 4를 참조하여 각 구성을 상세히 설명한다. 도 3은 도 2에 도시된 본 발명의 단면도, 도 4는 도 3에 도시된 본 발명의 분해 단면도이다.

상기 파일(10)은 도 2에서 봉과 같은 기둥 형상을 가지고 지반에 뚫은 천공에 삽입하여 건물이나 구조물의 하중을 지지하는 것으로서 중실 또는 중공 형태를 이룰 수도 있다. 단면적의 모양은 다각형 또는 원형 등 다양할 수 있으나 일반적으로 원기둥 형상이 적절하다.

또 도 3을 참조하면 상기 파일(10)의 하단부는 하측으로 갈수록 점차적으로 단면적이 작아지게 테이퍼진 형상의 슈(12)가 형성된다. 상기 파일(10)이 원기둥 형상일 때 상기 슈(12)는 원뿔과 유사한 형태를 이루고 만일, 상기 파일(10)이 사각기둥 형상이면 상기 슈(12)는 사각뿔과 유사한 형태를 이루게 될 것이다.

그리고 상기 파일(10)의 재질은 강도가 높은 강, 주철, 콘크리트 등 지반의 기초공사에 사용되는 것으로 이루어진다.

다음으로 확장쐐기(20)는 도 2에 도시된 바와 같이 복수개로 구비되며 복수개가 상기 슈(12)를 중심으로 그 외주면에 배치, 결합되어 일체로 구비된다.

상기 확장쐐기(20)의 내측면은 상기 슈(12)의 외주면에 밀착될 수 있도록 경사면(22)으로 이루어지는데, 만일 상기 슈(12)가 원뿔 형상이면 그에 대응하여 상기 확장쐐기(20)의 내측면도 오목한 곡경사면을 형성한다. 만일, 상기 슈(12)가 사각뿔 형상이면 상기 확장쐐기(20)의 내측면도 그에 대응하여 평평한 경사면(22)을 이루는 것이 바람직하다.

따라서, 상기 슈(12)가 하강하면 상기 경사면(22)에 의해 상기 확장쐐기(20) 들은 각각 외측으로 가압되어 밀려나면서 확장될 수 있다.

상기 확장쐐기(20)는 복수개인데, 바람직하게는 3개 혹은 4개가 적절하며 복수개가 집합되면 외주면은 원기둥 형상을 이루고 내측면은 상기 슈(12)가 밀착되면서 삽입될 수 있는 경사면(22)을 가진다.

상기 확장쐐기(20)의 재질은 상기 파일(10)이나 슈(12)의 재질과 동일한 것으로 이루어지는 것이 좋다. 왜냐하면, 상기 확장쐐기(20)가 확장된 후 상기 파일(10)과 같이 구조물의 하중을 지지하는 선단부가 되기 때문이다.

다음으로 상기 확장쐐기(20)를 상기 슈(12)에 일시적으로 체결하는 체결수단(30)에 대해 설명한다.

상기 체결수단(30)은 도 4에서와 같이 체결홈(32), 체결공(34), 체결핀(36)으로 구성될 수 있는데, 상기 체결홈(32)은 상기 슈(12)의 표면에 형성되는 것으로서 상기 체결핀(36)이 삽입될 수 있도록 오목한 형상을 가지고 상기 확장쐐기(20)의 개수에 대응하여 복수개 형성된다.

상기 체결공(34)은 상기 확장쐐기(20)에 관통되어 형성되는 것으로 상기 체결핀(36)이 관통하면서 삽입될 수 있는 홀이다.

그리고 상기 체결핀(36)은 일반적인 봉 형상의 핀이면 무방하고 상기 체결공(34)을 통해 삽입되면서 관통되어 상기 체결홈(32)에 삽입되어 끼워진다.

즉, 상기 체결핀(36)으로 상기 확장쐐기(20) 각각을 상기 슈(12) 상에 일시적으로 결합되게 한다.

상기 체결핀(36)의 재질은 철, 강, 목재, 합성수지 등 다양한 것으로 이루어 질 수 있으나 중요한 것은 상기 체결핀(36)의 강도이다.

다시 말해, 상기 체결핀(36)은 상기 확장쐐기(20)가 상기 슈(12)의 표면에 체결되어 결합된 상태를 유지하도록 상기 확장쐐기(20)의 하중을 지지할 정도의 강도를 가져야 하는 반면, 상기 파일(10)의 자중에 의해서 상기 슈(12)가 하강할 때 파단() 또는 절단될 수 있어야 하므로 재질에 따른 적절한 강도를 가지도록 단면적이 결정되어야 한다.

예를 들어, 철이나 강의 경우 기본적인 강도가 크므로 상기 체결핀(36)의 단면적 혹은 직경은 작아도 되지만, 목재나 합성수지의 경우 기본적인 강도가 작으므로 상기 체결핀(36)의 단면적이나 직경은 상대적으로 크게 결정되어야 할 것이다.

다음으로 상기 보강밴드(40)는 상기 확장쐐기(20)의 각 외측면을 둘러서 묶어주는 끈으로서 상기 확장쐐기(20)가 상기 체결수단(30)에 의해 체결된 상태에서 빠지거나 요동하지 않도록 안정되게 체결하는 보조부재이다.

여기서, 상기 보강밴드(40) 또한 복수개의 상기 확장쐐기(20)를 일체로 묶어 결합시킬 수 있을 정도의 강도를 가지지만 상기 파일(10)의 자중에 의해 상기 확장쐐기(20)가 외측으로 확장될 때 파단될 수 있는 정도의 강도를 가져야 한다.

따라서, 상기 보강밴드(40)의 재질도 다양하게 선택될 수 있으나 일반적으로 스틸 와이어(Steel wire) 등이 적절하다.

참고로 상기 확장쐐기(20) 외주면에는 상기 보강밴드(40)가 일부 삽입되어 안정되게 체결될 수 있도록 상기 보강밴드(40)의 위치를 잡아줄 수 있는 밴드홈(42)이 형성될 수 있다.

이하에서는 도 5를 함께 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 상태를 설명하기로 한다. 도 5는 본 발명의 작동상태 및 그에 따른 힘의 상태를 나타내는 단면도이다.

먼저, 작업자는 상기 파일(10)의 슈(12)에 상기 확장쐐기(20)를 각각 체결하되, 상기 체결핀(36)을 상기 체결공(34)에 삽입하면서 상기 체결홈(32)에 끼워넣어 체결한 후 상기 보강밴드(40)를 상기 밴드홈(42)에 삽입하면서 묶는다.

이러한 상태로 지반에 형성된 천공 내부로 장비를 사용하여 상기 파일(10) 및 그 선단부에 일시적으로 부착된 확장쐐기(20)를 천천히 삽입하면 상기 확장쐐기(20)가 바닥에 닿는데, 바닥에 닿으면 상기 파일(10)의 자중으로 인해 상기 슈(12)가 상기 확장쐐기(20)를 외측으로 가압하게 되고 연이어 상기 체결핀(36)은 절단되거나 파단되게 된다.

또한, 상기 확장쐐기(20)가 벌어지면 상기 보강밴드(40)도 파단되어 끊어지게 되고 상기 확장쐐기(20)가 좀 더 외측으로 진행하다가 천공의 외측벽에 밀착되면서 더 이상 진행하지 못하게 되어 상기 슈(12)의 하강도 정지한다.

부가적으로 상기 파일(10)의 주입통로(14)로 그라우트를 일부 주입하여 빈 공간을 충진할 수도 있을 것이다.

도 5에서 나타난 바와 같이 이러한 상태에서 구조물의 하중을 지지하는 지지력은 파일과 주변 지반과의 마찰에 의해 주변 마찰력과, 상기 확장쐐기에 의해 바닥 지반이 지지하는 선단지지력을 포함해서 상기 확장쐐기가 측면의 지반에서 지지 되는 측면지지력이 추가로 지지하므로 종전에 비해 증가된 지지력을 제공한다.

따라서, 지반이 약하더라도 구조물의 하중을 지지하는 지지력은 상기 확장쐐기에 의한 측면지지력이 상당량 담당하므로 선단지지력은 감소하게 되어 말뚝의 침하를 방지할 수 있게 되는 것이다.

도 1은 도 1은 종래 말뚝 시공상태를 나타내는 단면도.

도 2는 본 발명의 바람직한 일실시 예에 따른 확장쐐기형 선단부를 가지는 말뚝을 나타내는 사시도.

도 3은 도 2에 도시된 본 발명의 단면도.

도 4는 도 3에 도시된 본 발명의 분해 단면도.

도 5는 본 발명의 작동상태 및 그에 따른 힘의 상태를 나타내는 단면도.

<< 도면의 주요부분에 대한 설명 >>

10 : 파일 12 : 슈

14 : 주입통로

20 : 확장쐐기 22 : 경사면

30 : 체결수단 32 : 체결홈

34 : 체결공 36 : 체결핀

40 : 보강밴드 42 : 밴드홈

Claims (5)

1. 지반에 형성된 천공에 삽입하여 구조물의 하중을 지지하는 말뚝에 있어서,

   지반에 형성된 천공(100)에 삽입되고 기둥 형상을 이루며 하단에는 단부로 갈수록 테이퍼지게 형성된 슈(12)가 형성된 파일(10)과,

   내측면에 상기 슈(12)의 외주면과 밀착될 수 있는 경사면(22)이 형성되고 복수개가 구비되어 상기 슈(12)의 외주면에 일시적으로 결합되어 확장쐐기(20)와,

   상기 확장쐐기(20)를 상기 슈(12)의 외주면에 일시적으로 체결시키는 체결수단(30)과,

   상기 복수개의 확장쐐기(20)를 외주를 둘러 일시적으로 묶어주는 보강밴드(40)를 포함하여 이루어져,

   상기 파일(10)의 자중에 의해 상기 슈(12)가 하강하면서 상기 체결수단(30) 및 보강밴드(40)가 해체되어 상기 확장쐐기(20)가 각각 외측으로 확장되는 것을 특징으로 하는 확장쐐기형 선단부를 가지는 말뚝.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 슈(12)는 원뿔형상으로 이루어지고,

   상기 확장쐐기(20)의 내측면은 상기 슈(12)의 원뿔형상 표면에 밀착되도록 곡경사면을 형성하며 복수개가 일체로 체결되어 원기둥 형상을 이루게 됨을 특징으로 하는 확장쐐기형 선단부를 가지는 말뚝.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 체결수단(30)은,

   상기 슈(12) 표면에 형성되는 복수개의 체결홈(32)과, 상기 확장쐐기(20) 각각에 관통 형성되는 체결공(34)과, 상기 체결공(34)을 관통하면서 상기 체결홈(32)에 삽입되는 체결핀(36)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 확장쐐기형 선단부를 가지는 말뚝.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 체결핀(36)은 상기 확장쐐기(20)의 하중은 지지할 수 있지만, 상기 파일(10)의 자중에 의해 파단될 수 있는 강도를 가지는 것을 특징으로 하는 확장쐐기형 선단부를 가지는 말뚝.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 파일(10)에는,

   상기 파일(10)을 통해 그라우트를 주입할 수 있도록 상기 파일(10)의 중심을 관통하는 주입통로(14)가 형성되는 것을 특징으로 하는 확장쐐기형 선단부를 가지는 말뚝.

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