KR20110022956A - 변단면 파일 구조물 및 이를 이용한 엄지말뚝 흙막이 구조물 - Google Patents

변단면 파일 구조물 및 이를 이용한 엄지말뚝 흙막이 구조물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 지중에 연직방향으로 근입되는 파일 구조물에 관한 것으로서, 심도에 따른 토압의 크기 변화에 대응하도록, 심도에 따라 종단면의 크기가 변화하는 것을 특징으로 하는 구조를 제시함으로써, 자재를 효율적으로 사용하여 낭비를 줄이면서도, 구조적 안정성을 높일 수 있도록 한다.
파일, 단면, 토압

Description

변단면 파일 구조물 및 이를 이용한 엄지말뚝 흙막이 구조물{PILE STRUCTURE HAVING CHANGING SECTION AND RETAINING WALL USING THE SAME}
본 발명은 토목 분야에 관한 것으로서, 상세하게는 지중 기초를 형성하는 파일 구조물에 관한 것이다.
도 1은 종래의 엄지말뚝 흙막이 구조물의 횡단면을 도시한 것이다.
도시된 바와 같이, 엄지말뚝 흙막이 구조물은, 상호 간격을 두고 하단이 지중에 근입한 복수의 엄지말뚝(1 : H 파일); 엄지말뚝(1) 사이에 토류판 등의 축조구조에 의해 형성된 토류벽(미도시); 엄지말뚝(1)의 전방에 설치된 띠장(20); 띠장(20)을 지지하도록 설치된 스트럿 등의 지지대(30)에 의해 구성된다.
이러한 엄지말뚝 흙막이 구조물은 배후토사의 토압에 저항하여 전면 작업공간의 작업의 안정성을 확보해야 하므로, 상술한 전방의 지지대(30), 후방의 배후토사 측으로 근입한 어스앵커 등에 의해 지지되는 것이 일반적이다.
그런데, 이러한 종래의 흙막이 구조물은 다음과 같은 문제를 안고 있었다.
도 1의 모멘트도에서 알 수 있는 바와 같이, 엄지말뚝 흙막이 구조물에 작용하는 배후토사의 토압은 일정한 것이 아니고, 작업공간에 노출되는 노출부 중 하부 영역(a) 및 지중에 근입되는 근입부 중 상부 영역(b)에 대단히 큰 토압이 집중되며, 나머지 영역에는 이에 비해 작은 토압이 작용한다.
그런데, 종래의 엄지말뚝(H 파일)은 이를 무시하고 전 영역에 걸쳐 동일한 단면을 갖도록 형성되어 있는바, 토압이 크게 작용하는 영역의 경우에는 구조적 안정성이 문제되고, 토압이 작게 작용하는 영역의 경우에는 자재의 낭비라는 문제가 제기되어 왔다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 도출된 것으로서, 자재를 효율적으로 사용하여 낭비를 줄이면서도, 구조적 안정성을 높일 수 있도록 하는 변단면 파일 구조물 및 이를 이용한 엄지말뚝 흙막이 구조물을 제시하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명은 상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 지중에 연직방향으로 근입되는 파일 구조물에 있어서, 심도에 따른 토압의 크기 변화에 대응하도록, 심도에 따라 종단면의 크기가 변화하는 것을 특징으로 하는 변단면 파일 구조물(100)을 제시한다.
이는 상부에 비해 하부의 종단면이 큰 것이 바람직하다.
상부 H 파일(110); 상기 상부 H 파일(110)에 비해 종단면이 크게 형성된 하부 H 파일(120);을 포함하는 복수의 H 파일의 조립에 의해 형성된 것이 바람직하다.
상기 상부 H 파일(110) 및 하부 H 파일(120)을 결합하도록, 상기 상부 H 파일(110)의 플랜지 하단 및 상기 하부 H 파일(120)의 플랜지 상단의 외면에 공통으로 결합하는 플랜지 연결기구(200)를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 플랜지 연결기구(200)는 상기 상부 H 파일(110)의 플랜지에 면접촉하여 결합하는 상측 결합부(210); 상기 하부 H 파일(120)의 플랜지에 면접촉하여 결합하 는 하측 결합부(220); 상기 상측 결합부(210)와 하측 결합부(220)가 단차진 구조를 형성하도록 연결하는 연결부(230);를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 상측 결합부(210), 하측 결합부(220) 및 연결부(230)는 판형 구조이고, 상기 상측 결합부(210)의 후면과 상기 연결부(230)의 상면에 공통으로 결합하는 보강부(240)를 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기 상부 H 파일(110) 및 하부 H 파일(120)을 결합하도록, 상기 상부 H 파일(110)의 웹 하단 및 상기 하부 H 파일(120)의 웹 상단에 공통으로 결합하는 웹 연결기구(300)를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 웹 연결기구(300)는 상기 상부 H 파일(110)의 웹 및 상기 하부 H 파일(120)의 웹에 결합하는 면이 단차지도록 형성된 연결용 플레이트(310)를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명은 상기 변단면 파일 구조물(100)을 엄지말뚝으로 이용한 엄지말뚝 흙막이 구조물로서, 상호 간격을 두고 하단이 지중에 근입한 복수의 상기 변단면 파일 구조물(100); 상기 변단면 파일 구조물(100) 사이에 형성된 토류벽; 상기 변단면 파일 구조물(100)의 전방에 설치된 띠장(20); 상기 띠장(20)을 지지하도록 설치된 지지대(30);를 포함하는 것을 특징으로 하는 엄지말뚝 흙막이 구조물을 함께 제시한다.
상기 변단면 파일 구조물(100)은 상기 하부 H 파일(120)에 비해 종단면이 작게 형성된 최하부 H 파일(130);을 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기 하부 H 파일(120)은 작업공간에 노출되는 노출부 중 하부 영역(a) 및 지중에 근입되는 근입부 중 상부 영역(b)을 지지하도록 설치된 것이 바람직하다.
본 발명은 자재를 효율적으로 사용하여 낭비를 줄이면서도, 구조적 안정성을 높일 수 있도록 하는 변단면 파일 구조물 및 이를 이용한 엄지말뚝 흙막이 구조물을 제시한다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 관하여 상세히 설명한다.
도 2 이하에 도시된 바와 같이, 본 발명은 기본적으로 지중에 연직방향으로 근입되는 파일 구조물(100)에 관한 것으로서, 심도에 따른 토압의 크기 변화에 대응하도록, 심도에 따라 종단면의 크기가 변화하는 것을 특징으로 한다.
즉, 종래와 같이 종단면의 크기를 일률적으로 함에 따른 비효율성을 해소하기 위하여, 토압이 작게 작용하는 영역에는 파일의 종단면의 크기를 작게 하고, 토압이 크게 작용하는 영역에는 파일의 종단면의 크기를 크게 하도록 한 것이다.
따라서 자재의 효율적 사용이 가능하므로 낭비를 줄일 수 있으면서도, 토압이 크게 작용하는 영역에 충분한 크기의 단면의 제공이 가능하여 구조적 안정성을 높일 수 있다는 효과가 있다.
토압은 수압과 마찬가지로 심도가 깊어짐에 따라 그 압력도 증가하는 바, 도 2에 도시된 바와 같이 상부에 비해 하부의 종단면이 큰 것이 일반적으로 바람직하다.
종단면의 크기가 변화하는 파일의 구조는 다양한 방식에 의해 구현할 수 있 으며, 콘크리트, 강재 기타 어떠한 재질을 사용하는 경우라도, 본 발명에 의한 기술사상은 충분히 적용될 수 있다.
이하, 본 발명에 의한 변단면 파일 구조물(100)이 상술한 엄지말뚝 흙막이 구조물에 적용된 예에 관하여 설명한다(도 3 이하).
엄지말뚝 흙막이 구조물에서는 파일로서 H 파일이 일반적으로 사용되는데, 이 경우, 본 발명에 의한 변단면 파일 구조물(100)은, 상부 H 파일(110); 상부 H 파일(110)에 비해 종단면이 크게 형성된 하부 H 파일(120);을 포함하는 복수의 H 파일의 조립에 의해 형성된 구조를 취하는 것이 시공의 용이성, 기존 재료의 효율적 운용 측면에서 바람직하다.
상부 H 파일(110)과 하부 H 파일(120)은 상부 H 파일(110)의 하단과 하부 H 파일(120)의 상단을 용접하는 방식 등에 의해 결합할 수 있는데(도 3), 이들이 더욱 견고한 결합구조를 이루도록 하기 위해서는 다음과 같은 구조를 강구할 수 있다.
즉, 상부 H 파일(110)과 하부 H 파일(120)은 그 단면의 크기가 서로 다르므로, 단면의 폭이 좁은 상부 H 파일(110)과 상대적으로 단면의 폭이 넓은 하부 H 파일(120)이 상호 견고하게 결합하도록, 별도의 연결기구(200,300)를 사용하는 것이 바람직한 것이다.
플랜지 연결기구(200)는 상부 H 파일(110)의 플랜지 하단 및 하부 H 파일(120)의 플랜지 상단의 외면에 공통으로 결합함으로써, 상부 H 파일(110)과 하부 H 파일(120)을 측방에서 결속하여 견고한 결합구조를 이루도록 할 수 있다(도 4, 도 5).
구체적으로, 플랜지 연결기구(200)는, 상부 H 파일(110)의 플랜지에 면접촉하여 결합하는 상측 결합부(210); 하부 H 파일(120)의 플랜지에 면접촉하여 결합하는 하측 결합부(220); 상측 결합부(210)와 하측 결합부(220)가 단차진 구조를 형성하도록 연결하는 연결부(230);를 포함하는 구조를 취함으로써, 상부 H 파일(110)과 하부 H 파일(120) 각각의 플랜지가 상호 단차지게 결합하면서도 안정적인 결합구조를 이루도록 할 수 있다.
이러한 플랜지 연결기구(200)의 상측 결합부(210), 하측 결합부(220) 및 연결부(230)가 판형 구조를 취하는 경우, 상측 결합부(210)의 후면과 연결부(230)의 상면에 공통으로 결합하는 보강부(240)를 설치함으로써, 상측 결합부(210)와 연결부(230) 사이의 응력집중에 의한 변형을 방지할 수 있다.
플랜지 연결기구(200)는 도 6,7에 도시된 바와 같이, 플레이트의 일부를 절개하여, 각 플랜지에 결합하는 면이 단차지도록 형성된 구조에 의해 구현될 수도 있다.
즉, 도 4,5의 실시예는 상하부 파일의 크기의 차이가 큰 경우, 도 6,7의 실시예는 그 차이가 작은 경우, 각각 적용하기 적합한 예라 할 수 있다.
한편, 상부 H 파일(110) 및 하부 H 파일(120)을 결합하도록, 상부 H 파일(110)의 웹 하단 및 하부 H 파일(120)의 웹 상단에 공통으로 결합하는 웹 연결기구(300)에 의한 결합구조를 취할 수도 있다(도 8).
이는 별도의 독립적인 결합구조로 사용될 수도 있으나, 상술한 플랜지 연결 기구(200)와 함께 보조적으로 사용되는 것이 구조적 안정성을 위하여 더욱 바람직하다.
웹의 경우에는 위 플랜지의 경우와 달리, 상하부 파일의 크기의 차이가 작을 것인바, 상부 H 파일(110)의 웹 및 하부 H 파일(120)의 웹에 결합하는 면이 단차지도록 형성된 연결용 플레이트(310)의 구조(상술한 플랜지 연결기구(200)의 2번째 실시예)를 채택하는 것이 바람직하다.
플랜지 연결기구(200), 웹 연결기구(300)와 상하부 H 파일(110,120)의 결합구조는 볼트(201) 체결에 의한 결합방식, 용접 결합방식 기타 어떠한 방식을 취하더라도 관계없다.
이와 같이 본 발명에 의한 변단면 파일 구조물(100)을 엄지말뚝으로 이용한 엄지말뚝 흙막이 구조물은, 상호 간격을 두고 하단이 지중에 근입한 복수의 변단면 파일 구조물(100); 변단면 파일 구조물(100) 사이에 형성된 토류벽; 변단면 파일 구조물(100)의 전방에 설치된 띠장(20); 띠장(20)을 지지하도록 설치된 지지대(30);를 포함하는 구조를 취할 수 있다(도 9).
엄지말뚝 흙막이 구조물의 경우, 작업공간에 노출되는 노출부 중 하부 영역(a) 및 지중에 근입되는 근입부 중 상부 영역(b)에 가장 큰 토압이 작용하므로, 이 영역에 상술한 하부 H 파일(120)이 설치되도록 하고, 그 하측에는 하부 H 파일(120)에 비해 종단면이 작게 형성된 최하부 H 파일(130)이 설치되는 것이 재료의 효율적 운용 측면에서 더욱 바람직하다(도 10).
이상은 본 발명에 의해 구현될 수 있는 바람직한 실시예의 일부에 관하여 설 명한 것에 불과하므로, 주지된 바와 같이 본 발명의 범위는 위의 실시예에 한정되어 해석되어서는 안 될 것이며, 위에서 설명된 본 발명의 기술적 사상과 그 근본을 함께 하는 기술적 사상은 모두 본 발명의 범위에 포함된다고 할 것이다.
도 1은 종래의 엄지말뚝 흙막이 구조물의 단면도.
도 2 이하는 본 발명의 실시예를 도시한 것으로서,
도 2는 변단면 파일 구조물의 제1실시예의 측면도.
도 3은 상부 파일과 하부 파일의 결합구조의 제1실시예의 사시도.
도 4는 플랜지 연결기구의 사시도.
도 5는 상부 파일과 하부 파일의 결합구조의 제2실시예의 사시도.
도 6은 웹 연결기구의 사시도.
도 7은 상부 파일과 하부 파일의 결합구조의 제3실시예의 사시도.
도 8은 상부 파일과 하부 파일의 결합구조의 제4실시예의 사시도.
도 9는 엄지말뚝 흙막이 구조물의 단면도.
도 10은 변단면 파일 구조물의 제2실시예의 측면도.
**도면의 주요부분에 대한 부호의 설명**
100 : 변단면 파일 구조물 110 : 상부 H 파일
120 : 하부 H 파일 130 : 최하부 H 파일
200 : 플랜지 연결기구 210 : 상측 결합부
220 : 하측 결합부 230 : 연결부
240 : 보강부 300 : 웹 연결기구
310 : 연결용 플레이트

Claims (11)

  1. 지중에 연직방향으로 근입되는 파일 구조물에 있어서,
    심도에 따른 토압의 크기 변화에 대응하도록, 심도에 따라 종단면의 크기가 변화하는 것을 특징으로 하는 변단면 파일 구조물(100).
  2. 제1항에 있어서,
    상부에 비해 하부의 종단면이 큰 것을 특징으로 하는 변단면 파일 구조물(100).
  3. 제1항에 있어서,
    상부 H 파일(110);
    상기 상부 H 파일(110)에 비해 종단면이 크게 형성된 하부 H 파일(120);을 포함하는 복수의 H 파일의 조립에 의해 형성된 것을 특징으로 하는 변단면 파일 구조물(100).
  4. 제3항에 있어서,
    상기 상부 H 파일(110) 및 하부 H 파일(120)을 결합하도록, 상기 상부 H 파일(110)의 플랜지 하단 및 상기 하부 H 파일(120)의 플랜지 상단의 외면에 공통으로 결합하는 플랜지 연결기구(200)를 포함하는 것을 특징으로 하는 변단면 파일 구 조물(100).
  5. 제4항에 있어서,
    상기 플랜지 연결기구(200)는
    상기 상부 H 파일(110)의 플랜지에 면접촉하여 결합하는 상측 결합부(210);
    상기 하부 H 파일(120)의 플랜지에 면접촉하여 결합하는 하측 결합부(220);
    상기 상측 결합부(210)와 하측 결합부(220)가 단차진 구조를 형성하도록 연결하는 연결부(230);를
    포함하는 것을 특징으로 하는 변단면 파일 구조물(100).
  6. 제5항에 있어서,
    상기 상측 결합부(210), 하측 결합부(220) 및 연결부(230)는 판형 구조이고,
    상기 상측 결합부(210)의 후면과 상기 연결부(230)의 상면에 공통으로 결합하는 보강부(240)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 변단면 파일 구조물(100).
  7. 제3항에 있어서,
    상기 상부 H 파일(110) 및 하부 H 파일(120)을 결합하도록, 상기 상부 H 파일(110)의 웹 하단 및 상기 하부 H 파일(120)의 웹 상단에 공통으로 결합하는 웹 연결기구(300)를 포함하는 것을 특징으로 하는 변단면 파일 구조물(100).
  8. 제7항에 있어서,
    상기 웹 연결기구(300)는
    상기 상부 H 파일(110)의 웹 및 상기 하부 H 파일(120)의 웹에 결합하는 면이 단차지도록 형성된 연결용 플레이트(310)를 포함하는 것을 특징으로 하는 변단면 파일 구조물(100).
  9. 제3항 내지 제8항 중 어느 한 항의 변단면 파일 구조물(100)을 엄지말뚝으로 이용한 엄지말뚝 흙막이 구조물로서,
    상호 간격을 두고 하단이 지중에 근입한 복수의 상기 변단면 파일 구조물(100);
    상기 변단면 파일 구조물(100) 사이에 형성된 토류벽;
    상기 변단면 파일 구조물(100)의 전방에 설치된 띠장(20);
    상기 띠장(20)을 지지하도록 설치된 지지대(30);를
    포함하는 것을 특징으로 하는 엄지말뚝 흙막이 구조물.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 변단면 파일 구조물(100)은 상기 하부 H 파일(120)에 비해 종단면이 작게 형성된 최하부 H 파일(130);을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 엄지말뚝 흙막이 구조물.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 하부 H 파일(120)은
    작업공간에 노출되는 노출부 중 하부 영역(a) 및 지중에 근입되는 근입부 중 상부 영역(b)을 지지하도록 설치된 것을 특징으로 하는 엄지말뚝 흙막이 구조물.
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