KR20110032980A - 기초말뚝 지지력을 강화하는 말뚝부재 - Google Patents

Abstract

본 발명은 지지력을 강화하는 확경말뚝에 관한 것으로, 지반 내측을 긴밀히 침투 삽입하도록 하는 확경수단이 내재된 말뚝부재를 기초공사용 기성말뚝에 소정 간격마다 일체로 연결하여 이루어진 기초말뚝을 구성하여 기초말뚝의 선단부지지력과 주면마찰력을 증대시켜 기초말뚝 전체의 지지력을 강화할 수 있고 상부 구조물의 하중을 지중 깊이 고루 전달하며 상부 구조물을 지지하고 침하를 방지할 수 있는 기초말뚝의 지지력을 증대할 수 있는 것을 특징으로 하는 기초말뚝의 지지력을 증대하는 말뚝부재에 관한 것이다.

선단부 지지력, 주면 마찰력, 말뚝강관, 기초말뚝

Description

기초말뚝 지지력을 강화하는 말뚝부재{REINFORCED BEARING POWER PILE MEMBERS OF FOUNDATION PILE}

본 발명은 발명특허출원 제10-2009-0089869호의 분할출원으로, 기초말뚝 시공시 굴착면 내측을 긴밀히 침투.삽입하는 확경수단이 내재된 말뚝부재를 기성말뚝에 일체로 연결하여 구성된 기초말뚝을 구성하여 기초말뚝 시공시 기초말뚝의 선단부지지력과 주면마찰력을 증대시켜 기초말뚝 전체의 지지력을 강화할 수 있고 상부 구조물의 하중을 지중 깊이 고루 전달하며 상부 구조물을 지지하고 침하를 방지할 수 있는 기초말뚝의 지지력을 증대하는 말뚝부재에 관한 것이다.

일반적으로, 고층의 건축물을 건축시 건축물의 하중을 하부측에서 지지하기 위해 기초말뚝을 사용하여 지반을 구축하고 있다. 지반을 구축할 목적하에 지반을 천공한 후 말뚝을 삽입하거나, 천공 없이 말뚝을 지중에 바로 때려 박는식의 항타시공시 사용되는 통상의 기초말뚝은 철근이 배근된 콘크리트 재질로 이루어지며, 긴 파이프의 형상을 갖는 콘크리트 말뚝과, 중공부가 형성된 금속 기성말뚝이 사용되고 있는 실정이다. 이러한 기초말뚝 공사시 기초말뚝에 의한 말뚝의 지지력은 말뚝이 지지할 수 있는 말뚝 상부 하중의 크기를 의미하는 것으로서 선단지지력과 주 면마찰력으로 분리하여 고려된다. 선단지지력은 말뚝 단부의 전체 단면적에 발현되는 지지력을 의미하며, 주면마찰력은 말뚝의 주면과 지반의 접촉에 의해 발생되는 마찰력을 의미한다. 일반적으로 말뚝의 상부에 작용하는 하중은 수직하중이 크게 작용하며 말뚝의 지지력은 주면마찰력과 선단지지력에 의해 크게 영향을 받게 된다. 이에 기초말뚝 시공에 있어서 선단지지력과 주면마찰력을 높히기 위한 시공방법은 끊임없이 개발 되어지고 있다.

이와 같이 말뚝에 의한 기초공사를 위해 제안된 기술을 보면,

공개특허공보 제10-2007-0090748호에 기성말뚝에 폐쇄형 선단슈를 부착하고 기성말뚝의 내부에 햄머를 삽입하여 선단슈의 상부면을 타격하여 선단 지반을 다짐하고, 콘크리트말뚝의 경우에는 케이싱 내부에서 햄머로 보조말뚝 또는 선단 지반을 직접 타격하여 선단 지반을 다짐하는 방식으로, 천공구멍 외부로 돌출된 말뚝 두부를 타격하지 않고 천공구멍의 내부에서 말뚝에 직접적인 충격이 가지 않도록 선단 지반을 다짐하여 선단지지력을 강화함으로써, 햄머에 의한 항타시에 발생되는 소음이 현저히 감소되고 말뚝 두부 및 말뚝 내부의 손상이 방지됨과 동시에 선단지지력이 강화되며 이에 따라 기성말뚝의 재료적 낭비를 방지하여 시공 원가가 절감되는 선단지지력이 강화된 매입말뚝공법이 게재되어 있다.

등록특허공보 제10-0869815호에 강관의 선단부 단면적을 확대시키고 강관의 선단부와 콘크리트와 결합력을 증대시켜 강관의 지지력을 증대시킬 수 있도록 하는 매입말뚝용 강관의 선단부 지지력 확대장치가 게재되어 있다.

따라서, 본 발명은 기초말뚝 시공시 기초말뚝의 선단부와 주면부의 지지력 및 마찰력을 증대하여 말뚝 전체의 지지력을 높힐 수 있도록 하기 위해 제안된 것으로, 기성말뚝과 확경수단이 내재된 말뚝부재을 연결하여 이루어진 기초말뚝을 구성하여 상기 말뚝 시공시 말뚝으로부터 확경수단을 돌출시켜 지반 내측으로 긴밀히 침투삽입함에 따라 안정적인 말뚝의 정착과 함께 말뚝 전체의 지지력을 효과적으로 높힐 수 있는 기초말뚝 지지력을 강화하는 말뚝부재를 제공함에 그 목적이 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 의하면,

[청구항 1]에 기재된 발명에 따르면; 기성말뚝(200)과 연결커플링(300)에 의해 교대되도록 연결되며 내.외주연을 관통하여 방사상으로 진출공(11)이 뚫린 보강밴드(10)와; 상기 보강밴드(10)의 내부에서 방사상으로 전개되어 지반으로 긴밀히 삽입 침투할 수 있는 확경수단(50)으로 이루어진 말뚝부재에 있어서,

상기 확경수단(50)은 주입되는 압력에 의해 피스톤(22)이 하강 동작하여 진출쐐기(40)를 방사상으로 전개시키는 승강부재(20)와, 외주연에 하나 이상의 진출쐐기(40)가 힌지 결합되고, 상기 승강부재(20) 의 피스톤(22)에 결합되는 연결커플링(30)으로 구성된 것을 특징으로 한다.

[청구항 2]에 기재된 발명에 따르면; 제 1항에 있어서, 상기 확경수단(50)을 구성하는 승강부재(20)는 내부가 중공된 압입실(21a)이 형성된 실린더(21)가 상부 고정판(26)에 일체로 용접 결합되며, 상부고정판(14)과 실린더(21)의 상부측을 관통하여 압입노즐(24)이 설치되며, 압입실(21a) 내측에서 압입노즐(24)에 의해 주입되는 압에 의해 하강할 수 있는 피스톤(22)으로 구성되어 상기 피스톤(22)의 피스톤로드(23)에 상기 연결커플링(30)을 결합한 것을 특징으로 한다.

본 발명의 기초말뚝 지지력을 강화하는 말뚝부재에 의하면, 말뚝 시공시 말뚝으로부터 돌출 전개되는 스파이크에 의해 주변지반을 확경할 수 있어 말뚝의 선단부와 주면마찰력을 높혀 안정적인 기초 공사와 경제적으로 시공을 할 수 있게 되는 등 그 기대되는 가치가 대단히 우수한 매우 유용한 발명이다.

본 발명은 지반 내측을 긴밀히 침투 삽입하도록 하는 확경수단이 내재된 말뚝부재를 기초공사용 기성말뚝에 소정 간격마다 일체로 연결하여 이루어진 기초말뚝을 구성한 것에 특징이 있다.

이와 같은 구성은 기성말뚝의 정착력을 높힐 수 있고, 기성말뚝으로부터 돌출하며 전개되는 확경수단이 지반을 긴밀히 파고들어 기성말뚝의 선단지지력 및 주면 마찰력을 증대함으로써 말뚝 전체 지지력을 강화할 수 있으며, 구조물로부터 받는 하중을 확경수단에 의해 지반으로 골고루 분산시켜 보다 안정적인 보강기초를 구축할 수 있게 된다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면 도 1 내지 도 5에 의거하여 상세히 설명한다. 한편 각 도면에서 일반적인 기초말뚝에 관한 본 발명에 응용되는 관련 기술로부터 용이하게 알 수 있는 구성과 그에 대한 작용 및 효과에 대한 도시 및 상세한 설명은 간략히 하거나 생략하고 본 발명과 관련된 부분들을 중심으로 도시하였다.

도 1은 본 발명의 일실시예를 보인 분리사시도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 동작상태를 보인 단면사시도이며, 도 3 내지 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 시공상태를 보인 단면도이고, 도 5은 본 발명의 다른 실시예에 따른 시공상태를 보인 단면도를 나타낸 것이다.

본 발명에 의한 말뚝부재(100)는 도 1에 보인바와 같이, 기성말뚝(200)에 부착되는 보강밴드(10)와 상기 보강밴드(10)의 내측부에 설치되는 확경수단(50)으로 구성한다.

상기 보강밴드(10)는 기성말뚝(200)에 용접이나 볼팅체결로 부착되며, 상.하부를 밀폐시키는 상.하부고정판(14,15)이 마련되고, 내.외주연을 관통하여 방사상으로 진출공(11)이 뚫리고, 진출공(11)이 뚫린 내측부에 리브(12)가 일체로 결합된 보강대(13)가 형성된다.

상기 확경수단(50)은 내부가 중공된 압입실(21a)이 형성된 실린더(21)가 상부고정판(26)에 일체로 용접 결합되며, 상부고정판(14)과 실린더(21)의 상부측을 관통하여 압입노즐(24)이 설치된다. 그리고 압입실(21a) 내측에서 압입노즐(24)에 주입되는 압력에 의해 하강할 수 있는 피스톤(22)이 하부측에 피스톤로드(23)를 포함하여 이루어진 승강부재(20)와,

외주연에 진출쐐기(40)를 힌지 결합하는 핀축(31)이 돌출 형성되고 내주연에 요철부(32)가 형성되며, 상기 승강부재(20)의 피스톤로드(23)에 형성된 요입홈(23a)에 요철부(32)를 끼움식으로 회전 자유롭게 조립이 용이하도록 한 쌍으로 분할 형성된 연결커플링(30)과,

일단에 경사면(41)이 형성되며 타단을 연결커플링(30)의 핀축(31)에 핀 결합하여 회전자유롭게 힌지구동하는 진출쐐기(40)로 구성된다.

상기 확경수단(50)은 보강밴드(10)의 상부측을 밀폐시키는 상부고정판(14)에 결합하되 상부고정판(14)에 일체로 고정 결합하는 승강부재(20)가 보강밴드(10) 내부를 향하도록 용접 결합하게 된다. 이때 승강부재(20)에 결합된 하나 이상의 진출쐐기(40)는 보강밴드(10)에 형성된 각 진출공(11)을 향하도록 하되, 진출쐐기(40)의 타단 끝단부가 진출공(11)의 평활면(11a)에 걸쳐지도록 설치하게 된다.

그리고 승강부재(20)로 구성되는 상부고정판(14)과 실린더(21)의 상부측을 관통되게 설치되는 압입노즐(24)의 상단부에는 압입호스(25)를 연장하여 연결하게 된다. 상기 상부고정판(14)에는 하나 이상의 연결공(14a)이 형성되어 각 압입노즐마다 각개의 압입호스(25)를 연결할 수 있도록 하여 기성말뚝(200)과 교대되게 수개소 설치되는 확경수단(50)이 동시에 작동하게 된다.

이와 같은 본 발명에 따른 말뚝부재(100)는 도 2에 보인바와 같이, 실린더(21)와 상부고정판(14)으로 관통 결합되는 압입노즐(24)로 압입호스(25)에 의해 압을 주입시켜 주입되는 압력에 따라 피스톤(22) 및 피스톤로드(23)가 수직하강하며, 상기 피스톤로드(23)의 하부측에 결합한 진출쐐기(40)가 방사상으로 전개하며 지반으로 긴밀하게 정착하게 된다.

상기와 같은 승강부재(20), 연결커플링(30), 진출쐐기(40)의 결합으로 이루어진 확경수단(50)의 시공 및 작동과정을 도 3 내지 도 4에 의해 구체적으로 설명하면,

먼저, 본 발명인 말뚝부재(100)를 연결커플링에 의해 기성말뚝과 서로 교대되게 연결하여 기초말뚝을 구성하게 된다. 이때 각 말뚝부재(100)의 확경수단(50)을 작동하기 위한 실린더(21) 내부에 압력제공을 위해 실린더(21) 및 상부고정판(14)으로 돌출되게 설치되는 압입노즐(24)마다 각개의 압입호스(25)가 연결되게 된다.

상기 말뚝부재(100)와 기성말뚝(200)의 연결 결합에 따른 기초말뚝의 구성이 완료되면, 미리 굴착된 지반 내측으로 밀크를 주입한 후, 상기 기초말뚝을 삽입하여 정착시키게 된다.

여기서 굴착된 지반에 주입된 밀크에 의해 기초말뚝의 삽입시 부력 발생에 따른 말뚝 삽입이 용이하지 못한 것을 해소하기 위해 기초말뚝 보강밴드(10)의 상.하부를 밀폐시키는 상.하부고정판(14,15)에 연결공(14a) 및 관통공(15a)이 형성되어 있으며, 상기 연결공(14a) 및 관통공(15a)은 하나 이상 또는 직경이 넓게 형성되는 되는 것이 바람직하다. 이는 밀크가 연결공(14a) 및 관통공(15a)으로 스며들며 기초말뚝의 내부를 용이하게 채움하기 위한 목적도 있는 것이다.

상기 기초말뚝의 삽입.정착이 완료되면, 승강부재(20)를 구성하는 실린더(21)의 압입실(21a)에 압입호스(25)에 의해 수압 또는 공기압을 주입하게 되면, 주입되는 그 압력에 의해 실린더(21) 내부의 피스톤(22)이 수직하강 작동하게 된 다. 그리고 상기 승강부재(20)의 수직 하강과 동시에 피스톤(22)의 하부측에 일체로 결합된 피스톤로드(23) 역시 하강하게 되고, 이에 상기 피스톤로드(23)의 하부측 외주연에 회전 자유롭게 조립된 연결커플링(30)과 상기 연결커플링(30)의 핀축(31)에 힌지 결합된 진출쐐기(40)가 하강함과 동시에 진출쐐기(40)는 보강밴드(10)의 진출공(11)을 통해 방사상으로 전개되며 지반으로 긴밀히 침투.삽입함으로써 말뚝을 지반내측에 견고하게 정착할 수 있게 된다.

한편, 보강밴드(10)에는 내.외주연을 관통하여 방사상으로 뚫린 진출공 (11)부위에 단면 손실이 일어나게 되는데, 이를 방지할 목적으로 진출공(11)이 뚫린 내측부에는 리브(13)를 포함한 보강대(12)를 형성하여 단면 손실부분을 보강할 수 있게 된다

이와 같은 본 발명에 따른 말뚝부재(100)는 기성말뚝(200)과 교대되도록 하여 기초말뚝으로 구성시 말뚝부재(100)가 소정 간격마다 하나 이상 수개소 일체가 되도록 연결 설치하며 말뚝의 선단부 지지력을 위해 말뚝부재(100)가 선단부에 위치하는 것이 바람직하다. 이를 위해 말뚝부재(100)의 일단과 기성말뚝(200)의 일단을 커플러(300)에 의해 용접 또는 볼트로 체결 결합하게 되며, 이러한 커플러의 연결 구성은 일반적인 것이다.

또한 본 발명에 따른 말뚝부재(100)와 연결하여 사용되는 기성말뚝(200)은 금속 소재의 강관 외에도 콘크리트 재질의 PC, PHC 파일을 사용할 수 있다. 또 사용되는 기성말뚝에는 중공부가 형성되어 있는 것이 바람직하다.

본 발명을 이용한 시공상에 있어서, 연약지반상에 시공시나 굴착이 없이 말 뚝을 지면에 바로 삽입하는 항타 시공시 기초말뚝의 주면지반을 그라우트(G)로 개량하여 그 면적을 보다 넓게 확보하면서 말뚝의 주면마찰력을 극대화할 수 있는 구성으로 변형실시 가능한 것으로,

도 5에 보인바와 같이 내.외주연을 관통하는 통공(201)을 기성말뚝(200)으로 형성하여 기성말뚝(200)과 말뚝부재(100)의 결합으로 이루어진 기초말뚝을 지반내측으로 시공한 뒤, 말뚝부재(100)로부터 확경수단(50)이 지반으로 전개되어 기초말뚝의 정착이 완료되면,

기성말뚝(200)과 말뚝부재(100)의 조립과정에서 미리 설치한 그라우트주입호스(H)로 그라우트(G)를 주입하여 기성말뚝(200)으로 관통 형성된 통공(201)에 의해 그라우트(G)가 말뚝 외부 지반으로 긴밀히 분사되며 지반으로 스며든 그라우트(G)가 주변지반과 함께 고결되면서 말뚝 주변지반의 지지력까지 강화할 수 있음으로써, 말뚝 시공시 주변지반의 이완현상을 최소화하고, 지반내에 함유된 지하수를 차단할 수 있는 보다 효과적인 기초 말뚝시공을 제공할 수 있다. 이는 붕괴우려가 심한 연약지반상의 시공시 시공되는 말뚝 주변 지반을 개량하여 기초보강 구조를 보다 강화시킬 수 있는 것이다.

상술한 바와 같은, 본 발명의 실시예에 따른 말뚝부재를 상기한 설명 및 도면에 따라 도시하였지만, 이는 예를 들어 설명한 것에 불과하며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능하다는 것을 이 분야의 통상적인 기술자들은 잘 이해할 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 일실시예를 보인 분리사시도

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 동작상태를 보인 단면사시도

도 3 내지 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 시공상태를 보인 단면도

도 5은 본 발명의 다른 실시예에 따른 시공상태를 보인 단면도

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

300 : 커플러 200 : 기성말뚝 100 : 말뚝부재

10 : 보강밴드 11 : 진출공 12 : 리브 13 : 보강대 14 : 상부고정판 15 : 하부고정판

20 : 승강부재 21 : 실린더 22 : 피스톤 23 : 피스톤로드

24 : 압입노즐 25 : 압입호스

30 : 연결커플링 31 : 핀축 32 : 요철부

40 ; 진출쐐기 41 : 경사면

50 : 확경수단

Claims (2)

1. 기성말뚝(200)과 연결커플링(300)에 의해 교대되도록 연결되며 내.외주연을 관통하여 방사상으로 진출공(11)이 뚫린 보강밴드(10)와;

   상기 보강밴드(10)의 내부에서 방사상으로 전개되어 지반으로 긴밀히 삽입 침투할 수 있는 확경수단(50)으로 이루어진 말뚝부재에 있어서,

   상기 확경수단(50)은 주입되는 압력에 의해 피스톤(22)이 하강 동작하여 진출쐐기(40)를 방사상으로 전개시키는 승강부재(20)와,

   외주연에 하나 이상의 진출쐐기(40)가 힌지 결합되고, 상기 승강부재(20) 의 피스톤(22)에 결합되는 연결커플링(30)으로 구성된 것을 특징으로 하는 기초말뚝 지지력을 강화하는 말뚝부재.
2. 제 1항에 있어서, 상기 확경수단(50)을 구성하는 승강부재(20)는 내부가 중공된 압입실(21a)이 형성된 실린더(21)가 상부고정판(26)에 일체로 용접 결합되며, 상부고정판(14)과 실린더(21)의 상부측을 관통하여 압입노즐(24)이 설치되며, 압입실(21a) 내측에서 압입노즐(24)에 의해 주입되는 압에 의해 하강할 수 있는 피스톤(22)으로 구성되어 상기 피스톤(22)의 피스톤로드(23)에 상기 연결커플링(30)을 결합한 것을 특징으로 하는 기초말뚝 지지력을 강화하는 말뚝부재.

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