KR20120013668A - 주면마찰력이 강화된 말뚝 및 그 시공방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 주면마찰력이 강화된 말뚝 및 그 시공방법에 관한 것으로서, 중공의 관 형태를 가지는 파일몸체, 상기 파일몸체에 형성되어 상기 파일몸체의 외면과 지반 사이의 마찰력을 강화하는 주면마찰력 보강부 및 상기 파일몸체의 내부에 삽입되되 상기 파일몸체 내부에서 분리 가능하며 상기 파일몸체의 항타 방향과 교차하는 방향으로 상기 주면마찰력 보강부를 밀어내는 푸쉬부재를 포함하여, 말뚝의 주면과 지반 사이에 걸리는 주면마찰력을 최대화할 수 있다.

Description

주면마찰력이 강화된 말뚝 및 그 시공방법{PILE WITH IMPROVED SKIN FRICTION AND CONSTRUCTING METHOD THEREOF}
본 발명은 주면마찰력을 강화한 말뚝 및 그 시공방법에 관한 것으로, 보다 자세하게는 지반과 직접 접촉하는 파일몸체의 외면에서 지반을 향해 돌출된 부재를 구비하여 추가적인 마찰저항력을 가지게 되는 말뚝 및 그 시공방법을 제공한다.
연약지반에 건물 또는 구조물을 건축할 때, 그 중량을 지지하기 위하여 지반에 다수의 말뚝(파일, pile)을 박고, 그 위에 건물 또는 구조물을 짓는다. 통상적으로는 지반에 말뚝을 박을 때, 말뚝의 끝이 암반에 닿을 때까지 말뚝을 계속 연결하여 박아, 말뚝 위에 가해지는 모든 하중을 말뚝의 끝단에서 암반에 지지되도록 박는 것이 일반적이다.
그러나, 암반이 지하 수십 미터 아래에 존재하여 암반까지 말뚝을 박을 수 없는 경우 또는 지지해야 할 하중, 즉 재하력이 그다지 크지 않은 경우에는 말뚝의 표면 내지 주면과 지반의 주면마찰력이 건물 등의 하중을 지지하는데 충분한 개수의 파일을 박고 그 위에 건물 또는 구조물을 건축한다. 이러한 용도의 말뚝을 통상적으로 마찰말뚝 또는 마찰파일이라고 한다.
마찰말뚝은 말뚝의 주면과 지반과의 주면마찰력으로 그 위에 작용하는 모든 하중을 지지하므로, 말뚝의 주면마찰력을 크게 하면 박아야 하는 말뚝의 개수를 줄일 수 있어서, 말뚝 비용을 절감하고 공사기간을 줄일 수 있다.
이와 같이, 말뚝 기초는 말뚝 최하단의 선단지지력과 원통형 말뚝의 표면에 의한 주면마찰력에 의하여 상재하중에 대한 저항력을 가지게 된다. 하지만, 대부분의 말뚝 기초는 선단지지력과 주면마찰력 중에서 선단지지력이 더 큰 저항력을 가지는 것이 일반적이다. 왜냐하면, 말뚝의 항타 용이성을 높이기 위해 말뚝과 지반 사이의 주면마찰력을 최소화 시킬 수 있는 형상을 가지기 때문이다. 즉, 주면마찰력을 크게 하면 할수록 말뚝의 항타성이 저하되기 때문에 주면마찰력 보다는 선단지지력을 크게 하는 형상을 채용하고 있다.
종래의 말뚝 중 주면마찰력을 크게 하기 위해 말뚝의 외주에 두꺼운 종이로 된 시트를 연결한 보호재킷을 사용하는 말뚝이 있는데, 이는 말뚝의 항타 과정에서 보호재킷이 파손되어 주면마찰력을 많이 증대시킬 수 없는 문제점이 있다.
또한, 말뚝의 하부외주에 나선날개를 설치한 말뚝이 제안되었으나, 이는 타설시 나선이 항타를 방해하고 주면마찰력을 상승시켜주는 전단보강력이 나선에 의해 반감되는 문제점이 있다.
본 발명은 말뚝의 외부 표면과 지반 사이의 주면마찰력을 증대시킬 수 있는 말뚝을 제공한다.
본 발명은 주면마찰력을 증강용 전단보강 구조를 구비한 말뚝을 제공한다.
본 발명은 말뚝의 항타성을 용이하게 하면서도 주면마찰력을 증대시킬 수 있는 말뚝을 제공한다.
본 발명은 재활용이 가능한 부재를 사용하여 말뚝의 주면마찰력을 증대시킬 수 있는 말뚝을 제공한다.
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 주면마찰력이 강화된 말뚝은, 중공의 관 형태를 가지는 파일몸체; 상기 파일몸체에 형성되어, 상기 파일몸체의 외면과 지반 사이의 마찰력을 강화하는 주면마찰력 보강부; 및 상기 파일몸체의 내부에 삽입되되 상기 파일몸체 내부에서 분리 가능하며, 상기 파일몸체의 항타 방향과 교차하는 방향으로 상기 주면마찰력 보강부를 밀어내는 푸쉬부재;를 포함한다.
상기와 같이 파일몸체에서 푸쉬부재를 분리할 수 있기 때문에 파일몸체가 지반에 완전히 항타된 후에는 푸쉬부재를 파일몸체에서 분리하여 다른 파일몸체를 항타할 때 사용할 수 있다. 이로 인해 말뚝을 박을 때 필요한 부품수를 줄일 수 있고 생산원가를 절감할 수 있다.
상기 주면마찰력 보강부는, 상기 파일몸체에 형성된 스터드 장착홀; 및 상기 스터드 장착홀에 회전 가능하게 설치되며, 상기 푸쉬부재에 의해 상기 스터드 장착홀에서 회전하여 상기 파일몸체 외부로 돌출되는 전단 스터드;를 포함할 수 있다.
상기 주면마찰력 보강부는 상기 스터드 장착홀의 가장자리와 상기 전단 스터드를 연결하고 상기 전단 스터드의 최대 펼침 각도를 제한하는 와이어을 더 포함하며, 상기 와이어에 인장저항이 발생하며 상기 전단 스터드에 압축저항이 발생할 수 있다.
상기 와이어는 상기 전단 스터드의 최대 펼침 각도를 제한하고, 상기 와이어에 인장저항이 발생하며 상기 전단 스터드에 압축저항이 발생할 수 있다. 와이어를 이용하여 전단 스터드의 펼침각도를 제한함으로써 안정적인 부정정 보강 트러스 구조 또는 브라켓 저항 구조를 만들 수 있으며 전단 스터드의 전단 저항력을 극대화시킬 수 있다.
상기 와이어는 인장저항 강선을 사용하며, 상기 전단 스터드가 최대로 펼쳐진 경우 상기 와이어와 상기 전단 스터드 사이의 각도는 40도 내지 50도를 이루도록 형성될 수 있다. 이 때, 상기 와이어와 상기 전단 스터드 사이의 시공시 각도는 50도 정도가 되게 하고, 시공 후에는 추가적인 인장변형이 발생하여 45도 정도를 이루는 것이 바람직하다.
상기 전단 스터드의 일단에는 상기 스터드 장착홀과 상기 전단 스터드를 회전 가능하게 연결하는 힌지핀이 장착되는 핀장착홈이 형성되고, 상기 전단 스터드의 타단에는 상기 파일몸체의 외부를 향해 형성된 경사면이 구비될 수 있다. 경사면을 형성함으로써, 상기 전단 스터드가 지반에 원활하게 박힐 수 있다.
상기 스터드 장착홀 및 상기 전단 스터드는 상기 파일몸체의 길이 방향 또는 원주 방향을 따라 일정한 간격으로 형성되며, 상기 전단 스터드에는 상기 푸쉬부재와 상기 전단 스터드의 접촉을 보장하기 위한 가이드 홈이 형성될 수 있다. 이와 같이, 전단 스터드의 표면에 가이드 홈을 형성함으로써, 상기 푸쉬부재에 의해 상기 전단 스터드가 펼쳐지는 과정에서 상기 푸쉬부재가 상기 전단 스터드에서 미끄러지거나 잘 접촉되지 않는 것을 방지할 수 있다.
상기 가이드 홈은 상기 전단 스터드의 길이 방향을 따라 깊이가 증가하도록 형성될 수 있다.
상기 푸쉬부재는, 상기 파일몸체의 내부에 삽입되며, 소정의 길이를 가지는 기둥 형상의 지지로드; 및 일단은 상기 지지로드의 외면에 회전 가능하게 연결되며, 타단은 상기 전단 스터드의 가이드 홈에 접촉되어 상기 전단 스터드를 상기 파일몸체의 외부로 밀어내는 푸쉬바;를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 푸쉬바는 상기 지지로드의 진행 방향의 반대 방향으로 회전하면서 상기 전단 스터드를 밀어낼 수 있다. 이와 같이, 회전 가능한 푸쉬바를 구비함으로써, 상기 푸쉬부재를 상기 파일몸체에서 분리할 때는 상기 푸쉬바와 상기 전단 스터드 사이에 접촉이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
상기 지지로드에 연결된 상기 푸쉬바의 일단에는 상기 푸쉬바의 회전범위를 제한하는 스토퍼가 형성되며, 상기 가이드 홈과 접촉하는 상기 푸쉬바의 타단은 상기 가이드 홈의 하단을 밀어서 상기 전단 스터드를 상기 파일몸체의 외부로 펼칠 수 있다. 이와 같이 푸쉬바의 회전 각도를 제한하는 스토퍼를 형성함으로써, 상기 푸쉬바와 상기 전단 스터드의 접촉시 발생하는 힘을 최대한 유지할 수 있다.
상기 파일몸체의 내부를 향하는 상기 전단 스터드의 일면에는 상기 푸쉬부재와의 접촉을 위한 접촉면이 상기 전단 스터드의 길이방향을 따라 경사지게 형성되며, 상기 접촉면은 상기 전단 스터드의 길이방향을 따라 아래로 갈수록 상기 파일몸체의 내부 중심으로 근접하도록 형성될 수 있다.
또한, 상기 푸쉬부재는, 상기 파일몸체의 내부에 삽입되며, 소정의 길이를 가지는 기둥 형상의 지지로드; 및 일단은 상기 지지로드의 외면에 돌출 형성되며, 상기 접촉면과 접촉하여 상기 전단 스터드를 상기 파일몸체의 외부로 펼치는 푸쉬돌기;를 포함할 수도 있다.
이 때, 상기 푸쉬돌기의 최대 돌출 지점은 상기 접촉면의 최고점 보다 상기 파일몸체의 내면에 근접하도록 형성될 수 있다.
한편, 발명의 다른 분야에 의하면 본 발명은 상기한 과제를 해결하기 위해, 상기 파일몸체를 지반에 대해 소정 깊이 만큼 항타하는 단계; 상기 푸쉬부재를 항타하여 상기 주면마찰력 보강부의 상기 전단 스터드를 지반을 향해 펼치는 단계; 상기 파일몸체를 추가로 항타하는 단계; 및 상기 푸쉬부재를 상기 파일몸체에서 분리하는 단계;를 포함하는 말뚝의 시공방법을 제공할 수 있다.
상기 파일몸체를 지반에 대해 소정 깊이 만큼 항타하는 단계는 상기 파일몸체와 상기 푸쉬부재를 함께 항타할 수 있다.
상기 푸쉬부재를 항타하여 상기 주면마찰력 보강부의 상기 전단 스터드를 지반을 향해 펼치는 단계는 상기 파일몸체가 소정 깊이 만큼 항타된 상태에서 상기 푸쉬부재만 소정 깊이 만큼 추가적으로 항타할 수 있다.
상기 파일몸체를 추가로 항타하는 단계는 상기 전단 스터드가 상기 푸쉬부재에 의해 어느 정도 펼쳐진 상태에서 상기 전단 스터드와 지반 사이의 저항력에 의해 상기 전단 스터드가 최대한 펼쳐질 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 주면마찰력이 강화된 말뚝 및 시공방법은 말뚝의 주면 내지 표면과 지반 사이의 마찰력을 최대화할 수 있으며, 주면마찰력을 강화시키는 부재가 말뚝의 항타 과정을 방해하는 것을 방지할 수 있다.
본 발명에 따른 말뚝 및 시공방법은 전단 스터드를 밀어내는 푸쉬부재를 재활용할 수 있기 때문에 말뚝의 시공에 필요한 부품을 줄일 수 있고 시공비용 및 시공기간을 줄일 수 있다.
본 발명에 따른 말뚝 및 시공방법은 와이어에 의해 전단 스터드의 최대 펼침 각도를 제한하기 때문에 전단 스터드의 전단 저항력을 극대화할 수 있다.
본 발명에 따른 말뚝 및 시공방법은 말뚝의 주면마찰력을 증대시키기 때문에 시공에 필요한 말뚝의 개수를 50% 이상 절감할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 주면마찰력이 강화된 말뚝을 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1의 절단선 "Ⅱ-Ⅱ"에 따른 단면도이다.
도 3은 도 1에 따른 말뚝에 사용되는 전단 스터드를 도시한 도면이다.
도 4는 도 1에 따른 말뚝의 파일몸체의 일부를 도시한 사시도이다.
도 5는 도 1에 따른 말뚝의 푸쉬부재를 도시한 분해 사시도이다.
도 6은 도 1에 따른 말뚝의 시공 단계를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 주면마찰력이 강화된 말뚝을 도시한 종단면도이다.
도 8은 도 7에 따른 말뚝에 사용되는 전단 스터드를 도시한 사시도이다.
도 9는 도 7에 따른 말뚝에 사용되는 푸쉬부재를 도시한 사시도이다.
도 10은 도 7에 따른 말뚝의 시공 단계를 도시한 도면이다.
이하에서, 본 발명에 따른 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 주면마찰력이 강화된 말뚝을 도시한 사시도, 도 2는 도 1의 절단선 "Ⅱ-Ⅱ"에 따른 단면도, 도 3은 도 1에 따른 말뚝에 사용되는 전단 스터드를 도시한 도면, 도 4는 도 1에 따른 말뚝의 파일몸체의 일부를 도시한 사시도, 도 5는 도 1에 따른 말뚝의 푸쉬부재를 도시한 분해 사시도, 도 6은 도 1에 따른 말뚝의 시공 단계를 도시한 도면, 도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 주면마찰력이 강화된 말뚝을 도시한 종단면도, 도 8은 도 7에 따른 말뚝에 사용되는 전단 스터드를 도시한 사시도, 도 9는 도 7에 따른 말뚝에 사용되는 푸쉬부재를 도시한 사시도, 도 10은 도 7에 따른 말뚝의 시공 단계를 도시한 도면이다.
도 1 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 주면마찰력이 강화된 말뚝(100)은 중공의 관 형태를 가지는 파일몸체(110), 파일몸체(110)에 형성되며 파일몸체(110)의 외면과 지반(G) 사이의 마찰력을 강화하는 주면마찰력 보강부 및 파일몸체(110)의 내부에 삽입되되 파일몸체(110) 내부에서 분리 가능하며 파일몸체(110)의 항타 방향(HD)과 교차하는 방향으로 상기 주면마찰력 보강부를 밀어내는 푸쉬부재(130)를 포함할 수 있다.
상기와 같이 파일몸체(110)에서 푸쉬부재(130)를 분리할 수 있기 때문에 파일몸체(110)가 지반(G)에 완전히 항타된 후에는 푸쉬부재(130)를 파일몸체(110)에서 분리하여 다른 파일몸체를 항타할 때 사용할 수 있다. 이로 인해 말뚝을 박을 때 필요한 부품수를 줄일 수 있고 생산원가를 절감할 수 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 말뚝(100)은 내부가 빈 중공의 관(pipe) 형상을 가지고 소정을 길이를 가지며 지반(G)에 박히게 되는 파일몸체(110)를 포함할 수 있다. 파일몸체(110)를 실질적으로 항타작업이 이루어지는 파일이며, 횡방향 단면 형상이 원형인 것이 도시되어 있으며 횡방향 단면 모양은 다양하게 구현될 수 있다. 파일몸체(110)의 내부 공간에는 푸쉬부재(130)가 삽입될 수 있고, 푸쉬부재(130)는 항타작업이 완료된 후에는 파일몸체(110)에서 빼낼 수 있다. 즉, 푸쉬부재(130)는 파일몸체(110)의 항타 완료 후 재사용이 가능한 내부 시공용 보조말뚝이라고 할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 말뚝(100)은 파일몸체(110)의 외면과 지반(G) 사이에 발생하는 주면마찰력을 강화하기 위한 주면마찰력 보강부를 구비하고 있다. 상기 주면마찰력 보강부는 파일몸체(110)에 형성된 스터드 장착홀(152), 스터드 장착홀(152)에 회전 가능하게 설치되며 푸쉬부재(130)에 의해 스터드 장착홀(152)에서 회전하여 파일몸체(110) 외부로 돌출되는 전단 스터드(160) 및 스터드 장착홀(152)의 가장자리와 전단 스터드(160)를 연결하는 와이어(153)를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 주면마찰력 보강부는 파일몸체(110)의 길이 방향을 따라 소정 간격으로 다수개 형성될 수 있다. 또한, 파일몸체(110)의 원주 방향을 따라서도 소정 간격으로 다수개 형성될 수 있다. 이 때, 파일몸체(110)를 위에서 바라볼 경우 상기 주면마찰력 보강부는 파일몸체(110)의 중심에 대해 대칭 또는 비대칭 형태로 형성될 수 있다.
스터드 장착홀(152)은 파일몸체(110)를 관통하는 형태로 형성되며, 그 상단에는 스터드 장착홀(152)과 전단 스터드(160)를 회전 가능하게 연결하는 힌지핀(151)이 형성될 수 있다. 스터드 장착홀(152)의 하단 양측에는 전단 스터드(160)의 하단과 연결되는 와이어(153)가 고정될 수 있다.
여기서, 와이어(153)는 파일몸체(110)가 지반(G)에 완전히 박혔을 때 전단 스터드(160)가 펼쳐지는 최대 펼침 각도를 제한할 수 있다. 이와 같이 와이어(153)를 이용하여 전단 스터드(160)의 펼침 각도를 제한함으로써, 전단 스터드(160)의 지지력을 극대화시킬 수 있다. 만약, 전단 스터드(160)의 펼침 각도를 제한할 수 있는 와이어(153)가 없는 경우에는 파일몸체(110)가 항타됨에 따라 전단 스터드(160)가 항타방향(HD)과 반대 방향으로 완전히 젖혀질 수 있는데, 이 경우에는 지반(G)과 전단 스터드(160) 사이에 걸리는 전단 저항력이 증가하지 않게 된다. 따라서, 지반(G)과 전단 스터드(160) 사이에 걸리는 전단 저항력을 크게 하여 주면마찰력을 키우기 위해서는 전단 스터드(160)의 펼침 각도를 제한해야 한다.
이와 같이, 와이어(153)를 이용하여 전단 스터드(160)의 펼침각도를 제한함으로써 전단 스터드(160), 파일몸체(110) 및 와이어(153)의 관계에서 안정적인 삼각형 저항구조를 만들 수 있으며 전단 스터드(110)의 전단 저항력을 극대화시킬 수 있다.
와이어(153)는 전단 스터드(160)가 최대로 펼쳐진 경우 스터드 장착홀(152)에서 전단 스터드(160)의 길이방향 중심을 기준으로 전단 스터드(160)가 어느 일측으로 회전하는 것을 방지하기 위해 전단 스터드(160)의 폭 방향으로 2개 형성될 수 있다. 도 1을 참조하면, 와이어(153)가 스터드 장착홀(152)의 하단 가장자리 양측에 연결되어 있음을 알 수 있다. 이와 같이, 전단 스터드(160)의 폭 방향 양측에 와이어(153)를 연결함으로써 전단 스터드(160)가 펴지는 과정에서 와이어(153)에 걸리는 장력에 의해 전단 스터드(160)가 와이어(153) 쪽으로 회전하거나 움직이는 것을 방지할 수 있다. 즉, 전단 스터드(160)의 폭 방향 양측에 와이어를 연결함으로써 전단 스터드가 펼쳐지는 과정에서 전단 스터드가 불필요한 방향으로 회전하는 것을 방지할 수 있다.
한편, 와이어(153)로는 인장저항 강선을 사용하며, 파일몸체(110)의 항타시 발생하는 지반(G)과 전단 스터드(160) 사이의 저항력에 의해 전단 스터드(160)가 최대로 펼쳐진 경우, 와이어(153)와 전단 스터드(160) 사이의 각도(도 6 (c)의 θ 참조)는 40도 내지 50도를 이루도록 형성될 수 있다. 와이어(153)와 전단 스터드(160) 사이의 각도(θ)는 상부구조물의 자중과 하중에 저항하고 지반구조의 변형이 완료된 최종시점에 45도가 되는 것이 바람직하다. 그러므로, 시공시에는 상부구조물의 하중크기 및 지반 특성을 고려한 정밀계산의 검토 후 와이어(153)와 전단 스터드(160) 사이의 각도(θ)가 50도 정도가 되도록 시공하고, 시공 후 와이어(153)에 추가적인 인장 변형이 발생하고 이에 의하여 와이어(153)와 전단 스터드(160) 사이의 각도(θ)가 45도 정도가 될 수 있다.
이와 같이, 시공 후 와이어(153)와 전단 스터드(160) 사이의 각도(θ)가 45도가 되면, 전단 스터드(160), 파일몸체(110) 및 와이어(153)의 관계에서 안정적인 삼각형 저항구조를 만들 수 있으며 전단 스터드(110)의 전단 저항력을 극대화시킬 수 있다. 즉, 와이어(153)에는 인장저항이 발생하고 전단 스터드(160)에는 압축저항이 발생하여, 안정적인 부정정 보강 트러스 구조 또는 브라켓 저항 구조를 이룰 수 있다.
전단 스터드(160)의 상단에는 스터드 장착홀(152)과 전단 스터드(160)를 회전 가능하게 연결하는 힌지핀(151)이 장착되는 핀장착홈(161)이 형성되고, 전단 스터드(160)의 하단에는 파일몸체(110)의 외부를 향해 형성된 경사면(162)이 구비될 수 있다. 경사면(162)은 도 3에 도시된 바와 같이, 파일몸체(110)의 외측을 향하여 형성되며, 파일몸체(110)의 외부에서부터 내부를 향하여 하향 경사지도록 형성될 수 있다. 이러한 형태의 경사면(162)을 형성함으로써 전단 스터드(160)가 지반에 박힐 때 보다 원활하게 박힐 수 있다.
또한, 전단 스터드(160)의 하단 폭 방향 양측에는 와이어(153)를 연결하기 위한 와이어 연결공(165)이 형성될 수 있다.
한편, 전단 스터드(160)의 내측 즉, 파일몸체(110)의 내부를 향하는 일면에는 푸쉬부재(130)와 전단 스터드(160)의 접촉이 확실히 될 수 있도록 하기 위한 가이드 홈(163)이 형성될 수 있다. 이와 같이, 전단 스터드(160)의 표면에 가이드 홈(163)을 형성함으로써, 푸쉬부재(130)에 의해 전단 스터드(160)가 펼쳐지는 과정에서 푸쉬부재(130)가 전단 스터드(160)에서 미끄러지거나 잘 접촉되지 않는 것을 방지할 수 있다.
도 3을 참조하면, 가이드 홀(163)은 전단 스터드(160)의 길이 방향을 따라 상부에서 하부로 갈수록 깊이가 증가하는 형태를 가질 수 있다. 도 3의 (c)에 도시된 바와 같이, 전단 스터드(160)의 상부에서 하부로 향할수록 가이드 홈(163)의 깊이가 증가하는 형태를 가진다. 후술할 푸쉬부재(130)의 푸쉬바(132)의 하단은 가이드 홈(163)의 경사진 측면과 접촉하면서 전단 스터드(160)를 파일몸체(110)의 외부로 밀어낼 수 있다. 가이드 홈(163)의 하단(164)은 푸쉬바(132)의 끝단에 의해 밀리면서 전단 스터드(160)를 파일몸체(110) 외부로 더 많이 밀어낼 수 있다. 전단 스터드(160)의 상단은 전단 스터드(160)가 회전할 때 스터드 장착홀(152)의 상부에 걸리는 것을 방지하기 위해 둥근 형태로 형성되는 것이 바람직하다.
한편, 푸쉬부재(130)는 파일몸체(110)의 내부에 삽입되며 파일몸체(110)와 대략 동일한 소정의 길이를 가지는 기둥 형상의 지지로드(131) 및 일단은 지지로드(131)의 외면에 회전 가능하게 연결되며 타단은 전단 스터드(160)의 가이드 홈(163)에 접촉되어 전단 스터드(160)를 파일몸체(110)의 외부로 밀어내는 푸쉬바(132)를 포함할 수 있다.
지지로드(131)는 항타가 가능할 정도의 강도를 가지며, 푸쉬바(132)는 전단 스터드(160)와 동일한 개수로 형성된다.
여기서, 푸쉬바(132)는 지지로드(131)의 진행 방향(즉, 항타방향)의 반대 방향으로 회전하면서 전단 스터드(160)를 파일몸체(110)의 외부로 밀어낼 수 있다. 지지로드(131)를 하방향으로 항타하면, 전단 스터드(160)와 일단이 접촉하게 되는 푸쉬바(132)는 점점 펴지면서 전단 스터드(160)를 밀어내게 되는데, 이 때 푸쉬바(132)는 지지로드(131)에서 점점 멀어지는 방향으로 회전하면서 전단 스터드(160)를 밀어내게 된다.
이와 같이, 회전 가능한 푸쉬바(132)를 구비함으로써, 푸쉬부재(130)를 파일몸체(110)에서 분리하거나 빼낼 때는 푸쉬바(132)와 전단 스터드(160) 사이에 접촉이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 즉, 파일몸체(110)의 항타가 완료되어 전단 스터드(160)가 지반(G)에 완전히 박힌 후, 지지로드(131)를 파일몸체(110)에서 빼낼 때 전단 스터드(160) 또는 파일몸체(110)의 내면, 스터드 장착홀(152) 등에 푸쉬바(132)의 하단이 걸리면 지지로드(131)를 쉽게 빼낼 수 없는데, 푸쉬바(132)가 회전 가능한 구조를 가지기 때문에 푸쉬바(132)가 주변 구조물에 걸리는 경우에도 큰 저항 없이 지지로드(131)를 빼낼 수 있다.
한편, 도 5에 도시된 바와 같이, 푸쉬바(132)의 일단에는 푸쉬바의 회전범위를 제한하는 스토퍼(133)가 형성될 수 있다. 지지로드(131)에 연결되는 푸쉬바(132)의 일단에는 지지로드(131)와의 연결을 위한 핀삽입공(135)이 형성되며 핀삽입공(135)의 일측에는 푸쉬바(132)을 끝에서 외측으로 더 돌출된 스토퍼(133)가 형성될 수 있다. 푸쉬바(132)가 회전함에 따라 스토퍼(133)는 푸쉬바(132)의 회전각도를 제한하는데, 스토퍼(133)가 지지로드(131)의 외면에 걸리면 그 이상 푸쉬바(132)가 회전할 수 없다. 스토퍼(133)에 의해서 더 이상의 회전이 제한된 상태에서 푸쉬바(132)의 하단은 가이드 홈(163)의 하단(164)을 강하게 밀 수 있고, 그 결과 전단 스터드(160)를 파일몸체(110) 외부로 밀어낼 수 있다.
지지로드(131)의 외면에는 푸쉬바(132)와의 연결을 위한 연결리브(136)가 양측에 형성되며, 연결리브(136)에는 푸쉬바(132)의 핀삽입공(135)과 연통되는 핀삽입공(137)이 형성될 수 있다.
이와 같이, 가이드 홈(163)과 접촉하는 푸쉬바(132)의 하단은 가이드 홈(163)의 하단(164)을 밀어서 전단 스터드(160)를 파일몸체(110)의 외부로 펼칠 수 있고, 푸쉬바(132)의 회전 각도를 제한하는 스토퍼(133)를 형성함으로써 푸쉬바(132)와 전단 스터드(160)의 접촉시 발생하는 힘을 최대한 유지할 수 있다.
이하에서는 도 6을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 말뚝(100)의 시공방법에 대해서 설명한다.
도 6의 (a)를 참조하면, 우선 파일몸체(110)를 지반(G)에 대해 소정 깊이 만큼 항타하는 단계를 수행한다. 이 때, 파일몸체(110)를 지반(G)에 대해 소정 깊이 만큼 항타하는 단계는 파일몸체(110)와 푸쉬부재(130)를 함께 항타한다. 이와 같이, 파일몸체(110)와 푸쉬부재(130)를 함께 항타하면 파일몸체(110)와 푸쉬부재(130)의 상대 위치가 동일하게 유지될 수 있으므로 전단 스터드(160)가 파일몸체(110) 밖으로 밀려나오지 않는다. 여기서, 파일몸체(110) 및 푸쉬부재(130)는 말뚝(100)이 박혀야 하는 최종 깊이의 20cm 전까지 항타되는 것이 바람직하다.
그 다음에는 도 6의 (b)에 도시된 바와 같이 푸쉬부재(130)를 항타하여 상기 주면마찰력 보강부의 전단 스터드(160)가 지반(G) 내부로 펼쳐지게 하는 단계를 수행한다. 푸쉬부재(130)를 항타하여 상기 주면마찰력 보강부의 전단 스터드(160)를 지반을 향해 펼치는 단계는 파일몸체(110)가 소정 깊이 만큼 항타된 상태에서 푸쉬부재(130)만 소정 깊이 만큼 추가적으로 항타할 수 있다. 즉, 파일몸체(110)가 도 6의 (a)처럼 소정 깊이 항타된 상태에서 푸쉬부재(130)의 지지로드(131)를 5cm 내지 10cm 정도 추가로 항타를 하면, 지지로드(131)가 하방향으로 박히면서 푸쉬바(132)의 하단이 가이드 홈(163)의 하단(164)을 밀어서 전단 스터드(160)가 파일몸체(110) 밖으로 돌출되게 한다.
이 상태에서 도 6의 (c)와 같이 파일몸체(110)를 추가로 항타하는 단계를 수행한다. 전단 스터드(160)가 어느 정도 펼쳐진 상태에서 파일몸체(110)를 추가로 항타하는 단계는 전단 스터드(160)가 푸쉬부재(130)의 푸쉬바(132)에 의해 어느 정도 펼쳐진 상태에서 파일몸체(110)를 5cm 내지 10cm 정도 더 항타하게 되면 전단 스터드(160)와 지반(G) 사이의 저항력에 의해 전단 스터드(160)가 회전하면서 최대한 펼쳐질 수 있다. 이 때, 전단 스터드(160)가 최대한 펼쳐지면 전단 스터드(160)의 하단이 와이어(153)에 의해 당겨지기 때문에 전단 스터드(160)는 파일몸체(110)에 대해서 대략 90도가 되는 위치까지 펼쳐질 수 있다. 이처럼 와이어(153)가 전단 스터드(160)가 더 펼쳐지지 못하도록 당기기 때문에 전단 스터드(160)에 걸리는 전단 저항력이 증가하고 결과적으로 파일몸체(110)의 외면에 걸리는 주면마찰력도 증가할 수 있다.
마지막으로 파일몸체(110)의 항타가 끝나고 전단 스터드(160)가 최대한 펼쳐지면, 푸쉬부재(130)를 파일몸체(110)에서 분리하는 단계를 수행한다. 이처럼, 푸쉬부재(130)를 파일몸체(110)에서 빼낼 수 있기 때문에, 하나의 푸쉬부재(130)를 여러 개의 파일몸체(110) 항타에 사용할 수 있다. 푸쉬부재(130)를 빼낼 때에는 푸쉬바(132)는 지지로드(131) 쪽으로 접히게 된다.
도 1 내지 도 6에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 말뚝(100)은 주변 지반(G)이 점토 등으로 이루어져서 강성이 작은 경우에 사용할 수 있다.
이하에서는 도면을 참조하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 말뚝(200)을 설명한다. 도 7 내지 도 10에는 본 발명의 다른 실시예에 따른 말뚝(200) 및 그 시공방법이 도시되어 있다.
도 7 내지 도 10을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 말뚝(200)은 파일몸체(210) 및 그 내부에 삽입되고 항타작업이 완료되면 파일몸체(210) 내부에서 빼낼 수 있는 푸쉬부재(230)를 포함하여 구성될 수 있다.
파일몸체(210)에는 그 길이방향 또는 원주방향으로 다수개의 스터드 장착홀(252)이 형성될 수 있다. 파일몸체(210)는 도 1 내지 도 5에 도시된 파일몸체(110)에 유사하므로 반복적인 설명은 생략한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 말뚝(200)는 앞서 설명한 일 실시예에 따른 말뚝(100)과 비교할 때, 전단 스터드(260) 및 푸쉬부재(230)의 형상에 차이가 있는 바, 이하에서는 차이점을 중심으로 설명한다.
파일몸체(210)의 내부를 향하는 전단 스터드(260)의 일면에는 푸쉬부재(230)와의 접촉을 위한 접촉면(261)이 형성될 수 있다. 접촉면(261)은 전단 스터드(260)의 길이방향을 따라 상부에서 하부로 갈수록 경사지게 형성되며, 전단 스터드(260)의 길이방향을 따라 아래로 갈수록 파일몸체(210)의 내부 중심으로 근접하도록 형성될 수 있다. 즉, 도 7을 참조하면, 전단 스터드(260)의 접촉면(261)은 그 상단 보다 하단이 푸쉬부재(230)와 가까이 형성됨을 알 수 있다. 이와 같이 접촉면(261)을 형성함으로써 푸쉬부재(230)와 전단 스터드(260) 사이에 면접촉이 발생할 수 있고 이러한 면접촉에 의해서 전단 스터드(260)가 파일몸체(210)의 외부로 펼쳐질 수 있다.
또한, 도 8을 참조하면, 전단 스터드(260)의 접촉면(261)에는 푸쉬부재(230)의 접촉을 안내하기 위한 가이드 홈(267)이 형성될 수도 있다. 가이드 홈(267)이 형성될 경우, 가이드 홈(267)은 전단 스터드(260)의 하부로 갈수록 깊이가 커지는 형상을 가지는 것이 바람직하며, 가이드 홈(267)의 하단(268)이 푸쉬부재(230)에 걸리면서 전단 스터드(260)가 밀리도록 형성될 수 있다.
전단 스터드(260)의 하단 양면(263,264)는 대략 "V"가 형상으로 형성되어 전단 스터드(260)가 지반(G)에 부드럽게 박힐 수 있다. 전단 스터드(260)의 상단에는 힌지핀(251)이 삽입되는 핀장착홈(265)이 형성되고 하단에는 와이어 연결공(266)이 형성될 수 있다.
한편, 푸쉬부재(230)는 파일몸체(210)의 내부에 삽입되며 소정의 길이를 가지는 기둥 형상의 지지로드(231) 및 일단은 지지로드(231)의 외면에 돌출 형성되며 접촉면(261)과 접촉하여 전단 스터드(260)를 파일몸체(210)의 외부로 펼치는 푸쉬돌기(232)를 포함할 수 있다. 여기서, 푸쉬돌기(232)는 지지로드(231)와 일체로 형성될 뿐, 지지로드(231)에서 회전할 수는 없다.
푸쉬돌기(232)의 최대 돌출 지점(233)은 접촉면(261)의 최고점(262) 보다 파일몸체(210)의 내면에 근접하도록 형성될 수 있다. 예를 들면, 도 7에 도시된 바와 같이 푸쉬돌기(232)의 최대 돌출 지점(233) 사이의 거리(D1)는 접촉면(261)의 최고점 사이의 거리(D2) 보다 크다. 이로 인해, 지지로드(231)가 항타에 의해 아래쪽으로 움직이면 푸쉬돌기(232)의 최대 돌출 지점(233)이 접촉면(261)을 따라 움직이면서 최대 돌출 지점(233)이 접촉면(261)의 최고점(262)과 만날 때까지 전단 스터드(260)를 밀어낼 수 있다. 이 때, 푸쉬돌기(232)의 최대 돌출 지점(233)은 파일몸체(210)의 내면과는 접촉하지 않아야 푸쉬부재(230)를 파일몸체(210)에서 빼낼 때 걸림없이 빼낼 수 있다.
도 7에는 전단 스터드(260) 및 푸쉬돌기(232)가 대칭적으로 형성된 경우가 도시되어 있으나, 비대칭적으로 형성될 수도 있다.
도 9를 참조하면, 푸쉬돌기(232)는 대략 사다리꼴 모양을 가지며, 상단에는 상단경사면(234)이 형성되고 측면에는 측면경사면(235)이 형성될 수 있다. 푸쉬돌기(232)의 측면경사면(235)이 전단 스터드(260)의 접촉면(261)과 면접촉하면서 전단 스터드(260)를 밀어내게 된다.
이하에서는 도 10을 참조하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 말뚝(200)의 시공방법에 대해서 설명한다.
도 10의 (a)를 참조하면, 우선 파일몸체(210)를 지반(G)에 대해 소정 깊이 만큼 항타하는 단계를 수행한다. 이 때, 파일몸체(210)를 지반(G)에 대해 소정 깊이 만큼 항타하는 단계는 파일몸체(210)와 푸쉬부재(230)를 함께 항타한다. 이와 같이, 파일몸체(210)와 푸쉬부재(230)를 함께 항타하면 파일몸체(210)와 푸쉬부재(230)의 상대 위치가 동일하게 유지될 수 있으므로 전단 스터드(260)가 파일몸체(210) 밖으로 밀려나오지 않는다. 여기서, 파일몸체(210) 및 푸쉬부재(230)는 말뚝(200)이 박혀야 하는 최종 깊이의 20cm 전까지 항타되는 것이 바람직하다.
그 다음에는 도 10의 (b)에 도시된 바와 같이 푸쉬부재(230)를 항타하여 상기 주면마찰력 보강부의 전단 스터드(260)가 지반(G) 내부로 펼쳐지게 하는 단계를 수행한다. 푸쉬부재(230)를 항타하여 전단 스터드(260)를 지반을 향해 펼치는 단계는 파일몸체(210)가 소정 깊이 만큼 항타된 상태에서 푸쉬부재(230)만 소정 깊이 만큼 추가적으로 항타할 수 있다. 즉, 파일몸체(210)가 도 10의 (a)처럼 소정 깊이 항타된 상태에서 푸쉬부재(230)의 지지로드(231)를 5cm 내지 10cm 정도 추가로 항타를 하면, 지지로드(231)가 하방향으로 박히면서 푸쉬돌기(232)의 측면경사면(235)이 전단 스터드(260)의 접촉면(261)을 밀어서 전단 스터드(260)가 파일몸체(210) 밖으로 돌출되게 한다.
이 상태에서 도 10의 (c)와 같이 파일몸체(210)를 추가로 항타하는 단계를 수행한다. 전단 스터드(260)가 어느 정도 펼쳐진 상태에서 파일몸체(210)를 추가로 항타하는 단계는 전단 스터드(260)가 푸쉬부재(230)의 푸쉬돌기(232)에 의해 어느 정도 펼쳐진 상태에서 파일몸체(210)를 5cm 내지 10cm 정도 더 항타하게 되면 전단 스터드(260)와 지반(G) 사이의 저항력에 의해 전단 스터드(260)가 회전하면서 최대한 펼쳐질 수 있다. 이 때, 전단 스터드(260)가 최대한 펼쳐지면 전단 스터드(260)의 하단이 와이어(253)에 의해 당겨지기 때문에 전단 스터드(260)는 파일몸체(210)에 대해서 대략 90도가 되는 위치까지 펼쳐질 수 있다. 이처럼 와이어(253)가 전단 스터드(260)가 더 펼쳐지지 못하도록 당기기 때문에 전단 스터드(260)에 걸리는 전단 저항력이 증가하고 결과적으로 파일몸체(210)의 외면에 걸리는 주면마찰력도 증가할 수 있다.
마지막으로 파일몸체(210)의 항타가 끝나고 전단 스터드(260)가 최대한 펼쳐지면, 푸쉬부재(230)를 파일몸체(210)에서 분리하는 단계를 수행한다. 이처럼, 푸쉬부재(230)를 파일몸체(210)에서 빼낼 수 있기 때문에, 하나의 푸쉬부재(230)를 여러 개의 파일몸체(210) 항타에 사용할 수 있다.
도 7 내지 도 10에 도시된 본 발명의 다른 실시예에 따른 말뚝(200)은 푸쉬부재(230)의 강성이 크므로 주변 지반이 연암 등으로 이루어져서 강성이 큰 경우에 사용할 수 있다.
이상과 같이 본 발명의 일실시예에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
100,200: 말뚝
110,210: 파일몸체 130,230: 푸쉬부재
131,231: 지지로드 132: 푸쉬바
133: 스토퍼 152,252: 스터드 장착홀
153,253: 와이어 160,260: 전단 스터드
162: 경사면 163: 가이드 홈
232: 푸쉬돌기 261: 접촉면
G: 지반 HD: 항타방향

Claims (16)

  1. 중공의 관 형태를 가지는 파일몸체;
    상기 파일몸체에 형성되어, 상기 파일몸체의 외면과 지반 사이의 마찰력을 강화하는 주면마찰력 보강부; 및
    상기 파일몸체의 내부에 삽입되되 상기 파일몸체 내부에서 분리 가능하며, 상기 파일몸체의 항타 방향과 교차하는 방향으로 상기 주면마찰력 보강부를 밀어내는 푸쉬부재;
    를 포함하는, 말뚝.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 주면마찰력 보강부는,
    상기 파일몸체에 형성된 스터드 장착홀; 및
    상기 스터드 장착홀에 회전 가능하게 설치되며 상기 푸쉬부재에 의해 상기 스터드 장착홀에서 회전하여 상기 파일몸체 외부로 돌출되는 전단 스터드;를 포함하는, 말뚝.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 주면마찰력 보강부는 상기 스터드 장착홀의 가장자리와 상기 전단 스터드를 연결하고 상기 전단 스터드의 최대 펼침 각도를 제한하는 와이어을 더 포함하며,
    상기 와이어에 인장저항이 발생하며 상기 전단 스터드에 압축저항이 발생하는, 말뚝.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 와이어는 인장저항 강선을 사용하며, 상기 전단 스터드가 최대로 펼쳐진 경우 상기 와이어(153,253)와 상기 전단 스터드(160,260) 사이의 각도는 40도 내지 50도를 이루는, 말뚝.
  5. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전단 스터드의 일단에는 상기 스터드 장착홀과 상기 전단 스터드를 회전 가능하게 연결하는 힌지핀이 장착되는 핀장착홈이 형성되고,
    상기 전단 스터드의 타단에는 상기 파일몸체의 외부를 향해 형성된 경사면이 구비된, 말뚝.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 스터드 장착홀 및 상기 전단 스터드는 상기 파일몸체의 길이 방향 또는 원주 방향을 따라 일정한 간격으로 형성되며,
    상기 전단 스터드에는 상기 푸쉬부재와 상기 전단 스터드의 접촉을 보장하기 위한 가이드 홈이 형성된, 말뚝.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 가이드 홈은 상기 전단 스터드의 길이 방향을 따라 깊이가 증가하도록 형성된, 말뚝.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 푸쉬부재는,
    상기 파일몸체의 내부에 삽입되며, 소정의 길이를 가지는 기둥 형상의 지지로드; 및
    일단은 상기 지지로드의 외면에 회전 가능하게 연결되며, 타단은 상기 전단 스터드의 가이드 홈에 접촉되어 상기 전단 스터드를 상기 파일몸체의 외부로 밀어내는 푸쉬바;를 포함하는, 말뚝.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 지지로드에 연결된 상기 푸쉬바의 일단에는 상기 푸쉬바의 회전범위를 제한하는 스토퍼가 형성되며, 상기 가이드 홈과 접촉하는 상기 푸쉬바의 타단은 상기 가이드 홈의 하단을 밀어서 상기 전단 스터드를 상기 파일몸체의 외부로 펼치는, 말뚝.
  10. 제5항에 있어서,
    상기 파일몸체의 내부를 향하는 상기 전단 스터드의 일면에는 상기 푸쉬부재와의 접촉을 위한 접촉면이 상기 전단 스터드의 길이방향을 따라 경사지게 형성되며,
    상기 접촉면은 상기 전단 스터드의 길이방향을 따라 아래로 갈수록 상기 파일몸체의 내부 중심으로 근접하는, 말뚝.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 푸쉬부재는,
    상기 파일몸체의 내부에 삽입되며, 소정의 길이를 가지는 기둥 형상의 지지로드; 및
    일단은 상기 지지로드의 외면에 돌출 형성되며, 상기 접촉면과 접촉하여 상기 전단 스터드를 상기 파일몸체의 외부로 펼치는 푸쉬돌기;를 포함하는, 말뚝.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 푸쉬돌기의 최대 돌출 지점은 상기 접촉면의 최고점 보다 상기 파일몸체의 내면에 근접하도록 형성된, 말뚝.
  13. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 따른 말뚝을 시공하는 방법에 있어서,
    상기 파일몸체를 지반에 대해 소정 깊이 만큼 항타하는 단계;
    상기 푸쉬부재를 항타하여 상기 주면마찰력 보강부의 상기 전단 스터드를 지반을 향해 펼치는 단계;
    상기 파일몸체를 추가로 항타하는 단계; 및
    상기 푸쉬부재를 상기 파일몸체에서 분리하는 단계;
    를 포함하는 말뚝의 시공방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 파일몸체를 지반에 대해 소정 깊이 만큼 항타하는 단계는 상기 파일몸체와 상기 푸쉬부재를 함께 항타하는, 말뚝의 시공방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 푸쉬부재를 항타하여 상기 주면마찰력 보강부의 상기 전단 스터드를 지반을 향해 펼치는 단계는 상기 파일몸체가 소정 깊이 만큼 항타된 상태에서 상기 푸쉬부재만 소정 깊이 만큼 추가적으로 항타하는, 말뚝의 시공방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 파일몸체를 추가로 항타하는 단계는 상기 전단 스터드가 상기 푸쉬부재에 의해 어느 정도 펼쳐진 상태에서 상기 전단 스터드와 지반 사이의 저항력에 의해 상기 전단 스터드가 최대한 펼쳐지도록 하는, 말뚝의 시공방법.
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