KR20120029607A - 볼트캡을 이용한 피에이치씨 파일의 연결구조 및 이를 적용한 말뚝 - Google Patents

Abstract

본 발명은 피에이치씨 파일의 연결구조 및 이를 적용한 말뚝에 관한 것으로서, 관통된 강봉결합공과 관통공을 다수 개 형성한 상부슈 가장자리를 따라 각 관통공에 대응하는 위치로 인입된 상태에서 외측으로 개방된 수밀박스를 형성한 상부보강밴드를 일체로 형성한 상부볼트캡과, 상기 상부볼트캡과 동일한 간격으로 강봉결합공 및 결합너트부가 형성된 하부슈의 가장자리를 따라 하부보강밴드를 일체로 형성한 하부볼트캡을 구성함에 있어서, 상기 하부볼트캡의 하부슈는 일정간격마다 하부로 돌출되도록 엠보싱 처리된 부분을 관통시켜 내측면을 따라 나사산을 형성한 결합너트부를 형성함으로써, 각 강봉결합공이 일치한 상태로 관통공을 관통한 볼트가 결합너트부에 체결되는 방식으로 각 피에이치씨 파일을 연결하면, 일체로 형성된 하부슈와 결합너트부가 높은 강도를 가져, 항타 등의 각종 외력이 가해지더라도 결합너트부가 틀어지거나 분리되는 것을 방지하면서 결합된 볼트와 높은 체결력을 유지하며, 이상과 같은 연결구조를 가지는 피에이치씨 파일을 적용하여 시공하는 지지력이 향상된 말뚝을 구성하여 연약지반 상으로 시공된 도로, 교량, 건물 등의 안정성과 침하문제를 방지한다.

Description

볼트캡을 이용한 피에이치씨 파일의 연결구조 및 이를 적용한 말뚝 { the bolt cap coupling structure of Pretentioned spun High strength Concrete Piles and pipe pile using the same }

본 발명은 피에이치씨 파일의 연결구조 및 이를 적용한 말뚝에 관한 것으로서, 강봉결합공과 관통공을 가지는 상부슈의 가장자리를 따라 각 관통공에 대응하는 위치로 인입된 수밀박스를 형성한 상부보강밴드를 일체로 형성하고, 상부보강밴드 내측을 보강한 상부볼트캡 및; 상기 상부볼트캡에 대응하는 위치로 형성된 강봉결합공과 하부로 엠보싱 처리되어 관통된 너트공을 형성한 하부슈의 가장자리를 따라 하부보강밴드가 일체로 형성된 하부볼트캡을 구성하여, 상부볼트캡과 하부볼트캡 양단에 각각 피에이치씨 파일을 구성하고, 이들을 서로 접해 관통공을 관통한 볼트가 너트공에 체결되는 방식으로 각 피에이치씨 파일을 연결함으로써, 하부슈에 엠보싱 처리되어 일체로 형성된 너트공에 볼트를 충분히 결합할 수 있어 각 볼트캡의 연결을 용이하고 견고하게 하며, 내측이 보강되어 직항타 시의 충격 및 측압을 효율적으로 견딜 수 있는 볼트캡을 이용한 피에이치씨파일의 연결구조 및 이를 적용한 말뚝에 관한 것이다.

주지된 바와 같이 연약지반 상으로 도로, 교량, 건물 등을 그대로 시공하게 되면 전단면 침하량이 과대하여지고, 지지력이 부족하여 안전상의 문제가 생기게 될 뿐만 아니라, 최근에는 쓰레기 매립에 의해 이루어진 지반을 도로나 건축물의 기초로 활용하고자 하는 방안도 강구되고 있으며, 이러한 연약지반을 기초로 하는 구조물의 시공 시, 안정성과 침하문제에 대한 대책 중 통상적으로 사용되는 것은 성토하중을 지지층에 도달하는 말뚝을 설치하는 공법(PILE이용 공법)인데, 이는 공장에서 미리 생산된 강, 피에이치씨, 피씨, 알씨 등의 기성 콘크리트 파일의 크기와 토질 등을 충분히 검토한 후 타입공법(타격, 진동)이나 매입공법 등의 방법으로 시공한 말뚝으로 구성해 이루어지는 것이다.

특히, 상기 피에이치씨 파일(PHC: Pretentioned spun High strength Concrete Piles)은 원심력을 응용하여 만든 콘크리트 압축강도가 78.5N/㎟(800Kgf/㎠) 이상의 프리텐션방식에 의한 고강도 말뚝으로서, 콘크리트의 허용압축응력이 대단히 크므로 종래의 피씨 파일보다 더 큰 축방향 하중에 견딜 수 있으며, 압축강도가 800Kgf/㎠ 이상인 콘크리트로 성형한 단면에 소요의 프리스트레스(prestress)를 균일하게 도입하여 타격 내력에 우수할 뿐만 아니라, 항타 시 발생하는 반사파에 의한 인장응력을 완전히 흡수하기 때문에 균열이 없고, 종래의 피씨 파일로는 항타가 곤란한 중간의 단단한 층도 용이하게 관입이 이루어지기에 더욱 깊고 단단한 지층에 관입이 가능하며, 콘크리트의 휨인장응력이 크기 때문에 축력과 수평력을 동시에 받는 내진설계 시 가장 적합한 파일로 많이 사용되고 있다.

이러한 피에이치씨 파일은 구축할 건축물의 규모나 지질 상태에 따라 깊게 설치할 경우, 피에이치씨 파일 다수 개를 서로 긴밀하게 연결함으로써, 항타 시 편심이 발생하는 것을 방지해야 하는데, 종래에는 그 상부파일과 하부파일의 서로 접하는 각 상단과 하단에 조인트 슈 또는 볼트캡을 설치하여, 이들을 함께 용접하거나, 볼트?너트로 체결하는 방법이 사용되었지만, 조인트 슈의 용접 시에는 용접부 강도 불균형으로 인한 일정하지 못한 연결, 용접 열에 의한 슈의 물성변화와 콘크리트 손상, 크랙발생 등에 따른 구조적 안정성을 저해하고, 작업률을 떨어뜨리는 등 콘크리트의 강도가 저하되면서 파손을 수반하여 타입 된 파일은 그 본래의 목적을 달성할 수 없는 등의 문제점이 있다.

그래서 피에이치씨 파일의 접하는 상?하 파일을 각각 일정 크기로 인입하는 볼트캡을 씌워 이들을 볼트?너트체결하여 연결하는 방법이 주로 사용되지만, 이렇게 연결된 피에이치씨 파일의 항타 시 발생하는 수직항력이 각 피에이치씨 파일의 측면에 수평으로 고정된 볼트로 전달됨으로써, 볼트에 발생하는 전단력에 의해 굽힘 또는 전단파괴가 발생하여, 연결되어 있던 피에이치씨 파일에 편심이 생겨 각 피에이치씨 파일이 긴밀한 연결을 이루지 못해, 상?하로 연결되어 있는 피에이치씨 파일에 구조적 문제가 발생하고, 그로 인해 결과적으로 말뚝의 지지력이 저하되어 시공된 건축물 등의 안정성과 침하문제가 발생하는 큰 문제점이 있었다.

상기의 문제점들을 해결하기 위하여, 본 출원인의 등록특허공보 제 0870859호에 게재된 “볼트를 이용한 피에이치씨 파일의 연결구조”와 같이 서로 이웃하는 피에이치씨 파일의 강봉이 일치되고, 상부볼트캡과 하부볼트캡을 동시에 체결하는 볼트는 항타 시 가해지는 수직항력의 방향으로 체결하며, 너트를 일체로 용접해 이에 볼트를 체결함으로써, 강봉 및 볼트에 가해지는 전단력을 최소화하여 각 피에이치씨 파일을 긴밀하게 연결하였지만, 이는, 용접된 너트의 결합력이 약해 항타 시 너트가 틀어지거나 분리되는 등의 문제가 있었고, 상부볼트캡의 강도 역시 약하며, 콘크리트가 있어야할 수밀박스의 형태와 단순히 관통된 연결방법이 항타 시 충격을 충분히 견디지 못해 찌그러지면서 콘크리트의 파손을 야기하여 피에이치씨 파일의 연결된 강도가 현저하게 저하되는 등의 큰 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상기의 문제점들을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 볼트캡을 이용해 서로 이웃하는 피에이치씨 파일의 각 강봉이 일치하고, 피에이치씨 파일의 항타 시 가해지는 수직항력의 방향으로 볼트를 체결하는 피에이치씨 파일의 연결구조에 있어서, 볼트가 체결되는 결합너트부의 연결강도를 향상시키고, 볼트캡 및 수밀박스의 강도를 구조적으로 향상시켜 각 피에이치씨 파일을 긴밀하고, 용이하게 연결하면서 연결강도를 향상시키고, 그를 통해 지지력이 향상된 말뚝을 구성하는 것을 그 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명은, 관통된 강봉결합공과 관통공을 다수 개 형성한 상부슈 가장자리를 따라 각 관통공에 대응하는 위치로 인입된 상태에서 외측으로 개방된 수밀박스를 형성한 상부보강밴드를 일체로 형성한 상부볼트캡과, 상기 상부볼트캡과 동일한 간격으로 강봉결합공 및 결합너트부가 형성된 하부슈의 가장자리를 따라 하부보강밴드를 일체로 형성한 하부볼트캡을 구성함에 있어서, 상기 하부볼트캡의 하부슈는 일정간격마다 하부로 돌출되도록 엠보싱 처리된 부분을 관통시켜 내측면을 따라 나사산을 형성한 결합너트부를 형성함으로써, 각 강봉결합공이 일치한 상태로 관통공을 관통한 볼트가 결합너트부에 체결되는 방식으로 각 피에이치씨 파일을 연결하며, 이상과 같은 연결구조를 가지는 피에이치씨 파일을 적용하여 시공하는 말뚝을 구성한다.

이때, 상기 상부볼트캡의 상부보강밴드 내측면 하부로는 바 형태의 보강링을 일체로 형성하고, 수밀박스는 상단부를 곡형으로 형성하면서 그 하단부가 상부보강밴드 하단에서 상부로 소폭 이격하여 상부보강밴드와 상부슈의 용접공간을 충분히 확보한다.

또한, 상부슈의 관통된 중앙홀을 따라서는 하부로 돌출된 연결 가이드링을 형성하고, 상부슈와 하부슈의 측면으로는 동일한 위치로 홈이 파인 기준 홈을 형성함으로써, 상부볼트캡과 하부볼트캡의 연결 시, 연결 가이드링을 하부슈의 관통된 중앙홀 내로 밀착?삽입하고, 각 기준 홈을 일치시킨다.

이를 통해, 서로 이웃하는 피에이치씨 파일의 강봉이 일치되고, 상부볼트캡과 하부볼트캡을 동시에 체결하는 볼트는 항타 시 가해지는 수직항력의 방향으로 체결하는데 있어서, 결합너트부가 하부볼트캡에 엠보싱 처리되어 일체로 형성됨으로써, 일체로 형성된 하부슈와 결합너트부가 높은 강도를 가져, 항타 등의 각종 외력이 가해지더라도 결합너트부가 틀어지거나 분리되는 것을 방지하면서 결합된 볼트와 높은 체결력을 유지하며, 이러한 연결구조의 피에이치씨 파일을 시공하여 지지력이 향상된 말뚝을 구성하여 연약지반 상으로 시공된 도로, 교량, 건물 등의 안정성과 침하문제를 방지하는 효과를 가진다.

그리고 상부보강밴드 내측으로 형성된 보강링 및 곡형의 수밀박스를 통해, 상부볼트캡 자체의 강도를 더욱 향상시키면서, 상부에서부터 전해지는 충격이 곡형의 수밀박스 상부를 따라 측면으로 분산되도록 함으로써, 직항타 시의 충격으로 인해 상부볼트캡이 변형되면서 내부 콘크리트가 손상되는 것을 방지하도록 우수한 강도를 지니면서, 콘크리트가 있어야할 부분인 수밀박스로 전해지는 충격을 분산시켜 높은 강도를 견딜 수 있도록 하며, 수밀박스 하부로도 상부보강밴드와 상부슈가 연속적으로 용접되도록 용접공간을 충분히 확보해 수밀박스의 강도를 더욱 보강하는 효과를 가진다.

또한, 상부볼트캡과 하부볼트캡의 연결 시, 상부볼트캡의 연결 가이드링이 하부슈의 관통된 중앙홀 내로 밀착?삽입되면서 상부볼트캡과 하부볼트캡의 연결을 정확하게 하고, 각 기준 홈을 일치시켜 별도의 확인작업 없이 각 강봉결합공 및 관통공과 결합너트부가 일치되도록 해 연결작업을 단시간에 더욱 용이하고 정확하게 하는 효과를 가진다.

도1은 본 발명의 실시예에 따른 연결된 피에이치씨 파일의 사시도.
도2는 본 발명의 실시예에 따른 상부볼트캡과 하부볼트캡의 연결 사시도.
도3은 본 발명의 실시예에 따른 피에이치씨 파일의 연결 사시도.
도4는 도3의 A부분 하부 확대도.
도5는 본 발명의 실시예에 따른 연결된 피에이치씨 파일의 연결부위 단면도.
도6은 도5의 B부분 확대도.

본 발명은 피에이치씨 파일의 연결구조 및 이를 적용한 말뚝에 관한 것으로서, 관통된 강봉결합공과 관통공을 다수 개 형성한 상부슈 가장자리를 따라 각 관통공에 대응하는 위치로 인입된 상태에서 외측으로 개방된 수밀박스를 형성한 상부보강밴드를 일체로 형성한 상부볼트캡과, 상기 상부볼트캡과 동일한 간격으로 강봉결합공 및 결합너트부가 형성된 하부슈의 가장자리를 따라 하부보강밴드를 일체로 형성한 하부볼트캡을 구성함에 있어서, 상기 하부볼트캡의 하부슈는 일정간격마다 하부로 돌출되도록 엠보싱 처리된 부분을 관통시켜 내측면을 따라 나사산을 형성한 결합너트부를 형성함으로써, 각 강봉결합공이 일치한 상태로 관통공을 관통한 볼트가 결합너트부에 체결되는 방식으로 각 피에이치씨 파일을 연결하면, 일체로 형성된 하부슈와 결합너트부가 높은 강도를 가져, 항타 등의 각종 외력이 가해지더라도 결합너트부가 틀어지거나 분리되는 것을 방지하면서 결합된 볼트와 높은 체결력을 유지하며, 이상과 같은 연결구조를 가지는 피에이치씨 파일을 적용하여 시공하는 지지력이 향상된 말뚝을 구성하여 연약지반 상으로 시공된 도로, 교량, 건물 등의 안정성과 침하문제를 방지한다.

그리고 상기 상부볼트캡의 상부보강밴드 내측면 하부로는 바 형태의 보강링을 일체로 형성하고, 수밀박스는 상단부를 곡형으로 형성하면서 그 하단부가 상부보강밴드 하단에서 상부로 소폭 이격하여 상부보강밴드와 상부슈의 용접공간을 충분히 확보함으로써, 상부볼트캡 자체의 강도를 더욱 향상시키면서, 상부에서부터 전해지는 충격이 곡형의 수밀박스 상부를 따라 측면으로 분산되도록 하여, 직항타 시의 충격으로 인해 상부볼트캡이 변형되면서 내부 콘크리트가 손상되는 것을 방지하도록 우수한 강도를 지니면서, 콘크리트가 있어야할 부분인 수밀박스로 전해지는 충격을 분산시켜 높은 강도를 견딜 수 있도록 하며, 수밀박스 하부로도 상부보강밴드와 상부슈가 연속적으로 용접되도록 용접공간을 충분히 확보해 수밀박스의 강도를 더욱 보강한다.

또한, 상부슈의 관통된 중앙홀을 따라서는 하부로 돌출된 연결 가이드링을 형성함으로써, 상부볼트캡과 하부볼트캡의 연결 시, 상부볼트캡의 연결 가이드링이 하부슈의 관통된 중앙홀 내로 밀착?삽입되면서 상부볼트캡과 하부볼트캡의 연결을 정확하게 하고, 상부슈와 하부슈의 측면으로는 동일한 위치로 홈이 파인 기준 홈을 형성함으로써, 각 기준 홈을 일치시켜 별도의 확인작업 없이 각 강봉결합공 및 관통공과 결합너트부가 일치되도록 해 연결작업을 단시간에 더욱 용이하고 정확하게 한다.

상기와 같이 본 발명인 볼트캡을 이용한 피에이치씨 파일의 연결구조는 크게 상부볼트캡과 하부볼트캡을 각 양단에 형성한 피에이치씨 파일과 그 연결 수단인 볼트로 이루어지며 이 피에이치씨 파일이 연속적으로 연결되면서 말뚝을 구성하게 되는데, 이하 각 도면에 도시한 실시예를 참조하여 각 구성요소 및 이의 연결방법을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.

우선, 본 발명인 볼트캡을 이용한 피에이치씨 파일의 연결구조에 이용되는 강철(steel) 재질의 하부볼트캡(100)과 상부볼트캡(200)의 형태를 살펴보면, 먼저, 하부볼트캡(100)은, 도1 내지 도6에 도시한 바와 같이 하부슈(110) 측면을 따라 하부보강밴드(120)가 일체로 형성되는데, 상기 하부슈(110)는 중앙이 관통된 중앙홀(111)을 형성한 디스크형태에 그 외측면을 따라 다수개의 홀을 형성하는 것으로서, 디스크 가장자리를 따라 크고 작은 두 개의 원형 통공이 맞붙은 형상으로 관통되어 강봉이 삽입되는 강봉결합공(112)과, 후에 볼트(300)를 체결하도록 관통되어 나사산을 형성한 결합너트부(113)를 일정한 간격으로 다수 개 형성한다.

이때, 도4 내지 도6에 도시한 바와 같이 상기 하부슈(110)는 제조 시, 결합너트부(113)를 형성하는 부위의 하부면을 프레스로 압착하거나 때려 부풀리는 등의 다양한 방법을 이용해 일정크기로 부풀어 오르도록 엠보싱 처리하고, 이렇게 엠보싱 처리된 부분을 관통시켜 내부로 나사산을 형성해 결합너트부(113)로 형성함으로써, 하부슈(110) 하부로 돌출된 결합너트부(113)는 별도의 너트 접합작업 없이 동일한 물성으로 일체로 형성된다.

상기와 같이 엠보싱 처리되어 돌출된 결합너트부(113)는 하부슈(110) 자체가 돌출되어 형성된 것이기 때문에 매우 강한 결합력을 가져, 수직방향의 항타 혹은 측면으로 향하는 각종 강력한 외력이 가해져도 돌출된 부분이 분리되거나 변형되지 않고 볼트(300)와 안정적으로 결합해 유지할 수 있게 된다.

이때, 상기 돌출된 결합너트부(113)는 하부슈(110) 하부면에서부터 그 하단부가 6mm 이상 돌출되도록 형성하도록 하는 것이 바람직한데, 보통 12mm 혹은 14mm의 두께로 규격화되어 제작되는 하부슈(110)에 6mm 이상 돌출된 결합너트부(113)가 형성되면, 볼트(300)가 최소 18mm 내지 20mm 이상의 길이만큼 체결되기 때문에, 고장력의 볼트(300)를 충분히 체결시켜 강한 체결력을 가질 수 있도록 한다.

기존의 피에이치씨 파일의 경우, 하부슈는 통상 하부슈를 관통시키고 이 하부로 별도의 너트를 용접 등의 방법으로 결합너트부를 형성하였지만, 이는 너트를 접합하는 작업이 추가되어야 하고, 관통된 부위와 너트를 일치시켜 용접작업하기 힘드는 등 작업성과 작업 정밀성이 현저히 저하되는 문제점이 있었으며, 서로 다른 물성의 하부슈와 너트를 단순히 결합하면서 결합력이 떨어져 피에이치씨 파일의 항타 시 너트가 틀어지거나 분리되어 연결된 피에이치씨 파일이 틀어지거나 분리되면서 하중을 제대로 지탱하지 못하는 등의 심각한 문제점이 있었다.

이 때문에, 본 발명의 결합너트부(113)는 하부슈(110)를 충분한 길이로 엠보싱 처리하여 이를 관통해 나사산을 형성함으로써, 하부슈(110)와 결합너트부(113)가 별도의 접합작업 없이 동일한 물성으로 일체로 형성되면서 매우 강한 강도를 지니며, 이를 통해 고장력의 볼트(300)를 충분히 체결하며, 항타 등의 각종 외력이 가해지더라도 강한 체결력을 유지시킬 수 있어, 피에이치씨 파일의 연결을 확실하게 한다.

그리고 이와 같이 형성된 결합너트부(113)는 도4 내지 도6에 도시한 바와 같이 개방된 하부 단부를 판 형태의 마감커버(114)로 막아 용접 등의 방법으로 일체로 형성함으로써, 콘크리트를 투입한 피에이치씨 파일(400)의 제조 시 볼트(300)가 체결된 결합너트부(113) 내부로 콘크리트 액이 침수되지 않도록 해, 내측의 나사산을 보호하고, 볼트(300)의 부식을 방지한다.

상기와 같이 형성된 하부슈(110)는 도1 내지 도3에 도시한 바와 같이 그 측면으로 기준이 되는 위치로 길이방향을 따라 홈이 파인 기준 홈(115)을 형성함으로써, 후에 하부볼트캡(100)과 상부볼트캡(200)의 연결 시 이 기준 홈(115)을 통해 각 강봉결합공(112)(212) 및 관통공(213)과 결합너트부(113)의 위치가 일치하도록 확인할 수 있게 하며, 이러한 하부슈(110) 측면을 따라 하부를 향해 원형 파이프 형상의 하부보강밴드(120)를 용접 등의 방법으로 일체로 연결해 하부볼트캡(100)을 형성하되, 상기 하부슈(110)와 하부보강밴드(120)의 결합은 피에이치씨 파일(400)의 제조특성상 완전히 수밀되도록 이루어져야 한다.

다음으로, 상부볼트캡(200)은 도1 내지 도3에 도시한 바와 같이 상부슈(210)의 측면을 따라 상부보강밴드(220)가 일체로 형성되어 하부볼트캡(100)과 동일한 형태 및 크기를 가지는데, 즉, 상기 상부슈(210)는 그 중앙이 관통된 중앙홀(211)을 형성한 디스크형태에 그 외측면을 따라 다수개의 홀을 형성하는 것으로서, 디스크 가장자리를 따라 크고 작은 두 개의 원형 통공이 맞붙은 형상으로 관통되어 강봉이 삽입되는 강봉결합공(212)과, 후에 볼트(300)를 체결하도록 관통된 관통공(213)을 일정간격 다수개 형성하여 하부슈(110)와 상부슈(210)의 각 강봉결합공(112)(212) 및 관통공(213)과 결합너트부(113)가 서로 대응하여 일치되도록 형성한다.

이러한 상부슈(210) 역시 하부슈(110)의 기준 홈(115)과 같이 그 측면으로 기준이 되는 위치로 길이방향을 따라 홈이 파인 기준 홈(215)을 형성함으로써, 후에 이 기준 홈(215)을 하부슈(110)의 기준홈(115)과 일치시켜 각 강봉결합공(112)(212) 및 관통공(213)과 결합너트부(113)의 위치가 일치하도록 확인할 수 있게 한다.

또한, 도2 내지 도6에 도시한 바와 같이 상부슈(210)의 중앙홀(211)을 따라서는 하부를 향해 일정길이 돌출된 연결 가이드링(214)을 형성함으로써, 상부볼트캡(200)과 하부볼트캡(100)의 연결 시, 연결 가이드링(214)이 하부슈(110)의 중앙홀(111) 내로 밀착?삽입되도록 한다.

그리고 상기 상부슈(210)는 도1 내지 도3에 도시한 바와 같이 그 측면을 따라 상부를 향해 원형 파이프 형상의 상부보강밴드(220)를 용접 등의 방법으로 일체로 연결하는데, 이 상부보강밴드(220) 하부 가장자리를 따라서는 상부슈(210)의 관통공(213)에 대응하는 위치마다 내측으로 돌출된 내부가 빈 박스형태에 상부보강밴드(220) 외측 및 하부면을 향해 개방된 수밀박스(221)를 일체로 형성하여, 상부보강밴드(220) 바깥에서 내측으로 인입된 공간을 형성하게 된다.

다시 말하면, 상기 상부보강밴드(220)는 그 하부를 따라 수밀박스(221)에 의해 인입된 박스형상의 공간을 형성하게 되고, 이 수밀박스(221) 하부로는 상부슈(210)의 각 관통공(213)이 노출되는데, 이 수밀박스(221)는 육면체형태에 그 상부면을 곡형으로 형성함으로써, 상부로부터 전해지는 충격이 곡형의 수밀박스(221) 상부를 따라 측면으로 분산되도록 하고, 이 수밀박스(221) 하단부는 상부보강밴드(220)의 하단으로부터 상부로 약 5mm 정도 소폭 이격하여 형성함으로써, 상부보강밴드(220) 하단은 수밀박스(221) 측을 포함해 연속적으로 이어지면서 상부슈(210)와 용접할 수 있도록 충분한 용접공간을 확보하며, 이렇게 연속하여 용접된 상부슈(210)와 상부보강밴드(220)는 긴밀하게 연결된다.

상기와 같은 수밀박스(221)는 상부보강밴드(220) 외측으로 개방된 부분을 동일한 형상의 피브이씨(PVC) 내지는 금속(steel)으로 제조된 덮개판(미도시)으로 덮어 마감하는 것이 바람직하다.

그리고 도2 내지 도3에 도시한 바와 같이 이러한 상부보강밴드(220)의 하부 내측을 따라서는 바(bar) 형상의 보강링(222)을 호형으로 밀착하여 접해 용접 등의 방법으로 일체로 형성함으로써, 상부보강밴드(220)와 상부슈(210)가 연결된 상부볼트캡(200)에 각종 외력이 가해지면 이 보강링(222)이 휨응력을 보강하면서 우수한 지내력을 가지도록 상부볼트캡(200) 자체의 강도를 비약적으로 향상시킨다.

이렇게 구성한 상부슈(210)와 상부보강밴드(220)는 결합하여 상부볼트캡(200)을 구성하되, 이는 상기 상부슈(210)의 가장자리를 따라 상부보강밴드(220)의 일단을 용접하여 일체 된 상부볼트캡(200)을 구성하며, 상기 상부슈(210)와 상부보강밴드(220)의 결합은 피에이치씨 파일(400)의 제조특성상 완전히 수밀되도록 이루어져야 한다.

이상에서 살펴본 하부볼트캡(100)과 상부볼트캡(200)은 통상 피에이치씨 파일(400)의 제조에 사용되어 피에이치씨 파일(400)을 구성하는데, 이하, 상기 하부볼트캡(100)과 상부볼트캡(200)을 이용한 상기 피에이치씨 파일(400)의 제작 및 연결방법을 대략 설명하면 다음과 같다.

우선, 원심 성형 시, 상기 하부볼트캡(100)과 상부볼트캡(200) 한 쌍을 일정 거리로 두고, 강봉의 양단을 각 강봉결합공(112)(212)에 끼워진 상태로 준비된 하부 형틀(미도시, 이 피에이치씨 파일을 제작하는 데는 원통형의 형틀이 필요한데, 이 형틀은 길이 방향을 따라 반으로 나뉘어져, 각각 반원 단면의 내부 구조를 가진 형틀로 이루어지되, 그 위치에 따라 하부 쪽의 하부 형틀, 그 상부 쪽의 상부 형틀로 구성됨)에 투입하고, 이 하부 형틀에 콘크리트를 부어 상부 형틀(미도시)을 조립하여 하부 형틀과 상부 형틀을 일체화하며, 이에 상기 강봉으로 긴장력을 가해 프리스트레스를 가하고, 이에 상기 조립된 형틀의 회전으로 콘크리트를 다지는 원심 성형을 거친 후, 이에 상압 증기 양생의 1차 양생을 거친 후, 탈형하며 이를 다시 오토클레이브 양생의 2차 양생을 거쳐, 피에이치씨 파일(PHC Piles: Pretentioned spun High strength Concrete Piles)(400)을 구성하며, 이렇게 상기 제작 방법에 의해 하부볼트캡(100)과 상부볼트캡(200)을 양단에 각각 일체로 형성한 피에이치씨 파일(400)을 구성한다.

다음으로, 상기와 같이 형성된 피에이치씨 파일(400)을 체결하는 볼트(300)를 설명하면, 이는 돌출된 헤드와 나사 산이 형성된 몸통을 일체로 형성한 통상적인 볼트에 있어서, 도3 또는 도5 도는 도6에 도시한 바와 같이 헤드의 상면 중심으로 사각 또는 육각 형태로 돌출되거나 홈이 파인 요철 렌치볼트(wrench bolt) 형태를 가지는 볼트(300)로 구성하는데, 이를 통해, 상기 볼트(300)를 임펙트 렌치나 복수렌치 레버 등의 공구를 사용하여 자동 또는 반자동으로 용이하고 신속하게 체결하는 동시에, 볼트(300)의 삽입 및 체결을 위한 공간인 수밀박스(221)의 크기를 통상적인 육각 형태의 헤드를 가지는 볼트에 비해 더욱 작게 형성하게 됨으로써, 수밀박스(221)의 크기를 최소화하여 그만큼 피에이치씨 파일(400)의 성형 시 콘크리트가 많이 투입되어, 피에이치씨 파일(400)의 강도를 증대시킨다.

이렇게 구성한 피에이치씨 파일(400)과 볼트(300)를 통해 하부볼트캡(100)과 상부볼트캡(200)을 서로 연결함으로써, 본 발명인 볼트캡을 이용한 피에이치씨 파일의 연결구조를 이루게 되는데, 이를 상세하게 살펴보면, 파일 공법이 적용되는 곳에 피에이치씨 파일(400)을 박고, 이어 다른 피에이치씨 파일(400′)을 연결할 때, 도1 내지 도6에 도시한 바와 같이 상기 항타한 피에이치씨 파일(400) 위로 다른 피에이치씨 파일(400′)을 위치하되, 피에이치씨 파일(400) 일끝단의 하부볼트캡(100) 상부로 다른 피에이치씨 파일(400′) 일끝단의 상부볼트캡(200)과 접하도록 각 하부슈(110)와 상부슈(210)를 맞대면서 각 강봉결합공(112)(212)을 일치시키는 동시에 각 관통공(113)과 결합너트부(213)가 서로 일치하도록 한다.

이때, 하부볼트캡(100)과 상부볼트캡(200)을 연결하는데 있어서, 도1 또는 도3에 도시한 바와 같이 상부볼트캡(200)의 연결 가이드링(214)을 하부볼트캡(100) 하부슈(110)의 중앙홀(111) 내에 밀착하여 삽입한 다음, 서로 접한 하부슈(110)와 상부슈(210)의 각 기준 홈(115)(215)을 일치시킴으로써, 별도의 확인작업 없이 하부볼트캡(100)과 상부볼트캡(200)의 각 강봉결합공(112)(212) 및 관통공(213)과 결합너트부(113)의 위치가 정확히 일치하도록 접할 수 있게 된다.

이렇게 하부볼트캡(100)과 상부볼트캡(200)을 일치시켜 접한 후에는, 도2 내지 도6에 도시한 바와 같이 상부볼트캡(200)의 개방된 수밀박스(221)로 볼트(300)를 삽입해 이를 관통공(213)을 관통시켜 하부볼트캡(100)의 결합너트부(113)에 체결?고정하여 서로 접하는 하부볼트캡(100)과 상부볼트캡(200)을 체결하게 되며, 이러한 과정으로 모든 수밀박스(221) 내로 볼트(300)를 삽입해 결합너트부(113)에 체결함으로써, 서로 접하는 두 피에이치씨 파일(400)(400′)을 연결하는 구조를 가지게 된다.

상기와 같이 연결되는 피에이치씨 파일의 연결구조를 통해 다수개의 피에이치씨 파일(400)(400′)을 연속적으로 연결함으로써, 말뚝(10)을 구성하게 되며, 이 말뚝(10)은 그 상부를 계속 항타하면서 연약지반 내로 일정하게 매입해 시공을 완료하게 된다.

이상에서 살펴본 바와 같이 하부볼트캡(100)과 상부볼트캡(200)을 볼트(300)로 연결하는 방법으로 볼트캡을 이용한 피에이치씨 파일의 연결구조는 서로 이웃하는 피에이치씨 파일(400)(400′)의 강봉이 동일선상으로 위치하는 동시에 피에이치씨 파일(400)(400′)에 가해지는 힘의 방향으로 볼트(300)가 체결됨에 따라, 강봉 및 볼트(300)에 가해지는 전단력을 최소화하여 볼트(300)의 굽힘이나 전단 파괴가 방지하고, 연결된 피에이치씨 파일(400)(400′)의 항타 시, 강봉에 가해지는 힘이 이웃하는 파일의 강봉으로 전달되기 때문에, 강봉의 휨이나 파손 또는, 강봉에 의해 이웃하여 접하는 파일의 콘크리트 부위가 파손되는 것을 방지하여, 피에이치씨 파일(400)(400′)의 강도를 유지시키는 기본적인 장점은 그대로 가지면서, 엠보싱 처리된 결합너트부(113)로 볼트(300)를 충분히 체결하여 강한 체결력을 가지는 동시에 항타 등의 각종 외력이 가해지더라도 하부슈(110)에 일체로 형성된 결합너트부(113)가 틀어지거나 분리되는 것을 방지하여 결합된 볼트(300)와 높은 체결력을 유지한다.

그리고 상부볼트캡(200)의 상부보강밴드(220) 내 보강링(222)이 휨응력을 보강하면서 우수한 지내력을 가지도록 상부볼트캡(200) 자체의 강도를 비약적으로 향상시키고, 상단부를 곡형으로 형성한 수밀박스(221)가 상부에서부터 전해지는 충격이 곡형의 수밀박스 상부를 따라 측면으로 분산되도록 하여, 직항타 시의 충격으로 인해 상부볼트캡(200)이 변형되면서 내부 콘크리트가 손상되는 것을 방지하도록 우수한 강도를 지니고, 콘크리트가 있어야할 부분인 수밀박스(221)로 전해지는 충격을 곡형의 상단부가 측면으로 분산시켜 높은 강도를 견딜 수 있도록 하며, 이러한 수밀박스(221)는 그 하부가 상부보강밴드(220)의 하단과 이격되어 상부보강밴드(220)와 상부슈(210)를 연속적으로 용접되도록 용접공간을 충분히 확보해 수밀박스(221)의 강도를 더욱 보강한다.

또한, 하부볼트캡(100)과 상부볼트캡(200)의 연결 시에는 연결 가이드링(214)을 하부슈(110)의 중앙홀(111) 내로 밀착?삽입하고, 하부슈(110)와 상부슈(210)의 각 기준 홈(115)(215)을 일치시킴으로써, 하부볼트캡(100)과 상부볼트캡(200)의 연결을 단시간에 정확하게 하게 하면서 별도의 확인작업 없이 각 강봉결합공(112)(212) 및 관통공(213)과 결합너트부(113)가 일치되도록 위치시켜 연결작업을 용이하고 정확하게 한다.

게다가, 이렇게 구성된 볼트캡을 이용한 피에이치씨 파일의 연결구조를 통해 말뚝(10)을 구성함으로써, 각 피에이치씨 파일(400)(400′)이 높은 체결력을 가지고, 이를 항타하여 연약지반 내로 매입해 연약지반 상으로 시공되는 도로, 교량 건물 등을 강한 지지력을 가지는 말뚝(10)이 지지하여, 높은 안정성을 가지고, 침하문제를 방지하는 등의 장점을 가진다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 복합적으로 다양한 변형?실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 기재된 청구범위 내에 있게 된다.

10: 말뚝 100: 하부볼트캡 110: 하부슈
111,211: 중앙홀 112,212: 강봉결합공 113: 결합너트부
114: 마감커버 115,215: 기준 홈 120: 하부보강밴드
200: 상부볼트캡 210: 상부슈 213: 관통공
214: 연결 가이드링 220: 상부보강밴드 221: 수밀박스
222: 보강링 300: 볼트 400: 피에이치씨 파일

Claims (8)

1. 중앙홀(111)을 형성한 디스크형태에 관통된 강봉결합공(112) 및 하부면으로 엠보싱 처리되어 돌출된 부분을 관통시켜 내부로 나사산을 형성한 결합너트부(113)를 적어도 하나 형성한 하부슈(110)의 측면을 따라, 파이프형상의 하부보강밴드(120)를 일체로 형성한 하부볼트캡(100)과;
   하부슈(110)와 동일하게 중앙홀(211)과 강봉결합공(212) 및 결합너트부(113)에 대응하는 관통공(213)을 가지는 상부슈(210)의 측면을 따라, 파이프형상에 내측 가장자리를 따라 외측으로 개방된 수밀박스(221)를 각 관통공(213)에 대응하는 위치로 형성한 상부보강밴드(220)를 일체로 형성한 상부볼트캡(200)을 형성하여;
   상기 하부볼트캡(100)과 상부볼트캡(200)을 양단으로 형성한 피에이치씨 파일(400)(400′)을 구성해, 연결하기 위한 각 피에이치씨 파일(400)(400′) 양단의 서로 접하는 하부볼트캡(100)과 상부볼트캡(200)의 각 강봉결합공(112)(212)을 일치시키고, 수밀박스(221) 내로 삽입되어 관통공(213)을 관통한 볼트(300)를 결합너트부(113)에 체결한 피에이치씨 파일(400)(400′)의 연결구조를 구성함으로써,
   하부슈(110)와 동일물성으로 형성된 고강도의 결합너트부(113)에 볼트(300)를 체결하는 것을 특징으로 하는 볼트캡을 이용한 피에이치씨 파일의 연결구조.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 상부볼트캡(200)은,
   상부보강밴드(220)의 하부 내측을 따라 바(bar) 형상의 보강링(222)을 호형으로 밀착하여 일체로 형성함으로써,
   상부볼트캡(200)의 강도를 향상시키는 것을 특징으로 하는 볼트캡을 이용한 피에이치씨 파일의 연결구조.
   
3. 제 2항에 있어서,
   상기 상부볼트캡(200)은,
   수밀박스(221)의 상부면을 곡형으로 형성함으로써,
   상부로부터 전해지는 충격을 수밀박스(221) 상부를 따라 측면으로 분산시키는 것을 특징으로 하는 볼트캡을 이용한 피에이치씨 파일의 연결구조.
   
4. 제 3항에 있어서,
   상기 상부볼트캡(200)은,
   수밀박스(221) 하단부가 상부보강밴드(220)의 하단으로부터 상부로 이격되도록 형성함으로써,
   상부보강밴드(220) 하단과 상부슈(210)의 용접공간을 확보하여 긴밀히 연결하는 것을 특징으로 하는 볼트캡을 이용한 피에이치씨 파일의 연결구조.
   
5. 제 1항에 있어서,
   상기 하부볼트캡(100)은,
   결합너트부(113)의 개방된 하단부를 판 형태의 마감커버(114)로 막음으로써,
   콘크리트 액으로부터 결합너트부(113) 내측 나사산 및 체결된 볼트(300)를 보호하는 것을 특징으로 하는 볼트캡을 이용한 피에이치씨 파일의 연결구조.
   
6. 제 1항에 있어서,
   상기 상부볼트캡(200)은,
   상부슈(210)의 중앙홀(211)을 따라 하부를 향해 돌출된 연결 가이드링(214)을 형성함으로써,
   상부볼트캡(200)과 하부볼트캡(100)의 연결 시, 연결 가이드링(214)이 하부슈(110)의 중앙홀(111) 내로 밀착?삽입되어 정확히 연결하는 것을 특징으로 하는 볼트캡을 이용한 피에이치씨 파일의 연결구조.
   
7. 제 1항에 있어서,
   상기 하부볼트캡(100)과 상부볼트캡(200)은,
   하부슈(110) 및 상부슈(210)의 측면 기준이 되는 위치로 길이방향을 따라 홈이 파인 기준 홈(115)(215)을 각각 형성함으로써,
   하부볼트캡(100)과 상부볼트캡(200)의 연결 시, 각 기준 홈(115)(215)을 일치시켜 강봉결합공(112)(212) 및 관통공(213)과 결합너트부(113)의 위치를 일치시키는 것을 특징으로 하는 볼트캡을 이용한 피에이치씨 파일의 연결구조.
   
8. 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항의 연결구조를 적용하여 연속적으로 연결된 피에이치씨(400)(400′) 파일로 형성되는 말뚝(10)을 구성함으로써,
   이 말뚝(10)을 연약지반에 시공하여 지지력을 향상시키는 것을 특징으로 하는 볼트캡을 이용한 피에이치씨 파일의 연결구조를 적용한 말뚝.

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