KR20120138053A - 연직방향 지지력 및 인발저항력이 향상된 말뚝과 이를 이용한 회전잠김 공법 - Google Patents

Abstract

연직방향 지지력 및 인발저항력이 향상된 말뚝과 이를 이용한 회점잠김 공법이 개시된다. 본 발명의 연직방향 지지력 및 인발저항력이 향상된 말뚝은, 다수의 경사판이 고정된 말뚝 선단부; 상기 말뚝 선단부로부터 일정 길이만큼 연장된 연장부; 및 상기 연장부의 직경보다 큰 직경으로 이루어진 확관부를 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따르면, 말뚝이 경사판에 의해 회전되면서 견고한 지지층까지 관입되므로 지지력의 확보 및 안정성이 향상되며, 회전되면서 관입되므로 소음이 줄어들게 됨은 물론 종래에 비하여 보다 신속하게 말뚝 고정이 가능하게 되고, 선단 보강판에 의해 말뚝 선단부의 손상을 방지하는 효과가 있다.

Description

연직방향 지지력 및 인발저항력이 향상된 말뚝과 이를 이용한 회전잠김 공법{SKEWED BLADE PILE HAVING ENHANCED VERTICAL BEARING CAPACITY AND PULL-OUT RESISTANCE AND SPIN LOCK METHOD USING THE SAME}

본 발명은, 연직방향 지지력 및 인발저항력이 향상된 말뚝과 이를 이용한 회전잠김 공법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 지반에 관입되어 상부 구조물을 안정되게 지지하는 연직방향 지지력 및 인발저항력이 향상된 말뚝과 이를 이용한 회전잠김 공법에 관한 것이다.

일반적으로, 말뚝은 기초하부에 설치하며 구조물의 지지력이 확보되지 않은 지반에서 말뚝을 지지층까지 근입시켜 연직방향 지지력을 확보하고, 수평력이 작용하는 교량의 교대 또는 사면에 설치되는 옹벽 등에서 구조물(또는 말뚝)에 인발력이 발생할 때 말뚝과 지반의 마찰력으로 인발에 저항하는 기능을 갖는다.

종래에 사용되는 강관말뚝은 항타에 의해 말뚝이 수직방향으로 타격되어 관입되므로, 말뚝 선단부를 단단한 지층에 관입시켜 말뚝의 기능을 달성시키기 위하여 큰 에너지(타격력)로 말뚝을 항타하여 시공하고 있다.

따라서 소음 및 진동이 커서 민원이 발생하며 과도한 타격에 의해 말뚝 선단부의 손상이 발생되어, 말뚝으로서 기능을 수행하지 못하는 경우가 발생하고 있다.

또 근래에는 구조물의 대형화(장지간 교량 등) 및 구조물을 이용하는 차량(대형 트레일러 등)도 중량화되고 있어 말뚝에 작용하는 연직방향 작용력 및 인발력도 하중에 비례하여 증가하게 된다.

말뚝의 연직방향 지지력 및 인발저항력은 말뚝의 선단부 단면적 및 말뚝 외부 표면적과 비례하므로 큰 하중에 저항하기 위해서는 말뚝 직경도 대형화되고 있다.

말뚝은 수평력에 의해 모멘트가 크게 작용하는 특성이 있지만, 이는 말뚝과 기초의 연결부 일부 구간에 국한되어 발생하고, 말뚝 선단부(하부)에는 수직력이 주로 발생하게 된다.

이러한 종래의 강관 말뚝은 하중 특성에 관계없이 전체 단면이 일정하므로, 수직력만 주로 작용하는 말뚝 선단부(하부)에서는 하중에 비하여 큰 직경의 단면이 사용되며, 이로 인하여 재료비 상승이 발생하여 기초공사비 증가가 발생하게 된다.

또한 말뚝은 요구되는 지지력이 확보되는지를 확인하기 위하여 시공관리 시 말뚝의 최종 관입량을 확인하게 된다. 말뚝은 항타 시 최종 관입량에 따라 지지력과 밀접한 관계가 있으므로, 지지력 확보를 위해서는 하중의 크기에 따라 최종 관입량을 검사하게 된다.

이러한 최종 관입량 검사 도중에는 말뚝의 튀어오름(Re-Bound) 현상 및 드롭 해머의 낙하 등에 의해 작업자의 안전사고 발생의 우려가 있으며, 항타 시 4톤 정도의 드롭 해머가 1.5m이상의 낙하고로 말뚝을 타격하므로 안전사고 발생시 대형사고가 발생되는 문제점이 있었다.

본 발명의 목적은, 말뚝 선단부의 단면적 증가로 인하여 연직방향 지지력과 인발저항력이 향상되고 이로 인하여 구조물의 전도 등을 방지하는 연직방향 지지력 및 인발저항력이 향상된 말뚝과 이를 이용한 회전잠김 공법을 제공하는 것이다.

또 본 발명의 다른 목적은, 말뚝에 작용하는 모멘트에 따라 말뚝의 단면적을 달리함으로써 안정성 확보 및 말뚝의 제조비용을 감소시켜 보다 경제적인 시공이 가능한 연직방향 지지력 및 인발저항력이 향상된 말뚝과 이를 이용한 회전잠김 공법을 제공하는 것이다.

본 발명의 해결과제는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어 질 수 있을 것이다.

상기 목적은, 본 발명에 따라, 다수의 경사판이 고정된 말뚝 선단부, 상기 말뚝 선단부로부터 일정 길이만큼 연장된 연장부, 상기 연장부의 직경보다 큰 직경으로 이루어진 확관부를 포함하는 것을 특징으로 하는 연직방향 지지력 및 인발저항력이 향상된 말뚝에 의해서 달성된다.

여기서, 상기 말뚝 선단부에는 말뚝의 강도를 보강하는 선단 보강판이 더 구비될 수 있다.

상기 말뚝 선단부와 연장부는 동일한 직경으로 이루어져 있고, 상기 확관부는 상기 말뚝 선단부 및 연장부의 직경보다 1.3~2배의 직경으로 형성될 수 있다.

상기 경사판은 상기 말뚝 선단부의 길이방향에 대하여 5~15˚의 각도로 경사지게 고정될 수 있다.

상기 경사판에는 말뚝에 가해지는 인발력에 대하여 대향되는 쐐기저항 및 마찰저항이 작용할 수 있다.

본 발명에 따르면, 말뚝이 경사판에 의해 회전되면서 견고한 지지층까지 관입되므로 지지력의 확보 및 안정성이 향상되며, 회전되면서 관입되므로 소음이 줄어들게 됨은 물론 종래에 비하여 보다 신속하게 말뚝 고정이 가능하게 되고, 선단 보강판에 의해 말뚝 선단부의 손상을 방지하는 효과가 있다.

또한, 말뚝의 선단부에 설치된 다수의 경사판에 의해 말뚝의 튀어오름 현상이 발생하지 않으므로 관입량 검사 생략이 가능하게 되는데, 구체적으로, 말뚝 두부에서 회전각 및 회전 정도의 관리만으로 말뚝의 지지력 확보 여부 판단이 가능하게 된다.

또한, 말뚝의 단면적이 종래의 말뚝에 비하여 확대됨으로써 연직지지력을 충분히 확보하게 되고, 말뚝이 빠지고자 하는 인발력에 대하여 쐐기저항 및 마찰저항이 작용하게 되므로 구조물의 전도 등을 방지하는 효과가 있다.

또한, 말뚝은 각각 단면적이 다르게 형성되어 있어 다른 모멘트에 대응되는 응력을 확보하게 되고, 직경이 감소함에 따라 말뚝 제작에 소요되는 비용을 종래보다 절감하게 되며, 다양한 단면으로 형성하여 말뚝의 기능을 극대화시키며, 말뚝의 항타 시 튀어오름 현상이 발생하지 않게 되고, 말뚝의 최종 높이의 조절 시 말뚝을 회전시킴으로써 인접한 다른 말뚝의 높이 조절이 매우 간편하게 이루어지는 효과가 있다.

본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어 질 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 말뚝을 나타내는 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 말뚝을 나타내는 정면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 말뚝이 시공된 상태의 단면적을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 말뚝이 시공된 상태를 도시한 구조도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 말뚝을 일부 확대한 확대 단면도이다.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.

도 1은 본 발명의 말뚝을 도시한 사시도이고, 도 2는 본 발명의 말뚝을 도시한 정면도이며, 도 3은 본 발명의 말뚝이 시공된 상태의 단면적을 도시한 도면이고, 도 4는 본 발명의 말뚝이 시공된 상태를 도시한 구조도이며, 도 5는 본 발명의 말뚝을 일부 확대한 확대 단면도이다.

이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 본 발명의 연직방향 지지력 및 인발저항력이 향상된 말뚝(10)은, 도 1 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 다수의 경사판(21)이 고정된 말뚝 선단부(20), 말뚝 선단부(20)로부터 일정 길이만큼 연장된 연장부(30), 연장부(30)의 직경보다 큰 직경으로 이루어진 확관부(40)를 포함한다.

즉, 말뚝(10)은 지반에 관입되는 원통 형상의 관체로서, 말뚝 선단부(20), 연장부(30) 및 확관부(40)가 일체로 이루어져 있다.

말뚝 선단부(20)는 원통 형상의 관으로 형성되어 있고, 그 외주면에는 동일한 간격으로 경사판(21)이 고정되어 있다. 이러한 경사판(21)은 말뚝 선단부(20)의 길이 방향에 대하여 일정한 각도로 경사지게 고정되어 있다.

본 실시예에서, 경사판(21)은 말뚝(10)의 길이방향에 대하여 5~15˚ 경사지게 고정되는데, 보다 바람직하게는 9˚의 각도로 경사지게 고정되어 있다. 즉, 경사판(21)에는 지반에 관입된 상태에서 말뚝(10)에 가해지는 수평력 등에 의한 인발력이 작용하게 되며, 경사판(21)은 말뚝(10)이 지반으로부터 빠지지 않도록 인발저항력을 갖도록 하기 위해 형성되어 있다.

만약, 경사판(21)의 각도가 5˚보다 작을 경우에는 경사판(21)에 작용하는 인발저항력이 작게 작용하게 되고, 경사판(21)의 각도가 15˚보다 클 경우에는 말뚝(10)의 관입이 어려워지게 된다.

또한, 말뚝 선단부(20)에는 말뚝(10)의 선단이 손상되지 않도록 말뚝 선단부(20)의 직경보다 큰 선단 보강판(22)이 고정되어 있다.

연장부(30)는 말뚝 선단부(20)로부터 일정 길이만큼 연장된 관체로서, 연장부(30)의 길이는 말뚝(10)이 관입되는 길이에 따라 증감되는 것으로, 말뚝(10)의 관입 깊이가 길 경우에는 연장부(30)의 길이가 길게 형성되고, 말뚝(10)의 관입 깊이가 짧을 경우에는 연장부(30)의 길이가 짧게 형성된다.

이러한 연장부(30)는 말뚝 선단부(20)와 동일한 직경으로 이루어져, 말뚝 선단부(20)와 연장부(30)는 일체로 형성되어 있으며, 상기 확관부(40)의 직경보다 작게 형성함으로써 말뚝 선단부(20) 및 연장부(30)의 형성에 소요되는 비용을 보다 줄일 수 있게 된다.

확관부(40)는 말뚝 선단부(20) 및 연장부(30)의 직경보다 큰 직경으로 이루어져 있으며, 연장부(30)의 직경에 비하여 1.3~2배의 직경으로 형성되어 있다.

즉, 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이 확관부(40)는 연장부(30)의 직경에 비하여 바람직하게는 1.5배의 직경으로 형성되어 있다.

이와 같은 구성으로 이루어진 본 발명의 연직방향 지지력 및 인발저항력이 향상된 말뚝(10)은 건축 구조물 또는 교량 등의 시공 전에 지반의 지지층에 관입된다.

이러한 말뚝(10)의 관입은 유압 파일 해머 또는 유압 바이브로 해머 등을 이용하여 관입하게 되는데, 해머로 말뚝(10)에 힘(타격)을 가하면 말뚝(10)이 지반으로 관입된다.

이때 말뚝 선단부(20)에는 다수의 경사판(21)이 고정되어 있으므로, 경사판(21)에 의해 말뚝(10)이 회전되면서 관입 되며, 견고한 지층까지 관입이 이루어지게 된다.

즉, 말뚝(10)은 타격에 의한 수직력에 의해 관입되면서 이와 동시에 경사판(21)에 의해 회전이 이루어져 말뚝(10)에 가하는 힘(타격)을 종래보다 줄일 수 있으며, 말뚝(10)이 지반에 보다 깊게 관입될 수 있음은 물론 말뚝(10)이 회전되면서 관입되므로 보다 신속하게 관입이 이루어지게 된다.

한편, 본 실시예에 따른 말뚝(10)을 지반에 관입시키는 공정을 회전잠김(spin lock) 공법이라고 하는데, 이러한 공법은, 말뚝(10)의 선단부에 설치된 다수의 경사판(21)에 의해 말뚝의 튀어오름 현상이 발생하지 않으므로 관입량 검사 생략이 가능하게 된다. 부연하자면, 말뚝(10) 두부에서 회전각 및 회전 정도의 관리만으로 말뚝(10)의 지지력 확보 여부 판단이 가능하게 되는 이점을 갖게 된다.

또한, 본 실시예에서, 말뚝(10)에는 종래보다 작은 힘(타격)을 가하게 되어 소음 발생이 작으며, 소음으로 인한 민원이 줄어들게 된다. 덧붙여, 말뚝 선단부(20)에는 선단 보강판(22)이 고정되어 있으므로 말뚝(10)의 관입에 따른 저항으로 인해 말뚝 선단부(20)의 손상이 발생하는 것을 감소시킬 수 있으며, 이에 따라 말뚝(10)의 안전성을 높이게 됨은 물론 지지력이 확보됨에 따라 구조물의 안정성을 높이게 된다.

도 3에 도시한 바와 같이, 말뚝 선단부(20)에는 경사판(21)이 고정되어 있으므로, 말뚝 선단부(20)의 직경 단면적과 함께 경사판(21)에 의한 단면적이 합쳐짐으로써 말뚝 선단부(20)의 단면적이 종래에 비하여 대략 3배 정도 커지게 된다.

이렇게 말뚝 선단부(20)는 단면적이 증가되어, 연직지지력이 크게 향상되며, 경사판(21)에는 인발력에 저항하는 쐐기 저항과 마찰저항이 작용하게 된다.

또한, 말뚝 선단부(20)와 연장부(30)는 확관부(40)에 비하여 직경이 작으므로 말뚝(10)의 제작에 소요되는 비용을 절감하게 되고, 모멘트가 크게 작용하는 확관부(40)는 연장부(30)에 비하여 단면적이 커 말뚝(10)의 안전성을 확보하게 된다.

즉, 말뚝 선단부(20)와 연장부(30)는 확관부(40)에 비하여 작은 직경으로 형성되어 있고, 확관부(40)가 큰 직경으로 이루어져 있으나, 말뚝(10)에 작용하는 하중의 특성에 따라 단면적을 달리하여 모멘트에 따라 적합한 단면조합으로 이루어질 수 있다.

한편, 관입된 말뚝(10)은 말뚝(10)의 상면 높이를 조절해야 되는데, 이때 말뚝(10)은 말뚝 선단부(20)의 경사판(21)에 의해 타격 시 튀어오름(Re-bound) 현상이 발생하지 않게 되고, 최종 타격 시 말뚝 선단부(20)가 회전에 의해 지지층에 근입되므로 항타 후 말뚝(10)의 회전각을 조절함으로써 말뚝(10)의 높이 및 말뚝(10)에 소요되는 지지력을 용이하게 확인할 수 있게 된다.

본 실시예 및 본 명세서에 첨부된 도면은 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 명확하게 나타내고 있는 것에 불과하며, 본 발명의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 변형 예와 구체적인 실시 예는 모두 본 발명의 권리범위에 포함되는 것이 자명하다고 할 것이다.

10: 말뚝 20: 말뚝 선단부
21: 경사판 22: 선단 보강판
30: 연장부 40: 확관부

Claims (6)

1. 다수의 경사판이 고정된 말뚝 선단부;
   상기 말뚝 선단부로부터 일정 길이만큼 연장된 연장부; 및
   상기 연장부의 직경보다 큰 직경으로 이루어진 확관부를 포함하는 것을 특징으로 하는 연직방향 지지력 및 인발저항력이 향상된 말뚝.
2. 제1항에 있어서,
   상기 말뚝 선단부에는 말뚝의 강도를 보강하는 선단 보강판이 더 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 연직방향 지지력 및 인발저항력이 향상된 말뚝.
3. 제1항에 있어서,
   상기 말뚝 선단부와 연장부는 동일한 직경으로 이루어져 있고, 상기 확관부는 상기 말뚝 선단부 및 연장부의 직경보다 1.3~2배의 직경으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 연직방향 지지력 및 인발저항력이 향상된 말뚝.
4. 제1항에 있어서,
   상기 경사판은 상기 말뚝 선단부의 길이방향에 대하여 5~15˚의 각도로 경사지게 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 연직방향 지지력 및 인발저항력이 향상된 말뚝.
5. 제1항에 있어서,
   상기 경사판에는 말뚝에 가해지는 인발력에 대하여 대향 되는 쐐기저항 및 마찰저항이 작용하는 것을 특징으로 하는 연직방향 지지력 및 인발저항력이 향상된 말뚝.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항의 연직방향 지지력 및 인발저항력이 향상된 말뚝을 이용하여 지반에 관입시키는 회전잠김 공법.

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