KR20160025179A - 선단보강 마이크로파일 - Google Patents

선단보강 마이크로파일 Download PDF

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KR20160025179A
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    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
    • E02D5/00—Bulkheads, piles, or other structural elements specially adapted to foundation engineering
    • E02D5/74—Means for anchoring structural elements or bulkheads
    • E02D5/80—Ground anchors

Abstract

본 발명은 연약지반 등의 지지력 보강을 위한 마이크로파일에 대한 것으로, 더욱 상세하게는 선단 확장폭을 최소로 하면서 선단지지력을 향상시켜 마이크로파일의 지지력을 향상시킬 수 있는 선단보강 마이크로파일에 대한 것이다.
본 발명의 선단보강 마이크로파일은 복수 개가 길이 방향으로 상호 커플러에 의해 결합되어 지반에 천공된 천공홀 내에 삽입되는 마이크로파일 본체; 상기 마이크로파일 본체 둘레에 구비되는 것으로 마이크로파일 본체의 중심을 유지하는 적어도 하나 이상의 중심유지구; 및 상기 마이크로파일 본체 하단에 결합되는 선단보강슈; 로 구성되되, 상기 선단보강슈는 마이크로파일 본체 하단에 위치하는 것으로 마이크로파일 하단보다 단면적이 넓은 지압판 및 상기 지압판 하단에 결합되는 것으로 천공홀 저면에 지지되어 마이크로파일 본체가 천공홀 저면과 일정 거리 이격되도록 간격을 유지하는 간격유지구로 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

선단보강 마이크로파일{MICROPILE WITH REINFORCED TIP}
본 발명은 연약지반 등의 지지력 보강을 위한 마이크로파일에 대한 것으로, 더욱 상세하게는 선단 확장폭을 최소로 하면서 선단지지력을 향상시켜 마이크로파일의 지지력을 향상시킬 수 있는 선단보강 마이크로파일에 대한 것이다.
마이크로파일 공법은 소규모 천공장비를 이용하여 지지층까지 소정 깊이의 천공홀을 형성한 다음 공벽보호케이싱 등을 설치하고 내부에 저압으로 그라우팅을 실시하여 소구경 현장타설 말뚝을 형성하는 공법이다.
이러한 마이크로파일 공법은 천공홀을 통하여 주입된 그라우트재가 연약지반을 보강하는 효과를 얻을 수 있고, 소규모 장비를 사용하므로 협소한 공간에서 시공이 용이한 장점 등으로 인하여 널리 사용되고 있다.
도 1은 지중에 삽입된 종래 마이크로파일을 도시하는 단면도이다.
도 1에서 볼 수 있는 바와 같이, 통상적으로 마이크로파일은 지름 300㎜ 이하로 선단 면적이 작기 때문에, 다른 기초공법과는 달리 선단지지보다는 마이크로파일 외주면과 지반의 내벽 간에 발생하는 주면마찰력만을 고려하여 지지력을 산정하고 있다. 따라서 암반층인 지지층(3)의 주면마찰력만을 고려하기 때문에 지지력이 다소 과소평가되고 있으며, 선단부에 과도한 하중이 집중되거나 마이크로파일 상부로 인장하중이 작용하는 경우 지반 침하 현상 또는 마이크로파일의 상부로 밀리는 부상 위험이 있다.
따라서 마이크로파일 선단 부분의 지지력을 확보하기 위하여 종래 마이크로파일 선단부의 면적을 넓게 하여 선단지지력을 보강하는 기술에 대한 다양한 기술이 출원된바 있다(특허 제10-1331219호 등).
그러나 마이크로파일의 선단지지력 확보를 위하여 선단부의 면적을 넓게 확장하는 경우, 마이크로파일 선단과 천공홀(1) 사이의 간격이 줄어들기 때문에 마이크로파일(10)을 지중에 근입하기 어려운 문제점이 발생한다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 선단 확장폭을 최소로 하면서 선단지지력을 향상시켜, 마이크로파일의 근입을 용이하게 함과 동시에 지지력을 향상시킬 수 있는 선단보강 마이크로파일을 제공하고자 한다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위하여 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 복수 개가 길이 방향으로 상호 커플러에 의해 결합되어 지반에 천공된 천공홀 내에 삽입되는 마이크로파일 본체; 상기 마이크로파일 본체 둘레에 구비되는 것으로 마이크로파일 본체의 중심을 유지하는 적어도 하나 이상의 중심유지구; 및 상기 마이크로파일 본체 하단에 결합되는 선단보강슈; 로 구성되되, 상기 선단보강슈는 마이크로파일 본체 하단에 위치하는 것으로 마이크로파일 하단보다 단면적이 넓은 지압판 및 상기 지압판 하단에 결합되는 것으로 천공홀 저면에 지지되어 마이크로파일 본체가 천공홀 저면과 일정 거리 이격되도록 간격을 유지하는 간격유지구로 구성되는 것을 특징으로 하는 선단보강 마이크로파일을 제공한다.
다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 상기 선단보강슈는 지압판 상면에 원통의 관 형상으로 내주면에 암나사산이 구비된 결합구가 결합되고, 상기 마이크로파일 본체 하단 외주면에는 나사산이 형성되어 상기 결합구의 암나사산에 마이크로파일 본체 하단을 나사 결합하여 마이크로파일 본체와 결합되는 것을 특징으로 하는 선단보강 마이크로파일을 제공한다.
다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 상기 간격유지구는 지압판 저면에 상광하협의 보강 플레이트 두 개가 십자형으로 결합된 것을 특징으로 하는 선단보강 마이크로파일을 제공한다.
다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 상기 보강 플레이트에는 유동공이 형성되는 것을 특징으로 하는 선단보강 마이크로파일을 제공한다.
다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 상기 간격유지구는 지압판 저면에 결합되는 것으로 머리부가 천공홀 저면에 지지되는 볼트를 포함하는 것을 특징으로 하는 선단보강 마이크로파일을 제공한다.
다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 상기 지압판 저면에는 원통의 관 형상으로 내주면에 암나사산이 구비된 고정구가 결합되고, 상기 고정구의 암나사산에 볼트의 단부를 나사 결합하여 볼트의 회전에 따라 볼트의 돌출 길이가 조절되는 것을 특징으로 하는 선단보강 마이크로파일을 제공한다.
다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 상기 지압판에는 삽입공이 형성되어 마이크로파일 본체 측면에 구비된 그라우팅관의 하단이 삽입되는 것을 특징으로 하는 선단보강 마이크로파일을 제공한다.
본 발명에 의하면 선단 확장폭을 최소로 하면서 선단지지력을 향상시켜 마이크로파일의 지지력을 향상시킬 수 있다. 따라서 마이크로파일의 근입을 용이하게 함과 동시에 다른 기초부재와 같이 선단지지력과 주면마찰력을 함께 고려하여 마이크로파일의 지지력을 산정할 수 있다.
또한, 마이크로파일 선단부의 면적이 넓어지므로 마이크로파일을 침하시키거나 인발하려는 힘에 대하여 파일체를 견고하게 지반에 정착할 수 있다.
도 1은 지중에 삽입된 종래 마이크로파일을 도시하는 단면도이다.
도 2는 본 발명 선단보강 마이크로파일의 실시예를 도시하는 사시도이다.
도 3은 지중에 삽입된 본 발명 선단보강 마이크로파일의 실시예를 도시하는 단면도이다.
도 4는 파일 선단보강에 의한 하부 지중응력 분포를 도시하는 개념도이다.
도 5는 본 발명 선단보강 마이크로파일에 의한 하부 지중응력 분포를 도시하는 도면이다.
도 6 내지 도 8은 본 발명 선단보강 마이크로파일의 다양한 실시예를 도시하는 도면이다.
이하, 첨부한 도면 및 바람직한 실시예에 따라 본 발명을 상세히 설명한다.
도 2 및 도 3은 본 발명 선단보강 마이크로파일의 실시예를 도시하는 사시도 및 단면도이고, 도 4는 파일 선단보강에 의한 하부 지중응력 분포를 도시하는 개념도이며, 도 5는 본 발명 선단보강 마이크로파일에 의한 하부 지중응력 분포를 도시하는 도면이다.
도 2 내지 도 3에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명의 선단보강 마이크로파일은 복수 개가 길이 방향으로 상호 커플러(13)에 의해 결합되어 지반에 천공된 천공홀(1) 내에 삽입되는 마이크로파일 본체(11); 상기 마이크로파일 본체(11) 둘레에 구비되는 것으로 마이크로파일 본체(11)의 중심을 유지하는 적어도 하나 이상의 중심유지구(12); 및 상기 마이크로파일 본체(11) 하단에 결합되는 선단보강슈(20); 로 구성되되, 상기 선단보강슈(20)는 마이크로파일 본체(11) 하단에 위치하는 것으로 마이크로파일(10) 하단보다 단면적이 넓은 지압판(21) 및 상기 지압판(21) 하단에 결합되는 것으로 천공홀(1) 저면에 지지되어 마이크로파일 본체(11)가 천공홀(1) 저면과 일정 거리 이격되도록 간격을 유지하는 간격유지구(22)로 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 마이크로파일 본체(11)는 외주면에 나사산이 형성된 것으로, 나사산은 후게 그라우트재(30)가 경화하면서 마찰력에 의하여 마이크로파일(10)의 지지력을 강화시키며 커플러(13)에 의하여 상하 이음을 원활하게 한다. 상기 마이크로파일 본체(11)는 천공홀(1)의 심도에 맞추어 원통 형상의 커플러(13)를 이용하여 상하 나선 연결하여 복수 개 이음한다.
상기 마이크로파일 본체(11)는 통상 직경 300㎜ 이하이나 50~200㎜의 것을 많이 이용한다.
상기 중심유지구(12, Centralizer)는 마이크로파일 본체(11)의 근입시 천공홀(1)과의 사이에 틈새가 발생하여 마이크로파일 본체(11)가 기울어지는 것을 방지한다. 즉, 중심유지구(12)는 마이크로파일 본체(11)가 편심 없이 천공홀(1) 중심에 위치하도록 하는 것으로, 다양한 재질과 형상의 것을 이용할 수 있다.
중심유지구(12)의 일실시예로 도 2 내지 도 3에서와 같이 상하부는 각각 마이크로파일 본체(11)에 밀착되고 가운데 부분은 탄성 재질로 복수 개의 관통공이 형성되어 외부로 확장 가능한 튜브 형상을 이용할 수 있다.
상기 중심유지구(12)는 마이크로파일 본체(11)의 길이 방향을 따라 일정 간격 이격되도록 복수 개 위치시킬 수 있으며, 최대 직경이 천공홀(1) 내부의 직경보다 다소 작도록 하여 천공홀(1) 내부로 용이하게 근입되도록 한다.
상기 선단보강슈(20)는 상기 마이크로파일 본체(11) 하단에 위치하는 것으로 마이크로파일(10) 하단보다 단면적이 넓은 지압판(21) 및 상기 지압판(21) 하단에 결합되는 것으로 천공홀(1) 저면에 지지되어 마이크로파일 본체(11)가 천공홀(1) 저면과 일정 거리 이격되도록 간격을 유지하는 간격유지구(22)로 구성된다.
상기 선단보강슈(20)는 마이크로파일 본체(11) 두부를 보호한다.
또한, 선단보강슈(20)의 지압판(21)은 상부 하중을 받아 지지층(3)에 전달하고, 상기 간격유지구(22)는 지압판(21)과 천공홀(1) 저면과의 사이에서 지중응력 분포가 소정 너비만큼 확산되도록 하여 천공홀(1) 저면에서 지중응력이 골고루 분포되도록 한다.
즉, 도 4 및 도 5에서 볼 수 있는 바와 같이 지름 B인 지압판(21)에 하중이 작용하면, 간격유지구(22)에 의하여 지압판(21)과 천공홀(1) 저면 사이에 일정한 간격이 형성되므로 이 부분에서 지중응력은 수직 방향 길이 2에 대해 수평 방향 길이 1의 각도로 분산된다(도로교 설계기준 참조). 따라서 마이크로파일 본체(11) 하단과 천공홀(1) 저면 사이의 거리를 여유장 z라고 할 때, 천공홀(1) 저면에서의 지중응력은 선단 확장 기초폭(B')인 B+z 지름 부분으로 분산되어 마이크로파일(10)의 선단 부분이 간접적으로 확장되는 효과가 있다.
따라서 지압판(21) 부분으로 전달된 상부하중은 지압판(21) 하면의 여유장(z)을 통과하면서 지지층(3)에 전달됨으로써 지지층(3)의 응력을 저감시켜 결과적으로 침하량을 감소시킬 수 있다. 이로써 마이크로파일(10)의 선단 확장폭을 최소로 하면서 마이크로파일(10)의 지지력을 향상시킬 수 있게 된다.
상기와 같은 본 발명의 선단 확장 마이크로파일(10)의 시공은 우선 연약층(2)에서 천공홀(1)의 공벽이 무너지는 것을 방지하기 위하여 지중에 공벽보호케이싱(4)을 근입하고, 암반층인 지지층(3)의 소정 깊이까지 천공을 한 다음, 마이크로파일 본체(11)를 근입한다. 그리고 천공홀(1) 내부를 그라우팅하고 상부 콘크리트 기초(C)를 시공하는 순서로 진행한다.
물론 상기 마이크로파일 본체(11) 상단에는 결합볼트(15)에 의하여 베어링 플레이트(14)를 결합하고 콘크리트 기초(C)를 시공한다.
도 6 내지 도 7은 본 발명 선단보강 마이크로파일의 다른 실시예들을 도시하는 도면이다.
도 6의 (a) 내지 (b)에서 볼 수 있는 바와 같이, 상기 선단보강슈(20)는 지압판(21) 상면에 원통의 관 형상으로 내주면에 암나사산이 구비된 결합구(23)가 결합되고, 상기 마이크로파일 본체(11) 하단 외주면에는 나사산이 형성되어 상기 결합구(23)의 암나사산에 마이크로파일 본체(11) 하단을 나사 결합하여 마이크로파일 본체(11)와 결합할 수 있다.
상기 선단보강슈(20)는 마이크로파일 본체(11) 하단에 용접 결합할 수 있으나, 도 6의 (a) 내지 (b)에서와 같이 선단보강슈(20)의 결합구(23) 내주면과 마이크로파일 본체(11) 하단 외주면에 각각 암나사산과 나사산을 형성하여 이들을 상호 볼트 결합할 수 있다.
이와 같이 선단보강슈(20)와 마이크로파일 본체(11)를 볼트 결합하는 경우 용접열에 의한 부재의 변형이 없고 안전하며, 기계적 결합으로 결합이 간단하다.
또한, 본 발명에서 상기 간격유지구(22)는 지압판(21) 저면에 상광하협의 보강 플레이트(221) 두 개가 십자형으로 결합된 것을 특징으로 한다.
따라서 보강 플레이트(221)가 지압판(21) 저면을 십자형으로 고르게 지지하므로 고하중에 의하여 지압판(21)이 상부로 꺾이는 것을 방지할 수 있다.
이때 상광하협 형상의 보강 플레이트(221)는 단면을 삼각 형상으로 하고 꼭지점이 하부로 향하게 함으로써, 마이크로파일 본체(11)를 천공홀(1) 내부에 삽입할 때 날카로운 간격유지구(22)의 하단이 지반에 쉽게 삽입되도록 할 수 있다.
상기 보강 플레이트(221)에는 유동공(222)이 형성되는 것을 특징으로 한다.
유동공(222)은 그라우트재(30)를 인접 보강 플레이트(221) 사이로 이동시키는 통로로, 지압판(21) 하부에 충전되는 그라우트재(30)가 보강 플레이트(221)에 의해 유동이 저해되어 밀실하게 충전되지 못하는 것을 방지한다.
아울러 도 6의 (b)에서 볼 수 있는 바와 같이, 상기 지압판(21)에는 삽입공(211)이 형성되어 마이크로파일 본체(11) 측면에 구비된 그라우팅관(40)의 하단이 삽입될 수 있다.
따라서 그라우팅관(40)의 하단이 삽입공(211)에 삽입되어 지압판(21) 저면으로 연장될 수 있으므로, 그라우트재(30)가 지압판(21) 저면부터 밀실하게 충전될 수 있다.
앞서 도 6에서 설명한 것처럼, 상기 선단보강슈(20)는 지압판(21) 상부에 형성된 결합구(23)와 마이크로파일 본체(11)를 나사산을 따라 나사 결합할 수 있으나, 이 밖에 도 7에서 볼 수 있는 바와 같이 지압판(21) 중앙 내주면에 암나사산이 형성된 결합공(212)을 뚫고 상기 결합공에 마이크로파일 본체(11)를 직접 나사 결합하여 선단보강슈(20)와 마이크로파일 본체(11)를 결합하는 것도 가능하다.
도 8 및 도 9는 본 발명 선단보강 마이크로파일의 또 다른 실시예들을 도시하는 도면이다.
도 8의 (a) 내지 (b)에서 볼 수 있는 바와 같이, 상기 간격유지구(22)는 지압판(21) 저면에 결합되는 것으로 머리부가 천공홀(1) 저면에 지지되는 볼트(223)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 볼트(223)는 지압판(21) 저면에 용접 결합하거나 지압판(21) 저면에 미리 볼트구멍을 뚫어 놓은 다음 볼트구멍에 나사 결합하여 지압판(21)에 결합할 수 있다.
간격유지구(22)로 볼트(223)를 포함하여 구성하는 경우 지압판(21) 저면에 그라우트재(30)의 유동을 방해하는 구성이 없어 그라우트재(30)를 보다 골고루 충전할 수 있다.
또한, 도 8의 (b)의 점선으로 표기한 부분에서 알 수 있는 바와 같이, 지압판(21) 저면에서 볼트(223) 저면까지 소정 각도로 경사각을 형성하면서 상부 하중이 지지층(3)에 전달되므로, 마이크로파일(10)의 선단이 확장되어 지지력을 향상시키는 효과가 있다.
아울러 도 9에서 볼 수 있는 바와 같이, 상기 지압판(21) 저면에는 원통의 관 형상으로 내주면에 암나사산이 구비된 고정구(224)가 결합되고, 상기 고정구(224)의 암나사산에 볼트(223)의 단부를 나사 결합하여 볼트(223)의 회전에 따라 볼트(223)의 돌출 길이가 조절되는 것을 특징으로 한다.
이로써, 볼트(223)의 돌출 길이를 조절하여 지압판(21)과 볼트(223) 저면 사이의 거리인 여유장(z)의 길이를 조절할 수 있다.
따라서 천공홀(1)의 폭에 여유가 있는 경우, 여유장(z)의 길이를 길게 하여 선단 확장 기초폭(B+z)을 천공홀(1) 폭 이내에서 최대로 자유롭게 증가시킬 수 있다.
1: 천공홀 2: 연약층
3: 지지층 4: 공벽보호케이싱
10: 마이크로파일 11: 마이크로파일 본체
12: 중심유지구 13: 커플러
14: 베어링 플레이트 15: 결합볼트
20: 선단보강슈 21: 지압판
211: 삽입공 22: 간격유지구
221: 보강 플레이트 222: 유동공
223: 볼트 224: 고정구
23: 결합구 30: 그라우트재
40: 그라우팅관
B: 지압판의 지름 B': 선단 확장 기초폭
C: 콘크리트 기초 q: 선단부에 전달되는 상부하중
z: 여유장 Δσ: 지지층에 전달되는 상부하중

Claims (7)

  1. 복수 개가 길이 방향으로 상호 커플러(13)에 의해 결합되어 지반에 천공된 천공홀(1) 내에 삽입되는 마이크로파일 본체(11);
    상기 마이크로파일 본체(11) 둘레에 구비되는 것으로 마이크로파일 본체(11)의 중심을 유지하는 적어도 하나 이상의 중심유지구(12); 및
    상기 마이크로파일 본체(11) 하단에 결합되는 선단보강슈(20); 로 구성되되,
    상기 선단보강슈(20)는 마이크로파일 본체(11) 하단에 위치하는 것으로 마이크로파일(10) 하단보다 단면적이 넓은 지압판(21) 및 상기 지압판(21) 하단에 결합되는 것으로 천공홀(1) 저면에 지지되어 마이크로파일 본체(11)가 천공홀(1) 저면과 일정 거리 이격되도록 간격을 유지하는 간격유지구(22)로 구성되는 것을 특징으로 하는 선단보강 마이크로파일.
  2. 제1항에서,
    상기 선단보강슈(20)는 지압판(21) 상면에 원통의 관 형상으로 내주면에 암나사산이 구비된 결합구(23)가 결합되고, 상기 마이크로파일 본체(11) 하단 외주면에는 나사산이 형성되어 상기 결합구(23)의 암나사산에 마이크로파일 본체(11) 하단을 나사 결합하여 마이크로파일 본체(11)와 결합되는 것을 특징으로 하는 선단보강 마이크로파일.
  3. 제1항에서,
    상기 간격유지구(22)는 지압판(21) 저면에 상광하협의 보강 플레이트(221) 두 개가 십자형으로 결합된 것을 특징으로 하는 선단보강 마이크로파일.
  4. 제3항에서,
    상기 보강 플레이트(221)에는 유동공(222)이 형성되는 것을 특징으로 하는 선단보강 마이크로파일.
  5. 제1항에서,
    상기 간격유지구(22)는 지압판(21) 저면에 결합되는 것으로 머리부가 천공홀(1) 저면에 지지되는 볼트(223)를 포함하는 것을 특징으로 하는 선단보강 마이크로파일.
  6. 제5항에서,
    상기 지압판(21) 저면에는 원통의 관 형상으로 내주면에 암나사산이 구비된 고정구(224)가 결합되고, 상기 고정구(224)의 암나사산에 볼트(223)의 단부를 나사 결합하여 볼트(223)의 회전에 따라 볼트(223)의 돌출 길이가 조절되는 것을 특징으로 하는 선단보강 마이크로파일.
  7. 제1항에서,
    상기 지압판(21)에는 삽입공(211)이 형성되어 마이크로파일 본체(11) 측면에 구비된 그라우팅관(40)의 하단이 삽입되는 것을 특징으로 하는 선단보강 마이크로파일.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR102164654B1 (ko) * 2020-06-30 2020-10-12 이성진 구조물보강용 선단팽창형 마이크로파일장치
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KR102627996B1 (ko) 2023-07-17 2024-01-23 주식회사 디앤디 내장형 커플러를 구비한 소구경 말뚝 및 그 시공방법

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