KR20160025260A - 선단지지력이 강화된 복합말뚝 및 이의 시공방법 - Google Patents

선단지지력이 강화된 복합말뚝 및 이의 시공방법 Download PDF

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    • E02D5/00Bulkheads, piles, or other structural elements specially adapted to foundation engineering
    • E02D5/22Piles
    • E02D5/24Prefabricated piles
    • E02D5/30Prefabricated piles made of concrete or reinforced concrete or made of steel and concrete

Abstract

본 발명은, PHC 말뚝의 슈판 또는 슈판에 고정되는 연결판에 구비된 선단보강부재가 천공홀 하부의 슬라임과 강도가 약해진 지지층을 관통해서 강도가 큰 원지반 지지층에 관입될 때, 선단보강부재에 작용하는 마찰력을 높이고, 선단보강부재 내부에 형성되는 관내토의 강도와 관내토에 의한 선단보강부재의 폐색효과를 극대화하여 말뚝의 선단지지력을 증대시킴으로써, 매입말뚝의 하중지지능력을 높일 수 있는 선단지지력이 강화된 복합말뚝 및 이의 시공방법에 관한 것이다.

Description

선단지지력이 강화된 복합말뚝 및 이의 시공방법{Complex pile with improved end bearing capacity and its construction method}
본 발명은 선단지지력이 강화된 복합말뚝에 관한 것으로, 보다 상세하게는, PHC 말뚝의 슈판 또는 슈판에 고정되는 연결판에 구비된 선단보강부재가 천공홀 하부의 슬라임과 강도가 약해진 지지층을 관통해서 강도가 큰 원지반 지지층에 관입될 때, 선단보강부재에 작용하는 마찰력을 높이고, 선단보강부재 내부에 형성되는 관내토의 강도와 관내토에 의한 선단보강부재의 폐색효과를 극대화하여 말뚝의 선단지지력을 증대시킴으로써, 매입말뚝의 하중지지능력을 높일 수 있는 선단지지력이 강화된 복합말뚝 및 이의 시공방법에 관한 것이다.
일반적으로 도심지 건축구조물의 기초로 많이 사용되는 매입말뚝 공법은 스크류오거(screw auger) 등의 굴착장비를 이용해서 굴착한 천공홀에 시멘트밀크를 주입하고, 상기 천공홀에 PHC 말뚝을 삽입한 후, 해머로 PHC 말뚝의 두부에 경타를 가하고 시멘트밀크를 양생하는 방법으로 시공된다.
상기 매입말뚝 공법은 해머로 PHC 말뚝을 타격해서 지반에 관입하는 항타말뚝에 비해 시공중 발생하는 소음, 진동이 작아 건설공해로 인한 민원발생을 억제할 수 있는 반면, 스크류오거 등의 굴착장비로 천공홀을 굴착하는 동안 천공홀 하부에 강도가 매우 작은 슬라임이 잔류하고 천공홀 하부의 지반도 응력이완으로 인해 원지반보다 강도가 약해져서 매입말뚝의 선단지지력이 작아진다는 단점이 있기 때문에 항타말뚝 비해 단위 지지력당 시공비 측면에서 경쟁력을 확보하기 위해서는 매입말뚝의 선단지지력을 향상시키는 것이 중요하다.
상기 매입말뚝의 선단지지력(Qp)은 다음 식과 같이 PHC 말뚝 선단에 작용하는 단위 면적당 선단지지력(qp)과 PHC 말뚝 선단면적(Ap)의 곱으로 계산되고, 다시 단위 면적당 선단지지력은 PHC 말뚝의 선단에 작용하는 연직응력(σv)과 PHC 말뚝 선단 지반의 강도에 의해 결정되는 지지력계수(Nq)의 곱으로 계산된다.
Qp = qpAp = (σvNq)Ap
따라서, 매입말뚝의 선단지지력을 증대시키기 위해서는 PHC 말뚝의 선단면적(Ap)을 키우거나 PHC 말뚝의 선단에 작용하는 단위 면적당 선단지지력(qp)을 키워야 하고, PHC 말뚝의 단위 면적당 선단지지력은 PHC 말뚝의 관입깊이를 깊게 하거나 PHC 말뚝의 선단을 단단한 지지층에 안착시킴으로써 키울 수 있다.
상기 매입말뚝의 선단지지력이 향상될 수 있도록 본 건 출원인은 대한민국 등록특허공보 제10-1147510호로 선단지지력이 강화된 복합말뚝 및 이를 이용한 복합말뚝 시공방법을 등록받은 바 있다.
선 등록된 특허는, PHC 말뚝의 슈판 및 PHC 말뚝의 슈판에 고정된 연결판에 PHC 말뚝의 중공부 직경보다 크고 외경의 1.2배보다 작으면서 전체 길이에 걸쳐 직경과 두께가 동일한 원통형의 지지층 관입용 삽입관을 고정하여 경타에 의해 지지층 관입용 삽입관이 천공홀에 잔류하는 슬라임과 천공홀 하부의 강도가 약해진 지지층을 관통해서 천공홀 하부의 강도가 큰 원지반 지지층에 관입되도록 함으로써 매입말뚝의 선단지지력을 강화하는 구성이다.
그러나 선 등록된 특허는, 지지층 관입용 삽입관이 고정된 PHC 말뚝의 슈판 및 연결판의 코너부에 위치한 슬라임이 PHC 말뚝의 중공부로 원활하게 배토되지 않고 지지층 관입용 삽입관 내부에 잔류할 뿐만 아니라 지지층 관입용 삽입관이 천공홀 하부 지지층에 완전히 관입되지 않은 상태에서는 상당량의 슬라임이 지지층 관입용 삽입관 내부에 존재함으로써, 지지층 관입용 삽입관 내부에 형성되는 관내토의 강도가 저하되고, 그로 인해 복합말뚝에 하중이 가해지면 지지층 관입용 삽입관 내에서 관내토가 상향으로 변위를 일으키면서 지지층 관입용 삽입관의 폐색효과가 저하되어 원지반 지지층의 강도 대비 매입말뚝의 선단지지력이 큰 폭으로 향상되지 않는 문제점이 있었다.
또한, 지지층 관입용 삽입관 내부의 관내토에 가해지는 하중의 일부가 연결판에 의해 지지되는 상황에서 관내토 상단에 위치하는 강도가 작은 슬라임으로 인해 연결판과 관내토 사이에 발생하는 접지압이 크지 않아 관내토에 의해 발현되는 선단지지력이 천공홀 하부 지지층의 강도에 비해 크게 떨어지는 문제점도 있었다.
이에 상술한 바와 같은 종래의 제반 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 본 발명의 목적은, PHC 말뚝의 슈판 및 슈판에 고정되는 연결판에 구비된 선단보강부재가 천공홀 하부의 지지층에 관입될 때, 선단보강부재에 유입되는 슬라임의 배출을 원활히 해서 관내토의 강도와 관내토에 의한 선단보강부재의 폐색효과를 극대화하여 매입말뚝의 선단지지력을 증대시킬 수 있는 선단지지력이 강화된 복합말뚝 및 이의 시공방법을 제공함에 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은, 슈판 및 연결판에 구비된 선단보강부재의 내,외측면을 경사지게 형성해서 선단하중에 의한 관내토의 상향 변위 발생을 억제함으로써 선단보강부재의 폐색효과를 키워서 관내토의 선단지지력 발현 능력을 높일 뿐만 아니라 PHC 말뚝의 슈판에 고정된 연결판에도 큰 하중이 지지되도록 함으로써 매입말뚝의 선단지지력을 대폭 향상시킬 수 있는 선단지지력이 강화된 복합말뚝 및 이의 시공방법을 제공함에 있다.
본 발명 선단지지력이 강화된 복합말뚝은,
슈판에 결합되어 긴장된 PC강선에 콘크리트가 타설되면서 내부에 중공부가 형성되도록 양생되는 PHC 말뚝과;
상기 PHC 말뚝의 슈판에 고정되어 PHC 말뚝에 가해지는 경타에너지에 의한 선단보강부재의 변형을 방지하고 경타에너지를 선단보강부재에 전달하면서, 내부에 상기 PC강선과 동일선상으로 통공이 관통되고 상기 PHC 말뚝과 동일 또는 그 이상의 직경을 갖는 연결판과;
상기 연결판에 하향으로 돌출되거나 고정되어 천공홀 하부의 슬라임과 천공과정에서 강도가 약해진 지지층을 관통해서 강도가 큰 원지반 지지층에 관입될 때, 원지반 지지층과의 마찰력을 높이고 관내토의 강도 및 관내토에 의한 말뚝의 폐색효과를 극대화해서 매입말뚝의 선단지지력을 증대시키는 선단보강부재를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 것이다.
본 발명 선단지지력이 강화된 복합말뚝의 시공방법은,
선단보강부재가 돌출되거나 고정되고 내부에 PHC 말뚝에 위치하는 PC강선과 동일선상으로 통공이 관통되면서 PHC 말뚝과 동일하거나 그 이상의 직경을 갖는 연결판을 PHC 말뚝의 슈판에 고정부재로 고정하거나 용접하여 복합말뚝을 형성하는 단계와;
상기 복합말뚝이 삽입될 지반을 굴착장비로 굴착하여 천공홀을 형성하는 단계와;
상기 천공홀에 시멘트밀크를 충전하면서 시멘트밀크와 천공홀 하부의 슬라임을 교반하는 단계와;
상기 시멘트밀트가 충전된 천공홀에 복합말뚝을 삽입하는 단계와;
상기 천공홀에 삽입된 복합말뚝을 경타하여 복합말뚝의 선단보강부재가 천공홀 하부의 슬라임과 강도가 약해진 지지층을 관통해서 강도가 큰 원지반 지지층에 관입되도록 하는 단계와;
상기 복합말뚝과 천공홀 및 천공홀에 삽입된 케이싱 사이의 공간에 채워진 시멘트밀크를 경화하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 것이다.
본 발명에 의하면, PHC 말뚝의 슈판 또는 슈판에 고정되는 연결판에 구비된 선단보강부재가 천공홀 저면의 지지층에 관입될 때, 선단보강부재에 발생하는 마찰력을 높이고 선단보강부재에 형성되는 관내토의 강도와 관내토에 의한 선단보강부재의 폐색효과도 극대화하여 매입말뚝의 선단지지력을 증대시킴으로써 지지력 증대에 따른 말뚝 시공 본수 감소를 통해 기초공사비를 절감하고 공사기간을 단축시킬 수 있는 이점을 가질 수 있는 것이다.
또한, 본 발명에 의하면, 슈판 또는 슈판에 고정된 연결판에 구비된 선단보강부재의 내,외측면을 경사지게 형성해서 선단하중에 의한 관내토의 상향 변위 발생을 억제함으로써 선단보강부재의 폐색효과를 키워서 관내토의 하중지지능력을 높일 뿐만 아니라 PHC 말뚝의 슈판 또는 슈판에 고정된 연결판에도 큰 하중이 지지되도록 함으로써 매입말뚝의 선단지지력을 대폭 향상시킬 수 있는 이점을 가질 수 있는 것이다.
도 1 내지 도 6은 본 발명 일실시예의 분리사시도 및 단면도
도 7 내지 도 14는 본 발명의 다른 실시예의 분리사시도 및 단면도
도 15 내지 도 20은 본 발명의 또 다른 실시예의 분리사시도 및 단면도
도 21 내지 도 22은 본 발명의 또 다른 실시예의 분리사시도 및 단면도
도 23 내지 도 25는 본 발명의 또 다른 실시예의 분리사시도 및 단면도
도 26 내지 도 27은 본 발명의 실시예에 따른 복합말뚝의 매입상태도
도 28는 본 발명 매입말뚝의 선단부 확대단면도
이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명을 상세히 설명한다. 도 1 내지 도 6은 본 발명 일실시예의 분리사시도 및 단면도이다.
본 발명 선단지지력이 강화된 복합말뚝(100)은, 슈판(111)에 결합되어 긴장된 PC강선(112)에 콘크리트가 타설되면서 내부에 중공부(113)가 형성되도록 양생되는 PHC 말뚝(110)이 구성되고, 상기 PHC 말뚝(110)의 슈판(111)에 고정되어 PHC 말뚝(110)에 가해지는 경타에너지에 의한 선단보강부재(130)의 변형을 방지하고 경타에너지를 선단보강부재(130)에 전달하면서, 내부에 상기 PC강선(112)과 동일선상으로 통공(121)이 관통되고 상기 PHC 말뚝(110)과 동일 또는 그 이상의 직경을 갖는 연결판(120)이 구성되며, 상기 연결판(120)에 하향으로 돌출되거나 고정되어 천공홀(11) 하부의 슬라임(12)과 천공과정에서 강도가 약해진 지지층을 관통해서 강도가 큰 원지반 지지층(10')에 관입될 때, 원지반 지지층(10')과의 마찰력을 높이고 관내토의 강도 및 관내토에 의한 말뚝의 폐색효과를 극대화하여 매입말뚝의 선단지지력을 증대시키는 선단보강부재(130)(130a)(130b)(130c)(130d)를 포함하여 구성되는 것으로, 이를 좀더 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
상기 PHC 말뚝(110)의 슈판(111)과 연결판(120)이 일체로 형성될 수 있다.
상기 선단보강부재(130)는, 내부에 관통된 통공(121)을 중심으로 상기 연결판(120) 저면의 내,외측단부에 각각의 선단보강내관(131)과 선단보강외관(132) 또는 선단보강내,외관(131)(132)이 모두 형성된 이중보강관이 하향으로 경사지게 돌출되어 선단보강내관(131) 및 선단보강외관(132)의 양쪽 측면에 내,외측 경사면(133)(134)이 구비된다.
상기 선단보강내관(131)과 선단보강외관(132) 또는 이중보강관을 구성하는 선단보강내,외관(131)(132)은 원형 또는 파형의 단면을 갖으며, 선단보강내,외관(131)(132)의 양쪽 측면을 구성하는 내,외측 경사면(133)(134)의 경사진 기울기는 내,외측 경사면(133)(134)이 대칭되도록 동일한 기울기로 형성될 수 있으나, 어느 하나의 경사면이 다른 하나의 경사면보다 수직 또는 수직에 가깝도록 기울어지게 형성될 수도 있는 것이다.
또한, 상기 선단보강부재(130a)는, 도 7 내지 도 14에 도시된 바와 같이, 내부에 통공(121)이 관통된 상기 연결판(120) 저면의 내,외측 단부에 각각 또는 이중보강관의 형상으로 하향으로 경사지게 돌출되어 선단보강내,외관(131)(132)의 양쪽 측면에 내,외측 경사면(133)(134)이 구비되고, 상기 선단보강내,외관(131)(132)이 각각 고정되는 경우에는 내,외측 경사면(133)(134) 중 어느 하나의 경사면에 그리고 이중보강관의 경우에는 내,외측 경사면(133)(134) 양쪽에 연결판(120)의 통공(121)과 동일선상으로 볼트결합공간(135)이 구비된다.
상기 내,외측 경사면(133)(134)은, 원형 또는 파형의 단면을 갖도록 형성되고, 경사진 기울기는 내,외측 경사면(133)(134)이 대칭되도록 동일한 기울기로 형성될 수 있으나, 어느 하나의 경사면이 다른 하나의 경사면보다 수직 또는 수직에 가깝도록 기울어지게 형성될 수도 있는 것이다.
또한, 상기 선단보강부재(130b)는, 도 15 내지 도 20에 도시된 바와 같이, 내부에 통공(121)이 관통된 상기 연결판(120) 저면에 하향으로 일정각도 이격되거나 연속해서 돌출되면서 원뿔 및 원형과 타원형, 다각형의 단면을 갖거나 원형과 타원형의 형상으로 파형의 단면을 갖도록 형성되면서 하향으로 경사지거나 동일한 두께로 형성되는 다수의 관입파이프(136)가 구비된다.
상기 다수의 관입파이프(136)를 연결하여 원지반 지지층 관입 시, 선단이 폐합되도록 하는 연결리브(137)를 더 포함하여 구비된다.
상기 연결리브(137)는, 다수의 관입파이프(136)가 폐합되도록 외주면이 연결되도록 고정되면서 하향으로 경사지거나 동일한 두께로 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 선단보강부재(130c)는, 도 21 내지 도 22에 도시된 바와 같이, 내부에 통공(121)이 관통된 상기 연결판(120) 저면에 고정되는 상단부보다 천공홀(11) 하부의 원지반 지지층(10')에 관입되는 하단부가 더 넓도록 만곡되거나 경사지게 형성된 선단보강관(138)이 구비되고, 상기 연결판(120) 저면과 선단보강관(138) 사이에 설치되는 다수의 보강리브(138')가 구비되며, 상기 선단보강관(138)의 하단부 외주면에는 수평토압에 의해 선단보강관(138)이 선단보강부재(130c)의 중심으로 밀리도록 해서 종방향으로 파괴되지 않도록 하는 경사면(139)을 포함하여 구비된다.
또한, 상기 선단보강부재(130d)는, 도 23 내지 도 25에 도시된 바와 같이, 천공홀(11) 하부의 원지반 지지층(10')에 관입되는 하단부는 원형이고, 상기 연결판(120) 저면에 고정되는 상단부는 파형을 가지면서 파형의 돌출부분은 하단부 직경과 동일하고 파형의 요입부분(140)은 하단부 직경보다 작게 형성되어 연직강성을 보강하는 선단보강관(138)이 구비된다.
상기 선단보강관(138)의 하단부 외주면에는 수평토압에 의해 선단보강관(138)이 선단보강부재(130d)의 중심으로 밀리도록 해서 종방향으로 파괴되지 않도록 하는 경사면(141)을 더 포함하여 구비된다.
다음은 상기와 같이 구성된 복합말뚝(100)의 제작과정을 설명한다.
먼저, 슈판(111)의 볼트홀(미도시)에 PC강선(112)을 결합하고, 인장장치(미도시)로 PC강선(112)을 긴장시킨 후, 콘크리트 타설 및 원심 성형하여 내부에 중공부(113)가 형성되는 PHC 말뚝(110)을 성형하는데, 이는 통상의 방법으로 성형한다.
그리고, 내부에 상기 PC강선(112)과 동일선상으로 통공(121)이 관통되면서 외경이 상기 PHC 말뚝(110)과 동일하거나 그 보다 크고 천공홀(11) 및 케이싱(11')의 직경보다 작은 연결판(120)을 형성한다.
또한, 상기 PHC 말뚝(110)의 슈판(111) 또는 슈판(111)에 고정된 연결판(120)에 선단보강부재(130)(130a)(130b)(130c)(130d)가 하향으로 돌출되도록 고정한다.
여기서, 상기 선단보강부재(130)(130a)(130b)(130c)(130d)는, 하향으로 돌출되거나 고정되어 천공홀(11) 하부의 원지반 지지층(10')에 관입될 때, 원지반 지지층(10')과의 마찰력을 높이고 관내토의 강도 및 관내토에 의한 말뚝의 폐색효과를 높여 매입말뚝의 선단지지력을 향상시킬 수 있는 것이다.
상기 선단보강부재(130)는, 내부에 관통된 통공(121)을 중심으로 연결판(120) 저면의 내,외측단부에 각각 또는 이중보강관 형상으로 형성되는 선단보강내,외관(131)(132)이 원형 또는 파형의 단면을 갖으면서 하향으로 경사지거나 동일한 두께로 돌출되도록 형성된다.
또한, 상기 선단보강부재(130a)는, 내부에 통공(121)이 관통된 상기 연결판(120) 저면의 내,외측단부에 각각 또는 이중보강관 형상으로 하향으로 경사지게 돌출되어 선단보강내,외관(131)(132)의 양쪽 측면을 구성하는 내,외측 경사면(133)(134)이 원형 또는 파형으로 돌출되면서 상기 내,외측 경사면(133)(133) 중 어느 하나 또는 양쪽 경사면에 볼트결합공간(135)이 구비된다.
상기 선단보강부재(130)의 선단보강내,외관(131)(132)과 상기 선단보강부재(130a)의 내,외측 경사면(133)(134)의 경사진 기울기는 내,외측 경사면(133)(134)이 대칭되도록 동일한 기울기로 형성될 수 있으나, 어느 하나의 경사면이 다른 하나의 경사면보다 수직 또는 수직에 가깝도록 기울어지게 형성될 수도 있는 것이다.
또한, 상기 선단보강부재(130b)는, 내부에 통공(121)이 관통된 상기 연결판(120) 저면에 일정각도 이격되거나 연속되게 다수의 관입파이프(136)를 하향으로 돌출되도록 용접으로 고정하는데, 상기 관입파이프(136)는 원뿔 및 원형과 타원형과 다각형의 단면 또는 원형과 타원형과 다각형의 형상으로 파형의 단면을 갖도록 형성된다.
상기 다수의 관입파이프(136)를 연결리브(137)로 연결하는데, 상기 연결리브(137)는 다수의 관입파이프(136)가 폐합되도록 외주면을 연결해서 고정된다.
여기서, 상기 관입파이프(136)와 연결리브(137)는 하향으로 경사지거나 동일한 두께로 형성되는 것이 바람직하다.
이때, 상기 관입파이프(136)는 통공(121)을 수용하도록 연결판(120)에 고정되는 것이 바람직하나, 상기 관입파이프(136)를 PHC 말뚝(110)의 슈판(111)에 형성된 볼트홀(미도시)에 고정하여 사용할 수도 있다.
또한, 상기 선단보강부재(130c)는, 내부에 통공(121)이 관통된 상기 연결판(120) 저면에 천공홀(11) 하부의 원지반 지지층(10')에 관입되는 하단부보다 연결판(120) 저면에 고정되는 상단부가 부분적으로 더 좁은 항아리 형태의 선단보강관(138)을 구비하는데, 상기 선단보강관(138)은 만곡되거나 경사지게 형성되는 것이 바람직하며, 상기 연결판(120) 저면과 선단보강관(138) 사이에 다수의 보강리브(138')가 구비되며, 상기 선단보강관(138)의 하단부 외주면에는 수평토압에 의해 선단보강관(138)이 중심으로 밀리도록 하는 경사면(139)이 형성될 수도 있다.
또한, 상기 선단보강부재(130d)는, 천공홀(11) 하부의 원지반 지지층(10')에 관입되는 하단부보다 내부에 통공(121)이 관통된 상기 연결판(120) 저면에 고정되는 상단부가 부분적으로 더 좁은 항아리 형태의 선단보강관(138)을 구비하는데, 상기 원지반 지지층(10')에 관입되는 하단부는 원형이고, 상기 연결판(120) 저면에 고정되는 상단부는 파형을 가지면서 파형의 돌출부분은 하단부 직경과 동일하고, 파형의 요입부분(140)은 하단부 직경보다 작게 형성되어 연직강성을 보강할 수 있는 것이다.
여기서, 상기 선단보강관(138)의 하단부 외주면에는 수평토압에 의해 선단보강관(138)이 종방향으로 파괴되지 않도록 하는 경사면(141)을 더 포함할 수도 있다.
상기의 선단보강부재(130)(130a)(130b)(130c)(130d)는 연결판(120)에 일체로 형성되는 것이 바람직하며, 상기 연결판(120)과 슈판(111)을 일체로 형성하여 작업공정 단축 및 제조원가를 절감할 수도 있는 것이다.
상기의 과정으로 형성된 선단보강부재(130)(130a)(130b)(130c)(130d) 중 어느 하나의 선단보강부재가 고정된 연결판(120)을 PHC 말뚝(110)의 슈판(111)에 밀착시키는데, 이때, 상기 연결판(120)에 관통된 통공(121)과 슈판(111)에 관통된 볼트홀(미도시)은 동일 선상에 위치하여야 하고, 상기 통공(121)과 PHC 말뚝(110)의 볼트홀(미도시)에 고정부재(B)를 장착 및 결합하여 고정하거나, 연결판(120)과 슈판(111)을 용접으로 고정해서 복합말뚝(100)을 형성하게 된다.
여기서, 상기 고정부재(B)는, 볼트결합공간(135)을 통해 연결판(120)과 슈판(111)을 고정시킬 수 있는 것이다.
상기 선단보강부재(130)(130a)(130b)(130c)(130d)의 길이는 PHC 말뚝(110) 직경의 0.2 ~ 1.2배로 형성하는 것이 바람직한데, 이는 선단보강부재의 길이가 PHC 말뚝(110)의 0.2배보다 작을 경우, 선단보강부재(130)(130a)(130b)(130c)(130d)가 천공홀(11) 굴착 시 천공홀(11) 하부의 강도가 약해진 지지층을 관통하지 못해서 선단지지력의 증대를 기대하기 어렵고, 상기 선단보강부재의 길이가 PHC 말뚝(110)의 1.2배 이상일 경우, 원지반 지지층(10')과의 마찰력을 높이고 관내토에 의한 폐색효과를 높이기는 좋으나, 선단보강부재(130)(130a)(130b)(130c)(130d)를 지반(10)에 관입시키는 과정이 복잡하고 재료비와 작업시간이 늘어나 경제성이 떨어지기 때문이다.
상기 과정으로 제작된 복합말뚝(100)을 지반(10)에 매입하려면, 도 26 내지 도 27에 도시된 바와 같이, 상기 복합말뚝(100)이 매입될 지반(10)을 스크류오거(20)와 같은 굴착장비를 이용해서 복합말뚝(100) 직경의 1.1 ~ 1.2배 크기로 천공홀(11)을 형성하며, 상기 천공홀(11)을 굴착하는 동안 천공홀(11)의 저면에는 슬라임(12)이 형성된다.
상기 슬라임(12)의 두께는 천공홀(11)의 깊이가 깊고, 지반(10)의 강도가 작을수록 더 두꺼워지며, 상기 지반(10)이 모래와 같이 점성이 없거나 점성이 작을 경우, 천공홀(11)을 굴착할 때, 천공홀(11) 내벽의 토사가 붕괴되는 것을 방지하기 위해 PHC 말뚝(110) 직경의 1.1 ~ 1.2배인 케이싱(11')을 천공홀(11)에 삽입하고 천공할 수도 있다.
상기와 같이 형성된 천공홀(11) 및 케이싱(11') 내부에 시멘트밀크(30)를 충전할 때, 상기 시멘트밀크(30)는 천공홀(11) 및 케이싱(11')의 선단부에 위치하도록 주입되는 선단용 시멘트밀크(31)와 주면부에 위치하도록 주입되는 주면용 시멘트밀크(32)를 구분하여 주입할 수 있으며, 상기 선단용 시멘트밀크(31)는 선단지지력의 향상을 위하여 주면용 시멘트밀크(32)보다 높은 강도를 유지할 수 있는 것이 바람직하다.
상기의 과정으로 시멘트밀크(30)가 충전된 천공홀(11) 및 케이싱(11')에 복합말뚝(100)을 삽입하면, 시멘트밀크(30)는 복합말뚝(110) 내부의 중공부(113), 상기 복합말뚝(100)의 외주면과 천공홀(11) 내주면 사이 및 상기 복합말뚝(100)의 외주면과 케이싱(11') 내주면 사이의 공간으로 이동되어 채워지게 된다.
상기 천공홀(11) 및 케이싱(11')에 삽입된 복합말뚝(100)을 경타하면, 도 28에 도시된 바와 같이, 상기 복합말뚝(100)의 선단보강부재(130)(130a)(130b)(130c)(130d)가 천공홀(11) 및 케이싱(11') 내부에 잔류하는 슬라임(12)과 그 하부의 강도가 저하된 지지층을 통과해서 천공홀(11) 하부의 원지반 지지층(10')에 관입된다.
이때, 상기 선단보강부재(130)(130a)(130b)(130c)(130d) 내부로 유입된 슬라임(12)은 연결판(120) 중앙을 관통한 구멍을 통해 PHC 말뚝(110)의 중공부(113)로 원활하게 배출되어 선단보강부재(130)(130a)(130b)(130c)(130d) 내부에 잔류하는 슬라임(12)의 양이 최소화됨으로써, 선단보강부재(130)(130a)(130b)(130c)(130d) 내부는 단단한 토사로 채워져서 관내토의 강도 및 관내토에 의한 선단보강부재(130)(130a)(130b)(130c)(130d)의 폐색효과가 극대화되고, 그로 인해 복합말뚝(100)의 선단지지력이 큰 폭으로 향상됨으로써 매입말뚝의 하중지지능력을 증대시킬 수 있는 것이다.
상기 과정으로 복합말뚝(100)의 선단보강부재(130)(130a)(130b)(130c)(130d)가 천공홀(11) 하부의 원지반 지지층(10')에 관입되면, 복합말뚝(100)의 외주면과 천공홀(11) 및 케이싱(11') 내주면 사이의 공간으로 이동되어 채워진 선단용 시멘트밀크(31)와 주면용 시멘트밀크(32)가 경화됨으로써, 복합말뚝(100)의 매입과정이 완료되며, 상기 천공홀(11) 하부의 원지반 지지층(10')에 선단보강부재(130)(130a)(130b)(130c)(130d)가 관입된 매입말뚝의 선단지지력이 향상되어 말뚝에 작용하는 하중을 안정적으로 지지할 수 있는 것이다.
이상과 같이 본 발명은, 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정되어 해석되어서는 아니되며, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 일실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 발명의 청구범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
100: 복합말뚝 110: PHC 말뚝
120: 연결판 130,130a,130b,130c,130d: 선단보강부재

Claims (22)

  1. 슈판에 결합되어 긴장된 PC강선에 콘크리트가 타설되면서 내부에 중공부가 형성되도록 양생되는 PHC 말뚝과;
    상기 PHC 말뚝의 슈판에 고정되어 PHC 말뚝에 가해지는 경타에너지에 의한 선단보강부재의 변형을 방지하고 경타에너지를 선단보강부재에 전달하면서, 내부에 상기 PC강선과 동일선상으로 통공이 관통되고 상기 PHC 말뚝과 동일 또는 그 이상의 직경을 갖는 연결판과;
    상기 연결판에 하향으로 돌출되거나 고정되어 천공홀 하부의 슬라임과 천공과정에서 강도가 약해진 지지층을 관통해서 강도가 큰 원지반 지지층에 관입될 때, 원지반 지지층과의 마찰력을 높이고 관내토의 강도 및 관내토에 의한 말뚝의 폐색효과를 극대화해서 매입말뚝의 선단지지력을 증대시키는 선단보강부재를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 선단지지력이 강화된 복합말뚝.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 PHC 말뚝의 슈판과 연결판이 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 선단지지력이 강화된 복합말뚝.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 선단보강부재는,
    내부에 관통된 통공을 중심으로 상기 연결판 저면의 내,외측단부에 각각의 선단보강내관과 선단보강외관 또는 선단보강내,외관이 모두 형성된 이중보강관이 하향으로 경사지게 돌출되고, 원형 또는 파형의 단면을 갖는 것을 특징으로 하는 선단지지력이 강화된 복합말뚝.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 선단보강부재는,
    내부에 통공이 관통된 상기 연결판 저면의 내,외측단부에 각각 또는 이중보강관 형상으로 하향으로 경사지게 돌출되는 선단보강내,외관의 양쪽 측면에 형성되는 내,외측 경사면과;
    상기 내,외측 경사면 중 어느 하나 또는 양쪽 경사면에 연결판의 통공과 동일선상으로 볼트결합공간이 구비되는 것을 특징으로 하는 선단지지력이 강화된 복합말뚝.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 내,외측 경사면은, 원형 또는 파형의 단면을 갖고, 경사진 기울기는 내,외측 경사면이 대칭되도록 동일하거나 어느 하나의 경사면이 수직 또는 수직에 가깝도록 기울어지게 형성되는 것을 특징으로 하는 선단지지력이 강화된 복합말뚝.
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 선단보강부재는,
    내부에 통공이 관통된 상기 연결판 저면에 하향으로 일정각도 이격되거나 연속되게 돌출되는 다수의 관입파이프를 구비하는 것을 특징으로 하는 선단지지력이 강화된 복합말뚝.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 관입파이프는, 원뿔 및 원형과 타원형, 다각형의 단면을 갖거나 원형과 타원형, 다각형의 형상으로 파형의 단면을 갖으면서 하향으로 경사지거나 동일한 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 선단지지력이 강화된 복합말뚝.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 다수의 관입파이프를 연결하여 원지반 지지층 관입 시, 선단이 폐합되도록 하면서 하향으로 경사지거나 동일한 두께로 형성되는 연결리브를 더 포함하여 구비되는 것을 특징으로 하는 선단지지력이 강화된 복합말뚝.
  9. 청구항 1에 있어서, 상기 선단보강부재는,
    천공홀 하부의 원지반 지지층에 관입되는 하단부보다 내부에 통공이 관통된 상기 연결판 저면에 고정되는 상단부가 더 좁도록 만곡되거나 경사지게 형성된 선단보강관과;
    상기 연결판 저면과 선단보강관 사이에 설치되는 다수의 보강리브와;
    상기 선단보강관의 하단부 외주면에는 수평토압에 의해 선단보강관이 선단보강부재의 중심으로 밀리도록 해서 종방향으로 파괴되지 않도록 하는 경사면을 포함하여 구비되는 것을 특징으로 하는 선단지지력이 강화된 복합말뚝.
  10. 청구항 1에 있어서, 상기 선단보강부재는,
    천공홀 하부의 원지반 지지층에 관입되는 하단부는 원형이고, 상기 연결판 저면에 고정되는 상단부는 파형을 가지면서 파형의 돌출부분은 하단부 직경과 동일하고 파형의 요입부분은 하단부 직경보다 작게 형성되어 연직강성을 보강하는 선단보강관을 포함하여 구비되는 것을 특징으로 하는 선단지지력이 강화된 복합말뚝.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 선단보강관의 하단부 외주면에는 수평토압에 의해 선단보강관이 선단보강부재의 중심으로 밀리도록 해서 종방향으로 파괴되지 않도록 하는 경사면을 더 포함하여 구비되는 것을 특징으로 하는 선단지지력이 강화된 복합말뚝.
  12. 선단보강부재가 돌출되거나 고정되고 내부에 PHC 말뚝에 위치하는 PC강선과 동일선상으로 통공이 관통되면서 PHC 말뚝과 동일하거나 그 이상의 직경을 갖는 연결판을 PHC 말뚝의 슈판에 고정부재로 고정하거나 용접하여 복합말뚝을 형성하는 단계와;
    상기 복합말뚝이 삽입될 지반을 굴착장비로 굴착하여 천공홀을 형성하는 단계와;
    상기 천공홀에 시멘트밀크를 충전하면서 시멘트밀크와 천공홀 하부의 슬라임을 교반하는 단계와;
    상기 시멘트밀트가 충전된 천공홀에 복합말뚝을 삽입하는 단계와;
    상기 천공홀에 삽입된 복합말뚝을 경타하여 복합말뚝의 선단보강부재가 천공홀 하부의 슬라임과 강도가 약해진 지지층을 관통해서 강도가 큰 원지반 지지층에 관입되도록 하는 단계와;
    상기 복합말뚝과 천공홀 및 천공홀에 삽입된 케이싱 사이의 공간에 채워진 시멘트밀크를 경화하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 선단지지력이 강화된 복합말뚝의 시공방법.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 PHC 말뚝의 슈판과 연결판이 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 선단지지력이 강화된 복합말뚝의 시공방법.
  14. 청구항 12에 있어서, 상기 선단보강부재는,
    내부에 관통된 통공을 중심으로 상기 연결판 저면의 내,외측단부에 각각의 선단보강내관과 선단보강외관 또는 선단보강내,외관이 모두 형성된 이중보강관이 하향으로 경사지게 돌출되고, 원형 또는 파형의 단면을 갖는 것을 특징으로 하는 선단지지력이 강화된 복합말뚝의 시공방법.
  15. 청구항 1에 있어서, 상기 선단보강부재는,
    내부에 통공이 관통된 상기 연결판 저면의 내,외측단부에 각각 또는 이중보강관 형상으로 하향으로 경사지게 돌출되는 선단보강내,외관의 양쪽 측면에 형성되는 내,외측 경사면과;
    상기 내,외측 경사면 중 어느 하나 또는 양쪽 경사면에 연결판의 통공과 동일선상으로 볼트결합공간이 구비되는 것을 특징으로 하는 선단지지력이 강화된 복합말뚝의 시공방법.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 내,외측 경사면은, 원형 또는 파형의 단면을 갖고, 경사진 기울기는 내,외측 경사면이 대칭되도록 동일하거나 어느 하나의 경사면이 수직 또는 수직에 가깝도록 기울어지게 형성되는 것을 특징으로 하는 선단지지력이 강화된 복합말뚝의 시공방법.
  17. 청구항 12에 있어서, 상기 선단보강부재는,
    내부에 통공이 관통된 상기 연결판 저면에 하향으로 일정각도 이격되거나 연속되게 돌출되는 다수의 관입파이프를 구비하는 것을 특징으로 하는 선단지지력이 강화된 복합말뚝의 시공방법.
  18. 청구항 17에 있어서,
    상기 관입파이프는, 원뿔 및 원형과 타원형, 다각형의 단면을 갖거나 원형과 타원형, 다각형의 형상으로 파형의 단면을 갖으면서 하향으로 경사지거나 동일한 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 선단지지력이 강화된 복합말뚝의 시공방법.
  19. 청구항 17에 있어서,
    상기 다수의 관입파이프를 연결하여 원지반 지지층 관입 시, 선단이 폐합되도록 하면서 하향으로 경사지거나 동일한 두께로 형성되는 연결리브를 더 포함하여 구비되는 것을 특징으로 하는 선단지지력이 강화된 복합말뚝의 시공방법.
  20. 청구항 12에 있어서, 상기 선단보강부재는,
    천공홀 하부의 원지반 지지층에 관입되는 하단부보다 내부에 통공이 관통된 상기 연결판 저면에 고정되는 상단부가 더 좁도록 만곡되거나 경사지게 형성된 선단보강관과;
    상기 연결판 저면과 선단보강관 사이에 설치되는 다수의 보강리브와;
    상기 선단보강관의 하단부 외주면에는 수평토압에 의해 선단보강관이 선단보강부재의 중심으로 밀리도록 해서 종방향으로 파괴되지 않도록 하는 경사면을 포함하여 구비되는 것을 특징으로 하는 선단지지력이 강화된 복합말뚝의 시공방법.
  21. 청구항 12에 있어서, 상기 선단보강부재는,
    천공홀 하부의 원지반 지지층에 관입되는 하단부는 원형이고, 상기 연결판 저면에 고정되는 상단부는 파형을 가지면서 파형의 돌출부분은 하단부 직경과 동일하고 파형의 요입부분은 하단부 직경보다 작게 형성되어 연직강성을 보강하는 선단보강관을 포함하여 구비되는 것을 특징으로 하는 선단지지력이 강화된 복합말뚝의 시공방법.
  22. 청구항 21에 있어서,
    상기 선단보강관의 하단부 외주면에는 수평토압에 의해 선단보강관이 선단보강부재의 중심으로 밀리도록 해서 종방향으로 파괴되지 않도록 하는 경사면을 더 포함하여 구비되는 것을 특징으로 하는 선단지지력이 강화된 복합말뚝의 시공방법.
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