KR20160071805A - 헬리컬 파일 - Google Patents

Abstract

본 발명은 일 단부가 뾰족하게 형성되고, 타 단부까지 길이방향을 따라서 회전축이 형성된 샤프트부; 상기 샤프트부의 일 단부에 인접하여 상기 길이방향과 수직방향으로 나선형으로 돌출되고, 상기 샤프트부가 지중에 삽입되어 회전하는 경우, 상기 샤프트부의 삽입방향 또는 삽입방향의 반대방향으로 상기 샤프트부를 지중에서 지지하는 제1헬릭스부; 상기 샤프트부 타 측에 상기 제1헬릭스부와 이격되어 구비되고, 상기 샤프트부의 외주면을 일부 둘러싸도록 배치되며, 상기 제1헬릭스부가 지중에서 상기 샤프트부를 지지하는 방향과 수직방향으로 상기 샤프트를 지중에서 지지하는 원통부 및 상기 원통부와 샤프트부 사이에 개재되어 상기 원통부를 샤프트부 상에 고정시키는 결합부를 포함하는 것을 특징으로 하는 헬리컬 파일을 제공한다.

Description

헬리컬 파일{Helical Pile}

본 발명은 헬리컬 파일에 관한 것으로서, 연약지반 상에 일정 간격으로 복수개 삽입되어 연약한 지반을 보강할 수 있도록 지중에 시공되는 헬리컬 파일에 관한 것이다.

일반적으로 건물이나 구조물이 세워지는 경우, 지반의 조건이나 구조물의 하중에 따라 상부의 구조물을 지지하기 위하여 지반을 보강하는 기초공사가 행해진다. 예를 들어, 경질지반처럼 구조물에 접한 지반이 이를 지지하기에 충분한 강도의 강성을 가지고 있는 경우에는 그 위에 직접 기초공사를 수행할 수 있지만, 그렇지 못한 연약지반인 경우에는 지반 침하를 방지하기 위해 파일을 박거나 지반을 개량하는 지정공사를 수행하여 지반을 강화한 후, 그 위에 기초공사를 수행하게 된다.

이때, 연약지반에 시공되는 상기 파일은 그 재질에 따라 강관 파일, PC 파일, PHC 파일 등으로 구분되고, 또한, 그 형태 및 용도에 따라 강널 파일, 관형 파일, H-형강 파일 등으로 구분되는데, 상기와 같은 연약지반에서는 상기 관형 파일이 일반적으로 사용된다.

또한 마이크로파일의 외주면에 스크류를 설치한 헬리컬 파일은 미국을 비롯한 서구 지역에서 이미 약 200년 전부터 사용되고 있는 공법이다. 현재 미국에만 약 2000여 개 이상의 헬리컬 파일 전문 업체가 있으며, 한국에서는 1960년 대 미군부대 건설에서 사용되어진 검증된 공법으로, 현재 미군부대 이전 공사에도 적용되고 있는 실정이다.

이렇게 사용되는 헬리컬 파일은 고강도 강관 파일에 나선형의 날개(Helix)를 달아 회전운동을 통해 지반에 관입을 시켜 그라우팅(Grouting)으로 보강하는 공법이다. 따라서 파일에 구비된 날개를 통해 상하 선단 또는 마찰지지력을 통하여 압축 및 인장하중에 탁월한 안정성을 확보할 수 있는 효과가 있다.

그러나 이러한 헬리컬 파일은 수직방향으로 가해지는 하중에 따른 압축응력 및 인장응력에 대응하여 보강될 뿐, 수평방향으로 가해지는 수평력 또는 전단력에 따른 선단지지력에는 취약한 문제점이 지적되고 있는 실정이다.

본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 보다 상세하게는 수직방향의 압축 또는 인장응력과, 수평방향의 수평력 또는 전단력과, 파일에 가해지는 선단저항 또는 인발저항을 모두 커버할 수 있도록 연약지반과 같은 지중에 설치되는 헬리컬 파일을 제공하는데 그 목적이 있다.

이와 같은 목적을 수행하기 위한 본 발명은 일 단부가 뾰족하게 형성되고, 타 단부까지 길이방향을 따라서 회전축이 형성된 샤프트부; 상기 샤프트부의 일 단부에 인접하여 상기 길이방향과 수직방향으로 나선형으로 돌출되고, 상기 샤프트부가 지중에 삽입되어 회전하는 경우, 상기 샤프트부의 삽입방향 또는 삽입방향의 반대방향으로 상기 샤프트부를 지중에서 지지하는 제1헬릭스부; 상기 샤프트부 타 측에 상기 제1헬릭스부와 이격되어 구비되고, 상기 샤프트부의 외주면을 일부 둘러싸도록 배치되며, 상기 제1헬릭스부가 지중에서 상기 샤프트부를 지지하는 방향과 수직방향으로 상기 샤프트를 지중에서 지지하는 원통부 및 상기 원통부와 샤프트부 사이에 개재되어 상기 원통부를 샤프트부 상에 고정시키는 결합부를 포함하는 것을 특징으로 하는 헬리컬 파일을 제공한다.

상기 헬리컬 파일은 상기 샤프트부 상에서 상기 제1헬릭스부와 원통부 사이에 배치되고, 상기 제1헬릭스부 보다 외경이 큰 나선형으로 형성되며, 상기 샤프트부의 삽입방향 또는 삽입방향의 반대방향으로 상기 샤프트부를 지중에서 지지하는 제2헬릭스부를 더 포함할 수 있다.

상기 헬리컬 파일은 상기 샤프트부의 타 측 단부에 마련되어 구조물과 결합되는 헤드부를 더 포함할 수 있다.

상기 헤드부는 상기 회전축을 중심으로 등 간격으로 이격 배치되고, 원주방향을 따라서 또는 원주방향과 수직방향을 따라서 길게 형성된 복수개의 장공을 포함할 수 있다.

상기 결합부는 상기 샤프트부와 원통부 사이를 연결하는 제1지지부재와, 상기 제1지지부재와 상기 샤프트부 사이의 고정력을 증대시킬 수 있도록 상기 샤프트부와 제1지지부재 사이에 마련되는 제2지지부재를 포함할 수 있다.

상기 제1지지부재는 상기 결합부가 상기 샤프트부의 삽입방향 또는 삽입방향의 반대방향으로 이송하면서 지중에서 발생하는 압력을 감소시킬 수 있도록 등 간격으로 형성된 복수개의 통공을 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 헬리컬 파일에 따르면,

연약지반에 가해지는 수직방향의 압축응력 또는 인장응력에 대응하여 구조물을 지지할 수 있을 뿐만 아니라, 수평방향의 수평력 또는 전단력, 인발저항, 선단저항에 대응하여 구조물을 지지할 수 있기 때문에 염전과 같이 지반이 극히 연약한 부분을 보강하는 성능이 현저히 증대되고, 구조물의 하측을 지지하는 구조 및 설치공정이 간단하고 편리한 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 헬리컬 파일을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 2는 도 1에 나타낸 헬리컬 파일을 정면에서 도시하는 단면도이다.
도 3은 도 2에 나타낸 헬리컬 파일의 결합부를 상부에서 도시하는 평면도이다.
도 4는 도 2에 나타낸 헬리컬 파일의 헤드부를 상부에서 도시하는 평면도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 설명하기로 한다. 첨부된 도면들에서 구성에 표기된 도면번호는 다른 도면에서도 동일한 구성을 표기할 때에 가능한 한 동일한 도면번호를 사용하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지의 기능 또는 공지의 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고 도면에 제시된 어떤 특징들은 설명의 용이함을 위해 확대 또는 축소 또는 단순화된 것이고, 도면 및 그 구성요소들이 반드시 적절한 비율로 도시되어 있지는 않다. 그러나 당업자라면 이러한 상세 사항들을 쉽게 이해할 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 헬리컬 파일(100)을 개략적으로 나타내는 사시도이고, 도 2는 도 1에 나타낸 헬리컬 파일(100)을 정면에서 도시하는 단면도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 헬리컬 파일(100)은 일 단부가 뾰족하게 형성되고, 지중에서 회전축 기능을 수행하여 회전방향과 수직방향으로 왕복 이송하는 샤프트부(110)와, 상기 샤프트부(110)의 일 단부에 구비되는 제1헬릭스부(120)와, 상기 샤프트부(110)의 타 단부에 마련되어 다른 구조물을 상부에 결합시킬 수 있도록 마련되는 헤드부(160)와, 상기 헤드부(160)와 제1헬릭스부(120) 사이에 배치되는 원통부(140)와, 상기 원통부(140)를 샤프트부(110) 상에 고정시키는 결합부(150)를 포함한다.

상기 샤프트부(110)는 적어도 첨예한 일 단부를 갖도록 형성되어 설치방향으로 파고 들어갈 수 있도록 형성된다. 상기 샤프트부(110)의 타 단부에는 상기 헤드부(160)가 마련되어 상기 샤프트부(110)가 지중에 설치되는 도중에 상기 샤프트부(110)를 회전시키는 구동체가 결합될 수도 있고, 또한 지중에 설치가 완료된 후에 지상에 고정되는 구조물이 설치될 수도 있다.

상기 제1헬릭스부(120)는 상기 샤프트부(110)가 지중으로 삽입되기 위해서, 또는 지중에 삽입된 후 수직방향으로 가해지는 응력에 대해서 지지하는 기능을 제공한다. 이때 상기 제1헬릭스부(120)는 지중에 삽입될 때 상기 샤프트부(110)의 일 단부로부터 가장 먼저 힘을 받는 부분으로써 상기 샤프트부(110) 상에 구비되는 다른 헬릭스부 또는 원통부(140)에 비해서 지름이 작게 형성되는 것이 바람직하다. 이때 상기 제1헬릭스부(120)에 가해지는 수직방향의 응력은 상기 샤프트부(110)가 지중에 삽입될 때 수직 하방으로 형성되는 압축응력과, 상기 압축응력에 대향하여 수직 상방으로 형성되는 응력을 동시에 지지하여 지중에 전달하면서 상기 샤프트부(110)에 구조적인 안정성을 제공하게 된다.

상기 제1헬릭스부(120)와 더불어 상기 샤프트부(110) 상에는 상기 제1헬릭스부(120)와 이격되어 배치되는 제2헬릭스부(130)가 마련된다.

상기 제2헬릭스부(130)는 상기 제1헬릭스부(120)에 비하여 지름이 크게 형성되는 것이 바람직하다. 그리고 상기 샤프트부(110) 상에서 상기 제1헬릭스부(120)와 원통부(140)의 중간 지점에 배치되며, 별도의 추가적인 헬릭스부가 더 구비될 수 있음은 물론이다.

상기 제1헬릭스부(120)와 제2헬릭스부(130)는 지중에 삽입 시, 먼저 지표면과 접촉하게 되는 시작부분과, 상기 시작부분이 360°회전하여 지중에 마지막으로 삽입되는 끝부분으로 형성된다. 이때 상기 시작부분은 지중에 잘 삽입될 수 있도록 상기 끝부분에 비하여 날카롭게 형성되는 것이 바람직하다. 또한 상기 제1헬릭스부(120)와 제2헬릭스부(130)는 나선형으로 형성되기 때문에 지중에서 상기 샤프트부(110)가 시계방향으로 회전하는 경우 상기 샤프트부(110)를 지중의 하측으로 가압하는 압축응력을 제공하고, 반대로 반시계방향으로 회전하는 경우 상기 샤프트부(110)를 지중으로부터 상측으로 가압하는 인장응력을 제공하게 된다.

따라서 상기 제1헬릭스부(120)와 제2헬릭스부(130)는 지중에서 수직방향으로 발생하는 힘에 대해 반력을 제공하여 연약지반에서 상기 헤드부(160)에 설치되는 구조물의 베이스층에 대한 기반을 다지는 역할을 한다.

그리고 상기 원통부(140)는 상기 결합부(150)에 의해서 상기 샤프트부(110) 상에 고정되며, 상기 제1헬릭스부(120)와 제2헬릭스부(130)가 수직방향으로 인발 저항에 대응하는 힘과 수직방향인 수평방향으로 형성된 수평 하중에 저항하는 응력을 월등히 증가시킨다.

따라서 상기 원통부(140)는 일 단면이 중공의 원형 파이프 형상으로 상기 샤프트부(110)가 회전하는 경우 상기 제1헬릭스부(120)와 제2헬릭스부(130)가 회전하면서 지중에 삽입되며, 수평방향으로 형성되는 수평 저항에 대응하는 수평력 또는 전단력이 증가하여 상기 샤프트부(110)를 지중에서 수평방향으로 견고하게 지지하게 된다.

도 3은 도 2에 나타낸 헬리컬 파일(100)의 결합부(150)를 상부에서 도시하는 평면도이다. 이하에서 전기한 참조부호와 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 나타낸다.

도 3을 참조하면, 상기 결합부(150)는 상기 원통부(140)를 상기 샤프트부(110) 상에 견고하게 고정시키는 기능을 제공한다.

상기 결합부(150)는 상기 원통부(140)의 상측 단부로부터 상기 샤프트부(110)를 연결하는 제1지지부재(151)와, 일 단부가 상기 제1지지부재(151) 상면에서 수직방향으로 연장되어 타 단부는 상기 샤프트부(110)의 외주면 상에 고정되는 리브(rib) 형상의 제2지지부재(152)를 포함한다.

상기 제1지지부재(151)는 상면에 복수개의 통공(155)이 형성된다. 상기 통공(155)은 상기 샤프트부(110)가 회전하여 지중에 삽입되면서 상기 제1지지부재(151) 상에 삽입방향과 반대방향으로 가해지는 저항력을 감소시키는 기능을 제공한다.

상기 제2지지부재(152)는 지중에서 회전하면서 회전저항이 감소되도록 일 단면이 'L'자 형상으로 형성될 수도 있다. 또한 상기 제2지지부재(152)의 하측에서 상기 샤프트부(110)와 제1지지부재(151)가 만나는 부분에도 회전저항이 감소되도록 관통공이 형성될 수 있다.

도 4는 도 2에 나타낸 헬리컬 파일(100)의 헤드부(160)를 상부에서 도시하는 평면도이다.

도 4를 참조하면, 상기 헤드부(160)는 결합되는 구조물의 종류에 따라서 원형 또는 다각형 형상을 취할 수 있다. 이때 상기 헤드부(160)는 상면에 형성된 장공(161)이 구비된다.

상기 장공(161)은 등간격으로 복수개 형성되며, 상부에 결합되는 구조물의 위치를 정밀하게 조절하여 결합할 수 있도록 하는 기능을 제공한다. 보다 바람직하게는 상기 장공(161)이 90° 각도로 서로 대칭되도록 형성되는 것이 바람직하다.

또한 상기 장공(161)은 상기 샤프트부(110)의 중심으로부터 상기 원통부(140)의 외주면 방향으로 길게 형성되는 것이 바람직하고, 또는 상기 헤드부(160) 상에서 상기 헤드부(160)의 회전방향으로 형성될 수도 있으며, 또는 상기 샤프트부(110)의 중심으로부터 원통부(140) 외주면 방향에서 경사진 사선방향으로 형성될 수도 있다.

그리고 상기 헤드부(160)의 하측에는 상기 샤프트부(110)와 헤드부(160) 사이의 강성을 증대시킬 수 있도록 복수개의 리브(162)가 구비된다.

따라서 본 발명에 따른 헬리컬 파일(100)은 상기 헤드부(160)에 동력을 전달하여 회전시키면, 상기 샤프트부(110)가 회전하면서 상기 제1헬릭스부(120)와 제2헬릭스부(130)의 회전에 의해 지중에 삽입되기 때문에 시공이 간편하고, 수직방향으로 가해지는 응력에 대하여 안전하게 지지할 수 있는 효과를 제공한다.

또한 상기 샤프트부(110)가 지중에 삽입됨에 따라서 상기 원통부(140)가 지중에 설치되면, 수평방향으로 가해지는 응력에 대해서 보다 강력하게 저항할 수 있기 때문에 수평 지지력 또한 강화시킬 수 있어 상기 헤드부(160) 상에 결합되는 구조물의 기반을 안전하고 견고하게 보강할 수 있는 효과가 있다.

이상에서 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위해 구체적인 실시 예로 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기와 같이 구체적인 실시 예와 동일한 구성 및 작용에만 국한되지 않고, 여러 가지 변형이 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 실시될 수 있다. 따라서, 그와 같은 변형도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주해야 하며, 본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의해 결정되어야 한다.

100 : 헬리컬 파일
110 : 샤프트부 120 : 제1헬릭스부
130 : 제2헬릭스부 140 : 원통부
150 : 결합부 160 : 헤드부

Claims (6)

1. 일 단부가 뾰족하게 형성되고, 타 단부까지 길이방향을 따라서 회전축이 형성된 샤프트부;
   상기 샤프트부의 일 단부에 인접하여 상기 길이방향과 수직방향으로 나선형으로 돌출되고, 상기 샤프트부가 지중에 삽입되어 회전하는 경우, 상기 샤프트부의 삽입방향 또는 삽입방향의 반대방향으로 상기 샤프트부를 지중에서 지지하는 제1헬릭스부;
   상기 샤프트부 타 측에 상기 제1헬릭스부와 이격되어 구비되고, 상기 샤프트부의 외주면을 일부 둘러싸도록 배치되며, 상기 제1헬릭스부가 지중에서 상기 샤프트부를 지지하는 방향과 수직방향으로 상기 샤프트를 지중에서 지지하는 원통부 및
   상기 원통부와 샤프트부 사이에 개재되어 상기 원통부를 샤프트부 상에 고정시키는 결합부;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 헬리컬 파일.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 샤프트부 상에서 상기 제1헬릭스부와 원통부 사이에 배치되고, 상기 제1헬릭스부 보다 외경이 큰 나선형으로 형성되며, 상기 샤프트부의 삽입방향 또는 삽입방향의 반대방향으로 상기 샤프트부를 지중에서 지지하는 제2헬릭스부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 헬리컬 파일.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 샤프트부의 타 측 단부에 마련되어 구조물과 결합되는 헤드부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 헬리컬 파일.
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 헤드부는,
   상기 회전축을 중심으로 등 간격으로 이격 배치되고, 원주방향을 따라서 또는 원주방향과 수직방향을 따라서 길게 형성된 복수개의 장공을 포함하는 것을 특징으로 하는 헬리컬 파일.
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 결합부는,
   상기 샤프트부와 원통부 사이를 연결하는 제1지지부재와, 상기 제1지지부재와 상기 샤프트부 사이의 고정력을 증대시킬 수 있도록 상기 샤프트부와 제1지지부재 사이에 마련되는 제2지지부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 헬리컬 파일.
6. 청구항 5에 있어서,
   상기 제1지지부재는,
   상기 결합부가 상기 샤프트부의 삽입방향 또는 삽입방향의 반대방향으로 이송하면서 지중에서 발생하는 압력을 감소시킬 수 있도록 등 간격으로 형성된 복수개의 통공을 포함하는 것을 특징으로 하는 헬리컬 파일.

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