KR20190072963A - 강관 콘크리트 합성 말뚝 및 합성 말뚝 시공 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 시공 시에 강관의 절단을 할 수 없는 구조로 형성하여 구조적 안전성 저하를 방지하는 강관 콘크리트 합성 말뚝을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 환형 단면을 갖는 PHC 말뚝; 상기 PHC 말뚝의 외경을 수용하는 형태로 삽입되는 강관; 및 상기 강관 내경과 상기 PHC 말뚝 외경 사이에 형성되는 내부 공간에 배치되어 상기 강관과 상기 PHC 말뚝 사이의 거리를 일정하게 유지하는 복수의 간격재를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

강관 콘크리트 합성 말뚝 및 합성 말뚝 시공 방법{Concrete composite steel tubular pile and composite pile construction method}

본 발명은 강관 콘크리트 합성 말뚝 및 합성 말뚝 시공 방법에 관한 것으로 더욱 상세하게는 PHC 말뚝 상단부의 일정 길이의 외부에 강관 말뚝을 덧씌워 결합된 강관 콘크리트 합성 말뚝과 합성 말뚝 시공 방법에 관한 것이다.

일반적으로 콘크리트 말뚝 기초 시공방법은, 먼저 사전 제작된 말뚝을 운반해서 사용하는 PHC 말뚝 공법과 현장에서 말뚝을 직접 제작해서 시공하는 현장 타설 말뚝 공법을 들 수 있다.

이 중에서 PHC 말뚝 공법은 또한, PHC 말뚝을 지반에 직접 항타하여 설치하는 항타 PHC 말뚝 공법과 먼저 굴착 장비를 이용하여 굴착홀을 생성하고, 상기 천공홀에 PHC 말뚝을 삽입한 후, 두부를 압입 또는 타격하여 설치하는 매입 PHC 말뚝 공법으로 구분되나, 이는 현장 상황이나 용도에 따라 적절하게 선택되는 것이 일반적이다.

여기서 PHC 말뚝은 긴장력을 부여한 내부 강재와 나선형 보강 철선 및 고강도 콘크리트를 원형의 형틀 내에 넣고, 형틀을 고속으로 회전시킬 때 발생된 원심력을 이용하여 성형 제작되는 프리스트레스트(prestressed) 중공형 콘크리트 말뚝으로 가격대비 우수한 강도적 특성으로 널리 사용되고 있으며, 다양한 개량과 시공의 편리 등을 위한 주변 기술들이 제안되고 있다.

예를 들면, 등록특허 제1226236호를 들 수 있으며, 상기 발명은 길이 방향으로 연장된 중공과, 길이 방향으로 연장된 부재로서 원주 방향을 따라 미리 정한 간격으로 이격되어 있는 복수 개의 내부 강재를 포함하는 중공형 PHC 말뚝에 있어서, 길이 방향으로 길게 연장된 강재로서, 원주 방향을 따라 미리 정한 간격으로 이격되어 복수 개 배치되어 있는 보강 강재; 환형 부재로서, 상기 보강 강재들 간의 간격을 유지하도록 상기 보강 강재와 결합되어 있는 연결 부재; 상기 연결 부재에 상하 방향으로 관통되도록 마련되며, 상기 내부 강재가 삽입되어 수평 방향으로 움직이지 않고 위치 고정될 수 있는 고정공;을 포함하는 중공형 PHC 말뚝이 개시되어 있다.

또한, 등록특허 제1521263호를 들 수 있다. 상기 발명은 양쪽에 캡이 고정되고 내부에 빈 중공부가 형성되도록 PHC 공법을 통해 제조된 말뚝을 축방향을 따라 상하로 연결하는 PHC 말뚝 조인트에 있어서, 상부 말뚝과 하부 말뚝이 동일 외경의 조인트로 연결되도록 하며; 상기 조인트가, 상기 하부 말뚝의 캡 상면에 원주면 둘레를 따라 원형을 이루도록 등간격으로 올려지는 복수개의 고정블럭; 상기 고정블럭의 상면에 올려지며 중공부를 갖는 상부 조인트판; 머리부가 상기 상부 조인트판의 상면에 형성된 머리삽입홈에 각각 걸림되어 상면으로 돌출되지 않게 되면서 나사부가 상기 고정블럭을 통과하여 상기 하부 말뚝의 캡에 나사 결합되는 고정볼트; 머리부가 상기 상부 조인트판의 저면에 각각 걸림되고 상기 상부 말뚝의 캡에 나사 결합되는 복수개의 잠금볼트를 포함하는 PHC 말뚝 조인트가 개시되어 있다.

한편, 상기 PHC 말뚝은 사전에 일정한 규격으로 제작되므로, 실제 시공 시에는 상단에 강관을 일정 길이 부착하여 연장된 말뚝을 이용한다. 상기와 같은 방식에서 굴착 깊이가 설계보다 작을 경우에는 상부의 강관을 절단하는 형태로 시공되고 있으며, 상기와 같이 시공시에는 강관의 길이가 설계치보다 작아 강도적으로 불리할 우려가 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술을 단점을 극복하기 위하여 안출된 것으로, 시공 시에 강관의 절단을 할 수 없는 구조로 형성하여 구조적 안전성 저하를 방지하는 강관 콘크리트 합성 말뚝을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

또한, 편리하게 강관 콘크리트 합성 말뚝의 시공을 위한 합성 말뚝 시공 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 환형 단면을 갖는 PHC 말뚝; 상기 PHC 말뚝의 외경을 수용하는 형태로 삽입되는 강관; 및 상기 강관 내경과 상기 PHC 말뚝 외경 사이에 형성되는 내부 공간에 배치되어 상기 강관과 상기 PHC 말뚝 사이의 거리를 일정하게 유지하는 복수의 간격재를 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 강관과 PHC 말뚝 사이의 내부 공간에 형성되는 결합층을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

더욱 바람직하게는, 상기 결합층은 그라우트, 에폭시 및 우레탄 중 선택된 어느 하나 이상의 재질인 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 간격재는 상기 강재질인 것을 특징으로 한다.

더욱 바람직하게는, 상기 간격재는 상기 강관의 내면에 부착되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 합성 말뚝 시공 방법에 있어서, 강관 콘크리트 합성 말뚝을 준비하는 합성 말뚝 준비 단계; 지반에 상기 합성 말뚝에 포함된 강관의 직경보다 큰 천공홀을 형성하는 천공홀 형성 단계; 상기 찬공홀에 상기 합성 말뚝을 설치하는 합성 말뚝 설치 단계; 및 상기 합성 말뚝과 천공홀 사이의 공간에 그라우트를 투입하는 그라우트 투입 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 강관 콘크리트 합성 말뚝은 원통형상의 PHC 말뚝을 기본으로 하고, 상기 PHC 말뚝 외면에 일부 길이를 덮는 강관을 결합층에 의하여 부착하는 것을 특징으로 하여, 실제 시공 시 빈번하게 발생하는 강관 절단에 따른 말뚝의 길이 손실과 상기 손실에 따른 구조적 약화 등을 사전에 방지할 수 있어, 설계와 동일한 구조물이 시공될 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 강관 콘크리트 합성 말뚝의 조립도이며,
도 2는 도 1의 단면도이며,
도 3은 종래 복합 말뚝을 나타내는 구성도이며,
도 4는 본 발명에 따른 합성 말뚝 시공 방법의 절차도이며,
도 5는 도 4에 도시된 천공홀 형성 단계의 설명도이며,
도 6은 도 4에 도시된 합성 말뚝 설치 단계의 설명도이며,
도 7은 도 4에 도시된 그라우트 투입 단계의 설명도이다.

이하 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다.

먼저 종래 PHC 말뚝(10)의 사용은 도 3에 도시된 바와 같이, PHC 말뚝(10) 상단에 상기 PHC 말뚝(10)과 동일한 직경을 갖는 강관(20)을 연장하는 형태로 부착하여 사용한다.

상기와 같은 방식은 높은 강도를 갖는 강관(20)과 비용적 효과가 높은 PHC 말뚝(10)를 혼용하여 사용하는 것으로 양측의 우수한 특성을 가지는 장점이 있다.

한편, 상기 강관(20)은 용접이나 볼팅 등에 의하여 상기 PHC 말뚝(10) 상단에 부착되며, PHC 말뚝(10) 상단에는 통상 강재질의 측면판이 삽입되어 있다.

상기와 같은 말뚝은 실제 시공 시 천공홀이 전체 길이보다 짧은 경우에는 홀을 추가적으로 시공하지 않고 상기 강관(20)의 일부를 절단하는 형태로 작업되는 경우가 많아 부실시공을 유발하는 단점이 있다.

상기와 같은 종래 기술을 극복하기 위하여 본 발명에 따른 강관 콘크리트 합성 말뚝(100)은 도 1에 도시된 바와 같이, PHC 말뚝(10), 상기 PHC 말뚝(10) 중 상단 부분 외면에 위치하는 강관(20), 상기 강관(20)과 PHC 말뚝(10) 사이에 배치되는 간격재(30), 상기 강관(20)과 PHC 말뚝(10) 사이 공간 중 간격재(30)를 제외한 공간에 형성되는 결합층(40)를 포함하여 구성된다.

먼저, 상기 PHC 말뚝(10)은 원통 형상이며, 통상 PHC 말뚝 제조 방법에 의하여 제조되는 것을 적용하며, 외경과 내경 그리고 전체 길이는 시공 상태에 따라 적절히 선택되어 제조된다.

필요한 경우 상기 PHC 말뚝(10) 측면에는 환형의 강판이 삽입 부착되어 다른 부재와 연결성을 제공한다.

한편, 상기 강관(20) 역시 원통 형상으로 구성되며, 내경과 외경 그리고 전체 길이 역시 설계에 따라 선택되어지나, 전체 길이는 상기 PHC 말뚝(10)의 길이보다 작게 설정되어야 하며, 통상 강관(20)의 추가는 전체 말뚝의 강도 증가를 위한 구성으로 PHC 말뚝(10)의 전체 길이 이내로 설정한다.

또한, 상기 강관(10)의 내경은 상기 PHC 말뚝(10)의 외경보다 크게 형성하여 내부에 내부공간이 형성되도록 한다.

그리고 상기 공간에는 간격재(30)가 배치되어 PHC 말뚝(10)과 강관(20)의 상대적인 위치를 고정한다. 따라서, 상기 공간의 크기는 상기 간격재(30)가 상기 PHC 말뚝(10)과 강관(10)이 결합할 수 있을 정도로 설정하는 것이 바람직하다.

상기 간격재(30)는 도 1에 도시된 바와 같은 형태로 상기 PHC 말뚝(10)과 상기 강관(10) 내경 사이를 지지하는 구성으로, 동일한 형태의 단위 간격재(30)가 다수개 분산되어 배치되며, 일정한 간격으로 배치되는 것이 바람직하다.

상기 간격재(30)의 형상은 PHC 말뚝(10)과 강관(10)의 사이의 간격을 유지하면서, 결합층(40) 형성을 위하여 PHC 말뚝(10)과 강관(10) 사이에 형성되는 내부공간이 연통될 수 있는 어떠한 형태로도 구성 가능하다. 예를 들면, 볼트와 같은 원통형상, 사각 막대 형상, 마름모꼴의 막대 형상, 삼각뿔 형상 등이 선택 가능하다.

이때, 강관(10) 내경부에 원주방향으로 형성되어 상기 내부 공간을 단절하는 형상은 부적절하다.

또한, 상기 간격재(30)는 상기 강관(10)과 동일한 재질 또는 금속으로 구성하는 것이 바람직하며, 또한 상기 간격재(30)는 상기 강관(10) 내면에 용접, 볼팅 등의 결합 방식으로 부착될 수 있다.

한편, 상기 내부 공간 중 상기 간격재(30)를 제외한 공간에는 결합층(40)이 형성된다. 상기 결합층(40)은 상기 PHC 말뚝(10)과 강관(20)을 구조적으로 결합하기 위한 구성으로 그라우트, 에폭시 및 우레탄 중 선택된 어느 하나 이상의 재질로 구성되는 것이 바람직하다.

실질적으로 PHC 말뚝(10)과 강관(10)을 결합력을 발휘하는 구성은 상기 결합층(40)이므로, 상기 간격재(30)의 수는 상기 결합층(40)의 강도 발현이 충분할 정도로 제한되어 설치될 수 있으며, 이는 간격재(30)의 부피에 따라 달리 제한된다.

그리고, 상기 결합층(40)은 필요한 경우, 합성 말뚝(100) 제조 시 형성하지 않고, 천공홀에 말뚝이 삽입된 후, 주입되는 그라우트에 의하여 채워지도록 구성할 수도 있다.

상기 합성 말뚝(100)은 PHC 말뚝(10), 간격재(30), 결합층(40) 및 강관(20)을 이용하여 현장에서 제조될 수 있으나, 필요한 경우에는 사전에 제작하여 사용할 수 있다.

또한, 필요한 경우, 상기 간격재(30)는 사전에 강관(20) 내면에 용접 등에 의하여 먼저 부착하여 제조한 후, 나머지 제조를 현장에서 수행하는 형태로도 진행할 수 있다.

다음은 본 발명에 따른 합성 말뚝 시공 방법에 대하여 구체적으로 설명한다.

본 발명에 따른 합성 말뚝 시공 방법은 도 4에 도시된 바와 같이, 합성 말뚝 준비 단계(S1), 천공홀 형성 단계(S2), 합성 말뚝 설치 단계(S3) 및 그라우트 투입 단계(S4)를 포함하여 구성된다.

이하 각 단계에 대하여 구체적으로 설명한다.

합성 말뚝 준비 단계(S1)

합성 말뚝 준비 단계(S1)는 PHC 말뚝(10), 강관(20), 간격재(30) 및 결합층(40)을 포함하는 합성 말뚝(100)의 제조하여 준비하는 단계이다.

이는 상기 도 1 및 도 2에 도시된 형태의 합성 말뚝(100)을 제조하는 단계이며, 필요한 경우 상기 결합층(40)을 제외하고 제조할 수 있다. 물론 이 경우에는 후술하는 그라우팅 투입 단계(S4)를 통하여 상기 PHC 말뚝(10)과 강관(20) 사이의 공간에 그라우트가 채워진다.

그리고 결합층(40)을 형성하는 경우에는 상기 결합층(40)은 에폭시, 우레탄 또는 그라우트 중 선택된 어느 하나 이상의 재질로 구성할 수 있다.

천공홀 형성 단계(S2)

천공홀 형성 단계(S1)는 합성 말뚝(100)을 시공하기 위한 지반에 천공홀(50을 형성하는 단계이다.

상기 천공홀(50)은 도 5에 도시된 바와 같이, 합성 말뚝(100) 중 강관(20)의 직경보다 큰 내경을 갖는 단일 홀로 구성되며, 깊이 역시 상기 합성 말뚝(100)의 길이를 수용하는 길이로 구성한다.

합성 말뚝 말뚝 설치 단계(S3)

상기 합성 말뚝 설치 단계는 도 6에 도시된 바와 같이, 천공홀(50)에 합성 말뚝(10)을 설치하는 단계이다.

이때 상기 설치는 합성 말뚝(100)을 삽입한 후, 두부를 타격하여 설치하는 매입 공법을 적용하는 것이 바람직하나, 다른 방식으로도 적용 가능하다.

상기 합성 말뚝(100)과 천공홀(50) 사이에는 말뚝 설치에 따른 유격으로 인한 공간이 발생한다.

그라우트 투입 단계(S4)

상기 합성 말뚝 설치 단계(S3)를 완료한 경우, 천공홀(50)에는 합성 말뚝(100)이 설치되며, 천공홀(50)과 말뚝 사이에는 공간이 형성된다.

이후 상기 합성 말뚝(100)과 천공홀(50) 사이 공간에 그라우트를 투입하는 그라우트 투입 단계(S4)가 수행된다.

상기 그라우트 투입 단계(S4)가 수행된 후에는 도 7에 도시된 바와 같이, 천공홀(50)과 합성 말뚝(100) 사이의 공간에 그라우트가 채워져 안전한 구조로 시공되어 전체 합성 말뚝의 시공이 완료된다.

한편, 합성 말뚝(100) 중 결합층(40)이 형성되지 않은 경우에는 상기 그라우트 투입 단계(S4)에 의하여 상기 PHC 말뚝(10)과 강관 사이(20)에 투입된 그라우트에 의하여 결합층(40)이 형성된다.

이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되지 않으며, 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 실시할 수 있는 다양한 형태의 실시예들을 모두 포함한다.

10: PHC 말뚝 20: 강관
30: 간격재 40: 결합층
50: 천공홀 100: 합성 말뚝

Claims (6)

1. 환형 단면을 갖는 PHC 말뚝;
   상기 PHC 말뚝의 외경을 수용하는 형태로 삽입되는 강관; 및
   상기 강관 내경과 상기 PHC 말뚝 외경 사이에 형성되는 내부 공간에 배치되어 상기 강관과 상기 PHC 말뚝 사이의 거리를 일정하게 유지하는 복수의 간격재를 포함하는 강관 콘크리트 합성 말뚝.
   
2. 청구항 1에 있어서, 상기 강관과 PHC 말뚝 사이의 내부 공간에 형성되는 결합층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 강관 콘크리트 합성 말뚝.
   
3. 청구항 2에 있어서, 상기 결합층은 그라우트, 에폭시 및 우레탄 중 선택된 어느 하나 이상의 재질인 것을 특징으로 하는 강관 콘크리트 합성 말뚝.
   
4. 청구항 1에 있어서, 상기 간격재는 상기 강재질인 것을 특징으로 하는 강관 콘크리트 합성 말뚝.
   
5. 청구항 4에 있어서, 상기 간격재는 상기 강관의 내면에 부착되는 것을 특징으로 하는 강관 콘크리트 합성 말뚝.
   
6. 합성 말뚝 시공 방법에 있어서,
   청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항의 강관 콘크리트 합성 말뚝을 준비하는 합성 말뚝 준비 단계;
   지반에 상기 합성 말뚝에 포함된 강관의 직경보다 큰 천공홀을 형성하는 천공홀 형성 단계;
   상기 찬공홀에 상기 합성 말뚝을 설치하는 합성 말뚝 설치 단계; 및
   상기 합성 말뚝과 천공홀 사이의 공간에 그라우트를 투입하는 그라우트 투입 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 합성 말뚝 시공 방법.

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