KR20190089284A - 지반개량 및 내진 섬유시트 보강파일 - Google Patents

Abstract

본 발명은 지반개량 및 내진 섬유시트 보강파일에 관한 발명으로, 지반을 천공하여 설치하는 케이싱 내부에 관입하여 토목 및 건축물의 말뚝기초를 형성하는 지반개량 및 내진 섬유시트 보강파일(100)에 있어서, 복수를 일정 간격으로 환형으로 배열하여 설치하는 강봉(110)과, 강봉(110)의 외주면에 가압 부착하여 일체로 구비하는 제1보강재(113)와, 배열된 강봉(110)의 심부에 설치하는 하나 또는 그 이상의 그라우트주입관(120)과, 그라우트주입관(120)의 내주면 또는 외주면에 가압 부착하여 일체로 구비하는 제2보강재(125)와, 강봉(110)과 그라우트주입관(120)을 상호 결속하여 일체화하는 결속부(130)와, 그라우트주입관(120)의 외측에 주입하여 천공홀에 조성하는 제1그라우트(140)와, 그라우트주입관(120)을 통해 주입되고 천공홀 주변 지반으로 확산 및 고화되는 제2그라우트(150)를 포함하고; 제1보강재(113) 및 제2보강재(125)는 탄소섬유시트 또는 아라마이드섬유시트로 구성함에 따라 높은 인장강도, 내구성 및 내식성을 통해 내진 및 지반개량 효과를 도출하는 것이 특징이다.

Description

지반개량 및 내진 섬유시트 보강파일{REINFORCEMENT PILE WITH FIBER SHEET FOR GROUND IMPROVEMENT AND EARTHQUAKE-PROOF}

본 발명은 지반개량 및 내진 섬유시트 보강파일에 관한 발명으로, 더욱 상세하게는 지중에 관입 지주로 설치하는 봉 상의 파일(말뚝)을 구성함에 있어, 종래 기술과 차별된 지반 일체화 구조를 형성하고, 특히 기계적 특성이 탁월한 섬유시트를 구비하는 보강파일로 구성함으로써 구조물의 안정성을 확보함은 물론, 보강파일의 구조내력을 증강하여 지진과 같은 횡방향 수평력에 대한 내진성 및 지반의 지내력을 증대하도록 하는 기술에 관한 것이다.

일반적으로, 토목 및 건축 구조물 공사에서 모래, 점토, 자갈층 등 연약지반으로 이루어진 지층이 지표면 아래에 깊에 분포할 경우 구조물의 직접기초(얕은기초)를 구축하는 것이 불가능하다.

직접기초 설치가 가능한 지층, 즉 암반층이나 표준관입시험(SPT)에서 N값 측정치가 30 이상인 사질토, 또는 N값 측정치가 20 이상은 점토층과 같은 양질의 지층이 충분한 깊이를 가지는 지반이 없거나, 그 층 깊이가 불충분할 경우 직접기초로는 구조물의 하중을 지반에 효과적으로 전달할 수 없다. 따라서, 이에 대한 대안으로 구조물을 지지하는 기초로써 말뚝기초(Pile foundation, 깊은기초)를 설치한다.

말뚝기초는 일반적으로 기초 폭에 대한 관입 깊이의 비가 4 이상인 긴 구조체로써 타격이나 진동에 의해 소정의 깊이까지 박아 설치하는 기초이다. 따라서, 상부 구조물의 하중을 지지하고 양질의 지지력을 하부 지층에 전달한다.

한편, 말뚝기초는 그 재료에 따라서 일반적으로 RC, PC, PHC와 같은 콘크리트말뚝, 및 강관, H형, I형, 박스형, 나선형과 같은 강말뚝, 및 SC와 같은 콘크리트 강관 합성말뚝으로 분류할 수 있다. 콘크리트말뚝은 축 방향의 압축력에는 충분한 강도를 가지나 수평력에 의한 굽힘 인장에 취약한 단점이 있다. 강말뚝은 굽힘 저항이 강하나 부식에 매우 취약한 단점이 있다. 합성말뚝은 이종의 말뚝을 조합한 말뚝이다.

말뚝기초의 일례로서 한국등록실용신안 제 20 - 0325151 호의 개략적인 구조를 살펴보면, 연약지반의 굴착부에 삽입 설치되도록 중공을 형성하는 원통형의 강관의 직경보다 크게 형성된 직경의 H빔 벨부와, H빔 벨부에 용접으로 결합되는 중공을 형성하는 원통형의 강관으로 이루어진 결합 구조체와, 결합 구조체의 중공을 형성하는 원통형의 강관의 하측에 위치하는 H빔 벨부와 중공을 형성하는 원통형의 강관의 중공에 주입되어 H빔 벨부와 중공을 형성하는 원통형의 강관을 일체로 형성하는 콘크리트로 이루어진 대구경 현장 말뚝을 구성한다.

다른 예로서, 한국등록특허 제 10 - 0004436 호의 구성을 살펴보면, 지주 또는 원주상 프리스트레스 콘크리트 말뚝을 형성함에 있어서 선단부에 콘크리트 말뚝과 동일한 허용 응력을 가진 임의 단면형의 형강을 길이 방향에 따라서 매설하고 콘크리트 말뚝 내부에는 그라우트재 도입파이프를 형강의 하단 부위까지 연장되도록 매설하여서 된 형강을 결합시킨 프리스트레스 콘크리트 말뚝을 구성한다.

한편, 상술한 바와 같은 강말뚝의 단점을 보완하기 위하여 한국등록특허 제 10 - 0988553 호에 공지된 바와 같은 파일 보강용 도료 조성물을 파일 표면에 코팅하는 기술이 주로 사용되고 있다. 상기 도료 조성물은 에폭시 수지, 에폭시 경화제, 경화 촉진제, 무기충진제, 착색안료, 및 분산제, 웨팅제, 광택조절제, 접착력을 향상시키는 첨가제, 난연제, 핀홀방지제 및 크래터링 방지제를 조합하여 이루어진 첨가제를 포함하여 조성한다. 따라서, 파일을 전처리한 후 예열된 파일에 도료 조성물을 스프레이 도장하고, 경화 후 냉각하여 코팅막을 형성하도록 구성한다.

한국등록실용신안 제 20 - 0325151 호 (2003.09.02) 한국등록특허 제 10 - 0004436 호 (1974.11.12) 한국공개특허 제 10 - 2004 - 0093536 호 (2004.11.06) 한국등록특허 제 10 - 0988553 호 (2010.10.20)

상기와 같은 종래 기술이 적용되는 말뚝기초는 그 재질에 따라 일반적으로 콘크리트말뚝, 강말뚝, 합성말뚝으로 분류할 수 있다.

콘크리트말뚝은 재료비가 저렴한 이점은 있으나 시공 시 각종 폐기물이 다량 발생하고 콘크리트 재료의 특성상 축 방향의 압축력에는 충분한 강도를 가지나 수평력에 의한 굽힘 인장에는 압축당도의 1/10 수준에 불과하여 매우 취약한 단점이 있다.

강말뚝은 변형량이 적고 허용지지력이 크며, 특히 굽힘 저항이 강하여 수평 저항력이 큰 장점이 있으나, 무엇보다 수분이나 대기에 노출되면 산화되어 단면이 감소하고 지지력이 약해지는 단점이 있다.

합성말뚝은 상기 말뚝을 조합하여 2종 이상의 재료를 복합하여 구성된 말뚝으로, 일반적으로 말뚝 상부는 현장 타설 콘크리트로 이루어지고 하부는 강재로 이루어지는 형태로 구성한다. 그러나 이종 재질의 결합에 의한 구조화에 어려움이 있고 연결부분의 취약성으로 인해 사실상 내진 설계에는 적용하기 힘드므로 널리 사용되지는 않는 형태이다.

한편, 최근 토목 및 건축 구조물에 대한 내진 기준의 강화가 요구되고 있는바, 기계적 성능 면에서 가장 유리한 강말뚝이 상기와 같은 장점에도 불구하고 부식에 특히 취약한 치명적인 단점을 보완하기 위해 종래 공지된 기술에서는 에폭시 수지, 경화제, 경화 촉진제, 무기충진제 등의 각종 화합물로 이루어진 도료 조성물을 파일에 도장하여 코팅막을 형성함으로써 강말뚝의 방식성 및 내구성 개선을 시도하고 있다.

그러나, 상기와 같은 도료 조성물은 강말뚝을 지중에 시공하는 과정에서 지반 및 각종 장비와의 마찰에 의해 도막이 매우 쉽게 손상되고 도막의 지속기간이 강말뚝의 수명에 비해서 현저히 짧아 실효성이 낮은 실정이다.

따라서, 통상적으로는 강말뚝이 부식으로 인해 발생하게 될 두께 감소를 사전에 감안하여 소요단면보다 두꺼운 부재를 사용하거나, 콘크리트 등을 추가 피복하여 사용하기도 하나 이러한 경우 비용 및 공사기간이 과다 소요되는 문제를 야기하게 된다.

이에 본 발명에서는 상술한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로서,

지반을 천공하여 설치하는 케이싱 내부에 관입하여 토목 및 건축물의 말뚝기초를 형성하는 지반개량 및 내진 섬유시트 보강파일(100)에 있어서,

상기 보강파일(100)은,

복수를 일정 간격으로 환형으로 배열하여 설치하는 강봉(110)과,

상기 강봉(110)의 외주면에 가압 부착하여 일체로 구비하는 제1보강재(113)와,

배열된 강봉(110)의 심부에 설치하는 하나 또는 그 이상의 그라우트주입관(120)과,

상기 그라우트주입관(120)의 내주면 또는 외주면에 가압 부착하여 일체로 구비하는 제2보강재(125)와,

천공홀의 심도에 따라 복수를 임의 간격으로 설치하고 강봉(110)과 그라우트주입관(120)을 상호 결속하여 일체화하는 결속부(130)와,

그라우트주입관(120)의 외측에 주입하여 천공홀에 조성하는 제1그라우트(140)와,

그라우트주입관(120)을 통해 주입되고 천공홀 주변 지반으로 확산 및 고화되는 제2그라우트(150)를 포함하고;

상기 제1보강재(113) 및 제2보강재(125)는, 탄소섬유시트 또는 아라마이드섬유시트로 구성한다.

또한, 상기 그라우트주입관(120)에는 외주면을 따라서 복수의 제1확산홀(121)을 방사상으로 형성하고,

상기 제2보강재(125)의 외주면에는, 상기 제1확산홀(121)에 상응하는 복수의 제2확산홀(126)을 방사상으로 형성하되 제2확산홀(126)의 외측 면에는 마감재(122)를 가부착하여 구성한다.

또한, 상기 강봉(110)은 철근, 강관, 기성 콘크리트말뚝, I형강, H형강, 박스형, 나선형 말뚝 중에서 선택된 하나 또는 그 이상으로 이루어지고,

상기 그라우트주입관(120)은 강관 파이프 슬리브나, 혹은 PE, PP, PVC, 섬유강화플라스틱(FRP) 중에서 선택된 재질의 플라스틱 파이프 슬리브로 이루어지도록 구성한다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 구조적 특성과 함께 제1,2보강재에 의해 인장강도, 내구성 및 내식성 등의 기계적 성능이 종래 기술에 비해 현저히 향상된 보강파일을 제공할 수 있는 목적 달성이 가능하다.

본 발명은 강봉과 그라우트주입관, 및 결속부, 제1,2그라우트를 지반에 일체화하는 구조적 특성을 가지는 보강파일을 구현하여 고내구성 및 지반개량 효과를 도모하는 효과가 있다.

특히, 본 발명은 강봉 및 그라우트주입관에 섬유시트로 이루어진 제1,2보강재를 일체로 구비함으로써 고인장강도, 고경량, 고강력, 고탄성, 내부식성 등의 기계적 특성을 부여하여 종래 기술에서 콘크리트 또는 강재 파일의 취약성을 극복하고 보강파일의 구조내력을 증강하여 내진 효과를 기대할 수 있는 이점이 있다.

따라서, 본 발명은 고강도, 소구경 및 경량화로 구현하여 시공성 및 취급성, 경제성이 우수하고, 탁월한 내구성, 내마모성, 내부식성을 발휘하여 보강파일의 장기적인 안정성을 확보하며, 인장력에 대한 저항성과 탄성이 우수하여 연약지층에서 지진 등 횡방향 수평력이 작용하더라도 전단 현상을 배제하는 등 구조물의 안정성을 확보할 수 있다.

아울러, 본 발명은 그라우트가 보강파일의 공극 및 지반의 연약지대로 확산, 고화됨에 따라 보강파일과 지반을 일체화하여 조성할 수 있으므로, 지반의 전단력을 증가하는 등 연약지반의 강성을 보강하여 부주면마찰력을 감소하고, 지하수로 포화된 연약지반에서 차수(遮水) 및 액상화 방지를 효과를 동시에 도출하는 등 지반개량을 병행할 수 있는 등의 이점이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 지반개량 및 내진 섬유시트 보강파일의 사시도.
도 2는 본 발명에 따른 지반개량 및 내진 섬유시트 보강파일의 평면도.
도 3은 도 2의 A-A선을 따라서 취한 단면도.
도 4는 본 발명에 따른 지반개량 및 내진 섬유시트 보강파일의 분해 사시도.
도 5는 본 발명에 따른 지반개량 및 내진 섬유시트 보강파일의 사용 상태 예시도.

이하, 본 발명의 지반개량 및 내진 섬유시트 보강파일의 바람직한 실시 예에 따른 구성과 작용을 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 하기의 설명에서 당해 기술분야의 통상의 기술자가 용이하게 구현할 수 있는 부분에 대한 구체적인 설명은 생략될 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 지반개량 및 내진 섬유시트 보강파일의 사시도, 도 2는 본 발명에 따른 지반개량 및 내진 섬유시트 보강파일의 평면도, 도 3은 도 2의 A-A선을 따라서 취한 단면도, 도 4는 본 발명에 따른 지반개량 및 내진 섬유시트 보강파일의 분해 사시도, 도 5는 본 발명에 따른 지반개량 및 내진 섬유시트 보강파일의 사용 상태 예시도를 도시한 것이다.

본 발명의 기술이 적용되는 지반개량 및 내진 섬유시트 보강파일은 종래 기술과 차별된 구조적 특성으로 지반에 일체화하여 조성하고, 특히 섬유시트로 이루어진 제1,2보강재(113,125)를 구비하는 보강파일(100)을 구성함으로써 고강도, 내진성 및 방식효과와 같은 기계적 특성을 강화하고 지반개량 효과를 도출하여 토목 및 건축 공사에 따른 구조물의 안정성을 증대할 수 있는 보강파일에 관한 것임을 주지한다.

이를 위한 본 발명의 지반개량 및 내진 섬유시트 보강파일(100)은 지반을 천공하여 설치하는 케이싱 내부에 관입하여 토목 및 건축물의 말뚝기초를 형성하는 보강파일(100)을 구성하며, 구체적으로는 하기와 같다.

도 1 내지 도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 보강파일(100)은 복수를 일정 간격으로 환형으로 배열하여 설치하는 강봉(110)을 포함한다.

본 발명의 실시 예에서는 상기 강봉(110)을 원형 봉상의 형태로 구성하였으나 이형으로 다양하게 실시할 수 있으며 배열되는 강봉(110)의 수 역시 다양하게 구성할 수 있다.

상기 강봉(110)은 철근, 강관, 기성 콘크리트말뚝, I형강, H형강, 박스형, 나선형 말뚝 중에서 선택된 하나 또는 그 이상으로 구성한다.

특히, 상기 강봉(110)의 외주면에는 제1보강재(113)를 가압 부착하여 일체로 구비한다.

상기 제1보강재(113)는 탄소섬유시트 또는 아라마이드섬유시트로 구성한다. 섬유시트는 강재에 비해 경량임에도 불구하고 고강도, 저밀도 물질로 이루어진다.

탄소섬유시트는 탄소섬유를 일방향으로 배열하고 에폭시수지로 함침하여 시트화한 것이다. 아라마이드섬유시트 역시 아라마이드섬유를 에폭시수지로 함침하여 시트로 형성한 것이다.

탄소섬유시트 및 아라마이드섬유시트는 인장강도가 100~200MPa 수준으로 강철의 10배 이상 높고, 강철 중량의 약 1/5 수준으로 알루미늄보다 가벼운 고경량, 고강력, 고탄성, 내부식성, 내열성 등의 기계적 특성을 가지고 있다.

또한, 탄소섬유시트 및 아라마이드섬유시트는 강철 및 알루미늄과 같은 금속재에 비해 낮은 열팽창성 및 고내구성을 가지며, 더불어 가공성 및 시공성이 우수하고 방식효과를 도출한다.

따라서, 본 발명에서는 상기와 같은 탄소섬유시트 또는 아라마이드섬유시트를 강봉(110)의 외주면에 부착하여 일체화함으로써 기존의 말뚝기초의 단점을 극복하고 수평 외력에 의한 비틀림 및 좌굴저항을 향상하여 높은 피로특성을 도출함으로써 보강파일(100)의 구조내력을 증강하여 내진성을 발현하도록 구성한다.

또한, 상기 강봉(110)의 상,하 단부에는 제1연결부(111)를 형성하고, 제1연결수단(112)을 결합하여 복수의 강봉(110)을 길이 방향으로 연결하도록 구성한다.

상기 제1연결수단(112)은 제1연결부(111)에 자웅 체결방식으로 결합하는 소정의 커플링의 형태로 구성할 수 있으며, 필요에 따라 제1연결부(111)를 소켓 또는 용접 방식으로 연결하도록 구성할 수 있다.

한편, 본 발명의 보강파일(100)은 상기와 같이 복수를 구비하여 배열되는 강봉(110)의 심부에 설치하는 하나 또는 그 이상의 그라우트주입관(120)을 포함한다.

상기 그라우트주입관(120)은 보강파일(100)을 천공홀 내부에 설치하고 일련의 공정을 거쳐 제2그라우트(150)를 주입한 후에 지중에 잔존하거나 또는 제거할 수 있다.

상기 그라우트주입관(120)은 강관 파이프 슬리브나, 혹은 PE, PP, PVC, 섬유강화플라스틱(FRP) 중에서 선택된 재질의 플라스틱 파이프 슬리브로 이루어진다.

본 발명의 실시 예에서는 도 2에 도시한 바와 같이 복수의 강봉(110)의 심부에 하나의 그라우트주입관(120)을 설치하여 구성하였으나 필요에 따라서 하나 또는 그 이상을 설치할 수 있다.

특히, 상기 그라우트주입관(120)의 내주면 또는 외주면에는 제2보강재(125)를 가압 부착하여 일체로 구비한다.

상기 제2보강재(125) 역시 제1보강재(113)와 마찬가지로 탄소섬유시트 또는 아라마이드섬유시트로 구성하여 그라우트주입관(120)의 외주면에 부착하여 일체화한다. 더불어, 제2그라우트(150)를 주입한 후에도 그라우트주입관(120)을 지중에 잔존할 경우 상기 강봉(110)과 함께 보강파일(100)의 구조내력을 더욱 보강하여 높은 내진성을 발현하도록 구성한다.

한편, 상기 그라우트주입관(120)에는 외주면을 따라서 복수의 제1확산홀(121)을 방사상으로 형성하며, 제1보강재(113)에 부착되는 상기 제2보강재(125)의 외주면에도 상기 제1확산홀(121)에 상응하는 복수의 제2확산홀(126)을 방사상으로 형성한다.

상기 복수의 제1확산홀(121) 및 제2확산홀(126)은 일정 크기 및 간격으로 형성하여 그라우트주입관(120)으로 주입되는 제2그라우트(150)가 외부 사방으로 균등하게 배출, 확산되도록 구성한다.

즉, 하기 제2그라우트(150)가 그라우트주입관(120)으로 패커에 의해 압입되면 방사상의 제1확산홀(121) 및 제2확산홀(126)을 통해서 천공홀 내의 공극 및 지반으로 압출, 확산됨에 따라 상기 강봉(110)과 그라우트주입관(120), 및 하기 결속부(130)를 제1그라우트(140) 및 제2그라우트(150)에 의해 지반에 일체화하여 조성할 수 있도록 구성한 것이다.

아울러, 상기 제2확산홀(126)의 외측 면에는 마감재(122)를 가부착하여 구성한다. 마감재(122)는 소정의 고무밴드 혹은 테이프를 이용해 제2확산홀(126)에 가부착하고 패커의 압력에 의해 제2그라우트(150)가 압출 시 제2확산홀(121)을 개방하여 지반에 효과적으로 확산되도록 구성한다.

또한, 상기 그라우트주입관(120)의 상, 하 단부에는 제2연결부(123)를 형성하고, 제2연결수단(124)을 결합하여 복수의 그라우트주입관(120)을 길이 방향으로 연결하도록 구성한다.

상기 제2연결수단(124)은 제2연결부(123)에 자웅 체결방식으로 결합하는 소정의 커플링의 형태로 구성할 수 있으며, 필요에 따라 제2연결부(123)를 소켓 또는 용접 방식으로 연결하도록 구성할 수 있다.

한편, 본 발명의 보강파일(100)은 천공홀의 심도에 따라 복수를 임의 간격으로 설치하고 강봉(110)과 그라우트주입관(120)을 상호 결속하여 일체화하는 결속부(130)를 포함한다.

도 2 또는 도 4에 도시한 바와 같이, 상기 결속부(130)는 판상형으로 이루어지는 연결스페이스(131), 또는 선형의 결속선(134)을 택일 또는 병용하여 강봉(110)과 그라우트주입관(120)을 상호 결속한다.

상기 연결스페이스(131)는 판상의 심부에 형성하여 그라우트주입관(120)을 수용하는 결속홀(132)과, 판상의 외주면에 환형으로 배열하여 강봉(110)을 수용하는 복수의 수용홈(133)을 구비하도록 구성한다. 따라서, 그라우트주입관(120)과 강봉(110)을 상호 일정 간격 유지하면서 위치를 고정하여 결속한다.

상기 결속선(134)은 연결스페이스(131)의 외측에서 강봉(110)과 그라우트주입관(120)을 일체로 구속한다. 연결스페이스(131)와 결속선(134)의 상, 하 간격은 50cm 이하로 설치하는 것이 바람직하나 굳이 한정할 필요는 없다.

한편, 본 발명의 보강파일(100)은 그라우트주입관(120)의 외측에 조성하여 천공홀 또는 기존파일(200)의 중공에 상응하는 외형을 형성하는 제1그라우트(140)와, 그라우트주입관(120)을 통해 주입되고 천공홀 주변 지반으로 확산 및 고화되는 제2그라우트(150)를 포함한다.

상기 제1그라우트(140) 및 제2그라우트(150)는 시멘트계 그라우트, 또는 약액 그라우트(케미컬그라우트)로 이루어진다. 제1그라우트(140)는 중력 그라우팅에 의해 천공홀로 주입되며, 제2그라우트(150)는 패커 그라우팅에 의해 그라우트주입관(120)을 통해 주입되어 도 5에 도시한 바와 같이 보강파일(100)를 지중에 일체화하도록 조성하고 연약지반을 고화하여 지내력을 강화한다.

이하에서는, 전술한 바와 같은 구성으로 이루어지는 본 발명의 기술이 적용된 지반개량 및 내진 섬유시트 보강파일(100)의 제조 및 시공 과정을 개략적으로 살펴보면 다음과 같다. 이하의 설명은 본 발명에 대하여 바람직한 실시 예를 들어 설명하는 것이므로 본 발명은 하기 실시 예에 의해 한정되는 것이 아니며 본 발명의 범주를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형이 제공될 수 있음은 당연하다 할 것이다.

우선, 상술한 바와 같이 본 발명의 보강파일(100)에서 상기 강봉(110)의 외주면 및 제1보강재(113)의 내주면 또는 외주면에는 각각 제1보강재(113) 및 제2보강재(125)를 구비한다.

상기 제1보강재(113) 및 제2보강재(125)는 탄소섬유시트 또는 아라마이드섬유시트로 이루어지며 강봉(110) 및 제1보강재(113)에 가압 부착하여 일체화하는 과정을 거친다.

상기 강봉(110)은 철근, 강관, 기성 콘크리트말뚝, I형강, H형강, 박스형, 나선형 말뚝 중에서 선택된 하나 또는 그 이상으로 이루어지고, 상기 그라우트주입관(120)은 강관 파이프 슬리브나, 혹은 플라스틱 파이프 슬리브로 이루어진다.

상기와 같은 강봉(110) 및 그라우트주입관(120)의 피부착면을 정리하여 평활화시킨다. 피부착면에 섬유시트 전용 접착제인 프라이머를 균등하게 도포한다. 1차로 레진을 도포한 후 겔화되면 제1보강재(113) 및 제2보강재(125)를 각각 강봉(110) 및 제1보강재(113)에 부착한다. 이때 섬유시트의 결방향으로 압착하여 부착함이 바람직하다. 제1보강재(113) 및 제2보강재(125)를 부착한 후 2차로 레진을 도포하고 외부 보호를 위해 에폭시를 도포하여 마감한다.

천공홀의 심도에 따라 복수의 강봉(110) 및 그라우트주입관(120) 각각을 결합하여 길이 방향으로 연결한다. 즉, 복수의 강봉(110)은 상, 하단에 형성되는 제1연결부(111)를 상호 접지하고 제1연결수단(112)을 결합하여 연결하며, 복수의 그라우트주입관(120) 역시 상, 하단에 형성되는 제2연결부(123)를 상호 접지하고 제2연결수단(124)을 결합하여 연결한다.

상기 강봉(110)을 일정 간격 환형으로 배열하고 그라우트주입관(120)을 강봉(110)의 심부에 배치한다. 강봉(110)과 그라우트주입관(120) 상간에는 일정 간격을 이격하여 제1그라우트(140)가 공극에 충분히 충전될 수 있도록 한다.

상기와 같이 배치된 강봉(110)과 그라우트주입관(120)을 결속부(130)로 결속하여 보강파일(100)로 일체화한다.

결속부(130)는 연결스페이스(131)와 결속선(134) 중에서 택일 또는 병용한다. 연결스페이스(131)의 결속홀(132)에는 그라우트주입관(120)을, 수용홈(133)에는 강봉(110)을 수용하여 상호 일정 거리 이격된 상태로 안정적인 구조를 형성하며, 결속선(134)으로 이들의 외부를 구속하여 보강파일(100)로 일체화한다.

본 발명의 섬유시트 보강파일(100)의 시공 과정을 개략적으로 살펴보면, 우선 구조물 공사가 시행될 지반에 천공비트를 장착한 천공기를 이용해 일정 구경의 천공홀을 굴착하면서 요구 심도까지 공벽이 무너지지 않도록 케이싱(미도시)을 설치한다.

상기와 같이 제1보강재(113)가 부착된 강봉(110)과, 제2보강재(125)가 부착된 그라우트주입관(120)과, 강봉(110) 및 그라우트주입관(120)을 결속하는 결속부(130) 일체를 천공홀의 케이싱 내부에 관입하여 설치한다.

보강파일(100)을 설치한 후에는 케이싱을 인발하여 천공홀에서 제거하고, 천공홀의 하부에 그라우팅호스를 설치하여 상부 지면까지 제1그라우트(140)를 주입한다.

그라우팅호스는 천공홀과 보강파일(100)의 강봉(110) 사이로 설치되어 공저에서부터 제1그라우트(140)를 주입한다. 중력 그라우팅을 통해 공내에 잔존하는 슬라임 등을 케이싱과 함께 지상으로 배출, 회수한다. 중력 그라우팅이 완료되면 천공홀의 상부 지면과 그라우팅주입관 사이를 코킹(Caulking)하여 후속 단계에서 제1그라우트(140)가 상부로 유출되지 않도록 밀폐한다.

보강파일(100)의 그라우트주입관(120)으로 패커를 삽입한 후 제2그라우트(150)를 주입하고 제1확산홀(121)을 통해 지반에 압출, 확산한다.

패커는 그라우트주입관(120)의 관저에서부터 단계적으로 상승하면서 팽창하여 제2그라우트(150)를 그라우트주입관(120) 내에 주입하며, 패커에 의해 제1확산홀(121)을 통해 압출되는 제2그라우트(150)의 압력에 의해 제2보강재(125)에 형성되는 제2확산홀(126)에 가부착된 마감재(122)가 천공 또는 탈락되면서 도 5에 도시한 바와 같이 제2그라우트(150)를 그라우트주입관(120) 외부로 방사상으로 압출한다.

압출되는 제2그라우트(150)는 천공홀 내부에서 강봉(110)과 그라우트주입관(120) 및 결속부(130) 사이의 공극을 충전할 뿐만 아니라 지반으로 확산하여 고화된다. 따라서, 보강파일(100)을 지반에 안정적으로 일체화하며, 지반개량을 통해 연약지반을 고화, 강화하고 안정시켜 차수(遮水) 및 액상화 방지 효과를 도출한다.

본 발명에서는 패커 그라우팅을 완료한 후 그라우트주입관(120)을 제거할 수도 있으나, 잔존할 경우 강봉(110)과 함께 보강파일(100)의 내진성 및 지반 보강성을 더욱 안정적으로 확보할 수 있을 것이다.

이상에서와 같은 본 발명에 따른 지반개량 및 내진 섬유시트 보강파일(100)은 강봉(110)과, 그라우트주입관(120), 결속부(130), 및 제1,2그라우트(140,150)를 지반에 일체화하는 보강파일(100)을 구현함으로써 보강파일(100)을 소구경, 경량화하여 시공성 및 취급성, 경제성이 우수하고, 고강도를 구현하여 구조물의 안정성을 확보하는 이점이 있다.

특히, 본 발명은 강봉(110) 및 그라우트주입관(120)에 탄소섬유시트 또는 아라마이드섬유시트로 이루어진 제1,2보강재(113,125)를 일체로 구비함으로써 고인장강도, 고경량, 고강력, 고탄성, 내부식성 등의 기계적 특성을 부여하여 종래 기술의 콘크리트 또는 강재 파일의 취약성을 극복하고 보강파일(100)의 구조내력을 증강하여 내진성을 발현할 수 있는 등의 다양한 이점이 있으므로 산업상 이용 가능성이 매우 클 것으로 기대된다.

100: 보강파일
110: 강봉
111: 제1연결부
112: 제1연결수단
113: 제1보강재
120: 그라우트주입관
121: 제1확산홀
122: 마감재
123: 제2연결부
124: 제2연결수단
125: 제2보강재
126: 제2확산홀
130: 결속부
131: 연결스페이스
132: 결속홀
133: 수용홈
134: 결속선
140: 제1그라우트
150: 제2그라우트
300: 지반
310: 천공홀

Claims (3)

1. 지반을 천공하여 설치하는 케이싱 내부에 관입하여 토목 및 건축물의 말뚝기초를 형성하는 지반개량 및 내진 섬유시트 보강파일(100)에 있어서,
   상기 보강파일(100)은,
   복수를 일정 간격으로 환형으로 배열하여 설치하는 강봉(110)과,
   상기 강봉(110)의 외주면에 가압 부착하여 일체로 구비하는 제1보강재(113)와,
   배열된 강봉(110)의 심부에 설치하는 하나 또는 그 이상의 그라우트주입관(120)과,
   상기 그라우트주입관(120)의 내주면 또는 외주면에 가압 부착하여 일체로 구비하는 제2보강재(125)와,
   천공홀의 심도에 따라 복수를 임의 간격으로 설치하고 강봉(110)과 그라우트주입관(120)을 상호 결속하여 일체화하는 결속부(130)와,
   그라우트주입관(120)의 외측에 주입하여 천공홀에 조성하는 제1그라우트(140)와,
   그라우트주입관(120)을 통해 주입되고 천공홀 주변 지반으로 확산 및 고화되는 제2그라우트(150)를 포함하고;
   상기 제1보강재(113) 및 제2보강재(125)는, 탄소섬유시트 또는 아라마이드섬유시트로 구성하는 것을 특징으로 하는 지반개량 및 내진 섬유시트 보강파일.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 그라우트주입관(120)에는 외주면을 따라서 복수의 제1확산홀(121)을 방사상으로 형성하고,
   상기 제2보강재(125)의 외주면에는, 상기 제1확산홀(121)에 상응하는 복수의 제2확산홀(126)을 방사상으로 형성하되 제2확산홀(126)의 외측 면에는 마감재(122)를 가부착하여 구성하는 것을 특징으로 하는 지반개량 및 내진 섬유시트 보강파일.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 강봉(110)은 철근, 강관, 기성 콘크리트말뚝, I형강, H형강, 박스형, 나선형 말뚝 중에서 선택된 하나 또는 그 이상으로 이루어지고,
   상기 그라우트주입관(120)은 강관 파이프 슬리브나, 혹은 PE, PP, PVC, 섬유강화플라스틱(FRP) 중에서 선택된 재질의 플라스틱 파이프 슬리브로 이루어지도록 구성하는 것을 특징으로 하는 지반개량 및 내진 섬유시트 보강파일.

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