KR20190123854A - 마이크로파일 - Google Patents

Abstract

본 발명의 목적은 강봉에 일정 간격을 이루도록 돌출부를 형성하되, 돌출부가 강봉과 일체로 형성되게 하여 그라우팅 완료후 강봉의 길이방향 유동을 최소화할 수 있는 마이크로파일를 제공한다.
이러한 본 발명은, 천공홀(H) 내에 압입되어 있는 중공 케이싱(110)과, 상기 중공 케이싱(110) 내에 설치되는 강봉(120)과, 상기 강봉(120)과 중공 케이싱(110)의 사이 간격을 유지시켜 그라우팅액이 충진될 수 있도록 하는 간격유지부재(130), 및 상기 그라우팅액이 굳어서 형성된 그라우팅부(140)를 포함하고, 상기 그라우팅부(140)에 상기 강봉(120)이 견고하게 고정될 수 있도록 함과 아울러 선단지지력이 향상될 수 있도록 상기 강봉(120)에 소정 간격을 이루며 돌출되게 일체로 형성되는 돌출부(200)가 더 구비되는 것을 포함한다.

Description

마이크로파일{Micropile}

본 발명은 마이크로파일에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 기초지반, 연약지반, 주벽지반 등의 지지력을 보강할 수 있도록 설치되는 강봉(또는 철근)에 소정 간격을 이루도록 돌출부를 형성하되, 상기 돌출부가 강봉과 일체로 형성되게 한 마이크로파일에 관한 것이다.

일반적으로 모든 구조물은 기초 지반이 그 구조물을 지지하기 위한 충분한 지지력을 가져야 하며, 그렇지 않으면 기초 지반의 최상부 또는 심층부에서 침하가 일어나 그 위에 세워진 구조물의 안정성에 지대한 영향을 미치게 된다.

그러므로 구조물을 세우기 전에는 반드시 지질학적 조사 및 토질조사와 같은 적합한 제반조사를 통해서 지반의 지지력이 구조물에 의해 지반에 작용하는 중량 또는 하중을 충분히 견딜 수 있는지를 조사할 필요가 있다.

특히, 매립지, 압밀되지 않은 지반, 유기질층을 분해시키는 지반, 토탄지, 습지, 수분함량에 상당한 변화가 있는 지반, 공극이 많이 있거나 불균일한 지반 등 연약지반의 경우에는 기초 지반의 지지력이 충분하지 않으므로 기초 지반에 더 큰 지지력이 요구된다.

또한, 지상 구조물의 기초를 튼튼히 하기 위해 연약지반에 다수의 파일(Pile) 등의 지지체를 박는다거나 폭넓고 깊게 흙을 파내고 철근 콘크리트로 기초를 만든 후 그 위에 구조물을 시공하게 되는데, 작업장 주변에 다양한 구조물과 시설이 들어서 있는 경우에는 상기 기초를 튼튼히 하기 위한 여건이 형성되지 못하는 경우가 많다.

때로는 지하 매설물의 위치 등을 정확히 알지 못한 채 폭넓게 기초를 파다가 전기배선이나 가스배관과 같은 중요 시설물의 파손을 초래하기도 한다.

이와 같은 점들을 고려하여, 기초 지반에 대한 지지력을 확보하기 위한 방법으로 말뚝 기초 보강법을 이용하고 있음은 주지된 사실이다.

또한, 이와 더불어 기초 지반에 유압드릴이나 각종 천공기의 로드(Rod) 및 비트(Bit)를 이용하여 천공작업을 수행하고, 그 천공된 홀에 철근과 같은 강관을 삽입한 후, 보강액(그라우팅액)을 주입하는 그라우팅 공법 등을 비롯한 다양한 공법들이 제안되었는데, 그 중에서도 마이크로파일(Micropile)이 대표적이라 할 수 있다.

상기 마이크로파일은 1950년대 이탈리아에서 시작하여 전세계적으로 지반보강과 파일(Pile)의 대용을 목적으로 시공되어 왔으며, 나라별 적용 목적과 범위에 따라 Mini pile, Micro pile, Root pile, Needle pile, 그리고 Gewi pile 등으로 불리어지고 있다.

이와 같은 마이크로파일은 수직력과 수평력에 모두 견딜 수 있고, 설계 개념에 따라 상기의 말뚝 기초 보강법을 대신하거나 지반/말뚝 복합체의 한 요소로 이용되기도 하며, 주변 구조물이나 지반 그리고 환경에 최소한으로 영향을 주면서 시공되고, 시공이 곤란한 모든 종류의 토질조건에서 시공이 가능하며, 그라운드 앵커나 그라우팅 시공장비로 수평 이하의 어떠한 각도로도 시공이 가능하다는 장점을 가지고 있다.

상기와 같은 마이크로파일의 지지력은 지반에 관련되는 외적 요인에 의해 결정되나, 파일체의 허용하중은 파일체의 구성성분이나 구조에 관련되는 내적 요인에 의해 정해지므로, 설계시 외적인 요인과 내적인 요인을 동시에 고려하여 설계에 반영해야 한다.

종래 기술에 따른 마이크로파일 시공방법을 도 1 내지 도 2를 참조하여 설명한다.

도 1은 종래 기술에 따른 철근 마이크로파일 시공방법을 설명하기 위한 것으로서, 천공홀 내에 철근 마이크로 파일이 설치된 상태를 도시한 것이다.

철근 마이크로파일은 소구경으로 천공하기에 장비가 작고, 소음/진동을 크게 유발하지 않으면서 파일 시공이 가능하므로, 도심부의 주거지, 협소한 장소 등에 이용된다.

또한, 파일체의 직경에 비해 큰 하중을 지지할 수 있으므로 말뚝 기초 보강법과 비교하여 경제적이며, 지반을 천공하여 파일체를 형성시켜 지반과 그라우팅액의 주면 마찰력에 의해 작용하중을 지지하므로 호박돌이 협재된 전석층이나 지지층이 깊은 곳에 위치된 경우에도 시공이 가능하다.

상기 철근 마이크로파일의 시공방법은 크게 천공단계, 파일체 설치단계, 그라우팅 단계로 이루어진다.

먼저, 천공단계는 직경이 76mm, 80mm, 90mm, 105mm, 115mm, 152mm, 165mm 등 다양한 직경을 갖는 비트를 사용하며 특수하게는 200mm 이상의 비트를 사용하기도 하는데, 지반이 불안정한 지반은 공벽이 붕괴되지 않는 심도까지 케이싱을 설치하고, 그 내부를 비트로 천공하여 천공홀을 형성한다.

이때, 천공작업시 작업 용수로서 청수를 사용하여 암편이나 슬라임(Slime)을 제거하는데, 상기 암편이나 슬라임들이 케이싱과 공벽사이로 배출되기 때문에 천공홀의 공벽이 불규칙하게 되고, 케이싱 직경보다 천공홀의 직경이 확대되어 파일체의 주면마찰력이 향상된다.

이와 같이 천공작업이 완료되면, 도 2에 도시한 바와 같이, 한 개의 철근(강봉) 또는 3개나 그 이상의 철근으로 조합된 파일체(21)를 삽입한다.

통상, 파일체(21)의 재료는 지반특성과 허용하중에 적합한 재료로 선택되며, 철근의 경우 표면이 매끈한 강봉 보다는 높은 부착 성능을 갖는 이형 철근이 주로 선택된다.

파일체(21)를 이루는 철근은 3개 또는 그 이상 소요되므로 철근과 철근 사이의 공간이 국부적으로 협소하여 그라우팅시 천공홀 내를 충만히 채우지 못하고 때때로 동공(Cavity)이 형성된다.

따라서, 스페이서(22)를 소정의 간격으로 설치하여 그라우팅시 그라우팅 약액이 천공홀에 충분히 채워질 수 있도록 한다.

이어서, 상기 파일체가 천공홀 내에 설치되면 그라우팅액을 주입한다. 즉, 파일체가 천공홀에 설치된 직후 중력 그라우팅을 실시한다.

그라우팅은 그라우팅액(23)의 수축현상을 보완하기 위해서 3~6회 정도 반복하여 실시한다.

이와 같이 그라우팅이 완료되면, 구조물과 파일체의 연속성을 보장하여 클램프(Clamp) 효과를 발휘함으로써 구조물의 하중이 파일체에 적절히 전달될 수 있도록, 파일체 상부에 스틸 플레이트(Steel plate), 즉 지압판을 너트로 고정시키거나 용접을 실시하는 두부정리를 수행하며, 이로써 종래 기술에 따른 마이크로파일의 시공이 완료된다.

그러나, 종래의 마이크로파일 지지체 및 그 시공방법에 따르면, 일정 이상의 압력이 가해질 경우 파일체를 구성하는 철근이 그라우팅부 내에서 그 길이방향으로 다소간 유동할 우려가 있어, 파일체가 구조물의 하중을 적절히 지지하지 못하는 문제점이 발생될 수 있다.

특히, 지진 등에 의한 충격하중이 구조물에 가해지는 경우에는 순간적으로 큰 압력이 철근에 가해져 철근이 그라우팅부 내에서 크게 유동함으로써 이후 구조물의 안전을 보장하지 못하는 상황에 이를 수는 문제점이 있다.

이러한 문제점은 파일체 전체의 허용 지지력 때문에 발생하는 것이 아니라 파일체의 구조적인 한계에 기인하는 것이므로, 단순히 더 굵은 철근을 쓴다거나 각 파일체에 소요되는 철근 수량을 늘린다고 해서 해결될 수 없기에 문제의 심각성이 있다.

한편, 상기와 같은 종래의 마이크로파일 지지체 및 그 시공방법에 따르면, 각 천공홀마다 천공후에 그 깊이를 측정하고, 그 깊이에 상응하는 길이의 철근을 현장에서 절단해가며 작업해야 하므로 작업이 번거롭다는 문제가 있다.

각 천공홀의 천공 깊이는 사전조사에 의해 어느 정도 예측이 가능할 것이나, 실제 작업시에는 예상치 못한 변수가 나타날 수 있으므로, 예측된 천공깊이에 맞춰서만 철근을 준비했다가는 낭패를 볼 수 있기 때문이다.

또한, 이를 위해서는 상당한 길이의 철근 자재를 철근 공장으로부터 공사 현장으로 운반하여 공사 현장에 야적 해두어야 하는데, 철근 자재의 길이 때문에 운반 및 야적에도 어려움이 있다.

국내 특허 공개번호 10-2009-0036103호, 마이크로 파일 구조. 국내 특허 등록번로 10-0956879호, 응력분산형 마이크로파일.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 강봉에 일정 간격을 이루도록 돌출부를 형성하되, 돌출부가 강봉과 일체로 형성되게 하여 그라우팅 완료후 강봉의 길이방향 유동을 최소화할 수 있는 마이크로파일를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 강봉에 일체로 돌출부가 소정 간격을 이루며 형성됨에 의해 천공홀의 천공깊이에 무관하게 사용 가능하며, 운반 및 야적이 보다 편리하고 용이한 마이크로파일를 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 연약지반층 위에 구조물을 설치할 수 있도록 풍화면을 지나 연약지반층의 하부에 위치하는 견고한 암반층에 박아서 충분한 지지력을 확보할 수 있도록 상기 연약지반층으로부터 암반층에 이르기까지 천공된 천공홀 내에 설치되는 마이크로파일에 있어서, 상기 마이크로파일는, 상기 천공홀 내에 압입되어 있는 중공 케이싱과, 상기 중공 케이싱 내에 설치되는 강봉과, 상기 강봉과 중공 케이싱의 사이 간격을 유지시켜 그라우팅액이 충진될 수 있도록 하는 간격유지부재, 및 상기 그라우팅액이 굳어서 형성된 그라우팅부를 포함하고, 상기 그라우팅부에 상기 강봉이 견고하게 고정될 수 있도록 함과 아울러 선단지지력이 향상될 수 있도록 상기 강봉에 소정 간격을 이루며 돌출되게 일체로 형성되는 돌출부가 더 구비되며, 상기 돌출부는: 상기 강봉의 길이 방향에서 상호 대칭의 형상을 갖도록 환형으로 형성되며, 상기 강봉에 열을 가한 상태에서 압착 방식을 통해 일체로 형성되되, 상기 강봉에 돌출부를 형성하기 위한 부위를 500℃~1200℃ 까지 가열하고, 유압잭에 의해 강봉을 양방향에서 압축하여 가열부위가 외측으로 확장되도록 형성한 후, 350℃~850℃ 까지 냉각시킴에 의해 상기 강봉과 돌출부가 일체로 되도록 형성하고, 상기 돌출부에는 상하를 관통하도록 관통공이 형성되는 것이 바람직하다.

상기 돌출부는: 마름모 형상, 타원 형상, 평판 형상 중 어느 하나의 형상을 갖는 환형으로 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 돌출부는: 종단면이 마름모꼴 형상으로 형성될 때, 강봉의 길이 방향에 대하여 마름모꼴의 각 변이 이루는 각도가 30도 내지 60도의 범위를 갖도록 형성되는 것이 바람직하다.

상기 돌출부는: 종단면이 타원 형상으로 형성될 때, 타원의 가로: 세로비가 1:0.3 내지 1:0.8의 범위를 갖도록 형성되는 것이 바람직하다.

상기 강봉은: 상기 연약지반층에 위치하는 제1 강봉과, 상기 암반층에 위치하는 제2 강봉으로 구비되어, 상기 제2 강봉에 돌출부가 형성되고, 상기 제1 강봉과 상기 제2 강봉은 강봉연결부재에 의해 강봉의 길이 방향으로 서로 연결되되, 상기 제1 강봉과 제2 강봉에는 일부위 혹은 전 길이에 걸쳐 숫나선부가 형성됨과 아울러 상기 숫나선부에 결합될 수 있는 암나선부가 상기 강봉연결부재에 형성되어 강봉이 길이방향으로 연결되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 마이크로파일에 의하면, 강봉에 일정 간격을 이루도록 돌출부를 형성하되, 돌출부가 강봉과 일체로 형성되도록 하여, 그라우팅 완료후 강봉의 선단지지력이 증대되고, 강봉의 길이방향 유동이 억제되는 수준이 종래에 비해 비약적으로 향상되는 우수한 효과가 있다.

또한, 본 발명은 강봉에 일체로 형성되는 돌출부에 의해 강봉의 선단지지력이 증대됨으로써 종래와 비교하여 더 짧은 길이의 강봉으로써도 동일한 지지력을 확보할 수 있고, 이로써 천공작업량 감소와 자재비 절감에 따른 경제적인 이익을 누릴 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 마이크로파일을 설명하기 위한 시공 상태도이고,
도 2는 종래 기술에 따른 마이크로파일의 구성도이고,
도 3은 본 발명에 따른 마이크로파일의 구성도이고,
도 4a 내지 도 4d는 본 발명에 따른 마이크로파일에 구비되는 강봉에 돌출부를 형성하는 방법을 순차적으로 나타낸 도면이고,
도 5s 내지 도 5c는 본 발명에 따른 마이크로파일에 구비되는 강봉에 형성된 돌출부의 여러 형상을 나타낸 도면이고,
도 6은 본 발명에 따른 마이크로파일에 구비되는 강봉연결부재에 제1 강봉 및 제2 강봉이 분리된 상태를 나타낸 도면이다.

이하에서는, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하기로 한다.

본 발명의 설명에 앞서, 이하의 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며, 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니된다.

또한, 본 발명의 개념에 따른 실시예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본 명세서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 특정한 개시 형태에 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

첨부된 도 3은 본 발명에 따른 마이크로파일의 구성도이고, 도 4a 내지 도 4d는 본 발명에 따른 마이크로파일에 구비되는 강봉에 돌출부를 형성하는 방법을 순차적으로 나타낸 도면이고, 도 5s 내지 도 5c는 본 발명에 따른 마이크로파일에 구비되는 강봉에 형성된 돌출부의 여러 형상을 나타낸 도면이고, 도 6은 본 발명에 따른 마이크로파일에 구비되는 강봉연결부재에 제1 강봉 및 제2 강봉이 분리된 상태를 나타낸 도면이다.

이들 도면에 도시되어 있는 바와 같이, 본 발명은 연약지반층(102) 위에 구조물을 설치하고자 할 경우 풍화면(106)을 지나 연약지반층(102)의 하부에 위치하는 견고한 암반층(104)에 마이크로파일를 박아서 충분한 지지력을 확보하여야 함은 전술한 바와 같다. 즉, 연약지반층(102)으로부터 암반층(104)에 이르기까지 천공홀(H)을 천공하고, 그 천공홀(H) 내에 마이크로파일를 설치한다.

도시된 바와 같이, 본 발명은 천공홀(H) 내에 압입되어 있는 중공 케이싱(110)과, 상기 중공 케이싱(110) 내에 배치되도록 설치되는 하나 이상의 강봉(120)과, 상기 강봉(120)과 중공 케이싱(110)의 사이 간격을 유지시켜 그라우팅액이 충분히 충진될 수 있도록 하는 간격유지부재(130), 및 그라우팅액이 굳어서 형성된 그라우팅부(140)를 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.

본 명세서에서 '강봉'은 매끈한 표면을 갖는 봉 형상의 강재 만을 지칭하는 것이 아니며, 이형 철근을 포함하여 마이크로파일 공사에서 사용되는 인장력 지지부재를 모두 포괄하여 지칭하는 것으로 이해되어야 한다.

또한, '강봉'은 강재로 이뤄진 부재만을 지칭하기도 하지만, 때로 강재 부재에 광명단 피복, 에폭시 피복, 호스 피복 등 피복 처리된 부재를 지칭하는 것으로 사용되는 경우도 있음에 유의하여야 한다.

한편, 상기 간격유지부재(130)는 통상적으로 강봉(120)을 둘러싸도록 끼워져 강봉의 길이 방향으로 적절한 위치에 설치된다.

이러한 간격유지부재(130)의 역할은 강봉(120)과 중공 케이싱(110) 또는 천공홀(H) 사이의 간격을 유지시킴으로써 그라우팅액이 하부까지 원활하게 투입될 수 있도록 하는 것이다.

따라서, 상기 간격유지부재(130)는 강봉(120)의 모든 반경방향으로 대략 일정한 거리가 유지될 수 있는 형상으로 구성되는 것이 바람직하며, 그라우팅액의 하측 유입을 방해하지 않도록 충분한 공간을 확보하도록 구성되는 것이 바람직하다.

본 발명은 상기 그라우팅부(140)에 상기 강봉(120)이 견고하게 고정될 수 있도록 하고자 본 발명은 상기 강봉(120)에 소정 간격을 이루며 돌출되도록 돌출부(200)를 더 형성하여 구비되는 것이 바람직하다.

이와 같은 돌출부(200)는 강봉(120)으로부터 반경 방향으로 돌출되어 전체적으로 환형을 이루도록 구성되는 것이 바람직하며, 상기 강봉(120)에 일체로 형성되도록 구비되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 돌출부(200)에는 상하를 관통하도록 관통공(202)이 형성되는 것이 바람직하며, 상기 관통공(202)은 원주방향을 따라 소정 간격을 이루도록 적어도 하나 이상 형성하는 것이 바람직하다.

이러한 관통공(202)에 그라우팅액이 채워짐으로서 견고한 고정력을 갖게 할 수 있는 특징이 있다.

한편, 이와 같은 상기 돌출부(200)는 강봉(120)에 비해 지나치게 크게 형성되거나, 혹은 상기 천공홀(H)에 비해 지나치게 작게 형성되면, 그 기능을 제대로 수행하지 못할 수 있으므로, 상기 돌출부(200)의 크기는 강봉(120)의 직경과 천공홀(H)의 직경을 함께 고려하여 적정한 크기로 형성되는 것이 바람직하다.

이와 같은 상기 돌출부(200)는 상기 암반층(104)에 위치하는 강봉에 길이 방향을 따라 일정한 간격을 가지도록 둘 이상 설치되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 상기 돌출부(200)는 강봉(120)의 길이 방향에서 상호 대칭의 형상을 갖도록 형성되는 것이 바람직하며, 상기 강봉(120)에 열을 가한 상태에서 압착 방식을 통해 강봉(120)과 돌출부(200)가 일체로 되도록 형성되는 것이 바람직하며, 상기 돌출부(200)에 다수의 관통공(202)이 형성되는 것이 바람직하다.

일 예로서, 도 4a 내지 도 4d표시와 같이, 상기 강봉(120)에 돌출부(200)를 형성하기 위해서는, 상기 강봉(120)에 돌출부를 형성하기 위한 부위를 500℃~1200℃ 까지 가열하고, 유압잭에 의해 강봉(120)을 양방향에서 압축하여 가열부위가 외측으로 확장되도록 형성한 후, 350℃~850℃ 까지 냉강시킴에 의해 강봉(120)과 돌출부(200)가 일체로 되도록 형성하고, 상기 돌출부(200)의 외측에 상하를 관통하도록 드릴 등의 공구를 이용하여 관통공(202)을 형성하는 것이 바람직하다.

이와 같이 형성되는 상기 돌출부(200)의 형상은 도 5a 내지 도 5c표시와 같이, 마름모 형상이나 타원 형상 및 평판 형상 중 어느 하나의 형상을 갖는 환형으로 이루어지는 것이 바람직하나, 상기 돌출부의 형상에 특별한 제한이 있는 것은 아니다.

도 5a표시와 같이, 상기 돌출부(200)의 기능과 그 가공 용이성을 고려할 때, 상기 돌출부(200)의 종단면이 타원 형상으로 형성되는 경우에는, 타원의 가로(a): 세로(b)비가 1:0.3 내지 1:0.8의 범위를 갖도록 형성되는 것이 바람직하며, 상하를 관통하도록 관통공(202)이 형성되는 것이 바람직하다.

도 5b표시와 같이, 상기 돌출부(200)의 기능과 그 가공 용이성을 고려할 때, 상기 돌출부(200)의 종단면이 마름모꼴 형상으로 형성되는 경우에는, 강봉(120)의 길이 방향에 대하여 마름모꼴의 각 변이 이루는 각도(θ)가 30도 내지 60도의 범위를 갖도록 형성되는 것이 바람직하며, 상하를 관통하도록 관통공(202)이 형성되는 것이 바람직하다.

도시된 바와 같이, 본 발명은 연약지반층(102)에 위치하는 제1 강봉(120a)과, 상기 암반층(104)에 위치하는 제2 강봉(120b)으로 분리되도록 구성되는 것이 바람직하며, 상기 제1 강봉(120a)과 제2 강봉(120b)이 강봉연결부재(150)에 의해 강봉의 길이 방향으로 서로 연결되도록 구성되는 것이 바람직하다.

이러한 상기 강봉연결부재(150)는 길이 방향으로 인접한 제1 강봉(120a)과 제2 강봉(120b)을 견고하게 결합시키는 부재이다.

따라서, 도 6표시와 같이 상기 제1 강봉(120a)과 제2 강봉(120b)에는 일부위 혹은 전(全) 길이에 걸쳐 숫나선부(122)가 형성되고, 상기 숫나선부(122)에 결합될 수 있는 암나선부(152)가 상기 강봉연결부재(150)에 형성되어, 강봉이 길이 방향으로 연결되도록 결합하는 것이 바람직하다. 즉, 견고한 결합을 달성하기 위해 나사 결합 방식을 채택할 수 있으나, 상기 강봉연결부재(150)는 이러한 형태로 제한되는 것이 아니며, 강봉을 연결하는 데 사용되는 임의의 연결부재 또는 커플러를 모두 포함한다.

이와 같이 제1 강봉(120a)과 제2 강봉(120b)이 강봉연결부재(150)에 의해 연결되는 구조에서는, 상기 돌출부(200)는 암반층(104)에 위치하는 제2 강봉(120b)에만 형성되는 것이 바람직하다.

도시된 실시예에서는, 상기 중공 케이싱(110)을 연약지반층(102)에 압입하고, 그 내측에 강봉(120)을 설치한 것으로 되어 있으나, 상기 연약지반층(102)을 천공시에 공벽을 유지할 수 있는 정도인 경우에는 상기 중공 케이싱(110)을 압입하지 아니하고, 상기 강봉(120)을 직접 천공홀(H) 내측에 설치하여 구성할 수도 있다.

본 발명은, 강봉(120)의 설치 및 그라우팅부(140)의 시공이 완료되면, 종래기술 항목에서 이미 설명한 바와 같이, 구조물과 파일체의 연속성을 보장하여 클램프(Clamp) 효과를 발휘함으로써 구조물의 하중이 파일체에 적절히 전달될 수 있도록 하기 위하여, 파일체 상부에 지압판(162)을 록너트(164)로 고정시키거나 용접을 실시하는 두부정리를 수행할 필요가 있다.

이상 설명한 본 발명에 따른 마이크로파일에 있어서, 핵심적인 구성에 해당하는 돌출부(200)를 상기 강봉(120)에 일체로 형성하는 방법에 대하여 도 4a 내지도 4d를 참조하여 설명한다.

먼저, 상기 강봉(120)에서 하나 이상의 확장 부위를 지정하고, 상기 강봉(120)의 지정된 확장 부위 중 하나를 그 확장 부위 양측에서 유압잭 등의 고정기구에 의하여 단단히 고정시킨다.

다음으로, 상기 지정된 확장 부위를 설정된 온도, 즉 500℃~1200℃ 까지 가열한다. 여기에서, 500℃~1200℃의 온도는 철의 열간가공 특성을 고려한 온도이며, 이러한 온도에 따라 형성하고자 하는 돌출부(200)의 크기가 달라지게 된다.

즉, 형성하고자 하는 돌출부(200)의 크기가 비교적 큰 경우에는 가공의 용이성을 우선하여 통상적인 열간가공 온도인 1200℃ 수준까지 강봉(120)을 가열하고, 돌출부(200)의 크기가 비교적 작은 경우에는 작업에 소요되는 시간과 가공성을 고려하여 대략 500℃ 정도로 가열한다.

이와 같이 상기 강봉(120)이 설정 온도까지 가열되면, 유압잭 등에 의해 지정된 부위를 양측으로부터 압축하여 돌출부(200)가 형성되도록 확장시킨다.

다음으로, 지정된 부위를 설정된 온도, 즉 350℃~850℃ 까지 냉각시킨다. 여기에서, 350℃~850℃의 온도는 가열 및 변형된 돌출부(200)가 강도 면에서 취약 부분이 되지 않도록 강봉의 내부 조직을 안정화시켜 강봉(120)의 인장강도 내지 압축강도가 저하되는 것을 방지할 수 있는 온도이다.

즉, 350℃는 철 소재의 재결정온도 하한점이고, 850℃는 철 소재의 풀림(어닐링) 열처리 온도이다. 재결정 또는 풀림 처리가 완료되면, 지정된 부위 양측의 고정하고 있는 유압잭을 해제하여 돌출부(200)의 형성을 완료한다.

또한, 상기 강봉(120)으로부터 확장되어 형성되는 상기 돌출부(200)에는 드릴 등의 공구를 이용하여 상하를 관통하도록 관통공(202)을 원주 방향을 따라 소정 간격을 이루도록 적어도 하나 이상 형성하여, 시공시 그라우팅액이 관통공(202)에 채워지도록 하여 더욱 견고한 고정력을 갖도록 할 수 있다.

본 발명에 따른 마이크로파일의 시공방법에 대하여 설명한다.

먼저, 설정된 직경 및 길이에 따라 사전에 제작된 강봉(120)을 포함하는 자재를 공사 현장으로 운반하고, 현장에서는 지반의 상태에 따라 즉, 연약지반층이 공벽이 유지될 수 있는 지반인가 아닌가에 따라서 선택적으로 중공 케이싱(110)을 천공 위치에 압입한다.

이어서, 시공하려는 위치에 천공을 실시하여 천공홀(H)을 형성하고, 천공홀(H) 깊이에 맞추어 하나 이상의 강봉(120)을 그 길이방향으로 강봉연결부재(150)로 연결하여 조립하는 한편, 강봉에 간격유지부재(130)를 조립하여 천공홀(H) 내측에 설치한다.

여기에서, 상기 강봉(120)은 본 발명의 특징 구성인 돌출부(200)가 형성된 강봉을 이용하거나, 혹은 현장에서 강봉에 돌출부(200)가 일체로 되도록 형성하여 사용할 수 있다.

다음으로, 천공홀(H)에 그라우팅액을 충진하는데, 그라우팅액의 수축을 고려하여 2회에서 수회에 걸쳐 실시하는 것이 바람직하다.

그라우팅액이 굳으면, 보강 철근을 제작 및 설치하는 동시에 지압판(162)과 록너트(164)를 이용하여 두부를 조립하고, 보강 철근과 지압판(162) 및 록너트(164)가 매설되도록 기초 콘크리트를 타설한다.

마지막으로, 콘크리트 타설부위에 대한 마감작업을 수행함으로써 마이크로파일의 시공을 완료한다.

이상에서와 같은 기술적 구성에 의해 본 발명의 기술적 과제가 달성되는 것이며, 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나 여기에 한정되지 않고 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능한 것임은 물론이다.

110 - 중공 케이싱 120 - 강봉
130 - 간격유지부재 140 - 그라우팅부
150 - 강봉연결부재 200 - 돌출부

Claims (5)

1. 연약지반층(102) 위에 구조물을 설치할 수 있도록 풍화면(106)을 지나 연약지반층(102)의 하부에 위치하는 견고한 암반층(104)에 박아서 충분한 지지력을 확보할 수 있도록 상기 연약지반층(102)으로부터 암반층(104)에 이르기까지 천공된 천공홀(H) 내에 설치되는 마이크로파일에 있어서,
   상기 마이크로파일는, 상기 천공홀(H) 내에 압입되어 있는 중공 케이싱(110)과, 상기 중공 케이싱(110) 내에 설치되는 강봉(120)과, 상기 강봉(120)과 중공 케이싱(110)의 사이 간격을 유지시켜 그라우팅액이 충진될 수 있도록 하는 간격유지부재(130), 및 상기 그라우팅액이 굳어서 형성된 그라우팅부(140)를 포함하고,
   상기 그라우팅부(140)에 상기 강봉(120)이 견고하게 고정될 수 있도록 함과 아울러 선단지지력이 향상될 수 있도록 상기 강봉(120)에 소정 간격을 이루며 돌출되게 일체로 형성되는 돌출부(200)가 더 구비되며,
   상기 돌출부(200)는:
   상기 강봉(120)의 길이 방향에서 상호 대칭의 형상을 갖도록 환형으로 형성되며, 상기 강봉(120)에 열을 가한 상태에서 압착 방식을 통해 일체로 형성되되,
   상기 강봉(120)에 돌출부를 형성하기 위한 부위를 500℃~1200℃ 까지 가열하고, 유압잭에 의해 강봉(120)을 양방향에서 압축하여 가열부위가 외측으로 확장되도록 형성한 후, 350℃~850℃ 까지 냉각시킴에 의해 상기 강봉(120)과 돌출부(200)가 일체로 되도록 형성하고,
   상기 돌출부(200)에는 상하를 관통하도록 관통공(202)이 형성되는 것을 특징으로 하는 마이크로파일.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 돌출부(200)는:
   마름모 형상, 타원 형상, 평판 형상 중 어느 하나의 형상을 갖는 환형으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 마이크로파일.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 돌출부(200)는:
   종단면이 마름모꼴 형상으로 형성될 때, 강봉(120)의 길이 방향에 대하여 마름모꼴의 각 변이 이루는 각도(θ)가 30도 내지 60도의 범위를 갖도록 형성되는 것을 특징으로 하는 마이크로파일.
   
4. 제2항에 있어서,
   상기 돌출부(200)는:
   종단면이 타원 형상으로 형성될 때, 타원의 가로(a): 세로(b)비가 1:0.3 내지 1:0.8의 범위를 갖도록 형성되는 것을 특징으로 하는 마이크로파일.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 강봉(120)은:
   상기 연약지반층(102)에 위치하는 제1 강봉(120a)과, 상기 암반층(104)에 위치하는 제2 강봉(120b)으로 구비되어, 상기 제2 강봉(120b)에 돌출부(200)가 형성되고,
   상기 제1 강봉(120a)과 상기 제2 강봉(120b)은 강봉연결부재(150)에 의해 강봉의 길이 방향으로 서로 연결되되,
   상기 제1 강봉(120a)과 제2 강봉(120b)에는 일부위 혹은 전 길이에 걸쳐 숫나선부(122)가 형성됨과 아울러 상기 숫나선부(122)에 결합될 수 있는 암나선부(152)가 상기 강봉연결부재(150)에 형성되어 강봉이 길이방향으로 연결되는 것을 특징으로 하는 마이크로파일.

Images