KR20210027844A

KR20210027844A - 말뚝 연결장치 및 이를 이용한 말뚝 연결방법

Info

Publication number: KR20210027844A
Application number: KR1020190108841A
Authority: KR
Inventors: 백규호; 조이훈; 김종선
Original assignee: 주식회사 파일웍스; 대림건설 주식회사; 롯데건설 주식회사
Priority date: 2019-09-03
Filing date: 2019-09-03
Publication date: 2021-03-11
Also published as: WO2021045261A1; KR102279242B1

Abstract

본 발명은 상면에 하부돌기가 방사상으로 돌출되고, 하부말뚝의 두부에 하부볼트로 체결고정되는 하부이음판; 상기 하부이음판의 하부돌기 사이에 맞물리도록 하면에 상부돌기가 방사상으로 돌출되고, 상부말뚝의 선단에 상부볼트로 체결고정되는 상부이음판; 상기 하부볼트 및 상부볼트의 머리부에 설치되는 압착패드; 상기 하부이음판의 하부돌기와 상부이음판의 상부돌기 일측면 또는 양측면에 관통형성된 핀홀; 및 상기 핀홀에 결합되는 수평핀;을 포함하고, 상기 압착패드는 상기 상부말뚝의 자중에 의한 가압으로 각 볼트의 머리부에 압착고정되어 항타 진동에 의한 볼트의 풀림을 방지하는 말뚝 연결장치에 관한 것이다.
본 발명에 의하면, 각 이음판의 돌기 측면을 경사지게 형성하여 하부 및 상부말뚝의 중심을 용이하게 일치시킬 수 있으므로 작업시간 단축 및 작업능률을 향상시킬 수 있고, 이음판을 말뚝에 고정하는 볼트의 머리부에 설치한 압착패드가 상부말뚝의 자중에 의한 가압으로 압착고정되어 본 발명 말뚝 연결장치로 하부말뚝과 상부말뚝이 연결된 연결말뚝의 항타 시, 항타 진동에 의해 볼트가 풀리는 것을 방지할 수 있으므로 말뚝 이음을 견고하게 시공할 수 있는 효과가 있다.

Description

말뚝 연결장치 및 이를 이용한 말뚝 연결방법{Pile connection apparatus and Pile connection method for using it}

본 발명은 말뚝에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 이음판을 말뚝에 고정하는 볼트의 머리부에 설치된 압착패드가 상부말뚝의 자중에 의한 가압으로 압착되어 하부말뚝과 상부말뚝이 연결된 연결말뚝의 항타 시, 항타 진동에 의해 볼트가 풀리는 것을 방지할 수 있는 말뚝 연결장치 및 이를 이용한 말뚝 연결방법에 관한 것이다.

최근 들어 도심지가 급격히 확대되면서 도로와 교량 등의 기간시설과 각종 건축구조물을 포함한 많은 구조물이 연약지반에 건설되고 있다. 이러한 지반에서는 지표면으로부터 지반 강도가 큰 지지층까지의 깊이가 매우 깊은 것이 일반적이기 때문에 구조물의 하중을 지지층에 전달하기 위하여 말뚝의 길이가 길어야 된다.

그러나 현재 생산되고 있는 말뚝의 최대길이가 15m에 불과하기 때문에 연약지반과 같이 지지층의 깊이가 깊은 경우에는 동일한 직경을 갖는 말뚝을 서로 연결하여 사용해야 한다.

상기 말뚝을 연결하는 장치로, 2015년 특허출원 제0034200호로 출원하여 제10-1803358호로 말뚝 연결장치 및 방법이 등록된 바 있다.

선 등록된 특허는 상면에 측면이 경사진 하부돌기 및 하부홈이 방사상으로 형성되어 하부말뚝의 두부에 볼트결합되는 하부이음판, 상기 하부이음판의 하부돌기 및 하부홈에 맞물리도록 하면에 측면이 경사진 상부돌기 및 상부홈이 방사상으로 형성되어 상부말뚝의 선단에 볼트결합되는 상부이음판, 상기 하부이음판의 하부돌기와 상부이음판의 상부돌기 일측면 또는 양측면에 형성된 체결공 및 상기 체결공에 연이어 경사진 형태로 구비된 핀홀, 상기 핀홀에 체결고정되는 체결고정부재를 포함하는 구성이다.

즉, 상기 각 이음판의 통공으로 볼트를 결합한 후, 말뚝의 단부에 고정된 PC너트에 체결고정한 상태에서 각 돌기의 측면이 면접촉되도록 결합하고, 상·하부이음판을 결합하고, 돌기 측면의 핀홀을 통해 체결고정부재를 체결공에 체결고정한다.

그러나 하부말뚝과 상부말뚝이 연결장치로 연결된 연결말뚝을 지반에 항타 관입할 때, 항타 진동에 의해 이음판과 말뚝을 연결하는 볼트가 풀려 이음판과 말뚝의 결합력이 떨어지는 문제점이 있었다.

또한, 핀홀에 체결고정된 체결고정부재가 풀려 체결력이 떨어지는 문제점과, 체결력이 떨어진 상기 체결고정부재가 핀홀로부터 분리되어 하부말뚝과 상부말뚝의 연결력이 해제될 수 있는 문제점을 내포하고 있었다.

이에 상술한 바와 같은 종래의 제반 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 본 발명의 목적은, 각 이음판의 돌기 측면을 경사지게 형성하여 하부 및 상부말뚝의 중심을 용이하게 일치시킬 수 있는 말뚝 연결장치 및 이를 이용한 말뚝 연결방법을 제공함에 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은, 이음판을 말뚝에 고정하는 볼트의 머리부에 설치된 압착패드가 상부말뚝의 자중에 의한 가압으로 압착되어 말뚝이 연결된 연결말뚝의 항타 시, 항타 진동에 의해 볼트가 풀리는 것을 방지할 수 있는 말뚝 연결장치 및 이를 이용한 말뚝 연결방법을 제공함에 있다.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은, 수평핀이 핀홀에 탄력있게 결합되거나 핀홀에 고정되어 항타 진동에 의해 수평핀의 분리되거나 결합력이 이완되는 것을 방지함으로써, 하부말뚝과 상부말뚝의 연결력을 증대시킬 수 있는 말뚝 연결장치 및 이를 이용한 말뚝 연결방법을 제공함에 있다.

본 발명 말뚝 연결장치는, 면에 하부돌기가 방사상으로 돌출되고, 하부말뚝의 두부에 하부볼트로 체결고정되는 하부이음판; 상기 하부이음판의 하부돌기 사이에 맞물리도록 하면에 상부돌기가 방사상으로 돌출되고, 상부말뚝의 선단에 상부볼트로 체결고정되는 상부이음판; 상기 하부볼트 및 상부볼트의 머리부에 설치되는 압착패드; 상기 하부이음판의 하부돌기와 상부이음판의 상부돌기 일측면 또는 양측면에 관통형성된 핀홀; 및 상기 핀홀에 결합되는 수평핀;을 포함하고, 상기 압착패드는 상기 상부말뚝과 하부말뚝 연결 시 상부말뚝의 자중에 의한 가압으로 각 볼트의 머리부에 압착되어 항타 진동에 의한 볼트의 풀림을 방지한다.

상기 하부이음판은, 하부판체; 상기 하부판체 상면에 방사상으로 돌출되는 하부돌기; 상기 하부돌기 내부에 하부볼트의 체결을 위해 관통된 제1하부통공;을 포함할 수 있다. 상기 하부돌기 사이의 하부판체에 상부돌기의 하면 아래로 돌출된 상부볼트의 머리부를 수용하도록 관통된 제2하부통공;을 더 포함한다. 상기 상부이음판은, 상부판체; 상기 상부판체 저면에 방사상으로 돌출되는 상부돌기; 상기 상부돌기 내부에 상부볼트의 체결을 위해 관통된 제1상부통공;을 포함할 수 있다. 상기 상부돌기 사이의 상부판체에 하부돌기의 상면 위로 돌출된 하부볼트의 머리부를 수용하도록 관통된 제2상부통공;을 더 포함할 수 있다. 상기 하부이음판의 하면과 상부이음판의 상면에 PC너트와 동일 선상에 각각 형성되어 PC너트를 수용하는 수용홈;을 더 포함할 수 있다. 상기 하·상부볼트의 머리부에 설치되는 압착패드는 고무재 등 압축성의 탄성재질일 수 있다. 상기 압착패드는 상기 볼트 머리부에 접착제로 접착 고정될 수 있다.

상기 핀홀은, 외측보다 내측이 좁도록 경사진 경사홀로 형성되거나 상기 경사홀 단부에 수평홀이 연장형성될 수 있다. 상기 수평핀은 요입홈이 형성된 봉체, 상기 요입홈에 압착가능하게 결합되는 탄성편을 포함한다. 상기 봉체는 상기 핀홀의 내경과 동일하게 형성된다. 상기 탄성편은 내부가 관통된 탄성몸체, 상기 탄성몸체가 압착될 수 있도록 일측에 절개된 개구부를 포함한다.

본 발명 말뚝의 연결방법은, 상면에 하부돌기가 방사상으로 돌출된 하부이음판을 하부말뚝의 두부에 하부볼트로 체결고정하는 하부이음판 고정단계; 하면에 상부돌기가 방사상으로 돌출된 상부이음판을 상부말뚝의 선단에 상부볼트로 체결고정하는 상부이음판 고정단계; 상기 하부이음판이 고정된 하부말뚝을 말뚝 연결을 위한 서비스홀에 삽입하는 하부말뚝 삽입단계; 상기 서비스홀에 삽입된 하부말뚝 상부에 상부이음판이 고정된 상부말뚝을 거치하는 상부말뚝 거치단계; 상기 상부말뚝을 하부말뚝에 안착시켜 하부이음판의 하부돌기 사이에 상부이음판의 상부돌기가 맞물리도록 결합하고, 동시에 상기 하부돌기와 상부돌기의 일측면 또는 양측면에 핀홀이 형성되도록 하는 거치 완료단계; 상기 핀홀에 수평핀을 삽입한 후 타격 고정하여 상·하부이음판을 결합하는 수평핀 결합단계; 수평핀 결합으로 말뚝의 이음시공을 완료하는 이음시공 완료단계;를 포함하며, 상기 하부볼트 및 상부볼트의 머리부에는 압착패드가 설치되고, 상기 압착패드는 상기 상부말뚝 거치 완료단계에서 상기 상부말뚝의 자중에 의한 가압으로 볼트의 머리부에 압착되어 항타 진동에 의한 볼트의 풀림을 방지한다.

또한 상기와 같이 천공홀에 말뚝을 삽입한 후 항타하는 매입공법으로 시공하지 않고 천공홀을 형성하지 않고 처음부터 항타에 의해 말뚝을 지반에 관입시키는 항타공법으로 시공할 경우, 본 발명 말뚝의 연결방법은, 상면에 하부돌기가 방사상으로 돌출된 하부이음판을 항타에 의해 지반에 관입된 하부말뚝의 두부에 하부볼트로 체결고정하는 하부이음판 고정단계; 하면에 상부돌기가 방사상으로 돌출된 상부이음판을 상부말뚝의 선단에 상부볼트로 체결고정하는 상부이음판 고정단계; 상기 하부이음판이 고정된 하부말뚝의 상부에 상부이음판이 고정된 상부말뚝을 거치하는 상부말뚝 거치단계; 상기 상부말뚝을 하부말뚝에 안착시켜 하부이음판의 하부돌기 사이에 상부이음판의 상부돌기가 맞물리도록 결합하고, 동시에 상기 하부돌기와 상부돌기의 일측면 또는 양측면에 핀홀이 형성되도록 하는 거치 완료단계; 상기 핀홀에 수평핀을 삽입한 후 타격 고정하여 상·하부이음판을 결합하는 수평핀 결합단계; 수평핀 결합으로 말뚝의 이음시공을 완료하는 이음시공 완료단계;를 포함할 수 있다.

본 발명에 의하면, 각 이음판의 돌기 측면을 경사지게 형성하여 하부 및 상부말뚝의 중심을 용이하게 일치시킬 수 있으므로 신속한 작업으로 작업시간 단축 및 작업능률을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 이음판을 말뚝에 고정하는 볼트의 머리부에 설치된 압착패드가 상부말뚝의 자중에 의한 가압으로 압착되어 하부말뚝과 상부말뚝이 연결된 연결말뚝의 항타 시, 항타 진동에 의한 볼트의 풀림을 방지할 수 있으므로 말뚝 이음을 견고하게 시공하는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 수평핀이 핀홀에 탄력있게 결합되거나 핀홀에 걸려 고정되어 항타 진동에 의한 수평핀의 분리 또는 결합력 이완을 방지함으로써, 하부말뚝과 상부말뚝의 연결력을 증대시킬 수 있을 뿐만 아니라 연결말뚝의 구조 성능을 높이는 효과가 있다.

도 1은 본 발명이 적용된 말뚝 연결방법의 흐름도
도 2는 본 발명이 적용된 말뚝 연결장치의 분리사시도
도 3은 본 발명이 적용된 말뚝 연결장치의 하부이음판과 상부이음판을 나타낸 분리사시도
도 4는 본 발명이 적용된 말뚝 연결장치의 수평핀을 나타낸 분리사시도
도 5 내지 도 6은 본 발명이 적용된 말뚝 연결장치의 설치상태를 나타낸 개략도
도 7은 본 발명이 적용된 말뚝 연결장치의 볼트 결합부분을 나타낸 단면도
도 8 내지 도 9는 본 발명이 적용된 말뚝 연결장치의 수평핀 결합상태도
도 10은 도 9의 확대단면도
도 11은 본 발명이 적용된 말뚝 연결장치의 수평핀의 또 다른 실시예를 나타낸 확대단면도
도 12는 본 발명이 적용된 말뚝 연결장치의 수평핀의 다른 실시예를 나타낸 결합상태도
도 13a 내지 도 13b는 본 발명이 적용된 말뚝 연결장치의 휨성능 시험사진 및 휨성능 시험결과를 나타낸 그래프
도 14a 내지 도 14b는 본 발명이 적용된 말뚝 연결장치의 전단성능 시험사진 및 전단성능 시험결과를 나타낸 그래프
도 15a 내지 도 15b는 본 발명이 적용된 말뚝 연결장치의 인장성능 시험사진 및 인장성능 시험결과를 나타낸 그래프
도 16a 내지 도 16b는 본 발명이 적용된 말뚝 연결장치의 압축성능 시험사진 및 압축성능 시험결과를 나타낸 그래프
도 17a 내지 도 17c는 본 발명이 적용된 말뚝 연결장치에서 볼트의 풀림 여부와 수평핀의 분리여부를 확인하는 항타 시험사진

이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명을 상세히 설명한다. 도 1은 본 발명이 적용된 말뚝 연결방법의 흐름도이고, 도 2는 본 발명이 적용된 말뚝 연결장치의 분리사시도이며, 도 3은 본 발명이 적용된 말뚝 연결장치의 하부이음판과 상부이음판을 나타낸 분리사시도이다.

본 발명 말뚝 연결장치(100)는, 복수의 말뚝을 연결하는 장치로서, 하부이음판(110), 상부이음판(120), 압착패드(130), 핀홀(140), 수평핀(150)을 포함한다.

상기 하부이음판(110)은 하부말뚝(10)의 두부에 하부볼트(S)로 체결고정되는 구성으로, 하부판체(111), 하부돌기(112), 제1하부통공(113)으로 구성된다.

상기 하부판체(111)는 상기 하부말뚝(10)의 두부에 밀착되는 판체이다.

상기 하부돌기(112)는 상기 하부판체(111) 상면에 방사상으로 돌출되는 돌기이고, 측면이 경사지게 돌출된다.

상기 제1하부통공(113)은 상기 하부돌기(112) 내부에 하부볼트(S)가 이동되도록 관통된 통공이다.

또한, 상기 하부돌기(112) 사이의 하부판체(111)에 상부돌기(122)의 하면 아래로 돌출된 상부볼트(S')의 머리부가 수용되도록 제2하부통공(114)이 관통형성된다.

상기 하부이음판(110)의 하면에는 하부말뚝(10)의 PC너트와 동일 선상에 PC너트를 수용하는 수용홈(115)이 형성된다.

상기 상부이음판(120)은 상부말뚝(120)의 선단에 상부볼트(S')로 체결고정되는 구성으로, 상부판체(121), 상부돌기(122), 제1상부통공(123)으로 구성된다.

상기 상부판체(121)는 상기 상부말뚝(20)의 선단에 밀착되는 판체이다.

상기 상부돌기(122)는 상기 상부판체(121) 하면에 방사상으로 돌출되는 돌기이고, 측면이 경사지게 돌출될 수 있다.

상기 제1상부통공(123)은 상기 상부돌기(122) 내부에 상부볼트(S')가 이동되도록 관통된 통공이다.

또한, 상기 상부돌기(122) 사이의 상부판체(121)에 하부돌기(112)의 상면 위로 돌출된 하부볼트(S)의 머리부가 수용되도록 제2상부통공(124)이 관통형성된다.

상기 상부이음판(120)의 상면에는 상부말뚝(20)의 PC너트와 동일 선상에 PC너트를 수용하는 수용홈(125)이 형성된다.

상기 압착패드(130)는 상기 하부볼트(S) 및 상부볼트(S')의 머리부에 설치되는 구성으로, 압축가능한 고무재 등 압축성의 탄성재질로 이루어져 있다.

상기 압착패드(130)는 상기 볼트 머리부에 접착제 등으로 고정된다.

상기 핀홀(140)은 상기 하부이음판(110)의 하부돌기(112)와 상부이음판(120)의 상부돌기(122)가 맞물렸을 때, 하부돌기(112)와 상부돌기(122)의 일측면 또는 양측면에 관통형성된 구성으로, 각 돌기에 1/2씩 형성될 수 있다.

상기 핀홀(140)은 외측보다 내측이 좁도록 경사진 경사홀(141)로 형성된다.

상기 핀홀(140)은 상기 경사홀(141) 단부에 수평으로 수평홀(142)이 연장 형성된다.

상기 수평핀(150)은 도 4와 같이, 상기 핀홀(140)에 결합되는 구성으로, 봉체(151), 요입홈(152), 탄성편(153)을 포함한다.

상기 봉체(151)는 상기 핀홀(140)에 결합되는 구성으로, 외면이 경사지게 형성된다.

상기 요입홈(152)은 상기 봉체(151)의 선단부 즉, 상기 핀홀(140)에 먼저 결합되는 단부부분에 요입형성된다.

상기 탄성편(153)은 상기 요입홈(152)에 결합되어 상기 핀홀(140) 내면에 밀착되는 구성으로, 탄성몸체(154), 개구부(155)를 포함한다. 상기 탄성몸체(154)는 내부가 관통된 중공부 형태이다.

상기 개구부(155)는 상기 탄성몸체(154) 일측에 개구된 부분이고, 탄성을 가진 이 부분에 의해 요입홈(152)에 결합시킬 수 있다.

상기 탄성편(153)은 수평핀(150)이 핀홀(140)에 삽입될 때 핀홀(140)의 직경이 내측으로 갈수록 작아짐에 따라 핀홀(140) 내면에 탄력있게 밀착됨으로써 항타 진동에 의해 수평핀(150)이 핀홀(140)에서 분리 또는 결합력이 이완되는 것을 방지하는 기능을 하게 된다.

다음은 말뚝을 매입공법으로 시공할 경우 상기와 같이 구성된 본 발명의 제작 및 시공과정을 설명한다.

먼저, 하부판체(111)에 하부돌기(112) 및 제1하부통공(113)이 형성된 하부이음판(110)을 하부말뚝(10)의 상면 즉, 두부에 밀착시킨다.

상기 하부이음판(110)의 하면에 형성된 수용홈(115)은 하부말뚝(10)의 PC너트와 동일선상에 위치하여야 하고, 이때 상기 PC너트의 단부가 하부말뚝(10)의 상면보다 돌출된 경우 상기 PC너트의 단부는 수용홈(115)에 수용된다.

여기서, 상기 하부이음판(110)에 수용홈(115)이 형성되지 않을 경우, 하부말뚝(10) 상면으로 PC너트가 돌출된 상태에서 하부이음판(110)을 하부말뚝(10)에 볼트체결하게 되면, 하부이음판(110)에 의해 PC너트가 하부말뚝(10)의 본체 방향으로 압착되면서 하부말뚝(10)에 종방향 균열이 발생하게 되는데, 상기 수용홈(115)은 이러한 현상을 방지하게 하는 것이다.

상기 하부말뚝(10)에 하부이음판(110)이 밀착되면, 상기 하부이음판(110)의 제1하부통공(113)으로 하부볼트(S)를 결합하고, 하부말뚝(10)의 PC너트에 체결함으로써 하부이음판(110)이 하부말뚝(10)의 두부에 고정된다.

또한, 상부판체(121)에 상부돌기(122) 및 제1상부통공(123)이 형성된 상부이음판(120)을 상부말뚝(20)의 하면 즉, 선단에 밀착시킨다.

상기 상부이음판(120)의 상면에 형성된 수용홈(125)은 상부말뚝(20)의 PC너트와 동일선상에 위치하여야 하고, 이때 상기 PC너트의 단부가 상부말뚝(20)의 하면보다 돌출된 경우 상기 PC너트의 단부는 수용홈(125)에 수용된다.

여기서, 상기 상부이음판(120)에 수용홈(125)이 형성되지 않을 경우, 상부말뚝(20) 하면으로 PC너트가 돌출된 상태에서 상부이음판(120)을 상부말뚝(20)에 볼트체결하게 되면, 상부이음판(120)에 의해 PC너트가 상부말뚝(20)의 본체 방향으로 압착되면서 상부말뚝(20)에 종방향 균열이 발생하게 되는데, 상기 수용홈(125)은 이러한 현상을 방지하게 하는 것이다.

상기 상부말뚝(20)에 상부이음판(120)이 밀착되면, 상기 상부이음판(120)의 제1상부통공(123)으로 상부볼트(S')를 결합하고, 상부말뚝(20)의 PC너트에 체결함으로써 상부이음판(120)이 상부말뚝(20)에 고정된다.

여기서, 압착패드(130)가 부착된 하·상부볼트(S)(S')의 머리부는 각 하·상부돌기(112)(122)의 상·하면보다 돌출된다. 상기 하·상부볼트(S)(S')의 머리부에 설치된 압착패드(130)는 상부말뚝(20)의 자중에 의한 상·하부말뚝 하·상면의 가압으로 인해 하·상부볼트(S)(S')의 머리부에 압축응력과 마찰응력을 발생시켜 말뚝 항타 시 볼트(S)(S')의 풀림을 방지할 수 있다.

즉, 상기 상부볼트(S')에 설치된 압착패드(130)는 하부돌기(112) 사이의 하부판체(111)에 관통형성된 제2하부통공(114)으로 돌출되고, 상기 하부볼트(S)에 설치된 압착패드(130)는 상부돌기(122) 사이의 상부판체(121)에 관통형성된 제2상부통공(124)으로 돌출되어 하부말뚝에(10) 상부말뚝(20)을 거치했을 때 상부말뚝(20)의 자중에 의한 가압으로 하·상부볼트(S)(S') 머리부에 부착된 압착패드(130)가 상·하부말뚝의 하·상면에 의해 압착됨으로써, 볼트(S)(S')의 풀림을 방지하게 된다.

상기 압착패드(130)는 상부말뚝의 자중에 의해 압착될 수 있는 탄성재질로 형성되고, 상기 탄성재질의 압착패드(130)는 일정한 강도를 가지는 고무재가 바람직하다.

상기의 과정으로 하부이음판(110)과 상부이음판(120)이 하부말뚝(10) 상면과 상부말뚝(20) 하면에 각각 고정되면, 상기 하부말뚝(10)을 인양장비로 인양하여 말뚝을 연결하기 위해 지반에 천공한 서비스홀에 삽입한다.

상기 서비스홀에 삽입되는 하부말뚝(10)의 상단부는 서비스홀 상부에 위치하여야 하고, 상기 상부말뚝(20)을 인양장비로 인양하여 하부말뚝(10) 상부에 거치한다.

상기 상부말뚝(20)을 하부말뚝(10)에 거치할 때 도 5 내지 도 7과 같이, 상기 상부말뚝(20)에 고정된 상부이음판(120)의 상부돌기(122)가 하부말뚝(10)에 고정된 하부이음판(110)의 하부돌기(112) 사이에 맞물려 결합된다.

상기 상부돌기(122)와 하부돌기(112)는 측면이 경사지게 형성되어 용이하게 결합할 수 있으므로 작업능률 향상으로 작업시간을 단축할 수 있다.

상기 상부돌기(122)가 하부돌기(112)가 서로 맞물려 결합될 때, 상부말뚝(20)의 자중에 이해 하부볼트(S)와 상부볼트(S')의 머리부에 설치된 압착패드(130)가 상부말뚝(20)의 하단과 하부말뚝(10)의 상단에 의해 각각 압착되고, 동시에 상기 압착패드(130)는 볼트(S)(S')의 머리부에 압착되어 압착응력 및 마찰응력을 유발한다. 따라서 연결말뚝의 항타 시, 항타 진동에 의해 볼트(S)(S')가 풀리려는 힘을 압착패드(130)에 작용하는 압착응력과 마찰응력이 잡아줌으로써 볼트(S)(S')의 풀림을 방지한다.

즉, 항타 진동에 의해 볼트(S)(S')가 풀리려면 볼트가 체결 반대방향으로 회전하면서 머리부 방향으로 이동해야 하는데 볼트의 회전은 압착패드(130)에 의해 발생한 마찰응력에 의해 억제되고 머리부 방향으로의 이동은 압착패드(130)에 의해 발생한 압착응력에 의해 억제되어 볼트의 풀림이 억제되며, 만약 볼트가 풀려서 머리부 방향으로 이동하게 되면 압착패드(130)는 더욱 압착되어 볼트에 작용하는 압착응력과 마찰응력이 더욱 커지게 되므로 볼트의 풀림은 더욱 어렵게 된다.

또한, 상기 상부이음판(120)의 상부돌기(122)가 하부이음판(110)의 하부돌기(112)와 맞물려 결합되면, 상기 각 돌기(122)(112)의 측면이 밀착됨과 동시에 돌기의 일측면 또는 양측면에 1/2씩 마주보는 핀홀(140)이 형성된다.

상기 핀홀(140)은 외측보다 내측이 좁도록 경사진 경사홀(141)로 형성되고, 상기 경사홀(141) 단부에 수평홀(142)이 연장되어 형성될 수 있다.

상기 각 돌기(122)(112)의 측면이 밀착됨으로써, 각 이음판에 의한 하중분산 효과가 우수하여 하부말뚝(10)과 상부말뚝(20)이 말뚝 연결장치(100)로 연결된 연결말뚝의 구조적 안전성을 향상시킬 수 있고, 상기 돌기(122)(112)가 경사지게 형성되어 하부이음판(110)과 상부이음판(120)의 중심축을 용이하게 일치시킬 수 있으므로 작업능률 향상으로 작업시간을 단축시킬 수 있다.

그리고 도 8 내지 도 10과 같이, 상기 핀홀(140)에 수평핀(150)을 결합하여 말뚝의 이음시공을 완료할 수 있다. 상기 수평핀(150)은 봉체(151)의 요입홈(152)에 결합된 탄성편(153)의 외경이 핀홀(140)의 경사홀(141) 외측 내경보다 작기 때문에 경사홀(141) 내부로 원활하게 이동될 수 있다.

상기 수평핀(150)이 경사홀(141) 내부로 일정거리 이동되면, 탄성편(153)의 탄성몸체(154)가 경사홀(141) 내면에 밀착되고, 이 상태에서 상기 수평핀(150)의 봉체(151)를 타격하면, 상기 수평핀(150)은 경사홀(141)의 내경을 따라 탄성편(153)의 탄성몸체(154)가 개구부(155)를 중심으로 요입홈(152)으로 오므라들면서 경사홀(141) 내측으로 이동한다.

이때, 상기 탄성편(153)은 경사홀(141)의 내경을 따라 오므라들면서 경사홀(141)을 통과한 후, 상기 수평홀(142)로 이동되고, 상기 수평홀(142)로 이동된 탄성편(153)의 외면이 수평홀(142) 내면에 탄력있게 밀착됨과 동시에 봉체(151)의 외면이 경사홀(141) 내면에 밀착되면서 하부말뚝(10)과 상부말뚝(20)에 결합된 하부이음판(110)과 상부이음판(120)이 견고하게 연결될 수 있다.

즉, 상기 탄성편(153)의 외면이 수평홀(142) 내면에 탄력있게 밀착되고, 봉체(151) 외면이 경사홀(141) 내면에 밀착되어 상기 수평핀(150)과 하·상부이음판(110)(120)의 밀착도가 극대화됨으로써 하부 및 상부이음판(110)(120)이 견고하게 연결됨은 물론 항타 진동에 의한 수평핀(150)의 분리를 방지할 수 있다.

도 11은 핀홀(140)에 봉체(151)와 탄성편(154)으로 구성된 수평핀(150)을 결합하는 대신 복수의 탄성편(153', 153")을 전 길이에 걸쳐 내경이 동일한 수평홀(142)로만 구성된 핀홀(140)에 타격하여 하부이음판(110)과 상부이음판(120)을 연결하는 것을 나타낸 것으로, 핀홀(140)에 타격하여 결합되는 수평핀(150)은 수평홀(142)과 동일한 형상을 가지면서 수평홀(142)의 크기보다 외경이 다소 크면서 개구(155')를 가지는 제1 탄성편(153')과, 수평홀(142)에 삽입 결합된 제1 탄성편(153')과 동일한 형상을 가지면서 제1 탄성편(153')의 내경보다 다소 큰 외경을 가지는 제2 탄성편(153")으로 구성된다. 먼저 하부이음판(110)과 상부이음판(120)이 결합되어 형성된 핀홀(140)에 제1 탄성편(153')의 외경 전체가 수평홀(142)의 내면에 압착되도록 제1 탄성편(153')을 타격하여 핀홀(140)에 밀어 넣는다. 다음으로 같은 방법으로 제2 탄성편(153")을 제1 탄성편(153')의 내경으로 타격하여 압착되게 밀어 넣어 제2 탄성편(153")의 외경 전체가 제1 탄성편(153')의 내경 내면에 압착되게 한다. 핀홀(140)에 압착되면서 서로 결합된 제1, 2 탄성편(153', 153")은 앞서 설명한 수평핀(150)과 동일한 기능을 가지게 된다. 이렇게 결합되는 제1, 2 탄성편(153',153")의 개구(155', 155")는 각각 상·하 방향을 향하게 함으로써 제1 탄성편(153')과 제2 탄성편(153")의 강도가 극대화되게 한다. 또한, 도면에 구체적으로 도시하지 아니하였으나 강도 보강이 더 필요하면 제1, 2 탄성편(153', 153")과 동일한 형상을 가지는 복수의 탄성편을 위에서 설명한 방법과 동일한 방법으로 제1, 2 탄성편(153', 153")에 더 설치할 수도 있다.

또한, 도 12와 같이, 수평핀(150')은 탄성편(153)이 수평홀(142)을 통과하도록 하여 자체 탄력으로 확장 복원되면서 탄성편(153)의 단부가 각 돌기(112)(122) 내면에 밀착되어 걸림으로써, 항타 진동에 의해 핀홀(140)로부터 상기 수평핀(150)의 분리를 방지하고, 하부말뚝(10)과 상부말뚝(20)에 결합된 하부이음판(110)과 상부이음판(120)의 연결력을 증대시킬 수 있다.

상기 하부말뚝(10)과 상부말뚝(20)이 연결된 연결말뚝을 항타하여 지반에 관입시킬 수 있으며, 상기 연결말뚝의 항타 시, 압착패드(130)가 하부볼트(S)와 상부볼트(S')의 머리부에 압착되어 각 볼트(S)(S')의 풀림을 방지하고, 동시에 하부말뚝(10)과 상부말뚝(20)에 결합된 하부이음판(110)과 상부이음판(120)을 수평핀(150)으로 탄력있게 결합함으로써 말뚝 연결을 손쉽게 시공하면서도 말뚝의 연결력을 증대시킬 수 있다.

표 1에서는 상기 하부말뚝(10)과 상부말뚝(20)을 연결한 말뚝 연결장치(100)의 휨성능을 측정하였으며, 도 13a는 휨성능시험 사진이고, 도 13b는 측정된 시험결과를 나타낸 그래프이다.

시험방법: KS F 4306

시편제원: 직경500mm, 길이 5m PHC말뚝(A종) 2본을 연결장치로 연결

휨강도시험 결과

구분	균열하중	균열휨강도	파괴하중	파괴휨강도	비고
KS F 4306 기준	59.6 kN	103.0 kN·m	92.9 kN	155.0 kN·m	PHC말뚝 A종 기준값
시험결과	99.0 kN	130.5 kN·m	133.8 kN	174.0 kN·m	기준값 만족

또한, 표 2에서는 상기 말뚝 연결장치(100)의 전단성능을 측정하였으며, 도 14a는 전단성능시험 사진이고, 도 14b는 측정된 시험결과를 나타낸 그래프이다.

시험방법: KS F 4306

전단강도시험 결과

구분	최대하중	전단강도	비고
KS F 4306 기준	457.2 kN	228.6 kN	PHC말뚝 A종 기준값
시험결과	762.5 kN	381.2 kN	기준값 만족

또한, 표 3에서는 상기 말뚝 연결장치(100)의 인장성능을 측정하였으며, 도 15a는 인장성능시험 사진이고, 도 15b는 측정된 시험결과를 나타낸 그래프이다.

시험방법: 인장지그를 이용한 말뚝 이음장치에 대한 인장시험

시편제원: 직경500mm 말뚝 연결장치

인장시험 결과

구분	인장강도	비고
KS F 4306 기준	749.5 kN	PHC말뚝 A종 기준값
시험결과	941.7 kN	기준값 만족

또한, 표 4에서는 상기 말뚝 연결장치(100)의 압축성능을 측정하였으며, 도 16a는 압축성능시험 사진이고, 도 16b는 측정된 시험결과를 나타낸 그래프이다.

시험방법: 말뚝 연결장치에 대한 압축시험

시편제원: 직경500mm, 1.0m PHC말뚝(A종)에 연결된 말뚝 연결장치

압축시험 결과

구분	압축강도	비고
KS F 4306 기준	2,970 kN	UPHC말뚝 A종 기준값
시험결과	5,035 kN 이상	기준값 만족

상기의 시험결과에서 보듯이, 본 발명 말뚝 연결장치(100)는 KS F 4306 시험에 따른 기준값을 모두 만족하는 성능이 우수한 제품임을 알 수 있다.

또한, 본 발명 말뚝 연결장치(100)로 연결된 말뚝을 항타했을 때 항타 진동에 의해 각 볼트(S)(S')의 풀림 여부와 핀홀(140)에 고정된 수평핀(150)의 분리 여부를 조사하였다. 이를 위해 도 17a와 같이 하부 및 상부말뚝(10)(20)에 각각 하부 및 상부이음판(110)(120)을 결합한 후 이음판과 이음판에 체결된 볼트(S)(S') 머리부에 연속된 직선을 표시하고 상부말뚝(20)을 하부말뚝(10)에 거치한 후 핀홀(140)에 수평핀(150)을 결합해서 이음장치의 시공을 완료하였다. 이러한 방법으로 연결된 말뚝에 해머를 이용해서 100회 이상 항타를 가한 다음 이음판과 볼트(S)(S') 머리부에 그려진 연속된 직선의 엇갈림 정도를 확인한 결과, 도 17b 내지 도 17c와 같이 이음판과 볼트(S)(S') 머리부에 그려진 연속된 직선이 항타 이전과 동일하게 연속된 상태를 유지함으로써 볼트(S)(S')가 항타 진동에 의해 전혀 풀리지 않았음을 확인하였다.

또한, 본 발명 말뚝 연결장치(100)로 연결된 말뚝을 항타하면서 동재하시험을 수행한 결과 말뚝 연결장치(100)의 연결상태가 상부 및 하부말뚝(20)(10)의 본체와 비슷할 정도로 매우 견고하게 결합되어 있는 것으로 나타나 항타 진동에 의해 수평핀(150)이 핀홀(140)로부터 분리되지 않은 것을 확인하였다.

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.

10: 하부말뚝 20: 상부말뚝
100: 말뚝 연결장치 110: 하부이음판
120: 상부이음판 130: 압착패드
140: 핀홀 150: 수평핀

Claims

상면에 하부돌기가 방사상으로 돌출되고, 하부말뚝의 두부에 하부볼트로 체결고정되는 하부이음판;
상기 하부이음판의 하부돌기 사이에 맞물리도록 하면에 상부돌기가 방사상으로 돌출되고, 상부말뚝의 선단에 상부볼트로 체결고정되는 상부이음판;
상기 하부볼트 및 상부볼트의 머리부에 설치되는 압착패드;
상기 하부이음판의 하부돌기와 상부이음판의 상부돌기 일측면 또는 양측면에 관통형성된 핀홀; 및
상기 핀홀에 타격하여 결합되는 수평핀;을 포함하고,
상기 압착패드는 상기 상부말뚝의 자중에 의한 가압으로 각 볼트의 머리부에 압착되어 항타 진동에 의한 볼트의 풀림을 방지하는 것을 특징으로 하는 말뚝 연결장치.
청구항 1에 있어서,
상기 하부이음판은, 하부판체; 상기 하부판체 상면에 방사상으로 돌출되는 하부돌기; 상기 하부돌기 내부에 관통된 제1하부통공;
상기 상부이음판은, 상부판체; 상기 상부판체 저면에 방사상으로 돌출되는 상부돌기; 상기 상부돌기 내부에 관통된 제1상부통공;을 포함하는 것을 특징으로 하는 말뚝 연결장치.
청구항 2에 있어서,
상기 하부돌기 사이의 하부판체에 상부돌기의 하면 아래로 돌출된 상부볼트의 머리부를 수용하도록 관통된 제2하부통공;을 더 포함하고,
상기 상부돌기 사이의 상부판체에 하부돌기의 상면 위로 돌출된 하부볼트의 머리부를 수용하도록 관통된 제2상부통공;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 말뚝 연결장치.
청구항 2에 있어서,
상기 하부이음판의 하면과 상부이음판의 상면에 PC너트와 동일 선상에 각각 형성되어 PC너트를 수용하는 수용홈;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 말뚝 연결장치.
청구항 1에 있어서,
상기 압착패드는 탄성재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 말뚝 연결장치.
청구항 1에 있어서,
상기 수평핀은, 요입홈이 형성된 봉체; 및 상기 요입홈에 압착가능하게 결합되는 탄성편;을 포함하는 것을 특징으로 하는 말뚝 연결장치.
청구항 1에 있어서,
상기 핀홀은, 외측보다 내측이 좁은 경사진 경사홀로 형성되거나 상기 경사홀 단부에 수평홀이 연장 형성되는 것을 특징으로 하는 말뚝 연결장치.
청구항 6에 있어서,
상기 수평핀은 경사홀 내부로 일정거리 이동되면 탄성편의 탄성몸체가 경사홀 내면에 밀착되고, 이 상태에서 수평핀의 봉체를 타격하면, 탄성편은 경사홀의 내경을 따라 탄성몸체가 개구부를 중심으로 요입홈으로 오무라들면서 경사홀을 통과한 후, 수평홀로 이동해서 탄성편의 외면이 수평홀 내면에 탄력있게 밀착됨과 동시에 봉체의 외면이 경사홀 내면에 밀착되는 것을 특징으로 하는 말뚝 연결장치.
청구항 6에 있어서,
상기 수평핀은 탄성편이 경사홀과 수평홀을 통과해서, 자체 탄력으로 확장 복원되어 직경이 확장되면서 탄성편의 단부가 상·하부이음판의 상·하부돌기 내면에 밀착되어 걸리는 것을 특징으로 하는 말뚝 연결장치.
청구항 6에 있어서,
상기 탄성편은, 내부가 관통된 중공부의 탄성몸체; 및 상기 탄성몸체가 확장 또는 오므라들 수 있도록 일측에 절개된 개구부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 말뚝 연결장치.
청구항 1에 있어서,
핀홀에 타격하여 결합되는 수평핀은 수평홀과 동일한 향상을 가지면서 수평홀의 크기보다 외경이 다소 크면서 개구를 가지는 제1 탄성편과 수평홀에 삽입 결합된 제1 탄성편과 동일한 형상을 가지면서 제1 탄성편의 내경보다 외경이 다소 크면서 개구를 가지는 제2 탄성편으로 구성되는 것을 특징으로 하는 말뚝 연결장치.
상면에 하부돌기가 방사상으로 돌출된 하부이음판을 하부말뚝의 두부에 하부볼트로 체결고정하는 하부이음판 고정단계;
하면에 상부돌기가 방사상으로 돌출된 상부이음판을 상부말뚝의 선단에 상부볼트로 체결고정하는 상부이음판 고정단계;
상기 하부이음판이 고정된 하부말뚝을 말뚝 연결을 위한 서비스홀에 삽입하는 하부말뚝 삽입단계;
상기 서비스홀에 삽입된 하부말뚝 상부에 상부이음판이 고정된 상부말뚝을 거치하는 상부말뚝 거치단계;
상기 상부말뚝을 하부말뚝에 안착시켜 하부이음판의 하부돌기 사이에 상부이음판의 상부돌기가 맞물리도록 결합하고, 동시에 상기 하부돌기와 상부돌기의 일측면 또는 양측면에 핀홀이 형성되도록 하는 상부말뚝 거치 완료단계;
상기 핀홀에 수평핀을 삽입한 후 타격 고정하여 상·하부이음판을 결합하는 수평핀 결합단계;
수평핀 결합으로 말뚝의 이음시공을 완료하는 이음시공 완료단계;를 포함하며,
상기 하부볼트 및 상부볼트의 머리부에는 압착패드가 설치되고,
상기 압착패드는 상기 상부말뚝의 자중에 의한 가압으로 볼트의 머리부에 압착되어 항타 진동에 의해 볼트가 풀리는 것을 방지하는 것을 특징으로 하는 말뚝 연결장치를 이용한 말뚝 연결방법.