KR20210090846A - 수평 저항력이 향상된 강관 파일 및 그 시공방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수평 하중의 저항 능력을 향상시킨 강관 파일 및 그 시공방법에 관한 것으로, 지반에 설치되는 내부 강관과, 상기 내부 강관의 상단 둘레를 감싸도록 설치되는 외부 강관을 포함한다. 이때, 상기 내부 강관과 상기 외부 강관 사이에 그라우트를 충전하여 수평방향으로 인가되는 하중을 지지함으로써 수평 저항력을 향상시킬 수 있다.

Description

수평 저항력이 향상된 강관 파일 및 그 시공방법{STEEL PILE WITH IMPROVED HORIZONTAL RESISTANCE AND CONSTRUCTION METHOD}

본 발명은 강관 파일 및 그 시공방법에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 수평 하중의 저항 능력을 향상시킨 강관 파일 및 그 시공방법에 관한 것이다.

일반적으로 건축물은 기초 지반의 지지력이 충분해야 안전성을 확보할 수 있다. 지지력이 약한 연약 지반에는 파일 시공 등을 통해 충분한 지지력을 확보한 후 건축물을 신축한다.

연약 지반에 충분한 지지력을 확보하기 위한 파일 시공 방법은, 공장에서 미리 생산된 강관 파일, PHC 파일, PC 파일, RC 파일 등을 타격, 진동, 회전에 의해 연결하며 삽입한 후 지반 위로 돌출된 파일을 절단하고 두부를 정리함으로써 마무리한다.

이 중에서, 강관 파일은 압축력과 인장력이 우수하고 설계 개념에 따라 기존의 말뚝을 대신하거나 지반/말뚝 복합체에 의한 요소로 이용될 수 있다. 특히, 직경이 300mm 이하인 마이크로 파일은 구조물을 포함하는 주변 환경에 영향을 주지 않으므로 모든 종류의 토질 조건이나 시공이 곤란한 환경에서도 시공이 가능한 장점이 있다.

그런데, 마이크로 파일은 다른 파일에 비하여 작은 직경으로 형성되는 바, 수직방향으로 작용하는 압축 하중과 인장 하중에 대한 저항력은 우수하지만, 수평방향으로 인가되는 하중에는 매우 취약한 구조적 특성을 가진다.

본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 수직방향으로 작용하는 압축 하중과 인장 하중에 대한 저항력은 유지하되, 수평방향으로 인가되는 수평 하중을 향상시킬 수 있는 강관 파일 및 그 시공방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 수평 저항력이 향상된 강관 파일은, 지반에 설치되는 내부 강관과, 상기 내부 강관의 상단 둘레를 감싸도록 설치되는 외부 강관을 포함한다. 이때, 상기 내부 강관과 상기 외부 강관 사이에 그라우트를 충전하여 수평방향으로 인가되는 하중을 지지함으로써 수평 저항력을 향상시킬 수 있다.

본 발명은 상기 외부 강관의 설치가 용이하도록 천공홀을 확장시키는 확공수단을 더 포함하여 구성될 수 있다.

상기 확공수단은 상기 외부 강관의 선단에 접합되고 상기 내부 강관이 관통하도록 형성된다. 이때, 상기 확공수단은 상기 내부 강관과의 사이로 절삭용 유체가 분사될 수 있도록 상기 내부 강관보다 큰 직경으로 형성된다. 또한, 상기 확공수단의 하단에는 절삭비트가 마련되고, 상기 확공수단의 외주면에는 굴착날개가 마련된다.

한편, 본 발명에 의한 수평 저항력이 향상된 강관 파일의 시공방법은, 지반에 내부 강관을 설치하는 단계와, 외부 강관의 선단에 확공수단을 접합하는 단계와, 상기 확공수단을 이용하여 천공홀을 확장함과 동시에 상기 외부 강관을 설치하는 단계와, 상기 내부 강관과 상기 외부 강관 사이, 그리고 상기 외부 강관과 지반 사이로 그라우트를 주입하고 경화시키는 단계와, 지반 위로 돌출된 두부를 정리하는 단계를 포함한다.

상술한 바와 같이 구성된 본 발명은, 지반에 시공된 내부 강관의 둘레에 외부 강관을 추가로 설치하고 외부 강관과 내부 강관 사이에 그라우트를 충전하여 보강함으로써 수평방향으로 인가되는 하중에 견딜 수 있는 수평 저항력을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명은 외부 강관의 하단에 확공수단이 마련되어 천공홀이 확장됨과 동시에 외부 강관이 설치되는 구조이므로, 천공홀의 확장 작업을 별도로 진행할 필요가 없어 파일 시공 작업에 소요되는 인력, 시간, 비용 등을 절감할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수평 저항력이 향상된 강관 파일의 단면도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 수평 저항력이 향상된 강관 파일 중 확공수단을 확대한 도면.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 수평 저항력이 향상된 강관 파일의 단면도.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 수평 저항력이 향상된 강관 파일의 시공과정을 도시한 도면.

첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다. 이하, 본 발명에 따른 실시예를 설명함에 있어, 그리고 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 부가하였다.

본 발명의 일 실시예에 따른 수평 저항력이 향상된 강관 파일(이하, '강관 파일'이라 함)은 연약 지반의 지지력을 확보하기 위하여 시공되는 파일로서, 특히 수평방향으로 인가되는 하중에 대한 저항력을 향상시킬 수 있는 구조를 가진 파일이다.

도 1 내지 도 3을 참조하여 본 실시예에 따른 강관 파일에 대해 살펴보도록 한다.

도면에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 강관 파일(10)은, 지반(E)에 설치되는 내부 강관(100)과, 내부 강관(100)의 외부 설치되는 외부 강관(200)과, 외부 강관(200)의 하단에 구비되어 천공홀(H)을 확장시키는 확공수단(300)을 포함하여 구성된다.

우선, 내부 강관(100)을 지반(E)에 설치하기 위해서는, 내부 강관(100)을 지반(E)에 직접 타입하거나 지반(E)에 천공홀(도 4의 H)을 형성한 후 강관 파일(10)을 설치할 수 있다.

본 실시예에서는 지반(E)에 천공홀(H)을 형성한 후 강관 파일(10)을 설치하는 방법을 일례로 설명하도록 한다.

이를 위해서는 천공홀(H)의 형성이 선행되어야 한다. 즉, 유압 드릴 등과 같은 천공기(미도시)를 이용하여 지반(E)에 천공홀(H)을 형성하는데, 이때 천공홀(H)은 내부 강관(100)을 삽입할 수 있도록 일정한 직경과 깊이로 형성되며, 외부 강관(200)의 설치 시 확공수단(300)에 의해 확장된다.

천공홀(H)에 삽입되는 내부 강관(100)은 일 방향으로 연장된 중공 원통이다. 내부 강관(100)은 외부 강관(200)보다 작은 직경으로 형성되어 외부 강관(200)과의 사이에 소정의 공간(110)이 마련된다. 내부 강관(100)과 외부 강관(200) 사이에 마련된 공간(110)을 통해 천공홀(H)의 확장을 위한 절삭용 유체 또는/및 지반의 보강을 위한 그라우트가 주입된다.

외부 강관(200)은 내부 강관(100)과 동일한 형상의 중공 원통이다. 외부 강관(200)은 내부 강관(100)보다 짧은 길이로 형성되며, 내부 강관(100)의 상단 둘레를 감싸도록 설치된다. 이와 같이, 외부 강관(200)을 이용하여 내부 강관(100)의 상단을 감쌀 경우 상대적으로 연약한 지반의 상층부를 보강하여 지지력을 향상시킬 수 있다.

외부 강관(200)의 내부에는 외부 강관(200)의 설치 시 내부 강관(100)의 삽입방향을 안내하고, 내부 강관(100)과 외부 강관(200)의 센터링(중심을 맞추는 작업)을 위한 가이드(210)가 마련된다.

상술한 가이드(210)는, 내부 강관(100)이 관통되는 가이드 링(212)과, 가이드 링(212)을 지지하는 가이드 리브(214)로 이루어진다.

가이드 링(212)은 내부 강관(100)이 관통될 수 있도록 내부 강관(100)보다 큰 직경으로 형성된다. 가이드 리브(214)는 내부 강관(100)이 삽입되는 상단으로 갈수록 가이드 링(212)을 향해 돌출되는 테이퍼 형상으로 형성된다. 이때, 가이드 리브(214)는 외부 강관(200)의 내주면을 따라 방사상으로 배열된다.

상술한 구조의 가이드(210)는 외부 강관(200)의 설치 시 내부 강관(100)이 간섭 없이 삽입될 수 있도록 하고, 내부 강관(100)과 외부 강관(200)의 중심이 일치하도록 유도할 수 있다.

확공수단(300)은 외부 강관(200)의 선단에 구비되어 외부 강관(200)의 설치 시 천공홀(도 4의 H)을 확장시키는 역할을 한다.

도 2와 도 3에 도시된 바와 같이, 확공수단(300)은 외부 강관(200)의 선단을 통해 삽입되는 몸체(310)를 포함한다. 몸체(310)는 내부 강관(100)이 관통될 수 있도록 중공의 원통 형상을 갖되, 내부 강관(100)과의 사이로 절삭용 유체 또는/및 그라우트가 분사될 수 있도록 내부 강관(100)보다 큰 직경으로 형성된다. 즉, 몸체(310)는 외부 강관(200)보다 작고 내부 강관(100)보다 큰 직경으로 형성된다.

몸체(310)의 외주면에는 외부 강관(200)과의 접합을 위한 플랜지(320)가 형성되고, 플랜지(320)의 상면에는 확공수단(300)의 센터링을 위한 연결부재(330)가 형성된다. 이때, 플랜지(320)는 외부 강관(200)보다 큰 직경의 원판 형상으로, 몸체(310)의 중단 외주면을 따라 형성된다. 연결부재(330)는 소정 길이를 가진 육면체 블록 형상이고, 몸체(310)의 둘레를 따라 방사상으로 배열된다.

몸체(310)의 내부에는 조절부재(340)가 마련된다. 조절부재(340)는 몸체(310)와 내부 강관(100) 사이의 간격을 조절하여 절삭용 유체 또는/및 그라우트의 분사압력을 제어한다.

조절부재(340)는, 몸체(310)의 내주면 상단에 마련된 제1조절부재(342)와, 몸체(310)의 내주면 하단에 마련된 제2조절부재(344)로 구성된다.

제1조절부재(342)는 몸체(310)의 원주방향으로 연장된 호 형상이고, 몸체(310)의 내주면을 따라 방사상으로 배열된다. 또한, 제2조절부재(344)는 몸체(310)의 원주방향으로 연장된 호 형상이며, 몸체(310)의 내주면을 따라 방사상으로 배열된다.

예컨대, 제1조절부재(342)는 90도 간격으로 배치된 4개로 구성되고, 제2조절부재(344)는 72도 간격으로 배치된 5개로 구성될 수 있다. 즉, 제1조절부재(342)와 제2조절부재(344)는 서로 어긋나도록 배치되는 것이 바람직하다.

몸체(310)의 하단에는 절살비트(352)가 마련되고, 몸체(310)의 외주면에는 굴착날개(354)가 마련된다. 절삭비트(352)와 굴착날개(354)는 외부 강관(200)의 설치 시 확공수단(300)과 함께 회전하며 천공홀(H)을 확장시키는 역할을 한다.

상술한 바와 같이 구성된 본 실시예에 따른 강관 파일(10)은 내부 강관(100)의 둘레에 외부 강관(200)을 추가로 설치하고 내부 강관(100)과 외부 강관(200) 사이에 그라우트를 충전하여 보강함으로써 수평방향으로 인가되는 하중에 견딜 수 있는 수평 저항력을 향상시킬 수 있다.

본 실시예에서는 외부 강관(200)이 하나인 것으로 예시하고 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 지반의 연약도에 따라 외부 강관(200)을 2개 또는 그 이상 설치할 수 있다(도 3 참조).

도 4를 참조하여 본 실시예에 따른 강관 파일(10)의 시공방법에 대해 살펴보도록 한다.

우선, 강관 파일(10)을 설치하기 위하여 유압 드릴 등과 같은 천공기(미도시)를 이용하여 지반(E)에 천공홀(H)을 형성하고, 천공홀(H)을 따라 내부 강관(100)을 설치한다(S10). 이때, 천공홀(H)은 내부 강관(100)을 삽입할 수 있도록 일정한 직경과 깊이로 형성된다.

외부 강관(200)의 선단에 확공수단(300)을 접합하고, 확공수단(300)을 이용하여 천공홀(H)을 확장함과 동시에 외부 강관(200)을 설치한다(S20). 이때, 확공수단(300)은 외부 강관(200)과 함께 회전하며 절삭비트(도2의 352)와 굴착날개(도 2의 354)를 통해 천공홀(H)을 확장함과 동시에 내부 강관(100)과 외부 강관(200)의 사이로 주입된 절삭용 유체를 분사하여 천공홀(H)을 확장한다. 참고로 확장된 천공홀은 도면상 H'로 표시하였다.

외부 강관(200)이 일정 깊이 이상 삽입되면, 내부 강관(100) 및 내부 강관(100)과 외부 강관(200)의 사이로 그라우트를 주입한다. 즉, 내부 강관(100)과 외부 강관(200) 사이, 그리고 외부 강관(200)과 지반 사이로 그라우트를 충전하고 경화시킨다(S30).

한편, 지반의 연약도에 따라 외부 강관(200)을 추가로 설치할 수 있다(S40). 외부 강관(200)의 설치가 완료되면 지반(E) 위로 돌출된 두부를 정리하여 마무리한다.

이상 본 발명을 바람직한 실시예를 통하여 설명하였는데, 상술한 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과하며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화가 가능함은 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 보호범위는 특정 실시예가 아니라 특허청구범위에 기재된 사항에 의해 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상도 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10: 강관 파일 100: 내부 강관
200: 외부 강관 300: 확공수단

Claims (10)

1. 지반에 설치되는 내부 강관; 및
   상기 내부 강관의 상단 둘레를 감싸도록 설치되는 외부 강관을 포함하고,
   상기 내부 강관과 상기 외부 강관 사이에 그라우트를 충전함으로써 수평방향으로 인가되는 하중을 지지하는 것을 특징으로 하는 수평 저항력이 향상된 강관 파일.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 외부 강관의 설치 시 천공홀을 확장시키는 확공수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수평 저항력이 향상된 강관 파일.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 확공수단은 상기 외부 강관의 선단에 접합되고 상기 내부 강관이 관통하도록 형성되며,
   상기 확공수단은 상기 내부 강관과의 사이로 절삭용 유체가 분사될 수 있도록 상기 내부 강관보다 큰 직경으로 형성된 것을 특징으로 하는 수평 저항력이 향상된 강관 파일.
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 확공수단의 외주면에는 상기 외부 강관의 하단이 접합되는 플랜지가 형성되고, 상기 플랜지의 상면에는 상기 확공수단의 센터링을 위한 연결부재가 형성된 것을 특징으로 하는 수평 저항력이 향상된 강관 파일.
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 확공수단의 내주면에는 절삭용 유체의 분사압력을 조절하기 위한 조절부재가 마련된 것을 특징으로 하는 수평 저항력이 향상된 강관 파일.
6. 청구항 5에 있어서,
   상기 조절부재는, 상기 확공수단의 내주면 상단에 방사상으로 배열된 호 형상의 제1조절부재와, 상기 확공수단의 내주면 하단에 형성된 호 형상의 제2조절부재로 구성된 것을 특징으로 하는 수평 저항력이 향상된 강관 파일.
7. 청구항 6에 있어서,
   상기 확공수단의 하단에는 절삭비트가 마련되고, 상기 확공수단의 외주면에는 굴착날개가 마련되며,
   상기 절삭비트와 상기 굴착날개는 상기 확공수단의 회전 시 천공홀을 확장시키는 것을 특징으로 하는 수평 저항력이 향상된 강관 파일.
8. 청구항 7에 있어서,
   상기 외부 강관의 내주면에는 상기 내부 강관의 삽입을 안내함과 동시에 상기 외부 강관의 센터링을 위한 가이드가 마련된 것을 특징으로 하는 수평 저항력이 향상된 강관 파일.
9. 청구항 8에 따른 수평 저항력이 향상된 강관 파일의 시공방법에 있어서,
   지반에 내부 강관을 설치하는 단계;
   외부 강관의 선단에 확공수단을 접합하는 단계;
   상기 확공수단을 이용하여 천공홀을 확장함과 동시에 상기 외부 강관을 설치하는 단계;
   상기 내부 강관과 상기 외부 강관 사이, 그리고 상기 외부 강관과 지반 사이로 그라우트를 주입하고 경화시키는 단계; 및
   지반 위로 돌출된 두부를 정리하는 단계를 포함하는 수평 저항력이 향상된 강관 파일의 시공방법.
10. 청구항 9에 있어서,
    상기 확공수단은 상기 외부 강관과 함께 회전하며 절삭비트와 굴착날개를 통해 천공홀을 확장함과 동시에 상기 내부 강관과의 사이로 절삭용 유체를 분사하여 천공홀을 확장하는 것을 특징으로 하는 수평 저항력이 향상된 강관 파일의 시공방법.

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