KR20230153660A - 흙막이 벽체용 강재파일 - Google Patents

Abstract

본 발명은 흙막이 벽체용 강재파일에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 지반을 굴착할 때 지반의 붕괴를 방지하기 위해 설치하는 구조부재로 사용되는 것으로, 브라켓이 용접되는 내측 플랜지는 판 형태로 구성하고, 그렇지 않은 외측 플랜지는 판 형태 대신에 콘크리트 밀실 타설작업을 용이하게 하면서 내부 콘크리트 구속효과를 확보할 수 있도록 일정 간격으로 스티프너가 설치된 복수의 고강도 철근으로 이루어지는 외측 플랜지를 활용하여 단면을 구성하여, 강성 및 휨내력을 높일 수 있으면서도, 콘크리트 타설시 개방된 외측 플랜지로 내부와 외부의 콘크리트가 일체화되도록 하여 구조내력을 높이도록 하는 흙막이 벽체용 강재파일에 관한 것이다.
본 발명의 바람직한 일 실시예는 수직 판 형상의 내측 플랜지와; 내측 플랜지와 동일한 길이의 수직 판 형상으로 내측 플랜지의 배면에 폭방향 일측 단부가 접합되어 구성되는 한 쌍의 웨브부재와; 평행하게 구성되는 복수의 고강도 철근과, 고강도 철근의 길이방향의 일정간격마다 형성되는 판 형상의 스티프너로 이루어져, 스티프너가 한 쌍의 웨브부재를 연결하도록 구성되는 외측 플랜지;를 포함하여 이루어진다.

Description

흙막이 벽체용 강재파일{Steel Assembly Pile}

본 발명은 흙막이 벽체용 강재파일에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 지반을 굴착할 때 지반의 붕괴를 방지하기 위해 설치하는 구조부재로 사용되는 것으로, 브라켓이 용접되는 내측 플랜지는 판 형태로 구성하고, 그렇지 않은 외측 플랜지는 판 형태 대신에 콘크리트 밀실 타설작업을 용이하게 하면서 내부 콘크리트 구속효과를 확보할 수 있도록 일정 간격으로 스티프너가 설치된 복수의 고강도 철근으로 이루어지는 외측 플랜지를 활용하여 단면을 구성하여, 강성 및 휨내력을 높일 수 있으면서도, 콘크리트 타설시 개방된 외측 플랜지로 내부와 외부의 콘크리트가 일체화되도록 하여 구조내력을 높이도록 하는 흙막이 벽체용 강재파일에 관한 것이다.

지하구조물을 구축하기 위하여 지반을 굴착할 때에는 굴착면을 안정화시키기 위하여 흙막이 벽체를 시공하게 된다. 이러한 흙막이 벽체를 시공하는 방법은 지반조건 및 지지해야 할 토압의 크기 등에 따라 다양한데, 이 중에서도 CIP 공법은 시공이 용이하고 강성이 양호할 뿐만 아니라 자갈 및 암반지반을 제외한 대부분의 지반에 적용이 가능하므로 많은 현장에 적용되어 왔다.

일반적으로 CIP 흙막이 벽체 시공시에는 지반에 일정 깊이로 천공홀을 천공하고 일정 간격의 천공홀에 엄지말뚝을 설치하고, 엄지말뚝과 엄지말뚝의 사이의 천공홀에는 철근망을 삽입한 후에 콘크리트를 타설하여 제자리말뚝을 형성하도록 한다.

엄지말뚝으로 가장 보편적으로 사용되는 것은 H형 압연형강(일반적으로 간단히 H형강이라 함)이며, 이와 같은 H형강은 휨내력을 주로 받는 두 개의 평행한 플랜지(Flange)와 이들 플랜지를 연결하며 전단내력을 받는 웨브(Web)로 구성되며, 두 개의 플랜지는 동일한 두께를 갖고 웨브에 비해 더 두껍게 구성된다.

그러나, 이와 같은 H형강은 양측면이 개방되어 있는 형태이므로 강재와 콘크리트가 일체의 합성구조가 되지 않아 위와 같은 장점을 충분히 발휘할 수 없는 문제점이 있었다.

또한, 콘크리트는 시멘트, 모래, 자갈, 물이 혼합된 것인데, 콘크리트를 높은 곳에서 쏟아부어 타설하는 경우에는 무거운 물질이 먼저 떨어져 쌓이게 되므로 콘크리트가 균일하게 타설되지 않는 재료분리 현상이 일어날 가능성이 있기 때문에, CIP 공법에서는 주로 작은 관을 이용하여 콘크리트가 아래에서부터 균일하게 타설되도록 하는 것이 중요하지만, H형강은 천공홀 내의 공간이 H형강의 플랜지 및 웨브에 의해 구획되기 때문에 천공홀 내로 트레미 관을 설치하기가 곤란하고, 이에 따라 콘크리트를 천공홀의 상단에서 쏟아부으며 타설해주어야 하므로 재료분리 현상이 발생할 수 있고 천공홀 내에 콘크리트가 밀실하게 채워지지 않을 수 있다.

본 발명의 배경이 되는 기술로는 특허공개 제2019-0123639호 "흙막이 벽체용 강재 조립파일"(특허문헌 1)이 있다. 상기 배경기술에서는 '일정 길이 판 형상의 휨인장용 지점재(11)와, 휨인장용 지점재(11)의 폭방향 양측에서 직각으로 절곡되어 연장되는 내측 웨브(12)로 이루어지는 내측 부재(10)와; 일정 길이 판 형상의 외측 플랜지(22)와, 외측 플랜지(21)의 폭방향 양측에서 직각으로 절곡되어 연장되는 외측 웨브(22)로 이루어져, 내측 부재(10)의 내측 웨브(12)의 단부에 외측 웨브(22)의 단부가 접합되는 외측 부재(20)와; 내측 부재(10) 및 외측 부재(20)의 휨인장용 지점재(11) 및 외측 플랜지(21)의 내측면에 각각 길이방향으로 형성되는 보강근(30);을 포함하여 이루어지는 것을 포함하는 흙막이 벽체용 강재 조립파일'을 제안한다.

그러나 상기 배경기술은 폐쇄된 단면으로 내부와 외부의 콘크리트가 일체화되기 어려워 구조내력을 확보하기 어렵고 조립이나 운송이 어렵고 경제성이 떨어지는 문제점이 있었다.

특허공개 제2019-0123639호 "흙막이 벽체용 강재 조립파일"

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 콘크리트 타설시 간격을 두고 구성되는 스티프너에 의해 개방된 배면으로 내부와 외부의 콘크리트가 일체화되도록 하여 구조내력을 높이도록 하며, 단면의 규격을 단일화하여 경제적인 흙막이 벽체용 강재파일을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 수직 판 형상의 내측 플랜지와; 내측 플랜지와 동일한 길이의 수직 판 형상으로 내측 플랜지의 배면에 폭방향 일측 단부가 접합되어 구성되는 한 쌍의 웨브부재와; 평행하게 구성되는 복수의 고강도 철근과, 고강도 철근의 길이방향의 일정간격마다 형성되는 판 형상의 스티프너로 이루어져, 스티프너가 한 쌍의 웨브부재를 연결하도록 구성되는 외측 플랜지;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 흙막이 벽체용 강재파일을 제공하고자 한다.

또한, 웨브부재는 내측 플랜지의 폭방향 양단부에서 각각 일정거리 내측으로 이격된 위치에 접합되는 것을 특징으로 하는 흙막이 벽체용 강재파일을 제공하고자 한다.

또한, 한 쌍의 웨브부재는 내측 플랜지에 접합된 단부에서 스티프너 측 단부방향으로 간격이 벌어지도록 경사지게 구성되는 것을 특징으로 하는 흙막이 벽체용 강재파일을 제공하고자 한다.

또한, 내측 플랜지는 웨브부재의 판 두께보다 일정두께 두껍게 형성되는 것을 특징으로 하는 흙막이 벽체용 강재파일을 제공하고자 한다.

또한, 스티프너는 웨브부재의 배면측 단부에서 전면방향으로 일정거리 이격된 위치에 구성되는 것을 특징으로 하는 흙막이 벽체용 강재파일을 제공하고자 한다.

또한, 스티프너는 양단부가 각각 웨브부재의 마주보는 양측면에 접합되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 흙막이 벽체용 강재파일을 제공하고자 한다.

또한, 스티프너는 양단부가 각각 웨브부재의 외측으로 일정길이 더 돌출하도록 전면이 웨브부재의 단부에 접합되는 것을 특징으로 하는 흙막이 벽체용 강재파일을 제공하고자 한다.

또한, 스티프너는 폭방향 중앙부가 배면방향으로 볼록하게 절곡되어 형성되는 것을 특징으로 하는 흙막이 벽체용 강재파일을 제공하고자 한다.

또한, 내측 플랜지의 배면에는 내측 플랜지와 직교하는 판형상으로 내측 플랜지 및 한 쌍의 웨브부재에 접합하도록 간격유지 플레이트가 구성되는 것을 특징으로 하는 흙막이 벽체용 강재파일을 제공하고자 한다.

본 발명의 흙막이 벽체용 강재파일은 브라켓이 용접되는 내측 플랜지는 판 형태로 구성하고, 그렇지 않은 외측 플랜지는 판 형태 대신에 콘크리트 밀실 타설작업을 용이하게 하면서 내부 콘크리트 구속효과를 확보할 수 있도록 일정 간격으로 스티프너가 설치된 복수의 고강도 철근으로 이루어지는 외측 플랜지를 활용하여 단면을 구성하여, 강성 및 휨내력을 높일 수 있으면서도, 콘크리트 타설시 개방된 외측 플랜지로 내부와 외부의 콘크리트가 일체화되도록 하여 구조내력을 높이도록 하며, 고강도 철근을 설계심도나 하중 등에 따라 개수, 강도, 굵기, 간격 등을 달리할 수 있는 매우 유용한 효과가 있다.

본 명세서에서 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 첨부한 도면에 기재된 사항에만 한정되어서 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 흙막이 벽체용 강재파일의 시공 실시예를 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 흙막이 벽체용 강재파일의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 흙막이 벽체용 강재파일의 단면도이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 흙막이 벽체용 강재파일의 다양한 실시예의 단면도이다.

아래에서 본 발명은 첨부된 도면에 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되지만 제시된 실시 예는 본 발명의 명확한 이해를 위한 예시적인 것으로 본 발명은 이에 제한되지 않는다.

이하 바람직한 실시예에 따라 본 발명의 기술적 구성을 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 흙막이 벽체용 강재파일의 시공 실시예를 도시한 사시도이다.

본 발명의 흙막이 벽체용 강재파일(1)은 도 1에서와 같이, 일정간격으로 천공홀(H)을 천공하고, 제작된 흙막이 벽체용 강재파일(1)을 천공홀(H)에 근입 후 흙막이 벽체용 강재파일(1)의 내부와 외부에 콘크리트를 타설하여 충전하도록 하는 것이다.

일반적인 CIP공법의 경우에는 일정간격으로 천공홀(H) 천공 후에 천공홀(H)의 일정 간격마다 다각형 강관파일(1)을 근입하고, 다각형 강관파일(1)의 천공홀(H)에는 콘크리트를 타설하여 엄지말뚝으로 사용하고, 다각형 강관파일(1)과 다각형 강관파일(1)의 사이의 천공홀(H)에는 철근망 등을 삽입하여 시공한다.

도 2는 본 발명의 흙막이 벽체용 강재파일의 사시도이고, 도 3은 본 발명의 흙막이 벽체용 강재파일의 단면도이며, 도 4 및 도 5는 본 발명의 흙막이 벽체용 강재파일의 다양한 실시예의 단면도이다.

본 발명의 흙막이 벽체용 강재파일(1)은 도 2 및 도 3에서와 같이, 수직 판 형상의 내측 플랜지(10)와, 내측 플랜지(10)의 배면의 양측에 구성되는 한 쌍의 웨브부재(20)와, 평행하게 구성되는 복수의 고강도 철근(310)과, 고강도 철근(310)의 길이방향의 일정간격마다 형성되는 판 형상의 스티프너(320)로 이루어져, 스티프너(320)가 한 쌍의 웨브부재(20)를 연결하도록 구성되는 외측 플랜지(30)로 형성된다.

즉, 본 발명은 브라켓이 용접되는 내측 플랜지(10)는 판 형태로 구성하고, 그렇지 않은 외측 플랜지(30)는 판 형태 대신에 콘크리트 밀실 타설작업을 용이하게 하면서 내부 콘크리트 구속효과를 확보할 수 있도록 일정 간격으로 스티프너(220)가 설치된 복수의 고강도 철근(210)을 활용하여 단면을 구성하도록 한다.

스티프너(210)의 간격 조정으로 내부 콘크리트 구속효과 확보 및 보강철근의 지점 조절로 휨강도를 보강할 수 있으며, 단면의 도심을 지나는 수평축에 대해내측 플랜지(10) 측과 외측 플랜지(30) 측의 비대칭 단면을 구성하여 3면이 완전 폐쇄되고 일면이 부분 폐쇄된 콘크리트 충전공간을 형성한다.

내측 플랜지(10)는 별도의 결합부재 등의 설치 없이 띠장 등의 설치가 가능하도록 하는 결합면을 제공할 수 있으며, 용접이 가능한 판 두께를 갖도록 형성될 수 있다.

웨브부재(20)는 내측 플랜지(10)와 동일한 길이의 수직 판 형상으로 내측 플랜지(10)의 배면에 폭방향 일측 단부가 접합되어 한 쌍이 구성되는데, 도 3a에서와 같이, 용접에 필요한 부분을 남겨두고 최대한 내측 플랜지(10)의 외측에 접합되도록 웨브부재(20)가 내측 플랜지(10)의 폭방향 양측단부에 각각 폭방향 일측 단부가 접합되도록 할 수 있다.

또한, 도 3b 및 도 3c에서와 같이, 토류판(80)이 설치되는 경우 토압을 받는 토류판(80)이 이탈하지 않도록 내측 플랜지(10)의 폭방향 양단부에서 각각 일정거리 내측으로 이격된 위치에 접합되어 걸침부를 형성할 수도 있다. 물론 토류판(80) 대신 숏크리트로 구성되는 토류벽체인 숏크리트월(Shotcrete Wall)이 설치될 수도 있다.

특히, 한 쌍의 웨브부재(20)는, 도 3a 및 도 3b에서와 같이, 내측 플랜지(10)에 대해 수직으로 배치하도록 할 수도 있으며, 도 3c에서와 같이, 내측 플랜지(10)에 접합된 단부에서 스티프너(320) 측 단부방향으로 간격이 벌어지도록 경사지게 구성하여, 쐐기효과로 강재파일(1)을 감싸는 콘크리트와의 합성 효과를 최대화할 수 있고, 토압에 저항하는 강콘크리트 합성 단면적을 극대화할 수 있다.

이와 같이, 본 발명에 따르면 콘크리트가 웨브부재(20)를 내외부에서 구속함으로써 국부좌굴을 방지하여 폭두께비의 제한을 만족시키면서 웨브부재(20)의 두께를 최소화할 수 있다.

스티프너(320)는 고강도 철근(310)의 길이방향으로 등간격 또는 부등간격으로 형성되도록 하여 개방된 단면을 갖도록 함으로써 내부에 콘크리트를 용이하게 충전할 수 있을 뿐만 아니라 내부와 외부의 콘크리트가 일체화되도록 하여 구조내력을 높일 수 있도록 한다.

스티프너(320)는 한 쌍의 웨브부재(20)간을 연결하도록 구성하여, 한 쌍의 웨브부재(20)의 간격을 유지하는 간격유지재의 역할과, 고강도 철근(310)이 접합되는 접합면을 제공하는 역할 등을 하는데, 이때, 스티프너(320)는 도 3에서와 같이, 양단부가 각각 웨브부재(20)의 마주보는 양측면에 접합되도록 하여 웨브부재(20)의 배면측 단부에서 전면방향으로 일정거리 이격된 위치에 구성되도록 하여 고강도 철근(310)이 외측으로 돌출되는 높이를 최소화하여 천공홀에 삽입이 용이하도록 할 수 있으며, 도 4c에서와 같이, 스티프너(320)는 양단부가 각각 웨브부재(20)의 외측으로 일정길이 더 돌출하도록 전면이 웨브부재(20)의 단부에 접합되도록 하여, 외측 플랜지(20)의 폭을 웨브부재(20) 사이의 거리보다 더 크게 하여 웨브부재(20) 외측으로 돌출되게 함으로써 쐐기효과를 극대화할 수도 있다.

이와 같은 스티프너(320)는, 도 3 및 도 4에서와 같이, 수평 판 형상으로 내측 플랜지(10)와 평행하게 구성되도록 할 수도 있으며, 도 5에서와 같이, 스티프너(320)는 폭방향 중앙부가 배면방향으로 볼록하게 절곡되어 형성되도록 하여, 천공홀(H)에 내접하는 강콘크리트 합성 단면적을 극대화할 수 있고 또한 강재 부분의 단면2차모멘트를 최대화할 수 있다.

특히, 본 발명에서는 스티프너(320), 웨브부재(20) 및 내측 플랜지(10)의 두께가 동일하게 이루어질 수도 있지만, 각각 다른 두께를 갖도록 형성할 수 있으며, 도 3에서와 같이, 내측 플랜지(10)의 두께가 웨브부재(20)나 스티프너(320)의 두께보다 일정 두께 더 두껍게 형성되도록 할 수도 있다.

엄지말뚝에는 흙막이 벽체의 토압지지력을 향상시켜주기 위하여 띠장이 설치되거나 역타공법을 적용하는 경우에 있어 보를 지지하기 위하여 브라켓 등이 설치될 수 있는데, 내측 플랜지(10)를 두껍게 형성함으로써 띠장, 브라켓 등의 하중에 의해 내측 플랜지(10)가 파단되는 것을 방지할 수 있다.

이때, 스티프너(320)의 배면에는 길이방향으로 복수의 고강도 철근(310)이 구성되도록 하여 말뚝 하부의 휨응력에 대한 강성을 보강하는 역할을 하여 흙막이 벽체가 토압을 효율적으로 지지할 수 있도록 해준다.

고강도 철근(310)은 등간격 또는 부등간격으로 복수개가 길이방향으로 배치되도록 할 수 있으며, 도 3 및 도 4에서와 같이, 설계심도나 하중 등에 따라 개수, 강도, 굵기, 간격 등을 달리할 수 있으며, 고강도 철근(310)의 재질도 철근, 강봉 등 다양한 재질로 구성되도록 할 수도 있다.

이와 같이 본 발명에서는 외측 플랜지(30)에 고강도 철근(310)을 적용함으로써 콘크리트를 밀실하게 타설하는 것이 용이하도록 하며, 고강도 철근(310)의 간격은 타설작업이 용이하도록 굵은 골재의 최대치수를 고려하여 결정하도록 한다.

또한, 내측 플랜지(10)의 배면에는, 도 4a, 도 4b 및 도 5에서와 같이, 내측 플랜지(10)와 직교하는 판형상으로 내측 플랜지(10) 및 한 쌍의 웨브부재(20)에 접합하도록 간격유지 플레이트(50)가 등간격 또는 부등간격으로 복수개가 구성되도록 하여, 스티프너(320)와 한 쌍의 웨브부재(20)의 간격을 유지하는 간격유지재의 역할을 하면서 전면측 단부와 양측 단부가 각각 내측 플랜지(10)와 한 쌍의 웨브부재(20)에 동시에 접합되도록 하여, 내측 플랜지(10)의 전면에 띠장 등의 설치시에 인발 저항력을 높이도록 할 수 있을 뿐만 아니라, 지압하중을 흙막이 벽체용 강재파일(1) 내부에 충전되는 콘크리트에 전달하도록 할 수 있도록 하는 것이다.

상기와 같은 본 발명의 흙막이 벽체용 강재파일은 내측 플랜지, 웨브부재 및 스티프너가 설치된 복수의 고강도 철근으로 구성된 외측 플랜지를 활용하여 단면을 경제적이고 효율적으로 구성할 수 있다. 또한, 내부에 충전되는 콘크리트와 함께 토압에 저항하도록 함으로써 강재량을 최소화하면서 요구성능을 만족시킬 수 있다. 나아가 스티프너가 일정 간격으로 형성되어 콘크리트 타설시 간격을 두고 구성되는 스티프너에 의해 개방된 배면으로 내부와 외부의 콘크리트가 일체화되도록 하여 구조내력을 높이도록 하며, 스티프너의 배면에 구성되는 고강도 철근을 설계심도나 하중 등에 따라 개수, 강도, 굵기, 간격 등을 달리할 수 있는 매우 유용한 효과가 있다.

지금까지 본 발명은 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되었지만 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 제시된 실시 예를 참조하여 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형 및 수정 발명을 만들 수 있을 것이다. 본 발명은 이와 같은 변형 및 수정 발명에 의하여 제한되지 않으며 다만 아래에 첨부된 청구범위에 의하여 제한된다.

1 : 흙막이 벽체용 강재파일
10 : 내측 플랜지
20 : 웨브부재
30 : 외측 플랜지
310 : 고강도 철근
320 : 스티프너
50 : 간격유지 플레이트

Claims (8)

1. 수직 판 형상의 내측 플랜지(10)와;
   내측 플랜지(10)와 동일한 길이의 수직 판 형상으로 내측 플랜지(10)의 배면에 폭방향 일측 단부가 접합되어 구성되는 한 쌍의 웨브부재(20)와;
   평행하게 구성되는 복수의 고강도 철근(310)과, 고강도 철근(310)의 길이방향의 일정간격마다 형성되는 판 형상의 스티프너(320)로 이루어져, 스티프너(320)가 한 쌍의 웨브부재(20)를 연결하도록 구성되는 외측 플랜지(30);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 흙막이 벽체용 강재파일.
2. 청구항 1에 있어서,
   웨브부재(20)는 내측 플랜지(10)의 폭방향 양단부에서 각각 일정거리 내측으로 이격된 위치에 접합되는 것을 특징으로 하는 흙막이 벽체용 강재파일.
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
   한 쌍의 웨브부재(20)는 내측 플랜지(10)에 접합된 단부에서 스티프너(320) 측 단부방향으로 간격이 벌어지도록 경사지게 구성되는 것을 특징으로 하는 흙막이 벽체용 강재파일.
4. 청구항 1에 있어서,
   내측 플랜지(10)는 웨브부재(20)의 판 두께보다 일정두께 두껍게 형성되는 것을 특징으로 하는 흙막이 벽체용 강재파일.
5. 청구항 1에 있어서,
   스티프너(320)는 양단부가 각각 웨브부재(20)의 마주보는 양측면에 접합되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 흙막이 벽체용 강재파일.
6. 청구항 1에 있어서,
   스티프너(320)는 양단부가 각각 웨브부재(20)의 외측으로 일정길이 더 돌출하도록 전면이 웨브부재(20)의 단부에 접합되는 것을 특징으로 하는 흙막이 벽체용 강재파일.
7. 청구항 1에 있어서,
   스티프너(320)는 폭방향 중앙부가 배면방향으로 볼록하게 절곡되어 형성되는 것을 특징으로 하는 흙막이 벽체용 강재파일.
8. 청구항 1에 있어서,
   내측 플랜지(10)의 배면에는 내측 플랜지(10)와 직교하는 판형상으로 내측 플랜지(10) 및 한 쌍의 웨브부재(20)에 접합하도록 간격유지 플레이트(50)가 구성되는 것을 특징으로 하는 흙막이 벽체용 강재파일.

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