KR840000099Y1 - 나사형 파일 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

나사형 파일

제1도는 본 고안의 파일구조에 대한 초기응력이 가해진 사전주조 콘크리트 나선형파일의 측된도.

제2도는 제1도의 첨단부분 한쪽의 부분 단면확대도.

제3도는 본 고안의 파일구조중 두번째 구체화에 따른 파이프의 투시도.

제4도는 제3도의 벽나사산(wall/thread) 부분의 단편적 단면의 확대도.

제5도는 제3도, 제4도의 송수관 나사산 구체화의 물 분사기(water jet)하부의 부분 단면 확대도.

제6도는 제1도의 파일 윗부분에 부착된 회전식 구동장치의 부분적인 측단면도.

제7도는 두개의 파일을 상호 연결하기 위한 연결부의 부분 측단면 확대도.

제8도는 제6도의 구동장치의 상호 결합을 도시한 평면도.

본 고안은 일반적으로 미리 제조된 파일에 관한 것으로, 특히 땅속으로 충격에 의해 구동하지 않고 회전시켜 구동되는 나사형 파일에 관한 것이다. 본 고안은 또한 짧은 파일을 서로 결합하므로서 파일의 길이 변화를 자유자재로 할수 있도록 된 파일의 구조에 관한 것으로 각 파일에 길게할 필요성이 없으며 파일의 회전작등식 설치작업을 더욱 효과적으로 수행하게 되어 있다.

미합중국의 뉴올리안즈, 루이지애나 및 그 인접 지역 또는 루이지애나보다 더 연질이고 습기가 많은 지역에서는 빌딩 및 그와 유사한 구조물에 대해 적절한 기초부재를 제공하기 위해 파일을 사용하는 것이 필요하다. 주택이나 상업용의 경구조물에 통상적으로 사용되는 파일은 목재로 된 마찰형 파일이며, 그 마찰형 파일은 길이가 6.1m(20피트) 내지 7.6m(25피트)이며 대형크기의 특수기계에 의해 땅속으로 삽입시킬 수 있다. 따라서, 이 대형기계를 구할 수 없을 때 건물 소유주는 원하는 구조물을 세울 수가 없었다.

목재 파일의 과도한 길이를 감소시키고 단단한 단면으로 된 구동장치와의 어려운 연결방법을 쉽게 하기 위해 최근에 새로운 장치가 특허권을 허여받아 제조되어 사용되고 있는데 그 장치는 파일의 전체 길이중 일부분만 나사져 있다.

나사형 파일이 일반적으로 부딪치는 문제는 나사진 부분에서 적절한 강도를 획득하는 것이다. 이것은 전단 탄성 계수(G)가 낮은 콘크리트와 같은 재료를 사용할 때 나사산이 넓고 깊을수록 더욱 심각해진다.

일반적으로 이런 문제점은 강철과 같은 전단 탄성계수가 높은 재료를 사용하므로서 보다 쉽게 극복할수가 있다.

1925년 11월 24일에 지. 그리마우드에 허여된 미국특허 제1563024호는 콘크리트 몸체의 외부 표된상에 형성되고 막대기(stake)의 구멍에 평행으로 뻗어있는 구조를 뼈재(frame work) 주위를 감싸도록 나사형태로 묶여 있는 전선에 의해 보강되어진 넓게 간격진 나사산이 형성된 단단한 철근 콘크리트 파일을 설계함으로서 이 문제를 접근하였다. 이러한 구조물은 뼈대를 지지하기 위해 사용될 수 있는 나사산의 깊이에 따라 제한되며, 뼈대상에서 묶어있는 전선은 나사산의 바닥 표된으로부터 미리 결정된 최소의 거리간격을 갖고 감겨진다. 또한 이러한 구조물은 가파른 피치를 갖는 나사산을 사용하고, 비틀림 전단력에 대해 보다 큰 저항을 갖도록 중공형태(hollow)로 되거나 압축 응력이 주어진 콘크리트를 사용하지 않는다.

또한 1911년 7월 4일 제 지. 시. 버논-잉크펜에 허여된 미국특허 제99688호에는 나사를 갖는 콘크리트 파일이 제시되었다. 그러나, 그것은 선택된 나사산이 깊이 때문에 그리고 나사진 부분이 지된을 통하여 그 자체뿐 아니라 파일의 나사져 있지 않은 부분까지도 끌어당겨야 하기 때문에 나사산의 일부 길이와 경사진 단부 및 높은 비틀림 전단 응력을 받게된다. 이러한 파일은 비틀림 전단응력 뿐만 아니라 비틀림 응력도 받기 때문에 그리고 콘크리트가 인장력에 약하고 파일이 압축응력을 받지 않기 때문에, 삽입동안 파일의 파괴가 발생될 것이다.

1932년 3월 8일에 이. 제이거에 허여된 미국특허 제1848339호는 금속 쉘(sehell)을 삽입한 후에 콘크리트가 채워진 중공 주조형의 금속 나사형 파일 쉘을 만들므로써 콘크리트 나선형 파일에서 발견된 비틀림 전단력의 문제를 피하도록 시도하였다. 금속 구조물의 목적은 단지 콘크리트 파일을 제위치에 주입하기 위한 주형을 형성하기 위한 것이며, 나사산은 파일의 표면마찰력이 증가하도록 설계되어서 나사산의 하중베어링특성(load bearing properties)을 향상시킨다. 이 파일 조직상의 나사산은 비교적 깊이가 얇지만 파일쉘의 전체 길이에 형성한다. 또한 이 파일은 파일쉘의 상부 헤드에 비틀림력을 주기 위해서 위엄기어 방식을 포함하고 있다. 그리하여 금속파일이 지면속으로 삽입되어서 구동장치는 파일의 상부에 있는 작은 단면을 밀폐하는 소켓부재를 회전시키므로서 그리고 거기에 부착된 나사산을 사용하므로서 파일조직을 회전시킨다. 회전장치와 연결된 나사산 부분이 비교적 작기 때문에 삽입중에 나사 부분이 파괴될 가능성은 매우 높다. 이러한 파일은 비틀림 전달력을 흡수하기 위한 보강재를 사용치 않고 단지 중공쉘의 비틀림을 방지하기 위해 전단 탄성계수(G)만 고려하고 있다.

본 고안에 나타난 파일은 다른 것과 비교하여 이러한 문제에 새롭게 접근해 본 것이다.

중공 콘크리트 나선형 파일에서 발견되는 비틀림 전단력이나 비틀림력에 대해 콘크리트의 저항력을 증가시키기 위해 로드를 보강한 프리텐션 방식(pretensing)이 사용되었다.

중공 금속제 나선형 파일에 외부에 나사산을 사용하므로서 파일의 벽이 보강되며, 그리하여 파일이 강성(strengthening)을 갖고 비틀림 전단력과 비틀림력에 대한 저항력이 커지며 삽입중에 파일의 파괴에 대한 저항력을 크게 한다.

파일 내부가 중공이므로 제2마찰 표된이 지면에 형성되고, 그리하여 하중이 같다고 가정할 경우 파일의 길이를 짧게할 수 있다. 그리고 파일의 삽입에 의해 흙이 외부는 물론 내부쪽으로도 흩어지므로서 흙의 내부기둥이 압축되어 중공파일의 내측에서 마찰력은 증가된다.

일정한 횡단면의 유지벽에 의하여 균일한 마찰 표된이 지면에 나타나고 따라서 파일이 그 하중을 효율적으로 지탱할 수 있게 된다.

경사진 단부를 피하므로서, 양호한 실시예에서 얻어지는 것과 같이 사용하는 하중에 의하여 장치에 걸리는 저항을 감소시킬 수 있다.

직경이 큰 파일이 필요할 때 파일의 내부를 중공으로 형성하므로써, 파일의 회전삽입에 대한 지면의 저항력은 허용 한도내에서 유지되어진다.

구동장치에 연결된 것과 같은 나사산을 사용하는 대신에 성곽모양(castellated)의 헤드를 가진 파일의 벽부분을 사용하므로서 연결장치에 있는 나사산의 파괴를 피할 수 있다. 구동장치와 연결시킬 때 파일과 파괴연결부의 표면에 사용하는 금속 보강재의 연결은 삽입시 어떤 큰 응력을 방지하고 접촉응력까지도 감소시키는데 도움을 준다.

제1도는 본 고안의 중공구조 파일의 구체적인 한 예이다. 중공 원통형 몸체(160)는 인장 압축된 종형보강재(171) 주위에 주조된 시멘트 재료로 만들어진다. 압축 응력이 가해진 보강재를 사용하는 것이 좋으나 사용여부는 임의적이다. 성광 형상의 헤드부(162)는 파일몸체(160)와 구동부(dreiver) 또는 파일의 다른 부분 사이를 연결하기 위해 구동부의 끝단에 형성되어 있다. 파일 몸체(160)는 파일(164)을 설치하는 동안에 하나의 고정부재로써 나사산(163)과 함께 회전한다. 중공몸체(160)는 외부표된체(161)를 갖고 있는데 이는 성체형상의 헤드부(162)의 회전에 의해 지반에 파일(164)이 용이하게 삽입될 수 있도록 몸체(160)의 전장에 걸쳐 나선형 나사산(163)을 갖고 있다.

나사산(163)은 약 30cm 당(1피트당) 최소 나사산 수로써 최소 나사피치를 갖는다. 이는 설계된 파일을 회전에 의해 지반에 쉽게 삽입하기 위한 충분한 기계적 장점을 갖기 위한 것이다. 지반으로 파일(164)를 삽입하기 위해서는 인접한 지반안의 어떤 파일을 파괴시키지 않도록 최소한의 전단응력을 가져야 한다.

파일 몸체(160)의 직선길이 약 30cm당(1피트당) 나사산의 수는 약 6개 또는 그 이상인 것으로 밝혀졌으며 제1도 및 제2도의 실시예에서는 약 30cm당(1피트당) 4개의 나사산을 갖고 있다.

파일(164)을 압축응력을 가하면 전단에 의한 파일의 파손을 방지하는데 도움이 된다. 파일 제조시에 보강로드(171)에 장력을 가하므로써 파일에 압축력을 가하므로써 전단응력이 증가되며 따라서 파일(164)는 파일을 삽입할 때 더 큰 전단 응력에 견딜 수 있다. 이것은 압축하중에 견디는 콘크리트의 큰 고유능력에 의한 것이다. 콘크리트를 압축시키므로써 이러한 능력을 약간 낮추는 것은 압축 하중 전담능력이 크게 변화하지는 않지만 파일을 삽입할 때 발생되는 비틀림 전단 응력에 견딜 수 있는 능력을 증가시킨다.

또한 세로방향의 보강로드(171)의 내외부 양측에 놓인 나선형으로 감는 보강재(172, 제2도에서)는 파일(164)의 강도를 높이고 비틀림을 방지한다. 보강로드(171)의 상부 및 하부에 부착된 이러한 나선형 보강재(172)는 파일(164)를 제조하는 동안 필요한만큼 로드의 길이 방향으로 다른 부분에 보강로드(171)에 부착되어 질 수 이다. 압축된 보강로드(171)와 나선형 보강재(172)는 파일부분의 전체 강도에 매우 중요하다. 그러나, 이러한 보강재는 임의적인 것으로 필요하다면 예를들어 기둥(post) 인장보강재로 대체시킬 수 있다.

나선형으로 감긴 보강와이어(173, 제2도에서)는 나사산(163)의 쪼개짐을 방지하기 위해 나사산(163)의 첨단부에 설치하여 전단에 의해 나사산이 파괴되는 것을 방지하는데 이는 전단력이 회전축(168)로부터 방사상으로 가장 큰 거리인 지점에서 가장 크기 때문이다. 나선형 보강 와이어(173)은 예를들면 금속팁(tip, 174)에 용접의 의해 하단부에 고정되고 그 상부단은 금속판헤드(231, 제7도에서) 가까이에 고정된다.

보강재(171, 172, 173)는 파일을 지반에 회전 삽입하는 동안에 발생되는 비틀림 및 인장력의 거의 모두를 지탱하기 위해서는 금속 단판 또는 금속 절단팁과 함께 일체로 된 내부 보강코어(Core)또는 케이지(Cage)를 형성한다.

하단팁 절단부(169)는 넓은 원형링 또는 파이프(174)를 사용하며 이는 용접등의 방법으로 타이 바(tie bar; 175)등에 의해 보강로드(171)에 부착되어서 지반의 관통부에 최초 절단부를 형성하여서 순수 콘크리트 절단팁에서 발생되는 절단 응력을 감소시킨다. 링(174)는 그 절단 공구로써 베벨형 절단 공구로써 베벨형 절단모서리(176)을 갖고 있다. 절단팁(177)의 콘크리드부는 절단 응력을 최대한으로 줄이기 위해서 날카롭게 경사져 있다.

파일의 전장에 걸쳐 횡단된 세로방향의 물구멍(165)를 마련하여 절단모서리(176,177)을 윤활한다. 이것은 외부 및 내부 그리고 뒷쪽의 분사기(167)에 의한다. 뒷쪽으로 분사기(167)을 갖는 것은 파일(164)이 하향 및 상향으로 회전할 때 구멍이 막히는 것을 방지한다. 파일(163)의 몸체를 따라 상부 압력에 의한 윤활유를 사용하는 것은 나사산(164)의 윤활에 도움을 주며 파일(164)의 전장에 걸친 표면 마찰을 감소시킨다.

성곽형상의 노치 헤드(notch head 166)는 파일(164)와 구동 회전장치 또는 다음 파일과 맞물리도록 사용된다.

인접한 두 파일(230,235) 사이의 성곽형상의 연결은 제7도에 잘 도시되어 있다. 하단파일(23)은 일련의 오목부를 갖고 있는데 이는 측면 및 하부 앤커링핀(anchoing pin, 236)을 갖고 있는 하중 베어링 금속판(231)에 의해 형성되고 핀은 하중 베어링 판(231)을 하단 파일의 시멘트 몸체(230)에 단단히 안치시키고 고정시킨다. 이 오목부의 강도는 회전구동시 횡당 하중을 받기 때문에 특히 중요하다.

또한 오목판(231)은 회전구동력을 금속 부분으로써 받기 때문에 몸체(160) 자체의 콘크리트에 의해 전달되는 힘보다 직접 비틀림 및 인장력을 받는 앵커링 핀(anchoring pin)을 통해 용접에 의해 일체로 연결된다. 이와 마찬가지로 상단부(235)의 세로방향의 보강 로드(171)은 블록판(232)에 연결된다.

두판(231,232) 사이에 압축적으로 맞물리는 동안, 탄성 패드(pad, 234)와 측면베어링 패드(238)는 파일로 부터 파일까지 수직하중을 전담하기 위한 압축부를 형성한다.

두 파일부(230, 235)가 같이 연결되면 상부 블록부는 하부의 오목부와 맞물려지고 스페이서 웨디지 블록(spacer wedge block, 233)이 각 블록부 뒷면에 삽입되어 파일이 땅속으로 회전 삽입될 때 단단히 밀착하게 된다.

상부 송수관(239)와 하부 송수관(240)은 시일 연결부(241)에 의해 연결되어 파일이 땅속으로 회전 삽입할때 물에 의한 윤활작용을 하게한다.

제3도는 본 고안의 중공 나사형 파일의 "파이프"실시예의 측면사시도이다.

파일에는 나선형 나사산(111)이 파일의 전장에 걸쳐 형성되는데 그 피치(pitch)는 일정하며 파일의 직경에 의해 결정된다. 연결부(jonit, 15)는(제1실시예의 핀(231,232)와 같이) 수직 또는 세로방향으로 교대적으로 각을 지을 수 있다. 평면 안내바(flat bar guide, 114)는 구동장치와 구동파일 그리고 구동되는 파일 사이의 축방향의 맞물림을 유지하는데 사용한다. 파일의 수직길이당 나사산의 수는 30cm당(1피트당)최소한 6개가 좋으나 경우에 따라서는 4개도 상관없다. 나선형 나사산(111)의 간격을 좁게하여 비틀림 전단력을 최소한으로 하여 파일을 땅속에 쉽게 박을 수 있도록 해야 한다.

제3도, 제4도에 의하면, 직경이 약 2.5cm(1인치)인 원형파이프(111)이 나사산을 형성하도록 용접부(117)에 의해 파이프 몸체(110)의 외부표면에 용접되어 있다. 이때에는 제5도에서와 같이 물 분사부(112)를 파일의 절단 모수리(cutting edge)에 형성할 수 있다.

모든 나사산(111, 111A 및 111B)은 적절한 방법 즉 용접부(117,11A 117B)에 의해 각각 파이프 몸체(110,110A 및 110B)에 부착된다.

강철 파이프몸체(110)의 두벽 두께는 0.5 내지 1.3cm(3/16 내지 1/2인치)이며 절단 모서리를 보다 얇게하기 위해서 파이프몸체 하단을 더욱 더 경사지게 할수도 있다.

파이프 몸체의 외부직경은 나사산의 측면 돌출거리가 1.3 내지 2.5cm(1/2인치 내지 1인치)인 나사산에 있어서, 20.3 내지 61cm(8 내지 24인치) 또는 이보다 더 커야 한다. 두 개의 인접한 파일을 성곽형상의 연결부에서 맞물릴 때는 용접하여 세로방향의 안내바(114)와 함께 더욱 단단히 연결된 구동연결부를 형성한다.

최소 직경이 20.3cm(8인치)이고 벽두께 1.3cm(1/2인치)인 파이프(110)에 있어서, 이에 의해 형성된 중공 코어(hollow core)의 측단면안의 개방면적비(percentage of penarea)는 79%인데 이는 파이프의 직경이 증가함에 따라 커진다. 따라서 파일을 땅속으로 박을때 파일에 대한 토양 저항력을 감소시키는데 도움이 된다. 파일(110)의 하부팁은 절단(cutting) 목적을 위해 더욱 경사지게 할수 있으며 또한 러그(lug)나 톱니 또는 다른 돌출물을 부착할 수 있다.

제6도와 제8도는 회전 구동장치를 도시하고 있다. 제6도에서는 기어휘일(gear wheel : 200)이 일련의 성곽형상의 블록한 구동체(217)의 상부에 부착되어 있다. 이 구동치(217)는 중공의 미리 주조된 콘크리트 파일(164)의 오목부(162)와 맞물린다. 워엄 기어(worm gear, 212)가 모터 또는 축(214)에 부착된 동력원에 의해 회전되면 링기어휘일(ring gear wheel, 200)이 수직축을 따라 회전하고 따라서 구동체(217 및 162)가 회전하여 파일(164)를 땅속으로 구동한다.

구동장치는 지지 프레임(250) 위에 설치되는데 이는 파일(164)을 수직으로 유지하고 유도하기 위한 실린더 베어링(251)을 갖고 있다. 중심에 위치한 부재(215)는 구동장치를 쉽게 다루기 위해 링 기어 휘일(200) 위에 부착된다. 물 또는 다른 윤활류는 회전 연결부(swivel joint, 260)를 통하여 파일의 내부 송수관(165)와 연결되어 있는 호스(242) 등에 의해 파일(164)에 공급된다.

본 고안에 있어서 파일의 구동방법에 관한 중요한 점은 나사산의 피치가 일정한 파일을 사용하는 것이다. 이러한 파일을 사용하면 파일과 지반간에 생기는 내부표면의 손상을 막을 수 있다. 30cm당(1피트당)6개 그 이상의 나사산이 있는 파일이 바람직하다. 파일을 땅속에 박을 때 파일의 나사산부에 물을 부으면 나사산 표면과 토양간의 마찰이 감소된다.

중공 코어의 바닥이 비어 있는 것이 바람직하지마는 완전이 밀폐되거나 바닥에 구멍이 있는 단부캡(end cap)을 사용하여도 무방하다. 파일의 최상단부에서 파일에 회전력을 가하는 방법은 어떻게 선택하여도 좋다. 상기 언급한 구동장치에서는 이러한 회전력을 일으키기 위해 마력이 낮은 모터를 사용할 수도 있다.

파일의 길이는 3 내지 3.7m(10 내지 12 피트)가 적당하지만 길이나 크기에 제한을 두지는 않는다.

이와 같은 사항들은 본 고안의 원리나 적용예의 일부이며 따라서 여러 변형예가 나올 수 있으며 파일의 제작법 및 작동법을 한정시키는 것은 아니다.

Claims (1)

1. 금속의 상단부와, 그 외부표면에 나선형 나사산을 마련한 종공 원통형상의 몸체로 구성되는 나사형 파일에 있어서, 파일 몸체(160)와 구동장치 또는 다른 파일의 연결부를 마련하도록 구동부의 끝단에 형성된 성곽형상의 헤드부(162)와, 파일의 전장에 걸쳐 형성된 세로 방향의 물구멍(165)와, 지반으로 파일을 회전 삽입하는 방향과 반대방향으로 형성된 상기 몸체 하부의 분사기(167)로 구성되는 것을 특징으로 하는 나사형 파일.