KR101563159B1 - 파일커플러 - Google Patents

Abstract

본 발명은 태양광발전과 같은 구조물을 지지하기 위한 파일(pile)을 시공할 때 기초를 위한 콘크리트를 전혀 사용하지 않고, 상부와 하부에 각각 위치하는 파일과 파일의 연결부위 조인팅 작업을 신속하게 할 수 있는 파일커플러를 제공하기 위한 것이다.
본 발명에 따른 파일커플러는 직경이 서로 다른 두 개의 파일을 연결시키기 위한 것인데, 상기 파일커플러는 단면(斷面)이 반원 형상인 라운드부와, 상기 라운드부의 반원 형상 양단 외측방향으로 각각 돌출 형성되어 길이방향을 따라 볼트구멍이 형성되어 있는 평판부가 일체로 구성되고, 상기 라운드부는, 일정 길이로 형성된 대경부; 일정 길이로 형성되며, 상기 대경부보다 상대적으로 직경이 작은 소경부; 상기 대경부와 소경부를 일체로 연결시키는 경사부를 포함하여 구성되고, 상기 파일커플러는 한쌍이 구비되어 각 평판부에 형성된 볼트구멍을 통해 체결수단을 체결하여 서로 결합시켜 파일을 연결하도록 구성된 것을 특징으로 한다.

Description

파일커플러{Pile coupler}

본 발명은 파일커플러에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 태양광발전과 같은 구조물을 지지하기 위한 파일(pile)의 연결부위 조인팅 작업을 신속하게 할 수 있고, 부지 평탄작업을 할 수 없는 지형에 설치되는 다수개의 지주의 높이와 경사를 간편하게 조절하여 할 수 있는, 파일커플러 및 이를 이용한 파일의 높이조절 방법에 관한 것이다.

최근 화석연료의 고갈 우려로 인해 태양에너지에 대한 관심과 투자가 증가하고 있고, 건물의 옥상이나 지붕에 설치되는 소규모 태양광발전이 아닌 경우 태양광 발전장치는 대부분 야산, 비탈진 밭이나 나대지, 법면 등에 설치되고 있는데, 평탄하지 않은 지형을 평평하게 토목공사를 한 다음 평평한 지반에 태양광 발전장치를 설치할 경우에는 토목공사에 막대한 비용이 투입될 뿐만 아니라 공사기간도 너무 많은 소요되므로 매우 비효율적이다. 따라서 발전장치 이외에는 비용이 투입되지 않도록 비탈진 지형을 그대로 이용하여 시공해야 한다.

그런데, 태양광 발전설비 뿐만 아니라 경사면에 설치되는 가건물 또는 데크로 제작한 산책로나 계단의 받침 등과 같은 지상구조물은 그 하부를 지주가 받쳐주어야 하는데, 지주를 고정시키기 위해서는 지주의 하단을 지반에 설치한 기초콘크리트에 고정시키는 것이 가장 전통적인 방법이다. 하지만, 기초콘크리트를 설치하기 위해서는 지반을 일정 깊이로 굴착하고, 거푸집 설치, 골조 설치, 콘크리트 타설, 콘크리트 양생, 흙 매움 등 많은 공정을 거쳐야 하므로 토목 및 건축 설계 등 많은 사전작업이 필요하고 공사기간과 인력도 많이 소요될 뿐만 아니라 무엇보다도 환경을 파괴하게 된다는 문제가 있다.

이러한 문제를 해결하기 위하여 특허등록 제911863호 "태양전지판 설치용 기초 및 그의 시공방법"과 같은 기술이 출현했는데, 이는 산지와 같이 지반이 경사면으로 이루어져 있어서 종래와 같은 방법으로는 기초콘크리트 공사를 하기 어려운 장소에 태양광 발전장치를 설치하는 기술인데, 다수개의 콘크리트 파일을 천공된 지반에 고정 설치하여 파일의 상면을 수평하게 한 다음 태양전지판을 설치하는 방법이다. 하지만, 이 기술은 지반 굴착 및 거푸집 설치 등의 작업은 필요없지만 지반을 천공하고 파일을 고정시킨 다음, 다수의 파일 상단이 서로 연결되도록 레일을 설치하여 수평을 맞추고, 레일 상부에 태양전지판을 경사지게 설치하기 위한 경사각 조절장치를 설치해야 하므로, 불필요한 작업과 시설이 너무 많을 뿐만 아니라 경사 지형에서 다수의 파일 상단의 높이를 맞추기가 매우 어렵다는 문제가 있다.

한편, 특허등록 제1242476호 "지상구축물의 기초구축방법 및 기초구축용 부재"와 같이 콘크리트를 사용하지 않고 철제로만 만들어진 파일이 출현했는데, 상기 파일(기초구축용 부재)은 하부는 스파이럴 형상이고 그 상부에 위치하는 포스트부는 원통 형상이며, 포스트부의 상단에는 플랜지부가 일체로 형성된 구조의 파일이다. 이와 같은 파일은 지반 굴착 및 거푸집 설치 등이 필요 없어서 작업공정을 일부 줄일 수는 있지만, 다음과 같은 많은 문제가 있다.

첫째, 상부와 하부에 있는 파일을 서로 연결하여 경사진 지형에 다수의 지주를 설치하고, 하나의 구조물이 다수의 지주 상부에 걸쳐지게 고정 설치려면, 경사에 맞춰 각 지주의 높이와 경사를 정확하게 맞춰야 하는데 숙련자도 이를 맞추기가 매우 어렵다는 문제가 있다.

둘째, 통상적으로 구조물을 설치하기 위한 지주는 상부파일과 하부파일로 각각 제작하여 이들을 용접하거나 플랜지부끼리 체결하여 연결시키는데, 이때 원통 형상의 포스트부 상단과 하단에 각각 형성되어 있는 플랜지부를 서로 체결하여 지주의 높이를 정확히 맞춰야 한다. 그런데, 지형이 경사져 있을 뿐만 아니라 땅속에 박힌 각 하부파일의 지상으로 돌출된 높이가 서로 다르기 때문에 다수개의 지주의 높이와 경사를 정확히 맞춘다는 것은 거의 불가능하다는 문제가 있다.

셋째, 각 파일의 포스트부 단부에 플랜지를 용접해서 형성해야 하고, 용접 후에는 파일이 부식되는 것을 방지하기 위해 용접부위를 도금해야 하는데, 용접과 도금에 따른 많은 인력과 시간 및 비용이 소요된다는 문제가 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은, 태양광발전과 같은 구조물을 지지하기 위한 파일(pile)을 시공할 때 기초를 위한 콘크리트를 전혀 사용하지 않고, 상부와 하부에 각각 위치하는 파일과 파일의 연결부위 조인팅 작업을 신속하게 할 수 있는 파일커플러를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 야산이나 나대지 또는 법면 등과 같이 부지 평탄작업을 할 수 없는 지형에 상부와 하부에 있는 파일을 서로 연결하여 다수의 지주를 설치하고 지주의 상단에 구조물을 설치할 경우, 본 발명의 파일커플러를 사용하여 체결되는 파일의 높이를 간편하게 조절함으로써 전체 지주의 높이를 쉽게 조절할 수 있는 파일커플러를 이용한 파일의 높이조절 방법을 제공하기 위한 것이다.

상기와 같은 과제 해결을 위해 본 발명에 따른 파일커플러는 직경이 서로 다른 두 개의 파일을 연결시키기 위한 것인데, 상기 파일커플러는 단면(斷面)이 반원 형상인 라운드부와, 상기 라운드부의 반원 형상 양단 외측방향으로 각각 돌출 형성되어 길이방향을 따라 볼트구멍이 형성되어 있는 평판부가 일체로 구성되고, 상기 라운드부는, 일정 길이로 형성된 대경부; 일정 길이로 형성되며, 상기 대경부보다 상대적으로 직경이 작은 소경부; 상기 대경부와 소경부를 일체로 연결시키는 경사부를 포함하여 구성되고, 상기 대경부와 소경부에는, 파일커플러를 체결했을 때 파일의 외주면을 압착하여 결합력을 높이기 위해 압착부가 각각 형성되어 있고, 상기 압착부는 대경부와 소경부의 벽의 반원 형상을 따라 내측으로 돌출된 돌출부로 형성되며, 상기 파일커플러는 한쌍이 구비되어 각 평판부에 형성된 볼트구멍을 통해 체결수단을 체결하여 서로 결합시켜 파일을 연결하도록 구성된 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 돌출부의 정점(頂点)부분을 따라 슬롯(slot)을 형성할 수도 있다.

바람직하게는, 라운드부와 평판부가 연결되는 연결부에는 길이방향을 따라 외측면으로 돌출된 보강부가 더 형성되어 있다.

본 발명에 따른 파일커플러를 이용한 파일의 높이조절 방법은, 하부파일을 지반에 박아서 위치를 고정시키는 단계; 파일커플러의 라운드부 중 대경부 내주면이 상부파일의 하단부분 외주면에 접하도록 위치시켜 한쌍의 파일커플러의 대경부끼리를 체결수단으로 체결시키는 단계; 파일커플러의 대경부끼리를 체결시킨 상부파일을 하부파일 상부에 위치시키고, 파일커플러의 소경부에 하부파일 상단부분을 삽입하여 파일커플러의 소경부끼리를 체결수단으로 체결시키는 단계를 거쳐서 직경이 서로 다른 상부파일과 하부파일을 체결시키며, 소경부끼리를 체결시키면서 하부파일의 상단 위치를 조절하여 파일의 전체 높이를 조절하는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 특징을 갖는 본 발명에 따른 파일커플러는 태양광발전, 풍력발전, 도로표지판 등과 같은 다양한 구조물의 지주를 설치할 때 사용되는데, 구조물을 지지하기 위한 파일을 시공하면서 기초를 위한 콘크리트를 전혀 사용하지 않기 때문에 환경을 파괴하지 않아 친환경적일 뿐만 아니라 시공기간도 현저하게 단축된다. 또한, 파일의 상단과 하단에 플랜지와 리부를 각각 용접하여 플랜지끼리 체결하여 파일을 연결시키는 것이 아니라 상부와 하부에 각각 위치하게 되는 파일과 파일의 단부(端部)끼리를 파일커플러로 감싸서 연결부위 조인팅 작업을 하기 때문에 연결작업 자체가 매우 간편하여 신속하게 할 수 있고, 플랜지와 리브를 형성할 필요가 없기 때문에 이들을 용접하고 용접 후 도금할 필요도 없어서 용접과 도금에 따른 인력과 시간 및 비용이 전혀 필요없다.

본 발명에 따른 파일커플러는 상부와 하부의 직경이 다르기 때문에 체결작업을 하면서 직경이 작은 쪽에 위치하게 되는 파일을 직경이 큰 파일 쪽으로 필요한 길이만큼 위치를 이동시킬 수 있다. 따라서 본 발명에 따른 파일커플러를 이용한 파일의 높이조절 방법은, 야산이나 나대지 또는 법면 등과 같이 부지 평탄작업을 할 수 없는 지형에 다수의 지주를 설치하고 지주 상부에 구조물을 설치할 경우, 지주를 이루는 파일의 연결부위 조인팅 작업을 할 때 파일커플러를 체결하면서 직경이 작은 파일의 위치를 이동시켜 파일의 전체 높이와 경사를 간편하게 조절할 수 있으므로 시공을 위한 인력과 기간 및 비용이 획기적으로 절약되고 단축된다.

도 1은 본 발명의 파일커플러를 체결한 지주의 상단에 구조물을 설치한 상태를 도시한 도면이다.
도 2는 파일커플러를 도시한 도면이다.
도 3은 파일커플러에 의해 지주의 높이를 조절한 상태를 도시한 도면이다.

본 발명에 따른 파일커플러 및 이를 이용한 파일의 높이조절 방법의 가장 큰 기술적 특징은, 파일과 파일의 연결부위에 플랜지를 형성하여 연결하는 것이 아니라 상부와 하부에 위치하게 되는 파일과 파일의 단부(端部)끼리를 파일커플러로 감싸서 연결부위 조인팅 작업을 하게 했다는 점과, 파일커플러의 상부와 하부 직경을 다르게 하여 조인팅 작업시 직경이 작은 파일이 직경이 큰 파일 쪽으로 필요한 길이만큼 이동할 수 있게 하여 파일 전체의 높이 및 경사 조절을 매우 간편하게 할 수 있게 했다는 점이다.

본 발명의 명세서에서 '지주'란 1개의 파일(pile)만으로 구성된 기둥일 수도 있고, 2개 이상의 파일이 연결되었을 때는 각 파일이 연결되어 형성한 하나의 기둥 형상을 의미한다는 것을 미리 밝혀둔다.

본 발명의 파일커플러(20)는 기본적으로 직경이 서로 다른 두 개의 파일을 연결시키기 위한 것인데, 직경이 동일한 두 개의 파일을 연결할 수도 있으며, 파일의 단면(斷面) 형상은 원형인 것이 일반적인데, 반드시 원형이 아니고 단면이 다각형 형상일 수도 있다. 파일커플러(20)로 연결하여 만들어진 다수개의 지주 상단에 태양광 발전장치와 같은 구조물(30)이 설치된다.

파일커플러(20)는 동일한 형상의 한쌍의 파일커플러가 체결수단에 의해 서로 마주보면서 체결되게 되고, 각 파일커플러(20)는 단면(斷面)이 반원 형상인 라운드부(21)와, 길이방향을 따라 볼트구멍(221)이 복수개 형성되어 있으며 라운드부(21)의 반원 형상 양단 외측방향으로 각각 돌출 형성된 평판부(22)가 일체로 구성되어 평판부(22)끼리 서로 맞대어져 각 평판부에 형성된 볼트구멍(221)을 통해 볼트와 너트 같은 체결수단을 체결하여 고정되게 된다.

라운드부(21)는 대경부(211)와 소경부(212) 및 이들을 일체로 연결시키는 경사부(213)를 기본적으로 구비하게 된다. 대경부(211)는 단면(斷面)이 반원 형상이며 일정 길이로 형성되고, 소경부(212)는 단면이 반원 형상이고 일정 길이로 형성되는데, 대경부(211)와 소경부(212)는 상대적으로 직경이 크냐 적냐로 구분하여 표현한 것이다. 파일을 수직으로 위치시켰을 때, 직경이 큰 파일이 상부에 위치하게 될 때는 대경부(211)가 위쪽으로 위치하게 되고 소경부(212)가 아래쪽에 위치하게 되며, 직경이 큰 파일이 하부에 위치하게 될 때는 대경부(211)와 소경부(212)가 놓여지는 위치가 바뀌게 된다.

파일커플러(20)를 체결했을 때 커플러가 파일의 외주면을 더욱 압착하여 결합력을 높이기 위해 압착부(24)가 형성되는데, 압착부(24)는 대경부(211)와 소경부(212)의 반원 형상을 따라 각각 형성된다. 도 2에 도시한 바와 같이, 압착부(24)는 라운드부(21)의 대경부(211)와 소경부(212)의 벽이 반원 형상을 따라 내측으로 돌출된 돌출부(241)로 형성되는데, 돌출부(241)의 정점(頂点)부분을 따라 슬롯(slot)(242)을 형성할 수도 있다. 또한, 압착부(24)의 돌출부는 일정 길이를 갖지 않고, 돌출부의 단면(斷面) 형상 자체가 원이나 타원과 같은 점 형상으로 복수개를 형성할 수도 있다

강판(鋼板)으로 된 라운드부(21)와 평판부(22)가 연결된 연결부(23) 부분은 절곡되어 형성된 것이기 때문에 강도면에서 취약하여 파일커플러(20)를 체결 압착하면서 큰 힘이 가해지면 절곡된 부분이 변형되거나 크랙 발생 또는 파괴될 수 있으므로 보강부(231)를 형성해 주는 것이 바람직하다. 보강부(231)는 파일커플러(20)의 길이방향을 따라 외측방향으로 돌출된 엠보싱 형상을 등간격으로 형성한 것이다.

본 발명에 따른 파일커플러를 이용한 파일의 높이조절 방법에 대하여 간략히 설명하면, 높이조절 방법은, 먼저, 하부파일(10)을 지반에 박아서 위치를 고정시키는 단계(S1)를 거친 다음, 파일커플러(20)의 라운드부 중 대경부(211) 내주면이 상부파일(15)의 하단부분 외주면에 접하도록 위치시켜 한쌍의 파일커플러의 대경부끼리를 체결수단으로 체결시키는 단계(S2)를 거쳐, 파일커플러(20)의 대경부(211)끼리를 체결시킨 상부파일을 하부파일(10) 상부에 위치시키고, 파일커플러의 소경부(212)에 하부파일 상단부분을 삽입하여 파일커플러의 소경부끼리를 체결수단으로 체결시키는 단계(S3)를 거쳐서 상부파일(15)과 하부파일(10)을 체결시킨다. 물론 단계 S1과 단계 S2는 순서가 바뀌더라도 아무 상관없다.

파일커플러(20) 체결시 소경부(212)끼리를 체결시키면서 상대적으로 직경이 작은 하부파일(10)의 상단 위치를 조절하여 파일의 전체 높이를 조절한다. 도 3을 참조하여 설명하면, 파일커플러(20) 구조가 대경부(211) 하단에서 경사부(213)로 이어지는 부분에서 경사진 단(段)이 형성되므로, 상대적으로 직경이 큰 상부파일(15)의 하단이 단(段)에 얹혀진 상태에서 한쌍의 파일커플러의 대경부(211)끼리를 체결수단에 의해 체결한다.

하단에 파일커플러의 대경부(211)끼리가 체결된 상부파일을 상대적으로 직경이 작은 하부파일(10)의 상부에 위치시키고, 하부파일(10)의 상단을 파일커플러의 소경부(212)에 삽입시킨다. 이때 지주 전체의 높이를 고려하여 하부파일(10)의 상단을 파일커플러의 소경부(212) 상단에 맞춰서 체결 고정시킬 수도 있고(도 3의 ⒜ 참조), 하부파일(10)의 상단을 파일커플러의 소경부(212) 상단을 지나 경사부(213) 또는 대경부(211)의 내부까지 올려서 위치시켜 체결 고정시킬 수도 있으므로(도 3의 ⒝ 참조) 지주의 전체 높이를 간편하게 조절할 수 있다.

상부파일(15)은 단면이 원형일 수도 있고 다각형일 수도 있으며, 하부파일(10)은 하부가 지반에 묻혀서 고정되기 때문에 다각형 보다는 원형이 바람직한데, 전체가 원형 단면(斷面)을 가진 파일일 수도 있고, 상부는 원형 단면이고 하부는 스파이럴 형상일 수도 있다. 하부가 스파이럴 형상인 경우에는 하부파일(10)을 회전시키면서 파일을 박기 때문에 충격음과 같은 소음이 없으며 지반에 암반이 없더라도 파일을 견고하게 고정시킬 수 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술사상을 예시적으로 설명한 것에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 갖는 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 명세서에 게시된 실시예들은 본 발명의 기술사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이런 실시예에 의하여 본 발명의 기술사상 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 균등한 범위 내에 있는 모든 기술사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10 : 하부파일 15 : 상부파일
20 : 파일커플러 21 : 라운드부
211 : 대경부 212 : 소경부
213 : 경사부
22 : 평판부 221 : 볼트구멍
23 : 연결부 231 : 보강부
24 : 압착부 241 : 돌출부
242 : 슬롯(slot)
30 : 구조물

Claims (6)

1. 직경이 서로 다른 두 개의 파일을 연결시키기 위한 파일커플러에 있어서,
   상기 파일커플러는,
   단면(斷面)이 반원 형상인 라운드부와, 상기 라운드부의 반원 형상 양단 외측방향으로 각각 돌출 형성되어 길이방향을 따라 볼트구멍이 형성되어 있는 평판부가 일체로 구성되고,
   상기 라운드부는,
   일정 길이로 형성된 대경부;
   일정 길이로 형성되며, 상기 대경부보다 상대적으로 직경이 작은 소경부;
   상기 대경부와 소경부를 일체로 연결시키는 경사부;
   를 포함하여 구성되고,
   상기 대경부와 소경부에는, 파일커플러를 체결했을 때 파일의 외주면을 압착하여 결합력을 높이기 위해 압착부가 각각 형성되어 있고, 상기 압착부는 대경부와 소경부의 벽의 반원 형상을 따라 내측으로 돌출된 돌출부로 형성되며,
   상기 파일커플러는 한쌍이 구비되어 각 평판부에 형성된 볼트구멍을 통해 체결수단을 체결하여 서로 결합시켜 파일을 연결하도록 구성된 것을 특징으로 하는 파일커플러.
   
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 돌출부의 정점(頂点)부분을 따라 슬롯(slot)이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 파일커플러.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 라운드부와 평판부가 연결되는 연결부에는 길이방향을 따라 외측면으로 돌출된 보강부가 더 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 파일커플러.
   
5. 삭제
6. 삭제

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