KR102091972B1 - 흙막이용 엄지말뚝 및 이를 이용한 엄지말뚝 흙막이 공법 - Google Patents

흙막이용 엄지말뚝 및 이를 이용한 엄지말뚝 흙막이 공법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 흙막이용 엄지말뚝과 이를 이용한 엄지말뚝 흙막이 공법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 지반에 매립되는 일단부는 상기 지반에 수직한 직선 상태를 유지하고, 상기 지반에서 돌출되는 타단부는 상기 일단부에 대해 일정 곡률로 굽힘 가공하여 프리스트레스를 인가한 H형 파일; 및 상기 H형 파일의 길이에 대응하는 길이를 가지며, 상기 H형 파일의 굽힘면에 부착되어 상기 H형 파일이 굽힘을 유지하도록 형성되는 굽힘유지부재;를 포함하며, 상기 굽힘유지부재가 부착된 상기 H형 파일은 일정 곡률로 굽힘된 상태로 지반에 매설되는 것을 특징으로 하는 흙막이용 엄지말뚝 및 이를 이용한 엄지말뚝 흙막이 공법을 제공한다.
본 발명에 따르면, H형 파일에 프리스트레스가 인가되어 있고 굽힘유지부재에 의해 프리스트레스가 유지되기 때문에 스트러트나 띠장을 사용하지 않고 엄지말뚝을 자립시킬 수 있고, 만일, 엄지말뚝으로 지지하는 토압이 매우 커서 스트러트나 띠장이 필요한 경우에도 스트러트나 띠장의 사용 개수를 줄일 수 있다. 또한, H형 파일의 굽힘을 유지하는 굽힘유지부재가 지반의 토사에 매립되어 있고 굴착되는 외부로 노출되지 않으므로, 굴착 공사시 굽힘유지부재가 파손되지 않는 장점이 있고, H형 파일의 굽힘과 이 굽힘을 유지하는 굽힘유지부재에 의해 프리스트레스가 인가되기 때문에 H형 파일의 변형은 적게 하면서도 큰 프리스트레스를 인가할 수 있으며, 엄지말뚝을 천공 구멍에 설치하는 도중에 프리스트레스를 인가할 필요가 없다는 점에서 작업이 용이하다는 효과가 있다.

Description

흙막이용 엄지말뚝 및 이를 이용한 엄지말뚝 흙막이 공법{H-pile for earth retaining wall and construction method of earth retaining wall using the same}
본 발명은 흙막이용 엄지말뚝과 이를 이용한 엄지말뚝 흙막이 공법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 굽힘 가공에 의해 프리스트레스가 인가되며 굽힘유지부재가 부착된 흙막이용 엄지말뚝과 이를 이용한 엄지말뚝 흙막이 공법에 관한 것이다.
일반적으로 흙막이는 지하구조물을 건설할 때, 지반이 붕괴되는 것을 방지하기 위해 굴착된 지하 공간에 설치되는 임시 구조물이다.
종래 기술에 의한 흙막이 공법의 경우, 엄지말뚝을 일정 간격으로 지반에 설치하고, 굴착과 동시에 토류판을 2개의 엄지말뚝 사이에 끼워 흙막이 벽을 설치한 후, 버팀보(strut)를 설치하여 흙막이 벽을 지지하게 된다.
그러나, 종래 기술에 따른 엄지말뚝 흙막이 공법은, 고심도의 터파기 공사를 수행하는 경우, H-빔 엄지말뚝만으로는 배후 토사의 토압에 저항할 수 없으므로, 이를 보강하기 위하여 많은 수의 버팀보를 사용해야 하는데, 이러한 방식은 비경제적일 뿐만 아니라, 작업공간의 확보를 어렵게 하고, 구조적으로 비효율적이어서 주변 지반이 침하될 우려가 있다.
또한, 종래 공법에 의한 흙막이 구조물은 강성체로 토류벽 역할을 하도록 구성할 수는 있으나, 상부 두부의 변위가 상대적으로 크게 발생하므로 배면부 지반의 이완이 크게 발생할 수 있다는 문제점이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 많은 관련 기술들이 제안되고 있다.
일 예로서, 대한민국 등록특허 제10-584701호에는 "가설 흙막이 공법"이라는 명칭의 발명이 개시되어 있다. 이러한 가설 흙막이 공법은 굴착된 흙벽의 측압이 직접적으로 작용하는 수직파일에 흙벽의 측압에 크게 저항하는 모멘트를 가질 수 있도록 프리스트레스를 가해줌으로서 최소한의 보강용 횡가목과 버팀목만을 사용하면서 시공 할 수 있도록 하고 지하구조물을 시공할 때에는 버팀목으로 인한 간섭을 배제시켜 줄 수 있도록 버팀목을 단계별로 제거하면서 지하구조물을 시공할 수 있다.
그러나, 전술한 가설 흙막이 공법의 경우, 긴장재가 끼워지는 브래킷을 수직파일들의 양쪽 플랜지의 내측에 지그재그형태로 배열하여 고정시키고, 브래킷들에 지그재그형태로 끼워진 긴장재를 인장시켜 긴장력을 도입시키기 때문에, 수직파일들 사이에 토류판 끼워 넣기가 어렵고, 또한, 긴장재를 수직파일의 내부에 설치하고, 받침대를 사용하므로 그 구조가 복잡하다는 문제점이 있다.
다른 예로서, 대한민국 등록특허 제10-1729117호에는 "프리스트레스가 도입된 엄지말뚝과 스트러트를 이용한 자립식 가설 흙막이 시공방법"이라는 명칭의 발명이 개시되어 있다. 이러한 시공방법은 굴착면 진행시 점점 증가하는 배면 토압을 프리스트레스가 도입된 엄지말뚝이 받도록 하여 스트러트 또는 레이커 설치 간격을 최대화할 수 있으므로 스트러트나 레이커의 사용 개수를 줄일 수 있다.
그러나, 이러한 흙막이 시공방법에 사용되는 엄지말뚝은 외부로 노출되는 전면에 프리스트레스를 인가하기 위한 구조물인 보강판, 브라켓, 및 인장재가 설치되어 있으므로, 지반을 굴착할 때 또는 지하시설물 공사를 할 때 프리스트레스를 인가하는 구조물이 훼손될 우려가 크다는 문제점이 있다. 또한, 엄지말뚝을 천공 구멍에 매설한 후, 유압인장기를 사용하여 인장재를 인장하여 고정하기 때문에 엄지말뚝의 시공이 복잡하다는 문제점도 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 창안한 것으로서, H형 파일을 굴착 깊이에 대응하는 토압을 지지할 수 있도록 굽힘 가공하여 프리스트레스를 인가한 후, H형 파일의 굽힘면에 굽힘유지부재를 설치하여 토압을 지지하는 H형 파일의 저항력을 강화함으로써 시공성이 향상된 흙막이용 엄지말뚝 및 이를 이용한 엄지말뚝 흙막이 공법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은,
지반에 매립되는 일단부는 상기 지반에 수직한 직선 상태를 유지하고, 상기 지반에서 돌출되는 타단부는 상기 일단부에 대해 일정 곡률로 굽힘 가공하여 프리스트레스를 인가한 H형 파일; 및
상기 H형 파일의 길이에 대응하는 길이를 가지며, 상기 H형 파일의 굽힘면에 부착되어 상기 H형 파일이 굽힘을 유지하도록 형성되는 굽힘유지부재;를 포함하며,
상기 굽힘유지부재가 부착된 상기 H형 파일은 일정 곡률로 굽힘된 상태로 지반에 매설되는 것을 특징으로 하는 흙막이용 엄지말뚝을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 굽힘유지부재는 띠형상의 판재로 형성되며, 상기 H형 파일의 일면에 수직하게 부착될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 굽힘유지부재는 양 측면으로 상기 H형 파일의 일면에 설치된 복수의 보강편에 의해 지지될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 H형 파일의 하단에 설치되는 직선 형상의 연장 파일; 및 상기 H형 파일과 상기 연장 파일을 연결하는 연결판;을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 굽힘유지부재는 십자(+) 형상과 T자 형상 중 어느 하나의 형상의 단면을 가질 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 의한 엄지말뚝 흙막이 공법은,
지반에 매립되는 H형 파일의 일단부는 상기 지반에 수직한 직선 상태를 유지하고, 상기 지반에서 돌출되는 상기 H형 파일의 타단부는 상기 일단부에 대해 일정 곡률로 굽혀지도록 상기 H형 파일을 굽힘 가공하여 상기 H형 파일에 프리스트레스를 인가하는 단계;
상기 H형 파일의 굽힘면에 상기 H형 파일의 길이에 대응하는 길이를 갖는 굽힘유지부재를 부착하여 상기 H형 파일이 굽힘을 유지하도록 함으로써 흙막이용 엄지말뚝을 제작하는 단계;
상기 지반에 일정한 간격을 두고 천공을 하여 천공 구멍을 형성하는 단계;
상기 천공 구멍에 일정 곡률로 굽힘 가공되고 굽힘유지부재가 부착된 상기 흙막이용 엄지말뚝을 근입하는 단계;
상기 천공 구멍에 근입된 상기 흙막이용 엄지말뚝의 주위에 모래를 충전하는 단계; 및
상기 흙막이용 엄지말뚝의 전면부를 굴착하며, 강재판을 설치하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기와 같은 구조를 갖는 본 발명의 일 실시예에 의한 흙막이용 엄지말뚝 및 이를 이용한 엄지말뚝 흙막이 공법에 의하면, H형 파일에 프리스트레스가 인가되어 있고 굽힘유지부재에 의해 프리스트레스가 유지되기 때문에 스트러트나 띠장을 사용하지 않고 엄지말뚝을 자립시킬 수 있다는 효과가 있다. 만일, 엄지말뚝으로 지지하는 토압이 매우 커서 스트러트나 띠장이 필요한 경우에도 스트러트나 띠장의 사용 개수를 줄일 수 있다는 효과도 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 의한 흙막이용 엄지말뚝 및 이를 이용한 엄지말뚝 흙막이 공법에 의하면, H형 파일의 굽힘을 유지하는 굽힘유지부재가 지반의 토사에 매립되어 있고 굴착되는 외부로 노출되지 않으므로, 굴착 공사시 굽힘유지부재가 파손되지 않는다는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 의한 흙막이용 엄지말뚝 및 이를 이용한 엄지말뚝 흙막이 공법은 H형 파일의 굽힘과 이 굽힘을 유지하는 굽힘유지부재에 의해 프리스트레스가 인가되기 때문에 H형 파일의 변형은 적게 하면서도 큰 프리스트레스를 인가할 수 있으며, 엄지말뚝을 천공 구멍에 설치하는 도중에 프리스트레스를 인가할 필요가 없다는 점에서 작업이 용이하다는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 흙막이용 엄지말뚝을 이용한 흙막이 구조를 나타낸 부분 사시도이다.
도 2는 지반에 설치된 본 발명의 일 실시예에 의한 흙막이용 엄지말뚝을 나타내는 측면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 흙막이용 엄지말뚝을 나타내는 사시도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 의한 흙막이용 엄지말뚝을 나타내는 사시도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 의한 흙막이용 엄지말뚝을 나타내는 사시도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 의한 흙막이용 엄지말뚝을 나타내는 사시도이다.
도 7a와 도 7b는 굽힘유지부재의 사이에 토류판이 설치된 경우를 나타내는 평면도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 의한 흙막이용 엄지말뚝을 나타내는 정면도이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 의한 흙막이용 엄지말뚝을 나타내는 정면도이다.
도 10은 지반에 설치된 본 발명의 다른 실시예에 의한 흙막이용 엄지말뚝을 나타내는 측면도이다.
도 11a 내지 도 11f는 본 발명의 일 실시예에 의한 엄지말뚝 흙막이 공법을 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 흙막이용 엄지말뚝 및 이를 이용한 엄지말뚝 흙막이 공법의 실시예들에 대해 상세하게 설명한다.
이하에서 설명되는 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위하여 예시적으로 나타낸 것이며, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들과 다르게 다양하게 변형되어 실시될 수 있음이 이해되어야 할 것이다. 다만, 이하에서 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성요소에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명 및 구체적인 도시를 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 발명의 이해를 돕기 위하여 실제 축척대로 도시된 것이 아니라 일부 구성요소의 치수가 과장되게 도시될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 흙막이용 엄지말뚝을 이용한 흙막이 구조를 나타낸 부분 사시도이다. 도 2는 지반에 설치된 본 발명의 일 실시예에 의한 흙막이용 엄지말뚝을 나타내는 측면도이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 흙막이용 엄지말뚝을 나타내는 사시도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 흙막이 구조(1)는 지반(3)을 굴착할 때 지반(3)이 붕괴되는 것을 방지하고 지하수 등의 물이 유입 또는 유출되는 것을 차단하는 것으로서, 일정 간격으로 지반(3)에 설치되는 본 발명의 일 실시예에 의한 복수의 흙막이용 엄지말뚝(10)과 인접한 2개의 흙막이용 엄지말뚝(10) 사이에 설치되는 토류판(20)을 포함할 수 있다.
복수의 흙막이용 엄지말뚝(10) 각각은 H형 파일(11)과 굽힘유지부재(15)를 포함할 수 있다. 복수의 흙막이용 엄지말뚝(10)은 도 2에 도시된 바와 같이 하부의 일정 부분이 지반(3)에 매설되며, 일정 간격으로 배치된다. 복수의 흙막이용 엄지말뚝(10)은 동일하게 형성되므로 이하에서는 한 개의 흙막이용 엄지말뚝(10)에 대해서만 설명한다.
H형 파일(11)은 철강과 같은 금속재료로 형성된다. H형 파일(11)은 웨브(14)와 웨브(14)의 양단에 평행하게 설치되는 플랜지(12,13)를 포함한다.
H형 파일(11)은 일정 곡률로 굽힘 가공된다. 구체적으로, 지반(3)에 매립되는 H형 파일(11)의 일단부는 지반(3)에 수직한 직선 상태를 유지하고, H형 파일(11)의 타단부는 지반(3)에서 돌출되며, 상기 일단부에 대해 일정 곡률로 굽힘 가공된다. 따라서, H형 파일(11)은 직선부(11a)와 직선부(11a)에서 이어지며 일정 곡률로 굽어진 굽힘부(11b)를 포함한다. H형 파일(11)이 굽힘 가공되었을 때, 지반을 마주하는 안쪽 플랜지(12)는 오목한 상태가 되고 외부로 노출되는 바깥쪽 플랜지(13)는 볼록한 상태가 된다.
이와 같이 H형 파일(11)을 굽힘 가공하면, H형 파일(11)에 프리스트레스를 인가할 수 있다. 이때, H형 파일(11)은 토압을 지지하는 반력의 지점이 굴착된 바닥면보다 아래에 위치하도록 굽힘 가공된다.
H형 파일(11)의 굽힘 가공은 롤러 등을 이용하여 수행할 수 있다. 즉, 시장 제품인 H형 파일(11)을 롤러를 이용하여 일정 곡률로 굽힘 가공하여 프리스트레스가 인가된 H형 파일(11)을 형성할 수 있다. 또한, 다른 방법으로 상기 H형 파일을 처음부터 굽힘 형상으로 제작하여 사용할 수도 있다.
H형 파일(11)의 굽힘 양은 토압에 따라 결정될 수 있다. H형 파일(11)이 지지해야 할 토압이 커지면, H형 파일(11)에 인가되는 프리스트레스를 크게 할 필요가 있다. H형 파일(11)의 굽힘 양을 크게 하면 프리스트레스가 커지므로, 토압이 큰 경우에는 H형 파일(11)의 굽힘 양을 크게 할 필요가 있다. 예를 들면, 대략 5~6m 정도의 깊이(D)로 지반을 굴착하는 경우에는 H형 파일(11)의 굽힘 양은 약 3 cm 이하로 할 수 있다. 이때, H형 파일(11)의 굽힘 양은 도 2에서 H형 파일의 하단에 대한 상단의 변위(Δ)를 말한다.
굽힘유지부재(15)는 H형 파일(11)이 굽혀진 상태를 유지하도록 H형 파일(11)에 설치된다. 구체적으로, 굽힘유지부재(15)는 H형 파일(11)의 길이에 대응하는 길이를 가지며, H형 파일(11)의 굽힘 가공된 일면, 즉 플랜지(12)에 부착되어 H형 파일(11)이 굽힘을 유지하도록 형성된다. 즉, 굽힘유지부재(15)는 H형 파일(11)의 굽혀진 일면, 즉 지반(3)을 마주하는 플랜지(12)에 부착된다. 따라서, 굽힘유지부재(15)는 H형 파일(11)에 부착된 상태로 지반(3)에 매설되고, 굴착면으로 노출되지 않는다.
도 3을 참조하면, 본 실시예에 의한 굽힘유지부재(15)는 띠형상의 판재로 형성된다. 즉, 굽힘유지부재(15)는 폭이 좁은 금속 판재로 형성되며, H형 파일(11)의 일면(12)에 수직하게 부착된다. 예를 들면, 굽힘유지부재(15)는 철판으로 형성되며, 용접으로 H형 파일(11)의 플랜지(12)에 부착될 수 있다. 이때, 띠형상의 굽힘유지부재(15)는 H형 파일(11)의 플랜지(12)의 중심, 즉 웨브(14)에 대응하는 위치에 H형 파일(11)의 길이를 따라 설치될 수 있다.
도 3에서는 굽힘유지부재(15)가 한 개의 띠 형상 판재로 형성된 경우를 설명하고 있으나, 굽힘유지부재는 도시하지는 않았지만, 2개 또는 3개의 띠형상 판재로 형성할 수도 있다. 굽힘유지부재가 2개의 띠형상 판재로 된 경우, 2개의 띠형상 판재는 H형 파일(11)의 웨브(14)를 중심으로 플랜지(12)에 대칭되도록 부착된다. 굽힘유지부재가 3개의 띠형상 판재로 된 경우에는, 한 개의 띠형상 판재는 H형 파일(11)의 웨브(14)와 일치되는 위치로 플랜지(12)에 설치하고, 나머지 2개의 띠형상 판재는 H형 파일(11)의 웨브(14)를 중심으로 플랜지(12)에 대칭이 되도록 부착된다.
다른 예로서, 굽힘유지부재(15)는 도 4에 도시된 바와 같이 복수의 보강편(17)에 의해 지지되도록 설치될 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 의한 흙막이용 엄지말뚝을 나타내는 사시도이다.
도 4를 참조하면, 복수의 보강편(17)은 굽힘유지부재(15)의 양 측면으로 H형 파일(11)의 플랜지(12)에 설치된다. 복수의 보강편(17)은 굽힘유지부재(15)가 H형 파일(11)의 플랜지(12)에 수직으로 견고하게 고정되도록 지지한다. 복수의 보강편(17) 각각은 굽힘유지부재(15)보다 높이가 낮도록 형성된다. 복수의 보강편(17)은 가능한한 높이를 낮게 하는 것이 바람직하다. 보강편(17)의 높이를 낮게 하면, 흙막이용 엄지말뚝(10')을 천공 구멍에 삽입하고 모래를 충진할 때, 모래가 원활하게 아래로 이동할 수 있다. 또한, 보강편(17)에는 적어도 한 개의 관통공(18)이 형성될 수 있다. 보강편(17)에 관통공(18)을 형성하면, 흙막이용 엄지말뚝(10')을 천공 구멍에 삽입하고 모래를 충진할 때, 모래가 보강편(17)의 관통공(18)을 통해 아래로 이동할 수 있다.
이상에서는 굽힘유지부재(15)가 띠형상의 판재로 형성된 경우에 대해 설명하였으나, 굽힘유지부재(15)는 H형 파일(11)이 굽힘을 유지할 수 있도록 하는 한 다양한 형상으로 형성할 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 의한 흙막이용 엄지말뚝을 나타내는 사시도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 흙막이용 엄지말뚝(40)은 H형 파일(41)과 굽힘유지부재(45)를 포함할 수 있다.
H형 파일(41)은 일정한 곡률로 굽힘 가공되며 직선부와 굽힘부를 포함할 수 있다. H형 파일(41)은 상술한 실시예에 의한 흙막이용 엄지말뚝(10)의 H형 파일(11)과 동일하므로 상세한 설명은 생략한다.
굽힘유지부재(45)는 H형 파일(41)이 굽혀진 상태를 유지하도록 H형 파일(41)에 설치된다. 이를 위해, 굽힘유지부재(45)는 H형 파일(41)의 길이에 대응하는 길이를 가지며, H형 파일(41)의 굽힘 가공된 일면, 즉 플랜지(42)에 부착되어 H형 파일(41)이 굽혀진 상태를 유지하도록 형성된다.
본 실시예의 경우 굽힘유지부재(45)는 십자(+) 형상의 금속편으로 형성될 수 있다. 이때, 십자 형상의 굽힘유지부재(45)는 수직판(46)은 H형 파일(41)의 플랜지(42)에 수직하고, 수평판(47)은 플랜지(42)와 평행하게 설치된다. 수평판(47)은 H형 파일(41)의 플랜지(42)의 폭보다 좁은 폭을 갖도록 형성될 수 있다. 수직판(46)은 플랜지(42)의 중심부, 즉 H형 파일(41)의 웨브(44)에 대응하는 위치에 부착된다. 이때, 십자 형상의 금속편(45)은 철판으로 형성하여 용접으로 H형 파일(41)에 부착할 수 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 의한 흙막이용 엄지말뚝을 나타내는 사시도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 흙막이용 엄지말뚝(50)은 H형 파일(51)과 굽힘유지부재(55)를 포함할 수 있다.
H형 파일(51)은 일정한 곡률로 굽힘 가공되며 직선부와 굽힘부를 포함할 수 있다. H형 파일(51)은 상술한 실시예에 의한 흙막이용 엄지말뚝(10)의 H형 파일(11)과 동일하므로 상세한 설명은 생략한다.
굽힘유지부재(55)는 H형 파일(51)이 굽혀진 상태를 유지하도록 H형 파일(51)에 설치된다. 이를 위해, 굽힘유지부재(55)는 H형 파일(51)의 길이에 대응하는 길이를 가지며, H형 파일(51)의 굽힘 가공된 일면, 즉 플랜지(52)에 부착되어 H형 파일(51)이 굽혀진 상태를 유지하도록 형성된다.
본 실시예의 경우 굽힘유지부재(55)는 T자 형상의 금속편으로 형성될 수 있다. 이때, T자 형상의 굽힘유지부재(55)는 수직판(56)은 H형 파일(51)의 플랜지(52)에 수직하고, 수평판(57)은 플랜지(52)와 평행하게 설치된다. 수평판(57)은 H형 파일(51)의 플랜지(52)와 동일한 폭을 갖도록 형성될 수 있다. 수직판(56)은 플랜지(52)의 중심부, 즉 H형 파일(51)의 웨브(54)에 대응하는 위치에 부착된다. 이때, T자 형상의 금속편(55)은 철판으로 형성하여 용접으로 H형 파일(51)에 부착할 수 있다.
토류판(20)(도 1 참조)을 삽입할 수 있도록 굽힘유지부재(55)의 수평판(57)은 H형 파일(51)의 플랜지(52)와 일정 간격 이격되어 설치될 수 있다. 이 경우, H형 파일(51)의 플랜지(52)와 굽힘유지부재(55) 사이의 공간은 토류판(20)을 설치하는 데 이용될 수 있다. H형 파일(11)과 굽힘유지부재(55) 사이에 토류판(20)을 설치하는 경우, 흙막이용 엄지말뚝(50)은 2가지 방식으로 설치될 수 있다.
첫번째로는, 도 7a에 도시된 바와 같이 굽힘유지부재(55)가 지반(3)을 마주하도록 흙막이용 엄지말뚝(50)이 설치될 수 있다. 이 경우에는 H형 파일(51)이 굴착된 공간으로 노출된다. 토류판(20)은 인접한 2개의 흙막이용 엄지말뚝(50)의 굽힘유지부재(55)와 H형 파일(51)의 플랜지(52) 사이의 공간에 설치된다.
두번째로는, 도 7b에 도시된 바와 같이 굽힘유지부재(55)가 굴착된 공간으로 노출되도록 흙막이용 엄지말뚝(50)이 설치된다. 이 경우에는 H형 파일(51)이 지반(3)을 마주하도록 설치되므로 굴착된 공간으로 노출되지 않는다. 토류판(20)은 인접한 2개의 흙막이용 엄지말뚝(50)의 굽힘유지부재(55)와 H형 파일(51)의 플랜지(53) 사이의 공간에 설치된다.
도 6에 도시한 T자 형상의 굽힘유지부재(55)의 변형 예로서, 굽힘유지부재(55')를 좁은 T자 형상으로 형성할 수 있다. 즉, 도 8에 도시된 바와 같이 H형 파일(51)의 플랜지(52)에 평행한 굽힘유지부재(55')의 수평판(57')의 폭이 플랜지(52)의 폭보다 작도록 형성할 수 있다.
또 다른 예로는, 도 5에 도시한 십자 형상의 굽힘유지부재(45)의 변형 예로서, 굽힘유지부재가 넓은 수평판을 갖는 십자 형상으로 형성할 수 있다. 즉, 도 9에 도시된 바와 같이 H형 파일(41)의 플랜지(42)에 평행한 굽힘유지부재(45')의 수평판(47')의 폭이 플랜지(42)의 폭과 거의 동일하도록 형성할 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 토류판(20)은 인접한 2개의 흙막이용 엄지말뚝(10) 사이에 설치된다. 구체적으로, 토류판(20)은 인접한 2개의 흙막이용 엄지말뚝(10)의 H형 파일(11)의 플랜지(12,13) 사이에 삽입되어 배후의 토사(3)가 유출되는 것을 방지한다. 이때, 토류판(20)은 H형 파일(11)의 외부로 노출된 플랜지(13)에 접하도록 설치된다. 토류판(20)으로는 평판 형상의 강재판을 사용할 수 있다.
H형 파일(11)이 굽힘 가공되어 있으므로, 강재판(20)을 H형 파일(11)의 플랜지(12,13) 사이에 삽입하면, 강재판(20)과 플랜지(13) 사이에는 틈이 존재할 수 있다. 이러한 틈으로 지하수 등의 물이 유출되는 것을 방지하기 위해 플랜지(13)와 강재판(20) 사이에는 수팽창성 지수재(미도시)가 마련될 수 있다.
수팽창성 지수재는 지하수 등의 물에 의해 체적 팽창하여 H형 파일(11)의 플랜지(13)와 강재판(20) 사이의 틈을 충진하게 된다. 이렇게 H형 파일(11)의 플랜지(13)와 강재판(20) 사이의 틈에 충진된 수팽창성 지수재는 경화되면서 H형 파일(11)과 강재판(20)을 결속시키며, 동시에 H형 파일(11)과 강재판(20) 사이의 틈을 메워서 차수 기능을 향상시킬 수 있다.
수팽창성 지수재는 물과 접촉시 반응에 의해 체적이 대략 4~15배로 팽창할 수 있다. 이러한 수팽창성 지수재는 고상 또는 액상일 수 있으며, 일 예로서는 벤토나이트 조성물이나 수팽창성 고무 조성물을 사용할 수 있다.
특히, 상기 벤토나이트 조성물은 천연 벤토나이트를 단독으로 사용하거나, 벤토나이트 100 중량부, 폴리아크릴산 1~50 중량부 및 카르복시메틸셀룰로오스 1~50 중량부를 혼합한 것을 사용할 수 있다. 상기 폴리아크릴산과 카르복시메틸셀룰로오스는 점토질이나 소금기를 머금은 해수에 대한 벤토나이트의 수화팽윤성을 향상시켜, 해양 구조물 구축용 흙막이 차수벽 구조에 사용될 경우에도 적합하도록 하는 효과가 있다.
강재판(20)의 일면, 즉 H형 파일(11)의 플랜지(13)를 마주하는 면에는 상술한 수팽창성 지수재가 수용되는 수용홈(21)이 형성될 수 있다. 수용홈(21)에 수용된 수팽창성 지수재는 팽창 및 경화되어 강재판(20)과 H형 파일(11)의 웨브(14) 및 플랜지(13) 사이의 공간을 채워 차수 기능을 발휘하는 동시에 H형 파일(11)에서 강재판(20)이 분리되는 것을 방지하게 된다.
본 발명의 일 실시예에 의한 흙막이용 엄지말뚝(10)은 굴착 깊이에 따라 H형 파일(11)의 길이와 그 굽힘 정도를 정할 수 있다. 그러나, 흙막이용 엄지말뚝(10)의 재사용을 위해 흙막이용 엄지말뚝(10)을 굴착 깊이에 따라 규격화할 수 있다.
흙막이용 엄지말뚝(10)을 규격화하는 경우, 도 10에 도시된 바와 같이 흙막이용 엄지말뚝(10)의 하단에는 연장 파일(70)을 설치할 수 있다.
이때, 흙막이용 엄지말뚝(10)은 길이별로 규격화하여 제작할 수 있다. 예를 들면, 흙막이용 엄지말뚝(10)은 4M 내지 10M의 길이 범위에서 1M 간격으로 제작할 수 있다. 굴착된 부분의 토압을 지지하는데 규격화된 한 개의 흙막이용 엄지말뚝(10)을 사용할 수 없는 경우에는 규격화된 흙막이용 엄지말뚝(10)의 하단에 연장 파일(70)을 결합하여 흙막이용 엄지말뚝(10)의 길이를 연장할 수 있다.
연장 파일(70)은 흙막이용 엄지말뚝(10)의 H형 파일(11)과 동일한 H형 파일로 굽힘 변형되지 않은 직선 형상으로 형성된다. 연장 파일(70)은 흙막이용 엄지말뚝(10)의 H형 파일(11)의 하단에 한 쌍의 연결판(80)으로 연결된다.
연결판(80)은 직사각형의 강재 평판으로 형성되며, H형 파일(11)의 웨브(14)에 설치될 수 있도록 형성된다. 연결판(80)에는 복수의 볼트 구멍이 형성되어 있고, 엄지말뚝(10)의 H형 파일(11)의 하단부와 연장 파일(70)의 상단부에는 연결판(80)의 복수의 볼트 구멍에 대응하는 복수의 관통공이 마련된다. 따라서, 한 쌍의 연결판(80)을 H형 파일(11)과 연장 파일(70)의 연결부에 위치시키고, 연결판(80)의 복수의 볼트 구멍에 복수의 볼트(81)를 삽입하고, 복수의 너트로 체결하면, 흙막이용 엄지말뚝(10)과 연장 파일(70)을 연결할 수 있다.
이 경우, 도면에 도시된 것과 같이 볼트를 이용하여 엄지말뚝(10)과 연장 파일(70)을 연결할 수도 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며 용접 등 다른 방법을 사용할 수도 있다.
또한, 도면에는 연장 파일(70)에는 굽힘유지부재(15)와 같은 부재가 도시되어 있지 않으나, 경우에 따라서는 상기 엄지말뚝의 굽힘유지부재와 연결되는 강재가 볼트 또는 용접 등의 방법에 의해 추가로 구비될 수 있다.
이하, 도 11a 내지 도 11f를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 의한 엄지말뚝 흙막이 공법에 대해 상세하게 설명한다.
도 11a 내지 도 11f는 본 발명의 일 실시예에 의한 엄지말뚝 흙막이 공법을 설명하기 위한 도면이다.
엄지말뚝 흙막이 공법을 시공하기 위해, 먼저 본 발명의 일 실시예에 의한 흙막이용 엄지말뚝(10)을 준비한다.
흙막이용 엄지말뚝(10)을 제작하기 위해, 먼저 도 11a에 도시된 바와 같이, 시중에서 판매되거나 별도 제작한 H형 파일(11)을 준비한다.
그후, 도 11b에 도시된 바와 같이, H형 파일(11)을 일정 곡률로 굽혀 프리스트레스를 인가한다. 구체적으로, 지반에 매립되는 H형 파일(11)의 일단부(11a)는 지반에 수직한 직선 상태를 유지하고, 지반에서 돌출되는 H형 파일(11)의 타단부(11b)는 상기 일단부(11a)에 대해 일정 곡률로 굽혀지도록 H형 파일(11)을 굽힘 가공하여 H형 파일(11)에 프리스트레스를 인가한다. 이때, H형 파일(11)의 굽힘량은 흙막이용 엄지말뚝(10)이 지지할 토압에 따라 적절하게 설정할 수 있다. H형 파일(11)의 굽힘 가공은 소성 공장에서 롤러 가공으로 수행할 수 있다. 또한, 별도의 굽힘 가공없이 처음부터 굽힘 형태의 H파일을 제작하여 사용할 수도 있다.
다음으로, 도 11c에 도시된 바와 같이, 굽힘 가공된 H형 파일(11)의 일면(굽힘면), 즉 H형 파일(11)의 안쪽 플랜지(12)에 굽힘유지부재(15)를 부착한다. 굽힘유지부재(15)는 굽힘 가공된 H형 파일(11)의 굽힘이 유지될 수 있도록 지지하는 역할을 하는 것으로서, H형 파일(11)의 길이에 대응하는 길이로 형성될 수 있다. 예를 들면, H형 파일(11)의 길이에 대응하는 길이를 갖는 띠형상의 금속편(15)을 H형 파일(11)의 안쪽 플랜지(12)의 중심에 부착할 수 있다.
이와 같이 흙막이용 엄지말뚝(10)이 완성되면, 굴착 현장에서 지반(3)에 일정한 간격을 두고 천공을 하여 복수의 천공 구멍(5)을 형성한다(도 11d 참조). 천공 구멍(5)은 흙막이용 엄지말뚝(10)이 삽입될 수 있도록 형성된다.
이어서, 도 11e에 도시된 바와 같이, 천공 구멍(5)에 일정 곡률로 굽힘 가공되고 굽힘유지부재(15)가 부착된 상기 흙막이용 엄지말뚝(10)을 근입한다.
다음으로, 천공 구멍(5)에 근입된 흙막이용 엄지말뚝(10)의 주위에 모래를 충전한다.
끝으로, 흙막이용 엄지말뚝(10)의 전면부를 굴착하며, 강재판(20)을 설치한다. 강재판은 인접한 2개의 흙막이용 엄지말뚝의 플랜지에 삽입하여 설치한다. 이때, 흙막이용 엄지말뚝(10)의 H형 파일(11)이 굽힘 가공되어 있으므로, H형 파일(11)의 플랜지(13)와 강재판(20) 사이에는 틈이 존재한다. 이러한 틈으로 지하수 등의 물이 유출되는 것을 방지하기 위해 플랜지(13)와 강재판(20) 사이에는 수팽창성 지수재가 마련될 수 있다.
수팽창성 지수재는 지하수 등의 물에 의해 체적 팽창하여 H형 파일(11)의 플랜지(13)와 강재판(20) 사이의 틈을 충진하게 된다. 이렇게 H형 파일(11)의 플랜지(13)와 강재판 사이의 틈에 충진된 수팽창성 지수재는 경화되면서 H형 파일(11)과 강재판(20)을 결속시키며, 동시에 H형 파일(11)과 강재판(20) 사이의 틈을 메워서 차수 기능을 향상시킬 수 있다.
상기와 같은 구조를 갖는 본 발명의 일 실시예에 의한 흙막이용 엄지말뚝(10)은 프리스트레스가 인가되어 있기 때문에 스트러트나 띠장을 사용하지 않고 자립시킬 수 있다는 이점이 있다. 한편, 토압이 매우 커서 스트러트나 띠장이 필요한 경우에도 그 사용 개수를 줄일 수 있다는 이점이 있다.
한편, 스트러트를 사용하지 않음으로써 터파기 깊은 구간에서 엄지말뚝(10)에 변위가 크게 발생되어 지반의 이완으로 지반 균열이 발생될 수 있는 경우에는 부분적으로 스트러스를 설치할 수도 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 의한 흙막이용 엄지말뚝(10)은 H형 파일(11)의 굽힘을 유지하는 굽힘유지부재(15)가 지반(3)의 토사에 매립되어 있으므로, 굴착 공사시 굽힘유지부재(15)가 파손되지 않는다는 이점이 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 의한 흙막이용 엄지말뚝(10)은 H형 파일(11)의 굽힘과 이 굽힘을 유지하는 굽힘유지부재(15)에 의해 프리스트레스가 인가되기 때문에 H형 파일(11)의 변형은 적게 하면서도 큰 프리스트레스를 인가할 수 있다는 이점이 있다.
상기에서 본 개시는 예시적인 방법으로 설명되었다. 여기서 사용된 용어들은 설명을 위한 것이며, 한정의 의미로 이해되어서는 안 될 것이다. 상기 내용에 따라 본 개시의 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서 따로 부가 언급하지 않는 한 본 개시는 청구범위의 범주 내에서 자유로이 실시될 수 있을 것이다.
1; 흙막이 구조 3; 지반
10,40,50; 흙막이용 엄지말뚝 11,41,51; H형 파일
12,13,42,43,52,53; 플랜지 14,44,54; 웨브
15,45,55; 굽힘유지부재 20; 토류판(강재판)
30; 수팽창성 지수재 46,56; 수직판
47,57; 수평판 70; 연장 파일
74; 웨브 80; 연결판

Claims (6)

  1. 웨브와 상기 웨브의 양단에 평행하게 설치된 한 쌍의 플랜지를 포함하며, 지반에 매립되는 일단부는 상기 지반에 수직한 직선 상태를 유지하고, 상기 지반에서 돌출되는 타단부는 상기 일단부에 대해 일정 곡률로 굽힘 가공하여 프리스트레스를 인가한 H형 파일; 및
    상기 H형 파일의 길이에 대응하는 길이를 가지며, 상기 H형 파일의 한 쌍의 플랜지 중 안쪽으로 굽은 플랜지에 부착되어 상기 H형 파일이 굽힘을 유지하도록 형성되는 굽힘유지부재;를 포함하며,
    상기 H형 파일은 상기 굽힘유지부재가 부착되기 전에 롤러를 이용하여 굽힘 가공되며,
    상기 굽힘유지부재는 띠형상의 판재로 형성되며, 상기 H형 파일의 상기 안쪽으로 굽은 플랜지에 수직하게 부착되며,
    상기 굽힘유지부재의 양 측면은 상기 H형 파일의 상기 안쪽으로 굽은 플랜지에 설치된 복수의 보강편에 의해 지지되고,
    상기 굽힘유지부재와 상기 복수의 보강편이 부착된 상기 H형 파일은 일정 곡률로 굽힘된 상태로 지반에 매설되는 것을 특징으로 하는 흙막이용 엄지말뚝.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 H형 파일의 하단에 설치되는 직선 형상의 연장 파일; 및
    상기 H형 파일과 상기 연장 파일을 연결하는 연결판;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 흙막이용 엄지말뚝.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 굽힘유지부재는 십자(+) 형상과 T자 형상 중 어느 하나의 형상의 단면을 갖는 것을 특징으로 하는 흙막이용 엄지말뚝.
  6. 웨브와 상기 웨브의 양단에 평행하게 설치된 한 쌍의 플랜지를 포함하며 지반에 매립되는 H형 파일의 일단부는 상기 지반에 수직한 직선 상태를 유지하고, 상기 지반에서 돌출되는 상기 H형 파일의 타단부는 상기 일단부에 대해 일정 곡률로 굽혀지도록 상기 H형 파일을 롤러를 이용하여 굽힘 가공함으로써 상기 H형 파일에 프리스트레스를 인가하는 단계;
    상기 H형 파일의 상기 한 쌍의 플랜지 중 안쪽으로 굽은 플랜지에 상기 H형 파일의 길이에 대응하는 길이를 갖는 굽힘유지부재를 부착하여 상기 H형 파일이 굽힘을 유지하도록 함으로써 흙막이용 엄지말뚝을 제작하는 단계;
    상기 지반에 일정한 간격을 두고 천공을 하여 천공 구멍을 형성하는 단계;
    상기 천공 구멍에 일정 곡률로 굽힘 가공되고 굽힘유지부재가 부착된 상기 흙막이용 엄지말뚝을 근입하는 단계;
    상기 천공 구멍에 근입된 상기 흙막이용 엄지말뚝의 주위에 모래를 충전하는 단계; 및
    상기 흙막이용 엄지말뚝의 전면부를 굴착하며, 강재판을 설치하는 단계;를 포함하며,
    상기 굽힘유지부재는 띠형상의 판재로 형성되며, 상기 H형 파일의 상기 안쪽으로 굽은 플랜지에 수직하게 부착되고, 상기 굽힘유지부재의 양 측면은 상기 H형 파일의 상기 안쪽으로 굽은 플랜지에 설치된 복수의 보강편에 의해 지지되는 것을 특징으로 하는 엄지말뚝 흙막이 공법.
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