KR20140001554A - 로타리 파일의 강관 연결구조를 이용한 말뚝 시공 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 길이방향으로 이웃한 강관의 연결부 내부로 돌출되는 장애물이 없도록 하여 그라우팅 충전에 필요한 기구의 인입 및 취출이 자유롭도록 한 로타리 파일의 강관 연결구조 및 이를 이용한 말뚝 시공 방법을 제공한다. 본 발명의 적절한 실시 형태에 따른 로타리 파일의 강관 연결구조는, 동일한 외경과 외주면에 하나 이상의 나선날개를 갖고 관입 깊이에 따라 길이 방향으로 상호 연결되어 지층으로 관입되는 복수개의 강관을 포함하는 로타리 파일에 있어서, 상호 이웃한 강관은 그 접합면측 가까운 외주면에 양단이 겹침되어지는 적어도 한 쌍의 덧붙임 금속판을 갖고 상호 단면이 맞대기되어 진후 접합면 전둘레로 용접 이음되어진 것을 특징으로 한다.

Description

로타리 파일의 강관 연결구조 및 이를 이용한 말뚝 시공 방법{Steel pipe joint structures of rotary pile and pile construction method using the same}

본 발명은 로타리 파일의 강관 연결구조 및 이를 이용한 말뚝 시공 방법에 관한 것으로, 특히 길이방향으로 이웃한 강관의 연결부 내부로 돌출되는 장애물이 없도록 하여 그라우팅 충전에 필요한 기구의 인입 및 취출이 자유롭도록 한 로타리 파일의 강관 연결구조 및 이를 이용한 말뚝 시공 방법에 관한 것이다.

로타리 파일은 회전을 통해 지반으로 관입시켜서 주면마찰력과 나선 날개로 선단지지력을 얻는다. 또한 로타리 파일은 고유한 강도를 가지고 있어 수평전단력에 저항한다. 이같이 주면마찰력, 선단지지력 및 수평전단력 저항은 로타리 파일이 기초콘크리트 구조물을 지지하기 위해 가져야 하는 중요한 요소가 된다.

주면마찰력과 수평전단력 저항을 높이기 위해 강관의 단면 직경을 증가시켜야 하나 로타리 파일의 경우 200mm~300mm 이하의 소직경을 갖는 강관으로 제작되어져 있어 그 이상의 저항 강도를 발휘하기가 어렵다. 더욱이 로타리 파일은 회전 관입시 상부 주변부로 구멍이 확장되는 확공 현상을 일으켜 주면마찰력을 저하시키게 된다.

또한 선단지지력은 나선날개에 의존하게 되는데 나선날개는 회전 관입시 지층을 이완시키게 되고, 이로 인해 로타리 파일에 하중 재하시 초기 침하량이 과도하게 나타나는 문제가 발생된다. 따라서 로타리 파일의 침하량이 한계치(예로 1인치)를 넘어서는 경우 항복강도와 인장강도가 높은 고강도 특성을 갖는 강관의 지지력이 아무리 크다고 해도 구조물 기초 말뚝으로써 사용할 수 없는 경우가 생긴다.

또한 로타리 파일은 소구경으로 지지력이 거의 50톤, 60톤 정도여서 재하 하중(또는 설계하중)이 예를들면 100톤 이상으로 큰 경우 본수가 증가되어 추가 시공 비용이 증가된다.

본 발명의 배경이 되는 기술로는 한국 등록특허 등록번호 제10-0686697호로서, 인장과 압축을 겸한 지지파일이 있다. 이는 어스 드릴 또는 오거 등의 중방비 회전출력단에 연결되어 지반에 매설되는 파일로서, 일정한 길이를 갖는 중공의 파이프 형태로서, 그 선단부에 경사진 첨예부를 형성하고, 그 후단부에는 상기 회전출력단에 연결되는 연결플랜지를 구비하는 원형의 긴 메인파이프를 구비하고, 상기 메인파이프의 외주면에는 나선형으로 선회된 선회날개가 1개소 이상 일체로 구비된 것을 특징으로 한다.

그러나 상기 배경기술에 있어서 선단지지력은 선회날개에만 의존하므로 이완된 지반으로 인해 하중 재하시 침하가 발생되는 문제가 있다.

한편, 지지파일을 지지층까지 도달시키려면 메인파이프가 여러개 구비되어 서로 연결되는 구조가 필요하다. 이때 연결구조는 용접이나 볼트를 사용할 수 있지만 볼트를 사용하는 경우 메인파이프내로 돌출하게 된다. 이럴 경우 특수한 목적으로 메인파이프내로 별도의 기구를 집어넣고자 할 경우 볼트가 장애물이 되어 이를 불가능하게 한다. 따라서 이에 대한 해결 방안이 요구된다.

한국 등록특허 등록번호 제10-1011583호 한국 등록특허 등록번호 제10-0566068호

본 발명은 길이방향으로 이웃한 강관의 연결부 내부로 돌출되는 장애물이 없도록 하여 그라우팅 충전에 필요한 기구의 인입 및 취출이 자유롭도록 한 로타리 파일의 강관 연결구조 및 이를 이용한 말뚝 시공 방법을 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명의 적절한 실시 형태에 따른 로타리 파일의 강관 연결구조는,

동일한 외경과 외주면에 하나 이상의 나선날개를 갖고 관입 깊이에 따라 길이 방향으로 상호 연결되어 지층으로 관입되는 복수개의 강관을 포함하는 로타리 파일에 있어서,

상호 이웃한 강관은 그 접합면측 가까운 외주면에 양단이 겹침되어지는 적어도 한 쌍의 덧붙임 금속판을 갖고 상호 단면이 맞대기되어 진후 접합면 전둘레로 용접 이음되어진 것을 특징으로 한다.

본 발명의 적절한 다른 실시 형태에 따른 로타리 파일의 강관 연결구조는,

동일한 외경과 외주면에 하나 이상의 나선날개를 갖고 관입 깊이에 따라 길이 방향으로 상호 연결되어 지층으로 관입되는 복수개의 강관을 포함하는 로타리 파일에 있어서,

상호 이웃한 강관의 연결부에는,

어느 한쪽 단부의 일정 길이의 내경을 강제로 확장시킨 확공부와 확공부에 관통된 복수의 볼트 삽입공을 구비하고;

확공부에 삽입되는 강관의 단부에 볼트 삽입공과 동수의 나사공을 형성하고;

상기 볼트삽입공에 삽입되어 상기 나사공에 나사 결합되는 조인트 볼트로 구성하여;

상기 조인트 볼트가 체결 후 내측에 위치하는 강관의 내경부로 돌출되지 않도록 구성된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 적절한 다른 실시 형태에 따른 로타리 파일의 강관 연결구조는,

동일한 외경과 외주면에 하나 이상의 나선날개를 갖고 관입 깊이에 따라 길이 방향으로 상호 연결되어 지층으로 관입되는 복수개의 강관을 포함하는 로타리 파일에 있어서,

상호 이웃한 강관의 연결부에는,

관통된 복수개의 볼트삽입공을 갖고 강관 중 어느 한쪽의 단부 외경부에 삽입되어 용접으로 고정된 원통형 커플링이 설치되고;

상기 원통형 커플링에 삽입되는 강관의 단부측에 볼트삽입공과 동수의 나사공을 형성하고;

상기 볼트삽입공에 삽입되어 상기 나사공에 나사 결합되는 조인트 볼트로 구성하여;

상기 조인트 볼트가 체결 후 내측에 위치하는 강관의 내경부로 돌출되지 않도록 구성된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 로타리 파일의 강관 연결구조를 이용한 말뚝 시공 방법은,

하부 강관을 지반에 대하여 수직되게 위치시킨 후 연결소켓을 하부 강관의 상단에 연결시켜 놓고 회전 관입하는 단계와;

연결소켓을 하부 강관에서 분리한 후 상부 강관을 수직으로 세워 하단면을 하부 강관의 상단면에 맞대기시킨 후 한 쌍의 덧붙임 금속판을 상,하부 강관의 연결부 외주면에 겹쳐서 덧붙임 금속판과 맞대기 된 전둘레를 용접하여 이음하는 단계와;

다시 연결소켓을 상부 강관에 연결시킨 후 상,하부 강관을 지반으로 회전 관입시키는 단계를 포함하여 시공되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 로타리 파일의 강관 연결구조 및 이를 이용한 말뚝 시공 방법에 따르면, 덧붙임 금속판을 용접하여 이음하거나 또는 어느 한 쪽 단부에 확공부를 형성하거나 원통형 커플링을 이용함으로써 길이방향으로 이웃한 강관의 연결부 내부로 조임볼트가 돌출되지 않도록 할 수 있다. 따라서 그라우팅 충전으로 고결층을 얻기 위해 필요한 기구가 강관내로 인입 및 취출이 자유로워 원하는 하부 강관의 선단 주변측 지반에 그라우트재를 침투·고결시켜서 선단지지력을 대폭적으로 향상시킬 수 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 1a 내지 도 1c는 본 발명에 따른 연결구조를 갖는 로타리 파일의 이웃한 강관의 다양한 연결상태도.
도 2는 본 발명에 따른 연결구조를 갖는 로타리 파일의 전체 조립상태도.
도 3은 도 1의 분해도.
도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 연결구조를 갖는 로타리 파일의 시공순서도.

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.

본 발명은 로타리 파일을 구성하는 강관들의 연결부를 볼트로 조인팅 할 경우 그 볼트가 강관의 내경으로 돌출되지 않도록 하는데 그 특징을 갖는다. 즉, 본 발명은 길이방향으로 복수개의 강관을 볼트로 연결시켜 놓은 경우 그 연결 부위의 내부로 볼트의 돌출이 없도록 하여 특정한 목적으로 사용되는 기구의 삽입이 잘 이루어지도록 함에 있다.

<제 1 실시 예>

도 1a 및 도 2와 같이 동일한 외경과 외주면에 하나 이상의 나선날개(14)를 갖고 관입 깊이에 따라 길이 방향으로 상호 연결되어 지층으로 관입되는 복수개의 강관(12a,12b)을 포함하는 로타리 파일(10)에 있어서, 상호 이웃한 강관(12a,12b)은 그 접합면측 가까운 외주면에 양단이 겹침되어지는 적어도 한 쌍의 덧붙임 금속판(15,15)을 갖고 상호 단면이 맞대기되어 진후 접합면 전둘레로 용접되어져 이음된다.

이때 한 쌍의 덧붙임 금속판(15,15)은 상부측 강관(12b)의 하단부 외주면에 미리 용접으로 접합되어 있는 상태에서 하부측 강관(12a)에 접합될 수 있다.

한 쌍의 덧붙임 금속판(15,15)은 강관(12a,12b)의 외주면에 부착된다. 따라서 덧붙임 금속판(15,15)의 내면은 강관(12a 또는 12b)의 외주면과 동일한 곡률을 갖는다. 바람직하게 강관(12a,12b)의 접합면은 덧붙임 금속판(15,15)의 중앙에 놓이도록 한다.

이와 같이 덧붙임 금속판(15,15)을 사용하게 되면 강관(12a,12b) 내부로 돌출되는 요소를 제거할 수 있다. 또한 강관(12a,12b)과의 용접 길이가 증가되어져 접합 이음이 확실해지고 접합부 강도가 향상된다.

<제 2 실시 예>

도 1b 및 도 2와 같이 동일한 외경과 외주면에 하나 이상의 나선날개(14)를 갖고 관입 깊이에 따라 길이 방향으로 상호 연결되어 지층으로 관입되는 복수개의 강관(12a,12b)을 포함하는 로타리 파일(10)에 있어서, 상호 이웃한 강관(12a,12b)의 연결부에는 어느 한쪽 단부의 일정 길이의 내경을 강제로 확장시킨 확공부(12b-1)와 확공부(12b-1)에 관통된 복수의 볼트 삽입공(122a)이 구비된다. 본 실시 예에서 볼트 삽입공(122a)은 원주상으로 90도 간격마다 형성되어 있다. 볼트 삽입공(122a)은 원주 방향 뿐만 아니라 길이 방향으로 일정 간격을 두고 배열되어 있다. 본 실시 예에서 볼트 삽입공(122a)은 모두 3열로 각 열에 4개씩 형성되어 있으나 이러한 열수나 갯수에 제한되는 것은 아니다.

또한 확공부(12b-1)에 삽입되는 강관(12a)의 단부에는 볼트 삽입공(122a)과 동수의 나사공(123)이 형성된다. 따라서 복수의 나사공(123)과 볼트 삽입공(122a)은 강관(12a,12b)의 조립시 서로 일대일 대응된다.

볼트삽입공(122a)에 삽입되어 나사공(123)에 나사 결합되는 조인트 볼트(13)가 구비된다. 따라서 조인트 볼트(13)는 볼트삽입공(122a) 또는 나사공(123)과 동수로 구비된다. 이때 조인트 볼트(13)의 길이는 도 3a와 같이 양쪽 강관(12a와 12b)의 두께의 합을 넘지 않는다.

따라서 도 3a와 같이 양쪽 강관(12a와 12b)의 조립시 그 연결부에는 조인트 볼트(13)가 볼트삽입공(122a)에 삽입되어 나사공(123)에 나사 결합으로 체결된다. 그러므로 조인트 볼트(13)의 체결 후 내측에 위치하는 강관(12a)의 내경부로 조인트 볼트(13)가 돌출되지 않는다.

<제 3 실시 예>

도 1c 및 도 2와 같이 동일한 외경과 외주면에 하나 이상의 나선날개(14)를 갖고 관입 깊이에 따라 길이 방향으로 상호 연결되어 지층으로 관입되는 복수개의 강관(12a,12b)을 포함하는 로타리 파일(10)에 있어서, 상호 이웃한 강관(12a,12b)의 연결부에는 관통된 복수개의 볼트삽입공(11a)을 갖고 강관(12a,12b) 중 어느 한쪽의 단부 외경부에 삽입되어 용접으로 고정된 원통형 커플링(11)이 설치된다.

볼트 삽입공(11a)은 원주상으로 90도 간격마다 설치되어 있다. 볼트 삽입공(11a)은 원주 방향 뿐만 아니라 길이 방향으로 일정 간격을 두고 배열되어 있다. 본 실시 예에서 볼트 삽입공(11a)은 모두 3열로 각 열에 4개씩 형성되어 있으나 이러한 열수나 갯수에 제한되는 것은 아니다.

이때 원통형 커플링(11)은 강관(12a 또는 12b)의 외주면으로 삽입되도록 그의 내경은 강관(12a 또는 12b)의 외경과 동일한 직경을 갖는다. 원통형 커플링(11)의 길이는 강관(12a,12b)의 각기 연결 단부의 일정 길이를 수용할 수 있도록 설정된다.

원통형 커플링(11)에 삽입되는 강관(12a)의 단부측에는 볼트삽입공(11a)과 동수의 나사공(123)이 형성된다. 따라서 복수의 나사공(123)과 볼트삽입공(11a)은 강관(12a,12b)의 조립시 서로 일대일 대응된다.

볼트삽입공(11a)에 삽입되어 나사공(123)에 나사 결합되는 조인트 볼트(13)가 구비된다. 따라서 조인트 볼트(13)는 볼트삽입공(11a) 또는 나사공(12a-1)과 동수로 구비된다. 이때 조인트 볼트(13)의 길이는 도 1b와 같이 커플링(11)과 강관(12a 또는 12b)의 두께의 합을 넘지 않는다.

따라서 도 1b와 같이 양쪽 강관(12a와 12b)의 조립시 그 연결부에는 조인트 볼트(13)가 볼트삽입공(11a)에 삽입되어 나사공(123)에 나사 결합으로 체결된다. 그러므로 조인트 볼트(13)의 체결 후 내측에 위치하는 강관(12a)의 내경부로 조인트 볼트(13)가 돌출되지 않는다.

이와 같이 강관(12a)의 내경부로 조인트 볼트(13)가 돌출되지 않도록 로타리파일(10)을 구성함으로써 선단부 침하를 방지함과 동시에 선단부 지지력을 증대시키기 위해 그라우트재(예로, 우레탄수지, 시멘트 등)로 속결시켜 보강할 수 있는 로타리파일의 시공을 수행할 수 있다. 즉, 도 2 및 도 3과 같이 강관(12a,12b)내로 인입되는 그라우팅 역류방지판(20)과, 그라우팅 역류방지판(20)에 나사 조립되는 그라우팅주입용 파이프(22)를 통해 그라우트재를 주입하여 고결층을 얻을 수 있다.

먼저, 도 4(가)와 같이 하부 강관(12a)을 상부에서 천공 장비(예로 오거, 어스드릴 등)의 회전구동부(M)에 연결한 후 지층에 수직으로 하여 회전 관입시킨다.

다음, 하부 강관(12a)이 완전하게 삽입되기 직전에 상부 강관(12b)을 연결한다. 이때 상부 강관(12b)과 하부 강관(12a)은 상기한 실시 예들의 선택된 연결구조를 통해 연결된다(도 4(나)).

예로, 연결소켓(40)을 하부 강관(12b)에서 분리한 후 상부 강관(12b)을 수직으로 세워 하단면을 하부 강관(12a)의 상단면에 맞대기시킨 후 한 쌍의 덧붙임 금속판(15,15)을 상,하부 강관(12b,12a)의 연결부 외주면에 겹쳐서 덧붙임 금속판(15,15)과 맞대기 된 전둘레를 용접하여 이음시킨다.

다음, 다시 연결소켓(40)을 상부 강관(12b)에 연결시킨 후 도 4(다)와 같이 강관(12a,12b)이 지층내로 회전 관입된 후 도 5(가)와 같이 그라우팅 역류방지판(20)과 이에 조립된 그라우팅주입용 파이프(22)를 강관(12a,12b)내로 삽입시킨다. 이때 그라우팅주입용 파이프(22)는 그라우팅 역류방지판(20)에 나사 결합되어 조립된 상태로 인입된다. 그라우팅 역류방지판(20)이 일정 깊이에 도달되면 그라우팅 역류방지판(20)의 하부로 우레탄 주입실이 형성된다.

다음, 그라우팅주입용 파이프(22)의 상부를 예로, 우레탄 주입기(100)와 연결한 후 우레탄수지를 가압 주입한다. 주입된 우레탄수지는 하부 강관(12a)의 우레탄 토출공(125)을 통해 토출되어 주변의 지반에 침투한다(도 5(나). 이때 우레탄수지는 미소 입자여서 점토 입자를 갖는 지층의 미세한 공극에도 잘 침투하게 된다. 따라서 나선 날개(14)가 파일 선단 주변의 지반에 고결된 고결층(200)에 지지되어 선단지지력이 더욱 높아지게 된다. 우레탄수지에 대체하여 시멘트나 약액이 주입될 수도 있다.

이같이 본 발명의 연결구조를 통해 강관의 내부로 돌출 장애물이 없어져 그라우팅 역류방지판(20)과, 그라우팅주입용 파이프(22)의 삽입이 가능하다. 따라서 그라우팅주입용 파이프(22)를 통해 주입된 시멘트 또는 우레탄수지는 로타리 파일(10)의 선단부 주변의 지층을 고결시켜 그 강도를 증가시킴으로써 그의 지지력이 향상된다.

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.

11: 커플링
12a,12b: 강관
125: 우레탄 토출공
14: 나선날개
15: 덧붙임 금속판
122: 커플링
11a,122a: 볼트 삽입공
123: 나사공
20: 그라우팅 역류방지판
22: 그라우팅주입용 파이프

Claims (4)

1. 동일한 외경과 외주면에 하나 이상의 나선날개(14)를 갖고 관입 깊이에 따라 길이 방향으로 상호 연결되어 지층으로 관입되는 복수개의 강관(12a,12b)을 포함하는 로타리 파일에 있어서,
   상호 이웃한 강관(12a,12b)은 그 접합면측 가까운 외주면에 양단이 겹침되어지는 적어도 한 쌍의 덧붙임 금속판(15,15)을 갖고 상호 단면이 맞대기되어 진후 접합면 전둘레로 용접 이음되어진 것을 특징으로 하는 로타리 파일의 강관 연결구조.
2. 동일한 외경과 외주면에 하나 이상의 나선날개(14)를 갖고 관입 깊이에 따라 길이 방향으로 상호 연결되어 지층으로 관입되는 복수개의 강관(12a,12b)을 포함하는 로타리 파일에 있어서,
   상호 이웃한 강관(12a,12b)의 연결부에는,
   어느 한쪽 단부의 일정 길이의 내경을 강제로 확장시킨 확공부(12b-1)와 확공부(12b-1)에 관통된 복수의 볼트 삽입공(122a)을 구비하고;
   확공부(12b-1)에 삽입되는 강관의 단부에 볼트 삽입공(122a)과 동수의 나사공(123)을 형성하고;
   상기 볼트삽입공(122a)에 삽입되어 상기 나사공(123)에 나사 결합되는 조인트 볼트(13)로 구성하여;
   상기 조인트 볼트(13)가 체결 후 내측에 위치하는 강관(12a)의 내경부로 돌출되지 않도록 구성된 것을 특징으로 하는 로타리 파일의 강관 연결구조.
3. 동일한 외경과 외주면에 하나 이상의 나선날개(14)를 갖고 관입 깊이에 따라 길이 방향으로 상호 연결되어 지층으로 관입되는 복수개의 강관(12a,12b)을 포함하는 로타리 파일에 있어서,
   상호 이웃한 강관(12a,12b)의 연결부에는,
   관통된 복수개의 볼트삽입공(11a)을 갖고 강관(12a,12b) 중 어느 한쪽의 단부 외경부에 삽입되어 용접으로 고정된 원통형 커플링(11)이 설치되고;
   상기 원통형 커플링(11)에 삽입되는 강관(12a)의 단부측에 볼트삽입공(11a)과 동수의 나사공(123)을 형성하고;
   상기 볼트삽입공(11a)에 삽입되어 상기 나사공(123)에 나사 결합되는 조인트 볼트(13)로 구성하여;
   상기 조인트 볼트(13)가 체결 후 내측에 위치하는 강관(12a)의 내경부로 돌출되지 않도록 구성된 것을 특징으로 하는 로타리 파일의 강관 연결구조.
4. 하부 강관(12a)을 지반에 대하여 수직되게 위치시킨 후 연결소켓(40)을 하부 강관(12a)의 상단에 연결시켜 놓고 회전 관입하는 단계와;
   연결소켓(40)을 하부 강관(12b)에서 분리한 후 상부 강관(12b)을 수직으로 세워 하단면을 하부 강관(12a)의 상단면에 맞대기시킨 후 한 쌍의 덧붙임 금속판(15,15)을 상,하부 강관(12b,12a)의 연결부 외주면에 겹쳐서 덧붙임 금속판(15,15)과 맞대기 된 전둘레를 용접하여 이음하는 단계와;
   다시 연결소켓(40)을 상부 강관(12b)에 연결시킨 후 상,하부 강관(12b,12a)을 지반으로 회전 관입시키는 단계를 포함하여 시공되는 것을 특징으로 하는 로타리 파일의 강관 연결구조를 이용한 말뚝 시공 방법.

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